JP2017020612A - 逆入力遮断クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 歯飛び現象による異音や振動の発生を防止し、回転トルクの遮断および伝達を確実に制御する。【解決手段】 回転トルクが入力される入力軸１１と、回転が拘束された固定外輪１２と、回転トルクが出力される出力軸１３と、固定外輪１２と出力軸１３との間に配設され、出力軸１３からの回転トルクの遮断時に固定外輪１２と出力軸１３との間で係合し、入力軸１１からの回転トルクの伝達時に固定外輪１２と出力軸１３との間で離脱する係合子１４と、入力軸１１と出力軸１３との間に配設され、係合子１４の離脱時に入力軸１１からの回転トルクを出力軸１３に伝達するピン１５とを備えた逆入力遮断クラッチであって、固定外輪１２および係合子１４は、相互に係合離脱可能な対向面をそれぞれ有し、固定外輪１２の対向面を凹曲面２９で構成すると共に、係合子１４の対向面を凸曲面３０で構成する。【選択図】 図１

Description

本発明は、入力部材から入力される回転トルクを出力部材に伝達する一方、出力部材から逆入力される回転トルクを遮断する機能を具備した逆入力遮断クラッチに関する。

例えば、駆動源から入力される回転トルクを出力側機構に伝達して所要の動作を行なう装置では、駆動源の停止時、出力側機構の位置が変動しないようにこれを保持する機能が求められる場合がある。例えば、電動シャッタ装置は、駆動モータからの正逆方向の回転トルクを出力側の開閉機構に入力して、シャッタの開閉動作を行なうものである。

この電動シャッタ装置では、シャッタの開閉動作の途中で何等かの事情（停電など）により駆動源が停止した場合、シャッタの自重下降により逆入力される回転トルクが入力側に還流すると、入力側機器に損傷が生じる可能性がある。そのため、電動シャッタ装置において、シャッタの位置を保持し、シャッタから逆入力される回転トルクを入力側に還流させない機能を持った機構が必要になる。

本出願人は、入力部材から入力される回転トルクを出力部材に伝達する一方、出力部材から逆入力される回転トルクを遮断する機能を具備した機構として逆入力遮断クラッチを先に提案している（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１で開示された逆入力遮断クラッチは、回転トルクが入力される入力部材と、回転が拘束された静止部材と、回転トルクが出力される出力部材と、静止部材と出力部材との間に配設された係合子と、回転トルクの遮断および伝達を凹凸部の噛み合いおよびその解除により制御する制御手段とで構成されている。

以上のような構成を具備した逆入力遮断クラッチでは、入力部材から入力される回転トルクの伝達時、制御手段により静止部材と出力部材との間で係合子を離脱させることで、静止部材と出力部材との間で凹凸部の噛み合いを解除する。この凹凸部の噛み合い解除により、入力部材からの回転トルクを出力部材に伝達する。

一方、出力部材から逆入力される回転トルクの遮断時、制御手段により静止部材と出力部材との間で係合子を係合させることで、静止部材と出力部材との間で凹凸部を噛み合わせる。この凹凸部の噛み合いにより、静止部材に対して出力部材をロック状態にし、出力部材からの回転トルクを遮断して入力部材に還流させないようにしている。

特開２０１３−２２４６９２号公報

ところで、特許文献１に開示された従来の逆入力遮断クラッチでは、出力部材から逆入力される回転トルクを遮断するに際して、静止部材と出力部材との間で係合子を係合させることにより、静止部材と出力部材との間で凹凸部を噛み合わせるようにしている。また、入力部材から入力される回転トルクの伝達に際しては、静止部材と出力部材との間で係合子を離脱させることにより、静止部材と出力部材との間で凹凸部の噛み合いを解除するようにしている。

このように、静止部材と出力部材との間での凹凸部の噛み合いおよびその解除でもって、回転トルクの遮断および伝達を制御するようにしている。そのため、出力部材が無負荷あるいはそれに近い状態であると、凹凸部の噛み合いとその解除を繰り返す歯飛び現象が発生するおそれがある。このような歯飛び現象は、異音や振動の発生原因となる。また、凹凸部の摩耗に伴って凹凸部の噛み合い不良が発生する懸念もあった。

