(57)【要約】  入力は一定のままで出力側の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替えて出力とする変速装置を提供することにある。  正方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速する変速機構１３０と、変速機構により変速された正方向の高速回転を、乾式クラッチ１０を介して、正回転を伝達する１ウエイクラッチ１２２の内輪１２２ｂに伝達する第１の伝達経路と、変速機構により変速された正方向の低速回転を正方向の低速入力回転を、正回転を伝達する１ウエイクラッチ１２２の外輪１２２ａに伝達する第２の伝達経路とを備え、出力軸１２０の負荷状態に応じて乾式クラッチ１０の滑り作用と１ウエイクラッチ１２２の断続作用により、第１の伝達経路と第２の伝達経路とを自動的に切り替える。これにより、正方向の入力は一定のままで出力軸１２０の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替えて出力とすることができる。
2008105292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速し、出力軸の負荷に応じて自動的に高速回転と低速回転を切り替えて出力できる変速装置であって、
正方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速する変速機構と、
前記変速機構により変速された正方向の高速回転を、第１のクラッチ機構を介して、正回転を伝達する１ウエイの第２のクラッチ機構の出力軸に伝達する第１の伝達経路と、
前記変速機構により変速された正方向の低速回転を、正回転を伝達する１ウエイの第２のクラッチ機構の入力軸に伝達する第２の伝達経路とを備え、
出力軸の負荷状態に応じて第１のクラッチ機構と１ウエイの第２のクラッチ機構の作用により、第１の伝達経路と第２の伝達経路とを自動的に切り替えることを特徴とする変速装置。
【請求項２】
正方向又は逆方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速し、出力軸の負荷に応じて自動的に高速回転と低速回転を切り替えて出力できる変速装置であって、
正方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速する変速機構と、
前記変速機構により変速された正方向の高速回転を、第１のクラッチ機構とバックラッシュ機構を介して、正回転を伝達する１ウエイの第２のクラッチ機構の出力軸に伝達する第１の伝達経路と、
前記変速機構により変速された正方向の低速回転を、正回転を伝達する１ウエイの第２のクラッチ機構の入力軸に伝達する第２の伝達経路とを備え、
出力軸の負荷状態に応じて第１のクラッチ機構と１ウエイの第２のクラッチ機構の作用により、第１の伝達経路と第２の伝達経路とを自動的に切り替えることを特徴とする変速装置。
【請求項３】
正方向又は逆方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速し、出力軸の負荷に応じて自動的に高速回転と低速回転を切り替えて出力できる変速装置であって、
正方向又は逆方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速する変速機構と、
前記変速機構により変速された正方向の高速回転を、第１のクラッチ機構を介して、正回転を伝達する状態にある２ウエイの第２のクラッチ機構の出力軸に伝達し、又は前記変速機構により変速された逆方向の高速回転を、第１のクラッチ機構を介して、逆回転を伝達する状態にある２ウエイの第２のクラッチ機構の出力軸に伝達する第１の伝達経路と、
前記変速機構により変速された正方向の低速回転を、正回転を伝達する状態にある２ウエイの第２のクラッチ機構の入力軸に伝達し、又は前記変速機構により変速された逆方向の低速回転を、逆回転を伝達する状態にある２ウエイの第２のクラッチ機構の入力軸に伝達する第２の伝達経路とを備え、
出力軸の負荷状態に応じて第１のクラッチ機構と２ウエイの第２のクラッチ機構の作用により、第１の伝達経路と第２の伝達経路とを自動的に切り替えることを特徴とする変速装置。
【請求項４】
第１のクラッチ機構は、滑りを生じる機構であることを特徴とする請求項１に記載の変速装置。
【請求項５】
第１のクラッチ機構は、出力軸の負荷状態に感応して断続する機構であることを特徴とする請求項１に記載の変速装置。
【請求項６】
被搭載装置に搭載され、正方向又は逆方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速し、出力軸の負荷に応じて自動的に高速回転と低速回転を切り替えて出力できる変速装置であって、
被搭載装置に固定可能な固定シャフトと、
固定シャフトに回転自在に取り付けられた出力軸となる回転ドラムと、
回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられたモータと、
回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられ、モータからの正方向又は逆方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速する変速機構と、
回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられ、回転ドラムの負荷状態に感応して正方向又は逆方向の高速入力回転の伝達を断続する負荷トルク感応クラッチと、
回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられ、負荷トルク感応クラッチが切断状態にあるときは正方向又は逆方向の低速入力回転を回転ドラムに伝達し、負荷トルク感応クラッチが接続状態にあるときは正方向又は逆方向の高速入力回転を回転ドラムに伝達する２ウエイクラッチとを備えたことを特徴とする変速装置。
【請求項７】
変速機構は歯車列を備え、モータから負荷トルク感応クラッチ及び２ウエイクラッチに至る間の歯車列は同一構成のものが２組以上軸対称に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の変速装置。
【請求項８】
負荷トルク感応クラッチは、滑りを生じる機構であることを特徴とする請求項６に記載の変速装置。
【請求項９】
クローラを備えた移動ロボットであって、
クローラの一端部に請求項６に記載の変速装置が配置され、クローラの他端部にクローラプーリが配置され、変速装置の回転ドラムとクローラプーリとの間にクローラベルトが架け渡されていることを特徴とする移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力の変速比を自動的に切り替えて出力とする変速装置及びその変速装置を備えた移動ロボットに関し、特に出力側の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替える変速装置及びその変速装置を備えた移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に適用される変速装置として、クラッチ機構を２つ持つ所謂ツインクラッチ変速装置が提案されている（特許文献１参照）。このツインクラッチ変速装置は、変速機構が備える第一入力軸とエンジンとを結合する第一クラッチと、変速機構が備える第二入力軸とエンジンとを結合する第二クラッチとを持ち、第一及び第二入力軸はそれぞれ変速比の異なる複数の駆動歯車を有し、何れか一つが出力軸の被動歯車と噛合して動力を伝達するようになっている。そして、加速切替操作では、例えば低速側の第一入力軸の変速歯車対が噛合し第一クラッチが結合して走行している状態から高速側の第二入力軸の変速歯車対に切り替える場合には、一時的に二つのクラッチで分担して動力を伝達することにより切替操作している。【０００３】
