JP4286444B2 - クラッチユニット - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力側部材と出力側部材との間でトルクの伝達・遮断を行なうクラッチユニットに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、操作部材の回動操作による入力トルクを出力側機構に伝達して所要部位の位置調整を行う装置では、操作部材の非操作時、出力側機構の位置が変動しないようこれを保持する機能が求められる場合がある。自動車の着座シートのシート高さ調整装置を例にとると、該装置では、着座シートからの荷重(シート自重および着座者の体重等)を支持するためのブレーキ部を出力側機構に設け、該ブレーキ部の入力軸に操作部材から正方向又は逆方向の入力トルクを入力することによって着座シートの高さ調整を行うと共に、操作部材を開放した状態での着座シートの位置をブレーキ部で保持することによって上記の保持機能を実現している。この場合、操作後の操作部材の位置もブレーキ部によって保持されるので、操作部材としてノブ(円形状の握り)を使用し、ノブの回転操作によってブレーキ部に入力トルクを入力する構造にしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来のシート高さ調整装置では、着座シートと車体との間の狭い間隔部に手を入れてノブを回転操作する必要があり、操作上の不便さがあると同時に、上記の間隔部を確保するために車体や座席シートの設計に制約が生じるという問題点がある。そして、この傾向は小型車になるほど顕著である。一方、操作部材としてレバーを使用し、レバーとブレーキ部との間にラチェット機構を設けて、レバーの揺動操作によるトルク入力と、操作後のレバーの自動復帰とを可能にしたものあるが、構造が複雑であり、また、レバー復帰時にラチェット歯同士の噛合い音が発生するという問題がある。
【0004】
本発明の主目的は、出力側機構の位置調整および位置保持と、入力部材(操作部材)の位置復帰とを実現することができ、しかも構造が簡単かつ小型・低コストであり、動作が円滑なクラッチユニットを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的と達成するため、本発明にかかるクラッチユニットは、トルクが入力される入力側部材と、トルクが出力される出力側部材と、入力側部材からの入力トルクを出力側部材に伝達する制御部材と、回転が拘束される静止側部材と、入力側部材と制御部材との間に設けられ、入力側部材からの入力トルクを制御部材に伝達する第1クラッチ部と、静止側部材と出力側部材との間に設けられ、弾性部材の弾性力により、一対の係合子を正逆両回転方向の楔空間にそれぞれ押し込んで、出力側部材からの正逆方向の逆入力トルクを静止側部材との間でロックする第2クラッチ部とを備え、第2クラッチ部は、出力側部材からの逆入力トルクに対して出力側部材と静止側部材とをロックするロック手段と、入力側部材からの入力トルクに対してロック手段によるロック状態を解除するロック解除手段と、ロック手段によるロック状態が解除された状態のときに制御部材と出力側部材との係合で入力トルクを伝達するトルク伝達手段とを備え、トルク伝達手段を、ピンと、出力側部材に設けたピン孔とで構成し、制御部材に、第2クラッチ部のロック解除手段である柱部と、柱部の内径側で出力側部材のピン孔と係合可能であり、かつ柱部と分離して形成された前記ピンとを設け、第2クラッチ部の弾性部材を、複数の屈曲部を有し、かつ各屈曲部を第2クラッチ部の半径方向内径側と外径側に交互に配した板バネで形成したことを特徴とするものである。
【0006】
このように弾性部材として複数の屈曲部を有し、かつ各屈曲部を第2クラッチ部の半径方向内径側と外径側に交互に配した板バネを用いることにより、一つの屈曲部のみを有する場合に比べて個々の屈曲部に撓みが分散されるため、第2クラッチ部のロックを開放する際の板バネの塑性変形を防止でき、板バネの小型化、さらにはクラッチユニットの小型化が可能となる。また、板バネであるからコイルバネのように互いに絡み合うこともない。
また、この構成によれば、出力側部材の回転方向の位置調整を入力側部材からの入力トルクの入力操作で行い、かつ、調整後の出力側部材の位置を自動的に保持することができるので、操作性が向上する。
【0007】
具体的に板バネは、隣接する屈曲部の一端同士をつなぐ連結部と、第2クラッチ部の円周方向両端の屈曲部の他端から延びる側板部とを有するものとする。
【0008】
この板バネを使用する場合、楔空間を形成する出力側部材のカム面は、板バネの取付け部において平坦面とすることができる。一つの屈曲部のみを有する板バネの場合は、これをカム面に取付けるためにカム面に取付け溝を形成する必要があるが、二つの屈曲部を有する上記板バネは自立可能であるので、カム面を溝のない平坦面とすることができる。カム面の溝を省略することにより、溝加工の省略による出力側部材の加工工程の簡略化が可能となり、また、溝付近での応力集中の問題も回避することができる。
【0009】
出力側部材は前記楔空間を形成するカム面を有するものとし、出力側部材のカム面の中央部を二つのテーパ面で凸状に形成するのが望ましい。
【0010】
これにより、適正なストラト角を維持しつつ、係合子間に配置される弾性部材の収容スペース(バネ空間)を円周方向に拡大することができるので、弾性部材の設計自由度が向上する。従って、クラッチユニットの小型化が容易となる。
【0011】
カム面を形成するテーパ面の傾斜角は1°以上5°以下の範囲が望ましい。
【0012】
第2クラッチ部のストラト角は3°以上4.5°以下の範囲が望ましい。ストラト角が4.5°よりも大きいと、係合子が楔空間に噛み込みにくくなってクラッチとしての機能が害され、一方、ストラト角が3°よりも小さいと係合子が受ける面圧が高くなってトルク容量の低下を招く。
