WO2012176641A1 - スプリング式一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

　駆動ギヤ（１）の内向きフランジ部（４）に内筒部（６）を設け、駆動ギヤ（１）の内側に組み込まれるクラッチスプリング（２１）に大径コイルスプリング部（２２）と、その巻き終わり端に連設部（２３）と、連設部（２３）の小径端に巻き方向が大径コイルスプリング部（２２）の巻き方向と相違する小径コイルスプリング部（２４）とを設け、クラッチスプリング（２１）を大径コイルスプリング部（２２）が内筒部（６）の外径面を緊縛し、小径コイルスプリング部（２４）が回転軸（４１）の外径面を緊縛する組込みとし、駆動ギヤ（１）が大径コイルスプリング部（２２）の巻き方向と反対の方向に回転した際に、大径コイルスプリング部（２２）及び小径コイルスプリング部（２４）を縮径させて、駆動ギヤ（１）の回転を回転軸（４１）に伝達する。クラッチスプリング（２１）の連設部（２３）を巻き方向が大径コイルスプリング部（２２）の巻き方向と同じとなる内向き渦巻き状として、駆動ギヤ（１）から回転軸（４１）への回転トルクの伝達時に、連設部（２３）に大きな応力が負荷されることのないようにしてクラッチスプリングの耐久性の向上を図る。駆動ギヤ（１）の他端の開口を環状の蓋体（３１）の組込みにより閉塞し、蓋体（３１）を駆動ギヤ（１）に連結して、蓋体（３１）、クラッチスプリング（２１）及び駆動ギヤ（１）をユニット化して、組立性の向上を図る。

Description

スプリング式一方向クラッチ

　この発明は、駆動部材の一方向の回転を従動部材に伝達するスプリング式一方向クラッチに関する。

　プリンタや複写機、ファクシミリなどの紙送り機構等に組込まれる一方向クラッチとして、クラッチスプリングの締め付けおよび解除によって一方向の回転トルクの伝達と遮断とを行うようにしたスプリング式のものが従来から知られている。

　スプリング式一方向クラッチには、非特許文献１に記載されているように、クラッチスプリングが一重とされた一重スプリング式のものと、特許文献１に記載されているように、クラッチスプリングが二重とされた二重スプリング式とが存在する。

　ここで、一重スプリング式の一方向クラッチにおいては、スプリングを同一軸上に配置された駆動軸（駆動アーバ）と従動軸（従動アーバ）の軸端部に跨る組付けとして、駆動軸の一方向の回転によりクラッチスプリングを縮径させ、そのクラッチスプリングが駆動軸と従動軸を締付ける作用により、駆動軸の一方向の回転を従動軸に伝えるようにしているが、伝達トルク容量が小さく、大きなトルクを伝達する場合には、巻き数の多いクラッチスプリングを用いる必要があるため、一方向クラッチの軸方向長さが長くなり、大型化するという問題がある。

　一方、二重スプリング式一方向クラッチにおいては、２重とされたクラッチスプリングの大径コイルスプリング部を駆動輪の内周に形成されたクラッチ面に弾性接触させ、かつ、小径コイルスプリング部を従動輪の外周に形成されたクラッチ面に弾性接触させる組付けとし、駆動輪の一方向への回転時に、大径コイルスプリング部を拡径させ、かつ、小径コイルスプリング部を縮径させ、上記大径コイルスプリング部が駆動輪のクラッチ面を締付ける作用と、小径コイルスプリング部が従動輪のクラッチ面を締付ける作用により、駆動輪と従動輪を結合して駆動輪の一方向の回転トルクを従動輪に伝達するようにしているため、伝達トルク容量が大きく、軸方向長さのコンパクトな一方向クラッチを得ることができるという特徴を有している。

