JP2005214274A - 歯車式無段変減速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 入出力比が１：１から所望の減速比に至るまでで無段階に可変減速を調整設定でき、低速側での出力トルクの低下減衰させず動力伝達を確実にする。
【解決手段】 駆動力によって回転する入力軸６Ｂに嵌合配装し、外方に至るに伴ない次第に肉薄となることで外方に向けて傾斜した側面周縁に歯面部６Ａを形成した入力内歯車６と、入力内歯車６の外周側にスライド回転自在に嵌装し、外方に至るに伴ない次第に肉厚となることで内方に向けて傾斜した歯面部７Ａが配列形成されて成る出力外歯車７と、入力軸６Ｂに対しての偏心量を変更調整できるようにした偏心手段３０を介して、歯部５Ａが入力内歯車６の歯面部６Ａと出力外歯車７の歯面部７Ａとに跨って噛合配置する中間歯車５とから成る変速手段２０を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば車椅子や電動自転車等に使用されるモータの動力を、入出力比が１：１から予め設定されている所望の減速比に至るまでの間で無段階な可変減速の調整を容易にし、また、減速域内での動力伝達を確実にして従動伝達させるようにし、更には小型自動車は勿論のこと、バス・トラック等の大型自動車用の自動変速装置（オートマチック・トランスミッション）等にも応用できるようにした歯車式無段変減速装置に関するものである。
に関する。

従来、この種の可変減速装置としては、例えば特許文献１、特許文献２等がある。前者は、外周面がラチェット歯となっているラチェット歯車盤を備えた入力側のラチェット外歯車と、入力軸の回転に伴ない偏心しながら揺動されるラチェット外歯車の周面が描く外周軌跡上で、ラチェット外歯車の偏心量に伴ないラチェット外歯車に切離自在に噛み合うラチェット歯が形成されていて、内方へ弾発付勢されている揺動自在な複数の出力爪を備えた出力側の出力内歯車と、この出力内歯車が固着されている出力軸とから構成されている。

また、後者は、入力軸と、出力軸を有する出力軸機構と、出力軸機構の複数の出力歯車盤を偏心回転させる自由歯車手段の仮想噛合円径を縮小あるいは拡大させるよう入力軸に対する径方向で進退させる変速調整機構とから構成され、そして、複数の出力歯車盤側面にラジアル方向で凹設した位置決め溝と出力歯車盤相互間に介装させるジョイント盤側面に開穿した収納円孔とに収納される連繋ボールを介して位置合せし、出力歯車盤を互いに入力軸の径方向でスライド可能に連繋結合させて構成してある。
特開平１−２８８６５３号公報 特開平４−１５３４０号公報

こうした従来の可変減速装置によると、前者のラチェット歯車盤を備えた入力側のラチェット外歯車による構成、あるいは後者の出力軸機構の複数の出力歯車盤を偏心回転させる自由歯車手段の仮想噛合円径を縮小あるいは拡大させるよう入力軸に対する径方向で進退させる変速調整機構においては、歯車同士の接触摩擦による金属音の発生を防止し、負荷に対する耐荷重性を安全確実にさせ、予め設定された減速比に至るまで非動力伝達時での零の状態から無段階に減速比を調整設定できる。それにも拘らず、両者共に低速回転側では速度の微調整が困難であり、しかも低速側での出力トルクが低下し回転伝達が確実に行なわれなくなることもあり、さらに、出力軸機構の複数の出力歯車盤を偏心回転させる自由歯車手段を使用するために小型化、薄型化、軽量化等が困難である等、今後の残された課題であった。

