特表 2022-550080 はめば歯車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-30

(54)【発明の名称】はめば歯車

(51)【国際特許分類】

   F16H 55/12 20060101AFI20221122BHJP

   F16H 1/12 20060101ALI20221122BHJP

【ＦＩ】

F16H55/12 Z

F16H1/12

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022519196

(86)(22)【出願日】2020-09-25

(85)【翻訳文提出日】2022-04-27

(86)【国際出願番号】 EP2020076975

(87)【国際公開番号】W WO2021058780

(87)【国際公開日】2021-04-01

(31)【優先権主張番号】1913978.1

(32)【優先日】2019-09-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515134368

【氏名又は名称】オカド・イノベーション・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100199565

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100212705

【弁理士】

【氏名又は名称】矢頭 尚之

(74)【代理人】

【識別番号】100219542

【弁理士】

【氏名又は名称】大宅 郁治

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】ジョウ、ヨンジー

(72)【発明者】

【氏名】ザミット、ジョセフ

(72)【発明者】

【氏名】クラーク、ショーン

(72)【発明者】

【氏名】トーマス、ベン

(72)【発明者】

【氏名】シャープ、デイビッド

(72)【発明者】

【氏名】ジェルヤボフスキー、セルゲイ

(72)【発明者】

【氏名】ターナー、クリス

【テーマコード（参考）】

3J009

3J030

【Ｆターム（参考）】

3J009EA15

3J009EB15

3J009FA30

3J030BA01

3J030BB11

3J030BD09

(57)【要約】

本発明は、垂直に動作するときにはめば歯車の噛み合いを強化することができる改良されたはめば歯車を提供する。一般的に言えば、本発明は、はめば歯車の垂直な係合を可能にすると同時にそのようなはめば歯車の並進を可能にするために、特定の寸法及び歯形を有する多重はめば歯車設計を導入する。この目的のために、本発明は、複数の歯を備える第１のはめば歯車部分と、第１のはめば歯車部分と同じ数の歯を備える第２のはめば歯車部分とを備えるはめば歯車を提供する。第２のはめば歯車部分は、第１のはめば歯車部分から軸方向に離間して配置され、第２のはめば歯車部分は、第１のはめば歯車部分と実質的に同じ円形ピッチを有し、第２のはめば歯車部分の各歯は、第１のはめば歯車部分に対して円形ピッチの半分だけ回転方向にオフセットされ、第１のはめば歯車部の歯幅は、第１のはめば歯車部分の円形ピッチの実質的に半分であり、第２のはめば歯車部分の歯幅は、第２のはめば歯車部分の円形ピッチの実質的に半分である。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

はめば歯車であって、
複数の歯を備える第１のはめば歯車部分と、
前記第１のはめば歯車部分と同じ数の歯を備える第２のはめば歯車部分とを備え、
前記第２のはめば歯車部分は、前記第１のはめば歯車部分から軸方向に離間して配置され、
前記第２のはめば歯車部分は、前記第１のはめば歯車部分と実質的に同じ円形ピッチを有し、
前記第２のはめば歯車部分の各歯は、前記第１のはめば歯車部分に対して前記円形ピッチの半分だけ回転方向にオフセットされ、
前記第１のはめば歯車部分の歯幅は、前記第１のはめば歯車部分の円形ピッチの実質的に半分であり、前記第２のはめば歯車部分の歯幅は、前記第２のはめば歯車部分の円形ピッチの実質的に半分である、はめば歯車。

【請求項2】

前記第２のはめば歯車部分と同じ歯数を備える第３のはめば歯車部分をさらに備え、
前記第３のはめば歯車部分は、前記第２のはめば歯車部分から軸方向に離間して配置され、
前記第３のはめば歯車部分は、前記第２のはめば歯車部分と実質的に同じ円形ピッチを有し、
前記第３のはめば歯車部分の各歯は、前記第２のはめば歯車部分に対して前記円形ピッチの半分だけ回転方向にオフセットされ、
前記第３のはめば歯車部分の歯幅は、前記第３のはめば歯車部分の円形ピッチの実質的に半分であることを特徴とする、請求項１に記載のはめば歯車。

【請求項3】

前記第３のはめば歯車部分と同じ歯数を備える第４のはめば歯車部分をさらに備え、
前記第４のはめば歯車部分は、前記第３のはめば歯車部分から軸方向に離間して配置され、
前記第４のはめば歯車部分は、前記第３のはめば歯車部分と実質的に同じ円形ピッチを有し、
前記第４のはめば歯車部分の各歯は、前記第３のはめば歯車部分に対して前記円形ピッチの半分だけ回転方向にオフセットされ、
前記第４のはめば歯車部分の歯幅は、前記第４のはめば歯車部分の円形ピッチの実質的に半分であることを特徴とする、請求項２に記載のはめば歯車。

【請求項4】

前記第４のはめば歯車部分と同じ歯数を有する第５のはめば歯車部分をさらに備え、
前記第５のはめば歯車部分は、前記第４のはめば歯車部分から軸方向に離間して配置され、
前記第５のはめば歯車部分は、前記第４のはめば歯車部分と実質的に同じ円形ピッチを有し、
前記第５のはめば歯車部分の各歯は、前記第４のはめば歯車部分に対して前記円形ピッチの半分だけ回転方向にオフセットされ、
前記第５のはめば歯車部分の歯幅は、前記第５のはめば歯車部分の円形ピッチの実質的に半分であることを特徴とする、請求項３に記載のはめば歯車。