そこで、本発明は前述の改善点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、歯飛び現象による異音や振動の発生を防止し、回転トルクの遮断および伝達を確実に制御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部材と、回転が拘束された静止部材と、回転トルクが出力される出力部材と、静止部材と出力部材との間に配設され、出力部材からの回転トルクの遮断時に両部材間で係合し、入力部材からの回転トルクの伝達時に両部材間で離脱する係合子と、入力部材と出力部材との間に配設され、係合子の離脱時に入力部材からの回転トルクを出力部材に伝達するトルク伝達部材とを備えた逆入力遮断クラッチであって、静止部材および係合子は、相互に係合離脱可能な対向面をそれぞれ有し、静止部材および係合子の両対向面を曲面で構成したことを特徴とする。

本発明では、静止部材および係合子が相互に係合離脱可能な対向面をそれぞれ有し、静止部材および係合子の両対向面を曲面で構成したことにより、静止部材と出力部材との間で係合子がスムーズに係合離脱する。このことから、出力部材が無負荷あるいはそれに近い状態であっても、従来のような凹凸部の噛み合いとその解除を繰り返す歯飛び現象が発生することはない。

その結果、出力部材のロック状態を確実に維持することができ、異音や振動の発生を防止することができる。また、静止部材と係合子が曲面同士で接触することから、従来のような凹凸部の摩耗に伴う凹凸部の噛み合い不良の発生を回避できる。

本発明において、静止部材は円筒形状をなすと共に係合子は凸形状をなし、静止部材の対向面を凹曲面で構成すると共に、係合子の対向面を静止部材の凹曲面よりも曲率半径が小さい凸曲面で構成することが望ましい。このような構成を採用すれば、静止部材と出力部材との間で係合子をスムーズに係合離脱させることがより一層容易に実現できる。

本発明において、静止部材および係合子のうち、少なくとも一方の対向面は、高摩擦特性を有する素材で構成されていることが望ましい。このような構成を採用すれば、静止部材と出力部材との間で係合子が係合するに際して、静止部材と係合子との間で滑りが発生し難くなる。この滑り防止により、出力部材からの回転トルクを確実に遮断することができ、出力部材が無負荷あるいはそれに近い状態であっても、出力部材のロック状態を維持することが容易となる。

本発明において、静止部材および係合子のうち、少なくとも一方の対向面に摩擦材を貼り付けた構成が望ましい。このような構成を採用すれば、静止部材および係合子の素材に制約されることなく、摩擦材の貼付という簡易な手段によって、静止部材と係合子との間で滑りを防止することができる。その結果、出力部材からの回転トルクの遮断が確実となり、出力部材が無負荷あるいはそれに近い状態であっても、出力部材のロック状態を維持することが容易となる。

本発明において、静止部材および係合子のうち、少なくとも一方の対向面に回転方向に沿う凹溝を形成した構成が望ましい。このような構成を採用すれば、静止部材と係合子との間に介在する潤滑油の油膜を切り易くなる。この油膜切れにより、静止部材と係合子との間で滑りを確実に防止することができる。その結果、出力部材からの回転トルクの遮断が確実となり、出力部材が無負荷あるいはそれに近い状態であっても、出力部材のロック状態を維持することが容易となる。

本発明によれば、静止部材および係合子が相互に係合離脱可能な対向面をそれぞれ有し、静止部材および係合子の両対向面を曲面で構成したことにより、静止部材と出力部材との間で係合子がスムーズに係合離脱することから、出力部材が無負荷あるいはそれに近い状態であっても、従来のような凹凸部の噛み合いとその解除を繰り返す歯飛び現象が発生することはない。

このようにして、出力部材のロック状態を確実に維持することができ、異音や振動の発生を防止することができる。また、静止部材と係合子が曲面同士で接触することから、従来のような凹凸部の摩耗に伴う凹凸部の噛み合い不良の発生を回避できる。その結果、異音や振動の発生を防止し、回転トルクの遮断および伝達を確実に制御し得る高品質の逆入力遮断クラッチを実現できる。

本発明の実施形態で、逆入力遮断クラッチを示す断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図２の状態から入力部材の回転により入力部材が係合子に接触した状態を示す断面図である。 図３の状態から入力部材の回転により入力部材がピン部材に接触した状態を示す断面図である。 図４の状態から入力部材の回転により出力部材が回転する状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態で、係合子を示す拡大断面図である。 本発明の他の実施形態で、係合子を示す拡大側面図である。

