JP7050022B2 - フリータイプ双方向クラッチ - 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５９２６８４６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１１を参照して説明する。
図１１に示すとおり、このフリータイプ双方向クラッチでは、固定のハウジングＨ内に、共通の中心軸の回りに回転可能な入力軸Ｉ及び出力軸Ｏが設置されている。入力軸Ｉ及び出力軸Ｏには、入力円板部材ＩＭ及び出力歯車（太陽歯車）ＯＧが夫々固着されている。ハウジングＨ内には更に、出力歯車ＯＧと噛み合う遊星歯車ＰＧ有する６個の遊星歯車体ＰＢが配置され、夫々の遊星歯車体ＰＢはキャリアＣによって回転可能に軸支されている。遊星歯車体ＰＢには、断面の外周が正９角形である筒状のカム体ＣＢが遊星歯車ＰＧと同心に固着されている。入力円板部材ＩＭには、カム体ＣＢが挿入される空間部Ｓが設けられている。空間部Ｓの断面形状は周方向に対称であって且つ挿入されたカム体ＣＢが空転することができる程度に大きく、空間部Ｓの周方向両側には平面である当接面Ｓａが設けられている。

入力軸Ｉが回転すると、入力円板部材ＩＭが周方向に移動し、当接面Ｓａがカム体ＣＢと当接する。このとき、図１２（ａ）に示すとおり、当接面Ｓａとカム体ＣＢの外周面とは共に平面であることから両者は面接触し、空間部Ｓにおいてカム体ＣＢの姿勢が保持されて遊星歯車体ＰＢの自転が阻止される。これによって、遊星歯車ＰＧと出力歯車ＯＧとが噛み合った状態のまま、入力円板部材ＩＭの回転によって、遊星歯車体ＰＢ、キャリア体ＣＢ、及び出力軸Ｏは入力軸Ｉと一体となって同一方向に回転する。

これに対し、出力軸Ｏが回転した場合には、出力歯車ＯＧと噛み合う遊星歯車ＰＧが空転し（従って空間部Ｓにおいてカム体ＣＢも空転し）、入力軸Ｉへの回転の伝達は遮断される。
ここで、入力軸Ｉの回転が停止し、空間部Ｓにおいて入力円板部ＩＭの当接面Ｓａとカム体ＣＢの外周面とが面接触している状態で、出力軸Ｏが回転しようとする場合には、図１２（ｂ）上図に示すとおり、カム体ＣＢの二点鎖線で示す外接円の半径ｒ１がカム体ＣＢの自転中心から当接壁部Ｓａまでの距離ｒ２よりも長く（ｒ１＞ｒ２）、この状態では空間部Ｓにおいてカム体ＣＢは自転することはできない（つまり遊星歯車体ＰＢは自転することができない）。しかしながら、入力軸Ｉは回転不能であり従って入力円板部材ＩＭは動かないことから、上記状態でカム体ＣＢが自転しようとすると、当接壁部Ｓａと接触するカム体ＣＢの外周面の片端縁Ｐが当接壁部Ｓａを周方向に押したことによる反力（さらに詳しくは、共通の中心軸周りの周方向分力）によって、図１２（ｂ）下図に示すとおり、カム体ＣＢはこれを軸支するキャリア体ＣＢと共に当接壁部Ｓａから離隔する方向に移動してｒ２がｒ１以上となり（ｒ１≦ｒ２）、空間部Ｓにおいてカム体ＣＢは自転可能となる。従って、入力円板部ＩＭの当接面Ｓａとカム体ＣＢの外周面とが面接触し、カム体ＣＢの姿勢が保持されていた状態であっても、カム体ＣＢと共にキャリア体ＣＢが移動することでカム体ＣＢの空転が可能となり、入力軸Ｉに回転を伝達することなく、出力軸Ｏは回転可能となる。

特許第５９２６８４６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においては、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。これにより、出力軸の逆方向の空転を可能とするために、入力軸を停止した位置からわずかに戻すような煩雑な作業は不要であり、使用勝手の優れたものとなっている。しかしながら、図１１のフリータイプ双方向クラッチには、以下のような点について改良の余地が残されている。