【0013】
上記構成において、第1クラッチ部は、入力側部材からの入力トルクに対して入力側部材と制御部材とをロックするロック手段と、入力側部材が解放されたときに入力側部材を入力トルクが入力される前の中立位置に復帰させる復帰手段とを備えるものとすることができる。この構成によれば、出力側部材の位置調整後に入力側部材を解放すると、入力側部材が復帰手段により中立位置まで自動復帰するので、操作性が向上する。
【0014】
ここでのロック手段には、楔係合力、凹凸係合力、摩擦力、磁気力、電磁力、流体圧力、流体粘性抵抗力、微粒子媒体などによって回転拘束力を与えるものが含まれるが、構造や制御機構の簡素化、動作の円滑化、コストの面等から楔係合力によって回転拘束力を与えるものが好ましい。具体的には、入力側部材と制御部材との間に楔隙間を形成し、この楔隙間に対して係合子を楔係合・離脱させることによって、ロック・空転を切換える構成とするのが良い。この構成には、楔隙間を形成するためのカム面を入力側部材又は制御部材に設けた構成(係合子としてローラ、ボール等の円形断面のものを用いる。)、楔隙間を形成するためのカム面を係合子に設けた構成(係合子として非円形断面のスプラグ等を用いる。)が含まれる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
【0018】
図1は、本発明の実施形態に係るクラッチユニットの全体構成を示している。この実施形態のクラッチユニットは、入力側部材としての外輪1と、出力側部材としての出力軸2と、制御部材としての内輪3と、静止側部材としての外輪4と、外輪1と内輪3との間に設けられた第1クラッチ部5と、外輪4と出力軸2との間に設けられた第2クラッチ部6とを主要な要素として構成される。
【0019】
図2は、入力側部材としての外輪1を示している。外輪1の外周には、外径側に突出した複数(例えば3つ)のリブ1aと、複数(例えば4つ)のリブ1bと、複数(例えば2つ)のリブ1eと、1つ又は複数のリブ1fが円周方向に所定間隔で形成される。リブ1aの軸方向一端側部分は外輪1の一端から軸方向に突出して、突出部1a2を形成する。また、3つのリブ1aのうち何れか1つ、例えば同図で上側に位置するリブ1aの外周に、このクラッチユニットを相手側部材に取付ける際の方向識別に用いる識別マーク1a1が設けられている。この実施形態において、識別マーク1a1は軸方向溝の形態をなしている。これらリブ1a、1b、1eおよび1fは、外輪1の外周に装着される操作レバー(13:図8、図9参照)と回転方向に係合して、操作レバー(13)の外輪1に対する相対回転を防止する。
【0020】
リブ1bには、軸方向のねじ孔1b1が形成される。操作レバー(13)の外輪1に対する軸方向相対移動は、リブ1bのねじ穴1b1に操作レバー(13)をねじ結合することによって防止される。図9に示すように、この実施形態では、右ハンドル車や左ハンドル車、車体や座席シートの設計等に応じて、クラッチユニットおよび操作レバー(13)を座席シートの左右いずれの側にも配置可能とするため、外輪1を同図におけるY軸に対して左右対称形状にして、操作レバー(13)を左右いずれの向きにも装着できるようにしている。この場合、操作レバー(13)の操作トルクは主に180°対向した位置にある2つのリブ1bのねじ結合部分に作用するので、これらの2つのリブ1bにのみねじ穴1b1を形成し、残りの2つのリブ1bにはねじ穴1b1を加工する際の下穴(貫通穴)をそのまま残しておいても良い。これにより、ねじ穴加工の加工コストを低減することができる。例えば、操作レバー(13)を同図で右向きに装着する場合(実線)は、同図でY軸に対して右方向に傾斜した傾斜線上に位置する2つのリブ1bにねじ穴1b1を形成し、左方向に傾斜した傾斜線上に位置する2つのリブ1bは下穴1b1’にする。操作レバー(13)を同図で左向きに装着する場合(2点鎖線)は、上記とは逆にする。勿論、4つのリブ1bに全てねじ穴1b1を形成しても良い。
【0021】
突出部1a2の内周には、後述する第1クラッチ部(5)のセンタリングバネ(12:図11参照)が収容される。また、突出部1a2が後述する外輪(4:図5参照)のストッパ部(4a1)と回転方向に係合することによって、外輪1の回動範囲が規制される。
【0022】
外輪1の他端部内周には、内径側に延びた鍔部1cが形成される。この鍔部1cは、後述する第1クラッチ部(5)の保持器(11:図1、図10参照)を軸方向の一方に抜け止め規制すると共に、外輪1の内輪3に対する同軸性を保持する役割を持つ。また、外輪1の内周には、複数(例えば10個)のカム面1dが円周方向に等間隔で形成される。各カム面1dは、円周方向中央部が深く、そこから円周方向両側に向かって傾斜状に浅くなっている。
【0023】
外輪1は、例えば、肌焼鋼、機械構造用炭素鋼、軸受鋼等の鋼材から鍛造加工によって成形され、浸炭焼入れ焼戻し、浸炭窒化焼入れ焼戻し、高周波焼入れ焼戻し、ずぶ焼入れ焼戻し等の適宜の熱処理が施される。この実施形態では、外輪1を形成する鋼材として肌焼鋼(例えばクロムモリブデン鋼SCM420)を使用し、これに熱処理として浸炭焼入れ焼戻しを行って、少なくともカム面1dにおける表層部の表面硬さを57〜62HRCに調整している。ここで、HRCはロックウェル硬さのCスケールを表している。尚、外輪1は、鋼材の削出し品、鋼鈑(例えば冷間圧延鋼鈑)のプレス成形品とすることもできる。
【0024】
