JP5046045B2 - セルフロッククラッチ - Google Patents

Description

本発明は、入力側から駆動力を入力したときは出力側へ伝達し、出力側から駆動力を入力したときは自動的にロックを掛けて入力側へ伝達しないセルフロッククラッチに関する。

従来、モータ等の駆動軸が軸中心に嵌合され、駆動軸の回転駆動により回転する駆動側回転体と、駆動側回転体の外周を包む円筒状のカラーと、カラーの内側において駆動側回転体と同一軸芯上に配置され、回転方向に駆動側回転体と当接可能である当接面を有すると共に、回転方向の位置によってカラーの内周面との距離が異なるよう形成してある制御面を外周面に有する従動側回転体と、カラーの内周面と制御面との間に配置され、カラーの内周面に沿って移動可能な転動体とを備えたセルフロッククラッチがあった。

このセルフロッククラッチは、駆動側回転体が回転し、当接面と駆動側回転体とが当接したとき、転動体は制御面と離間しておりカラーの内周面に沿って移動可能であるよう構成してある。このため、駆動側回転体と従動側回転体とが一体回動可能である。また、駆動側回転体が回転せず、従動側回転体が回転したとき、転動体がカラーの内周面と制御面との間に挟持されるよう構成してある。このため、従動側回転体のさらなる回動は禁止される。さらに、転動体が挟持されたときの制御面と転動体との接触範囲を長くするよう構成してあった。

この技術によると、駆動側回転体が回転したとき、駆動側回転体と従動側回転体との一体回動が許容される。駆動側回転体が回転しないとき、従動側回転体が回転すると、自動的に従動側回転体の回動が禁止される。このため、確実なセルフロックが可能であるとされていた。

さらに、制御面と転動体との接触範囲を長くするよう構成してあるため、セルフロッククラッチを大型化することなく、ロック保持力を向上することができるとされていた。

特開２００１−３３６５５０号

しかし、特許文献１のセルフロッククラッチは、部品点数が多い上に、構造が複雑であるため、費用が高く、動作の信頼性が低い虞があった。

また、例えば、食い違い軸歯車であるウォームギアは、通常、減速比が高くウォームのリードが短い。このため、ウォームギア自身がセルフロック機能を有し、ウォームホイール側から駆動することはできない。しかし、ギア効率を高めるためにウォームのリードを長くした場合、ウォームのねじり角が安息角を越えるとウォームホイール側からの駆動が可能となってしまう。したがって、セルフロック機能を備えると共にギア効率を高めるには限界があった。

本発明は上記実情に鑑み、ギア効率の高い食い違い軸歯車に好適であり、少ない部品点数で確実なセルフロックが可能であるセルフロッククラッチを提供することを目的としている。

本発明に係るセルフロッククラッチの第１特徴構成は、定位置で回動駆動する軸部材と、前記軸部材によって同一軸芯回りに駆動される第一ギアと、該第一ギアと食い違い軸歯車の関係にあり、前記第一ギアの回動によって定位置で回動する第二ギアと、前記第一ギアの前記軸芯の方向の両端に設けられたロック部と、前記軸部材と前記第一ギアとの間に備えられると共に、前記第一ギアの前記軸部材に対する一定角度範囲の相対回動と、前記軸芯方向の一定範囲の相対移動とを許容する動力伝達部とを備え、前記軸部材が回動駆動したとき、前記第一ギアが前記一定角度範囲の何れか一方の端部で前記軸部材に係合して、前記第一ギアの駆動によって前記第二ギアが回動し、前記軸部材が回動駆動しないとき、前記第二ギアの回動によって前記第一ギアが前記一定範囲の何れか一方の端部に位置して、前記第二ギアの歯部が前記ロック部に当接するよう構成してある点にある。

