离合器装置以及使用了该离合器装置的马达单元的制作方法

本发明涉及在对输出轴作用了过大的旋转负荷时将动力传递路径切断的离合器装置以及使用了该离合器装置的马达单元。

背景技术：

以往，在这种发明中，例如专利文献1所记载的那样，存在一种离合器装置，该离合器装置具备输出轴(2)、支撑于输出轴的外周部的离合器盘(38)以及输入盘(28)、以及以将离合器盘与输入盘相互推压的方式施力的螺旋弹簧(44)。此外，括弧内的数值表示专利文献1中的符号。

在该离合器装置中，在离合器盘的一端面上设置有台形状的卡合凹部(42)，并且，在输入盘的对置面上设置有大致山形状的卡合凸部(37)，在对输出轴作用了过剩的旋转负荷时，通过该旋转负荷使卡合凹部内的斜面以及卡合凸部的斜面滑动，以使它们的嵌合状态被解除。这样的离合器装置有时也被称为扭矩限制器、安全离合器等。

然而，根据这样的现有技术，在对于输出轴急剧地施加了旋转负荷的情况、旋转负荷与预想的相比过剩地大的情况、反复承受了多次旋转负荷的情况下等，卡合凸部有可能变形或者损伤。因此，也可以考虑通过材质的变更来提高卡合凸部的耐久性，成为成本提高的重要因素。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-322466号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

本发明是鉴于上述现有情况而进行的，其课题在于，提供能够减少嵌合脱离部分的变形、损伤等而提高耐久性的离合器装置以及使用了该离合器装置的马达单元。

用于解决课题的手段

在用于解决上述课题的一个手段的离合器装置中，具备：输入盘，旋转自如且能够沿轴向移动地支撑于输出轴的外周部；输出盘，固定于该输出轴的外周部；以及施力部件，将输入盘推压于输出盘，通过对输出轴施加的旋转负荷，使输入盘克服施力部件的作用力而从输出盘拉开。然后，在输入盘的输出盘侧的面以及输出盘的输入盘侧的面的各面上，设置有相对于另一方的面重合并且能够沿轴向嵌合脱离的齿部。然后，该齿部是在周向上交替地配设在径向上连续的凹部以及凸部而成的，该凹部以及凸部分别形成为在维持为相同高度的状态下随着朝向径外侧方向而周向宽度连续地扩大的曲面状。

发明的效果

本发明如以上说明的那样构成，因此能够减少嵌合脱离部分的变形、损伤等而提高耐久性。

附图说明

图1是表示使用了本发明的离合器装置的马达单元的一个例子的立体图。

图2是表示该马达单元的内部构造的立体图。

图3是表示该内部构造的侧视图。

图4是表示该内部构造的俯视图。

图5是输出轴以及离合器装置等的纵剖视图。

图6是表示输出盘的一个例子的立体图。

图7是凹部以及凸部的主要部分放大剖视图。

图8中(a)是输入盘或者输出盘的俯视图，(b)是该盘的纵剖视图。

图9中(d1)是在图8的直径d1的位置处表示凹部以及凸部的展开图，(d2)是在图8的直径d2的位置处表示凹部以及凸部的展开图，(d3)是在图8的直径d3的位置处表示凹部以及凸部的展开图。

图10是表示对凹部与凸部的压接面施加的力的图像的示意图。

具体实施方式

本实施方式的特征之一为，一种离合器装置，具备：输入盘，旋转自如且能够沿轴向移动地支撑于输出轴的外周部；输出盘，固定于该输出轴的外周部；以及施力部件，将输入盘推压于输出盘，通过对输出轴施加的旋转负荷，使输入盘克服施力部件的作用力而从输出盘拉开。具体地说，在输入盘的输出盘侧的面以及输出盘的输入盘侧的面的各面上，设置有相对于另一方的面重合并且能够沿轴向嵌合脱离的齿部。然后，该齿部是在周向上交替地配设在径向上连续的凹部以及凸部而成的，凹部以及凸部分别形成为在维持为相同高度的状态下随着朝向径外侧方向而周向宽度连续地扩大的曲面状。

根据该构成，能够减少齿部的变形、损伤等，而提高离合器装置的耐久性。

作为其他特征，为了成为优选的具体的方式，将凹部以及凸部分别形成为随着朝向两个盘的径外侧方向而半径连续地变大的截面圆弧状。

作为其他特征，为了将小异物等排出，在凹部的底部设置周向宽度比凹部小的小凹部。

作为其他特征，为了使输入输出盘之间平滑地滑动，将凹部以及凸部形成为，通过旋转负荷而输入盘的凸部与输出盘的凸部进行压接的部分的压力角，随着朝向两个盘的径外侧方向而连续地变大。

