JP2018151063A - 正の速度伝達比を有する同軸歯車機構 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦の低減及びこれによる少ない発熱、又は最大許容トルクの増加や内力の低減を達成する。また、歯車機構の製造方法を提供する。【解決手段】内側に向いた歯部５を有する内歯車３と、前記内歯車に対して同軸上に配置され、前記歯部５と噛み合うための多数の歯７が収容された歯キャリヤ１１であって、前記歯７が前記歯キャリヤ１１において径方向に移動可能に取り付けられた前記歯キャリヤ１１と、前記径方向に移動可能なように取り付けられた歯７を径方向に駆動するためのプロファイル２２を有する駆動要素であって、前記プロファイル２２がその周囲に少なくとも２つの凸部を有する前記駆動要素と、を備え、前記駆動要素による駆動部と前記歯キャリヤ１１による出力部との間に正の速度伝達比を有するように構成される同軸歯車機構である歯車機構１。【選択図】図１

Description

本発明は歯車機構及び歯車機構の製造方法に関する。

径方向に移動可能に歯キャリアに取り付けられた歯を備える歯車機構は、先行技術から公知である。歯を駆動するために、例えばカムディスクのようなプロファイルを有する駆動要素が使用される。歯は、歯部（toothing）の内歯と噛み合う。このため、歯を有する歯キャリヤと歯部との間で相対運動が生じる。この場合の歯部と歯との間の相対運動は、プロファイルを有する駆動要素の運動よりも少なくとも一桁小さい。このようにして、高い速度伝達比を達成することが可能である。このような歯車機構の例が、独国特許出願公開第１０２００７０１１１７５号に開示されている。

この歯車機構の重要なポイントは、カムディスクへの歯の取り付け及び歯キャリヤにおける軸受面に作用する力である。例えば、歯車機構の耐用年数又は最大伝達可能トルクを高めるために、トルクを変化させずに力を減少させる、又は力を変化させずに歯車機構によって伝達されるトルクを増加させることが望ましい。さらに、トルクに変化がない弱い力は、いくつかの状況下で摩擦を低減させるため、歯車機構の効率を高めることができる。

本発明の目的は、先行技術から公知の歯車機構に関連して改良された歯車機構を特定することであり、摩擦の低減及びこれによる少ない発熱、又は最大許容トルクの増加や内力の低減を達成しようとすることである。本発明の更なる目的は、この種の歯車機構の製造方法を特定することである。

上記の目的は、請求項１に係る歯車機構によって達成され、また同等の請求項に係る歯車機構の製造方法によって達成される。従属請求項及び本願明細書から、有利な改良点及び実施形態が明らかになる。

本発明の一側面は、歯車機構、特に同軸歯車機構に関する。この歯車機構は、内側に向いた歯部を有する内歯車と、前記内歯車に対して同軸上に配置され、前記歯部と噛み合うための多数の歯が収容された歯キャリヤであって、前記歯が前記歯キャリヤにおいて径方向に移動可能に取り付けられた前記歯キャリヤと、前記径方向に移動可能に取り付けられた歯を径方向に駆動するためのプロファイルを有する駆動要素であって、前記プロファイルがその周囲に少なくとも２つの凸部を有する前記駆動要素と、を備え、前記駆動要素による駆動部と前記歯キャリヤによる出力部との間に正の速度伝達比を有するように構成される。

本発明の更なる側面は、本明細書に記載の典型的な実施形態の１つにおける歯車機構の製造方法に関する。

本発明の実施形態は、特に同軸歯車機構に関する。軸方向は、通常、歯車機構の長手方向の軸を指す。内歯車の歯部への歯の噛み合わせは、通常、歯部の内歯への歯の噛み合わせを指し、典型的な実施形態では円形である。

典型的な実施形態では、駆動要素は、カムディスクを備えるか、又はカムディスクによって形成される。「カムディスク」の表現は、対応する部品がディスクに似ていることが必須ではないことを意味する、と一般的に解釈されるのが通常である。むしろ、カムディスクは、特に多くの部分を有する、駆動軸の一部であってもよく、細長い形状を有していてもよい。１つ以上のこのような部分が様々な半径を有するので、カムディスクの機能が果たされる。更なる部分は、他の機能を有していてもよく、例えばトルクの伝達のために、円筒状であったり、あるいはエッジを備えてもよい。通常、「カムディスク」の表現は、主として前記部品の機能に関係し、具体的には、例えば駆動軸ひいてはカムディスクの角度位置によって決まる方法で、径方向に歯を駆動する又は案内部において歯を後退させるための環状のプロファイルの条件に関する。

