JPWO2008142855A1 - 回転駆動力伝達装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータ等に対する負荷を軽減し、消費電力等入力に要するエネルギーを減少させ、出力効率を向上させ得る回転駆動力伝達装置を提供する。【解決手段】入力部と出力部とを有し、出力部における入力部の入力を受ける手段が、出力部の出力軸の軸支手段に固定された静止ギアに噛合する内側出力ギアと、内側出力ギアに噛合するフリーギアと、フリーギアに噛合する外側出力ギアとが直線状に噛合し合って構成されるギア列であり、ギア列は、入力部からの入力を受けて一体となって静止ギアに沿って公転することによって出力軸を回転駆動し、ギア列を構成する各ギアの歯数は、ギア列が静止ギアに沿って公転する際に、フリーギアが自転しないように設定される。【選択図】図1
Description
本発明は回転駆動力伝達装置、より詳細には、車両、自転車、発電機、内燃機関、古紙裁断機(シュレッダー)、各種工作機械、その他の回転駆動力が必要となる機械器具にモータ等の回転駆動源からの回転駆動力を伝達するに当り、上記機械器具と回転駆動源との間に介在させ、あるいは、上記機械器具に組み込んで用いる回転駆動力伝達装置に関するものである。
従来上記発電機等の回転駆動力が必要となる機械器具においては、単に回転速度を変換するに過ぎない変速装置を介在させることはあっても、回転駆動力の伝達をしつつ、入力のための消費電力を減少させ得る伝達装置を介在させることは考えられていない。それは、かかる回転駆動源と回転機械器具との間に何らかの伝達装置を介在させると、機械損失が大きくなり、却って消費電力の増大を招くと考えられているからである。
このような一般的な考え方に反し、本発明者らは、回転駆動力の伝達をしつつ、入力のための消費電力を減少させ得る伝達装置の研究を進め、種々の回転駆動力伝達装置を提案してきたが、それらは未だ、業界の要請に十分に応え得るに至ってはいない。
上述したように従来の発電機等の回転駆動力が必要となる機器においては、機械損失が大きく、消費電力を増大させる結果となってしまうような伝達装置を介することなく直接モータ等で駆動しており、モータ等に対する負荷の軽減、出力効率の向上といったことは余り考えられていなかった。そこで本発明は、上記モータ等に対する負荷を軽減し、消費電力等入力に要するエネルギーを減少させ、出力効率を向上させ得る回転駆動力伝達装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するための請求項1に記載の発明は、入力部と出力部とを有し、前記出力部における前記入力部の入力を受ける手段が、前記出力部の出力軸の軸支手段に固定された静止ギアに噛合する内側出力ギアと、前記内側出力ギアに噛合するフリーギアと、前記フリーギアに噛合する外側出力ギアとが直線状に噛合し合って構成されるギア列であり、前記ギア列は、前記入力部からの入力を受けて一体となって前記静止ギアに沿って公転することによって前記出力軸を回転駆動し、前記ギア列を構成する各ギアの歯数は、前記ギア列が前記静止ギアに沿って公転する際に、前記フリーギアが自転しないように設定されることを特徴とする回転駆動力伝達装置である。
好ましくは、前記フリーギアは、前記内側出力ギア並びに前記外側出力ギアよりも大径とし、前記内側出力ギアと前記外側出力ギアは同径とする。
上記課題を解決するための請求項4に記載の発明は、入力手段と入力ギアを備えた入力軸と、出力手段と出力ギアを備えた出力軸とを同一軸心にて軸支させ、一端部同士を連結板で連結した一対の回転アームを設け、その一方の第1回転アームを前記入力軸にて軸支させると共にその他方の第2回転アームを前記出力軸にて軸支させ、前記第2回転アームにおいて前記入力ギアを内接噛合させる入力内ギアを軸支させ、一端に前記入力内ギアに内接噛合する第1中間ギアを備え、他端に前記第1回転アームに軸支された中間内ギアに内接噛合する第2中間ギアを備えた回転ギア軸を前記第1回転アームにおいて軸支させ、前記中間内ギアによって駆動される第3中間ギアの連結ギア軸を、前記第1回転アームと第2回転アームとで軸支させ、前記連結ギア軸の端部に備え付けた外側出力ギアの回転を、前記第2回転アームによって軸支されるフリーギアを介し、前記出力軸の軸支手段に固定された静止ギアに噛合する内側出力ギアに伝達させ、前記内側出力ギアの回転ギア軸を前記出力軸に軸支された支持アームによって軸支させ、前記回転ギア軸に、前記出力軸に固定された出力内ギアに内接噛合する第4中間ギアを取り付けて成り、前記入力手段からの入力が前記出力軸に伝達されて、そこから出力可能であり、前記内側出力ギアと前記フリーギアと前記外側出力ギアの各ギアの歯数が、それら3つのギアが直線状に噛合し合って構成されるギア列が前記静止ギアに沿って公転する際に、前記フリーギアが自転しないように設定されることを特徴とする回転駆動力伝達装置である。
上記課題を解決するための請求項5に記載の発明は、入力手段と入力プーリを備えた入力軸と、出力手段と出力ギアを備えた出力軸とを同一軸心にて軸支させ、一端部同士を連結板で連結した一対の回転アームを設け、その一方である第1回転アームを前記入力軸にて軸支させると共にその他方である第2回転アームを前記出力軸にて軸支させ、前記入力プーリからの入力を受ける複合プーリを前記第1回転アームと前記第2回転アームとに渡された固定ギア軸によって軸支させ、前記複合プーリの自転によって回転駆動されるプーリを前記第1回転アームと前記第2回転アームとに渡された連結ギア軸によって軸支させ、前記固定ギア軸の端部において軸支されるフリーギアと前記連結ギア軸の端部に固定される外側出力ギアとを噛合させ、一体となって回転する前記プーリ、前記連結ギア軸及び前記外側出力ギアの回転を、前記フリーギアを介し、前記出力軸の軸支手段に固定された静止ギアに噛合する複合末端ギアのうちの第1内側出力ギアに伝達させ、前記複合末端ギアを軸支する回転ギア軸の端部を前記出力軸に軸支された支持アームに固定し、前記複合末端ギアのうちの第2内側出力ギアを、前記出力軸に固定された出力内ギアに内接噛合させて成り、前記入力手段からの入力が前記出力軸に伝達されて、そこから出力可能であり、前記第1内側出力ギアと前記フリーギアと前記外側出力ギアの各ギアの歯数は、それら3つのギアから成るギア列が前記静止ギアに沿って公転する際に、前記フリーギアが自転しないように設定されることを特徴とする回転駆動力伝達装置である。
上記課題を解決するための請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の装置を複数、前段の前記装置の出力軸を次段の前記装置の入力軸とすることによって連ねて成る多連の回転駆動力伝達装置である。
本発明に係る回転駆動力伝達装置では、回転駆動力伝達過程に本装置を介在させることにより、回転駆動力を実質的に増大させて、消費電力を減少させることができ、出力効率を向上させることが可能であって省エネルギーに寄与でき、車両、発電機、工作機械その他種々の回転駆動力を必要とする機器に利用し得る効果がある。
本発明の実施の形態を添付図面に依拠して説明する。先ず、図1乃至図3に記載の実施形態について説明するに、図中1はベースで、その両端部に軸支壁2、3が立設される。軸支壁2の上端部には一対の軸受を内挿した軸受筒4が設置され、そこにおいて入力軸5が軸支される。入力軸5の軸受筒4よりも外側又は内側(図示した例では外側)に、モータ等の動力装置から入力を受けるスプロケット、ギア、プーリ等の入力手段6(図示した例ではプーリ)が固定され、入力軸5の内端側に、第1アーム7が回転自在に取り付けられる。
第1アーム7は、その重心位置に入力軸5を挿通する軸受部8を有し、また、第1アーム7の一端にバランスウエイト9が設置される。また、第1アーム7のバランスウエイト9設置側と反対の側の中間部と端部の2箇所には、2つの軸受部10、11が設置され、これら軸受部10、11間に固定ギア軸12を固定するための軸固定部13が形成される。
軸受部8を経て更に内方向に延出する入力軸5の先端部には、入力ギア15が固定される。従って、入力ギア15は、入力手段6及び入力軸5と一体となって、軸受筒4に支持されて回転する。この入力軸5の回転が、直接第1アーム7を回転駆動する訳ではない。
