(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線の力および運動のうちの少なくともいずれか一方を回転トルクおよび運動のうちの少なくともいずれか一方に変換しかつその逆も同様に行うギア装置であって、
長手方向軸（Ａ）を呈するラック（１０、１１０、２１０、５１０、１０１０、２０１０、３０１０、４０１０）であり、該ラックの該長手方向軸に対して平行に延びる少なくとも１つの歯付き側部を呈し、その長手方向軸に沿って往復運動可能であるラックと、
該ラックの歯付き側部と回転方向に噛み合う少なくとも２つのピニオン（２０、１２０、２２０、５２０、１０２０、２０２０、３０２０、４０２０、５０２０）であり、該ピニオンの第１の軸方向側部に配置されたそれぞれの第１の１次ギア（３０’、１３０’、２３０’、５３０’、１０３０’、２０３０、３０３０、４０３０、５０３０）に固定されたピニオンとからなり、
該第１の１次ギアの少なくとも２つは、共通の入出力シャフト（６０、１６０、５６０、１０６０）に機械的に連結され、それにより、該少なくとも２つの第１の１次ギアは、第１の該入出力シャフトとの間でトルクを伝送し、
該第１の１次ギアは、弾性的に変形可能な固定デバイス（４０、４１、４２、１４０、１０４２、１４００、２４００、３４００、４４００、５４００）によって該それぞれのピニオンに固定され、該固定デバイスは、該それぞれの第１の１次ギアとピニオンとの間の制限された相対回転を可能にするように配置される、ギア装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つの第１のピニオン（２０’、１２０’、２２０’、５２０’、１０２０’）は、前記ラックの共通の第１の歯付き側部（１１、１１１、２１１、５１１）と噛み合う、請求項１に記載のギア装置。
【請求項３】
前記ラックは、第１の歯付き側部（１１、２１１、５１１）と、該第１の歯付き側部に対して平行に、その反対側に配置された第２の歯付き側部（１２、２１２、５１２、１０１２）とを呈し、前記少なくとも２つのピニオンは、前記ラックの該第１の歯付き側部（１１、２１１、５１１）と噛み合う少なくとも１つの第１のピニオン（２０’、２２０’、５２０’、１０２０’）と、該第２の歯付き側部（１２、２１２、５１２、１０１２）と噛み合う少なくとも１つの第２のピニオン（２０”、２２０”、５２０”、１０２０”）とを構成し、第１および第２のピニオンはそれぞれ、弾性的に変形可能な固定デバイス（４０、４１、４２、２４０、５４０、１０４２）によって前記それぞれの第１の１次ギアに固定される、請求項１または２に記載のギア装置。
【請求項４】
少なくとも１組のギア部品を備え、各組は、２つの第１のピニオン（２０’、２２０’、５２０’、１０２０’）および２つの第２のピニオン（２０”、２２０”、５２０”、１０２０”）であって、各第１のピニオンが、弾性的に変形可能な固定デバイス（４０、４１、４２、２４０、５４０、１０４０）によって第１の１次ギア（３０’、２３０’、５３０’、１０３０’）に固定され、該第１の１次ギアが、弾性的に変形可能な固定デバイスによってそれぞれの第２のピニオンに固定された対応する第１の１次ギアと噛み合う、２つの第１のピニオンおよび２つの第２のピニオンと、該１次ギアの２つと噛み合う２次ギア（５０、２５０、３５０、３５１、５５０、１０５０）とを備える、請求項３に記載のギア装置。
【請求項５】
前記２次ギアは、前記第１または第２のピニオンの両方の１次ギアと噛み合う、請求項４に記載のギア装置。
【請求項６】
前記２次ギアは、第１のピニオンの１つの１次ギアおよび第２のピニオンの１つの１次ギアと噛み合う、請求項４に記載のギア装置。
【請求項７】
前記１組のギア部品を備え、前記２次ギアは、共通の入出力シャフトに固定される、請求項４乃至６のいずれか１項に記載のギア装置。
【請求項８】
２組の前記ギア部品を備える、請求項４乃至６のいずれか１項に記載のギア装置。
【請求項９】
各組の前記２次ギア（２５０）は、それぞれの入出力シャフト（１６０）に連結される、請求項８に記載のギア装置。
【請求項１０】
両組のギア部品の前記２次ギア（５０、５５０、１０５０）は、共通の入出力シャフト（６０、５６０、１０６０）に連結された３次ギア（７０、５７０、１０７０）と噛み合う、請求項８に記載のギア装置。
【請求項１１】
第１および第２のピニオン（２０’、２０”）のうちの少なくともいずれか一方は、弾性的に変形可能な固定デバイス（４０）によって、前記ピニオンの第２の軸方向側部に配置されたそれぞれの第２の１次ギア（３０”）に固定され、該固定デバイス（４０）は、該それぞれの第２の１次ギアとピニオンとの間の制限された相対回転を可能にするように配置され、少なくとも２つの第２の１次ギアは、共通の入出力シャフト（６０”）に機械的に連結され、それにより、該少なくとも２つの第２の１次ギアは、該入出力シャフトへトルクを伝送する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のギア装置。
【請求項１２】
前記ラックの前記歯付き側部に対して法線の方向に前記ラックの長手方向運動を案内するように配置された直線案内手段（１２５、１０２１、１２２１、１０２２、１０２５、２０２１、２２２１、２０２２、２２２５、３０２１、３２２１、３０２２、３２２５、４０２１、４２２１、４０２２、４２２５）を備える、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のギア装置。
【請求項１３】
少なくとも１つの弾性的に変形可能な固定デバイスは、ピニオン（２０２０、３０２０、４０２０、５０２０）に回転方向に固定された第１の部品（１４１０、２４１０、３４１０、４４１０、５４１０）と、１次ギア（１０３０、２０３０、３０３０、４０３０、５０３０）に回転方向に固定された第２の部品（１４２０、２４２０、３４２０、４４２０、５４２０）とを備え、該第１および第２の部品は、弾性的に変形可能な材料によって機械的に連結される、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のギア装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの弾性的に変形可能な固定デバイスは、前記第１の部品（４４１０、５４１０）と前記第２の部品（４４２０、５４２０）との間の公称相対回転位置を調整する手段（４４１１ｂ、４４２３ｂ、４４２４、５４２０ａ）を備える、請求項１３に記載のギア装置。
【請求項１５】
前記第１の部品（５４１０）は、前記１次ギア（５０３０）の軸方向端部からシャフト部分の自由端部へ軸方向に突出するシャフト部分（５０９０ａ）と、該シャフト部分の周りに該自由端部から前記１次ギアの前記軸方向端部の方へ同心円状に延びる弾性的に変形可能なスリーブ（５４３０）とによって、前記第２の部品（５４２０）に連結される、請求項１３または１４に記載のギア装置。
【請求項１６】
前記シャフト部分（５４９０ａ）は、円周方向に弾性的に変形可能である、請求項１５に記載のギア装置。
【請求項１７】
前記弾性的に変形可能な材料の少なくとも一部分は、径方向に延びるスポーク（１４３２、２４３３）を形成する、請求項１４に記載のギア装置。
【請求項１８】
前記弾性的に変形可能な材料は、前記第１の部品（３４１０、４４１０）が前記第２の部品（３４２０、４４２０）に対して回転させられたときに圧縮されるように配置されたポリマー材料（３４４０、４４３１）を含む、請求項１４に記載のギア装置。
【請求項１９】
前記ラックは、中間空間ありまたはなしで相互に連結された２つの長手方向のラック半体を備える、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のギア装置。
【請求項２０】
共通の入出力シャフトに機械的に連結された前記第１および第２の１次ギアのうちの少なくともいずれか一方は、弾性的に変形可能な固定デバイス（４０、４１、４２、１４０、１０４２、１４００、２４００、３４００、４４００、５４００）によってそれぞれのピニオンに固定され、該固定デバイスは、前記それぞれの１次ギアとピニオンとの間の制限された相対回転を可能にするように配置される、請求項１１に記載のギア装置。
【請求項２１】
前記ラックに印加される直線往復運動を少なくとも１つの出力シャフトの出力回転運動に変換するように配置された請求項１乃至２０のいずれか１項に記載のギア装置を備える波エネルギー変換デバイス。
【請求項２２】
少なくとも１つの入力シャフトに印加される回転運動を前記ラックの出力直線運動に変換するように配置された請求項１乃至２０のいずれか１項に記載のギア装置を備えるリニア・アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線の力／運動を回転トルク／運動に変換しかつその逆も同様に行うギア装置に関する。本発明はまた、エネルギー変換器およびリニア・アクチュエータ内へのそのようなギア装置の一体化に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの適用分野では、直線運動もしくは力を回転運動もしくはトルクに変換しかつ／またはその逆も同様に行うことが必要とされる。そのような適用分野の例には、波力および風力発電機などのエネルギー生成デバイス、ならびに異なる工業用の持ち上げまたは作動システムがある。そのようなシステムにおける直線運動と回転運動との間の変換の目的で、異なるタイプのギア装置を利用することができる。ギア装置は、典型的には、直線的に可動であり、場合によって往復する部材を備え、この部材は、たとえば噛み合っているコグによって回転部材とともに作用する。そのような装置は、概して、ラック・アンド・ピニオン・ドライブと呼ばれる。入力運動または力と出力運動またはトルクとの間で特定のギア比を実現することが望ましいとき、ギア装置は、ラックと入出力シャフトとの間に配置されてピニオンと噛み合う追加のコグ・ホイールまたはギアを備えることができる。
【０００３】
本発明は、前述のタイプの様々な適用分野で使用することができ、また他の適用分野でも使用することができる。特定の関連する適用分野は、波力発電産業である。特許文献１は、海洋波エネルギーを電力に変換するために利用することができるエネルギー変換システムを開示している。１実施形態によれば、このシステムは、垂直方向に向かい合わせに配置された２つのシリンダ−ピストン装置を有する発振器を備える。シリンダは流体を収容しており、２つのピストンはロッドによって互いに機械的に連結される。海洋波による影響を受けるブイが、一方のシリンダのピストンに連結され、海洋波による影響を受けるとロッドの往復振動運動を引き起こす。
【０００４】
ロッドの運動エネルギーを電力に変換するために、往復ロッドと回転発電機または交流発電機との間にギア装置を配置することができる。
これらのタイプのギア装置では、装置全体が耐久性を有し、長い予測可能な耐用寿命を有することが極めて重要である。さらに重要な態様は、可動部品の慣性を可能な限り低くし、したがってたとえばコグ・ホイールおよびシャフトの重量を可能な限り低くすることである。またそれに対応して、ギア装置およびその構成部品の寸法を可能な限り小さく保つことが最も望ましい。他方では、海洋波からの負荷および工業機械内の作動負荷は大幅に変動し得るため、装置全体が大きい変動する負荷に耐えることが可能であることも重要である。したがって、高い負荷対体積重量比を有するギア装置を設計することができることが非常に重要である。
【０００５】
特許文献２は、水域の運動から発電する装置を開示している。１実施形態によれば、この装置は、ラックおよび回転可能手段のシステムを備え、このシステムは、ラック部材と、２つの歯止めおよびギア・ホイール・アセンブリとを備える。それぞれのそのようなアセンブリは、ラックの両側に配置された２つの歯止めを備える。各歯止めは、それぞれのホイールを駆動するように配置され、両ホイールは、出力シャフトに固定された共通のギア・ホイールと噛み合う。
【０００６】
特許文献３は、２つの外側部にギア歯が設けられたリニア・アクチュエータを備えるリニア・アクチュエータ・システムを開示している。ピニオンが、それぞれのシャフトによってそれぞれのギアに連結された２つの駆動ホイールを駆動する。２つのギアは、アクチュエータの一方の側の歯に係合する。２つの駆動ホイールはそれぞれ、対応するさらなる駆動ホイールを駆動し、さらなる駆動ホイールは、対応するシャフトによって対応するさらなるギアに連結される。２つのさらなるギアは、アクチュエータの他方の側の歯に係合する。
【０００７】
特許文献４は、電気モータの回転運動を精密な直線運動に変換するラック・アンド・ピニオン機構を開示している。この機構は、２行および２列の行列で配置された４つ以上の多段式のギア・ホイールを有する。
【０００８】
したがって、特許文献２によるデバイスは、直線の力および運動を回転トルクおよび運動に変換するために使用することができ、特許文献３および特許文献４によるデバイスは、回転トルクおよび運動を直線の力およびトルクに変換するために使用することができる。しかし、改善されたギア装置が依然として必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１２／００８８９６号
【特許文献２】国際公開第２０１１／１０４５６１号
【特許文献３】米国特許第５，８３６，２０５号明細書
【特許文献４】独国特許発明第１０００９９３０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、直線の力および／または運動を回転トルクおよび／または運動に変換しかつその逆も同様に行うことが可能な向上したギア装置を提供することである。
【００１１】
さらなる目的は、耐久性があり、比較的長い予測可能な耐用寿命を呈するそのようなギア装置を提供することである。
さらなる目的は、比較的高い負荷対重量および体積比を呈するそのようなギア装置を提供することである。
【００１２】
追加の目的は、装置のすべてのコグ・フランク間で負荷の均一の分散を可能にするそのようなギア装置を提供することである。
別の目的は、ギア・ラックと両面歯付きラックの両側に噛み合うピニオンとの間の逆向きの反応力を効率的に均衡させるそのようなギア装置を提供することである。
【００１３】
さらなる目的は、ラックの直線運動の案内の向上を呈するそのようなギア装置を提供することである。
さらに別の目的は、すべてのギアおよびコグ・フランクに対して負荷の分散を均一にして制限された空間要件で１つまたはいくつかのギア段の利用を可能にするそのようなギア装置を提供することである。
【００１４】
さらなる目的は、前記ラックの線速度に対して前記ピニオンの速い１次回転速度を可能にしながら、耐久性があり、高い負荷を伝送することが可能なラック・ピニオン・ギア装置を提供することである。
【００１５】
さらなる目的は、ラックから複数のピニオン上への大きい線形負荷の均等な分散を提供し、前記ピニオンからの分散された負荷を収集して組み合わせて少なくとも１つの入出力シャフトにかかるトルクにしかつその逆も同様に行うギア装置を提供することである。
【００１６】
さらなる目的は、入力往復直線運動によって装置が付勢されたときに連続する比較的均一の出力回転運動を有効にするそのようなギア装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
したがって本発明は、直線の力および／または運動を回転トルクおよび／または運動に変換しかつその逆も同様に行うギア装置に関する。この装置は、長手方向軸を呈するラックを備え、ラックは、ラックの長手方向軸に対して平行に延びる少なくとも１つの歯付き側部を呈し、その長手方向軸に沿って往復運動可能である。少なくとも２つのピニオンが、ラックの歯付き側部と回転方向に噛み合っており、ピニオンの第１の軸方向側部に配置されたそれぞれの第１の１次ギアに固定される。前記第１の１次ギアの少なくとも２つは、共通の入出力シャフトに機械的に連結され、それにより、少なくとも２つの第１の１次ギアは、第１の入出力シャフトとの間でトルクを伝送する。前記第１の１次ギアの少なくとも１つは、弾性的に変形可能な固定デバイスによってそれぞれのピニオンに固定され、固定デバイスは、それぞれの第１の１次ギアとピニオンとの間の制限された相対回転を可能にするように配置される。
【００１８】