【請求項5】

各歯が、軸方向に見たときにインボリュート歯車輪郭を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のはめば歯車。

【請求項6】

各歯が、半径方向に見たときに歯末のたけにおいて逃げを有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のはめば歯車。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載のはめば歯車と共に使用するためのラックであって、
複数の歯を備える第１の部分と、
前記第１の部分と同じ数の歯を備える第２の部分とを備え、
前記第２の部分は、前記第１の部分から横方向に離間して配置され、
前記第２の部分の各歯は、前記第１の部分に対して実質的にピッチの半分だけ長手方向にオフセットされ、
前記第１部分の歯幅は、前記第１部分のピッチの実質的に半分であり、前記第２部分の歯幅は、前記第２部分のピッチの実質的に半分である、ラック。

【請求項8】

再構成可能な物理トポロジーを有するクラスタ内の少なくとも１つの他の搬送装置と協働するように配置された搬送装置であって、
物品収容空間と、
前記少なくとも１つの他の搬送装置との相互作用によって前記クラスタ内で前記搬送装置の再配置を可能にするように配置された再配置ユニットとを備え、
前記再配置ユニットは、請求項１から７のうちのいずれか一項に記載にしたがう、搬送装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０１９年２月２７日に出願された英国特許出願番号GB1913978.1号からの優先権を主張し、本出願のすべての内容は、参照によってここに組み込まれている。

【0002】

本発明は、一般に機械の分野に関し、より詳細には、２次元の噛み合いを可能にする特定のはめば歯車に関する。

【背景技術】

【0003】

はめば歯車（歯車とも呼ばれる）は、様々な目的のために機械の分野で一般に使用されている。しかしながら、基本的に、はめば歯車は、トルクを様々な方向に伝達するために使用される。はめば歯車は、別の歯付き部品（別のはめば歯車又はラックと呼ばれる直線状の歯付き部品など）と噛み合う歯（はめばとも呼ばれる）を含む。そのような装置は、動力源の速度、トルク及び／又は方向を変更するために使用されてもよい。はめば歯車がラックと共に使用されるとき、回転ではなく並進が生成される。

【0004】

特に興味深いケースは、第１の軸から第１の軸に垂直な第２の軸への動力の変換である。はめば歯車が並進する必要がない静的な場合には、ウォーム駆動及びベベル駆動が、９０度にわたって動力を伝達するために一般に使用される。しかしながら、そのような装置は、はめば歯車が別の歯付き部品と係合したままで並進する必要がある場合、動作することができない。

【0005】

この問題を解決する１つの方法は、図１に示すようなはすば歯車を使用することである。図１において、第１のはすば歯車１１は第２のはすば歯車１２と噛み合っている。この点に関して、第２のはすば歯車１２が移動するのを防止するために制動されるときに、第１のはすば歯車１１は回転することができ、回転を使用してそれ自体を特定の方向に推進することができる。このようにして、第２のはすば歯車１２を含む対応する軌道は、第１の歯車１１の並進を容易にすることができる。はすば歯車では、歯すじが傾斜しており、これにより、平歯車よりも歯すじが強くなり、平歯車よりも噛み合い比が高いので雑音が小さくなる。動力伝達には、通常、はすば歯車が使用される。

【0006】

しかしながら、第２のはすば歯車１２上で回転する第１のはすば歯車１１の効果が第２のはすば歯車１２上に軸方向の力をもたらすので、はすば歯車の使用は不利である。このような軸方向の力は、設計の複雑さを増すスラスト軸受の使用を必要とする。さらに、軸方向の力は、はめば歯車が上方及び横断方向の両方に移動しようとすることを意味する。１つの解決策は、第１のはすば歯車１１を時計回り方向に回転させる一方で、第２のはすば歯車１２を反時計回り方向に回転させ、それによって望ましくない力を相殺することである。

【0007】

しかしながら、この解決策は、はめば歯車の回転方向に一致させるために特定の歯パターンのラック、すなわち時計回り又は反時計回りのラックの使用を必要とする。これは、力のバランスが１つの移動方向においてのみ可能であることを意味する。

【0008】

図２に示されるように、複数のはすば歯車を備える装置３０は、ラック３３上に設けられ、１つ以上のはすば歯車の回転によってラック３３を横切って並進するように配置される。この例では、装置３０は、第１のはすば歯車３１及び第２のはすば歯車３２を備えている。第１及び第２のはすば歯車３１及び３２は、反対の回転方向であることに留意されたい。しかしながら、ラック３３は、いずれかのホイールがその面上の任意の点で回転し、並進をもたらすことを可能にするように設けられる。見て分かるように、この特徴は、ラックに時計回り及び反時計回りの両方のらせんのための切り込みを設けることを必要とするが、余分な切り込みは、はめば歯車３１とラック３３との間の接触面積を減少させ、それによって力の伝達を減少させる。特に、ラック３３の間隙は、各はすば歯車３１とラック３３との間の低い接触領域を強調する。

【0009】

これは、ラック３３との十分な接触を維持するために、装置３０上のはすば歯車の配置を制限し、そのような装置３０の設計において望ましくない妥協をもたらす。

【0010】

したがって、はめば歯車とラック／他のはめば歯車との間の改善された係合機構が必要とされている。

【発明の概要】

【0011】

既知のはめば歯車設計における問題を考慮して、本発明は、垂直に動作するときにはめば歯車の向上した噛み合いを可能にする改良されたはめば歯車を提供することを目的とする。

