JP6746254B1 - 揺動と秤動に拠る差動を用いた高い増減速比を有する直動機構やロボットにも対応した増減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】入力軸に交点を有し傾斜軸に自由歯車を備えて噛み合う固定歯車と出力歯車に依る減速機構において、振動を打ち消す秤動機構を提供する。【解決手段】従来はクランク機構や傾斜軸５を使用し自由歯車７を偏芯させ歯車の噛み合いに差動を生じさせ、回転中心が重心を外れて偏芯しており構造的に幾何学的中心を外れる。本発明は入出力軸１と入出力軸２の回転軸中心線を直線上に配置、傾斜軸５の回転軸中心と幾何学的中心が交差し入出力軸１にベアリングを介し秤動する自由歯車７を配置する。入出力軸１や入出力軸２と同一線状に入出力軸１に交点を持つ傾斜軸５に内輪軌条10を固定し揺動を発生させ、ベアリングで支持した外輪に形成した自由歯車７の外歯の歯列２条に秤動を発生し３つの内歯車に４つの点で噛み合い筐体に固定した内歯車６と内歯車８及び内歯車に周差を生じさせ差動で減速する１段の増減速機。【選択図】図１

Description

本発明は、揺動と秤動を用い差動を発生させ傘歯車を噛み合わせた複合遊星歯車機構に拠る汎用高増減速機。

従来の増減速機は入出力軸受け11で支持した入出力軸１に外歯の自由歯車７をクランク機構で結合する事で、内歯の内歯車６と内歯車８が其々噛み合う構造でクランク機構の偏芯により差動させ入出力軸１の回転を増減速させ入出力軸１に出力していた。（第１０図 参照）

第１０図の偏芯を原理とするクランク機構を第１１図の揺動を原理とする傾斜軸５に依る傾斜軸機構に置き換えて鼓動や振動の低下を図っている。（第１１図を参照）

第１１図の傾斜軸５の傾斜軸機構で問題が発生していたため揺動中心をずらす事で傾斜軸５に於ける単純な揺動機構を、偏芯を伴う秤動機構に置き換えている。（第１２図を参照）（※秤動は月の秤動を参照）

特開昭４８−２４１５５号公報

従来技術では入出力軸１に傾斜軸５を形成し自由歯車７を連結して不具合対処のため偏芯させ、偏芯を伴う秤動機構に替えたが振動も伴っていたため偏芯に拠らずに振動を打ち消す秤動機構への変更が必要。

この様に従来技術が有する増減速機構の振動問題対処に傾斜軸５を使用して自由歯車７を揺動させ、自由歯車７の歯列中心線を補正させる機構に変更して噛み合い部を秤動に替え従来技術の問題に対処する。

従来技術は不具合対処のため入出力軸１に傾斜軸５を形成し自由歯車７を偏芯させ連結したが、偏芯は振動を伴うため自由歯車７の歯列中心だけを補正した秤動機構に変更し噛み合わせた機構に替える。

この様に従来技術の振動問題対処は揺動発生機構に傾斜軸５を使用する事で自由軸受け４を介し連結し、歯列の中心だけ補正した自由歯車７の歯列に秤動を与え筐体３に固定した内歯車６に噛み合わせ、自由歯車７の対称点で内歯車８にも噛み合わせて差動を発生させる秤動機構を構成した増減速機構。

第１の課題解決手段は入出力軸１の傾斜軸５に内輪軌条10を固定して自由歯車７を連結し、自由歯車７を揺動させ歯列中心だけ補正して平衡化させ外歯の自由歯車７の歯列を複列化した機構で、秤動させた自由歯車７の歯列２条の対称点が内歯車６の対称点２点と内歯車８の相互に噛み合う。

上記の課題解決手段では内輪軌条10に自由軸受け４を介し自由歯車７を連結し傾斜軸５に固定、これはベアリング構造の内輪が内輪軌条10で転動体と保持器にて自由軸受け４に外輪は自由歯車７で、傾斜軸５により揺動させ外輪に歯列２条を形成した自由歯車７の歯列に怦動を発生させ噛み合わせる。

上述の様に本発明の増減速機は高回転側の入出力軸１に形成した傾斜軸５に拠る揺動機構を使用し、自由歯車７の歯列２条各々の対称点で筐体３に固定し内歯車６の２点と内歯車８に噛み合い、筐体３に内歯車６を固定して内歯車８に差動を発生させて低回転側の入出力軸２に連結する。

入出力軸１に形成した傾斜軸５に固定した内輪軌条10はそれ自体が一体構成の軸受けの内輪で、自由軸受け４を介して連結し自由回転する外輪の自由歯車７を支持して傾斜軸５での揺動機構により、複列の外歯車の自由歯車７を秤動させ内歯車６と内歯車８の相互に噛み合わせて差動を発生する。

筐体３に固定した内歯車６の対称点２箇所に自由歯車７の歯列２条が対称点で相互に噛み合い、対向する点に噛み合い点を有する事で強固に噛み合うが入出力軸２に連結する内歯車８と噛み合うが、内歯車６を挟んで内歯車８と対向する内歯車９を備え低回転側の入出力軸２の応力を支持させる。

入出力軸１は入出力軸受け11にて内歯車８と内歯車９で支持し入出力軸受け12に連結、内歯車６を挟んで対向する内歯車８と内歯車９は入出力軸受け12にて筐体３に固定され、内歯車６間で差動を発生させ入出力軸２と内歯車８は自由歯車７と内歯車９に連結する。

入出力軸１には傾斜軸５の両端に入出力軸受け11の内輪を固定し入出力軸受け11の外輪を、内歯車８と内歯車９に固定して入出力軸受け12の内輪を内歯車８と内歯車９に固定して、入出力軸受け12の外輪を筐体３に連結させて内歯車８と内歯車９を支持して自由回転させる。

上記増減速機は複数の機構で構成して一体化し軸の撓みを防ぐ一方の位相を反転して内部の平衡負荷を実現、自由歯車７外歯の歯列２条が内歯車３つに４か所で噛み合う構造の堅牢な支持機構を持つ１段の増減速機。

