JP3834101B2 - ２ウェイクラッチユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は回転動力伝達経路に介在してトルクの伝達・遮断を行うクラッチユニットに関するもので、より詳しくは、駆動源の作動中は入力系から出力系へ正逆双方向にトルクを伝達し、駆動源が停止している時はトルクの伝達を遮断して出力系の手動操作を可能にするようにしたものである。
【０００２】
本発明の２ウエイクラッチユニットは、自動車のパワーウィンドゥやワンボックスカーにおける電動スライドドア、電動カーテン、電動シャッター等の開閉機構において利用することができる。
【０００３】
【従来の技術】
たとえば自動車（ワンボックスカー）の電動スライドドアでは、通常、駆動モータの回転をウォームギヤで減速し、さらに、電磁クラッチを介して伝達するようにしている。ウォームギヤの減速比が一般に大きいため、駆動モータ停止時、手動での操作を可能にするためには、駆動モータと出力軸の間の連結を開放する手段が必要となってくる。このために電磁クラッチを介在させ、出力軸側からの手動入力、つまり、手動によるドアの開閉操作を可能にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電磁クラッチを使用した場合、消費電力の増大、制御系の複雑化といった問題に加えて、電磁クラッチが電気的に制御されるものであることから信頼性の面からも問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、入力系と出力系との間でトルクの伝達・遮断を確実に行え、かつ、トルク伝達中に出力系側から外力が作用してもその影響を受けない（オーバーランニングしない）ようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の２ウエイクラッチユニットは、駆動源により回転駆動される入力系回転部材と、入力系回転部材から伝えられたトルクを外部へ取り出すための出力系回転部材と、入力系回転部材と出力系回転部材との間に介在し、これら両回転部材と選択的に係合・離脱可能なトルク伝達部材とを具備し、トルク伝達部材は入力系回転部材及び出力系回転部材と係合しているときは正逆いずれの回転方向にもトルクを伝達し、トルク伝達部材が両回転部材から離脱しているときのみ出力系回転部材が自由に回転し得るようにしたものである。
【０００７】
トルク伝達部材が、入力系回転部材及び出力系回転部材と係合しているときは正逆いずれの回転方向にもトルクを伝達するためには、具体的には、静止系部材に回転自在に支持させた出力系回転部材の内端に第一のドグを設けるとともに、第一のドグと円周方向に係合し得る第二のドグをトルク伝達部材に設けて一種のドグクラッチを構成させる。そして、トルク伝達部材を入力系回転部材に対して回転方向に固定し、かつ、第一のドグと第二のドグが軸方向に離間する離脱位置と、第二のドグが第一のドグと円周方向に係合し得る係合位置との間で軸方向に移動可能とする。
【０００８】
入力系回転部材に対する相対角度変位を通じてトルク伝達部材の上記係合・離脱を制御するカム機構を設ける。
【０００９】
入力系回転部材と同軸上に、かつ、相対角度変位可能に嵌合した第一カム部材と、入力系回転に対する第一カム部材の回転方向の変位を軸方向の変位に変換する第二カム部材と、第一カム部材と相対回転自在に嵌合するとともに嵌合部に粘性流体を充填した静止中間軸とで前記カム機構を構成させ、第二カム部材の軸方向変位によりトルク伝達部材を前記第二の位置に移動させる。
【００１０】
入力系回転部材に対する第一カム部材の回転方向の変位を第二カム部材の軸方向変位（カムリフト）に変換するために、たとえば第一カム部材にＶ字谷型断面のカム面を設け、第二カム部材に第一カム部材のカム面と対応したＶ字山型断面のカム面を設ける。この場合、第一カム部材が角度変位をとると、第一カム部材のＶ字谷型カム面と接している第二カム部材のＶ字山型カム面が軸方向分力を受けて第一カム部材から離れる向きに軸方向に押される。
