JP6823752B1 - 増減速機構 - Google Patents

Abstract

【課題】鼓動や振動が大きく高負荷に依って減速機構に狂いを生じると云う課題を解決する。【解決手段】第１の軸Ｙ回りに回転可能に支持された回転子５に接続され、第１の軸Ｙ回りに回転可能に支持された入出力軸１と、第１の軸Ｙと第１の交点Ｏで交差する第２の軸Ｂ回りに回転子５に回転自在に支持され、かつ第１の交点Ｏを通り第２の軸Ｂと直交する第１の平面に対し、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の第１外歯列および第２外歯列それぞれは、第１内歯列を有し筐体３に固定された内歯車６の直径の両端点と同時に噛み合い、外歯車７の外歯列２条各々の直径の両端点は第２入出力軸２に設けられ第２内歯列を有する第２内歯車８に噛み合い、第２の軸Ｂは両側に軸受け１１を配し支持した回転子５の平衡支持機構で、回転子５に傾斜軌条を形成する事に依る揺動機構を波動発生器とする揺動発生機構に変更した。【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汎用高増減速機構に関する。

従来の減速機の傾斜軸機構は単純な揺動機構から傾斜軸の揺動中心を移動する事に依り偏芯を伴う秤動機構に置き換える事で鼓動や振動の低下を図っているが鼓動や振動の発生が抑制出来ていなかった。

特開昭４８−２４１５５号公報

従来技術では、例えば図２に示すようにクランク機構に替えて入出力軸（１）に傾斜軸（５）を形成して自由歯車（７）を固定して動作させていたが、振動も伴うため偏芯に拠らずに振動を軽減させ偏芯を伴う章動機構に依り従来技術が有する増減速機構の振動問題対処に打ち消す秤動機構への変更が必要で傾斜軸（５）を使用し自由歯車（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増減速機構を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に依る増減速機構は、第１の軸（Ｙ）回りに回転可能に支持された回転子（５）に入出力軸（１）を接続し、または共用して第１の軸（Ｙ）回りに回転可能に支持された回転子（５）が、第１の軸（Ｙ）上の第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回転子（５）で回転自在に支持され、かつ第１の交点（Ｏ）を通り第２の軸（Ｂ）と直交する第１の平面に対し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）は第１内歯列を有する第１内歯車（６）の直径の両端点と同時に噛み合いかつ第１内歯車（６）は筐体（３）に固定され、外歯車（７）の外歯列２条各々の直径の両端点は入出力軸（２）に設けられ、第２内歯列を有する第２内歯車（８）と噛み合い第２の軸（Ｂ）は両側に軸受け（１１）を配した回転子（５）の平衡支持機構で支持され、従来の機構で傾斜軸に相当する機能を回転子（５）に傾斜軌条を形成する揺動機構を波動発生器とする揺動発生機構に変更した差動歯車に依る差動増減速を特徴とする。

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回転子（５）を使用する事で自由軸受け（４）を介し連結し、歯列の中心だけを補正した自由歯車（７）の歯列に秤動を与えて筐体（３）に固定した内歯車（６）に噛み合わせ、自由歯車（７）の直径の両端点で内歯車（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。

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）を連結し回転子（５）に固定する、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、回転子（５）に拠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。

第１の課題解決手段は入出力軸（１）に形成した回転子（５）に内輪軌条（１０）を固定し自由歯車（７）を連結、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条の直径の両端点が内歯車（６）の直径の両端点と内歯車（８）の相互に噛み合う。

上述の様に本発明の増減速機は高回転側の入出力軸（１）に形成した回転子（５）に拠る揺動機構を使用し、自由歯車（７）の歯列２条各々の直径の両端点で筐体（３）に固定した内歯車（６）の２点と内歯車（８）に噛み合わせ、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）に形成した回転子（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）を支持して回転子（５）での揺動機構に拠り、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）の直径の両端点２箇所に自由歯車（７）の歯列２条が直径の両端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）に拠る応力を支持させる。

入出力軸（１）は入出力軸受け（１１）を介して内歯車（８）と内歯車（９）に支持され入出力軸受け（１２）に連結し、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）を介して筐体（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）には回転子（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。

上記の増減速機は複数の機構で構成し一体化し軸の撓みを防ぎ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）を備えて平衡させた対称構造に依り、複列化と簡略化を図り自動調心機能を有して大きな負荷と入出力軸（２）からの反作用に対し高い耐力を備える。

