(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ギアが固定されていて一方の端部フレームに軸支され、入力手段からの回転駆動力を入力する入力軸と、前記入力軸と同一軸心にて他方の端部フレームに軸支され、増大された回転駆動力を出力する出力軸とを備え、  前記入力ギアは、前記一方の端部フレームに固定されていて回転しない静止内ギアに内接噛合する一対の内接ギアと一体の被動ギアを回転駆動し、  前記一対の内接ギアのギア軸は、それぞれ、駆動カサ歯車を備えていて前記入力軸を軸に自由回転する短尺回転アームにおいて軸支され、  前記入力軸と垂直方向に配置され、両端にカサ歯車が取り付けられた一対の垂直ギア軸の内方側の前記カサ歯車を前記駆動カサ歯車に噛合させるとともに、その、外方側の前記カサ歯車を、前記入力軸と平行に配置されて中間にカサ歯車が取り付けられた水平ギア軸の前記中間カサ歯車に噛合させ、  前記各水平ギア軸の端部に取り付けられた第１中間ギアの回転駆動力を、２つの中間ギアを介して、前記他方の端部フレームに固定されて回転しない静止ギアに伝達可能にし、  前記入力軸に軸支されて、前記各垂直ギア軸を軸支する長尺回転アームと、中心部に、一面側において前記入力軸の端部を軸支し、多面側に前記出力軸の端部が固定される軸支部を有する出力アームとが連結されて設置され、  前記第１中間ギアと前記静止ギアの間の前記２つの中間ギアの各ギア軸が前記出力アームに固定されて成り、  前記第１中間ギアと前記静止ギアの間の前記２つの中間ギアの内の前記第１中間ギアに噛合する中間ギアの上下位置が、その前記入力軸及び出力軸を軸として公転する際に変わらないことを特徴とする、回転駆動力伝達装置。
【請求項２】
請求項１に記載の構成を、前記出力軸を入力軸と考えることにより複数段連設した、回転駆動力伝達装置。
【請求項３】
前記水平ギア軸の前記第１中間ギア設置側と反対側の端部に、バランスウエイトを取り付けた、請求項１又は２に記載の回転駆動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、回転駆動力の増大を図って消費電力を減少させるような伝達装置を介在させようとの発想は持たれていない。即ち、そのような伝達装置は機械損失が大きく、逆に消費電力を増大させる結果となってしまうとの考え方が支配的だからである。  【０００３】
しかるに本発明者らは、上記発想を持ち続け、種々の回転駆動力伝達装置を提案してきた。それらは、ある程度の成果は見られるものの、未だ、業界の要請に十分に応え得るには至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１０２０号公報
【特許文献２】特開２００３−２４７６０９号公報
【特許文献３】特開平１１−１０８１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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ようなことをせずに、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。  【０００６】
そこで本発明は、結果的に上記モータ等の入力手段に対する負荷を軽減し、消費電力等の入力に要するエネルギーを減少させ、以て、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、入力ギアが固定されていて一方の端部フレームに軸支され、入力手段からの回転駆動力を入力する入力軸と、前記入力軸と同一軸心にて他方の端部フレームに軸支され、増大された回転駆動力を出力する出力軸とを備え、前記入力ギアは、前記一方の端部フレームに固定されていて回転しない静止内ギアに内接噛合する一対の内接ギアと一体の被動ギアを回転駆動し、前記一対の内接ギアのギア軸は、それぞれ、駆動カサ歯車を備えていて前記入力軸を軸に自由回転する短尺回転アームにおいて軸支され、前記入力軸と直交方向に配置され、両端にカサ歯車が取り付けられた一対の垂直ギア軸の内方側の前記カサ歯車を前記駆動カサ歯車に噛合させるとともに、その、外方側の前記カサ歯車を、前記入力軸と平行に配置されて中間にカサ歯車が取り付けられた水平ギア軸の前記中間カサ歯車に噛合させ、前記各水平ギア軸の端部に取り付けられた第１中間ギアの回転駆動力を、２つの