そこで、本発明は、叙上のような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、入出力比が１：１から予め設定されている所望の減速比に至るまでの間で無段階に可変減速を調整設定でき、特に低速回転域での速度の微調整を容易且つ確実に行なわせ、低速側での出力トルクの低下減衰を防止しながらその動力伝達を確実にして従動伝達させるようにすることができる小型化、薄型化、軽量化に富む歯車式無段変減速装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明にあっては、駆動力によって回転される入力軸６Ｂに嵌合配装され、外方に至るに伴ない次第に肉薄となることで外方に向けられて傾斜した歯面部６Ａを配列形成して成る入力内歯車６と、入力内歯車６の外周側にスライド回転自在に嵌装され、外方に至るに伴ない次第に肉厚となることで内方に向けられて傾斜した歯面部７Ａが配列形成されて成る出力外歯車７と、入力軸６Ｂに対しての偏心量が変更調整されるようにした偏心手段３０を介して、歯部５Ａが入力内歯車６の歯面部６Ａと出力外歯車７の歯面部７Ａとに跨って噛合配置される中間歯車５とから成る変速手段２０を備えたものである。
出力外歯車７は、差動用中心歯車９Ａ、差動歯車９Ｂそれぞれを備えた差動機構部４０を介して、出力軸１０Ｂを有する出力歯車１０に連繋されているものとできる。
偏心手段３０は、ハウジングケース１Ａの左右両側面において斜行状に延びた上下一対のスライドガイド用溝部１Ｄに、左右側面の四隅から外方へ延設した係合突起３Ａを係合させた中央に開口部３Ｃを有するスライド基板３と、スライド基板３の上側にジョイント部２Ａを介して回動自在に連繋されてハウジングケース１Ａに対して揺動可能とした操作レバー２と、スライド基板３の開口部３Ｃ周囲の四隅に形成した円形状の窪みに嵌入させた発条体（３Ｂ）を圧縮するようにして当接配置させ、スライド基板３前面に対して発条体（３Ｂ）の付勢力でもって若干のクリアランスを付与した状態にネジ止め固定された中央に開口部４Ｂを有する基板４とを備え、基板４の開口部４Ｂ内周にスラスト玉軸受４Ａを介して前記中間歯車５が取り付けられて成るものとできる。
入力内歯車６、出力外歯車７は、ラチェット状の山形溝をピッチ間隔よりも小さい幅でずらしながら形成することで、底面に細かいギザギザがある、ないしは平坦面となるようにした溝部６Ｑ，７Ｑを放射状に配列して形成すると共に、同一ピッチで且つ入力内歯車６、出力外歯車７とで互いに逆向きのラチェット形状を呈するようラチェット溝を並列させて成る歯面部６Ａ，７Ａを入力内歯車６、出力外歯車７の放射状の溝部６Ｑ，７Ｑ相互間に形成したものとできる。
入力内歯車６、出力外歯車７は、それぞれ反対方向に傾斜した歯面部６Ａ、７Ａに対し等間隔で放射状に配列形成された円弧状溝部５１と、この円弧状溝部５１内で歯面部６Ａ、７Ａの円周方向に沿って揺動自在となるように保持された断面略三日月状で円弧状底面５２Ａを有する自由歯５２とを備えて成るものとできる。
入力内歯車６、出力外歯車７は、山形状の溝をピッチ間隔よりも小さい幅でずらしながら形成することで、底面に細かいギザギザがある、ないしは平坦面となるようにした略台形状の窪み部６１を放射状に配列形成し、この窪み部６１による分割領域を三条の溝によって形成した二列の稜線状の歯山６２と、この歯山６２に平行するよう適数対条の溝によって形成した適数列の稜線状の歯山６３とを配列することで歯面部６Ａ，７Ａそれぞれが形成されるものとできる。

以上のように構成された本発明に係る歯車式無段変減速装置にあって、変速手段２０は、所定の駆動力が入力軸６Ｂに入力されて入力内歯車６が回転すると、該駆動力は、偏心手段３０によって偏心移動される中間歯車５を介して出力外歯車７に伝達することで出力外歯車７自体を変速回転させる。このとき、偏心手段３０における操作レバー２の移動操作により、変速手段２０における入力内歯車６、出力外歯車７それぞれの傾斜状に形成されている歯面部６Ａと歯面部７Ａとに対して中間歯車５の歯部５Ａを圧接させながら、中間歯車５の回転中心軸と、入力軸６Ｂ（出力軸１０Ｂ）とが最大限のズレ状態となった互いに最大減速比の状態と、入力内歯車６と出力外歯車７との入出力比が１：１となる等速状態との間で無段階的に移行させる。こうして中間歯車５の回転中心の入力軸６Ｂに対する径方向の移動距離に対応して、入力内歯車６、出力外歯車７それぞれの回転比を設定させる。
このとき、内外に配置されることでそれぞれが回転する入力内歯車６の歯面部６Ａ、出力外歯車７の歯面部７Ａに対して、平行移動する中間歯車５の歯部５Ａは、平行的に配置形成の歯面部６Ａ，７Ａに歯部５Ａにおける径方向のいずれかの部位が常時噛み合い状態となり、入力内歯車６の回転は、中間歯車５の平行移動的なスライドによっても出力外歯車７を回転させる。
そして、この出力外歯車７の回転力は、差動用中心歯車９Ａ、差動歯車９Ｂそれぞれを備えた差動機構部４０を介して出力歯車１０に伝達され、出力軸１０Ｂから出力側へ出力される。
また、スライド基板３と基板４との間に若干のクリアランスを付与した状態で介在させた発条体（３Ｂ）は、基板４の開口部４Ｂ内周にスラスト玉軸受４Ａを介して取り付けられた中間歯車５の歯部５Ａを発条体（３Ｂ）の付勢力によって入力内歯車６、出力外歯車７それぞれの傾斜状に形成されている歯面部６Ａと歯面部７Ａとに対して略均等に圧接さる。
すなわち、中間歯車５の一方の歯部５Ａが入力内歯車６の歯面部６Ａに噛み合い、中央の入力軸６Ｂに対して反対側位置にある他方の歯部５Ａが出力外歯車７の歯面部７Ａに噛み合って回転を伝達させる。また、この際に生じた噛合ズレは、最初に形成した放射状の溝部６Ｑ，７Ｑで逃げてズレた後にいずれかのラチェット溝状の歯面部６Ａ，７Ａに噛み合わせられる。
円弧状底面５２Ａを有する自由歯５２は、入力内歯車６、出力外歯車７のそれぞれ反対方向に傾斜した歯面部６Ａ、７Ａに対し等間隔で放射状に配列形成された円弧状溝部５１内で歯面部６Ａ、７Ａの円周方向に沿って揺動自在となるように保持されているため、偏心手段３０によって中間歯車５自体をどのような位置に偏心スライドさせても歯部５Ａと自由歯５２との接触を常に保ちながら回転伝達させる。
窪み部６１による分割領域を三条の溝によって形成した二列の稜線状の歯山６２と、この歯山６２に平行するよう適数対条の溝によって形成した適数列の稜線状の歯山６３は、中間歯車５の歯部５Ａとの噛み合い状態を常時一定に保持させ、しかも中間歯車５の相対的なスライドを円滑にさせる。

