JP2020067091A - 駆動装置 - Google Patents

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飛高 山田
Tobitaka Yamada
飛高 山田
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Abstract

【課題】従来よりも省スペースで軽量な駆動装置を提供する。【解決手段】ネジ部14aを有するネジ軸14と、ネジ部14aに噛み合うナット16とを備え、ネジ軸14の回転によってナット16をX方向に移動可能なジャッキスクリュー機構11と、駆動源によって得られる回転駆動力をネジ軸14に伝達または遮断するクラッチ機構12と、を備え、クラッチ機構12は、ネジ軸14と同心状態でネジ軸14の外周に実装されている。【選択図】図3

Description

本発明は、ジャッキスクリュー機構とクラッチ機構とを備える駆動装置に関する。
自動車などの車両、あるいは航空機などには、モータの駆動力を歯車減速機構により減速するとともに、歯車による回転運動をジャッキスクリュー機構によって直線運動に変換する駆動装置が用いられる場合がある。この種の駆動装置には、動力伝達部分に過大な力が加わらないよう、動力伝達用の歯車を空転させるクラッチ機構を備えたものがある。
図4は、従来の駆動装置の構成を示す断面図である。なお、図4に示す駆動装置50は、本発明者が試作的に製造したものであり、本願の出願時点で必ずしも公知のものでない。駆動装置50は、ジャッキスクリュー機構51と、クラッチ機構52とを備えている。
ジャッキスクリュー機構51は、ネジ部54aを有するネジ軸54と、ネジ部54aに噛み合うナット56とを備え、ネジ軸54の回転によってナット56をネジ軸54の中心軸方向Xに移動可能な構成になっている。ネジ軸54は、2つの軸受58によって回転自在に支持されている。また、ネジ軸54には歯車60が取り付けられている。歯車60の内周面にはキー溝60aが形成され、これに対応してネジ軸54の外周面にもキー溝54bが形成されている。キー溝60a,54bにはキー62が嵌め込まれている。これにより、歯車60とネジ軸54は一体に回転する構成になっている。
クラッチ機構52は、回転支軸70と、回転支軸70の軸回りに回転する歯車72と、回転支軸70と一体に回転する歯車74と、歯車72の回転駆動力を歯車74に伝達または遮断する動力断続機構76と、を備えている。回転支軸70は、2つの軸受78によって回転自在に支持されている。歯車72は、図示しない歯車減速機構の歯車に噛み合うとともに、歯車減速機構を介して伝達されるモータの回転駆動力を受けて回転する歯車である。歯車72には、図5(a)に示すように、複数のボール収容孔72aが形成されている。複数のボール収容孔72aは、同一円周上に並べて設けられている。ボール収容孔72aは、後述するボール83を回転自在に収容するものである。一方、歯車74は、ジャッキスクリュー機構51の歯車60と噛み合っている。歯車74の内周面にはキー溝74aが形成され、これに対応して回転支軸70の外周面にもキー溝70aが形成されている。キー溝74a,70aにはキー80が嵌め込まれている。これにより、歯車74と回転支軸70は一体に回転する構成になっている。
動力断続機構76は、回転支軸70と一体に回転する円板82と、複数のボール83と、バネ84と、バネ84の力を受けて複数のボール83を押圧する押圧板86と、押圧板86と反対側でバネ84に接触するワッシャ88と、バネ84の力を調整可能な調整ナット90と、を備えている。
円板82には、図5(b)に示すように、1つのキー溝82aと、複数のボール受け孔82bが形成されている。円板82は、歯車74に隣接して回転支軸70に取り付けられている。円板82のキー溝82aにはキー80が嵌め込まれている。このため、円板82は、回転支軸70および歯車74と一体に回転する。複数のボール受け孔82bは、同一円周上に並べて設けられている。また、複数のボール受け孔82bは、複数のボール収容孔72aと同様に、円周方向に45°の角度間隔で8つ設けられている。
