JP2006342876A - 逆入力遮断クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動時の回転損失やクラッチ機能の低下を発生させることなく、連続的な異音や振動の発生を確実に防止する。
【解決手段】 回転トルクが入力される入力側部材９と、回転トルクが出力される出力軸１２と、回転が拘束される外輪１３と、入力側部材９と出力軸１２との間に設けられ、入力側部材９からの入力トルクを出力軸１２に伝達するトルク伝達手段２１と、外輪１３と出力軸１２との間に設けられ、出力軸１２からの逆入力トルクに対して出力軸１２と外輪１３とをロックして入力側部材９へのトルク伝達を遮断するロック手段２２とを備え、入力トルクの負荷時に、ロック手段２２による出力軸１２と外輪１３とのロック状態を解除した上で、トルク伝達手段２１で入力トルクを出力軸１２に伝達する逆入力遮断クラッチにおいて、入力側部材９を入力軸１０および保持器１１の別部材で構成し、入力軸１０と保持器１１の間の回転伝達部２０に回転方向のガタを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車の操舵装置などに組み込まれ、入力側からの回転トルクを出力側へ伝達する機能と、出力側からの逆入力トルクを遮断する機能を併せ持った逆入力遮断クラッチに関する。

例えば自動車の操舵装置に組み込まれる逆入力遮断クラッチの一構造例を図８および図９に示す。同図に示す逆入力遮断クラッチは、回転トルクが入力される入力側部材としての入力軸（保持器）１と、その入力軸１と同軸上に配置され、回転トルクが出力される出力側部材としての出力軸２と、入力軸１および出力軸２の外周側に同軸的に配置され、回転が拘束される静止側部材としての外輪３と、出力軸２の外周面に形成されたカム面２ａと外輪３の内周面３ａとの間に形成された楔隙間４に係合・離脱可能に介在した係合子としての一対のローラ５および一対のローラ５を相互に離間する方向に弾性力を付勢する弾性部材としてのばね６と、入力軸１の出力軸２と対向する軸端面にピン８を軸方向に向けて突出するように植設し、出力軸２の入力軸１と対向する軸端面に径方向に沿って形成された凹溝７に前述のピン８を挿入したトルク伝達手段とで構成されている（例えば、特許文献１，２参照）。

この逆入力遮断クラッチでは、出力軸２からの逆入力トルクが負荷されると、ばね６により相互に離間する方向に付勢された一対のローラ５が楔隙間４に噛み込んで出力軸２と外輪３との間で係合することにより、静止系の外輪３に対して出力軸２がロックした状態となり、その結果、入力軸１に逆入力トルクが伝達されない。

一方、入力軸１からの入力トルクが負荷されると、入力軸１が一対のローラ５のうちの一方のローラ５をばね６による弾性力に抗して楔隙間４から離脱する方向に押圧するため、前述したロック状態が解除され、そのロック状態の解除後、入力軸１のピン８が出力軸２の凹溝７に係合することにより、そのピン８を介して入力トルクが出力軸２に直接的に伝達される。
特開２００３−２９４０６０号公報 特開２００４−１９７２６号公報

ところで、前述の逆入力遮断クラッチでは、入力軸１に入力トルクが負荷されると、その前の逆入力トルクにより生じたローラ係合によるロック状態を解除した上で入力軸１からピン８を介して出力軸２へのトルク伝達が行われる。そのため、入力軸１に設けられたピン８とそのピン８が挿入された出力軸２の凹溝７との間には、ロック状態の解除を許容できるように回転方向の間隙ｍが設定されている。このことから、入力トルクの負荷が開始されてから、実際に出力軸２に入力トルクが伝達されるまでには、若干のタイムラグが生じる。

入力トルクと逆入力トルクが出力軸２に対して同方向に作用する場合において、入力トルクによる入力軸１の回転数よりも逆入力トルクによる出力軸２の回転数の方が大きい場合には、入力トルクによるロック解除直後、入力軸１のピン８が出力軸２に接触するまでの間、出力軸２がフリー状態となる。

ここで、入力軸１の回転数が出力軸２の回転数よりも大きければ、そのまま、入力軸１のピン８が出力軸２に接触して入力側から出力側へ入力トルクが伝達されるが、入力軸１の回転数よりも出力軸２の回転数の方が大きいと、入力軸１のピン８が出力軸２に接触する前に出力軸２が大きく回転して再度ロック状態となる。

