JP7536264B2 - クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、入力された回転トルクを伝達するクラッチに関し、特に出力軸から所定値以上の回転トルク入力がある場合に回転を停止させるクラッチに関する。

従来、回転トルクを伝達する伝達装置において、入力軸が逆回転する場合には入力トルクが伝達されない一方向クラッチが知られている。特許文献１に開示されているクラッチでは、特許文献１の図２等に示されているように、入力軸１と、出力外輪３との間にローラ１３が配置された構造を備えている。入力軸１が一方向に回転すると、ローラ１３は入力軸１と、出力外輪３との間に設けられている楔形状空間に押し込まれる。押し込まれたローラ１３は、入力軸１と、出力外輪３との間に入り込んで固定され、両者を一体化する連結部材となり、入力軸１と、出力外輪３とが連結状態になる。その結果、入力軸１と、出力外輪３とは、一体的に回転する。

一方、入力軸が上記に対して逆回転する場合、又は出力軸に入力と同方向で所定値以上のトルク入力がある場合には、ローラ１３は楔形状空間から解放され、入力軸１と、出力外輪３とは、入力トルクが伝達されない非連結状態になる。

特開２０１７－１５１７３号公報

しかしながら、ローラ１３は、周囲の部材に対して常に滑りながら移動しているため、安定作動の点から、高速回転では用いることが困難であった。そのため、例えばモータ出力を入力する場合は、モータ出力回転をクラッチの許容回転数以下に減速して入力していた。すなわち、クラッチの許容回転数以下の入力回転数でのみ使用可能という制限があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、高速回転でも回転トルクを伝達するとともに、入力軸への回転トルクに対し出力軸からの所定値以上の回転トルク入力がある場合には、入力回転トルクを伝達しないクラッチを提供することを目的としている。

本実施の形態に係るクラッチは、凹部を有しており、回転トルクが入力される入力部材と、入力部材から伝達される回転トルクを出力する出力部材と、入力部材と出力部材とを回転可能に保持するケース部材と、を備え、出力部材は、凹部に挿入され、回転トルクが伝達されるトルク中継部を有し、入力部材は、凹部に配置されており、トルク中継部が挿入される中空部を有するトルク伝達部材と、トルク伝達部材を付勢するスプリングと、を有し、出力部材から所定値以上の回転トルクが入力された場合にケース部材に接触して、入力部材に制動力が作用する。

したがって、本実施の形態に係るクラッチは、従来のような楔空間に部材が入り込んで連結する構造を備えずに構成されている。よって、高回転速度で回転トルクを伝達できるとともに、出力軸から逆入力があったときは、クラッチの回転を停止させることができる。

本実施の形態に係るクラッチを示した斜視図である。 図１のクラッチの回転軸に平行な断面による断面図である。 図１のクラッチの構成部品を示した概要図である。 図１のクラッチの第１部材を示した正面図である。 図１のクラッチの第１部材を示した左側面図である。 図１のクラッチの第１部材を示した右側面図である。 図１のクラッチの第２部材を示した正面図である。 図１のクラッチの第２部材を示した右側面図である。 図１のクラッチのトルク伝達部材を示した正面図である。 図１のクラッチのトルク伝達部材を示した左側面図である。 図１のクラッチのローラを示した正面図である。 図１のクラッチのローラを示した左側面図である。 図１のクラッチの出力部材を示した正面図である。 図１のクラッチの出力部材を示した左面図である。 図１のクラッチの出力部材を示した右面図である。 図１のクラッチの回転軸に垂直な断面による断面図である。 図１６におけるＡ部の部分拡大図である。 図１７におけるＤ部の部分拡大図である。

＜実施の形態＞
図１～図３を参照しながら、本実施の形態に係るクラッチ１００を説明する。図１は、クラッチ１００を示した斜視図である。図２は、図１のクラッチ１００の回転軸Ｘに平行な断面による断面図である。図３は、クラッチ１００の構成部品を示した概要図である。

図１に示されているとおり、クラッチ１００は、入力軸２３を有して回転トルクが入力される入力部材１０と、入力部材１０から回転トルクが伝達され、出力軸８３を有している出力部材８０と、入力部材１０及び出力部材８０を回転可能に保持しているケース部材９０とを備えている。入力部材１０と、出力部材８０とは、ともに円形の外径形状を有しており、円筒形状のケース部材９０はそれらの外縁部全周を囲んでいる。

