JP2007525628A - 電気モータ用の二方向摩擦クラッチアセンブリ - Google Patents

Abstract

電機子軸および歯車と噛合うように構成配置されたウォームを有するウォーム軸を有するモータ用のクラッチアセンブリ（１００）を提供する。クラッチアセンブリは、レース面（１３２）を含むクラッチハウジング（１１２）と、ウォーム軸に結合されたカム（１１７）と、カムと有効に関係づけられた従動節構造（１２２）と、クラッチ板（１１４）と、クラッチ板、カムおよび従動節構造と関係づけられたクラッチカプラ（１１８）とを含む。カプラは、カプラの回転がクラッチ板、カムおよび従動節構造を、よってウォーム軸を回転させるように、共に回転できるように電機子軸に結合されている。モータのバックドライブ状態の間、トルクがウォーム軸によってカムに伝達された際、カムは、従動節構造をレース面と接触させて圧力を加え、もってウォーム軸の回転を防止する。

Description

本願は、２００４年２月２６日出願の米国特許仮出願第６０／５４７８３３号および２００４年３月１０日出願の米国特許仮出願第６０／５５１７１３号に基づいており、優先権のためにそれらの利益を主張する。

本発明は、出力軸側が駆動要素になる際に必ず作動状態になる（係合する）電気モータ用の二方向クラッチアセンブリに関する。

ウォームおよび歯車を有するモータでは、外部トルクが歯車装置の出力端に加えられた場合に、ウォームおよび歯車がバックドライブ状態になるのを防止する必要がある。そうしたモータが負荷に結合された場合、駆動トルクが特定の条件下でモータ出力駆動装置に作用する。このトルクは、駆動歯車からウォーム軸に伝達され、モータ電機子での角運動を誘起し得る（バックドライブ）。この状態に達すると、システムは意図どおりに動作するのを止める。例えばウィンドウリフトモータの場合、自動車を運転する振動条件下で、操作者の介入を伴わずにウィンドウが元の位置から下方へ動くことになり得る。バックドライブは、自動車に乗車するために人が窓ガラスを押し下げることでも起こり得る。

現在、バックドライブ条件の制御は、歯車装置の効率を低下させることで達成されている。しかしこれは、全システム効率も同様に低下し、恐らくより大型のモータを必要とするという点で、結果として逆効果となる。

駆動システムをロックできる能力を選択的に与えることで、ウォーム歯車装置の効率を一層向上させ、バックドライブの懸念を最小限になし得る。

従って、出力軸側が駆動要素になる時に必ず係合し、もってバックドライブを最小限になし得る電気モータ用の二方向クラッチアセンブリの必要性が存在する。

本発明の目的は、上述の必要性を満たすことである。本発明の原理によれば、この目的は、電機子軸と、歯車と噛合するように構成配置されたウォームを有するウォーム軸とを有するモータ用のクラッチアセンブリによって達成される。クラッチアセンブリは、レース面を含むクラッチハウジングと、ウォーム軸に結合されたカムと、カムと有効に関係づけられた従動節構造と、クラッチ板と、クラッチ板、カムおよび従動節構造と関係づけられたクラッチカプラとを含む。カプラは、カプラの回転がクラッチ板、カムおよび従動節構造、従ってウォーム軸を回転させるよう、共に回転可能に電機子軸に結合される。モータがバックドライブ状態の際、トルクがウォーム軸、従ってカムに伝達されたとき、カムは、従動節構造をレース面と接触させて圧力を加え、それによってウォーム軸の回転を防止するように構成配置される。