「機械要素活用マニュアル・ばね」、編者；ニッパツ・日本発条株式会社、発行；１９９５年２月１５日、Ｐ．１３６

特開２００８－１０１７４０号公報

　ところで、特許文献１に記載された二重スプリング式一方向クラッチにおいては、上記のように、軸方向長さのコンパクト化を図ることができるという特徴を有するものの、クラッチスプリングは、大径コイルスプリング部と小径コイルスプリング部とを１８０°折れ曲がるＵ字形の反転部からなる連設部を介して連設した構成であるため、駆動輪から従動輪に回転が伝達される度に、連設部の曲率半径の小さな反転部位に比較的大きな応力が繰り返し負荷されることになり、上記連設部にストレスが蓄積されて、その連設部が疲労によって破損し易く、クラッチスプリングの耐久性の向上を図る上において改善すべき点が残されている。

　また、大径コイルスプリング部を縮径してクラッチスプリングを駆動輪内に組込み、そのクラッチスプリングの小径コイルスプリング部を拡径してその内側に従動輪を組付ける必要があるため、組立てに手間がかかり、その組立性を向上させる上においても改善すべき点が残されていた。

　この発明の課題は、軸方向にコンパクトな二重スプリング式一方向クラッチにおいて、クラッチスプリングの耐久性の向上と組立性の向上を図ることである。

　上記の課題を解決するため、この発明においては、外筒部を有し、その外筒部の一端から内方向に向くフランジ部の内側面に内筒部が設けられた外方部材と、前記フランジ部内に挿通されて外方部材と同軸上に配置された内方部材と、その内方部材と外方部材の相互間で回転トルクの伝達と遮断とを行うクラッチスプリングを有し、前記クラッチスプリングが、大径コイルスプリング部の巻き終わり端からその大径コイルスプリング部と巻き方向を同じとして内向き渦巻き状に延びる連設部を設け、その連設部の小径端に前記大径コイルスプリング部と巻方向が異なる小径コイルスプリング部を連設し、その小径コイルスプリング部を大径コイルスプリング部内に配置した構成とされて、大径コイルスプリング部が前記内筒部の外径面を緊縛し、小径コイルスプリング部が前記内方部材の円筒形外径面を緊縛する組込みとされ、前記外方部材の他端の開口を環状の蓋体の組込みにより閉塞し、その蓋体を外方部材に連結して、蓋体、クラッチスプリングおよび外方部材をユニット化した構成を採用したのである。

　上記の構成からなるスプリング式一方向クラッチにおいては、外方部材と内方部材の一方を駆動側とし、他方を従動側とする。いま、外方部材を駆動側とし、その外方部材を大径コイルスプリング部の巻き方向と反対の方向に回転させると、大径コイルスプリング部が縮径して内筒部の外径面を強く締付け、大径コイルスプリング部が外方部材と共に回転し、その回転は連設部を介して小径コイルスプリング部に伝達される。

　このとき、大径コイルスプリング部と小径コイルスプリング部とは巻き方向が相違するため、小径コイルスプリング部が縮径して内方部材の円筒状外径面を強く締付けることになり、外方部材の回転はクラッチスプリングを介して内方部材に伝達され、内方部材が外方部材と同方向に回転する。

　一方、上記とは逆に、外方部材を大径コイルスプリング部の巻き方向に回転させると、大径コイルスプリング部の緊縛力が小径コイルスプリングの緊縛力より強い場合においては、その小径コイルスプリング部が拡径し、小径コイルスプリング部と内方部材の接触部で滑りが生じて、外方部材の回転が内方部材に伝達されず、外方部材が空転する。

　ここで、外方部材から内方部材への回転トルクの伝達時、クラッチスプリングの連設部には伝達トルクに応じた大きさの応力が負荷されることになる。このとき、連設部は、外方部材と共に回転する大径コイルスプリング部の巻き方向と同じとして、その大径コイルスプリング部の巻き終わり端から内向き渦巻き状に延びるため、上記連設部に局部的に応力が負荷されるというようなことがない。このため、連設部が疲労によって破損するというようなことはない。

