JP2017227302A - 遊星歯車機構を利用したクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな構成でリング歯車（ＲＧ）を固定又は空転自在に切り換え可能である、遊星歯車機構を利用したクラッチを提供すること。【解決手段】リング歯車（ＲＧ）をリング歯車体（３）の一部として形成し、リング歯車体には、リング歯車と同心の円形空間部（３１）を設ける。円形空間部には複数のカム面（６６）を有する固定部材（６）を挿入して複数の楔形空間部（７）を形成し、この楔形空間部に転動体（Ｒ）を設置して、内周面との距離が減少する方向（噛み込み方向）に向けてばね（Ｓ）によって押圧する。楔形空間部は、隣接する空間部において上記距離の周方向の変化が逆となるように設定されて、隣接する楔形空間部が一対の組み合わせ空間部（７１）をなす。組み合わせ空間部の各々の中央には、カム（８１）を設置して、カムにより転動体を上記距離が増大する方向に移動させて噛み込み解除を行うようにする。【選択図】 図１

Description

本発明は、入力軸と出力軸との間に置かれる動力伝達装置、特に、遊星歯車機構を利用することにより、入出力軸間の動力伝達の遮断が可能であり、さらに、入出力軸間の変速が可能なクラッチに関するものである。

機械部品あるいは作業機器等を回転駆動する動力伝達系統では、駆動する機器の特性に合わせるよう、種々の回転制御を行う動力伝達装置が常套的に使用される。動力伝達装置としては、回転速度やトルクを変更するための変速機、モーター等の駆動源を過大な負荷トルクから保護するトルクリミッタ、動力伝達を遮断する必要があるときに用いられるクラッチ等がある。

最近では様々な分野で動力を用いた自動操作が進展し、自動操作用のロボットにおいては、非常に小型のモーターを駆動源としてアーム等を駆動することが多い。小さいモーターは高速回転、低トルクであるため、こうした場合には、回転速度を減速してトルクを増大する減速機が動力伝達系に介在される。
減速機としては、一般的には歯車式減速機が用いられ、その中には、遊星歯車機構を利用する遊星歯車式減速機がある。遊星歯車機構は、中心に配置した太陽歯車の周りに内歯歯車を形成したリング歯車を設け、太陽歯車とリング歯車との間に、両方の歯車と噛み合う複数の遊星歯車を配置したものである。複数の遊星歯車は、これを担持するキャリアに取り付けられて軸支される。キャリアは、太陽歯車と同心の回転軸を中心として回転可能であって、キャリアが回転したときは、遊星歯車はリング歯車の内側を公転しながら自転する遊星運動を行う。

遊星歯車式減速機は、各歯車や各構成部品等を動力伝達の入出力要素として自由に選定することが可能であって、リング歯車等を空転させて入出力軸間の動力伝達を遮断すること、つまり、クラッチとして作動させることも可能である。また、減速比の設定の自由度が大きく、入力軸と出力軸が同心状に配置されるので、動力伝達装置の配置設計が容易となるという利点もある。

従来から知られている遊星歯車式減速機として、特許文献１に開示された、風力発電設備のターニング装置に用いられる減速機があり、これについて、図７により説明する。ターニング装置は、風力発電設備のメインテナンス等のため、運転停止状態にある風車の軸を低速で回転させるもので、図７（ａ）は、風車を備えた風力発電設備全体を表す概略図、図７（ｂ）は、遊星歯車式減速機を用いたターニング装置の概略図、また、図７（ｃ）は、遊星歯車機構における各歯車の噛み合い状態を表す要部断面図となっている。

