JP4949196B2 - 双方向クラッチ - Google Patents

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、２参照）が提案されている。また、双方向クラッチの他の例として、出力部材となる従動側部材に回転力が与えられると、出力部材が空転する構造のものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２０００−１９９５３２公報 特開２００７−０３２６３４公報 特開平１０−０３７９８５公報

前掲の特許文献１の発明に係る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。また、前掲の特許文献２の双方向クラッチも入出力側の歯部を互いに噛み合せる構造であるので、小型化が難しいと共に、ローラが入力部材と出力部材とに噛み付く機構を高精度にすることが要求される。さらに、これら特許文献１、２に記載されている双方向クラッチはいずれも、出力部材に力が働くときに噛み付いて空転しない構造であり、出力側を空転させたい場合には使用できないという問題がある。

前掲の特許文献３に記載された双方向クラッチは、出力部材に力が働くときに噛み付かずに出力部材が空転するという点においては問題がないが、入力部材と出力部材との間に形成される双方向の楔形空間を高精度で形成しなければ、出力部材に力が働いたときに出力部材とローラとの間の摩擦力によって食い込み、空転しなくなるという問題がある。また、精度の高い構造としても汚れなどによって空転し難くなり、その過程で異音を発生し、寿命が短くなるという欠点がある。

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出力部材が空転することにより入力部材に伝達されない双方向クラッチを提供するものである。本発明の双方向クラッチは、内輪部材に相当する中間部材が２個以上からなり、入力部材の変位によって放射方向に動くことにより、前記出力部材と前記中間部材との間隙を変化させて、前記出力部材と前記中間部材とに前記転がり部材を噛み付かせ、あるいは双方向に自在に動けるようにしているので、精度が高くなくても、あるいは使用により磨耗しても、前記出力部材と前記中間部材とに対する前記転がり部材の噛み付き、あるいは空転が確実に行え、しかも長寿命化を実現できる。

第１の発明は、入力部材と、出力部材と、これら入力部材と出力部材との間に位置する中間部材と、その中間部材と前記出力部材との間に位置する複数の転がり部材と、これらを収容するハウジング部材とを備え、前記入力部材に働く回転駆動力でその入力部材がその回転中心を基準にして変位することにより前記中間部材を放射外方向に動かし、前記出力部材と前記中間部材との間隙を変化させて、前記出力部材と前記中間部材とに前記転がり部材を噛み付かせて前記入力部材からの回転駆動力を前記出力部材に伝達し、又は噛み付かせないで前記出力部材からの回転力を前記入力部材に伝達しない双方向クラッチであって、前記中間部材は複数個の中間部からなり、前記入力部材は、長軸側と短軸側とを有する断面形状の入力係合部と該入力係合部から延びる入力軸部とから構成され、前記入力係合部は前記複数の中間部の間に挟まれており、前記出力部材は出力軸部と出力円筒状部とから構成されて、前記出力円筒状部は前記中間部材を囲むように位置し、前記複数の中間部を互いに引き付け合う方向の力を与える緊締部材を備え、前記入力部材に前記回転駆動力が働くとき、前記入力部材が変位することにより、前記複数の中間部は前記入力係合部により力を受け、前記緊締部材の力に逆らって互いに離れる方向に動き、これに伴い前記転がり部材は前記中間部と前記出力円筒状部とに噛み合い、前記回転駆動力が前記出力部材に伝達されるものであり、また、前記ハウジング部材と組み合わされるシールド部材と、該シールド部材と平行に位置して前記中間部材の動きを案内し、規制する支承部材と、前記シールド部材と前記支承部材との間に位置する摩擦弾性部材とを備え、その摩擦弾性部材は、前記入力部材の前記回転駆動力が所定値以下のときには前記支承部材が回転するのを阻止す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、前記出力円筒状部の内周面には前記転がり部材の一部分を収容する楔形凹所が形成されており、前記分割された中間部材の外周面は円弧状面であり、前記入力部材に前記回転駆動力が働くとき、前記転がり部材は前記出力円筒状部の前記楔形凹所の底面と前記中間部材の前記円弧状面とに噛み合う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、前記中間部材が２個の前記中間部からなる場合は、前記入力係合部は長方形状又は楕円状であり、前記中間部材が３個以上の前記中間部からなる場合は、前記入力係合部は、前記中間部の個数と同じ個数の角を有する多角形状となる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の発明において、前記緊締部材はバネであり、前記中間部材は前記バネと係合する係合部を有し、前記支承部材はその主面から延びる複数のピンを備え、これらピンが前記バネを支承し、前記入力部材に前記回転駆動力が働くとき、前記バネの弾性力に逆らって、前記中間部材は前記支承部材のガイド部に沿って互いに離れる方向に動く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の発明において、前記緊締部材は前記中間部材の前記中間部のそれぞれに備えられた極性の異なる磁石部材からなり、その磁石部材の吸引力が前記中間部を互いに引き付け合うことにより、前記入力部材に前記回転駆動力が働かないとき、前記緊締部材の働きによって前記転がり部材は前記中間部材と前記出力円筒状部とに噛み合わず、前記出力部材が空転可能であ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の発明によれば、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確実に伝達されるが、出力部材側に加えられる回転力は出力部材が空転することによって入力部材側に確実に伝達されない、小型化が可能で経済性に優れた双方向クラッチを提供できる。出力部材と中間部材と転がり部材との精度が高くなくても、前記効果を実現できる具体的な構造を提供できる。また、磨耗などによっても噛み付き機能及び空転機能は影響されず、長寿命化を図ることが可能である。さらに、前記入力部材の前記回転駆動力が所定値以下のときには前記支承部材が回転するのを阻止する摩擦弾性部材を備えているので、前記中間部材の複数の中間部の動作を確実なものとしている。

