JP2005127463A - 動力切換モジュールおよびこれを用いた動力切換システム - Google Patents

Abstract

【課題】１つのモータの動力で多軸を効率よく回転させるようにしつつ、高速化を簡単に図り、しかも全体をコンパクトにかつ組立を容易にする。
【解決手段】動力切換システム１は、軸方向に積層配置された同じ構成の第１および第２動力切換モジュール２,３を備えている。このとき、各動力切換モジュール２,３の各入力軸６は、それぞれ各ハウジング５および各出力軸１０を貫通しており、両入力軸６は軸方向に一体回転可能に連結されているとともに、１つの入力軸６がモータ４７６に連結されている。モータ４７で両入力軸６が回転している状態で、例えば第１動力切換モジュール２の多板クラッチ７を接続してから多板ブレーキ８のブレーキ作動を解除すると、入力軸６の回転が出力軸７に伝達され、出力軸７が回転する。このとき、第２動力切換モジュール３の出力軸７は回転しない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の直線運動や回転運動等の複数の動作を行う多軸の動作を行う装置やシステムに使用される動力切換モジュールおよびこれを用いた動力切換システムの技術分野に属するものである。

従来、例えばマシニングセンタ等の複数の工作機械が配設された機械加工ラインにおいては、各工作機械に対して、機械加工する素材（以下、ワークともいう）を取り出し、搬送および載置動作を行うために走行ロボットが用いられている。また、溶接ラインやプレスライン等においても種々の作業のために多関節の産業ロボットが用いられているとともに、装置の組立ラインではワークを自動的に組み立てる自動組立機が用いられている。これらの走行ロボット、産業ロボット、あるいは自動組立機等は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の直線運動や回転運動等の多軸の動作を行うようになっている。

ところで、このような多軸の動作を行う装置やシステムにおいては、それぞれの軸を回転するためにモータを各軸毎に設けたのでは、装置のコストが高くなるばかりでなく、装置の構成が複雑かつ大型になってしまう。
そこで、１つのモータの動力を互いに並設された第１および第２伝達軸にそれぞれ切り換えて伝達することで、モータの台数を削減した多関節ロボットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示の多関節ロボットは、第１および第２伝達軸毎に、それぞれ、クラッチおよびブレーキが設けられている。また、第１伝達軸側の入力軸（クラッチより動力伝達上流側の軸）がモータの回転軸に連結されているとともに、第１および第２伝達軸側の入力軸にそれぞれ第１および第２動力分配用ギヤが設けられている。そして、第１および第２動力分配用ギヤが常時噛合されることで、モータの動力が第２伝達軸側の入力軸にも分配されるようになっている。

モータが駆動することで、第１伝達軸側の入力軸が回転するとともに、第１および第２動力分配用ギヤを介して第２伝達軸側の入力軸が回転する。一方、第１および第２伝達軸側の各出力軸（クラッチより動力伝達下流側の軸）は、非作動時には両ブレーキが作動保持されかつ両クラッチが結合解除されることで回転不能となっている。

いま、第１伝達軸側のクラッチが結合されかつ第１伝達軸側のブレーキが解除されると、第１伝達軸側の入力軸の回転が結合されたクラッチを介して出力軸に伝達され、出力軸が回転する。このとき、第２伝達軸側のクラッチが結合解除されかつ第２伝達軸側のブレーキ作動が保持されているので、第２伝達軸側の出力軸は回転しない。また、第２伝達軸側のクラッチが結合されかつ第２伝達軸側のブレーキが解除されると、第２伝達軸側の入力軸の回転が結合されたクラッチを介して出力軸に伝達され、出力軸が回転する。このとき、第１伝達軸側のクラッチが結合解除されかつ第１伝達軸側のブレーキ作動が保持されているので、第１伝達軸側の出力軸は回転しない。このようにして、１つのモータで２軸の回転を行うことができる。
特開平１０−３１５１６５号公報。

しかしながら、特許文献１に開示の多関節ロボットでは、２つの第１および第２伝達軸が並設されると、装置全体が大型となり、コンパクト化を効率よく図ることができないばかりでなく、第１および第２動力分配用ギヤを介する動力伝達であるため、慣性モーメントの増加により高速化を図ることは難しいという問題がある。しかも、装置の組立が面倒である。

また、入力軸側に２つの動力分配用ギヤが設けられるため、バックラッシが大きくなって動力伝達が効率よく行うことが難しいばかりでなく、２つの動力分配用ギヤの慣性モーメントが増大することからモータの容量を大きくする必要があるいう問題がある。更に、クラッチを結合してからブレーキ作動を解除するタイミングがシーケンサやリレー等による電気制御で行うため、制御間の余裕時間や機構の動作を検出するセンサのロス時間等により切換時間が長くなるという問題もある。

特に、軸が２つではなく、３つ以上の複数の軸が設けられる場合は、装置全体が更に大型となるばかりでなく動力分配用ギヤの数が多くなり、しかもバックラッシが更に増大し、そのうえ動力分配用ギヤの慣性モーメントも更に増大するため、モータを高速化する必要があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、１つのモータの動力で多軸を効率よく回転させるようにしつつ、高速化を簡単に図ることが可能であり、しかも全体をコンパクトにかつ組立を容易にすることのできる動力切換モジュールおよびこれを用いた動力切換システムを提供することである。

前述の課題を解決するために、請求項１の発明の動力切換モジュールは、支持本体と、この支持本体に回転可能に支持された入力軸と、前記支持本体に回転可能に支持された出力軸と、前記支持本体に前記入力軸と前記出力軸との間に設けられて、前記入力軸と前記出力軸との間の動力伝達を制御するクラッチと、前記支持本体に設けられて前記出力軸を停止させるブレーキと、前記支持本体に設けられて前記クラッチと前記ブレーキとを制御するクラッチ・ブレーキ作動制御手段とを備え、前記入力軸の少なくとも一端側に、他の回転軸にこの回転軸と一体回転可能に連結可能な連結部が設けられていることを特徴としている。

また、請求項２の発明の動力切換モジュールは、前記出力軸は円筒状に形成されているとともに、前記入力軸は前記出力軸内に進入して設けられていることを特徴としている。
更に、請求項３の発明の動力切換モジュールは、前記クラッチが、非作動時に結合解除状態に設定されるとともに作動時に結合状態に設定され、前記ブレーキが、非作動時にブレーキ作動保持状態に設定されるとともに作動時にブレーキ作動解除状態に設定されることを特徴としている。

更に、請求項４の発明の動力切換モジュールは、前記クラッチ・ブレーキ作動制御手段が、作動時前記クラッチを結合してから前記ブレーキのブレーキ作動を解除し、かつ非作動時前記ブレーキをブレーキ作動してから前記クラッチを結合解除するつかみ換え機構を有していることを特徴としている。

更に、請求項５の発明の動力切換モジュールは、前記クラッチが複数の摩擦クラッチ板を有する多板クラッチで構成されているとともに前記ブレーキが複数の摩擦ブレーキ板を有する多板ブレーキで構成されており、前記つかみ換え機構が流体圧で作動されるピストンを有し、前記流体圧でピストンを作動させることで、前記複数の摩擦クラッチ板を挟圧して前記クラッチを結合し、その後で前記複数の摩擦ブレーキ板の挟圧を解除して前記ブレーキのブレーキ作動を解除することを特徴としている。

更に、請求項６の発明の動力切換モジュールは、前記ブレーキが前記クラッチの外周側に、少なくともその一部前記クラッチの一部と径方向にオーバーラップされて配置されていることを特徴としている。

更に、請求項７の発明の動力切換システムは、請求項１ないし５のいずれか１記載の動力切換モジュールを複数個備えており、前記複数の動力切換モジュールが、第１の動力切換モジュールの入力軸の第１および第２連結部のいずれか一方にモータの回転軸を一体回転可能に連結し、前記第１の動力切換モジュールの入力軸の第１および第２連結部のいずれか他方に第２の動力切換モジュールの入力軸の第１および第２連結部のいずれか一方を一体回転可能に連結するようにして、順次各入力軸を連結することで積層配置されていることを特徴としている。

更に、請求項８の発明の動力切換システムは、前記複数の動力切換モジュールがすべて同じ動力切換モジュールで構成されているか、または、少なくとも一部の動力切換モジュールが他の動力切換モジュールと異なることを特徴としている。

