(57)【要約】      （修正有）【課題】クラッチギヤのギヤ抜けを防止する。【解決手段】入力軸５２に固定された低速側ピニオン５３と高速側ピニオン５４と、外周に外歯を備え、内周に内はすばを備え、出力軸５５に空転自在に装着され、当該外歯によって低速側ピニオン５３と噛合する低速側ギヤ６０と、外周に外歯を備え、内周に内はすばを備え、出力軸５５に空転自在に装着され、当該外歯によって高速側ピニオン５４と噛合する高速側ギヤ７０と、出力軸５５にスプライン連結され、かつ、低速側ギヤ６０の内はすばと噛合可能な外はすばが外周に形成された低速側外はすば部９１と高速側ギヤ７０の内はすばと噛合可能な外はすばが外周に形成された高速側外はすば部９２とを持つクラッチギヤ９０を有する回転速度切換装置８０と、を備えている２速切換式減速歯車装置である。運転中にクラッチギヤ９０がギヤ抜けを起こすことを確実に防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と、前記入力軸と平行に設けられ、軸方向に所定長さの外歯スプラインが形成された出力軸と、前記入力軸の軸方向に互いに所定間隔を隔てて該入力軸に固定された低速側ピニオンと高速側ピニオンと、外周に外歯を備える一方、内周に歯が軸線に対して傾斜している内はすばを備え、前記出力軸に空転自在に装着され、当該外歯によって前記低速側ピニオンと噛合する低速側ギヤと、外周に外歯を備える一方、内周に歯が軸線に対して傾斜している内はすばを備え、前記出力軸に空転自在に装着され、当該外歯によって前記高速側ピニオンと噛合する高速側ギヤと、前記低速側ギヤと前記高速側ギヤとの間に位置して前記出力軸の前記外歯スプライン部分に外嵌されて該出力軸の軸方向に摺動可能にスプライン連結され、かつ、前記低速側ギヤの前記内はすばと噛合可能な外はすばが外周に形成された低速側外はすば部と前記高速側ギヤの前記内はすばと噛合可能な外はすばが外周に形成された高速側外はすば部とを持つクラッチギヤを有し、前記低速側ギヤ又は前記高速側ギヤの回転を前記出力軸に伝達し、かつ回転の伝達を解除する回転速度切換装置と、を備えていることを特徴とする２速切換式減速歯車装置。
【請求項２】
前記回転速度切換装置が、前記クラッチギヤと、切換レバーと、前記切換レバーを拘束するための位置固定ピンと、前記切換レバーに一端側が連結され、前記入力軸及び前記出力軸と直交する方向に延び、回動可能に支持された回動軸と、前記クラッチギヤを挟むようにして対向配置された状態で基端側が前記回動軸に固定され、前記回動軸を中心として回動する一対のアームと、前記一対のアームの先端部に回転自在に取り付けられ、ギヤ切換えに際し、前記クラッチギヤと係合して該クラッチギヤを前記出力軸の軸方向に摺動させるための一対のクラッチギヤ用係合部材と、を備えていることを特徴とする請求項１記載の２速切換式減速歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練押出機などの減速機として用いられる２速切換式減速歯車装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
混練押出機は、駆動用電動モータ（原動機）の回転を減速機によって減速してトルクを高め、そのロータ、あるいはスクリュ軸を回転させて、樹脂やゴムなどを混練、押出しするものである。この混練押出機では、ロータ、スクリュ軸の回転速度を変えることにより、混練物の処理量、混練温度、混練品質の調整を行う場合、可変速の駆動装置が必要となる。
【０００３】
この場合、電動モータの一次周波数制御による可変速運転方式は高価であるため、一般的に、入力軸の一定な回転速度をクラッチにより高速と低速のいずれかに切り換え、２通りの回転速度に減速する２速切換式減速歯車装置（２速切換式減速機）が使用されている。
【０００４】
従来、この種の２速切換式減速歯車装置として、例えば特開平１０−１１０７９１号公報に開示されているようなものがあり、これを図６を用いて説明する。図６は従来の２速切換式減速歯車装置（２段切換減速機）の構成を示す平面断面図である。
【０００５】
まず、低速側ピニオン（低速用小歯車）１１と高速側ピニオン（高速用小歯車）１２について説明する。１は減速機ハウジング、１０は入力軸、２０は出力軸である。減速機ハウジング１内には、低速側ピニオン１１が軸受１３，１４にて回転自在に支持されている。また、高速側ピニオン１２が軸受１３，１４にて回転自在に支持されている。
