JP2006029471A - 回転伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向寸法を小さくすることにより薄型化を実現容易にした回転伝達装置を提供する。
【解決手段】 静止側部材２５，２６に対して入力側回転部材２１と出力側回転部材２２を正逆回転自在に同軸上に配置し、前記入力側回転部材２１と出力側回転部材２２の両軸端に設けられたフランジ面２１ａ，２２ａを対向させ、その対向したフランジ面２１ａ，２２ａの一方にカム面３５、その他方に平面３６をそれぞれ形成することにより両フランジ面間に楔空間３７を形成し、両フランジ面間にトルク伝達部材２３を保持した保持プレート２４を介在させ、その保持プレート２４と静止側部材２５，２６との間に設けられた回転抵抗付与手段２７により入力側回転部材２１と保持プレート２４の回転位相差を制御することにより前記楔空間３７でのトルク伝達部材２３の係合・離脱を切り替える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば電動スライドドア、電動バックドア、電動シート、パワーウィンドウ、電動ステアリング等に利用されるもので、入力側からの回転トルクのみを出力側へ伝達するクラッチ機能と、出力側からの逆入力トルクを遮断して入力側へ伝達しない逆入力遮断機能とを併せ持つクラッチ等の回転伝達装置に関する。

例えば電動スライドドア、電動バックドア、電動シート、パワーウィンドウ、電動ステアリング等に利用されるもので、入力側からの回転トルクのみを出力側へ伝達するクラッチ機能と、出力側からの逆入力トルクを遮断して入力側へ伝達しない逆入力遮断機能とを併せ持つクラッチとしては、種々のタイプのものがある。

図１１は、逆入力遮断機能を有するクラッチの一例を示す（例えば、特許文献１参照）。このクラッチは、入力側回転部材としての入力外輪１１と、出力側回転部材としての出力内輪１２と、トルク伝達部材としてのローラ１３と、そのローラ１３を保持する保持器１４と、その保持器１４の位置決めを行う弾性部材としてのセンタリングばね１５と、静止側部材としてのハウジング１６と、そのハウジング１６に対して摺動しながら保持器１４に係合して連れ回り、保持器１４の回転に対して保持器１４に摩擦抵抗を作用させる回転抵抗付与手段としての摺動ばね１７とで主要部が構成されている。

前述の入力外輪１１の内周面には、出力内輪１２の外周面との間に正逆両回転方向に対称に楔空間を形成したカム面１９が円周方向等間隔に形成されている。ハウジング１６に摺動自在に装着された摺動ばね１７は、保持器１４に形成された突起部１４ｄと円周方向に係合可能な形状となっている。出力内輪１２は、入力外輪１１と同軸的に配置されている。保持器１４には、その円周方向等間隔に形成された複数のポケット１４ａにローラ１３が収容配置されると共に、それら保持器１４および入力外輪１１にセンタリングばね１５が嵌合されている。

このクラッチにおいて、回転トルクが入力外輪１１に作用すると、入力外輪１１は回転開始する。この時、保持器１４は、センタリングばね１５によって入力外輪１１に連結されていることから、入力外輪１１と共に回転を始める。その保持器１４が回転すると、保持器１４の突起部１４ｄが摺動ばね１７に接触し、その状態で摺動ばね１７が連れ回るようになる。この摺動ばね１７は、ハウジング１６との間で滑り摩擦抵抗を受け、この滑り摩擦抵抗が突起部１４ｄを介して保持器４の回転抵抗となる。

ここで、摺動ばね１７の滑り摩擦抵抗に起因する保持器１４の回転抵抗がセンタリングばね１５の弾性力よりも大きいため、センタリングばね１５が弾性変形し、その分、保持器１４に回転位相遅れが生じ、その回転位相差によりローラ１３が入力外輪１１に対して相対移動して楔空間１８で噛み込んだ状態となり、入力外輪１１に入力された回転トルクは、出力内輪１２に伝達される。