図７（ａ）に示すとおり、風力発電設備の前端には、風力により回転する大径の風車ＷＷが取り付けられ、風車ＷＷの主軸ＭＳは、発電機ＧＲに連結されている。風車ＷＷの回転速度は、通常、低速であるので、主軸ＭＳと発電機ＧＲとの間には増速用の動力伝達装置を介在させる。主軸ＭＳには、外周に歯車が形成されたターニングディスクＴＤが固着される。そのターニングディスクＴＤの外周の歯車には、図７（ｂ）に示すとおり、ターニング装置の駆動歯車ＤＧが噛み合っている。
ターニング装置は、図７（ｃ）にも示すように、遊星歯車機構を備えた遊星歯車式減速機として構成されたものであって、ターニング用モーターＴＭに連結された太陽歯車ＳＧ、太陽歯車ＳＧの周りに置かれ内歯歯車の形成されたリング歯車ＲＧ、及び、両方の歯車と噛み合う複数の遊星歯車ＰＧを備えており、遊星歯車ＰＧを回転可能に支持するキャリアＣＡに駆動歯車ＤＧが連結される。リング歯車ＲＧの外周には外歯歯車が形成してあり、これがディスクブレーキＤＢに連結されたブレーキ歯車ＢＧと噛み合っている。ディスクブレーキＤＢは、キャリパに設けた摩擦板でディスクを挟みこむもので、同様のディスクブレーキは、太陽歯車ＳＧに連結されたターニング用モーターＴＭの軸にも設けてある。

風車ＷＷの運転を停止した状態で行う設備のメインテナンス等において、例えば、ブレードの位置を変更するため、主軸ＭＳを回転させるときは、ターニング用モーターＴＭに通電して太陽歯車ＳＧを回転すると同時に、ブレーキ歯車ＢＧに連結されたディスクブレーキをＯＮとしてリング歯車ＲＧを固定する。これにより、ターニング装置は、太陽歯車ＳＧを入力（軸）としキャリアＣＡを出力（軸）とする遊星歯車式減速機として作動し、その減速比に反比例して駆動トルクが増大する。そのため、ターニング用モーターＴＭが小型のものであっても、大型の風車ＷＷに連なる主軸ＭＳを回転させるに十分な駆動トルクを発生することができる。
風力発電設備の稼働中においては、ターニング用モーターＴＭを停止するとともに、ブレーキ歯車ＢＧのディスクブレーキをＯＦＦとしてリング歯車ＲＧを開放する。こうすると、風車ＷＷの運転により駆動歯車ＤＧを介してキャリアＣＡが回転したとしても、リング歯車ＲＧが空転するだけでターニング用モーターＴＭへの動力伝達は遮断される。つまり、ターニングディスクＴＤを駆動歯車ＤＧと接続したままで設備の運転が可能であり、両者を切り離すクラッチ等を設置する必要はない。

特許５５５０７８１号公報

上述のとおり、図７の遊星歯車式減速機は、比較的単純な構造でありながら、減速比の設定の自由度が大きな減速機として作動するとともに、入出力軸間の動力伝達を遮断するクラッチの機能も備えている。しかし、リング歯車ＲＧを固定するため、リング歯車ＲＧの外周に外歯歯車を形成し、これにディスクブレーキＤＢに連なるブレーキ歯車ＢＧを噛み合わせている関係上、次のような問題点がある。

まず、遊星歯車式減速機にクラッチの機能を持たせるには、ブレーキ歯車ＢＧ及びディスクブレーキＤＢをリング歯車ＲＧの径方向外方に配置することが必要となり、遊星歯車式減速機の径方向の寸法が増大する。そのため、例えば、遊星歯車式減速機を単独の部品として構成し、種々の装置に汎用品として組み込むときには、コンパクトな部品とするのが困難である。
また、ディスクブレーキＤＢは、回転軸に固定したブレーキディスクを摩擦板で挟みこむブレーキであるが、リング歯車ＲＧに作用する反トルクに抗して停止状態を保持するよう、ブレーキディスクに十分な制動力を与えるには、油圧等を用いて摩擦板に大きな圧力を加える必要がある。この面からも遊星歯車式減速機をコンパクト化するのが困難であると同時に、摩擦板は、経年変化に伴う摩耗によって性能が劣化する。
本発明の課題は、遊星歯車式減速機のリング歯車等を空転可能として、クラッチとして機能させる動力伝達装置において生じる、こうした問題点を解決することにある。