高負荷を許容するため軸や軸受けなど構成部品を大径化し内歯車９を備え平衡化させた対称構造により、複列化と同時に簡略化を図り自動調心機能を有し大負荷と入出力軸２での反作用に対し高い耐力を備える。

次に傾斜軸５に揺動を発生し平衡化された対称構造により自由歯車７に秤動を実現する複合機構で、新たなバランス機構を必要とせず不都合な偏芯や振動の発生を小さく抑え高い増減速比に静粛性を兼ね備える。

上記と似た構造の増減速機（金属の弾性力学を応用）が入力軸の一回転で二枚の歯数差を要するのと異なり、入力軸の一回転で一枚の歯数差が可能であり減速比が同じならば歯車の歯間や歯高を二倍にする構成が出来る。

上記の構造を現実化するため入出力軸１両端に軸受けを設け内歯車８と内歯車９に其々固定し、各々が軸受けを備え筐体３に固定して支持するため内歯車６を挟み入出力軸２を強固に支持する。

上記機構は内歯車６を挟み筐体３に内歯車８と内歯車９に入出力軸受け12を介し支持、入出力軸１は入出力軸受け11を介し内歯車８と内歯車９で入出力軸受け12に支持される。

上記機構は筐体３に固定した内歯車６と噛み合わせた自由歯車７と入出力軸１を大径化し、内歯車８と連結した入出力軸２と入出力軸１の内部を中空構造にして軽量化と耐力の増強を図る。

上記の機構で中空構造の増減速機に電動機14を内蔵し大きな中空径を確保した中空部に貫通軸15を備え、入出力軸２と貫通軸15を直結した電動機一体機構で貫通軸15を介して両端から回転力を取り出す。

上記機構の電動機14を内蔵し大きな中空径を確保した小型機構部の中空部に貫通軸15を備えて固定、固定部と可動部に捻りを与え貫通軸15の片持ち構造で支持させる事で筐体３に回転トルクを取り出す。

上記機構同様に大きな中空を持つ上記中空機構で筐体内の空洞に台形スクリュー軸やボールネジを貫通させ、台形ギアやボールナットを内蔵する事で内蔵した電動機14の回転力を直動に換える小型の直動機構を実現する。

上記項目迄は入出力軸１を入力軸に入出力軸２を出力軸にする事によって減速動作を行っているが、入出力軸２を入力軸に入出力軸１を出力軸にして一段構成で高効率の増速動作可能な増速機構となる。

本発明の基本概念に基づく具体的な機構として単純な構成の構造を示す断面図 上図に基づく本発明の基本的な機構の概念を具体的な機構として表現した構造を示す断面図 本発明の基本的な機構の概念に対し具体的な機構としてより効率的な構造を示す断面図 増減速機単体で本発明を適用した実施の形態３の機構で入力軸と出力軸を有する構造の断面図 増減速機単体で本発明を適用した実施の形態４の機構で内部を固定し筐体出力とする構造の断面図 電動機一体小型増減速装置で筐体固定構造の断面図（自転車のボトムブラケットの組込み案） 電動機一体小型増減速装置で筐体固定直動構造の断面図（リニアアクチュエータへの組込み案） 電動機一体小型増減速装置で軸固定構造の断面図（自転車や車椅子の車輪ハブへの組込み案） 増減速機単体で本発明を適用した構造の断面図（風力発電等にも応用が出来る増速機構案） 参考図とした基本概念を示すクランク機構ブロック図 参考図としたクランク機構を揺動機構に変更したブロック図 参考図の揺動機構で問題点を解消するため秤動を考案されたブロック図 上記ブロック図第２図の概念を具体的な機構として表現した機構の断面図 参考にした特開昭４８−２４１５５に対し新たに考案した本発明で共通したブロック図

以下、本発明の実施の形態を図１〜図１４に基づいて説明する。

図１に有る本発明の実施の形態１は入力軸と出力軸を同一軸線上に持つ簡素な構造の基本的な増減速機構で、入出力軸１を入力軸に入出力軸２を出力軸に筐体３に支持する軸受けを介して各々の可動部を支持する機構は、入出力軸１の一端を筐体３に外輪を固定した入出力軸受け11の内輪で支持させ他端も入出力軸受け11で支持し、内歯車８を筐体３に外輪を固定した入出力軸受け12の内輪で支持させ入出力軸受け11の外輪を内歯車８に固定、入出力軸１の他端を入出力軸受け11の内輪で支持させ内歯車８で強固に支持して入出力軸１の中折れを防止し、筐体３で強固に外輪を固定した入出力軸受け12と相まって傾斜軸５に固定された外歯車の自由歯車７を支持し、筐体３に固定した内歯車６と内歯車８と外歯車の自由歯車７外縁に形成された歯列２条を相互に噛み合あわせ、筐体３に固定して相対的に静止した内歯車６と内歯車８の２つの内歯車に差動を発生させて内歯車８を減速し、連結し融合させた一体構造の入出力軸２は入出力軸受け12を介して筐体３に固定されて減速してトルクを発生、入出力軸２に生じた反トルクは内歯車８から自由歯車７に形成された歯列を介して内歯車６で受ける事になる、自由歯車７の歯列を２条に変更して各々の歯列が内歯車６の対称点の２点に噛み合う事により強固に支持され、内歯車８とは自由歯車７の対称点で内歯車６の１点と相互に噛み合いを有し歯数差で差動を発生させる機構で、入出力軸１と入出力軸２に内歯車６と内歯車８を其々１つと入出力軸１を支持する入出力軸受け11を二つ備え、入出力軸１と連結した１つの自由歯車７の歯列２条は内歯車６に２カ所にて噛み合い自由歯車７の対称点では、入出力軸２と一体の内歯車８と１点で噛み合う事になるため一体の入出力軸２を入出力軸受け12で支持させて、低速軸側の構造は出力軸として低速軸側から発生する大トルクを取り出し入出力軸受け12を介し筐体３で支持、入出力軸２に発生し内歯車８から自由歯車７を介し伝達される反トルクを内歯車６の対称点２点で耐える機構。

