JP4544932B2 - ２段階変速式の回転伝達装置 - Google Patents

Description

この発明は、入力軸を回転することにより出力軸を正逆方向へ自在に回転できるが、出力軸は大きな回転力を受けても正逆いずれの方向にも回転不能である回転伝達装置の技術分野に属し、更にいえば２段階に変速可能な回転伝達装置の技術分野に関する。

従来、出力軸を入力軸によってのみ回転可能な回転伝達装置は、本出願人が出願し、既に種々公知である。その一例として特許文献１に開示された回転伝達装置は、出力軸の回転を阻止するロックピンと、入力軸の回転を出力軸へ伝達する被回転凸部を各々独立の構成で設け、回転ロック機能と回転伝達機能の構成を夫々独立させた構成である。

特許文献２に開示された回転伝達装置は、コイルバネ形状の制動部材を制動ドラムの外周面に設置し、制動部材に過大な負荷回転力が加わる出力軸の回転に際しては、制動部材の捻りを増して、即ち制動部材を制動ドラムへ強く締め付けて大きな制動力を発生させて回転不能とし、必然的に制動ドラムは制動部材を内側から拘束する部材としても働かせて制動作用を高効率に発揮させ、座屈ないし降伏の問題を防ぎ、逆に入力軸の回転時には、制動部材の捻りを緩めることによって制動ドラムとの摩擦力を可及的に軽減して動力損失をできるだけ少なくして、軽く回転操作できる構成である。特許文献３に開示された回転伝達装置の主な構成は、前述した特許文献２の構成とほぼ同じである。

特開２０００−２６６１５２号公報 特開２０００−３４６１６７号公報 特開２００２−１７４３２０号公報

上記特許文献１〜３に開示された回転伝達装置は、入力軸を回転して出力軸を回転させるが、入力軸の回転を止めた際に出力軸は空回りせず、操作者の意思通りの位置で回転がきっちり止まる操作性と応答性の良さに優れ、構造的にも実用的にも完成度が高い。しかし、これらの回転伝達装置は、手動ハンドルを回転させる際の負荷の大小に関する操作性についてはあまり考慮されていない。例えばビニールハウス等の換気装置に用いた場合、長手方向へ長いビニールシート巻き軸を巻き上げて開口を開く際の回転負荷は、女性や老人には負担が大きくて操作しずらく、ビニールシートを巻き上げる作業が苦痛であるといった問題があった。逆にビニールシート巻き軸を巻き下ろして開口を閉じる操作時には、重力作用が働いて手動ハンドルを軽快に回転操作できるのに、手動ハンドルと出力軸の回転比は１：１が通例で作業効率が悪いという欠点もある。

そこで本発明の目的は、例えばビニールハウス等の換気装置に用いた場合に、ビニールシート巻き軸を巻き上げるときは低速に切換えてその分だけ手動ハンドルにかかる回転負荷を軽減でき、逆にビニールシート巻き軸を巻き下ろすときには高速に切換えて作業能率を高められる２段階変速式の回転伝達装置を提供することである。

