JP5529007B2 - 同軸ギア装置 - Google Patents

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入力素子及び出力素子を備えた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。しかし、従来の同軸ギア装置は、構造が複雑であり、ギア装置の全体の径に比べて小さな径の軸及び管状軸しか備えられないとの問題があった。更に、従来の同軸ギア装置は構造が複雑であるため、極めて小さな内径しか許容されなかった。また、従来の同軸ギアはその出力と比べて、重く、広幅で且つ直径が大きかった。
欧州特許出願公開第０２０１７３０Ａ１号明細書並びに仏国特許第７５５２８４号明細書には、同軸ギア装置が開示されている。これら明細書では、管状軸内に遊星歯車を挿入する可能性を主張している。しかし、大きさの制約から、管状ギア装置に適合する遊星歯車又は技術的に満足できる性能を有する遊星歯車が無いことが問題であった。

更に、同軸ギア装置は、同一のハウジングを用い且つ多数の同様な構成部材を用いて、変更及び追加することにより汎用的に使用されるべきである。

本発明の目的は、上述の周知の方法を用いて、上記問題点を解決し、大きな内径を有し、構成部材を変更及び追加することにより汎用的に使用できる同軸ギア装置を生出することにある。

請求項１に記載された特徴により、上記課題が解決される。

本発明では、同軸ギア装置、特に、入力素子の内径が大きな管状ギア装置を生出することが有利であることが判明した。

入力素子には、外方へ可動な多数の歯部が装着され、内歯車の内歯と噛み合うことができる。

内歯の両側に軸方向に連結している複数のハウジングを備えることにより、出力素子はハウジング、すなわち内歯車の内歯に柔軟に装着することができる。

このようにして、全体の径が小さくて最大限の内径を有するコンパクトな同軸ギア装置が生出されるので、エネルギー密度の高さを必要とする種々の分野へ投入できる可能性が生まれる。

これらの基本の中空ギア装置においては、例えば入力素子に、種々のピニオン駆動機構又は同軸に内部に挿入されたモータにより駆動される前段部としての遊星歯車を挿入してもよい。

更に、大きな内径の駆動力の大きな管状軸式モータをハウジング、特に出力素子に軸方向に連結させることも考えられる。この場合、管状軸式モータは、ほぼ同じ内径を有する出力素子に直結できる。出力素子は、モータハウジング及びその内部に保持されたコイルにより駆動且つ装着されている。

このようにして、大きな内径で小さな外径の高出力の同軸ギア装置が生出される。

本発明の別の実施例では、従来の中空ギア装置又は同軸ギア装置と管状軸式モータの間に、円環状の前段部、好ましくは遊星歯車段を挿入することにより、管状軸式モータを有する管状軸式ギア装置、特に同軸ギア装置、前段部及び極めて大きな内径を有する本来の管状軸式ギア装置が同時に形成される。

これにより、極めて内径の大きな入力素子により、高いトルクを伝達されるが、同軸ギア装置の全体大きさ並びに重量は最小に抑えられる。

管状ギア装置の断面図 図１ａの管状ギア装置の縦断面図 図１ｂの管状ギア装置に本発明による前段部を挿入した実施例の縦断面図 同軸ギア装置に電動駆動機構が連結された前段部を挿入した別の実施例の縦断面図 管状軸電動駆動装置が連結された同軸ギア装置の実施例の縦断面図 管状軸電動駆動装置及び前段部が連結された同軸ギア装置の実施例の縦断面図

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、本発明による同軸ギア装置Ｒ_１は、内歯２を内面に有する内歯車１が備えられている。内歯車１の内部には、末端にフランク６を備えた歯部５が径方向に内外に可動に装着された多数の案内部４を有する出力素子３が形成されている。

歯部５を収納した出力素子３内に、押圧部材８を有する、管状軸として形成された入力素子７が備えられている。押圧部材８は、１つの外郭、多数の異なった外郭又は多数の丘部、多角形又はカムとして形成されてもよい。

入力素子７が、例えば中心軸Ｍの周りを駆動されると、個々の歯部５は、押圧部材８の外郭９の形状に応じて内歯車１の内歯２内へと径方向に移動する。多数の内歯２の一部が多数の歯部５の一部と噛み合ってギア比が設定される。これにより、入力素子７により誘導される駆動力が、出力素子３又は内歯車２を介して出力される。

この場合、出力素子３を固定して内歯車１を回転可能とするか又は内歯車１を固定して歯部５を収納する純粋の出力機構として構成するかが重要である。ここでは、２つの可能性及び形態が含まれる。

