(57)【要約】【課題】平行軸歯車機構と内接噛合遊星歯車機構の各歯車機構の支持剛性の強化及び軽量化を実現すると共に、特に装置全体の軸方向のコンパクト化を図る。【解決手段】平行軸歯車機構１１２の第１ギヤ１３０、第２ピニオン１３４を回転自在に支持する回転軸１９０の軸受部１９４を、内接噛合遊星歯車機構１１４を収容しているケーシング１７０における、該内歯歯車１４８が存在する軸方向の範囲Ｌ内で且つ該内歯歯車１４８の半径方向外側の位置に配置する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行軸歯車機構と、僅少の歯数差を有する外歯歯車及び内歯歯車を備えた内接噛合遊星歯車機構と、を備えたバルブ駆動用の動力伝達装置において、
前記平行軸歯車機構の歯車の回転を支持する軸受部の少なくとも１つを、
前記内接噛合遊星歯車機構を収容しているケーシングにおける、前記内歯歯車が存在する軸方向の範囲内で且つ該内歯歯車の半径方向外側の位置に配置した
ことを特徴とするバルブ駆動用の動力伝達装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ケーシングが前記内歯歯車の本体を兼用している
ことを特徴とするバルブ駆動用の動力伝達装置。
【請求項３】
請求項１又は２において
前記内歯歯車の歯形が、半円状の溝と、該溝に回転自在に係入されたローラ状のピンで構成されている
ことを特徴とするバルブ駆動用の動力伝達装置。
【請求項４】
請求項３において
前記内歯歯車の本体の素材の硬度よりも前記ピンの素材の硬度を高くした
ことを特徴とするバルブ駆動用の動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平行軸歯車機構と僅少の歯数差を有する外歯歯車及び内歯歯車を有する内接噛合遊星歯車機構とを備えたバルブ駆動用の動力伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平行軸歯車機構と僅少の歯数差を有する外歯歯車及び内歯歯車を有する内接噛合遊星歯車機構とを備えた動力伝達装置は、小型で大きな減速比を得ることができ、又、装置全体のトータル減速比の設定・変更が比較的容易である。そのため、バルブの開閉の用途において広く使用されている。
【０００３】
図９に特開２００２−１１５７４８号公報で開示されている駆動装置を示す。この駆動装置Ｐ１は、この種の動力伝達装置Ｇ１にモータ１０を組み合わせたものである。動力伝達装置Ｇ１は平行軸歯車機構１２及び内接噛合遊星歯車機構１４を備える。
【０００４】
駆動装置Ｐ１のケーシング１６は、２枚のプレート１８、２０によって３つのブロックＢ１〜Ｂ３に分離されている。第１のブロックＢ１は主にモータ１０やその制御装置（補機）２４を、第２のブロックＢ２は主に平行軸歯車機構１２を、第３のブロックＢ３は主に内接噛合遊星歯車機構１４を、それぞれ収容している。
【０００５】
モータ１０の出力軸（平行軸歯車機構１２の入力軸）２６には、平行軸歯車機構１２の第１ピニオン２８が設けられている。
【０００６】
平行軸歯車機構１２は、該第１ピニオン２８及び第１ギヤ３０からなる１段目減速機構３２と、第２ピニオン３４及び第２ギヤ（出力ギヤ）３６からなる２段目減速機構３８とを備える。
【０００７】
内接噛合遊星歯車機構１４は、該第２ギヤ３６が組み込まれた入力軸４０、該入力軸４０と一体化された偏心体４２、該偏心体４２の外周で揺動回転自在に組み込まれた外歯歯車４６、該外歯歯車４６の外歯の歯数より１だけ多い歯数の内歯を有する（僅少の歯数差を有する）内歯歯車４８をその構成要素として有する。出力軸５０は、外歯歯車４６の自転成分のみを伝達するキャリヤ５２を介して該外歯歯車４６と連結されている。又、該出力軸５０の先端には、手動時にスパナ等の図示せぬ棒状物を挿入するための貫通孔５０Ａが形成されている。
