JP2008101715A - 双方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造、小型、低コストであって、スムーズに動作して異音を発生しない双方向クラッチを提供すること。
【解決手段】ハウジングと、複数の入力係合片を有する入力部材と、前記入力係合片と係合する出力係合片を有する出力部材と、中間部材と、その中間部材に弾性力を与えるバネ部材とを備え、入力部材からの回転駆動力が出力部材に伝達され、出力部材からの回転力は入力部材に伝達されない双方向クラッチであって、前記入力係合片は、前記入力部材の回転方向に対して所定の角度を有する傾斜当接面を前記側面に有し、前記入力部材が回転するとき、前記傾斜当接面が前記入力部材の回転方向に対して外側又は内側に向かう押圧力を前記中間部材に与えることを特徴とする双方向クラッチ。
【選択図】 図７

Description

この発明は、入力部材側からの回転力は出力部材側に伝達され、出力部材側からの回転力は入力部材側に伝達されない双方向クラッチに関する。

駆動側である入力側からの双方向の駆動力が従動側である出力側に伝達され、出力側からの回転力は入力側に伝達されない双方向クラッチは既に提案されている。例えば、入力側からの双方向の駆動力が出力側に伝達され、出力側からの外力は入力側に伝達されない双方向クラッチの例として、出力部材となる従動側部材に回転力が与えられると、従動側部材がロックされる機構を有し、そのロックによって従動側部材が回転できなくなり、出力側からの回転力は入力側に伝達されない双方向クラッチ（例えば、特許文献１参照）が提案され、実用化もされている。しかし、この双方向クラッチは複数のカム部材、クラッチ歯、二つのコイルスプリングなどを組み合わせた構造であるので、比較的複雑であり、組み立て作業に時間を要するなどコストの低減、小型化を十分に行えないという問題点がある。
特開２０００−１９９５３２公報

本発明は、上述のような従来の課題を解決することを目的とし、入力部材に与えられる回転力は出力部材に伝達され、出力部材に与えられる回転力は入力部材に伝達されない、簡単な構造、小型、低コストであって、スムーズに動作して異音を発生しない双方向クラッチを提供するものである。

第１の発明は、前記課題を解決するため、入力部材と出力部材と中間部材と該中間部材に弾性力を与えるバネ部材とこれら部材を収納するハウジング部材とを備え、前記入力部材からの回転駆動力は前記出力部材に伝達され、前記出力部材からの回転力は前記入力部材に伝達されない双方向クラッチにおいて、前記ハウジング部材は円筒状内壁面を有し、前記入力部材は、入力軸部と該入力軸部の一端に位置する入力係合部とを有し、前記出力部材は、出力軸部と該出力軸部の一端側に位置して、前記入力係合部と係合する出力係合部とを有し、前記入力係合部は一定間隔で複数の入力係合片を有し、前記出力係合部は一定間隔で一つ以上の出力係合片を有し、前記入力係合片と前記出力係合片とは、互いに係合し合えるようにそれぞれの側壁面が向かい合って互いに入り込んでおり、互いに隣り合う前記入力係合片同士の間であって、前記出力係合片の先端面と前記ハウジング部材の前記円筒状内壁面との間に、前記中間部材が備えられ、前記入力係合片は、前記入力部材の回転方向に対して内側又は外側に傾斜する傾斜当接面を前記側壁面に有し、前記入力部材が回転するとき、前記傾斜当接面が前記入力部材の回転方向に対して内側又は外側に向かう押圧力を前記中間部材に与えることを特徴とする双方向クラッチを提供する。

第２の発明は、前記第１の発明において、前記入力部材がいずれかの回転方向に回転するとき、前記入力係合片と前記出力係合片とが直接係合し、かつ前記入力係合片の前記傾斜当接面が前記押圧力を前記中間部材に与え、前記入力部材と前記出力部材とが一緒に回転することを特徴とする双方向クラッチを提供する。

第３の発明は、前記第１の発明又は前記第２の発明において、前記出力部材がいずれかの回転方向に回転するとき、前記出力係合部の前記先端面と前記ハウジング部材の前記円筒状内壁面との間に前記中間部材が食い込むことにより、前記出力部材の回転力は前記入力部材に伝達されないことを特徴とする双方向クラッチを提供する。

第４の発明は、前記第１の発明ないし前記第３の発明のいずれかにおいて、前記中間部材は、ローラ又はボールであり、一方側又は両側から前記バネ部材で押圧されることを特徴とする双方向クラッチを提供する。

第５の発明は、前記第１の発明ないし前記第４の発明のいずれかにおいて、前記入力係合片の外壁面に潤滑剤を収容する潤滑剤溜りとなる凹所が形成されていることを特徴とする双方向クラッチを提供する。

前記第１の発明ないし第３の発明によれば、例えば駆動側である入力部材側から従動側である出力部材側には駆動力が伝達されるが、出力部材側に加えられる回転力は入力部材側に伝達されない、小型で経済性に優れた双方向クラッチを提供できる。特に、第１の係合片は、入力部材の回転方向に対して鋭角又は鈍角となる側面を有しているので、この双方クラッチは異音を発生することなくスムーズに動作する。また、入力部材と出力部材とが嵌め合いなどによって互いに緊締し合っていないので、入力部材と出力部材とを別々に取り扱うことができ、容易にハウジングに対して組み込みを行うことができる。

前記第４の発明によれば、前記第１の発明ないし前記第３の発明が奏する効果の他に、中間部材として用いているローラ又はボールとばね部材との働きによって応答性及び信頼性を向上させることができる。

