JP2019158061A - リンク部材を利用するフリータイプ双方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】入力部材と出力部材との間に設けたリンク部材の姿勢を変更して回転の伝達と遮断を行わせる、簡易でコンパクトな構成のフリータイプ双方向クラッチを提供する。
【解決手段】環状の周壁部３２を有する出力部材３をハウジング１内に設置し、周壁部３２内には、出力部材３と共通の回転軸ｏの回りに回転可能な入力部材２を設置する。周壁部３２の外周面には、わずかに凹所となったカム面を等間隔に形成するとともに、入力部材２にはリンク部材４を回動可能に枢着して、リンク部材４の係合軸４２を周壁部３２の外周面に対向させる。入力部材２が回転していないときは、２個のコイルばね９によりリンク部材４が図示の中立位置にあり、出力部材３からの回転伝達が遮断される。入力部材２が回転すると、係合軸４２の回転の位相が遅れる結果、リンク部材４が傾いて係合軸４２がカム面に当接し、出力部材３がリンク部材４に連れ回されて回転する。
【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。

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（又は「逆入力遮断クラッチ」）」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、入力軸の正方向及び逆方向の回転を共に出力軸に伝達し、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。

フリータイプ双方向クラッチは、一例として、電動式の開閉ドアを手動でも操作できるようにした開閉駆動装置に適用可能であって、下記の特許文献１には、いわゆるワンボックスカーに装着されたスライドドアを、駆動モーターでも手動でも開閉できるようにした伝達装置が開示されている。この場合、フリータイプ双方向クラッチは、駆動モーターとドア開閉機構との間に介在され、入力軸に駆動モーターが、出力軸にドア開閉機構が連結される。駆動モーターを正・逆回転させるとドアの往復スライドが可能であるとともに、駆動モーターの停止時においては手動によるドアの開閉操作が可能であって、このときには、出力軸が空転して負荷となる駆動モーターが切り離されるので、手動の際の操作力が軽減される。

フリータイプ双方向クラッチは、手動操作可能な電動式開閉ドアに用いる以外にも、例えば、複写機の紙送り用ローラーに適用することも可能で、これに適用すると、紙詰まりの用紙を取り除くときに、ローラーを手動で逆回転させることができる。そして、フリータイプ双方向クラッチを利用すると自動的な動力伝達の制御が可能となって、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、駆動源のモーター等を保護することも可能となる。

フリータイプ双方向クラッチには各種の方式があり、特許文献１のものは、入力軸が回転したときに径方向外方に移動する「コロ部材」を用い、この「コロ部材」をドア開閉機構に連なる出力軸側の部材に係脱させて、回転の伝達・遮断を制御している。下記の特許文献２には、周知のローラー型一方向クラッチと同様に、楔形の空間内に挿入されたローラーの噛み込み作用を利用して、入出力軸間の回転の伝達・遮断を制御する双方向クラッチが開示されている。さらに、フリータイプ双方向クラッチとして、本出願人は、遊星歯車機構を利用する下記の特許文献３の双方向クラッチを創案しており、これについて、図９、図１０により説明する。

図９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、断面の外周には正３角形の辺である３個の直線部が形成されている。
カム体ＣＢの直線部に対向するように、３個の遊星歯車体ＰＢが周方向に等間隔をおいて配設してあり、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、中心軸の回りに回転可能なキャリアＣＡの支持軸ＳＳに軸支される。遊星歯車体ＰＧには、太陽歯車ＳＧと噛み合う遊星歯車ＰＧ（断面Ｂ−Ｂ）と、遊星歯車ＰＧから軸方向に突出する正６角形断面の突出部ＰＪ（断面Ａ−Ａ）とが設けてある。この突出部ＰＪは、断面Ａ−Ａの状態では、カム体ＣＢとの間にわずかな間隙が存在し、遊星歯車体ＰＢの自転が許容されるように相対的な位置が設定される。

入力軸ＩＳが、例えば、駆動源のモーターにより回転すると、図１０（ａ）の断面Ａ−Ａに示すとおり、正３角形状のカム体ＣＢも反時計方向に回転し、カム体ＣＢの１辺と遊星歯車体ＰＢの突出部ＰＪにおける正６角形断面の１辺とが直線的に重なる。この状態では遊星歯車体ＰＢが自転できないため、遊星歯車体ＰＢとキャリアＣＡとは入力軸ＩＳと一体的に回転する。さらに、断面Ｂ−Ｂに示すとおり、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、遊星歯車体ＰＢの移動（中心軸の周りの公転）と一体となって回転する。
これに対して、図１０（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。この回転トルクにより、図１０（ｂ）の断面Ａ−Ａに示すように、遊星歯車体ＰＢが入力軸ＩＳと相対的にわずかに移動し、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が自由に自転可能となる。したがって、出力軸ＯＳ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（空転）するだけであって、入力軸ＩＳへの回転の伝達は遮断される。

特開２０１０−２２３３７５号公報 特開２００６−２３４０３４号公報 特許第５９２６８４３号公報

フリータイプ双方向クラッチは、動力伝達系に介在されて入力軸と出力軸の間の回転伝達を制御する装置であって、伝達・遮断の作動における確実性や信頼性が求められるとともに、入力軸から出力軸への伝達トルクが大きいこと、クラッチの構造が簡素でコンパクトであること等が求められる。

