JP2014178005A - 遊星歯車機構を備えたロックタイプ双方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】入力側からの回転を伝達し、出力側からの回転伝達は阻止するロックタイプ双方向クラッチにおいて、作動の円滑化を図り、異音等の発生を防止する。
【解決手段】入力軸２と出力軸３を備えたハウジング１の内部に、２個の遊星歯車機構Ｍ１、Ｍ２を組み合わせた減速部とそれに続く速度変換部とを設置して双方向クラッチを構成する。減速部における第１遊星歯車機構Ｍ１には固定のリング歯車ＲＧｆを設けるとともに、第２遊星歯車機構Ｍ２には回転するリング歯車ＲＧｒを設け、入力軸２から回転リング歯車ＲＧｒを減速駆動する。速度変換部では、回転リング歯車ＲＧｒから増速、あるいは逆転するように出力軸３を駆動する。歯車機構を組み合わせてロックタイプ双方向クラッチが構成されているので、作動時に間隙が生じることはなく異音等の発生を防止するとともに、入出力軸間の変速作動が可能となる。
【選択図】 図１

Description

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（駆動側）からの正・逆回転の動力を伝達するとともに、出力軸（従動側）からの動力伝達は、出力軸を回転不能として遮断するロックタイプ双方向クラッチに関する。

モーターなどの駆動源から作業機器等を駆動する動力伝達系、例えば、モーターにより物品を上下に移送する昇降装置では、物品が所定の位置となったとき、モーターを停止すると物品が自動的にその位置を保持するような作動が求められる場合がある。そのため、入力軸及び出力軸を備えたロックタイプの双方向クラッチを用いて、入力軸を正・逆回転可能なモーターに連結するとともに、出力軸の回転により物品を昇降させる装置が知られている。この装置の双方向クラッチでは、モーターにより入力軸を正・逆回転したときは、出力軸が連動して正・逆回転し物品を昇降させる一方、出力軸を正・逆回転しようとすると、出力軸がロックされた状態となって物品の落下を防止する。

ロックタイプの双方向クラッチを利用する昇降装置の概要と、双方向クラッチの構造の一例とを図１０、図１１により説明する。図１０は、ベルト及びプーリによって物品を上下する昇降装置と、その駆動装置に備えられる双方向クラッチのＡ−Ａ断面構造を表すものであり、図１１（ａ）は、出力軸が入力軸と連動して物品を昇降する状態のＡ−Ａ断面を、（ｂ）は、出力軸がロックされて物品の落下を阻止する状態のＡ−Ａ断面を示す。
図１０の昇降装置は、上下に配置したプーリＰ１、Ｐ２の間にベルトＢを掛け渡し、ベルトＢに移送する物品Ｗを固着した装置であって、上方のプーリＰ１には、これを回転駆動する正・逆回転可能なモーターＭが、双方向クラッチＤＣを介して連結されている。双方向クラッチＤＣは、モーターＭに連なる入力軸ＩＳ、プーリＰ１に連なる出力軸ＯＳ及び固定のハウジングＨＧを有している。

Ａ−Ａ断面矢視図に示されるように、双方向クラッチＤＣのハウジングＨＧ内では、入力軸ＩＳが複数の扇形部に分割され、扇形部の内側に出力軸ＯＳが嵌め込まれる。出力軸ＯＳには、入力軸ＩＳの隣接する扇形部の間に入り込む突起部が設けてあり、この突起部の先端に形成したＶ字状凹所とハウジングＨＧとの間には、ローラＲが介在されている。

図１１（ａ）に示すように、モーターＭにより入力軸ＩＳが回転するときは、入力軸ＩＳの扇形部の側面と出力軸ＯＳの突起部の側面とが当接し、出力軸ＯＳは、入力軸ＩＳに押される形で同一方向に同一速度で回転する。入力軸ＩＳが逆方向に回転するときも同様であって、図７の昇降装置において、モーターＭを正・逆回転すると、ベルトＢに固着した物品Ｗを上昇又は下降させることができる。
これに対し、出力軸ＯＳが回転したときは、（ｂ）に示されるように、ローラＲがＶ字状凹所の斜面に押し上げられて外方に移動し、ハウジングＨＧと出力軸ＯＳの突起部との間に挟み込まれる。これにより、出力軸ＯＳがロックされてその位置で停止し、入力軸ＩＳに回転が伝達されることはない。つまり、図１０の昇降装置では、モーターＭによる駆動を停止しても、物品Ｗが自重により落下するのを自動的に阻止することができる。このようなロックタイプの双方向クラッチは、本出願人の創案に係る特許第４８５０６５３号公報に開示されている。

ロックタイプの双方向クラッチは、例えば、複写機のフィニッシャーにおいて、用紙を載せた用紙テーブルを移送する昇降装置、あるいは、建築物の窓のブラインドを昇降する昇降装置に適用することができる。そして、これを利用すると簡易な装置による自動的な動力伝達の制御が可能となって、例えば、電磁クラッチにより制御する場合のような、電力等の使用が不必要となるとともに、出力軸側から不測の逆入力があった場合に、駆動源のモーターを保護することも可能となる。

特許第４８５０６５３号公報

上述のとおり、図１０のロックタイプ双方向クラッチは、コンパクトであって確実に動力伝達を制御可能な機械部品であるけれども、用途によっては未だ改良すべき余地が残されている。本発明は、双方向クラッチの以下に述べるような課題を解決するものである。

