JP2016080018A - クラッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ外径に依存する分解能の制限が抑制され、クラッチが切れた場合であっても作動対象と接続されているロータの回転を検出することのできるエンコーダを有するクラッチ装置を提供する。【解決手段】このクラッチ装置は、駆動源により回転する回転体と、操作対象物に対してトルクを出力する出力軸と、側面に歯列を有し、前記出力軸と一体回転するロータと、前記回転体及び前記ロータの両方に接続する接続位置と、前記回転体と前記ロータとの少なくともいずれか一方の接続が解除される解除位置との間を移動可能に設けられたクラッチ板と、前記クラッチ板を、前記接続位置と前記解除位置との間で電磁力により移動させる電磁コイルと、被検出部を有し、前記歯列を介した力の伝達により回転するエンコード盤と、前記被検出部を検知するエンコードセンサと、を備えた構成を採る。【選択図】図３

Description

本発明は、クラッチ装置に関する。

近年、車両のスライドドア等を自動で開閉する開閉装置が普及している。このような開閉装置では、自動で開閉する場合のみならず手動で開閉する場合もあり、モータの駆動力を伝達したり遮断したりするクラッチ装置が設けられる（例えば、特許文献１参照）。クラッチ装置は、スライドドア等の開閉体と連動して回転するロータ及びクラッチを有し、クラッチがつながると、モータの駆動力がロータに伝達される。また、クラッチが切れると、ロータがモータと切り離されてロータが回転自在となり、手動で開閉体を開閉できる。このようなクラッチ装置では、モータの回転量を検出しても、クラッチが切れたときの開閉体の位置を検出できない。よって、このようなクラッチ装置では、作動対象である開閉体の位置を検出するために、作動対象と接続されているロータの回転量を検出するエンコーダが必要となる。

特許文献１に開示のクラッチ装置では、ロータの回転方向及び回転速度を判定するためのエンコーダは、アーマチャが電磁吸着されるロータの外周に沿って交互に配置された多数の磁極と、磁極から発生する磁束を検出するための一対のホール素子を有している。

特許第４８３１４１６号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示のクラッチ装置では、ロータの外周に磁極を配置する。この構成では、磁極の極数がロータの外径に依存するため、分解能の制限が生じるという課題がある。

本発明の目的は、ロータ外径に依存する分解能の制限が抑制され、クラッチが切れた場合であっても作動対象と接続されているロータの回転を検出することのできるエンコーダを有するクラッチ装置を提供することである。

本発明の一態様に係るクラッチ装置は、駆動源により回転する回転体と、操作対象物に対してトルクを出力する出力軸と、側面に歯列を有し、前記出力軸と一体回転するロータと、前記回転体及び前記ロータの両方に接続する接続位置と、前記回転体と前記ロータとの少なくともいずれか一方の接続が解除される解除位置との間を移動可能に設けられたクラッチ板と、前記クラッチ板を、前記接続位置と前記解除位置との間で電磁力により移動させる電磁コイルと、被検出部を有し、前記歯列を介した力の伝達により回転するエンコード盤と、前記被検出部を検知するエンコードセンサと、を備えた構成を採る。

本発明によれば、ロータの側面の歯列を介した力の伝達によりエンコード盤が回転し、エンコード盤の被検出部をエンコードセンサが検知するため、ロータの外周に磁極を配置する必要がなくなり、ロータの外周に磁極を配置する場合に比べて、分解能を高くすることができる。さらに、低い材料コストで、比較的に半径の大きなロータの回転を検出することができる。

本発明の実施の形態に係る開閉体駆動装置の構成を示す図 本発明の実施の形態に係るクラッチ装置の外観構成を示す上面図 図２のＡ−Ａ線断面図 ロータ及びエンコード盤を示す拡大斜視図 エンコード用ギヤとエンコード盤とを一体化させた様子を示す図 エンコード盤の配置位置の変形例を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る開閉体駆動装置の構成を示す図である。開閉体駆動装置は、車両２０に設けられている。車両２０は、例えば、ワンボックスタイプなどのスライドドアを有する車両とする。

