JP5468099B2 - 双方向クラッチ - Google Patents

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）からの動力伝達は遮断するように機能する双方向クラッチに関するものである。

モーターによって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に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、ハウジング及び入力軸、出力軸を備えた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、モーターで入力軸を正・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、出力軸がハウジングと噛み合い状態となってロックされ、物品の落下を防止する。

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６、図７により説明する。図６は、ベルト及びプーリによって物品を上下する昇降装置の概要と、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７（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６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内においては、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７（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５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。図６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。このような双方向クラッチは、本出願人の先行する特許出願に係る特許第４８５０６５３号公報に開示されている。

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６の双方向クラッチは、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。
まず、図６の双方向クラッチでは、出力軸の回転数は入力軸の回転数と等しく、別途変速機を組み合わせない限り、変速を行うことが不可能であり、トルクを増減することもできない。そのため、出力軸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。

また、出力軸ＯＳを回転しようとしたときは、ローラＲがハウジングＨＧと出力軸ＯＳの突起部との間に挟み込まれ、出力軸ＯＳがロックされるが、これは、ローラＲがハウジングＨＧに押し付けられて両者の間に働く摩擦力に基づくものである。この摩擦力は、ローラＲがＶ字状凹所の斜面に押し上げられると強まるものの、負荷側のトルクが一定の限度を超えた場合には、出力軸ＯＳを停止状態に保つ保持力を失う。例えば、昇降装置における物品Ｗの重量が大きく、出力軸ＯＳに作用する負荷トルクが摩擦力によるトルクを超えたときは、出力軸ＯＳのロックが外れて物品Ｗが落下することとなる。
そして、図６の双方向クラッチでは、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が存在し、ローラＲが出力軸ＯＳの突起部のＶ字状凹所内を往復動するので、作動中に細かな振動や衝撃音が発生する。

上記の課題に鑑み、本発明は、噛み合いローラを用いることなく、遊星ギヤ機構を利用して双方向クラッチを構成し、双方向クラッチ自体に変速機能を持たせてトルクの増大等を可能とするとともに、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、前記入力軸の回転により前記出力軸が回転するとともに、前記出力軸の回転による前記入力軸の回転は阻止される双方向クラッチであって、
前記入力軸には太陽歯車、前記ハウジングには内歯歯車からなるリング歯車が設けられ、かつ、前記太陽歯車及び前記リング歯車に噛み合う複数の遊星歯車が設けられており、さらに、
前記遊星歯車の各々には、遊星歯車の中心軸と同心に軸方向に突出する歯車延長軸が設けられ、前記出力軸には、前記歯車延長軸の各々が挿入される孔部が設けられるとともに、前記歯車延長軸の断面と前記孔部の断面とには同一形状の輪郭線部が形成されており、
前記入力軸が回転したときは、前記歯車延長軸が前記孔部内を自転しながら前記出力軸を回転させ、かつ、前記出力軸が回転したときは、前記孔部と前記歯車延長軸の前記輪郭線部が重なって当接した状態で、前記歯車延長軸の自転が阻止される」
ことを特徴とする双方向クラッチとなっている。

前記歯車延長軸及び前記孔部の断面としては、請求項２に記載のように、前記歯車延長軸の断面を正多角形断面とするとともに、前記孔部の断面を、前記歯車延長軸断面の正多角形よりも辺の数の少ない正多角形断面として、前記輪郭線部が直線となるような構成を採用することができる。

請求項３に記載のように、前記出力軸にフランジ部を設け、前記孔部を前記フランジ部に形成することが好ましい。この場合には、請求項４に記載のように、前記ハウジングの内側に小径部と大径部とを設け、前記小径部に前記リング歯車を設けるとともに、前記大径部に前記出力軸のフランジ部を収容することができ、また、請求項５に記載のように、前記フランジ部の中央に中心孔を形成して、前記入力軸を軸受することもできる。

