JP2020046045A - 入力切替ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】入力切替クラッチの機械的作用によって２つの入力系統から１つの出力系統に駆動力を伝達できるようにした入力切替ユニットにおいて、その出力系統に対する入力切替クラッチのバックラッシュの影響を小さくする。【解決手段】入力切替クラッチ４の出力軸１６と被駆動部材に連結される出力部材３との間に減速機６を組み込むことにより、手動入力軸２の回転駆動中に回転方向を逆転させた場合に、入力切替クラッチ４の外輪１４と内輪１５が逆転前のロック解除状態からロック状態を経て再びロック解除状態となるまでの間（出力部材３へ逆方向の回転伝達が行われるようになるまでの間）のバックラッシュが大きくなっても、そのバックラッシュを減速機６で縮小して出力部材３の回転位置に対するバックラッシュの影響を小さくできるようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、２つの入力系統から１つの出力系統に駆動力を伝達する入力切替ユニットに関する。

モータ駆動によって被駆動部材を作動させる装置では、被駆動部材の作動中に、その動作を止めるためにモータを停止させたときや、停電等によってモータが停止してしまったときに、被駆動部材が重力等の外力を受けて位置（姿勢）を変えることによって種々のトラブルが生じるおそれがある。これに対する対策としては、装置の駆動部（モータおよび減速機を含む）にモータ停止時に被駆動部材の位置を保持するブレーキ（以下、これと同じ機能を有するものを単に「ブレーキ」ともいう。）を組み込む方法があり、例えば産業用ロボットでは駆動部にブレーキを組みこんだものが一般的である。

このような装置の駆動部に組み込まれるブレーキとしては、無励磁作動型電磁ブレーキが使用されることが多い。一般的な無励磁作動型電磁ブレーキは、モータから被駆動部材への駆動経路に設けられたブレーキ板と、ばねによってブレーキ板に押し付けられる摩擦板と、通電時にばねの弾力に抗して摩擦板をブレーキ板から離反させる電磁石とを備えており、モータ運転時（通電時）には電磁石でばねを縮ませて摩擦板をブレーキ板から離反させておき、モータ停止時（電源遮断時）には、摩擦板をばねの弾力でブレーキ板に押し付けてブレーキ板の回転を規制することにより、被駆動部材の位置を保持するようになっている。

ところが、上記のような無励磁作動型電磁ブレーキを組み込んだ装置では、モータ停止時（電源遮断時）に被駆動部材の位置を保持することはできるが、手動で被駆動部材を動かすこともできなくなる。このため、装置の電源を遮断してメンテナンス等を行うときには、ブレーキのみに通電してブレーキ状態を解除するとともに、被駆動部材を安全に動かせるようにするための補助作業が必要となり、作業がやりにくいという問題があった。

これに対して、モータで回転駆動される第１入力部材と、手動で回転駆動される第２入力部材と、被駆動部材に連結される出力部材とを備え、２つの入力系統から１つの出力系統に駆動力を伝達できるようにした入力切替ユニットが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このような入力切替ユニットを組み込んだ装置では、モータ電源遮断時に電動側の入力系統が停止してブレーキがかかった状態でも、手動側の入力系統から被駆動部材を動かしてメンテナンス等を行うことが可能である。

特開２０１６−１４５６３４号公報

しかしながら、上記特許文献１で提案されている入力切替ユニット（駆動力伝達機構）では、下記のように、第１入力部材および第２入力部材と出力部材との間に設けられている入力切替クラッチの構造上、手動入力によって第２入力部材から出力部材に回転伝達する際に、入力切替クラッチのバックラッシュの影響が大きくなるという難点がある。

すなわち、その入力切替クラッチは、第１入力部材と回転伝達可能に連結された外輪の径方向内側に、出力部材と回転伝達可能に連結された内輪を配し、その外輪と内輪との間に複数のローラを配して、第１入力部材に駆動力が加えられたときは、外輪がローラを介して内輪とロックすることにより、内輪および出力部材に駆動力が伝達され、第２入力部材に駆動力が加えられたときは、第２入力部材の回転により外輪と内輪のロック状態が解除された後、内輪および出力部材に駆動力が伝達されるようにしたものである。