本発明の別の態様では、モータにおけるバックドライブを制御するための方法を提供する。モータは、電機子軸と、歯車と噛合するように構成配置されたウォームを有するウォーム軸とを含む。この方法は、レース面を含むクラッチハウジングと、ウォーム軸に結合されたカムと、カムと関係づけられた従動節構造と、クラッチ板と、クラッチ板、カムおよび従動節構造と関係づけられたクラッチカプラとを含む、クラッチアセンブリを提供する。カプラは、カプラの回転がクラッチ板、カムおよび従動節構造を、従ってウォーム軸を回転させるべく、共に回転できるように電機子軸に結合される。この方法は、
１）モータのバックドライブ状態の際、ウォーム軸が駆動要素であり、かつトルクがウ ォーム軸によりカムに伝達されたときに、カムは、従動節構造をレース面と接触させ圧 力を加えさせ、もってウォーム軸の回転を防止することと、
２）モータの通常作動状態の際、電機子軸が駆動要素であるときに、従動節構造はレー ス面と接触せず、それによってウォーム軸が自由に回転することを可能にすること
を保証する。

本発明の他の目的、機能および特徴は、動作方法および構造の関連要素の機能、部品の組合せおよび製造の経済性と同様に、それらの全部がこの明細書の一部を成す添付図面に関連した以下の詳細な説明および特許請求の範囲の検討により一層明白となろう。

本発明は、類似の符号は類似の部品を指示している添付図面に関してなされる、好ましい実施形態の以下の詳細な説明からより良好に理解されるであろう。

本発明の原理に従うクラッチアセンブリを、図１に１０で示す。クラッチアセンブリ１０は、内レース面３４を有するクラッチハウジング１２、支持板１４、ウォーム軸１８の端部２０に結合するためにキー穴２３を有するカム１６、カム１６と関係づけられたカム従動節２２、モータ電機子（図示せず）の軸３０の端部２８と連結されるキー穴２６を有するカプラ２４およびハウジング１２内に支持板、カム、従動節およびカプラを保持するためのリテーナ３２を含む。図５において、クラッチアセンブリ１０は、自動車の従来のウィンドウリフトモータ等のモータのハウジング３６に取り付けられ、その結果ウォーム軸１８はモータの従来の駆動歯車と噛合う。

支持板１４はクラッチ板とも見做せ、軸１８が貫通する中心開口１９を含む。加えて、支持板１４はそこから突出する２個のピン３８を含み、各従動節２２は貫通する偏心ボア４０を含む。各ピン３８は関係するボア４０に受け入れられて、偏心従動節を画成する。加えて、図１〜４の実施形態では、支持板１４は、後述の如くカプラの表面２９と係合するように構成配置された係合面４２を含む。

カプラ２４は、カム１６がそれらの間にあるように離間した関係で配設された両係合部材２５を含む（図３）。各係合部材２５は、底面２７が曲面であることを除き、概ね五角形の形状である。従って、底面２７に加えて、各係合部材２５は、１対の側面２９および頂辺４８で交わる１対の上面を有しており、それらの機能は以下の説明で明らかにする。

モータ電機子が（軸３０を介して）駆動要素である際、支持板１４、カム１６および従動節２２は互いに対し同一の相対角位置を有する。それ故、図３に図示のとおり、各係合部材２５の側面２９は、支持板１４の関係する係合面４２に接触する。加えて各係合部材２５の上面３１はカム１６と接触する。その結果、従動節２２に作用する半径方向の力は全く存在せず、モータは意図どおりに動作する。

支持板１４は、他の全部の構成要素に対し「浮いて」おり、モータ電機子が（軸３０を介して）駆動要素である際に自由に回転する。カプラ２４は支持板１４およびカム１６と同時に係合し、カム１６に関する従動節２２の整列を維持する。

初期バックドライブ状態では、図４に図示の如く、ウォーム端部（軸１８）が駆動要素である際、ウォーム軸１８のトルクはカム１６をカプラ２４の頂辺４８に関し揺動又は回転させ、もってカム１６の両側面５０を介して従動節２２と係合させる。矩形カム１６が回転させられ、カムの接触が一般に対角線に沿っている故、各偏心従動節２２は、各ピン３８は軸を中心に僅かに回転して内レース３４に圧接され、摩擦により板１４と軸１８、よってモータをロックする。

支持板１４とカプラ２４の噛合い部分を逆にできることは明らかである。

一般に、クラッチアセンブリ１０は、電気モータに結合されたウォーム歯車装置の使用を伴う全用途において使用され得る。このアセンブリ１０は、念頭においたウィンドウリフトモータ用途に関し構成されている。

