JP2010101420A - セルフロッククラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成で確実なセルフロックが可能であるセルフロッククラッチを提供する。
【解決手段】回動駆動する入力軸１の先端部に設けられた動力伝達部１１と、入力軸１と同一回動軸芯Ｌをなす出力軸２の入力軸１の側の先端部に設けられ、回動軸芯Ｌとは偏心した揺動軸芯ＳＬの回りに枢支された揺動部材３とを備え、揺動部材３が、入力軸１の回動駆動に基づいて動力伝達部１１に押圧される第一姿勢と、出力軸２の回動駆動に基づいて揺動部材３の径方向に設けた静止部材４と係止する第二姿勢とに姿勢変更可能に構成してある。
【選択図】図２

Description

本発明は、入力側から駆動力を入力したときは出力側へ伝達し、出力側から駆動力を入力したときは自動的にロックを掛けて入力側へ伝達しないセルフロッククラッチに関する。

従来、モータ等の駆動軸が軸中心に嵌合され、駆動軸の回転駆動により回転する駆動側回転体と、駆動側回転体の外周を包む円筒状のカラーと、カラーの内側において駆動側回転体と同一軸芯上に配置され、回転方向に駆動側回転体と当接可能である当接面を有すると共に、回転方向の位置によってカラーの内周面との距離が異なるよう形成してある制御面を外周面に有する従動側回転体と、カラーの内周面と制御面との間に配置され、カラーの内周面に沿って移動可能な転動体とを備えたセルフロッククラッチがあった。

このセルフロッククラッチは、駆動側回転体が回転し、当接面と駆動側回転体とが当接したとき、転動体は制御面と離間しておりカラーの内周面に沿って移動可能であるよう構成してある。このため、駆動側回転体と従動側回転体とが一体回動可能である。また、駆動側回転体が回転せず、従動側回転体が回転したとき、転動体がカラーの内周面と制御面との間に挟持されるよう構成してある。このため、従動側回転体のさらなる回動は禁止される。さらに、転動体が挟持されたときの制御面と転動体との接触範囲を長くするよう構成してあった。

この技術によると、駆動側回転体が回転したとき、駆動側回転体と従動側回転体との一体回動が許容される。駆動側回転体が回転しないとき、従動側回転体が回転すると、自動的に従動側回転体の回動が禁止される。このため、確実なセルフロックが可能であるとされていた。

さらに、制御面と転動体との接触範囲を長くするよう構成してあるため、セルフロッククラッチを大型化することなく、ロック保持力を向上することができるとされていた。

特開２００１−３３６５５０号

しかし、特許文献１のセルフロッククラッチは、部品点数が多い上に、構造が複雑であるため、費用が高く、動作の信頼性が低い虞があった。

本発明は上記実情に鑑み、簡便な構成で確実なセルフロックが可能であるセルフロッククラッチを提供することを目的としている。

本発明に係るセルフロッククラッチの第１特徴構成は、回動駆動する入力軸の先端部に設けられた動力伝達部と、前記入力軸と同一回動軸芯をなす出力軸の前記入力軸の側の先端部に設けられ、前記回動軸芯とは偏心した揺動軸芯回りに枢支された揺動部材とを備え、前記揺動部材が、前記入力軸の回動駆動に基づいて前記動力伝達部に押圧される第一姿勢と、前記出力軸の回動駆動に基づいて当該揺動部材の径方向に設けた静止部材と係止する第二姿勢とに姿勢変更可能となるよう構成した点にある。

本構成によると、動力伝達部と揺動部材とを備え、揺動部材が第一姿勢と第二姿勢とに姿勢変更可能となるよう構成してあり、入力軸が回動駆動すると、揺動部材は第一姿勢となって動力伝達部に押圧され、入力軸の回動に追従する。さらに、揺動部材は出力軸に対して回動軸芯とは偏心した揺動軸芯回りに枢支されているため、揺動部材が回動軸芯回りに回動すると出力軸も回動する。一方、出力軸に駆動力が入力されると、揺動部材は第二姿勢となって静止部材と係止するため、出力軸のさらなる回動が禁止される。

このように、部品点数が少なく、簡便な構成であるため、低費用かつ動作の信頼性が高いセルフロック機構とすることができる。また、故障が少ない上に、部品交換も容易である。