即ち、第一クラッチが完全に結合し第二クラッチが開離した状態から、第二クラッチの結合割合を徐々に大きくすると同時に第一クラッチの結合割合を徐々に小さくして、動力の伝達経路を第一クラッチから第二クラッチに移しながら、最終的に第二クラッチで全動力を伝達するようにしている。このように、ツインクラッチ変速装置では、動力の伝達を遮ることなく円滑に切替操作を行っている。このような加速切替操作はほぼ一定の車両走行速度で行われるため、高速側の第二入力軸の回転数は、低速側の第一入力軸の回転数よりも小さい。したがって、加速切替操作時には駆動源の回転数を減少させることが必要であり、電子制御により対応している。と同時に、第二クラッチはすべりを生じており、駆動源の回転数を減少させるブレーキとしての作用を果たしている。そして、操作終了時には第二クラッチは完全に結合し、第二入力軸は駆動源に同期して回転し、アクセル操作により駆動源の回転数を再度増加させて加速することができる。【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２０７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、ロボットの開発が進んでおり、物を把持するためのグリッパや地上を移動するためのクローラ等に変速装置を搭載するようになってきている。ところが、上述した変速装置では、加減速切替操作時に駆動源の回転数を変動させる必要があり、その制御系が複雑で大型化するおそれがある。【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、入力は一定のままで出力側の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替えて出力とする変速装置及びその変速装置を備えた移動ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的達成のため、本発明の変速装置では、正方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速し、出力軸の負荷に応じて自動的に高速回転と低速回転を切り替えて出力できる変速装置であって、正方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速する変速機構と、前記変速機構により変速された正方向の高速回転を、第１のクラッチ機構を介して、正回転を伝達する１ウエイの第２のクラッチ機構の出力軸に伝達する第１の伝達経路と、前記変速機構により変速された正方向の低速回転を、正回転を伝達する１ウエイの第２のクラッチ機構の入力軸に伝達する第２の伝達経路とを備え、出力軸の負荷状態に応じて第１のクラッチ機構と１ウエイの第２のクラッチ機構の作用により、第１の伝達経路と第２の伝達経路とを自動的に切り替えることを特徴としている。これにより、出力軸の負荷が小さいときは第２のクラッチ機構を作用させず、第１のクラッチ機構を作用させて高速回転の出力とし、一方、出力軸の負荷が大きいときは第１のクラッチ機構を作用させず、第２のクラッチ機構を作用させて低速回転の出力とするように構成することができるので、正方向の入力は一定のままで出力軸の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替えて出力とすることができる。【０００８】
また、正方向又は逆方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速し、出力軸の負荷に応じて自動的に高速回転と低速回転を切り替えて出力できる変速装置であって、正方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速する変速機構と、前記変速機構により変速された正方向の高速回転を、第１のクラッチ機構とバックラッシュ機構を介して、正回転を伝達する１ウエイの第２のクラッチ機構の出力軸に伝達する第１の伝達経路と、前記変速機構により変速された正方向の低速回転を、正回転を伝達する１ウエイの第２のクラッチ機構の入力軸に伝達する第２の伝達経路とを備え、出力軸の負荷状態に応じて第１のクラッチ機構と１ウエイの第２のクラッチ機構の作用により、第１の伝達経路と第２の伝達経路とを自動的に切り替えることを特徴としている。これにより、１ウエイの第２のクラッチ機構を用いて、正方向の入力は一定のままで出力軸の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替えて出力とすることができ、また、逆方向の入力は高速回転のみを出力とすることができる。【０００９】
また、正方向又は逆方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速し、出力軸の負荷に応じて自動的に高速回転と低速回転を切り替えて出力できる変速装置であって、正方向又は逆方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速する変速機構と、前記変速機構により変速された正方向の高速回転を、第１のクラッチ機構を介して、正回転を伝達する状態にある２ウエイの第２のクラッチ機構の出力軸に伝達し、又は前記変速機構により変速された逆方向の高速回転を、第１のクラッチ機構を介して、逆回転を伝達する状態にある２ウエイの第２のクラッチ機構の出力軸に伝達する第１の伝達経路と、前記変速機構により変速された正方向の低速回転を、正回転を伝達する状態にある２ウエイの第２のクラッチ機構の入力軸に伝達し、又は前記変速機構により変速された逆方向の低速回転を、逆回転を伝達する状態にある２ウエイの第２のクラッチ機構の入力軸に伝達する第２の伝達経路とを備え、出力軸の負荷状態に応じて第１のクラッチ機構と２ウエイの第２のクラッチ機構の作用により、第１の伝達経路と第２の伝達経路とを自動的に切り替えることを特徴としている。これにより、正方向又は逆方向の入力は一定のままで出力軸の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替えて出力とすることができる。【００１０】
また、第１のクラッチ機構は、滑りを生じる機構であることを特徴としている。これにより、出力軸の負荷が増大すると第１のクラッチ機構に滑りが生じて動力の伝達を減衰させることができるので、第２のクラッチ機構により変速比を自動的に切り替えて出力とすることができる。また、第１のクラッチ機構は、出力軸の負荷状態に感応して断続する機構であることを特徴としている。これにより、出力軸の負荷が増大したときに第１のクラッチ機構を完全に切断して動力の伝達ロスを低減することができる。【００１１】
上記目的達成のため、本発明の変速装置では、被搭載装置に搭載され、正方向又は逆方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速し、出力軸の負荷に応じて自動的に高速回転と低速回転を切り替えて出力できる変速装置であって、被搭載装置に固定可能な固定シャフトと、固定シャフトに回転自在に取り付けられた出力軸となる回転ドラムと、回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられたモータと、回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられ、モータからの正方向又は逆方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速する変速機構と、回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられ、回転ドラムの負荷状態に感応して正方向又は逆方向の高速入力回転の伝達を断続する負荷トルク感応クラッチと、回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられ、負荷トルク感応クラッチが切断状態にあるときは正方向又は逆方向の低速入力回転を回転ドラムに伝達し、負荷トルク感応クラッチが接続状態にあるときは正方向又は逆方向の高速入力回転を回転ドラムに伝達する２ウエイクラッチとを備えたことを特徴としている。これにより、正方向又は逆方向の入力は一定のままで出力軸の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替えて出力とすることができる小型軽量で簡易な機構の変速装置を構成することができる。【００１２】
また、変速機構は歯車列を備え、モータから負荷トルク感応クラッチ及び２ウエイクラッチに至る間の歯車列は同一構成のものが２組対向配置されていることを特徴としている。これにより、変速機構をコンパクトに纏めることができると共に、伝達トルクを大きくすることができる。また、負荷トルク感応クラッチは、滑りを生じる機構であることを特徴としている。これにより、回転ドラムの負荷が増大すると負荷トルク感応クラッチに滑りが生じて動力の伝達を減衰させることができるので、２ウエイクラッチにより変速比を自動的に切り替えて出力とすることができる。【００１３】
上記目的達成のため、本発明のクローラを備えた移動ロボットでは、クローラの一端部に上記各変速装置が配置され、クローラの他端部にクローラプーリが配置され、変速装置の回転ドラムとクローラプーリとの間にクローラベルトが架け渡されていることを特徴としている。これにより、上記作用・効果を奏する移動ロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る変速装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る変速装置を示す斜視図である。
