JP2016084932A - 歯車の空転を利用するフリータイプ双方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】空転する歯車を利用して、入力軸からの回転が出力軸に伝達され、出力軸から入力軸への回転の伝達は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に同心歯車ＳＧを形成するとともに、これと噛み合う外歯歯車ＰＧを設けた遊星歯車体４を同心歯車ＳＧの周りに配置する。遊星歯車体４は、キャリア５に軸支されていて、軸方向の一方側に突出する突出部４１が設けられており、突出部４１は、入力軸２のフランジ部に形成された空間部２２に挿入される。入力軸２が回転したときは、遊星歯車体４の自転が阻止されてロック状態となり、出力軸３へ回転が伝達されるが、出力軸側３が回転したときは遊星歯車体４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動力伝達状態を変更するクラッチ装置、特に、入力軸からの正・逆回転の動力を出力軸に伝達し、出力軸からの動力の伝達は、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、入力軸の正方向回転及び逆方向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動力伝達は遮断する機能を備えている。双方向クラッチには、出力軸からの動力伝達を遮断するときに出力軸を空転させるクラッチがあり、フリータイプ双方向クラッチと呼ばれている。

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、例えば、本出願人の創案に係る特許第４９４９１９６号に記載された双方向クラッチが知られており、これについて、図９により説明する。図９（ａ）は、フリータイプ双方向クラッチの全体的な構造を示す断面図、図９（ｂ）（ｃ）は、作動を示す作動図である。
図９（ａ）に示すとおり、このフリータイプ双方向クラッチでは、円筒形のハウジングＨＧの内部に、間隙をおいて円筒形の出力部材ＯＭを回転可能に配置し、これを出力軸に固着する。入力軸には、断面円形の上下部分を切除して長軸部と短軸部とを形成した入力部材ＩＭが固着してあり、出力部材ＯＭと入力部材ＩＭとの間に２分割された中間部材ＭＭが配置されている。２個の中間部材ＭＭは、互いに接近するようその間に引張りばねＴＳが設けてあり、また、中間部材ＭＭの周縁部には、楔形凹所に挿入されたローラＲＯが、出力部材ＯＭの内面と対向するように設けられている。

入力軸の回転に伴って、図９（ｂ）に示すように、入力部材ＩＭが時計方向に回転すると、長軸部と短軸部とを形成した入力部材ＩＭは、カムのように作用して２個の中間部材ＭＭを分離する方向に移動する。これにより、ローラＲＯが楔形凹所と出力部材ＯＭの内面との間に噛み込まれた状態となり、入力部材ＩＭの回転が、中間部材ＭＭ及びローラＲＯを介して出力部材ＯＭに伝達される。入力部材ＩＭの反時計方向の回転も、同様に出力部材ＯＭから出力軸に伝達される。
一方、出力軸側から駆動されて出力部材ＯＭが回転したとしても、図９（ｃ）に示すように、２個の中間部材ＭＭは、引張りばねＴＳにより接近した位置のままであって、ローラＲＯと出力部材ＯＭの内面との間には間隙が存在する。そのため、出力部材ＯＭの回転は入力部材ＩＭに伝達されず、出力軸は単に空転することとなる。

フリータイプ双方向クラッチは、手動操作ができる電動カーテン以外にも、例えば、複写機の紙送り用ローラに適用することも可能で、これに適用すると、紙詰まりの用紙を取り除くときに、ローラを手動で逆回転させることができる。そして、フリータイプ双方向クラッチを利用すると、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、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、駆動源のモーター等を保護することも可能となる。

特許第４９４９１９６号公報

上述のとおり、図９のフリー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、こうしたフリータイプ双方向クラッチの、以下に述べるような課題を解決するものである。
まず、図９の双方向クラッチでは、入力軸と出力軸との間に、引張りばねＴＳの取り付けられた２個の中間部材ＭＭ、楔形凹所と出力部材ＯＭの内面との間に置かれたローラＲＯ等が介在し、部品点数が多数となって構造が複雑であり、双方向クラッチの製造、組み立て作業が容易でない。入力軸から出力軸への動力伝達は、ローラＲＯの噛み込みにより行われ、ローラＲＯの接触面の摩擦力が失われるとトルク伝達が不可能となるため、双方向クラッチの伝達トルクは、摩擦力による制限を受ける。