次に回転子（５）に揺動を発生し平衡化された対称構造に拠り自由歯車（７）に秤動を実現する複合機構で、バランス機構を新たに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。

上記の増減速機は他の構造の増減速機（波動歯車装置）が一回転で二枚の歯数差を要するのと異なり、入出力軸一回転一枚での歯数差が可能であり減速比が同じであれば歯車の歯間や歯高を二倍にする構成が出来る。

上記の構造を現実するため入出力軸（１）両端に軸受けを設けて内歯車（８）と内歯車（９）に其々固定し、各々が軸受けを備え筐体（３）に固定し支持されるため内歯車（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）を挟み内歯車（８）と内歯車（９）に筐体（３）に入出力軸受け（１２）を介して支持し、入出力軸（１）に入出力軸受け（１１）を介し内歯車（８）と内歯車（９）に支持する構造で筐体（３）に固定する。

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負荷耐力の増強と軽量化を図る。

上記機構に拠る中空構造の増減速機に電動機（１４）を内蔵して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）を介した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、筐体（３）に回転トルクを出力する事で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。

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機構を実現する。

上記項目迄は入出力軸（１）を入出力軸に入出力軸（２）を出力軸にする事に拠って減速動作を行っているが、入出力軸（２）を入出力軸に入出力軸（１）を出力軸にする事に拠って一段構成にて高効率の増速動作が可能な増速機構。

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 参考とした従来機構のブロック図 本発明で新たに考案した機構共通のブロック図 内輪に形成した傾斜軌条と双極の外歯車と組み合わせた断面図 双極の外歯車を構成する部品と横型波動発生器の断面図 機構部を構成する回転子に固定部品および波動発生器を示した断面図 回転子や波動発生器を中心に軸受けを配置した断面図 左図は機構軸の回転子に内歯車を備え、右図は更に筐体に軸受けを介して支持する機構の断面図 本発明の双極の外歯車が内歯車と噛み合う揺動状態を図示した断面図 左図は２度の傾斜軌道溝で約１：２００、右図は７度の傾斜軌道溝で約１：２５の増減速機構の例 増減速機単体で本発明を適用した実施の形態２の機構で入出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３の機構で内部を固定し筐体出力とする構造の断面図 電動機一体の実施の形態４の機構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例） 電動機一体の実施の形態５の機構で軸固定構造の断面図（自転車や車椅子の車輪ハブの組込み例） 電動機一体の実施の形態６の機構で筐体固定直動構造の断面図（リニアアクチュエータの組込み例） 増減速機単体で本発明を適用した増速構造の断面図（風力発電等にも応用が出来る増速機構案）

以下、本発明の実施の形態を図１〜図１６に基づいて説明する。

図１に本発明の実施形態１を示す。実施形態１は揺動と秤動を動作原理に用いた本発明の基本的な構成に拠る増減速機構であるが、入出力軸（１）と入出力軸（２）が同芯であり高回転の内周部と外周部が低回転となる強固な構造の差動増減速機構を形成して、増減速機構が低速部の内側に位置する同心軸の増減速機構で中央歯車の内歯車（６）を筐体（３）内部に固定し、両側に低速歯車の内歯車（８）と耐力歯車の内歯車（９）を配して入出力軸受け（１２）に拠って支持する事で、内歯車（８）と内歯車（９）の内周に入出力軸受け（１１）を備える事に拠って回転子（５）の両側を支持して入出力軸（１）と連結し、入出力軸（１）への回転は回転子（５）に固定された内輪軌条（１０）にベアリングである自由軸受け（４）を介して自由歯車（７）を支持、回転子（５）に拠り自由歯車（７）に揺動を発生させ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）の直径の両端点に外歯歯車の自由歯車（７）の歯列２条の対頂点を各々で噛み合わせ、内歯車（６）との直径の両端点で自由歯車（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直径の両端点と耐力歯車の内歯車（９）を噛み合わせ、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を生じ、それ結果生じた周差に依り増減速動作を行い、内歯車（８）と内歯車（９）に同型の入出力軸受け（１２）を介して筐体（３）で支持、内歯車（６）と共に入出力軸受け（１２）を固定し、同型の入出力軸受け（１１）を介して内歯車（８）と内歯車（９）に固定された平衡支持機構は、中央歯車の自由歯車（７）を介し内歯車（８）と内歯車（９）の直径の両端点に自由歯車（７）の歯列２条が各々と噛み合い、複数の噛み合い点に依る揺動発生機構で高い負荷に耐える。前述の形態と殆ど同様な機構で入出力軸（１）と融合した回転子（５）に傾斜軌条を形成し内輪軌条（１０）を設け回転子（５）の両側に同型の入出力軸受け（１１）を配し、歯列２条を有する外歯歯車の自由歯車（７）とベアリングの自由軸受け（４）を介し連結し他端で噛み合う中央歯車の内歯車（６）を筐体（３）に固定し、内歯車（８）と内歯車（９）もベアリングの入出力軸受け（１２）を介して筐体（３）で支持し其々自由歯車（７）と噛み合い内歯車（８）を入出力軸（２）に連結し内歯車（９）で反トルクを受ける構造で、入出力軸（２）の素材も組み合わせ自由で個々に変更可能で、入出力軸（１）や入出力軸（２）を中空化し空洞を設ける構造で軽量化したり中空部に貫通軸を通して出力軸にしたり、或いは直動機構を組み込み更に原動機と駆動部と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、高い静粛性とを備える事が可能な平衡する揺動発生機構。

