JP3214147U - クラッチブレーキ及び楕円形ギアを備える郵便スタッカユニットのための機械変速装置 - Google Patents

クラッチブレーキ及び楕円形ギアを備える郵便スタッカユニットのための機械変速装置 Download PDF

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Abstract

【課題】電子的可変速度駆動を伴う高価な電子モータを用いる必要がなく、電子的信頼性及び電磁両立性にすぐれる機械変速部品、及びそれを含む郵便区分機における郵便積載ユニットを提供する。【解決手段】郵便積載ユニットは、収納容器内に、端に沿って郵便物を積載するように、律動する方法で回転される積載アクチュエータ２２を含む。アクチュエータは、一定速度で駆動されるクラッチブレーキ３４と回転結合され、さらに、楕円形ギア３０，３１が、クラッチブレーキと積載アクチュエータとの間に設けられる。【選択図】図３

Description

本考案は、収納容器内に、縁に沿って平らな物品を積載するために、停止−始動の回転で駆動する積載アクチュエータを含む、スタッカユニットに関する。
より詳細には、本考案は、平らな郵便要素を積載することに適用されるが、例えば、紙幣等の、他の平らな物品を積載することにも適用できる。
郵便区分機は、多数の区分口を有し得る。例えば、小さい封筒のための郵便区分機では、各区分口は、前述の通り、スタッカによって構成できる。
スタッカの収納容器は、大量の封筒を収容することができ、約２０キログラムまでの郵便を、スタックに縁に沿って収容することができる。そのようなスタッカは、オンエッジコンベアによって当該区分口まで運ばれる新たな郵便要素を、スタックの先頭に積載するのに適している。一般的に、オンエッジコンベアは、狭圧ベルトを有するコンベアである。
国際公開第２０１３／０９３２５１号 国際公開第２０１３／０９３２５０号
郵便区分機のためのそのようなスタッカは、例えば、国際公開第２０１３／０９３２５１号（特許文献１）、又は国際公開第２０１３／０９３２５０号（特許文献２）に記載されている。
そのような公知のスタッカにおいて、電気機械積載アクチュエータは、バケットホイールが始動する度に１回転のうちの半分を回転するように、停止−始動の方法で回転する一種のバケットホイールである。
バケットホイールが半回転する度に、スタックの先頭を押しやりながら、それによって、積載される新たな郵便要素を収容するための空間を作りながら、収納容器内の封筒のスタックの先頭の最上部に新たな郵便要素を積載するように、「バケット」は新たな郵便要素を取り込むようになる。
停止−始動の方法で半回転し、各半回転の間に停止する、バケットホイールは、非常に速い積載速度を有し得、これまでは、電子的可変速度を伴う非常に高性能なモータが、可変速度でスタッカのバケットホイールを駆動するために用いられてきた。
電子的可変速度駆動を伴うそのような電子モータは、とても高価であり、パワーが制限され、操作するのに複雑である。さらに、電子機器に電力供給するために、連続してエネルギを消費し、制動エネルギを除去することを要求する。それは、電子的信頼性及び電磁両立性の問題も引き起こす。
本考案の目的は、それらの欠点を改善することである。
本考案の基本的な考え方は、第１に、バケットホイールの機械変速装置を、一定速度で駆動される従来のクラッチブレーキに結合すること、第２に、楕円形小歯車と、歯車であって、その外形が小歯車の外形と相補するものである（すなわち、ポリガステロイド（ｐｏｌｙｇａｓｔｅｒｏｉｄ））、歯車と、から構成される楕円形ギアを介して、クラッチブレーキをバケットホイールに結合すること、である。
より一般的には、本考案は、停止−始動の方法で回転運動をアクチュエータに伝達するための機械変速部品を提供し、
前記機械変速部品は、
前記機械変速部品が、前記アクチュエータと、インレットシャフトが一定速度で回転駆動されるクラッチブレーキと、の間に結合される楕円形ギアを含み、
楕円形ギアが、楕円形小歯車と、ポリガステロイド歯車であって、その外形が小歯車の外形と相補するものである、ポリガステロイド歯車と、を含み、並びに、
クラッチが楕円形小歯車の焦点を貫通するアウトレット軸を有し、アクチュエータが歯車の中心を貫通するインレット軸を有すること、に特徴を有する。
この楕円形ギアの配置を用いて、負荷が変化する条件下で正確な停止位置を保証しながら、始動時又は停止時いずれかにおいて振動することなく回転アクチュエータに半回転させることが可能である。楕円形ギアは次第に変化するギア比を有するので、クラッチの局面と制動の局面との間のフリーホイール効果は除去される。
静止時には、駆動される／駆動するギア比は最小にされる（１より極めて小さい）。従って、始動は、低速度かつ高トルクで発生する。その後、負荷の速度は、次第に増加し、最大値を経由し（そのとき、ギア比は１に近い）、ギアが停止するまで対称的に減少する。
この基本に基づいて、収納容器内に、縁に沿って郵便要素を積載するためのバケットホイール型の積載アクチュエータにより、平らな物品を積載するためのスタッカユニット、例えば、郵便区分機の区分口に適用されるスタッカユニットは、停止−始動の方法で、回転運動を積載アクチュエータに伝達するための、前述の機械伝達部品を有利に含み得る。
この配置により、郵便要素がスタッカの容器内に積載されている間に、バケットホイールの回転サイクルを実行するために、いかなるサーボ制御電子工学技術も有する必要はない。
この配置により、アクチュエータの電子／ソフトウェア制御は、
（時間の、及び停止精度の観点で）所望の積載サイクルを保証すること、
二つの積載操作の間に、静止位置にバケットホイールを維持すること、
スタッカユニットが設置される区分機が停止／再開する場合に、バケットホイールの位置をリセットすること、