したがって、本発明のギア装置は、装置によって伝達すべき負荷がすべてのピニオンとすべての１次ギアとの間でそれぞれ均等に分散されることを提供する。これによって、ピニオンおよびギア、それによってギア装置全体の寸法を比較的小さく保つことができ、それでもなお任意の所望の全ギア比と組み合わせて大きい総負荷容量を可能にする。ピニオンおよび歯付きラックの係合するコグ・フランクによって耐えるべき負荷は、ラックに噛み合うピニオンの数によって分割される。これは、ギア装置の任意の所与の総トルク容量に対して、第１のピニオンの直径を比較的小さく保つことができることを伴う。これはまた、ピニオンの耐用寿命がラックの耐用寿命に対応するようにピニオンの寸法を選ぶ可能性を向上させ、それによって材料のあらゆる過度の使用を低減させながら、装置の総重量を低く保つ。また、ピニオンの直径を低減させることで、ギアの直径もそれに対応して小さく保つことができることを可能にしながら、ギア装置の任意の所望の総ギア比を実現することを可能にする。
【００１９】
２つ以上のピニオンがラックに噛み合うことによって入出力シャフトがラックに結合される従来技術のギア装置と同様に、ギア装置は、概して過剰規定されたシステムを構成する。そのようなシステムの固有の問題は、同時に係合しているピニオンおよびラックのすべてのコグ・フランクに負荷を均一に分散させることである。負荷が不均一に分散された場合、いくつかのフランクは他のフランクより高い摩耗を受け、それによってシステムの耐用寿命が低減される。別法として、ラックおよびすべてのコグ・ホイールは、最も高い摩耗を受けるフランクに対して寸法設定される必要がある。それによって、ギア装置の負荷対体積および重量比が低減される。
【００２０】
従来技術によれば、この問題は通常、可能な限り高い精度でラックおよびコグ・ホイールを製造すること、すなわち製造公差を低減させることによって対処される。加えて、特許文献４と同様に、従来技術は、ピニオンと第１のギアとの間の相対回転位置を可能な限り精密に強固にロックすることによって、過剰規定に関連する問題を解決しようとする。しかし、過剰規定に関係する問題を解決するこれらの周知の手段は、製造および組み立てコストの増大ならびに装置の複雑さの増大を招く。加えて、特に長いラック、長い行程長さ、および多くの協働するピニオンを有するギア装置では、従来技術のギア装置はそれでもなお、かなりの安全裕度をもって負荷伝達構成要素を寸法設定することを必要とする。たとえば波力発電所または重い持ち上げおよび輸送機器内のリニア・アクチュエータなど、特にシステムが高い負荷を伝達するとき、この結果、負荷対体積および重量比が極度に低減される。
【００２１】
前述の問題に対処するために以前から知られている方策とはまったく異なり、本発明の発明者ら、スティグ・ルンベック（Ｓｔｉｇ  Ｌｕｎｄｂａｅｃｋ）氏らは、通常は互いに固定される回転構成要素間の特定の捩じり弾力可撓性を導入することによって、ギア装置の過剰規定に関係する問題を大幅に低減することができることに気付いた。本発明によれば、第１のピニオンは、固定デバイスによってそれぞれの１次ギアに固定され、それによりピニオンと１次ギアとの間のある程度の制限された弾性的な相対回転を可能にする。
【００２２】
これによって、ラックと噛み合うすべてのピニオンのフランクは、ラックの対応するフランクに個々に係合する。ピニオンは、弾性固定デバイス、１次ギア、および共通の入出力シャフトによって互いに弾性的に連結されるため、各ピニオンのフランクは、瞬間的に係合しているすべてのフランクに総負荷が均一に分散されるように、ラックの対応するフランクに対して回転方向に調整される。したがって、本発明は、自己調整式の装置を提供し、それによりギア装置によって伝送される総負荷は、すべての係合するフランクに均一に分散される。これによって、過剰規定されたギア装置に関係する前述の問題は大幅に低減される。これは特に、材料および製造コストの低減ならびに負荷対体積および重量比の増大を伴う。
【００２３】
ピニオンと１次ギアとの間の特定の相対回転を可能にしながら、噛み合っているコグ・ホイール間の平行な位置合わせを実現するには、弾性的に変形可能な固定デバイスを径方向および軸方向に強固に配置しなければならない。固定デバイスは、特定のベース負荷が印加された後に相対回転が生じるようにさらに配置することができ、このベース負荷は、ギア装置の少なくとも全体的な製造および取り付け公差に対応して、各ピニオンとそれぞれの１次ギアとの間の相対回転を提供する。
【００２４】
１実施形態によれば、少なくとも２つのピニオンは、ラックの共通の第１の歯付き側部と噛み合う。このときラックには単一の歯付き側部が設けられ、すべてのピニオンがこの単一の側部と噛み合う。そのような実施形態では、好ましくは、ラックがピニオンから離れて横断方向に動くことを防止するように、ローラまたは摺動ガイドなどの追加の案内手段が配置されるべきである。
【００２５】
代替の好ましい実施形態によれば、ラックは、第１の歯付き側部および第２の歯付き側部を呈し、第２の歯付き側部は、前記第１の歯付き側部に対して平行に、その反対側に配置される。少なくとも２つのピニオンは、ラックの第１の歯付き側部と噛み合う少なくとも１つの第１のピニオンと、第２の歯付き側部と噛み合う少なくとも１つの第２のピニオンとを構成し、第１および第２のピニオンはそれぞれ、弾性的に変形可能な固定デバイスによってそれぞれの第１の１次ギアに固定される。これによって、総負荷は、ラックの両側に容易に均一に分散することができる。この実施形態はまた、ピニオンおよび１次ギアの数の増大を伴い、それでもなお装置の寸法、特に長手方向の長さを比較的小さく保つ。ラックの２つの反対側の歯付き側部と噛み合うピニオンを配置することによって得られる追加の利点は、ラックの改善された案内に関する。これらの利点は、以下により詳細に説明および記載する。ギア装置は、ラックの両側と噛み合うピニオンが、ラックの長手方向軸に対して法線方向である横断方向においてラックの唯一の案内を構成するように配置することができる。別法として、ギア装置には、追加の案内手段を設けることができる。そのような代替の例もまた、以下に論じる。
【００２６】
有利な実施形態では、ギア装置は、少なくとも１組のギア部品を備え、各組は、２つの第１のピニオンおよび２つの第２のピニオンであって、各第１のピニオンが、弾性的に変形可能な固定デバイスによって第１の１次ギアに固定され、この第１の１次ギアが、弾性的に変形可能な固定デバイスによってそれぞれの第２のピニオンに固定された対応する第１の１次ギアと噛み合う、２つの第１のピニオンおよび２つの第２のピニオンと、第１または第２のピニオンの両方の１次ギアと噛み合う２次ギアとを備える。したがって、１次ギアは、ラックの上または下で噛み合うように対で配置され、各対は、ラックの一方の側と噛み合うピニオンに固定された１つの１次ギアと、ラックの他方の側と噛み合うピニオンに固定された１つの１次ギアとを備える。これによって、非常に省スペースの装置が実現される。
【００２７】
２次ギアは、第１または第２のピニオンの両方の１次ギアと噛み合うことができる。
別法として、２次ギアは、第１のピニオンの１つの１次ギアおよび第２のピニオンの１つの１次ギアと噛み合う。
【００２８】
次いでギア装置は、そのような１組のギア部品を備えることができ、２次ギアは、共通の入出力シャフトに固定される。そのような装置では、運動および負荷は、すべてのピニオンおよび１次ギアを介してラックと単一の入出力シャフトとの間で伝達される。
【００２９】
別法として、ギア装置は、そのような２組のギア部品を備えることができる。これは、総負荷をさらに増大させ、増大された数のピニオンおよび１次ギアに均一に分散させることができることを伴う。
【００３０】
２組のギア部品が使用されるとき、各組の２次ギアは、それぞれの入出力シャフトに連結することができる。これによって、ラックと２つの入出力シャフトとの間で運動および／または負荷を伝達することが可能になる。
【００３１】
別法として、両組のギア部品の２次ギアは、共通の入出力シャフトに連結された３次ギアと噛み合うように配置することができる。これによって、運動および／または負荷は、ラックと単一の入出力シャフトとの間で伝達することができる。また、３次ギアを含めることで、ギア装置の総ギア比を自由に選ぶ可能性をさらに向上させる。
【００３２】
ギア部品の組の数は、さらに増大させることができ、組の数のそれぞれに対して、２次ギア、３次ギア、４次ギアなどの対応する数の中間ギアを配置することによって、ギア装置内に含まれる入出力シャフトの数を自由に選ぶことが可能である。
【００３３】
さらなる実施形態によれば、少なくとも２つ、好ましくはすべての第１および／または第２のピニオンは、弾性的に変形可能な固定デバイスによって、ピニオンの第２の軸方向側部に配置されたそれぞれの第２の１次ギアに固定され、固定デバイスは、それぞれの第２の１次ギアとピニオンとの間の制限された相対回転を可能にするように配置される。このとき、少なくとも２つの第２の１次ギアは、共通の入出力シャフトに機械的に連結され、それにより、少なくとも２つの第２の１次ギアは、前記入出力シャフトへトルクを伝送する。これによって、ギア装置は、ラックの両側に配置された１次ギアに総負荷が均一に分散されるように、対称に配置することができる。
【００３４】
この場合、第２の１次ギアは、第１の１次ギアと同じ入出力シャフトに連結することができる。これによって、ラックと単一の入出力シャフトとの間で伝達される総負荷は、すべてのピニオンおよび１次ギアにわたってそれぞれ均一に分散される。単一の入出力シャフトは、それぞれの負荷または駆動手段に連結可能な１つまたは２つのシャフト端部を呈することができる。
【００３５】
別法として、第１および第２のピニオンの第１の軸方向側部に配置される第１の１次ギアは、第１の入出力シャフトに連結することができ、第１および第２のピニオンの第２の軸方向側部に配置される第２の１次ギアは、第２の入出力シャフトに連結することができる。
【００３６】
単一の共通の入出力シャフト上、または２つの別個の入出力シャフトのそれぞれのシャフト上のいずれかに、２つのシャフト端部を配置することによって、たとえば、ギア装置に２つの異なる発電機を駆動させること、または２つの入出力シャフトのそれぞれのシャフトに連結された２つの異なるモータによってギア装置を駆動することが可能である。
【００３７】
捩じり弾力可撓性を実現する弾性的に変形可能な固定デバイスは、異なる方法で配置することができる。
少なくとも１つの弾性的に変形可能な固定デバイスは、ピニオンに回転方向に固定された第１の部品と、１次ギアに回転方向に固定された第２の部品とを備えることができ、第１および第２の部品は、弾性的に変形可能な材料によって機械的に連結することができる。これは、簡単かつ省スペースの装置を伴い、弾性材料の特性および寸法を選ぶことによって、捩じり弾力を容易に決定することができる。
【００３８】
少なくとも１つの弾性的に変形可能な固定デバイスは、好ましくは、第１の部品と第２の部品との間の公称相対回転位置を調整する手段を備える。公称相対回転位置とは、弾性的に変形可能な固定デバイスが弛緩したとき、すなわちピニオンと１次ギアとの間にトルクが印加されていないときの、ピニオンと１次ギアとの間の相対回転位置を意味する。これらの手段は、ギア装置の組み立ての際に使用される。これによって、協働するピニオンおよび１次ギアの対同士の間で等しい負荷分散が実現されるように、ピニオンおよび１次ギアの各対において精密な公称相対回転位置の決定を容易に実現することが可能になる。
【００３９】
前記第１の部品は、１次ギアの軸方向端部からシャフト部分の自由端部へ軸方向に突出するシャフト部分と、シャフト部分の周りに自由端部から１次ギアの前記軸方向端部の方へ同心円状に延びる弾性的に変形可能なスリーブとによって、第２の部品に連結することができる。これによって、弾性スリーブの適した軸方向の長さを選ぶことによって、固定デバイスの弾力を精密かつ容易に決定することができる。この実施形態はまた、固定デバイスが比較的小さい径方向寸法で構築されることを可能にする。
【００４０】
加えて、前記シャフト部分は、円周方向に弾性的に変形可能に配置することができる。これによって、固定デバイスの総弾力は、シャフト部分および周囲のスリーブの弾力の和から得られる。
【００４１】
別法として、弾性的に変形可能な材料の少なくとも一部分は、径方向に延びるスポークを形成することができる。これは、比較的小さい軸方向寸法を有する固定デバイスの構造を伴う。
【００４２】
弾性的に変形可能な材料は、第１の部品が第２の部品に対して回転させられたときに圧縮されるように配置されたポリマー材料を含むことができる。弾性材料は、たとえば、天然もしくは合成ゴムまたは適した弾性特性を有する任意の他の合成ポリマーもしくはエラストマー材料を含むことができ、またはそのような材料によって構成することができる。弾性材料が第１および第２の部品間の相対回転の際に圧縮されるように固定デバイスを配置することによって、材料の剪断応力が低減または解消され、それによってデバイスの材料疲労または障害のリスクを最小にする。
【００４３】
どのタイプの弾性的に変形可能な固定デバイスが使用されるかにかかわらず、デバイスは、好ましくは、回転方向にのみ相対運動を可能にするように配置されるべきである。すなわち、デバイスは、他の方向には強固に配置されるべきであり、それにより、軸方向および軸方向ではピニオンと１次ギアとの間の相対運動が防止される。
【００４４】
ラックは、中間空間ありまたはなしで相互に連結された２つの長手方向のラック半体をさらに備えることができる。
本発明の所望の利点を実現するのに、すべての１次ギアを弾性的に変形可能な固定デバイスによってそれぞれのピニオンに固定する必要はない。しかし好ましくは、共通の入出力シャフトに機械的に連結された第１および／または第２の１次ギアのうち、少なくとも１つを除いた残りはすべて、弾性的に変形可能な固定デバイスによってそれぞれのピニオンに固定され、固定デバイスは、それぞれの第１の１次ギアとピニオンとの間の制限された相対回転を可能にするように配置される。
【００４５】
本発明はまた、ラックに印加される直線往復運動を少なくとも１つの出力シャフトの出力回転運動に変換するように配置された上記のギア装置を備える波エネルギー変換デバイスに関する。
【００４６】
さらに、本発明は、少なくとも１つの入力シャフトに印加される回転運動をラックの出力直線運動に変換するように配置された上記のギア装置を備えるリニア・アクチュエータに関する。そのようなリニア・アクチュエータは、たとえば、持ち上げまたは押し込みデバイス内で利用することができる。
【００４７】
本発明者らは、上記の捩じり弾力可撓性をラックの長手方向運動の案内の向上に利用することができることにさらに気付いた。ラックの一方の側に係合されるピニオンは、前記ピニオンに向かう方向へのラックの唯一の案内として使用することができる。そのような場合、ラックとの係合を調整するピニオン・フランクの能力は、ラックの形状ならびにラックの両側に配置される任意の追加の案内手段または側部支持部材の形状および中心合わせの不規則性を、前記ピニオンの弾性的な回転方向の調整によって吸収することを可能にする。これによって、ラックの長手方向運動は、横断方向に円滑に案内される。
【００４８】
これによって、強固に固定された案内部材で生じる横断方向の案内のそのような過剰規定を解消することができる。加えて、横断方向の支持力は、支持ピニオン間で均一に分散され、これは、平滑な往復走行ならびにピニオン、側部支持部材、およびラックの低減された摩耗を伴う。
【００４９】
したがって、ギア装置は、第１および第２の側部に対して法線の方向に、前記側部と第１のピニオンおよび側部支持部材それぞれとの間の接触だけによって、ラックの長手方向運動が案内されるように、配置することができる。
【００５０】
弾性的に変形可能な固定デバイスによって１次ギアに固定されたピニオンが、反対側に配置された２つの歯付き側部を呈するラックの両側と噛み合うように配置される場合、ラックの長手方向運動は、いくつかの適用分野では、ピニオンだけによって歯付き側部に対して法線の方向に案内することができる。したがって、そのような例では、歯付き側部に対して法線方向である横断方向にラックを案内する任意の追加の案内手段をなくすことができる。そのような装置は、負荷が比較的低く、ラックが比較的短く、かつ／または大きい横断方向の力に露出されない適用分野で主に使用することができる。
【００５１】
しかし、噛み合っているピニオンの法線力によるラックの長手方向の案内はまた、ラックに係合する前に特定の公差／遊びを有するガイドを含む異なるタイプの従来の直線ガイドと組み合わせることができる。したがって、そのような追加の案内手段は、締り嵌めによってラックに対して特定の制限された遊びをあけて配置することができ、またはラックの横断方向の厳密な案内を実現するために予圧することができる。案内手段がラックに対して遊びをあけて配置されるとき、案内手段は、ラックが横方向に特定の偏位に到達した場合、端部止め具として作用する。案内手段が締り嵌めで配置されたとき、または予圧されているとき、ラックは厳密な公差で中心位置へ押し込まれ、したがって、噛み合っているピニオンの法線力に関係なく、ラック位置の強固な案内を提供する。利用することができるそのような追加の案内手段の例には、摺動ガイド、ローラ・ガイド、往復運動ボール、またはローラ・ガイドが含まれる。
