JP2016114232A - クラッチユニット - Google Patents

Abstract

【課題】両回転方向の駆動力の伝達と遮断を切り替える機能と、駆動力の伝達を行わないときに被駆動部材の位置を保持する機能を有し、駆動力の伝達と遮断を切り替える制御が容易に行えるクラッチユニットを提供する。【解決手段】駆動モータ１からウォーム機構（逆入力遮断機構）７を介して入力歯車（入力部材）２にいずれの回転方向の駆動力が加えられた場合でも、電磁ブレーキ６がＯＦＦの状態では、入力歯車２と一体回転する外輪１４が出力歯車（出力部材）３と一体回転する内輪１５とロックすることにより、内輪１５および出力歯車３に駆動力が伝達され、電磁ブレーキ６がＯＮの状態では、ブレーキ軸５と一体のロック解除片１８が停止することにより、外輪１４と内輪１５のロック状態が解除されて外輪１４および入力歯車２が空転し、駆動力の伝達が遮断されるようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、入力側から出力側への駆動力の伝達と遮断を切り替える機能と、駆動力の伝達を行わないときに出力側の被駆動部材の位置を保持する機能を有するクラッチユニットに関する。

モータ駆動によって被駆動部材を作動させる装置では、入力側から出力側への駆動力の伝達と遮断を切り替える手段の一つとして、コイルスプリングの緊縛力を利用したスプリングクラッチを用いる場合がある。

一般的なスプリングクラッチは、駆動モータによって一方向に回転駆動される入力部材と、被駆動部材に接続される出力部材とを軸方向で突き合わせ、入力部材と出力部材の両方の突き合わせ部の外周を巻くように所定の巻き方向のコイルスプリングを配して、駆動モータが入力部材を一方向に回転駆動すると、コイルスプリングが縮径して入力部材と出力部材を緊縛し、出力部材に駆動力が伝達されるようにするとともに、コイルスプリングの一端側を出力部材に、他端側をコイルスプリングの径方向外側に配されるスリーブにそれぞれ固定し、駆動モータの駆動中にスリーブを停止させることにより、コイルスプリングが拡径して入力部材から出力部材への駆動力の伝達が遮断されるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平３−２７２３２３号公報

上記のようなスプリングクラッチは、コイルスプリングの緊縛力で入力部材から出力部材への駆動力の伝達を行うため、駆動力を伝達できるのはコイルスプリングの巻き方向によって決まる一方向のみに限定され、両回転方向で駆動力の伝達を行うことが求められる場合には対応できない。

また、入力部材から出力部材への駆動力伝達中に、スリーブを停止させずに出力部材の回転を止めようとして駆動モータを停止させたときや、停電等によって駆動モータが停止してしまったときには、出力部材がフリーに回転できる状態となるため、出力部材に接続される被駆動部材が重力等の外力を受けて位置（姿勢）を変えることによって種々のトラブルが生じるおそれがある。

これに対し、電磁クラッチと電磁ブレーキを組み合わせたクラッチユニットを用いて、駆動モータの駆動時に電磁クラッチのＯＮ・ＯＦＦで入力側から出力側への駆動力の伝達と遮断を切り替え、電磁ブレーキのＯＮ・ＯＦＦで被駆動部材の拘束状態とフリー状態を切り替えるようにすれば、両回転方向の駆動力の伝達を行うことができ、駆動モータ停止時に電磁ブレーキをＯＮの状態にして被駆動部材の位置を保持することもできる。

しかしながら、上記の電磁クラッチと電磁ブレーキを組み合わせたクラッチユニットでは、駆動モータの駆動中に電磁クラッチと電磁ブレーキが同時にＯＮ状態になったり、同時にＯＦＦ状態になったりしないよう、電磁クラッチと電磁ブレーキの作動タイミングを正確に制御する必要があり、制御が難しくなるという問題がある。