この場合、出力軸２の回転が一旦停止するので、再び、入力軸１からの入力トルクによりロック状態を解除することになる。以後、ロック解除状態と再ロック状態とが短時間で交互に繰り返されることになるため、クラッチ内部で連続的な異音や振動が発生するおそれがある。

この問題を解決するため、特許文献１に開示された逆入力遮断クラッチでは、静止系と出力軸の間に摩擦抵抗を設け、ローラの係合解除時に出力側に対してブレーキをかけることにより入力側に対して回転速度を低下させるようにしている。また、特許文献２に開示された逆入力遮断クラッチでは、入力軸と出力軸との間に摩擦抵抗を設け、ローラの係合解除時に入力側から出力側へ回転抵抗を付与するようにしている。

しかしながら、特許文献１に開示された逆入力遮断クラッチでは、静止系から出力側に常に回転抵抗が付与されているため、入力側からの駆動時に回転抵抗による損失が発生するという問題があった。また、特許文献２に開示された逆入力遮断クラッチでは、入力軸と出力軸の間に回転抵抗が付与されているため、この摩擦抵抗は入力軸と出力軸の相対回転を阻害しない程度の抵抗しか付与できないことから、出力軸への回転抵抗としては不十分であったり、回転抵抗が大きすぎると、クラッチとして十分に機能することが困難になるという問題があった。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、駆動時の回転損失やクラッチ機能の低下を発生させることなく、連続的な異音や振動の発生を確実に防止し得る逆入力遮断クラッチを提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、回転トルクが入力される入力側部材と、回転トルクが出力される出力側部材と、回転が拘束される静止側部材と、入力側部材と出力側部材との間に設けられ、入力側部材からの入力トルクを出力側部材に伝達するトルク伝達手段と、静止側部材と出力側部材との間に設けられ、出力側部材からの逆入力トルクに対して出力側部材と静止側部材とをロックして入力側部材へのトルク伝達を遮断するロック手段とを備え、入力トルクの負荷時に、ロック手段による出力側部材と静止側部材とのロック状態を解除した上で、トルク伝達手段で入力トルクを出力側部材に伝達する逆入力遮断クラッチにおいて、入力側部材を入力部材およびロック解除部材の別部材で構成し、入力部材とロック解除部材の間の回転伝達部に回転方向のガタを設けたことを特徴とする。

ここで、入力トルクと逆入力トルクが出力側部材に対して同方向に作用する場合、入力側部材に入力トルクを負荷するモータ等の回転駆動源は、その回転開始直後における回転速度が出力側部材の回転速度よりも遅いことから、前述したように入力側部材と出力側部材間で、ロック解除状態と再ロック状態とが短時間で交互に繰り返され、クラッチ内部で連続的な異音や振動が発生しやすい。

そこで、本発明のように入力側部材を入力部材およびロック解除部材の別部材で構成し、入力部材とロック解除部材の間の回転伝達部に回転方向のガタを設けることで、回転駆動源により入力側部材から入力トルクが負荷されても、その回転駆動源の回転速度が上昇するまで回転方向のガタでもって入力部材からロック解除部材に入力トルクが伝達されなようにする。

そして、回転駆動源の回転速度が上昇した時点で、入力部材からロック解除部材に入力トルクを伝達してロック解除する。このロック解除後は、回転駆動源の回転速度が上昇した状態となり、出力側部材の回転速度に対して入力側部材の回転速度が遅くなることはないので、ロック解除状態（入力側部材と出力側部材が位相角をある程度保持した状態）を維持することができ、再ロック状態を回避することができるので、ロック解除状態と再ロック状態とを交互に繰り返すことがなくなる。

前述の構成における回転伝達部としては、入力部材とロック解除部材とを同軸上に配置し、そのロック解除部材の軸端面に設けられた凹孔に入力軸の軸端部を回転方向のガタを持って嵌合させた構造とすることが望ましい。また、回転方向のガタは、入力部材の外径面の一部にフラット面を形成すると共に、ロック解除部材の凹孔の内径面に径方向に向けて傾斜したテーパ面を形成し、入力部材のフラット面とロック解除部材のテーパ面との間隙とする構造が可能である。

前述の構成におけるロック手段としては、出力側部材と静止側部材との間に形成された楔隙間と、この楔隙間に対して係合可能な係合子とからなる構造が望ましい。なお、係合子としては、ローラあるいはスプラグのいずれかが使用可能である。

