(57)【要約】【課題】第一部材の軸線と第二部材との間で動力を伝達する動力伝達装置において、第一部材の軸線と第二部材の軸線とのなす角度を大きくすることができる動力伝達装置を提供する。【解決手段】本発明の動力伝達装置は、軸線１ａの回りを回転可能な第一部材１と、第一部材１に第一のジョイント３を介して回転可能に連結される第二部材２と、第二部材２の第一のジョイント３の周囲に複数の第二のジョイント８を介して回転可能に連結されると共に、第一部材１に長さ方向に移動可能に連結される複数のロッド４と、を備え、第一部材１のトルクを、複数のロッド４を介して第二部材２に伝達する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線の回りを回転可能な第一部材と、
前記第一部材に第一のジョイントを介して回転可能に連結される第二部材と、
前記第二部材の前記第一のジョイントの周囲に複数の第二のジョイントを介して回転可能に連結されると共に、前記第一部材に長さ方向に移動可能に連結される複数のロッドと、を備え、
前記第一部材及び前記第二部材のいずれか一方のトルクを、前記複数のロッドを介して前記第一部材及び前記第二部材の他方に伝達する動力伝達装置。
【請求項２】
前記第一及び第二のジョイントは、球体、及びこの球体を回転可能に収容する収容部を有するボールジョイントであることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項３】
前記複数のロッドは、前記第一部材の連結回転盤の複数の貫通孔に挿入されることを特徴とする請求項１又は２に記載の動力伝達装置。
【請求項４】
前記動力伝達装置はさらに、前記複数のロッドの長さ方向の端部に接する姿勢制御盤と、
前記姿勢制御盤の姿勢を制御する姿勢制御装置と、を備える請求項１ないし３のいずれかに記載の動力伝達装置。
【請求項５】
前記姿勢制御装置は、前記姿勢制御盤に連結される複数のシリンダを備えることを特徴とする請求項４に記載の動力伝達装置。
【請求項６】
前記第二部材は、風車翼であり、
前記第一部材は、発電機の主軸であることを特徴とする請求項１又は２に記載の動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いの軸線が角度をなすか、又は互いの軸線のなす角度が変化する第一部材と第二部材との間でトルクを伝達する動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の動力伝達装置として、図１３に示すように、互いの軸線が角度θをなす第一部材１０１と第二部材１０２との間でトルクを伝達するフック形自在継手が知られている（特許文献１参照）。このフック形自在継手は、カルダン形自在継手とも呼ばれ、ヨーク１０１ａを持つ第一部材１０１と、十文字金具１０３と、ヨーク１０２ａを持つ第二部材１０２と、を備える。第一部材１０１のヨーク１０１ａは、十文字金具１０３の第一の軸１０３ａに回転可能に連結される。第二部材１０２のヨーク１０２ａは、十文字金具１０３の第一の軸１０３ａに直交する第二の軸１０３ｂに回転可能に連結される。第一部材１０１が軸線１０１ｂの回りを回転すると、第一部材１０１のトルクが十文字金具１０３を介して第二部材１０２に伝達される。
【０００３】
他の動力伝達装置として、図１４に示すような等速形自在継手も知られている（特許文献２参照）。この等速形自在継手は、内輪１０５、外輪１０６、ボール１０７、及び保持器１１１を構成要素とする。内輪１０５には、第一部材１０８が結合される。外輪１０６には、第二部材１０９が一体に形成される。内輪１０５の外周面及び外輪１０６の内周面は、球面に形成される。内輪１０５の外周面のトラック溝１０５ａと外輪１０６の内周面のトラック溝１０６ａとの間には、ボール１１０が収容される。第一部材１０８が軸線の回りを回転すると、第一部材１０８のトルクがボール１１０を介して第二部材１０９に伝達される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１０６５９５号公報
