JP6966516B2

JP6966516B2 - フリータイプ双方向クラッチ

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Publication number: JP6966516B2
Application number: JP2019149599A
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Inventors: 俊男飯山
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Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2019-08-19
Publication date: 2021-11-17
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Also published as: JP2021032261A

Description

本発明は、入力軸から出力軸には正方向および逆方向の双方の回転が伝達される一方、出力軸が回転した際には出力軸が空転して出力軸から入力軸には回転が伝達されないフリータイプ双方向クラッチに関する。

下記特許文献１には、入力軸から出力軸には正方向および逆方向の双方の回転が伝達される一方、出力軸が回転した際には出力軸が空転して出力軸から入力軸には回転が伝達されないフリータイプ双方向クラッチが開示されている。

下記特許文献１に開示されているフリータイプ双方向クラッチについて図１２を参照して説明する。図１２に示すフリータイプ双方向クラッチ１００は、回転不能に固定されるハウジング１０２と、いずれも共通の中心軸線Ｏを中心として回転自在にハウジング１０２に支持された入力軸１０４および出力軸１０６とを備える。

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１１２を有する一対の遊星歯車体１１４と、遊星歯車体１１４を回転自在に支持し共通の中心軸線Ｏを中心として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１１４のそれぞれは、一方向クラッチ１１８を介して遊星歯車１１２の回転軸１２０に嵌め合わされた作動子１２２を有する。一対の遊星歯車体１１４のそれぞれの一方向クラッチ１１８は、互いに異なる回転方向の空転を許容するようになっている。一対の遊星歯車体１１４は、カム体１０８の一方側および他方側に配置されている。作動子１２２およびカム体１０８の断面には、それぞれ直線部が形成されている。

そして、入力軸１０４が回転すると、一対の遊星歯車体１１４のうち回転方向で近距離にある遊星歯車体１１４における作動子１２２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接触する。そうすると、入力軸１０４のカム体１０８は、接触した遊星歯車体１１４の遊星歯車１１２を介してキャリア１１６を同一方向に回転させ、作動子１２２が接触していない他方の遊星歯車体１１４を同様にその回転方向に移動させる。遊星歯車体１１４の遊星歯車１１２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１１８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１１２の移動（公転）に連れ回ることとなり、出力軸１０６は入力軸１０４と一体化して同一方向に回転する。

他方、出力軸１０６が回転すると、太陽歯車１１０と噛み合う遊星歯車１１２はキャリア１１６の支持軸を中心として自転しようとする。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１１４の作動子１２２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１２２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方向と同一であれば、遊星歯車１１２は、一方向クラッチ１１８により作動子１２２と一体化され、キャリア１１６を伴いながら出力軸１０６の回転方向にわずかに移動する。これにより、作動子１２２が遊星歯車１１２とともに移動してカム体１０８から離れ、図１２の断面Ａ−Ａの状態に至るため、出力軸１０６は空転する。

また、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方向と逆であれば、遊星歯車１１２は一方向クラッチ１１８により作動子１２２と切り離され、遊星歯車１１２と作動子１２２との相対回転が許容される。そのため、作動子１２２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１１２は自転が可能であり、出力軸１０６が空転して出力軸１０６から入力軸１０４には回転が伝達されない。

特許第６０２７７０２号公報

上記特許文献１に開示されたフリータイプ双方向クラッチ１００においては、入力軸１０４が停止する以前に回転していた方向と同一の方向に出力軸１０６を空転させるときは、正多角形断面の作動子１２２をカム体１０８から離して作動子１２２の自転を許容する。これを達成するには、作動子１２２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１２２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１１４の作動子１２２とが離れている場合には、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１２２の直線部とが重なる状態で接触するまでは、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、上記特許文献１に開示されたフリータイプ双方向クラッチ１００においては、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。