開閉体駆動装置は、クラッチ装置１、レール２０ａ〜２０ｃ、スライドドア２１、アーム２１ａ、ケーブル１１を備えている。

クラッチ装置１は、モータの駆動力をスライドドア２１に伝達したり遮断したりする。クラッチ装置１には、モータの駆動力で回転するドラムが設けられており、ドラムには、ケーブル１１が巻回されている。ケーブル１１は、開閉移動が可能にスライドドア２１に取り付けられている。モータの駆動力をスライドドア２１に伝達する場合には、ケーブル１１が巻き取り繰り出しされてスライドドア２１が自動で開閉される。開閉体駆動装置は、クラッチ装置１により、モータの駆動力がスライドドア２１に伝達されないように遮断した場合には、スライドドア２１を手動で開閉できるようにされている。

レール（中央のレール２０ａ、上のレール２０ｂ、下のレール２０ｃ）は、車両２０の中央と上下端に設けられている。

スライドドア２１は、車両２０の側面に設けられ、車両２０の左右（あるいは片側）の開口を塞ぐ。スライドドア２１は、中央のレール２０ａ、上のレール２０ｂ、下のレール２０ｃに沿ってスライドする。

中央のレール２０ａの前端部２２は、車内側に向かって湾曲しており、後端部２３はまっすぐ延びている。アーム２１ａは、中央のレール２０ａの前端部２２と後端部２３との間において、スライドドア２１が取り付けられるためにスライド自在に配置されている。アーム２１ａには、中央のレール２０ａ内を転動するローラ２１ｂなどが回転自在に取り付けられている。アーム２１ａには、スライドドア２１を閉方向に操作する閉操作側ケーブル１１ａの端部と、開方向に操作する開操作側ケーブル１１ｂの端部が係止されている。閉操作側ケーブル１１ａ、開操作側ケーブル１１ｂは中央のレール２０ａに沿って延びている。

このような構成を有する開閉体駆動装置において、車両２０などに配置された図示せぬ操作ボタンを操作することによりスライドドア２１を操作する。例えば、操作ボタンを押すと、クラッチ装置１が作動し、ケーブル１１が巻き取りまたは繰り出しされ、スライドドア２１がレールに沿ってスライドし、車両２０の開口を開閉する。なお、操作ボタンは、電線、通信ケーブルまたは無線により制御手段（図示していない）を介してクラッチ装置１に接続されている。

図２は、本発明の実施の形態に係るクラッチ装置１の外観構成を示す上面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。以下、クラッチ装置１の構成について、図２及び図３を用いて説明する。

クラッチ装置１は、モータ３１、ウォーム３２、ウォームホイール３３、ウェーブワッシャー３４、ロータ３５、クラッチ板３６、電磁コイル３７、ドラム３８、ケーブル１１、ドライブシャフト３９、エンコード用ギヤ４０、エンコード盤４１、ホールＩＣ４２、ＥＣＵ基板４３を備えている。

モータ３１は、電力の供給を受けて、操作対象物に駆動力を与える。モータ３１は、操作対象物にトルクを出力する出力軸３１１を備え、出力軸３１１を正回転または逆回転させる。

ウォーム３２は、ねじ歯車であり、その回転軸とモータ３１の出力軸３１１とが接続または一体化しており、モータ３１の回転に伴って回転する。

ウォームホイール（回転体に相当）３３は、ウォーム３２と歯合するはす歯歯車であり、ウォーム３２と共にウォームギヤを構成する。ウォームギヤは、大きな減速比を実現する。ウォームホイール３３の回転軸心に設けられた軸孔にドライブシャフト３９が挿通され、クラッチ解除時にはドライブシャフト３９の外周をウォームホイール３３が自在に回転可能となっている。なお、ウォームホイール３３を回転させる駆動源は、モータ３１に限られるものではなく、ハンドル等の手動手段でもよく、ウォームホイール３３を回転駆動させることができればよい。