前記第２の発明によれば、前記第１の発明が奏する効果に加えて、前述の中間部材又は出力部材の出力円筒状部に形成される楔形凹所の精度が高くなくても、前記第１の発明の効果を実現できる具体的な構造を提供できる。また、楔形凹所の底面の磨耗などによっても噛み付き機能及び空転機能が影響されず、より長寿命化を図ることが可能である。

前記第３の発明によれば、前記第１の発明又は前記第２の発明が奏する効果に加えて、中間部材を３個又は４個以上に分割することも可能であるので、出力部材に対する転がり部材の噛み付き箇所をより分散できる。したがって、噛み付き機能及び空転機能の優れた出力部材の磨耗を軽減することができ、より一層、寿命を向上させることができる。

前記第４の発明によれば、前記第３の発明が奏する効果に加えて、前記緊締部材がバネであり、そのバネは中間部材と支承部材とを機械的に結合する働きを行うので、組み立て時に中間部材と支承部材とがバラバラになることがなく、組み立てが容易となる。

前記第５の発明によれば、前記第１の発明又は第２の発明が奏する効果に加えて、前記緊締部材が磁石であるので、予めそれぞれの中間部に磁石を組み込んでおくことができ、組み立て時に中間部と支承部材とがバラバラになることがないので、組み立てが容易となる。また、磁石の吸引力によって出力部材の空転時の応答性が良好である。

[実施形態１]
本発明に係る実施形態１の双方向クラッチ１００について、図１〜図１０により説明する。図１はこの双方向クラッチ１００の具体的な構造を示す図であり、図１（Ａ）は図１（Ｂ）の破断線Ｘ−Ｘ’での断面（斜線は省略）を示し、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の破断線Ｙ−Ｙ’での断面（斜線は一部分省略）を示している。この実施形態１の双方向クラッチ１００は、図１に示すように、主に入力部材１、出力部材３、二つに分割されていて内輪として働く中間部材５、ローラ又はボールのような転がり部材７、２分割されている中間部材５に引き付け合う力を与える緊締部材９、緊締部材９を支承し、中間部材５の動きをガイドすると共に規制する支承部材１１、ハウジング部材１３、シールド部材１５、及び弾性摩擦部材１７などからなる。また、入力部材１と出力部材３の回転をスムーズなものにするために、必要に応じて軸受部材１９と２１を備える。全体の具体的な構造、組み立て及び動作については後で説明するものとし、先ず個々の部材について説明する。

図２により入力部材１を説明する。図２（Ａ）は入力部材１の側面を示し、図２（Ｂ）はそれを左側から見た図、図２（Ｃ）は右側から見た図である。入力部材１は図示しないモータなどから回転駆動力を付与されるものであり、中間部材５と組み合わされる入力係合部１Ａは丸棒の両側を軸線Ｚに沿って削除した相互に平行となる面ａ、ｂを有する。そして、入力係合部１Ａは平行な面ａ、ｂ間の長さを短軸側ｅ、円弧状の面ｃ、ｄ間の最大径となる長さを長軸側ｆとする形状を有する。なお、入力係合部１Ａは楕円形状のもの、長方形の角を丸めた長方形状のものなどであってもよい。入力係合部１Ａから丸棒部分１Ｂを通して延びる入力軸部１Ｃは、組み立てたときに双方向クラッチ１００の外側に延びて図示しないモータの軸などに結合するためのものである。丸棒部分１Ｂは入力係合部１Ａの長軸側ｆの寸法よりも径が小さい丸棒であり、入力軸部１Ｃはモータの軸などとの機械的な結合を強固なものとするために、図２（Ｃ）に示すように、入力部材１の回転中心となる軸線Ｚに沿って丸棒の一部分が入力係合部１Ａと同様に軸線Ｚに沿って削除された形状になっている。

次に、図３、図４によって出力部材３を説明する。出力部材３は出力軸部３Ａと出力円筒状部３Ｂとからなる。図３は出力部材３の出力軸部３Ａを示し、図４は外輪として働く出力円筒状部３Ｂを示す。図３（Ａ）は出力軸部３Ａの側面を示し、図３（Ｂ）はそれを左側から見た図、図３（Ｃ）は出力軸部３Ａを右側から見た図である。図４（Ａ）は出力円筒状部３Ｂの断面を示し、図４（Ｂ）は出力円筒状部３Ｂを左側から見た図、図４（Ｃ）はそれを右側から見た図である。出力軸部３Ａは、入力部材１の入力係合部１Ａと同様に入力部材１の軸線Ｚに沿って部分的に切除され相互に平行な面ｈ、ｉを有する部分３Ａ１、丸棒部分３Ａ２、部分３Ａ１と同様に入力部材１の軸線Ｚに沿って部分的に切除された部分３Ａ３からなる。

出力円筒状部３Ｂは、外輪として働く円筒状部分３Ｂ１と、円筒状部分３Ｂ１よりも外径が小さく、出力軸部３Ａの部分３Ａ１が圧入される圧入孔Ｈを備える嵌合部分３Ｂ２とからなる。円筒状部分３Ｂ１の内面は円筒面になっており、外側面も円筒状面で示されているが、外側面は多角形状などであってもよい。嵌合部分３Ｂ２の圧入孔Ｈは、出力軸部３Ａの部分３Ａ１が圧入されるのに適した形状となっている。なお、出力軸部３Ａの部分３Ａ３は、図示しない負荷側の機器などが結合される。図１（Ｂ）に示すように、組み立てた状態では、出力軸部３Ａは入力部材１と同軸関係にあるが、勿論、入力部材１と出力部材３とは別々に動作できるように、それらの間には間隙がある。

