(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記ハウジング部材および前記ロータにおいて互いに対向する一対の面の一方には前記入力回転部材の周りに沿った環状凹部が同心円状に設けられ、前記一対の面の他方には前記環状凹部に沿って移動可能な凸部が設けられ、前記環状凹部と前記凸部との間に前記粘性流体が封入される
ことを特徴とする請求項1に記載の逆入力遮断クラッチ。
【背景技術】
【0002】
逆入力遮断クラッチは、家庭用または業務用の様々な機器に組み込まれている。例えば、紙詰まりを生じた用紙を容易に引き抜けるようにするため、複写機やプリンタなどの事務機器に電磁クラッチが組み込まれている。この電磁クラッチの代替手段として、例えば下記特許文献1が提案されている。
【0003】
特許文献1の逆入力遮断クラッチでは、外輪内周面と内輪の外周面との間に介在するローラを保持する筒状の保持部が設けられ、当該保持部と外輪とはセンタリングバネを介して連結されている。
【0004】
保持器の一方の端部にはローラを収容するポケットが形成され、当該保持器の他方の端部には軸部材が挿入されている。この軸部材は、制動部材によって回転方向へ制動固定されており、当該制動部材の制動力よりも大きな回転トルクを受けた場合に回転可能となっている。また、保持器と軸部材との間の隙間には粘性流体が封入され、オイルシールおよび止め栓で密封されている。
【0005】
このような逆入力遮断クラッチでは、外輪が回転すると、これにセンタリングバネを介して連結された保持器が回転する。このとき、保持器は軸部材との間に介在する粘性流体からせん断抵抗を受ける。そのため、センタリングバネが回転方向にたわみ、その分、保持器と外輪との間に相対回転(保持器の回転遅れ)が生じる。そして、保持器の相対回転により、これに保持されたローラが保持器から力を受けてロック状態になり、外輪からの回転トルクが内輪に伝達される。
【0006】
一方、入力源が停止し、外輪および保持器の回転が止まると、粘性流体のせん断抵抗はなくなるので、センタリングバネの弾性復元力によって保持器が外輪に対し相対回転し(上記とは逆方向に相対回転する)、両者の円周方向位置がセンタリングされる。保持器のセンタリングによってローラのロック状態が解除され、この結果、内輪が外輪に対しフリーとなる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明に係る逆入力遮断クラッチの好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0016】
図1は本実施形態の逆入力遮断クラッチを示す分解斜視図であり、
図2は
図1とは別の視点で逆入力遮断クラッチを示す分解斜視図である。
図1および
図2に示すように、本実施形態の逆入力遮断クラッチ1は、ダンパー機構2、ロック解除機構3およびロック機構4を主な構成要素として備える。これらダンパー機構2、ロック解除機構3およびロック機構4は、入力回転部材5と出力回転部材6との間であって、当該入力回転部材5および出力回転部材6の回転軸AX上に設けられる。
【0017】
ダンパー機構2はハウジング部材21、ロータ22および粘性流体23を有し、ロック解除機構3はロータ22、センタリングスプリング31およびリテーナー32を有し、ロック機構4はリテーナー32、内輪41および外輪42を有する。
【0018】
すなわち、本実施形態の逆入力遮断クラッチ1では、ロータ22はダンパー機構2とロック解除機構3とを兼ね、リテーナー32はロック解除機構3とロック機構4とを兼ねている。
【0019】
図3は、入力回転部材5を示す斜視図である。
図3に示すように、入力回転部材5は棒状の部材であり、当該入力回転部材5の外周面には入力回転部材5の長手方向に沿って段差が形成される。
【0020】
すなわち、入力回転部材5は棒状でなり、入力側端部51、第1中間部52、第2中間部53および出力側端部54を有する。第1中間部52の外径は入力側端部51の外径よりも小さく、第2中間部53の外径は第1中間部52の外径よりも小さく、出力側端部54の外径は第2中間部53の外径よりも小さい。
【0021】
第1中間部52側の周縁には、センタリングスプリング31の一部を係止するばね係止部55が、出力側端部54に向かって突出するように設けられる。第2中間部53の外周面には、内輪41の所定部位と嵌まり合う内輪嵌合溝56が、例えば第2中間部53の軸周りに等間隔で形成される。出力側端部54には、入力回転部材5の長手方向に沿ってスナップフィット57が形成される。このスナップフィット57は、出力回転部材6の所定部位に嵌め込まれる。
【0022】
図4は、ハウジング部材21を示す斜視図である。
