JP6820321B2 - 弾性的な歯車を有する伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の、弾性的な歯車を有する伝動装置、特に電気式のカムシャフト調整器用または内燃機関の圧縮比調節のための装置（VCR=Variable Compression Ratio）用のウェーブ（波動）伝動装置に関する。

たとえば欧州特許第０７４１２５６号明細書に基づき、弾性的な歯車を有する伝動装置が公知である。欧州特許第０５１４８２９号明細書には、フレキシブルな歯車、この場合では「フレキシブルなカップ形部材」と呼ばれている歯車を有する別の伝動装置が開示されている。両事例において、つば付きスリーブの形状を有するフレキシブルな歯車は、厚いボス領域を有し、このボス領域は、伝動装置のハウジング構成部分に取付け可能である。歯車のフレキシブル性は、歯車内部の薄い横断面の領域によって達成される。これら公知の伝動装置は、小型のロボットまたは精密機械において使用可能であることが望ましい。米国特許第４６１９１５６号明細書には、冒頭で述べた形式の伝動装置が開示されている。この米国特許明細書に開示されている弾性的な歯車は、歯列を備えた区分と、ハウジング構成部分に結合するための区分とを有しており、両区分は、環状のベローズによって結合されている。この環状のベローズは、変形負荷を吸収するが、しかし別の材料を必要とし、これによって製造を困難にしているとともに、特に別の両区分に対する接触領域において、高度に負荷されている。材料接続または摩擦接続による結合は、伝達可能なトルクや寿命を制限している。

本発明の根底を成す課題は、上で挙げた公知技術に対して、弾性的な歯車を有する伝動装置、特にウェーブ伝動装置を改良することであり、この場合、伝動装置は、特に減速伝動装置として内燃機関の電気式のカムシャフト調整器において使用可能であるとともに、コンパクトな構造と信頼性の良い機能とを結びつけることが望まれる。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する伝動装置により解決される。少なくとも１つの弾性的な歯車を有するこの伝動装置は、ハウジング構成部分を含み、このハウジング構成部分には、弾性的な歯車が保持されており、この歯車は、ハウジング構成部分に結合装置によって結合されており、この結合装置は、周方向では剛性的であり、すなわち少なくともほぼ遊びなしであり、かつそれと同時に、それぞれ歯車の中心軸線に関して軸方向ならびに半径方向では、周方向における結合に比べて、より大きな規模で遊びを付与されている。

方向に応じた遊びを持ってハウジングに保持された、弾性的な歯車は、好適な構成では、歯列を備えた円筒状の区分と、この円筒状の区分に続いた、半径方向に延びる、ハウジング構成部分に保持された区分とを有する。円筒状の区分の歯列は、好ましくは外側歯列であり、この外側歯列は、伝動装置の、ハウジング固定の内側歯列と噛み合う。２つの区分、つまり円筒状の区分と、面状のリング形の区分とから形成された弾性的な歯車は、「アングルリング」とも呼ばれ、この場合、外側へ向けられた面状の区分は、弾性的な歯車のフランジを成している。

弾性的な歯車の、半径方向に延びかつ実質的に唯一つの平面に位置している区分は、形状結合、すなわち形状同士の係合による結合によって、特にボルトを用いて、ハウジング構成部分に保持されていてよい。この場合、ボルトはそれぞれ歯車の上記区分に設けられた長孔内に案内されている。弾性的な歯車の肉厚は、この歯車の両区分において実質的に等しいか、または互いに異なっていてよく、この場合、軸方向におけるフレキシブル性（可撓性）を形成するために意図された材料弱化部を導入することは必要でない。弾性的な歯車は、ポット形伝動装置の一部であってよい。

ハウジング固定のそれぞれ１つのボルトが差し通されている長孔の輪郭は、完全に、弾性的な歯車の、半径方向に延びる区分内に位置していてよい。また、長孔が、半径方向に延びる平らな区分に設けられた、外側に向かって開いたスリットにより形成されていることも可能である。この場合には、各長孔の小幅側が、一方では、つまり半径方向内側においては、半径方向に延びる区分自体によって画定されていて、他方では、つまり半径方向外側においては、伝動装置の非弾性的な歯車によって画定されている。特に、この非弾性的な歯車は、伝動装置の、引張手段によって駆動可能な入力車であってよい。この入力車は、伝動装置のハウジング構成部分に固く結合されているか、または伝動装置ハウジングの一体の構成要素であってよい。

長孔の輪郭が、弾性的な歯車の、半径方向に延びる区分によって完全に形成されているのか、または部分的にのみ形成されているのかとは関係なく、有利な構成では、半径方向に延びる区分の外縁部は、部分的にのみ円形の形状を描いている。この場合、この外縁部は、可能な構成によれば、凹面状の区分と凸面状の区分とを交互に有している。弾性的な歯車の、半径方向に延びる区分の外縁部が交互に凹面状の区分と凸面状の区分とを有することにより、この歯車は、軸方向で見て、丸められた星形の形状を有する。凹面状の区分により、弾性的な歯車の端面には、たとえば固定用部材を設けるために利用可能となる面領域が解放されている。

