(57)【要約】  リフト駆動機であって、回転軸を有する螺旋駆動要素と、螺旋駆動要素に係合するように寸法付け及び形状付けされた歯を有すると共に、回転軸に平行な長手軸を有するラックと、螺旋駆動要素を回転させるモータとを備え、螺旋駆動要素が回転すると、螺旋駆動要素とラックとの一方が長手軸に沿って互いに関して移動するリフト駆動機。【選択図】  図１
2007501360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リフト駆動機であって、
長手軸を有するラックを備え、このラックは、基部とこの基部から延出する複数の歯とを有し、その各歯は、螺旋駆動要素と係合するように寸法付け及び形状付けられたスラスト面を有すると共に、前記基部は補強要素を有し、
リフト駆動機は更に、
前記ラックに沿って可動な自走式のキャリッジを備え、この可動キャリッジは、
前記長手軸に対して平行な回転軸を有する螺旋駆動要素と、
前記螺旋駆動要素を回転させるモータと、
前記駆動要素のための安全制動機であり、負荷が増大すると大きくなる制動力を有する安全制動機とを含み、
前記螺旋駆動要素が回転すると、前記螺旋駆動要素と前記ラックとの一方が他方に対して長手軸に沿って上昇方向又は下降方向へ移動するリフト駆動機。
【請求項２】
請求項１に記載のリフト駆動機において、前記ラックと前記螺旋駆動要素との各々がプラスチックから形成されているリフト駆動機。
【請求項３】
請求項２に記載のリフト駆動機において、前記安全制動機が前記リフト駆動機の負荷支持部分に配置されているリフト駆動機。
【請求項４】
請求項３に記載のリフト駆動機において、前記安全制動機が螺旋駆動要素と共軸であり、前記モータから前記螺旋駆動要素の反対端に位置するリフト駆動機。
【請求項５】
請求項４に記載のリフト駆動機において、前記安全制動機がコーン制動機であって、このコーン制動機は、円錐制動面と接触する円錐制動要素を有するリフト駆動機。
【請求項６】
請求項５に記載のリフト駆動機において、一方向ベアリングを含み、前記一方向ベアリングは前記上昇方向においては自由に方向転換するが、前記下降方向においては方向転換しないリフト駆動機。
【請求項７】
請求項６に記載のリフト駆動機において、前記一方向ベアリングは、前記下降方向において前記円錐制動要素を前記円錐制動面に対して摺動させるように位置しているリフト駆動機。
【請求項８】
請求項７に記載のリフト駆動機において、前記一方向ベアリングは、前記下降方向において前記円錐制動要素を前記円錐制動面に対して摺動させるように位置しているリフト駆動機。
【請求項９】
請求項１に記載のリフト駆動機において、前記螺旋駆動要素は移動し、且つ前記ラックは固定されているリフト駆動機。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載のリフト駆動機において、前記螺旋駆動要素は、１個と１２個との間の概ね螺旋状の駆動螺子を含み、その駆動螺子の各々は前記ラックの歯の少なくとも一つに係合するリフト駆動機。
【請求項１１】
請求項１０に記載のリフト駆動機において、少なくとも一つの前記螺旋駆動螺子が同時に少なくとも二つの歯に係合するリフト駆動機。
【請求項１２】
請求項１１に記載のリフト駆動機において、前記ラックは前記基部によりレールへ固定されており、このレールは、前記キャリッジが前記レールに沿うように、前記ホイールを案内するホイールガイドを含むリフト駆動機。
【請求項１３】
請求項１又は２に記載のリフト駆動機において、前記モータが所定の出力速度を有すると共に、前記螺旋駆動要素の前記螺旋螺子は、前記駆動要素の回転速度と、前記キャリッジを前記ラックに沿って所定の速度で駆動させる前記歯の間隔とに関して、予め選定されたピッチを有するリフト駆動機。
【請求項１４】
請求項１３に記載のリフト駆動機において、前記線形駆動機が所定の負荷能力を有すると共に、前記負荷能力を適度な安全係数とともに支持するために同時に係合するのに充分な歯を可能とするように、充分な数の螺旋駆動螺子が与えられているリフト駆動機。
【請求項１５】
請求項１４に記載のリフト駆動機において、前記安全係数が少なくとも１．５であるリフト駆動機。
【請求項１６】
請求項１に記載のリフト駆動機において、前記螺旋駆動要素及び前記歯が低摩擦計数を有する材料から選択されているリフト駆動機。
【請求項１７】
請求項１５に記載のリフト駆動機において、前記低摩擦計数が０．０３と０．１８との間であるリフト駆動機。
【請求項１８】
請求項１５に記載のリフト駆動機において、前記螺旋駆動螺子がオイル含浸プラスチックから形成されているリフト駆動機。
【請求項１９】
請求項１２に記載のリフト駆動機において、前記モータと前記螺旋駆動要素との間のギアボックスを更に含み、このギアボックスは約８対１と約６０対
１との間の減速を与えるリフト駆動機。
【請求項２０】
請求項１９に記載のリフト駆動機において、前記ギアボックス及び前記螺旋駆動が３５％と８８％との間の組み合わせ効率を有するリフト駆動機。
【請求項２１】
請求項２０に記載のリフト駆動機において、前記螺旋駆動要素及び前記ラックが７０％と８６％との間の組み合わせ効率を有するリフト駆動機。