また、入力軸の回転が出力軸に伝達するには、図９（ｂ）に示すように、入力部材ＩＭが少し回転して２個の中間部材ＭＭを押し広げ、さらに、ローラＲＯが楔形凹所内を移動して出力部材ＯＭの内面に当接する必要がある。入力部材ＩＭの回転が直ちに出力部材ＯＭの回転となるわけではなく、入力部材ＩＭと出力部材ＯＭとの間にはいわば不感帯が存在するとともに、部材の当接に伴って騒音が発生する。
一方、入力部材ＩＭの駆動トルクを解除した場合には、引張りばねＴＳと中間部材ＭＭにより入力部材ＩＭが少し押し戻されて逆回転するため、入力部材ＩＭの駆動トルクを解除する毎に、いわば０点復帰のための位置補償が必要となる。こうしたことから、図９のようなフリータイプ双方向クラッチを介在させて正確な位置制御を行う場合、制御系の構造が複雑化する。

上記の課題を解決するため、本発明のフリータイプ双方向クラッチは、噛み合いローラを用いることなく、出力軸に同心歯車を設けるとともに同心歯車と噛み合う外歯歯車の形成された遊星歯車体を設け、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のに対し、出力軸側が回転して同心歯車も回転したときは、遊星歯車体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回転軸を中心として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、
前記出力軸には同心の同心歯車が設けられるとともに、前記ハウジングの内部には、前記同心歯車と噛み合う外歯歯車の形成された遊星歯車体と、前記遊星歯車体を回転可能に軸支し前記共通の回転軸を中心として回転可能なキャリアとが配置され、
前記遊星歯車体には軸方向に突出する突出部が設けられるとともに前記入力軸には前記突出部の挿入される空間部が設けられ、かつ、前記突出部及び前記空間部の断面形状は、前記突出部の断面の外接円の径が前記空間部の断面の内接円の径よりも小さくなるよう形成されており、
前記入力軸が回転したときは、前記突出部の外周面と前記空間部の内周面が当接して前記遊星歯車体の自転が阻止され、前記出力軸が回転したときは、前記同心歯車による前記遊星歯車体の自転が許容される」
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。

請求項２に記載のように、前記突出部の断面形状を正多角形とし、前記空間部の断面形状を、前記突出部を挟んで対向する２個の平坦面を有する形状とすることが好ましい。

請求項３に記載のように、前記遊星歯車体を、前記共通の回転軸の周囲に等角度間隔で複数個配置するのが好ましい。

請求項４に記載のように、前記入力軸にはフランジ部を設け、前記空間部を、前記フランジ部を貫通する孔部とすることができる。また、請求項５に記載のように、前記空間部を、前記フランジ部の一部を扇形に切り欠いた切欠き部としてもよい。これらの場合においては、請求項６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、ここに前記出力軸を軸受することができる。

出力軸に設ける前記同心歯車としては、請求項７に記載のように、前記遊星歯車体の径方向外側から前記遊星歯車体の外歯歯車と噛み合う内歯歯車を採用することができる。この場合においては、請求項８に記載のように、前記遊星歯車体の径方向内側に、前記遊星歯車体の外歯歯車と噛み合う外歯歯車の形成されたスペーサ歯車体を設置することが好ましい。

請求項９に記載のように、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のが好ましい。

そして、請求項１０に記載のように、前記キャリアと前記ハウジングとの間には制動用のばねを設けることができる。

本発明のフリータイプ双方向クラッチは、固定のハウジング内に、共通の回転軸を中心として回転可能な入力軸及び出力軸を設置し、出力軸に同心歯車を設けるとともに、同心歯車と噛み合う外歯歯車を形成した遊星歯車体を配置し、この遊星歯車体を、入出力軸の回転軸と同心状のキャリアに回転可能に軸支するものである。遊星歯車体には、軸方向に突出する突出部を設けるとともに、入力軸には突出部の挿入される空間部を設け、かつ、突出部及び空間部の断面形状を、突出部の断面の外接円の径が空間部の断面の内接円の径よりも小さくなるよう形成する。

