JP5185348B2 - 変速歯車ボックス - Google Patents

Description

本発明は、入力軸および出力軸が同軸である変速ボックスに関する。

この型の装置は、少なくとも駆動軸の回転速度と従動軸の回転速度との間の変速比を設定すべく多くの分野で用いられる。一般的に、斯かる比率は減速比である。また、変速比を変化させることを可能にする機構を含む変速ボックスもある。これらは、主に二つの変速比を提供する変速機であり、一方の変速比は直接駆動（変速比＝１）である。

マシニングセンターや工作機械用変速ボックスの特定の分野において、これらは、モーターと工具との間に挿置された単一ピンの切削工具の軸と一体である。できるだけ機械の全体寸法を制限するために、直線軸の中心の空間に種々の部材を収容できるように中空の入力軸および出力軸を使用することが知られている。

この型のボックスは、遊星歯車ジャーナルおよび出力軸に対して入力軸を支持する軸受を形成または包含する外部ハウジングを含む。それ故に、ボックスは、二段の遊星歯車列のための固定された遊星キャリアを構成する。すなわち、入力軸は、遊星歯車ジャーナルにキー止めされた遊星歯車と係合する入力歯車を保持する。また、斯かるジャーナルは、遊星歯車列の二段目の遊星歯車を回転可能に固定されるように保持し、該二段目の遊星歯車列は、ハウジング内において入力軸上に回転可能に案内されるべく設置された出力歯車と係合する。２速の変速ボックスに関しては、中空の歯車群が、出力軸と、斯かる（所定の比率でシフトダウンされた）出力歯車、または入力歯車もしくは入力軸（直接駆動）のいずれかとの回転上の関係をもった接続を提供する。

歯車群は、主に、その外側にある、アクチュエーター（例えばシリンダー）を歯車群に接続する制御リンク機構によって作動され、このことは、この機構を収容すべく大きな直径を有する外部ハウジングを必要とする。

斯かる全体寸法を減少させるために、本発明は、縦方向および横方向により一層小型の歯車群の動作手段を提供することを目的とする。

本発明の主題は、固定されたハウジングを含む、工作機械の刃物のための、遊星型の歯車列を備えた変速歯車ボックスであって、ハウジングが、中央の入力歯車を支持し且つ主軸線回りで回転する入力軸と、入力軸と同軸である出力軸と、入力軸と同軸である中央の出力歯車と、中央の入力歯車および中央の出力歯車と噛み合う衛星歯車部と、噛み合いクラッチ装置であって、出力軸が中央の入力歯車に直接連結される第１の噛み合いクラッチ連結位置と、出力軸が中央の出力歯車に連結される第２の噛み合いクラッチ連結位置との間を主軸線に沿って移動可能であり、これにより入力軸と出力軸との間の減速比を生み出す噛み合いクラッチ装置とを具備する、変速歯車ボックスである。

本発明によれば、噛み合いクラッチ装置は、二組の噛み合いクラッチを備えた歯車群と、軸線方向に歯車群に結合され且つハウジングと一体型の固定されたシリンダーの本体内に摺動可能に設置された筒状ピストンとを含み、ここで筒状ピストンは、相互に密閉状態に隔離され且つ可変容量を有する二つの環状チャンバを画成し、該チャンバは加圧流体源および排出路に選択的に接続される。

チャンバの一方に加圧流体を供給し、他方を空にすることで、シリンダーの本体における環状ピストンの運動を生じさせることができ、これによりどちらか一方のクラッチ連結位置に到達させることが可能になる。

斯かるピンが設けられた工作機械に、１００〜１５０バールほどの比較的高圧下で流体が供給される。このとき、斯かる圧力値により、各環状チャンバの厚さが１ミリメートルほどの非常に小さい容量の液圧チャンバを提供することが可能になる。その結果、本発明に係る環状ピストンシリンダーの横方向の寸法は減少される。

