WO2016084404A1

WO2016084404A1 - クラッチ機構

Info

Publication number: WO2016084404A1
Application number: PCT/JP2015/062943
Authority: WO
Inventors: 保幸小林; 歩須藤
Original assignee: 並木精密宝石株式会社
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2016-06-02
Also published as: JPWO2016084404A1

Abstract

　本発明は、変形等に起因する作動不良を軽減することができるクラッチ機構を提供することにある。　円柱状空間を有する収納室（１１）と、収納室（１１）に同軸状に収納された出力回転体（２０）と、出力回転体（２０）に対し同軸状に設けられた入力回転体（３０）と、収納室（１１）の内周面と出力回転体（２０）の外周面との間に設けられた円柱状又は球状の係合子（４１，４２）と、係合子（４１，４２）を周方向の一方側へ付勢する付勢部材（５０）とを備え、出力回転体（２０）外周におけるカム面（２１，２３）と凹部（２２）内の周方向端面との角度を、９０°以上に設定した。

Description

クラッチ機構

　本発明は、入力回転体と出力回転体との間で回転力の伝達、遮断を行うクラッチ機構に関するものである。

　モータは通電時には回転軸に所定のトルクを発生して回転し、回転位置を制御することも可能であるが、電源が供給されない状態では回転軸の回転を制御できず、回転軸に出力側からトルクを受けると、該回転軸が簡単に回転してしまう。そのため、例えば、テープフィーダユニット等、電源を供給しないときでも、停止位置を精度よく固定させておきたい機器では、逆入力クラッチ等の回転位置保持装置を具備する必要が生じる。
　このような装置には、例えば特許文献１に記載される発明のように、円柱状空間を有する収納室（１１）と、収納室（１１）に同軸状に収納された出力回転体（２０）と、出力回転体（２０）に対し同軸状に設けられた入力回転体（３０）と、収納室（１１）の内周面と出力回転体（２０）の外周面との間に設けられた係合子（４１，４２）と、係合子（４１，４２）を周方向の一方側へ付勢する付勢部材（５０）とを備える。そして、出力回転体（２０）の外周面に、前記一方側へ向かって収納室（１１）の内周面との間を徐々に狭めるカム面（２１，２３）と、カム面（２１，２３）の前記一方側に隣接する凹部（２２）とを形成し、入力回転体（３０）に、凹部（２２）に対し周方向の遊びを有する状態で嵌り合うとともに凹部（２２）内から遠心方向へ突出する押圧伝達部（３１）を形成し、係合子（４１，４２）を、カム面（２１，２３）および収納室（１１）の内周面に接触するように配置したものがある。

　この従来技術によれば、入力回転体（３０）に回転力が加わった場合には、入力回転体（３０）の押圧伝達部（３１）が係合子（４１又は４２）に当接し、係合子（４１又は４２）とカム面（２１又は２３）との摩擦、および係合子（４１又は４２）と収納室（１１）の内周面との摩擦が小さくなり、その後で、押圧伝達部（３１）が凹部（２２）内の周方向端面に当接して出力回転体（２０）を押動するため、出力回転体（２０）がスムーズに回転する。また、出力回転体（２０）に外部から回転力が加わった場合には、回転しようとする出力回転体（２０）のカム面（２１又は２３）と収納室（１１）の内周面との間に係合子（４１又は４２）が強く押し付けられので、入力回転体（３０）及び出力回転体（２０）の回転を阻むことができる。

　しかしながら、前記従来技術では、使用条件等により、係合子（４１又は４２）とカム面（２１又は２３）との接触荷重が大きくなりすぎると、カム面（２１又は２３）と凹部（２２）との交差する角部が、凹部（２２）側に変形し、係合子（４１又は４２）が滑ってロック不良を生じたり、係合子（４１又は４２）が、カム面（２１又は２３）と収納室（１１）内周面との間の凹部（２２）寄りに噛み込んで解除不能になったりするおそれがある。

国際公開WO2013/133162A1公報

　本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする処は、変形等に起因する作動不良を軽減することができるクラッチ機構を提供することにある。