上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る２段階変速式の回転伝達装置は、
入力軸１を回転することにより出力軸４を正逆双方向へ自在に回転できるが、出力軸４は回転力を受けても正逆いずれの方向にも回転不能な回転伝達装置において、
前記入力軸１と一体的に回転する回転体５が設けられており、
前記回転体５の中心部には、前記入力軸１と中心線を共有する内歯車５ｂが形成され、この内歯車５ｂと同形、同大の原動歯車６ａを備えたハンドル軸６が、前記原動歯車６ａを前記内歯車５ｂの中へ進入させて噛み合い、又は前記噛み合いが離脱する位置まで軸線方向へ移動可能に設置されており、
前記回転体５の側面に、前記原動歯車６ａが前記内歯車５ｂから離脱した位置で噛み合う複数の遊星歯車７…が設置され、更にその外周には前記各遊星歯車７…が共通に噛み合う大径の内歯車８ａが固定して設けられ、前記ハンドル軸６を回転可能に且つ軸方向へ移動可能に支持する軸受けプレート１１（２２）に、前記ハンドル軸６が軸方向へ移動してその原動歯車６ａが回転体５の内歯車５ｂ又は遊星歯車７…と噛み合う位置を規定する位置決め機構１２が設置されており、
前記ハンドル軸６の外端に手動ハンドル１８が取り付けられていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載した２段階変速式の回転伝達装置において、
入力軸１の端部に、同入力軸１と中心線を共有して前記ハンドル軸６が軸線方向へ移動する距離よりも少し長い中心軸１ｂが設けられており、該中心軸１ｂの外径とほぼ等しい内径で中心軸１ｂの長さよりも少し深い孔６ｂが前記ハンドル軸６の内端部からその中心線を共有して軸線方向に設けられ、該ハンドル軸６の孔６ｂへ前記中心軸１ｂが嵌め込まれていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１に記載した２段階変速式の回転伝達装置において、
各遊星歯車７…が共通に噛み合う大径の内歯車８ａを形成した内歯車部材８の外形は四角形に形成され、ケーシング３に形成された同形、同大の四角形凹部９へ嵌め込まれ固定されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１に記載した２段階変速式の回転伝達装置において、
位置決め機構１２として、前記ハンドル軸６に前記原動歯車６ａの移動距離だけ離れた２箇所の位置に環状溝部６ｃ、６ｃが形成されており、
各環状溝部６ｃへ出入り自在な位置決め板１４が、ハンドル軸６の軸受けプレート１１と該軸受けプレート１１の側面に設置された補助プレート１０に挟み付けられた形でハンドル軸６と直角方向に可動に設置され、この位置決め板１４を常時環状溝部６ｃへ嵌める方向に作用力を働くバネ１５が設置されていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１に記載した２段階変速式の回転伝達装置において、
位置決め機構２１として、前記ハンドル軸６に前記原動歯車６ａの移動距離だけ離れた２箇所の位置に環状溝部６ｃ、６ｃが形成されており、
ハンドル軸６の軸受けプレート２２の内部に、環状溝部６ｃへ出入り自在な位置決めボール２５及び該位置決めボール２５を常時環状溝部６ｃへ押すバネ２６並びに該バネ２６の背後を押す調整ボルト２７が設置されていることを特徴とする。

本発明に係る２段階変速式の回転伝達装置を、例えばビニールハウス等の換気装置に用いた場合に、ビニールシート巻き軸を回転してビニールシートを巻き上げるとき、即ち回転負荷が大きいときは、出力軸の回転速度を低速に切り換えてその分だけ手動ハンドルにかかる回転負荷を軽減でき、女性や老人であっても苦もなく手動ハンドルを回転できる。逆にビニールシートを巻き下ろすとき、即ち出力軸の回転負荷が小さいときには、高速に切り換えて開口の閉鎖作業を高速に行うことができる。

入力軸１と一体的に回転する回転体５を設ける。回転体５の中心部には、入力軸１と中心線を共有する内歯車５ｂを形成し、この内歯車５ｂと同形、同大の原動歯車６ａを備えたハンドル軸６を、原動歯車６ａを内歯車５ｂの中へ進入させて噛み合い、又は噛み合いが離脱する位置まで軸線方向へ移動可能に設置する。回転体５の側面には、原動歯車６ａが内歯車５ｂから離脱した位置で噛み合う複数の遊星歯車７…を設置し、更にその外周には各遊星歯車７…が共通に噛み合う大径の内歯車８ａを固定して設ける。ハンドル軸６を回転可能に且つ軸方向へ移動可能に支持する軸受けプレート１１には、ハンドル軸６が軸方向へ移動してその原動歯車６ａが回転体５の内歯車５ｂ又は遊星歯車７…と噛み合う位置を規定する位置決め機構１２を設置する。ハンドル軸６の外端に手動ハンドル１８を取り付ける。