上記の課題に鑑み、本発明は、遊星歯車機構のリング歯車を固定又は空転自在に切り換え、動力伝達を遮断する機能を持たせた動力伝達装置において、ローラー型の一方向クラッチと同様な、楔形空間に置かれた転動体の噛み込み作用を利用して、リング歯車を固定するようにしたものである。即ち、本発明は、
「入力軸と出力軸の間で変速された動力の伝達及び動力伝達の遮断が可能な動力伝達装置であって、
固定されたハウジング内には、中心に置かれた太陽歯車と、前記太陽歯車を囲むリング歯車が形成されたリング歯車体と、前記太陽歯車及び前記リング歯車と噛み合う遊星歯車と、前記遊星歯車を回転可能に支持するキャリアとを有する遊星歯車機構が設置され、
前記太陽歯車及び前記キャリアは、その一方が入力軸に連結され、他方が出力軸に連結されており、さらに、
前記リング歯車体には、前記リング歯車と同心の円形空間部が設けられ、かつ、前記円形空間部には、前記円形空間部の内周面と対向し、内周面との距離が周方向に変化する複数のカム面を有する固定部材が挿入されて、前記円形空間部の内周面と前記固定部材のカム面との間に複数の楔形空間部が形成され、
前記楔形空間部の各々には、前記距離が減少する方向にばねにより押圧された転動体が設置されるとともに、前記複数の楔形空間部は、隣接する楔形空間部において前記距離の周方向の変化が逆となるように設定されて、隣接する楔形空間部が一対の組み合わせ空間部をなし、
前記組み合わせ空間部が、複数、前記円形空間部の内周面に配置され、かつ、前記組み合わせ空間部の各々の中央には、前記転動体を前記距離が増大する方向に移動させるカムを有する切り換え部が設置されており、
前記転動体を前記距離が増大する方向に移動させたときは、前記転動体の噛み込みが解除されて前記リング歯車体の自由回転が可能となり、入力軸と出力軸の間の動力伝達が遮断される」
ことを特徴とする動力伝達装置となっている。

前記複数の組み合わせ空間部は、前記円形空間部の内周面に均等な間隔で配置されているのが好ましい。また、前記リング歯車体に設けられる前記円形空間部は、前記リング歯車と軸方向に並列に配置され、かつ、前記円形空間部の内周面の径が前記リング歯車の歯先円の径よりも小さいように設定するのが好ましい。

前記転動体を距離が増大する方向に移動させるには、前記切り換え部に設けられる前記カムの各々に回動用歯車を固着するとともに、前記回動用歯車の全てと噛み合い、前記リング歯車と同心の駆動歯車を有する変更部材を設け、前記変更部材の回転操作によって前記カムの姿勢が変更して行うことができる。この場合には、前記入力軸又は前記出力軸を、前記変更部材の中心を貫通して設置するのが好ましい。

本発明の動力伝達装置においては、太陽歯車、リング歯車、及びキャリアに支持された複数の遊星歯車を有する遊星歯車機構が、固定されたハウジング内に設置されており、太陽歯車及びキャリアは、その一方が入力軸に連結され、他方が出力軸に連結される。太陽歯車を入力軸に連結するとともにキャリアを出力軸に連結し、リング歯車を固定したときは、図７に示す遊星歯車式減速機と同様に、本発明の動力伝達装置は、入力軸の回転が減速して出力軸に伝達される減速機を構成し、入力軸と出力軸とを逆に連結すると、入力軸の回転が増速して出力軸に伝達される増速機を構成することとなる。ちなみに、本発明の動力伝達装置を減速機としたときの変速比（出力軸回転数／入力軸回転数）は、
γ／（１＋γ） ：γ＝太陽歯車の歯数／リング歯車の歯数
であり、増速機としたときはその逆数となる。
そして、リング歯車の固定を解除して自由な回転を許容する状態としたときは、太陽歯車及びキャリアの一方が回転したとしても、リング歯車が空転するだけであって、他方の回転要素には動力が伝達しない。本発明の動力伝達装置は、リング歯車の自由な回転を許容することにより、入力軸から出力軸への動力伝達、又は逆方向の動力伝達を遮断するクラッチとして作動させることができる。

