JP7143544B1

JP7143544B1 - ロックタイプ双方向クラッチ

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Publication number: JP7143544B1
Application number: JP2022084079A
Authority: JP
Inventors: 俊男飯山
Original assignee: Origin Co Ltd
Current assignee: Origin Co Ltd
Priority date: 2022-05-23
Filing date: 2022-05-23
Publication date: 2022-09-28
Anticipated expiration: 2042-05-23
Also published as: JP2023172351A

Abstract

【課題】ローラの噛み込みを利用した形式で生じた種々の問題を解決することのできる新規のロックタイプ双方向クラッチを提供すること。
【解決手段】ハウジング４の内側に固定歯車１８を形成すると共に、ハウジング４の内側に固定歯車１８及び入力歯車６と噛み合う第一の遊星歯車４２ａ、この遊星歯車を回転可能に軸支する第一のキャリア４４ａ、入力歯車６及び出力歯車８と噛み合う第二の遊星歯車４２ｂ、この遊星歯車を回転可能に軸支する第二のキャリア４４ｂを配置する。そして、第一のキャリア４４ａ及び第二のキャリア４４ｂを周方向に隙間を備えつつ共通の回転軸の周りを一体回転可能に係合せしめる。
【選択図】図１

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、出力軸を回転不能として遮断するロックタイプ双方向クラッチに関する。

モーターなどの駆動源から作業機器等を駆動する動力伝達系、例えば、モーターにより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、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、入力軸及び出力軸を備えたロックタイプの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、モーターにより入力軸を正・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、出力軸がロックされた状態となって物品の落下を防止する。

ロックタイプの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９、図１０により説明する。図９は、ベルト及びプーリによって物品を上下する昇降装置と、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１０（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９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内では、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１０（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９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、図１０（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。つまり、図９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。このようなロックタイプの双方向クラッチは、本出願人の創案に係る特許第４８５０６５３号公報に開示されている。

ロックタイプの双方向クラッチは、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９のロックタイプ双方向クラッチは、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。

図９の構造の双方向クラッチを同図に示されている昇降装置に適用した場合、モーターＭを正転させて物品Ｗを上昇するときは問題ないが、モーターＭを逆転させ物品Ｗを下降するときに、物品Ｗの重力に起因して出力軸ＯＳの速度が細かな変動を繰り返し、振動や異音を生じることがある。これは、次の理由による。即ち、物品Ｗを下降させるためモーターＭを逆回転させた場合に、物品Ｗに作用する重力により、出力軸ＯＳが入力軸ＩＳよりも速く回転（オーバーラン）することがあり、オーバーランが起こると、図１０（ｂ）の状態となってローラＲとハウジングＨＧとが噛み合い、出力軸ＯＳがロックする。このロック状態は、入力軸ＩＳの回転でローラＲが押されたときに解除されるが、噛み込みと解除の繰り返しは、出力軸ＯＳの速度に細かな変動を与えることとなる。なお、ロック状態の解除には、ローラに働く摩擦力に打ち勝つトルク（モーメント）を付与する必要があるが、この点は、停止状態にある物品Ｗを上昇させるときも同じであって、モーターＭには、物品Ｗを上昇させる負荷トルクに加えて噛み込み解除のためのトルクも要求される。

さらに、図９のロックタイプの双方向クラッチでは、出力軸ＯＳの回転数は常に入力軸ＩＳの回転数と等しいとともに、出力軸ＯＳの回転方向も入力軸ＩＳの回転方向と等しい。図９の双方向クラッチ自体では、回転方向や回転速度を変更する変速作動が不可能であり、そのため、入出力軸間でトルクを増減することもできず、出力軸ＯＳ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。

上記の課題に鑑み、本発明は、噛み込み用ローラを用いることなく、複列の歯車機構を用いてロックタイプ双方向クラッチを構成し、作動に伴う異音等の発生を防止するとともに、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、本発明によれば、回転不能のハウジングと、共通の回転軸の周りを回転可能な入力歯車及び出力歯車とを備え、前記入力歯車からの正・逆方向の回転は前記出力歯車に伝達するとともに、前記出力歯車からの前記入力歯車への回転の伝達は、前記出力歯車を回転不能にさせて遮断するロックタイプ双方向クラッチであって、
前記ハウジングの内側には前記共通の回転軸と同一の中心軸を有する固定歯車が形成されると共に、前記ハウジングの内側には、前記固定歯車及び前記入力歯車と噛み合う第一の遊星歯車、前記第一の遊星歯車を回転可能に軸支する第一のキャリア、前記入力歯車及び前記出力歯車と噛み合う第二の遊星歯車、前記第二の遊星歯車を回転可能に軸支する第二のキャリアが配置され、
前記第一のキャリア及び前記第二のキャリアは周方向に隙間を備えつつ前記共通の回転軸の周りを一体回転可能に係合せしめられている、ロックタイプ双方向クラッチが提供される。