作为其他特征，为了使输入输出盘之间平滑地滑动，将凹部以及凸部形成为，在将压力角设为θ，将两个盘间的静摩擦系数设为μ的情况下，在盘径向的哪个位置都成立θ≧tan^-1μ的关系。

作为其他特征，为了使输入输出盘之间更平滑地滑动，将各部分的尺寸设定为，在将两个盘的任意的半径r处的凸部的间距设为p，将该半径r处的凸部表面的半径设为r，将凸部的周向宽度设为w，将凸部的高度设为h，将各盘上的凸部的数量设为n的情况下，p＝2πr/n、r＝πr/2ncosθ、w＝πr/n、以及h＝r(1-sinθ)＝固定值的关系成立。

作为其他特征，马达单元中使用了具有上述特征的离合器装置，该马达单元在壳体内具备：马达，在转子轴的前侧设置有驱动齿轮；以及从动轴，与转子轴大致平行且在相对于前侧的后侧具有从动齿轮，将驱动齿轮的旋转力通过齿轮机构向从动齿轮传递而使从动轴旋转。具体地说，将从动轴作为输出轴来使用，在该从动轴上设置上述离合器装置的输出盘、输入盘以及施力部件，将从动齿轮与输入盘连结为能够一体旋转。

实施例

接下来，基于附图对具有上述特征的优选实施例进行详细说明。

图1表示使用了本发明的离合器装置60的马达单元a的一个例子。

该马达单元a在壳体10内具备：马达20，在转子轴21的前侧设置有驱动齿轮22；输出轴30，与转子轴21大致平行地设置，在相对于前侧的后侧具有从动齿轮33；以及多个平齿轮41、42、43、44，从驱动齿轮22向从动齿轮33传递旋转力，该马达单元a在从动齿轮33内构成离合器装置60。

此外，本说明书中，“前侧”意味着在转子轴21的轴向上具有驱动齿轮22的一侧。

壳体10包括：使前端面开口的中空矩形箱状的壳体主体11；以及以将该壳体主体11的开口部关闭的方式能够装卸地安装的盖部件12。壳体主体11以及盖部件12分别由合成树脂材料一体成型。

马达20具备：圆筒状的外壳22；固定在该外壳22的内周面的定子以及线圈(未图示)；被支撑为在定子内进行旋转的转子(未图示)；以及固定于该转子的中心部并且使前端侧向前方突出的转子轴21，马达20构成无刷dc马达。

然后，在该马达20的转子轴21的前端侧，同轴状地固定有驱动齿轮22。该驱动齿轮22为平齿轮，并与后述的平齿轮41的大齿轮l啮合。

输出轴30在壳体10内，相对于马达20的转子轴21、在正交方向上隔开间隔地配置为大致平行，并通过壳体10的内壁面支撑为旋转自如。

在该输出轴30的外周部，从前侧依次以环状固定有输出齿轮31、前侧轴承部件32、从动齿轮33、后侧轴承部件34、以及磁性旋转体35。

根据图示例，输出齿轮31为平齿轮，从壳体10的前端面向前方突出并露出。根据图示例，该输出齿轮31与输出轴30构成为一体的部件。此外，作为其他例子，也可以将分别独立的输出轴30与输出齿轮31进行连结。

此外，根据马达单元a的驱动对象物(未图示)的方式，该输出齿轮31例如能够置换为蜗轮、斜齿齿轮等其他种类的齿轮。

前侧轴承部件32以及后侧轴承部件34是滚珠轴承、滑动轴承等公知的轴承部件。前侧轴承部件32经由轴承托架等固定于壳体10的内面，通过其内周部将输出轴30中比从动齿轮33更靠前侧的部分支撑为旋转自如。大致同样地，后侧轴承部件34经由轴承托架等固定于壳体10内面，通过其内周部将输出轴30中比从动齿轮33更靠后侧的部分支撑为旋转自如。

从动齿轮33是支撑于输出轴30的外周部的大致圆筒状的平齿轮。该从动齿轮33与后述的平齿轮44的小齿轮s啮合，从该小齿轮s接受旋转力。

在该从动齿轮33内，设置有在对输出轴30作用了过剩的旋转负荷时、将旋转力的传递路径切断的离合器装置60。

磁性旋转体35是将径向的一半部分侧作为n极、将另一半部分侧作为s极的大致圆盘状的2极(换言之，极对数为1)的永久磁铁。作为该磁性旋转体35的其他例子，也能够使极对数为多个方式。