複数のボール83は、それぞれに対応する円板82のボール受け孔82bに配置されている。ボール受け孔82bの開口縁には、ボール83を安定して受けるためにザグリ加工が施されている。バネ84は、圧縮コイルバネによって構成されている。バネ84の力は、押圧板86を介してボール83に加えられている。これにより、ボール83は、バネ84の力を利用して円板82のボール受け孔82bに押し付けられている。
一方、ワッシャ88は、回転支軸70の中心軸方向に移動可能に取り付けられている。また、ワッシャ88にはバネ84の力が加えられている。調整ナット90は、回転支軸70に形成された雄ネジ部70bに取り付けられている。このため、調整ナット90を回転させると、調整ナット90の位置が回転支軸70の中心軸方向に移動する。また、回転支軸70の中心軸方向において調整ナット90を押圧板86に近づく方向に移動させるとバネ84の力が強まり、調整ナット90を押圧板86から遠ざかる方向に移動させるとバネ84の力が弱まる。このため、調整ナット90を回転させることで、各々のボール83に加わる押圧力を調整することができる。
上記構成からなる駆動装置50においては、モータ等の回転駆動力を受けて駆動用の歯車72が回転すると、歯車72の回転駆動力が各々のボール83と円板82を介して歯車74に伝達される。このため、歯車72が回転すると、これと一体に歯車74と回転支軸70が回転する。また、歯車74は歯車60に噛み合っているため、歯車74が回転すると、これと一体に歯車60とネジ軸54が回転する。したがって、ネジ軸54の回転によってナット56をX方向に移動させることができる。また、歯車72の回転中に何らかの理由によってネジ軸54に過大な回転抵抗が生じたりネジ軸54の回転が阻止されたりすると、動力断続機構76に大きな力が加わる。そうすると、バネ84の力に抗して円板82のボール受け孔82bからボール83が離脱し、歯車72が空転する。これにより、ジャッキスクリュー機構51やクラッチ機構52に過大な力が加わらないよう、駆動装置50を保護することができる。ボールの離脱を利用した空転機構は、たとえば、特許文献1に記載されている。
特開2001−48488号公報
しかしながら、上記従来の駆動装置50においては、ジャッキスクリュー機構51とクラッチ機構52がそれぞれ専用の別部品で構成されている。このため、以下のような不都合があった。
(1)駆動装置50の占有スペースが大きくなる。
(2)駆動装置50の質量が大きくなる。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、従来よりも省スペースで軽量な駆動装置を提供することにある。
本発明の駆動装置は、ネジ部を有するネジ軸と、前記ネジ部に噛み合うナットとを備え、前記ネジ軸の回転によって前記ナットを前記ネジ軸の中心軸方向に移動可能なジャッキスクリュー機構と、駆動源によって得られる回転駆動力を前記ネジ軸に伝達または遮断するクラッチ機構と、を備え、前記クラッチ機構は、前記ネジ軸と同心状態で前記ネジ軸の外周に実装されている。
本発明の駆動装置において、前記クラッチ機構は、前記駆動源によって得られる回転駆動力を受けて前記ネジ軸の軸回りに回転する第1回転体と、前記ネジ軸に嵌合されて前記ネジ軸と一体に回転する第2回転体と、前記第1回転体と前記第2回転体との間に配置され、前記第1回転体の回転駆動力を前記第2回転体に伝達または遮断する動力断続機構と、を備えた構成としてもよい。
本発明の駆動装置において、前記動力断続機構は、前記第2回転体の一側面に同一円周上に並べて設けられた複数の凹部と、前記複数の凹部に対応する複数のボールと、前記第1回転体に設けられて前記複数のボールに係合する複数の係合部と、前記複数のボールを前記複数の凹部に押圧する押圧機構と、を備えた構成としてもよい。
本発明の駆動装置において、前記第2回転体は歯車によって構成されていてもよい。
本発明の駆動装置において、前記ネジ軸の中心軸方向に所定の間隔をあけて配置され、前記ネジ軸を回転自在に支持する2つの軸受を備え、前記クラッチ機構は、前記ネジ軸の中心軸方向において前記2つの軸受の間に実装されていてもよい。