図１１のフリータイプ双方向クラッチでは、入力軸Ｉの回転が停止し、空間部Ｓにおいて入力円板部ＩＭの当接壁部Ｓａとカム体ＣＢの外周面とが面接触している状態で、出力軸Ｏが回転しようとすると、上述したとおり、カム体ＣＢの外周面の片端縁Ｐが当接壁部Ｓａを周方向に押す。ここで、片端縁Ｐはカム体ＣＢの断面外周形状における角部でもあることから、上記状態で繰り返し出力軸Ｏを回転させると、上記角部が削れてカム体ＣＢの断面外周形状における直線部分が低減してしまうおそれがある。カム体ＣＢの断面外周形状における直線部分が低減すると、入力軸Ｉが回転した際に、入力平板部材ＩＭの当接面Ｓａとカム体ＣＢの外周面との間で面接触する面積が低減し、入力円板部材ＩＭがカム体ＣＢの自転を充分に阻止することができず、入力軸Ｉから出力軸Ｏへの伝達効率が低下する可能性がある。また、出力軸を回転させる際の初期段階においては、カム体の角部である片端縁Ｐがカム体ＣＢの平坦な外周面を押すことから、好ましくない引っ掛かりを生じうる。

上記の課題を解決するため、本願の第一発明のフリータイプ双方向クラッチでは、遊星歯車の中心に対して偏心した円板形状のカム体を固着すると共に上記カム体が挿入される円形断面の空間部を入力軸に設け、入力軸が回転し、空間部においてカム体が所定の姿勢で入力軸と当接すると遊星歯車体の自転が阻止され、これによって遊星歯車が出力歯車と一体となって共通の回転軸の周りを回転することで入力軸から出力軸へ回転が伝達されるのに対し、出力軸が回転したときは、カム体が空間部で空転することで、遊星歯車体を自転させ、出力軸から入力軸への回転の伝達を遮断するものである。すなわち、本願の第一発明は、
「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、前記出力軸からの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、
前記出力軸には前記回転軸と同軸に出力歯車が固着され、前記ハウジングの内部には、前記出力歯車と噛み合う遊星歯車を有する遊星歯車体と、前記遊星歯車体を回転可能に軸支するキャリア体とが配置され、
前記遊星歯車体には、前記遊星歯車の中心に対して偏心した円板形状のカム体が固着されるとともに、前記入力軸には前記カム体が挿入される円形断面の空間部が設けられており、
前記入力軸が回転したときは、前記遊星歯車の中心との距離が最大となる前記カム体の外周点が、前記空間部の周壁と接触した状態で、前記カム体の姿勢が保持されて前記遊星歯車体の自転が阻止され、前記出力歯車が前記遊星歯車と一体となって前記共通の回転軸の周りを回転する一方、前記出力軸が回転したときは、前記カム体が前記空間部で空転して前記遊星歯車体が自転し、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である。

また、上記の課題を解決するため、本願の第二発明のフリータイプ双方向クラッチでは、遊星歯車の中心に対して偏心した中心を有する円弧の集合からなる外周を備えたカム体を固着すると共に上記カム体が挿入される、上記円弧よりも曲率の小さな円形の断面の空間部を入力軸に設け、入力軸が回転し、空間部においてカム体が所定の姿勢で入力軸と当接すると遊星歯車体の自転が阻止され、これによって遊星歯車が出力歯車と一体となって共通の回転軸の周りを回転することで入力軸から出力軸へ回転が伝達されるのに対し、出力軸が回転したときは、カム体が空間部で空転することで、遊星歯車体を自転させ、出力軸から入力軸への回転の伝達を遮断するものである。すなわち、本願の第二発明は、
「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、前記出力軸からの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、
前記出力軸には前記回転軸と同軸に出力歯車が固着され、前記ハウジングの内部には、前記出力歯車と噛み合う遊星歯車を有する遊星歯車体と、前記遊星歯車体を回転可能に軸支するキャリア体とが配置され、
前記遊星歯車体には、前記遊星歯車の中心に対して偏心した中心を有する円弧の集合からなる外周を備えたカム体が固着されるとともに、前記入力軸には、前記カム体が挿入される、前記円弧よりも曲率の小さな円形の断面の空間部が設けられており、
前記入力軸が回転したときは、前記遊星歯車の中心との距離が最大となる前記カム体の外周点の一つが、前記空間部の周壁と接触した状態で、前記カム体の姿勢が保持されて前記遊星歯車体の自転が阻止され、前記出力歯車が前記遊星歯車と一体となって前記共通の回転軸の周りを回転する一方、前記出力軸が回転したときは、前記カム体が前記空間部で空転して前記遊星歯車体が自転し、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である。