そこで、本発明は、両回転方向の駆動力の伝達と遮断を切り替える機能と、駆動力の伝達を行わないときに被駆動部材の位置を保持する機能を有し、駆動力の伝達と遮断を切り替える制御が容易に行えるクラッチユニットを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明のクラッチユニットは、入力部材と一体回転する外輪の径方向内側に出力部材と一体回転する内輪を配し、前記内輪の外周面にカム面を周方向に複数設けて、前記外輪の内周円筒面と内輪の各カム面との間に周方向の両側で次第に狭小となる楔形空間を形成し、これらの各楔形空間に一対のローラとそのローラを一つずつ楔形空間の両側の狭小部へ押し込むばねを組み込み、前記各楔形空間の周方向両側に挿入される柱部を有するロック解除片を、前記内輪と同一軸心のまわりに回転するブレーキ軸に固定し、前記ブレーキ軸を電磁ブレーキに連結するとともに、前記入力部材の入力側に、入力部材を回転駆動する駆動力を駆動モータから入力部材に伝達し、前記外輪を介して入力部材に加えられる逆入力トルクに対してはロックして、前記入力部材および外輪を停止させる逆入力遮断機構を組み込み、前記駆動モータから逆入力遮断機構を介して入力部材にいずれの回転方向の駆動力が加えられた場合でも、前記電磁ブレーキがＯＦＦの状態では、前記入力部材と一体回転する外輪が前記一対のローラのうちの回転方向前側のローラを介して内輪とロックすることにより、前記内輪および出力部材に駆動力が伝達され、前記電磁ブレーキがＯＮの状態では、前記ブレーキ軸およびロック解除片が停止することにより、前記回転方向前側のローラがロック解除片の柱部に当接して停止し、前記外輪と内輪のロック状態が解除されて外輪および入力部材が空転する構成とした。

上記の構成によれば、駆動モータの駆動中に電磁ブレーキのＯＮ・ＯＦＦ制御を行うだけで、両回転方向の駆動力の入力側から出力側への伝達と遮断を切り替えることができ、駆動モータの停止中は、被駆動部材が受ける重力等の外力が、出力部材、内輪、ローラおよび外輪を介して入力部材に逆入力トルクとして加えられても、逆入力遮断機構のロック動作によって入力部材および外輪が停止するので、内輪および出力部材も停止し被駆動部材の位置を保持することができる。

ここで、前記逆入力遮断機構としては、前記駆動モータから入力部材への駆動力を加えられるウォーム歯車と、前記ウォーム歯車と噛み合い、前記入力部材に回転伝達可能に連結されるウォームホイールとを備え、セルフロック機能を有するウォーム機構を採用することができる。

また、本発明のクラッチユニットでは、前記駆動モータを停止させたときは、前記電磁ブレーキをＯＦＦとすることが望ましい。これは、駆動モータの駆動中に電磁ブレーキをＯＮにして外輪および入力部材を空転させているときは、外輪と内輪のロック状態が解除された状態（各ローラがばねの弾性力に抗して楔形空間の広大部へ相対移動した状態）となっているので、電磁ブレーキをＯＮにしたまま駆動モータを停止すると、内輪は外輪とロックするまでは（停止しているローラが楔形空間の狭小部へ相対移動して外輪と内輪とをロックさせるまでは）回転可能となり、被駆動部材が外力を受けたときに、内輪および出力部材がわずかに回転して、被駆動部材の位置が変わる可能性があるからである。

すなわち、駆動モータを停止させたときには、電磁ブレーキをＯＦＦとし、各ローラをばねの弾性力で楔形空間の狭小部へ押し込んで外輪と内輪とをロックさせておくことにより、その後に被駆動部材が外力を受けても、前述の逆入力遮断機構の作用によって確実に被駆動部材の位置を保持できるようになる。

本発明のクラッチユニットは、上述したように、駆動モータから入力部材にいずれの回転方向の駆動力が加えられた場合でも、電磁ブレーキがＯＦＦの状態では、入力部材と一体回転する外輪が出力部材と一体回転する内輪とロックして、内輪および出力部材に駆動力が伝達され、電磁ブレーキがＯＮの状態では、ブレーキ軸と一体のロック解除片が停止することにより、外輪と内輪のロック状態が解除されて外輪および入力部材が空転するようにしたものであるから、駆動モータの駆動中に電磁ブレーキのＯＮ・ＯＦＦ制御を行うだけで、両回転方向の駆動力の入力側から出力側への伝達と遮断を容易に切り替えることができる。

また、駆動モータと入力部材との間に逆入力遮断機構を組み込んでいるので、駆動モータの停止中は、出力部材に接続される被駆動部材に外力が作用しても、逆入力遮断機構のロック動作によって被駆動部材の位置を保持することができる。

