逆入力遮断クラッチ
【課題】 負荷からの逆入力トルクが一方向に限られる場合に適用可能な、簡易な構成の逆入力遮断クラッチを提供する。
【解決手段】 逆入力遮断クラッチ１０１は、駆動部１１と負荷１２との間に設けられ、ハウジング２０、回転軸１５、保持筒４０１、軸受け６１、６２、ワンウェイクラッチ３０およびねじりコイルばね５０を備える。ねじりコイルばね５０のコイル部５１は、延出部５２を基準として逆転方向に巻回され、内径を拡げた状態で回転軸１５の外周面に挿着される。回転軸１５に負荷１２から正転方向の逆入力トルクＴｏが入力されると、保持筒４０１は、ワンウェイクラッチ３０によって回転不能となる。さらに、逆入力トルクＴｏが限界トルクＴｘより小さくなるように限界トルクＴｘを設定することで、回転軸１５は、コイル部５１の内周面と回転軸１５の外周面との摩擦力によって回転が拘束される。すなわち、逆入力トルクＴｏを遮断することができる。
【解決手段】 逆入力遮断クラッチ１０１は、駆動部１１と負荷１２との間に設けられ、ハウジング２０、回転軸１５、保持筒４０１、軸受け６１、６２、ワンウェイクラッチ３０およびねじりコイルばね５０を備える。ねじりコイルばね５０のコイル部５１は、延出部５２を基準として逆転方向に巻回され、内径を拡げた状態で回転軸１５の外周面に挿着される。回転軸１５に負荷１２から正転方向の逆入力トルクＴｏが入力されると、保持筒４０１は、ワンウェイクラッチ３０によって回転不能となる。さらに、逆入力トルクＴｏが限界トルクＴｘより小さくなるように限界トルクＴｘを設定することで、回転軸１５は、コイル部５１の内周面と回転軸１５の外周面との摩擦力によって回転が拘束される。すなわち、逆入力トルクＴｏを遮断することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力側からの入力トルクを出力側に伝達し、出力側からの逆入力トルクを遮断する逆入力遮断クラッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入力側からの入力トルクを出力側に伝達し、出力側からの逆入力トルクを遮断する逆入力遮断クラッチが知られている。例えば、特許文献１の図１に開示された逆入力遮断クラッチは、出力軸２３（出力側部材）と固定外輪２１（静止側部材）とが同軸に配置される。出力軸２３の外壁を構成するカム面３１ａ、３１ｂと固定外輪２１の内周面との間のポケット２９には、一対のローラ３０ａ、３０ｂが収容される。また、ポケット２９の周方向の端部にはクサビ隙間が形成される。一対のローラは、その間に設けられた弾性部材４２ａ、４２ｂによって、周方向の互いに離反する方向へ付勢され、カム面３１ａ、３１ｂと固定外輪２１との間に押し当てられている。
【０００３】
入力軸２２（入力側部材）が停止した状態で、負荷からの逆入力トルクが出力軸２３に作用した場合、一対のローラ３０ａ、３０ｂがカム面３１ａ、３１ｂと固定外輪２１との間のクサビ隙間に入り込むことによって、出力軸２３の回転がロックされる。その結果、負荷からの逆入力トルクは遮断され、入力軸２２へは伝達されない。
一方、入力軸２２が例えば図１の時計方向に回転した場合、入力軸２２の柱部２２ｂがクサビ隙間からローラ３０ａを押し出すことによりロックが解除され、出力軸２３が回転可能となる。その結果、入力軸２２からのトルクが出力軸２３に伝達される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４３６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の逆入力遮断クラッチは、負荷からの逆入力トルクが正逆いずれの方向に作用する場合にも逆入力トルクを遮断することができる。しかし、負荷からの逆入力トルクが、例えば重力や燃焼圧等に起因する場合、逆入力トルクの方向は一方向に限定される。このような用途では、部品点数が多く構成が複雑な特許文献１の逆入力遮断クラッチは、機能が過剰である。したがって、負荷からの逆入力トルクが一方向に限られる場合に適用可能な、より簡易な構成の逆入力遮断クラッチが求められる。
【０００６】
また、特許文献１の逆入力遮断クラッチでは、ロック状態（逆入力遮断状態）から入力軸２２の回転によってロックが解除されたとき、入力軸２２の回転方向と逆入力トルクの方向が同方向であれば、出力軸２３は逆入力トルクによって回転し始める。このとき、入力軸２２の回転よりも出力軸２３の回転が速い場合、入力軸２２の柱部２２ｂによって一旦押し出されたローラ（３０ａまたは３０ｂ）が出力軸２３の回転によって再度クサビ隙間に入り込み、ロック状態となる。その後、ローラは、回転し続けている入力軸２３によってクサビ隙間から押し出され、ロックが解除されて出力軸２３が回転し始めることでクサビ隙間に入り込む、という動作を繰り返す。
このように、入力軸２２と出力軸２３との相対速度によって、ロック状態とロック解除状態とを繰り返す現象を「追いつきロック現象」という。追いつきロック現象は、逆入力遮断クラッチの異常摩耗や異音を発生させる。また、逆入力遮断クラッチを駆動部と負荷との間に設け、駆動部によって負荷の回転を制御するシステムにおいて、制御性や応答性を悪化させる要因となる。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、負荷からの逆入力トルクが一方向に限られる場合に適用可能な、簡易な構成の逆入力遮断クラッチを提供することにある。また、追いつきロック現象の発生を回避する逆入力遮断クラッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の逆入力遮断クラッチは、正転方向および逆転方向の駆動トルクを発生する駆動部と当該駆動トルクが出力される負荷との間に設けられ、負荷からの正転方向の逆入力トルクが駆動部に伝達されることを防止する装置である。
本発明の逆入力遮断クラッチは、駆動部への伝達を遮断すべき負荷からの逆入力トルクが一方向に限られる場合に適用される。例えば、負荷からの逆入力トルクが重力や燃焼圧等に起因する場合がこれに該当する。この逆入力トルクの作用方向を「正転方向」、その反対方向を「逆転方向」と定義し、以下、この正逆転方向に基づいて、本発明に係る構成を特定する。なお、この「正転方向」が、駆動部側から視て時計回転方向であるか反時計回転方向であるかは、実施形態によりいずれでもよい。
【０００９】
この逆入力遮断クラッチは、静止部材、回転軸、保持筒、軸受け、一方向回転部材およびねじりコイルばねを備える。
静止部材は、収容穴を有する
回転軸は、収容穴の中心に挿通され、一方の端部である入力端が駆動部に接続され他方の端部である出力端が負荷に接続される。
保持筒は、収容穴の内壁と回転軸との間に、収容穴および回転軸と同軸に設けられる。
軸受けは、保持筒の内壁に挿着され、回転軸を回転可能に支持する。
【００１０】
一方向回転部材は、収容穴の内壁と保持筒の外壁との間に挿着され、保持筒を正転方向へ回転不能に保持し、且つ保持筒を逆転方向へ空転させる。
ねじりコイルばねは、コイル状に巻回されたコイル部と、当該コイル部の一端から径外方向に延び保持筒に係止される延出部とからなり、コイル部に対する延出部の回転方向の相対位置を所定の中立位置に維持するように付勢する。コイル部は、延出部を基準として逆転方向に巻回され、内径を拡げた状態で回転軸の外周面に挿着される。
【００１１】
以上の構成による逆入力遮断クラッチの作用は、次のようである。
（１）回転軸に所定の限界トルクより小さい正転方向のトルクが入力されたとき、保持筒は、一方向回転部材によって回転不能となり、回転軸は、コイル部の内周面と回転軸の外周面との摩擦力によって回転が拘束される。
（２）回転軸に所定の限界トルクより大きい正転方向のトルクが入力されたとき、保持筒は、一方向回転部材によって回転不能となり、回転軸は、コイル部の内径を拡げつつコイル部の内周面と回転軸の外周面との摩擦力に打ち克って回転（正転）する。