軸支壁3もその上端部に、軸支壁2の軸受筒4と同様の軸受筒17を備え、そこにおいて出力軸18を軸支する。入力軸5と出力軸18は、軸心が一致するように配置される。出力軸18の内端部には、第1アーム7に対応する第2アーム19が、回転自在に取り付けられる。
第2アーム19は、その重心位置に出力軸18の内端部に軸支される軸受部20を有し、また、第2アーム19の一端に、バランスウエイト9に対応するバランスウエイト21が設置され、バランスウエイト21は、連結板14を介して第1アーム7のバランスウエイト9に連結される。従って、第1アーム7と第2アーム19は、それぞれ入力軸5、出力軸18を軸に、一体になって同一方向に回転することになる。
第2アーム19は、そのバランスウエイト21設置側と反対の側の端部に軸受部22を有し、また、中心の軸受部20寄りに、2つの軸固定部23、24を有する。軸受部22は、それと第1アーム7の端部の軸受部11とで以て、両軸受部11、22間に渡される連結ギア軸25を軸支する。
入力軸5の内端部の入力ギア15は、入力内ギア27に内接噛合する。この入力内ギア27と一体となってこれを支持する支持ホイール28は、第2アーム19の軸固定部24に設置された固定ギア軸29に、回転自在に取り付けられる。また、入力内ギア27に、第1中間ギア30が内接噛合する。第1中間ギア30の複合ギア軸31は、第1アーム7の軸受部10において軸支される。複合ギア軸31の第1中間ギア30設置側と反対側の端部には、第1中間ギア30よりも少し大径の第2中間ギア32が固定され、第1中間ギア30と第2中間ギア32は、一体となって回転する。ここにおいて第2中間ギア32を第1中間ギア30よりも大径とするのは、回転力が第2中間ギア32からそれが内接噛合する中間内ギア33へ伝達される際に、回転速度を早めるためである。
中間内ギア33と一体となってこれを支持する支持ホイール34は、第1アーム7の軸固定部13に設置された固定ギア軸12に軸支される。また、中間内ギア33には、連結ギア軸25の第1アーム7側端部に固定された、第2中間ギア32と同径の第3中間ギア35が内接噛合する。連結ギア軸25の他端には、第3中間ギア35よりも少し大径の外側出力ギア36が固定される。従って、第3中間ギア35と外側出力ギア36は、連結ギア軸25を介して、同時に同一方向に回転することになる。
外側出力ギア36は、第2アーム19の軸固定部23に設置された固定ギア軸39に軸支されたフリーギア38に噛合する。フリーギア38は、複合ギア軸41に軸支された内側出力ギア40に噛合する。内側出力ギア40は、軸支壁3の軸受筒17に固定された静止ギア42に噛合する。複合ギア軸41は、出力軸18に回転自在に取り付けられた支持アーム43、並びに、第2アーム19と一体に形成された支持フレーム44において軸支される。
回転ギア軸41の内端部には、第4中間ギア45が固定され、第4中間ギア45は出力内ギア46に内接噛合する。出力内ギア46と一体となってこれを支持する支持ホイール47は、出力軸18に設置される。従って、出力内ギア46の回転が、そのまま出力軸18に伝達されて出力されることになる。
本発明においては、内側出力ギア40とフリーギア38と外側出力ギア36の各ギアの歯数が、それら3つのギアが直線状に噛合し合って構成されるギア列が静止ギア42に沿って公転する際に、フリーギア38が自転しないように設定されることが重要となる。一例として、内側出力ギア40と外側出力ギア36の歯数が18とされ、フリーギア38の歯数が26とされる。なお、本発明においてフリーギア38が自転しないとは、その公転中に上下が全く変わらないという意味であり(観覧車の動きと同じと理解されたい)、他のギアについての自転は、一般的意味においての自転を意味する。
