JP2003513215A

JP2003513215A - 無限に可変な伝動機構

Info

Publication number: JP2003513215A
Application number: JP2001534955A
Authority: JP
Inventors: ダグラスマギャリ
Original assignee: ダグラスマギャリ
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2003-04-08
Also published as: WO2001033106A1; US6338692B1; MXPA02004323A; AU2298401A; EP1230499A4; US6964630B1; EP1230499A1

Abstract

(57)【要約】１対の略円錐形の回転トルク伝達部材（２０、２２）を備える無限に可変な伝動機構であり、トルク伝達部材の各々は回転を得るためにその幾何学的軸線（８２、８４）上に取付けられている。互いに関連する軸線の角度は可変であり、各部材の外側表面はそのトルク伝達ニードル（８６、８８）が略円錐状表面から外方に延びる。一方部材のニードルはその随伴部材のニードルと噛合い、ニードルは撓み性があるため、ニードルの噛合い係合の領域において摩擦滑動運動が無くても、回転部材によりトルクを伝達することができる。一方部材の他方部材に関連する角度により、広範なトルク伝達比の範囲を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、トルク入力要素からトルク出力要素へ広いトルク比範囲でトルクを
伝達する際に使用する、無限に可変な動力伝達機構に関するものである。

【０００２】

【背景技術】

動力伝達についての無限に可変なトルク比特性は、摩擦ベルトとプーリーとの
配置を利用することで達成することができるが、この配置では、エンドレスベル
トで互いに接続された駆動プーリーと被駆動プーリーとが各プーリーのピッチ径
を調節することで無限に可変なトルク範囲でトルク伝達するようにされており、
被駆動プーリーのピッチ径が減少するにつれて駆動プーリーのピッチ径は増大し
、その逆も当てはまる。この種のベルト駆動の具体例は、米国特許第5,417,621
号および第5,514,047号を参照すれば分かる。駆動部材としての油圧ポンプと被駆動部材としての油圧モータを利用すること
により無限に可変なトルク比特性を供与することも、公知の設計実施例である。
ポンプおよびモータは、油圧流体圧の閉回路に配置されている。ポンプの変位量
を変えることにより、静水伝動の有効速度比は広いトルク比範囲に亘って変動さ
せることができる。多様なタイプの無限に可変な摩擦駆動も公知である。例えば、摩擦円錐部材を
用いることは公知の設計実施例であり、この場合、摩擦円錐部材の相対的位置が
無限に可変なトルク比特性を供与するように調節可能である。摩擦円錐駆動機構
の一例は、米国特許第5,681,235号を参照すれば分かる。無限に可変な伝動が内燃機関と併用されて、車両牽引車輪のような被駆動部材
にトルクを分配する場合には、無限に可変な伝動特性はエンジン速度／トルク特
性に適合させられた結果、可変トルクが作業者により指令として出された時に、
断絶を最小限に抑えた特定燃料消費に一致する速度に対応するエンジンスロット
ル設定でエンジンを作動させることができる。このように、連続して可変である
伝動は全体的なドライブラインの効率を向上させる。

【０００３】

【発明の開示】

本発明は、略円錐形の駆動部材である回転子と、略円錐形の被駆動部材である
回転子とから構成されている無限に可変な駆動機構である。駆動部材および被駆
動部材は回転を得るために、それぞれに、トルク入力シャフト軸とトルク出力シ
ャフト軸に取付けられている。各々がその表面にニードルを保持している。ニー
ドルは互いに噛み合い、それにより、駆動部材と被駆動部材の間のトルク伝達を
可能にしている。本発明は内燃機関を備えているドライブラインで使用することができるが、付
属駆動機構、ウインドウ調節装置、機械機材駆動装置などの他の設計適用例で使
用することもできる。本発明の無限に可変な駆動機構は、回転駆動部材と回転被駆動部材とにより回
転トルク入力シャフトから回転トルク出力シャフトへトルクを伝達する。各シャ
フトは、互いに関して間隔を設けた軸を有している。各部材は略円錐形の表面を
有しており、各々の表面は、その一方の軸端から他方の軸端まで延びる連続して
湾曲したプロファイルを有している。駆動部材および被駆動部材はそれぞれのシ
ャフト軸上で回転する。各部材はその表面に一群のトルク伝達ニードルを有して
いる。駆動部材のニードルは、トルクが両部材間で伝達されるような噛合いの領
域において、被駆動領域のニードルと噛み合う。

【０００４】本発明の回転部材の表面は、厳密に円錐形状であるというよりはむしろ、湾曲
しており、回転の表面として定められている。両表面は互いに係合状態にあり、
その結果、両回転部材の間でトルクが伝達される。他方の部材の回転の軸に対す
る一方の部材の回転の軸の角度は変更可能であり、この結果、一方の部材の表面
上のニードルと他方の部材のニードルとが噛み合う領域の位置を変えることにな
る。回転部材は、これを説明するために、以下、円錐部材と称する。しかし、それ
ぞれの回転の表面が厳密には円錐状ではないことを理解しておくべきである。更
に、各回転部材のプロファイルは湾曲しているが、回転部材は必ずしも半球状で
はない。回転の軸線に沿った多様な位置にある回転の表面の増分領域は、互いに
異なる曲率半径を有していてもよい。