前記第５の発明によれば、前記第１の発明ないし前記第４の発明が奏する効果の他に、寿命が長く、かつよりスムーズに動作する双方向クラッチを提供できる。

[実施形態１]
本発明に係る実施形態１の双方向クラッチについて、図面により説明する。図１はこの双方向クラッチの外観を示す図であり、図２はこの双方向クラッチのハウジング部材を示す図、図３は入力部材の斜視図、図４は入力部材を説明するための図、図５は入力部材及びその関連部分の一部分を説明するための図、図６は出力部材の斜視図、図７は出力部材を説明するための図、図８はこの双方向クラッチを正面側から見た図であり、図９はバネ部材の概要を示す図、図１０は中間部材とバネ部材との関係を説明するための図、図１１及び図１２はバネ部材の構造を説明するための図、図１３〜図１５はこの双方向クラッチの動作を説明するための図である。

この双方向クラッチは、主にハウジング１、入力部材３、出力部材５、ローラ又はボールのような中間部材７及びばね部材９を組み合わせたものからなる。ハウジング１はハウジング部材１１とこれに組み合わされる蓋部１２とからなる。ハウジング部材１１は円筒状内壁面１３を有する円筒状部１４と、円筒状部１４の一端を閉じる底部の働きを行う側壁部１５とからなる。側壁部１５は中央に貫通孔１６を有するとともに、貫通孔１６を囲む短円筒状の導出部１７とを備える。この導出部１７には、必要に応じて焼結金属にオイルを滲み込ませた含油メタル、あるいは小型のボールベアリング又はローラベアリングのような回転促進部材が備えられる。なお、ハウジング１は種々の金属材料、又はエンジニアリングプラスチック材料などからなり、特に材料を限定する必要はない。

次に、図３、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）によって入力部材３を説明する。図４（Ａ）は図３の入力部材３を上方から見た上面図、図４（Ｂ）は入力部材３を側面から見た図であり、図４（Ｃ）は図３の入力部材３を下方から見た下面図である。ハウジング１における側壁部１５の貫通孔１６を挿通し、かつその貫通孔の径よりも若干小さい直径を有する柱状の入力軸部３１が、正５角形状の入力共通部３２の下側に一体的に形成されている結合部３２Ａに嵌合又は圧入されている。入力共通部３２における入力軸部３１とは反対側に、入力係合部３３が入力共通部３２と一体的に形成されている。入力係合部３３は、入力共通部３２の各角部から等間隔で入力軸部３１の延長方向と外方向とに延びる五つの入力係合片３４、３５、３６、３７、３８からなる。五つの入力係合片３４〜３８はすべて同一形状であって、大きさが等しいので、入力係合片３４〜３８に関する以下の説明では入力係合片３４だけについて説明し、他の入力係合片３５〜３８については説明を省略するが、入力係合片３４についての説明が当てはまるものとする。また、入力係合片３４〜３８は隣り合うもの同士の間の間隙が全部ほぼ同じになるように配置されている。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、入力係合片３４の一方の面には後述する第１のバネ部材９を取り付けるためのバネ係止部３４ａが備えられている。同様に、図４（Ｃ）に示すように入力係合片３４の他方の面には、後述する第２のバネ部材９を取り付けるためのバネ係止部３４ｂが備えられている。バネ係止部３４ａとバネ係止部３４ｂとは互いに対向する位置に形成されており、後述するバネ部材がバネ係止部３４ａ及びバネ係止部３４ｂのいずれにでも係止できるようになっている。バネ係止部３４ａ及びバネ係止部３４ｂは所定の深さと直径とを有する小孔である。入力係合片３４は図２に示したハウジング部材１１の円筒状内壁面１３に微小間隔で対面する外壁面Ａにグリースのような潤滑剤が収容される潤滑剤溜りとなる凹所３４ｃを有する。

特にこの実施形態１の重要な構成要件として、入力係合片３４の両側の側壁面の先端側が傾斜当接面３４Ｇになっていることがあげられる。図５に入力係合片３４と３８を拡大して示すように、入力係合片３４は双方の側壁面に入力部材３の回転方向に対して所定の角度を有する傾斜当接面３４Ｇを備え、傾斜当接面３４Ｇが破線で示すローラのような中間部材９に当接するときに内方向、例えば中間部材７の中心点Ｏ側方向のベクトルをもつ加圧力を与えるところに特徴がある。つまり、入力係合片３４は、入力部材３の回転方向に対して内側又は外側に傾斜する傾斜当接面３８Ｇを側壁面に有し、入力部材３が回転するとき、傾斜当接面３８Ｇが入力部材３の回転方向に対して内側又は外側に向かう押圧力を中間部材９に与える。他の入力係合片３５〜３８についても入力係合片３４と同様であり、それぞれ両側壁面に傾斜当接面３４Ｇと同様な傾斜当接面を有すると共に、一方の面、他方の面にバネ係止部を有する。傾斜当接面３４Ｇについては後で詳述する。

ここで、ハウジング１内で入力部材３が安定に回転動作を行うように、入力係合片３４〜３８の五つの壁面Ａが形成する仮想円の直径は、ハウジング部材１１における円筒状部１４の円筒状内壁面１３の直径よりも若干小さいのが好ましい。また、入力共通部３２もハウジング１内で入力部材３が問題なく回転動作を行えるように、正５角形状の入力共通部３２の最大径はハウジング部材１１における円筒状部１４の円筒状内壁面１３の直径よりも小さい。なお、入力共通部３２及び圧入部分３２Ａには入力軸部３１が圧入される楕円形状の中央穴３２Ｗを有する。入力共通部３２の形状は正５角形状に限られず、円形状などであっても勿論よい。

