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Title:
SWITCH-TYPE ROTARY DRIVING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/072223
Kind Code:
A1
Abstract:
In the switch mechanism (6) of a switch-type rotary driving device (1), a first connection sleeve (61) rotating always integrally with the hollow rotor (3) of a motor is connected with a second connection sleeve (62) rotating always integrally with a planetary carrier (53) of a planetary gear deceleration mechanism (5) through a bearing (63) in a relatively rotatable manner, and a sun gear (51) is formed at the first connection sleeve (61). By sliding the switch mechanism (6), an output shaft (4) can be switched into a fast rotation state or a slow rotation state. A section to be slid can be smaller than that in the case of switching the output shaft (4) by sliding the entire of the planetary gear deceleration mechanism (5). Therefore, a moving space for sliding can be reduced as well, so that the switch-type rotary driving device (1) is advantageous for downsizing and compactification of the device.

Inventors:
SHIROKOSHI NORIO (JP)
Application Number:
JP2008/000818
Publication Date:
June 11, 2009
Filing Date:
March 31, 2008
Export Citation:
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Assignee:
HARMONIC AD INC (JP)
SHIROKOSHI NORIO (JP)
International Classes:
B23Q5/04; B23Q5/12; B23Q5/14
Foreign References:
JPH106163A1998-01-13
JP2007508951A2007-04-12
Other References:
See also references of EP 2093017A4
Attorney, Agent or Firm:
YOKOZAWA, Shiro (Shimadachi Matsumoto-sh, Nagano 52, JP)
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Claims:
 中空ロータを備えたモータと、
 前記中空ロータの中空部を回転自在の状態で同軸状に貫通している出力軸と、
 前記中空ロータの回転を減速して前記出力軸に伝達するための遊星歯車減速機構と、
 前記出力軸の外周面に沿ってその中心軸線方向における高速モード位置および低速モード位置にスライド可能な切替機構とを有し、
 前記切替機構は、第1連結用スリーブおよび第2連結用スリーブを備え、これら第1および第2連結用スリーブは軸受けを介して相対回転自在の状態で同軸状態に連結され、前記第1連結用スリーブの外周面には前記遊星歯車減速機構の太陽歯車が形成されており、
 前記高速モード位置では、前記第1連結用スリーブを介して前記出力軸および前記中空ロータが一体回転するように直結状態になり、
 前記低速モード位置では、前記第1連結用スリーブと前記出力軸の連結が解除され、当該第1連結用スリーブの前記太陽歯車が前記遊星歯車減速機構の遊星歯車に連結され、前記第2連結用スリーブが前記遊星歯車減速機構の減速回転出力要素である遊星キャリアに連結され、前記中空ロータの回転が前記遊星歯車減速機構を介して減速されて前記出力軸に伝達されることを特徴とする切替式回転駆動装置。
 請求項1に記載の切替式回転駆動装置において、
 前記第1連結用スリーブは、前記中空ロータに対して、前記中心軸線方向にスライド可能な状態で一体回転するように連結されており、
 前記第1連結用スリーブの円形内周面には第1スプライン溝が形成されており、
 前記出力軸の外周面には第1スプラインが形成されており、
 前記高速モード位置では、前記第1スプライン溝と前記第1スプラインが連結され、前記低速モード位置では、前記第1スプライン溝と前記第1スプラインの連結が解除されることを特徴とする切替式回転駆動装置。
 請求項2に記載の切替式回転駆動装置において、
 前記第2連結用スリーブは、前記遊星キャリアに対して、前記中心軸線方向にスライド可能な状態で一体回転するように連結されており、
 前記第2連結用スリーブの円形内周面には第2スプライン溝が形成されており、
 前記出力軸の外周面には第2スプラインが形成されており、
 前記高速モード位置では、前記第2スプライン溝と前記第2スプラインの連結が解除され、前記低速モード位置では、前記第2スプライン溝と前記第2スプラインが連結されることを特徴とする切替式回転駆動装置。
 請求項3に記載の切替式回転駆動装置において、
 前記出力軸は、前記中空ロータの後端から後方に突出しており、
 当該後端に対して後側に隣接した位置に、前記出力軸を取り囲む状態に前記遊星歯車減速機構の前記遊星歯車が配置されており、
 前記高速モード位置では、前記第1連結用スリーブの前記太陽歯車が前記中空ロータの内部に隠れており、前記低速モード位置では、前記太陽歯車が前記中空ロータの後端から後方に露出して前記遊星歯車に噛み合うことを特徴とする切替式回転駆動装置。
 中空ロータを備えたモータと、
 前記中空ロータの中空部を回転自在の状態で同軸状に貫通している出力軸と、
 前記中空ロータの回転を減速して前記出力軸に伝達するための遊星歯車減速機構と、
 前記出力軸の外周面に沿ってその中心軸線方向における高速モード位置および低速モード位置にスライド可能であると共に、当該出力に一体回転するように連結されている切替用スリーブとを有し、
 前記遊星歯車減速機構の太陽歯車は前記中空ロータと一体回転するように配置されており、
 前記切替用スリーブは、前記高速モード位置においてのみ前記中空ロータに対して一体回転するように連結される第1連結部と、前記低速モード位置においてのみ前記遊星歯車減速機構の減速出力回転要素である遊星キャリアに一体回転するように連結される第2連結部とを備えていることを特徴とする切替式回転駆動装置。
Description:
切替式回転駆動装置