然后，在比上述构成的磁性旋转体35更靠后侧，在壳体主体11的底部固定有控制基板50。该控制基板50一体地具备对马达20的驱动电力进行控制的驱动电路、用于检测磁性旋转体35的多个磁检测部36等。

磁检测部36是输出与所检测的磁通相对应的电压信号的霍尔元件。该磁检测部36以与磁性旋转体35的后端面对置的方式，在控制基板50上设置有两个。这2个磁检测部36在周向上隔开90°角度间隔地配置，输出与磁性旋转体35的磁极位置相对应的正弦波信号。

此外，平齿轮41、42、43、44分别是将前侧的大齿轮l与后侧的小齿轮s连结为同轴一体状而成的。各平齿轮中的大齿轮l以及小齿轮s的外径，根据转子轴21与输出轴30之间的减速比来适当地设定。

这些平齿轮41、42、43、44为，使在水平方向上相邻接的大齿轮l与小齿轮s啮合，并配置为从转子轴21的前侧朝向输出轴30的后侧的阶梯状。

进一步，如图4所示那样，在从转子轴21的轴向的一方侧俯视时，这些平齿轮41、42、43、44被配置为大致曲线状，以使旋转力的传递路径弯曲大致s字状，并分别相对于壳体10的内面或者驱动齿轮22等经由旋转轴等支撑为旋转自如。

若对这些平齿轮41、42、43、44的配置进行详细说明，则最靠转子轴21侧的平齿轮41相对于将转子轴21与输出齿轮31连结的假想平面，位于交叉方向的一方侧(图4中的上侧)，使其前部侧的大齿轮l与驱动齿轮22啮合。

下一个平齿轮42位于比平齿轮41更靠一方侧的位置(参照图4)，使其前侧的大齿轮l与平齿轮41的小齿轮s啮合(参照图3)。

下一个平齿轮43位于比平齿轮42更靠与一方侧相对的另一方侧(图4的下侧)的位置，使其前侧的大齿轮l与平齿轮42的小齿轮s啮合(参照图3)。

最靠输出齿轮31侧的平齿轮41相对于上述假想平面，位于与一方侧相对的另一方侧(图4的下侧)的位置，使其前部侧的大齿轮l与平齿轮43的小齿轮s啮合，并且，使其后部侧的小齿轮s与从动齿轮33啮合(参照图3)。

此外，离合器装置60具备：输入盘61，旋转自如且能够沿轴向移动地支撑于输出轴30的外周部；输出盘62，位于该输入盘61的后方侧(根据图5则为下方侧)的位置，不能旋转且不能沿轴向移动地固定于该输出轴30的外周部；以及施力部件63，按压输入盘61而将其推压向输出盘62(参照图5)。该离合器装置60为，在从外部对输出轴30施加的旋转负荷过剩的情况下，使输入盘61克服施力部件63的作用力而从输出盘62拉开。

在以下的说明中，“盘径向”意味着输入盘61以及输出盘62的径向，“盘径外侧方向”意味着在盘径向上从中心部远离的方向。此外，“盘厚方向”意味着与盘径向正交的方向(换言之为盘的轴向)。此外，“盘周向”意味着输入盘61或者输出盘62的周向。

输入盘61是大致圆盘状的部件，在其中心侧以间隙嵌合状插入输出轴30，并且，在靠近外周的输出盘62侧的面上，以遍及整周的环状具有齿部61a。

该输入盘61向从动齿轮33内插入，并且，以与从动齿轮33一体旋转的方式固定于从动齿轮33的内周面。然后，该输入盘61通过以环状安装于输出轴30的施力部件63(根据图示例为压缩螺旋弹簧)按压，并被推压向输出盘62。

输出盘62是在轴向上与输入盘61大致对称形状的部件，在其中心侧以紧固嵌合状插入输出轴30，并且，在靠近外周的输入盘61侧的面上，以遍及整周的环状具有齿部62a。

输入盘61的齿部61a以及输出盘62的齿部62a分别形成为，相对于另一方的齿部重合并且能够沿轴向嵌合脱离。

这些齿部61a、62a分别是沿周向交替地配设在径向上连续的凹部1以及凸部2而成的(参照图6)。

该盘61(或者62)上的凹部1以及凸部2为相互对称形状的曲面状，且平滑地连接。

根据图示的优选的一个例子，凹部1以及凸部2各自的表面形成为截面圆弧状，沿着盘厚方向的高度h(齿高)在盘径向上被维持为固定值，随着朝向盘径外侧方向，周向宽度w(w1～w3)、半径r(r1～r3)、间距p(p1～p3)以及压力角θ(θ1～θ3)连续变大(参照图7以及图9)。