一方、出力内輪１２に逆入力の回転トルクが作用すると、センタリングばね１５により位置決めされた保持器１４によって保持されたローラ１３が楔空間１８の円周方向中央に位置し続けることから、入力外輪１１に対して保持器１４が回転位相遅れを生ずることなく、ローラ１３が楔空間１８に押し込まれることはない。その結果、入力外輪１１と出力内輪１２は回転方向に係合せず、出力内輪１２は空転してその出力内輪１２に入力された回転トルクは、入力外輪１１に伝達されずに遮断される。
特開２００３−１２０７１５号公報

ところで、前述したクラッチでは、入力外輪１１と出力内輪１２との間に、複数のローラ１３を円周方向等間隔に保持器１４により配置した状態で介在させた構造を具備する。つまり、複数のローラ１３は、その軸方向を入力外輪１１および出力内輪１２の軸方向と一致させるように配置されている。その結果、このクラッチでは、ローラ１３の軸方向寸法を必要とすることから、その軸方向に対してクラッチの薄型化を実現することが困難であった。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、軸方向寸法を小さくすることにより薄型化を実現容易にし得る回転伝達装置を提供することにある。

前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、静止側部材に対して入力側回転部材と出力側回転部材を正逆回転自在に同軸上に配置し、前記入力側回転部材と出力側回転部材の両軸端に設けられたフランジ部を対向させ、その対向面の一方にカム面、その他方にフラット面をそれぞれ形成することにより前記対向面間に楔空間を形成し、その楔空間で係合・離脱可能なトルク伝達部材を保持した保持プレートを前記対向面間に介在させ、その保持プレートと静止側部材との間に設けられた回転抵抗付与手段により入力側回転部材と保持プレートの回転位相差を制御することでもって前記楔空間でのトルク伝達部材の係合・離脱を切り替えることを特徴とする。

本発明に係る回転伝達装置では、入力側回転部材と出力側回転部材を同軸上に配置し、それら両回転部材の軸端にフランジ部を設けて対向させ、その対向面の一方にカム面、その他方にフラット面をそれぞれ形成することにより両対向面間に楔空間を形成し、その楔空間で係合・離脱可能なトルク伝達部材を保持した保持プレートを前記対向面間に介在させた構造としたことにより、入力側回転部材と出力側回転部材間に介在するトルク伝達部材の軸方向を、両回転部材の軸方向と直交する径方向にすることが可能となるため、回転伝達装置の軸方向寸法を小さくして薄型化を実現することが容易となる。

本発明は、例えば電動スライドドア、電動バックドア、電動シート、パワーウィンドウ、電動ステアリング等に利用されるもので、入力側からの回転トルクのみを出力側へ伝達するクラッチ機能と、出力側からの逆入力トルクを遮断して入力側へ伝達しない逆入力遮断機能とを併せ持つクラッチに適用すれば、有効な手段となる。

前述の構成における楔空間としては、フラット面に対して凹形状をなし、そのフラット面に対する軸方向深さが最深となる位置から円周方向両側へ向けて漸次浅くなるようなカム面を有する構造が可能である。また、前述のトルク伝達部材としては、円筒ローラ、円錐ローラあるいは鋼球のうちから選択されたいずれかを使用することが可能である。

ここで、従来のクラッチにおいて、入力トルクが増大した場合、トルク伝達部材であるローラが楔空間に押し込まれ続け、ローラとその接触面近傍では過大な変形が生じる。その変形エネルギーによりローラが楔空間から勢いよくはじき出される現象（ポップアウト）や、変形量過大によりローラが隣接するカム面まで到達する現象（ロールオーバー）を発生する可能性がある。

このポップアウトやロールオーバーを未然に防止する手段として、過大トルクの伝達を遮断するためのトルクリミッタを動力伝達系に付設することが考えられるが、その場合、装置全体の大型化およびコストアップを招来することになって好ましい手段ではない。
そこで、本発明では、前述した構成において、カム面とフラット面が近接する方向に押圧力を作用させる弾性部材を、静止側部材とフランジ部との間に設けた構造とすることが望ましい。なお、静止側部材とフランジ部との間に、例えばスラスト軸受およびラジアル軸受からなる軸受構造を介在させることが可能である。また、前述の弾性部材を当接させるフランジ部は、入力側回転部材あるいは出力側回転部材のいずれであってもよい。

