JP2007529696A - 揺動フィンガ型伝動装置 - Google Patents

Abstract

揺動フィンガ型伝動装置では、軸（１）がピボット軸受（５）を介して揺動フィンガ付リング（８）を支持している。揺動フィンガ付リング（８）から揺動フィンガ（１２）が延びている。揺動フィンガ（１２）の運動により発生する振動を減じるために、軸（１）に少なくとも１つの釣合い質量（２０，２１）が形成されている。それに対して択一的にまたはそれに対して付加的に、揺動フィンガ付リング（８）自体にも、少なくとも１つの釣合い質量（２２，２３）が設けられていることができる。それにより、揺動フィンガ（１２）の運動により当然発生する振動は補償される。

Description

本発明は、請求項１および請求項１０の上位概念部に記載した形式の揺動フィンガ型伝動装置（Ｔａｕｍｅｌｆｉｎｇｅｒｇｅｔｒｉｅｂｅ）に関する。

揺動フィンガ型伝動装置とは、回転運動を往復並進運動に変換するための装置と理解される。揺動フィンガ型伝動装置では、回転駆動される回転部材が揺動部材に作用して、揺動部材を折り返し駆動し、その際、別の部材をリニアに並進運動させることができる。

この種の揺動フィンガ型伝動装置は例えばドイツ連邦共和国特許第１９８５１８８８号明細書から公知である。

揺動フィンガ型伝動装置は、ドイツ連邦共和国特許第１９８５１８８８号明細書にも記載されているように、例えばハンマドリル（Ｂｏｈｒｈａｍｍｅｒ）または破つりハンマ（Ｓｃｈｌａｇｈａｍｍｅｒ）において、駆動装置の回転運動を往復並進運動に変換するために使用される。この往復並進運動は打撃機構内で、打撃を工具に加えるために使用されることができる。

図１には例示的に、この種の空気ばね式打撃機構のための公知の揺動フィンガ型伝動装置が示されている。

駆動軸として役立つ軸１は、図示されていない駆動装置（例えば電動モータ）により、歯車２を介して回転駆動される。軸１は、概略的に示した軸受箇所３，４で回転可能に支承されている。これらの軸受箇所３，４は一般に、図示されていないハウジング内に支持されている転がり軸受である。ハウジングは例えばドイツ連邦共和国特許第１９８５１８８８号明細書に示されている。

軸１上には内輪５ａを備えたピボット軸受もしくはレシプロベアリング（Ｄｒｅｈｌａｇｅｒ）５が固定されている。内輪５ａは軸１に、例えばプレス結合部を介して相対回動不能に結合されていなければならない。場合によっては、軸１と内輪５ａとが一体的に製作されてもよい。

内輪５ａは環状の内側転動面６を有している。内側転動面６は、軸１の回転軸線７に対して垂直でない平面内に位置している。図１に示した例では、内側転動面の平面と、回転軸線７に対して垂直な平面との間の角度αは、約３０°である。

内輪５ａの周りには揺動フィンガ付リング（Ｔａｕｍｅｌｆｉｎｇｅｒｒｉｎｇ）８が配置されている。揺動フィンガ付リング８はその内面に、内側転動面６に対応配置された外側転動面９を有している。内側転動面６と外側転動面９との間には転動体１０が自体公知の形式で可動に配置されている。内側転動面６を備えた内輪５ａと、外側転動面９を備えた揺動フィンガ付リング８と、転動体１０とは相俟って機能的にピボット軸受５を形成する。ピボット軸受５は図示の例では転がり軸受として構成されている。択一的には、例えば滑り軸受のような別の軸受種が使用されてもよい。

揺動フィンガ付リング８の外側には、連結箇所１１から、揺動フィンガ（Ｔａｕｍｅｌｆｉｎｇｅｒ）１２が揺動フィンガ付リング８の中心軸線１３に対して半径方向で延びている。

揺動フィンガ１２の、揺動フィンガ付リング８とは反対側の端部はピストンピン１４を貫通する。ピストンピン１４はやはり空気ばね式打撃機構の駆動ピストン１５に固定されている。

駆動ピストン１５内には、図１で見て、空気ばね式打撃機構に属する打撃ピストン１６が示されている。この種の空気ばね式打撃機構は公知である。ただし、空気ばね式打撃機構は本発明の対象ではないので、これ以上の説明は省略する。

揺動フィンガ型伝動装置の運転中、軸１は内輪５ａと共に回転する。傾いて位置する内側転動面６に基づいて、内側転動面６内を循環する転動体１０および揺動フィンガ付リング８は揺動運動する。この揺動運動はピストンピン１４および駆動ピストン１５の案内によりリニアな往復運動に変換されることができる。

