JP2020056480A - フリータイプ双方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】応答性に優れたフリータイプ双方向クラッチを提供する。【解決手段】回転不能のハウジング４内には、共通の中心軸Ｏの回りに回転可能な入力軸６及び出力軸８が設置されている。入力軸６には、一対の円弧状周縁３２ａ及び３２ｂを有する貫通開口が形成された回転体２８が固着され、出力軸８には太陽歯車３４が固着されている。貫通開口には遊星歯車体３８が配置され、遊星歯車体３８は、遊星歯車３６と、一方向クラッチ４６ａ及び４６ｂを介して回転軸４４に嵌め合わされ、軸方向に並置された一対の円筒状の作動子５０ａ及び５０ｂとを有する。入力軸６が回転したときは、一方の円弧状周縁３２ａ又は３２ｂが作動子５０ａ又は５０ｂの外周面に当接することにより、遊星歯車３６の空転が阻止されて出力軸８へ回転が伝達されるが、出力軸８が回転したときは遊星歯車３６の自転が許容されて入力軸６への回転の伝達が遮断される。【選択図】図１

Description

本発明は、入力軸と出力軸との間の回転伝達状態を変更するクラッチ装置、特に、入力軸からの正・逆回転の回転を出力軸に伝達し、出力軸からの回転の伝達は、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フリータイプ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、入力軸の正方向及び逆方向の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伝達は、出力軸を空転させて遮断する機能を備えている。

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連結され、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。

フリータイプ双方向クラッチとして、特許文献１に記載されたフリータイプ双方向クラッチが知られている。この双方向クラッチは、遊星歯車機構における遊星歯車体の空転を利用して、太陽歯車に連結された出力軸からの回転を遮断するものである。入力軸が回転したときは、入力軸のカム体の直線部と遊星歯車体の突出部の直線部とが当接し、両方の直線部が重なり合って遊星歯車体の自転を阻止し、出力軸が入力軸と同一回転数で同一方向に回転する。

また、本出願人は、特許文献２に記載されたフリータイプ双方向クラッチを提案している。この双方向クラッチは、遊星歯車体に一方向クラッチを取り付け、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ようにして、特許文献１のフリータイプ双方向クラッチの問題点を解消したものであり、特許文献２に記載のフリータイプ双方向クラッチについて、図１１により説明する。

このフリータイプ双方向クラッチ１００は、回転不能のハウジング１０２、ハウジング１０２内で共通の中心軸Ｏの回りに回転可能な入力軸１０４及び出力軸１０６を備える。ハウジング１０２の内部には、入力軸１０４に固着されたカム体１０８と、出力軸１０６に固着された太陽歯車１１０と、太陽歯車１１０と噛み合う遊星歯車１１２ａ及び１１２ｂを有する一対の遊星歯車体１１４ａ及び１１４ｂと、遊星歯車体１１４ａ及び１１４ｂを回転可能に軸支し共通の中心軸Ｏの回りに回転可能なキャリア１１６とが配置されている。一対の遊星歯車体１１４ａ及び１１４ｂは、一方向クラッチ１１８ａ及び１１８ｂを介して遊星歯車１１２ａ及び１１２ｂの回転軸１２０ａ及び１２０ｂに嵌め合わされた作動子１２２ａ及び１２２ｂを有するとともに、一対の遊星歯車体１１４ａ及び１１４ｂのそれぞれの一方向クラッチ１１８ａ及び１１８ｂは、異なる回転方向の空転を許容するよう設定されている。また、一対の遊星歯車体１１４ａ及び１１４ｂのそれぞれは、カム体１０８の一方側及び他方側に配置され、かつ、作動子１２２ａ及び１２２ｂ及びカム体１０８の断面には、それぞれ直線部が形成されている。