本発明によれば、入力側部材からの入力トルクの負荷時、入力トルクと逆入力トルクが出力側部材に対して同方向に作用する場合において、入力トルクによる入力側部材の回転数よりも逆入力トルクによる出力側部材の回転数の方が大きい場合であっても、その入力側部材の回転速度が上昇するまで回転方向のガタでもって入力部材からロック解除部材に入力トルクが伝達されない。そして、ロック解除時には、入力側部材の回転速度が上昇した状態となることから、出力側部材の回転速度に対して入力側部材の回転速度が遅くなることはない。その結果、ロック解除状態と再ロック状態とを交互に繰り返すことがなくなるので、連続的な異音や振動の発生を確実に防止することができ、しかも、駆動時の回転損失やクラッチ機能の低下を発生させることもなく、高性能で信頼性の高い逆入力遮断クラッチを提供することができる。

図１〜図３は、本発明の実施形態で逆入力遮断クラッチの全体構成を示す。同図に示す逆入力遮断クラッチは、回転トルクが入力される入力側部材９と、その入力側部材９と同軸上に配置され、回転トルクが出力される出力側部材としての出力軸１２と、入力側部材９および出力軸１２の外周側に同軸的に配置され、回転が拘束される静止側部材としての外輪１３と、入力側部材９と出力軸１２との間に設けられ、入力側部材９からの入力トルクを出力軸１２に伝達するトルク伝達手段２１と、外輪１３と出力軸１２との間に設けられ、出力軸１２からの逆入力トルクに対して出力軸１２と外輪１３とをロックして入力側部材９へのトルク伝達を遮断するロック手段２２とを備える。

入力側部材９は、入力部材としての入力軸１０とロック解除部材としての保持器１１からなる別部材で構成されている。保持器１１の出力軸側の一端部を拡径させて軸方向に延びる柱部１１ａをその端部の円周方向複数箇所に設け、各柱部１１ａ間に係合子としての一対のローラ１５および弾性部材としてのばね１６を収容したポケット２３をその軸方向の一方側が開口した状態で形成され、このポケット２３により一対のローラ１５およびばね１６を円周方向に所定間隔で保持する。また、入力軸１０には、回転トルクが入力される。なお、この実施形態では、係合子としてローラ１５を例示しているが、このローラ以外の係合子して、スプラグを使用することも可能である。

出力軸１２の一方の端部は、保持器１１の柱部１１ａの内周側に挿入され、その柱部１１ａの内周面との対向する外周面に、ローラ１５が転動するカム面１２ａが形成され、そのカム面１２ａと外輪１３の軸方向中央部に位置する円筒状内周面１３ａとの間で楔隙間１４が形成されている。この楔隙間１４に係合・離脱可能に介在した一対のローラ１５および一対のローラ１５を相互に離間する方向に弾性力を付勢するばね１６とでロック手段２２を構成する。この出力軸１２の他方の端部には、入力軸１０からの入力トルクが出力され、あるいは、逆入力トルクが負荷される。

保持器１１の出力軸１２と対向する軸端面で軸中心から偏心した位置にピン１８を軸方向に向けて突出するように植設すると共に、出力軸１２の保持器１１と対向する軸端面で軸中心を通る位置に前述のピン１８が挿入される凹溝１７を径方向に沿って形成している。この凹溝１７の幅寸法は、ピン１８の外径よりも若干大きく設定されており、回転方向に所定の間隙ｎが設けられている（図３参照）。

この逆入力遮断クラッチでは、入力軸１０に入力トルクが負荷されると、その前の逆入力トルクにより生じたローラ係合によるロック状態を解除した上で入力軸１０からピン１８を介して出力軸１２へトルクが伝達される。このことから、ピン１８と凹溝１７間の回転方向の間隙ｎは、ロック状態の解除を許容できるように寸法設定されている。この保持器１１のピン１８が出力軸１２の凹溝１７に挿入配置され、このピン１８により入力軸１０と出力軸１２とが連結可能となっていることにより、トルク伝達手段２１を構成している。

