JP2007239798A - ２ウェイクラッチユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 構造の簡素化により２ウェイクラッチユニットの薄型化を実現容易にすると共にコスト削減化を図る。
【解決手段】 静止系部材２５〜２７と、駆動源により回転駆動される入力外輪２１と、入力外輪２１から伝えられたトルクを外部へ取り出すための出力軸２２と、入力外輪２１と出力軸２２との間に軸方向移動可能でかつ相対回転不可能に介在し、出力軸２２と係合・離脱可能なクラッチリング２３と、静止系部材２５〜２７に対する相対角度変位を通じて、クラッチリング２３を軸方向に移動させることによりクラッチリング２３と出力軸２２との係合・離脱を制御するカム２４とを備え、カム２４を静止系部材２５〜２７にコイルばね４０を介して軸方向移動可能に配設してカム２４と静止系部材２５〜２７との間にクリアランス４１を設け、カム２４のクラッチリング２３との対向面にクラッチリング２３を軸方向移動させるためのカム面を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車のパワーウィンドウ、ワンボックスカーにおける電動スライドドア、電動バックドアや、電動カーテン、電動シャッター等の開閉機構に利用され、駆動源の作動時は入力系から出力系へトルクを伝達し、駆動源の停止時はトルクの伝達を遮断して出力系の手動操作を可能にする２ウェイクラッチユニットに関する。

例えば自動車（ワンボックスカー）の電動スライドドア装置では、駆動モータとドアの連結または非連結を２ウェイクラッチユニットにより行なうものがある。この２ウェイクラッチユニットには、カム機構により入出力間を断接するドグクラッチが組み込まれている（例えば、特許文献１参照）。図９は、この特許文献１に開示された２ウェイクラッチユニットの概略構成を示す。

この２ウェイクラッチユニットは、駆動源によって回転駆動される入力外輪１と、その入力外輪１から伝達される回転トルクを外部に取り出す出力軸２と、入力外輪１と出力軸２との間に介在し、その出力軸２に係合・離脱可能なクラッチリング３と、そのクラッチリング３を軸方向に移動させることによりクラッチリング３と出力軸２との係合・離脱を制御するカム機構４とからなる主要な構成部品で構成されている。

このカム機構４は、静止系部材５に波ばね６により押圧された固定カム７と、その固定カム７との軸方向嵌合によりクラッチリング３を軸方向に移動させる可動カム８とで構成されている。

また、このクラッチリング３と出力軸２にドグクラッチ９を形成し、そのドグクラッチ９におけるドグ１０，１１同士の噛み合いによりクラッチリング３と出力軸２とを係合させるようにしている。

このドグクラッチ９では、ドグ１０，１１同士が同位相であるとドグ１０，１１が係合しないため、ドグ１０，１１が係合しない位相の間、つまり、回転トルクの入力によってドグ１０，１１が係合するまでは、カム機構４による軸方向押圧力がクラッチリング３を介して出力軸２に負荷され続けてしまい、ドグ１０，１１がスムーズに係合することが困難となる。

そこで、カム機構４による軸方向押圧力を軽減するため、カム機構４の可動カム８とクラッチリング３との間にコイルばね１２を介在させている。このコイルばね１２によりドグ１０，１１が係合しない位相となっていても、カム機構４による軸方向押圧力をコイルばね１２に蓄積することで軽減してドグ１０，１１のスムーズな係合を可能にしている。すなわち、このコイルばね１２は、ダンパーとしての機能を担っている。
特開２００５−１７２１４１号公報

ところで、前述した特許文献１に開示された２ウェイクラッチユニットでは、ドグ１０，１１同士が同位相で係合しない位相の間、出力軸２に作用するカム機構４の軸方向押圧力を軽減するため、そのカム機構４の可動カム８とクラッチリング３との間にコイルばね１２を介挿した構造を具備している。

一方、この２ウェイクラッチユニットは、その使用用途が電動スライドドアに好適である点から、ドア内部に格納されるためにその薄型化が要望されている。この薄型化の要望に対して、従来の２ウェイクラッチユニットでは、可動カム８とクラッチリング３との間にコイルばね１２を設置するための軸方向スペースが必要な構造となっていることから、薄型化が非常に困難であった。

