JP5122637B2 - 工業用の管状ギア装置などの同軸ギア装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力部に向かいあった作動域に支持部材を備えた径方向に動く多数の歯部によって、入力素子と出力素子の間の駆動トルクの変速並びに伝達を実行する、出力密度が高い工業用の管状ギア装置などの同軸ギア装置に関する。

様々な形状の多種のギア装置が上市されている。

実際には、３種のギア装置が上市されている。その一つとして、中央に配置された太陽歯車により、遊星歯車又は出力機構にトルクを伝達する、例えば内歯車の内部に同軸に１つ又は複数の遊星歯車を備えた遊星ギア装置が知られている。

このような回転又は遊星ギア装置では、一般に可能な限り小さな管径とするため、高速の伝達速度も高いトルクも実現できない。更に、このようなギア装置は、剛性及び頑丈さに乏しく且つ耐荷重性にも乏しい。

また、入力側の回転数が高い場合には、変速比又は減速比が制限されるとの問題もある。

また、回転トルクの伝達並びに変速比が設定できるように内歯車の内歯内に遊星歯車を備えた偏心ギア装置も知られている。

この偏心ギア装置では、大きな引き出し力、特に管には大きなベアリングが必要なので、小径の管しか対応できないとの問題がある。この偏心ギア装置も大きな負荷には耐えられず且つ頑丈さに乏しい。

更に、変速比は３０〜１００の範囲に制限される。偏心ギア装置の入力側の回転数が高い場合には、疲労が大きいので耐久性に乏しく、好ましいことではない。

また、このような偏心ギア装置では、偏心運動を中心運動に変換するために偏心ギア装置にクラッチなどが連結されると、磨耗が大きく効率が低下する。そのため、偏心ギア装置の効率は極めて低くなる。

特に回転数が高い場合には、重大な振動の問題が生じ、好ましいことではない。

更に、管状ギア装置としてのハーモニックドライブ・ギア装置が知られている。ハーモニックドライブ・ギア装置は、楕円状に形成された入力部と内歯を有する内歯車の間に、柔らかな可塑性のいわゆるフレクスプラインを備えて入力部と内歯車間のトルクを伝達する。

フレクスプラインは、継続的な荷重の影響を受け、トルクが大きい場合には停止することもある。また、フレクスプラインは、過大な負荷には耐えられずトルクが大きい場合には、急に破損することもある。更に、ハーモニックドライブ・ギア装置は、効率が低く且つねじり剛性が低い。
独国特許発明第３２２１６４号明細書には、本発明に最も近い技術が示されている。それは自動停止する変速ギア装置に関するもので、複数のアームが軸の周り星型に配置されてその内側端が軸に偏心して装着されている。アームは旋回点で交差する２本のレバーとして形成され、その内側端はカムが駆動しても静止しているので、レバーの外側端は偏心ロッドとして作動する。その際、外側端が連続して歯車と噛合って駆動軸の回転に抗して歯車を駆動する。歯の基部に対向する支持面は広く形成されている。この支持面は歯又は歯車と強固に緩み無く連結されるか又は蝶番状に連結されている。

本発明は、従来の同軸ギア装置、遊星ギア装置、偏心ギア装置並びにハーモニックドライブ・ギア装置の問題点を解決した、入力部と歯部の間に力の伝達を改善し大きな力を伝達できる同軸ギア装置を提供することを目的とする。

更に、本発明では同一出力に対して、極めて小型化され複雑且つ軽量の同軸ギア装置を提供することも目的としている。

本発明の課題は、支持部材を各々の歯部の基部に対して蝶番状、旋回可能又は摺動可能など可動な構成とし、支持部材が区分化されたベアリングと共に区分化されることにより解決される。

本発明では、部材内部の多数の歯部を径方向に外方に案内できる同軸ギア装置を提供することに特徴がある。

個々の歯部の一端には、対応する内歯車の空隙部と噛合うフランクが備えられている。

歯部は、押圧部材及び外郭を有して内歯車の内歯内に備えられた入力部の回転により変速回転運動をする。

また、本発明では、入力部、特にその押圧部材の径方向の力を歯部へと伝達されるように歯部の基部に拡大された支持部材を形成することに大きな特徴がある。

更に、支持部材は蝶番状に直接に歯部と連結されるか、又は中間部材、中間層、継ぎ手、狭隘部などにより間接的に歯部と連結させてもよい。

歯部の厚さよりも支持部材の長さを大きくすることにより、支持部材の接触面が大きくなるので、支持部材域の多数のベアリングにより入力部の力を歯部へと伝達できる。これにより大きな力の分配ができ、そのため大きなトルクの伝達による同軸ギア装置が高速で回転できる。

