JP6027702B1 - 空転歯車及び一方向クラッチを備えたフリータイプ双方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】遊星歯車を利用して、入力軸からの回転が出力軸に伝達され、入力軸が停止した位置で出力軸からの回転の伝達が遮断されるフリータイプ双方向クラッチを構成する。【解決手段】回転不能のハウジング１内に、共通の回転軸を中心として回転可能な入力軸２及び出力軸３を設置し、出力軸３に太陽歯車３２を固着するとともに、入力軸には楔形形状部を有するカム体２３を固着する。また、太陽歯車３２と噛み合う遊星歯車を設けた一対の遊星歯車体４Ａ、４Ｂをカム体２３の両側にそれぞれ配置して、遊星歯車体４Ａ、４Ｂには、カム体２３に当接する作動子４３Ａ、４３Ｂを、一方向クラッチ４ＡＣ、４ＢＣを介して取り付ける。入力軸２が回転したときは、遊星歯車の自転が阻止されて出力軸３へ回転が伝達されるが、出力軸側３が回転したときは、入力軸が停止した位置のままで遊星歯車が空転し、入力軸２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・逆方向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、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は、本出願人の創案に係る特許第４９４９１９６号に記載の双方向クラッチが知られており、これは、入力軸と出力軸との間に楔形凹所に挿入されたローラーを介在させ、入力軸から出力軸にはローラーの噛み込み作用を利用して動力を伝達させる一方、逆方向への動力伝達は、ローラーの噛み込みを解除して出力軸を空転させるように構成したものである。さらに、本出願人は、噛み込みローラーを用いることなく、出力軸と同心の太陽歯車を設置してこれと噛み合う遊星歯車を設け、入力軸が回転したときは、遊星歯車の自転を阻止して出力軸へ回転を伝達し、出力軸側からの回転は、遊星歯車を空転させて入力軸への回転の伝達を遮断するフリータイプ双方向クラッチを創案しており、これについて、図１１、１２により説明する。

図１１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３個の直線部が形成されている。

ハウジングＨＧの内部には、断面Ｂ−Ｂに示すとおり、出力軸ＯＳの太陽歯車ＳＧと噛み合う遊星歯車ＰＧを形成した３個の遊星歯車体ＰＢが、周方向に等間隔をおいて配設される。遊星歯車体ＰＧの個数は、入力軸ＩＳに固着されたカム体ＣＢの辺の数と同じであって、各々の遊星歯車体ＰＧは、カム体ＣＢの辺のほぼ中央に位置している。
各々の遊星歯車体ＰＧには、軸方向に突出する突出部ＰＪが設けてあり、この突出部ＰＪは、遊星歯車体ＰＢをハウジングＨＧの内部に組み付けたときに、入力軸ＩＳのカム体ＣＢと当接する軸方向位置に設けられる。断面Ａ−Ａに示すとおり、突出部ＰＪの断面形状は正６角形であり、断面の外周には、正６角形の辺である６個の直線部が形成されている。そして、突出部ＰＪがカム体ＣＢの辺の中央と対向する断面Ａ−Ａの状態では、突出部ＰＪとカム体ＣＢとの間にはわずかな間隙が存在し、突出部ＰＪの自転が許容されるよう、遊星歯車体ＰＢとカム体ＣＢとの相対的な位置が設定される。

３個の遊星歯車体ＰＢは、一般的な遊星歯車機構の遊星歯車と同様に、中心軸ｏを中心として回転可能となったキャリアＣＡに軸支される。つまり、遊星歯車体ＰＢの中心には軸方向の貫通孔が形成してあり、この貫通孔が、キャリアＣＡの環状平板部に立設された支持軸ＳＳに嵌め込まれる。また、図１１のフリータイプ双方向クラッチでは、中央の縦断面図に示すとおり、遊星歯車体ＰＢを挟んでキャリアＣＡの環状平板部と対向する位置には、円板状のキャリア補助板ＣＲが設置してある。キャリア補助板ＣＳは、連結片ＣＬによってもキャリアＣＡと結合されており、ハウジングＨＧの端板部に当接しながら共に回転軸ｏを中心として回転可能となっている。