本発明の利点は、特に、伝動装置ハウジングに対する伝動装置の弾性的な歯車の結合に関して軸方向と半径方向とにおいてのみ結合に遊びを持たせることにより、回転運動の伝達に関して特に高い効率が達成されていることにある。この場合、半径方向における歯車の変形が、スムーズに可能となる。伝動装置は、電気式のカムシャフト調整器のためにも、その他の調節装置、たとえば内燃機関における圧縮比を調節するための装置のためにも適している。

本出願による伝動装置は、特に、電気的に駆動される作動シャフトを備えた電気式のカムシャフト調整器において使用するために適している。たとえば、これに関しては、独国特許出願公開第１０２０１３２２０２２０号明細書および独国特許出願公開第１０２０１３２２０２２１号明細書を参照するものとする。別の用途では、上記伝動装置は、内燃機関の圧縮比を変えるための調節装置の一部である。

以下に、本発明の複数の実施形態を図面につき詳しく説明する。

弾性的な歯車を備えた、電気式のカムシャフト調整器において使用可能な伝動装置の第１実施形態の一部を示す概略図である。 図１に示した伝動装置の弾性的な歯車の端面側の詳細図である。 弾性的な歯車を備えた伝動装置、つまりウェーブ伝動装置の第２実施形態を断面図と部分的拡大図とで示す図である。 弾性的な歯車を備えた伝動装置の第３実施形態を、端面側から見た図と部分的拡大図とで示す図である。

図１〜図４には、全体を符号１で示した伝動装置の種々異なる実施形態が図示されている。この伝動装置は、ウェーブ伝動装置（波動伝動装置）として構成されていて、弾性的な歯車２を有する。伝動装置１は、高い減速比を有する伝動装置として、内燃機関の電気式のカムシャフト調整器の一部である。伝動装置１の原理的な機能については、前で挙げた公知技術を参照するものとする。特に別記しない限り、以下の説明は、全ての実施形態に該当する。

伝動装置１は、入力車３を有し、この入力車３は、引張手段（図示せず）、すなわちベルトまたはチェーンを介して、内燃機関、すなわちオットーエンジンまたはディーゼルエンジンのクランクシャフトによって駆動される。入力車３の回転運動は、入力車３に取り付けられているボルト４を用いて、周方向に関して実際に遊びなしに、弾性的な歯車２へ伝達される。この目的のために、歯車２は、細長い孔５を有する。この孔５は、歯車２の半径方向に、つまり伝動装置１全体の半径方向に延びている。ボルト４のねじ込みヘッド６は、第１に、入力車３と一体に形成されていてよいハウジング構成部分７にボルト４をねじ込むために使用され、第２に、歯車２をこのハウジング構成部分７に、紛失しないように保持するために使用される。

歯車２と伝動装置１のハウジング構成部分７との間の、全体を符号８で示した結合装置は、歯車２の「Ｍ」で示した中心軸線に関して、「Ｓ_１」で示した軸方向における遊びと、「Ｓ_２」および「Ｓ_３」で示した半径方向における遊びしか存在しないように構成されている。こうして、弾性的な歯車２の変形を吸収することができる。

弾性的な歯車２の変形は、符号９で示したウェーブジェネレータ（波動発生器）により発生する。ウェーブジェネレータ９は、符号１２で示したアウタリングと、楕円形のインナリング１０とを有する。図１において誇張して実際よりも厚めに図示されているアウタリング１２は、いかなる運転状態においても、インナリング１０の楕円形の形状に適合する。弾性的な歯車２は、アウタリング１２の非円形の形状に適合してアウタリング１２を直接に取り囲む。ウェーブジェネレータ９の両軸受リング１０，１２の間、すなわちインナリング１０とアウタリング１２との間では、転動体であるボール１１が転動する。楕円形の形状をとるアウタリング１２は、弾性的な歯車２を、直径方向で向かい合って位置する２つの個所において、内側歯列を備えた出力車１３に押圧する。この出力車１３は、出力シャフト１４に相対回動不能に結合されており、この出力シャフト１４は、内燃機関のカムシャフトと同一であるか、またはカムシャフトに固く結合されていてよい。

全ての実施形態において、弾性的な歯車は、歯列を備えた円筒状の区分１５と、この円筒状の区分１５に続いた、半径方向外側に向かって延びる区分１６とを有し、この場合、孔５は区分１６に設けられている。図１に示した実施形態の場合には、ウェーブジェネレータ９のインナリング１０が、電気作動式の駆動装置（図示しない）によって回転される。インナリング１０を駆動するシャフトは、作動軸であり、すなわちこの伝動装置１は、全体的には３軸伝動装置である。

