JP2017161045A - 回転伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転伝達装置に軸方向衝撃の吸収能を付与して軸方向衝撃力を受ける虞がある用途での適正を高めること目的としている。
【解決手段】ハウジング２、と入力軸３と、出力軸４と、入力軸３の正逆回転運動を出力軸４に伝達する２方向クラッチ１０と、その２方向クラッチの回転運動伝達のための係合と伝達遮断のための係合解除を制御する電磁クラッチ２０を有する回転伝達装置に、出力軸４に向かって設定値を超える軸方向衝撃力が加わったときにその軸方向衝撃力を吸収して入力軸に伝達される衝撃力を減衰させる衝撃吸収部３０を追設した。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転力の伝達、遮断に用いられる回転伝達装置、より詳しくは、軸方向に衝撃を受けることが考えられる用途での適正を高めた回転伝達装置に関する。

既知の回転伝達装置の中に、本出願人が下記特許文献１で提案しているものがある。その特許文献１の回転伝達装置は、各々がハウジングに回転可能に支持された入力軸と出力軸を有し、その入力軸と前記出力軸との間に２方向クラッチと電磁クラッチが設置されている。

前記２方向クラッチは、前記出力軸に設けられた外輪とその外輪の内側に同心配置される内輪との間に組み込まれる保持器と、その保持器に設けられたポケットに組み込まれて前記外輪と内輪との間のくさび空間に配置される対向一対のローラと、その一対のローラを相反する向きに付勢する弾性部材を組み合わせたものが設けられている。

その２方向クラッチは、前記出力軸の外輪と前記入力軸の外周に相対回転不可に取り付けられた前記内輪との間に設けられており、その２方向クラッチの係合と係合解除の制御、即ち、２方向クラッチによる出力軸の入力軸への接続と切り離しの制御が前記電磁クラッチによってなされる。

この特許文献１に記載された回転伝達装置は、応答性に優れる上に、コンパクト化、軽量化が図れ、さらに、２方向クラッチの係合と係合解除の制御も精度良く行える利点を有している。

そこで、この回転伝達装置を車両（自動車）のステアリング装置に組み込んで運転者が操作したステアリングホイールの回転を回転伝達装置経由でステアリングギヤに伝達することが検討されている。

なお、下記特許文献２には、ステアリングホイールの回転を、ステアリングシャフト、中間シャフト（インターミディエイトシャフト）、クラッチ入力軸とクラッチ出力軸を有するクラッチ（これは一種の回転伝達装置）を介してステアリングギヤに伝達するチルト機能を備えたステアリング装置が記載されている。

この特許文献２のステアリング装置は、前記クラッチを車体側に固定して前記クラッチ入力軸とクラッチ出力軸の配置角度を固定するブラケットを備えており、そのブラケットが予め設定した車体前後方向の衝撃荷重がステアリングギヤに入力されたときに車体側から脱落するように構成されている。

特開２０１２−１４９７４６号公報 特許第５７６５４３９号公報

特許文献１の回転伝達装置には、車両が他の車両や障害物などに衝突したときに出力軸に加わる軸方向衝撃力を吸収する機能が無い。

そのため、この回転伝達装置をステアリング装置に組み込むと、自動車が衝突するなどしたときに回転伝達装置が塊として作用する可能性がある。

自動車の正面からの衝撃に対しては、回転伝達装置とは別箇所で衝撃吸収能が付与されているが、回転伝達装置が塊として作用して衝撃を吸収せずにステアリングホイールに伝えるものになっていると、ドライバーの安全性確保が万全なものにならない。

なお、上記特許文献２のステアリング装置は、前記ブラケットが車体側から脱落することで車体前後方向の衝撃が吸収されるものになっているが、この装置は、構成要素のレイアウトに制約があり、レイアウトの自由度を高め難い。

この発明は、回転伝達装置に軸方向衝撃の吸収能を付与して軸方向衝撃力を受ける虞がある用途での適正を高めること目的としている。その目的を達成することで、車両のステアリング装置に採用した時のドライバーの安全性向上やステアリング装置を構成する要素のレイアウトの自由度向上などを図ることができる。

