(57)【要約】【課題】逆入力遮断機能を有するクラッチユニットにおいて、一定方向の逆入力トルクが加わっている状態で同方向の入力トルクを加えて出力側部材を回転駆動しようとするときに、必要となる入力トルクの低減と動作の安定化を図る。【解決手段】入力軸１と出力軸２との間にボールねじ３を形成し、入出力軸１、２の相対回転をボールねじ３で入出力軸１、２の相対的な軸方向移動に変換し、入出力軸１、２を軸方向で静止側機構４の制御部材８と当接離間させて、制御部材８との間の摩擦の有無によって一定方向の逆入力トルクに対するロックとそのロック状態の解除を行う構成とすることにより、出力軸２を回転駆動しようとするときに、ロック状態の解除に必要な入力トルクが従来のローラ式のものに比べて小さくなるとともに、ロック状態とロック解除状態との間の移行がローラ式のものよりもスムーズに行われるようにしたのである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクが入力される入力側部材と、トルクが出力される出力側部材と、少なくとも一定方向の回転が拘束された制御部材を有する静止側機構と、前記入力側部材と出力側部材とが互いに相対回転するときにこれらの両部材を軸方向に接近離間させる直動機構と、前記両部材の相対回転角度を所定範囲に規制した状態で両部材を係合させる回転伝達手段とを備え、前記出力側部材に逆入力トルクが前記一定方向に加えられたときは、前記両部材の接近または離間により両部材の少なくとも一方が軸方向で前記制御部材に押し付けられてロックされ、前記入力側部材に入力トルクが前記一定方向に加えられたときには、前記両部材が出力側部材に一定方向の逆入力トルクを加えられたときと逆に軸方向移動することにより前記ロック状態が解除され、前記出力側部材に回転が伝達されるようにしたクラッチユニット。
【請求項２】
前記静止側機構が、前記制御部材と、固定体に固定された静止部材とを備え、前記静止部材と制御部材との間に、前記一定方向と逆の方向への制御部材の回転を許容する一方向クラッチを形成したものを採用することにより、前記入力側部材に入力トルクが前記一定方向と逆の方向に加えられたときも、前記出力側部材に回転が伝達されることを特徴とする請求項１に記載のクラッチユニット。
【請求項３】
前記両部材がそれぞれの先端部どうしで前記回転伝達手段を介して係合しており、前記制御部材は、前記両部材の先端部を囲む筒部とその両端に形成された内向きフランジとからなり、前記出力側部材に一定方向の逆入力トルクが加えられたとき、または前記入力側部材に入力トルクが前記一定方向と逆の方向に加えられたときに、前記両部材が互いに離間し、それぞれの先端部が前記制御部材の内向きフランジの内側面に押し付けられるようにしたことを特徴とする請求項２に記載のクラッチユニット。
【請求項４】
前記直動機構が、前記両部材間に形成されるボールねじ、台形ねじまたはすべりねじであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のクラッチユニット。
【請求項５】
前記回転伝達手段が、前記両部材の一方に形成されるねじ溝を有端とし、このねじ溝の端面に前記ボールねじのボールまたは前記台形ねじの有端のねじ山の端面が当接することにより、前記両部材を一体回転するように係合させるものであることを特徴とする請求項４に記載のクラッチユニット。
【請求項６】
前記回転伝達手段が、前記両部材のうちの一方に凸部を、他方に前記凸部が挿入される凹部をそれぞれ設け、前記凸部と凹部の内壁とが回転方向で当接することにより、前記両部材を一体回転するように係合させるものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のクラッチユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆入力遮断機能を有するクラッチユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ等で駆動する装置において、その出力側機構に逆入力トルクが加わる条件で使用される場合は、何らかの理由でモータ等の入力側機構への通電が遮断されても機械的に出力側機構の状態を保持できるように、入力側機構と出力側機構との間に、入力側部材に加えられる入力トルクを出力側部材に伝達し、出力側部材に加えられる逆入力トルクは入力側部材に伝達しない機能（逆入力遮断機能）を有するクラッチユニット（例えば、特許文献１参照。）を組み込むことがある。