【０００５】例えば、前述の第5,681,235号特許に示されている種類の従来型の円錐駆動機
構とは異なり、本発明の駆動部材と被駆動部材の間の噛合いの領域は、互いに異
なる速度を有している駆動部材と被駆動部材の接触の面積の増分部分によって特
徴付けられる訳ではない。これは、噛合いの領域が駆動部材と被駆動部材の両表
面の間の摩擦接触を特徴としている訳ではないという事実によるものである。そ
の代わり、噛合いの領域は、回転部材の各々の表面に密に形成された互いに噛み
合うニードル要素を特徴としている。ニードル自体は、トルクが一方の円錐部材
から他方の円錐部材に分配されるような噛合いの領域において摩擦係合状態にあ
る。それぞれの回転部材ごとの噛合いの面積の増分部分の差動運動は、互いに噛
合うニードルの撓みにより調整される。このようなニードルの撓みは、伝動の比
の範囲全体に亘って、両部材間に連続して効率良くトルクが伝達されることを許
容することになる。このような撓みは、一方の円錐部材のニードルの、他方の円
錐部材のニードルに対する摩擦滑動運動と一致している。公知の摩擦円錐駆動機構は、通例は、摩擦円錐の両表面間の摩擦接触を伴う。
現実に実施すると、両円錐は１点で係合するわけではない。むしろ、所謂、接触
パッチが両円錐間に確立される。接触パッチにおける摩擦トルクは、各円錐部材
の表面の接線力成分により発生させられる。円錐表面の幾何学的形状のせいで、
接触パッチは増分面積を有しており、この部分では、接触パッチの範囲内の駆動
部材と被駆動部材のそれぞれの円錐表面の間に滑動運動が起こる。この滑動運動
には、油圧潤滑油膜が存在して、円錐部材の摩擦表面の摩損と劣化を回避する必
要がある。しかし、油膜の存在は、とりわけ伝達機構が高いトルク範囲で作動さ
せられている時には、摩擦用面の劣化と磨耗に対する保護が不完全である。従来
の摩擦円錐駆動機構におけるトルク伝達とは異なり、本発明の駆動部材および被
駆動部材の間のトルク伝達は、両部材間に接触パッチが存在していなくても発生
する。本件出願人の発明の相互に噛合ったニードルの撓みは、ニードルが噛合い
係合状態になると、両部材のそれぞれの接触面積の増分部分の差動接線速度を調
整する。

【０００６】米国特許第4,028,949号は、駆動ストリップの運動を被駆動ストリップに不変
の比率で伝達することができる線形伝達機構を開示している。この運動伝達は、
線形に可動なストリップ上の棘と噛合った棘を保有しているエンドレスベルトを
通して起こる。この種の配列では、無限に可変な比の特性を得るようにすること
は不可能である。本発明の伝動機構は、高調節力を必要とせずに、連続した平滑な態様で各部材
の回転軸の角度調節に備えている。円錐部材の角度をトルク伝達の間に変動させ
て、伝動の動作を中断せずに全トルク比を変動させることができるようにするこ
とが可能である。本発明は、空間の経済性と組み合わされた諸要素に関して広範な比率を展開さ
せることができる。本発明の一実施例では、10：1から4：1の比率の範囲がうま
く提示されている。約１．８８Ｎ・ｍ（200ポンド・フィート）、または、それ
以上のトルク能力は、約２２．６８ｋｇ（50ポンド）、または、それ以下の総重
量を有している諸要素を用いて達成することができる。しかしながら、これらの
特性が本発明の一実施形態を表わしているにすぎないことを強調しておく。例え
ば、トルク能力は、設計の要件次第で、より大きくてもいいし、より小さくても
よい。

【０００７】ニードルは、冷間頭部据え込み加工法を利用して製造することができる。各ニ
ードルの基部は、ニードルが円錐部材の表面に打ち抜きされた時の固定具を設け
るように、拡張されていてもよい。代替の製造法は、噛合いマトリクス状に織加工されたワイヤを利用してニード
ルを形成する段階を含んでおり、この時、ワイヤはマトリクスから外方向に伸び
出ている。ワイヤは再度入り込む態様で折り曲がり、ニードルの外郭を定めてい
る。マトリクスは円錐部材の表面に固着されている。また別な製造方法は、ワイヤストックを利用してニードルを形成する段階を含
んでいる。ワイヤセグメントは金属リボンのポケットに溶着される。金属リボン
は各側にポケットを備えた状態で予備形成される。ワイヤは溶接段階の一部とし
て切断されて、ワイヤがリボンのポケット内に送り込まれた時にニードルを形成
することができる。次に、溶着されたリボンとニードルとの組立体は円錐部材の
それぞれの表面の周囲に巻きつけられ、その後の溶接の段階で適所に保持される
。

【０００８】

【発明を実施するための最良の形態】

図１および図２では、本発明の伝動組立体は一般に参照番号１０と指定されて
いる。この組立体は、基部（ベース）１２と頂面プレート（トッププレート）１
４を有している主要函体（メインケース）すなわちハウジングを備えている。１
対の側面プレート１６、１８が頂面プレート１４を支持している。これを説明するために、ハウジングは開放型ハウジングとして図示されて、円
錐部材をより良好に例示できるようにしている。現実に実施する際には、ハウジ
ングは閉じているのが好ましい。これにより、粉末グラファイト、粉末ポリマー
、または、液状炭化水素潤滑剤のような潤滑剤の使用が容易になる。更に、本発
明が厳しい環境で使用される場合には、円錐部材は閉鎖型ハウジングにより保護
されることになる。

【０００９】図１の側面図に、１対の略円錐形の回転部材が参照番号２０、２２で示されて
いる。図１に参照番号２４で概略的に例示されているトルク出力シャフトは円錐
部材２０に駆動自在に接続されている。各々の円錐部材はその幾何学的軸線を中
心とした回転を得るために別個の担体（キャリヤ）の軸受けに支持されている。
円錐部材２０の担体は参照番号２４と示されており、円錐部材２２の担体は参照
番号２６と示されている。担体２４は上側プレート２８と下側プレート３０を備
えている。側面部材３２、３４は、部材２８、３０と共に、円錐部材２０の担体
ハウジングを定めている。円錐部材２０はその軸線を中心とした回転を得るために担体２４の内部に取付
けられている。トルク入力シャフト３６は円錐部材２０の幾何学的軸線と一致し
ており、そこに直接接続されている。シャフト３６は、図４で分かるように、ユ
ニバーサルジョイントにより、好ましくは、一定速度のユニバーサルジョイント
により駆動シャフト３７に接続される。シャフト３６は側面部材３２、３４に形
成された開口部を貫通している。

