(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸に接続される太陽歯車と、この太陽歯車に噛み合う遊星歯車と、前記遊星歯車と噛み合う内歯と、前記遊星歯車又は内歯と接続される出力軸とを備え、前記遊星歯車は伝達比の異なる２列以上備えられており、前記太陽歯車、前記２列以上の遊星歯車、前記内歯のいずれかを軸方向にスライド自在とし、前記２列以上の遊星歯車のいずれかを選択して噛み合わせるとともに選択しない遊星歯車の噛み合いを解消する選択手段を設け、この選択手段は、２列以上の遊星歯車のいずれも選択可能であることを特徴とする速比切替式遊星歯車装置。
【請求項２】
前記出力軸は前記内歯に接続され、遊星歯車が固定されるスター形であって、前記内歯が軸方向にスライド自在である請求項１に記載の速比切替式遊星歯車装置。
【請求項３】
前記内歯は、第１の遊星歯車列と噛み合う第１変速位置と、第２の遊星歯車列と噛み合う第２変速位置と、第１及び第２の遊星歯車列の両方に噛み合うロック位置とを有する請求項２に記載の速比切替式遊星歯車装置。
【請求項４】
前記入力軸にサーボモータが接続され、前記選択手段により噛み合わされる歯車同志の位相を合わせる位置まで前記入力軸を回転させる位相合わせ手段が設けられた請求項１〜３のいずれかに記載の速比切替式遊星歯車装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の速比切替式遊星歯車装置をプレス機械に用いるプレス機械用速比切替式遊星歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝達比が切替え可能な速比切替式遊星歯車装置であって、特にプレス機械の駆動に適したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
パンチプレス機では、１ストローク中において、パンチ工具が実際にワークを打ち抜くときの速度を低くし、その他のときはストローク速度を早くする制御が望まれる。このようなパンチ速度の制御が可能なパンチプレス機として、サーボモータの回転数を減速機で減速し、減速機に変速機を直列に接続し、サーボモータの回転数を減速機で例えば１／１０に減速し、更に変速機で１／１又は１／２に切り替え可能としたパンチプレス機が提案されている。
【０００３】
この種のパンチプレス機では、慣性力が小さな減速機及び変速機とすることが求められる。そこで、慣性力が小さな遊星歯車装置に、速比切替機能を付けたものを用いることが提案されるようになった。
【０００４】
このような速比切替式遊星歯車装置として、特開平１１−３０９６７６号公報に開示されるように、第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構と第３遊星歯車機構を直列に接続し、第２遊星歯車機構の内歯を軸方向移動可能し、第２遊星歯車機構を作動させるか、第２遊星歯車機構の内歯を第１遊星歯車機構の出力軸に連結して第２遊星歯車機構を非作動にするかで、速比を変えるものが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、遊星歯車機構の段数を変更する速比切替式遊星歯車装置は、全体として大型になり、慣性力も大きくなる。また、遊星歯車機構にクラッチを組み込み、複数の段数のうち特定段をクラッチを介して接続可能にする速比切替式遊星歯車装置も見受けられるが、クラッチを介することで大型になるとともに、慣性力も大きくなる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、遊星歯車機構に速比切替機構を組み込んだものであって、慣性力が小さく抑えられ、全体が小型に形成できる速比切替式遊星歯車装置及びプレス機械用速比切替式遊星歯車装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の速比切替式遊星歯車装置は、入力軸に接続される太陽歯車と、この太陽歯車に噛み合う遊星歯車と、前記遊星歯車と噛み合う内歯と、前記遊星歯車又は内歯と接続される出力軸とを備え、前記遊星歯車は伝達比の異なる２列以上備えられており、前記太陽歯車、前記２列以上の遊星歯車、前記内歯のいずれかを軸方向にスライド自在とし、前記２列以上の遊星歯車のいずれかを選択して噛み合わせるとともに選択しない遊星歯車の噛み合いを解消する選択手段を設け、この選択手段は、２列以上の遊星歯車のいずれも選択可能であるものである。