このため、モータで第１入力部材を回転駆動しているときは、外輪と内輪とが常時ロックした状態にあり、回転方向を逆転させてもバックラッシュは小さいが、手動入力によって第２入力部材を回転駆動しているときに回転方向を逆転させた場合は、逆転前の回転中にロック解除状態となっていた外輪と内輪とが、第２入力部材の逆回転によって一旦ロック状態に戻り、その後再びロック解除状態となってから出力部材への回転伝達が行われることになり、この外輪と内輪がロック解除状態からロック状態を経て再びロック解除状態となるまでの間のバックラッシュが大きくなりやすい。そして、この入力切替クラッチのバックラッシュが大きくなると、この入力切替ユニットを組み込んだ装置のメンテナンス等を行う際に、手動入力によって動かした被駆動部材の回転位置が目標位置から大きくずれるようになって作業がしにくくなる。

そこで、本発明は、入力切替クラッチの機械的作用によって２つの入力系統から１つの出力系統に駆動力を伝達できるようにした入力切替ユニットにおいて、その出力系統に対する入力切替クラッチのバックラッシュの影響を小さくすることを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、モータで回転駆動される第１入力部材と、モータ以外の駆動力で回転駆動される第２入力部材と、被駆動部材に連結される出力部材とを備え、前記第１入力部材および第２入力部材と出力部材との間に入力切替クラッチが設けられており、前記入力切替クラッチは、前記第１入力部材と回転伝達可能に連結された外輪の径方向内側に、前記出力部材と回転伝達可能に連結された内輪を配し、前記外輪と内輪との間に複数のローラを配して、前記第１入力部材に駆動力が加えられたときは、前記外輪がローラを介して内輪とロックすることにより、前記内輪および出力部材に駆動力が伝達され、前記第２入力部材に駆動力が加えられたときは、前記第２入力部材の回転により前記外輪と内輪のロック状態が解除された後、前記内輪および出力部材に駆動力が伝達されるようにしたものである入力切替ユニットにおいて、前記入力切替クラッチの内輪と出力部材との間に、前記内輪の回転を減速して出力部材に伝達する減速機が組み込まれている構成を採用した。

上記の構成によれば、第２入力部材を回転駆動しているときに回転方向を逆転させた場合に、入力切替クラッチの外輪と内輪とがロック解除状態からロック状態を経て再びロック解除状態となるまでの間のバックラッシュが大きくなっても、そのバックラッシュは減速機によって縮小されるので、出力部材の回転位置に対するバックラッシュの影響を小さくすることができる。

ここで、前記入力切替クラッチの具体的な構成としては、前記内輪の外周面にカム面を周方向に複数設けて、前記外輪の内周円筒面と内輪の各カム面との間に周方向で次第に狭小となる楔形空間を形成し、これらの各楔形空間に前記ローラとそのローラを楔形空間の狭小部へ押し込むばねを組み込み、前記各楔形空間の周方向両側に挿入される柱部を有するロック解除片を前記第２入力部材に回転伝達可能に連結し、前記第２入力部材と内輪との間に、第２入力部材の回転を僅かな角度遅れをもって内輪に伝達するトルク伝達手段を設け、前記第１入力部材に駆動力が加えられたときには、前記第１入力部材と一体回転する外輪がローラを介して内輪とロックすることにより、前記内輪および出力部材に駆動力が伝達され、前記第２入力部材に駆動力が加えられたときは、前記第２入力部材と一体回転するロック解除片の柱部が、回転方向で対向するローラを前記ばねの弾力に抗して楔形空間の広大部へ押しやって前記外輪と内輪のロック状態を解除した後、前記トルク伝達手段によって前記内輪および出力部材に駆動力が伝達されるようにしたものを採用することができる。

また、前記モータは、モータ電源遮断時に作動する無励磁作動型電磁ブレーキを備えたものとするとよい。このようにすれば、モータ電源を遮断するだけで第１入力部材の位置を保持でき、その状態で第２入力部材を回転させて被駆動部材を動かせるので、メンテナンス等の作業がしやすくなる。

また、前記モータが、中空のモータ軸を有し、そのモータ軸の内側に前記第２入力部材を相対回転可能に通す状態で前記入力切替クラッチと一体化されている構成とすることにより、入力切替ユニット全体のコンパクト化を図ることができる。

本発明の入力切替ユニットは、上述したように、入力切替クラッチと被駆動部材に連結される出力部材との間に減速機を組み込んだものであるから、入力切替クラッチのバックラッシュが大きくなっても、そのバックラッシュを減速機で縮小して出力部材の回転位置に対するバックラッシュの影響を小さくすることができる。したがって、この入力切替ユニットを組み込んだ装置では、メンテナンス等の際に第２入力部材を両方向に回転させる操作を行っても、被駆動部材の回転位置の目標位置からのずれが小さく、効率よく作業を行うことができる。

