JP2524887B2 - 変速回転装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、モータ等の駆動軸の回転に連動して周期的
に増速、減速を繰り返す変速した回転運動を実現させる
変速回転装置に関する。

「従来の技術」 従来、回転速度を変化させることができる装置として
は、パルスモータ、サーボモータ等を利用した装置が一
般的であった。これらの装置では、モータに制御回路か
ら作動信号を送り、それによって所望の回転速度を得る
ようにしている。

また、機械要素において、運動を変速して行なわせる
ために、カム機構などを用いることもよく行なわれてい
る。

更に、ベルトコンベアなどの送り機構において送り速
度を変化させるため、各種のセンサで移動量を検知し、
その信号に基づいて駆動装置を制御することも行なわれ
ている。

「発明が解決しようとする課題」 このように機械運動を変速させて行なわせる装置とし
ては、各種の機構が採用可能であるが、いずれも構造が
複雑化し、製造コストが高くなるという問題点があっ
た。

すなわち、パルスモータ、サーボモータ等を利用した
変速回転機構では、これらのモータ自体が高価であるこ
とと、これらのモータに作動信号を送るための制御回路
が必要となり、製造コストは極めて高いものとなる。

また、カム機構などを用いた変速運動機構では、カム
の設計、製作に高い精度を要求され、しかも目的とする
運動を実現させるため、カム周辺の連動機構を必要とす
るため、装置が大がかりなものとなり、製造コストは高
いものとなる。

更に、ベルトコンベアなどの送りをセンサで検知して
制御する機構は、例えば間欠送りなどは容易に実現でき
るが、増速、減速を繰り返すような変速した送りを実現
することは困難である。

したがって、本発明の目的は、通常のモータ等の駆動
軸に接続するだけで、周期的に増速、減速を繰り返す変
速した回転運動を出力させることができる変速回転装置
を提供することにある。

「課題を解決するための手段」 上記目的を達成するため、本発明の変速回転装置は、 モータ（16）の駆動軸（17）から回転力を伝達される
ように直接又はワンウェイクラッチ（18）を介して接続
された入力軸（14）と、 この入力軸（14）から回転力を伝達されるように、前
記入力軸（14）が前記駆動軸（17）に直接接続されてい
る場合はワンウェイクラッチ（20）を介して、前記入力
軸（14）が前記駆動軸（17）にワンウェイクラッチ（1
8）を介して接続されている場合は直接又はワンェイク
ラッチ（20）を介して装着された第１ギヤ（21）と、 前記入力軸（14）から回転力を伝達されるように前記
入力軸（14）にワンウェイクラッチ（25）を介して装着
された第２ギヤ（26）と、 前記入力軸（14）と平行に配置され、前記第２ギヤ
（26）に連動する第３ギヤ（35）が装着された出力軸
（15）と、 この出力軸（15）と同軸的に配置され、前記第１ギヤ
（21）に連動する第４ギヤ（39）が装着された分割軸
（33）と、 前記第１ギヤ（21）に、前記入力軸（14）の回転方向
において外側から内側へ回転力を伝達するワンウェイク
ラッチ（22）を介して装着された第１スリーブ（23）
と、 前記第２ギヤ（26）に、前記入力軸（14）の回転方向
において内側から外側に回転力を伝達するワンウェイク
ラッチ（27）を介して装着された第２スリーブ（28）
と、 前記第１スリーブ（23）と前記第２スリーブ（28）と
の間に装着された第１コイルバネ（29）と、 前記第３ギヤ（35）と、前記出力軸（15）の回転方向
において外側から内側に回転力を伝達するワンウェイク
ラッチ（36）を介して装着された第３スリーブ（37）
と、 前記第４ギヤ（39）に、前記分割軸（33）の回転方向
において内側から外側に回転力を伝達するワンウェイク
ラッチ（40）を介して装着された第４スリーブ（41）
と、 前記第３スリーブ（37）と前記第４スリーブ（41）と
の間に装着された第２コイルバネ（42）とを備え、 前記第１ギヤ（21）は、前記第２ギヤ（26）よりギヤ
径が大きく、歯数が多くされており、前記第３ギヤ（3
5）は、前記第４ギヤ（39）よりギヤ径が大きく、歯数
が多くされており、 前記駆動軸（17）の回転により連動する前記第３ギヤ
（35）と前記第４ギヤ（39）との回転差によって前記第
２コイルバネ（42）に巻き締め力が発生し、 このバネ歪が放出されたとき、前記第１ギヤ（21）と
前記第２ギヤ（26）との回転差が生じて前記第１コイル
バネ（29）に巻き締め力が発生し、 このバネ歪が放出されたとき前記第２コイルバネ（4
2）に再び巻き締め力が発生するように構成されたこと
を特徴とする。

