JP6034331B2 - 一方向への回転方向変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転する入力軸と出力軸との間に介在され、入力軸の正転・逆転にかかわらず出力軸を常に一方向へ回転させる回転方向変換装置に関するものである。

機械部品あるいは作業機器等を回転駆動する動力伝達系統では、駆動する機器の特性に合わせるよう、回転速度やトルクなどを変更するための伝動装置が常套的に使用される。また、モーター等の駆動源との接続を遮断するクラッチや過大なトルクから保護するトルクリミッタ等、各種の機能を備えた機器が介在されることが多い。

動力伝達系統に使用される伝動装置の中には、入力軸の正転・逆転にかかわらず出力軸を常に一方向へ回転させる回転方向変換装置がある。回転方向変換装置は複写機等で用いられており、一例として特開２００８−２１６９６８号公報には、画像形成装置におけるローラ駆動用の正転・逆転可能なモーターを、回転方向変換装置を介して廃トナー搬送用のスクリューに連結し、モーターの正転・逆転に関係なく、そのスクリューを一方向に回転させて廃トナーを移送する技術が開示されている。これにより、スクリューを一方向のみに回転させる専用モーターが不要となり、省スペース化あるいはコストの削減を図ることができる。

回転方向変換装置の具体的な構造としては、入力軸と出力軸との間に複数の一方向クラッチを設置し、入力軸の正転・逆転に応じて、出力軸への動力伝達経路に介在させる一方向クラッチを切り換えるものが知られている。例えば、特開２００４−８４７８３号公報には、３個の一方向クラッチと傘歯車とを組み合わせた回転方向変換装置が記載されており、これについて図６により説明する。

図６の左方の全体図に示すとおり、固定されたハウジングＨＧの中心には、入力軸ＩＳと出力軸ＯＳとが同軸上に対向して配置されるとともに、一対の傘歯車ＢＧ１、ＢＧ２が対向して配置される。傘歯車ＢＧ１、ＢＧ２は、それぞれ回転可能に出力軸ＯＳに嵌め込まれ、また、ハウジングＨＧに軸支されたアイドラ（中間）傘歯車ＢＧＭを介して互いに連結されている。入力軸ＩＳには拡大された筒状部ＩＳＥが形成してあり、出力軸ＯＳの先端は、この筒状部ＩＳＥに軸受される。
筒状部ＩＳＥと出力軸ＯＳの先端との間には第１一方向クラッチＯＣ１が置かれるとともに、筒状部ＩＳＥと傘歯車ＢＧ１の軸部との間には第２一方向クラッチＯＣ２が置かれ、対向する傘歯車ＢＧ２の軸部と出力軸ＯＳとの間には、第３一方向クラッチＯＣ３が置かれる。これらの一方向クラッチは、全体図の各断面の符号に対応する（ａ）〜（ｃ）図に示すとおり、ローラＲＯをカム面でロックする方向にばねＳＰで押し込むローラ型の一方向クラッチである。第１一方向クラッチＯＣ１と第２一方向クラッチＯＣ２とは、入力軸ＩＳ（筒状部ＩＳＥ）の正転・逆転に応じて、一方の一方向クラッチがロックし他方のものが空転するよう構成され、第３一方向クラッチＯＣ３は、第２一方向クラッチＯＣ２がロックしたときにロックするよう構成してある（傘歯車ＢＧ１、ＢＧ２の回転方向は互いに反対）。

図６（ａ）（ｂ）において、筒状部ＩＳＥが反時計回りに回転するときは、図６（ａ）の第１一方向クラッチＯＣ１のローラＲＯが、傾斜カム面をなす筒状部ＩＳＥと出力軸ＯＳとの間に噛み込まれてロックされる一方、図６（ｂ）の第２一方向クラッチＯＣ２のローラＲＯは、ばねＳＰを押し返すようにして自由に回転する。そのため、入力軸ＩＳの反時計回りに回転は、第１一方向クラッチＯＣ１を介して出力軸ＯＳに直接伝達され、第２一方向クラッチＯＣ２を空転させる。入力軸ＩＳが逆方向に回転すると、第１一方向クラッチＯＣ１が空転し、第２一方向クラッチＯＣ２がロックして傘歯車ＢＧ１が回転するが、傘歯車ＢＧ１の回転は、アイドラ傘歯車ＢＧＭにより傘歯車ＢＧ２を反対方向に回転させることとなり、図６（ｃ）に示す第３一方向クラッチＯＣ３を介して出力軸ＯＳを反時計方向に回転させる。つまり、図６の伝動装置は、入力軸ＩＳの反時計回りの回転がそのまま出力軸ＯＳに伝達され、入力軸ＩＳの時計回りの回転が反時計回りの回転に変換されて伝達される回転方向変換装置となっている。