図１ｂの縦断面図に示すギア装置Ｒ_１では、入力素子７の内径Ｄを大きくできる利点がある。ここでは、内歯車１は、円環状に形成された第一のハウジング１０、第二のハウジング１１及び管状内歯車１３から構成されている。

２つのハウジング１０、１１は、内側から外側に傾斜した出力軸受面１２を備えている。２つのハウジング１０、１１の間に管状内歯車１３が軸方向に挿入されている。

複数の固定部材１４により第一のハウジング１０と管状内歯車１３、更に第二のハウジング１１とが固定されるか又は分解可能に内歯車１を構成している。

固定部材１４の代わりに溶接などにより固定してもよい。これにより、本発明が限定されるものではない。

内歯車１を複数の部品で構成することが大きな内径Ｄを達成するのに有利であることが判明した。更に、管状内歯車１３と大きさ及びギア比が同等か類似のハウジング１０、１１を使用すると、管状内歯車１３を自在に挿入、使用、又は場合によっては交換できる。

管状内歯車１３内部には、内歯２が形成され、その内歯内に、入力素子７の回転駆動により歯部５が押し込まれる。

内歯車１が、特にハウジング部材１０、１１の外方へ傾斜した出力軸受面１２により入力素子７に対して径方向にも軸方向にも中心に配置されることが本発明の１つの特徴である。この場合、入力素子７のフランジ側の出力軸受１５は、軸受受容部１６により出力素子３と連結されている。

軸受受容部１６により出力軸受１５が、ハウジング１１内に挿入されて特に出力軸受面１２に対する軸受を形成する。それに対向する側において、回転する軸受受容部１７により、軸受１５がハウジング１０の出力軸受面１２に支えられている。軸受受容部１７は、出力素子３に支えられている。このようにして、ハウジング１０、１１並びに管状内歯車１３で構成される複数の構成部品により、出力素子３、特に装着された歯部５に対する部材が同軸に構成される。

更に、出力素子３が、入力軸受１８により、内側の入力素子７に同軸に支えられるか又は装着されることも本発明の特徴である。入力素子７は、入力軸受１８により、出力素子３の内部に同軸に装着され、その入力軸受は押圧部８に隣接する軸受座に配置されている。出力素子３からは、入力軸受１８の軸方向のストッパーとして供される突部２１が形成されている。軸方向に配置された入力軸受１８は、保持リング２２により、出力素子３に確実に装着されている。

このようにして、入力素子７の内径Ｄが大きな同軸ギア装置Ｒ_１が生出され、同軸ギア装置の幅が僅かであり全体の直径の僅かに大きくなる程度である。このようにして極めてコンパクトな同軸ギア装置が生出される。

図２ａには、基本的構造が図１ｂの同軸ギア装置Ｒ_１と同じである同軸ギア装置Ｒ_２が示されている。本実施例では、時には管状軸としても構成される入力素子７内部に、前段部２３、特に遊星歯車が装着されている点が異なっている。ここでは、入力素子７の極めて大きな内径Ｄの内部に前段部２３が同軸に装着され、内径Ｄが大きいため、前段部２３の出力を極めて高くできる。遊星歯車として形成された前段部の複数の遊星歯車２４が入力素子７の内歯２５と噛み合っている。これらの遊星歯車２４は、出力素子３に同軸に連結された遊星歯車担体２６上に装着されている。これらの遊星歯車２４は、共通の太陽歯車２７と噛み合っている。この場合、トルクは時にはクランプハブ２９を有する入力軸２８を介してピニオン、スプラインシャフト、調整バネなどを駆動する。入力軸２８は軸受３０により、軸受ハウジング３１に支えられてハウジング１０に同軸に連結されている。

前段部２３がギア装置Ｒ_２の内部に同軸に挿入できるという本発明の特徴及び入力素子７の内径Ｄが比較的大きく形成されていることから、目的に適った変速段、特に前段部２３を同軸ギア装置Ｒ_２の内部に同軸に装着することが可能となる。ここでも、同軸ギア装置Ｒ_２の内部に前段部を組み込んでも最小の幅で済み、同軸ギア装置Ｒ_２の直径を最小にできる。

図２ｂには、基本的構造が同軸ギア装置Ｒ_１と同じである同軸ギア装置Ｒ_３が示されている。本実施例でも、同軸ギア装置Ｒ_２と同様に、遊星歯車段としての前段部２３が装着されている。第一の前段部、特に遊星歯車段を駆動するように、部分的に入力素子７に同軸に装着されたモータ３２が、太陽歯車に直結されている。