図６〜９は、本発明の第２の実施形態に係るクラッチアセンブリを符号１００で示す。該アセンブリ１００は、クラッチハウジング１１２、クラッチ板１１４、ウォーム軸（図示せず）の端部に結合するためにキー穴１１７を有するカム１１６およびモータ電機子（図示せず）の軸（図示せず）の端部との連結用のキー穴１２０を有するクラッチカプラ１１８を含む。カプラ１１８はまた、それから突出し、第１の実施形態に関して上述した形式の係合部材１２５を含む。

クラッチアセンブリ１００は、自動車の従来のウィンドウリフトモータ等のハウジングに取り付けられ、その結果ウォーム軸はモータの従来の駆動歯車（図示せず）と噛合う。

クラッチ板１１４は、対向する関係でクラッチ板１１４の本体１２４から突出する２個の従動節１２２を含む。従動節１２２はクラッチ板の一体部分として成形されている。例示実施形態において、各従動節１２２は１対の柔軟な橋絡部材１３６によってクラッチ板１１４に連結されている。代替として、各成形体に関し、各従動節１２２は、単一の橋絡部材によってクラッチ板１１４に連結され得る。

モータ電機子が駆動要素である際、従動節１２２を備えるクラッチ板１１４とカム１１６は、互いに対し同一の相対角位置を有する。それ故、図８に図示のとおり、カプラ１１８の各係合部材１２５の側面１２９は、クラッチ板１１４の関係する係合面１４２と接触する。加えて、各係合部材１２５の上面１３１はカム１１６と接触する。その結果、従動節１２２に作用する半径方向力は全く存在せず、モータは意図どおりに動作する。

モータ電機子が駆動要素である際、クラッチ板１１４は他の全部の構成要素に対し「浮いて」おり自由に回転する。カプラ１１８の係合部材１２５は、クラッチ板１１４およびカム１１６と同時に係合し、カム１１６に関する従動節１２２の整列を維持する。

初期バックドライブ状態では、図９に示す如く、ウォーム軸端部が駆動要素である際、ウォーム軸のトルクは、カム１１６をカプラ１１８の係合部材１２５の頂辺１４８に関して揺動又は回転させ、その結果カム１１６の表面１３０を介して従動節１２２と係合させる。矩形カム１１６が回転するので、従動節１２２は内レース１３２（クラッチハウジング内径表面）に圧接され、軸１１８を、よってモータを摩擦によりロックし、バックドライブを防止する。従動節１２２は、従動節をクラッチ板１１４と連結する薄肉の柔軟な橋絡部分１３６のために内レース１３２に圧接され得る。

弾性クリップの形態の保持構造１３４は、構成要素をハウジング１１２内に保持するためにハウジング１１２と一体である。詳細には、組み立てると、クリップ１３４はカプラの表面１３５に係合する（図６）。

４個の構成要素だけがクラッチアセンブリ１００を構成するので、クラッチアセンブリ１００を使用する電気モータは、より小型かつより低コストで構成され得て、同じ本来用途において使用され得る。

一般に、クラッチアセンブリ１００は、電気モータに結合されたウォーム歯車装置の使用を伴うあらゆる用途において使用され得る。図示のアセンブリ１００は、念頭においたモータウィンドウリフト用途に関し構成された。

このクラッチアセンブリ１０、１００を用いた効果は、歯車装置効率の増大が、システムコストの望ましい低減を伴い、より小型のモータ設計が可能になる点にある。

クラッチアセンブリ１０、１００は、ウォームと歯車が駆動要素になる限り、それが両方の角方向で作動状態になるという付加的な特徴により、オーバランニングクラッチの原理を利用する。クラッチアセンブリはモータにおける組立の容易さのために独立形装置であるように構成されており、またスリーブベアリングの全部の特性を取り入れているので既存のもので代替できる。