そして、特許文献２に記載の双方向クラッチ１００によれば、入力軸１０４が回転したときは、一対の遊星歯車体１１４ａ及び１１４ｂのうち、回転方向で近距離にある遊星歯車体１１４ａ又は１１４ｂにおける作動子１２２ａ又は１２２ｂの外周面が、入力軸１０４のカム体１０８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１０４のカム体１０８は、当接した遊星歯車体１１４ａ又は１１４ｂの遊星歯車１１２ａ又は１１２ｂを介してキャリア１１６を同一方向に回転させ、作動子１２２ａ又は１２２ｂが当接していない他方の遊星歯車体１１４ａ又は１１４ｂを同様にその回転方向に移動させる。ここで、遊星歯車体１１４ａ及び１１４ｂの遊星歯車１１２ａ及び１１２ｂは出力軸１０６の太陽歯車１１０と噛み合っているが、一方向クラッチ１１８ａ及び１１８ｂによりその回転（自転）が拘束されているため、太陽歯車１１０が遊星歯車１１２ａ及び１１２ｂの移動（公転）に連れ回ることとなり、出力軸１０６は、入力軸１０４と一体化されて同一方向に回転する。また、一対の遊星歯車体１１４ａ及び１１４ｂは対称的に配置されているので、入力軸１０４から出力軸１０６への回転伝達は入力軸１０４の回転方向を問わず行われる。

これに対し、出力軸１０６が回転すると、太陽歯車１１０と噛み合う遊星歯車１１２ａ及び１１２ｂはキャリア１１６の支持軸の周りに自転しようとする。しかし、入力軸１０４が停止した位置においては、一方の遊星歯車体１１４ａ又は１１４ｂの作動子１２２ａ又は１２２ｂの直線部とカム体１０８の直線部とが重なっており、その作動子１２２ａ又は１２２ｂは自転することができない。
この状態において、出力軸１０６の回転方向が、入力軸１０４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１１２ａ又は１１２ｂは、一方向クラッチ１１８ａ又は１１８ｂにより作動子１２２ａ又は１２２ｂと一体化され、キャリア１１６を伴いながら出力軸１０６（太陽歯車１１０）の回転方向にわずかに移動する。これにより、作動子１２２ａ又は１２２ｂが遊星歯車１１２ａ又は１１２ｂとともに移動してカム体１０８から離れ、図１１の断面Ａ−Ａの状態に至るため、出力軸１０６は空転する。
一方、出力軸１０６の回転方向が、入力軸１０４が停止する以前の回転方向と逆であれば、遊星歯車１１２ａ又は１１２ｂは一方向クラッチ１１８ａ又は１１８ｂにより作動子１２２ａ又は１２２ｂと切り離される。そのため、作動子１２２ａ又は１２２ｂの直線部とカム体１０８の直線部とが重なっていても、遊星歯車１１２ａ又は１１２ｂは自転が可能であって、入力軸１０４に回転を伝達することなく、出力軸１０６は空転する。

特許第５９２６８４３号公報 特許第６０２７７０２号公報

特許文献２に記載のフリータイプ双方向クラッチ１００では、出力軸１０６を空転（回転方向は入力軸１０４が停止する以前に回転していたのと同一方向）させるときは、正多角形断面の作動子１２２ａ又は１２２ｂをカム体１０８から離隔して作動子１２２ａ又は１２２ｂの自転を許容する。これを達成するには、作動子１２２ａ及び１２２ｂは、その正多角形断面の外接円がカム体１０８と干渉しない位置に配置されなければならない。
一方、入力軸１０４から出力軸１０６への回転伝達時には、作動子１２２ａ又は１２２ｂの正多角形断面の直線部とカム体１０８の直線部とを重ね合わせなければならず、入力軸１０４のカム体１０８と遊星歯車体１１４ａ又は１１４ｂの作動子１２２ａ又は１２２ｂとが離間している場合には、入力軸１０４の回転が開始しても、カム体１０８の直線部と作動子１２２ａ又は１２２の直線部とが重なる状態で当接するまでは、入力軸１０４から出力軸１０６に回転が伝達されない。入力軸１０４の回転の開始から出力軸１０６に回転が伝達されるまでに若干の時間差が生じることとなり、特許文献２に記載のフリータイプ双方向クラッチ１００には、入力軸１０４から出力軸１０６への回転伝達の応答性の面で改善の余地がある。

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、入力軸から出力軸への回転伝達の応答性に優れたフリータイプ双方向クラッチを提供することである。

