JP2007309427A - ２ウェイクラッチユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 電動スライドドア装置に適用した場合などにドアによる挟み込み事故を大きくすることなく、電動スライドドア装置の安全性を確保する。
【解決手段】 静止系部材２５〜２７と、駆動モータ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機構２４とを備え、出力軸２２の回転数を検出する磁気センサ５０およびターゲット５１を設け、出力軸２２の回転数が所定の閾値以下になると、磁気センサ５０の出力に基づいて出力軸２２を反転させる制御回路５２を具備する。
【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１２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、駆動モータ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によりドアを開閉する出力軸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をコイルばね１２を介して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、前述したクラッチリング３の図中右側への軸方向移動により、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。このクラッチリング３と出力軸２との係合により、入力外輪１の回転トルクがクラッチリング３を介して出力軸２に伝達され、ドアを電動で開閉することができる。

一方、クラッチリング３と出力軸２との間にはコイルばね１３が介在して両者を互いに離間させる向きに弾性力を付勢している。このコイルばね１３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３が図中左側へ押圧されて出力軸２と離間することから、そのクラッチリング３と出力軸２のドグクラッチ９におけるドグ１０，１１同士が噛み合わないようになっている。このようにして、クラッチリング３のドグ１１と出力軸２のドグ１０とが噛み合わない状態となっているため、出力軸２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。
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は、その使用用途が電動スライドドア装置に好適である。この２ウェイクラッチユニットを電動スライドドア装置に組み込んで使用した場合、駆動モータによってドアを電動で閉めている際に人が挟まれても、駆動モータがそのまま作動し続けるため、入力外輪１の回転トルクがクラッチリング３を介して出力軸２に伝達されたままの状態となることから、人の挟み込みによる事故が大きくなるおそれがあった。

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、電動スライドドア装置に適用した場合などにドアによる挟み込み事故を大きくすることなく、電動スライドドア装置の安全性を確保し得る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、出力系回転部材の回転数を検出する検知手段を設け、その検知手段の出力に基づいて出力系回転部材を反転させる回転切替手段を具備したことを特徴とする。

本発明に係る２ウェイクラッチユニットを例えば電動スライドドア装置に適用した場合、２ウェイクラッチユニットは、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る。この電動スライドドア装置において、駆動モータによってドアを電動で閉めている際に人が挟まれた場合、そのドアにドアスライド機構を介して連結された出力系回転部材の回転数が低下する。

本発明では、出力系回転部材の回転数を検出する検知手段を設け、その検知手段の出力に基づいて出力系回転部材を反転させる回転切替手段を具備したことにより、前述の検知手段により出力系回転部材の回転数を検出し、その回転数が所定の閾値以下に低下すると、その検知手段の出力に基づいて回転切替手段により出力系回転部材を反転させる。このようにすれば、ドアを電動で閉めている際に、ドアに人が挟まれた後、そのドアを電動で開くようにすることができ、ドアによる挟み込み事故を大きくすることはない。

なお、本発明における検知手段は、回転する部材に設けられたターゲットと、静止系部材に取り付けられ、ターゲットの回転に基づいて出力系回転部材の回転数を検出するセンサとで構成することが望ましい。ここで、ターゲットが設けられる「回転する部材」には、出力系回転部材のみならず、入力系回転部材、トルク伝達部材あるいは制御部材のいずれであってもよい。また、センサとしては、磁気センサ、光学センサなど種々のセンサが使用可能であり、非接触式または接触式のいずれであってもよい。

また、本発明における回転切替手段は、検知手段から出力される出力系回転部材の回転数が所定の閾値以下になると、出力系回転部材を反転させる指令信号を駆動源に送出する制御回路で構成することが望ましい。このように回転切替手段を制御回路で構成すれば、出力系回転部材を反転させるために駆動源を制御することが容易となる。

前述したように、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、出力系回転部材の回転数を検出する検知手段を設け、その検知手段の出力に基づいて出力系回転部材を反転させる回転切替手段を具備したことにより、前述の検知手段により出力系回転部材の回転数を検出し、その回転数が所定の閾値以下に低下すると、その検知手段の出力に基づいて回転切替手段により出力系回転部材を反転させることができる。これにより、２ウェイクラッチユニットを例えば電動スライドドア装置に適用した場合、ドアを電動で閉めている際に、ドアに人が挟まれた後、そのドアを電動で開くようにすることができ、ドアによる挟み込み事故を大きくすることはない。その結果、安全性に富んだ電動スライドドア装置を提供することができる。