上述の好適な実施形態は、本発明の構造的および機能的原理を例示するばかりか、好ましい実施形態を使用する方法を例示する目的で図示説明されており、そうした原理を逸脱することなく変更され得る。従って、本発明は、以下の特許請求の範囲の精神の範囲内に包括される全部の修正を包含する。

本発明の原理に従ったウォーム歯車装置のためのクラッチアセンブリの正面分解図である。 図１のクラッチアセンブリの背面分解図である。 通常作動状態における本発明のクラッチアセンブリの断面図である。 バックドライブ状態における本発明のクラッチアセンブリの断面図である。 ウィンドウリフトモータアセンブリのハウジングに組み込まれた本発明のクラッチアセンブリの斜視図である。 本発明の第２の実施形態に従って提供されるウォーム歯車装置のためのクラッチアセンブリの正面分解図である。 図６のクラッチアセンブリの背面分解図である。 通常作動状態における本発明の第２の実施形態のクラッチアセンブリの断面図である。 バックドライブ状態における本発明の第２の実施形態のクラッチアセンブリの断面図である。

符号の説明

１０ クラッチアセンブリ、１２、１１２ クラッチハウジング、１４ 支持板、１６、１１６ カム、１８ ウォーム軸、１９ 中央開口、２０、２８ 端部、２２、１２２ 従動節、２３、２６、１１７、１２０ キー穴、２４ カプラ、２５、１２５ 係合部材、２７ 底面、２９、５０、１２９ 側面、３０ 電機子軸、３１、１３１ 上面、３２ リテーナ、３４ 内レース面、３６ ハウジング、３８ ピン、４０ 偏心ボア、４２、１４２ 係合面、４８、１４８ 頂辺、１００ クラッチアセンブリ、１１４ クラッチ板、１１８ クラッチカプラ、１２４ 本体、１３２ 内レース、１３４ 保持構造、１３５ カプラの表面、１３６ 橋絡部分

Claims (19)