出力部材５は、図６及び図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、蓋部１２（図１）の不図示の貫通孔を挿通する直径を有する円柱状の出力軸部５１及び出力係合部５２を備える。ここで、図７（Ａ）は出力部材５を側面から見た図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）を左方向から見た図である。出力係合部５２は、その出力共通部５２Ａから放射外方向に等間隔で延びる五つの出力係合片５３、５４、５５、５６、５７を有する。出力係合部５２の中央には、出力軸部５１の圧入部５１Ａが圧入される中央穴５２Ｗが備えられている。入力部材３と出力部材５とをハウジング１内に組み込んだときに、出力係合片５３〜５７は入力係合部３３の入力係合片３４〜３８とある間隔で互い違いに入り込む構造になるので、出力係合片５３〜５７の幅（回転方向の寸法）は入力係合片３４〜３８の間の間隔よりも小さくなっている。

五つの出力係合片５３〜５７は同一形状であって、大きさが等しいので、出力係合片５３〜５７に関連する以下の説明では出力係合片５３だけについて説明し、他の出力係合片５４〜５７については説明を省略するが、出力係合片５３についての説明が当てはまるものとする。出力係合片５３の先端面５３ａは緩やかな湾曲又はＶ字状、あるいは平坦になっており、図７（Ｂ）に破線で示すように、例えばローラのような中間部材７を支持する支承面を形成する。出力係合片５３の幅（回転方向の長さ）は中間部材７の直径よりも大きくなっている。

次に、前述したような入力部材３と出力部材５とをハウジング１内へ組み込んだ状態について説明する。図８（Ａ）は入力部材３と出力部材５とをハウジング１内へ組み込んだ状態を示し、図８（Ｂ）は更に出力軸部５１を出力部材５に取り付け、かつローラである中間部材７を組み込むと共に、図９に示すようなバネ部材９を組み込んだ状態を示している。バネ部材９については後で詳述する。図８において、入力部材３の入力軸部３１は紙面の裏方向に垂直に延びているので図示されていない。入力部材３の中心軸線Ｚ１（図４）と出力部材５の中心軸線Ｚ２（図７）とがほぼ一致するように組み込まれる。

五つの入力係合片３４、３５、３６、３７、３８の間に五つの出力係合片５３、５４、５５、５６、５７が入り込んでいる。入力係合片３４〜３８の回転方向に位置する側壁と出力係合片５３〜５７の回転方向に位置する側壁との間には間隙があり、回転力が入力部材３に加わっていない状態では、バネ部材９が中間部材７を両側から押しているので、各出力係合片５３〜５７は入力係合片３４〜３８の間のほぼ中間に位置する。バネ部材９は一体型のバネであって、入力係合片３４〜３８に形成されたバネ係止部３４ａ〜３８ａによって入力係合片３４〜３８に係止されている。裏面側も同様であり、図４（Ｃ）に示したそれぞれの入力係合片３４〜３８の裏側に形成されたバネ係止部３４ｂ〜３８ｂによって図示しない第２のバネ部材が係止されている。

ローラのような中間部材７とバネ部材９などの関係を図１０によって説明すると、図１０は入力係合片３４と３８との間に位置するローラ部材７と第１、第２のバネ部材９Ａ、９Ｂついて示しており、入力係合片３４と３８などを含む一部分を側面から見た説明図である。ローラ部材７の両端部は入力係合片３４と３８、及びローラ部材７が支承されている出力係合片５３から突出しており、その両端の突出部７Ａ、７Ｂをそれぞれ同一構造の第１のバネ部材９Ａと第２のバネ部材９Ｂのバネ片が把持する。つまり、ローラ部材７は入力係合片３４と３８及び出力係合片５３の幅（中心軸線Ｚ１、Ｚ２方向の長さ）よりも大きな長さを有し、その長い部分が入力係合片３４と３８及び出力係合片５３から突出し、それぞれの突出部７Ａ、７Ｂを第１のバネ部材９Ａ、第２のバネ部材９Ｂが左右バランスよく弾性的に把持する。

各ローラ部材７はバネ部材９Ａ及び紙面の裏側のバネ部材９Ｂによって、図８（Ｂ）に示したように、隣接する入力係合片３４〜３８の間のそれぞれの空隙のほぼ中央に保持される。図８（Ｂ）の状態では、各ローラ部材７はハウジング部材１１の円筒状部１４の円筒状内壁面１３(図２)に軽く接触、あるいは若干の空隙が存在しており、ハウジング部材１１の円筒状部１４から容易に挿脱できる。この双方向クラッチの動作については後述するが、入力部材３が回転するとき、小さな摩擦抵抗で出力部材５と一緒にローラ部材７もハウジング部材１１の円筒状部１４内を回転する。

次に、バネ部材９の一例について図１１及び図１２によって説明する。図１１は比較的弾性力に富んだ金属板をプレスして打ち抜いた後に所定の形状に曲げてなる金属製バネ体９０の形状を示す。図１２は金属製バネ体９０に組み合わされる樹脂製のバネ係止用部材９１を示し、図９に示したバネ部材９は金属製バネ体９０とバネ係止用部材９１とを組み合わせたものである。金属製バネ体９０の一例は、図１１に示すように円環状部９０Ａと、その円環状部９０Ａから等間隔で放射外方向に延びる五つの金属片９０Ｂとからなる。五つの金属片９０Ｂはすべて同一構造であるので、一つだけについて説明する。金属片９０Ｂは円環状部９０Ａから延びる第１の部分９０Ｂ１、その第１の部分９０Ｂ１から二股に分かれて延びる第２の部分９０Ｂ２と第３の部分９０Ｂ３からなる。第２の部分９０Ｂ２と第３の部分９０Ｂ３は、第１の部分９０Ｂ１に対して紙面表面又は裏面方向に９０度折り曲げられている。第２の部分９０Ｂ２、第３の部分９０Ｂ３は途中で互いに反対方向にある角度で折り曲げられ、ローラ部材に弾性力を与える働きを行うので、以下では第２の部分９０Ｂ２、第３の部分９０Ｂ３をバネ片と呼ぶ。隣り合う金属片９０Ｂから延びるバネ片９０Ｂ２とバネ片９０Ｂ３とが両側から中間部材７に加圧力を与える。なお、図示した金属製バネ体９０の形状、折り曲げ方はあくまでも一例であり、これら具体例に制限されない。