図１１のフリータイプ双方向クラッチの作動について、入力軸を回転したときの各部品の動きを示す図１２（ａ）、及び、出力軸を回転したときの各部品の動きを示す図１２（ｂ）を参照しながら説明する。
入力軸ＩＳが、例えば、駆動源のモーターにより反時計方向（図１１の中央の縦断面図の右方から見て）に回転すると、正３角形状のカム体ＣＢも反時計方向に回転する。これにより、図１２（ａ）の断面Ａ−Ａに示すとおり、カム体ＣＢの１辺（直線部）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（直線部）とが直線的に重なることとなる。この状態となると、重なった辺の部分が全体的に面接触して、遊星歯車体ＰＢが自転できなくなり、遊星歯車体ＰＢとキャリアＣＡとは、入力軸ＩＳとロックされた状態で一体的に回転する。そして、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、断面Ｂ−Ｂに示すとおり、遊星歯車体ＰＢの移動（中心軸ｏの周りの公転）と一体となって回転する。

つまり、入力軸ＩＳの回転は、遊星歯車体ＰＢの遊星歯車ＰＧと太陽歯車ＳＧを介して出力軸ＯＳを回転させ、これに連なる従動側の機器、例えば、カーテン等の昇降装置に駆動力が伝達される。遊星歯車体ＰＢ、キャリアＣＡ等の入出力軸間に介在する部材が全体的にロックされるこの駆動力の伝達は、入力軸ＩＳの回転方向が逆の時計方向であっても同じである。そして、重なる直線部の面接触によるトルク伝達であるため、図１１のフリータイプ双方向クラッチでは大きなトルクの伝達が可能となる。

これに対して、図１２（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が反時計方向（図１１の中央の縦断面図の右方から見て）に回転した場合には、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。
ここで、遊星歯車体ＰＢが入力軸ＩＳに対しわずかに移動して、図１２（ｂ）の断面Ａ−Ａに示すように、突出部ＰＪがカム体ＣＢの辺の中央に位置するときには、遊星歯車体ＰＢが自由に自転可能である。すなわち、突出部ＰＪの外接円の径は、遊星歯車体ＰＢの中心からカム体ＣＡまでの距離よりも小さく、したがって、出力軸ＯＳの回転により太陽歯車ＳＧが回転しても、キャリアＣＡに軸支された遊星歯車体ＰＢが自転するだけであって入力軸ＩＳは回転せず、動力伝達が遮断される。

特許第４９４９１９６号公報

上述のとおり、図１１のフリータイプ双方向クラッチは、コンパクトな構成でありながら大トルクの伝達が可能であり、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。しかし、クラッチの作動中において、入力軸の回転を停止した位置を保持したまま出力軸を空転させる場合に、次のような点に問題のあることが判明した。

図１１のフリータイプ双方向クラッチでは、入力軸ＩＳから出力軸ＯＳに動力が伝達されるときは、図１２（ａ）の断面Ａ−Ａに示すとおり、カム体ＣＢの断面の直線部と遊星歯車体ＰＢの突出部ＰＪ断面の直線部とが重なり、両方の面を介してトルク伝達が行われる。そして、入力軸ＩＳの回転が停止すると、カム体ＣＢの面と突出部ＰＪの面が当接した状態が維持される。
図１２（ｃ）は、そのときの遊星歯車体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。この状態において入力軸ＩＳのカム体ＣＢの位置が固定されている場合には、遊星歯車体ＰＢの自転が拘束されるため、出力軸ＯＳの太陽歯車ＳＧが回転すると、遊星歯車体ＰＢは、太陽歯車ＳＧと一体的に同一方向に移動することとなる。

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、遊星歯車体ＰＢは、突出部ＰＪがカム体ＣＢの辺の中央に向かうので、キャリアＣＡ（支持軸ＳＳ）を伴いながら反時計方向に移動でき、この移動により、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の自転が可能となる。しかし、破線矢印のように、太陽歯車ＳＧの回転方向が反時計方向であるときは、カム体ＣＢに阻止されて遊星歯車体ＰＢが移動することができない。つまり、入力軸ＩＳが停止する以前に回転していたのと同一方向に出力軸ＯＳが回転するときは、キャリアＣＡの移動により出力軸ＯＳは回転可能であるけれども、反対方向に回転しようとしたときには、ロックされて出力軸ＯＳの回転は不可能となる。