【特許文献２】特開２００３−７４５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のフック形自在継手にあっては、第一部材の軸線と第二部材の軸線とのなす角度を大きくすることができないという課題がある。第一部材の軸線と第二部材の軸線とのなす角度が大きくなると、第一部材のヨークと第二部材のヨークとが当たったり、トルクの伝達中にフック形自在継手に変則的な無理な力がかかったりする。
【０００６】
特許文献２に記載の等速形自在継手にあっても、ボールが内輪及び外輪のトラック溝から飛び出さないようにする必要があるため、構造上、第一部材の軸線と第二部材の軸線とのなす角度を大きくすることができないという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、第一部材の軸線と第二部材の軸線のなす角度を大きくすることができ、大きなトルクも伝達することができる動力伝達装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、軸線の回りを回転可能な第一部材と、前記第一部材に第一のジョイントを介して回転可能に連結される第二部材と、前記第二部材の前記第一のジョイントの周囲に複数の第二のジョイントを介して回転可能に連結されると共に、前記第一部材に長さ方向に移動可能に連結される複数のロッドと、を備え、前記第一部材及び前記第二部材のいずれか一方のトルクを、前記複数のロッドを介して前記第一部材及び前記第二部材の他方に伝達する動力伝達装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第一部材の周囲に配置される複数のロッドを介して、第一部材及び第二部材のいずれか一方のトルクを他方に伝達するので、大きなトルクを伝達することができる。また、複数のロッドは、第二部材に複数の第二のジョイントを介して回転可能に連結され、第一部材に長さ方向に移動可能に連結されるので、第一部材の軸線と第二部材の軸線とのなす角度も大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第一の実施形態の動力伝達装置の斜視図
【図２】本発明の第一の実施形態の動力伝達装置の側面図
【図３】ロッドの下端の球体の斜視図
【図４】本発明の第一の実施形態の動力伝達装置を適用したヘリコプターを示す図
【図５】本発明の第一の実施形態の動力伝達装置を適用した潜水艦を示す図
【図６】本発明の第一の実施形態の動力伝達装置を覆う蛇腹を示す図
【図７】本発明の第二の実施形態の動力伝達装置を適用した風車を示す図
【図８】本発明の第二の実施形態の動力伝達装置の側面図
【図９】本発明の第三の実施形態の動力伝達装置を適用した動力発生・伝達装置を示す図
【図１０】図９の動力発生・伝達装置の駆動回転盤の円錐の軌跡を描く回転を示す模式図
【図１１】本発明の第三の実施形態の動力伝達装置の側面図
【図１２】図１１のXII-XII線矢視図
【図１３】従来のフック形自在継手を示す斜視図
【図１４】従来の等速形自在継手を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の第一ないし第三の実施形態の動力伝達装置を詳細に説明する。第一の実施形態の動力伝達装置は、内燃機関の動力を回転翼に伝達するのに用いられる。第二の実施形態の動力伝達装置は、風車翼の動力を発電機に伝達するのに用いられる。第三の実施形態の動力伝達装置は、円錐の軌跡を描く駆動回転盤の動力を発電機に伝達するのに用いられる。
【００１２】
まず、本発明の第一の実施形態の動力伝達装置を説明する。図１は、本発明の第一の実施形態の動力伝達装置の斜視図を示し、図２は、本発明の第一の実施形態の動力伝達装置の側面図を示す。
【００１３】
この実施形態の動力伝達装置は、第一部材としての駆動軸１と、第二部材としての回転翼２と、を備える。駆動軸１は、図示しない内燃機関の動力によって軸線１ａの回りを回転駆動する。駆動軸１の一端部には、第一のボールジョイント３を介して回転翼２が回転可能に連結される。駆動軸１の動力は、駆動軸１の周囲に配置される複数のロッド４を介して回転翼２に伝達される。回転翼２の出力方向（回転翼２の軸線２ａと駆動軸１の軸線１ａとのなす角度をθで示す）は、三次元的に変化する。回転翼２の出力方向は、ドーナッツ形の姿勢制御盤６によって制御される。
【００１４】