【０００８】
なお、内歯歯車４８及び外歯歯車４６の歯形には、いわゆるインボリュート歯形が採用されている。
【０００９】
簡単に作用を説明すると、モータ１０の出力軸（平行軸歯車機構１２の入力軸）２６の回転は、２段の平行軸歯車機構１２によって減速され、第２ギヤ３６を介して内接噛合遊星歯車機構１４の入力軸４０に伝達される。該入力軸４０が回転すると、これと一体の偏心体４２を介して外歯歯車４６が内歯歯車４８に内接しながら揺動回転し、この結果、外歯歯車４６は該入力軸４０の１回転毎に内歯歯車４８と外歯歯車４６の歯数差に相当する分だけゆっくりと自転する。そのため、この外歯歯車４６の自転成分相当の回転をキャリヤ５２を介して出力軸５０から取り出すことにより、１段で大きな減速比を得ることができる。このタイプは一般に「揺動回転型」と称されている。出力軸５０には図示せぬバルブの弁棒が連結される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特開２００２−１１５７４８号公報で開示されている装置は、各減速機構のそれぞれの配置については特に吟味されていなかったため、無駄なスペースが大きく、又、装置全体の剛性も必ずしも高くないと思われる。
【００１１】
又、平行軸歯車機構及び内接噛合遊星歯車機構を収容する各ブロックが、それぞれプレートによって分離された状態で順に並べられているので、必然的に軸方向の長さが長くなり易く、また、プレートが存在する分、重量も重くなり易かった。
【００１２】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであって、従来特に吟味されることなく配置されていた平行軸歯車機構と内接噛合遊星歯車機構を合理的に融合させた構造で配置し、各歯車機構の支持剛性の強化及び軽量化を実現すると共に、特に装置全体の軸方向のコンパクト化を実現することをその課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ケーシング内に、平行軸歯車機構と、僅少の歯数差を有する外歯歯車及び内歯歯車を備えた内接噛合遊星歯車機構と、を収容したバルブ駆動用の動力伝達装置において、前記平行軸歯車機構の歯車の回転を支持する軸受部の少なくとも１つを、前記内接噛合遊星歯車機構を収容しているケーシングにおける、前記内歯歯車が存在する軸方向の幅内で且つ該内歯歯車の半径方向外側の領域に配置したことにより、上記課題を解決したものである。
【００１４】
本発明においては、「内接噛合遊星歯車機構を収容しているケーシングにおける、前記内歯歯車が存在する軸方向の範囲内で且つ該内歯歯車の半径方向外側の位置（以下単に内歯歯車の外周と言う）」に平行軸歯車機構の歯車の回転を支持する軸受部（の少なくとも１つ）を配置するようにしている。
【００１５】
この結果、平行軸歯車機構の当該軸受部は、動力伝達装置のケーシング中で（最も重量のある部材である）内歯歯車を支持している高剛性の部位に支持されることになり、高い支持剛性を得ることができる。
【００１６】
又、平行軸歯車機構を収容している空間と内接噛合遊星歯車機構を収容している空間を１つのブロックに融合させることができるようになるため、（従来のプレート２０に相当する）プレートを配置する必要がなくなり、重量をより軽減できる。
【００１７】
更に、当該軸受部が内接噛合遊星歯車機構の主要部とほぼ同一の平面上に組み込まれることになるため、それだけ動力伝達装置全体の軸方向長を短縮できる。
【００１８】