図２は従来技術の基本概念としてブロック図を参考に示す。蒸気機関やレシプロエンジンに使用したクランク機構を揺動に変更すると共に偏芯させ、周差を生じさせる事を原理に更に入出力軸（１）の入力を内歯車（６）に自由歯車（７）を噛み合わせる事で回転を規制し、内歯車（６）に噛み合わせる自由歯車（７）の歯列直径の別端点で自由歯車（７）に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３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、これに依り入出力軸（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４に部品図を示す。左に内輪軌条（１０）、中央に自由歯車（７）、右に自由軸受け（４）と保持器を挟み固定して揺動に依る波動発生器を構成する。

図５に分解図を示す。左に自由歯車（７）、中央にベアリングの核である玉と保持器で構成する自由軸受け（４）、右に傾斜軌条を持つ内輪軌条（１０）、を図示する。

図６に回転子（５）の構成図を示す。内輪軌条（１０）に自由歯車（７）を自由軸受け（４）に依り連結した波動発生器を回転子（５）にキーやカラーでスリーブと挟んで固定する。

図７に回転子（５）の組図を示す。左に回転子（５）に波動発生器を組み付けた図で、右には回転子（５）の両端に入出力軸受け（１１）を備えた構造を図示する。

図８に回転子（５）の組図を示す。左は回転子（５）の両端に入出力軸受け（１１）を備えた構造で内歯車（６）を中心に内歯車（８）と内歯車（９）を配置し、右は内歯車（８）と内歯車（９）に入出力軸受け（１２）を備え筐体（３）に納め入出力軸（１）と入出力軸（２）を備えた構造を図示する。

図９に回転子（５）に組み付けた波動発生器の挙動を示す。波動発生器の挙動を９０度毎に４ポーズを図示する。

図１０に増減速比の比較を示す。左図は２度の傾斜軌道溝で約１：２００、右図は７度の傾斜軌道溝で約１：２５の増減速比の例を図示する。

図１１に実施形態２を示す。実施形態２は本発明を適用した機構で、前述する実施の形態１の機構では入出力軸（２）が内歯車（８）と一体で、充分な平衡度を得るには内歯車（８）と内歯車（９）とを極力同じ形状にして高精度の対称構造を構築し、平衡機構を実現して傾斜軸の機能は回転子（５）に固定された内輪軌条（１０）に直接形成可能で、内輪軌条（１０）の外周部を予め球面加工して傾斜軌条を形成し入出力軸（１）に固定する揺動発生機構に変更し、２条の歯列を有する外歯歯車の自由歯車（７）を転動体の自由軸受け（４）に依り内輪軌条（１０）に支持する構造を構築し回転子（５）の両側に同型の入出力軸受け（１１）を配して平衡支持機構を構成する事に依り固定し、自由歯車（７）と中央歯車の内歯車（６）と噛み合い歯車間の歯数差に依って生じる角度差にて増減速動作を行い、内歯車（８）と内歯車（９）各々に同型の入出力軸受け（１２）を配する平衡支持機構に依り高い負荷に耐え自動調心機能を有し、内歯車（８）と入出力軸（２）を分離する機構を構成する。