好ましくは、前記第一のキャリア及び前記第二のキャリアは中間キャリアを介して係合せしめられている。前記入力歯車が内歯歯車、前記出力歯車及び前記固定歯車が太陽歯車であるのがよい。

本発明のロックタイプ双方向クラッチは軸方向に直列に配置された２つの遊星歯車機構により構成される。入力歯車が回転すると、これと噛み合う第一の遊星歯車は固定歯車の存在に起因して入力歯車の回転方向と同一方向に自転及び公転する。そして、第一の遊星歯車を回転可能に軸支する第一のキャリア及びこれと周方向に係合して一体回転する第二のキャリアも入力歯車の回転方向と同一方向に回転する。これにより、出力歯車は、入力歯車の回転と第二のキャリアの回転との差動によって回転する。一方、出力歯車が回転すると、入力歯車は第二の遊星歯車との噛み合いによって出力歯車の回転方向とは反対方向に回転しようとする。そして、入力歯車と噛み合う第一の遊星歯車も固定歯車の存在に起因して出力歯車の回転方向とは反対方向に自転しながら公転しようとする。而してこれは第一のキャリアと第二のキャリアとの間に回転ガタが存在しない場合である。本発明のロックタイプ双方向クラッチにあっては、第一のキャリア及び第二のキャリアは周方向に隙間を備えつつ一体回転可能に係合せしめられている、つまり第一のキャリア及び第二のキャリアは周方向に所謂回転ガタを有して組み合わされていることに起因して、第一のキャリアと第二のキャリアとが一体回転するまでは、入力歯車は第二の遊星歯車及び第二のキャリアと共に出力歯車と一体的に回転しようとする。入力歯車が出力歯車と一体的に回転しようとする間は、第一の遊星歯車も出力歯車の回転方向と同一方向に自転及び公転しようとする。このことから、第二のキャリア４４ｂと第一のキャリア４４ａとが一体回転を開始する際には、（１）第一の遊星歯車の自転及び公転方向は固定歯車の存在によって入力歯車の回転方向と同一方向に制限されていること、及び（２）入力歯車が回転しようとする方向は瞬間的に反転せしめられるため第一の遊星歯車には慣性力が作用すること、に起因して、第一の遊星歯車にはこれを時計方向に公転させようとする力と反時計方向に公転させようとする力とが瞬間的に同時に作用する。かかる作用によって、第一の遊星歯車が入力歯車と固定歯車との間で僅かに拗れ、出力歯車はロックされる。

従って、本発明のロックタイプ双方向クラッチは、ローラの噛み込みではなく軸方向に直列に配置された２つの遊星歯車機構を利用することから、図９の双方向クラッチとは異なり、ローラの噛み込みと解除の繰り返しに起因する出力軸の速度変動の発生がないとともに、ローラの噛み込みの解除のために余分なトルクを付与する必要も生じない。さらにまた、入力軸と出力軸とは歯車機構により接続されていることから、入力軸と出力軸との間で回転方向や回転速度を適宜変更することか可能となる。

本発明のロックタイプ双方向クラッチの第１実施形態の全体構成を示す図。図１に示すロックタイプ双方向クラッチを構成するハウジング及び入出力関係の部品の組み合わせを示す図。図１に示すロックタイプ双方向クラッチを構成する部品のうち、図２に示す部品以外の部品の組み合わせを示す図。図１に示すロックタイプ双方向クラッチにおいて、入力歯車を回転させた状態の図。図４に示す状態のＥ部及びＦ部の部分拡大図。図１に示すロックタイプ双方向クラッチにおいて、第一のキャリア及び第二のキャリアが係合した状態で出力歯車を回転させた状態の図。図１に示すロックタイプ双方向クラッチにおいて、第一のキャリア及び第二のキャリアが係合していない状態で出力歯車を回転させた状態の図。本発明のロックタイプ双方向クラッチの第２実施形態の全体構成を示す図。従来のロックタイプ双方向クラッチの一例を示す図である。図９に示すロックタイプ双方向クラッチの作動を説明する図である。