中間ギアを介して、前記他方の端部フレームに固定されて回転しない静止ギアに伝達可能にし、前記入力軸に軸支されて、前記各垂直ギア軸を軸支する長尺回転アームと、中心部に、一面側において前記入力軸の端部を軸支し、他面側に前記出力軸の端部が固定される軸支部を有する出力アームとが連結されて設置され、前記第１中間ギアと前記静止ギアの間の前記２つの中間ギアの各ギア軸が前記出力アームに固定されて成り、前記第１中間ギアと前記静止ギアの間の前記２つの中間ギアの内の前記第１中間ギアに噛合する中間ギアの上下位置が、その前記入力軸及び出力軸を軸として公転する際に変わらないことを特徴とする、回転駆動力伝達装置である。  【０００８】
上記構成を、前記出力軸を入力軸と考えることにより複数段連設した構成とすることができる。また、好ましくは、前記水平ギア軸の前記第１中間ギア設置側とは反対側の端部に、バランスウエイトを取り付けることとする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る回転駆動力伝達装置においては、先ず、端部フレームに固定されている静止内ギアへの回転駆動力伝達過程において、てこの原理が作用することにより入力が一次的に増大し、また、入力軸及び出力軸を軸として公転する際に上下位置が変わらない中間ギアを含む、一直線上のギア列における回転駆動力伝達過程においてもてこの原理が作用して、二次的に入力の増力がなされる。そのため、本装置を回転動力の入力部と出力部との間に配することにより、増大された回転駆動力を出力することが可能となり、以て、消費電力等を減少させての出力効率の向上が可能であり、省エネルギーに寄与することが大であり、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付設して利用し得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る回転駆動力伝達装置の実施例として、３段構成とした場合の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す実施例における第１段の構成を示す縦断面図である。
【図３】図１に示す実施例における第１段の構成を示す分解斜視図である。
【図４】図１に示す実施例における第１要部の作用を説明するための図である。
【図５】図１に示す実施例における第２要部の作用を説明するための図である。
【図６】本発明の有効性を確認するために行なった実験の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための形態につき、添付図面に依拠して説明する。本発明に係る装置は、入力から出力までを、ギアの組み合わせ１段で構成することができるが、より高効率に高出力を得るために、基本的に同一構成のギア群を数段に配置することもできる。図示した例は３段構成にしたものである。  
【００１２】
図１はその全体構成を示す縦断面図であり、図２はそのうちの第１段の拡大断面図、図３は第１段の分解斜視図である。図中１はベースで、その両端部に端部フレーム２、３が立設される。複数段構成とする場合は、端部フレーム２、３の中間に、２段構成の場合には１つの、また、図示したような３段構成の場合には、２つの中間フレーム４、５が立設される（図１参照）。従って、１段構成の場合には中間フレーム４が端部フレーム２となり、また、２段構成の場合には中間フレーム５が端部フレーム２となる。装置全体の軽量化のために、各フレーム２〜５は、例えば十字形に形成される。  
【００１３】
なお、図から明らかなように、伝達手段を構成する後述の各部は、入力軸６を中心に回転するものであり、対で構成される部品は、入力軸６を中心に対称的に配置される。  
【００１４】
入力側の端部フレーム２の中間交差部には、モーター、水車、風車その他の外部駆動手段によって回転駆動される入力軸６を軸支する軸支筒７が設置される。入力軸６には、その軸支筒７よりも内側の部分に、入力ギア８が固定される。また、端部フレーム２には、数本の支持脚９を介して静止内ギア１０が垂直に設置され、静止内ギア１０に一対の内接ギア１１、１１ａが内接噛合するように配置される。  
【００１５】