積載ユニットのオペレータによる、ジャムの手動クリアランスを促進すること、及び
必要であれば区分機の区分口を抑制すること、
を可能にする。
この配置は、センサの数及びそれらの複雑さを制限すること、積載サイクルの任意の調整を単純化すること、並びにスタッカユニットの電力消費を制限すること、も可能にする。
本考案の機械変速部品は、以下の特徴を有し得る。
・楕円形ギアの小歯車上及び歯車上のアウトレット軸及びインレット軸、並びに小歯車と歯車との間の相互接触のポイントは、一直線上にある。
・歯車の又は小歯車の角度位置を感知するための位置センサをさらに含み得る。
・位置センサは、光センサであってもよい。
・位置センサは、磁気センサであってもよい。
・位置センサは、静電容量センサであってもよい。
本考案は、図面に示す実施形態の以下の記載を読むことにより、より明確に理解することができる。
図１は、郵便区分機の区分口に郵便物を積載するためのスタッカユニットのための、バケットホイール型の回転アクチュエータを伴うスタッカユニットの線図である。 図２は、本考案の楕円形ギアの原理を示す。 図３は、クラッチブレーキを伴う楕円形ギアのための、例えば、図１のスタッカのための、第１の構成例を示す。 図４は、クラッチブレーキを伴う楕円形ギアのための第２の構成例を示す。 図５は、小歯車の角度位置の関数としての、アクチュエータの回転速度の変化を示す。 図６は、アクチュエータの角度位置を検出するための検出領域が設けられるポリガステロイダル（ｐｏｌｙｇａｓｔｅｒｏｉｄａｌ）歯車を伴う楕円形ギアを示す。 図７は、アクチュエータの電子／ソフトウェア制御を示すタイミングチャートである。
図１は、単なる例として、平らな郵便物品を積載し、バケットホイール型の電気機械アクチュエータを備えるスタッカ装置を示す。
第１に、スタッカ装置は、符号２で示す固定フレームを含む。スタッカ装置はインレット通路４も有し、平らな郵便物品はインレット通路４を介して到着する。この例において、より具体的には、郵便要素は、小判の及び／又は大判の封筒又は手紙である。
一般的に、このインレットは、従来の郵便区分機の一部であるコンベア装置（図示せず）と連通する。
このスタッカ装置は、平らな物品が当接するジョギングエッジ８と保持エッジ１０との間に、横方向に延在する、物品を受け取り保管するための領域６も画定する。さらに、平らな物品のスタックが整列されるように移動する方向である、装置の長手方向は、Ｄにより示されている。
滑りエッジを形成するプレート１２は、インレット４から取り込まれる流動物品を、矢印Ｆ１で示す、領域６の方向に導くことを可能にする。
その上流部分において、物品の前進方向に関して、プレート１２には、第１の一連のスロット１４が設けられる。前記スロットは、複数のフラップ１６を通過させることができ、示す例においては、三つのそのようなフラップが設けられている。これらのフラップは、プレート１２の背面の近傍に延在する垂直軸Ａ１の周りを旋回するのに適している。
以下さらに詳細に説明するように、各フラップは、二つの位置の間で軸Ａ１の周りを旋回し得る。これらの位置のうちの一つ目は、フラップがプレート１２の後ろに格納されている、格納された位置であり、すなわち、前記フラップは、インレット通路４から突出せず、従って、物品の前進を妨げない。第２の位置又は「延在」位置において、以下説明するように、フラップは物品の経路に影響を与えるように通路内へ突出する。
その下流部分において、プレート１２には、第２の一連のスロット２０が設けられる。これらのスロットは、プレートから離間され、受け取り領域６と間隙を置かれる垂直軸Ａ２の周りを回転駆動するのに適しているアクチュエータ２２と連携する。
この電気機械アクチュエータ２２は、複数の突起の対が延在する中央ハブ２４を含み、各対の突起のうちの一つのみをこの図中に見ることができる。前記突起は、前述のスロット２０を通って受け取り領域に向かって突出するのに適している。さらに、前記突起は、突起が前記スロットを通って突出するときに、インレット通路の方を向くようにわずかに湾曲している。
より正確には、示す例において、そのような突起２６の４つの対が、ハブ２４に沿って配置される。いずれの所与の対についても、二つの突起は、対称的に延在し、従って、相互に１８０°オフセットする。
各突起２６は、例えば、ネジ締め具（ｓｃｒｅｗｆａｓｔｅｎｉｎｇ）により、着脱自在に取り付けられ得る舌部２８と関係している。舌部は、突起を構成する材料とは異なる材料で製造され得、具体的には、舌部はプラスチック材料で製造され得るが、突起は金属で製造される。
このように、舌部は、特性がそれらの機能に適応され得、容易に交換可能でもある。
各舌部２８は、舌部を突起に固定するための一部の曲線形状と、軸Ａ２を中心とする円の接線方向に延在し、６０ミリメートル（ｍｍ）から８０ｍｍまでの範囲にある半径を有する直線的な主要部分と、を有する。舌部２８を伴う突起２６は、スタッカの保管領域６における平らな物品のスタックの最上部に、インレット通路４からもたらされる各平らな物品を挿入するために、当該平らな物品を受け取るバケットのように作用する一種のバケットホイールを形成する。
アクチュエータの向かい側の、受け取り領域の長手方向終端は、保管領域の後部において、縁に沿って平らな物品を保持するための保持要素を形成するパドル（図１に示さず）によって画定される。
このパドルは、ガイド上に取り付けられたままで、フレーム２に相対して方向Ｄに移動するように取り付けられる。さらに、リール型又はカウンタウェイト型の手段（図示せず）は、物品のスタックに反力を及ぼすように、スタックを保持するような方法でパドルと関係する。
本考案に従って、積載アクチュエータ２２は、この例においては、モータ駆動シャフトによって一定速度で駆動されるクラッチブレーキを介してモータ駆動シャフトと回転結合され、楕円形ギアは、クラッチブレーキと前記積載アクチュエータとの間に設けられる。
