JP2007113677A

JP2007113677A - 変速機

Info

Publication number: JP2007113677A
Application number: JP2005305342A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Yamashita; 正明山下
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】トルクの変化に対応して自動的に変速し、大トルクを得ることができると共に、変速範囲も大きくすることができる変速機を提供することを目的とする。
【解決手段】内周面に入力内接歯車４を有し入力軸１と一体に回転する第１回転体３を、入力軸１の出力軸２側の端部に設ける。出力軸２の入力軸１側の端部に第２回転体５を回転自在に外嵌する。第２回転体５から入力軸１側に突出した出力軸２端部13に出力歯車14を外嵌固定すると共に、第２回転体５に、入・出力軸１，２の同一軸心Ｌ廻りに公転する第１遊星歯車６と、入力内接歯車４に噛合して入・出力軸１，２の同一軸心Ｌ廻りに公転する第２遊星歯車７とを、夫々、入・出力軸１，２の同一軸心Ｌと平行な軸心廻りに回転自在として付設する。かつ、第１遊星歯車６は、第２遊星歯車７、及び、出力歯車14に、夫々、噛合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械、産業機械、建設機械、農業機械、車両機械等に用いられる変速機に関するものである。

従来の変速機として、インバーターやサーボモーター等の電気制御による変速機等が知られており、その一例として、自動車の変速機における遊星歯車機構の出力軸に交流モータを配設すると共に、加速制御スイッチをアクセルペダルに連動して配設し、減速制御スイッチの作動に応じて、電源制御装置により出力軸を正回転方向又は逆回転方向に回転付勢するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２４２５２号公報

この従来の変速機では、低速域においては、低トルクで出力不足であり、効率が悪かった。

そこで、本発明は、トルクの変化に対応して自動的に変速し、大トルクを得ることができると共に、変速範囲も大きくすることができる変速機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る変速機は、同一軸心上に回転自在に枢支された入力軸・出力軸を備えた変速機に於て、内周面に入力内接歯車を有し該入力軸と一体に回転する第１回転体を、該入力軸の出力軸側の端部に該入力軸と上記同一軸心上に設けると共に、上記出力軸の入力軸側の端部に外嵌される円筒部と該円筒部の端部に外鍔状に設けられる基盤部と周方向に所定ピッチで配設される連結部を介して該基盤部に相対面して一体状に連設された円盤部と該円盤部の入力軸側の端面中央部に突設されて入力軸の端面の孔部に回転自在に嵌入された軸部とを有する第２回転体を回転自在に設け、さらに、該第２回転体から入力軸側に突出した出力軸端部に出力歯車を外嵌固定すると共に、上記入力内接歯車に噛合して上記同一軸心廻りに公転する第２遊星歯車を、上記同一軸心と平行な軸心廻りに回転自在として上記円盤部に付設し、かつ、上記同一軸心と平行な軸心廻りに回転自在として上記基盤部に付設されると共に該同一軸心廻りに公転する第１遊星歯車を、上記出力歯車、及び、上記第２遊星歯車に夫々噛合させ、さらに、上記第２回転体の回転速度を変化させる変速手段を備えたものである。

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
本発明に係る変速機は、内周面に入力内接歯車を有し入力軸と一体に回転する第１回転体を、入力軸の出力軸側の端部に入力軸と同一軸心上に設けると共に、出力軸の入力軸側の端部に外嵌される円筒部と円筒部の端部に外鍔状に設けられる基盤部と周方向に所定ピッチで配設される連結部を介して基盤部に相対面して一体状に連設された円盤部と円盤部の入力軸側の端面中央部に突設されて入力軸の端面の孔部に回転自在に嵌入された軸部とを有する第２回転体を回転自在に設け、さらに、第２回転体から入力軸側に突出した出力軸端部に出力歯車を外嵌固定すると共に、入力内接歯車に噛合して同一軸心廻りに公転する第２遊星歯車を、同一軸心と平行な軸心廻りに回転自在として円盤部に付設し、かつ、同一軸心と平行な軸心廻りに回転自在として基盤部に付設されると共に同一軸心廻りに公転する第１遊星歯車を、出力歯車、及び、第２遊星歯車に夫々噛合させ、さらに、第２回転体５の回転速度を変化させる変速手段16を備えているので、入力軸が回転することにより出力軸の反力に見合って第２回転体が公転し、トルクの変化に応じて自動的に変速し、かつ、大トルクを得ることができる。

