(57)【要約】【課題】入力軸（４）から出力軸（６）へ回転を伝達させる際のバックラッシが小さく動力伝達時の応答性が良好であり且つコンパクトな新規のフリータイプ双方向クラッチを提供すること。【解決手段】出力歯車（４４）と作動歯車（６８）との間に中間歯車（６６）を設け、作動歯車体（１２）には、軸方向に突出し且つ断面形状の外周が円形である突出部（７０）を設けると共に、入力軸には、作動歯車体の突出部が挿入される空間部（３４）を設け、空間部の縁部には、周方向中央から周方向両側に向かって突出部の外周面との距離が変化するカム面（３６）を形成する。【選択図】  図１
2019039443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転不能のハウジングと、前記ハウジング内で共通の中心軸の周りに回転可能な入力軸及び出力軸とを備え、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、
前記出力軸には出力歯車が固着され、前記ハウジングの内部には、前記出力歯車と噛み合う中間歯車を有する中間歯車体と、前記中間歯車と噛み合う作動歯車を有する作動歯車体と、前記中間歯車体及び前記作動歯車体の夫々を回転可能に軸支し、前記共通の中心軸の周りに回転可能なキャリア体と、前記キャリア体に対して所定の摩擦力を付与する制動手段とが配置され、
前記作動歯車体には、軸方向に突出し且つ断面形状が円形である突出部が設けられるとともに、前記入力軸には、前記突出部が挿入される空間部が設けられており、前記空間部の縁部には、周方向中央から周方向両側に向かって前記突出部の外周面との距離が変化するカム面が形成され、
前記入力軸が回転したときは、前記カム面と前記突出部の外周面との間で噛み合いを生じ、前記作動歯車体の自転が阻止されて、前記出力軸が前記作動歯車体及び前記中間歯車体並びに前記キャリア体と一体的に回転する一方、前記出力軸が回転したときは、前記作動歯車体の自転が許容されて、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】
前記入力軸の前記カム面と前記突出部の外周面との間で噛み合いを生じたときに、前記入力軸の前記カム面と前記突出部の外周面との接点における前記カム面の周方向に対する傾斜角度αが、次式の関係を満足するよう設定される、請求項１に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
α≦ｔａｎ−１（μ）
ただし、μ：前記入力軸の前記カム面と前記突出部の外周面との間の静止摩擦係数
【請求項３】
前記カム面は、前記空間部の径方向外側の縁部に形成されており、周方向片側に向かって半径方向内側に傾斜して直線状に延びる片側部分と、周方向他側に向かって半径方向内側に傾斜して直線状に延びる他側部分とを含み、前記片側部分と他側部分とは線対称である、請求項１又は２に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
【請求項４】
前記突出部は、前記空間部の周方向中央において、前記カム面と近接乃至当接する、請求項１乃至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】
前記キャリア体には、前記中間歯車体及び前記作動歯車体を挟んで対向する位置に、キャリア補助板が一体的に結合されている、請求項１乃至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動力伝達状態を変更するクラッチ装置、特に、入力軸からの正・逆回転の動力を出力軸に伝達し、出力軸からの動力の伝達は、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、入力軸の正方向回転及び逆方向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動力伝達は遮断する機能を備えている。双方向クラッチには、出力軸からの動力伝達を遮断するときに出力軸を空転させるクラッチがあり、フリータイプ双方向クラッチと呼ばれている。
【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、例えば、本出願人の創案に係る特許第６０２７７０２号に記載された双方向クラッチが知られており、これについて、図７を参照して説明する。
