(57)【要約】【課題】遊星歯車を利用して、入力軸からの回転が出力軸に伝達され、入力軸が停止した位置で出力軸からの回転の伝達が遮断されるフリータイプ双方向クラッチを構成する。【解決手段】回転不能のハウジング１内に、共通の回転軸を有する入力軸２及び出力軸３を設置し、入力軸にカム体２２を取り付けるとともに、組をなす第１遊星歯車体４１、第２遊星歯車体４２をカム体２２の周囲に配置し、さらに、第１遊星歯車体４１と噛み合う太陽歯車ＳＧを、２個の一方向クラッチ及び逆転歯車装置により出力軸３と連結して、出力軸３の回転方向にかかわらず太陽歯車ＳＧが一定の方向に回転するよう構成する。入力軸２が回転したときは、回転方向に応じて一方の遊星歯車体がカム体２２に当接して出力軸３へ回転が伝達される。出力軸３が回転したときは、太陽歯車ＳＧが一定の方向に回転して遊星歯車体が空転し、入力軸２への回転の伝達が遮断される。【選択図】図１
2018035836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転不能のハウジング、前記ハウジング内で共通の中心軸の回りに回転可能な入力軸及び出力軸を備え、前記入力軸からの正・逆方向の回転は前記出力軸に伝達されるとともに、前記出力軸から前記入力軸への回転の伝達は、前記出力軸が空転して遮断されるフリータイプ双方向クラッチであって、
前記ハウジングの内部には、前記入力軸に固着されたカム体と、前記出力軸に第１一方向クラッチを介して連結された太陽歯車と、前記太陽歯車と噛み合う遊星歯車を有する第１遊星歯車体及び前記遊星歯車と噛み合う歯車を有する第２遊星歯車体と、前記第１遊星歯車体及び前記第２遊星歯車体を回転可能に軸支し前記共通の中心軸の回りに回転可能なキャリアとが配置され、
前記第１遊星歯車体及び前記第２遊星歯車体には、前記入力軸のカム体と当接する突出部が設けられ、かつ、前記突出部及び前記カム体の断面には、それぞれ直線部が形成され、
前記太陽歯車は、前記第２一方向クラッチ及び逆転歯車装置を介して前記出力軸と連結され、前記第２一方向クラッチは、前記第１一方向クラッチと異なる回転方向において前記出力軸と一体的に回転するよう設定されており、
前記入力軸が回転したときは、その回転方向に応じて、前記第１遊星歯車体及び前記第２遊星歯車体の一方の突出部の直線部と前記入力軸のカム体の断面の直線部とが当接し、第１遊星歯車体及び前記第２遊星歯車体の自転が阻止されて、前記太陽歯車と前記出力軸とが前記入力軸のカム体及び前記キャリアと一体的に回転するとともに、
前記出力軸が回転したときは、その回転方向にかかわらず前記太陽歯車が一方向のみに回転し、第１遊星歯車体又は前記第２遊星歯車体の突出部と前入力軸のカム体との当接が解除されて両方の遊星歯車体の自転が許容される状態となり、前記入力軸への回転の伝達が遮断されることを特徴とするフリータイプ双方向クラッチ。
【請求項２】
前記第１遊星歯車体及び前記第２遊星歯車体は、複数のものが周方向に等間隔に配置されている請求項１に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
【請求項３】
前記太陽歯車と前記出力軸との間に設置される前記逆転歯車装置は、前記キャリアに回転可能に軸支される逆転用遊星歯車を備えた遊星歯車機構である請求項１又は請求項２に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
【請求項４】
前記キャリアには、前記第１遊星歯車体及び前記第２遊星歯車体を挟んで対向する位置に、キャリア補強板が一体的に結合されている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフリータイプ双方向クラッチ。
【請求項５】
前記キャリアと前記ハウジングとの間に制動用のばねを備える請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のフリータイプ双方向クラッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力軸と出力軸との間の回転伝達状態を変更するクラッチ装置、特に、入力軸からの正・逆方向の回転を出力軸に伝達し、出力軸からの回転の伝達は、出力軸を空転させて遮断するフリータイプ双方向クラッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モーターなどの駆動源から機械装置あるいは作業機器等を駆動する動力伝達系では、駆動する機器の特性に対応するよう各種の伝達装置が使用される。このような伝達装置の中でフリータイプ双方向クラッチと呼ばれるものは、入力軸（駆動側）から出力軸（従動側）への動力伝達では、入力軸の時計方向（正方向）及び反時計方向（逆方向）の回転をともに出力軸に伝達し、反対向きの、出力軸から入力軸への伝達は、出力軸を空転させて遮断する機能を備えている。
【０００３】
フリータイプ双方向クラッチは、一例として、巻き上げ式の電動カーテン等を手動でも操作できるようにした開閉駆動装置に適用することができる。この場合、フリータイプ双方向クラッチは、駆動モーターとカーテンの巻き上げ機構との間に介在され、入力軸に駆動モーターが、出力軸に巻き上げ機構が連結される。駆動モーターを正・逆回転させるとカーテンの昇降が可能であるとともに、駆動モーターの停止位置においては、手動による巻き上げ機構の操作が可能であって、このときには、出力軸が空転するので駆動モーターに悪影響を及ぼすことがない。こうした機能は、駆動モーターと巻き上げ機構との間に電磁クラッチを設置し、これを断・接しても達成できるが、電磁クラッチを作動させるには電力を必要とし、電力制御のための複雑な制御装置等も必要となる。