【００５２】
上記のピニオンの捩じり弾力可撓性によって実現される横断方向の案内およびコグ・フランクへのその均一の力の分散は、たとえば重力などのラックに作用する内部および外部からの横力を吸収し、長手方向の案内手段に対する力ベクトルをずらすために必要とされる可能性のある追加の長手方向の案内手段にかかる負荷を大幅に低減させる。これは、同種の両面に歯付きラックまたは２つの単一の歯付きラックを配置することによって行うことができ、そのようなラックは、たとえばＨ形鋼を通じて直接または間接的に互いを支持しており、少なくとも２つの反対側を走るピニオンに、少なくとも２つの可撓性の噛み合っている１次ギアおよび長手方向の案内手段を与える。この装置は、ラックを通じて、ギアによって生成される横力の大部分を中和し、したがって長手方向の案内手段に対する負荷をほぼゼロにする。したがって、これらの案内手段は、ギアボックスを通るその経路内でラックおよび外部からの横力をまっすぐにすることのみに注意して寸法設定することができる。この機能を生じさせるこれらの力は相対的である。
【００５３】
これは、ギアボックスの長さが増大するように多数のピニオンが使用されるとき、特に重要になる可能性がある。さらに、特定の適用分野では、可撓性の１次ギアの噛み合いによる自己調整は、長手方向の案内におけるわずかな間隙ならびにラックの形状の不規則性が補償されるように注意するため、長手方向の案内をそれほど厳密にする必要はない。
【００５４】
長手方向の案内手段にかかる横力が大幅に低減されることで、摩擦損失、材料および製造のコストを低減させ、案内装置の負荷対体積および重量比ならびに耐用寿命を増大させる。
【００５５】
加えて、ギア装置の少なくとも１つ、好ましくはすべての出力シャフトまたは出力シャフト端部は、たとえば発電機、たとえば造水用のモータもしくは高圧ポンプ、フリーホイール、フライホイール、またはこれらの組合せなどの負荷に連結することができる。これによって、ギア装置は、たとえば波力発電施設など、異なる発電施設および他の動力取り出し適用分野で効率的に使用することができる。フリーホイールは、少なくとも１つの出力シャフトに連結することができる。各出力シャフト端部と、たとえば発電機、場合によっては必ずしも必須でないがフライホイールとの間に、フリーホイールを配置することによって、ラックの往復運動中に各組のフライホイール／発電機を駆動して単一の回転方向に回転させることが可能になる。それぞれの１方向におけるラックの運動中にのみそれぞれの負荷にトルクを伝達するように配置された第１および第２のフリーホイールのそのような装置はまた、他の利点を伴う。この装置によって、第１および第２の出力シャフトに連結された発電機または他の回転式の負荷は、両方向におけるラックの往復運動中にそれぞれの単一の回転方向に引き続き回転することができる。したがって、負荷の一方は、第１の方向におけるラックの運動中に付勢され、他方の負荷は、他方の方向におけるラックの運動中に付勢される。しかし、どちらの負荷も、ラック周期全体にわたってその単一の回転方向に引き続き回転することができる。これは、システム全体の慣性が実質上低減され、それによって往復運動によるギア構成要素の摩耗が減少し、システムの効率が増大されることを伴う。加えて、発電機または交流発電機がそれぞれのフリーホイールの出力シャフトに連結されているとき、このフリーホイール装置は、より均等な電力が生成されることを伴う。
【００５６】
このフリーホイール装置の結果、一方の方向におけるラックの運動中に、各出力シャフトからの負荷抵抗が、他方の方向の場合より実質上高くなる。この結果、ピニオンおよびラックのコグの１つのフランクは、反対側のフランクより実質上高い負荷および摩耗を受けるはずである。しかし、すべてのピニオンおよびラックのすべての歯付き側部は、ラックの両往復運動においてフリーホイールの両出力シャフトにトルクを伝達することが有効になるように配置することができるため、ピニオンおよびラックのすべての歯付き側部のすべてのコグ・フランクは均一に摩耗する。これは、装置の耐用寿命が増大され、予測可能になることをさらに伴う。
【００５７】
発電機がフライホイールを介して出力シャフトに連結されるとき、フライホイールは、発電機の回転子の一部を形成することができる。これによって、電力の均等な生成が省スペースかつ確実に容易になる。
【００５８】
フリーホイールおよびフライホイールの同じ組合せを、前記シャフト端部および駆動モータと組み合わせて、直線駆動ユニットの異なる構成を形成することができる。
１つまたは複数の入出力シャフトの回転軸は、ラックの長手方向中心線で中心に配置することができる。入出力シャフトが負荷または駆動手段に連結可能な２つのシャフト端部を呈する場合、出力シャフトがその往復運動中にラックを通って延びることを可能にするために、ラックが長手方向のスロットを呈すること、またはラックを２つの長手方向に延びるラック半体に分割することが必要である。
【００５９】
別法として、１つまたは複数の入出力シャフトの回転軸は、ラックに対して中心から外れて配置することができる。そのような場合、１つまたは複数の入出力シャフトの回転軸は、１次ギアの回転軸によって画定される幾何学ライン内に配置することができる。これは、ギア装置の総空間要件のさらなる低減を伴う。
【００６０】
弾性的に変形可能な固定デバイスの第１および第２の部品の一方は、複数の突出するピンを備えることができ、これらのピンは、第１および第２の部品の他方に配置された対応する凹部内に受け取られ、ピンとそれぞれの空胴の壁との間には、弾性的に圧縮性の材料が配置される。これによって、トルクは、任意の所望の数のピンによって、２つの部品間で実質上伝送され、これは、コグ・ホイール装置のトルク容量を任意の所望の値に対して容易に適合することができることを伴う。
【００６１】
ピンおよび凹部は、ピニオンおよび１次ギアの回転軸に対して平行に延びることができる。この装置は、２つの部品の製造および取り付けを容易にする。
弾性的に変形可能な固定デバイスに関して、第１の部品は、シャフトに固定されるように配置されたハブ部分と、前記ハブ部分から径方向に外方へ延びるフランジ部分とを備えることができ、前記ピンは、前記フランジ部分の径方向平面に直交する方向に前記フランジ部分から延び、第２の部品は、軸方向に延びる複数の開口を提示する環状部分を備え、各開口は、それぞれのピンを受け取り、第２の部分はまた、弾性的に圧縮性の材料の円筒形スリーブを備え、各スリーブは、それぞれのピン上に配置される。この装置は、比較的低いコストで製造して取り付けることができる比較的簡単かつ確実な構造を伴う。
【００６２】
環状部分は、中心の軸方向開口を提示することができ、この開口内にハブ部分が受け取られる。これによって、第２の部品の径方向の案内が容易に実現される。
第２の部品の環状部分は、軸方向に延びる周辺の環状縁部部分を提示することができ、この環状縁部部分は、第１の部品のフランジ部分を受け取る。これは、径方向における追加の案内を伴い、それでもなおコグ・ホイール装置の構成部品の簡単な取り付けを可能にする。
【００６３】
ギア装置は、内部空間を画定するハウジングを備えることができ、ラックは、内部空間を通って直線的に可動であり、ピニオンは、前記内部空間内に配置され、ハウジングに固定された軸受内に支えられる。これによって、装置の比較的簡単かつ確実な設計を実現することができる。別法として、ハウジングは、一体として形成することができる。どちらの代替手段の場合も、ハウジングは、好ましくは、鉄、アルミニウム、合金鋼、複合物、およびいくつかの低負荷の適用分野では、成形されたポリマー材料など、鋳造、成形、または機械加工された材料から形成することができる。機械加工または成形処理の精度ならびに完成したハウジングの剛性および安定性は、ギア・ホイール間で共有する負荷に寄与するギア構成要素の所望の空間的な向きを維持するための重要なパラメータとなり得る。
【００６４】
各ピニオンは、第１のピニオン・シャフトによって、その第１の１次ギアと、該当する場合は第２の１次ギアとに固定することができ、第１のピニオン・シャフトは、第１のピニオンの各軸方向側部で、ハウジングのそれぞれの壁を通って延び、前記第１の１次ギア、および場合によって第２の１次ギアは、前記対向する壁のそれぞれ一方の外側に形成されたそれぞれの凹部内に配置される。これによって、ピニオンおよび１次ギアの強固かつ確実な固定を、確実に実現することができる。この実施形態はまた、ギア装置の効率的な製造および保守を伴う。
【００６５】
各入出力シャフトは、前記壁のそれぞれ一方の外側に形成された凹部内に少なくとも部分的に配置することができ、カバー・プレートをハウジングに固定して、ギアおよび入出力シャフトを収納する前記凹部を封止して覆うように配置することができる。これは、たとえば簡単かつ効率的にギア装置の可動部品の潤滑を実現することができることを伴う。
【００６６】
内部空間および凹部は、油などの潤滑媒体で充填することができる。しかし、より速い回転速度の適用分野では、内部空間は、部分的に充填することができる。いわゆる滴下潤滑もまた、いくつかの適用分野では好ましいものとなり得る。ハウジングは、１つのモノリシック部品または２つのハウジング半体を備えることができ、各ハウジング半体は、前記対向する壁の一方を形成する。これはまた、ギア装置の比較的簡単かつ確実なコスト効率のよい製造を伴い、その保守を容易にする。
【００６７】
任意の所望の数の第１および第２のピニオンならびに対応する数の第１および可能な第２の１次ギアを追加することによって、対応する数のピニオンおよび１次ギアに対して総負荷を分散させることができる。それによって、ギア装置の同じ総トルク容量を保ちながら、各ピニオンおよび１次ギアの負荷および摩耗がさらに低減される。別法として、ピニオンおよび１次ギアにかかる負荷を維持しながら、トルク容量を増大させることができる。
【００６８】
好ましくは、ピニオンのそのような追加は、ラックのすべての歯付き側部にかかる等しい負荷を維持するため、ラックの一方の側に配置された第１のピニオンと、ラックの他方の側に配置された第２のピニオンとを備えるように、対で行われるべきである。
【００６９】
ギア装置が、入力往復運動を少なくとも１つの出力シャフトの回転運動およびトルクに変換するために使用されるとき、異なるタイプの負荷を出力シャフトに連結することができる。そのような負荷の例には、発電機およびポンプ、たとえば造水ポンプがある。
【００７０】
ギア装置が、入力回転運動およびトルクを出力直線運動および力に伝達するために使用されるとき、１つまたはいくつかの入力シャフトを多くの異なるタイプの回転駆動手段に連結することができる。そのような駆動手段の例には、電気、空圧、または油圧モータがある。
【００７１】
本発明のさらなる目的および利点は、以下の実施形態の詳細な説明および添付の特許請求の範囲に記載する。
全体として、特許請求の範囲で使用されるすべての用語は、本明細書に別途明示的に定義しない限り、当技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。「ａ／ａｎ／ｔｈｅ付きの要素、装置、構成要素、手段、工程など」に対するあらゆる言及は、別途明示的に記載しない限り、要素、装置、構成要素、手段、工程などの少なくとも１つの例を参照するものとして包括的に解釈されるべきである。直線から回転への伝達のための適用分野における使用に関して記載するギア装置のあらゆる構成または特徴はまた、回転から直線への伝達のための適用分野でも使用することができ、その逆も同様である。明示的に記載しない限り、本明細書に開示するあらゆる方法の工程は、開示する通りの順序で実行する必要はない。
【００７２】
本発明について、添付の図面を参照して例として次に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１ａ】本発明の第１の実施形態によるギア装置の斜視図。
【図１ｂ】図１ａに示すギア装置の側面図。
【図１ｃ】図１ａに示すギア装置の上面図。
【図２ａ】本発明の第２の実施形態によるギア装置の斜視概略図。
【図２ｂ】図２ａに示すギア装置の側面図。
【図２ｃ】図２ａに示すギア装置の上面図。
【図２ｄ】図２ａに示すギア装置の側面図。
【図３ａ】本発明の第３の実施形態によるギア装置の斜視概略図。
【図３ｂ】本発明の第３の実施形態によるギア装置の斜視概略図。
【図３ｃ】図３ａおよび図３ｂに示すギア装置の側面図。
【図３ｄ】図３ａおよび図３ｂに示すギア装置の上面図。
【図３ｅ】図３ａおよび図３ｂに示すギア装置の側面図。
【図４ａ】ギア装置の例示構成の上面概略図。
【図４ｂ】ギア装置の例示構成の概略縦断面図。
【図５ａ】ギア装置の例示構成の上面概略図。
【図５ｂ】ギア装置の例示構成の概略縦断面図。
【図６ａ】ギア装置の例示構成の上面概略図。
【図６ｂ】ギア装置の例示構成の概略縦断面図。
【図７ａ】ギア装置の例示構成の上面概略図。
【図７ｂ】ギア装置の例示構成の概略縦断面図。
【図８ａ】ギア装置の例示構成の上面概略図。
【図８ｂ】ギア装置の例示構成の概略縦断面図。
【図９ａ】ギア装置の例示構成の上面概略図。
【図９ｂ】ギア装置の例示構成の概略縦断面図。
【図１０ａ】ギア装置の例示構成の上面概略図。
【図１０ｂ】ギア装置の例示構成の概略縦断面図。
【図１１ａ】１実施形態によるギア装置のラックを示す上面図。
【図１１ｂ】１実施形態によるギア装置のラックを示す縦断面図。
【図１１ｃ】１実施形態によるギア装置のラックを示す横断面図。
【図１２】本発明によるギア装置で使用することができる第１の弾性的に変形可能な固定デバイスを示す斜視図。
【図１３ａ】第２の弾性的に変形可能な固定デバイスを示す側面図。
【図１３ｂ】第２の弾性的に変形可能な固定デバイスを示す斜視図。
【図１３ｃ】第２の弾性的に変形可能な固定デバイスを示す縦断面図。
【図１４ａ】第３の弾性的に変形可能な固定デバイスの斜視図。
【図１４ｂ】第３の弾性的に変形可能な固定デバイスの斜視横断面図。
【図１５ａ】第４の弾性的に変形可能な固定デバイスを示す側面図。
【図１５ｂ】第４の弾性的に変形可能な固定デバイスを示す斜視図。
【図１５ｃ】第４の弾性的に変形可能な固定デバイスを示す縦断面図。
【図１５ｄ】第４の弾性的に変形可能な固定デバイスを示す詳細分解図。
【図１５ｅ】第４の弾性的に変形可能な固定デバイスを示す縦断面図。
【図１５ｆ】第４の弾性的に変形可能な固定デバイスを示す斜視図。
【図１６ａ】第５の弾性的に変形可能な固定デバイスを示す側面図。
【図１６ｂ】第５の弾性的に変形可能な固定デバイスを示す斜視図。
【図１６ｃ】第５の弾性的に変形可能な固定デバイスを示す縦断面図。
【図１７】本発明のさらなる実施形態によるギア装置の分解図。
【図１８】図１７に示すギア装置の詳細斜視図。
【図１９】代替の構成を示す図１８に示す詳細に対応する斜視図。
【図２０】さらなる代替の構成を示す図１８に示す詳細に対応する斜視図。
【図２１】別の代替の構成を示す図１８に示す詳細に対応する斜視図。
【図２２】弾性的に変形可能な固定デバイスの詳細を示す斜視図。
【図２３】他の弾性的に変形可能な固定デバイスの詳細を示す斜視図。
【図２４】本発明によるギア装置を備える波エネルギー変換器の一部を示す概略斜視図。
【図２５】図２４に示す波エネルギー変換器の詳細を拡大して示す斜視図。
【図２６ａ】図２４に示す波エネルギー変換器の詳細の斜視縦断面図。
【図２６ｂ】図２４に示す波エネルギー変換器の詳細の縦断面図。
【図２７ａ】ギア装置のさらなる実施形態を概略的に示す上面図。
【図２７ｂ】図２７ａの線ｂ−ｂに沿ったギア装置のさらなる実施形態を概略的に示す断面図。
【図２７ｃ】図２７ａの線ｃ−ｃに沿ったギア装置のさらなる実施形態を概略的に示す断面図。
【図２８ａ】ギア装置の別の実施形態を概略的に示す上面図。
【図２８ｂ】ギア装置の別の実施形態を概略的に示す底面図。
【図２８ｃ】いくつかの隠れた構成要素を破線によって示す、ギア装置の別の実施形態を概略的に示す２８ａに対応する図。
【図２８ｄ】ギア装置の別の実施形態を概略的に示す、図２８ａに示すギア装置を通る中心縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
本発明について、本発明の特定の実施形態を示す添付の図面を参照して、より詳細に次に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全になり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように、例として提供されるものである。説明全体にわたって、同様の数字は同様の要素を指す。