図２に有る本発明の実施の形態２は揺動と秤動を動作原理に用いた基本的な構成に拠る増減速機構であるが、入力軸と出力軸が同一軸線上で外周部を低回転部に内周部を高回転部に強固な構造の差動増減速機構を構築し、高回転側の入力機構を出力機構の内側に配置させて同心軸の増減速機構で中央歯車の内歯車６を筐体３に固定、同様に入出力軸受け12の外輪を中央歯車の内歯車６を間に挟んで筐体３に固定する事により筐体３と一体化し、両側に位置する２つの入出力軸受け12の内輪を介し低速歯車の内歯車８と耐力歯車の内歯車９を支持する機構、内歯車８と内歯車９の内周に２つの入出力軸受け11を設け内輪に傾斜軸５を挟んで入出力軸１の両側を固定し、入出力軸１に形成された傾斜軸５に固定した内輪軌条10を経て自由軸受け４を介して自由歯車７を支持される、入出力軸１の回転は傾斜軸５で自由歯車７に揺動を発生し外歯構成の自由歯車７の歯列２条に秤動を発生させ、中央歯車の内歯車６の対称点２点に外歯歯車の自由歯車７の歯列２条の対称点で各々を対向させて噛み合わせ、内歯車６との対角で自由歯車７の歯列２条が低回転側の内歯車８と噛み合わせ周差を発生し動作させる構造で、自由歯車７が内歯車６と噛み合う歯列とは異なる歯列の対角に耐力歯車の内歯車９を噛み合わせて動作させる、自由歯車７を介し内歯車８や内歯車９と内歯車６の歯列が互いに噛み合う事で歯数差により周差を発生させて、生じた周差で発生した差動により増減速動作を行い固定側は筐体３に固定した内歯車６を介して回転を規制し、同型の入出力軸受け12を介して内歯車８と内歯車９を筐体３に固定し両歯車に差動を発生する平衡支持機構は、中央歯車の内歯車６を内歯車８と内歯車９で挟み自由歯車７を介して各々の内歯車とを噛み合わせる事により、筐体３に固定した内歯車６と同じ歯数の自由歯車７に入出力軸受け12を介し歯数の異なる内歯車を噛み合わせ、同型の入出力軸受け12を介して内歯車８と内歯車９を支持する構造に変更する事で負荷分散と静粛性を向上し、内歯車８と内歯車９にある歯数差により生じる周差により回転を規制された内歯車６との間に差動を発生させ、自由歯車７の歯列２条が内歯車６と内歯車８と内歯車９で各々が複数と対角２点で噛み合う強固な構造を有し、内歯車６と共に固定した同型の入出力軸受け12を介し内歯車８と内歯車９を支持して入出力軸受け11を支持し、入出力軸１に形成された傾斜軸５の両側に入出力軸受け11を介して支持し傾斜軸５に固定された内輪軌条10に、自由軸受け４を介して自由歯車７を支持させて３つの内歯車と歯列２条の４点で噛み合わせる事で動作させて、入出力軸１と入出力軸２を入出力軸にして秤動を発生する事によって高い負荷に耐える静粛な揺動発生機構は、内歯車８と一体化した入出力軸２により出力される構造を採用し耐力構造と出力構造を一体化させた増減速機。

図３に有る実施の形態３は前述の実施の形態２と殆ど同様で入出力軸１両側に同型の入出力軸受け11を配し、入出力軸１に形成した傾斜軸５に固定した内輪軌条10を自由軸受け４により外歯歯車に自由歯車７を連結して、自由歯車７を揺動させ外輪の歯列２条を秤動させ筐体３に固定した中央歯車の内歯車６の対称点と噛み合わせ、前述の実施の形態２と同様な構成を採っているが大きく異なっている点は自由軸受け４を大型大径化する事で、負荷容量を向上させると同時に内輪軌条10も大径化する事により開口径を拡げ中空径を拡大すると共に軽量化、入出力軸１を支持する入出力軸受け11を大径化すると同時に同型化して支持機構も平衡化して負荷容量を向上、入出力軸受け11を同型化して静粛性を増し入出力軸受け11の外輪を支持する内歯車８と内歯車９の内径を統一、筐体３に支持させる出力軸受け12も同型で構成させて対称断面に形成するため自由歯車７を挟み点対称に構成、筐体３に支持した同型の入出力軸受け12や内歯車８と内歯車９に入出力軸受け11や入出力軸１を同芯軸で配し、自由歯車７の回転軸との交点も同芯軸条に有る事で其々同型の入出力軸受け11で内歯車８と内歯車９で支持し、入出力軸１に形成した傾斜軸５に自由軸受け４を介し内輪軌条10に連結し自由歯車７を内歯車６と噛み合わせ、自由軸受け４を介して自由歯車７を支持させて３つの内歯車と歯列２条の４点で噛み合わせる事で動作させて、入出力軸１と入出力軸２を入出力軸にして秤動を発生する事によって高い負荷に耐える静粛な揺動発生機構は、大径化と全長の拡大を行い前述の実施の形態２で内歯車８と内歯車９に各々入出力軸受け12を備え負荷分散し、入出力軸受け12の軸距を拡張すると同時に入出力軸受け11の軸距も拡張して回転軸の軸折れ現象を軽減させる、機構を構成する各々の部品を大径化し外周に集め平衡配置した事により剛性を高め振動や鼓動を抑えた構造で、入出力軸１と入出力軸２の外径を拡大する事で内径も拡大し高い剛性と強度を保ったまま中空化を可能にして、本形態は内歯車８と一体化した入出力軸２により出力する構造で耐力構造と出力構造を一体化した増減速機で、入出力軸１の入出力軸受け11と入出力軸２の入出力軸受け12の各々を同型に構成させた平衡軸受けを採用して、内歯車８と一体化した入出力軸２により出力される構造を採用し耐力構造と出力構造を一体化させる増減速機。