図１０の構造の双方向クラッチでは、その機能を達成するには、入力軸ＩＳの扇形部と出力軸ＯＳの突起部との間などに間隙を設ける必要があり、作動中に衝撃音が発生する。また、双方向クラッチを図１０の昇降装置に適用した場合、モーターＭを正転させて物品Ｗを上昇するときは問題ないが、モーターＭを逆転させ物品Ｗを下降するときに、物品Ｗの重力に起因して出力軸ＯＳの速度が細かな変動を繰り返し、振動や異音を生じることがある。これは、次の理由による。
物品Ｗを下降させるためモーターＭを逆回転させた場合に、物品Ｗに作用する重力により、出力軸ＯＳが入力軸ＩＳよりも速く回転（オーバーラン）することがあり、オーバーランが起こると、図１１（ｂ）の状態となってローラＲとハウジングＨＧとが噛み合い、出力軸ＯＳがロックする。このロック状態は、入力軸ＩＳの回転でローラＲが押されたときに解除されるが、噛み込みと解除の繰り返しは、出力軸ＯＳの速度に細かな変動を与えることとなる。なお、ロック状態の解除には、ローラに働く摩擦力に打ち勝つトルク（モーメント）を付与する必要があるが、この点は、停止状態にある物品Ｗを上昇させるときも同じであって、モーターＭには、物品Ｗを上昇させる負荷トルクに加えて噛み込み解除のためのトルクも要求される。

さらに、図１０のロックタイプの双方向クラッチでは、出力軸ＯＳの回転数は常に入力軸ＩＳの回転数と等しいとともに、出力軸ＯＳの回転方向も入力軸ＩＳの回転方向と等しい。双方向クラッチ自体では、回転方向や回転速度を変更する変速作動が不可能であり、そのため、入出力軸間でトルクを増減することもできず、出力軸ＯＳに作用する負荷トルクが大きいときは、それに見合うトルクを発生する大型のモーターを駆動源として用意する必要がある。

上記の課題に鑑み、本発明は、噛み込み用ローラを用いることなく、複数の遊星歯車機構、つまり、太陽歯車とリング歯車との間にキャリア（リテーナとも呼ばれる）に支持される遊星歯車を配した歯車機構、を組み合わせてロックタイプ双方向クラッチを構成し、双方向クラッチの作動に伴う異音等の発生を防止するとともに、入出力軸間の変速作動を可能とし、かつ、出力軸を停止させるときはロック状態を確実に保持するようにしたものである。すなわち、本発明は、
「回転不能のハウジング、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、前記出力軸からの前記入力軸への回転の伝達は、前記出力軸を回転不能として遮断されるロックタイプ双方向クラッチであって、
前記ロックタイプ双方向クラッチが減速部と速度変換部とを具備し、
前記減速部は、前記入力軸に連結された第１太陽歯車、第１遊星歯車及び回転不能の固定リング歯車を有する第１遊星歯車機構と、前記第１太陽歯車に連結された第２太陽歯車、第２遊星歯車及び回転可能の回転リング歯車を有する第２遊星歯車機構とを備えるとともに、前記第１遊星歯車機構と前記第２遊星歯車機構との間には、前記第１遊星歯車及び第２遊星歯車を支持する支持軸を両側に設けたキャリアが設置され、かつ、
前記第１遊星歯車機構と前記第２遊星歯車機構とにおいて、リング歯車と太陽歯車との少なくとも一方の歯車の間に歯数差が設けられて、前記入力軸から前記回転リング歯車に減速して回転が伝達されるように構成されており、
前記速度変換部は、前記回転リング歯車から前記出力軸に変速して回転が伝達されるように構成されている」
ことを特徴とするロックタイプ双方向クラッチとなっている。

請求項２に記載のように、前記第１太陽歯車と前記第２太陽歯車とを単一の歯車として形成するとともに、前記固定リング歯車と前記回転リング歯車との間に歯数差を設けることができる。

請求項３に記載のように、前記ハウジングを、円周壁と端板とを備えるカップ状の固定部材とし、その円周壁の内部には、前記固定リング歯車が形成される小径部と前記回転リング歯車を収容する大径部とを設けることができる。

請求項４に記載のように、前記入力軸及び前記出力軸を前記ハウジングの中心に対向して設置し、前記入力軸及び前記出力軸の一方には、中心部に断面円形の凸部を形成するとともに、他方には前記凸部が嵌まり込む凹部を形成することが好ましい。

前記速度変換部としては、請求項５に記載のように、前記出力軸に連結された第３太陽歯車と、前記キャリアに支持されて前記回転リング歯車及び前記第３太陽歯車に噛み合う第３遊星歯車とを備える機構を採用し、前記回転リング歯車から前記出力軸に増速して回転が伝達されるよう構成することができる。

また、請求項６に記載のように、前記速度変換部として、前記出力軸に連結された出力歯車と、前記ハウジングに支持されて前記回転リング歯車及び前記出力歯車に噛み合う伝動歯車とを備える機構を採用し、前記回転リング歯車から前記出力軸に増速して回転が伝達されるよう構成することができる。

請求項７に記載のように、前記第２遊星歯車機構は、前記キャリアに支持され、互いに噛み合う２個の前記第２遊星歯車を備え、その一方が前記第２太陽歯車と噛み合うとともに、他方が前記回転リング歯車と噛み合うよう構成することができる。