特許文献１のフリータイプ双方向クラッチは、コイルばねにより径方向内側に付勢される「コロ部材」を入力軸側の部材と出力軸側の部材との間に設置するものであり、入力軸が回転したときは、コロ部材を径方向外方に移動して出力軸側の部材に係合させ、コロ部材を介して出力軸に回転を伝達する。このフリータイプ双方向クラッチは、コロ部材の付勢用のコイルばねや案内用の２個の中間プレート等を組み付ける必要があり、構造が複雑となって製造も容易ではない。
特許文献２のフリータイプ双方向クラッチは、外輪（入力部材）及び内輪（出力部材）の間に形成される楔形の空間内にローラーを挿入し、外輪と内輪との間へのローラーの噛み込みとその解除を利用して回転の伝達・遮断を行わせるものである。特許文献２のフリータイプ双方向クラッチでは、入力部材から出力部材への伝達トルクが増大したときに、ローラーが噛み込んだままとなって回転伝達の遮断が不能となる恐れがあり、また、ローラーの回転に起因して構成部品の摩耗が生じ、耐久性を損なう等の恐れもある。

特許文献３のフリータイプ双方向クラッチは、遊星歯車体の空転を利用して回転の伝達・遮断を行わせるものであり、入力部材から出力部材への伝達トルクを大きくすることができる。ただし、歯車を用いるため製造コストが増大する傾向があるとともに、出力軸の空転について次の問題がある。
図１０（ｃ）は、カム体ＣＢの面と突出部ＰＪの面が当接した状態で入力軸ＩＳの回転が停止したときの、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、キャリア支持軸ＳＳが反時計方向に移動する結果、遊星歯車体ＰＢの自転が可能となり出力軸ＯＳは回転（空転）することができる。しかし、破線矢印のように、時計方向に回転しようとしたときは、カム体ＣＢによりロックされて出力軸ＯＳの回転は不可能であり、出力軸ＯＳを回転させるには、入力軸ＩＳとカム体ＣＢとを少し戻して図１０（ｂ）の断面Ａ−Ａの状態とする必要がある。

本発明の課題は、従来の各種のフリータイプ双方向クラッチにおける問題点を解消するよう、入力軸と出力軸との間にリンク部材を設置し、このリンク部材の姿勢を変更して回転伝達及び遮断を行わせる、簡易でコンパクトな構成のフリータイプ双方向クラッチを提供することにある。

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、入力部材（入力軸）の周囲に環状の出力部材（出力軸）を配置して、出力部材の外周面にカム面を形成するとともに入力部材とカム面との間にトルク伝達用のリンク部材を設置し、このリンク部材の姿勢を変更して入力部材と出力部材との間の回転伝達と遮断を行わせ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、前記ハウジング内で共通の回転軸を中心として回転可能な入力部材及び出力部材を備え、前記入力部材からの正・逆方向の回転は前記出力部材に伝達されるとともに、前記出力部材から前記入力部材への回転の伝達は、前記出力部材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、
前記出力部材は、前記入力部材を囲んで環状に形成されていて、前記出力部材の外周面には凹所となるカム面が形成され、
前記入力部材には、枢軸を中心にして回動可能なリンク部材が枢着され、
前記リンク部材には、前記出力部材のカム面に当接可能な係合軸と、前記枢軸と前記係合軸とを連結する連結部とが設けられ、かつ、前記入力部材の停止状態において、前記係合軸が前記枢軸と同一半径上に位置する中立位置に前記リンク部材を保持する保持装置が設置されており、
前記入力部材が回転したときは、前記リンク部材が前記中立位置から回動して、前記係合軸が前記出力部材のカム面に当接し、前記出力部材が回転したときは、前記リンク部材が前記保持装置により中立位置に保持されて、前記係合軸と前記出力部材のカム面との当接が解除される」
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。

本発明のフリータイプ双方向クラッチにおいては、前記リンク部材は、複数のものを前記入力部材に等間隔に枢着するとともに、前記出力部材の外周面に、前記リンク部材の整数倍の数の前記カム面を形成することができる。

前記リンク部材を中立位置に保持する保持装置としては、前記ハウジング内に回転可能に設置され、前記リンク部材の係合軸を収容する溝が形成されたリテーナ部材と、前記入力部材に固定された入力固定部材と、前記リテーナ部材と前記入力固定部材との間に配置されたばね部材とを備えているものであることが好ましい。この場合には、前記ばね部材として２個のコイルばねを使用すること、さらに、前記ハウジングと前記リテーナ部材との間に波形ばねを設置し、前記リテーナ部材の回転に対して抵抗力を付与するように構成することができる。

また、本発明のフリータイプ双方向クラッチにおいて、前記リンク部材を前記入力部材に枢着するには、前記入力部材に径方向の外方が開放された断面Ｕ字状の溝を形成し、前記リンク部材の枢軸を、前記断面Ｕ字状の溝に挿入して前記環状の出力部材の内周面に当接させるように構成することができる。

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入力部材を回転可能に設置するとともに、入力部材を囲んで環状に形成された出力部材を、共通の回転軸を中心として回転可能となるように設置して、出力部材の外周面には、凹所となるようにカム面を形成する。入力部材には、枢軸を中心にして回動可能なリンク部材を枢着し、このリンク部材には、出力部材の外周面のカム面に当接可能な係合軸を設ける。そして、入力部材が停止状態にあるときにリンク部材を「中立位置」に保持する、つまり、リンク部材の回動中心である枢軸と同一半径上に係合軸が位置するように、リンク部材の姿勢を保持する保持装置を設置している。