前記カム体の外周が、前記遊星歯車の歯数と同数の等角度の円弧の集合からなるのがよい。

そして、本願の第三発明のフリータイプ双方向クラッチは、
「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、前記出力軸からの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、
前記出力軸には前記回転軸と同軸に出力歯車が固着され、前記ハウジングの内部には、前記出力歯車と噛み合う遊星歯車を有する遊星歯車体と、前記遊星歯車体を回転可能に軸支するキャリア体とが配置され、
前記遊星歯車体には、前記遊星歯車の中心に対して偏心した中心を有する円弧の集合からなる外周を備えたカム体が固着されるとともに、前記入力軸には、前記カム体が挿入される、前記円弧よりも曲率の小さな円弧状周壁を周方向に対称的に備えた空間部が設けられており、
前記入力軸が回転したときは、前記遊星歯車の中心との距離が最大となる前記カム体の外周点の一つが、前記空間部の円弧状周壁と接触した状態で、前記カム体の姿勢が保持されて前記遊星歯車体の自転が阻止され、前記出力歯車が前記遊星歯車と一体となって前記共通の回転軸の周りを回転する一方、前記出力軸が回転したときは、前記カム体が前記空間部で空転して前記遊星歯車体が自転し、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。

本願の第一発明乃至第三発明のフリータイプ双方向クラッチのいずれにおいても、前記遊星歯車体における前記遊星歯車と前記カム体との間には、前記遊星歯車と同軸の円板形状のガイド部が形成されているとともに、前記出力軸には前記ガイド部が転がり接触するガイド面が形成されているのがよい。好適には、前記入力軸及び前記出力軸の先端部には、相互に嵌り合う嵌合穴と嵌合突起が前記共通の回転軸と同軸に形成されている。好ましくは、前記ハウジングの内部には、前記キャリア体と組み合わされるキャリア体補助が配置されており、前記遊星歯車体を軸支する前記キャリア体のキャリア軸は前記キャリア体補助によって支持される。前記キャリア体には、波ばねによって所定の拘束力が付与されているのが好適である。

本願の第一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、出力軸には出力歯車を設ける。ハウジングの内部には更に、出力歯車と噛み合う遊星歯車を有する遊星歯車体と、この遊星歯車体を回転可能に軸支すると共に自身も上記共通の回転軸を中心として回転可能なキャリア体を配置する。そして、遊星歯車体には、遊星歯車の中心に対して偏心した円板形状のカム体が固着されると共に、入力軸には、突出部が挿入される円形断面の空間部を設ける。

入力軸が回転すると、カム体に対して空間部が移動し、空間部の周壁がカム体と接触する。このとき、遊星歯車の中心との距離が最大となるカム体の外周点が空間部の周壁と接触すると、カム体の姿勢が保持されて遊星歯車体の自転が阻止される。これは、カム体が上記外周点において空間部の周壁と接触した場合には、入力軸の回転によってカム体に加えられる力のベクトル（上記接触点における法線ベクトル）上に遊星歯車の自転中心が位置することとなるため、上記力がカム体に加えられた場合でも、カム体には遊星歯車の中心回りに回転モーメントが作用しないためである。カム体の姿勢が保持、つまり遊星歯車体の自転が阻止された状態で入力軸が回転すると、遊星歯車体及びこれを軸支するキャリア体、更に遊星歯車と噛み合う出力歯車を有する出力軸は入力軸と一体的に回転する。従って、入力軸の回転は出力軸へ伝達されることとなる。

出力軸が回転すると、出力歯車と遊星歯車との噛み合いによって遊星歯車体を自転させ、これを空転させることで出力軸から入力軸への回転の伝達を遮断する。このとき、後に図３を参照して詳述するとおり、入力軸が停止した位置を保持したまま出力軸を回転させようとすると、カム体は自身の自転中心から入力円板部までの距離が最長となる位置で入力円板部と接触していることから、上記距離は漸次低減する。このことから、出力軸が回転したときに遊星歯車体が空転し、出力軸の回転が入力軸へ伝達されることはない。