「作用」 本発明の装置では、駆動軸（17）が回転すると、ワン
ウェイクラッチ（18or20）を介して、入力軸（14）及び
第１ギヤ（21）が回転し、ワンウェイクラッチ（25）を
介して、第２ギヤ（26）も回転する。

そして、第１ギヤ（21）に連動する第４ギヤ（39）が
分割軸（33）と共に回転し、第２ギヤ（26）に連動する
第３ギヤ（35）が出力軸（15）と共に回転する。

しかし、第１ギヤ（21）は、第２ギヤ（26）よりギヤ
径が大きく、歯数が多くされており、第３ギヤ（35）
は、第４ギヤ（39）よりギヤ径が大きく、歯数が多くさ
れているので、第４ギヤ（39）は、第３ギヤ（35）より
も速く回転し、第２コイルバネ（42）に巻き締め力が作
用する。

この巻き締め力が所定の値に達すると、第３ギヤ（3
5）が速く回転してバネ歪が放出される。このとき、第
３ギヤ（35）と共に回転する出力軸（15）の回転が増速
される。

第３ギヤ（35）の回転が増速されると、これに連動す
る第２ギヤ（26）の回転が増速される。このため、第２
ギヤ（26）は、第１ギヤ（21）より速く回転し、今度は
第１コイルバネ（29）に巻き締め力が作用する。

この巻き締め力が所定の値に達すると、第１ギヤ（2
1）の回転が増速されてバネ歪が放出される。このと
き、ワンウェイクラッチ（18or20）の作用により、第１
ギヤ（21）は駆動軸（17）に対して空回りする。すなわ
ち、駆動軸（17）の回転力が第１ギヤ（21）に伝達され
ないこととなるので、いったん増速された回転は、再び
減速されることとなる。

そして、第１コイルバネ（29）の巻き締めによる歪エ
ネルギーが放出された後、第２コイルバネ（42）が再び
巻き締められて、上記と同様な過程を繰り返す。その結
果、出力軸15は、周期的に増速と減速を繰り返すことと
なる。

なお、これらの作用の詳細については、後述する実施
例において説明することとする。

「実施例」 第１図及び第２図には、本発明による変速回転装置の
一実施例が示されている。

一対の支持板11、12が平行に対置され、それらの４隅
を４本の支柱13で連結されてフレームが構成されてい
る。この支持板11、12には、入力軸14と出力軸15とが平
行に配置されている。

一方の支持板11の外面には、シンクロナスモータ16が
固定されており、モータ16の駆動軸17は、入力軸14の一
端に連接されたカップリング14aに、ワンウェイクラッ
チ18を介して挿入されている。ワンウェイクラッチ18
は、駆動軸17が入力軸14に対して相対的に矢印Ａ方向に
回転するとき、カップリング14aを介して入力軸14に同
方向の回転力を伝達する。したがって、入力軸14が駆動
軸17より速く矢印Ａ方向に回転するときには空回りす
る。入力軸14の他端は、軸受19によって回転自在に支持
されている。

入力軸14の支持板11寄りの部分には、ワンウェイクラ
ッチ20を介して第１ギヤ21のスリーブ部が装着されてい
る。ワンウェイクラッチ20は、入力軸14が第１ギヤ21に
対して相対的に矢印Ａ方向に回転するとき、第１ギヤ21
に回転力を伝達する。したがって、第１ギヤ21が入力軸
14より速く矢印Ａ方向に回転するときには空回りする。

更に、第１ギヤ21のスリーブ外周には、ワンウェイク
ラッチ22を介して第１スリーブ23が装着されている。ワ
ンウェイクラッチ22は、第１スリーブ23が第１ギヤ21に
対して相対的に矢印Ａ方向に回転するとき、第１ギヤ21
に同方向の回転力を伝達する。したがって、第１ギヤ21
が第１スリーブ23より速く矢印Ａ方向に回転するときに
は空回りする。

入力軸14の中間部には、筒状のスペーサ24が装着され
ており、このスペーサ24を間にして入力軸14の支持板12
側には、ワンウェイクラッチ25を介して第２ギヤ26のス
リーブ部が装着されている。ワンウェイクラッチ25は、
入力軸14が第２ギヤ26に対して相対的に矢印Ａ方向に回
転するとき、第２ギヤ26に同方向の回転力を伝達する。
したがって、第２ギヤ26が入力軸14より速く矢印Ａ方向
に回転するときには空回りする。