揺動フィンガ１２はかなりの不釣合い質量を成す。この不釣合い質量は高速運動時（毎分数百回の打撃）時に、周期性のかなりの付加的な軸受負荷に至る。この軸受負荷は機械（軸受、ハウジング）にも、機械を持つオペレータにも作用する。この種の揺動フィンガ型伝動装置はしばしばハンマに使用されるので、このことは、オペレータが、ハンマにより実施される打撃による衝撃負荷だけでなく、揺動フィンガの運動による不釣合い負荷にも曝されることを意味している。

本発明の課題は、揺動フィンガ型伝動装置において、揺動フィンガの運動により生ぜしめられる不釣合い力を減じ、ひいては揺動フィンガ型伝動装置の振動非静粛性を防止することである。

この課題は本発明により請求項１および請求項１０記載の揺動フィンガ型伝動装置により解決される。本発明の有利な構成は従属請求項に規定されている。

本発明による第１の解決策では、軸に少なくとも１つの釣合い質量（Ａｕｓｗｕｃｈｔｍａｓｓｅ）が形成されている。釣合い質量は、軸により保持されるピボット軸受と、その非対称的な構成から生ぜしめられる不釣合いとに対して付加的に設けられていることができる。

構造的に設けられた付加的な釣合い質量により、軸に不釣合い力が生ぜしめられる。この不釣合い力は、相応の寸法設定および構成時、揺動フィンガの運動により生ぜしめられる不釣合い力に、不釣合い力が少なくとも部分的に解消されるもしくはいずれにしても合計で減少するように重畳されることができる。

本発明の有利な実施形態では、ピボット軸受が、軸上に形成された内輪を有しており、内輪に揺動フィンガ付リングが対応配置されている。内輪と揺動フィンガ付リングとの間では、ピボット軸受に所属する転動体が循環することができる。

釣合い質量は質量エレメントを軸に追加することにより生ぜしめられることができる。これに対して択一的には、相応の釣合い質量を、軸の別の箇所での材料の除去により製作することも可能である。

本発明の特に有利な実施形態では、軸が２つの軸受箇所で支承されており、その際、各軸受箇所に１つの釣合い質量が対応配置されている。「釣合い質量」なる概念はその際抽象的に理解されるべきである。もちろん、１つの釣合い質量は、１つの共通の質量作用を生ぜしめるために相応に互いに配置されていることができる複数の個別的な質量エレメントにより形成されてもよい。

それにより、各釣合い質量はそれに対応配置された軸受箇所で、適当に、揺動フィンガの作用に重畳する反力を生ぜしめることができる。こうして合計の軸受力は減じられる。

本発明の特に有利な構成では、軸受箇所と、その都度軸受箇所に対応配置された釣合い質量との間の軸方向の間隔が最小限である。こうして、釣合い質量の作用は特に良好に、釣合い質量に対応配置された軸受箇所に伝達される。

別の有利な構成では、両軸受箇所に対応配置された釣合い質量が軸の回転軸線に関して対向して配置されている。このことは、釣合い質量により生ぜしめられる遠心力が１８０°の分だけ互いにずらされていることを意味している。そのため、両釣合い質量は軸の中央部を中心に、揺動フィンガにより生ぜしめられる揺動モーメントに反作用するトルクを生ぜしめる。

揺動フィンガ付リングが、揺動フィンガが半径方向で延び出る領域を除いて、実質的に回転対称であると特に有利である。揺動フィンガ付リングは、付加的な揺動モーメントの発生を回避するために、できるだけ小さな重量を有しているべきである。

本発明の根底を成す課題の、請求項１０に規定した別の解決策では、揺動フィンガ付リングに、少なくとも１つの釣合い質量が、揺動フィンガが半径方向で揺動フィンガ付リングから半径方向で延びる連結箇所でも、揺動フィンガ付リングの中心軸線に関して連結箇所の反対側でもない領域内に設けられている。

驚くべきことに、揺動フィンガ付リングに関して揺動フィンガの側方にある釣合い質量の付設が、揺動フィンガの揺動モーメントに反作用し、それにより振動力の減少に至る不釣合い力を生ぜしめることが判っている。

この変化形でも、軸と揺動フィンガ付リングとの間に配置され斜めに位置するピボット軸受が、種々異なる軸受タイプにより実現されることができる。その際、転がり軸受が低い摩擦および高い耐摩耗性に基づいて好ましい。