本発明に係るセルフロッククラッチの第２特徴構成は、前記入力軸の回動駆動に基づいて前記揺動部材と当接し、前記揺動部材の揺動を規制する当接部を前記動力伝達部に備えると共に、前記出力軸の回動駆動に基づく前記揺動部材の揺動により径方向に突出し、前記静止部材と係止する係止部を前記揺動部材に備えた点にある。

本構成によると、入力軸の回動駆動に基づいて揺動部材と当接し、揺動部材の揺動を規制する当接部を前記動力伝達部に備えているため、揺動部材は確実に第一姿勢に姿勢変更できる。したがって、入力軸の回動駆動によって、出力軸は入力軸と確実に一体回動する。また、出力軸の回動駆動に基づく揺動部材の揺動により径方向に突出し、静止部材と係止する係止部を揺動部材に備えている。このように、出力軸の回動駆動によるセルフロックを、揺動部材の揺動という簡便な構成で達成することができ、低費用でセルフロッククラッチを提供できる。

本発明に係るセルフロッククラッチの第３特徴構成は、前記静止部材が、前記揺動部材の外周側に前記揺動部材と隙間を設けて備えられたリング部材である点にある。

本構成によると、静止部材が、揺動部材の外周側に揺動部材と隙間を設けて備えられたリング部材であるため、揺動部材が回動方向の何れの位置にあっても、隙間以上に揺動すればリング部材に係止することができる。したがって、作動ムラのないセルフロッククラッチとすることができる。

本発明に係るセルフロッククラッチの第４特徴構成は、前記揺動部材を前記回動軸芯の周方向に沿って複数備えた点にある。

本構成のように、揺動部材を回動軸芯の周方向に沿って複数備えると、揺動部材が一つである場合に比べて係止力が高まるため、出力軸からの負荷が高まってもセルフロックが不測に解除されることがない。また、仮に、ある揺動部材が不測に第二姿勢に姿勢変更しなかった場合でも、他の揺動部材が第二姿勢に姿勢変更すればセルフロックがかかるため、高精度なセルフロッククラッチとすることができる。

本発明に係るセルフロッククラッチの第５特徴構成は、前記リング部材の内周面に前記回動軸芯に沿った溝を複数備えた点にある。

本構成によると、リング部材の内周面に回動軸芯に沿った溝を複数備えてあるため、揺動部材の係止部を溝に係合する形状とすれば、回動軸芯方向の係止部と溝との係合が強固となる。したがって、出力軸の側からの回動駆動力が高まってもセルフロックが解除されず、セルフロッククラッチの信頼性がさらに向上する。

本発明に係るセルフロッククラッチの第６特徴構成は、前記揺動部材を前記第一姿勢に付勢する付勢手段を備えた点にある。

本構成のように、揺動部材を第一姿勢に付勢する付勢手段を備えると、重力や周囲の振動によって揺動部材が揺動し、不測に第二姿勢となって静止部材に係止することがない。このため、セルフロッククラッチの設置位置及び設置方向の自由度が増す。ただし、付勢手段を備えた場合、出力軸の回動駆動に基づいて揺動部材が第二姿勢に姿勢変更するとき、付勢手段の付勢力を上回る揺動推進力が必要となる。このため、入力軸の駆動が停止したときに、勢い良く出力軸が逆回動するような箇所、あるいは出力軸へ衝撃的に駆動力が掛かるような箇所に適用すると最適である。

以下、本発明に係るセルフロッククラッチの実施形態を図面に基づいて説明する。

（全体構成）
本発明に係るセルフロッククラッチＣは、入力軸１の先端部に設けた動力伝達部と、出力軸２の入力軸１の側の先端部に設けた揺動部材３と、揺動部材３の径方向外周に設けた静止部材とを備えている。図１に示すごとく、入力軸１及び出力軸２は共に円柱形状であり、出力軸２と入力軸１とは同一回動軸芯Ｌをなしている。揺動部材３は入力軸１及び出力軸２の回動軸芯Ｌとは偏心した揺動軸芯ＳＬに対して枢支されている。