本発明のロックタイプ双方向クラッチは、回転不能のハウジングと、その中心に設置される入力軸及び出力軸を有しており、入力軸の回転が一旦減速される減速部と、減速された回転を変速して出力軸に伝達する速度変換部とを具備している。減速部は、第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とを組み合わせたものであって、両方の遊星歯車機構の太陽歯車は入力軸に連結される。そして、第１遊星歯車機構のリング歯車（内歯歯車）が回転不能の固定リング歯車であるのに対し、第２遊星歯車機構には回転可能の回転リング歯車が設けられ、両方の遊星歯車機構の間には、第１遊星歯車及び第２遊星歯車を支持する支持軸を両側に設けたキャリアが設置されている。
第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とにおいて、リング歯車と太陽歯車との少なくとも一方の歯車の間に歯数差が設けられる。そのため、入力軸に連結された太陽歯車が回転すると、固定リング歯車を有する第１遊星歯車機構によりキャリアが減速して回転され、第２遊星歯車機構においては、入力軸に連結された太陽歯車と両方の遊星歯車機構に共通のキャリアの回転とに応じて、回転リング歯車がさらに減速されて回転する。この回転リング歯車の回転は、速度変換部で変速されて出力軸を回転させるので、入力軸からの正・逆方向の回転は、遊星歯車機構などで変速されながら出力軸に伝達される。

これに対し、出力軸から入力軸へ回転を伝達しようとすると、減速部終端となる回転リング歯車から第２遊星歯車機構及び第１遊星歯車機構を経由して入力軸へ動力が伝達されることとなる。しかし、詳しくは後述するが、このとき第２遊星歯車機構と第１遊星歯車機構とはロックされた状態となり、出力軸の回転は不能となる。

このように、本発明のロックタイプ双方向クラッチにおいては、遊星歯車機構を利用して、入力軸から出力軸へ回転動力を伝達するとともに、反対向きへの伝達は遮断する。出力軸からの回転伝達の遮断は、遊星歯車機構をロック状態とすることにより摩擦力を利用しないで行われるから、出力軸の停止の保持が摩擦力により制限されることはない。さらに、遊星歯車機構のロック状態は、出力軸側から駆動しようとすると直ちに生じるので、図１０の双方向クラッチとは異なり、作動中に衝撃音が発生することはない。また、ローラの噛み込みと解除の繰り返しに起因する出力軸の速度変動の発生がないとともに、ローラの噛み込みの解除のために余分なトルクを付与する必要も生じない。

ここで、本発明のロックタイプ双方向クラッチにおいて、第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とを備えた減速部は、いわば差動式の遊星歯車機構を構成するものであり、その変速比は、以下のように計算することができる。
一般に遊星歯車機構においては、太陽歯車の回転数ｎＳＧ、リング歯車の回転数ｎＲＧ及びキャリアの回転数ｎＣＲの間に次の関係がある。
ｎＲＧ＋γ・ｎＳＧ＝（１＋γ）ｎＣＲ
γ＝ＺＳＧ／ＺＲＧ ＺＳＧ：太陽歯車の歯数、ＺＲＧ：リング歯車の歯数
減速部の変速比（減速比）は、太陽歯車の回転数ｎＳＧと第２遊星歯車機構の回転リング歯車の回転数ｎＲＧｒとの比である。第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構は共通のキャリアを備えており、その回転数ｎＣＲは第１遊星歯車機構により決定される。第２遊星歯車機構における回転リング歯車の回転数ｎＲＧｒは、太陽歯車の回転数ｎＳＧ（なお、第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構の太陽歯車は、回転数は同一でも歯数の異なる場合がある）とキャリアの回転数ｎＣＲから上式により決定され、結局、本発明の減速部の変速比は次式で表される。
ｎＳＧ／ｎＲＧｒ＝（１＋γ１）／（γ１−γ２）
γ１＝ＺＳＧ１／ＺＲＧｆ ＺＳＧ１：第１遊星歯車機構の太陽歯車の歯数
γ２＝ＺＳＧ２／ＺＲＧｒ ＺＳＧ２：第２遊星歯車機構の太陽歯車の歯数
これから明らかなように、（γ１−γ２）の値を小さくすると変速比が大きな値となり、遊星歯車の歯数や回転数は、全体の変速比には影響しない。また、本発明の双方向クラッチでは、入力軸から出力軸を駆動する際には、減速部及び速度変換部の変速比と回転方向を自由に設定することができる。ことに、遊星歯車機構等の歯数の設定により、入力軸と出力軸とを等速で同一方向又は逆方向に回転することが可能であって、双方向クラッチとして使い勝手が良いものを容易に構成することができる。

請求項２の発明は、太陽歯車軸に単一の太陽歯車を形成し、第１遊星歯車と第２遊星歯車とがともにその太陽歯車と噛み合うようにしたものであり、これによると、太陽歯車軸の製造が容易となる。このときは、両方の遊星歯車機構における太陽歯車の歯数が同一であって（ＺＳＧ１＝ＺＳＧ２）、リング歯車に歯数差が設定される。

請求項３の発明は、ハウジングを、円周壁と端板とを備えるカップ状の固定部材として、その円周壁の内部に、固定リング歯車が形成される小径部と回転リング歯車を収容する大径部とを設けるものであり、この構造としたときは、本発明の双方向クラッチの全体的な構造を簡素化し、小型でコンパクトな双方向クラッチを得ることができる。
また、請求項４の発明のように、入力軸及び出力軸をハウジングの中心に対向して設置し、一方の軸の中心部に断面円形の凸部を、他方の軸に凹部を形成して互いに嵌め込むようにすると、入力軸及び出力軸の回転が安定化して軸の傾きや振動が防止され、円滑な動力伝達を図ることができる。

