(57)【要約】      （修正有）【課題】効率的且つ効果的な転倒プレート駆動システムを提供する。【解決手段】転頭プレート駆動装置１０は、入力モータ１２、転頭プレート１４、ステータギア１６、及び、出力プレート１８を含む。入力モータは、回転軸２０、実質的に平坦な面３６、及び、前記実質的に平坦な面から延びる丸みを帯びた突起３８、４０を有しうる。転頭プレートは、回転軸に対して非ゼロ角度で配置された転頭軸を有しうる。モータの丸みを帯びた突起は、転頭プレートの実質的に平坦な面と係合して、転頭プレートをステータギアの周囲に沿って章動させうる。【選択図】図１
2018185042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸、前記回転軸に垂直な実質的に平坦な面、及び、前記実質的に平坦な面から延びる少なくとも１つの丸みを帯びた突起、を有する入力モータと、
前記入力モータの前記回転軸に対して非ゼロ角度で配置された転頭軸、前記転頭軸に垂直であるとともに概して前記入力モータの方を向く実質的に平坦な第１面、前記第１面に平行な平面を規定するとともに概して前記入力モータから離れる方を向く第２面、前記第２面に設けられた複数の面歯、及び、前記第１面と前記第２面の間の前記転頭プレートの外周に沿って、前記転頭軸に垂直な平面内に設けられた複数の転頭歯、を有する転頭プレートと、
前記複数の転頭歯と係合するように構成された複数のステータ歯を有するステータギアと、
前記回転軸と実質的に整列する出力軸及び複数の出力歯を有する出力プレートと、を含み、
前記少なくとも１つの丸みを帯びた突起は、前記転頭プレートの前記第１面と係合するように構成されており、前記複数の面歯は、前記転頭プレートが前記ステータギアの周囲に沿って章動する際に、前記複数の出力歯と係合するように構成されている、転頭プレート駆動装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの丸みを帯びた突起は、前記回転軸を中心として測定した場合に８０度と１００度との間の角度離間している２つの丸みを帯びた突起を含む、請求項１に記載の転頭プレート駆動装置。
【請求項３】
前記角度は、８９度である、請求項２に記載の転頭プレート駆動装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの丸みを帯びた突起は、カートリッジベアリングである、請求項１〜２のいずれか１つに記載の転頭プレート駆動装置。
【請求項５】
前記複数の転頭歯、前記複数のステータ歯、又はこれら両方は、円と楕円の複合インボリュート曲線によって規定される、請求項１、２、又は４のいずれか１つに記載の転頭プレート駆動装置。
【請求項６】
実質的に平坦な面と前記実質的に平坦な面から延びる少なくとも１つの丸みを帯びた突起とを有しているモータを励起させて回転軸周りに回転させ、
前記少なくとも１つの丸みを帯びた突起を、転頭プレートの実質的に平らな面と係合させ、これにより前記転頭プレートを章動させ、
前記転頭プレートが章動する際に、前記転頭プレートの複数の転頭歯を、ステータギアの複数のステータ歯と係合させ、これにより、前記転頭プレートを回転させ、
前記転頭プレートが章動及び回転する際に、前記転頭プレートの複数の面歯を、出力プレートの複数の出力歯と係合させ、これにより、前記出力プレートを回転させる、転頭プレート駆動装置の操作方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの丸みを帯びた突起は、カートリッジベアリングである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の転頭歯及び前記複数のステータ歯は、各々が少なくとも部分的に、円と楕円の複合インボリュート曲線によって規定される、請求項６〜７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記複数の面歯は、前記転頭プレートの円錐台面に設けられており、前記円錐台面は、前記転頭プレートの重心が前記円錐台面の頂点と一致するように構成されている、請求項６〜８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
前記転頭プレートは、前記モータ、前記ステータギア、又は前記出力プレートのうちの任意の１つによって前記転頭プレートに付与される接触力が、前記回転軸に垂直な平面内に位置する円に対する接線方向を向くように構成されている、請求項６〜９のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、転頭プレート（wobble plate）駆動装置に関する。より具体的には、本開示は、楕円状に連結するギアシステムを用いてトルクを増やすシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つ以上のギアを使用することによって、ギア比による機械的効果を生じさせることができる。様々なギア配置によって、第１のギアが１回転すると、同じ時間内に第２のギアが１回転よりも多く又は少なく回転する構成とすることができる。用途によっては、ギア比が極めて高く、ギアの減速量が極力小さいモータを有することが望ましい場合がある。
【０００３】