上記の課題を解決するため、この発明においては、各々がハウジングに回転可能に支持された入力軸と出力軸を有し、その入力軸と前記出力軸との間に、前記入力軸の正逆回転運動を前記出力軸に伝達する２方向クラッチと、その２方向クラッチの回転運動伝達のための係合と伝達遮断のための係合解除を制御する電磁クラッチが設置され、前記２方向クラッチが、前記出力軸に設けられた外輪とその外輪の内側に同心配置されて前記入力軸と一体回転する入力軸外周の内輪との間にある回転伝達装置に、
前記出力軸に向かって設定値を超える軸方向衝撃力が加わったときにその軸方向衝撃力を吸収して入力軸に伝達される衝撃力を減衰させる衝撃吸収部を追設した。

その衝撃吸収部は、下記１）〜４）の形態のものが考えられる。これらは、いずれも、設定値を超える軸方向衝撃力を受けたときに２点間の距離が短縮して衝撃力を減衰させるものである。
１）前記出力軸の回転を下流の動力伝達要素（ステアリングギヤなど）に伝達する中間シャフトを含み、その中間シャフトが前記出力軸に相対回転不可かつ軸方向相対移動可能に連結されて構成されたスライド機構を備えていてそのスライド機構が前記衝撃吸収部となっているもの。
２）回転操作力を前記入力軸に伝達する中間シャフトを含み、その中間シャフトが前記入力軸に相対回転不可かつ軸方向相対移動可能に連結されて構成されたスライド機構を備えていてそのスライド機構が前記衝撃吸収部となっているもの。
３）前記出力軸の外輪が、設定値を超える軸方向衝撃力で塑性変形する易変形部を有しており、その易変形部が前記衝撃吸収部となっているもの。
４）回転操作力を前記入力軸に伝達する中間シャフトを含み、その中間シャフトが、設定値を超える軸方向衝撃力で塑性変形する易変形部を備えていてその易変形部が前記衝撃吸収部となっているもの。

なお、これ等の衝撃吸収部には、ダンパーを含ませることができる。そのダンパーは、前記１）の形態については前記出力軸と中間シャフトとの間に配置し、前記２）の形態については前記中間シャフトと前記入力軸との間に配置する。

また、前記３）の形態については、前記出力軸の外輪の内側において外輪と前記入力軸との間に配置し、前記４）の形態については前記中間シャフトと前記入力軸との間に配置する。

ダンパーは、前記スライド機構の相対スライドを生じる２部材間に、圧縮ばねや流体ダンパーやその２者の組み合わせ物を介在して構成されるものが考えられる。

流体ダンパーは、粘性流体を外部から隔離された部屋に封入して構成されるものや、粘性流体を封入した２室間にオリフィスを有する隔壁を配置して構成されるものが望ましい。

このほか、塑性変形し易いアルミニウムなどで作られたクラッシュボックスも、設定値を超える軸方向衝撃力が加わったときに相対スライドを生じる部位間に組み込んでダンパーとして機能させることができる。

この発明の回転伝達装置は、前記出力軸に向けて設定値を超える軸方向衝撃力が作用したときにその軸方向衝撃力を吸収する衝撃吸収部を備えているので、入力軸側に伝達される軸方向衝撃力が減衰されて小さくなる。

これにより、軸方向に衝撃を受けることが考えられる用途での適正が高まり、本回転伝達装置を、ドライバーの安全性確保が重視される車両のステアリング装置などにも積極的に採用することが可能になる。

また、回転伝達装置自体が衝撃吸収部を備えることで、本回転伝達装置を採用した車両のステアリング装置などは、構成要素のレイアウトの自由度も向上する。

この発明の回転伝達装置の一例を示す断面図である。 図１のII−II線に沿った断面図である。 図２の一部の拡大断面図である。 図１のIV−IV線に沿った断面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 図１のVI−VI線に沿った断面図である。 （ａ）は、図６のVII−VII線に沿った断面図、（ｂ）はトルクカムのボールがカム溝の最深部に移動した状態の断面図である。 衝撃吸収部の他の例を示す断面図である。 衝撃吸収部のさらに他の例を示す断面図である。 衝撃吸収部のさらに他の例を示す断面図である。 衝撃吸収部のさらに他の例を示す断面図である。