【0012】

一般的に言えば、本発明は、はめば歯車の垂直な係合を可能にすると同時にそのようなはめば歯車の並進を可能にするために、特定の寸法及び歯形を有する多重はめば歯車設計を導入する。

【0013】

本発明によれば、複数の歯を備える第１のはめば歯車部分と、第１のはめば歯車部分と同じ数の歯を備える第２のはめば歯車部分とを備えるはめば歯車が提供される。第２のはめば歯車部分は、第１のはめば歯車部分から軸方向に離間して配置され、第２のはめば歯車部分は、第１のはめば歯車部分と実質的に同じ円形ピッチを有し、第２のはめば歯車部分の各歯は、第１のはめば歯車部分に対して円形ピッチの半分だけ回転方向にオフセットされ、第１のはめば歯車部分の歯幅は、第１のはめば歯車部分の円形ピッチの実質的に半分であり、第２のはめば歯車部分の歯幅は、第２のはめば歯車部分の円形ピッチの実質的に半分である。

【0014】

本発明はさらに、前述のはめば歯車と共に使用するためのラックを提供し、ラックは、複数の歯を備える第１の部分と、第１のはめば歯車部分と同じ数の歯を備える第２の部分とを備える。第２の部分は、第１の部分から横方向に離間して配置され、第２の部分の各歯は、第１の部分に対して実質的にピッチの半分だけ長手方向にオフセットされ、第１の部分の歯幅は、第１の部分のピッチの実質的に半分であり、第２の部分の歯幅は、第２の部分のピッチの実質的に半分である。

【0015】

本発明はさらに、再構成可能な物理トポロジを有するクラスタ内の少なくとも１つの他の搬送装置と協働するように構成された搬送装置であって、物品収容空間と、少なくとも１つの他の搬送装置との相互作用によってクラスタ内で搬送装置の再配置を可能にするように構成された再配置ユニットとを備える搬送装置を提供する。再配置ユニットは、前述のようなはめば歯車である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

次に、本発明の実施形態が、添付図面を参照して、例としてのみ説明され、それにおいて、同様の参照番号は、同じ又は対応する部分を指し示す。

【図1】図１は、既知のシステムによる２つのはすば歯車の垂直係合のダイヤグラムである。

【図2】図２は、ラック上の装置の並進を可能にするためのラック上のはすば歯車の使用を示すダイヤグラムである。

【図3】図３は、はめば歯車形成の原理を理解するのに有用な標準的用語のダイヤグラムである。

【図4】図４は、本発明の第１の実施形態によるはめば歯車のダイヤグラムである。

【図5】図５は、本発明の第１の実施形態によるはめば歯車の軸方向図を、歯形の詳細な画像と共に示すダイヤグラムである。

【図6】図６は、本発明の第１の実施形態によるはめば歯車の半径方向図を、歯形の詳細な画像と共に示すダイヤグラムである。

【図7】図７は、本発明の第１の実施形態による修正されたはめば歯車のダイヤグラムである。

【図8】図８は、本発明の第１の実施形態による２つのはめば歯車の噛み合いのダイヤグラムである。

【図9】図９は、第２のはめば歯車と噛み合う第１のはめば歯車の軸方向図を示すダイヤグラムであり、各はめば歯車は、本発明の第１の実施形態によるものである。

【図10】図１０は、第２のはめば歯車と噛み合う第１のはめば歯車の半径方向図を示すダイヤグラムであり、各はめば歯車は本発明の第１の実施形態によるものである。

【図11】図１１は、本発明の第１の実施形態によるラックを示すダイヤグラムである。

【図12】図１２は、本発明の第１の実施形態によるラック及びはめば歯車を備える搬送装置を示す。

【図13】図１３は、本発明の第１の実施形態によるはめば歯車とその駆動配置とを備える搬送装置の面を示す。

【図14】図１４は、本発明の第１の実施形態によるはめば歯車を備える搬送装置の断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

第１の実施形態
図３は、標準的な平歯車、すなわちストレートカットはめば歯車の例示的な断面を示す。関連する用語について簡単な説明が提供されるが、はめば歯車の他の特定の寸法に関連する他の多くの用語が当技術分野には存在する。

【0018】

図３を参照すると、はめば歯車１０は、以下のように定義される様々な寸法で印付けて示される。

【0019】

歯の数、Ｎ
歯車が歯をいくつの有するか、整数。

【0020】

接触の経路
経路の後に２つの噛み合う歯車の歯の間の接触点が続く。

【0021】

作用線、圧力線
２つの噛み合う歯車の歯の間の力が方向付けられる線。
それは、力ベクトルと同じ方向を有する。
一般に、作用線は、一対の歯の係合期間中に時々刻々と変化する。
しかし、インボリュート歯車の場合、歯から歯への力は常に同じ線に沿って方向付けられ、すなわち、作用線は一定である。
これは、インボリュート歯車の場合、接触経路も直線であり、実際の場合と同様に作用線と一致することを意味する。

【0022】

軸
歯車の回転軸；シャフトの中心線。

【0023】

ピッチ点
作用線が２つの歯車軸を結ぶ線と交差する点。

【0024】

ピッチ円、ピッチ線
軸を中心とし、軸に垂直であり、ピッチ点を通過する円。円弧歯厚、圧力角及びらせん角が規定される歯車上の予め定められた直径位置。
（動作する）ピッチ円は、回転のピッチ面と回転平面との交差曲線である。噛み合う歯車のピッチ円と滑りなく転動するのはこの仮想円である。これらは噛み合う歯車の輪郭である。多くの重要な測定が、この円上で及びこの円から行われる。