また、本発明のもう一つの特殊性は、歯車群のクラッチ連結状態を検出するための手段、ひいては出力軸の接続および対応する変速比を検出するための手段にある。

斯かる特殊性は、二つのチャンバ間のシリンダーの構造に起因する。溝が二つの連続する継手の間にその都度配置されるように、互いに軸線方向に離間された少なくとも三つの一連の環状継手によって、両チャンバは密閉状態に隔離される。更に、ピストンは、圧痕部（print）（または、より一般的には分流路）を含み、圧痕部は、ピストンが上述した噛み合いクラッチ連結位置のどちらか一方にあるとき、加圧されたチャンバと、このチャンバに最も近い溝との間の接続路を構成する。斯かる接続は、ストローク端で、すなわち圧痕部が継手の下に配設されるときに有効であり、これにより、加圧されるチャンバに近い溝内の圧力上昇が、あらゆる適切なセンサーによって検出可能な物理値となり、ストローク端信号を構成する。

本発明の他の特徴および利点は、以下に説明する本発明の例示的な実施形態より明らかになるであろう。

図１は、本発明に係る変速ボックスの一般的な構成を示す略図である。 図２は、クラッチ連結状態の一つを示す、歯車群モーターシリンダーの部分断面図を示す。 図３は、クラッチ連結状態の一つを示す、歯車群モーターシリンダーの部分断面図を示す。

添付の図面を参照されたい。
図１は、外部ハウジング１を含む変速ボックスを示し、該外部ハウジング１は、遊星歯車ジャーナル３と、入力軸２と同軸の出力軸４とに対して、主軸線Ｘ回りに回転可能に設置された入力軸２を支持する軸受を形成または包含する。

それ故に、ハウジング１は、二段の遊星歯車列のための固定された遊星キャリアを構成する。言い換えると、入力軸２は、遊星歯車ジャーナル３にキー止めされた遊星歯車６と係合する入力歯車を保持する。また、斯かるジャーナル３は、遊星歯車列の二段目の遊星歯車７を回転可能に固定されるように保持し、該二段目の遊星歯車列は出力歯車８と係合し、出力歯車８はハウジング１内において入力軸２上で回転可能に案内されるように設置されることにより主軸線Ｘ回りで回転する。斯かる出力歯車８は、装置９が図１に示される位置にあるときに、装置９を使用して出力軸にクラッチ連結されることができる。または、歯車群９が第２の位置にあるとき、出力歯車８は出力に接続されず、クラッチ連結装置は入力軸２および出力軸４を回転上の関係をもって接続する（直接駆動）。

装置９は、出力軸４に沿って摺動する筒状歯車群の形態をとり、例えば溝によって出力軸４に回転上の関係をもって接続される。該装置９は、軸線方向の運動を制御するための手段１０を含み、二つの変速比の一方を選択することを可能とする。

入力軸２および出力軸４は筒状であってもよい。整列された内部凹部は、工具であろうとパイプであろうと切削工具に到達させる必要のある手段のための通路を作る。

図２および図３は、前述した要素のいくつかを示し、これらは同一の参照番号を有する。各図の断面は、放射状であるが、一方の図と他方の図とで異なる。利便性および全体寸法の都合上、配置される部材、特に変速ボックスを外部に接続する部材（制御部、加圧流体供給源、センサー、およびこれらの周辺部材等）は、様々な異なる放射平面において、ボックスの軸線の周囲に配置されることに留意すべきである。

図２は、歯車群９が、遊星歯車列の入力歯車５のクラッチ連結歯５ａと係合するクラッチ連結爪９ａを有することを示す。図３は、歯車群がその歯９ｂによって遊星歯車列の出力歯車８の歯８ａと係合されることを示す。