図１２に実施形態３を示す、実施形態３は、前項の形態と殆ど同様に入出力軸（１）と入出力軸（２）内部を中空化し空洞を設ける構造で、前項の入出力軸（２）に相当する機能部品の内部に貫通軸（１５）を設け筐体（３）に固定して内歯車（８）に連結して内歯車（９）を筐体（３）に固定させ、外周部に入出力軸（２）を形成して外周部を内歯車（６）に固定し、入出力軸（１）は回転子（５）に固定された内輪軌条（１０）に直接形成可能で、内輪軌条（１０）の外周部を予め球面加工して傾斜軌条を形成し入出力軸（１）に固定する揺動発生機構に変更して２条の歯列を有する外歯歯車の自由歯車（７）を転動体の自由軸受け（４）に依り内輪軌条（１０）に支持する構造を構築し、回転子（５）の両側に同型の入出力軸受け（１１）を配し平衡支持機構を構成する事に依り固定し、回転子（５）に内輪軌条（１０）を固定し転動体の自由軸受け（４）に依り前項の自由歯車（７）に揺動を生じさせ、内歯車（８）と内歯車（９）各々で同型の入出力軸受け（１２）を支持し外周部を支持して外殻の入出力軸（２）に出力する構造で、入出力軸（２）を回転させ、内歯車（８）と連結した貫通軸（１５）と筐体（３）で機構を支持して入出力軸（１）の回転を増減速し外周部に出力させる出力構造で、外周部を転動させてロボットアームの捻り機構を可能にし、更に空洞部を設け内部空間に様々な構造部品にワイヤーの他ケーブル等を通す事を容易にする構造で、一端を貫通軸（１５）と筐体（３）に他端を外周部に固定する外周部駆動の増減速機構を構築する。

図１３に実施形態４を示す、実施形態４は、筐体（３）に内歯車（６）を固定して内歯車（８）を入出力軸（２）に接続し内歯車（９）を対向させた構造の増減速機構で、実施の形態４では電動機（１４）を内蔵して入出力軸（１）に直結し内輪軌条（１０）に球面を形成した傾斜軌条を有する球面レースに拠る実施例で、電動機一体型での５度傾斜（１：４０）案として電動アシスト付き自転車への応用（自転車のクランク部ボトムブラケットに組み込める装置案）を考案。小型電動機（１４）の回転軸を増減速装置の入出力軸（１）に直結し入出力軸（１）と入出力軸（２）を中空化して設けた空洞部に貫通軸（１５）を設置し空洞部を活かす機構で、貫通軸（１５）を電動アシスト付き自転車のクランク軸と兼用し構造を簡略化・軽量化する事に依る貫通軸出力構造であり、構造的には航空機の動翼にも対応可能で安定板に取り付け操作翼面を可動させる機能を提供するフライバイワイアやフライバイライト等に応用可能で、油圧に依らない小型・軽量化と同時に耐力が大きい純粋に電子制御可能な動翼機構も実現可能な電動機一体型で動作し軸受けの変更も極めて容易な構造の増減速機。

図１４に実施形態５を示す、実施の形態５は、筐体（３）に内歯車（６）を固定して内歯車（６）を筐体（３）に固定する替わり内歯車（９）と内歯車（８）を対向させ外周部に接続させ内歯車（８）と内歯車（９）各々で同型の入出力軸受け（１２）を支持し外周部を支持して外殻の入出力軸（２）に出力する構造の増減速機構で、電動機（１４）を内蔵して入出力軸（１）に直結し内輪軌条（１０）の外面を球面に形成して傾斜軌条を有する球面レースに依る実施案で、電動機一体型の５度傾斜（１：４０）案の例として電動アシスト付き車椅子への応用（電動アシスト付き車椅子や自転車前輪のハブにする装置案）を考案。小型の電動機（１４）の回転軸を増減速装置の入出力軸（１）に直結し入出力軸（１）と入出力軸（２）を中空化して設けた空洞部に貫通軸（１５）を設置し、貫通軸（１５）を固定軸に外周部を回転する出力系統で外周部をハブと兼用し構造を簡略化・軽量化する事に依る外周部出力構造であり、構造的に一部の航空機で採用されている昇降舵の様に操作翼面の動翼の全動構造にも対応可能なフライバイワイアやフライバイライト等に応用可能で、油圧に依らない小型・軽量化と同時に耐力が大きい純粋に電子制御可能な全浮動の動翼機構を実現可能な電動機一体型で動作し軸受けの変更も極めて容易な構造の増減速機。