【０００８】
この請求項１によると、遊星歯車を伝達比の異なる２列以上にし、太陽歯車、前記２列以上の遊星歯車、内歯のいずれかを軸方向にスライドさせると、前記２列以上の遊星歯車のうち何れかが選択され、太陽歯車又は内歯に噛み合うようになる。空で回転する遊星歯車が増えるだけで、太陽歯車、前記２列以上の遊星歯車、内歯のいずれかを軸方向にスライドさせる機構も公知の適宜なスライド機構が採用できる。これらにより、速比切替機構の付加に伴う慣性力の増大と大型化を抑制できる。
【０００９】
請求項２の速比切替式遊星歯車装置は、請求項１において、前記出力軸は前記内歯に接続され、遊星歯車が固定されるスター形であって、前記内歯が軸方向にスライド自在である。
この請求項２によると、スター形により、内歯が出力軸に接続されるため、この内歯を軸方向にスライドさせることにより、２列以上の遊星歯車に対する噛み合わせを選択できる。外周に位置する内歯の軸方向スライド移動であるため、円滑な切替えができる。
【００１０】
請求項３の速比切替式遊星歯車装置は、請求項２において、前記内歯は、第１の遊星歯車列と噛み合う第１変速位置と、第２の遊星歯車列と噛み合う第２変速位置と、第１及び第２の遊星歯車列の両方に噛み合うロック位置とを有する。
この請求項３によると、ロック位置では、第１及び第２の遊星歯車列の両方に内歯が噛み合うため、両方の遊星歯車列がロック状態となり、装置の位置保持も可能になる。
【００１１】
請求項４の速比切替式遊星歯車装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記入力軸にサーボモータが接続され、前記選択手段により噛み合わされる歯車同志の位相を合わせる位置まで前記入力軸を回転させる位相合わせ手段が設けられたものである。
この請求項４によると、サーボモータの回転、または回転角を制御して、選択手段により噛み合わされる歯車同志の位相を合わせる位置にすると、噛み合いがスムーズに行われる。
【００１２】
請求項５のプレス機械用速比切替式遊星歯車装置は、請求項１〜４の速比切替式遊星歯車装置をプレス機械に用いるものである。
この請求項５によると、プレス機械における必要なプレス力と加工速度が、慣性力が小さく、小型の速比切替式遊星歯車装置を用いて得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、速比切替式遊星歯車装置の駆動系統図であり、図２は、その側面の断面図であり、図３は、その正面の断面図である。
【００１４】
図１〜図３において、速比切替式遊星歯車装置５０は、固定枠又はケーシング５１と、ケーシング５１の中心に軸支された入力軸５２と、入力軸５２に嵌入された第１太陽歯車５３及び第２太陽歯車５４と、この第１太陽歯車５３及び第２太陽歯車５４に噛み合い、固定枠５１から突出する軸に軸支された第１遊星歯車５５及び第２遊星歯車５６と、第１遊星歯車５５に噛み合う第１歯５７ａ及び第２遊星歯車５６に噛み合う第２歯５７ｂを有する軸方向にスライド自在な内歯５７と、この内歯５７の内面のスプライン穴５７ｃに嵌入されたスプライン軸５８ａから突設された出力軸５８と、前記内歯５７を軸方向の所定位置にスライド移動させ、第１遊星歯車５５及び第２遊星歯車５６のいずれかに噛み合わせるための選択手段５９と、を備えてなる。この速比切替式遊星歯車装置５０は、第１遊星歯車５５及び第２遊星歯車５６が恒星のように固定枠又はケーシング５１に対して軸支され、内歯５７が回転して出力軸５８に伝達されるスター形である。
【００１５】
