(57)【要約】【課題】小型、軽量で噛み合い調整が高精度に行なえるデファレンシャル機構を提供する。【解決手段】第３、第４の傘歯車３８、３９は、ギヤケース２７のケース本体２８の内壁面に固定された側板３６に沿って組み付けられ、当該側板３６との間に挿入される調整用シム４２によって第１、第２の傘歯車３２、３３との噛み合い位置を微調整される。【選択図】図１
2007263339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源からの駆動力を複数の傘歯車の噛み合いにより駆動軸を通じて駆動輪へ伝達するデファレンシャル機構において、
前記駆動源から駆動伝達されて回転するギヤケースと、
前記ギヤケースの両側を閉止するサイドプレートの内壁面に沿って各々組み付けられ、当該サイドプレートの両側からケース内に進入する駆動軸と一体に連結されてギヤケースと共に回転駆動される第１、第２の傘歯車と、
前記ギヤケース内に駆動軸と直交する向きに固定された直交軸を中心に回転自在に支持され、前記第１、第２の傘歯車と各々噛み合うように対向配置された第３、第４の傘歯車を具備し、
前記第３、第４の傘歯車は、ギヤケース内壁面に固定された側板に沿って組み付けられ、当該側板との間に挿入される調整材によって第１、第２の傘歯車との噛み合い位置が各々微調整されて組み付けられることを特徴とするデファレンシャル機構。
【請求項２】
前記第３、第４の傘歯車は、側板との間にワッシャーを介在させて軸方向中心向けて両側より付勢されており、歯先どうしの噛み合い中心を結ぶ線分が直交するように調整材を設けて噛み合い位置が微調整されて組み付けられることを特徴とする請求項１記載のデファレンシャル機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自転車、台車、車椅子など電動機によるアシスト機構を具備した小型の動力伝達機構に好適に用いられるデファレンシャル機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両などの動力伝達機構においては、エンジンにより発生した回転力を駆動輪に伝達するためデファレンシャル機構が設けられる。一般にエンジンからの駆動力を、差動歯車機構を通じて駆動輪へ伝達するようになっている。具体的にはエンジンに連繋する入力軸に設けられた傘歯車はハウジング外周に設けられた傘歯車と噛み合っている。ハウジング内には左右両側の駆動軸と直交する向きに設けられた支持軸を中心に一対の傘歯車（ピニオンギヤ）が対向配置されている。また、ハウジング内には、左右両側の駆動軸に連繋して回転する一対の傘歯車（サイドギヤ）が対向配置されている。各ピニオンギヤは隣り合うサイドギヤと互いに噛み合うように収納されている。一般に、ハウジングは鋳造品が用いられピニオンギヤとサイドギヤが噛み合った状態で鋳物に包まれて一体に製造される（特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−５４４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、一対の傘歯車どうしを互いに噛み合わせて鋳造品であるハウジングに収納するとハウジングの外側にエンジンからの動力伝達を行なう入力軸に設けられた傘歯車と噛み合う傘歯車が必要になるためデファレンシャル機構が大型になり重量も嵩むことから用途は大型の車両に限定される。よって、自転車、台車、車椅子など電動機によるアシスト機構を具備した小型の動力伝達機構に適用することは難しい。
【０００４】
互いに噛み合う一対の傘歯車を鋳造物に包む場合、歯車位置は鋳型により決まるため噛み合い位置を調整することは行なわれていない。また、一対の傘歯車どうしをケース内に収納してデファレンシャル機構を構築する場合、傘歯車どうしの複数の噛み合い箇所における噛み合い調整が困難である。傘歯車どうしの噛み合いに偏りがあると、異音が発生したり摩耗したりして寿命が短くなるおそれがある。また、噛み合いが浅いと傘歯車の遊びが大きくなるため駆動伝達効率が低下する。
【０００５】