図７に示すとおり、このフリータイプ双方向クラッチでは、固定のハウジングＨ内に、共通の中心軸の回りに回転可能な入力軸Ｉ及び出力軸Ｏが設置されている。出力軸Ｏにはこれと同心の太陽歯車ＳＧが固着されている。ハウジングＨ内には更に、太陽歯車ＳＧと噛み合う遊星歯車ＰＧ有する一対の遊星歯車体ＰＢが配置され、一対の遊星歯車体ＰＢはキャリアＣによって回転可能に軸支されている。一対の遊星歯車体ＰＢのそれぞれには、異なる回転方向の空転を許容する一方向クラッチＯＣを介して作動子Ｍが取り付けられるとともに、入力軸Ｉには作動子Ｍと当接するカム体ＣＢが設けられている。そして、作動子Ｍの断面の外周は略正六角形であると共にカム体ＣＢの断面の外周は略矩形である。このことから、作動子Ｍ及びカム体ＣＢの断面はそれぞれ直線部を有し、この直線部同士が当接するようにして、作動子Ｍのそれぞれがカム体ＣＢの一方側及び他方側に配置されている。
【０００５】
入力軸Ｉが回転したときは、一対の遊星歯車体ＰＢの内、回転方向で近距離にある遊星歯車体ＰＢにおける作動子Ｍの外周面が、入力軸Ｉのカム体ＣＢの外周面と直線部が重なる状態で当接する。この状態となると、入力軸Ｉのカム体ＣＢは、当接した遊星歯車体ＰＢの遊星歯車ＰＧを介してキャリアＣを同一方向に回転させ、作動子Ｍが当接していない他方の遊星歯車体ＰＢを同様にその回転方向に移動させる。ここで、遊星歯車体ＰＢの遊星歯車ＰＧは出力軸Ｏの太陽歯車ＳＧと噛み合っているが、一方向クラッチＯＣによりその回転（自転）が拘束されているため、太陽歯車ＳＧが遊星歯車ＰＧの移動（公転）に連れ回ることとなり、出力軸Ｏは、入力軸Ｉと一体化されて同一方向に回転する。
【０００６】
これに対し、出力軸Ｏが回転すると、太陽歯車ＳＧと噛み合う遊星歯車ＰＧはキャリアＣの支持軸の周りに自転しようとする。しかし、入力軸Ｉが停止した位置においては、一方の遊星歯車体ＰＢの作動子Ｍの直線部とカム体ＣＢの直線部とが重なっており、そのままでは、作動子Ｍは自転することができない。
図７のフリータイプ双方向クラッチでは、この状態において、出力軸Ｏの回転方向が、入力軸Ｉが停止する以前に回転していたのと同一方向であれば、遊星歯車ＰＧ（太陽歯車ＳＧと逆方向に回転しようとする）は、一方向クラッチＯＣにより作動子Ｍと一体化されるため、キャリアＣを伴いながら太陽歯車ＳＧの回転方向にわずかに移動して作動子Ｍをカム体ＣＢから離し、出力軸Ｏは回転可能となる。一方、出力軸Ｏの回転方向が、入力軸Ｉが停止する以前の回転方向と逆であれば、遊星歯車ＰＧは一方向クラッチＯＣにより作動子Ｍと切り離される。そのため、作動子Ｍの直線部とカム体ＣＢの直線部とが重なり作動子Ｍ自体の自転が拘束されていても、遊星歯車ＰＧは自転が可能であって、入力軸Ｉに回転を伝達することなく、出力軸Ｏは回転可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第６０２７７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のとおり、図７のフリータイプ双方向クラッチにおいては、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。これにより、出力軸の逆方向の空転を可能とするために、入力軸を停止した位置からわずかに戻すような煩雑な作業は不要であり、使用勝手の優れたものとなっている。しかしながら、図７のフリータイプ双方向クラッチには、以下のような点について改良の余地が残されている。
【０００９】
図７のフリータイプ双方向クラッチでは、出力軸Ｏの回転方向にかかわらず空転させることを可能とするよう、一対の遊星歯車体ＰＢの各々に一方向クラッチＯＣが取り付けられているが、この一方向クラッチは比較的大きいため、装置全体が大型化してしまう。また、作動子Ｍとカム体ＣＢの断面形状の外周は夫々略正六角形と略矩形形状であることから、入力軸Ｉを回転させて出力軸Ｏへ回転を伝達させる際のバックラッシが大きく、動力伝達時の応答性が良好ではない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明のフリータイプ双方向クラッチは、出力歯車と作動歯車との間に中間歯車を設け、作動歯車体には、軸方向に突出し且つ断面形状の外周が円形である突出部を設けると共に、入力軸には、作動歯車体の突出部が挿入される空間部を設け、空間部の縁部には、周方向中央から周方向両側に向かって突出部の外周面との距離が変化するカム面を形成し、入力軸が回転したときは、カム面と作動歯車体の突出部の外周面との間で噛み合いを生じ、作動歯車体の自転が阻止されて、作動歯車体及び中間歯車体並びにキャリア体と一体となって出力軸が回転する一方、出力軸が回転したときは、作動歯車体の自転が許容されて、入力軸への回転の伝達が遮断されるものである。すなわち、本発明は、