【００１０】担体２６は上側プレート３８と下側プレート４０を備えている。側面部材は、
その一方が参照番号４２で示されており、上側プレート３８と下側プレート４０
と一緒に、円錐部材２２の包囲部を定めている。円錐部材２２はその幾何学的軸
線を中心とした回転を得るために担体２６内部に取付けられている。トルク出力
シャフト４４は、図４で分かるように、側面部材４２と随伴側面部材４６とに形
成されたそれぞれの開口部内に軸受け支持されている。トルク出力シャフト４４
は円錐部材２２の軸線と一致しており、そこに直接接続されている。シャフト３６、４４は、軸線方向に滑動する運動を調整する一定速度のユニバ
ーサルジョイントにより、図示しない駆動シャフト３７と非駆動シャフトとにそ
れぞれに接続される。これにより、両円錐部材が互いに不均等な寸法であったり
、非半球状のプロファイルを備えている場合に、円錐部材が軸線方向に調節を行
うことを可能にしている。シャフト３７はスプラインシャフトとして図示されて
おり、ここでは、スプラインが一定速度のユニバーサルジョイントの滑動スプラ
イン部の外郭を定めている。図１で分かるように、上側プレート１４は矩形断面の、参照番号４８と示され
ているようなスロットまたはチャネルを有している。図１の透視法からは、スロ
ット４８はプレート１４の下側に位置している。調節可能なスライド５０がスロ
ット４８に設置されている。図１および図３で分かるように、安定装置ローラー
５２がスライド５０の各々の側に位置しており、これらローラーは、スロット４
８の内部で図３および図４に見られる矢印５４の方向にスライド５０が移動させ
られる時に、スライドを案内する。１対の軸受けストリップ６３、６６が矩形溝
４８の中に設置されている。

【００１１】スライド５０はその１対の円筒状ガイド部材５６、５８が担体２４、２６のそ
れぞれの上側プレート２８、３８のガイドスロット６０、６２にそれぞれ据え置
かれている。溝６０は円錐２０の外表面の形状に概ね一致しており、溝６２は円
錐２２の外表面の形状に概ね一致している。下側プレート１２の上面には、担体２４、２６の下側プレート３０、４０をそ
れぞれ支持するボール軸受け６４が設けられている。軸受け６４は、下側プレー
ト１２に形成された半球面ポケットに載置された球状軸受け要素であるのが好ま
しい。球状軸受け要素は、半球面ポケット内の自在運動に適合している場合は、
担体２４、２６の下側プレート３０、４０がそれぞれに下側プレート１２上で浮
動することができるようにする。スライド５０が矩形スロット４８内を移動させられる場合は、ガイド部材５６
、５８により担体２４、２６はそれぞれの角度をスライド５０の運動の方向に相
対的に変動させる。上側プレート２８は湾曲面６７を有しており、この面がプレ
ート３８に形成された随伴湾曲面６８に接触している。一方向または他方向への
スライド５０の調節により、湾曲面６７、６８はぞれぞれの接線の点で回転接触
する。湾曲面６７、６８は円錐部材２０、２２のプロファイルの形状にそれぞれに概
ね一致している。しかし、設計要件によって噛合いの領域におけるニードルの噛
合いの深さを変動させることが望ましい場合には、湾曲面の形状を変化させても
よい。

【００１２】上側プレート３８は溝７０、７２を有しており、それらは上側プレート１４の
下側に固着されたガイドピン７４、７６とそれぞれに係合状態にある。同様に、
担体２４の上側プレート２８はガイド溝７８、８０を有しており、これらの溝は
ガイドピン８３、８５とそれぞれに整合している。これらガイドピン８３、８５
は頂面プレート１４の下面に固着されている。スライド５０が移動させられると
、溝７０、８０はピン８３、８５とそれぞれ一緒に、担体２４の角度位置を決定
する。同様に、上側プレート３８のガイド溝７０、７２はガイドピン７４、７６
と一緒に、スライドが一方向または他方向に調節されると、担体２６の角度を制
御する。図１および図３で最も良く分かるように、頂面プレート１４の下側にはボール
軸受け７９が設けられている。これらの軸受けは、半球面ポケットに受け入れら
れる円筒状の軸受け要素を備えている。これらは本質的に軸受け６４と同一設計
である。軸受け６４と軸受け７９により、担体２４、２６は、上側プレート１４
、下側プレート１２、および、側面プレート１６、１８により定められるハウジ
ングの閉じた内部で浮動することができる。機械的スライド５０はこれを説明するために図示されているが、円錐部材を調
節するための別種のアクチュエータを使用することができることを強調しておく
。例えば、サーボアクチュエータまたはスクリューフィード駆動装置がスライド
５０の機能を実施するようにされてもよい。更に、幾つかの公知の軸受け配置の
いずれを用いて、軸受け６４、７９の浮動機能と軸受けストリップ６３、６６の
案内機能とを得るようにしてもよい。