ウェーブワッシャー３４は、ウォームホイール３３とクラッチ板３６との間に位置し、ドライブシャフト３９が挿通され、クラッチ解除時のクラッチ板３６の付勢などをすることができる。

ロータ３５は、ドライブシャフト３９と一体化され、ドライブシャフト３９の軸心を中心に回転可能に支持されている。ロータ３５の外周には、歯列が設けられている。

クラッチ板３６は、モータ３１の駆動力をロータ３５に伝達したり遮断したりする。具体的には、クラッチ板３６は、ウォームホイール３３及びロータ３５の両方に接続する接続位置と、ウォームホイール３３とロータ３５との少なくともいずれか一方の接続が解除される解除位置との間を移動可能である。例えば、ウォームホイール３３とクラッチ板３６とは、接続位置と解除位置とにおいて一体で回転ができる構造とされ、クラッチ板３６が接続位置に位置した後に、モータ３１の駆動を開始させることもできる。クラッチ板３６は、電磁コイル３７により移動することから、アーマチュアとも呼ばれる。クラッチ板３６は、電磁コイル３７により電磁的に吸引されたときには、ロータ３５と係合する係合位置へ移動して、図３に示すようなウォームホイール３３とクラッチ板３６とロータ３５とが接続した状態となり、電磁コイル３７による電磁が解除されたときにはウェーブワッシャー３４によりクラッチ板３６がウォームホイール３３へと移動して解除位置となって、ウォームホイール３３とクラッチ板３６とロータ３５との接続が解除された状態となる。クラッチ板３６は、ドライブシャフト３９の軸方向と平行な厚みを有し、かつ、ドライブシャフト３９の軸方向に垂直に延び、ウォームホイール３３またはロータ３５と接続した状態で、クラッチ板３６がドライブシャフト３９の軸方向と平行に移動可能な接続手段と、接続していることが好ましい。前記接続手段は、例えば、ウォームホイール３３からロータ３５に向かって延びてクラッチ板３６と遊嵌する突部を例示することができ、クラッチ板３６とロータ３５とが接続しても、クラッチ板３６とロータ３５との接続が解除されても、ウォームホイール３３と係合することで、クラッチ機構の一部として機能することができる。

電磁コイル３７は、ロータ３５を挟んでクラッチ板３６の逆側に配置され、ロータ３５を介してクラッチ板３６を接続位置と解除位置との間で電磁力により移動させる。電磁コイル３７は、ドライブシャフト３９の外周に固定されており、ドライブシャフト３９を自在に回転可能に支持していてもよい。

ドラム３８は、回転軸心に設けられた軸孔にドライブシャフト３９が挿通され、ドラム３８はドライブシャフト３９と一体化されている。ドラム３８には、ケーブル１１が巻回されており、ドラム３８の回転に伴って、ケーブル１１の巻き取り及び繰り出しが行われる。

ケーブル１１は、一端側がスライドドア２１を閉方向に操作する閉操作側ケーブル１１ａであり、他端側が開方向に操作する開操作側ケーブル１１ｂであり、それぞれの端部がアーム２１ａに取り付けられている。

ドライブシャフト３９は、ウォームホイール３３、ウェーブワッシャー３４、クラッチ板３６の回転軸心に形成された軸孔に、回転自在に挿通されている。ドライブシャフト３９は、ドラム３８及びロータ３５と一体的に回転するようにされている。ドライブシャフト３９は、一端側に電磁コイル３７を有し、他端側にドラム３８を有し、電磁コイル３７とドラム３８との間に、ウォームホイール３３、ウェーブワッシャー３４、ロータ３５、クラッチ板３６を有している。