隣接する支持部材が互いに噛合うことにより、周方向並びに径方向の遊びが可能となる。

ある支持部材の突出部が隣の支持部材の凹部と噛合うことにより、軸方向の遊びも可能となる。

ベアリングは、ニードルベアリングか又はボールベアリングであることが好ましく、ベリングは一体的か又はケース又は間隔保持部材により分離されている。

例えば、支持部材の下側とベアリングの間の弾性的なベアリング外輪を介して、力を分配させることも本発明の範囲である。

本発明では、入力部が高速回転する際に、径方向に動く歯部を介して内歯車の内歯へと大きな力を伝達できる同軸ギア装置が提供できる。

同軸ギア装置の模式断面図 同軸ギア装置の入力部及び歯部域の部分斜視図 図１ａのギア装置の部分拡大断面図 別の実施例による同軸ギア装置の入力部及び歯部域の部分斜視図 ベアリング上に備えられた支持部材と歯部との連結状態を示す部分拡大断面図 ベアリング上に備えられた支持部材と歯部との連結状態を示す部分拡大断面図 ベアリング上に備えられた支持部材と歯部との連結状態を示す部分拡大断面図 更に別の実施例による歯部及び支持部材を有する同軸ギア装置の部分斜視図 図４の支持部材の下方からの拡大斜視図

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１ａに示すように、同軸ギア装置Ｒ_１には、空隙部２′を有する内歯２が内面に形成された内歯車１が備えられている。内歯車１の内部には円環状のギア機構３が挿入され、そのギア機構の案内部４には多数の歯部５が円周方向並んで挿入されている。フランク６（図１ｂ参照）を備えた歯部５は案内部４内に径方向に可動に装着されている。

歯部５を収納したギア機構３内に、軸又は管として形成された入力部７が備えられている。該入力部は多角形又はカム状の丘部として形成された、例えば外郭９を有する押圧部材８を備えている。

図１ｂ及び図１ｃから判るように、入力部７の押圧部材８の外郭９と歯部５の間にベアリング１０を備えてもよい。

本発明による同軸ギア装置Ｒ_１では、大きく形成された支持部材１１が歯部５に連結していることが一つの特徴である。

図１ａ、図１ｂ及び図１ｃから、連結部材１２が歯部５と支持部材１１を蝶番状に連結していることが判る。

更に、それぞれの支持部材１１が隣接する支持部材１１と鎖状に連結されており、図１ｃに示すように、双方向矢印ｘ−方向及びｙ−方向に遊びがあることも本発明の特徴である。

更に、支持部材１１は、連結部材１２により押圧部材８の外郭９に適合し、これにより案内部４に挿入された歯部５の位置に押し込まれて連結されることも本発明の特徴である。

これにより、支持部材１１は、内歯車１及び／又はギア機構３に対する入力部７の捩れ又は回転運動により変化する外郭９に簡単に適合する。

本実施例においては図１ａ、図１ｂ及び図１ｃに示すように、支持部材１１は、入力部７の外郭９に支えられているベアリング１０に直接に載置されている。

ベアリング１０としては、ニードルベアリングなどの円柱又はボールベアリングが好ましい。

同軸ギア装置の作用に関しては、独国特許出願第１０ ２００６ ０４２ ７８６号明細書に的確に記載されている。

本出願は、入力部７とギア機構３の間、特に歯部５のベアリング域における動作を更に発展させ改良することに関する。

図１ｂの同軸ギア装置Ｒ_１の部分斜視図に示すように、個々の支持部材１１の突出部１３と隣接する支持部材１１の凹部１４が互いに噛合って、図１ｃに示すような、ｘ−方向及びｙ−方向の遊びを可能としている。突出部１３と隣接する支持部材１１の凹部１４との噛合いにより、歯部は軸方向に円滑に案内され、ベアリング機能及び停止が保証される。

しかし、本発明においては、支持部材１１がニードルベアリングなどの多数のベアリング１０に支えられて保持されているので、同軸ギア装置Ｒ_１を駆動する径方向の大きな力が内歯２を介して受容されることが重要である。