なお、平行軸歯車機構のある特定の軸受部の「一部のみ」が前記「内歯歯車の外周」に存在する場合も、本発明相応の効果を得ることができる。従って、特定の軸受部の「一部のみ」が前記「内歯歯車の外周」に存在する場合も、「内歯歯車の外周に軸受部を配置」という概念に含まれるものとする。
【００１９】
本発明の具体的なバリエーションとして、前記ケーシングが前記内歯歯車の本体を兼用しているような構成とした場合には、事実上内歯歯車自体に平行軸歯車機構の軸受部が配置されることになり、半径方向のコンパクト化も実現できるようになると共に、一層軽量化できる。
【００２０】
又、前記内歯歯車の歯形を、半円状の溝と、該溝に回転自在に係入されたローラ状のピンで構成した場合には、該溝とピンが凸と凹の接触となるので耐久性上優れている。又、ケースよりもピンを硬くした場合、例えば重量のある内歯歯車の本体については、アルミニウム系の金属を用いて軽量化を図るとともに、高い強度の要求される歯形部分についてのみケーシングよりも高い硬度を有する素材を用いるようにした場合、軽量化と高耐久性を両立させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係るバルブ駆動用の動力伝達装置Ｇ２が適用されている駆動装置を示す展開断面図である。なお、この図１は、各歯車の噛合状態等の表示を優先して適宜半径方向に展開して図示しているため、該図１における半径方向の位置（座標）は、現実の縦断面とは必ずしも一致していない。図２は図１の右方向から見た側面図、図３は内接噛合遊星歯車機構の構成を示す要部断面図、図４は図１の左方向から見た側面図である。
【００２３】
動力伝達装置Ｇ２は、モータ１１０と共に用いられ、その減速機構として平行軸歯車機構１１２及び内接噛合遊星歯車機構１１４を備える。
【００２４】
モータ１１０のモータ軸１２６は、平行軸歯車機構１１４の入力軸を兼用している。即ち、モータ軸１２６には該平行軸歯車機構１１４の第１ピニオン１２８が歯切り形成されている。
【００２５】
平行軸歯車機構１１２は、この第１ピニオン１２８、及び該第１ピニオン１２８と噛合する第１ギヤ１３０からなる１段目減速機構１３２と、該１段目減速機構１３２の第１ギヤ１３０と共に回転する第２ピニオン１３４、及びこの第２ピニオン１３４と噛合する第２ギヤ（出力ギヤ）１３６からなる２段目減速機構１３８とを備える。なお、第１ギヤ１３０及び第２ピニオン１３４を支持している回転軸１９０の近傍の構成については後に詳述する。
【００２６】
２段目減速機構１３８の第２ギヤ１３６は、内接噛合遊星歯車機構１１４の入力軸１４０の外周に組み込まれ、該入力軸１４０と一体回転可能である。
【００２７】
前記内接噛合遊星歯車機構１１４は、当該入力軸１４０、該入力軸１４０と一体化された偏心体１４２、ベアリング１４４を介して該偏心体１４２の外周で揺動回転自在に組み込まれた外歯歯車１４６、該外歯歯車１４６の外歯の歯数より１だけ多い歯数の内歯を有する（僅少の歯数差を有する）内歯歯車１４８をその構成要素として有する。外歯歯車１４６は、複数の内ピン孔１４６Ａを有し、該内ピン孔１４６Ａにキャリヤ１５２と一体化された内ピン１５２Ａが遊嵌している。キャリヤ１５２は出力軸１５０と連結（圧入）されており、これにより外歯歯車１４６の自転成分のみがキャリヤ１５２を介して出力軸１５０に伝達される構成となっている。出力軸１５０には、図示せぬ被駆動機械の一部が係入可能な有底の穴１５０Ａが形成されており、該被駆動機械の一部が出力軸１５０と動力伝達可能に連結される。
【００２８】
次に、回転軸１９０の近傍の構成を含め、本動力伝達装置Ｇ２の各部材の配置構成について詳細に説明する。
【００２９】