このような点において、本願の第一発明のフリータイプ双方向クラッチは上述した従来のフリータイプ双方向クラッチと同様の機構を有するが、本願の第一発明のフリータイプ双方向クラッチにおいては、カム体は遊星歯車の中心に対して偏心した円板形状であると共に空間部は円形断面であって、入力軸が回転したときにカム体の自転が阻止されるのは、入力軸の回転によってカム体に加えられる力のベクトル上に遊星歯車の自転中心が位置することでカム体に遊星歯車を中心とした回転モーメントが作用しないようにした点に特徴がある。本願の第一発明のフリータイプ双方向クラッチでは、この特徴点を備えている故に、入力軸が停止した位置を保持したまま出力軸を回転させようとする作動を繰り返し行ってカム体の外周面が削れたとしても、入力軸を回転させた際には確実にカム体の自転を阻止して、入力軸から出力軸へ回転を伝達することができる。また、出力軸を回転させた際には、カム体は空間部において遊星歯車の中心に対して偏心して回転すると共に、カム体は、遊星歯車の中心との距離が最大となる外周点、つまりカム体の公転中心からの距離が最大となる位置、で空間部の周壁と接触していることから、カム体が空間部内において回転を開始しても、空間部の周壁との間で引っ掛かりを生じることはない。

本願の第二発明のフリータイプ双方向クラッチはカム体の外周形状を除いて本願の第一発明のものと同じ構成であり、本願の第二発明のフリータイプ双方向クラッチは上述した本願の第一発明のものと同様の作用効果が得られる。本願の第二発明のフリータイプ双方向クラッチにおいては更に、カム体の外周が遊星歯車の中心に対して偏心した中心を有する円弧の集合からなるため、カム体には遊星歯車の中心との距離が最大となる外周点が複数存在することとなり、入力軸が回転した際には、カム体はより小さな自転角度で遊星歯車の中心との距離が最小となる姿勢に到達できるようになる。従って、本願の第二発明のフリータイプ双方向クラッチでは本願の第一発明のものと比べて、入力軸が回転した際にカム体の姿勢が保持されるまでの時間遅れを短くすることが可能となる。

また、本願の第三発明のフリータイプ双方向クラッチは、外周が複数の円弧の集合からなる第二発明と同様なカム体を採用し、カム体が挿入される入力軸の空間部を、カム体外周の円弧よりも曲率の小さな円弧状周壁を周方向に対称的に備えた形状の空間部とするものである。こうしたときは、空間部の周方向の両側にカム体の外周に接触する曲率の小さな円弧状周壁が形成されて、空間部の全体形状が扇形に近い形状となる。そのため、第二発明のフリータイプ双方向クラッチのような、空間部の断面形状を円形としたものと比較すると、入力軸の空間部の径方向の長さを短縮することが可能であって、径方向の寸法の小さいコンパクトなフリータイプ双方向クラッチが得られる。

本願の第一発明のフリータイプ双方向クラッチの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入力軸回転時の作動を示す図である。 図１に示す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に示すフリータイプ双方向クラッチの主要構成部品を単体で示す図である。 本願の第一発明のフリータイプ双方向クラッチの第一の変形例を示す構造図である。 本願の第一発明のフリータイプ双方向クラッチの第二の変形例を示す構造図である。 本願の第二発明のフリータイプ双方向クラッチの実施例を示す構造図である。 図７に示すフリータイプ双方向クラッチの遊星歯車体を単体で示す図である。 本願の第三発明のフリータイプ双方向クラッチの実施例を示す構造図である。 図９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。 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９に示す従来のフリータイプ双方向クラッチの作動を説明するための図である。

以下、図面に基づいて本願の第一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、本願の第一発明のフリータイプ双方向クラッチの実施例の全体構造を示し、その作動の説明図を図２及び図３に示す。また、図４は本願の第一発明のフリータイプ双方向クラッチの主要構成部品を単体の状態で示すものである。

図１に示す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と、このハウジング１内で共通の回転軸（中心軸）ｏの周りに回転可能な入力軸２及び出力軸３とを備えている。ハウジング１の内部には更に、遊星歯車体４、これを回転可能に軸支するキャリア体５、キャリア体５に所定の拘束力を付与する波ばね６も配置されている（構造を理解しやすくするために、キャリア体５にはハッチングを、遊星歯車体４の中央縦断面図には薄墨を、夫々付して示している）。

ハウジング１は、周壁部と端板部と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。開口端部には内部を閉鎖するシールド体１Ｓがボルトのような適宜の固定具により取り付けられる。入力軸２はシールド体１Ｓを貫通してこれによって回転可能に軸支されると共に、出力軸３はハウジング１の端板部を貫通してこれによって回転可能に軸支される。ハウジング１の内側には略円柱形状の収容空間部が設けられている。

図１と共に図４を参照して説明を続けると、入力軸２は、棒状の入力軸部２１と、この入力軸部２１の先端において入力軸部２１と同軸上に固着された入力円板部２２とを有している。入力円板部２２の径方向における所定位置には、円形形状の空間部２３が一つ設けられている。入力円板部２２における、入力軸部２１が固着された側とは反対側の中心には、円柱形状の嵌合突起２４が設けられている。