次に、図１～図３に加えて、図４～図１８を参照しながら、クラッチ１００が備えている部材を説明する。

入力部材１０は、回転トルクが入力される第１部材２０と、第１部材２０に固定されている第２部材３０と、第１部材２０と第２部材３０とを固定している締結部材７０と、第１部材２０に収容されている、トルク伝達部材４０とスプリング５０とを有している。

図４～図６は、第１部材２０を示しており、それぞれ正面図、左側面図、及び右側面図である。第１部材２０は、回転トルクが入力される部材である。第１部材２０は、円筒形状に形成された円筒部２１と、円筒部２１の一方の端面である端面２２と、端面２２に設けられている入力軸２３とを有している。第１部材２０は、第１部材２０の回転軸Ｘ１がクラッチ１００の回転軸Ｘと同軸になるように配置されている。

図６の右側面図が示しているとおり、入力軸２３が設けられている面に対し反対側の面には、凹部２４が長手方向を径方向にして、周方向に１８０°間隔で２つ設けられている。各々の凹部２４は、凹部２４の外周側に配置されている外周側凹部２４ａと、外周側凹部２４ａより内周側に配置されている内周側凹部２４ｂとをそれぞれ有している。外周側凹部２４ａと、内周側凹部２４ｂとは径方向に直列しており、接続部には対向する互いの壁に向かって、突部２５がそれぞれ設けられている。円筒部２１の凹部２４が設けられている面には、締結部材７０が挿入される嵌合穴が、４つ設けられている。各々の凹部２４には、トルク伝達部材４０と、スプリング５０とがそれぞれ収容されている。

図９～図１０は、トルク伝達部材４０を示しており、それぞれ正面図、及び左側面図である。トルク伝達部材４０は、外形がほぼ四角で枠形状に形成されており、内側に中空部４３を有する枠部４１と、枠部４１に接続しているスプリング保持部４２とを有している。枠部４１は、外径部４５と、外径部４５に対向する内径部４４と、外径部４５と内径部４４とを接続している径方向部４６と、を有している。

内径部４４には、円筒形状のスプリング保持部４２が接続されている。スプリング保持部４２の先端側には、スプリング保持部４２の他の部分に比べ、外径が大きく形成された先端拡径部４７が設けられている。中空部４３には、出力部材８０のトルク中継部８２に回転可能に保持されたローラ６０がそれぞれ挿入されている。

図１８には、枠部４１の一部の周辺部が示されている。外径部４５の内面４５ａは、外径部４５の両端部ほど、すなわち径方向部４６に近づくほど、内径部４４側に張り出して形成されている。後述するように、ローラ６０は、クラッチ１００の停止状態、及び、入力軸２３に回転トルクが入力され、かつ出力軸８３からの回転トルク入力がない場合には、外径部４５の内面４５ａの左右方向の中央部に位置している。

トルク伝達部材４０とスプリング５０とは、スプリング５０にスプリング保持部４２が挿入されて一体に組み立てられた状態で、凹部２４にそれぞれ収容されている。枠部４１は外周側凹部２４ａに、スプリング保持部４２とスプリング５０とは内周側凹部２４ｂに収容されている。この状態で、スプリング５０の一端部は突部２５に接しており、他端部はスプリング保持部４２の先端拡径部４７に接している。したがって、トルク伝達部材４０は、スプリング５０によりトルク伝達部材４０の中心である回転軸Ｘ１方向に付勢されている。

トルク伝達部材４０はスプリング５０により回転軸Ｘ１に向かって付勢されているので、トルク伝達部材４０の外径部４５の内面４５ａは、ローラ６０の外周面に押し付けられている。また、トルク伝達部材４０の外径部４５の内面４５ａは、外径部４５の両端部ほど、内径部４４側に張り出して形成されている。ローラ６０は、入力軸２３に入力される回転トルクに対し、出力軸８３に所定値以上の回転トルクが入力された時に、外径部４５の内面４５ａ上を移動する。すなわち、ローラ６０が外径部４５の内面４５ａ上を移動するには、外径部４５の両端部側ほど急斜面に形成されている外径部４５の内面４５ａ上を、回転軸Ｘ１に向かって付勢しているスプリング５０の付勢力に打ち勝つ周方向の回転トルクがトルク中継部８２を介してローラ６０に作用する必要がある。入力部材１０に制動力がかかる出力軸８３への回転トルク入力の所定値は、外径部４５の内面４５ａの斜面形状、すなわち斜面度合と、スプリング５０の付勢力とにより決定される。したがって、これらを変えることで、入力部材１０に制動力がかかる時の出力軸８３への回転トルク入力値を変更することができる。