本発明のフリータイプ双方向クラッチにおける、入力部材に回動可能に枢着されたリンク部材は、入力部材が停止しているときには中立位置に保持され、その係合軸は、枢軸と同一半径上に位置しており、入力部材（及び出力部材）の回転軸からの径方向の距離が最大の状態にある。この状態であれば、リンク部材の係合軸は、環状に形成された出力部材の外周面には当接しないので、出力部材が回転（出力部材が入力部材の回転よりも高速で回転している場合を含む）しても入力部材に回転が伝達されることはない。
入力部材が回転（入力部材が出力部材の回転よりも高速で回転している場合を含む）すると、リンク部材は、入力部材に枢着された枢軸が入力部材と一体的に回転方向に移動するのに対し、径方向の外方の係合軸は、保持装置の抵抗力や慣性等により移動が遅延するため、リンク部材が入力部材と相対的に回動して、その連結部が半径方向に対し傾斜することとなる。そのため、係合軸の回転軸からの径方向の距離が縮小し、リンク部材の係合軸は、出力部材の外周面に設けられた凹所に入り込んでカム面に当接する。入力部材がさらに回転すると、入力部材は、リンク部材により出力部材を連れ回すように回転させ、入力部材の回転トルクがリンク部材を介して出力部材に伝達される。

このように、本発明のフリータイプ双方向クラッチは、入力部材に回動可能に枢着されたリンク部材を利用して、入力部材の回転を出力部材に伝達するとともに、出力部材の回転は、入力部材に伝達することなく単に空転させるものである。このフリータイプ双方向クラッチは、構成部品が少なく、しかも、部品自体が比較的単純な形状であって、フリータイプ双方向クラッチとしての作動が確実であり、全体を小型でコンパクトな構造とすることも容易である。また、本発明のフリータイプ双方向クラッチは、特許文献２のフリータイプ双方向クラッチのように、ローラーの噛み込みとその解除を利用して回転の伝達・遮断を行わせるものではない。したがって、入力部材から出力部材への伝達トルクの増大により、ローラーが食い込んで解除できず作動不能となったり、ローラーの回転に起因して構成部品の摩耗が生じたりすることはない。
本発明のフリータイプ双方向クラッチのリンク部材は、中立位置から回転方向の両側に同じように回動することが可能であり、その係合軸が当接するカム面も回転方向の両側に対称的に形成することができる。そのため、本発明のフリータイプ双方向クラッチの作動は、入力部材及び出力部材の回転方向に影響されることはなく、特許文献３のフリータイプ双方向クラッチとは異なり、出力部材をどちら側に空転させるときにも、入力部材の位置を戻す必要はない。

本発明の実施形態として、複数のリンク部材を入力部材に等間隔に枢着するとともに、出力部材の外周面に、そのリンク部材の整数倍の数のカム面を等間隔に形成することができる。このようにすると、入力部材から出力部材に回転を伝達する際に、伝達トルクが周方向に均等に分割され、入力部材及び出力部材に作用する力も周方向に均等に分散されるので、回転部材のバランスが良好となり円滑な回転伝達が行われる。

リンク部材を中立位置に保持する保持装置の実施形態としては、リンク部材の係合軸を収容する溝が形成されたリテーナ部材をハウジング内に回転可能に設置し、また、入力部材には入力固定部材を固定して、リテーナ部材と入力固定部材との間に、例えば２個のコイルばね等のばね部材を配置するものとして構成することができる。こうすると、ばね部材のばね力を釣り合わせてリテーナ部材を位置決めし、リンク部材を中立位置に確実に保持することが可能となる。さらに、この実施形態の保持装置においては、リテーナ部材とハウジングとの間に波形ばねを設置し、リテーナ部材の回転に対し抵抗力を付与することが可能であって、これにより、入力部材の回転によりリンク部材を中立位置から速やかに回動させて、出力部材への回転伝達を的確に行うことができる。

また、本発明のリンク部材を入力部材に枢着する際の実施形態としては、入力部材に径方向の外方が開放された断面Ｕ字状の溝を形成し、リンク部材の枢軸を、この断面Ｕ字状の溝に挿入して環状の出力部材の内周面に当接させるようにすることができる。こうすると、リンク部材の枢着された入力部材の径を極力小さくして、フリータイプ双方向クラッチのコンパクト化を図ることができるとともに、入力部材の径方向外方からリンク部材を組み付けることが可能となって、フリータイプ双方向クラッチの製造が容易となる。

本発明のフリータイプ双方向クラッチの第１実施例を示す全体図である。 図１のフリータイプ双方向クラッチを部品単位に分解した斜視図である。 図１のフリータイプ双方向クラッチの主要部品の単体図である。 本発明のフリータイプ双方向クラッチの作動を説明する説明図である。 図１のフリータイプ双方向クラッチの保持装置の変形例１を示す図である。 図１のフリータイプ双方向クラッチの保持装置の変形例２を示す図である。 図１のフリータイプ双方向クラッチの保持装置の変形例３を示す図である。 本発明のフリータイプ双方向クラッチの第２実施例を示す全体図等である。 従来のフリータイプ双方向クラッチの一例を示す全体図である。 図９のフリータイプ双方向クラッチの作動を説明する説明図である。

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、部品単体に分解した斜視図を図２に、また、主要部品の投影図を図３に示す。図４は、本発明のフリータイプ双方向クラッチの作動を説明する説明図である。