（動力伝達部）
図１に示すごとく、入力軸１の先端部の一部を回動軸芯Ｌに沿って引退させて、回動軸芯Ｌを中心とした扇形形状の凹部１１を形成してあり、この凹部１１が本発明における動力伝達部である。凹部１１は、扇形の半径を含む面である当接部１２を両側に二箇所有している。

（揺動部材）
揺動部材３は、図１に示すごとく、中抜き扇形形状の底面を有する柱体である動力受動部３２及び係止部３３と枢支軸３１とを備えている。枢支軸３１と動力受動部３２と係止部３３とは一体成形してある。動力受動部３２の扇形形状と係止部３３の扇形形状とは同心円をなし、夫々の外周面は同一面をなしている。係止部３３の中心角を動力受動部３２の中心角より大きくしてあるため、係止部３３の外周面の円弧長は動力受動部３２の外周面の円弧長よりも長い。

また、動力受動部３２は係止部３３より径方向内側に突出させてあり、この突出した部分に枢支軸３１を形成してある。さらに、回動軸芯Ｌとは偏心した揺動軸芯ＳＬに沿う取付孔２１を出力軸２の入力軸１の側の先端部に形成し、枢支軸３１を取付孔２１に挿通し、揺動部材３を出力軸２に枢支してある。上述したように係止部３３は中抜き扇形形状であって、係止部３３の中抜き部分の径は出力軸２の外径よりも大きく設定してあり、図２に示すごとく、係止部３３において隙間を空けて出力軸２を包み込みつつ、揺動部材３は出力軸２に対して揺動可能である。

さらに、動力受動部３２は回動方向の両端に当接部３２ａを備えている。また、係止部３３は回動方向の両端面の外周側に外周端部３３ａを備え、内周側に内周端部３３ｂを備えている。図３に示すごとく、揺動部材３が出力軸２に対して傾動していない状態において、当接部３２ａは入力軸１の回動方向に垂直であり、同様に、外周端部３３ａと内周端部３３ｂとを含む面は出力軸２の回動方向に垂直である。

（静止部材）
静止部材は、図１に示すごとく、入力軸１及び出力軸２を包持する円筒形状のリング部材４である。静止部材は、内周面に回動軸芯Ｌに沿った溝４２を複数備えている。溝４２の内周面と溝４２が形成されていない部分の静止部材の内周面とは同一径であり、入力軸１の径より僅かに大きい程度に設定してある。

（動力伝達部と揺動部材と静止部材との関係）
入力軸１と出力軸２とが同一回動軸芯Ｌとなるよう、図２に示すごとく組付ける。係止部３３の入力軸１の側の面が出力軸２の入力軸１の側の先端面よりも入力軸１の側に突出しないよう、揺動部材３を形成してあり、入力軸１の先端面と出力軸２の先端面とは略当接している。入力軸１及び出力軸２の先端面は滑らかに形成され、入力軸１と出力軸２とは先端面で摺動し相対的に回動可能となっている。例えば、入力軸１の先端面と出力軸２の先端面との間にベアリングを備えてあっても良い。

さらに、リング部材４を単線矢印の方向に挿入して、溝４２が係止部３３の周囲にのみ位置するようリング部材４の回動軸芯Ｌの方向の位置を決定する（図２中の二点鎖線）。さらに、リング部材４を静止かつ頑強な周囲の部材、例えばセルフロッククラッチＣを収容するハウジング（図示しない）に固定する。よって、入力軸１はリング部材４の内周面に沿って回動駆動し、リング部材４の中心軸と回動軸芯Ｌとが略一致するため、入力軸１の回動駆動時に入力軸１とリング部材４とが相対的にガタつくことがない。

図３は、入力軸１の側から見たセルフロッククラッチＣの回動軸芯Ｌに垂直な断面図であり、構成を分かり易くするために入力軸１を取り外して描画してある。図３に示すごとく、凹部１１の中心角は動力受動部３２の中心角よりも大きく設定してあり、動力受動部３２の凹部１１の範囲内での回動軸芯Ｌの回りの回動と揺動軸芯ＳＬの回りの揺動とによって、揺動部材３の回動軸芯Ｌの回りの回動と揺動軸芯ＳＬの回りの揺動とが可能となっている。

