JP2006112524A - 逆入力遮断クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】ローラのポップアウトやロールオーバーのような現象を生じさせないためローラを用いずに動力の伝達、遮断、及び逆入力遮断ができ、かつ内部にトルクリミッタ機構を内蔵し、コンパクトで過大トルクの伝達を遮断できる逆入力遮断クラッチを得る。
【解決手段】逆入力遮断クラッチＣは、同軸状かつ分離して設けられる入力軸１と出力軸２間に一方の回転板５と他方の回転板４の間にカム手段を有するトルクカム機構Ｔ_C と、クラッチ板３と他方の回転板４に設けた傾斜状にかつ互いに近接して設けたフランジ部３_F と４_F の摩擦面３_S 、４_S を有する摩擦クラッチ部と、回転トルク値を所定以上伝達しないためのトルク制限手段Ｔ_L を備え、出力軸２からの逆入力はフランジ部３_F 、４_F を弾性部材１１により離反させて遮断し得るように構成したものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、入力軸に入力される回転トルクを出力軸に伝達するが、出力軸から入力軸への逆入力を遮断する逆入力遮断クラッチに関する。

自動車等の電動スライドドア、電動カーテン等回転駆動源からの入力トルクをクラッチにより伝達、遮断制御して動力の伝達を行なう軸系では、入力軸からの正逆回転力を出力軸へ伝達するが、出力軸側からの回転力は入力軸へ逆入力されない逆入力遮断クラッチが適合する場合がある。このような装置の一例として特許文献１の「逆入力遮断クラッチ及び回転駆動装置」が公知である。この逆入力遮断クラッチは、内周にカム面を有する入力外輪の内側に出力内輪を同心状に設け、外輪と内輪の間にトルク伝達部材としてのローラ、ローラを保持する保持器、保持器の位置決めを行う弾性部材としてのセンタリングばね、静止部材としてのハウジング、ハウジングに対して摺動しながら保持器に係合して連れ回る摺動ばねを備えている。

そして、この摺動ばねが入力外輪の回転により静止部材のハウジングに対する回転抵抗で摺動ばねと共に連れ回る保持器に摩擦抵抗を与え、このため保持器に入力外輪に対する位相遅れが生じる。保持器はローラを保持しているため、入力外輪のカム面と出力内輪とで形成される楔空間にローラが押込まれることによりクラッチが係合される。入力外輪の動力は、正逆いずれの回転方向へも伝達される。又、反対に出力内輪から入力された時には入力外輪に対して保持器が位相遅れを生じることがなく、ローラは楔空間に押込まれない、即ち出力内輪からの入力は入力外輪に伝達されることはない。

同様なクラッチが、特許文献２の「回転駆動装置」に用いられている。但し、この例では、保持器に粘性流体による粘性抵抗（回転抵抗）を与えて保持器と入力外輪との間に相対回転（保持器の回転遅れ）を生じさせ、これによりローラが内、外輪に係合して回転が伝達される。

しかし、上記従来の逆入力遮断クラッチでは、クラッチ係合の初期から伝達トルクが増大した場合、ローラが内輪の円筒面と外輪のカム面で形成される楔空間に押込まれ続け、ローラとその接触面近傍では過大な変形が生じることがある。その変形が余りにも過大になると、その変形エネルギによりローラが楔空間から勢いよくはじき出されるポップアウトの現象や、変形量が過大となりローラが隣接するカム面まで到達するロールオーバー現象が発生する場合がある。このような異常変形が生じるのを未然に防止する方法としては、過大トルクの伝達を遮断するいわゆるトルクリミッタを動力伝達系に付加することが考えられるが、このような部材を付加すれば、ユニット全体が大型化し、かつコストアップの要因となる。
特開２００３−１２０７１５号公報 特開２００２−２１３４８６号公報

この発明は、上記の問題に留意して、ローラのポップアウトやロールオーバーのような現象を生じさせないためローラを用いずに動力の伝達、遮断、及び逆入力遮断ができ、かつ内部にトルクリミッタ機構を内蔵し、コンパクトで過大トルクの伝達を遮断できる逆入力遮断クラッチを提供することを課題とする。