【図３】図２の負荷トルク感応クラッチの概念図である。
【図４】図３の負荷トルク感応クラッチの動作を説明するための斜視図である。
【図５】移動ロボットに搭載可能な変速装置の外観を示す斜視図である。
【図６】図５の変速装置の組立工程を示す第１の斜視図である。
【図７】図５の変速装置の組立工程を示す第２の斜視図である。
【図８】図５の変速装置の組立工程を示す第３の斜視図である。
【図９】図５の変速装置の組立工程を示す第４の斜視図である。
【図１０】図５の変速装置の組立工程を示す第５の斜視図である。
【図１１】図５の変速装置の組立工程を示す第６の斜視図である。
【図１２】図５の変速装置の組立工程を示す第７の斜視図である。
【図１３】図５の変速装置の組立工程を示す第８の斜視図である。
【図１４】図５の変速装置の組立工程を示す第９の斜視図である。
【図１５】図５の変速装置の組立工程を示す第１０の斜視図である。
【図１６】図５の変速装置を備えた移動ロボットを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  移動ロボット、２  クローラ、３  ロボットハンド、４  クローラプーリ、５  クローラベルト、１０  乾式クラッチ、２０  負荷トルク感応クラッチ、１００、２００、３００  変速装置、１１０、２１０  入力軸、１１１、２１１  摩擦クラッチ板、１２０  出力軸、１２１、２２１  被摩擦クラッチ板、１２２  １ウエイクラッチ、１３０、２３０  減速機構、１３１、２３１  第１プーリ、１３２  伝達軸、１３３、２３３  第２プーリ、１３４、２３４  第３プーリ、１３５、１３６、２３５、２３６  ベルト、２２０  クラッチ軸、２２２  出力カム、２２３  圧縮バネ、２３７  ２ウエイクラッチ、３０１  固定シャフト、３０３  回転ドラム、３１０  モータ、３２０  減速機構、３４０  ２ウエイクラッチ、３５０  負荷トルク感応クラッチ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る変速装置を示す斜視図である。この変速装置１００は、図示しないモータの回転軸に一端が連結された入力軸１１０と、図示しないクローラの車軸に一端が連結された出力軸１２０と、入力軸１１０と出力軸１２０を連結する減速機構（変速機構）１３０を備えている。入力軸１１０は、他端に摩擦クラッチ板（第１のクラッチ機構）１１１が固定され、中間に減速機構１３０を構成する第１プーリ１３１が嵌入されている。出力軸１２０は、他端に被摩擦クラッチ板（第１のクラッチ機構）１２１が固定され、中間に１ウエイクラッチ（第２のクラッチ機構）１２２が嵌入されている。減速機構１３０は、伝達軸１３２の両側に第２プーリ１３３及び第３プーリ１３４がそれぞれ嵌入されており、第２プーリ１３３は第１プーリ１３１とベルト１３５を介して連結され、第３プーリ１３４は１ウエイクラッチ１２２の外輪１２２ａとベルト１３６を介して連結されている。尚、１ウエイクラッチ１２２の外輪１２２ａは、減速機構１３０も構成している。また、１ウエイクラッチ１２２のころ１２２ｃを支持する保持器１２２ｄは、図示しない一端を静止系に固定した摩擦板を押し付けて回転方向とは逆の抵抗を与える。【００１８】
このような構成の変速装置１００は、正回転時の入力の変速比を出力側の負荷状態に応じて、低減速比又は高減速比に自動的に切り替えて出力とすることができる２つの伝達経路を備えている。低減速比の伝達経路（第１の伝達経路）は、モータから入力軸１１０に入力した回転動力を、摩擦クラッチ板１１１と当接している被摩擦クラッチ板１２１を介して出力軸１２０から低減速比の回転動力としてクローラへ出力する経路である。また、高減速比の伝達経路（第２の伝達経路）は、モータから入力軸１１０に入力した回転動力を、第１プーリ１３１からベルト１３５を介して第２プーリ１３３に伝達して減速し、更に第３プーリ１３４からベルト１３６を介して１ウエイクラッチ１２２の外輪１２２ａに伝達して更に減速し、１ウエイクラッチ１２２の内輪１２２ｂを介して出力軸１２０から高減速比の回転動力としてクローラへ出力する経路である。【００１９】
次に、２つの伝達経路の自動切替動作について説明する。この変速装置１００は、外輪１２２ａ、内輪１２２ｂ、ころ１２２ｃ、そしてころ１２２ｃを外輪のランプ部に押し付けるための保持器１２２ｄを有する１ウエイクラッチ１２２と、摩擦クラッチ板１１１及び被摩擦クラッチ板１２１を有する乾式クラッチ１０の機能を利用している。
ここで、１ウエイクラッチ１２２とは、ころ１２２ｃが外輪１２２ａの内面に形成された三角柱状の突起の傾斜したカム面１２２ａａと噛み合うことによって一方向のみ回転動力を伝達することができるクラッチである。また、乾式クラッチ１０とは、入力軸１１０と出力軸１２０のそれぞれに接続された摩擦クラッチ板１１１と被摩擦クラッチ板１２１を接触させることで生じる摩擦力により回転動力を伝達することができるクラッチである。【００２０】
出力軸１２０が低負荷のときは、外輪１２２ａの回転速度よりも出力軸１２０の回転速度が速いため、ころ１２２ｃは外輪１２２ａのカム面１２２ａａと噛み合わず、外輪１２２ａの回転動力は出力軸１２０に伝達されない。従って、低減速比の伝達経路で回転動力が伝達され、出力軸１２０を低減速比で回転することができる。一方、出力軸１２０に高負荷が生じると、摩擦クラッチ板１１１と被摩擦クラッチ板１２１との間で滑りが生じて低減速比の伝達経路の回転動力は低下していく。そのため、出力軸１２０の回転速度は遅くなっていくが、外輪１２２ａは回転運動を続けているため、出力軸１２０の回転速度が外輪１２２ａより遅くなると、ころ１２２ｃが外輪１２２ａのカム面１２２ａａと噛み合い、出力軸１２０は外輪１２２ａと一体となって高減速比で回転される。【００２１】
このように正回転時の低減速比から高減速比への切り替えは、出力軸１２０に掛かる負荷によって１ウエイクラッチ１２２の内輪１２２ｂの回転速度が低下し、内輪１２２ｂの回転速度が外輪１２２ａの回転速度を下回ったときに起こる。しかし、同一の入力軸１１０から低減速比の回転動力と高減速比の回転動力を出力軸１２０と外輪１２２ａにそれぞれ伝達しているため、一定以上の負荷が出力軸１２０に生じた場合に、低減速比の回転動力を遮断する機構がないと出力軸１２０の負荷によってベルト１３５を介して入力軸１１０の回転数が低下し、外輪１２２ａの回転速度も低下する。従って、内輪１２２ｂと外輪１２２ａの回転速度の比率は縮まらず、出力軸１２０に大きな負荷が掛かったとしても低減速比から高減速比への切り替えは起きない。そこで、一定以上の負荷が内輪１２２ｂに生じた場合に、低減速比の回転動力を遮断する機構として乾式クラッチ１０が設けられている。この乾式クラッチ１０は、図示しないスプリングを用いて摩擦クラッチ板１１１を被摩擦クラッチ板１２１に押し付けて入力軸１１０の回転動力を出力軸１２０に伝達している。従って、出力軸１２０に大きな負荷が掛かると摩擦クラッチ板１１１と被摩擦クラッチ板１２１との間で滑りが生じて乾式クラッチ１０が切れた状態となり、入力軸１１０は空転して低減速比の回転動力を遮断することができる。【００２２】
なおこの機構で逆回転をしようとすると低減速比の伝達経路と高減速比の伝達経路が両者とも１ウエイクラッチ１２２を介して出力軸１２０に繋がるため出力はロックしてしまう。そこで図１に示すように、バックラッシュ機構１４１をプーリ１３１と摩擦クラッチ板１１１の間に配置する。バックラッシュ機構１４１は、入力軸１１０に嵌入固定された円板１４１ａと、この円板１４１ａの端面に軸方向に突設されたピン１４１ｂと、出力軸１２０の周面に径方向に突設され、ピン１４１ｂと当接可能なピン１４１ｃを備えている。このような構成によれば、略１回転分のバックラッシュを取ることができる。この機構１４０で入力軸１１０が正回転から逆転すると、減速機構１３０を介して１ウエイクラッチ１２２の外輪１２２ａはすぐ逆転しようとするが、内輪１２２ｂはしばらく回転せず、ころ１２２ｃは保持器１２２ｄの摩擦板の効果でその場に止まろうとする。そのため外輪１２２ａはころ１２２ｃとの噛み合い位置から離れる。ころ１２２ｃが外輪１２２ａのカム面１２２ａａから離れた後に内輪１２２ｂも回転し始めるが、この時に保持器１２２ｄは摩擦板によって逆方向の抵抗を与えられているため、ころ１２２ｃは保持器１２２ｄによってその位置を維持しようとする。従って、ころ１２２ｃは外輪１２２ａのカム面１２２ａａとの噛み合い位置に進むことはなく、入力軸１１０はロックされない。このように動作するため、図１の変速装置１００は、正回転では負荷に応じて２段変速を行い、逆回転時には高速回転を行う。