歯部は、通常、環状の歯部である。歯又は歯の歯先が歯部の内歯と噛み合う。 歯は通常、歯キャリヤに対して径方向に直線的に移動可能なように取り付けられる。ここで、「径方向に直線的に」とは、通常、径方向に案内部が設けられ、この案内部によって歯が径方向にのみ移動可能になるということを意味する。通常、案内部によって、歯を正確に一方向に直線的に移動させることができる。これは、例えば特定の長さの範囲に亘って移動方向に一定の断面を有する歯によって達成することができる。一定の断面を有する歯に対し、歯キャリヤも同じく開口部を有する。通常、歯はいずれの場合にも正確に一方向に、典型的には歯の長手方向の軸の方向に移動することが可能なように、歯キャリヤに取り付けられる。更に、典型的な実施形態では、歯車機構の長手方向の軸周りの歯キャリヤに対する歯の回転自由度が妨げられる。これについては、例えば歯キャリヤにおける径方向の歯の直線状の案内部によって実現可能である。このようにして、歯は、歯キャリヤと共に歯車機構の長手方向の軸周りを回転するが、歯キャリヤに対して回転しない。

本発明に係る歯車機構の典型的な実施形態では、少なくとも歯の一部に曲げ剛性がある設計となっている。ここで、「曲げ剛性がある」という表現は、歯の材料の剛性により、歯の曲げモーメントが小さく、少なくとも歯車機構の運動学にとって実質的に取るに足らないという技術的な意味であると一般的に解釈される。曲げ剛性がある歯には、特に金属合金、具体的には鋼若しくはチタン合金、ニッケル合金、又は他の合金から製造される歯が含まれる。更に、特に内歯車又は歯車の歯部、歯キャリヤ及び駆動要素のうち少なくとも１つの部品がプラスチックから同様に製造される歯車機構の場合、プラスチックからなる曲げ剛性のある歯を備えることも可能である。本発明の典型的な実施形態では、歯キャリヤ及び歯は金属合金から製造され、更に歯部も、又は駆動要素までもが金属合金から製造される。このような歯車機構は、ねじりに対して非常に強く、高負荷に適応できるという利点をもたらす。少なくとも部分的にプラスチックからなる歯車機構、又はプラスチックからなる部品を備える歯車機構は、重量が小さくなるという利点をもたらす。「曲げ剛性のある」という表現は、特に、歯の長手方向の軸周りの曲げ剛性を意味すると解釈される。

典型的な実施形態では、歯とカムディスクとの間において、転がり軸受部に取り付けられ、カムディスク上に位置する枢動セグメントが配置される。有利な実施形態は、カムディスクといずれの場合にも少なくとも一つの歯との間に配置される枢動セグメントを有する。枢動セグメントにより、歯は、カムディスクの表面に対して、又は枢動セグメントに対して傾斜可能になる。典型的には、少なくとも２つの歯が枢動セグメントに取り付けられる。更なる実施形態では、例えば丸歯又は平歯など、完全に１つの歯が、いずれの場合にも枢動セグメントの１つに取り付けられる。平歯は、転がり軸受部におけるそれぞれの歯の軸周りの回転に対して固定可能である。枢動セグメントに取り付けられた多数の歯は、通常、軸方向に互いに隣り合うように１列に並べて配置される。このような多数の歯の配置又は平歯によって、枢動セグメントの動作の滑らかさを高めることができる。

本発明の典型的な実施形態は、駆動要素としてカムディスクを備える。カムディスクは、非円形又は非楕円形の弓形の形状又は曲線を有することが好ましい。非円形又は非楕円形の弓形の形状は、例えば異なる速度伝達比を設定するために、異なるカムを使用できるという利点をもたらす。本願の文脈において、偏心円は、通常、円形又は楕円形に分類される、なぜならば、偏心円の場合、円形が存在するにもかかわらず、単に回転軸が円形の中心軸に対応しない場合にすぎないからである。典型的なカムディスクは、通常、周囲に均一に分配されるように配置された、少なくとも又はちょうど２つの凸部を有する。凸部は、極大点（maxima）とも称される。多数の凸部によって、より多くの歯が歯部と噛み合うようになる。

典型的な実施形態では、歯キャリヤ又は歯部は円形である。これにより、歯キャリヤ及び歯部に単純な幾何形状の利点がもたらされる。力の伝達は、通常、歯部と歯キャリヤとの間の歯車機構の動きが遅い方で発生する。これにより、力の伝達の経路が極めて短いという利点がもたらされるので、極めて高い剛性を達成できる。

歯部の内歯及び歯は、通常、湾曲したフランク面を有する。典型的な実施形態では、内歯及び歯のそれぞれは、断面において、いずれの場合にも湾曲したフランク面を有し、頂部が平面で切断されたピラミッド又はピラミッドに相当する形状の歯先を有する。対数螺旋状の湾曲に対する１つの可能な実施形態として、独国特許出願公開第１０２００７０１１１７５号を参照する。湾曲した表面は、噛み合うフランク面が直線状又は点状に接触するだけでなく、面状に接触するという利点をもたらす。これにより、多数の歯に対する良好な荷重配分や、歯部と歯との間の力の伝達における極めて高い剛性が達成される。