【００７５】
本明細書では、別途記載しない場合、次の用語および表現の定義が使用される。ピニオンとは、往復運動可能なラックの歯付き側部と噛み合うコグ・ホイールを意味する。１次ギアは、シャフトによってピニオンに連結されたコグ・ホイールである。２次ギアは、１次ギアと噛み合うコグ・ホイールである。３次ギアは、シャフトによって２次ギアに連結されたコグ・ホイールである。４次ギアは、３次ギアと噛み合うコグ・ホイールである。５次ギアは、シャフトによって４次ギアに連結されたコグ・ホイールである。６次ギアは、５次ギアと噛み合うコグ・ホイールであり、以下同様である。
【００７６】
図１ａ〜１ｃは、本発明の第１の実施形態によるギア装置を示す。このギア装置はラック１０を備え、ラック１０は、長手方向軸Ａを呈し、その長手方向軸Ａに沿って往復変位可能である。ラックは、第１の歯付き側部１１および第２の歯付き側部１２を呈する。歯付き側部１１、１２は、長手方向軸Ａに対して実質的に平行に延び、互いに対して相互に反対側に配置される。図示の例では、歯はまっすぐであり、すなわち長手方向軸Ａに直交して延びる。しかしラックにはまた、１つまたは複数の斜めの歯付き側部を設けることもできる。
【００７７】
ラック１０はまた、長手方向軸Ａに対して平行に延びる第３の側部１３および第４の側部１４を呈する。第３の側部１３および第４の側部は、第１の側部１１および第２の側部１２に直交して互いに対して相互に反対側に配置される。したがってラック１０は、略方形の横断面を呈する。
【００７８】
２つの案内板１５、１６が、ラック１０の第３の側部１３および第４の側部１４に対して平行に配置され、第３の側部１３および第４の側部１４に対して法線の方向にラックの運動を案内する。
【００７９】
２つの第１のピニオン２０’が、ラックの第１の側部１１に配置される。第１のピニオンの回転軸は、ラック１０の長手方向軸Ａに直交する。第１のピニオン２０’は、ラック１０の第１の歯付き側部１１と噛み合っている。各第１のピニオン２０’は、第１の１次ギア３０’に連結され、第１の１次ギア３０’は、それぞれの第１のピニオン２０’の第１の軸方向側部に配置される。第１のピニオン２０’は、固定デバイス４０によってそれぞれの第１の１次ギア３０’に固定され、固定デバイス４０は、それぞれの第１のピニオン２０’と第１の１次ギア３０’との間の制限された相対的な弾性回転を可能にする。固定デバイス４０については、以下でより詳細に説明する。
【００８０】
第１のピニオン２０’の第２の軸方向側部で、各第１のピニオン２０’は、第２の１次ギア３０”に連結される。この連結もまた、固定デバイス４０によって実現され、固定デバイス４０は、第１のピニオン２０’とそれぞれの第２の１次ギア３０”との間の制限された相対回転を可能にする。
【００８１】
２つの第２のピニオン２０”（図１ａ〜１ｃでは一方だけを見ることができる）が、ラック１０の第２の歯付き側部１２に配置される。第２のピニオン２０”の回転軸は、ラック１０の長手方向軸Ａに直交する。第２のピニオン２０”は、ラック１０の第２の歯付き側部１２と噛み合っている。各第２のピニオン２０”は、第１の１次ギア３０’に連結され、第１の１次ギア３０’は、それぞれの第２のピニオン２０”の第１の軸方向側部に配置される。第２のピニオン２０”もまた、固定デバイス４０によってそれぞれの第１の１次ギア３０’に固定され、固定デバイス４０は、それぞれの第２のピニオン２０”と第１の１次ギア３０’との間の制限された相対的な弾性回転を可能にする。
【００８２】
第２のピニオン２０”の第２の軸方向側部で、各第２のピニオン２０”は、第２の１次ギア３０”に連結される。この連結もまた、固定デバイス４０によって実現され、固定デバイス４０は、第２のピニオン２０”とそれぞれの第２の１次ギア３０”との間の制限された相対回転を可能にする。
【００８３】
第１のピニオン２０’および第２のピニオン２０”は、一方の第１のピニオン２０’および対応する第２のピニオン２０”が、ラック１０の第１の歯付き側部１１および第２の歯付き側部１２の法線方向に位置合わせされるように、対で配置される。すべての第１のピニオン２０’および第２のピニオン２０”は、同じ直径および基準寸法を有する。また、すべての第１の１次ギア３０’および第２の１次ギア３０”も、同じ直径および基準寸法を有する。１次ギア３０’、３０”の直径は、ピニオン２０’、２０”の直径より大きい。ピニオンおよびギアの直径は、第１のピニオン２０’および第２のピニオン２０”の各対に対して、第１の１次ギア３０’がラック１０の第１の側部１１の外側で互いに噛み合うように、ラック１０の第１の歯付き側部１１と第２の歯付き側部との間の幅に対して選ばれる。それに対応して、第１のピニオン２０’および第２のピニオン２０”の各対の第２の１次ギア３０”は、ラック１０の第２の側部１２の外側で互いに噛み合う。
【００８４】
それぞれの第１のピニオン２０’に連結された２つの第１の１次ギア３０’は、１つの同じ第１の２次ギア５０’とさらに噛み合っている。それに対応して、それぞれの第２のピニオン２０”に連結された２つの第２の１次ギア３０”は、１つの同じ第２の２次ギア５０”と噛み合っている。第１の２次ギア５０’は、ラック１０の第１の側部１１の外側でラック１０に対して遠位に配置された第１のシャフト端部６１’を有する第１の入出力シャフト６０’に固定される。第２の２次ギア５０”は、ラック１０の第２の側部１２の外側でラック１０に対して遠位に配置された第１のシャフト端部６１”を有する第２の入出力シャフト６０”に固定される。
【００８５】
ギア装置はまた、複数の軸受７０を備え、軸受７０によって、ピニオン２０’、２０”、１次ギア３０’、３０、２次ギア５０’、５０”、および入出力シャフト６０’、６０”は、ギア・ハウジング（図示せず）に支えられる。
【００８６】
この第１の実施形態によるギア装置では、すべての第１のピニオン２０’および第２のピニオン２０”が、第１の１次ギア３０’および第１の３次ギア５０’を介して第１の入出力シャフト６０’に機械的に連結される。すべての第１のピニオン２０’および第２のピニオン２０”はまた、第２の１次ギア３０”および第２の３次ギア５０”を介して第２の入出力シャフト６０”に機械的に連結される。したがって、すべての第１の１次ギア３０’もまた、第１の入出力シャフト６０’に機械的に連結され、すべての第２の１次ギア６０”は、第２の入出力シャフト６０”に機械的に連結される。
【００８７】
ラック１０に印加される直線運動または力を回転運動またはトルクに変換するためにギア装置が使用される場合、第１の入出力シャフト６０’および第２の入出力シャフト６０”はそれぞれ、出力シャフトを形成する。回転運動またはトルクが直線運動または力に変換される場合、第１の入出力シャフト６０’および第２の入出力シャフト６０”はそれぞれ、入力シャフトを形成する。
【００８８】
すべての第１のピニオン２０’および第２のピニオン２０”が、同じ入出力シャフト６０’、６０”に機械的に連結されるため、このギア装置は全体として、過剰規定されたシステムを構成する。しかし、そのような過剰規定されたシステムに関係する上記の問題は、ピニオン２０’、２０”と１次ギア３０’、３０”との間の制限された弾性的な相対回転を可能にする弾性的に変形可能な固定デバイス４０によって解消され、または少なくとも低減される。これらの固定デバイス４０は、ギア装置によって伝達される負荷が、同時に係合しているピニオン２０’、２０”および歯付き側部１１、１２のすべてのフランクに均一に分散されるように、各ピニオン２０’、２０”がラック１０の歯付き側部１１、１２とのその係合を個々に調整することを可能にする。これによって、すべてのフランクの摩耗が実質的に同じになり、それによって、ピニオン２０’、２０”は、低減された安全裕度をもって寸法設定することができる。これの結果、ピニオン２０’２０”、またそれによって１次ギア３０’、３０”および３次ギア５０’、５０には、普通なら必要とされるはずの寸法より小さい寸法を与えることができ、それにより、全体的な負荷対重量および体積比を著しく低減させることができる。
【００８９】
固定デバイス４０によって実現される捩じり弾力はまた、その長手方向の往復運動中にラック１０を通して中和されることによって、ギアボックス内でギアによって生成される横方向の力を最小まで低減させることに寄与する。ラック１０の形状の何らかの不規則性のため、それぞれの歯付き側部１１、１２に対して法線方向である概略的な方向においてラック１０がピニオンに作用させる力は、ラックの長手方向運動中にはほとんど変動し得ない。しかし、作用される力のそのような変動は、ラック１０とのそれらの係合を個々に調整するピニオン２０’２０”の能力によって吸収される。これによって、第１の歯付き側部１１および第２の歯付き側部１２に対して法線方向である横断方向にラック１０を案内する唯一の手段として、第１のピニオン２０’および第２のピニオン２０”を利用することが可能になる。
【００９０】
しかし、ラックがその長手方向の延長に沿って形状に関して比較的大きい不規則性を呈する場合、またはラックが大きく屈曲している場合、一部またはすべてのピニオン２０’２０”が、場合によってはそれぞれの１次ギア３０’、３０”に対してそれらの最大回転に到達するリスクが存在する。このとき捩じり可撓性は、最低値に達すると言うことができる。これが起こった場合、弾性的に変形可能な固定デバイス４０は、ギア・システムの過剰規定を補償することができなくなり、それによりフランクの摩耗が増大し得る。そのような適用分野では、ラック１０の歯付き側部１１、１２に対して法線の方向にラックの屈曲および横断方向運動を制限する追加の案内手段（図示せず）を、ラックに対して配置することが適当となり得る。
【００９１】
図２ａ〜２ｄは、本発明の第２の実施形態によるギア装置を示す。この実施形態では、ギア装置は、第１の歯付き側部１１および第２の歯付き側部を有するラック１０を備える。ラック１０は、略方形の横断面を有し、反対側の第３の側部１３および第４の側部１４をさらに呈する。
【００９２】
２つの第１のピニオン２０’が、第１の歯付き側部１１と噛み合っており、２つの第２のピニオン２０”が、第２の歯付き側部１２と噛み合っている。各第１のピニオン２０’および第２のピニオン２０”は、第１の軸方向端部で、第１の１次ギア３０’に固定される。各１次ギアは、弾性的に変形可能な固定デバイス４１によって対応するピニオン２０’、２０”に固定され、固定デバイス４１は、１次ギア３０’と対応するピニオン２０’、２０”との間の制限された弾性的な相対回転を可能にする。ピニオン２０’、２０”および１次ギア３０’は対で配置され、それにより、各対は、第１の歯付き側部１１および第２の歯付き側部１２に対する共通の法線上に位置合わせされた第１のピニオン２０’および第２のピニオン２０”と、対応する１次ギア３０’とを備え、各対の１次ギア３０’は、互いに噛み合う。
【００９３】
２次ギア５０’が、対応する第２のピニオン２０’に固定された２つの１次ギア３０’間に回転可能に配置されており、これらの２つの１次ギア３０’と噛み合う。２次ギア５０’は、入出力シャフト６０に固定される。入出力シャフト６０は、ラック１０の第３の側部１３の概して外側に配置された第１のシャフト端部６１と、ラック１０の第４の側部１４の概して外側に配置された第２のシャフト端部６２とを呈する。
【００９４】
このギア装置によって、ギア装置によって伝達すべき総負荷は、すべての第１のピニオン２０’および第２のピニオン２０”間で分散される。弾性的に変形可能な固定デバイス４１は、同時に係合しているピニオン２０’、２０”およびラックの歯付き側部１１、１２のすべてのフランクに対する負荷の分散を向上させる。
【００９５】
ラックの入力往復運動を入出力シャフト６０の回転運動に変換するためにギア装置が使用される場合、このシャフト６０は、出力シャフトを形成する。各シャフト端部６１、６２には、発電機（図示せず）などの負荷を連結することができる。好ましくは、発電機は、それぞれのシャフト端部６１、６２と発電機との間に配置されるそれぞれのフリーホイール（図示せず）によって、それぞれのシャフト端部６１、６２に連結される。第１のフリーホイールは、シャフト６０の第１の回転方向におけるシャフト６０の回転運動を伝送し、第２の逆の回転方向における軸の回転中は空回りするように配置される。第２のフリーホイールは、第２の回転方向における回転運動を伝達し、第１の回転方向では空回りするように配置される。これによって、すべてのピニオン２０’、２０”および１次ギア３０’は、ラック１０の両往復運動における運動中に、ラック１０から発電機への負荷の伝達に均一に関与する。
【００９６】
これは、すべてのピニオン２０’、２０”および１次ギア３０’がすべての負荷伝達に関与し、それによってこれらの構成要素の寸法を低減させることができるという利点を伴う。加えて、そのような装置によって、すべての係合するフランクが均一に摩耗する。
【００９７】
図１ａ〜１ｃおよび図２ａ〜２ｄにそれぞれ示す上記のギア装置の第１および第２の実施形態は、１段式のギア装置を構成すると言うことができる。
図３ａ〜３ｅは、本発明の第３の実施形態によるギア装置を示す。このギア装置は、２段式のギア装置を構成すると言うことができる。
【００９８】
図３ａ〜３ｅに示す２段式のギア装置は、略方形の横断面を有するラック１０を備える。ラック１０は、反対側の第１の歯付き側部１１および第２の歯付き側部１２、ならびに反対側の第３の歯なし側部１３および第４の歯なし側部１４を呈する。このギア装置は、基本的に、図２ａ〜２ｄに示すタイプのギア装置を２つ備えると言うことができる。このギア装置は、第１の歯付き側部１１と噛み合っている４つの第１のピニオン２０’と、第２の歯付き側部１２と噛み合っている４つの第２のピニオン２０”とを備える。各ピニオン２０’、２０”は、対応する軸方向端部で、弾性的に変形可能な固定デバイス４２によって１次ギア３０’に連結され、固定デバイス４２は、１次ギア３０’とそれぞれのピニオン２０’、２０”との間の制限された弾性的な相対回転を可能にする。ピニオン２０’、２０”は対で配置され、それにより、各対は、ラック１０の歯付き側部１１、１２に対して法線方向であるそれぞれの線に沿って位置合わせされた第１のピニオン２０’および第２のピニオン２０”を備える。各対のそれぞれの第１のピニオン２０’または第２のピニオン２０”に連結された１次ギア３０’は、互いに噛み合う。したがって、このギア装置は、４対のピニオンおよび１次ギアのアセンブリを備え、各対の１次ギア３０’は、互いに噛み合う。
【００９９】
このギア装置は、２つの２次ギア５０’をさらに備える。２次ギア５０’は、各２次ギア５０’が、固定デバイス４２によって、それぞれの第２のピニオン２０”に連結された２つの１次ギア３０’と噛み合うように配置される。各２次ギア５０’は、２次ギア・シャフト７１によって３次ギア７５に連結される。ギア・シャフト７１は、ラック１０を交差して延び、それにより、２次ギア５０’は、ラックの第３の側部の概して外側に配置され、３次ギア７５は、ラック１０の第４の側部１４の概して外側に配置される。これによって、ラックの長手方向軸に対するギア装置の増大された対称性を実現することが可能になる。
【０１００】
概して２つの３次ギア７５間に４次ギア８５が配置され、両方の３次ギア７５と噛み合う。４次ギア８５は、第１のシャフト端部６１および第２のシャフト端部６２を呈する入出力シャフト６０に固定される。シャフト端部６１、６２は、ラック１０の反対の歯なし側部の概して外側に配置され、それぞれの負荷または駆動手段（図示せず）に連結することができる。
【０１０１】
したがって、このギア装置は２段式のギア装置を構成し、装置によって伝達すべき負荷は、すべての８つのピニオン２０’、２０”およびすべての８つの１次ギア３０’間で均一に分散される。したがって、この実施形態は、重い負荷が伝達され、ピニオン２０’、３０”および１次ギア３０’の寸法を小さく保つことが望ましいときに使用することができる。１次ギア３０’と２次ギア５０’との間の直径の差は、第１のギア段を構成し、３次ギア７５と４次ギア８５との間の直径の差は、第２のギア段を構成する。これらの直径の差を変動させることによって、様々なギア比を実現することができる。
【０１０２】
図３ａ〜３ｅに示す実施形態では、すべての８つの１次ギアが、弾性的に変形可能な固定デバイスによってそれぞれの第１または第２のピニオンに連結される。しかし、１次ギアのうちの６つがそのピニオンに対して捩じり方向に可撓性を有して配置されれば十分である。そのような場合、各２次ギアにトルクを伝達する４つの１次ギアのうちの３つが、弾性的に変形可能な固定デバイスによってそのピニオンに固定されるべきである。
【０１０３】