（３）回転軸に逆転方向のトルクが入力されたとき、保持筒は、一方向回転部材によって静止部材に対して空転することにより、回転軸と一体に回転（逆転）する。
【００１２】
上記（１）、（２）は、回転軸への入力トルクが正転方向の場合の作用である。
ここで、「所定の限界トルク」とは、そのトルクを回転軸の半径で除した回転軸の接線方向の力が、コイル部の内周面と回転軸の外周面との摩擦力に釣り合うときのトルクに相当する。したがって、入力トルクが所定の限界トルクより小さいとき、回転軸は回転が拘束される。また、コイル部は逆転方向に巻回されるため、入力トルクが所定の限界トルクより大きいとき、回転軸が正転すると巻回が解かれ、内径が拡がる。よって、コイル部の内周面と回転軸の外周面との摩擦力が低下し、回転軸は継続して正転する。
【００１３】
そこで、「所定の限界トルク」を、負荷から入力され得る逆入力トルクの最大値よりも大きく設定することで、逆入力トルクにより回転軸が回転する状況は発生し得なくなる。すなわち、逆入力トルクを確実に遮断することができる。なお、所定の限界トルクは、ねじりコイルばねの材質やばね特性、コイル部と回転軸との接触面積、挿着時の締め代等によって調整することができる。
【００１４】
このように、本発明の逆入力遮断クラッチは、従来技術の逆入力遮断クラッチに比べ、複数のローラやローラ間の弾性部材を必要としない簡易な構成で正転方向の逆入力トルクを遮断することができる。
また、上述した従来技術の逆入力遮断クラッチは、独立した入力軸と出力軸とから構成されているため、それらの相対速度によって「追いつきロック現象」を発生させるという問題があった。それに対し、本発明の逆入力遮断クラッチは、回転軸が単一に形成されるため、追いつきロック現象を根本的に回避することができる。
【００１５】
なお、本発明の前提の構成として、駆動部は、正逆転の両方向の駆動トルクを発生し、負荷を回転駆動することとした。仮に駆動部が駆動トルクを逆転方向にしか発生しなければ、一方向回転部材のみを用いることで、回転軸の逆転を許容し、正転を禁止することができる。或いは、仮に駆動部が駆動トルクを正転方向にしか発生しなければ、入力側（駆動部側）から出力側（負荷側）へトルクを伝達し、出力側から入力側へはトルクを伝達しない装置（例えば、市販品のトルクダイオード（登録商標））を用いることで、逆入力を遮断するという機能を果たすことができる。すなわち、本発明を必要とするまでもない。
よって、本発明の逆入力遮断クラッチは、駆動部による駆動トルクは正逆転の両方向に発生し、負荷からの逆入力トルクは正転方向のみに作用する場合に、特に有効である。
【００１６】
請求項２に記載の発明によると、ねじりコイルばねのコイル部は、線材の断面形状が方形である角ばね材で形成される。
これにより、コイル部の内周面と回転軸の外周面との接触面積を大きく確保することができる。したがって、コイル部の内周面と回転軸の外周面との摩擦力を高め、限界トルクを高めることができる。よって、より大きな正転方向の逆入力トルクに対し、駆動部への伝達を遮断可能となる。
また、コイル部の剛性を高め、ねじりコイルばねの形状の維持に有利となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によると、軸受けは、ねじりコイルばねの軸方向の一方側および他方側で保持筒の内壁に挿着される。また、保持筒は、二つの軸受け及び保持筒の内壁によって区画されるばね室と保持筒の外部とを連通する連通孔が形成される。
これにより、回転軸の回転時にねじりコイルばねとの摩擦熱によって膨張し、また回転軸の停止後の温度降下により収縮するばね室内の空気を、連通孔を経由して外部と呼吸させることができる。さらに、ねじりコイルばねが摩耗した場合、摩耗粉を連通孔から排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態による逆入力遮断クラッチの（ａ）軸方向断面模式図、（ｂ）（ａ）のｂ−ｂ線断面模式図である。
【図２】ワンウェイクラッチの構成および作用を説明する模式図である。
【図３】回転軸に正転方向のトルクが作用するときの逆入力遮断クラッチの作用を説明する模式図であり、（ａ）は入力トルクが限界トルクより小さいとき、（ｂ）は入力トルクが限界トルクより大きいときを示す。
【図４】回転軸に逆転方向のトルクが作用するときの逆入力遮断クラッチの作用を説明する模式図である。
【図５】本発明の（ａ）第２実施形態、（ｂ）第３実施形態による逆入力遮断クラッチの軸方向断面図である。
【図６】本発明の（ａ）第４実施形態、（ｂ）第５実施形態による逆入力遮断クラッチの軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態による逆入力遮断クラッチを図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態の逆入力遮断クラッチ１０１は、正転方向および逆転方向の駆動トルクＴｉを発生し回転軸１５を駆動するモータ等の駆動部１１と、回転軸１５の駆動トルクが出力される負荷１２との間に設けられる。逆入力遮断クラッチ１０１は、駆動部１１からの駆動トルクＴｉを負荷１２へ伝達する一方、負荷１２からの逆入力トルクＴｏが駆動部１１に伝達されないように、逆入力トルクＴｏを遮断する装置である。
逆入力遮断クラッチ１０１は、回転軸１５、ハウジング２０、保持筒４０１、軸受け６１、６２、ワンウェイクラッチ３０、ねじりコイルばね５０等を備えている。
【００２０】
回転軸１５は、一方の端部である入力端１６が駆動部１１に接続され、他方の端部である出力端１７が負荷１２に接続される。
「静止部材」としてのハウジング２０は、中心に回転軸１５が挿通される収容穴２１を有する。
保持筒４０１は、収容穴２１の内壁２２と回転軸１５との間に、これらと同軸に設けられる。保持筒４０１の内壁４２には、ねじりコイルばね５０の延出部５２を係止する係止溝４３が形成されている。
【００２１】
軸受け６１、６２は、保持筒４０１の内壁４２に圧入等によって挿着され、回転軸１５を保持筒４０１に対して回転可能に支持する。本実施形態では、軸受け６１はねじりコイルばね５０の入力端１６側に設けられ、軸受け６２はねじりコイルばね５０の出力端１７側に設けられる。軸受け６１、６２、及び保持筒４０１の内壁４２によってばね室４４が区画される。
【００２２】
「一方向回転部材」は、一般に、内輪の一方向への回転を外輪に伝達し、内輪の他方向への回転に対して外輪を空転させる部材である。本実施形態では、「一方向回転部材」としてのワンウェイクラッチ３０は、外輪３１がハウジング２０の収容穴２１に接合され、内輪は保持筒４０１によって構成される。
【００２３】
ここで、本実施形態における回転方向を、入力端１６側から視て時計方向の回転を「正転」、入力端１６側から視て反時計方向の回転を「逆転」というように定義する。また、負荷１２からの逆入力トルクＴｏは、例えば重力や燃焼圧等に起因するものであって、正転方向にのみ作用するものとする。
ワンウェイクラッチ３０は、内輪の正転を外輪に伝達し、内輪の逆転に対して外輪を空転させる。つまり、ワンウェイクラッチ３０は、逆入力トルクＴｏの方向と同一方向の回転に対し伝達状態となり、逆入力トルクＴｏの方向と反対方向の回転に対し空転状態となるように設定される。
【００２４】
ワンウェイクラッチ３０の具体的な構成について、図２を参照して説明する。図２は、図１（ａ）における入力端１６側から視た図であり、図１（ｂ）と同様、図２の時計回転方向が正転方向に相当し、反時計回転方向が逆転方向に相当する。なお、図１（ｂ）では、外輪３１のくさび部３１ａおよびコロ３３を代表として１箇所のみ破線で示している。