第２ギヤ26のスリーブ部の外周には、ワンウェイクラ
ッチ27を介して第２スリーブ28が装着されている。ワン
ウェイクラッチ27は、第２ギヤ26が第２スリーブ28に対
して相対的に矢印Ａ方向に回転するとき、第２スリーブ
28に回転力を伝達する。

第１スリーブ23、スペーサ24及び第２スリーブ28の外
周には、コイルバネ29が装着されている。第１コイルバ
ネ29は、それらの両端部内周面が円筒状に切削、研磨さ
れて、第１スリーブ23、第２スリーブ28の外周に密接さ
れている。また、スペーサ24の外周面との間には、ねじ
り応力のない状態において所定の隙間が設けられてい
る。第１コイルバネ29は、第２スリーブ28が第１スリー
ブ23に対して相対的に矢印Ａ方向に回転するとき、巻き
締められてスペーサ24に密着するようになっている。

出力軸15は、支持板12に取付けられたベアリング付き
の軸受31に挿通され、回転自在に支持されている。この
出力軸15の後端には、分割軸33が同軸的に配置されてい
る。分割軸33は、支持板11に取付けられたベアリング付
きの軸受34に挿通され、回転自在に支持されている。

出力軸15の外周には、第３ギヤ35のスリーブ部が圧入
等によって固着されている。第３ギヤ35のスリーブ部の
外周には、ワンウェイクラッチ36を介して第３スリーブ
37が装着されている。ワンウェイクラッチ36は、第３ス
リーブ37が第３ギヤ35に対して相対的に矢印Ｂ方向に回
転するとき、第３ギヤ35に回転力を伝達する。

出力軸15と分割軸33との連接部外周には、スペーサ38
が装着されている。第３ギヤ35との間にスペーサ38を介
在させて、分割軸33の外周には第４ギヤ39が同じく圧入
等によって固着されている。第４ギヤ39のスリーブ部外
周には、ワンウェイクラッチ40を介して第４スリーブ41
が装着されている。ワンウェイクラッチ40は、第４ギヤ
39が第４スリーブ41に対して相対的に矢印Ｂ方向に回転
するとき、第４スリーブ41に回転力を伝達する。

第３スリーブ37、スペーサ38及び第４スリーブ41の外
周には、第２コイルバネ42が装着されている。第２コイ
ルバネ42は、それらの両端部内周面が円筒状に切削、研
磨されて、第３スリーブ37、第４スリーブ41の外周に密
接されている。また、スペーサ38の外周面との間には、
ねじり応力のない状態において所定の隙間が設けられて
いる。第２コイルバネ42は、第４スリーブ41が第３スリ
ーブ37に対して相対的に矢印Ｂ方向に回転するとき、巻
き締められてスペーサ38に密着するようになっている。

そして、入力軸14に装着された第１ギヤ21は、同入力
軸14に装着された第２ギヤ26よりも大きな径とされ、歯
数が多くされている。また、入力軸14の第１ギヤ21に、
分割軸33に装着された第４ギヤ39が歯合しており、入力
軸14の第２ギヤ26に、出力軸15に装着された第３ギヤ35
が歯合している。したがって、出力軸15の第３ギヤ35
は、分割軸33の第４ギヤ39よりも大きな径とされ、歯数
が多くされている。

次に、この変速回転装置の動作について説明する。

シンクロナスモータ16が作動して駆動軸17が矢印Ａ方
向に回転すると、ワンウェイクラッチ18がこの回転力を
カップリング14aに伝達し、入力軸14が矢印Ａ方向に回
転する。そして、ワンウェイクラッチ20を介して第１ギ
ヤ21が矢印Ａ方向に回転し、この第１ギヤ21に歯合して
いる分割軸33の第４ギヤ39が矢印Ｂ方向に回転する。こ
の第４ギヤ39と共に分割軸33も矢印Ｂ方向に回転する。

また、入力軸14が矢印Ａ方向に回転すると、ワンウェ
イクラッチ25を介して入力軸14の第２ギヤ26が同方向に
回転する。そして、この第２ギヤ26に歯合している第３
ギヤ35が矢印Ｂ方向に回転する。この第３ギヤ35と共に
出力軸15も矢印Ｂ方向に回転する。