このようにすれば、入力トルクが増大した場合、トルク伝達部材であるローラが楔空間に押し込まれ続け、ローラとその接触面近傍で過大な変形が生じる前に、弾性部材の弾性力に抗してカム面とフラット面が離反する方向に変形エネルギーが作用する。その変形エネルギーを前述の弾性部材によるトルクリミッタ機能で遮断することにより、ポップアウトやロールオーバーを未然に防止できる。なおかつ、そのトルクリミッタ機能は、クラッチ内部もしくはその作動に付随した構造として付加できるので、装置全体の大型化およびコストアップを招来することはない。

また、前述の弾性部材を静止側部材とフランジ部との間に設けた構造に、カム面の円周方向端部と隣接する部位にトルク伝達不可領域を形成した構造を付加することが望ましい。特に、そのトルク伝達不可領域は、カム面と対向するフラット面と平行な面で構成したり、あるいは、カム面の楔角度より大きな角度を有する凹面で構成したりすることが可能である。

このような構造とすれば、入力トルクが増大した場合、トルク伝達部材であるローラが楔空間に押し込まれ続け、ローラとその接触面近傍で過大な変形が生じても、弾性部材によりカム面とフラット面が離反する方向に変形エネルギーが作用すると共に、ローラがカム面を乗り越えてトルク伝達不可領域へ移動することにより、トルクリミッタ機能を確実に発揮させることが可能となる。

本発明によれば、入力側回転部材と出力側回転部材を同軸上に配置し、それら両回転部材の軸端にフランジ部を設けて対向させ、その対向面の一方にカム面、その他方にフラット面をそれぞれ形成することにより両対向面間に楔空間を形成し、その楔空間で係合・離脱可能なトルク伝達部材を保持した保持プレートを前記対向面間に介在させた構造としたことにより、入力側回転部材と出力側回転部材間に介在するトルク伝達部材の軸方向を、両回転部材の軸方向と直交する径方向にすることが可能となるため、回転伝達装置の軸方向寸法を小さくして薄型化を実現することが容易となる。

また、前述した構成において、カム面とフラット面が近接する方向に押圧力を作用させる弾性部材を、静止側部材とフランジ部との間に設けた構造とすれば、入力トルクが増大した場合、トルク伝達部材であるローラが楔空間に押し込まれ続け、ローラとその接触面近傍で過大な変形が生じようとしても、そのエネルギーをトルクリミッタ機能により遮断することで、ポップアウトやロールオーバーを未然に防止できる。なおかつ、そのトルクリミッタ機能は、クラッチ内部もしくはその作動に付随した構造として付加できるので、装置全体の大型化およびコストアップを回避できる。

本発明に係る回転伝達装置の実施形態を以下に詳述する。図１に示す実施形態は、例えば電動スライドドア、電動バックドア、電動シート、パワーウィンドウ、電動ステアリング等に利用され、入力側からの回転トルクのみを出力側へ伝達するクラッチ機能と、出力側からの逆入力トルクを遮断して入力側へ伝達しない逆入力遮断機能とを併せ持つクラッチに適用した例示である。

図１に示す実施形態のクラッチは、入力側回転部材としての入力軸２１と、その入力軸２１と同軸的に配置された出力側回転部材としての出力軸２２と、それら入力軸２１と出力軸２２との間に介挿されたトルク伝達部材としての複数のローラ２３と、入力軸２１と出力軸２２との間に介挿されてローラ２３を保持する保持プレート２４と、静止側部材としての入力側ハウジング２５および出力側ハウジング２６と、保持プレート２４の回転に対して保持プレート２４に摩擦抵抗を作用させる回転抵抗付与手段としての弾性体２７と、入力軸２１に対して弾性力を付与することによりトルクリミッタとして機能する弾性部材２８とで主要部が構成されている。

入力軸２１は、入力側ハウジング２５にラジアル軸受２９を介して径方向に支持され、スラスト軸受３０、プレート３１および弾性部材２８を介して軸方向に支持されている。また、出力軸２２は、出力側ハウジング２６にラジアル軸受３２を介して径方向に支持され、スラスト軸受３３を介して軸方向に支持されている。入力側ハウジング２５と出力側ハウジング２６は、ボルト３４により同軸的に連結されている。