動力伝達装置Ｇ２のケーシング１７０は、矩形状の本体部１７４と、該本体部１７４から被駆動機械側（バルブ側）へ突出したほぼ正方形の突出部１７２を一体的に備え、アルミニウム系の軽量素材又は鋳物によって形成されている。モータ１１０はこの本体部１７４の端部１７４Ｃに取り付けられている。
【００３０】
ケーシング１７０における前記突出部１７２は、ボルト穴１７２Ａ又は１７２Ｂを介して当該動力伝達装置Ｇ２をバルブ等の被駆動機械に取り付けるための取付面１７２Ｃを備え、又、内接噛合遊星歯車機構１１４の出力軸１５０の端部を回転自在に収容・支持するための中空孔１７２Ｄを備える。
【００３１】
一方、ケーシング１７０の本体部１７４は、平行軸歯車機構１１２及び内接噛合遊星歯車機構１１４を単一の空間に収容している。なお、前述したように、図１は展開断面図であり、本体部１７４のフランジ部１７４Ａ、１７４Ｂは、実際は出力軸１５０の軸心Ｏ１からほぼ同一半径の円周上に存在する。従来のプレート２０に相当するプレートは特に設けられていない。
【００３２】
本体部１７４の外周は内歯歯車１４８の本体を兼用している。該内歯歯車１４８の内歯は、ケーシング１７０自体（アルミニウム系の軽量素材又は鋳物素材）よりも高い硬度を有するローラ状のピン１４８Ａを、断面が半円状の溝１４８Ｂ内に回転自在に組み込むことによって形成されている。なお、これに伴って、外歯歯車１４６の歯形はトロコイド系の曲線を基調とした歯形が採用されている。
【００３３】
本体部１７４の内周１７４Ｄには、前記キャリヤ１５２の外周が摺動自在に組み込まれている。キャリヤ１５２の内周は、出力軸１５０の中央部１５０Ｂが圧入されており、キャリヤ１５２の回転が出力軸１５０に伝達可能となっている。出力軸１５０は、基本的に突出部１７２の中空孔１７２Ｄ及びキャリヤ１５２を介して本体部１７４の内周側１７４Ｄによって支持されている。また、出力軸１５０は内接噛合遊星歯車機構１１４の（偏心体１４２が一体化された）入力軸１４０を貫通して平行軸歯車機構１１２側に延長されており、ニードルベアリング１８０を介して入力軸１４０と相互に支持し合っている。
【００３４】
一方、本体部１７４の一端側にはプレート１８２がボルト１８６を介して取り付けられている。平行軸歯車機構１１２の前記第１ギヤ１３０及び第２ピニオン１３４が装着された回転軸１９０の軸受部１９２、１９４は、このプレート１８２及び本体部１７４の前記フランジ部１７４Ｂにそれぞれ配置されている。
【００３５】
軸受部１９２、１９４のうち、本体部１７４側の軸受部１９４は、内歯歯車１４８の外周、即ち、内歯歯車１４８が存在する軸方向の範囲Ｌ内（図１参照）で且つ該内歯歯車１４８の半径方向外側の位置に配置されている（図６参照）。この位置は、半径方向の肉厚も厚く、ケーシング１７０の中で最も高い強度を確保し得る位置に相当する。なお、図６は、図２と図３の位置関係を示すために両図を合成したものである。
【００３６】
再び図１を参照して、この結果、入力軸１４０、外歯歯車１４６、内歯歯車１４８等を含む内接噛合遊星歯車機構１１４の主要部と該軸受部１９４は軸方向座標がほぼ同一の平面内に配置されることになる。
【００３７】
なお、プレート１８２の図１の右側には広い空間Ｓが確保されており、この空間Ｓにエンコーダ等のモータを制御するための補機（コントロール装置等）を組み込むことができる。
【００３８】
また、図２、図５に示されるように、平行軸歯車機構１１２の第２ギヤ１３６には、前述の第２ピニオン１３４が噛合するとともに、手動ピニオン１６０が同時に噛合している。ここで図５は図２における点Ａ−Ｂ断面である。モータ１１０の交換時或いはその電気系統に不備が発生したようなときには、この手動ピニオン１６０を支持している手動軸１６２を回転させることにより、該第２ギヤ１３６を回転させることができる。
【００３９】