本構成のように、軸部材と第一ギアと第二ギアとロック部と動力伝達部とを備えると、軸部材が回動駆動するとき、第一ギアが一定角度範囲の何れか一方の端部に位置し軸部材と係合して、第一ギアが軸部材と一体回動し、第一ギアの駆動によって第二ギアが回動する。軸部材が回動駆動しないとき、第二ギアが回動すると、第一ギアが軸芯方向に相対移動して、一定範囲の何れか一方の端部に位置する。このとき、第一ギアのロック部と第二ギアの歯部とが当接するため、第二ギアのさらなる回動が禁止される。このように、第二ギアの回動によって自動的にセルフロックが掛かるため、逆駆動防止のための機構を別途備える必要がない。また、簡便な構造かつ少ない部品点数で構成してあるため、製造コストを抑えることができると共に、動作の信頼性が高まる。さらに、セルフロック保持力がロック部と歯部との当接に基づいているため、第二ギアからの回動負荷が大きくなっても、セルフロックが解除される虞が少ない。したがって、誤作動の少ないセルフロッククラッチとすることができる。

本構成の機構は、セルフロック機能を有さない歯車、例えば、ギア効率を高めるがゆえにセルフロック機能を失ったウォームギアに適用すれば、高いギア効率を達成しつつ、ウォームホイール側からの逆駆動を禁止することができる。

本発明に係るセルフロッククラッチの第２特徴構成は、前記第一ギアの外周部に備えられ、回動方向に前記一定角度範囲と一致する長さの対角線及び前記軸芯方向に前記一定範囲と一致する長さの対角線を有する菱形形状の開口部と、前記軸部材の外周部に備られた突起部材とを前記動力伝達部に備え、前記軸部材を前記第一ギアに挿入し、前記開口部の範囲内で前記突起部材が相対移動するよう構成した点にある。

本構成によると、動力伝達部が、第一ギアの外周部に備えられた菱形形状の開口部と、軸部材の外周部に備られた突起部材とを有し、開口部の範囲内で突起部材が相対移動する。このような構成であると、軸部材が何れか一方向に回動駆動したとき、突起部材は菱形形状である開口部の何れか一辺に沿って回動方向の対角線の何れか一方の端部に案内される。軸部材が動方向にさらに回動駆動すると、突起部材が開口部に係合し、第一ギアは軸部材と一体となって回動駆動する。したがって、第一ギアの駆動によって第二ギアを回動させることができる。即ち、回動方向の対角線の長さによって、上述の一定角度範囲が決まる。

また、軸部材が回動駆動していないとき、第二ギアが何れか一方向に回動すると、突起部材は開口部の何れか一辺に沿って軸芯方向の対角線の何れか一方の端部に案内される。突起部がこの端部に位置したとき、第二ギアの歯部がロック部に当接し、第二ギアのさらなる回動が禁止される。よって、第二ギア自身の回動により自動的にセルフロックを掛けることができる。即ち、軸芯方向の対角線の長さによって、上述の一定範囲が決まる。

このような簡便な構成で確実なセルフロックが可能となり、故障が少なく信頼性の高いセルフロッククラッチとすることができる。さらに、製造コストを抑えることができると共に、修理や部品交換も簡単となる。

本発明に係るセルフロッククラッチの第３特徴構成は、前記第一ギアおいて、歯部を備えた有歯部の径よりも前記軸芯方向の両端部を拡径することにより前記ロック部を構成してある点にある。

本構成によると、第一ギアにおいて、歯部を備えた有歯部の径よりも軸芯方向の両端部を拡径することによりロック部を構成するため、ロック部の形成が簡便であり、また、当接可能な第二ギアの歯の形状やギア寸法のバリエーションが広がる。

本発明に係るセルフロッククラッチの第４特徴構成は、前記一定範囲の端部から前記第一ギアが離れるよう付勢する付勢手段を備えた点にある。

本構成にように、一定範囲の端部から第一ギアが離れるよう付勢する付勢手段を備えると、一定範囲の端部に第一ギアが位置する状態から軸部材が回動駆動し始めたとき、一定範囲の端部から第一ギアが円滑に離れる。したがって、第一ギアの相対移動が補助され、食い違い軸歯車の駆動を円滑に始動することができる。

