JP2008151232A

JP2008151232A - トルクリミッタ付き逆入力遮断ユニット

Info

Publication number: JP2008151232A
Application number: JP2006338688A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Takada; 声一高田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-07-03

Abstract

【課題】固定部材に対し入力回転部材と出力回転部材が相対回転可能に嵌合され、前記固定部材と出力回転部材との嵌合部分に両方向ロック型のころ式クラッチが介在され、前記クラッチのころ収納ポケットの両端部が前記入力回転部材に係合された保持器によって区画された逆入力遮断ユニットのコンパクト化を図ること、及び一定トルク以上の逆入力が加えられた場合は空転することで入力側への影響を避けるようにすることである。
【解決手段】逆入力遮断ユニットにおける固定部材が固定軸２１により構成され、入力回転部材と出力回転部材がともに該固定軸２１に対し回転自在に嵌合され入力歯車２２と出力歯車２３とによって構成され、前記出力歯車２３にころ式クラッチ２８が組み込まれ、前記出力歯車２３ところ式クラッチ２８との間に両方向トルクリミッタ５１が介在された構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、事務機の給紙機構等において使用されるトルクリミッタ付き逆入力遮断ユニットに関するものである。

逆入力遮断ユニットは、入力側から出力側へのトルクの伝達は可能であるが、その逆方向のトルクの伝達を遮断することによって、入力側に結合された駆動源に出力側（負荷側）から逆入力されるトルクの影響が及ぶことを回避するようにしたものである。

このような逆入力遮断ユニットとして知られている従来の構造は、一般に、図９（a）から（ｃ）に示したように、円筒状の固定部材１の内径側に入力回転部材２と出力回転部材３が相対回転可能に同軸状態に径方向に重ねて嵌合され、前記固定部材１の内径両端部において軸受４、４を介して出力回転部材３が回転自在に支持される。前記固定部材１と出力回転部材３との径方向の嵌合部分に両方向ロック型のころ式クラッチ５が介在される。

このクラッチ５は、固定部材１の内径面と出力回転部材３に形成されたカム面６及び保持器７の２本のアーム８とによって囲まれたころ収納ポケット９が形成される。各ポケットに一対のころ１０が収納されるとともに、各ころ１０間に付勢ばね１１が介在され、各ころ１０がポケット９の左右の狭小方向に離反する方向に付勢される。

前記入力回転部材２と出力回転部材３にこれらの径方向にピン１２が貫通され、そのピン１２に前記クラッチ５の保持器７が係合される。該ピン１２は、出力回転部材３に対しては回転方向に伝達遅れすき間ａをもって貫通する。前記入力回転部材２に入力軸、出力回転部材３に出力軸をそれぞれ差し込んで使用に供される。

前記入力回転部材２からの入力トルクによって保持器７が何れか一方向に回転されると、一方のころ８がポケット９の内側に移動してロックが解除され、さらにその保持器７の回転に時間遅れをもって回転する出力回転部材３の回転によって他方のころ１０のロックも解除される。両方のころ１０のロックが解除されることによりクラッチ５がフリーとなってトルクの伝達が行われる。逆に、出力回転部材３からの逆入力トルクは、いずれの回転方向であってもクラッチ５において一つのころ１０がロックされるので入力回転部材２への伝達が遮断される（特許文献１）。

前記の伝達遅れすき間ａを設けているのは、ころ１０のロック解除と、出力回転部材３の回転開始との間に時間遅れを持たせることにより、確実にロックを解除したのちに出力回転部材３の回転を開始させるようにするためである。しかし、保持器７のアーム８ところ１０との間の遊びの大きさ、カム面６によって形成されるクサビ角の大きさ、付勢ばね１１のばね力の大きさの如何等によっては前記すき間aが実質的にゼロである場合もあり得る。
特開平２−２７１１１６号公報（第１の実施例、第１図から第３図）