図２は、本考案の楕円形ギアの線図であり、小歯車３０の外形と相補する外形を有するポリガステロイド歯車３１と噛合する楕円形小歯車３０を含む。
図２に示すように、小歯車３０は、楕円形小歯車の焦点のうちの一つに位置する回転軸３０Ａを有し、歯車３１は、中心となる回転軸３１Ａを有する。小歯車３０と歯車３１との間の接触ポイント又は噛合ポイント、並びに軸３０Ａ及び３１Ａは、一直線上にある。
小歯車及び歯車の歯のセットは、具体的には、小歯車及び歯車の外形に対する数学的方程式の関数として計算される。小歯車の寸法及び歯車の寸法は、比例し、要求に適合するように拡大縮小することができる。
最小寸法は、アクチュエータに対応する負荷の関数として、歯の強度によって与えられる。最大寸法は、慣性によってのみ制限される。
小歯車及び歯車は、成形プラスチック材料で製造され得る。負荷が大きいとき又は利用可能な空間がとても小さいときには、小歯車及び／又は歯車は、金属で製造されてもよく、あるいはそれらは、２段階を有してもよい。
本考案によれば、小歯車及び歯車は図３及び４に示すハウジングＢに組み込まれてもよく、ハウジングはインレットシャフト及びアウトレットシャフトを有する。
クラッチブレーキは、クラッチブレーキの制動時間のみに依存する一定の回転角度の後に停止させられる。
単純なセンサＣ（場合によって、光学センサ、磁気センサ、又は静電容量センサ）は、歯車３１の角度位置を検出するために、（図３及び４に示す）ハウジング内に組み込まれ得る。センサＣは、歯車３１の特定のポイント（センサのタイプによって、孔、反射体、金属の領域等）を、あるいは歯車上の又は小歯車上の、インデックスが付された円盤を、特定するように配置され得る。この検出信号は、クラッチブレーキ３４を適用するための制動命令をトリガする働きをする。センサＣの位置、又は特定のための対応するポイントの位置は、クラッチブレーキの動的特性に適合し良好な停止精度を保証する構成を適応させるように調整され得る。
小歯車３０の偏心「ｅ」は、あまりにも早いピーク速度を生成することなく十分な速度範囲を提供するように選択される。例えば、偏心は、約０．４から０．５までの範囲にあるように選択される。楕円形小歯車の偏心度が高いほど、それはより平らであり（以下の極方程式）、その二つの焦点のうちの一つと一致する駆動軸３０Ａを有することを理解されたい。
極方程式：
Figure 0003214147
 ここで、ｐは寸法変数である。
歯車３１は、小歯車３０と相補する形状（以下の極方程式）を有し、歯車３１は、その中心と一致する回転軸３１Ａを有する。
極方程式：
Figure 0003214147
 ここで、
Figure 0003214147
 である。
小歯車が、ギア比が変化する振幅及び噛合の前進性を決定する、偏心（変数「ｅ」）の選択、並びに寸法変数ｐの選択は、偏心を変化させることなく、従って噛合の前進性を変化させることなく、小歯車の軸と歯車の軸との間の寸法及び間隔を自由に設定することを可能にする。
図３は、モータ駆動の駆動シャフト３２を示し、この例において、駆動シャフト３２は、スタッカのフレーム２の上部に取り付けられるモータ駆動ベルト３３によって駆動されるシャフトであり、駆動シャフト３２は、そのアウトレットが楕円形ギアの小歯車３０と結合するクラッチブレーキ３４のインレットと結合する。
楕円形ギアの歯車３１は、そのアウトレットにおいて、変速シャフト２４を介して回転アクチュエータ２２と結合する。
図４において、シャフト３２を駆動するベルト３３は、スタッカのフレーム２の下に取り付けられる。シャフトは、クラッチブレーキ３４のインレットにも結合され、クラッチブレーキ３４は、そのアウトレットが小歯車３０に結合される。歯車３１は、そのアウトレットにおいて、変速シャフト２４を介して回転アクチュエータ２２に結合する。
一つ又はそれ以上のバランスウェイト３５は、任意のアンバランスを除去するために、楕円形小歯車３０のいずれもの側に設けられ得る。楕円形ギアの小歯車３０及び歯車３１は、プラスチック材料等の軽量の材料で製造され得、ウェイト３５は、クラッチブレーキがフリーホイールする間に慣性効果によってトルクを維持するために、小歯車３０の慣性を増加する働きをする。
図５を参照して、積載サイクルの間に、小歯車３０は一回転する間に、歯車３１は半回転する。図５において、小歯車の偏心「ｅ」は、０．４４に等しい。
より詳細に、図５の局面Ａの間に、クラッチブレーキ３４はクラッチされ、歯車３１は、その静止位置から低速で回転し始める。図５の局面Ｂの間に、歯車３１は四半回転し、その最大速度に到達する（小歯車３０は、半回転する）。
局面Ｃの間に、バケットホイール２６は、封筒をスタック内に押し込む。位置がセンサＣによって検出された後、クラッチブレーキの制動は、歯車３１がその半回転を正確に完了するようにトリガされる。
局面Ｄの間に、バケットホイール２６は、封筒をスタックに押し込むことを完了し、低速で静止位置に停止する。
図６は、この例において、それらの軸が一致するように、ギアの歯車３１上に取り付けられている円盤において、直径方向に対向する二つの孔でできている感知可能領域Ｆ，Ｆ’と相互作用する光電セルＣを伴うセンサである、検出センサＣに対して検出領域が設けられる、ポリガステロイダル歯車３１を伴う本考案の楕円形ギアを示す。
この例において、二つの孔Ｆ，Ｆ’は、ギアの歯車３１の軸から一定の距離ｒにあり、回転方向にてクラッチブレーキの制動のリファレンス位置より角度θａ進んでおり、それによって、半回転毎に前記制動のリファレンス位置を検出する。
バケットホイール２６が所望の精度でそのストロークを完了する角度θｆを、バケットホイール２６が通過して移動すると、クラッチブレーキの制動はトリガされなければならない。