【０００３】
図９は、上記のような逆入力遮断機能を有するクラッチユニットの一例を示す。このクラッチユニットは、入力側部材と出力側部材とを僅かな角度遅れをもって回転伝達できるように連結しており（図示省略）、その出力側部材の一部を構成する内輪５１の径方向外側に固定外輪５２を配し、内輪５１の外周面にカム面５１ａを設けて、外輪５２の内周円筒面と内輪５１外周面との間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間５３を複数形成し、これらの各楔形空間５３に一対のローラ５４と各ローラ５４を楔形空間５３の狭小部へ押し込むコイルばね５５を組み込むとともに、各楔形空間５３の周方向両側（ローラ５３を挟んでばね５５と対向する位置）に入力側部材の一部を構成する保持器の柱部５６を挿入したものである。
【０００４】
このクラッチユニットでは、各ローラ５４がばね５５の弾性力で楔形空間５３の狭小部へ押し込まれているので、出力側部材に逆入力トルクが加えられても、回転方向後方側のローラ５４が外輪５２および内輪５１に係合することにより内輪５１が外輪５２にロックされ、入力側部材には回転が伝達されない。
【０００５】
一方、入力側部材に入力トルクが加えられたときには、保持器の柱部５６が回転方向後方側のローラ５４をばね５５の弾性力に抗して楔形空間５３の広大部へ押し出すことにより、ローラ５４と外輪５２および内輪５１との係合が解除されて、内輪５１がロック状態から解放され、出力側部材に回転が伝達される（図９中の矢印参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１７６７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したようなローラを用いた（以下、「ローラ式」と称する。）逆入力遮断機能を有するクラッチユニットを組み込んだ装置では、出力側機構に一定方向の逆入力トルクが加えられている状態で、モータ等の入力側機構から逆入力トルクと同じ方向に出力側機構を駆動しようとするときに、内外輪と係合している回転方向後方側のローラを保持器の柱部で楔形空間の広大部へ押し出してその係合を解除するのに、逆入力トルクよりも大きな入力トルク（解除トルク）が必要となる。このため、入力側機構にはトルク容量の大きいものが必要とされ、入力側機構が大型化しやすいという問題がある。
【０００８】
また、解除トルクにより回転方向後方側のローラが保持器の柱部に押されて楔形空間の広大部へ移動すると、ロック状態から解放された出力側部材が入力側部材の回転速度を上回る速度で回転（空転）し、それによってローラが相対的に楔形空間の狭小部へ戻ると出力側部材が再びロック状態となり、その直後に解除トルクによって再びロック状態が解除されるという動作を繰り返し、出力側部材が円滑に回転しなくなることがある。このような不連続な動作は、装置の制御を困難とするとともに、ローラと内外輪との衝撃的な係合の繰り返しによる騒音や振動の発生、構成部品の損傷、解除トルクの増大につながりやすい。このため、装置の用途がある程度限定されるという問題もある。
【０００９】
そこで、本発明は、逆入力遮断機能を有するクラッチユニットにおいて、一定方向の逆入力トルクが加わっている状態で同方向の入力トルクを加えて出力側部材を回転駆動しようとするときに、必要となる入力トルクの低減と動作の安定化を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明のクラッチユニットは、トルクが入力される入力側部材と、トルクが出力される出力側部材と、少なくとも一定方向の回転が拘束された制御部材を有する静止側機構と、前記入力側部材と出力側部材とが互いに相対回転するときにこれらの両部材を軸方向に接近離間させる直動機構と、前記両部材の相対回転角度を所定範囲に規制した状態で両部材を係合させる回転伝達手段とを備え、前記出力側部材に逆入力トルクが前記一定方向に加えられたときは、前記両部材の接近または離間により両部材の少なくとも一方が軸方向で前記制御部材に押し付けられてロックされ、前記入力側部材に入力トルクが前記一定方向に加えられたときには、前記両部材が出力側部材に一定方向の逆入力トルクを加えられたときと逆に軸方向移動することにより前記ロック状態が解除され、前記出力側部材に回転が伝達される構成とした。
【００１１】