【０００４】
フリータイプ双方向クラッチとしては、本出願人の創案に係る特許第４９４９１９６号に記載の双方向クラッチが知られており、これは、入力軸と出力軸との間に楔形凹所に挿入されたローラーを介在させ、入力軸から出力軸にはローラーの噛み込み作用を利用して動力を伝達させる一方、逆方向への動力伝達は、ローラーの噛み込みを解除して出力軸を空転させるように構成したものである。さらに、本出願人は、噛み込みローラーを用いることなく、出力軸と同心の太陽歯車を設置してこれと噛み合う遊星歯車を設け、入力軸が回転したときは、遊星歯車の自転を阻止して出力軸へ回転を伝達し、出力軸側からの回転は、遊星歯車を空転させて入力軸への回転の伝達を遮断するフリータイプ双方向クラッチを創案しており、これについて、図１１、１２により説明する。
【０００５】
図１１の中央の縦断面図に示すように、このフリータイプ双方向クラッチは、固定された断面円形のハウジングＨＧの中心部に配置された入力軸ＩＳと出力軸ＯＳとを備え、入力軸ＩＳにはカム体ＣＢが固着されるとともに、出力軸ＯＳには太陽歯車ＳＧが固着されている。カム体ＣＢと太陽歯車ＳＧとは、軸方向に隣接し対向して配置され、断面Ａ−Ａに示すとおり、カム体ＣＢの断面は、ほぼ正３角形の形状をなし、断面の外周には３個の直線部が形成されている。
【０００６】
ハウジングＨＧの内部には、断面Ｂ−Ｂに示すとおり、出力軸ＯＳの太陽歯車ＳＧと噛み合う遊星歯車ＰＧを形成した３個の遊星歯車体ＰＢが、周方向に等間隔をおいて配設される。遊星歯車体ＰＢの個数は、入力軸ＩＳに固着されたカム体ＣＢの辺の数と同じであって、各々の遊星歯車体ＰＢは、カム体ＣＢの辺のほぼ中央に位置している。
各々の遊星歯車体ＰＢには、軸方向に突出する突出部ＰＪが設けてあり、この突出部ＰＪは、遊星歯車体ＰＢをハウジングＨＧの内部に組み付けたときに、入力軸ＩＳのカム体ＣＢと当接する軸方向位置に設けられる。断面Ａ−Ａに示すとおり、突出部ＰＪの断面形状は正６角形であり、断面の外周には、正６角形の辺である６個の直線部が形成されている。そして、突出部ＰＪがカム体ＣＢの辺の中央と対向する断面Ａ−Ａの状態では、突出部ＰＪとカム体ＣＢとの間にはわずかな間隙が存在し、突出部ＰＪの自転が許容されるよう、遊星歯車体ＰＢとカム体ＣＢとの相対的な位置が設定される。
【０００７】
３個の遊星歯車体ＰＢは、一般的な遊星歯車機構の遊星歯車と同様に、中心軸ｏを中心として回転可能となったキャリアＣＡに軸支される。つまり、遊星歯車体ＰＢの中心には軸方向の貫通孔が形成してあり、この貫通孔が、キャリアＣＡの環状の平板部に立設された支持軸ＳＳに嵌め込まれる。また、図１１のフリータイプ双方向クラッチでは、中央の縦断面図に示すとおり、遊星歯車体ＰＢを挟んでキャリアＣＡの環状の平板部と対向する位置には、円板状のキャリア補助板ＣＲが設置してある。キャリア補助板ＣＳは、連結片ＣＬによってもキャリアＣＡと結合されており、ハウジングＨＧの端板部に当接しながら共に回転軸ｏを中心として回転可能となっている。
【０００８】
図１１のフリータイプ双方向クラッチの作動について、入力軸を回転したときの各部品の動きを示す図１２（ａ）、及び、出力軸を回転したときの各部品の動きを示す図１２（ｂ）を参照しながら説明する。
入力軸ＩＳが、例えば、駆動源のモーターにより反時計方向（図１１の中央の縦断面図の右方から見て）に回転すると、正３角形状のカム体ＣＢも反時計方向に回転する。これにより、図１２（ａ）の断面Ａ−Ａに示すとおり、カム体ＣＢの１辺（直線部）と遊星歯車体ＰＢの突出部ＰＪにおける正６角形断面の１辺（直線部）とが直線的に重なることとなる。この状態となると、重なった辺の部分が全体的に面接触して、遊星歯車体ＰＢが自転できなくなり、遊星歯車体ＰＢとキャリアＣＡとは、入力軸ＩＳとロックされた状態で一体的に回転する。そして、太陽歯車ＳＧにより遊星歯車体ＰＢと噛み合っている出力軸ＯＳも、断面Ｂ−Ｂに示すとおり、遊星歯車体ＰＢの移動（中心軸ｏの周りの公転）と一体となって回転する。
【０００９】
つまり、入力軸ＩＳの回転は、遊星歯車体ＰＢの遊星歯車ＰＧと太陽歯車ＳＧを介して出力軸ＯＳを回転させ、これに連なる従動側の機器、例えば、カーテン等の昇降装置に駆動力が伝達される。遊星歯車体ＰＢ、キャリアＣＡ等の入出力軸間に介在する部材が全体的にロックされるこの駆動力の伝達は、入力軸ＩＳの回転方向が逆の時計方向であっても同じである。そして、重なる直線部の面接触によるトルク伝達であるため、図１１のフリータイプ双方向クラッチでは大きなトルクの伝達が可能となる。
【００１０】
これに対して、図１２（ｂ）の断面Ｂ−Ｂに示すように、出力軸ＯＳに固着された太陽歯車ＳＧが反時計方向（図１１の中央の縦断面図の右方から見て）に回転した場合には、これと噛み合う遊星歯車ＰＧに自転の回転トルクが付与される。