このように構成された請求項１ないし６の発明の動力切換モジュールによれば、入力軸の少なくとも一端側に、他の回転軸にこの回転軸と一体回転可能に連結可能な連結部が設けられているので、複数の動力切換モジュールを積層配置することが可能となるとともに、積層配置にする組み立てが容易となる。しかも、このように複数の動力切換モジュールの積層配置が可能となることから、複数の動力切換モジュールを設けても、コンパクト化を効果的に図ることができる。

特に、請求項３ないし６の発明の動力切換モジュールによれば、クラッチが非作動時に結合解除状態に設定されるとともに作動時に結合状態に設定され、前記ブレーキが非作動時にブレーキ作動保持状態に設定されるとともに作動時にブレーキ作動解除状態に設定されるので、出力軸を動作時以外はブレーキ作動で停止保持することができる。これにより、出力軸の位相ずれをより確実に防止することができ、入力軸に対する出力軸の位相を高精度に保持することができる。したがって、動力切換を高精度で高速に行うことが可能となる。

また、請求項４ないし６の発明の動力切換モジュールによれば、クラッチ・ブレーキ作動制御手段が、作動時クラッチを結合してからブレーキのブレーキ作動を解除し、かつ非作動時ブレーキをブレーキ作動してからクラッチを結合解除するつかみ換え機構を有しているので、入力軸に対する出力軸の位相ずれを防止することができる。したがって、出力軸の位相ずれを修正する必要がなくなるので、動力切換の高速化を確実に図ることが可能となるとともに、出力軸の位置決め精度を向上することができる。特に、作動時でのクラッチ結合とその後のブレーキ作動解除および非作動時でのブレーキ作動とその後のクラッチ結合解除をクラッチ・ブレーキ作動制御手段の１アクションで行うようにすることで、動力切換制御性が向上し、動力切換の高速化および位置決めの高精度化を更に一層確実に図ることができる。

更に、請求項５および６の発明の動力切換モジュールによれば、クラッチが複数の摩擦クラッチ板を有する多板クラッチで構成されているとともにブレーキが複数の摩擦ブレーキ板を有する多板ブレーキで構成されており、つかみ換え機構が流体圧で作動されるピストンを有しているので、例えば湿式多板クラッチやブレーキが乾式単板のクラッチやブレーキに比べて、耐摩耗性に優れるとともに高荷重に耐えられる効果を有していることから、動力切換モジュールにこのような湿式多板クラッチやブレーキを用いることにより、動力切換モジュールの性能を長期にわたって確実にかつ安定して発揮させることができるとともに、径方向のコンパクト化を図ることができる。しかも、動力切換モジュールの性能を長期的に確実にかつ安定して発揮できることから、動力切換モジュールの保守管理が簡単になり、メンテナンス性が向上する。

更に、請求項６の発明の動力切換モジュールによれば、ブレーキがクラッチの外周側に、少なくともその一部前記クラッチの一部と径方向にオーバーラップされて配置されているので、クラッチおよびブレーキを内外配置することができる、これにより、動力切換モジュールを軸方向に扁平にして、軸方向のコンパクト化を効率よく図ることができる。

一方、請求項７および８の発明の動力切換システムによれば、請求項１ないし５のいずれか１記載の動力切換モジュールを複数個備えており、複数の動力切換モジュールが、第１の動力切換モジュールの入力軸の第１および第２連結部のいずれか一方にモータの回転軸を一体回転可能に連結し、前記第１の動力切換モジュールの入力軸の第１および第２連結部のいずれか他方に第２の動力切換モジュールの入力軸の第１および第２連結部のいずれか一方を一体回転可能に連結するようにして、順次各入力軸を連結することで積層配置されているので、１つのモータの動力で多軸を効率よく回転させることができるとともに、高速化を簡単に図ることが可能である。しかも、システム全体をコンパクトにかつ安価に形成することができるとともに、動力切換システムを容易に組み立てることが可能となる。

その場合、モータと動力切換モジュールとの間、あるいは互いに連結される動力切換モジュールとの間に、減速機等の他の回転装置を組み込むことも可能であり、このような他の回転装置により、例えば動力を変速させて伝達する等の動力伝達の自由度を向上させることができる。この場合には、モータの回転軸と動力切換モジュールの入力軸との間、あるいは互いに連結される動力切換モジュールの両入力軸との間に、それぞれ、他の回転装置の回転軸が連結されるようになる。

特に、請求項８の発明の動力切換システムによれば、複数の動力切換モジュールがすべて同じ動力切換モジュールで構成されているか、または、少なくとも一部の動力切換モジュールが他の動力切換モジュールと異なるようにしているので、同じ動力切換モジュールを積層配置される場合には、動力切換システムのコストダウンを図ることが可能となり、一方、異なる動力切換モジュールが積層配置される場合は、動力伝達の仕様等の種々の要求に応じて柔軟に対応することが可能となる。

以下、図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明にかかる動力切換システムの実施の形態の一例を模式的に示す図、図２は図１に示す例の動力切換システムに用いられる動力切換モジュールを示す図である。なお、以下の説明において、右、左は、それぞれ対応する図において右、左を表す。

図１および図２に示すように、この例の動力切換システム１は、同一軸線上に配置された所定数（図示例では２つ；以下、２つが配置されるものとして説明する）の第１および第２動力切換モジュール２,３を備えている。これらの第１および第２動力切換モジュール２,３はまったく同じ動力切換モジュール４から構成されている。

図２に示すように、この動力切換モジュール４は、大きく分けて、ハウジング（本発明の支持本体に相当）５と、入力軸６、多板クラッチ７と、多板ブレーキ８と、クラッチ・ブレーキ作動制御手段９と、出力軸１０と、円環状の出力プーリ１１と、無端ベルト１２とから構成されている。

入力軸６は軸受け１３でハウジング５に回転可能に支持されている。この入力軸６の右端部には、横断面多角形（例えば、６角形）の連結部（本発明の連結部に相当）１４が突設されているとともに、入力軸６の左端部には、連結部１４と同じ横断面多角形（例えば、６角形）の連結孔（本発明の連結部に相当）１５が穿設されている。その場合、連結部１４および連結孔１５は、それぞれ、他の動力切換モジュール４の入力軸６の連結孔１５および連結部１４が嵌合可能とされているとともに、これらの連結部１４および連結孔１５がそれぞれ連結孔１５および連結部１４に嵌合された状態では、連結された連結部１４と連結孔１５は互いに一体回転するように連結される。また、連結部１４および連結孔１５は、例えばモータや減速機等の他の回転装置の回転軸に一体回転可能に連結可能とされている。

なお、連結部１４と連結孔１５との回転連結はこのような横断面多角形による連結に代えて、例えばスプライン嵌合による回転連結等の他の適宜の回転連結方法を用いることもできる。また、入力軸６の軸方向中央部分には、スプライン部１６が形成されている。更に、この例の入力軸６はその両端に連結部１４,１５を設けているが、本発明は、入力軸６の両端のいずれか一端のみに連結部を設けることもできる。以下の説明においては、入力軸６の両端に連結部を設けるものとして説明する。

多板クラッチ７は所定数の円環状の駆動側摩擦板（本発明の摩擦クラッチ板に相当）１７とこれらの間に交互に配設される所定数の円環状の受動側摩擦板（本発明の摩擦クラッチ板に相当）１８を備えている。駆動側摩擦板１７は、底部の一部が開口された有底円筒状の駆動側クラッチハブ１９に軸方向（左右方向）に移動可能にかつこの駆動側クラッチハブ１９と一体回転可能に支持されているとともに、この駆動側クラッチハブ１９は駆動ホイール２０に固定されている。駆動ホイール２０は円筒軸状部２０ａとこの円筒状部２０ａの一端から径方向外方に延びる環状のフランジ部２０ｂからなり、駆動側クラッチハブ１９は駆動ホイール２０のフランジ部２０ｂに固定されている。駆動ホイール２０の円筒軸状部２０ａが入力軸６のスプライン部１６にスプライン嵌合されている。したがって、駆動側摩擦板１７は駆動側クラッチハブ１９および駆動ホイール２０を介して入力軸６と一体回転可能となっている。