　上記課題を解決するための一手段は、円柱状空間を有する収納室と、前記収納室に同軸状に収納された出力回転体と、前記出力回転体に対し同軸状に設けられた入力回転体と、前記収納室の内周面と出力回転体の外周面との間に設けられた係合子と、前記係合子を周方向の一方側へ付勢する付勢部材とを備える。そして、前記出力回転体の外周面に、前記一方側へ向かって前記収納室の内周面との間を徐々に狭めるカム面と、前記カム面の前記一方側に隣接する凹部とを形成し、前記入力回転体に、前記凹部に対し周方向の遊びを有する状態で嵌り合うとともに、前記凹部内から遠心方向へ突出する押圧伝達部を形成している。そして、前記係合子を、前記カム面および前記収納室の内周面に接触するように配置し、前記入力回転体が前記一方側に対する他方側に回転した際に、前記押圧伝達部を前記係合子に当接した後に、同押圧伝達部を前記凹部内の周方向端面に当接して前記出力回転体を押動するようにしたクラッチ機構である。更に、前記カム面と前記凹部内の周方向端面との角度を、９０°以上に設定したことを特徴とする。

　本発明は、以上説明したように構成されているので、変形等に起因する作動不良を軽減することができる。

本発明に係るクラッチ機構の一例について要部を示す構造図である。同クラッチ機構の縦断面図である。同クラッチ機構の要部拡大図である。本発明に係るクラッチ機構の他例について要部を示す構造図である。同他例の要部拡大図であり、係合子が押圧伝達部に当接した状態を示す。

　本実施の形態の第一の特徴は、円柱状空間を有する収納室と、前記収納室に同軸状に収納された出力回転体と、前記出力回転体に対し同軸状に設けられた入力回転体と、前記収納室の内周面と出力回転体の外周面との間に設けられた係合子と、前記係合子を周方向の一方側へ付勢する付勢部材とを備える。そして、前記出力回転体の外周面に、前記一方側へ向かって前記収納室の内周面との間を徐々に狭めるカム面と、前記カム面の前記一方側に隣接する凹部とを形成し、前記入力回転体に、前記凹部に対し周方向の遊びを有する状態で嵌り合うとともに、前記凹部内から遠心方向へ突出する押圧伝達部を形成している。そして、前記係合子を、前記カム面および前記収納室の内周面に接触するように配置し、前記入力回転体が前記一方側に対する他方側に回転した際に、前記押圧伝達部を前記係合子に当接した後に、同押圧伝達部を前記凹部内の周方向端面に当接して前記出力回転体を押動するようにしたクラッチ機構である。更に、前記カム面と前記凹部内の周方向端面との角度を、９０°以上に設定した。
　この構成によれば、前記カム面において、前記凹部寄りの部分や、前記カム面と前記凹部とが交差する角部等が、前記係合子から受ける接触荷重により変形するのを防ぐことができる。

　第二の特徴として、解除動作を良好にするために、前記押圧伝達部の周方向端面は、前記凹部の周方向端面に対向する第１の面と、前記凹部の外側で前記第１の面に対し反係合子側へ傾斜した第２の面とを有する。

　第三の特徴として、回転力を良好に伝達するために、前記第１の面は、前記凹部内の周方向端面が前記出力回転体の回転中心部を中心にして回転した面となるように形成され、前記第２の面は、前記係合子に接触し且つ前記出力回転体の回転中心部を通る面となるように形成されている。

　次に、上記特徴を有する好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。

　このクラッチ機構１は、図２の（Ａ）－（Ａ）線断面である図１および図１の（Ｂ）－（Ｂ）線方向から見たクラッチ機構１の側断面図である図２に示すように、収納室１１を有する固定部材１０と、収納室１１に同軸状に収納された出力回転体２０と、出力回転体２０に対し同軸状に設けられた入力回転体３０（図２参照）を有する。そして、収納室内周面１１ａと出力回転体２０の外周面との間に設けられた一対の係合子４１，４２と、一方の係合子４１を周方向の一方側（図１によれば時計方向側）へ付勢するとともに他方の係合子４２を周方向の他方側（図１によれば反時計方向側）へ付勢する付勢部材５０とを備える。
　そして、このクラッチ機構１は、入力回転体３０に回転力を発生させた際に、この回転力を出力回転体２０に伝達して該出力回転体２０を回転させ、また、出力回転体２０に対し外部から回転力が加わった際には、該出力回転体２０を回転不能にロックする。