 本発明は、出力軸をモータに直結した高 回転モードおよび減速機構を経由した低速 転モードに切替可能な切替式回転駆動装置 関する。

 出力軸の回転を、減速して増トルクとす 目的で減速機が用いられているが、出力軸 高速回転させて駆動対象物を早送りさせた 場合などにおいては、切替機構を用いて、 ータの回転を出力軸に直接伝達している。 替機構を備えた回転駆動装置としては、特 文献1に開示されている工作機械用スピンド ル駆動装置が知られている。

 特許文献1に開示の工作機械用スピンドル駆 動装置では、減速用の遊星歯車機構を含む伝 動機構ユニットをスピンドル軸の中心軸線方 向にスライドさせ、スピンドル軸の高速回転 モードおよび低速回転モードの切替を行うよ うにしている。すなわち、スピンドルモータ の中空ロータの後端から後方に突出している スピンドル軸の外周にスライド可能に伝動機 構ユニットが配置されている。伝動機構ユニ ットを前方の位置にスライドすると、スピン ドル軸が中空ロータに直結されて高速回転す る状態になる。伝動機構ユニットを後方の位 置にスライドすると、当該伝動機構ユニット の遊星歯車が中空ロータと一体回転している 太陽歯車に噛み合うと共に当該伝動機構ユニ ットの遊星キャリアが、中空ロータの後端か ら後方に突出しているスピンドル軸の後端部 に連結され、スピンドル軸が遊星歯車機構を 介して低速回転する状態に切り替わる。

特許第3963517号公報

 しかしながら、特許文献1に開示の切替機 構では、遊星歯車機構を含む伝動機構ユニッ トをスピンドル軸に沿って前後に移動させる 必要がある。伝動機構ユニットの全体が前後 に移動するので、その移動スペースを確保す るために装置寸法が増加してしまう。

 特に、中空ロータの後端から突出してい スピンドル軸の後端部分の外周に、前後に ライドする伝動機構ユニットが配置され、 の伝動機構ユニットの後端から後方に突出 ているスピンドル軸の後端部分に、当該ス ンドル軸と伝動機構ユニットの遊星キャリ とを連結するための連結部分が配置されて る。このように、伝動機構ユニットおよび 結部分が軸線方向に配列されているので、 長が長くなってしまう。

