JP2609867B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、動力伝達装置、さらに詳しくは、たとえ
ば工作機械の主軸の駆動などに用いられる動力伝達装置
に関する。

従来の技術とその問題点 たとえば電動機の回転を増速または減速して伝える場
合、コップ式無段変速機など各種無段変速機が用いられ
る。ところが、無段変速機の場合、寸法に対する伝達容
量が小さいため、装置が大型になる。そして、構造上、
高速回転は困難である。

また、電動機の回転を常に一定の変速比で増速もしく
は減速する遊星ローラ機構または遊星歯車機構などの固
定変速機が用いられることもある。この場合、電動機自
体の速度を変化させることにより変速機の出力軸の速度
を変化させるが次のような問題がある。すなわち、電動
機の変速を変化させると、電動機の出力トルクは第４図
に実線で示すように変化する。また、変速機の出力トル
クは変速比に反比例するため、増速の場合（変速比＞
１）には、第４図に破線で示すように、変速機の出力ト
ルクは電動機の出力トルクより低下する。このため、と
くに変速機の出力軸を低速回転させる場合に十分なトル
クが得られないことがある。また、電動機自体の速度範
囲と変速機の出力軸の速度範囲の比も変速比に反比例す
るため、減速の場合、（変速比＜１）には、電動機の速
度範囲は変速機の出力軸の速度範囲よりも大きくなる。
このため、変速機の出力軸の変速範囲を十分に大きくし
ようとすると、電動機の速度を非常に広い範囲で変化さ
せることが必要になる。

この発明の目的は、上記の問題をすべて解決した動力
伝達装置を提供することにある。

問題点を解決するための手段 この発明による動力伝達装置は、同一直線上に配置さ
れた２つの軸の間に、一方の軸に固定されたキャリヤ
と、他方の軸の周囲に同心状に配置された固定輪と、上
記キャリヤに回転自在に支持されて上記固定輪と上記他
方の軸の間を転動する複数の遊星ローラとを備えた遊星
ローラ機構が設けられ、上記遊星ローラ機構の固定輪を
固定部分に固定するとともに固定輪とキャリヤを切離し
た変速状態と、固定輪を固定部分から切離して回転可能
にするとともに固定輪とキャリヤを一体状に連結した直
結状態とに切換える切換え手段を備えており、切換え手
段が、固定輪の外周に軸方向に移動しうるが回転はしな
いように取付けられ、軸方向の移動により、キャリヤか
ら切離されて固定部分に固定された変速状態と固定部分
から切離されてキャリヤに圧接する直結状態とに切換え
られるスライダを備えていることを特徴とするものであ
る。

作用 切換え手段が変速状態に切換えられている場合、スラ
イダが変速状態に切換えられ、キャリヤから切離されて
固定部分に固定されている。スライダが固定部分に固定
されているので、固定輪もスライダを介して固定部分に
固定されている。また、スライダがキャリヤから切離さ
れているので、キャリヤが固定輪に対して自由に回転で
きるようになっている。このため、いずれか一方の軸の
回転が遊星ローラ機構により変速されて他方の軸に伝え
られる。

回転状態において切換え手段を変速状態から直結状態
に切換える場合、スライダが軸方向に移動させられて直
結状態に切換えられ、固定部分から切離されてキャリヤ
に圧接させられる。スライダが固定部分から切離される
ことにより、固定輪が固定部分に対して自由に回転でき
るようになり、スライダがキャリヤに圧接することによ
り、固定輪とキャリヤがスライダを介して一体状に連結
され、同一速度で回転するようになる。そして、固定輪
とキャリヤが一体状に連結されることにより、遊星ロー
ラ機構が一体となって回転し、いずれか一方の軸回転が
そのまま他方の軸に伝えられる。この場合、スライダが
軸方向に移動することにより固定部分から切離されてキ
ャリヤに圧接されるだけであるから、回転状態において
切換え手段を変速状態から直結状態にスムーズに切換え
ることができる。

回転状態において、切換え手段を直結状態から変速状
態に切換える場合、スライダが軸方向に移動させられて
変速状態に切換えられ、キャリヤから切離されて固定部
分に固定される。スライダがキャリヤから切離されるこ
とにより、キャリヤが固定輪に対して自由に回転できる
ようになり、スライダが固定部分に固定されることによ
り、固定輪がスライダを介して固定部分に固定され、上
記の変速状態に切換わる。この場合も、スライダが軸方
向に移動することにより圧接状態のキャリヤから切離さ
れて固定部分に固定されるだけであるから、回転状態に
おいて切換え手段を直結状態から変速状態にスムーズに
切換えることができる。