【0025】

歯末のたけ、a
ピッチ面から歯の最外点までの半径方向距離。
a=(Do－D)/2

【0026】

歯元のたけ、b
歯の深さからピッチ面までの半径方向距離。
b=(D－谷径)/2

【0027】

円形ピッチ、p
ピッチ円に沿って測定された、歯の１つの面から同じ歯車上の隣接する歯の対応する面までの距離。

【0028】

モジュール又はモジュラス、m
無理数を用いて円形ピッチを計算することは実際的ではないので、機械技術者は通常、代わりにそれを正則値で置き換えるスケーリング係数を使用する。
これは、歯車のモジュール又はモジュラスとして知られており、単に次のように定義される。
m=p/π

【0029】

モジュラスはまた、歯の数N及びはめば歯車の（ピッチ円に対応する）ピッチ直径dに関して表されてもよい。特に以下の通りである。
m = d / N

【0030】

圧力角、θ
歯が互いに力を及ぼす方向と２つの歯車の中心を結ぶ線との間の角度の補数である。
インボリュート歯車について、歯は常に作用線に沿って力を及ぼし、作用線はインボリュート歯車について、直線であり、したがって、インボリュート歯車について、圧力角は一定である。

【0031】

谷径
歯の基部で測定された歯車の直径。

【0032】

基礎円
インボリュート歯車では、歯形は基礎円のインボリュートによって生成される。
基礎円の半径は、ピッチ円の半径よりも幾分小さい。

【0033】

円弧歯厚
指定された基準円上の、歯車の歯の２つの側面の間の弧の長さ。

【0034】

歯幅
歯車の歯幅は、軸方向平面における歯の長さである。
二重らせんについては、間隙を含まない。

【0035】

ピッチ
ピッチは、１つの歯上の点と、隣接する歯上の対応する点との間の距離である。これは、横断方向、法線方向、又は軸方向の、線又は曲線に沿って測定される寸法である。制限なしに単一の単語ピッチを使用することは、曖昧である可能性があり、この理由のために、横方向円形ピッチ、標準ベースピッチ、軸方向ピッチなどの特定の指定を使用することが好ましい。

【0036】

歯底
歯底は、フィレット（fillet）に隣接する歯車の歯の空間の底部における表面である。

【0037】

歯先
歯先は、歯車の歯の頂部の（時には平坦な）表面である。

【0038】

クリアランス
歯車の歯元円とその対になる歯先円との間の距離。

【0039】

図４は、本発明の第１の実施形態によるはめば歯車４を示す。はめば歯車４は、同様の設計の他のはめば歯車４と共に使用するように設計されており、その結果、はめば歯車の軸が互いに垂直に配置されたときに効果的な噛み合いが達成される。このようにして、はめば歯車は、並進を可能にするように、他のはめば歯車の表面をラックとして有効に使用して互いにわたって並進することができる。さらに、はめば歯車４は、ラックと共に使用するために設計され、長手方向又は横方向、すなわち互いに垂直な方向のいずれかにおいてラックの表面にわたるはめば歯車の並進を可能にする。

【0040】

これを達成するために、はめば歯車４は、第１のはめば歯車部分４１及び第２のはめば歯車部分４２を備える。各はめば歯車部分は、はめば歯車上に通常見られる特徴、すなわち、一貫した歯形の等間隔の歯で形成される。これに関して、各はめば歯車部分は実質的に同一であるが、はめば歯車部分の方向は他のはめば歯車部分に対して異なる。

【0041】

図４は２つのはめば歯車部分を示しているが、２つより多いはめば歯車部分が単一のはめば歯車４に形成されてもよいことが想定される。例えば、後述するように、５つの歯車部分を一緒に形成して特定の利点を提供することができる。

【0042】

より詳細には、第１歯車部分４１と第２歯車部分４２とが一体的に形成されていてもよい。その機能を達成するために、第２のはめば歯車部分４２の配置は、第１のはめば歯車部分４１に対して注意深く選ばれる。第２のはめば歯車部分４２及び第１のはめば歯車部分４１は、同軸上で回転するように軸方向に取り付けられる。さらに、第２歯車部分４２は、第１歯車部分４１から軸方向に離間して配置されている。はめば歯車部分は、図４に示すように、軸方向に互いに直接隣接して配置することができる。

【0043】

特に、第２のはめば歯車部分４２は、第１のはめば歯車部分４１に軸方向に隣接して配置される。さらに、第２のはめば歯車部分４２は、軸方向に見たときに第１のはめば歯車部分４１の歯末のたけが第２のはめば歯車部分４２の歯元のたけと実質的に位置合わせされるように、共通軸を中心としてさらに回転される。図４に示すように、第２のはめば歯車部分４２の各歯は、第１のはめば歯車部分４１に対して歯の半分だけ回転方向にオフセットされており、これにより、第２のはめば歯車（図示せず）が第１のはめば歯車４の回転方向に対して垂直に並進することが可能になる。このようにして、第１のはめば歯車４は、それを垂直に横切って（すなわち、第１のはめば歯車４の軸方向に）移動する第２のはめば歯車（図示せず）のためのラックを模倣するように設定されてもよい。

【0044】

図４に見られるように、第１のはめば歯車部分４１及び第２のはめば歯車部分４２は、それらのそれぞれの部分上に同じ数の歯を有する。さらに、各歯車部分は、実質的に同じ直径である。したがって、円形ピッチは歯車部間で実質的に同じである。

