JPH0640863B2 - 自走機能を有する移動体のクラッチ機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自走式床移動形電気掃除機等のような自走機
能を有する移動体に組込まれて、駆動ローラへの駆動伝
達の切換を行うクラッチ機構に関するものである。

〔従来の技術〕

例えば床移動形電気掃除機の場合、本体の前後に床移動
用のキャスターおよびローラを設けてあり、本体に接続
されたホースを引くことにより、キャスターローラおよ
び後輪としてのローラが回転して床面上を移動するよう
になっているが、この場合、床面の状態によって、掃除
機本体の移動に相当な操作力が必要となる。

そこで、前記電気掃除機のような移動体の操作力を軽減
するため、同移動体に小形モータを内装して、このモー
タによりローラを回転駆動させる試みがなされている。
このような自走機能を有する移動体の場合、小形モータ
は通常1/100程度の減速機構部と一体化して使用される
ため、電源を外したときなど、手動で移動させたい場
合、モータの無負荷トルクが拡大されてローラの回転が
重くなって、大きい操作力を要することになる。このた
め、従来より、前記モータとローラとの間にクラッチ機
構を介在させて、モータの停止時等においてはモータと
ローラとを切離すことができるようにしている。

このような目的で使用されるクラッチ機構として、従来
では例えば自動車等に使用される機械式摩擦クラッチや
電磁クラッチ、あるいは一方向クラッチ等が挙げられ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述した周知のクラッチ機構を自走機能
を有する移動体に適用した場合、例えば機械式摩擦クラ
ッチでは切換えに外部からの操作が必要であり、また、
電磁クラッチでは外部操作は不必要となる反面、寸法的
に大きくなり過ぎる。更に、一方向クラッチの場合、小
形化は可能となるものの、一方向のみしか切換えられな
いため、前後に往復移動させる必要があるこの種の移動
体には不適当であるなど、いずれも上記のような目的を
達成するには不十分なものであった。

本発明は、上記のような従来の問題点を解決するために
なされたもので、切換えが自動的に行える上、小形化並
びに双方向への負荷の切離しが可能で自走機能を有する
移動体に使用して好適なクラッチ機構を提供することを
目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明の自走機能を有する移
動体のクラッチ機構は、駆動源により駆動されると共に
モータスイッチにより制御されるモータの出力を移動体
に装着された駆動ローラに差動ギヤを介して伝達する連
結輪と、この連結輪と間隔を置いて対面する状態で前記
モータの出力軸に一体に装着されたカム部材と、このカ
ム部材と連結輪との間でスラスト方向に変位可能に配設
されたクラッチ部材と、このクラッチ部材を前記カム部
材側に付勢する付勢手段と、前記クラッチ部材に回転摺
動低抗を付与する回転抵抗付与手段とを備え、前記カム
部材とクラッチ部材との対向面の一方にカムフォロアを
設けると共に、他方に前記モータの移動体の進行方向へ
の回転開始時に前記カムフォロアに当接して前記クラッ
チ部材を前記連結輪側に変位させるカム面と同クラッチ
部材の変位位置で前記回転方向と同方向で前記カムフォ
ロアを係止する第１係合部とを形成する一方、前記連結
輪とクラッチ部材との対向面の一方に被係合部を設ける
と共に、他方に前記回転方向と同方向で前記被係合部と
係合し前記モータに対して前記連連結輪が相対的に前記
移動体の進行方向に回転したとき前記クラッチ部材を前
記カム部材に対して相対的に回転変位させる第２係合部
を設けてななる構成に特徴を有するものである。

また、前記モータは移動体の進行方向に回転し終えた
後、進行方向とは逆方向に一定時間回転する構成とする
こととができる。

〔作 用〕

上記構成により、モータが回転を開始すると同時に、ク
ラッチ部材を介して駆動ローラと係合して、同駆動ロー
ラを回動させる。また、モータが停止した後、移動体の
慣性走行に従うローラの回転により、連結輪とクラッチ
部材との係合が切離されるので自動的に動作し、双方向
への負荷の切離しができるものである。

