JP4509679B2 - クラッチおよびクラッチユニット - Google Patents

Description

本発明は、入力側からの回転トルクのみを出力側へ伝達するクラッチ機能を有するクラッチ、およびそのクラッチ機能と出力側からの逆入力トルクを遮断して入力側へ伝達しない逆入力遮断機能とを併せ持つクラッチユニットに関する。

一般に、ローラやボール等の係合子を用いるクラッチユニットにおいては、入力側部材と出力側部材との間にクラッチ部が配設されるが、このクラッチ部は、前述の入力側部材と出力側部材間に形成される楔すきまにローラやボール等の係合子を係合・離脱させることによって、入力トルクの伝達・遮断を制御する構成になっている。

すなわち、係合子が楔すきまに係合することにより、入力側部材と出力側部材とがその係合子を介して入力トルクが伝達される一方、係合子が楔すきまから離脱することにより、入力側部材と出力側部材とが相対空転可能となり、その入力側部材と出力側部材間で入力トルクが遮断される構成になっている。

このように係合子の係合・離脱により入力側部材と出力側部材の間でトルクの伝達・遮断を行うクラッチ部を図８の模式図で示す。

このクラッチ部は、同図に示すようにトルクが入力される入力側部材としての外輪１と、トルクが出力される出力側部材としての内輪２と、外輪１からの入力トルクを内輪２に伝達する係合子としてのローラ３と、そのローラ３を円周方向に保持する保持器４と、回転が拘束された静止側部材５と、保持器４と静止側部材５の間に設けられ、外輪１からの入力トルクで弾性力を蓄積し、その入力トルクの開放により、蓄積された弾性力で保持器４を中立状態に復帰させる第一の弾性部材としての第一のセンタリングばね６と、外輪１と静止側部材５の間に設けられ、外輪１からの入力トルクで弾性力を蓄積し、その入力トルクの開放により、蓄積された弾性力で外輪１を中立状態に復帰させる第二の弾性部材としての第二のセンタリングばね７とを具備した構造のものがある（例えば、特許文献１参照）。

このクラッチ部において、外輪１の内周面には、内輪２の外周面２ａとの間に正逆両回転方向に対称に楔すきま８を形成したカム面１ａが円周方向等間隔に形成されている。また、第一および第二のセンタリングばね６，７は、いずれも帯板材を丸めて形成した有端リング状の板ばねが使用されている。なお、このクラッチ部を自動車用シートリフタ部に組み込んだ場合、前述の外輪１に操作レバー（図示せず）が連結される。

図８に示すように外輪１に入力トルクが作用していない状態では、ローラ３は、外輪１のカム面１ａの円周方向中央に位置して外輪１と内輪２との間で係合していない状態に保持されている。

この外輪１に入力トルクが作用すると、図９に示すように内輪２に対して外輪１が回転することにより（図中矢印Ａ参照）、ローラ３は、楔すきま８の一端側（図中右側）に押し込まれて外輪１のカム面１ａと内輪２の外周面２ａとの間に噛み込んで係合した状態となる。これにより、外輪１からの入力トルクが内輪２へ伝達される。

一方、外輪１からの入力トルクを開放すると、図１０に示すように第一のセンタリングばね６の弾性復元力により保持器４が中立状態に復帰する。その時の第一のセンタリングばね６による復帰トルク（図中矢印Ｂ参照）は、保持器４およびローラ３を介して外輪１に伝達され、その外輪１が中立状態に復帰することになる。また、第二のセンタリングばね７は、第一のセンタリングばね６を補助することにより、その弾性復元力でもって外輪１を中立状態に確実に復帰させるようにしている。
特開２００３−１６６５５５号公報

ところで、前述したクラッチ部では、第一のセンタリングばね６の弾性復元力により保持器４に復帰トルクを作用させ、その保持器４およびローラ３を介して外輪１を中立状態に復帰させ、さらに、第二のセンタリングばね７の弾性復元力により外輪１に復帰トルクを作用させ、外輪１を中立状態に復帰させるのを補助するようにしている。