前述した従来の逆入力遮断ユニットは、固定部材１が環状部材乃至円筒部材によって形成され、その固定部材１の内部に入力回転部材２、出力回転部材３、両方向ロック型のころ式クラッチ５等を組み込んだ構成であるので、これを事務機等に取付ける場合は、固定部材１をフレームに固定するためのスペースや、ハウジングが必要となり、このクラッチを使用する装置内部の省スペース化を妨げる問題がある。

また、逆入力トルクの入力側への遮断は、ころ式クラッチ５がロックすることにより遮断するようになっているので、クラッチ５に対して過負荷が掛かる場合がありクラッチ５の早期摩耗の原因となる問題がある。また、ロックによって逆入力トルクの伝達を遮断するのは、却って不便な場合がある。例えば、このユニットが紙送り機構に使用された場合において、紙送りローラに詰まった紙を取り除く際には紙送りローラが逆回転できることが円滑に取り除くために必要である。しかし、従来のユニットの場合は、紙送りローラが逆回転できないので、給紙機構への使用に制限を受ける場合がある。

そこで、この発明は、径方向のサイズの縮小化を図りコンパクトな構造をもった逆入力遮断ユニットを提供すること、及び一定以上の大きさの逆入力トルクは空転することによって入力側へのトルク伝達が遮断できるようにしたトルクリミッタ付き逆入力遮断ユニットを提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明は、図１及び図２（ａ）（ｂ）に示したように、固定部材２１に対し入力回転部材２２と出力回転部材２３が相対回転可能に嵌合され、前記固定部材２１と出力回転部材２３との嵌合部分に両方向ロック型のころ式クラッチ２８が介在され、前記クラッチ２８のころ収納ポケット４２の両端部が前記入力回転部材２２に係合された保持器３１によって区画され、前記ポケット４２に一対のころ３２が該ポケット４２の狭小方向に相互に離反する方向に付勢されて収納され、前記入力回転部材２２からの入力トルクにより回転される前記保持器３１によって一方のころ３２のロックが解除されてトルクの伝達が行われ、一方、前記出力回転部材２３からの逆入力トルクによってポケット４２内のいずれか一方のころ３２がロックして入力回転部材２２へのトルクの伝達が遮断されるようにした逆入力遮断ユニットを前提とする。

このような逆入力遮断ユニットにおいて、この発明は、前記固定部材２１が固定軸により構成され、前記入力回転部材２２と出力回転部材２３がともに該固定軸に対し回転自在に嵌合され、前記ころ式クラッチ２８が前記出力回転部材２３の内径面に組み込まれ、前記出力回転部材２３ところ式クラッチ２８との間に両方向トルクリミッタ５１が介在された構成としたものである。

従来は固定部材が環状体乃至円筒体のものであったのに対し、この発明においては固定部材が固定軸によって構成され、その固定軸に入力回転部材２２と出力回転部材２３がともに該固定軸に対し回転自在に嵌合された構成であるから、装置に組付ける際は、固定軸を装置に固定するだけでよい。

また、両方向トルクリミッタ５１を介在させたことにより、通常の入力トルクは該トルクリミッタ５１の設定トルク値以下の場合に出力側に伝達される。また、逆入力トルクが該トルクリミッタ５１の設定トルク値以下の場合は、クラッチ２８がロックしてトルクの伝達が遮断されるが、設定トルク値を越えるとトルクリミッタ５１が空転することによりトルクの伝達が遮断される。

この発明は以上のようなものであるから、以下の効果を奏することができる。
（１）ころ式クラッチのロック時にころを支持する固定部材が固定軸によって構成され、その固定軸の回りに嵌合された入力回転部材と出力回転部材が軸方向に配置されるので、ユニット全体が径方向にコンパクト化される。
（２）１本の固定軸に全ての部材が組付けられユニット化されるため、ユニットの組立や、装置への組付けを容易に行うことができる。
（３）逆入力トルクのトルク値が一定以上に大きい場合、トルクリミッタが空転することにより入力側へのトルクの伝達が遮断されるので、クラッチに過負荷が作用することがなく、また紙送りローラのような出力回転部材の空転が可能となり、紙詰まりを円滑に解除することができる。