上記課題を解決するために本発明が提供するのは以下のフリータイプ双方向クラッチである。すなわち、「回転不能のハウジング、前記ハウジング内で共通の中心軸の回りに回転可能な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、前記ハウジングの内部には、前記入力軸に固着された回転体と、前記出力軸に固着された太陽歯車と、前記太陽歯車と噛み合う遊星歯車を有する遊星歯車体と、前記遊星歯車体を回転可能に軸支し前記共通の中心軸の回りに回転可能なキャリアとが配置され、前記遊星歯車体は、一対の一方向クラッチを介して前記遊星歯車の回転軸に嵌め合わされ、軸方向に並置された一対の円筒状の作動子を有するとともに、前記一対の一方向クラッチのそれぞれは、異なる回転方向の空転を許容するよう設定され、前記回転体には貫通開口が形成され、前記貫通開口は、前記回転体の径方向中心を通る直線を対称軸として線対称に形成された一対の円弧状周縁を有し、前記一対の円弧状周縁の一方は前記一対の作動子の一方の軸方向位置に配置され、前記一対の円弧状周縁の他方は前記一対の作動子の他方の軸方向位置に配置されており、前記入力軸が回転したときは、その回転方向に応じて、前記一対の円弧状周縁の一方又は他方が前記作動子の外周面に当接することにより、前記遊星歯車の空転が阻止されて前記太陽歯車が前記回転体及び前記キャリアと一体的に回転するとともに、前記出力軸が回転したときは、前記遊星歯車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。

前記入力軸が回転したときに前記円弧状周縁と前記作動子の外周面とが当接した当接点から前記共通の中心軸までを結ぶ線分と、前記当接点から前記作動子の径方向中心までを結ぶ線分とのなす角度は１５度±３度であり、前記円弧状周縁の半径と前記作動子の直径とが同一であるのが好ましい。前記キャリアには、前記太陽歯車と噛み合うアイドル歯車が軸支されているのが好適である。

本発明が提供するフリータイプ双方向クラッチによれば、入力軸が回転すると回転体も同一方向に回転して、一対の円弧状周縁の一方又は他方が作動子の外周面に当接し、円弧状周縁に当接した作動子を介して、遊星歯車及びキャリアを同一方向に回転させる。ここで、遊星歯車体の遊星歯車は出力軸の太陽歯車と噛み合っているが、円弧状周縁に当接した作動子に装着されている一方向クラッチによりその回転（自転）が拘束されているため、太陽歯車が遊星歯車の移動（公転）に連れ回ることとなり、出力軸は、入力軸と一体化されて同一方向に回転する。
本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、円弧状周縁は互いに線対称に形成されているので、入力軸から出力軸への回転伝達は入力軸の回転方向を問わず行われる。

そして、一方の作動子の外周面が回転体の円弧状周縁と当接した状態で、入力軸が停止し出力軸が回転する場合、出力軸の回転方向が、入力軸が停止する以前に回転していたのと同一方向であれば、円弧状周縁に当接していた作動子と遊星歯車とが一方向クラッチにより一体化されて、遊星歯車体が太陽歯車の回転方向にわずかに移動（公転）する。これによって、円弧状周縁に当接していた作動子の外周面が円弧状周縁から離間するので、遊星歯車の自転が許容されて、出力軸から入力軸への回転の伝達が遮断される。
出力軸の回転方向が、入力軸が停止する以前の回転方向と逆であれば、円弧状周縁に当接していた作動子は一方向クラッチにより遊星歯車と切り離される。そのため、作動子と円弧状周縁とが当接していても、遊星歯車は自転が可能であって、入力軸に回転を伝達することなく、出力軸は空転する。

このように、本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、入力軸が停止する以前に回転していたのと同一方向に出力軸が回転したときは、円弧状周縁に当接していた作動子の外周面が円弧状周縁から離れて、遊星歯車の自転を許容する。本発明においては、作動子の断面が円形でありその外周面が回転体の円弧状周縁に当接するので、当接する位置から作動子がわずかに移動すると遊星歯車の自転が可能となる。つまり、直線部を重ね合わせて当接する特許文献２のフリータイプ双方向クラッチと比較すると、作動子を回転体の円弧状周縁に近接して配置することが可能であって、入力軸から出力軸への回転伝達が迅速に行われることとなり、本発明のフリータイプ双方向クラッチは、入力軸から出力軸への回転伝達の応答性に優れたものとなっている。また、本発明のフリータイプ双方向クラッチにおいては、一方向クラッチ及び作動子を有する単一の遊星歯車体が配置されているだけなので、複数の遊星歯車体が配置されている場合と比べ、簡単でコンパクトな構造となっている。