また、前記モータが移動体の進行方向に回転し終えた
後、逆方向に一定時間回転するようにしたものでは、移
動体の慣性走行による慣性力が小さく、駆動ローラの回
転による連結輪とクラッチ部材との係合状態の切離しが
不十分であっても、モータの逆回転により強制的に切離
すことができるので確実な動作を得られるものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら詳
細に説明する。第１図〜第３図はこの実施例に係るクラ
ッチ機構を示すものである。これらの図において、(1)
は小形直流整流子モータであって、減速機構部(2)を一
体的に設けてなるものである。

(3)は円板状に形成されたカム部材であって、中心部か
ら一方側に筒軸部(3a)を突設してあり、この筒軸部(3a)
を前記モータ(1)の出力軸(1a)に挿嵌すると共に、出力
軸(1a)の端部に締結した固定ねじ(4)によって同出力軸
(1a)に一体に固定されている。

(5)はクラッチ部材であって、一方の面がカム部材(3)と
近接対向する状態で、同カム部材(3)の筒軸部(3a)に摺
動自在に嵌合している。

(6)はモータ(1)の出力を移動体（図示せず）の駆動ロー
ラ（図示せず）に伝達する連結輪であって、外周に歯車
(6a)が形成され、クラッチ部材((5)の他方の面と対面す
る状態で、カム部材(3)の筒軸部(3a)に回転自在に嵌合
している。この連結輪(6)と前記固定ねじ(4)との間には
第１圧縮ばね(7)を介装してあり、この第１圧縮ばね(7)
により連結輪(6)が常時押圧付勢されて、カム部材(3)の
筒軸部(3a)に設けた段部(3b))に押し当てられている。

また、連結輪(6)とクラッチ部材(5)との対向面間には付
勢手段としての第２圧縮ばね(8)を介装してあり、クラ
ッチ部材(5)はこの第２圧縮ばね(8)によりカム部材(3)
側に常時押圧付勢されている。

更に、クラッチ部材(5)は回転抵抗付与手段(9)により常
時回転摺動抵抗を付与されている。すなわち、この回転
抵抗付与手段(9)は短円筒状に形成されたクラッチ部材
(5)の外周壁(5a)と対面するフェルト等からなる摺動部
材(9a)と、この摺接部材(9a)とクラッチ部材(5)が収容
される短円筒状のクラッチケース(10)との間に介装され
る板ばね(9b)とからなり、この板ばね(9b)により摺接部
材(9a)をクラッチ部材(5)の外周壁(5a)に常時押圧付勢
することにより、同クラッチ部材(5)に回転摺動抵抗を
付与するものである。

また、クラッチケース(10)の一端部内周に形成されたフ
ランジ部(10a)には一対のＵ字状溝(11)を切欠き状に形
成してあり、このＵ字状溝(11)をそれぞれモータケース
に一体に形成した一対の凸部(12)に嵌合させることによ
り、同クラッチケース(10)を凸部(12)に沿ってスラスト
方向に摺動自在、かつ回転不可能な状態でモータケース
に支持させてある。(10b)はクラッチ部材(5)の連結輪
(6)との対向面に当接してクラッチケース(10)の開口部
を覆うクラッチ蓋である。

前記カム部材(3)のクラッチ部材(5)との対向面には周方
向に９０゜ずつ位相の異なる４箇所にそれぞれカムフォ
ロア(13)を突設してある。また、クラッチ部材(5)のカ
ム部材(3)との対向面には前記カムフォロア(13)に対応
してカム面(14)およびカム面(14)に連続する第１係合部
(15)を突設してある。このうち、カム面(14)はモータ
(1)が第３図矢印(a)で示す移動体の進行方向に回転を開
始したとき、前記カム面(14)に当接してクラッチ部材
(5)を連結輪(6)側に変位させるものであり、また第１係
合部(15)はクラッチ部材(5)が変位した位置で前記回転
方向と同方向でカムフォロア(13)を係止するものであ
る。なお、前記カム面(14)はカム部材(3)に対してクラ
ッチ部材(5)を１〜３mm程度、スラスト方向に相対変位
させるように設定してある。

