JPH0781597B2

JPH0781597B2 - クラッチ装置

Info

Publication number: JPH0781597B2
Application number: JP13077088A
Authority: JP
Inventors: 健一郎伊藤; 博海野尻; 健郎安達
Original assignee: エヌティエヌ株式会社
Priority date: 1987-10-09
Filing date: 1988-05-27
Publication date: 1995-08-30
Anticipated expiration: 2010-08-30
Also published as: JPH01199026A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、クラッチ装置に関し、特に電動パワーステ
アリング装置に適したクラッチ装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を第14図に
示す。この装置は、ハンドル１を右又は左に回転操作す
ると、車輪２からの抵抗によりハンドル軸３にトルクが
発生する。このトルクをハンドル軸３に設けたセンサー
４により検出し、制御装置５を通じてモータ６を駆動す
る。モータ６の駆動軸は減速機７を介してハンドル軸３
のピニオン８に連結され、これにかみ合ったラック９を
介して車輪２を操舵するようになっている。これによっ
て、非常にわずかなハンドル操作力により車輪を操舵す
ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような電動パワーステアリング装置におい
ては、制御装置5,モータ６及び減速機７を含む駆動系に
異常が発生し、これらが作動しない場合には、ハンドル
軸３に減速機７及びモータ６が連結されているため、手
動によるハンドル操作力が過大となり、実質的に操舵不
能に陥る問題がある。

そのため、減速機７とピニオン８との間にクラッチ装置
10を介在する方法が知られている。

この場合のクラッチ装置10としては、電磁クラッチを使
用することができるが、所要の伝達トルクを得るには大
形になる欠点がある。またかみ合いクラッチを使用する
と、かみ合いの位置合せや負荷時のかみ合い解除に大き
な力を必要とするなどの問題点がある。

この発明の課題は、第１の駆動軸と第２の駆動軸の２つ
の入力を、外部から制御することなく機械的に切り換え
て被駆動軸に伝達することができる伝達の信頼性が高い
小型のクラッチ装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するために、この発明においては、ク
ラッチ外輪の内径面とその外輪の内側に組込んだクラッ
チ内輪の外径面における一方に円筒面を形成し、他方に
傾斜カム面を設け、クラッチ外輪とクラッチ内輪の間に
組込んだ円筒形保持器には、円筒面と傾斜カム面とで形
成される楔形空間と対応する位置にポケットを設け、こ
のポケット内に転動体と、その転動体を押圧するスプリ
ングとを収容し、上記保持器を、クラッチ外輪とクラッ
チ内輪のうち、傾斜カム面を有する側の部材に回転方向
すきまをもって係合し、この回転方向スキマの中立位置
に調整すると共に設定トルクを超えたとき前記回転方向
スキマが無くなるまで弾性変形するトルク設定弾性部材
を前記係合する両部材間に設け、更に前記中立位置にお
いて、保持器のポケット内に収容された転動体が楔形空
間の狭小部に係合していない構成を採用したのである。

そして、製作の容易化を図るため、クラッチ外輪の内径
面に円筒面を形成し、クラッチ内輪の外径面にカム面を
形成し、そのクラッチ内輪と保持器とを回転方向すきま
をもって係合すると共に、クラッチ内輪と保持器とをト
ルク設定弾性部材で連結するのがよい。この場合、トル
ク設定弾性部材としてトーションバーを採用することが
できる。

また、クラッチ装置の容量を高めるため、ポケット内に
収容するスプリングを、板ばねで形成し、その板ばねの
長さ方向に転動体一部が嵌合するスリットを設け、この
板ばねの折曲げによって、一対の転動体のうち、一方の
転動体を押圧する第１の押圧片部と、その押圧片部の両
端に傾斜片部と、その傾斜片部の両端に他方転動体を押
圧する第２の押圧片部とを設けた構成とするのがよい。