図３に示した実施形態では、インナリング１０が、オルダム継手１７、すなわち補償継手を介して、作動モータ（図示しない）によって駆動可能である。オルダム継手１７は、オルダムディスク１８を有しており、ピン１９が、一方ではインナリング１０内に固定保持されており、他方ではオルダムディスク１８内に摺動可能に案内されている。ボルト４の領域におけるハウジング構成部分７に対して相対的な、半径方向に延びる区分１６の運動を可能にする軸方向の遊びＳ_１は、図３に詳細図で図示されている。図１および図２に示した実施形態と同様に、長孔として形成された各孔５の輪郭は、歯車２の、半径方向に延びる区分１６によって完全に形成されている。

これとは異なり、図４に示した実施形態では、細長い孔５のそれぞれその外側に向けられた小幅側が、区分１６自体によって画定されているのではなく、ハウジング固定の歯車、つまり入力車３によって画定されている。入力車３の内側輪郭はこの場合、図４から判るように、一貫して円形に形成されている。これとは異なり、歯車２の半径方向に延びる区分１６の外側輪郭は、部分的にしか円形に形成されていない。したがって、半径方向に延びる区分１６は、部分的にしか入力車３の内周面に接触していない。この場合、全体的に面状の区分１６の凸面状の区分２０においてのみ当付けが行われている。各凸面状の区分２０の中央には、正確に１つの細長い孔５が設けられており、この孔５は、歯車２とハウジング構成部分７との間の、周方向では剛性的であるが軸方向ならびに半径方向では遊びを付与されているカップリングを可能にすることが望ましい。図４に示した実施形態では、５つの凸面状の区分２０の間には、同じく５つの凹面状の区分２１が設けられているので、歯車２の、端面側で見えている区分１６の外側輪郭は、全体的に星形の形状を描いている。

オルダム継手１７とは異なり、ハウジング構成部分７における歯車２のフレキシブルな結合は、全体的に互いに連結された部分の間の半径方向ずれを補償する目的で設けられているわけではない。それどころか、細長い孔５とボルト４とを用いて実現されている結合装置８は、歯車２とハウジング構成部分７との間の、これらの部分の周方向における著しい遊びを許容することなしに歯車２の変形を吸収する目的でしか設けられていない。ハウジング構成部分７への歯車２のフレキシブルな結合に基づき、歯車２自体は、ウェーブジェネレータ９の機能のために必要となる程度を上回る著しい弾性率を有する必要はない。

１ 伝動装置
２ 歯車
３ 入力車
４ ボルト
５ 孔、長孔
６ ねじ込みヘッド
７ ハウジング構成部分
８ 結合装置
９ ウェーブジェネレータ
１０ インナリング
１１ ボール
１２ アウタリング
１３ 出力車
１４ 出力シャフト
１５ 歯列を備えた円筒状の区分
１６ 半径方向外側に向かって延びる区分
１７ オルダム継手
１８ オルダムディスク
１９ ピン
２０ 凸面状の区分
２１ 凹面状の区分
Ｍ 中心軸線
Ｓ_１ 軸方向における遊び
Ｓ_２，Ｓ_３ 半径方向における遊び

Claims (7)

1. 伝動装置（１）であって、
   ハウジング構成部分（７）を備え、
   弾性的な歯車（２）を備え、該歯車（２）が、歯列を備えた円筒状の区分（１５）と、該円筒状の区分（１５）に続いた、半径方向に延びる区分（１６）とを有し、
   結合装置（８）を備え、該結合装置（８）は、前記弾性的な歯車（２）が、該歯車の中心軸線（Ｍ）に関して軸方向ならびに半径方向では遊びを付与され、かつ周方向では前記ハウジング構成部分（７）に保持されるように、半径方向に延びる前記区分（１６）を前記ハウジング構成部分（７）に保持している、
   伝動装置（１）において、
   半径方向に延びる前記区分（１６）が、ボルト（４）によって前記ハウジング構成部分（７）に保持されており、該ボルト（４）が、それぞれ、前記区分（１６）に長孔（５）として形成された孔内に配置されていることを特徴とする、伝動装置（１）。
2. 前記区分（１６）が、半径方向外側に向けられていることを特徴とする、請求項１記載の伝動装置。
3. 前記長孔（５）の半径方向内側は、半径方向に延びる前記区分（１６）自体によって画定されており、前記長孔（５）の半径方向外側は、非弾性的な歯車、特に入力車（３）によって画定されていることを特徴とする、請求項１または２記載の伝動装置（１）。
4. 半径方向に延びる前記区分（１６）の外縁部が、部分的に円形の形状を描いていることを特徴とする、請求項２または３記載の伝動装置（１）。
5. 前記外縁部が、凹面状の区分（２１）と凸面状の区分（２０）とを交互に有していることを特徴とする、請求項４記載の伝動装置（１）。
6. 前記外縁部が、それぞれ奇数個の凹面状の区分（２１）と凸面状の区分（２０）とを有していることを特徴とする、請求項５記載の伝動装置（１）。
7. 電気式のカムシャフト調整器または内燃機関の圧縮比を調節するための装置における減速伝動装置としての請求項１から６までのいずれか１項記載の伝動装置（１）の使用。

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