JP2006046458A - 回転伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過大トルクの入力時、ポップアウトやロールオーバーを未然に防止でき、トルクリミッタ機能を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する。
【解決手段】 静止側部材２５，２６に対して正逆回転自在に入力軸２１および出力軸２２を同軸上に配置し、入力軸２１に、カム面３５が形成されたカムフランジ２１ａを一体的に設けると共に、そのカム面３５と対向する平坦面３６を有する平面フランジ４１およびその平坦面３６の反対面で摩擦接触する摩擦フランジ３１を回転可能かつ軸方向移動可能にそれぞれ装着し、カム面３５と平坦面３６により形成された楔空間３７で係合・離脱可能なローラ２３を保持した保持プレート２４をカム面３５と平坦面３６間に介在させ、平面フランジ４１および摩擦フランジ３１の軸方向移動規制部４２ａ，３３をそれぞれ設け、摩擦フランジ３１とその軸方向移動規制部３３の間に、カムフランジ２１ａと平面フランジ４１を軸方向に近接させる向きに押圧力を作用させる弾性体２８を介在させる。
【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、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な楔空間１８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と同軸上に配置されている。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１４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、入力トルクがクラッチ係合初期から増大した場合、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。
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の自動車の艤装系クラッチの場合、一般的に、そのニーズとしては、製品のコンパクト化やコスト低減が非常に重要であり、部品点数の削減、部品の小型化が要求されている。

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、過大トルクの入力時、ポップアウトやロールオーバーを未然に防止でき、トルクリミッタ機能を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正逆回転自在に入力側回転部材および出力側回転部材を同軸上に配置し、前記入力側回転部材あるいは出力側回転部材のいずれか一方に、カム面が形成されたカムフランジを一体的に設けると共に、そのカム面と対向する平坦面を有する平面フランジおよびその平坦面の反対面で摩擦接触する摩擦フランジを回転可能かつ軸方向移動可能にそれぞれ装着し、前記カム面と平坦面により形成された楔空間で係合・離脱可能なトルク伝達部材を保持した保持プレートをカム面と平坦面間に介在させ、前記平面フランジおよび摩擦フランジの軸方向移動規制部をそれぞれ設け、摩擦フランジとその軸方向移動規制部の間に、カムフランジと平面フランジを軸方向に近接させる向きに押圧力を作用させる弾性体を介在させたことを特徴とする。

また、本発明は、静止側部材に対して正逆回転自在に入力側回転部材および出力側回転部材を同軸上に配置し、前記入力側回転部材あるいは出力側回転部材のいずれか一方に、カム面が形成されたカムフランジを回転可能かつ軸方向移動可能に設けると共にそのカム面と対向する平坦面を有する平面フランジを回転可能に設け、前記カムフランジのカム面の反対面と摩擦接触する摩擦フランジを軸方向移動可能に設け、前記カム面と平坦面により形成された楔空間で係合・離脱可能なトルク伝達部材を保持した保持プレートをカム面と平坦面間に介在させ、前記カムフランジおよび摩擦フランジの軸方向移動規制部をそれぞれ設け、摩擦フランジとその軸方向移動規制部の間に、カムフランジと平面フランジを軸方向に近接させる向きに押圧力を作用させる弾性体を介在させたことを特徴とする。

以上のような構成とすることにより、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、弾性体の弾性力に抗してカム面と平坦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体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。

前述の構成における楔空間としては、平坦面に対して凹形状をなし、その平坦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。

さらに、前述の構成において、保持プレートと静止側部材との間に、保持プレートに摩擦抵抗を付与して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回転抵抗付与手段を設けた構造が望ましい。このような構造とすれば、保持プレートに回転位相遅れが生じ、その回転位相差によりトルク伝達部材が入力側回転部材に対して相対移動して楔空間で噛み込んだ状態となる。

本発明によれば、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。また、リミッタが作動した直後に、安定したトルク伝達特性が得られるので、トルクリミッタに要求される機能を十分に満足するものを提供できる。

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の艤装系クラッチとして利用され、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と同軸上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部材２７と、摩擦フランジ３１を介して平面フランジ４１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体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に軸受２９により回転自在に支持され、また、出力軸２２は、出力側ハウジング２６に軸受３２により回転自在に支持されている。入力側ハウジング２５と出力側ハウジング２６は、インロー部３０でもって同軸を確保しつつ、ボルト３４により連結されている。

一方、入力軸２１にはカムフランジ２１ａが一体的に設けられ、そのカムフランジ２１ａから出力側へ延出された軸端部２１ｂに摩擦フランジ３１および平面フランジ４１が回転可能かつ軸方向移動可能に装着されている（図２参照）。摩擦フランジ３１は、出力軸２２とトルク伝達可能に連結されている。つまり、摩擦フランジ３１の外周の円周方向複数箇所に凹溝３１ｂが軸方向に沿って形成され、出力軸２２の入力側を拡径させた端部の円周方向複数箇所に爪部２２ａが軸方向に沿って形成され、それら爪部２２ａを凹溝３１ｂに嵌入させることにより摩擦フランジ３１と出力軸２２が連結されている。