「回転不能のハウジングと、前記ハウジング内で共通の中心軸の周りに回転可能な入力軸及び出力軸とを備え、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、
前記出力軸には出力歯車が固着され、前記ハウジングの内部には、前記出力歯車と噛み合う中間歯車を有する中間歯車体と、前記中間歯車と噛み合う作動歯車を有する作動歯車体と、前記中間歯車体及び前記作動歯車体の夫々を回転可能に軸支し、前記共通の中心軸の周りに回転可能なキャリア体と、前記キャリア体に対して所定の摩擦力を付与する制動手段とが配置され、
前記作動歯車体には、軸方向に突出し且つ断面形状が円形である突出部が設けられるとともに、前記入力軸には、前記突出部が挿入される空間部が設けられており、前記空間部の縁部には、周方向中央から周方向両側に向かって前記突出部の外周面との距離が変化するカム面が形成され、
前記入力軸が回転したときは、前記カム面と前記突出部の外周面との間で噛み合いを生じ、前記作動歯車体の自転が阻止されて、前記出力軸が前記作動歯車体及び前記中間歯車体並びに前記キャリア体と一体的に回転する一方、前記出力軸が回転したときは、前記作動歯車体の自転が許容されて、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である。
【００１１】
本発明においては、以下のような実施形態であるのが好ましい。すなわち、
前記入力軸の前記カム面と前記突出部の外周面との間で噛み合いを生じたときに、前記入力軸の前記カム面と前記突出部の外周面との接点における前記カム面の周方向に対する傾斜角度αが、次式の関係を満足するよう設定されること。
α≦ｔａｎ−１（μ）
ただし、μ：前記入力軸の前記カム面と前記突出部の外周面との間の静止摩擦係数
前記カム面は、前記空間部の径方向外側の縁部に形成されており、周方向片側に向かって半径方向内側に傾斜して直線状に延びる片側部分と、周方向他側に向かって半径方向内側に傾斜して直線状に延びる他側部分とを含み、前記片側部分と他側部分とは線対称であること。
前記突出部は、前記空間部の周方向中央において、前記カム面と近接乃至当接すること。
前記キャリア体には、前記中間歯車体及び前記作動歯車体を挟んで対向する位置に、キャリア補助板が一体的に結合されていること。
【発明の効果】
【００１２】
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、共通の回転軸を中心として回転可能な入力軸及び出力軸を設置し、出力軸には出力歯車を設ける。ハウジングの内部には更に、出力歯車と噛み合う中間歯車を形成した中間歯車体と、中間歯車と噛み合う作動歯車を形成した作動歯車体と、中間歯車体及び作動歯車体の夫々を回転可能に軸支すると共に自身も上記共通の回転軸を中心として回転可能なキャリアと、キャリア体に対して所定の摩擦力を付与する制動手段とを配置する。作動歯車体には、軸方向に突出し且つ断面形状が円形である突出部を設けると共に、入力軸には、作動歯車体の突出部が挿入される空間部を設ける。そして、空間部の縁部には、周方向中央から周方向両側に向かって作動歯車体の突出部の外周面との距離が変化するカム面を形成する。
【００１３】
入力軸が回転すると、後に図２を参照して詳述するとおり、カム面と作動歯車体の突出部の外周面との間で噛み合いを生じ、作動歯車体の自転が阻止される。これにより、入力軸及び作動歯車体と共に、中間歯車体、出力軸、そしてキャリア体が一体となって回転する。このとき、作動歯車体の突出部の断面形状は円形であり、突出部は、入力軸の空間部において、周方向中央から周方向両側に向かって突出部の外周面との距離が変化するカム面と当接乃至密接することから、入力軸から出力軸への回転の伝達の遅れは小さく、動力伝達時の応答性は良好となる。
【００１４】
これに対して、入力軸の回転が停止した後に、出力軸が入力軸の回転方向とは反対方向に回転した場合には、後に図３を参照して詳述するとおり、中間歯車が反時計方向に自転すると共に、作動歯車が時計方向に自転する。このとき更に、出力歯車は中間歯車との噛み合いによりこれを時計方向に僅かに移動（公転）させる。この移動は中間歯車が作動歯車に対して接近するものであるが、中間歯車と作動歯車との間にはバックラッシが存在しており、これがいわば不感帯となり、中間歯車が作動歯車を周方向に押すことはない。従って、作動歯車体はその場で時計方向に自転しようとするだけである。これにより、出力軸が時計方向に回転しても、中間歯車体が反時計方向に回転すると共に作動歯車体が時計方向に回転するだけで、出力軸の回転が入力軸に伝達されることはない。