【００１３】図面に例示されている特定の実施形態では、円錐部材２０は駆動部材であり、
円錐部材２２は非駆動部材である。部材２０の回転の軸線は図４では参照番号８
２と示されており、円錐部材２２の回転の対応する軸線は参照番号８４で示され
ている。円錐部材の接線の領域における円錐表面の有効径は、円錐部材２２の場
合よりも円錐部材２０の場合の方が短い。円錐部材が図４に示されているように
位置決めされた場合は、トルク出力シャフト２４は、トルク入力シャフト３６の
回転の速度よりも低い速度で駆動される。全体速度比は、担体２４が角度調節さ
れると、変動させられる。円錐部材の噛合いの区域または接線の区域が円錐２０
の小径端部に近い位置にある場合は、円錐部材２２の噛合いの区域または接線の
区域は最大半径を有している。担体２４が反対方向へ調節されて、ガイド部材５
６がガイドスロット６０の上端に位置している極点位置まで達すると、円錐部材
の噛合いの区域または接線の区域は円錐部材２０については最大径を有して発生
し、円錐部材２２については最小径を有して発生する。

【００１４】図５ａ、図５ｂ、図５ｃは円錐部材がそれぞれの多様な角度の向きにあるとこ
ろを示している。図５ａの場合は、担体２４と担体２６はそれぞれの最大アンダ
ードライブ位置にある。図５ｃの場合には、担体２４、２６はそれぞれの最大オ
ーバードライブ配向にある。図５ｂの場合には、担体２４、２６は中間の速度比
位置に位置決めされている。円錐部材上のニードルの密度は、特定応用例の設計要件次第で変動させること
ができる。更に、ニードルの寸法（すなわち、長さと直径）も必要に応じて変動
させることができる。本発明の一実施形態では、密度は、約６４５．１６平方ミ
リメートル（１平方インチ）あたりに、針が約1万４000本である。図６および図７は円錐部材の詳細を例示している。図６は中間範囲の速度比に
対応する角度の向きを有する円錐部材を例示している。円錐部材は好適な剛性構
造材料から形成されている。円錐部材２０は、前述のように、トルク入力シャフ
ト３６に固定されており、円錐部材２２はトルク出力シャフト４４に固定されて
いる。円錐部材２０の湾曲表面はトルク伝達ニードル８６を有しており、円錐部
材２２の湾曲表面は、これに対応するニードル８８を有している。ニードル８６
、８８は円錐部材のそれぞれの表面に片持ち梁の様式で固着されており、概ねそ
れぞれの湾曲表面から垂直方向に延びている。ニードル８６はニードル８８と相
互に噛合って、トルクが円錐部材２０に付与されると、円錐部材２２が同期的に
駆動される。円錐部材が互いに関連して回転するにつれて、ニードル８６、８８
が移動して整合状態になったり、整合状態から外れたりするため、トルクが界面
を横断して伝達されると、両円錐部材の間に連続する駆動接続が生じる結果とな
る。界面は互いに噛合ったニードルにより確立される。界面におけるニードルの
撓みは、一方の円錐湾曲表面上の増分区分の変動する角速度を随伴円錐湾曲表面
上の対応する増分面に関して調整する。従来の構成の摩擦円錐駆動機構の場合と
同様に、両湾曲表面間に物理的接触は存在しない。

【００１５】図８は、駆動部材２０と非駆動部材２２の略円錐形表面の斜視図である。部材
２０、２２の上のニードルの噛合いの領域は参照番号９４で示されている。図示
のとおり、噛合いの領域は概ね長円形である。部材２０、２２の上の噛合いの領
域の位置は、両部材のそれぞれの端部の間でシフトする。シフトの方向は、トル
ク比が上昇するか、それとも減少するかで決まる。部材２０、２２は図８では仮想的に例示されており、噛合いの領域９４が生成
された時のそれぞれの部材の相対的な配置を明瞭にしている。

【００１６】図６は円錐部材のニードルの平面図を示している。ニードルは、円錐部材のそ
れぞれの表面の上に密なパターンで配置されている。互いに隣接しているニード
ル間の間隔は、各々の円錐部材の軸線の方向に約０．２１５９ｍｍ（約0.0085イ
ンチ）から約０．２２８６ｍｍ（0.0090インチ）であればよい。各々の円錐部材
の軸線を横断する方向に測定された隣接ニードル間の間隔も約０．２１５９ｍｍ
（約0.0085インチ）から約０．２２８６ｍｍ（0.0090インチ）である。図７ａの
詳細な図に示されているように、ニードル自体は概ね円筒状である。ニードルの
径は約０．１０１６ｍｍ（約0.004インチ）であり、一方の円錐部材のニードル
は他方の円錐部材のニードルに相対して、両者間にはわずかな間隙しか設けられ
ていない。ニードルの典型的長さは約１．５２４ｍｍ（0.060インチ）であるの
がよい。

【００１７】図７ｂは、円錐部材のニードルの小領域の拡大平面図である。寸法「ｄ_１」は
円錐部材の回転の軸線の方向へのニードルの間隔の設定を表しており、寸法「ｄ _２」は回転の軸線を横断する方向へのニードルの間隔の設定を表している。これ
らの寸法は、上述のように、約０．２１５９ｍｍ（約0.0085インチ）から約０．
２２８６ｍｍ（0.0090インチ）であるのがよい。図７ａで分かるように、ニードルの端部は弾丸形状にされ、或いは、丸み付け
されて、両円錐部材が回転するにつれて、一方の円錐部材のニードルが移動して
他方の円錐部材のニードルと整合状態になるのを促進している。ニードルの端部
の上記以外の設計も可能である。例えば、ニードルは、図７ｃに参照番号８６’
で示されているように、先鋭な先端を有しており、或いは、図７ｄに参照番号８
６”で示されているように鈍先端を有している。同様に、断面が丸くないニード
ルを使用することもできる。更に、ニードルの断面面積は基部から先端まで可変
であってもよい。円錐部材のそれぞれの表面の幾何学的形状は、伝動のための特定の応用例に必
要とされる全体的な比の範囲の関数である。図６に示された実施形態では、円錐
部材２０は円錐部材２２よりも径が小さい。担体がスライド５０の移動時に角度調節されると、いずれか一方の担体または
両担体ともがスライドの運動の方向にシフトすることができる。このシフトは、
円錐部材が通常はいかなる所与の長さについても不均等な径を有しているという
事実に起因する。このシフトは、担体２４、２６が軸受け６４、７８の上を浮動
すると、ガイド溝７０、７２、７８、８０により調整される。担体の表面６７、
６８は互いに滑動係合に適合すると同様に、回転係合にも適合する。