本実施形態の動力伝達装置の各部の構造を説明する。フレーム７には、駆動軸１が軸線１ａの回りを回転可能に支持される。駆動軸１の上端部には、第一のボールジョイント３を構成する球体３ａが結合される。駆動軸１には、球体３ａの下方に半径方向に張り出す連結回転盤５が一体に結合される。連結回転盤５には、ロッド４が挿入される貫通孔５ａが空けられる。貫通孔５ａは、放射状に空けられていて、半径方向に細長い。
【００１５】
回転翼２には、駆動軸１の上端の球体３ａが回転可能に収容される収容部３ｂが形成される。収容部３ｂは、球体３ａと相似形の開口からなる。球体３ａと収容部３ｂとによって、第一のボールジョイント３が構成される。
【００１６】
回転翼２の第一のボールジョイント３の周囲には、複数の第二のボールジョイント８（図２参照）を介して複数のロッド４が回転可能に連結される。ロッド４の上端には、第二のボールジョイント８を構成する球体８ａが一体に結合される。回転翼２には、球体８ａが回転可能に収容される収容部８ｂが形成される。収容部８ｂは、球体８ａと相似形の開口からなる。球体８ａと収容部８ｂとによって、第二のボールジョイント８が構成される。
【００１７】
図１に示すように、ロッド４は、一様断面の細長部材からなる。ロッド４の長さは、互いに等しい。ロッド４は、連結回転盤５の貫通孔５ａを貫通する。ロッド４の下端には、球体９が結合される。図３に示すように、球体９には、回転可能に回転球体１０が埋め込まれる。回転球体１０が姿勢制御盤６に接する。図１に示すように、ロッド４が駆動軸１と一緒に駆動軸１の軸線１ａの回りを円周方向に移動するとき、回転球体１０が姿勢制御盤６上を転がる。
【００１８】
ロッド４の外側には、円弧形の板ばねからなる遠心力抑制スプリング１１が取り付けられる。遠心力抑制スプリング１１の上端は、ロッド４に結合される。図２に示すように、遠心力抑制スプリング１１の下端は、ロッド４にスライダ１２を介してロッド４の長さ方向にスライド可能に連結される。遠心力抑制スプリング１１は、ロッド４と共に連結回転盤５の貫通孔５ａに挿入される。
【００１９】
図１に示すように、姿勢制御盤６は、ドーナッツ形に形成される。姿勢制御盤６の中央の貫通孔には、駆動軸１が貫通する。図２に示すように、姿勢制御盤６の上面には、環状の溝６ａが形成される。溝６ａの断面は、円弧形である。姿勢制御盤６の下面には、第三のボールジョイント１４を介して、姿勢制御装置としての例えば三台のシリンダ１５が連結される。
【００２０】
図１に示すように、シリンダ１５は、例えば油圧シリンダであり、本体部１５ａと、本体部１５ａに対して軸方向に移動する伸縮ロッド１５ｂと、を備える。本体部１５ａは、フレーム７に結合される。伸縮ロッド１５ｂの上端部は、第三のボールジョイント１４（図２参照）を介して姿勢制御盤６に連結される。伸縮ロッド１５ｂには、姿勢制御盤６の傾き角度を制限するストッパ１６（図２参照）が設けられる。フレーム７にも、姿勢制御盤６の傾き角度を制限するストッパ１７が設けられる。シリンダ１５は、例えば油圧ポンプ２１によって駆動される。油圧ポンプ２１は、制御装置２２によって制御される。
【００２１】
第一の実施形態の動力伝達装置の動作を説明する。図１に示すように、駆動軸１が回転駆動すると、駆動軸１の連結回転盤５の貫通孔５ａに挿入されるロッド４が駆動軸１と一緒に軸線１ａの回りを回転する。ロッド４の軸線１ａの回りの回転に伴い、ロッド４の上端に連結される回転翼２が回転する。回転翼２の姿勢は、姿勢制御盤６によって制御される。ロッド４の下端は、姿勢制御盤６に接していて、回転翼２は姿勢制御盤６と平行を保つ。このため、姿勢制御盤６の姿勢を制御することによって、回転翼２の姿勢を制御することができる。姿勢制御盤６に断面円弧の溝６ａを形成することで、姿勢制御盤６でロッド４を確実に押すことができる。
【００２２】
以下に貫通孔５ａの必要性を説明する。図１に示すように、回転翼２を傾けたまま回転翼２を回転させると、ロッド４は駆動軸１の軸線１ａの回りを回転しながらロッド４の長さ方向にも移動する。図２に示すように、ロッド４は、下側（図２の左側）の位置から上側（図２の右側）の位置まで長さ方向に移動する。駆動軸１の連結回転盤５には、ロッド４が貫通する貫通孔５ａが空けられているので、ロッド４の長さ方向の移動を許容することができる。駆動軸１の軸線１ａの回りを回転するロッド４には、遠心力が働く。遠心力抑制スプリング１１は、遠心力によってロッド４が半径方向の外側に移動するのを防止する。