また、従来の２ウェイクラッチユニットでは、駆動モータが停止している時にクラッチリング３と出力軸２が噛み合わないようにするため、クラッチリング３と出力軸２を離間させる付勢力を作用させるコイルばね１３をそのクラッチリング３と出力軸２の間に介挿した構造を具備している。

この構造では、クラッチリング３が出力軸２から離間する軸方向移動量を規制するための止め輪１４が必要となっている。その結果、前述したコイルばね１２や止め輪１４などの構成部品が必要なことから、２ウェイクラッチユニットにおいて、部品点数の増加、構造の複雑化によるコストアップの要因となっていた。

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、構造の簡素化により薄型化を実現容易にすると共にコストの削減化を図り得る２ウェイクラッチユニットを提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、静止系部材と、駆動源により回転駆動される入力系回転部材と、入力系回転部材から伝えられたトルクを外部へ取り出すための出力系回転部材と、入力系回転部材と出力系回転部材との間に軸方向移動可能でかつ相対回転不可能に介在し、出力系回転部材と係合・離脱可能なトルク伝達部材と、静止系部材に対する相対角度変位を通じて、トルク伝達部材を軸方向に移動させることによりトルク伝達部材と出力系回転部材との係合・離脱を制御する制御部材とを備え、制御部材を静止系部材に弾性部材を介して軸方向移動可能に配設して制御部材と静止系部材との間にクリアランスを設け、制御部材のトルク伝達部材との対向面にトルク伝達部材を軸方向移動させるためのカム面を形成したことを特徴とする。

本発明では、制御部材を静止系部材に弾性部材を介して軸方向移動可能に配設して制御部材と静止系部材との間にクリアランスを設け、制御部材のトルク伝達部材との対向面にトルク伝達部材を軸方向移動させるためのカム面を形成した構造とした。つまり、従来の２ウェイクラッチユニットにおける可動カムとクラッチリング間に介挿されていたコイルばねを省き、その可動カムとクラッチリングを一体化した構造としている。

従来のコイルばねは、ドグクラッチのドグ同士が係合しない位相となっていても、カム機構による軸方向押圧力を軽減してドグのスムーズな係合を可能にする機能を発揮するものであった。本発明では、制御部材を静止系部材に弾性部材を介して軸方向移動可能に配設して制御部材と静止系部材との間にクリアランスを設けた構造とすることにより、従来のコイルばねと同様の機能を発揮させる。

つまり、ドグクラッチのドグ同士が同位相で係合しない状態であっても、軸方向押圧力を、制御部材と静止系部材間に介設された弾性部材に蓄積させることで軽減してドグ同士のスムーズな係合を可能にする。すなわち、ドグ同士が係合しない位相となっていても、その軸方向押圧力を、制御部材を弾性部材の弾性力に抗して軸方向移動させることにより吸収することができる。この制御部材の軸方向移動は、静止系部材との間に設けられたクリアランスによって可能となっている。

なお、このクリアランスは、トルク伝達部材と出力系回転部材との対向面間に形成されたドグクラッチにおけるドグの軸方向高さ以上とすることが望ましい。また、制御部材と静止系部材間に介挿された弾性部材としては、波ばねやコイルばねが好適である。

また、本発明では、制御部材のトルク伝達部材との対向面にトルク伝達部材を軸方向移動させるためのカム面を形成した構造とすることにより、このトルク伝達部材が従来の可動カムおよびクラッチリングに相当することになり、従来の可動カムとクラッチリングの一体化が実現される。なお、この可動カムとクラッチリングとの一体化により、従来、クラッチリングの軸方向移動を規制するために必要であった止め輪も不要となる。

本発明の２ウェイクラッチユニットは、入力系回転部材が駆動モータに連結され、かつ、出力系回転部材がドアスライド機構に連結されることにより電動スライドドア装置に組み込んで適用することが可能である。この場合、トルク伝達部材と出力系回転部材との係合・離脱を制御することにより、駆動モータとスライドドアの連結時、電動による開閉操作が可能となり、駆動モータとスライドドアの非連結時、手動による開閉操作が可能となる。

本発明によれば、制御部材を静止系部材に弾性部材を介して軸方向移動可能に配設して制御部材と静止系部材との間にクリアランスを設け、制御部材のトルク伝達部材との対向面にトルク伝達部材を軸方向移動させるためのカム面を形成したことにより、従来におけるコイルばねや止め輪を省略することができると共に可動カムとクラッチリングを一体化することができるので、部品点数の削減で構造の簡素化が可能となって２ウェイクラッチユニットの薄型化が実現容易となり、製品のコストダウンを図ることも可能である。