以下、この発明の回転伝達装置の実施の形態を添付図面の図１〜図１１に基づいて説明する。

図１に示した回転伝達装置１は、ハウジング２、そのハウジング２に一部を入り込ませ、残りの一部を外部に突出させた入力軸３及び出力軸４と、２方向クラッチ１０と、その２方向クラッチ１０の係合、解除を制御して入力軸の正逆回転運動の出力軸への伝達及び伝達の解除を行う電磁クラッチ２０と、軸方向衝撃力を吸収する衝撃吸収部３０を組み合わせて構成されている。

この回転伝達装置１の衝撃吸収部３０を除く部分の構造の詳細は、前記特許文献１に詳しく示されている。従って、ここでは、簡単に説明するにとどめる。

ハウジング２は、円筒状をなすものであって、一端側に軸受部２ａを、他端側に取付フランジ２ｂをそれぞれ有する。

入力軸３は、出力軸４側の端部に内輪３ａを有する。また、出力軸４は、前記内輪３ａの径方向外側に同心的に配置する外輪４ａを有する。

前記入力軸３は、電磁石２３のコア２３ｂとの間、及び前記出力軸４の外輪４ａの内周との間にそれぞれ介在される軸受５によって２箇所が支持されている。

また、前記出力軸４は、前記ハウジングの軸受部２ａとの間に介在されて皿ばね７によって入力軸側に向けて付勢された軸受６と、前記入力軸３と前記出力軸４の外輪４ａとの間にそれぞれ介在された前記軸受５によって２箇所が支持されている。

前記２方向クラッチ１０は、前記入力軸３と出力軸４との間に設置されるものであって、図２に示すように、前記内輪３ａの外周に周方向に等間隔で複数形成されるカム面１１と、そのカム面１１と前記外輪４ａの円筒内周面４ｂとの間に組み込まれる２個が一対のローラ１２と、そのローラ１２を保持する保持器１３と、対のローラ１２を相反する方向に付勢するばね１４を組み合わせて構成されている。

この２方向クラッチ１０は、前記内輪３ａが一方向に回転するときに前記対のローラ１２の一方が前記カム面１１と前記円筒内周面４ｂに係合して入力軸３の一方向への回転を出力軸４に伝達する。

また、前記内輪３ａが他方向（反対方向）に回転するときに前記対のローラ１２の他方が前記カム面１１と前記円筒内周面４ｂに係合して入力軸３の他方向への回転を出力軸４に伝達する。

前記内輪３ａの外周に形成されたカム面１１は、図２、図３に示すように、相反する方向に傾斜する一対の傾斜面１１ａ、１１ｂで構成されて前記外輪４ａの円筒内周面４ｂとの間に周方向の両端が狭小になる２箇所のくさび空間を形成しており、その２箇所のくさび空間にそれぞれローラ１２が組み込まれている。

なお、前記ばね１４は、前記傾斜面１１ａ、１１ｂ間に形成されたばね支持面１５とばね押さえアーム１６ａとの間に配置されて定位置に保持されている（図５も同時参照）。

前記ばね押えアーム１６ａは、入力軸３の外周に取付けられた保持プレート１６に設けられている。保持プレート１６は、外周部に回り止め片１６ｂ（図４参照）を有しており、その回り止め片１６ｂが後述する柱部Ｐ１、Ｐ２を受け止めることで、対のローラ１２が中立位置に保持される。

前記保持器１３は、制御保持器１３Ａと回転保持器１３Ｂとからなる。制御保持器１３Ａは、図１及び図４に示すように、フランジ（これは環状）Ｆ１の片面外周部に軸方向に延びる柱部Ｐ１を周方向に等間隔で有しており、また、隣接する柱部Ｐ１間に図６に示した円弧状の長孔Ｌｈを、さらに、外周に柱部Ｐ１と反対向きに延び出す筒部Ｔをそれぞれ有する。