ここで、遊星歯車体ＰＢが入力軸ＩＳに対しわずかに移動して、図１２（ｂ）の断面Ａ−Ａに示すように、突出部ＰＪがカム体ＣＢの辺の中央に位置するときには、遊星歯車体ＰＢが自由に自転可能である。すなわち、突出部ＰＪの外接円の径は、遊星歯車体ＰＢの中心からカム体ＣＡまでの距離よりも小さく、したがって、出力軸ＯＳの回転により太陽歯車ＳＧが回転しても、キャリアＣＡに軸支された遊星歯車体ＰＢが自転するだけであって入力軸ＩＳは回転せず、動力伝達が遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４９４９１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のとおり、図１１のフリータイプ双方向クラッチは、コンパクトな構成でありながら大トルクの伝達が可能であり、出力軸側から不測の逆入力があった場合に、駆動源のモーター等を保護することも可能となる。しかし、クラッチの作動中において、入力軸の回転を停止した位置を保持したまま出力軸を空転させる場合に、次のような点に問題のあることが判明した。
【００１３】
図１１のフリータイプ双方向クラッチでは、入力軸ＩＳから出力軸ＯＳに動力が伝達されるときは、図１１（ａ）の断面Ａ−Ａに示すとおり、カム体ＣＢの断面の直線部と遊星歯車体ＰＢの突出部ＰＪ断面の直線部とが重なり、両方の面を介してトルク伝達が行われる。そして、入力軸ＩＳの回転が停止すると、カム体ＣＢの面と突出部ＰＪの面が当接した状態が維持される。
図１２（ｃ）は、そのときの遊星歯車体ＰＢ、カム体ＣＢ及び太陽歯車ＳＧの位置関係を表す拡大図である。この状態において入力軸ＩＳのカム体ＣＢの位置が固定されている場合には、遊星歯車体ＰＢの自転が拘束されるため、出力軸ＯＳの太陽歯車ＳＧが回転すると、遊星歯車体ＰＢは、太陽歯車ＳＧと一体的に同一方向に移動することとなる。
【００１４】
ここで、実線矢印のように、太陽歯車ＳＧの回転方向が反時計方向であれば、遊星歯車体ＰＢは、突出部ＰＪがカム体ＣＢの辺の中央に向かうので、キャリアＣＡ（支持軸ＳＳ）を伴いながら反時計方向に移動でき、この移動により、突出部ＰＪがカム体ＣＢの辺の中央に位置すると遊星歯車体ＰＢの自転が可能となる。しかし、破線矢印のように、太陽歯車ＳＧの回転方向が時計方向であるとき（遊星歯車体ＰＢは反時計方向に自転）は、カム体ＣＢに阻止されて遊星歯車体ＰＢが移動することができない。つまり、入力軸ＩＳが停止する以前に回転していたのと同一方向に出力軸ＯＳが回転するときは、キャリアＣＡの移動により出力軸ＯＳは回転可能であるけれども、反対方向に回転しようとしたときには、ロックされて出力軸ＯＳの回転は不可能となる。
【００１５】
このような出力軸ＯＳのロック状態は、入力軸ＩＳをわずかに戻して、カム体ＣＢと遊星歯車体ＰＢを図１２（ｂ）の断面Ａ−Ａの相対的位置関係とすれば解消できるが、戻す操作は場合によっては煩わしいものとなる。本発明の課題は、フリータイプ双方向クラッチにおいて、入力軸が回転を停止した位置のままの状態で、出力軸が両方向に回転可能な構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題に鑑み、本発明のフリータイプ双方向クラッチは、組をなす２個の遊星歯車体を設置し、入力軸の回転方向に応じてカム体と当接する遊星歯車体を切り換えるとともに、出力軸と太陽歯車とを２個の一方向クラッチ及び逆転歯車装置により連結して、出力軸の回転方向にかかわらず太陽歯車が一定の方向に回転するよう構成することにより、入力軸が回転を停止した位置を保持したまま、出力軸を両方向に空転可能として入力軸への回転の伝達を遮断するものである。すなわち、本発明は、
「回転不能のハウジング、前記ハウジング内で共通の中心軸の回りに回転可能な入力軸及び出力軸を備え、前記入力軸からの正・逆方向の回転は前記出力軸に伝達されるとともに、前記出力軸から前記入力軸への回転の伝達は、前記出力軸が空転して遮断されるフリータイプ双方向クラッチであって、
前記ハウジングの内部には、前記入力軸に固着されたカム体と、前記出力軸に第１一方向クラッチを介して連結された太陽歯車と、前記太陽歯車と噛み合う遊星歯車を有する第１遊星歯車体及び前記遊星歯車と噛み合う歯車を有する第２遊星歯車体と、前記第１遊星歯車体及び前記第２遊星歯車体を回転可能に軸支し前記共通の中心軸の回りに回転可能なキャリアとが配置され、
前記第１遊星歯車体及び前記第２遊星歯車体には、前記入力軸のカム体と当接する突出部が設けられ、かつ、前記突出部及び前記カム体の断面には、それぞれ直線部が形成され、
前記太陽歯車は、前記第２一方向クラッチ及び逆転歯車装置を介して前記出力軸と連結され、前記第２一方向クラッチは、前記第１一方向クラッチと異なる回転方向において前記出力軸と一体的に回転するよう設定されており、
前記入力軸が回転したときは、その回転方向に応じて、前記第１遊星歯車体及び前記第２遊星歯車体の一方の突出部の直線部と前記入力軸のカム体の断面の直線部とが当接し、第１遊星歯車体及び前記第２遊星歯車体の自転が阻止されて、前記太陽歯車と前記出力軸とが前記入力軸のカム体及び前記キャリアと一体的に回転するとともに、
前記出力軸が回転したときは、その回転方向にかかわらず前記太陽歯車が一方向のみに回転し、第１遊星歯車体又は前記第２遊星歯車体の突出部と前入力軸のカム体との当接が解除されて両方の遊星歯車体の自転が許容される状態となり、前記入力軸への回転の伝達が遮断される」
ことを特徴とするフリータイプ双方向クラッチとなっている。
【００１７】
本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、前記第１遊星歯車体及び前記第２遊星歯車体は、複数のものを周方向に等間隔に配置するのが好ましい。また、前記太陽歯車と前記出力軸との間に設置される前記逆転歯車装置は、前記キャリアに回転可能に軸支される逆転用遊星歯車を備えた遊星歯車機構とすることができる。
【００１８】
