JP7411391B2 - 入力往復運動を一方向出力回転運動に変換することによる運動エネルギー伝達システム - Google Patents

Description

本発明は、入力往復運動を一方向出力回転運動に変換することによる運動エネルギー伝達システムに関する。

ＵＳ９，１３９，２５１は往復レバー動作を一方向回転動作に変換するための機構を開示している。しかし、これは以下の欠点を有する。
１．レバー１５を往復駆動させるとき、ベルト２６、２７が牽引要素２２により摩擦的に抵抗され多大なエネルギーを消耗し、その出力効率を減少させる。
２．全体の機構が、ベルト、車輪、ギア、キャプスタンを含む多くの要素を必要とし、生産およびメンテナンスコストを増大させる可能性があり、また、この機構を動作させるときに多大なエネルギーを浪費する可能性もある。
３．多くの要素を備える全体のシステムは極めて複雑で、大きな空間を占有する可能性があり、コンパクトなユニットまたは装置を作成することを困難にする。

本発明者はこのような欠点を発見し、より経済的かつ効率的な方法で運動エネルギー伝達システムを発明した。

本発明の目的は、スイングレバーを含む往復アクチュエータと、方向変換およびエネルギー出力機構とを備える運動エネルギー伝達システムを提供し、往復アクチュエータによる入力としての往復運動を一方向出力回転運動に変換して、効率性と経済的価値を増大させるための一方向出力回転運動による連続した運動エネルギーを出力することにある。

正回転で作動されるときの本願発明の平面図である。 本願発明の往復アクチュエータを示す正面図である。 本願発明のいくつかのギアまたはパーツの部分拡大平面図である。 本願発明の正回転クラッチを示す平面図である。 図４から見た正回転クラッチの正面図である。 本願発明の正面ギアの平面図である。 図６から見た正転ギアの背面図である。 本願発明の正面ギアを備えた正回転クラッチの係合の平面図である。 逆回転で作動されたときの本願発明の平面図である。

図面で示したように、本願発明は往復アクチュエータ１００と方向変換エネルギー出力機構２００を備える。

図１および２に示すように、往復アクチュエータ１００は、スイングレバー１１、アクチュエータハウジング１０に枢動可能に取り付けられかつスイングレバー１１のレバー端に接続されたレバーシャフト１２、アクチュエータレバー１１に固定された扇形ギア１３、扇形ギア１３と係合した中間作動ギア１４、および中間作動ギア１４と係合しかつ方向変換およびエネルギー出力機構２００の入力シャフト２１の外側（または正面）端に固定された軸駆動ギア１５を備える。

中間作動ギア１４は扇形ギア１３と係合した小ギア１４１および小ギア１４１と同軸に固定された大ギア１４２を含み、両ギア１４１、１４２はギアシャフト１４０に固定されている。大ギア１４２は軸駆動ギア１５と係合している。アクチュエータハウジング１０は、アクチュエータハウジング１０内部にギア１３、１４、１５を取り付けるため、方向変換およびエネルギー出力機構２００のメインハウジング２０の前面部に形成されている。スイングレバー１１は手動で往復されてもよいし機械的または物質的に往復されてもよい。