以前から、転頭プレート式の駆動機構は、小型で高ギア比のモータを実現するための有望な手法であると考えられてきた。しかしながら、実際には、効率的且つ効果的な転頭プレート駆動システムは、実現が困難であるとされてきた。これは、システム内で働く力により、機構の係合離脱、許容できないレベルの振動、又は、摩擦による非効率が、しばしば発生するからである。
【発明の概要】
【０００４】
入力モータ、転頭プレート、ステータギア、及び出力プレートを含む、機械式の仮想楕円駆動装置が開示される。入力モータは、回転軸、前記回転軸に垂直な実質的に平坦な面、及び、前記平坦な面から延びる丸みを帯びた突起を有しうる。
【０００５】
転頭プレートは、転頭軸、及び、前記転頭軸に垂直であるとともに概して前記入力モータの方を向く実質的に平坦な第１面を有しうる。前記転頭プレートの前記第１面に平行な平面内にある第２面は、概して前記モータから離れる方を向いていてよく、複数の面歯及び複数の転頭歯を含みうる。転頭プレートは、前記転頭軸が、前記モータの前記回転軸に対して非ゼロ角度を成すように配置されうる。
【０００６】
ステータギアは、ステータ軸、及び、前記転頭歯と係合するように構成された複数のステータ歯を有しうる。出力プレートは、出力軸、及び、前記面歯と係合するように構成された複数の出力歯を有しうる。ステータギアは、前記ステータ軸が前記回転軸と整列するように配置されうる。同様に、出力プレートは、前記出力軸が前記回転軸と整列するように配置されうる。
【０００７】
前記入力モータの丸みを帯びた突起は、前記転頭プレートの実質的に平坦な面の接触点に接触して、前記転頭プレートと係合しうる。前記入力モータは、前記ステータ軸を中心として前記突起を回転させ、これにより、前記転頭軸が前記ステータ軸を中心として歳差運動するように、前記転頭プレートを前記ステータの周囲に沿って章動させうる。前記転頭プレートと前記ステータギアとの最接近点が前記ステータ軸を中心として移動する際に、前記接触点は、前記最接近点よりも前方に進められうる。
【０００８】
前記複数の転頭歯は、前記複数のステータ歯と係合するように構成されうる。前記複数の面歯は、前記転頭プレートが前記ステータギアの周囲に沿って章動する際に、前記複数の出力歯と係合するように構成されうる。
【０００９】
前記機械式の仮想楕円駆動装置を操作する方法は、前記モータを励起させて前記回転軸周りに回転させ、前記丸みを帯びた突起を、前記転頭プレートの前記実質的に平らな面と係合させ、これにより前記転頭プレートを章動させることを含みうる。当該方法は、前記転頭プレートが章動する際に、前記複数の転頭歯を、前記複数のステータ歯と係合させ、これにより、前記転頭プレートを回転させることを含みうる。当該方法は、さらに、前記転頭プレートが回転及び章動する際に、前記複数の面歯を、前記複数の出力歯と係合させ、これにより、前記出力プレートを回転させることを含みうる。
【００１０】
本開示は、種々の装置及びその使用方法を開示している。いくつかの実施形態において、機械式の仮想楕円駆動装置は、モータ、転頭プレート、ステータギア、及び出力プレートを含みうる。いくつかの実施形態において、モータは、９０度未満の角度間隔で設けられた２つのカートリッジベアリングを含みうる。いくつかの実施形態において、転頭プレート、ステータギア、及び、出力プレートの各々は、偏心力を制限するように設計された形状の１組の歯を含みうる。
【００１１】
特徴、機能、及び、利点は、本開示の様々な実施形態において個別に実現可能であるが、他の実施形態において互いに組み合わせてもよく、さらなる詳細については、以下の記載及び図面を参照することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の態様による例示的な転頭プレート駆動装置の分解等角投影前面図である。
【図２】図１の転頭プレート駆動装置の分解等角投影背面図である。
【図３】図１の転頭プレート駆動装置の転頭プレートの等角投影図である。
【図４】図１の転頭プレート駆動装置の、駆動装置の回転軸に平行な平面に沿った断面図である。
【図５】図１の転頭プレート駆動装置の、図４の平面から４５度回転させた平面に沿った断面図である。
【図６】本開示の態様による、転頭プレート駆動装置の例示的な使用方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜概要＞
モータ、転頭プレート、ステータギア、及び、出力プレートを有する機械式の仮想楕円駆動装置の様々な実施形態を、以下に説明するとともに、関連する図面に図示する。別段の記載がない限り、機械式の仮想楕円駆動装置及び／又はその様々な部品は、本明細書に記載、図示、及び／又は、組み込みがなされた構造、部品、機能、及び／又は変形例の少なくとも１つを含みうるが、必須ではない。また、本開示に関連させて本明細書に記載、図示、及び／又は組み込みがなされた構造、部品、機能、及び／又は変形例を、他の楕円駆動装置に含めることができるが、これは必須ではない。以下の様々な実施形態の説明は、単に例示的な性質のものであり、本開示やその適用例又は用途を、なんら限定することを意図するものではない。また、以下に説明する、実施形態によってもたらされる利点は、例示的な性質のものであり、すべての実施形態が同じ利点や同程度の利点をもたらすとは限らない。
【００１４】
