JP2010520426A - 同軸ギア装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、入力素子７、素子３及び出力素子を有する出力の大きな産業用の駆動機構のための管状ギア装置としての同軸ギア装置であって、入力素子７と前記出力素子の間のギア比の設定並びにトルクの伝達は径方向に可動な歯部５を介して行なわれ、歯部５の外郭６のフランク１１．１、１１．２及び／又は内歯車１の内歯１５の歯１３のフランク１２．１、１２．２は、駆動軸Ｍに関して、噛合域において面接触を可能とするように、対数螺旋により得られる外郭を備えることを特徴としている。

Description

本発明は、径方向に可動な多数の歯部を介して入力素子と出力素子間のギア比の設定並びに駆動トルクの伝達が行われる駆動素子、出力素子などを有する高い出力の産業用の駆動機構用の管状ギア装置などの同軸ギア装置に関する。

様々な形状及び形式のギア装置が知られており入手できる。実際には、同軸ギア装置では、ギア比が設定されてトルクが伝達されるように、外郭を備えた入力素子により歯部が内歯車の内歯内へと動かされる。

このような同軸ギア装置では、歯部のフランクが内歯車の内歯に線状に接触するように、歯部のフランクと内歯車の歯とが対称となるように設定していた。

この場合、線状の接触のみで力及びトルクの伝達が行なわれることに問題がある。

歯部のフランクと内歯車の内歯の外郭の間の転がりによる線状の接触では、特に大きな力が加わると高負荷（押圧）が生じ磨耗が大きくなる。

本発明の目的は、上記問題点を解決し、内歯車の内歯に対して歯部を径方向に動かすことにより大きなトルクを伝達し、磨耗を減らすことができる同軸ギア装置を生出することにある。

上記課題を解決するために、同軸ギア装置の軸を起点とした対数螺旋に基づいて歯部の外部フランク及び／又は内歯車の内歯のフランクを形成し、面接触を可能とする。本発明では、歯部の外郭、特にそのフランクの形状を対数螺旋とすることが有利であることが判明した。対数螺旋は、原点からの半直線により同一の角度αで切断される下記の式で定められる曲線である。

ｒ＝ｅｘｐ（ａα）
ここで ａ＝１／ｔａｎα
正にこの曲線が歯の外郭、特に内歯車の内歯の外郭の曲線として選ばれる。

この場合、歯部のフランクと内歯車の歯との噛合域において、歯部のフランクと内歯車の歯のフランクが完全に面接触する。

完全な面接触をする対数螺旋の形状により、歯部が内歯車の内歯内へと径方向に動くと最適な負荷分布（圧力分布）が得られるので、極めて僅かな一様の磨耗で最適な大きなトルクの伝達が可能となる。

これによって、同軸ギア装置の耐用年数が増すと同時に、極めて大きなトルクの伝達ができるようになる。半径ｒ及びギア装置の大きさには依存しない面接触が保証されるようになる。

この場合、対数螺旋の角度αとして、５°〜８５°好ましくは１５°〜４５°が選択されると、内歯並びに歯部のフランクの形状が決まる。

半径ｒには依存しない、所定の対数螺旋の選択することにより、同一の歯部が使用できる同軸ギア装置が生成される。異なった大きさの同軸ギア装置に同一の歯部が使用できることは、大きな利点である。

内歯車の内歯の底部の曲率を歯部の頂部の曲率に適合させることにより、歯部が抵抗無く押戻され、内歯車の内歯の底部の磨耗が低減される。これにより、歯部の前後の動きを円滑に切換えることができる。

管状ギア装置の模式断面図 歯部のフランクの外郭又は内歯車の内歯の外郭を示す模式平面図 内歯車の内歯並びに歯部の外郭部間の部分拡大摸式図

以下、本発明の利点、特徴及び詳細について、図面を用いて説明する。

図１に示すように、本発明による同軸ギア装置Ｒは、内歯２を内面に有する内歯車１が備えている。内歯車１の内部には、歯部５が挿入された多数の案内部４を備えた出力素子として形成された素子３が円環状に挿入されている。歯部５は、案内部４内に径方向に可動に装着され、その一端に歯部外郭６又はフランクを備えている。

歯部５を伴った素子３内部には、軸又は管状軸として形成された外周に、例えば多数の丘部、多角形又はカムとして形成された外郭９を有する押圧部８を備えた入力素子７が配置されている。

入力素子７の押圧部８の外郭９と出力素子などの素子３又は歯部５の一端との間に（図１には示さていない）軸受を備えてもよい。軸受としては、入力素子７の押圧部８の外郭９を取り巻く、ローラ軸受、平軸受などでよい。

上記の同軸ギア装置の作用については、独国特許出願１０２００６０４２７８６号明細書に記載されている。

本発明は、上記の独国出願を発展させたものである。

図２には、同軸ギア装置Ｒの駆動軸Ｍを起点とする対数螺旋Ｌｎが模式的に示されている。対数螺旋Ｌｎの傾斜角αは任意に選択できる。

本発明では、歯部５の外部フランク１１．１、１１．２並びに内歯１５の内部フランク１２．１、１２．２（図３参照）が所定の傾斜角αの対数螺旋Ｌｎの線の沿っていることが特徴である。２つのフランク１１．１、１１．２並びに１２．１、１２．２は中心軸Ａに対して対称である。