【０００６】
前記低速側ピニオン１１と前記高速側ピニオン１２との間には、入力軸１０の回転を、これら低速側ピニオン１１又は高速側ピニオン１２に伝達し、かつ回転の伝達を解除する回転伝達切換装置４０が設けられている。
【０００７】
この回転伝達切換装置４０は、内周面に雌スプラインが刻設され、外周面の長手方向の各端部側に雄スプライン４２ｂ，４２ｂを有し、かつ長手方向の中央位置における外周部に溝４２ａが周設されてなる切換環４２を備えている。そして、前記切換環４２は、その雌スプラインが入力軸１０の雄スプライン１０ａの位置に外嵌され、その雄スプライン４２ｂ，４２ｂが前記低速側ピニオン１１と前記高速側ピニオン１２の内周面に刻設されている雌スプライン１１ａ，１２ａに嵌合されている。また、前記溝４２ａには、Ｕの字状部材４３と相対する側に設けられている滑子４３ａ，４３ａが摺動自在に嵌合される。なお、前記Ｕの字状部材４３は切換レバー４４の操作によって入力軸１０の軸線方向に移動されるように構成されている。
【０００８】
次に、低速側ギヤ（低速用大歯車）２１と高速側ギヤ（高速用大歯車）２２について説明する。減速機ハウジング１内には、前記低速側ピニオン１１と噛合する低速側ギヤ２１が軸受２３，２４にて出力軸２０に回転自在に支持されている。また、前記高速側ピニオン１２と噛合する高速側ギヤ２２が軸受２３，２４にて出力軸２０に回転自在に支持されている。
【０００９】
そして、出力軸２０は、これら低速側ギヤ２１と高速側ギヤ２２との間に、出力軸外周に形成された雄スプライン（外歯スプライン）２０ａが位置するように設けられると共に、減速機ハウジング１に対して、その軸受ケージ１ｃに配された軸受４と、軸受ケージ１ｄに配された軸受５とを介して回転自在に支持されている。なお、低速側ギヤ２１の内周面における高速側ギヤ２２側の部分には、雌スプライン（内歯スプライン）２１ａが形成されている。また、高速側ギヤ２２の内周面における低速側ギヤ２１側の部分には、雌スプライン（内歯スプライン）２２ａが形成されている。
【００１０】
また、これら低速側ギヤ２１と高速側ギヤ２２との間には、これら低速側ギヤ２１又は高速側ギヤ２２の回転を出力軸２０に伝達し、かつ回転の伝達を解除する回転速度切換装置３０が設けられている。
【００１１】
この回転速度切換装置３０は、出力軸２０の前記雄スプライン２０ａの部分に外嵌され、出力軸２０の軸線方向（長手方向）に摺動可能にスプライン連結されたクラッチギヤ（切換環）３２を有している。
【００１２】
このクラッチギヤ３２の内周面には雌スプラインが形成されている。また、クラッチギヤ３２の長手方向の一端側の外周面には、低速側ギヤ２１の前記雌スプライン２１ａに嵌合する雄スプライン３２ｂが形成され、他端側の外周面には、高速側ギヤ２２の前記雌スプライン２２ａに嵌合するスプライン３２ｂが形成されている。さらに、クラッチギヤ３２の長手方向の中央位置における外周部に溝３２ａが周設されており、Ｕの字状部材３３の相対する側に設けられている滑子３３ａ，３３ａがこの溝３２ａに摺動自在に嵌合されている。クラッチギヤ３２は、切換レバー３４の操作によって出力軸２０の長手方向に摺動されるように構成されている。
【００１３】
このように構成される２速切換式減速歯車装置では、回転伝達切換装置４０の切換環４２が中央位置にあるときは、入力軸１０を回転させても、この入力軸１０の回転は低速側ピニオン１１、高速側ピニオン１２の何れにも伝達されることがなく、入力軸１０が回転（空転）し続けるだけである。
【００１４】
そこで、入力軸１０の回転停止状態において切換レバー３４を操作し、例えばクラッチギヤ３２を図６における左側方向に摺動させて、クラッチギヤ３２の左端側の雄スプライン３２ｂを高速側ギヤ２２の雌スプライン２２ａと噛合させる。次いで、切換レバー４４を操作することにより切換環４２を左側方向に摺動させて、左端側の雄スプライン４２ｂを高速側ピニオン１２の雌スプライン１２ａに噛合させるとともに、図示しない駆動装置により入力軸１０を回転させると、高速側ピニオン１２が回転し、この高速側ピニオン１２に噛合している高速側ギヤ２２も回転する。そして、この高速側ギヤ２２の回転がクラッチギヤ３２を介して出力軸２０に伝達されて、出力軸２０は高速側ピニオン１２と高速側ギヤ２２との減速比で決定される回転速度で回転することとなる。
【００１５】
