JP2022085370A - クラッチユニット - Google Patents

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卓俊 中村
Takatoshi Nakamura
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Abstract

Figure 2022085370000001
【課題】操作部材が取り付けられる取付部材と、取付部材に固定された入力部材との固定強度を高める。
【解決手段】クラッチユニット1は、操作部材(操作レバー61)から入力された回転トルクの出力側への伝達・遮断を制御する第1クラッチ部10と、第1クラッチ部10からの入力トルクを出力側へ伝達すると共に出力側からの逆入力トルクを遮断する第2クラッチ部20とを備える。第1クラッチ部10は、操作レバー61が取り付けられる取付部材(側板11)と、側板11が固定された入力部材(外輪12)とを備える。側板11が筒状部11dを有し、外輪12が筒状部12aを有し、側板11の筒状部11dと外輪12の筒状部12aとを嵌合させる。
【選択図】図2

Description

本発明は、クラッチユニットに関する。
下記の特許文献1には、車両のシートリフタ装置に設けられるクラッチユニットが示されている。このクラッチユニットは、図15に示すように、入力側クラッチ部110と出力側クラッチ部120と、出力軸130とを有する。入力側クラッチ部110は、操作レバー140から入力された回転トルクの出力側への伝達・遮断を制御する。出力側クラッチ部120は、第1クラッチ部110からの入力トルクを出力軸130へ伝達すると共に出力軸130からの逆入力トルクを遮断する。
入力側クラッチ部110は、外輪111と、内輪112と、円筒ころ113とを有する。入力側クラッチ部110の外輪111には側板115が固定され、側板115に操作レバー140が固定される。操作レバー140を回動させると、これと一体に側板115及び外輪111が回転する。
側板115には、図16、17に示すように、外周端から軸方向に延び、先端が二股になった複数の爪部115aが設けられる。側板115の爪部115aを外輪111に設けられた切り欠き凹部に挿入した状態で、爪部115aの二股状の先端を互いに離反する側に加締める(塑性変形させる)ことにより、側板115が外輪111に固定される。
特許第5207779号公報
上記のクラッチユニットにおいて、操作レバー140の先端に車幅方向の荷重F(図15参照)が加わると、側板115の軸心を外輪111の軸心に対して傾斜させようとする負荷が加わる。この負荷により、側板115の爪部115aと外輪111の切り欠き凹部との固定部が外れる恐れがある。
そこで、本発明は、上記のようなクラッチユニットにおいて、操作レバー等の操作部材が取り付けられる取付部材と、取付部材に固定された入力部材との固定強度を高めることを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明は、操作部材から入力された回転トルクの出力側への伝達・遮断を制御する第1クラッチ部と、前記第1クラッチ部からの入力トルクを出力側へ伝達すると共に出力側からの逆入力トルクを遮断する第2クラッチ部とを備えたクラッチユニットであって、前記第1クラッチ部が、前記操作部材が取り付けられる取付部材と、前記取付部材が固定された入力部材とを備え、前記取付部材が筒状部を有し、前記入力部材が筒状部を有し、前記取付部材の筒状部と前記入力部材の筒状部とを嵌合させたクラッチユニットを提供する。
このように、取付部材及び入力部材に円筒部を設け、これらの円筒部を嵌合させることで、両部材の軸心を互いに傾斜させる負荷に対する強度を高めることができる。
上記のクラッチユニットでは、取付部材の円筒部と入力部材の円筒部とを締め代をもって嵌合させることが好ましい。これにより、取付部材と入力部材との固定強度をさらに高めることができる。
上記のクラッチユニットでは、取付部材の筒状部の内周面及び入力部材の筒状部の外周面を、回転方向で互いに係合可能な形状としてもよい。このように、取付部材と入力部材とを回転方向で係合させることで、両部材の相対回転を規制することができる。