詳細ではないが、図３ａに示されるように、支持部材１１とベアリング１０の間か又は支持部材１１と入力部７の外郭９の間にベアリング外輪１５が挿入されていることも本発明の特徴である。ベアリング外輪１５は、支持部材１１とベアリング１０の間の力又は支持部材１１と入力部７の外郭９との間の力を弾力的に分配する。

図２に示す同軸ギア装置Ｒ_２では、支持部材１１と入力部７、特にその外郭９との間及びニードルベアリングなどの隣接するベアリング１０の間に、間隔保持部材１６が備えられている。間隔保持部材１６は、それぞれのベアリング１０の側面に装着されて鎖状に連なり、それぞれのベアリングの間隔を保っている。

このようにして、ニードルベアリングは入力部７の外郭９の周りに互いに間隔を保って装着され、支持部材１１が確実に案内される。

図３ａには、支持部材１１を有する歯部５の拡大断面が示され、歯部５の基部の凹部１７に、支持部材１１の対応した突出部１８が備えられているので、支持部材１１の歯部５に対する蝶番状の運動が確実に実行される。

図３ｃに示すように、支持部材１１の凹部１７と共動して蝶番状の運動ができるように、突出部１８を歯部５の基部に形成してもよい。

支持部材のベリング１０に向いた下面１９に案内部２０を備える場合には、例えば図３ａに示すベアリング外輪１５を用いなくても良いことが判明している。

このようにして、中間のベアリング外輪１５を用いずに、ベアリング１０を介して荷重を支持部材１１従って、歯部５に直接に伝達することができる。

更に、区分化されたベアリング外輪へベアリング１０を確実に案内できるように、支持部材１１に、突出部１３及び凹部１４として互いに重なる部材を備えていることも本発明の特徴である。

更に、回転運動によって変化する入力部７の径が支持部材１１と共動するように、入力部７の外郭９又は押圧部材８に対応して２つの接する支持部材１１の間に形成される空隙２６（図２参照）が調整される。

図３ｂに示す例では、支持部材１１と歯部５は一体的に形成され、支持部材１１が歯部５に対して図の双方向矢印のよう弾力的に振られるように、歯部５の基部には薄肉部として狭隘部２１が形成されている。

本発明においては、図３ｃに示すように、支持部材１１の長さＬが歯部５の厚さＤよりも大きいことが重要である。

支持部材１１の長さＬは、歯部５の厚さＤの１．５〜４倍である。これも本発明の範囲である。

図４に示す実施例では、入力部７の外郭９上に、多数の支持部材１１が円周方向に接して備えられていることが特徴である。ここでは、ベアリング１０が、入力部７の外郭９又は押圧部材８内のベアリング溝２３に外方から嵌め込まれているので、径方向にもその他の方向にも外れることはない。

このベアリング１０上に、下側にベアリング溝２４を有する多数の支持部材１１が隣接して載置され、図５に示すようなフランジ２５がベアリング１０と噛み合っているので、支持部材１１はニードルベアリングなどのベアリング１０を軸方向に確固と保持し、円周方向のベアリング効果が最適となる。

支持部材１１の側面には、隣接する支持部材１１の凹部１４と適合し噛合うように突出部１３が備えられている。該突出部は鈍角三角形状が好ましい。１つの支持部材１１は一方の側面に突出部１３且つ他方の側面に隣接する支持部材１１の突出部１３と噛み合う凹部１４を有している。

更に、支持部材には、少なくとも１つの歯部５の基部２２と噛み合う凹部１７が形成されている。

入力部７、特にその押圧部材８を包むベアリング外輪として、多数の区分化された支持部材１１がベアリング１０と共に形成されていることも本発明の特徴である。支持部材１１は、支持部材１１に個々に備えられて支えられている歯部５への力の分配も行う。多数の区分化された支持部材１１により形成されている区分化されたベアリング外輪は、極めて頑丈であり且つ大きな包み込み力により極めて大きな力を個々の歯部５へと伝達できる。

軸方向に複数、好ましくは２つの隣接する円筒状に形成された歯部５が、ギア機構部３、特に出力部の案内部４に装着されることも本発明の特徴である。その際、案内部４も支持部材１１に下から支えられる。