そして、本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、前記キャリアには、前記第１遊星歯車体及び前記第２遊星歯車体を挟んで対向する位置に、キャリア補強板を一体的に結合することができる。また、前記キャリアと前記ハウジングとの間には、制動用のばねを設置するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、固定のハウジング内に、共通の中心軸の回りに回転可能な入力軸及び出力軸を設置して、入力軸には、直線部を形成したカム体を固着し、図１１の遊星歯車体と同様な突出部を形成した第１遊星歯車体及び第２遊星歯車体を、組をなすようにカム体の周囲に配置する。第１遊星歯車体及び第２遊星歯車体は、共にキャリアに軸支されていて、それらの遊星歯車が互いに噛み合うとともに、第１遊星歯車体の遊星歯車は、共通の中心軸と同心の太陽歯車と噛み合わされる。
中心に置かれた太陽歯車は、第１一方向クラッチを介して出力軸と連結され、また、第２一方向クラッチ及び逆転歯車装置を介して出力軸と連結される。第１一方向クラッチと第２一方向クラッチとは、異なる回転方向において出力軸と一体的に回転するよう設定してある。つまり、太陽歯車は、２個の一方向クラッチを用いたいわば回転方向変換装置を介して出力軸と連結されているため、出力軸の正転・逆転にかかわらず、太陽歯車は一定の方向に回転することとなる。
【００２０】
本発明のフリータイプ双方向クラッチにおいて、例えば、入力軸が反時計方向に回転したときは、後に図２等により詳述するとおり、入力軸のカム体の直線部が第２遊星歯車体の突出部の直線部と当接してその自転を拘束し、第２遊星歯車体と噛み合っている第１遊星歯車体の自転も拘束する。この状態となると、入力軸のカム体は、第２遊星歯車体及び第１遊星歯車体を介してキャリアを反時計方向に移動（回転）させ、さらに、第１遊星歯車体と噛み合っている太陽歯車を、連れ回るように反時計方向に回転させる。太陽歯車が回転すると、第１一方向クラッチと第２一方向クラッチのいずれか一方を介して出力軸が回転するので、入力軸の回転は、２個の遊星歯車体及び太陽歯車が一体的にロックされた形で、出力軸に伝達される。
【００２１】
反時計方向に回転していた入力軸が、カム体の直線部と第２遊星歯車体の突出部の直線部とが当接した状態で停止し、この状態で出力軸が回転する場合、本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、出力軸の正逆の回転方向にかかわらず、太陽歯車が一定の方向にのみ回転することとなる。太陽歯車の回転は、第１遊星歯車体を介して第２遊星歯車体を太陽歯車と同一方向に回転させるが、その回転方向を時計方向（つまり、図１２（ｃ）において、キャリア支持軸ＳＳが移動可能であるよう遊星歯車体ＰＢが回転する方向）に設定することにより、入力軸が停止した位置を保持したままキャリアの移動が可能となる。そして、第２遊星歯車体の及び第１遊星歯車体の突出部が、入力軸のカム体と干渉することなく自転可能となり、出力軸が空転して入力軸への動力伝達が阻止される（図４参照）。
【００２２】
これに対し、入力軸が時計方向に回転したときは、入力軸のカム体の直線部が第１遊星歯車体の突出部の直線部と当接してその自転を拘束する。そのため、上述の入力軸の反時計回りの回転時と同様に、入力軸の回転は、２個の遊星歯車体及び太陽歯車と一体となった形で、出力軸に伝達される。
時計方向に回転していた入力軸が、カム体の直線部と第１遊星歯車体の突出部の直線部とが当接した状態で停止し、この状態で出力軸が回転する場合にあっても、上述の出力軸の回転時と同様に、出力軸の正逆の回転方向にかかわらず、太陽歯車が一定の方向にのみ回転する。このときには、第１遊星歯車体が太陽歯車の回転と反対方向に回転することとなり、やはり、入力軸が停止した位置を保持したままキャリアが移動し、出力軸が空転して入力軸への動力伝達が阻止される（図５参照）。
【００２３】
このように、本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、入力軸が停止した位置を保持したまま、出力軸を双方向に空転させることができる。図１１のものと比べると、出力軸の逆方向の空転を可能とするよう、入力軸を停止した位置からわずかに戻す作業は不要であり、本発明のフリータイプ双方向クラッチは、使い勝手の優れたものとなっている。
【００２４】
本発明のフリータイプ双方向クラッチにおいて、第１遊星歯車体及び第２遊星歯車体として複数のものを周方向に等間隔に配置したときは、入力軸及び出力軸の周りに均等に伝達力が作用するので、回転バランスが優れ作動中の軸の傾きや振動等が防止される。
また、太陽歯車と出力軸との間に設置される逆転歯車装置として、キャリアに回転可能に軸支される逆転用遊星歯車を備えた遊星歯車機構を用いたときは、逆転歯車装置を、回転バランスが優れたコンパクトな構成とすることができる。
【００２５】
本発明のフリータイプ双方向クラッチにおいて、第１、第２遊星歯車体を軸支するキャリアに、これらの遊星歯車体を挟んで対向する位置にキャリア補強板を一体的に結合したときは、キャリアの剛性及び強度が向上し、作動中の遊星歯車体の傾きや振動等が防止されて、円滑な動力伝達を行うことができる。
そして、固定のハウジングとキャリアとの間に制動用のばねを配設した場合には、これらの遊星歯車体を軸支するキャリアに拘束力が付与されて、遊星歯車体の突出部と入力軸のカム体との位置関係が確実に保持される。このため、例えば、出力軸空転時には、遊星歯車体の自転可能な状態が継続し、入力軸の回転がより確実に防止される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のフリータイプ双方向クラッチの第１実施例を示す構造図である。