エンコード用ギヤ４０は、ロータ３５から駆動力が伝達されて回転する。エンコード用ギヤ４０は、ロータ３５の外周に設けられた歯列の歯数より少ない歯数の歯車であり、ロータ３５の歯列に歯合している。エンコード用ギヤ４０を設けることにより、ギヤ比による増速比の調整が容易になる。なお、エンコード用ギヤ４０は、ロータ３５の歯列に直接歯合していなくてもよく、例えば、他の歯車またはベルトなどを介してロータ３５からの力が伝達されてもよい。

エンコード盤４１は、図４に示すように、その回転軸がエンコード用ギヤ４０の回転軸と接続（共用）されている。また、エンコード盤４１は、複数の磁極が交互に配置された磁石盤である。エンコード盤４１の配置については後述する。

ホールＩＣ（エンコードセンサに相当）４２は、ＥＣＵ基板４３上でエンコード盤４１に近接して配置され、エンコード盤４１の磁極から生じる磁界を検知し、電気信号に変換して図示せぬ制御回路に出力する。ホールＩＣ４２は、磁界の変化によって、エンコード盤４１の回転速度及び回転数を検出する。ホールＩＣ４２をＥＣＵ基板４３に配置することにより、ホールＩＣ４２から制御回路への配線を短くし、回路構成を簡潔にすることができる。

ＥＣＵ基板４３は、ホールＩＣ４２、図示せぬ制御回路等を実装する。制御回路は、モータ３１に駆動電流を出力し、電磁コイル３７を励磁させる電流を出力する。

次に、上述したクラッチ装置１の動作について説明する。まず、スライドドア２１を自動で開閉する場合、電磁コイル３７が励磁される。電磁コイル３７が励磁されると、電磁コイル３７は、ロータ３５を介してクラッチ板３６を吸引して、クラッチ板３６とロータ３５とを摩擦係合させる。すなわち、クラッチ板３６が接続位置に移動して接続状態となる。これにより、ウォーム３２及びウォームホイール３３を介したモータ３１の駆動力がクラッチ板３６及びロータ３５を介してドライブシャフト３９に伝達され、ドライブシャフト３９が回転する。ドライブシャフト３９は、ロータ３５とドラム３８とが一体的に接続されているため、ドライブシャフト３９が回転すると、ドラム３８もロータ３５と同様に回転する。このため、ドラム３８に巻回されたケーブル１１が巻き取り及び繰り出しされる。ここでは、ケーブル１１の一端側が閉操作側ケーブル１１ａであり、他端側が開操作側ケーブル１１ｂであるので、例えば、ドラム３８が一方の回転方向へ回転する場合には、閉操作側ケーブル１１ａを巻き取り、開操作側ケーブル１１ｂを繰り出し、逆に、ドラム３８が他方の回転方向へ回転する場合には、閉操作側ケーブル１１ａを繰り出し、開操作側ケーブル１１ｂを巻き取るようにする。このようにすることで、スライドドア２１を自動で開閉することができる。

また、ロータ３５が回転すると、ロータ３５の歯列と歯合するエンコード用ギヤ４０が回転し、エンコード用ギヤ４０の回転軸を共用するエンコード盤４１も回転する。エンコード盤４１が回転することにより、ホールＩＣ４２が磁界の変化を検知し、エンコード盤４１の回転速度及び回転数を検出する。車両の制御回路は、検出されたエンコード盤４１の回転速度及び回転数に基づいて、スライドドア２１の開閉を制御することができる。

また、ロータ３５の外周に設けられた歯列の歯数よりエンコード用ギヤ４０の歯数の方が少ないため、ロータ３５の回転角速度に対してエンコード用ギヤ４０の回転角速度を増速することができる。例えば、特許文献１には、ロータの外周に１６個の磁極を設けた様子が記載されているが、本実施の形態のエンコード盤４１は６個の磁極を設けている。仮に、増速比を３倍とした場合には、ロータに１８個の磁極を設けることに相当し、エンコーダの高分解能化を実現することができる。