請求項５の発明は、減速部終端の回転リング歯車から出力軸に動力を伝達する速度変換部として、やはり遊星歯車機構を採用するものである。速度変換部の遊星歯車機構（第３遊星歯車機構）は、第１、第２遊星歯車機構と共通のキャリアに支持された第３遊星歯車を備え、この第３遊星歯車が、回転リング歯車と出力軸に連結された第３太陽歯車とに噛み合うよう構成される。これによれば、遊星歯車機構を利用して変速比（増速比）の大きな速度変換部を構成することができるとともに、減速部及び速度変換部の遊星歯車機構におけるキャリアを共通として、双方向クラッチのコンパクト化、製造コストの低下が可能となる。

また、請求項６の発明は、速度変換部としていわば通常の歯車伝動装置を採用するものであり、第２遊星歯車機構の回転リング歯車と出力軸に連結された出力歯車との間に伝動歯車を設置する。伝動歯車は固定軸に嵌め込まれたアイドラ歯車であって、変速比は、回転リング歯車の歯数と出力歯車の歯数との比によって定まる。伝動歯車は、回転不能のハウジングの蓋体に支持されているため、速度変換部の構造がコンパクトであり、かつ、安定した動力伝達が可能である。

請求項７の発明は、回転リング歯車を有する第２遊星歯車機構の遊星歯車として、互いに噛み合う２個の歯車を配置する、いわゆるダブルピニオン（二重遊星歯車）を採用するものである。これによると、減速部における変速比の設定の自由度が大きくなり、双方向クラッチを介して動力を伝達する際に、出力軸の回転方向を入力軸に対し反対方向とすることも容易となる。

本発明のロックタイプ双方向クラッチの第１実施例を示す図である。 第１実施例の双方向クラッチの作動を説明する図である。 第１実施例の双方向クラッチのハウジングの単品図である。 第１実施例の双方向クラッチの回転部品の単品図である。 第１実施例の双方向クラッチのキャリア部分を示す図である。 本発明の双方向クラッチの第２実施例を示す図である。 第２実施例の双方向クラッチのキャリア部分を示す図である。 本発明の双方向クラッチの第３実施例を示す図である。 第３実施例の双方向クラッチのキャリア部分を示す図である。 従来のロックタイプ双方向クラッチの一例を示す図である。 図１０のロックタイプ双方向クラッチの作動を説明する図である。

以下、図面に基づき、本発明のロックタイプ双方向クラッチについて説明する。まず、図１乃至図５に示す第１実施例により、双方向クラッチの基本構造となる減速部について説明するが、第１実施例は、第１、第２遊星歯車機構の太陽歯車として軸方向に長い単一の歯車を用い、速度変換部には遊星歯車機構を採用したものである。第１実施例の双方向クラッチの全体的な構造を図１に示し、その作動の説明図を図２に示す。また、図３乃至図５は、第１実施例の双方向クラッチを構成する部品を単体で示すものである。

図１の中央の縦断面図に示すように（各部品を単品で示す図３乃至図５も参照）、第１実施例の双方向クラッチは、中央に置かれた固定のハウジング１の両側に入力軸２及び出力軸３をそれぞれ配した構造であり、図示は省略するが、入力軸２はモーター等の駆動側に接続され、出力軸３は昇降装置等の従動側に接続される。ハウジング１の端部には、その一部をなす蓋体１Ｃが圧入されてシ−ルドされており、蓋体１Ｃは、これを貫通する出力軸３の軸受けを兼ねている。ハウジング１の内部には、第１遊星歯車機構Ｍ１（断面矢視Ａ−Ａ）と第２遊星歯車機構Ｍ２（断面矢視Ｂ−Ｂ）とを組み合わせた減速部が入力軸２側に配置され、第３遊星歯車機構Ｍ３（断面矢視Ｃ−Ｃ）からなる速度変換部が出力軸３側に配置されている。

減速部において、ハウジング１の中心に置かれた入力軸２には太陽歯車ＳＧが形成されており、これは、軸方向に長い単一の歯車であって、第１、第２遊星歯車機構に共通（同一歯数）の太陽歯車となっている。断面矢視Ａ−Ａに示すとおり、第１遊星歯車機構Ｍ１では太陽歯車ＳＧの周りに３個の第１遊星歯車ＰＧ１が配置され、この第１遊星歯車ＰＧ１は、ハウジング１の小径部に形成された固定リング歯車ＲＧｆと噛み合う。また、断面矢視Ｂ−Ｂに示すとおり、第２遊星歯車機構Ｍ２においては、太陽歯車ＳＧの周りに３個の第２遊星歯車ＰＧ２が配置されており、この第２遊星歯車ＰＧ２は、ハウジング１の大径部に収容される環状の回転リング歯車ＲＧｒと噛み合う。回転リング歯車ＲＧｒの歯数は、固定リング歯車ＲＧｆの歯数よりも多くなるよう設定されている。