リング歯車を固定するため、本発明の動力伝達装置では、リング歯車（内歯歯車）がリング歯車体の一部として形成され、リング歯車体には、リング歯車と同心の円形空間部が設けられている。円形空間部には複数のカム面を有する固定部材を挿入して複数の楔形空間部を形成し、この楔形空間部に転動体（ローラー）を設置して、内周面との距離が減少する方向（噛み込み方向）に向けてばねによって押圧する。この状態は、ローラー型の一方向クラッチにおいてローラーが噛み込み方向に押されて、一方向の回転を阻止している状態と同様である。
楔形空間部は、隣接する空間部において前記距離の周方向の変化が逆となるように設定されて、隣接する楔形空間部が一対の組み合わせ空間部をなしており、さらに、組み合わせ空間部の各々の中央には、カムを設置して、カムにより転動体を前記距離が増大する方向に移動させて噛み込み解除を行う（後述の図３参照）。そのため、転動体の噛み込みでリング歯車の正転・逆転の両方向の回転を停止できるとともに、カムの切り換えにより、リング歯車の自由な回転が許容される。

つまり、本願発明の動力伝達装置では、転動体（ローラー）の噛み込み作用とその解除によって、遊星歯車機構のリング歯車を、固定した状態と自由回転が可能な状態とに切り換える。図７におけるディスクブレーキのように、摩擦板を用いて回転を停止するものではないので、リング歯車（体）が小径の部品であったとしても、十分に大きな制動力をリング歯車に作用させることが可能である。また、摩擦板のように摩耗の問題が生じるわけではなく、経年変化で性能が劣化することもない。

このように、本願発明の動力伝達装置では、遊星歯車機構のリング歯車の内側にそれを固定するための装置を収容することが可能であり、部品として非常にコンパクトな構成となる。特に、リング歯車体に設けられる円形空間部を、リング歯車と軸方向に並列に配置して、その内周面の径がリング歯車の歯先円の径よりも小さいように設定すると、より一層の小型化が達成できる。

本発明のクラッチの実施例の全体的な構造を示す図である。 図１に示すクラッチにおいて、楔形空間部内で転動体が噛み込んだ状態で入力軸側に回転トルクを付与したときの作動を示す図である。 図１に示すクラッチにおいて、楔形空間部内での転動体の噛み込みが解除された状態で入力軸に回転トルクを付与したときの作動を示す図である。 図１に示すクラッチにおいて、楔形空間部内での転動体の噛み込みが解除された状態で出力軸に回転トルクを付与したときの作動を示す図である。 図１に示すクラッチにおいて、遊星歯車機構を構成する部品の一部の単体図である。 図１に示すクラッチにおいて、遊星歯車機構を構成する部品の一部の単体図である。 図１に示すクラッチにおいて、リング歯車体の動きを制御するための各部品の単体図である。 従来のクラッチの構造を説明するための図である。

以下、図面に基づいて、本発明のクラッチについて説明する。図１には、本発明の実施例のクラッチの全体図を示し、その作動の説明図を図２乃至図４に示す。また、図５及び図６は、図１に示す実施例のクラッチを構成する主要な部品の単体図をそれぞれ示す。

図１に示すように、本発明のクラッチには、固定されたハウジング１内において、中心に置かれ、入力軸２に連結された太陽歯車ＳＧと、太陽歯車ＳＧを囲むリング歯車ＲＧが形成されたリング歯車体３と、太陽歯車ＳＧ及びリング歯車ＲＧと噛み合う遊星歯車ＰＧが形成された遊星歯車体４と、出力軸５に連結され、遊星歯車体４（遊星歯車ＰＧ）を回転可能に支持するキャリアＣＡとを有する遊星歯車機構が設置されている。太陽歯車ＳＧ及び遊星歯車ＰＧは外歯歯車であるが、リング歯車ＲＧは内歯歯車である。