キャリヤが固定された軸を入力軸、他の軸を出力とし
た場合、切換え手段を変速状態にすれば、入力軸の回転
が遊星ローラ機構により増速されて出力軸に伝えられ
る。この場合、出力軸を低速回転させるときには切換え
手段を直結する状態に切換える。このようにすれば、入
力軸の回転がそのまま出力軸に伝えられ、出力軸の出力
トルクが入力トルクと等しくなるため、増速の場合より
大きなトルクが得られる。

キャリヤが固定された軸を出力軸、他の軸を入力軸と
した場合、切換え手段を変速状態にすれば、入力軸の回
転が遊星ローラ機構により減速されて出力軸に伝えられ
る。この場合、出力軸を高速回転させるときには切換え
手段を直結状態に切換える。このようにすれば、入力軸
の回転がそのまま出力軸に伝えられ、入力軸を高速回転
させる必要がなくなるため、入力軸の速度範囲を広くす
る必要がなくなる。

実 施 例 第１図は電動機（10）の軸（電動機軸）（11）の回転
をこれと同一直線状に配置された出力軸（12）に伝える
動力伝達装置を示し、第２図および第３図はその主要部
を拡大して２つの異なる状態を示している。なお、以下
の説明において、第１図〜第３図の左右を左右とする。

電動機軸（11）は左右に水平にのび、外径の細くなっ
た左端部が電動機（10）のケーシング（13）の端板（1
4）から少し突出している。この端板（14）の外周には
短円筒部（14a）が一体に形成され、その左端面に、中
心が開口したカップ状のハウジング（15）の外周部がボ
ルト（図示略）などの適宜な手段により固定されてい
る。ハウジング（15）の左端面には筒体（16）が固定さ
れ、この筒体（16）の内側に出力軸（12）が回転自在に
支持されている。出力軸（12）はハウジング（15）の中
心開口を貫いて右側に伸び、その右端面は電動機軸（1
1）の左端面に近接している。また、出力軸（12）の右
端部には、電動機軸（11）の左端部とほぼ同径の太陽ロ
ーラ部（17）が一体に形成されている。

電動機軸（11）の左端部に、円板状のキャリヤ（18）
が固定されている。キャリヤ（18）の左側の外周部は斜
め外向きのテーパ面となっており、右側の外周面には多
数の外歯（19）が円周方向に等間隔をおいて形成されて
いる。キャリヤ（18）には、電動機軸（11）と平行で左
側に突出した複数（たとえば３つ）のピン（20）が電動
機軸（11）を中心とする同一円周上に等間隔をおいて固
定されており、各ピン（20）には出力軸（12）の太陽ロ
ーラ部（17）に圧接する遊星ローラ（21）が針状ころ軸
受（22）を介して回転自在に取付けられている。これら
の遊星ローラ（21）の周囲に電動機軸（11）と同心の固
定輪（23）が配置され、遊星ローラ（21）が出力軸（1
2）の太陽ローラ部（17）と固定輪（23）の間を転動し
うるようになっている。なお、固定輪（23）の両端に
は、軸方向の移動を防止する内向きの鍔（23a）が一体
に形成されている。そして、これらにより、遊星ローラ
機構（24）が構成されている。