外輪１３は、図示しないフレーム等の静止系に連結され、その軸方向両端部の内周面と、保持器１１および出力軸１２の外周面との間に転がり軸受２４，２５を介在させている。この転がり軸受２４，２５により、保持器１１および出力軸１２を外輪１３に対して回転自在に同軸的に軸支している。なお、図面では、転がり軸受２４，２５を例示しているが、これに代えて、例えば滑り軸受などの他の軸受を使用することも可能である。また、保持器１１の柱部１１ａのポケット２３が軸方向の一方側に開口していることから、ポケット２３内でのローラ１５の軸方向移動を規制するため、柱部１１ａと転がり軸受２５との間には、間座２６が配置されている。

前述した構成からなる逆入力遮断クラッチにおいて、前述した入力側部材９を入力軸１０と保持器１１との二部材で構成している。この入力軸１０と保持器１１を同軸上に配置し、その保持器１１の軸端面に設けられた凹孔１１ｂに入力軸１０の軸端部を回転方向のガタを持って嵌合させて回転伝達部２０を構成している。

この回転伝達部２０では、入力軸１０の外径面の一部、つまり、１８０°反対位置の二箇所にフラット面１０ｃを形成すると共に、保持器１１の凹孔１１ｂの内径面に径方向内側に向けて傾斜したテーパ面１１ｃ₁，１１ｃ₂を形成する。隣接する二つのテーパ面１１ｃ₁，１１ｃ₂を一組として１８０°反対方向で入力軸１０のフラット面１０ｃと対向する位置に形成する。この入力軸１０のフラット面１０ｃと保持器１１のテーパ面１１ｃ₁，１１ｃ₂との間隙ｐを回転方向のガタθ（例えばθ＝２０°）としている（図２参照）。

図４に示す中立状態で、例えば出力軸１２に時計方向の逆入力トルクが入力されると（入力軸１０には入力トルクは作用していない）、一対のローラ１５のうち、反時計方向（回転方向後方）に位置するローラ１５が、そのローラ１５同士に離反力を付勢するばね１６により、出力軸１２と外輪１３との間の楔隙間１４に噛み込んで係合し、出力軸１２が外輪１３に対して時計方向にロックされる。反対に、出力軸１２に反時計方向の逆入力トルクが入力されると、時計方向（回転方向後方）に位置するローラ１５が楔隙間１４に噛み込んで係合し、出力軸１２が外輪１３に対して反時計方向にロックされる。従って、出力軸１２からの逆入力トルクは、正逆両回転方向にロックされ、入力軸１０にはトルクが伝達されない。

図５は、入力軸１０に作用する入力トルクで入力軸１０が反時計方向に回転を始めた状態を示す。入力軸１０の時計方向（回転方向後方）に位置するポケット２３の柱部１１ａの側面がその時計方向（回転方向後方）に位置するローラ１５と係合して、これをばね１６の弾性力に抗して反時計方向（回転方向前方）に押圧する。これにより、時計方向（回転方向後方）に位置するローラ１５が出力軸１２と外輪１３間の楔隙間１４から離脱して空転可能となり、出力軸１２のロック状態が解除される（なお、反時計方向のローラ１５は、出力軸１２と外輪１３の間の楔隙間１４に噛み込まずに係合しない）。従って、出力軸１２は反時計方向に回転可能となる。

入力軸１０がさらに反時計方向に回転すると、図６に示すように入力軸１０のピン１８が出力軸１２の凹溝１７と回転方向で係合する。これにより、入力軸１０からの反時計方向の入力トルクが出力軸１２にピン１８を介して直接的に伝達され、出力軸１２が反時計方向に回転する。入力軸１０に時計方向の入力トルクが入力された場合は、上記とは逆の動作で出力軸１２が時計方向に回転する。従って、入力軸１０からの正逆回転方向の入力トルクは、トルク伝達手段２１としてのピン１８を介して出力軸１２に伝達され、出力軸１２が正逆両回転方向に回転する。なお、入力軸１０からの入力トルクがなくなると、ばね１６の弾性力によって図４に示す中立位置に復帰する。

ここで、入力トルクと逆入力トルクが出力軸１２に対して同方向に作用する場合、入力軸１０に入力トルクを負荷するモータ等の回転駆動源は、その回転開始直後における回転速度が出力軸１２の回転速度よりも遅いことから、前述したように入力側部材９と出力軸１２間で、ロック解除状態と再ロック状態とが短時間で交互に繰り返され、クラッチ内部で連続的な異音や振動が発生しやすい。