以下、添付図面に基づき実施例を説明する。

図１から図８に示した実施例の逆入力遮断ユニットは、特許請求の範囲でいう「固定部材」が固定軸２１、「入力回転部材」が入力歯車２２、「出力回転部材」が出力歯車２３となっている。

前記の固定軸２１に対し、入力歯車２２と出力歯車２３が軸方向に接近して回転自在に嵌合される。各歯車２２、２３はそれぞれ止め輪２４、２５によって軸方向に位置決めされる。入力歯車２２は出力歯車２３との対向面において軸穴の両側に係合凹部２６（図４（ａ）参照）が設けられる。

出力歯車２３は、入力歯車２２との対向面に固定軸２１と同芯の収納凹部２７が設けられ、その収納凹部２７の内径部に両方向ロック型のころ式クラッチ２８が組み込まれる。

このクラッチ２８は、外輪２９、保持器３１、ころ３２及び付勢ばね３３によって構成される（図３参照）。外輪２９の内径面には周方向に一定の間隔をおいて円弧部３５（図２（ａ）参照）が４個所に形成されるとともに、各円弧部３５の両端に平坦なカム面３６が形成される。隣接する円弧部３５間の２個所のカム面３６相互は、一定の角度をもって山形に突き合う（図２（ａ）（ｂ）参照）。

前記の保持器３１は、入力歯車２２と同一内径を有し、その外径は図３及び図４（ｂ）に示したように入力歯車２２側が小径部３７、出力歯車２３側が大径部３８となっている。小径部３７の端面に軸方向に突き出した一対の係合片３９が設けられる。各係合片３９は、入力歯車２２の前記の係合凹部２６に嵌合され、これにより入力歯車２２と保持器３１が一体化される。また、大径部３８の端面に周方向に一定間隔をおいてアーム４１が軸方向に突き出して設けられる。各アーム４１は、前述の隣接した円弧部３５間の２個所のカム面３６相互が突き合った部分の内側に配置される。

前記円弧部３５、その両側のカム面３６、これらの部分に対向した固定軸２１の外径面とによって囲まれた部分の回転方向の両側が前記保持器３１の一対のアーム４１によって区画され、これによってころ３２の収納のためのポケット４２が形成される。各ポケット４２に一対のころ３２が収納されるとともに、各ころ３２間に板ばねをＳの字形に屈曲して形成された付勢ばね３３が介在される。

前記のポケット４２は、回転方向の両端部に各カム面３６と固定軸２１とによって狭小部が形成され、その狭小部に接触したころ３２が固定軸２１と接する点における接線とカム面３６とがなす角をクサビ角θと称する（図２（ｂ）参照）。クサビ角θは各ポケット４２ごとに２個所対称形に形成される。

前記ポケット４２は内径側に開放されているので、固定軸２１に組付けられる前においてはころ３２が内径側に落下することがあり取扱性が悪い。これを防止すべく、ポケット４２の開放面にころ受け片４３が設けられる。ころ受け片４３は、図１及び図３に示したように、出力歯車２３の閉塞側の軸穴４４の周りにおいて、周方向に前記のポケット４２に対応した間隔をおき内向きに突き出して設けられる。ころ受け片４３は、断面形状が台形をなし（図２（ｂ）参照）、その左右両側において両側のアーム４１との間でそれぞれころ３２を受ける。また付勢ばね３３が該ころ受け片４３によって内径側から支持される。