本願発明の目的は、上述した従来の課題を解決し、小型、軽量で噛み合い調整が高精度に行なえるデファレンシャル機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係るデファレンシャル機構は以下の構成を備える。
駆動源からの駆動力を複数の傘歯車の噛み合いにより駆動軸を通じて駆動輪へ伝達するデファレンシャル機構において、前記駆動源から駆動伝達されて回転するギヤケースと、前記ギヤケースの両側を閉止するサイドプレートの内壁面に沿って各々組み付けられ、当該サイドプレートの両側からケース内に進入する駆動軸と一体に連結されてギヤケースと共に回転駆動される第１、第２の傘歯車と、前記ギヤケース内に駆動軸と直交する向きに固定された直交軸を中心に回転自在に支持され、前記第１、第２の傘歯車と各々噛み合うように対向配置された第３、第４の傘歯車を具備し、前記第３、第４の傘歯車は、ギヤケース内壁面に固定された側板に沿って組み付けられ、当該側板との間に挿入される調整材によって第１、第２の傘歯車との噛み合い位置が各々微調整されて組み付けられることを特徴とする。
また、前記第３、第４の傘歯車は、側板との間にワッシャーを介在させて軸方向中心向けて両側より付勢されており、歯先どうしの噛み合い中心を結ぶ線分が直交するように調整材を設けて噛み合い位置が微調整されて組み付けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上述したデファレンシャル機構を用いれば、駆動源が起動するとギヤケースが回転し、ギヤケースが回転すると支持軸に軸支された第３、第４の傘歯車が公転し、第１、第２の傘歯車が同じ向きに回転するため、該第１、第２の傘歯車に連結する駆動軸と連繋する左右の駆動輪へ同時に駆動伝達することができる。また、車輪が旋回する際には、駆動軸の傾きに追従して第１、第２の傘歯車が逆向きに回転し、駆動軸が傾いたまま駆動源からギヤケースを介して両側駆動軸へ駆動伝達できる。このように、駆動源によりギヤケース自体を直に回転駆動して該ギヤケース内に収納した複数の傘歯車機構を通じて駆動輪へ駆動伝達するので、デファレンシャル機構を小型化、軽量化することができる。
特に、第３、第４の傘歯車は、ギヤケース内へ組み付けの際にガイドとなる側板との間に挿入される調整材によって第１、第２の傘歯車との噛み合い位置が微調整されるので、調整材の厚さを適宜変更することでギヤケース内において複数の噛み合い調整が高精度に行なえる。また、第３、第４の傘歯車は、歯先どうしの噛み合い中心を結ぶ線分が直交するように調整材を設けて噛み合い位置が微調整されて組み付けられると、歯車どうしの噛み合いバランスが良く、偏摩耗がなく傘歯車の長寿命化静音化が図られ、遊びが少なく駆動伝達効率も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係るデファレンシャル機構の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
以下では、一例として台車に組み付けられるアシスト機構にデファレンシャル機構を適用した場合について説明する。
【０００９】
先ず、台車に組み付けられるアシスト機構の概略構成について図２を参照して説明する。
台車本体１は、運搬物を載置する矩形状のプレート（金属、樹脂、木製など）が用いられる。台車本体１の手前側（進行方向後端側）にはコ字状のハンドル（図示せず）が立設されている。台車本体１の裏面側には４つの走行輪が設けられている。前輪３は駆動輪であり、後述するアシスト機構によって回転駆動することができる。
【００１０】
図２において、台車本体１の裏面側前方には、取付け板５が台車本体１と平行に支持されている。この取付け板５は、台車本体１に設けられた取付けベース６に支持されている。取付け板５には前輪３が回転可能に組み付けられている。具体的には、取付け板５にはキャスターケース（図示せず）がねじ止めにより固定されている。このキャスターケース内に前輪３を配して回転軸３ｂをキャスターケース及び前輪３へ挿通して組み付けられている。キャスターケースの外側には締付けナット７がねじ嵌合して抜け止めされている。
【００１１】