揺動部材３が図３に示す状態であるとき、入力軸１が回動駆動すると、揺動部材３の当接部３２ａに出力軸２の当接部１２が面全体で接触する。当接部１２と当接部３２ａとは揺動軸芯ＳＬを挟んだ径方向外側と径方向内側とで接触するため、当接部１２の押圧により、揺動部材３は揺動しないで回動軸芯Ｌの回りに回動し始める。揺動部材３が入力軸１と共回りすると、枢支軸３１を介して回動力が出力軸２に伝達され、出力軸２が入力軸１と一体回動する。揺動部材３が出力軸２に対して傾動していないこの状態が、本発明における第一姿勢である。

図示はしないが、揺動部材３を第一姿勢に付勢する付勢手段を備えている。付勢手段は、例えば、枢支軸３１と取付孔２１の間に備えたねじりバネや、係止部３３の内周面と出力軸２の外周面との間に備えた板バネ等である。

また、揺動部材３の重心は揺動軸芯ＳＬより径方向外側に位置しているため、出力軸２が回動すると、慣性力の働きにより出力軸２の回動方向とは反対の方向へ揺動部材３は揺動し、出力軸２に対して傾く。このとき、回動方向側の外周端部３３ａが径方向に突出する。このため、揺動部材３がこの状態のまま出力軸２と共回りすると、回動方向側の外周端部３３ａが側壁部４１の側面４１ａに係止し、さらなる出力軸２の回動は規制される。即ち、外周端部３３ａが側壁部４１に係止する程度に揺動部材３が揺動している状態が、本発明における第二姿勢であり、出力軸２の回動方向によって二通り存在する。

一方、揺動部材３が揺動可能となるには、揺動部材３が第一姿勢である状態において、揺動部材３の外周面とリング部材４の側壁部４１の内周面との間に隙間が必要である。このため、図３のごとく、揺動部材３の外径は側壁部４１の内周面の径より小さくしてある。

上述したように、係止部３３の内周面と出力軸２の外周面との間には隙間を設けてあるため、揺動部材３の内周端部３３ｂと出力軸２の外周面との当接により揺動部材３の揺動が阻害されることはない。このため、出力軸２の回動により、揺動部材３は第二姿勢に確実に姿勢変更する。

揺動部材３は、第一姿勢から第二姿勢となる間に、出力軸２に追従して多少の共回りをするため、第二姿勢になる前に揺動部材３が当接部１２に接触する虞がある。この場合、揺動部材３は回動方向と逆方向に傾いた状態であり、当接部３２ａの径方向内側の端部が最先に当接部１２に接触する。揺動部材３の回動が続くと径方向内側の端部が当接部１２に押され、揺動部材３は揺動軸芯ＳＬを中心として第一姿勢に戻される。よって、入力軸１は出力軸２と一体回動することとなり、セルフロッククラッチＣは正常に動作しない。このため、図３に示すごとく、凹部１１の中心角は動力受動部３２の中心角よりもかなり大きく設定し、揺動部材３が第一姿勢から第二姿勢となる揺動動作が阻害されないようにしてある。

だだし、揺動部材３に働く慣性力は出力軸２の回動角速度にある程度依存するため、動力受動部３２と係止部３３との重量バランス、凹部１１の中心角、動力受動部３２の中心角、第一姿勢から第二姿勢となるために必要な揺動角、及び付勢手段の付勢力等の諸元値は、セルフロッククラッチＣの適用範囲及び用途を勘案して慎重に決定してある。

（セルフロッククラッチの動作）
本発明に係るセルフロッククラッチＣの動作を図面に基づいて説明する。図４、５は入力軸１の側から見たセルフロッククラッチＣの断面図である。

図４（ａ）に示すごとく、揺動部材３が第一姿勢である状態において、白抜き矢印で示す時計回りに入力軸１が回動駆動すると、一点鎖線で示すように当接部１２が当接部３２ａに接触する。図４（ｂ）において白抜き矢印で示すごとく、さらに同方向へ入力軸１を回動すると、揺動部材３は第一姿勢を維持しつつ凹部１１に押圧されて、入力軸１と共回りする。このため、揺動部材３の回動を介して出力軸２は入力軸１と一体回動する。なお、図４（ａ）に示す状態において、反時計回りに入力軸１を回動する場合も同様の動作であるため、説明は省略する。