各内接ギア１１、１１ａの端部フレーム２側には、入力ギア８に外接噛合する被動ギア１２、１２ａが、それぞれ内接ギア１１、１１ａと同軸に固定され、内接ギア１１、１１ａは、被動ギア１２、１２ａと一体となって回転する。各内接ギア１１、１１ａ及びこれと一体となった被動ギア１２、１２ａの共通のギア軸１３、１３ａは、それぞれ、軸受を介して入力軸６に回転自在に取り付けられた、短尺回転アーム１４の端部において軸支される。  
【００１６】
短尺回転アーム１４には、軸受を介して入力軸６に取り付けられた駆動カサ歯車１５が一体に設置され、駆動カサ歯車１５は、短尺回転アーム１４と一体となって入力軸６を軸に自由回転する。駆動カサ歯車１５には、一対の被動カサ歯車１６、１６ａが噛合する。被動カサ歯車１６、１６ａの垂直ギア軸１７、１７ａは水平状態の入力軸６と直交状態となるように配置され、それぞれ２箇所が、軸受を介して入力軸６に回転自在に取り付けられた長尺回転アーム１８によって軸支される。  
【００１７】
長尺回転アーム１８は、両端に端部ブラケット１９、１９ａを有すると共に、中間に入力軸６を挟んで２つの中間ブラケット２０、２０ａを有する。これらのブラケットはそれぞれ軸受を備えていて、垂直ギア軸１７、１７ａは、それぞれ端部ブラケット１９、１９ａの軸受と中間ブラケット２０、２０ａの軸受とによって軸支される。また、各端部ブラケット１９、１９ａの先端部は、長尺回転アームの長さ方向に折曲延長されて垂直ブラケット２１、２１ａとされ、垂直ブラケット２１、２１ａにはそれぞれ軸受が設置される。  
【００１８】
垂直ギア軸１７、１７ａの端部ブラケット１９、１９ａから突出する端部には、第１中間カサ歯車２２、２２ａが取り付けられ、第１中間カサ歯車２２、２２ａに噛合するように第２中間カサ歯車２３、２３ａが配設される。この第２中間カサ歯車２３、２３ａの水平ギア軸２４、２４ａは、垂直ギア軸１７、１７ａと直交するように配置され、垂直ブラケット２１、２１ａの軸受と、連結板２５、２５ａを介して長尺回転アーム１８に一体化された出力アーム２６に設けられた軸受との間において、入力軸６と平行となるように軸支される。  
【００１９】
水平ギア軸２４、２４ａは第２中間カサ歯車２３、２３ａの両側に延びていて、その垂直ブラケット２１、２１ａの軸受から突出する端部にはバランスウエイト２７、２７ａが取り付けられ、また、出力アーム２６の軸受から突出する端部には、第１中間ギア２８、２８ａが取り付けられる。  
【００２０】
出力アーム２６には更に、その水平ギア軸２４、２４ａの内側に位置させて、二対のギア軸（２９、２９ａ）、（３０、３０ａ）が固定される。そのうちの水平ギア軸２４、２４ａ寄りの一対のギア軸２９、２９ａにおいて、第１中間ギア２８、２８ａに噛合する第２中間ギア３１、３１ａが軸支され、入力軸６寄りの一対のギア軸３０、３０ａにおいて、第２中間ギア３１、３１ａに噛合する第３中間ギア３２、３２ａが軸支される。各第３中間ギア３２、３２ａはそれぞれ、端部フレーム３に設置された軸支筒３５に固定されていて、回転することのない静止ギア３３に噛合する。  
【００２１】
上記水平ギア軸２４、２４ａと、外方側の一対のギア軸２９、２９ａと、内方側の一対のギア軸３０、３０ａと、入力軸６とは、図５に示されるように一直線上に配置される。また、第１中間ギア２８、２８ａと、第２中間ギア３１、３１ａと、第３中間ギア３２、３２ａと静止ギア３３の歯数は、後述するように、それらが入力軸６を中心に公転する際に、第２中間ギア３１、３１ａが自転しないように設定される。  
【００２２】
ここにおいて第２中間ギア３１、３１ａが自転しないとは、その公転中に上下が変わらないという意味であり（観覧車におけるゴンドラの動きを想定されたい）、他のギアについての自転は、一般的意味における自転を意味することに留意されたい。  
【００２３】
出力アーム２６はその中心部に、入力側、即ち、長尺回転アーム１８側にのみ軸受を備えた軸支部３４を有していて、その軸支部３４によって入力軸６の内端部を軸支する。一方、軸支部３４の出力側には、入力軸６と軸心を一致させるようにして出力軸６ａが固定される。従って、入力軸６の回転が直接出力アーム２６に伝達されることはないが、出力軸６ａは、出力アーム２６と一体となって回転して出力することになる。この出力軸６ａは、第１段からの回転駆動力を第２段に伝達するもので、第２段からみれば、入力軸６に相当することになる（図１参照）。  
【００２４】