図７～図８には、第２部材３０が示されている。図７は第２部材３０の正面図、図８は第２部材３０の右側面図である。第２部材３０は、凹部２４にトルク伝達部材４０とスプリング５０とが収容された状態で、凹部２４を塞ぐように、複数の締結部材７０で第１部材２０に固定されている。第２部材３０は、第１部材２０の円筒部２１の外径と同径に形成された円板である。第２部材３０は、第２部材３０の回転軸Ｘ２がクラッチ１００の回転軸Ｘと同軸になるように配置されている。第２部材３０には、第１部材２０に接する一端面３０ａから反対面である他端面３０ｂまで貫通する第１貫通孔３１が、周方向において１８０°間隔で２つ設けられている。

また、第２部材３０には、第１貫通孔３１を避けた位置、かつ第１部材２０に設けられている４つの嵌合穴２６に対応する位置に、締結部材７０が挿入される第２貫通孔３２がそれぞれ設けられている。第２貫通孔３２は、他端面３０ｂ側に、第２貫通孔３２の直径より大きい円形溝である拡径部３３が、第２貫通孔３２と同軸に形成されている。締結部材７０は、頭部７１を有している部材であり、例えばボルトである。拡径部３３は、第２貫通孔３２に通される締結部材７０の頭部７１を収容する溝である。第２部材３０を第１部材２０に締結している締結部材７０の頭部７１が拡径部３３に収容されることで、頭部７１が第２部材３０の他端面３０ｂから出っ張ることがなく、他端面３０ｂがフラットになる。それにより、他端面３０ｂ側に配置される出力部材８０は、わずかな隙間を介して他端面３０ｂに接近して配置することができ、クラッチ１００の軸方向寸法を小さくすることができる。

図１３～図１５には、出力部材８０が示されている。図１３～図１５は、それぞれ出力部材８０の正面図、左側面図、及び右側面図である。出力部材８０は、出力部材８０の回転軸Ｘ３がクラッチ１００の回転軸Ｘと同軸になるように配置されている。出力部材８０は、円板部８１と、円板部８１の第１部材２０側である一端面８１ａにおいて、第１貫通孔３１に対応して円周方向に１８０°間隔で設けられている円筒形状のトルク中継部８２と、円板部８１の一端面８１ａの反対面である他端面８１ｂの中心部に設けられている出力軸８３とを有している。出力部材８０は、トルク中継部８２が第２部材３０の第１貫通孔３１にそれぞれ挿入されて、第２部材３０に組み立てられている。

トルク中継部８２は、中空円筒形状のローラ６０の中空部６１に挿入されて、それぞれがローラ６０を回転可能に保持している。すなわち、それぞれのトルク中継部８２は、第２部材３０の第１貫通孔３１を貫通した状態で、ローラ６０の中空部６１に挿入されている。第１貫通孔３１の内径は、トルク中継部８２の外径より大きく形成されている。そのため、出力部材８０は、第２部材３０に組み立てられている状態において、出力軸８３の回転軸Ｘ３を中心に、ローラ６０が枠部４１の何れか一方の径方向部４６にあたるまで、回転軸Ｘ３を中心に回転することができる。

図２に示されているように、ケース部材９０は、連結した状態の第１部材２０と、第２部材３０と、出力部材８０とを回転可能に保持している。図３に示されているように、ケース部材９０は、ケース本体９１と、ケース本体９１の内周面に全周にわたって配置されている複数のコロ９２と、複数のコロ９２を周方向に一定間隔で回転可能に保持しているコロ保持器９３とを有している。

ケース本体９１は、円形である入力部材１０と、出力部材８０とを外側全周を囲んでいる中空の円筒形状部材である。ケース本体９１の両端面は、円筒形状の端部から中心方向に向かって所定の長さの側面部９４がそれぞれ設けられている。側面部９４は、複数の円筒形状のコロ９２を保持しているコロ保持器９３の軸方向の両端部に届く長さに形成されており、コロ保持器９３の軸方向の両端部との間にわずかな隙間を有して、コロ保持器９３を抜け止め保持している。コロ保持器９３は、複数のコロ９２を等間隔で保持するために、コロ９２よりわずかに大きい複数の穴が周方向等間隔に設けられている。