ここで、第一のセンタリングばね６の復帰トルクと第二のセンタリングばね７の復帰トルクの関係について、第二のセンタリングばね７の復帰トルクを第一のセンタリングばね６の復帰トルクよりも大きく設定した場合、外輪１からの入力トルクを開放すると、図１１に示すように第二のセンタリングばね７の復帰トルクが第一のセンタリングばね６の復帰トルクよりも大きいことから、第一のセンタリングばね６の弾性復元力（図中矢印Ｂ参照）による保持器４およびローラ３の復帰動作よりも、第二のセンタリングばね７の弾性復元力（図中矢印Ｃ参照）による外輪１の復帰動作が早く、その結果、図１１に示すようにローラ３は、楔すきま８の他端側（図中左側）に押し込まれて外輪１のカム面１ａと内輪２の外周面２ａとの間に噛み込んでロックした状態となり、外輪１が中立位置まで戻らない可能性があった。

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、二つのセンタリングばねによる復帰トルクの大小関係を適正に規定することにより、入力側部材である外輪を中立位置に確実に復帰させ得るクラッチおよびクラッチユニット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、トルクが入力される入力側部材と、トルクが出力される出力側部材と、入力側部材からの入力トルクを出力側部材に伝達する係合子と、その係合子を保持する保持器と、回転が拘束された静止側部材と、前記保持器と静止側部材の間に設けられ、入力側部材からの入力トルクで弾性力を蓄積し、その入力トルクの開放により、蓄積された弾性力で保持器を中立状態に復帰させる第一の弾性部材と、前記入力側部材と静止側部材の間に設けられ、入力側部材からの入力トルクで弾性力を蓄積し、その入力トルクの開放により、蓄積された弾性力で入力側部材を中立状態に復帰させる第二の弾性部材とを具備したクラッチにおいて、前記第一の弾性部材により保持器に作用する復帰トルクＴ₁と、第二の弾性部材により入力側部材に作用する復帰トルクＴ₂との関係を、前記保持器および入力側部材の慣性モーメントＭ₁，Ｍ₂を加味してＴ₁／Ｍ₁≧Ｔ₂／Ｍ₂で規定すると共に、前記保持器の慣性モーメントを前記入力側部材の慣性モーメントよりも小さく設定したことを特徴とする。

ここで、第一の弾性部材による復帰トルクを第二の弾性部材による復帰トルクよりも小さく設定していたことによる従来の問題点を解消するため、第一の弾性部材による復帰トルクを第二の弾性部材による復帰トルクよりも大きく設定することが考えられる。このように第一の弾性部材による復帰トルクを第二の弾性部材による復帰トルクよりも大きくするためには、第一の弾性部材が例えば板ばねの場合、その板厚や板幅を大きくすればよいが、それにより応力の問題より板ばねが折れてしまう可能性がでてくる。

そこで、本発明では、第一の弾性部材により保持器に作用する復帰トルクＴ₁と、第二の弾性部材により入力側部材に作用する復帰トルクＴ₂との関係を規定する上で、保持器および入力側部材の慣性モーメントＭ₁，Ｍ₂を加味してＴ₁／Ｍ₁≧Ｔ₂／Ｍ₂で規定すると共に、保持器の慣性モーメントを入力側部材の慣性モーメントよりも小さく設定するようにした。これにより、第二の弾性部材により入力側部材が中立状態に復帰しようとする動作よりも、第一の弾性部材により保持器が中立状態に復帰しようとする動作が早くなるので、入力側部材を中立状態に確実に復帰させることが可能となる。

本発明は、トルクが入力される入力側部材と、トルクが出力される出力側部材と、回転が拘束された静止側部材と、その静止側部材と出力側部材間のすきまに配設され、両部材間での係合・離脱により入力側部材からの入力トルクの伝達と出力側部材からの逆入力トルクの遮断を制御する一対の係合子と、一対の係合子間に介挿され、それら係合子同士に離反力を付勢する弾性部材とを備えた逆入力遮断機能のクラッチ部を有するクラッチユニットにも適用可能である。