仮想楕円駆動装置は、転頭プレート機構を含みうる。転頭プレート機構においては、ギアのうちの１つ、例えば転頭プレートが、別のギア、例えばステータギアの周囲に沿って章動する。本明細書において、章動する又は章動という言葉は、転頭（wobble）、揺れ（sway）、又は、円形ロッキング動（rocking motion）を意味する。転頭プレートの歯数とステータギアの歯数が１つ異なる場合、そのシステムは、ステータギアの歯数に等しいギア比を有することになる。ギアを２つのみ用いる転頭プレート機構は、小型で高ギア比を実現することできる。
【００１５】
＜実施例＞
機械式の仮想楕円駆動装置の一実施形態は、図１と図２とでは異なる角度から見ることができ、概括的に符号１０で示している。駆動装置１０は、入力モータ１２、転頭プレート１４、ステータギア１６、及び、出力プレート１８を含みうる。モータ１２は、回転軸２０を規定し、当該回転軸が中心となるように、ステータギア１６及び出力プレート１８が配置されうる。転頭プレート１４は、当該回転軸に対して非ゼロ角度で配置されうる。
【００１６】
転頭プレート１４は、実質的に平坦な後面２４と前面２６とを有するとともに、複数の面歯２８及び複数の転頭歯３０を備えうる。面歯２８は、前面２６に設けられうる。転頭歯３０は、面２４と面２６との間の転頭プレートの外周に沿って、転頭軸に垂直な平面内に設けられうる。
【００１７】
駆動装置１０を組み立てると、モータ１２は、転頭プレート１４の後面２４と係合することにより、転頭プレートをステータ１６に沿って章動させることができる。ステータは、ステータギアと称する場合もあり、例えば、転頭歯３０と係合するように構成された複数のステータ歯３２を含んでおり、これにより転頭プレートを回転させることができる。出力プレート１８は、例えば、面歯２８と係合するように構成された複数の出力歯３４を含んでおり、これにより、転頭プレートは、出力プレートを回転させることができる。このように、モータ１２は、転頭プレート１４とステータ１６との第１ギア比と、転頭プレート１４と出力プレート１８との第２ギア比とによって決まるトルクで、出力プレート１８を回転させることができる。
【００１８】
図１及び図２に示した実施形態において、入力モータ１２は、回転軸２０に垂直な実質的に平坦な面３６を有する電気モータであり、当該平坦面に連結された第１カートリッジベアリング３８及び第２カートリッジベアリング４０を含んでいる。ベアリング３８及び４０は、図１に最もよく表れている。第１ベアリングは、回転軸２０周りに測定した場合に、第２ベアリングから８９度角度離間しうる。ベアリングは、平坦面３６の半径方向縁部に隣接する位置に、連結することができる。
【００１９】
ベアリング３８、４０は、駆動装置１０が組み立てられた際にベアリング３８又はベアリング４０のいずれかが転頭プレートの後面２４に接触するように、平坦面３６から延出しうる。この接触点は、回転軸周りに測定した場合に、モータと転頭プレートとの最接近点から４５度角度離間した点に位置しうる。ベアリングは、転頭プレート１４の後面２４に転がり接触するように構成することができ、これにより、転頭プレートと係合して章動を生じさせる。
【００２０】
図示しない別の実施形態において、（２つの突起ではなく）１つの丸みを帯びた突起が、モータ１２の平坦面３６に形成されていてもよい。この丸みを帯びた突起は、回転軸周りに測定した場合に、点４４から４５度角度離間した点で、転頭プレート１４と接触しうる。他の実施形態では、必ずしも正確に８９度ではなく、８０度と１００度との間の角度離間する２つの突起を含んでいてもよい。さらに他の実施形態では、平坦面３６から延出する３つ以上の突起を含んでいてもよい。
【００２１】
丸みを帯びた突起の数にかかわらず、丸みを帯びた突起と転頭プレートの後面２４との摩擦を低減するために、モータ１２と転頭プレート１４との間に潤滑剤を配置してもよい。また、突起は、任意の形状であってよいし、転頭プレート１４に対する突起の低摩擦の転がり係合の実現に資する任意の機構を含んでいてもよい。
【００２２】
図３に示すように、転頭プレート１４は、後面２４、前面２６、及び、中心軸又は転頭軸２２を有する、ディスクと同様の形状に形成することができる。転頭プレート１４は、転頭軸２２が回転軸２０に対して非ゼロ角度を成すように、位置合わせされうる。後面２４は、例えば転頭軸に対して垂直であり、前面２６は、後面に対して平行な平面を規定する。図１〜図２に示すように、後面２４は、概して入力モータ１２の方を向いており、前面２６は、概してモータから離れる方に向いている。
【００２３】
図３に戻ると、複数の転頭歯３０は、後面２４と前面２６との間の転頭プレート１４の外周に沿って、転頭軸２２に垂直な平面内に設けられうる。転頭歯は、転頭プレートの外側円筒面５８から、転頭軸から遠ざかる半径方向に延出しうる。転頭歯は、さらに、転頭歯ベース６０から、転頭軸に沿う軸方向に延出しうる。転頭歯ベースは、例えば、転頭プレートに連結された、あるいはこれと一体の、略環状の部材である。複数の転頭歯は、円筒面５８と転頭歯ベース６０の両方から延出しうる。円筒面又は転頭歯ベースのいずれか又は両方に転頭歯を接続することによって、複数の転頭歯に、物理的支持又はある程度の剛性を与えることができる。転頭歯３０の数は、任意に選択可能である。
【００２４】
各転頭歯３０は、例えば第１係合面を含み、歯の反対側には、例えば第２係合面がある。各係合面は、平面状であってもよいし、複数の平面で構成されていてもよいし、曲率を有する１つ以上の面で構成されていてもよい。転頭歯３０の一方又は両方の係合面は、以下に詳述するように、円と楕円の複合インボリュート曲線によって規定されうる。あるいは、当該曲線は、０ラジアンと２πラジアンの間のすべての角度における、歯の位置への仮想楕円の射影であってもよい。