ハウジング（15）内に、次のように、切換え機構（2
5）が設けられている。すなわち、固定輪（23）の外周
に、円筒状のスライダ（26）がスプラインにより軸方向
に摺動はしうるが回転はしないように取付けられてい
る。スライダ（26）の外周面の軸方向中央部には、外向
きの鍔（26a）が一体に形成されている。一方、ハウジ
ング（15）の内周面に出力軸（12）と同心のリング状の
ばね支持部材（27）が軸受（28）を介して回転自在に支
持されており、この部材（27）に形成された複数のばね
受け凹所（29）とスライダ（26）の鍔（26a）との間
に、スライダ（26）を右向きに付勢する圧縮コイルばね
（30）がそれぞれ設けられている。スライダ（26）の左
端部にリング状のクラッチ板（31）が固定されており、
ハウジング（15）の端壁内面に、クラッチ板（31）とで
電磁クラッチを構成する電磁石（32）が設けられてい
る。スライダ（26）の右側部分の外径はキャリヤ（18）
の外径と等しく、スライダ（26）の右端はキャリヤ（1
8）のテーパ面に対応する斜め内向きのテーパ面となっ
ている。スライダ（26）の右側部分外周面にはキャリヤ
（18）の外歯（19）と同数の外歯（33）が形成され、こ
れと同数の内歯（34）を有する直結スリーブ（35）が、
これらの内歯（34）とスライダ（26）の外歯（33）をか
み合わせることによって、スライダ（26）に軸方向に摺
動はしうるが回転はしないように取付けられている。直
結スリーブ（35）は、右側に移動することにより、その
内歯（34）がキャリヤ（18）の外歯（19）ともかみ合
い、左側に移動することにより、その内歯（34）がキャ
リヤ（18）の外歯（19）から外れるようになっている。
なおキャリヤ（18）の外歯（19）の左端部および直結ス
リーブ（35）の内歯（34）の右端部は、かみ合いを確実
にするために先細に形成されている。端板（14）の短円
筒部（14a）とハウジング（15）との連結部内の連結部
内周面の適所に、プランジャ収容凹所（36）が形成され
ている。ハウジング（15）には、プランジャ収容凹所
（36）側の内端部と左側外端面との間を左右に貫通する
油圧シリンダ部（37）が形成され、その左端の油給排口
（38）には油給排管（図示略）が接続されている。端板
（14）のプランジャ収容凹所（36）側にはシリンダ部
（37）と同一直線上にあるプランジャ収容穴（39）が形
成され、この穴（39）と端板（14）の右側外端面との間
に空気抜き穴（40）が形成されている。そして、プラン
ジャ（41）の左部分がシリンダ部（37）に摺動自在には
められ、右側部分がプランジャ収容穴（39）にゆるくは
められている。プランジャ（41）の中間部には鍔部（41
a）が一体に形成され、この鍔部（41a）は、直結スリー
ブ（35）の外周に相対的な回転はしうるが軸方向には移
動しないように取付けられたリング状のスリーブ作動部
材（42）に一体状に連結されている。また、プランジャ
（41）の鍔部（41a）と端板（14）との間に、プランジ
ャ（41）を左向きに付勢する圧縮コイルばね（43）が設
けられている。

切換え機構（25）は、次に説明するように、電動機軸
（11）の回転中に変速状態と直結状態に切換えられる。

第１図および第２図は、変速状態を示す。

このとき、電磁石（32）は励磁状態（オン）になって
おり、シリンダ部（37）には圧油は供給されていない。
電磁石（32）にオンになっていることにより、クラッチ
板（31）およびスライダ（26）がこれに吸引されてハウ
ジング（15）に固定され、したがって、固定輪（23）も
ハウジング（15）に対して回転しないようになってい
る。なお、スライダ（26）はクラッチ板（31）が電磁石
（32）に吸引されることによりばね（30）に抗して左側
に移動し、スライダ（26）のテーパ面はキャリヤ（18）
のテーパ面から離れている。一方、シリンダ部（37）に
油圧が供給されていないため、プランジャ（41）はばね
（43）の力によって左側に移動している。これにより、
直結スリーブ（35）も作動部材（42）を介して左側に移
動させられ、直結スリーブ（35）の内歯（34）はキャリ
ヤ（18）の外歯（19）から外れている。このため、キャ
リヤ（18）は固定状態の固定輪（23）に対して自由に回
転することでき、電動機軸（11）の回転はキャリヤ（1
8）、固定輪（23）および遊星ローラ（21）により増速
されて出力軸（12）に伝えられる。

変速状態から第３の直結状態に切換えるときには、次
のような動作が行なわれる。

まず、電磁石（32）を非励磁状態（オフ）にする。こ
れにより、スライダ（26）がばね（30）の力で右に移動
し、クラッチ板（31）が電磁石（32）から離れて、固定
輪（23）が自由に回転しうるようになる。そして、スラ
イア（26）が右に移動して、そのテーパ面がキャリヤ
（18）のテーパ面に圧接するため、スライダ（26）およ
び固定輪（23）が一体となってキャリヤ（18）と同一速
度で回転するようになる。次に、シリンダ部（37）に圧
油を供給する。これにより、プランジャ（41）がばね
（43）に抗して右に移動し、直結スリーブ（35）も右に
移動して、その内歯（34）がキャリヤ（18）の外歯（1
9）にもかみ合う。このため、キャリヤ（18）とスライ
ダ（26）が確実に連結されて、キャリヤ（18）、固定輪
（23）および遊星ローラ（21）が一体となって回転し、
電動機軸（11）の回転がそのまま出力軸（12）に伝えら
れる。