【００１１】
第二カム部材とトルク伝達部材の間に両者を相互に離反する向きに弾圧する第一弾性手段と、トルク伝達部材と出力時の間に介在して両者を相互に離反する向きに弾圧する第二弾性手段とを具備し、前記粘性流体のせん断抵抗が前記弾性手段の合成ばね力よりも大きくなったとき第一カム部材を入力系回転部材に対して相対角度変位させる。弾圧手段としてはコイルばねのほか弾性材料や空気圧等を採用することができる。粘性流体はここでは一種のビスカスカップリングを構成するもので、一例としてはシリコンオイルを挙げることができる。
【００１２】
入力系回転部材と第一カム部材を所定の相対角度位置に保持するセンタリングばねを設け、駆動源が停止しているときは入力外輪に対する第一カム部材の相対角度変位をなくしてカム機構の変位つまりカムリフトを零にする。これにより、トルク伝達部材と出力軸との間に形成されたドグクラッチが解放される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１に示す２ウエイクラッチユニットは、静止系部材であるハウジング（１）に収容されており、駆動源によって回転駆動される入力系回転部材たる入力外輪（１０）と、入力外輪（１０）から伝えられるトルクを外部へ取り出すための出力系回転部材たる出力軸（６０）を具備している。なお、図１は図３のI−I線から見た断面図である。
【００１５】
入力外輪（１０）はおおむね中空円筒形を呈し、その外周にウオームホイール（１２）を有する。ウオームホイール（１２）は駆動モータ（図示せず）により回転駆動されるウオーム（２）と噛み合ってウオームギヤを構成する。駆動モータのような駆動源と入力外輪（１０）との間の動力伝達機構には、図面に例示した歯車のほか巻掛伝動装置等を採用することも可能である。
【００１６】
入力外輪（１０）の軸孔（１４）は円筒状になっており、第一カム部材（２０）が回転自在に収容されている。入力外輪（１０）と第一カム部材（２０）はセンタリングばね（７０）により所定の相対角度位置に保持されている。すなわち、図２に示すように、入力外輪（１０）は図１の左側の端面に扇形の切欠き（１９）を有し、第一カム部材（２０）も入力外輪（１０）の切欠き（１９）と同じ角度範囲にわたる扇形の切欠き（２２）を有する。センタリングばね（７０）は第一カム部材（２０）の凹部（２４）の開口部付近に収容された円弧状の本体（７２）と、本体（７２）の両端部から半径方向に延出した脚（７４）からなり、各脚（７４）が切欠き（１９）と切欠き（２２）の円周方向に向かい合った壁面（１９ａ，２２ａ）に共通的に接触することにより、入力外輪（１０）と第一カム部材（２０）を所定の相対角度位置に附勢している。
【００１７】
第一カム部材（２０）の凹部（２４）は軸方向に延在する円筒形の盲孔で、図１の左側の端面に開口し、内部に中間軸（３０）を同軸上に回転自在に収容している。凹部（２４）の周壁面と中間軸（３０）の外周面との間に、シリコンオイル等の粘性流体（３５）を封入して一種のビスカスカップリングを構成させる。すなわち、中間軸（３０）の外周にオイルシール（３２）を装着して凹部（２４）の開口部からの粘性流体（３５）の漏出を防止し、中間軸（３０）に設けた貫通孔（３４）から粘性流体（３５）を充填した後、貫通孔（３４）を埋め栓（３６）で密封する。中間軸（３０）は、図１の左側の端面に開口した角穴（３８）を有し、この角穴（３８）がハウジング（１）に形成した角型断面の突起（３）と係合している。このため、中間軸（３０）は回転せず、静止系の一部を構成する。
【００１８】