【００２５】
また、各転頭歯３０は、係合部と支持基部とを含みうる。係合部は、第１係合面及び第２係合面を含みうる。支持基部は、係合部を転頭歯ベース６０に接続しうる。
【００２６】
複数の転頭歯３０の各々において、第１係合面及び第２係合面の一方又は両方は、円と楕円の複合インボリュート曲線によって規定されうる。すなわち、第２係合面の曲線は、次の第１式によって規定されうる。
【数１】
2018185042.tif 000003
同式において、Ｃは、転頭プレートの半径に比例しうる定数であり、φは、０〜π／２ラジアンの値をとることができ、Ｄは、１未満の正の定数でありうる。Ｄの値は、例えば約０．６５である。ただし、他の値も可能である。第１式は、１に正規化してもよい。
【００２７】
これに代えて、第２係合面の曲線は、次の第２式によって規定してもよい。
【数２】
2018185042.tif 000004
同式において、Ｃは、転頭プレートの半径に比例しうる定数であり、φは、０〜π／２ラジアンの値をとることができ、Ｄは、１未満の正の定数でありうる。Ｄの値は、例えば約０．６５である。ただし、他の値も可能である。
【００２８】
第２式は、転頭プレートの半径に正規化してもよい。第２係合面の曲線は、０ラジアンと２πラジアンの間のすべての角度における、歯の位置への仮想楕円の射影であってもよい。第１係合面の曲線は、歯の頂点を通り且つ回転軸を含む平面を中心に反転させた、第２係合面の曲線の鏡像であってよい。また、第１係合面と第２係合面とは、各歯の頂点で滑らかに繋がっていてよい。従って、歯の断面は、円と楕円の複合インボリュート曲線によって規定されうる。
【００２９】
図３に示すように、転頭プレート１４の前面２６は、環状の転頭面６４を含みうる。当該転頭面は、図示の実施形態では、円錐台面である。すなわち、環状の転頭面６４は、転頭軸２２に垂直な平面に対して傾斜しており、環状転頭面上のあらゆる点は、転頭軸上に位置する円錐台頂点に至るまで延長可能な円錐台線を含んでいる。環状の転頭面６４の円錐台の頂点は、転頭プレート１４の重心に一致しうる。他の実施形態において、転頭面は、これとは異なる形状を有していてもよい。
【００３０】
複数又は一群の面歯２８が、環状転頭面６４に配置されている。面歯２８の数は、任意に選択可能であり、出力歯３４の数より多くても少なくてもよいし、出力歯と同数であってもよい。図示の実施形態においては、面歯２８の数と出力歯３４の数は同じである。各面歯は、２つの駆動面を含みうる。駆動面は、平面状であってもよいし、複数の平面で構成されていてもよいし、曲率を有する１つ以上の面で構成されていてもよい。
【００３１】
再び図１〜図２を参照すると、ステータギア１６は、ベース４８を有しうる。ベースは、内側円筒面５０及びステータ歯ベース５２を含みうる。ベース４８は、駆動装置１０を使用する任意の装置の台部材にステータ１６を機能的に連結するように構成された取り付けポイントを含んでいてもよい。ステータ１６は、当該装置に対しては、静止している。ステータギアは、回転軸２０と実質的に一直線を成し、ひいては出力軸とも実質的に整列するステータ軸５４を規定しうる。
【００３２】
ステータ１６は、一部が内側円筒面５０によって規定されうる内部空間５６を有しうる。内部空間５６は、以下に詳述するように、転頭プレート１４の一部又は全体を収容するように構成されうる。
【００３３】
ステータ歯３２は、内側円筒面５０及びステータ歯ベース５２のうちのいずれか一方又は両方に設けられうる。ステータ歯は、内側円筒面から内部空間５６内に、回転軸に向かう半径方向に延出しうる。ステータ歯は、ステータ歯ベース５２から、回転軸に沿う軸方向に延出しうる。ステータ歯の数は、用途及び所望のギア比によって、任意に選択可能である。ステータ歯の数は、転頭歯３０の数より多くても少なくてもよいし、転頭歯と同数であってもよい。
【００３４】
複数のステータ歯の各々は、回転軸２０に対して、近位端及び遠位端を有しうる。ステータ歯の遠位端は、内側円筒面５０に接続されうる。各歯は、例えばさらに第１係合面を含み、歯の反対側の面には、例えば第２係合面がある。各係合面は、平面状であってもよいし、複数の平面で構成されていてもよいし、曲率を有する１つ以上の面で構成されていてもよい。
【００３５】
ステータ歯３２の一方又は両方の係合面は、前述したように、円と楕円の複合インボリュート曲線によって規定されうる。あるいは、当該曲線は、０ラジアンと２πラジアンの間のすべての角度における、歯の位置への仮想楕円の射影であってもよい。
【００３６】
複数のステータ歯３２の各々は、係合部と支持基部とを含みうる。係合部は、第１係合面及び第２係合面を含みうる。支持基部は、係合部をステータ歯ベース５２に接続しうる。
【００３７】
図１〜図２に示すように、出力プレート１８は、環状出力面６２に配置された複数の出力歯３４を備えうる。出力プレート１８は、実質的に回転軸２０と整列する出力軸をさらに有する。
【００３８】