典型的な実施形態は、プロファイルと歯との間に、枢動セグメント及び転動体を有する軸受部を備える。典型的には、互いに隣り合って配置された、具体的には軸方向に並設されるか又はオフセットされた少なくとも２つの歯が、枢動セグメント毎に配置される。このようにして、枢動セグメントは、その軌道に又はそれぞれの滑走面上に固定することができる。枢動セグメントの径方向の軸周りの回転は防止可能である。通常、実施形態の転動体は、円筒ころ又は針状ころとして形成される。

本発明の典型的な歯車機構は、駆動要素による駆動部と歯キャリヤによる出力部との間に正の速度伝達比が存在するように構成される。正の速度伝達比とは、通常、駆動要素と歯キャリヤとが同じ方向に回転する場合の速度伝達比のことを指す。

典型的な実施形態では、歯の歯キャリヤの歯ピッチ角度（tooth carrier tooth angle of the teeth） 、又は歯キャリヤにおける歯の軸受部の歯キャリアの歯ピッチ角度は、内歯車の歯部の内歯における内歯車の歯ピッチ角度（internal gear tooth pitch angle of the internal teeth of the toothing of the internal gear）よりも小さい。「歯ピッチ」又は「歯ピッチ角度」は、通常、仮想変数を意味すると解釈される。したがい、歯キャリヤにおいて、歯ピッチ角度によって予め規定された全ての位置に、実際に歯を備える必要はない。歯ピッチ角度は、いずれの場合にも周方向において、３６０°を歯キャリヤにおいて理論上可能な歯の位置の数、又は歯部に実際に備える歯の数で割ることにより計算される。

典型的な実施形態では、歯キャリヤにおいて、歯ピッチ角度の全ての位置に歯が設けられているわけではない。それどころか、例えば、１つおき、２つおき又は３つおきの位置にのみ歯が設けられる場合がある。このようにして、歯が設けられない位置に歯キャリヤの材料を供給することができるため、歯及び歯キャリヤの材料に対する十分な間隔を利用可能である。例えば、位置因子が２の場合、歯キャリヤを十分に硬化させるために、歯の間の歯キャリヤのウェブに対して、２つの歯の間又は歯の案内部の間に十分な間隔がある。典型的な実施形態では、歯の案内部の数は、歯キャリヤに収容される歯の数に相当する。典型的な実施形態では、歯の歯ピッチ角度によって予め規定された位置の１つおきの位置が空いている。歯キャリヤにおいて使用される位置の密度は、位置因子に反映される。例えば、位置因子が２とは、歯ピッチ角度によって予め規定された歯キャリヤの１つおきの位置にのみ歯が設けられることを意味する。したがって、位置因子が３とは、２つおきの位置を意味する。歯キャリヤに取り付けられる歯の間の実際の角度間隔は、通常、歯又は歯キャリヤの歯ピッチ角度の２倍、３倍、又は４倍になる。更なる実施形態では、４倍を超える間隔が設けられることも可能である。よって、隣り合う歯の間の実際の角度間隔は、歯ピッチ角度に位置因子を乗じることによって計算される。通常の位置因子は１以上の正数であり、更に通常の位置因子は２以上の正数である。

理論的に可能な歯の位置の数は、通常、内歯車の歯部の内歯の数よりも、少なくとも又はちょうど凸部の数だけ大きい。歯キャリヤにおいて１つおきの位置にのみ設けられているのであれば、２つの凸部を有するプロファイルの場合、歯キャリヤにおける歯の数は、歯部の内歯の数に凸部の数を足して位置因子で割った数に相当し、この場合は２になる。通常、実施形態において、歯の数は下記の式に従い計算される。

Ｚｚ＝歯キャリヤにおける歯の数
ＺＩ＝内歯車の内歯の数
Ｅ＝駆動要素のプロファイルの凸部の数、又はカムディスクの凸部の数
ＰＦ＝位置因子

駆動要素を回転させる駆動部と、本発明に係る歯車機構の実施形態の歯キャリヤに接続される出力部との間の速度伝達比を計算する場合、次の式が用いられる。式中、内歯車の内歯の数は必ず負の値で計算しなければならない。

通常、実施形態では、歯キャリヤにおける歯の数は整数である。プロファイルが２つの凸部を有し、内歯車の歯の数が４６であり、歯キャリヤの歯ピッチ角度によって予め規定された位置の１つおきの位置にのみ歯が設けられている典型的な実施形態、すなわち位置因子が２である典型的な実施形態において、歯キャリヤにおける歯の数は２４になる。上記式のｉに関し、駆動要素の駆動部と歯キャリヤの出力部との間では、ｉ＝＋２４の速度伝達比が得られる。