この発明は、上記の課題を解決する手段として、動力伝達経路上の、同軸状かつ互いに分離して設けられる入力軸と出力軸間で回転トルクの伝達、遮断をするクラッチ機構において、一対の回転板に設けたカム手段を介して入力軸の回転トルクを一方から他方の回転板に伝達すると共に、他方の回転板に対し軸方向の推力を発生するトルクカム機構と、上記軸方向の推力で他方の回転板の摩擦面と出力軸に設けられたクラッチ板との摩擦接触により出力軸へ回転トルクの伝達、遮断をする摩擦クラッチ部と、出力軸への回転トルクが所定値を超えるとトルクカム機構への回転トルクの伝達を制限するトルク制限手段とを備え、出力軸からの逆入力はクラッチ板と上記他方の回転板を遮断することにより逆入力を伝達しないようにしたことを特徴とする逆入力遮断クラッチとしたのである。

上記の構成としたこの発明の逆入力遮断クラッチは、入力軸へ回転トルクが伝達されない静止状態では入力軸と出力軸が遮断されており、回転トルクが入力軸へ入力されるとトルクカム機構、摩擦クラッチ部を介してクラッチオンとなり出力軸へ回転トルクが伝達される。そして、出力軸へ伝達される回転トルクが所定の限度値を超えるとクラッチ内に含まれているトルクリミッタ機構の作用で伝達されるトルク値が制限され、所定値を超えない範囲でトルクの伝達が行なわれる。

上記入力軸へ回転トルクが入力されると、カム機構を介して一方から他方の回転板にトルクが伝達されると共に、カム機構による他方の回転板の軸方向への推力で他方の回転板が軸方向へ変位して他方の回転板がクラッチ板の方へわずかに移動し、この変位により摩擦クラッチ部の他方の回転板とクラッチ板の摩擦面が摩擦係合してクラッチ板に回転トルクが伝達され、クラッチ板を出力軸に対して回転不能に連結しておくことにより出力軸に回転トルクが伝達される。出力軸側から回転トルクがクラッチに入力される、いわゆる逆入力時には、クラッチ板から他方の回転板を離反させることにより摩擦クラッチ部が遮断（オフ）され、入力軸へ回転トルクが伝達されることはない。従って、逆入力は遮断される。

上記トルクリミッタ機構では、例えば一方の回転板と出力軸端との間に弾性部材を設け、一方の回転板と他方の回転板との回転方向の位相ずれをトルクカム機構により軸方向の変位に変換する際に、他方の回転板がクラッチ板に接触した後は、一方の回転板が離反する方向に変位する。この変位は例えば弾性部材で吸収する構造としているが、この変位がトルクカム機構の回転方向の位相ずれを軸方向変位に変換できる範囲を超えたときに、トルクリミッタとして機能する。又、上記出力軸からの逆入力時には、入力軸への入力がない限り、クラッチ板から他方の回転板を例えば弾性部材などにより離反させると、逆入力は遮断される。

この発明の逆入力遮断クラッチは、一対の回転板にカム手段を設けたトルクカム機構と、クラッチ板を有する摩擦クラッチ部と、トルク制限手段とを備えて入力軸からのトルクの伝達、遮断をスムーズに行い、所定値以上の回転トルクは内部のトルク制限手段で規制し、逆入力は遮断するようにしたから、逆入力遮断でき、回転トルクの制限も可能なクラッチであり、かつこれをコンパクトなハウジング内に収容したコストの安価なクラッチユニットとして提供できるという極めて顕著な効果を奏する。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は実施形態の逆入力遮断クラッチの主要縦断面図を示す。図示のように、動力伝達経路上の入力軸１と出力軸２は、同軸状で、かつ互いに分離し相互の端面が近接して設けられている。そして、上記入力軸１から出力軸２へ回転トルクを伝達、遮断するクラッチ機構として逆入力遮断クラッチＣが用いられている。この逆入力遮断クラッチＣは、クラッチ板３、一対の回転板４、５を出力軸２上に備え、一方の回転板（推力カムフランジ）５は連結カップ６により入力軸１に対して軸方向へのみ可動に連結されている。クラッチ板３と他方の回転板（従動側の推力カムフランジ）４の外周には断面視傾斜状のフランジ部３_F 、４_F がそれぞれ一体に形成されており、後述するように互いのフランジ部３_F 、４_F の摩擦面３_S 、４_S が接近、離反することによりクラッチＣはオン（係合）、オフ（遮断）される。

