JP5948981B2 - クラッチ装置 - Google Patents

Description

本発明は、スプラグ等の係合片によるトルク伝達を断続制御可能なクラッチ装置に関する。

従来のクラッチ装置としては、例えば特許文献１に記載のように、係合片としてのスプラグによるトルク伝達を電磁クラッチ機構によって断続するものがある。

スプラグは、出力部材と入力部材との間に配置され、入力部材側に揺動自在に保持されている。スプラグには、入力部材に対して相対回転自在な制御用保持器が連結され、制御用保持器は、電磁クラッチ機構によって出力部材に対して断続されるようになっている。

この従来のクラッチ装置では、制御用保持器が出力部材に接続されると、出力部材と入力部材との相対回転に応じて制御用保持器がスプラグを揺動させ、出力部材及び入力部材のトルク伝達を行わせる。

制御用保持器が出力部材から切断されると、制御用保持器がばねによって待機位置に保持され出力部材及び入力部材のトルク伝達も切断されることになる。

このように従来のクラッチ装置は、スプラグによるトルク伝達を電磁クラッチ機構によって断続することができるものの、電磁クラッチ機構により装置が大型化するという問題があった。

特開２０００-３０４０６９号公報

解決しようとする問題点は、係合片によるトルク伝達の断続制御のために装置が大型化する点である。

本発明は、係合片によるトルク伝達の断続制御を可能としながら装置の小型化を実現するために、相対回転可能な外側部材及び内側部材間で、前記内側部材側に変位自在に支持され待機位置に対する変位によりトルク伝達を行わせる係合片と、前記係合片を待機位置に付勢する付勢部材と、前記外側部材に対し軸方向に固定された間隔で面が軸方向に対向して前記係合片に連結され前記内側部材に対する相対回転により前記係合片を前記付勢に抗して変位させる駆動部材と、前記駆動部材と前記外側部材との間を、前記対向する面の一方に固定され前記対向する面の他方に摺動しながら通電制御に応じた摩擦係数の変化により前記対向する面の他方との間を断続する摩擦摺動材とを備えたことを最も主な特徴とする。

本発明では、摩擦摺動材の通電制御によって外側部材及び内側部材間で係合片の変位によるトルク伝達の断続制御を行わせることができ、係合片によるトルク伝達の断続制御を可能としながら装置の小型化をも実現することができる。

クラッチ装置を適用したトルク伝達装置の断面図である（実施例１）。 図１のトルク伝達装置の矢印ＩＩ方向から見た正面図である（実施例１）。 図２のトルク伝達装置に用いられるスプラグを示す正面図である（実施例１）。 図２のトルク伝達装置に用いられるマウントプレートを示す正面図である（実施例１）。 図４のＶ−Ｖ線矢視に係る断面図である（実施例１）。 （ａ）及び（ｂ）は、摩擦摺動材の摩擦係数の変化を示す概念図である（実施例１）。

係合片によるトルク伝達の断続制御を可能としながら装置の小型化を実現するという目的を、係合片を動作させる駆動部材と外側部材との間を、一方に固定され他方に摺動しながら通電制御に応じた摩擦係数の変化により断続する摩擦摺動材を備えることで実現した。

好ましくは、外側部材の外周に設けられた周回状のフランジ部と、駆動部材から延設されてフランジ部に対向する周回状のクラッチプレートとを備え、摩擦摺動材が、クラッチプレート及びフランジ部間で一方に固定され他方に摺動しながらクラッチプレート及びフランジ部を介して通電制御される。

係合片としては、スプラグ、ローラー、ボール等を用いることができる。

このような本発明のクラッチ装置は、例えばリハビリ器具の一方向クラッチとして用いることができる。ただし、クラッチ装置は、他の一方向クラッチ或いは二方向クラッチとして用いることも可能である。一方向又は二方向の選択は、係合片であるスプラグ等の形状及びスプラグ等を待機位置に付勢する付勢部材の配置によって行えばよい。