そして、本発明の技術的特徴を応用して、遊星ギヤ機構の変速装置と組み合わせることにより、変速比を任意に設定できる双方向クラッチを容易に構成することが可能である。つまり、請求項６に記載のように、
「回転不能のハウジング、中間部材、入力軸及び出力軸を備え、前記入力軸の回転により前記出力軸が回転するとともに、前記出力軸の回転による前記入力軸の回転は阻止される双方向クラッチであって、
前記入力軸には第１太陽歯車、前記ハウジングには内歯歯車からなる第１リング歯車が設けられ、かつ、前記第１太陽歯車及び前記第１リング歯車に噛み合う複数の第１遊星歯車が設けられ、
前記第１遊星歯車の各々には、第１遊星歯車の中心軸と同心に軸方向に突出する歯車延長軸が設けられ、前記中間部材には、前記歯車延長軸の各々が挿入される孔部が設けられるとともに、前記歯車延長軸の断面と前記孔部の断面とには同一形状の輪郭線部が形成されており、さらに、
前記中間部材には、前記第１遊星歯車と反対側に置かれた第２遊星歯車が軸支され、前記第２遊星歯車は、前記ハウジングに設けられた内歯歯車からなる第２リング歯車と、前記出力軸に設けられた第２太陽歯車とに噛み合っており、
前記入力軸が回転したときは、前記歯車延長軸が前記孔部内を自転しながら前記中間部材を回転させて前記出力軸を回転させ、かつ、前記出力軸が回転したときは、前記中間部材の前記孔部と前記歯車延長軸の前記輪郭線部が重なって当接した状態で、前記歯車延長軸の自転が阻止されて前記入力軸の回転が阻止される」
ことを特徴とする双方向クラッチとすることができる。

ここで、請求項７に記載のように、請求項６の双方向クラッチにおける前記第１太陽歯車と前記第２太陽歯車とを同一径及び同一歯数とするとともに、前記第１遊星歯車と前記第２遊星歯車とを同一径及び同一歯数とし、かつ、前記第１リング歯車と前記第２リング歯車とを共通の内歯歯車として構成すると、出力軸は入力軸と同一速度で回転する。

本発明の双方向クラッチは、基本的には、変速装置等で一般的に用いられる遊星ギヤ機構を利用したものであって、入力軸に太陽歯車（サンギヤ）を設け、回転不能に固定されたハウジングには、内歯歯車からなるリング歯車（リングギヤ）を設ける。太陽歯車とリング歯車との間には、両方の歯車と噛み合う複数の遊星歯車（プラネタリギヤ）が配置してあり、入力軸が回転すると、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。
本発明の双方向クラッチでは、複数の遊星歯車の各々に、遊星歯車の中心軸と同心に軸方向に突出する歯車延長軸を設け、かつ、出力軸に、歯車延長軸の各々が挿入される孔部を形成する。これら歯車延長軸と孔部とは、両者の断面に同一形状の輪郭線部が存在するように形成される。例えば、請求項２の発明では、遊星歯車の歯車延長軸を正多角形断面とするとともに、孔部の断面を、歯車延長軸断面の正多角形よりも辺の数の少ない正多角形断面とし、両者の断面に直線の輪郭線部が共通に存在する構成を採用している。この構成では、孔部の正多角形断面の１辺の長さは、歯車延長軸のそれよりも長いこととなる。

入力軸の回転により遊星歯車がリング歯車に沿って遊星運動を行うと、歯車延長軸も、出力軸の孔部内で回転（自転）しつつ遊星歯車とともに移動（公転）する。そして、歯車延長軸の外周面は、孔部の内面に当接して摺動しながらこれを押す形となり、出力軸は、遊星歯車の移動方向と同一方向に回転する（後述の図２（ａ）参照）。つまり、孔部を備えた出力軸は、遊星ギヤ機構における遊星歯車担持用のキャリアに相当する運動を行い、入力軸が正転するときも逆転するときも、その回転方向と同一方向に回転する。このときの出力軸の回転速度は、太陽歯車を駆動側としキャリアを従動側とする減速装置（リング歯車固定）と同様に、次の変速比の式：
入力軸回転速度／出力軸回転速度＝１＋（リング歯車の歯数／太陽歯車の歯数）
によって決定され、リング歯車と太陽歯車の歯数（又は、ピッチ円の径）を変えることにより、入・出力軸間の変速（減速）比及びトルク比を任意に選定できる。