１ 内歯車
２ 内歯
３ ギア機構
４ 案内部
５ 歯部
６ フランク
７ 入力部
８ 押圧部材
９ 外郭
１０ ベアリング
１１ 支持部材
１２ 連結部材
１３ 突出部
１４ 凹部
１５ ベアリング外輪
１６ 間隔保持部材
１７ 凹部
１８ 突出部
１９ 下面
２０ 案内部
２１ 狭隘部
２２ 基部
２３ ベアリング溝
２４ ベアリング溝
２５ フランジ
２６ 空隙
Ｄ （歯部の）厚さ
Ｌ （支持部材の）長さ
Ｒ_１、Ｒ_２ 同軸ギア装置
ｘ 方向
ｙ 方向

Claims (21)

1. 入力部（７）、ギア機構（３）及び出力部を有し、多数の径方向に動く歯部（５）を介して、入力部（７）と出力部の間にトルクの変速及び伝達を行なう高出力密度の駆動機構用の管状ギア装置などの同軸ギア装置であって、
   少なくとも１つの歯部（５）は、入力部（７）と向かい合った作動域に該歯部よりも大きな支持部材（１１）を備え、
   支持部材（１１）を各々の歯部の基部に対して蝶番状、旋回可能など直接に可動とするか又は、旋回可能に連結する又は摺動可能など間接的に支持し、支持部材（１１）が区分化されたベアリングと共に区分化されることを特徴とする同軸ギア装置。
2. 多数の支持部材（１１）は円周方向に配置され、入力部（７）の好ましくは多角形状の押圧部材（８）の半径と対応できるように該支持部材の間に限定された可変な空隙（２６）形成していることを特徴とする請求項１に記載の同軸ギア装置。
3. 支持部材（１１）は、隣接する支持部材（１１）の凹部（１４）又は凹所と円周方向に噛合う少なくとも１つの突出部（１３）を備えてい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. 円周方向に円筒体などのベアリング（１０）を案内するために、隣接する支持部材（１１）に噛合い部（１３、１４）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３のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
5. 支持部材（１１）は区分化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. 個々の支持部材（１１）は、隣接する支持部材（１１）の凹部（１４）又は凹所と円周方向に噛合う少なくとも１つの突出部（１３）を備えていることにより、ベアリング（１０）を軸方向に案内部としてのベアリング外輪が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５のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
7. 個々の支持部材（１１）は隣接する支持部材（１１）と連結可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
8. 隣接した支持部材（１１）は鎖状に連結され、ｘ−及び／又はｙ−方向への遊びを可能としていることを特徴とする請求項７に記載の同軸ギア装置。
9. 歯部（５）と支持部材（１１）の間に蝶番などの連結部材（１２）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８のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
10. 前記連結部材は歯部（５）の基部と支持部材（１１）とを蝶番状に連結していることを特徴とする請求項９に記載の同軸ギア装置。
11. 歯部（５）は、入力部（７）の周りに配置された個々のニードルベアリング又はボールベアリングなどのベアリング（１０）により、入力部（７）に対抗して案内されることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
12. 入力部（７）の周りに配置された個々のベアリング（１０）は、間隔保持部材（１６）により互いに弾力的か又は区分化されて連結されていることを特徴とする請求項１１に記載の同軸ギア装置。
13. ベアリング（１０）は入力部（７）の押圧部材（８）の外側を連続又は区分化されて包囲していることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の同軸ギア装置。
14. 入力部（７）と支持部材（１１）の間に弾力的なベアリング外輪（１５）が追加して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１３のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
15. 追加されたベアリング外輪（１５）は、ベアリング（１０）と支持部材（１１）の間に備えられていることを特徴とする請求項１４に記載の同軸ギア装置。
16. 支持部材（１１）の噛合い部（１３、１４）は、突出部（１３）又は凹部（１４）又は凹所などとして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１５のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
17. ２つの隣接する支持部材（１１）の突出部（１３）及び凹部（１４）は、空隙（２６）により間隔をおいて噛合って個々のベアリング（１０）が常に確実に案内され且つ／又は覆われていることを特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
18. 支持部材（１１）の下面（１９）にベアリング（１０）を案内するための案内部（２０）が備えられていることを特徴とする請求１６又は請求項１７に記載の同軸ギア装置。
19. 入力部（７）、特にその押圧部材（８）は、その外周にベアリング（１０）を軸方向に案内するベアリング溝（２３）を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項１８のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
20. 支持部材（１１）はその片側面又は両側面に少なくとも部分的に噛合うフランジ（２５）を備え、ベアリング（１０）と噛合って該ベアリングを案内することを特徴とする請求項１ないし請求項１９のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
21. 支持部材（１１）の下面にフランジ（２５）域に摺動面などのベアリング溝が形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の同軸ギア装置。

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