以下、本発明のクラッチ装置を一方向クラッチとして用いる場合の実施例について図面を参照して説明する。

［トルク伝達装置の構成］
図１は、実施例１に係るクラッチ装置を適用したトルク伝達装置の断面図、図２は、図１のトルク伝達装置の矢印ＩＩ方向から見た正面図である。なお、図２では、図１のベアリング４１の記載を省略している。

トルク伝達装置1は、図１及び図２のように、外側部材としての出力リング３と、内側部材としての入力軸５と、係合片であるスプラグ７とを備えている。

出力リング３は、金属等の導電部材からなる中空円筒状に形成されている。出力リング３の外周には、軸方向一端側に周回状のフランジ部９が形成されている。

フランジ部９は、他の部材に接続されて、他の部材に対するトルクの入出力が行われる。出力リング３の内周には、軸方向他端側のベアリング１１を介して入力軸５が相対回転自在に支持されている。

入力軸５は、金属等からなる中実円柱状に形成されている。入力軸５には、他の部材に接続されて、他の部材に対するトルクの入出力が行われる。入力軸５の先端は、出力リング３の内周を挿通して一端側から軸方向に突出している。出力リング３から突出する部分には、第１小径部１３及びこの第１小径部１３よりも小径の第２小径部１５が形成されている。この入力軸５と出力リング３との間には、スプラグ７が設けられている。

図３は、スプラグを示す正面図である。

スプラグ７は、図１〜図３のように、出力リング３と入力軸５との間で、待機位置に対する揺動により変位して、トルク伝達を行わせるものである。本実施例のスプラグ７は、ベアリング１１に隣接して設けられ、出力リング３の軸方向一端側内周とこれに対向する入力軸５の外周との隙間に配置されている。なお、隙間内には、周方向所定間隔毎に複数のスプラグ７が設けられている。

スプラグ７の内外周には、相互に対向する角部に係合面７ａ，７ｂが形成さている。これにより、スプラグ７は、図２の矢印Ａ方向に所定角度傾くと（一方向に揺動すると）、係合面７ａ，７ｂが出力リング３及び入力軸５に係合して両者間をロックする。

このスプラグ７は、支持部であるマウントプレート１７を介して入力軸５側に支持されている。なお、支持部は、マウントプレート１７に代えて、入力軸５に一体のフランジ部として形成することも可能である。

図４は、マウントプレートを示す正面図、図５は、図４のＶ−Ｖ線矢視に係る断面図である。

マウントプレート１７は、図１、図２、及び図４のように、金属等からなる周回状に形成されて、内周が入力軸５の第１小径部１３の外周に嵌合している。このマウントプレート１７の内周側は、入力軸５に対し、軸方向で突き当てられると共にボルト等の締結具１９により締結固定されている。これにより、マウントプレート１７は、後述する絶縁プレート２１、クラッチプレート２３、及び摩擦摺動材２５の内周側に位置するようになっている。

マウントプレート１７の外周側は、入力軸５から径方向に突出してスプラグ７に軸方向で対向している。このマウントプレート１７の外周側には、支持孔２７がスプラグ７に対応して所定間隔毎に複数設けられている。

支持孔２７には、スプラグ７の内周側を貫通するマウントピン２９が支持されている。このマウントピン２９を中心にスプラグ７が揺動自在（変位自在）となっている。

また、マウントプレート１７の外周側には、スプラグ７に対する付勢部材としてのリターンスプリング３１が支持されている。リターンスプリング３１は、例えば板ばねからなり、スプラグ７に対して図２の矢印Ａ方向の前方に位置している。

リターンスプリング３１の一端部は、マウントプレート１７の突起部３３に係合して支持されている。このリターンスプリング３１は、他端部がスプラグ７の側面に当接することで、スプラグ７を待機位置に付勢している。なお、突起部３３は、マウントプレート１７の外周縁部を板厚方向に立ち上げて形成されている（図５参照）。

上記のようにリターンスプリング３１は、マウントプレート１７とスプラグ７との間に設けたが、マウントプレート１７とトリガープレート３７との間に設けることも可能である。