また、回転保持器１３Ｂは、フランジＦ２（これも環状）の外周に柱部Ｐ１と平行に配置される柱部Ｐ２（図１、図４参照）を有し、前記柱部Ｐ１とＰ２に既述のくさび空間を作り出す斜面Ｓ（図２、図３参照）が対向して形成されている。

前記制御保持器１３Ａと回転保持器１３ＢのフランジＦ１、Ｆ２は、入力軸３の外周に形成されたガイド面３ｂに案内されて軸方向スライド自在に支持されており、その環状フランジＦ２と入力軸３の端面の間にスラスト軸受１７が組み込まれている。

電磁クラッチ２０は、トルクカム１８（図１、図６、図７参照）と、制御保持器１３Ａの筒部Ｔの端面に対して軸方向に向き合うアーマチュア２１と、そのアーマチュア２１と軸方向に対向するロータ２２と、そのロータ２２に電磁吸引力を加える電磁石２３を組み合わせて構成されている。

前記トルクカム１８は、前記制御保持器１３ＡのフランジＦ１と回転保持器１３ＢのフランジＦ２間に設置されている。

そのトルクカム１８は、前記フランジＦ１とＦ２の対向した端面に、周方向の中央部で溝深さが最大となり、そこから両端に向かってその溝深さが次第に浅くなるカム溝１８ａ、１８ｂ（図７参照）を形成してそのカム溝１８ａ、１８ｂ間にボール１８ｃを組み込んだものである。

このトルクカム１８は、図７（ａ）の状態から制御保持器１３ＡのフランジＦ１が軸方向に移動して回転保持器１３ＢのフランジＦ２に接近すると、図７（ｂ）のように、ボール１８ｃがカム溝１８ａ、１８ｂの最も溝深さの深い位置に転がってフランジＦ１とＦ２を相対回転させる。

その相対回転により、２方向クラッチ１０が係合解除状態になって入力軸３の出力軸４への回転伝達が遮断される。

前記アーマチュア２１は、入力軸３に装着されているフランジ３ｃ（図１参照）の外周に形成されたガイド面３ｄ上に回転自在かつ軸方向スライド自在に装着されている。

そのアーマチュア２１は、外周部に連結筒２１ａを有しており、その連結筒２１ａの内側に前記制御保持器１３Ａの筒部Ｔが固定されてアーマチュア２１と制御保持器１３Ａが一体化されている。

前記ロータ２２は、位置決めリング２４（図１参照）により軸方向に位置決めされて入力軸３の外周に相対回転不可に嵌合されている。

前記制御保持器１３ＡのフランジＦ１は、電磁クラッチ２０の電磁石２３によって回転保持器１３ＢのフランジＦ２側に吸引される。

前記電磁石２３は、電磁コイル２３ａと、その電磁コイルを支持するコア２３ｂとからなる。前記コア２３ｂは、ハウジング２の他端開口部に回転不可に嵌め込まれ、ハウジングの他端開口の内周に装着された止め輪２５によってハウジングから抜け止めされている。

この電磁石２３は、電磁コイル２３ａに電流が流れると、電磁吸引力を発生し、その電磁吸引力で制御保持器１３ＡのフランジＦ１を回転保持器１３ＢのフランジＦ２側に引き寄せる。

電磁石２３による前記フランジＦ１の磁気吸引が停止されると、制御保持器１３ＡのフランジＦ１は、ばね１４による対のローラ１２の押圧力がバランスする中立位置に押し戻される。これにより、フランジＦ１、Ｆ２が上記と逆向きの相対回転を生じて２方向クラッチ１０が係合し、入力軸３から出力軸４への回転伝達がなされる。

以上の構成は、前掲の特許文献１に記載されており、本願を特徴づけるものではない。即ち、本願の回転伝達装置は、衝撃吸収部３０が追設されたところに特徴を有する。

図１の回転伝達装置１に設置した衝撃吸収部３０は、出力軸４の回転を下流の動力伝達要素（ステアリングギヤなど）に伝達する中間シャフト３１を含ませ、その中間シャフト３１の円筒部３１ａを出力軸４の外周にスプライン嵌合させて相対回転不可かつ軸方向相対移動可能に連結してスライド機構を構成しており、そのスライド機構を衝撃吸収部３０として機能させるものになっている。