制動に影響する変化する負荷を考慮して、角度θｆは、バケットホイールのストロークの終端が、最大許容停止位置、例えば、１８５°と一致するように無負荷時に調整される。
従って、当然ながら、角度範囲Ｒ，Ｒ’（例えば、±５°停止精度に対しては１０°）は、停止が様々な起こり得る負荷状態で十分な精度であることを保証するのに有効である。
実際には、角度θｆは、製造ばらつき及び経年ばらつきのために、クラッチブレーキごとに異なり得、従って、角度θａが、角度θａの検出からクラッチブレーキの制動のトリガをある程度まで遅延させるように、最大角度θｆより大きい角度θａが選択されることが要求される。
楕円形ギアの非対称性により、角度位置検出が楕円形ギアの歯車上又は楕円形ギアの小歯車上のいずれかで行われることが可能であるが、歯車が小歯車よりも大きい直径を通常有する、ギアの歯車上の角度位置検出は、向上した精度をもたらす。
領域Ｒ，Ｒ’がセンサＣに対する検出領域であるならば、センサＣは、バケットホイール２６のゼロ位置を検出する働きもし得る。
領域Ｒ，Ｒ’のこの検出は、回転サイクルが完了すると制動命令を中断することを可能にし、それにより、前記命令の消費電力を削減することに寄与する一方で、オペレータがスタッカユニット内の郵便物のスタック上に作用する場合に、バケットホイールの位置における大きい変化も妨げる。
ゼロポイントの検出は、角度の検出に続く時間遅延がゼロ領域の開始に到達するまで、次第に増加する、無負荷サイクルの自動シーケンスをトリガすることを、ゼロポイントの検出は可能にするので、この検出により、制動をトリガする角度θｆが、自動調整されることも可能になる。
センサＣによる領域Ｒ，Ｒ’のこの検出により、新たな積載の局面の前に、バケットホイールをリセットするために、無負荷サイクルをトリガし、連続的な回転サイクルの間にゼロ位置に到達しない状態の過度の頻発を監視し示すことも可能になる。
一般的に、クラッチブレーキ３４は、約１６ミリ秒（ｍｓ）の起動時間Ｔａを有することができ、その間、スタッカユニットのインレット通路４に入る郵便要素は、４メートル毎秒（ｍ／ｓ）の最大速度で７０ｍｍ未満移動する。
この距離は、スタッカにおいて通り過ぎる郵便物を、例えば、フラップ１６と関係して、検出する、移動検出器の位置と、バケットホイール２６の軸３３の位置との間の距離よりも顕著に小さい。
バケットホイール２６の回転サイクルをトリガするために、移動検出器が郵便要素の誘導エッジを検出することと、クラッチブレーキが実際に駆動することと、の間で調節できる時間遅延Ｔ１を伴う命令を前もって実行する必要がある。
図７は、郵便要素の移動検出ＰＤ、すなわち、スタッカユニットにて通過する郵便要素の検出以後のクラッチブレーキの電子／ソフトウェア制御における、様々な局面を示すタイミングチャートである。
遅延時間Ｔ１の後、クラッチブレーキの制御コイルは、起動時間Ｔａの間、起動する。
クラッチブレーキ命令の各起動の後で、角度位置θａに到達するバケットホイール２６（図７のＢＷ）は、制動命令が適用される終端において新たな時間遅延Ｔ２をトリガするために検出される。
その回転においてゼロ位置が検出されると、クラッチブレーキの制御コイルの起動が中断される終端において、新たな時間遅延Ｔ３がトリガされる。ゼロ位置がもはや検出されなければ、制動命令が適用される。
制御の操作のこのモードにより、（時間及び停止精度の観点で）所望のサイクルを保証すること、二つの積載操作の間において静止位置にバケットホイールを維持すること、停止／再開の場合にゼロ位置に対してバケットホイールをリセットすること、オペレータによる、ジャムの手動クリアランスを促進すること、及び、必要があれば、区分機の区分口を抑制することが可能になる。
角度θａの検出は、サイクルの終端において、従って低い回転速度で行われ、ゼロ位置の検出は静的検出である。
例えば、クラッチブレーキの駆動速度の４分の１（すなわち、例えば、３５０回転毎分（ｒｐｍ））において、０．５°の精度に合わせるために、センサは、約０．５ｍｓ以内の精度を有する（０．５ｍｓのその反応時間内で変動可能である）ことが必要である。
当然のことながら、図３及び図４に示す構成は可逆的である。歯車をモータ駆動シャフト３２によって駆動することで、及び小歯車側のアクチュエータの負荷２２を配置することで、構成は、平均比２（歯車が半回転すると、小歯車は１回転する）で加速する。円滑に始動し停止するために、ギアの歯車は、静止位置で９０°位相変移される必要がある（そのとき、小歯車は１８０°位相変移する）。
本考案は、特に、郵便区分機の区分口のための郵便スタッカに適用する。本考案は、命令で回転アクチュエータに半回転させるための電気的に制御された動作を伴う他の装置にも適用され得る。特に、サーボ制御の電子機器を用いずに、速いサイクルの間に及び変化する負荷のもとで、良好な停止精度を保証するために前進ギアを用いる本考案の基本的な考え方は、例えば、電子モータに、電磁アクチュエータに、又はジャック型アクチュエータに適用され得る。
本考案は、収納容器内に、縁に沿って平らな物品を積載するために、停止−始動の回転で駆動する積載アクチュエータを含む、スタッカユニットに関する。
より詳細には、本考案は、平らな郵便要素を積載することに適用されるが、例えば、紙幣等の、他の平らな物品を積載することにも適用できる。
郵便区分機は、多数の区分口を有し得る。例えば、小さい封筒のための郵便区分機では、各区分口は、前述の通り、スタッカによって構成できる。
スタッカの収納容器は、大量の封筒を収容することができ、約２０キログラムまでの郵便を、スタックに縁に沿って収容することができる。そのようなスタッカは、オンエッジコンベアによって当該区分口まで運ばれる新たな郵便要素を、スタックの先頭に積載するのに適している。一般的に、オンエッジコンベアは、狭圧ベルトを有するコンベアである。