図２に最もよく表れているように、出力面６２は、円錐台状である。すなわち、環状出力面６２は、回転軸２０に垂直な平面に対して傾斜しており、環状出力面上のあらゆる点は、回転軸上で且つ出力プレート１８の前方に位置する円錐台頂点に至るまで延長可能な円錐台線を含んでいる。上述の要素を組み付けて駆動装置１０とすると、環状出力面６２の円錐台の頂点は、転頭プレート１４の重心に一致しうる。他の実施形態において、出力面は、円筒形又は別の頂点を有する円錐台形などの、異なる形状を有していてもよい。
【００３９】
出力歯３４の数は、任意に選択可能であり、面歯２８の数より多くても少なくてもよいし、面歯と同数であってもよい。図示の実施形態においては、出力歯３４の数と面歯２８の数は同じである。各出力歯は、２つの従動面を含みうる。各従動面は、平面状であってもよいし、複数の平面で構成されていてもよいし、曲率を有する１つ以上の面で構成されていてもよい。
【００４０】
図４〜図５は、駆動装置１０の断面図であり、組み付けられた状態のモータ１２、転頭プレート１４、ステータギア１６、及び出力プレート１８を示している。モータと出力プレートとは、ステータ軸５４に沿って整列させることができる。すなわち、回転軸と、出力軸と、ステータ軸とが、実質的に整列する状態とすることができる。転頭プレート及び転頭軸２２は、ステータ軸に対して、任意の所望且つ適切な非ゼロ角度で配置されうる。転頭プレート１４がステータ１６及び出力プレート１８の周囲に沿って章動する際、転頭プレートの重心は、実質的に固定状態とされうる。
【００４１】
図５は、図４の断面の平面をステータ軸５４を中心として４５度回転させた平面における断面図であり、各図における角度は、部品間の関係をより明確に示すために誇張されている。
【００４２】
転頭プレート１４は、ステータギア１６と係合するように構成されている。より具体的には、転頭歯３０が、ステータ歯３２と係合するように構成されている。モータ１２が第１方向に回転する場合、転頭歯の第１係合面が、ステータ歯の第１係合面と係合しうる。すなわち、複数のステータ歯の第１係合面と、第１の複数の転頭歯の第１係合面との相互作用によって、ステータギアによって転頭プレートに接触力が付与されうる。これらの接触力によって、転頭プレートは、第１方向に回転するととともに、第１章動方向に章動する。
【００４３】
一般的に、ステータギアはｎ個のステータ歯を、転頭プレートはｍ個の転頭歯を有し、ｎとｍとは１以上異なる整数であり、典型的には１異なる整数である。転頭プレートがステータギアの周囲に沿って章動する際、複数の転頭歯の各々は、１回の章動中に、複数のステータ歯のうちの１つと係合しうる。ステータ歯が転頭歯より１つ多い場合、転頭プレートは、一回の章動中にわずかだけ回転しうる。
【００４４】
具体的には、転頭プレートは、転頭プレートが１回章動する間に、完全な１回転の１／ｍだけ回転しうる。換言すれば、転頭プレートが、おそらくはモータとの相互作用によって、完全な１回転の１／ｍ回転すると、転頭プレートは１回の完全な章動を完了する。従って、転頭プレートとステータギアとは、ｍ：１のギア比に従って相互作用しうる。転頭プレートは、ｍ回章動するごとに、正確に１回転しうる。従って、開示のシステムのギア比は、転頭プレートの歯数ｍと、ステータギアの歯数ｎとによって、決定することができる。
【００４５】
転頭プレート及びステータギアは、これらの間に付与されるあらゆる接触力が、回転軸に垂直な平面内に位置する円に対する接線方向に向くように構成されうる。接触力は、例えば、転頭軸２２に対して実質的に垂直であり、且つ、転頭歯３０とステータ歯３２との接触点から転頭軸２２まで延びる径方向の線に対して実質的に垂直な方向を向く。
【００４６】
転頭プレート１４及びステータギア１６は、実質的に円形でありうるが、各々の配向が異なるために、ステータ上への転頭プレートの射影は楕円形となる。複数の転頭歯３０及びステータ歯３２を、この仮想楕円を歯の位置に射影することによって輪郭付けしてもよい。ステータ１６に対する転頭プレート１４の楕円射影は、これにより、非偏心回転となるように限定される。偏心運動を許容すると、大きな不均衡な力が生成され、システムの性能が容認できないものとなる場合がある。
【００４７】
転頭プレート１４は、面歯２８と出力歯３４との係合によって、出力プレート１８とも係合するように構成されている。転頭プレートが第１回転方向に回転する際、面歯の第１駆動面が、出力歯の第１従動面と係合しうる。すなわち、複数の面歯の第１駆動面と、複数の出力歯の第１従動面との相互作用によって、転頭プレートによって出力プレートに接触力が付与されうる。これらの接触力は、出力プレートを、第１方向に回転させることができる。転頭プレートが第２方向に回転する際は、面歯の第２駆動面と出力歯の第２従動面との接触力が、出力プレートを、第２回転方向に回転させることができる。
【００４８】
駆動装置１０の例示的な実施形態においては、出力プレートと転頭プレートとは、同じ数の歯を有している。すなわち、出力歯の数が、面歯の数に等しい。従って、図示の実施形態では、出力プレートと転頭プレートとは、１：１のギア比に従って、相互作用及び回転する。すなわち、転頭プレートが完全に一回転するたびに、出力プレートも、正確に、完全に一回転する。出力歯及び面歯の数については、他の選択も可能であり、その場合は、出力ギア比も他の値になる。
【００４９】
転頭プレート１４及び出力プレート１８は、これらの間に付与されるあらゆる接触力が、回転軸に垂直な平面内に位置する円に対する接線方向に向くように構成されうる。例えば、接触力は、転頭軸２２に対して実質的に垂直であり、且つ、面歯２８と出力歯３４の接触点から転頭軸２２まで延びる径方向の線に対して実質的に垂直な方向を向く。
