JP2005307604A - 自動車用電動ドア開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のクラッチ制御方式（電磁コイルへの通電のオン・オフ切り換え）を変更することなく、小型で、かつ、消費電力を抑えることが可能なクラッチを提供する。
【解決手段】自動車のドアを電動モータにより開閉するようにした電動ドア開閉装置において、係合子(16)を用いた機械式二方向クラッチ(12,14,16,18,20)と、前記機械式二方向クラッチの係合と空転を切り換える制御手段(22,24,26,28)とからなる動力断続装置を設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は自動車の電動スライドドア、電動バックドア等の電動ドアの開閉装置に関するもので、より詳しくは、駆動側から被動側に機械的接触によって動力を伝達・遮断する機能をもつ要素であるクラッチ部分を改良したものである。

自動車の電動スライドドアの開閉装置においては、駆動モータの回転をウォームギヤで減速し、さらにクラッチを介して伝達する構造が一般的である（たとえば特開平９−１４４４２６号公報参照）。ウォームギヤの減速比は一般に大きいため、駆動モータ停止状態で、手動でのドアの開閉操作を可能にするためには、ウォームギヤ減速後と出力軸の間に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。これらのクラッチには一般的に電磁クラッチが利用されることが多いが、サイズの小型化および消費電力の低減が望まれている。
特開平９−１４４４２６号公報（段落番号００１０、図４）

上記従来例における電磁クラッチを小型化しようとした場合、クラッチ摩擦面の有効半径低下ならびに電磁コイルのスペース縮小によるアーマチュア吸引力の低下によりクラッチのトルク伝達能力が低下する。伝達能力の低下を補うためには電磁コイルへの通電電流を上げる等の対策が必要となり、結果として消費電力の増加が避けられず、消費電力を上げずに電磁クラッチを小型化することは困難となっている。

この発明は、従来のクラッチ制御方式（電磁コイルへの通電のオン／オフ切り換え）を変更することなく、小型で、かつ、消費電力を抑えることが可能な自動車用電動ドア開閉装置を提供することを目的とする。

この発明は、機械式二方向クラッチ（two-way clutch）の係合／空転の切り換えをそれに隣接する電磁クラッチによって制御する構成としたものである。すなわち、この発明の自動車用電動ドア開閉装置は、自動車のドアを電動モータにより開閉するようにした電動ドア開閉装置において、係合子（ローラ１６）を用いた機械式二方向クラッチ（１２，１４，１６，１８，２０）と、前記機械式二方向クラッチの係合と空転を切り換える制御手段（２２，２４，２６，２８）とからなる動力断続装置を備えたことを特徴とする（請求項１）。主動力の伝達は機械式二方向クラッチが行うため、高いトルク伝達能力を発揮することが可能であり、また、電磁クラッチにより機械式二方向クラッチの切り換えを行うため、通電のオン／オフによる従来のクラッチ制御方式を変更することなく、そのまま適用することが可能である。周知のとおり、機械式二方向クラッチの係合子としてはローラ１６に代えてスプラグを使用することもできる。

前記機械式二方向クラッチを前記制御手段の内側に内蔵させることができる（請求項２）。

前記機械式二方向クラッチは次の要素を具備するものとすることができる（請求項３）。
（イ）同軸状に配置された外輪１４と内方部材（軸１２）、
（ロ）前記外輪１４および前記内方部材（軸１２）の対向面の一方に形成された円筒面と他方に形成された複数のカム面により形成された楔空間、
（ハ）前記外輪１４と前記内方部材（軸１２）との間に介在させた保持器１８、
（ニ）前記保持器１８のポケットに収容され、前記楔空間内に位置するローラ１６、
（ホ）前記保持器１８と前記外輪１４との間または前記保持器１８と前記内方部材（軸１２）との間に組み込まれ、前記保持器１８を介して前記ローラ１６を中立位置に保持する弾性部材（センタリングばね２０）。

前記制御手段は、前記保持器１８に対して軸方向移動可能で相対回転不能なアーマチュア２２と、前記外輪１４または前記内方部材（軸１２）に固定された摩擦部材（ロータ２４）と、前記アーマチュア２２を吸着するための電磁石３８とを有する電磁式摩擦クラッチで構成することができる（請求項４）。

また、電磁式摩擦クラッチは、前記外輪１４または前記内方部材（軸１２）に固定された摩擦部材としてのロータ２４と、保持器１８に対して軸方向移動可能で相対回転不可能なアーマチュア２２とを適当なすきまを介して配置し、磁力により前記ロータ２４に前記アーマチュア２２を押し付けるための電磁コイル３８を設け、電磁コイル３８への通電をオン／オフすることによって、機械式二方向クラッチを係合または空転させるようにすることができる。