ワンウェイクラッチ３０は、それ自体が外輪３１、複数のコロ３３およびスプリング３４から構成され、内輪３２と組み合わせて用いられる。本実施形態では、保持筒４０１が内輪３２を構成する。また、本実施形態では、外輪３１は、ハウジング２０の収容穴２１の内壁２２に圧入等により接合されているため（図１（ｂ）参照）、回転不能である。
【００２５】
複数のコロ３３は、外輪３１と内輪３２（保持筒４０１の外壁４１）とに挟まれる環状の隙間に配置されている。外輪３１の内壁に、各コロ３３に対応するくさび部３１ａが形成されている。くさび部３１ａは、正転方向でコロ３３が噛み込み、逆転方向でコロ３３がフリーとなる形状に形成されている。スプリング３４は、コロ３３とコロ３３との間に設けられ、コロ３３を外輪３１側へ押し付けている。
図２（ａ）に示すスタンバイ状態において、外輪３１および内輪３２（保持筒４０１）は停止しており、コロ３３はくさび部３１ａに押し付けられている。
【００２６】
図２（ｂ）は、内輪３２（保持筒４０１）が外輪３１に対して正転する場合を示す。
図中実線矢印で示すように、コロ３３がくさび部３１ａに噛み込み、内輪３２（保持筒４０１）の回転力がコロ３３を介して外輪３１に伝達される。ここで、内輪３２（保持筒４０１）の回転数をＲｉｎ、外輪３１の回転数をＲｏｕｔとし、正転方向の回転数を正、逆転方向の回転数を負とする。本実施形態では、常に「Ｒｏｕｔ＝０」であるから、内輪３２（保持筒４０１）が正転すると、「Ｒｉｎ＞Ｒｏｕｔ（＝０）」となり、「伝達状態」となる。このとき、仮に外輪３１がフリーに回転できる態様では、外輪３１は内輪３２と共に回転する。しかし、本実施形態では外輪３１が回転不能であるため、内輪３２（保持筒４０１）が外輪３１に対し回転不能となる「ロック状態」が成立する。
【００２７】
図２（ｃ）は、内輪３２（保持筒４０１）が外輪３１に対して逆転する場合を示す。
図中破線矢印および「×」印で示すように、コロ３３が外輪３１と内輪３２（保持筒４０１）との間を滑り、内輪３２（保持筒４０１）は空転する。つまり、内輪３２（保持筒４０１）が逆転すると、「Ｒｉｎ＜Ｒｏｕｔ（＝０）」となり、「空転状態」が成立する。
【００２８】
次に、図１に戻り、ねじりコイルばね５０について説明する。
ねじりコイルばね５０は、コイル状に巻回されたコイル部５１と、コイル部５１の一端から径外方向に延びる延出部５２とからなる。図１（ｂ）に示すように、本実施形態ではコイル部５１は、入力端１６側に設けられる延出部５２を基準として逆転方向、すなわち逆入力トルクＴｏの方向と反対方向に巻回される。また、コイル部５１は、線材の断面形状が方形である角ばね材で形成される。
【００２９】
ねじりコイルばね５０は、コイル部５１の内径を拡げた状態で回転軸１５の外周面に挿着される。コイル部５１は、角ばね材で形成されるため、回転軸１５の外周面に広い面積で当接し、コイル部５１の内周面と回転軸１５の外周面との摩擦力を比較的高くすることができる。また、コイル部５１の剛性を高め、ねじりコイルばね５０の形状の維持に有利となる。延出部５２は、保持筒４０１の内壁４２に形成された係止溝４３に係止される。
ねじりコイルばね５０は、コイル部５１に対する延出部５２の回転方向の相対位置を所定の中立位置に維持するように付勢する。
【００３０】
これにより、保持筒４０１の外壁４１がフリー状態だと仮定すれば、ねじりコイルばね５０は、回転軸１５が回転したとき、摩擦力によって、回転軸１５に追従して回転する。また、保持筒４０１は、ねじりコイルばね５０の延出部５２が係止溝４３に係止されることで、ねじりコイルばね５０に追従して回転する。
ところが、保持筒４０１は、上記のようにワンウェイクラッチ３０の内輪３２として構成されるため、以下に説明するように、条件によって作動のしかたが変化する。
【００３１】
次に、逆入力遮断クラッチ１０１の作動について、図３、図４を参照して説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、回転軸１５が正転するときの逆入力遮断クラッチ１０１の作用を示す。回転軸１５に正転方向に作用するトルクは、駆動部１１からの駆動トルクＴｉの場合、負荷１２からの逆入力トルクＴｏの場合、又は駆動トルクＴｉと逆入力トルクＴｏとの合成トルクの場合があり得る。ここで、負荷１２からの逆入力トルクＴｏは、後述する「限界トルクＴｘ」より小さいものとする。
【００３２】
図３（ａ）は、回転軸１５に正転方向に作用する駆動トルクＴｉ、逆入力トルクＴｏ、又はこれらの合成トルクが限界トルクＴｘより小さい場合を示す。ここで限界トルクＴｘとは、そのトルクを回転軸１５の半径で除した回転軸１５の接線方向の力が、コイル部５１の内周面と回転軸１５の外周面との摩擦力に釣り合うときのトルクをいう。
【００３３】
この場合、保持筒４０１がねじりコイルばね５０を介して回転軸１５と一体に正転しようとすると、ワンウェイクラッチ３０が伝達状態となるため（図２（ｂ）参照）、静止状態のハウジング２０に対して保持筒４０１がロックされる。そのため、保持筒４０１に保持されるねじりコイルばね５０も回転しない。そして、回転軸１５に作用する正転方向のトルクが限界トルクＴｘより小さいので、回転軸１５は、ねじりコイルばね５０に対して回転が拘束される。よって、回転軸１５は回転することができない。図３（ａ）の破線のＣ字状矢印は「回転しない」ことを示している。
【００３４】
これにより、回転軸１５に作用するトルクが負荷１２からの逆入力トルクＴｏの場合、逆入力遮断クラッチ１０１は、逆入力トルクＴｏが駆動部１１に伝達されないよう、逆入力トルクＴｏを遮断することができる。
【００３５】
図３（ｂ）は、回転軸１５に正転方向に作用する駆動トルクＴｉが限界トルクＴｘより大きい場合を示す。この場合、保持筒４０１およびねじりコイルばね５０は、図３（ａ）の場合と同様、回転しない。しかし、回転軸１５に作用する正転方向の駆動トルクＴｉが限界トルクＴｘより大きいので、回転軸１５は、コイル部５１の内周面との摩擦力に打ち克って回転する。
【００３６】
また、ねじりコイルばね５０のコイル部５１は、入力端１６から視て逆転方向に巻回されているため、回転軸１５が正転することにより、コイル部５１の内周面は巻回が解かれ、内周が拡がる方向に力を受ける。コイル部５１の内径が拡径するため、回転軸１５とねじりコイルばね５０との摩擦力が低減し、回転軸１５はさらに継続して正転可能となる。よって、駆動部１１からの駆動トルクＴｉを負荷１２へトルクＴｉｏとして伝達することができる。図３（ｂ）の実線のＣ字状矢印は「回転（正転）する」ことを示している。
【００３７】
ところで、「負荷１２からの逆入力トルクＴｏは、限界トルクＴｘより小さいものとする」としたのは、仮に、逆入力トルクＴｏが限界トルクＴｘを超える場合があり得ると、そのトルク領域では逆入力トルクを遮断することができないからである。したがって、負荷１２から入力され得る逆入力トルクＴｏの最大値に基づいて、そのトルクから計算した回転軸１５の接線方向の力よりもコイル部５１の内周面と回転軸１５の外周面との摩擦力が大きくなるように、限界トルクＴｘの値を設定する必要がある。具体的には、限界トルクＴｘは、ねじりコイルばね５０の材質やばね特性、コイル部５１と回転軸１５との接触面積、挿着時の締め代等によって調整することができる。
一方、駆動部１１の出力は、正転方向の駆動トルクＴｉが必ず限界トルクＴｘを超えるように設定されることが望ましい。
【００３８】
次に、図４は、回転軸１５が逆転するときの逆入力遮断クラッチ１０１の作用を示す。回転軸１５に逆転方向に作用するトルクは、駆動部１１からの駆動トルクＴｉである。
この場合、保持筒４０１がねじりコイルばね５０を介して回転軸１５と一体に逆転しようとすると、ワンウェイクラッチ３０が空転状態となり（図２（ｃ）参照）、保持筒４０１はフリーに回転する。そのため、駆動トルクＴｉの大きさに関係なく、回転軸１５は、保持筒４０およびねじりコイルばね５０と共に逆転する。よって、駆動部１１からの駆動トルクＴｉを負荷１２へトルクＴｉｏとして伝達することができる。図４の実線のＣ字状矢印は「回転（逆転）する」ことを示している。