〔作用〕

このように構成されたクラッチ装置の保持器を第１の駆
動軸に連結し、クラッチ外輪とクラッチ内輪のうち、傾
斜カム面を有する側の部材を被駆動軸に連結し、更に円
筒面を有する側の部材を第２の駆動軸に連結すれば、設
定トルク以下のときは、トルク設定弾性部材のは撓みは
少なく回転方向スキマの略中立位置となっているため、
保持器のポケット内に収容された転動体は、円筒面と傾
斜カム面で形成された楔形空間の広幅部に位置してクラ
ッチは作動せず、第１の駆動軸から被駆動軸に回転力を
伝達する。設定トルクを超えると、保持器がトルク設定
弾性部材を大きく撓ませ回転方向スキマが無くなるまで
保持器がクラッチ外輪およびクラッチ内輪に対して相対
的に回転し、楔形空間の両端の狭小部に転動体が押圧さ
れてクラッチが作動し、第１及び第２の２つの駆動軸か
ら被駆動軸に回転力を伝達することができる。

また、このように構成されたクラッチ装置を電動パワー
ステアリング装置に使用する場合には、保持器をハンド
ル軸に連結し、クラッチ外輪とクラッチ内輪のうち、傾
斜カム面を有する側の部材をピニオン軸に連結し、円筒
面を有する側の部材をモータに連結する。これにより、
ハンドル操作力が設定トルク以下の場合にはハンドル軸
からピニオン軸への手動の操作力が伝達され、ハンドル
操作力が設定トルクを超えると、クラッチ外輪とクラッ
チ内輪との間でクラッチが作動し、ピニオン軸にモータ
駆動力が伝達される。これにより、非常にわずかのハン
ドル操作力で車輪の操舵が可能となる。

万一、モータを含む駆動系異常が発生し、これが作動し
ないときにはハンドル軸を回転させて保持器がクラッチ
外輪およびクラッチ外輪に対して回転方向スキマの中立
位置より相対回転し、楔形空間の端部の狭小部に転動体
が押圧されるが、保持器からの回転運動については、転
動体が円筒面上を滑べり駆動系と遮断された状態でハン
ドル操作力がピニオン軸に伝達され、手動によるハンド
ル操作力が過大になることはない。

また、カーブからの立ち直り時、車輪側からハンドルが
戻される場合には、運転者はハンドルを軽く手で滑らす
程度のトルクしか掛けないので設定トルク以下であり、
駆動系とはクラッチ作動せず、手動操作の状態となる。

したがって、トルク設定弾性部材のばね力を適切に設定
することにより、設定トルク以下では手動操作、設定ト
ルクを越えるとパワーステアリングへ自動的に切り換え
られ、またモータ等を含む駆動系に異常が発生したとき
でも、手動によるハンドル操作力が過大となることはな
く、かつカーブからの立ち直り時に運転者に違和感を与
えることなく滑らかにハンドルが戻される。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図および第２図は、この発明に係るクラッチ装置の
第１の実施例を示す。

図示のように、クラッチ外輪11の内側にはクラッチ内輪
12が組込まれ、そのクラッチ内輪12に設けた軸13が軸支
14を介してクラッチ外輪11に自転自在に支持されてい
る。

また、クラッチ外輪11とクラッチ内輪12との間には筒状
の保持器15が組込まれ、その保持器15の閉塞端に設けた
軸16が軸受17を介してクラッチ外輪11に回転自在に支持
されている。

前記クラッチ外輪11には、保持器15の閉塞端と対向する
端面に小径軸部18が形成され、その小径軸部18は保持器
15の閉塞端に設けた凹部19に挿入され、軸受20を介して
回動自在に支持されている。

クラッチ外輪11の内径面には円筒面21が設けられてい
る。一方、クラッチ内輪12の外径面は多角形に形成さ
れ、その各平面がカム面22とされ、このカム面22と上記
円筒面21との間に、周方向の両端に向けて漸次狭くなる
楔形空間23が形成される。

保持器15には、上記楔形空間23に対応してポケット24が
設けられ、そのポケット24内に２個の転動体25、25′が
組込まれている。

また、２個の転動体25、25′間には、各転動体25、25′
を互に逆方向に押圧してポケット24の周方向で対向する
壁面26に押し付けるスプリング27が組込れている。

前記保持器15とクラッチ内輪12は、ピン28を介して係合
されている。すなわち、第３図に示すようにクラッチ内
輪12の外径面にピン28を設け、そのピン28を保持器15に
形成した嵌合孔29に挿入してある。この嵌合孔29は、保
持器15の周方向に長く、その嵌合孔29とピン28との間に
回転方向すきまＡが形成されている。この回転方向すき
まＡの中立位置にピン28を保持するため、上記ピン28の
両側に、ばねから成るトルク設定弾性部材30を組込んで
ある。ピン28が回転方向すきまＡの中立位置に保持され
る状態において、転動体25、25′は、楔形空間23の両端
の狭小部のいずれにも係合していない。