図５により中間部材５の構造について説明する。図５（Ａ）は中間部材５の側面を示し、図５（Ｂ）はそれを左側から見た図、図５（Ｃ）はそれを右側から見た図である。中間部材５は内輪及び後述する転がり部材７を保持するリテーナとして働くものであって、実施形態１では二つの等しい中間部５Ａ、５Ｂからなる。本発明の中間部材５が従来の内輪部材などと異なる大きな点は、入力部材１と機械的に係合しているが、入力部材１に一体的に固定されている構造でないところにある。組み立てられたときに、中間部５Ａ、５Ｂは入力部材１の入力係合部１Ａの短軸側ｅを両側から挟みこむ中央凹所５Ａ１、５Ｂ１をそれぞれ有する。中間部５Ａ、５Ｂの外周部には転がり部材７の一部分を収容する楔形凹所５Ａ２、５Ｂ２を１個以上それぞれ備える。楔形凹所５Ａ２、５Ｂ２の深さは転がり部材７の直径よりも当然に浅く、楔形凹所５Ａ２、５Ｂ２のそれぞれの底面ｗは中央から回転方向の両側に向けて浅くなるように傾斜又は湾曲しているか、あるいは平坦である。

楔形凹所５Ａ２、５Ｂ２は、転がり部材７がローラであるときにはローラの長さにほぼ等しい奥行きを有し、転がり部材７がボールであるときにはボールの直径にほぼ等しい奥行きを有するのが好ましい。また、楔形凹所５Ａ２、５Ｂ２は一端側が開いて、他端側が閉止部分５Ａ３、５Ｂ３によって閉じられている。つまり、楔形凹所５Ａ２、５Ｂ２は中間部５Ａ、５Ｂの閉止部分５Ａ３、５Ｂ３を延びてはおらず、閉止部分５Ａ３、５Ｂ３の外側面は円弧状になっている。ここで、楔形凹所５Ａ２、５Ｂ２の内部の回転方向の幅は、部分的に転がり部材７の直径よりも幾分でも大きければよい。ただし、楔形凹所５Ａ２、５Ｂ２の入り口が転がり部材７の直径よりも若干小さい場合には、転がり部材７を各楔形凹所５Ａ２、５Ｂ２に組み込んだ後で容易には脱落しないので、組み立て工程上で都合が良い。また、中間部材５の二つの中間部５Ａ、５Ｂは、後述する緊締部材９として用いられるコの字状の板バネと係合する係合部５Ａ４、５Ｂ４となる凹所をそれぞれ両側に有する。なお、転がり部材７は通常のものでよいので、特に説明をしないが、転がり部材７の楔形凹所５Ａ２、５Ｂ２の装着は組み立て上から都合の良い時点で行われる。なお、転がり部材７は一部分のものだけを示している。

図６により緊締部材９の構造について説明する。図６（Ａ）は緊締部材９の側面図、図６（Ｂ）は正面図、図６（Ｃ）は中間部材５の二つの中間部５Ａ、５Ｂに係合された状態の形状をそれぞれ示している。この実施形態１に係る双方向クラッチ１００の緊締部材９は、図６（Ａ）に示すように、略コの字状の板バネであり、以下、実施形態１ではコの字状板バネ９と称する。コの字状板バネ９は弾性に富む金属板をプレスなどによってコの字状に折り曲げたものであり、部分９Ａ、９Ｂ、９Ｃからなる。部分９Ａと部分９Ｃは部分９Ｂに対してほぼ直角ないしは鋭角になるように折り曲げられており、好ましいバネ力を得るために外力がかからない状態では、幾分鋭角になっているのが好ましい。部分９Ａと部分９Ｃが中間部材５の二つの中間部５Ａ、５Ｂそれぞれの係合部５Ａ４、５Ｂ４に係合する。この状態では、部分９Ａと部分９Ｃは図６（Ｃ）に示すように、部分９Ｂに対してほぼ直角になる。また、部分９Ｂは、図７に示す支承部材１１に装着するのに適した浅い凹部９Ｂ１を中央に有する形状になっている。

次に、図７により支承部材１１の構造について説明する。図７（Ａ）は支承部材１１の正面図、図７（Ｂ）はその一部分を断面で示す側面図、図７（Ｃ）はその裏面図を示している。図１（Ｂ）に示したように、支承部材１１はハウジング部材１３内に収納できる大きさの円板状部１１Ａ、入力部材１の丸棒部分１Ｂが挿通する中央穴１１Ｂを挟んで向き合う形で形成されたガイド部１１Ｃと１１Ｄ、ガイド部１１Ｃと１１Ｄから垂直方向に延びるように形成された３本のピン１１Ｃ１、１１Ｃ２、１１Ｃ３、及び１１Ｄ１、１１Ｄ２、１１Ｄ３をそれぞれ備える。ピン１１Ｃ１〜１１Ｃ３の内の中央に位置するピン１１Ｃ２はピン１１Ｃ１、１１Ｃ２に対して位置がずれており、コの字状板バネの９を両面側から挟み込めるようになっている。ピン１１Ｄ１、１１Ｄ２、１１Ｄ３も同様である。ガイド部１１Ｃと１１Ｄは、中間部５Ａと５Ｂの動きをガイドする働きと、中間部５Ａと５Ｂが支承部材１１に対して回転しないように中間部５Ａと５Ｂを規制する働きを行う。ガイド部１１Ｃと１１Ｄは互いに平行となるガイド辺１１Ｃ４、１１Ｄ４を有する。なお、円板状部１１Ａの外周部にはハウジング部材１３の段差部１３Ｅに当接して適度の摩擦トルクを得るための円環状の肉厚部１１Ｅが形成されている。円環状の肉厚部１１Ｅはハウジング部材１３の段差部１３Ｅに円状に線接触するように、段差部１３Ｅに対して円弧状になっており、一様な滑りを行う。