一方、スライドドア２１を手動で開閉する場合、電磁コイル３７の励磁が停止される。電磁コイル３７は、励磁が停止されると、クラッチ板３６とロータ３５とが離間し、クラッチ板３６が解除位置に移動する。これにより、モータ３１からドライブシャフト３９への動力伝達が行われなくなり、ドラム３８の回転によって、ドライブシャフト３９およびロータ３５が回転可能となり、スライドドア２１の開閉に伴ってケーブル１１の巻き取り及び繰り出しを行うことができる。

また、スライドドア２１を手動で開閉する場合においても、ホールＩＣ４２は、エンコード盤４１の磁極から発生する磁界の変化を検知し、エンコード盤４１の回転速度及び回転数を検出する。制御回路は、スライドドア２１を自動で開閉する場合に備えて、検出されたエンコード盤４１の回転速度及び回転数で出力軸３１１の回転を制御する。

このように、本実施の形態によれば、外周に歯列が設けられたロータ３５と、ロータ３５の歯列を介した力の伝達より回転し、複数の磁極を有するエンコード盤４１と、エンコード盤４１の磁極から発生する磁界を検知するホールＩＣ４２とを設けることにより、ロータ３５の外周に磁極を配置する必要がなくなり、低い材料コストで、ロータの回転を高分解能で検出することができる。出力軸３１１の回転量を高分解能で検出することができ、例えばドラム３８から繰り出されたケーブル１１の量などの、出力軸３１１から出力された量や出力速度をより正確に検知することができるので、クラッチ装置１は、スライドドア２１の移動の制御や異物の挟み込みの検知について精度の向上をすることができる。

また、ロータ３５の歯列と歯合するエンコード用ギヤ４０を設け、エンコード盤４１がエンコード用ギヤ４０の回転軸を中心軸として回転することにより、エンコード用ギヤ４０のギヤ比を容易に調整して、エンコード盤４１の回転角速度を変更することができるので、ロータ３５の外周に磁極を配置する場合に比べて、単位時間当たりの磁界の変化量を変更することができ、エンコーダの分解能を高くすることができる。

＜変形例＞
上記実施の形態では、エンコード用ギヤ４０とは別にエンコード盤４１を設けた場合について説明したが、本発明は、図５に示すように、エンコード用ギヤ４４とエンコード盤４５とを一体化させてもよい。これにより、部品点数を削減することができる。

また、上記実施の形態では、ウォームホイール３３の回転軸線方向に見て、モータ３１の出力軸３１１の軸線方向を左右方向、モータ３１の出力軸３１１に垂直な方向を上下方向、モータ３１がウォームホイール３３の左上側に配置されているとして、エンコード盤４１は、ウォームホイール３３の左側で且つモータ３１より下方に位置するものとして説明した。しかし、本発明はこれに限らない。すなわち、図６に示すように、エンコード盤４１は、ウォームホイール３３の右上、すなわち、ウォーム３２を挟んでモータ３１と反対側に位置してもよい。これにより、デッドスペースを有効利用することができると共に、装置の大型化を抑制することができる。

なお、本実施の形態では、エンコーダとして被検出部にマグネットを用いたマグネットエンコーダを例に説明したが、本発明はこれに限らず、ロータ３５の回転状態を検知できれば、光学式エンコーダを用いてもよい。光学式エンコーダは、被検出部である発光素子から発せられた光を、遮断または透過させるコードホイールを介して、受光素子で受け取るものである。

また、本実施の形態では、クラッチ装置をスライドドアに適用した場合を例に説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、クラッチ装置を車両のバックゲートなどの開閉装置、車椅子の昇降装置等に適用してもよい。