【0045】

第１のはめば歯車部分４１に対する第２のはめば歯車部分４２の回転オフセットに関して、このオフセットは、第２のはめば歯車部分４２の歯が第１のはめば歯車部分４１の歯と正確に位置ずれするように配置される。換言すれば、第２のはめば歯車部分４２の歯は、円形ピッチの半分に実質的に等しい距離だけ第１のはめば歯車部分４１に対して回転方向にオフセットして配置される。このようにして、第２のはめば歯車部分４２の各歯の歯先の中央は、第１のはめば歯車部分４１の各歯底の中央と位置合わせされる。

【0046】

また、第１歯車部分４１及び第２歯車部分４２のそれぞれの歯幅は、実質的に等しく、本発明の第１の実施形態による２つの歯車４が垂直に噛み合うことを可能にする距離であるように選択される。これを達成するために、各はめば歯車部分の歯幅は、円形ピッチの半分に等しくなるように選択される。前述したように、歯車部分の各々は、実質的に同じ円形ピッチを有するように選択される。別の方法で表現すると、各歯の歯幅は、πを乗じたモジュラスの半分に実質的に等しい。

【0047】

先の定義で説明したように、円弧歯厚は、歯のエッジ間の弧長である。等間隔の歯の場合、円弧歯厚は円形のピッチの半分に等しい。したがって、はめば歯車部分上の各歯の歯幅は、円弧歯厚に実質的に等しいと予想され、すなわち、各歯は、（軸方向に見たときに）その深さと実質的に同じ幅である。

【0048】

図５は、軸方向におけるはめば歯車４の図を示す。示されるように、第１のはめば歯車部分４１と第２のはめば歯車部分４２とは、歯の頂部が歯底の中間と一致するように、又はその逆となるように位置合わせされる。このようにして、歯の側面は、９０度で噛み合う２つの平歯車の場合、並びにラック及びピニオンシステムの場合と同様に、摺動することなく軸方向負荷に対処することができる。

【0049】

図５はまた、はめば歯車４の歯の軸方向からの歯形をより詳細に示している。特に、インボリュート歯形が、はめば歯車４の機能に最も有益であることが分かった。このようにして、はめば歯車４の挙動は、ラックアンドピニオンシステムの挙動を最もよく模倣する。図５に見られるように、半径方向に配置された歯は、それぞれインボリュート歯車輪郭である。インボリュート方程式は次のように定義され：
ｘ＝a(cos(t)＋t*sin(t))
ｙ＝a(sin(t)－t*cos(t))
円中心（０,０）及び半径aで、曲線は（a,０）で始まる。

【0050】

図５に示すように、各歯は、図５に示すはめば歯車上で動作するときに、対応するはめば歯車の滑らかな動きを向上させるために、ルートクリアランス４１１を特徴とすることができる。

【0051】

図６は、半径方向におけるはめば歯車４の図を示している。さらに、歯形の図も示されている。見て分かるように、この図からの歯形は、図５に示されるものとは異なる。したがって、はめば歯車４は、軸方向歯形と半径方向歯形との間に非対称性を含む。特に、軸方向に選ばれた歯形は、軸に垂直な方向に効果的な係合を可能にするように選ばれる。

【0052】

より具体的には、はめば歯車４を半径方向に見たときに見られる歯形は、はめば歯車を軸方向に見たときに使用されるインボリュート輪郭とは異なるように選択された。図６に示される歯形は、輪郭が実質的に矩形である（軸方向にはめば歯車４を見たときに見られるインボリュート形状とは異なる）。さらに、ルートクリアランスは図６の方向には提供されない。代わりに、歯車４を軸方向に見たときに存在する歯元のたけによって提供されるルートクリアランスは、追加の／より伝統的なルートクリアランスを形成する必要なしに、９０度で噛み合う歯車４の滑らかな動きを可能にするのに十分である。このようにして、歯は、歯を横切って移動する第２のはめば歯車が滑らかな動きを経験するように、従来のラック及びピニオンシステムの輪郭を厳密に模倣する。軸方向にさらなるルートクリアランスを必要としないことによって、歯間の接触面積が最大化される。

【0053】

はめば歯車４を半径方向に見たときに各歯形の先端に向かってクリアランス４１２（レリーフとしても知られる）を設けることによって、改善された性能が達成できることがさらに見出された。特に、各歯の先細先端は、９０度で噛み合うはめば歯車からの歯の係合を容易にすることが分かった。これについて、第１のはめば歯車と直交する第２のはめば歯車４がスムーズに転動するように、各歯の歯末のたけは、ラックに類似して形成されている。このようにして、歯形は、典型的に提供される半円形のルートクリアランスのないインボリュートラック輪郭のものに似ている（適切なルートクリアランスが垂直軸において既に提供されているため）。

【0054】

このようにして、ラック上で回転するはめば歯車４と、第２のはめば歯車４が第１のはめば歯車４に対して軸方向に垂直に回転するときとの両方で、連続的な接触及び力の伝達が首尾よく提供される。

【0055】

第１の実施形態のはめば歯車４は、はすば歯車と比較して大幅に改善された性能を提供することが分かった。特に、歯車４は、移動方向以外の方向に存在する望ましくない力を受けない。さらに、ラックと共に使用されるとき、使用されるラックは、図２に示されるような大きな間隙を受けない。

【0056】

第１の実施形態によるはめば歯車４は、別のはめば歯車４によって垂直方向に横断されるとき、いかなる回転力も受けず、すなわち、その円周に対して接線方向に力を受けない。これにより、望ましくない力に対抗する際の複雑さが除去される。