前記保持器３１の大径部３８の出力歯車２３側の端面において、係合凹部４５が中心対称の２個所に設けられる（図４（ｂ）参照）。また、これに対向して前記外輪２９の入力歯車２２側の端面において、軸方向に係合凸部４６が中心対称の２個所に設けられる（図３参照）。前記の係合凹部４５と係合凸部４６は回転方向の両側に所要の伝達遅れすき間a（図４（ｃ）、図５（ａ）参照）をおいて相互に嵌合される。保持器３１と外輪２９が軸方向に相互に嵌合された状態において、保持器３１の各アーム４１は一対のカム面３６が角度をもって突き合った部分の内径側に位置する（図２（ａ）参照）。

前記の外輪２９の外径面と出力歯車２３の収納凹部２７の内径面によって形成される空所に外輪２９の外径面に緊縛されたコイルばね５２が収納されるとともに、その開口端を閉塞する蓋部材４７が該収納凹部２７の開放端に嵌合される。蓋部材４７は保持器３１の大径部３８の外径面に嵌合される円筒部５３と、保持器３１の大径部３８と小径部３７間の段差部に係合される内向きつば部５４を有し、その内向きつば部５４の外径面に抜け止めリブ５５が設けられる。蓋部材４７は、収納凹部２７の内径面に嵌合固定され、前記の抜け止めリブ５５によって抜け止めされる。

前記のコイルばね５２の線材の断面形状は四角形、円形のいずれでもよく、両端間にわたり同一径をもって密に右巻きされたものである（図３参照）。入力側端面５６及び出力側端面５７は、いずれも線材の長さ方向に対し直角に切断される。

前記蓋部材４７の円筒部５３の先端に、前記コイルばね５２の入力側端面５６に周方向に対向した入力側係合突起５８が軸方向に突き出して設けられる（図３参照）。また、出力歯車２３の軸穴４４が形成された閉塞端に片寄った内径面に出力側端面５７に周方向に対向した出力側係合突起５９が設けられる。

前記コイルばね５２の入力側端面５６及び出力側端面５７は、それぞれ、入力側から見て各係合突起５８、５９の右側の面に当接又は接近される（図６（a）（ｂ）参照）。コイルばね５２が外輪２９の外径面に緊縛され、さらにその両端面５６、５７がそれぞれ蓋部材４７の入力側係合突起５６及び出力歯車２３の出力側係合突起５９に当接又は接近された構造によって両方向性のトルクリミッタ５１が構成される。

組立に際しては、前記の外輪２９、保持器３１、ころ３２及び付勢ばね３３によって構成されたクラッチ２８の外径面に前記のコイルばね５２を装着した状態で、ころ３２の落下を防止しながら出力歯車２３の収納凹部２７に嵌入し、ころ３２をころ受け片４３に支持させる。その後、蓋部材４７を保持器３１の大径部３８の外径面に差し込み、外輪２９と出力歯車２３の内径面との間、即ち、コイルばね５２の収納部を閉塞する。蓋部材４７を適宜回転させることにより、その入力側係合突起５８にコイルばね５２の入力側端面５６を回転方向に係合させ、さらにその回転を進めて出力側端面５７を出力側係合突起５９に係合させる。

なお、蓋部材４７の内径面と保持器３１の外径面との間には、所要の回転すき間が形成される。

前記のように組み立てられた入力歯車２２と出力歯車２３の軸穴に固定軸２１を挿通する際は、図７に示したように、出力歯車２３を固定した状態において入力歯車２２を矢印Ａ方向に回転させる。入力歯車２２と一体の保持器３１が同方向に回転し、そのアーム４１がクラッチ２８の一方のころ３２のロックを解除する（図２（ａ）の矢印Ａ参照）。一方、固定軸２１を前記と反対の矢印Ｃ方向に回転させつつ出力歯車２３側から挿入すると、図２（a）の一点鎖線で示した矢印Ｃによって示したように、他方のころ３２のロックが解除される。これにより両方のころ３２がフリーとなるので、固定軸２１はころ３２に妨げられることなく両方の歯車２３、２２に貫通させることができる。