本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、入力軸から出力軸への回転伝達時には作動子の外周面を回転体の円弧状周縁に当接させ、当接点に働く摩擦力により作動子の自転を拘束する。摩擦力を増大させるには当接点の法線方向の分力を増加させる必要があるが、摩擦力が過大になると、出力軸を空転させるときに作動子の外周面を円弧状周縁から離間させるのが困難となる。このような点を考慮すると、当接点から入力軸及び出力軸の共通の中心軸までを結ぶ線分と、当接点から作動子の径方向中心までを結ぶ線分とのなす角度が１５±３度であり、円弧状周縁の半径と作動子の直径とが同一であるように設定するのが好ましい。

キャリアに太陽歯車と噛み合うアイドル歯車が軸支されているときは、入力軸及び出力軸の周りに構成部品の重量が均等に配分されるため、回転バランスが良好となり、作動中における入力軸や出力軸の傾きや振動等が防止される。また、アイドル歯車によって、出力軸の太陽歯車とキャリアとの相対的な位置関係がより正確に保持される。

本発明に従って構成されたフリータイプ双方向クラッチの断面図。 図１に示すハウジングの正面図及び断面図。 図１に示す入力軸の正面図及び断面図。 図１に示す遊星歯車体の構成図。 図１に示すキャリア及びキャリア補助部材の正面図及び断面図。 図１に示すアイドル歯車の正面図及び断面図。 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断面図。 図１に示すフリータイプ双方向クラッチの出力軸回転時の作動を示す断面図。 図８に示す出力軸の回転方向の逆方向に出力軸が回転するときの作動を示す断面図。 貫通開口の円弧状周縁と作動子の外周面とが当接した際の当接角度を示す模式図。 従来のフリータイプ双方向クラッチの断面図。

以下、本発明に従って構成されたフリータイプ双方向クラッチの好適実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１に示すとおり、全体を符号２で示すフリータイプ双方向クラッチは、回転不能のハウジング４、ハウジング４内で共通の中心軸Ｏの回りに回転可能な入力軸６及び出力軸８を備える。

図２を参照してハウジング４について説明する。ハウジング４は、回転不能に固定されるハウジング本体１０と、ハウジング本体１０の開放端に装着されるシールド体１２とを備える。ハウジング本体１０は、矩形状の端面壁１４と、この端面壁１４の周縁から軸方向片側に延出する側壁１６とを有する。端面壁１４の中心部分には、出力軸８が通過する円形の通過開口１８が形成されている。側壁１６の内周面は円筒状に形成されており、ハウジング本体１０においては、端面壁１４の内面と側壁１６の内面とで円形断面の内部空間２０が規定されている。また、側壁１６の延出端の四隅には、シールド体１２をハウジング本体１０に固定するためのねじ（図示していない。）が締結される雌ねじ２２が形成されている。

図２に示すとおり、矩形板状のシールド体１２の中心部分には、入力軸６が通過する円形の通過開口２４が形成されている。また、シールド体１２の四隅には、シールド体１２をハウジング本体１０に固定するための上記ねじを通すための穴２６が形成されている。

図１及び図３を参照して入力軸６について説明する。入力軸６の一端部には円柱状の回転体２８が固着されている。この回転体２８には貫通開口３０が形成され、この貫通開口３０は、回転体２８の径方向中心を通る直線Ｌを対称軸として線対称に形成された一対の円弧状周縁３２ａ及び３２ｂを有する。図３を参照することによって理解されるとおり、一方の円弧状周縁３２ａは貫通開口３０の軸方向一端側部分３０ａ（入力軸６に近い方の部分）に形成され、他方の円弧状周縁３２ｂは貫通開口３０の軸方向他端側部分３０ｂに形成されている。