固定リング歯車ＲＧｆと回転リング歯車ＲＧｒとの間には、両側の面に遊星歯車の支持軸を立設した円板状のキャリア４が配置される。図５に示すように、キャリア４の中央には、入力軸２に形成された太陽歯車ＳＧの貫通する中央孔４１が設けられ、そして、第１遊星歯車ＰＧ１が、キャリア４の一方側の面に立設した３本の支持軸４Ｐ１に回転可能に嵌め込まれ、第２遊星歯車ＰＧ２が、キャリア４の他方側の面に立設した３本の支持軸４Ｐ２に回転可能に嵌め込まれる。このように、キャリア４は、減速部を構成する第１遊星歯車機構及び第２遊星歯車機構に共通の部品であり、それぞれの機構の遊星歯車を支持する。各々の歯車は、サイクロイドを基本とした歯型曲線を有するサイクロイド歯車となっている。

図１の第１実施例の双方向クラッチにおいては、速度変換部にも遊星歯車機構が採用されている。速度変換部の第３遊星歯車機構Ｍ３では、断面矢視Ｃ−Ｃに示すとおり、出力軸３に連結された第３太陽歯車ＳＧ３の周りに３個の第３遊星歯車ＰＧ３が配置されており、この第３遊星歯車ＰＧ３は、外方において第２遊星歯車機構Ｍ２の回転リング歯車ＲＧｒと噛み合っている。また、第３太陽歯車ＳＧ３は、キャリア４の第２遊星歯車機構Ｍ２側の面に立設した３本の支持軸４Ｐ３に回転可能に嵌め込まれている。つまり、キャリア４は、第１、第２及び第３遊星歯車機構の全てに共通するキャリアであり、その片側の面には、３本ずつの支持軸４Ｐ２と支持軸４Ｐ３とが、６０°間隔で交互に配置される。支持軸４Ｐ３には、減速部と速度変換部を軸方向に隔て、第２遊星歯車ＰＧ２と第３太陽歯車ＳＧ３の接触等を防止するため、薄い円板状の隔板５が嵌め込まれる（図５参照）。

次いで、第１実施例のロックタイプ双方向クラッチの作動について、減速部の遊星歯車機構の作動を示す図２を用いて説明する。
図２の上方の断面矢視Ａ−Ａのように、入力軸２から太陽歯車ＳＧに時計方向（軸方向断面図の右方から見て）の回転トルクを付与したときは、太陽歯車ＳＧは、まず、第１遊星歯車ＰＧ１を反対方向に自転させて固定リング歯車ＲＧｆに沿って遊星運動を行わせ、キャリア４を太陽歯車ＳＧの周りに同一方向に回転させる。太陽歯車ＳＧは、第２遊星歯車機構の第２遊星歯車ＰＧ２とも噛み合っており、第２遊星歯車機構Ｍ２においては、太陽歯車ＳＧの回転がキャリア４の公転によりいわば相殺される形となるが（上方の断面矢視Ｂ−Ｂ）、回転リング歯車ＲＧｒの歯数が固定リング歯車ＲＧｆの歯数と相違しているので、歯数の差に基づいて回転リング歯車ＲＧｒが低速で回転する。これは、入力軸２の回転方向には関係なく、本発明の双方向クラッチの減速部においては、入力軸２からの正・逆方向の回転は、減速されて回転リング歯車ＲＧｒに伝達される。

これに対し、図２の下方の断面矢視Ｂ−Ｂのように、出力軸３から（第３遊星歯車機構の第３遊星歯車ＰＧ３を介して）第２遊星歯車機構Ｍ２の回転リング歯車ＲＧｒに反時計方向（軸方向断面図の左方から見て）の回転トルクを与えた場合には、第２遊星歯車機構Ｍ２の太陽歯車ＳＧと第２遊星歯車ＰＧ２には、それぞれ破線矢印の方向のトルクが作用して、キャリア４には、反時計方向に回転させるＦ１の力が働く。一方、第１遊星歯車機構の太陽歯車ＳＧと固定リング歯車ＲＧｆには、図２の下方の断面矢視Ａ−Ａの破線矢印の方向（軸方向断面図の右方から見て）のトルクが作用し、キャリア４には、第１遊星歯車ＰＧ１を介して反時計方向（軸方向断面図の左方から見ると時計方向）に回転させるＦ２の力が働く。Ｆ１とＦ２の力は反対方向に作用するため、キャリア４はロックして回転しない。
つまり、双方向クラッチの減速部においては、回転リング歯車ＲＧｒから入力軸２を回転しようとすると、遊星歯車機構のロックにより回転が遮断される。本発明のロックタイプ双方向クラッチにおいては、回転リング歯車ＲＧｒが速度変換部を介して出力軸３に連結されているが、出力軸３から入力軸２を回転させようとしても、途中に介在される減速部がロックされて出力軸３が回転不能となり、入力軸２に回転が伝達されない。

図１の第１実施例において、速度変換部として設置された第３遊星歯車機構Ｍ３（断面矢視Ｃ−Ｃ）では、入力軸２により回転リング歯車ＲＧｒが減速回転するときは、第３遊星歯車ＰＧ３を支持するキャリア４も入力軸２により減速回転している。回転リング歯車ＲＧｒ及びキャリア４の回転に応じて、出力軸３に連結された第３太陽歯車ＳＧ３は、減速部の終端である回転リング歯車ＲＧｒよりも相当増速された状態で回転する。このように、入力軸２の回転は減速部で減速された後速度変換部において増速されて、出力軸３は入力軸２と等しい速度あるいは近接した速度で回転する。そして、入力軸２と出力軸３の回転数の比である変速比は、各遊星歯車機構の歯車の歯数で決定されることとなる。