図１５に実施形態６を示す、実施形態６では、電動機（１４）を内蔵して入出力軸（１）に直結し、内輪軌条（１０）の外面を球面に形成して傾斜軌条を形成した実施例で、球面レースに傾斜軌条を直接形成して自由歯車（７）を転動体の自由軸受け（４）に依り内輪軌条（１０）に支持する構造を構築し、ベアリングに依り支持し個々の部品を接合する構造で、入出力軸（１）と入出力軸（２）を中空化した空洞部に貫通軸や固定軸を設けた増減速機構に依って回転力を得るものであったが、内歯車（８）に入出力軸（２）を接続しボールナットや滑りネジである台形ネジに回転力を伝え、その回転力を直動に変換して空洞部にボールナットや台形ネジのシャフトを貫通させる事で直動機構を設け、空洞に直動機構のロッドを貫通させて動作させる構造に依り、小型のリニアアクチュエータとして遠隔操作を可能にし、更に筐体内の空洞に台形ネジやボールナットを貫通し、油圧に依る大型の構成に替え電動の直動機構を内蔵する旅客機のファウラーフラップを駆動する事も可能で、油圧を失った際の緊急時バックアップ機構としての用途やフライバイワイアやフライバイライト等に応用可能で、油圧に依らない小型・軽量化と同時に耐力が大きく、純粋に電子制御可能な動翼機構を実現可能な電動機一体型で動作する、軸受けの変更も極めて容易な構造の増減速機。

図１６に有る実施の形態７を示す、実施の形態７は、前項の形態と殆ど同様に筐体（３）に固定した内歯車（６）と噛み合う自由歯車（７）を挟み、他端で内歯車（９）と内歯車（８）に噛み合い入出力軸（２）に連結し貫通軸（１５）を設けた構成で、図１０の実施の形態５では前項の内歯車（９）を筐体（３）に固定し、自由歯車（７）を挟み内歯車（８）に連結した入出力軸（２）に貫通軸（１５）を介し筐体（３）に固定する構成で、この両歯車と噛み合う自由歯車（７）と内歯車（６）を噛み合わせ筐体（３）に固定しベアリングを介して外周部に出力する構造だが、これらの機構を逆転させ出力側を入力に増速して入出力軸を出力にするもので、風力発電等の用途で増速機構に要する強固な構造を実現する構成で、１段構成の増減速機を増速機として動作させるには入力側に加えられる大トルクを受ける強固な支持構造が必要である、本発明の増減速機は支持構造が強固で対向する複数の噛み合わせを有し、入出力軸と出力軸は同芯上に位置し自由に増減速を行う安定した動作機構で、発電機一体型可能であり軸受け変更も極めて容易な構造で、外周部に与えられた回転トルクを入力に使用する構造に依りベアリングを介し自由歯車（７）に回転を発生し、入出力軸（１）の回転を外周部入力の出力構造を有する増減速機構。