次に、これら中間部材５、緊締部材９及び支承部材１１の組み立て構造を図８により説明する。図８（Ａ）は緊締部材９の組み込み前、図８（Ｂ）は緊締部材９の組み込み後の状態をそれぞれ示している。先ず、中間部材５の中間部５Ａと中間部５Ｂとを支承部材１１のガイド部１１Ｃと１１Ｄのガイド辺１１Ｃ４、１１Ｄ４間に挿入する。このとき、中間部５Ａと中間部５Ｂとはガイド辺１１Ｃ４、１１Ｄ４に接触しているが、円板状部１１Ａの上面及びガイド辺１１Ｃ４、１１Ｄ４に案内されて、図８の上下方向に動ける構造になっている。図８には入力部材１が図示されていないが、入力部材１は支承部材１１の中央穴１１Ｂを挿通する。つまり、図２に示した入力部材１の入力係合部１Ａは紙面の手前にあって中間部５Ａと５Ｂとの間に挟まれた状態になり、入力部材１の丸棒部分１Ｂが支承部材１１の中央穴１１Ｂを紙面の裏側方向に延び、入力部材１の入力軸部１Ｃは紙面の裏側方向に位置することになる。

この状態で、図８（Ｂ）に示すように、一方のコの字状板バネ９の部分９Ｂを支承部材１１のガイド部１１Ｃに形成された３本のピン１１Ｃ１〜１１Ｃ３で挟んで係止させる。同様にして、他方のコの字状板バネ９を両面側から支承部材１１のガイド部１１Ｄに形成された３本のピン１１Ｄ１〜１１Ｄ３で挟んで係止させる。このとき、図６に示したそれぞれのコの字状板バネ９の部分９Ａは、図５の一方の中間部５Ａの係合部５Ａ４に係止され、同様に、それぞれのコの字状板バネ９の部分９Ｃは他方の中間部５Ｂの係合部５Ｂ４に係止される。

この状態では、一対のコの字状板バネ９の部分９Ａと９Ｃとが図６（Ａ）の状態から図６（Ｃ）に示したように部分９Ｂに対してほぼ直角に近い状態になり、一対のコの字状板バネ９の部分９Ａと９Ｃとが中間部５Ａと５Ｂとに対して互いに緊締、つまり挟んで互いに引き付ける弾性力を与える。この状態では、図５の中間部材５の中間部５Ａと５Ｂの中央凹所５Ａ１、５Ｂ１で、入力部材１の入力係合部１Ａが中間部５Ａと５Ｂとに挟まれた形で当接する。

図９により、ハウジング部材１３とシールド部材１５の構造について説明する。ハウジング部材１３は、図３に示した出力軸部３Ａの部分３Ａ１が圧入される短円筒状の小径部１３Ａ、出力軸部３Ａの部分３Ａ１の圧入時にその位置を規制するストッパ部１３Ｂ、出力部材３の出力円筒状部３Ｂを収容する部分となる中径部１３Ｃ、支承部材１１の円板状部１１Ａ及び図１（Ｂ）に示した弾性摩擦部材１７を収容する部分となる短円筒状の大径部１３Ｄ、中径部１３Ｃと大径部１３Ｄとの間に形成される段差部１３Ｅ、大径部１３Ｄの端部から放射外方向に延びる取付け用円板部１３Ｆからなる。取付け用円板部１３Ｆは、図示しない機器などにボルトなどの取付け金具で双方向クラッチ１００を取り付ける取付け孔１３Ｇ備える。図９では１個の取付け孔１３Ｇを示しているだけであるが、ほぼ等間隔で２個以上、好ましくは３個以上備えられる。

シールド部材１５は、図９に示すように、取付け用円板部１３Ｆの取付け孔１３Ｇに合致する位置に取付け孔１５Ａを有するシールド円板状部１５Ｂ、図１（Ｂ）に示した軸受部材１９が圧入される短円筒面１５Ｃにより形成される挿通孔１５Ｄを備える。シールド部材１５は、入力部材１、出力部材３、中間部材５、転がり部材７、緊締部材９、支承部材１１、弾性摩擦部材１７などを図９の矢印方向からハウジング部材１３に組み込んだ後に、ハウジング部材１３の取付け用円板部１３Ｆに固定される。なお、シールド部材１５の内面となる面は弾性摩擦部材１７との間の摩擦抵抗ができるだけ小さくなるように、滑り易い面となっているのが望ましい。

弾性摩擦部材１７は弾力性及び耐摩耗性に優れた金属材料又は合成樹脂材料からなる円形状のウエーブバネ、あるいは皿バネなど、一般的に使用されるものでよいので、図を用いて詳しく述べることはしない。弾性摩擦部材１７はシールド部材１５をハウジング部材１３の取付け用円板部１３Ｆに固定するときに、支承部材１１の円板状部１１Ａの裏面とシールド部材１５との間に備えられる。そして、シールド部材１５が弾性摩擦部材１７を通して軸線Ｚの方向の所定の加圧力を支承部材１１の円板状部１１Ａに与えるように、取付け用円板部１３Ｆに固定される。したがって、支承部材１１の円板状部１１Ａの裏面と弾性摩擦部材１７との間には所定の摩擦抵抗が生じており、この摩擦抵抗は、入力部材１に加わる回転駆動力が所定の大きさを越えない期間では支承部材１１が回転するのを防ぐ働きを行う。また、前述したように、支承部材１１の円環状の肉厚部１１Ｅとハウジング部材１３との間でも摩擦抵抗は生じている。弾性摩擦部材１７の更に詳しい働きについては動作説明の中で説明する。