第１遊星歯車５５と第１太陽歯車５３とが第１列Ａの遊星歯車列を形成し、第２遊星歯車５６と第２太陽歯車５４とが第２列Ｂの遊星歯車列を形成している。この第１列Ａと第２列Ｂは、入力軸５２に所定間隔Ｌを隔てて平行に配設されている。内歯５７の第１歯５７ａと第２歯５７ｂは、所定間隔Ｌ＋αだけ隔てて配置され、内歯５７を軸方向にαだけスライド移動させると、第１歯５７ａが前記第１列Ａと噛み合う第１変速位置の場合と、第２歯５７ｂが前記第２列Ｂと噛み合う第２変速位置の場合とに切り替えられる。また、第１列Ａで例えば１／ａに減速させ、第２列Ｂで例えば１／２ａに減速させるとすると、第１列Ａを選択する第１変速位置の場合と、第２列Ｂを選択する第２変速位置の場合とで、１対２の変速率が得られることになる。また、内歯５７のスライド量をα／２にすると、内歯５７の第１歯５７ａが第１遊星歯車５５に噛み合い、内歯５７の第２歯５７ｂが第２遊星歯車５６に噛み合い、歯車列の回転が止められるロック位置となる。
【００１６】
内歯５７を軸方向の所定位置にスライド移動させ、第１列Ａ又は第２列Ｂに切り替える選択手段５９の詳細は図２及び図３に示される。図示例は手動切替え又は自動切替えの両方に対応できるハンドル式となっている。内歯５７の外周にリング溝５７ｄが形成され、このリング溝５７ｄにメタルローラ６０が嵌まる。このメタルローラ６０は、軸６１の両端のアーム６２に軸支され、軸６１はエアシリンダ６４又はハンドル６５に連結されている。エアシリンダ６４又はハンドル６５の駆動により、内歯５７は、前進位置又は第１変速位置、中間位置又はロック位置、後退位置又は第２変速位置になる。なお、図２及び図３では、内歯５７には一つの歯５７ｅが設けられ、この歯５７ｅが第１遊星歯車５５に噛み合う第１変速位置、又は、第２遊星歯車５６に噛み合う第２変速位置、又は、第１遊星歯車５５及び第２遊星歯車５６の両方に噛み合うロック位置となるように構成されている。
【００１７】
なお、内歯５７を軸方向の第１変速位置、第２変速位置、ロック位置にスライド移動させる機構には種々のものが採用できる。内歯５７を回転自在に軸受などで保持し、この保持体を軸方向にアクチュエータを用いて移動させるものであれば、適宜な機構を採用できる。
【００１８】
図１に戻り、入力軸５２には駆動モータ又はサーボモータ６が連結され、出力軸５８にはパンチプレス機１の機構部分が連結される。また、制御装置３３が駆動モータ又はサーボモータ６と自動切替えに対応できる選択手段５９に接続されている。制御装置３３は、サーボモータ６の回転数制御に対応して各歯車５３〜５５の歯の位置を認識できるようになっており、第１変速位置、第２変速位置、ロック位置の相互の切替えに際して、内歯５７の歯５７ａが第１遊星歯車５５に噛む位置、内歯５７の歯５７ｂが第２遊星歯車５６に噛む位置まで、入力軸５２を僅かに回転させて停止させる機能を有している。このようにサーボモータ３３と選択手段５９に接続された制御装置３３は位相合わせ手段を構成している。
【００１９】
前述した構造の速比切替式遊星歯車装置５０の作動を図１により説明する。図示例では、選択手段５９は第２列Ｂを選択しており、例えば１／２ａに減速される。速比の切替え時には、遊星歯車装置５０は一旦停止する。この停止に際して、第１列Ａの第１遊星歯車５５と内歯５７の第１歯５７ａが噛み合える位相になるように、回転数を制御しながら停止する。この制御はサーボモータ６と制御装置３３による周知の位置制御で行うことができる。選択手段５９により、内歯５７を図面左側にαだけ寄せると、第２列Ｂの噛み合いが解消され、第１列Ａが噛み合うようになる。第１列Ａで例えば１／ａに減速させ、変速比が変わる。
【００２０】
また、選択手段５９により、内歯５７を図面左側にα／２だけよせると、内歯５７の各歯５７ａ，５７ｂは、それぞれ第１列Ａと第２列Ｂに噛み合うため、各歯車５３〜５６の動きが固定され、パンチプレス機１の駆動機構を停止状態で保持するロック位置となる。
【００２１】
上述した構造と作動を有する速比切替式遊星歯車装置５０によると、第１遊星歯車５５と第１太陽歯車５３の第１列Ａと、第２遊星歯車５６と第２太陽歯車５４の第２列Ｂと、内歯５７を軸方向にスライド移動させて、選択的に噛み合わせようにしているため、遊星歯車列を部分的に増やすだけで、変速比を所定値にすることができ、空回りする部分を最小限にして、慣性力の増大を極小化し、装置全体も小型に形成することができる。
【００２２】
特に、スター形であって、内歯５７を軸方向に移動させる構造であるため、内歯５７を回転自在に支持すると、後は周知の軸方向移動手段を採用して簡単に内歯５７をスライド移動させることができる。そのため、選択手段５９に伴う慣性力の増大もなく、選択手段５９を付加しても装置全体を小型に保つことが可能になる。