 さらに、遊星歯車機構を含む伝動機構ユ ットの全体をスライドさせるようにしてい ので、それをスライドさせるための機構も 掛かりとなってしまう。

 本発明の課題は、このような点に鑑みて 小型でコンパクトな構成の切替式回転駆動 置を提案することにある。

 上記の課題を解決するために、本発明の切 式回転駆動装置は、
 中空ロータを備えたモータと、
 前記中空ロータの中空部を回転自在の状態 同軸状に貫通している出力軸と、
 前記中空ロータの回転を減速して前記出力 に伝達するための遊星歯車減速機構と、
 前記出力軸の外周面に沿ってその中心軸線 向における高速モード位置および低速モー 位置にスライド可能な切替機構とを有し、
 前記切替機構は、外周面に前記遊星歯車減 機構の太陽歯車が形成されている第1連結用 スリーブと、当該第1連結用スリーブに対し 、軸受けを介して、回転自在の状態で同軸 に取り付けられている第2連結用スリーブと 備え、
 前記高速モード位置では、前記第1連結用ス リーブを介して前記出力軸および前記中空ロ ータが一体回転するように直結状態になり、
 前記低速モード位置では、前記第1連結用ス リーブと前記出力軸の連結が解除され、当該 第1連結用スリーブが前記遊星歯車減速機構 遊星歯車に連結され、前記第2連結用スリー が前記遊星歯車減速機構の減速回転出力要 である遊星キャリアに連結され、前記中空 ータの回転が前記遊星歯車減速機構を介し 減速されて前記出力軸に伝達されることを 徴としている。

 本発明では、切替機構を構成している第1 連結用スリーブと、ここに軸受けを介して取 り付けられている第2連結用スリーブのみを ライドさせることにより、出力軸を高速回 および低速回転に切り替えることができる 遊星歯車減速機構の全体をスライドさせる 来の切替機構に比べて、スライドする部位 少なく、スライドさせるために必要なスペ スも少なくて済む。よって、装置の小型化 コンパクト化に有利である。

 ここで、前記第1連結用スリーブを、前記 中空ロータに対して、前記中心軸線方向にス ライド可能な状態で一体回転するように連結 し、前記第1連結用スリーブの円形内周面に 第1スプライン溝を形成し、前記出力軸の外 面には第1スプラインを形成しておき、前記 高速モード位置では、前記第1スプライン溝 前記第1スプラインを連結し、前記低速モー 位置では、前記第1スプライン溝と前記第1 プラインの連結を解除すればよい。

 また、前記第2連結用スリーブを、前記遊 星キャリアに対して、前記中心軸線方向にス ライド可能な状態で一体回転するように連結 し、前記第2連結用スリーブの円形内周面に 第2スプライン溝を形成し、前記出力軸の外 面には第2スプラインを形成しておき、前記 高速モード位置では、前記第2スプライン溝 前記第2スプラインの連結を解除し、前記低 モード位置では、前記第2スプライン溝と前 記第2スプラインを連結すればよい。

 第1スプラインおよび第1スプライン溝の 結が解除されると同時に、第2スプラインお び第2スプライン溝が連結されるようにして おけば、切替機構のスライド時(切替時)に、 力軸が中空ロータ側および遊星歯車減速機 のいずれの側にも連結されていない状態が ど発生しないので望ましい。

 さらに、前記出力軸を、前記中空ロータ 後端から後方に突出させ、当該後端に対し 後側に隣接した位置において、前記出力軸 取り囲む状態に前記遊星歯車減速機構の前 遊星歯車を配置しておき、前記高速モード 置では、前記第1連結用スリーブの前記太陽 歯車が前記中空ロータの内部に隠れており、 前記低速モード位置では、前記太陽歯車が前 記中空ロータの後端から後方に露出して前記 遊星歯車に噛み合うようにすることが望まし い。このようにすれば、切替機構のスライド 範囲の一部を中空ロータの中空部を利用でき るので、その分、装置の軸長を短くすること ができる。