また、受動側摩擦板１８は円筒状の受動側クラッチハブ２１に軸方向（左右方向）に移動可能にかつこの受動側クラッチハブ２１と一体回転可能に支持されている。更に、受動側クラッチハブ２１には、駆動側摩擦板１７および受動側摩擦板１８を挟圧する一対の円環状の挟圧板２２,２３が同様に軸方向（左右方向）に移動可能にかつこの受動側クラッチハブ２１と一体回転可能に支持されている。受動側ハブ２１は円環状の受動ホイール２４に固定されているとともに、受動ホイール２４は出力軸１０のスプライン部（後述）にスプライン嵌合されている。したがって、出力軸１０は受動ホイール２４および受動側ハブ２１を介して受動側摩擦板１８および挟圧板２２,２３と一体回転可能となっている。受動ホイール２４には、挟圧板２２を介して駆動側摩擦板１７および受動側摩擦板１８を軸方向に押圧する押圧部２４ａが形成されている。更に、ハウジング５には、挟圧板２３を回動可能に受けるスラスト軸受け２５が挟圧板２３に対向して設けられている。
受動ホイール２４にはスラスト軸受け２６が支持されているとともに、このスラスト軸受け２６を介して受動ホイール２４がリターンスプリング２７により常時左方、つまり非作動方向に付勢されている。

多板ブレーキ８は所定数の円環状の可動側摩擦板（本発明の摩擦ブレーキ板に相当）２８とこれらの間に交互に配設される所定数の円環状の制動側摩擦板（本発明の摩擦ブレーキ板に相当）２９を備えている。可動側摩擦板２８は円筒状の可動側ブレーキハブ３０に軸方向（左右方向）に移動可能にかつこの可動側ブレーキハブ３０と一体回転可能に支持されている。可動側ブレーキハブ３０は、多板クラッチ７の受動側クラッチハブ２１の外周側に配置されて、受動ホイール２４に固定されている。したがって、可動側摩擦板２８は可動側ブレーキハブ３０および受動ホイール２４を介して出力軸１０と一体回転可能となっている。

また、制動側摩擦板２９は、可動側ブレーキハブ３０にその外周側で対向するハウジング５の部位に軸方向（左右方向）のみに移動可能に支持されている。ハウジング５には、可動側摩擦板２８および制動側摩擦板２９を挟圧する一対の円環状の挟圧板３１,３２が同様に軸方向（左右方向）のみに移動可能に支持されている。更に、ハウジング５には、円環状のブレーキ作動プレート３３が軸方向（左右方向）に移動可能に支持されている。このブレーキ作動プレート３３は、挟圧板３１を介して可動側摩擦板２８および制動側摩擦板２９を軸方向に押圧するようになっている。また、ブレーキ作動プレート３３は、ハウジング５に支持されたブレーキ保持ばね３４により可動側摩擦板２８および制動側摩擦板２９の方向、つまりブレーキ作動方向へ常時付勢されている。このブレーキ作動プレート３３は、ハウジング５に支持された軸方向（左右方向）に移動可能に支持されたブレーキ解除リング３５によりブレーキ保持ばね３４のばね力に対抗して可動側摩擦板２８および制動側摩擦板２９から離間する方向、つまりブレーキ解除方向へ押圧可能にされている。更に、ハウジング５には、挟圧板３２を受ける円環状のブレーキ支持板３６が挟圧板３２に対向して設けられている。その場合、ブレーキ解除リング３５の一部がブレーキ支持板３６を相対移動可能に貫通している。

このように構成された多板クラッチ７および多板ブレーキ８は、多板ブレーキ８が多板クラッチ７を囲うように径方向にオーバラップして配設される。このように多板クラッチ７および多板ブレーキ８を内外配置することにより、動力切換モジュール４は軸方向の厚みが薄く扁平化されている。

クラッチ・ブレーキ作動制御手段９は、ハウジング５に流体密に軸方向（左右方向）に設けられたピストン３７を備えている。このピストン３７によりハウジング５との間に流体圧室３８が区画形成されており、この流体圧室３８に供給される流体圧によりピストン３７は右方へ移動するようにされている。その場合、流体圧としてはエア圧および液圧を使用することができる。

ピストン３７には、クラッチ作動ばね３９の一端側が支持されているとともに、このクラッチ作動ばね３９の他端側には押し付けリング４０が支持されている。クラッチ作動ばね３９により、押し付けリング４０は受動ホイール２４をこれに支持されたスラスト軸受け４１を介して右方、つまり多板クラッチ７の接続方向に押圧するようになっている。クラッチ作動ばね３９のセットばね荷重は、リターンスプリング２７のセットばね荷重より大きく設定されている。また、ピストン３７には、ブレーキ解除リング３５を右方、つまりブレーキ解除方向へ押圧する押圧部３７ａが設けられている。ピストン３７は、ハウジング５にリテーナを介して支持されているリターンスプリング４２により、常時左方、つまり非作動方向に付勢されている。

そして、クラッチ・ブレーキ作動制御手段９は、流体圧室３８への流体圧供給でピストン３７が右方へ移動することにより、まず受動ホイール２４が作動して多板クラッチ７が結合し、その後で多板ブレーキ８がブレーキ解除するとともに、流体圧室３８からの流体圧排出でピストン３７が左方へ移動することにより、まず多板ブレーキ８がブレーキ作動し、その後で多板クラッチ７が結合解除するようにこれらの多板クラッチ７および多板ブレーキ８における各摩擦板のつかみ換えを制御するつかみ換え機構を構成している。このように、つかみ換え機構で各摩擦板のつかみ換えを制御することにより、入出力軸６,１０の位相ずれが生じるのを防止している。

出力軸１０は円筒状に形成されており、その一端側に受動ホイール２４がスプライン嵌合されるスプライン部４３が形成されている。この出力軸１０は軸受け４４によりハウジング５に回転可能に支持されている。出力軸１０の他端には、出力プーリ１１が図示しない例えばボルト等の固着具によって出力軸１０と一体回転可能に連結されている。なお、出力軸１０と出力プーリ１１とはフランジ結合等の他の適宜の連結方法を用いることもできる。出力プーリ１１に無端ベルト１２が掛け渡されて、この無端ベルト１２により動力切換モジュール４の出力が取り出されるようになっている。なお、動力切換モジュール４の出力取出しは無端ベルト１２以外、例えば歯車等の他の手段を用いることもできる。

更に、入力軸６が出力軸１０内に進入して設けられている。そして、入力軸６は一対の軸受け４５,４６により出力軸１０の内周面に相対回転可能に支持されているとともに、入力軸６の左端側が円筒状の出力プーリ１１の内孔を貫通している。したがって、入力軸６はハウジング５および出力軸１０を軸方向に貫通する、つまり動力切換モジュール４を軸方向に貫通して設けられるようになる。

なお、入力軸６は必ずしもハウジング５および出力軸１０を軸方向に貫通して設ける必要はなく、他の動力切換モジュール４の入力軸６や、あるいは例えばモータや減速機等の他の回転装置の回転軸に軸方向にハウジングどうしが干渉せずに連結可能でありさえすればよい。しかし、図１に示すように動力切換モジュール４を他の動力切換モジュール４あるいはモータ等の他の回転装置と積層配置でより簡単に組立可能にするためには、図２に示すように入力軸６はハウジング５および出力軸１０を軸方向に貫通して設けられることが好ましい。

また、出力軸１０は必ずしも円筒状に形成される必要はなく、中実の軸で形成することもできる。その場合、入力軸６と出力軸１０とは同軸に設けることもできるし、入力軸６と出力軸１０とは互いにオフセットして設けることもできる。このときには、入力軸６を他の動力切換モジュール４の入力軸６、あるいは例えばモータや減速機等の他の回転装置の回転軸に、歯車等による動力伝達機構により連結すればよい。更に、入力軸６を円筒状の軸に形成するとともに出力軸１０を中実の軸に形成し、少なくとも出力軸１０の一部を入力軸６内に進入させるようにすることもできる。
以下の説明においては、動力切換モジュールが図２に示す動力切換モジュール４である場合について説明する。

次に、この動力切換モジュール４の動作について説明する。
図２および図３（ａ）に示す非作動状態では、流体圧室３８に流体圧が供給されず、リターンスプリング４２によりピストン３７が左限位置に設定されている。このピストン３７の左限位置では、リターンスプリング２７により受動ホイール２４も左限位置に設定されている。この受動ホイール２４の左限位置では、押圧部２４ａが挟圧板２２から離間して挟圧板２２を押圧していない。このため、押圧部２４ａとスラスト軸受け２５との間に、駆動側摩擦板１７、受動側摩擦板１８および挟圧板２２,２３が挟圧されず、多板クラッチ７は結合していない。このとき、クラッチ作動ばね３９により押し付けリング４０が受動ホイール２４に支持されたスラスト軸受け４１に当接している。