マウントプレート１７の外周縁部には、凹部３５がスプラグ７に対応して所定間隔毎に複数設けられている。凹部３５は、スプラグ７の外周側を軸方向外側に露出させている。露出したスプラグ７の外周側には、駆動部材及び駆動プレートとしてのトリガープレート３７が連結されている。

トリガープレート３７は、図１及び図２のように、金属等からなる周回状に形成され、マウントプレート１７に対して軸方向外側に隣接配置されている。トリガープレート３７の内周側には、ボス部３９が設けられ、ボス部３９は、ベアリング４１を介して入力軸５の第２小径部１５外周に回転自在に支持されている。すなわち、トリガープレート３７は、その内周側で入力軸５に相対回転自在に支持された構成となっている。

なお、トリガープレート３７は、ボス部３９を省略して内周側を入力軸５に対して離間させた構成とすることも可能である。

トリガープレート３７の中間部は、マウントプレート１７の凹部３５を介してスプラグ７の外周側に軸方向で対向している。このトリガープレート３７の中間部には、スプラグ７の外周側を貫通するトリガーピン４３が支持されている。これにより、トリガープレート３７は、入力軸５に対する相対回転により、スプラグ７をリターンスプリング３１の付勢力に抗して揺動させるようになっている。

トリガープレート３７の外周側には、絶縁部材としての絶縁プレート２１を介してクラッチプレート２３が軸方向で支持されている。従って、トリガープレート３７とクラッチプレート２３との間に絶縁プレート２１が介設された構成となっている。

クラッチプレート２３は、金属等の導電部材からなる周回状に形成されている。このクラッチプレート２３は、トリガープレート３７から外周側に向けて延設され、出力リング３のフランジ部９に対向している。クラッチプレート２３とフランジ部９との間には、摩擦係数を変化させる摩擦摺動材２５が設けられている。

図６は、摩擦摺動材の摩擦係数の変化を示す概念図である。

摩擦摺動材２５は、図６のように、電流が印加可能な粒子４５（例えば、有機無機複合型のＥＲ粒子（Electro-rheological））を含有分散させたエラストマ４７（例えば、シリコンゲル）からなる。摩擦摺動材２５は、電力（電場）が印加されることによって表面の粘着性が高速かつ可逆的に変化する。この特性は、電気粘着効果（Electro-adhesive effect）と称されている。

この摩擦摺動材２５は、図１のように、クラッチプレート２３及び出力リング３のフランジ部９間で一方に固定され他方に摺動しながらクラッチプレート２３及びフランジ部９を介して通電制御される。

本実施例の摩擦摺動材２５は、例えばフランジ部９に固定された周回状に形成され、クラッチプレート２３に摺動する。そして、摩擦摺動材２５は、トリガープレート３７と出力リング３との間を通電制御に応じた摩擦係数の変化によって断続させる。

具体的には、図６（ａ）のように、無電地場において摩擦摺動材２５の表面に分散した低摩擦で滑り特性の良い粒子４５がクラッチプレート２３を支持する。従って、摺動摩擦材２５は、低抵抗によってクラッチプレート２３の摺動を許容する。

一方、電場が印加されると、図６（ｂ）のように、粒子４５の沈み込み作用で粘着性の高いエラストマ４７が変形して粒子４５の周囲に集まり、高抵抗によってクラッチプレート２３を粘着する（摺動を防止する）。

なお、摩擦摺動材２５の外周部及び内周部は、図１のように、クラッチプレート２３及びフランジ部９の他方（本実施例ではクラッチプレート２３）の外周部及び内周部よりも径方向外側に突出している。これにより、クラッチプレート２３及びフランジ部９間の絶縁性が確保されている。

摩擦摺動材２５への通電は、クラッチプレート２３及び出力リング３のフランジ部９に接続された電源４９から行われる。その通電制御は、例えば、図示しない制御ユニットやリハビリ器具等の利用者の指示に応じて行われる。
［トルク伝達装置の動作］
以下、本実施例のトルク伝達装置1の動作について、図１及び図２を参照して説明する。