以下、本発明に従って構成されたロックタイプ双方向クラッチの好適実施形態を示す添付図面を参照して、更に詳細に説明する。なお、以下の説明における「軸方向片側」及び「軸方向他側」とは、特に指定しない限り、図１の上段中央に示す縦断面図を基準として、「軸方向片側」は同図において右側を、「軸方向他側」は同図において左側のことを言う。

図１を参照して説明すると、全体を番号２で示すロックタイプ双方向クラッチは、回転不能のハウジング４と、ハウジング４の内側で共通の回転軸ｏの周りを回転可能な入力歯車６及び出力歯車８とを備えている。容易に理解できるように、図１等の断面図では、ハウジング４にハッチングを付していない。

図１及び図２を参照して説明すると、ハウジング４は略正方形の端板１０と、端板１０の周縁から軸方向片側に延びる角筒状の外周壁１２とを備えたカップ状であり、軸方向片側端は開放されている。端板１０の中央には軸方向に貫通する円形の軸穴１４が形成されている。端板１０には更に、外周壁１２の内側において軸穴１４の外周縁を囲繞して軸方向片側に突出する突出筒１６が形成されている。突出筒１６の突出端つまり軸方向片側端は、軸方向において外周壁１２の軸方向片側端よりも軸方向他側に位置する。突出筒１６の基端部の外周面には固定歯車１８が形成されている。従って固定歯車１８は外歯歯車（太陽歯車）であって、その中心軸は共通の回転軸ｏと同一である。固定歯車１８の軸方向他側面は端板１０の軸方向片側面に接続されている。突出筒１６の基端部を除く部分は円筒形状であって、その軸方向片側端部には、内径が増大せしめられた円形の支持凹部２０が形成されている。外周壁１２の内周面の断面形状は円形である。軸方向に見た外周壁１２の角部には夫々、軸方向に延びるボルト穴２２が形成されている。

上記ハウジング４の開放された軸方向片側端は端板１０と同一形状のシールド板２４によって閉鎖される。容易に理解できるように、図１等の断面図では、シールド板２４にもハッチングを付していない。シールド板２４の中央には軸方向に貫通する比較的大径の円形の軸穴２６が、角部には軸方向に貫通する比較的小径の円形の馬鹿穴２８が夫々形成されている。馬鹿穴２８に図示しないボルトを挿通してこれをハウジング４のボルト穴２２に締結させることで、シールド板２４はハウジング４に固定される。

入力歯車６は内歯歯車であって、断面円形の外周面がハウジング４の外周壁１２の内周面と対向するようにして、ハウジング４の内側に配置されている。入力歯車６の軸方向片側は円形の端板３０によって閉鎖されており、端板３０はシールド板２４と対向している。これにより、入力歯車６はハウジング４の端板１０及びシールド板２４によって軸方向両側への移動が制限される。端板３０の中央には軸方向に貫通する円形の支持穴３２が形成されている。端板３０の軸方向片側面には、支持穴３２の外周縁を囲繞して軸方向に延びる中空の入力軸部３４が形成されている。入力軸部３４はシールド板２４の軸穴２６を通過してシールド板２４の外側まで延出している。入力軸部３４の外周面の断面形状は円形であって、入力軸部３４はシールド板２４によって回転可能に軸支されている。入力軸部３４の軸方向片側端は開放されており、内周面の断面形状は円形の直径方向両側が直線状に切り欠かれた形状である。入力軸部３４の内側に図示しないモーターの如き駆動源から延びるシャフトが挿通されることで、入力歯車６は駆動源に連結されてこれによって駆動回転可能となる。