【0057】

任意選択で、半径方向にはめば歯車を見たときに、各歯の根元でフィレットのサイズを大きくすることができる。このようにして、歯形４１３の比較的急峻な下側部分は、その根元において平滑化されてもよい。これにより、接触面積が増大し、力の伝達が改善される。

【0058】

図７は、２つより多くのはめば歯車部分を含むはめば歯車４の例を示す。特に、図７に示されるはめば歯車４は、ラック又は同等のはめば歯車４と噛み合うときに改善された力伝達を提供する５つのはめば歯車部分４１から４５を備える。先に説明したように、各はめば歯車部分４１－４５は同一数の歯を含み、各々は実質的に同じ直径であり、それによって実質的に同様の円形ピッチがもたらされる。図４に示されるはめば歯車４と同様に、各はめば歯車部分は、それに先行するはめば歯車部分に対して回転軸において、すなわち円形ピッチの半分だけオフセットされる。例えば、第２のはめば歯車部分４２は、第１のはめば歯車部分４１と比較して回転方向に円形ピッチの半分だけオフセットして配置されている。同様に、第３のはめば歯車部分４３は、第２のはめば歯車部分４２と比較して回転方向に円形ピッチの半分だけオフセットして配置されている。これにより、第３のはめば歯車部分４３と第１のはめば歯車部分４１とが軸回りに回転可能に位置合わせされる。同様に、第４のはめば歯車部分４４と第２のはめば歯車部分４２も回転方向に位置合わせされる。同様に、第５のはめば歯車部分４５、第１のはめば歯車部分４１、及び第３のはめば歯車部分４３も回転方向に位置合わせされる。

【0059】

また、第１から第５のはめば歯車部分４１から４５のそれぞれの歯幅は実質的に同一であり、軸方向から見たときにはめば歯車４の円形ピッチの半分である。このようにして、はめば歯車４は、垂直に回転するはめば歯車４による効率的な横断のために軸方向に同等のラックを提供するように配置される。

【0060】

図８－１０は、本発明の第１の実施形態による、２つのはめば歯車４の想定されるかみ合いのダイヤグラムを提供する。この例では、静止したままである第２の歯車５２の上を回転する第１のはめば歯車５１として説明する。このようにして、第２の歯車５２は、第１のはめば歯車５１が回転するラックを提供する。第１のはめば歯車５１の軸は、その回転の結果として横方向に移動することが予想される。一方、この例では、第２のはめば歯車５２の回転も並進も想定されない。

【0061】

より具体的には、図８は、第２のはめば歯車５２と９０度で噛み合う第１のはめば歯車５１のシナリオを示す。見て分かるように、第１のはめば歯車５１を軸方向に見たときに見られる歯形は、第２のはめば歯車５２を半径方向に見たときに見られる歯形と係合している。したがって、第２のはめば歯車５２の歯形は、標準ラックの歯形に最もよく似ているように構成されており、第１のはめば歯車５１の並進のために用いられている。

【0062】

図９は、第２のはめば歯車５２の回転軸に垂直な第１のはめば歯車５１の回転軸と一致する方向からの噛み合いを示す。図９のダイヤグラムでは、第１のはめば歯車５１はページに対して左から右に移動することができ、一方、第２のはめば歯車５２は静止したままである。見て分かるように、第１のはめば歯車５１のインボリュート歯形（その軸方向に見て）は、第２のはめば歯車５２のより直線的であるがテーパ状の歯末のたけである、歯形（その半径方向に見て）と係合している。

【0063】

図１０は、今度は第１のはめば歯車５１がページの中に又はページから外に、すなわち見る人に向かって又は見る人から離れるように移動するさらなるダイヤグラムを示す。この図では、第２のはめば歯車５２は、そのインボリュート歯形を強調して軸方向に示されている。この例では、第２のはめば歯車５２は静止して保持されているが、各はめば歯車は効果的に交換可能であり、すなわち両方とも前述した適切な軸方向及び半径方向の歯形を有し、次いで第１のはめば歯車５１を静止して保持し、一方で第２のはめば歯車５２を駆動して効果的に並進させることができる。第１の実施形態によるはめば歯車４の特定の利点は、他のはめば歯車４のためのラックを提供するだけでなく、動力を供給され、それによってラック上及び他のはめば歯車４上を並進することもできる静止歯車の能力である。

【0064】

図１１は、本発明の第１の実施形態のはめば歯車４と共に使用するために配置された対応するラック６を示す。この例では、ラックは搬送装置のパネル上に示されており、その使用については後述する。図から分かるように、ラック６は、既存のラックとは異なる歯の特定の配置を有する。これは、歯車４と係合するように設けられている。

【0065】

特に、ラック６は、各々が複数の歯を含む少なくとも２つの部分から形成される。第１の部分及び第２の部分は、互いに隣接して配置される。ピッチは、ラック６上の１つの歯の始まりから次の歯の始まりまでの距離として測定することができる。したがって、ピッチは歯形とくぼみとからなる。第２の部分は、ピッチの半分だけ第１の部分から長手方向にオフセットされる。このようにして、第２の部分における各歯の中央は、第１の部分におけるくぼみの中央と実質的に位置合わせされる。

【0066】

さらに、第１の部分及び第２の部分における歯幅（すなわち、各歯の厚さ）は、実質的に同じである。さらに、第１の部分及び第２の部分の歯幅は、実質的にピッチの半分である。このようにして、はめば歯車４は、妨害されることなくラック６を横切って長手方向又は横方向に移動することができる。