【請求項２２】
負荷を移動させる駆動デバイスであって、
ホイールを有する可動キャリッジと、
このキャリッジに支持されて、出力シャフトを有するモータと、
前記出力シャフトに取り付けられて前記モータにより伝達された回転の速度を減速させ、最大効率のために構成されたギアボックスと、
このギアボックスの出力シャフトに駆動されるように取り付けられた螺子付き螺旋駆動要素と、
前記モータと前記駆動要素との間に配置され、負荷が増大するにつれて増大する制動力を有する安全制動機と、
前記螺子付き螺旋駆動要素に係合するように寸法付け及び形状付けされた歯を有する固定ラックとを備え、
前記モータが起動すると、前記螺旋駆動要素が前記キャリッジを前記ラックに沿って長手方向に駆動する駆動デバイス。
【請求項２３】
請求項２２記載の駆動デバイスにおいて、前記固定ラックの前記歯及び前記螺子付き螺旋駆動要素とがプラスチックから形成されている駆動デバイス。
【請求項２４】
請求項２２記載の駆動デバイスにおいて、前記固定ラックの前記歯と前記螺子付き螺旋駆動要素とが、それぞれ異なる種類のプラスチックから形成されている駆動デバイス。
【請求項２５】
請求項２３記載の駆動デバイスにおいて、前記螺子付き螺旋駆動要素の少なくとも一つの螺子は、移動する負荷を分散させるように、前記ラックの歯の一つ以上に係合するように寸法付け及び形状付けされている駆動デバイス。
【請求項２６】
請求項２３記載の駆動デバイスにおいて、前記螺旋駆動要素は、上昇する負荷を前記係合する歯の間に分散させるように、前記ラックの歯の一つ以上に同時に係合する少なくとも一つの螺子を含む駆動デバイス。
【請求項２７】
請求項２２記載の駆動デバイスにおいて、前記固定ラックは複数の区画からなり、その各々の区画は、基部とこの基部から延出する歯とを有するプラスチック成型ボディからなり、その各々の歯はウォームギアからの螺子と摺動接触するように寸法付け及び形状付けられたスラスト面を含むと共に、前記基部は補強要素を更に含む駆動デバイス。
【請求項２８】
請求項２６記載の駆動デバイスにおいて、前記区画についての前記補強要素が金属補強要素であり、且つ負荷の下で前記プラスチック成型ボディに寸法安定性を与える駆動デバイス。
【請求項２９】
請求項２８記載の駆動デバイスにおいて、前記区画が空隙を有して成型されており、前記補強要素は前記空隙内に嵌合するように寸法付け及び形状付けされている駆動デバイス。
【請求項３０】
請求項２９記載の駆動デバイスにおいて、前記補強要素がプラスチック部分によって前記区画の何れかの端部から離隔されており、前記区画は軸方向に予荷重を与えることができる駆動デバイス。
【請求項３１】
請求項２２に記載されたウォームトラックのための区画であって、前記区画の各々の基部が、トラックに前記区画を保持する肩部を更に含む区画。
【請求項３２】
負荷を移動させるデバイスであって、
レールと、
ホイールを有する可動キャリッジであり、前記ホイールは前記レールに係合して前記キャリッジを当該レール上に保持し、このレールが前記キャリッジを経路に沿って案内するキャリッジと、
このキャリッジに支持されて、出力シャフトを有するモータと、
前記出力シャフトに取り付けられて前記モータにより伝達された回転の速度を減速させるギアボックスと、
このギアボックスの出力シャフトに駆動されるように取り付けられた螺旋駆動要素と、
前記レールに固定されて、プラスチック成型歯を有するラックであり、前記プラスチック成型歯は、装着された前記螺旋駆動要素に摺動接触するように寸法付け及び形状付けられた角度付スラスト面を有し、前記ラックは更にプラスチック成型基部と、この基部内の金属補強要素とを有するラックとを備え、
前記モータが起動されると、前記螺旋駆動要素が前記キャリッジを前記ラックに沿って移動させる駆動デバイス。
【請求項３３】
負荷を移動させる駆動デバイスであって、
レールと、
ホイールを有する可動キャリッジであり、前記ホイールは前記レールに係合して前記キャリッジを当該レール上に保持し、このレールが前記キャリッジを経路に沿って案内するキャリッジと、
このキャリッジに支持されて、出力シャフトを有するモータと、
前記出力シャフトに取り付けられて前記モータにより伝達された回転の速度を減速させるギアボックスと、
このギアボックスの出力シャフトに駆動されるように取り付けられて、２個と１２個との間の螺旋螺子を有する螺旋駆動要素と、
前記レールに固定された区画化ラックであり、その各々の区画は、プラスチック成型歯を有し、このプラスチック成型歯は、前記螺旋螺子に摺動接触するように寸法付け及び形状付けられた角度付スラスト面を有し、前記ラックの各々の区画は更にプラスチック成型基部と、この基部内の金属補強要素とを有するラックとを備え、
前記螺子と前記歯とは、前記キャリッジ上の負荷が前記螺子によって複数の前記歯の間に分散されて、その個々の歯における負荷を低減するように、寸法付け、形状付け、及び位置付けられている駆動デバイス。
【請求項３４】
負荷を移動させる駆動デバイスであって、
レールと、