図3は、出力側部材としての出力軸2を示している。出力軸2は、一端側にジャーナル部2a、中央側に大径部2b、他端側に連結部2cを備えている。ジャーナル部2aは、後述する内輪(3:図4参照)のラジアル軸受面(3a1)に挿入される。大径部2bの外周には、複数(例えば8つ)のカム面2b1が円周方向に等間隔で形成される。本実施形態では、各カム面2b1は、例えば出力軸2の軸心を中心とする円に対して弦をなす平坦面状に形成される。また、大径部2bの一端側部分には軸方向の複数(例えば8つ)のピン孔2b3が円周所定間隔に形成される。これらピン孔2b3には後述する内輪(3:図4参照)のピン(3b1)が挿入される。また、大径部2bの他端側部分には環状凹部2b4が形成される。この環状凹部2b4には後述する摩擦部材(9:図7参照)が装着され、また、環状凹部2b4の内周壁2b5は、後述する固定側板(7:図6参照)のラジアル軸受面(7e2)に挿入されるジャーナル面になる。連結部2cには、他の回動部材を連結するための歯型2c1が形成される。
【0025】
出力軸2は、例えば、肌焼鋼、機械構造用炭素鋼、軸受鋼等の鋼材から鍛造加工によって成形され、浸炭焼入れ焼戻し、浸炭窒化焼入れ焼戻し、高周波焼入れ焼戻し、ずぶ焼入れ焼戻し等の適宜の熱処理が施される。この実施形態では、出力軸2を形成する鋼材として肌焼鋼(例えばクロムモリブデン鋼SCM420)を使用し、これに熱処理として浸炭焼入れ焼戻しを行って、表層部の表面硬さを57〜62HRCに調整している。尚、出力軸2は、鋼材の削出し品とすることもできる。
【0026】
図4は、制御部材としての内輪3を示している。内輪3は、筒状部3aと、筒状部3aの一端から外径側に延びたフランジ部3bと、フランジ部3bの外径端から軸方向の一方に延びた複数(例えば8本)の柱部3cとを主体として構成される。筒状部3aは、出力軸2のジャーナル部2aに外挿され、かつ、外輪1の内部に内挿される。筒状部3aの他端側部分の内周には、出力軸2のジャーナル部2aをラジアル方向に支持するラジアル軸受面3a1が形成され、筒状部3aの他端側部分の外周には、外輪1のカム面1dとの間に正逆両回転方向に楔隙間を形成する円周面3a2が形成される。フランジ部3bには、軸方向の一方に突出した複数(例えば8つ)のピン3b1が円周方向に所定間隔で形成される。これらピン3b1は、出力軸2のピン孔2b3にそれぞれ挿入される。また、円周方向に隣接した柱部3c間には、軸方向の一方に向かって開口したポケット3c1が形成され、これらポケット3c1に後述する第2クラッチ部(6:図15参照)のローラ(20)と板ばね(21)が収容される。ローラ(20)と板ばね(21)を、ポケット3c1の軸方向の開口部から該ポケット3c1内に組み入れることができるので、組立作業が容易である。
【0027】
内輪3は、例えば、肌焼鋼、機械構造用炭素鋼、軸受鋼等の鋼材から鍛造加工によって成形され、浸炭焼入れ焼戻し、浸炭窒化焼入れ焼戻し、高周波焼入れ焼戻し、ずぶ焼入れ焼戻し等の適宜の熱処理が施される。この実施形態では、内輪3を形成する鋼材として肌焼鋼(例えばクロムモリブデン鋼SCM420)を使用し、これに熱処理として浸炭焼入れ焼戻しを行って、表層部の表面硬さを57〜62HRCに調整している。尚、内輪3は、鋼材の削出し品、鋼鈑(例えば冷間圧延鋼鈑)のプレス成形品とすることもできる。
【0028】
図5は、静止側部材としての外輪4を示している。外輪4は、半径方向に延びたフランジ部4aと、フランジ部4aの外径端から軸方向の一方に延びた筒状部4cと、筒状部4cの一端から外径側に突出した鍔部4dとを主体として構成される。フランジ部4aには、軸方向の他方に突出した複数(例えば3つ)のストッパ部4a1が円周方向に所定間隔で配列形成される。これらストッパ部4a1は、外輪1の突出部1a2と回転方向に係合して、外輪1の回動範囲を規制する。また、フランジ部4aには、軸方向の他方に突出した一対の係止部4a2と、複数(例えば2つ)の装着部4a3とが形成される。一対の係止部4a2の円周方向外側面には、後述する第1クラッチ部(5)のセンタリングバネ(12:図11参照)の係合部(12a1、12a2)がそれぞれ係止される。また、装着部4a3の外周には、センタリングバネ(12)の巻き部(12a)が装着される。
【0029】
筒状部4cの内周には、出力軸2のカム面2b1との間に正逆両回転方向に楔隙間を形成する円周面4c1が形成される。鍔部4dには、複数(例えば6つ)の切欠き部4d1が円周方向に所定間隔で形成される。切欠き部4d1は、後述する固定側板(7)の加締部(7c:図6参照)と適合する。
【0030】
外輪4は、例えば、肌焼鋼、機械構造用炭素鋼、軸受鋼等の鋼材から鍛造加工によって成形され、浸炭焼入れ焼戻し、浸炭窒化焼入れ焼戻し、高周波焼入れ焼戻し、ずぶ焼入れ焼戻し等の適宜の熱処理が施される。外輪4は形状的にプレス加工によって製作するのが望ましく、これとの兼ね合いから外輪4素材としては浸炭材が好ましい。この実施形態では、外輪4を形成する鋼材として肌焼鋼(例えばクロムモリブデン鋼SCM420)を使用し、これに熱処理として浸炭焼入れ焼戻しを行って、表層部の表面硬さを57〜62HRCに調整している。尚、外輪4は、鋼材の削出し品、鋼鈑(例えば冷間圧延鋼鈑)のプレス成形品とすることもできる。
【0031】
図6は、外輪4に固定される固定側板7を示している。固定側板7は、半径方向に延びたフランジ部7aと、フランジ部7aの外径端から外径側に突出した複数(例えば4つ)のブラケット部7bと、フランジ部7aの外径端から軸方向の一方に突出した複数(例えば6つ)の加締部7cと、フランジ部7aから軸方向の一方に突出した複数(例えば4つ)の係止部7a1と、フランジ部7aの内径端から軸方向の一方に突出したボス部7eとを主体として構成される。4つのブラケット部7bは円周方向に所定間隔で形成され、それぞれに中空ピン状の加締部7b1が一体(又は別体)に形成される。6つの加締部7cは円周方向に所定間隔で形成され、それぞれ、二股状に分岐した一対の爪部7c1を備えている。この加締部7cを外輪4の切欠き部4d1に装着し、一対の爪部7c1を円周方向の相反する方向に加締めて鍔部4dに当接させることにより、外輪4の固定側板7に対する軸方向相対移動および回転方向相対移動を防止することができる。加締部7b1は、相手側部材の取付け穴に加締固定される。