一方、出力軸を回転させて入力軸を回転させようとする場合は、孔部の内周面が歯車延長軸の外周面を押すこととなるが、このとき、両者の断面に形成された同一形状の輪郭線部が重なって全体的に当接する状態が生じる（同一形状の輪郭線部以外が当接していたとしても、遊星歯車が自転するとこの状態となる）。例えば、請求項２の発明では、両者の正多角形断面の輪郭における辺の直線部同士が重なる状態となる。この状態では、出力軸の孔部は、歯車延長軸に対してこれが自転するトルク（モーメント）を作用させることはできず、遊星歯車がリング歯車と太陽歯車の間にロックされて、入力軸を回転させることは不可能となる（後述の図２（ｂ）参照）。そして、このロックは、孔部の断面と歯車延長軸の断面の輪郭線部とが重なって全体的に当接することによるものであって、部材同士の摩擦力は基本的に関係せず、保持力の大きい確実な停止を実現できる。

このように、本発明の双方向クラッチは、入力軸を正・逆転したときは出力軸が減速されて同一方向に回転し、出力軸の減速に反比例してトルクが増大する。双方向クラッチ自体でトルクを増幅するので、負荷トルクの大きい昇降装置を小型のモーターによって駆動することが可能となるとともに、モーターが停止したときには、自動的に出力軸がロックして物品の落下等を防止するため、例えば、電気的なブレーキ力を付加するものと比べて省エネルギ効果も発揮する。また、出力軸のロックは、２つの面の当接に伴う反力に由来するものであるので、保持力の大きいロック作用が達成され、作動中の振動や騒音を低減することができる。ことに、請求項２の発明のように、歯車延長軸を正多角形断面とするとともに、孔部の断面をそれよりも辺の数の少ない正多角形断面としたときは、両者の断面の間隙に起因するバックラッシュが小さくなって、回転がスムースとなり、作動状態を変更するときの応答性が優れたものとなる。

請求項３の発明は、出力軸にフランジ部を設け、歯車延長軸の挿入される孔部をこのフランジ部に形成するものである。こうすると、歯車延長軸から出力軸へ動力を伝達する部分の構造が単純化され、製造コストも低下する。フランジ部の円周面又は端面をハウジングに軸受して、出力軸の回転振れを防止することも可能である。
請求項４の発明のように、ハウジングの内側に小径部と大径部とを設け、小径部にリング歯車を設けるとともに、大径部に前記フランジ部を収容する構造とすると、太陽歯車や遊星歯車を噛み合わせる遊星ギヤ機構部分の組み付けが終了してから、出力軸部分の取り付け作業を行うことができ、双方向クラッチ製造作業が容易化される。そして、請求項５の発明のように、フランジ部の中央に中心孔を形成して入力軸を軸受すると、入力軸と出力軸を安定して支持し回転させることが可能であり、ことに、太陽歯車や遊星歯車の軸方向長さが短い場合に有効である。