２つの凸部を有し、内歯車の歯の数が４６であり、位置因子が３である更なる実施形態において、歯キャリヤにおける歯の数は１６になる。内歯車の歯の数が４５で、歯キャリヤの歯ピッチ角度によって予め規定された位置の１つおきの位置にのみ歯が設けられている別の実施形態、すなわち位置因子が２である別の実施形態は、凸部が３つの場合に、歯キャリヤに２４の歯を有する。

典型的な歯車機構は、プロファイル上に配置される転動体と、歯を取り付けるための多数の枢動セグメントとを備える。この場合、枢動セグメントは、転動体上に配置される。また、転動体は、プロファイル上に、カムディスクの回転方向に並設された少なくとも２列の転動体の列を成して配置される。典型的な実施形態は、１列又は少なくとも２列の転動体の列を備え、これらは通常、枢動セグメントの環状の列毎に、軸方向に互いに隣り合うように及び／又は並進するように配置される。枢動セグメントは、環状に並進する少なくとも２列の転動体上に取り付けられてもよい。ここで、並設された２列以上の歯の場合、いずれの場合にも１列の転動体が１列の歯の下に配置されていてもよく、これにより枢動セグメントが各歯の列に支持される。典型的な配置は、例えば、枢動セグメントを介して転動体の列に径方向に重ねた歯の列の配置である。各歯の中心軸は、通常、各転動体上の８０％台半ば、又は５０％台半ば、又は２０％台半ば、又は少なくとも実質的に中心に位置する。このように、複数の転動体は実質的に中心に装着される。典型的な実施形態では、転動体の列のうちの１列は、歯の列のうちの１列と共に軸平面に配置される。通常、いずれの場合でも、１つの軸平面に１つの列がある。同じ軸平面とは、例えば中心が少なくとも実質的に同一である、及び／又は、歯が各転動体の列の軸方向に延長された領域内に全て配置されることを意味する。

通常、プロファイルは、転がり軸受の少なくとも１列に対する滑走面を有する。通常、プロファイルは、少なくとも２つの並設された滑走面を備える。典型的な実施形態では、いずれの場合でも転動体の列のうち１列が、並設された滑走面の１つに又はその上に配置される。このように、並進する転動体は、専用の滑走面を有する、つまり転動体の各列は、区画された専用の滑走面において案内可能である。

プロファイルは、通常、少なくとも１つの環状の中央リブにより分割される。このように、実施形態では、並設された滑走面が、通常は中央リブの両側に作り出される。２列以上の歯を有する典型的な実施形態では、２つ以上の並設された滑走面を作り出すために、多数の並設された中央リブを設けることが可能である。

カムディスクは、通常、２つの環状の縁リブを備える。通常、その縁リブによって、いずれの場合にも軸方向外側の方向における１つの外側滑走面が区切られる。中央においては、通常、中央リブによって滑走面は区切られる。典型的な実施形態では、ちょうど１つの中央リブと共に縁リブによって２つの滑走面が区切られる。更なる実施形態では、多数の中央リブによる２つを超える滑走面と、そして場合によっては２列を超える転動体が設けられる。

中央リブ及び／又は縁リブのそれぞれは、転動体の直径に少なくとも実質的に相当する高さを有する。更なる実施形態では、それらは、例えば０％〜１０％、又は０％〜５％の分だけ、転動体の直径よりもわずかに低い高さを有する。更なる実施形態では、中央リブ及び／又は縁リブの高さは、転動体の直径の５０％〜８０％又は５０％〜９５％しかない。中央リブ及び縁リブは異なる高さを有していてもよい。例えば、中央リブは縁リブより低くてもよい。実施形態では、縁リブは、枢動セグメントを固定する面としても使用される。更なる実施形態では、例えば、中央リブが枢動セグメントの動きの滑らかさを安定させるために使用される場合、中央リブは縁リブよりも高くなる。

通常、枢動セグメントは、いずれの場合にも転がり軸受面（rolling bearing surface）と共に、転動体の少なくとも一部の片側に位置し、いずれの場合にも１つの歯支持面（tooth bearing surface）を転がり軸受面の反対側に有する。通常、少なくとも２つの歯が歯支持面に一纏めにして取り付けられる。典型的な実施形態において、歯支持面は、歯支持面が少なくとも２つの歯に対して共通の回転軸を形成するように形成される。実施形態の典型的な歯支持面は、いずれの場合にも軸方向に並設された少なくとも１つの歯及び／又は多数の歯に対して１つの円形の表面部を備える。円形の表面部の半径の中心点は、転がり軸受面と少なくとも実質的に一致する。通常、歯支持面によって形成された歯支持部の回転軸は、転がり軸受面と少なくとも実質的に一致する。歯支持面は、歯支持部の領域において、ビード及び／又は円形セグメントとして形成されてもよい。