此外，如图7所示那样，周向宽度w为在该输入盘61上将凸部2表面与凹部1表面的边界连结的基准线l1、和凸部2表面(或者凹部1表面)相交的2点间的距离。

在位于下侧的输出盘62的凹部1的底部，为了在两个盘61、62之间夹持了小异物等的情况下使小异物等排出，而设置有宽度小于凹部1的小凹部1a。该小凹部1a遍及宽度b的全长，在输出盘62的径向上连续地形成为相同深度y的截面圆弧状。

接下来，对输入盘61的齿部61a的尺寸进行详细说明。

此外，输出盘62的齿部62a与齿部61a为相同尺寸且为相同形状，因此对于尺寸省略重复的说明。

齿部61a的各部的尺寸被设定为，将输入盘61的任意半径r处的凹部1以及凸部2的盘周向的间距设为p，将该半径r处的凹部1以及凸部2的各表面的半径设为r，将凹部1以及凸部2的周向宽度设为w，将凹部1以及凸部2各自的高度设为h，将每个盘的凹部1以及凸部2的数量设为n，将由于旋转负荷而输入盘61的凸部2与输出盘62的凸部2压接的部分的压力角设为θ(参照图7)，后述的关系式成立。

此外，本说明书中，也有时将半径r称为齿顶半径，将周向宽度w称为齿厚，将高度h称为齿高。

在此，高度h为在该输入盘61上的任意半径r，从将凸部2表面与凹部1表面的边界连结的基准线l1到凸部2的顶部为止的高度尺寸(参照图7)。该高度h与凹部1的从基准线l1到底部为止的深度尺寸相同。

此外，压力角θ是齿部61a侧的凸部2与齿部62a侧的凸部2的共同法线l2、和基准线l1所成的角度。如图7所示那样，在凸部2两侧，左右的压接点的切线间的角度称为压力角θ的2倍。

此外，半径r是在输入盘61的任意半径r处、沿着凸部2表面或者凹部1表面的盘周向的轮廓线的半径尺寸(参照图7)。

此外，间距p是凹部1以及凸部2的大致正弦波状的轮廓线处的1周期量的间隔(参照图7)。

＜齿型的关系式＞

间距p、齿顶半径r、齿厚w、齿高h、压力角θ等被设定为，满足下述的关系式。

p＝2πr/n

r＝πr/2ncosθ

w＝πr/n＝2rcosθ

h＝r(1-sinθ)＝πr(1-sinθ)/2ncosθ＝固定值

2hn/πr＝1/cosθ-tanθ

如此，通过将间距p、齿顶半径r以及压力角θ等设定为，根据输入盘61的任意半径r而平滑、连续地变化，由此能够使凹部1截面的轮廓以及凸部2截面的轮廓成为齿高h为固定值的圆弧状。

＜关于压力角θ＞

压力角θ优选成为满足后述的关系式的值。

输入盘61的齿部61a与输出盘62的齿部62a为相同形状，在这些齿部61a、62a被推压而啮合的状态下，在两个盘61、62的任意半径r的周向上的任意点处(参照图10)，当将压力角设为θ，将基于扭矩的齿面负载设为ft，将齿部61a、62a间的静止摩擦力设为ff，将齿部61a、62a间的静摩擦系数设为μ，将齿部61a、62a间的滑动力设为fs，将施力部件63的弹力设为ps时，以下的关系式成立。此外，静摩擦系数μ使用根据齿部61a、62a的材质、表面粗糙度等而预先通过实验等求出的值。

ff＝μ(ftcosθ+pssinθ)

fs＝ftsinθ-pscosθ

在此，当假设在摩擦力＝滑动力的情况下两个盘61、62之间滑动时，以下的关系式成立。

μ(ftcosθ+pssinθ)＝ftsinθ-pscosθ

ft＝(μsinθ+cosθ)ps/(sinθ-μcosθ)