上記のクラッチユニットでは、取付部材の筒状部の内周面及び入力部材の筒状部の外周面の一方に非円筒面を設け、取付部材の筒状部の内周面及び入力部材の筒状部の外周面の他方に円筒面を設け、非円筒面と円筒面とを締め代をもって嵌合させてもよい。このように、非円筒面と円筒面とを締め代をもって嵌合させることで、円筒面の一部が非円筒面に倣って変形し、非円筒面と回転方向で係合可能な形状となる。これにより、取付部材と入力部材との相対回転を規制することができる。
以上のように、本発明のクラッチユニットによれば、第1クラッチ部の取付部材と入力部材との固定強度、特に、取付部材の軸心を入力部材の軸心に対して傾斜させようとする負荷に対する固定強度を高めることができる。
自動車のシートリフタ装置の側面図である。 本発明の一実施形態に係るクラッチユニットの断面図である。 上記クラッチユニットの第1クラッチ部における断面図(図2のA-A線における断面図)である。 第1クラッチ部の側板の斜視図である。 第1クラッチ部の外輪の斜視図である。 第1クラッチ部の側板と外輪とを固定した状態の斜視図である。 上記クラッチユニットの第2クラッチ部における断面図(図2のB-B線における断面図)である。 他の実施形態に係る第1クラッチ部の側板の斜視図である。 他の実施形態に係る第1クラッチ部の外輪の斜視図である。 図8の側板と図9の外輪とを固定した状態の斜視図である。 図10の側板及び外輪を備えたクラッチユニットの第1クラッチ部における断面図である。 さらに他の実施形態に係る第1クラッチ部の側板の斜視図である。 さらに他の実施形態に係る第1クラッチ部の外輪の斜視図である。 図11の側板と図12の外輪とを固定した状態の斜視図である。 従来のクラッチユニットの断面図である。 図15のクラッチユニットの入力側クラッチ部の側板の正面図である。 図16の側板の断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、自動車のシートリフタ装置に組み込まれたクラッチユニットを例示するが、本発明に係るクラッチユニットは、自動車のシートリフタ装置以外にも適用可能である。
図1に、自動車の座席シート40の座面高さを調整するシートリフタ装置60を示す。シートリフタ装置60は、操作部材としての操作レバー61と、クラッチユニット1と、リンク部材62、63とを有する。リンク部材62,63の下端は、車体に対して前後方向にスライド可能に設けられたスライド部材64に回動自在に枢着されている。リンク部材62,63の上端は、座席シート40のフレームに回動自在に枢着されている。リンク部材62の上端には、セクターギヤ65が一体的に設けられている。クラッチユニット1の出力軸30には、セクターギヤ65と噛み合うピニオンギヤ部31が設けられる。
例えば、座席シート40の座面を低くする場合、操作レバー61を下側へ揺動させることにより、クラッチユニット1の出力軸30が回転し、出力軸30に設けられたピニオンギヤ部31が時計方向(図1の矢印方向)に回動する。そして、ピニオンギヤ部31と噛合するセクターギヤ65が反時計方向(図1の矢印方向)に揺動し、リンク部材62、63が共に傾倒して座席シート40の座面が低くなる。
操作レバー61を押し下げる力を解放すると、操作レバー61が上側へ揺動して元の位置(中立状態)に戻る。このときの回転トルクは、クラッチユニット1によって遮断され、出力軸30及びピニオンギヤ部31は回転せず、座席シート40の座面の位置が維持される。その後、操作レバー61の押し下げ及び解放を繰り返すことで、座面が所望の位置まで降下する。なお、操作レバー61を上側へ揺動させた場合は、前述とは逆の動作で座席シート40の座面が高くなる。
また、座席シート40への着座により出力軸30に回転トルクが逆入力されると、この逆入力トルクがクラッチユニット1により遮断され、座席シート40の座面高さは保持される。
以下、クラッチユニット1の構造を詳しく説明する。
クラッチユニット1は、図2に示すように、第1クラッチ部10と、第2クラッチ部20と、これらの内周に挿通された出力軸30とを備える。以下、出力軸30の軸心方向を「軸方向」と言い、軸方向で第1クラッチ部10側(図2の右側)を「入力側」、第2クラッチ部20側(図2の左側)を「出力側」と言う。