トルク伝達装置1では、摩擦摺動材２５の通電制御を通じて、入力軸５及び出力リング３間でのスプラグ７によるトルク伝達を断続制御する。

具体的には、摩擦摺動材２５を通電すると、摩擦摺動材２５がクラッチプレート２３に粘着して出力リング３のフランジ部９に接続される。このため、トリガープレート３７は、絶縁プレート２１、クラッチプレート２３、摩擦摺動材２５、及びフランジ部９を介して出力リング３に対して接続される。

この状態で、出力リング３が入力軸５に対して図２の矢印Ａ方向に相対回転すると、トリガープレート３７も同様に入力軸５に対して相対回転することになる。

このため、トリガープレート３７は、スプラグ７の外周側を周方向に移動させて、スプラグ７をリターンスプリング３１の付勢力に抗して揺動させる。

揺動したスプラグ７は、出力リング３の内周と入力軸５の外周とに係合し、両者間をロックする。このロック状態では、出力リング３と入力軸５とが一体回転してトルク伝達を行わせることができる。

一方、摩擦摺動材２５の通電が解除されると、摩擦摺動材２５がクラッチプレート２３を非粘着状態で摺動支持し、クラッチプレート２３が出力リング３のフランジ部９から切り離される。結果として、トリガープレート３７が出力リング３から切り離されることになる。

この状態では、スプラグ７がリターンスプリング３１の付勢力によって待機位置に保持され、出力リング３及び入力軸５間を相対回転自在なフリーとする。

従って、フリー状態では、出力リング３及び入力軸５間を自由に相対回転させてトルク伝達を遮断することができる。
［実施例１の効果］
本実施例では、相対回転可能な出力リング３及び入力軸５間で、入力軸５側に揺動自在に支持され待機位置に対する揺動によりトルク伝達を行わせるスプラグ７と、スプラグ７を待機位置に付勢するリターンスプリング３１と、スプラグ７に連結され入力軸５に対する相対回転によりスプラグ７をリターンスプリング３１による付勢に抗して揺動させるトリガープレート３７と、トリガープレート３７と出力リング３との間を、一方に固定され他方に摺動しながら通電制御に応じた摩擦係数の変化により断続する摩擦摺動材２５とを備えている。

従って、本実施例では、摩擦摺動材２５の通電制御により出力リング３及び入力軸５間でスプラグ７の揺動によるトルク伝達の断続制御を行わせることができ、スプラグ７によるトルク伝達の断続制御を可能としながら装置の小型化をも実現することができる。

さらに、本実施例においては、出力リング３の外周に設けられた周回状のフランジ部９と、トリガープレート３７から延設されてフランジ部９に対向する周回状のクラッチプレート２３とを備え、摩擦摺動材２５が、クラッチプレート２３及びフランジ部９間で一方に固定され他方に摺動しながらクラッチプレート２３及びフランジ部９を介して通電制御される。

このため、摩擦摺動材２５の摩擦摺動面を大きく確保して、クラッチプレート２３に対する粘着力を大きくすることができる。結果として、より容易且つ確実にトリガープレート３７と出力リング３との間を断続することができ、装置の性能の安定化を図ることもできる。

同時に、通電対象となる部分を大きくすることになり、設計の自由度をも向上することができる。

しかも、上記構成では、クラッチプレート２３と摩擦摺動材２５との摩擦摺動面を外周側に位置させることができ、両者間の接続に要求される摩擦摺動材２５の粘着力を小さくすることができる。

このため、本実施例では、より容易且つ確実にトリガープレート３７と出力リング３との間を断続することができ、より確実に装置の性能の安定化を図ることができる。

さらに、本実施例では、摩擦摺動材２５への通電制御に、他の部材に対する接続等のためのフランジ部９を利用することができ、より確実に装置の簡素化や小型化を図ることができる。