次に、金属製バネ体９０と組み合わされてバネ部材９を構成するバネ係止用部材９１を図１２によって説明する。図１２（Ａ）はバネ係止用部材９１を上から見た上面図、図１２（Ｂ）はその側面図、図１２（Ｃ）はバネ係止用部材９１を下側から見た下面図である。バネ係止用部材９１は弾力性のある合成ゴム材料又は合成樹脂材料、あるいはアルミニウムなどの金属材料からなり、円環状部９１Ａと円環状部９１Ａにほぼ等間隔で形成されている五つの係止部９１Ｂとからなる。円環状部９１Ａは金属製バネ体９０の円環状部９０Ａの放射方向の幅よりも幾分幅広の幅を有する。五つの係止部９１Ｂはすべて同一構造であり、各係止部９１Ｂは、円環状部９１Ａから放射外方向に突出する第１の部分９１Ｂ１と、第１の部分９１Ｂ１の先端部の一方の面からほぼ直角、つまり紙面に対して直角に延びる短ピン状の第２の部分９１Ｂ２と、第１の部分９１Ｂ１の両脇の円環状部９１Ａに外側から内側へ向けて切り込まれている切込み９１Ｃ、切込み９１Ｄとからなる。切込み９１Ｃ、切込み９１Ｄは第１の部分９１Ｂ１の弾力性を高めるものであり、必ずしも必要ではない。

五つの係止部９１Ｂの短ピン状の第２の部分９１Ｂ２は、図３及び図５（Ａ）に示した入力部における入力係合片３４〜３８のバネ係止部３４ａ、３５ａ、３６ａ、３７ａ、３８ａ、及び図４（Ｃ）に示したバネ係止部３４ｂ、３５ｂ、３６ｂ、３７ｂ、３８ｂに係合されるものである。したがって、入力係合片３４〜３８のバネ係止部３４ａ〜３８ａ及びバネ係止部３４ｂ〜３８ｂを結ぶ仮想の円の直径と、五つの係止部９１Ｂの短ピン状の第２の部分９１Ｂ２を結ぶ仮想の円の直径とは等しくなければならない。なお、バネ係止用部材９１は金属製バネ体９０の形状に応じて変形され、図示の具体例に制限されるものではない。

図９に示したように金属製バネ体９０とバネ係止用部材９１とが組み合わされる。バネ係止用部材９１のそれぞれの短ピン状の第２の部分９１Ｂ２を、金属製バネ体９０における第１の部分９０Ｂ１近傍の第２の部分９０Ｂ２と第３の部分９０Ｂ３との間にそれぞれ挿し込むことによって、金属製バネ体９０とバネ係止用部材９１とは互いに係止しあう。つまり、バネ係止用部材９１のそれぞれの短ピン状の第２の部分９１Ｂ２は金属製バネ体９０の第２の部分９０Ｂ２と第３の部分９０Ｂ３とにより挟まれるので、金属製バネ体９０とバネ係止用部材９１とは容易には外れず、単一のバネ部材９として取り扱える。また、バネ係止用部材９１の短ピン状の第２の部分９１Ｂ２は、金属製バネ体９０の隣り合う金属片９０Ｂの第２の部分９０Ｂ２の先端部と第３の部分９０Ｂ３の先端部との間を狭くする働きを行い、曲げなどのバラツキがあっても金属製バネ体９０のバネ性を高めるので、この面でも有効である。

入力係合部３２の端面にバネ部材９を係止するには、バネ係止用部材９１の短ピン状の第２の部分９１Ｂ２を図３及び図４（Ａ）に示した入力部における入力係合片３４〜３８のバネ係止部３４ａ〜３８ａ、及び図４（Ｃ）に示したバネ係止部３４ｂ〜３８ｂのそれぞれに係止させればよい。バネ係止部３４ａ〜３８ａ及び３４ｂ〜３８ｂは短ピン状の第２の部分９１Ｂ２を嵌入するのに適した直径と深さとを有する小孔であり、短ピン状の第２の部分９１Ｂ２をそれぞれに挿し込めればよく、つまり互いに係止し合えばよく、形状が制限されるものではない。図１３に示すように、バネ部材９のバネ片９０Ｂ２と９０Ｂ３の先端部分がそれぞれの中間部材７を挟むように弾性力で把持する。このとき、図１０を用いて説明したように、中間部材７がローラであるとき、一対のバネ部材９によりその両端で把持される。したがって、各中間部材７は隣り合う入力係合片３４〜３８の間の間隙のほぼ中間位置に保持され、この状態では入力部材３と出力部材５と中間部材７とバネ部材９とは、ハウジング部材１１の円筒状部１４内を自由に回転できる。なお、中間部材７の装着はバネ部材９を係止させる前、あるいは係止させた後のいずれでもよい。最後に、シールド部材としての蓋部１２の孔に出力部材５の出力軸部５１を挿通させ、蓋部１２をハウジング部材１１に固定する。その固定は嵌め合い、スポット溶接など種々の方法が考えられる。なお、バネ部材９を必ずしも別々の金属製バネ体９０とバネ係止用部材９１とで構成する必要はなく、不図示の鋳型に比較的弾性があり、かつ機械的な強度に優れた合成樹脂を流し込んで一体的に形成された合成樹脂性のばね部材、又は一般的なアルミダイカスト法で一体的に形成されたアルミニウム製のばね部材であっても勿論よい。