1. 電機子軸と、歯車と噛合するように構成配置されたウォームを有するウォーム軸とを有するモータ用のクラッチアセンブリであって、該アセンブリは、
   レース面を含むクラッチハウジングと、
   ウォーム軸に結合されたカムと、
   カムと動作的に関係づけられた従動節構造と、
   クラッチ板と、
   クラッチ板、カムおよび従動節構造と関係づけられたクラッチカプラとを備え、
   該カプラは、カプラの回転がクラッチ板、カムおよび従動節構造を、よってウォーム軸を回転させるように、共に回転できるように電機子軸に結合されており、この結果
   モータのバックドライブ状態の際、トルクがウォーム軸、従ってカムに伝達されたときに、該カムが、従動節構造をレース面と接触させて圧力を加え、ウォーム軸の回転を防止するように構成配置されたクラッチアセンブリ。
2. カプラが１対の係合部材を含み、両係合部材間にカムが離間した状態で配設され、各部材は上面と１対の側面とを有し、上面は交わり頂辺を画成する請求項１のアセンブリ。
3. クラッチ板は各係合部材の側面と係合する係合面を含み、その結果電機子軸が駆動要素である際、カプラの各係合部材の側面がクラッチ板の関係する係合面と接触し、各係合部材の上面がカムと接触し、クラッチ板が自由に回転することを可能にする請求項２のアセンブリ。
4. バックドライブ状態の際、ウォーム軸が駆動要素であるときに、ウォーム軸のトルクはカムを頂辺に関して回転させ、もって従動節構造と係合させ、従動節構造を内レースに圧接させる請求項２のアセンブリ。
5. 従動節構造はクラッチ板と一体である１対の従動節を含み、各従動節は少なくとも１個の柔軟な橋絡部分によってクラッチ板に連結されており、橋絡部分は従動節がカムによって係合させられた際、従動節がレース面と係合することを可能にするように構成配置された請求項４のアセンブリ。
6. 従動節構造が貫通する偏心ボアを各々が有する１対の偏心従動節を含み、クラッチ板はその表面から突出するピンを含み、従動節の各ボアが関係するピンを受け入れており、カムが従動節と係合した際に各従動節が関係するピンを軸に回転し、レース面に圧接する請求項４のアセンブリ。
7. カムが矩形形状である請求項２のアセンブリ。
8. クラッチハウジングが、クラッチ板、カムおよびカプラをハウジング内に保持するように構成配置された一体保持構造を含む請求項５のアセンブリ。
9. 保持構造がカプラの表面に係合する弾性クリップを含む請求項８のアセンブリ。
10. 電機子軸と、歯車と噛合するように構成配置されたウォームを有するウォーム軸とを有するモータ用のクラッチアセンブリであって、該クラッチアセンブリが、
    レース面を含むクラッチハウジングと、
    ウォーム軸に結合されたカムと、
    カムと関係づけられた圧接するための手段と、
    クラッチ板と、
    クラッチ板、カムおよび圧接手段と関係づけられたクラッチカプラとを備えており、
    該カプラが、カプラの回転がクラッチ板、カムおよび圧接手段を、従ってウォーム軸を回転させるように共に回転できるように電機子軸に結合されており、その結果
    モータのバックドライブ状態の間に、トルクがウォーム軸に、従ってカムに伝達された際、カムが、圧接手段をレース面と接触させて圧力を加えさせ、もってウォーム軸の回転を防止するように構成配置されたクラッチアセンブリ。
11. カプラが１対の係合部材を含み、両係合部材間にカムが離間した状態で配設され、各係合部材は１対の側面と１対の上面を有し、上面は交わり頂辺を画成する請求項１０のアセンブリ。
12. クラッチ板が各係合部材の側面と関係づけられた係合面を含み、もって電機子軸が駆動要素である際、カプラの各係合部材の側面がクラッチ板の関係する係合面と接触し、各係合部材の上面がカムと接触し、クラッチ板が自由に回転することを可能にする請求項１１のアセンブリ。
13. バックドライブ状態の間に、ウォーム軸が駆動要素である際、ウォーム軸のトルクはカムを頂辺に関して回転させ、もって圧接手段と係合させ、圧接手段を内レースに圧接させる請求項１１のアセンブリ。
14. 圧接手段がクラッチ板と一体であり、かつ少なくとも１個の柔軟な橋絡部分でクラッチ板に連結されており、橋絡部分は圧接手段がカムにより係合させられた際圧接手段がレース面と係合することを可能にするように構成配置された請求項１３のアセンブリ。
15. 圧接手段が、貫通する偏心ボアを各々が有する１対の偏心従動節を含み、クラッチ板がその表面から突出するピンを含み、従動節の各ボアは関係するピンを受け入れており、カムが従動節と係合した時に各従動節は関係するピンを軸に回転しレース面に圧接する請求項１３のアセンブリ。
16. カムが矩形形状である請求項１１のアセンブリ。
17. クラッチハウジングが、クラッチ板、カムおよびカプラをハウジング内に保持するための一体手段を含む請求項１４のアセンブリ。
18. 保持手段がカプラの表面に係合する弾性クリップを含む請求項１７のアセンブリ。
19. 電機子軸と、歯車と噛合するように構成配置されたウォームを有するウォーム軸とを含むモータにおけるバックドライブを制御する方法であって、該方法は、
    レース面と、ウォーム軸に結合されたカムと、カムと関係づけられた従動節構造と、クラッチ板と、クラッチ板、カムおよび従動節構造と関係づけられたクラッチカプラとを含むクラッチハウジングを有するクラッチアセンブリを設けることを含み、
    この際カプラは、カプラの回転がクラッチ板、カムおよび従動節構造を、従ってウォーム軸を回転させるように共に回転できるように電機子軸に結合されており、更に
    １）モータのバックドライブ状態の際、ウォーム軸が駆動要素であり、かつトルクがウォーム軸によってカムに伝達されたときに、カムは、従動節構造をレース面と接触させ圧力を加えさせ、それによってウォーム軸の回転を防止することと、
    ２）モータの通常作動状態の際、電機子軸が駆動要素であるときに、従動節構造はレース面と接触せず、それによってウォーム軸が自由に回転することを可能にすることと
    を保証することを含む方法。

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