なお、以上述べた実施形態１では、弾性摩擦部材１７を支承部材１１の円板状部１１Ａとシールド部材１５との間に備え、かつ支承部材１１の円環状の肉厚部１１Ｅをハウジング部材１３に当接させることによって、入力部材１の回転駆動力が所定値を越えるまで、弾性摩擦部材１７と支承部材１１との摩擦抵抗、及び支承部材１１とハウジング部材１３との摩擦抵抗が支承部材１１の回転を防いで中間部材５が回転しないようにしたが、いずれか一方だけでもよい。支承部材１１とハウジング部材１３との摩擦抵抗だけを利用する場合には、少なくとも円板状部１１Ａの円環状の肉厚部１１Ｅを所定の摩擦抵抗を付与すると共に耐摩耗性に優れるなど摺動特性に優れた材料から構成するのが好ましい。この変形例では、より経済的で薄型の双方向クラッチを提供することが可能である。

次に、図１ないし図９に加えて、動作説明のための図１０も用いて双方向クラッチ１００の動作説明を行う。図１０（Ａ）は初期状態及び出力部材３の空転状態を示す図、図１０（Ｂ）は入力部材１から出力部材３に回転動力が伝達される状態を示す図、図１０（Ｃ）は回転動力の伝達状態から空転状態に復帰する状態を説明する図である。なお、実際には入力部材１の入力係合部１Ａの回転方向に対する位置は必ずしも水平ではなく任意となる。

入力部材１に回転駆動力が加えられていない状態では、図１０（Ａ）に示すように、図２に示した入力部材１の入力係合部１Ａは変位せず、入力部材１の入力係合部１Ａに当接している中間部材５の中間部５Ａ、５Ｂに力が加わらない。したがって、中間部５Ａ、５Ｂは全く動かないから、転がり部材７が出力部材３の出力円筒状部３Ｂの内面に接触することはない。この状態では、仮に出力部材３にいずれかの方向の回転力が加わったとしても、出力部材３の出力円筒状部３Ｂは回転するが、転がり部材７は出力円筒状部３Ｂの回転によって楔形凹所５Ａ２、５Ｂ２内で変位することがないので、中間部材５の中間部５Ａ、５Ｂと出力円筒状部３Ｂとの間で噛み合うことはなく、したがって、出力円筒状部３Ｂは空転し、出力部材３にかけられる前記回転力が入力部材１に伝達されることはない。

他方、時計方向の回転駆動力が入力部材１に働くと、図１０（Ｂ）に示すように、先ず入力部材１の入力係合部１Ａは、入力部材の回転中心を基準にして時計方向に変位する。入力部材１の入力係合部１Ａは、図２で説明したように短軸側ｅと長軸側ｆとを有するから、図１０（Ｂ）の矢印で示すように、入力係合部１Ａが回転中心の軸線Ｚを基準に時計方向に変位するのに従って中間部５Ａを押し上げると同時に、中間部５Ｂを押し下げる。これに伴い、中間部５Ａ、中間部５Ｂは、図７に示した支承部材１１のガイド部１１Ｃ、１１Ｄに案内されて紙面の上下方向に動き、各転がり部材７は出力部材３の出力円筒部３Ｂの内面に押し付けられる。転がり部材７と出力円筒部３Ｂの内面との摩擦によって、各転がり部材７はそれぞれの楔形凹所５Ａ２、５Ｂ２内で変位し、出力円筒部３Ｂの内面とそれぞれの楔形凹所５Ａ２、５Ｂ２の底面ｗ（図５）との間に噛み付く。

これに伴い、入力部材１の時計方向の回転運動と一緒に中間部材５、転がり部材７及び出力部材３が時計方向に回転し、入力部材１にかけられた回転駆動力は出力部材３に伝達される。このとき、支承部材１１及びそれに支承されている緊締部材であるコの字状バネ９も当然に一緒に回転する。この状態では、図６に示したコの字状バネ９の部分９Ａ、９Ｃは押し広げられているので、中間部材５の中間部５Ａ、５Ｂにそれらを互いに引き付ける方向の力を与えている。また、軸受部材１９、２１はそれぞれ入力部材１、出力部材３の回転を容易にしている。

そして、前述したようにコの字状バネ９の部分９Ａ、９Ｃが中間部５Ａ、５Ｂにそれらを互いに引き付ける方向の力を与えているので、入力部材１にかけられていた回転駆動力が除去され、入力部材１がフリーになると、図１０（Ｃ）の矢印で示すように、コの字状バネ９の力によって中間部５Ａ、５Ｂは支承部材１１のガイド部１１Ｃ、１１Ｄ（図７）に案内されて相互に近づき、入力部材１の入力係合部１Ａの短軸側ｅの平らな面ａ、ｂ（図２）に当接する。これに伴い、各転がり部材７は出力円筒部３Ｂの内面から離れ、図１０（Ａ）に示した出力部材３の空転可能な状態となる。なお、反時計方向の回転駆動力が入力部材１に働く場合も全く同様であるので、説明を省略する。

双方向クラッチ１００の動作における弾性摩擦部材１７の働きについて説明すると、前述したように、支承部材１１の円板状部１１Ａの裏面と弾性摩擦部材１７との間には所定の摩擦抵抗が生じているから、入力部材１に加わる回転駆動力がその摩擦抵抗による摩擦力を越えない期間では支承部材１１が回転しない。このことは大切であり、もし支承部材１１がほとんど抵抗なく回転しやすい状態にあるときには、入力部材１に回転駆動力が加わると同時に支承部材１１が回転し、当然に中間部５Ａ、５Ｂは紙面上下方向に動くことなく回転してしまうので、各転がり部材７は噛み付きを行わず、入力部材１の回転駆動力は出力部材３に伝達されない。