【図２】図１のフリータイプ双方向クラッチの入力軸回転時の作動を示す図である。
【図３】図１のフリータイプ双方向クラッチの入力軸逆回転時の作動を示す図である。
【図４】図１のフリータイプ双方向クラッチの出力軸回転時の作動を示す図である。
【図５】図１のフリータイプ双方向クラッチの出力軸逆回転時の作動を示す図である。
【図６】図１のフリータイプ双方向クラッチの入力軸等の構成を示す図である。
【図７】図１のフリータイプ双方向クラッチの出力軸等の構成を示す図である。
【図８】図１のフリータイプ双方向クラッチのキャリア等の構成を示す図である。
【図９】本発明のフリータイプ双方向クラッチの第２実施例を示す構造図である。
【図１０】図９のフリータイプ双方向クラッチの分解組立図である。
【図１１】従来のフリータイプ双方向クラッチの構造を示す図である。
【図１２】図１１のフリータイプ双方向クラッチの作動を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面に基づいて、本発明のフリータイプ双方向クラッチについて説明する。図１には、本発明のフリータイプ双方向クラッチの第１実施例の全体構造を示し、その作動の説明図を図２乃至図５に示す。図６及び図７は、第１実施例のフリータイプ双方向クラッチの主要な構成部品を単体の状態で示す分解組立図である。
【００２８】
図１に示すように、第１実施例のフリータイプ双方向クラッチは、断面円形の固定のハウジング１の中心部に配置された、共通の中心軸ｏの周りを回転可能な入力軸２と出力軸３とを備えている。
ハウジング１は、円周壁部と端板部からなるカップ状部材であって、その中心軸は入力軸２及び出力軸３の中心軸ｏと同一である。ハウジング１の開口端部には、内部を閉鎖する円板状のシールド体１１が圧入されている。図１上段の中央の縦断面図に示すとおり、入力軸２は、シールド体１１の中心を貫通してこれに軸受けされ、出力軸３は、ハウジング１の端板部の中心を貫通してこれに軸受けされる。入力軸２には、断面に直線部を有する連結孔が設けられていて（図６参照）、この連結孔には駆動モーター等の駆動源が接続され、また、出力軸３の端部には、直線状の切欠き部が設けてあり（図７参照）、これには従動側の機器、例えば、カーテンの昇降装置が接続される。
【００２９】
図１の断面Ａ−Ａ、そのＸ部拡大図に示すとおり、入力軸２は、シールド体１１に軸受される軸部２１（図６）と、軸部２１と一体的に形成されて固着されたカム体２２とを有している。カム体２２の断面は、円板をいわば段付きの直線により両側から対称的に切り欠いた形状をなしていて、カム体２２の外周面には、隣接する直線部２２１及び直線部２２２が、中心軸ｏについて点対称となって２組形成されている。
カム体２２の周囲には、組となった第１遊星歯車体４１及び第２遊星歯車体４２が配置され、後述するように、カム体２２の直線部２２１及び直線部２２２には、入力軸２のカム体２２の回転方向に応じて、第１遊星歯車体４１又は第２遊星歯車体４２の突出部ＰＪの断面に形成された直線部が当接することとなる。
【００３０】
第１遊星歯車体４１及び第２遊星歯車体４２は、組をなしていてカム体２２の周囲に中心軸ｏについて点対称に２組のものが配置される。図６の単体図に示すとおり、第１遊星歯車体４１及び第２遊星歯車体４２には、それぞれ外歯歯車と突出部ＰＪとが形成され、この実施例では、突出部ＰＪの断面が正１０角形であり、その辺が直線部となっている。第１遊星歯車体４１及び第２遊星歯車体４２は、中心軸ｏの周りに回転可能となったキャリア５（キャリア分割体５Ａ）に軸支される。図１の断面Ａ−Ａに示す状態では、第１遊星歯車体４１及び第２遊星歯車体４２の突出部ＰＪとカム体２２の直線部２２１及び直線部２２２との間に、間隙Ｇ１、Ｇ２（Ｘ部拡大図）が存在し、第１遊星歯車体４１及び第２遊星歯車体４２は、カム体２２との当接が解除されて自転が可能である。
また、ハウジング１の内部には、入力軸２及び出力軸３と同心の太陽歯車ＳＧを備えた太陽歯車体６が、中心軸ｏの周りに回転可能に設置されている。ここで、第１遊星歯車体４１はキャリア５の支持軸ＳＳ１に軸支され、その外歯歯車は、太陽歯車ＳＧと噛み合う遊星歯車ＰＧであるが、第２遊星歯車体４２は、支持軸ＳＳ１よりも径方向外方の支持軸ＳＳ２に軸支されていて、その外歯歯車は、遊星歯車ＰＧと噛み合うけれども太陽歯車ＳＧとは噛み合わない伝達歯車ＴＧとなっている。
【００３１】
出力軸３は、図１上段の中央の縦断面図（図７も参照）に示すとおり、太陽歯車体６の中央の穴を貫通して入力軸２に向けて延び、先端が入力軸２の中心に設けた円形の穴に軸受される。出力軸３には第１一方向クラッチＯＣ１が嵌め合わされており、出力軸３は、第１一方向クラッチＯＣ１を介して太陽歯車ＳＧを備えた太陽歯車体６と連結されている。第１一方向クラッチＯＣ１は、図１の断面Ｂ−Ｂに概略的に示すとおり、楔形空間内に置かれたローラーをばねにより噛み込み方向に押圧する、周知のローラー型一方向クラッチであり、出力軸３がローラーの噛み込み方向に相対的に回転するときには、出力軸３と太陽歯車体６とが一体として回転するようになる。
【００３２】
