JP5829792B2 - ギア装置 - Google Patents

Description

本発明は、同軸ギア、管状ギア、ハイポイドギア、駆動機構を有する回転駆動ギア又は直線駆動ギア、その付属部材及び駆動機構に関する。

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、小さな管径のため、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、大きな負荷には耐えられない。

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、特に管には大きな軸受が必要なので、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、磨耗が大きく効率が低くいので、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。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。

本発明は、従来のギア装置、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、出力側の回転数が６０００ＲＰＭまで任意に選択可能なギア装置を提供することを目的とする。

更に、本発明では、上記回転数において、小さなトルクから大きなトルクまでを効率よく伝達するギア装置を提供することも目的とする。

また、本発明は、上記回転数おいて、１０〜１００の間において減速比を自由に選択可能とするギア装置の提供することも目的である。

更に、本発明では、効率の割にはコンパクトで軽量な多面性を有するギア装置を提供することも目的としている。

また、本発明では、上記の減速比及び回転数において、種々の径並びに大きな径を有する入力部及び出力部が選択でき、大きなトルクを伝達できる管状ギア装置を提供することも目的としている。

更に、本発明では、高負荷で長時間駆動しても磨耗し難く且つ耐久性を有するギア装置を提供することも目的としている。

多数の可動な歯部により、入力部と出力部間の変速比の設定並びに入力トルクの伝達を行なうことによって、上記課題が解決される。

本発明では、入力部と固定部又は出力部の間に、多数の歯部を備えたギア装置を配置して、変速比を設定し、入力部により内歯内を直線又は回転運動させると、歯部のフランクのずれによりトルクが伝達される。

固定部材又は出力部の内歯に対応する歯部の数、及び入力部の外郭の形状により変速比が設定される。特に、歯部の噛合う歯の数によって変速比が選択又は調整できる。

例えば、入力部の外郭をカム板として形成してもよい。この場合、第一群の歯部のみが、固定部又は出力部と噛合うことになる。また、出力部の外郭を楕円状の板として形成して固定部又は出力部の内歯を２つの群の歯部と噛み合せてもよい。更に、例えば、入力部の外郭を多角形にして３つの群の歯部が固定部又は出力部の内歯と噛合うように構成してもよい。

管状軸、軸、直線状案内部などとしての入力部としては、カム状、五角形までの多角形、丘状の外郭を備えた押圧部材として形成してもよい。

更に、１つ又は複数の歯を有する歯部を、例えば、多角形体上を滑るチェーンなどの連結部材で連結することも考えられる。これにより、減速比を１０〜２００に変化させることにより極めて大きなトルクが得られる。

この場合、出力側の回転数は最大６０００ｒｐｍまで選択できる。

この場合、固定部又は出力部の内歯内における歯部の個々の群は直線状、回転又は往復運動は入力部の外郭と共に直線状に動き、そのずれにより回転トルク又は直線運動が実行される。

この場合、歯部の直線状、回転、又は往復運動は、入力部の外郭と連結されている。これは、様々な方法で実行できる。例えば、個々の歯部を、一つ又は複数の内歯と鎖状に連結するか又は固定部又は出力部として形成された保持部材により直線的に案内してもよい。

この場合、入力部により、個々の歯又は歯部を直線状に往復運動させると、入力部内又は固定部内を直線状に案内させることも考えられる。

本発明により、種々のギア装置が実現される。ギア装置は、内歯を有する内歯車内に、フランクを受ける出力部としての保持部材が同軸に形成され、その保持部材又は出力部の内部に、種々の外郭を備えた入力部が同軸に配置されたギア装置であることが好ましい。

入力部が外歯車として形成され、内郭をカム状、楕円状又は多角形に形成するか又は押圧部材を備え、この外歯車の内部に、同軸に個々の歯部は、内向きに固定部又は保持部として形成された出力部内に備えられ、その固定部内に回転駆動可能な出力軸が外歯を有する出力部として備えられ、その外歯に歯部が噛合ってトルクが伝達されるように構成されたギア装置も本発明の範囲である。

更に、本発明によるギア装置は、軸歯車又はアングル歯車として形成してもよく、幾つかの歯部は固定部又は出力部として形成された部材に直線的に案内されて、回転する入力部により、円環状に配置された歯部の個々のフランクは、固定された保持部材又は駆動すべき出力部の円環状の歯に対して動かすことができる。

軸歯車では、歯部は隣接した出力部又は保持部内において直接に歯と噛合っている。

アングル歯車又はハイポイド歯車においては、歯部は、出力部又は固定部の歯に対してある角度で配置されている。

直線駆動ギア装置も本発明の範囲である。この場合、棒状に形成された直線状の入力部は、保持部材に配置された外郭又は押圧部材を備え、直線状に案内された歯部はラックの歯に入り込み、ラックとして形成された出力部は、所望の変速比において直線的に左右に移動する。