【００１５】
一方、入力軸の回転が停止した後に、出力軸が入力軸の回転方向と同じ方向に回転した場合には、後に図４を参照して詳述するとおり、中間歯車が時計方向に自転すると共に、作動歯車が反時計方向に自転する。このとき更に、出力歯車は中間歯車との噛み合いによりこれを反時計方向に僅かに移動（公転）させる。この移動は中間歯車が作動歯車から離隔するものであり、回転軸を中心とした周方向において作動歯車に影響を与えるものではない。従って、作動歯車体はその場で反時計方向に自転しようとするだけである。これにより、出力軸が反時計方向に回転しても、中間歯車体が時計方向に回転すると共に作動歯車体が反時計方向に回転するだけで、出力軸の回転が入力軸に伝達されることはない。
【００１６】
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。この際には、図７に示す従来のフリータイプ双方向クラッチよりも小型化することができると共に、入力軸から出力軸への動力伝達時の応答性を良好なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のフリータイプ双方向クラッチの実施例を示す構造図である。
【図２】図１に示す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に示すフリータイプ双方向クラッチの出力軸正回転時の作動を示す図である。
【図４】図１に示す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５】図１に示すフリータイプ双方向クラッチの構成部品の単体図を示す図である。
【図６】本発明のフリータイプ双方向クラッチの変形例を示す構造図である。
【図７】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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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４に示す。また、図５は本発明のフリータイプ双方向クラッチの主要構成部品を単体の状態で示すものである。
【００１９】
図１に示す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２を備えており、このハウジング２内には、共通の回転軸（中心軸）ｏの周りに回転可能な入力軸４及び出力軸６並びにキャリア体８、キャリア体８によって回転可能に軸支された中間歯車体１０及び作動歯車体１２、キャリア体８に対して所定の摩擦力を付与する制動手段１４が設けられている（容易に理解できるように、図１ではキャリア体８にのみハッチングを付している）。
【００２０】
図１と共に図５を参照して説明すると、ハウジング２は、円周壁部１６と円環状の端板部１８とからなるカップ状部材であって、その中心軸は入力軸４及び出力軸６の回転軸ｏと同一である。端板部１８の内側端面には、中央の開口部を囲繞して軸方向に僅かに突出する円筒壁２０が形成されている。円周壁部１６の外周面には、半径方向外方に突出する耳部２２が周方向に等角度間隔を置いて３個設けられており、耳部２２には軸方向に延びる貫通孔２４が形成されている。一方、円周壁部１６の開口側端面には、内部を閉鎖する円板状のシールド体２６が配置され、シールド体２６は適宜の固定具により円周壁部１６と一体となる。
【００２１】
入力軸４は、円板形状の入力フランジ部２８と、この入力フランジ部２８の中央領域に固着された入力軸部３０とを備え、入力軸４の中央には、軸方向に延び且つ断面が円の一部を直線状に切り欠いた形状である貫通孔３２が形成されている。入力フランジ部２８の外周縁部には、周方向に等角度間隔をおいて４個の空間部３４が形成されている。そして、空間部３４の縁部には、後述するとおり空間部３４に作動歯車体１２の突出部が挿入された際に、周方向中央から周方向両側に向かって作動歯車体１２に設けられた突出部の外周面との距離が変化するカム面３６が形成されている。図示の実施例においては、カム面３６は半径方向外側に位置し、周方向片側（図５（ｆ）右図において反時計方向）に向かって半径方向内側に傾斜して直線状に延びる片側部分３８と、周方向他側（同図において時計方向）に向かって半径方向内側に傾斜して直線状に延びる他側部分４０とを含み、片側部分３８と他側部分４０とは線対称である。周方向に隣接する空間部３４の周方向中央位置には夫々、断面が円形の補助空間部４２が形成されている。