このスライド機構で構成される衝撃吸収部３０は、出力軸４に向かって設定値を超える軸方向衝撃力が加わったときに出力軸４上で中間シャフトの円筒部３１ａが入力軸３に近づく方向にスライドし、これにより、入力軸３に伝達される軸方向衝撃力が吸収されて減衰される。

なお、前記スライド機構を構成する中間シャフト３１は、入力軸３に対して相対回転不可かつ軸方向相対移動可能に連結してもよい。

ただし、この構造は、回転伝達装置１の設置対象が自動車のステアリング装置である場合には、図１の回転伝達装置１に比べて衝撃吸収部３０がドライバー寄りに配置されることになってドライバーの安全性確保の信頼性が図１の回転伝達装置１よりも低下する。よって、衝撃吸収部３０は、図１のように出力軸４側に配置するのが望ましい。

図８〜図１１は、いずれも衝撃吸収部３０の他の形態である。図８の衝撃吸収部３０は、出力軸４の外輪４ａに対して、設定値を超える軸方向衝撃力で塑性変形するジャバラ状の易変形部３２を具備させてその易変形部３２を衝撃吸収部３０として機能させるものである。

また、図９の衝撃吸収部３０は、図１の衝撃吸収部３０に対してダンパー３３を含ませたものである。図示のダンパー３３は、圧縮ばね３４と流体ダンパー３５を組み合わせた複合ダンパーである。

流体ダンパー３５は、中間シャフト３１の円筒部３１ａの内部にシール部材（図のそれはＯリング）３６によって封止された密閉室３７を設け、その密閉室３７に流体３８と、オリフィス３９ａの形成されたピストン３９を設置したものを開示した。流体３８はエアーも考えられるが、それよりはオイルなどの粘性流体が好ましい。

この図９の衝撃吸収部３０は、出力軸４に向かって設定値を超える軸方向衝撃力が加わったときに中間シャフト３１が入力軸３に近づく方向にスライドし、このときに圧縮ばね３４が圧縮される。

また、出力軸４とピストン３９との間の部屋に充填された流体３８がオリフィス３９ａを通ってピストン３９よりも図中右側にある部屋に移動し、これにより、中間シャフト３１の円筒部３１ａのスライド抵抗が増し、クッション効果が高まって入力軸３に伝達される軸方向衝撃力が安定して吸収される。

前記圧縮ばね３４と流体ダンパー３５は、単独で設けることもできる。

図１０は、図８の衝撃吸収部３０に対してダンパー３３を追設したものである。図のように、入力軸３の外周と出力軸４の外輪４ａの内周との間をＯリングなどのシール部材３６で封止してジャバラ状に成形された易変形部３２の内部に密閉室４０を形成し、その密閉室４０に粘性流体やエアーなどを封じ込めており、易変形部３２の塑性変形にクッション効果が生じる。

図１１の衝撃吸収部３０も図８の衝撃吸収部３０に対してダンパー３３を追設したものである。この衝撃吸収部３０は、出力軸４の外輪４ａに形成したジャバラ状易変形部３２の内部に塑性変形し易いアルミニウムなどで作られたクラッシュボックス４１を設置しており、前記易変形部３２が塑性変形して潰れるときにクラッシュボックス４１も圧縮されて変形する。

これにより、クッション効果が生じて易変形部３２が単純に塑性変形する場合に比べて衝撃吸収能が高まる。

なお、前記易変形部３２は入力軸３（その入力軸３の電磁石のコア２３ｂによる支持部よりも始端側）に設けることもできるが、回転伝達装置１の設置対象が自動車のステアリング装置である場合には、先に述べた理由から、衝撃吸収部３０は出力軸４側に配置するのが望ましい。