　この発明に係るスプリング式一方向クラッチにおいて、内筒部の先端部にクラッチスプリングの連設部を収容可能とする渦巻き溝部を設け、蓋体には内筒部の先端部内に嵌合される支持筒部を設けることにより、その支持筒部によって内筒部の自由端である先端部を支持することができるため、内筒部の曲げ剛性を高め、内筒部の変形や破損を防止し、大径コイルスプリング部の縮径によって内筒部を確実に緊縛することができる。その結果、内筒部と大径コイルスプリング部の接触での滑りを防止し、その相互間において確実にトルク伝達することができる。

　また、支持筒部の外径面と内筒部の先端部内径面の一方に環状の係合溝を設け、他方にその係合溝に係合される係合凸部を形成して、蓋体と外方部材とを連結することにより、内筒部の先端部内に支持筒部の先端部を嵌合して蓋体を内筒部に向けて押し込むことで係合溝に係合凸部が係合し、外方部材に対して蓋体を簡単に連結することができる。

　さらに、フランジ部の内径面および蓋体の内径面を、外方部材と内方部材を相対的に回転自在に支持するラジアル軸受面とすることにより、外方部材と内方部材を精度よく相対回転させることができる。

　また、クラッチスプリングにおける大径コイルスプリング部の巻き始め端にフック片部を設け、そのフック片部を外方部材の外筒部に係止すると、外方部材を駆動側とする使用において、外方部材の回転を大径コイルスプリング部に確実に伝達することができる。また、外方部材から内方部材への回転伝達の遮断時に、小径コイルスプリング部と内方部材の円筒状外径面の接触部で滑りを生じさせることができ、滑り部位を特定することができる。

　このため、外方部材が合成樹脂の成形品で形成されて金属からなる内方部材より硬度が低い場合に、その硬度の低い外方部材がクラッチスプリングとの接触で摩耗するのを防止することができる。

　上記のように、外方部材および蓋体のそれぞれが合成樹脂の成形品とされて金属からなる内方部材の硬度より低い場合において、大径コイルスプリング部が内筒部を締め付ける緊縛力を小径コイルスプリング部が内方部材を締め付ける緊縛力より強くしておくと、トルク伝達の遮断時、フック片部を外筒部に係止する場合と同様に、小径コイルスプリング部と内方部材の接触部で滑りを生じさせることができ、外方部材の摩耗を抑制することができる。

　ここで、外筒部の内径面に、その外筒部の他端面から軸方向に延びる係合溝を形成し、その係合溝にフック片部を係合させることにより、内筒部の外径面に大径コイルスプリング部を嵌合するクラッチスプリングの組付け時にフック片部を係合溝に係合させることができるため、クラッチスプリングの組付けの容易化を図ることができる。

　また、外筒部の他端開口部に蓋体が嵌合される大径凹部を設けておくと、外筒部内を完全に密閉することができ、内部に封入されたグリースの外部への漏洩および外部から内部への異物の侵入を効果的に防止することができる。

　なお、内方部材を駆動側とした場合、その内方部材を小径コイルスプリング部の巻き方向の反対方向に回転すると、小径コイルスプリング部が縮径して内方部材の円筒状外径面を締め付け、小径コイルスプリング部が内方部材と共に回転する。その回転は連設部を介して大径コイルスプリング部に伝達され、大径コイルスプリング部が縮径して内筒部の外径面を強く締め付け、内方部材の回転はクラッチスプリングを介して外方部材に伝達され、外方部材が内方部材と同方向に回転する。

　この場合においても、クラッチスプリングの連設部に局部的に応力が負荷されるというようなことがなく、連設部が疲労によって破損するというようなことはない。

　この発明においては、上記のように、大径コイルスプリング部と、その内側に配置されて大径コイルスプリング部と巻き方向が異なる小径コイルスプリング部とを、大径コイルスプリング部の巻き終わり端から内向き渦巻き状に延びる連設部によって連設したことにより、外方部材と内方部材の相互間における回転トルクの伝達時に、連設部に局部的に応力が負荷されるのを防止することができる。このため、連設部が疲労によって破損するということが極めて少なくなり、クラッチスプリングの耐久性の向上を図ることができる。