出力軸３は、棒状の出力軸部３１と、この出力軸部３１の先端において出力軸部３１と同軸上に固着された出力歯車３２とを有している。図示の実施例においては、出力歯車３２は太陽歯車である。出力歯車３２における、出力軸部３１が固着された側とは反対側の中心には、軸方向に突出する円筒壁３３が形成されており、円筒壁３３の外周にはガイド面３４が設けられている。出力軸３において、円筒壁３３が形成されている側の軸方向端部には、断面円形の嵌合穴３５が形成されており、これには入力軸２の嵌合突起２４が嵌り込む。

遊星歯車体４には出力歯車３２と噛み合う遊星歯車４１が設けられている。遊星歯車４１の軸方向片側面には円板形状のガイド部４２が遊星歯車４１と同軸に固着されている。そして、ガイド部４２における遊星歯車４１とは反対側の軸方向端面には、遊星歯車４１の中心ｏ１に対して偏心（偏心量をｅとする）した円板形状のカム体４３が固着されている（カム体４３の中心をｏ２とする）。遊星歯車体４には更に、遊星歯車４１の中心ｏ１において軸方向全体に亘って直線状に延びる断面円形の軸孔４４が設けられており、この軸孔４４にキャリア体５の後述するキャリア軸が挿通されることで、遊星歯車体４は中心ｏ１を軸として自転可能となる。遊星歯車体４が中心ｏ１を軸として自転すると、カム体４３は、その中心ｏ２が中心ｏ１を中心とした半径ｅの円周上を移動して回転（即ち偏心して自転）する。

キャリア体５は、中央に円形の貫通口が形成された円板形状のキャリア板５１と、このキャリア板５１の外周縁にて軸方向に延出する略円筒形状のキャリア外周壁５２とを有している。キャリア板５１の径方向における所定位置には、軸方向に延びる中実棒状で断面円形のキャリア軸５３が設けられている。キャリア軸５３の延出端部には他の部分に比べて幾分小径な軸受部５４が形成されている。キャリア外周壁５２の延出端部には、矩形形状の切欠き５５が周方向に等角度間隔をおいて４個形成されている。切欠き５５には中央に円形の貫通口が形成された略円板形状のキャリア体補助５６に設けられた突出片５７が嵌め合わされ、キャリア体補助５６はキャリア体５と一体となって回転する。キャリア体補助５６の径方向における所定位置には、キャリア軸５３の軸受部５４を軸受する断面円形の受け穴５８が形成されている。

ハウジング１の内側に画成された収容空間部に各構成部材が収容されると、キャリア板５１は出力歯車３２を囲み、キャリア軸５３が遊星歯車体４を回転可能に軸支する。そして、遊星歯車４１は出力歯車３２と噛み合い、カム体４３が入力円板部２２に形成された空間部２３に挿入される。このとき、遊星歯車体４はキャリア板５１及びキャリア体補助５６によって軸方向に支持されると共に、ガイド部４２がガイド面３４と転がり接触することで、遊星歯車体４の芯ぶれが防止される。更に、入力軸２の嵌合突起２４が出力軸３の嵌合穴３５に嵌り込むことで、入力軸２及び出力軸３の芯ぶれが防止される。また、キャリア板５１とハウジング１の端板部との間には波ばね６が配置され、この波ばね６の弾性力によってキャリア体５には所定の拘束力が付与されることでキャリア体５の回転動作は安定する。

続いて、図１に示すフリータイプ双方向クラッチの作動について、図２及び図３を参照して説明する。
図２における各矢印に示すように、入力軸２が、駆動源のモーターにより反時計方向（中央縦断面図の右方から見て）に回転すると、入力軸２の入力円板部２２に形成された空間部２３も反時計方向に移動し、空間部２３の周壁がカム体４３に当接する。このとき、遊星歯車４１の中心ｏ１との距離が最大となるカム体４３の外周点Ｐａが、空間部２３の周壁と接触すると、カム体４３の姿勢が保持される。これは、カム体４３が外周点Ｐａにおいて空間部２３の周壁と当接した場合には、図２の右図に示すとおり、入力円板部２２の回転によって上記周壁からカム体４３に加えられる力の作用ベクトル（つまり、外周点Ｐａにおける法線ベクトル）上に遊星歯車体４の自転中心ｏ１が位置することとなるため、上記力がカム体４３に加えられた場合でも、カム体４３には遊星歯車４１の中心ｏ１周りに回転モーメントが作用しないためである。カム体４３が外周点Ｐａ以外の点で空間部２３の周壁と当接する場合には、上記周壁とカム体４３の外周点との当接部位における相互摩擦力によってカム体４３は遊星歯車４１の中心ｏ１の周りで偏心しながら自転すると共に共通の中心軸ｏの周りを公転する。
入力軸２が時計方向に回転した場合は、入力軸２が反時計方向に回転した場合と同じであるため、詳細な説明は省略する。