第１実施形態の入力切替ユニットの縦断正面図 図１のII−II線に沿った断面図 図１の入力切替ユニットの電動入力時の動作の説明図 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１の入力切替ユニットの手動入力時の動作の説明図 第２実施形態の入力切替ユニットの縦断正面図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図４は第１実施形態を示す。この入力切替ユニットは、図１に示すように、電動入力によって回転駆動される電動入力歯車（第１入力部材）１と、手動入力によって回転駆動される手動入力軸（第２入力部材）２と、図示省略した被駆動部材に連結される出力部材３と、電動入力歯車１、手動入力軸２および出力部材３のそれぞれに連結され、電動入力と手動入力のいずれかの駆動力を出力部材３に伝達する入力切替クラッチ４と、電動入力歯車１の駆動源となるモータ５と、入力切替クラッチ４と出力部材３との間に組み込まれる減速機６とで基本的に構成されている。そのモータ５および減速機６は、それぞれ固定フレーム７、８にボルトで固定されている。

前記モータ５は、モータ電源遮断時に作動する無励磁作動型電磁ブレーキ９が付設されたブレーキ付きモータが用いられている。そして、そのモータ軸５ａの外周に前記電動入力歯車１が嵌合固定されている。

前記手動入力軸２は、一端部の外周に人手で直接操作される手動入力部材１０が嵌合固定されており、他端側に二面幅部２ａが形成された大径部を有している。そして、その一端部と大径部の間の部分が、予圧を付与された２つの軸受１１を介して、固定フレーム７に固定された軸支持部材１２に支持されている。

前記入力切替クラッチ４は、図１および図２に示すように、電動入力歯車１に噛み合う伝達歯車１３と、伝達歯車１３の内周に嵌合固定される外輪１４と、外輪１４の径方向内側に配される内輪１５と、内輪１５の他端側に一体形成された中空の出力軸１６と、外輪１４の内周面と内輪１５の外周面との間に組み込まれるローラ１７およびコイルばね１８と、ローラ１７を挟んでコイルばね１８と対向する位置に挿入される柱部１９ａを有するロック解除片１９とを備えている。

この入力切替クラッチ４の外輪１４は一端に蓋部１４ａを有しており、その外輪１４の蓋部１４ａと手動入力軸２の大径部との間、および外輪１４の他端部と出力軸１６との間に、それぞれ軸受２０、２１が組み込まれている。

また、内輪１５は、その中心の係合穴１５ａに手動入力軸２の大径部の二面幅部２ａが挿入されており、出力軸１６には手動入力軸２の他端部が通されている。その出力軸１６の他端部は減速機６内に入り込んでキー固定されている。これにより、内輪１５および出力軸１６は、手動入力軸２と同一軸心のまわりに回転し、その回転が減速機６に伝達されるようになっている。なお、手動入力軸２の出力軸１６からの突出部には、抜け止め用の止め輪２２が嵌め込まれている。

ここで、内輪１５の係合穴１５ａは、手動入力軸２の大径部の二面幅部２ａとほぼ同じ断面形状で、僅かな回転方向の隙間をおいて対向するように形成されている。これにより、手動入力軸２の回転を僅かな角度遅れをもって内輪１５に伝達するトルク伝達手段が構成されている。

また、内輪１５の外周には、径方向と直交する複数のカム面１５ｂが設けられ、これらの各カム面１５ｂと外輪１４の内周円筒面との間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間２３が形成されている。そして、これらの各楔形空間２３に、一対のローラ１７が各ローラ１７を楔形空間２３の狭小部に押し込むコイルばね１８を挟んだ状態で配され、各楔形空間２３の周方向両側にロック解除片１９の柱部１９ａが挿入されている。そのロック解除片１９は、手動入力軸２の二面幅部２ａの一端側の外周に隙間なく嵌合固定されている。

この入力切替クラッチ４では、図３に示すように、モータ５から電動入力歯車１および伝達歯車１３を介して外輪１４に駆動力が加えられたときは、コイルばね１８の弾性力によって楔形空間２３の狭小部に押し込まれている回転方向前側のローラ１７を介して外輪１４と内輪１５とがロックするので、外輪１４の回転が内輪１５および出力軸１６に伝達される。なお、このときには、回転方向前側のローラ１７がロック解除片１９の柱部１９ａを押すので、ロック解除片１９が固定された手動入力軸２および手動入力部材１０も共回りする。