ここで、トルク設定弾性部材30のばね力は、入力軸16に
一定以上の回転力が作用したとき、回転方向すきまＡが
無くなるまでトルク設定弾性部材30が撓み、保持器15と
クラッチ内輪12がピン28を介して係合するよう決定され
ている。

第１の実施例で示すクラッチは上記の構造から成り、こ
のクラッチ装置を電動パワーステアリング装置に使用す
る場合は、第５図に示すように、ハンドル40を備えるハ
ンドル軸41を入力軸16を接続し、出力軸13にラック42と
噛み合うピニオン43の軸44を接続する。また、ハンドル
軸41のねじれを検出するセンサ45を設け、このセンサ45
により制御装置46を通じて駆動されるモータ47の回転
を、ギヤ電動機構のトルク伝達機構48を介してクラッチ
外輪11に伝えるようにする。このため、クラッチ外輪11
には、ギヤ等のトルク伝達部材を取付けておくようにす
る。

上記のような組込み状態において、ハンドル40を回転操
作し、入力軸16の保持器15に第３図の左方向への回転力
を付与した場合、そのハンドル操作力がトルク設定弾性
部材30の設定トルク以下であると、上記トルク設定弾性
部材30のたわみが少なく、保持器15はクラッチ内輪12に
対して余り相対回転しないので、転動体25、25′は楔形
空間23の狭小部に噛み込まず、クラッチは作動しない。

したがって、ハンドル操作力が小さいときは、クラッチ
外輪11からクラッチ内輪12への回転力の伝達はなく、手
動によるハンドル操作になる。

ハンドル操作力が大きくなり、トルク設定弾性部材30の
設定トルクを超えると、第４図に示すように、保持器15
はトルク設定弾性部材30を撓ませて回転方向すきまＡが
無くなるまでクラッチ内輪12に対して相対回転し、保持
器15からピン28、クラッチ内輪12、ピニオン軸44、ピニ
オン43およびラック42を介して車輪に操作力が伝達され
る。

同時に、保持器15は、クラッチ内輪12に対して左方向に
相対回転してポケット24内に収容された一対の転動体2
5、25′のうち、左側の転動体25をスプリング27の弾力
により楔形空間23の端部の狭小部に噛み込ませる。

一方車輪に操作力が伝達されて車輪からの抵抗によりハ
ンドル軸41にトルクが発生し、このトルクをハンドル軸
41に設けたセンサ45により検出し、制御装置46を通じて
モータ47を駆動させる。そのモータ47の回転は、クラッ
チ外輪11に伝達される。このとき、クラッチはすでに作
動しているため、モータ47の回転は、クラッチ外輪11か
ら転動体25を介してクラッチ内輪12に伝達され、クラッ
チ内輪12の軸13、ピニオン軸44、ピニオン43およびラッ
ク42を介して車輪に伝達される。

このように、ハンドル操作力が設定トルクを越えた場合
にはパワーステアリングに切り換わり、非常にわずかな
ハンドル操作力により車輪を操舵することができる。

万一、制御装置46、モータ47を含む駆動系に異常が発生
し、これらが作動しない場合には、ハンドル40を操作す
るとハンドル軸41に連結された保持器15が回転される。
保持器15がクラッチ内輪12に対して左方向に相対回転さ
れて、転動体25が楔形空間23の狭小部に押圧される状態
（第４図参照）となるが、保持器15からの回転力によっ
ては、クラッチは作動せず、転動体25はクラッチ外輪11
の円筒面21上を滑走する。

したがって、保持器15からピン28、クラッチ内輪12、ピ
ニオン軸44、ピニオン43、ラック42を介して手動による
操作力が車輪に伝達され、駆動系と遮断されていること
により手動によるハンドル操作力が過大となることはな
い。