すなわち、入力側部材と出力側部材との相対回転を直動機構で両部材の相対的な軸方向移動に変換し、両部材の少なくとも一方を軸方向で静止側機構の制御部材と当接離間させて、制御部材との間の摩擦の有無によって一定方向の逆入力トルクに対するロックとそのロック状態の解除を行う構成とすることにより、逆入力トルクと同方向の入力トルクを加えて出力側部材を回転駆動しようとするときに、ロック状態を解除するのに必要な入力トルクが、前述のローラ式のものにおいて楔形空間の狭小部に押し込まれたローラを広大部へ押し出すのに必要とされるトルクに比べて小さくなるとともに、ロック状態とロック解除状態との間の移行がローラ式のものよりもスムーズに行われるようにしたのである。
【００１２】
上記の構成において、前記静止側機構として、前記制御部材と、固定体に固定された静止部材とを備え、前記静止部材と制御部材との間に、前記一定方向と逆の方向への制御部材の回転を許容する一方向クラッチを形成したものを採用することにより、前記入力側部材に入力トルクが前記一定方向と逆の方向に加えられたときも、前記出力側部材に回転が伝達されるようにすることができる。
【００１３】
具体的には、前記両部材がそれぞれの先端部どうしで前記回転伝達手段を介して係合しており、前記制御部材は、前記両部材の先端部を囲む筒部とその両端に形成された内向きフランジとからなり、前記出力側部材に一定方向の逆入力トルクが加えられたとき、または前記入力側部材に入力トルクが前記一定方向と逆の方向に加えられたときに、前記両部材が互いに離間し、それぞれの先端部が前記制御部材の内向きフランジの内側面に押し付けられるようにした構成を採用することができる。
【００１４】
また、前記直動機構は、前記両部材間に形成されるボールねじ、台形ねじまたはすべりねじとすることができる。この場合、前記回転伝達手段は、前記両部材の一方に形成されるねじ溝を有端とし、このねじ溝の端面に前記ボールねじのボールまたは前記台形ねじの有端のねじ山の端面が当接することにより、前記両部材を一体回転するように係合させるものとすることができる。
【００１５】
また、前記回転伝達手段としては、前記両部材のうちの一方に凸部を、他方に前記凸部が挿入される凹部をそれぞれ設け、前記凸部と凹部の内壁とが回転方向で当接することにより、前記両部材を一体回転するように係合させるものを採用することもできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のクラッチユニットは、上述したように、入力側部材と出力側部材の少なくとも一方を軸方向で静止側機構の制御部材と当接離間させて、制御部材との間の摩擦の有無によって一定方向の逆入力トルクに対するロックとそのロック状態の解除を行うようにしたものであるから、ロック状態の解除に必要な入力トルクを従来のローラ式のものよりも低減できるとともに、ロック状態とロック解除状態との間の移行を従来よりもスムーズにすることができる。
【００１７】
したがって、このクラッチユニットを組み込んだ装置では、ローラ式のものを組み込んだ装置に比べて、入力側機構をコンパクト化できる。また、制御がしやすくなるし、騒音や振動の発生が相当に抑制され、構成部品の損傷のおそれも少なくなるので、用途範囲を大幅に拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態のクラッチユニットの縦断正面図
【図２】図１のII−II線に沿った断面図
【図３】図１のクラッチユニットに一定方向の入力トルクが加わったときの動作を説明する縦断正面図
【図４】図３のIV−IV線に沿った断面図
【図５】図１のクラッチユニットに逆方向の入力トルクが加わったときの動作を説明する縦断正面図
【図６】ａは図５のVI−VI線に沿った断面図、ｂはａの要部拡大断面図
【図７】回転伝達手段の変形例を示す縦断正面図
【図８】図７の横断平面図
【図９】従来のクラッチユニットの構造とロック解除時の動作を説明する要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図１乃至図８に基づき本発明の実施形態を説明する。このクラッチユニットは、図１および図２に示すように、トルクが入力される入力軸（入力側部材）１と、トルクが出力される出力軸（出力側部材）２とを同軸に配し、入出力軸１、２の先端部どうしの間にボールねじ（直動機構）３を形成するとともに、入出力軸１、２の先端部の径方向外側に静止側機構４を形成したもので、出力軸２に対する逆入力トルクが一定方向（図２における時計方向）にのみ作用する条件で使用される。