【００２３】
つぎに、図４及び図５により他の速比切替式遊星歯車装置７０，８０を説明する。速比切替式遊星歯車装置７０，８０のいずれもプラネタリー形と呼ばれるものであり、図１のスター形と同様に遊星歯車装置である。
【００２４】
図４において、速比切替式遊星歯車装置７０は、入力軸７１と、入力軸７１に嵌入された第１太陽歯車７２及び第２太陽歯車７３と、保持枠７４に回転自在に支持され、前記第１太陽歯車７２及び第２太陽歯車７３に噛み合う第１遊星歯車７５及び第２遊星歯車７６と、第１遊星歯車７５及び第２遊星歯車７６と噛み合う固定の内歯７７と、保持枠７４に対してスプライン又はキー等を介して連結された出力軸７８と、保持枠７４を軸方向に移動させる選択手段７９とを備えてなる。
【００２５】
第１太陽歯車７２と第１遊星歯車７５が第１列Ａの遊星歯車列を形成し、第２太陽歯車７３と第２遊星歯車７６が第２列Ｂの遊星歯車列を形成する。第１遊星歯車７５と第２遊星歯車７６の間隔はＬであるが、第１太陽歯車７２と第２太陽歯車７３の間隔はＬ＋αである。そのため、保持枠７４を軸方向にαだけ移動させると、第１列Ａ又は第２列Ｂを選択できる。選択手段７９は保持枠７４に対して相対回転可能に連結され、アクチュエータ等で保持枠７４を軸方向の所定位置までスライド移動させることができる。
【００２６】
図４の速比切替式遊星歯車装置７０も、第１列Ａの第１遊星歯車７５と、第２列Ｂの第２遊星歯車７６と、保持枠７４を軸方向にスライド移動させて、選択的に噛み合わせようにしているため、遊星歯車列などを部分的に増やすだけで、変速比を所定値にすることができ、空回りする部分を最小限にして、慣性力の増大を少なくし、装置全体も小型に形成することができる。
【００２７】
図５において、速比切替式遊星歯車装置８０は、入力軸８１と、入力軸８１に対してスプライン又はキーなどを介して連結された軸８１ａに嵌入された第１太陽歯車８２及び第２太陽歯車８３と、保持枠８４に回転自在に支持され、前記第１太陽歯車８２及び第２太陽歯車８３に噛み合う第１遊星歯車８５及び第２遊星歯車８６と、第１遊星歯車８５及び第２遊星歯車８６と噛み合う固定の内歯８７と、保持枠８４に固定された出力軸８８と、軸８１ａを軸方向に移動させる選択手段８９とを備えてなる。
【００２８】
第１太陽歯車８２と第１遊星歯車８５が第１列Ａの遊星歯車列を形成し、第２太陽歯車８３と第２遊星歯車８６が第２列Ｂの遊星歯車列を形成する。第１遊星歯車８５と第２遊星歯車８６の間隔はＬであるが、第１太陽歯車８２と第２太陽歯車８３の間隔はＬ＋αである。そのため、軸８１ａを軸方向にαだけ移動させると、第１列Ａ又は第２列Ｂを選択できる。選択手段８９は軸８１ａに対して相対回転可能に連結され、アクチュエータなどで軸８１ａを軸方向の所定位置までスライド移動させることができる。
【００２９】
図５の速比切替式遊星歯車装置８０も、第１列Ａの第１太陽歯車８２と、第２列Ｂの第２太陽歯車８３と、軸８１ａを軸方向にスライド移動させて、選択的に噛み合わせようにしているため、遊星歯車列などを部分的に増やすだけで、変速比を所定値にすることができ、空回りする部分を最小限にして、慣性力の増大を少なくし、装置全体も小型に形成することができる。
【００３０】
なお、図１、図４又は図５の速比切替式遊星歯車装置５０，７０，８０のいずれの場合も、変速段が２段の場合を説明したが、遊星歯車列を例えば３列以上にし、各列の減速比を順次変えておくと、変速段が３段以上のものにする事が可能になる。このとき、軸方向にスライド移動させる位置は３位置以上となり、各位置で所定の遊星歯車と噛み合うように各歯車を配置すればよい。
【００３１】
つぎに、上述した速比切替式遊星歯車装置５０，７０，８０が好適に適用されるプレス機１を図６により説明する。
【００３２】
図６において、フレーム１０は、下部フレーム１０ａと、下部フレーム１０ａから立設された上部フレーム１０ｂとで形成されている。この上部フレーム１０ｂ内の空間に、上下のタレット２Ａ，２Ｂが配置され、各フレーム１０ａ，１０ｂに対して回転自在に支持されている。上タレット２Ａにはパンチ金型となるプレス金型３が円周上に複数個配置され、下タレット２Ｂにはダイ金型４が円周上に複数個設置されている。上下のタレット２Ａ，２Ｂは、フレーム１０に設置した図示されないタレット駆動装置により割り出し回転させられる。