 次に、本発明の切替式回転駆動装置は、
 中空ロータを備えたモータと、
 前記中空ロータの中空部を回転自在の状態 同軸状に貫通している出力軸と、
 前記中空ロータの回転を減速して前記出力 に伝達するための遊星歯車減速機構と、
 前記出力軸の外周面に沿ってその中心軸線 向における高速モード位置および低速モー 位置にスライド可能であり、かつ、当該出 軸に一体回転するように連結されている切 用スリーブとを有し、
 前記遊星歯車減速機構の太陽歯車は前記中 ロータと一体回転するように配置されてお 、
 前記切替用スリーブは、前記高速モード位 においてのみ前記中空ロータに対して一体 転するように連結される第1連結部と、前記 低速モード位置においてのみ前記遊星歯車減 速機構の減速出力回転要素である遊星キャリ アに対して一体回転するように連結される第 2連結部とを備えていることを特徴としてい 。

 本発明では、切替用スリーブのみをスラ ドさせることにより出力軸を高速回転およ 低速回転に切り替えることができ、極めて 単な切替機構とすることができる。よって 装置の小型化、コンパクト化に有利である

本発明の実施の形態1に係る切替式回転 駆動装置を示す概略構成図であり、上半部分 は切替機構が高速モード位置にある状態を示 し、下半部分は切替機構が低速モード位置に ある状態を示す。 本発明の実施の形態2に係る切替式回転 駆動装置を示す概略構成図であり、上半部分 は切替用スリーブが高速モード位置にある状 態を示し、下半部分は切替用スリーブが低速 モード位置にある状態を示す。

 以下に、図面を参照して、本発明を適用 た切替式回転駆動装置の実施の形態を説明 る。

(実施の形態1)
 図1は本発明の実施の形態1に係る切替式回 駆動装置の切替機構の部分を中心に示す概 構成図である。この図において、上半部分 切替機構が高速モード位置にある状態を示 、下半部分は切替機構が低速モード位置に る状態を示す。

 切替式回転駆動装置1は、筒状の装置ハウ ジング2内に組み込まれている中空ロータ3を えたモータ(図示せず)と、中空ロータ3の中 部を同軸状態に回転自在に貫通して延びて る出力軸4と、出力軸4における中空ロータ3 後端3aから後方に突出している部分に配置 れている遊星歯車減速機構5と、出力軸4を高 速回転および低速回転の状態に切り替える切 替機構6とを有している。

 例えば、実施の形態1の切替式回転駆動装 置1を工作機械のスピンドル駆動装置に適用 る場合には、スピンドルハウジング(2)内に み込まれている中空ロータ(3)を備えたスピ ドルモータ(図示せず)と、中空ロータ(3)の中 空部を同軸状態に回転自在に貫通して延びて いるスピンドル軸(4)と、スピンドル軸(4)の先 端に直接あるいは工具取り付け具を介して取 り付けた切削工具などの加工工具(図示せず) 、スピンドル軸(4)における中空ロータ(3)の 端(3a)から後方に突出している部分に配置さ れている遊星歯車減速機構(5)と、スピンドル 軸(4)を高速回転および低速回転の状態に切り 替える切替機構(6)とを有する構成とされる。

 切替式回転駆動装置1の切替機構6は、出 軸4の中心軸線1aの方向における前側の高速 ード位置6A(図1の上半部分に示す状態)と、後 側の低速モード位置6B(図1の下半部分に示す 態)との間をスライド可能である。高速モー 位置6Aでは、出力軸4は切替機構6を介して中 空ロータ3に直結され高速回転する。低速モ ド位置6Bでは、出力軸4は切替機構6によって 星歯車減速機構5を介して中空ロータ3に連 され、低速回転する。