図１３にあるように本発明に依り実装された機構とは異なり、従来の電動アシスト自転車は、小型化が為されているといえ電源や機構に電動機を含めた重量は６〜７ｋｇと大きく重い機構で、自転車のフレームには収まらず大きな専用フレームが必須で電動機も２５０Ｗ程度の出力が必要で、当然だが電源部も大型になり更に重量増加傾向で、図１０の実施の形態５は小型・軽量化し一段構成の増減速機構と駆動部を併用、概ねφ４０Ｌ８０ｍｍ程度の容積に自転車のクランクシャフトのボトムブラケット内部に筐体（３）を収め、出力１００Ｗ程度の電動機（１４）を使用し０．６〜０．７ｋｇに抑えた小型化や電源容量の半減を実現可能で、モーター軸を最大６，０００回転／分で回転させ増減速比１：８０（３０〜１２０）程度の増減速装置に組み合わせクランクを毎分７５回転する、その場合２倍増速し動輪を回転させれば１５０回転／分となり毎時２０ｋｍ、４倍増速で動輪を回転させれば毎分３００回転で毎時４０ｋｍとなる。入出力軸（１）と一体化し入出力軸（２）の中央部に大きな中空構造を設け、筐体（３）に内歯車（６）を固定し外歯歯車の自由歯車（７）を挟んで噛み合い内歯車（９）と対向する内歯車（８）に入出力軸（２）を繋げ、貫通軸（１５）を自転車のクランクシャフトと共用して入出力軸（２）と連結する事に依りモーター出力との直結を可能にし、筐体（３）両端から出力を得てボトムブラケットの内部に内蔵した駆動部と電動アシスト自転車用途の増減速機構を設け、低出力の電動機（１４）を使用した小型軽量で同軸型の構造を用い内歯車（９）に依って出力を補助する事で、中空部に貫通軸（１５）を通す代わり直動機構を設ける事に依り貫通軸を持つ増減速機構を備え、構造的に航空機の動翼にも対応可能で安定板に取り付けて操作翼面を可動する機能を提供する機構は、フライバイワイアやフライバイライト等にも応用可能で小型・軽量と同時に油圧装置に依らず耐力が大きく、純粋に電子制御可能な動翼機構を提供する事で軸受け変更も極めて容易に実現する構造。

図１４にあるように本発明に依り実装された機構とは異なり、従来の電動車椅子は、小型化されているとはいえ電源や機構に電動機を含む重量は全体で約１０ｋｇ、駆動に使用する電動機は片輪３．５ｋｇ程度で両輪では７ｋｇ程度を要する重い機構で、機構は車椅子の車輪に収まる様に車軸を固定するには専用フレームが必須で、電動機も１２０Ｗ程度の出力が必要で当然だが電源部も大型になり、更に重量増加傾向で図１１の実施の形態６は小型・軽量化し一段構成の増減速機構と駆動部を併用、概ねφ６０Ｌ７０ｍｍ程度の容積に電動車椅子両輪や自転車アシスト自転車の前輪のハブと兼用して車軸を固定し、出力５０Ｗ程度の電動機（１４）を備え電源容量半減と小型化で一基０．６〜０．７ｋｇに抑える事が可能な機構を構成し、車輪のリムとの間にスポークを張る事に依り車輪と一体化し小型・軽量化した一段構成の増減速機構と駆動部を併用。駆動部はモーター軸を最大で６，０００回転／分で回転させ増減速比１：８０（３０〜１２０）程度の増減速機の入出力軸（１）と一体化、入出力軸（２）の中央部に設けた大きな中空構造で外歯の自由歯車（７）と噛み合いベアリングを介して内歯車（６）を筐体（３）に連結し、出力歯車とする事に依り外周部を回転させて増減速し出力する機構で、筐体（３）に固定した内歯車（９）と自由歯車（７）を挟んで直径の両端点で内歯車（８）と噛み合う増減速機構の内部に備えた貫通軸（１５）で固定し、１段構成の増減速装置の内部に電動機（１４）を内蔵した軸固定外周出力に依る増減速機構。この一体型の増減速装置は外歯の自由歯車（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う事に依り、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したコンパクトな駆動機構を実現する。自転車フレームのボトムブランケット内蔵よりも複雑な構造だが、中央に大径の中空構造を設けシャフトに伝わる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使用する事が可能な機構の形態で、一般の電動車椅子の両輪と異なり前述の自転車のボトムブラケット内蔵減速機構を併用し両輪アシスト駆動を実現する事も充分可能な減速機構。電動機一体型で軽量コンパクトな機構に依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、高減速の電動機構にて自立式の車椅子のアシスト機能を実現するもので、電動車椅子の両輪や電動アシスト自転車の前輪のハブと共用する増減速機構の構造にも実装可能で、軸固定の外周出力部を強固にする事に依り航空機の動翼にも対応可能な構造で、動翼全体を操作翼面として可動させる機能を提供するフライバイワイアやフライバイライト等に応用可能で、油圧装置に依らない小型・軽量化と同時に耐力が大きい純粋に電子制御可能な動翼機構を実現する構造。