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、断面円形の空間部を有する固定のハウジング１を備え、ハウジング１の中心部には、共通の回転軸ｏを有する入力部材２と出力部材３とが設置されている。入力部材２（図３（ｂ）も参照）の中心には、Ｄ形状の中心孔２１が形成してあり、この中心孔２１に２点鎖線で表示された入力軸ＩＳが嵌め込まれ、入力軸ＩＳは駆動モーター等の駆動源に接続される。出力部材３（図３（ｃ）も参照）には出力軸３１が一体的に形成され、出力軸３１は、手動でも開閉操作可能なドア開閉装置等の被駆動装置に接続される。

第１実施例の入力部材２は、軸方向長さが比較的短い円柱状の部材の、中心部分にＤ形状の中心孔２１を形成するとともに、その周囲に、径方向の外方が開放された断面Ｕ字状の３個の溝２２を等間隔に形成したものである。入力部材２は、これを取り囲む出力部材３の環状となった部分に回転可能に嵌め込まれており、３個の溝２２の中の１個には、後述のリンク部材４の枢軸４１が挿入され、他の２個の溝２２には、後述の入力固定部材８の取付軸８２が挿入される。
出力部材３は、環状の周壁部３２と端壁部３３からなるカップ状の部材に出力軸３１を一体的に設けたものである。環状の周壁部３２の外周面３２Ｏには、内方にわずかに凹むように凹所となったカム面３２Ｃが周方向に等間隔に６個形成してあり、各々のカム面３２Ｃは、中央から周方向に対称に形成されている（図４も参照）。環状の周壁部３２の内方に入力部材２が嵌め込まれると、周壁部３２の内周面３２Ｉが入力部材２の外周面に接するようになる。なお、第１実施例の出力部材３では、環状に形成された周壁部３２に出力軸３１を一体的に設けているが、入力部材２の入力軸ＩＳのように、出力軸３１を別体として出力部材３に取り付けるように構成できるのは勿論である。

入力部材２の断面Ｕ字状の溝２２の一つ（図１では、上方の溝）には、リンク部材４の枢軸４１が挿入される。リンク部材４（図３（ａ）も参照）は、円形断面の枢軸４１と係合軸４２とを連結部４３により結合した、断面がコ字状をなす部材であり、枢軸４１を中心として連結部４３が回動可能なように入力部材２に枢着される。枢軸４１は、その外側が出力部材３の環状の周壁部３２の内周面３２Ｉに接している。
径方向外方にある係合軸４２は、連結部４３で周壁部３２を跨ぐようにして周壁部３２の外周面３２Ｏに対向している。図１に示す状態では、回動可能なリンク部材４は中立位置、すなわち、係合軸４２の中心が枢軸４１の中心と同一半径上に整列する位置にあり、このときに、係合軸４２の中心と共通の回転軸ｏとの距離が最大となる（図４も参照）。

リンク部材４の係合軸４２は、リテーナ部材５に形成された溝５１内に収容される。リテーナ部材５（図３（ｅ）も参照）は、ハウジング１の断面円形の空間部に嵌め込まれて設置される、合成樹脂等で製造されたカップ状の部材であり、係合軸４２を収容する溝５１は、入力部材２に設けられた溝２２と同様な断面形状を有している。リテーナ部材５とハウジング１との軸方向の間隙には、ワッシャ６に挟まれた波形ばね７が置かれていて、波形ばね７の弾性によりリテーナ部材５の回転に対し一定の抵抗力が付与される。

カップ状のリテーナ部材５の円周壁は、溝５１が形成された部分から軸方向に延長されており、この延長部分には、図１の断面Ａ−Ａに示すとおり、コイルばね用のばね受け片５２が対称的に２個形成される。ばね受け片５２と軸方向に整列する位置には、入力部材２に固定された入力固定部材８（図３（ｄ）も参照）が置かれ、入力固定部材８には、ばね受け片５２と周方向に対向する２個のばね受け面８１が対称的に形成される。そして、ばね受け片５２とばね受け面８１には、それぞれコイルばね用の爪ＣＰが設けてあり、この爪ＣＰに嵌め込んで、同一の構造を備えた２個のコイルばね９が、本発明の「ばね部材」としてリテーナ部材５と入力固定部材８との間に装着される。

入力固定部材８は、図３（ｄ）に示すとおり、軸方向に延びる２本の取付軸８２を有し、取付軸８２が入力部材２の断面Ｕ字状の溝２２の中の２個に挿入されて、入力固定部材８は入力部材２に固定される。また、入力固定部材８にはＶ字状の切欠き８３が形成してあり、リンク部材４を枢着した入力部材２に入力固定部材８を固定すると、リンク部材４の連結部４３が切欠き８３に入り込んで周方向に回動可能となる。

上記のリテーナ部材５、入力固定部材８及び２個のコイルばね９をリンク部材４と組み合わせたときは、２個のコイルばね９は、そのばね力が等しくなるよう設定されているため、リンク部材４に作用する周方向の力が釣り合って、リテーナ部材５の溝５１内に収容される係合軸４２の中心は、入力部材２に枢着された枢軸４１の中心と同一半径上に保持されることとなる。つまり、これらの部材は、入力部材２の停止状態において、係合軸４２が枢軸４１と同一半径上に位置するようリンク部材４を中立位置に保持する保持装置を構成するものである。リテーナ部材５及び入力固定部材８は、コイルばね９を支持する部材であって受ける負荷もそれほど大きくはないので、合成樹脂等の軽量で成形が容易な材料で製造するのが好ましい。