図１の第１実施例では、各遊星歯車機構の歯車の歯数は、次のように設定されている。
第１遊星歯車機構：ＺＳＧ１＝２４、ＺＲＧｆ＝４８ （ＺＰＧ１＝１２）
第２遊星歯車機構：ＺＳＧ２＝２４、ＺＲＧｒ＝５４ （ＺＰＧ２＝１５）
第３遊星歯車機構：ＺＳＧ３＝３６、ＺＲＧｒ＝５４ （ＺＰＧ３＝９）
このように設定したときは、全ての遊星歯車機構において歯車のモジュールの値を同一とすることが可能であって、転位歯車等を使用することなく円滑な歯車の噛み合いを実現できる。また、遊星歯車機構の回転数や変速比についての前述の関係式により、本発明の第１実施例の双方向クラッチにおける減速部の変速比、速度変換部の変速比及び全体の変速比は、次のとおり計算される。
減速部の変速比 ｎＲＧｒ／ｎＳＧ１＝１／２７
速度変換部の変速比 ｎＳＧ３／ｎＲＧｒ＝２１
全体の変速比 ｎＳＧ３／ｎＳＧ１＝７／９

これから分かるように、第１実施例の双方向クラッチは、入力軸から出力軸に回転を伝達するときは、その回転数が７／９となり、等速に近い変速比で出力軸に伝達される。減速部では回転数が１／２７となって大きく減速され、それに反比例して回転駆動のためのトルクは増大するので、この点からも逆方向の回転伝達は実質的にロックされる。ちなみに、第１遊星歯車機構及び第２遊星歯車機構の歯数を変更することなく、速度変換部である第３遊星歯車機構の太陽歯車の歯数を、
第３遊星歯車機構：ＺＳＧ３＝２４ （ＺＲＧｒ＝５４、ＺＰＧ３＝１２）
としたときは、入力軸の回転を等速で出力軸に伝達することができる。

ここで、第１実施例の双方向クラッチにおけるハウジングや入出力軸等の構造につき、図３、図４により説明する。
図３の静止部品の単品図に示されるように、ハウジング１は、円周壁１１と端板１２とを備えるカップ状の固定部材であって、その円周壁１１の内部には、固定リング歯車ＲＧｆが形成される小径部１１Ａと回転リング歯車ＲＧｒを収容する大径部１１Ｂとが設けられ、小径部１１Ａと大径部１１Ｂとの中間には、キャリア４の円板部を収容する段付き部が形成される。端板１２には、これを貫通する入力軸２を軸受するように中央孔が設けられるとともに、端板１２の反対側には蓋体１Ｃが圧入され、蓋体１Ｃには出力軸３を軸受する中央孔が設けられる。

図４の入出力軸等の単品図に示されるように、入力軸２には、第１遊星歯車機構及び第２遊星歯車機構に共通の太陽歯車ＳＧとなる、軸方向に長い歯車が形成され、出力軸３には、第３遊星歯車機構の太陽歯車が形成される。また、入力軸２の中心部には断面円形の凸部２１が形成されるとともに、出力軸３の中心部には対応する凹部３１が形成されており、凸部２１と凹部３１は、双方向クラッチを組み立てたときに互いに嵌め込まれる。これにより、入力軸２及び出力軸３は、互いに軸受されていわば両持ちの状態となり、軸の傾きや振動が防止されるようになる。減速部と速度変換部との間に置かれる回転リング歯車ＲＧｒは円環状の部材であって、内面には、第２遊星歯車機構及び第３遊星歯車機構の遊星歯車が共に噛み合う軸方向に長い内歯が形成されている。

本発明のロックタイプ双方向クラッチの第２実施例について、図６及び図７により説明する。第２実施例の双方向クラッチは、減速部を構成する第２遊星歯車機構にダブルピニオンを採用して、回転伝達時に出力軸の回転方向を入力軸と反対としたもので、速度変換部には、第１実施例と同様に遊星歯車機構が採用されている。第２実施例の双方向クラッチの全体的な構造を図６に示し、キャリア部分の構造を図７に示す。これらの図面では、第１実施例の部品に相当するものについては同一の符号を付してある。

図７の中央の縦断面図に示すように、第２実施例の双方向クラッチは、第１実施例のものと同じく、中央に置かれた固定のハウジング１の両側に入力軸２及び出力軸３をそれぞれ配した構造である。ハウジング１の内部には、第１遊星歯車機構Ｍ１（断面矢視Ａ−Ａ）と第２遊星歯車機構Ｍ２（断面矢視Ｂ−Ｂ）とを組み合わせた減速部が入力軸２側に配置され、さらに、第３遊星歯車機構Ｍ３（断面矢視Ｃ−Ｃ）からなる速度変換部が出力軸３側に配置されている。

減速部において、第１遊星歯車機構Ｍ１では、入力軸２に形成された太陽歯車ＳＧの周りに３個の第１遊星歯車ＰＧ１が配置され、第１遊星歯車ＰＧ１は、ハウジング１の小径部に形成された固定リング歯車ＲＧｆと噛み合う。この点は第１実施例のものと変わりはないが、断面矢視Ｂ−Ｂに示すとおり、第２遊星歯車機構Ｍ２においては、互いに噛み合う２個の第２遊星歯車ＰＧ２Ａ、ＰＧ２Ｂからなる３組のダブルピニオンが設けてあり、遊星歯車ＰＧ２Ａが太陽歯車ＳＧと噛み合い、遊星歯車ＰＧ２Ｂが環状の回転リング歯車ＲＧｒと噛み合うよう構成される。回転リング歯車ＲＧｒの歯数は、固定リング歯車ＲＧｆの歯数よりも多くなるよう設定されている。

