JP2007198493A - 正逆回転切換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力軸に正回転と逆回転とを切換えて伝達する正逆回転切換装置の小型化を図ることである。
【解決手段】一方向に回転駆動される入力軸１にサンギヤ１１を固定し、そのサンギヤ１１とリングギヤ１２との間に第１ピニオン１３と第２ピニオン１４とを組込み、その第１ピニオン１３および第２ピニオン１４を回転自在に支持するキャリア１５を出力軸２に一体化する。リングギヤ１２に設けられたドラム１７とハウジング１８との間に、逆転用ブレーキ手段３０と、その逆転用ブレーキ手段３０の結合および結合解除を制御する第１電磁クラッチ４０とを組込む。また、ドラム１７と出力軸２との間に、正転用クラッチ５０と、その正転用クラッチ５０の係合および係合解除を制御する第２電磁クラッチ６０とを組込み、２方向ローラクラッチ等のメカニカルクラッチを採用して、正逆回転切換装置の小型化を図る。
【選択図】図１

Description

この発明は、出力軸に対して入力軸と同方向の回転と逆方向の回転とを切り換えて伝達する正逆回転切換装置に関するものである。

一方向に回転駆動される入力軸と出力軸とを同軸上に配置し、その出力軸を入力軸と同方向に回転(正回転)又は逆方向に回転(逆回転)させるようにした正逆回転切換装置として、特許文献１に記載されたものが従来から知られている。

この特許文献１に記載された正逆回転切換装置においては、入力軸と出力軸とを同軸上に配置し、その入力軸にドラムを固定し、そのドラムと出力軸との間に遊星歯車機構を設け、その遊星歯車機構を前進用クラッチおよび後進用ブレーキにより制御して出力軸を入力軸と同方向または逆方向に回転させるようにしている。

ここで、遊星歯車機構は、出力軸に回り止めされたサンギヤと、ドラムに固定されたリングギヤと、そのリングギヤとサンギヤのそれぞれに噛合するピニオンと、そのピニオンを回転自在に支持するドラム状のキャリアとから成り、上記サンギヤに一体のハブとドラムとの間に前進用クラッチを組込むと共に、ドラム状キャリアとケーシングとの間に後進用ブレーキを組込み、上記前進用クラッチによりドラムとハブとを結合して、ドラムの回転をハブに伝達し、出力軸を入力軸と同方向に回転させるようにしている。

また、後進用ブレーキによりケーシングとキャリアを結合してキャリアを固定し、ドラムの回転を定位置で自転するピニオンを介してサンギヤに伝達し、出力軸を入力軸と逆方向に回転させるようにしている。
特開平６−２２１３８５号公報

ところで、上記正逆回転切換装置においては、遊星歯車機構を制御する前進用クラッチおよび後進用ブレーキのそれぞれが滑りを生じさせつつ結合する湿式多板クラッチからなるため、必要なトルク容量の確保のために比較的大きなものを用いる必要があると共に、その湿式多板クラッチに軸力を負荷するピストンの組込みを必要とするため、各前進用クラッチや後進用ブレーキの組込みのために大きなスペースを確保する必要が生じ、正逆回転切換装置が大型化するという問題がある。

また、ケーシングに油圧供給用の通路を形成する必要があるため、加工に非常に手間がかかるという問題もある。

この発明の課題は、出力軸に正回転と逆回転とを切換えて伝達する正逆回転切換装置の小型化と加工の容易化とを図ることである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、一方向に回転駆動される入力軸と出力軸との間に遊星歯車機構を設け、その遊星歯車機構の回転制御によって出力軸を入力軸と同方向又は逆方向に回転させる正逆回転切換装置において、前記遊星歯車機構が、前記入力軸に設けられたサンギヤと、そのサンギヤと同軸上に設けられたリングギヤと、前記サンギヤに噛合する第１ピニオンと、その第１ピニオンと前記リングギヤの内周に形成された歯の双方に噛合する第２ピニオンと、前記出力軸に設けられてその第２ピニオンおよび前記第１ピニオンのそれぞれを回転自在に支持するキャリアとからなり、前記リングギヤには、ハウジングと前記出力軸との間に配置されるドラムを一体に設け、このドラムとその外側に設けられたハウジングとの間に、ハウジングにドラムを結合してリングギヤを停止保持する逆転用ブレーキ手段と、その逆転用ブレーキ手段の結合および結合解除を制御する第１の電磁クラッチとを設け、前記出力軸とドラムとの間に、出力軸とドラムとを結合および結合解除する正転用クラッチと、その正転用クラッチの係合および係合解除を制御する第２の電磁クラッチとを設け、前記逆転用ブレーキ手段および正転用クラッチのそれぞれを係合子の噛み込みによって結合するメカニカルクラッチとした構成を採用したのである。