国際公開第２０１３／０９３２５１号 国際公開第２０１３／０９３２５０号 特願平８−３５３２７４号 特願昭６２−２５００号
郵便区分機のためのそのようなスタッカは、例えば、国際公開第２０１３／０９３２５１号（特許文献１）、又は国際公開第２０１３／０９３２５０号（特許文献２）に記載されている。
そのような公知のスタッカにおいて、電気機械積載アクチュエータは、バケットホイールが始動する度に１回転のうちの半分を回転するように、停止−始動の方法で回転する一種のバケットホイールである。
バケットホイールが半回転する度に、スタックの先頭を押しやりながら、それによって、積載される新たな郵便要素を収容するための空間を作りながら、収納容器内の封筒のスタックの先頭の最上部に新たな郵便要素を積載するように、「バケット」は新たな郵便要素を取り込むようになる。
停止−始動の方法で半回転し、各半回転の間に停止する、バケットホイールは、非常に速い積載速度を有し得、これまでは、電子的可変速度を伴う非常に高性能なモータが、可変速度でスタッカのバケットホイールを駆動するために用いられてきた。
電子的可変速度駆動を伴うそのような電子モータは、とても高価であり、パワーが制限され、操作するのに複雑である。さらに、電子機器に電力供給するために、連続してエネルギを消費し、制動エネルギを除去することを要求する。それは、電子的信頼性及び電磁両立性の問題も引き起こす。
特願平８−３５３２７４号（特許文献３）及び特願昭６２−２５００号（特許文献４）等の機械アクチュエータも知られている。
本考案の目的は、それらの欠点を改善することである。
本考案の基本的な考え方は、第１に、バケットホイールの機械変速装置を、一定速度で駆動される従来のクラッチブレーキに結合すること、第２に、楕円形小歯車と、歯車であって、その外形が小歯車の外形と相補するものである（歯車の外形が複数のくぼみを有する、すなわち、歯車の外形がポリガステロイダル（ｐｏｌｙｇａｓｔｅｒｏｉｄａｌ）である）、歯車と、から構成される楕円形ギアを介して、クラッチブレーキをバケットホイールに結合すること、である。
より一般的には、本考案は、停止−始動の方法の回転運動でアクチュエータを駆動するための機械変速部品を提供し、
前記機械変速部品は、
前記機械変速部品が、前記アクチュエータと、インレットシャフトが一定速度で回転駆動されるクラッチブレーキと、の間に結合される楕円形ギアを含み、
楕円形ギアが、楕円形小歯車と、ポリガステロイダル歯車とを含み、
クラッチが楕円形小歯車の焦点を貫通するアウトレット軸を有し、アクチュエータが歯車の中心を貫通するインレット軸を有すること、並びに
前記変速部品は、歯車の又は小歯車の角度位置を検知するためのセンサによって検知されて、アクチュエータが半回転するごとにクラッチブレーキの制動及び停止を制御する電子制御をさらに含むこと、
に特徴を有する。
この楕円形ギアの配置を用いて、負荷が変化する条件下で正確な停止位置を保証しながら、始動時又は停止時いずれかにおいて振動することなく回転アクチュエータに半回転させることが可能である。楕円形ギアは次第に変化するギア比を有するので、クラッチの局面と制動の局面との間のフリーホイール効果は除去される。
静止時には、駆動される／駆動するギア比は最小にされる（１より極めて小さい）。従って、始動は、低速度かつ高トルクで発生する。その後、負荷の速度は、次第に増加し、最大値を経由し（そのとき、ギア比は１に近い）、ギアが停止するまで対称的に減少する。
この基本に基づいて、収納容器内に、縁に沿って郵便要素を積載するためのバケットホイール型の積載アクチュエータにより、平らな物品を積載するためのスタッカユニット、例えば、郵便区分機の区分口に適用されるスタッカユニットは、停止−始動の方法で、回転運動を積載アクチュエータに伝達するための、前述の機械伝達部品を有利に含み得る。
この配置により、郵便要素がスタッカの容器内に積載されている間に、バケットホイールの回転サイクルを実行するために、いかなるサーボ制御電子工学技術も有する必要はない。
この配置により、アクチュエータの電子／ソフトウェア制御は、
（時間の、及び停止精度の観点で）所望の積載サイクルを保証すること、
二つの積載操作の間に、静止位置にバケットホイールを維持すること、
スタッカユニットが設置される区分機が停止／再開する場合に、バケットホイールの位置をリセットすること、
積載ユニットのオペレータによる、ジャムの手動クリアランスを促進すること、及び
必要であれば区分機の区分口を抑制すること、
を可能にする。
この配置は、センサの数及びそれらの複雑さを制限すること、積載サイクルの任意の調整を単純化すること、並びにスタッカユニットの電力消費を制限すること、も可能にする。
本考案の機械変速部品は、以下の特徴を有し得る。
・楕円形ギアの小歯車上及び歯車上のアウトレット軸及びインレット軸、並びに小歯車と歯車との間の相互接触のポイントは、一直線上にある。
・前記位置センサは、光センサであってもよい。
・前記位置センサは、磁気センサであってもよい。
・前記位置センサは、静電容量センサであってもよい。
本考案は、図面に示す実施形態の以下の記載を読むことにより、より明確に理解することができる。
図１は、郵便区分機の区分口に郵便物を積載するためのスタッカユニットのための、バケットホイール型の回転アクチュエータを伴うスタッカユニットの線図である。 図２は、本考案の楕円形ギアの原理を示す。 図３は、クラッチブレーキを伴う楕円形ギアのための、例えば、図１のスタッカのための、第１の構成例を示す。 図４は、クラッチブレーキを伴う楕円形ギアのための第２の構成例を示す。 図５は、小歯車の角度位置の関数としての、アクチュエータの回転速度の変化を示す。 図６は、アクチュエータの角度位置を検出するための検出領域が設けられるポリガステロイダル（ｐｏｌｙｇａｓｔｅｒｏｉｄａｌ）歯車を伴う楕円形ギアを示す。 図７は、アクチュエータの電子／ソフトウェア制御を示すタイミングチャートである。