入力軸が回転したときは、後に詳述するとおり、入力軸の空間部の内周面が遊星歯車体の突出部の外周面に当接するが、その際、両方の面が重なり合って遊星歯車体の自転が阻止される。そのため、入力軸と遊星歯車体を軸支するキャリアとがロック状態となり、同心歯車を有する出力軸も、遊星歯車体の外歯歯車との噛み合いにより入力軸にロックされる。結局、入力軸は遊星歯車体を介して出力軸と一体化され、入力軸の正・逆方向の回転が出力軸にそのまま伝達されて、出力軸が入力軸と同一回転数で同一方向に回転する。
これに対し、出力軸が回転すると、同心歯車と外歯歯車との噛み合いにより、遊星歯車体はキャリアの支持軸の周りに自転しようとする。ここで、遊星歯車体の突出部と入力軸の空間部とは、その断面形状が、突出部の断面の外接円の径が空間部の断面の内接円の径よりも小さくなるよう形成されていて、突出部が空間部の中で自由に回転可能であり、突出部が入力軸に対して回転力を付与することはない（突出部の面と空間部の面が重なったときでも、同心歯車の回転で突出部がわずかに回転するとこの状態となる）。つまり、出力軸が回転しても遊星歯車体が自転するだけであって、出力軸は空転し、フリータイプ双方向クラッチとしての機能が達成される。

このように、本発明のフリータイプ双方向クラッチにおいては、出力軸の同心歯車と噛み合う遊星歯車体の自転を阻止するか許容するかによって、動力の伝達・遮断を切り換えている。図９のクラッチのような、噛み合いローラや引張りばねを使用していないため、構造が簡単であって製造・組み立ても容易である。
また、入力軸から出力軸への動力伝達は、キャリアや遊星歯車体を介して入力軸と出力軸とをロック状態とすることにより行われ、摩擦力を利用するものではないため、伝達トルクが摩擦力により制限されることはない。出力軸を空転させるための遊星歯車体の自転は、出力軸から駆動しようとすると速やかに生じるので、不感帯がほとんど存在せず、正確な位置制御が容易となる。

請求項２の発明のフリータイプ双方向クラッチは、遊星歯車体の突出部の断面形状を正多角形とし、突出部の挿入される空間部の断面形状には、突出部を挟んで対向する２個の平坦面を形成するものである。こうすると、入力軸が正方向に回転したときも逆方向に回転したときも、回転方向後ろ側の空間部の平坦面が突出部の正多角形の一辺の平坦面と面接触する形となり、遊星歯車体の自転が確実に阻止されるとともに、重なる面を介して入力軸から遊星歯車体に回転力が確実に伝達することとなる。

請求項３の発明のように、遊星歯車体を入出力軸に共通の回転軸の周囲に等角度間隔で複数個配置すると、入力軸及び出力軸の周りに均等に伝達力が作用するので、回転バランスの優れたフリータイプ双方向クラッチを得ることができ、作動中の軸の傾きや振動等が防止される。

請求項４の発明は、入力軸にフランジ部を設け、遊星歯車体の突出部が入る空間部を、フランジ部を貫通する孔部として形成するものである。このようにすると、フランジ部の両側から孔部を成形加工することなどが可能となり、入力軸の製造が容易となる。また、請求項５の発明は、入力軸に設けたフランジ部の一部を扇形に切欠き、この切欠き部を空間部とするものである。こうすると、入力軸を製造するための必要材料が削減されて入力軸が軽量化できるとともに、空間部の外周が開放され、ここから遊星歯車体の突出部を挿入可能であるため、遊星歯車体の組み立て加工も容易化される。
請求項６の発明のように、入力軸のフランジ部の中央に中心孔を形成し、ここに出力軸を軸受した場合には、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、同心歯車や遊星歯車体の軸方向長さが短い場合に有効である。