図５（ａ）に示すごとく揺動部材３が第一姿勢である状態から、図５（ｂ）に示す太い点線矢印で示す反時計回りに出力軸２を回動させると、揺動部材３が単線矢印の方向に揺動しつつ出力軸２と共回りする。揺動部材３が第二姿勢となるや否や、揺動部材３の回動によって、外周端部３３ａが側面４１ａに係止し、出力軸２のさらなる回動が禁止される。即ち、セルフロックがかかる。上述したように、各部材の諸元値を好適に設定してあるため、この間に揺動部材３が当接部１２に接触することはない。なお、図５（ａ）に示す状態から、時計回りに出力軸２を回動する場合も同様の動作であるため、説明は省略する。

図４（ｂ）の状態において入力軸１が反時計回りに回動駆動すると、揺動部材３が第一姿勢に付勢されているため正常に他方の当接部１２が他方の当接部３２ａに接触し、出力軸２は入力軸１と反時計回りに一体回動する。

図４（ｂ）の状態において入力軸１が駆動しておらず、出力軸２が時計回りに回動すると、上述したように、揺動部材３が正常に第二姿勢に姿勢変更し、セルフロックが掛かる。一方、出力軸２が反時計回りに回動すると、当接部３２ａが当接部１２に当接しているため、揺動部材３は第一姿勢を維持する。このため、揺動部材３が揺動しないで反時計回りに回動し、入力軸１は出力軸２と一体回動してしまう。したがって、本発明に係るセルフロッククラッチＣでは、入力軸１の回動駆動を停止した直後に入力軸１と揺動部材３の相対位置関係が図４（ａ）の状態に戻るよう、凹部１１の中心角と動力受動部３２の中心角との差の半分の角度程度だけ入力軸１を直前の回動方向と逆方向に回動するよう制御する。

また、図５（ｂ）の状態において、入力軸１が時計回りに回動すると、最先に当接部１２が当接部３２ａの径方向内側の端部に接触し、揺動部材３は揺動軸芯ＳＬと中心として反時計回りに揺動して第一姿勢となり、その後は時計回りに入力軸１と共回りする。よって、出力軸２は円滑に入力軸１と一体回動する。一方、入力軸１が反時計回りに回動すると、最先に当接部１２が当接部３２ａの径方向外側の端部に接触する。このように、側面４１ａと当接部１２とで挟まれて揺動部材３は回動することができない。このため、入力軸１はそれ以上回動せず、出力軸２も入力軸１と一体回動しない。したがって、本発明に係るセルフロッククラッチＣでは、入力軸１に一定以上の回動力を入力しても出力軸２が回動しないときは、一旦反対方向に入力軸１を回動駆動させ、当接部１２で当接部３２ａを押圧して揺動部材３を第一姿勢に姿勢変更させてから、再び元の回動方向の回動力を入力する制御を行う。反対方向への回動角度は、凹部１１の中心角と動力受動部３２の中心角との差の半分程度の角度で充分である。

このように、少ない部品点数かつ簡便な構成であるため、低費用かつ動作の信頼性を高めることができる。また、故障が少ない上に、部品交換も容易である。さらに、外周端部３３ａと側面４１ａとの係止によるセルフロックであるため、出力軸２による負荷が高まっても、セルフロックが解除されにくい。

また、付勢手段を備えているため、重力や周囲の振動によって揺動部材３が揺動し第二姿勢となってリング部材４に係止することがない。このため、セルフロッククラッチＣの設置位置及び設置方向の自由度が増す。ただし、付勢手段を備えた場合、出力軸２の回動駆動に基づいて揺動部材３が第二姿勢に姿勢変更するとき、付勢手段の付勢力を上回る慣性力が必要となる。このため、入力軸１の駆動が停止したときに、勢い良く出力軸２が逆回動するような箇所、あるいは出力軸２へ衝撃的に駆動力が掛かるような箇所に適用すると最適である。

本実施形態においては、溝４２を備え、外周端部３３ａと側面４１ａとが当接して揺動部材３がリング部材４に係止するよう構成したが、本発明に係るセルフロッククラッチは本構成に限定されるものではない。例えば、溝４２を備えていなくても、リング部材４の内周面に高摩擦係数を有する部材を貼り付ければ、当接部３３ａと内周面との間の摩擦力により揺動部材はリング部材４の内周面に