ところで、入力軸14の第１ギヤ21は、第２ギヤ26より
も径が大きく、歯数が多くされているので、第１ギヤ21
に歯合している分割軸33の第４ギヤ39は、第２ギヤ26に
歯合している出力軸15の第３ギヤ35よりも速く回転す
る。この結果、分割軸33は出力軸15よりも速く回転し、
分割軸33と出力軸15との間に回転差が生じることとな
る。

分割軸33の第４ギヤ39が矢印Ｂ方向に回転すると、ワ
ンウェイクラッチ40を介して第４スリーブ41が同方向に
回転する。一方、出力軸15の第３ギヤ35の外周にワンウ
ェイクラッチ36を介して配置された第３スリーブ37は、
矢印Ｂ方向に回転するときワンウェイクラッチ36によっ
て第３ギヤ35と噛み合うので、第３ギヤ35より速く回転
することはできない。このため、分割軸33の第４ギヤ39
と共に回転する第４スリーブ41は、出力軸15の第３ギヤ
35より速く回転できない第３スリーブ37よりも速く回転
することとなり、第２コイルバネ42に巻き締め作用が働
く。

こうして巻き締められると、第２コイルバネ42はスペ
ーサ38の外周に密着し、歪エネルギーが蓄積される。そ
して、ある一定以上の歪エネルギーが蓄積されると、第
３スリーブ37、ワンウェイクラッチ36を介して第３ギヤ
35がより速い速度で矢印Ｂ方向に回転し、上記の歪エネ
ルギーが放出される。この結果、第３ギヤ35と一体に回
転する出力軸15の矢印Ｂ方向への回転が増速される。し
かし、第２コイルバネ42の歪エネルギーが放出された
後、出力軸15の回転は再び減速される。

第３ギヤ35の回転が速くなると、これと歯合する入力
軸14の第２ギヤ26の回転も速くなる。第２ギヤ26が入力
軸14よりも速く矢印Ａ方向に回転するとき、ワンウェイ
クラッチ25は空回りし、その回転力を入力軸14に伝達し
ない。しかし、第２ギヤ26は、ワンウェイクラッチ27を
介して第２スリーブ28に回転力を伝達し、第２スリーブ
28はより速く回転することとなる。これに対して第１ス
リーブ23は、ワンウェイクラッチ22を介して第１ギヤ21
に噛み合っているので、第１ギヤ21より速く回転するこ
とができない。このため、第２スリーブ28は、第１スリ
ーブ23よりも速く回転することとなり、第１コイルバネ
29に巻き締め作用が働く。

こうして第１コイルバネ29が巻き締められると、スペ
ーサ24の外周に密着し、歪エネルギーが蓄積される。そ
して、ある一定以上の歪エネルギーが蓄積されると、第
１スリーブ23、ワンウェイクラッチ22を介して第１ギヤ
21がより速い速度で矢印Ａ方向に回転し、上記第１コイ
ルバネ29の歪エネルギーが放出される。このとき、ワン
ウェイクラッチ20は、入力軸14に対して第１ギヤ21を空
回りさせる。このため、入力軸14からの回転力が第１ギ
ヤ21に一時的に伝達されなくなるが、上記第１コイルバ
ネ29の歪エネルギーが放出された後、第１ギヤ21の回転
が減速されて入力軸14の回転速度まで低下するので、入
力軸14から第１ギヤ21への回転力の伝達が再び開始され
る。

そして、第１ギヤ21は、分割軸33の第４ギヤ39を図中
矢印Ｂ方向に回転させるので、前記と同様にして第２コ
イルバネ42が再び巻き締められる。このように、第２コ
イルバネ42の巻き締めとその歪エネルギーの放出→第１
コイルバネ29の巻き締めとその歪エネルギーの放出が交
互に繰り返され、それによって出力軸15は回転の増速と
減速とを周期的に繰り返す。したがって、一定速度で回
転するモータ16の駆動軸17から、一定周期で増速と減速
を繰り返す変動した回転運動を得ることができる。出力
軸15の回転速度をロータリーエンコーダで測定した実験
によれば、上記の増速と減速は、極めて一定した周期
で、しかも一定した速度差でなされることがわかった。

なお、上記実施例において、モータ16の駆動軸17と出
力軸14とは、ワンウェイクラッチ18を介さずに直接接続
されていてもよい。あるいは、第１ギヤ21と入力軸14と
をワンウェイクラッチ20を介さずに直接接続し、モータ
16の駆動軸17と入力軸14とをワンウェイクラッチ18を介
して接続した構造であってもよい。