　固定部材１０内部の収納室１１は、内周面１１ａにより囲まれた略円柱状の空間である。内周面１１ａは、凹凸のない円筒内周面状の曲面である。
　固定部材１０は、図示しない不動部位（例えば、テープフィーダの支持基板等）に、回転不能に固定される。

　出力回転体２０は、収納室１１に同芯状に配置された略円板状の部材であり、その中心側が固定部材１０に対し回転自在に支持されている。この出力回転体２０は、固定部材１０に対し回転自在に嵌め合せられるとともに、その中心部に、外部へ露出した出力軸２４を一体に有する。
　この出力回転体２０の外周部には、周方向の一方側（図１によれば時計方向側）へ向かって収納室１１の内周面１１ａとの間を徐々に狭める一方のカム面２１と、前記一方のカム面２１に背反するように他方側（図１によれば反時計方向側）へ向かって収納室１１の内周面１１ａとの間を徐々に狭める他方のカム面２３と、カム面２１又は２３に隣接する凹部２２と、付勢部材５０を係止するための係止部２５とが、所定角度（等間隔）置きに複数組（図示例によれば３組）並べ設けられる。

　カム面２１とカム面２３は、左右対称に設けられる。各カム面２１，２３は、周方向に湾曲する凸曲面状に形成され、より詳細に説明すれば、収納室内周面１１ａの半径から、各係合子４１，４２の直径を減じた値よりも大きな半径の円弧状に形成されるとともに、該円弧の中心位置を出力回転体２０の中心位置からずらすようにしている。

　凹部２２は、出力回転体２０の外周面から求心方向へ凹むとともに、出力回転体２０を軸方向へ貫通している。この凹部２２内の周方向の両端には、後述する入力回転体３０の押圧伝達部３１によって押圧される被押圧面２２ａ，２２ｂを有する。これら被押圧面２２ａ，２２ｂは、径方向へわたる平坦面状に形成され、一方の被押圧面２２ａは、一方のカム面２１と交差し、他方の被押圧面２２ｂは、他方のカム面２３と交差している。

　係止部２５は、出力回転体２０の外周部において、背反する一方のカム面２１と他方のカム面２３との間に凹状に形成される。

　入力回転体３０は、出力回転体２０に対し軸方向へ並ぶように設けられた略円盤状の部材である（図２参照）。
　この入力回転体３０は、中心側において、軸方向の一端側（図２によれば左端側）を出力回転体２０に対し双方向へ回動するように嵌め合せ、また、軸方向の他端側に、軸部３３を突設している。軸部３３は、回転力を入力するための入力軸として用いてもよいし、該入力回転体３０を安定的に回転支持するための支持軸として用いてもよい。
　また、入力回転体３０における出力回転体２０側の側面には、凹部２２毎に対応するように、周方向に所定間隔を置いて複数（図示例によれば３つ）の押圧伝達部３１が突設されている。

　押圧伝達部３１は、出力回転体２０の凹部２２に対し周方向の遊びを有する状態で嵌り合うとともに、凹部２２内から遠心方向へ突出する略扇形状に形成され、周方向の両端部に、出力回転体２０の被押圧面２２ａ，２２ｂに当接可能であって、且つ係合子４１，４２にも当接可能な当接面３１ａ，３１ｂを有する。

　また、係合子４１，４２は、円柱状又は球状（図示例によれば円柱状）に形成され、一方及び他方のカム面２１，２３に対応して一対に設けられている。
　一対の係合子４１，４２のうち、一方の係合子４１は、一方のカム面２１および収納室内周面１１ａに接触するように配置され、他方の係合子４２は、他方のカム面２３および収納室内周面１１ａに接触するように配置される。そして、各係合子４１，４２は、後述する付勢部材５０に押圧された状態で、凹部２２の各被押圧面２２ａ，２２ｂよりも凹部２２内側へ若干突出した位置で静止している。より詳細に説明すれば、各係合子４１，４２は、図１に示すように、これら係合子４１，４２間の中央位置から、収納室内周面１１ａの中心部を回転中心にして、２０～３０°回転した位置に静止している。

　付勢部材５０は、長尺平板状のばね材をＹ字二股状に曲げ成形したものであり、その曲げ部分が出力回転体２０の係止部２５に嵌合固定される。
　この付勢部材５０において、二股状に分かれた各片部は、対応する係合子４１又は４２の外周面に当接して、係合子４１（又は係合子４２）を、カム面２１又は２３と収納室内周面１１ａとの間に押し付けている。