実施形態のクラッチユニットの縦断正面図 図１のII−II線に沿った断面図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。このクラッチユニットは、図１に示すように、駆動モータ１と、駆動モータ１によって両回転方向に回転駆動される入力歯車（入力部材）２と、図示省略した被駆動部材側の歯車と噛み合う出力歯車（出力部材）３と、入力歯車２から出力歯車３に駆動力を伝達するためのクラッチ４と、クラッチ４を貫通するブレーキ軸５と、ブレーキ軸５に連結される電磁ブレーキ６と、駆動モータ１と入力歯車２との間に設けられる逆入力遮断機構としてのウォーム機構７とで基本的に構成されており、一対の固定の壁部材８の間に取り付けられている。

前記入力歯車２は、後述するようにウォーム機構７の一部を構成するはすば歯車（ウォームホイール）であり、その軸方向の一端側の開口から内側にクラッチ４が組み込まれるようになっており、その開口は蓋９で塞がれている。

前記電磁ブレーキ６は、クラッチユニットの一端側（図１の右側）の壁部材８に取り付けられるケース１０の内部に、ブレーキ軸５に嵌合固定された摩擦板１１と、摩擦板１１に対して軸方向に接離可能に支持されたブレーキ板１２と、ブレーキ板１２を摩擦板１１から離反させるばね（図示省略）と、通電時に前記ばねの弾力に抗してブレーキ板１２を摩擦板１１に押し付ける電磁石（図示省略）とを収納した励磁型のものである。

したがって、通電中は、前記電磁石がブレーキ板１２を摩擦板１１に押し付けることによって、摩擦板１１およびブレーキ軸５の回転が規制されるブレーキＯＮの状態となり、通電停止時には、前記ばねがブレーキ板１２を摩擦板１１から離反させることによって、摩擦板１１およびブレーキ軸５がフリーに回転可能なブレーキＯＦＦの状態となる。

前記ブレーキ軸５は、一端側が大径に形成されており、その一端部が電磁ブレーキ６のケース１０に回転自在に支持され、他端部が焼結含油軸受１３を介してクラッチユニットの他端側（図１の左側）の壁部材８に回転自在に支持されている。また、その大径部は、他端側に後述するようにクラッチ４と連結するための二面幅部５ａが形成されており、電磁ブレーキ６のケース１０内に差し込まれている部分の外周に摩擦板１１が嵌合固定されている。

前記クラッチ４は、図１および図２に示すように、二段円筒状に形成された外輪１４と、外輪１４の大径部の径方向内側に配される内輪１５と、外輪１４の大径部内周面と内輪１５の外周面との間に組み込まれるローラ１６およびコイルばね１７と、ローラ１６を挟んでコイルばね１７と対向する位置に挿入される柱部１８ａを有するロック解除片１８と、ロック解除片１８と入力歯車２の蓋９との間に配され、外輪１４に取り付けられる側板１９とを備えている。

このクラッチ４の外輪１４は、一端に設けられたフランジ部１４ａの外周部に複数の切欠き１４ｂが形成されており、その一部の切欠き１４ｂに、側板１９の外周部に形成された爪１９ａを嵌め込んで折り曲げることにより、フランジ部１４ａに側板１９が固定されている。そして、フランジ部１４ａの残りの切欠き１４ｂと、これに対応する位置に形成された側板１９の切欠き１９ｂに、入力歯車２の内周に設けられた回り止め凸部２ａが嵌め込まれて、外輪１４および側板１９が入力歯車２と一体回転するようになっている。

一方、内輪１５は、その一端側に形成された軸穴１５ａにブレーキ軸５の大径部の小径部と連続する部分が挿入され、他端側に一体形成された中空の出力軸２０にブレーキ軸５の小径部が通されて、ブレーキ軸５と同一軸心のまわりに回転するようになっている。そして、出力軸２０の外周に出力歯車３がキー固定され、内輪１５および出力軸２０が出力歯車３と一体回転するようになっている。その出力軸２０は、外輪１４の小径部の内周に嵌め込まれた焼結含油軸受２１に回転自在に支持されている。