また、ピストン３７の左限位置では、押圧部３７ａがブレーキ解除リング３５から離間している。更に、ブレーキ保持ばね３４によりブレーキ作動プレート３３が左方（ブレーキ作動方向）に押圧されて、このブレーキ作動プレート３３とブレーキ支持板３６との間に可動側摩擦板２８、制動側摩擦板２９および挟圧板３１,３２がともに挟圧されて多板ブレーキ８が作動状態に保持されている。したがって、出力軸１０はブレーキがかけられて回転不能となっている。このとき、ブレーキ解除リング３５はブレーキ作動プレート３３に押圧されて図示の非作動位置に設定されている。

この動力切換モジュール４の非作動状態において、入力軸６に入力が加えられて入力軸６が回転すると、この入力軸６の回転は駆動ホイール２０および駆動側クラッチハブ１９を介して駆動側摩擦板１７に伝達され、駆動側摩擦板１７が回転する。しかし、多板クラッチ７が結合していないので、駆動側摩擦板１７の回転は遮断されて受動側摩擦板１８に伝達されず、受動側摩擦板１８は回転しない。このため、入力軸６の回転は出力軸１０に伝達されないとともに多板ブレーキ８がブレーキ作動状態に保持されているので、出力軸１０は回転しない。

動力切換モジュール４の非作動状態で、流体圧室３８に流体圧が供給されると、図３（ｂ）に示すようにピストン３７がリターンスプリング４２のばね力に抗して右方へ移動する。すると、まずクラッチ作動ばね３９を介して押し付けリング４０がスラスト軸受け４１を介して受動ホイール２４を押圧する。このため、受動ホイール２４の押圧部２４ａが右方へ移動し、押圧部２４ａとスラスト軸受け２５との間に、駆動側摩擦板１７、受動側摩擦板１８および挟圧板２２,２３が挟圧し、多板クラッチ７が結合される。

次いで、ピストン３７が更に右方へ移動すると、図３（ｃ）に示すようにすぐにピストン３７の押圧部３７ａがブレーキ解除リング３５を右方へ押圧するので、このブレーキ解除リング３５およびブレーキ作動プレート３３がブレーキ保持ばね３４のばね力に抗して右方へ移動する。このとき、クラッチ作動ばね３９がピストン３７の右動にともなって縮小するので、多板クラッチ７が結合された後も、ピストン３７が右方へ確実に移動することができる。

ブレーキ作動プレート３３が右方へ移動することにより、挟圧板３１,３２による可動側摩擦板２８および制動側摩擦板２９の挟圧が解除されて、多板ブレーキ８のブレーキ作動が解除される。このようにして、各摩擦板１７,１８,２８,２９のつかみ換えが行われるが、各摩擦板１７,１８,２８,２９のつかみ換え状態は一瞬であり、図３（ｂ）に示すつかみ換え状態では入出力軸６,１０は一瞬停止する。

各摩擦板の一瞬のつかみ換え状態が終了すると、モータ４７の回転で入力軸６が再び回転するので、駆動側摩擦板１７が回転する。この駆動側摩擦板１７の回転（つまり、動力）が受動側摩擦板１８に伝達されて受動側摩擦板１８が回転し、この受動側摩擦板１８の回転は、受動側クラッチハブ２１および受動ホイール２４を介して出力軸１０に伝達されて、出力軸１０が回転する。更に、この出力軸１０の回転で出力プーリ１１が回転するとともに、無端ベルト１２が回転する。こうして、動力切換モジュール４は入力軸６に加えられた入力により出力を発生し、この出力は無端ベルト１２により取り出される。

入力軸６と出力軸１０とが結合している状態で、流体圧室３８の流体圧を排出すると、リターンスプリング４２によりピストン３７が左方へ移動する。すると、ブレーキ保持ばね３４により、ブレーキ作動プレート３３およびブレーキ解除リング３５が左方へ移動し、前述のようにブレーキ作動プレート３３とブレーキ支持板３６との間に可動側摩擦板２８、制動側摩擦板２９および挟圧板３１,３２がともに挟圧されて多板ブレーキ８が作動する。次いで、ピストン３７が更に左方へ移動すると、リターンスプリング２７により受動ホイール２４が左方へ移動し、押圧部２４ａが挟圧板２２を押圧しなくなる。これにより、多板クラッチ７の結合が解除され、駆動側摩擦板１７から受動側摩擦板１８への回転伝達（つまり、動力伝達）が遮断されて、動力切換モジュール４は図２に示す非作動状態となる。こうして、動力切換モジュール４は出力を発生しなくなる。

この例の動力切換モジュール４によれば、流体圧を供給してピストン３７を作動させる動作で、多板クラッチ７を結合してから多板ブレーキ８のブレーキ作動を解除し、かつ流体圧を排出してピストン３７を作動解除させる動作で、多板ブレーキ８のブレーキ作動してから多板クラッチ７を結合解除するつかみ換え機構を有しているので、入力軸６に対する出力軸１０の位相ずれを防止することができる。したがって、出力軸１０の位相ずれを修正する必要がなくなるので、動力切換の高速化を確実に図ることが可能となるとともに、出力軸１０の位置決め精度、つまり出力軸１０に連結されてこの出力軸１０の回転により移動する部材の位置決め精度を向上することができる。特に、この例の動力切換モジュール４では、作動時でのクラッチ結合とその後のブレーキ作動解除および非作動時でのブレーキ作動とその後のクラッチ結合解除、つまり動力切換を、クラッチ・ブレーキ制御手段９のピストン３７の１アクションで行っているので、動力切換制御性が向上し、動力切換の高速化および位置決めの高精度化を更に一層確実に図ることができる。

また、出力軸１０を、動作時以外は多板ブレーキ８のブレーキ作動で停止保持しているので、出力軸１０の位相ずれをより確実に防止することができ、入力軸６に対する出力軸１０の位相を高精度に保持することができる。したがって、動力切換を高精度でより高速に行うことが可能となる。

更に、入力軸６が動力切換モジュール４を軸方向に貫通しているので、例えば図１に示すように複数の動力切換モジュール４を積層配置することが可能となるとともに、積層配置にする組み立てが容易となる。しかも、このように複数の動力切換モジュール４の積層配置が可能となることから、複数の動力切換モジュール４を設けても、コンパクト化を効果的に図ることができる。

更に、複数の摩擦クラッチ板を有する多板クラッチ７、複数の摩擦ブレーキ板を有する多板ブレーキ８およびピストン３７を用いているので、これらの多板クラッチ７および多板ブレーキ８を、例えば湿式多板クラッチやブレーキで構成することができる。湿式多板クラッチやブレーキは乾式単板のクラッチやブレーキに比べて、耐摩耗性に優れるとともに高荷重に耐えられる効果を有していることため、動力切換モジュール４にこのような湿式多板クラッチやブレーキを用いることにより、動力切換モジュール４の性能を長期にわたって確実にかつ安定して発揮させることができるとともに、径方向のコンパクト化を図ることができる。しかも、動力切換モジュール４の性能を長期的に確実にかつ安定して発揮できることから、動力切換モジュール４の保守管理が簡単になり、メンテナンス性が向上する。
更に、多板クラッチ７および多板ブレーキ８を径方向にオーバラップさせて内外配置しているので、動力切換モジュール４の軸方向のコンパクト化を効率よく図ることができる。

なお、前述の例では、クラッチおよびブレーキにそれぞれ多板クラッチ７および多板ブレーキ８を用いるものとしているが、公知のクラッチおよびブレーキを用いることもできる。また、前述の例では、多板クラッチ７および多板ブレーキ８のつかみ換えを行うためにピストン３７を流体圧で作動するようにしているが、ピストン３７を電磁力で作動させることもできる。

そして、このように構成された動力切換モジュール４を用いて動力切換システムを構成することができる。例えば、図１に示すように２つの動力切換モジュール４を第１および第２動力切換モジュール２,３を軸方向に積層配置することにより、２軸の動力切換システム１を構成することができる。すなわち、第１動力切換モジュール２の入力軸６をその連結部１４を介してモータ４７の回転軸（不図示）に一体回転可能に連結するとともに、第２動力切換モジュール３の入力軸６の連結部１４を第１動力切換モジュール２の入力軸６の連結孔１５に軸方向に嵌合して、第１動力切換モジュール２の入力軸６と第２動力切換モジュール３の入力軸６とを一体回転可能に連結する。このようにして、２軸の動力切換システム１を容易に構成することができる。