第一カム部材（２０）は、軸孔（２４）の開口部とは反対側の端面に、Ｖ字谷型のカム面（２８）を有する。第一カム部材（２０）のカム面（２８）に対応したＶ字山型のカム面（４２）を有する第二カム部材（４０）が入力外輪（１０）の軸孔（１４）の他端側つまり図１の右側部分に軸方向移動可能に収容されている。第一カム部材（２０）と第二カム部材（４０）とでカム機構を構成する。図４に示すように、第二カム部材（４０）は外周に凸部（４４）を有し、この凸部（４４）が入力外輪（１０）の軸孔（１４）の内周に形成した軸方向溝（１８）と係合して第二カム部材（４０）は入力外輪（１０）に対して回転方向に固定（廻り止め）されている。
【００１９】
第二カム部材（４０）は凸部（４４）を形成したフランジ部（４６）と一体に小径軸部（４８）を有し、小径軸部（４８）の外周はクラッチリング（５０）の貫通孔（５２）とスライド自在に嵌合している（図１参照）。クラッチリング（５０）は円盤状で、その外周面は入力外輪（１０）の軸孔（１４）に軸方向移動可能に収容され、かつ、軸孔（１４）の軸方向溝（１８）と係合する凸部（５４）を有し、入力外輪（１０）に対して回転方向に固定（廻り止め）されている。クラッチリング（５０）は、その一方の端面つまり図１の右側の端面に突出したドグ（５６）を有する（図５参照）。
【００２０】
入力外輪（１０）の軸孔（１４）の外側端部には出力軸（６０）が位置する。出力軸（６０）は段付円柱形で、大径部（６２）が入力外輪（１０）の軸孔（１４）に回転自在に嵌合し、小径部（６４）がハウジング（１）を貫通して外方に突出している。出力軸（６０）の大径部（６２）はクラッチリング（５０）と向かい合う側の端面に突出したドグ（６６）を有する（図５参照）。
【００２１】
図５は、クラッチリング（５０）及び出力軸（６０）に、それぞれ、円周方向等間隔に４個のドグ（５６，６６）を配設した場合を例示する。図１及び図５から理解されるように、クラッチリング（５０）が軸方向に移動してクラッチリング（５０）のドグ（５６）が出力軸（６０）のドグ（６６）と噛み合うと、両者は回転方向に一体化する。すなわち、クラッチリング（５０）と出力軸（６０）とでドグクラッチを構成する。したがって、クラッチリング（５０）はその機能上、トルク伝達部材及びクラッチ部材の双方の役割を果たす。
【００２２】
第二カム部材（４０）とクラッチリング（５０）との間には圧縮コイルばね（８）が介在して両者を互いに離間する向きに弾圧している。また、クラッチリング（５０）と出力軸（６０）との間にも別の圧縮コイルばね（９）が介在して両者を互いに離間する向きに弾圧している。クラッチリング（５０）は入力外輪（１０）の軸孔（１４）に装着した止め輪（１５）で図の左側への移動量を規制される。駆動モータが停止している時はクラッチリング（５０）と出力軸（６０）が噛み合わないように、二つの圧縮コイルばね（８，９）のバネ力Ｋ８，Ｋ９を、Ｋ８＜Ｋ９となる関係に設定する。
【００２３】
駆動モータが回転すると、ウォームギヤ（２，１２）により、その回転が入力外輪（１０）に減速伝達される。第一カム部材（２０）と入力外輪（１０）はセンタリングバネ（７０）により所定の相対角度位置（図２参照）に保持され、一体となって回転する。また、第一カム部材（２０）は、回転方向に固定された中間軸（３０）との間に粘性流体（３５）が封入されているため、粘性せん断抵抗を受けつつ回転する。その結果、センタリングバネ（７０）たわみ時のバネ力Ｋ１と粘性流体による粘性抵抗Ｋ２との関係がＫ１＜Ｋ２となると、入力外輪（１０）と第一カム部材（２０）は相対回転する。つまり、入力外輪（１０）に対して第一カム部材（２０）が遅れて回転する。
【００２４】
駆動モータが停止している時は、圧縮コイルバネ（８）のバネ力により、第一カム部材（２０）のＶ字谷型のカム面（２８）に第二カム部材（４０）のＶ字山型のカム面（４２）がはまりこんでいる（図１、図６（ａ）参照）。駆動モータが回転すると、入力外輪（１０）が回転し、第一カム部材（２０）も同期して回転しようとするが、第一カム部材（２０）はビスカス部粘性せん断抵抗により回転が遅れ、入力外輪（１０）に対して相対回転する。さらに粘性せん断抵抗が増加すると、周方向固定（図２）されている第二カム部材（４０）のＶ字山型のカム面（４２）は、第一カム部材（２０）のＶ字谷型のカム面（２８）の斜面を滑りながら、軸方向に距離Ｌだけ移動する（図６（ｂ）参照）。