【００５０】
転頭プレート及び出力プレートを、これらの間の接触力がこのような方向を向くように構成することによって、偏心力を回避することができる。偏心力は、複数の面歯を複数の出力歯から係合離脱させたり、転頭プレートの重心をぐらつかせたりすることにより、駆動システムに望ましくない振動を生じさせる恐れがある。
【００５１】
転頭プレート１４は、回転軸２０に平行な方向に測定した場合に、出力プレート１８から最も遠い位置又は点である０度位置又は０度点４２を転頭プレート上に有しうる。図４に示した０度位置において、例えば、転頭プレート１４は、モータ１２に最も接近している。転頭プレート１４は、０度位置から第１章動方向に転頭プレートを１／４周した位置である９０度位置又は９０度点を有しうる。例えば、出力プレートの近傍における、転頭プレートの上方の視点から見て、当該９０度位置は、転頭プレートの周囲を反時計回りに９０度進んだ点である。転頭プレートの周囲に沿って進んでいくと、１８０度位置又は１８０度点４４が、転頭プレートの０度位置４２の反対側に位置しうる。１８０度位置は、転頭プレートが出力プレート及びステータギアに最も接近するとともにモータから最も距離が遠い点を取りうる。２７０度位置又は２７０度点は、転頭プレートの９０度位置の反対側に位置しうる。
【００５２】
モータ１２は、図４に示すように、０度点４２が、所与の瞬間に、ベアリング３８とベアリング４０との間のモータの平坦面３６に接触するように、配置されうる。これと同じ瞬間に、図５に示すように、ベアリング３８及び４０のうちの一方だけが、転頭プレート１４の後面２４の点４６に接触しうる。モータは、ステータ軸５４中心としてベアリングを回転させ、これにより、転頭軸２２がステータ軸を中心として歳差運動するように、転頭プレート１４をステータギア１６の周囲に沿って章動させる。従って、ベアリングと転頭プレート１４との接触点４６は、１８０度点４４よりも前方に進みうる。
【００５３】
モータが第１方向に回転する場合、ベアリング３８は、転頭プレートの後面２４における０度位置４２と２７０度位置との間の点に接触し、転頭プレートと係合して転頭プレートを第１方向に章動させうる。図５は、そのような場合のベアリング３８を示している。モータが第２方向に回転する場合は、ベアリング４０は、転頭プレートの後面２４における０度位置４２と９０度位置との間の点に接触し、転頭プレートと係合して転頭プレートを第２方向に章動させうる。
【００５４】
駆動装置１０の使用中は、転頭プレート１４は、通常、章動し且つ回転することになる。転頭プレートは、ステータギア１６、モータ１２、及び／又は、出力プレート１８の周囲に沿って章動するように構成されるものとして説明することができる。転頭プレートが第１章動方向に章動する場合、転頭プレートの０度位置は、その時点での９０度位置に向かって移動し、従って、１回の完全な章動の１／４だけ章動した後には、９０度位置は０度位置に、１８０度位置は９０度位置になっているなどの状態になる。また、転頭プレートは、章動と同じ速度で回転しなくてもよい。すなわち、転頭プレートが１回の完全な章動を完了する際には、０度位置は、転頭プレートの全周上を移動しうる。この同じ時間中に、転頭プレートは、１回の完全な回転よりも少なく回転しうる。回転速度は、章動速度と、転頭歯３０とステータギア１６とのギア比とによって、決定されうる。
【００５５】
転頭歯３０は、転頭プレートが章動する際のあらゆる瞬間において、ステータギアの１／４周部分のステータ歯３２と係合しうる。この係合は、第１係合面同士が互いに転動し合う転がり接触の形態でありうる。この転がり接触は、ギア歯の対向する面と面とが滑り接触によって係合する多くの標準的なギア連結とは対照的である。一般的に、同じ２つの面について比べると仮定すると、転がり接触の方が、滑り接触よりも２つの面間の摩擦がはるかに少ない。
【００５６】
転頭歯３０は、第１方向に章動する際には、０度位置と２７０度位置との間でのみ、ステータ歯３２と接触しうる。この接触は、複数の転頭歯と複数のステータ歯のそれぞれの一部同士の転がり接触に限定されうる。従って、転頭プレートは、滑り接触の場合よりも少ない摩擦で、ステータの周囲に沿って章動することができる。このような構成によって、章動運動又は章動エネルギーを、回転運動又は回転エネルギーに、効率的に変換することができる。
【００５７】
同様に、面歯２８は、転頭プレートが章動する際のあらゆる瞬間において、出力プレートの１／４周部分の出力歯３４と係合しうる。転頭プレートが第１方向に章動する際には、面歯と出力歯とは、１８０度位置４４と９０度位置との間で係合しうる。この係合によって、転頭プレート１４は、出力プレート１８を転頭プレートと同じ方向に回転させることができる。図示の実施形態において、面歯２８と出力歯３４とのギア比が１の場合、出力プレート１８も、転頭プレート１４と同じ速度で回転しうる。従って、モータ１２の回転を、より高いトルクで、出力プレート１８に伝達することができる。
【００５８】
＜操作／使用の方法＞