【００１８】ニードルは高カーボン合金スチールから形成されていてもよい。この目的で使
用することのできる別な材料は、構造的ポリマー、または、ばね鋼である。円錐
部材が摩擦を減じるための潤滑剤として粉末グラファイトを使用するのが好まし
いが、特に冷却することが必要な場合は、潤滑油または潤滑油噴霧質を利用する
ことができる。ポリマー粉末潤滑剤または液状ポリマー潤滑剤も利用することが
できる。しかし、円錐部材の界面の油膜は、先行技術の摩擦円錐駆動機構の場合
におけるのと同様、トルク伝達には必要ではない。ニードルに過剰に応力を加え
なくてもニードルが撓むと、トルク伝達の全てがニードルで調整される。ニード
ル自体は、弾性限界よりかなり低い程度の撓みを受けている片持ち梁として作用
する。「ニードル」という用語はここでは噛合いの領域を説明するために用いられて
いる。これを説明するために、「ニードル」という用語は、フィンガ、突起物、
ワイヤ、ピン等を含むものと解釈されるべきである。低トルクの付与については
、成形ナイロンニードル、または、多様な非鉄のポリマーベースの材料のような
非金属ニードルを利用することができる。本発明の開示の実施形態のニードルは円錐部材の回転の軸線から放射状に延在
しているが、これらニードルは、この構成が特定の設計に必要となるならば、垂
直ではない態様で軸を外したり、オフセットさせたりしてもよい。

【００１９】図６は、円錐部材２０の小端部の環状領域９０と、円錐部材２２の大端部の、
これに対応する環状領域９２とを例示している。これらの領域はニードルを欠い
ている（すなわち、これらの領域は、つるつるしている）。領域９０、９２が実
質的な整合状態にある最大アンダードライブ市まで円錐部材がそれぞれ調節され
ると、無限に可変な駆動機構がニュートラルモードになって、円錐部材間のトル
ク伝達が皆無の状態になる。担体の表面６７、６８、互いに整合状態にある時に
は、表面９０と表面９２の間にわずかな間隙を設けるように設計することができ
る。このニュートラルモードの特性は、別個のニュートラルクラッチを必要とせ
ずに、トルクフロー経路を通るトルク伝達を中断させることを可能にする。各円錐部材のニードルの密度は、不均一にすることが特定の設計適用例に必要
ならば、そうしてもよい。更に、一方の円錐部材のニードルの密度が随伴円錐部
材のニードルの密度と同一である必要はない。ここでも、この特性は、設計要件
により決まる。

【００２０】図９はピン９６の形状のニードルを示しており、これは、約0.160の長さを有
していればよい。ピン９６の一方端における弾丸状先細り部９８は尖点１００が
丸くなっている。参照番号１０２で示されたピンの基部はピンの厚さと相対的に
拡張されており、図９ａで分かるように、略矩形に形成されている。例えば、ピン９６は、ステンレス鋼材料を用いた冷間頭部据え込み加工により
形成することができる。或る応用例では、ステンレス鋼ではなく、むしろ、ナイ
ロンを利用することができることがある。ピンの厚さは約０．１５２４ｍｍ（約
0.006インチ）であるのがよい。個々のピン９６はドラム表面でマトリクスを押し抜きされる。ドラム表面はド
ラムに装着された別個のマトリクスであってもよいが、ドラム表面は保持用のマ
トリクスとして利用される。

【００２１】代替のニードル設計が図１０に例示されている。図１０のニードルはループ１
０４を備えており、これは、ピン９６を形成する際に使用されるのと同じ材料か
ら作成することができる。ループは織加工されたマトリクス１０６の開口部を通
って延びる。マトリクス１０６はそのワイヤまたは繊維１０８、１１０が互いに
垂直方向に延びる。ループ１０４は繊維またはワイヤ１１０に係合し、織加工し
たマトリクスの平面から放射状外方向に伸びている。ワイヤ１０４は再度入り込
む態様で延びて、丸くなった点１１２を定める。ワイヤ１０８、１１０は、ニー
ドルを作成する際に使用されるのと同じ材料を用いて形成されてもよい。

【００２２】図１１および図１１ａに示された円錐表面とピンとの組立体を形成するのに、
溶接技術を採用することができる。図１１および図１１ａの実施形態では、スチ
ールワイヤ１１４がリボンストック１１８のポケット１１６に送り込まれる。ワ
イヤ１１４は、リボンストック１１８と同様に、ステンレス鋼（SAE302−SS）で
あってもよい。参照番号１２０で示されるように、レーザータック溶接段階を利
用してワイヤ１１４をポケット１１６に取付けるために、マイクロ溶接技術を採
用することができる。タック溶接部１２０はリボン１１８の１つの端縁１２２と
別な端縁１２４との間の距離の約３分の１の処に位置決めされる。リボンは、ワ
イヤ１１４が挿入される前に、ポケット１１６を形成するかしめ機具を用いて予
備形成される。タック溶接部は各ワイヤ１１４の各側に図示されているが、１個
の溶接部がワイヤの一方側のみに用いられることが特定の設計について適切であ
る場合は、そのようにしてもよい。本発明の一実施形態では、リボンの幅は約１０．１６ｍｍ（0.400インチ）か
ら約２０．３２ｍｍ（0.800インチ）であるのがよい。リボンの厚さは約０．０
７６２ｍｍ（約0.003インチ）から約０．２５４ｍｍ（0.010インチ）であるのが
よい。ワイヤ１１４はスプールからリボンのポケット内へ送ることができる。ワ
イヤが適所に来ると、レーザーが輪や１１４を所望の長さに切断するが、この長
さは約３．５５６ｍｍ（約0.140インチ）であるのがよい。ワイヤ１１４から形
成されるピンの弾丸形状は、図９に示されている形状に類似していてもよい。弾
丸形状の曲率は、レーザー切断の段階で形成することができる。