このような出力軸ＯＳのロック状態は、入力軸ＩＳをわずかに戻して、カム体ＣＢと遊星歯車体ＰＢを図１２（ｂ）の断面Ａ−Ａの相対的位置関係とすれば解消できるが、戻す操作は場合によっては煩わしいものとなる。本発明の課題は、フリータイプ双方向クラッチにおいて、入力軸が回転を停止した位置のままの状態で、出力軸が両方向に回転可能な構造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、出力軸に固着した太陽歯車に一対の遊星歯車を噛み合わせ、一対の遊星歯車のそれぞれに異なる方向の空転を許容する一方向クラッチを設けて、入力軸が回転したときは、一方の遊星歯車体の自転を阻止して出力軸へ回転を伝達し、出力軸の回転により太陽歯車が回転したときは、双方の遊星歯車の自転を許容してこれを空転させ、入力軸への回転の伝達を遮断するものである。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カム体と、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一対の遊星歯車体と、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、
前記一対の遊星歯車体は、一方向クラッチを介して遊星歯車の回転軸に嵌め合わされた作動子を有するとともに、前記一対の遊星歯車体のそれぞれの一方向クラッチは、異なる回転方向の空転を許容するよう設定され、
前記一対の遊星歯車体のそれぞれは、前記カム体の一方側及び他方側に配置され、かつ、前記作動子及び前記カム体の断面には、それぞれ直線部が形成されており、
前記入力軸が回転したときは、前記作動子及び前記カム体の断面の直線部が当接し、前記一対の遊星歯車体の一方における遊星歯車の自転が阻止されて、前記太陽歯車が前記カム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、前記一対の遊星歯車体の双方における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となっている。

前記作動子は、その断面が正多角形形状であり、前記カム体の断面が、両側に直線部の形成された楔形形状部を備えているのが好ましい。
また、前記一対の遊星歯車体のそれぞれを、前記太陽歯車を挟んで径方向に対向する位置に配置し、かつ、前記一対の遊星歯車体の間には、前記キャリアに軸支されて前記太陽歯車と噛み合うアイドル歯車を配置するのが好ましい。

本発明では、前記入力軸のカム体を挟んで前記一対の遊星歯車体のそれぞれと径方向に対向する位置に、前記キャリアに固着された円柱体を設置し、前記入力軸が回転したときは、前記作動子及び前記カム体の断面の直線部が当接するとともに、前記円柱体が前記カム体と当接するように構成することができる。
また、前記キャリアには、前記遊星歯車体を挟んで対向する位置に、キャリア補強板を一体的に結合することができる。

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、共通の中心軸の回りに回転可能な入力軸及び出力軸を設置し、出力軸にこれと同心の太陽歯車を固着するとともに、太陽歯車と噛み合う遊星歯車を有する一対の遊星歯車体を配置し、この遊星歯車体をキャリアに回転可能に軸支する。一対の遊星歯車体のそれぞれには、異なる回転方向の空転を許容する一方向クラッチを介して作動子を取り付けるとともに、入力軸には作動子と当接するカム体を設ける。そして、作動子及びカム体の断面にはそれぞれ直線部を形成し、この直線部同士が当接するように、作動子のそれぞれをカム体の一方側及び他方側に配置する。

入力軸が回転したときは、後に図２等により詳述するとおり、一対の遊星歯車体の中、回転方向で近距離にある遊星歯車体における作動子の外周面が、入力軸のカム体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、入力軸のカム体は、当接した遊星歯車体の遊星歯車を介してキャリアを同一方向に回転させ、作動子が当接していない他方の遊星歯車体を同様にその回転方向に移動させる。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、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。
本発明では、一対の遊星歯車体のそれぞれは、入力軸のカム体の両側に、その断面中心線に対し対称的に置かれている。したがって、入力軸が遊星歯車体及びキャリアを介して出力軸と一体化される回転伝達は、入力軸の回転方向を問わず行われるものである。