また、本発明は、自動車用シートリフタ部に組み込まれた構造を採用することが望ましい。このように自動車用シートリフタ部に組み込まれた場合、操作性の向上が図れる。

本発明によれば、第一の弾性部材により保持器に作用する復帰トルクＴ₁と、第二の弾性部材により入力側部材に作用する復帰トルクＴ₂との関係を規定する上で、保持器および入力側部材の慣性モーメントＭ₁，Ｍ₂を加味してＴ₁／Ｍ₁≧Ｔ₂／Ｍ₂で規定すると共に、保持器の慣性モーメントを入力側部材の慣性モーメントよりも小さく設定したことにより、第二の弾性部材により入力側部材が中立状態に復帰しようとする動作よりも、第一の弾性部材により保持器が中立状態に復帰しようとする動作が早くなるので、入力側部材を中立状態に確実に復帰させることが可能となる。その結果、例えば自動車用シートリフタ部に適用した場合、操作レバーの初期位置復帰が確実となって操作性の向上が図れる。

本発明の実施形態は、入力側に設けられた第一クラッチ部１１（図２参照）と、出力側に設けられた逆入力遮断機能の第二クラッチ部１２（図３参照）とを具備したクラッチユニット（図１参照）を例示する。

第一クラッチ部１１は、図１および図２に示すようにトルクが入力される入力側部材としての外輪１３と、トルクが出力される出力側部材としての内輪１４と、外輪１３からの入力トルクを内輪１４に伝達する係合子としての複数のローラ１５と、そのローラ１５を円周方向に保持する保持器１６と、保持器１６と静止側部材（後述の第二クラッチ部１２の外輪２１）の間に設けられ、外輪１３からの入力トルクで弾性力を蓄積し、その入力トルクの開放により、蓄積された弾性力で保持器１６を中立状態に復帰させる第一の弾性部材としての第一のセンタリングばね１７と、外輪１３と静止側部材（第二クラッチ部１２の外輪２１）の間に設けられ、外輪１３からの入力トルクで弾性力を蓄積し、その入力トルクの開放により、蓄積された弾性力で外輪１３を中立状態に復帰させる第二の弾性部材としての第二のセンタリングばね１８とを具備する。

なお、外輪１３の内周には、複数のカム面１３ａが円周方向等間隔に形成されている。この外輪１３は、同軸的に配置された側板１０を介して操作レバー（図示せず）に連結されることにより、例えば自動車の座席シートを調整するシートリフタ部の入力側部材の一部を構成する。内輪１４は、その外径に外輪１３のカム面１３ａとの間に楔すきま２０を形成する外周面１４ａを備えている。保持器１６は、各ローラ１５を転動自在に収容して円周方向等間隔に保持する複数のポケット１９を有する。

第一および第二のセンタリングばね１７，１８は、いずれも帯板材を丸めて形成した有端リング状の板ばねであり、図４に示すように第一のセンタリングばね１７は、径方向内側に屈曲させた一対の係止部１７ａを有し、第二のセンタリングばね１８は、径方向外側に屈曲させた一対の係止部１８ａを有する。この第一のセンタリングばね１７は、第二のセンタリングばね１８の内径側に配置されている。

内径側に位置する第一のセンタリングばね１７は、保持器１６と第二クラッチ部１２の静止側部材である外輪２１の間に配設され、一方の係止部１７ａが保持器１６に係止されると共に、他方の係止部１７ａが外輪２１に設けられた爪部２１ａに係止されている。

この第一のセンタリングばね１７では、外輪１３からの入力トルクの作用時、一方の係止部１７ａが保持器１６の一部に、他方の係止部１７ａが外輪２１の爪部２１ａにそれぞれ係合するので、外輪１３の回転に伴って第一のセンタリングばね１７が押し拡げられて弾性力が蓄積され、外輪１３からの入力トルクの開放時、その弾性復元力により保持器１６を中立状態に復帰させる。

外径側に位置する第二のセンタリングばね１８は、外輪１３と第二クラッチ部１２の静止側部材である外輪２１の間に配設され、両方の係止部１８ａが外輪１３に設けられた爪部１３ｂに係止されると共に、外輪２１に設けられた爪部２１ｂに係止されている。この係止部１８ａは、第一のセンタリングばね１７の係止部１７ａに対して円周方向の位相をずらせて配置されている。