次に、図１３〜図１５を用いて、この双方向クラッチ１００の動作について説明する。図８（Ｂ）に示したすべての中間部材７はすべてほぼ同じ状態で動作するので、他の中間部材７についても下記の説明が当てはまり、したがって、ローラ部材７、バネ部材９のバネ片９０Ｂ２と９０Ｂ３、入力係合片３４と入力係合片３８、出力係合片５３及びこれらに関連する部材についてだけ説明する。図１３は図８（Ｂ）の一部分を拡大して示す説明図であって、入力部材３にも出力部材５にも回転力が加わっていない静止状態を示す。図１４は入力部材３に反時計方向の回転力がかかっている状態を示し、図１５は出力部材５に反時計方向の回転力が加わっている状態を示している。これら図において、図１〜図１２で用いた記号と同一の記号は同じ名称の部材を示すものとする。

入力部材３にも出力部材５にも外力が加わっていない状態では、それぞれの中間部材７はバネ部材９のバネ片９０Ｂ２と９０Ｂ３の先端部分によって両側から弾性力を受けており、入力係合片３４の左側壁面の傾斜当接面３４Ｇ、及び入力係合片３８の左側壁面の傾斜当接面３８Ｇはいずれも中間部材７に接触していないので、中間部材７は出力係合片５３の支承面である先端面５３Ａのほぼ中央に位置する。図１３〜図１５では間隙は示されていないが、実際には中間部材７下端面と出力係合片５３の先端面５３Ａとの間、あるいは中間部材７の上端面とハウジング部材１１の円筒状内壁面１３との間には微小な間隙が存在する。

先ず、入力部材３が反時計方向（図面左方向）に回転すると、図１３の状態から、図１４で示すように入力係合片３４、３８が反時計方向、つまり図１４において左側に動き、入力係合片３４の左側壁面Ｘが出力係合片５３に当接すると共に、入力係合片３４の傾斜当接面３４Ｇが中間部材７に当接して、出力係合片５３及び中間部材７を反時計方向に押す。この際の動作を詳しく説明すると、入力係合片３４が図面左方向に動いて入力係合片３４の左側壁面Ｘが出力係合片５３の右側壁面Ｙに当接するまで、出力係合片５３は動かない。つまり、入力係合片３４によって押されるまで出力係合片５３が動かないことによって、ハウジング部材１１の円筒状内壁面１３と出力係合片５３の先端面５３Ａとの間の間隔は変化しない。

入力係合片３４の左側壁面Ｘが出力係合片５３の右側壁面Ｙに当接するまでの距離は僅かである。このとき入力係合片３４の傾斜当接面３８Ｇが中間部材７に当接し、傾斜当接面３４Ｇは入力部材３の回転方向ｆ（破線で示す矢印方向）に対して所定角度、ここでは内側方向Ｆ（実線の矢印で示す方向）の押圧力を中間部材７に与える。バネ部材９も入力部材３と一緒に動くから、この範囲ではバネ部材９の９０Ｂ３が収縮して中間部材７が動く距離もごく僅かであり、ハウジング部材１１の円筒状部１４の円筒状内壁面１３と出力係合片５３の先端面５３Ａとに対する中間部材７の位置関係は静止状態とほぼ同じ位置にある。

このことは中間部材７が出力係合片５３の先端面５３Ａのほぼ中央に位置することを示している。したがって、入力係合片３４の左側壁面Ｘが出力係合片５３の右側壁面Ｙに当接し、かつ傾斜当接面３８Ｇが中間部材７に当接した状態でも中間部材７が出力係合片５３の先端面５３Ａとハウジング部材１１の円筒状内壁面１３との間に食い込むことはない。他の中間部材も同様である。つまり、入力係合片３４〜３８が出力係合片５３〜５７とすべての中間部材７とを押す形で回転し、出力部材５と中間部材７とバネ部材９とは入力部材３と一緒にハウジング部材１１に対して自由に回転することができる。

ここで大切なのは、前述したように傾斜当接面３４Ｇが入力部材３の回転方向ｆに対して内側方向Ｆの押圧力を中間部材７に与えることである。このように、入力係合片３４〜３８の傾斜当接面３８Ｇがすべての中間部材７に入力部材３の回転方向ｆに対して内側方向Ｆの押圧力を与えながら回転するので、すべての中間部材７は出力係合片５３の先端面５３Ａに押し付けられた状態で回転し、その先端面５３Ａとハウジング部材１１の円筒状内壁面１３との間の微小間隙で振動することがない。したがって、ハウジング部材１１の円筒状部１４の内で、入力部材３と出力部材５と中間部材７バネ部材９とはスムーズに回転を行い、雑音を発生することなく、不要な回転トルクを生じることもない。

このことは、入力部材３が時計方向に回転する場合にも方向が異なるだけで他は全く同様である。したがって、入力部材３がいずれかの方向に回転すれば、入力係合片３４〜３８が出力部材５の対応する出力係合片５３〜５７に機械的に結合されるが、すべての中間部材７は入力係合片３４〜３８の傾斜当接面の働きによって、出力係合片５３〜５７のそれぞれの先端面のほぼ中央に位置し、中間部材７が出力係合片５３〜５７の各先端面とハウジング部材１１の円筒状内壁面１３との間に食い込むことはなく、出力部材５は入力部材３と一緒に回転するのは勿論のこと、中間部材７に入力部材３の回転方向ｆに対して内側方向Ｆの押圧力を与えるので、各中間部材７が各出力係合片の先端面とハウジング部材１１の円筒状内壁面１３との間の微小間隙で振動せずに回転するから、入力部材３に加わる回転力は雑音を生じることなく出力部材５に伝達される。