【００２３】溶接段階が完了した後、ピンとリボンの組立体が円錐表面に巻きつけられる。
円錐表面はスチールであってもよく、端縁１２２はレーザー溶接部のような、円
錐部材の表面への連続溶接点を設けて溶着され、ワイヤ１１４から形成されたピ
ンが円錐表面に関して概ね垂直方向に延びるようにすることができる。リボンとピンの間の接合部における溶接部は、リボンの片面で、図１１では参
照番号１２０として見えている。これに対応する溶接部が、図１１ａに示されて
いるように、リボンの反対側のポケット内の接合部に形成されている。リボンがスチールの円錐表面の周囲に巻かれてしまうと、リボンのうねりの端
縁のレーザー溶接が行われる。ピンとリボンの接合部における接着は、レーザー溶接以外の溶接技術により行
われてもよい。設計要件次第では、接着部を形成するのに、鑞付け技術や、はん
だ技術を利用することもできる。このような代替の接着技術を利用して、円錐表
面にリボンの端縁を固着させることもできる。

【００２４】図９、図９ａ、図１０に示されている実施形態の各々と、もう一方で、図１１
および図１１ａに示されている実施形態の各々とが、ドラム表面にピンを直接固
着させる段階を含んでいることがある。図１０に例示された織加工されたマトリ
クス１０８は別個のマトリクスであってもよいし、或いは、ドラム表面自体を定
めてもよい。同様に、図１１および図１１ａの実施形態のリボン１１８の端縁１
２２は、溶接技術を利用してドラム表面に直接固着されてもよいし、基板に固着
されてもよい。この場合は、基板がドラム表面の周囲に巻きつけられる。図１０の実施形態の場合、ニードルを定めるワイヤループは、織加工されたマト
リクス１０６を形成しているのと同じ材料から形成することができる。この材料
は、設計要件次第で、ステンレス鋼、ナイロン、或いは、これら以外の構造材料
であればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、伝動機構の端面図である。

【図２】図２は、伝動機構の平面図である。

【図３】図３は、図２の平面図に見られる頂面プレートの底面側の図であ
る。

【図４】図４は、頂面プレートが除去された伝動機構、円錐部材、仮想線
で示されている円錐部材を搭載するための担体を例示した頂面図である。

【図５ａ】図５ａはトルク伝達用の駆動部材および非駆動部材を表してお
り、駆動部材および非駆動部材がそれぞれの担体とトルク伝達部材の角位置を制
御するための伝動ハウジングとの間にピンと溝の界面を備えている、概略図であ
る。

【図５ｂ】図５ｂは、トルク伝達用の駆動部材および非駆動部材を表して
おり、駆動部材および非駆動部材がそれぞれの担体とトルク伝達部材の角位置を
制御するための伝動ハウジングとの間にピンと溝の界面を備えている、概略図で
ある。

【図５ｃ】図５ｃは、トルク伝達用の駆動部材および非駆動部材を表して
おり、駆動部材および非駆動部材がそれぞれの担体とトルク伝達部材の角位置を
制御するための伝動ハウジングとの間にピンと溝の界面を備えている、概略図で
ある。

【図６】図６は、トルク伝達が発生している場合の係合界面を示している
、駆動部材および非駆動部材の頂面図である。

【図７】図７は、図６の破断線７−７に沿った平面から見たような界面を
例示している断面図である。

【図７ａ】図７ａは、図６に見られるドラムの表面により保持されている
トルク伝達用ニードルのうちの１つの拡大詳細断面図である。

【図７ｂ】図７ｂは、図７の破断線７ｂ−７ｂに沿った平面から見たよう
な、図６のドラムにより保持されているニードルの端部を例示した図である。

【図７ｃ】図７ｃは、図７ａに示されているニードル形状の代わりに使用
することができる代替のニードル形状を示した図である。

【図７ｄ】図７ｄは、図７ａに示されているニードル形状の代わりに使用
することができる代替のニードル形状を示した図である。

【図８】図８は、図６に示された駆動部材および非駆動部材の表面と、そ
れぞれの表面に保持されたニードルの噛合いの領域とを表している図である。

【図９】図９は、円錐形の駆動部材および非駆動部材のそれぞれの表面に
押し通すことができる一構造の詳細図である。

【図９ａ】図９ａは、図９の破断線９ａ−９ａの平面から見られるような
、図９のニードルの端面図である。

【図１０】図１０は、マトリクス状に織加工された連続ワイヤの形態を呈
している、ニードルを備えた噛合いワイヤマトリクスを含む構造の部分組立て図
である。

【図１１】図１１は、内部にワイヤ区分が溶着されたポケットの輪郭を定
める波状起伏部を有しているリボンを備えていると同時に、ワイヤ区分がニード
ルを形成している構造の別な部分組立て図である。