本実施例では、ハウジング１０と同軸に連結されたモータハウジング３４内に励磁コイル３３が配置されている。モータ軸３５の軸受３０は、モータハウジング３４に支えられている。

本実施例では、出力素子３の内径Ｄが大きいことにより、その内部に同軸に第一の前段部２３ばかりでなく少なくともモータ３２の一部が同軸ギア装置Ｒ_３内に組み込めることが重要である。

図３には、基本的構造が同軸ギア装置Ｒ_１と同じである同軸ギア装置Ｒ_４が示されている。本実施例の特徴は、入力素子７の前端に軸方向に管状軸式モータ３６が連結されていることである。管状軸式モータ３６には、同軸ギア装置Ｒ_４のハウジング１０の軸方向の前端に直結してモータハウジング３４が備えられている。

モータハウジング３４内には、永久磁石などを有する管状軸式回転子３８を駆動する励磁コイルとしてのコイル３７が備えられている。管状軸式回転子３８は、同軸ギア装置Ｒ_４の入力素子７に直結している。この回転子の内径Ｄは入力素子７と実質的には同じ径である。

管状軸式回転子３８の前端部は軸受３０を介してモータハウジング３４に支えられている。更に、管状軸式回転子３８には、回転運動をセンサ素子４０に伝達する測定用軸３９及び／又は制動機構が連結されている。

本実施例の際立った特徴は、可能な限り大きな内径Ｄが確保できることによって、入力素子と同一か類似の断面を備えて極めて大きな駆動力が得られる管状軸式モータ３６が使用できることである。

図４には、基本的構造が図３の同軸ギア装置Ｒ_４と同じである同軸ギア装置Ｒ_５が示されている。管状軸式モータ３６と同軸ギア装置の間に前段部２３、特に遊星歯車段が円環状に介在していることが異なっている。

本実施例では、管状軸状の太陽歯車２７が、ハウジング部材４１の内歯２５と噛み合っている遊星歯車担体２６に円環状に配置された複数の遊星歯車２４と噛み合っている。遊星歯車担体２６は、入力素子７に連結している。管状軸として形成された太陽歯車２７は軸受４２を介して入力素子７に支えられている。

管状軸式回転子３８は両端の２つの軸受３０を介して回転子のモータハウジング３４に支えられると同時に、管状軸式太陽歯車２７の一端の軸受となっている。

本実施例では、円環状の大きな内径が確保できるように、管状軸式モータ３６と同軸ギア装置Ｒ_５のハウジング部材１０の間に、第一の前段部２３、特に遊星歯車段が装着されていることが大きな特徴である。このようにして、可能な限り小さな外径において最大の内径Ｄを確保する空間内に、前段部２３を装着した同軸ギア装置Ｒ_５が生出される。

１ 内歯車
２ 内歯
３ 出力素子
４ 案内部
５ 歯部
６ フランク
７ 入力素子
８ 押圧部材
９ 外郭
１０ ハウジング部材
１１ ハウジング部材
１２ 出力軸受面
１３ 管状内歯車
１４ 固定部材
１５ 出力軸受
１６ 軸受受容部
１７ 軸受受容部
１８ 入力軸受
１９ 軸受座
２０ 軸受座
２１ 突部
２２ 保持リング
２３ 前段部
２４ 遊星歯車
２５ 内歯
２６ 遊星歯車担体
２７ 太陽歯車
２８ 入力軸
２９ クランプハブ
３０ 軸受
３１ 軸受ハウジング
３２ モータ
３３ 励磁コイル
３４ モータハウジング
３５ モータ軸
３６ 管状軸式モータ
３７ コイル
３８ 管状軸式回転子
３９ 測定用軸
４０ センサ素子
４１ ハウジング部材
４２ 軸受
Ｄ （入力素子の）内径
Ｍ 中心軸
Ｒ_１〜Ｒ_５ 同軸ギア装置

Claims (19)