図１および図２に示す実施形態のクラッチユニットは、モータ等の駆動源によって回転駆動される入力系回転部材としての入力外輪２１と、その入力外輪２１から伝えられるトルクを外部へ取り出すための出力系回転部材である出力軸２２と、入力外輪２１と出力軸２２との間に介在し、その出力軸２２と係合・離脱可能なトルク伝達部材であるクラッチリング２３と、そのクラッチリング２３と出力軸２２との係合・離脱を制御する制御部材としてのカム２４とからなる主要な構成部品で構成されている。

これら入力外輪２１、出力軸２２、クラッチリング２３およびカム２４からなる各構成部品は、静止系部材であるハウジング２５に収容され、各構成部品を収容したハウジング２５を中間側板２６を介して取付側板２７に装着することにより一体化している。これらハウジング２５、中間側板２６および取付側板２７で静止系部材を構成している。

このクラッチユニットを電動スライドドア装置に組み込む場合、入力外輪２１は駆動源である駆動モータに連結され、出力軸２２はスライドドアを開閉動作させるスライド機構に連結され、前述の取付側板２７をボルト止め等により電動スライドドア装置の固定部位に装着される。

入力外輪２１はおおむね中空円筒形を呈し、その外周にウォームホイール２８が形成されている。このウォームホイール２８は駆動モータ（図示せず）により回転駆動されるウォーム（図示せず）と噛み合ってウォームギヤを構成する。ハウジング２５の周方向一部には、切り欠き状の窓穴２９が形成されており、この窓穴２９で前述のウォームホイール２８とウォームが噛み合っている。なお、駆動モータのような駆動源と入力外輪２１との間の動力伝達機構としては、図面に例示した歯車のほか巻掛伝動装置等を採用することも可能である。

出力軸２２は、入力外輪２１に内嵌された大径部、ハウジング２５の端部に内嵌された中間径部およびハウジング２５から突出して前述のスライド機構に連結される小径部からなり、入力外輪２１およびハウジング２５に回転自在に支承されている。この出力軸２２の大径部のクラッチリング２３と対向する端面には、図３に示すようにドグ３０が軸方向に向けて突設されている。なお、この実施形態では、出力軸２２に四個のドグ３０を円周方向等間隔に配設した場合を例示しているが、ドグ３０の個数については任意である。

一方、クラッチリング３は、入力外輪２１に対して軸方向にスライド可能で、かつ、相対回転不可能に装着されている。つまり、図５に示すように入力外輪２１の内径には、軸方向に沿う凹溝３１が円周方向等間隔に形成されており、これに対応させてクラッチリング２３の外径には、凹溝３１に嵌合する凸部３２が円周方向等間隔に径方向外側へ向けて突設され、この凹溝３１への凸部３２の嵌合でもって相対回転不可能な状態とし、入力外輪２１に対して軸方向にスライド可能としている。

このクラッチリング２３の出力軸２２と対向する端面には、図４に示すようにドグ３３が軸方向に向けて突設されており、前述の出力軸２２のドグ３０とでドグクラッチ３４が形成される。なお、この実施形態では、クラッチリング２３に四個のドグ３３を円周方向等間隔に配設した場合を例示しているが、ドグ３３の個数については任意であって出力軸２２のドグ３０の個数と一致させればよい。

クラッチリング２３が軸方向に沿って出力軸２２と近接する側へ移動してクラッチリング２３のドグ３３が出力軸２２のドグ３０と噛み合うと、両者は回転方向に一体化してトルクが伝達される。また、両者の噛み合い状態から、クラッチリング２３が軸方向に沿って出力軸２２から離間する側へ移動してクラッチリング２３のドグ３３が出力軸２２のドグ３０から離脱すると、両者は分離されてトルクが遮断される。

出力軸２２とクラッチリング２３とは、出力軸２２の中央凹孔３５に植設された支持軸３６をクラッチリング２３の中央貫通孔３７に挿通させることにより同軸上に配置され、出力軸２２に対してクラッチリング２３が軸方向に移動可能となっている。また、出力軸２２とクラッチリング２３との間にはコイルばね３８が介在して両者を互いに離間する向きに弾性的に付勢している。このコイルばね３８の弾性力により、駆動モータが停止している時はクラッチリング２３と出力軸２２が噛み合わないようになっている。