（別実施の形態１）
上述の実施形態では、係止部３３を中抜きの扇形形状としたが、図６及び図７に示すごとく、棒状形状としても、セルフロッククラッチＣは正常に作動する。この場合は、曲面加工の手間を省けると共に、必要材料量を少なくすることができる。セルフロッククラッチＣの構成及び動作は上述の実施形態と同様であるので、説明は省略する。

（別実施の形態２）
上述の実施形態では、揺動部材３を一つ備えた例を示したが、揺動部材３を複数個備えても良い。例えば、図８に示すごとく、揺動部材３を三つ備えると、揺動部材３が一つである場合に比べて係止力が高まるため、出力軸２の高負荷な回動駆動力にも耐え得るセルフロッククラッチＣとすることができる。また、仮に、ある揺動部材３が不測に第二姿勢に姿勢変更しなかった場合でも、他の揺動部材３が第二姿勢に姿勢変更すればセルフロックが掛かり、高精度なセルフロッククラッチＣとすることができる。セルフロッククラッチＣの構成及び動作は上述の実施形態と同様であるので、説明は省略する。

（別実施の形態３）
上述の実施形態では、セルフロックにより出力軸２の側からの回動は常時規制されるが、手動によりセルフロックを解除する構成を備えても良い。本発明に係るセルフロッククラッチＣを車両のパワーバックドアに適用した場合、バックドアを自動で開けた後に、手動で閉めたい場合など、任意にセルフロックを解除する構成を備えていると好適である。

本発明に係るセルフロッククラッチの分解斜視図 本発明に係るセルフロッククラッチの斜視図 本発明に係るセルフロッククラッチの入力軸側から見た分解断面図 入力軸を回動したときのセルフロッククラッチの動作を示す図で、（ａ）は動作前の入力軸側から見た断面図、（ｂ）は動作後の断面図 出力軸を回動したときのセルフロッククラッチの動作を示す図で、（ａ）は動作前の入力軸側から見た断面図、（ｂ）は動作後の断面図 別実施の形態１に係るセルフロッククラッチの斜視図 別実施の形態１に係るセルフロッククラッチの入力軸側から見た分解断面図 別実施の形態２に係るセルフロッククラッチの分解斜視図

符号の説明

Ｃ セルフロッククラッチ
Ｌ 回動軸芯
ＳＬ 揺動軸芯
１ 入力軸
２ 出力軸
３ 揺動部材
４ リング部材（静止部材）
１１ 凹部（動力伝達部）
１２ 当接部
３３ 係止部
４２ 溝

Claims (6)

1. 回動駆動する入力軸の先端部に設けられた動力伝達部と、
   前記入力軸と同一回動軸芯をなす出力軸の前記入力軸の側の先端部に設けられ、前記回動軸芯とは偏心した揺動軸芯回りに枢支された揺動部材とを備え、
   前記揺動部材が、前記入力軸の回動駆動に基づいて前記動力伝達部に押圧される第一姿勢と、前記出力軸の回動駆動に基づいて当該揺動部材の径方向に設けた静止部材と係止する第二姿勢とに姿勢変更可能となるよう構成してあるセルフロッククラッチ。
2. 前記入力軸の回動駆動に基づいて前記揺動部材と当接し、前記揺動部材の揺動を規制する当接部を前記動力伝達部に備えると共に、
   前記出力軸の回動駆動に基づく前記揺動部材の揺動により径方向に突出し、前記静止部材と係止する係止部を前記揺動部材に備えた請求項１に記載のセルフロッククラッチ。
3. 前記静止部材が、前記揺動部材の外周側に前記揺動部材と隙間を設けて備えられたリング部材である請求項１又は２に記載のセルフロッククラッチ。
4. 前記揺動部材を前記回動軸芯の周方向に沿って複数備えた請求項１から３の何れか一項に記載のセルフロッククラッチ。
5. 前記リング部材の内周面に前記回動軸芯に沿った溝を複数備えた請求項３又は４に記載のセルフロッククラッチ。
6. 前記揺動部材を前記第一姿勢に付勢する付勢手段を備えた請求項１から５の何れか一項に記載のセルフロッククラッチ。

Images