請求項７の発明は、出力軸に設ける同心歯車として、出力軸と同心となった大径の内歯歯車を採用し、この内歯歯車を遊星歯車体の外歯歯車に径方向外側から噛み合わせるものである。同心歯車としては、中心に置かれた小径の外歯歯車を用いることもできるが、大径の内歯歯車を採用した場合には、遊星歯車体の外歯歯車との間に作用する力が小さくとも、入力軸と出力軸との間で大きなトルクの伝達が可能となる。また、入力軸の回転数が増大して遊星歯車体に大きな遠心力が作用しても、遊星歯車体の軸の傾きを抑えて同心歯車と外歯歯車との噛み合いを保持することが可能となる。
出力軸の同心歯車として内歯歯車を採用したときは、請求項８の発明のように、遊星歯車体の径方向内側（中心側）に、遊星歯車体の外歯歯車と噛み合う外歯歯車を形成したスペーサ歯車体を設置することができる。このようなスペーサ歯車体を設けると、遊星歯車体等の位置の「ずれ」を防止して、動力伝達の作動の円滑化を図ることができる。

請求項９の発明のように、遊星歯車体を軸支するキャリアに対し、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と、キャリアの剛性や強度が向上し、フリータイプ双方向クラッチとして作動中の遊星歯車体の傾きや振動等が防止されて、円滑な動力伝達等を行うことができる。

ところで、本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、出力軸から駆動しようとした際は、キャリアに軸支された遊星歯車体が空転して入力軸への回転伝達が遮断されるが、そのためには、遊星歯車体の突出部が入力軸の空間部の中で自由に回転する状態を保持する必要がある。
請求項１０の発明のように、固定のハウジングとキャリアとの間に制動用のばねを配設すると、遊星歯車体を軸支するキャリアに拘束力が付与され、遊星歯車体の突出部と入力軸の空間部との位置関係が維持されて、遊星歯車体の自由に回転する状態が継続する。また、突出部の面と空間部の面が接触して入力軸が停止した状態で、出力軸側から駆動された場合には、入力軸が停止したままキャリアがわずかに逆回転し、突出部が空間部の内面に接触することなく回転する位置となる。この位置が制動用のばねにより保持されるため、入力軸の回転がより確実に防止される。

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に示す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。 図１に示すフリータイプ双方向クラッチの入出力軸の単体図である。 図１に示すフリータイプ双方向クラッチの動力伝達関連部品の単体図である。 図１のフリータイプ双方向クラッチの変形例を示す図である。 図１のフリータイプ双方向クラッチの別の変形例を示す図である。 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等である。 図７のフリータイプ双方向クラッチの変形例を示す図である。 従来のフリータイプ双方向クラッチを示す図である。

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に示す。また、図３、４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、固定された断面円形のハウジング１の中心部に配置された、共通の回転軸ｏを有する入力軸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の回転軸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。入力軸２は、シールド体１１の中心を貫通してこれに軸受けされ、出力軸３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る。

入力軸２は、ほぼ円柱型の軸部とその先端部に固着された円板型のフランジ部２１を備え（単体図である図３（ａ）も参照）、フランジ部２１には、後述する遊星歯車体４の突出部４１の挿入される空間部２２が形成される。第１実施例では、空間部２２はフランジ部２１を軸方向に貫通する孔部として、周方向に等角度間隔をおいて６個形成されている。それぞれの空間部２２の断面形状は、外周が円弧となった線対称の６角形に近似した形状をなし、回転方向の前後に対向する少なくも２個の平坦面を有している。具体的には、図１のＸ部拡大図に示すとおり、空間部２２の断面形状は、円弧状の外周縁２２ａと、その両端からフランジ部２１の内側に向かってほぼ直角に延びる一対の直線状第１の側縁２２ｂと、側縁２２ｂの端部からフランジ部２１の更に内側に傾斜して延びる一対の直線状第２の側縁２２ｃと、側縁２２ｃの両端を接続する直線状内側縁２２ｄとで画成される。空間部２２を孔部とすることにより、フランジ部２１の両側からの加工が可能となるなど、入力軸２の製造が容易となる。入力軸２の中央部には中央孔２３が形成されている。
出力軸３は、ほぼ円柱型の軸部とその先端部に固着された平板部３１を備え（単体図である図３（ｂ）も参照）、平板部３１の外周面には外歯歯車である同心歯車ＳＧ（歯数：１５）が設けられている。出力軸３の中央部には、入力軸２の中央孔２３に嵌りこむ中央軸３２が形成されている。