本発明は上記課題を解決するために以下のフリータイプ双方向クラッチを提供する。すなわち、回転不能に固定されるハウジングと、いずれも共通の中心軸線を中心として回転自在に前記ハウジングに支持された入力軸および出力軸とを備え、前記入力軸から前記出力軸には正方向および逆方向の双方の回転が伝達される一方、前記出力軸が回転した際には前記出力軸が空転して前記出力軸から前記入力軸には回転が伝達されない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舌状片と、前記出力軸に固着された出力歯車と、前記出力歯車と噛み合う少なくとも一対の中間歯車と、前記一対の中間歯車の各々と噛み合う少なくとも一対の作動歯車と、前記一対の中間歯車および前記一対の作動歯車を回転自在に支持し前記中心軸線を中心として回転可能なキャリアとが配置され、前記舌状片は前記入力軸の軸方向片側端部から軸方向に突出し、かつ少なくとも一対の円弧状凹面を有しており、前記一対の作動歯車の各々の回転軸には互いに異なる回転方向の空転を許容する円筒状の一方向クラッチが嵌め合わされており、前記一方向クラッチの一方は前記一対の円弧状凹面の一方側に配置され、前記一方向クラッチの他方は前記一対の円弧状凹面の他方側に配置され、前記入力軸が周方向片側に回転すると、前記一対の円弧状凹面の一方が前記一方向クラッチの一方の外周面に接触し、前記一方向クラッチの一方に嵌め合わされている前記一対の作動歯車の一方を介して前記舌状片が前記キャリアを周方向片側に回転させると共に、前記中心軸線を中心として前記一対の中間歯車および前記一対の作動歯車を周方向片側に公転させ、そして前記一方向クラッチの一方には前記一対の円弧状凹面の一方から周方向他側の回転トルクが付与されることにより、前記一対の作動歯車の一方の自転が前記一方向クラッチの一方により阻止されると共に、前記一対の作動歯車の一方と噛み合っている前記一対の中間歯車の一方の自転も阻止され、前記中心軸線を中心とする前記一対の作動歯車の一方の公転に伴い、前記一対の中間歯車の一方と噛み合っている前記出力歯車が周方向片側に回転し、前記出力軸が回転すると、前記一対の作動歯車の双方の自転が許容され前記出力軸が空転して前記出力軸から前記入力軸には回転が伝達されないフリータイプ双方向クラッチを本発明は提供する。

前記入力軸が回転したときに前記円弧状凹面と前記一方向クラッチの外周面とが接触した接触点から前記一方向クラッチの径方向中心までを結ぶ線分と、前記一方向クラッチの径方向中心から前記中心軸線までを結ぶ線分とのなす角度は１０度±５度であり、前記一方向クラッチの外径と前記円弧状凹面の半径とが同一であるのが好適である。

本発明のフリータイプ双方向クラッチにおいては、入力軸が周方向片側に回転すると、舌状片の一方の円弧状凹面が一方の一方向クラッチの外周面に接触し、一方の一方向クラッチに嵌め合わされている作動歯車を介して舌状片がキャリアを周方向片側に回転させる。また、一方の一方向クラッチには、一方の円弧状凹面から周方向他側の回転トルクがわずかに付与されることにより、一方の作動歯車の自転が一方の一方向クラッチにより阻止される。これによって、中心軸線を中心とする一方の作動歯車の公転に伴い出力歯車が周方向片側に回転する。このようにして入力軸から出力軸に回転が伝達される。

舌状片の一方の円弧状凹面と一方の一方向クラッチの外周面とが接触した状態で、入力軸の回転が停止し出力軸が周方向片側（入力軸が停止する以前に回転していた方向と同一の方向）に回転すると、双方の中間歯車が周方向他側に回転すると共に双方の作動歯車が周方向片側に回転する。そうすると、一方の円弧状凹面に接触していた一方の一方向クラッチと一方の作動歯車との相対回転が阻止され、一方の一方向クラッチおよび一方の作動歯車が周方向片側にわずかに公転する。これによって、一方の一方向クラッチの外周面が一方の円弧状凹面から離れ、一方の作動歯車の周方向片側の自転が許容される。また、他方の作動歯車の周方向片側の自転は他方の一方向クラッチによって阻止されず許容される。したがって、一対の作動歯車の双方の自転が許容される。

他方、舌状片の一方の円弧状凹面と一方の一方向クラッチの外周面とが接触した状態で、入力軸の回転が停止し出力軸が周方向他側（入力軸が停止する以前に回転していた方向とは逆の方向）に回転すると、双方の中間歯車が周方向片側に回転すると共に双方の作動歯車が周方向他側に回転する。一方の作動歯車の周方向他側への自転は一方の一方向クラッチによって阻止されず許容されるので、一方の円弧状凹面と一方の一方向クラッチが接触していても一方の作動歯車は自転が可能である。また、他方の一方向クラッチの外周面は他方の円弧状凹面から離れているので、他方の作動歯車は他方の一方向クラッチと共に周方向他側の自転が可能である。したがって、出力軸が周方向片側または他側のいずれに回転しても、出力軸が空転して出力軸から入力軸には回転が伝達されない。