この第二のセンタリングばね１８では、外輪１３から入力トルクが作用する回転時、外輪１３が回転した場合、一方の係止部１８ａが外輪１３の爪部１３ｂに、他方の係止部１８ａが外輪２１の爪部２１ｂにそれぞれ係合するので、外輪１３の回転に伴って第二のセンタリングばね１８が押し拡げられて弾性力が蓄積され、外輪１３からの入力トルクを開放すると、その弾性復元力により外輪１３を中立状態に復帰させる。

この実施形態では、第一のセンタリングばね１７による復帰トルクと第二のセンタリングばね１８による復帰トルクとの大小関係について、保持器１６（ローラ１５も含む）の慣性モーメントと外輪１３（側板１０を含む）の慣性モーメントを考慮した上で規定した。

つまり、第一のセンタリングばね１７により保持器１６に作用する復帰トルクＴ₁と、第二のセンタリングばね１８により外輪１３に作用する復帰トルクＴ₂との関係を規定する上で、保持器１６および外輪１３の慣性モーメントＭ₁，Ｍ₂を加味してＴ₁／Ｍ₁≧Ｔ₂／Ｍ₂で規定すると共に、保持器１６の慣性モーメントＭ ₁ を外輪１３の慣性モーメントＭ ₂ よりも小さく設定するようにした。

これにより、保持器１６の慣性モーメントＭ₁を外輪１３の慣性モーメントＭ₂よりも小さく設定すれば、第二のセンタリングばね１８により外輪１３が中立状態に復帰しようとする動作よりも、第一のセンタリングばね１７により保持器１６が中立状態に復帰しようとする動作が早くなるので、外輪１３を中立状態に確実に復帰させることが可能となる。

保持器１６は、その慣性モーメントが外輪１３の慣性モーメントよりも小さくなるような素材で構成する。つまり、例えば鉄製の外輪１３に対して、保持器１６を樹脂やアルミニウム製とする。このようにすれば、保持器１３の慣性モーメントＭ₁を外輪１３の慣性モーメントＭ₂よりも小さく設定することが容易となる。

この実施形態のクラッチユニットにおける第一クラッチ部１１の動作を図５〜図７を参照しながら説明する。なお、図５〜図７において、第一および第二のセンタリングばね１７，１８並びに第二クラッチ部１２の静止側部材である外輪２１は模式化され、概念的に示されている。

図５に示すように外輪１３に入力トルクが作用していない状態では、ローラ１５は、外輪１３のカム面１３ａの円周方向中央に位置して外輪１３と内輪１４との間で係合していない状態に保持されている。

この外輪１３に入力トルクが作用すると、図６に示すように内輪１４に対して外輪１３が回転することにより（図中矢印Ａ参照）、ローラ１５は、楔すきま２０の一端側（図中右側）に押し込まれて外輪１３のカム面１３ａと内輪１４の外周面１４ａとの間に噛み込んで係合した状態となる。保持器１６は、第二のセンタリングばね１８により静止側部材である外輪２１と共に静止しようとするので外輪１３の相対移動が可能となる。

これにより、外輪１３と内輪１４がロックされるので、外輪１３からの入力トルクがローラ１５を介して内輪１４に伝達され、外輪１３、ローラ１５、保持器１６および内輪１４が一体となって回動する。この外輪１３および保持器１６の回動に伴って第一のセンタリングばね１７および第二のセンタリングばね１８が撓み、その撓み量に応じた弾性力がそれぞれに蓄積される。

一方、外輪１３からの入力トルクを開放すると、図７に示すように第一のセンタリングばね１７に蓄積された弾性復元力により保持器１６が中立状態に復帰する。その時の第一のセンタリングばね１７による復帰トルク（図中矢印Ｂ参照）は、保持器１６およびローラ１５を介して外輪１３に伝達され、その外輪１３が中立状態に復帰することになる。同時に、第二のセンタリングばね１８は、第一のセンタリングばね１７を補助することにより、蓄積された弾性復元力でもって外輪１３を中立状態に確実に復帰させるようにしている。