図１ａ〜１ｃおよび図３ａ〜３ｅに示す実施形態を組み合わせることも可能である。図面に示されていない１実施形態では、ギア装置は、ラックの第１の歯付き側部と噛み合っている４つの第１のピニオンと、ラックの第２の歯付き側部と噛み合っている４つの第２のピニオンとに分割された８つのピニオンを備える。各第１および第２のピニオンは、第１および第２のピニオンの第１の軸方向側部に配置された第１の１次ギアに固定される。各第１および第２のピニオンはまた、第１および第２のピニオンの第２の軸方向側部に配置された第２の１次ギアに固定される。図３ａ〜３ｅと同様に、ピニオンは対で配置され、それにより、各対は、ラックの歯付き側部に対する法線に沿って位置合わせされた第１および第２のピニオンを備える。このギア装置は、２つの第１の２次ギアをさらに備え、各第１の２次ギアは、それぞれの第１のピニオンに固定された２つの第１の１次ギアと噛み合っている。２つの第２の２次ギアが、各２次ギアがそれぞれの第２のピニオンに固定された２つの第２の１次ギアと噛み合うように配置される。各第１の２次ギアは、シャフトを介してそれぞれの第１の３次ギアに連結され、各第２の２次ギアが、シャフトを介して第２の３次ギアに連結される。どちらの第１の３次ギアも、第１の４次ギアと噛み合い、どちらの第２の３次ギアも、第２の４次ギアと噛み合う。このようにして、ギア装置は、８つのピニオン、１６個の１次ギア、４つの２次ギア、４つの３次ギア、および２つの４次ギアを備える対称のギア装置を形成し、負荷は、８つのピニオン間で分散され、８つのピニオンのうちの４つは、ラックの１つの側部と噛み合っており、８つのピニオンのうちの１つは、ラックの別の側部と噛み合っている。
【０１０４】
すべての１次ギアは、弾性的に変形可能な固定デバイスによってそれぞれのピニオンに固定することができる。しかし、１次ギアのうちの１２個だけが弾性的に変形可能な固定デバイスによってそれぞれのピニオンに連結される場合でも、本発明の利点を満足に実現することができる。そのような場合、各２次ギアへトルクを伝達する４つの１次ギアのうちの３つは、弾性的に変形可能な固定デバイスによってそのピニオンに固定されるべきである。
【０１０５】
このギア装置の第１の変形形態によれば、４次ギアはどちらも、１つの同じ入出力シャフトに連結される。入出力シャフトは、モータなどの回転負荷または回転駆動手段に連結された１つまたは２つのシャフト端部を備えることができる。第２の変形形態によれば、各４次ギアは、それぞれの回転負荷または回転駆動手段に連結することができる。図４ａ〜４ｂ〜図１０ａ〜１０ｂは、本発明のギア装置のいくつかのさらなる実施形態の基本原理を示す概略的な図面である。各図番に対して、図ａは、図１ｂに対応する概略側面図であり、図ｂは、それぞれの図ａの線ｂ−ｂの横断面図である。
【０１０６】
図４ａおよび図４ｂは、比較的少ない構成要素を備える非常に簡単な１実施形態を概略的に示す。ギア装置は、その長手方向軸に沿って往復運動可能なラック１１０を備える。ラック１１０は、歯付き側部１１１である第１の側部と、歯が付いていない第２の側部１１２とを呈する。２つの第１のピニオン１２０’が、第１の歯付き側部１１１と噛み合うように配置される。各第１のピニオンは、弾性的に変形可能な固定デバイス１４０によって対応する１次ギア１３０’に連結され、固定デバイス１４０は、第１のピニオン１２０’と対応する１次ギア１３０’との間の制限された相対回転を可能にする。各第１のピニオン１２０’は、対応する第１のシャフト１２１に回転方向に固定され、各１次ギア１３０’は、固定デバイス１４０によって対応する第１のシャフト１２１に固定される。
【０１０７】
１次ギア１３０’間に２次ギア１５０が配置され、両方の１次ギア１３０’と噛み合う。図４ｂに見られるように、１次ギア１３０’および２次ギア１５０はラックより下に配置される。２次ギア１５０は、入出力シャフト１６０に固定される。入出力シャフト１６０は、図４ｂに見られるように、ラック１１０を越えて延び、ラック１１０より上に配置された第１のシャフト端部を呈する。ギア装置は、ギア・ハウジング２００内に収納される。第１のシャフト１２１および入出力シャフト１６０は、軸受１７０内でギア・ハウジング２００に支えられる。
【０１０８】
前述の実施形態とは異なり、この実施形態は、ラックの第２の側部に配置されたいかなる第２のピニオンも備えていない。代わりにこの実施形態では、１対の側部支持部材１２５が、ラック１１０の第２の歯なし側部１１２に配置され、この側部１１２に支持接触している。各側部支持部材１２５は、第１の歯付き側部１１１および第２の歯なし側部１１２に対する法線である線に沿って、対応する第１のピニオン１２０’と位置合わせされる。ラック１１０の往復運動中、側部支持部材１２５は、第２の歯なし側部１１２から離れる方へ法線方向にラック１１０を支持案内している。
【０１０９】
前述の実施形態と同様に、第１のピニオン１２０’は、ラック１１０の第１の歯付き側部１１１から離れる法線方向においてラックに対する案内手段として機能する。固定デバイス１４０によって実現される捩じり可撓性のため、ラック１１０の特定の運動および第１のピニオン１２０’に対する形状の不規則性を捩じり可撓性によって吸収し、それによってラック１１０の平滑な往復走行を促進することができる。この実施形態の側部支持部材１２５は、２段式の適用分野で使用されるいかなる追加の案内手段よりもかなり高い力に露出され、ラックの両側部で噛み合っている第１および第２のピニオンは、横断方向の力の重要な部分を吸収する。
【０１１０】
図５ａ〜５ｂに示す実施形態では、ラック１１０は、第１の歯付き側部１１１と、第１の歯付き側部１１１の反対側に配置された第２の歯なし側部１１２とを呈する。３つの第１のピニオン１２０’が、第１の歯付き側部１１１に噛み合って接触するように配置される。外側２つの第１のピニオン１２０’は、図４ａおよび図４ｂを参照して上述した内容に対応して、それぞれの回転側部支持部材１２５と協働して、ラックを横断方向に案内および支持する。
【０１１１】
各第１のピニオン１２０は、それぞれの第１のシャフト１２１およびそれぞれの弾性的に変形可能な固定デバイス１４０によってそれぞれの１次ギア１３０’に連結され、固定デバイス１４０は、第１のピニオン１２０’とそれぞれの１次ギア１３０’との間の制限された相対回転を可能にする。各１次ギア１３０’間に２次ギア１５０が配置され、それにより各２次ギアは、２つの隣接する１次ギア１３０’と噛み合う。各２次ギア１５０は、入出力シャフト１６０に固定される。入出力シャフト１６０はどちらも、図５ａに見られるように、ラック１１０を越えて延び、ラック１１０より上に配置されたそれぞれのシャフト端部１６１を呈する。したがって、このギア装置は、それぞれまたは共通の負荷または駆動手段（図示せず）に連結することができる２つの入出力シャフト１６０を備える。
【０１１２】
図６ａ〜６ｂに示す実施形態では、ラック１１０は、第１の歯付き側部１１１および第２の歯なし側部を呈する。図４ａ〜４ｂおよび図５ａ〜５ｂを参照して上述したように、ラック１１０は、２つの第１のピニオン１２０’および２つの回転側部支持部材１２５によって横断方向に案内および支持される。
【０１１３】
ギア装置は、ラック１１０の歯付き側部１１１と噛み合っている４つの第１のピニオン１２０’を備える。各第１のピニオン１２０は、それぞれの第１のシャフト１２１およびそれぞれの弾性的に変形可能な固定デバイス１４０によってそれぞれの１次ギア１３０’に連結され、固定デバイス１４０は、第１のピニオン１２０’とそれぞれの１次ギア１３０’との間の制限された相対回転を可能にする。２次ギアは、図６ｂに見られるように、ラック１１０より下に配置される。各１次ギア１３０’間に２次ギア１５０が配置され、それにより各２次ギアは、２つの隣接する１次ギア１３０’と噛み合う。外側２つの２次ギア１５０は、軸受内でハウジング２００に支えられたそれぞれのギア・シャフト１３１に固定される。中心に配置された第２のギアは、入出力シャフト１６０に回転方向に固定され、入出力シャフト１６０は、中心の２次ギア１３０’からラックを越えて延び、ラック１１０より上に、負荷または駆動手段（図示せず）に連結することができるシャフト端部を呈する。この実施形態では、ギア・シャフト１３１に固定された２次ギア１３０’は、最も外側の１次ギア１３０’から最も内側の１次ギア１３０’のそれぞれの１つへトルクおよび回転運動を伝達し、または逆も同様に行う駆動体として機能する。最も内側の１次ギア１３０’は、入出力シャフト１６０との間でトルクおよび回転運動を伝達する。したがって、この実施形態では、負荷は、ラックの単一の歯付き側部１１１と噛み合っている４つのピニオン１２０’間で分割され、このギア装置は、単一のラック１１０と単一の入出力シャフト１６０との間で力またはトルクおよび運動を伝達するために使用することができる。
【０１１４】
図７ａ〜７ｂに示す実施形態では、ギア装置はラック２１０を備え、ラック２１０は、第１の歯付き側部２１１と、第１の歯付き側部２１１の反対側に配置された第２の歯付き側部２１２とを呈する。２つの第１のピニオン２２０’が、第１の歯付き側部２１１と噛み合っており、２つの第２のピニオン２２０”が、第２の歯付き側部２１２と噛み合っている。第１のピニオン２２０’および第２のピニオン２２０”は、図２ａ〜２ｄに示す実施形態を参照して上述したようにラックを案内するように配置される。図７ａ〜７ｂに示す実施形態の機能および動作原理もまた、図２ａ〜２ｄに示す実施形態のものに対応するが、図７ａ〜７ｂに示す実施形態の入出力シャフトは、負荷または駆動手段に連結することができる１つのシャフト端部のみを有する。したがって、この実施形態について、ここでこれ以上詳細には説明しない。
【０１１５】
図８ａ〜８ｂに示す実施形態では、ラック２１０は、第１の歯付き側部２１１および第２の歯付き側部２１２を呈する。４つの第１のピニオン２２０’が、第１の歯付き側部２１１と噛み合っており、４つの第２のピニオン２２０”が、第２の歯付き側部２１２と噛み合っている。第１のピニオン２２０’および第２のピニオン２２０”は対で配置され、それにより、各対の第１および第２のピニオンは、第１および第２の歯付き側部に対する法線に沿って位置合わせされる。各第１のピニオン２２０’および第２のピニオン２２０”は、弾性的に変形可能な固定デバイス２４０によってそれぞれの１次ギア２３０’に固定される。すべての１次ギア２３０’は、図８ｂに見られるように、すべての１次ギアがラック２１０より下に配置されるように、それぞれの第１および第２のピニオンの対応する軸方向側部に配置される。第１のピニオン２２０’および第２のピニオン２２０”の各対の１次ギア２３０’は、互いに噛み合う。固定デバイス２４０によって第１のピニオン２２０’に連結された各１次ギア２３０’間に、２次ギア２５０が配置される。各２次ギア２５０は、２つの隣接する１次ギア２３０’間に配置され、それらの１次ギア２３０’と噛み合う。各２次ギアは、それぞれの入出力シャフト１６０に回転方向に固定される。すべての入出力シャフト１６０は、ラック２１０を越えて延び、負荷または駆動手段に連結することができるそれぞれの自由シャフト端部１６１を呈する。したがって、この実施形態では、伝達すべき負荷は、すべての８つのピニオン２２０’、２２０”によって分割され、ギア装置は、単一のラックと３つの入出力シャフト１６０との間で運動およびトルクまたは力を伝達するために使用することができる。すべてのピニオン２２０’、２２０”およびすべての１次ギア２３０’が、すべての３つの入出力シャフト１６０との間の運動および力またはトルクの伝達に寄与する。
【０１１６】
図９ａ〜９ｂに示す実施形態は、図８ａ〜８ｂに示す実施形態に大部分が対応する。唯一の違いは、最も外側の２次ギア３５１が入出力シャフトに回転方向に固定されていないことである。代わりに、これらの外側２つの２次ギア３５１は、それぞれのギア・シャフト２３１に固定され、図６ａ〜６ｂを参照して説明した内容に対応する駆動体として機能する。したがって、図９ａ〜９ｂに示す実施形態では、すべての運動およびトルクまたは力が、単一の入出力シャフト１６０との間で伝達され、この入出力シャフトは、この理由のため、図８ａ〜８ｂに示す入出力シャフトより大きい直径を有することが示されている。
【０１１７】
図１０ａ〜１０ｂに示す実施形態は、図３ａ〜３ｅに示す実施形態と大幅に一致する。この実施形態では、ギア装置はラック５１０を備え、ラック５１０は、第１の歯付き側部５１１および第２の歯付き側部５１２を有する。この装置は、４つの第１のピニオン５２０’および４つの第２のピニオン５２０”、８つの１次ギア５３０’、２つの２次ギア５５０、２つの３次ギア５７０、および１つの４次ギア５８０をさらに備え、４次ギア５８０は、入出力シャフト５６０に回転方向に固定され、入出力シャフト５６０は、第１のシャフト端部５６１および第２のシャフト端部５６２を呈する。主要な装置および機能は、図３ａ〜３ｅを参照して説明した内容に対応しており、ここでこれ以上詳細には説明しない。
【０１１８】
しかし、図１０ａ〜１０ｂに示す実施形態は、ラックの横断方向の運動を制限する追加の手段を備える点が異なる。これらの手段を、図１０ａ〜１０ｃにさらに詳細に示す。ラック５１０は、２つの長手方向の溝５１５を呈し、溝５１５は、ラックの上側部５１３および下側部５１４のそれぞれに１つずつ配置される。ラックの上側部５１３および下側部５２４は、図１１ｃに示すように、相互に平行でありかつ第１の横断方向の側部５１１および第２の横断方向の側部５１２に対して直角の側部を指す。しかし、ギア装置の向きに応じて、ラックは、使用の際に異なる向きにすることができ、それにより側部５１３および５１４は、実際には上側部および下側部を形成しなくなる。ギア・ハウジング５００には、突出するスタッド５０１の形で３対の直線案内手段が設けられる。各スタッド５０１は、ギア・ハウジングに固定され、それぞれの溝５１５内へ延びる。したがって、スタッド５０１のうちの３つが、上側部５１３内に配置された溝５１５内に受け取られ、３つのスタッド５０１が、下側部５１４内に配置された溝５１５内に受け取られる。スタッド５０１の側面と溝５１５の対応する壁との間の接触によって、ラックは、ラックの第１の側部５１１および第２の側部５１２に対して法線方向である横断方向に案内される。図１０ａおよび図１１ａ〜１１ｃに示す実施形態では、スタッド５０１は、精密な案内が実現されるように、溝５１５内に締り嵌めで受け取られる。しかし、溝内に特定の遊びをあけてスタッドを配置することも可能である。これによって、直線案内手段は、１種の端部止め具を形成し、それによりラックの特定の制限された横断方向運動を可能にする。どちらの代替手段でも、上記のピニオンの捩じり可撓性によって実現されるラックの横断方向の案内は、直線案内手段、すなわちスタッド５０１および溝５０１の壁によって吸収される必要のある横断方向の力を実質上低減させる。
【０１１９】
図２７ａ〜２７ｃは、ギア装置のさらなる実施形態を概略的に示す。ここで、ギア装置は、両面ラック６１０を備える。２つの第１のピニオン６２０’が、ラック６１０の第１の歯付き側部と噛み合っており、２つの第２のピニオン６２０”が、第１の歯付き側部とは反対側の第２の歯付き側部と噛み合っている。この実施形態では、第１のピニオン６２０’は、対応する第２のピニオン６２０”に対する法線に沿って位置合わせされていない。代わりに、第１のピニオン６２０’は、第２のピニオン６２０”に対してラック６１０の長手方向に沿ってある程度変位させられている。各第１および第２のピニオンは、ピニオンの第１の軸方向側部に配置された第１の１次ギア６３０’およびピニオンの第２の軸方向側部に配置された第２の１次ギア６３０”に固定される。第１のピニオンに固定された各第１の１次ギア６３０’は、第２のピニオンに固定された第１の１次ギアと噛み合い、第１のピニオンに固定された各第２の１次ギアは、第２のピニオンに固定された第２の１次ギアと噛み合う。
【０１２０】
第１の２次ギア６５０’が、第１のピニオン６２０’に固定された第１の１次ギア６３０’および第２のピニオンに固定された第１の１次ギア６３０’と噛み合うように配置される。それに対応して、第２の２次ギア６５０”が、第１のピニオン６２０’に固定された第２の１次ギア６３０”および第２のピニオン６２０”に固定された第２の１次ギア６３０”と噛み合うように配置される。各２次ギア６５０’、６５０”は、それぞれの回転負荷または駆動手段６９０’、６９０”に連結することができるそれぞれの入出力シャフト６６０’、６６０”に固定される。
【０１２１】
少なくとも第１の１次ギアの３つおよび第２の１次ギアの３つは、弾性的に変形可能な固定デバイスによってそれぞれのピニオンに固定される。