更に、駆動系が作動しない場合に車輪側からハンドルが
戻されるときの作用について説明する。カーブからの立
ち直り時、車輪からラック42、ピニオン43、ピニオン軸
44、クラッチ内輪12へと力が伝達される。このハンドル
戻し力に対して、運転者はハンドルを軽く手で滑らす程
度のトルクしか掛けないため、トルク設定弾性部材30の
設定トルク以下である。この場合、保持器15はクラッチ
内輪12に対して余り相対回転しないので保持器15のポケ
ット24内に収容された転動体25は、楔形空間23の狭小部
に押圧されることがない。このため、クラッチは作動せ
ず、クラッチ内輪12からクラッチ外輪11（回転不能）と
は遮断された状態で保持器15およびこれに連結されたハ
ンドル40が戻される。

したがって、カーブからの立ち直り時、運転者に違和感
を与えることなく滑らかにハンドルが戻される。

上記第１の実施例において、ポケット24内に収容するス
プリング27は、コイルスプリングであってもよく、ある
いは、第10図および第11図に示すような板ばねであって
もよい。ここで、板ばね27は、一対の転動体25、25′の
うち、一方の転動体25を押圧する第１押圧片部ａの両端
部に傾斜片部ｂを設け、その傾斜片部ｂの両端部に他方
の転動体25′を押圧する第２押圧片部ｃを形成してあ
る。

第12図および第13図に示すように、第２押圧片部ｃの端
部に他方転動体25′の両端面に係合する折曲片部ｄを設
け、第１押圧片部ａ、傾斜片部ｂおよび第２押圧片部ｃ
のそれぞれに、転動体25、25′の一部が嵌合するスリッ
トｅを形成した板ばね27′を用いると、一対の転動体2
5、25′が互に当接する位置まで保持器15をクラッチ内
輪12に対して相対的に回転させることができるため、第
10図に示す板ばね27を採用したクラッチに比較して、ク
ラッチの作動角を大きくとることができると共に、作動
角を同じとした場合には、転動体25、25′として外径の
大きな転動体25、25′を用いることができるため、クラ
ッチの容量を大きくすることができる。

第６図および第７図は、この発明に係るクラッチ装置の
第２の実施例を示す。この第２の実施例においては、ク
ラッチ内輪12の軸13と保持器15の軸16に軸方向の孔31を
形成し、その孔31にトーションバーから成るトルク設定
弾性部材30′を挿入し、そのトルク設定弾性部材30′を
ホルダ32を介して各軸13、16に固定してある。

また、ピン28と嵌合孔29との間に回転方向すきまＡが設
けられている。その他の構成および作用は第１の実施例
と同じであり、説明を省略する。

第８図は、この発明に係るクラッチ装置の第３の実施例
を示す。この実施例においては、第２の実施例における
トーションバーから成るトルク設定部材30′に代えて、
板ばねから成るトルク設定部材30″を用いるようにして
いる。

第９図は、この発明に係るクラッチ装置の第４の実施例
を示す。このクラッチにおいては、クラッチ外輪11の内
径面に凹入状のカム面22′を設け、クラッチ内輪12の外
径面に円筒面21′を形成して、カム面と円筒面を第１の
実施例と逆の配置としてある。

また、クラッチ外輪11の内径面にピン28′を設け、その
ピン28′を保持器15に形成した嵌合孔29に回転方向すき
まＡをもって挿入してある。

さらに、ピン28′と嵌合孔29との間にばねから成るトル
ク設定弾性部材30を組込んでピン28′を回転方向すきま
Ａの中立位置に保持している。

上記クラッチ装置を第５図の電動パワーステアリング装
置に使用する場合には、クラッチ外輪11をピニオン軸44
に連結し、クラッチ内輪12にモータ47の回転力が伝達さ
れるようにする。

〔発明の効果〕

この発明は、以上のような構成にしたので、下記に示す
効果を得ることができる。

（イ）設定トルク以下では保持器からクラッチ内輪と
クラッチ外輪のうち、カム面を有する側の部材に回転力
を伝達し、設定トルク以上になったときは保持器と円筒
面を有する側の部材の２つの入力を、外部から制御する
ことなく機械的に切り換えて、カム面を有する部材に伝
達するクラッチ装置を可能にする。

したがって、この発明のクラッチを電動パワーステアリ
ング装置に使用した場合には、トルク設定弾性部材の設
定ばね力による簡単な構成で、ハンドル操作力が設定ト
ルク以下のときは手動操作となり、また、設定トルクを
越えたときは自動的にパワーステアリングに切り換える
ことができ、パワーステアリング装置に対する組込みに
きわめて好適である。