この時、前述したように第一のセンタリングばね１７により保持器１６に作用する復帰トルクＴ₁と、第二のセンタリングばね１８により外輪１３に作用する復帰トルクＴ₂との関係を、保持器１６および外輪１３の慣性モーメントＭ₁，Ｍ₂を加味してＴ₁／Ｍ₁≧Ｔ₂／Ｍ₂で規定すると共に、保持器１６の慣性モーメントＭ ₁ を外輪１３の慣性モーメントＭ ₂ よりも小さく設定したことにより、第二のセンタリングばね１８により外輪１３が中立状態に復帰しようとする動作よりも、第一のセンタリングばね１７により保持器１６が中立状態に復帰しようとする動作が早くなるので、図１１に示すようにローラ３が、楔すきま８の他端側（図中左側）に押し込まれて外輪１のカム面１ａと内輪２の外周面２ａとの間に噛み込んでロックした状態になることはなく、図５に示すように外輪１３を中立状態に確実に復帰させることが可能となる。

一方、ロック型と称されるタイプで逆入力遮断機能を有する第二クラッチ部１２は、図１および図３に示すように第一クラッチ部１１の内輪１４が入力側部材として機能する保持器（以下、第二クラッチ部１２では、保持器１４とする）と、出力側部材としての出力軸２２と、静止側部材としての外輪２１と、外輪２１と出力軸２２間のすきまに配設され、両者間での係合・離脱により保持器１４からの入力トルクの伝達と出力軸２２からの逆入力トルクの遮断を制御する一対の係合子としてのローラ２４と、一対のローラ２４間に介挿され、それらローラ２４同士に離反力を付勢する弾性部材としての断面Ｎ字形の板ばね２５とで主要部が構成されている。

図３に示すように前述の出力軸２２の外径面には、外輪２１の内周面２１ａとの間に正逆両回転方向に対称な楔すきま２６を形成した多角形のカム面２２ａが円周方向等間隔に形成されている。この出力軸２２と外輪２１の間に配置された保持器１４には、その軸方向に開放した凹状のポケット２３が円周方向等間隔に形成され、その開放側に端部部材である固定側板３０が配置されている。これら各ポケット２３に一対のローラ２４が収容配置されると共にそのローラ２４同士に離反力を付勢する板ばね２５がローラ２４間に介挿されている。

一方、出力軸２２には、複数のピン孔２２ｂが円周所定間隔に形成され、これらピン孔２２ｂに保持器１４のピン１４ｂが挿入されて回り止め構造でもって連結されている。さらに、外輪２１には、第一クラッチ部１１の第一および第二のセンタリングばね１７，１８と係合する係止部（図示せず）がそれぞれ形成されている。

前述の第一クラッチ部１１では、外輪１３に入力トルクが作用すると、ローラ１５が楔すきま２０に係合し、そのローラ１５を介して内輪１４にトルクが伝達されて内輪１４が回動する。この時、外輪１３および保持器１６の回動に伴って第一および第二のセンタリングばね１７，１８に弾性力が蓄積される。その入力トルクがなくなると、第一および第二のセンタリングばね１７，１８の弾性力により外輪１３および保持器１６が中立状態に復帰する一方で、内輪１４は、与えられた回動位置をそのまま維持する。従って、この外輪１３の回動繰り返しにより、内輪１４に回動量が重畳的に蓄積される。

一方、第二クラッチ部１２では、入力トルクが保持器１４に作用していない状態で、出力軸２２から逆入力トルクが入力されると、その出力軸２２と外輪２１の間に介在したローラ２４が、そのローラ２４同士に離反力を付勢する板ばね２５により出力軸２２と外輪２１間の楔すきま２６と係合してロックされる。従って、出力軸２２からの逆入力トルクは、第二クラッチ部１２によってロックされて第一クラッチ部１１への逆入力トルクの還流が遮断される。