図4に示すように、ハウジング部材21は、円筒状の側壁21Aと、側壁21Aの一端に連結される底壁21Bとを有し、当該側壁21Aおよび底壁21Bによって収容空間が形成される。
【0023】
側壁21Aには、当該側壁21Aの外周面から突出する取付部71が形成される。この取付部71は、例えば逆入力遮断クラッチ1が組み込まれる機器などの逆入力遮断クラッチ1外部に固定される。底壁21Bには、入力回転部材5の第1中間部52、第2中間部53および出力側端部54が挿通される貫通孔72が形成される。この貫通孔72の内径は第1中間部52の外径と同程度とされる。
【0024】
なお、本実施形態ではハウジング部材21の貫通孔72に入力回転部材5が挿通された場合、第1中間部52の外周面と貫通孔72の内周面とは接し、入力回転部材5とハウジング部材21とは相対的に回転可能である。
【0025】
底壁21Bの内周面には、貫通孔72に挿通される入力回転部材5の周りに沿った環状凸部73が同心円状に設けられる。この環状凸部73はハウジング部材21の収容空間内に収まっており、当該環状凸部73には所定間隔ごとに切り込み74が形成される。この切り込み74によって同心円状に設けられる環状凸部73に挟まれる溝同士は連通される。なお、底壁21Bの内周面は、ロータ22と対向するハウジング部材21の一面である。
【0026】
図5はロータ22を出力側から示す斜視図であり、
図6はロータ22を入力側から示す斜視図である。
図5および
図6に示すように、ロータ22は、円環状の部材であり貫通孔81を有する。ロータ22の出力側となる面には、貫通孔81の周縁に沿って環状突起部82が形成される。この環状突起部82の外周面には、リテーナー32の所定部位と嵌まり合う嵌合凹部83が、例えば貫通孔81の中心軸周りに等間隔で形成される。また、環状突起部82の内周面には、センタリングスプリング31の一部を係止するばね係止溝84が、例えば隣り合う嵌合凹部83同士の間であって貫通孔81の中心軸周りに等間隔で形成される。
【0027】
一方、ロータ22の入力側となる面には、貫通孔81に挿通される入力回転部材5の周りに沿った環状凹部85が同心円状に設けられる。この環状凹部85に沿って、ハウジング部材21の環状凸部73が移動可能とされる。なお、ロータ22の入力側となる面は、ハウジング部材21における底壁21Bの内周面と対向される。
【0028】
環状凹部85の空間には粘性流体23(
図1)が詰められ、当該粘性流体23に残留する空気を外部に逃がすための空気流通路86がロータ22に設けられる。空気流通路86の一端は環状凹部85の所定部位に接続され、当該空気流通路86の他端はロータ22の出力側となる面の所定部位に接続される。
【0029】
図7は、センタリングスプリング31を示す斜視図である。
図7に示すように、センタリングスプリング31は、トーションばねと呼ばれる弾性部材であり、巻回部91と、巻回部91の一端側に連結される第1制動端子92と、当該巻回部91の他端側に連結される第2制動端子93とを有する。これら巻回部91、第1制動端子92および第2制動端子93は1本の線材により構成される。
【0030】
このセンタリングスプリング31は、入力回転部材5にロータ22とともに挿通される。入力回転部材5が回転する場合、センタリングスプリング31における第1制動端子92は入力回転部材5のばね係止部55に係止され、第2制動端子93はロータ22のばね係止溝84に係止される。すなわち、センタリングスプリング31は、入力回転部材5が回転する場合にロータ22が回転するよう入力回転部材5とロータ22とを連結する。
【0031】
図8はリテーナー32を出力側から示す斜視図であり、
図9はリテーナー32を入力側から示す斜視図である。
図8および
図9に示すように、リテーナー32は、筒状の部材であり貫通孔101を有する。このリテーナー32の出力側端部には複数のポケット102およびスリット103が形成される。
【0032】
ポケット102は、トルク伝達部材である例えば円筒状のローラ104(
図1)を収容する円柱状の切り欠きであり、周方向に沿って所定間隔で形成されている。ポケット102の開口径はローラ104の直径よりも僅かに大きくされる。スリット103は、板ばね105(
図1)を収容する溝状の切り欠きであり、各ポケット102の周方向において互いに対向する部位に連通しその部位から外側に向かって形成される。なお、ローラ104は、内輪41の外周面と外輪42の内周面との間において周方向に沿って所定間隔で配置される(
図1および
図2)。一方、リテーナー32の入力側端部には、ロータ22の嵌合凹部83と嵌り合う嵌合凸部106が、例えば貫通孔101の中心軸周りに等間隔で形成される。
【0033】
図1および