また、内輪１５の外周には、径方向と直交する複数のカム面１５ｂが設けられ、これらの各カム面１５ｂと外輪１４の内周円筒面との間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間２２が形成されている。そして、これらの各楔形空間２２に、一対のローラ１６がそのローラ１６を一つずつ楔形空間２２の狭小部に押し込むコイルばね１７を挟んだ状態で配され、各楔形空間２２の周方向両側にロック解除片１８の柱部１８ａが挿入されている。そのロック解除片１８は、ブレーキ軸５の二面幅部５ａの外周に隙間なく嵌合固定されている。

このクラッチ４では、入力歯車２を介して外輪１４に入力トルク（駆動力）が加えられると、コイルばね１７の弾性力によって楔形空間２２の狭小部に押し込まれている回転方向前側のローラ１６を介して外輪１４と内輪１５とがロックする。このとき、ロック解除片１８がフリー状態であれば、回転方向前側のローラ１６がロック解除片１８の柱部１８ａに当接した後もロック解除片１８を押し動かしていき、外輪１４と内輪１５のロック状態が維持されるので、外輪１４の回転が内輪１５、出力軸２０および出力歯車３に伝達される。同時に、ロック解除片１８が回転方向前側のローラ１６に押されることにより、ロック解除片１８と一体にブレーキ軸５および摩擦板１１が共回りする。

一方、ロック解除片１８が動かない状態であれば、回転方向前側のローラ１６を介してロックした外輪１４と内輪１５が一体に回転し始めたときに、回転方向前側のローラ１６がロック解除片１８の柱部１８ａに当接して停止することにより、コイルばね１７の弾性力に抗して楔形空間２２の広大部へ相対移動し、外輪１４と内輪１５のロック状態が解除されて外輪１４のみが空転するようになる。

そして、前記ウォーム機構７は、駆動モータ１の主軸１ａに接続され、駆動モータ１から駆動力を直接入力されるウォーム歯車２３と、ウォーム歯車２３と噛み合うウォームホイールとしての入力歯車２とで構成され、セルフロック機能を有するものである。すなわち、駆動モータ１の駆動力によって入力歯車２は回転するが、クラッチ４の外輪１４を介して入力歯車２に加えられる逆入力トルクに対してはロックして、入力歯車２および外輪１４を停止させるようになっている。

このクラッチユニットは、上記の構成であり、駆動モータ１からウォーム機構７を介して入力歯車２にいずれの回転方向の駆動力が加えられた場合でも、電磁ブレーキ６がＯＦＦの状態では、ブレーキ軸５に固定されたクラッチ４のロック解除片１８がフリーとなり、入力歯車２と一体回転するクラッチ４の外輪１４が出力歯車３と一体回転する内輪１５とロックして、内輪１５および出力歯車３に駆動力が伝達される一方、電磁ブレーキ６がＯＮの状態では、ロック解除片１８が停止する（回転を規制される）ことにより、外輪１４と内輪１５のロック状態が解除されて外輪１４および入力歯車２が空転し、内輪１５および出力歯車３への駆動力の伝達は遮断される。

すなわち、駆動モータ１の駆動中に電磁ブレーキ６のＯＮ・ＯＦＦ制御を行うだけで、両回転方向の駆動力の入力側から出力側への伝達と遮断を切り替えることができ、従来の電磁クラッチと電磁ブレーキを組み合わせたものに比べて制御が容易である。

また、駆動モータ１の停止中は、出力歯車３に接続されている被駆動部材が重力等の外力を受けても、その外力は出力歯車３と一体回転する内輪１５から、ローラ１６および外輪１４を介して入力歯車２に逆入力トルクとして伝わるので、駆動モータ１と入力歯車２との間に組み込んだウォーム機構７のロック動作により、入力歯車２および外輪１４は停止したままとなって、出力側の各部材も動かず、被駆動部材の位置（姿勢）を保持することができる。

ここで、駆動モータ１の駆動中に電磁ブレーキ６をＯＮにしてクラッチ４の外輪１４と内輪１５のロックを解除し、出力側への駆動力の伝達を遮断した後に、駆動モータ１を停止させる場合は、駆動モータ１を停止させたときに、電磁ブレーキ６をＯＦＦとすることが望ましい。