【００２２】
出力軸６は、出力歯車４４と、この出力歯車４４の片側端面の中央領域に固着された出力軸部４６とを備え、出力軸６の中央には、軸方向に延び且つ断面が円の一部を直線状に切り欠いた形状である貫通孔４８が形成されている。出力軸６の貫通孔４８は入力軸４の貫通孔３２と同一形状である。図示の実施例においては、出力歯車４４は外歯歯車である。
【００２３】
キャリア体８は、円環状の平板部材である基部５０と、基部５０の片側端面から軸方向片側に延びる中間キャリア軸５２及び作動キャリア軸５４と、基部５０の外周縁から軸方向片側に延びる円筒形状の外側壁５６とを備えている。中間キャリア軸５２及び作動キャリア軸５４は共に断面円形の棒状部材であって、その直径は入力軸２に設けられた空間部３４及び補助空間部４２の断面形状よりも十分小さく、中間キャリア軸５２と作動キャリア軸５４は、夫々周方向に等角度間隔をおいて交互に４つずつ設けられている。図５（ｅ）の右図を参照することによって明確に理解されるとおり、全ての中間キャリア軸５２の中心を結ぶ仮想円の直径は、全ての作動キャリア軸５４の中心を結ぶ仮想円の直径よりも僅かに小さい。つまり、中間キャリア軸５２と作動キャリア軸５４とは同一円周上には位置せず、中間キャリア軸５２の方が作動キャリア軸５４よりも幾分径方向内側に位置している。外側壁５６の延出端には、周方向に等角度間隔をおいて４個の切欠き５８が形成されている。このようなキャリア体８には、図５（ｇ）で示すキャリア補助板６０が一体的に結合される。キャリア補助板６０はキャリア体８の基部５０と対応した円板形状であって、キャリア補助板６０には、中間キャリア軸５２及び作動キャリア軸５４の各々を軸受する支持孔６２と、外側壁５６に設けられた夫々の切欠き５８と嵌り合う爪６４とが形成されている。
【００２４】
中間歯車体１０は、外歯歯車である中間歯車６６を備え、中間歯車体１０の中央には、キャリア体８の中間キャリア軸５２が挿通される貫通軸孔が形成されている。作動歯車体１２は、外歯歯車である作動歯車６８と、作動歯車６８の軸方向片側端面から軸方向片側に突出し且つ断面形状が円形である突出部７０が設けられている。作動歯車体１２の中央には、キャリア体８の作動キャリア軸５４が挿通される貫通軸孔が形成されている。
【００２５】
図１に示すフリータイプ双方向クラッチは、以下のようにして組み合わされる。
まず、ハウジング２内にキャリア体８を、端板部１８と基部５０とが近接乃至当接して対向するようにして配置する。次いで、キャリア体８の中間キャリア軸５２及び作動キャリア軸５４の夫々に、中間歯車体１０及び作動歯車軸１２の夫々を回転可能に軸支させる。そして、出力軸６を、出力軸部４６がキャリア体８の基部５０の中央孔及びハウジング２の端板部１８の中央孔を貫通すると共に出力歯車４４が全ての中間歯車体１０の中間歯車６６と噛み合うようにして、キャリア体８及びハウジング２と組み合わせる。その後に、入力軸４を、入力フランジ部２８が出力軸６の軸方向端面と面接触した状態で、キャリア体８等に組み合わせる。このとき、空間部３４の夫々には、作動歯車体１２の突出部７０と共にキャリア体８の作動キャリア軸５４が挿入され、補助空間部４２の夫々には、キャリア体８の中間キャリア軸５２が挿入される。空間部３４に作動歯車体１２の突出部が挿入された状態にあっては、カム面３６と作動歯車体１２の突出部の外周面との距離は、周方向中央から周方向両側に向かって小さくなる。図示の実施例においては、突出部７０は、空間部３４の周方向中央において、カム面３６と近接乃至当接し、中間キャリア軸５２は、補助空間部４２の中央に位置し、中間キャリア軸５２の外周面は補助空間部４２を規定する入力フランジ部２８の内周面から十分に離隔している。そして、キャリア補助端６０を、支持孔６２の夫々に中間キャリア軸５２及び作動キャリア軸５４を挿通させると共に、爪６４をキャリア体８の外側壁５６に形成された爪６４に嵌め合わせ、中間歯車体１０及び作動歯車体１２を挟んで対向する位置にてキャリア体８と一体的に結合させる。しかる後に、制動手段１４である周知の波ばねをキャリア補助板６０と当接するように配置し、シールド体２６で円周壁部１６の開口側端面を閉鎖する。所望ならば、制動手段１４はキャリア補助板６０とシールド体１６との間に配置することに替えて、キャリア８の基部５０とハウジング２の端板部１８との間に配置してもよい。