図2に示すように、内輪41は、入力回転部材5と連動して回転する環状部材である。この内輪41の内周面は例えば六角柱の外形状に形成されており、その六角柱の6つの側面部位が入力回転部材の第2中間部53に形成される内輪嵌合溝56に嵌め合わされて、当該第2中間部53に内輪41が固定される。また、内輪41の外周面には、カム面111が複数形成されている。本実施形態では、内輪41の外周面が六角柱の外形状に形成されており、その六角柱の6つの側面に対応する外形面がカム面111とされる。外輪42は、内輪41の外径よりも大きい内径を有する環状部材であり、当該内輪41と同心状に配置される。
【0034】
出力回転部材6は、筒状の部材であり貫通孔121を有する。この貫通孔121には外輪42が嵌め込まれて固定される。この出力回転部材6における出力側端部の貫通孔121の周縁部位には、入力回転部材5の出力側端部54に形成されるスナップフィット57が引っ掛けられる。
【0035】
次に、逆入力遮断クラッチ1の組み立て例について説明する。
【0036】
図1および
図2に示すように、まず、入力回転部材5の第2中間部53に内輪41が固定され、出力回転部材6の貫通孔121に外輪42が固定される。また、ロータ22における環状凹部85の空間に粘性流体23が詰められる。さらに、リテーナー32の各ポケット102にローラ104が収容され、当該リテーナー32の各スリット103に板ばね105が収容されることで、複数のローラ104がリテーナー32に保持される。
【0037】
次いで、入力回転部材5に対して、ハウジング部材21、ロータ22、センタリングスプリング31、リテーナー32および出力回転部材6が順次挿通され、当該入力回転部材5のスナップフィット57が出力回転部材6の出力側端部に引っ掛けられる。
【0038】
このようにして逆入力遮断クラッチ1が組み立てられた場合、入力回転部材5に挿通される各部品はスナップフィット57によって押されるとともに、当該入力回転部材5の入力側端部51によって抜けないよう抑え止められる。この結果、ダンパー機構2、ロック解除機構3およびロック機構4が分離せず、入力回転部材5に挿通される各部品が入力回転部材5の長手方向に移動しないよう規制される。
【0039】
また、逆入力遮断クラッチ1が組み立てられた場合、
図10に示すように、ロータ22の環状凹部85の空間に詰められた粘性流体23は、当該環状凹部85に嵌め入れられるハウジング部材21の環状凸部73と環状凹部85との間に封入される。
【0040】
粘性流体23としては例えばオイルやグリスなどが挙げられる。粘性流体23がグリスである場合、当該グリスは半固定状態あるいは塑性状態になっているため、オイルシールを設けなくても外部に流失することがない。したがって、粘性流体23はグリスとされることが好ましい。なお、シリコーン系合成油を基油とし、増ちょう剤の割合が3〜30%とされるグリスが用いられた場合には特に好ましい。
【0041】
なお、センタリングスプリング31を挿通する場合、センタリングスプリング31における巻回部91の一端側に連結される第1制動端子92の少なくとも一部は、入力回転部材5における第1中間部52の周縁に形成されるばね係止部55周りの空間に配置される。また、巻回部91の他端側に連結される第2制動端子93の少なくとも一部は、ロータ22における環状突起部82の内周面に形成されるばね係止溝84内に配置される。
【0042】
次に、逆入力遮断クラッチ1の動作について説明する。
【0043】
逆入力遮断クラッチ1は所定の機器に組み込まれる。すなわち、少なくとも、逆入力遮断クラッチ1におけるハウジング部材21の取付部71が機器の所定部位に固定され、入力回転部材5が機器の入力機構と接続され、出力回転部材6が機器の出力機構と接続される。
【0044】
機器の入力機構によって入力回転部材5が第1回転方向に回転すると、その入力回転部材5に挿通されているセンタリングスプリング31の第1制動端子92がばね係止部55に当接し、センタリングスプリング31が回転する。
【0045】
センタリングスプリング31が回転すると、そのセンタリングスプリング31の第2制動端子93がロータ22のばね係止溝84の溝壁に当接し、ロータ22が回転する。このロータ22の嵌合凹部83にはリテーナー32の嵌合凸部106が嵌め込まれてロータ22とリテーナー32とが結合しているため、当該ロータ22が回転するとそのロータ22とともにリテーナー32も回転する。
【0046】
ところで、ロータ22の入力側に配置されるハウジング部材21は、当該ハウジング部材21の取付部71を介して機器の所定部位に固定されているため、入力回転部材5とともに回転しない状態にある。このため、ロータ22が回転すると、ハウジング部材21の環状凸部73と、ロータ22の環状凹部85との間に封入される粘性流体23のせん断抵抗をロータ22が受けることになる。このせん断抵抗がセンタリングスプリング31の第1制動端子92および第2制動端子93に働く弾性力よりも大きくなると、ロータ22の回転速度は入力回転部材5の回転速度よりも遅くなるとともに、当該第1制動端子92および第2制動端子93が回転方向へ撓むように変形する。