本発明によれば、ジャッキスクリュー機構のネジ軸と同心状態でネジ軸の外周にクラッチ機構を実装した構成を採用しているため、ジャッキスクリュー機構のネジ軸と、クラッチ機構の回転支軸を別々の軸で構成することなく、ネジ軸を共用してジャッキスクリュー機構とクラッチ機構を一体的に構成することができる。これにより、従来よりも省スペースで軽量な駆動装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る駆動装置の構成を示す側面図である。 図1に示す駆動装置のII−II矢視断面図である。 図1に示す駆動装置を図2のIII−III位置で断面した図である。 従来の駆動装置の構成を示す断面図である。 (a)は図4の駆動装置に用いられる歯車の構造を示す図であり、(b)は図4の駆動装置に用いられる円板の構造を示す図である。
<駆動装置の構成>
図1は、本発明の実施形態に係る駆動装置の構成を示す側面図である。また、図2は、図1に示す駆動装置のII−II矢視断面図であり、図3は、図1に示す駆動装置を図2のIII−III位置で断面した図である。
図1〜図3に示すように、駆動装置10は、ジャッキスクリュー機構11と、クラッチ機構12とを備えている。
ジャッキスクリュー機構11は、ネジ部14aを有するネジ軸14と、ネジ部14aに噛み合うナット16とを備え、ネジ軸14の回転によってナット16をネジ軸14の中心軸方向Xに移動可能な構成になっている。ネジ軸14のネジ部14aは台形ネジで構成されている。ネジ軸14は、2つの軸受18によって回転自在に支持されている。2つの軸受18は、ネジ軸14の中心軸方向Xに所定の間隔をあけて配置されている。また、2つの軸受18は、ネジ軸14の中心軸方向Xにおいてネジ部14aとは異なる非ネジ部分に取り付けられている。ナット16は、たとえば、図示しない被動部材と共にX方向に移動自在に支持される。また、ナット16は、ネジ軸14とは一体に回転しないように支持される。このため、ネジ軸14を回転させると、ナット16は、ネジ軸14の回転方向および回転量に従ってX方向に直線運動する。
クラッチ機構12は、図示しない電動モータ等の駆動源によって得られる回転駆動力をネジ軸14に伝達し、または該伝達を遮断する機構である。駆動源によって得られる回転駆動力は、駆動源の駆動軸が直接発生する回転駆動力であってもよいし、駆動源の駆動軸から歯車減速機構などの動力伝達機構を介して伝達される回転駆動力であってもよい。
クラッチ機構12は、ネジ軸14の中心軸方向Xにおいて2つの軸受18の間に実装されている。また、クラッチ機構12は、ネジ軸14と同心状態でネジ軸14の外周に実装されている。ここで記述する同心状態とは、ネジ軸14の中心軸とクラッチ機構12の中心軸とが実質的に同軸である状態をいう。実質的に同軸とは、ネジ軸14の中心軸とクラッチ機構12の中心軸との間に、ジャッキスクリュー機構11やクラッチ機構12を構成する各部品の寸法誤差または部品相互の組み立て誤差などに起因するズレがあっても、それら2つの中心軸を同軸であるとみなすことを意味する。
クラッチ機構12は、ネジ軸14の軸回りに回転する第1回転体としての第1歯車20と、ネジ軸14に嵌合される第2回転体としての第2歯車22と、第1歯車20と第2歯車22との間に配置される動力断続機構24と、を備えている。
第1歯車20は、上述した駆動源によって得られる回転駆動力を受けてネジ軸14の軸回りに回転するものである。このため、第1歯車20の回転中心軸とネジ軸14の回転中心軸とは実質的に同軸となる。第1歯車20の外周には歯20aが形成されている。第1歯車20の歯20aは、たとえば、図示しない駆動源の駆動軸に固定される駆動歯車の歯、または、この駆動歯車を含む歯車減速機構の減速用歯車の歯に噛み合うように配置される。これにより、駆動源の回転駆動力を利用して第1歯車20を回転させることができる。
第1歯車20の一側面には切り欠き部20bが形成されている。切り欠き部20bは、第1歯車20を部分的に薄肉にする状態で形成され、その薄肉部分に複数の係合部20cが形成されている。複数の係合部20cは、ネジ軸14の中心軸方向Xから見て同一円周上に並べて形成されている。また、複数の係合部20cは、円周方向に45°の角度間隔で8つ設けられている。係合部20cの数は必要に応じて増減可能である。