歯車群９は、玉軸受１２を用いて、運動制御手段１０に属する筒状ピストン１１に軸線方向において固定される。斯かるピストン１１は、変速ボックスのハウジング１と一体であるシリンダーの本体１ａの筒状座部１３に摺動可能に設置される。ピストンは、継手１４ａおよび１４ｂをその両端の各々に備えることで、ピストンの本体１ａ内において密封摺動を行い且つピストンの外表面に設けられた溝１５によって座部１３とピストンとの間に形成された環状空間を隔離することができる。斯かる溝１５は、二つの側面１５ａおよび１５ｂで軸線方向に終端し、これらの放射平面上への投影は、後述されるピストンの利用時におけるピストンの有効な表面の評価を示す。

座部１３に関して、座部１３は、三つの継手１６ａ、１６ｂ、１６ｃを備え、これら継手は、溝１５の底面に対向し、よって上述の環状空間を二つのピストン駆動チャンバ、すなわち、継手１６ａと側面１５ａとの間の一方のチャンバ１７および継手１６ｃと側面１５ｂとの間の他方のチャンバ１８に分割する。斯かるチャンバは、混合線１９および２０によって表されるパイプによって加圧流体源および戻りタンクに接続される（パイプは図の平面に属さない）。チャンバ１７および１８を圧力源または戻りタンクに選択的に連通させる手段は、それ自体が例えば変速ボックスの外部で駆動される分配器として公知であるため示されない。

これら図は、座部１３内に配置され且つ相互に隔離されると共に各チャンバ１７、１８から隔離された二つの溝２１および２２の存在を継手１６間に示す。

ピストン１１は、溝１５の底部に開けられた圧痕部２３を有する。圧痕部の位置および軸線方向の寸法は、ピストン１１が第１のストローク端止め部２４に近接しているとき（図２のクラッチ連結状態（直接駆動）に相当）、圧痕部２３がチャンバ１７と溝２１との間に連通をもたらすように定められる。その結果、斯かる近接が存在するとき、すなわち、ピストンが止め部に接触するとき、またはピストンがもはや接触していないとき、チャンバ１７内の圧力は溝２１内に存在する。

対称的に、斯かる圧痕部２３の位置および軸方向の寸法は、ピストン１１が第２のストローク端止め部２に近接しているとき（図３のクラッチ連結状態（変速比≠１）に相当）、圧痕部２３がチャンバ１８と溝２２との間に連通をもたらすように定められる。その結果、斯かる近接が存在するとき、すなわち、ピストンが止め部に接触するとき、またはピストンがもはや接触していないとき、チャンバ１８内の圧力は溝２２内に存在する。

シリンダーの本体１ａの内部のパイプ２６、２７が夫々、溝２１および２２から延びており、溝内の加圧状態を検出器（図示せず）へと導くことを可能にし、該検出器は、変速ボックスのクラッチ連結状態、ひいては設定された変速比を表示することを可能にする。

とりわけ図２において最後に留意すべきことは、可撓性のあるボールキャッチ２８が設けられていることであり、該ボールキャッチは、ピストン１１が止め部２５に接触するとき、ピストン１１の溝２９内に係合されるように本体１１の座部１３から突出する。同一の配置が斯かる座部１３の他方の端部に設けられており、ピストンが止め部２４に接触するとき、ロック部３０はピストンの溝３１と協働するようになっている。当然のことながら、ロック作動力は、いくらかの圧力がチャンバ１７および１８のいずれか一方に入力されるとピストンの運動力に屈する。斯かるボールキャッチの役割は、歯車群制御シリンダーへの供給部において故障が生じた場合、修理が完了して機械を再起動させる際に元の状態が保たれているように、変速ボックスをそのままの状態に維持することにある。なぜなら、例えば、重力が、クラッチ連結の状態に変化を生じさせ、または再起動時に不安定な中間状態における歯車群の固定化を生じさせることすらあるからである。