【００２５】
この第二カム部材（４０）の軸方向移動により、圧縮コイルバネ（８，９）がたわまされ、クラッチリング（５０）を図１の右側つまり出力軸（６０）側に押圧する。これによりクラッチリング（５０）が軸方向に移動すると、やがて、ドグ（５６，６６）が噛み合う。すなわち、クラッチリング（５０）は圧縮コイルバネ（８）によって出力軸（６０）側へ常に押圧されながら入力外輪（１０）と共回りし、一方、出力軸（６０）は停止しているため、ドグ（５６，６６）が接触しても、相対回転するうちに、噛み合うに至る。
【００２６】
この時、駆動対象であるたとえばスライドドアが自重で入力系よりも速く動こうとしても、ドグ（５６，６６）が噛み合っているため、入力系（駆動モータ、入力外輪）のスピード以上には、出力軸（６０）のスピードは上がらない。
【００２７】
以上が駆動モータが始動して出力軸（６０）にトルクが伝達するまでの過程における作用である。
【００２８】
次に、駆動モータが停止し、入力外輪（１０）、第一カム部材（２０）の回転が止まると、ビスカスカップリング部の粘性せん断抵抗がなくなる。その結果、センタリングバネ（７０）の弾性復元力＋圧縮コイルバネ（８，９）の弾性復元力により、第一カム部材（２０）が入力外輪（１０）に対し相対回転して初期の相対角度位置つまり中立の位置（図１、図２）に戻る。よって、前記した圧縮コイルバネ（８，９）の力関係により、第二カム部材（４０）及びクラッチリング（５０）が図１の左側に押し戻され（このとき、止め輪（１５）がクラッチリング（５０）に対するストッパとして働く。）、クラッチリング（５０）と出力軸（６０）の噛み合い（ドグクラッチ）がはずれる。このようにして、駆動モータの回転が止まれば出力軸（６０）はフリーとなる。したがって、駆動モータの停止時には手動操作が可能となり、たとえば電動スライドドアの場合手動で開閉できる。
【００２９】
ところで、駆動モータの停止時、トルク伝達部材すなわちクラッチリング（５０）の入力外輪（１０）と出力軸（６０）に対する係合力が大きいと、センタリングばね（７０）の弾性復元力だけでは、第一カム部材（２０）のセンタリングが速やかに行なわれない可能性がある（駆動モータ停止時には、通常、何らかの反力が残るため、センタリングばね（７０）の弾性復元力だけではクラッチリング（５０）の係合が外れない場合がある）。かかる場合に、入力外輪（１０）を停止位置から所定量だけ逆転させ、第一カム部材（２０）の速やかなセンタリングを実現するのが逆転手段である。逆転手段は、このような機能を奏するものであれば、その構成は特に問わない。例えば、駆動モータの回転を電気的に制御する構成を採用することもできる。また、図示は省略するが、次のような機械的構成を採用してもよい。すなわち、入力系の一部を構成する軸部にフライホイールを回転可能に装着し、この軸部にコイルバネの一端を連結し、他端をフライホイールに連結する。軸部は、例えば駆動モータの出力軸に連結される。そして、駆動モータの停止時、フライホイールの慣性エネルギがコイルバネによって蓄積・開放されることにより、ウオーム（２）（図１）さらには入力外輪（１０）が所定量だけ逆転する。この入力外輪（１０）の逆転により、クラッチリング（５０）の係合が外れ、第一カム部材（２０）が速やかにかつ確実にセンタリングされる。したがって、出力軸（６０）が入力系から速やかにかつ確実に開放され、これにより、電動スライドドアの手動による円滑で確実な開閉操作が可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の２ウエイクラッチユニットは、駆動モータが停止している時は、入力外輪と出力軸との間のトルクの伝達を自動的に遮断し、出力軸を入力系から確実に解放する。したがって、本発明の２ウエイクラッチユニットを、たとえば自動車の電動スライドドアやパワーウインドウ、電動カーテン、電動シャッター等の動力伝達系に使用することにより、駆動モータの停止時に、出力軸側から手動でスライドドア、ウインドウ、カーテン、シャッター等を開閉操作することが可能となり、これらの装置の利便性がより一層向上する。