上述したように、第２段の構成においては、第１段の構成における出力軸６ａが第１段の構成における入力軸６に相当し、第２段の構成の中間フレーム４が第１段の構成における端部フレーム２に対応していて、各部品間の連結関係は第１段の構成におけるものと同じである。従って、重複説明を避けるために、第２段の各部の詳細な説明を省略する。  
【００２５】
また、第３段の構成におい
ては、第２段の構成における出力軸６ｂが第１段の構成における入力軸６に相当し、端部フレーム３が第１段の構成の中間フレーム４に相当し、最終出力軸６ｃが出力軸６ａに相当し、各部品間の連結関係は第１段の構成におけるものと同じである。従って、重複説明を避けるために、第３段の各部の詳細な説明を省略する。以下、第４段構成や第５段構成等となっても同様である。  
【００２６】
上記構成の第１段においては、モータ等の入力手段からの入力を受けて入力軸６が回転すると、唯一入力軸６に固定されている入力ギア８が入力軸６と一体に回転し、それに伴い、入力ギア８に噛合する被動ギア１２、１２ａ並びに被動ギア１２、１２ａと一体の内接ギア１１、１１ａが回転駆動される。その際、入力軸６の回転が、入力軸６に軸支される短尺アーム１４、長尺アーム１８及び出力アーム２６に直接伝達されることはない。  
【００２７】
内接ギア１１、１１ａはそれぞれ、端部フレーム２に固定されていてそれ自体回転することのない静止内ギア１０に内接噛合している。その結果、図４において入力ギア８が矢印ａ方向に回転すると、これに噛合する被動ギア１２及び被動ギア１２、１２ａと一体の内接ギア１１、１１ａがそれぞれ、矢印ｂ方向に自転しようとする。そして、この被動ギア１２、１２ａ（及び内接ギア１１、１１ａ）を矢印b方向に自転させようとする回転駆動力は、内接ギア１１、１１ａを介し、静止内ギア１０を矢印ｃ方向に回転させようと作用する。  
【００２８】
しかし、静止内ギア１０は固定されていて回転しないため、内接ギア１１、１１ａは静止内ギア１０との接点から反作用を受け、更に入力ギア８からの入力が継続する結果、内接ギア１１、１１ａは矢印ｂ方向に自転しつつ、静止内ギア１０の内周に沿って矢印ｄ方向に公転することになる。  
【００２９】
この内接ギア１１、１１ａ（被動ギア１２、１２ａ）の公転動作に際し、第一次的にてこの原理が働く。即ち、その公転動作の瞬時をみると、入力ギア８と被動ギア１２、１２ａの接点が力点となり、静止内ギア１０と内接ギア１１、１１ａの接点が支点となり、ギア軸１３、１３ａが作用点となっているのである。このように、作用点であるギア軸１３、１３ａが力点と支点との間にある結果、作用点であるギア軸１３、１３ａにおける回転駆動力（公転しようとする力）は、力点である入力ギア８と被動ギア１２、１２ａの接点に加わる入力ギア８からの回転駆動力よりも増大されることになる。  
【００３０】
このように増力されて公転する内接ギア１１、１１ａ（被動ギア１２、１２ａ）双方の運動は、そのまま、そのギア軸１３、１３ａの端部が連結されている短尺アーム１４、並びに、短尺アーム１４に設置されている駆動カサ歯車１５に伝達され、短尺アーム１４と駆動カサ歯車１５は、入力軸６を軸に、図５において矢印ｄ方向に回転する。  
【００３１】
この増力された駆動カサ歯車１５の回転駆動力は、それに噛合する一対の駆動カサ歯車１６、１６ａに伝達され、垂直ギア軸１７、１７ａを介して反対側の第１中間カサ歯車２２、２２ａから、それらに噛合する第２中間カサ歯車２３、２３ａへと伝達される。そして、第２中間カサ歯車２３、２３ａの回転は、水平ギア軸２４、２４ａを介して第１中間ギア２８、２８ａに伝達される。  
【００３２】
その後、図５に示されるように、矢印ｅ方向に回転する第１中間ギア２８、２８ａは、それに噛合する第２中間ギア３１、３１ａを矢印ｆ方向に回転させようとし、また、第２中間ギア３１、３１ａはそれに噛合する第３中間ギア３２、３２ａを矢印ｇ方向に回転させようとし、更に、第３中間ギア３２、３２ａはそれらに噛合する静止ギア３３を矢印ｈ方向に回転させようとする。  
【００３３】
しかし、静止ギア３３は軸支筒３５に固定されていて回転せず、その後も第３中間ギア３２、３２ａが静止ギア３３を回転させようとし続ける結果、各第３中間ギア３２、３２ａは、矢印ｇ方向に自転しつつ、静止ギア３３に沿って矢印ｉ方向に公転することになり、以て、そのギア軸３０、３０ａが固定されている出力アーム２６が、入力軸６を軸に矢印ｉ方向に回転する。  
【００３４】