実施形態の典型的な歯車機構は、環状に並設された歯の列を備える。通常、少なくとも又はちょうど２列の歯が設けられる。歯は、通常、歯キャリヤの案内部に、環状に並設された列に並べられる。

典型的な実施形態では、いずれの場合にも少なくとも２つの並設された歯が枢動セグメント上に配置される。通常、並設された２つの歯は、並設された２列の歯に属し、例えば歯キャリヤの案内部において案内される。実施形態では、並設された歯の列の並設された２つの歯は、枢動セグメント上の軸方向において、一方が他方の背後に位置するように、通常、ビード又は枢動セグメントのくぼみに配置される。

実施形態の典型的な歯キャリヤは、径方向内側又は径方向外側に延び、軸方向において少なくとも部分的に枢動セグメントと噛み合う少なくとも１つのランオンフランジ（run-on flange）を備える。このようにして、追加のランオンディスク（run-on disk）を省略することも可能である。ランオンフランジは、歯キャリヤと一体的に形成されてもよく、歯キャリヤに固定されてもよい。典型的な実施形態は、ランオンディスクを有さない。いくつかの実施形態は、少なくとも片側が枢動セグメントと軸方向に隣り合い、及び／又は枢動セグメントを案内するための転動体に隣り合うランオンディスクを備える。

歯キャリヤにランオンフランジを有する実施形態では、少なくとも１つのランオンフランジが、駆動軸受転動体（drive bearing rolling bodies）に直接作用する駆動軸受面（drive bearing surface）を備えるのが通常である。通常、軸受は、歯キャリヤとカムディスク又はカムディスクに接続されるシャフトとの間に一体的に形成される。このような実施形態は、コンパクトな設計となり得る。通常、駆動軸受転動体は、カムディスク上に直接取り付けられる。更なる実施形態では、軌道輪を有する軸受が、歯キャリヤとカムディスクとの間に設けられる。これにより、製造を簡略化できる。

通常、１つのリブ支持面（rib bearing surface）は、軸方向において、いずれの場合にも枢動セグメント上の両側に及び／又は枢動セグメントの縁側に配置される。更なる実施形態では、リブ支持面は、枢動セグメントの軸方向中央に配置され、このリブ支持面は、例えば中央リブを支持するために設けられる。２つのリブ支持面を両側及び／又は縁側に有する実施形態では、リブ支持面は、カムディスクの縁リブに少なくとも部分的に位置していてもよい。このようにして、枢動セグメントの傾斜を防止でき、滑らかな動きを確保可能である。

典型的な実施形態の利点は、増加した負荷容量、長い耐用年数、又はよりコンパクトな設計である。本発明に係る歯車機構の典型的な実施形態では、カムディスク又は駆動要素における周方向の力が内歯車の周方向の力と同じ方向に働くことで、先行技術から公知の歯車機構に比べて、歯の案内部における反力の減少につながる。実施形態では、歯キャリヤにおいて歯を案内するための力が、歯キャリヤの外側の歯の接触では約１０％低下し、歯キャリヤの内側の歯の接触では約５０％低下する。摩擦力の低下は、静止摩擦が働く間、つまり、カムディスクによって動きを与えられる際に、カムディスクの軸受部の反力も低下させる。静止摩擦が働く間、合計で約１２％低下する。この軸受部は、一般的に、歯車機構の最大トルク又は耐用年数の決定的な要素であるため、歯車機構のトルク又は耐用年数を増加させることができる。更に、効率性も約１％〜３％高めることができる。

以下、添付の図面に基づき、本発明について詳細に説明する。
本発明の第１実施形態を部分的な概略断面図で概略的に示す。 更なる実施形態を片側断面図で概略的に示す。

以下、図面に基づき、本発明の典型的な実施形態について説明する。本発明は例示の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定される。実施形態の説明、場合によっては異なる図面及び異なる実施形態の説明において、説明を明確にするために同一又は類似の部品に対し同じ参照記号が使用される。しかしながら、これは、本発明の対応する部品が実施形態に図示されるバリエーションに限定されるという意味ではない。

一般的な歯車機構の歯キャリヤは、例えば独国特許出願公開第１０２０１５１０５５２４号に開示されている。このような歯車機構は、歯の歯キャリヤの歯ピッチ角度を有しており、これは通常、内歯車の歯部の内歯における内歯車の歯ピッチ角度よりも大きい。このような構造なので、駆動要素と歯キャリヤとの間で、大きな負の速度伝達比を実現可能である。このような歯車機構に基づき、本発明の歯車機構がどのようにして駆動要素と歯キャリヤとの間に正の速度伝達比を有するように構成されるのかについて、以下に説明する。

図１は、四分割した部分的な概略断面図で例示の実施形態を示す。図１は、四分割したうちの１つの部分において、内側に位置する環状歯部５を具備した内歯車３を有する歯車機構１を概略的に示す。歯車機構１の四分割した他の３つの部分は、断面において、図示された部分に対して鏡に映したような類似の構造を有する。