このように構成された第１実施例のフリータイプ双方向クラッチの作動について、主に図４により説明する。
図４（ａ）は、入力部材２が停止しているときの、入力部材２、出力部材３及びリンク部材４の状態を表示する図である。このときは、コイルばね９等の保持装置によってリンク部材４が中立位置にあり、係合軸４２の中心が共通の回転軸ｏから最も離れた半径Ｒｌの位置に存在し、環状の出力部材３の外周面３２Ｏと係合軸４２との間にはごくわずかな間隙が存在する。したがって、出力部材３は、リンク部材４に拘束されることなく自由な回転が可能であって、出力部材３の回転が入力部材２に伝達されることはない。

これに対し、入力部材２が時計方向に回転すると、図４（ｂ）に示すように、リンク部材４は、枢軸４１が入力部材２と一体となって時計方向に移動するけれども、径方向の外方の係合軸４２は、リテーナ部材５に働く抵抗力や慣性等により時計方向への移動が遅延する。そして、係合軸４２が出力部材３の外周面３２Ｏの凹所であるカム面３２Ｃに到達すると、係合軸４２が内方に移動してリンク部材４が入力部材２と相対的に回動し、連結部４３が半径方向に対し傾斜する。係合軸４２の中心と共通の回転軸ｏとの距離は、中立位置の半径Ｒｌよりも小さい半径Ｒｓとなり、係合軸４２は、カム面３２Ｃに当接する。入力部材２がさらに回転すると、リンク部材４により出力部材３が連れ回される結果、入力部材２の回転トルクがリンク部材４を介して出力部材５に伝達されることとなる。
出力部材３の外周面３２Ｏのカム面３２Ｃは、中央から周方向に対称的に形成されているので、入力部材２が反時計方向に回転したときも、同様に出力部材３が反時計方向に回転する。また、出力部材２が回転している場合であっても、入力部材２がより高速で回転すると同様なトルク伝達が行われるようになる。

上述のように、本発明のフリータイプ双方向クラッチは、リンク部材４を入力部材２の溝２２に回動可能に枢着し、リンク部材４の係合軸４２を出力部材３のカム面３２Ｃに当接して入力部材２の回転を出力部材３に伝達するとともに、出力部材３が回転したときには、リンク部材４を中立位置に保持して出力部材３との係合を解除し、出力部材３を単に空転させるものである。入力部材２に枢着したリンク部材４の姿勢が自動的に変わることにより、入力部材２と出力部材３との間の回転伝達を制御できるので、本発明のフリータイプ双方向クラッチは、構成部品が少なく、しかも、部品自体が比較的単純な形状であって、フリータイプ双方向クラッチとしての作動が確実である。

また、本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、リンク部材４を介して入力部材２から出力部材３へトルク伝達を行わせる。特許文献２のフリータイプ双方向クラッチのように、転動するローラーの噛み込みとその解除を利用して回転の伝達・遮断を行わせるものではないので、入力部材２から出力部材３への伝達トルクの増大により、ローラーが食い込んだり構成部品の摩耗が生じたりすることはない。
そして、リンク部材４は、枢軸４１で入力部材２に枢着されていて、中立位置から回転方向の両側に同じように回動することが可能であり、リンク部材４の係合軸４２が当接するカム面３２Ｃも回転方向の両側に対称的に形成してある。そのため、本発明のフリータイプ双方向クラッチは、入力部材２及び出力部材３がどちらの方向に回転しても同様な作動となり、特許文献３のフリータイプ双方向クラッチとは異なって、入力部材２を戻すことなく、出力部材３を停止位置からどちら側にも空転させることができる。

図１等に示す第１実施例のフリータイプ双方向クラッチでは、リンク部材４を入力部材２に対して中立位置に保持するため、リンク部材４の係合軸４２を収容する溝５１が形成されたリテーナ部材５をハウジング１内に回転可能に設置し、このリテーナ部材５を、２個のコイルばね９を用いて入力固定部材８に対し位置決めすることにより、リンク部材４を中立位置に保持している。こうすると、２個のコイルばね９のバランスによりリンク部材４を確実に中立位置に保持できるとともに、リテーナ部材５や入力固定部材８の形状を変更して、フリータイプ双方向クラッチの大きさや伝達トルク等に対応して、好適な中立位置の保持装置を構成することが可能となる。
中立位置保持装置として上記のリテーナ部材５を設置した場合には、リテーナ部材５とハウジング１との間に波形ばね７を配置し、波形ばね７の軸方向の弾性力によりリテーナ部材５の回転に対する抵抗力を付与できる。リテーナ部材５に抵抗力が付与されると、リンク部材４の係合軸４２の移動についても十分な抵抗力が与えられる。そのため、入力部材２から出力部材３に回転を伝達する際に、入力部材２の回転に応じてリンク部材４が確実に中立位置から回動し、係合軸４２がカム面３２Ｃに当接するようになる。

第１実施例のフリータイプ双方向クラッチでは、リンク部材４を入力部材２に枢着する形態として、入力部材２に径方向の外方が開放された断面Ｕ字状の溝２２を形成し、リンク部材４の枢軸４１を、この断面Ｕ字状の溝２２に挿入して環状の出力部材３の内周面３２Ｉに当接させている。この取り付け形態によれば、入力部材２に断面円形の穴を設けてリンク部材４を枢着する取り付け法（後述の図５参照）等と比較すると、リンク部材４の枢着された入力部材２の径が小さくなり、また、枢軸４１と環状の出力部材３との距離が最小となって、フリータイプ双方向クラッチのコンパクト化を図ることができる。