そして、入力軸・出力軸が同一軸心に回転自在なので、両軸の回転が非常に安定しており、振れるのが防止される。
また、第２回転体の回転速度を変化させる変速手段を備えているので、変速手段にて第２回転体の回転速度を所望の速度に変化させることにより、全域定出力で出力軸の増速・減速が行え、変速範囲が広い。例えば、出力軸の回転速度を、入力軸の回転速度の２倍以上に調整可能である。さらに、効率が良いという利点もある。

以下、実施の形態を示す図面に基づき、本発明を詳説する。
図１は本発明に係る変速機を示し、この変速機は、回転自在な入力軸１と、該入力軸１と同一軸心Ｌ廻りに回転自在な出力軸２と、を備える。入力軸１はその基端側が図示省略の原動機等に接続されて回転駆動され、出力軸２はその先端側が変速駆動される機械等に接続される。

入力軸１の出力軸側の端部には、該入力軸１と一体に回転する第１回転体３が設けられている。この第１回転体３は、円盤部３ａと短円筒部３ｂとからなり、短円筒部３ｂの内周面に入力内接歯車４が設けられている。

また、出力軸２には、第２回転体５が回転自在に外嵌されている。この第２回転体５は、出力軸２に外嵌される円筒部５ａと、該円筒部５ａの端部に外鍔状に設けられる基盤部５ｂとを備える。

しかして、この第２回転体５には、上記同一軸心Ｌ廻りに回転する第１・第２遊星歯車６，７が付設されている。
具体的には、この第２回転体５には、基盤部５ｂに相対面する円盤部５ｃが設けられ、同一軸心Ｌに対して対称位置に配設された一対の第１軸８，８が、基盤部５ｂから円盤部５ｃ側へ突設され、かつ、同一軸心Ｌに対して対称位置に配設された一対の第２軸９，９が、円盤部５ｃから基盤部５ｂ側へ突設される。第１軸８・第２軸９の軸心は、夫々、同一軸心Ｌと平行とされる。円盤部５ｃは、周方向に所定ピッチで配設される連結部10…（図例では、同一軸心Ｌを挟んで対称位置に配設された２本のボルト部材）を介して基盤部５ｂに一体状に連設されている。また、円盤部５ｃの入力軸１側の端面中央部から突出した軸部11が、入力軸１の端面の孔部12に回転自在に嵌入されている。

そして、第２回転体５の一対の第１軸８，８に、夫々、第１遊星歯車６，６が、同一軸心Ｌと平行な軸心廻りに回転自在に外嵌され、かつ、一対の第２軸９，９に、夫々、第２遊星歯車７，７が、同一軸心Ｌと平行な軸心廻りに回転自在として外嵌される。

また、出力軸２から入力軸１側に突出した端部13に、出力歯車14が外嵌固定される。そして、第１遊星歯車６が、出力歯車14、及び、第２遊星歯車７に夫々噛合されると共に、第２遊星歯車７が、第１回転体３の入力内接歯車４に噛合される。なお、図例でも明らかなように、出力歯車14と第２遊星歯車７とは、同一軸心Ｌ方向に相互にずれて配設され、重ならない。
第１遊星歯車６と第２遊星歯車７は、略同一外形寸法に形成されるのが好ましい。また、歯数については、入力内接歯車４の歯数を出力歯車14の歯数より大とするのが好ましく、具体的には、例えば、出力歯車14の歯数を入力内接歯車４の歯数の１／２以下とする。また、第２遊星歯車７の歯数は任意である。

また、第２回転体５には、この第２回転体５の回転速度を変化させる変速手段16が付設されている。変速手段16は、滑りキー17を介して外嵌状に第２回転体５に取付けられるプーリー18を備え、このプーリー18と、図示省略の電動機等の回転軸に取付けられた図示省略のプーリーとに、ベルト19が掛け回されている。

さらに，プーリー18は、一対のプーリー半体18ａ，18ｂからなり、一方のプーリー半体18ａは、第２回転体５に固定され、他方のプーリー半体18ｂは、第２回転体５に対して、一体回転可能かつ軸心方向にスライド自在となっており、図示省略のバネ等の弾発部材によりプーリー半体18ａに接近する方向に弾発付勢される。