【００２６】
続いて、図１に示す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４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４が、駆動源のモーターにより反時計方向（中央縦断面図の右方から見て）に回転すると、入力軸４の入力フランジ部２８に形成された空間部３４が反時計方向に移動し、空間部３４の縁部に形成されたカム面３６、更に詳しくは他側部分４０、と作動歯車体１２の突出部７０の外周面との間で噛み合いを生じる。これは、制動手段１４によってキャリア体８に付与された摩擦力が作動歯車体１２を現在の位置に保持させようとして作用するため、入力軸４が回転してカム面３６の他側部分４０が作動歯車体１２の突出部７０の外周面に押し付けられた際に、入力軸４のカム面３６と突出部７０の外周面との間で滑りが生じないためである。入力軸４のカム面３６と作動歯車体１２の突出部７０の外周面との間で噛み合いを生じることで作動歯車体１２の自転は阻止され、これにより作動歯車体１２の作動歯車６８と噛み合う中間歯車６６を有する中間歯車体１０の自転も阻止される。この状態から入力軸４を更に回転すると、自転が阻止された作動歯車体１２及び中間歯車体１０、これらの歯車体を支持するキャリア体８と共に、中間歯車体１０の中間歯車６６と噛み合う出力歯車４４が入力フランジ部２８と一体となって回転する。つまり、出力軸６は入力軸４と一体となって回転する。このとき、作動歯車体１２の突出部７０の断面形状は円形であり、突出部７０は、入力軸４の空間部３４において、周方向中央から周方向両側に向かって突出部７０の外周面との距離が変化するカム面３６と当接乃至密接することから、入力軸４を回転させて出力軸６へ回転を伝達させる際のバックラッシは小さく、動力伝達時の応答性が良好となる。本実施例においては更に、空間部３４の周方向中央位置において、作動歯車体１２の突出部７０がカム面３６と近接乃至当接していることから、空間部３４が僅かに移動しただけで上記噛み合いを生じ、入力軸４から出力軸６への回転の遅れが生じることはない。入力軸４が反時計方向に回転した場合には、カム面３６の片側部分３８と突出部７０の外周面との間で噛み合いを生じることを除いては、入力軸４が時計方向に回転した場合と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００２７】
ここで、入力軸４のカム面３６と突出部７０の外周面との間で噛み合いを生じたときには、図２の接触部拡大図に示すとおり、入力フランジ部２８の反時計方向への移動により、入力フランジ部２８との当接点Ｐにおいて突出部７０には法線方向の力Ｎが作用し、周方向にはその分力であるＮｓｉｎαが作用する（α：当接点においてカム面３６が周方向に対して傾斜する角度）。一方、突出部７０には、入力フランジ部２８との間で摩擦力μＮも作用し（μ：静止摩擦係数）、周方向には周方向にはその分力であるμＮｃｏｓαが作用する。このことから、α≦ｔａｎ−１（μ）となるよう、カム面３６の傾斜角αや摩擦係数μを設定することで、入力軸４のカム面３６と突出部７０の外周面との間で確実に噛み合いが生じることとなる。
【００２８】
これに対して、入力軸４の反時計方向の回転が停止した後に、出力軸６が図３に示す矢印のとおり時計方向（中央縦断面図の右方向から見て）に回転した場合には、出力軸６の出力歯車４４がこれと噛み合う中間歯車６６を反時計方向に自転させると共に、中間歯車６６がこれと噛み合う作動歯車６８を時計方向に自転させる。このとき更に、出力歯車４４は中間歯車６６との噛み合いによりこれを中間キャリア軸５２に対して回転軸ｏを中心として時計方向に僅かに移動（公転）させる。この移動は中間歯車６６が作動歯車６８に対して接近するものであるが、中間歯車６６と作動歯車６８との間にはバックラッシが存在していることから、これがいわば不感帯となり、中間歯車６６が作動歯車６８を周方向に押すことはなく、従って、作動歯車体１２はその場で時計方向に自転しようとするだけである。