ホイールを有する可動キャリッジであり、前記ホイールは前記レールに係合して前記キャリッジを当該レール上に保持し、このレールが前記キャリッジを経路に沿って案内するキャリッジと、
このキャリッジに支持されて、出力シャフトを有するモータと、
前記出力シャフトに取り付けられて前記モータにより伝達された回転の速度を減速させるギアボックスと、
このギアボックスの出力シャフトに駆動されるように取り付けられて、複数の個別の螺旋螺子を有する螺旋駆動要素と、
前記レールに固定された区画化ラックであり、その各々の区画は、プラスチック成型歯を有し、このプラスチック成型歯は、スラスト支持面を有し、前記ラックの各々の区画は更にプラスチック成型基部と、この基部内の金属補強要素とを有するラックとを備え、
前記スラスト支持面は、前記螺旋駆動螺子に適合するように寸法付け及び形状付けられて、前記駆動螺子の負荷を前記スラスト支持面にわたって分散させることにより、前記歯と前記螺旋駆動螺子との点負荷を低減させる駆動デバイス。
【請求項３５】
リフト駆動機であって、
レールと、
このレールに保持されたプラスチック成型ラックであり、補強基部と、この補強基部から延出する複数の歯を有し、その各々の歯は、螺旋駆動要素に係合するように寸法付け及び形状付けられたスラスト面を有し、前記補強基部は、予荷重下の制限された変形量を可能とするように寸法付け及び形状付けられ、前記ラックは活荷重下では変形が少ないラックと、
前記レールに沿って可動なホイール付きキャリッジとを備え、この可動キャリッジは、
回転軸を有して前記ラックの歯に係合するように寸法付け、形状付け及び位置付けされた螺旋駆動要素と、
この螺旋駆動要素を回転させるモータと、
前記駆動要素のための安全制動機とを含み、
前記螺旋駆動要素が回転すると、前記ホイール付きキャリッジは前記ラック及び前記レールに沿って前進する。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
一般に本発明は、物品又は人間を一方の位置から他方の位置へ短距離移送するために用いられる種類の駆動デバイスの分野に関する。更に詳しくは、本発明は運動性障害者が利用する昇降機やエレベータに使用できる種類の駆動デバイスに関する。
【発明の背景】
【０００２】
今や、先進西側経済諸国の多くは高齢人口をかかえている。高度な医療や先端医療技術が平均寿命の高年齢化に寄与している。歳月を経るに従って、ますます多くの人々が高齢に達する。高齢になると運動性が低下し、例えば家庭の階段を登り降りする能力が衰えてくる。管理医療における現代の傾向は在宅介護であって、ここでは個々人が施設ではなく、家庭で人生を過ごすことが奨励される。在宅介護は一般に質の高い生活を含んでおり、しかも経費を低廉にできる。従って、高齢者や、自宅に留まることを願うが階段等の使用が困難な運動性障害者らの運動性を強化するデバイスに対する要請が高まっている。
【０００３】
このような人々の要請を満たすために、昇降階段で人間を昇降させる電動デバイスが普及してきている。或る形態では、レール上に載置されたシートに人間が座する。モータはデバイスをレール上で昇降駆動するために用いられている。このレールは通常は金属製であり、駆動機構は通常はレールに配置されたラックに係合する歯車である。モータは歯車を駆動して回転させ、シートをレールに沿って前進させる。或る場合には、シートを基台に置き換えて、その上の車椅子を駆動できるようにしてある。従ってシートに座するのではなく、人間が車椅子に乗ったままで基台を昇降させて、その車椅子を行程の終点にて基台から簡単に押し進められる。
【０００４】
これらの種類のデバイスは相当な成功を収めているのであるが、多くの欠点を被っている。これらのデバイスは、運動性障害者がもはや階上と階下との間の階段を登ることができないとしても、その運動性障害者を依然として自宅に滞在させることを可能にさせるという点ではとりわけ評価される。従って、例えば既存の階段上に配置することにより、既存の構造へ後から組み込むように特殊な設計がなされた種類のデバイスが存在する。ラック及びレールは一般に金属製であって、ラック・ピ二オン式ギア駆動のために充分な強度を与える。このような金属部品は重いうえに、若干経費が嵩む。従って、それが必要とされる場所へ資材を運ぶには費用が嵩み、しかも不便である。また、その重量は据付を不便で困難なものにさせる。更に、駆動ギア（これは通常は可動基台の一部である）も重くて高価である。駆動ギアにおける重量は、デバイスの製造及び運搬をより高価にするのみならず、この昇降デバイスを用いるたびに、重いギア及びモータをレールに昇降させるためにより多くのエネルギを必要とするという二重の障害を与える。
【０００５】
従来技術のデバイスにおける他の問題は、モータが通常は全く大きなものであることである。これは、駆動システムにおける非効率に打ち勝ち、更には、先ず持ち上げるのに充分であって、且つ適度な安全限界で人間を持ち上げると共に、基台及び／又はシートのみならずモータと駆動ギアとの双方を包含する駆動列の重量部品の重量を持ち上げるのにも充分な動力を与える必要性に起因している。この観点では、重い駆動列が重いモータを必要とするので、より大きな揚力動力が必要となり、ひいてはより重いモータを必要とするという悪循環が助長される。その結果、従来技術のデバイスは、モータ自身を含めて、駆動列に高価で重い部品を包含する傾向にある。