連結カップ６への連結は、一方の回転板５の外周の複数箇所（図示の例では４箇所）に設けた係合片５_T を、これに対応して連結カップ６に設けた同数の切欠き６_T に遊嵌状に係合させて軸方向へのみ連結している。又、回転板４、５は、両者間に配置した保持板１６に円周方向に等間隔で複数箇所（図示の例では４箇所）に設けられた穴に挿置したボール１０を挟んで相互に対向して設けられている。このボール１０に対応する回転板４、５の対向面には、後述するトルクカムしての役目をする凹状溝（カム溝）４ａ、５ａが設けられている。

この凹状溝（カム溝）４ａ、５ａは、図２の（ａ）図のように、円周方向に長い略楕円状の外形で、両溝の中央深さが最も深く、円周方向に浅くなっており、（ｂ）図のように、ボール１０が中央に位置する静止状態で回転板４、５がボール１０、保持板１６を挟んで互いに摺動自在に接する状態に置かれている。従って、静止状態ではボール１０は、凹状溝４ａ、５ａの最深部又はその極く近傍に位置することとなる。又、凹状溝４ａ、５ａがカム機構の作用をなすのは、一方の回転板５が入力軸１からの回転トルクで他方の回転板４と位相ずれを生じたとき、ボール１０が凹状溝４ａ、５ａの浅い溝部分に移動するため軸方向の力を発生するからである。従って、この例では凹状溝（カム溝）４ａ、５ａ、ボール１０、保持板１６によってトルクカム機構Ｔ_C が構成されている。

回転板４及びクラッチ板３の外周には、入出力軸１、２の中心線に対し断面視で所定角度だけ傾斜したフランジ部４_F 、３_F が回転板４、クラッチ板３とそれぞれ一体に形成され、その互いに向き合う面を摩擦面４_S 、３_S として備えている。クラッチ板３は、出力軸２に設けたスプライン１５により出力軸２に連結され、止めリング１７で軸方向の位置を規制されている。又、回転板４とクラッチ板３との間には弾性部材（ばね）１１が設けられ、入力軸１からの回転トルクが作用していない状態では、この弾性部材１１の弾性力により図１に示すように摩擦面４_S 、３_S 間はわずかに離れて非接触状態となるよう設定されている。

又、回転板４のフランジ部４_F の端面とハウジング（半径部）９との間にも両者を離反させる方向の弾性力を有する弾性部材（ばね）１２が設けられているが、上記弾性部材１１の軸方向力よりも小さく、入力軸１の回転トルクがない状態では回転板４とクラッチ板３の上述した隙間が保持される大きさに設定されている。さらに、回転板５と、出力軸２の入力軸１と対向する端部に設けた端板２ｂとスリーブ２ａで形成される鍔部との間にも弾性部材（ばね）７が設けられており、回転板５、弾性部材７、鍔部によりトルクリミッタ機構Ｔ_L が構成されている。

なお、入力軸への回転トルクが弾性部材７の弾性係数Ｋ₇ で定まる設定値以上となるとトルクリミッタ機構Ｔ_L が作動し、これより以下の回転トルクの範囲ではクラッチオン（係合）となり、回転トルクが働かない状態ではクラッチオフ（遮断）されるように設定されている。又、ハウジング（半径部）９と、上記クラッチ板３のフランジ部３_F の外側を囲むハウジング（外周部）８とに対しては、それぞれ軸受１３、１４により入力軸１、出力軸２が回転自在に保持されている。

上記の構成としたこの実施形態の逆入力遮断クラッチＣの作用について説明する。まず、図１、図２に示す状態では入力軸１には回転トルクが伝達されておらず、クラッチＣの状態はオフ（遮断）である。トルクカム機構Ｔ_C では、ボール１０が凹状溝４ａ、５ａの最深部又はその極く近傍に位置（この位置では溝底間の距離ｄとする）しており、この状態では軸方向力がまだ発生していないため、弾性部材１１によってクラッチ板３、回転板４のフランジ部３_F 、４_F 間の摩擦面３_S 、４_S は互いにわずかに離反し、非接触状態である。つまり入出力軸１、２が遮断された状態である。