【００３９】
このように、本実施形態の逆入力遮断クラッチ１０１は、負荷１２からの逆入力トルクＴｏの方向が正転方向のみの一方向に限られる場合に、簡易な構成で逆入力トルクＴｏを遮断する装置を実現することができる。また、回転軸１５は単一の構成であって、独立した入力軸と出力軸とを有しないため、従来技術にみられるような「追いつきロック現象」の発生を根本的に回避することができる。
【００４０】
（第２、第３実施形態）
次に、本発明の第２、第３実施形態の逆入力遮断クラッチについて、図５を参照して説明する。以下の実施形態の説明では、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、第２実施形態の逆入力遮断クラッチ１０２は、保持筒４０２に、ばね室４４と保持筒４０２の外部とを連通する連通孔４５が形成されている。これにより、回転軸１５の回転時にねじりコイルばね５０との摩擦熱によって膨張し、また回転軸１５の停止後の温度降下により収縮するばね室４４内の空気を、連通孔４５を経由して外部と呼吸させることができる。さらに、ねじりコイルばね５０が摩耗した場合、摩耗粉を連通孔４５から排出することができる。
【００４２】
図５（ｂ）に示すように、第３実施形態の逆入力遮断クラッチ１０３は、保持筒４０３のばね室４４内にグリースＧｒが封入されている。これにより、回転軸１５とねじりコイルばね５０との摺動部を潤滑し、摩擦熱の発生を抑制することができる。
【００４３】
（第４、第５実施形態）
次に、本発明の第４、第５実施形態の逆入力遮断クラッチについて、図６を参照して説明する。第４、第５実施形態の逆入力遮断クラッチは、回転軸１５を支持する軸受けの構成が第１実施形態と異なる。すなわち、第１実施形態では、ねじりコイルばね５０の軸方向の両側に軸受け６１、６２が設けられるのに対し、第４、第５実施形態では、ねじりコイルばね５０の軸方向の片側に軸受けが設けられる。
【００４４】
図６（ａ）に示すように、第４実施形態の逆入力遮断クラッチ１０４は、保持筒４０４が入力端１６側に延長されて設けられている。そして、ねじりコイルばね５０の入力端１６側で保持筒４０４の内壁４２に圧入された一つの軸長の長い軸受け６４が回転軸１５を支持している。また、回転軸１５の出力端１７側には、保持筒４０４の端部に形成された雌ねじ部４６にプラグ７０が螺合されている。
【００４５】
ねじりコイルばね５０は、長期の使用により回転軸１５との接触部が摩耗する可能性があるため、摩耗粉を清掃する修理を施したり交換したりするニーズが生じる。ところが、第１実施形態のように保持筒４０１の両端部に軸受け６１、６２が圧入された態様では、ねじりコイルばね５０の修理または交換のために軸受け６１、６２を取り外すことは容易でない。これに対し、第４実施形態では、ねじを緩めてプラグ７０を容易に取り外すことができるため、ねじりコイルばね５０を修理または交換することが可能となる。
【００４６】
図６（ｂ）に示すように、第５実施形態の逆入力遮断クラッチ１０５は、ねじりコイルばね５０の入力端１６側に二つの軸受け６１、６５が設けられている。軸受け６１は、第１実施形態と同様、保持筒４０５の内壁４２に圧入されて回転軸１５を支持する。また、軸受け６５は、保持筒４０５よりも入力端１６側でハウジング２０の収容穴２１に直接圧入されて回転軸１５を支持する。軸受け６１と軸受け６５とは、回転軸１５の芯振れを防止可能な程度に距離をおいて配置される。
【００４７】
また、回転軸１５の出力端１７側には、第４実施形態と同様、保持筒４０５の端部に形成された雌ねじ部４６にプラグ７０が螺合されている。これにより、第４実施形態と同様、プラグ７０を容易に取り外すことができ、ねじりコイルばね５０の修理または交換に有利である。
【００４８】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、負荷からの逆入力トルクが回転軸１５に入力される「正転方向」が入力端１６側から視て時計方向に相当する。言うまでもなく他の実施形態では、負荷からの逆入力トルクの方向が、入力端１６側から視て反時計方向に相当する場合がある。その場合、逆入力遮断クラッチ３０が伝達または空転状態となる回転方向、及び、ねじりコイルばね５０のコイル部５１の巻回方向は、上記実施形態と逆になる。
【００４９】
また、ねじりコイルばね５０のコイル部５１は、上記実施形態のように角ばね材で形成される態様に限らない。例えば、負荷から入力され得る逆入力トルクの最大値が比較的小さい場合等には、限界トルクＴｘを比較的小さく設定することができるため、一般的な丸線のばね材でコイル部を形成してもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０１〜１０５・・・逆入力遮断クラッチ、
１１ ・・・駆動部、
１２ ・・・負荷、
１５ ・・・回転軸、
１６ ・・・入力端、
１７ ・・・出力端、
２０ ・・・ハウジング（静止部材）、
２１ ・・・収容穴、
３０ ・・・ワンウェイクラッチ（一方向回転部材）、
４０１〜４０５・・・保持筒、
４１ ・・・外壁、
４２ ・・・内壁、
４３ ・・・係止溝、
４４ ・・・ばね室、
４５ ・・・連通孔、
４６ ・・・雌ねじ部、
５０ ・・・ねじりコイルばね、
５１ ・・・コイル部、
５２ ・・・延出部、
６１、６２、６４、６５・・・軸受け、
７０ ・・・プラグ、
Ｇｒ ・・・グリース、
Ｔｉ ・・・駆動トルク、
Ｔｏ ・・・逆入力トルク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力側からの入力トルクを出力側に伝達し、出力側からの逆入力トルクを遮断する逆入力遮断クラッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入力側からの入力トルクを出力側に伝達し、出力側からの逆入力トルクを遮断する逆入力遮断クラッチが知られている。例えば、特許文献１の図１に開示された逆入力遮断クラッチは、出力軸２３（出力側部材）と固定外輪２１（静止側部材）とが同軸に配置される。出力軸２３の外壁を構成するカム面３１ａ、３１ｂと固定外輪２１の内周面との間のポケット２９には、一対のローラ３０ａ、３０ｂが収容される。また、ポケット２９の周方向の端部にはクサビ隙間が形成される。一対のローラは、その間に設けられた弾性部材４２ａ、４２ｂによって、周方向の互いに離反する方向へ付勢され、カム面３１ａ、３１ｂと固定外輪２１との間に押し当てられている。
【０００３】
入力軸２２（入力側部材）が停止した状態で、負荷からの逆入力トルクが出力軸２３に作用した場合、一対のローラ３０ａ、３０ｂがカム面３１ａ、３１ｂと固定外輪２１との間のクサビ隙間に入り込むことによって、出力軸２３の回転がロックされる。その結果、負荷からの逆入力トルクは遮断され、入力軸２２へは伝達されない。
一方、入力軸２２が例えば図１の時計方向に回転した場合、入力軸２２の柱部２２ｂがクサビ隙間からローラ３０ａを押し出すことによりロックが解除され、出力軸２３が回転可能となる。その結果、入力軸２２からのトルクが出力軸２３に伝達される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４３６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の逆入力遮断クラッチは、負荷からの逆入力トルクが正逆いずれの方向に作用する場合にも逆入力トルクを遮断することができる。しかし、負荷からの逆入力トルクが、例えば重力や燃焼圧等に起因する場合、逆入力トルクの方向は一方向に限定される。このような用途では、部品点数が多く構成が複雑な特許文献１の逆入力遮断クラッチは、機能が過剰である。したがって、負荷からの逆入力トルクが一方向に限られる場合に適用可能な、より簡易な構成の逆入力遮断クラッチが求められる。