従って、上述の図示省略の電動機等の回転軸が回転すると、プーリー18と第２回転体５が一体に回転し、また、プーリー半体18ａに対してプーリー半体18ｂを接近・離間させることにより、ベルト19を、プーリー18の径方向にスライドさせ、プーリー18及び第２回転体５の回転速度を変化させることができる。

しかして、上述の如く構成された変速機によれば、入力軸１が回転して第１回転体３が回転すれば、この第１回転体３の入力内接歯車４に噛合している第２遊星歯車７が自転しつつ同一軸心Ｌ廻りに公転するので、出力軸２の反力に見合って第２回転体５が同一軸心Ｌ廻りに回転する。このとき、第２回転体５の第１軸８・第２軸９に夫々外嵌された第１遊星歯車６・第２遊星歯車７が公転することにより、第２遊星歯車７に噛合している第１遊星歯車６は、自転しつつ公転するので、この第１遊星歯車６に噛合している出力歯車14が回転して出力軸２が回転することとなる。

しかして、本発明の変速機は、第２回転体５の回転速度を変化させる変速手段16を備えているので、入力軸１及び第２回転体５の回転時に於て、この変速手段16にて、第２回転体５の回転（矢印Ａ方向）を入力軸１の回転（矢印Ａ方向）よりも遅らせていくと、歯車の回転速度差により、出力軸２の回転が入力軸１の回転よりも速くなり、入力軸１の回転数の２倍以上の増速が可能である。逆に、第２回転体５の回転を入力軸１の回転よりも速くしていくと、出力軸２の回転が入力軸１の回転よりも遅くなり、停止状態まで減速可能である。
また、第２回転体５の回転を入力軸１の回転と等しくすれば、出力軸２の回転が入力軸１の回転と等しくなる。
このように、変速手段16にて第２回転体５の回転速度を変化させるだけで、全域定出力で出力軸２の変速が行えると共に、変速範囲が広い利点がある。また、変速手段16にて第２回転体５をあまり速く回転させずとも広い変速範囲を実現できるので、効率が良好である。

図１，図２に於て、第１回転体３の入力内接歯車４と第２遊星歯車７との噛合部をＰとし、第２遊星歯車７と第１遊星歯車６の噛合部をＱとし、第１遊星歯車６と出力歯車14の噛合部をＲとする。噛合部Ｐ，Ｑ，Ｒは、軸心Ｌからの半径寸法が順に小さくなっており、しかも、軸心Ｌ方向に相互にずれた配置となっている。
本発明の変速機に於て、変速手段16を駆動させて、第２回転体５を入力軸１（第１回転体３）と同速度で回転させた場合、第２回転体５、第１回転体３、第１遊星歯車６、及び第２遊星歯車７は一体状に回転し、噛合部Ｐ，Ｑ，Ｒは停止している（各噛合部Ｐ，Ｑ，Ｒに於ける各歯車の噛合位置は変化しない）。このことから、噛合部Ｐ，Ｑ，Ｒは、Ｌを軸心とする１個の仮想の大ヘリカルベベルギア（入力軸１側から出力軸２側にかけて縮径状のもの）に小ベベルギアが噛合する噛合部の位置関係にあると言える。各噛合部のトルクは同じ大きさである。
よって、第２回転体５を入力軸１と同速度で回転させた場合に、第２回転体５、第１回転体３、第１遊星歯車６、及び第２遊星歯車７を、スムーズに一体状に回転させることができるので、入力軸１から出力軸２へ効率よく動力が伝達される。
これに対し、本発明を設計変更し、第１遊星歯車６の径を、噛合部Ｑ，噛合部Ｒに対応する部位によって相違して形成（例えば、噛合部Ｒの側を小径に形成）したものについて考察する（図示省略）。これによると、第２回転体５を入力軸１（第１回転体３）と同速度で回転させると、噛合部Ｒに於て回転が生ずる（第１遊星歯車６と出力歯車14の噛合部Ｒが変化する）。よって、各歯車、回転体等を、本発明の変速機のような一体回転をさせることができない。
以上のことから、本発明の変速機は、遊星歯車の公転時に、出力軸２を非常にスムーズに回転させることができることが明らかである。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、例えば、第１・第２遊星歯車６，７は、図例では夫々一対づつ設けられるが、これに限るものでなく増減は自由である。