入力軸２１のカムフランジ２１ａにおける平面フランジ４１と対向する面にカム面３５を形成すると共に、その平面フランジ４１におけるフランジ２１ａと対向する面に平坦面３６を形成する。このカム面３５は、図３および図４に示すように平面フランジ４１の平坦面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、平面フランジ４１の平坦面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５に示すように平面フランジ４１の平坦面３６との間で楔空間３７を形成した構造としている。

なお、この実施形態では、入力軸２１のカムフランジ２１ａにカム面３５を形成し、平面フランジ４１に平坦面３６を形成することにより楔空間３７を設けているが、逆に、平面フランジ４１にカム面を形成し、入力軸２１のカムフランジ２１ａに平坦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。この場合、入力軸２１が出力軸となり、出力軸２２が入力軸となる。

保持プレート２４は、図６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と平面フランジ４１の平坦面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。

なお、保持プレート２４は、図６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。

図１に示すように出力側ハウジング２６における平面フランジ４１の外側部位には、弾性部材２７が取り付けられており、この弾性部材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。

入力軸２１の軸端部２１ｂには、円筒部材４２が嵌挿されており、その円筒部材４２の外側端部で、円筒部材４２に外挿された摩擦フランジ３１の軸方向移動を規制するための軸方向移動規制部である止め輪３３が嵌着されており、この止め輪３３と摩擦フランジ３１との間に、摩擦フランジ３１と平面フランジ４１間でトルクリミッタ機能を発揮させる弾性体２８が取り付けられている。

この弾性体２８は、摩擦フランジ３１を介して平面フランジ４１とカムフランジ２１ａを軸方向に近接させる向きに押圧力を作用させる。その押圧力の作用により、平面フランジ４１と摩擦フランジ３１は、それぞれの対向面３１ａ，４１ａで摩擦接触することによりトルク伝達を可能としている。また、平面フランジ４１は、入力軸２１の軸端部２１ｂに軸方向移動可能に外挿されているが、軸方向移動規制部である円筒部材４２の内側端部４２ａに当接することによりその軸方向移動が規制されるようになっている（図２参照）。

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、弾性体２８により摩擦フランジ３１および平面フランジ４１が入力軸２１のカムフランジ２１ａ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（平面３５’）に位置する状態に保持されている（図４参照）。

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、摩擦フランジ３１および平面フランジ４１は回転するが、弾性体２８により両フランジ３１，４１が入力軸２１のカムフランジ２１ａと近接する方向に押圧され、かつ、弾性部材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のカムフランジ２１ａのカム面３５は回転するが、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に対して弾性部材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７に示すような配置関係となって、そのカム面３５と平坦面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と平面フランジ４１の平坦面３６とが係合する。この時、ローラ２３が楔空間３７に押し込まれることで、カム面３５と平坦面３６とを離反させる方向に作用する軸方向力により、平面フランジ４１が軸方向（図１の右方向）に押し付けられて摩擦フランジ３１を介して弾性体２８を撓ませる。その結果、摩擦フランジ３１と平面フランジ４１の相互対向面３１ａ，４１ａでの摩擦接触によりトルクが伝達され、入力軸２１に入力された回転トルクは摩擦フランジ３１および平面フランジ４１を介して出力軸２２に伝達される。

前述した回転トルクの入力時には、図８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と平面フランジ４１の平坦面３６とが離反する方向に力が作用している。カム面３５と平坦面３６とを離反させる力は、弾性体２８を撓ませることになる。また、その力は、入力軸２１のカムフランジ２１ａとその入力軸２１に取り付けられた止め輪３３との間でのみ作用する。つまり、入力側ハウジング２５および出力側ハウジング２６には、その離反力は付与されない。

この状態から、入力軸２１への回転トルクがゼロになると、前述の弾性体２８の復元力により、平面フランジ４１の平坦面３６が入力軸２１のカム面３５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（平面３５’）に位置する状態に保持されて、入力軸２１のカム面３５と平面フランジ４１の平坦面３６とが非係合状態となる。

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と平面フランジ４１の平坦面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、平坦面３６が形成された平面フランジ４１は、軸方向（図１の右方向）に押し付けられる。

その平面フランジ４１の押し付け量は、入力軸２１の止め輪３３により軸方向移動が規制された円筒部材４２の内側端部４２ａに平面フランジ４１が当接することで規制される（図２参照）。その位置では、弾性体２８の撓み量も規制されるため、軸方向力は一定で平衡する。