次に、図１３に示す入力部材３及び出力部材５のいずれにも回転力が加わっていない静止状態において、反時計方向の力が出力部材５に回転力が加わった場合について図１５を用いて説明する。出力部材５に反時計方向に回転力が加わると、出力係合片５３は図面左方向に動く。このとき、前述したように中間部材７はバネ部材９のバネ片９０Ｂ２と９０Ｂ３により互いに反対方向に力を受けているので、実質的に動かないか、あるいは図１５に示すように動いても僅かだけである。したがって、出力係合片５３が図面左方向に動くのに伴い中間部材７は出力係合片５３の先端面５３Ａにおいて図面右方向に位置するようになり、出力係合片５３の先端面５３Ａの右端側とハウジング部材１１の円筒状内壁面１３との間隙が狭くなるので、つまり、出力係合片５３の先端面５３Ａの中央に比べて端側では出力係合片５３の先端面５３Ａの端側とハウジング部材１１の円筒状内壁面１３との間隙が中間部材７の直径よりも狭くなるので、中間部材７は出力係合片５３の先端面５３Ａの端側で、先端面５３Ａとハウジング部材１１の円筒状内壁面１３との間に食い込み、出力係合片５３の左側壁面Ｙ’が入力係合片３８の右側壁面Ｘ’に接触する前にロック状態となる。他の出力係合片５４〜５７も同様である。

したがって、出力部材５はそれ以上回転できなくなり、出力部材５の出力係合片５３〜５７が入力係合片３４〜３８に接触することはなく、出力部材５に加えられた回転力は入力部材３に伝達されない。このことは、出力部材５が時計方向に回転する場合にもまったく同様である。また、このロック状態で出力部材５に時計方向の力が加わると、図１５において、出力係合片５３が図示とは反対に右側方向に傾斜し、出力係合片５３の先端面５３Ａの左端側とハウジング部材１１の円筒状内壁面１３との間に中間部材７が食い込み、やはりロック状態となる。

図１５に示したようなロック状態で入力部材３に反時計方向の回転力（図面左方向）が加わった場合も前述と同様に、入力係合片３４、３８が図面左方向に動き、先ず入力係合片３４の左側壁面Ｘが中間部材７に当接して中間部材７を出力係合片５３の先端面５３Ａのほぼ中央に戻すことによって、中間部材７の下端面と出力係合片５３の先端面５３Ａとの間、又は中間部材７上端面とハウジング部材１１の円筒状内壁面１３との間に微小な間隙が生じ、ロック状態が解除され、これに続いて入力係合片３４が出力係合片５３に当接し、回転力を与えることによって、出力部材５は入力部材３と一緒に回転を行う。他の入力係合片３５〜３８と出力係合片５４〜５７との関係も同様であり、入力部材３は出力部材５と中間部材７とを一緒に時計方向に回転させる。したがって、ロック状態で入力部材３にいずれの方向の回転力が加わっても入力部材３の回転力は出力部材５に伝達される。しかし、いずれの回転方向でも出力部材５への外力は、中間部材７が各出力係合片の先端面とハウジング部材１１の円筒状内壁面１３との間に食い込み、ロック状態となるので、入力部材３に伝達されることはない。

[実施形態２]
図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）によって別の双方向クラッチの入力係合片の傾斜当接面について説明する。図１６において、図１〜図１５で用いた記号と同じ記号は同様な名称の部材を示すものとする。この実施形態２における入力係合片の傾斜当接面を除いては実施形態１の構造と同じであるので、他については説明を省略する。入力側係合片３４〜３８はすべてほぼ同一の構造であり、出力係合片５３〜５７もすべてほぼ同一の構造であるので、図１６では入力側係合片３４、３８と出力係合片５３、及びそれらに関連する部分のみを示しており、バネ部材９については実施形態１と同じであるので、図示するのを省略している。

入力側係合片３４、３８は出力係合片５３が入り込んで互いに対向する両側壁面に傾斜当接面３４Ｈ、３８Ｈをそれぞれ有する。実施形態１の傾斜当接面、例えば図示した傾斜当接面３４Ｇ、３８Ｇが入力部材３の回転方向に対して内側方向に所定角度で向いている傾斜面であったのに対して、実施形態２の傾斜当接面、例えば図示した傾斜当接面３４Ｈ、３８Ｈは入力部材３の回転方向に対して外側方向に所定角度で向いている傾斜面である点が傾斜当接面３４Ｇ、３８Ｇと異なる。したがって、図１６（Ｂ）に示すように、傾斜当接面３４Ｈ、３８Ｈは入力部材３の回転方向ｆ（破線の矢印で示す）に対して所定角度で外側方向に向いている方向Ｋ（実線の矢印で示す）の力を中間部材７に与えることができる。つまり、実施形態１の傾斜当接面は中間部材７の断面円形面の外側の面に内方向に向かう加圧力を与えたのに対して、実施形態２の傾斜当接面は中間部材７の断面円形面の内側の面に外方向に向かう加圧力を与えるところが異なる。

動作については実施形態１とほとんど同じであるので詳しく述べないが、例えば入力部材３に反時計方向の回転力が加えられるとき、入力係合片３４の左側壁面Ｘが出力係合片５３の右側壁面Ｙを押すと共に、入力係合片３４の傾斜当接面３４Ｈが回転方向ｆに対して外側方向に所定角度で向いている方向Ｋの力を中間部材７に与える。したがって、中間部材７は入力係合片３４の傾斜当接面３４Ｈによってハウジング部材１１の円筒状内壁面１３に押し付けられた状態で、入力部材３と出力部材５と一緒に回転するので、中間部材７がハウジング部材１１の円筒状内壁面１３と出力係合片５３の先端面５３Ａとの間で振動することがない。このことは、入力部材３と出力部材５と中間部材７とをハウジング部材１１の円筒状部１４内でスムーズに回転させ、雑音を生じない。入力部材３が時計方向に回転する場合も基本的には同じであり、入力係合片３８の傾斜当接面３８Ｈが回転方向ｆに対して外側方向に所定角度で向いている方向の力を中間部材７に与える。また、出力部材５に回転力が加えられるときには、実施形態１と全く同様である。