本発明に係る変速ボックスの作動は、従来型のものであり、各クラッチ連結状態においてそれ自体公知である。連結状態を変更するために、機械の停止時または作動中のどちらかにおいて、且つ（例えば同期装置を用いて）歯車群がそのように許可した場合、チャンバ１７または１８の一方に加圧油が供給され、他方のチャンバは空にされる。このとき、ピストン１１はその連結状態から離脱し、圧痕部２３の存在により関連する検出パイプ２６または２７内の圧力は降下する。対応する状態検出器は、作動を停止する。ピストンが他方の止め部に接触する。他方の検出パイプは、該パイプと加圧されたチャンバとの間が圧痕部２３によって連通されたことにより加圧され、対応する状態検出器が作動する。同時に、弾性キャッチ２８、３０のボールが、そのばねによって、関連する端部の溝２９、３１に押し込まれる。

Claims (7)

1. 固定されたハウジング（１）を含む、工作機械の刃物のための、遊星型の歯車列を備えた変速歯車ボックスであって、
   前記ハウジングが、
   中央の入力歯車を支持し且つ主軸線（Ｘ）回りで回転する入力軸（２）と、
   該入力軸と同軸である出力軸（４）と、
   前記入力軸と同軸である中央の出力歯車と、
   前記中央の入力歯車および前記中央の出力歯車と噛み合う衛星歯車部（３）と、
   噛み合いクラッチ装置（９、１０）であって、前記出力軸（４）が前記中央の入力歯車（５）に直接連結される第１の噛み合いクラッチ連結位置と、前記出力軸（４）が前記中央の出力歯車（８）に連結される第２の噛み合いクラッチ連結位置との間を前記主軸線（Ｘ）に沿って移動可能であり、これにより前記入力軸（２）と前記出力軸（４）との間の減速比を生み出す噛み合いクラッチ装置（９、１０）とを具備する、変速歯車ボックスにおいて、
   前記噛み合いクラッチ装置が、二組の噛み合いクラッチ（９ａ、９ｂ）が設けられた歯車群（９）と、軸線方向に該歯車群（９）に結合され且つ前記ハウジング（１）と一体の固定シリンダーの本体（１ａ）内に摺動可能に設置された筒状ピストン（１１）とを含み、前記ピストンが、相互に密閉状態に隔離され且つ可変容量を有する二つの環状チャンバ（１７、１８）を画成し、該チャンバが加圧流体源および排出路に選択的に接続されることを特徴とする、変速歯車ボックス。
2. 各対の近接する継手間に溝（２１、２２）が設けられうるように、前記二つのチャンバ（１７、１８）が互いに軸線方向に離間された少なくとも三つの一連の環状継手（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）によって隔離される、請求項１に記載の変速歯車ボックス。
3. 前記筒状ピストン（１１）が分流路（２３）を含み、該分流路（２３）が、前記チャンバ（１７、１８）のうち加圧されたチャンバと、前記ピストン（１１）が噛み合いクラッチのいずれかの連結状態にあるときに前記チャンバに最も近い前記溝（２１、２２）との間の接続路を構成する、請求項２に記載の変速歯車ボックス。
4. 前記分流路が、前記筒状ピストン（１１）の外表面に設けられるくぼんだ凹部である、請求項３に記載の変速歯車ボックス。
5. 各溝（２１、２２）が該溝の加圧状態の検出器に接続され、該検出器が前記変速歯車ボックスの噛み合いクラッチの連結状態の制御を構成する、請求項３に記載の変速歯車ボックス。
6. 前記シリンダーの本体の各端部に配置され且つばねにより押圧されるボールによって形成される弾性キャッチ（２８、３０）を含み、前記筒状ピストン（１１）の各端部が、該ピストン（１１）がいずれかのロック状態にあるときに関連する前記ボールを収容するための溝（２９、３１）を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の変速ボックス。
7. 前記環状チャンバ（１７、１８）が、前記ピストンの外表面に設けられた深さ約１ｍｍの溝（１５）によって形成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の変速歯車ボックス。

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