【００２０】
前記入力軸１は、先端に筒状の大径部１ａが形成されており、この大径部１ａの内周面にボールねじ３のボール５の一部を収納する凹部１ｂが設けられている。また、大径部１ａの筒底面には円形穴１ｃが設けられ、この円形穴１ｃに、入出力軸１、２を互いに軸方向に離間する方向に付勢するコイルばね６の一部が収納されている。
【００２１】
一方、前記出力軸２は、先端部が入力軸１の筒状大径部１ａに挿入されて、その端面でコイルばね６に当接している。その先端部には、入力軸大径部１ａへの挿入部分の外周面にボールねじ３のねじ溝２ａが周方向に所定の角度範囲で設けられ、挿入部分よりも後方よりの部位に鍔状の大径部２ｂが形成されている。
【００２２】
また、図示は省略するが、前記入力軸１および出力軸２はそれぞれ軸方向移動自在に支持されており、入力軸１の後端側はモータ等の入力側機構に連結され、出力軸２の後端側は出力側機構に連結されている。
【００２３】
前記ボールねじ３は、上述した入力軸大径部１ａの内周面に設けられた凹部１ｂと、出力軸２の先端部外周面に設けられたねじ溝２ａと、その凹部１ｂとねじ溝２ａとの間に保持されるボール５とで構成され、図２において入力軸１が出力軸２に対して時計方向に相対回転するときに入出力軸１、２を軸方向に接近させ、その逆の方向に入出力軸１、２が相対回転するときには入出力軸１、２を軸方向に離間させるようになっている。
【００２４】
ただし、出力軸２のねじ溝２ａは周方向に所定の角度範囲で設けられた有端ものであるため、このねじ溝２ａの端面にボール５が当接すると、入出力軸１、２はボール５が当接した方向に一体回転するように係合する。すなわち、このボールねじ３は、入出力軸１、２の相対回転角度を所定範囲に規制した状態で入出力軸１、２を係合させる回転伝達手段の役割も果たしている。
【００２５】
なお、直動機構としては、この実施形態のようなボールねじに代えて台形ねじまたはすべりねじを採用することもできる。その場合も、ねじ溝およびねじ山を有端に形成することにより、上記回転伝達手段の役割も果たすものとすることができる。
【００２６】
前記静止側機構４は、固定体としてのハウジングＨの内周面に固定された外輪（静止部材）７と、外輪７の内方に配される筒状の制御部材８とを備えている。制御部材８は、入出力軸１、２の先端部を囲む筒部８ａとその両端に形成された内向きフランジ８ｂとからなり、一方のフランジ８ｂが入力軸１と、他方のフランジ８ｂが出力軸２とそれぞれ軸方向で当接離間するようになっている。そして、外輪７の内周面に複数の凹形カム面７ａを設け、外輪７と制御部材８との間に、各カム面７ａに対向するローラ９と各ローラ９を転動自在に保持する保持器１０とを配して、制御部材８の一定方向の回転を拘束し、一定方向と逆の方向（図２における反時計方向）への回転を許容する一方向クラッチを形成している。
【００２７】
次に、このクラッチユニットの動作について説明する。まず、入力側から駆動されていないときに出力軸２に一定方向の逆入力トルクが加えられると、図１および図２に示したように、ボールねじ３の作用により入出力軸１、２が互いに軸方向に離間し、それぞれの先端部に形成された大径部１ａ、２ｂが制御部材８の両側のフランジ８ｂの内側面に押し付けられる。このとき、コイルばね６は、入出力軸１、２をガタなく制御部材８に押し付ける役割を果たす。そして、制御部材８は、他方のフランジ８ｂの出力軸大径部２ｂとの接触面に生じる摩擦により一定方向のトルクを受けるが、静止側機構４の一方向クラッチの作用によりローラ９を介して外輪７に回転を拘束される。その結果、出力軸２はロックされ、入力軸１には回転が伝達されない。
【００２８】
一方、図３および図４に示すように、入力軸１に一定方向の入力トルク（矢印Ａ）が加えられたときには、上記と逆のボールねじ３の作用により入出力軸１、２がコイルばね６を圧縮しながら互いに軸方向に接近し、入出力軸１、２の大径部１ａ、２ｂが制御部材８のフランジ８ｂから離れて上記のロック状態が解除される。そして、ボールねじ３のボール５がねじ溝２ａの一方の端面に当接すると、入出力軸１、２がボール５を介して一体回転するように係合し、出力軸２に回転が伝達される。
【００２９】