図１と共に図５−１を参照して説明を続けると、ハウジング１は略正方形の端板１１と端板１１の周縁から軸方向に延びる略角筒の外周壁１２とを有するカップ状部材である（図５−１（ａ））。ハウジング１の内側には略円柱形状の空洞部１３があり、この空洞部１３の外周面（即ち外周壁１２の内周面）には、端板１１とは軸方向反対側に形成された開口から端板１１に向かって軸方向に延びる溝１４が周方向に等角度間隔をおいて４個形成されている。端板１１の中央には出力軸５が挿通されこれを軸受するための中央孔１５が形成されている。また、上記開口は図５−１（ｂ）に示す蓋部材１６によってシールドされ、蓋部材１６の中央には入力軸２が挿通されこれを軸受するための中央孔１７が形成されている。

入力軸２は、太陽歯車ＳＧの軸方向片側端面に連結されている（図５−１（ｃ））。入力軸２の延出端には、回転駆動源である図示しない電動モーターなどのシャフトが接続される、断面Ｄ字形状の受け孔２１が形成されている。太陽歯車ＳＧの軸方向他端面には、円板状の入力支持部２２が形成されている。

キャリアＣＡは円板部材５１を有し、この円板部材５１の外周縁部には軸方向片側に延びるキャリア軸５２が固着されている（図５−２（ｅ））。キャリア軸５２は断面円形の棒状部材であって、図示の実施例においては、４個のキャリア軸５２が周方向に等角度間隔をおいて設けられている。円板部材５１の軸方向片側面には、断面円形の中央凹部５３が形成されている。中央凹部５３には入力軸２の入力支持部２２が挿入され（図１の中央縦断面図）、入力軸２及び出力軸５の回転の芯ぶれが抑制される。出力軸５は、円板部材５１の軸方向他側に連結されている。出力軸５には、ロボットのアーム等の図示しない従動部材が接続される、断面Ｄ字形状の受け孔５４が形成されている。

リング歯車体３には、リング歯車ＲＧと同心の円形空間部３１が設けられている（図５−２（ｄ））。円形空間部３１が形成された部位におけるリング歯車体３の内周面には歯車は形成されておらず、かかる部位は、軸方向において平坦な円環状面となっている。円形空間部３１は、リング歯車ＲＧと軸方向に並列に配置され、かつ、円形空間部３１の内周面の径はリング歯車ＲＧの歯先円の径よりも小さい。

円形空間部３１には、この内周面と対向する後述するとおりのカム面を有する固定部材６が挿入される（図１乃至図４においてはわかりやすいように固定部材６にはハッチングを施して示している）。

図１と共に図６を参照して説明を続けると、固定部材６は、略円板形状の支持部６１と、この支持部６１の中央領域において軸方向他側に突出する膨出部６２とを有する（図６（ａ））。支持部６１の外周縁部には周方向に等角度間隔をおいて４個の小穴６３が形成されており、小穴６３には、後述するカム体の中間軸が挿通される。支持部６１の外周面には、周方向に等角度間隔をおいて４個の弧状の突条６４が形成されている。各々の突条６４は支持部６１の軸方向片側端縁から他側端縁まで軸線方向に延在している。突条６４はハウジング１における外周壁１２の内周面に形成された溝１４に挿入され、固定部材６をハウジング１に固定させる。膨出部６２は丸みを帯びた略正方形であり、その外周面には周方向に等角度間隔を置いて４個の扇形形状の突出部６５が固着されている（図６（ａ）の左図）。断面における膨出部６２の角部の各々は、支持部６１に形成された小穴６３と周方向において合致し、半径方向内側に凹んでいる（図１のＤ部拡大図）。各々の突出部６５の周方向両側面には、金属薄板を適宜加工した板ばねであるばねＳが設置される。そして、周方向に隣接する突出部６５の間における膨出部６２の外周面には、カム面６６が２個ずつ規定される（従って、カム面６６は膨出部６２の外周面に全部で８個規定される）。各々のカム面６６は、リング歯車体３の円形空間部３１の内周面と対向した際に、この内周面との距離Ｘが周方向に変化するように設定されている。このとき、突出部６５の外周面はリング歯車体３の内周面（即ち円形空間部３１の内周面）と摺動可能に対向する。
固定部材６の中心には軸線方向に支持部６１及び膨出部６２を貫通する中央孔６７が形成されており、中央孔６７には入力軸２が挿通される。膨出部６２の端面は太陽歯車ＳＧの軸方向片側端面と面接触し（図１の中央の縦断面図）、太陽歯車ＳＧの抜けを防止すると共に太陽歯車ＳＧの回転ぶれを抑制する。