一方、手動入力部材１０を介して手動入力軸２に駆動力が加えられたときには、まず、図４（ａ）に示すように、手動入力軸２と一体回転するロック解除片１９の柱部１９ａが回転方向後側のローラ１７をコイルばね１８の弾性力に抗して楔形空間２３の広大部へ押しやるので、そのローラ１７と外輪１４および内輪１５との係合が解除され、外輪１４と内輪１５のロック状態が解除される。そして、図４（ｂ）に示すように、手動入力軸２がさらに回転して、その大径部の二面幅部２ａが内輪１５の係合穴１５ａの内面を押すようになると、手動入力軸２の回転が内輪１５に伝達され、回転方向前側のローラ１７と外輪１４および内輪１５との係合も解除されて、内輪１５と出力軸１６が一体に回転する。

そして、前記減速機６は、入力切替クラッチ４の内輪１５および出力軸１６から伝達された回転を減速して出力部材３に伝達するようになっている。この減速機には、遊星歯車機構や波動歯車装置を用いることができる。

この入力切替ユニットは、上述したように、２つの入力系統（電動入力および手動入力）と１つの出力系統とを備え、電動入力および手動入力による駆動力を、それぞれ入力切替クラッチ４および減速機６を介して出力部材３に伝達し、出力部材３に連結された被駆動部材を作動させるものである。

ここで、入力切替クラッチ４では、電動入力時には外輪１４と内輪１５とがローラ１７を介して常時ロックした状態にあるため、回転方向を逆転させてもバックラッシュは小さい。

一方、手動入力時に回転方向を逆転させた場合には、まず、逆転前の回転中に手動入力軸２と一体のロック解除片１９の柱部１９ａに押されていたローラ１７が、コイルばね１８の弾性力によって楔形空間２３の狭小部に押し込まれることにより、ロック解除状態となっていた外輪１４と内輪１５とが一旦ロック状態に戻り、その後、ロック解除片１９の柱部１９ａが逆転前に押していたのと反対側で対向するローラ１７を楔形空間２３の広大部へ押しやって、外輪１４と内輪１５を再びロック解除状態としてから、内輪１５および出力軸１６への回転伝達が行われることになり、この外輪１４と内輪１５がロック解除状態からロック状態を経て再びロック解除状態となるまでの間のバックラッシュが大きい。

しかし、この入力切替ユニットでは、入力切替クラッチ４の出力軸１６と出力部材３との間に減速機６が組み込まれているので、入力切替クラッチ４のバックラッシュが大きくなっても、そのバックラッシュを減速機６で縮小して出力部材３の回転位置に対するバックラッシュの影響を小さくすることができる。

したがって、この入力切替ユニットを組み込んだ装置では、メンテナンス等を行う際に手動入力の回転方向を逆転させる操作をしても、被駆動部材の回転位置の目標位置からのずれが大きくならず、効率よく作業を行うことができる。

また、モータ５には無励磁作動型電磁ブレーキ９が付設されたものを用いているので、モータ電源を遮断するだけで電動入力歯車１の位置を保持することができ、その状態で手動入力軸２を回転させて被駆動部材を動かせるので、この点でもメンテナンス等の作業がしやすいものとなっている。

また、電動入力および手動入力による駆動力はいずれも減速機６を介して出力され、その出力の大きさは減速機６の減速率で調整することができるので、要求される出力の大きさが入力切替クラッチ４の設計に及ぼす影響が少なく、入力切替クラッチ４の小型化や品種の削減が可能である。

なお、上述した第１実施形態では、無励磁作動型電磁ブレーキ９が付設されたモータ５を用いたが、ブレーキのないモータを採用し、そのモータと第１入力部材との間に、ブレーキとして逆入力遮断機構（モータの駆動力を第１入力部材に伝達し、被駆動部材から入力切替クラッチを介して第１入力部材に加えられる逆入力トルクに対してはロックして第１入力部材を停止させる機能を有するもの）を組み込むようにしてもよい。

図５は第２実施形態を示す。この実施形態は、第１実施形態をベースとして、モータ５を中空のモータ軸５ｂを有するものに代え、そのモータ５を、モータ軸５ｂの内側に手動入力軸２を相対回転可能に通す状態で入力切替クラッチ４と一体化したものである。