図１は、本発明の２段階変速式の回転伝達装置の実施例を分解状態で示す。但し、図面には装置の主要部分、即ち、入力軸１を回転することにより、出力軸４を正逆双方向へ自在に同一方向へ回転できるが、出力軸４の方からは大きな回転力（又は回転負荷）を与えても正逆いずれの方向にも回転不能に構成された回転伝達機構部２は、例えば上記の特許文献１〜３に開示されて既に公知であるため、説明の便宜上、その具体的な図示と説明を省略し、図１では、ケーシング３の中に既に組み込まれた実施形態を示している。前記回転伝達機構部２から突き出された入力軸１に、該入力軸１と一体的に回転する円板形状の回転体５が図７のように設けられている。即ち、前記回転体５の中心部には、図１と図２に示したように、前記回転伝達機構部２の入力軸１と中心線を共有する角孔５ａと内歯車５ｂが回転体５の厚さを二分して一連に形成されている。図７に示すように、前記角孔５ａが入力軸１の角軸部１ａに嵌め込まれて一体的に回転する構成とされている。内歯車５ｂは、前記角軸部１ａよりも外側（図７の右側）に位置する。

前記内歯車５ｂと同形、同大（一例として歯数が１２で共通仕様）の原動歯車６ａを内端に備えたハンドル軸６が、その原動歯車６ａを前記内歯車５ｂの中へ進入させて噛み合わせ（図７参照）、又は前記噛み合いが離脱する位置（図８参照）まで軸線方向外側へ移動可能に設置されている。図７のように、前記原動歯車６ａが前記内歯車５ｂの中に進入し噛み合っている場合、同ハンドル軸６と前記回転体５及び入力軸１はそれぞれ１：１の関係で回転する。したがって、前記入力軸１を通じて回転を伝達される前記出力軸４も、前記ハンドル軸６と１：１の回転比で同一方向へ回転する。

図１と図７及び図８に示したように、入力軸１の先端部に、同入力軸１と中心線を共有して突き出され、前記ハンドル軸６が軸線方向へ移動する距離よりも少し長く形成された中心軸１ｂが設けられている。一方、前記中心軸１ｂの外径とほぼ等しい内径で中心軸１ｂの長さよりも少し深い長孔６ｂが、前記ハンドル軸６の内端部からその中心線を共有して軸線方向に設けられており、該ハンドル軸６の長孔６ｂへ、前記中心軸１ｂが嵌め込まれている。したがって、前記ハンドル軸６の回転時に発生しやすい偏心回転等を防止して、ハンドル軸６の安定な回転運動を実現する。ハンドル軸６の外側端部は、後述する軸受けプレート１１により回転及び軸方向への移動が自在に支持されている。
なお、逆にハンドル軸６の内端部に同ハンドル軸６と中心線を共有し該ハンドル軸６が軸線方向へ移動する距離よりも少し長い中心軸を設け、中心軸の長さよりも少し深い長孔を前記入力軸１の外端部からその中心線を共有するように設けた構成で実施することもできる（以上、請求項２記載の発明）。

上記回転体５において前記内歯車５ｂを形成したのと同じ外寄り（図７の右側）の側面に、図１と図３に示したように、前記原動歯車６ａが前記内歯車５ｂから外方へ離脱した位置（図８参照）で噛み合う４個の遊星歯車７…が回転自在に設置されている。そして、前記の各遊星歯車７…の外周に、図５に示すように、各遊星歯車７…が共通に噛み合う大径（一例として歯数が３６）の内歯車８ａを備えた内歯車部材８が固定して設けられている。各遊星歯車７…が共通に噛み合う大径の内歯車８ａを形成した内歯車部材８の外形は、図１と図４に示したように四角形に形成され、ケーシング３に同形、同大に形成された四角形凹部９へ嵌め込んで固定されている。
したがって、前記ハンドル軸６の原動歯車６ａが、図８のように前記遊星歯車７…と噛み合うとき、ハンドル軸６の回転に伴う原動歯車６ａと各遊星歯車７…との噛み合い運動は、いわゆる遊星歯車機構として知られたように回転体５を公転させるのであり、回転体５の公転とハンドル軸６の回転比は前記歯数比だと１：４になる。つまり、前記回転体５と一体的に回転する入力軸１から回転を伝達された出力軸４も、結局、前記ハンドル軸６の回転の１／４の速度比で回転することになる。逆に言えば、ハンドル軸６と連結した手動ハンドル１８（図９）にかかる回転負荷を１／４に軽減できるので、女性や老人であっても苦もなく手動ハンドル１８を回転操作できる。