２つの釣合い質量が設けられており、釣合い質量が揺動フィンガ付リングに、揺動フィンガ付リングの中心軸線に関して互いに対向して配置されていると特に有利である。その際、釣合い質量は、揺動フィンガの連結箇所に対して相対的に、揺動フィンガ付リングの中心軸線に関して同じ角度間隔を置いて、有利には９０°の間隔を置いて位置しているべきである。

さらに、揺動フィンガ付リングが、揺動フィンガが延び出る連結箇所と、付加的な釣合い質量が設けられている領域とを除いて、実質的に回転対称であると有利である。すなわち、上で規定した領域以外での釣合い質量の配置は、振動状況の改善ではなく、むしろ不釣合い力の強化、ひいては振動の強化に至ることが判っている。

本発明の特に有利な実施形態では、課題の、上で互いに別々に説明した両解決策が、互いに組み合わされる。このことは、揺動フィンガ型伝動装置が一方では、付加的な釣合い質量が付設されている軸を有しており、他方では揺動フィンガ付リングにも釣合い質量が上記の形式で設けられていることを意味している。釣合い質量の組み合わせと、そのことから生じる総力および総モーメントとは、望ましくない振動のかなりの減少を生ぜしめる。

本発明のこれらの利点およびその他の利点について以下に添付図面を参照しながら説明する。
図１：空気ばね式打撃機構のための背景技術から公知の揺動フィンガ型伝動装置の概略断面図である。
図２：本発明により構成されていない揺動フィンガ型伝動装置において予測され得る軸受力を示すグラフである。
図３：本発明による揺動フィンガ型伝動装置の概略図である。
図４：軸上に設けられた釣合い質量による総軸受負荷の減少を説明するグラフである（本発明の第１の実施形態）。
図５：軸および揺動フィンガ付リング上に不釣合いが設けられている場合の軸受負荷を説明するグラフである（本発明の第３の実施形態）。

揺動フィンガ型伝動装置の原理的な構造は公知であり、既に上で図１を参照しながら説明した。繰り返しを避けるために、その説明を参照されたい。

図１の公知の揺動フィンガ型伝動装置では軸受箇所３，４に軸受負荷が発生する。軸受負荷は図２に一例を基に時間にわたって表示されている。その際、曲線ａは横軸（水平平面）の方向での軸受力を表し、曲線ｂは機械縦軸の方向での軸受負荷に相当する。その際、揺動フィンガ１２は実質的に垂直に、つまり機械縦軸の方向で方向付けられているものとする。

曲線ａと曲線ｂとを重畳すると、曲線ｃに示した総軸受負荷が得られる。

本発明による揺動フィンガ型伝動装置について図３の概略図を参照しながら説明する。

図３には、図１から主要な構成部材、つまり軸１と、揺動フィンガ付リング８と、揺動フィンガ１２とが抜粋されている。さらに、軸受箇所３，４が象徴的に示されている。その他の詳細な技術的な構成は実質的に図１に基づいて実施されることができる。

本発明の第１の実施形態では、軸１に釣合い質量２０，２１が設けられている。その際、釣合い質量２０は（軸方向間隔ａに関して）軸受箇所３に対してできるだけ近傍に配置され、釣合い質量２１は軸受箇所４にできるだけ接近して配置されている。さらに図３には、釣合い質量２０，２１が軸の回転軸線７に関して対向して、すなわち反対側に配置されていることが見て取れる。それにより、釣合い質量２０，２１はＸ軸を中心にトルクを生ぜしめる。このトルクは揺動フィンガ１２の揺動モーメントに対して逆向きに方向付けられている。

釣合い質量２０，２１の寸法設定、特に釣合い質量２０，２１の質量および釣合い質量２０，２１と回転軸線７との間の間隔は、当業者により実験から簡単に求められることができる。

釣合い質量２０と軸受箇所３との間の間隔ａおよび相応の釣合い質量２１と軸受箇所４との間の間隔は、釣合い質量２０，２１の最大の作用を発揮するために、できるだけ小さくあるべきである。このことは、釣合い質量２０，２１が軸受箇所３，４に近づけば近づくほど、Ｘ軸を中心としたモーメントが大きくなることから生じる。

釣合い質量２０，２１は、図３に示されているように、付加的な質量エレメントの付設により形成されることができる。これに対して択一的には、その都度対向して位置する軸側で、軸１の材料が、所望の力を生ぜしめるために除去されてもよい。力はその際一般に、釣合い質量と、釣合い質量の重心と回転軸線７との間の間隔との積で表される。