方向変換およびエネルギー出力機構２００は、関連するギアを格納するメインハウジング２０、メインハウジング２０に回転可能に取り付けられた入力シャフト２１であって、前記往復アクチュエータ１００からの入力往復運動を受け付けるため往復アクチュエータ１００の軸駆動ギア１５に固定されたシャフト端を有する入力シャフト２１、入力シャフトに固定された入力ギア２２、メインハウジング２０に回転可能に取り付けられた中間シャフト２３０に関して回転可能に取り付けられた中間ギア２３、伝達シャフト２１ａに関して回転可能に取り付けられかつ中間ギア２３と係合した二方向駆動ギア２４であって、二方向駆動ギア２４の第１（または正面）車輪表面２４２に環状に形成された複数の正回転ラチェット歯２４１を有し、かつ第１車輪表面２４２と反対の二方向駆動ギア２４の第２（または背面）車輪表面２４４に環状に形成された複数の逆回転ラチェット歯２４３を有する二方向駆動ギア２４、伝達シャフト２１ａに関して摺動可能に保持され、二方向駆動ギア２４によって正方向（Ｆ）に回転または駆動されるべき二方向駆動ギア２４の第１車輪表面２４２に形成された正回転ラチェット歯２４１と正常に係合される正回転クラッチ２５の背面車輪表面２５２に環状に形成された複数の正回転ラチェット歯２５１を有する正回転クラッチ２５、伝達シャフト２１ａに固定され、二方向駆動ギア２４（図１）によって正方向（Ｆ）に駆動されるに従って正回転クラッチ２５が正回転（Ｆ）したときに伝達シャフト２１ａを正回転させるための正回転クラッチ２５と摺動可能に係合したフロントギア２６であって、回転運動エネルギーにより一方向回転運動を出力するための出力シャフト２１ｂに固定された出力ギア２１ｃと係合したフロントギア２６と、伝達シャフト２１ａに関して回転可能に取り付けられ、逆回転クラッチ２７の前面車輪表面２７２に環状に形成された複数の逆回転ラチェット歯２７１を有する逆回転クラッチ２７であって、二方向駆動ギア２４が逆回転（Ｒ）すると、二方向駆動ギア２４によって駆動されるに従って逆回転クラッチ２７を逆回転（Ｒ）させるように、逆回転クラッチ２７上の逆回転ラチェット歯２７１が二方向駆動ギア２４の第２車輪表面２４４に形成された逆回転ラチェット歯２７３に係合するようにする逆回転クラッチ２７と、逆回転クラッチ２７と伝達シャフト２１ａに固定された背面ギア２９との間で係合する逆回転ギアセット２８であって、二方向駆動ギア２４が逆回転（Ｒ）すると、逆回転ギアセット２８によって係合可能に駆動されるに従って図９に示すように伝達シャフト２１ａが正方向に回転する（Ｆ）ようにし、それによって前面ギア２６と係合する出力ギア２１ｃを介してかつ出力シャフト２１ｂに固定された出力ギア２１ｃを有する出力シャフト２１ｂを介して回転運動エネルギーによる一方向回転運動を出力するための前面ギア２６を正方向に駆動（Ｆ）する逆回転ギアセット２８とを備える。伝達シャフト２１ａと出力シャフト２１ｂはそれぞれメインハウジング２０に回転可能に取り付けられている。

張力スプリング２５０は前面ギア２６と正回転クラッチ２５との間に設けられており、二方向駆動ギア２４によって逆方向に駆動されるに従い、図１に示すように正方向（Ｆ）用の二方向駆動ギア２４と正回転クラッチ２５を係合するために二方向駆動ギア２４に向けて正回転クラッチ２５を正常に引っ張る。

他の張力スプリング２７０は背面ギア２９と逆回転クラッチ２７との間に設けられており、二方向駆動ギア２４によって逆方向に駆動されるに従い、図９に示すように逆方向（Ｒ）用の二方向駆動ギア２４と逆回転クラッチ２７とを係合するために二方向駆動ギア２４に向けて逆回転クラッチ２７を正常に引っ張る。

逆回転ギアセット２８は、逆回転クラッチ２７と係合しかつ中間シャフト２３０に固定された第１ギア２８１と、第１ギア２８１の後部に位置しかつ中間シャフト２３０に固定された第２ギア２８２と、第２ギアと背面ギア２９との間に係合された第３ギア２８３とを備え、逆回転クラッチ２７の逆回転時（Ｒ）に、背面ギア２９と伝達シャフト２１ａは正方向に回転（Ｆ）するようにする。

中間ギア２３は、入力ギアと係合した小ギア２３１と、小ギア２３１と同軸に固定されかつ二方向駆動ギア２４と係合した大ギア２３２を備え、駆動ギア２４の回転速度を速めるため小ギア２３１は大ギア２３２よりも小さい。

出力ギア２１ｂは、往復入力運動エネルギーを一方向回転出力エネルギーに変換することにより正回転運動エネルギーを出力する任意の回転機械または装置と接続されてもよい。

特に図３に示されたように、二方向駆動ギア２４の第１車輪表面２４２に形成された各正回転ラチェット歯２４１は、歯の頭頂２４１ｒから第１車輪表面２４２に向かって左方向に傾いている少なくとも１つの歯勾配２４１ｓを備え、正回転方向Ｆから計測された第１車輪表面２４２となす鋭角２４１ａを定義し、各逆回転ラチェット歯２４３は、歯の頭頂２４３ｒから第２車輪表面２４４に向かって右方向に傾いている少なくとも１つの歯勾配２４３ｓを備え、逆回転方向Ｒから計測された第２車輪表面２４４となす鋭角２４３ａを定義する。