上記のように、クラッチ１００は、入力部材１０と、出力部材８０とが連結された状態で、ケース部材９０の内部に回転可能に保持されて構成されている。

＜クラッチ１００の作動説明＞
図１６～図１８を参照しながら、クラッチ１００の作動について説明する。図１６は、クラッチ１００の回転軸Ｘに垂直な面での断面、すなわちクラッチ１００を輪切りにした状態の断面図である。図１７は図１６のＡ部における部分拡大図であり、図１８は図１７のＤ部における部分拡大図である。入力軸２３に回転トルクが入力された時のクラッチ１００の作動は、出力軸８３からの入力がない場合と、出力軸８３からの所定値以上の入力がある場合とで異なる。出力軸８３からの入力がない場合は、入力軸２３に入力された回転トルクは、出力軸８３に伝達される。出力軸８３からの何れかの回転方向の入力がある場合は、入力部材１０に制動力が発生して回転が停止する。以下に、それぞれの場合について説明する。

クラッチ１００に回転トルク入力がない時には、入力部材１０と、出力部材８０とは、ケース部材９０に対して相対回転せず、回転が停止した状態にある。その状態では、ローラ６０の外周面は、トルク伝達部材４０の枠部４１を構成する外径部４５の内面４５ａに接触している。また、ローラ６０の外周面は、枠部４１の径方向部４６の何れにも接触しておらず、隙間を有して径方向部４６から離間している。

（１）出力軸８３からの回転トルク入力がない場合のクラッチ１００の作動
（１－１）
図１６において、左回転方向の回転トルクが入力されると、第１部材２０と、第１部材２０が有しているトルク伝達部材４０が、回転軸Ｘを中心に回転し始める。
（１－２）
トルク伝達部材４０の枠部４１内に収容されているローラ６０は、スプリング５０により回転軸Ｘに向かって付勢されている。また、図１８に示されているように、外径部４５の内面４５ａは、両端部側に向かってローラ６０が転がり上がる斜面Ｅに形成されており、両端部ほど急傾斜に形成されている。出力軸８３からの回転トルク入力がない場合には、スプリング５０によるＢ方向への付勢力と、斜面Ｅとにより、ローラ６０は内面４５ａ上を転がり上がらずに、ローラ６０が外径部４５のほぼ中央部に接触したまま、ローラ６０を介してトルク中継部８２に回転軸Ｘを中心に回転させる力が働く。
（１－３）
ローラ６０が外径部４５の内面４５ａのほぼ中央部に位置したまま、ローラ６０と、ローラ６０に挿入されているトルク中継部８２とが、トルク伝達部材４０と同じ回転方向に動き始め、出力部材８０が入力部材１０と同じ回転方向に動き出して、入力トルクが出力される。

（２）出力軸８３からの所定値以上の回転トルク入力がある場合のクラッチ１００の作動
（２－１）
図１６において、入力部材１０に左回転方向の回転トルクが入力軸２３に入力されると、上記（１－１）と同様に、トルク伝達部材４０が回転軸Ｘを中心に回転し始める。
（２－２）
出力軸８３に、右回転方向の所定値以上の回転トルクが作用すると、トルク中継部８２を介して、ローラ６０にはトルク伝達部材４０の回転方向に対して逆回転方向、すなわち図１６において回転軸Ｘを中心に右回転方向の力が作用する。すると、ローラ６０は、スプリング５０の付勢力による内面４５ａへの押付力に打ち勝って、内面４５ａ上を転がりながら、トルク伝達部材４０に対し右方向に移動する。
（２－３）
内面４５ａは、外径部４５の両端部ほど、すなわち径方向部４６に近づくほど、内径部４４側に張り出している急斜面として形成されているため、ローラ６０が外径部４５に接した状態で回転しながら右方向に移動すると、外径部４５の内面４５ａがローラ６０の外周面に押圧されて、トルク伝達部材４０には、クラッチ１００の外周側に移動させる力が働く。
（２－４）
スプリング５０のＢ方向への付勢力に打ち勝って、トルク伝達部材４０は外周側であるＣ方向に移動する。
（２－５）
トルク伝達部材４０が外周側に移動すると、外径部４５の外面４５ｂがケース部材９０、具体的にはコロ９２を押圧する。コロ９２は、ケース本体９１と、外径部４５の外面４５ｂとの間で挟まれることで回転しにくくなり、回転抵抗が発生する。発生した回転抵抗は、入力部材１０に制動力として働き、クラッチ１００の回転は停止する。