一方、前記クラッチ部材(5)の連結輪(6)との対向面には
周方向に９０゜ずつ位相の異なる４箇所にそれぞれ爪状
の被係合部(16)を突設してある。また、前記連結輪(6)
のクラッチ部材(5)との対向面には、前記被係合部(16)
に対応して第２係合部(17)と、この第２係合部(17)と連
続する傾斜面(17a)を設けてある。このうち第２係合部
(17)は前記回転方向と同方向で被係合部(16)と係合し、
モータ(1)に対して連結輪(6)が相対的に移動体の進行方
向に回転したとき、クラッチ部材(5)をカム部材(3)に対
して相対的に回転変位させるものであり、また傾斜面(1
7a)は前記被係合部(16)が摺接することによりクラッチ
部材(5)をスラスト方向にカム部材(3)側へ案内するもの
である。

次に、上記構成の動作を説明すると、第３図に示す状
態、すなわちクラッチ部材(5)が連結輪(6)から切離され
ている状態からモータ(1)が回転を開始すると、クラッ
チ部材(5)のカム面(14)がカム部材(3)のカムフォロア(1
3)に沿って変位することにより、クラッチ部材(5)が第
３図矢印(a)で示す方向に変位し、カムフォロア(13)が
第１係合部(15)に係合する。このとき、摺接部材(9a)に
よるクラッチ部材(5)への回転摺動抵抗が、カム面(14)
に生じる回転方向の分力を相殺して、スラスト方向の分
力のみにし、かつクラッチ部材(5)ははスラスト方向に
は摺動部材(9a)およびクラッチケース(10)と共に抵抗な
く移動できるので、瞬時に確実な変位が可能なものであ
る。

カムフォロア(13)と第１係合部(15)とが係合すると、ク
ラッチ部材(5)は摺接部材(9a)との間でスリップしなが
ら回転し、クラッチケース(10)は凸部(12)上を摺動変位
した位置で停止している。

このようにしてスラスト方向に変位したクラッチ部材
(5)は被係合部(16)が連結輪(6)の第２係合部(17)と係合
し、これによってモータ(1)の出力が連結輪(6)を介して
駆動ローラに伝達されるものである。

また、モータ(1)が停止した後は、駆動ローラが慣性に
よって継続して回転することにより、連結輪(6)がモー
タ(1)に対して相対回転するため、クラッチ部材(5)の被
係合部(16)が連結輪(6)の傾斜面(17a)に摺接することに
より連結輪(6)がクラッチ部材(5)をカム部材(3)に対し
て相対変位させると共に、スラスト方向にカム部材(3)
側へ移動させ、かつ第２圧縮ばね(8)の作用によって係
合を解除して第３図に示す初期状態に復帰するものであ
る。

更に、この実施例ではタイマー制御回路によって、モー
タ(1)停止後の一定時間、逆回転するように構成してお
り、これによってモータ(1)停止後における駆動ローラ
の慣性力が小さくて連結輪の相対回転量が少ない場合に
も、強制的に相対変位を生じさせてクラッチ部材(5)と
連結輪(6)との係合状態を解除するものである。

このタイマー制御回路の一例を第４図および第５図に基
づいて説明する。第４図は実態配線図、第５図はタイム
チャートである。これらの図において、モータスイッチ
(SW)をＯＮ操作するとリレー(18)の接点(R1)が閉じてモ
ータ(1)が駆動源の電池によって正方向に回転される。
そして、タイマー(T1)の設定時間回転した後、接点(R1)
が開いてモータ(1)は停止する。