【0032】
ボス部7eの内周には、ラジアル軸受面7e2が形成される。ボス部7eは出力軸2の環状凹部2b4に挿入され、ボス部7eの外周と環状凹部2b4の外周壁との間に後述する摩擦部材(9:図7参照)が装着される。係止部7a1は摩擦部材(9)の凹部(9a)と回転方向に係合して、摩擦部材(9)の固定側板7に対する相対回転を防止する。ボス部7eのラジアル軸受面7e2は、環状凹部2b4のジャーナル面2b5に外挿され、ジャーナル面2b5をラジアル方向に支持する。
【0033】
固定側板7は、例えば、冷間圧延鋼鈑等の鋼鈑材からプレス加工によって成形される。この実施形態では、固定側板7を形成する鋼板材として冷間圧延鋼鈑(例えばSPCE)を使用している。また、加締部7c及び7b1を加締加工する際の加工性等に配慮して、熱処理は施していない。尚、加締部7c及び7b1等の加締加工を行う部位に防炭処理(又は防炭防窒処理)を施して、浸炭焼入れ焼戻し(又は浸炭窒化焼入れ焼戻し)を行っても良い。
【0034】
図7は、制動手段としての摩擦部材9を示している。この実施形態において、摩擦部材9はリング状のもので、その一方の端面には複数(例えば4つ)の凹部9aが円周方向に所定間隔で形成される。凹部9aは、固定側板7の係止部7a1と回転方向に係合して、摩擦部材9の固定側板7に対する相対回転を防止する。
【0035】
摩擦部材9は、ゴムや合成樹脂等の弾性材料で形成され、例えば出力軸2の環状凹部2b4の外周壁に締代をもって圧入される。摩擦部材9の外周と環状凹部2b4の外周壁との間に生じる摩擦力によって、出力軸2に回転方向の制動力(摩擦制動力)が与えられる。この制動力(制動トルク)の大きさは、出力軸2に入力される逆入力トルクの大きさを勘案して適宜設定すれば良いが、逆入力トルクの還流現象を効果的に防止する観点から、想定される逆入力トルクと同程度の大きさに設定するのが好ましい。シート高さ調整装置の場合では、着座シートに着座者が着座した状態で出力軸2に作用する逆入力トルクと同程度の大きさに設定するのが良い。この実施形態のように、制動手段として摩擦部材9を用いると、制動力を摩擦部材9の締代調整によって設定し、また変更できるという利点がある。
【0036】
摩擦部材9の材質は特に問わないが、この実施形態では、摩擦部材9を合成樹脂材料、例えばポリアセタール(POM)にグラスファイバーを30重量%配合した合成樹脂材料の射出成形品としている。
【0037】
図8(図1のB−B断面)は、第1クラッチ部5を示している。第1クラッチ部5は、外輪1に設けられた複数(例えば10個)のカム面1dと、内輪3に設けられた円周面3a2と、カム面1dと円周面3a2との間に介在する係合子としての複数(例えば9個)のローラ10と、ローラ10を保持する保持器11と、保持器11を外輪(4)に回転方向に連結する弾性部材、例えばセンタリングバネ(12:図11参照)とを主要な要素として構成される。カム面1d、円周面3a2、及びローラ10によってロック手段が構成され、保持器11およびセンタリングバネ(12)によって復帰手段が構成される。この実施形態において、カム面1dは円周面3a2との間に正逆両回転方向に楔隙間を形成する。また、外輪1には操作レバー13が結合され、操作レバー13から外輪1に正方向又は逆方向の入力トルクが入力される。また、外輪1の内周と内輪3(筒状部3a)の外周との間の空間部、特にカム面1dと円周面3a2との間にグリースが封入されている。
【0038】
図10は、保持器11を示している。保持器11は、ローラ10を収容する複数(例えば10個)の窓形のポケット11aと、一方の端面から軸方向の一方に突出した係止部11bを備えている。係止部11bは例えば円弧状に形成され、外輪4の係止部4a2の内周側に挿入される。また、係止部11bの円周方向両側面11b1、11b2には、センタリングバネ(12:図11参照)の係合部(12a1、12a2)がそれぞれ係止される。
【0039】
保持器11の材質は特に問わないが、この実施形態では、保持器11を合成樹脂材料、例えばポリアミド66(PA66)にグラスファイバーを30重量%配合した合成樹脂材料の射出成形品としている。
【0040】
尚、この実施形態では、係止部11bの円周方向側面11b1および11b2のうち一方と近接するポケット11a’の軸方向寸法を他のポケット11aよりも小さくしている。保持器11の係止部11bはセンタリングバネ(12)の係合部(12a1、12a2)と係合して、センタリング(12)からバネ力を受けるので、係止部11bの基端部とポケットとの間の軸方向肉厚が小さいと、この部分の強度不足が心配される。そこで、軸方向寸法の小さいポケット11a’を設けることによって、係止部11bの基端部とポケットとの間の軸方向肉厚を大きくとって、かかる強度不足の心配を解消したものである。
【0041】
図11は、センタリングバネ12を示している。センタリングバネ12は、複数の巻き部12aと、内径側に屈曲した両端の係合部12a1、12a2を備えている。係合部12a1、12a2は、円周方向に所定間隔で相対向する。センタリングバネ12は例えば角形線材で形成され、この実施形態では、線材としてピアノ線材(SWPB)を使用している。角形線材を用いることにより、同一の内外径に対して、大きなバネ力を得ることができる。また、各巻き部12aの相互間に隙間を設けることにより、巻き部12a同士の接触による摩擦損失を回避してバネ力の増大を図っている。
【0042】
図11(b)に示す自然状態において、センタリングバネ12の各巻き部12aの巻き中心は、同図における横軸方向に互いにオフセットされている。同図に示す例では、各巻き部12aの巻き中心が奥部側(係合部12a2の側)から手前側(係合部12a1の側)にかけて、漸次、横軸左方向にオフセットされている。