図１は、単なる例として、平らな郵便物品を積載し、バケットホイール型の電気機械アクチュエータを備えるスタッカ装置を示す。
第１に、スタッカ装置は、符号２で示す固定フレームを含む。スタッカ装置はインレット通路４も有し、平らな郵便物品はインレット通路４を介して到着する。この例において、より具体的には、郵便要素は、小判の及び／又は大判の封筒又は手紙である。
一般的に、このインレットは、従来の郵便区分機の一部であるコンベア装置（図示せず）と連通する。
このスタッカ装置は、平らな物品が当接するジョギングエッジ８と保持エッジ１０との間に、横方向に延在する、物品を受け取り保管するための領域６も画定する。さらに、平らな物品のスタックが整列されるように移動する方向である、装置の長手方向は、Ｄにより示されている。
滑りエッジを形成するプレート１２は、インレット４から取り込まれる流動物品を、矢印Ｆ１で示す、領域６の方向に導くことを可能にする。
その上流部分において、物品の前進方向に関して、プレート１２には、第１の一連のスロット１４が設けられる。前記スロットは、複数のフラップ１６を通過させることができ、示す例においては、三つのそのようなフラップが設けられている。これらのフラップは、プレート１２の背面の近傍に延在する垂直軸Ａ１の周りを旋回するのに適している。
以下さらに詳細に説明するように、各フラップは、二つの位置の間で軸Ａ１の周りを旋回し得る。これらの位置のうちの一つ目は、フラップがプレート１２の後ろに格納されている、格納された位置であり、すなわち、前記フラップは、インレット通路４から突出せず、従って、物品の前進を妨げない。第２の位置又は「延在」位置において、以下説明するように、フラップは物品の経路に影響を与えるように通路内へ突出する。
その下流部分において、プレート１２には、第２の一連のスロット２０が設けられる。これらのスロットは、プレートから離間され、受け取り領域６と間隙を置かれる垂直軸Ａ２の周りを回転駆動するのに適しているアクチュエータ２２と連携する。
この電気機械アクチュエータ２２は、複数の突起の対が延在する中央ハブ２４を含み、各対の突起のうちの一つのみをこの図中に見ることができる。前記突起は、前述のスロット２０を通って受け取り領域に向かって突出するのに適している。さらに、前記突起は、突起が前記スロットを通って突出するときに、インレット通路の方を向くようにわずかに湾曲している。
より正確には、示す例において、そのような突起２６の４つの対が、ハブ２４に沿って配置される。いずれの所与の対についても、二つの突起は、対称的に延在し、従って、相互に１８０°オフセットする。
各突起２６は、例えば、ネジ締め具（ｓｃｒｅｗｆａｓｔｅｎｉｎｇ）により、着脱自在に取り付けられ得る舌部２８と関係している。舌部は、突起を構成する材料とは異なる材料で製造され得、具体的には、舌部はプラスチック材料で製造され得るが、突起は金属で製造される。
このように、舌部は、特性がそれらの機能に適応され得、容易に交換可能でもある。
各舌部２８は、舌部を突起に固定するための一部の曲線形状と、軸Ａ２を中心とする円の接線方向に延在し、６０ミリメートル（ｍｍ）から８０ｍｍまでの範囲にある半径を有する直線的な主要部分と、を有する。舌部２８を伴う突起２６は、スタッカの保管領域６における平らな物品のスタックの最上部に、インレット通路４からもたらされる各平らな物品を挿入するために、当該平らな物品を受け取るバケットのように作用する一種のバケットホイールを形成する。
アクチュエータの向かい側の、受け取り領域の長手方向終端は、保管領域の後部において、縁に沿って平らな物品を保持するための保持要素を形成するパドル（図１に示さず）によって画定される。
このパドルは、ガイド上に取り付けられたままで、フレーム２に相対して方向Ｄに移動するように取り付けられる。さらに、リール型又はカウンタウェイト型の手段（図示せず）は、物品のスタックに反力を及ぼすように、スタックを保持するような方法でパドルと関係する。
本考案に従って、積載アクチュエータ２２は、この例においては、モータ駆動シャフトによって一定速度で駆動されるクラッチブレーキを介してモータ駆動シャフトと回転結合され、楕円形ギアは、クラッチブレーキと前記積載アクチュエータとの間に設けられる。
図２は、本考案の楕円形ギアの線図であり、小歯車３０の外形と相補する外形を有するポリガステロイダル歯車３１と噛合する楕円形小歯車３０を含む。
図２に示すように、小歯車３０は、楕円形小歯車の焦点のうちの一つに位置する回転軸３０Ａを有し、歯車３１は、中心となる回転軸３１Ａを有する。小歯車３０と歯車３１との間の接触ポイント又は噛合ポイント、並びに軸３０Ａ及び３１Ａは、一直線上にある。
小歯車及び歯車の歯のセットは、具体的には、小歯車及び歯車の外形に対する数学的方程式の関数として計算される。小歯車の寸法及び歯車の寸法は、要求に適合するように拡大縮小することができる。
最小寸法は、アクチュエータに対応する負荷の関数として、歯の強度によって与えられる。最大寸法は、慣性によってのみ制限される。
小歯車及び歯車は、成形プラスチック材料で製造され得る。負荷が大きいとき又は利用可能な空間がとても小さいときには、小歯車及び／又は歯車は、金属で製造されてもよく、あるいはそれらは、２段階を有してもよい。
本考案によれば、小歯車及び歯車は図３及び４に示すハウジングＢに組み込まれてもよく、ハウジングはインレットシャフト及びアウトレットシャフトを有する。
クラッチブレーキは、クラッチブレーキの制動時間のみに依存する一定の回転角度の後に停止させられる。