これに対して、出力軸３が回転した場合には、出力歯車３２と遊星歯車４１との噛み合いによって遊星歯車体４を自転させ、これを空転させることで出力軸３から入力軸２への回転の伝達を遮断する。

ここで、図３に示すように、入力軸２の反時計方向の回転が停止し、カム体４３の外周点Ｐａが空間部２３の周壁と接触している状態で、出力軸３が例えば矢印のとおり反時計方向（中央縦断面図の左方から見て）に回転した場合には、以下のように作動する。即ち、出力歯車３２の回転によって遊星歯車４１がＢ－Ｂ断面において時計方向に自転し、これによって遊星歯車４１と一体であるカム体４３も同一方向（Ａ－Ａ断面においては反時計方向）に自転する。このとき、円板形状であるカム体４３の中心ｏ２は遊星歯車体４の自転中心ｏ１からｅだけ偏心していることから、カム体４３は中心ｏ１の周りを偏心して自転、つまり、カム体４３の中心ｏ２は遊星歯車４１の中心ｏ１を中心とした半径ｅの円周上を移動することとなる。ここで、図３に示す状態では、カム体４３は外周点Ｐａつまり自身の自転中心ｏ１から入力円板部２２までの距離が最長となる位置で入力円板部２２と接触していることから、図３に示す状態でカム体４３が自転すると、上記距離は漸次低減するため、カム体４３と入力円板部２２との間で干渉を生じることはない。このことから、出力軸３が回転したときは、遊星歯車体４は図３において二点鎖線で示すとおり空転し、出力軸３の回転が入力軸２へ伝達されることはない。従って、本発明のフリータイプ双方向クラッチでは、入力軸２が停止した位置を保持したまま、出力軸３を双方向に空転させることができる。
図３に示す状態から、出力軸３が時計方向（中央縦断面図の左方から見て）に回転した場合は、出力軸３が反時計方向に回転した場合と同じであるため、詳細な説明は省略する。

以上、添付した図面を参照して本願の第一発明のフリータイプ双方向クラッチについて詳述したが、本願の第一発明のフリータイプ双方向クラッチは、上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。例えば、上記実施例においては、遊星歯車体４は単一であったが、これに替えて、遊星歯車４を図５に示すとおり周方向に等角度間隔をおいて複数個設けてもよい（図５の実施例においては３個設けられている）。また、上記実施例においては、出力歯車３２は太陽歯車であったが、これに替えて、図６に示すとおり、出力歯車３２はリング歯車であってもよい。

続いて、図７及び図８を参照して本願の第二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７に示すフリータイプ双方向クラッチは、遊星歯車体（殊にカム体の外周形状）及びこれが配置された数を除いて図６に示す本願の第一発明のフリータイプ双方向クラッチの第二の変形例と同様の構成である。従って、以下では本願の第一発明のフリータイプ双方向クラッチとの相違点である遊星歯車体についてのみ説明し、その他の構成については第一のフリータイプ双方向クラッチと同様の付番に「´（ダッシュ）」を付して説明を省略する。

図８を参照して説明すると、本願の第二発明のフリータイプ双方向クラッチにおける遊星歯車体４´の遊星歯車４１´（歯数１２）には、遊星歯車４１´の中心ｏ１に対して偏心（偏心量をｅとする）した中心を有する円弧の集合からなる外周を備えたカム体４３´が固着されている。図示の実施例においては、カム体４３´の外周は、遊星歯車４１´の歯数と同数、即ち１２個の等角度の円弧４５´の集合から構成されている。夫々の円弧４５´の中心は、ｏ１を中心とした半径ｅの仮想円４６´（二点鎖線で示す）上における、夫々の円弧４５´の周方向中心位置と中心ｏ１との間に位置し、夫々の円弧４５´の半径はα（α＞０）である。従って、１２個の円弧４５´のうちの一つである円弧４５ａ´に関していえば、これは仮想円４６´上のｏａを中心とした半径αの円４５Ａ´（二点鎖線で示す）の一部である。