各々の係合部20cは、後述するボール30の半径よりも僅かに大きい曲率半径で円弧状に形成されている。このため、複数の係合部20cは、ネジ軸14の中心軸方向Xから見ると全体的に放射状に形成されている。各々の係合部20cを形成する円弧の中心角度は、ボール30を係合部20cに回転自在に保持できるよう、180度よりも大きな角度に設定されている。また、各々の係合部20cは、第1歯車20の薄肉部分を厚み方向に貫通するように形成されている。
第2歯車22は、ネジ軸14に嵌合されてネジ軸14と一体に回転するものである。第2歯車22の外周には歯22aが形成されている。また、第2歯車22の内周面にはキー溝22bが形成され、これに対応してネジ軸14の外周面にもキー溝14bが形成されている。キー溝22b,14bにはキー26が嵌め込まれている。これにより、第2歯車22とネジ軸14は一体に回転する構成になっている。
第2歯車22は、ネジ軸14の中心軸方向Xにおいて第1歯車20に接触している。また、第2歯車22の歯22aと第1歯車20の歯20aは、ネジ軸14の中心軸方向Xにおいて互いに隣接した状態で配置されている。第2歯車22の一側面には複数の凹部22cが設けられている。複数の凹部22cは、上述した複数の係合部20cおよび後述する複数のボール30に対応して設けられたもので、ネジ軸14の中心軸方向Xから見て同一円周上に並べて設けられている。また、複数の凹部22cは、上述した複数の係合部20cと同様に、円周方向に45°の角度間隔で8つ設けられている。各々の凹部22cは、すり鉢状にへこんで形成されている。さらに、第2歯車22には筒状部22dが一体に形成されている。筒状部22dの外周部には雄ネジ部22eが形成されている。
動力断続機構24は、第1歯車20の回転駆動力を第2歯車22に伝達または遮断するもので、実質的にこの動力断続機構24がクラッチ機能を果たす。動力断続機構24は、上述した複数の係合部20cおよび複数の凹部22cと、複数の凹部22cに対応する複数のボール30と、複数のボール30を複数の凹部22cに押圧する押圧機構32と、を備えている。複数のボール30は、複数の係合部20cに係合した状態で複数の凹部22cに押し付けられている。係合部20cは、第1歯車20の厚み方向に貫通している。このため、ボール30は、第1歯車20の厚み方向に移動可能な状態で係合部20cに係合している。凹部22cは、上述したようにすり鉢状にへこんでおり、このへこみ部分にボール30の一部が嵌まり込んでいる。
押圧機構32は、板状の押圧部材34と、この押圧部材34を付勢する付勢部材36と、この付勢部材36の付勢力を調整可能な調整ナット38と、調整ナット38と付勢部材36の間に挟持されたワッシャ40と、を備えている。
押圧部材34は、ネジ軸14の中心軸方向Xに移動可能に設けられている。押圧部材34には複数のディンプル34a(図3参照)が形成されている。複数のディンプル34aは、複数のボール30に対応して設けられたもので、ネジ軸14の中心軸方向Xから見て同一円周上に並べて形成されている。複数のディンプル34aは、ネジ軸14の中心軸方向において複数の凹部22cに対向して配置されている。そして、相対向する凹部22cとディンプル34aとの間に1つずつボール30が挟持されている。
付勢部材36は、押圧部材34を介して複数のボール30を一方向に付勢することにより、複数のボール30を複数の凹部22cに弾性的に押圧している。付勢部材36は、弾性変形によって所定の押圧力を発生する部材である。本実施形態においては、一例として、付勢部材36がバネ、より具体的には圧縮コイルバネによって構成されている。付勢部材36は、第2歯車22の筒状部22dの外周部に取り付けられている。また、付勢部材36は、ネジ軸14の中心軸方向Xにおいて押圧部材34とワッシャ40との間に配置されている。ワッシャ40は、ネジ軸14の中心軸方向Xに移動可能に設けられている。また、ワッシャ40は、付勢部材36と調整ナット38との間に挟持されている。
調整ナット38は、第2歯車22の筒状部22dに形成された雄ネジ部22e(図3参照)に取り付けられている。このため、調整ナット38を回転させると、調整ナット38の位置が筒状部22dの中心軸方向に移動する。また、筒状部22dの中心軸方向において調整ナット38を押圧部材34に近づく方向に移動させると付勢部材36の付勢力が強まり、調整ナット38を押圧部材34から遠ざかる方向に移動させると付勢部材36の付勢力が弱まる。このため、調整ナット38を回転させることで、各々のボール30に加わる押圧力を調整することができる。