これに対し、出力軸が回転すると、太陽歯車と噛み合う遊星歯車はキャリアの支持軸の周りに自転しようとする。しかし、入力軸が停止した位置においては、一方の遊星歯車体の作動子の直線部とカム体の直線部とが重なっており、その作動子は自転することができない。この状態は、従来のフリータイプ双方クラッチの作動として説明した図１２（ｃ）の位置関係と類似している。
この状態において、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、遊星歯車（太陽歯車と逆方向に回転しようとする）は、一方向クラッチにより作動子と一体化されるため、キャリアを伴いながら太陽歯車の回転方向にわずかに移動して作動子をカム体から離し、出力軸は回転可能となる（図３参照）。
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、遊星歯車は一方向クラッチにより作動子と切り離される。そのため、作動子の直線部とカム体の直線部とが重なり作動子自体の自転が拘束されていても、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、出力軸は回転可能となる（図４参照）。

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。図１１のものと比べると、出力軸の逆方向の空転を可能とするよう、入力軸を停止した位置からわずかに戻す作業は不要であり、本発明のフリータイプ双方向クラッチは、使い勝手の優れたものとなっている。

本発明のフリータイプ双方向クラッチにおいて、遊星歯車体の作動子の断面を正多角形形状とし、入力軸に固着したカム体の断面を両側に直線部を形成した楔形形状部を備えたものとすると、作動子とカム体とを、間隙の非常に少ない状態で配置することができる。そのため、入力軸から出力軸を駆動する際の遊びやバックラッシュを小さくすることが可能である。
また、本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、入力軸のカム体を挟んで一対の遊星歯車体のそれぞれと径方向に対向する位置に、キャリアに固着された円柱体を設置して、入力軸が回転したとき、円柱体をカム体と当接するように構成することができる。このようにしたときは、入力軸の回転トルクが、径方向に対向する遊星歯車体と円柱体の双方からキャリアを回転させることとなり、安定したトルク伝達が可能となる。

さらに、遊星歯車を備えた一対の遊星歯車体のそれぞれを、太陽歯車を挟んで径方向に対向する位置に配置するとともに、一対の遊星歯車体の間に、キャリアに軸支されて太陽歯車と噛み合うアイドル歯車を配置したときは、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の軸の傾きや振動等が防止される。さらに、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こととなる。

本発明のフリータイプ双方向クラッチの第１実施例を示す構造図である。 図１の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図である。 図１の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図である。 図１のフリータイプ双方向クラッチの出力軸逆回転時の作動を示す図である。 図１のフリータイプ双方向クラッチの入出力軸等の構成を示す図である。 図１のフリータイプ双方向クラッチの遊星歯車体の構成を示す図である。 図１のフリータイプ双方向クラッチのキャリア等の構成を示す図である。 本発明のフリータイプ双方向クラッチの第２実施例を示す構造図である。 図８のフリータイプ双方向クラッチのキャリアの構成を示す図である。 図８のフリータイプ双方向クラッチのキャリア補助板を示す図である。 従来のフリータイプ双方向クラッチの構造を示す図である。 図１１のフリータイプ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、その作動の説明図を図２乃至図４に示す。図５乃至図７は、第１実施例のフリータイプ双方向クラッチの主要な構成部品を単体の状態で示すものである。

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、断面円形の固定のハウジング１の中心部に配置された、共通の中心軸ｏの周りを回転可能な入力軸２と出力軸３とを備えている。
ハウジング１は、円周壁部と端板部からなるカップ状部材であって、その中心軸は入力軸２及び出力軸３の中心軸ｏと同一である。ハウジング１の開口端部には、内部を閉鎖する円板状のシールド体１１が圧入されている。図１の中央の縦断面図に示すとおり、入力軸２は、ハウジング１の端板部の中心を貫通してこれに軸受けされ、出力軸３は、シールド体１１の中心を貫通してこれに軸受けされる。

図５に詳細に示すとおり、入力軸２は、ハウジング１の端板部に軸受される短い軸部２１と、ハウジング１の内部で端板部と面接触するように形成されたディスク体２２とを備え、ディスク体２２の軸部２１の反対側には、カム体２３が、ディスク体２２と一体的に形成されて固着される。カム体２３の断面は、基本的には、わずかに先細りとなった楔形形状部を備え、両側に対称的に形成された直線部２３Ｌを有しており、また、両側に小さな段部２３Ｓが形成され、楔形形状部の先端側の幅が少し狭くなっている。これは、後述する遊星歯車体４Ａ、４Ｂの作動子４３Ａ、４３Ｂが自転したときに、その干渉を避けながら、遊星歯車体４Ａ、４Ｂをカム体２３になるべく近接して配置するためである。