上記したとおり、本願の第二発明のフリータイプ双方向クラッチは遊星歯車体及びこれが配置された数を除いて図６に示す本願の第一発明のフリータイプ双方向クラッチの第二の変形例と同様の構成であるため、本願の第二発明のフリータイプ双方向クラッチにおいても本願の第一発明のフリータイプ双方向クラッチと同様の作用効果が得られる。本願の第二発明のフリータイプ双方向クラッチにおいては更に、カム体４３´の外周が遊星歯車４１´の中心ｏ１に対して偏心した中心を有する円弧４５´の集合からなるため、カム体４３´には遊星歯車４１´の中心ｏ１との距離が最大となる外周点が複数存在することとなり、入力軸２´が回転した際には、カム体４３´はより小さな自転角度で遊星歯車の中心との距離が最大となる姿勢に到達できるようになる。従って、本願の第二発明のフリータイプ双方向クラッチは本願の第一発明のものと比べて、入力軸が回転した際にカム体の姿勢が保持されるまでの時間遅れを短くすることが可能となる。

さらに、図９及び図１０を参照して本願の第三発明のフリータイプ双方向クラッチについて説明する。
これらの図に示す第三発明のフリータイプ双方向クラッチは、遊星歯車体のカム体として第二発明と同様な外周が複数の円弧の集合からなるカム体を用い、カム体が挿入される入力軸の空間部を、カム体の外周の円弧よりも曲率の小さな円弧状周壁を周方向に対称的に備えた形状とするものである。ここで、図９及び図１０では、第一発明のフリータイプ双方向クラッチに相当する部品等については、図１等の符号と同一のものに「´´（二重ダッシュ）」を付して表している。

図９に示すとおり、本願の第三発明のフリータイプ双方向クラッチにおける遊星歯車体４´´のカム体４３´´は、４個の円弧の集合からなる外周を備えている。夫々の円弧の中心は、第二発明のカム体と同様に、円弧の周方向中心位置と遊星歯車４１´´の中心との間にある（図８参照）。図９のカム体４３´´では、４個の円弧は夫々９０°の等角度範囲に亘り形成されている。
カム体４３´´は、入力軸２´´の入力円板部２２´´に設けられた空間部２３´´に挿入される。空間部２３´´は、周方向の両側に円弧状周壁Ｗ１、Ｗ２を備え、円弧状周壁Ｗ１、Ｗ２は、空間部２３´´の径方向に延びる中心線に対して対称となるよう形成され、その曲率は、カム体４３´´の外周の円弧の曲率よりも小さく設定されている。

入力軸２´´が反時計方向に回転すると、入力円板部２２´´に形成された空間部２３´´も反時計方向に移動して、空間部２３´´の円弧状周壁Ｗ１がカム体４３´´に当接する。そして、図１０に示すように、遊星歯車４１´´の中心との距離が最大となるカム体４３´´の外周点が空間部２３´´の円弧状周壁Ｗ１と接触すると、カム体４３´´の姿勢が保持されて遊星歯車体４´´の自転が阻止され、入力軸２´´の回転が出力軸３´´に伝達される。入力軸２´´が時計方向に回転したときは、対称的に形成された円弧状周壁Ｗ２がカム体４３´´に当接して、同様に回転伝達が行われる。
これに対し、出力軸３´´が回転したときは、出力歯車３２´´の回転によって遊星歯車４１´´が自転し、カム体４３´´も同一方向に自転する。このとき、上述した本願発明の第一発明と同様に、カム体４３´´が自転すると上記距離は低減するため、空間部２３´´の円弧状周壁とカム体４３´´の外周との接触が解消され、カム体４３´´が空間部２３´´内で自由に空転し、出力軸３´´からの回転伝達は遮断される。

第三発明のフリータイプ双方向クラッチでは、カム体４３´´が挿入される空間部２３´´は、断面が円形のものではなく、周方向の両側に円弧状周壁Ｗ１、Ｗ２が対称的に形成された、全体形状が扇形に近い形状の空間部となっている。この空間部２３´´は、カム体４３´´の自由な空転を許容するだけの隙間が存在すればよいので、断面が円形の空間部と比較すると、径方向の寸法を短縮することができる。従って、第三発明のフリータイプ双方向クラッチは、径方向の寸法の小さいコンパクトなものとなる。