第２遊星歯車機構の遊星歯車がダブルピニオンであることから、図７に示すように、キャリア４の出力軸側の面（図の左方の面）には、２個の第２遊星歯車ＰＧ２Ａ、ＰＧ２Ｂがそれぞれ嵌め込まれる支持軸４Ｐ２Ａ、４Ｐ２Ｂが立設される。また、キャリア４のその面には、速度変換部である第３遊星歯車機構Ｍ３（図６の断面矢視Ｃ−Ｃ）の遊星歯車ＰＧ３を支持する３本の支持軸４Ｐ３も同時に立設されており、この支持軸は第２遊星歯車の支持軸よりも長い。支持軸４Ｐ３には、減速部と速度変換部とを軸方向に隔てるための薄い円板状の隔板５が嵌め込まれる。

図６に示す第２実施例では、減速部及び速度変換部を構成する各遊星歯車機構の歯車の歯数は、次のように設定されている。
第１遊星歯車機構：ＺＳＧ１＝２４、ＺＲＧｆ＝４８ （ＺＰＧ１＝１２）
第２遊星歯車機構：ＺＳＧ２＝２４、ＺＲＧｒ＝５４ （ＺＰＧ２＝１１、１２）
第３遊星歯車機構：ＺＳＧ３＝１８、ＺＲＧｒ＝５４ （ＺＰＧ３＝１８）
ところで、ダブルピニオンを備えた遊星歯車機構の場合は、太陽歯車の回転数ｎＳＧ、リング歯車の回転数ｎＲＧ及びキャリアの回転数ｎＣＲの間に成立する関係式は、次のようになる。
ｎＲＧ−γ・ｎＳＧ＝（１−γ）ｎＣＲ
γ＝ＺＳＧ／ＺＲＧ ＺＳＧ：太陽歯車の歯数、ＺＲＧ：リング歯車の歯数
この関係式を第２遊星歯車機構に適用することにより、第２実施例の双方向クラッチにおける減速部の変速比は、次のとおり計算される。
減速部の変速比 ｎＲＧｒ／ｎＳＧ１＝１７／２７
また、速度変換部の変速比及び全体の変速比は、次のとおり計算される。
速度変換部の変速比 ｎＳＧ３／ｎＲＧｒ＝−１５／１７
全体の変速比 ｎＳＧ３／ｎＳＧ１＝−５／９

これから分かるように、第２実施例の双方向クラッチは、入力軸から出力軸に回転を伝達するときは、その回転数が−５／９となり、入力軸の回転方向が反対となって出力軸に伝達される。そして、第２実施例において、第１遊星歯車機構及び第２遊星歯車機構の歯数を変更することなく、速度変換部である第３遊星歯車機構の太陽歯車の歯数を、
第３遊星歯車機構：ＺＳＧ３＝１２ （ＺＲＧｒ＝５４、ＺＰＧ３＝２１）
としたときは、入力軸の回転を等速で逆向きに出力軸に伝達することができる。

本発明のロックタイプ双方向クラッチの第３実施例について、図８及び図９により説明する。第３実施例の双方向クラッチは、減速部を構成する第１、第２遊星歯車機構については基本的に第１実施例のものと同様であるが、速度変換部として、いわば通常の歯車列からなる伝動歯車機構を採用したものである。第３実施例の双方向クラッチの全体的な構造を図８に示し、キャリア部分の構造を図９に示す。これらの図面では、第１実施例の部品に相当するものについては同一の符号を付してある。

図８の中央の縦断面図に示すように、第３実施例の双方向クラッチも、第１、第２実施例のものと同じく、中央に置かれた固定のハウジング１の両側に入力軸２及び出力軸３をそれぞれ配した構造である。ハウジング１の内部には、第１遊星歯車機構Ｍ１（断面矢視Ａ−Ａ）と第２遊星歯車機構Ｍ２（断面矢視Ｂ−Ｂ）とを組み合わせた減速部が入力軸２側に配置される。そして、出力軸３側に設置される速度変換部は、減速部の遊星歯車機構とは独立した伝動歯車装置ＴＧ（断面矢視Ｃ−Ｃ）であって、したがって、図９に示すように、第３実施例のキャリア４には、第１、第２遊星歯車機構の遊星歯車のみが支持されている。

減速部においては、ハウジング１の小径部に形成された固定リング歯車ＲＧｆを有する第１遊星歯車機構Ｍ１と、回転リング歯車ＲＧｒを有する第２遊星歯車機構Ｍ２とが配置され、入力軸２の回転が減速されて回転リング歯車ＲＧｒに伝達される。速度変換部は、回転リング歯車ＲＧｒにより出力軸３に固着した出力歯車ＯＧを増速して回転駆動する伝動歯車装置であって、回転リング歯車ＲＧｒと出力歯車ＯＧとの間に、両方の歯車と噛み合う伝動歯車ＧＧが設置されている。この伝動歯車ＧＧは、ハウジング１の蓋体１Ｃに一体的に形成した軸に嵌め込まれて、ハウジング１の内部に収容されているため、速度変換部の構造がコンパクトであり、かつ、安定した動力伝達が可能である。