単純なセンサＣ（場合によって、光学センサ、磁気センサ、又は静電容量センサ）は、歯車３１の角度位置を検出するために、（図３及び４に示す）ハウジング内に組み込まれ得る。センサＣは、歯車３１の特定のポイント（センサのタイプによって、孔、反射体、金属の領域等）を、あるいは歯車上の又は小歯車上の、インデックスが付された円盤を、特定するように配置され得る。この検出信号は、クラッチブレーキ３４を適用するための制動命令をトリガする働きをする。センサＣの位置、又は特定のための対応するポイントの位置は、クラッチブレーキの動的特性に適合し良好な停止精度を保証する構成を適応させるように調整され得る。
小歯車３０の偏心「ｅ」は、あまりにも早いピーク速度を生成することなく十分な速度範囲を提供するように選択される。例えば、偏心は、約０．４から０．５までの範囲にあるように選択される。楕円形小歯車の偏心度が高いほど、それはより平らであり（以下の極方程式）、その二つの焦点のうちの一つと一致する駆動軸３０Ａを有することを理解されたい。
極方程式：
Figure 0003214147
 ここで、ｐは寸法変数である。
歯車３１は、小歯車３０と相補する形状（以下の極方程式）を有し、歯車３１は、その中心と一致する回転軸３１Ａを有する。
極方程式：
Figure 0003214147
 ここで、
Figure 0003214147
 である。
小歯車が、ギア比が変化する振幅及び噛合の前進性を決定する、偏心（変数「ｅ」）の選択、並びに寸法変数ｐの選択は、偏心を変化させることなく、従って噛合の前進性を変化させることなく、小歯車の軸と歯車の軸との間の寸法及び間隔を自由に設定することを可能にする。
図３は、モータ駆動の駆動シャフト３２を示し、この例において、駆動シャフト３２は、スタッカのフレーム２の上部に取り付けられるモータ駆動ベルト３３によって駆動されるシャフトであり、駆動シャフト３２は、そのアウトレットが楕円形ギアの小歯車３０と結合するクラッチブレーキ３４のインレットと結合する。
楕円形ギアの歯車３１は、そのアウトレットにおいて、変速シャフト２４を介して回転アクチュエータ２２と結合する。
図４において、シャフト３２を駆動するベルト３３は、スタッカのフレーム２の下に取り付けられる。シャフトは、クラッチブレーキ３４のインレットにも結合され、クラッチブレーキ３４は、そのアウトレットが小歯車３０に結合される。歯車３１は、そのアウトレットにおいて、変速シャフト２４を介して回転アクチュエータ２２に結合する。
一つ又はそれ以上のバランスウェイト３５は、任意のアンバランスを除去するために、楕円形小歯車３０のいずれもの側に設けられ得る。楕円形ギアの小歯車３０及び歯車３１は、プラスチック材料等の軽量の材料で製造され得、ウェイト３５は、クラッチブレーキがフリーホイールする間に慣性効果によってトルクを維持するために、小歯車３０の慣性を増加する働きをする。
図５を参照して、積載サイクルの間に、小歯車３０は一回転する間に、歯車３１は半回転する。図５において、小歯車の偏心「ｅ」は、０．４４に等しい。
より詳細に、図５の局面Ａの間に、クラッチブレーキ３４はクラッチされ、歯車３１は、その静止位置から低速で回転し始める。図５の局面Ｂの間に、歯車３１は四半回転し、その最大速度に到達する（小歯車３０は、半回転する）。
局面Ｃの間に、バケットホイール２６は、封筒をスタック内に押し込む。位置がセンサＣによって検出された後、クラッチブレーキの制動は、歯車３１がその半回転を正確に完了するようにトリガされる。
局面Ｄの間に、バケットホイール２６は、封筒をスタックに押し込むことを完了し、低速で静止位置に停止する。
図６は、この例において、それらの軸が一致するように、ギアの歯車３１上に取り付けられている円盤において、直径方向に対向する二つの孔でできている感知可能領域Ｆ，Ｆ’と相互作用する光電セルＣを伴うセンサである、検出センサＣに対して検出領域が設けられる、ポリガステロイダル歯車３１を伴う本考案の楕円形ギアを示す。
この例において、二つの孔Ｆ，Ｆ’は、ギアの歯車３１の軸から一定の距離ｒにあり、回転方向にてクラッチブレーキの制動のリファレンス位置より角度θａ進んでおり、それによって、半回転毎に前記制動のリファレンス位置を検出する。
バケットホイール２６が所望の精度でそのストロークを完了する角度θｆを、バケットホイール２６が通過して移動すると、クラッチブレーキの制動はトリガされなければならない。
制動に影響する変化する負荷を考慮して、角度θｆは、バケットホイールのストロークの終端が、最大許容停止位置、例えば、１８５°と一致するように無負荷時に調整される。
従って、当然ながら、角度範囲Ｒ，Ｒ’（例えば、±５°停止精度に対しては１０°）は、停止が様々な起こり得る負荷状態で十分な精度であることを保証するのに有効である。
実際には、角度θｆは、製造ばらつき及び経年ばらつきのために、クラッチブレーキごとに異なり得、従って、角度θａが、角度θａの検出からクラッチブレーキの制動のトリガをある程度まで遅延させるように、最大角度θｆより大きい角度θａが選択されることが要求される。
楕円形ギアの非対称性により、角度位置検出が楕円形ギアの歯車上又は楕円形ギアの小歯車上のいずれかで行われることが可能であるが、歯車が小歯車よりも大きい直径を通常有する、ギアの歯車上の角度位置検出は、向上した精度をもたらす。
領域Ｒ，Ｒ’がセンサＣに対する検出領域であるならば、センサＣは、バケットホイール２６のゼロ位置を検出する働きもし得る。
領域Ｒ，Ｒ’のこの検出は、回転サイクルが完了すると制動命令を中断することを可能にし、それにより、前記命令の消費電力を削減することに寄与する一方で、オペレータがスタッカユニット内の郵便物のスタック上に作用する場合に、バケットホイールの位置における大きい変化も妨げる。
ゼロポイントの検出は、角度の検出に続く時間遅延がゼロ領域の開始に到達するまで、次第に増加する、無負荷サイクルの自動シーケンスをトリガすることを、ゼロポイントの検出は可能にするので、この検出により、制動をトリガする角度θｆが、自己調整されることも可能になる。