このクラッチリング２３の出力軸２２と反対側に配置されたカム２４は、その軸方向中央部位にフランジ部３９を有し、そのフランジ部３９と取付側板２７との間に弾性部材としてのコイルばね４０が介設されている（図１参照）。このコイルばね４０の弾性力により、カム２４を静止系の中間側板２６の内径端面に押圧し、カム２４のフランジ部３９と中間側板２６の内径端面との間に摺動抵抗を付与している。

なお、コイルばね４０の代わりに波ばねを使用することも可能である。また、このカム２４と静止系の取付側板２７との間には、カム２４の軸方向移動を許容するためのクリアランス４１が設けられている。

クラッチリング２３のカム２４と対向する端面には、図６（ａ）（ｂ）および図８に示すようにその端面から凸設された傾斜面４２ａと平坦面４２ｂからなり、かつ、カム２４と軸方向で嵌合可能なカム面４２が形成されている。これに対して、カム２４のクラッチリング２３と対向する端面には、図７（ａ）（ｂ）および図８に示すようにその端面から凹設された傾斜面４３ａと平坦面４３ｂからなり、かつ、クラッチリング２３と軸方向で嵌合可能なカム面４３が形成されている。

前述の構成からなる実施形態の２ウェイクラッチユニットの動作例を以下に詳述する。

駆動モータが停止している時、カム２４とクラッチリング２３は、それぞれの平坦面４３ｂ，４２ｂが接する位相にある中立状態であることから（図８参照）、クラッチリング２３は、コイルばね３８の弾性力により出力軸２２から離間する方向に付勢されてカム２４に軸方向から接した状態にある。つまり、クラッチリング２３の傾斜面４２ａとカム２４の傾斜面４３ａとが軸方向で嵌合した状態となっている。この時、クラッチリング２３のドグ３３と出力軸２２のドグ３０とが噛み合わない状態となっているため、出力軸２２はその出力軸側からフリーで回転可能な状態であり、ドアを手動にて自由に開閉することができる。

一方、駆動モータが回転すると、ウォームギヤを介して入力外輪２１が回転し始め、駆動モータの回転力は、ウォームギヤにより入力外輪２１に減速伝達される。クラッチリング２３は、入力外輪２１に凹溝３１および凸部３２により凹凸嵌合していることにより回転方向に規制されていることから、入力外輪２１に伴って回転する。

この時、クラッチリング２３は入力外輪２１に伴って回転し、カム２４はクラッチリング２３から回転力を受けて同一回転するが、コイルばね４０の弾性力により静止系である中間側板２６の内径端面からフランジ部３９に摺動抵抗を受けるため、その摺動抵抗によりクラッチリング２３に軸力を伝えている。

このようにして、カム２４は、回転方向に固定した状態にあるため、クラッチリング２３は、カム２４と嵌合するカム面４２、つまり、傾斜面４２ａに沿って回転し、その回転により軸方向に沿って出力軸側へ移動する。このクラッチリング２３の軸方向移動により、コイルばね３８が軸方向に圧縮されてその弾性力が蓄積される。

このクラッチリング２３の回転および軸方向移動により、クラッチリング２３のドグ３３と出力軸２２のドグ３０との噛み合い位相が合致したところでクラッチリング２３が出力軸２２に噛み合う。これにより、入力外輪２１の回転トルクがクラッチリング２３を介して出力軸２２に伝達され、ドアを電動で開閉することができる。

なお、駆動モータの回転時、クラッチリング２３のドグ３３と出力軸２２のドグ３０が同位相となっていた場合には、両者のドグ同士が接触し、クラッチリング２３と出力軸２２が嵌合せずに出力軸２２を回転駆動しないことになり、カム２４による軸方向押圧力が出力軸２２に負荷され続けてしまうことになる。

しかしながら、駆動モータがそのまま回転を続けると、入力外輪２１およびクラッチリング２３が出力軸２２に対して回転位相が進むので、クラッチリング２３のドグ３３と出力軸２２のドグ３０の噛み合い位相が合致したところで、カム２４による軸方向押圧力により、クラッチリング２３が軸方向に移動し、クラッチリング２３と出力軸２２のドグ３３，３０が噛み合うことになる。