円形空間部３１の内周面と固定部材６のカム面６６との間には、複数の楔形空間部７が形成され、隣接する楔形空間部７において距離Ｘの周方向の変化が逆となるように設定されて、隣接する楔形空間部７が一対の組み合わせ空間部７１をなす。図示の実施例においては、楔形空間部７は周方向に８個形成されており、組み合わせ空間部７１は、周方向に隣接する突出部６５の間に位置する一対の楔形空間７により構成されている。そして、組み合わせ空間部７１は円形空間部３１の内周面に均等な間隔で４個配置されている。楔形空間部７の各々には、距離Ｘが減少する方向にばねＳにより押圧された転動体Ｒが設置される。図示の実施例においては、転動体Ｒは断面円形の中実円筒部材であるが、所望ならば、転動体Ｒは球形状のものであってもよい。

組み合わせ空間部７１の各々の中央には、カム体８のカム８１が設置されている（図１の断面矢視Ｂ−Ｂ）。カム体８は、カム８１と、回動用歯車８２と、カム８１と回動用歯車８２とを固着する中間軸８３とを有する（図６（ｂ））。カム８１は、その断面が長円形である棒状部材である。回動用歯車８２は、外歯歯車である。中間軸８３は、その断面が円形である棒状部材である。

各々のカム８１に固着された回動用歯車８２は、変更部材９に形成された駆動歯車９１と噛み合う（図１の断面矢視Ｃ−Ｃ）。駆動歯車９１は外歯歯車である。変更部材９は、駆動歯車９１と、駆動歯車９１に固着され、使用者が操作する際に把持する円筒形状の把持部９２とを有する（図６（ｃ））。変更部材９には、駆動歯車９１及び把持部９２を貫通する中央孔９３が形成されており、中央孔９３には入力軸２が貫通される。

続いて、図１の実施例のクラッチの作動について説明する。
先ず、転動体Ｒを距離Ｘが増大する方向に移動させる前の状態について図２を参照して説明する。かかる状態にあっては、変更部材９は一方向に回動されており、全てのカム８１はその短径が周方向と合致している（図２の断面矢視Ｂ−Ｂ）。従って、全ての転動体Ｒは、ばねＳによって距離Ｘが減少する方向（噛み込み方向）に押圧され、夫々の楔形空間部７内において噛み込み状態にある。そのため、リング歯車体３は固定部材６に対して固定となっている。

かかる状態で、例えば入力軸２に時計方向（図２における中央縦断面図の軸方向右側から見て）の回転トルクが付加された場合には、図２の断面矢視Ａ−Ａに示すとおり、入力軸２に固着された太陽歯車ＳＧは時計方向に回転され、太陽歯車ＳＧの回転により、これと噛み合う遊星歯車ＰＧが形成された遊星歯車体４は、反時計方向に自転すると共にリング歯車ＲＧの内周に沿って時計方向に公転する。そうすると、遊星歯車体４を回転可能に支持するキャリアＣＡは遊星歯車体４の公転によって時計方向に回転させられ、これにより、キャリアＣＡに連結された出力軸５も同方向に回転させられる。図示の実施例においては、太陽歯車ＳＧの歯数は３２、遊星歯車ＰＧの歯数は１６、リング歯車ＲＧの歯数は６４であるため、入力軸２から出力軸５への回転は１／３に減速して伝達される。
入力軸２に反時計方向（図２における中央縦断面図の軸方向右側から見て）の回転トルクが付加された場合には、出力軸５は、１／３の減速比で反時計方向に回転させられる。