【0067】

ラック６の歯形は、はめば歯車４との動作のために最適化されることができることが想定される。例えば、軸方向から見てはめば歯車４に使用される比較的真っ直ぐな歯形は、ラック６の長手方向軸及び横方向軸の両方に使用することができる。しかしながら、他の歯形が使用されてもよい。例えば、ラック６に使用される歯形は、インボリュート歯形を特徴とするはめば歯車と共に典型的に使用されるラックに見られるものを含むことが想定される。

【0068】

任意選択で、フィレットは、各歯の根元において横方向にサイズが増大されてもよい。このようにして、歯形の比較的急峻な下側部分は、その根元において横方向に平滑化されてもよい。これにより、接触面積が増大し、力の伝達が改善される。

【0069】

図１１に示すラックは、各ラック内に５つの部品、すなわちラック上に横方向に配置された５列の歯を有するものとして示されている。このようにして、図７に示すはめば歯車４をラック上で使用することができる。しかしながら、任意の数の部品が使用されてもよい。歯の複数の列の使用は、ラック上のより広い歯幅を可能にし、より少ない列と比較してより多くの力伝達を可能にするが、全幅は同じである。

【0070】

図１２－図１４は、搬送装置７及び他の搬送装置７のクラスタで動作するように配置されたその構成要素を示す。このような搬送装置の概念は、２０１７年１０月４日に出願され、２０１８年１０月３日にPCT/EP2018/076928（WO2019068775A1として公開）として再出願されたOcado Innovation Limitedの英国特許出願第1716204.1号（それぞれOcado Innovation Limitedの参照番号000113 GB及び000113 WO）に記載されており、これらの出願の両方の内容は参照により本明細書に組み込まれる。要約すると、これらの出願は、再構成可能な物理トポロジーを有するクラスタ内の少なくとも１つの他の搬送装置と協働するように配置された搬送装置７の使用を開示する。搬送装置は、物品収容空間と、少なくとも１つの他の搬送装置との相互作用によってクラスタ内で搬送装置の再配置を可能にするように配置された再配置ユニットとを備える。

【0071】

このような搬送装置７が直面する特定の問題は、搬送装置７のクラスタの周りで搬送装置７を並進させる必要性である。これを達成するために、各搬送装置７は、搬送装置７を並進させる機構を備える４つの能動面を備える。このようにして、各面は、隣接する搬送装置７上の対応する面との相互作用を使用して、３次元での移動を可能にすることができる。これまでの機構の例は、クラスタの搬送装置７を移動させるために電磁石及びこれに類するものを使用する磁気機構が含まれる。しかしながら、これらは制御するのが難しく、比較的高価である。

【0072】

しかしながら、本発明の第１の実施形態のはめば歯車４を本発明の第１の実施形態のラックと共に用いることによって、コスト及び制御に関する従来の問題を排除することができる。

【0073】

図１２に見られるように、搬送装置７の第１の面７１及び第２の面７２が示されている。第１の面７１は、面を横切って水平に配置された２つのラック６を備え、ラック６は、垂直方向で配置されたはめば歯車４のための間隙を有し、すなわち、それらの回転軸が面を横切って水平に延びる。このような面は、クラスタ内の隣接する搬送装置７上に配置される対応する第２の面７２と相互作用する。第２の面７２（図１２に示す搬送装置７上の第１の面７１に対して垂直に設置される）は、面上に垂直に配置された２つのラック６と、回転軸が垂直になるように配置されたはめば歯車４とを備え、したがって、歯車は概ね水平に配置される。第１の面７１と第２の面７２との相互作用は、上述したように、２つのはめば歯車４が互いに９０度で噛み合うことを自然にもたらす。しかしながら、前述したようなはめば歯車４の革新的な設計により、一方のはめば歯車４を静止状態に保持することによって、噛み合うはめば歯車４を静止したはめば歯車４を横切って移動及び並進させ、次いではめば歯車４の両側でラック６と係合させることができる。このようにして、効率的な２次元並進を達成することができる。

【0074】

各歯車部分の直径、その幅、歯数等を考慮することにより、垂直に移動するはめば歯車に対して効率的な噛み合いを行うことができる。はめば歯車４が別のはめば歯車４の上を滑らかに、及びいずれかの側のラックと干渉することなく移動するために、それが移動するはめば歯車４は十分に広くなければならないか、又は移動するはめば歯車４は、移動するはめば歯車４の歯がラック６と接触しないことを確実にするために（より小さい半径を）十分に迅速に湾曲しなければならない。

【0075】

図１３は、搬送装置７の面上の４つのはめば歯車４のための取り付け機構の例を示す。この例では、単一のモータ７３を使用して、軸及びドライブトレインと共にはめば歯車４を駆動して、歯車４のそれぞれに原動力を伝達することができる。各はめば歯車４を別のはめば歯車４又はラック６と接触した状態に保つためにばね張力を使用することによって、はめば歯車４の正確な噛み合いを確実にするために、ばねセクションが（コンプライアント機構又はこれに類するものによって）そのような構造に含まれてもよい。

【0076】

図１４は、単一の搬送装置７において面が別の面とどのように互いにぴったり合うかを示す、搬送装置７内部の断面図を示す。

【0077】

クラスタ内の個々の搬送装置７の制御に関して、面は、搬送装置７及び／又は搬送装置７のスタックと相互作用する。そのような制御ストラテジーは、２０１７年１０月４日に出願され、２０１８年１０月３日にPCT/EP2018/076933（WO2019068778A1として公開）として再出願されたOcado Innovation Limitedの英国特許出願第1716201.7号（それぞれOcado Innovation Limitedの参照番号000164 GB及び000164 WO）において扱われており、これらの出願のすべての内容は参照により本明細書に組み込まれる。この相互参照文献では、搬送装置７は搬送容器と呼ばれ、そのような用語は交換可能に使用されてもよいことが想定される。