ここで、作動歯車体１２の上記自転方向は、当接点Ｐにおけるカム面（他側部分４０）と突出部７０の中心を通過して周方向に延びる円弧状の仮想曲線（図３の接触部拡大図において二点鎖線で示す）とによって画成される楔の広い方から狭い方へ回転する方向であり、これは、突出部７０の外周面と入力フランジ部２８のカム面３６との間で噛み合いが生じる方向である。しかしながら、上述したとおり作動歯車体１２はその場で自転しようとするのみであって、突出部７０が全体的に時計方向に移動（公転）して外周面が入力フランジ部２８のカム面３６に押し付けられるわけではない。このことから、作動歯車体１２が自転しても、突出部７０の外周面はカム面３６に対して滑り、両者が噛み合いを生じることはない。従って、突出部７０は空間部３４内で時計方向に自転することができる。これにより、出力軸６が時計方向に回転しても、中間歯車体１０が反時計方向に回転すると共に作動歯車体１２が時計方向に回転するだけで、出力軸６の回転が入力軸４に伝達されることはない。
【００２９】
一方、入力軸４の反時計方向の回転が停止した後に、出力軸６が図４に示す矢印のとおりに反時計方向（中央縦断面図の右方向から見て）に回転した場合には、出力軸６の出力歯車４４がこれと噛み合う中間歯車６６を時計方向に自転させると共に、中間歯車６６がこれと噛み合う作動歯車６８を反時計方向に自転させる。このとき更に、出力歯車４４は中間歯車６６との噛み合いによりこれを中間キャリア軸５２に対して回転軸ｏを中心として反時計方向に僅かに移動させる。この移動は中間歯車６６が作動歯車６８から離隔するものであり、回転軸ｏを中心とした周方向において作動歯車６８に影響を与えるものではなく（中間歯車６６と作動歯車６８との噛み合いは維持される）、従って、作動歯車体１２はその場で反時計方向に自転しようとするだけである。ここで、作動歯車体１２の上記自転方向は、当接点Ｐにおけるカム面（他側部分４０）と突出部７０の中心を通過して周方向に延びる円弧状の仮想曲線（図４の接触部拡大図において二点鎖線で示す）とによって画成される楔の狭い方から広い方へ回転する方向であり、これは、突出部７０の外周面と入力フランジ部２８のカム面３６との間で噛み合いを生じない方向である。従って、作動歯車体１２は入力フランジ部２８の空間部３４内で自転することが可能であり、出力軸６が反時計方向に回転しても、中間歯車体１０が時計方向に回転すると共に作動歯車体１２が反時計方向に回転するだけで、出力軸６の回転が入力軸４に伝達されることはない。
【００３０】
以上詳述したように、本発明のフリータイプ双方向クラッチは、出力歯車と作動歯車との間に中間歯車を設け、作動歯車体には、軸方向に突出し且つ断面形状の外周が円形である突出部を設けると共に、入力軸には、作動歯車体の突出部が挿入される空間部を設け、空間部を規定する入力軸の内側面を、周方向中央から周方向両側に向かって突出部の外周面との距離が変化するカム面とし、入力軸が回転したときは、作動歯車体の自転を阻止してこれをロック状態とし、出力軸へ回転を伝達する一方、出力軸が回転したときは、作動歯車には出力軸の回転軸を中心とした周方向の力が作用せず、入力軸が停止位置を保持した状態で出力軸を空転させるものである。本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。例えば、上述した実施例においては、入力軸のカム面は、空間部の径方向外側の縁部に形成されていたが、これに替えて、図６に示すとおり、空間部３４の径方向内側の縁部に形成するようにしてもよい。カム面３６を空間部３４の径方向内側の縁部に形成した場合には、カム面３６は、周方向片側に向かって半径方向外側に傾斜して延びる片側部分３８と、周方向他側部分に向かって半径方向外側に傾斜して延びる他側部分４０とを含むこととなる。また、上述した実施例においては、出力歯車は外歯歯車であったが、これに替えて内歯歯車としてもよい。出力歯車を内歯歯車とした場合には、全ての中間キャリア軸の中心を結ぶ仮想円の直径を全ての作動キャリア軸の中心を結ぶ仮想円の直径よりも大きくすると共に、キャリア体の基部を入力軸側に配置して中間キャリア軸及び作動キャリア軸が入力軸側から出力軸側に延出するようにする。
【符号の説明】
【００３１】
２：ハウジング
４：入力軸
６：出力軸
８：キャリア体
１０：中間歯車体
１２：作動歯車体
１４：制動手段
３４：空間部
３６：カム面
４４：出力歯車
６６：中間歯車
６８：作動歯車
７０：突出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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