次に、図２に示す状態から変更部材９の把持部９２を他方向に９０度回動させ、転動体Ｒを距離Ｘが増大させる方向に移動させた状態について図３及び図４を参照して説明する。図２に示す状態から把持部９２を９０度回転させると、変更部材９の駆動歯車９１と噛み合う回動用歯車部８２の回転によって全てのカム８１の姿勢が同時に変更され（９０度回転され）、全てのカム８１はその長径が周方向と合致することとなる（図３及び図４の断面矢視Ｂ−Ｂ）。従って、全ての転動体Ｒは、各々のカム８１によってばねＳの押圧に抗して距離Ｘが増加する方向（開放方向）に移動させられる。これにより、転動体Ｒの噛み込みは解除され、リング歯車体３は固定部材６に対して自由に回転可能な状態となる。

かかる状態で、例えば入力軸２に時計方向（図３における中央縦断面図の軸方向右側から見て）の回転トルクが付加された場合には、図３の断面矢視Ａ−Ａにおける実線の矢印で示すとおり、入力軸２に連結された太陽歯車ＳＧは時計方向に回転され、太陽歯車ＳＧの回転により、これと噛み合う遊星歯車ＰＧが形成された遊星歯車体４は反時計方向に自転する。このとき、遊星歯車体４の自転により、これと噛み合うリング歯車ＲＧが形成されたリング歯車体３を反時計方向に自転させ、遊星歯車体４は公転しない。従って、遊星歯車体４を回転可能に支持するキャリアＣＡは回転せず、入力軸２から出力軸５への回転の伝達は、入力軸２が空転し、遮断される。
入力軸２に反時計方向（図３における中央縦断面図の軸方向右側から見て）の回転トルクが付加された場合も同様に、入力軸２が空転し、入力軸２から出力軸５への回転の伝達が遮断される。

また、出力軸５に時計方向（図４における中央縦断面図の軸方向右側から見て）の回転トルクが付加された場合には、図４の断面矢視Ａ−Ａにおける実線の矢印で示すとおり、キャリアＣＡのキャリア軸５２は遊星歯車体４を時計方向に公転させる。遊星歯車体４に形成された遊星歯車ＰＧはリング歯車ＲＧ及び太陽歯車ＳＧと噛み合い、リング歯車ＲＧが設けられたリング歯車体３は回転可能な状態であるものの、太陽歯車ＳＧは駆動源であるモーターに接続され拘束されていることから、上記回転トルクにより遊星歯車ＰＧが形成された遊星歯車体４は、太陽歯車ＳＧの外周に沿って時計方向に自転及び公転すると共に、リング歯車ＲＧは時計方向に回転する。つまり、太陽歯車ＳＧに固着された入力軸２が回転することなく、キャリアＣＡに連結された出力軸５が回転することが可能となる。換言すると、出力軸５から入力軸２への回転の伝達は、出力軸５が空転し、遮断される。
出力軸５に反時計方向（図４における中央縦断面図の軸方向右側から見て）の回転トルクが付加された場合も同様に、出力軸５から入力軸２への回転の伝達は、出力軸５が空転し、遮断される。

このように、本発明のクラッチにおいては、転動体の噛み込み作用とその解除によって、遊星歯車機構のリング歯車を、固定した状態と自由回転が可能な状態とに切り換える。そのため、図７におけるディスクブレーキのように、摩擦板を用いて停止するものではないので、リング歯車が小径の部品であったとしても、十分に大きな制動力をリング歯車に作用させることが可能である。また、摩擦板のように摩耗の問題が生じるわけではなく、経年変化で性能が劣化することもない。本発明のクラッチにおいては更に、遊星歯車機構のリング歯車の内側にそれを固定するための装置を収容することが可能であり、部品として非常にコンパクトな構成となる。特に、本実施例のように、リング歯車体に設けられる円形空間部をリング歯車と軸方向に並列に配置して、その内周面の径がリング歯車の歯先円の径よりも小さいように設定すると、より一層の小型化が達成される。