 切替機構6は、第1連結用スリーブ61と、こ の第1連結用スリーブ61の後端部に、軸受け63 介して、回転自在の状態で同軸状に取り付 られている第2連結用スリーブ62とを備えて る。第1連結用スリーブ61の外周面には遊星 車減速機構5の太陽歯車51が形成されている 高速モード位置6Aでは、第1連結用スリーブ6 1を介して出力軸4が中空ロータ3に対して一体 回転するように直結状態になる。低速モード 位置6Bでは、第1連結用スリーブ61と出力軸4の 連結が解除され、第1連結用スリーブ4の太陽 車51が遊星歯車減速機構5の遊星歯車52に噛 合い、第2連結用スリーブ62が遊星歯車減速 構5の減速回転出力要素である遊星キャリア5 3に連結され、中空ロータ3の回転が遊星歯車 速機構5を介して減速されて出力軸4に伝達 れる。

 第1連結用スリーブ61は、中空ロータ3の後 端部内周面部分に対して、中心軸線1aの方向 スライド可能な状態で一体回転するように 結されている。本例では、第1連結用スリー ブ61の外周面における軸線方向の前半部分に 陽歯車51が形成されており、中空ロータ3の 端部内周面部分には、当該太陽歯車51に対 てスライド可能な状態で噛み合っている連 用内歯31が形成されている。また、第1連結 スリーブ61の円形内周面には第1スプライン 64aが形成されており、出力軸4における中空 ータ3の後端部内周面部分に対峙している外 周面部分には第1スプライン64bが形成されて る。高速モード位置6Aにおいては、第1スプ イン溝64aと第1スプライン64bが噛み合って一 回転可能な連結状態が形成されている。低 モード位置6Bでは、第1スプライン溝64aが第1 スプライン64bから外れた後方側の位置にスラ イドしており、これらの連結が解除される。

 第2連結用スリーブ62は、遊星キャリア53 対して、中心軸線1aの方向にスライド可能な 状態で一体回転するように連結されている。 本例では、遊星キャリア53は、遊星歯車52を 転自在に支持している遊星軸52aを支持して る円盤状の後側フランジ53aから後方に突出 ている円筒部53bを備えており、この円筒部53 bの内周面部分にスプライン53cが形成されて る。第2連結用スリーブ62の外周面にはスプ イン溝62aが形成されている。スプライン53c スプライン溝62aにスライド可能な状態で噛 合っている。

 また、第2連結用スリーブ62の円形内周面 は第2スプライン溝65aが形成されており、出 力軸4の外周面部分には第2スプライン65bが形 されている。前側の高速モード位置6Aでは 第2スプライン溝65aが第2スプライン65bから外 れた前方に位置し、これらの連結が解除され ている。低速モード位置6Bでは、第2スプライ ン溝65aが第2スプライン65bに噛み合い、これ が連結された状態になる。

 ここで、遊星歯車減速機構5の遊星歯車52 、中空ロータ3の後端3aに対して後側に隣接 た位置において、出力軸4を中心として等角 度間隔に配置されている。遊星歯車52は、装 ハウジング2の後端部内周面部分に形成した 内歯54に噛み合っている。切替機構6が高速モ ード位置6Aにある状態では、第1連結用スリー ブ61の太陽歯車51が中空ロータ3の後端3aから の内部に実質的に隠れており、遊星歯車52か ら前方に外れている。切替機構6が低速モー 位置6Bに切り替わると、太陽歯車51が中空ロ タ3の後端3aから後方に露出して遊星歯車52 噛み合った状態が形成される。

 以上説明したように、本実施の形態の切 式回転駆動装置1では、切替機構6が、モー の中空ロータ3と常に一体回転している第1連 結用スリーブ61と、遊星歯車減速機構5の遊星 キャリア53と常に一体回転している第2連結用 スリーブ62とが軸受け63を介して相対回転自 の状態で連結され、第1連結用スリーブ61に 陽歯車51が形成された構成となっている。ま た、この構成の切替機構6をスライドさせる とにより出力軸4を高速回転および低速回転 切り替えることができるようになっている

 したがって、遊星歯車減速機構5の全体を スライドさせて、高速回転および低速回転に 切り替える場合に比べて、スライドする部位 が小さくて済み、そのための移動スペースも 少なくて済むので、装置の小型化、コンパク ト化に有利である。