【0043】
図11(c)に示すように、センタリングバネ12は、係合部12a1、12a2間の間隔を自然状態から円周方向に押し広げて(この時、センタリングバネ12は若干拡径する。)、外輪4の係止部4a2および保持器11の係止部11bに係止する。これにより、保持器11がセンタリングバネ12を介して外輪4に回転方向に連結される。上記のオフセットを設けているため、係合部12a1、12a2を外輪4の係止部4a2および保持器11の係止部11bに係止した状態で、すなわち、センタリングバネ12を所定量拡径させた状態で、各巻き部12aの巻き中心が一致して、巻き部12aが略同心円状になる。
【0044】
例えば、保持器11が図11(e)で外輪4に対して時計方向に相対回転すると、センタリングバネ12の時計方向(回転方向前方)の係合部12a1が保持器11の係止部11bに押されて時計方向に弾性変位する{反時計方向(回転方向後方)の係合部12a2は外輪4の係止部4a2に係止される。}。これにより、センタリングバネ12は一対の係合部12a1、12a2間の間隔が押し広げられる方向(拡径する方向)に撓み、その撓み量に応じた弾性力が蓄積される。尚、上記のオフセットを設けているため、センタリングバネ12が同図に示す状態に拡径した場合でも、外輪1の突出部1a2との干渉は起こらない。また、保持器11が同図で反時計方向に相対回転した場合も、上記とは逆の動作によってセンタリングバネ12に弾性力が蓄積される。
【0045】
次に、図12〜図14を参照しながら、第1クラッチ部5の作用について説明する。尚、図12〜図14において、センタリングバネ12および外輪4は模式化され、概念的に示されている。また、操作レバー13も記載が省略されている。
【0046】
図12は、第1クラッチ部5の中立位置を示している(図8に示す状態)。中立位置において、ローラ10はカム面1dの中央部に位置し、カム面1dと円周面3a2との間に形成される正逆両回転方向の楔隙間からそれぞれ離脱する。ローラ10の直径は、カム面1dの中央部と円周面3a2との間の半径方向距離よりも若干小さく設定されており、ローラ10とカム面1dの中央部および円周面3a2との間には半径方向隙間がある。尚、後述するように、出力軸2から入力される逆入力トルクは第2クラッチ部6で正逆両回転方向にロックされる。従って、内輪3は、操作レバー13(外輪1)から入力される入力トルクに対してのみ回動動作を行い、出力軸2から逆入力トルクが入力されても回動せず、その位置を保持する。
【0047】
図13は、操作レバー13を揺動操作して、外輪1に入力トルクを入力した時の状態を示している。例えば、同図において、外輪1に反時計方向の入力トルクが入力されると、外輪1の回動に伴い、カム面1dがローラ10に対して反時計方向に相対移動して、ローラ10がその方向の楔隙間に楔係合する。これにより、外輪1からの入力トルクがローラ10を介して内輪3に伝達され、外輪1、ローラ10、保持器11、および内輪3が一体となって反時計方向に回動する。そして、保持器11の回動に伴ってセンタリングバネ12が撓み、その撓み量に応じた弾性力fが蓄積される。尚、外輪1の回動量の最大範囲は、外輪1の突出部1a2と外輪4のストッパ部4a1との係合によって規制される。
【0048】
図14は、図13に示す状態から操作レバー13(外輪1)を開放した時の状態を示している。センタリングバネ12に蓄積された弾性力fによって、保持器11に時計方向の回動力が働き、ローラ10が保持器11に押されてカム面1dを押圧する。そうすると、外輪1が開放されているので、ローラ10、保持器11、および外輪1が内輪3に対して時計方向に空転して、図12に示す中立位置に復帰する。その際、内輪3は、図13の回動操作によって与えられた回動位置をそのまま維持する。従って、図13の回動操作を繰り返し行った場合では、内輪3に各回動操作ごとの回動量が重畳的に蓄積される。尚、図12において、外輪1に時計方向の入力トルクが入力された場合は、上記とは逆の動作を行う。
【0049】
図15(図1のA−A断面)は、第2クラッチ部6を示している。第2クラッチ部6は、外輪4に設けられた円周面4c1と、出力軸2に設けられた複数(例えば8つ)のカム面2b1と、各カム面2b1と円周面4c1との間に介在する係合子としての一対(例えば総数8対)のローラ20と、一対のローラ20に配置されて両ローラ20に離反方向の押圧力を付与する弾性部材、例えば断面略N字形の板バネ21と、内輪3の柱部3cと、内輪3のピン3b1および出力軸2のピン孔2b3とを主要な要素として構成される。カム面2b1、円周面4c1、一対のローラ20、および板ばね21によってロック手段が構成され、一対のローラ20の円周方向両側に位置する内輪3の柱部3cによってロック解除手段が構成され、内輪3のピン3b1および出力軸2のピン孔2b3によってトルク伝達手段が構成される。外輪4の内周と出力軸2(大径部2b)の外周との間の空間部、特にカム面2b1と円周面4c1との間にグリースが封入されている。
【0050】
この実施形態において、板バネ21は、図22に示すように、2つの円弧状の屈曲部21a、屈曲部21aの対向端部同士をつなぐ連結部21b、および両屈曲部21aの他方の端部から延びる側板部21cからなる断面略N字型である。2つの側板部21cはほぼ平行な平坦面で、連結部21bはこれらに対して傾斜した平坦面状である。この板バネ21は、例えばステンレス鋼(例えばSUS301CPS−H)で形成し、さらに熱処理としてテンパー処理を施して形成される。
【0051】