本発明に係る逆入力遮断クラッチの実施形態を図面を参照しながら以下に詳述する。

以下の実施形態では、駆動源から入力される正逆方向の回転トルクを出力側の開閉機構に入力して、シャッタの開閉動作を行う電動シャッタ装置に組み込まれる逆入力遮断クラッチを例示する。なお、この逆入力遮断クラッチは、電動シャッタ装置以外に、逆入力遮断機能付き操舵装置など各種装置に適用可能である。

電動シャッタ装置では、駆動源の停止時、シャッタの位置が変動しないようにこれを保持する機能が求められる場合がある。この実施形態の逆入力遮断クラッチは、ロック型と称されるタイプで、入力部材から入力される回転トルクを出力部材に伝達する一方、出力部材から逆入力される回転トルクをロックして入力部材に還流させない逆入力遮断機能を有する。

この逆入力遮断クラッチは、図１および図２に示すように、回転トルクが入力される入力部材である入力軸１１と、回転が拘束された静止部材である固定外輪１２と、回転トルクが出力される出力部材である出力軸１３と、固定外輪１２と出力軸１３との間に配設され、出力軸１３からの回転トルクの遮断時に固定外輪１２と出力軸１３との間で係合し、入力軸１１からの回転トルクの伝達時に固定外輪１２と出力軸１３との間で離脱する係合子１４と、入力軸１１と出力軸１３との間に配設され、係合子１４の離脱時に入力軸１１からの回転トルクを出力軸１３に伝達するトルク伝達部材であるピン１５とで主要部が構成されている。

固定外輪１２は、円筒形状をなし、駆動源であるモータ１６を支持するハウジング１７に取り付けられている。この固定外輪１２は、モータ１６の出力軸２１と同軸的に配置されている。

入力軸１１は、固定外輪１２の内側に配置され、固定外輪１２に対して転がり軸受１８によって回転自在に取り付けられている。この入力軸１１は、円筒部１９とその円筒部１９に一体的に形成された柱部２０とからなる。円筒部１９は、モータ１６の出力軸２１にトルク伝達可能に同軸的に連結されている。柱部２０は、円筒部１９から拡径して軸方向に延び、隣接する柱部２０間に切り欠き２２が周方向１８０°対向位置に形成されている。この切り欠き２２に係合子１４が収容されている。一方の柱部２０には孔２３が設けられ、その孔２３にピン１５が収容されている。

出力軸１３は、固定外輪１２に対して転がり軸受２４によって回転自在に取り付けられている。出力軸１３は、入力軸１１と同軸的に配置されている。出力軸１３の入力側端部２５は、入力軸１１の柱部２０の内側に配置され、出力軸１３の出力側端部２６は、固定外輪１２から軸方向に突出している。出力軸１３の入力側端部２５には、係合子１４およびピン１５が設けられている。出力軸１３の出力側端部２６は、例えばギヤ等の適宜の手段によりシャッタの開閉機構（図示せず）にトルク伝達可能に連結されている。

係合子１４は、断面キノコ形状をなし、径方向外側に位置する頭部２７と、径方向内側に位置する脚部２８とを一体的に形成した部材である。係合子１４の頭部２７は、入力軸１１の柱部２０間に位置する切り欠き２２に周方向でクリアランスを持って収容配置されている。

固定外輪１２の内周部および係合子１４の頭部２７は、相互に係合離脱可能な対向面２９，３０をそれぞれ有する。固定外輪１２の内周部の対向面２９は円弧状の凹曲面（以下、凹曲面に符号２９を付す）で構成され、係合子１４の頭部２７の対向面３０は円弧状の凸曲面（以下、凸曲面に符号３０を付す）で構成されている。係合子１４の頭部２７の凸曲面３０は、固定外輪１２の凹曲面２９よりも曲率半径が小さく設定されている。このように、係合子１４の頭部２７および固定外輪１２の対向面は単純形状であるため、加工が容易であり低コスト化が図れる。

係合子１４の脚部２８は、出力軸１３の外周面に形成された凹孔３１に弾性部材であるコイルばね３２を介して径方向に沿って挿入されている。このコイルばね３２は、係合子１４の頭部２７の凸曲面３０を固定外輪１２の凹曲面２９に当接させて係合させる方向、つまり、径方向外側へ向けて弾性力を付勢する。なお、この実施形態では、弾性部材としてコイルばね３２を使用した場合を例示しているが、コイルばね３２以外にエラストマーを採用することも可能である。