本発明によれば、入出力比が１：１の等速から予め設定されている所望の減速比に至るまでの間で無段階に可変減速を調整設定でき、特に低速回転域での速度の微調整を容易且つ確実に行なわせ、低速側での出力トルクを低下減衰させずに、その動力伝達を確実にして従動伝達させるようにすることができ、しかも、小型化、薄型化、軽量化を実現することができる。

すなわちこれは本発明が、駆動力によって回転される入力軸６Ｂに嵌合配装され、外方に向けられて傾斜した歯面部６Ａが配列形成されて成る入力内歯車６と、入力内歯車６の外周側にスライド回転自在に嵌装され、内方に向けられて傾斜した歯面部７Ａが配列形成されて成る出力外歯車７と、入力軸６Ｂに対しての偏心量が変更調整されるようにした偏心手段３０を介して、歯部５Ａが入力内歯車６の歯面部６Ａと出力外歯車７の歯面部７Ａとに跨って噛合配置される中間歯車５とから成る変速手段２０を備えたからであり、これにより、中間歯車５の偏心量に対応して入力内歯車６と出力外歯車７との入出力比が１：１から所望の減速比に至るまでの間での無段階可変減速を確実に調整設定させる。

出力外歯車７は、差動用中心歯車９Ａ、差動歯車９Ｂそれぞれを備えた差動機構部４０を介して、出力軸１０Ｂを有する出力歯車１０に連繋されているので、出力外歯車７の回転力を、差動機構部４０の差動用中心歯車９Ａ、差動歯車９Ｂそれぞれによって出力歯車１０に確実に伝達させることができる。

偏心手段３０は、ハウジングケース１Ａの左右両側面において斜行状に延びた上下一対のスライドガイド用溝部１Ｄに、左右側面の四隅から外方へ延設した係合突起３Ａを係合させた中央に開口部３Ｃを有するスライド基板３と、スライド基板３の上側にジョイント部２Ａを介して回動自在に連繋されてハウジングケース１Ａに対して揺動可能とした操作レバー２と、スライド基板３の開口部３Ｃ周囲の四隅に形成した円形状の窪みに嵌入させた発条体（３Ｂ）を圧縮するようにして当接配置させ、スライド基板３前面に対して発条体（３Ｂ）の付勢力でもって若干のクリアランスを付与した状態にネジ止め固定された中央に開口部４Ｂを有する基板４とを備え、基板４の開口部４Ｂ内周にスラスト玉軸受４Ａを介して前記中間歯車５が取り付けられて成るので、スライド基板３と基板４との間に若干のクリアランスを付与した状態で介在させた発条体（３Ｂ）により、基板４の開口部４Ｂ内周にスラスト玉軸受４Ａを介して取り付けられた中間歯車５の歯部５Ａを発条体（３Ｂ）の付勢力によって入力内歯車６、出力外歯車７それぞれの傾斜状に形成されている歯面部６Ａと歯面部７Ａとに対して略均等に圧接させることができる。

入力内歯車６、出力外歯車７は、ラチェット状の山形溝をピッチ間隔よりも小さい幅でずらしながら形成することで、底面に細かいギザギザがある、ないしは平坦面となるようにした溝部６Ｑ，７Ｑを放射状に配列して形成すると共に、同一ピッチで且つ入力内歯車６、出力外歯車７とで互いに逆向きのラチェット形状を呈するようラチェット溝を並列させて成る歯面部６Ａ，７Ａを入力内歯車６、出力外歯車７の放射状の溝部６Ｑ，７Ｑ相互間に形成したので、中間歯車５の一方の歯部５Ａが入力内歯車６の歯面部６Ａに噛み合い、中央の入力軸６Ｂに対して反対側位置にある他方の歯部５Ａが出力外歯車７の歯面部７Ａに噛み合って回転を伝達させるのである。また、この際に生じた噛合ズレを、最初に形成した放射状の溝部６Ｑ，７Ｑで逃げてズレた後にいずれかのラチェット溝状の歯面部６Ａ，７Ａに噛み合わせることができるので、低速側での出力トルクの低下減衰を防止しながらその動力伝達を確実にして従動伝達させるようにすることができる。

入力内歯車６、出力外歯車７は、それぞれ反対方向に傾斜した歯面部６Ａ、７Ａに対し等間隔で放射状に配列形成された円弧状溝部５１と、この円弧状溝部５１内で歯面部６Ａ、７Ａの円周方向に沿って揺動自在となるように保持された断面略三日月状で円弧状底面５２Ａを有する自由歯５２とを備えて成るので、偏心手段３０によって中間歯車５自体をどのような位置に偏心スライドさせても歯部５Ａと自由歯５２との接触を常に保ちながら確実に回転伝達させることができる。すなわち自由歯５２が円弧状溝部５１内で自由に揺動し得ることによって歯部５Ａと自由歯５２との接触を常に保たれた状態を維持させることができる。