このクラッチユニットでは、カム２４を取付側板２７にコイルばね４０を介して軸方向移動可能に配設してカム２４と取付側板２７との間にクリアランス４１を設けたことにより、前述したようにドグクラッチ３４のドグ３０，３３同士が同位相で係合しない状態であっても、カム２４の軸方向押圧力をコイルばね４０に蓄積させることで軽減してドグ３０，３３同士の噛み合いへスムーズに移行させることができる。

すなわち、ドグ３０，３３同士が係合しない位相となっていても、カム２４の軸方向押圧力を、コイルばね４０の弾性力に抗してカム２４をクリアランス４１側へ軸方向移動させることにより吸収することができる。このカム２４の軸方向移動は、取付側板２６との間に設けられたクリアランス４１によって可能となっている。なお、このクリアランス４１は、クラッチリング２３と出力軸２２に形成されたドグ３３，３０の軸方向高さ以上あればよい。

以上の構造を具備した２ウェイクラッチユニットは薄形でコンパクトであることから、自動車の電動スライドドアのドア駆動部に設置することが容易となる。車内のスイッチにより電動モードが選択されていると、電動でドアを動かす時は駆動モータの回転によって、クラッチユニットを介してドアの開閉が可能であり、手でドアノブを開ければそれを感知することでモータ駆動によるドアの開閉が可能である。

一方、車内のスイッチにより手動モードが選択されていれば、駆動モータを回転させなければクラッチユニットの出力軸２はフリーに回転するため、駆動モータを引き摺ることなく、手動でも楽に開閉することができる。また、出力軸２２にポテンショメータを装着すれば、半ドア状態であってもドアの位置を感知でき、電動モードに切り替えれば、駆動モータによる開閉が可能である。

前述の実施形態では、ワンボックスカーにおける電動スライドドア装置にクラッチユニットを組み込んだ場合について説明したが、本発明は、駆動モータから減速機を介して負荷を駆動する装置、例えば自動車のパワーウィンドウ、電動バックドアや、電動カーテン、電動シャッター等の開閉機構において、電動と手動を切り替える仕様の装置に適用可能である。

本発明に係る２ウェイクラッチユニットの実施形態を示す断面図である。 図１の右側面図である。 図１の実施形態の出力軸を示す斜視図である。 図１の実施形態のクラッチリングを示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 （ａ）は図１のクラッチリングを示す左側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 （ａ）は図１のカムを示す右側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図６のクラッチリングと図７のカムが嵌合した状態を示す断面図である。 ２ウェイクラッチユニットの従来例を示す断面図である。

符号の説明

２１ 入力系回転部材（入力外輪）
２２ 出力系回転部材（出力軸）
２３ トルク伝達部材（クラッチリング）
２４ 制御部材（カム）
２５，２６，２７ 静止系部材
３０，３３ ドグ
３４ ドグクラッチ
４０ 弾性部材（コイルばね）
４１ クリアランス
４２ カム面

Claims (4)

1. 静止系部材と、駆動源により回転駆動される入力系回転部材と、入力系回転部材から伝えられたトルクを外部へ取り出すための出力系回転部材と、入力系回転部材と出力系回転部材との間に軸方向移動可能でかつ相対回転不可能に介在し、前記出力系回転部材と係合・離脱可能なトルク伝達部材と、静止系部材に対する相対角度変位を通じて、トルク伝達部材を軸方向に移動させることによりトルク伝達部材と出力系回転部材との係合・離脱を制御する制御部材とを備え、前記制御部材を静止系部材に弾性部材を介して軸方向移動可能に配設して前記制御部材と静止系部材との間にクリアランスを設け、前記制御部材のトルク伝達部材との対向面にトルク伝達部材を軸方向移動させるためのカム面を形成したことを特徴とする２ウェイクラッチユニット。
2. 前記クリアランスは、トルク伝達部材と出力系回転部材との対向面間に形成されたドグクラッチにおけるドグの軸方向高さ以上とした請求項１に記載の２ウェイクラッチユニット。
3. 前記弾性部材は、波ばねあるいはコイルばねである請求項１に記載の２ウェイクラッチユニット。
4. 前記入力系回転部材を駆動モータに連結し、かつ、出力系回転部材をドアスライド機構に連結することにより電動スライドドア装置に組み込まれている請求項１〜３のいずれか一項に記載の２ウェイクラッチユニット。

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