なお、入力側のスラスト軸受３０、プレート３１およびラジアル軸受２９を一体とし、コンパクト化を図ることも可能である。また同様に、出力側のスラスト軸受３３およびラジアル軸受３２を一体とし、コンパクト化を図ることも可能である。

一方、入力軸２１と出力軸２２の対向する内側軸端にはフランジ部２１ａ，２２ａがそれぞれ一体的に設けられ、入力軸２１のフランジ部２１ａの対向面にカム面３５を形成すると共に、出力軸２２のフランジ部２２ａの対向面にフラット面３６を形成する。このカム面３５は、図２および図３に示すように出力軸２２のフラット面３６に対して凹形状をなす箇所（この実施形態では、例えば三箇所）を円周方向等間隔に形成している。

各箇所において、出力軸２２のフラット面３６に対する入力軸２１のカム面３５の軸方向深さが最深となる位置（図中の平面３５’）から円周方向両側へ向けて漸次浅くなるカム面３５を形成することにより、図４に示すように出力軸２２のフラット面３６との間で楔空間３７を形成した構造としている。

図３は、ローラ２３がカム面３５の最深位置（平面３５’）に位置して入力軸２１と出力軸２２間で係合していないクラッチ空転時の状態を示す。また、隣接するカム面３５同士の間にはトルク伝達不可領域が形成されており、この実施形態では、カム面３５と対向するフラット面３６と平行な面、つまり、フラット面３８をトルク伝達不可領域として形成している。

なお、この実施形態では、入力軸２１のフランジ部２１ａにカム面３５を形成し、出力軸２２のフランジ部２２ａにフラット面３６を形成することにより楔空間３７を設けているが、逆に、出力軸２２のフランジ部２２ａにカム面を形成し、入力軸２１のフランジ部２１ａにフラット面を形成することにより楔空間を設けることも可能である。

保持プレート２４は、図５に示すように円周方向等間隔に複数（この実施形態では、例えば三個）のポケット３９が放射状に形成され、各ポケット３９にローラ２３が転動自在に収容されている。これにより、ローラ２３は、その軸方向を径方向と一致させた状態で入力軸２１のカム面３５と出力軸２２のフラット面３６との間に配置されることになる。なお、この実施形態では、トルク伝達部材として円筒ローラ２３を例示しているが、その他、円錐ローラや鋼球をトルク伝達部材とすることも可能である。

出力側ハウジング２６における出力軸２２のフランジ部２２ａの外側部位には、弾性体２７が取り付けられており、この弾性体２７に当接した状態で保持プレート２４が摺動することにより、その保持プレート２４に摩擦抵抗を作用させるようにしている。

入力側ハウジング２５とプレート３１との間には、トルクリミッタ機能を発揮する弾性部材２８が取り付けられており、この弾性部材２８の弾性力によりスラスト軸受３０を介して入力軸２１のフランジ部２１ａが出力軸２２のフランジ部２２ａに近接する方向に向けて軸方向の押圧力を作用させるようにしている。

この実施形態におけるクラッチにおいて、回転トルクが入力軸２１に作用していない初期状態では、弾性部材２８により入力軸２１が出力軸２２と近接する方向に押圧されていることから、ローラ２３は入力軸２１のカム面３５の円周方向中央に位置する状態に保持されている（図３参照）。

この状態で出力軸２２に逆入力の回転トルクが作用した場合、その出力軸２２のフランジ部２２ａは回転するが、弾性部材２８により入力軸２１が出力軸２２と近接する方向に押圧され、かつ、弾性体２７により保持プレート２４に摩擦抵抗が付与された状態であることから、ローラ２３が楔空間３７の円周方向中央に位置し続けてその楔空間３７で噛み込むことなく、入力軸２１と出力軸２２は回転方向に係合せず、出力軸２２は空転してその出力軸２２に逆入力された回転トルクは、入力軸２１に伝達されずに遮断される。