入力内歯車６、出力外歯車７は、山形状の溝をピッチ間隔よりも小さい幅でずらしながら形成することで、底面に細かいギザギザがある、ないしは平坦面となるようにした略台形状の窪み部６１を放射状に配列形成し、この窪み部６１による分割領域を三条の溝によって形成した二列の稜線状の歯山６２と、この歯山６２に平行するよう適数対条の溝によって形成した適数列の稜線状の歯山６３とを配列することで歯面部６Ａ，７Ａそれぞれが形成されるので、二列の稜線状の歯山６２と適数列の稜線状の歯山６３とによって、中間歯車５の歯部５Ａとの噛み合い状態を常時一定に保持させることができると共に、中間歯車５の相対的なスライドを円滑にさせることができ、しかも噛み合い時の衝撃音の発生を極力抑えることができる。

尚、上記の課題を解決するための手段、発明の効果の項夫々において付記した符号は、図面中に記載した構成各部を示す部分との参照を容易にするために付したもので、図面中の符号によって示された構造・形状に本発明が限定されるものではない。

以下図面を参照して本発明を実施するための最良の一形態を説明すると、図において示される符号１Ａは、ハウジング蓋部１Ｂによって開口部が閉蓋されて成るボックス状に形成したハウジングケースである。該ハウジングケース１Ａの後壁面側に穿設した円形状の開口部１Ｃには、駆動源である例えば一定のトルクで回転可能なモータ（図示せず）のモータケースの出力側をねじ止め等により取り付け、モータの出力軸と開口部１Ｃから延出した後述する入力軸６Ｂ後端側とを連結するようにしてある。ハウジングケース１Ａ内には、モータの出力軸に伝動連繋される入力軸６Ｂの先端が、ハウジング蓋部１Ｂ中央の軸孔部１Ｅから外方に突出した出力軸１０Ｂの後端に形成した凹所１０Ｃにラジアル軸受等を介して入子状態となって回転自在に支承させることにより入力軸６Ｂと出力軸１０Ｂとが同軸上にして前後に収納配置されており、入力軸６Ｂによって入力回転された入力は、後述する変速手段２０、偏心手段３０それぞれによって所定の減速比で出力軸１０Ｂを減速回転させるものとしている。

変速手段２０は、図１に示すように、モータの駆動力によって回転される入力軸６Ｂに、外方に至るに伴ない次第に肉薄となることで外方に向けられている略円錐形状に、勾配角度が例えば２０°乃至２５°等の如く傾斜した側面周縁に歯面部６Ａを形成した入力内歯車６が固着状態で嵌合配装されている。入力内歯車６自体は、外方に至るに伴ない次第に肉厚となることで内方に向けられている勾配角度が例えば２０°乃至２５°等の如く傾斜した円形端面の円環区域の円周方向に沿って歯面部７Ａが配列形成されて成るドーナツ状の出力外歯車７の中央開口部７Ｃにスライド回転自在に嵌装されている。そして、入力軸６Ｂに対しての偏心量が変更調整されるようにした偏心手段３０を介して、中間歯車５の歯部５Ａが入力内歯車６の歯面部６Ａと出力外歯車７の歯面部７Ａとに跨って噛合配置され、入力軸６Ｂの入力トルクを、偏心手段３０によって偏心移動される中間歯車５を介して出力外歯車７に伝達することで出力外歯車７自体を変速回転させるようにしている。また、この出力外歯車７自体は、差動用中心歯車９Ａ、差動歯車９Ｂ、支持板９Ｃそれぞれから成る後述する差動機構部４０を介して、出力軸１０Ｂを有する出力歯車１０に連繋されている。尚、それぞれの歯面部６Ａ，７Ａにおける勾配角度が２０°乃至２５°として形成されるも、必要があればこれ以下あるいはこれ以上の勾配角度としても良いのである。

具体的には、出力外歯車７は、自体の中央開口部７Ｃの端縁部から外方に向けて円環リブ状に突出した軸受用環状突部７Ｂを円盤状の基板８側壁に設けた円環溝１Ａ内に複数個のボールを配列して成るスラスト玉軸受８Ｃを介して支承させると共に、出力外歯車７の中央開口部７Ｃに嵌装された入力内歯車６の入力軸６Ｂ一端側を基板８の軸孔部８Ａに貫挿し、基板８の反対側に突き出された入力軸６Ｂ先端に差動機構部４０の差動用中心歯車９Ａを嵌着固定してある。そして、基板８側壁の軸孔部８Ａ周囲の４箇所で対称位置に突設した支軸部８Ｂに４個の差動歯車９Ｂそれぞれを回転自在に挿着してから、差動歯車９Ｂの歯部の一部が露出可能となるような面積を有する薄板円盤状の支持板９Ｃで覆ってネジ固定してある。このとき支持板９Ｃの軸孔部９Ｄに差動用中心歯車９Ａの軸受用環状突部９Ｅを回転可能に支承させると共に、支持板９Ｃの側面によって基板８の支軸部８Ｂ先端を当接させて差動歯車９Ｂを保持した状態としてある。尚、差動用中心歯車９Ａ、差動歯車９Ｂそれぞれの替わりに差動用中心ローラ、差動ローラそれぞれを使用したり、互いに対向する一対の差動歯車９Ｂの替わりに一対の差動ローラを使用したりしても良い。