　また、外方部材の他端の開口を環状の蓋体の組込みにより閉塞し、その蓋体を外方部材に連結して、蓋体、クラッチスプリングおよび外方部材をユニット化したことにより、クラッチスプリングの小径コイルスプリング部内に内方部材の端部を挿入し、その内方部材を軸方向に押し込みつつ小径コイルスプリング部の巻き方向に回転させることにより、小径コイルスプリング部が拡径して、その小径コイルスプリング部内に内方部材を組み込むことができるため、一方向クラッチを極めて簡単に組込むことができる。

　さらに、蓋体の組込みによって外方部材の他端の開口を閉塞することができるため、外方部材と内方部材の対向部間に封入されたグリースの外部への漏洩を防止し、外部から内部への異物の侵入を防止することができる。

この発明に係るスプリング式一方向クラッチの実施の形態を示す縦断面図 図１のII－II線に沿った断面図 外方部材、クラッチスプリングおよび蓋体からなるユニット品の縦断面図 駆動ギヤを示す一部切欠斜視図 クラッチスプリングの正面図 図５のVI－VI線に沿った断面図 蓋体の抜止めの他の例を示す断面図

　以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１および図２に示すように、スプリング式一方向クラッチは、ユニット品Ａと、そのユニット品Ａ内に組付けられる内方部材としての回転軸４１とからなる。

　図３に示すように、ユニット品Ａは、外方部材としての駆動ギヤ１と、その駆動ギヤ１の内部に組み込まれたクラッチスプリング２１と、上記駆動ギヤ１に連結されてそのクラッチスプリング２１を抜止めする蓋体３１とからなる。

　図３および図４に示すように、駆動ギヤ１は、外筒部２を有し、その外筒部２の外径面に多数の歯３が周方向に形成されている。外筒部２の一端には、内向きのフランジ部４が形成され、そのフランジ部４の内径面は回転軸４１を回転自在に支持するラジアル軸受面５とされている。また、フランジ部４には、その内側面に内筒部６が形成され、その内筒部６と外筒部２とは同軸上の配置とされている。

　図３に示すように、外筒部２の他端開口部には大径凹部８が形成されている。大径凹部８内には前述の蓋体３１が嵌合され、その蓋体３１によって内筒部６の外径面６ａと外筒部２の内径面２ａ間に形成された環状空間７が閉塞されている。

　蓋体３１は環状をなし、その内周部に形成された支持筒部３２は内筒部６の先端部内に嵌合されて、その内筒部６の先端部を支持している。また、支持筒部３２の内径面は回転軸４１を回転自在に支持するラジアル軸受面３３とされている。

　支持筒部３２の外径面には断面半円形の係合凸部３４が形成されている。係合凸部３４は内筒部６の先端部内径面に形成された断面半円形の環状の係合溝９と係合し、その係合により蓋体３１が抜止めされて、駆動ギヤ１に対する連結とされている。

　なお、図７に示すように、支持筒部３２に係合溝９を形成し、内筒部６に係合凸部３４を設けるようにしてもよい。

　ここで、実施の形態では、駆動ギヤ１および蓋体３１は合成樹脂の成形品とされているが、素材は合成樹脂に限定されるものではなく、金属であってもよい。

　図５および図６に示すように、クラッチスプリング２１は、大径コイルスプリング部２２と、その大径コイルスプリング部２２の巻き終わり端に連設された内向き渦巻き状の連設部２３と、その連設部２３の小径端に連設されて大径コイルスプリング部２２の内側に配置された小径コイルスプリング部２４とからなり、上記大径コイルスプリング部２２の巻き始め端には外向きにフック片部２５が形成されている。

　ここで、大径コイルスプリング部２２と小径コイルスプリング部２４の巻き方向は相違している。実施の形態では、大径コイルスプリング部２２を右巻きとし、小径コイルスプリング部２４を左巻きとしており、渦巻き状連設部２３の巻き方向は大径コイルスプリング部２２の巻き方向と同じ方向とされている。