直線駆動ギア装置では、入力部と出力部の間を所望の変速比に設定するために、直線状部材としての入力部は、出力部に歯部を直線状に案内する押圧部材を備え、歯を有する直線状の固定部材に対して動くように構成することも考えられる。この場合、歯部は、押圧部材の外郭に連結された直線的な動きに関与する。

実施例１による同軸ギア装置の模式横断面図 実施例２による同軸ギア装置の摸式横断面図 実施例３による同軸ギア装置の摸式横断面図 図１の同軸ギア装置の部分破断図を伴う斜視図 実施例４による同軸ギア装置の平面図 図５の同軸ギア装置の一部を示す斜視図 実施例５による同軸ギア装置の模式横断面図 実施例６によるギア装置の模式縦断面図 実施例７による直線駆動ギア装置の模式縦断面図

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１には、内面に内歯２を有する内歯車１を備えた同軸ギア装置としてのギア装置Ｒ_１が示されている。

案内部４の間に円周上に多数の歯部５を備えた円環状のギア機構３が、内歯車１内に挿入されている。歯部５は、径方向に可動に案内部４内に装着され、一端にはフランク６を備えている。

歯部５を有するギア機構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。該入力部はその外周に多角形又はカム状に形成された押圧部材８を備えている。

入力部７の押圧部材８の外郭９とギア機構３の間又は歯部５の端部との間に軸受１０を備えてもよい。

以下に本実施例の作用を説明する。

入力部７が中心軸Ｍの周りを回転すると、押圧部材８の外郭９に応じて幾つかの歯部５は外方に、内歯車１の内歯２へと移動する。互いに部分的に噛合う内歯車１の内歯２と歯部５のそれぞれの総数を変えることにより、減速比が調整される。入力部７からの駆動トルクは、ギア機構３を駆動機構として駆動させるか又は内歯車１を駆動機構１１として駆動させることができる。

そのために、ギア機構３を固定して内歯車１を円周方向に回転する駆動機構１１とするか、内歯車１を固定してギア機構３の歯部５を受ける駆動機構１１とする２つの方式が考えられる。

軸受１０としては、例えば、柔軟なフレクスプライン１２で囲まれた管状軸受などが用いられる。しかし、この薄板は必須の部材ではない。歯部５に作用して噛合う溝２へと移動させる押圧部材８の動きは滑り摩擦により実行される。歯部５が直接又は間接的に押圧部材８の外郭９に連結されて直線運動できることが重要である。入力部７又は押圧部材８の外郭９の回転運動は、歯部５との連結が外されるように作用する。

このようにして、歯部５は、外郭９の直線的に径方向に動いて対応した内歯車１の内歯２に噛合う。

図２には、ギア装置Ｒ_２が示されている。

このギア装置の異なった点は、入力部７が互いに対抗する丘部を有する楕円状の押圧部材８を備え、その押圧部材８により、歯部５が内歯車１内に２箇所において同時に噛合っていることである。そのため、減速比を変更させると、より高いトルクを伝達することができる。

図３には、上記のＲ_１及びＲ_２とほぼ同様の機能を有する本実施例によるギア装置Ｒ_３が示されている。

本実施例では、入力部７の押圧部材８が、３角形状に形成されている点が異なっており、そのため歯部５が内歯車１の内歯２と３箇所において同時に噛合っている。

入力部７の押圧部材８を変更することにより、減速比並びにトルクの伝達が調整又は変更できる。

上記の実施例と同様に、歯部５の数並びに内歯車１の内歯２の数を変更して減速比を変更できる。更に図２、図３に示されるギア装置Ｒ_２、Ｒ_３から、内歯２の輪郭と入力部７又は押圧部材８の外郭９がほぼ適合していることは明らかである。同様ことが、ギア機構３にも当て嵌まる。

図４には、ギア装置Ｒ_１〜Ｒ_３の斜視図が示されている。

この図では、内側に内歯２を有する内歯車１の内部にギア機構３が同軸に配置されており、歯部５は径方向を直線的に外方へ可動にスリット状の案内部４内に配置されている。

ギア機構３の個々の歯部５の間に、支持部材１３が備えられ、２つの隣り合った該支持部材により案内部４が形成される。

図から判るように、数個の歯１４又はフランク６は案内部４、特にギア機構３の支持部材１３から突出して内歯車１の内歯２に嵌入している。押圧部材８により径方向に押されている歯部５のみが内歯２に嵌入し、残りの歯１４は引っ込んでいる。

それぞれの歯部５の長さＬ及び大きさを変えること、並びに内歯車１又は出力部１１の内歯２への歯部５の嵌入数を変えることにより、減速比ばかりでなく、ギア装置の大きさ、トルク及び速度までも所望の値に設定できる。

図５には、同軸のギア装置の例として、内部に内歯２を有する内歯車１を備えたギア装置Ｒ_４が示されている。このギア装置では、多数の歯部５が、駆動装置７の多角形状の押圧部材８を鎖状に取り巻いており、歯部５はフランク６又は歯１４を備えている。図６に示すように、それぞれの歯部５は、押圧部材８の外郭９とは接していないチェーン１５により連結され外郭を回転して滑走できるが、歯部５が構造体により内歯車１の内歯２に嵌合してトルクの伝達及び減速比の設定が可能となる。