第1クラッチ部10は、操作レバー61(図1参照)から入力される回転トルクの伝達・遮断を制御する。第2クラッチ部20は、第1クラッチ部10からの回転トルクを出力軸30へ伝達すると共に、出力軸30から逆入力される回転トルクを遮断する逆入力遮断機能を有する。
第1クラッチ部10は、図2および図3に示すように、取付部材としての側板11と、入力部材としての外輪12と、出力部材としての内輪13と、複数の係合子としての円筒ころ14と、保持器15と、ころ付勢ばね16と、センタリングばね17とを備える。
側板11は、図4に示すように、平板部11aと、平板部11aの外周端から軸方向へ延びる複数の爪部11bとを有する。平板部11aには複数のボルト穴11cが設けられる。爪部11bは、先端が二股形状を成している。側板11は金属材料、例えば鋼材で形成され、特に、熱処理が施されていない鋼材で形成される。
外輪12は、図5に示すように、筒状部12aと、筒状部12aの入力側端部(図5の上端)から内径側に延びる内鍔部12bと、筒状部12aの出力側端部(図5の下端)から外径側に延びる外鍔部12cとを有する。筒状部12aの内周面には、複数のカム面12dが設けられる(図3参照)。カム面12dは、円筒ころ14が両回転方向で係合するような平面もしくは曲面からなり、周方向等ピッチで配される。図示例では、複数のカム面12dが、軸方向と直交する断面(図3の断面)で正多角形状に配されている。筒状部12aの外周面は、円筒面状に形成される。外鍔部12cの外周には、切り欠き凹部12eが形成される(図5参照)。外輪12は、金属材料、例えば鋼材で形成され、特に、熱処理が施された鋼材で形成される。
側板11の爪部11bを外輪12の切り欠き凹部12eに嵌合させ、側板11の爪部11bの周方向両側面に設けられた段部11eを、外輪12の外鍔部12cに軸方向で当接させることにより、側板11と外輪12との相対的な軸方向位置が決定される(図6参照)。この状態で、爪部11bの二股状の先端を広げるように塑性変形させて加締めることにより、側板11と外輪12とが一体化される。側板11と操作レバー61とは、ボルト67により固定される(図2参照)。具体的に、操作レバー61の穴61aに挿通したボルト67を側板11のボルト穴11cにねじ込むことで、側板11と外輪12とが固定される。本実施形態では、側板11のボルト穴11cを予め円筒面状とし、このボルト穴11cにボルト67をねじ込んでねじ溝を形成しながら側板11と外輪12とを締結する。
側板11には、本発明の特徴的構成である筒状部11dが設けられる(図2、4参照)。本実施形態では、筒状部11dが、側板11の平板部11aの内周端から出力側に延びる。筒状部11dの外周面及び内周面は円筒面状に形成される(図3参照)。側板11の筒状部11dの内周面と、外輪12の筒状部12aの外周面とは嵌合しており、本実施形態では両筒状部11d、12aが締め代をもって嵌合している。
例えば、操作レバー61に車幅方向の荷重F(図2参照)が加わると、側板11の軸心と外輪12の軸心とを傾斜させようとする負荷が加わる。このとき、上記のように筒状部11d、12aを嵌合させることで、両者の軸心が傾斜しにくくなっている。特に本実施形態では、筒状部11d、12aが締め代をもって嵌合しているため、両者の軸心がさらに傾斜しにくくなっている。これにより、上記のような負荷に対する強度が高められるため、側板11と外輪12との固定部が外れる事態を防止できる。
内輪13は、筒状を成し、内周に出力軸30が挿通される(図2参照)。内輪13の内周面及び外周面は円筒面状に形成される(図3参照)。外輪12のカム面12dと、内輪13の外周面との間には、楔すきま18が設けられる。
円筒ころ14は、外輪12と内輪13との間に配置され、具体的には、外輪12のカム面12dと内輪13の外周面との間に形成された楔すきま18に配される。円筒ころ14の楔すきま18に対する係合および離脱により、外輪12から内輪13への回転トルクの伝達および遮断を制御する。
保持器15は、円筒ころ14を収容するポケット15aが周方向複数箇所に等間隔で形成されている。ポケット15aに配された保持器15は、外輪12のカム面12dと内輪13の外周面との間の楔すきま18に円筒ころ14を保持する。