図１５にあるように本発明に依り実装された機構とは異なり、実施の形態６を適用した発明の形態で、入出力軸（１）と入出力軸（２）に備えた中空部と内歯車（６）の自由度を高く設定し、入出力軸（２）を固定して筐体（３）からトルクを取り出す構造で内蔵する固定用シャフトを中空化し、内部空間の様々な構造部品にワイヤーやケーブル等を通す事も可能な構造で、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で、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、貫通軸（１５）内部の中空構造に依り中空部外壁を筐体（３）に固定し、小型・軽量コンパクトな外形で装置内部にボールネジや台形ギア等の直動機構を貫通する空間を有して航空機の動翼やフラップに使用可能な増減速機。

本案は図１６に有る実施の形態４を適用した発明の形態で、従来の機構で実現が難しい増速機構でモーター軸を増減速比１：５０（３０〜１２０）程度の増減速機で、入出力軸（２）を入力に内歯車（８）及び内歯車（９）の回転で生じたトルクは秤動に依って内歯車（６）と自由歯車（７）が噛み合う事で、回転軌道を規制されて増速され入出力軸（１）に高回転出力を発生する機構。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あり、増減速機の内部に中空を実現し出力軸内部に確保した中空構造を活かす機能を有する。構造的に堅牢であるため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構造を有する同軸構造の増速機となり風力発電にも応用出来る。また本発明の増減速比は比較的高いため１段構成では低増減速比を得られないが、減速動作と増速動作を併用し差動２段構成にする事に依り１：１２０の減速と３０：１の増速に依る差動もできるため１：４の減速を得る事も可能となる増減速機構。

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）や、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にも、ロボットアームの関節部や捻転部に使用される可能性が高い。一方で電動アシスト付き自転車での自転車フレームのボトムブランケット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、中空構造内部に直動機構を内蔵しリニアアクチュエータを実現させる、一方で充分な強度を持つ電動機（１４）内蔵増減速機としても利用可能で、電動車椅子や電動アシスト機能の駆動部にも使用可能な小型軽量の駆動機構として提供可能であり、比較的簡単に中空部を設ける事も可能で、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、機構を逆にして増速動作で使用する事に依り風力発電等で利用する事を可能にする。現状の機構で許容回転数は毎分一万回転程度が可能と考えられるが、これが分数万回転を可能になれば航空機用エンジン部品にも応用が可能で、ターボファンエンジンのファンに使用される減速機にも対応可能になる。

１入出力軸
２入出力軸
３筐体
４自由軸受け
５回転子
６内歯車（中央歯車）
７自由歯車（双極歯車）
８内歯車（入出力歯車）
９内歯車（耐力歯車）
１０波動発生器（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 (8)