【００２３】
姿勢制御盤６によって回転翼２の傾き角度を変化させると、ロッド４は半径方向の外側に移動する。例えば、回転翼２の出力方向が図２に示す傾いた状態から垂直方向を向くまで、回転翼２の傾き角度を変化させると、ロッド４は、図２に示す位置から半径方向の外側に移動する。回転連結盤５の貫通孔５ａを半径方向に細長くすることで、ロッド４のこの半径方向の外側への移動を許容することができる。
【００２４】
本実施形態の動力伝達装置は、例えばヘリコプターの主翼、潜水艦のスクリューに適用することができる。図４に示すように、ヘリコプターの主翼２３に適用した場合、主翼２３の出力方向を任意に制御することができるので、進行速度を速くすることができるという利点がある。図５に示すように、潜水艦のスクリュー２４に適用した場合、スクリュー２４の出力方向を任意に制御することができるので、潜水速度と浮上速度を速くすることができるという利点がある。
【００２５】
なお、本実施形態の動力伝達装置を潜水艦のスクリューに適用した場合、海水の浸入を防止するために、動力伝達装置をカバーで覆う必要がある。図６に示すように、カバーに蛇腹２５を用いることで、蛇腹で回転翼２の傾きを吸収することができる。
【００２６】
図７は、本発明の第二の実施形態の動力伝達装置を適用した風車を示す。この実施形態の動力電伝達装置は、風車翼３３の回転を発電機の主軸に伝達するのに用いられる。タワー３１の上部には、発電室３２が設けられる。発電室３２には、発電機が設置される。第二部材としての風車翼３３の回転動力は、動力伝達装置を介して第一部材としての発電機の主軸に伝達される。
【００２７】
図８は、本発明の第二の実施形態の動力伝達装置を示す。発電機の主軸３４は、発電室３２に軸線３４ａの回りを回転可能に支持される。発電機の主軸３４の先端には、第一のボールジョイント３５を介して風車翼３３が回転可能に連結される。風車翼３３には、第一のボールジョイント３５の周囲に複数の第二のボールジョイント３６を介して複数のロッド３７が回転可能に連結される。発電機の主軸３４には、連結回転盤３８が結合される。連結回転盤３８には、複数のロッド３７が貫通する複数の貫通孔３８ａが空けられる。
【００２８】
風圧によって風車翼３３が回転すると、風車翼３３のトルクが複数のロッド３７を介して発電機の主軸３４に伝達される。この実施形態では、風車翼３３の姿勢を制御する姿勢制御盤６が設けられておらず、風車翼３３は自然に風圧の方向を向くようになっている。
【００２９】
図７に示すように、第二の実施形態の動力伝達装置によれば、周辺の地形・環境の影響により風圧方向が変化しても、風車翼３３の出力方向が自然に風圧方向に向く。このため、風圧を効率よく捉えることができ、発電効率が向上する。また、風車翼３３に変則的な過大な力がかかるのを防止できるので、壊れにくい風車になる。
【００３０】
図９ないし図１２は、本発明の第三の実施形態の動力伝達装置を、出願人が提案した動力発生・伝達装置（国際出願番号：ＰＣＴ／ＪＰ２０１３／０６５７８４）に適用した例を示す。まず、出願人が提案した動力発生・伝達装置の概要を説明する。
【００３１】
図９に示すように、動力発生・伝達装置は、駆動ロッド４１の昇降運動を駆動回転盤４２の円錐の軌跡を描く回転運動に変換し、駆動回転盤４２に発電機の主軸４３をつなぎ、駆動回転盤４２の回転運動から電気エネルギを取り出すものである。
【００３２】
駆動回転盤４２は、ボールジョイント４４を介して固定軸４５に支持されていて、ボールジョイント４４を中心にして三次元的に回転できるようになっている。駆動回転盤４２の下方には、円形の角度規制板４６が設けられる。駆動回転盤４２は、ボールジョイント４４を中心にして、円形の角度規制板４６に沿って円錐の軌跡を描くように回転する。図１０に駆動回転盤４２のボールジョイント４４を中心にした円錐の軌跡を模式的に示す。
【００３３】
図９に示すように、駆動ロッド４１の上端には、駆動回転盤４２がスライド可能に載せられる。駆動ロッド４１が位相差を持って昇降すると、駆動回転盤４２は円錐の軌跡を描くように回転する。駆動回転盤４２に発電機の主軸４３をつなげば、駆動回転盤４２の回転エネルギを電気エネルギとして取り出すことができる。