以下、本発明に係る２ウェイクラッチユニットを、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に適用した実施形態について詳述する。

図１および図２に示す実施形態のクラッチユニットは、駆動源としての駆動モータ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機構２４とからなる主要な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およびカム機構２４からなる各構成部品はハウジング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。なお、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５３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など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２３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ている（図４参照）。クラッチリング２３は、この凹溝３１への凸部３２の嵌合でもって入力外輪２１に対して相対回転不可能な状態で軸方向にスライド可能としている。つまり、クラッチリング２３は入力外輪２１と共回りすることになる。

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させる向きに弾性力が付勢されている。このコイルばね３８の弾性力により、駆動モータ５３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。

入力外輪２１の内径には、クラッチリング２３の可動カム４１側にクラッチリング２３の軸方向移動を規制する止め輪３９が配設されている（図１参照）。前述のコイルばね３８によりクラッチリング２３と出力軸２２を離間させる付勢力は、クラッチリング２３が軸方向移動して止め輪３９に係合することにより止められ、クラッチリング２３が出力軸２２から離間する移動量が規制される。

このクラッチリング２３を挟んで出力軸２２と反対側に配置されたカム機構２４は、固定カム４０と可動カム４１とで構成されている。なお、この可動カム４１と前述のクラッチリング２３との間には、それら両者を互いに離間させる向きに弾性力を付勢するコイルばね４２が介設されている。また、クラッチリング２３と同様、出力軸２２の中央凹孔３５に植設された支持軸３６を可動カム４１の中央貫通孔４３に挿通させることにより同軸上に配置され、固定カム４０に対して可動カム４１が軸方向に移動可能となっている。

可動カム４１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６に示すように入力外輪２１の内径に円周方向等間隔で軸方向に沿って形成された凹溝３１に対応させて、可動カム４１の外径には、その凹溝３１に嵌合する凸部４５が円周方向等間隔に形成されている。これにより、可動カム４１は、入力外輪２１と共回りすることになる。この可動カム４１の固定カム４０と対向する端面には、図７（ａ）（ｂ）および図９に示すようにその端面から凸設された傾斜面４６ａと平坦面４６ｂからなり、かつ、固定カム４０と軸方向で嵌合可能なカム面４６が形成されている。

これに対して、固定カム４０は、その軸方向端部にフランジ部を有し、そのフランジ部と中間側板２６の内径端部との間に弾性部材である波ばね４７が介設されている（図１参照）。この波ばね４７の弾性力により、固定カム４０を静止系の取付側板２７に押圧し、固定カム４０の端面と取付側板２７との間に摩擦抵抗が発生するようにしている。この固定カム４０の可動カム４１と対向する端面には、図８（ａ）（ｂ）および図９に示すようにその端面から凹設された傾斜面４８ａと平坦面４８ｂからなり、かつ、可動カム４１と軸方向で嵌合可能なカム面４８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５３が停止している時、固定カム４０と可動カム４１は、それぞれの平坦面４８ｂ，４６ｂが接する位相にある中立状態であることから〔図９および図１０（ａ）参照〕、可動カム４１は、コイルばね４２の弾性力により固定カム４０に接する状態にある。また、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、止め輪３９により出力軸２２のドグ３０から離脱した位置で規制されている。このようにして、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５３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。可動カム４１は、入力外輪２１に凹溝３１および凸部４５で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。これに対して、固定カム４０は、回転方向に固定した状態にあるため、前述の可動カム４１は、固定カム４０と嵌合するカム面４６、つまり、傾斜面４６ａ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〔図１０（ｂ）参照〕。この可動カム４１の軸方向移動により、クラッチリング２３との間のコイルばね４２が軸方向に圧縮されてその弾性力が蓄積される。その圧縮力がクラッチリング２３と出力軸２２間のコイルばね３８の弾性力に打ち勝つと、クラッチリング２３が軸方向に移動して出力軸２２に近接する。

このクラッチリング２３も、可動カム４１と同様、入力外輪２１に凹溝３１および凸部３２で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。従って、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。