【０００６】
発明の概要
シート支持、基台支持、或いはエレベータ型リフトか否かによらず、昇降デバイスに使用するための改良された駆動機構が希求される。そのような駆動機構は製造が単純且つ安価であり、同時に丈夫で信頼性のあるものとなる。そのような駆動機構は、通常の従来技術における例えば摩擦に耐えるよりもむしろ昇降させるように志向されたより大きなモータ作動力を持たせるギア及びトラック駆動機構よりも、より効率的であることが最も好ましい。このようなデバイスは、一つの適用例又は他の適用例に適合させるために大幅な変更を何ら伴わずに、屋内と屋外との双方に位置させる適用を可能とする耐久性があることも好ましい。最も好ましくは、本発明は、プラスチック成型された歯付トラックに相互作用するプラスチック螺旋ギア駆動機構を対象としている。負荷支持は個別の歯又はスラスト面上の多数の分散負荷支持領域上に同時に広がる。分散された負荷はプラスチック部品の寸法安定性を必要とし、これは、補強要素と、個々のラック区画の予荷重により達成される。
【０００７】
従って本発明の第一の態様によれば、リフト駆動機が与えられ、これは、
長手軸を有するラックを備え、このラックは、基部とこの基部から延出する複数の歯とを有し、その各歯は、螺旋駆動要素と係合するように寸法付け及び形状付けられたスラスト面を有すると共に、前記基部は補強要素を有し、リフト駆動機は更に、
前記ラックに沿って可動な自走式のキャリッジを備え、この可動キャリッジは、
前記長手軸に対して平行な回転軸を有する螺旋駆動要素と、
前記螺旋駆動要素を回転させるモータと、
前記駆動要素のための安全制動機であり、負荷が増大すると大きくなる制動力を有する安全制動機とを含み、
前記螺旋駆動要素が回転すると、前記螺旋駆動要素と前記ラックとの一方が他方に対して長手軸に沿って上昇方向又は下降方向へ移動する。
【０００８】
本発明の第二の態様によれば、負荷を移動させるデバイスが更に与えられ、このデバイスは、
レールと、
ホイールを有する可動キャリッジであり、前記ホイールは前記レールに係合して前記キャリッジを当該レール上に保持し、このレールが前記キャリッジを経路に沿って案内するキャリッジと、
このキャリッジに支持されて、出力シャフトを有するモータと、
前記出力シャフトに取り付けられて前記モータにより伝達された回転の速度を減速させるギアボックスと、
このギアボックスの出力シャフトに駆動されるように取り付けられた螺旋駆動要素と、
前記レールに固定されて、プラスチック成型歯を有するラックであり、前記プラスチック成型歯は、装着された前記螺旋駆動要素に摺動接触するように寸法付け及び形状付けられた角度付スラスト面を有し、前記ラックは更にプラスチック成型基部と、この基部内の金属補強要素とを有するラックとを備え、
前記モータが起動されると、前記螺旋駆動要素が前記キャリッジを前記ラックに沿って移動させる。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、負荷を移動させる駆動デバイスが更に与えられ、このデバイスは、
レールと、
ホイールを有する可動キャリッジであり、前記ホイールは前記レールに係合して前記キャリッジを当該レール上に保持し、このレールが前記キャリッジを経路に沿って案内するキャリッジと、
このキャリッジに支持されて、出力シャフトを有するモータと、
前記出力シャフトに取り付けられて前記モータにより伝達された回転の速度を減速させるギアボックスと、
このギアボックスの出力シャフトに駆動されるように取り付けられて、２個と１２個との間の螺旋螺子を有する螺旋駆動要素と、
前記レールに固定された区画化ラックであり、その各々の区画は、プラスチック成型歯を有し、このプラスチック成型歯は、前記螺旋螺子に摺動接触するように寸法付け及び形状付けられた角度付スラスト面を有し、前記ラックの各々の区画は更にプラスチック成型基部と、この基部内の金属補強要素とを有するラックとを備え、
前記螺子と前記歯とは、前記キャリッジ上の負荷が前記螺子によって複数の前記歯の間に分散されて、その個々の歯における負荷を低減するように、寸法付け、形状付け、及び位置付けられている。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、負荷を移動させる駆動デバイスが更に与えられ、このデバイスは、
レールと、
ホイールを有する可動キャリッジであり、前記ホイールは前記レールに係合して前記キャリッジを当該レール上に保持し、このレールが前記キャリッジを経路に沿って案内するキャリッジと、
このキャリッジに支持されて、出力シャフトを有するモータと、
前記出力シャフトに取り付けられて前記モータにより伝達された回転の速度を減速させるギアボックスと、
このギアボックスの出力シャフトに駆動されるように取り付けられて、複数の個別の螺旋螺子を有する螺旋駆動要素と、
前記レールに固定された区画化ラックであり、その各々の区画は、プラスチック成型歯を有し、このプラスチック成型歯は、スラスト支持面を有し、前記ラックの各々の区画は更にプラスチック成型基部と、この基部内の金属補強要素とを有するラックとを備え、