図５に示すように、支持板９Ｃの差動用中心歯車９Ａ支承側の側面には、出力歯車１０の出力軸１０Ｂとは反対側の円形凹部内周面に形成された歯部１０Ａを４個の差動歯車９Ｂに噛合させてある。このとき軸孔部９Ｄから突き出された入力軸６Ｂは円形凹部中央の凹所１０Ｃ内にラジアル軸受等を介して入子状態となって回転自在に支承させられるものとしてある。また出力歯車１０の出力軸１０Ｂ側は、ハウジングケース１Ａに被せられるハウジング蓋部１Ｂの軸孔部１Ｅに貫挿され、出力歯車１０の出力軸１０Ｂ周囲側面は、ハウジング蓋部１Ｂ内壁面の円環溝内に複数個のボールを配列して成る不図示のスラスト玉軸受等を介して支承させてある。

偏心手段３０の具体的な構成としては、ハウジングケース１Ａの左右両側面において斜行状に延びた上下一対のスライドガイド用溝部１Ｄを形成し、これに矩形板状のスライド基板３の左右側面の四隅から外方へ延設した係合突起３Ａを係合させ、係合突起３Ａのスライドガイド用溝部１Ｄに沿ってのスライド移動によってスライド基板３自体を斜め前後方向に移動すべく成してある。このスライド基板３の中央にはハウジングケース１Ａの開口部１Ｃに対向して円形状の開口部３Ｃが形成されており、さらにスライド基板３の上側には、ハウジングケース１Ａに対して支軸部２Ｂによって揺動可能とした操作レバー２がジョイント部２Ａを介して回動自在に連繋されている。

そしてスライド基板３の開口部３Ｃ周囲の四隅に形成した円形状の窪みに発条体として例えばコイルスプリング３Ｂの一端側を嵌入させ、コイルスプリング３Ｂの他端側を拡開傾向になるよう圧縮するようにして、前面が凸状に若干湾曲して成る矩形状の基板４を当接配置させ、スライド基板３前面に対してコイルスプリング３Ｂの付勢力でもって若干のクリアランスを付与した状態にネジ止め固定してある。この基板４の中央には、スライド基板３の開口部３Ｃに対応して円形状の開口部４Ｂを形成し、この内周にはスラスト玉軸受４Ａを介して中間歯車５が取り付けられている。このとき中間歯車５の歯部５Ａを若干前方へ突出させた状態に配置し、この歯部５Ａを前記コイルスプリング３Ｂの付勢力でもって入力内歯車６、出力外歯車７それぞれの傾斜状に形成されている歯面部６Ａと歯面部７Ａとに対して略均等に圧接させるようにしてある。尚、発条体としてコイルスプリング３Ｂを使用する替わりに例えば板バネ等を使用しても良い。

また、操作レバー２の支軸部２Ｂ一端をハウジングケース１Ａの側壁面に露出させると共に、この露出部位先端に指針２Ｃを取りつけ、側壁面に付設した減速比の目盛り表示部２Ｄに対して指針２Ｃで指示することで、操作レバー２の回動操作に伴うスライド基板３すなわち中間歯車５の斜め前後方向への移動量及び減速比を容易に確認できるようにしてある。すなわち、目盛り表示部２Ｄの何れかの位置に指針２Ｃを合わせることで所定の減速比が得られるようにしてある。尚、このような指針２Ｃ、目盛り表示部２Ｄそれぞれの配置構成は、本発明を何等限定するものではなく、他の構成としても良いことは勿論である。

次に、入力内歯車６の歯面部６Ａと出力外歯車７の歯面部７Ａとの具体的な構成について図３、図４に基づき説明すれば、先ず、ラチェット状の山形溝をピッチ間隔よりも小さい幅、例えばピッチ間隔の２分の１から３分の１程度の範囲内でずらしながら形成し、結果として底面に細かいギザギザがある、ないしは平坦面となるようにした溝部６Ｑ，７Ｑを放射状に配列して形成するものとしてある。そして、例えば４つのラチェット溝を並列させて成る歯面部６Ａを入力内歯車６の放射状の溝部６Ｑ相互間に形成し、例えば６つのチェット溝を並列させて成る歯面部７Ａを出力外歯車７の放射状の溝部７Ｑ相互間に形成してある。

ラチェット溝状の歯面部６Ａ，７Ａには、偏心スライドする中間歯車５の対称位置にある歯部５Ａがそれぞれ噛み合うため、歯面部６Ａと歯面部７Ａとが互いに逆向きのラチェット形状を呈し、しかもそのピッチは基本的には同じものとなっている。このとき偏心手段３０における操作レバー２の回動操作よって中間歯車５を偏心スライドしていくと、一方の歯部５Ａが入力内歯車６の歯面部６Ａに噛み合い、中央の入力軸６Ｂに対して反対側位置にある他方の歯部５Ａが出力外歯車７の歯面部７Ａに噛み合って回転を伝達するのであるが、この際に生じた噛合ズレは、最初に形成した放射状の溝部６Ｑ，７Ｑで逃げるようになり、ズレた後にいずれかのラチェット溝状の歯面部６Ａ，７Ａに噛み合うようにしてある。