歯７は歯部５と噛み合う。より明確にするため、図１の全ての歯７が参照符号７で示されているわけではない。通常、個々の歯７を有し、軸方向に並設された２つの歯輪（rings of teeth）が設けられる。歯７は、歯キャリヤ１１において径方向に移動可能に取り付けられる。このため、歯キャリヤ１１は、径方向に方向付けられた、チャンネル状の、円形の又はスロット状の開口部を有し、これにより歯キャリヤ１１において歯７を確実に径方向に案内する。この開口部による径方向の案内により、歯７はその長手方向の軸に沿った径方向のみに移動可能になる。具体的には、歯キャリヤ１１に対する歯車機構１の長手方向の軸周りの回転が防止される。

歯の長手方向の軸とは、通常、歯元から歯先に至る軸を意味するのに対し、歯車機構の長手方向の軸とは、歯車機構の回転軸の方向を指す。これは、例えば出力部として使用可能な歯キャリヤの回転軸、又はカムディスクの回転軸等であってもよい。

歯７は、中空のカムディスク２０として設計されたカムディスク２０の形態の駆動要素によって駆動される。カムディスク２０は、歯７を径方向に駆動するためのプロファイル２２を有する。プロファイル２２は、周囲に２つの凸部がある輪郭を有するので、いずれの場合にも、対向して位置する歯７が最も遠い歯部５の歯の隙間に噛み合う（図１の四分割された断面図では見ることができない）。

図１に示す歯車機構１において、歯７は、駆動要素のプロファイル上に転がり軸受部と共に配置される。転がり軸受部は、転動体２３を備え、これらは例示する実施形態において、針状ころとして設計されている。

図１の例示の実施形態では、歯キャリヤで出力部が無くなっており、歯部を有する内歯車は固定されている。

歯車機構１は、歯７に対して分割された軸受部を備える。分割された軸受部は、枢動セグメント２４を備える。枢動セグメント２４は、いずれの場合にも歯７に面する側に、丸みを帯びた、具体的には部分的に円柱状の歯支持面を有する（図２参照）。これにより、歯７の歯元、又は典型的な実施形態では歯車機構１の軸方向において２つ、３つ又は４つの隣り合った歯が配置され得るビードを形成する。各歯７の歯元のビード及びこれに対応する凹部により、枢動セグメント２４上での歯７の滑りが防止される。

ビードによって各歯７の歯元の連結部が形成されるので、非拘束の案内を確実にするため、歯７は枢動セグメント２４に対して傾斜可能である。複数の枢動セグメント２４は、互いに対して周方向に移動可能であるので、複数の枢動セグメント２４の間の間隔は変化し得る。このようにすることで、枢動セグメント２４の周方向の自由度も妨げられない。これにより、カムディスク２０のプロファイル２２によって、枢動セグメント２４の実質的に非拘束の案内及び実質的に非拘束の径方向の駆動が可能になる。プロファイル２２と枢動セグメント２４との間の摩擦抵抗を最小化するために、転動体２３が針状ころとして設けられる。更なる実施形態では、枢動セグメントを取り付けるために円筒ころ又は他の転がり軸受が設けられる。

図１から分かるように、歯キャリヤ１１における歯７の歯キャリヤの歯ピッチ角度は、内歯車の歯部５の内歯における内歯車の歯ピッチ角度よりも小さい。これについては、図１において、２倍に拡大した歯キャリヤの歯ピッチ角度３０及び２倍に拡大した内歯車の歯ピッチ角度３１により示される。ここで、歯キャリヤの歯ピッチ角度によって予め規定された位置の１つおきの位置にのみ歯キャリヤ１１に歯７が設けられることを考慮しなければならない。

要するに、図１において四分割した１つの部分のみが断面で示される歯車機構は、数が２６の歯と、数が５０の内歯と、プロファイルの２つの凸部とを有する。したがって、例示の実施形態では、歯の数は内歯の数の２分の１よりも１だけ大きい。例示の実施形態の位置因子は、合計２になる。つまり、理論上の歯キャリヤの歯ピッチ角度によって予め規定された歯キャリヤにおける位置の１つおきの位置にのみ歯が設けられる。これにより、ｉ＝＋２６の正の速度伝達比が得られる。

図２は、片側断面図で更なる実施形態を示す。図２の実施形態の特徴は、図１の実施形態の特徴と組み合わせてもよい。具体的には、長手方向の軸に垂直な断面における歯の配置及び数は、図１の実施形態に対応するので、図２の歯車機構は、同様に正の速度伝達比を有する。図１及び図２に示される特徴によって、高い負荷容量で極めてコンパクトな構造形態が得られるという事実から、組み合わせることによる特有の利点が生じる。同一又は類似の部品については、同じ参照符号を使用する。