【０００６】
また、特許文献１の逆入力遮断クラッチでは、ロック状態（逆入力遮断状態）から入力軸２２の回転によってロックが解除されたとき、入力軸２２の回転方向と逆入力トルクの方向が同方向であれば、出力軸２３は逆入力トルクによって回転し始める。このとき、入力軸２２の回転よりも出力軸２３の回転が速い場合、入力軸２２の柱部２２ｂによって一旦押し出されたローラ（３０ａまたは３０ｂ）が出力軸２３の回転によって再度クサビ隙間に入り込み、ロック状態となる。その後、ローラは、回転し続けている入力軸２３によってクサビ隙間から押し出され、ロックが解除されて出力軸２３が回転し始めることでクサビ隙間に入り込む、という動作を繰り返す。
このように、入力軸２２と出力軸２３との相対速度によって、ロック状態とロック解除状態とを繰り返す現象を「追いつきロック現象」という。追いつきロック現象は、逆入力遮断クラッチの異常摩耗や異音を発生させる。また、逆入力遮断クラッチを駆動部と負荷との間に設け、駆動部によって負荷の回転を制御するシステムにおいて、制御性や応答性を悪化させる要因となる。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、負荷からの逆入力トルクが一方向に限られる場合に適用可能な、簡易な構成の逆入力遮断クラッチを提供することにある。また、追いつきロック現象の発生を回避する逆入力遮断クラッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の逆入力遮断クラッチは、正転方向および逆転方向の駆動トルクを発生する駆動部と当該駆動トルクが出力される負荷との間に設けられ、負荷からの正転方向の逆入力トルクが駆動部に伝達されることを防止する装置である。
本発明の逆入力遮断クラッチは、駆動部への伝達を遮断すべき負荷からの逆入力トルクが一方向に限られる場合に適用される。例えば、負荷からの逆入力トルクが重力や燃焼圧等に起因する場合がこれに該当する。この逆入力トルクの作用方向を「正転方向」、その反対方向を「逆転方向」と定義し、以下、この正逆転方向に基づいて、本発明に係る構成を特定する。なお、この「正転方向」が、駆動部側から視て時計回転方向であるか反時計回転方向であるかは、実施形態によりいずれでもよい。
【０００９】
この逆入力遮断クラッチは、静止部材、回転軸、保持筒、軸受け、一方向回転部材およびねじりコイルばねを備える。
静止部材は、収容穴を有する
回転軸は、収容穴の中心に挿通され、一方の端部である入力端が駆動部に接続され他方の端部である出力端が負荷に接続される。
保持筒は、収容穴の内壁と回転軸との間に、収容穴および回転軸と同軸に設けられる。
軸受けは、保持筒の内壁に挿着され、回転軸を回転可能に支持する。
【００１０】
一方向回転部材は、収容穴の内壁と保持筒の外壁との間に挿着され、保持筒を正転方向へ回転不能に保持し、且つ保持筒を逆転方向へ空転させる。
ねじりコイルばねは、コイル状に巻回されたコイル部と、当該コイル部の一端から径外方向に延び保持筒に係止される延出部とからなり、コイル部に対する延出部の回転方向の相対位置を所定の中立位置に維持するように付勢する。コイル部は、延出部を基準として逆転方向に巻回され、内径を拡げた状態で回転軸の外周面に挿着される。
【００１１】
以上の構成による逆入力遮断クラッチの作用は、次のようである。
（１）回転軸に所定の限界トルクより小さい正転方向のトルクが入力されたとき、保持筒は、一方向回転部材によって回転不能となり、回転軸は、コイル部の内周面と回転軸の外周面との摩擦力によって回転が拘束される。
（２）回転軸に所定の限界トルクより大きい正転方向のトルクが入力されたとき、保持筒は、一方向回転部材によって回転不能となり、回転軸は、コイル部の内径を拡げつつコイル部の内周面と回転軸の外周面との摩擦力に打ち克って回転（正転）する。
（３）回転軸に逆転方向のトルクが入力されたとき、保持筒は、一方向回転部材によって静止部材に対して空転することにより、回転軸と一体に回転（逆転）する。
【００１２】
上記（１）、（２）は、回転軸への入力トルクが正転方向の場合の作用である。
ここで、「所定の限界トルク」とは、そのトルクを回転軸の半径で除した回転軸の接線方向の力が、コイル部の内周面と回転軸の外周面との摩擦力に釣り合うときのトルクに相当する。したがって、入力トルクが所定の限界トルクより小さいとき、回転軸は回転が拘束される。また、コイル部は逆転方向に巻回されるため、入力トルクが所定の限界トルクより大きいとき、回転軸が正転すると巻回が解かれ、内径が拡がる。よって、コイル部の内周面と回転軸の外周面との摩擦力が低下し、回転軸は継続して正転する。
【００１３】
そこで、「所定の限界トルク」を、負荷から入力され得る逆入力トルクの最大値よりも大きく設定することで、逆入力トルクにより回転軸が回転する状況は発生し得なくなる。すなわち、逆入力トルクを確実に遮断することができる。なお、所定の限界トルクは、ねじりコイルばねの材質やばね特性、コイル部と回転軸との接触面積、挿着時の締め代等によって調整することができる。
【００１４】
このように、本発明の逆入力遮断クラッチは、従来技術の逆入力遮断クラッチに比べ、複数のローラやローラ間の弾性部材を必要としない簡易な構成で正転方向の逆入力トルクを遮断することができる。
また、上述した従来技術の逆入力遮断クラッチは、独立した入力軸と出力軸とから構成されているため、それらの相対速度によって「追いつきロック現象」を発生させるという問題があった。それに対し、本発明の逆入力遮断クラッチは、回転軸が単一に形成されるため、追いつきロック現象を根本的に回避することができる。
【００１５】
なお、本発明の前提の構成として、駆動部は、正逆転の両方向の駆動トルクを発生し、負荷を回転駆動することとした。仮に駆動部が駆動トルクを逆転方向にしか発生しなければ、一方向回転部材のみを用いることで、回転軸の逆転を許容し、正転を禁止することができる。或いは、仮に駆動部が駆動トルクを正転方向にしか発生しなければ、入力側（駆動部側）から出力側（負荷側）へトルクを伝達し、出力側から入力側へはトルクを伝達しない装置（例えば、市販品のトルクダイオード（登録商標））を用いることで、逆入力を遮断するという機能を果たすことができる。すなわち、本発明を必要とするまでもない。
よって、本発明の逆入力遮断クラッチは、駆動部による駆動トルクは正逆転の両方向に発生し、負荷からの逆入力トルクは正転方向のみに作用する場合に、特に有効である。
【００１６】
請求項２に記載の発明によると、ねじりコイルばねのコイル部は、線材の断面形状が方形である角ばね材で形成される。
これにより、コイル部の内周面と回転軸の外周面との接触面積を大きく確保することができる。したがって、コイル部の内周面と回転軸の外周面との摩擦力を高め、限界トルクを高めることができる。よって、より大きな正転方向の逆入力トルクに対し、駆動部への伝達を遮断可能となる。
また、コイル部の剛性を高め、ねじりコイルばねの形状の維持に有利となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によると、軸受けは、ねじりコイルばねの軸方向の一方側および他方側で保持筒の内壁に挿着される。また、保持筒は、二つの軸受け及び保持筒の内壁によって区画されるばね室と保持筒の外部とを連通する連通孔が形成される。
これにより、回転軸の回転時にねじりコイルばねとの摩擦熱によって膨張し、また回転軸の停止後の温度降下により収縮するばね室内の空気を、連通孔を経由して外部と呼吸させることができる。さらに、ねじりコイルばねが摩耗した場合、摩耗粉を連通孔から排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態による逆入力遮断クラッチの（ａ）軸方向断面模式図、（ｂ）（ａ）のｂ−ｂ線断面模式図である。