上記構成における回転駆動力の伝達経路について説明する。先ず入力手段6にモータ等の回転駆動力が入力されると、入力軸5を介して入力ギア15が入力手段6と一体に回転し、これに噛合している入力内ギア27を回転駆動する。これにより入力内ギア27は、固定ギア軸29を軸にして自転し、それに内接噛合している第1中間ギア30を回転駆動する。第1中間ギア30は入力ギア15と同径であるため、両ギア30、15の回転数は等しい。
この第1中間ギア30の自転動作は、複合ギア軸31を介して一体化されている第2中間ギア32にそのまま伝達される。そして、この第2中間ギア32の自転動作は、それが内接噛合している中間内ギア33を回転させるよう作用し、これにより中間内ギア33は、固定ギア軸12を軸に自転する。この中間内ギア33の自転動作により、これに内接噛合している第3中間ギア35が回転駆動される。
第3中間ギア35の自転動作は、連結ギア軸25を介してそのまま外側出力ギア36に伝達され、次いで外側出力ギア36からそれに噛合するフリーギア38に伝達される。フリーギア38は、それに噛合している内側出力ギア40を回転駆動しようとし、また、内側出力ギア40はそれに噛合している静止ギア42を回転駆動しようとする。
しかし、静止ギア42は軸受筒17に固定されていて回転することができないので、内側出力ギア40は、その位置において自転することができない。しかし、内側出力ギア40には、フリーギア38を介し、外側出力ギア36からの回転駆動力の入力伝達が継続するので、静止ギア42に対する作用が継続し、内側出力ギア40は静止ギア42から反作用を受け続ける。その結果、内側出力ギア40は、静止ギア42に噛合しつつその周面を回る、即ち、自転しつつ静止ギア42に沿って出力軸18を軸に公転することになる。
その際、外側出力ギア36、フリーギア38及び内側出力ギア40の各ギア軸は一直線上にあり、且つ、内側出力ギア40とフリーギア38と外側出力ギア36の各ギアの歯数が、それら3つのギアが直線状に噛合し合って構成されるギア列が静止ギア42に沿って公転する際に、フリーギア38が自転しないように設定される。従って、これらのギア列は、静止ギア42(出力軸18)の歯面に沿って回転する1本のアームと考えることができる。
上記内側出力ギア40の自転動作は、複合ギア軸41を介してそのまま第4中間ギア45に伝達され、また、第4中間ギア45は、内側出力ギア40と一体となって、自転しつつ出力軸18を軸に公転することになる。この第4中間ギア45の公転軌道は、それが内接噛合している出力軸18をギア軸とする出力内ギア46の内周に沿ったものとなり、この第4中間ギア45の自転・公転動作に伴い、出力内ギア46が回転駆動される。出力内ギア46の回転は、それと一体となった出力軸18から出力される。
上記内側出力ギア40の公転動作は、その複合ギア軸41を軸支している支持フレーム44から、支持フレーム44に一体に取り付けられている支持アーム43、第2アーム19、並びに、連結板14を介して第2アーム19に連結されている第1アーム7に伝達される。その結果、第1アーム7と第2アーム19が、それぞれ入力軸5、出力軸18を軸に回転するので、入力軸5又は出力軸18に直接軸支され又は固定されている第1アーム7、第2アーム19、入力ギア15、出力内ギア46、支持アーム43以外の各回転要素は、それぞれ入力軸5、出力軸18を軸に公転しつつ、上記それぞれの自転動作をすることになる。
上記回転駆動力の伝達過程において、内側出力ギア40の自転及び公転に伴い、外側出力ギア36とフリーギア38と内側出力ギア40のギア列が、1本のアームの如きになって、静止ギア42を中心に回転(公転)する。その際フリーギア38は、外側出力ギア36と内側出力ギア40と共に公転すること、並びに、これら出力ギア36、40との歯数比との関係で、それぞれ自転する出力ギア36、40間にあって、自転することなく公転する(上述したように観覧車と同じ動きとなる)。
フリーギア38がこのような動きをすることにより、倍加された回転駆動力を伝達することが可能となる。これは、外側出力ギア36、フリーギア38、内側出力ギア40及び静止ギア42の間にてこの原理が働くことによる。即ち、外側出力ギア36とフリーギア38の接点が力点、フリーギア38と内側出力ギア40との接点が作用点、内側出力ギア40と静止ギア42の接点が支点となると考えられるため、力点にかかる力よりも作用点にかかる力の方が増大することになる。このてこの原理は、フリーギア38が少しでも自転すると、働かないことになる。このてこの原理に基づく出力効率を向上させるために、フリーギア38は、内外出力ギア36、40よりも大径にされる。