上記構成の作用を、内方部材（軸１２）にカム面を形成し外輪１４の内周面を円筒形とした場合を例にとって説明するならば次のとおりである。
１）電磁コイル３８が非通電のとき、センタリングばね２０の作用でローラ１６はカム面に対して中立位置に保持されるため、クラッチは空転状態にある。
２）電磁コイル３８に通電すると、それにより発生した磁力で、保持器１８に対して相対回転不可能な関係にあるアーマチュア２２が外輪１４（または外輪１４と相対回転不可能な関係にある部材、たとえばロータ２４）に押し付けられる。
３）アーマチュア２２と外輪１４との間に摩擦抵抗が発生し、アーマチュア２２と相対回転不可能な関係にある保持器１８がセンタリングばね２０の力に抗して回転し、カム面を有する内方部材（軸１２）に対する位相がずれる。
４）保持器１８のポケットに収容されたローラ１６が、内方部材（軸１２）のカム面と外輪１４の円筒面との間に形成された楔空間の狭間隙に導かれてかみ込み、クラッチが係合状態となる。
５）電磁コイル３８への通電を切ると、アーマチュア２２と外輪１４との間の摩擦抵抗が消滅し、保持器１８がセンタリングばね２０の作用で原位置に復帰してローラ１６を中立位置に戻す。これにより、クラッチが再び空転状態に戻る。

なお、電磁クラッチ３８は機械式二方向クラッチを切り換えることのみに使用され、センタリングばね２０の力に打ち勝つだけの摩擦トルクを発生させればよい。そのため、従来の電磁式摩擦クラッチに比べて、要求されるトルク伝達能力はごく小さいものでよく、クラッチの小型化および省電力化の両立が可能である。

たとえば、前記動力断続装置を外部入力の前段減速機を構成するウォームホイール１０内に収納することが可能である（請求項５）。あるいは、前記動力断続装置をドア開閉装置の出力部であるワイヤ巻取りドラム４内に収納することが可能である（請求項６）。

この発明の自動車用電動ドア開閉装置は、たとえば自動車の側面に設けたスライドドア（請求項７）や、自動車の背面に設けたバックドア（請求項８）に適用することができる。

本発明によれば、主動力の伝達は機械式クラッチで行うため、トルク伝達能力が高く、結果として小型化が可能である。従来のクラッチ制御である通電のオン／オフを変更することなく適用可能であり、制御が容易である。電磁クラッチは機械式クラッチを制御するだけの目的であるため、大きなトルク伝達能力は必要とせず、小型かつ安価な構成とすることが可能である。同様に、大きなトルク伝達能力を必要としないため、消費電力の低減を図ることができる。

従来の電磁クラッチによる動力伝達では、消費電力を上げることなくクラッチの小型化を実現することは困難なため、ドア開閉装置全体の大型化を招いていたのに対し、本発明のクラッチユニットは、消費電力を上げることなくクラッチの小型化が可能であり、そのため、クラッチをウォームホイールやワイヤ巻取りドラム内に収納することができ、ドア開閉装置全体を小型化することが可能となる。

以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。

まず、図１に示す第一の実施の形態について説明する。なお、図２は図１の主要部拡大図である。図３は図１のIII−III断面図であって、図４は図３の主要部拡大図である。この第一の実施の形態は、ローラを係合子として用いた機械式二方向クラッチとその切り換え用の電磁クラッチとからなるクラッチユニットを、それの前段減速部にあたるウォームギヤを構成するウォームホイール１０の内部に収納した例である。なお、この実施の形態では、外輪１４が入力側部材、軸１２が出力側部材となっていて、外輪１４と軸１２との間で選択的に動力の伝達または遮断を行うようになっている。

ウォームホイール１０は静止系を構成するハウジング２に収容させてある。なお、ハウジングには鋳物部分と鋼板部分とがあるが、全体を一括して符号２で指してある。ウォームホイール１０はロータ２４の外周に嵌合させてあり、外部の駆動モータ（図示省略）により回転駆動されるウォーム６とかみあってウォームギヤを構成している。

軸１２がハウジング２に対して滑り軸受を介して回転可能に支持されている。軸１２は図１の上方の端部にワイヤ巻取りドラム４が取り付けてある。このワイヤ巻取りドラム４は、電動スライドドアや電動バックドアを開閉操作するためのワイヤ（図示省略）が巻き掛けてある。図４からわかるように、軸１２の外周面に複数のカム面１３が形成してある。このカム面１３の外周側に位置する外輪１４の内周面は円筒形である。軸１２のカム面１３と外輪１４の円筒形内周面との間に形成される空間にローラ１６が配置してある。軸１２のカム面１３と外輪１４の円筒形内周面とで形成される空間は、中立位置ではローラ１６が自由に回転でき、時計方向または反時計方向のどちらに移動してもローラ１８がカム面にかみ込むような、楔形の横断面形状になっている。