次に、このように構成された２軸の動力切換システム１の動力切換動作について説明する。
動力切換システム１の非作動状態では、前述の動力切換システム４の動作に関して説明したように、第１および第２動力切換モジュール２,３の両多板クラッチ７がともに非結合状態に設定されているとともに、第１および第２動力切換モジュール２,３の両多板ブレーキ８がともにブレーキ作動状態に保持されている。

動力切換システム１のこの非作動状態で、モータ４７が駆動されると、モータ４７の回転（つまり、動力）が第１動力切換モジュール２の入力軸６（第１軸として構成される）に伝達されるとともに、更に第１動力切換モジュール２の入力軸６を介して第２動力切換モジュール３の入力軸６（第２軸として構成される）に伝達される。したがって、第１および第２動力切換モジュール２,３の両入力軸６が回転する。しかし、両多板クラッチ７がともに非結合状態でかつ両多板ブレーキ８がともにブレーキ作動状態であるので、各入力軸６の回転はそれぞれ対応する各出力軸１０に伝達されず、各出力軸１０は回転しない。したがって、第１および第２動力切換モジュール２,３は出力しなく、モータ４７の動力は両無端ベルト１２によって取り出されない。

いま、第１動力切換モジュール２の流体圧室３８に流体圧が供給されると、第１動力切換モジュール２のピストン３７が作動（右方へ移動）するので、前述のようにまず第１動力切換モジュール２の多板クラッチ７が結合し、その後で第１動力切換モジュール２の多板ブレーキ８がブレーキ作動解除する。すると、第１動力切換モジュール２の入力軸６の回転が第１動力切換モジュール２の出力軸１０に伝達され、この出力軸１０が回転する。したがって、第１動力切換モジュール２が出力し、モータ４７の動力が第１動力切換モジュール２の無端ベルト１２から取り出される。すなわち、第１軸側においてモータ４７の動力が取り出される。このとき、第２動力切換モジュール３においては多板クラッチ７が非結合状態でかつ多板ブレーキ８がブレーキ作動状態であるので、入力軸６の回転が出力軸１０に伝達されず、出力軸１０は回転しなく、入力軸６は空転しているだけである。

第１動力切換モジュール２の流体圧室３８に供給された流体圧が排出されると、前述のように第１動力切換モジュール２のピストン３７が左方に移動して非作動位置に戻り、まず第１動力切換モジュール２の多板ブレーキ８がブレーキ作動し、その後で第１動力切換モジュール２の多板クラッチ７が結合解除する。これにより、第１動力切換モジュール２の入力軸６の回転が出力軸１０に伝達されず、出力軸１０の回転が停止する。

また、第１および第２動力切換モジュール２,３の非作動状態で、第２動力切換モジュール３の流体圧室３８に流体圧が供給されると、第２動力切換モジュール３のピストン３７が作動し（右方へ移動し）するので、前述の第１動力切換モジュール２の流体圧室３８に流体圧が供給された場合と同様にして、第２動力切換モジュール３の入力軸６の回転が出力軸１０に伝達され、この出力軸１０が回転する。したがって、第２動力切換モジュール３が出力して、モータ４７の動力が第２動力切換モジュール３の無端ベルト１２から取り出され、第２軸側においてモータ４７の動力が取り出される。このとき、第１動力切換モジュール２においては、出力軸１０が回転しなく、入力軸６は空転しているだけである。
第２動力切換モジュール３の作動解除は、前述の第１動力切換モジュール２の作動解除の場合と同様である。

更に、第１および第２動力切換モジュール２,３の非作動状態で、第１および第２動力切換モジュール２, ３の両流体圧室３８にともに流体圧が供給されると、前述と同様に第１および第２動力切換モジュール２,３の両入力軸６の回転が出力軸１０に伝達され、両出力軸１０が回転する。したがって、第１および第２動力切換モジュール２,３がともに出力して、モータ４７の動力が第１および第２動力切換モジュール２,３の両無端ベルト１２から取り出され、第１軸および第２軸側においてともにモータ４７の動力が取り出される。
第１および第２動力切換モジュール２,３の作動解除は、前述の第１動力切換モジュール２の作動解除の場合と同様である。

この動力切換システム１によれば、第１動力切換モジュール２の入力軸６の連結部１４にモータ４７の回転軸を一体回転可能に連結し、第１動力切換モジュール２の入力軸６の連結部孔１５に第２動力切換モジュール３の入力軸６の連結部１４を一体回転可能に連結して、第１および第２動力切換モジュール２,３を積層配置しているので、１つのモータ４７の動力で２軸を効率よく回転させることができるとともに、高速化を簡単に図ることが可能である。しかも、システム全体をコンパクトにかつ安価に形成することができるとともに、動力切換システム１を容易に組み立てることが可能となる。
特に、２つの動力切換モジュール２,３がすべて同じ動力切換モジュール４で構成されているので、動力切換システム１のコストダウンを図ることが可能となる。

なお、前述の例では、支持本体としてハウジング５を用い、多板クラッチ７、多板ブレーキ８およびクラッチ・ブレーキ制御手段９をハウジング５内に収容して被覆するとともに、入、出力軸６,１０を回転可能に支持しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、支持本体として例えばフレームを用いて、多板クラッチ７、多板ブレーキ８およびクラッチ・ブレーキ制御手段９をこのフレームに被覆することなく支持するとともに、入、出力軸６,１０を回転可能に支持することもできる。

また、前述の例では、２つの動力切換モジュール４を軸方向に積層配置して構成された２軸の動力切換システム１について説明しているが、本発明は、３つ以上の複数の動力切換モジュール４を軸方向に積層配置した多軸の動力切換システム１を構成することもできる。その場合、複数の動力切換モジュール４は、それらの入力軸６を前述と同様にして順次直列に一体回転可能に連結すればよい。そして、動力取り出しは、１つ以上でかつ配置順序に関係なく所望の動力切換モジュール４において、その流体圧室３８に流体圧を供給することで行うことができる。その場合、図１に示す例では図において軸方向の積層配置が左右方向であるが、軸方向の積層配置は図において上下方向を始め、任意の方向に設定することもできる。

また、モータ４７と第１動力切換モジュール２との間、あるいは互いに連結される第１および第２動力切換モジュール２,３との間に、減速機等の他の回転装置を組み込むことも可能である。このような他の回転装置により、例えば動力を変速させて伝達する等の動力伝達の自由度を向上させることができる。この場合には、モータ４７の回転軸と第１動力切換モジュール２の入力軸６との間、あるいは互いに連結される第１および第２動力切換モジュール２,３の両入力軸６との間に、それぞれ、他の回転装置の回転軸が連結されるようになる。

更に、２軸以上の多軸の動力切換システム１に用いられる各動力切換モジュール４は、前述の例のようにまったく同じ構成である必要はなく、少なくとも一部の動力切換モジュールは、例えば摩擦板の数や摩擦板の径などが他の動力切換モジュールと異なってもよい。この場合には、動力伝達の仕様等の種々の要求に応じて柔軟に対応することが可能となる。
更に、前述の例では、第１動力切換モジュール２の入力軸６の連結部１４にモータ４７の回転軸を連結させているが、モータ４７の回転軸は、第２動力切換モジュール３の入力軸６の連結部１５にを連結させることもできる。

次に、本発明の動力切換システム１の用途例について説明する。
図４は、工作機械の汎用加工機におけるワークのハンドリングを行うための走行ロボットに本発明の動力切換システム１を適用した例を模式的に示す図である。
図４に示すように、この例の走行ロボット５０は、両軸モータ５１と、走行（Ｘ軸方向移動；図面に直交する方向）用動力切換モジュール５２と、上下移動（Ｚ軸方向移動）用動力切換モジュール５３と、腰回転（首振り）用動力切換モジュール５４と、前後移動（Ｙ軸方向移動）用動力切換モジュール５５と、機械加工されるワークをハンドリングするハンド５６と、このハンド５６を支持するハンド支持部材５７と、ロボット本体の台車５８とを備えている。その場合、各動力切換モジュール５２,５３,５４,５５は、いずれも、出力プーリ１１および無端ベルト１２を除いては図２に示す動力切換モジュール４と実質的に同じ構成を有している（なお、上下移動用動力切換モジュール５３は出力プーリ１１および無端ベルト１２を備えていて、図２に示す動力切換モジュール４とまったく同じ構成である）。また、各動力切換モジュール５２,５３,５４,５５の各入出力軸６,１０および両軸モータ５１の回転軸がいずれも鉛直方向にかつ同軸に配置されている。すなわち、４つの動力切換モジュール５２,５３,５４,５５が上下に積層されて配設されている。