上述した実施形態では、モータから入力軸１１０の図示右端部に入力する場合を説明したが、モータから伝達軸１３２の図示右端部に入力するようにしても良い。【００２３】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る変速装置を示す斜視図である。この変速装置２００は、図示しないモータの回転軸に一端が連結された入力軸２１０と、クラッチ軸（第１のクラッチ機構）２２０と、図示しないクローラの車軸に一端が連結された出力カム（第１のクラッチ機構）２２２と、２ウエイクラッチ２３７と、入力軸２１０と２ウエイクラッチ２３７の内輪２３７ｂを連結する減速機構（変速機構）２３０を備えている。入力軸２１０は、他端に摩擦クラッチ板（第１のクラッチ機構）２１１が固定され、中間に減速機構２３０を構成する第１プーリ２３１が嵌入されている。クラッチ軸２２０は、一端に被摩擦クラッチ板（第１のクラッチ機構）２２１が固定され、他端に圧縮バネ２２３が被摩擦クラッチ板２２１を摩擦クラッチ板２１１に圧接しており、中間に出力カム２２２と一体をなし減速機構２３０を構成する第２プーリ２３３が回転自在に嵌入されている。減速機構２３０は、伝達軸２３２の両側に第３プーリ２３４及び２ウエイクラッチ（第２のクラッチ機構）２３７がそれぞれ嵌入されており、第３プーリ２３４は第１プーリ２３１とベルト２３５を介して連結され、２ウエイクラッチ２３７の外輪２３７ａは第２プーリ２３３とベルト２３６を介して連結されている。【００２４】
このような構成の変速装置２００は、正回転時又は逆回転時の入力の変速比を出力側の負荷状態に応じて、低減速比又は高減速比に自動的に切り替えて出力とすることができる２つの伝達経路を備えている。低減速比の伝達経路（第１の伝達経路）は、モータから入力軸２１０に入力した回転動力を、摩擦クラッチ板２１１と当接している被摩擦クラッチ板２２１を介してクラッチ軸２２０に取り付けられて突起部２２０ａからカム面２２２ａを伝達して出力カム２２２に回転を伝達する経路である。また、高減速比の伝達経路（第２の伝達経路）は、モータから入力軸２１０に入力した回転動力を、第１プーリ２３１からベルト２３５を介して第３プーリ２３４に伝達して減速し、更に２ウエイクラッチ２３７の内輪２３７ｂからころ２３７ｃを介して外輪２３７ａに回転を伝達し、更にベルト２３６を介して第２プーリ２３３に伝達し、これに固定された出力カム２２２に回転を伝達する経路である。【００２５】
次に、２つの伝達経路の自動切替動作について説明する。この変速装置２００は、外輪２３７ａ、多角形板２３７ｂ及びころ２３７ｃを有する２ウエイクラッチ２３７と、摩擦クラッチ板２１１、被摩擦クラッチ板２２１、クラッチ軸２２０、出力カム２２２及び圧縮バネ２２３を有する負荷トルク感応クラッチ２０の機能を利用している。【００２６】
ここで、２ウエイクラッチ２３７は、ころ２３７ｃを保持している保持器が静止系に摩擦板で接触しているため、多角形板２３７ｂが時計回りに回転すると保持器は相対的に回転が遅れ、時計回りの方向に１ウエイクラッチとして動作する。即ち、ころ２３７ｃが多角形板２３７ｂと外輪２３７ａとの間の反時計回り方向に位置した状態で、多角形板２３７ｂに時計回りに回転動力を与えると、多角形板２３７ｂと外輪２３７ａとの間にころ２３７ｃが楔のように挟まり、外輪２３７ａに時計回りの回転動力が伝達され、一方、外輪２３７ａに時計回りに内輪の多角形板２３７ｂより早い速度で回転動力を与えると、ころ２３７ｃは楔のように挟まることなく空転し、多角形板２３７ｂには回転動力は伝達しない。また、上記と同じ原理で、多角形板２３７ｂが反時計回りの方向に回転すると、反時計回りの方向に１ウエイクラッチとして動作する。
上述した実施形態では、モータから入力軸２１０の図示右端部に入力する場合を説明したが、モータから伝達軸２３２の図示右端部に入力するようにしても良い。【００２７】
図３は、負荷トルク感応クラッチ２０の概念図、図４は、負荷トルク感応クラッチ２０の動作を説明するための斜視図である。この負荷トルク感応クラッチ２０は、図３に示すように、中空円筒状の出力カム２２２が中実円柱状のクラッチ軸２２０に挿入され、出力カム２２２の一側面に設けられている谷状のカム面２２２ａがクラッチ軸２２０の周面に突設されている突起部２２０ａに当接されている。そして、クラッチ軸２２０が圧縮バネ２２３により軸方向に付勢されて、被摩擦クラッチ２２１が摩擦クラッチ板２１１に押し付けられている。そして、クラッチ軸２２０は、回転及び軸方向の移動は自在とされているが、出力カム２２２は、回転は自在とされているが軸方向の移動は拘束されている。【００２８】
このような構成の負荷トルク感応クラッチ２０の動作について説明する。出力カム２２２に所定以下の負荷トルクしか掛かっていないときは、図４（Ａ）に示すように、クラッチ軸２２０の突起部２２０ａは出力カム２２２のカム面２２２ａ谷底に位置して、被摩擦クラッチ２２１は摩擦クラッチ２１１と当接している。従って、入力軸２１０に入力された回転動力は摩擦クラッチ２１１及び被摩擦クラッチ２２１を介してダイレクトに出力カム２２２に伝達されている。一方、出力カム２２２に所定以上の負荷トルクＴが掛かると、図４（Ｂ）に示すように、出力カム２２２が負荷トルクＴを軸力Ｆへと変換し、圧縮バネ２２３による被摩擦クラッチ２２１の摩擦クラッチ２１１への押し付け力を相殺し始める。そして、当該押し付け力がある値まで小さくなると被摩擦クラッチ２２１と摩擦クラッチ２１１との間が滑り始めて回転動力の伝達が途切れる。【００２９】
ここで、図３に示す各符号を用いて更に説明する。尚、各符号の内容は以下の通りである。
Ｆｏ：圧縮バネ２２３の押し付け力
Ｆ´：出力カム２２２による軸力
Ｆ：被摩擦クラッチ２２１の押し付け力
Ｔｉｎ：入力トルク
Ｔｏｕｔ：負荷トルク
ｒ：クラッチ軸２２０の軸中心から出力カム２２２の作用点までの距離
θ：出力カム２２２の接触角【００３０】
被摩擦クラッチ２２１の最大許容トルクＦは押し付け力に比例することから次式（１）〜（３）が成立する。尚、Ｔｓｌｉｐ：被摩擦クラッチ２２１と摩擦クラッチ２１１とが滑り始めるトルク、α：比例定数である。
Ｆ＝Ｆｏ−Ｆ´…（１）
Ｆ´＝Ｔｏｕｔ／ｒ・ｔａｎθ…（２）
Ｔｓｌｉｐ＝αＦ…（３）【００３１】
被摩擦クラッチ２２１と摩擦クラッチ２１１とが滑り始めるときのトルクＴｓｌｉｐは、式（１）〜（３）にＴｏｕｔ＝Ｔｓｌｉｐを代入することにより次式（４）で求まる。
Ｔｓｌｉｐ＝αｒ・ｔａｎθ・Ｆｏ／（ｒ・ｔａｎθ−α）…（４）【００３２】
式（４）より被摩擦クラッチ２２１と摩擦クラッチ２１１とが滑り始める限界の負荷トルクＴｏｕｔは、圧縮バネ２２３の押し付け力Ｆｏに正比例し、出力カム２２２の接触角θにも影響を受けることが分かる。また、２ウエイクラッチ２３７との組み合わせにより、負荷トルクＴｏｕｔが増大し被摩擦クラッチ２２１と摩擦クラッチ２１１とが滑って伝達が途切れた時にも、出力カム２２２に負荷トルクＴｏｕｔが作用し続けるようになっている。そのため、負荷トルクＴｏｕｔの増大によって被摩擦クラッチ２２１と摩擦クラッチ２１１の切り離しが起こる。被摩擦クラッチ２２１の押し付け力Ｆは次式（５）で表される。
Ｆ＝Ｆｏ−Ｔｏｕｔ／ｒ・ｔａｎθ…（５）【００３３】
Ｆ＝０の点を取ることで、切り離しが起こる負荷トルクＴｏｕｔを次式（６）で求める。
Ｔｏｕｔ＝Ｆｏｒ・ｔａｎθ…（６）【００３４】
以上のように、本実施形態の変速装置２００は、負荷トルクＴｏｕｔによって動作状態が変化する。出力トルクと負荷トルクＴｏｕｔは定常状態では等しいので、出力トルクＴｏｕｔの範囲によって場合分けして以下にそれぞれ説明する。【００３５】
０＜Ｔｏｕｔ＜Ｔｓｌｉｐ：高速低トルクモード
出力トルクＴｏｕｔが被摩擦クラッチ２２１と摩擦クラッチ２１１とが滑り始めるトルクＴｓｌｉｐより小さい場合、変速装置２００は高速低トルクモードで動作する。負荷感応クラッチ２０が接続されているため、モータの回転動力は直接に出力カム２２２に伝達される。また、２ウエイクラッチ２３７は多角形板２３７ｂが低速で回転し、外輪２３７ａが同方向に高速で回転するため空転状態となり、高速回転と低速回転の干渉を防いでいる。【００３６】
Ｔｓｌｉｐ≦Ｔｏｕｔ＜Ｔｃｕｔ：低速高トルクモード
出力トルクＴｏｕｔが、被摩擦クラッチ２２１と摩擦クラッチ２１１とが滑り始めるトルクＴｓｌｉｐより大きく、被摩擦クラッチ２２１と摩擦クラッチ２１１とが切断するトルクＴｃｕｔよりも小さい場合、変速装置２００は低速高トルクモードで動作する。負荷感応クラッチ２０は滑りを生じてモータの回転動力の伝達は大きく減少する。出力カム２２２は回転動力の伝達が減少したことにより回転速度が落ちる。出力カム２２２は２ウエイクラッチ２３７の外輪２３７ａと接続されているため、多角形板２３７ｂの回転速度まで出力カム２２２の回転速度が落ちた時点で外輪２３７ａと多角形板２３７ｂが噛み合い、低速高トルクで回転し始める。【００３７】