本発明のフリータイプ双方向クラッチにおいては、円筒状の一方向クラッチの外周面が舌状片の円弧状凹面からわずかでも離れれば作動歯車の自転が可能となるので、作動子の直線部とカム体の直線部とを重ね合わせる上記特許文献１に開示されたフリータイプ双方向クラッチと比較すると、一方向クラッチを舌状片の円弧状凹面に近接して配置することができる。すなわち、本発明のフリータイプ双方向クラッチにおいては、入力軸を回転させた際に舌状片の円弧状凹面を一方向クラッチに迅速に接触させることができ、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。

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に示すフリータイプ双方向クラッチの分解斜視図。図１に示すハウジングの正面図および断面図。図１に示す入力軸の正面図、断面図、背面図および斜視図。図１に示す作動歯車の正面図、断面図および背面図。図１に示すキャリアの正面図および断面図。図１に示す入力軸が反時計方向に回転した時のフリータイプ双方向クラッチの作動を示す断面図。図１に示す出力軸が反時計方向に回転した時のフリータイプ双方向クラッチの作動を示す断面図。図１に示す出力軸が時計方向に回転した時のフリータイプ双方向クラッチの作動を示す断面図。一方向クラッチの外周面と舌状片の円弧状凹面とが接触した際の接触角度を示す模式図。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変形例を示す断面図。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および図２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、回転不能に固定されるハウジング４と、いずれも共通の中心軸線Ｏを中心として回転自在にハウジング４に支持された入力軸６および出力軸８とを備える。

図３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有底筒状のハウジング本体１０と、ハウジング本体１０の開放側端部を覆う矩形板状のシールド部材１２とを含む。ハウジング本体１０は、矩形状の端面壁１４と、端面壁１４の周縁から軸方向片側に延びる筒状の側壁１６とを有する。端面壁１４の中心部分には円形の通過開口１８が形成されている。端面壁１４の内面には、通過開口１８の周縁から軸方向に突出する円筒状の軸受部２０が形成されている。端面壁１４の内面の外周縁側には環状凹所２２が形成されている。

図示の実施形態のハウジング本体１０の側壁１６の外周面は角筒状であり、側壁１６の内周面は円筒状である。ハウジング本体１０においては、端面壁１４の内面と側壁１６の内周面とで円形断面の内部空間２４が規定されている。側壁１６の四隅には、シールド部材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。）が通るねじ穴２６が軸方向に沿って形成されている。シールド部材１２の中心部分には円形の支持開口２８が形成されている。シールド部材１２の四隅には、シールド部材１２をハウジング本体１０に固定するための上記ねじが通るねじ穴３０が形成されている。

図１に示すとおり、入力軸６は、シールド部材１２の支持開口２８に挿入され、中心軸線Ｏを中心として回転自在にシールド部材１２に支持されている。図２および図４に示すとおり、入力軸６の軸方向片側端部には、軸方向に突出する舌状片３２が固着されており、舌状片３２はハウジング４の内部に配置されている。図４に示すとおり、舌状片３２は、互いに対向する位置に形成された一対の円弧状凹面３２ａ、３２ｂを有している。図４の斜視図を参照することによって理解されるとおり、舌状片３２の厚さは、幅方向両端から幅方向中間部に向かって次第に減少している。図１の断面Ａ−Ａに示すとおり、舌状片３２の円弧状凹面３２ａ、３２ｂは、フリータイプ双方向クラッチ２の径方向に延びる直線Ｌを対称軸として線対称に配置されている。

舌状片３２の軸方向片側端面（先端面）には、軸方向に突出する円形突起３４が形成されている。また、入力軸６の軸方向他側端部には、モータ等の駆動源の回転軸（図示していない。）が連結される矩形の連結穴３６が形成されており、連結穴３６はハウジング４の外側を向いている。

図１および図２を参照して出力軸８について説明する。出力軸８は、ハウジング本体１０の通過開口１８に挿入され、中心軸線Ｏを中心として回転自在に軸受部２０に支持されている。出力軸８の軸方向片側端部の外周面には出力歯車３８が固着されており、出力歯車３８はハウジング４の内部に配置されている。出力軸８の軸方向片側端面（出力歯車３８側の端面）には、入力軸６の円形突起３４が回転自在に挿入される円形凹所４０が形成されている。円形突起３４が円形凹所４０に挿入されることによって、入力軸６と出力軸８とが回転する際の芯ぶれが防止される。なお、出力軸８の端面に中心軸線Ｏを中心として軸方向に突出する円形突起が形成され、出力軸８の円形突起が回転自在に挿入される円形凹所が入力軸６の舌状片３２の端面に形成されていてもよい。図１に示すとおり、出力軸８の軸方向他側は、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の外側に突出しており、被駆動機器（図示していない。）に連結される。