センサＣによる領域Ｒ，Ｒ’のこの検出により、新たな積載の局面の前に、バケットホイールをリセットするために、無負荷サイクルをトリガし、連続的な回転サイクルの間にゼロ位置に到達しない状態の過度の頻発を監視し示すことも可能になる。
一般的に、クラッチブレーキ３４は、約１６ミリ秒（ｍｓ）の起動時間Ｔａを有することができ、その間、スタッカユニットのインレット通路４に入る郵便要素は、４メートル毎秒（ｍ／ｓ）の最大速度で７０ｍｍ未満移動する。
この距離は、スタッカにおいて通り過ぎる郵便物を、例えば、フラップ１６と関係して、検出する、移動検出器の位置と、バケットホイール２６の軸３３の位置との間の距離よりも顕著に小さい。
バケットホイール２６の回転サイクルをトリガするために、移動検出器が郵便要素の誘導エッジを検出することと、クラッチブレーキが実際に駆動することと、の間で調節できる時間遅延Ｔ１を伴う命令を前もって実行する必要がある。
図７は、郵便要素の移動検出ＰＤ、すなわち、スタッカユニットにて通過する郵便要素の検出以後のクラッチブレーキの電子／ソフトウェア制御における、様々な局面を示すタイミングチャートである。
遅延時間Ｔ１の後、クラッチブレーキの制御コイルは、起動時間Ｔａの間、起動する。
クラッチブレーキ命令の各起動の後で、角度位置θａに到達するバケットホイール２６（図７のＢＷ）は、制動命令が適用される終端において新たな時間遅延Ｔ２をトリガするために検出される。
その回転においてゼロ位置が検出されると、クラッチブレーキの制御コイルの起動が中断される終端において、新たな時間遅延Ｔ３がトリガされる。ゼロ位置がもはや検出されなければ、制動命令が適用される。
制御の操作のこのモードにより、（時間及び停止精度の観点で）所望のサイクルを保証すること、二つの積載操作の間において静止位置にバケットホイールを維持すること、停止／再開の場合にゼロ位置に対してバケットホイールをリセットすること、オペレータによる、ジャムの手動クリアランスを促進すること、及び、必要があれば、区分機の区分口を抑制することが可能になる。
角度θａの検出は、サイクルの終端において、従って低い回転速度で行われ、ゼロ位置の検出は静的検出である。
例えば、クラッチブレーキの駆動速度の４分の１（すなわち、例えば、３５０回転毎分（ｒｐｍ））において、０．５°の精度に合わせるために、センサは、約０．５ｍｓ以内の精度を有する（０．５ｍｓのその反応時間内で変動可能である）ことが必要である。
当然のことながら、図３及び図４に示す構成は可逆的である。歯車をモータ駆動シャフト３２によって駆動することで、及び小歯車側のアクチュエータの負荷２２を配置することで、構成は、平均比２（歯車が半回転すると、小歯車は１回転する）で加速する。円滑に始動し停止するために、ギアの歯車は、静止位置で９０°位相変移される必要がある（そのとき、小歯車は１８０°位相変移する）。
本考案は、特に、郵便区分機の区分口のための郵便スタッカに適用する。本考案は、命令で回転アクチュエータに半回転させるための電気的に制御された動作を伴う他の装置にも適用され得る。特に、サーボ制御の電子機器を用いずに、速いサイクルの間に及び変化する負荷のもとで、良好な停止精度を保証するために前進ギアを用いる本考案の基本的な考え方は、例えば、電子モータに、電磁アクチュエータに、又はジャック型アクチュエータに適用され得る。

Claims (9)

  1. 停止−始動の方法の回転運動をアクチュエータ（２２）に伝達するための機械変速部品において、
    前記機械変速部品が、前記アクチュエータと、インレットシャフトが一定速度で回転駆動されるクラッチブレーキ（３４）と、の間に結合される楕円形ギア（３０，３１）を含み、
    楕円形ギアが、楕円形小歯車（３０）と、小歯車の外形と相補する外形を有するポリガステロイド歯車（３１）と、を含み、並びに
    クラッチが楕円形小歯車の焦点を貫通するアウトレット軸を有し、アクチュエータが歯車の中心を貫通するインレット軸を有すること、を特徴とする、
    機械変速部品。
  2. 請求項１に記載の機械変速部品において、
    楕円形ギアの小歯車上及び歯車上のアウトレット軸及びインレット軸、並びに小歯車と歯車との間の相互接触ポイントは、一直線上にあることを特徴とする、機械変速部品。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の機械変速部品において、
    前記機械変速部品は、歯車の又は小歯車の角度位置を感知するための位置センサ（Ｃ）をさらに含むことを特徴とする、機械変速部品。
  4. 請求項３に記載の機械変速部品において、
    前記位置センサは、光センサであることを特徴とする、機械変速部品。
  5. 請求項３に記載の機械変速部品において、
    前記位置センサは、磁気センサであることを特徴とする、機械変速部品。
  6. 請求項３に記載の機械変速部品において、
    前記位置センサは、静電容量センサであることを特徴とする、機械変速部品。
  7. 請求項１に記載の機械変速部品において、
    前記小歯車及び前記歯車は、プラスチック材料で製造されることを特徴とする、機械変速部品。
  8. 収納容器内に、縁に沿って平らな物品を積載するための積載アクチュエータ（２２）を備えるスタッカユニットにおいて、
    前記スタッカユニットは、停止−始動の方法で、回転運動を積載アクチュエータ（２２）に伝達するための、請求項１〜７のいずれか一に記載の機械変速部品を含むことを特徴とする、
    スタッカユニット。
  9. 郵便区分機であって、
    前記郵便区分機は区分口を備え、前記区分口の各々は、請求項８に記載のスタッカユニットを備えることを特徴とする、郵便区分機。
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