ここで、第１実施例のフリータイプ双方向クラッチにおいて、リンク部材を中立位置に保持する保持装置を変更した変形例について、図５〜図７により説明する。
図５に示す変形例１は、図１等に示す第１実施例のフリータイプ双方向クラッチの保持装置における２個のコイルばね９の代わりに、ばね部材として板ばね９Ａを使用するものである。図５では、変形例１のフリータイプ双方向クラッチの、図１の断面Ａ−Ａ図に対応する断面図を最上部に表示し、変形例１の保持装置の各部品（対応する図１の部品の符号に添字Ａを付して表す。）をその下方に表示している。

変形例１のフリータイプ双方向クラッチでは、図５に示す形状の入力固定部材８Ａが２本の取付軸８２Ａにより入力部材に固定される。入力固定部材８Ａには、軸方向に延びる２個のばね受け面８１Ａが対称的に形成されており、このばね受け面８１Ａに、板ばね９Ａの両端に形成した弾性部９ＡＳがそれぞれ当接している。
板ばね９Ａは、円弧状の基板９ＡＰの両端に軸方向に延びる弾性部９ＡＳを形成したもので、リンク部材４の係合軸を収容するカップ状のリテーナ部材５Ａに固定される。リテーナ部材５Ａには２個の取付ピン５ＡＰが設けられ、板ばね９Ａは、基板９ＡＰに開けられた２個の孔に取付ピン５ＡＰが嵌め込まれ、取り付けられる。リテーナ部材５Ａ、入力固定部材８Ａ及び板ばね９Ａを組み合わせると、２個の弾性部９ＡＳのバランスにより、リンク部材４が中立位置に保持される。

図６に示す変形例２は、ばね部材としてねじりコイルばね（トーションスプリング）９Ｂを使用するものである。図６では、変形例２のフリータイプ双方向クラッチの、図１の断面Ａ−Ａ図に対応する断面図を最上部に表示し、変形例２の保持装置の各部品（対応する図１の部品の符号に添字Ｂを付して表す。）をその下方に表示している。

変形例２のフリータイプ双方向クラッチでは、図６の形状の入力固定部材８Ｂが取付軸８２Ｂにより入力部材に固定される。入力固定部材８Ｂの下部には、円形の凸部８ＢＬが形成してあり、ここに、ねじりコイルばね９Ｂの環状となった目玉部が嵌め込まれて取り付けられる。また、リンク部材４の係合軸を収容するリテーナ部材５Ｂには、ばね受け片５２Ｂが対称的に２個形成されている。
リテーナ部材５Ｂ、入力固定部材８Ｂ及びねじりコイルばね９Ｂを組み合わせると、ねじりコイルばね９Ｂの二股となった先端部が、リテーナ部材５Ｂのばね受け片５２Ｂにそれぞれ当接する。これにより、ばね受け片５２Ｂに均等なばね力が作用し、リンク部材４が中立位置に保持される。

第１実施例のフリータイプ双方向クラッチ及び上記の変形例１、２のものは、入力部材に入力固定部材を固着して保持装置を構成する。これに対し、図７に示す変形例３は、入力固定部材を使用することなく保持装置を構成するものである。
図７は、変形例３のフリータイプ双方向クラッチの、図１の断面Ｂ−Ｂ図に対応する断面図である。これに示すとおり、変形例３のものでは、入力部材２Ｘには断面が円形の単一の孔２１Ｘが形成され、孔２１Ｘには、リンク部材４の枢軸４１Ｘが回動可能に枢着される。枢軸４１Ｘには、両側面の上方が切り欠かれた平面Ｐが形成され、また、入力部材２Ｘには、孔２１Ｘに連なるポケット部Ｒが形成されている。左右のポケット部Ｒにはそれぞれコイルばね９Ｘが設置されており、枢軸４１Ｘの平面Ｐにばね力を加える。コイルばね９Ｘの代わりに、Ｕ字状の板ばね等を用いてもよい。

入力部材２Ｘが回転したときは、前述したように、リンク部材４の係合軸４２を嵌め込んだリテーナ部材５の回転が遅延し、リンク部材４が回動して入力部材２Ｘの回転を出力部材３に伝達する。一方、出力部材３が回転したときには、リンク部材４が、コイルばね９Ｘの釣り合いによって図示の状態の中立位置に保持され、出力部材３が単に空転することとなる。この変形例の中立位置の保持装置では、ばね部材を係合させるための入力固定部材を必要としないので、構造が簡略となる効果がある。

次いで、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８により説明する。第２実施例のフリータイプ双方向クラッチは、複数個のリンク部材を入力部材に等間隔に枢着したことを特徴とするもので、図８では、図１等に示す第１実施例のフリータイプ双方向クラッチの部品等に対応するものについては、同一の符号を付している。

図８（ａ）の全体構造に示されるように、第２実施例のフリータイプ双方向クラッチは、第１実施例のものと同様に、断面円形の空間部を有する固定のハウジング１を備え、ハウジング１の中心部分には、共通の回転軸ｏを有する入力部材２と出力部材３とが設置される。入力部材２には、リンク部材４が回動可能に枢着されており、リンク部材４の係合軸４２がリテーナ部材５の溝５１に嵌め込まれている。リテーナ部材５と入力固定部材８との間には、図１の断面Ａ−Ａのばねと同様な、図示しない２個のコイルばねが配置してあり、入力部材２が回転していないときは、リンク部材４を中立位置に保持する。