Ｔｃｕｔ≦Ｔｏｕｔ：低速高トルクモード
出力トルクＴｏｕｔが被摩擦クラッチ２２１と摩擦クラッチ２１１とが切断するトルクＴｃｕｔより大きい場合、変速装置２００は低速高トルクモードで動作する。負荷感応クラッチ２０は押し付け力Ｆが０になるため、完全に切り離されて回転動力の伝達が無くなる。そのため、出力カム２２２は２ウエイクラッチ２３７の噛み合いによって低速高トルクで回転する。【００３８】
以上のように、第１の実施形態の変速装置１００によれば、正方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速する変速機構１３０と、正方向の高速入力回転を、乾式クラッチ１０を介して、正回転を伝達する１ウエイクラッチ１２２の内輪（出力軸）１２２ｂに伝達する第１の伝達経路と、正方向の低速入力回転を、正回転を伝達する１ウエイクラッチ１２２の外輪（入力軸）１２２ａに伝達する第２の伝達経路とを備えている。このため、出力軸１２０の負荷状態に応じて乾式クラッチ１０の滑り作用と１ウエイクラッチ１２２の断続作用により、第１の伝達経路と第２の伝達経路とを自動的に切り替えることができる。即ち、出力軸１２０の負荷が小さいときは１ウエイクラッチ１２２を作用させず、乾式クラッチ１０を作用させて高速回転の出力とし、一方、出力軸１２０の負荷が大きいときは第１のクラッチ機構を作用させず、１ウエイクラッチ１２２を作用させて低速回転の出力とするように構成することができるので、正方向の入力は一定のままで出力軸１２０の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替えて出力とすることができる。そして、この切り替えの中間点では動作の不安定さが生じず、著しく安定にかつ自動的に変速動作させることができる。【００３９】
また、第２の実施形態の変速装置２００によれば、正方向又は逆方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速する変速機構２３０と、正方向の高速入力回転を、負荷トルク感応クラッチ２０を介して、正回転を伝達する状態にある２ウエイクラッチ２３７の外輪（出力軸）２３７ａに伝達し、又は逆方向の高速入力回転を、第１のクラッチ機構を介して、逆回転を伝達する状態にある２ウエイクラッチ２３７の外輪（出力軸）２３７ａに伝達する第１の伝達経路と、正方向の低速入力回転を、正回転を伝達する状態にある２ウエイクラッチ２３７の内輪（入力軸）２３７ｂに伝達し、又は逆方向の低速入力回転を、逆回転を伝達する状態にある２ウエイクラッチ２３７の内輪（入力軸）２３７ｂに伝達する第２の伝達経路とを備えている。このため、出力カム２２２の負荷状態に応じて負荷トルク感応クラッチ２０の断続作用と２ウエイクラッチ２３７の断続作用により、第１の伝達経路と第２の伝達経路とを自動的に切り替えることができ、正方向又は逆方向の入力は一定のままで出力軸２２２の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替えて出力とすることができる。そして、この切り替えの中間点では動作の不安定さが生じず、著しく安定にかつ自動的に変速動作させることができる。【００４０】
尚、上述した第１の実施形態の変速装置１００の１ウエイクラッチ１２２の代わりに２ウエイクラッチを用いても良く、更に乾式クラッチ１０の代わりに負荷トルク感応クラッチを用いても良い。また、上述した第２の実施形態の変速装置２００の２ウエイクラッチ２３７の代わりに１ウエイクラッチを用いても良く、更に負荷トルク感応クラッチ２０の代わりに乾式クラッチを用いても良い。また、上述した各実施形態では、減速機構１３０、２３０としてベルト・プーリ機構を用いたが、ギア機構等であっても同様に適用することができる。また、乾式クラッチ１０や負荷トルク感応クラッチ２０においては摩擦板を用いたクラッチとしたが、流体を用いたクラッチとしても良い。また、１ウエイクラッチ１２２はころ１２２ｃを用いたローラ方式を使用したが、内輪もしくは外輪に爪を備え、外輪もしくは内輪に爪が引っ掛かる突起を備えたラチェット方式の１ウエイクラッチであっても同様に使用することができる。【００４１】
ところで機械システムにおいてアクチュエータを減速して使用する場合、その減速比は要求速度や想定される負荷に応じて決定される。しかし、負荷状態が大きく変動するような機械システムでは固定された減速比では効率よく駆動することができず、対応できる負荷の範囲も狭い。この課題に対応するため、負荷状態が変化する機械システムではアクチュエータと負荷との間の減速比を変えるために変速装置が導入されるのが一般的である。変速装置を導入することによって、アクチュエータを最も効率の良い運転状態、または最も高出力の運転状態に保ったまま、高速低トルクの出力や低速高トルクの出力を生成することができる。【００４２】
負荷条件が予測不可能に変化する代表的な例として、移動機械の駆動系が挙げられる。発進時に必要な低速で高トルクの出力と定常走行時に必要な高速で低トルクの出力は変速装置を使用することで、小さなアクチュエータで両立することができる。移動機械の駆動系においては変速装置の導入が非常に効果的であるため、自動車等の大型機械では必ずといっていいほど変速装置が搭載されている。しかしながら、現在盛んに研究されている移動ロボットの分野ではその移動の形態によらず駆動系に変速装置が搭載されたロボットは、重量増加、機構の複雑化、大型化などの問題が発生するために非常に少ない。本出願人は、上述した第２の実施形態の変速装置２００の原理を利用した小型軽量で簡易な機構の移動ロボットに搭載可能な変速装置を開発したので以下説明する。【００４３】
図５は、移動ロボットに搭載可能な変速装置の外観を示す斜視図、図６〜図１５は、図５の変速装置の組立工程を示す斜視図である。この変速装置３００は、例えば移動ロボットのクローラに固定される固定用フランジ（図５等参照）３０２が両端に取り付けられた円柱棒状の固定シャフト（図６等参照）３０１と、当該クローラプーリを構成する中空円筒状の回転ドラム（図５等参照）３０３と、当該クローラ駆動源を構成するモータ（図６等参照）３１０、減速機構（変速機構）（図１１等参照）３２０、２ウエイクラッチ（第２のクラッチ機構）（図１３等参照）３４０及び負荷トルク感応クラッチ（第１のクラッチ機構）（図１５等参照）３５０を備えている。モータ３１０、減速機構３２０、２ウエイクラッチ３４０及び負荷トルク感応クラッチ３５０は、回転ドラム３０３に内蔵されて当該ドラム３０３と共に固定シャフト３０１周りを回転自在となるように、図示しない軸受を介して固定シャフト３０１に取り付けられている。即ち、最外殻の回転ドラム３０３が出力軸となっており、この回転ドラム３０３にクローラベルトを巻き付けることによりクローラを駆動することができる。このような構成の変速装置３００の詳細について組立順に以下説明する。【００４４】
図６に示すように、モータ３１０は、固定シャフト３０１の略中央に嵌め込まれている。このモータ３１０は、固定シャフト３０１に図示しないコイルが固定され、外周に図示しない永久磁石が配置された円筒状の回転ヨーク３１１が配置された構造となっている。この回転ヨーク３１１の図示右端面３１１ａには減速機構３２０を構成する第１歯車３２１が取り付けられており、回転ヨーク３１１の入力回転がこの第１歯車３２１から回転ドラム３０３へ伝達されるようになっている。【００４５】
図７に示すように、第１歯車３２１の径方向両側には、この第１歯車３２１と噛み合う減速機構３２０を構成する２つの第２歯車３２２（図では一方のみ示す）と、各第２歯車３２２と同軸で一体化された減速機構３２０を構成する第３歯車３２３がそれぞれ配置されている。モータ３１０のシャフト方向両側には、減速機構３２０を構成する矩形板状の２枚の歯車取付板３２４がそれぞれ嵌め込まれている。そして、各第２、第３歯車３２２、３２３は、２枚の歯車取付板３２４の４つの角部間に架け渡されている減速機構３２０を構成する４本の歯車取付シャフト３２５、３２６のうち、一方の対角の２本の歯車取付シャフト３２５（図では一方のみ示す）にそれぞれ嵌め込まれている。【００４６】
図８に示すように、他方の対角の２本の歯車取付シャフト３２６には、各第３歯車３２３と噛み合う減速機構３２０を構成する第４歯車３２７がそれぞれ嵌め込まれている。更に、当該２本の歯車取付シャフト３２６には、中央に減速機構３２０を構成する第５歯車３２８がそれぞれ嵌め込まれ、図示左側の歯車取付板３２４から突出した端部に減速機構３２０を構成する第６歯車３２９がそれぞれ嵌め込まれている。【００４７】