図４に有る実施の形態４は実施の形態３と同様で入出力軸１と入出力軸２の軸受け各々を同型にして居るが、平衡軸受けとして更に内歯車８と内歯車９の形状も同型にして平衡度を高めて振動や鼓動を抑えた制振構造で、筐体３に固定した内歯車６の対称点２点と歯列２条で噛み合う自由歯車７は歯数が同じで無回転となる機構は、自由歯車７の揺動と歯列２条に秤動のみが発生し筐体３に固定した内歯車６の対称点２点に習う様に噛み合い、入出力軸１の回転により自由歯車７に与えられた揺動を秤動に換えて内歯車８と内歯車９に噛み合わせる事で、筐体３に固定した内歯車６の対称点２点と無回転の自由歯車７を介し内歯車８と内歯車９を差動させ噛み合う、内歯車８に連結した入出力軸２にトルクを伝え内歯車９は内歯車８から反トルクを受け入出力軸２は着脱可能、前述の形態では内歯車８と一体の入出力軸２を内歯車８と入出力軸２を分離可能な構造に変更し連結させるが、これにより入出力軸２の形状や素材の組み合わせも自由自在で其々に変更可能になり着脱や交換が容易であり、入出力軸２の形状変更も容易で交換可能な構造は着脱も簡単で振動や鼓動を抑え高い静穏性を有する平衡構造。

図５に有る実施の形態５は前項の実施の形態４と同様で入出力軸１と入出力軸２内部を中空化した空洞部に、前項の入出力軸２に相当する機能部品を内蔵させ内歯車８と内歯車９を筐体３に連結し外周部分を回転させて、内部に入出力軸２を設けて貫通させ筐体３に固定して内歯車８に連結し内歯車９を筐体３に固定して静止させ、機構の内部と側面を固定して入出力軸１に与えた回転により自由歯車７に揺動を発生して歯列２条を秤動させ、内歯車８と内歯車９を固定させる事で自由歯車７に回転を生じ中央歯車の内歯車６の対称点２点に噛み合わせ、自由歯車７と同期した内歯車６に固定した外周部に回転を生じ内歯車８と内歯車９の外周部に支持する構造で、内歯車８と内歯車９の外周部は同型の入出力軸受け12で外周部に連結し筐体３に固定した入出力軸２と連結し、入出力軸２を貫通軸として筐体３の側面で機構を支持し入出力軸１の回転を増減速して外周部分に出力させて、筐体３の両側面や内周部を固定し外周部で出力を行う出力構造の増減速機で機構部自体が車軸の軸受けを行い、増減速機の機構部自体をハブとして機能させて外周部を転動させロボットアームの捻り機構に応用可能にして、内部空間に設けた空洞部に様々な構造部品やワイヤーの他ケーブル等を通せる構造で一端を貫通軸と筐体３に、他端を外周部に固定する等内部固定で外周部駆動の軸受け構造を備える増減速機。

図６に有る実施の形態６は前項の実施の形態５と同様の構造で外周部分を筐体３にして内歯車６を固定して、内歯車８を入出力軸２として貫通軸15に接続して入出力軸受け12を介して貫通軸15を支持させる増減速機構で、筐体３内部に小型の電動機14を内蔵し電動機軸受け13を介して電動機14に支持され入出力軸に原動力を与える、本形態では駆動側の内歯車８に直結した入出力軸２を設け貫通軸15に連結させ電動機14の外で筐体３に固定し、貫通軸15の他端を支持する従属側の入出力軸２と内歯車９に入出力軸受け12を介して筐体３で支持する構造で、両端の入出力軸２と固定した貫通軸15は外部に延長される両端出力の入出力軸２で電動機14が出力を補助する、本形態の機構は一般的なフレーム（自転車）のボトムブランケットシェルに内蔵可能な電動機内蔵増減速機で、通常はペダルの踏力を伝えるクランクシャフトを固定する軸受けを支持する構造を有する機構部分では有るが、ボトムブランケットシェルの空間に電動機内蔵増減速機が充分に内蔵可能なため電動アシスト機能を提供する、電動アシスト機能の無い一般的なボトムブランケットシェルは軽量化のため中空のクランクシャフトを使用し、人力に充分耐える強度と軽さを得るが本形態の機構は電動機内蔵増減速機をボトムブランケットシェルに納め、クランクシャフトの機能に貫通軸15を増減速機の出力に使用する事で人力と電動アシストの出力機構を共用し、電動機14により入出力軸１に回転を与え入出力軸１に形成した傾斜軸５に固定した内輪軌条10に揺動を発生し、自由軸受け４を介して連結した外歯歯車の自由歯車７の歯列２条を秤動させて内歯車６の対称点と噛み合わせ、電動機14に内蔵される駆動軸は電動機軸受け13を介して支持され駆動軸と入出力軸１の接合部を強固に支持し、入出力軸１の傾斜軸５の両端は同型の入出力軸受け11で内歯車８と内歯車９で保持し電動機14は筐体３に固定、本形態の機構では入出力軸１や入出力軸２を中空化し空洞を設け軽量化して中空部に貫通軸15を通して駆動し、出力を取り出す構造で有るが実用車のボトムブランケットシェルは小さいため本形態の機構では直径φ４０mm、全長（全幅）９０mm程度で５０Ｗ程度の電動機14を想定しており１００Ｗ程度の電動機14を使用する場合には、全長（全幅）１１０mm程度になるものと想定するがこれは本案で直径φ４０mmに収納可能な電動機14を想定し、実用車のボトムブランケットシェルに格納させようとしているためで直径φ６０mmに拡大した場合は中空軸で、市販の中空クランクシャフトを使用可能な出力軸（貫通軸15）に対応させ原動機と駆動部を一体化させる事で、軽量化と小型化を行い高負荷に耐えて高い静粛性とを備えた空洞部に貫通軸15を設置し空洞部を活かす機構は、貫通軸15を電動アシスト付き自転車のボトムブランケットシェルに内蔵しクランク軸と兼用して構造を簡略化、中空化する事で軽量化したシンプルな構造の小型増減速機を実現し応用する事で自転車のフレーム内に納めて、大きな外部機構を必要とせず実現が可能な電動機一体型で動作する軸受け変更も極めて容易な構造の増減速機。

