JP2007247763A - 逆入力遮断クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便な手段により、コンパクトな薄形でコスト低減化が図れ、安定動作を確保する。
【解決手段】 回転が拘束される固定外輪１に、回転トルクが入力される入力軸２と回転トルクが出力される出力軸３を正逆回転自在に収容し、固定外輪１と出力軸３との間に複数の係合子１０ａ，１０ｂを係合離脱可能に設け、その係合子１０ａ，１０ｂの係合・離脱により、出力軸３からの逆入力トルクに対して出力軸３をロックすると共に、入力軸２からの入力トルクに対してロック状態を解除してその入力トルクを出力軸３に伝達する逆入力遮断クラッチであって、係合子１０ａ，１０ｂをボールとし、固定外輪１の内径面あるいは出力軸３のカム面１１ａ，１１ｂにボール接触溝１５，１６ａ，１６ｂを円周方向に沿って形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入力側からの入力トルクを出力側に伝達する一方、出力側からの逆入力トルクをロックして入力側に還流させない機能を具備した機械式回転クラッチの一種である逆入力遮断クラッチに関する。

自動車や各種産業機械などに組み込まれる機械式回転クラッチとして、入力側からの入力トルクを出力側に伝達する一方、出力側からの逆入力トルクをロックして入力側に還流させない機能を具備した逆入力遮断クラッチがある（例えば、特許文献１参照）。

自動車に組み込まれた車輪操舵装置では、この逆入力遮断クラッチを用いて、モータからの回転力をボールねじ軸に伝達し、そのボールねじ軸を直動させることで、車輪との連結ロッドを進退させて車輪を操舵する一方、車輪からの外力を受けた場合にはモータへの逆入力トルクを遮断するようにしている（例えば、特許文献２参照）。

自動車用の車輪操舵装置に用いられる逆入力遮断クラッチは、回転が拘束される固定外輪に、回転トルクが入力される入力軸と回転トルクが出力される出力軸を転がり軸受を介して正逆回転自在に収容し、固定外輪と出力軸との間に複数の係合子を係合離脱可能に設け、その係合子の係合・離脱により、出力軸からの逆入力トルクに対して出力軸をロックすると共に、入力軸からの入力トルクに対してロック状態を解除してその入力トルクを出力軸に伝達するようにしたものである（特許文献１参照）。
特開２００３−３４３６０１号公報 特開２００３−８１１０６号公報

ところで、前述した逆入力遮断クラッチでは、出力軸からの逆入力トルクに対するロック状態と、入力軸からの入力トルクに対するアンロック状態とを切り替えるための手段として、固定外輪と出力軸との間に複数の係合子を係合離脱可能に設けている。この係合子としては、ローラが使用されている。ローラの場合、固定外輪および出力軸と線接触するために負荷容量が大きく、荷重条件の厳しい用途に適している。

しかしながら、係合子にローラを使用した場合、ローラの軸方向にローラ長さ分のスペースを必要とすることから、クラッチの薄形コンパクト化を困難にする要因となっている。また、ローラはクラッチ内部の楔空間にばねにより押圧された状態で配置された構造となっているが、固定外輪および出力軸に対してフリーな状態で軸方向に拘束するような機構もないことから、ローラが自由に動く（ずれる）ことができる。その結果、ローラの姿勢が変化してスキューすることにより、解除トルクの変動など不安定なクラッチ動作となったり、ロック解除時に異音が発生したりする原因となる可能性があった。なお、スキューとは、ローラがその軸線に対して傾斜した状態で転動する現象を意味し、不安定動作の要因となる。

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、簡便な手段により、コンパクトな薄形でコスト低減化が図れ、安定動作を確保し得る逆入力遮断クラッチ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、回転が拘束される固定外輪に、回転トルクが入力される入力軸と回転トルクが出力される出力軸を正逆回転自在に収容し、固定外輪と出力軸との間に複数の係合子を係合離脱可能に設け、その係合子の係合・離脱により、出力軸からの逆入力トルクに対して出力軸をロックすると共に、入力軸からの入力トルクに対してロック状態を解除してその入力トルクを出力軸に伝達する逆入力遮断クラッチであって、係合子をボールとし、固定外輪の内径面あるいは出力軸の外径面の少なくともいずれか一方にボール接触溝を円周方向に沿って形成したことを特徴とする。