この係合子１４は、出力軸１３の入力側端部２５に周方向１８０°反対位置に設けられている。このように、２個の係合子１４を１８０°反対方向で配設することにより、固定外輪１２に対する係合離脱をバランスよく行うことができる。また、係合子１４の凸曲面３０と当接する入力軸１１の柱部２０の周方向端部には、係合子１４との当たりを滑らかにするため、テーパ面３３が形成されている。なお、この実施形態では、２個の係合子１４を設けた場合を例示するが、本発明はこれに限定されることなく、係合子１４の数については任意である。

ピン１５は、棒状部材であり、出力軸１３の外周面に形成された凹孔３４に圧入することにより取り付けられている。ピン１５の突出端部は、入力軸１１の柱部２０に設けられた孔２３に周方向でクリアランスを持って収容配置されている。ピン１５は、１８０°反対方向に配置された２個の係合子１４間の中間９０°位置に配設されている。このように、２個の係合子１４間の中間９０°位置に配設することにより、固定外輪１２に対する係合子１４の離脱をバランスよく行うことができる。

以上の構成からなる逆入力遮断クラッチでは、出力軸１３に回転トルクが逆入力されても、図１に示すように、コイルばね３２の弾性力により係合子１４が径方向外側へ向けて突出方向に付勢されていることから、係合子１４の頭部２７の凸曲面３０が固定外輪１２の凹曲面２９に当接して係合した状態となっている。これにより、出力軸１３が固定外輪１２に対してロックされる。このようにして、出力軸１３から逆入力された回転トルクは、係合子１４によってロックされて入力軸１１への還流が遮断される。

この実施形態の逆入力遮断クラッチでは、固定外輪１２および係合子１４の両対向面を凹曲面２９および凸曲面３０で構成したことにより、固定外輪１２と出力軸１３との間で係合子１４がスムーズに係合離脱する。このことから、出力軸１３が無負荷あるいはそれに近い状態であっても、従来のような凹凸部の噛み合いとその解除を繰り返す歯飛び現象が発生することはない。

その結果、出力軸１３のロック状態を確実に維持することができ、異音や振動の発生を防止することができる。また、固定外輪１２と係合子１４が曲面同士で接触することから、従来のような凹凸部の摩耗に伴う凹凸部の噛み合い不良の発生を回避できる。

なお、この実施形態では、係合子１４の頭部２７の凸曲面３０を固定外輪１２の凹曲面２９よりも曲率半径を小さく設定することにより、固定外輪１２と出力軸１３との間で係合子１４をスムーズに係合離脱させるようにしているが、係合子１４の頭部２７の凸曲面３０を固定外輪１２の凹曲面２９と曲率半径を同一にしてもよい。この場合、係合子１４の頭部２７と固定外輪１２との接触面積が増加することで、係合子１４が固定外輪１２に確実に係合して出力軸１３のロック状態を確保することが容易となる。

一方、図３に示すように、モータ１６から反時計方向（図中白抜き矢印参照）の回転トルクが入力軸１１に入力されると、入力軸１１の柱部２０が係合子１４の頭部２７を押圧することにより、係合子１４がコイルばね３２の弾性力に抗して径方向内側へ押し下げられる。この時、入力軸１１の柱部２０において、係合子１４の頭部２７の凸曲面３０に当接する部位をテーパ面３３としていることから、入力軸１１の柱部２０の係合子１４への当たりを滑らかにして摩耗や振動を抑制している。

このようにして、係合子１４が径方向内側へ押し下げられて変位することにより、係合子１４の頭部２７の凸曲面３０が固定外輪１２の凹曲面２９から離脱した状態となる（図４参照）。これにより、固定外輪１２に対する出力軸１３のロック状態が解除され、出力軸１３が反時計方向に回転可能となる。

図４に示すように、出力軸１３から突出するピン１５に入力軸１１の柱部２０が接触し、その入力軸１１がさらに反時計方向に回転すると、入力軸１１からの反時計方向の回転トルクがピン１５を介して出力軸１３に伝達され、出力軸１３が反時計方向に回転する（図５参照）。

なお、入力軸１１に時計方向の回転トルクが入力された場合は、前述とは逆の動作で出力軸１３が時計方向に回転する。従って、入力軸１１からの正逆両回転方向の回転トルクは、ピン１５を介して出力軸１３に伝達され、出力軸１３が正逆両回転方向に回転する。