【0078】

修正及びバリエーション
本発明の範囲から逸脱することなく、上述の実施形態に多くの修正及びバリエーションを行うことができる。

【0079】

はめば歯車４は、変形に抵抗するのに適した任意の種類の材料で作製することができる。
例えば、はめば歯車４及び／又はラック６は、特定の用途に応じて、プラスチック、金属、木材又は複合材料から作製することができる。１つの特定の例では、歯車４及び／又はラック６は、金属から作製され、次いで磁化されてもよい。このようにして、はめば歯車４とラック６とを互いに引き付けるようにすることができる。このようにして、搬送装置７に適用されたとき、搬送装置７は、ばらばらにならず、磁気引力によるより複雑なホイール設計なしに、滑りのない良好な牽引を提供する。

【0080】

磁気引力の代替として、静電引力が代わりに歯車４及び／又はラック６に適用されることができる。例えば、このアプローチは、プラスチックから形成されたはめば歯車４及び／又はラック６に対して特に良好に機能する。

【0081】

別の例では、はめば歯車４は、通信伝達機構及び／又は電力伝達機構が提供されるように配置されてもよい。このようにして、はめば歯車４の本体内に設けられた電子機器に電力及び／又は通信手段を供給することができる。例えば、（例えば、傾斜センサなどを用いてはめば歯車４の回転を測定するための）感知ユニットをはめば歯車４内に設けることができ、感知ユニットには電力を供給することができ、したがって通信伝達機構及び電力伝達機構によって情報を伝達することもできる。これを達成するために、はめば歯車４に、回転するはめば歯車４から電力／通信を伝達するために少なくとも１つのブラシと接触するスリップリングを設けることができる。

【0082】

図１２は、搬送装置７上に実現された歯車４及びラック６を描いているが、範囲はそのような装置のみに限定されない。特に、はめば歯車４は、搬送装置７の基部に取り付けられてもよく、ラック６は、床及び／又は下にある搬送装置７の上部リップ／縁部に設置されてもよい。このようにして、搬送装置７は、同じZレベル（垂直レベル）上の他の何らかの搬送装置７なしに、X／Y方向に移動させることができる。

【0083】

図１２は、はめば歯車４及びラック６の１つの可能な配置を示すが、他の配置も想定される。例えば、各搬送装置７により多くの歯車４及びラック６を追加してもよい。これにより、隣接する搬送装置７と完全に位置合わせされた位置だけでなく、１つの搬送装置７上への途中及び別の搬送装置上への途中での垂直移動が可能になる。このようにして、異なる寸法の搬送装置７が互いに相互作用することができる。

【0084】

本明細書に記載されるはめば歯車４は、露出される同じ歯形でベルトを形成してもよく、隣接する搬送装置７と相互作用することができてもよい。換言すれば、はめば歯車４のキャタピラ軌道を形成する。これは、搬送装置７間のより大きな接触を提供し、搬送装置７が多くのキャタピラ軌道で覆われる場合、これは、搬送装置７が、ちょうど完全に位置合わせされた位置よりもそれらの隣接するものに対してより多くの位置で移動することを可能にする。

【0085】

前述のはめば歯車４は、各はめば歯車部分４１及び４２上に同じ数の歯を有して示され、歯のモジュールは、はめば歯車部分４１及び４２とラック６との間で同じであり、はめば歯車部分４１及び４２は同じ半径を有し、隣接するはめば歯車部分４１及び４２は回転方向に正確に円形ピッチの半分だけオフセットされ、はめば歯車部分４１及び４２は同じ幅である。これらのパラメータのそれぞれは、例えば、歯の数を変化させることによって修正されてもよく、本明細書に開示される本発明の概念を依然として適用してもよいことが想定される。

【0086】

より具体的には、各はめば歯車部分４１及び４２は異なる数の歯を有してもよく、各はめば歯車部分４１及び４２の歯とラック６の対応する部分とは異なるモジュールであってもよく、はめば歯車部分４１及び４２は同じ半径を有する必要はなく、隣接するはめば歯車部分４１及び４２は回転方向に円形ピッチの半分より大きい又はそれ未満の量だけオフセットされてもよく、歯車部分４１及び４２は同じ幅である必要はない。はめば歯車部分４１及び４２、並びにラック６に作られた面及びレリーフは、十分な力の伝達を可能にしながら、はめば歯車４及びラック６が意図されたように動作するための適切なクリアランスを提供するように適合されてもよい。すべての構成が有効であるとは限らないが、材料最適化の目的のために、又は１つのシステムにおける複数の構成の利点を実現するために、はめば歯車４及びラック６に対するそのような修正は、関連する用途に対して十分な力の伝達が達成可能であるという条件で、有用であることを証明できることが想定される。

【0087】

さらに、はめば歯車部分４１及び４２は、噛み合うように軸方向に正確に隣接して配置される必要はなく、軸方向における歯車部分４１及び４２の他の間隔は、対応するラック６に対する適切な修正を考慮して許容されてもよい。

【0088】

本発明の実施形態の前述の説明は、実例及び説明の目的で提示されている。本開示を開示したまさにその形態に網羅する又は限定することを意図してはいない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、修正及びバリエーションを行うことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【国際調査報告】