個々の歯部５はボルト１６によりチェーン１５に連結されて、ギア機構３又は出力部１１としてのボルト１６により回転トルクが伝達されるか又はこれにより歯部５の湾曲が可能となる。

不図示の連結機構により、出力部１１としてのギア機構３又はボルト１６の偏心運動が回転運動へと転換できる。これも本発明の範囲である。

図７には、上述の例とほぼ同様の同軸ギア装置の例としてギア装置Ｒ_５が示されている。ギア装置Ｒ_５では、一つ又は複数の押圧部材８を備えた、管状に形成された入力部７が外側に配置されている点が異なっている。

入力部７の内部には、図では少ししか示されていない径方向に歯部５を受ける案内部４を有するギア機構３が配置されている。

外側に配置した入力部７又は押圧部材８を回転駆動させることにより、内部の管状軸１又は出力部１１に備えられた歯車２に向かって歯部５が外方から内方へと動かされる。

この場合、歯部５は入力部７の押圧部材８の外郭９に径方向に接し、押圧部材の回転により歯車２と着脱する。

図８には本実施例によるギア装置Ｒ_６が示されている。ギア装置Ｒ_６は軸歯車として形成される点が異なっている。しかし、ハイポイドギア装置として形成してもよい。

歯部５が個々に又は群として軸方向に内歯車１又は出力部１１の内歯２に向かって変位し、所望に減速比においてトルクが伝達されるように、この装置では、少なくとも押圧部材８、丘部、などを備えたカム板が入力部７として用いられる。

歯部５は、図中に双方向矢印で示されるように変位する。軸方向へ変位するギア装置として、ハイポイドギア装置を用いると、歯部５又は内歯車の正面の噛み合い溝２は捩じられる。これによっても発明が制限されることはない。

図９には、直線状に駆動されるギア装置Ｒ_７が示されている。

ここでは、丘部、軌道などとしての押圧部材８を備えた入力部７としての棒が直線状に動かされる。

入力部７の押圧部材８の外郭９により、直線状のギア機構３は直線状に案内され歯部５は、ギア機構３の案内部４へ出入りする。

これにより、歯部５は案内部４に保持され、ラックとして形成された出力部１１の内歯２に嵌入される。この場合、歯部５を受けるギア機構３は固定されている。

ギア機構３を出力部１１として用いる場合には、出力部１１は内歯２に固定されている。

このようにして、所望の減速比において所望のトルクを伝達できる。

案内部４内の歯部５の動きを押圧部材８の外郭９に連結させて、入力部７の直線状の動きに連動しないようにすることも考えられる。

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 軸受
１１ 出力部
１２ フレクスプライン
１３ 支持部材
１４ 歯
１５ チェーン
１６ ボルト
Ｍ 中心軸
Ｌ 長さ
Ｒ_１〜Ｒ_７ ギア装置

Claims (6)

1. 入力部（７）、ギア機構（３）及び出力部（１１）を有する管状ギア装置であって、
   多数の歯部（５）を動かすことによって、入力部（７）と出力部（１１）と変速比の設定及びトルクの伝達が行なわれ、
   歯部（５）は歯（１４）を備え、入力部（７）は複数の丘部が形成された少なくとも１つの押圧部材（８）を備え、入力部（７）の押圧部材（８）と歯部（５）の間に１つの軸受（１０）を備え、軸受（１０）と歯部（５）との間に平滑な面を有するフレクスプライン（１２）を備えており、
   変速比が設定され且つトルクが伝達されるように、押圧部材（８）は歯部（５）を押圧して内歯車（１）の内歯（２）内へと移動させ、
   歯部（５）は、間接的に入力部（７）の押圧部材（８）の外郭（９）に押圧されて、スリット状で直線状の案内部（４）内を直線状に案内されて出力部（１１）に嵌入し、
   入力部（７）の断面は、回転運動する管状軸として形成され、
   押圧部材（８）を備えた入力部（７）はカム板として形成され、
   押圧部材（８）は、楕円形又は多角形として形成されていることを特徴とするギア装置。
2. 多数の歯部（５）は、入力部（７）によって動かされることを特徴とする請求項１に記載のギア装置。
3. 多数の歯部（５）は、入力部（７）によって、内歯車（１）の内歯（２）の方へと動かされて出力部（１１）と噛合って動かされることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のギア装置。
4. 押圧部材（８）は、三角形又はそれ以上の多角形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３のいずれか１項に記載のギア装置。
5. 入力部（７）は、押圧部材（８）と共に歯部（５）内部に径方向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４のいずれか１項に記載のギア装置。
6. 複数の歯部（５）は、入力部（７）の押圧部材の外郭（９）の一部に押圧されて入力部（７）の押圧部材（８）の外郭により間接的に直線的又は往復的に動かされ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項に記載のギア装置。

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