【図１１ａ】図１１ａは、図１１の部分組立体の端面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転トルク入力シャフトから回転トルク出力シャフトにトル
クを伝達するための無限に可変な動力伝達機構であって、トルク入力シャフトに
接続された回転駆動部材と、トルク出力シャフトに接続された回転被駆動部材と
を備えており、前記トルク入力シャフトと前記トルク出力シャフトは、互いに関連して間隔を
設けられている軸線を有しており、前記駆動部材と前記被駆動部材のうちの少なくとも一方は、略円錐形の表面を
有しており、該表面はその一方軸端から反対側軸端まで延びる連続して湾曲する
プロファイルを有しており、前記駆動部材および前記被駆動部材は回転を得るために、それぞれに、トルク
入力シャフト軸線とトルク出力シャフト軸線上に取付けられており、各部材はそ
の略円錐形の表面の上に一群のトルク伝達ニードルを有しており、前記ニードル
はシャフトの軸線に相対的に半径方向外向きの方向に延びており、前記駆動部材の前記ニードルは噛合いの領域において前記被駆動部材の前記ニ
ードルと噛合い接触状態にあり、それにより、一方の回転部材から他方の回転部
材へトルクが伝達される、ことを特徴とする動力伝達機構。
【請求項２】前記駆動部材と前記被駆動部材のニードルが継続して噛合う
時に前記両シャフトの軸線間の角度を調節するための手段を備えていることを特
徴とする、請求項１に記載の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項３】各々の円錐形の表面は、その一方軸線端における最小値から
反対側軸線端における最大値まで、有効径が変動し、それにより、トルク比が最
大極限と最小極限との間の広範な比の範囲で変動することを特徴とする、請求項
２に記載の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項４】前記部材の各々について別個の担体を備えており、各部材ご
との前記トルク入力シャフトと前記トルク出力シャフトは担体の別個な方に軸受
け支持され、担体を包囲する伝動函体と、担体を支持して、前記シャフトの軸線に相対的な場合に浮動運動を得る軸受け
手段と、互いに関連して担体の位置を調節することにより、シャフトの軸線の角度を制
御する手段とを更に備えている、ことを特徴とする、請求項１に記載の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項５】前記部材の各々について別個の担体を備えており、各部材ご
との前記トルク入力シャフトと前記トルク出力シャフトは担体の別々な方に軸受
け支持され、担体を包囲する伝動函体と、担体を支持して、前記シャフトの軸線の共通平面に平行な方向である場合に浮
動運動を得る軸受け手段と、互いに関連して担体の位置を調節することにより、シャフトの軸線の角度を制
御する手段とを更に備えている、ことを特徴とする、請求項２に記載の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項６】前記部材の各々について別個の担体を備えており、各部材ご
との前記トルク入力シャフトと前記トルク出力シャフトは担体の別々な方に軸受
け支持され、担体を包囲する伝動函体と、担体を支持して、前記シャフトの軸線の共通平面に平行な方向である場合に浮
動運動を得る軸受け手段と、互いに関連して担体の位置を調節することにより、シャフトの軸線の角度を制
御する手段とを更に備えている、ことを特徴とする請求項３に記載の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項７】担体の位置を調節するための前記手段は前記伝達函体により
支持されているスライドを備えており、各担体の湾曲スロットはその回転部材の表面のプロファイルに一致する曲率を
有しており、前記スライド上のガイド部材は湾曲スロットと整合しており、前記スライドは前記入力シャフトの軸線と前記出力シャフトの軸線とに相対的
に調節可能であり、そのため、前記スライドが線形に調節されると、担体は角度
調節される、ことを特徴とする、請求項４に記載の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項８】担体の位置を調節する前記手段は前記伝動函体により支持さ
れているスライドを備えており、各担体の湾曲スロットはその回転部材の表面のプロファイルに一致する曲率を
有しており、前記スライド上のガイド部材は湾曲スロットと整合しており、前記スライドは前記入力シャフトの軸線と前記出力シャフトの軸線との共通平
面に平行な方向に調節可能であり、そのため、前記スライドが線形に調節される
と、担体は角度調節される、ことを特徴とする、請求項５に記載の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項９】前記担体と前記伝動函体は、前記スライドの移動時に担体が
角度調節されると、前記担体の運動を案内するためのガイド溝と追従手段を備え
ており、前記ガイド溝と前記追従手段は、前記担体の角度が調節されるときに、
前記スライドの運動の方向への前記駆動部材および前記被駆動部材のシフトを調
整することを特徴とする、請求項６に記載の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項１０】前記担体と前記伝動函体は、前記スライドの移動時に担体
が角度調節されると担体の運動を案内するためのガイド溝と追従手段を備えてお
り、前記ガイド溝と前記追従手段は、前記担体の角度が調節されるときに、前記
スライドの運動の方向への前記駆動部材および前記被駆動部材のシフトを調整す
ることを特徴とする、請求項７に記載の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項１１】前記担体と前記伝動函体は、前記スライドの移動時に担体
が角度調節されると担体の運動を案内するためのガイド溝と追従手段を備えてお
り、前記ガイド溝と前記追従手段は、前記担体の角度が調節されるときに、前記
スライドの運動の方向への前記駆動部材および前記被駆動部材のシフトを調整す
ることを特徴とする、請求項８に記載の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項１２】前記担体は互いに関連して回転接触する係合表面を有して
おり、それにより、前記入力シャフトと前記出力シャフトの両軸線間の角度が変
動すると、前記ニードルの噛合い接触の深さが制御されることを特徴とする、請
求項４に記載の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項１３】前記駆動部材の一方の端はその他方の端よりも小径であり
、前記被駆動部材の一方の端はその他方の端よりも大径であり、駆動部材の該一
方の端および被駆動部材の該一方の端にはニードルが無く、両者の間にわずかな