　上記クラッチスプリング２１は、図１乃至図３に示すように、連設部２３が内筒部６の先端部に形成された渦巻き溝部１０に収容される組込みとされている。また、クラッチスプリング２１は、大径コイルスプリング部２２が内筒部６の外径面６ａを緊縛し、小径コイルスプリング部２４が回転軸４１の円筒状外径面４１ａを緊縛し、大径コイルスプリング部２２の巻き始め端に設けられたフック片部２５が駆動ギヤ１の外筒部２の内径面に形成された軸方向の係合溝１１に係合する組込みとされている。

　上記の構成から成るスプリング式一方向クラッチにおいて、駆動ギヤ１を図２の矢印で示すように、大径コイルスプリング部２２の巻き方向と反対の方向に回転させると、大径コイルスプリング部２２が縮径して内筒部６の外径面６ａをさらに強く締め付け、大径コイルスプリング部２２が駆動ギヤ１と共に回転する。その回転は連設部２３を介して小径コイルスプリング部２４に伝達される。

　このとき、大径コイルスプリング部２２と小径コイルスプリング部２４とは巻き方向が相違するため、小径コイルスプリング部２４が縮径して回転軸４１の外径面４１ａを締付ける。このため、駆動ギヤ１の回転はクラッチスプリング２１を介して回転軸４１に伝達され、回転軸４１が駆動ギヤ１と同方向に回転する。

　駆動ギヤ１から回転軸４１への回転トルクの伝達時、クラッチスプリング２１の連設部２３には伝達トルクに応じた大きさの応力が負荷されることになる。このとき、連設部２３は、駆動ギヤ１と共に回転する大径コイルスプリング部２２の巻き方向と同じとして、その大径コイルスプリング部２２の巻き終わり端から内向き渦巻き状に延びるため、上記連設部２３に局部的に応力が負荷されるというようなことがない。また、その連設部２３に負荷される応力は渦巻き溝部１０の内面で受けられるため、連設部２３が疲労によって破損するというようなことはない。

　一方、駆動ギヤ１を上記と逆に、図２の矢印で示す方向と反対の方向（大径コイルスプリング部２２の巻き方向と同方向）に回転させると、その回転はフック片部２５から大径コイルスプリング部２２に伝達されると共に、その大径コイルスプリング部２２の回転は連設部２３を介して小径コイルスプリング部２４に伝達されて、その小径コイルスプリング部２４が拡径する。その拡径により、小径コイルスプリング部２４と回転軸４１の外径面４１ａとの接触部で滑りが生じ、駆動ギヤ１の回転は回転軸４１に伝達されず、駆動ギヤ１が空転する。

　回転伝達の遮断時は、上記のように、クラッチスプリング２１は硬度の高い回転軸４１との接触部で滑りが生じるため、硬度の低い駆動ギヤ１の内筒部６が摩耗すると言うようなことがない。

　実施の形態で示すスプリング式一方向クラッチのように、駆動ギヤ１および蓋体３１のそれぞれが合成樹脂の成形品とされて金属からなる回転軸４１の硬度より低い場合において、大径コイルスプリング部２２が内筒部６を締め付ける緊縛力を小径コイルスプリング部２４が回転軸４１を締め付ける緊縛力より強くしておくと、トルク伝達の遮断時、小径コイルスプリング部２４と回転軸４１の接触部で滑りを生じさせることができ、内筒部６の摩耗を防止することができる。

　実施の形態におけるスプリング式一方向クラッチにおいては、図３に示すように、駆動ギヤ１の他端開口部に形成された大径凹部８内に環状の蓋体３１を組込み、その蓋体３１に形成された支持筒部３２の外径面の係合凸部３４と内筒部６の係合溝９の係合により蓋体３１を駆動ギヤ１に連結して、駆動ギヤ１、クラッチスプリング２１および蓋体３１をユニット化したことにより、クラッチスプリング２１の小径コイルスプリング部２４内に回転軸４１の端部を挿入し、その回転軸４１を軸方向に押し込みつつ小径コイルスプリング部２４の巻き方向に回転させることにより、回転軸４１との接触により小径コイルスプリング部２４が拡径して、その小径コイルスプリング部２４内に回転軸４１を組み込むことができる。このため、一方向クラッチを極めて簡単に組込むことができる。