【００３４】
駆動回転盤４２が円錐の軌跡を描くように回転するとき、駆動回転盤４２は、駆動ロッド４１によって傾きながら回転する（駆動回転盤４２の傾きながらの回転を煽り現象と呼ぶ）。駆動回転盤４２の上面には、球体４７が転がり運動可能に載せられる。駆動回転盤４２の煽り現象によって、駆動回転盤４２上の球体４７は、駆動回転盤４２の上面を円周方向に自公転する。駆動回転盤４２の回転エネルギには、球体４７の自公転の運動エネルギも付加されるので、大きな運動エネルギを取り出すことができる。
【００３５】
本発明の第三の実施形態の動力伝達装置４８は、円錐の軌跡を描くように回転する駆動回転盤４２の回転動力を発電機の主軸４３に伝達するのに用いられる。図１１に、本発明の第三の実施形態の動力伝達装置４８を示す。
【００３６】
第一部材としての発電機の主軸４３は、軸線４３ａの回りを回転可能にフレーム５２に支持される。主軸４３の下端には、第一のボールジョイント４４を介して第二部材としての駆動回転盤４２が回転可能に連結される。駆動回転盤４２には、第一のボールジョイント４４の周囲に複数の第二のボールジョイント５４を介してロッド５５が連結される。発電機の主軸４３には、連結回転盤５６が一体に結合される。図１２の平面図に示すように、連結回転盤５６には、複数のロッド５５が貫通する複数の貫通孔５６ａが形成される。複数の貫通孔５６ａは、連結回転盤５６に放射状に形成される。図１１に示すように、ロッド５５には、球体５８がスライド可能に装着される。この球体５８は、ウェイトとして機能し、ロッド５５のからまりを防止する役割を持つ。
【００３７】
この実施形態の動力伝達装置によれば、駆動回転盤４２が円錐の軌跡を描くように回転しても、駆動回転盤４２の回転動力を発電機の主軸４３に伝達することができる。駆動回転盤４２の水平面に対する傾き角度は約４０度以上ある。傾き角度が４０度以上であっても、駆動回転盤４２の回転動力を発電機の主軸４３に伝達できる。
【００３８】
本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲でさまざまな実施形態に変更することが可能である。
【００３９】
例えば、上記実施形態では、ボールジョイントを、球体、及びこの球体を回転可能に収容する収容部から構成しているが、収容部に対する球体の回転を滑らかにするために、これらの間に転がり運動可能な小径のボールを介在させることもできる。
【００４０】
上記実施形態では、ジョイントとしてボールジョイントを用いているが、自在継手を用いることもできる。
【００４１】
上記実施形態では、第一部材の連結回転盤にロッドが挿入される貫通孔を形成しているが、貫通孔の替わりにロッドの半径方向及び長さ方向の移動を案内する直動ガイドを装備することもできる。
【符号の説明】
【００４２】
１…駆動軸（第一部材）
１ａ…軸線（第一部材の軸線）
２…回転翼（第二部材）
２ａ…軸線（第二部材の軸線）
３…ボールジョイント（第一のジョイント）
３ａ…球体
３ｂ…収容部
４…ロッド
５…連結回転盤
５ａ…貫通孔
６…姿勢制御盤
８…第二のボールジョイント
８ａ…球体
８ｂ…収容部
１１…遠心力抑制スプリング
１５…シリンダ（姿勢制御装置）
３４…発電機の主軸（第一部材）
３４ａ…軸線（第一部材の軸線）
３５…第一のボールジョイント
３６…第二のボールジョイント
３７…ロッド
３８…連結回転盤
３８ａ…貫通孔
４２…駆動回転盤（第一部材）
４３…発電機の主軸（第一部材）
４３ａ…軸線（第一部材の軸線）
４４…第一のボールジョイント
５４…第二のボールジョイント
５５…ロッド
５６…連結回転盤
５６ａ…貫通孔
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015110977.tif 000012
【図１１】
2015110977.tif 000013
【図１２】
2015110977.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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