ハウジング１の内部には、図１の断面Ｂ−Ｂに示すとおり、出力軸３の同心歯車ＳＧと噛み合う外歯歯車ＰＧ（歯数：９）を形成した６個の遊星歯車体４が、周方向に等角度間隔をおいて配設される。換言すれば、第１実施例の遊星歯車体４の外歯歯車ＰＧは、径方向の内方に置かれた同心歯車ＳＧと噛み合う。それぞれの遊星歯車体４には、軸方向に突出する突出部４１が設けてあり、突出部４１は、入力軸２の空間部２２に挿入される（図１の断面Ａ−Ａ、単体図である図４（ａ）も参照）。
この実施例では、突出部４１の断面形状は正９角形であって、図１のＸ部拡大図に示すように、断面の外接円Ｄ４１の径が空間部２２の断面の内接円Ｄ２２の径よりも小さくなるよう形成されている。そのため、突出部４１の外周面と空間部２２の内周面との間にはわずかな隙間が存在し、突出部４１が空間部２２の中で自由に回転可能である。

６個の遊星歯車体４は、出力軸３に嵌め込まれて回転軸ｏを中心として回転可能となったキャリア５に軸支される。つまり、遊星歯車体４の中心には軸方向の貫通孔４２が形成してあり、貫通孔４２は、キャリア５の環状平板部５１に立設された支持軸５２に嵌め込まれる（単体図である図４（ａ）（ｂ）も参照）。
キャリア５の環状平板部５１は、ハウジング１の端板部に当接しており、キャリア５の外周には環状の溝部５３が形成してある。溝部５３には、キャリア５とハウジング１とに接触するばね６が置かれている。このばね６は、断面が中空円形であって弾性を備え、キャリア５の回転に対して拘束力を付与する。

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を参照して説明する。
図２（ａ）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（中央縦断面図の右方から見て）に回転すると、入力軸２のフランジ部２１に形成された空間部２２が時計方向に移動する。これにより、空間部２２における回転方向の後ろ側の直線状の側縁と、正９角形断面をなす遊星歯車体４の突出部４１の１辺とが直線的に重なることとなる（例えば、図１のＸ部拡大図では、第２の側縁２２ｃが対向する辺４１ｃと重なる）。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４が空間部２２内で自転できなくなり、遊星歯車体４とキャリア５とは、入力軸２とロック状態で一体的に回転する。そして、同心歯車ＳＧにより遊星歯車体４と噛み合っている出力軸３も、遊星歯車体４の移動（回転軸ｏの周りの公転）と一体となって回転する。

このように、入力軸２が回転すると、遊星歯車体４の外歯歯車ＰＧと出力軸の同心歯車ＳＧを介して出力軸３を回転させ、これに連なる機械装置、例えば、カーテンの巻き上げ機構に駆動力が伝達される。遊星歯車体４等の入出力軸間の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２の回転方向が逆であっても同じである。

これに対して、図２（ｂ）の矢印に示すように、出力軸３が時計方向（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の同心歯車ＳＧが、噛み合う外歯歯車ＰＧに自転の回転トルクを与える。そして、遊星歯車体４の突出部４１と入力軸２の空間部２２とは、突出部４１の断面の外接円Ｄ４１の径が空間部２２の断面の内接円Ｄ２２の径よりも小さくなるよう形成されている。したがって、突出部４１が空間部２２の中で自由に回転可能であり、遊星歯車体４は入力軸２に対してなんら回転トルクを付与することはない（突出部４１の面と空間部２２の面が重なったときでも、突出部４１がごく少量回転するとこの状態となる）。出力軸３が回転しても、キャリア５に軸支された遊星歯車体４が自転するだけであって、入力軸２は回転せず、動力伝達が遮断される。

図１の実施例では、固定のハウジング１とキャリア５との間に制動用のばね６が設置してあり、キャリア５には拘束力が付与されている。そのため、出力軸３の回転中における振動等に伴う遊星歯車体４の位置のずれが防止され、突出部４１が空間部２２内で自由に回転する状態が保持される。なお、ばね６による制動トルクは比較的小さく、入力軸２からの回転伝達が中断した後、突出部４１の面と空間部２２の面が接触した状態で出力軸３側から駆動された場合には、入力軸２が停止したままキャリア５がわずかに逆回転し、突出部４１が自由に回転する状態とすることができる。