　また、蓋体３１の組込みによって駆動ギヤ１の他端の開口が閉塞されるため、駆動ギヤ１の内部に封入されたグリースの外部への漏洩を防止し、かつ、外部から内部への異物の侵入を防止することができる。

Ａ　　ユニット品
１　　駆動ギヤ (外方部材)
２　　外筒部
４　　フランジ部
５　　ラジアル軸受面
６　　内筒部
６ａ　外径面
８　　大径凹部
９　　係合溝
１０　渦巻き溝部
１１　係合溝
２１　クラッチスプリング
２２　大径コイルスプリング部
２３　連設部
２４　小径コイルスプリング部
２５　フック片部
３１　蓋体
３２　支持筒部
３３　ラジアル軸受面
３４　係合凸部
４１　回転軸（内方部材）
４１ａ　外径面

Claims (8)

1. 　外筒部を有し、その外筒部の一端から内方向に向くフランジ部の内側面に内筒部が設けられた外方部材と、前記フランジ部内に挿通されて外方部材と同軸上に配置された内方部材と、その内方部材と外方部材の相互間で回転トルクの伝達と遮断とを行うクラッチスプリングを有し、前記クラッチスプリングが、大径コイルスプリング部の巻き終わり端からその大径コイルスプリング部と巻き方向を同じとして内向き渦巻き状に延びる連設部を設け、その連設部の小径端に前記大径コイルスプリング部と巻方向が異なる小径コイルスプリング部を連設し、その小径コイルスプリング部を大径コイルスプリング部内に配置した構成とされて、大径コイルスプリング部が前記内筒部の外径面を緊縛し、小径コイルスプリング部が前記内方部材の円筒形外径面を緊縛する組込みとされ、前記外方部材の他端の開口を環状の蓋体の組込みにより閉塞し、その蓋体を外方部材に連結して、蓋体、クラッチスプリングおよび外方部材をユニット化したスプリング式一方向クラッチ。
2. 　前記内筒部の先端部に前記クラッチスプリングの連設部を収容可能とする渦巻き溝部を設け、前記蓋体には前記内筒部の先端部内に嵌合されて、その内筒部の先端部を支持する支持筒部を設けた請求項１に記載のスプリング式一方向クラッチ。
3. 　前記支持筒部の外径面と内筒部の先端部内径面の一方に環状の係合溝を設け、他方にその係合溝に係合される係合凸部を形成して、蓋体と外方部材とを連結した請求項２に記載のスプリング式一方向クラッチ。
4. 　前記フランジ部の内径面および蓋体の内径面が、外方部材と内方部材を相対的に回転自在に支持するラジアル軸受面とされた請求項１乃至３のいずれかの項に記載のスプリング式一方向クラッチ。
5. 　前記クラッチスプリングの大径コイルスプリング部が、巻き始め端にフック片部を有し、そのフック片部が前記外方部材の外筒部に係止された請求項１乃至４のいずれかの項に記載のスプリング式一方向クラッチ。
6. 　前記外筒部の内径面に、その外筒部の他端面から軸方向に延びる係合溝を形成し、その係合溝に前記フック片部を係合した請求項５に記載のスプリング式一方向クラッチ。
7. 　前記外方部材と蓋体のそれぞれを合成樹脂の成形品とし、前記大径コイルスプリング部が内筒部を締め付ける緊縛力を小径コイルスプリング部が内方部材を締め付ける緊縛力より強くした請求項１乃至５のいずれかの項に記載のスプリング式一方向クラッチ。
8. 　前記外筒部の他端開口部に大径凹部を設け、その大径凹部に前記蓋体を嵌合した請求項１乃至７のいずれかの項に記載のスプリング式一方向クラッチ。

Images