出力軸３は、シールド体１１に軸支される軸部３１と、中心軸ｏと同心の太陽歯車３２とを備えている。入力軸２と出力軸３とが対向して隣接する部分には、互いに嵌り合う孔部と突軸部が設けられており、これにより、両方の軸がいわば一体化されて、ハウジング１の端板部とシールド体１１の両方で支持されるようになるとともに、入力軸２のディスク体２２がハウジング１の端板部と面接触しているので、入力軸２と出力軸３とが回転中に傾きや「ずれ」を起こすのが防止される。
また、入力軸２と出力軸３の軸部２１、３１には、断面に直線部を有する連結孔ＣＨがそれぞれ形成されており、入力軸２の連結孔ＣＨには駆動源のモーター等の軸が挿入され、出力軸３の連結孔には負荷となる従動側の機器等の軸が挿入される。

ハウジング１の内部には、出力軸３の太陽歯車３２と噛み合う遊星歯車４１Ａ、４１Ｂを有する一対の遊星歯車体４Ａ、４Ｂが設けられ、それぞれの遊星歯車体は、太陽歯車３２を挟んで径方向に対向する位置（図１では上下の位置）に置かれている。図６、図７に示すとおり、遊星歯車４１Ａ、４１Ｂは、軸方向に延長された回転軸４２Ａ、４２Ｂをそれぞれ有し、その中心部には、キャリア５の支持軸５１に嵌め込まれる貫通孔を形成してある。キャリア５は、その中心穴が出力軸３の軸部３１に嵌め込まれ、中心軸ｏの回りに回転可能であって、したがって、遊星歯車４１Ａ、４１Ｂは、公転及び自転が可能である。
なお、キャリア５にはアイドル歯車６（図１のＢ−Ｂ断面では左右に位置する歯車）も嵌め込まれているが、これの詳細については後述する。

図６に示すように、遊星歯車４１Ａ、４１Ｂの回転軸４２Ａ、４２Ｂには、一方向クラッチ４ＡＣ、４ＢＣを介して作動子４３Ａ、４３Ｂが嵌め合わさる。この実施例で用いられる一方向クラッチは、回転軸４２Ａ、４２Ｂの周囲に配置された複数の楔形空間に、ばねＳＰで噛み込み方向に押されたローラーＲＯを設置したものである。この一方向クラッチでは、回転軸がローラーＲＯを噛み込み方向に移動するときは作動子と一体回転し、反噛み込み方向に移動するときには、回転軸が作動子に対して空転する。そして、図１（図６）の実施例では、遊星歯車体４Ａの一方向クラッチ４ＡＣは、回転軸４２Ａが時計方向（中央の縦断面図の右方から見て）に回転するときに作動子４３Ａに対して空転し、一方向クラッチ４ＢＣは、逆に回転軸４２Ｂが反時計方向に回転するときに作動子４３Ｂに対して空転するよう設定される。

作動子４３Ａ、４３Ｂは、この実施例では、その断面が角の丸められた正６角形の形状をなすカップ状の部品であり、内部空間に一方向クラッチが装着され、外周には正６角形の辺である直線部を備えている。一対の作動子４３Ａ、４３Ｂは、軸方向においては入力軸２のカム体２３と一致する位置に設置され、カム体２３が回転すると、カム体２３の直線部２３Ｌと作動子の正６角形の直線部とが当接する。ただし、カム体２３が図１の断面Ａ−Ａの位置にあるときは、作動子４３Ａ、４３Ｂの外周とカム体２３の外周との間にわずかな間隙が存在するよう設定されており、この状態では、各々の作動子が自転したときにカム体２３に当接することはない。