このように、遊星歯車体４の突出部４１が入力軸２の空間部２２の内側で自転をすることが可能であるため、出力軸３が回転しても遊星歯車体４が空転し、その回転が入力軸２に伝達されることはない。例えば、入力軸に連結したモーターから出力軸に連なるカーテンの巻き上げ機構を駆動する動力伝達系では、駆動源のモーターを停止したまま、カーテンを手動で昇降することが可能である。

図５には、図１の第１実施例のフリータイプ双方向クラッチの変形例（第１実施例変形例１）を示す。第１実施例変形例１のフリータイプ双方向クラッチは、図１の実施例のものと基本的な構成や作動は同じであるが、入力軸のフランジ部に形成された空間部である孔部の断面形状と、遊星歯車体の突出部の断面形状が異なる。図５は、第１実施例変形例１のフリータイプ双方向クラッチの全体構造を示す、図１に対応する図であって、同一の構成要素については符号にＢを付加して表している。

図５の断面Ａ−Ａに示すとおり、第１実施例変形例１のフリータイプ双方向クラッチでは、入力軸２Ｂのフランジ部２１Ｂに形成された空間部２２Ｂの断面形状は、４角形に近似した形状をなしている。つまり、空間部２２Ｂの断面形状は、比較的長い外側縁２２ａＢ、比較的短い内側縁２２ｄＢ、外側縁２２ａＢと内側縁２２ｄＢとを連結する一対の側縁２２ｂＢ、により画成され、夫々の角部には丸みが形成されている。一方、遊星歯車体４Ｂの突出部４１Ｂの断面形状は、角部が面取りされたほぼ正方形となっている。図１のフリータイプ双方向クラッチと同様に、突出部４１Ｂの断面の外接円の径は、空間部２２Ｂの断面の内接円の径よりも小さくなるよう設定されている。
変形例のフリータイプ双方向クラッチにおいても、上述した図１の実施例のものと実質上同一の作動を行う。ただし、この変形例のものにおいては、入力軸２Ｂのフランジ部２１Ｂに形成された空間部２２Ｂの断面形状、及び遊星歯車体４Ｂの突出部４１Ｂの断面形状が共にほぼ４角形であり、いずれも単純な形状であることから、これらの部品の製造・加工が容易である。

図６には、図１の第１実施例のフリータイプ双方向クラッチの別の変形例（第１実施例変形例２）を示す。第１実施例変形例２のフリータイプ双方向クラッチは、第１実施例変形例１と同じく、図１の実施例のものと基本的な構成や作動は同じであるが、入力軸のフランジ部に形成された空間部が扇形の切欠き部として形成されている。図６は、第１実施例変形例２のフリータイプ双方向クラッチの全体構造及び主要部品の単品図を示す、図１に対応する図であって、同一の構成要素については符号にＣを付加して表している。

図６の断面Ａ−Ａに示すとおり（下方の単品図も参照）、第１実施例変形例２のフリータイプ双方向クラッチにおいては、入力軸２Ｃのフランジ部２１Ｃは、ハウジング１Ｃにおける内周壁の直径よりも幾分小さい直径を有する円板から、空間部２２Ｃを形成する３個の扇形の切欠き部を切除した形状をなしている。この空間部２２Ｃの断面形状は、径方向に対して直角方向に延びる基縁２２ｄＣと、この基縁２２ｄＣの両端から径方向外側に向かって延びる一対の側縁２２ｂＣにより画成される。図１（及び図５）のフリータイプ双方向クラッチと同様に、突出部４１Ｃの断面の外接円の径は、空間部２２Ｃの断面の内接円の径よりも小さくなるよう設定されている。
第１実施例変形例２のフリータイプ双方向クラッチも、上述した図１の第１実施例のもの及び図５の変形例のものと実質上同一の作動を行う。そして、第１実施例変形例２のフリータイプ双方向クラッチでは、入力軸２Ｃのフランジ部２１Ｃを成型するための必要材料が削減されるので、入力軸２Ｃが軽量化できる。また、空間部２２Ｃの外周が開放されているので、ここから遊星歯車体４Ｃの突出部４１Ｃを挿入可能であって、遊星歯車体４Ｃの組み立て加工も容易化されることとなる。