（ロ）保持器が、カム面を有する部材と機械的な係合
構造で連結されているので伝達の信頼性が高い。

（ハ）構造が簡単でコンパクトである。

（ニ）クラッチ外輪の内径面に円筒面を形成し、クラ
ッチ内輪の外径面にカム面を設けることによって、上記
円筒面の形成に切削による加工手段を採用することがで
き、一方、カム面の形成に鍛造による加工手段を採用す
ることができるため、クラッチ外輪およびクラッチ内輪
の製造が容易である。

（ホ）トルク設定弾性部材としてトーションバーを用
いることにより、コイルスプリングをトルク設定弾性部
材に用いる場合に比較して組込みが容易であり、トルク
設定値の設定も容易である。

（ヘ）２個の転動体を互に逆方向に押圧するスプリン
グとして、転動体の一部が嵌合するスリットを有する板
ばねを用いることによって、クラッチの作動角を大きく
したり、または、クラッチの容量を大きくしたりするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１の実施例に係るクラッチ装置
の縦断面図、第２図は第１図のII−II線に沿った断面
図、第３図は同上の拡大断面図、第４図は同上の作動状
態を示す断面図、第５図はこの発明のクラッチ装置を電
動パワーステアリング装置に使用した状態の概略図、第
６図はこの発明のクラッチ装置の第２の実施例を示す縦
断面図、第７図は第６図のVII−VII線に沿った断面図、
第８図は、この発明に係るクラッチ装置の第３の実施例
を示す縦断面図、第９図は、この発明に係るクラッチ装
置の第４の実施例を示す横断面図、第10図は、ポケット
内に収容するスプリングの一実施例を示す平面図、第11
図は第10図のXI−XI線に沿った断面図、第12図は同上ス
プリングの他の実施例を示す平面図、第13図は第12図の
XIII−XIII線に沿った断面図、第14図は従来の電動パワ
ーステアリング装置を示す概略図である。 11……クラッチ外輪、12……クラッチ内輪、 15……保持器、 21、21′……円筒面、 22、22′……カム面、 23……楔形空間、24……ポケット、 25、25′……転動体、27……スプリング、 28……ピン、29……嵌合孔、 30、30′、30″……トルク設定弾性部材、Ａ……回転方向すきま、ａ……第１の押圧片部、ｂ……傾斜片部、ｃ……第２の押圧片部、ｅ……スリット。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クラッチ外輪の内径面とその外輪の内側に
組込んだクラッチ内輪の外径面における一方に円筒面を
形成し、他方に傾斜カム面を設け、クラッチ外輪とクラ
ッチ内輪の間に組込んだ筒状保持器には、円筒面と傾斜
カム面とで形成される楔形空間と対応する位置にポケッ
トを設け、このポケット内に転動体と、その転動体を押
圧するスプリングとを収容し、上記保持器を、クラッチ
外輪とクラッチ内輪のうち、傾斜カム面を有する側の部
材に回転方向すきまをもって係合し、この回転方向スキ
マの中立位置に調整すると共に設定トルクを超えたとき
前記回転方向スキマが無くなるまで弾性変形するトルク
設定弾性部材を前記係合する両部材間に設け、更に前記
中立位置において、保持器のポケット内に収容された転
動体が楔形空間の狭小部に係合していないことを特徴と
するクラッチ装置。
【請求項２】クラッチ外輪の内径面に円筒面を形成し、
クラッチ内輪の外径面に傾斜カム面を設け、そのクラッ
チ内輪を保持器に回転方向すきまをもって係合し、かつ
クラッチ内輪と保持器とをトルク設定弾性部材で連結し
た請求項１記載のクラッチ装置。
【請求項３】前記トルク設定弾性部材が、トーションバ
ーから形成された請求項１又は請求項２記載のクラッチ
装置。
【請求項４】スプリングが板ばねから成り、その板ばね
の長さ方向に転動体の一部が嵌合するスリットを形成
し、この板ばねを折曲げて、一対の転動体の一方を押圧
する第１の押圧片部と、その押圧片部の両端に傾斜片部
と、その傾斜片部の両端に他方転動体を押圧する第２の
押圧片部とを設けた請求項１記載のクラッチ装置。