ところで、本発明（請求項１の発明）の双方向クラッチは、基本的に、遊星ギヤ機構の太陽歯車を入力軸とし遊星歯車担持用のキャリアを出力軸とすることから、出力軸の回転速度は入力軸よりも減速され、等速あるいは増速とすることはできない。請求項６の発明は、本発明（請求項１の発明）の技術的特徴を応用して、別の遊星ギヤ式変速装置と組み合わせ、変速比の設定の自由度が大きい双方向クラッチを構成するものである。
請求項６の発明において、入力軸から「中間部材」までの、前段部分の動力伝達は、請求項１の発明の入力軸から出力軸への動力伝達と同一であり、請求項６の中間部材が請求項１の出力軸に相当する。請求項６の発明は、後段部分として、遊星歯車担持用のキャリアである中間部材を駆動側とし、第２太陽歯車を従動側（出力軸）とする別の遊星ギヤ式変速装置を組み合わせた双方向クラッチとなっている。前段部分と後段部分とはいわば入出力が逆の遊星ギヤ式変速装置であって、第２太陽歯車を設けた出力軸は、前述の変速比の式に従って中間部材よりも増速される。そして、出力軸の第２太陽歯車の歯数を入力軸の第１太陽歯車の歯数より小さく、かつ、第２リング歯車の歯数を第１リング歯車の歯数より大きくしたときは、出力軸の回転速度は入力軸よりも増速されることとなる。なお、出力軸を回転した場合は、前段部分で中間部材がロックされるため、双方向クラッチの機能が失われることはない。

請求項７の発明は、請求項６の発明において、前段部分と後段部分とに同一の遊星ギヤ式変速装置を対称的な形で用い、出力軸の回転速度が入力軸と等速の双方向クラッチを実現したものである。ことに、請求項６の発明においては、第１リング歯車と第２リング歯車とが共通の内歯歯車、つまり、第１遊星歯車と第２遊星歯車とが噛み合う軸方向に長い内歯歯車、として構成され、構造の簡素化された等速の双方向クラッチとなっている。

本発明の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変形例１を示す図である。 第１実施例の双方向クラッチの変形例２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。 従来の双方向クラッチの一例を示す図である。 図５の双方向クラッチの作動を説明する図である。

以下、図面に基づいて、本発明の双方向クラッチについて説明する。まず、本発明の基本的構造を備えた第１実施例の双方向クラッチについて、図１、図２により説明する。
図１に示すように、第１実施例の双方向クラッチは、太陽歯車ＳＧを設けた入力軸１、遊星歯車ＰＧを設けた３個の遊星歯車体２、及びリング歯車ＲＧが設けられ回転不能に固定されたハウジング３を備え、断面矢視Ａ−Ａ図に示すとおり、各部材の歯車は互いに噛み合って遊星ギヤ機構を構成している。各々の歯車は、各部材に一体的に形成されているが、歯車部分を別体として製造し各部材に嵌め込んでもよい。遊星歯車体２を挟んで入力軸１の反対側には、出力軸４が置かれている。出力軸４にはフランジ部４１が一体に形成され、ハウジング３の内側には、リング歯車ＲＧが設けられる小径部とフランジ部４１が収容される大径部とが形成されている。出力軸４とハウジング３との間は、蓋体５が圧入されてシ−ルドされる。

遊星歯車体２の各々には、正多角形断面をなし、断面の重心（図心）の軸線が遊星歯車ＰＧの中心軸と同心となって軸方向に突出する歯車延長軸２１が設けられる。そして、出力軸４と一体に形成されたフランジ部４１には、各遊星歯車体２と対向する位置に、遊星歯車ＰＧの中心軸と同心の正多角形断面の孔部４２が設けられており、孔部４２に、遊星歯車体２の歯車延長軸２１が挿入される（断面矢視Ｂ−Ｂ図）。ここで、歯車延長軸２１の断面と孔部４２の断面とはともに正多角形であり、両者の断面には、同一形状の輪郭線部となる多角形の辺の直線部が存在する。孔部４２の辺の数は、歯車延長軸２１の正多角形断面の辺の数よりも少なく設定されており、そのため、孔部４２の正多角形断面の１辺の長さは、歯車延長軸２１のそれよりも長い。
この実施例においては、リング歯車ＲＧの歯数が太陽歯車ＳＧの歯数の２倍に設定されている。また、孔部４２の断面は、１辺の長さが遊星歯車ＰＧの歯元円の径に等しい正４角形であり、これに挿入される歯車延長軸２１の断面は正８角形であって、孔部４２内で自転が可能なように、孔部４２との間に僅かな間隙を有している。歯車延長軸２１の断面の正８角形には、孔部４２の内面を滑らかに摺動するよう、角部に丸みが付されている。なお、この実施例では、歯車延長軸２１と遊星歯車ＰＧとが一体となり遊星歯車体２を構成しているが、これらを別体として形成し結合してもよいのは明らかである。