一方、タイマー(19)よりも僅かに長く時間設定したタイ
マー(20)によって接点(T2)が閉じ、モータ(1)を駆動源
としての電池(21)に逆接続することにより逆回転を行わ
せる。このモータ(1)の逆回転はスイッチ(SW)をＯＦＦ
後、タイマー(22)の設定時間経過後まで持続した後、停
止するものである。

このようにして、モータ(1)の回転と同時にクラッチ部
材(5)が連結輪(6)と係合して駆動力が伝達され、モータ
(1)の停止と同時に係合が解除されることになり、モー
タ(1)をＯＮ／ＯＦＦさせるだけで自動的にクラッチ機
構が働くものである。

次に、上記構成のクラッチ機構を自走機能を有する電気
掃除機に適用した一例について第６図および第７図を参
照しながら説明する。第６図は電気掃除機本体の縦断側
面図、第７図は同横断平面図である。これらの図におい
て、(23)は移動体としての掃除機本体であって、その外
殻は上部ボディ(24)と下部ボディ(25)により構成されて
いる。

上部ボディ(24)内には上部に集塵部(26)、後部に電池収
納部(27)を形成してある。また、上部ボディ(24)の上面
には集塵部(26)の開口部を覆う蓋体(28)が回転軸(29)に
より開閉回動自在に軸支してあり、尾錠(30)により着脱
自在に保持されている。前記集塵部(26)内にはホルダー
(31)に挿入された集塵用紙袋フィルタ(32)と、不織布か
らなるプレフィルタ(33)とが収納されている。更に、上
部ボディ(24)の上端部にはハンドル(34)が回動軸(35)に
回動自在に枢支されている。

前記電池収納部(27)には蓄電池(21)が設置され、支軸(3
6)を中心に回動する電池ケース(37)に保持されている。
また、吸塵用のファンモータ(38)は上部ボディ(24)と下
部ボディ(25)とにより前側サポートゴム(39)および後側
サポートゴム(40)を介して集塵部(26)に当接する状態で
挟持固定されている。(41)は弾性ゴム材からなるバンパ
であって、上部ボディ(24)と下部ボディ(25))間に挟持
されている。

下部ボディ(25)には上記構成のクラッチ機構を設けたモ
ータ(1)に差動ギヤ(42)を介して連結した駆動ローラと
しての２個の後輪(43)と２個のキャスターローラ(44)が
取付けられている。また、差動ギヤ(42)の外輪表面上に
は連結輪(6)の歯車(6a)に噛合する歯車(42a)が形成され
ている。(45)は差動ギヤ(42)の軸受である。

モータ(1)は前述のようにＤＣモータを使用しており、
減速比50〜100の歯車による減速機構部(2)を一体的に有
している。

一方、第６図に示すように、蓋体(28)には吸気孔パッキ
ン(46)を固定した当板(47)が取付けられており、蓋体(2
8)と当板(47)との間に、支軸(48))を中心に掃除機本体
の前後に回動自在で、ばね(49)により吸気孔パッキン(4
6)方向に付勢された変位体(50)と、この変位体(50)の長
さ方向のほぼ中央部に設けた支軸(51)を中心に揺動自在
に支持されたホース接続孔(52)とが配設されている。こ
のホース接続孔(52)には吸気孔パッキン(46)とのタイト
面(53)を設けた差込み台(54)を取付けてあり、ホース(5
5)が挿入されている。前記タイト面(53)および吸気孔パ
ッキン(46)は支軸(51)を中心とする球面形状に形成され
ている。

(56)はスイッチであって、変位体(50)に設けた作用面(5
7)と対向して、蓋体(28)内面に固定されたマイクロスイ
ッチからなり、このスイツチ(56)と前記変位体(50)とに
よりモータスイッチ(58)を構成している。