具体的には、手動入力軸２を通したモータ軸５ｂの先端部を入力切替クラッチ４の外輪１４の蓋部１４ａにキー結合し（モータ軸５ｂが第１入力部材の役割も兼ねるようにする）、その外輪１４の径方向外側に配される外輪支持部材２４とモータ５と無励磁作動型電磁ブレーキ９とを、減速機６とともに固定フレーム８にボルトで固定している。その外輪支持部材２４は、内周側に組み込まれた２つの軸受２５を介して外輪１４を回転自在に支持している。また、モータ軸５ｂの両端部の内周側には、手動入力軸２を相対回転自在に支持する軸受（滑り軸受）２６が組み込まれている。

この第２実施形態では、上述したように手動入力軸２を通す中空のモータ軸５ｂを入力切替クラッチ４の外輪１４に直接連結して、モータ５を入力切替クラッチ４と一体化したので、第１実施形態の電動入力歯車１および伝達歯車１３が省略されるとともに、２つの入力系統が同軸となって、入力切替ユニット全体が第１実施形態よりもコンパクト化されたものとなっている。

１ 電動入力歯車（第１入力部材）
２ 手動入力軸（第２入力部材）
３ 出力部材
４ 入力切替クラッチ
５ モータ
５ａ モータ軸
５ｂ モータ軸（第１入力部材）
６ 減速機
９ 無励磁作動型電磁ブレーキ
１０ 手動入力部材
１２ 軸支持部材
１３ 伝達歯車
１４ 外輪
１５ 内輪
１６ 出力軸
１７ ローラ
１８ コイルばね
１９ ロック解除片
１９ａ 柱部
２３ 楔形空間
２４ 外輪支持部材

Claims (4)

1. モータで回転駆動される第１入力部材と、モータ以外の駆動力で回転駆動される第２入力部材と、被駆動部材に連結される出力部材とを備え、前記第１入力部材および第２入力部材と出力部材との間に入力切替クラッチが設けられており、
   前記入力切替クラッチは、前記第１入力部材と回転伝達可能に連結された外輪の径方向内側に、前記出力部材と回転伝達可能に連結された内輪を配し、前記外輪と内輪との間に複数のローラを配して、前記第１入力部材に駆動力が加えられたときは、前記外輪がローラを介して内輪とロックすることにより、前記内輪および出力部材に駆動力が伝達され、前記第２入力部材に駆動力が加えられたときは、前記第２入力部材の回転により前記外輪と内輪のロック状態が解除された後、前記内輪および出力部材に駆動力が伝達されるようにしたものである入力切替ユニットにおいて、
   前記入力切替クラッチの内輪と出力部材との間に、前記内輪の回転を減速して出力部材に伝達する減速機が組み込まれていることを特徴とする入力切替ユニット。
2. 前記入力切替クラッチとして、前記内輪の外周面にカム面を周方向に複数設けて、前記外輪の内周円筒面と内輪の各カム面との間に周方向で次第に狭小となる楔形空間を形成し、これらの各楔形空間に前記ローラとそのローラを楔形空間の狭小部へ押し込むばねを組み込み、前記各楔形空間の周方向両側に挿入される柱部を有するロック解除片を前記第２入力部材に回転伝達可能に連結し、前記第２入力部材と内輪との間に、第２入力部材の回転を僅かな角度遅れをもって内輪に伝達するトルク伝達手段を設け、前記第１入力部材に駆動力が加えられたときには、前記外輪がローラを介して内輪とロックすることにより、前記内輪および出力部材に駆動力が伝達され、前記第２入力部材に駆動力が加えられたときは、前記ロック解除片の柱部が、回転方向で対向するローラを前記ばねの弾力に抗して楔形空間の広大部へ押しやって前記外輪と内輪のロック状態を解除した後、前記トルク伝達手段によって前記内輪および出力部材に駆動力が伝達されるようにしたものを用いたことを特徴とする請求項１に記載の入力切替ユニット。
3. 前記モータが、モータ電源遮断時に作動する無励磁作動型電磁ブレーキを備えたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の入力切替ユニット。
4. 前記モータが、中空のモータ軸を有し、そのモータ軸の内側に前記第２入力部材を相対回転可能に通す状態で前記入力切替クラッチと一体化されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の入力切替ユニット。

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