図16に拡大して示すように、中立位置において、一対のローラ20は板ばね21によって、それぞれ、カム面2b1と円周面4c1との間に形成される正逆両回転方向の楔隙間の方向に押圧される。この時、内輪3の各柱部3cと各ローラ20との間にはそれぞれ回転方向隙間δ1が存在する。また、内輪3のピン3b1と出力軸2のピン孔2b3との間には正逆両回転方向にそれぞれ回転方向隙間δ2が存在する。回転方向隙間δ1と回転方向隙間δ2とは、δ1<δ2の関係を有する。回転方向隙間δ1の大きさは、例えば0〜0.4mm(第2クラッチ部6の軸心を中心として0〜1.5°)程度、回転方向隙間δ2の大きさは、例えば0.4〜0.8mm(第2クラッチ部6の軸心を中心として1.8〜3.7°)程度である。
【0052】
同図に示す状態で、例えば、出力軸2に時計方向の逆入力トルクが入力されると、反時計方向(回転方向後方)のローラ20がその方向の楔隙間と楔係合して、出力軸2が外輪4に対して時計方向にロックされる。出力軸2に反時計方向の逆入力トルクが入力されると、時計方向(回転方向後方)のローラ20がその方向の楔隙間と楔係合して、出力軸2が外輪4に対して反時計方向にロックされる。従って、出力軸2からの逆入力トルクは、第2クラッチ部6によって正逆両回転方向にロックされる。
【0053】
図17は、外輪1からの入力トルク(同図で時計方向)が第1クラッチ部5を介して内輪3に入力され、内輪3が同図で時計方向に回動を始めた初期状態を示している。回転方向隙間がδ1<δ2に設定されているため、先ず、内輪3の反時計方向(回転方向後方)の柱部3cがその方向(回転方向後方)のローラ20と係合して、これを板ばね21の弾性力に抗して時計方向(回転方向前方)に押圧する。これにより、反時計方向(回転方向後方)のローラ20がその方向の楔隙間から離脱して、出力軸2のロック状態が解除される。従って、出力軸2は時計方向に回動可能となる。
【0054】
内輪3がさらに時計方向に回動すると、図18に示すように、内輪3のピン3b1が出力軸2のピン孔2b3と時計方向に係合する。これにより、内輪3からの時計方向の入力トルクがピン3b1およびピン孔2b3を介して出力軸2に伝達され、出力軸2が時計方向に回動する。外輪1に反時計方向の入力トルクが入力された場合は、上記とは逆の動作で出力軸2が反時計方向に回動する。従って、外輪1からの正逆両回転方向の入力トルクは、第1クラッチ部5、内輪3、およびトルク伝達手段としてのピン3b1およびピン孔2b3を介して出力軸2に伝達され、出力軸2が正逆両回転方向に回動する。尚、内輪3からの入力トルクがなくなると、板ばね21の弾性復元力によって図16に示す中立位置に復帰する。
【0055】
図23(a)(b)に示すように、一対のローラ20はロックを開放するたびに内輪3によって押圧されるが、押圧に伴ってローラ20間の隙間(バネ空間)がL1からL2となって狭くなるため(L2<L1)、ローラ20間の板バネ21には大きな撓み(応力)が生じる。そのため、板バネ20としてはこのような応力に対しても塑性変形を起こさない弾性限度の高いものが望まれる。上述した断面N型の板バネ21は、二箇所に屈曲部21aを有するために屈曲部21aでの撓みが少なく、図24(a)(b)に示す断面U字型や断面V字型のように一箇所にのみ屈曲部21a’を有する板バネ21’に比べて塑性変形を起こしにくい。従って、N型の板バネ21を使用することにより、バネ空間寸法Hを縮小してクラッチユニットの小型化を図ることが可能となる。また、U字型やV字型の板バネ21’では、出力軸2のカム面2b1に板バネ21’装着用の軸方向溝23(図24参照)が必要となるが、N型の板バネ21は自立可能であるため、この種の溝が不要であり、カム面2b1のうちで板バネ21の取り付け部を溝のない平坦面とすることができる(図3(b)参照)。従って、出力軸2の加工コストを低減すると共に、溝の形成による応力集中の問題を回避することができる。
【0056】
板バネ21の屈曲部21aを三箇所以上に形成してもよいが、その場合には十分な押圧力を得ることが困難となり、かつバネ空間寸法も大きくなる点が懸念される。板バネ21の代わりに図25に示す円錐バネのようなコイルバネ22を使用すれば、バネ空間寸法を小さくしつつも十分な弾性限度が得られるが、互いに絡み易く、分離が困難となるために部品管理上問題を生じる。以上の理由から、弾性部材としては、板バネ21、特に二つの屈曲部21aを有する板バネが望ましい。もちろん上記弊害が問題とならないのであれば、U字型やV字型の板バネ21、あるいはコイルバネ22を使用することもできる。
【0057】
ところで、クラッチの外径寸法を保持しつつクラッチのトルク容量を大きくするためには、図26(a)に示すストラト角θを大きくするのが効果的である。ここで、ストラト角とは、外輪4の円周面4c1および出力軸2のカム面2b1に対するローラ20の接触点とローラ20の中心とを結んでできる三角形の内角のうちで鋭角のものをいう。同図(b)に示すようにストラト角θを大きくすると、楔空間に噛み込んだローラ20の受ける面圧が低くなり、トルク容量を大きくすることができるが、その一方でストラト角θが過大であるとローラ20が楔空間に噛み込まなくなってクラッチとしての機能が害される。従って、クラッチとしての機能を確保しつつ十分なトルク容量を得るためには、ストラト角θを3°〜4.5°の範囲、より好ましくは4°〜4.5°の範囲に設定するのがよい。
【0058】
以上の実施形態では、図27に拡大して示すように、出力軸2のカム面2b1を円周に対して弦をなす平坦面としているが、このカム面2b1を図28に示すように二つのテーパ面で中央部に鈍角の頂部を有する凸状に形成すると、ストラト角θを平坦状のカム面と同程度にした場合でもバネ空間寸法がL3からL4に拡大するので(L3<L4)、板バネ21の設計自由度が向上し、板バネ21の剛性アップによるトルク容量の増大や、板バネ21寸法の小型化によるクラッチユニットの小型化が可能となる。この場合、二つのテーパ状カム面2b1のテーパ角φは1°〜5°の範囲に設定するのが望ましい。
【0059】