遊星歯車７…は、図示した実施例の場合、前記内歯車５ｂの外周に直交四方向に４個設置した構成であるが、この限りではない。理論的には１個でも実施することができるが、２個以上であれば安定した回転運動を実現できる（以上、請求項３記載の発明）。

上記内歯車部材８の中心部には、上記ハンドル軸６の軸受け部８ｂが形成され、該軸受け部８ｂの内端部に滑り止めのゴム材９及び該ゴム材を固定させるカバー材９’が設置されている。そして、内歯車部材８の外側面に、前記ハンドル軸６を回転可能に且つ軸線方向へ移動可能に支持する軸受けプレート１１が設置されている。

ハンドル軸６が軸方向へ移動してその原動歯車６ａが前記回転体５の前記内歯車５ｂ又は前記遊星歯車７…と噛み合う位置（図７及び図８の状態）を正確に規定する手段として、上記内歯車部材８の外寄り位置（図７の右側）に、位置決め機構１２が前記軸受プレート部材１１と該軸受けプレート１１の内側面に設置された補助プレート１０を用いて設置されている。

位置決め機構１２の構成概要を図６に示した。この位置決め機構１２の前提として、ハンドル軸６には、その原動歯車６ａが内歯車５ｂと噛み合う位置（図７）から、遊星歯車７と噛み合う位置（図８）まで移動する距離だけ離れた２箇所の位置に環状溝部６ｃ、６ｃが形成されている（図１参照）。図６の位置決め板１４には、ハンドル軸６を通す孔１４ａが各環状溝部６ｃ、６ｃへ出入り自在な長孔として形成され、ハンドル軸６の軸線方向に対し直角方向に可動に設置されている。この位置決め板１４を常時押して前記孔１４ａの縁をいずれかの環状溝部６ｃ、６ｃへ嵌める方向に作用力を働く圧縮用コイルバネ１５が軸受プレート部材１１の側に複数個設置されている。前記位置決め板１４は、軸受プレート部材１１の内側面に形成された凹面状の案内溝１３へ出入り自在に嵌め込まれ、反対側をもう一枚の平面状の補助プレート部材１０によって挟み付けられ支持されている。軸受プレート部材１１の案内溝１３の幅寸は位置決め板１４の幅寸とほぼ等しい。また、案内溝１３の凹み深さは位置決め板１４の板厚とほぼ等しい。そして、前記案内溝１３の入口部分には、更に一段凹んだ凹部１９が形成されている。一方、位置決め板１４の基部には前記凹部１９へ収まる肉厚のリブ１４ｂが形成されており、該リブ１４ｂの先端１４ｃが凹部１９と案内溝１３との段差部２０へ突き当たり、位置決め板１４の進入限界を規定し、ひいては孔１４ａの孔縁がハンドル軸６の環状溝６ｃから抜け外れ、しかも同孔１４ａの反対側の縁が嵌り込むことのない位置決めが行われる。位置決め板１４は常時は圧縮コイルバネ１５に押されて孔１４ａの一側の孔縁がいずれかの環状溝部６ｃに嵌った状態とされる。
従って、使用者は単に指先で位置決め板１４を押し込むだけで、位置決め板１４の孔縁をハンドル軸６の環状溝部６ｃから外すことができ、ハンドル軸６をその原動歯車６ａが内歯車５ｂと噛み合う位置（図７）又は遊星歯車７と噛み合う位置（図８）へ移動させることができる。指先を離すと圧縮用コイルバネ１５が位置決め板１４を環状溝部６ｃへ嵌める方向に押すので、ハンドル軸６を原動歯車６ａが内歯車５ｂと噛み合う位置（図７）又は遊星歯車７と噛み合う位置（図８）へ到達すると、孔縁が自動的にいずれかの環状溝部６ｃへカチッと嵌り位置決めが達成される（以上、請求項４記載の発明）。