なお、クラッチ１００は、入力される回転トルクが何れの方向でもトルク伝達可能である。また、出力軸８３から入力される回転トルクの回転方向は、入力軸２３に入力される回転トルクの回転方向と逆回転方向である場合を説明したが、出力軸８３から入力される回転トルクが入力軸２３に入力される回転トルクより所定値以上大きい場合であって、両者が同回転方向の場合でも、上記と同じように、入力部材１０に制動力が働き、回転が停止する。

また、出力軸８３からの回転トルク入力がある場合における、枠部４１に対するローラ６０の左右方向、すなわちクラッチ１００の周方向への移動し易さは、スプリング５０の付勢力、及び外径部４５の内面４５ａの斜面度合いに応じて変化する。例えば、スプリング５０の付勢力を強くするほど、又は、外径部４５の内面４５ａの斜面形状を両端部ほど内径部４４側に張り出す急傾斜とするほど、ローラ６０は枠部４１において左右方向、すなわちクラッチ１００の周方向へ移動しにくくなり、出力軸８３からの回転トルク入力に対して、クラッチ１００に制動力がかかりにくくなる。また、上記と逆にすれば、クラッチ１００に制動力がかかりやすくなる。

本実施の形態に係るクラッチ１００は、凹部２４を有しており、回転トルクが入力される入力部材１０と、入力部材１０から伝達される回転トルクを出力する出力部材８０と、入力部材１０と、出力部材８０とを回転可能に保持するケース部材９０と、を備え、出力部材８０は、凹部２４に挿入されており、回転トルクが伝達されるトルク中継部８２を有し、入力部材１０は、出力部材８０から所定値以上の回転トルクが入力された場合にケース部材９０に接触して、入力部材１０に制動力が作用する。

したがって、クラッチ１００は従来のようなローラ又はボールと、楔空間とを備えずに構成されている。よって、高回転速度で回転トルクを伝達できるとともに、出力軸から逆入力があったときは、クラッチの回転を停止させることができる。

本実施の形態に係るクラッチ１００の入力部材１０は、凹部２４に配置されており、トルク中継部８２が挿入される中空部４３を有するトルク伝達部材４０と、トルク伝達部材４０を付勢するスプリング５０と、を有している。

したがって、スプリング５０の付勢力を最適値にすることで、確実にトルク伝達でき、所望の逆入力トルク値でクラッチ１００を制動することができる。

本実施の形態に係るクラッチ１００は、トルク中継部８２と、それに対応するトルク伝達部材４０とが、それぞれ複数設けられており、周方向等間隔にそれぞれ配置されている。

したがって、トルク中継部８２と、それに対応するトルク伝達部材４０との組を増やすことで、伝達トルクを増加させることができる。よって、高回転速度、かつ高回転トルクを伝達することができる。

本実施の形態に係るクラッチ１００のトルク中継部８２は、回転可能に保持されており、トルク伝達部材４０に接触して回転トルクが伝達されるローラ６０を有している。

したがって、ローラ６０の断面形状が円形であるため、ローラ６０は滑らかに動くことができる。よって、出力軸８３からの入力時があった時には、効率的に作動することができる。

１０ 入力部材、 ２４ 凹部、 ４０ トルク伝達部材、 ４３ 中空部、
５０ スプリング、 ６０ ローラ、 ８０ 出力部材、 ８２ トルク中継部、
９０ ケース部材。

Claims (3)

1. 凹部（２４）を有し、回転トルクが入力される入力部材（１０）と、
   前記入力部材（１０）から伝達される回転トルクを出力する出力部材（８０）と、
   前記入力部材（１０）と、前記出力部材（８０）とを回転可能に保持するケース部材（９０）と、を備え、
   前記出力部材（８０）は、前記凹部（２４）に挿入され、回転トルクが伝達されるトルク中継部（８２）を有し、
   前記入力部材（１０）は、前記凹部（２４）に配置されており、前記トルク中継部（８２）が挿入される中空部（４３）を有するトルク伝達部材（４０）と、前記トルク伝達部材（４０）を付勢するスプリング（５０）と、を有し、前記出力部材（８０）から所定値以上の回転トルクが入力された場合に前記ケース部材（９０）に接触して、前記入力部材（１０）に制動力が作用する、クラッチ。
2. 前記トルク中継部（８２）と、それに対応する前記トルク伝達部材（４０）とが、それぞれ複数設けられており、周方向等間隔にそれぞれ配置されている、請求項１に記載のクラッチ。
3. 前記トルク中継部（８２）は、回転可能に保持され、前記トルク伝達部材（４０）に接触して回転トルクが伝達されるローラ（６０）を有している、請求項１又は２に記載のクラッチ。