以上で説明した係合子１４の頭部２７の凸曲面３０は、高摩擦特性を有する素材で構成されている。高摩擦特性を有する素材としては、例えば、焼結金属やアルミ合金などが有効である。このような素材で構成するには、係合子１４の全体を前述の素材で構成する場合や、係合子１４の凸曲面３０を前述の素材で被膜処理する場合などがある。なお、固定外輪１２の凹曲面２９を前述の素材で構成してもよい。

固定外輪１２あるいは係合子１４を前述の素材で構成することにより、固定外輪１２と出力軸１３との間で係合子１４が係合するに際して、固定外輪１２と係合子１４との間で滑りが発生し難くなる。この滑り防止により、出力軸１３から逆入力される回転トルクを確実に遮断することができ、出力軸１３が無負荷あるいはそれに近い状態であっても、出力軸１３のロック状態を維持することが容易となる。

また、図６に示すように、係合子１４の頭部２７の凸曲面３０に摩擦材３５を貼り付けた構成とすることも可能である。摩擦材３５としては、例えば、クラッチフェーシング材やブレーキパット材などが有効である。なお、この場合も、固定外輪１２の凹曲面２９に摩擦材３５を貼り付けた構成としてもよい。

このような構成を採用することにより、固定外輪１２および係合子１４の素材に制約されることなく、摩擦材３５の貼付という簡易な手段によって、固定外輪１２と係合子１４との間で滑りを防止することができる。その結果、出力軸１３からの回転トルクの遮断が確実となり、出力軸１３が無負荷あるいはそれに近い状態であっても、出力軸１３のロック状態を維持することが容易となる。

さらに、図７に示すように、係合子１４の頭部２７の凸曲面３０に回転方向に沿う凹溝３６を形成した構成とすることも可能である。凹溝３６の大きさ、数および配置については任意である。なお、この場合も、固定外輪１２の凹曲面２９に回転方向に沿う凹溝３６を形成した構成としてもよい。

このような構成を採用することにより、固定外輪１２と係合子１４との間に介在する潤滑油の油膜を切り易くなる。この油膜切れにより、固定外輪１２と係合子１４との間で滑りを確実に防止することができる。その結果、出力軸１３からの回転トルクの遮断が確実となり、出力軸１３が無負荷あるいはそれに近い状態であっても、出力軸１３のロック状態を維持することが容易となる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１１ 入力部材（入力軸）
１２ 静止部材（固定外輪）
１３ 出力部材（出力軸）
１４ 係合子
１５ トルク伝達部材（ピン）
２９ 対向面（凹曲面）
３０ 対向面（凸曲面）
３５ 摩擦材
３６ 凹溝

Claims (5)

1. 回転トルクが入力される入力部材と、回転が拘束された静止部材と、回転トルクが出力される出力部材と、前記静止部材と前記出力部材との間に配設され、出力部材からの回転トルクの遮断時に両部材間で係合し、前記入力部材からの回転トルクの伝達時に両部材間で離脱する係合子と、入力部材と出力部材との間に配設され、前記係合子の離脱時に入力部材からの回転トルクを出力部材に伝達するトルク伝達部材とを備えた逆入力遮断クラッチであって、
   前記静止部材および前記係合子は、相互に係合離脱可能な対向面をそれぞれ有し、静止部材および係合子の両対向面を曲面で構成したことを特徴とする逆入力遮断クラッチ。
2. 前記静止部材は円筒形状をなすと共に前記係合子は凸形状をなし、静止部材の前記対向面を凹曲面で構成すると共に、係合子の前記対向面を静止部材の凹曲面よりも曲率半径が小さい凸曲面で構成した請求項１に記載の逆入力遮断クラッチ。
3. 前記静止部材および前記係合子のうち、少なくとも一方の対向面は、高摩擦特性を有する素材で構成されている請求項１又は２に記載の逆入力遮断クラッチ。
4. 前記静止部材および前記係合子のうち、少なくとも一方の対向面に摩擦材を貼り付けた請求項１又は２に記載の逆入力遮断クラッチ。
5. 前記静止部材および前記係合子のうち、少なくとも一方の対向面に回転方向に沿う凹溝を形成した請求項１又は２に記載の逆入力遮断クラッチ。

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