本発明に係る逆入力遮断クラッチでは、係合子をボールとしたことにより、そのボールが全転動方向に均一な形状をなしていることから、スキューのような現象が生じることはない。また、固定外輪の内径面あるいは出力軸の外径面の少なくとも一方にボール接触溝を円周方向に沿って形成したことにより、ボールはボール接触溝内を軸方向に拘束されながら転走するため、ボールが固定外輪および出力軸に対して安定した係合・離脱動作を行う。

ここで、ボール接触溝の形成部位を、固定外輪の内径面あるいは出力軸の外径面の少なくともいずれか一方としたのは、固定外輪の内径面と出力軸の外径面の両方を含むことを意味する。ボール接触溝の形成部位が固定外輪の内径面あるいは出力軸の外径面のいずれか一方であれば、ボールを軸方向に拘束することができるが、ボール接触溝の形成部位を固定外輪の内径面と出力軸の外径面の両方とすれば、ボールの軸方向拘束がより一層確実になる。

本発明の構成におけるボール接触溝は、ボールの外径に沿った凹Ｒ形状の断面とすることが望ましい。このようにすれば、ボールをボール接触溝内で安定した状態で転走させることができる。

本発明の逆入力遮断クラッチは、入力軸の前段に減速機構あるいはねじ機構のいずれか一方が設置され、その入力軸からの入力トルクが減速機構あるいはねじ機構のいずれか一方による減速比でもって低減されている用途で使用されることが好ましい。この用途としては、例えば自動車用の電動アクチュエータがある。

このような用途で、係合子としてボールを用いた逆入力遮断クラッチを使用した場合、荷重条件の厳しい用途であっても、減速機構あるいはねじ機構による減速比でもって荷重条件が緩和されることから、係合子としてボールを用いた逆入力遮断クラッチを適用することが有効となる。

本発明によれば、係合子をボールとしたことにより、そのボールが全転動方向に均一な形状をなしていることから、スキューのような現象が生じることはない。また、従来のようなローラを使用しないことから、ローラ長さ分のスペースが不要となるので、逆入力遮断クラッチの薄形コンパクト化が容易となり、製品のコスト削減も図れる。

さらに、固定外輪の内径面あるいは出力軸の外径面の少なくとも一方にボール接触溝を円周方向に沿って形成したことにより、ボールはボール接触溝内を軸方向に拘束されながら転走するため、ボールが固定外輪および出力軸に対して安定した係合・離脱動作を行うことができる。その結果、解除トルクの安定化など、逆入力遮断クラッチの安定動作を確保することができ、ロック解除時の異音の発生を未然に防止することができ、信頼性も大幅に向上して高品質の逆入力遮断クラッチを提供できる。

図１〜図７は、本発明の実施形態として、荷重条件の厳しい用途、例えば自動車用の車輪操舵装置に用いられる逆入力遮断クラッチを例示する。この実施形態の逆入力遮断クラッチを図１〜図７を参照しながら以下に詳述する。

この逆入力遮断クラッチは、図１〜図５に示すように回転が拘束される固定外輪１と、固定外輪１の内周に先端部が挿入され、回転トルクが入力される入力軸２と、固定外輪１の内周に入力軸２と対向する状態で挿入され、回転トルクが出力される出力軸３と、その固定外輪１と出力軸３との間に係合離脱可能に設けられた複数対（図では四対）の係合子としてのボール１０ａ，１０ｂ、および各対のボール１０ａ，１０ｂ間に配設されて両側のボール１０ａ，１０ｂを固定外輪１と出力軸３間に係合させる方向に付勢する弾性部材としての板ばね１２とを主要な構成部品として備え、出力軸３からの逆入力トルクに対して出力軸３と固定外輪１とをロックし、入力軸２からの入力トルクに対してロック状態を解除してその入力トルクを出力軸３に伝達する。入力軸２と出力軸３は、固定外輪１に収容された状態で同軸上に配置され、転がり軸受４，５を介して正逆回転自在に支承されている。

入力軸２の出力軸側端部には、径方向外側へ拡径したフランジ部２ａが一体的に形成され、そのフランジ部２ａの端面には、軸中心から径方向外側へずれた位置にピン８が軸方向に突設されている。一方、出力軸３には、入力軸２と対向する端面に径方向に沿う凹溝７が形成されている。この入力軸２のピン８の先端を出力軸３と対向するフランジ部２ａの端面から突出させて、出力軸３の端面に形成された凹溝７に嵌入させることにより、入力軸２からの回転トルクを出力軸３に伝達可能としている。