図９に示すように、モータ３１０の回転ヨーク３１１の外側には、各第５歯車３２８と噛み合う減速機構３２０を構成する内周歯３３０ａを有するロータリング３３０が配置されている。このロータリング３３０は、軸方向断面が凹形状、即ち外周面中央に角溝３３０ｂが形成されている。そして、この角溝３３０ｂ内には、回転ドラム３０３の内周面と当接して回転摺動する４つのローラ３３０ｃ（図では１つのみ示す）が等間隔（９０°間隔）で図示しない軸受を介して軸支されている。更に、ロータリング３３０は、両端面に負荷トルク感応クラッチ３５０を構成する略円環状の摩擦板３５５が取り付けられている。回転ヨーク３１１の入力回転は、第１〜第５歯車３２１〜３２８及び内周歯３３０ａを介して高速低トルク回転とされ、ロータリング３３０から負荷トルク感応クラッチ３５０を介して回転ドラム３０３へ伝達されるようになっている。【００４８】
図１０に示すように、一方の対角の２本の歯車取付シャフト３２５（図では一方のみ示す）における図示左側の歯車取付板３２４から突出した端部には、各第６歯車３２９と噛み合う減速機構３２０を構成する第７歯車３３１（図では一方のみ示す）と、減速機構３２０を構成する第８歯車３３２（図では一方のみ示す）がそれぞれ嵌め込まれている。【００４９】
図１１に示すように、２ウエイクラッチ３４０を構成する六角形状の多角形カム３４１が、固定シャフト３０１の図示左端に嵌め込まれている。この多角形カム３４１の図示右端面には各第８歯車３３２（図では一方のみ示す）と噛み合う減速機構３２０を構成する第９歯車３３３が取り付けられている。回転ヨーク３１１の入力回転は、第１〜第９歯車３２１〜３３３を介して低速高トルク回転とされ、２ウエイクラッチ３４０から負荷トルク感応クラッチ３５０を介して回転ドラム３０３へ伝達されるようになっている。尚、第２〜第８歯車３２２〜３３２は上下二段に配置されているが、これにより伝達トルクを大きくすることができる。【００５０】
図１２に示すように、２ウエイクラッチ３４０を構成する円板状のローラ保持板３４２が、固定シャフト３０１の図示左端であって多角形カム３４１と固定用フランジ３０２の間に嵌め込まれている。このローラ保持板３４２の図示右端面には、多角形カム３４１の各カム面３４１ａと対応するように２ウエイクラッチ３４０を構成する６つの２ウエイクラッチローラ３４３（図では４つのみ示す）が回転自在に軸支されている。【００５１】
図１３に示すように、ローラ保持板３４２の外側には、２ウエイクラッチ３４０を構成する略円筒状のリング３４４が配置されている。このリング３４４は、内周面３４４ａで各２ウエイクラッチローラ３４３と接触・離間する。ローラ保持板３４２は、固定シャフト３０１とオイルシールを介して接触している。ここで発生する摩擦によって、多角形カム３４１やリング３４４に対して２ウエイクラッチローラ３４３は遅れて回転する。また、２ウエイクラッチローラ３４３は２つの軸受３４３ａで軸３４３ｂに支持されているが、当該軸３４３ｂの寸法を軸受３４３ａの内径よりもわずかに小さくすることでがたを持たせ、多角形カム３４１の各カム面３４１ａの位相の誤差を吸収して噛み込み易くしている。リング３４４の図示右端面には、負荷トルク感応クラッチ３５０を構成する略円筒状の第１リング３５１（図１４参照）を軸方向（図示右方向）に付勢する負荷トルク感応クラッチ３５０を構成する４つのコイルスプリング３５２（図では３つのみ示す）が等間隔（９０°間隔）で軸方向を向いて支持されていると共に、第１リング３５１を係止するための４つのピン３４４ｂがコイルスプリング３５２と４５°の間隔をおいて軸方向を向いて突設されている。【００５２】
図１４に示すように、第１リング３５１は、ロータリング３３０とリング３４４の間に配置されている。この第１リング３５１の図示左外周面には、８本のピン３５１ａ（図では４つのみ示す）が等間隔（４５°間隔）で径方向に突設されている。また、ロータリング３３０の図示右端面側には、ロータリング３３０を定位置に位置決めするための負荷トルク感応クラッチ３５０を構成するストッパリング３５３が配置されている。このストッパリング３５３は、コイルスプリング３５２で軸方向（図示右方向）に付勢されている第１リング３５１がロータリング３３０の摩擦板３５５と圧接できるように回転ドラム３０３の内周面に固定されている。【００５３】
図１５に示すように、第１リング３５１の図示左外周面の外側から図では隠れているリング３４４の外周面の外側にかけて、負荷トルク感応クラッチ３５０を構成する略円筒状の第２リング３５４が配置されている。この第２リング３５４には、第１リング３５１の８本のピン３５１ａが挿入可能な円形状の８個のピン穴３５４ａ（図では４つのみ示す）が穿設されている。第２リング３５４は、第１リング３５１がコイルスプリング３５２の付勢力に抗して軸方向（図示左方向）に移動してロータリング３３０の摩擦板３５５から離間できるように回転ドラム３０３の内周面に固定されている。最後に回転ドラム３０３を被せてボルトで締結固定することにより、図５に示す変速装置３００が完成する。【００５４】
以上のような構成において、その動作について説明する。回転ドラム３０３に所定以下の負荷トルクしか掛かっていないときは、モータ３１０からの入力回転は第１歯車３２１、第２歯車３２２、第３歯車３２３、第４歯車３２７、第５歯車３２８、内周歯３３０ａを介して高速低トルク回転とされてロータリング３３０に伝達される。このとき、ロータリング３３０の摩擦板３５５には負荷トルク感応クラッチ３５０の第１リング３５１がコイルスプリング３５２に付勢されて当接しているので、ロータリング３３０と共に第１リング３５１は高速低トルク回転する。【００５５】
同時に、図１５に示す負荷トルク感応クラッチ３５０の第２リング３５４のピン穴３５４ａの右端に位置している第１リング３５１のピン３５１ａが当該ピン穴３５４ａを押圧するので、第１リング３５１と共に第２リング３５４も高速低トルク回転する。よって、この第２リング３５４に固定されている回転ドラム３０３が高速低トルク回転する。このとき、２ウエイクラッチ３４０のリング３４４も高速低トルク回転するので、２ウエイクラッチローラ３４３はリング３４４の内周面３４４ａと多角形カム３４１の各カム面３４１ａとの間で楔のように挟まることなく空転する。このため、第６歯車３２９、第７歯車３３１、第８歯車３３２、第９歯車３３３を介して伝達される低速高トルク回転により多角形カム３４１は空転する。【００５６】
一方、回転ドラム３０３に所定以上の負荷トルクが掛かったときは、第２リング３５４が負荷トルクを軸力へと変換し、コイルスプリング３５２による第１リング３５１の、ロータリング３３０の摩擦板３５５への押し付け力を相殺し始める。そして、当該押し付け力がある値まで小さくなると、図１５に示す負荷トルク感応クラッチ３５０の第２リング３５４のピン穴３５４ａの右端に位置していた第１リング３５１のピン３５１ａが、ピン穴３５４ａの内周壁に押されて左方向に移動するので、第１リング３５１とロータリング３３０の摩擦板３５５との間が滑り始めて高速低トルク回転の伝達が途切れる。【００５７】
よって、モータ３１０からの入力回転は第１歯車３２１、第２歯車３２２、第３歯車３２３、第４歯車３２７、第６歯車３２９、第７歯車３３１、第８歯車３３２、第９歯車３３３を介して低速高トルク回転とされて２ウエイクラッチ３４０の多角形カム３４１に伝達される。これにより、２ウエイクラッチローラ３４３は多角形カム３４１の各カム面３４１ａとリング３４４の内周面３４４ａとの間で楔のように挟まるので、リング３４４も負荷トルク感応クラッチ３５０の第１リング３５１と共に低速高トルク回転する。同時に、第１リング３５１のピン３５１ａが第２リング３５４のピン穴３５４ａを押圧するので、第１リング３５１と共に第２リング３５４も低速高トルク回転する。よって、この第２リング３５４に固定されている回転ドラム３０３が低速高トルク回転する。【００５８】
以上のように、正方向又は逆方向の入力は一定のままで回転ドラム３０３の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替えて出力とすることができる小型軽量で簡易な機構の変速装置３００を構成することができる。そして、減速機構３２０は歯車列を備え、モータ３１０から負荷トルク感応クラッチ３５０及び２ウエイクラッチ３４０に至る間の第２〜第８歯車３２２〜３３２の歯車列は同一構成のものが２組対向配置されているので、減速機構３２０をコンパクトに纏めることができると共に、伝達トルクを大きくすることができる。また、負荷トルク感応クラッチ３５０は、摩擦板３５５と第１リング３５１との間で滑りを生じる機構であるため、回転ドラム３０３の負荷が増大すると負荷トルク感応クラッチ３５０に滑りが生じて動力の伝達を減衰させることができ、２ウエイクラッチ３４０により変速比を自動的に切り替えて出力とすることができる。【００５９】