一方、外輪１３からの入力トルクが第一クラッチ部１１を介して保持器１４に入力され、保持器１４がローラ２４と係合して板ばね２５の弾性力に抗して押圧することにより、そのローラ２４が楔すきま２６から離脱して出力軸２２のロック状態が解除され、出力軸２２は保持器１４と共に回転を始める。このように保持器１４が回転し始めた後、保持器１４のピン１４ｂが出力軸２２のピン孔２２ｂと係合することにより、保持器１４からの入力トルクがピン１４ｂおよびピン孔２２ｂを介して出力軸２２に伝達され、出力軸２２が回動する。なお、保持器１４からの入力トルクがなくなると、板ばね２５の弾性復元力によって中立状態に復帰する。

本発明は、例えば、自動車用シートリフタ部などに組み込まれて利用する以外に、電動スライドドア、電動バックドア、パワーウィンドウ、電動ステアリング等の駆動機構に組み込まれて利用することが可能である。

本発明の実施形態で、クラッチユニットの全体構成を示す断面図である。 図１のＩ−Ｉ線に沿う断面図で、第一クラッチ部を示す。 図１のII−II線に沿う断面図で、第二クラッチ部を示す。 図１のIII−III線に沿う断面図で、第一および第二のセンタリングばねを示す。 図２の第一クラッチ部の動作を説明するためのもので、ローラが中立位置にある状態を示す要部拡大断面図である。 図２の第一クラッチ部の動作を説明するためのもので、ローラが楔すきまに噛み込んだ状態を示す要部拡大断面図である。 図２の第一クラッチ部の動作を説明するためのもので、ローラが中立位置に戻る状態を示す要部拡大断面図である。 従来のクラッチ部の動作を説明するためのもので、ローラが中立位置にある状態を示す要部拡大断面図である。 従来のクラッチ部の動作を説明するためのもので、ローラが楔すきまに噛み込んだ状態を示す要部拡大断面図である。 従来のクラッチ部の動作を説明するためのもので、ローラが中立位置に戻る状態を示す要部拡大断面図である。 従来のクラッチ部の動作を説明するためのもので、ローラがロックされた不具合状態を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

１３ 入力側部材（外輪）
１４ 出力側部材（内輪）
１５ 係合子（ローラ）
１６ 保持器
１７ 第一の弾性部材（センタリングばね）
１８ 第二の弾性部材（センタリングばね）
２１ 静止側部材（外輪）

Claims (3)

1. トルクが入力される入力側部材と、トルクが出力される出力側部材と、入力側部材からの入力トルクを出力側部材に伝達する係合子と、その係合子を保持する保持器と、回転が拘束された静止側部材と、前記保持器と静止側部材の間に設けられ、入力側部材からの入力トルクで弾性力を蓄積し、その入力トルクの開放により、蓄積された弾性力で保持器を中立状態に復帰させる第一の弾性部材と、前記入力側部材と静止側部材の間に設けられ、入力側部材からの入力トルクで弾性力を蓄積し、その入力トルクの開放により、蓄積された弾性力で入力側部材を中立状態に復帰させる第二の弾性部材とを具備したクラッチにおいて、前記第一の弾性部材により保持器に作用する復帰トルクＴ₁と、第二の弾性部材により入力側部材に作用する復帰トルクＴ₂との関係を、前記保持器および入力側部材の慣性モーメントＭ₁，Ｍ₂を加味してＴ₁／Ｍ₁≧Ｔ₂／Ｍ₂で規定すると共に、前記保持器の慣性モーメントを前記入力側部材の慣性モーメントよりも小さく設定したことを特徴とするクラッチ。
2. 自動車用シートリフタ部に組み込まれている請求項１に記載のクラッチ。
3. トルクが入力される入力側部材と、トルクが出力される出力側部材と、回転が拘束された静止側部材と、その静止側部材と出力側部材間のすきまに配設され、両部材間での係合・離脱により入力側部材からの入力トルクの伝達と出力側部材からの逆入力トルクの遮断を制御する一対の係合子と、一対の係合子間に介挿され、それら係合子同士に離反力を付勢する弾性部材とを備えた逆入力遮断機能のクラッチ部を、請求項１又は２に記載のクラッチに付加したクラッチユニット。

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