図６では、機械式の仮想楕円駆動装置の操作方法を、概括的に符号１００として示す。工程１０２において、方法１００は、実質的に平坦な面に設けられた少なくとも１つの丸みを帯びた突起を有するモータを用意し、当該モータは回転軸を規定し、転頭歯及び面歯を有する転頭プレートを用意し、ステータ歯を有するステータギアを用意し、出力歯を有する出力プレートを用意することを含みうる。モータ、転頭プレート、ステータギア、及び、出力プレートは、例えば図１〜図５に示し且つ上述したように、あるいは、本開示に一致する任意の他の適当な態様及び構成で、製造及び組み付けが行われうる。
【００５９】
工程１０４において、方法１００は、モータを励起させて回転軸周りに回転させることを含みうる。工程１０６において、方法１００は、モータの丸みを帯びた突起のうちの１つ又は複数を、転頭プレートの実質的に平坦な面と係合させ、これにより転頭プレートを章動させることを含みうる。工程１０８において、方法１００は、転頭歯をステータ歯と係合させ、これにより転頭プレートを回転させることを含みうる。工程１１０において、方法１００は、転頭プレートの面歯を出力プレートの出力歯と係合させ、これにより出力プレートを回転させることを含みうる。
【００６０】
本開示による使用方法は、前述した機械式の仮想楕円駆動装置の実施形態のいずれかと組み合わせて採用することができる。いくつかの実施形態において、当該方法は、モータの回転を停止して、出力プレートを停止させることをさらに含みうる。当該方法は、モータを励起させて回転軸周りに第２回転方向に回転させ、これにより出力プレートを第２方向に回転させることをさらに含みうる。
【００６１】
さらに、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。
【００６２】
＜付記＞
付記１：  回転軸、前記回転軸に垂直な実質的に平坦な面、及び、前記実質的に平坦な面から延びる少なくとも１つの丸みを帯びた突起、を有する入力モータと、前記入力モータの前記回転軸に対して非ゼロ角度で配置された転頭軸、前記転頭軸に垂直であるとともに概して前記入力モータの方を向く実質的に平坦な第１面、前記第１面に平行な平面を規定するとともに概して前記入力モータから離れる方を向く第２面、前記第２面に設けられた複数の面歯、及び、前記第１面と前記第２面の間の前記転頭プレートの外周に沿って、前記転頭軸に垂直な平面内に設けられた複数の転頭歯、を有する転頭プレートと、前記複数の転頭歯と係合するように構成された複数のステータ歯を有するステータギアと、前記回転軸と実質的に整列する出力軸及び複数の出力歯を有する出力プレートと、を含み、前記少なくとも１つの丸みを帯びた突起は、前記転頭プレートの前記第１面と係合するように構成されており、前記複数の面歯は、前記転頭プレートが前記ステータギアの周囲に沿って章動する際に、前記複数の出力歯と係合するように構成されている、転頭プレート駆動装置。
【００６３】
付記２：  前記少なくとも１つの丸みを帯びた突起は、前記回転軸を中心として測定した場合に８０度と１００度との間の角度離間している２つの丸みを帯びた突起を含む、付記１に記載の転頭プレート駆動装置。
【００６４】
付記３：  前記角度は、８９度である、付記２に記載の転頭プレート駆動装置。
【００６５】
付記４：  前記少なくとも１つの丸みを帯びた突起は、カートリッジベアリングである、付記１に記載の転頭プレート駆動装置。
【００６６】
付記５：  前記複数の転頭歯、前記複数のステータ歯、又はこれら両方は、円と楕円の複合インボリュート曲線によって規定される、付記１に記載の転頭プレート駆動装置。
【００６７】
付記６：  前記複数の面歯は、前記転頭プレートの円錐台面に設けられており、前記円錐台面は、前記転頭プレートの重心が前記円錐台面の頂点と一致するように構成されている、付記１に記載の転頭プレート駆動装置。
【００６８】
付記７：  実質的に平坦な面から延びる丸みを帯びた突起を含む入力モータと、ステータ軸を有するステータギアと、前記ステータ軸に対して非ゼロ角度で配置された転頭軸、及び、概して前記入力モータに向かって配向されるとともに接触点において前記突起に接触する実質的に平坦な面、を有する転頭プレートと、前記ステータ軸と実質的に整列する出力軸を有する出力プレートと、を含み、前記入力モータは、前記ステータ軸を中心として前記突起を回転させ、これにより、前記転頭軸が前記ステータ軸を中心として歳差運動するように、前記転頭プレートを前記ステータギアの周囲に沿って章動させ、さらに、これにより、前記ステータギアに対する前記転頭プレートの最接近点が前記ステータ軸を中心として移動する際に、前記接触点を、前記ステータギアに対する前記転頭プレートの前記最接近点よりも前方に進ませるように構成されている、転頭プレート駆動装置。
【００６９】
付記８：  前記転頭プレートは、概して前記入力モータから離れる方を向く第２面と、前記第２面に設けられるとともに前記出力プレートと係合するように構成された複数の面歯と、前記転頭軸に垂直な平面内に設けられるとともに前記ステータギアと係合するように構成された複数の転頭歯と、を含む、付記７に記載の転頭プレート駆動装置。
【００７０】
付記９：  前記ステータギアは、複数のステータ歯を有し、前記出力プレートは、複数の出力歯を有し、前記複数の転頭歯は、前記複数のステータ歯と係合するように構成されており、前記複数の面歯は、前記転頭プレートが前記ステータギアの周囲に沿って章動する際に、前記複数の出力歯と係合するように構成されている、付記８に記載の転頭プレート駆動装置。
【００７１】
付記１０：  前記複数の転頭歯及び前記複数のステータ歯は、各々が少なくとも部分的に、円と楕円の複合インボリュート曲線によって規定される、付記９に記載の転頭プレート駆動装置。