そして、両軸モータ５１の下側の回転軸に走行用動力切換モジュール５２の入力軸６が一体回転可能に連結されているとともに、走行用動力切換モジュール５２の出力軸１０が台車５８に回転可能に支持されたピニオン５９に減速機６０を介して一体回転可能に連結されている。ピニオン５９は、機械加工工場の床６１にＸ軸方向に延設されたラックレール６２に常時噛合している。また、台車５８と床６１との間には、ピニオン５９とラックレール６２との噛合が解除されないようにして台車５８をＸ軸方向にガイドするガイド手段６３が設けられているとともに、台車５８の下面には走行車輪（ローラ）６４が回転可能に支持されている。ガイド手段６３は、床６１に設置されたＸ軸方向に延びる突条からなる断面矩形状のガイドレール６３ａと、台車５８の下面に固定されガイドレール６３ａに嵌合されてこのガイドレール６３ａに沿って案内される凹状のガイド部材６３ｂとから構成されている。

一方、両軸モータ５１の上側の回転軸には、上下移動用動力切換モジュール５３の入力軸６が一体回転可能に連結されている。図示しないが、両軸モータ５１、走行用動力切換モジュール５２および上下移動用動力切換モジュール５３はいずれもにロボット本体に支持されている。また、上下移動用動力切換モジュール５３の入力軸６に、腰回転用動力切換モジュール５４の入力軸６が一体回転可能に連結されている。その場合、腰回転用動力切換モジュール５４が上下移動用動力切換モジュール５３に対して上下方向に、ワークを上下方向に最大限移動させるために必要な所定量だけ相対移動しても両入力軸６が一体回転可能となるように、互いに連結される部分の両入力軸６の連結部１４と連結孔１５の各軸方向長さが設定されている。

また、上下移動用動力切換モジュール５３と腰回転用動力切換モジュール５４との間には、回転運動を上下方向の直線運動に変換する運動変換機構６５が設けられている。この運動変換機構６５は、上下移動用動力切換モジュール５３の無端ベルト１２によって回転される従動プーリ６６と、この従動プーリ６６に同軸でかつ一体回転可能に連結された雄ねじ軸６７と、この雄ねじ軸６７に螺合されかつ腰回転用動力切換モジュール５４のハウジング５に固定されたナット部材６８とを有している。なお、図示しないが、従動プーリ６６の回転軸および雄ねじ軸６７の回転軸はともにロボット本体に回転可能に支持されている。

更に、腰回転用動力切換モジュール５４の入力軸６に、前後移動用動力切換モジュール５５の入力軸６が一体回転可能に連結されているとともに、腰回転用動力切換モジュール５４の出力軸１０に、前後移動用動力切換モジュール５５のハウジング５が減速機６９を介して一体回転可能に連結されている。腰回転用動力切換モジュール５４および前後移動用動力切換モジュール５５はいずれもにロボット本体に上下動可能に支持されている。更に、前後移動用動力切換モジュール５５の出力軸１０に、ピニオン７０が減速機７１を介して一体回転可能に連結されており、このピニオン７０はハンド支持部材５７に設けられたラック部材７２に常時噛合している。ハンド支持部材５７は前後移動用動力切換モジュール５５のハウジング５に、ピニオン７０とラック部材７２との噛合が解除されないようにして移動可能に設けられている。
そして、両軸モータ５１、走行用動力切換モジュール５２、および上下移動用動力切換モジュール５３の各ハウジング５が台車５８に移動不能に取り付けられているとともに、腰回転用動力切換モジュール５４、前後移動用動力切換モジュール５５、およびハンド支持部材５７が台車５８に上下動可能に取り付けられている。

このように構成された走行ロボット５０の動作について説明する。走行ロボット５０の非作動状態では、各動力切換モジュール５２,５３,５４,５５の各多板クラッチ７が結合していないとともに各多板ブレーキ８がブレーキ作動状態に保持されている。したがって、各動力切換モジュール５２,５３,５４,５５の各出力軸１０は回転不能となっている。

まず、走行ロボット５０をＸ軸方向に走行させる場合は、走行用動力切換モジュール５２の流体圧室３８に流体圧であるエア圧を供給する。すると、前述のように走行用動力切換モジュール５２の多板クラッチ７が結合し、次いで多板ブレーキ８のブレーキ作動が解除する。これにより、両軸モータ５１の回転により走行用動力切換モジュール５２の入力軸６が回転し、この入力軸６の回転が出力軸１０に伝達され、出力軸１０が回転する。この出力軸１０の回転でピニオン５９が回転するので、走行ロボット５０はＸ軸方向に走行する。

流体圧室３８に供給された流体圧が排出されると、前述のように走行用動力切換モジュール５２の多板ブレーキ８がブレーキ作動し、次いで多板クラッチ７の結合が解除する。そして、両軸モータ５１が停止して、出力軸１０の回転が停止するので、ピニオン５９の回転が停止して走行ロボット５０の走行が停止する。また、両軸モータ５１を前述と逆方向に駆動するとともに、走行用動力切換モジュール５２の流体圧室３８にエア圧を供給すると、走行ロボット５０はＸ軸方向逆向きに走行する。

また、ハンド５６を上方向に移動させる場合は、上下移動用動力切換モジュール５３の流体圧室３８にエア圧を供給する。すると、前述のように上下移動用動力切換モジュール５３の多板クラッチ７が結合し、次いで多板ブレーキ８のブレーキ作動が解除する。これにより、両軸モータ５１の回転が上下移動用動力切換モジュール５３の入力軸６から出力軸１０に伝達され、出力軸１０が回転する。この出力軸１０の回転で、出力プーリ１１および無端ベルト１２を介して従動プーリ６６が回転する。すると、雄ねじ軸６７が回転するので、ナット部材６８が上動し、腰回転用動力切換モジュール５４も上動する。これにより、前後移動用動力切換モジュール５５およびハンド支持部材５７を介してハンド５６が上動する。

流体圧室３８に供給された流体圧が排出されると、前述のように上下移動用動力切換モジュール５３の多板ブレーキ８がブレーキ作動し、次いで多板クラッチ７の結合が解除する。そして、両軸モータ５１が停止して、出力軸１０の回転が停止するので、出力プーリ１１、無端ベルト１２、従動プーリ６６および雄ねじ軸６７がいずれも回転停止する。これにより、ナット部材６８の上動が停止するので、腰回転用動力切換モジュール５４、前後移動用動力切換モジュール５５およびハンド支持部材５７を介してハンド５６の上動が停止する。
また、ハンド５６を下方向に移動させる場合は、上下移動用動力切換モジュール５３の流体圧室３８にエア圧を供給し、両軸モータ５１を前述と逆方向に駆動すると、雄ねじ軸６７が逆方向に回転する。これにより、ナット部材６８、腰回転用動力切換モジュール５４、前後移動用動力切換モジュール５５、ハンド支持部材５７およびハンド５６が逆に下動する。

更に、ハンド５６を腰回転させる場合は、腰回転用動力切換モジュール５４の流体圧室３８にエア圧を供給する。すると、前述のように腰回転用動力切換モジュール５４の多板クラッチ７が結合し、次いで多板ブレーキ８のブレーキ作動が解除する。これにより、両軸モータ５１の回転が腰回転用動力切換モジュール５４の入力軸６から出力軸１０に伝達され、出力軸１０が回転する。この出力軸１０の回転で、前後移動用動力切換モジュール５５が回転するので、ハンド支持部材５７を介してハンド５６が腰回転する。

流体圧室３８に供給された流体圧が排出されると、前述のように腰回転用動力切換モジュール５４の多板ブレーキ８がブレーキ作動し、次いで多板クラッチ７の結合が解除する。
そして、両軸モータ５１が停止して、出力軸１０の回転が停止するので、前後移動用動力切換モジュール５５およびハンド支持部材５７を介してハンド５６の腰回転が停止する。また、腰回転用動力切換モジュール５４の流体圧室３８にエア圧を供給し、両軸モータ５１を前述と逆方向に駆動すると、出力軸１０が逆方向に回転する。この出力軸１０の逆方向の回転で、前後移動用動力切換モジュール５５およびハンド支持部材５７を介してハンド５６が逆方向に腰回転する。