特開２００８−２１６９６８号公報 特開２００４−８４７８３号公報

一方向への回転方向変換装置は、複写機等の事務用機器で多く用いられているが、事務用機器では、限定された小容積のスペースに細かい多数の部品が配置されることから、回転方向変換装置としても小型でコンパクトなものであることが望ましい。特許文献２の回転方向変換装置は、入力軸と出力軸の回転軸中心が同心であって、動力伝達系に介在させる際の使い勝手が良いものではある。しかし、互いに噛み合う３個の傘歯車が使用され、ハウジングに配置されるアイドラ傘歯車が径方向の回転軸を有している関係上、装置の外径や軸方向長さの寸法を小さくするのが困難である。

また、傘歯車はいわば特殊な歯車であり、正確な歯形形状を備えた小さな傘歯車を製造することが難しい。歯形形状の精度が悪化すると、動力伝達における摩擦損失が増加して伝達効率の低下を招き、騒音が増加する原因ともなる。
本発明の課題は、入力軸の正転・逆転にかかわらず出力軸を一方向へ回転させる回転方向変換装置において、製造が容易な通常の平歯車を用いて、入力軸と出力軸とが同心となったコンパクトな装置を構成し、上述の問題を解決することにある。

上記の課題に鑑み、本発明の回転方向変換装置は、出力軸と一体的に回転する外側回転体の内部に内側回転体を同心に設置して、両方の回転体を、一方向クラッチを介して入力軸に接続し、内側回転体が入力軸ととともに回転するときは、中間歯車を介して逆方向に外側回転体を駆動するものである。すなわち、本発明は、
「同心に配置された入力軸と出力軸とを備え、前記入力軸の回転方向に関係なく前記出力軸を一方向に回転させる回転方向変換装置であって、
前記出力軸には、これと一体的に回転する外側回転体が取り付けられるとともに、前記外側回転体の内部には、内側回転体が前記外側回転体と同心に設置され、
前記外側回転体と前記内側回転体とは、それぞれ一方向クラッチを介して前記入力軸と連結され、前記入力軸の回転方向に応じて、前記外側回転体と前記内側回転体のいずれか一方が前記入力軸と接続されるよう構成されており、さらに、
前記外側回転体と前記内側回転体にはそれぞれ内歯歯車が固着され、両方の前記内歯歯車は、固定された歯車支持部材に軸支される中間歯車を介して、互いに反対方向に回転するよう連結されている」
ことを特徴とする回転方向変換装置となっている。

請求項２に記載のように、両方の前記内歯歯車を同一形状の内歯歯車とし、軸方向に並列して配置することが好ましい。さらに、この場合には、請求項３に記載のように、
「両方の内歯歯車を連結する前記中間歯車は、同一形状の２個の歯車を組み合わせたものであって、その２個の歯車の各々は、軸方向の一部において互いに噛み合うとともに、残りの部分では、一方の歯車が前記外側回転体の前記内歯歯車と噛み合い、他方の歯車が前記内側回転体の前記内歯歯車と噛み合う」
構成とすることが好ましい。

請求項４に記載のように、前記外側回転体を、軸方向に２分割した部材を組み合わせたものとし、前記内歯歯車を一方の部材に形成することが好ましい。

また、請求項５に記載のように、前記中間歯車を軸支する歯車支持部材を、前記外側回転体の外径と等しい円板部と取り付け用のアーム部とを備えた板状部材とすることが好ましい。

本発明の回転方向変換装置は、出力軸と一体的に回転する外側回転体の内部に内側回転体を同心に設置し、それぞれの回転体を、一方向クラッチを介して入力軸に連結することにより、入力軸の正転・逆転に応じ一方の回転体のみを駆動するものである。両方の回転体には内歯歯車が固着してあり、それぞれの内歯歯車は、歯車支持部材に軸支された中間歯車により連結されて、互いに反対方向に回転する。したがって、内側回転体が入力軸ととともに回転すると、外側回転体は中間歯車を介して逆方向に回転することとなり、入力軸の正転・逆転にかかわらず、出力軸は常時一方向へ回転する。