一方、回転トルクが入力軸２１に作用すると、入力軸２１のフランジ部２１ａのカム面３５が回転するが、ローラ２３を保持している保持プレート２４には、出力側ハウジング２６に対して弾性体２７を介して摩擦抵抗が付与されている。そのため、この摩擦抵抗が保持プレート２４の回転抵抗となって、保持プレート２４およびローラ２３は入力軸２１のカム面３５に対して回転位相遅れを生じる。

その結果、入力軸２１のカム面３５に対してローラ２３は、図６に示すような配置関係となって、そのカム面３５と出力軸２２のフラット面３６とで形成される楔空間３７でローラ２３が噛み込んだ状態となり、入力軸２１のカム面３５と出力軸２２のフラット面３６とが係合することにより、入力軸２１に入力された回転トルクは出力軸２２に伝達される。

なお、保持プレート２４は、図５に示すようにその中央部分に穿設された孔４０により入力軸２１に対して半径方向に支持されているため、ローラ２３はカム面３５に対して半径方向にずれることなく当接することが可能である。

前述した回転トルクの入力時には、図７に示すようにローラ２３が、楔角度θを有する楔空間３７に噛み込んだ状態となっているため、入力軸２１のカム面３５と出力軸２２のフラット面３６とが離反する方向に力が作用している。その力は、スラスト軸受３０およびプレート３１を介して弾性部材２８を撓ませることになる。

この状態から、入力軸２１への回転トルクがゼロになると、前述の弾性部材２８の復元力により、プレート３１およびスラスト軸受３０を介して入力軸２１のカム面３５が出力軸２２のフラット面３６に向けて押し戻され、図４に示すようにローラ２３は入力軸２１のカム面３５の円周方向中央に位置する状態に保持されて、入力軸２１のカム面３５と出力軸２２のフラット面３６とが非係合状態となる。

この回転トルクの入力時、前述したように入力軸２１のカム面３５と出力軸２２のフラット面３６とがローラ２３によって離反する方向に力が作用しているが、その状態から、さらに入力軸２１の回転トルクが増大すると、弾性部材２８がさらに変形することになり、図８に示すようにローラ２３がカム面３５を乗り上げてトルク伝達不可領域であるフラット面３８に達する。その結果、入力軸２１から出力軸２２へ伝達される回転トルクは、弾性部材２８の軸方向力に、（ローラ接触面の摩擦係数）×（ローラ公転半径）を乗じた程度となり、トルク伝達が不可となって過大トルクに対するトルクリミッタ機能を発揮することになる。

なお、この実施形態では、トルクリミッタ機能を発揮する弾性部材２８を、入力側ハウジング２５とプレート３１との間に介在させているが、トルクリミッタ機能を発揮させ得る箇所であれば、その弾性部材２８を設ける部位は任意である。

前述した実施形態では、トルクリミッタ機能を発揮させる構造として、隣接するカム面３５同士の間に設けられたトルク伝達不可領域として、カム面３５と対向するフラット面３６と平行な面、つまり、フラット面３８を入力軸２１のフランジ面２１ａに形成していたが、他の構造からなるトルク伝達不可領域も可能である。

他の実施形態のトルク伝達領域としては、図９および図１０に示すようにカム面３５の楔角度θａより大きな角度θｂを有する凹面４１をカム面３５と隣接させて形成した構造が可能である。同図は、入力軸２１のカム面３５、ローラ２３、保持プレート２４、出力軸２２のフラット面３６および弾性部材２８を模式的に表したものであり、弾性部材２８は出力軸２２のフランジ部２２ａ側に設けた場合を例示する。

図９は、入力軸２１のカム面３５と出力軸２２のフラット面３６との間で形成された楔空間３７にローラ２３が噛み込んだ状態を示す。この入力軸２１のカム面３５は、楔角度θａを有する。また、図１０は、図９に示す入力軸２１のカム面３５の端部に、そのカム面３５の楔角度θａよりも大きな楔角度θｂを有する凹面４１を形成し、その凹面４１にローラ２３が配置された状態を示す。このカム面３５と隣接する凹面４１がトルクリミッタ機能を発揮する箇所となる。