以上のように、本発明に係る変速機は、同一軸心Ｌ上に回転自在に枢支された入力軸１・出力軸２を備えたものであって、内周面に入力内接歯車４を有し入力軸１と一体に回転する第１回転体３を、入力軸１の出力軸２側の端部に入力軸１と同一軸心Ｌ上に設けると共に、出力軸２の入力軸１側の端部に外嵌される円筒部５ａと円筒部５ａの端部に外鍔状に設けられる基盤部５ｂと周方向に所定ピッチで配設される連結部10を介して基盤部５ｂに相対面して一体状に連設された円盤部５ｃと円盤部５ｃの入力軸１側の端面中央部に突設されて入力軸１の端面の孔部12に回転自在に嵌入された軸部11とを有する第２回転体５を回転自在に設け、さらに、第２回転体５から入力軸１側に突出した出力軸２端部13に出力歯車14を外嵌固定すると共に、入力内接歯車４に噛合して同一軸心Ｌ廻りに公転する第２遊星歯車７を、同一軸心Ｌと平行な軸心廻りに回転自在として円盤部５ｃに付設し、かつ、同一軸心Ｌと平行な軸心廻りに回転自在として基盤部５ｂに付設されると共に同一軸心Ｌ廻りに公転する第１遊星歯車６を、出力歯車14、及び、第２遊星歯車７に夫々噛合させ、さらに、第２回転体５の回転速度を変化させる変速手段16を備えているので、入力軸１が回転することにより出力軸２の反力に見合って第２回転体５が公転し、トルクの変化に応じて自動的に変速し、かつ、大トルクを得ることができる。
そして、入力軸１・出力軸２が同一軸心Ｌ上に回転自在なので、両軸の回転が非常に安定しており、振れるのが防止される。
また、変速手段16にて第２回転体５の回転速度を所望の速度に変化させることにより、全域定出力で出力軸２の増速・減速が行え、変速範囲が広い。例えば、出力軸２の回転速度を、入力軸１の回転速度の２倍以上に調整可能である。さらに、効率が良いという利点もある。

本発明に係る変速機の実施の一形態を示す一部断面側面図である。歯車の位置関係を示す簡略図である。

符号の説明

１入力軸
２出力軸
３第１回転体
４入力内接歯車
５第２回転体
５ａ円筒部
５ｂ基盤部
５ｃ円盤部
６第１遊星歯車
７第２遊星歯車
10 連結部
11 軸部
12 孔部
13 端部
14 出力歯車
16 変速手段
Ｌ同一軸心

Claims

同一軸心（Ｌ）上に回転自在に枢支された入力軸（１）・出力軸（２）を備えた変速機に於て、内周面に入力内接歯車（４）を有し該入力軸（１）と一体に回転する第１回転体（３）を、該入力軸（１）の出力軸（２）側の端部に該入力軸（１）と上記同一軸心（Ｌ）上に設けると共に、上記出力軸（２）の入力軸（１）側の端部に外嵌される円筒部（５ａ）と該円筒部（５ａ）の端部に外鍔状に設けられる基盤部（５ｂ）と周方向に所定ピッチで配設される連結部（10）を介して該基盤部（５ｂ）に相対面して一体状に連設された円盤部（５ｃ）と該円盤部（５ｃ）の入力軸（１）側の端面中央部に突設されて入力軸（１）の端面の孔部（12）に回転自在に嵌入された軸部（11）とを有する第２回転体（５）を回転自在に設け、さらに、該第２回転体（５）から入力軸（１）側に突出した出力軸（２）端部（13）に出力歯車（14）を外嵌固定すると共に、上記入力内接歯車（４）に噛合して上記同一軸心（Ｌ）廻りに公転する第２遊星歯車（７）を、上記同一軸心（Ｌ）と平行な軸心廻りに回転自在として上記円盤部（５ｃ）に付設し、かつ、上記同一軸心（Ｌ）と平行な軸心廻りに回転自在として上記基盤部（５ｂ）に付設されると共に該同一軸心（Ｌ）廻りに公転する第１遊星歯車（６）を、上記出力歯車（14）、及び、上記第２遊星歯車（７）に夫々噛合させ、
さらに、上記第２回転体（５）の回転速度を変化させる変速手段（16）を備えたことを特徴とする変速機。