<駆動装置の動作>
上記構成からなる駆動装置10においては、モータ等の駆動源によって得られる回転駆動力を受けて第1歯車20が回転すると、第1歯車20に設けられた係合部20cにボール30が係合しながら、各々のボール30が第1歯車20と共にネジ軸14の軸回りを周回移動する。このとき、複数のボール30は、第2歯車22に設けられた複数の凹部22cに対し、付勢部材36の付勢力により押圧されて保持されるため、第1歯車20の回転駆動力が複数のボール30を介して第2歯車22に伝達される。このため、第2歯車22は第1歯車20と一体に回転する。さらに、第2歯車22はキー26を用いてネジ軸14の外周部に取り付けられているため、第2歯車22が回転すると、第2歯車22と一体にネジ軸14が回転する。また、ネジ軸14が回転すると、ネジ部14aに噛み合うナット16がネジ軸14の中心軸方向Xに移動する。これにより、第1歯車20の回転運動をナット16の直線運動に変換することができる。
なお、本実施形態においては、第1歯車20の回転駆動力を第2歯車22を介してネジ軸14に伝達する構成になっているが、このような動力伝達は第2回転体を歯車で構成しなくても実現可能である。ただし、第2回転体を第2歯車22で構成した場合は、第2歯車22に噛み合う歯車(不図示)を利用して、ネジ軸14の回転数や回転角を検出したり、あるいは別の部材を回転させたりすることができるため、より好適である。
一方、第1歯車20の回転中に何らかの理由によってネジ軸54に過大な回転抵抗が生じたりネジ軸54の回転が阻止されたりすると、動力断続機構24に大きな力が加わる。その際、動力断続機構24に所定の大きさを超える力が加わると、付勢部材36の付勢力に抗してボール30が凹部22cから離脱する。このとき、各々のボール30は第1歯車20の回転に従って同一円周上を周回移動しながら、該同一円周上に並ぶ各々の凹部22cに対して係合と離脱を繰り返す。このため、第2歯車22が回転を停止した状態で、第1歯車20が空転する。よって、第1歯車20から第2歯車22への動力伝達が遮断される。これにより、ジャッキスクリュー機構11やクラッチ機構12に過大な力が加わらないよう、駆動装置10を保護することができる。
<実施形態の効果>
本発明の実施形態においては、ジャッキスクリュー機構11のネジ軸14と同心状態でネジ軸14の外周にクラッチ機構12を実装した構成を採用している。このため、ジャッキスクリュー機構11のネジ軸14と、クラッチ機構12の回転支軸を別々の軸で構成することなく、ネジ軸14を共用してジャッキスクリュー機構11とクラッチ機構12を一体的に構成することができる。また、従来の駆動装置50(図4参照)では、クラッチ機構52からジャッキスクリュー機構51に回転駆動力を伝えるための歯車60が必要であるが、本実施形態では歯車60に相当する部品が不要になる。したがって、本実施形態によれば、従来の駆動装置50に比べて省スペースで軽量な駆動装置10を実現することができる。
また、本発明の実施形態において、ネジ軸14の軸回りに回転する第1歯車20と、ネジ軸14に嵌合されてネジ軸14と一体に回転する第2歯車22と、これら第1歯車20と第2歯車22との間に配置された動力断続機構24とによってクラッチ機構12を構成している。これにより、ネジ軸14の外周にクラッチ機構12をコンパクトに実装することができる。
また、本発明の実施形態においては、第2歯車22の一側面に設けられた複数の凹部22cと、複数の凹部22cに対応する複数のボール30と、第1歯車20に設けられて複数のボール30と係合する複数の係合部20cと、複数のボール30を複数の凹部22cに押圧する押圧機構32とによって動力断続機構24を構成している。この構成では、第1歯車20の回転に従って複数のボール30がネジ軸14の軸回りを周回移動することにより、第1歯車20から第2歯車22に動力を伝達することができる。また、押圧機構32の押圧力に抗してボール30が凹部22cから離脱することにより、第1歯車20から第2歯車22への動力伝達を遮断することができる。したがって、ジャッキスクリュー機構11やクラッチ機構12に過大な力が加わらないよう、駆動装置10を保護することができる。