図７の実施の形態７は前項の実施の形態６と同様の構造で内部を中空化した空洞に貫通軸15を設ける替わり、入出力軸２に直動機構（回転直動変換）を接続する事で筐体内部に直動を行うロッドを内蔵し動作させる機構、例えばボールネジを使用した場合は１条ネジで低速高トルクを得るか３条ネジを使用して高速低トルクを選択、大きな回転トルクに対する反トルクを受ける機構は備わっているため直動動作に起因するスラスト応力を受け、本発明での低振動で静かな動作による高負荷に対しスムーズな直動機構（回転直動変換）を行う機構を備えて、直動動作させるため大きなラジアル軸受けで前後を支持しスラスト軸受けを挟む事によりスラスト荷重を受け、ラジアル軸受けをスラスト荷重から解放し直動動作する機構でボールネジを使用する他用途に応じ台形ネジ等、直動機構（回転直動変換）の内蔵が特徴の機構であり動作速度や負荷容量の重要度等の用途に応じて選択して、構築する事を可能とする直動機構（回転直動変換）を有する静かで強固な構造を有する簡易な構造の増減速機。

図８の実施の形態８は前項の実施の形態６と同様の構造で筐体３の外周部分に内歯車６を固定させる代わり、筐体３の両側面を固定して外周部分を回転させる貫通軸15で連結する構造にして内歯車８を入出力軸２として、両側面を接続し固定するため入出力軸受け12と筐体３の外周部分に貫通軸15を介して支持させる増減速機構で、電動機14を内蔵し入出力軸１に直結し傾斜軸５に固定した内輪軌条10に自由軸受け４を介して揺動を発生させ、連結した外歯歯車の自由歯車７を支持して秤動させ自由歯車７と噛み合う内歯車６に差動を発生する実施案で、電動機14や貫通軸15を介して入出力軸２と筐体３の側面に内歯車８と内歯車９を固定して内部筐体を構成させ、３つの入出力軸受け12を介して筐体３の外周部分を内歯車６に連結して発生させた差動で外周部を回転させて、外周部と車輪のリムをスポークで連結して本実施の形態６をハブとして軸を固定し同時に電動アシストさせる、車椅子の両輪のハブに適用した場合には電動車椅子として構成する事も出来るが機構の小型化や軽量化により、折り畳みが可能な可搬式の軽量車椅子に対し電動アシスト機能を付加して可用性と可搬性を高めた駆動機構で、本形態の機構では機構本体が直径φ５０mm、全長（全幅）８０mm程度で５０Ｗ程度の電動機14を想定しており、折り畳み式車椅子のフレームの側面両側に機構本体を取り付ける形で車椅子の両輪を固定し車輪の操作により、適宜電動アシストが働く様に電池や電源と操作装置を備え電子制御可能で車椅子用の電動機一体型の増減速機。

図９に有る実施の形態９は前項の実施の形態３と殆ど同様な構造だが実施の形態２の様に中空径が小さめで、入出力軸２を外部に固定して筐体３の外周に入力回転を与え入出力軸２に増速させた回転を出力させる機構で、大トルクだが低回転しか得られず高回転が欲しい場合に入出力軸２を固定するか逆に筐体３の外周を固定する、これにより他方から加えられた大トルクは内歯車６と内歯車８に差分として生じる事で自由歯車７に伝えられ、自由軸受け４を介して接続された入出力軸１に直結し傾斜軸５に固定した内輪軌条10に高回転を発生する事に、入出力軸１に接続して生じた高回転を取り出し例えば発電機を駆動する場合は入出力軸２又は筐体３の外周に、風力発電のプロペラを接続する事で１段の増減速機構により数十倍乃至は百倍の回転数を得る事が可能となる、増減速機構を減速動作で使用する場合と比較し増速動作で使用する場合は増速動作の結果でも大トルクを要し、機構に高い強度を要求されるため構成要素を吟味して構造的な強度を高める必要が有り減速以上に機構を強化、部品に撓みや変形が生じ無い様に余裕を持った設計が必要で入出力軸受け12を介して大トルクの差動を受ける、入出力軸２と筐体３を支持し内歯車６と内歯車８に噛み合う自由歯車７を自由軸受け４で内輪軌条10と連結し、内歯車６と内歯車８に支持された入出力軸受け11は出力軸の入出力軸１に形成した傾斜軸５を両側に固定され、必要に応じて入出力軸２を固定する或いは筐体３の外周部を固定する事により自由歯車７に生じた差動を受け、ベアリングを介して入出力軸１に出力する入出力軸２や外周部入力の増速機構の出力構造を有する増減速機構。

図10に有るブロック図は参考とした基本概念を示すクランク機構で蒸気機関やレシプロエンジンに採用して、偏芯を原理として周差を使い入出力軸１の入力を内歯車６に自由歯車７を噛み合わせる事により回転を規制し、内歯車６に噛み合わせる自由歯車７と自由歯車７の反対側で噛み合わせる内歯車８に歯数差を設けて差動させ、内歯車８に生じた周差を連結された入出力軸２に生じさせて減速動作を行わせる増減速機構。

図11に有るブロック図は参考図としたクランク機構を揺動機構に変更した機構で上記のブロック図を変更し、偏芯を原理として周差を使い構造でクランク機構を傾斜軸機構に変更した機構だが傾斜軸の中心を中央にした、これにより入出力軸１の入力を自由歯車７と噛み合わせる内歯車６と内歯車８に歯数差が無くなり周差が消え、内歯車８に連結された入出力軸２に周差を生じないため差動が発生しない出力軸が回転しない増減速機構。

図12に有るブロック図は参考図の揺動機構で問題点を解消するため秤動を考案された機構で図11の不具合で、傾斜軸機構に変更した機構だが傾斜軸の中心を中央にしたため内歯車６と内歯車８に歯数差が無くなったため、傾斜軸の中心を中央からずらし入出力軸１の入力を噛み合わせた自由歯車７に偏芯を与えて歯数差を確保させ、内歯車６と内歯車８の歯数差により周差を生じさせ出力軸が回転しない不具合に対処した増減速機構。