このようにすれば、電磁ブレーキ６がＯＮのときに停止していた（ロック解除片１８の柱部１８ａに当接して楔形空間２２の広大部に位置していた）ローラ１６が、電磁ブレーキ６がＯＦＦになってロック解除片１８がフリーになることにより、コイルばね１７の弾性力で楔形空間２２の狭小部へ相対移動し、外輪１４と内輪１５とをロックさせるので、その後に被駆動部材が外力を受けても、前述のウォーム機構７の作用によって確実に被駆動部材の位置を保持できるようになる。

なお、駆動力の伝達中に駆動モータ１を停止させる場合は、電磁ブレーキ６がＯＦＦになっており、クラッチ４の外輪１４と内輪１５がロックしているので、電磁ブレーキ６の制御を行う必要はない。

上述した実施形態では逆入力遮断機構としてウォーム機構を採用したが、逆入力遮断機構は、ウォーム機構以外のセルフロック機能を有する高減速率の減速機構や、入力トルクを出力側に伝達し、出力側に加えられる逆入力トルクに対してはロックしてトルク伝達を遮断する逆入力遮断クラッチを採用することもできる。

また、電磁ブレーキは、実施形態では励磁型のものを使用したが、クラッチユニットが組み込まれる装置によっては無励磁型の電磁ブレーキを用いることもできる。

また、入力部材と一体に形成されたはすば歯車は、入力部材と別体に形成して、入力部材に回転伝達可能に連結するようにしてもよい。

なお、本発明は、両回転方向の駆動力の伝達と遮断を切り替える機能を有するクラッチユニットに関するものであるが、駆動モータの回転方向が一方向に限定されているクラッチユニットにも適用することができる。その場合は、クラッチの楔形空間を周方向の片側で次第に狭小となるように形成し、各楔形空間に組み込まれるローラを一つにすることにより、構造の簡素化が図れる。

１ 駆動モータ
２ 入力歯車（入力部材）
３ 出力歯車（出力部材）
４ クラッチ
５ ブレーキ軸
６ 電磁ブレーキ
７ ウォーム機構（逆入力遮断機構）
１１ 摩擦板
１２ ブレーキ板
１４ 外輪
１５ 内輪
１５ｂ カム面
１６ ローラ
１７ コイルばね
１８ ロック解除片
１８ａ 柱部
１９ 側板
２０ 出力軸
２２ 楔形空間
２３ ウォーム歯車

Claims (3)

1. 入力部材と一体回転する外輪の径方向内側に出力部材と一体回転する内輪を配し、前記内輪の外周面にカム面を周方向に複数設けて、前記外輪の内周円筒面と内輪の各カム面との間に周方向の両側で次第に狭小となる楔形空間を形成し、これらの各楔形空間に一対のローラとそのローラを一つずつ楔形空間の両側の狭小部へ押し込むばねを組み込み、前記各楔形空間の周方向両側に挿入される柱部を有するロック解除片を、前記内輪と同一軸心のまわりに回転するブレーキ軸に固定し、前記ブレーキ軸を電磁ブレーキに連結するとともに、
   前記入力部材の入力側に、入力部材を回転駆動する駆動力を駆動モータから入力部材に伝達し、前記外輪を介して入力部材に加えられる逆入力トルクに対してはロックして、前記入力部材および外輪を停止させる逆入力遮断機構を組み込み、
   前記駆動モータから逆入力遮断機構を介して入力部材にいずれの回転方向の駆動力が加えられた場合でも、前記電磁ブレーキがＯＦＦの状態では、前記入力部材と一体回転する外輪が前記一対のローラのうちの回転方向前側のローラを介して内輪とロックすることにより、前記内輪および出力部材に駆動力が伝達され、前記電磁ブレーキがＯＮの状態では、前記ブレーキ軸およびロック解除片が停止することにより、前記回転方向前側のローラがロック解除片の柱部に当接して停止し、前記外輪と内輪のロック状態が解除されて外輪および入力部材が空転するようにしたクラッチユニット。
2. 前記逆入力遮断機構が、前記駆動モータから入力部材への駆動力を加えられるウォーム歯車と、前記ウォーム歯車と噛み合い、前記入力部材に回転伝達可能に連結されるウォームホイールとを備え、セルフロック機能を有するウォーム機構であることを特徴とする請求項１に記載のクラッチユニット。
3. 前記駆動モータを停止させたときに、前記電磁ブレーキをＯＦＦとすることを特徴とする請求項１または２に記載のクラッチユニット。

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