以下、本発明に係るセルフロッククラッチを、ギア効率の良いウォームギアに適用した実施形態を図面に基づいて説明する。各図面において、白抜き矢印は入力側の部材の回動方向を示し、単線の矢印は出力側の部材の回動又は移動方向を示す。

（全体構成）
セルフロッククラッチＣは、図１に示すごとく、軸部材１と、第一ギアとしてのウォーム２と、第二ギアとしてのウォームホイール３とを備えている。セルフロッククラッチＣは、図示しないハウジングの内部に収容してある。ウォーム２とウォームホイール３とによって、食い違い軸歯車であるウォームギアを構成してあり、本ウォームギアは円筒ウォームギアである。

軸部材１は、図１に示すごとく、駆動力の入力によって軸芯Ｌの回りに正逆両方向の回動駆動が可能である。軸部材１の駆動力源は、モータ等による電動であっても、手動であっても良い。軸部材１がガタつかないよう、モータ等はハウジングに確実に固定してある。

ウォーム２は、図１に示すごとく、歯部２１ａを備えたウォーム部２１と、ウォーム部２１の両端部をウォーム部２１よりも拡径した円筒状の拡径部２２とを備えると共に、軸部材１と一体回動駆動したとき、ウォームホイール３を回動させる。ウォーム部２１が、本発明における「有歯部」であり、拡径部２２が、本発明における「ロック部」である。

ウォームホイール３は、ウォーム部２１と噛合う歯部３１を外周に備え、定位置で回動可能なようにハウジングに枢支されている。本実施形態においては、ウォーム２が図１の白抜き矢印の方向に回動したとき、単線の矢印が示す反時計回りにウォームホイール３が回動するよう、歯部２１ａと歯部３１とを構成してある。即ち、ウォーム２が白抜き矢印と反対方向に回動すると、ウォームホイール３は時計回りに回動する。

また、ギア効率を良くするために、ウォーム部２１のリードは通常のウォーム２のリードよりも長く設定してある。このため、ウォーム２のねじり角が安息角を越え、ウォームギア自体のセルフロック機能が働き難い。

さらに、後述する動力伝達部の働きにより、ウォーム２は、軸芯Lの回り方向の一定角度範囲で軸部材１に対する相対回動が可能であると共に、軸芯Ｌの方向の一定範囲で軸部材１に対する相対移動が可能である。ウォーム２の回動と相対移動とを安定させるために、少なくとも軸部材１と反対側の拡径部２２はハウジングに固定した支持部材（図示しない）によって保持してある。

（動力伝達部）
図１において点線で示すごとく、拡径部２２の一部を中空構造としており、その中空部分に軸部材１を摺動可能に挿入してある。このため、ウォーム２は軸部材１と同一の軸芯Ｌの回りに回動可能である。中空部分の外周面から内径方向に菱形形状の開口部２３を開口してある。また、軸部材１は径方向外側に突出した円筒形状の突起部材１１を外周面に備えており、突起部材１１が開口部２３の範囲内に位置するよう構成してある。例えば、突起部材１１の形状に合わせた取付孔（図示しない）を軸部材１の外周面に形成した上で軸部材１をウォーム２に挿入する。この後、開口部２３の範囲内に取付孔を位置させ、突起部材１１を取付孔に固定する。即ち、ウォーム２の軸部材１に対する相対移動範囲及び相対回動範囲は、開口部２３の内側で突起部材１１が移動する範囲に規制される。