ここで、図１の実施例のフリータイプ双方向クラッチの作動について、図２乃至図４を参照して説明する。これらの図においては、分かり易くするため、一方向クラッチのローラー等の図示は省略している。
図２における各矢印に示すように、入力軸２が、例えば、駆動源のモーターにより時計方向（中央の縦断面図の右方から見て）に回転すると、入力軸２の楔形形状部を備えたカム体２３も時計方向に回転する。これにより、図２の断面Ａ−Ａに示すとおり、カム体２３の直線部２３Ｌと、遊星歯車体４Ｂの作動子４３Ｂの正６角形の辺（直線部）とが当接し直線的に重なることとなる。この状態となると、重なった辺の部分が全体的に面接触して、作動子４３Ｂが自転できなくなり、作動子４３Ｂは、一方向クラッチ４ＢＣ及び遊星歯車４１Ｂを介して、カム体２３と共にキャリア５を時計方向に回転させる。そして、遊星歯車４１Ａ、４１Ｂと噛み合う太陽歯車３２の固着された出力軸３も、遊星歯車体４Ａ、４Ｂの移動（回転軸ｏの周りの公転）と一体となって回転する。

つまり、入力軸２が時計方向に回転すると、遊星歯車体４Ｂの作動子４３Ｂ、キャリア５及び太陽歯車３２を介して出力軸３を回転させ、これに連なる従動側の機器、例えば、カーテンの昇降装置に駆動力が伝達される。本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、入力軸のカム体２３及び一対の遊星歯車体４Ａ、４Ｂは、線対称の形に配置されているので、入力軸２が反時計方向に回転したときは、カム体２３と遊星歯車体４Ａの作動子４３Ａとが当接し、上述の作動と同様な回転伝達が行われることとなる。

これに対して、図３に示すように、入力軸２の時計方向の回転が停止して、カム体２３の直線部２３Ｌと作動子４３Ｂの辺とが当接した状態で、出力軸３が矢印のとおり時計方向（中央縦断面図の右方から見て）に回転した場合には、出力軸３の太陽歯車３２が、噛み合う遊星歯車４１Ａ、４１Ｂに反時計方向の自転の回転トルクを与える。このとき、遊星歯車４１Ｂは、一方向クラッチ４ＢＣにより作動子４３Ｂと繋がる状態となって自転が拘束されるが、太陽歯車３２の時計方向の回転に伴い、遊星歯車体４Ｂの全体がキャリア５と共に小矢印のように時計方向に移動する。これは、図１２（ｃ）で説明したキャリアの移動可能方向と同様な作動であって、その結果、遊星歯車体４Ｂがカム体２３から離れるとともに遊星歯車体４Ａも時計方向に移動し、両方の遊星歯車体は、カム体２３に対し相対的に図１のＡ−Ａ断面の位置となって自転が可能となる。

図４に示すように、入力軸２の時計方向の回転が停止した状態で、出力軸３が反時計方向に回転した場合には、出力軸３の太陽歯車３２が、遊星歯車４１Ａ、４１Ｂに時計方向の自転の回転トルクを与える。このときは、遊星歯車体４Ｂの遊星歯車４１Ｂは、一方向クラッチ４ＢＣにより作動子４３Ｂとの相対回転が可能であるので、作動子４３Ｂの辺がカム体２３の直線部２３Ｌに当接していても（断面Ａ−Ａ）、遊星歯車４１Ｂは自転が可能である。他方の遊星歯車体４Ａは、この状態においてはその作動子４３Ａがカム体２３とは当接していないため、一方向クラッチ４ＡＣが繋がっていたとしても全体的な自転が可能である。

このように、本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、出力軸３がどちらの方向に回転した場合でも、入力軸２の時計方向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４１Ａ、４１Ｂを自転（空転）させて、入力軸２への回転伝達を遮断することができる。入力軸のカム体２３及び一対の遊星歯車体４Ａ、４Ｂは、線対称の形に配置されているので、入力軸２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３から入力軸２への回転伝達を遮断できるのは明らかである。

図１に示す第１実施例においては、一対の遊星歯車体４Ａ、４Ｂの周方向の中間位置には、出力軸３の太陽歯車３２と噛み合うアイドル歯車６がそれぞれ設置されている。アイドル歯車６は、図７に示すとおり、キャリア５の短い支持軸５２にそれぞれ軸支され、太陽歯車３２の周りに公転及び自転する。ただし、このアイドル歯車６は、入力軸２とは連結されておらず、したがって、入出力軸間の動力伝達には関係しないが、太陽歯車３２とキャリア５との相対的な位置関係を正確に保持し、入力軸２から出力軸３への動力伝達中での回転バランスを良好として振動を防止するように作用する。
なお、図示は省略するが、固定のシールド体１１とキャリア５との間Ｇ（図１の中央の縦断面図）に、波形ばねを配置してキャリア５に小さな拘束力を付与することができる。こうすると、出力軸３の回転中において、振動等に伴う遊星歯車体４Ａ、４Ｂの位置の「ずれ」を防止することができ、出力軸３の自由な回転状態が保持される。