出力歯車８は外歯歯車（太陽歯車）である。出力歯車８の軸方向片側面には軸方向に突出する円柱形状の支持突起３６が形成されている。支持突起３６は入力歯車６の軸方向片側を閉鎖する端板３０に形成された支持穴３２に挿通せしめられ、これにより、入力歯車６と出力歯車８との回転ぶれが抑制される。出力歯車８の軸方向他側面には軸方向に延びる中実の出力軸部３８が形成されている。出力軸部３８はハウジング４の突出筒１６の内側及び軸穴１４を通過してハウジング４の外部まで延出している。出力軸部３８の外周面の断面形状は、軸方向他側端部を除いて円形であって、出力軸部３８はハウジング４によって回転可能に軸支されている。出力軸部３８の軸方向他側端部の外周面の断面形状は、円形の直径方向両側が直線状に切り欠かれた形状である。出力軸部３８の軸方向他側端部が図示しない従動部材に挿通されることで、出力歯車８は従動部材に連結される。出力軸部３８の軸方向片側端部には外径が出力歯車８の外径よりも増大せしめられた支持円板４０が形成されており、支持円板４０はハウジング４の支持凹部２０に回転可能な状態で嵌め合わされる。支持円板４０の軸方向他側面が支持凹部２０内にて突出筒１６の軸方向片側面と、出力歯車８の軸方向片側面が入力歯車６の軸方向片側を閉鎖する端板３０の軸方向他側面と夫々対向することで、出力歯車８の軸方向への移動は制限される。

図１と共に図３を参照して説明すると、ハウジング４の内側には更に、固定歯車１８及び入力歯車６と噛み合う第一の遊星歯車４２ａ、第一の遊星歯車４２ａを回転可能に軸支する第一のキャリア４４ａ、入力歯車６及び出力歯車８と噛み合う第二の遊星歯車４２ｂ、第二の遊星歯車４２ｂを回転可能に軸支する第二のキャリア４４ｂが配置されている。図示の実施形態においては、第一の遊星歯車４２ａは周方向に等角度間隔をおいて６つ配置されており、６つの第一の遊星歯車４２ａは単一の（即ち共通の）第一のキャリア４４ａによって軸支されている。一方、第二の遊星歯車４２ｂは周方向に等角度間隔をおいて３つ配置されており、３つの第二の遊星歯車４２ｂは単一の（即ち共通の）第二のキャリア４４ｂによって軸支されている。

第一のキャリア４４ａ及び第二のキャリア４４ｂは夫々、軸方向に対して垂直に配置される円板形状のベースプレート４６ａ及び４６ｂを備えている。ベースプレート４６ａ及び４６ｂの中央には軸方向に貫通する円形の穴４８ａ及び４８ｂが形成されている。ベースプレート４６ａ及び４６ｂの軸方向の片側面の外周縁部には軸方向に突出して第一の遊星歯車４２ａ及び第二の遊星歯車４２ｂを夫々軸支するキャリア軸５０ａ及び５０ｂが、他側面の中央部には所要形状の接続凹部５２ａ及び５２ｂが形成されている（ここでいう軸方向の「片側面」及び「他側面」は、図１の中央縦断面図を基準とした軸方向の「片側」及び「他側」ではなく、単にベースプレート４６ａ及び４６ｂを夫々軸方向に見たときに表裏の関係にある２つの面のことをいう）。第一のキャリア４４ａ及び第二のキャリア４４ｂは、ベースプレート４６ａ及び４６ｂを背中合わせにして組み合わされ、第一のキャリア４４ａが軸方向他側に、第二のキャリア４４ｂが軸方向片側に夫々配置される。従って、キャリア軸５０ａはベースプレート４６ａから軸方向他側に、キャリア軸５０ｂはベースプレート４６ｂから軸方向片側に夫々突出し、接続凹部５２ａ及び５２ｂは軸方向に相互に隣接する。