ハウジング４の内部には、舌状片３２および出力歯車３８のほか、出力歯車３８と噛み合う一対の中間歯車４２（図１の断面Ｃ−Ｃおよび図１の断面Ｄ−Ｄ参照。）と、一対の中間歯車４２の各々と噛み合う一対の作動歯車４４（図１の断面Ｂ−Ｂ参照。）と、一対の中間歯車４２および一対の作動歯車４４を回転自在に支持し中心軸線Ｏを中心として回転可能なキャリア４６（図２参照。）とが配置されている。

図１を参照することによって理解されるとおり、一対の中間歯車４２は、中心軸線Ｏを対称中心として点対称にハウジング４の内部に配置されている。図１の断面Ｄ−Ｄに示すとおり、中間歯車４２の歯幅は出力歯車３８の歯幅よりも長く、一対の中間歯車４２の双方の軸方向片側部分が出力歯車３８に噛み合っている。図１と共に図２を参照して説明すると、中間歯車４２の軸方向片側端面の中心部分には軸方向片側に突出する円形突起４８が固着され、中間歯車４２の軸方向他側端面の中心部分には軸方向他側に延びる円柱状の回転軸５０が固着されている。回転軸５０の先端には、回転軸５０の他の部分よりも直径が小さい小径部５２が設けられている。

一対の作動歯車４４は、一対の中間歯車４２と同様に、中心軸線Ｏを対称中心として点対称にハウジング４の内部に配置されている。図１および図２を参照することによって理解されるとおり、作動歯車４４の歯幅は中間歯車４２の歯幅よりも短く、一方の作動歯車４４が一方の中間歯車４２の軸方向他側部分に噛み合い、他方の作動歯車４４が他方の中間歯車４２の軸方向他側部分に噛み合っている。図１上段左側の断面図に示すとおり、各作動歯車４４と出力歯車３８とは噛み合っておらず、軸方向において各作動歯車４４と出力歯車３８とは重なっていない。

図５を参照して説明すると、作動歯車４４の軸方向片側端面の中心部分には円形凹所５４が形成されている。作動歯車４４の軸方向他側端面の中心部分には軸方向他側に延びる円柱状の回転軸５６が固着されている。回転軸５６の先端には、回転軸５６の他の部分よりも直径が小さい小径部５８が設けられている。

図１に示すとおり、作動歯車４４の回転軸５６のそれぞれには、互いに異なる回転方向の空転を許容する円筒状の一方向クラッチ６０が嵌め合わされている。図１の断面Ａ−Ａにおいて上側に位置する一方の一方向クラッチ６０は円弧状凹面３２ａ側に配置され、図１の断面Ａ−Ａにおいて下側に位置する他方の一方向クラッチ６０は円弧状凹面３２ｂ側に配置されている。図１に示す状態においては、双方の一方向クラッチ６０は、舌状片３２の円弧状凹面３２ａ、３２ｂに接触していない。

一方向クラッチ６０は、円筒状の主部６２と、主部６２の内周面に周方向に間隔をおいて形成された複数の楔形凹所６４に軸方向に沿って配置された複数の円柱状のローラ６６とを有する。一方の一方向クラッチ６０においては、各楔形凹所６４の径方向寸法が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、反時計方向に向かってローラ６６を押し付けるばね（図示していない。）が各楔形凹所６４に配置されている。他方の一方向クラッチ６０においては、各楔形凹所６４の径方向寸法が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、時計方向に向かってローラ６６を押し付けるばね（図示していない。）が各楔形凹所６４に配置されている。

図１の断面Ａ−Ａを紙面上方から見て、断面Ａ−Ａの上側に位置する一方の一方向クラッチ６０に対して回転軸５６が反時計方向に回転する場合（あるいは回転軸５６に対して一方向クラッチ６０が時計方向に回転する場合）には、回転軸５６と各楔形凹所６４との間にローラ６６が噛みこまれるため、一方の一方向クラッチ６０と作動歯車４４との相対回転が阻止され、一方の一方向クラッチ６０と作動歯車４４とが一体的に回転する。