本発明の回転方向変換装置では、外側回転体と内側回転体とが入力軸及び出力軸と同心に設置され、内側回転体は外側回転体の内部に収容される。さらに、回転方向変換装置の全体が、内歯歯車を軸支する歯車支持部材に支持される形で複写機等の固定部分に装着されるので、外側回転体の外方にはハウジング等を設ける必要はない。そのため、回転方向変換装置が小型化され、特に、径方向の寸法を小さくすることができる。
また、同心の外側回転体と内側回転体とに固着された２個の内歯歯車、及び、それらの内歯歯車を反対方向に回転するよう歯車結合する中間歯車は、入出力軸と同方向の回転軸の回りを回転する。これらの歯車には、小型であっても寸法精度の優れた平歯車を使用できるので、回転方向変換装置における動力伝達効率の低下あるいは騒音の増大を回避することが可能である。

請求項２の発明のように、外側回転体と内側回転体の内歯歯車を同一形状の歯車とし、これらを軸方向に並列して配置した構成とすると、２個の内歯歯車の共通化や内歯歯車に噛み合う中間歯車の共通化による製造上のコストメリットを図ることができる。２個の内歯歯車を軸方向に並列して配置することにより、回転方向変換装置において最大径の部品である外側回転体の寸法の増大を抑えることも可能となる。
請求項３の発明は、請求項２の発明における中間歯車の構造等を限定したものである。中間歯車は、外側回転体と内側回転体との内歯歯車を互いに反対方向に回転させるために設けられる歯車であるので、複数設置することが必要となるが、請求項３の発明では、同一形状の２個の歯車を組み合わせている。そして、その２個の歯車の各々は、軸方向の一部において互いに噛み合うとともに、残りの部分では、一方の歯車が外側回転体の内歯歯車と噛み合い、他方の歯車が内側回転体の内歯歯車と噛み合うようにする。これにより、占有スペースが少ない簡素な構成で、外側回転体と内側回転体との内歯歯車を互いに逆方向に回転する駆動機構が実現される。

請求項４の発明は、外側回転体を、軸方向に２分割した部材を組み合わせた構造とし、内歯歯車を２分割した部材の一方に形成するものである。こうすると、外側回転体の内部に内側回転体を収容した後に、内歯歯車を形成した一方の部材を組み合わせ、内側回転体の内歯歯車と外側回転体の内歯歯車とを、容易に軸方向に整列することができる。

請求項５の発明は、中間歯車を軸支する歯車支持部材を、外側回転体の外径と等しい円板部と取り付け用のアーム部とを備えた板状部材としたものである。歯車支持部材は、本発明の回転方向変換装置の固定部をなす部材であって、こうした板状部材としたときは、回転方向変換装置の全体の重量が軽減されるとともに、取り付け用のアーム部の構造を、回転方向変換装置が装着される機器の部位に適合させることが容易となる。

本発明の回転方向変換装置の全体的な構造を示す図である。 図１の回転方向変換装置の回転体を単品で示す図である。 図１の回転方向変換装置の逆転機構部を示す図である。 図１の回転方向変換装置の中間歯車等を単品で示す図である。 図１の回転方向変換装置の作動を説明する図である。 従来の回転方向変換装置の構造を示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明の回転方向変換装置について説明する。
図１の全体図に示すように、本発明の回転方向変換装置は、対向して同心に配置された入力軸ＩＳと出力軸ＯＳとを備えている。入力軸ＩＳは段付き部を有する軸であって、先端には小径部ＩＳＳが形成されており、その小径部ＩＳＳは、板状の歯車支持部材１（詳細な構造については後述）の中央孔を貫通して出力軸ＯＳの方向に延びている。歯車支持部材１は、本発明の回転方向変換装置を、適用対象である複写機等に取り付けるための固定された連結部材であり、入力軸ＩＳは、その段付き部が歯車支持部材１の側面に当接するようにして、回転可能に支持される。

回転方向変換装置には、外形が円筒形を呈する外側回転体２が設けられ、その端面に出力軸ＯＳが嵌め込まれている。出力軸ＯＳには、図１の左側面図に示すように、円形の断面形状の一部を切除して回り止め用の平面部が形成されており、出力軸ＯＳは、外側回転体２と一体的に回転するように取り付けられる。