なお、貫通開口３０の軸方向一端側部分３０ａ及び軸方向他端側部分３０ｂの形状については、図示の実施形態では全体として扇形状であるが、後述する一対の作動子５０ａ又は５０ｂのいずれか一方が円弧状周縁３２ａ又は３２ｂのいずれか一方に当接した際に、一対の作動子５０ａ又は５０ｂのいずれか他方が貫通開口３０の一端側部分３０ａ及び他端側部分３０ｂの周縁に当接しないような形状であれば全体として扇形状でなくてもよい。そして、モータ等の駆動源（図示していない。）に連結される入力軸６の他端部は、図１に示すとおり、シールド体１２の通過開口２４を通過してハウジング４の外部に突出している。

図１に示すとおり。出力軸８の一端部の外周面には太陽歯車３４が固着されている。また、被駆動機器（図示していない。）に連結される出力軸８の他端部は、ハウジング本体１０の通過開口１８を通過してハウジング４の外部に突出している。

図１に示すとおり、ハウジング４の内部には、回転体２８及び太陽歯車３４のほか、太陽歯車３４と噛み合う遊星歯車３６を有する遊星歯車体３８と、遊星歯車体３８を回転可能に軸支し共通の中心軸Ｏの回りに回転可能なキャリア４０とが配置されている。

図１及び図４を参照して遊星歯車体３８について説明する。図４に示すとおり、円盤状の遊星歯車３６の片面の中心部分には円形凹所４２が形成され、遊星歯車３６の他面の中心部分には円柱状の回転軸４４が固着されている。回転軸４４には、一対の一方向クラッチ４６ａ及び４６ｂを介して、端面に円形の通過開口４８ａ及び４８ｂが形成された有底円筒状の作動子５０ａ及び５０ｂが嵌め合わされ、軸方向に並置されている。一方の作動子５０ａは、貫通開口３０の第一の部分３０ａ（入力軸６側）に配置され、他方の作動子５０ｂは、貫通開口３０の第二の部分３０ｂ（出力軸８側）に配置されている。換言すると、一方の円弧状周縁３２ａが一方の作動子５０ａの軸方向位置に配置され、他方の円弧状周縁３２ｂが他方の作動子５０ｂの軸方向位置に配置されている。また、図示の実施形態では、円弧状周縁３２ａ及び３２ｂの半径と作動子５０ａ及び５０ｂの直径とが同一である。なお、図４に示す遊星歯車体３８は、便宜上、図１に示す遊星歯車体３８よりも拡大している。

図４を参照して説明を続けると、一方向クラッチ４６ａ及び４６ｂは、作動子５０ａ及び５０ｂの内周面に固定された円筒状の主部５２ａ及び５２ｂと、主部５２ａ及び５２ｂの内周面に周方向に間隔をおいて形成された複数の楔型凹所５４ａ及び５４ｂに配置された複数の円柱状のローラー５６ａ及び５６ｂとを有する。図４の断面Ａ−Ａに示すとおり、各楔型凹所５４ａの径方向寸法は、紙面上方から見て時計方向に向かって次第に狭くなっており、各楔型凹所５４ａには時計方向に向かってローラー５６ａを押し付けるばね（図示していない。）が配置されている。また、図４の断面Ｂ−Ｂに示すとおり、各楔型凹所５４ｂの径方向寸法は、紙面上方から見て反時計方向に向かって次第に狭くなっており、各楔型凹所５４ｂには反時計方向に向かってローラー５６ｂを押し付けるばね（図示していない。）が配置されている。

遊星歯車体３８においては、図１の右側上段の断面図の右方から見て、遊星歯車３６が一対の作動子５０ａ及び５０ｂに対して時計方向に回転する場合（あるいは作動子５０ａ及び５０ｂが遊星歯車３６に対して反時計方向に回転する場合）には、回転軸４４と楔型凹所５４ａとの間にローラー５６ａが噛み込まれるため、遊星歯車３６と作動子５０ａとの相対的な空転が一方向クラッチ４６ａによって阻止され、遊星歯車３６と作動子５０ａとが一方向クラッチ４６ａを介して一体的に回転する一方、回転軸４４と楔形凹所５４ｂとの間にはローラー５６ｂが噛み込まれず、遊星歯車３６と作動子５０ｂとの相対的な空転が許容される。