図２７ａに最もよく見られるように、この装置の結果、Ｚ字形の噛み合い構成が得られ、図２７ａに見られるように、左上の２次ギアは、右上の２次ギアと噛み合い、右上の２次ギアは、ラックを越えて第２の２次ギアと噛み合う。第２の２次ギアは、左下の２次ギアとさらに噛み合い、左下の２次ギアはまた、右下の２次ギアと噛み合う。対応するＺ字形の噛み合い構成はまた、第１の１次ギアおよび第１の２次ギアによって形成される。
【０１２２】
これによって、各入出力シャフトからの負荷は、すべての４つのピニオンに均一に分散される。加えて、第１および第２のピニオン間の相対的な長手方向の変位のため、隣接する１次ギアに干渉することなく、１次ギアの直径を増大させることができる。前記相対変位を大きくすればするほど、１次ギアの直径を増大させる可能性が高くなる。これは、制限された数のギア段でギア装置のより大きい総ギア比を実現することができるという利点を与える。さらに、１次ギアの直径を増大させることで、確実な弾性的に可撓性の固定デバイスをそれぞれの１次ギアに配置し、またはそれぞれの１次ギアと一体化することが容易になる。また、１次ギアの直径を増大させることで、大きい捩じり可撓性を提供し、より大きい相対回転を高い精度で可能にする可能性が向上する。
【０１２３】
ギア装置のさらなる実施形態を、図２８ａ〜２８ｄに概略的に示す。この実施形態では、ラック７１０には、第１および第２の歯付き側部が設けられる。２つの第１のピニオン７２０’が、第１の歯付き側部と噛み合っており、２つの第２のピニオン７２０”が、第２の歯付き側部と噛み合っている。
【０１２４】
図２８ａおよび図２８ｃに見られるように、一方の第１のピニオンは、ラック６１０より上で前記ピニオンの第１の軸方向側部に配置された第１の１次ギアに固定される。他方の第１のピニオンは、ピニオンの軸方向側部（第１の１次ギアが設けられたピニオンに対する第２の軸方向側部に対応する）で第２の１次ギアに固定され、それにより第２の１次ギアは、ラック６１０より下に配置される。これに対応して、一方の第２のピニオン７２０”は、ラックより上に配置された第１の１次ギア７３０’に固定され、他方の第２のピニオン７２０”は、ラック７１０より下に配置された第２の１次ギア７３０”に固定される。第１の２次ギア７０５’が、両方の第１の１次ギア７３０’と噛み合うようにラック７１０より上に配置され、第２の２次ギア７５０”が、両方の第２の１次ギア７３０”と噛み合うようにラックより下に配置される。
【０１２５】
第１の２次ギア７５０’は、回転負荷または駆動手段７９０’に連結することができる第１の入出力シャフト７６０’に固定される。第２の２次ギア７５０”は、第２の回転負荷または駆動手段７９０”に連結することができる第２の入出力シャフト７６０”に固定される。
【０１２６】
少なくとも第１の１次ギアの１つおよび第２の１次ギアの１つは、上記の弾性的に変形可能な固定デバイスによってそれぞれのピニオンに連結される。
したがって、この実施形態は、比較的少ない数の構成要素を備える省スペースのギア装置を提供する。
【０１２７】
図１７〜２１ｂは、直線案内手段を配置する代替の方法を示す。図１７は、ギア装置が図３ａ〜３ｂに示すギア装置に概して対応する場合の分解図である。しかし図１７では、ギア・ハウジングおよび直線案内手段も示す。したがって、このギア装置はギア・ハウジング１２００を備え、ギア・ハウジング１２００は、鋳鉄で形成されたモノブロック本体１２００１を備える。ギア・ハウジングはまた、本体１２０１に締結された上部および下部カバー・プレート（図示せず）を備える。長手方向に延びる中心ラック・チャネル１２０２が、本体１２０１内に配置される。第１の（隠れた）歯付き側部および第２の歯付き側部１００１２を呈するラック１０１０が、ラック・チャネル１２０２内で直線的に往復するように受け取られる。本体１２０１には、ピニオンと２次および３次ギアを備えるシャフトとを受け取る複数の凹部１２０３が設けられる。より具体的には、ギア装置は、ラック１０１０の第１の歯付き側部と噛み合っている４つの１次ギア１０２０’と、ラック１０１０の第２の歯付き側部１０１２と噛み合っている４つの第２のピニオン１０２０”とを備える。各ピニオン１０２０’、１０２０”は、それぞれの弾性的に変形可能な固定デバイス１０４２によってそれぞれの１次ギア１０３０’に固定される。１次ギア１０３０’は、ラック１０１０の上で、対で噛み合う。２つの２次ギア１０５０’がそれぞれ、対応する第２のピニオン１０２０”に固定された２つの異なる１次ギア１０３０’と噛み合っている。各２次ギア１０５０’は、それぞれの２次ギア・シャフト１０７１によってそれぞれの３次ギア１０７０に回転方向に固定される。３次ギア１０７０はどちらも、入出力シャフト１０６０に回転方向に固定された４次ギア１０８０と噛み合い、入出力シャフト１０６０は、第１のシャフト端部１０６１および第２のシャフト端部１０６２を呈する。図１７に見られるように、４次ギア１０８０は、この実施形態によれば、スプラインによって入出力シャフト１０６０に固定される。
【０１２８】
図１７および図１８ａ〜１８ｂを参照すると、この実施形態による直線案内手段は、上部案内ロッド１０２１および下部案内ロッド１０２２を備える。各案内ロッドは、ラック１０１０の有効長さ全体に沿って長手方向に延びており、ラック１０１０の上部側面および下部側面内にそれぞれ配置された溝１０２３、１０３４内に受け取られることによって、ラックに固定される。上部ロッド１０２１は、３つの上部案内部材１２２１内に受け取られる。上部案内部材１２２１は、本体１２０１内でラック・チャネル１２０２より上に配置された対応する上部凹部１２２２内で長手方向に位置合わせされて受け取られる。それに対応して、下部ロッド１０２２は、３つの下部案内部材１２２５内に受け取られる。下部案内部材１２２５は、本体１２０１内でラック・チャネル１２０２より下に配置された対応する下部凹部１２２６内で長手方向に位置合わせされて受け取られる。上部凹部１２２２および下部凹部１２２６の各対に対して、凹部壁は、上部案内部材１１２１および下部案内部材１２２５がそれぞれの凹部内に受け取られるときに正確に位置合わせされるように、単一の機械加工動作において高精度で機械加工される。上部案内部材１２２１は、ボルト１２２８によって本体１２０１に締結されたそれぞれの阻止部材１２２７によって、上部凹部１２２２内でさらに維持される。
【０１２９】
上部案内部材１２２１には、長手方向に延びる案内凹部１２２９が設けられる。案内凹部１２２９の横断面は、上部案内ロッド１０２１の横断面に正確に対応し、上部案内ロッドは、上部案内凹部１２２９内に長手方向に摺動可能に受け取られる。それに対応して、下部案内部材１２２５には、長手方向に延びる案内凹部１２２３０が設けられる。これらの案内凹部１２３０の横断面は、下部案内ロッド１０２２の横断面に正確に対応し、下部案内ロッド１０２２は、下部案内凹部１２３０内に長手方向に摺動可能に受け取られる。
【０１３０】
これによって、ラック１０１０は、ラック・チャネル１２０２内で直線的に往復運動可能とすることができる。上部案内ロッド１０２１および下部案内ロッド１０２２と対応する案内部材１２２１、１２２５の案内凹部との摺動係合は、ラック１０１０の長手方向軸に対して直角のすべての方向におけるラックの正確な案内を確実にする。この構成では、案内部材はまた、回転方向の案内も確実にする。加えて、上記の捩じり方向に可撓性のピニオンによって実現される横向きの案内は、案内ロッドおよび案内部材に作用する横方向の力が制限されることを確実にし、それによって装置全体の耐用寿命が向上する。案内ロッド１０２１、１０２２と案内部材１２２１、１２２５との間に特定の遊びを配置することによって、すなわち案内ロッドの横断面の幅を案内凹部１２２９、１２３０の横断面の幅よりある程度小さくすることによって、横方向に特定の遊びを可能にすることができる。これによって、案内部材１２２１、１２２５は、ラック１０１０のある程度制限された横向きの運動のみを可能にする止め具として機能する。
【０１３１】
図１９ａ〜１９ｂは、直線案内手段を配置する代替の方法を示す。図１９ａ〜１９ｂに示す断面は、図１８ａ〜１８ｂに示す断面に対応する。この実施形態では、ラック２０１０に上部案内凹部２０２１および下部案内凹部２０２２が設けられる。案内凹部２０２１、２０２２はどちらも、ラック２０１０の有効長さ全体に沿って延びる。ラック２０１０は、ギア・ハウジング２２００の本体２２０１内に配置されたラック・チャネル２２０２内で直線的に可動である。本体２２０１内に配置されたそれぞれの上部凹部２２２２内に、３つの上部案内部材２２２１（１つのみを示す）が配置される。それに対応して、本体２２０１内に配置されたそれぞれの下部凹部２２２６内に、３つの下部案内部材２２２５（１つのみを示す）が配置される。上部案内部材２２２１および下部案内部材２２２５には、ラック２０１０のそれぞれの凹部２０２１、２０２２内へ突出する長手方向のフランジ２２９、２２３０が設けられる。上部案内部材２２２１は、固定ボルトおよびナット装置２２２８によって、それぞれの凹部２２２２内で本体２２０１に固定される。この実施形態では、フランジ２２２９、２２３０と案内凹部２０２１、２０２２との間の摺動係合によって、横断方向の案内が実現される。上記の実施形態と同様に、図１８ａ〜１８ｂを参照すると、案内凹部２０２１、２０２２およびフランジ２２９、２２３０の横断面は、強固な案内を実現しまたはある程度の横断方向の遊びを可能にするように選ぶことができる。
【０１３２】
図２０ａ〜２０ｂは、回転案内手段を備える１実施形態を示す。この実施形態では、第１のピニオン３０２０’および第２のピニオン３０２０”とそれぞれの弾性的に変形可能な固定デバイス３０４２および１次ギア３０３０’とを連結するピニオン・シャフト３０２１に、上部案内ころ軸受３２２１および下部案内ころ軸受３２２５が設けられる。ラック３０１０には、上部長手方向フランジ３０２１および下部長手方向フランジ２０２２が設けられる。これらのフランジは、ラック２０１０の有効長さ全体にわたって延びる。各フランジ３０２１、３０２２は、互いから離れる方へ横向きの２つの反対側の案内表面を呈する。各案内ころ軸受３２２１、３２２５は、フランジ３０２１、３０２５のそれぞれの案内表面と転がり接触するように配置される。したがって、この実施形態では、案内ころ軸受３２２１、３２２５とラック３０１０のそれぞれの案内表面との間の転がり接触によって、ラックの横断方向の案内が提供される。この実施形態は、ラック３０１０の往復運動中の案内摩擦を低減させるという利点を伴う。
【０１３３】
図２１ａ〜２１ｂは、代替の回転案内手段を示す。この実施形態では、ラック４０１０は、ギア・ハウジングの本体４２０１内に配置されたラック・チャネル４２０２内で往復運動可能である。ラック４０１０は、長手方向に延びる上部凹部４０２３および下部凹部４０２４を呈する。上部凹部４０２３内に上部長手方向案内ロッド４０２１が配置され、下部凹部４０２４内に下部案内ロッド４０２２が配置される。各案内ロッド４０２１、４０２２は、ラック４０１０から離れる方向に先細りする横断面を呈する。これによって、各案内ロッド４０２１、４０２２は、２つの傾斜している案内表面を呈する。この装置は、３つの上部案内ホイール４２２１および３つの下部案内ホイール４２２５をさらに備える（図面にはそれぞれ１つのみを示す）。案内ホイール４２２１、４２２５は、ギア・ハウジングの本体４２０１に締結されたそれぞれのボルトおよびナット装置４２２８上に回転方向に配置される。これらのホイールは、本体４２０１内でラック・チャネル４２０２より上および下に配置された対応する凹部内にさらに受け取られる。
【０１３４】
各案内ホイール４２２１、４０２５の周面は、傾斜している側壁を有する溝を呈し、それにより、これらの溝の領域内のホイール４０２１、４０２５の横断面は、案内ロッド４０２１、４０２２の横断面に対応する形状を呈する。図面に見られるように、上部案内ロッド４０２１および下部案内ロッド４０２２は、それぞれの案内ホイール４２２１、４２２５の円周溝内に受け取られ、それにより、ロッドおよびホイールの傾斜表面は、互いに案内接触するように配置される。これによって、ラック４０１０の長手方向軸に対して直角のすべての方向におけるラック４０１０の精密かつ正確な案内が実現される。直前に記載した実施形態と同様に、この回転方向の案内は、ラック４０１０の直線運動中の摩擦を低減させる。
【０１３５】
上記のように、本発明のすべての実施形態は、弾性的に変形可能な固定デバイスを備え、それによってピニオンが１次ギアに固定される。弾性的に変形可能な固定デバイスは、ピニオンと１次ギアとの間の制限された弾性的な相対回転を可能にするように配置される。以下、そのような固定デバイスの異なる実施形態について説明する。
【０１３６】
弾性的に変形可能な固定デバイスは、ピニオンに対して回転方向に固定することができる第１の部品または部分と、１次ギアに対して回転方向に固定することができる第２の部品または部分とを備える。第１の部品または部分は、弾性的に変形可能な材料によって、第２の部品または部分に機械的に連結される。
【０１３７】
図１２は、第１の実施形態によるそのような固定デバイスを示す。この実施形態では、固定デバイス１４００は、歯付き外周部分１０３１を呈する１次ギア１０３０と一体形成される。固定デバイス１４００は内側環状部分１４１０を備え、内側環状部分１４１０には、軸方向に延びる円筒形の中心貫通孔１４１１が設けられる。貫通孔１４１１は、シャフト（図示せず）を受け取ることができ、シャフトにはピニオン（図示せず）が回転方向に固定される。したがって、固定デバイスの第１の部分を形成する内側環状部分１４１０は、内側環状部分１４１０をシャフトに回転方向に固定することによって、ピニオンに対して回転方向に固定することができる。そのような固定は、たとえば、焼き嵌め、圧力嵌め、スプライン、または任意の他の固定手段によって実現することができる。固定デバイス１４００は、内側環状部分１４１０の外側に同心円状に配置された中間部分１４３０をさらに備える。中間部分１４３０は、中間部分１４３０の周りに実質的に固定されたピッチで分散された軸方向に延びる複数の貫通開口１４３１によって貫通される。外側環状部分１４２０は、中間部分１４３０の外側に同心円状に配置される。外側環状部分１４２０は、１次ギアの歯付き円周部分１０３１と一体形成される。したがって、外側環状部分１４２０は、１次ギア１０３０の歯付き円周部分に対して回転方向に固定され、固定デバイスの第２の部分を形成する。
【０１３８】
貫通開口１４３１は、対応する数の径方向に延びるスポーク１４３２をさらに画定する。図１２に示す例では、固定デバイスは、中間部分１４３０の周りに均一に分散された１５個の略十字形のスポーク１４３２を備える。１次ギア１０３０全体、したがって固定デバイス１４００は、鋼鉄から作られ、適した引張り係数を呈する。容易に理解されるように、貫通開口１４３１によってもたらされる材料の低減により、中間部分１４３０は、第１の部分１４１０および第２の部分１４２０より低いトルクで弾性的に変形するように配置される。したがって、第１の部分１４１０と第２の部分１４２０との間に印加されるトルクは、スポーク４３６を円周方向に弾性的に屈曲させ、それによって第１の部分１４１０と第２の部分１４２０との間の相対回転がもたらされる。
【０１３９】
図１３ａ〜１３ｃは、主に図１２に示すデバイス１４００と同様に機能するがある程度異なる幾何学的な構成を有する弾性的に変形可能な固定デバイス２４００を示す。図１３ａ〜１３ｃは、ピニオン２０２０を示す。ピニオン２０２０は、第１のピニオンまたは第２のピニオンとすることができる。すなわち、ピニオン２０２０は、ギア装置内でラックの第１または第２の歯付き側部と噛み合うように配置することができる。ピニオン２０２０は、ピニオン・シャフト２０９０に回転方向に固定される。この固定は、たとえば焼き嵌め、プレス嵌め、または任意の他の適した手段によって実現することができる。ピニオン・シャフト２０９０は、ピニオン２０２０の両軸方向端部を越えて軸方向に延びる。ピニオン２０２０の第１の軸方向側部（図に見られるピニオンの上）で、第１のころ軸受２０７１がピニオン・シャフト２０９０に取り付けられる。ピニオンの第２の軸方向側部（図に見られるピニオンの下）で、第２のころ軸受２０７２がピニオン・シャフト２０９０に固定される。弾性的に変形可能な固定デバイス２４００は、ピニオン２０２０とは反対側の第１のころ軸受２０７１の側部で、ピニオン・シャフト２０９０に固定される。したがって、固定デバイス２４００は、ピニオン２０の第１の軸方向側部に配置される。
【０１４０】