なお、図の符号１９５は止め輪、１９６はスペーサ、１９７は外カバーである。
【００４０】
次に、この動力伝達装置の作用を説明する。
【００４１】
モータ軸１１０が回転すると、平行軸歯車機構１１２の第１ピニオン１２８、第１ギヤ１３０、及び第２ピニオン１３４、第２ギヤ１３６を介して２段階の減速が行われ、該第２ギヤ１３６の内周側で係合している内接噛合遊星歯車機構１１４の入力軸１４０が回転する。この結果該入力軸１４０と一体化されている偏心体１４２を介して外歯歯車１４６が内歯歯車１４８に内接しながら揺動回転し、外歯歯車１４６は入力軸１４０の１回転毎に内歯歯車１４８と外歯歯車１４６の僅少の歯数差（この例では１）に相当する分だけゆっくりと自転する。この外歯歯車１４６の運動は、内ピン孔１４６Ａ及び内ピン１５２Ａの遊嵌によってその揺動成分が吸収され、自転成分のみがキャリヤ１５２を介して出力軸１５０に伝達される。出力軸１５０の回転は、有底の穴１５０Ａ内に係入されている図示せぬ被駆動機械へと更に伝達される。
【００４２】
なお、僅少の歯数差を有する外歯歯車及び内歯歯車を備えた内接噛合遊星歯車機構としては、この他に「撓み噛み合い型」、あるいは「差動歯車型」等のタイプが公知である。いずれも１段で大きな減速比を得ることができる。
【００４３】
ここで、平行軸歯車機構１１２の第１ギヤ１３０及び第２ピニオン１３４を回転自在に支持する回転軸１９０の軸受部１９４が、内歯歯車１４８の外周に配置されていることから、該軸受部１９４が極めて安定した状態で支持されることになり、回転軸１９０を円滑に回転させることができる。
【００４４】
また、該軸受部１９４が外歯歯車１４６、内歯歯車１４８を含む内接噛合遊星歯車機構１１４の主要部の存在する平面とほぼ同一の平面に配置されることになるため、動力伝達装置Ｇ２全体の軸方向長をそれだけ短縮できる。
【００４５】
さらに、従来必要とされていたプレート２０等の配置を省略することができるようになるため、それだけ軽量化でき、またその分動力伝達装置Ｇ２の軸方向長を更に短縮できる。
【００４６】
また、ケーシング１７０の本体部１７４の外周が内歯歯車１４８の本体を兼用しているため、部品点数を削減でき、さらに、内歯歯車１４８を含めケーシング全体がアルミニウム系の軽量素材で形成されているため、この点でも軽量化が図られている。一方、それにも拘わらず、内歯歯車１４８の歯形をその本体よりも高い硬度を有するローラ状のピン１４８Ａで構成しているため、特に外歯歯車１４６との噛合に関して高い耐久性を得ることができる。なお、内歯歯車１４８のピン１４８Ａと溝１４８Ｂとの接触に関しては、凸と凹との接触とになるため、耐久性上優れている。
【００４７】
出力軸１５０は、ケーシング１７０の突出部１７２の中空孔１７２Ａ及び（キャリヤ１５２を介して）本体部１７４の内周１７４Ｄによって安定支持されており、且つ、ニードルベアリング１８０を介して軸方向に長い入力軸１４０と嵌合している。そのため、図１におけるケーシング１７０の出力軸１５０の右側端が出力軸に対して解放され、該出力軸の右端側が特にケーシング１７０によって軸受支持されていなくても出力軸の安定した支持及び回転が可能である。また、見方を変えると、この構成により、出力軸１５０をケーシング１７０に支持するための（右端側の）軸受を省略でき、その分コストの低減及び軸方向の短縮が可能となっている。
【００４８】
さらに、何らかの理由でモータによる駆動ができないときは、図５に示されるように、平行軸歯車機構１１２の第２ギヤ１３６と噛合している手動ギヤ１６０を手動軸１６２を介して回転させることにより、該第２ギヤ１３６を回転させることができる。この結果、内接噛合遊星歯車機構１１４を介している分、極めて軽い操作で被駆動機械を手動で駆動することができる。