また、入力軸２のフランジ部２ａには、その外周から軸方向の出力軸側へ一体的に延びる複数（図では四つ）の柱部２ｂが円周方向等間隔に形成されている。この円周方向に隣接する柱部２ｂ間の空間は、軸方向の一方に向かって開口したポケット９を構成し、各ポケット９に一対のボール１０ａ，１０ｂがそれぞれ配される。なお、図４の符号１４は、入力軸２と出力軸３および転がり軸受５との間に配設され、ポケット９内のボール１０ａ，１０ｂが軸方向出力軸側へ移動して転がり軸受５と接触することを防止するための間座である。

出力軸３の入力軸側外周には、前述した入力軸２の柱部２ｂ間に位置するポケット９と対応させて複数対（図では四対）のカム面１１ａ，１１ｂが円周方向等間隔に形成されている。この出力軸３のカム面１１ａ，１１ｂと固定外輪１の内周面との間に、複数対（図では四対）のボール１０ａ，１０ｂがそれぞれ配され、入力軸２の柱部２ｂ間に形成されたポケット９に収容される。一対のボール１０ａ，１０ｂのうち、一方のボール１０ａは一対のカム面１１ａ，１１ｂのうちの一方のカム面１１ａに位置し、他方のボール１０ｂは他方のカム面１１ｂに位置するように配されている。

一対のローラ１０ａ，１０ｂ間には板ばね１２が介挿され、その板ばね１２が一対のローラ１０ａ，１０ｂを互いに離間させる方向に弾性的に押圧する。この板ばね１２は、伸縮方向中央のＵ字状の基部１２ｃと、その基部１２ｃの両側から延びる略Ｍ字状の折曲部１２ａ，１２ｂとからなる。この板ばね１２は、その基部１２ｃが出力軸３の外周面に形成されたスリット溝１７に嵌め込まれ、折曲部１２ａ，１２ｂの最外側部位がローラ１０ａ，１０ｂにそれぞれ接触する。また、入力軸２からのトルク伝達時に一方のローラ１０ａに作用する板ばね１２の折曲部１２ａの押圧力と他方のローラ１０ｂに作用する板ばね１２の折曲部１２ｂの押圧力とを独立させる遮蔽板１３を板ばね１２の基部１２ｃに内挿している。

この逆入力遮断クラッチでは、図６に拡大して示す中立状態で、出力軸３に時計方向の逆入力トルクが入力されると、板ばね１２の折曲部１２ａの弾性力により反時計方向（回転方向後方）のボール１０ａがその方向の楔隙間と係合して、出力軸３が固定外輪１に対して時計方向にロックされる。逆に、出力軸３に反時計方向の逆入力トルクが入力されると、板ばね１２の折曲部１２ｂの弾性力により時計方向（回転方向後方）のボール１０ｂがその方向の楔隙間と係合して、出力軸３が固定外輪１に対して反時計方向にロックされる。従って、出力軸３からの逆入力トルクは、一対のボール１０ａ，１０ｂによって正逆両回転方向にロックされる。

一方、入力軸２に回転トルクが入力されて例えば時計方向に回動すると、図７に拡大して示すように、まず、入力軸２の反時計方向（回転方向後方）の柱部２ｂがその方向（回転方向後方）のボール１０ａと係合して、これを一方の板ばね１２の折曲部１２ａの弾性力に抗して時計方向（回転方向前方）に押圧する。これにより、反時計方向（回転方向後方）のボール１０ａがその方向の楔隙間から離脱して、出力軸３のロック状態が解除されてその出力軸３が時計方向に回動可能となる。

入力軸２がさらに時計方向に回動すると、入力軸２のピン８が出力軸３の凹溝７の壁面に当接することにより、入力軸２からの時計方向の回転トルクがピン８と凹溝７との係合部分を介して出力軸３に伝達され、出力軸３が時計方向に回動する。この時、時計方向（回転方向前方）のボール１０ｂは、その方向の楔隙間と係合せず、出力軸３のカム面１１ｂと固定外輪１の内周面に接触した状態で空転する。

入力軸２に反時計方向の回転トルクが入力された場合は、前述とは逆の動作で出力軸３が反時計方向に回動する。従って、入力軸２からの正逆両回転方向の回転トルクは、ピン８と凹溝７との係合部分を介して出力軸３に伝達され、出力軸３が正逆両回転方向に回動する。