ここで、出力軸２２の回転数を検出する検知手段として、図１に示すようにホールＩＣ等の磁気センサ５０を静止系部材であるハウジング２５に設けると共に、出力軸２２の小径部に円盤状のターゲット５１を設けている。具体的に、磁気センサ５０は、ハウジング２５の出力軸側端部に設けられたフランジ２５ａに固定されている。これに対して、ターゲット５１は、その中央に一体的に形成された筒状部５１ａを出力軸２２に圧入することにより固定されている。

磁気センサ５０は、磁気エネルギーを検出対象としたもので、電磁誘導作用を応用した磁気センサと電流磁気効果を応用した磁気センサがある。この電流磁気効果には、ホール効果や磁気抵抗効果があり、前者のホール効果を利用したホール素子や後者の磁気抵抗効果を利用したＭＲ素子がある。この磁気センサの検出対象としてのターゲット５１は、磁気センサ５０との対向面に例えばＮ極とＳ極を交互に円周方向に配設したマグネットロータであり、このターゲット５１の回転による磁極変化を磁気センサ５０で検出するようにしている。

その磁気センサ５０の出力に基づいて出力軸２２を反転させる回転切替手段として、磁気センサ５０の出力に制御回路５２を接続し、その制御回路５２の出力を駆動モータ５３に接続した構成としている。この制御回路５２では、磁気センサ５０からの出力信号により出力軸２２が所定の回転数（閾値）以下に低下すると、駆動モータ５３を反転させる指令信号を送出するように制御する。

この２ウェイクラッチユニットでは、前述したように駆動モータ５３の回転により、入力外輪２１からクラッチリング２３を介して出力軸２２へ回転トルクが伝達され、その出力軸２２の回転でもってドアを電動で開閉する。この時、出力軸２２は一定の回転数で回転していることから、図１１（ａ）に示すように磁気センサ５０の出力信号は一定のパルス幅Ｗ_０となっている。これに対して、例えばドアを電動で閉めている際に、人が挟まれた場合、出力軸２２の回転数は低下する。この出力軸２２の回転数が所定の閾値以下に低下すると、つまり、図１１（ｂ）に示すように磁気センサ５０の出力信号におけるパルス幅Ｗ_０が所定の閾値（Ｗ_１）以上になると、その磁気センサ５０の出力信号に基づいて制御回路５２から、駆動モータ５３を反転させる指令信号が送出される。この駆動モータ５３の反転により出力軸２２の回転方向も反転させることができることから、ドアを電動で閉めている際に、ドアに人が挟まれた後、そのドアを電動で開くことができ、ドアによる挟み込み事故を大きくすることはない。

なお、この実施形態では、ターゲット５１を出力軸２２に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、入力外輪２１、クラッチリング２３あるいは固定カム４０、可動カム４１のいずれかに設けることも可能である。また、センサとしては、磁気センサ５０以外に、光学センサなど種々のセンサを使用することが可能であり、非接触式センサまたは接触式センサのいずれであっても使用可能である。

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。 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 （ａ）は図１の可動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。 （ａ）は図１の固定カムを示す右側面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 図７（ｂ）の可動カムと図８（ｂ）の固定カムが嵌合した状態を示す断面図である。 図７（ｂ）の可動カムと図８（ｂ）の固定カムの嵌合状態で、（ａ）は駆動モータの始動前の状態、（ｂ）は駆動モータの始動後の状態を示す部分拡大断面図である。 磁気センサの出力信号を示す波形図で、（ａ）は通常時、（ｂ）は挟み込み時をそれぞれ示す。 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（カム機構）
２５，２６，２７ 静止系部材
５０ 検知手段（磁気センサ）
５１ 検知手段（ターゲット）
５２ 回転切替手段（制御回路）
５３ 駆動源（駆動モータ）

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、前記出力系回転部材の回転数を検出する検知手段を設け、その検知手段の出力に基づいて前記出力系回転部材を反転させる回転切替手段を具備したことを特徴とする２ウェイクラッチユニット。
2. 前記検知手段は、回転する部材に設けられたターゲットと、前記静止系部材に取り付けられ、ターゲットの回転に基づいて出力系回転部材の回転数を検出するセンサとで構成されている請求項１に記載の２ウェイクラッチユニット。
3. 前記回転切替手段は、検知手段から出力される出力系回転部材の回転数が所定の閾値以下になると、出力系回転部材を反転させる指令信号を前記駆動源に送出する制御回路で構成されている請求項１又は２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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