　次に、上記構成のクラッチ機構１の動作について詳細に説明する。
　先ず、出力回転体２０及び入力回転体３０の何れにも回転力が加わっていない状態（図１参照）では、係合子４１，４２が、それぞれ、付勢部材５０に押圧されて、カム面２１又は２３と収納室１１の内周面１１ａとの間の楔状部分に押し付けられ、出力回転体２０が静止状態に維持される。

　前記状態において、入力回転体３０に、一方向への回転力が加わった場合には、入力回転体３０の押圧伝達部３１が、先ず一方の係合子４１に当接することで、該係合子４１とカム面２１との摩擦、および該係合子４１と収納室内周面１１ａとの摩擦が小さくなり、その後で、押圧伝達部３１が凹部２２内の被押圧面２２ａに当接して出力回転体２０を押動する。このため、出力回転体２０が前記一方向へスムーズに回転する。
　また、入力回転体３０に前記一方向に対する逆方向の回転力が加わった場合も、前記と略同様にして、出力回転体２０が前記逆方向へスムーズに回転する。

　また、前記静止状態において、出力回転体２０に外部から一方向又は他方向への回転力が加わった場合には、回転しようとする出力回転体２０のカム面２１又は２３と収納室内周面１１ａとの間に、係合子４１又は４２が食い込むようにして強く押し付けられるため、出力回転体２０の回転が阻まれる。

　上記構成のクラッチ機構１において、本願発明者らは、試行錯誤の実験の末、カム面２１又は２３と凹部２２内の周方向端面（被押圧面２２ｂ又は２２ａ）とが交差する角部ｘの角度αを９０°以上に設定することで、角部ｘの摩耗や変形等を顕著に軽減できることを見出した。

　図３に例示するように、出力回転体２０と押圧伝達部３１との接触面（被押圧面２２ａ）については、出力回転体２０における係合子４１との接触面（円弧状のカム面２１）の円中心と出力回転体２０の回転中心部とを結んでできる直線上の任意の点を通り、かつ係合子４１と接するような直線Ｌを、出力回転体２０の回転中心部を中心にして１～４°程度回転させてできる面を採用することで、角部ｘの角度αを増加させることができる。
　角部ｘの角度αは、係合子４１から出力回転体２０接触面（カム面２１）に働く面直荷重の方向を基準にしてみた場合に、角部ｘが梁状に突き出さないような状態にするのが好ましく、図示例によれば約９０°に設定されている。

　よって、上記構成のクラッチ機構１によれば、カム面２１，２３において、凹部２２寄りの部分や、カム面２１，２３と凹部２２とが交差する角部ｘ等が、係合子４１，４２から受ける接触荷重により変形するのを防ぐことができる。したがって、係合子４１，４２が滑ってロック不良を生じたり、係合子４１，４２が収納室内周面１１ａとカム面２１，２３との間で凹部２２寄りに噛み込み解除不能になったり等、前記変形等に起因する作動不良を軽減することができる。

　次に、本発明に係る他の実施例について説明する。
　なお、以下に示す実施例２は、上記実施例１の一部を変更したものであるため、主にその変更部分について詳述し、同一の部分に同一の符号を用いるとともに重複する説明を省略する。

　図４に示すクラッチ機構２は、上述したクラッチ機構１に対し、凹部２２を凹部２４に置換するとともに、押圧伝達部３１を押圧伝達部３２に置換した構成とされる。

　凹部２４は、図４に示すように、出力回転体２０の外周面から求心方向へ凹むとともに、出力回転体２０を軸方向へ貫通している。この凹部２４内の周方向の両端には、押圧伝達部３２によって押圧される被押圧面２４ａ，２４ｂを有する。これら被押圧面２４ａ，２４ｂは、平坦面状に形成される。一方の被押圧面２４ａは、一方のカム面２１との交差部分に角部ｘを有する。他方の被押圧面２４ｂは、他方のカム面２３との交差部分に角部ｘを有する。
　各角部ｘは、上記クラッチ機構１と同様に、９０°以上に設定される。