図３に示すように、入力軸１に回転トルクが伝達されると、一方の回転板５は回転トルクの方向に回転するが、他方の回転板４はハウジング９との間に設けた弾性部材１２の摺動抵抗により位相遅れを生ずる。つまり、凹状溝４ａと５ａは、（ｂ）図のように、互いに中央の最深部の位置が回転方向にずれる。このため、ボール１０は凹状溝４ａ、５ａの浅い方へ移動し、凹状溝４ａ、５ａのボール１０を中心とする対称（対角）位置の両端が、回転トルクの大きさに応じて離反した位置へずれる。ボール１０の直径は変化しないから、ボール１０が溝の浅い位置間に移動することによってボール１０に当接する溝位置間の距離ｄ’は、上記静止状態での距離ｄよりわずかに大きくなる（ｄ’＞ｄ）。

このとき軸方向力が発生して回転板４、５のいずれかが軸方向へ移動する。このとき、弾性部材７の弾性係数Ｋ₇ の方が弾性部材１１の弾性係数Ｋ₁₁より大きく設定されているから、回転板４が５から離反する方向へ押圧される。回転板４のフランジ部４_F の端とハウジング９との間には弾性部材１２が設けられているから、弾性部材１２による摺動抵抗が回転板４のフランジ部４_F に付与され、入力軸１からのトルクが比較的小さい場合でも、上記トルクカム機構Ｔ_C では確実に位相ずれを発生するようになっている。上記の作動によりフランジ部４_F と３_F の摩擦面４_S 、３_S が互いに密着し、これにより入力軸１からの回転トルクが出力軸２に伝達される。

次に、図4 に示すように、入力軸１への回転トルクとして所定値以上の過大トルクが伝達されると、ボール１０は凹状溝４ａ、５ａのより浅い部分へ移動し、さらに保持板１６に保持された状態で回転板４と５の平行面へ乗り上げる（（ｂ）図参照）。その過程において、摩擦面３_S 、４_S が密着した後は、ボール１０が凹状溝４ａ、５ａのさらに浅い部分へと移動する間に回転板４と５の軸方向の離反距離が増大し、他方の回転板４の軸方向の移動が摩擦面３_S 、４_S の密着により止まると、反対に一方の回転板５が離反されて弾性部材７を押圧する。そして、（ｂ）図のようにボール１０が凹状溝４ａ、５ａから回転板４、５の平行面に乗り上げるまで伝達トルクが増大する。

従って、その間に弾性部材７が回転板５の軸方向移動量を吸収し、ボール１０が平行面に乗り上げると、その状態がトルクリミッタの作動状態であり、その時の入力トルクがトルクリミット値となる。以上がトルクリミッタ機構の作用であるが、弾性部材７、１１、１２のばね力（弾性係数）は上記静止状態、トルク伝達、トルクリミット状態を回転トルクの大きさに応じてスムーズに切換えられるように設定される。なお、上記の作用において入力軸１からの回転トルクは正、逆回転のいずれでも作用は同じであり、正、逆いずれでもよい。

一方、出力軸２から反対に入力軸１の方向へは回転は伝達されない。図１に示すように、入力軸１が静止している限り、クラッチ板３、回転板４の摩擦面３_S 、４_S はわずかに離反しており、摩擦接触していないから出力軸２から入力軸１へ回転トルクが伝達されることはないからである。又、入力軸１から出力軸２へ回転トルクを伝達している途中で、出力軸２は他の動力で回転し、入力軸１へは回転トルクが伝達されなくなった場合、出力軸２は入力軸１に対し相対回転するが、この場合もトルクカム機構Ｔ_C が作動しないため摩擦面３_S 、４_S は非接触となり、クラッチ板３から回転板４への回転トルクは伝達されず、従って出力軸２から入力軸１へ回転トルクが伝達されることはない。

図５はクラッチ板３と回転板４のフランジ部３_F 、４_F の摩擦面３_S 、４_S の相互の形状の組合わせの種々の変形例を示す図である。（ａ）図はフランジ部４_F の摩擦面４_S の全体を曲率半径Ｒの曲面とする場合、（ｂ）図は摩擦面４_S の両端付近を部分的に曲率半径Ｒの曲面とする場合、（ｃ）図はクラッチ板３のフランジ部３_F の摩擦面３_S の全体を曲率半径Ｒの曲面とする場合を示している。以上の変形例を採用することにより摩擦面３_S 、４_S 同士の片当りや、それに起因する偏摩耗を防止することが可能となる。