図13に有る断面図は上記ブロック図第２図の概念を具体的な機構として表現した機構の断面図で図12と同様、自由歯車７を偏芯させる事により内歯車６と内歯車８に歯数差を生じさせて両者に周差を生じさせる事により、入出力軸１の入力を自由歯車７と噛み合わせる内歯車６に対し内歯車８に連結された入出力軸２に遅れを発生、相対的に停止した内歯車６に対し入出力軸１の回転に対し逆転し減速させて出力する増減速機構。

図14に有るブロック図を参考にした特開昭４８−２４１５５に対し新たに考案した本発明で共通した機構で、図11に有るブロック図と同様に偏芯を原理として周差を使い構造でクランク機構を傾斜軸に変更した機構だが、傾斜軸の中心は中央にしたまま内歯車６と噛み合わせる自由歯車７の歯列を複列化して自由歯車７を偏芯させ、自由歯車７には揺動を与え自由歯車７の歯列２条を秤動させ内歯車６と内歯車８の歯数差により周差を発生し、内歯車６を中央歯車として自由歯車７の歯列２条と対称点２点で噛み合い内歯車８と点対称に内歯車９を備え、入出力軸２からの反トルクを内歯車６の対称点２点で受けると同時に内歯車８と内歯車９が平衡し負荷を受け、揺動を発生させて内歯車６を挟み内歯車８と内歯車９が自由歯車７と噛み合い不具合に対処した増減速機構。

図３に有る実施の形態３を適用した本発明の形態は中空部の開口径を拡げて内歯車６の自由度を高く設定し、筐体３の外周を固定して入出力軸受け12で筐体３に固定した内歯車６を挟み内歯車８と内歯車９を支持させて、両内歯車の内部に入出力軸受け12を備えて入出力軸１に形成した傾斜軸５と固定した内輪軌条10の両側を支持、傾斜軸５で揺動を発生させ自由軸受け４を介して連結された自由歯車７を秤動させ３つの内歯車と噛み合わせ、大きな中空径を有し小型・軽量な機構で比較的大きな増減速比を１段の構造が可能な中空の汎用増減速機構。

図４に有る実施の形態４を適用した発明の形態は入出力軸２を分離し内歯車８と内歯車９の形状を揃えさせ、両者の動的なバランスを図ったもので入出力軸２の取り外しや交換が簡単に行える事で汎用性や整備性を向上、筐体３の外周を固定して入出力軸受け12で筐体３に固定した内歯車６を挟み内歯車８と内歯車９を支持させて、両内歯車の内部に入出力軸受け12を備えて入出力軸１に形成した傾斜軸５と固定した内輪軌条10の両側を支持、傾斜軸５で揺動を発生させ自由軸受け４を介して連結された自由歯車７を秤動させ３つの内歯車と噛み合わせ、大きな中空径や小型・軽量な機構は同じで比較的大きな増減速比を１段の構造が可能な中空の汎用増減速機構。

図５に有る実施の形態５を適用した発明の形態は中空部と内歯車６の自由度を高く設定し筐体３外周を回転、入出力軸１の内部に入出力軸２を備え入出力軸２を筐体３に固定し筐体３外周部からトルクを取り出す構造で、内歯車８に中空化した固定用シャフトを内蔵して固定して内歯車９も同様に固定する事で筐体３と一体化させ、内部空間に様々な構造部品やワイヤーやケーブル等を通す事も可能な構造で入出力軸１に小型の電動機を連結、備えた電動機を内歯車９の側面に固定し電動機により与えられた入力回転を増減速機構で減速させ外周に出力、内歯車６に連結した外周を回転させる事で単純な両端支持機構で原動機内蔵に依る増減速機の使用に留まらず、ロボットアーム等に使用する事により上腕部や下肢部の捻り機構と大きな強度が必要な機構に応用可能になり、貫通軸15内部の中空構造で中空部の外壁を筐体３に固定する事が可能な小型・軽量でコンパクトな増減速機構。

図６に有る実施の形態６を適用した発明の形態は実用車のボトムブランケットシェルに格納する事を目指し、小型化が為されているとはいえ従来の電動アシスト付き自転車は機構がボトムブランケットシェルに納まらず、電源や制御装置と電動機を除いて機構だけで考えても機構が大きく到底ボトムブランケットシェルに納まらず、専用フレームが必須で実用車のフレーム内に収まらないし機構を含めた重量は全体で６〜７ｋｇと重い機構で、当然ながら重量があるため使用する電動機も２５０Ｗ程度の出力が必要となり当然だが電源部も大型化が必要、つまり電動アシスト機構の追加が原因で実用車のフレーム内に収まらず重量と大きさが増加する事になるので、対処するには専用フレームが必須で更に重量増加にて人力の動作も重くなるが法的にアシスト量の制限があり、子供を積載する通称ママチャリ等で最初から重量と専用フレームが許容される場合以外は軽快感が必要となる、本発明の実施の形態６では小型・軽量化し一段構成の増減速機構と通常の駆動部を共用し併用して駆動するが、概ねφ４０Ｌ８０ｍｍ程度の容積の自転車の軽快車フレームのボトムブラケットシェル内部に筐体３を収めて、出力５０〜１００Ｗ程度の電動機14を使用し機構重量を０．６〜０．７ｋｇに抑えて小型化と電源容量を半減、電動機軸を最大６，０００回転／毎分回転させ増減速比１／８０（３０〜１２０）程度の増減速装置を使用し、これに組み合わせたクランクを毎分７５回転させてドライブスプロケットとドリブンスプロケットで２倍増速、動輪を毎分１５０回転で回転させれば毎時２０ｋｍ程度で４倍増速にて動輪を毎分３００回転で回転させれば、毎時４０ｋｍ程度となり小型高回転の電動機を内蔵し高効率で簡素な構造の増減速機を組み合わせて駆動させ、自転車のフレームで実用車の小さなボトムブランケットシェルに組み込む貫通軸15とクランクシャフトと兼用、出力機構と一体化する事で別途の駆動機構は不要でクランクシャフトに加えられた踏力に見合った出力が可能、本機構の実施の形態６では駆動系を共有し電源や制御装置の他に重量増の特殊な駆動機構を必要としないため、クランクシャフトとドライブスプロケットを共有し自転車本来の機構と兼用させるためベルト駆動も選択可能、クランクシャフトにドライブプーリーを備え動輪のハブにドリブンプーリーと内装式変速機を備える事により、伝達効率の向上（２５⇒４０％）と相俟って出力５０〜１００Ｗ程度の小型・軽量・低出力の電動機を使用し、増減速比を最適化し比較的高回転まで使用して小型・省電力化したフレーム内蔵の電動アシスト増減速機構。