正回転クラッチ２５の背面車輪表面２５２に形成された各正回転ラチェット歯２５１は、歯の頭頂２５１ｒから背面車輪表面２５２に向かって右方向に傾いている少なくとも１つの歯勾配２５１ｓを備え、正回転方向Ｆから計測された背面車輪表面２５２となす鈍角２５１ａを定義し、これにより図１に示すように、二方向駆動ギア２４が正回転Ｆすると、二方向駆動ギア２４の正回転ラチェット歯２４１が正回転クラッチ２５の正転ラチェット歯２５１と係合し、正転クラッチ２５を正回転（Ｆ）させる。

逆回転クラッチ２７の正面車輪表面２７２に形成された各逆回転ラチェット歯２７１は、歯の頭頂２７１ｒから正面車輪表面２７２に向かって左方向に傾いている少なくとも１つの歯勾配２７１ｓを備え、逆回転方向Ｒから計測された正面車輪表面２７２となす鈍角２７１ａを定義し、これにより図９に示すように、二方向駆動ギア２４が逆回転Ｒすると、二方向駆動ギア２４の逆回転ラチェット歯２４３が逆回転クラッチ２７の逆回転歯２７１と係合し、逆回転クラッチ２７を逆回転（Ｒ）させる。

図４、５、６、７に示したように、正回転クラッチ２５は中心クラッチ穴２５４とクラッチ２５の外縁との間に突出キー２５３の各々が配置された一対の突出キー２５３を有しており、この２つの突出キー２５３はクラッチ２５の前面から正方向に突出しており、中心ギアに関して配置されかつ正面ギア２６の背面に形成された一対のエクステンション２６１に直径方向に後退する一対の摺動溝２６２と摺動可能に係合され、これにより、二方向駆動ギア２４が正回転Ｆすると、正回転クラッチ２５が二方向駆動ギア２４によって正方向に回転され、前面ギア２６を協調的に正回転（Ｆ）させる。これは、図８に示すように、２つの突出キー２５３が２つの摺動溝２６２に係合し、伝達シャフト２１ａを回転させ、それによって回転運動エネルギーを出力するための出力ギア２１ｃおよび出力シャフト２１ｂを回転させるからである。

二方向駆動ギア２４と逆回転クラッチ２７は伝達シャフト２１ａに関して各々回転可能に（完全に固定されず）取り付けられている。二方向駆動ギア２４が正回転（Ｆ）すると、二方向駆動ギア２４の背面車輪表面２４４に形成された逆回転ラチェット歯２４３は逆回転クラッチ２７の逆回転ラチェット歯２４１を斜め方向に押し出し、逆回転ラチェット歯２７１を逆回転ラチェット歯２４３から分離し（図１）、これにより二方向駆動ギア２４から逆回転クラッチ２７を分離する。このとき、逆回転クラッチ２７は伝達シャフト２１ａに関して完全に固定されることなく回転可能に取り付けられているため、逆回転クラッチ２７は正方向に駆動されることはない。

これは、二方向駆動ギア２４が正回転Ｆする間、逆回転クラッチ２７が正回転（Ｆ）にする二方向駆動ギア２４によって影響されることなく、正回転する伝達シャフト２１ａと衝突することもないことを意味する。

本願発明を動作させる際、図２に示すＤのようにスイングレバー１１が下方向に押下されると、中間作動ギア１４と係合したセクターギア１３が軸駆動ギア１５を駆動し正方向Ｆに回転する。入力シャフト２１と入力シャフト２１に固定された入力ギア２２は、正方向Ｆに駆動および回転されて中間ギア２３および中間ギア２３と係合する二方向駆動ギア２４を駆動し、図１に示すように正方向Ｆに回転する。二方向駆動ギア２４のラチェット歯２４１は正方向回転クラッチ２５のラチェット歯２４１と係合しているため、クラッチ２５は正方向Ｆに駆動するので、正面ギア２６と伝達シャフト２１ａは正方向Ｆに正回転し、これにより出力ギア２１ｃおよび出力シャフト２１ｂを介して回転運動エネルギーを出力する。

図２に示すようにスイングレバー１１を上方向Ｕに持ち上げると、中間作動ギア１４と係合しているセクターギア１３は、入力ギア２２だけでなく軸駆動ギア１５および入力シャフト２１を駆動し、逆回転方向Ｒに回転する。そして、中間ギア２３と係合している二方向駆動ギア２４は、今度は入力ギア２２と係合し、図９に示すように逆回転方向Ｒに回転するよう駆動される。二方向駆動ギア２４のラチェット歯２４３は、逆回転クラッチ２７のラチェット歯２７１と係合し、逆回転方向Ｒに逆回転クラッチ２７を回転させる。同時に、ラチェット歯２４１はラチェット歯２５１を斜めに押し出し、正回転クラッチ２５を二方向駆動ギア２４から分離する。逆回転ギアセット２８と係合した逆回転クラッチ２７は背面ギア２９を正方向Ｆに正回転させ、背面ギア２９が固定されている伝達シャフト２１ａを正回転方向Ｆに回転させる。