図１６は、上記変速装置３００を備えた移動ロボットを示す斜視図である。この移動ロボット１は、平行に配置された一対のクローラ２の上部にロボットハンド３が搭載された構成となっている。クローラ２は、図示前部に上記変速装置３００が配置され、図示後部にクローラプーリ４が配置され、それらの間にクローラベルト５が掛け渡されている。そして、クローラ２は、変速装置３００のモータ３１０の駆動力が減速機構３２０、２ウエイクラッチ３４０及び負荷トルク感応クラッチ３５０を介して回転ドラム３０３に伝達されることにより、クローラベルト５が図示矢印ａ方向に回転駆動されて前後移動及び旋回すると共に変速する。このように移動ロボット１は、変速装置３００を有するクローラ２を備えているので、傾斜面、凹凸面、段差等がある比較的不整地な場所や階段等においても容易に移動することができる。【００６０】
尚、上述した実施形態の変速装置３００では、減速機構３２０に歯車列を使用したが、ベルト・プーリ機構も使用可能である。また、２ウエイクラッチ３４０の代わりに１ウエイクラッチを使用すると共に、負荷トルク感応クラッチ３５０の代わりに摩擦クラッチを使用することも可能である。また、第２〜第８歯車３２２〜３３２は上下二段、即ち２組を軸対称に配置したが、３組以上を軸対称に配置しても良く、これにより伝達トルクを更に大きくすることができる。また、移動ロボット１のクローラ２のみならず、一般的なロボットの可動部分に変速装置３００を適用することができる。
【図１】
2008105292.tif 000003
【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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【図７】
2008105292.tif 000009
【図８】
2008105292.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年5月8日(2009.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正方向の入力回転から高速回転と低速回転を発生させる変速機構と、
第１のクラッチ機構を介して、高速回転を出力軸に伝達する第１の伝達経路と、
１ウエイの第２のクラッチ機構を介して、低速回転を出力軸に伝達する第２の伝達経路とを備え、
出力軸の負荷状態に応じて第１のクラッチ機構と第２のクラッチ機構の作用により、第１の伝達経路と第２の伝達経路とを自動的に切り替え、
出力軸の負荷トルクが増大する過程において、
出力軸の負荷トルクが、所定のトルクＡより小さい場合は、第１のクラッチ機構を介して、高速回転が出力軸に伝達され、
出力軸の負荷トルクが増大し前記トルクＡに達すると、第１のクラッチ機構が回転を減速して伝達し始め、
さらに出力軸の負荷トルクが増大すると、第２のクラッチ機構を介して、低速回転が出力軸に伝達され始め、
さらに出力軸の負荷トルクが増大し所定のトルクＢに達すると、前記トルクＡに達してから継続して回転を減速して伝達していた第１のクラッチ機構は、その伝達が切断されることを特徴とする変速装置。
【請求項２】
正方向の入力回転から高速回転と低速回転を発生させる変速機構と、
第１のクラッチ機構とバックラッシュ機構を介して、高速回転を出力軸に伝達する第１の伝達経路と、
１ウエイの第２のクラッチ機構を介して、低速回転を出力軸に伝達する第２の伝達経路とを備え、
第２のクラッチ機構は、内輪と、カム面を内面に形成した外輪と、内輪の外周面と外輪の内面の間に位置するころと、ころを支持するとともに摩擦板によって回転方向とは逆方向の抵抗を与えられている保持器から構成され、ころがカム面と噛み合うことによって回転動力を伝達し、
出力軸の負荷状態に応じて第１のクラッチ機構と第２のクラッチ機構の作用により、第１の伝達経路と第２の伝達経路とを自動的に切り替え、
入力回転が正方向から逆転すると、バックラッシュ機構が回転の伝達を一時的に切断し、第２のクラッチ機構は、外輪がころとの噛み合い位置から離れ、回転の伝達を切断することを特徴とする変速装置。
【請求項３】
正方向又は逆方向の入力回転から高速回転と低速回転を発生させる変速機構と、
第１のクラッチ機構を介して、高速回転を出力軸に伝達する第１の伝達経路と、
２ウエイの第２のクラッチ機構を介して、低速回転を出力軸に伝達する第２の伝達経路とを備え、
出力軸の負荷状態に応じて第１のクラッチ機構と第２のクラッチ機構の作用により、第１の伝達経路と第２の伝達経路とを自動的に切り替え、
出力軸の負荷トルクが増大する過程において、
出力軸の負荷トルクが、所定のトルクＡより小さい場合は、第１のクラッチ機構を介して、高速回転が出力軸に伝達され、
出力軸の負荷トルクが増大し前記トルクＡに達すると、第１のクラッチ機構が回転を減速して伝達し始め、
さらに出力軸の負荷トルクが増大すると、第２のクラッチ機構を介して、低速回転が出力軸に伝達され始め、
さらに出力軸の負荷トルクが増大し所定のトルクＢに達すると、前記トルクＡに達してから継続して回転を減速して伝達していた第１のクラッチ機構は、その伝達が切断されることを特徴とする変速装置。
【請求項４】
第１のクラッチ機構は、滑りを生じる機構であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の変速装置。
【請求項５】
第１のクラッチ機構は、出力軸の負荷状態に感応して断続する機構であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の変速装置。
【請求項６】
被搭載装置に搭載され、正方向又は逆方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速し、出力軸の負荷に応じて自動的に高速回転と低速回転を切り替えて出力できる変速装置であって、
被搭載装置に固定可能な固定シャフトと、
固定シャフトに回転自在に取り付けられた出力軸となる回転ドラムと、
回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられたモータと、
回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられ、モータからの正方向又は逆方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速する変速機構と、
回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられ、回転ドラムの負荷状態に感応して正方向又は逆方向の高速入力回転の伝達を断続する負荷トルク感応クラッチと、
回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられ、負荷トルク感応クラッチが切断状態にあるときは正方向又は逆方向の低速入力回転を回転ドラムに伝達する２ウエイクラッチとを備え、
回転ドラムの負荷トルクが増大する過程において、
回転ドラムの負荷トルクが、所定のトルクＡより小さい場合は、負荷トルク感応クラッチを介して、高速入力回転が回転ドラムに伝達され、
回転ドラムの負荷トルクが増大し前記トルクＡに達すると、負荷トルク感応クラッチが回転を減速して伝達し始め、
さらに回転ドラムの負荷トルクが増大すると、２ウエイクラッチを介して、低速入力回転が回転ドラムに伝達され始め、
さらに回転ドラムの負荷トルクが増大し所定のトルクＢに達すると、前記トルクＡに達してから継続して回転を減速して伝達していた負荷トルク感応クラッチは、その伝達が切断されることを特徴とする変速装置。
【請求項７】
変速機構は歯車列を備え、モータから負荷トルク感応クラッチ及び２ウエイクラッチに至る間の歯車列は同一構成のものが２組以上軸対称に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の変速装置。
【請求項８】
負荷トルク感応クラッチは、滑りを生じる機構であることを特徴とする請求項６に記載の変速装置。
【請求項９】
クローラを備えた移動ロボットであって、
クローラの一端部に請求項６〜８のいずれか一項に記載の変速装置が配置され、クローラの他端部にクローラプーリが配置され、変速装置の回転ドラムとクローラプーリとの間にクローラベルトが架け渡されていることを特徴とする移動ロボット。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
速することができる。
［０００４］
［特許文献１］特開２００３−１２０７６４号公報