上記の構成からなる正逆回転切換装置において、入力軸が一方向に回転(正回転)する状態で正転用クラッチを係合してドラムと出力軸とを結合すると共に、逆転用ブレーキ手段を結合解除状態とすると、第１ピニオンおよび第２ピニオンは自転および公転が規制されてサンギヤとキャリアが一体で回転し、出力軸が入力軸と同方向に回転する。

また、入力軸が正回転する状態で逆転用ブレーキ手段を結合すると共に、正転用クラッチを係合解除すると、リングギヤは固定状態とされるため、サンギヤの回転は第１ピニオンから第２ピニオンに伝達されて、第１ピニオンおよび第２ピニオンが自転し、かつ公転し、その第１ピニオンおよび第２ピニオンを回転自在に支持するキャリアがサンギヤと逆方向に回転し、出力軸が入力軸と逆方向に回転する。

この発明に係る正逆回転切換装置において、メカニカルクラッチは、ローラを係合子とする２方向ローラクラッチであってもよく、あるいは、スプラグを係合子とするスプラグタイプの２方向クラッチであってもよい。

逆転用ブレーキ手段に２方向ローラクラッチを採用する場合は、ドラムの外周に、ハウジングの内周に形成された円筒面との間で周方向の両端が狭小のくさび形空間を形成する複数の平坦なカム面を設け、そのカム面と円筒面との間にローラからなる係合子と、その係合子を保持する保持器とを組込み、その保持器とドラムとの間に、係合子をカム面と円筒面の双方に対して係合解除される中立位置に保持器を弾性保持するスイッチばねを設けるようにする。

上記のような２方向ローラクラッチを逆転用ブレーキ手段として採用する場合において、その逆転用ブレーキ手段の結合および結合解除を制御する第１の電磁クラッチとして、保持器に回り止めされ、かつ軸方向に移動可能に支持されたアーマチュアと、ハウジングの内径面に固定されてアーマチュアと軸方向で対向し、通電によりアーマチュアを吸着する電磁石とからなるものを採用することができる。

また、正転用クラッチに２方向ローラクラッチを採用する場合は、出力軸の外周と前記ドラムの内周のいずれか一方に円筒面を形成し、他方にその円筒面との間で周方向の両端が狭小のくさび形空間を形成する複数の平坦なカム面を設け、そのカム面と円筒面との間にローラからなる係合子と、その係合子を保持する保持器とを組込み、その保持器と出力軸もしくはドラムとの間に、係合子をカム面と円筒面の双方に対して係合解除される中立位置に保持器を弾性保持するスイッチばねを設けるようにする。

上記のような２方向ローラクラッチの係合および係合解除を制御する第２の電磁クラッチとして、保持器に回り止めされ、かつ軸方向に移動可能に支持されたアーマチュアと、前記ドラムもしくは出力軸に取付けられてアーマチュアと軸方向で対向するロータと、そのロータと軸方向で対向し、通電によりロータにアーマチュアを吸着させる電磁石とからなるものを採用することができる。

上記のように、この発明においては、ドラムとハウジングとを結合および結合解除する逆転用ブレーキ手段、およびドラムと出力軸とを結合および結合解除する正転用クラッチとして、２方向ローラクラッチ等のメカニカルクラッチを採用したことによって、このメカニカルクラッチは機械的な結合であるため、湿式多板クラッチに比較してトルク容量が大きく、かつ小型であり、正逆回転切換装置の小型化および軽量化を図ることができる。