１：ハウジング
２：入力軸
２２：入力円板部
２３：空間部
２４：嵌合突起
３：出力軸
３２：出力歯車
３３：円筒壁
３４：ガイド面
４：遊星歯車体
４１：遊星歯車
４２：ガイド部
４３：カム体
５：キャリア体
５６：キャリア体補助
６：波ばね

Claims (8)

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、前記出力軸からの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、
   前記出力軸には前記回転軸と同軸に出力歯車が固着され、前記ハウジングの内部には、前記出力歯車と噛み合う遊星歯車を有する遊星歯車体と、前記遊星歯車体を回転可能に軸支するキャリア体とが配置され、
   前記遊星歯車体には、前記遊星歯車の中心に対して偏心した円板形状のカム体が固着されるとともに、前記入力軸には前記カム体が挿入される円形断面の空間部が設けられており、
   前記入力軸が回転したときは、前記遊星歯車の中心との距離が最大となる前記カム体の外周点が、前記空間部の周壁と接触した状態で、前記カム体の姿勢が保持されて前記遊星歯車体の自転が阻止され、前記出力歯車が前記遊星歯車と一体となって前記共通の回転軸の周りを回転する一方、前記出力軸が回転したときは、前記カム体が前記空間部で空転して前記遊星歯車体が自転し、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. 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、前記出力軸からの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、
   前記出力軸には前記回転軸と同軸に出力歯車が固着され、前記ハウジングの内部には、前記出力歯車と噛み合う遊星歯車を有する遊星歯車体と、前記遊星歯車体を回転可能に軸支するキャリア体とが配置され、
   前記遊星歯車体には、前記遊星歯車の中心に対して偏心した中心を有する円弧の集合からなる外周を備えたカム体が固着されるとともに、前記入力軸には、前記カム体が挿入される、前記円弧よりも曲率の小さな円形の断面の空間部が設けられており、
   前記入力軸が回転したときは、前記遊星歯車の中心との距離が最大となる前記カム体の外周点の一つが、前記空間部の周壁と接触した状態で、前記カム体の姿勢が保持されて前記遊星歯車体の自転が阻止され、前記出力歯車が前記遊星歯車と一体となって前記共通の回転軸の周りを回転する一方、前記出力軸が回転したときは、前記カム体が前記空間部で空転して前記遊星歯車体が自転し、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。
3. 前記カム体の外周が、前記遊星歯車の歯数と同数の等角度の円弧の集合からなる請求項２に記載のフリータイプ双方向クラッチ。
4. 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、前記出力軸からの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、
   前記出力軸には前記回転軸と同軸に出力歯車が固着され、前記ハウジングの内部には、前記出力歯車と噛み合う遊星歯車を有する遊星歯車体と、前記遊星歯車体を回転可能に軸支するキャリア体とが配置され、
   前記遊星歯車体には、前記遊星歯車の中心に対して偏心した中心を有する円弧の集合からなる外周を備えたカム体が固着されるとともに、前記入力軸には、前記カム体が挿入される、前記円弧よりも曲率の小さな円弧状周壁を周方向に対称的に備えた空間部が設けられており、
   前記入力軸が回転したときは、前記遊星歯車の中心との距離が最大となる前記カム体の外周点の一つが、前記空間部の円弧状周壁と接触した状態で、前記カム体の姿勢が保持されて前記遊星歯車体の自転が阻止され、前記出力歯車が前記遊星歯車と一体となって前記共通の回転軸の周りを回転する一方、前記出力軸が回転したときは、前記カム体が前記空間部で空転して前記遊星歯車体が自転し、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。
5. 前記遊星歯車体における前記遊星歯車と前記カム体との間には、前記遊星歯車と同軸の円板形状のガイド部が形成されているとともに、前記出力軸には前記ガイド部が転がり接触するガイド面が形成されている、請求項１乃至４のいずれかに記載のフリータイプ双方向クラッチ。
6. 前記入力軸及び前記出力軸の先端部には、相互に嵌り合う嵌合穴と嵌合突起が前記共通の回転軸と同軸に形成されている、請求項１乃至５のいずれかに記載のフリータイプ双方向クラッチ。
7. 前記ハウジングの内部には、前記キャリア体と組み合わされるキャリア体補助が配置されており、前記遊星歯車体を軸支する前記キャリア体のキャリア軸は前記キャリア体補助によって支持される、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. 前記キャリア体には、波ばねによって所定の拘束力が付与されている、請求項１乃至７のいずれかに記載のフリータイプ双方向クラッチ。

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