釣合い質量２０，２１の適当な寸法設定および配置時、図２に示した総軸受負荷ｃは減じられる。図４には曲線ｃが図２から抜粋されている。曲線ｄは、軸１上に釣合い質量２０，２１が設けられているときの総軸受負荷の経過に相当する。総軸受負荷の、そこから得られるかなりの減少は直接図４に見て取れる。

本発明の第２の実施形態では、付加的な釣合い質量２２，２３が揺動フィンガ付リング８に付設される（図３）。ただし、本発明の第２の実施形態では、図３とは異なり、釣合い質量２０，２１が軸１上に形成されていない。

釣合い質量２２，２３は互いに対向して、その都度９０゜の分だけ揺動フィンガ１２の連結箇所１１に対してずらされている領域内に配置されている。

釣合い質量２２，２３は機械の縦方向（Ｙ）および横方向（Ｘ）での最大の軸受力の均衡に至る。それにより、有効な軸受力は均一化されることができる。図２に示したように、機械縦軸方向で作用する軸受力（曲線ｂ）は機械横軸方向で作用する力（曲線ａ）よりも大きい。

釣合い質量２２，２３を設けたことにより、それにより既に、望ましくない振動力の減少が達成されている。

本発明の、図３に示した第３の実施形態では、上記第１、第２の実施形態のアイデアが組み合わされる。このことは、まず、揺動フィンガ付リング８に設けられた釣合い質量２２，２３により、Ｘ方向およびＹ方向で作用する最大の軸受力が互いに均衡されることを意味している。この力はその後、軸１に設けられた釣合い質量２０，２１により大幅に補償される。結局、曲線ｅとして図５に示したような軸受力経過が予想される。

図５の曲線ｅと図２の曲線ｃとを比較すると、付加的な釣合い質量２０，２１，２２，２３がない場合に存在する高い振動力が大幅に解消されることが明らかに見て取れる。

第１の実施形態および第２の実施形態は単独で既に、望ましくない振動力を減少するかなりの改善をもたらす。第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせた第３の実施形態はさらに大幅な振動減少を許可する。

空気ばね式打撃機構のための背景技術から公知の揺動フィンガ型伝動装置の概略断面図である。 本発明により構成されていない揺動フィンガ型伝動装置において予測され得る軸受力を示すグラフである。 本発明による揺動フィンガ型伝動装置の概略図である。 軸上に設けられた釣合い質量による総軸受負荷の減少を説明するグラフである（本発明の第１の実施形態）。 軸および揺動フィンガ付リング上に不釣合いが設けられている場合の軸受負荷を説明するグラフである（本発明の第３の実施形態）。

Claims (18)