直結状態から変速状態に切換えるときには、次のよう
な動作が行なわれる。

まず、シリンダ部（37）の油圧を低くする。これによ
り、プランジャ（41）がばね（43）の力で左に移動し、
直結スリーブ（35）も左に移動するため直結スリーブ
（35）の内歯（34）がキャリヤ（18）の外歯（19）から
外れる。次に、電磁石（32）をオンにする。これによ
り、スライダ（26）およびクラッチ板（31）がばね（3
0）に抗して左に移動し、スライダ（26）がキャリヤ（1
8）から確実に切離されるとともに、ハウジング（15）
に固定され、前記の変速状態になる。

出力軸（12）を高速回転させるときには、切換え機構
（25）を変速状態に切換え、電動機軸（11）の回転を増
速して出力軸（12）に伝えるようにする。出力軸（12）
を低速回転させるときには、切換え機構（25）を直結状
態に切換え、電動機軸（11）の回転をそのまま出力軸
（12）に伝えるようにする。このようにすれば、出力軸
（12）の出力トルクが電動機軸（11）の出力トルクと等
しくなり、増速の場合に比べて大きなトルクが得られ
る。

上記実施例には変速状態において電動機軸（11）の回
転を増速して出力軸（12）に伝える場合を示したが、電
動機軸と出力軸の関係を逆にすれば、すなわち、出力軸
にキャリヤを固定して電動機軸に太陽ローラ部を形成す
れば、変速状態において電動機軸の回転を減速して出力
軸に伝えるようにすることができる。この場合、出力軸
を低速回転させるときには、切換え機構を変速状態に切
換え、電動機軸の回転を減速して出力軸に伝えるように
する。出力軸を高速回転させるときには、切換え機構を
直結状態に切換え、電動機軸の回転をそのまま出力軸に
伝えるようにする。このようにすれば、電動機軸を高速
回転させる必要がなくなるため、電動機軸の速度範囲を
広くとる必要がなくなる。

発明の効果 この発明の動力伝達装置によれば、遊星ローラ機構が
用いられているので、小型化および高速回転が可能であ
り、歯車によるバッククラッシや騒音、振動の発生もな
い。そして、変速状態で増速を行なう場合は、出力軸を
低速回転させるときには、変速手段を直結状態に切換え
ることにより、低速領域でも高い出力トルクを得ること
ができる。また、変速状態で減速を行なう場合は、出力
軸を高速回転させるときには変速手段を直結状態に切換
えるようにすることにより入力軸の速度範囲を広くする
必要がなくなる。さらに、切換え手段が、固定輪の外周
に軸方向に移動しうるが回転はしないように取付けら
れ、軸方向の移動により、キャリヤから切離されて固定
部分に固定された変速状態と固定部分から切離されてキ
ャリヤに圧接する直結状態に切換えられるスライダを備
えているので、回転状態において切換え手段を変速状態
あるいは直結状態にスムーズに切換えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の１実施例を示す動力伝達装置の縦断
面図、第２図は第１図の主要部を示す拡大縦断面図、第
３図は第２図と同じ部分の異なる状態を示す拡大縦断面
図、第４図は電動機の回転速度と出力トルクの関係を示
すグラフである。 （11）……電動機軸、（12）……出力軸、（18）……キ
ャリヤ、（21）……遊星ローラ、（23）……固定輪、
（24）……遊星ローラ機構、（25）……切換え機構、
（26）……スライダ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一直線上に配置された２つの軸の間に、
   一方の軸に固定されたキャリヤと、他方の軸の周囲に同
   心状に配置された固定輪と、上記キャリヤに回転自在に
   支持されて上記固定輪と上記他方の軸の間を転動する複
   数の遊星ローラとを備えた遊星ローラ機構が設けられ、
   上記遊星ローラ機構の固定輪を固定部分に固定するとと
   もに固定輪とキャリヤを切離した変速状態と、固定輪を
   固定部分から切離して回転可能にするとともに固定輪と
   キャリヤを一体状に連結した直結状態とに切換える切換
   え手段を備えており、切換え手段が、固定輪の外周に軸
   方向に移動しうるが回転はしないように取付けられ、軸
   方向の移動により、キャリヤから切離されて固定部分に
   固定された変速状態と固定部分から切離されてキャリヤ
   に圧接する直結状態とに切換えられるスライダを備えて
   いることを特徴とする動力伝達装置。