更に、ハンド５６を前方向に移動させる場合は、前後移動用動力切換モジュール５５の流体圧室３８にエア圧を供給する。すると、前後移動用動力切換モジュール５５の多板クラッチ７が結合し、次いで多板ブレーキ８のブレーキ作動が解除する。これにより、両軸モータ５１の回転が前後移動用動力切換モジュール５５の入力軸６から出力軸１０に伝達され、出力軸１０が回転する。この出力軸１０の回転で、ピニオン７０が回転するので、ラック部材７２およびハンド支持部材５７を介してハンド５６が前方向に移動する。

流体圧室３８に供給された流体圧が排出されると、前述のように前後移動用動力切換モジュール５５の多板ブレーキ８がブレーキ作動し、次いで多板クラッチ７の結合が解除する。そして、両軸モータ５１が停止して、出力軸１０の回転が停止するので、ピニオン７０の回転が停止するので、ラック部材７２およびハンド支持部材５７を介してハンド５６の前方向移動が停止する。
また、ハンド５６を後方向に移動させる場合は、前後移動用動力切換モジュール５５の流体圧室３８にエア圧を供給し、両軸モータ５１を前述と逆方向に駆動すると、出力軸１０が逆方向に回転する。これにより、ピニオン７０が逆方向に回転するので、ラック部材７２およびハンド支持部材５７を介してハンド５６が逆に後方向に移動する。
したがって、予め設定された工程順にしたがって各動力切換モジュール５２,５３,５４,５５をシーケンス制御で作動することで、走行ロボット５０は機械加工されるワークのハンドリングを効率よく行うようになる。

なお、各動力切換モジュール５２,５３,５４,５５のうち、少なくとも２つ以上の動力切換モジュールを作動させることにより、走行ロボット５０に、走行、上下移動、腰回転および前後移動の少なくとも２つ以上の複合動作を行わせることもできる。

図５は、ワークの自動組立を行うための、インデックステーブルを備えた自動組立機に本発明の動力切換システム１を適用した例を模式的に示す図である。
図５に示すように、この例の自動組立機７３は、モータ７４と、上下移動（Ｚ軸方向移動）用動力切換モジュール７５と、回転用動力切換モジュール７６と、組み立てられるワーク７７を上動するための所定の上動位置に回転により搬送するインデックステーブル７８と、上動位置に搬送されたワーク７７を上動させるワーク上動機構７９とを備えている。その場合、上下移動用動力切換モジュール７５は出力プーリ１１および無端ベルト１２を備えていて、図２に示す動力切換モジュール４とまったく同じ構成であり、また、回転用動力切換モジュール７６は出力プーリ１１および無端ベルト１２を除いては図２に示す動力切換モジュール４と実質的に同じ構成を有している。また、各動力切換モジュール７５,７６の各入出力軸６,１０およびモータ７４の回転軸がいずれも鉛直方向にかつ同軸に配置されている。すなわち、２つの上下移動用動力切換モジュール７５および回転用動力切換モジュール７６が上下に積層されて配設されている。

そして、モータ７４の回転軸に、上下移動用動力切換モジュール７５の入力軸６が一体回転可能に連結されている。また、上下移動用動力切換モジュール７５の入力軸６に、回転用動力切換モジュール７６の入力軸６が一体回転可能に連結されている。詳細に図示しないが、モータ７４、上下移動用動力切換モジュール７５および回転用動力切換モジュール７６はいずれもに装置本体８０に支持されている。

また、ワーク上動機構７９は装置本体８０に設けられて、回転運動を上下方向の直線運動に変換する運動変換機構を備えている。この運動変換機構は、上下移動用動力切換モジュール７５の無端ベルト１２によって回転される従動プーリ８１と、この従動プーリ８１に同軸でかつ一体回転可能に連結されかつ装置本体８０に回転可能に支持された雄ねじ軸８２と、この雄ねじ軸８２に螺合されたナット部材８３とを有している。更に、ワーク上動機構７９は、ナット部材８３に固定されてワーク７７を載置して上下動するワーク載置台８４を備えている。
更に、回転用動力切換モジュール７６の出力軸１０に、インデックステーブル７８の回転軸７８ａが一体回転可能に連結されている。

このように構成された自動組立機７３の動作について説明する。
自動組立機７３の非作動状態では、各動力切換モジュール７５,７６の各多板クラッチ７が結合していないとともに各多板ブレーキ８がブレーキ作動状態に保持されている。したがって、各動力切換モジュール７５,７６の各出力軸１０は回転不能となっている。

自動組立機７３によりワーク７７を組み立てる場合は、回転用動力切換モジュール７６の流体圧室３８に流体圧であるエア圧を供給する。すると、前述のように回転用動力切換モジュール７６の多板クラッチ７が結合し、次いで多板ブレーキ８のブレーキ作動が解除する。これにより、モータ７４の回転が回転用動力切換モジュール７６の入力軸６から出力軸１０に伝達され、出力軸１０が回転する。この出力軸１０の回転でインデックステーブル７８が回転し、このインデックステーブル７８に載置されているワーク７７（最も右側に示されているワーク）が所定の上動位置（ワーク７７がワーク載置台８４で搬送可能な位置）に搬送される。ワーク７７が所定の上動位置にくると、流体圧室３８に供給されたエア圧が排出され、回転用動力切換モジュール７６の多板ブレーキ８がブレーキ作動し、次いで多板クラッチ７が結合解除する。そして、両軸モータ５１が停止し、回転用動力切換モジュール７６は出力軸１０が停止して出力を生じなく、インデックステーブル７８の回転が停止する。

次に、上下移動用動力切換モジュール７５の流体圧室３８に流体圧であるエア圧を供給する。すると、前述と同様にして上下移動用動力切換モジュール７５の出力軸１０が回転する。この出力軸１０の回転が出力プーリ１１および無端ベルト１２を介して従動プーリ８１に伝達され、従動プーリ８１が回転する。これにより雄ねじ軸８２が回転してワーク上動機構７９が作動するので、ナット部材８３が上動する。すると、ワーク載置台８４が上動して所定の上動位置にあるワーク７７を載置し、更にこのワーク７７を載置したまま上動する。ワーク７７が組み立てられる装置８５の被組み付け部材８６の組み付け位置にくると、流体圧室３８に供給されたエア圧が排出され、上下移動用動力切換モジュール７５の多板ブレーキ８がブレーキ作動し、次いで多板クラッチ７が結合解除する。これにより、上下移動用動力切換モジュール７５は出力軸１０が停止して出力を生じなく、ワーク上動機構７９の作動が停止して、ワーク７７が組み付け位置に停止する。このとき、同時にモータ７４の駆動が停止する。そして、ワーク７７が図示しない組み付け手段で被組み付け部材８６に組み付けられる。

その後、上下移動用動力切換モジュール７５の流体圧室３８にエア圧を供給し、モータ７４を前述と逆方向に駆動すると、前述と同様にして上下移動用動力切換モジュール７５の出力軸１０が逆方向に回転する。この出力軸１０の逆回転で従動プーリ８１が逆回転するので、雄ねじ軸８２が逆回転してナット部材８３およびワーク載置台８４が下動する。ワーク載置台８４が非作動位置にくると、流体圧室３８に供給されたエア圧が排出され、前述と同様にして上下移動用動力切換モジュール７５の出力軸１０が停止し、ワーク載置台８４が非作動位置に停止する。

図６は、本発明の動力切換モジュールの実施の形態の他の例におけるピストンを示す図である。
前述の例の動力切換モジュール４では、多板クラッチ７および多板ブレーキ８を作動制御するために１つのピストン３７、クラッチ作動ばね３９および押し付けリング４０を用いているが、図６に示すようにこの例の動力切換モジュール４では、多板クラッチ７および多板ブレーキ８を作動制御するために２つのクラッチ作動ピストン３７ａとブレーキ解除ピストン３７ｂを用いているだけで、クラッチ作動ばね３９および押し付けリング４０は用いていない。