図８に示す第３実施例では、減速部及び速度変換部を構成する各遊星歯車機構の歯車の歯数は、次のように設定されている。
第１遊星歯車機構：ＺＳＧ１＝１２、ＺＲＧｆ＝２４ （ＺＰＧ１＝６）
第２遊星歯車機構：ＺＳＧ２＝１２、ＺＲＧｒ＝３６ （ＺＰＧ２＝１２）
速度変換部 ：ＺＲＧｒ＝３６、ＺＯＧ＝６ （ＺＴＧ＝１５）
第３実施例の双方向クラッチの減速部における変速比は、次のとおり計算される。
減速部の変速比 ｎＲＧｒ／ｎＳＧ１＝１／９
また、速度変換部の変速比及び全体の変速比は、次のとおり計算される。
速度変換部の変速比 ｎＯＧ／ｎＲＧｒ＝６
全体の変速比 ｎＯＧ／ｎＳＧ１＝２／３
つまり、第３実施例の双方向クラッチにおいては、入力軸から出力軸に回転を伝達するときは、その回転数が２／３となる。

以上詳述したように、本発明のロックタイプ双方向クラッチは、太陽歯車とリング歯車との間にキャリアに支持される遊星歯車を配した遊星歯車機構を複数設けて減速部を構成し、これに速度変換部を組み合わせたものである。したがって、本発明の双方向クラッチでは、作動に伴う異音等の発生を防止、入出力軸間での変速等が可能となる。上記の実施例では、回転リング歯車と固定リング歯車との歯数に差を設けているが、回転リング歯車と固定リング歯車との歯数を同一として、第１、第２遊星歯車機構における太陽歯車の歯数を異ならせてもよい。また、各遊星歯車と支持軸との間に転がりベアリングを介在させて摩擦損失を低減する、固定リング歯車や回転リング歯車の歯車部分を別体で製作して部品に組み付ける、各歯車の歯型曲線としてインボリュート歯形その他特殊形状歯型を採用するなど、上記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。

１ ハウジング
１Ｃ 蓋体
２ 入力軸
３ 出力軸
４ キャリア
４Ｐ１、４Ｐ２、４Ｐ３ 支持軸（遊星歯車の）
５ 隔板
ＳＧ 太陽歯車
ＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３ 遊星歯車
ＲＧｆ 固定リング歯車
ＲＧｒ 回転リング歯車

Claims (7)

1. 回転不能のハウジング、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、前記出力軸からの前記入力軸への回転の伝達は、前記出力軸を回転不能として遮断されるロックタイプ双方向クラッチであって、
   前記ロックタイプ双方向クラッチが減速部と速度変換部とを具備し、
   前記減速部は、前記入力軸に連結された第１太陽歯車、第１遊星歯車及び回転不能の固定リング歯車を有する第１遊星歯車機構と、前記第１太陽歯車に連結された第２太陽歯車、第２遊星歯車及び回転可能の回転リング歯車を有する第２遊星歯車機構とを備えるとともに、前記第１遊星歯車機構と前記第２遊星歯車機構との間には、前記第１遊星歯車及び第２遊星歯車を支持する支持軸を両側に設けたキャリアが設置され、かつ、
   前記第１遊星歯車機構と前記第２遊星歯車機構とにおいて、リング歯車と太陽歯車との少なくとも一方の歯車の間に歯数差が設けられて、前記入力軸から前記回転リング歯車に減速して回転が伝達されるように構成されており、
   前記速度変換部は、前記回転リング歯車から前記出力軸に変速して回転が伝達されるように構成されていることを特徴とするロックタイプ双方向クラッチ。
2. 前記第１太陽歯車と前記第２太陽歯車とが単一の歯車として形成されるとともに、前記固定リング歯車と前記回転リング歯車との間に歯数差が設けられる請求項１に記載のロックタイプ双方向クラッチ。
3. 前記ハウジングは、円周壁と端板とを備えるカップ状の固定部材であり、その円周壁の内部には、前記固定リング歯車が形成される小径部と前記回転リング歯車を収容する大径部とが設けられる請求項１又は請求項２のいずれかに記載のロックタイプ双方向クラッチ。
4. 前記入力軸及び前記出力軸が前記ハウジングの中心に対向して設置され、前記入力軸及び前記出力軸の一方には、中心部に断面円形の凸部が形成されるとともに、他方には前記凸部が嵌まり込む凹部が形成される請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のロックタイプ双方向クラッチ。
5. 前記速度変換部は、前記出力軸に連結された第３太陽歯車と、前記キャリアに支持されて前記回転リング歯車及び前記第３太陽歯車に噛み合う第３遊星歯車とを備え、前記回転リング歯車から前記出力軸に増速して回転が伝達される請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のロックタイプ双方向クラッチ。
6. 前記速度変換部は、前記出力軸に連結された出力歯車と、前記ハウジングに支持されて前記回転リング歯車及び前記出力歯車に噛み合う伝動歯車とを備え、前記回転リング歯車から前記出力軸に増速して回転が伝達される請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のロックタイプ双方向クラッチ。
7. 前記第２遊星歯車機構は、前記キャリアに支持され、互いに噛み合う２個の前記第２遊星歯車を備え、その一方が前記第２太陽歯車と噛み合うとともに、他方が前記回転リング歯車と噛み合う請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のロックタイプ双方向クラッチ。

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