また、メカニカルクラッチの係合および係合解除を電磁クラッチによって制御したことによって、ハウジングに油圧供給用の通路を加工する必要がなく、加工の容易化を図ることができる。

さらに、逆転用ブレーキ手段としてのメカニカルクラッチを制御する電磁クラッチとして、アーマチュアと電磁石からなるものを採用することによって、電磁石で発生する起磁力をアーマチュアに効率よく作用させることができ、電磁石として小型のものを採用することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図１乃至図３に示すように、入力軸１と出力軸２とは軸端を対向して同軸上に配置され、その入力軸１と出力軸２との間に、入力軸１の回転を出力軸に伝達する遊星歯車機構１０が設けられている。

遊星歯車機構１０は、入力軸１に固定されたサンギヤ１１と、そのサンギヤ１１と同軸上に設けられたリングギヤ１２と、上記サンギヤ１１に噛合する第１ピニオン１３と、その第１ピニオン１３および上記リングギヤ１２の内周に形成された歯１２ａのそれぞれに噛合する第２ピニオン１４と、その第２ピニオン１４および第１ピニオン１３のそれぞれを回転自在に支持するキャリア１５とから成る。

リングギヤ１２は、一端に内向きのフランジ１６が形成され、そのフランジ１６の内径部に出力軸２の軸端部を覆うドラム１７が設けられている。

ドラム１７とそのドラム１７を覆うハウジング１８との間には軸受１９が組込まれ、その軸受１９によってリングギヤ１２が回転自在に支持されている。

キャリア１５は、出力軸２の軸端部に設けられた大径のカムリング部２ａの端部に一体化され、上記カムリング部２ａとドラム１７との間に、出力軸２とリングギヤ１２とを相対的に回転自在に支持する軸受２０が組込まれている。

ドラム１７とハウジング１８との間には、そのドラム１７をハウジング１８に結合および結合解除する逆転用ブレーキ手段３０と、その逆転用ブレーキ手段３０の結合および結合解除を制御する第１電磁クラッチ４０とが組込まれている。

一方、ドラム１７と出力軸２との間には、そのドラム１７と出力軸２とを結合および結合解除する正転用クラッチ５０と、その正転用クラッチ５０の係合および係合解除を制御する第２電磁クラッチ６０とが組込まれている。

図２および図４に示すように、逆転用ブレーキ手段３０は、２方向ローラクラッチからなる。逆転用ブレーキ手段３０としての２方向ローラクラッチは、ハウジング１８の内周に円筒面３１を形成し、ドラム１７に形成された大径部１７ａの外周にはその円筒面３１との間で周方向の両端が狭小のくさび形空間を形成する平坦な複数のカム面３２を周方向に等間隔に設け、各カム面３２と円筒面３１との間にローラからなる係合子３３を組込み、その係合子３３を保持器３４により保持している。

また、ドラム１７の大径部１７ａの端面にばね収容凹部３５を形成し、そのばね収容凹部３５内にＣ形のスイッチばね３６を組込み、そのスイッチばね３６の両端に設けられた一対の係合片３６ａを大径部１７ａの端面に形成された切欠き３７から保持器３４の端部に設けられた切欠部３８に挿入し、その一対の係合片３６ａが切欠き３７および切欠部３８の周方向で対向する側面を相反する方向に押圧する作用によって、係合子３３が円筒面３１およびカム面３２に対して係合解除される中立位置に保持器３４を弾性保持している。

第１電磁クラッチ４０は、保持器３４の端面に対向配置されたアーマチュア４１と、そのアーマチュア４１に対向配置された電磁石４２とからなり、上記アーマチュア４１には係合孔４５が設けられ、その係合孔４５に保持器３４の端面に形成された突片４４が係合され、その突片４４と係合孔４５の係合によって、アーマチュア４１は保持器３４に対して回り止めされ、かつ軸方向に移動自在とされている。

電磁石４２は、電磁コイル４２ａと、その電磁コイル４２ａを支持するコア４２ｂとからなり、上記コア４２ｂはハウジング１８に固定され、上記電磁コイル４２ａに対する通電によってアーマチュア４１を直接吸着するようにしている。４６は、電磁石４２とアーマチュア４１との間に組込まれた離反ばねを示す。