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００５］
近年、ロボットの開発が進んでおり、物を把持するためのグリッパや地上を移動するためのクローラ等に変速装置を搭載するようになってきている。ところが、上述した変速装置では、加減速切替操作時に駆動源の回転数を変動させる必要があり、その制御系が複雑で大型化するおそれがある。
［０００６］
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、入力は一定のままで出力側の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替えて出力とする変速装置及びその変速装置を備えた移動ロボットを提供することにある。
課題を解決するための手段
［０００７］
上記目的達成のため、本発明の変速装置では、正方向の入力回転から高速回転と低速回転を発生させる変速機構と、第１のクラッチ機構を介して、高速回転を出力軸に伝達する第１の伝達経路と、１ウエイの第２のクラッチ機構を介して、低速回転を出力軸に伝達する第２の伝達経路とを備え、出力軸の負荷状態に応じて第１のクラッチ機構と第２のクラッチ機構の作用により、第１の伝達経路と第２の伝達経路とを自動的に切り替え、出力軸の負荷トルクが増大する過程において、出力軸の負荷トルクが、所定のトルクＡより小さい場合は、第１のクラッチ機構を介して、高速回転が出力軸に伝達され、出力軸の負荷トルクが増大し前記トルクＡに達すると、第１のクラッチ機構が回転を減速して伝達し始め、さらに出力軸の負荷トルクが増大すると、第２のクラッチ機構を介して、低速回転が出力軸に伝達され始め、さらに出力軸の負荷トルクが増大し所定のトルクＢに達すると、前記トルクＡに達してから継続して回転を減速して伝達していた第１のクラッチ機構は、その伝達が切断されることを特徴としている。これにより、出力軸の負荷が小さいときは第２のクラッチ機構を作用させず、第１のクラッチ機構を作用させて高速回転の出力とし、一方、出力軸の負荷が大きいときは第１のクラッチ機構を作用させず、第２のクラッチ機構を作用させて低速回転の出力とするように構成することができるので、正方向の入力は一定のままで出力軸の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替えて出力とすることができる。
［０００８］
また、正方向の入力回転から高速回転と低速回転を発生させる変速機構と、第１のクラッチ機構とバックラッシュ機構を介して、高速回転を出力軸に伝達する第１の伝達経路と、１
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
ウエイの第２のクラッチ機構を介して、低速回転を出力軸に伝達する第２の伝達経路とを備え、第２のクラッチ機構は、内輪と、カム面を内面に形成した外輪と、内輪の外周面と外輪の内面の間に位置するころと、ころを支持するとともに摩擦板によって回転方向とは逆方向の抵抗を与えられている保持器から構成され、ころがカム面と噛み合うことによって回転動力を伝達し、出力軸の負荷状態に応じて第１のクラッチ機構と第２のクラッチ機構の作用により、第１の伝達経路と第２の伝達経路とを自動的に切り替え、入力回転が正方向から逆転すると、バックラッシュ機構が回転の伝達を一時的に切断し、第２のクラッチ機構は、外輪がころとの噛み合い位置から離れ、回転の伝達を切断することを特徴としている。これにより、１ウエイの第２のクラッチ機構を用いて、正方向の入力は一定のままで出力軸の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替えて出力とすることができ、また、逆方向の入力は高速回転のみを出力とすることができる。
［０００９］
また、正方向又は逆方向の入力回転から高速回転と低速回転を発生させる変速機構と、第１のクラッチ機構を介して、高速回転を出力軸に伝達する第１の伝達経路と、２ウエイの第２のクラッチ機構を介して、低速回転を出力軸に伝達する第２の伝達経路とを備え、出力軸の負荷状態に応じて第１のクラッチ機構と第２のクラッチ機構の作用により、第１の伝達経路と第２の伝達経路とを自動的に切り替え、出力軸の負荷トルクが増大する過程において、出力軸の負荷トルクが、所定のトルクＡより小さい場合は、第１のクラッチ機構を介して、高速回転が出力軸に伝達され、出力軸の負荷トルクが増大し前記トルクＡに達すると、第１のクラッチ機構が回転を減速して伝達し始め、さらに出力軸の負荷トルクが増大すると、第２のクラッチ機構を介して、低速回転が出力軸に伝達され始め、さらに出力軸の負荷トルクが増大し所定のトルクＢに達すると、前記トルクＡに達してから継続して回転を減速して伝達していた第１のクラッチ機構は、その伝達が切断されることを特徴としている。これにより、正方向又は逆方向の入力は一定のままで出力軸の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替えて出力とすることができる。
［００１０］
また、第１のクラッチ機構は、滑りを生じる機構であることを特徴としている。これにより、出力軸の負荷が増大すると第１のクラッチ機構に滑りが生じて動力の伝達を減衰させることができるので、第２のクラッチ機構により変速比を自動的に切り替えて出力とすることができる。また、第１のクラッチ機構は、出力軸の負荷状態に感応して断続する機構であることを特徴としている。これにより、出力軸の負荷が増大したときに第１のクラッチ機構を完全に切断して動力の伝達ロスを低減することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
［００１１］
上記目的達成のため、本発明の変速装置では、被搭載装置に搭載され、正方向又は逆方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速し、出力軸の負荷に応じて自動的に高速回転と低速回転を切り替えて出力できる変速装置であって、被搭載装置に固定可能な固定シャフトと、固定シャフトに回転自在に取り付けられた出力軸となる回転ドラムと、回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられたモータと、回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられ、モータからの正方向又は逆方向の入力回転を高速回転と低速回転に変速する変速機構と、回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられ、回転ドラムの負荷状態に感応して正方向又は逆方向の高速入力回転の伝達を断続する負荷トルク感応クラッチと、回転ドラムに内蔵されて固定シャフトに回転自在に取り付けられ、負荷トルク感応クラッチが切断状態にあるときは正方向又は逆方向の低速入力回転を回転ドラムに伝達する２ウエイクラッチとを備え、回転ドラムの負荷トルクが増大する過程において、回転ドラムの負荷トルクが、所定のトルクＡより小さい場合は、負荷トルク感応クラッチを介して、高速入力回転が回転ドラムに伝達され、回転ドラムの負荷トルクが増大し前記トルクＡに達すると、負荷トルク感応クラッチが回転を減速して伝達し始め、さらに回転ドラムの負荷トルクが増大すると、２ウエイクラッチを介して、低速入力回転が回転ドラムに伝達され始め、さらに回転ドラムの負荷トルクが増大し所定のトルクＢに達すると、前記トルクＡに達してから継続して回転を減速して伝達していた負荷トルク感応クラッチは、その伝達が切断されることを特徴としている。これにより、正方向又は逆方向の入力は一定のままで出力軸の負荷状態に応じて変速比を自動的に切り替えて出力とすることができる小型軽量で簡易な機構の変速装置を構成することができる。
［００１２］
また、変速機構は歯車列を備え、モータから負荷トルク感応クラッチ及び２ウエイクラッチに至る間の歯車列は同一構成のものが２組対向配置されていることを特徴としている。これにより、変速機構をコンパクトに纏めることができると共に、伝達トルクを大きくすることができる。また、負荷トルク感応クラッチは、滑りを生じる機構であることを特徴としている。これにより、回転ドラムの負荷が増大すると負荷トルク感応クラッチに滑りが生じて動力の伝達を減衰させることができるので、２ウエイクラッチにより変速比を自動的に切り替えて出力とすることができる。
［００１３］
上記目的達成のため、本発明のクローラを備えた移動ロボットでは、クローラの一端部に上記各変速装置が配置され、クローラの他端部にクローラプーリが配置され、変
【国際調査報告】
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