また、遊星歯車体３８においては、図１の右側上段の断面図の右方から見て、遊星歯車３６が一対の作動子５０ａ及び５０ｂに対して反時計方向に回転する場合（あるいは作動子５０ａ及び５０ｂが遊星歯車３６に対して時計方向に回転する場合）には、回転軸４４と楔型凹所５４ｂとの間にローラー５６ｂが噛み込まれるため、遊星歯車３６と作動子５０ｂとの相対的な空転が一方向クラッチ４６ｂによって阻止され、遊星歯車３６と作動子５０ｂとが一方向クラッチ４６ｂを介して一体的に回転する一方、回転軸４４と楔形凹所５４ａとの間にはローラー５６ａが噛み込まれず、遊星歯車３６と作動子５０ａとの相対的な空転が許容される。このように、一方向クラッチ４６ａ及び４６ｂにおいては、それぞれ異なる回転方向の空転を許容するよう設定されている。

図５を参照してキャリア４０について説明する。キャリア４０は、有底円筒状のキャリア本体５８と、キャリア本体５８の開放端に装着される補助プレート６０とを備える。キャリア本体５８は、円形端面壁６２と、この端面壁６２の周縁から軸方向片側に延出する円筒状の側壁６４とを有する。端面壁６２の中心部分には、出力軸８が通過する円形の通過開口６６が形成されている。端面壁６２の内面には、通過開口６６を中心とする円周上に周方向に等間隔をおいて３個の円形突起６８が設けられている。また、側壁６４の延出端には、周方向に間隔をおいて３個の切り欠き７０が形成されている。

図５に示すとおり、円形板状の補助プレート６０の中心部分には入力軸６が通過する円形の通過開口７２が形成され、通過開口７２を中心とする円周上には周方向に等間隔をおいて３個の円形の支持孔７４が設けられている。また、補助プレート６０の外周縁には、周方向に間隔をおいて径方向外方に突出する弧状突出片７６が形成されている。そして、補助プレート６０においては、各突出片７６がキャリア本体５８の各切り欠き７０に位置づけられてキャリア本体５８に連結される。そうすると、キャリア本体５８の各円形突起６８と補助プレート６０の各支持孔７４とが軸方向において互いに対面することになる。

図１に示すとおり、フリータイプ双方向クラッチ２が組み立てられた際には、キャリア本体５８の円形突起６８に遊星歯車３６の円形凹所４２が回転自在に支持されると共に、補助プレート６０の支持孔７４に遊星歯車３６の回転軸４４が回転自在に支持される。

図示の実施形態では図１に示すとおり、ハウジング４の内部には、太陽歯車３４と噛み合う一対のアイドル歯車７８が設けられている。図６に示すとおり、アイドル歯車７８の中心部分には円形開口８０が形成されている。そして、フリータイプ双方向クラッチ２が組み立てられた際には、アイドル歯車７８の円形開口８０がキャリア本体５８の円形突起６８に回転自在に支持される。

次に、上述したとおりのフリータイプ双方向クラッチ２の作動について図７ないし図１０を参照して説明する。

まず、図７を参照して入力軸６から出力軸８への回転伝達について説明する。図７の右側上段の断面図の右方から見て反時計方向に入力軸６が中心軸Ｏの回りに回転すると、入力軸６に固着された回転体２８も反時計方向に回転する。そうすると、図７の断面Ａ−Ａに示すとおり、貫通開口３０の一方の円弧状周縁３２ａが作動子５０ａの外周面に当接する。この状態となると、一方の円弧状周縁３２ａと作動子５０ａの外周面との当接点に働く摩擦力によって作動子５０ａが自転できなくなり、作動子５０ａは、一方向クラッチ４６ａ及び遊星歯車３６を介して、回転体２８と共にキャリア４０を反時計方向に回転させる。

したがって、入力軸６が中心軸Ｏの回りに反時計方向に回転すると、回転体２８、遊星歯車体３８、キャリア４０及び太陽歯車３４を介して出力軸８が中心軸Ｏの回りに時計方向に回転して、出力軸８に連結された被駆動機器に回転が伝達される。フリータイプ双方向クラッチ２では、円弧状周縁３２ａ及び３２ｂは互いに線対称に形成されているので、入力軸６が中心軸Ｏの回りに時計方向に回転すると、円弧状周縁３２ｂと作動子５０ｂとが当接し、上述したとおりの回転伝達と同様な回転伝達が行われ、出力軸８が中心軸Ｏの回りに時計方向に回転する。