根据ps＝kz0(k：施力部件63的弹簧常数，z0：施力部件63的初始弯曲)，以下的式成立。

ft＝(μsinθ+cosθ)kz0/(sinθ-μcosθ)

在此，将(μsinθ+cosθ)/(sinθ-μcosθ)称为“摩擦/形状系数”。

如果设为θ≧tan^-1μ的关系，摩擦/形状系数的分母不会成为0，齿面负载ft成为有限值。

由此，例如，当设为μ＝0.1时，θ＝tan^-1μ＝5.7°为下限值。

＜关于滑动扭矩＞

当将基于施力部件63的每单位面积的弹力设为预压ps时，以下的关系式成立。

ps＝kz0/(π(d²-d²)/4)

在此，d意味着齿部61a、62a的最大直径(根据图8为d3)，d意味着齿部61a、62a的最小直径(根据图8为d1)。

当摩擦/形状系数设为α时，得到下式。

α＝(μsinθ+cosθ)/(sinθ-μcosθ)

关于压力角θ，下式的关系成立。

2hn/πr＝1/cosθ-tanθ

任意半径r处的滑动力fs通过下式求出。

fs＝2πrαps

当将其与半径r相乘而作为扭矩、而从内径d到外径d为止在半径间进行积分时，如以下那样，能够计算出滑动扭矩t。

[数式1]

由此，根据上述构成的离合器装置60，在对输出轴30施加了过剩的扭矩的情况下，能够使输入盘61相对于输出盘62滑动而向轴向远离，将这两个盘61、62间的动力传递路径切断，此时，输入盘61的齿部61a相对于输出盘62的齿部62a不会产生局部的阻力而平滑地滑动，因此能够有效地抑制两个齿部61a、62a的变形、损伤等。

并且，使用上述的关系式，能够高效地设定两个盘61、62的齿部61a、62a的各部分的尺寸，因此，与旋转负荷扭矩、收容尺寸等相对应的设计变更容易进行，生产率优良。

此外，根据使用了上述离合器装置60的马达单元a，如上述那样将多个平齿轮41、42、43、44配置为阶梯状且为大致s字状，使这多个平齿轮密集，并且，在这些平齿轮组的后方侧配置磁性旋转体35、具有磁检测部36的控制基板50等，因此能够有效运用转子轴21与输出轴30之间的空间、壳体10内的平齿轮组后方侧的空间等，生产率也较良好。

此外，例如与使用了电位计的现有技术等相比较，不但能够减少轴向的突出尺寸，而且能够减小旋转阻力。进一步，通过上述的从动齿轮33以及磁性旋转体35等的配置，能够稳定地支撑输出轴30。

此外，根据上述实施例，作为马达20而构成了无刷dc马达，但作为其他例子，也能够使马达20为电刷马达等其他种类的马达。

此外，根据上述实施例，设置了4个平齿轮41、42、43、44，但作为其他例子，也能够将平齿轮的数量设定为6以上、5以下。

此外，根据上述实施例，作为磁检测部36而使用了霍尔元件，但作为磁检测部36的其他例子，也能够使用磁式编码器、其他传感器。

此外，根据上述实施例，使磁检测部36的数量为两个，但也能够根据磁性旋转体35的旋转位置检测方法等，使磁检测部36的数量为一个、三个以上。

此外，根据上述实施例，作为特别优选的方式，仅在输出盘62上设置了小凹部1a，作为其他例子，也能够成为在两个盘61、62上分别设置了小凹部1a的方式、从两个盘61、62省略了小凹部1a的方式。

此外，根据上述实施例，靠近两个盘61、62的外周形成齿部61a、62a，而不对各凹部1以及各凸部2施加过大的负载，但作为其他例子，也能够靠近两个盘61、62的中心形成齿部61a、62a、或者从两个盘61、62的中心部到外周地形成齿部61a、62a。

此外，根据上述实施例，马达单元a内的旋转力传递机构中应用了离合器装置60，但作为其他例子，上述马达单元a以外的旋转力传递机构中也能够应用离合器装置60。

符号的说明

1：凹部

1a：小凹部

2：凸部

10：壳体

20：马达

21：转子轴

22：驱动齿轮

30：输出轴

32：前侧轴承部件

33：从动齿轮

34：后侧轴承部件

35：磁性旋转体

36：磁检测部

41、42、43、44：平齿轮

50：控制基板

60：离合器装置

61：输入盘

61a：齿部

62：输出盘

62a：齿部

63：施力部件

a：马达单元

l：大齿轮

s：小齿轮

w：周向宽度