入力軸１が図１の矢印方向に回転すると、太陽歯車ＳＧの回転により遊星歯車ＰＧが自転及び公転を行い、歯車延長軸２１の断面の外周の各点は、ほぼサイクロイド曲線を描きながらリング歯車ＲＧに沿って移動する。このとき、図２（ａ）の拡大図に示すように、歯車延長軸２１の正８角形の外周面は、孔部４２の内面に当接して自転により摺動しながら孔部４２の内面を押すこととなり、出力軸４のフランジ部４１は、２重矢印で示す歯車延長軸２１の移動方向（遊星歯車ＰＧの公転方向）に回転し、その回転速度（厳密には、平均回転速度）は、遊星歯車ＰＧの公転速度（一般的な遊星歯車変速装置のキャリアの回転速度）に等しく、入力軸１の回転速度の１／３となる。これは、入力軸１が逆転したときも同様である。

一方、出力軸４を回転させるため、図２（ｂ）の２重矢印方向の回転トルクを加えた場合、孔部４２の正４角形断面の辺が、歯車延長軸２１の正８角形断面の辺に全体的に当接する状態が生じる。つまり、歯車延長軸２１の角部に孔部４２の正４角形断面の辺が当接したとしても、遊星歯車ＰＧが少量自転すると、歯車延長軸２１の正８角形断面の辺が孔部４２の辺に重なることとなる。そして、この状態となると、出力軸４の孔部４２が歯車延長軸２１を押す力は、歯車延長軸２１の中心軸に作用してこれ回転させるトルクを発生させることはできず（換言すれば、輪郭線部が重なっているため歯車延長軸２１が自転できない）、遊星歯車ＰＧがリング歯車ＲＧと太陽歯車ＳＧとの間にロックされて、入力軸１を回転させることは不可能となる。

このように、図１の双方向クラッチは、入力軸を正・逆転したときは出力軸が減速されて同一方向に回転し、出力軸側からの回転は機械的にロックされるものである。本発明の双方向クラッチを、図５のような物品の昇降装置の駆動源に応用したときは、モーターの回転が、前述の変速比の式に従って減速されて出力軸に伝達され、トルクの増幅により大きな駆動力が得られると同時に、物品の移動速度は低下するので、物品の位置決めの精度は向上する。
そして、位置決めのためモーターを停止すると、物品は自動的にその位置を保持することとなる。この位置の保持は、孔部の正多角形断面の直線的な辺と歯車延長軸のそれとが全体的に当接することによるものであって、図６の双方向クラッチのような部材同士の摩擦力に基づくものでないため、保持力の大きい確実な停止を実現できる。

図１の第１実施例では、歯車延長軸の断面は正８角形であるが、これに限らず、正多角形断面であれば同様な効果が達成される。角数を多くすると、入力軸から出力軸に回転が伝達されるときの作動が滑らかとなり、入力軸を停止してから出力軸がロックされるまでの時間が短縮される。逆に角数を少なくすると、出力軸がロックされたときの保持力が大きくなり、出力軸に大きな負荷トルクが作用しても回転を生じない。