その結果、平面フランジ４１が規制された位置での伝達トルクは、（弾性体２８の軸方向力）×（平面フランジ４１の面４１ａおよび摩擦フランジ３１の面３１ａ間の摩擦係数）×（平面フランジ４１の面４１ａの有効半径）で一定となり、トルクリミッタ作動直後のトルク伝達特性が安定する。図９は、入力トルクに対する出力トルクの関係を示し、図中実線で示すようにトルクリミッタ作動直後のトルク伝達特性は、フラットな特性を示す。

なお、前述した図１の実施形態では、摩擦フランジ３１と止め輪３３の間に弾性体２８を介在させた構造により、トルクリミッタ機能を発揮させているが、弾性体２８は、カムフランジ２１ａと平面フランジ４１を軸方向に近接させる向きに押圧力を作用させるようにすれば、入力軸２１のカムフランジ２１ａ側に設けることも可能であり、その実施形態を図１０に示す。

図１０に示す実施形態では、カム面３５が形成されたカムフランジ４３を入力軸２１に対して回転可能かつ軸方向移動可能に装着し、摩擦フランジ４４を入力軸２１に対して軸方向移動可能に装着した構造を具備する。摩擦フランジ４４は、入力軸２１の外周に環状に突設された係止部４６との間に弾性体４５を介在させ、その弾性体４５により摩擦フランジ４４およびカムフランジ４３を平面フランジ３１と近接する方向に押圧するようにしている。その押圧力の作用により、摩擦フランジ４４とカムフランジ４３は、それぞれの対向面４４ａ，４３ａで摩擦接触することによりトルク伝達を可能としている。

平面フランジ３１は、入力軸２１に対して止め輪３３により軸方向移動が規制されている。また、カムフランジ４３の軸方向移動を規制する手段として、入力軸２１に段差面４８を形成することにより、軸方向移動規制手段を入力軸２１と一体に設けることで、部品点数の削減を可能としている。

なお、図１の実施形態においてトルクリミッタ機能を発揮させる構造と、図１０の実施形態においてトルクリミッタ機能を発揮させる構造とを併用することも可能である。

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の要部拡大断面図である。 図１における入力軸のカムフランジを示す部分斜視図である。 図１における入力軸のカムフランジ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、平面フランジの平坦面、保持プレートおよびローラ（断面）を示す正面図である。 図１の保持プレートを示す側面図である。 図１における入力軸のカムフランジ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、平面フランジの平坦面、保持プレートおよびローラ（断面）で、ローラがカム面に押し込まれた状態を示す部分正面図である。 入力トルクに対する出力トルクの関係を示す波形図である。 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。 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）
２１ａ カムフランジ
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（弾性部材）
２８ 弾性体
３１ 摩擦フランジ
３５ カム面
３６ 平坦面
３７ 楔空間
４１ 平面フランジ

Claims (5)

1. 静止側部材に対して正逆回転自在に入力側回転部材および出力側回転部材を同軸上に配置し、前記入力側回転部材あるいは出力側回転部材のいずれか一方に、カム面が形成されたカムフランジを一体的に設けると共に、そのカム面と対向する平坦面を有する平面フランジおよびその平坦面の反対面で摩擦接触する摩擦フランジを回転可能かつ軸方向移動可能にそれぞれ装着し、前記カム面と平坦面により形成された楔空間で係合・離脱可能なトルク伝達部材を保持した保持プレートをカム面と平坦面間に介在させ、前記平面フランジおよび摩擦フランジの軸方向移動規制部をそれぞれ設け、摩擦フランジとその軸方向移動規制部の間に、カムフランジと平面フランジを軸方向に近接させる向きに押圧力を作用させる弾性体を介在させたことを特徴とする回転伝達装置。
2. 静止側部材に対して正逆回転自在に入力側回転部材および出力側回転部材を同軸上に配置し、前記入力側回転部材あるいは出力側回転部材のいずれか一方に、カム面が形成されたカムフランジを回転可能かつ軸方向移動可能に設けると共にそのカム面と対向する平坦面を有する平面フランジを回転可能に設け、前記カムフランジのカム面の反対面と摩擦接触する摩擦フランジを軸方向移動可能に設け、前記カム面と平坦面により形成された楔空間で係合・離脱可能なトルク伝達部材を保持した保持プレートをカム面と平坦面間に介在させ、前記カムフランジおよび摩擦フランジの軸方向移動規制部をそれぞれ設け、摩擦フランジとその軸方向移動規制部の間に、カムフランジと平面フランジを軸方向に近接させる向きに押圧力を作用させる弾性体を介在させたことを特徴とする回転伝達装置。
3. 前記楔空間は、平坦面に対して凹形状をなし、その平坦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又は２に記載の回転伝達装置。
4. 前記保持プレートと静止側部材との間に、保持プレートに摩擦抵抗を付与して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回転抵抗付与手段を設けた請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転伝達装置。
5. 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１〜４のいずれか一項に記載の回転伝達装置。

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