図７に有る実施の形態７を適用した発明の形態は上記実施の形態６と同様の構造で内部の中空化した空洞に、貫通軸15を設ける替わりに入出力軸２に直動機構（回転直動変換）を接続する事で筐体内部に直動させる機構、直動を行うロッドを内蔵して動作するが例えばボールネジを使用した場合は１条ネジで低速高トルクを得るが、３条ネジを使用する事で低トルクながら高速を選択し大きな回転トルクに対する反トルクを受ける機構により、直動動作（回転直動変換）に起因するスラスト応力を受ける機構は高負荷に対して低振動で静かな動作により、直動動作を受けるため大きなラジアル軸受けで前後を支持しスラスト軸受けを挟む事でスラスト荷重を受ける、上記実施の形態６と同様の機構を使用した場合概ねφ４０Ｌ１２８ｍｍ程度の容積の筐体３に機構部を収めて、出力５０〜１００Ｗ程度の電動機14を使用し機構重量を１．０〜１．２ｋｇに抑えボールネジを使用する事で、機構のストロークを可変可能で有るがシャフトの撓みに起因する縄跳び現象に対応するためシャフトを支持し、直動機構がシャフト間を移動する形態を採る事が可能な機構を有する構造でスムーズな直動機構を行う機構は、安定動作させるためシャフトを駆動するボールネジの両端にラジアル軸受けを備えてスラスト荷重から解放し、直動動作する機構でボールネジを使用する他用途に応じて台形ネジ等負荷容量の重要度等の用途に応じて選択、筐体内蔵が特徴の直動機構（回転直動変換）を有する静かで強固な構造を有する簡易な構造の直動増減速機。

図８に有る実施の形態８を適用した発明の形態は軽量な折り畳み車椅子に電動アシスト機能の付与を目指し、小型化が為されているとはいえ従来の電動車椅子は機構が車輪内に納まらず電源や機構に電動機を含む重量は、電源や制御装置と電動機を除いて機構だけで考えても機構が大きく到底車輪内に納まらず駆動部が大型化する、重量は全体で約１０ｋｇ程度だが駆動用の電動機は片輪で３．５ｋｇ程度の両輪では７ｋｇ程度となる機構で。市販品には簡易型アシスト車椅子が無く機構が車椅子の車輪に収まる様に車軸を固定ため専用フレームが必須、当然ながら重量があるため使用する電動機も１２０Ｗ程度の出力が必要となり当然だが電源部も大型化が必要、つまり電動アシスト機構の追加が原因で実用車のフレーム内に収まらず重量と大きさが増加する事になるので、対処するには専用フレームが必須で更に重量増加にて人力の動作も重くなるが法的にアシスト量の制限があり、図８にある実施の形態８は小型・軽量化し一段構成の増減速機構と通常の駆動部を共用し併用して駆動するが、折り畳み可能な簡易型車椅子の車軸として車輪のリム間にスポークを張り小型・軽量化して車輪と一体化させ、概ねφ６０Ｌ７０ｍｍ程度の容積しかない電動車椅子の両輪や自転車アシスト自転車の前輪のハブと兼用させ、出力５０Ｗ程度の電動機14を使用し一基０．７〜０．８ｋｇに抑え小型化と電源容量の半減を実現可能な機構、自転車フレームのボトムブランケット内蔵では出力５０〜１００Ｗ程度の電動機14を使用して駆動していたが、電動車椅子でアシストする構造は複雑だが両輪の中央に大径の中空構造を設け両輪で２基のシャフトに伝わる、この一体型の増減速装置では外歯の自由歯車７と内歯車６に２点で噛み合い回転させる事で増減速動作を行い、一段構成の増減速機構で車輪に加えたトルクと同等程度の出力を発揮して駆動させるが駆動部の電動機軸には、電動機軸を最大６，０００回転／毎分程回転させ増減速比１／８０（３０〜１２０）程度の増減速機を使用し、外周部を可動するハブにして車輪のリムとの間をスポークで接続してドライブユニットを車輪のハブに一体化、これを折り畳み式簡易型車椅子の両輪に組み込む事で後付けの装着が可能な車椅子の電動アシスト機構となる、構造は複雑だが中央に大径の中空構造を設けシャフトで固定し回転を感知し同期する事で電動車椅子の両輪や、自転車の前輪に取り付けて使用する事の可能な機構の形態は法的にアシスト量の制限を制御装置で制限させて、電動機一体型で軽量コンパクトな機構による電動車椅子と自立式車椅子の中間的なアシスト機能を設ける事で、増減速比の大きな電動アシスト機構を設けて自立式の車椅子に後付けで電動アシスト機能を実現させるもので、使い慣れた可搬性の高い軽量の車椅子の両輪に最適な電動アシスト機能を車椅子の両輪に取り付けて実用化し、汎用の自転車に機能を追加するため簡易的に自転車の前輪のハブと共用する形の電動アシストにも実装可能で、人力の機構と分離したコンパクトな駆動機構を実現する車輪のハブに内蔵する電動アシスト増減速機構。