固定デバイス２４００は、固定デバイスの第１の部分を構成する環状の内側部分２４１０を備える。第１の部分２４１０は、軸方向に延びる貫通孔２４１１を呈し、貫通孔２４１１は、ピニオン・シャフト２０９０を受け取る。第１の部分２４１０は、ピニオン・シャフト２０９０上へ焼き嵌めまたはプレス嵌めされることによって、ピニオン・シャフト２０９０に回転方向に固定される。図１２に示す実施形態と同様に、固定デバイスの中間部分は、径方向に延びる複数のスポーク２４３３を備え、スポーク２４３３は、第１の部分２４１０と、第１の部分２４１０の外側に同心円状に配置されて第２の部分２４２０を構成する環状の外側部分２４２０とを連結する。第２の部分２４２０は、１次ギア２０３０と一体作製されており、軸方向に延びて１次ギア歯を形成する歯をその外側バレル表面に呈する。図１３ａ〜１３ｃに示す１次ギア２０３０がピニオン２０２０の第１の軸方向側部に配置され、ピニオンの他方の軸方向側部に配置された１次ギアがないため、この１次ギアは、第１の１次ギアを構成する。
【０１４１】
ピニオン２０２０、ピニオン・シャフト２０９０、１次ギア２０３０、および固定デバイス２４００を備える図１３ａ〜１３ｃに示す装置は、基本的に、図１２を参照して上述した内容に対応して機能する。しかし、図１３ａ〜１３ｃに示すスポーク２４３３は、図１２に示すスポークより幾分弱く、それによって図１２ａ〜１２ｃに示す固定デバイスは、より高い相対回転対トルク比を呈する。
【０１４２】
図１４ａ〜１４ｂは、弾性的に変形可能な固定デバイス３４００のさらなる変形形態を示す。この固定デバイス３４００は、ピニオン・シャフト（図示せず）に回転方向に固定されるように配置された内側環状ハブ３４０１を備える。環状の第１の部品３４１０は、ハブ３４０１に回転方向に固定される。第１の部品３４１０は、ハブ３４０１を受け取る中心の円筒形スリーブ部分３４１２と、径方向に外方へ延びるディスク部分３４１３とを備える。ディスク部分３４１３内には、軸方向に延びる複数の貫通開口３４１４が配置される。
【０１４３】
固定デバイスは、環状ディスク３４２１を備える第２の部品３４２０をさらに備え、環状ディスク３４２１には、軸方向に延びる外側の環状フランジ３４２２が設けられる。ディスク３４２１の周面３４２３には、軸方向に延びる１次ギア歯が設けられる。したがって、固定デバイスの第２の部品３４２０は、１次ギアと一体形成される。第１の部品３４１０のディスク部分３４１３は、第２の部品３４２０の環状フランジ３４２２によって同心円状に受け取られる。第２の部品３４２０のディスク部分３４２１には、軸方向に延びる円筒形の貫通開口３４２４が設けられる。各開口３４２４は、第１の部品３４１０のそれぞれの開口３４１４と軸方向に位置合わせされる。
【０１４４】
ヘッド部分３４３１およびロッド部分３４３２を呈する固定部材３４３０が、各開口３４１４を通って挿入される。ヘッド部分３４３１は、ディスク部分３４１３の下面（図に見られる）に当接し、ロッド部分３４３２は、環状ディスク３４２１のそれぞれの開口３４２４内へ延びて、開口３４２４を実質的に貫通する。円筒形の中間スリーブ３４３３が、ロッド部分３４３２の外側に同心円状に配置される。各中間スリーブ３４３３と、第２の部品３４２０のディスク部分３４２１のそれぞれの円筒形の開口３４２４の内壁との間には、スリーブの形の弾性部材３４４０が同心円状に配置される。図示の例では、弾性部材３４４０は、円筒形のゴム・スリーブから構成される。各弾性部材３４４０は、それぞれの開口３４２４内でそれぞれの中間スリーブ３４３３上に締り嵌めによって配置される。
【０１４５】
ピニオンと１次ギアとの間、すなわち固定デバイスの第１の部品３４１０と第２の部品３４２０との間にトルクが印加されるとき、スリーブ３４３３を有する固定部材３４３０と第２の部品３４２０の貫通開口３４２４のそれぞれの内壁との間に作用する接線方向の力が、弾性部材３４４０を径方向に弾性的に圧縮させる。それによって、第１の部品３４１０と第２の部品３４２０との間の制限された相対回転が可能になる。上記の内容に対応して、弾性部材４７０の数および寸法ならびにそれらの弾性特性は、弾性固定デバイスに印加すべき最大トルクが、第１および第２の部品間で適した相対回転を引き起こし、それによってピニオンとピニオンに回転方向に固定された１次ギアとの間で適した相対回転を引き起こすように、伝送すべき総負荷に対して選ばれる。固定デバイスのこの実施形態は、弾性部材が主に圧縮力を受けるという特定の利点を伴う。それによって、弾性材料の剪断によって引き起こされる材料破断のリスクが最小に保たれる。
【０１４６】
図１５ａ〜１５ｆは、弾性的に変形可能な固定デバイス４４００のさらなる変形形態を示す。この変形形態は、圧縮性の弾性スリーブを組み込む図１４ａ〜１４ｂに示す固定デバイスと基本的に同じ動作原理を呈する。しかしこの変形形態では、固定デバイスは、１次ギアと一体化されておらず、１次ギアから軸方向に分離して配置される。
【０１４７】
図１５ａ〜１５ｃに示すように、ピニオン４０２０が、ピニオン・シャフト４０９０に回転方向に固定される。ピニオン４０２０の第１の軸方向側部では、１次ギア４０３０がころ軸受４０９１によってピニオン・シャフト４０９０に固定され、それにより、１次ギア４０３０は、ピニオン・シャフト４０９０およびピニオン４０２０に対して回転することができる。また、ピニオン・シャフトにはころ軸受４０７０が設けられ、ピニオン・シャフト４０９０は、ころ軸受４０７０によってギア・ハウジング（図示せず）にジャーナル固定される。１次ギア４０３０の内側に同心円状に配置されたピニオン・シャフト端部には、軸方向に延びる凹部９２が設けられ、凹部９２には内部スプラインが設けられる。
【０１４８】
弾性的に変形可能な固定デバイス４４００は、軸方向に延びるシャフト４４１２を有するハブ４４１１として形成された第１の部品４４１０を備える。シャフト４４１２には、外部スプラインが設けられる。シャフト４４１２は、協働する内部および外部スプラインによって第１の部品がピニオン・シャフト９０に対して回転方向に固定されるように、凹部９２内に受け取られる。ハブ４４１１は、軸方向に延びる３つの円筒形の貫通孔４４１３を呈する。軸方向に延びる３つの凹部４４１４が、ハブの周面に配置される。
【０１４９】
固定デバイスはまた、第２の部品４４２０を形成する複数の構成要素を備える。これらの構成要素は、３つの距離部材４４２１と、第１の環状ディスク４４２２と、第２の環状ディスク４４２３と、６つの固定ボルト４４２４と、複数のワッシャとを備える。各距離部材４４２１は、それぞれの凹部４４１４内に受け取られ、各距離部材４４２１には、軸方向に延びる２つの貫通孔が設けられる。距離部材４４２１は、ハブ４４１１の円周方向に特定の遊びをあけて凹部４４１４内に受け取られる。ディスク４４２３、４４２４は、ハブ４４１１のそれぞれの軸方向端部に配置される。第２の部品４４２０は、固定ボルト４４２４によって１次ギア３０に回転方向に固定される。各ボルト４４２４は、第１のディスク４４２２、距離部材４４２１、第２のディスク４４２３のそれぞれの孔を通って延びており、１次ギア３０内で、内部ねじ山が設けられたそれぞれの軸方向に延びる孔にねじ係合される（図１５ａ〜１５ｃ）。
【０１５０】
固定デバイス４４００は、円筒形スリーブ４４３１として形成された３つの弾性的に変形可能な部材４４３０をさらに備える。各変形可能部材４４３０は、それぞれの固定ロッド４４３２上へプレス嵌めされる。各固定ロッド４４３２は、２つの係合端部と、これらの端部より大きい直径を有する中間部分とを備える。各変形可能部材４４３０は、ハブのそれぞれの貫通孔４４１３内へプレス嵌めされる。各固定ロッド４４３２の第１の端部は、第１のディスク４４２２内に配置されたそれぞれの固定孔４４２２ａ内に係合される。各固定ロッド４４３２の第２の端部は、第２のディスク４４２３のそれぞれの固定孔４４２３ａ内に係合される。
【０１５１】
図１４ａ〜１４ｂに示す実施形態に対応して、第２の部品４４２０は、弾性的に変形可能な部材４４３０が圧縮されると、第１の部品４４１０に対して制限されて回転する。この実施形態では、相対回転は、距離部材４４２１と第１の部品４４１０のハブ４４１１内に配置されたそれぞれの凹部４４１４との間の円周方向の遊びによってさらに制限される。
【０１５２】
図１６ａ〜１６ｃは、弾性的に変形可能な固定デバイス５４００のさらなる変形形態を示す。ピニオン５０２０が、ピニオン・シャフト５０９０に回転方向に固定される。ピニオン５０２０の第１の軸方向側部では、１次ギア５０３０がころ軸受５０９１によってピニオン・シャフト５０９０に固定され、それにより、１次ギア５０３０は、ピニオン・シャフト５０９０およびピニオン５０２０に対して回転することができる。また、ピニオン・シャフト５０９０にはころ軸受５０７０が設けられ、ピニオン・シャフト５０９０は、ころ軸受５０７０によってギア・ハウジング（図示せず）にジャーナル固定される。ピニオン・シャフトの端部部分５０９０ａは、１次ギア３０から、ピニオンから離れる方向へ延びる。端部部分５０９０ａは、ピニオン・シャフト５０９０の他方の軸方向部分より小さい直径を呈する。１次ギア５０３０は、弾性的に変形可能な固定デバイス５４００によって、ピニオン・シャフト５０９０の端部部分５０９０ａに連結される。固定デバイス５４００は、ピニオン・シャフト５０９０の突出する端部部分９０ａの外側に同心円状に配置された中空の部材として形成される。固定デバイス５４００は、端部部分９０ａの自由端部を取り囲んで端部部分９０ａに回転方向に固定された第１の部分５４１０を備える。固定デバイスの第２の部品５４２０が、軸方向に延びるボルト（図示せず）によって１次ギア５０３０に回転方向に固定された環状フランジとして形成される。第２の部品５４２０は、固定デバイス５４００の弾性的に変形可能な部分５４３０によって第１の部分５４１０に連結される。弾性的に変形可能な部分５４３０は、第１の部分５４１０および第２の部分５４２０に一体形成された円筒形スリーブとして形成される。弾性的に変形可能な部分は、端部部分９０ａの周りに同心円状に延び、スリーブ壁を形成する比較的薄い材料を呈する。図示の実施形態では、固定デバイス５４００全体。
【０１５３】
固定デバイス５４００の第１の部分５４１０と第２の部分５４２０との間にトルクが印加されるとき、弾性的に変形可能な中間部分５４３０は、捩じり方向に引き伸ばされる。それによって、第２の部分５４２０、それによって１次ギア５０３０は、第１の部分５４１０およびピニオン５０２０に対して回転することが可能になる。弾性的に変形可能な部分５４３０の材料および寸法を選択することによって、印加すべき最大トルクに対する最大相対回転を決定することが可能になる。図示の例示的な実施形態では、固定デバイス５４００全体が、合金鋼から作られる。しかし、低トルクの適用分野の場合、アルミニウム、複合物、およびポリマーなどの他の材料も可能である。
【０１５４】
図１６ａ〜１６ｃに示す固定デバイスは、ピニオン・シャフト５０９０の端部部分５０９０ａの材料および寸法を選ぶことによって、ピニオン５０２０と１次ギア５０３０との間に特定のトルクが印加されたときに端部部分５０９０ａも弾性的に変形されるように変更することができる。
【０１５５】
すべての弾性的に変形可能な固定デバイスに対して、弾性材料の弾性および幾何形状は、固定デバイスに印加すべき最大トルクおよびギア装置によって伝達すべき公称総負荷に関して選ばれる。
【０１５６】
弾性は、最も高い負荷に露出されたギア装置のピニオンが、ギア装置のすべてのピニオンに対する平均負荷、すなわちギア装置の総最大負荷をピニオンの数で割った値より、約２０％高い最大負荷を受けることができるように選ばれることが適していることが実証された。いくつかの適用分野では、この数が１０％まで低減されることが好ましいものとなり得る。ピニオンおよびギアの数、製造公差、ならびにギア装置内の不正確さに依存するギア装置のピニオン間の相対的な公称の遊びもまた、固定デバイスの所望の弾性に影響する。
【０１５７】
たとえば、図３ａ〜３ｅに示すギア装置では、弾性的に変形可能な固定デバイスの弾性は、無負荷の状態で、最後のピニオンがラックにフランク接触する前に、ラックにフランク接触している第１のピニオンをその１次ギアに対して約０．５°回転させることができるように選ばれる。加えて、弾性は、ギア装置がその公称最大負荷に露出されるとき、最も高い負荷に露出されているピニオンがその１次ギアに対して約３．０°回転するように選ばれる。
【０１５８】
固定デバイスの適した弾性は、適した弾性を有する弾性材料を選び、この材料に適した幾何形状を与えることによって実現することができる。特に弾性的に変形可能な材料としてエラストマーを利用するとき、材料のいくつかの部分を密閉することなどによって、特定の方向における材料の変形を制限しかつ可能にすることによって、固定デバイスの弾性に影響を与えることもできる。
【０１５９】
すべての弾性的に変形可能な固定デバイスに対して、第１および第２の部品間の公称相対回転位置を正確かつ精密に調整することが可能であることが、さらに非常に重要となり得る。公称相対回転位置とは、弾性的に変形可能な材料が解放されているとき、すなわちデバイスの第１および第２の部品間にトルクが印加されていないときの、第２の部品に対する第１の部品の回転位置を意味する。そのような調整を可能にすることによって、すべてのピニオンおよび１次ギアに対して等しい負荷下ですべてのフランク係合が同時に起こるように、共通の入出力シャフトに機械的に連結されているすべてのピニオンおよび１次ギアを同期させることができる。そのような同時の等しいフランク係合は、総負荷の均一の分散およびフランク摩耗の低減に大幅に寄与する。
【０１６０】
この理由のため、弾性的に変形可能な固定デバイスに第１および第２の部品間の公称相対回転位置の調整を可能にする手段が設けられることが有利となり得る。そのような手段は、様々な異なる方法で実現することができる。図２２は、図１５ａ〜１５ｆに示す弾性的に変形可能な固定デバイス内に組み込むことができるそのような調整手段を示し、図２３は、図１６ａ〜１６ｃに示すデバイスで使用すべき対応する手段を示す。
【０１６１】
図２２に示す例では、調整手段は、第２の部品４４２０の第１の環状ディスク内に配置された貫通孔４４２２ｂと、第２の環状ディスク４４２３内に配置された対応する貫通孔４４２３ｂと、固定ボルト４４２４とを備える。図２２に見られるように、貫通孔４４２２ｂ、４４２３ｂは、環状ディスク４４２、４４２３の円周または接線方向に延長を有し、この延長は、ボルト４４２４の直径を超過する。これによって、固定ボルトが環状ディスク４４２２、４４２３を通って延び、１次ギア３０内の軸方向に延びる孔にねじ係合されている場合でも、１次ギア３０を環状ディスク４４２２、４４２３に対して回転させることができる。そのような相対回転を実現することができる角度は、ボルト４４２４の直径と貫通孔４４２２ｂ、４４２３ｂの円周または接線方向の延長との差に対応する。
【０１６２】
これによって、１次ギア３０をピニオンに対して非常に精密に回転方向に位置決めし、その後、固定ボルト４４２４を１次ギア３０内へ締結することによって、そのように実現された公称相対回転位置を固定することが可能になる。
【０１６３】
図１６ａ〜１６ｃに示す固定デバイスで使用される図２３に示す例では、対応する円周または接線方向に延びる貫通孔５４２０ａが、固定デバイスの第２の部品５４２０を形成する環状フランジ内に配置される。貫通孔５４２０ａの円周または接線方向の寸法は、固定ボルト（図示せず）の直径を超過し、この固定ボルトによって、第２の部品５４２０は１次ギア５０３０に固定される。これによって、第２の部品５４２０に対する１次ギア５０３０の対応する角度調整、それによってピニオン５０２０に対する角度調整を、固定ボルトが１次ギア５０３０に締結される前に実現することができる。
【０１６４】
本発明者らはまた、ギア装置の弾性的に変形可能な固定デバイスを調整する特定の方法が特に有利であることに気付いた。この方法は、−  歯付きラックおよび前記ラックと噛み合う少なくとも２つのピニオンを備えるギア装置を提供する工程であって、各ピニオンが、それぞれの１次ギアに固定され、１次ギアが、共通の入出力シャフトに連結され、ピニオンが、弾性的に変形可能な固定デバイスによってそれぞれの１次ギアに固定され、各固定デバイスが、１次ギアがピニオンに対して自由に回転することができる第１のモード、および１次ギアがピニオンに対する制限された弾性回転のみに制限される第２のモードに設定することができる調整手段を備える、提供する工程と、−  すべての調整デバイスを第１のモードに設定する工程と、−  ラックおよび入出力シャフトの一方を不動にする工程と、−  ラックおよび入出力シャフトの他方に力を印加する工程と、−  ピニオンのフランクがいつ歯付きラックのフランクに接触するかを観察する工程と、−  各ピニオンのフランクが歯付きラックの対応するフランクに接触したとき、またはその直後に、すべての調整デバイスを第２のモードに設定する工程とを含む。
【０１６５】
したがって、この方法は、ギア装置の正常使用中に均一の負荷分散が実現されるように弾性的に変形可能な固定デバイスを調整する非常に簡単かつ確実な方法を提供する。