図２の歯車機構２０１は、駆動軸と一体的に形成されることで、軸方向に細長い形状を有する、駆動要素としてのカムディスク２０を備える。カムディスク２０は、軌道又はピボット軸受軌道とも称される２つのプロファイル２２を備える。このプロファイル２２は、その周囲に亘って半径が変化する。具体的には、プロファイル２２は、いずれの場合にも、凸部とも称される２つの極大点（maxima）と、２つの極小点（minima）とを有する。２つのプロファイル２２は、変化する半径に対して同じ角度位置を有する。

更なる実施形態は、１つの軌道又は１つのプロファイルのみを有する。別の実施形態では、転動体に対し、３つ以上のプロファイル又は軌道を設けることも可能である。

転動体２３は、プロファイル２２上に取り付けられている。転動体２３上には、枢動セグメント２４が取り付けられている。図２の断面図では、１つの枢動セグメント２４のみが図示されている。枢動セグメント２４は、２列の環状の転動体２３上に位置する。

枢動セグメント２４は、枢動セグメント２４の径方向外側にビードを備える。このビードは、２つの歯７の溝に噛み合う。歯７は、歯車機構１の長手方向の軸４１に対する軸方向の位置に関して、転動体２３によって少なくとも実質的に中央に取り付けられている。いずれの場合にも１つの歯７は、２つの転動体２３のうちの１つによって取り付けられている。このように、枢動セグメント２４によって継続的な力の伝達が実現される。更に、針状ころとして設計された転動体２３は、略中央に荷重がかけられる。さらに、転動体２３自体の構造上の長さは、この手段によって短くすることができ、動きの安定性を高めることができる。

プロファイル２２を区切るため、カムディスク２０はリブ３２、３４及び３６を有する。リブ３４は、転動体２３の間の中央に位置するのに対して、２つのリブ３２及び３６は、いずれの場合にも軸方向外側への転動体２３の動きの自由を制限する。枢動セグメント２４は、いずれの場合にもリブ３２及び３６で支持可能なリブ支持面３３及び３７を有する。更なる実施形態において、枢動セグメントは、中央リブで支持される。このようにして、枢動セグメント２４の動きの滑らかさが高められている。

歯７は、歯車機構１のハウジング４２と一体的に形成された共通の歯部５に噛み合う。このように、歯部を有する内歯車がハウジング内で一体的に形成されることにより、コンパクトな設計及び単純生産を目的として、個々の部品を省略可能である。更なる実施形態では、内歯車とハウジングとが別々に形成される。

歯７は、歯キャリヤの第２の歯キャリヤ部品４４において、径方向に方向付けられた案内部に受け入れられている。歯キャリヤは更に、ねじ状の接続手段４８によって第２の歯キャリヤ部品４４に接続されている第１の歯キャリヤ部品４５を備える。多数の接続手段４８が、歯キャリヤの周囲に亘って設けられ、図２の例示の実施形態では、合計６つ設けられている。

更なる実施形態では、異なる数の接続手段を設けることも可能であり、奇数個設けることも可能である。接続手段は、歯キャリヤの周囲に均一に分配されてもよいが、例えば２つの歯キャリヤ部品をある特定の角度位置のみで連結可能にするために、異なる角度間隔を設けることも可能である。例示の図２の実施形態において、歯キャリヤの歯キャリヤ部品を互いにある特定の相対的な角度位置のみで組み立て直せるようにするため、接続手段の間の角度は均一でない。更なる実施形態において、溝、ピン、又は他の輪郭を設けることも可能であるし、又はある特定の角度位置のみで組み立て直すことを許す若しくは可能にするためのマーキングが設けられてもよい。このように、歯キャリヤの機械加工はワンチャックで可能である。加工後、歯キャリヤ部品は互いに取り外され、歯車機構において再び互いに接続される。

ハウジング４２に歯キャリヤを取り付けるため、歯車機構１の長手方向の軸４１に対して６０°の角度で取り付けられた転動体５０が設けられる。ここで、転動体５０の角度位置は、ハウジング４２に歯キャリヤを確実に取り付けることを実現するため、歯車機構１の軸方向断面に対して鏡対称である。更なる実施形態では、軸方向の力を与えるのか、どの程度の軸方向の力を与えるのかによって、６０°よりも大きい又は小さい角度も用いられる。

転動体５０は、いずれの場合にも第１の歯キャリヤ部品４４及び第２の歯キャリヤ部品４５の歯キャリヤ支持面５４及び５５に直接取り付けられている。ハウジング側では、転動体５０は、ハウジング４２のハウジング支持面（housing bearing surfaces）５８に取り付けられている。したがい、転動体５０は、いずれの場合にも歯キャリヤ支持面（tooth carrier bearing surfaces）５４及び５５上、並びにハウジング支持面５８上で回転する。このように、構造空間を殆ど占めないコンパクトな一体化された軸受部（integral bearing arrangement）が実現される。