よって、入力ギア２２を正回転（Ｆ）させるためのレバー１１の下方動作（Ｄ）または入力ギア２２を逆回転（Ｒ）させるためのレバー１１の上方動作（Ｕ）にかかわらず、本願発明の二方向駆動ギア２４、正方向回転クラッチ２５、および逆回転クラッチ２７を含む機構２００は、伝達シャフト２１ａの正方向回転Ｆを常に保証し、回転運動エネルギーを連続的に出力する。

逆回転クラッチ２７が逆回転方向Ｒに回転されているとき（図９）、逆回転クラッチ２７と係合した逆回転ギアセット２８の第１ギア２８１は正回転し、第１ギア２８１の後ろの第２ギア２８２は同調的に正回転する。第２ギアと係合した第３ギア２８３は逆回転する。第３ギアと係合した背面ギア２９は、伝達シャフト２１ａを正回転（Ｆ）させるように正回転（Ｆ）される。

出力シャフト２１ｂと接続された任意の回転機械または運動エネルギー出力装置は本願発明に限定されない。往復式アクチュエータ１００は本願発明に往復運動を入力するための任意の往復式または揺動式のシステムまたは装置と接続されていてもよく、しかもこれらに限定されない。本願発明の図で示したように、各ラチェット歯２４１、２４３、２５１、２７１は２つの歯勾配２４１ｓ、２４３ｓ、２５１ｓ、２７１ｓを有していてもよい。各鋭角２４１ａ、２４３ａまたは各鈍角２５１ａ，２７１ａの角度は本願発明で限定されない。

本願発明は従来技術に比して以下の利点で優れている。
１．本願発明のギアセットまたはシステムは、大きな空間や体積を占有することなくコンパクトなユニットになるように配置または構築できる。
２．エネルギー入力および出力過程を検証すると、このシステムは非常に円滑に動作でき、摩擦損失を最小化しかつエネルギー出力効率を増大する。
３．システムの要素は複雑または冗長でなく、動作の簡便性を増大しかつメンテナンスの問題を減少させる。

本願発明は、本願発明の精神および範囲から逸脱することなく変更することができる。

Claims (5)