【0047】
ロータ22の回転速度が入力回転部材5の回転速度よりも遅くなると、当該ロータ22に結合されるリテーナー32の回転も遅くなり、当該リテーナー32と、入力回転部材5に固定された内輪41との回転速度に差が生じる。この結果、
図11に示すように、内輪41と外輪42との相対的位置関係が変化することで、内輪41の外周面と外輪42の内周面との間が狭まる楔状の狭窄部NPにローラ104が噛み込むように係止し、ロック状態となる。これによりローラ104は内輪41から外輪42に入力トルクを伝達し、当該外輪42は内輪41とともに回転することになる。
【0048】
なお、内輪41の外周面の形状にばらつきがあると、複数のローラ104の一部のローラ104が狭窄部NPに係止しているにもかかわらず、他のローラ104が狭窄部NPに係止していない場合が生じ得る。このような場合であっても、ローラ104に対して周方向の両側から付勢する板ばね105の一方が撓むことでリテーナー32が狭窄部NPに移動し、当該狭窄部NPに係止していなかった他のローラ104が狭窄部NPに係止される。
【0049】
一方、機器の入力機構によって入力回転部材5の回転が停止すると、ハウジング部材21の環状凸部73と、ロータ22の環状凹部85との間に封入される粘性流体23のせん断抵抗が小さくなる。このため、せん断抵抗がセンタリングスプリング31の第1制動端子92および第2制動端子93に働く弾性力よりも弱まる。この弾性力がせん断抵抗よりも弱まると、変形状態にあった第1制動端子92および第2制動端子93が復元することで、第1回転方向とは逆の第2回転方向にリテーナー32が移動される。
【0050】
この結果、内輪41と外輪42との相対的位置関係が変化することで狭窄部NPからローラ104が離脱し、ロック解除状態となる。これによりローラ104は狭窄部NPに噛み合わない基準位置(センタリング位置)に戻ることになり、この結果、出力回転部材6からの逆入力トルクが入力側に伝達されずに空転する。
【0051】
以上のとおり、本実施形態の逆入力遮断クラッチ1では、センタリングスプリング31によるロック解除機構が活かされつつも、そのセンタリングスプリング31によって連結されるロータ22にせん断抵抗が与えられてロックできる構成とされる。
【0052】
このセンタリングスプリング31は、ロータ22において粘性流体23を介してハウジング部材21が嵌められる側とは逆側に配置されているため、当該粘性流体23のせん断抵抗を受けることはない。したがって、上記特許文献1の逆入力遮断クラッチのようにロック状態・ロック解除状態との間には上述したようなトレードオフ関係が生じなくなる。このため、センタリングスプリング31の弾性力を厳密に規定しなくても、クラッチ動作を支障なく実行させることができる。こうして、クラッチ動作をスムーズに実行させる得る逆入力遮断クラッチ1が実現される。
【0053】
なお、本実施形態の場合、ハウジング部材21においてロータ22と対向する面に環状凸部73が同心円状に設けられ、当該ロータ22においてハウジング部材21と対向する面に環状凹部85が同心円状に設けられる。そして、これら環状凸部73と環状凹部85との間に粘性流体23が封入される。したがって、環状凸部73と環状凹部85とが同心円状に設けられていない場合に比べてロータ22に与えられる粘性流体23のせん断抵抗を大きくすることができる。この結果、クラッチ動作を速やかに移行させることが可能となる。
【0054】
また、粘性流体23としてグリスが用いられた場合、当該グリスは単位時間あたりの回転数がある程度上がるとせん断抵抗が上がらなくなる特性(チキソトロピー性)を有している。このため、せん断抵抗が上がり続けるオイルなどが粘性流体23として用いられる場合に比べて、上記特許文献1の制動部材などを設けなくても、過剰なトルク伝達を防止することができる。
【0055】
以上、実施形態が一例として説明されたが、本発明は上記実施形態の逆入力遮断クラッチ1に限定されず、当該逆入力遮断クラッチ1の各種構成要素を本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変形することができる。
【0056】