さらに、図２の例示の実施形態では、駆動軸受は一体化された軸受としても形成されている。歯キャリヤ又は図２の実施形態の第２の歯キャリヤ部品４４は、ローラーとして形成されている駆動軸受転動体６２が直接転動する駆動軸受面６０を有する。カムディスク上には、同様に駆動軸受転動体６２と直接作用する駆動軸受面６４が更に形成されている。このように、駆動軸受転動体は、カムディスク２０上で直接転動する。このようにして、コンパクトな構造形態を目的として一体化された軸受が作り出される。

第２の歯キャリヤ部品４４の駆動軸受面６０は、出力部側のランオンフランジ６６の一部であり、出力部側方向の枢動セグメント２４のたわみを防止する。ランオンフランジ６６と第２の歯キャリヤ部品４４との一体的な設計によって、コンパクトな構造形態及び高い剛性が達成される。

第１の歯キャリヤ部品４５も同様に、反対方向の枢動セグメント２４のたわみを防止する更なるランオンフランジ６８を有する。

通常は、出力部の反対側、つまり駆動軸受の反対側に、駆動軸と一体的に形成されたカムディスク２０に対して、更なる軸受が設けられる。しかしながら、前記更なる軸受は、図２に示された領域の外側に位置する。駆動部側には、ある状況下で、径方向に比較的大きな構造空間を利用できるので、駆動部側軸受は、場合によって独立した滑走面を有する軸受として設計可能である。更なる実施形態では、駆動軸受は、一体化された軸受として形成されてもよい。

Claims (12)

1. 内側に向いた歯部（５）を有する内歯車（３）と、
   前記内歯車に対して同軸上に配置され、前記歯部（５）と噛み合うための多数の歯（７）が収容された歯キャリヤ（１１）であって、前記歯（７）が前記歯キャリヤ（１１）において径方向に移動可能に取り付けられた前記歯キャリヤ（１１）と、
   前記径方向に移動可能に取り付けられた歯（７）を径方向に駆動するためのプロファイル（２２）を有する駆動要素（２０）であって、前記プロファイル（２２）がその周囲に少なくとも２つの凸部を有する前記駆動要素（２０）と、
   前記プロファイル（２２）上に配置された転動体（２３）と、
   前記歯（７）を取り付けるための多数の枢動セグメント（２４）であって、前記複数の転動体（２３）上に配置された前記枢動セグメント（２４）と、を備え、
   前記駆動要素（２０）による駆動部と前記歯キャリヤ（１１）による出力部との間に正の速度伝達比を有するように構成される、
   ことを特徴とする同軸歯車機構である歯車機構（１、２０１）。
2. 前記歯（７）の前記歯キャリヤの歯ピッチ角度が、前記内歯車（３）の歯部（５）の内歯における内歯車の歯ピッチ角度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の歯車機構（１）。
3. 前記歯キャリヤ（１１）において、前記歯キャリヤの歯ピッチ角度によって予め規定された位置の少なくとも１つおきの位置にのみ前記歯（７）が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の歯車機構（１）。
4. 前記歯（７）の数が下記の式に従い計算されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の歯車機構（１）。
   ここで、Ｚｚは前記歯キャリヤ（１１）における歯（７）の数であり、Ｚ_Ｉは前記内歯車（３）の内歯の数であり、Ｅは前記駆動要素の前記プロファイル（２２）の凸部の数であり、ＰＦは整数の位置因子である。
5. 前記歯（７）の数が、前記内歯車（３）の歯部（５）の内歯の数の２分の１よりも、少なくとも又はちょうど１だけ大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の歯車機構（１）。
6. 前記転動体（２３）が、カムディスクの回転方向に並列された少なくとも２列の転動体の列を成して前記プロファイル（２２）上に配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の歯車機構（１）。
7. 前記プロファイル（２２）が、少なくとも部分的に環状である中央リブ（３４）で分割される、少なくとも２つの並列された滑走面を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の歯車機構（１）。
8. 前記歯（７）がそれぞれ単体として形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の歯車機構（１）。
9. 前記歯キャリヤ（１１）において前記歯（７）を案内するための力が、一部同様の構造であり負の速度伝達比を有する歯車装置に比べて、少なくとも１０％低下することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の歯車機構（１）。
10. 前記歯部（５）の内歯及び前記歯（７）のそれぞれが、断面において、いずれの場合にも湾曲したフランク面を有し、頂部が平面で切断されたピラミッド又はピラミッドに相当する形状の歯先を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の歯車機構（１）。
11. 前記歯部（５）の内歯及び前記歯（７）がそれぞれ、歯先に半径を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の歯車機構（１）。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の歯車機構（１）の製造方法。