菱形形状の一方の対角線が軸芯Ｌと平行となるよう開口部２３の配置を決定してある。即ち、他方の対角線は回動方向に沿っている。図１は平面図であるため、開口部２３の四辺が湾曲しているが、拡径部２２を回動方向に展開すると、四辺は直線であり、開口部２３は略菱形形状である。ただし、開口部２３の四隅である第一端部２４ａ、第二端部２４ｂ、第三端部２４ｃ及び第四端部２４ｄは突起部材１１の外周の形状が合致するようＲ状に面取りしてある。第一端部２４ａと第四端部２４ｄとの間の辺が第一辺部２５ａであり、第一端部２４ａと第三端部２４ｃとの間の辺が第二辺部２５ｂである。また、第二端部２４ｂと第三端部２４ｃとの間の辺が第三辺部２５ｃであり、第二端部２４ｂと第四端部２４ｄとの間の辺が第四辺部２５ｄである。

即ち、軸芯Lの回り方向のウォームの相対回動範囲は、第一端部２４ａと第二端部２４ｂとの間で突起部材１１が移動する範囲であり、この範囲が本発明における「一定角度範囲」である。また、軸芯Ｌの方向のウォーム２の相対移動範囲は、第三端部２４ｃと第四端部２４ｄとの間で突起部材１１が移動する直線距離に等しく、この範囲が本発明における「一定範囲」である。

さらに、突起部材１１が第三端部２４ｃに位置したとき、軸部材１と反対側の拡径部２２の外周端部２２ａがウォームホイール３の歯部３１と歯部３１との間に噛み込むよう、軸部材１と反対側の拡径部２２の径を決定してある。また、突起部材１１が第四端部２４ｄに位置したとき、軸部材１の側の拡径部２２の外周端部２２ａがウォームホイール３の歯部３１と歯部３１との間に噛み込むよう、軸部材１の側の拡径部２２の径を決定してある。したがって、ウォーム２が一定範囲の端部の何れか一方に位置したとき、ウォームホイール３と拡径部２２とが当接して、ウォームホイール３の回動は禁止される。

（セルフロッククラッチの動作）
上述のごとく構成してあるセルフロッククラッチＣの動作を説明する。図２及び図３において、（ａ）図はセルフロッククラッチＣの平面図を示し、（ｂ）図は開口部２３の断面図である。図４及び図５において、（ａ）図はセルフロッククラッチＣの平面図を示し、（ｂ）図は開口部２３の展開図である。

例えば、図１に示す状態から、軸部材１を白抜き矢印の方向に回動駆動したとき、図２に示すように突起部材１１が開口部２３の第一端部２４ａに位置する状態まではウォーム２は回動しない。突起部材１１が開口部２３の第一端部２４ａに位置した後、図３に示すごとく、さらに軸部材１が同方向に回動駆動すると、突起部材１１が開口部２３に係合してウォーム２が軸部材１と一体回動する。よって、ウォーム２の回動によりウォームホイール３も単線の矢印で示す反時計回りに適切に回動する。図示はしないが、軸部材１が白抜き矢印と反対側の方向に回動駆動した場合は、突起部材１１が第二端部２４ｂ（図１参照）に位置し、突起部材１１と開口部２３とが係合して、ウォーム２は軸部材１と一体回動する。

図３の状態で軸部材１の回動駆動を停止した後、例えば、図４に示すごとく、白抜き矢印で示す反時計回りにウォームホイール３が回動しようとすると、歯部３１及び歯部２１ａの接触によりウォームホイール３の回動力が回動力及び軸力としてウォーム２に伝わる。このため、ウォーム２は回動力により単線の矢印の方向に相対回動しつつ、軸力により軸芯Ｌの右方向に相対移動する。突起部材１１が第三端部２４ｃに位置したとき、軸部材１と反対側の拡径部２２に歯部３１が当接し、ウォームホイール３のそれ以上の回動は禁止される。

この際、突起部材１１が開口部２３の第二辺部２５ｂに沿って第一端部２４ａから第三端部２４ｃへ移動するため、ウォーム２の移動は円滑である。また、ウォーム２が単線矢印方向に相対回動するよう回動力が作用しているため、ウォーム２は一定範囲の端部にさらに円滑に移動する。