前述した従来の２速切換式減速歯車装置では、クラッチギヤ３２の位置は、切換レバー３４の位置固定ピンＡ（不図示）によって固定される。運転中は、クラッチギヤ３２には該クラッチギヤ３２の雌スプラインと出力軸２０の雄スプライン２０ａとのトルク伝達による荷重が作用しており、この荷重はクラッチギヤ３２の歯面（内歯スプライン）に対して直角方向となる。
【００１６】
しかしながら、前記従来の２速切換式減速歯車装置では、実際には、各部品の隙間や、出力軸の撓み、変形、振動などで、クラッチギヤ３２の歯面に対して平行な方向、すなわち出力軸２０のスラスト方向（軸線方向）への荷重が発生する場合がある。なお、近年の装置大型化の要求の高まりからして、大型化に伴う前記荷重のさらなる増大が予想される。
【００１７】
このように、クラッチギヤ３２へ作用するスラスト方向の荷重が高くなると、クラッチギヤ３２を位置固定ピンＡで拘束することが困難であり、さらに、クラッチギヤ３２を支持するための滑子（すべり軸受）３３ａにも高い荷重が作用し、クラッチギヤ３２が出力軸２０の雄スプライン（外歯スプライン）２０ａを滑って高速側ギヤ２２（あるいは低速側ギヤ２１）から抜け出してしまうという可能性があった。このクラッチギヤ３２のギヤ抜けが発生すると、クラッチギヤ３２が反対側の低速側ギヤ２１（あるいは高速側ギヤ２２）と接触し、それらを損傷させる事故を引き起こすことになってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平１０−１１０７９１号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
そこで、本発明の課題は、出力軸に摺動可能にスプライン連結されたクラッチギヤと高速側ギヤ又は低速側ギヤとを噛み合わせることにより、入力軸の回転速度を２通りの回転速度に減速するに際し、運転中にクラッチギヤと高速側ギヤ又は低速側ギヤとの噛み合わせがはずれてクラッチギヤがギヤ抜けを起こすことを確実に防止することができる２速切換式減速歯車装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００２１】
請求項１の発明は、入力軸と、前記入力軸と平行に設けられ、軸方向に所定長さの外歯スプラインが形成された出力軸と、前記入力軸の軸方向に互いに所定間隔を隔てて該入力軸に固定された低速側ピニオンと高速側ピニオンと、外周に外歯を備える一方、内周に歯が軸線に対して傾斜している内はすばを備え、前記出力軸に空転自在に装着され、当該外歯によって前記低速側ピニオンと噛合する低速側ギヤと、外周に外歯を備える一方、内周に歯が軸線に対して傾斜している内はすばを備え、前記出力軸に空転自在に装着され、当該外歯によって前記高速側ピニオンと噛合する高速側ギヤと、前記低速側ギヤと前記高速側ギヤとの間に位置して前記出力軸の前記外歯スプライン部分に外嵌されて該出力軸の軸方向に摺動可能にスプライン連結され、かつ、前記低速側ギヤの前記内はすばと噛合可能な外はすばが外周に形成された低速側外はすば部と前記高速側ギヤの前記内はすばと噛合可能な外はすばが外周に形成された高速側外はすば部とを持つクラッチギヤを有し、前記低速側ギヤ又は前記高速側ギヤの回転を前記出力軸に伝達し、かつ回転の伝達を解除する回転速度切換装置と、を備えていることを特徴とする２速切換式減速歯車装置である。
【００２２】
請求項２の発明は、請求項１記載の２速切換式減速歯車装置において、前記回転速度切換装置が、前記クラッチギヤと、切換レバーと、前記切換レバーを拘束するための位置固定ピンと、前記切換レバーに一端側が連結され、前記入力軸及び前記出力軸と直交する方向に延び、回動可能に支持された回動軸と、前記クラッチギヤを挟むようにして対向配置された状態で基端側が前記回動軸に固定され、前記回動軸を中心として回動する一対のアームと、前記一対のアームの先端部に回転自在に取り付けられ、ギヤ切換えに際し、前記クラッチギヤと係合して該クラッチギヤを前記出力軸の軸方向に摺動させるための一対のクラッチギヤ用係合部材と、を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の２速切換式減速歯車装置は、高速側ギヤ（あるいは低速側ギヤ）の内周に形成された内はすばとクラッチギヤの外周に形成された外はすばとを噛み合わせ、運転中に、クラッチギヤの前記外はすばに働くスラスト方向の力によって該クラッチギヤを高速側ギヤ（あるいは低速側ギヤ）の方向に押すようにしたので、クラッチギヤが出力軸の外歯スプライン部を高速側ギヤ（あるいは低速側ギヤ）とは反対方向へすべって次第に移動するようなことがなくて、クラッチギヤがギヤ抜けを起こすことを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態による２速切換式減速歯車装置の構成を概略的に示す平面断面図である。