実施例のトルクリミッタ付き逆入力遮断クラッチは以上のような構成であり、次にその作用について説明する。

入力歯車２２が図１の矢印Ａ方向に回転すると、これと一体の保持器３１が同方向に回転し（同図の矢印Ａ参照）、そのアーム４１によって各ポケット４２内の一方のころ３２（図２（ａ）において右側のころ３２）が押され（図２（ａ）の矢印Ａ参照）ロックが解除されフリーとなる。

保持器３１が前記伝達遅れすき間ａだけ回転すると、その係合凹部４５が外輪２９の係合凸部４６に係合して外輪２９及びこれと一体の出力歯車２３を同方向に回転させる。このとき図２（ａ）の左側のころ３２はフリーとなり、クラッチ２８全体がフリーとなる。

一方、外輪２９の回転によりその外径面に緊縛されたコイルばね５２が同方向に回転する（図６（ａ）の矢印Ａ参照）。このとき、コイルばね５２の入力側端面５６は入力側係合突起５８から離れる傾向を持つ。また、これと同時にコイルばね５２の出力側端面５７は、出力側係合突起５９に突き合う傾向を持つ（図６（ｂ）参照）。

入力トルクが前記コイルばね５２の緊縛力によって定まる設定トルクより小さいときは、コイルばね５２を介して出力歯車２３が回転され、トルクの伝達が行われる。入力トルクが前記設定トルクを越えると、その設定トルクに制限されたトルクが出力側に伝達される。

前記とは逆に、出力歯車２３から矢印Ｂ（図２（ａ）、図６（ｂ）参照）のトルクが入力されたとした場合、出力側係合突起５９がコイルばね５２の出力側端面５７の回転方向に係合するが、トルクリミッタ５１の設定トルク以下のトルクである場合はポケット４２内の左側のころ３２（図２（ａ）参照）がロックするので、クラッチ２８全体がロックし、入力歯車２２側へのトルクの伝達が遮断される。逆入力トルクが前記の設定トルク以上に大きい場合は、出力歯車２３がコイルばね５２とともにその設定トルクで外輪２９の外径面を空転する。

図８は前記の逆入力遮断ユニット６０を、事務機の給紙機構に用いた例を示したものである。図において、６１は駆動モータ、６２は駆動歯車であり、この駆動歯車６２に前記の入力歯車２２が噛み合う。入力歯車２２と同軸状態に固定軸２１に取り付けられた出力歯車２３はローラ歯車６３に噛み合い、紙送りローラ６４を駆動する。入力歯車２２及び出力歯車２３が図示の矢印Ａ方向に回転して紙Ｐを一点矢印Ｘの方向に送り出しているときに紙詰まりが発生し、駆動モータ６１が停止したとする。その紙Ｐを前記と反対方向Ｙに引き抜く際に、前記ユニット６０の設定トルク値以上のトルクで引き抜くと、ユニット６０に逆入力が加えられるが、トルクリミッタ５１の部分で空転を生じ入力側への伝達が遮断されるとともに、出力歯車２３の逆回転により前記の紙Ｐを円滑に引き抜くことができる。

前記ユニット６０の停止状態においては、付勢ばね３３によって両方のころ３２がポケット４２の左右両側のクサビ角θの狭小方向に付勢された初期位置にあり、これにより保持器３１の初期位置が定められる。同時に係合凹部４５と係合凸部４６の係合状態も初期位置にあり、左右両側に一定の伝達遅れすき間ａが確保される。

なお、保持器３１のアーム４１ところ３２との間の遊びの大きさ、クサビ角θの大きさ、付勢ばね３３のばね力の大きさの如何等によっては前記すき間aは実質的にゼロである場合もあり得る。

実施例の断面図（ａ）図１のＸ_１−Ｘ_１線の断面図、（ｂ）（ａ）図の一部拡大断面図同上の分解斜視図（ａ）同上の入力歯車の斜視図、（ｂ）同上の保持器の斜視図、（ｃ）同上の保持器部分の平面図図１のＸ_２−Ｘ_２線の断面図（ａ）図１のＸ_３−Ｘ_３線の断面図、（ｂ）図１のＸ_４−Ｘ_４線の断面図軸挿入時の断面図紙送り機構の一部横断平面図（a）従来例の断面図、（ｂ）（ａ）図のＸ_５−Ｘ_５線の断面図、（ｃ）（ａ）図のＸ_６−Ｘ_６線の断面図