例えば、上記実施形態では、ハウジング部材21においてロータ22と対向する面に環状凸部73が設けられ、当該ロータ22においてハウジング部材21と対向する面に環状凹部85が設けられた。しかしながら、ハウジング部材21においてロータ22と対向する面に環状凹部85が設けられ、当該ロータ22においてハウジング部材21と対向する面に環状凸部73が設けられていてもよい。ハウジング部材21およびロータ22において互いに対向する一対の面の一方に入力回転部材5の周りに沿った環状凹部85が同心円状に設けられ、当該一対の面の他方に環状凸部73が設けられていてもよい。
また、環状凸部73に代えて棒状凸部が底壁21Bの内周面から突出するように設けられていてもよい。すなわち、環状凹部85に沿って移動可能な凸部が設けられていればよい。
さらに、環状凸部73および環状凹部85が省略され、ロータ22においてハウジング部材21と対向する面側を、粘性流体23を介して覆うハウジング部が適用されてもよい。要するに、粘性流体23を介してロータ22が嵌め入れられるハウジング部材であればよい。
【0057】
また上記実施形態では、入力回転部材5に挿通される各部品がスナップフィット57によって押されるとともに、当該入力回転部材5の入力側端部51によって抜けないよう抑え止められ、当該部品が定置された。しかしながら、スナップフィット57と入力側端部51との双方または一方が止め輪に変更されてもよい。また、入力回転部材5の所定部位に貫通孔を設け、その貫通孔に止めピンを挿入することで、入力回転部材5に挿通される各部品が定置されてもよい。
【0058】
また上記実施形態では、ハウジング部材21とロータ22とが別体とされたが、これらが一体に成形されてもいてもよい。また、入力回転部材5と内輪41とが別体とされたが、これらが一体に成形されていてもよい。さらに、出力回転部材6と外輪42とが別体とされたが、これらが一体に成形されていてもよい。
【0059】
また上記実施形態では、内輪41の外周面にカム面111が形成されて、当該内輪41の外周面と外輪42の内周面との間に狭窄部NPが設けられた。しかしながら、外輪42の内周面にカム面111が形成されて、当該外輪42の内周面と内輪41の外周面との間に狭窄部が設けられてもよい。また、カム面を有するポケットが外輪42の内周面または内輪41の外周面に設けられていてもよい。
【0060】
また上記実施形態では、板ばね105がリテーナー32と別体とされた。しかしながら、板ばね105はリテーナー32と一体に成形されていてもよい。このようにした場合、ローラ104のスリット103を省略することができる。なお、板ばね105とスリット103とのそれぞれを省略するようにしてもよい。
【0061】
また上記実施形態では、内輪41を右回りおよび左回りの双方向に回転可能な双方向クラッチが適用された。しかしながら、内輪41を右回りまたは左回りの一方向にのみ回転可能なワンウェイクラッチが適用されてもよい。このようなワンウェイクラッチを適用する場合、例えば、リテーナー32と内輪41が可動出来る範囲を片側半分にして、板バネ105の数を半分にすることで実現できる。
【0062】
また上記実施形態では、入力軸部材5が棒状とされ、当該入力軸部材5の外周面に外輪42が固定された。しかしながら、入力軸部材が管状とされ、当該入力軸部材の内周面に外輪が固定されるようにすることも可能である。
例えば、
図1との対応部分に同一符号を付した
図12に示す逆入力遮断クラッチが可能である。この逆入力遮断クラッチの入力軸部材110は、外筒111とギア112とで構成され、当該外筒111とギア112との回転軸が一致する状態で、外筒111とギア112とがノックピン113により固定される。外筒111の内径は外輪42の外径と同程度とされ、当該外筒111の所定部位に溝もしくは貫通孔が形成されることでばね係止部55が設けられる。
一方、この逆入力遮断クラッチの出力回転部材120は円柱状の軸部材とされ、当該出力回転部材120の一端側の外周面が切り欠かれて断面形状が半円状とされる。また、逆入力遮断クラッチの内輪130は中空の棒部材とされ、当該内輪130の内面の一端側にはDカットと呼ばれる突出部131が形成される。この突出部131によって内輪130に挿通される出力回転部材120が切欠部位121で固定される。
このような逆入力遮断クラッチの組み立て例としては、まず、出力回転部材120に対して内輪130が挿通され、入力軸部材110の外筒111内に外輪42が固定される。次いで、内輪130に対してハウジング部材21、ロータ22、センタリングスプリング31、リテーナー32および入力軸部材110が順次挿通される。その後、内輪130に対して、その内輪130に挿通された各部材の両端側から止め具140が嵌め込まれて、当該各部位材が定着される。
なお、
図12に示す例ではロータ22とリテーナー32とが一体に成形されているが、上記実施形態のロータ22とリテーナー32のように別体に成形されていてもよい。また、上記実施形態のロータ22とリテーナー32とが一体に成形されていてもよい。