正転用クラッチ５０は、２方向ローラクラッチからなる。正転用クラッチとしての２方向ローラクラッチは、ドラム１７の内周に円筒面５１を形成し、出力軸２の外周にはその円筒面５１との間で周方向の両端が狭小のくさび形空間を形成する平坦な複数のカム面５２を周方向に等間隔に設け、各カム面５２と円筒面５１との間にローラからなる係合子５３を組込み、その係合子５３を保持器５４により保持している。

また、カムリング部２ａの端面にばね収容凹部５５を形成し、そのばね収容凹部５５内にＣ形のスイッチばね５６を組込み、そのスイッチばね５６の両端に設けられた一対の係合片５６ａをカムリング部２ａの端面に形成された切欠き５７から保持器５４の端部に設けられた切欠部５８に挿入し、その一対の係合片５６ａが切欠き５７および切欠部５８の周方向で対向する側面を相反する方向に押圧する作用によって、係合子５３が円筒面５１およびカム面５２に対して係合解除される中立位置に保持器５４を弾性保持している。

第２電磁クラッチ６０は、保持器５４の端面に対向配置されたアーマチュア６１と、そのアーマチュア６１に対向配置されたロータ６２と、そのロータ６２に対向配置された電磁石６３とからなり、上記アーマチュア６１には係合孔６５が形成され、その係合孔６５に保持器５４の端面に形成された突片６４が係合され、その突片６４と係合孔６５の係合によって、アーマチュア６１は保持器５４に対して回り止めされ、かつ軸方向に移動自在とされている。

また、ロータ６２は、ドラム１７の内径面に圧入され、そのロータ６２とアーマチュア６１との間に、アーマチュア６１をロータ６２から離反する方向に押圧する離反ばね６６が組込まれている。

電磁石６３は、電磁コイル６３ａと、その電磁コイル６３ａを支持するコア６３ｂとからなり、上記コア６３ｂはコア支持板４７に支持され、上記電磁コイル６３ａに対する通電によってロータ６２にアーマチュア６１を吸着するようにしている。

実施の形態で示す正逆回転切換装置は上記の構成からなり、逆転用ブレーキ手段３０が結合解除され、かつ、正転用クラッチ５０が係合解除された状態で入力軸１が図３の矢印で示す方向(一方向)に回転駆動されると、その回転はサンギヤ１１から第１ピニオン１３および第２ピニオン１４に伝達されると共に、第２ピニオン１４からリングギヤ１２に伝達される。

その結果、リングギヤ１２が同図の矢印方向に減速回転し、一方、第１ピニオン１３および第２ピニオン１４は定位置で回転(自転)して公転せず、キャリア１５は回転しないため、出力軸２は停止状態にある。

入力軸１が一方向に回転駆動される状態において、第２電磁クラッチ６０の電磁石６３に通電すると、図５に示すように、ロータ６２にアーマチュア６１が吸着される。その吸着により、アーマチュア６１がドラム１７に結合されるため、アーマチュア６１がドラム１７と共に回転する。

このとき、アーマチュア６１は正転用クラッチ５０の保持器５４に回り止めされているため、保持器５４もドラム１７と共に回転して、上記保持器５４と出力軸２が相対回転する。

その相対回転により、係合子５３が円筒面５１およびカム面５２に係合し、正転用クラッチ５０を介してドラム１７と出力軸２が結合される。

上記のように、ドラム１７と出力軸２とが結合されることによって、第１ピニオン１３および第２ピニオン１４は、自転および公転とも規制され、サンギヤ１１とリングギヤ１２は図６の矢印で示す方向に一体で回転することになる。また、リングギヤ１２の回転は正転用クラッチ５０を介して出力軸２に伝達されるため、出力軸２が入力軸１と同方向に回転する。

ここで、保持器５４と出力軸２とが相対回転するとき、スイッチばね５６が弾性変形する。このため、電磁石６３に対する通電を解除して、アーマチュア６１の吸着を解除すると、スイッチばね５６の復元弾性により、保持器５４が回転され、係合子５３は円筒面５１およびカム面５２に対して係合解除される中立位置に戻され、正転用クラッチ５０は係合解除状態とされる。