次に、上記構成の動作を説明すると、ホース(55)ばね(4
9)の付勢力に抗して進行方向に引張ると変位体(50)が姿
勢変位し、スイッチ(56)が押されてＯＮすることにより
モータ(1)が起動される。これによって、クラッチ機構
が作動し、連結輪(6)を介して差動ギヤ(42)および後輪
(43)を回転駆動させ、掃除機本体を前進させる。このよ
うにして、ホース(55)に働く引張り力がばね(49)の付勢
力よりも小さくなる位置まで進んだ後、ばね(49)の付勢
力により変位体(50)が戻されて回動し、スイッチ(56)を
ＯＦＦするが、モータ(1)はタイマーの設定時間中は回
転を続け、その後一定時間逆回転をしてクラッチ部材
(5)と連結輪(6)との係合状態を解除するものである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明の自走機能を有する移動体のクラッ
チ機構によるときは、モータを起動および停止させるだ
けで、自動的にかつ双方向に負荷と起動モータとの切離
しができるので、自走駆動を行わせると同時に、手動操
作時には前後方向に軽く移動させることもでき、使い勝
手を著しく向上させられるものである。

また、小形、コンパクトに構成できるので、移動器への
組込みを容易にし、実用性が高く経済的価値の大なるも
のとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明に係るクラッチ機構の一実施例
を示しており、第１図は移動体のクラッチ機構を示す分
解斜視図、第２図は連結輪、クラッチ部材およびカム部
材を取出して第１図とは逆方向から見た状態を示す分解
斜視図、第３図はクラッチ部材が切離されている状態に
おける横断面図、第４図はタイマー制御回路の実態配線
図、第５図はタイマー制御回路のタイムチャートであ
る。 第６図および第７図は本発明に係るクラッチ機構を自走
機能を有する電気掃除機に適用した一例を示しており、
第６図は縦断側面図、第７図は横断平面図である。 (1)……モータ、(1a)……出力軸、(3)……カム部材、
(5)……クラッチ部材、(6)……連結輪、(8)……付勢手
段、(9)……回転抵抗付与手段、(13)……カムフォロ
ア、(14)……カム面、(15)……第１係合部、(16)……被
係合部、(17)……第２係合部、(21)……駆動源、(23)…
…移動体、(43)……駆動ローラ、(58)……モータスイッ
チ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動源により駆動されると共にモータスイ
   ッチにより制御されるモータの出力を移動体に装着され
   た駆動ローラに差動ギヤを介して伝達する連結輪と、こ
   の連結輪と間隔をおいて対面する状態で前記モータの出
   力軸に一体に装着されたカム部材と、このカム部材と連
   結輪との間でスラスト方向に変位可能に配設されたクラ
   ッチ部材と、このクラッチ部材を前記カム部材側に付勢
   する付勢手段と、前記クラッチ部材に回転摺動抵抗を付
   与する回転抵抗付与手段とを備え、前記カム部材とクラ
   ッチ部材との対向面の一方にカムフォロアを設けると共
   に、他方に前記モータの移動体の進行方向への回転開始
   時に前記カムフォロアに当接して前記クラッチ部材を前
   記連結輪側に変位させるカム面と同クラッチ部材の変位
   位置で前記回転方向と同方向で前記カムフォロアを係止
   する第１係合部とを形成する一方、前記連結輪とクラッ
   チ部材との対向面の一方に被係合部を設けると共に、他
   方に前記回転方向と同方向で前記被係合部と係合し前記
   モータに対して前記連結輪が相対的に前記移動体の進行
   方向に回転したとき前記クラッチ部材を前記カム部材に
   対して相対的に回転変位させる第２係合部を設けてなる
   自走機能を有する移動体のクラッチ機構。
2. 【請求項２】モータは移動体の進行方向に回転し終えた
   後、進行方向とは逆方向に一定時間回転するものである
   請求項記載の自走機能を有する移動体のクラッチ機
   構。