また、図３の状態で軸部材１の回動駆動を停止した後、図５に示すごとく、白抜きの矢印で示す時計回りにウォームホイール３が回動しようとすると、同様に、歯部３１及び歯部２１ａの接触によりウォームホイール３の回動力が回動力及び軸力としてウォーム２に伝わる。このため、ウォーム２は回動力により単線の矢印の方向に相対回動しつつ、軸力により軸芯Ｌの左方向に相対移動する。突起部材１１が第四端部２４ｄに位置したとき、歯部３１が軸部材１の側の拡径部２２に係止し、ウォームホイール３のそれ以上の回動は禁止される。

この際、突起部材１１が開口部２３の第一辺部２５ａに沿って第一端部２４ａから第四端部２４ｄへ移動するが、ウォーム２が単線矢印方向に相対回動するよう回動力が作用しているため、突起部材１１は移動しづらい。したがって、第一辺部２５ａの傾きをある程度大きくし、第一辺部２５ａによる突起部材１１への抵抗を小さくするべきである。

図４に示す状態において、軸部材１を何れか一方向に回動駆動させると、突起部材１１が第二辺部２５ｂ又は第三辺部２５ｃに沿って相対移動し、ウォーム２は軸部材１に対して左方向に相対移動する。突起部材１１が第一端部２４ａ又は第二端部２４ｂに位置したとき、ウォームホイール３と拡径部２２との係止が外れており、ウォーム２は軸部材１と一体回動する。図５に示す状態において、軸部材１を回動駆動した場合も同様であるため、説明は省略する。

このように、軸部材１が回動駆動していないとき、ウォームホイール３の回動によって自動的にロックが掛かるセルフロッククラッチＣであるため、逆駆動防止のための機構を別途備える必要がない。また、簡便な構造かつ少ない部品点数であるため、製造コストを抑えることができると共に、動作の信頼性が高い。さらに、ロックの保持力が歯部３１と拡径部２２との当接に基づいているため、ウォームホイール３からの回動負荷が大きくなっても、セルフロックが解除されることがない。したがって、誤作動が少ないセルフロッククラッチＣを提供できる。

本実施形態において、ウォーム２が一定範囲の端部から離れるよう付勢する付勢手段（図示しない）を備えると好適である。付勢手段を備えていると、突起部材１１が第三端部２４ｃ又は第四端部２４ｄにある状態から軸部材１が回動駆動し始めたとき、突起部材１１が第三端部２４ｃ又は第四端部２４ｄから離れやすくなり、軸部材１の相対移動が補助される。よって、軸部材１の回動駆動によるウォームギアの動作が円滑に始動する。

しかし、ウォームホイール３の回動駆動に基づく軸力によって、突起部材１１が第三端部２４ｃ及び第四端部２４ｄに位置するようウォームが相対移動する場合において、付勢手段の付勢力がウォーム２に働く軸力を上回っていると、ウォームホイール３と拡径部２２とは当接が外しない。よって、付勢手段の付勢力は慎重に決定しなければならない。

本実施形態における付勢手段は、例えば、ウォーム２の中空部分の底面と軸部材１の先端面との間に備えられたスプリングや板バネであって、突起部材１１が開口部２３の中心に位置するようウォーム２を付勢している。また、上述した支持部材とウォーム２との間にスプリングや板バネを備えても良い。

上述の実施形態では、軸部材１をウォーム２に挿入してから突起部材１１を取付孔に取付ける構成であったが、図６に示すごとく、開口部２３に切欠部２６を備え、先行して突起部材１１を軸部材１に固定してから軸部材１をウォーム２に挿入する構成であっても良い。本構成によると、組付け手間を軽減することができる。この場合であっても、ウォーム２の軸方向の相対移動は両側の拡径部２２の設置間隔で規制することができるため、作動上の問題は生じない。