この実施例においては、太陽歯車ＳＧを備えた太陽歯車体６には、内歯歯車であるリング歯車６Ｒが一体的に設けてある。リング歯車６Ｒは、図１の断面Ｃ−Ｃに示すとおり、逆転用遊星歯車ＲＰ及び逆転用太陽歯車ＲＳを介して出力軸３に連結され、さらに、出力軸３と逆転用太陽歯車ＲＳとの間には、第２一方向クラッチＯＣ２が介在されている。逆転用遊星歯車ＲＰは、逆転歯車装置を構成する歯車であって、キャリア５（キャリア分割体５Ｂ）に軸支され、逆転用太陽歯車ＲＳが出力軸３と共に回転するときに、リング歯車６Ｒの形成された太陽歯車体６を出力軸３に対して逆転させるよう作用する。
【００３３】
第２一方向クラッチＯＣ２は、第１一方向クラッチＯＣ１と同様なローラー型一方向クラッチであるが、ローラーの噛み込み方向が第１一方向クラッチＯＣ１とは逆であって、出力軸３の回転方向が太陽歯車体６に対して空転する方向であるときに、第２一方向クラッチＯＣ２が連結し、出力軸３と逆転用太陽歯車ＲＳとが一体として回転する。
つまり、出力軸３に嵌め合わされた第２一方向クラッチＯＣ２と、第２一方向クラッチＯＣ２に連結された逆転用遊星歯車ＲＰとは、いわば回転方向変換装置を構成しており、これに第１一方向クラッチＯＣ１を組み合わせることにより、本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、出力軸３の正転・逆転にかかわらず、太陽歯車ＳＧを備えた太陽歯車体６は一定の方向に回転することとなる。
【００３４】
ここで、図１の実施例のフリータイプ双方向クラッチにおけるキャリア５等の構造について、図８などにより説明する。
図８（図６、図７も参照）に示すとおり、キャリア５は、第１遊星歯車体４１及び第２遊星歯車体４２を軸支するキャリア分割体５Ａと、逆転用遊星歯車ＲＰを軸支するキャリア分割体５Ｂとを結合して一体化したものであり、両方の分割体は、キャリア分割体５Ａに形成した切欠き部５Ｒとキャリア分割体５Ｂに形成した突起５Ｐとを嵌め合わせて結合される。
【００３５】
そして、この実施例のキャリア５には、キャリア分割体５Ａの円板部に対向するように、キャリア補強板５１が設置され、キャリア分割体１に立設された支持軸ＳＳ１、ＳＳ２の先端がキャリア補強板５１に形成された穴５１Ｈに挿入されて、キャリア補強板５１とキャリア分割体５Ａとが結合される。また、キャリア分割体５Ａには弧状の連結片５Ｃが立設されるとともに、キャリア補強板５１には、連結片５Ｃの挿入される断面が中空の連結管５１Ｐが設けられており、キャリア補強板５１は、これらによってもキャリア分割体５Ａに強固に固着される。
キャリア５にキャリア補強板５１を結合することにより、遊星歯車体４を軸支するキャリア５の剛性及び強度が向上し、回転する遊星歯車体４の傾きや振動等が防止されて、フリータイプ双方向クラッチとしての円滑な作動が可能となる。
【００３６】
図１上段の中央の縦断面図において、キャリア補強板５１とシールド体１１との間隙ＳＰには、図示は省略するが、キャリア５の回転に対して一定の制動力を与えるばねが設置されている。このばねとしては、例えば、環状の薄板を周方向に波打つように成形した周知の波ばねやスプリング・ワッシャなどが使用される。制動用のばねは、キャリア５に摩擦による拘束力を付与し、後述するように、出力軸３が空転するときに、２個の遊星歯車体の位置を、その突出部ＰＪと入力軸２のカム体２２とが干渉せず、遊星歯車体が自転可能となる位置に確実に保持する。
なお、制動用のばねは、キャリア補強板５１とシールド体１１との間隙に設置する代わりに、キャリア分割体５Ｂの背面とハウジング１の端板部との間に設置してもよい。
【００３７】
次いで、図１の実施例のフリータイプ双方向クラッチの作動について、図２乃至図５を参照して説明する。
図２における各矢印に示すように、入力軸２が、例えば、駆動源のモーターにより反時計方向（上段中央の縦断面図の右方から見て）に回転すると、入力軸２のカム体２２も反時計方向に回転し、これにより、図２の断面Ａ−Ａ及びＸ部拡大図に示すとおり、カム体２２の直線部２２２と、第２遊星歯車体４２の突出部ＰＪの正１０角形の辺（直線部）とが当接し直線的に重なることとなる。この状態となると、重なった辺の部分が全体的に面接触して遊星歯車体４２が自転できなくなり、第２遊星歯車体４２と噛み合う第１遊星歯車体４１の自転も拘束される。そのため、入力軸２の反時計方向の回転は、両方の遊星歯車体をキャリア５と共に移動（中心軸ｏの周りに公転）させ、第１遊星歯車体４１と噛み合う太陽歯車ＳＧを備えた太陽歯車体６を連れ回る形で反時計方向に回転させる。太陽歯車体６の反時計方向の回転は、第１一方向クラッチＯＣ１よって出力軸３に伝達され、出力軸３は、入力軸２のカム体２２、キャリア５、太陽歯車体６等と一体となって反時計方向に回転する。
【００３８】
つまり、入力軸２が反時計方向に回転すると、第２遊星歯車体４２の突出部ＰＪとカム体２２の直線部が重なり、キャリア５及び太陽歯車体６を介して出力軸３を回転させ、これに連なる従動側の機器、例えば、カーテンの昇降装置に駆動力が伝達される。
これに対し、図３に示すように、入力軸２が時計方向に回転したときは、カム体２２の直線部２２１と第１遊星歯車体４１の突出部ＰＪの辺とが当接し直線的に重なる。この状態となった場合は、第１遊星歯車体４１の自転が拘束されるため、両方の遊星歯車体とキャリア５とが時計方向に移動（中心軸ｏの周りに公転）し、第１遊星歯車体４１と噛み合う太陽歯車ＳＧを備えた太陽歯車体６を時計方向に回転させる。キャリア５と太陽歯車体６の時計方向の回転は、リング歯車６Ｒ、逆転用太陽歯車ＲＳ及び第２一方向クラッチＯＣ２よって出力軸３に伝達され、出力軸３が時計方向に回転する。