次に、図８及び図９を参照して出力軸８が回転した場合の入力軸６への回転伝達の遮断について説明する。

図８に示すとおり、入力軸６の反時計方向の回転が停止して、作動子５０ａの外周面が円弧状周縁３２ａに当接した状態（図８の断面Ａ−Ａ参照。）で、図８の右側上段の断面図の右方から見て反時計方向に出力軸８が回転した場合には、太陽歯車３４から遊星歯車３６に時計方向の自転の回転トルクが付与される。このとき、遊星歯車３６は、一方向クラッチ４６ａにより作動子５０ａに対する空転が阻止されて作動子５０ａと一体的に回転することになるが、太陽歯車３４の反時計方向の回転によって遊星歯車体３８全体がキャリア４０と共に反時計方向にわずかに移動して、作動子５０ａの外周面が円弧状周縁３２ａから離間する。また、遊星歯車３６は、時計方向の自転の回転トルクが付与されたときには、一方向クラッチ４６ｂにより作動子５０ｂに対する空転が許容される。したがって、出力軸８が中心軸Ｏの回りに時計方向に回転したときは、遊星歯車３６の自転が許容されて出力軸８が空転し、出力軸８から入力軸６への回転の伝達が遮断される。

図９に示すとおり、入力軸６の反時計方向の回転が停止して、作動子５０ａの外周面が円弧状周縁３２ａに当接した状態（図９の断面Ａ−Ａ参照。）で、図９の右側上段の断面図の右方から見て時計方向に出力軸８が回転した場合には、太陽歯車３４から遊星歯車３６に反時計方向の自転の回転トルクが付与される。このときは、一方向クラッチ４６ａにより作動子５０ａに対する遊星歯車３６の時計方向の空転が許容されるので、作動子５０ａの外周面が円弧状周縁３２ａに当接していても（図９の断面Ａ−Ａ参照。）、遊星歯車３６の自転が可能である。また、この状態において作動子５０ｂは円弧状周縁３２ｂに当接していないため、一方向クラッチ４６ｂにより作動子５０ｂに対する遊星歯車３６の時計方向の空転が阻止されていても、遊星歯車体３８全体としての自転が可能である。したがって、出力軸８が中心軸Ｏの回りに反時計方向に回転したときも、遊星歯車３６の自転が許容されて出力軸８が空転し、出力軸８から入力軸６への回転の伝達が遮断される。

このように、フリータイプ双方向クラッチ２では、入力軸６が停止する以前に回転していたのと同一方向に出力軸８が回転したときは、円弧状周縁３２ａ又は３２ｂに当接していた作動子５０ａ又は５０ｂの外周面が円弧状周縁３２ａ又は３２ｂから離れて、遊星歯車３６の自転を許容する。フリータイプ双方向クラッチ２においては、作動子５０ａ又は５０ｂの断面が円形でありその外周面が回転体２８の円弧状周縁３２ａ又は３２ｂに当接するので、当接する位置から作動子５０ａ又は５０ｂがわずかに移動すると遊星歯車３６の自転が可能となる。つまり、直線部を重ね合わせて当接する特許文献２のフリータイプ双方向クラッチと比較すると、作動子５０ａ又は５０ｂを回転体２８の円弧状周縁３２ａ又は３２ｂに近接して配置することが可能であって、入力軸６から出力軸８への回転伝達が迅速に行われることとなり、フリータイプ双方向クラッチ２は、入力軸６から出力軸８への回転伝達の応答性に優れたものとなっている。

フリータイプ双方向クラッチ２では、出力軸８がどちらの方向に回転した場合でも、入力軸６の回転が停止した状態の停止位置を保持したまま、遊星歯車３６を自転させて、入力軸６への回転伝達を遮断することができる。また、フリータイプ双方向クラッチ２では、回転体２８の円弧状周縁３２ａ及び３２ｂが線対称に配置されているので、入力軸６の反時計方向の回転が停止したときも、同様な作動で出力軸８から入力軸６への回転伝達を遮断できるのは明らかである。