取付け板５にはデファレンシャル機構８が保持されている。デファレンシャル機構８は、取付け板５から垂下したギヤケース９に収納されている。デファレンシャル機構８は、後述する電動モータからの回転駆動を両側に連繋する前輪（駆動輪）３に伝達するものである。デファレンシャル機構８は電動モータからの駆動をギヤケース９より左右両側に連繋する駆動軸１０へ伝達する。左右の駆動軸１０は、ユニバーサルジョイント１１を介して回転軸３ｂと連繋している。ギヤケース９の一方側（図２の左側）にはスプロケットホイール１２が一体に組み付けられており、電動モータ１３からの駆動が伝達される。
【００１２】
電動モータ１３は、台車本体１の裏面側に着脱可能に吊り下げ支持されている。電動モータ１３はハウジング１４内に収納されている。電動モータ１３の回転軸１３ａはハウジング１４に回転可能に支持されている。この回転軸１３ａにはスプロケットホイール１７が同軸に設けられている。スプロケットホイール１７とスプロケットホイール１２との間に無端状のチェーン１８が架設されており、電動モータ１３の回転駆動をデファレンシャル機構８へ伝達するようになっている。チェーン１８により駆動伝達するのは、ベルト駆動などに比べて比較的小さなモータ出力に対して抵抗が少なく効率よく駆動伝達できるためである。電動モータ１３は、バッテリーにより充電可能なモータ、例えば出力電圧２４Ｖのサーボモータ（ＤＣモータ、ブラシレスモータ）が好適に用いられる。
【００１３】
電動モータ１３は、デファレンシャル機構８を通じて前輪３の回転軸３ｂと連繋して電動機及び発電機としての機能を併有する。具体的には、図３は人力駆動力と電動モータ１３の駆動力により台車本体１を走行させる場合の制御系のブロック図制御系である。位置検出部１９ａは人力駆動力を入力軸（モータ回転軸と同軸に設けられる内軸）の回転から位相角度θ１により検出し、位置検出部１９ｂは人力駆動力とモータ駆動力の合力を出力軸（モータ回転軸と同軸に設けられる外軸）の回転から位相角度θ２によって各々検出している。
【００１４】
従って、人力駆動力があれば位置検出部１９ａの検出角度θ１と位置検出部１９ｂの検出角度θ２間に位相ずれΔθが生じる。この位相ずれΔθは位相ずれ検出器２０で検出される。この位相ずれΔθを用いて、人力トルク演算器２１で人力トルクを演算する。一方、位置検出部１９ａで検出された検出角度θ１に基づいて速度検出器２２で走行速度が検出される。この走行速度を用いて比率計算器２３にてアシスト比が求められ、このアシスト比と人力トルクを掛け算器２４で掛け合わせ、その結果を電動モータ１３のアシストトルクとしてモータ制御回路２５へ出力される。モータ制御回路２５はアシストトルクに見合った回転速度で電動モータ１３の駆動を制御する。また、モータ制御回路２５は走行速度を監視しており、下り走行時、規定速度を越えた時または減速したときに、回生制動運転によりモータ回転速度を制限内に収まるように駆動制御すると共に、発生した電力（回生エネルギー）を蓄電装置２６に蓄える。蓄電装置２６は電動モータ１３が発電機として機能したとき該発電機からの電力を蓄電する。
【００１５】
ここで、デファレンシャル機構８の構成について図１を参照して具体的に説明する。
ギヤケース９は、筒体（ケース本体）２８の両端にサイドプレート２９が両側から各々嵌め込まれて閉止され、互いにねじ３０により固定されている。一方側（図１の左側）のサイドプレート２９にはスプロケットホイール１２が一体に組み付けられている。また、一対のサイドプレート２９の両側には軸受部３１が設けられている。この軸受部３１を通じて駆動軸１０がサイドプレート２９を挿通してケース本体２８内へ挿入されている。駆動軸１０は軸受部３１に設けられた外ベアリング３１ａにより回転可能支持されている。ケース本体２８内に挿入された駆動軸１０の端部には、第１、第２の傘歯車（マイタギヤ）３２、３３が嵌め込まれ、ワッシャー３４ａを介してスクリューボルト３４により固定されている。スクリューボルト３４は、駆動軸１０に挿入されたキー３４ａにより回り止めがなされている。第１、第２の傘歯車（マイタギヤ）３２、３３はサイドプレート２９の内壁面に沿って互いに対向して組み付けられている。第１、第２の傘歯車（マイタギヤ）３２、３３はサイドプレート２９に設けられた内ベアリング２９ａにより回転可能に支持されている。