【００３９】
図４及び図５は、入力軸２の反時計方向の回転が停止して、カム体２２の直線部２２２と、第２遊星歯車体４２の突出部ＰＪの正１０角形の辺とが当接した状態で、出力軸３が回転したときの作動を説明する図である。
図４のように、出力軸３の回転方向が時計方向（上段中央の縦断面図の右方から見て）であるときは、第１一方向クラッチＯＣ１（断面Ｂ−Ｂ）が連結されて、太陽歯車体６が出力軸３と一体に時計方向に回転するのに対し、第２一方向クラッチＯＣ２（断面Ｃ−Ｃ）は出力軸３に対して空転する。そして、太陽歯車体６の太陽歯車ＳＧと噛み合う第１遊星歯車体４１の遊星歯車ＰＧが反時計方向に回転し、伝達歯車ＴＧを備えた第２遊星歯車体４２が時計方向に回転する。この時計方向の回転は、入力軸２が停止した位置を保持したままキャリア５の移動が可能となる方向であって、第２遊星歯車体４２及び第１遊星歯車体４１が、入力軸２のカム体２２と干渉することなく自転可能となり、出力軸３が空転して入力軸２への動力伝達が阻止される。
【００４０】
入力軸２の反時計方向の回転が停止した後、図５のように、出力軸３が反時計方向に回転したときは、第２一方向クラッチＯＣ２が出力軸３に連結して、第１一方向クラッチＯＣ１が空転する。これにより、断面Ｃ−Ｃに示すとおり、逆転歯車装置の逆転用太陽歯車ＲＳが反時計方向に回転し、逆転用遊星歯車ＲＰと太陽歯車体６のリング歯車６Ｒとを介して、太陽歯車ＳＧを時計方向に回転させる。太陽歯車ＳＧの時計方向の回転は、第１遊星歯車体４１の遊星歯車ＰＧを介し、第２遊星歯車体４２をやはり時計方向に回転させることとなり、第２遊星歯車体４２及び第１遊星歯車体４１は、入力軸２のカム体２２との干渉が解除される。
【００４１】
このように、本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、入力軸２の回転が停止した後出力軸３が回転したときは、出力軸３の回転方向にかかわらず太陽歯車ＳＧを一定の方向にのみ回転させ、入力軸２を停止位置から戻すことなく、２個の遊星歯車体の自転を可能とする。
上述の部分では、入力軸２の反時計方向の回転が停止した場合（このときは、第２遊星歯車体４２がカム体２２と当接）において、出力軸３が反時計及び時計方向に回転したときの作動を説明した。これとは逆に、入力軸２の時計方向の回転が停止して、第１遊星歯車体４１の突出部ＰＪとカム体２２とが当接した状態（図３参照）で、出力軸３が反時計及び時計方向に回転したときであっても、太陽歯車ＳＧはやはり一方向にのみ回転する。そして、カム体２２と当接する第１遊星歯車体４１の回転方向は、上述における第２遊星歯車体４２の回転方向と逆方向となり、これは、入力軸２が停止した位置を保持したままキャリア５の移動が可能となる方向である。したがって、第２遊星歯車体４２及び第１遊星歯車体４１が、入力軸２のカム体２２と干渉することなく自転可能となり、上述の場合と同様な作用が達成される。
【００４２】
本発明のフリータイプ双方向クラッチの第２実施例について、図９及び図１０により説明する。図９は、第２実施例のフリータイプ双方向クラッチの全体構造を示す、図１と同様な全体図、図１０は、入力軸、遊星歯車体、太陽歯車体等の主要部品を単体で示す分解組立図である。これらの図において、図１等の第１実施例ものの部品等に対応するものには、図１等の符号に´を付して表している。
第２実施例のフリータイプ双方向クラッチと第１実施例のものとの主な相違点は、入力軸のカム体の断面を正３角形に近似した形状とし、その辺に対向して３組の第１遊星歯車体及び第２遊星歯車体を配置した点、及び、遊星歯車体と噛み合う太陽歯車と一体に逆転用太陽歯車を設けるとともに、第２一方向クラッチを介して出力軸と連結されたリング歯車を設けて逆転歯車装置を構成した点、にある。
【００４３】
図９に示すように、第２実施例のフリータイプ双方向クラッチは、断面円形の固定のハウジング１´の中心部に配置された、共通の中心軸ｏの周りを回転可能な入力軸２´と出力軸３´とを備えている。入力軸２´は、第１実施例のものと同じく、シールド体１１´に軸受される軸部２１´（図１０）とカム体２２´とを有しているが、第２実施例のカム体２２´の断面は、図９の断面Ａ−Ａに示すとおり、正３角形に近似した形状をなしており、その辺に対向して３組の第１遊星歯車体４１´及び第２遊星歯車体４２´が周方向に等間隔に配置される。第１遊星歯車体４１´及び第２遊星歯車体４２´は、外歯歯車と突出部ＰＪ´を有し、突出部ＰＪ´の断面は正６角形をなしている。
カム体２２´の３辺は折れ曲がり直線となっており、そのため、カム体２２´の外周には、第１遊星歯車体４１´の突出部ＰＪ´の辺に当接する直線部２２１´と、第２遊星歯車体４２´の突出部ＰＪ´の辺に当接する直線部２２２´とが、それぞれ３個ずつ形成されている。
【００４４】
第１遊星歯車体４１´及び第２遊星歯車体４２´は、中心軸ｏの周りに回転可能となったキャリア５´の支持軸ＳＳ´に軸支される（第２実施例のものでは、遊星歯車体と支持軸との間にはボールベアリングが介在される）。図９の断面Ａ−Ａに示す状態では、両方の遊星歯車体の突出部ＰＪ´とカム体２２´の直線部２２１´、２２２´との間に間隙が存在し、両方の遊星歯車体は、カム体２２´との当接が解除されて自転が可能である。なお、キャリア５´には、その円板部と遊星歯車体を挟んで軸方向に対向する位置に、第１実施例のものと同じようなキャリア補強板５１´が取り付けてある。