外側回転体２は、単品図である図２に示すとおり、外側回転体本体２Ａの端部に、軸方向のほぼ半分の長さに第１内歯歯車ＩＧ１を形成した外側内歯歯車板２Ｂを嵌め合わせたものである。つまり、外側回転体２は、２部材に分割されたものであるが、その一方の外側回転体本体２Ａは、段付きとなった空間部２１、２２を有するカップ状の部材であり、小径の空間部２１には第１一方向クラッチＯＣ１（図１参照）が固着されるとともに、大径の空間部２２には、内側回転体３が同軸の状態で回転可能に収容される。
図２に示すとおり、内側回転体３の一方の端面には、第１内歯歯車ＩＧ１と同一形状の第２内歯歯車ＩＧ２が形成され、反対側には空間部３１が形成されている。空間部３１には、第２一方向クラッチＯＣ２が嵌め込まれて固着される（図１参照）。

外側回転体２の第１一方向クラッチＯＣ１及び内側回転体３の第２一方向クラッチＯＣ２は、リング状の部品であって、その内径側が入力軸ＩＳの小径部ＩＳＳにそれぞれ嵌め込まれて固着されている。これらの一方向クラッチは、この実施例においては、図６の（ａ）（ｂ）に示すようなローラ型の一方向クラッチであり、第１一方向クラッチＯＣ１と第２一方向クラッチＯＣ２とは、入力軸ＩＳの正転・逆転に応じて、いずれか一方が入力軸ＩＳに接続されて共に回転し、他方は空転するよう作動する。

外側回転体２（外側内歯歯車板２Ｂ）に固着された第１内歯歯車ＩＧ１と、内側回転体３に固着された第２内歯歯車ＩＧ２との間には、図３に示すように、２個の歯車が組となった３組の中間歯車ＭＧＡ、ＭＧＢが配置されている。中間歯車ＭＧＡ、ＭＧＢは、図４に示すとおり、歯車を形成した歯車部ｇに円筒部ｓを結合した同一形態の歯車であり、歯車支持部材１に立設した支持軸１１に、互いに反対向きに挿入されて軸支されている。これにより、中間歯車ＭＧＡ、ＭＧＢの円筒部ｓが、歯車部ｇの軸方向位置を決定するいわばスペーサの役目を果たし、両方の中間歯車の歯車部ｇは、軸方向の一部で互いに噛み合う（図２の断面Ｂ−Ｂ）とともに、残りの部分において、中間歯車ＭＧＡが第１内歯歯車ＩＧ１と（図２の断面Ａ−Ａ）、中間歯車ＭＧＢが第２内歯歯車ＩＧ２と（図２の断面Ｃ−Ｃ）噛み合うこととなる。
つまり、第１内歯歯車ＩＧ１と第２内歯歯車ＩＧ２とは、固定の歯車支持部材１に軸支されて逆方向に回転する、２個の中間歯車ＭＧＡ、ＭＧＢにそれぞれ歯車結合され、外側回転体２と内側回転体３とを反対方向に回転駆動する。両方の回転体の回転軸が平行であるので、この実施例の各歯車には通常の平歯車が用いられ、その歯形は、サイクロイド歯型曲線を基本とする、歯の強度の高いサイクロイド歯車となっている。

次いで、図５等により、本発明の回転方向変換装置の作動について説明する。
図５（ａ）に示すとおり、入力軸ＩＳが正転（便宜上、右方から見て時計回りの回転を正転とする）したときは、外側回転体２の第１一方向クラッチＯＣ１が接続状態となり、外側回転体２が入力軸ＩＳとともに同一方向に回転し、これがそのまま出力軸ＯＳに伝達されて、出力軸ＯＳは正転する。外側回転体２の正転は、中間歯車ＭＧＡ、ＭＧＢを介して内側回転体３を逆転させるけれども（図５（ａ）の破線参照）、内側回転体３の第２一方向クラッチＯＣ２が内側回転体３の逆転時に空転するため、内側回転体３の逆転が入力軸ＩＳに対して悪影響を及ぼすことはない。

図５（ｂ）に示すとおり、入力軸ＩＳが逆転する場合には、内側回転体３の第２一方向クラッチＯＣ２が接続状態となり、第１一方向クラッチＯＣ１が空転して、外側回転体２が入力軸ＩＳから遮断される。内側回転体３の逆転は、第２内歯歯車ＩＧ２、中間歯車ＭＧＢ、中間歯車ＭＧＡ、第１内歯歯車ＩＧ１を経由して、外側回転体２を正転させることとなり、それと一体的な出力軸ＯＳを正転させる。