上述した外輪1、出力軸2、内輪3、外輪4、第1クラッチ部5、第2クラッチ部6、固定側板7および摩擦部材9を図1に示す態様でアッセンブリすると、この実施形態のクラッチユニットが完成する。外輪1には例えば樹脂製の操作レバー(13)が結合され、出力軸2は図示されていない出力側機構の回動部材に連結される。また、固定側板7は図示されていないケーシング等の固定部材に加締部7b1で加締固定される。尚、外輪1は、鍔部1cの外側に装着されたワッシャ(又はナット)18と外輪4のフランジ部4aとの間で所定の隙間をもって軸方向の両側に抜け止め規制される。
【0060】
第1クラッチ部5において、センタリングバネ12は外輪1の突出部1a2の内周に収容され、外輪1の一方の端面と外輪4のフランジ部4aとの間で軸方向の両側に抜け止め規制される。また、保持器11およびローラ10は、外輪1の鍔部1cと外輪4のフランジ部4aとの間で軸方向の両側に抜け止め規制される。第1クラッチ部5の保持器11、ローラ10、およびセンタリングバネ12が外輪1の内部に収容されており、入力側部分に突出した部分がない。また、保持器11が内輪3の円周面3a2に外挿され、保持器11の回動が内輪3の円周面3a2によって案内されるので、回動時の保持器11の傾きがなく、円滑なクラッチ動作が可能である。
【0061】
第2クラッチ部6は、外輪4と固定側板7とで囲まれた空間部に径方向および軸方向にコンパクトに収められている。また、ロック解除手段としての柱部3cと、トルク伝達手段としてのピン3b1が内輪3に一体に設けられているので、部品点数が少なく、構造も簡単である。また、柱部3c間のポケット3c1が軸方向の一方(側板7側)に開口した形状であるため、出力軸2、内輪3、外輪4等をアッセンブリした後、ローラ20と板ばね21を、ポケット3c1の軸方向の開口部から該ポケット3c1内に組み入れることができ、組立作業が容易である。
【0062】
さらに、出力軸2を内輪3のラジアル軸受面3a1と固定側板7のラジアル軸受面7e2によって両持ち的に支持する構造であるため、出力軸2の回動動作が安定し、しかも第1クラッチ部5および第2クラッチ部6に偏荷重が作用しにくく、円滑なクラッチ動作が可能である。
【0063】
図19は、自動車の乗員室に装備される座席シート30を示している。座席シート30は着座シート30aと背もたれシート30bとで構成され、着座シート30aの高さHを調整するシート高さ調整装置31、背もたれシート30bの傾斜θを調整するシート傾斜調整装置32、および着座シート30aの前後位置Lを調整するシートスライド調整装置(図示省略)を備えている。着座シート30aの高さHの調整はシート高さ調整装置31の操作レバー31aによって行い、背もたれシート30bの傾斜θの調整はシート傾斜調整装置32の操作レバー32aによって行い、着座シート30aの前後位置Lの調整はシートスライド調整装置の操作レバー(図示省略)によって行う。上述した実施形態のクラッチユニットは、例えばシート高さ調整装置31に組込まれる。
【0064】
図20(a)は、シート高さ調整装置31の一構造例を概念的に示している。シートスライドアジャスタ31bのスライド可動部材31b1にリンク部材31c、31dの一端がそれぞれ回動自在に枢着される。リンク部材31cの他端はリンク部材31eを介してセクターギヤ31fに回動自在に枢着される。セクターギヤ31fは着座シート30aに回動自在に枢着され、支点31f1回りに揺動可能である。リンク部材31dの他端は着座シート30aに回動自在に枢着される。上述した実施形態のクラッチユニットXは、固定側板7を介して着座シート30aの適宜の部位に固定され、その外輪1に例えば樹脂製の操作レバー31a(図8、図9における操作レバー13に相当)が結合され、出力軸2にセクターギヤ31fと噛合するピニオンギヤ31gが連結される。
【0065】
例えば、図20(b)において、操作レバー31aを反時計方向(上側)に揺動操作すると、その方向の入力トルクがクラッチユニットXを介してピニオンギヤ31gに伝達され、ピニオンギヤ31gが反時計方向に回動する。そして、ピニオンギヤ31gと噛合するセクターギヤ31fが時計方向に揺動して、リンク部材31cの他端をリンク部材31eを介して引っ張る。その結果、リンク部材31cとリンク部材31dが共に起立して、着座シート30aの座面が高くなる。このようにして、着座シート30aの高さHを調整した後、操作レバー31aを開放すると、操作レバー31aが第1クラッチ部5のセンタリングバネ12の弾性力(弾性復元力)によって時計方向に回動して元の位置(中立位置)に戻る。尚、操作レバー31aを時計方向(下側)に揺動操作した場合は、上記とは逆の動作によって、着座シート31aの座面が低くなる。また、高さ調整後に操作レバー31aを開放すると、操作レバー31aが反時計方向に回動して元の位置(中立位置)に戻る。
【0066】
上記構成のシート高さ調整装置31によれば、操作レバー31aの揺動操作のみで着座シート30aの高さHを調整することができ、しかも、高さ調整後の着座シート30aの高さ位置を自動的に保持することができる。また、高さ調整後に操作レバー31aを開放すると、操作レバー31aを中立位置に自動復帰させることができ、その場合でも復帰時の動作が円滑でラチェット機構のような騒音発生の問題も生じない。さらに、摩擦部材9によって出力軸2に回転方向の制動力を与えているので、操作レバー31aの操作時における逆入力トルクの還流現象がなく(又は少なく)、安定した調整操作が可能である。
【0067】
尚、上述した実施形態のクラッチユニットにおける内輪3に代えて、図21に示す内輪3’を使用しても良い。同図に示す内輪3’は、筒状部3aと、それ以外の部分(フランジ部3b、柱部3c、及びピン3b1からなる部分)とを別体構造とし、両部分をロー付け等の適宜の固着手段で固着したものである。一体構造の内輪3に比べ、比較的低コストでかつ精度良く製造できるという利点がある。