図１の断面Ａ−Ａを紙面上方から見て、一方の一方向クラッチ６０に対して回転軸５６が時計方向に回転する場合（あるいは回転軸５６に対して一方の一方向クラッチ６０が反時計方向に回転する場合）には、回転軸５６と各楔形凹所６４との間にローラ６６が噛みこまれず、一方の一方向クラッチ６０と作動歯車４４との相対回転が許容される。

図１の断面Ａ−Ａを紙面上方から見て、断面Ａ−Ａの下側に位置する他方の一方向クラッチ６０に対して回転軸５６が時計方向に回転する場合（あるいは回転軸５６に対して他方の一方向クラッチ６０が反時計方向に回転する場合）には、回転軸５６と各楔形凹所６４との間にローラ６６が噛みこまれるため、他方の一方向クラッチ６０と作動歯車４４との相対回転が阻止され、他方の一方向クラッチ６０と作動歯車４４とが一体的に回転する。

図１の断面Ａ−Ａを紙面上方から見て、他方の一方向クラッチ６０に対して回転軸５６が反時計方向に回転する場合（あるいは回転軸５６に対して他方の一方向クラッチ６０が時計方向に回転する場合）には、回転軸５６と各楔形凹所６４との間にローラ６６が噛みこまれず、他方の一方向クラッチ６０と作動歯車４４との相対回転が許容される。このように、一方の一方向クラッチ６０と他方の一方向クラッチ６０は、互いに異なる回転方向の空転を許容するようになっている。

図１、図２および図６を参照してキャリア４６について説明すると、キャリア４６は、第１のキャリア部材６８および第２のキャリア部材７０を備える。第１のキャリア部材６８は円形の基板７２を含み、基板７２の中心部分には円形の装着開口７４が形成されている。基板７２の片面には、装着開口７４を挟んで径方向において互いに対向する位置から軸方向に突出する円筒状の一対の連結用支柱７６が固着されている。各連結用支柱７６には連結穴７８が形成されている。

基板７２の片面には、各連結用支柱７６の周方向片側（図６の正面図の紙面上方から見て反時計方向側）から軸方向に突出する円柱状の一対の支持突起８０が固着されている。一対の支持突起８０は、装着開口７４を挟んで径方向において互いに対向する位置に配置されている。各支持突起８０の先端には、支持突起８０の他の部分よりも直径が小さい小径部８２が設けられている。また、各支持突起８０の周方向片側には、基板７２を貫通する円形の一対の支持開口８４が形成されている。一対の支持開口８４は、装着開口７４を挟んで径方向において互いに対向する位置に設けられている。

第２のキャリア部材７０は円形の基板８６を含み、基板８６の中心部分には円形の装着開口８８が形成されている。基板８６の片面には、装着開口８８を挟んで径方向において互いに対向する位置から軸方向に突出する円柱状の一対の連結用支柱９０が固着されている。各連結用支柱９０の先端には、各連結用支柱９０の他の部分よりも直径が小さい小径部９２が設けられている。各連結用支柱９０の周方向片側には、基板８６を貫通する円形の一対の第１の支持開口９４が形成されている。一対の第１の支持開口９４は装着開口８８を挟んで径方向において互いに対向する位置に設けられている。各第１の支持開口９４の周方向片側には、基板８６を貫通する円形の一対の第２の支持開口９６が形成されている。一対の第２の支持開口９６は装着開口８８を挟んで径方向において互いに対向する位置に設けられている。

第１のキャリア部材６８の各連結用支柱７６の連結穴７８に第２のキャリア部材７０の各連結用支柱９０の小径部９２が挿入され、第１のキャリア部材６８と第２のキャリア部材７０とが連結された状態で、キャリア４６はハウジング４の内部に収容されている。図１上段左側の断面図に示すとおり、第１のキャリア部材６８の装着開口７４はハウジング本体１０の軸受部２０に回転自在に挿入され、第２のキャリア部材７０の装着開口８８は入力軸６に回転自在に挿入されており、キャリア４６は中心軸線Ｏを中心として回転可能になっている。