また、本実施の形態では、クラッチ板３６が接続位置に位置された後に、モータ３１の駆動を開始する場合について説明したが、例えば、クラッチ板３６とロータ３５との接続をウォームホイール３３及びロータ３５の回転速度に差があっても、圧着荷重を調節することで滑りながら滑らかにトルクを伝達させるようにしてもよい。また、開閉体が全閉位置と全開位置との間の途中の位置で位置保持され、開閉体に対して外力が加わった際に、クラッチ３６とロータ３５との間の接続状態を維持しながら、クラッチ３６がロータ３５に対して回転するように圧着荷重を調整するようにしてもよい。これにより、開閉体が停止位置から大きく動くことなく、開閉体に外力が加わることによるケーブル１１の損傷やクラッチ装置１のウォームホイール３３等の駆動部品の損傷を防止することができる。

本発明は、エンコーダを有する装置、例えば、クラッチ装置に適用できる。

１ クラッチ装置
１１ ケーブル
１１ａ 閉操作側ケーブル
１１ｂ 開操作側ケーブル
２０ 車両
２０ａ 中央のレール
２０ｂ 上のレール
２０ｃ 下のレール
２１ スライドドア
２１ａ アーム
３１ モータ
３２ ウォーム
３３ ウォームホイール
３４ ウェーブワッシャー
３５ ロータ
３６ クラッチ板
３７ 電磁コイル
３８ ドラム
３９ ドライブシャフト
４０、４４ エンコード用ギヤ
４１ エンコード盤
４２ ホールＩＣ
４３ ＥＣＵ基板

Claims (7)

1. 駆動源により回転する回転体と、
   操作対象物に対してトルクを出力する出力軸と、
   側面に歯列を有し、前記出力軸と一体回転するロータと、
   前記回転体及び前記ロータの両方に接続する接続位置と、前記回転体と前記ロータとの少なくともいずれか一方の接続が解除される解除位置との間を移動可能に設けられたクラッチ板と、
   前記クラッチ板を、前記接続位置と前記解除位置との間で電磁力により移動させる電磁コイルと、
   被検出部を有し、前記歯列を介した力の伝達により回転するエンコード盤と、
   前記被検出部を検知するエンコードセンサと、
   を備えたクラッチ装置。
2. 前記ロータの歯列と歯合するギヤを有し、
   前記エンコード盤が、前記ギヤの回転軸を中心軸として回転するようにされた、
   請求項１に記載のクラッチ装置。
3. 前記駆動源としてのモータと、
   前記モータの出力軸に設けられたウォームと、
   前記ウォームと歯合して回転する、前記回転体としてのウォームホイールと、
   を有し、
   前記クラッチ板が、前記電磁コイルにより吸引された際に前記ロータと接続して、前記モータの駆動力が前記出力軸より出力される、
   請求項１または請求項２に記載のクラッチ装置。
4. 前記エンコード盤は、複数の磁極が配された磁石盤であり、
   前記エンコードセンサは、ホールセンサである、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載のクラッチ装置。
5. 前記駆動源としてのモータと、
   前記モータの出力軸に設けられたウォームと、
   前記ウォームと歯合して回転する、前記回転体としてのウォームホイールと、
   を有し、
   前記ウォームホイールの回転軸線方向に見て、前記出力軸の軸線方向を左右方向、前記出力軸に垂直な方向を上下方向、前記モータが前記ウォームホイールの左上側に配置されているとして、
   前記エンコード盤は、前記ウォームホイールの左側で且つ前記モータより下方に位置する、
   請求項１に記載のクラッチ装置。
6. 前記駆動源としてのモータと、
   前記モータの出力軸に設けられたウォームと、
   前記ウォームと歯合して回転する、前記回転体としてのウォームホイールと、
   を有し、
   前記エンコード盤は、前記ウォームを挟んで前記モータと反対側に位置する、
   請求項１に記載のクラッチ装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載されたクラッチ装置を用いた開閉体駆動装置。

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