そこで、この実施形態の逆入力遮断クラッチでは、入力側部材９を入力軸１０および保持器１１の別部材で構成し、入力軸１０と保持器１１の間の回転伝達部２０に回転方向のガタθを設けることで、回転駆動源により入力軸１０から入力トルクが負荷されても、その回転駆動源の回転速度が上昇するまで回転方向のガタθでもって入力軸１０から保持器１１に入力トルクが伝達されない。つまり、入力軸１０のフラット面１０ｃが保持器１１の凹孔１１ｂのテーパ面１１ｃ₁，１１ｃ₂に当接するまでが回転方向のガタθとなり、この間では入力軸１０からの入力トルクが保持器１１に伝達されない。

そして、回転駆動源の回転速度が上昇した時点で、図７に示すように入力軸１０のフラット面１０ｃが保持器１１のテーパ面１１ｃ₁に当接した時点で、入力軸１０から保持器１１に入力トルクが伝達開始され、前述したようにロック状態を解除する。なお、入力軸１０が反時計方向に回転する場合には、図示のように入力軸１０のフラット面１０ｃが保持器１１のテーパ面１１ｃ₁に当接し、時計方向に回転する場合には、入力軸１０のフラット面１０ｃが保持器１１のテーパ面１１ｃ₂に当接することになる。

このロック解除後は、回転駆動源の回転速度が上昇した状態となり、出力軸１２の回転速度に対して入力軸１０の回転速度が遅くなることはないので、ロック解除状態（入力軸１０と出力軸１２が位相角をある程度保持した状態）を維持することができ、これにより、再ロック状態を回避することができるので、ロック解除状態と再ロック状態とを交互に繰り返すことがなくなる。

本発明に係る逆入力遮断クラッチの実施形態で、図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図３の逆入力遮断クラッチの動作を説明するためのもので、出力軸のロック状態を示す断面図である。 図３の逆入力遮断クラッチの動作を説明するためのもので、出力軸のロック解除状態を示す断面図である。 図３の逆入力遮断クラッチの動作を説明するためのもので、出力軸の回転状態を示す断面図である。 図２の逆入力遮断クラッチの動作を説明するためのもので、入力軸の回転状態を示す断面図である。 逆入力遮断クラッチの従来例で、図９のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。 図８のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

符号の説明

９ 入力側部材
１０ 入力部材（入力軸）
１０ｃ フラット面
１１ ロック解除部材（保持器）
１１ｂ 凹孔
１１ｃ₁，１１ｃ₂ テーパ面
１２ 出力側部材（出力軸）
１３ 静止側部材（外輪）
１４ 楔隙間
１５ 係合子（ローラ）
２０ 回転伝達部
２１ トルク伝達手段
２２ ロック手段

Claims (5)

1. 回転トルクが入力される入力側部材と、回転トルクが出力される出力側部材と、回転が拘束される静止側部材と、前記入力側部材と出力側部材との間に設けられ、入力側部材からの入力トルクを出力側部材に伝達するトルク伝達手段と、前記静止側部材と出力側部材との間に設けられ、出力側部材からの逆入力トルクに対して出力側部材と静止側部材とをロックして入力側部材へのトルク伝達を遮断するロック手段とを備え、入力トルクの負荷時に、前記ロック手段による出力側部材と静止側部材とのロック状態を解除した上で、前記トルク伝達手段で入力トルクを出力側部材に伝達する逆入力遮断クラッチにおいて、
   前記入力側部材を入力部材およびロック解除部材の別部材で構成し、前記入力部材とロック解除部材の間の回転伝達部に回転方向のガタを設けたことを特徴とする逆入力遮断クラッチ。
2. 前記入力側部材は、入力部材とロック解除部材とを同軸上に配置し、前記ロック解除部材の軸端面に設けられた凹孔に前記入力軸の軸端部を回転方向のガタを持って嵌合させた請求項１に記載の逆入力遮断クラッチ。
3. 前記入力部材の外径面の一部にフラット面を形成すると共に、ロック解除部材の凹孔の内径面に径方向に向けて傾斜したテーパ面を形成し、前記入力部材のフラット面と前記ロック解除部材のテーパ面との間隙を回転方向のガタとした請求項２に記載の逆入力遮断クラッチ。
4. 前記ロック手段は、出力側部材と静止側部材との間に形成された楔隙間と、この楔隙間に対して係合可能な係合子とからなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の逆入力遮断クラッチ。
5. 前記係合子がローラあるいはスプラグのいずれかである請求項４に記載の逆入力遮断クラッチ。

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