以上述べた実施形態１、２では、バネ部材９のバネ係止用部材９１の各部分９１Ｂ２を入力部材３のバネ係止部３４ａ〜３８ａとバネ係止部３４ｂ〜３８ｂに挿し込んで係止したが、バネ係止部３４ａ〜３８ａとバネ係止部３４ｂ〜３８ｂ、及びバネ係止用部材９１を設けることなく、バネ部材９の金属性バネ体９０を通常のスポット溶接などによって入力部材３のそれぞれの入力係合片又は特定の入力係合片に固定してもよい。この場合には、図示しないが、好ましくは金属性バネ体９０の溶接箇所Ｗに高さが０．３〜０．８ｍｍ程度の高さのプロジェクションを形成しておき、溶接時にはそれらプロジェクションに溶接電流を集中させて抵抗溶接すればよい。この抵抗溶接方法の好ましい一例としては、コンデンサに蓄えた電気エネルギーを短時間、例えば数十ミリ秒以下の時間で放電することによりパルス状の溶接電流を入力側係合片３４〜３８と金属性バネ体９０との間に流して抵抗溶接するコンデンサ式抵抗溶接が有効であり、この溶接方法によれば、他の部分に熱的影響をほとんど与えずに、所望の溶接強度を簡単に得ることができる。また、同様にして金属性バネ体９０を出力側係合片５３〜５７の両端に溶接してもよい。この場合には、バネ部材９が出力部材５に固定されているが、回転力が入力部材３にかかるときに出力部材５にその回転力が伝達される動作については実質的に影響が無く、実施形態１、２と同様に動作する。溶接に代えて一般的に行われている超音波接合、圧接、ロウ付けなど他の接合方法を用いても構わない。

図示しないが、図３に示した入力部材３における入力共通部３２と入力係合部３３とが合成ゴム材料又は合成樹脂材料で一体的に構成される場合には、不図示の鋳型に合成ゴム材料又は合成樹脂を流し込んで入力共通部３２と入力係合部３３とを形成するのが一般的である。このとき、図３に示した隣り合う入力係合片３４〜３８同士が向き合う側壁面Ｘ、Ｘ’（図１５）から、互いに向き合って突出する個々のバネ部を成形時に同一材料で一緒に形成しても良い。このバネ部の形状は種々のものが考えられ、例えば前記実施形態と同様にそれぞれの中間部材であるローラの両端側を挟むように弾性力を与えるバネ構造、あるいは各ローラの中央部を挟むように弾性力を与えるバネ構造、更に多くの箇所でローラの両端側を挟むように弾性力を与えるバネ構造などが考えられる。また、図３に示した入力部材３の入力軸部３１として不図示のモータなどの駆動装置に固定されているシャフトを用い、この双方向クラッチを組み込むときに、そのシャフトを入力共通部３２に圧入してもよい。

なお、以上述べた実施形態１、２では、入力部材３の入力係合片、及び出力部材５の出力係合片をそれぞれ５個として説明してきたが、出力係合片は１個でもよく、この場合には、入力部材３が１個の出力係合片に適合する１個の空間を形成する２個の入力係合片を有し、ハウジングの円筒状内壁面１３と入力部材３とにより形成される空間に１個の出力係合片、１個の中間部材、及びこの中間部材に両方向の弾性力を与える一対のバネ片を有するバネ部材を備えればよい。つまり、出力部材から入力部材に回転駆動力が与えられたときに１個のローラ部材が１個の出力係合片の先端面とハウジングの円筒状内壁面１３との間に食い込めばよい。更に、出力係合片は２個ないし４個、あるいは６個以上が等間隔に配置されてもよい。

そして、中間部材の個数に合わせてバネ部材のバネ片を増やせばよい。また、各入力係合片に設けられたグリース溜りとしての凹所（例えば３４ｃ）を含めてハウジング部材１内にグリースのような潤滑剤を塗布することによって、あるいはベアリング又は含油メタルのような回転補助部材を入力軸部３１、出力軸部５１とハウジング部材１１との間に設けて、それらの間の摩擦抵抗を小さくすれば更に寿命の向上及び動作の安定性が期待できる。また、バネ部材９は一体型のものでなくてもよく、例えば個々のバネ部材がそれぞれの入力係合片の両側の側壁に取り付けられているものであってもよい。更に、以上述べた実施形態１では、中間部材７の両端側をそれぞれ一対のバネ片によって両側から保持したが、片側のバネ片で一方向に弾性力を中間部材に与え、全体としてバネ部材の弾性力が図面で左右両方向均衡するようにバネ片を配置した構造のバネ部材であっても、実施形態１又は実施例２と同様に動作する。

また、以上述べた実施形態では、中間部材７をローラとして説明したが、ボールであってもよい。伝達する回転駆動力が小さく、かつ更に小型の双方向クラッチが要求される場合には、出力部材５の出力係合片の長さを図示しないボールの直径と同等程度の長さにする。また、出力係合片の幅も図示しないボールの直径と同等程度が好ましい。そして、入力係合片を出力部材５の出力係合片の長さに見合うような寸法にすることによって、ボールを中間部材とする小型の双方向クラッチを得ることができる。また、図１において、入力軸部３１が蓋部１２から導出され、出力軸部５１が側壁部１５の貫通孔１６から導出されても勿論よい。