したがって、支承部材１１の裏面と弾性摩擦部材１７との間に適度な摩擦力を生じることによって、回転駆動力がその摩擦力を超えるまで支承部材１１は回転せず、この期間で図１０（Ｂ）のように、入力部材１が変位し、中間部材５の中間部５Ａと中間部５Ｂとの間を押し広げ、各転がり部材７を出力部材３の出力円筒部３Ｂの内面に押し付けることができる。そして、入力部材１の回転駆動力が支承部材１１の裏面と弾性摩擦部材１７による前記摩擦力を超えると、前述したように支承部材１１は入力部材１などと一緒に回転する。このとき前述したように、シールド部材１５の面が滑り易くなっていれば、入力部材１とほぼ一緒に弾性摩擦部材１７も回転し、双方向クラッチ１００の摩擦を小さくできる。なお、弾性摩擦部材１７を省き、支承部材１１の円環状の肉厚部１１Ｅ（図７）とハウジング部材１３との摩擦力を利用する場合には、入力部材１の回転駆動力が支承部材１１の肉厚部１１Ｅとハウジング部材１３とによる前記摩擦力を超えると、前述したように支承部材１１は入力部材１などと一緒に回転する。

ここで、各転がり部材７の一部分は中間部材５の楔形凹所５Ａ２、５Ｂ２から当然に突出しているが、その突出している頂点を結んでなる仮想円の直径は出力部材３の出力円筒部３Ｂの内径とほぼ等しくなるようになっている。この双方向クラッチ１００では緊締部材９としてコの字状バネを用いたが、双方向クラッチ１００の変形例として、一般的な不図示のＯリング、あるいは環状のスプリングなどを緊締部材９として用いても良い。この場合には、図示しないが、中間部５Ａ、５Ｂの側面（紙面表裏側）に円環状の溝である係合部を形成し、その溝にＯリング又は円環状のスプリングを配置し、Ｏリング又は円環状のスプリングにより中間部５Ａ、５Ｂを相互に引き付ける力を与える。また、少し大型化するが、中間部５Ａ、５Ｂの側面（紙面表裏側）に円筒状の突出部のような係合部を設け、その突出部をＯリング又は円環状のスプリングで締め付けるようにしてもよい。なお、この変形例でも中間部５Ａと５Ｂが自在に回転しないように中間部５Ａと５Ｂの動きを規制する必要がある。

[実施形態２]
図１１により実施形態２に係る双方向クラッチ２００について説明する。図１１において、図１ないし図１０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。図１１（Ａ）は双方向クラッチ２００の内部を説明するための図であり、図１０（Ｂ）は入力部材など一部分の部材を拡大した図を示す。双方向クラッチ２００は前述の双方向クラッチ１００と基本的には同じであるが、主な違いは中間部材５が等しく４分割された中間部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄからなり、これに伴って、双方向クラッチ１００の入力部材１の入力係合部１Ａに相当する入力部材１の部分が、図１１（Ｂ）に示すように、二つの短軸側ｅ１とｅ２、二つの長軸側ｆ１とｆ２を有する形状である点、及び図７に示した支承部材１１が中央穴１１Ｂを中心にして４方向に等間隔で４個のガイド部１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｇ、１１Ｈ（図１１）を備える点などが異なる。

ガイド部１１Ｃには、双方向クラッチ１００と同様に３本のピン１１Ｃ１、１１Ｃ２、１１Ｃ３が形成されている。他のガイド部１１Ｄ、１１Ｇ、１１Ｈについても同様であるが、ピンを示す記号を省略している。ガイド部１１Ｃ〜１１Ｈは所定の高さを有し、ガイド部１１Ｃと１１Ｄとで中間部材５の中間部５Ａの動きを案内し、規制する。また、同様にガイド部１１Ｄと１１Ｇとで中間部５Ｂを、ガイド部１１Ｇと１１Ｈとで中間部５Ｃを、ガイド部１１Ｈと１１Ｃとで中間部５Ｄの動きをそれぞれ案内し、規制する。

緊締部材９としては板バネ（以下、この実施形態２では板バネ９という。）を用いている。この板バネ９は図６に示したコの字状板バネの部分９Ａと９Ｃが存在しない平板状のものであり、その中央部分が３本のピンで支承されている。例えば、ガイド部１１Ｃの場合にはピン１１Ｃ１、１１Ｃ２、１１Ｃ３で板バネ９を支承している。板バネ９の両端部は、隣り合う中間部材５の中間部に係止されている。例えば、中間部材５の中間部５Ｂ、５Ｃの場合には、板バネ９の一端が中間部５Ｂの係合部５Ｂ４に延び、他端が中間部５Ｃの係合部５Ｃ４に延びる。

入力部材１に回転駆動力が加わっていない状態、つまり入力部材がフリーのときには、図１１（Ｂ）に示すように、入力部材１の入力係合部１Ａの短軸側ｅ１、ｅ２の４面が中間部５Ａ〜５Ｄそれぞれの内側面５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに接するように、それぞれの板バネ９が中間部５Ａ〜５Ｄを入力部材１の入力係合部１Ａ側に押す力を与えている。この状態では、中間部５Ａ〜５Ｄは放射外方向に押し出されないので、それぞれの転がり部材７は出力部材３の出力円筒部３Ｂに当接せず、出力部材３は空転可能な状態にある。

入力部材１に回転駆動力が働くと、入力部材１の入力係合部１Ａがその回転中心を基準にして変位し、その長軸側ｆ１、ｆ２の四つの円弧状の面が中間部５Ａ〜５Ｄを放射外方向に押して変位させ、それぞれの転がり部材７を出力部材３の出力円筒部３Ｂの内面に押し付ける。この状態では、それぞれの板バネ９はその両端部が中間部５Ａ〜５Ｄにより放射外方向に押されて湾曲しているので、中間部５Ａ〜５Ｄを入力係合部１Ａの方向に戻す力を中間部５Ａ〜５Ｄに与えている。