上記内歯車部材８と前記位置決め機構１２を支持する２枚の補助プレート１０及び軸受けプレート１１は、共通の外周位置に形成された通孔１７へ長ボルト１６を通して、回転伝達装置２のケーシング３に形成したネジ孔（図示は省略）へねじ込み締結して一体的に固定される。位置決め機構１２から突き出た前記ハンドル軸６の外端には、図９のように手動ハンドル１８が取り付けられる。

図９は、本発明に係る２段階変速式の回転伝達装置をビニールハウスのシート巻き軸１９の回転用に使用した実施例を示している。前記２段階変速式の回転伝達装置は、地面に突き刺して立てたガイド支柱２０を伝って上下方向に移動する。ビニールシート巻き軸１９を巻き上げるとき、即ち回転負荷が大きいときは、ハンドル軸６を原動歯車６ａが遊星歯車７…と噛み合う位置（図８の状態）で切り換える。かくすると回転負荷が１／４に軽減されて女性や老人であっても苦もなく手動ハンドル１８を回転することができる。逆に、ビニールシート巻き軸１９を巻き下ろすとき、即ち出力軸４の回転負荷が小さいときには、ハンドル軸６を原動歯車６ａが回転体５の内歯車５ｂと噛み合う位置（図７の状態）に切り換える。かくすると、出力軸４はハンドル軸６と１：１の回転比で回転するので、開口の閉鎖作業を高速に行うことができる。

図１０は、異なる位置決め機構２１を採用した２段階変速式の回転伝達装置の実施例を分解図として示している。この位置決め機構２１の前提として、ハンドル軸６には、その原動歯車６ａが内歯車５ｂと噛み合う位置（図７）から、遊星歯車７と噛み合う位置（図８）まで移動する距離だけ離れた２箇所の位置に環状溝部６ｃ、６ｃが形成されている。大径の内歯車８ａを形成した内歯車部材８の外側面には、前記ハンドル軸６の軸受プレート２２がパッキン２３を挟んで設置されている。この軸受けプレート２２には、側面から前記ハンドル軸６の軸孔へ到達する孔２４が形成されており、該孔２４の内端部に前記環状溝部６ｃへ出入り自在な位置決めボール２５が設置され、該位置決めボール２５を常時環状溝部６ｃに向かって圧縮用コイルバネ２６が背後を調整ボルト２７により押された形に設置されている（図１１参照）。前記位置決めボール２５が環状溝部６ｃへ嵌り込むことでハンドル軸６の位置決めが行われる。また、前記軸受けプレート２２の外側面に形成された凸状の軸受け筒２８の外面を覆うカバーケース３０が設置され、このカバーケース３０と軸受け筒２８との間、及びハンドル軸６との間にパッキン２９、２９’が設置され防水処理されている。前記カバーケース３０は、外周位置に形成された通孔３２へボルト３１を通して、前記軸受けプレート２２に形成されたネジ孔３３へねじ込み締結して固定されている。前記位置決め機構２１から突き出たハンドル軸６の外端に、手動ハンドル１８が取り付けられることは、上記実施例１と同じである。
本実施例の場合も、使用者は単に手動ハンドル１８を軸方向へ前後移動させるだけで、位置決めボール２５をハンドル軸６の環状溝部６ｃから外すことができ、ハンドル軸６をその原動歯車６ａが内歯車５ｂと噛み合う位置又は遊星歯車７と噛み合う位置へ移動させることができる。移動した前記ハンドル軸６は、原動歯車６ａが内歯車５ｂと噛み合う位置又は遊星歯車７と噛み合う位置へ到達すると、位置決めボール２５が自動的に当該位置の環状溝部６ｃへカチッと嵌り位置決めが達成される（以上、請求項５記載の発明）。