同軸ギア装置Ｒの駆動軸Ｍから半径ｒの大きさと関係なく、駆動軸Ｍからの半直線はフランク１１．１、１１．２又は１２．１、１２．２を同一角度αで切断している。角度αは自由に選択でき、これによって対数螺旋Ｌｎの関数が定義される。

フランク１１．１又は１１．２を有する歯部５が内歯１５のフランク１２．１又は１２．２に対して対数螺旋Ｌｎに沿って変化する場合には、フランク部は常に同一の傾斜角αに対応している。そのため、歯部は常に最適に接触する。フランク部における僅かな曲率の変化により、歯部５のフランクが内歯１５に対して僅かの力により柔軟に調整される。従って、歯部が完全に噛合う領域では面接触であると言われる。

歯部５と内歯車１の内歯１５の間は直線状の転がりではなく、面状の変位により、磨耗が少なく極めて大きなトルクの伝達が可能となる。

更に、２つの隣接する歯１３の間の管状軸式ギア装置の内歯１５の底部１４域に、歯１３又は内歯１５のフランク１２．１、１２．２に適合する面取り部１６が形成されていることが本発明の特徴である。

該面取り部の曲率は歯部５の頂部の１７の曲率よりも小さい。歯部５の頂部１７の曲率も歯部外郭６のフランク１１．１、１１．２に適合している。これにより歯部５の前後の動きが円滑に伝達される。

しかし、本発明においては、特に内歯車１の歯１３にできるだけ大きな力及びトルクを伝達するために、内歯１５のフランク１２．１、１２．２と歯部５のフランク１１．１、１１．２とが内歯の面取り部１６の近傍まで常に接触するようにすることが重要である。

更に、歯部５は前後に円滑に可動なので、フランク１１．１、１１．２又は１２．１、１２．２のこのような形状により、歯部５は強制的に戻されることはなく、自然に押し戻される。

１ 内歯車
２ 歯
３ 素子
４ 案内部
５ 歯部
６ 歯の外郭
７ 入力素子
８ 押圧部材
９ 外郭
１１ （歯部５の）フランク
１２ （歯１３の）フランク
１３ 歯
１４ （内歯１５の）底部
１５ 内歯
１６ （内歯１５の）面取り部
１７ （歯部５の）頂部
Ａ 中心軸
Ｌｎ 対数螺旋
Ｌｎ′ Ａに対するＬｎの鏡像
Ｍ 駆動軸
Ｒ 同軸ギア装置
ｒ 半径
α 角度
ψ ねじれ角

Claims (11)

1. 入力素子（７）、素子（３）及び出力素子を有する出力の大きな産業用の駆動機構のための管状ギア装置としての同軸ギア装置であって、
   入力素子（７）と前記出力素子の間のギア比の設定並びにトルクの伝達は径方向に可動な歯部（５）を介して行なわれ、
   歯部（５）の外郭（６）のフランク（１１．１、１１．２）及び／又は内歯車（１）の内歯（１５）の歯（１３）のフランク（１２．１、１２．２）は、駆動軸（Ｍ）に関して、噛合域において面接触を可能とするように、対数螺旋により得られる外郭を備えることを特徴とする同軸ギア装置。
2. 歯部（５）の外郭のフランク（１１．１、１１．２）及び内歯車（１）の内歯（１５）の歯（１３）は、駆動軸（Ｍ）からの距離（ｒ）には依存せず、選択した傾斜角（α）により定められる対数螺旋（Ｌｎ）に相当することを特徴とする請求項１に記載の同軸ギア装置。
3. 互いに接触する歯部（５）の外郭（６）及び内歯（１５）の歯（１３）は常に同一の傾斜角（α）を有する対数螺旋（Ｌｎ）に沿って変位するので、歯部（５）が前後に動く場合に、外郭（６）は歯（１３）から離間せず均一の負荷分布となることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の同軸ギア装置。
4. 傾斜角（α）は５°〜８５°、特に１５°〜４５°の範囲で選択できることを特徴とする請求項１に記載の同軸ギア装置。
5. 歯部（５）又は内歯車（１）の内歯（１５）のフランク（１１．１又は１２．１）は、隣接するフランク（１１．２又は１２．２）と中心軸（Ａ）に対して対称に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
6. 歯部（５）は頂部（１７）を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
7. 歯部（５）の頂部（１７）は、外郭（６）に接してそのフランク（１１．１、１１．２）へ移行していることを特徴とする請求項６に記載の同軸ギア装置。
8. 内歯車（１）の内歯（１５）の両側のフランク（１２．１、１２．２）の間の底部（１４）に、歯部（５）の頂部（１７）の曲率よりも小さな曲率の面取り部（１６）が備えられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
9. 歯部（５）の頂部（１７）と接する内歯（１５）の面取り部（１６）により、歯部（５）が前後に抵抗無く動き且つ内歯（１５）内から自動的に押戻されることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
10. 歯部（５）の外郭（６）が内歯車（１）の内歯（１５）の底部（１４）又はフランク（１２．１、１２．２）と噛合う際には、歯部（５）のフランク（１１．１、１１．２）は、選択した対数螺旋（Ｌｎ）に応じて内歯（１５）のフランク（１２．１、１２．２）に適合されて歯部（５）のフランク（１１．１、１１．２）と内歯車（１）の歯（１３）のフランク（１２．１、１２．２）が面接触することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
11. 歯部（５）のフランク（１１）及び／又は歯部（５）の傾斜に対応している内歯（１５）のフランクは、負荷が掛かると訂正され、対数螺旋から簡単にずれること特徴とする請求項２ないし請求項１０のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。

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