噛み付き動作及び空転状態への復帰などは実施形態１とほぼ同じであるので説明を省略する。この双方向クラッチ２００の場合は、入力部材１にいずれの方向の回転駆動力がかかっても、中間部材５の部分５Ａ〜５Ｄそれぞれの転がり部材７にほぼ等しい力が加わるので、噛み付き動作が正確であり、出力部材３の出力円筒部３Ｂの内面の磨耗が偏らないので寿命を向上させることができる。なお、中間部材５を当分に３分割したものも有効である。この場合には、入力部材１の入力係合部１Ａは正３角形のそれぞれの角を丸めた形状のものが用いられる。つまり、入力部材１の入力係合部１Ａは前記中間部材の分割個数、つまり中間部の個数に対応した多角形状に応じた形状を有する。

[実施形態３]
次に、図１２により実施形態３に係る双方向クラッチ３００について説明する。双方向クラッチ３００は緊締部材９として磁石部材を用いていることが特徴である。図１２において、図１ないし図１１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。緊締部材９が磁石部材であること、支承部材１１のガイド部１１Ｃ、１１Ｄがピンを有していないことなどを除いて、図１に示した双方向クラッチ１００とほぼ同じであるので、異なる部分についてのみ説明する。

中間部部材５を構成する二つの中間部５Ａ、５Ｂが互いに対向する面側にそれぞれ磁石部材９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄが埋め込まれている。磁石部材９Ａと９Ｃは互いに異極性であり、磁石部材９Ｂと９Ｄも互いに異極性である。したがって、磁石部材９Ａと９Ｃ、及び磁石部材９Ｂと９Ｄの吸引力によって、常に中間部５Ａ、５Ｂは常に引き合う力を受けているので、回転駆動力が入力部材１から除去されると、図１０（Ｃ）の矢印で示すような力が働き、入力部材１の入力係合部１Ａ及び中間部５Ａ、５Ｂは図１０（Ａ）に示すような状態に戻る。

支承部材１１の円板状部１１Ａは前記実施形態と同様なものであるが、緊締部材９を支承するピンをガイド部１１Ｃと１１Ｄに備える必要がないので、ガイド部１１Ｃと１１Ｄとの間の距離をできるだけとり、なるべく大きな磁石部材９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄを設けることができるように、中間部５Ａと５Ｂそれぞれの幅を大きくしている。ガイド部１１Ｃと１１Ｄの働きは前記実施形態と同様であるので、説明を省略する。入力部材１及び中間部材５の動作も前述とほぼ同様であるので、説明を省略する。この双方向クラッチ３００では、予め磁石部材９を組み込んだ中間部５Ａ、５Ｂを造っておくことによって、組み立てが容易な双方向クラッチを提供できる。また、緊締部材として機械的なバネを使用していないので、信頼性の向上を期待できる。

[実施形態４]
次に、図１３により実施形態４に係る双方向クラッチ４００について説明する。双方向クラッチ４００は中間部材５の中間部５Ａ、５Ｂに楔形凹所を設けずに、出力部材３の出力円筒状部３Ｂに複数の楔形凹所３Ｃを設けたことが特徴である。図１３において、図１ないし図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。中間部材５の中間部５Ａ、５Ｂに楔形凹所を設けずに、出力部材３の出力円筒状部３Ｂに複数の楔形凹所３Ｃを設けたことなどを除いて、図１に示した双方向クラッチ１００とほぼ同じであるので、異なる部分についてのみ説明する。

出力部材３の出力円筒状部３Ｂは実施形態１〜３の場合よりも肉厚になっており、楔形凹所３Ｃを形成するのに適した厚みを有している。入力部材１に回転駆動力がかけられていないときには、前述したように、入力係合部１Ａは変位しておらず、この状態では楔形凹所３Ｃに配置された各転がり部材７が自在に回転できる程度に、中間部５Ａ、５Ｂと出力円筒状部３Ｂとの間隙は広くなっている。したがって、出力部材３に外力が加わっても、出力側の外力は入力部材１に伝達されない。入力部材１に回転駆動力がかけられると、前述した構造の入力係合部１Ａがその回転中心となる軸線Ｚを基準にして変位し、中間部５Ａ、５Ｂを放射外方向に動かすので、中間部５Ａ、５Ｂと出力円筒状部３Ｂとの間隙は狭くなり、中間部５Ａ、５Ｂの円弧状外面が転がり部材７に押し付けられる。したがって、各転がり部材７は中間部５Ａ、５Ｂの円弧状外面と楔形凹所３Ｃの底面との間で噛み付き、これに伴い入力部材１の回転駆動力は出力部材３に伝達される。このように、楔形凹所を出力円筒状部３Ｂに設けた双方向クラッチ４００も、中間部材５に楔形凹所を備えた双方向クラッチと同様な機能を有する。

なお、実施形態１ではコの字状の板バネ、あるいは板バネを緊締部材９として用いたが、スプリングによって中間部同士を結合して弾性力を与えるようにしても勿論よい。また、入力部材１の入力軸部１Ｃ及び出力部材３の出力軸部３Ａの構造は前述した構造に制限されることなく、通常用いられる取付け構造に適した任意の構造であってもよい。入力係合部１Ａは知られているカム構造のものでもよく、中間部材５のすべての中間部に対して放射外方向の力をほぼ均等に与える構造であればよい。

本発明の実施形態１に係る双方向クラッチ１００を説明するための図である。 双方向クラッチ１００の入力部材１を示す図である。 双方向クラッチ１００の出力部材３の出力軸部３Ａを示す図である。 双方向クラッチ１００の出力部材３の出力円筒状部３Ｂを示す図である。 双方向クラッチ１００の中間部材５を説明するための図である。 双方向クラッチ１００の緊締部材９の一例であるコの字状板バネを示す図面である。 双方向クラッチ１００の支承部材１１を説明するための図である。 双方向クラッチ１００の一部分の組み立てを説明するための図である。 双方向クラッチ１００のハウジング部材１３とシールド部材１５を示す図である。 双方向クラッチ１００の動作説明を行うための図である。 本発明の実施形態２に係る双方向クラッチ２００を説明するための図である。 本発明の実施形態３に係る双方向クラッチ３００を説明するための図である。 本発明の実施形態４に係る双方向クラッチ４００を説明するための図である。