【図２】図１におけるクラッチギヤを概略的に示す斜視図である。
【図３】図１に示す２速切換式減速歯車装置の構成を説明するための斜視図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図１における回転速度切換装置を説明するための図であって、その（ａ）は横断面図、その（ｂ）は縦断面図である。
【図６】従来の２速切換式減速歯車装置（２段切換減速機）の構成を示す平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態による２速切換式減速歯車装置の構成を概略的に示す平面断面図、図２は図１におけるクラッチギヤを概略的に示す斜視図、図３は図１に示す２速切換式減速歯車装置の構成を説明するための斜視図、図４は図１のＡ−Ａ線断面図、図５は図１における回転速度切換装置を説明するための図であって、その（ａ）は横断面図、その（ｂ）は縦断面図である。
【００２７】
図１において、５１はハウジングである。５２は図示しない電動モータ（原動機）からの回転動力が与えられる入力軸であり、入力軸５２は軸受を介してハウジング５１に回転自在に支持されている。この入力軸５２には、該軸方向に互いに所定間隔を隔てて低速側ピニオン５３と、この低速側ピニオン５３よりもピッチ円径が大径の高速側ピニオン５４とが固定されている。
【００２８】
５５は図示しない混練押出機のロータ、あるいはスクリュ軸に前記回転動力を与える出力軸である。出力軸５５は、入力軸５２と平行に設けられ、軸方向における所定長さ部分の外周全周に外歯スプライン５５ａが形成されており、軸受を介してハウジング５１に回転自在に支持されている。
【００２９】
この出力軸５５には、外周全周に外歯６１ａが形成された大径部６１と内周全周に歯が軸線に対して傾斜している内はすば６２ａが形成され小径部６２とを有し、前記外歯６１ａによって前記低速側ピニオン５３と噛合する低速側ギヤ６０（図３参照）が、軸受６３にて空転自在に装着されている。また、出力軸５５には、外周全周に外歯７１ａが形成された大径部７１と内周全周に歯が軸線に対して傾斜している内はすば７２ａが形成された小径部７２とを有し、前記外歯７１ａによって前記高速側ピニオン５４と噛合する高速側ギヤ７０が、軸受７３にて空転自在に装着されている。この低速側ギヤ６０と高速側ギヤ７０は、出力軸５５の前記外歯スプライン５５ａの部分を挟むようにして位置されている。
【００３０】
９０はクラッチギヤである。クラッチギヤ９０は、その内周全周に内歯スプライン９０ａが形成されており、出力軸５５の前記外歯スプライン５５ａ部分に外嵌されて該出力軸５５の軸方向に摺動可能にスプライン連結されている。また、このクラッチギヤ９０は、低速側ギヤ６０の前記内はすば６２ａと噛合可能な外はすば９１ａが外周全周に形成された低速側外はすば部９１と、高速側ギヤ７０の前記内はすば７２ａと噛合可能な外はすば９２ａが外周全周に形成された高速側外はすば部９２とを有している（図２，図３参照）。
【００３１】
８０は、クラッチギヤ９０を有し、低速側ギヤ６０又は高速側ギヤ７０の回転を出力軸５５に伝達し、かつ回転の伝達を解除する回転速度切換装置である。
【００３２】
この回転速度切換装置８０は、クラッチギヤ９０と、上下方向に延びる切換レバー１０１と、切換レバー１０１を拘束するための位置固定ピン１０２と、切換レバー１０１の下端部に一端側が連結され、入力軸５２及び出力軸５５と直交する方向に延び、ハウジング５１に回動可能に支持された回動軸１０３と、クラッチギヤ９０を挟むようにして対向配置された状態で基端側が回動軸１０３に固定され、上下方向に延び、回動軸１０３を中心として回動する一対のアーム１０４，１０４と、この一対のアーム１０４，１０４の先端部にクラッチギヤ９０の幅方向中央の外周溝部９３内に位置された状態で取り付けられ、ギヤ切換えに際し、前記外周溝部９３の溝側面と係合してクラッチギヤ９０を出力軸５５の軸方向に摺動させるための一対のクラッチギヤ用係合部材としての一対のカムフォロア１０５，１０５と、を備えている（図３，図４参照）。