また、本発明の実施形態においては、ネジ軸14の中心軸方向Xに所定の間隔をあけて配置された2つの軸受18の間にクラッチ機構12が実装されている。ネジ軸14を2つの軸受18で回転自在に支持するには、2つの軸受18の間に適度な間隔をあける必要があるため、この間隔を利用してクラッチ機構12を実装することにより、駆動装置50全体の小型化を図ることができる。
<変形例等>
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
たとえば、上記実施形態においては、第1回転体を第1歯車20で構成したが、第1回転体は、駆動源の回転駆動力を受けてネジ軸14の軸回りに回転するものであればよい。よって、第1回転体は歯車に限らず、たとえば、プーリー、スプロケットなどで構成してもよい。
また、上記実施形態においては、付勢部材36にバネを用いたが、これに限らず、ボール30を弾性変形によって押圧する部材であれば、バネ以外の部材を用いてもよい。
10 駆動装置
11 ジャッキスクリュー機構
12 クラッチ機構
14 ネジ軸
14a ネジ部
16 ナット
18 軸受
20 第1歯車(第1回転体)
20c 係合部
22 第2歯車(第2回転体)
22c 凹部
24 動力断続機構
30 ボール
32 押圧機構
34 押圧部材
36 付勢部材

Claims (5)

  1. ネジ部を有するネジ軸と、前記ネジ部に噛み合うナットとを備え、前記ネジ軸の回転によって前記ナットを前記ネジ軸の中心軸方向に移動可能なジャッキスクリュー機構と、
    駆動源によって得られる回転駆動力を前記ネジ軸に伝達または遮断するクラッチ機構と、を備え、
    前記クラッチ機構は、前記ネジ軸と同心状態で前記ネジ軸の外周に実装されている
    ことを特徴とする駆動装置。
  2. 前記クラッチ機構は、
    前記駆動源によって得られる回転駆動力を受けて前記ネジ軸の軸回りに回転する第1回転体と、
    前記ネジ軸に嵌合されて前記ネジ軸と一体に回転する第2回転体と、
    前記第1回転体と前記第2回転体との間に配置され、前記第1回転体の回転駆動力を前記第2回転体に伝達または遮断する動力断続機構と、を備える
    ことを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  3. 前記動力断続機構は、
    前記第2回転体の一側面に同一円周上に並べて設けられた複数の凹部と、
    前記複数の凹部に対応する複数のボールと、
    前記第1回転体に設けられて前記複数のボールに係合する複数の係合部と、
    前記複数のボールを前記複数の凹部に押圧する押圧機構と、を備える
    ことを特徴とする請求項2に記載の駆動装置。
  4. 前記第2回転体は歯車によって構成されている
    ことを特徴とする請求項2または3に記載の駆動装置。
  5. 前記ネジ軸の中心軸方向に所定の間隔をあけて配置され、前記ネジ軸を回転自在に支持する2つの軸受を備え、
    前記クラッチ機構は、前記ネジ軸の中心軸方向において前記2つの軸受の間に実装されている
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の駆動装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0754875A (ja) * 1993-08-18 1995-02-28 Ntn Corp 減速機及び減速機能を備えた自動復帰型トルクリミッタ
JPH0720061U (ja) * 1993-09-17 1995-04-07 株式会社明電舎 大容量電動サーボモータの構造
JPH0799181B2 (ja) * 1989-03-30 1995-10-25 株式会社クボタ 自動クラッチ
JP2017122469A (ja) * 2016-01-06 2017-07-13 株式会社ツバキE&M ボールクラッチ及びこれを具えた減速機

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