1. 内歯（２）を有する内歯車（１）、入力素子（７）及び出力素子（３）を備えた管状ギア装置としての同軸ギア装置であって、
   出力素子（３）は内歯車（１）の内部に配置され、
   入力素子（７）は出力素子（３）の内部に同軸に装着され、
   入力素子（７）と出力素子（３）の間のギア比の設定並びにトルクの伝達は出力素子（３）の案内部（４）に装着された径方向に可動な歯部（５）が内歯車（１）の多数の内歯（２）の一部と噛み合うことにより行なわれ、
   入力素子（７）は、遊星歯車を含んで構成される前段部（２３）が挿入されるように管状軸として形成され、
   入力素子（７）は多数の丘部を有する押圧部材（８）を備え、押圧部材（８）の丘部の形状に応じて歯部（５）が径方向に移動することを特徴とする同軸ギア装置。
2. 前段部（２３）は遊星歯車段として入力素子（７）に挿入され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. 遊星歯車段としての前段部（２３）において、個々の遊星歯車（２４）が入力素子（７）の内歯（２５）と噛合っ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. 個々の遊星歯車（２４）は出力素子（３）に備えられた遊星歯車担体（２６）に装着されていることを特徴とする請求項３に記載の同軸ギア装置。
5. それぞれの遊星歯車（２４）は、軸受ハウジング（３１）内に装着された入力軸（２８）により駆動される共通の太陽歯車（２７）と噛合っ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. 入力軸（２８）を装着するための軸受ハウジング（３１）は、第一のハウジング部材（１０）と同軸に連結されていることを特徴とする請求項５に記載の同軸ギア装置。
7. 前段部（２３）は、太陽歯車（２７）、遊星歯車（２４）、遊星歯車担体（２６）及び太陽歯車（２７）の入力軸（２８）と共に前記出力素子の内部に同軸に挿入されてい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. 内歯（２）を有する内歯車（１）、入力素子（７）及び出力素子（３）を備えた管状ギア装置としての同軸ギア装置であって、
   出力素子（３）は内歯車（１）の内部に配置され、
   入力素子（７）は出力素子（３）の内部に同軸に装着され、
   入力素子（７）と出力素子（３）の間のギア比の設定並びにトルクの伝達は出力素子（３）の案内部（４）に装着された径方向に可動な歯部（５）が内歯車（１）の多数の内歯（２）の一部と噛み合うことにより行なわれ、
   遊星歯車を含んで構成される第一の前段部（２３）並びにそれに連結するモータ（３２）が同軸に管状軸としての入力素子（７）内に挿入され、
   入力素子（７）は多数の丘部を有する押圧部材（８）を備え、押圧部材（８）の丘部の形状に応じて歯部（５）が径方向に移動することを特徴とする同軸ギア装置。
9. 第一の前段部（２３）は、入力素子（７）の内歯（２５）と噛合う共通の遊星歯車担体（２６）に装着された複数の遊星歯車（２４）を備えた遊星歯車段として形成されていることを特徴とする請求項８に記載の同軸ギア装置。
10. 遊星歯車（２４）は、共通の太陽歯車（２７）によって駆動されることを特徴とする請求項９に記載の同軸ギア装置。
11. 太陽歯車（２７）は、第一のハウジング部材（１０）、第二のハウジング部材（１１）及び第一、第二のハウジング部材（１０、１１）間に挿入された管状内歯車（１３）により構成される内歯車（１）内に同軸に配置され、且つ前記太陽歯車の大部分又は全体が前記出力素子に配置され、第一のハウジング部材（１０）に同軸に連結されたモータハウジング（３４）に保持されたモータ（３２）により駆動されることを特徴とする請求項１０に記載の同軸ギア装置。
12. モータ（３２）の回転子及び固定子又は励磁コイル（３２）の大部分又は全体が前記出力素子内に同軸に配置されていることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
13. 遊星歯車担体（２６）は出力素子（３）内に同軸に挿入されて固定されていることを特徴とする請求項９ないし請求項１２のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
14. 同軸に配置された２つのハウジング部材（１０、１１）及び該部材間に円環状の管状内歯車（１３）が挿入されて強固な素子が形成され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. ２つのハウジング部材（１０、１２）及び該部材間に挿入された円環状の管状内歯車（１３）が複数の固定部材（１４）により互いに連結されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
16. 各々のハウジング部材（１０、１１）には、軸受受容部（１６、１７）上に形成された出力素子（３）用の出力軸受が同軸に装着される出力軸受面（１２）が備えられていることを特徴とする請求項１１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. 入力素子（７）は、出力素子（３）内に同軸に挿入され且つ歯部（５）が回転する際に管状内歯車（１３）に対して動く少なくとも１つの押圧部材（８）を備え、出力素子（３）を内部から支える入力軸受（１８）が押圧部材（８）に隣接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１６のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
18. 出力素子（３）は、その両端部を出力軸受（１５）に支えられ且つ軸受受容部（１６、１７）を介してハウジング部材（１０、１１）に装着されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載の同軸ギア装置。
19. 入力素子（７）が出力素子（３）に対して同軸に装着されるように、入力軸受け（１８）が押圧部材（８）近傍の両端部に形成された軸受座（１９、２０）に配置され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。

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