図１の断面Ｄ−Ｄに示すとおり、第１のキャリア部材６８の各支持開口８４には各中間歯車４２の円形突起４８が回転自在に挿入され、第２のキャリア部材７０の第１の支持開口９４のそれぞれには各中間歯車４２の回転軸５０の小径部５２が回転自在に挿入されている。図１上段左側の断面図に示すとおり、第１のキャリア部材６８の各支持突起８０の小径部８２は各作動歯車４４の円形凹所５４に回転自在に挿入され、第２のキャリア部材７０の第２の支持開口９６のそれぞれには各作動歯車４４の回転軸５６の小径部５８が回転自在に挿入されている。このようにキャリア４６は、一対の中間歯車４２および一対の作動歯車４４を回転自在に支持している。

図１上段左側の断面図、図１の断面Ｄ−Ｄおよび図２に示すとおり、ハウジング４の内部には、キャリア４６の回転に対して一定の抵抗力を付与する波形ばね９８が収容されている。波形ばね９８は、ハウジング本体１０の環状凹所２２に配置されており、端面壁１４と第１のキャリア部材６８の基板７２との間に位置づけられている。

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９を参照して説明する。

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上段左側の断面図の右側から見て反時計方向に中心軸線Ｏを中心として入力軸６が回転すると、入力軸６に固着された舌状片３２も反時計方向に回転し、図７の断面Ａ−Ａにおいて上側に位置する一方の一方向クラッチ６０の外周面に舌状片３２の円弧状凹面３２ａが接触する。円弧状凹面３２ａが一方向クラッチ６０の外周面に接触した状態で入力軸６が反時計方向にさらに回転すると、一方の一方向クラッチ６０に嵌め合わされている作動歯車４４を介して舌状片３２がキャリア４６を反時計方向に回転させると共に、中心軸線Ｏを中心として各中間歯車４２および各作動歯車４４を反時計方向に公転させる。

一方の一方向クラッチ６０には、円弧状凹面３２ａから時計方向の回転トルクがわずかに付与されることにより、一方の作動歯車４４の自転が一方の一方向クラッチ６０により阻止される。また、一方の作動歯車４４と噛み合っている一方の中間歯車４２の自転も阻止される。これによって、中心軸線Ｏを中心とする一方の作動歯車４４の公転に伴い、一方の中間歯車４２と噛み合っている出力歯車３８が反時計方向に回転する。このようにして、出力歯車３８が固着された出力軸８に入力軸６から回転が伝達される。

フリータイプ双方向クラッチ２においては、舌状片３２の円弧状凹面３２ａ、３２ｂが線対称に形成され、一対の中間歯車４２および一対の作動歯車４４が点対称に配置されているので、図７上段左側の断面図の右側から見て時計方向に中心軸線Ｏを中心として入力軸６が回転すると、図７の断面Ａ−Ａにおいて下側に位置する一方の一方向クラッチ６０の外周面に舌状片３２の円弧状凹面３２ｂが接触し、上述と同様にして、入力軸６から出力軸８に回転が伝達され、出力軸８が時計方向に回転する。

なお、舌状片３２の円弧状凹面３２ａが一方の一方向クラッチ６０に接触した際には、円弧状凹面３２ｂは他方の一方向クラッチ６０には接触しない。また、円弧状凹面３２ｂが他方の一方向クラッチ６０に接触した際には、円弧状凹面３２ａは一方の一方向クラッチ６０には接触しない。

次に、舌状片３２の円弧状凹面３２ａと一方の一方向クラッチ６０の外周面とが接触した状態で、入力軸６の回転が停止して、図８上段左側の断面図の右側から見て反時計方向（入力軸６が停止する以前に回転していた方向と同一の方向）に出力軸８が回転した場合について図８を参照して説明する。

出力軸８が反時計方向に回転すると、出力軸８に固着された出力歯車３８も反時計方向に回転し、双方の中間歯車４２が時計方向に回転すると共に、双方の作動歯車４４が反時計方向に回転する。そうすると、舌状片３２の円弧状凹面３２ａに接触していた一方の一方向クラッチ６０と一方の作動歯車４４（図８の断面Ｂ−Ｂにおいて上側に位置する作動歯車４４）との相対回転が阻止され、一方の一方向クラッチ６０および一方の作動歯車４４が反時計方向にわずかに公転する。これによって、一方の一方向クラッチ６０の外周面が円弧状凹面３２ａから離れ、一方の作動歯車４４の自転が許容される。また、他方の作動歯車４４の反時計方向の自転は他方の一方向クラッチ６０によって阻止されず許容される。したがって、双方の作動歯車４４の自転が許容されるので、出力軸８が空転して出力軸８から入力軸６には回転が伝達されない。