保持器センタリングばね16(図2参照)は、C形あるいはコイル形の弾性部材であり、その両端部が保持器15および静止系(例えば、第2クラッチ部20のカバー24)に係止される。レバー操作により外輪12から回転トルクが入力されると、外輪12に追従する保持器15の回転に伴って保持器センタリングばね16が拡径し、内側センタリングばね16に弾性力が蓄積される。外輪12からの回転トルクの入力がなくなると、保持器センタリングばね16の弾性力により保持器15が中立状態に復帰する。
外輪センタリングばね17は、C形あるいはコイル形の弾性部材であり、その両端部が外輪12および静止系(例えば、第2クラッチ部20のカバー24)に係止される。レバー操作により外輪12から回転トルクが入力されると、外輪12の回転に伴って外輪センタリングばね17が拡径し、外輪センタリングばね17に弾性力が蓄積される。外輪12からの回転トルクの入力がなくなると、外輪センタリングばね17の弾性力により外輪12が中立状態に復帰する。
出力軸30の入力側端部付近には、ウェーブワッシャ32を介して抜け止め部材33が固定される。これにより、第1クラッチ部10の構成部品を抜け止めしている。
第2クラッチ部20は、図2及び図7に示すように、第1クラッチ部10の内輪13と一体に回転する伝達部21と、出力軸30と一体に回転する内輪22と、静止系としての外輪23、カバー24および側板25と、複数対の円筒ころ27および断面N字形の板ばね28と、摩擦リング29とを備える。本実施形態では、第2クラッチ部20の伝達部21と第1クラッチ部10の内輪13とが一部品として形成される。第2クラッチ部20の内輪22と出力軸30とが一部品として形成される。外輪23、カバー24および側板25は加締め固定等により一体化されている。
伝達部21は、第1クラッチ部10の内輪13の出力側の端部に設けられる(図2参照)。伝達部21は、内輪13の出力側の端部から外径側に延びる平板部21aと、平板部21aの外周端から軸方向出力側に延びる複数の柱部21bとを有する。
内輪22は、出力軸30の軸方向略中央部位から径方向外側に延びる支持部22aと、支持部22aの外周端に設けられた筒状部22bとを有する。内輪22の支持部22aには、入力側に突出した突起22fが設けられている。突起22fは、伝達部21の平板部21aに形成された孔21cに周方向のクリアランスをもって挿入配置されている。内輪22の筒状部22bの外周には、複数(図7では6つ)の平坦なカム面22eが周方向等間隔に形成されている。筒状部22bのカム面22eと外輪23の円筒面23aとの間には、楔すきま26が形成されている。各楔すきま26に、2つの円筒ころ27とその間に介挿された1つの板ばね28とが配されている。
円筒ころ27は、楔すきま26での係合および離脱により、出力軸30から逆入力される回転トルクの遮断と、伝達部21の柱部21bから入力される回転トルクの伝達とを制御する。板ばね28は、隣接する円筒ころ27を、周方向で互いに離反する側に付勢する。
複数対(図7では6対)の円筒ころ27および板ばね28は、伝達部21の柱部21bにより周方向等間隔に配されている。伝達部21は、第1クラッチ部10から入力される回転トルクを内輪22に伝達する機能と、円筒ころ27および板ばね28を柱部21b間のポケットに収容して周方向等間隔に保持する機能とを有する。
摩擦リング29は、例えば樹脂製の部材であり、側板25に固着されている。摩擦リング29の外周面と内輪22の筒状部22bの内周面との間に生じる摩擦力によって、出力軸30に回転抵抗が付与される。
以上のような構造を具備するクラッチユニット1の動作例を以下に説明する。
操作レバー61を回動操作すると、第1クラッチ部10の側板11及び外輪12が一体に回転する。このとき、操作レバー61に車幅方向の荷重F(図2参照)が加わると、側板11の軸心と外輪12の軸心とを傾斜させようとする負荷が加わるが、側板11の筒状部11dと外輪12の筒状部12aとが嵌合しているため、上記の負荷に対する強度が高められ、側板11と外輪12との固定部が外れる事態を防止できる。