(実施の形態2)
 図2は本発明を適用した実施の形態2に係る 替式回転駆動装置の切替機構の部分を示す 略構成図である。この図において、上半部 は切替用スリーブが高速モード位置にある 態を示し、下半部分は切替用スリーブが低 モード位置にある状態を示す。

 切替式回転駆動装置101の全体構成は実施 形態1の場合と同様であり、装置ハウジング 102内に組み込まれている中空ロータ103を備え たモータ(図示せず)と、中空ロータ103の中空 を同軸状態に回転自在に貫通して延びてい 出力軸104と、出力軸104における中空ロータ1 03の後端部分103aから後方に突出している部分 に配置されている遊星歯車減速機構150と、出 力軸104を高速回転モードおよび低速回転モー ドに切り替える切替用スリーブ106とを有して いる。遊星歯車減速機構150は、中空ロータ103 の後端部分の外周面に一体形成されている太 陽歯車151と、これを取り囲む複数個の遊星歯 車152と、遊星歯車152を回転自在の状態で支持 している遊星キャリア153と、装置ハウジング 102の後端部の円形内周面に形成された内歯154 とを備えている。

 切替用スリーブ106は、出力軸104の中心軸 101aの方向における前側の高速モード位置106 Aと後側の低速モード位置106Bの間をスライド 能である。高速モード位置106Aでは、出力軸 104は切替用スリーブ106を介して中空ロータ103 に直結され高速回転する。低速モード位置106 Bでは、出力軸104は切替用スリーブ106によっ 遊星歯車減速機構150を介して中空ロータ103 連結され、低速回転する。

 本例の切替用スリーブ106は、その内周面 スプライン溝111が形成されており、これが 出力軸104における中空ロータ103の後端部分1 03aから後方の突出している部分の外周面部分 に形成したスプライン112にスライド可能な状 態で噛み合っている。また、切替用スリーブ 106は、高速モード位置106Aにおいてのみ中空 ータ103に対して一体回転するように連結さ る第1連結部113と、低速モード位置106Bにおい てのみ遊星歯車減速機構150の減速出力回転要 素である遊星キャリア153に連結される第2連 部114とを備えている。

 第1連結部113は、切替用スリーブ106の前側 の円環状端面から前方に突出している連結歯 であり、当該連結歯が円環状端面の円周方向 に一定のピッチで形成されている。この第1 結部113に前方から対峙している中空ロータ10 3の円環状の後端面には、当該第1連結部113に み合い可能な連結歯115が形成されている。

 第2連結部114は、切替用スリーブ106の外周 面に形成されたスプライン溝である。当該第 2連結部114は、遊星キャリア153における遊星 152aを支持している後側フランジ152bから後方 に突出している円筒部153aの内周面に形成し スプライン116に噛み合い可能である。

 切替用スリーブ106を前側の高速モード位 106Aにスライドすると、その第1連結部113が 空ロータ103の後端の連結歯115に噛み合い、 替用スリーブ106を介して出力軸104が中空ロ タ103に直結状態になる。切替用スリーブ106 後側の低速モード位置106Bにスライドすると その第1連結部113が中空ロータ103の連結歯115 から外れ、代わりに、その第2連結部114が遊 歯車減速機構150の遊星キャリア153に連結さ る。この結果、中空ロータ103の回転が、遊 歯車減速機構150を介して減速された後に、 替用スリーブ106を介して出力軸104に伝達さ る低速回転モードになる。

 以上説明したように、本実施の形態の切 式回転駆動装置101では、出力軸104に対して ライド可能かつ一体回転するように連結さ ている切替用スリーブ106をスライドさせる とにより、出力軸104を高速回転および低速 転に切り替えることができるようになって る。

 したがって、遊星歯車減速機構の全体を ライドさせて高速回転および低速回転に切 替える場合に比べて、スライドする部位が さくて済み、そのための移動スペースも少 くて済むので、装置の小型化、コンパクト に有利である。