ここで、第一のキャリア４４ａ及び第二のキャリア４４ｂは周方向に隙間ｇを備えつつ共通の回転軸ｏの周りを一体回転可能に係合せしめられる。図示の実施形態においては、第一のキャリア４４ａ及び第二のキャリア４４ｂは中間キャリア５４を介して係合せしめられる。容易に理解できるように、図１等の断面図では、中間キャリア５４に薄墨を付す。中間キャリア５４は、第一のキャリア４４ａのベースプレート４６ａに形成された接続凹部５２ａの形状及び第二のキャリア４４ｂのベースプレート４６ｂに形成された接続凹部５２ｂの形状と対応する形状の平板であって、接続凹部５２ａ及び５２ｂに共通して嵌め合わされる。図示の実施形態においては、接続凹部５２ａと接続凹部５２ｂの形状は同一であって、夫々円形の中央部５６ａ及び５６ｂと中央部５６ａ及び５６ｂの外周面に付設された円弧形状の耳部５８ａ及び５８ｂとを有している。耳部５８ａ及び５８ｂは周方向に等角度間隔をおいて３つずつ形成されており、周方向に隣接する２つの耳部の間には夫々、円弧形状の係合部５９ａ及び５９ｂが存在する。従って、中間キャリア５４も円形の中央部６０と中央部の外周面に付設された耳部６２とを有している。図１のＣ－Ｃ断面図及びＤ－Ｄ断面図に示すとおり、中間キャリア５４の中央部６０が接続凹部５２ａ及び５２ｂの中央部５６ａ及び５６ｂに、中間キャリア５４の耳部６２が接続凹部５２ａ及び５２ｂの耳部５８ａ及び５８ｂに夫々嵌め合わされることから、中間キャリア５４の耳部６２は第一のキャリア４４ａ及び第二のキャリア４４ｂに設けられた係合部５９ａ及び５９ｂと周方向に隣接して位置して周方向に係合可能となる。このことから、中間キャリア５４の耳部６２を、以下では被係合部６２と称することもある。中間キャリア５４の円形中央部６０には同心上に軸方向に貫通する円形の穴６４が形成されており、中間キャリア５４は第一のキャリア４４ａ及び第二のキャリア４４ｂと共に、図１の上段中央縦断面図に示されるとおり、夫々の穴４８ａ及び４８ｂ並びに６４にハウジング４の突出筒１６の円筒形状部分（固定歯車１８が形成されていない部分）が嵌め合わされて、共通の回転軸ｏの周りを一体回転可能となる。ここで、図５も併せて参照して説明すると（なお、図５は後述するとおり入力軸部３４が回転している状態であり、図１に示す状態とは、中間キャリア５４に対する第一のキャリア４４ａ及び第二のキャリア４４ｂの姿勢が異なる）、中間キャリア５４全体の外径は接続凹部５２ａ及び５２ｂ全体の内径と略同一であるものの、中間キャリア５４の耳部（被係合部）６２の周方向長さは接続凹部５２ａ及び５２ｂの耳部５８ａ及び５８ｂの周方向長さに比べて短い。このことから、図示の実施形態においては、係合部５９ａと被係合部６２との間、及び被係合部６２と係合部５９ｂとの間には夫々ｇ／２ずつの周方向隙間が存在する。つまり、第一のキャリア４４ａと第二のキャリア４４ｂとの間には、中間キャリア５４を介して、隙間ｇの周方向ガタ（ｇ／２＋ｇ／２）が存在し、第一のキャリア４４ａ及び第二のキャリア４４ｂは周方向に隙間ｇを備えつつ共通の回転軸ｏの周りを一体回転可能である。上記隙間ｇは１度程度であるのが良い。

本発明では、第一のキャリア４４ａ及び第二のキャリア４４ｂが周方向に隙間を備えつつ共通の回転軸ｏの周りを一体回転可能であればよく、従って、中間キャリア５４を省略すると共に、接続凹部５２ａ及び５２ｂのいずれか一方を凸部に変更して、上記隙間を備えるようにすることもできる。

続いて、図４乃至図７を参照して、ロックタイプ双方向クラッチ２の作動について説明する。図示の実施形態においては、入力歯車６の歯数は７２、出力歯車８の歯数は１８、固定歯車１８の歯数は４８、第一の遊星歯車４２ａの歯数は１２、第二の遊星歯車４２ｂの歯数は２７に設定されており、一般的な遊星歯車機構には、以下の関係式が存在する。

但し、
Ｚ_ａ：太陽歯車の歯数、Ｚ_ｂ：遊星歯車の歯数、Ｚ_ｃ：リング歯車の歯数
ω_ａ：太陽歯車の回転数、ω_ｂ：遊星歯車の回転数、ω_ｃ：リング歯車の回転数
ω_ｘ：キャリアの回転数