次に、中間歯車５の歯部５Ａの具体的な構成について図２に基づき説明すれば、歯部５Ａは、一方は入力内歯車６の歯面部６Ａに、他方は出力外歯車７の歯面部７Ａにそれぞれ噛み合うように、当該歯面部６Ａ，７Ａと同じピッチ間隔を有し、しかも中間歯車５の歯部５Ａは内側からと外側からとで、例えば径方向に対して互いに６０°の角度を有する歯先端を介して対称的に、例えば歯面部６Ａ，７Ａそれぞれの傾斜角度に対応すべく内側から２０°乃至２５°、外側から２０°乃至２５°等の如く両面が対称な勾配となるように傾斜を付けて削るようにして形成してある。すなわち入力内歯車６と出力外歯車７とで、これらに中間歯車５が噛み合うとき、ちょうどその回転中心軸を中心として対称した位置に中間歯車５の噛み合い点があるようにし、中間歯車５の歯部５Ａの一方の傾斜面側が歯面部６Ａに噛み合い、他方の傾斜面側が歯面部７Ａに噛み合うようにしてある。

こうすることで、モータの動力を、入出力比が１：１の等速から予め設定されている所望の減速比に至るまでの間で無段階な可変減速を可能にしている。すなわち、図６に示すように、操作レバー２の起立方向への操作によって中間歯車５の回転中心軸と、入力軸６Ｂ、出力軸１０Ｂとが最大限にズレた状態にしたときには、入力内歯車６と出力外歯車７とは互いに最大減速比の状態となる。一方、図７に示すように、操作レバー２の傾倒方向への操作によって中間歯車５の回転中心軸と、入力軸６Ｂ、出力軸１０Ｂとが同一直線上に配置する状態にしたときには、入力内歯車６と出力外歯車７との入出力比が１：１の等速であって、互いに同じ回転速度の状態となるようにしてある。

次に、以上のように構成された本発明に係る歯車式無段変減速装置の減速動作の一例を説明するに、例えば図６に示すように、偏心手段３０における操作レバー２を前方側起立位置から後方側傾倒方向へ移動操作すると、変速手段２０における入力内歯車６、出力外歯車７それぞれの傾斜状に形成されている歯面部６Ａと歯面部７Ａとに対して中間歯車５の歯部５Ａが圧接しながら、中間歯車５の回転中心軸と、入力軸６Ｂ、出力軸１０Ｂとが最大限のズレ状態となった位置、すなわち入力内歯車６と出力外歯車７とが互いに最大減速比の状態となっている位置から、入力内歯車６と出力外歯車７との入出力比が１：１となる状態へ向けて無段階的に移行する。この出力外歯車７の回転力は、差動用中心歯車９Ａ、差動歯車９Ｂ、支持板９Ｃそれぞれから成る差動機構部４０を介して、出力軸１０Ｂを有する出力歯車１０に伝達されて出力される。

一方、図７に示すように、操作レバー２が前方側起立位置に移動した場合には、中間歯車５の回転中心軸と、入力軸６Ｂ、出力軸１０Ｂとが同一直線上に配置する状態となり、中間歯車５の歯部５Ａは、その全周囲において入力内歯車６の歯面部６Ａと出力外歯車７の歯面部７Ａとに跨って噛合配置される。このとき入力内歯車６と出力外歯車７とが一体的に回転されて入出力比が１：１、すなわち入力内歯車６と出力外歯車７とが互いに同じ角速度で回転する状態となる。こうすることで、モータの動力を入出力比が１：１から予め設定されている所望の減速比に至るまでの間で無段階に可変減速できるものとなる。

図８乃至図１２には本発明に係る入力内歯車６の歯面部６Ａ、出力外歯車７の歯面部７Ａ、中間歯車５の歯部５Ａそれぞれの他の形態が示されている。すなわち、それぞれ反対方向に傾斜した歯面部６Ａ、７Ａに、直径線上に沿って形成された円弧状溝部５１を、互いに等間隔で放射状に配列形成し、この円弧状溝部５１内で歯面部６Ａ、７Ａの円周方向に沿って揺動自在となるように、断面略三日月状で円弧状底面５２Ａを有する細長い自由歯５２を保持することで構成したものである。

円弧状溝部５１に対する自由歯５２の具体的な保持方法としては、図８に示すように、自由歯５２の長手方向端部における円弧状底面５２Ａよりも下端側位置に突起状の被係止部５３を設ける。また図１０に示すように、歯面部６Ａ、７Ａに形成された円弧状溝部５１の内径側奥部には窪み状の係止部５４を設けると共に、歯面部６Ａ、７Ａの外径側周縁部における円弧状溝部５１相互間には環状にワイヤー５５巻装用の溝部５６を設ける。そして自由歯５２を円弧状溝部５１内に外径側から挿入した際に、この係止部５４に自由歯５２の被係止部５３を係合させると共に、円弧状溝部５１の外径側に突出させた自由歯５２の被係止部５３とワイヤー５５巻装用の溝部５６との間に架けてワイヤー５５を巻装することで自由歯５２が円弧状溝部５１内に保持されるものとしてある。このとき自由歯５２はワイヤー５５によって係止された被係止部５３を中心軸にして円周方向に沿って揺動可能となるようにしてある。