前記スラスト支持面は、前記螺旋駆動螺子に適合するように寸法付け及び形状付けられて、前記駆動螺子の負荷を前記スラスト支持面にわたって分散させることにより、前記歯と前記螺旋駆動螺子との点負荷を低減させる。
【００１１】
本発明の更に他の態様によれば、リフト駆動機が更に与えられ、この駆動機は、
レールと、
このレールに保持されたプラスチック成型ラックであり、補強基部と、この補強基部から延出する複数の歯を有し、その各々の歯は、螺旋駆動要素に係合するように寸法付け及び形状付けられたスラスト面を有し、前記補強基部は、予荷重下の制限された変形量を可能とするように寸法付け及び形状付けられ、前記ラックは活荷重下では変形が少ないラックと、
前記レールに沿って可動なホイール付キャリッジとを備え、この可動キャリッジは、
回転軸を有して前記ラックの歯に係合するように寸法付け、形状付け及び位置付けされた螺旋駆動要素と、
この螺旋駆動要素を回転させるモータと、
前記駆動要素のための安全制動機とを含み、
前記螺旋駆動要素が回転すると、前記ホイール付キャリッジは前記ラック及び前記レールに沿って前進する。
【００１２】
以下、単なる例示として、添付の特許請求の範囲に規定された本発明の広い目的を制限することなく、本発明の好ましい実施例を図示する図面を参照する。
【好ましい実施例の詳細な説明】
【００１３】
図１は本発明によるリフト駆動デバイス１０を示す。このリフト駆動デバイス１０は三つの主要な要素、即ち、レール１５へ組み込まれて歯１４を有するトラック１２、螺旋駆動螺子１８を有する駆動要素１６、及びモータ４２を含んでいる。この観点では、歯の行はトラックを形成し、歯のトラックはレールの一部を形成して一体化されている。本明細書においては用語「リフト駆動機」を用いるが、本発明の駆動機は上昇と下降との双方が可能である。本発明の駆動機は斜面に沿う上昇に最も適するが、垂直上昇も包含している。以下に一層詳細に説明するように、駆動要素の回転方向を逆転させることにより、本発明はトラック１２を有するレール１５に沿う両方向における移動に用いることができる。
【００１４】
図２はトラック１２の歯を極めて詳細に示す。最も好ましくは、歯はトラックと一体的に形成されており、成型プラスチックからなる。様々な形態のプラスチックを使用可能であるが、高張力プラスチックが好ましい。適切なプラスチックは、構造ナイロン、含油ナイロン、含ワックスプラスチックＮＹＬＵＢＥ，ＮＹＬＡＴＲＯＮ及び他のプラスチック処方を含んでいる。このプラスチックは、駆動デバイスによる負荷の上昇の間に発生する力に抗する機械的特性を持たねばならない。以下に一層詳細に説明するように、本発明の構成は従来技術のデバイスに固有の部品の点負荷を低減し、個々の部品における応力を大幅に低下させて、軽量プラスチックの使用を可能とする。
【００１５】
本発明によればトラックの最も好ましい形態はレールとの一体成型であるが、本発明は、トラック要素とレール要素とを別個にして、これらを互いに結合させることも包含する。しかしながら製造を容易にするためには、本発明を実施する最も効率的な手法と考えられるのは、歯をトラックに一体成型し、このトラックをレールのスロット内へ摺動させることである。レールは、以下に一層詳細に説明するように、吐出成型することが最も好ましい。
【００１６】
トラック１２の各歯１４は、スラスト又は支持面２０を含んでいる。この支持面２０は駆動要素の螺旋駆動螺子に係合する。負荷の均一な分散を確実にするために、この歯は、螺旋螺子が歯と接触するように、螺旋螺子の角度に概ね適合するように角度付けられている。この意味では、角度付けとは、支持面が螺旋螺子の面に整合して、スラスト面を含む領域に対して螺子が概ね面位置に置かれるように適宜に輪郭付けられていることを意味する。従って負荷は最も好ましくはスラスト又は支持面の接触領域上に分布する。この領域は、歯の負荷支持設計に応じて特定の限界内で大きく又は小さくすることができることは明らかである。本発明の好ましい形態は、上述のように成型プラスチックを用いることであり、ひいては本発明は、プラスチック成型部品及び負荷の下の変形から引き起こされる許容差が生じても、以下に一層詳細に説明するように、上述のような概ね面位置の係合を可能とする設計を包含する。
【００１７】
各歯は、螺旋駆動螺子により歯に発生したスラストを支持するように設計されている。この目的のために、歯は上部へ向かって概ねテーパー状であって、比較的に厚い基部を含んでおり、せん断及び曲げ力に対する歯の強度を高めるようにされている。個々の歯はラック内に長手軸に沿って整列しており、各歯は、長手軸に関して角度付けられたスラスト面を含む。スラスト面の角度及び面輪郭は、螺旋駆動螺子の角度及び面輪郭に整合するように意図されており、駆動螺子が支持面の実質的に全領域に対して置かれる。この方式では、歯上の駆動螺子により及ぼされる負荷は、支持面全体に広がって、螺旋螺子と歯との双方における点負荷を低減させる。本発明によれば、支持面の領域は充分に大きく形成されているので、駆動螺子により及ぼされる力は、歯又は螺子に用いられたプラスチックの降伏強度を充分に下回る。この方式では信頼性があり強固な歯の設計を開発できる。当業者には歯上の支持力を大きくするならば、大きな支持面は安全設計限界内で働かせねばならないことが明らかであろう。