この第２実施例のフリータイプ双方向クラッチにおいては、図８の断面Ｂ−Ｂに示すとおり、３個のリンク部材４が周方向に等間隔に配置され、環状となった出力部材３の外周面には、リンク部材４の係合軸４２の当接するカム面３２Ｃが、リンク部材４の個数の２倍の６個（数自体は第１実施例のものと同じ）、周方向に等間隔に形成されている。
３個のリンク部材４を枢着するよう、入力部材２には、径方向の外方が開放された断面Ｕ字状の６個の溝２２が等間隔に形成されており、その中の３個の溝２２にリンク部材４が枢着されるとともに、他の３個の溝２２には、図８（ｂ）に示す入力固定部材８の取付軸８２が挿入される。取付軸８２は、第１実施例のものと比べると長めに形成され、入力部材２と入力固定部材８との間には、リング部材４の連結部４３を収容する空間が設けられている。

第２実施例のフリータイプ双方向クラッチの作動は、基本的には第１実施例のものと同じであって、入力部材２が回転したときは、リンク部材４の係合軸４２を出力部材３のカム面３２Ｃに当接して入力部材２の回転を出力部材３に伝達し、出力部材３が回転したときには、リンク部材４を中立位置に保持して出力部材３との係合を解除し、出力部材３を単に空転させる。ただし、第２実施例では、３個のリンク部材４が周方向に等間隔に配置され、その２倍の６個のカム面３２Ｃが周方向に等間隔に形成されているため、入力部材２が回転したときに３個のリンク部材４が同時にカム面３２Ｃに当接する。したがって、入力部材２から出力部材３に大きな回転トルクを伝達することが可能であり、また、入力部材２等に周方向に等間隔の位置で力が作用するので、回転バランスが良好となる。

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、入力部材の周囲に環状の出力部材を配置して、出力部材の外周面にカム面を形成するとともにカム面と入力部材との間にトルク伝達用のリンク部材を掛け渡し、このリンク部材の姿勢を変更して入力部材と出力部材との間の回転伝達と遮断を行わせるようにしたものである。
上記の実施例では、波形ばねによりリテーナ部材に軸方向の力を加え、リンク部材の係合軸に抵抗力を付与しているが、リテーナ部材の外周面の全周に凹溝を設けて板ばね等を設置し、板ばねをハウジングの内周面に当接させることにより、リテーナ部材に半径方向から抵抗力を付与することもできる。また、入力固定部材を入力部材に固定する際に、入力固定部材に設けた取付軸を入力部材の溝に嵌め込んでいるが、これに代えて、取付ねじ等の締結手段により入力固定部材を固着するなど、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。

１：ハウジング
２：入力部材
３：出力部材
３２Ｏ：外周面（出力部材の）
３２Ｃ：カム面（出力部材の）
４：リンク部材
４１：枢軸
４２：係合軸
５：リテーナ部材
７：波形ばね
８：入力固定部材
９：ばね部材

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、入力部材（入力軸）の周囲に環状の出力部材（出力軸）を配置して、出力部材の外周面にカム面を形成するとともに入力部材とカム面との間にトルク伝達用のリンク部材を設置し、このリンク部材の姿勢を変更して入力部材と出力部材との間の回転伝達と遮断を行わせ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、前記ハウジング内で共通の回転軸を中心として回転可能な入力部材及び出力部材を備え、前記入力部材からの正・逆方向の回転は前記出力部材に伝達されるとともに、前記出力部材から前記入力部材への回転の伝達は、前記出力部材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、
前記出力部材は、前記入力部材を囲んで環状に形成されていて、前記出力部材の外周面には凹所となるカム面が形成され、
前記入力部材には、前記共通の回転軸と径方向に間隔をおいて配置された枢軸を中心にして回動可能なリンク部材が枢着され、
前記リンク部材には、前記出力部材のカム面に当接可能な係合軸と、前記枢軸と前記係合軸とを連結する連結部とが設けられ、かつ、前記入力部材の停止状態において、前記係合軸の中心が前記枢軸の中心と前記共通の回転軸とを結ぶ直線上に位置する中立位置に前記リンク部材を保持する保持装置が設置されており、
前記入力部材が回転したときは、前記リンク部材が前記中立位置から回動して、前記係合軸が前記出力部材のカム面に当接し、前記出力部材が回転したときは、前記リンク部材が前記保持装置により中立位置に保持されて、前記係合軸と前記出力部材のカム面との当接が解除される」
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。

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入力部材を回転可能に設置するとともに、入力部材を囲んで環状に形成された出力部材を、共通の回転軸を中心として回転可能となるように設置して、出力部材の外周面には、凹所となるようにカム面を形成する。入力部材には、共通の回転軸と径方向に間隔をおいて配置された枢軸を中心にして回動可能なリンク部材を枢着し、このリンク部材には、出力部材の外周面のカム面に当接可能な係合軸を設ける。そして、入力部材が停止状態にあるときにリンク部材を「中立位置」に保持する、つまり、リンク部材の回動中心である枢軸の中心と共通の回転軸とを結ぶ直線上に係合軸の中心が位置するように、リンク部材の姿勢を保持する保持装置を設置している。