【００７２】
付記１１：  前記複数の面歯は、前記転頭プレートの円錐台面に設けられており、前記円錐台面は、前記転頭プレートの重心が前記円錐台面の頂点と一致するように構成されている、付記９に記載の転頭プレート駆動装置。
【００７３】
付記１２：  前記入力モータは、前記入力モータの前記実質的に平坦な面から延びるとともに前記入力モータの回転軸を中心として測定した際に８９度角度離間している２つの丸みを帯びた突起を含む、付記７に記載の転頭プレート駆動装置。
【００７４】
付記１３：  前記丸みを帯びた突起は、カートリッジベアリングである、付記７に記載の転頭プレート駆動装置。
【００７５】
付記１４：  前記転頭プレートは、前記入力モータ、前記ステータギア、又は前記出力プレートのうちの任意の１つによって前記転頭プレートに付与される接触力が、前記入力モータの回転軸に垂直な平面内に位置する円に対する接線方向を向くように構成されている、付記７に記載の転頭プレート駆動装置。
【００７６】
付記１５：  実質的に平坦な面と前記実質的に平坦な面から延びる少なくとも１つの丸みを帯びた突起とを有しているモータを励起させて回転軸周りに回転させ、前記少なくとも１つの丸みを帯びた突起を、転頭プレートの実質的に平らな面と係合させ、これにより前記転頭プレートを章動させ、前記転頭プレートが章動する際に、前記転頭プレートの複数の転頭歯を、ステータギアの複数のステータ歯と係合させ、これにより、前記転頭プレートを回転させ、前記転頭プレートが章動及び回転する際に、前記転頭プレートの複数の面歯を、出力プレートの複数の出力歯と係合させ、これにより、前記出力プレートを回転させる、転頭プレート駆動装置の操作方法。
【００７７】
付記１６：  前記モータは、前記モータの前記実質的に平坦な面から延びるとともに前記回転軸を中心として測定した場合に８９度角度離間している２つの丸みを帯びた突起を含み、各瞬間では、前記突起のうちの１つのみが、前記転頭プレートと接触するように構成されている、付記１５に記載の方法。
【００７８】
付記１７：  前記少なくとも１つの丸みを帯びた突起は、カートリッジベアリングである、付記１５に記載の方法。
【００７９】
付記１８：  前記複数の転頭歯及び前記複数のステータ歯は、各々が少なくとも部分的に、円と楕円の複合インボリュート曲線によって規定される、付記１５に記載の方法。
【００８０】
付記１９：  前記複数の面歯は、前記転頭プレートの円錐台面に設けられており、前記円錐台面は、前記転頭プレートの重心が前記円錐台面の頂点と一致するように構成されている、付記１５に記載の方法。
【００８１】
付記２０：  前記転頭プレートは、前記モータ、前記ステータギア、又は前記出力プレートのうちの任意の１つによって前記転頭プレートに付与される接触力が、前記回転軸に垂直な平面内に位置する円に対する接線方向を向くように構成されている、付記１５に記載の方法。
【００８２】
＜効果、特徴、利点＞
本明細書に記載の機械式の仮想楕円駆動装置の様々な実施形態は、同様に小型でギア比の高い駆動装置に対する既知の方策に対して、いくつかの利点をもたらす。本開示によれば、ステータと転頭プレートと出力プレートのみを用いて、数百あるいは数千ものギア比を実現可能である。例えば、本明細書に記載の例示的な実施形態は、章動する転頭プレートの高効率且つ非偏心の動きを可能にする。既知のシステムや装置には、特にこのような小型で、このような機能を実現できるものはない。従って、本明細書に記載の例示的な実施形態は、小型且つ可動部品数の少ない構成でモータのトルクを増大させるのに特に有用である。ただし、本明細書に記載したすべての実施形態が、同じ利点又は同程度の利点をもたらすとは限らない。
【００８３】
＜結び＞
上述の開示は、独自の有用性を有する複数の別個の発明を包含しうる。これらの発明の各々を、その好ましい形態で開示しているが、本明細書に開示及び図示されたそれらの具体的な実施形態は、限定的な意味でとらえられるべきではなく、多くの変形例が可能である。本開示においてセクションごとの見出しが用いられている場合、そのような見出しは、単に体系化のみを目的としたものであり、特許を受けようとする発明の特徴部分を構成するものではない。本発明の要旨は、本明細書に開示された様々な要素、特徴、機能、及び／又は特性の、すべての新規且つ非自明の組み合わせ及びサブコンビネーションを含む。以下の特許請求の範囲は、新規且つ非自明とみなされる、いくつかの組み合わせ及びサブコンビネーションを特に示している。特徴、機能、要素、及び／又は特性の、その他の組み合わせ及びサブコンビネーションにおいて実施される発明は、本願又は関連出願に基づく優先権を主張する出願の特許請求の範囲に記載されうる。そのような特許請求の範囲は、異なる発明を対象としたもの、同じ発明を対象としたもの、元の特許請求の範囲よりも広いもの、狭いもの、均等のもの、又は異なるもの、のいずれであろうとも、本開示の発明の要旨に含まれるものとみなされる。
【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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【外国語明細書】
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