【００４９】
図７に、本発明の他の実施形態の適用例を示す。この動力伝達装置Ｇ３では、平行軸歯車機構２１２の構成として、実質的に第３ピニオン２２８及び第４ギヤ２３６によって構成される１段のみの減速機構を採用し、該第３ピニオン２２８と第４ギヤ２３６との間をアイドルギヤ２３１によって連結したものである。アイドルギヤ２３１を支持している回転軸２９０の軸受部２９４が、内歯歯車２４８の「外周」に配置されている。
【００５０】
さらに、図８に示した動力伝達装置Ｇ４では、平行軸歯車機構３１２を実質的に第５ピニオン３２８と内接噛合遊星歯車機構３１４の入力軸３４０の外周に歯切りした第６ギヤ３３６とによって構成される一段のみの減速機構を採用し、該第５ピニオン３２８と第６ギヤ３３６との間を大径のアイドルギヤ３３１によって連結したものである。アイドルギヤ３３１を支持している回転軸３９０の軸受部３９４が、内歯歯車３４８の「外周」に配置されている。
【００５１】
図７、図８の例とも、その他の構成は基本的に既に説明した実施形態のそれと同一である。
【００５２】
このような変形により、複雑且つ歯形の変更に伴う治工具類の手当てが高コストな内接噛合遊星歯車機構の側についてはほとんど設計変更を行わず、低コストな平行軸歯車機構の方のみを変更することによって動力伝達装置のトータルの減速比を容易に調整することができる。
【００５３】
また、いずれの実施形態の場合も、平行軸歯車機構１１２、２１２、３１２の回転軸１９０、２９０、３９０を内歯歯車１４８、２４８、３４８の「外周」に配置するようにしてあるため、上述したような作用を全く同様に得ることができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、平行軸歯車機構と内接噛合遊星歯車機構を合理的に融合させた構造で配置し、各歯車機構の支持剛性の強化及び軽量化を実現できると共に、特に装置全体の軸方向のコンパクト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された動力伝達装置の実施形態の適用例を示す駆動装置の展開縦断面図
【図２】図１の右方向から見た側面図
【図３】内接噛合遊星歯車機構の構成を示す要部断面図
【図４】図１の左方向から見た側面図
【図５】図３における点Ａ−Ｂ断面図
【図６】図２と図３の合成図
【図７】本発明の他の実施形態の適用例を示す図１相当の縦断面図
【図８】本発明の更に他の実施形態の適用例を示す図１相当の縦断面図
【図９】従来の動力伝達装置の適用例を示す図１相当の縦断面図
【符号の説明】
１１０…モータ
１１２…平行軸歯車機構
１１４…内接噛合遊星歯車機構
１２８…第１ピニオン
１３０…第１ギヤ
１３２…１段目減速機構
１３４…第２ピニオン
１３６…第２ギヤ（出力ギヤ）
１３８…２段目減速機構
１４０…内接噛合遊星歯車機構の入力軸
１４２…偏心体
１４４…ベアリング
１４６…外歯歯車
１４８…内歯歯車
１５０…出力軸
１５２…キャリヤ
１６０…手動ピニオン
１６２…手動軸
１７０…ケーシング
１７２…突出部
１７４…本体部
１９０…回転軸
１９４、１９６…軸受部
Ｌ…内歯歯車が存在する軸方向の範囲
【図１】
2004092780.tif 000003
【図２】
2004092780.tif 000004
【図３】
2004092780.tif 000005
【図４】
2004092780.tif 000006
【図５】
2004092780.tif 000007
【図６】
2004092780.tif 000008
【図７】
2004092780.tif 000009
【図８】
2004092780.tif 000010
【図９】
2004092780.tif 000011