1. 第１の軸（Ｙ）回りに回転可能に支持された回転子（５）に入出力軸（１）を接続し、または共用して第１の軸（Ｙ）回りに回転可能に支持された回転子（５）が、第１の軸（Ｙ）上の第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回転子（５）で回転自在に支持され、かつ第１の交点（Ｏ）を通り第２の軸（Ｂ）と直交する第１の平面に対し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）の前記第１外歯列および前記第２外歯列はそれぞれ第１内歯列を有する内歯車（６）の直径の両端点で同時に噛み合い、かつ内歯車（６）は筐体（３）に固定され、外歯車（７）の外歯列各々の直径の両端点は入出力軸（２）に設けられ、第２内歯列を有する内歯車（８）と噛み合い、第２の軸（Ｂ）は両側に軸受け（１１）を配した回転子（５）に平衡支持機構で支持され、回転子（５）に傾斜軌条を形成する揺動機構を波動発生器とする揺動発生機構に変更した差動歯車に依る差動増減速を特徴とする増減速機構。
2. 第１の軸（Ｙ）回りに傾斜軸に相当する機能を直接形成して揺動発生機構を構築するのと同様に、傾斜軌条を回転子（５）に形成して第２の軸（Ｂ）と直交する軌道面で回転子（５）の外周部に傾斜軌条を形成し構築した揺動発生機構に依り、転動体の自由軸受（４）で第２の軸（Ｂ）回りに回転自由に支持された支持機構を実現し、２条の歯列を有する外歯車（７）を回転子（５）で支持する構造は、入出力軸（１）に依り与えられた回転力を回転子（５）、内輪軌条（１０）、自由軸受（４）を介して回転力と波動を外歯車（７）に伝える、第１外歯列、第２外歯列と、第１内歯列の歯数は、第１の歯数であり、外歯車（７）の第１外歯列と第２外歯列は内歯車（６）の直径の両端点で各々と噛み合い、外歯車（７）の直径の両端点で内歯車（６）と噛み合う端点とは別の端点で噛み合う内歯車（８）、内歯車（９）の第２内歯列の歯数は第１の歯数とは異なる第２の歯数で、第１外歯列は、第１の噛み合い点で第１内歯列と噛み合い、かつ第１の噛み合い点と第２の軸（Ｂ）に関して対称な第２の噛み合い点で第２内歯列と噛み合う、第２外歯列は、第２の噛み合い点と第１の交点（Ｏ）に関し対称な第２の噛み合い点で第２内歯列と噛み合う、第１の歯数と第２の歯数の歯数差1枚を可能にし、傾斜軌条の形成を回転子（５）に限定される事の無い請求項１に記載の増減速機構。
3. 回転子（５）に実装したベアリングの外輪である外歯車（７）を回転自由に支持する転動体である自由軸受（４）を支持する内輪である内輪軌条（１０）に傾斜軌条の形成が可能で、回転子（５）に実装して固定した内輪軌条（１０）は第１の軸（Ｙ）回りに回転し外周部に直接形成した傾斜軌条は転動体の自由軸受（４）を介して第２の軸（Ｂ）を実現し、傾斜軸の機能は内輪軌条（１０）に依る揺動発生機構を回転子（５）に実装して自由歯車（７）に揺動を与え、回転子（５）の内輪軌条（１０）を挟んだ両側に入出力軸受け（１１）を配して固定した平衡支持機構を構成し自由歯車（７）は中央歯車の内歯車（６）と噛み合い、第１の歯数と第２の歯数の歯数差に依り歯車間に生じる角速度差に依り増減速動作を行い内歯車（８）と内歯車（９）各々または一方に同型または異なる入出力軸受け（１２）を配する平衡支持機構に依り高い負荷に耐え、自動調心機能を有する第１内歯車（８）は、第２入出力軸受（１２）を介して筐体（３）に支持されている請求項１に記載の増減速機構。
4. 回転子（５）に固定した内輪軌条（１０）は第１の軸（Ｙ）回りに回転自由に設けられ、傾斜軌条を形成して内輪軌条（１０）と転動体の自由軸受（４）の干渉を回避し、第２の軸（Ｂ）に対する傾斜軌条の深さを一定に保つため外周部を予め球面加工し、第２の軸（Ｂ）の角度に関わらず第２の軸（Ｂ）廻りで内輪軌条（１０）の肩の高さを一定に保ち、２条の歯列を有する外歯歯車の自由歯車（７）が常に傾斜軌条の中心に位置するように支持する構造を構築して、かつ第２内歯列を有する第３内歯車（９）をさらに備えて第３内歯車の歯数は、第２内歯車の歯数と等しく、第２外歯列は、第３の噛み合い点と第２の軸に関して点対称な第４の噛み合い点で第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. 第３内歯車（９）は原点（Ｏ）を中心に第２内歯車（６）を挟んで第１内歯車（８）と点対称に配置し、第１内歯車（８）は第２入出力軸受け（１２）を介し筐体（３）に支持されており、第１入出力軸（１）は、第１入出力軸受（１１）を介して第２内歯車（８）に支持され、第３内歯車（９）も同様に第２入出力軸受け（１２）を介し筐体（３）に支持されており、かつ回転子（５）は内輪軌条（１０）を挟んで第１入出力軸受（１１）を介して第１内歯車（８）に支持され、反対側で第１入出力軸受（１１）を介して第３内歯車（９）に支持されている、請求項４に記載の増減速機構。
6. 第１内歯車（８）は、第２入出力軸（２）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. 第１入出力軸（１）および第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。
8. 請求項８は請求項５の機構内部に電動機（１４）を内蔵し増減速装置の入出力軸（１）と一体化し、入出力軸（１）と入出力軸（２）も中空化し空洞部を設け空洞内部に貫通軸（１５）を備えて入出力軸（２）に接続し、筐体（３）の両端で入出力軸受け（１２）を介して電動機（１４）の外側に入出力軸（２）と同様の軸を設け両端で支持し、貫通軸（１５）で両端を出力軸とする、または貫通軸（１５）の両端を固定し筐体（３）を出力軸とする、或いはボールナットや台形ネジ等の直動機構を内蔵して貫通軸に直動を発生させる増減速機構。

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