本発明に係る２段階変速式の回転伝達装置の構成要素を分解して示した斜視図である。 回転体の内側面を示した斜視図である。 遊星歯車の構成概要を示した斜視図である。 内歯車部材の内側面からみた斜視図である。 図８のＩ−Ｉ線矢視断面図である。 位置決め機構の構成要素を分解して示した斜視図である。 ハンドル軸の原動歯車が回転体の内歯車と噛み合っている状態を示す断面図である。 ハンドル軸の原動歯車が遊星歯車と噛み合っている状態を示す断面図である。 本発明に係る２段階変速式の回転伝達装置の使用状態を示した斜視図である。 異なる２段階変速式の回転伝達装置の構成要素を分解して示した斜視図である。 異なる２段階変速式の回転伝達装置の断面図である。

符号の説明

１ 入力軸
１ｂ 中心軸
３ ケーシング
４ 出力軸
５ 回転体
５ｂ 内歯車
６ ハンドル軸
６ａ 原動歯車
６ｂ ハンドル軸の孔
６ｃ 環状溝部
７ 遊星歯車
８、 内歯車部材
８ａ 大径の内歯車
１０ 補助プレート
１１、２２ 軸受けプレート
１２、２１ 位置決め機構
１４ 位置決め板
１５、２６ バネ
１８ 手動ハンドル
２５ 位置決めボール
２７ 調整ボルト

Claims (5)

1. 入力軸を回転することにより出力軸を正逆双方向へ自在に回転できるが、出力軸は回転力を受けても正逆いずれの方向にも回転不能の回転伝達装置において、
   前記入力軸と一体的に回転する回転体が設けられており、
   前記回転体の中心部には、前記入力軸と中心線を共有する内歯車が形成され、この内歯車と同形、同大の原動歯車を備えたハンドル軸が、前記原動歯車を前記内歯車の中へ進入させて噛み合い、又は前記噛み合いが離脱する位置まで軸線方向へ移動可能に設置されており、
   前記回転体の側面に、前記原動歯車が前記内歯車から離脱した位置で噛み合う複数の遊星歯車が設置され、更にその外周には前記各遊星歯車が共通に噛み合う大径の内歯車が固定して設けられ、前記ハンドル軸を回転可能に且つ軸方向へ移動可能に支持する軸受けプレートに、前記ハンドル軸が軸方向へ移動してその原動歯車が回転体の内歯車又は遊星歯車と噛み合う位置を規定する位置決め機構が設置されており、
   前記ハンドル軸の外端に手動ハンドルが取り付けられていることを特徴とする、２段階変速式の回転伝達装置。
2. 入力軸の端部に、同入力軸と中心線を共有して前記ハンドル軸が軸線方向へ移動する距離よりも少し長い中心軸が設けられており、該中心軸の外径とほぼ等しい内径で中心軸の長さよりも少し深い孔が前記ハンドル軸の内端部からその中心線を共有して軸線方向に設けられ、該ハンドル軸の孔へ前記中心軸が嵌め込まれていることを特徴とする、請求項１に記載した２段階変速式の回転伝達装置。
3. 各遊星歯車が共通に噛み合う大径の内歯車を形成した内歯車部材の外形が四角形に形成され、ケーシングに形成された同形、同大の四角形凹部へ嵌め込まれ固定されていることを特徴とする、請求項１に記載した２段階変速式の回転伝達装置。
4. 位置決め機構として、前記ハンドル軸に前記原動歯車の移動距離だけ離れた２箇所の位置に環状溝部が形成されており、
   各環状溝部へ出入り自在な位置決め板が、ハンドル軸の軸受けプレートと該軸受けプレートの側面に設置された補助プレートに挟み付けられた形でハンドル軸と直角方向に可動に設置され、この位置決め板を常時環状溝部へ嵌める方向に作用力を働くバネが設置されていることを特徴とする、請求項１に記載した２段階変速式の回転伝達装置。
5. 位置決め機構として、前記ハンドル軸に前記原動歯車の移動距離だけ離れた２箇所の位置に環状溝部が形成されており、
   ハンドル軸の軸受プレートの内部に、環状溝部へ出入り自在な位置決めボール及び該位置決めボールを常時環状溝部へ押すバネ並びに該バネの背後を押す調整ボルトが設置されていることを特徴とする、請求項１に記載した２段階変速式の回転伝達装置。

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