間隙を設けるように担体により位置決めされ、それにより、前記駆動部材と前記
被駆動部材の間のトルク伝達が中断されると、ニュートラルなモードを実施する
ことを特徴とする、請求項１２に記載の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項１４】駆動円錐部材と被駆動円錐部材を備えている無限に可変な
動力伝達機構であって、各部材は表面を有しており、湾曲したプロファイルが表
面の一方の軸端から他方の軸端まで延びており、一方の端は他方の端よりも小径
であり、各部材はその表面に一群のトルク伝達ニードルを有しており、一方の部材のニ
ードルは接触の領域において他方の部材のニードルと噛合っており、それにより
、トルクが一方の部材から他方の部材に伝達される、ことを特徴とする動力伝達機構。
【請求項１５】前記一方の部材の前記他方の部材に対する角度配置を調節
することにより、可変なトルク比が達成されるようにする手段を備えていること
を特徴とする、請求項１４に記載の動力伝達機構。
【請求項１６】回転部材の各々を回転自在に支持する担体と、担体を支持して浮動運動を得ることにより、担体の相対位置が調節されて可変な
トルク比範囲を有効にする軸受け手段とを備えていることを特徴とする、請求項
１５に記載の動力伝達機構。
【請求項１７】前記回転部材の角度位置が互いに関連して変動すると、前
記担体が回転接触状態にある係合表面を有するようになることを特徴とする、請
求項１６に記載の動力伝達機構。
【請求項１８】回転トルク入力シャフトから回転トルク出力シャフトにト
ルクを伝達するための無限に可変な動力伝達機構であって、トルク入力シャフト
からトルク出力シャフトに至るトルクフロー経路を形成している第１の回転部材
および第２の回転部材を備えており、前記トルク入力シャフトと前記トルク出力シャフトは、互いに関連して間隔を
設けられている軸線を有しており、前記第１の部材と前記第２の部材のうちの少なくとも一方は略円錐形の表面を
有しており、該表面はその一方の軸端から反対側の軸端まで延びる連続して湾曲
するプロファイルを有しており、回転部材は係合の領域において係合可能な表面を有しており、前記第１の部材と前記第２の部材は、各々がその表面に一群のトルク伝達ニー
ドルを有しており、前記ニードルは前記シャフトの軸線に相対的に半径方向外向
きの方向に延びており、前記第１の部材のニードルは係合の領域において前記第２の部材のニードルと
噛合い接触状態にあり、それにより、一方の回転部材から他方の回転部材へトル
クが伝達される、ことを特徴とする動力伝達機構。
【請求項１９】第１の回転部材から第２の回転部材へ無限に可変な伝動状
態でトルクを伝達する方法であって、一方の端では径が小さく、他方の端では径が大きい略円錐形の表面を備えた第
１の回転部材を形成する段階と、一方の端では径が小さく、他方の端では径が大きい略円錐形の表面を備えた第
２の回転部材を形成する段階と、前記回転部材の各表面をトルク伝達ニードルで被覆し、一方の表面のニードル
は噛合いの領域において他方の表面のニードルと噛合うようにする段階と、一方の回転部材の径の小さい方の端部が他方の回転部材の大きい方の径の端部
に隣接し、該一方の回転部材の大きい方の径の端部が該他方の回転部材の径の小
さい方の端部に隣接する状態で、別個の回転軸線を中心として各回転部材を取付
ける段階と、互いに関連して回転軸線の角度配置を調節することにより、伝達の速度比を変
動させるようにする段階と、回転軸線の角度配置が調節されると、互いに関連して回転部材の軸線方向配置
を調節することにより、最大速度比の位置と最小速度比の位置の間で噛合いの領
域が変動するようにする段階と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】前記ニードルは各々がシャフト部と、ニードル先端を定め
る湾曲部と、シャフト部よりも断面が大きい基部とを備えており、前記ニードルのシャフト部は回転部材の円錐形の表面を通って半径方向外向き
に延びることにより、基部によりニードルが円錐形の表面に固定されることを特
徴とする、請求項１８に記載の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項２１】前記回転部材はその前記円錐形の表面に固着されるマトリ
クスを備えており、前記ニードルは、マトリクスを通って伸びることにより、回転部材に固着され
ることを特徴とする、請求項２０に記載の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項２２】前記マトリクスは噛合い開口部を定める織加工されたワイ
ヤを備えており、前記ニードルは噛合い開口部においてマトリクスに固定される
ワイヤループを備えており、ループはマトリクスから放射方向外向きに伸びて、
ニードルシャフト部とニードル先端とを定めることを特徴とする、請求項２１に
記載の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項２３】前記円錐形の表面は、互いに間隔を設けたポケットが形成
されたリボンにより輪郭規定されており、ニードルは各ポケットに受け入れられ
、溶接により適所に保持されて、リボンとニードルの組立体を定めており、前記リボンと前記ニードルの組立体は各回転部材の円錐形の表面の周囲に巻き
つけられるが、この時、リボンの一方端縁は回転部材の円錐形の表面に係合した
状態であるとともに、リボンの表面は円錐形の表面に概ね垂直であり、各リボン
の一方の端縁が円錐形の表面に溶着されることを特徴とする、請求項２０に記載
の無限に可変な動力伝達機構。
【請求項２４】前記ニードルはレーザータック溶接部により前記リボンの
ポケット内に受け入れられ、前記リボンの端縁は、連続するレーザー溶接部によ
り前記円錐形の表面に固着されていることを特徴とする、請求項２３に記載の無
限に可変な動力伝達機構。
【請求項２５】前記回転部材の各表面をトルク伝達ニードルで被覆する前
記段階は、各面にポケットを設けたリボンを形成する段階と、ワイヤストックをリボンに向けて給送し、ワイヤストックをリボンのポケット
の中でタック溶接する段階と、ワイヤストックを所定の長さに切断してニードルを定める段階と、前記回転部材の周囲にリボンを巻きつけて、前記ニードルが回転部材の表面か
ら外方向に伸び出た状態にし、それにより、リボンが表面を被覆した状態にする
段階と、前記回転部材の表面にリボンの一方の端縁を溶接する段階と、を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】リボンのポケットの中でワイヤストックを溶接する前記段
階は、レーザー溶接で構成されることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】回転部材の表面にリボンの一方端縁を溶接する前記段階は
、レーザー溶接で構成されることを特徴とする、請求項２６に記載の方法。