クラッチ作動ピストン３７ａは多板クラッチ７を結合するためのピストンであり、また、ブレーキ解除ピストン３７ｂは多板ブレーキ８のブレーキ作動を解除するためのピストンである。クラッチ作動ピストン３７ａはブレーキ解除ピストン３７ｂより小径に形成されており、ハウジング５に摺動可能に嵌合されるとともにブレーキ解除ピストン３７ｂを流体密にかつ摺動可能に貫通している。このクラッチ作動ピストン３７ａには多板クラッチ７のスラスト軸受け４１を押圧する押圧部３７ａ₁を有している。一方、ブレーキ解除ピストン３７ｂはハウジング５に流体密にかつ摺動可能に嵌合されている。このブレーキ解除ピストン３７ｂには、ブレーキ解除リング３５を押圧する押圧部３７ｂ₁を有している。

このように構成されたこの例の動力切換モジュール４においては、流体圧が流体圧室３８に供給されると、まずこの流体圧でクラッチ作動ピストン３７ａが作動して、その押圧部３７ａ₁がスラスト軸受け４１を押圧して多板クラッチ７が結合する。その後、流体圧はブレーキ解除ピストン３７ｂにも作用するようになるので、ブレーキ解除ピストン３７ｂが作動して、その押圧部３７ｂ₁がブレーキ解除リング３５を押圧して多板ブレーキ８のブレーキ作動が解除する。このとき、多板クラッチ７が結合しても、ブレーキ解除ピストン３７ｂがクラッチ作動ピストン３７ａに対して移動可能であるの、ブレーキ解除ピストン３７ｂによるブレーキ作動の解除は確実に行うことができるようになる。
この例の動力切換モジュール４の他の構成および他の作用効果は、前述の例の動力切換モジュール４と同じである。

図７は、図６に示す例の変形例におけるピストンを示し、（ａ）は図６（ａ）と同様の図、（ｂ）は図６（ｂ）の中央の図と同様の図である。
前述の図６（ａ）および（ｂ）に示す例では、クラッチ作動ピストン３７ａがハウジング５の孔から脱出した後、エアーがブレーキ解除ピストン３７ｂに作用するようになっているが、図７に（ａ）および（ｂ）示すように、この例の動力切換モジュール４では、クラッチ作動ピストン３７ａがハウジング５の孔から脱出しなくても、エアーがブレーキ解除ピストン３７ｂに作用するようにしている。

すなわち、ハウジング５に径方向に所定幅を有する軸方向の溝５ａが形成されており、この溝５ａは、クラッチ作動ピストン３７ａが摺動するハウジング５の孔と、ブレーキ解除ピストン３７ｂで区画される流体圧室３８とを連通している。
この変形例では、クラッチ作動ピストン３７ａで区画される流体圧室３８にエアーが供給されると、図６に示す例と同様にまずクラッチ作動ピストン３７ａが作動する。そして、図７（ｂ）に示すように、クラッチ作動ピストン３７ａの上面が溝５ａの上端より下方に位置する。これにより、エアーがブレーキ解除ピストン３７ｂで区画される流体圧室３８にも供給され、ブレーキ解除ピストン３７ｂが作動する。このとき、クラッチ作動ピストン３７ａはハウジングの孔から脱出しない。
このように、この例では、クラッチ作動ピストン３７ａがハウジングの孔から脱出しないので、クラッチ作動ピストン３７ａの作動がより一層確実なものとなる。この例の動力切換モジュール４の他の構成および他の作用効果は、前述の例の動力切換モジュール４と同じである。

なお、本発明の動力切換モジュール４および動力切換システム１は、前述の２つの用途例に限定されることはなく、複数の軸を１つのモータで回転して複数の動作を行うものであれば、どのような多軸の装置および多軸のシステムにも適用することができる。

本発明にかかる動力切換モジュールおよびこれを用いた動力切換システムは、例えば機械加工ラインにおけるマシニングセンタ等の設備に対するワークの搬送、ワークの取り出し、ワークの載置等を行う走行ロボット、自動組立機におけるインデックステーブル等のワークの搬送を行う装置、多関節ロボット等の複数の軸を１つのモータで回転して複数の動作を行う多軸の装置および多軸のシステムに好適に利用することが可能である。

本発明にかかる動力切換システムの実施の形態の一例を模式的に示す図である。 図１に示す例の動力切換システムに用いられる動力切換モジュールを示す図である。 動力切換モジュール４の動作について説明し、（ａ）は非作動状態を示す図、（ｂ）はつかみ換え状態を示す図、（ｃ）は作動状態を示す図である。 本発明の動力切換システムを、工作機械の汎用加工機におけるワークのハンドリングを行うための走行ロボットに適用した例を模式的に示す図である。 本発明の動力切換システムを、ワークの自動組立を行うための、インデックステーブルを備えた自動組立機に適用した例を模式的に示す図である。 本発明にかかる動力切換モジュールの実施の形態の他の例におけるピストンを示す図である。 図６に示す例の変形例におけるピストンを示す、図６と同様の図である。

符号の説明

１…動力切換システム、２…第１動力切換モジュール、３…第２動力切換モジュール、４…動力切換モジュール、５…ハウジング、６…入力軸、７…多板クラッチ、８…多板ブレーキ、９…クラッチ・ブレーキ制御手段、１０…出力軸、１１…出力プーリ、１２…無端ベルト、１４…連結部、１５…連結孔、２４…受動ホイール、３３…ブレーキ作動プレート、３４…ブレーキ保持ばね、３５…ブレーキ解除リング、３７…ピストン、３８…流体圧室、３９…クラッチ作動ばね、４０…押し付けリング、４７…モータ

Claims (8)

1. 支持本体と、この支持本体に回転可能に支持された入力軸と、前記支持本体に回転可能に支持された出力軸と、前記支持本体に前記入力軸と前記出力軸との間に設けられて、前記入力軸と前記出力軸との間の動力伝達を制御するクラッチと、前記支持本体に設けられて前記出力軸を停止させるブレーキと、前記支持本体に設けられて前記クラッチと前記ブレーキとを制御するクラッチ・ブレーキ作動制御手段とを備え、
   前記入力軸の少なくとも一端側に、他の回転軸にこの回転軸と一体回転可能に連結可能な連結部が設けられていることを特徴とする動力切換モジュール。
2. 前記出力軸は円筒状に形成されているとともに、前記入力軸は前記出力軸内に進入して設けられていることを特徴とする請求項１記載の動力切換モジュール。
3. 前記クラッチは、非作動時に結合解除状態に設定されるとともに作動時に結合状態に設定され、前記ブレーキは、非作動時にブレーキ作動保持状態に設定されるとともに作動時にブレーキ作動解除状態に設定されることを特徴とする請求項１または２記載の動力切換モジュール。
4. 前記クラッチ・ブレーキ作動制御手段は、作動時前記クラッチを結合してから前記ブレーキのブレーキ作動を解除し、かつ非作動時前記ブレーキをブレーキ作動してから前記クラッチを結合解除するつかみ換え機構を有していることを特徴とする請求項３記載の動力切換モジュール。
5. 前記クラッチは複数の摩擦クラッチ板を有する多板クラッチで構成されているとともに前記ブレーキは複数の摩擦ブレーキ板を有する多板ブレーキで構成されており、前記つかみ換え機構は流体圧で作動されるピストンを有し、
   前記流体圧でピストンを作動させることで、前記複数の摩擦クラッチ板を挟圧して前記クラッチを結合し、その後で前記複数の摩擦ブレーキ板の挟圧を解除して前記ブレーキのブレーキ作動を解除することを特徴とする請求項４記載の動力切換モジュール。
6. 前記ブレーキは前記クラッチの外周側に、少なくともその一部が前記クラッチの一部と径方向にオーバーラップされて配置されていることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１記載の動力切換モジュール。
7. 請求項１ないし６のいずれか１記載の動力切換モジュールを複数個備えており、
   前記複数の動力切換モジュールは、第１の動力切換モジュールの入力軸の第１および第２連結部のいずれか一方にモータの回転軸を一体回転可能に連結し、前記第１の動力切換モジュールの入力軸の第１および第２連結部のいずれか他方に第２の動力切換モジュールの入力軸の第１および第２連結部のいずれか一方を一体回転可能に連結するようにして、順次各入力軸を連結することで積層配置されていることを特徴とする動力切換システム。
8. 前記複数の動力切換モジュールはすべて同じ動力切換モジュールで構成されているか、または、少なくとも一部の動力切換モジュールが他の動力切換モジュールと異なることを特徴とする請求項７記載の動力切換システム。

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