1. 揺動フィンガ型伝動装置であって、
   軸（１）と、
   軸（１）上に配置され、軸（１）の回転軸線（７）に対して傾いたピボット軸受（５）と、
   軸（１）の回転軸線（７）から離れるように延び、ピボット軸受（５）により保持される揺動フィンガ（１２）と
   が設けられている形式のものにおいて、軸（１）に少なくとも１つの釣合い質量（２０，２１）が形成されている
   ことを特徴とする揺動フィンガ型伝動装置。
2. 釣合い質量（２０，２１）が軸（１）上に、揺動フィンガ型伝動装置のコンセプトに起因する不釣合いに反作用するように配置されている、請求項１記載の揺動フィンガ型伝動装置。
3. ピボット軸受（５）が、軸（１）上に形成された内輪（５ａ）を有しており、内輪（５ａ）が転動体（１０）のための環状の内側転動面（６）を有しており、内側転動面（６）が、軸（１）の回転軸線（７）に対して垂直でない平面内に位置しており、
   ピボット軸受（５）に、内輪（５ａ）の周りに配置された揺動フィンガ付リング（８）が対応配置されており、揺動フィンガ付リング（８）が転動体（１０）のための、内側転動面（６）に対応配置された環状の外側転動面（９）を有しており、
   揺動フィンガ（１２）が揺動フィンガ付リング（８）から揺動フィンガ付リング（８）の中心軸線（１３）に対して半径方向で延びている、
   請求項１または２記載の揺動フィンガ型伝動装置。
4. 釣合い質量（２０，２１）が軸（１）の材料の除去により製作可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の揺動フィンガ型伝動装置。
5. 軸（１）が少なくとも２つの軸受箇所（３，４）で支承されており、
   軸受箇所（３，４）のうちの少なくとも１つに、１つの釣合い質量（２０，２１）が対応配置されている、
   請求項１から４までのいずれか１項記載の揺動フィンガ型伝動装置。
6. 軸（１）が２つの軸受箇所（３，４）で支承されており、
   軸受箇所（３，４）にその都度１つの釣合い質量（２０，２１）が対応配置されている、
   請求項５記載の揺動フィンガ型伝動装置。
7. 軸受箇所（３）と、軸受箇所（３）に対応配置された釣合い質量（２０）との間の軸方向の間隔（ａ）が最小限である、請求項６記載の揺動フィンガ型伝動装置。
8. 両軸受箇所（３，４）に対応配置された釣合い質量（２０，２１）が軸（１）の回転軸線（７）に関して対向して配置されている、請求項６または７記載の揺動フィンガ型伝動装置。
9. 揺動フィンガ付リング（８）が、揺動フィンガ（１２）が延び出る領域を除いて、実質的に回転対称である、請求項１から８までのいずれか１項記載の揺動フィンガ型伝動装置。
10. 揺動フィンガ型伝動装置であって、
    軸（１）と、
    軸（１）上に配置され、軸（１）の回転軸線（７）に対して傾いたピボット軸受（５）と、
    ピボット軸受（５）により保持される揺動フィンガ付リング（８）と、
    連結箇所（１１）で揺動フィンガ付リング（８）から揺動フィンガ付リング（８）の中心軸線（１３）に対して半径方向で延びる揺動フィンガ（１２）と
    が設けられている形式のものにおいて、揺動フィンガ付リング（８）に、少なくとも１つの釣合い質量（２２，２３）が、連結箇所（１１）でも、揺動フィンガ付リング（８）の中心軸線（１３）に関して連結箇所（１１）の反対側でもない領域内に設けられている
    ことを特徴とする揺動フィンガ型伝動装置。
11. ピボット軸受（５）が、軸（１）上に形成された内輪（５ａ）を有しており、内輪（５ａ）が転動体（１０）のための環状の内側転動面（６）を有しており、内側転動面（６）が、軸（１）の回転軸線（７）に対して垂直でない平面内に位置しており、
    揺動フィンガ付リング（８）が内輪（５ａ）に対応配置されており、転動体（１０）のための、内側転動面（６）に対応配置された環状の外側転動面（９）を有している、
    請求項１０記載の揺動フィンガ型伝動装置。
12. ２つの釣合い質量（２２，２３）が設けられており、釣合い質量（２２，２３）が揺動フィンガ付リング（８）に、揺動フィンガ付リング（８）の中心軸線（１３）に関して互いに対向して配置されている、請求項１０または１１記載の揺動フィンガ型伝動装置。
13. ２つの釣合い質量（２２，２３）が設けられており、連結箇所（１１）が、揺動フィンガ付リング（８）の中心軸線（１３）に関して、両釣合い質量（２２，２３）に対して同じ角度間隔を置いている、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の揺動フィンガ型伝動装置。
14. 一方の釣合い質量（２２）が揺動フィンガ付リング（８）の、揺動フィンガ（１２）の連結箇所（１１）に対して相対的に＋９０°の分だけ揺動フィンガ付リング（８）の中心軸線（１３）に関してずらされている領域内に配置されており、
    他方の釣合い質量（２３）が揺動フィンガ付リング（８）の、揺動フィンガ（１２）の連結箇所（１１）に対して相対的に−９０°の分だけ揺動フィンガ付リング（８）の中心軸線（１３）に関してずらされている領域内に配置されている、
    請求項１０から１３までのいずれか１項記載の揺動フィンガ型伝動装置。
15. 揺動フィンガ付リング（８）が、揺動フィンガ（１２）が延び出る連結箇所（１１）と、釣合い質量（２２，２３）が設けられている領域とを除いて、実質的に回転対称である、請求項１０から１４までのいずれか１項記載の揺動フィンガ型伝動装置。
16. 釣合い質量（２２，２３）が揺動フィンガ付リング（８）の材料の除去により製作可能である、請求項１０から１５までのいずれか１項記載の揺動フィンガ型伝動装置。
17. 揺動フィンガ型伝動装置において、揺動フィンガ型伝動装置が、請求項１から９までのいずれか１項と、請求項１０から１６までのいずれか１項とに基づき構成されていることを特徴とする揺動フィンガ型伝動装置。
18. １つの釣合い質量（２０，２１，２２，２３）が複数の釣合い質量エレメントから形成されている、請求項１から１７までのいずれか１項記載の揺動フィンガ型伝動装置。

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