【００３１】
また、本発明の２ウエイクラッチユニットは、トルクの伝達・遮断を自動的かつ機械的に行なうものであるから、消費電力の増大、制御系の複雑化といった懸念のみならず、電気系統の故障によってクラッチ機能が働かなくなるといった心配もない。
【００３２】
さらに、トルク伝達部材が入力系及び出力系回転部材から離脱しているときのみ出力系回転部材の自由な回転を許容し、トルク伝達部材が入力系回転部材及び出力系回転部材と係合しているときは、正逆いずれの回転方向にもトルクを伝達して入力系に対する出力系のオーバーランニングを規制する機能を有するため、たとえば下り坂でのスライドドアの閉じるスピードをモータ制御でき、電動ドア等の安全性、利便性の向上にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】２ウエイクラッチユニットの縦断面図である。
【図２】ハウジングを取り外した状態の左側面図である。
【図３】ハウジングを取り外した状態の右側面図である。
【図４】図１のIV−IV線における横断面図である。
【図５】ドグクラッチ機構の分解斜視図である。
【図６】カム機構の縦断面図である。
【符号の説明】
１ ハウジング（静止系部材）
８ 圧縮コイルばね（第一弾性手段）
９ 圧縮コイルばね（第二弾性手段）
１０ 入力外輪（入力系回転部材）
２０ 第一カム部材
２８ Ｖ字谷型カム面
３０ 中間軸
３５ 粘性流体
４０ 第二カム部材
４２ Ｖ字山型カム面
５０ クラッチリング（トルク伝達部材）
５６ ドグ
６０ 出力軸（出力系回転部材）
６６ ドグ
７０ センタリングばね

Claims (1)

1. 駆動源により回転駆動される入力系回転部材と、入力系回転部材から伝えられたトルクを外部へ取り出すための出力系回転部材と、入力系回転部材と出力系回転部材との間に介在し、これら両回転部材と選択的に係合・離脱可能なトルク伝達部材とを具備し、トルク伝達部材は入力系回転部材及び出力系回転部材と係合しているときは正逆いずれの回転方向にもトルクを伝達し、トルク伝達部材が両回転部材から離脱しているときのみ出力系回転部材が自由に回転し得るようにした２ウエイクラッチユニットであって、
   前記出力系回転部材が内端に第一のドグを有し、静止系部材に回転自在に支持されており、前記トルク伝達部材が第二のドグを有し、入力系回転部材に対して円周方向に固定され、かつ、第二のドグが第一のドグから軸方向に離れた離脱位置と、第二のドグが第一のドグと円周方向に係合し得る係合位置との間で軸方向に移動可能であり、
   入力系回転部材に対する相対角度変位を通じて、トルク伝達部材の上記係合・離脱を制御するカム機構を具備し、前記カム機構が、入力系回転部材と同軸上に、かつ、相対角度変位可能に嵌合した第一カム部材と、入力系回転部材に対する第一カム部材の回転方向の変位を軸方向の変位に変換する第二カム部材と、第一カム部材と相対回転自在に嵌合するとともに嵌合部に粘性流体を充填した静止中間軸とで構成され、第二カム部材の軸方向変位によりトルク伝達部材を前記係合位置に移動させるようにしてあり、
   第二カム部材とトルク伝達部材の間に両者を相互に離反する向きに弾圧する第一弾性手段と、トルク伝達部材と出力系回転部材の間に介在して両者を相互に離反する向きに弾圧する第二弾性手段とを具備し、前記粘性流体のせん断抵抗が前記弾性手段の合成ばね力よりも大きくなったとき第一カム部材を入力系回転部材に対して相対角度変位させるようにした２ウエイクラッチユニット。

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