【００３３】
このように構成される２速切換式減速歯車装置の動作を説明する。入力軸５２の回転停止状態において、切換レバー１０１を操作して、例えば、一対のアーム１０４，１０４を低速側ギヤ６０側へ回動させると、クラッチギヤ９０が、一対のカムフォロア１０５，１０５によって押されて、出力軸５５上を中立位置から低速側ギヤ６０側に摺動して移動し、低速側ギヤ６０の前記小径部６２内にはまり込む（図５参照）。これにより、低速側ギヤ６０の前記内はすば６２ａとクラッチギヤ９０の前記低速側外はすば部９１の前記外はすば９１ａとが噛み合わされる。なお、前記の中立位置とは、クラッチギヤ９０が低速側ギヤ６０及び高速側ギヤ７０のいずれにも回転を伝達することのない位置である。
【００３４】
そして、入力軸５２を回転させることにより、低速側ギヤ６０が回転し、この低速側ギヤ６０に噛合しているクラッチギヤ９０が出力軸５５と一体に回転する。この運転中、クラッチギヤ９０の前記外はすば９１ａに働くスラスト方向の力が該クラッチギヤ９０を低速側ギヤ６０の方向に押すように作用するので、言い換えると、前記内はすば６２ａと前記外はすば９１ａの歯のねじれ方向が、運転中の回転により低速側ギヤ６０の方向にクラッチギヤ９０を移動させる力（押し付ける力）を生じるように設定されているので、従来装置とは違って、クラッチギヤ９０が出力軸５５の外歯スプライン５５ａ上を低速側ギヤ６０とは反対方向へすべって次第に移動するようなことがなくて、クラッチギヤ９０がギヤ抜けを起こすことを確実に防止することができる。
【００３５】
なお、前記運転中、一対のカムフォロア１０５，１０５は、クラッチギヤ９０の前記外周溝部９３の溝側面に当接したり、非当接状態となったりするが、当接状態ではクラッチギヤ９０の回転に伴って回転するようになっている。
【００３６】
また、入力軸５２の回転停止状態において、逆方向に切換レバー１０１を操作して、一対のアーム１０４，１０４を高速側ギヤ７０側へ回動させると、クラッチギヤ９０が、一対のカムフォロア１０５，１０５によって押されて、出力軸５５上を中立位置から高速側ギヤ７０側に摺動して移動し、高速側ギヤ７０の前記小径部７２内にはまり込む。これにより、高速側ギヤ７０の前記内はすば７２ａとクラッチギヤ９０の前記高速側外はすば部９２の前記外はすば９２ａとが噛み合わされる。
【００３７】
そして、入力軸５２を回転させることにより、高速側ギヤ７０が回転し、この高速側ギヤ７０に噛合しているクラッチギヤ９０が出力軸５５と一体に回転する。この運転中、クラッチギヤ９０の前記外はすば９２ａに働くスラスト方向の力が該クラッチギヤ９０を高速側ギヤ７０の方向に押すように作用する。つまり、前記内はすば７２ａと前記外はすば９２ａの歯のねじれ方向が、運転中の回転により高速側ギヤ７０の方向にクラッチギヤ９０を移動させる力（押し付ける力）を生じるように設定されているので、従来装置とは違って、クラッチギヤ９０が出力軸５５の外歯スプライン５５ａ上を高速側ギヤ７０とは反対方向へすべって次第に移動するようなことがなくて、クラッチギヤ９０がギヤ抜けを起こすことを確実に防止することができる。
【００３８】
なお、低速側ギヤ６０と高速側ギヤ７０については、外周全周に外歯が形成された大径部と、内周全周に内はすばが形成され小径部とを別々に製作し、これらを一体化するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
５１…ハウジング
５２…入力軸
５３…低速側ピニオン  ５４…高速側ピニオン
５５…出力軸
５５ａ…外歯スプライン
６０…低速側ギヤ
６１…大径部  ６１ａ…外歯
６２…小径部  ６２ａ…内はすば
６３…軸受
７０…高速側ギヤ
７１…大径部  ７１ａ…外歯
７２…小径部  ７２ａ…内はすば
７３…軸受
８０…回転速度切換装置
９０…クラッチギヤ  ９０ａ…内歯スプライン
９１…低速側外はすば部  ９１ａ…外はすば
９２…高速側外はすば部  ９２ａ…外はすば
９３…外周溝部
１０１…切換レバー  １０２…位置固定ピン  １０３…回動軸
１０４…アーム  １０５…カムフォロア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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