　また、押圧伝達部３２は、その周方向端面を、第１の面３２ａ１，３２ｂ１と、第１の面３２ａ１，３２ｂ１に接続された第２の面３２ａ２，３２ｂ２とから構成される。

　第１の面３２ａ１，３２ｂ１は、それぞれ、対向する被押圧面２４ａ又は２４ｂを、出力回転体２０の回転中心部を中心にして回転させることにより形成される平面である。

　また、第２の面３２ａ２，３２ｂ２は、それぞれ、凹部２４の外側において、第１の面３２ａ１，３２ｂ１に対し、反係合子側（詳細に説明すれば、当接対象となる係合子４１又は４２側に対する反対側）へ傾斜するとともに、出力回転体２０の回転中心部を通る平面である。この第２の面３２ａ２，３２ｂ２は、図５に示す好ましい一例によれば、係合子４１，４２の公転軌道ｐに対し略直交する平面になっている。

　よって、上記構成のクラッチ機構２によれば、上記クラッチ機構１と同様に、角部ｘの変形を防いで作動不良を軽減できる上、回転力を効率的に伝達でき、しかも、ロック状態からの解除動作も良好である。

　なお、上記実施例によれば、外部から、出力回転体２０に対し一方向と他方向（時計方向と反時計方向）の何れの方向の回転力を加えた場合でも、係合子４１，４２等の作用によって出力回転体２０が拘束されるようにしたが、他例としては、何れか一方向の回転力を加えた場合のみ出力回転体２０を拘束する態様とすることが可能である。この態様は、例えば、上記クラッチ機構１から一方の係合子４１を全て省いた構成とすればよい。

　また、上記実施例によれば、固定部材１０に対し出力回転体２０を回転自在に支持し、さらに出力回転体２０に対し入力回転体３０を回転自在に支持する構成（図２参照）としたが、この支持構造は、出力回転体２０と入力回転体３０がそれぞれ双方向へ回転する支持構造であればよく、他例としては、単一の軸部材によって出力回転体２０と入力回転体３０をそれぞれ回転自在に支持する構造等とすることが可能である。

　また、上記実施例によれば、出力回転体２０の外周部に、カム面２１，２３、凹部２２、係合子４１，４２及び付勢部材５０等を３組並べ設けたが、他例としては、これらを２組又は４組以上設けることも可能である。

　１，２：クラッチ機構
　１０：固定部材
　１１：収納室
　１１ａ：収納室内周面
　２０：出力回転体
　２１，２３：カム面
　２２：凹部
　２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂ：被押圧面
　３０：入力回転体
　３１，３２：押圧伝達部
　３１ａ，３１ｂ：当接面
　３２ａ１，３２ｂ１：第１の面
　３２ａ２，３２ｂ２：第２の面
　４１，４２：係合子
　５０：付勢部材
　ｘ：角部

Claims

　円柱状空間を有する収納室と、前記収納室に同軸状に収納された出力回転体と、前記出力回転体に対し同軸状に設けられた入力回転体と、前記収納室の内周面と出力回転体の外周面との間に設けられた係合子と、前記係合子を周方向の一方側へ付勢する付勢部材とを備え、
　前記出力回転体の外周面に、前記一方側へ向かって前記収納室の内周面との間を徐々に狭めるカム面と、前記カム面の前記一方側に隣接する凹部とを形成し、
　前記入力回転体に、前記凹部に対し周方向の遊びを有する状態で嵌り合うとともに前記凹部内から遠心方向へ突出する押圧伝達部を形成し、
　前記係合子を、前記カム面および前記収納室の内周面に接触するように配置し、
　前記入力回転体が前記一方側に対する他方側に回転した際に、前記押圧伝達部を前記係合子に当接した後に、同押圧伝達部を前記凹部内の周方向端面に当接して前記出力回転体を押動するようにしたクラッチ機構であって、
　前記カム面と前記凹部内の周方向端面との角度を、９０°以上に設定したことを特徴とするクラッチ機構。
　前記押圧伝達部の周方向端面は、前記凹部の周方向端面に対向する第１の面と、前記凹部の外側で前記第１の面に対し反係合子側へ傾斜した第２の面とを有することを特徴とする請求項１記載のクラッチ機構。
　前記第１の面は、前記凹部内の周方向端面が前記出力回転体の回転中心部を中心にして回転した面となるように形成され、
　前記第２の面は、前記係合子に接触し且つ前記出力回転体の回転中心部を通る面となるように形成されていることを特徴とする請求項２記載のクラッチ機構。