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７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、図１に示す第１実施例のものと基本的な構造や作動に変わりはないが、出力軸の同心歯車として大径の内歯歯車を用い、これを遊星歯車体の外歯歯車の外側から噛み合わせるように構成したものである。図７は、第２実施例のフリータイプ双方向クラッチにおける全体構造及び主要部品の単品図を示す図であって、図７においては、図１の実施例のフリータイプ双方向クラッチの構成要素に対応するものには、同一の符号を付している。

図７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、図１の第１実施例のものと同じく、固定された断面円形のハウジング１の中心部に配置される、共通の回転軸ｏを有する入力軸２と出力軸３とを備えている。
入力軸２には、板状のフランジ部２１が一体的に取り付けられ、フランジ部２１には、６角形断面形状をなす３個の空間部２２が形成されている（断面Ａ−Ａ及び下方の単品図参照）。各々の空間部２２内には、正６角形断面形状をなす遊星歯車体４の突出部４１が挿入される。突出部４１及び空間部２２の断面には、６角形の辺である直線部が存在するとともに、突出部４１の断面の外接円の径は、空間部２２の断面の内接円の径よりも小さくなるよう設定されている。３個の遊星歯車体４は、キャリア５に立設された支持軸５２に回転可能に軸支される。こうした点は第１実施例のものと同様である。

ただし、第２実施例のフリータイプ双方向クラッチでは、出力軸３には大径の内歯歯車が一体的に設けてあり、これが同心歯車ＳＧ´となっている（断面Ｂ−Ｂ及び下方の単品図参照）。同心歯車ＳＧ´は、図１の同心歯車ＳＧと比べると、大径の歯車であって遊星歯車体４の外歯歯車４１に径方向の外側から噛み合うため、両方の歯車間に作用する力が小さくとも、入力軸２と出力軸３の間で大きなトルクの伝達が可能となる。また、入力軸２の回転数が増大して外歯歯車４１に大きな遠心力が作用しても、遊星歯車体４の軸の傾きを抑えることが可能となる。

そして、第２実施例のフリータイプ双方向クラッチにおいては、遊星歯車体４を挟んでキャリア５の環状平板部５１と対向する位置に、円板状のキャリア補強板５Ｄが設置されており、これは、出力軸３の同心歯車ＳＧ´の内側に嵌め込まれている。下方の単品図の２点鎖線に示されるとおり、キャリア５の環状平板部５１に立設される３本の支持軸５２は、遊星歯車体４の中心孔を貫通し、キャリア補強板５Ｄに形成される３個の孔にそれぞれ結合される。このように、キャリア５がキャリア補強板５Ｄと結合されているため、キャリア５の支持軸５２等の剛性及び強度が向上して遊星歯車体４の傾きや振動等が防止され、フリータイプ双方向クラッチとしての円滑な作動が実現できる。なお、こうしたキャリア補強板を図１の第１実施例等のフリータイプ双方向クラッチにも設けることができるのは、言うまでもない。

図８には、図７の第２実施例のフリータイプ双方向クラッチの変形例（第２実施例変形例）を示す。この変形例のフリータイプ双方向クラッチは、図７の第２実施例のものと基本的な構成や作動は同じであるが、遊星歯車体と入力軸との間に、遊星歯車体の外歯歯車と噛み合う歯車を形成したスペーサ歯車体を設置した点で異なる。図８では、図７の第２実施例の同一の構成要素については同一の符号を付して表している。

図８の中央縦断面図及び断面Ｂ−Ｂに示すように、第２実施例変形例のフリータイプ双方向クラッチでは、スペーサ歯車体７が、入力軸２のフランジ部２１と出力軸３との間の軸方向のスペースを埋めるように置かれている。スペーサ歯車体７は、入力軸２に設けた突軸に嵌め込まれた外歯歯車であり（下方の単品図参照）、遊星歯車体４の外歯歯車ＰＧに内側から噛み合い、入力軸２と外歯歯車ＰＧとの間の径方向のスペースを埋めるものでもある。
スペーサ歯車体７は、入力軸２及び出力軸３とは独立して回転可能であって、フリータイプ双方向クラッチの基本的な作動に影響するものではないが、遊星歯車体４の外歯歯車ＰＧと常時噛み合っており、また、それの軸方向の両端面がフランジ部２１と出力軸３とに当接している。そのため、フリータイプ双方向クラッチの作動中において、遊星歯車体４等の回転部品が正規の位置に保持され、回転軸の傾きなどが阻止される結果、安定した動力伝達を図ることができる。