図４において各矢印で示すとおり、入力軸部３４が、駆動源のモーターにより回転軸ｏの周りを時計方向（上段中央の縦断面図において軸方向の右方から見て）に回転したときは、Ｂ－Ｂ断面図に示すとおり、入力軸部３４と一体の入力歯車６が時計方向に回転すると共に、入力歯車６と噛み合う第一の遊星歯車４２ａも固定歯車１８の存在に起因して時計方向に自転しながら公転する。かような第一の遊星歯車４２ａの公転により、これを回転可能に軸支する第一のキャリア４４ａも時計方向に回転し、第一のキャリア４４ａの係合部５９ａが中間キャリア５４の被係合部６２と当接してこれを時計方向に押す。第一の遊星歯車４２ａが更に公転すると、第一のキャリア４４ａと共に中間キャリア５４が一体となって時計方向に回転し、中間キャリア５４の被係合部６２が第二のキャリア４４ｂの係合部５９ｂと当接してこれを時計方向に押す。以後は第一のキャリア４４ａと中間キャリア５４と第二のキャリア４４ｂとは一体となって回転する。図４及び図５は、第一のキャリア４４ａと中間キャリア５４と第二のキャリア４４ｂとが一体となって回転しているときの状態を示している。かかる状態にあっては、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されているとおり、第一のキャリア４４ａの係合部５９ａと中間キャリア５４の被係合部６２との間、及び中間キャリア５４の被係合部６２と第二のキャリア４４ｂの係合部５９ｂとの間には夫々周方向にｇ／２ずつの隙間が存在する。入力歯車６及び第二のキャリア４４ｂが共に時計方向に回転することから、出力歯車８は、Ａ－Ａ断面図に示すとおり、入力歯車６の回転と第二のキャリア４４ｂの回転との差動によって回転する。上記式によれば、図示の実施形態においては、出力歯車８は反時計方向に入力歯車６と等速で回転する。入力軸部３４が回転軸ｏの周りを反時計方向に回転する場合も同様で、この場合には、出力歯車８は時計方向に入力歯車６と等速で回転する。

次に、入力歯車６の回転が停止し、図４に示す状態から出力軸部３８が回転軸ｏの周りに時計方向に回転しようとする場合について、図６及び図７を参照して説明する（上記時計方向とは、図６及び図７の上段中央の縦断面図において軸方向の右方から見たときのことをいう）。図６には、第一のキャリア４４ａ及び第二のキャリア４４ｂが上述した周方向の隙間を備えることなく共通の回転軸ｏの周りを一体回転可能に係合せしめられている（つまり第一のキャリア４４ａ及び第二のキャリア４４ｂは常時一体である）と仮定して、出力軸部３８が上記のとおりに回転しようとする場合が示されている。この場合には、図６において各矢印で示すとおり、出力軸部３８と一体の出力歯車８は時計方向に、第二の遊星歯車４２ｂは第二のキャリア４４ｂ上でキャリア軸５０ｂの周りを反時計方向に、入力歯車６は反時計方向に夫々回転する。そして、入力歯車６と噛み合う第一の遊星歯車４２ａも固定歯車１８の存在に起因して反時計方向に自転しながら公転する。つまり、この場合には、出力歯車８はロックせず回転する。

而して、本発明のロックタイプ双方向クラッチでは、第一の遊星歯車４２ａを回転可能に軸支する第一のキャリア４４ａ及び第二の遊星歯車４２ｂを回転可能に軸支する第二のキャリア４４ｂは周方向に隙間ｇを備えつつ共通の回転軸ｏの周りを一体回転可能に係合せしめられている、つまり第一のキャリア４４ａ及び第二のキャリア４４ｂは周方向に回転ガタを有して組み合わされている。本実施形態においては、第一のキャリア４４ａ及び第二のキャリア４４ｂは中間キャリア５４を介して係合せしめられていることから、図５に示すとおり、第二のキャリア４４ｂが回転する時計方向に見ると、同図（ａ）に示すとおり第二のキャリア４４ｂの係合部５９ｂと中間キャリア５４の被係合部６２との間にはｇ／２の隙間が存在すると共に、同図（ｂ）に示すとおり中間キャリア５４の被係合部６２と第一のキャリア４４ａの係合部５９ａとの間にもｇ／２の隙間が存在する。そのため、第二のキャリア４４ｂが時計方向にｇ／２の隙間分回転することで係合部５９ｂが被係合部６２に当接して第二のキャリア４４ｂは中間キャリア５４と一体回転し、第二のキャリア４４ｂが更にｇ／２の隙間分回転することで被係合部６２が係合部５９ａに当接して第二のキャリア４４ｂは中間キャリア５４と共に第一のキャリア４４ａとも一体回転することとなる。つまり、第二のキャリア４４ｂが第一のキャリア４４ａと一体回転するまでには隙間ｇの分だけ遅れを生じる。かかる遅れに起因して、出力歯車８が時計方向に回転すると（後述するとおり、実際には出力歯車８はロックして回転しない）、第一のキャリア４４ａ及び第二のキャリア４４ｂが一体回転するまでは、図７において各矢印で示すとおり、第二の遊星歯車４２ｂは第二のキャリア４４ｂ上でキャリア軸５０ｂの周りを自転することなく第二のキャリア４４ｂ及び入力歯車６と共に出力歯車８と同一の回転方向つまり時計方向に公転する。これにより、入力歯車６と噛み合う第一の遊星歯車４２ａは固定歯車１８の存在に起因して時計方向に自転しながら公転する。