そして、同時に、連結板２５を介して出力アーム２６と一体になっている長尺アーム１８、及び、長尺アーム１８に直接又は間接的に取り付けられている部品、即ち、駆動カサ歯車１６、１６ａ、垂直ギア軸１７、１７ａ、第１中間カサ歯車２２、２２ａ、第２中間カサ歯車２３、２３ａ、水平ギア軸２４、２４ａ、並びに、バランスウエイト２７、２７ａが、出力アーム２６と一体に、入力軸６を軸に矢印ｉ方向に回転する。  
【００３５】
上記第１中間ギア２８、２８ａから、第２中間ギア３１、３１ａ、第３中間ギア３２、３２ａ、そして静止ギア３３へ至る各ギア間における回転駆動力の伝達過程において、第二次的にてこの原理が働く。即ち、第３中間ギア３２、３２ａと静止ギア３３との接触点が支点となり、第１中間ギア２８、２８ａと第２中間ギア３１、３１ａとの接触点が力点となり、ギア軸２９、２９ａ、３０、３０ａが作用点となって、出力アーム２６に作用を及ぼす。その結果、出力アーム２６は、出力軸６と一体に、入力軸６を軸に回転駆動される。  
【００３６】
ここにおいて、上述したように、第２中間ギア３１、３１ａは自転せず（その公転中に上下が変わらない）、観覧車におけるゴンドラの如き動きをすることが重要である。第２中間ギア３１、３１ａがそのような動きをすることにより、第１中間ギア２８、２８ａと第２中間ギア３１、３１ａと第３中間ギア３２、３２ａとが、１本の棒状体を構成することになり、そこにてこの原理が働くことになるのである。もし、第２中間ギア３１、３１ａが自転するような構成にすると、その棒状体が崩れて力が逃げ、もはやてこの原理は働かなくなる。  
【００３７】
出力アーム２６の回転は、それと一体の出力軸６ａから、それに固定されている第２段の入力ギアへ伝達されるが、その回転出力は、作用点であるギア軸２９、２９ａ、３０、３０ａが力点と支点との間にあるために、ギア軸１３、１３ａにおける回転駆動力（公転しようとする力）は、力点である第１中間ギア２８、２８ａと第２中間ギア３１、３１ａとの接点に加わる第１中間ギア２８、２８ａからの回転駆動力より増大されたものとなる。  
【００３８】
第２段においても、第１段と同じ作用による増力が行われて第３段へ出力され、第３段においても、第１段と同じ作用による増力が行われて外部に出力される。従って、段数が増えれば増える程、入力に対して増大された出力が得られることになる。  
【００３９】
本発明に係る装置の有効性を確認するために、図６に示すような実験を行った。即ち、９６Ｖのバッテリー６０を電源とする直流モータ６１（９５Ｖ、１３Ａ）と、コントローラ６３を介してバッテリー６０を充電する定格出力１００Ｖ、１５Ａの発電機６２との間に本発明に係る装置６４を介在させたものを用意し、発電機６２の出力側とモータ６１の入力側にそれぞれ電圧計と電流計を配置して、それぞれの値を観察した。  
【００４０】
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、本装置６４を介して発電機６２を始動させ、バッテリー６０を充電させつつ各装置の運転を継続させて観察した。その際、本装置６４の出力には十分な余力があるために、外部出力した。そして、しばらく連続運転した後に計測したところ、発電機６２の出力は１００Ｖ、１５Ａを維持し、また、直流モータ６１への入力値は、それぞれ、９５Ｖ、１３Ａであった。  
【００４１】
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、しばらく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１００Ｖで電流値は１５Ａのままであった。本発明に係る装置においては、このようにバッテリー６０からの入力停止後も、回転動作が停止することなく出力を継続することが確認された。  
【００４２】
また、入力軸６に１ｋｇの負荷をかけて回転させたところ、出力軸６ａ側ににおいて数１０ｋｇもの重量物を持ち上げることができた。即ち、この場合の出力は、入力に対し、数１０倍増力されていることになる。このような結果が得られたのは、上述したように、１つの機構において二段階に渡っててこの原理が作用して、増力が行われたからに他ならない。  
【００４３】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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