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、出力軸に同心歯車を設けるとともに同心歯車と噛み合う外歯歯車の形成された遊星歯車体を設け、入力軸が回転したときは、遊星歯車体の自転を阻止してこれをロック状態とし、出力軸へ回転を伝達する一方、出力軸側が回転して同心歯車も回転したときは、遊星歯車体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。上記の実施例又は変形例においては、入力軸の孔部の断面と遊星歯車体の突出部の断面とに夫々直線部分を形成し、直線部分を重ね合わせて遊星歯車体の自転を阻止しているが、必ずしも直線に限ることはなく、突出部の直線部分に弧状のふくらみを持たせ空間部の直線部分に凹みを持たせて、それらを重ね合わせるようにしてもよい。また、同心歯車や外歯歯車を別の材料を用いて各部品に組み付ける、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、上記実施例等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
２１：フランジ部
２２：空間部
３：出力軸
３１：平板部
４：遊星歯車体
４１：突出部
５：キャリア
５２：支持軸
５Ｄ：キャリア補強板
６：ばね（制動用）
７；スペーサ歯車体
ＳＧ、ＳＧ´：同心歯車
ＰＧ：外歯歯車（遊星歯車体の）

Claims (10)

1. 回転不能のハウジング、前記ハウジング内で共通の回転軸を中心として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、
   前記出力軸には同心の同心歯車が設けられるとともに、前記ハウジングの内部には、前記同心歯車と噛み合う外歯歯車の形成された遊星歯車体と、前記遊星歯車体を回転可能に軸支し前記共通の回転軸を中心として回転可能なキャリアとが配置され、
   前記遊星歯車体には軸方向に突出する突出部が設けられるとともに前記入力軸には前記突出部の挿入される空間部が設けられ、かつ、前記突出部及び前記空間部の断面形状は、前記突出部の断面の外接円の径が前記空間部の断面の内接円の径よりも小さくなるよう形成されており、
   前記入力軸が回転したときは、前記突出部の外周面と前記空間部の内周面が当接して前記遊星歯車体の自転が阻止され、前記出力軸が回転したときは、前記同心歯車による前記遊星歯車体の自転が許容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. 前記突出部の断面形状が正多角形であり、前記空間部の断面形状が、前記突出部を挟んで２個の平坦面を有する請求項１に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
3. 前記遊星歯車体が、前記共通の回転軸の周囲に等角度間隔に複数個配置されている請求項１又は２に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
4. 前記入力軸にはフランジ部が設けられており、前記空間部が前記フランジ部を貫通する孔部である請求項１乃至３のいずれかに記載のフリータイプ双方向クラッチ。
5. 前記入力軸にはフランジ部が設けられており、前記空間部が前記フランジ部の一部を扇形に切欠いた切欠き部である請求項１乃至３のいずれかに記載のフリータイプ双方向クラッチ。
6. 前記フランジ部の中央に中心孔を形成し、ここに前記出力軸を軸受する請求項４又は５に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
7. 前記出力軸に設けられた前記同心歯車が、前記遊星歯車体の径方向外側から前記遊星歯車体の外歯歯車と噛み合う内歯歯車である請求項１乃至６のいずれかに記載のフリータイプ双方向クラッチ。
8. 前記遊星歯車体の径方向内側には、前記遊星歯車体の外歯歯車と噛み合う外歯歯車を形成したスペーサ歯車体が設置される請求項７に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
9. 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、キャリア補強板が一体的に結合されている請求項１乃至８のいずれかに記載のフリータイプ双方向クラッチ。
10. 前記キャリアと前記ハウジングとの間に制動用のばねを備える請求項１乃至９のいずれかに記載のフリータイプ双方向クラッチ。