符号の説明

１・・・入力部材
１Ａ・・・入力係合部
１Ｂ・・・丸棒部分
１Ｃ・・・入力軸部
ｅ・・・入力係合部１Ａの短軸側
ｆ・・・入力係合部１Ａの長軸側
ａ、ｂ・・短軸側ｅの面
ｃ、ｄ・・・長軸側ｆの円弧状面
Ｚ・・・入力部材１の回転中心となる軸線
３・・・出力部材
３Ａ・・・出力軸部
３Ｂ・・・出力円筒状部
３Ｂ１・・・円筒状部分
３Ｂ２・・・嵌合部分
Ｈ・・・圧入孔
３Ｃ・・・出力円筒状部３Ｂの楔形凹所
５・・・中間部材
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ・・・中間部
５Ａ１、５Ｂ１・・・中間部の中央凹所
５Ａ２、５Ｂ２・・・中間部の楔形凹所
５Ａ３、５Ｂ３・・・閉止部分
５Ａ４、５Ｂ４・・・係合部
７・・・転がり部材
９・・・緊締部材（バネ、磁石部材など）
９Ａ〜９Ｃ・・・緊締部材としてのコの字状バネを形成する部分
１１・・・支承部材
１１Ａ・・・円板状部
１１Ｂ・・・中央穴
１１Ｃ・・・ガイド部
１１Ｃ１〜１１Ｃ３・・・ピン
１１Ｄ・・・ガイド部
１１Ｄ１〜１１Ｄ３・・・ピン
１１Ｅ・・・円板状部１１Ａの円環状の肉厚部
１３・・・ハウジング部材
１３Ａ・・・小径部
１３Ｂ・・・ストッパ部
１３Ｃ・・・中径部
１３Ｄ・・・大径部
１３Ｅ・・・段差部
１３Ｆ・・・取付け用円板部
１３Ｇ・・・取付け用孔
１５・・・シールド部材
１５Ａ・・・取付け孔
１５Ｂ・・・シールド円板状部
１５Ｃ・・・短円筒面
１５Ｄ・・・挿通孔
１７・・・弾性摩擦部材
１９・・・軸受部材
２１・・・軸受部材

Claims (5)

1. 入力部材と、出力部材と、これら入力部材と出力部材との間に位置する中間部材と、該中間部材と前記出力部材との間に位置する複数の転がり部材と、これらを収容するハウジング部材とを備え、前記入力部材に働く回転駆動力で該入力部材がその回転中心を基準にして変位することにより前記中間部材を放射外方向に動かし、前記出力部材と前記中間部材との間隙を変化させて、前記出力部材と前記中間部材とに前記転がり部材を噛み付かせて前記入力部材からの回転駆動力を前記出力部材に伝達し、又は噛み付かせないで前記出力部材からの回転力を前記入力部材に伝達しない双方向クラッチであって、
   前記中間部材は複数個の中間部からなり、
   前記入力部材は、長軸側と短軸側とを有する断面形状の入力係合部と該入力係合部から延びる入力軸部とから構成され、
   前記入力係合部は前記複数の中間部の間に挟まれており、
   前記出力部材は出力軸部と出力円筒状部とから構成されて、前記出力円筒状部は前記中間部材を囲むように位置し、
   前記複数の中間部を互いに引き付け合う方向の力を与える緊締部材を備え、
   前記入力部材に前記回転駆動力が働くとき、前記入力部材が変位することにより、前記複数の中間部は前記入力係合部により力を受け、前記緊締部材の力に逆らって互いに離れる方向に動き、これに伴い前記転がり部材は前記中間部と前記出力円筒状部とに噛み合い、前記回転駆動力が前記出力部材に伝達されるものであり、
   また、前記ハウジング部材と組み合わされるシールド部材と、該シールド部材と平行に位置して前記中間部材の動きを案内し、規制する支承部材と、前記シールド部材と前記支承部材との間に位置する摩擦弾性部材とを備え、
   該摩擦弾性部材は、前記入力部材の前記回転駆動力が所定値以下のときには前記支承部材が回転するのを阻止す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、
   前記出力円筒状部の内周面には前記転がり部材の一部分を収容する楔形凹所が形成されており、
   前記分割された中間部材の外周面は円弧状面であり、
   前記入力部材に前記回転駆動力が働くとき、前記転がり部材は前記出力円筒状部の前記楔形凹所の底面と前記中間部材の前記円弧状面とに噛み合う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、
   前記中間部材が２個の前記中間部からなる場合は、前記入力係合部は長方形状又は楕円状であり、前記中間部材が３個以上の前記中間部からなる場合は、前記入力係合部は、前記中間部の個数と同じ個数の角を有する多角形状となることを特徴とする双方向クラッチ。
4. 請求項１において、
   前記緊締部材はバネであり、
   前記中間部材は前記バネと係合する係合部を有し、
   前記支承部材はその主面から延びる複数のピンを備え、これらピンが前記バネを支承し、
   前記入力部材に前記回転駆動力が働くとき、前記バネの弾性力に逆らって、前記中間部材は前記支承部材のガイド部に沿って互いに離れる方向に動くことを特徴とする双方向クラッチ。
5. 請求項１において、
   前記緊締部材は前記中間部材の前記中間部のそれぞれに備えられた極性の異なる磁石部材からなり、該磁石部材の吸引力が前記中間部を互いに引き付け合うことにより、前記入力部材に前記回転駆動力が働かないとき、前記緊締部材の働きによって前記転がり部材は前記中間部材と前記出力円筒状部とに噛み合わず、前記出力部材が空転可能であることを特徴とする双方向クラッチ。

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