また、図１２に示すように、自由歯５２の円弧状底面５２Ａに対応して、中間歯車５の歯部５Ａの形状を三角山状で、しかも歯部５Ａの先端部分が湾曲膨出状に形成するのである。そして図１１に示すように、自由歯５２の円弧状底面５２Ａ側に中間歯車５の歯部５Ａが係合された状態で入力内歯車６が回転することで中間歯車５を回転させ、この中間歯車５によって出力外歯車７を回転させるのであり、このとき偏心手段３０によって中間歯車５自体をどのような位置に偏心スライドさせても歯部５Ａと自由歯５２との接触を常に保ちながら回転伝達される。すなわち自由歯５２が円弧状溝部５１内で自由に揺動し得ることによって歯部５Ａと自由歯５２との接触が常に保たれているのである。

図１３には本発明に係る入力内歯車６の歯面部６Ａ、出力外歯車７の歯面部７Ａそれぞれの他の形態が示されている。すなわち、先ず山形状の溝をピッチ間隔よりも小さい幅、例えばピッチ間隔の２分の１から３分の１程度の範囲内でずらしながら形成し、結果として底面に細かいギザギザがある、ないしは平坦面となるようにした略台形状の窪み部６１を放射状に配列して形成するものとし、この窪み部６１による分割領域を例えば三条の溝によって形成した二列の稜線状の歯山６２と、この歯山６２に平行するよう適数対条の溝によって形成した適数列の稜線状の歯山６３とを配列することで歯面部６Ａ，７Ａそれぞれが形成されるものとしてある。こうすることで円形端面における直径線上に沿う稜線状の歯山６２、およびこの直径線に平行する適数の歯山６３を、円形端面を偶数で分割したそれぞれの区域内で配列したものとすることができる。

前記変速手段２０は、回転する入力内歯車６の入力軸６Ｂに対してスライド偏心する中間歯車５の歯部５Ａをその偏心位置に拘らず入力内歯車６の歯面部６Ａ、出力外歯車７の歯面部７Ａそれぞれに常時噛み合うものとなるように構成してあり、その具体的な配列形態は、入力内歯車６、出力外歯車７の円形端面上に、中間歯車５の歯部５Ａに噛み合う山形状の歯山６２，６３を、円形端面の径方向の各部位で略同一断面大きさを呈するものとして配列形成したもので、円形端面における直径線上に沿う稜線状の歯山６２および該直径線に平行する複数の稜線状の歯山６３を、円形端面を適当数で分割した夫々の区域内で配列し、且つ隣り合う区域における歯山６２，６３と交差する部位にあっては平面に形成してある。

すなわち、先ず、円形端面を例えば等分で２n （ｎは２以上の整数）分割、例えば４分割、８分割、１６分割、さらには３２分割した位置で、互いに直交する稜線状の歯山を２条の溝によって１列で形成し、それらの分割区域をさらに２分割する位置に略合致させるよう、３条の溝によって形成した２列の稜線状の歯山６２と、該歯山６２に平行するよう、適数対条の溝によって形成した適数列の稜線状の歯山６３とを配列する。このとき、歯山６３が先の互いに直交する稜線状の歯山に交差する位置では、歯山６３を形成する溝を、歯山を越えて、また歯山自体を形成する溝位置で停止させることで歯山には平面もしくは細かいギザギザを呈する窪み部６１が残置形成されるのである。

本発明に係る歯車式無段変減速装置は、その入出力比が１：１の等速から予め設定されている所望の減速比に至るまでの間で無段階に可変減速が調整できるので、例えば車椅子や電動自転車等に使用されるモータの動力をその減速域内で自在に変更でき、しかもその動力伝達に際し、駆動トルクに変動はないことで、小型自動車は勿論のこと、バス・トラック等の大型自動車用の自動変速装置、各種産業機器における変速装置として応用でき、その汎用性は極めて大きいものである。

本発明を実施するための最良の形態を示す分解斜視図である。 同じく中間歯車の歯面部形状の一例を示す正面図である。 同じく入力歯車の歯面部形状の一例を示す正面図である。 同じく出力外歯車の歯面部形状の一例を示す正面図である。 同じく差動用中心歯車と差動歯車の噛み合い状態を示す正面図である。 同じく作動原理を説明するもので、最大の減速出力状態を示す概略断面図である。 同じく作動原理を説明するもので、入力に対する出力減速比が１：１（入力内歯車の回転速度と出力外歯車の回転速度とが同じ）の状態を示す概略断面図である。 本発明を実施するための他の最良の形態を示すもので、入力歯車の歯面部、出力外歯車の歯面部に使用される円弧状自由歯の一例を示す斜視図である。 同じく円弧状自由歯を使用した入力歯車の歯面部、出力外歯車の歯面部それぞれの組み付け状態を示す斜視図である。 同じく中間歯車、円弧状自由歯、入力歯車の歯面部、出力外歯車の歯面部それぞれの組み付け手順を説明する分解状態の断面図である。 同じく中間歯車の歯面部と円弧状自由歯との噛合関係を示す説明図である。 中間歯車の歯面部形状の他例を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は一部切欠斜視図である。 入力歯車の歯面部、出力外歯車の歯面部の他例を示す組み付け状態の正面図である。