また、上記実施例では、入力軸14の第１ギヤ21と分割
軸33の第４ギヤ39とが直接歯合しており、入力軸14の第
２ギヤ26と出力軸15の第３ギヤ35とが直接歯合している
が、これらのギヤが中間にアイドルギヤ等を介して連動
するように構成してもよく、あるいはこれらのギヤがタ
イミングベルト等を介して連動するように構成してもよ
い。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、一定速度で回
転するモータの駆動軸から、一定周期で増速と減速を繰
り返す変動した回転運動を得ることができる。この変速
回転装置は、例えば運動を変速して行なわせるためのカ
ム機構の代りに用いたり、ベルトコンベアなどの送りを
変速させて行なわせたりする駆動機構に用いるなど、各
種の変速運動機構に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による変速回転装置の一実施例を示す正
面断面図、第２図は同装置の左側面図である。 図中、16はモータ、17は駆動軸、18はワンウェイクラッ
チ、14は入力軸、20はワンェイクラッチ、21は第１ギ
ヤ、25はワンウェイクラッチ、26は第２ギヤ、35は第３
ギヤ、15は出力軸、39は第４ギヤ、33は分割軸、22はワ
ンウェイクラッチ、23は第１スリーブ、27はワンウェイ
クラッチ、28は第２スリーブ、29は第１コイルバネ、36
はワンウェイクラッチ、37は第３スリーブ、40はワンウ
ェイクラッチ、41は第４スリーブ、42は第２コイルバネ
である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータ（16）の駆動軸（17）から回転力を
   伝達されるように直接又はワンウェイクラッチ（18）を
   介して接続された入力軸（14）と、 この入力軸（14）から回転力を伝達されるように、前記
   入力軸（14）が前記駆動軸（17）に直接接続されている
   場合はワンウェイクラッチ（20）を介して、前記入力軸
   （14）が前記駆動軸（17）にワンウェイクラッチ（18）
   を介して接続されている場合は直接又はワンウェイクラ
   ッチ（20）を介して装着された第１ギヤ（21）と、 前記入力軸（14）から回転力を伝達されるように前記入
   力軸（14）にワンウェイクラッチ（25）を介して装着さ
   れた第２ギヤ（26）と、 前記入力軸（14）と平行に配置され、前記第２ギヤ（2
   6）に連動する第３ギヤ（35）が装着された出力軸（1
   5）と、 この出力軸（15）と同軸的に配置され、前記第１ギヤ
   （21）に連動する第４ギヤ（39）が装着された分割軸
   （33）と、 前記第１ギヤ（21）に、前記入力軸（14）の回転方向に
   おいて外側から内側へ回転力を伝達するワンウェイクラ
   ッチ（22）を介して装着された第１スリーブ（23）と、 前記第２ギヤ（26）に、前記入力軸（14）の回転方向に
   おいて内側から外側に回転力を伝達するワンウェイクラ
   ッチ（27）を介して装着された第２スリーブ（28）と、 前記第１スリーブ（23）と前記第２スリーブ（28）との
   間に装着された第１コイルバネ（29）と、 前記第３ギヤ（35）に、前記出力軸（15）の回転方向に
   おいて外側から内側に回転力を伝達するワンウェイクラ
   ッチ（36）を介して装着された第３スリーブ（37）と、 前記第４ギヤ（39）に、前記分割軸（33）の回転方向に
   おいて内側から外側に回転力を伝達するワンウェイクラ
   ッチ（40）を介して装着された第４スリーブ（41）と、 前記第３スリーブ（37）と前記第４スリーブ（41）との
   間に装着された第２コイルバネ（42）とを備え、 前記第１ギヤ（21）は、前記第２ギヤ（26）よりギヤ径
   が大きく、歯数が多くされており、前記第３ギヤ（35）
   は、前記第４ギヤ（39）よりギヤ径が大きく、歯数が多
   くされており、 前記駆動軸（17）の回転により連動する前記第３ギヤ
   （35）と前記第４ギヤ（39）との回転差によって前記第
   ２コイルバネ（42）に巻き締め力が発生し、 このバネ歪が放出されたとき、前記第１ギヤ（21）と前
   記第２ギヤ（26）との回転差が生じて前記第１コイルバ
   ネ（29）に巻き締め力が発生し、 このバネ歪が放出されたとき前記第２コイルバネ（42）
   に再び巻き締め力が発生するように構成されたことを特
   徴とする変速回転装置。