符号の説明

２１固定軸（固定部材）
２２入力歯車（入力回転部材）
２３出力歯車（出力回転部材）
２４、２５止め輪
２６係合凹部
２７収納凹部
２８クラッチ
２９外輪
３１保持器
３２ころ
３３付勢ばね
３５円弧部
３６カム面
３７小径部
３８大径部
３９係合片
４１アーム
４２ポケット
４３ころ受け片
４４軸穴
４５係合凹部
４６係合凸部
４７蓋部材
５１両方向トルクリミッタ
５２コイルばね
５３円筒部
５４内向きつば部
５５抜け止めリブ
５６入力側端面
５７出力側端面
５８入力側係合突起
５９出力側係合突起
６０逆入力遮断ユニット
６１駆動モータ
６２駆動歯車
６３ローラ歯車
６４紙送りローラ

Claims

固定部材(２１)に対し入力回転部材(２２)と出力回転部材(２３)が相対回転可能に嵌合され、前記固定部材(２１)と出力回転部材(２３)との嵌合部分に両方向ロック型のころ式クラッチ(２８)が介在され、前記クラッチ(２８)のころ収納ポケット(４２)の両端部が前記入力回転部材(２２)に係合された保持器(３１)によって区画され、前記ポケット(４２)に一対のころ(３２)が該ポケット(４２)の狭小方向に相互に離反する方向に付勢されて収納され、前記入力回転部材(２２)からの入力トルクにより回転される前記保持器(３１)によって一方のころ(３２)のロックが解除されてトルクの伝達が行われ、一方、前記出力回転部材(２３)からの逆入力トルクによってポケット(４２)内のいずれか一方のころ(３２)がロックして入力回転部材(２２)へのトルクの伝達が遮断されるようにした逆入力遮断ユニットにおいて、前記固定部材(２１)が固定軸により構成され、前記入力回転部材(２２)と出力回転部材(２３)がともに該固定軸に対し回転自在に嵌合され、前記ころ式クラッチ(２８)が前記出力回転部材(２３)の内径面に組み込まれ、前記出力回転部材(２３)ところ式クラッチ(２８)との間に両方向トルクリミッタ(５１)が介在されたことを特徴とするトルクリミッタ付き逆入力遮断ユニット。
前記入力回転部材(２２)が入力歯車、前記出力回転部材(２３)が出力歯車により構成され、前記ころ式クラッチ(２８)の外輪(２９)内径面に傾斜方向が逆向きの一対のカム面(３６)が複数組形成され、前記一対のカム面(３６)を含むころ収納ポケット(４２)の両端部が前記保持器(３１)の一対のアーム(４１)によって区画され、前記保持器(３１)と前記外輪(２９)が伝達遅れすき間(ａ)をおいて回転方向に係合されたことを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ付き逆入力遮断ユニット。
前記出力回転部材(２３)を構成する出力歯車の内径面に、前記ポケット(４２)の開放面に沿って軸方向に突き出したころ受け片(４３)が設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクリミッタ付き逆入力遮断ユニット。
前記両方向トルクリミッタ(５１)は、前記ころ式クラッチ(２８)の外輪(２９)外径面に緊縛されたコイルばね(５２)を有し、そのコイルばね(５２)の入力側端面(５６)に係合する入力側係合突起(５８)が前記クラッチ(２８)の蓋部材(４７)に設けられ、該コイルばね(５２)の出力側端面(５７)に係合する出力側係合突起(５９)が前記出力回転部材(２３)の内径面に設けられたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載されたトルクリミッタ付き逆入力遮断ユニット。