図９に示す状態で、楔角度θａにより決定される値のトルク伝達が可能であるが、さらに入力トルクが増大すると、弾性部材２８を撓ませつつ、図１０に示すように楔角度θｂを持つ凹面４１とフラット面３６との間にローラ２３が押し込まれた状態となる。ここで、一般的なローラクラッチでは、ローラ接触面での最大摩擦係数をμ、楔角度をθとした場合、μ＞tan（θ／２）が成り立つような寸法関係を有する。この関係が崩れる条件、つまり、μ＜tan（θ／２）となると、ローラ２３が楔空間３７に自己保持されなくなる。この関係を利用して、μ＞tan（θａ／２）、かつ、μ＜tan（θｂ／２）と設定することにより、図１０に示す状態となった時には、ローラ２３が楔空間３７から押し出されて凹面４１に配置された状態でトルクリミッタとして機能させることが可能となる。

本発明に係る回転伝達装置の実施形態で、クラッチの基本構成を示す断面図である。 図１における入力軸のフランジ部を示す部分斜視図である。 図１における入力軸のフランジ部に形成されたカム面および非係合位置でのローラを示す側面図である。 図１における入力軸のカム面、出力軸の平面、保持プレートおよびローラを示す断面図である。 図１の保持プレートを示す側面図である。 図１における入力軸のフランジ部に形成されたカム面および係合位置でのローラを示す側面図である。 図１における入力軸のカム面、出力軸の平面、保持プレートおよびローラで、ローラがカム面に押し込まれた状態を示す断面図である。 図１における入力軸のカム面、出力軸の平面、保持プレートおよびローラで、ローラがカム面から乗り上げた状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態で、入力軸のカム面、出力軸の平面、保持プレートおよびローラで、ローラがカム面に押し込まれた状態を示す断面図である。 図９の状態から、ローラがカム面を逸脱して凹面に押し込まれた状態を示す断面図である。 従来の回転伝達装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

２１ 入力側回転部材（入力軸）
２２ 出力側回転部材（出力軸）
２３ トルク伝達部材（ローラ）
２４ 保持プレート
２５ 静止側部材（入力側ハウジング）
２６ 静止側部材（出力側ハウジング）
２７ 回転抵抗付与手段（弾性体）
２８ 弾性部材
３５ カム面
３６ 平面
３７ 楔空間

Claims (9)

1. 静止側部材に対して入力側回転部材と出力側回転部材を正逆回転自在に同軸上に配置し、前記入力側回転部材と出力側回転部材の両軸端に設けられたフランジ部を対向させ、その対向面の一方にカム面、その他方にフラット面をそれぞれ形成することにより前記対向面間に楔空間を形成し、その楔空間で係合・離脱可能なトルク伝達部材を保持した保持プレートを前記対向面間に介在させ、その保持プレートと静止側部材との間に設けられた回転抵抗付与手段により入力側回転部材と保持プレートの回転位相差を制御することでもって前記楔空間でのトルク伝達部材の係合・離脱を切り替えることを特徴とする回転伝達装置。
2. 前記楔空間は、フラット面に対して凹形状をなし、そのフラット面に対する軸方向深さが最深となる位置から円周方向両側へ向けて漸次浅くなるようなカム面を有する請求項１に記載の回転伝達装置。
3. 前記カム面とフラット面が近接する方向に押圧力を作用させる弾性部材を、静止側部材とフランジ部との間に設けた請求項１又は２に記載の回転伝達装置。
4. 前記静止側部材とフランジ部との間に軸受構造を介在させた請求項３に記載の回転伝達装置。
5. 前記軸受構造は、スラスト軸受およびラジアル軸受で構成されている請求項４に記載の回転伝達装置。
6. 前記カム面の円周方向端部と隣接する部位にトルク伝達不可領域を形成した請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転伝達装置。
7. 前記トルク伝達不可領域は、カム面と対向するフラット面と平行な面で構成されている請求項６に記載の回転伝達装置。
8. 前記トルク伝達不可領域は、カム面の楔角度より大きな角度を有する凹面で構成されている請求項６に記載の回転伝達装置。
9. 前記トルク伝達部材は、ローラあるいはボールのうちから選択されたいずれかである請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転伝達装置。

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