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乃至図１０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、入力軸のカム体を挟んで一対の遊星歯車体のそれぞれと径方向に対向する位置に、キャリアに固着された円柱体を設置し、入力軸が回転したとき、遊星歯車体（作動子）と円柱体の双方をカム体と当接するように構成したものであり、ここでは、図１等の第１実施例のものとの相違点を中心に説明する。
図８には、第２実施例のフリータイプ双方向クラッチの全体構造を示し、図９、図１０には、そのキャリア、及びキャリアと組み合されるキャリア補助板をそれぞれ示す。これらの図において、第１実施例（図１等）の部品に相当するものについては、同一の符号を付している。

図８に示すように、第２実施例のフリータイプ双方向クラッチは、断面円形の固定のハウジング１の中心部に配置された、共通の中心軸ｏの周りを回転可能な入力軸２と出力軸３とを備え、出力軸３に太陽歯車３２が固着されている点では、図１の第１実施例のものと変わりはない。しかし、断面Ａ−Ａに示すとおり、入力軸２に固着されたカム体２３´は、その断面が４辺を有するほぼ菱形の形状をなし、両側に直線部が形成された２個の楔形形状部２３Ｘ、２３Ｙを備えている。

一方の楔形形状部２３Ｘの両側には、対をなす遊星歯車体４Ａ、４Ｂがそれぞれ配置してあるが、図１の第１実施例のものでは、これらが径方向に対向した位置に配置されているのに対し、図８の第２実施例のフリータイプ双方向クラッチでは、遊星歯車体４Ａ、４Ｂが約１００度の角度間隔で配置される。
遊星歯車体４Ａ、４Ｂは、太陽歯車３２に噛み合う遊星歯車４１Ａ、４１Ｂと、カム体２３´の楔形形状部２３Ｘの直線部に当接する断面６角形の作動子４３Ａ、４３Ｂをそれぞれ備えている。遊星歯車４１Ａ、４１Ｂは、軸方向に延長された回転軸４２Ａ、４２Ｂをそれぞれ有しているが、第２実施例のものでは、遊星歯車４１Ａ、４１Ｂに固着された回転軸４２Ａ、４２Ｂの両端が、キャリア５´及びキャリア補助板５´Ｓに設けた穴にそれぞれ軸受けされて、遊星歯車４１Ａ、４１Ｂの公転及び自転が可能となっている。図１の第１実施例のものと同様に、カム体２３´と当接する作動子４３Ａ、４３Ｂは、一方向クラッチ４ＡＣ、４ＢＣを介して遊星歯車４１Ａ、４１Ｂの回転軸４２Ａ、４２Ｂと連結され、これらの一方向クラッチは、互いに反対方向の回転時に回転軸４２Ａ、４２Ｂを空転させるよう設定されている。

そして、図８の断面Ａ−Ａに示すとおり、一対の遊星歯車体４Ａ、４Ｂのそれぞれと径方向に対向する位置には、キャリア５´に固着された円柱体５´Ｃが設置される（図９も参照）。この円柱体５´Ｃは、入力軸２の回転によりカム体２３´が回転し、一方の遊星歯車体の作動子の直線部がカム体２３´の楔形形状部２３Ｘの直線部と重なって当接したときに、その遊星歯車体と径方向で対向する円柱体５´Ｃの外周が、楔形形状部２３Ｙの直線部に同時に当接する位置に設けられている。
つまり、入力軸２のカム体２３´、一対の遊星歯車体４Ａ、４Ｂ及び一対の円柱体５´Ｃは、図８の断面Ａ−Ａにおいて、中心を通る直線Ｚ−Ｚについて対称となるように配置してあり、入力軸２が回転したときに、作動子と円柱体５´Ｃの両方がカム体２３´に当接する。そのため、入力軸の回転トルクが、径方向に対向する遊星歯車体と円柱体５´Ｃの双方からキャリア５´を回転させることとなり、安定したトルク伝達が可能となる。