さらに、本発明の双方向クラッチにおける歯車延長軸の断面と孔部の断面としては、正多角形ばかりでなく、両者に同一形状の輪郭線部が存在する他の形状を採用することが可能で、図３には、歯車延長軸の断面を楕円とした変形例１を示す。この図は、図１の断面矢視Ｂ−Ｂに相当する（ただし、ハウジングを省略）ものであり、歯車延長軸２１´の断面が楕円であって、これが挿入される孔部４２´の断面には、楕円の長径方向輪郭線部と同一形状の輪郭線部Ｄが形成してある（図３（ａ））。双方向クラッチの入力軸が回転したときは、図３（ｂ）に示すように、歯車延長軸２１´が矢印方向に自転して、出力軸のフランジ部４１´が２重矢印方向に回転する。これに対し、出力軸のフランジ部４１´が回転するときは、図３（ｃ）に示すように、孔部４２´の輪郭線部Ｄが楕円の輪郭線部と重なった状態で歯車延長軸２１´の自転が拘束され、図１のものと同様に、遊星歯車がロックされて入力軸を回転させることは不可能となる。

図１の第１実施例に対して別の変形を加え、軸の回転振れ等を防止するようにした変形例２を図４に示す。本発明の双方向クラッチは、ハウジングと入力軸との間に遊星歯車が存在するため、回転中に入力軸が傾いたり軸心が振れるようなことは起こり難い。しかし、遊星歯車の軸方向長さが短いようなときは、軸の回転振れ等の生じる場合がある。
図４の変形例では、ハウジング３の大径部に収容される出力軸４のフランジ部４１は、その前端面が、ハウジング３の段付き部の端面に突き当てられてスラスト方向の軸受けが行われるとともに、フランジ部４１の外周面が、ハウジング３の大径部の内周面に接触してラジアル方向の軸受けが行われる。そのため、出力軸４は、蓋体５の位置とフランジ部４１の位置とでラジアル方向に軸受けされ、回転軸の振れや傾きが防止される。

また、フランジ部４１の中央には中心孔４３が形成され、かつ、入力軸１には延長部が形成されており、この延長部が中心孔４３に入り込んで軸受けされる。したがって、入力軸１と出力軸４とは互いに軸受されてラジアル方向に支持されながら回転し、遊星歯車の軸方向長さが短い場合であっても安定した回転が可能となる。

次いで、本発明の技術的特徴を応用し、出力軸を入力軸と等速回転させる、又は増速回転させることが可能な第２実施例の双方向クラッチについて、図５により説明する。
図５の第２実施例の双方向クラッチは、第１実施例と同様な構造を備えた、図５上図の断面矢視Ａ−Ａから断面矢視Ｂ−Ｂに至る前段部分と、別の遊星ギヤ式変速装置を構成する断面矢視Ｂ−Ｂから断面矢視Ｃ−Ｃに至る後段部分とを組み合わせたものである。前段部分と後段部分の遊星ギヤ機構は、同一のギヤを対称的に配置した機構であり、図５の双方向クラッチでは、出力軸を入力軸と等速で回転させる。そして、双方向クラッチとしての入力軸１と出力軸４とは、それぞれの太陽歯車ＳＧ１、ＳＧ２と一体化されたボス部であって、ここに、駆動源のモーターや駆動負荷のプーリ等に連なる連結軸が別途相対回転不能に固着される（断面矢視Ａ−Ａ図、Ｃ−Ｃ図の太陽歯車参照）。

断面矢視Ａ−Ａ図に示すように、入力軸１の第１太陽歯車ＳＧ１は、周囲に配置された４個の第１遊星歯車ＰＧ１と噛み合ってこれを回転させる。第１遊星歯車ＰＧ１は、ハウジング３に固定された第１リング歯車ＲＧ１と噛み合って、自転しながら公転する。第１遊星歯車ＰＧ１の各々には、中心軸と同心に軸方向に突出する正８角形断面の歯車延長軸が設けられる。また、ハウジング３内側の軸方向の中央部には、断面矢視Ｂ−Ｂ図に示すように、第１遊星歯車ＰＧ１の中心軸と同心の正４角形断面の孔部ＥＨを形成したディスク状の中間部材ＭＤが設けられる。中間部材ＭＤは回転可能であり、その孔部ＥＨには、遊星歯車ＰＧ１の歯車延長軸が挿入される。つまり、中間部材ＭＤは、図１の第１実施例における出力軸４のフランジ部４１に相当する部材となっている。