【図２】ワンウェイクラッチの構成および作用を説明する模式図である。
【図３】回転軸に正転方向のトルクが作用するときの逆入力遮断クラッチの作用を説明する模式図であり、（ａ）は入力トルクが限界トルクより小さいとき、（ｂ）は入力トルクが限界トルクより大きいときを示す。
【図４】回転軸に逆転方向のトルクが作用するときの逆入力遮断クラッチの作用を説明する模式図である。
【図５】本発明の（ａ）第２実施形態、（ｂ）第３実施形態による逆入力遮断クラッチの軸方向断面図である。
【図６】本発明の（ａ）第４実施形態、（ｂ）第５実施形態による逆入力遮断クラッチの軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態による逆入力遮断クラッチを図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態の逆入力遮断クラッチ１０１は、正転方向および逆転方向の駆動トルクＴｉを発生し回転軸１５を駆動するモータ等の駆動部１１と、回転軸１５の駆動トルクが出力される負荷１２との間に設けられる。逆入力遮断クラッチ１０１は、駆動部１１からの駆動トルクＴｉを負荷１２へ伝達する一方、負荷１２からの逆入力トルクＴｏが駆動部１１に伝達されないように、逆入力トルクＴｏを遮断する装置である。
逆入力遮断クラッチ１０１は、回転軸１５、ハウジング２０、保持筒４０１、軸受け６１、６２、ワンウェイクラッチ３０、ねじりコイルばね５０等を備えている。
【００２０】
回転軸１５は、一方の端部である入力端１６が駆動部１１に接続され、他方の端部である出力端１７が負荷１２に接続される。
「静止部材」としてのハウジング２０は、中心に回転軸１５が挿通される収容穴２１を有する。
保持筒４０１は、収容穴２１の内壁２２と回転軸１５との間に、これらと同軸に設けられる。保持筒４０１の内壁４２には、ねじりコイルばね５０の延出部５２を係止する係止溝４３が形成されている。
【００２１】
軸受け６１、６２は、保持筒４０１の内壁４２に圧入等によって挿着され、回転軸１５を保持筒４０１に対して回転可能に支持する。本実施形態では、軸受け６１はねじりコイルばね５０の入力端１６側に設けられ、軸受け６２はねじりコイルばね５０の出力端１７側に設けられる。軸受け６１、６２、及び保持筒４０１の内壁４２によってばね室４４が区画される。
【００２２】
「一方向回転部材」は、一般に、内輪の一方向への回転を外輪に伝達し、内輪の他方向への回転に対して外輪を空転させる部材である。本実施形態では、「一方向回転部材」としてのワンウェイクラッチ３０は、外輪３１がハウジング２０の収容穴２１に接合され、内輪は保持筒４０１によって構成される。
【００２３】
ここで、本実施形態における回転方向を、入力端１６側から視て時計方向の回転を「正転」、入力端１６側から視て反時計方向の回転を「逆転」というように定義する。また、負荷１２からの逆入力トルクＴｏは、例えば重力や燃焼圧等に起因するものであって、正転方向にのみ作用するものとする。
ワンウェイクラッチ３０は、内輪の正転を外輪に伝達し、内輪の逆転に対して外輪を空転させる。つまり、ワンウェイクラッチ３０は、逆入力トルクＴｏの方向と同一方向の回転に対し伝達状態となり、逆入力トルクＴｏの方向と反対方向の回転に対し空転状態となるように設定される。
【００２４】
ワンウェイクラッチ３０の具体的な構成について、図２を参照して説明する。図２は、図１（ａ）における入力端１６側から視た図であり、図１（ｂ）と同様、図２の時計回転方向が正転方向に相当し、反時計回転方向が逆転方向に相当する。なお、図１（ｂ）では、外輪３１のくさび部３１ａおよびコロ３３を代表として１箇所のみ破線で示している。
ワンウェイクラッチ３０は、それ自体が外輪３１、複数のコロ３３およびスプリング３４から構成され、内輪３２と組み合わせて用いられる。本実施形態では、保持筒４０１が内輪３２を構成する。また、本実施形態では、外輪３１は、ハウジング２０の収容穴２１の内壁２２に圧入等により接合されているため（図１（ｂ）参照）、回転不能である。
【００２５】
複数のコロ３３は、外輪３１と内輪３２（保持筒４０１の外壁４１）とに挟まれる環状の隙間に配置されている。外輪３１の内壁に、各コロ３３に対応するくさび部３１ａが形成されている。くさび部３１ａは、正転方向でコロ３３が噛み込み、逆転方向でコロ３３がフリーとなる形状に形成されている。スプリング３４は、コロ３３とコロ３３との間に設けられ、コロ３３を外輪３１側へ押し付けている。
図２（ａ）に示すスタンバイ状態において、外輪３１および内輪３２（保持筒４０１）は停止しており、コロ３３はくさび部３１ａに押し付けられている。
【００２６】
図２（ｂ）は、内輪３２（保持筒４０１）が外輪３１に対して正転する場合を示す。
図中実線矢印で示すように、コロ３３がくさび部３１ａに噛み込み、内輪３２（保持筒４０１）の回転力がコロ３３を介して外輪３１に伝達される。ここで、内輪３２（保持筒４０１）の回転数をＲｉｎ、外輪３１の回転数をＲｏｕｔとし、正転方向の回転数を正、逆転方向の回転数を負とする。本実施形態では、常に「Ｒｏｕｔ＝０」であるから、内輪３２（保持筒４０１）が正転すると、「Ｒｉｎ＞Ｒｏｕｔ（＝０）」となり、「伝達状態」となる。このとき、仮に外輪３１がフリーに回転できる態様では、外輪３１は内輪３２と共に回転する。しかし、本実施形態では外輪３１が回転不能であるため、内輪３２（保持筒４０１）が外輪３１に対し回転不能となる「ロック状態」が成立する。
【００２７】
図２（ｃ）は、内輪３２（保持筒４０１）が外輪３１に対して逆転する場合を示す。
図中破線矢印および「×」印で示すように、コロ３３が外輪３１と内輪３２（保持筒４０１）との間を滑り、内輪３２（保持筒４０１）は空転する。つまり、内輪３２（保持筒４０１）が逆転すると、「Ｒｉｎ＜Ｒｏｕｔ（＝０）」となり、「空転状態」が成立する。
【００２８】
次に、図１に戻り、ねじりコイルばね５０について説明する。
ねじりコイルばね５０は、コイル状に巻回されたコイル部５１と、コイル部５１の一端から径外方向に延びる延出部５２とからなる。図１（ｂ）に示すように、本実施形態ではコイル部５１は、入力端１６側に設けられる延出部５２を基準として逆転方向、すなわち逆入力トルクＴｏの方向と反対方向に巻回される。また、コイル部５１は、線材の断面形状が方形である角ばね材で形成される。
【００２９】
ねじりコイルばね５０は、コイル部５１の内径を拡げた状態で回転軸１５の外周面に挿着される。コイル部５１は、角ばね材で形成されるため、回転軸１５の外周面に広い面積で当接し、コイル部５１の内周面と回転軸１５の外周面との摩擦力を比較的高くすることができる。また、コイル部５１の剛性を高め、ねじりコイルばね５０の形状の維持に有利となる。延出部５２は、保持筒４０１の内壁４２に形成された係止溝４３に係止される。
ねじりコイルばね５０は、コイル部５１に対する延出部５２の回転方向の相対位置を所定の中立位置に維持するように付勢する。
【００３０】
これにより、保持筒４０１の外壁４１がフリー状態だと仮定すれば、ねじりコイルばね５０は、回転軸１５が回転したとき、摩擦力によって、回転軸１５に追従して回転する。また、保持筒４０１は、ねじりコイルばね５０の延出部５２が係止溝４３に係止されることで、ねじりコイルばね５０に追従して回転する。
ところが、保持筒４０１は、上記のようにワンウェイクラッチ３０の内輪３２として構成されるため、以下に説明するように、条件によって作動のしかたが変化する。
【００３１】