図4は、上記第1の実施形態におけるギア組みの一部(入力部)をベルト伝達方式に代えた第2の実施形態を示すものである。図4において図1乃至図3と同一符号を付した部分は、第1の実施形態におけると同様の構成を指しているので、詳細な説明は省略する。
第2の実施形態においては、入力軸5の内端部に入力プーリ50が設置され、入力プーリ50に掛け回されたベルト51は、大小のプーリを一体化した複合プーリ52の小径プーリ53に掛け回される。この第2の実施形態における固定ギア軸39は、第2アーム19を貫いて第1アーム7まで延ばされてそこに固定され、複合プーリ52は、固定ギア軸39の第1アーム7と第2アーム19との間の部分に取り付けられて軸支される。
複合プーリ52の大径プーリ54に掛け回されたベルト55は、連結ギア軸25に設置されたプーリ56に掛け回される。かくして、入力軸5を介して入力された回転駆動力は、ベルト51を介して入力プーリ50から小径プーリ53へ伝達され、次いで、ベルト55を介して大径プーリ54からプーリ56へ伝達され、以てプーリ56が固定されている連結ギア軸25が回転駆動される。
以後の外側出力ギア36からフリーギア38、内側出力ギア(第1内側出力ギア)40、第4中間ギア(第2内側出力ギア)45を経て出力内ギア46への回転動作の伝達、そして、出力内ギア46からの出力は、第1の実施形態の場合と同じである。
本発明に係る装置の有効性を確認するために、図5に示すような実験を行った。即ち、48Vのバッテリー60を電源として直流モータ61を駆動し、その出力で発電機62を駆動し、発電機62の出力を以てバッテリー60を充電するにあたり、本発明に係る装置64を直流モータ61と発電機62との間に介在させ、その有効性を確認するものである。
但し、直流モータ61は、発電機62を駆動するのに不十分な出力しか得られないものを用意する。即ち、上記系統において本発明に係る装置64を介在させないでスイッチ65をオンにした場合、直流モータ61はオーバーヒート状態となる。
上記実験において、モータスイッチ65をオンにしてバッテリー60を電源として直流モータ61を駆動し、本発明に係る装置64を介して発電機62を始動させた。そして、しばらく連続運転させてみたが、直流モータ61はオーバーヒートすることなく、安定して動作し、発電機62の出力によってバッテリー60も常に充電されることが確認できた。その時の、発電機62の出力は50V、22Aを維持し、直流モータ61への入力値は48V、12Aであった。
次いで、モータスイッチ65をオフにして、バッテリー60から直流モータ61への入力を停止して観察したところ、本装置64は変わりなく回転し続けて停止する予兆は見られなかった。そして、その際の発電機62の出力側の電圧値は50Vで電流値は45Aであり、引き続きバッテリー60が充電され続けた。
このように、通常では発電機62を駆動するのに不十分な出力しか得られない直流モータ61の出力である回転駆動力を入力とし、本発明に係る装置64を作動させて、その出力を発電機62の駆動源としたときに、直流モータ61、発電機62の両者を安定動作させることに成功したことから、本発明に係る装置64によって直流モータ61の出力である回転駆動力が確実に増大されていることが明らかとなり、本発明の有効性を十分に確認することができた。
この発明をある程度詳細にその最も好ましい実施形態について説明してきたが、この発明の精神と範囲に反することなしに広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は添付請求の範囲において限定した以外はその特定の実施形態に制約されるものではない。
Claims (6)