【００３３】
プレス金型３のパンチ駆動装置５は、上部フレーム１０ｂから更に上に突出する中空フレーム１０ｃの側面に取り付けられた速比切替式遊星歯車装置５０，７０，８０と、速比切替式遊星歯車装置５０，７０，８０の入力軸の側に一体に取り付けられたサーボモータ６と、この速比切替式遊星歯車装置５０，７０，８０の出力軸の側に連結され、回転を上下方向の直線往復動に変換する変速機構７とで構成される。
【００３４】
変速機構７は、偏心カム機構からなるものであり、偏心カム１２が、速比切替式遊星歯車装置５０，７０，８０の出力軸と同一回転中心Ｏ上で、一対の軸受１１ａ，１１ｂにより回転自在に支持されている。偏心カム１２は、その偏心軸部１２ａがクランクアーム１３の上端の穴に図示されない軸受を介して回転自在に嵌合している。クランクアーム１３の下端には、ピン１５を介してラム１６が連結され、ラム１６は上部フレーム１０ｂに取り付けられたラムガイド１７に昇降自在に支持されている。ラム１６の先端には、上タレット２Ａに保持されたプレス金型３の頭部と連結されるＴ溝状の頭部連結部を有している。
【００３５】
前述したプレス機１は、サーボモータ６、速比切替式遊星歯車装置５０，７０，８０、偏心カム機構７を介して、直接プレス金型３を駆動するため、プレス金型３のストローク速度や位置の制御が、簡単な制御で制御良く行われる。また、選択手段５９，７９，８９により、通常は小さな減速比（変速比小）による高速加工を選択し、制御装置３３の演算手段で演算されたプレス力が所定値を越える場合に、大きな減速比（変速比大）による高負荷加工を選択することができる。
【００３６】
特に、速比切替式遊星歯車装置５０，７０，８０は、全体に慣性力が小さく、小型に形成されているため、ストローク速度や位置の制御が高精度且つ高速で行うことができ、プレス機１の全体もコンパクトに形成することが可能になる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜５の速比切替式遊星歯車装置によると、変速機構を一体に備えるため、遊星歯車装置が本来有する慣性力の小ささを保持しつつ、特に頻繁に速度を変更するような場合に、慣性力を小さくして、速度変動に対する追従性を高めることがでる。
【００３８】
請求項２によると、スター形の遊星歯車装置を使用し、内歯を軸方向にスライドさせるため、速比の切替えが円滑にできる。請求項３によると、変速だけでなくロックもできるため、遊星歯車装置による動作保持も簡単にできる。請求項４によると、サーボモータと遊星歯車装置の組み合わせにして、位相合わせをサーボモータの回転数制御により行うため、切替え時の歯の噛み合いがスムーズにできる。
【００３９】
請求項５のプレス機械用速比切替式遊星歯車装置によると、慣性力が小さく且つ小型の速比切替式遊星歯車装置であるため、プレス機械における必要なプレス力と加工速度が加工精度が両立して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】速比切替式遊星歯車装置の駆動系統図である。
【図２】速比切替式遊星歯車装置の側面の断面図である。
【図３】速比切替式遊星歯車装置の正面の断面図である。
【図４】他の速比切替式遊星歯車装置の駆動系統図である。
【図５】更に他の速比切替式遊星歯車装置の駆動系統図である。
【図６】パンチプレス機に適用された速比切替式遊星歯車装置の配置例を示す側面の部分断面図である。
【符号の説明】
１  プレス機
６  サーボモータ
３３  制御装置（位相合わせ手段）
５０  速比切替式遊星歯車装置
５２  入力軸
５３  第１太陽歯車
５４  第２太陽歯車
５５  第１遊星歯車
５６  第２遊星歯車
５７  内歯
５８  出力軸
５９  選択手段
【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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