図９に有る実施の形態９を適用した発明の形態は従来の機構では実現が難しい増減速比の大きな増速機構で、入出力軸２を入力に入出力軸１を増減速比１／５０（３０〜１２０）程度で増速動作させ出力させる増減速機、この発明の形態では機構敵に入出力軸２を入力にするか入出力軸２を固定して外周部に回転を与えて入力する、入出力軸２を入力にする場合は内歯車６を筐体３と固定して入出力軸２と一体の内歯車８及び内歯車９が回転、ここで生じたトルクは自由歯車７が内歯車６と内歯車８に噛み合う事で差動を生じ自由歯車７の秤動によって、回転軌道を規制されて内歯車６に噛み合い自由軸受け４を介し傾斜軸５に固定した内輪軌条10に揺動を発生し、内輪軌条10により増速され入出力軸１に高回転の出力を発生する機構の低振動で静粛な１段の増速動作であり、風力発電等の高増速比が必要な用途に適した増減速機構で増減速機の内部に中空を実現し出力軸内部を中空化、堅牢な構造で比較的高増速比が必要な用途に使用可能な強度と高耐力を有する増減速機構の機構を有しており、入出力軸１並びに入出力軸２内部を空洞化し平衡機構を有する同軸構造の増速機となり風力発電にも応用可能、また本発明の増減速比は比較的高いためコンパクトな１段構成では低増減速比を得難いが得られない事も無く、差動１段構成でも歯数差（歯数比）を変更し周差を大きくする事により３０：１の増減速に依る差動も可能でスラスト方向の荷重に耐えれば１：１０の減速を得る事も可能な中空構造を有する増速動作可能な増減速機構。

本発明は小型軽量で高耐力な構造を有する事に依る応用範囲の広いコンパクトな増減速機として利用可能で、自動車等で複数個が使用されているパワーウィンドウや電動パワーステアリング（ＥＰＳ）に各種の産業機械、減速比の比較的大きな工作機械等の工業用汎用減速機の他ロボットアームの関節部や捻転部にも使用可能だが、一方で電動アシスト付き自転車では自転車フレームのボトムブランケットシェルに内蔵可能な程コンパクトで、電動機一体型機構の内部に中空部を設けて貫通軸出力する様な構成や中空構造の内部に直動機構を内蔵させて、リニアアクチュエータを実現する機構に発展させる一方では充分な強度を持つ電動機14内蔵の増減速機として、電動車椅子や電動アシスト機能の駆動部に利用可能で後付けでも使用可能な小型軽量の駆動機構を提供可能で、比較的簡単に中空部を設ける事が可能で高増減速比を有するため産業上の利用可能性としても応用範囲が広く、従来は発動機を原動機として使用していた農機具等に於いても小型軽量の増減速機構を活かし電動化する事で、大トルクを殆ど振動無く使用し充電済みのバッテリーを交換する事にて不必要な重量物を担う事無く使用可能、また機構を逆にして増速動作で使用する事により風力発電で利用する事も可能で静粛な増速動作を可能にする、現状の機構で想定している許容回転数は毎分一万回転程度が限界と考えているが場合により可能性は有る筈で、これで毎分一万回転以上が可能ならば航空機用エンジン部品にも応用可能になると思われ応用範囲が広がるし、増減速比を１：１０に近付ければターボファンエンジンのファンに使用される減速機に対応可能かも知れない。

１入出力軸
２入出力軸
３筐体
４自由軸受け
５傾斜軸
６内歯車
７自由歯車
８内歯車
９内歯車
１０内輪軌条
１１入出力軸受け
１２入出力軸受け
１３電動機軸受け
１４電動機
１５貫通軸

Claims (7)

1. 第１の軸（Ｙ）回りに回転可能に支持された第１入出力軸（１）と、前記第１の軸（Ｙ）回りに回転可能に支持された第２入出力軸（２）と、前記第１の軸（Ｙ）と第１の交点（Ｏ）で交差する第２の軸（Ｂ）回りに回転するように前記第１入出力軸（１）に回転自在に支持され、かつ前記第１の交点（○）を通り前記第２の軸（２）と直交する第１の平面に関して対称に設けられた第１外歯列および第２外歯列を有する外歯車（７）と、前記第２入出力軸（２）に設けられ、かつ第１内歯列を有する第１内歯車（８）と、筐体（３）に固定され、かつ第２内歯列を有する第２内歯車（６）と、を備え、前記第１外歯列、前記第２外歯列および前記第２内歯列の歯数は、第１の歯数であり、 前記第１内歯列の歯数は、前記第１の歯数とは異なる第２の歯数であり、前記第１外歯列は、第１の噛み合い点で前記第１内歯列と噛み合い、かつ前記第１の噛み合い点と前記第２の軸（Ｂ）に関して対称な第２の噛み合い点で前記第２内歯列と噛み合い、前記第２外歯列は、前記第２の噛み合い点と前記第１の交点（○）に関して対称な第３の噛み合い点で前記第２内歯列と噛み合う増減速機構。
2. 前記第１入出力軸（１）は、第１入出力軸受（１１）を介して支持されており、かつ傾斜部（５）を有しており、前記傾斜部（５）には、自由軸受（４）が取り付けられており、前記自由軸受（４）の内輪（１０）は、前記傾斜部（５）に固定されており、前記自由軸受（４）の外輪は、前記外歯車（７）であり、前記第１内歯車（８）は、第２入出力軸受（１２）を介して前記筐体（３）に支持されている、請求項１に記載の増減速機構。
3. 前記内輪（１０）は、前記傾斜部（５）に圧入され、かつキーまたはピンにより固定されている、 請求項２に記載の増減速機構。
4. 前記第１の軸（Ｙ）回りに回転可能に設けられ、かつ第３内歯列を有する第３内歯車（９）をさらに備え、前記第３内歯列の歯数は、前記第１内歯列の歯数と等しく、前記第２外歯列は、前記第３の噛み合い点と前記第２の軸に関して対称な第４の噛み合い点で前記第３内歯列と噛み合う、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の増減速機構。
5. 前記第３内歯車（９）は、前記第２内歯車（６）を挟んで前記第１内歯車（８）とは反対側で前記第２入出力軸受（１２）を介して前記筐体（３）に支持されており、前記第１入出力軸（１）は、前記第１入出力軸受（１１）を介して前記第２内歯車（８）に支持されており、かつ、前記傾斜部（５）を挟んで反対側で前記第１入出力軸受（１１）を介して前記第３内歯車（８）に支持されている、請求項４に記載の増減速機構。
6. 前記第１内歯車（８）は、前記第２入出力軸（１２）とは別部品である、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の増減速機構。
7. 前記第１入出力軸（１）および前記第２入出力軸（２）は何れも中空軸である、請求項１ないし６の何れか一項に記載の増減速機構。
   

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