【0068】
本発明によれば、出力側機構の位置調整および位置保持と、入力側部材(操作部材)の位置復帰とを実現することができ、しかも構造が簡単で動作が円滑であり、小型・低コストのクラッチユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係るクラッチユニットを示す縦断面図である。
【図2】外輪(入力側部材)の縦断面図{図2(a)}、正面図{図2(b)}である。
【図3】出力軸(出力側部材)の縦断面図{図3(a)}、正面図{図3(b)}である。
【図4】内輪(制御部材)の正面図{図4(a)}、縦断面図{図4(b)}、部分平面図{図4(c)}である。
【図5】外輪(静止側部材)の正面図{図5(a)}、縦断面図{図5(b)}である。
【図6】固定側板の縦断面図{図6(a)}、正面図{図6(b)}である。
【図7】摩擦部材(制動手段)の縦断面図{図7(a)}、正面図{図7(b)}である。
【図8】第1クラッチ部を示す横断面図{図1のB−B断面}である。
【図9】第1クラッチ部を示す正面図である。
【図10】第1クラッチ部の保持器を示す横断面図{図9(a)}、縦断面図{図9(b)}、正面図{図9(c)}である。
【図11】第1クラッチ部のセンタリングバネを示す側面図{図10(a)}、正面図{図10(b)}、装着図{図10(c)}、拡大断面図{図10(d)}、作動図{図10(e)}である。
【図12】第1クラッチ部の作用を説明する概念図である(中立位置)。
【図13】第1クラッチ部の作用を説明する概念図である(トルク伝達時)。
【図14】第1クラッチ部の作用を説明する概念図である(復帰時)。
【図15】第2クラッチ部を示す横断面図{図1のA−A断面}である。
【図16】第2クラッチ部の作用を説明する部分拡大横断面図である(中立位置)。
【図17】第2クラッチ部の作用を説明する部分拡大横断面図である(ロック解除時)。
【図18】第2クラッチ部の作用を説明する部分拡大横断面図である(トルク伝達時)。
【図19】自動車の座席シートを示す概念図である。
【図20】シート高さ調整装置の一構造例を示す概念図である。
【図21】制御部材(内輪)の他の実施形態を示す正面図{図21(a)}、縦断面図{図21(b)}である。
【図22】第2クラッチ部に使用される弾性部材の斜視図である。
【図23】第2クラッチ部の作用を説明する部分拡大横断面図で、ロック時{図23(a)}、ロック解除時{図23(b)}を示す。
【図24】弾性部材の他例を表す斜視図で、U型板バネ{図24(a)}、およびV型板バネ{図24(b)}を示す。
【図25】弾性部材の他例(コイルバネ)を表す斜視図である。
【図26】第2クラッチ部の作用を説明する部分拡大横断面図で、ストラト角の小さい場合{図23(a)}と大きい場合{図23(b)}を示す。
【図27】第2クラッチ部の作用を説明する部分拡大横断面図である(カム面が平坦面)。
【図28】第2クラッチ部の作用を説明する部分拡大横断面図である(カム面がテーパ面)。
【符号の説明】
1 外輪(入力側部材)
2 出力軸(出力側部材)
2b1 カム面
3 内輪(制御部材)
4 外輪(静止側部材)
5 第1クラッチ部
6 第2クラッチ部
7 固定側板
9 摩擦部材(制動手段)
20 ローラ(係合子)
21 板バネ(弾性部材)
Claims (8)
- トルクが入力される入力側部材と、
トルクが出力される出力側部材と、
入力側部材からの入力トルクを出力側部材に伝達する制御部材と、
回転が拘束される静止側部材と、
入力側部材と制御部材との間に設けられ、入力側部材からの入力トルクを制御部材に伝達する第1クラッチ部と、
静止側部材と出力側部材との間に設けられ、弾性部材の弾性力により、一対の係合子を正逆両回転方向の楔空間にそれぞれ押し込んで、出力側部材からの正逆方向の逆入力トルクを静止側部材との間でロックする第2クラッチ部とを備え、
第2クラッチ部は、出力側部材からの逆入力トルクに対して出力側部材と静止側部材とをロックするロック手段と、入力側部材からの入力トルクに対してロック手段によるロック状態を解除するロック解除手段と、ロック手段によるロック状態が解除された状態のときに制御部材と出力側部材との係合で入力トルクを伝達するトルク伝達手段とを備え、
トルク伝達手段を、ピンと、出力側部材に設けたピン孔とで構成し、
制御部材に、第2クラッチ部のロック解除手段である柱部と、柱部の内径側で出力側部材のピン孔と係合可能であり、かつ柱部と分離して形成された前記ピンとを設け、
第2クラッチ部の弾性部材を、複数の屈曲部を有し、かつ各屈曲部を第2クラッチ部の半径方向内径側と外径側に交互に配した板バネで形成したことを特徴とするクラッチユニット。 - 板バネが、隣接する屈曲部の一端同士をつなぐ連結部と、第2クラッチ部の円周方向両端の屈曲部の他端から延びる側板部とを有する請求項1記載のクラッチユニット。
- 楔空間を形成する出力側部材のカム面が、板バネの取付け部において平坦面である請求項2記載のクラッチユニット。
- 出力側部材が前記楔空間を形成するカム面を有し、出力側部材のカム面の中央部を二つのテーパ面で凸状に形成した請求項1記載のクラッチユニット。
- テーパ面の傾斜角が1°〜5°である請求項4記載のクラッチユニット。
- 第2クラッチ部のストラト角が3°〜4.5°である請求項4または5記載のクラッチユニット。
- 静止側部材が浸炭材で形成されている請求項1〜6何れか記載のクラッチユニット。
- 第1クラッチ部は、入力側部材からの入力トルクに対して入力側部材と制御部材とをロックするロック手段と、入力側部材が解放されたときに入力側部材を入力トルクが入力される前の中立位置に復帰させる復帰手段とを備えている請求項1または4記載のクラッチユニット。
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