この実施形態の逆入力遮断クラッチでは、固定外輪１と出力軸３との間に係合離脱可能に設けられた係合子としてボール１０ａ，１０ｂを使用し、固定外輪１の内径面のボール１０ａ，１０ｂが接触する部位、および出力軸３の外径面であるカム面１１ａ，１１ｂのボール１０ａ，１０ｂが接触する部位に、ボール１０ａ，１０ｂの外径に沿った凹Ｒ形状の断面を有するボール接触溝１５，１６ａ，１６ｂを円周方向に沿って形成している。

この逆入力遮断クラッチでは、係合子をボール１０ａ，１０ｂとしたことにより、そのボール１０ａ，１０ｂが全転動方向に均一な形状をなしていることから、スキューのような現象が生じることはない。また、固定外輪１の内径面および出力軸３のカム面１１ａ，１１ｂにボール接触溝１５，１６ａ，１６ｂを形成したことにより、ボール１０ａ，１０ｂはボール接触溝１５，１６ａ，１６ｂ内を軸方向に拘束されながら転走するため、ボール１０ａ，１０ｂが固定外輪１および出力軸３に対して安定した係合・離脱動作を行うことができる。

なお、この実施形態では、固定外輪１の内径面と出力軸３のカム面１１ａ，１１ｂの両方にボール接触溝１５，１６ａ，１６ｂを形成しているが、このボール接触溝は、固定外輪１の内径面あるいは出力軸３のカム面１１ａ，１１ｂのいずれか一方だけであってもよい。この実施形態のように固定外輪１の内径面と出力軸３のカム面１１ａ，１１ｂの両方にボール接触溝１５，１６ａ，１６ｂを形成すれば、ボール１０ａ，１０ｂの軸方向拘束がより一層確実になる。また、ボール接触溝１５，１６ａ，１６ｂをボール１０ａ，１０ｂの外径に沿った凹Ｒ形状としたことにより、ボール１０ａ，１０ｂがボール接触溝１５，１６ａ，１６ｂ内で安定した状態で転走する。

以上のようにボール１０ａ，１０ｂを係合子として用いた逆入力遮断クラッチは、入力軸２の前段に、減速機構（ギヤやリンク機構など）あるいはねじ機構（すべりねじやボールねじなど）のいずれか一方が設置され、その入力軸２からの入力トルクが減速機構あるいはねじ機構のいずれか一方による減速比でもって低減されている用途で使用すれば、荷重条件の厳しい用途であっても、減速機構あるいはねじ機構による減速比でもって荷重条件が緩和されることから、逆入力遮断クラッチの耐久性を維持することができる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る逆入力遮断クラッチの実施形態で、固定外輪を取り外した状態を示す斜視図である。 図１の固定外輪を取り付けた状態での逆入力遮断クラッチを示す側面図である。 図１の入力軸、出力軸、ボール、板ばねおよび遮蔽板からなる各構成部品を示す組み立て分解斜視図である。 図１の逆入力遮断クラッチで、図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１の逆入力遮断クラッチで、図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図５の中立状態を示す要部拡大断面図である。 入力軸から回転トルクが入力された状態を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

１ 固定外輪
２ 入力軸
３ 出力軸
１０ａ，１０ｂ 係合子（ボール）
１５，１６ａ，１６ｂ ボール接触溝

Claims (3)

1. 回転が拘束される固定外輪に、回転トルクが入力される入力軸と回転トルクが出力される出力軸を正逆回転自在に収容し、前記固定外輪と出力軸との間に複数の係合子を係合離脱可能に設け、その係合子の係合・離脱により、前記出力軸からの逆入力トルクに対して出力軸をロックすると共に、入力軸からの入力トルクに対してロック状態を解除してその入力トルクを出力軸に伝達する逆入力遮断クラッチであって、前記係合子をボールとし、前記固定外輪の内径面あるいは出力軸の外径面の少なくともいずれか一方にボール接触溝を円周方向に沿って形成したことを特徴とする逆入力遮断クラッチ。
2. 前記ボール接触溝は、ボールの外径に沿った凹Ｒ形状の断面を有する請求項１に記載の逆入力遮断クラッチ。
3. 前記入力軸の前段に減速機構あるいはねじ機構のいずれか一方が設置され、前記入力軸からの入力トルクが前記減速機構あるいはねじ機構のいずれか一方による減速比でもって低減されている請求項１又は２に記載の逆入力遮断クラッチ。

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