ところで、本発明のフリータイプ双方向クラッチ２では、図１０に示すように、入力軸６から出力軸８への回転伝達時には作動子５０ａの外周面を回転体２８の円弧状周縁３２ａに当接させ、当接点Ｐに働く摩擦力により作動子５０ａの自転を拘束する。摩擦力を増大させるには当接点Ｐの法線方向の分力を増加させる必要があるが、摩擦力が過大になると、出力軸８を空転させるときに作動子５０ａの外周面を円弧状周縁３２ａから離間させるのが困難となる。このような点を考慮すると、当接点Ｐから入力軸６及び出力軸８の共通の中心軸Ｏまでを結ぶ線分Ｌ１と、当接点Ｐから作動子５０ａの径方向中心Ｃまでを結ぶ線分Ｌ２とのなす角度θが１５±３度であり、円弧状周縁３２ａの半径と作動子５０ａの直径とが同一であるように設定するのが好ましい。なお、作動子５０ｂと円弧状周縁３２ｂとの関係についても同様である。

図示の実施形態のように、太陽歯車３４と噛み合う一対のアイドル歯車７８がキャリア４０に軸支され、遊星歯車３６と一対のアイドル歯車７８とが等間隔に配置されている場合は、入力軸６及び出力軸８の周りに構成部品の重量が均等に配分されるため、回転バランスが良好となり、作動中における入力軸６や出力軸８の傾きや振動等が防止される。また、アイドル歯車７８によって、出力軸８の太陽歯車３４とキャリア４０との相対的な位置関係がより正確に保持される。

２：フリータイプ双方向クラッチ
４：ハウジング
６：入力軸
８：出力軸
２８：回転体
３０：貫通開口
３２ａ：円弧状周縁
３２ｂ：円弧状周縁
３４：太陽歯車
３６：遊星歯車
３８：遊星歯車体
４０：キャリア
４４：回転軸
４６ａ：一方向クラッチ
４６ｂ：一方向クラッチ
５０ａ：作動子
５０ｂ：作動子
７８：アイドル歯車

Claims (3)

1. 回転不能のハウジング、前記ハウジング内で共通の中心軸の回りに回転可能な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、
   前記ハウジングの内部には、前記入力軸に固着された回転体と、前記出力軸に固着された太陽歯車と、前記太陽歯車と噛み合う遊星歯車を有する遊星歯車体と、前記遊星歯車体を回転可能に軸支し前記共通の中心軸の回りに回転可能なキャリアとが配置され、
   前記遊星歯車体は、一対の一方向クラッチを介して前記遊星歯車の回転軸に嵌め合わされ、軸方向に並置された一対の円筒状の作動子を有するとともに、前記一対の一方向クラッチのそれぞれは、異なる回転方向の空転を許容するよう設定され、
   前記回転体には貫通開口が形成され、前記貫通開口は、前記回転体の径方向中心を通る直線を対称軸として線対称に形成された一対の円弧状周縁を有し、
   前記一対の円弧状周縁の一方は前記一対の作動子の一方の軸方向位置に配置され、前記一対の円弧状周縁の他方は前記一対の作動子の他方の軸方向位置に配置されており、
   前記入力軸が回転したときは、その回転方向に応じて、前記一対の円弧状周縁の一方又は他方が前記作動子の外周面に当接することにより、前記遊星歯車の空転が阻止されて前記太陽歯車が前記回転体及び前記キャリアと一体的に回転するとともに、前記出力軸が回転したときは、前記遊星歯車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。
2. 前記入力軸が回転したときに前記円弧状周縁と前記作動子の外周面とが当接した当接点から前記共通の中心軸までを結ぶ線分と、前記当接点から前記作動子の径方向中心までを結ぶ線分とのなす角度は１５度±３度であり、
   前記円弧状周縁の半径と前記作動子の直径とが同一である、請求項１に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
3. 前記キャリアには、前記太陽歯車と噛み合うアイドル歯車が軸支されている、請求項１又は２に記載のフリータイプ双方向クラッチ。