後段部分である中間部材ＭＤの反対側には、断面矢視Ｃ−Ｃ図に示すように、出力軸４の第２太陽歯車ＳＧ２と、これに噛み合う４個の第２遊星歯車ＰＧ２が設けられており、第２遊星歯車ＰＧ２は、第１リング歯車ＲＧ１を軸方向に延長して形成した第２リング歯車ＲＧ２とも噛み合っている。そして、第２遊星歯車ＰＧ２の各々の中心軸は、断面矢視Ｂ−Ｂ図に示すように、中間部材ＭＤの孔部ＥＨの間に形成された支持孔ＳＨに軸支（つまり、円形断面の中心軸が支持孔に密着して嵌まり合う状態で回転可能に支持）されている。出力軸４の第２太陽歯車ＳＧ２は入力軸１の第１太陽歯車ＳＧ１と同一の歯数を、第２遊星歯車ＰＧ２は第１遊星歯車ＰＧ１と同一の歯数を備えている。

このように構成された第２実施例の双方向クラッチでは、入力軸１の第１太陽歯車ＳＧ１を回転すると、第１実施例の双方向クラッチで入力軸を回転したときと同じく、中間部材ＭＤが減速して回転される。中間部材ＭＤは第２遊星歯車ＰＧ２のキャリアであって、後段部分の遊星ギヤ機構は、キャリアである中間部材ＭＤを駆動側とし、出力軸４の第２太陽歯車ＳＧ２を従動側とする増速機となっている。そのため、出力軸４の回転速度は、中間部材ＭＤが入力軸から減速された分増速されて、入力軸１と等速になる。
これに対し、出力軸４に回転トルクを加えた場合には、第１実施例の双方向クラッチで説明したように、前段部分で中間部材ＭＤがロックされる。したがって、第２実施例のものでも入力軸が回転することはなく、入力軸と出力軸の回転速度が等速の双方向クラッチを構成することができる。

図５の双方向クラッチは、前段部分と後段部分に同一の遊星ギヤ機構を対称的に配置して、出力軸の回転速度が入力軸と等しくなるようにしたものであって、第２太陽歯車ＳＧ２は第１太陽歯車ＳＧ１と同一の歯数を有し、また、第２リング歯車ＲＧ２も第１リング歯車ＲＧ１と同一の歯数（共通の内歯歯車）を有する。ここで、後段部分の遊星ギヤ機構を変更して、例えば、第２太陽歯車ＳＧ２の歯数を第１太陽歯車ＳＧ１よりも少なく、かつ、第２リング歯車ＲＧ２の歯数を第１リング歯車ＲＧ１よりも多くすると、前述の変速比の式から明らかなように、中間部材ＭＤと出力軸４との増速比が高まるため、出力軸４は入力軸１よりも増速される結果となる。
つまり、第２実施例の双方向クラッチでは、後段部分の遊星ギヤ機構の設定を変更することにより、変速比を自由に選定し、出力軸を入力軸と等速あるいは増速とすることが可能となる。そのため、第２実施例の双方向クラッチは、迅速な物品の移動が要求される昇降装置に好適なものである。

以上詳述したように、本発明は、駆動側からの回転を可能とする一方、従動側からの回転は阻止する双方向クラッチを、遊星ギヤ機構を利用して構成し、双方向クラッチ自体に変速機能を持たせてトルクの増大等を可能とするとともに、回転を阻止する保持力の増加を図ったものである。上記の実施例においては、遊星ギヤ機構における各歯車をそれぞれの部品に一体的に形成しているが、これらの歯車を、別の材料を用いて各部品に組み付けるようにしてもよい。また、回転部品の接触部に潤滑性の優れた材料を介在させるなど、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 入力軸
２ 遊星歯車体
２１、２１´ 歯車延長軸
３ ハウジング
４ 出力軸
４１、４１´ フランジ部
４２、４２´、ＥＨ 孔部（遊星歯車と同心）
ＳＧ、ＳＧ１、ＳＧ２ 太陽歯車
ＰＧ、ＰＧ１、ＰＧ２ 遊星歯車
ＲＧ、ＲＧ１、ＲＧ２ リング歯車
ＭＤ 中間部材