【００１８】
駆動要素は、螺旋形状である駆動螺子を含んでいる。従って本発明の駆動要素が回転するにつれて、螺旋螺子はトラック及びレールに沿って前進及び後退する。螺子が歯の支持面に置かれて、螺旋螺子のために歯が固定されると、駆動要素はトラックに沿って駆動される。従ってその最も広い観点では、本発明は螺旋駆動要素の回転運動を歯付きトラックに沿う線形運動へ変換する。
【００１９】
本発明の重要な特徴は、多数の螺旋螺子及び歯の間に負荷を分散させ、個々の歯又は螺子における応力を低減させることである。駆動列における何れかの部品における圧力は、領域によって除した負荷の関数である。従って、歯及び駆動螺子などの個々の部品における圧力を低減させるには、負荷支持領域を増大させる必要がある。本発明は、負荷支持領域を増大させるのに用いられる設計的特長を与える。
【００２０】
本発明によれば、一つ以上の螺旋螺子は一つ以上の歯に接触することができる。従って螺旋が、対向する二つの歯に同時に接触するならば、全負荷は同じであるが、各歯により支持される負荷は半分に低減される。本発明によれば最も好ましいのは、駆動要素を細長くして、少なくとも一つの螺子が少なくとも二つの歯に同時に係合するように寸法付け及び形状付けして、各歯に誘発される応力を低減させることである。本発明は単独の螺旋駆動螺子に係合できる二つ以上の歯を包含するが、これは駆動要素を相当に長くするか、或いは駆動螺子のピッチを低減させる必要がある。長い駆動要素を形成することは高くつくので望ましくなく、またピッチを低減することは、同じ回転速度に対して、トラックに沿う駆動列の前進速度を遅くするので望ましくない。
【００２１】
低減されたピッチの問題を克服するためには、スラスト面接触領域を増大させることにより負荷を低減させる必要があり、本発明は最も好ましい形態、即ち多重螺子が駆動要素から開始される形態を与える。更に詳しくは、本発明の好ましい形態は、駆動要素上に１乃至１２、最も好ましくは約５の螺子開始点を有する。この方式においては、同時に係合する６つのスラスト又は支持面について、負荷は５つ、及びそれ以上の螺子上に均等に分散し、最も好ましくは少なくとも一つの螺子が２つの歯に係合する。この方式では、一つの螺子駆動要素の場合に、トラックに沿って一回転毎に一つの歯を進めるのではなく、好ましいデバイスは一回転毎に５歯の前進を与え、これは本発明の駆動システム（好ましい歯間隔を持つとして）の適度な速度を与える。
【００２２】
従来技術のデバイスは、一度に単独の歯に対する揚力の基本的に全てを与える歯車の歯又はギア駆動機に係わることが明らかである。通常、これらのデバイスは、約３５０ポンド（１５８．７６Kg）の負荷について安全係数をもって設計する必要がある。これは鋼又は他の高強金属の歯及び歯車の歯又はギア形態を必要とする。対照的に本発明は、例えば６つの歯上に負荷を分散させることを可能とするので、使用する材料に６倍の強度を持たせることが可能となる。換言すれば、本発明のトラック歯は、従来技術における３５０ポンド（１５８．７６Kg）ではなく、単に５０ポンド（２２．６８ｋｇ）の設計荷重に適度な安全係数（例えば１．５又は２）で耐えるように設計する必要があるのみである。
【００２３】
本発明による駆動要素の一形態の例として、適度な結果は以下のように達成された。好ましい歯の間隔は約０．５インチ（１．３ｃｍ）である。従って、一つのみの駆動螺子が存在したならば、デバイスの速度は一歯又は約０．５インチ（１．３ｃｍ）毎回転となる。しかしながら、好ましい設計においては５つの螺子があり、その設計速度は約２．５インチ（６．５ｃｍ）毎回転となる。代表的なモータ出力速度は１２０ｒｐｍであり、これは約２５フィート（７．６２ｍ）毎分の設計速度について、以下に一層詳細に説明するように、適度なギア比をギアボックスで使用できる。本発明は、歯の間隔及び開始点の数をトラックに沿う駆動デバイスについての所定の設計速度を与えるように変更可能とする。本発明の重要な観点は、適度なギア比にて所定の所望の線形速度を達成するように開始点の数を変化させることである。
【００２４】
本発明の駆動列の付加的な利点が認識される。これらの形式のデバイスにおける一つの懸念事項は、駆動機構の故障であり、これは例えば制御不能の下降をもたらす。本発明は螺旋螺子と歯との間の多重接触を与える。上述の例においては、６つのスラスト面接触領域が与えられている。従って、起こりそうも無い事象として、個々の歯の何れかが機能しなくなっても、５つの歯は残りの負荷を負担する。更に、一つの歯に不具合が生じても、６つの歯が再び係合する前に、駆動要素はトラックに沿って付加的な短い距離を移動するのみである。この方式では、本発明は二重安全駆動機の形態を与え、これは螺旋駆動要素とトラックとの間の離脱又は自由落下が生じることを避けることができる。
【００２５】