次に、舌状片３２の円弧状凹面３２ａと一方の一方向クラッチ６０の外周面とが接触した状態で、入力軸６の回転が停止して、図９上段左側の断面図の右側から見て時計方向（入力軸６が停止する以前に回転していた方向とは逆の方向）に出力軸８が回転した場合について図９を参照して説明する。

出力軸８が時計方向に回転すると、出力軸８に固着された出力歯車３８も時計方向に回転し、双方の中間歯車４２が反時計方向に回転すると共に、双方の作動歯車４４が時計方向に回転する。一方の作動歯車４４（図８の断面Ｂ−Ｂにおいて上側に位置する作動歯車４４）の時計方向の自転は一方の一方向クラッチ６０によって阻止されず許容されるので、円弧状凹面３２ａと一方の一方向クラッチ６０が接触していても一方の作動歯車４４は自転が可能である。また、他方の一方向クラッチ６０の外周面は円弧状凹面３２ｂから離れているので、他方の作動歯車４４は他方の一方向クラッチ６０と共に時計方向の自転が可能である。したがって、双方の作動歯車４４の自転が許容されるので、出力軸８が空転して出力軸８から入力軸６には回転が伝達されない。

フリータイプ双方向クラッチ２においては、舌状片３２の円弧状凹面３２ａ、３２ｂが線対称に形成され、一対の中間歯車４２および一対の作動歯車４４が点対称に配置されているので、入力軸６の時計方向の回転が停止した場合にも、上述と同様にして、出力軸８が空転して出力軸８から入力軸６には回転が伝達されない。

図示の実施形態のフリータイプ双方向クラッチ２においては、円筒状の一方向クラッチ６０の外周面が舌状片３２の円弧状凹面３２ａ、３２ｂからわずかでも離れれば作動歯車４４の自転が可能となるので、作動子の直線部とカム体の直線部とを重ね合わせる上記特許文献１に開示されたフリータイプ双方向クラッチ１００と比較すると、一方向クラッチ６０を舌状片３２の円弧状凹面３２ａ、３２ｂに近接して配置することができる。すなわち、図示の実施形態のフリータイプ双方向クラッチ２においては、入力軸６を回転させた際に舌状片３２の円弧状凹面３２ａ、３２ｂを一方向クラッチ６０に迅速に接触させることができ、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。

図示の実施形態のフリータイプ双方向クラッチ２では、出力歯車３８に噛み合う一対の中間歯車４２の回転軸５０には一方向クラッチ６０が嵌め合わされておらず、出力歯車３８とは噛み合っていない一対の作動歯車４４の回転軸５６に一方向クラッチ６０が嵌め合わされている。一方、従来のフリータイプ双方向クラッチ１００では、図１２に示すとおり、太陽歯車１１０に噛み合う一対の遊星歯車１１２の回転軸１２０に一方向クラッチ１１８が嵌め合わされている。したがって、図示の実施形態のフリータイプ双方向クラッチ２は、従来のフリータイプ双方向クラッチ１００と比較して、径方向内側に一方向クラッチ６０を配置することができるので、径方向寸法を低減することができる。

一方、従来のフリータイプ双方向クラッチ１００の径方向寸法よりも、図示の実施形態のフリータイプ双方向クラッチ２の径方向寸法を低減しない場合には、一方向クラッチ６０のサイズを従来の一方向クラッチ１１８のサイズよりも大きくすることができる。したがって、図示の実施形態のフリータイプ双方向クラッチ２においては、全体的な寸法を大きくすることなく、入力軸６から出力軸８に伝達可能なトルクを大きくすることができる。

図示の実施形態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（反時計方向の回転時）には一方向クラッチ６０の外周面に舌状片３２の円弧状凹面３２ａが接触し、一方向クラッチ６０の外周面と円弧状凹面３２ａとの接触点Ｐに働く摩擦力によって一方向クラッチ６０の自転が拘束される。摩擦力を増大させるには接触点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が回転した際に一方向クラッチ６０の外周面が円弧状凹面３２ａから離れるのが困難となる。このような点を考慮すると、接触点Ｐから一方向クラッチ６０の径方向中心Ｃまでを結ぶ線分と、径方向中心Ｃから中心軸線Ｏまでを結ぶ線分とのなす角度θが１０±５度であり、一方向クラッチ６０の外径と舌状片３２の円弧状凹面３２ａまたは３２ｂの半径とが同一であるのが好ましい。