Claims (7)

1. 回転不能のハウジング、入力軸及び出力軸を備え、前記入力軸の回転により前記出力軸が回転するとともに、前記出力軸の回転による前記入力軸の回転は阻止される双方向クラッチであって、
   前記入力軸には太陽歯車、前記ハウジングには内歯歯車からなるリング歯車が設けられ、かつ、前記太陽歯車及び前記リング歯車に噛み合う複数の遊星歯車が設けられており、さらに、
   前記遊星歯車の各々には、遊星歯車の中心軸と同心に軸方向に突出する歯車延長軸が設けられ、前記出力軸には、前記歯車延長軸の各々が挿入される孔部が設けられるとともに、前記歯車延長軸の断面と前記孔部の断面とには同一形状の輪郭線部が形成されており、
   前記入力軸が回転したときは、前記歯車延長軸が前記孔部内を自転しながら前記出力軸を回転させ、かつ、前記出力軸が回転したときは、前記孔部と前記歯車延長軸の前記輪郭線部が重なって当接した状態で、前記歯車延長軸の自転が阻止されることを特徴とする双方向クラッチ。
2. 前記歯車延長軸の断面が正多角形断面であり、前記孔部の断面が、前記歯車延長軸断面の正多角形よりも辺の数の少ない正多角形断面であって、前記輪郭線部が直線となっている請求項１に記載の双方向クラッチ。
3. 前記出力軸には、フランジ部が設けられており、前記孔部が前記フランジ部に形成される請求項１又は請求項２に記載の双方向クラッチ。
4. 前記ハウジングの内側には、小径部と大径部とが形成されており、前記小径部に前記リング歯車が設けられ、前記大径部に前記フランジ部が収容される請求項３に記載の双方向クラッチ。
5. 前記フランジ部の中央に中心孔を形成し、ここに前記入力軸を軸受する請求項３又は請求項４に記載の双方向クラッチ。
6. 回転不能のハウジング、中間部材、入力軸及び出力軸を備え、前記入力軸の回転により前記出力軸が回転するとともに、前記出力軸の回転による前記入力軸の回転は阻止される双方向クラッチであって、
   前記入力軸には第１太陽歯車、前記ハウジングには内歯歯車からなる第１リング歯車が設けられ、かつ、前記第１太陽歯車及び前記第１リング歯車に噛み合う複数の第１遊星歯車が設けられ、
   前記第１遊星歯車の各々には、第１遊星歯車の中心軸と同心に軸方向に突出する歯車延長軸が設けられ、前記中間部材には、前記歯車延長軸の各々が挿入される孔部が設けられるとともに、前記歯車延長軸の断面と前記孔部の断面とには同一形状の輪郭線部が形成されており、さらに、
   前記中間部材には、前記第１遊星歯車と反対側に置かれた第２遊星歯車が軸支され、前記第２遊星歯車は、前記ハウジングに設けられた内歯歯車からなる第２リング歯車と、前記出力軸に設けられた第２太陽歯車とに噛み合っており、
   前記入力軸が回転したときは、前記歯車延長軸が前記孔部内を自転しながら前記中間部材を回転させて前記出力軸を回転させ、かつ、前記出力軸が回転したときは、前記中間部材の前記孔部と前記歯車延長軸の前記輪郭線部が重なって当接した状態で、前記歯車延長軸の自転が阻止されて前記入力軸の回転が阻止されることを特徴とする双方向クラッチ。
7. 前記第１太陽歯車と前記第２太陽歯車とが同一径及び同一歯数を有するとともに、前記第１遊星歯車と前記第２遊星歯車とが同一径及び同一歯数を有し、かつ、前記第１リング歯車と前記第２リング歯車とが共通の内歯歯車として構成された請求項６に記載の双方向クラッチ。

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