次に、逆入力遮断クラッチ１０１の作動について、図３、図４を参照して説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、回転軸１５が正転するときの逆入力遮断クラッチ１０１の作用を示す。回転軸１５に正転方向に作用するトルクは、駆動部１１からの駆動トルクＴｉの場合、負荷１２からの逆入力トルクＴｏの場合、又は駆動トルクＴｉと逆入力トルクＴｏとの合成トルクの場合があり得る。ここで、負荷１２からの逆入力トルクＴｏは、後述する「限界トルクＴｘ」より小さいものとする。
【００３２】
図３（ａ）は、回転軸１５に正転方向に作用する駆動トルクＴｉ、逆入力トルクＴｏ、又はこれらの合成トルクが限界トルクＴｘより小さい場合を示す。ここで限界トルクＴｘとは、そのトルクを回転軸１５の半径で除した回転軸１５の接線方向の力が、コイル部５１の内周面と回転軸１５の外周面との摩擦力に釣り合うときのトルクをいう。
【００３３】
この場合、保持筒４０１がねじりコイルばね５０を介して回転軸１５と一体に正転しようとすると、ワンウェイクラッチ３０が伝達状態となるため（図２（ｂ）参照）、静止状態のハウジング２０に対して保持筒４０１がロックされる。そのため、保持筒４０１に保持されるねじりコイルばね５０も回転しない。そして、回転軸１５に作用する正転方向のトルクが限界トルクＴｘより小さいので、回転軸１５は、ねじりコイルばね５０に対して回転が拘束される。よって、回転軸１５は回転することができない。図３（ａ）の破線のＣ字状矢印は「回転しない」ことを示している。
【００３４】
これにより、回転軸１５に作用するトルクが負荷１２からの逆入力トルクＴｏの場合、逆入力遮断クラッチ１０１は、逆入力トルクＴｏが駆動部１１に伝達されないよう、逆入力トルクＴｏを遮断することができる。
【００３５】
図３（ｂ）は、回転軸１５に正転方向に作用する駆動トルクＴｉが限界トルクＴｘより大きい場合を示す。この場合、保持筒４０１およびねじりコイルばね５０は、図３（ａ）の場合と同様、回転しない。しかし、回転軸１５に作用する正転方向の駆動トルクＴｉが限界トルクＴｘより大きいので、回転軸１５は、コイル部５１の内周面との摩擦力に打ち克って回転する。
【００３６】
また、ねじりコイルばね５０のコイル部５１は、入力端１６から視て逆転方向に巻回されているため、回転軸１５が正転することにより、コイル部５１の内周面は巻回が解かれ、内周が拡がる方向に力を受ける。コイル部５１の内径が拡径するため、回転軸１５とねじりコイルばね５０との摩擦力が低減し、回転軸１５はさらに継続して正転可能となる。よって、駆動部１１からの駆動トルクＴｉを負荷１２へトルクＴｉｏとして伝達することができる。図３（ｂ）の実線のＣ字状矢印は「回転（正転）する」ことを示している。
【００３７】
ところで、「負荷１２からの逆入力トルクＴｏは、限界トルクＴｘより小さいものとする」としたのは、仮に、逆入力トルクＴｏが限界トルクＴｘを超える場合があり得ると、そのトルク領域では逆入力トルクを遮断することができないからである。したがって、負荷１２から入力され得る逆入力トルクＴｏの最大値に基づいて、そのトルクから計算した回転軸１５の接線方向の力よりもコイル部５１の内周面と回転軸１５の外周面との摩擦力が大きくなるように、限界トルクＴｘの値を設定する必要がある。具体的には、限界トルクＴｘは、ねじりコイルばね５０の材質やばね特性、コイル部５１と回転軸１５との接触面積、挿着時の締め代等によって調整することができる。
一方、駆動部１１の出力は、正転方向の駆動トルクＴｉが必ず限界トルクＴｘを超えるように設定されることが望ましい。
【００３８】
次に、図４は、回転軸１５が逆転するときの逆入力遮断クラッチ１０１の作用を示す。回転軸１５に逆転方向に作用するトルクは、駆動部１１からの駆動トルクＴｉである。
この場合、保持筒４０１がねじりコイルばね５０を介して回転軸１５と一体に逆転しようとすると、ワンウェイクラッチ３０が空転状態となり（図２（ｃ）参照）、保持筒４０１はフリーに回転する。そのため、駆動トルクＴｉの大きさに関係なく、回転軸１５は、保持筒４０およびねじりコイルばね５０と共に逆転する。よって、駆動部１１からの駆動トルクＴｉを負荷１２へトルクＴｉｏとして伝達することができる。図４の実線のＣ字状矢印は「回転（逆転）する」ことを示している。
【００３９】
このように、本実施形態の逆入力遮断クラッチ１０１は、負荷１２からの逆入力トルクＴｏの方向が正転方向のみの一方向に限られる場合に、簡易な構成で逆入力トルクＴｏを遮断する装置を実現することができる。また、回転軸１５は単一の構成であって、独立した入力軸と出力軸とを有しないため、従来技術にみられるような「追いつきロック現象」の発生を根本的に回避することができる。
【００４０】
（第２、第３実施形態）
次に、本発明の第２、第３実施形態の逆入力遮断クラッチについて、図５を参照して説明する。以下の実施形態の説明では、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、第２実施形態の逆入力遮断クラッチ１０２は、保持筒４０２に、ばね室４４と保持筒４０２の外部とを連通する連通孔４５が形成されている。これにより、回転軸１５の回転時にねじりコイルばね５０との摩擦熱によって膨張し、また回転軸１５の停止後の温度降下により収縮するばね室４４内の空気を、連通孔４５を経由して外部と呼吸させることができる。さらに、ねじりコイルばね５０が摩耗した場合、摩耗粉を連通孔４５から排出することができる。
【００４２】
図５（ｂ）に示すように、第３実施形態の逆入力遮断クラッチ１０３は、保持筒４０３のばね室４４内にグリースＧｒが封入されている。これにより、回転軸１５とねじりコイルばね５０との摺動部を潤滑し、摩擦熱の発生を抑制することができる。
【００４３】
（第４、第５実施形態）
次に、本発明の第４、第５実施形態の逆入力遮断クラッチについて、図６を参照して説明する。第４、第５実施形態の逆入力遮断クラッチは、回転軸１５を支持する軸受けの構成が第１実施形態と異なる。すなわち、第１実施形態では、ねじりコイルばね５０の軸方向の両側に軸受け６１、６２が設けられるのに対し、第４、第５実施形態では、ねじりコイルばね５０の軸方向の片側に軸受けが設けられる。
【００４４】
図６（ａ）に示すように、第４実施形態の逆入力遮断クラッチ１０４は、保持筒４０４が入力端１６側に延長されて設けられている。そして、ねじりコイルばね５０の入力端１６側で保持筒４０４の内壁４２に圧入された一つの軸長の長い軸受け６４が回転軸１５を支持している。また、回転軸１５の出力端１７側には、保持筒４０４の端部に形成された雌ねじ部４６にプラグ７０が螺合されている。
【００４５】
ねじりコイルばね５０は、長期の使用により回転軸１５との接触部が摩耗する可能性があるため、摩耗粉を清掃する修理を施したり交換したりするニーズが生じる。ところが、第１実施形態のように保持筒４０１の両端部に軸受け６１、６２が圧入された態様では、ねじりコイルばね５０の修理または交換のために軸受け６１、６２を取り外すことは容易でない。これに対し、第４実施形態では、ねじを緩めてプラグ７０を容易に取り外すことができるため、ねじりコイルばね５０を修理または交換することが可能となる。
【００４６】
図６（ｂ）に示すように、第５実施形態の逆入力遮断クラッチ１０５は、ねじりコイルばね５０の入力端１６側に二つの軸受け６１、６５が設けられている。軸受け６１は、第１実施形態と同様、保持筒４０５の内壁４２に圧入されて回転軸１５を支持する。また、軸受け６５は、保持筒４０５よりも入力端１６側でハウジング２０の収容穴２１に直接圧入されて回転軸１５を支持する。軸受け６１と軸受け６５とは、回転軸１５の芯振れを防止可能な程度に距離をおいて配置される。
【００４７】
また、回転軸１５の出力端１７側には、第４実施形態と同様、保持筒４０５の端部に形成された雌ねじ部４６にプラグ７０が螺合されている。これにより、第４実施形態と同様、プラグ７０を容易に取り外すことができ、ねじりコイルばね５０の修理または交換に有利である。