図示の実施形態では、中間歯車４２、作動歯車４４、一方向クラッチ６０および舌状片３２の円弧状凹面３２ａ、３２ｂがそれぞれ一対設けられている例を説明したが、中間歯車４２、作動歯車４４、一方向クラッチ６０および舌状片３２の円弧状凹面３２ａ、３２ｂはそれぞれ二対以上設けられていてもよい。たとえば、図１１に示すフリータイプ双方向クラッチ２’においては、中間歯車４２’、作動歯車４４’、一方向クラッチ６０’および舌状片３２’の円弧状凹面３２ａ’、３２ｂ’がそれぞれ二対設けられている。円弧状凹面３２ａ’同士および円弧状凹面３２ｂ’同士は、中心軸線Ｏを対称中心として点対称に形成されている。中心軸線Ｏを挟んで径方向において対向する位置に配置されている一方向クラッチ６０’同士は、同一の回転方向の空転を許容するようになっている。なお、図１１に示すフリータイプ双方向クラッチ２’では、図１に示すフリータイプ双方向クラッチ２に対応する符号に「’」を付加している。

小型化の観点からは、中間歯車４２、作動歯車４４、一方向クラッチ６０および円弧状凹面３２ａ、３２ｂの数量は少ない方が好ましいが、動作の安定性の観点からは、中間歯車４２、作動歯車４４、一方向クラッチ６０および円弧状凹面３２ａ、３２ｂの数量は多い方（たとえば二対ずつ）が好ましい。

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
３２：舌状片
３２ａ、３２ｂ：円弧状凹面
３８：出力歯車
４２：中間歯車
４４：作動歯車
４６：キャリア
６０：一方向クラッチ
Ｏ：中心軸線
Ｐ：接触点
Ｃ：一方向クラッチの中心
θ：角度

Claims

回転不能に固定されるハウジングと、いずれも共通の中心軸線を中心として回転自在に前記ハウジングに支持された入力軸および出力軸とを備え、前記入力軸から前記出力軸には正方向および逆方向の双方の回転が伝達される一方、前記出力軸が回転した際には前記出力軸が空転して前記出力軸から前記入力軸には回転が伝達されない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舌状片と、前記出力軸に固着された出力歯車と、前記出力歯車と噛み合う少なくとも一対の中間歯車と、前記一対の中間歯車の各々と噛み合う少なくとも一対の作動歯車と、前記一対の中間歯車および前記一対の作動歯車を回転自在に支持し前記中心軸線を中心として回転可能なキャリアとが配置され、
前記舌状片は前記入力軸の軸方向片側端部から軸方向に突出し、かつ少なくとも一対の円弧状凹面を有しており、
前記一対の作動歯車の各々の回転軸には互いに異なる回転方向の空転を許容する円筒状の一方向クラッチが嵌め合わされており、前記一方向クラッチの一方は前記一対の円弧状凹面の一方側に配置され、前記一方向クラッチの他方は前記一対の円弧状凹面の他方側に配置され、
前記入力軸が周方向片側に回転すると、前記一対の円弧状凹面の一方が前記一方向クラッチの一方の外周面に接触し、前記一方向クラッチの一方に嵌め合わされている前記一対の作動歯車の一方を介して前記舌状片が前記キャリアを周方向片側に回転させると共に、前記中心軸線を中心として前記一対の中間歯車および前記一対の作動歯車を周方向片側に公転させ、そして前記一方向クラッチの一方には前記一対の円弧状凹面の一方から周方向他側の回転トルクが付与されることにより、前記一対の作動歯車の一方の自転が前記一方向クラッチの一方により阻止されると共に、前記一対の作動歯車の一方と噛み合っている前記一対の中間歯車の一方の自転も阻止され、前記中心軸線を中心とする前記一対の作動歯車の一方の公転に伴い、前記一対の中間歯車の一方と噛み合っている前記出力歯車が周方向片側に回転し、
前記出力軸が回転すると、前記一対の作動歯車の双方の自転が許容され前記出力軸が空転して前記出力軸から前記入力軸には回転が伝達されないフリータイプ双方向クラッチ。
前記入力軸が回転したときに前記円弧状凹面と前記一方向クラッチの外周面とが接触した接触点から前記一方向クラッチの径方向中心までを結ぶ線分と、前記一方向クラッチの径方向中心から前記中心軸線までを結ぶ線分とのなす角度は１０度±５度であり、
前記一方向クラッチの外径と前記円弧状凹面の半径とが同一である、請求項１に記載のフリータイプ双方向クラッチ。