発明の実施形態１に係る双方向クラッチの外観を示す図面である。 この双方向クラッチのハウジング部材を示す図面である。 この双方向クラッチの入力部材を示す図面である。 この双方向クラッチの入力部材を示す図面である。 図４に示す入力部材の一部分を拡大して示す図面である。 この双方向クラッチの出力部材を示す図面である。 この双方向クラッチの出力部材を示す図面である。 この双方向クラッチの構造を説明するための図面である。 この双方向クラッチに用いられるバネ部材を示す図面である。 この双方向クラッチの一部分を側面から見た説明図である。 この双方向クラッチに用いられるバネ部材の金属製バネ体を示す図面である。 この双方向クラッチに用いられるバネ部材のバネ係止用部材を示す図面である。 この双方クラッチを正面から見て一部分を拡大した説明図である。 この双方クラッチを正面から見て一部分を拡大した説明図である。 この双方クラッチを正面から見て一部分を拡大した説明図である。 実施形態２に係る双方向クラッチの一部分を拡大して示す説明図である。

符号の説明

１・・・ハウジング
３・・・入力部材
５・・・出力部材
７・・・中間部材
７Ａ、７Ｂ・・・中間部材７の両端の突出部
９・・・バネ部材
９Ａ、９Ｂ・・・第１、第２のバネ部材
１１・・・ハウジング部材
１２・・・蓋部
１３・・・円筒状内壁面
１４・・・ハウジング部材１１の円筒状部
１５・・・ハウジング部材１１の側壁部
１６・・・側壁部１５の貫通孔
１７・・・側壁部１５の導出部
３１・・・入力部材３の入力軸部
３２・・・入力共通部
３２Ａ・・・結合部
３２Ｗ・・・中央穴
３３・・・入力係合部
３４〜３８・・・入力側係合片
３４ａ〜３８ａ・・・入力側係合片の一端側のバネ係止部
３４ｂ〜３８ｂ・・・入力側係合片の他端側のバネ係止部
３４ｃ、３８ｃ・・・入力側係合片３４、３８の外壁面に形成された凹所
３４Ｇ、３８Ｇ・・・入力側係合片３４、３８の傾斜当接面
３４Ｈ、３８Ｈ・・・入力側係合片３４、３８の傾斜当接面
５１・・・出力軸部
５１Ａ・・・圧入部
５２・・・出力係合部
５２Ａ・・・出力共通部
５３〜５７・・・出力係合片
５３ａ・・・出力係合片５３の先端面（支承面）
９０・・・バネ部材９の金属製バネ体
９０Ａ・・・金属製バネ体の円環状部
９０Ｂ・・・金属製バネ体の金属片
９０Ｂ１・・・金属片９０Ｂの第１の部分
９０Ｂ２、９０Ｂ３・・・金属片９０Ｂの第２、第３の部分（バネ片）
９１・・・バネ係止用部材
９１Ａ・・・バネ係止用部材の円環状部
９１Ｂ・・・バネ係止用部材の係止部
９１Ｂ１、９１Ｂ２・・・係止部の第１、第２の部分
９１Ｃ、９１Ｄ・・・係止部の切り込み
Ａ・・・入力側係合片の外壁面
Ｘ、Ｘ’・・・入力係合片の側壁面
Ｙ、Ｙ’・・・出力係合片の側壁面
Ｚ１・・・入力部材３の中心軸線
Ｚ２・・・出力部材５の中心軸線

Claims (5)

1. 入力部材と出力部材と中間部材と該中間部材に弾性力を与えるバネ部材とこれら部材を収納するハウジング部材とを備え、前記入力部材からの回転駆動力は前記出力部材に伝達され、前記出力部材からの回転力は前記入力部材に伝達されない双方向クラッチにおいて、
   前記ハウジング部材は円筒状内壁面を有し、
   前記入力部材は、入力軸部と該入力軸部の一端に位置する入力係合部とを有し、
   前記出力部材は、出力軸部と該出力軸部の一端側に位置して、前記入力係合部と係合する出力係合部とを有し、
   前記入力係合部は一定間隔で複数の入力係合片を有し、
   前記出力係合部は一定間隔で一つ以上の出力係合片を有し、
   前記入力係合片と前記出力係合片とは、互いに係合し合えるようにそれぞれの側壁面が向かい合って互いに入り込んでおり、
   互いに隣り合う前記入力係合片同士の間であって、前記出力係合片の先端面と前記ハウジング部材の前記円筒状内壁面との間に、前記中間部材が備えられ、
   前記入力係合片は、前記入力部材の回転方向に対して内側又は外側に傾斜する傾斜当接面を前記側壁面に有し、前記入力部材が回転するとき、前記傾斜当接面が前記入力部材の回転方向に対して内側又は外側に向かう押圧力を前記中間部材に与えることを特徴とする双方向クラッチ。
2. 請求項１において、
   前記入力部材がいずれかの回転方向に回転するとき、前記入力係合片と前記出力係合片とが直接係合し、かつ前記入力係合片の前記傾斜当接面が前記押圧力を前記中間部材に与え、前記入力部材と前記出力部材とが一緒に回転することを特徴とする双方向クラッチ。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記出力部材がいずれかの回転方向に回転するとき、前記出力係合部の前記先端面と前記ハウジング部材の前記円筒状内壁面との間に前記中間部材が食い込むことにより、前記出力部材の回転力は前記入力部材に伝達されないことを特徴とする双方向クラッチ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
   前記中間部材は、ローラ又はボールであり、一方側又は両側から前記バネ部材で押圧されることを特徴とする双方向クラッチ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
   前記入力係合片の外壁面に潤滑剤を収容する潤滑剤溜りとなる凹所が形成されていることを特徴とする双方向クラッチ。
   

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