1. 往復式アクチュエータ１００と、前記往復式アクチュエータ１００と接続された方向変換およびエネルギー出力機構２００とを備える運動エネルギー変換システムであって、
   メインハウジング２０と、
   前記メインハウジング２０に回転可能に取り付けられた入力シャフト２１であって、往復式アクチュエータ１００からの入力往復運動を受け付けるため前記往復式アクチュエータ１００と接続されたシャフト端を有する入力シャフト２１と、
   前記入力シャフト２１に固定された入力ギア２２と、
   前記メインハウジング２０に回転可能に取り付けられた中間ギア２３と、
   伝達シャフト２１ａに関して回転可能に取り付けられかつ前記中間ギア２３に係合した二方向駆動ギア２４であって、前記二方向駆動ギア２４の第１（または正面）車輪表面２４２に環状に形成された複数の正回転ラチェット歯２４１を有し、かつ前記第１車輪表面２４２と反対の前記二方向駆動ギア２４の第２（または背面）車輪表面２４４に環状に形成された複数の逆回転ラチェット歯２４３を有する二方向駆動ギア２４と、
   前記伝達シャフト２１ａに関して摺動可能に保持された正回転クラッチ２５であって、前記二方向駆動ギア２４により正回転（Ｆ）または駆動される前記二方向駆動ギア２４の前記第１車輪表面２４２に形成された前記正回転ラチェット歯２４１と正常に係合される前記正回転クラッチ２５の背面車輪表面２５２に環状に形成された複数の正回転ラチェット歯２５１を有する正回転クラッチ２５と、
   前記伝達シャフト２１ａに固定されかつ前記二方向駆動ギア２４によって正方向に駆動（Ｆ）されるに従って前記正回転クラッチ２５が正回転（Ｆ）されるときに前記伝達シャフト２１ａを正回転させるための前記正回転クラッチ２５と摺動可能に係合した正面ギア２６であって、回転運動エネルギーによって一方向回転運動を出力するための出力シャフト２１ｂに固定された出力ギア２１ｃと係合した正面ギア２６と、
   前記伝達シャフト２１ａに関して回転可能に取り付けられた逆回転クラッチ２７であって、前記逆回転クラッチ２７の正面回転表面２７２に環状に形成された複数の逆回転ラチェット歯２７１を有し、前記二方向駆動ギア２４が逆回転（Ｒ）すると、前記二方向駆動ギア２４によって駆動されるに従って前記逆回転クラッチ２７を逆回転（Ｒ）させるように前記逆回転クラッチ２７の前記逆回転ラチェット歯２７１が前記二方向駆動ギア２４の前記第２車輪表面２４４に形成された前記逆回転ラチェット歯２４３と係合する逆回転クラッチ２７と、
   前記逆回転クラッチ２７と前記伝達シャフト２１ａに固定された背面ギア２９との間で係合した逆回転ギアセット２８であって、前記二方向駆動ギア２４が逆回転（Ｒ）すると、前記逆回転ギアセット２８によって係合可能に駆動されるに従って前記背面ギア２９と前記伝達シャフト２１ａとが正回転（Ｆ）され、前記正面ギア２６と係合した前記出力ギア２１ｃを介してかつ前記出力シャフト２１ｂに固定された前記出力ギア２１ｃを有する前記出力シャフト２１ｂを介して回転運動エネルギーにより一方向回転運動を出力するための前記正面ギア２６を正方向に駆動（Ｆ）し、前記伝達シャフト２１ａと前記出力シャフト２１ｂとは各々前記メインハウジング２０に回転可能に取り付けられている逆回転ギアセット２８と、を備える運動エネルギー変換システム。
2. 前記二方向駆動ギア２４の前記第１車輪表面２４２に形成された前記正回転ラチェット歯２４１の各々は、歯の頭頂２４１ｒから前記第１車輪表面２４２に向かって左方向に傾いている少なくとも１つの歯勾配２４１ｓを備え、前記正回転方向Ｆから計測された前記第１車輪表面２４２となす鋭角２４１ａを定義し、前記逆回転ラチェット歯２４３は、歯の頭頂２４３ｒから前記第２車輪表面２４４に向かって右方向に傾いている少なくとも１つの歯勾配２４３ｒを備え、前記逆回転方向Ｒから計測された前記第２車輪表面２４４となす鋭角２４３ａを定義する、請求項１に記載の運動エネルギー変換システム。
3. 前記正回転クラッチ２５の前記背面車輪表面２５２に形成された前記正回転ラチェット歯２５１の各々は、歯の頭頂２５１ｒから前記背面車輪表面２５２に向かって右方向に傾いている少なくとも１つの歯勾配２５１ｓを備え、前記正回転方向Ｆから計測された前記背面車輪表面２５２となす鈍角２５１ａを定義し、前記二方向駆動ギア２４が正回転Ｆすると、前記二方向駆動ギア２４の前記正回転ラチェット歯２４１が前記正回転クラッチ２５の前記正転ラチェット歯２５１と係合し、前記正転クラッチ２５を正回転（Ｆ）させる、請求項１に記載の運動エネルギー変換システム。
4. 前記逆回転クラッチ２７の前記正面車輪表面２７２に形成された前記逆回転ラチェット歯２７１の各々は、歯の頭頂２７１ｒから前記正面車輪表面２７２に向かって左方向に傾いている少なくとも１つの歯勾配２７１ｓを備え、前記逆回転方向Ｒから計測された前記正面車輪表面２７２となす鈍角２７１ａを定義し、前記二方向駆動ギア２４が逆回転Ｒすると、前記二方向駆動ギア２４の前記逆回転ラチェット歯２４３が前記逆回転クラッチ２７の前記逆回転ラチェット歯２７１と係合し、前記逆回転クラッチ２７を逆回転（Ｒ）させる、請求項１に記載の運動エネルギー変換システム。
5. 前記正回転クラッチ２５は前記クラッチ２５に直径方向に形成された一対の突出キー２５３を備え、前記突出キー２５３の各々は中心クラッチ穴２５４と前記クラッチ２５の外縁との間に配置されており、２つの前記突出キー２５３は前記クラッチ２５の前面から正方向に突出しており、中心ギア穴２６０に関して配置されかつ前記正面ギア２６の背面に形成された一対のエクステンション２６１に直径方向に後退する一対の摺動溝２６２と摺動可能に係合される、請求項１に記載の運動エネルギー変換システム。