図２４は、本発明によるギア装置を備える波エネルギー変換器を示す。この波エネルギー変換器の概略的な機能原理は、国際公開第２０１２／００８８９５号に記載されている。波エネルギー変換器６０００は、ギア装置のラック（図示せず）の上端部を受け取るシリンダ６００１を備える。シリンダ６００１は、ギア装置のギア・ハウジング６００２の上端部に固定される。ギア・ハウジング６００２の下端部には、ガスばね６００３が固定される。ラック（図示せず）は、シリンダ６００１内に受け取られ、シリンダ６００１、ギア・ハウジング６００２、およびガスばね６００３に対して直線的に往復運動可能である。ラックの下端部は、ラックとともにガスばね６００３に対して軸方向に変位可能な係留部材６００４に連結される。ギア・ハウジングは、本発明による上記のギア装置（図示せず）をさらに備える。ギア装置は、２つの出力シャフト（図示せず）を備える。各シャフトは、それぞれのフリーホイールおよびフライホイールを介してそれぞれの発電機６００５、６００６に連結される。
【０１６６】
図２５は、図２４に示す波エネルギー変換器の拡大図であり、発電機６００５、６００６がギア装置にどのように連結されるかをより詳細に示す。図２６ａ〜２６ｂは、ギア装置の出力シャフト（図示せず）と発電機６００６との間の例示的な連結装置をさらに詳細に示す。図２６ａ〜２６ｂに見られるように、この連結装置は、ギア装置の出力シャフト（図示せず）を受け取る中心孔を有する中心ハブ７００１を備える。ハブ７００１の周りには、スリーブ部材７００２が同心円状に配置される。スリーブ部材７００２は、ハブ７００１に対して、それらの間に配置されたころ軸受７００３、７００４によって回転する。また、ハブ７００２とスリーブ部材７００３との間には、フリーホイール・デバイス７００５が配置される。フリーホイール・デバイス７００５は、一方の回転方向におけるハブ７００１の回転はスリーブ部材７００２に伝達されるが、他方の回転方向におけるハブ７００１の回転はスリーブ部材７００２に伝達されないように配置される。図示の例では、フリーホイール・デバイス７００５は、ケージ型であり、内側リングと外側リングとの間に配置された複数のばねを備える。しかし、当業者には容易に理解されるように、他のタイプのフリーホイール・デバイスを利用することも可能である。
【０１６７】
スリーブ部材７００２は、伝送ディスク７００６にさらに固定される。伝送ディスク７００６は、ダンパ装置７００８ａ、７００８ｂによってフライホイール７００７に連結される。フライホイール７００７は、発電機６００６の入力シャフト６００６ａに固定される。ダンパ装置７００８ａ、７００８ｂは、ギア装置の出力シャフトと発電機６００６の入力シャフト６００６ｂとの間の径方向および角度方向のあらゆる位置合わせ不良を補償するように配置される。ダンパ装置は、ボルト（図示せず）によって相互連結された捩じり方向に強固でありかつ幾分屈曲可能な２つのディスク７００８ａ、７００８ｂを備える。容易に理解されるように、ダンパ装置は、多くの他の方法で構築することができる。いくつかの適用分野では、ダンパ装置を省略することも可能である。
【０１６８】
したがって、ギア装置の出力シャフトは、出力シャフトの回転が、第１の回転方向のみ一方の発電機６００５に伝達され、第１の回転方向とは逆の第２の回転方向のみ他の発電機６００６に伝達されるように、発電機６００５、６００６に連結される。
【０１６９】
図２４に示す波エネルギー変換器は、海面または海中に浮遊するブイ（図示せず）に固定され、このブイ内に少なくとも部分的に受け取られる。係留部材６００４の下端部は、海底に係留される。ガスばね６００３は、浮遊する揚力を水がブイおよびギア・ハウジング６００２に作用させる方向とは逆の方向にラックをギア・ハウジング６００２に対して付勢するように配置される。これによって、ギア・ハウジングに作用する揚力は実質的に相殺され、それにより、ギア装置によって伝達すべき負荷は大幅に低減される。
【０１７０】
海の波動中、ブイ、シリンダ６００１、ギア・ハウジング６００２、およびガスばねは、係留部材に対して往復運動させられ、それによってギア・ラックに対して往復運動させられる。ギア装置は、ギア・ラックの相対往復運動を各出力シャフトの回転運動に変換する。各出力シャフトの回転運動は、それぞれの発電機の回転子を駆動して回転させる。発電機はそれぞれのフリーホイールを介して出力シャフトに連結されるため、第１の発電機６００５の回転子は、第１の方向におけるラックの相対的な軸方向運動中に回転するように駆動される。第２の発電機６００６の回転子は、第２の方向におけるラックの相対的な軸方向運動中に回転するように駆動される。各回転子は、それぞれの回転子を駆動する方向とは逆の方向におけるラックの相対的な軸方向運動中は空回りする。それによって、各発電機は、ラックの往復周期全体にわたって１つの同じ回転方向に引き続き回転することが可能になる。これは、システムの慣性を低減させ、それによって波エネルギー変換器全体の効率が向上する。フライホイールは、回転子の回転速度の変動をさらに低減させ、それによって発電機によって生成される電力の変動もそれに対応して低減される。
【０１７１】
ブイの往復直線運動から回転子の回転運動への変換中、本発明によるギア装置は、同時に係合しているギア・ラックおよびピニオンのすべてのフランクに負荷を均一に分散させることに寄与する。それによって、ギア構成要素の摩耗が低減され、耐用寿命が増大され、より予測可能になる。
【０１７２】
波エネルギーの適用分野では、発電機は、回転する出力シャフトに連結された他の負荷に置き換えることができる。たとえば、回転する出力シャフトは、造水用の回転式の高圧ポンプに連結することができる。
【０１７３】
本発明のギア装置はまた、多くの他の適用分野で使用することができる。たとえば、ギア装置の入力シャフトは、電気または他のモータなどの回転式の駆動手段に連結することができる。次いでギア装置は、回転入力運動をラックの直線運動に変換する。これは、たとえば、リニア・アクチュエータおよび直線的に動く持ち上げデバイス、特に重い負荷用のデバイスに利用することができる。本発明のギア装置によって提供される非常に高い負荷対重量および体積比、ならびに長く予測可能な耐用寿命により、この装置は、従来は油圧または空圧式の位置シリンダ装置が主流または唯一の実際的に利用可能な解決策であった多くのそのような適用分野に適したものとなる。本発明のギア装置によって提供される効率的で費用効果の高い電気機械装置を利用することによって、従来の油圧および空圧式の装置に関連する多くの問題を解消しまたは大幅に低減させることができる。そのようなリニア・アクチュエータの適用分野では、ラックの第１の端部は、持ち上げまたは他の方法で動かすべき負荷に連結することができる。負荷が大きい適用分野では、ギア・ラックの他方の端部を、ガスばねなどのばね手段に連結することができる。このときばね手段は、負荷がラックに力を作用させる方向とは逆の方向にラックを付勢するように配置される。たとえば、持ち上げの適用分野では、ばね手段は、ラックの持ち上げ方向、すなわち負荷の重力がラックに力を作用させる方向とは逆のラックの方向に、ラックを付勢するように配置される。これによって、ギア装置によって伝達すべき総負荷が大幅に低減されるように、ラックを均衡させることが可能になる。これは、駆動手段の動力要件、ならびにラック、ピニオン、ギア、およびギア装置の他の構成要素の摩耗を低減させる。
【０１７４】
本発明について、例として説明してきた。しかし本発明は、記載する実施形態に限定されるものではない。逆に、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内で自由に変更することができる。たとえば、ラック、ピニオン、および／またはギアには、まっすぐなまたは角のあるコグ・フランクを設けることができる。角のあるコグ・フランクの場合、単一方向または２方向に角のあるフランクを使用することができる。上記のように、ラックには、１つまたは２つの相互に反対側の歯付き側部にコグ・フランクを設けることができ、このときギア装置は、ラックの各歯付き側部と噛み合うピニオンを備える。しかし、ラックに４つの歯付き側部を設けることも可能である。好ましくは、このときラックは、正方形などの方形の横断面を呈し、歯付き側部は対で配置され、各対は、互いに対して相互に反対側に配置された２つの歯付き側部を備える。このときギア装置は、４組のピニオンをさらに備え、各組は、それぞれの歯付き側部と噛み合う少なくとも１つのピニオンを備え、このピニオンは、弾性的に変形可能な固定デバイスによって少なくとも１つの１次ギアに連結される。そのようなギア装置では、各組のピニオンは、好ましくは、２つまたは４つのピニオンを備えることができる。正方形または方形のプロファイルのギア・ラックの複数の歯付き側部を有するそのような装置は、ギア・ラックの総負荷をラックの複数の側部上へ分散させることを可能にし、したがって所与のラック寸法に対してより大きい負荷容量を可能にする。添付の特許請求の範囲によって定義し、上述し、図面に示す２つまたはいくつかのギア装置を、集合ギア・デバイス内に配置することも可能である。そのような場合、２つ以上のそのようなギア装置は、直線的に交互に配置することができ、各ギア装置のピニオンが１つの同じラックと噛み合うように構成することができる。別法として、そのような各ギア装置のピニオンは、それぞれのラックと噛み合うように配置することもできる。そのようなギア・デバイスの異なるラックは、直列または並列に互いにさらに連結することができる。
【０１７５】
上記の説明によって理解されるように、ギア装置は、多くの異なる方法で構成することができる。そのような構成の例では、ギア装置は以下を備える。
−  ２つの歯付き側部を有するラックと、第１の歯付き側部と噛み合う２つのピニオンと、第２の歯付き側部と噛み合う２つのピニオンとを備え、各ピニオンがそれぞれの第１の１次ギアに固定される。１つの２次ギアは、２つの１次ギアと噛み合い、共通の入出力シャフトに固定され、少なくとも３つの第１の１次ギアは、それぞれのピニオンに対して弾性的に制限されて回転するように配置される。
【０１７６】
−  ２つの歯付き側部を有するラックと、第１の歯付き側部と噛み合う４つのピニオンと、第２の歯付き側部と噛み合う４つのピニオンとを備える。各ピニオンは、それぞれの第１の１次ギアに固定される。２つの第１の２次ギアはそれぞれ、２つの１次ギアと噛み合い、第１の３次ギアに固定される。３次ギアはどちらも、入出力シャフトに固定された第１の４次ギアと噛み合う。１次ギアの少なくとも７つは、それぞれのピニオンに対して弾性的に制限されて回転するように配置される。
【０１７７】
−  ２つの歯付き側部を有するラックと、第１の歯付き側部と噛み合う８つのピニオンと、第２の歯付き側部と噛み合う８つのピニオンとを備える。各ピニオンは、それぞれの第１の１次ギアに固定される。４つの第１の２次ギアはそれぞれ、２つの１次ギアと噛み合い、それぞれの第１の３次ギアに固定される。２つの第１の４次ギアはそれぞれ、２つの３次ギアと噛み合い、第１の５次ギアに固定される。１つの第１の６次ギアは、２つの５次ギアと噛み合い、入出力シャフトに固定される。１次ギアの少なくとも１５個は、それぞれのピニオンに対して弾性的に制限されて回転するように配置される。
【０１７８】
上記の各実施形態は、対応する数の第２の１次ギア、第２の３次ギア、第２の４次ギア、第２の５次ギア、および第２の６次ギアを追加することによってさらに変更することができ、それによって対応する対称のギア装置が実現される。これらの場合、第１および第２の最後のギア（すなわち、場合により第１および第２の２次、４次、または６次ギア）は、共通の入出力シャフトまたはそれぞれの入出力シャフトに固定することができる。
【０１７９】
加えて、ピニオンと１次ギアとの間に配置される弾性的に変形可能な固定デバイスの他に、ギア装置はまた、さらなるそのような弾性的に変形可能な固定デバイスを備えることもできる。そのような追加のデバイスは、たとえば、少なくとも１対の２次および３次ギアおよび／または少なくとも１対の４次および５次ギア間に配置することができる。弾性的に変形可能な固定デバイスのそのような追加によって、ギア装置内の負荷分散をさらに向上させることができる。そのような装置はまた、ピニオンと１次ギアとの間に配置された各固定デバイスの相対回転および捩じり可撓性の要件を低減させることができることを伴う。
【０１８０】
さらに、ギア装置が少なくとも１つの入出力シャフトにモータまたは発電機を装備し、前記モータまたは発電機上で速い相対回転速度が所望されるとき、総ギア装置のギア比を増大させるために、前記モータまたは発電機間に遊星ギア・ユニットなどの追加の従来のギア・ユニットを連結することもできる。典型的には、本発明のギア装置の各ギア段は、１段当たり最高５倍のギア比を提供することができ、これより高いギア比が所望されるギア装置の場合、追加のギア・ユニットの使用が有利となり得る。
【図１ａ】
0006698622.tif 000002
【図１ｂ】
0006698622.tif 000003
【図１ｃ】
0006698622.tif 000004
【図２ａ】
0006698622.tif 000005
【図２ｂ】
0006698622.tif 000006
【図２ｃ】
0006698622.tif 000007
【図２ｄ】
0006698622.tif 000008
【図３ａ】
0006698622.tif 000009
【図３ｂ】
0006698622.tif 000010
【図３ｃ】
0006698622.tif 000011
【図３ｄ】
0006698622.tif 000012
【図３ｅ】
0006698622.tif 000013
【図４ａ】
0006698622.tif 000014
【図４ｂ】
0006698622.tif 000015
【図５ａ】
0006698622.tif 000016
【図５ｂ】
0006698622.tif 000017
【図６ａ】
0006698622.tif 000018
【図６ｂ】
0006698622.tif 000019
【図７ａ】
0006698622.tif 000020
【図７ｂ】
0006698622.tif 000021
【図８ａ】
0006698622.tif 000022
【図８ｂ】
0006698622.tif 000023
【図９ａ】
0006698622.tif 000024
【図９ｂ】
0006698622.tif 000025
【図１０ａ】
0006698622.tif 000026
【図１０ｂ】
0006698622.tif 000027
【図１１ａ】
0006698622.tif 000028
【図１１ｂ】
0006698622.tif 000029
【図１１ｃ】
0006698622.tif 000030
【図１２】
0006698622.tif 000031
【図１３ａ】
0006698622.tif 000032
【図１３ｂ】
0006698622.tif 000033
【図１３ｃ】
0006698622.tif 000034
【図１４ａ】
0006698622.tif 000035
【図１４ｂ】
0006698622.tif 000036
【図１５ａ】
0006698622.tif 000037
【図１５ｂ】
0006698622.tif 000038
【図１５ｃ】
0006698622.tif 000039
【図１５ｄ】
0006698622.tif 000040
【図１５ｅ】
0006698622.tif 000041
【図１５ｆ】
0006698622.tif 000042
【図１６ａ】
0006698622.tif 000043
【図１６ｂ】
0006698622.tif 000044
【図１６ｃ】
0006698622.tif 000045
【図１７】
0006698622.tif 000046
【図１８】
0006698622.tif 000047
【図１９】
0006698622.tif 000048
【図２０】
0006698622.tif 000049
【図２１】
0006698622.tif 000050
【図２２】
0006698622.tif 000051
【図２３】
0006698622.tif 000052
【図２４】
0006698622.tif 000053
【図２５】
0006698622.tif 000054
【図２６ａ】
0006698622.tif 000055
【図２６ｂ】
0006698622.tif 000056
【図２７ａ−２７ｃ】
0006698622.tif 000057
【図２８ａ】
0006698622.tif 000058
【図２８ｂ】
0006698622.tif 000059
【図２８ｃ−２８ｄ】
0006698622.tif 000060