そして、外輪12が回転すると、円筒ころ14が外輪12と内輪13間の楔すきま18に係合する(図3参照)。この楔すきま18での円筒ころ14の係合により、内輪13に回転トルクが伝達されて内輪13が回転する。この時、外輪12および保持器15の回転に伴って両センタリングばね16,17に弾性力が蓄積される。
レバー操作による回転トルクの入力がなくなると、両センタリングばね16,17の弾性力により保持器15および外輪12が中立状態に復帰する。一方、内輪13は、与えられた回転位置をそのまま維持する。操作レバー61のポンピング操作による外輪12の回転繰り返しで、内輪13は寸動回転する。
こうして第1クラッチ部10の内輪13が回転すると、内輪13と一体に、第2クラッチ部20の伝達部21が回転する。そして、伝達部21の柱部21bが、ころ付勢ばね28を挟む一対の円筒ころ27の一方を、板ばね28の弾性力に抗して周方向に押圧する(図7の点線参照)。これにより、円筒ころ27が楔すきま26から離脱し、出力軸30のロック状態が解除されて出力軸30は回転可能となる。このレバー操作によるロック解除時、摩擦リング29により出力軸30に回転抵抗が付与される。
そして、伝達部21がさらに回転すると、伝達部21の平板部21aの孔21cと内輪22の突起22fとの周方向のクリアランスが詰まって、伝達部21の平板部21aが内輪22の突起22fに周方向で当接する。これにより、第1クラッチ部10からの回転トルクが、突起22fを介して出力軸30に伝達されて出力軸30が回転する。つまり、内輪13が寸動回転すると、出力軸30も寸動回転する。その結果、座席シート40の座面高さが調整可能となる。
座席シート40(図1参照)への着座により出力軸30に回転トルクが逆入力されると、第2クラッチ部20の円筒ころ27が内輪22と外輪23との間の楔すきま26と係合して、内輪22が外輪23に対してロックされる。このように、出力軸30から逆入力された回転トルクは、第2クラッチ部20によってロックされ、第1クラッチ部10へ逆入力される回転トルクの還流が遮断される。これにより、座席シート40の座面高さは保持される。
本発明は上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については重複説明を省略する。
例えば、側板11の筒状部11dの内周面と外輪12の筒状部12aの外周面とを、微小隙間を介して嵌合させてもよい。この場合、外輪12の筒状部12aの変形、特に、筒状部12aの内周面に形成されるカム面12dの変形を防止できる。
図8~11に示す実施形態では、第1クラッチ部10の側板11の筒状部11dの内周面と、外輪12の筒状部12aの外周面とが、回転方向で互いに係合可能な形状を有する。図示例では、側板11の筒状部11dの内周面及び外輪12の筒状部12aの外周面に、同形状の非円筒面が設けられる(図8、9参照)。非円筒面としては、例えば、軸方向と直交する断面が多角形の多角面が設けられる(図11参照)。外輪12の筒状部12aを側板11の筒状部11dの内周に挿入し、これらに形成された多角面同士を嵌合させた後、側板11の爪部11bの先端を周方向外側に加締めることで、側板11と外輪12とが固定される。このように、側板11の多角面と外輪12の多角面とを嵌合させることで、両多角面が回転方向で係合するため、側板11と外輪12との相対回転を規制することができる。
また、この実施形態では、図11に示すように、側板11の円筒部11dの内周面及び外周面に相似形の多角面を設け、これらの多角面の位相を一致させることで、円筒部11dの半径方向の肉厚が均一になる。これにより、側板11を金属板のプレス成形により容易に形成することが可能となる。同様に、外輪12の円筒部12aの内周面及び外周面に相似形の多角面を設け、これらの多角面の位相を一致させることで、円筒部12aの半径方向の肉厚が均一になる。これにより、外輪12を金属板のプレス成形により容易に形成することが可能となる。
尚、側板11の円筒部11dの内周面及び外周面に形成される非円形面は多角面に限らず、例えば、側板11の筒状部11dの内周面に非円形面として雌スプラインを設け、外輪12の筒状部12aの外周面に非円形面として雄スプラインを設け、これらを嵌合させてもよい。また、図9に示す断面多角形の外輪12を、図4に示す断面円形の側板11の内周に、隙間を介して、あるいは、締め代をもって嵌合させてもよい。