以上詳述したとおり、本発明のクラッチは、太陽歯車、リング歯車、及びキャリアに支持された複数の遊星歯車を有する遊星歯車機構が、固定されたハウジング内に設置されており、太陽歯車及びキャリアは、その一方が入力軸に連結され、他方が出力軸に連結され、転動体の噛み込み作用とその解除によって、遊星歯車機構のリング歯車を、固定した状態と自由回転が可能な状態とに切り換えるようにしたものである。上記の実施例では、入力軸が太陽歯車に、出力軸がキャリアに夫々連結されるようにし、入力軸から出力軸への回転の伝達が減速して行われるようにしたが、入力軸をキャリアに、出力軸を太陽歯車に夫々連結されるようにし、入力軸から出力軸への回転の伝達が増速して行われるようにしてもよい。

１：ハウジング
２：入力軸
３：リング歯車体
３１：円形空間部
４：遊星歯車体
５：出力軸
６：固定部材
６６：カム面
７：楔形空間部
７１：組み合わせ空間部
８：カム体
８１：カム
８２：回動用歯車
９：変更部材
９１：駆動歯車
ＳＧ：太陽歯車
ＲＧ：リング歯車
ＰＧ：遊星歯車
ＣＡ：キャリア
Ｓ：ばね
Ｒ：転動体

Claims (5)

1. 入力軸と出力軸の間で変速された動力の伝達及び動力伝達の遮断が可能な動力伝達装置であって、
   固定されたハウジング内には、中心に置かれた太陽歯車と、前記太陽歯車を囲むリング歯車が形成されたリング歯車体と、前記太陽歯車及び前記リング歯車と噛み合う遊星歯車と、前記遊星歯車を回転可能に支持するキャリアとを有する遊星歯車機構が設置され、
   前記太陽歯車及び前記キャリアは、その一方が入力軸に連結され、他方が出力軸に連結されており、さらに、
   前記リング歯車体には、前記リング歯車と同心の円形空間部が設けられ、かつ、前記円形空間部には、前記円形空間部の内周面と対向し、内周面との距離が周方向に変化する複数のカム面を有する固定部材が挿入されて、前記円形空間部の内周面と前記固定部材のカム面との間に複数の楔形空間部が形成され、
   前記楔形空間部の各々には、前記距離が減少する方向にばねにより押圧された転動体が設置されるとともに、前記複数の楔形空間部は、隣接する楔形空間部において前記距離の周方向の変化が逆となるように設定されて、隣接する楔形空間部が一対の組み合わせ空間部をなし、
   前記組み合わせ空間部が、複数、前記円形空間部の内周面に配置され、かつ、前記組み合わせ空間部の各々の中央には、前記転動体を前記距離が増大する方向に移動させるカムが設置されており、
   前記転動体を前記距離が増大する方向に移動させたときは、前記転動体の噛み込みが解除されて前記リング歯車体の自由回転が可能となり、前記入力軸と前記出力軸の間の動力伝達が遮断されることを特徴とする動力伝達装置。
2. 前記複数の組み合わせ空間部が、前記円形空間部の内周面に均等な間隔で配置されている請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 前記リング歯車体に設けられる前記円形空間部は、前記リング歯車と軸方向に並列に配置され、かつ、前記円形空間部の内周面の径が前記リング歯車の歯先円の径よりも小さい請求項１又は請求項２に記載の動力伝達装置。
4. 前記組み合わせ空間部の中央に設けられる前記カムの各々には回動用歯車が固着されるとともに、前記回動用歯車の全てと噛み合い、前記リング歯車と同心の駆動歯車を有する変更部材が設けられており、
   前記変更部材の回転操作によって前記カムの姿勢が変更される請求項１乃至請求項３に記載の動力伝達装置。
5. 前記入力軸又は前記出力軸が、前記変更部材の中心を貫通している請求項４に記載の動力伝達装置。