１ 回転伝達装置
２ ハウジング
２ａ 軸受部
２ｂ 取付フランジ
３ 入力軸
３ａ 内輪
３ｂ、３ｄ ガイド面
３ｃ フランジ
４ 出力軸
４ａ 外輪
４ｂ 円筒内周面
５、６ 軸受
７ 皿ばね
１０ ２方向クラッチ
１１ カム面
１１ａ，１１ｂ 傾斜面
１２ ローラ
１３ 保持器
１３Ａ 制御保持器
１３Ｂ 回転保持器
Ｆ１、Ｆ２ フランジ
Ｐ１、Ｐ２ 柱部
Ｌｈ 長孔
Ｔ 筒部
Ｓ 斜面
１４ ばね
１５ ばね支持面
１６ 保持プレート
１６ａ ばね押えアーム
１６ｂ 回り止め片
１７ スラスト軸受
１８ トルクカム
１８ａ、１８ｂ カム溝
１８ｃ ボール
２０ 電磁クラッチ
２１ アーマチュア
２１ａ 連結筒
２２ ロータ
２３ 電磁石
２３ａ 電磁コイル
２３ｂ コア
２４ 止め輪
３０ 衝撃吸収部
３１ 中間シャフト
３１ａ 円筒部
３２ 易変形部
３３ ダンパー
３４ 圧縮ばね
３５ 流体ダンパー
３６ シール部材
３７、４０ 密閉室
３８ 流体
３９ ピストン
３９ａ オリフィス
４０ 密閉室
４１ クラッシュボックス

Claims (7)

1. 各々がハウジング（２）に回転可能に支持された入力軸（３）と出力軸（４）を有し、その入力軸（３）と前記出力軸（４）との間に、前記入力軸（３）の正逆回転運動を前記出力軸（４）に伝達する２方向クラッチ（１０）と、その２方向クラッチ（１０）の回転運動伝達のための係合と伝達遮断のための係合解除を制御する電磁クラッチ（２０）が設置され、前記２方向クラッチ（１０）が、前記出力軸（４）に設けられた外輪（４ａ）とその外輪（４ａ）の内側に同心配置されて前記入力軸（３）と一体回転する入力軸外周の内輪（３ａ）との間にある回転伝達装置であって、
   前記出力軸（４）に向かって設定値を超える軸方向衝撃力が加わったときにその軸方向衝撃力を吸収して前記入力軸（３）に伝達される衝撃力を減衰させる衝撃吸収部（３０）を備えた回転伝達装置。
2. 前記出力軸（４）の回転を下流の動力伝達要素に伝達する中間シャフト（３１）を含み、その中間シャフト（３１）が前記出力軸（４）に相対回転不可かつ軸方向相対移動可能に連結されて構成されたスライド機構を備えていてそのスライド機構が前記衝撃吸収部（３０）となっている請求項１に記載の回転伝達装置。
3. 回転操作力を前記入力軸（３）に伝達する中間シャフトを含み、その中間シャフトが前記入力軸（３）に相対回転不可かつ軸方向相対移動可能に連結されて構成されたスライド機構を備えていてそのスライド機構が前記衝撃吸収部（３０）となっている請求項１に記載の回転伝達装置。
4. 前記出力軸（４）の外輪（４ａ）が、設定値を超える軸方向衝撃力で塑性変形する易変形部（３２）を有しており、その易変形部（３２）が前記衝撃吸収部（３０）となっている請求項１に記載の回転伝達装置。
5. 回転操作力を前記入力軸（３）に伝達する中間シャフトを含み、その中間シャフトが、設定値を超える軸方向衝撃力で塑性変形する易変形部を備えていてその易変形部が前記衝撃吸収部（３０）となっている請求項１に記載の回転伝達装置。
6. 前記衝撃吸収部（３０）が、ダンパー（３３）を含んでいる請求項１〜５のいずれかに記載の回転伝達装置。
7. 前記ダンパー（３３）が下記１）〜５）のいずれかである請求項６に記載の回転伝達装置。
   １）前記スライド機構の相対スライドを生じる２部材間に圧縮ばねを介在して構成されるもの。
   ２）粘性流体を外部から隔離された部屋に封入して構成されるもの。
   ３）粘性流体を封入した２室間にオリフィスを有する隔壁を配置して構成されるもの。
   ４）前記１）と２）、又は１）と３）を組み合わせたもの。
   ５）塑性変形し易いアルミニウムなどで作られたクラッシュボックスを、相対変位を生じる部位間に組み込んで構成されるもの。

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