また、本実施例の摩擦摺動材２５は、その外周部及び内周部が、クラッチプレート２３及びフランジ部９の他方（本実施例ではクラッチプレート２３）の外周部及び内周部よりも外側に突出している。

従って、クラッチプレート２３及びフランジ部９間での絶縁性を確保し、短絡による誤作動等を防止できる。

しかも、クラッチプレート２３とトリガープレート３７との間には、絶縁プレート２１が介設されているので、金属系の材料によって剛性を確保しても短絡による誤作動等を確実に防止できる。

また、本実施例では、トリガープレート３７が絶縁プレート２１を介してクラッチプレート２３を軸方向に支持し、マウントプレート１７が絶縁プレート２１、クラッチプレート２３、及び摩擦摺動材２５の内周側にスプラグ７を揺動自在に支持するマウントプレート１７を備えている。

従って、絶縁プレート２１、クラッチプレート２３、及び摩擦摺動材２５の内周側のスペースを利用してマウントプレート１７を設けることができ、より確実に装置の小型化を図ることができる。

本実施例のトリガープレート３７は、内周側で入力軸５に相対回転自在に支持された周回状に形成されているので、安定した支持によって安定した動作を行うことができる。結果として、より確実に装置全体としての性能の安定化を図ることができる。

３ 出力リング（外側部材）
５ 入力軸（内側部材）
７ スプラグ
９ フランジ部
１７ マウントプレート（支持部）
２１ 絶縁プレート（絶縁部材）
２３ クラッチプレート
２５ 摩擦摺動材
３１ リターンスプリング（付勢部材）
３７ トリガープレート（駆動部材、駆動プレート）

Claims (7)

1. 相対回転可能な外側部材及び内側部材間で、前記内側部材側に変位自在に支持され待機位置に対する変位によりトルク伝達を行わせる係合片と、
   前記係合片を待機位置に付勢する付勢部材と、
   前記外側部材に対し軸方向に固定された間隔で面が軸方向に対向して前記係合片に連結され前記内側部材に対する相対回転により前記係合片を前記付勢に抗して変位させる駆動部材と、
   前記駆動部材と前記外側部材との間を、前記対向する面の一方に固定され前記対向する面の他方に摺動しながら通電制御に応じた摩擦係数の変化により前記対向する面の他方との間を断続する摩擦摺動材と、
   を備えたことを特徴とするクラッチ装置。
2. 請求項１記載のクラッチ装置であって、
   前記係合片は、前記内側部材側に揺動自在に支持され揺動によって前記待機位置に対して変位するスプラグである、
   ことを特徴とするクラッチ装置。
3. 請求項１又は２記載のクラッチ装置であって、
   前記外側部材の外周に設けられた周回状のフランジ部と、
   前記駆動部材から延設されて前記フランジ部に対向する周回状のクラッチプレートとを備え、
   前記摩擦摺動材は、前記クラッチプレート及びフランジ部間で一方に固定され他方に摺動しながら前記クラッチプレート及びフランジ部を介して通電制御される、
   ことを特徴とするクラッチ装置。
4. 請求項３記載のクラッチ装置であって、
   前記摩擦摺動材の外周部及び内周部は、前記クラッチプレート及びフランジ部の他方の外周部及び内周部よりも外側に突出している、
   ことを特徴とするクラッチ装置。
5. 請求項３又は４記載のクラッチ装置であって、
   前記クラッチプレートと前記駆動部材との間に絶縁部材が介設された、
   ことを特徴とするクラッチ装置。
6. 請求項５記載のクラッチ装置であって、
   前記駆動部材は、前記絶縁部材を介して前記クラッチプレートを軸方向に支持し、
   前記内側部材は、前記絶縁部材、クラッチプレート、及び摩擦摺動材の内周側に前記係合片を変位自在に支持する支持部を備えた、
   ことを特徴とするクラッチ装置。
7. 請求項１〜５の何れか一項に記載のクラッチ装置であって、
   前記駆動部材は、内周側で前記内側部材に相対回転自在に支持された周回状の駆動プレートである、
   ことを特徴とするクラッチ装置。

Images