上記の構成では、トルクカム機構Ｔ_C は対向する凹状溝とボールの組み合せとして説明した。しかしながら、トルクカム機構Ｔ_C は、それらに限定されるものではなく、例えば凹凸の組み合わせで構成される、いわゆるフェースカム等でも良い。

この発明の逆入力遮断クラッチは、トルクリミッタを内蔵し、かつ逆入力を遮断するローラを用いないクラッチであるから、その利用は各種機器、装置の動力伝達経路上に広く取入れることができる。

実施形態の逆入力遮断クラッチの主縦断面図 （ａ）図１の矢視II−IIの断面図、（ｂ）（ａ）図中の矢視Ｂ−Ｂの部分断面図 実施形態の逆入力遮断クラッチの作用の説明図（トルク伝達状態） 実施形態の逆入力遮断クラッチの作用の説明図（トルクリミッタ作動時） クラッチ板、回転板の摩擦面の３つの変形例を示す図

符号の説明

１ 入力軸
２ 出力軸
３ クラッチ板
３_F 、４_F フランジ部
３_S 、４_S 摩擦面
４、５ 回転板
６ 連結カップ
７、１１、１２ 弾性部材
８、９ ハウジング
１０ ボール
１６ 保持板

Claims (8)

1. 動力伝達経路上の、同軸状かつ互いに分離して設けられる入力軸と出力軸間で回転トルクの伝達、遮断をするクラッチ機構において、一対の回転板に設けたカム手段を介して入力軸の回転トルクを一方から他方の回転板に伝達すると共に、他方の回転板に対し軸方向の推力を発生するトルクカム機構と、上記軸方向の推力で他方の回転板の摩擦面と出力軸に設けられたクラッチ板との摩擦接触により出力軸へ回転トルクの伝達、遮断をする摩擦クラッチ部と、出力軸への回転トルクが所定値を超えるとトルクカム機構への回転トルクの伝達を制限するトルク制限手段とを備え、出力軸からの逆入力はクラッチ板と上記他方の回転板を遮断することにより逆入力を伝達しないようにしたことを特徴とする逆入力遮断クラッチ。
2. 前記カム手段を、一対の回転板のそれぞれの対向面にその周方向に漸次浅くなるように設けた一対の凹状溝間にボールを挿置し、このボールを介して入力軸の回転トルクを伝達するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の逆入力遮断クラッチ。
3. 前記カム手段を、一対の回転板のそれぞれの対向面にその周方向に傾斜面を有する凹凸部を設け、それらの傾斜面の当接により入力軸の回転トルクを伝達するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の逆入力遮断クラッチ。
4. 前記摩擦クラッチ部を、クラッチ板と他方の回転板の外周部にそれぞれフランジ部を設け、各フランジ部を入出力軸の中心線に対し所定角度傾斜した摩擦面として形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の逆入力遮断クラッチ。
5. 前記摩擦クラッチ部のクラッチ板の軸方向の移動を止めリングで規制し、かつ出力軸と回転不能かつ軸方向可動に連結したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の逆入力遮断クラッチ。
6. 前記摩擦クラッチ部のクラッチ板と他方の回転板間に両部材を離反させる第１弾性部材を設け、出力軸端部に設けた鍔部と上記一方の回転板との間に両者を離反させる第２弾性部材を設け、第２弾性部材の弾性係数を第１弾性部材の弾性係数より大きく設定したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の逆入力遮断クラッチ。
7. 前記入力軸へ回転トルクが入力されると、第１弾性部材の弾性力に抗してトルクカム機構による軸方向推力で他方の回転板を軸方向に変位させて摩擦クラッチ部の摩擦面を締結し、出力軸から回転トルクが入力されると、第１弾性部材の弾性力により他方の回転板をクラッチ板から離反させて摩擦クラッチ部の締結を解除し、逆入力を遮断するように構成したことを特徴とする請求項６に記載の逆入力遮断クラッチ。
8. 前記摩擦クラッチ部のクラッチ板と他方の回転板の摩擦面のいずれかを部分的又は全体的に所定曲率半径の曲面に形成したことを特徴とする請求項４に記載の逆入力遮断クラッチ。

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