上述の実施形態では、ギア効率を高めた円筒ウォームギアに本発明に係るセルフロッククラッチを適用した例を示したが、出力側のギアが回動したとき、入力側のギアに軸力が発生する構造である食い違い軸歯車であって、セルフロック機能を有さない歯車であれば、適用することができる。例えば、ハイポイドギア等にも適用可能である。

上述の実施形態では、ウォームホイール側からの回動は常時禁止されるが、手動によりセルフロックを解除する構成を備えても良い。本発明に係るセルフロッククラッチを車両のパワーバックドアに適用した場合、バックドアを自動で開けた後に、手動で閉めたい場合など、任意にセルフロックを解除する構成を備えていると好適である。例えば、ウォームにワイヤーで連結された解除ボタンを備え、解除ボタンを押すとウォームが一定位置の中間に位置するよう構成すれば良い。

本発明に係るセルフロッククラッチを示す平面図 軸部材を回動駆動したときのセルフロッククラッチの動作を示す図であって、（ａ）はセルフロッククラッチの平面図、（ｂ）は開口部の断面図 ウォームが軸部材と一体回動するときのセルフロッククラッチの動作を示す図であって、（ａ）はセルフロッククラッチの平面図、（ｂ）は開口部の断面図 ウォームホイールが回動するときのセルフロッククラッチの動作を示す図であって、（ａ）はセルフロッククラッチの平面図、（ｂ）は開口部の展開図 ウォームホイールが回動するときのセルフロッククラッチの動作を示す図であって、（ａ）はセルフロッククラッチの平面図、（ｂ）は開口部の展開図 開口部に切欠部を備えたセルフロッククラッチを示す図

符号の説明

Ｃ セルフロッククラッチ
Ｌ 軸芯
１ 出力軸（軸部材）
２ ウォーム（第一ギア）
３ ウォームホイール（第二ギア）
１１ 突起部材（動力伝達部）
２１ ウォーム部（有歯部）
２１ａ 歯部
２２ 拡径部（ロック部）
２３ 開口部（動力伝達部）
３１ 歯部

Claims (4)

1. 定位置で回動駆動する軸部材と、
   前記軸部材によって同一軸芯回りに駆動される第一ギアと、
   該第一ギアと食い違い軸歯車の関係にあり、前記第一ギアの回動によって定位置で回動する第二ギアと、
   前記第一ギアの前記軸芯の方向の両端に設けられたロック部と、
   前記軸部材と前記第一ギアとの間に備えられると共に、前記第一ギアの前記軸部材に対する一定角度範囲の相対回動と、前記軸芯方向の一定範囲の相対移動とを許容する動力伝達部とを備え、
   前記軸部材が回動駆動したとき、前記第一ギアが前記一定角度範囲の何れか一方の端部で前記軸部材に係合して、前記第一ギアの駆動によって前記第二ギアが回動し、前記軸部材が回動駆動しないとき、前記第二ギアの回動によって前記第一ギアが前記一定範囲の何れか一方の端部に位置して、前記第二ギアの歯部が前記ロック部に当接するよう構成してあるセルフロッククラッチ。
2. 前記第一ギアの外周部に備えられ、回動方向に前記一定角度範囲と一致する長さの対角線及び前記軸芯方向に前記一定範囲と一致する長さの対角線を有する菱形形状の開口部と、前記軸部材の外周部に備られた突起部材とを前記動力伝達部に備え、
   前記軸部材を前記第一ギアに挿入し、前記開口部の範囲内で前記突起部材が相対移動するよう構成してある請求項１に記載のセルフロッククラッチ。
3. 前記第一ギアにおいて、歯部を備えた有歯部の径よりも前記軸芯方向の両端部を拡径することにより前記ロック部を構成してある請求項１又は２に記載のセルフロッククラッチ。
4. 前記一定範囲の端部から前記第一ギアが離れるよう付勢する付勢手段を備えた請求項１から３の何れか一項に記載のセルフロッククラッチ。

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