また、図５および図６（ａ）、（ｂ）に示すように、入力軸１に一定方向と逆の方向の入力トルク（矢印Ｂ）が加えられたときには、出力軸２に一定方向の逆入力トルクが加えられたときと同様、入出力軸１、２が互いに軸方向に離間し、それぞれの大径部１ａ、２ｂが制御部材８の両側のフランジ８ｂに押し付けられる。しかし、この場合は、制御部材８が一方のフランジ８ｂの入力軸大径部１ａとの接触面に生じる摩擦により一定方向と逆の方向のトルクを受けるので、静止側機構４の一方向クラッチのローラ９がフリーとなり（図６（ｂ）参照）、制御部材８の回転が許容される。その結果、入出力軸１、２と制御部材８とが一体に回転し、出力軸２に回転が伝達される。
【００３０】
なお、このクラッチユニットに作用する逆入力トルクは前述のように一定方向のみであるが、仮に出力軸２に一定方向と逆の方向の逆入力トルクが加えられたとすると、入力軸１に一定方向の入力トルクが加えられたときと同様、入出力軸１、２が互いに軸方向に接近してロック状態が解除され、入出力軸１、２がボール５を介して一体回転する。すなわち、入力軸１に回転が伝達されてしまい、出力側機構の状態を保持することはできない。
【００３１】
このクラッチユニットは、上述したように、入出力軸１、２の相対回転をボールねじ３で入出力軸１、２の相対的な軸方向移動に変換し、入出力軸１、２を軸方向で静止側機構４の制御部材８と当接離間させて、制御部材８との間の摩擦の有無によって一定方向の逆入力トルクに対するロックとそのロック状態の解除を行う構成としたものである。
【００３２】
このため、逆入力トルクと同方向の入力トルクを加えて出力軸２を回転駆動しようとするときに、ロック状態の解除に必要な入力トルクが従来のローラ式のものに比べて小さくなるとともに、ロック状態とロック解除状態との間の移行がローラ式のものよりもスムーズに行われる。
【００３３】
なお、上述した実施形態では、入出力軸１、２をそれぞれ軸方向移動自在に支持して、互いの離間により両方が軸方向で静止側機構４の制御部材８に押し付けられるようにしたが、いずれか一方の軸の軸方向移動を拘束して、軸方向移動自在な方の軸のみが制御部材に押し付けられるようにしてもよいし、両軸が互いに接近したときに少なくとも一方の軸が軸方向で制御部材に押し付けられるようにしてもよい。
【００３４】
また、入力軸１に一定方向の入力トルクのみが加えられる条件で使用される場合には、静止側機構４は一方向クラッチを形成する必要がないので、例えば外輪７、ローラ９および保持器１０を省略し、制御部材８を直接ハウジングＨに固定して静止部材とすることにより、両方向の回転を拘束すればよい。
【００３５】
さらに、回転伝達手段は、必ずしも実施形態のようなボールねじや台形ねじ、すべりねじに設ける必要はなく、入力側部材と出力側部材の相対回転角度を所定範囲に規制した状態で両部材を係合させるものであればよい。
【００３６】
例えば、図７および図８に示す変形例のように、入力軸１の大径部１ａの先端に突起（凸部）１ｄを設け、出力軸大径部２ｂの外周部の一部領域にこの突起１ｄが挿入される凹部２ｃを設けて、この突起１ｄと凹部２ｃの内壁とが回転方向で当接することにより、入出力軸１、２を一体回転するように係合させるものを採用することができる。また、入力軸１側と出力軸２側とで、凸部と凹部を上記と逆に設けるようにしてもよい。なお、このようにして回転伝達を行おうとする場合は、図７、８に示したように、出力軸２のねじ溝２ａは、入出力軸１、２が相対回転する角度範囲でボール５がねじ溝２ａの端面に当接しない長さに形成しておけばよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  入力軸（入力側部材）
１ｄ  突起（凸部）
２  出力軸（出力側部材）
２ａ  ねじ溝
２ｃ  凹部
３  ボールねじ（直動機構）
４  静止側機構
５  ボール
６  コイルばね
７  外輪（静止部材）
７ａ  カム面
８  制御部材
８ａ  筒部
８ｂ  内向きフランジ
９  ローラ
１０  保持器
Ｈ  ハウジング（固定体）
【図１】
2013060973.tif 000003
【図２】
2013060973.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013060973.tif 000009
【図８】
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【図９】
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