図８の中央の縦断面図と断面Ｂ−Ｂ（図９も参照）に示すように、円柱体５´Ｃの先端には、アイドル歯車６が回転可能に嵌め込まれる軸体６Ｓが一体的に形成されている。そして、図８の第２実施例のフリータイプ双方向クラッチでは、遊星歯車体４Ａ、４Ｂを挟んでキャリア５´の円板部と軸方向に対向する位置に、キャリア５´と一体的に回転するキャリア補助板５´Ｓが設置されており、軸体６Ｓは、キャリア補助板５´Ｓに設けた穴に挿入され固定される。
図１０に示すように、キャリア補助板５´Ｓには、軸方向に延びる２個の連結管ＣＰが取り付けられている。連結管ＣＰの断面は中空となっていて、その中空部に、キャリア５´に形成した連結ロッドＣＲ（図９）を差し込むことにより、キャリア５´とキャリア補助板５´Ｓとが強固に連結され、両者は一体として回転する。これにより、遊星歯車４１Ａ、４１Ｂの回転軸４２Ａ、４２Ｂ、及び一対の円柱体５´Ｃが、いわば両持ち状態で支持され、遊星歯車４１Ａ、４１Ｂの作動中の軸の傾きを防止することができる。

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、入力軸にカム体を取り付けるとともに出力軸に太陽歯車を取り付け、さらに、両者の間に一方向クラッチを備えた一対の遊星歯車体を設置して、入力軸が回転したときは、遊星歯車体の自転を阻止して出力軸へ回転を伝達する一方、出力軸が回転したときは、入力軸が停止位置を保持した状態で出力軸を空転させるものである。
上記の実施例では、一組の対となった遊星歯車体がカム体の両側にそれぞれ設置されているが、複数組の対となった遊星歯車体をカム体の両側に設置することも可能である（例えば、図８の第２実施例において、円柱体に代えて遊星歯車体を用いるなど）。また、カム体と当接する作動子の断面形状として、６角形以外の多角形を採用するなど、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
１１：シールド体
２：入力軸
２３，２３´：カム体
３：出力軸
３２：太陽歯車
４Ａ、４Ｂ：遊星歯車体
４１Ａ、４１Ｂ：遊星歯車
４３Ａ、４３Ｂ；作動子
４ＡＣ、４ＢＣ：一方向クラッチ
５、５´：キャリア
６：アイドル歯車

Claims (5)

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カム体と、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一対の遊星歯車体と、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、
   前記一対の遊星歯車体は、一方向クラッチを介して遊星歯車の回転軸に嵌め合わされた作動子を有するとともに、前記一対の遊星歯車体のそれぞれの一方向クラッチは、異なる回転方向の空転を許容するよう設定され、
   前記一対の遊星歯車体のそれぞれは、前記カム体の一方側及び他方側に配置され、かつ、前記作動子及び前記カム体の断面には、それぞれ直線部が形成されており、
   前記入力軸が回転したときは、前記作動子及び前記カム体の断面の直線部が当接し、前記一対の遊星歯車体の一方における遊星歯車の自転が阻止されて、前記太陽歯車が前記カム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、前記一対の遊星歯車体の双方における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. 前記作動子の断面が正多角形形状であり、前記カム体の断面が、両側に直線部の形成された楔形形状部を備えている請求項１に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
3. 前記一対の遊星歯車体のそれぞれは、前記太陽歯車を挟んで径方向に対向する位置に配置され、かつ、前記一対の遊星歯車体の間には、前記キャリアに軸支されて前記太陽歯車と噛み合うアイドル歯車が配置された請求項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. 前記入力軸のカム体を挟んで前記一対の遊星歯車体のそれぞれと径方向に対向する位置には、前記キャリアに固着された円柱体が設置され、前記入力軸が回転したときは、前記作動子及び前記カム体の断面の直線部が当接するとともに、前記円柱体が前記カム体と当接する請求項１又は請求項２に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
5. 前記キャリアには、前記遊星歯車体を挟んで対向する位置に、キャリア補助板が一体的に結合されている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のフリータイプ双方向クラッチ。