【００１６】
また、ギヤケース９のケース本体２８内には、駆動軸１０と直交する直交軸３５が固定されている。この直交軸３５が固定されるケース本体２８の内壁面には、側板３６がケース本体２８の外側から皿ねじ３７により固定されている。第３、第４の傘歯車（マイタギヤ）３８、３９はカラーブッシュ４０を介して直交軸３５を中心に回転自在に嵌め込まれている。第３、第４の傘歯車３８、３９は第１、第２の傘歯車３２、３３と各々噛み合うように組み付けられる。第３、第４の傘歯車３８、３９は、ギヤケース９のケース本体２８の内壁面に固定された側板３６に沿って組み付ける際、ワッシャー４１を介在させて軸方向中心向けて両側より付勢されて組み付けられる。また、ワッシャー４１と側板３６との間に調整用シム４２を介在させて、歯先の噛み合い中心を結ぶ線Ｌ１とＬ２が直交するように噛み合い位置を微調整されて組み付けられる。調整用シム４２は、ゴム材、樹脂材、金属材など様々な薄板状のものが用いられる。
【００１７】
図２において、電動モータ１３を起動してスプロケットホイール１２が回転するとギヤケース９も一体に回転する。このとき支持軸３５に軸支された第３、第４の傘歯車３８、３９が公転するため、第１、第２の傘歯車３２、３３が同じ向きに回転する。これにより、駆動軸１０に連繋する左右の駆動輪（前輪３）へ同時に駆動伝達することができる。また、前輪３が旋回する際には、ユニバーサルジョイント１１を通じて左右の駆動軸１０が前後方向に傾くため、第１、第２の傘歯車３２、３３が逆向きに回転する。これにより、駆動軸１０が傾いたまま電動モータ１３からギヤケース９を介して両側駆動軸１０へ駆動伝達できる。従って、狭い場所でも左右両輪を小回り駆動することができる。
特に、第３、第４の傘歯車３８、３９は、組み付けの際にガイドとなる側板３６との間に挿入される最適な厚さの調整用シム４２によって第１、第２の傘歯車３２、３３との噛み合い位置を微調整されるので、複数箇所の噛み合い調整が高精度に行なえるため、傘歯車の寿命が長く、静音化が図られ、駆動伝達効率も向上する。
【００１８】
尚、上述した実施例は、デファレンシャル機構８を台車に装着したアシスト機構に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、左右両輪を備えた自転車や車椅子などに設けられるアシスト機構に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】デファレンシャル機構の内部構造を示す説明図である。
【図２】台車本体に設けたアシスト機構を説明する底面図である。
【図３】アシスト式制御系のブロック図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  台車本体  
２  ハンドル  
３  前輪  
３ａ  キャスターケース  
３ｂ、１３ａ回転軸  
５  取付け板  
６  取付けベース  
７  締付けナット  
８  デファレンシャル機構  
９  ギヤケース  
１０  駆動軸  
１１  ユニバーサルジョイント  
１２、１７  スプロケットホイール  
１３  電動モータ  
１４  ハウジング  
１８  チェーン  
１９ａ、１９ｂ  位相検出部  
２０  位置ずれ検出器  
２１  人力トルク演出器  
２２  速度検出器  
２３  比率計算器  
２４  掛け算器  
２５  モータ制御回路  
２６  蓄電装置  
２８  ケース本体
２９  サイドプレート
２９ａ  内ベアリング
３０  ねじ
３１  軸受部
３１ａ  外ベアリング
３２  第１の傘歯車
３３  第２の傘歯車
３４  スクリューボルト
３４ａ  キー
３５  直交軸
３６  側板
３７  皿ねじ
３８  第３の傘歯車
３９  第４の傘歯車
４０  カラーブッシュ
４１  ワッシャー
４２  調整用シム
【図１】
2007263339.tif 000003
【図２】
2007263339.tif 000004
【図３】
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