ローラ１６は、軸１２と外輪１６との間に介在している保持器１８のポケット内に収容されている。保持器２０は円周方向に関してはセンタリングばね２０により弾性的に支持されている。図４から分かるとおり、センタリングばね２０は円環部２０ａとほぼ半径方向に延びた一対の係合部２０ｂとを有する。円環部２０ａは軸１２の端部に形成された周溝に装着され、係合部２０ｂは軸１２を半径方向に貫通した穴から突出して保持器１８の切欠き１７と係合している。センタリングばね２０は、軸１２に対する保持器１８の角度位置ないしは位相を常に一定に保持することにより、保持器１８を介してローラ１６を中立位置に保持する役割を果たす。

ローラ１６が中立位置にあるときは、ローラ１６が軸１２のカム面１３と外輪１４の円筒形内周面とに同時に接触することがなく、軸１２と外輪１４は相対回転が可能である。保持器１８がセンタリングばね２０の力に抗して回転すると、それに伴ってローラ１６も移動し、ローラ１６が軸１２のカム面１３と外輪１４の円筒形内周面との間に形成された楔空間の狭間隙にかみ込み、軸１２と外輪１４とを一体化させるに至る。

保持器１８は一端（図１の上端）に内向きのフランジ１９を有し、そのフランジ１９は軸１２の肩部１１と軸方向で向かい合っている。保持器１８のフランジ１９を挟んで軸１２の肩部１１とは反対側にアーマチュア２２が位置する。アーマチュア２２と保持器１８は、軸方向には相対移動可能で相対回転は不可能なように凹凸嵌合している。図示する実施の形態では、保持器１８の端部に軸方向に延長形成したピンが、アーマチュア２２に軸方向に形成した穴に進入している。アーマチュア２２とロータ２４との間には、たとえば圧縮コイルばねや皿ばね等の形態をしたリターンばね２６が介在させてある。リターンばね２６はアーマチュア２２をロータ２４から離れる方向に押すが、これによるアーマチュア２２の移動は軸１２に装着した止め輪３０によって規制される。

外輪１４はロータ２４と嵌合させてある。ロータ２４は磁性体でできており、図１の下部において、軸１２に対しては転がり軸受を介して相対回転自在に支持され、一方、ハウジング２に対しては滑り軸受を介して相対回転自在に支持されている。ロータ２４は電磁コイル２８を受け入れる凹部を有し、その凹部からアーマチュア２２側に向かって軸方向に貫通したスリット２３が設けてある。電磁コイル２８は静止系であるハウジング２に固定してある。ロータ２４と電磁コイル２８との間にはすきまがあり、両者は相対回転が可能である。

電磁コイル２８が通電状態にあるとき、アーマチュア２２がロータ２４に吸引され、両者の間に摩擦抵抗が発生する。ここで、軸１２と外輪１４が相対回転すると、ローラ１６がセンタリングばね２０の力に抗して楔空間の狭間隙に移動してかみ込み、軸１２と外輪１４とが連結状態となる。

電動モータによりスライドドアを開閉させる場合を例にとって第一の実施の形態の作用を説明すると次のとおりである。電動モータの動力はウォーム６からウォームホイール１０へ大きく減速して伝達される。ウォームホイール１０の内部にはロータ２４、さらに外輪１４が、それぞれ回転不可能に嵌合させてあり、したがって外輪１４に動力が伝達される。電動モータ作動時は電磁クラッチへの通電をオンにし、機械式二方向クラッチ（１２，１４，１６，１８，２０）を係合させる。クラッチが係合することで、外輪１４に伝達された動力は軸１２へ伝達され、軸１２と回転不可能に嵌合したワイヤ巻取り用ドラム４が回転し、ワイヤを介してスライドドアが開閉駆動される。

手動でスライドドアを開閉させる場合を例にとって第一の実施の形態の作用を説明するならば次のとおりである。手動でスライドドアを開閉させると、スライドドアに連結したワイヤを介してワイヤ巻取り用ドラム４が回転する。このときの動力はドラム４から軸１２に伝えられるが、手動開閉時すなわち電動モータ停止時は電磁クラッチ（２２，２４，２６，２８）への通電が遮断され、機械式二方向クラッチ（１２，１４，１６，１８，２０）は空転状態であるため、軸１２から外輪１４へ動力は伝達されない。そのため、減速部および電動モータへは手動開閉の動力は伝わらず、減速部の前段にて動力を遮断するため、軽い力でスライドドアの開閉を行うことができる。