図４は階段リフト駆動機である本発明の一つの実施例を示す。本発明はこの応用例に限定されるものではなく、垂直昇降サイクルを持つエレベータを含めて様々な形態に使用し得ることに留意されたい。図４においては、その上にモータ４２及び駆動要素が配置されたキャリッジ４０が示されている。このキャリッジ４０は好ましくはホイール４４を含み、これはレール１５内に形成されたホイールガイド４６に沿って走行する。このホイールはレールに沿うキャリッジの自由で容易な移動を与える。最も多くの場合は、少なくとも２つのホイールがレールの各側に用いられ、或る場合には、より多くのホイールを用いてもよく、或いはホイールはデバイスに付加的な安定性を与えるように大きな距離によって隔てることができる。また図示してあるのは、キャリッジ上に搭載されたモータ及び駆動要素である。本発明における懸念事項は、駆動要素が持ち上がってしまい、ラックの歯から係合が外れることである。代表的には、移動する負荷がこのことを防ぐのに役立つが、駆動要素をそのような係合離脱から束縛することも好ましい。この実施例において、駆動要素は固定軸の周りに回転し、キャリッジはレールとの係合にとどまるように寸法付けされ、形状付けされている。換言すれば、ホイールガイドは単にホイールをレールに沿って自由に走行させることを可能とするのみならず、キャリッジとレールとの係合状態に保持することを確実にするように働くので、駆動要素がそのラック及びラックの歯との係合状態に保持される。
【００２６】
プラスチック材料を使用する利点は、それらの形式の材料の多くにおいては低摩擦係数が固有特性であるということである。例えばオイル又はワックス含浸プラスチック、他の非常に低い摩擦プラスチックの使用によれば、摩擦損失は更に低減できる。低い摩擦損失は、更に効率的な駆動列及び低駆動力モータを使用でき、また、重量の節約及び改良された性能に対する好循環の利点が得られる。好ましい実施形態においては、トラックは低コスト構造ナイロン６／６からなり、ウォームはNYLATRON又はNYLUBEの螺旋螺子からなり、これらはそれぞれオイル及びワックス含浸プラスチックである。これら二つのプラスチックの組み合わせは、０．０３と０．１８との間、最も好ましくは実質的に０．０５と０．０７５との間の摩擦係数を可能とする。これは約７６乃至８６パーセントの効率を生じる。
【００２７】
本発明における駆動列の負荷支持要素にプラスチックを使用することにより起こり得る不都合は、このような材料は負荷の下では変形してしまうことである。材料の変形が過度であるならば、歯の間の間隔が危うくなり、何れか一つの歯における過度の応力を防ぐのに望ましい複数の歯上の負荷の分布も危うくなる。従って本発明はトラックを短トラック区画の形態に成型すること、及び過度の変形を防ぐように各トラックにおける補強部材を使用することとを防ぐ。図５を参照すると、補強要素は金属挿入体８０の形態を採ることができ、これはトラック区画８４が形成されるのと同時にトラック区画８４に成型された開口８２に嵌合する。補強要素は適宜な剛性金属から製作でき、スチールの挿入体により適度な結果が得られている。好適な形態においては、プラスチック端部区画が隣接トラック区画の間に設けられている。これはラックにおける補強要素を効果的に保持し、プラスチック及び補強要素を共に（競合的に）働かせ、特定の変形量を可能とし、複数のトラック区画から形成されたトラックの予負荷を生じさせ、これは負荷の下のトラックの寸法安定性を加える。多数の歯の間の負荷の分布、スラスト又は支持面の領域を横断する負荷の分布及び補強要素の使用、ラック区画の予負荷は全て、変形の抑制、負荷指示接触の改善、及び良好な性能に寄与する。
【００２８】
補強プラスチックの他の形態を用いてもよいのであるが、繊維補強プラスチックのようなプラスチック内に分散された補強要素を有するものはあまり好ましくない。このような材料に伴う問題は、補強繊維が駆動ギアに過度な磨耗をもたらすことである。
【００２９】
一つの好ましい実施例においては、レール区画の保持リップの下で嵌合可能な一対の肩（その一つを符号８８で示す）を有する基部（ここから歯が延出する）にトラック区画が形成されている。従って、歯付ラック区画は、レールの一端から、レールが装着されたレール区画の全長に至るまで所定の位置へ摺動できる。
【００３０】
本発明の付加的な観点は、より効率的なギアボックスを利用することを可能とする。この種のシステムに使用される適宜なモータは、代表的は約３０００乃至５０００ｒｐｍのモータ速度を有する。従来技術におけるラック及びピニオン又は歯システムにおいて、これは約２０乃至３０ｒｐｍの歯駆動速度を与えるように、速度を約１００：１乃至約１４０：１に減速する能力があるギアボックスを必要とする。本発明において、約１００乃至１３０ｒｐｍになる所望の回転速度に起因して、ギアボックス減速は単に約２０：１乃至約３０：１である。これは本発明においては、小さく効率的で軽量のギアボックスを使用できることを意味する。このようなギアボックスは、出力シャフトがモータシャフトと整合する場合に、７０％乃至９８％の間の効率を有して、螺旋駆動要素の効率と組み合わされたときに、合計駆動列効率は、モータそれ自身を除いて、約３５乃至８６パーセントの間であり、最も好ましくは約５５乃至８５％の間である。これは従来技術の通常の効率３０乃至４０％と比べて良好である。このような効率は小型軽量なモータの使用を可能とするので、設計における付加的な重量及びコストを節約する。