本発明のフリータイプ双方向クラッチにおける、入力部材に回動可能に枢着されたリンク部材は、入力部材が停止しているときには中立位置に保持され、その係合軸の中心は、枢軸の中心と共通の回転軸とを結ぶ直線上に位置しており、入力部材（及び出力部材）の回転軸からの径方向の距離が最大の状態にある。この状態であれば、リンク部材の係合軸は、環状に形成された出力部材の外周面には当接しないので、出力部材が回転（出力部材が入力部材の回転よりも高速で回転している場合を含む）しても入力部材に回転が伝達されることはない。
入力部材が回転（入力部材が出力部材の回転よりも高速で回転している場合を含む）すると、リンク部材は、入力部材に枢着された枢軸が入力部材と一体的に回転方向に移動するのに対し、径方向の外方の係合軸は、保持装置の抵抗力や慣性等により移動が遅延するため、リンク部材が入力部材と相対的に回動して、その連結部が半径方向に対し傾斜することとなる。そのため、係合軸の回転軸からの径方向の距離が縮小し、リンク部材の係合軸は、出力部材の外周面に設けられた凹所に入り込んでカム面に当接する。入力部材がさらに回転すると、入力部材は、リンク部材により出力部材を連れ回すように回転させ、入力部材の回転トルクがリンク部材を介して出力部材に伝達される。

入力部材２の断面Ｕ字状の溝２２の一つ（図１では、上方の溝）には、リンク部材４の枢軸４１が挿入される。リンク部材４（図３（ａ）も参照）は、円形断面の枢軸４１と係合軸４２とを連結部４３により結合した、断面がコ字状をなす部材であり、枢軸４１を中心として連結部４３が回動可能なように入力部材２に枢着される。枢軸４１は、その外側が出力部材３の環状の周壁部３２の内周面３２Ｉに接している。
径方向外方にある係合軸４２は、連結部４３で周壁部３２を跨ぐようにして周壁部３２の外周面３２Ｏに対向している。図１に示す状態では、回動可能なリンク部材４は中立位置、すなわち、係合軸４２の中心が枢軸４１の中心と共通の回転軸ｏとを結ぶ直線上に位置しており、このときに、係合軸４２の中心と共通の回転軸ｏとの距離が最大となる（図４も参照）。

上記のリテーナ部材５、入力固定部材８及び２個のコイルばね９をリンク部材４と組み合わせたときは、２個のコイルばね９は、そのばね力が等しくなるよう設定されているため、リンク部材４に作用する周方向の力が釣り合って、リテーナ部材５の溝５１内に収容される係合軸４２の中心は、入力部材２に枢着された枢軸４１の中心と共通の回転軸ｏとを結ぶ直線上に保持されることとなる。つまり、これらの部材は、入力部材２の停止状態において、係合軸４２の中心が枢軸４１の中心と共通の回転軸ｏとを結ぶ直線上に位置するようリンク部材４を中立位置に保持する保持装置を構成するものである。リテーナ部材５及び入力固定部材８は、コイルばね９を支持する部材であって受ける負荷もそれほど大きくはないので、合成樹脂等の軽量で成形が容易な材料で製造するのが好ましい。

Claims (6)

1. 回転不能のハウジング、前記ハウジング内で共通の回転軸を中心として回転可能な入力部材及び出力部材を備え、前記入力部材からの正・逆方向の回転は前記出力部材に伝達されるとともに、前記出力部材から前記入力部材への回転の伝達は、前記出力部材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、
   前記出力部材は、前記入力部材を囲んで環状に形成されていて、前記出力部材の外周面には凹所となるカム面が形成され、
   前記入力部材には、枢軸を中心にして回動可能なリンク部材が枢着され、
   前記リンク部材には、前記出力部材のカム面に当接可能な係合軸と、前記枢軸と前記係合軸とを連結する連結部とが設けられ、かつ、前記入力部材の停止状態において、前記係合軸が前記枢軸と同一半径上に位置する中立位置に前記リンク部材を保持する保持装置が設置されており、
   前記入力部材が回転したときは、前記リンク部材が前記中立位置から回動して、前記係合軸が前記出力部材のカム面に当接し、前記出力部材が回転したときは、前記リンク部材が前記保持装置により中立位置に保持されて、前記係合軸と前記出力部材のカム面との当接が解除されることを特徴とするフリータイプ双方向クラッチ。
2. 前記リンク部材が、複数個前記入力部材に等間隔に枢着されるとともに、前記出力部材の外周面には、前記リンク部材の整数倍の数の前記カム面が等間隔に形成されている請求項１に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
3. 前記リンク部材を中立位置に保持する保持装置が、前記ハウジング内に回転可能に設置され、前記リンク部材の係合軸を収容する溝が形成されたリテーナ部材と、前記入力部材に固定された入力固定部材と、前記リテーナ部材と前記入力固定部材との間に配置されたばね部材とを備えている請求項１又は請求項２に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
4. 前記ばね部材が２本のコイルばねである請求項３に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
5. 前記ハウジングと前記リテーナ部材との間に波形ばねが設置され、前記リテーナ部材の回転に対して抵抗力が付与される請求項３又は請求項４に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
6. 前記入力部材には、径方向の外方が開放された断面Ｕ字状の溝が形成されており、前記リンク部材の枢軸が、前記断面Ｕ字状の溝に挿入されて前記環状の出力部材の内周面に当接している請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のフリータイプ双方向クラッチ。