図12~14に示す実施形態では、外輪12の筒状部12aの外周面に、予め、非円筒面として雄スプラインを設けている(図13参照)。一方、側板11の筒状部11dの内周面は、予め円筒面状に形成される(図12参照)。外輪12の筒状部12aを側板11の筒状部11dに圧入することにより、側板11の筒状部11dの内周面が外輪12の筒状部12aの雄スプラインで押圧されて変形し、これらが締め代をもって嵌合する(図14参照)。これにより、側板11の筒状部11dの内周面のうち、雄スプラインとの接触部に凹部が形成され、この凹部と雄スプラインとが回転方向で係合することで、側板11と外輪12との相対回転が規制される。
ところで、トルク伝達時には外輪12のカム面12dに円筒ころ14が押し付けられるため、外輪12には高強度が要求される。一方、側板11は、外輪12に比べて要求される強度が低い。このため、本実施形態では、側板11が外輪12よりも強度の低い材料で形成される。具体的には、外輪12は熱処理が施された鋼材で形成され、側板11は熱処理が施されていいない鋼材(生材)で形成される。そして、相対的に強度が高い外輪12の筒状部12aの外周面に予め非円筒面(例えば雄スプライン)を設け、強度が相対的に低い側板11の筒状部11dの内周面を円筒面状に形成する。外輪12の筒状部12aを側板11の筒状部11dの内周に圧入することで、側板11の筒状部11dの内周面を外輪12の筒状部12aの非円筒面に倣って変形させやすくなる。
尚、上記とは逆に、側板11の筒状部11dの内周面に多角面(例えば雌スプライン)を設け、外輪の筒状部12aの外周面を円筒面状に形成し、これらを締め代をもって嵌合させてもよい。この場合、側板11を外輪12よりも強度の高い材料で形成することが好ましいが、側板11の多角面を外輪12に押し付けて変形可能であれば、側板11を外輪12と同じ強度の材料、あるいは外輪12よりも強度の低い材料で形成してもよい。また、上記のような多角面としては、スプラインに限らず、軸方向と直交する断面が多角形の多角面であってもよい。
以上の実施形態では、側板11と外輪12とを爪部11bを介した加締めにより固定した場合を示したが、これに限らず、側板11と外輪12とを溶接やボルト固定等の他の手段で固定してもよい。また、側板11の筒状部11dと外輪12の筒状部12aとの嵌合部(特に、締め代をもった嵌合部)のみで両者の固定力が十分であれば、爪部11bを介した加締め固定部を省略してもよい。
1 クラッチユニット
10 第1クラッチ部
11 側板(取付部材)
11d 筒状部
12 外輪(入力部材)
12a 筒状部
13 内輪
15 保持器
20 第2クラッチ部
21 伝達部
22 内輪
23 外輪
24 カバー
25 側板
29 摩擦リング
30 出力軸
60 シートリフタ装置
61 操作レバー(操作部材)

Claims (4)

  1. 操作部材から入力された回転トルクの出力側への伝達・遮断を制御する第1クラッチ部と、前記第1クラッチ部からの入力トルクを出力側へ伝達すると共に出力側からの逆入力トルクを遮断する第2クラッチ部とを備えたクラッチユニットであって、
    前記第1クラッチ部が、前記操作部材が取り付けられる取付部材と、前記取付部材が固定された入力部材とを備え、
    前記取付部材が筒状部を有し、前記入力部材が筒状部を有し、前記取付部材の筒状部と前記入力部材の筒状部とを嵌合させたクラッチユニット。
  2. 前記取付部材の筒状部と前記入力部材の筒状部とを締め代をもって嵌合させた請求項1に記載のクラッチユニット。
  3. 前記取付部材の筒状部の内周面及び前記入力部材の筒状部の外周面を、回転方向で互いに係合可能な形状とした請求項1又は2に記載のクラッチユニット。
  4. 前記取付部材の筒状部の内周面及び前記入力部材の筒状部の外周面の一方に非円筒面を設け、前記取付部材の筒状部の内周面及び前記入力部材の筒状部の外周面の他方に円筒面を設け、前記非円筒面と前記円筒面とを締め代をもって嵌合させた請求項1又は2に記載のクラッチユニット。
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