【００３１】
プラスチック要素を使用する本発明による他の利点は、プラスチック要素は錆又は腐食の劣化の影響の範囲外で使用できることである。従って本発明による駆動列は屋外での適用に用いるのに適しており、例えば住宅の屋外正面階段に関連させてもよい。
【００３２】
本発明はモータの出力シャフトの回転運動をトラックに沿った線形運動に変換するということが理解される。例えばトラック上のローラー又はホイール上に支持されたキャリッジは、モータによりトラックに沿って容易に移動させることができる。本発明の最も好ましい実施例においては、螺旋駆動要素の回転軸は、トラックの軸及びトラックに沿う移動方向に平行である。モータは、モータからの出力シャフトが螺旋駆動要素を駆動できる限りは、螺旋駆動要素に対して任意の向きに配置してもよい。最も効率的には、モータを直接に螺旋駆動要素に接続することが最も好ましいが、他の形態も勿論可能である。
【００３３】
本発明の他の観点は、負荷、例えば人間を昇降させる駆動列における要素の好ましい配列であり、これは効率的であるが依然として安全な安全制動システムを含んでいる。基本的に好ましいことは、図６に示すようにモータの駆動シャフトと螺旋ギア若しくはウォームギアとの間に、コーン制動機及び一方向クラッチを挿入することである。この図において、ウォームギアは符号９０で、モータシャフトは符号９２で、及びクラッチベアリングは符号９４で示されている。コーン制動機は符号９６で示されており、これはコーン９８及び制動面１００を含んでいる。クラッチベアリング１０２、コーン及び制動面は全て共軸である。スラストベアリング１０４及び固定クラッチシャフト１０６はアセンブリを構成する。
【００３４】
本発明のこの観点によれば、クラッチベアリングはモータシャフトを負荷上昇方向に自由に回転させることを可能とする。この場合においては、コーン制動機は基本的に迂回して、モータの作動力はクラッチベアリングを完全に通じてギアへ伝えられる。従ってモータは負荷の上昇へ最大の作動力を発揮し、摩擦に打ち勝つ作動力を最小にする。クラッチベアリングは、上昇方向に可能な限り小さな摩擦抵抗を持って作動することが好ましい。
【００３５】
しかしながら、負荷下降方向においては、クラッチベアリングは回転しない。従って、負荷を下降させる方向のみが、モータについてコーンと制動面との間の摩擦抵抗に打ち勝つ。これらの二つの要素はアセンブリの負荷支持部分にあり、下降する負荷が大きいと軸方向力も大きいので、コーンと制動面との間の摩擦力又は制動機力も大きい。従って本発明は、大きな負荷（これは即ち大きな制動抵抗を必要とする）に応答して大きな制動抵抗を形成する安全制動機を与える。コーン及び制動面は、リフト駆動機の制御不能な降下がないように、しかし、過剰な制動力（即ち、モータの影響に起因して昇降デバイスの降下を生じる制動力にモータが打ち勝つことができない制動力）がないように、充分な制動力を形成するように構成されている。
【００３６】
本発明の他の利点もここで明らかになる。設計における軽量部品の使用に起因して、本発明は据付場所への搬送及び管理が非常に容易になる。従って本発明は、この種のデバイスの据付手法を受注据付から自己据付に至るまで拡げるので、このようなデバイスに対する潜在的な市場を大いに拡張させる。軽量部品はデバイス全体の取り扱いを非常に容易にし、一人で完遂できる据付を可能とする。従って、本発明の設計により促進されるこのような部品の使用は、この種の製品の適用範囲を従来可能であっったよりも相当に広範な応用へ拡げるものである。
【００３７】
本発明の特定の実施例に対して言及したが、本明細書に添付された請求項の広範な要旨を逸脱することなく様々な変形例及び代替例が可能であることは当業者には明白である。例えば、螺旋螺子の数及びピッチを変更してもよいが、望ましいことはトラックに沿う線形運動の適度な速度を与えるのに充分な数の開始点を持たせ、同時に任意の個々の歯に適度な負荷を持たせることである。この観点における「適度」とは、トラック及び歯を例えばプラスチックなどの材料から形成することが充分に可能な量を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は本発明の駆動列の図である。
【図２】図２は本発明のトラックの拡大図である。
【図３】図３は本発明の図２のトラックに係合する駆動要素の側面図である。
【図４】図４は本発明の駆動列を組み込むより完全なアセンブリの図である。
【図５】図５は好ましい実施例のトラックの区画の断面図である。
【図６】図６は本発明の駆動機の形態の断面図である。
【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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【国際調査報告】
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