その結果、入力軸１から出力軸２への回転伝達は遮断され、出力軸２は停止する。

次に、入力軸１が一方向に回転駆動される状態において、第１電磁クラッチ４０の電磁石４２に通電すると、図７に示すように、電磁石４２にアーマチュア４１が吸着される。その吸着により、アーマチュア４１がハウジング１８に結合されるため、アーマチュア４１は停止状態に保持される。

このとき、アーマチュア４１は逆転用ブレーキ手段３０の保持器３４に回り止めされているため、保持器３４も停止状態に保持され、ドラム１７と保持器３４が相対回転する。

その相対回転により、係合子３３が円筒面３１およびカム面３２に係合し、逆転用ブレーキ手段３０を介してドラム１７とハウジング１８が結合され、リングギヤ１２が停止状態とされる。

上記リングギヤ１２の停止により、サンギヤ１１の回転は、第１ピニオン１３および第２ピニオン１４に伝達されて、第１ピニオン１３および第２ピニオン１４が図８の矢印で示す方向に自転し、かつ公転し、その公転によってキャリア１５が同図の矢印で示すように、入力軸１と逆方向に減速回転する。

ここで、ドラム１７と保持器３４とが相対回転するとき、スイッチばね３６が弾性変形する。このため、電磁石４２に対する通電を解除して、アーマチュア４１の吸着を解除すると、スイッチばね３６の復元弾性により、保持器３４が回転され、係合子３３は円筒面３１およびカム面３２に対して係合解除される中立位置に戻され、逆転用ブレーキ手段３０は係合解除状態とされる。

その結果、入力軸１から出力軸２への回転伝達は遮断され、出力軸２は停止する。

このように、入力軸１の回転状態において、正転用クラッチ５０を係合し、かつ逆転用ブレーキ手段３０を結合解除とすることで、出力軸２を入力軸１と同方向に回転させることができると共に、逆転用ブレーキ手段３０を結合し、かつ正転用クラッチ５０を係合解除することで出力軸２を入力軸１と逆方向に減速回転させることができる。

ここで、ドラム１７をハウジング１８に結合および結合解除する逆転用ブレーキ手段３０、並びに、ドラム１７を出力軸２に結合および結合解除するクラッチ５０は２方向ローラクラッチからなるメカニカルタイプのクラッチであるため、湿式多板クラッチに比較して、小型でありながらトルク容量が大きく、湿式多板クラッチでもって出力軸の回転方向を制御するようにした正逆回転切換装置に比較して、正逆回転切換装置の小型化を図ることができる。

また、逆転用ブレーキ手段３０および正転用クラッチ５０のそれぞれを第１電磁クラッチ４０および第２電磁クラッチ６０でもって制御するようにしたので、ハウジング１８に油圧供給用の通路等の加工を施す必要がなく、加工の容易化を図ることができる。

さらに、逆転用ブレーキ手段３０を制御する第１電磁クラッチ４０は、電磁石４２に対する通電によってアーマチュア４１を直接吸着する構成であるため、電磁石４２で発生する起磁力をアーマチュア４１に効率よく作用させることができ、電磁石４２として小型のものを採用することができる。

実施の形態では、図２に示すように、正転用クラッチ５０の円筒面５１をドラム１７の内周に形成し、カム面５２を出力軸２の外周に設けるようにしたが、出力軸２の外周に円筒面を形成し、ドラム１７の内周にカム面を設けるようにしてもよい。この場合、ドラム１７と保持器５４との間にスイッチばね５６を組込み、ロータ６２を出力軸２に取り付けるようにする。

この発明に係る正逆回転切換装置の実施の形態を示す縦断正面図 図１のII−II線に沿った断面図 図１のIII−III線に沿った断面図 図１の逆転用ブレーキ手段および正転用クラッチの組込み部を拡大して示す断面図 第２電磁ラッチの係合状態を示す断面図 正転用クラッチの係合状態での遊星歯車機構の回転状態を示す図 第１電磁ラッチの係合状態を示す断面図 逆転用ブレーキ手段の結合状態での遊星歯車機構の回転状態を示す図