ここで、第二のキャリア４４ｂと第一のキャリア４４ａとが一体回転を開始する際には、（１）第一遊星歯車４２ａの自転及び公転方向は固定歯車１８の存在によって入力歯車６の回転方向と同一方向に制限されていること、及び（２）図７の上段左図と図６の上段左図とを比較参照することによって理解されるとおり、入力歯車６の回転方向は瞬間的に反転せしめられるため第一の遊星歯車４２ａには慣性力が作用すること、に起因して、第一の遊星歯車４２ａにはこれを時計方向に公転させようとする力と反時計方向に公転させようとする力とが瞬間的に同時に作用する。かかる作用によって、第一の遊星歯車４２ａが入力歯車６と固定歯車１８との間で僅かに拗れ、出力歯車８はロックされる。

入力歯車６の回転が停止し、図４に示す状態から出力軸部３８が回転軸ｏの周りに時計方向に回転しようとする場合に出力歯車８がロックされることについて、上述したとおりに説明したが、出力歯車８がロックされるのは上記場合に限定されず、出力歯車８が任意の状態から回転しようとする場合であっても、出力歯車８はロックされる。これは、本発明のロックタイプ双方向クラッチにあっては、歯車機構を複数組み合わせて構成されており、各歯車の噛み合いにはバックラッシが存在するためである。つまり、仮に入力歯車６が回転して係合部５９ａ及び５９ｂと被係合部６２とが当接していても、入力歯車６の回転が停止すれば上記バックラッシによって各歯車は押し戻され、係合部５９ａ及び５９ｂと被係合部６２とは離隔せしめられる。そうすれば、出力歯車８が回転しようとする際には必ず第一のキャリア４４ａと第二のキャリア４４ｂとの間には回転ガタを生じることとなるためである。

以上、本発明に従って構成されたロックタイプ双方向クラッチについて添付した図面を参照して詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲内において適宜の修正や変更が可能である。例えば、図示の実施形態においては、入力歯車６が内歯歯車、出力歯車８及び固定歯車１８が外歯歯車（太陽歯車）であったが、図８に示す本発明の第二の実施形態のように、入力歯車６´を外歯歯車（太陽歯車）、出力歯車８´及び固定歯車１８´を内歯歯車とすることもできる。また、各歯車の歯数を適宜変更することで任意の変速比を設定することもできる。

２：ロックタイプ双方向クラッチ
４：ハウジング
６：入力歯車
８：出力歯車
１８：固定歯車
４２ａ：第一の遊星歯車
４２ｂ：第二の遊星歯車
４４ａ：第一のキャリア
４４ｂ：第二のキャリア
５４：中間キャリア
ｇ：隙間

Claims

回転不能のハウジングと、共通の回転軸の周りを回転可能な入力歯車及び出力歯車とを備え、前記入力歯車からの正・逆方向の回転は前記出力歯車に伝達するとともに、前記出力歯車からの前記入力歯車への回転の伝達は、前記出力歯車を回転不能にさせて遮断するロックタイプ双方向クラッチであって、
前記ハウジングの内側には前記共通の回転軸と同一の中心軸を有する固定歯車が形成されると共に、前記ハウジングの内側には、前記固定歯車及び前記入力歯車と噛み合う第一の遊星歯車、前記第一の遊星歯車を回転可能に軸支する第一のキャリア、前記入力歯車及び前記出力歯車と噛み合う第二の遊星歯車、前記第二の遊星歯車を回転可能に軸支する第二のキャリアが配置され、
前記第一のキャリア及び前記第二のキャリアは周方向に隙間を備えつつ前記共通の回転軸の周りを一体回転可能に係合せしめられている、ロックタイプ双方向クラッチ。
前記第一のキャリア及び前記第二のキャリアは中間キャリアを介して係合せしめられている、請求項１に記載のロックタイプ双方向クラッチ。
前記入力歯車が内歯歯車、前記出力歯車及び前記固定歯車が太陽歯車である、請求項１に記載のロックタイプ双方向クラッチ。