【００４８】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、負荷からの逆入力トルクが回転軸１５に入力される「正転方向」が入力端１６側から視て時計方向に相当する。言うまでもなく他の実施形態では、負荷からの逆入力トルクの方向が、入力端１６側から視て反時計方向に相当する場合がある。その場合、逆入力遮断クラッチ３０が伝達または空転状態となる回転方向、及び、ねじりコイルばね５０のコイル部５１の巻回方向は、上記実施形態と逆になる。
【００４９】
また、ねじりコイルばね５０のコイル部５１は、上記実施形態のように角ばね材で形成される態様に限らない。例えば、負荷から入力され得る逆入力トルクの最大値が比較的小さい場合等には、限界トルクＴｘを比較的小さく設定することができるため、一般的な丸線のばね材でコイル部を形成してもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０１〜１０５・・・逆入力遮断クラッチ、
１１ ・・・駆動部、
１２ ・・・負荷、
１５ ・・・回転軸、
１６ ・・・入力端、
１７ ・・・出力端、
２０ ・・・ハウジング（静止部材）、
２１ ・・・収容穴、
３０ ・・・ワンウェイクラッチ（一方向回転部材）、
４０１〜４０５・・・保持筒、
４１ ・・・外壁、
４２ ・・・内壁、
４３ ・・・係止溝、
４４ ・・・ばね室、
４５ ・・・連通孔、
４６ ・・・雌ねじ部、
５０ ・・・ねじりコイルばね、
５１ ・・・コイル部、
５２ ・・・延出部、
６１、６２、６４、６５・・・軸受け、
７０ ・・・プラグ、
Ｇｒ ・・・グリース、
Ｔｉ ・・・駆動トルク、
Ｔｏ ・・・逆入力トルク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正転方向および逆転方向の駆動トルクを発生する駆動部と当該駆動トルクが出力される負荷との間に設けられ、前記負荷からの前記正転方向の逆入力トルクが前記駆動部に伝達されることを防止する逆入力遮断クラッチであって、
収容穴を有する静止部材と、
前記収容穴の中心に挿通され、一方の端部である入力端が駆動部に接続され他方の端部である出力端が負荷に接続される回転軸と、
前記収容穴の内壁と前記回転軸との間に、前記収容穴および前記回転軸と同軸に設けられる保持筒と、
前記保持筒の内壁に挿着され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受けと、
前記収容穴の内壁と前記保持筒の外壁との間に挿着され、前記保持筒を前記正転方向へ回転不能に保持し、且つ前記保持筒を前記逆転方向へ空転させる一方向回転部材と、
コイル状に巻回されたコイル部と、当該コイル部の一端から径外方向に延び前記保持筒に係止される延出部とからなり、前記コイル部に対する前記延出部の回転方向の相対位置を所定の中立位置に維持するように付勢するねじりコイルばねであって、前記コイル部は、前記延出部を基準として前記逆転方向に巻回され、内径を拡げた状態で前記回転軸の外周面に挿着されるねじりコイルばねと、
を備え、
前記回転軸に所定の限界トルクより小さい前記正転方向のトルクが入力されたとき、前記保持筒は、前記一方向回転部材によって回転不能となり、前記回転軸は、前記コイル部の内周面と前記回転軸の外周面との摩擦力によって回転が拘束され、
前記回転軸に前記所定の限界トルクより大きい前記正転方向のトルクが入力されたとき、前記保持筒は、前記一方向回転部材によって回転不能となり、前記回転軸は、前記コイル部の内径を拡げつつ前記コイル部の内周面と前記回転軸の外周面との摩擦力に打ち克って回転し、
前記回転軸に前記逆転方向のトルクが入力されたとき、前記保持筒は、前記一方向回転部材によって前記静止部材に対して空転することにより、前記回転軸と一体に回転することを特徴とする逆入力遮断クラッチ。
【請求項２】
前記ねじりコイルばねの前記コイル部は、線材の断面形状が方形である角ばね材で形成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。
【請求項３】
前記軸受けは、前記ねじりコイルばねの軸方向の一方側および他方側で前記保持筒の内壁に挿着され、
前記保持筒は、二つの前記軸受け及び前記保持筒の内壁によって区画されるばね室と前記保持筒の外部とを連通する連通孔が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の逆入力遮断クラッチ。
【請求項１】
正転方向および逆転方向の駆動トルクを発生する駆動部と当該駆動トルクが出力される負荷との間に設けられ、前記負荷からの前記正転方向の逆入力トルクが前記駆動部に伝達されることを防止する逆入力遮断クラッチであって、
収容穴を有する静止部材と、
前記収容穴の中心に挿通され、一方の端部である入力端が駆動部に接続され他方の端部である出力端が負荷に接続される回転軸と、
前記収容穴の内壁と前記回転軸との間に、前記収容穴および前記回転軸と同軸に設けられる保持筒と、
前記保持筒の内壁に挿着され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受けと、
前記収容穴の内壁と前記保持筒の外壁との間に挿着され、前記保持筒を前記正転方向へ回転不能に保持し、且つ前記保持筒を前記逆転方向へ空転させる一方向回転部材と、
コイル状に巻回されたコイル部と、当該コイル部の一端から径外方向に延び前記保持筒に係止される延出部とからなり、前記コイル部に対する前記延出部の回転方向の相対位置を所定の中立位置に維持するように付勢するねじりコイルばねであって、前記コイル部は、前記延出部を基準として前記逆転方向に巻回され、内径を拡げた状態で前記回転軸の外周面に挿着されるねじりコイルばねと、
を備え、
前記回転軸に所定の限界トルクより小さい前記正転方向のトルクが入力されたとき、前記保持筒は、前記一方向回転部材によって回転不能となり、前記回転軸は、前記コイル部の内周面と前記回転軸の外周面との摩擦力によって回転が拘束され、
前記回転軸に前記所定の限界トルクより大きい前記正転方向のトルクが入力されたとき、前記保持筒は、前記一方向回転部材によって回転不能となり、前記回転軸は、前記コイル部の内径を拡げつつ前記コイル部の内周面と前記回転軸の外周面との摩擦力に打ち克って回転し、
前記回転軸に前記逆転方向のトルクが入力されたとき、前記保持筒は、前記一方向回転部材によって前記静止部材に対して空転することにより、前記回転軸と一体に回転することを特徴とする逆入力遮断クラッチ。
【請求項２】
前記ねじりコイルばねの前記コイル部は、線材の断面形状が方形である角ばね材で形成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。
【請求項３】
前記軸受けは、前記ねじりコイルばねの軸方向の一方側および他方側で前記保持筒の内壁に挿着され、
前記保持筒は、二つの前記軸受け及び前記保持筒の内壁によって区画されるばね室と前記保持筒の外部とを連通する連通孔が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の逆入力遮断クラッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１１３３２８（Ｐ２０１３−１１３３２８Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５７６２４（Ｐ２０１１−２５７６２４）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
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