符号の説明

１ 入力軸
２ 出力軸
１０ 遊星歯車機構
１１ サンギヤ
１２ リングギヤ
１２ａ 歯
１３ 第１ピニオン
１４ 第２ピニオン
１５ キャリア
１７ ドラム
１８ ハウジング
３０ 逆転用ブレーキ手段
３１ 円筒面
３２ カム面
３３ 係合子(ローラ)
３４ 保持器
３６ スイッチばね
４０ 第１電磁クラッチ
４１ アーマチュア
４２ 電磁石
５０ 正転用クラッチ
５１ 円筒面
５２ カム面
５３ 係合子(ローラ)
５４ 保持器
５６ スイッチばね
６０ 第２電磁クラッチ
６１ アーマチュア
６２ ロータ
６３ 電磁石

Claims (3)

1. 一方向に回転駆動される入力軸と出力軸との間に遊星歯車機構を設け、その遊星歯車機構の回転制御によって出力軸を入力軸と同方向又は逆方向に回転させる正逆回転切換装置において、
   前記遊星歯車機構が、前記入力軸に設けられたサンギヤと、そのサンギヤと同軸上に設けられたリングギヤと、前記サンギヤに噛合する第１ピニオンと、その第１ピニオンと前記リングギヤの内周に形成された歯の双方に噛合する第２ピニオンと、前記出力軸に設けられてその第２ピニオンおよび前記第１ピニオンのそれぞれを回転自在に支持するキャリアとからなり、前記リングギヤには、ハウジングと前記出力軸との間に配置されるドラムを一体に設け、このドラムとその外側に設けられたハウジングとの間に、ハウジングにドラムを結合してリングギヤを停止保持する逆転用ブレーキ手段と、その逆転用ブレーキ手段の結合および結合解除を制御する第１の電磁クラッチとを設け、前記出力軸とドラムとの間に、出力軸とドラムとを結合および結合解除する正転用クラッチと、その正転用クラッチの係合および係合解除を制御する第２の電磁クラッチとを設け、前記逆転用ブレーキ手段および正転用クラッチのそれぞれが係合子の噛み込みによって結合するメカニカルクラッチから成ることを特徴とする正逆回転切換装置。
2. 前記逆転用ブレーキ手段が、前記ドラムの外周に、前記ハウジングの内周に形成された円筒面との間で周方向の両端が狭小のくさび形空間を形成する複数の平坦なカム面を設け、そのカム面と円筒面との間にローラと、そのローラを保持する保持器とを組込み、その保持器とドラムの間に、ローラをカム面と円筒面の双方に対して係合解除される中立位置に保持器を弾性保持するスイッチばねを設けた２方向ローラクラッチから成り、その逆転用ブレーキ手段の結合および結合解除を制御する第１の電磁クラッチが、前記保持器に回り止めされ、かつ軸方向に移動可能に支持されたアーマチュアと、前記ハウジングの内径面に取付けられてアーマチュアと軸方向で対向し、通電によりアーマチュアを吸着する電磁石とからなる請求項１に記載の正逆回転切換装置。
3. 前記正転用クラッチが、前記出力軸の外周と前記ドラムの内周のいずれか一方に円筒面を形成し、他方にその円筒面との間で周方向の両端が狭小のくさび形空間を形成する複数の平坦なカム面を設け、そのカム面と円筒面との間にローラと、そのローラを保持する保持器とを組込み、その保持器と出力軸もしくはドラムとの間に、ローラをカム面と円筒面の双方に対して係合解除される中立位置に保持器を弾性保持するスイッチばねを設けた２方向ローラクラッチから成り、その正転用クラッチの係合および係合解除を制御する第２の電磁クラッチが、前記保持器に回り止めされ、かつ軸方向に移動可能に支持されたアーマチュアと、前記ドラムもしくは出力軸に取付けられてアーマチュアと軸方向で対向するロータと、そのロータと軸方向で対向し、通電によりロータにアーマチュアを吸着させる電磁石とからなる請求項１に記載の正逆回転切換装置。

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