また、ハウジング１´の内部には、入力軸２´及び出力軸３´と同心の太陽歯車ＳＧ´を備えた太陽歯車体６´が、中心軸ｏの周りに回転可能に設置されている。そして、第１遊星歯車体４１´の外歯歯車は、太陽歯車ＳＧ´と噛み合う遊星歯車ＰＧ´であるが、第２遊星歯車体４２´の外歯歯車は、遊星歯車ＰＧ´と噛み合うけれども太陽歯車ＳＧ´とは噛み合わない伝達歯車ＴＧ´となっている。
【００４５】
出力軸３´は、図９上段の中央の縦断面図（図１０も参照）に示すとおり、太陽歯車体６´の中央の穴を貫通して入力軸２´に向けて延びており、出力軸３は、第１一方向クラッチＯＣ１´を介して太陽歯車ＳＧ´を備えた太陽歯車体６´に連結される。第２実施例においては、太陽歯車体６´の太陽歯車ＳＧ´は、キャリア５´の円板部を越えて軸方向に延長されており、延長された部分（図では左方の部分）は、逆転歯車装置の一部を構成する逆転用太陽歯車６´Ｓとなっている。
逆転用太陽歯車６´Ｓは、キャリア５´に軸支される逆転用遊星歯車ＲＰ´を介して、逆転用リング歯車体ＲＲの周囲に形成した内歯歯車に歯車結合される。逆転用リング歯車体ＲＲは、第２一方向クラッチＯＣ２´を介して出力軸３´と連結されており、第１一方向クラッチＯＣ１´と第２一方向クラッチＯＣ２´とは、互いに反対の回転方向において出力軸３´と一体回転するよう設定される。出力軸３´の回転方向が、第２一方向クラッチＯＣ２´の接続される方向であるときは、逆転用リング歯車体ＲＲ及び逆転用遊星歯車ＲＰ´によって太陽歯車体６´が出力軸３´と逆方向に回転し、そのため、第１実施例のものと同様に、出力軸３´の正転・逆転にかかわらず、太陽歯車ＳＧ´を備えた太陽歯車体６´は一定の方向に回転することとなる。
【００４６】
第２実施例のフリータイプ双方向クラッチは、その作動においては、第１実施例のものと基本的に変わりはない。すなわち、入力軸２´が反時計方向に回転したときは、第２遊星歯車体４２´の突出部ＰＪ´とカム体２２´の直線部２２２´とが当接し、また、入力軸２´が時計方向に回転したときは、第１遊星歯車体４１´の突出部ＰＪ´とカム体２２´の直線部２２１´とが当接して、両方の遊星歯車体の自転を阻止する。そして、入力軸２´の回転は、両方の遊星歯車体、キャリア５´及び太陽歯車体６´をカム体２２´と一体に同一方向に回転させ、第１一方向クラッチＯＣ１´又は第２一方向クラッチＯＣ２´を経由して、出力軸３´を入力軸２´と同一方向に回転させる。
ここで、第２実施例のフリータイプ双方向クラッチでは、カム体２２´と当接する遊星歯車体は３組のものが設置されているので、２組の遊星歯車体を設置する第１実施例のものと比較すると、入力軸２´から出力軸３´に伝達可能なトルクを、その分増大することができる。
【００４７】
また、第２実施例のフリータイプ双方向クラッチでは、入力軸２´が回転を停止した状態で出力軸３´が回転したときは、出力軸３´の正転・逆転に関係なく、太陽歯車ＳＧ´は一定の方向に回転することとなる。この結果は、上述した第１実施例のものにおいて、入力軸の回転が停止した後出力軸が回転したときの現象と同様であって、そのため、第１遊星歯車体４１´及び第２遊星歯車体４２´は、入力軸２´の停止位置を維持したまま自転可能となり、出力軸３´が空転して入力軸２´に回転が伝達されないようになる。
【００４８】
以上詳述したように、本発明は、入力軸にカム体を取り付けるとともにカム体と当接する遊星歯車体を設置し、この遊星歯車体と噛み合う太陽歯車を介して出力軸を回転させるフリータイプ双方向クラッチにおいて、組をなす２個の遊星歯車体を設けて入力軸の回転方向に応じてカム体と当接する遊星歯車体を切り換え、かつ、出力軸と太陽歯車とを２個の一方向クラッチ及び逆転歯車装置により連結して、出力軸の回転方向にかかわらず太陽歯車が一定の方向に回転するよう構成することにより、入力軸が回転を停止した位置を保持したまま、出力軸を両方向に空転可能として入力軸への回転の伝達を遮断し、フリータイプ双方向クラッチとしての機能を達成させるものである。
上記の実施例では、逆転歯車装置として遊星歯車機構を用いているが、傘歯車等を使用して逆転歯車装置を構成してもよい。また、一方向クラッチとしてローラー型の一方向クラッチを用いているが、これに代えていわゆるラチェット型の一方向クラッチを使用するなど、上記の実施例に対し各種の変形が可能であるのは明らかである。
【符号の説明】
【００４９】
１、１´：ハウジング
２、２´：入力軸
２２，２２´：カム体
３、３´：出力軸
４１、４１´：第１遊星歯車体
ＰＧ、ＰＧ´：遊星歯車  ＰＪ、ＰＪ´：突出部
４２、４２´：第１遊星歯車体
ＴＧ、ＴＧ´：伝達歯車  ＰＪ、ＰＪ´：突出部
４ＡＣ、４ＢＣ：一方向クラッチ
５、５´：キャリア
５１：キャリア補強板
６、６´：太陽歯車体
ＳＧ、ＳＧ´：太陽歯車
ＯＣ１、ＯＣ１´：第１一方向クラッチ
ＯＣ２、ＯＣ２´：第２一方向クラッチ
ＲＰ、ＲＰ´：逆転用遊星歯車
【図１】
2018035836.tif 000003
【図２】
2018035836.tif 000004
【図３】
2018035836.tif 000005
【図４】
2018035836.tif 000006
【図５】
2018035836.tif 000007
【図６】
2018035836.tif 000008
【図７】
2018035836.tif 000009
【図８】
2018035836.tif 000010
【図９】
2018035836.tif 000011
【図１０】
2018035836.tif 000012
【図１１】
2018035836.tif 000013
【図１２】
2018035836.tif 000014