本発明の回転方向変換装置では、外側回転体２が最大径の部品であり、その外方には、回転体を収めるハウジング等が設けられていない。図４に示すように、回転方向変換装置を固定し支持する歯車支持部材１は、外側回転体２と外径の等しい円板部１２と取り付け用のアーム部１３を備えた板状部材であるので、回転方向変換装置の全体が小型化され、特に、径方向の寸法が小さくなる。アーム部１３は、取り付け用のブラケットとして機能する部分であるが、板状であるため、回転方向変換装置が装着される複写機等の部位に適合させた形状とするのが容易である。

外側回転体２は、内側回転体３を収容する外側回転体本体２Ａと外側内歯歯車板２Ｂとに分割され、内側回転体３の端面は、外側内歯歯車板２Ｂと当接するとともに、外側内歯歯車板２Ｂの端面は、歯車支持部材１に当接して、両方の回転体がスラスト方向に軸受される。また、中間歯車ＭＧＡ、ＭＧＢも歯車支持部材１と内側回転体３の端面にスラスト方向に軸受されるので、回転体の軸が傾くようなことはなく、外側回転体２、内側回転体３等を安定した状態で回転させることができる。

以上詳述したように、本発明は、入力軸の正転・逆転にかかわらず出力軸を一方向へ回転させる回転方向変換装置において、出力軸と一体的に回転する外側回転体の内部に内側回転体を同心に設置し、２個の一方向クラッチと逆転機構を用いて出力軸を一方向へ回転させるようにして、コンパクトな装置を構成するものである。上記の実施例では、一方向クラッチとしてローラ型の一方向クラッチを使用しているが、爪状のラチェットを設けたラチェット型のものや、スプラグと呼ばれる駒を設けたいわゆるスプラグ型の一方向クラッチを使用できることは言うまでもない。また、歯車部と円筒部とが一体となった上記の実施例の中間歯車に代えて、これらを別々の部品として歯車支持部材の軸に嵌め込む、あるいは、各歯車の歯型としてインボリュート歯形その他特殊形状歯型を採用するなど、上記実施例に対し各種の変形が可能であるのは明らかである。

１ 歯車支持部材
２ 外側回転体
２Ａ 外側回転体本体
２Ｂ 外側内歯歯車板
３ 内側回転体
ＩＳ 入力軸
ＯＳ 出力軸
ＯＣ１、ＯＣ２ 一方向クラッチ
ＩＧ１、ＩＧ２ 内歯歯車
ＭＧＡ、ＭＧＢ 中間歯車

Claims (5)

1. 同心に配置された入力軸と出力軸とを備え、前記入力軸の回転方向に関係なく前記出力軸を一方向に回転させる回転方向変換装置であって、
   前記出力軸には、これと一体的に回転する外側回転体が取り付けられるとともに、前記外側回転体の内部には、内側回転体が前記外側回転体と同心に設置され、
   前記外側回転体と前記内側回転体とは、それぞれ一方向クラッチを介して前記入力軸と連結され、前記入力軸の回転方向に応じて、前記外側回転体と前記内側回転体のいずれか一方が前記入力軸と接続されるよう構成されており、さらに、
   前記外側回転体と前記内側回転体にはそれぞれ内歯歯車が固着され、両方の前記内歯歯車は、固定された歯車支持部材に軸支される中間歯車を介して、互いに反対方向に回転するよう連結されていることを特徴とする回転方向変換装置。
2. 両方の前記内歯歯車が同一形状の内歯歯車であって、軸方向に並列して配置されている請求項１に記載の回転方向変換装置。
3. 両方の前記内歯歯車を連結する前記中間歯車は、同一形状の２個の歯車を組み合わせたものであって、その２個の歯車の各々は、軸方向の一部において互いに噛み合うとともに、残りの部分では、一方の歯車が前記外側回転体の前記内歯歯車と噛み合い、他方の歯車が前記内側回転体の前記内歯歯車と噛み合う請求項２に記載の回転方向変換装置。
4. 前記外側回転体は、軸方向に２分割した部材を組み合わせたものであって、前記内歯歯車が一方の部材に形成されている請求項２又は請求項３に記載の回転方向変換装置。
5. 前記中間歯車を軸支する歯車支持部材は、前記外側回転体の外径と等しい円板部と取り付け用のアーム部とを備えた板状部材である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の回転方向変換装置。