- 入力部と出力部とを有し、前記出力部における前記入力部の入力を受ける手段が、前記出力部の出力軸の軸支手段に固定された静止ギアに噛合する内側出力ギアと、前記内側出力ギアに噛合するフリーギアと、前記フリーギアに噛合する外側出力ギアとが直線状に噛合し合って構成されるギア列であり、前記ギア列は、前記入力部からの入力を受けて一体となって前記静止ギアに沿って公転することによって前記出力軸を回転駆動し、前記ギア列を構成する各ギアの歯数は、前記ギア列が前記静止ギアに沿って公転する際に、前記フリーギアが自転しないように設定されることを特徴とする回転駆動力伝達装置。
- 前記フリーギアは、前記内側出力ギア並びに前記外側出力ギアよりも大径である、請求項1に記載の回転駆動力伝達装置。
- 前記内側出力ギアと前記外側出力ギアは同径である、請求項2に記載の回転駆動力伝達装置。
- 入力手段と入力ギアを備えた入力軸と、出力手段と出力ギアを備えた出力軸とを同一軸心にて軸支させ、一端部同士を連結板で連結した一対の回転アームを設け、その一方の第1回転アームを前記入力軸にて軸支させると共にその他方の第2回転アームを前記出力軸にて軸支させ、前記第2回転アームにおいて前記入力ギアを内接噛合させる入力内ギアを軸支させ、一端に前記入力内ギアに内接噛合する第1中間ギアを備え、他端に前記第1回転アームに軸支された中間内ギアに内接噛合する第2中間ギアを備えた回転ギア軸を前記第1回転アームにおいて軸支させ、前記中間内ギアによって駆動される第3中間ギアの連結ギア軸を、前記第1回転アームと第2回転アームとで軸支させ、前記連結ギア軸の端部に備え付けた外側出力ギアの回転を、前記第2回転アームによって軸支されるフリーギアを介し、前記出力軸の軸支手段に固定された静止ギアに噛合する内側出力ギアに伝達させ、前記内側出力ギアの回転ギア軸を前記出力軸に軸支された支持アームによって軸支させ、前記回転ギア軸に、前記出力軸に固定された出力内ギアに内接噛合する第4中間ギアを取り付けて成り、前記入力手段からの入力が前記出力軸に伝達されて、そこから出力可能であり、前記内側出力ギアと前記フリーギアと前記外側出力ギアの各ギアの歯数が、それら3つのギアが直線状に噛合し合って構成されるギア列が前記静止ギアに沿って公転する際に、前記フリーギアが自転しないように設定されることを特徴とする回転駆動力伝達装置。
- 入力手段と入力プーリを備えた入力軸と、出力手段と出力ギアを備えた出力軸とを同一軸心にて軸支させ、一端部同士を連結板で連結した一対の回転アームを設け、その一方である第1回転アームを前記入力軸にて軸支させると共にその他方である第2回転アームを前記出力軸にて軸支させ、前記入力プーリからの入力を受ける複合プーリを前記第1回転アームと前記第2回転アームとに渡された固定ギア軸によって軸支させ、前記複合プーリの自転によって回転駆動されるプーリを前記第1回転アームと前記第2回転アームとに渡された連結ギア軸によって軸支させ、前記固定ギア軸の端部において軸支されるフリーギアと前記連結ギア軸の端部に固定される外側出力ギアとを噛合させ、一体となって回転する前記プーリ、前記連結ギア軸及び前記外側出力ギアの回転を、前記フリーギアを介し、前記出力軸の軸支手段に固定された静止ギアに噛合する複合末端ギアのうちの第1内側出力ギアに伝達させ、前記複合末端ギアを軸支する回転ギア軸の端部を前記出力軸に軸支された支持アームに固定し、前記複合末端ギアのうちの第2内側出力ギアを、前記出力軸に固定された出力内ギアに内接噛合させて成り、前記入力手段からの入力が前記出力軸に伝達されて、そこから出力可能であり、前記第1内側出力ギアと前記フリーギアと前記外側出力ギアの各ギアの歯数は、それら3つのギアから成るギア列が前記静止ギアに沿って公転する際に、前記フリーギアが自転しないように設定されることを特徴とする回転駆動力伝達装置。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の装置を複数、前段の前記装置の出力軸を次段の前記装置の入力軸とすることによって連ねて成る多連の回転駆動力伝達装置。
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