符号の説明

１Ａ…ハウジングケース １Ｂ…ハウジング蓋部
１Ｃ…開口部 １Ｄ…スライドガイド用溝部
１Ｅ…軸孔部 ２…操作レバー
２Ａ…ジョイント部 ２Ｂ…支軸部
２Ｃ…指針 ２Ｄ…目盛り表示部
３…スライド基板 ３Ａ…係合突起
３Ｂ…コイルスプリング（発条体） ３Ｃ…開口部
４…基板 ４Ａ…スラスト玉軸受
４Ｂ…開口部 ５…中間歯車
５Ａ…歯部 ６…入力内歯車
６Ａ…歯面部 ６Ｂ…入力軸
６Ｑ…溝部 ７…出力外歯車
７Ａ…歯面部 ７Ｂ…軸受用環状突部
７Ｃ…中央開口部 ７Ｑ…溝部
８…基板 ８Ａ…軸孔部
８Ｂ…支軸部 ８Ｃ…スラスト玉軸受
９Ａ…差動用中心歯車 ９Ｂ…差動歯車
９Ｃ…支持板 ９Ｄ…軸孔部
９Ｅ…軸受用環状突部 １０…出力歯車
１０Ａ…歯部 １０Ｂ…出力軸
１０Ｃ…凹所
２０…変速手段
３０…偏心手段
４０…差動機構部
５１…円弧状溝部 ５２…自由歯
５２Ａ…円弧状底面 ５３…被係止部
５４…係止部 ５５…ワイヤー
５６…溝部
６１…窪み部 ６２、６３…歯山

Claims (6)

1. 駆動力によって回転される入力軸に嵌合配装され、外方に至るに伴ない次第に肉薄となることで外方に向けられて傾斜した歯面部を配列形成して成る入力内歯車と、入力内歯車の外周側にスライド回転自在に嵌装され、外方に至るに伴ない次第に肉厚となることで内方に向けられて傾斜した歯面部が配列形成されて成る出力外歯車と、入力軸に対しての偏心量が変更調整されるようにした偏心手段を介して、歯部が入力内歯車の歯面部と出力外歯車の歯面部とに跨って噛合配置される中間歯車とから成る変速手段を備えたことを特徴とする歯車式無段変減速装置。
2. 出力外歯車は、差動用中心歯車、差動歯車それぞれを備えた差動機構部を介して、出力軸を有する出力歯車に連繋されている請求項１記載の歯車式無段変減速装置。
3. 偏心手段は、ハウジングケースの左右両側面において斜行状に延びた上下一対のスライドガイド用溝部に、左右側面の四隅から外方へ延設した係合突起を係合させた中央に開口部を有するスライド基板と、スライド基板の上側にジョイント部を介して回動自在に連繋されてハウジングケースに対して揺動可能とした操作レバーと、スライド基板の開口部周囲の四隅に形成した円形状の窪みに嵌入させた発条体を圧縮するようにして当接配置させ、スライド基板前面に対して発条体の付勢力でもって若干のクリアランスを付与した状態にネジ止め固定された中央に開口部を有する基板とを備え、基板の開口部内周にスラスト玉軸受を介して前記中間歯車が取り付けられて成る請求項１または２記載の歯車式無段変減速装置。
4. 入力内歯車、出力外歯車は、ラチェット状の山形溝をピッチ間隔よりも小さい幅でずらしながら形成することで、底面に細かいギザギザがある、ないしは平坦面となるようにした溝を放射状に配列して形成すると共に、同一ピッチで且つ入力内歯車、出力外歯車とで互いに逆向きのラチェット形状を呈するようラチェット溝を並列させて成る歯面部を入力内歯車、出力外歯車の放射状の溝相互間に形成した請求項１乃至３のいずれか記載の歯車式無段変減速装置。
5. 入力内歯車、出力外歯車は、それぞれ反対方向に傾斜した歯面部に対し等間隔で放射状に配列形成された円弧状溝部と、この円弧状溝部内で歯面部の円周方向に沿って揺動自在となるように保持された断面略三日月状で円弧状底面を有する自由歯とを備えて成る請求項１乃至３のいずれか記載の歯車式無段変減速装置。
6. 入力内歯車、出力外歯車は、山形状の溝をピッチ間隔よりも小さい幅でずらしながら形成することで、底面に細かいギザギザがある、ないしは平坦面となるようにした略台形状の窪み部を放射状に配列形成し、この窪み部による分割領域を三条の溝によって形成した二列の稜線状の歯山と、この歯山に平行するよう適数対条の溝によって形成した適数列の稜線状の歯山とを配列することで歯面部それぞれを形成した請求項１乃至３のいずれか記載の歯車式無段変減速装置。
   

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