図５および図６に、クラッチユニットをワイヤ巻取りドラム４内に収納した第二の実施の形態を示す。図５および図６において、図１ないし図４に関連して既に述べた第一の実施の形態におけると実質的に同じ部品ないし部分には同一の符号を付して重複した説明を省略することとする。この第二の実施の形態は軸入力タイプで、軸１２が入力側部材、外輪１４が出力側部材となっている。したがって、軸１２はウォームホイール１０とセレーション、スプライン、キー等によってトルク伝達可能に結合されている。また、外輪１４とロータ２４、ロータ２４とワイヤ巻取りドラム４はそれぞれ嵌合して三者が一体となって回転する関係にある。この場合、電動モータからの動力は次の順で伝達される。ウォーム６→ウォームホイール１０→軸１２→ローラ１６→外輪１４→ロータ２４→ワイヤ巻取りドラム４→ワイヤ（図示省略）→スライドドア（図示省略）。

図７および図８は、図５と同様にクラッチユニットをワイヤ巻取りドラム４内に収納した実施の形態を示すが、クラッチの入出力関係を逆にした場合である。図７および図８において、図１ないし図４に関連して既に述べた第一の実施の形態におけると実質的に同じ部品ないし部分には同一の符号を付して重複した説明を省略することとする。この第三の実施の形態は外輪入力タイプで、外輪１４が入力側部材、軸１２が出力側部材となっている。したがって、ウォームホイール１０はロータ２４とトルク伝達可能に結合され、ロータ２４は外輪１４と嵌合している。また、軸１２はワイヤ巻取りドラム４とトルク伝達可能に結合されている。この場合、電動モータからの動力は次の順で伝達される。ウォーム６→ウォームホイール１０→ロータ２４→外輪１４→ローラ１６→軸１２→ワイヤ巻取りドラム４→ワイヤ（図示省略）→スライドドア（図示省略）。

発明の実施の形態を示す縦断面図である。 図１の主要部の拡大図である。 図１のIII−III断面図である。 図１のセンタリングばね部分の断面図である。 別の実施の形態を示す縦断面図である。 図５の主要部の拡大図である。 別の実施の形態を示す縦断面図である。 図７の主要部の拡大図である。

符号の説明

２ ハウジング
４ ワイヤ巻取りドラム
６ ウォーム
１０ ウォームホイール
１１ 肩部
１２ 軸
１３ カム面
１４ 外輪
１６ ローラ
１８ 保持器
１９ フランジ
２０ センタリングばね
２０ａ 円環部
２０ｂ 係合部
２２ アーマチュア
２３ スリット
２４ ロータ
２６ リターンばね
２８ 電磁コイル
３０ 止め輪

Claims (8)

1. 自動車のドアを電動モータにより開閉するようにした電動ドア開閉装置において、係合子を用いた機械式二方向クラッチと、前記機械式二方向クラッチの係合と空転を切り換える制御手段とからなる動力断続装置を備えたことを特徴とする自動車用電動ドア開閉装置。
2. 前記機械式二方向クラッチを前記制御手段の内側に内蔵させたことを特徴とする請求項１の自動車用電動ドア開閉装置。
3. 前記機械式二方向クラッチが次の要素を具備していることを特徴とする請求項１の自動車用電動ドア開閉装置。
   （イ）同軸状に配置された外輪と内方部材、
   （ロ）前記外輪および前記内方部材の対向面の一方に形成された円筒面と他方に形成された複数のカム面により形成された楔空間、
   （ハ）前記外輪と前記内方部材との間に介在させた保持器、
   （ニ）前記保持器のポケットに収容され、前記楔空間内に位置するローラ、
   （ホ）前記保持器と前記外輪との間または前記保持器と前記内方部材との間に組み込まれ、前記保持器を介して前記ローラを中立位置に保持する弾性部材。
4. 前記制御手段が、前記保持器に対して軸方向移動可能で相対回転不能なアーマチュアと、前記外輪または前記内方部材に固定された摩擦部材と、前記アーマチュアを吸着するための電磁石とを有する電磁式摩擦クラッチで構成されていることを特徴とする請求項３の自動車用電動ドア開閉装置。
5. 前記動力断続装置を外部入力の前段減速機を構成するウォームホイール内に収納したことを特徴とする請求項１の自動車用電動ドア開閉装置。
6. 前記動力断続装置をドア開閉装置の出力部であるワイヤ巻取りドラム内に収納したことを特徴とする請求項１の自動車用電動ドア開閉装置。
7. 前記電動ドアが自動車の側面に設けたスライドドアであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの自動車用電動ドア開閉装置。
8. 前記電動ドアが自動車の背面に設けたバックドアであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの自動車用電動ドア開閉装置。

Images