JP2009506272A - スパイラルベルトトランスミッション - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト式トランスミッションの作動を簡単にすること
【解決手段】本発明は、開ベルト（２）が被動プーリー（２）から巻き戻されながら駆動プーリー（１）に巻かれるようになっているステップダウン比を有するトランスミッション機構に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、変速比が可変の機械式トランスミッションの分野に関する。

半径が変化でき、軸間距離が固定されているギアトランスミッションは、同軸機構である、２００５年２月１１日に公開された、２００３年８月４日出願のフランス特許出願第0309582号か、または軸が平行となっている機構である、２００４年６月１４日に出願され、まだ公開されていないフランス特許出願第0406393号に開示されているような始動補助具の分野に用途がある。これらトランスミッションは連続的には作動しないが、速度比を変えたいフェーズ中には作動するシステムとなっている。一般に、これらフェーズ中では、駆動シャフトは駆動状態のままであり、例えばエンジンブレーキの場合のようにトランスミッションを逆転する上では問題はない。これらギアセットを製造するには、軸間距離を接線に対する共通値に維持するよう、一致したピッチカーブに従わなければならない。半径の変化が大きく、噛み合わせの接触面でのスリップにより全体の効率が低下するときに噛み合わせを特定することは困難となる。更に、これらギアセットの回転はフランス特許出願第0406393号に開示されているように、螺旋ギアホイールのための工夫をしなければ、半径が一方向だけに変化する場合に不連続性を呈するので、１回転に限定されるが、ギアホイールの長手方向の運動を管理し、噛み合わせに関連する別の問題を処理しなければならなくなる。一般にこれらギアホイールは、外歯セットを有し、逆方向に回転する。一部しか解決されていない１つの課題は、相対的な回転方向を選択し、一回転よりも多く作動できるように半径を大きく変えることができ、軸間距離を用途に合うように変えることができるようなギアホイルを有することの可能性、容易に製造でき、螺旋に起因する並進運動をすることなく効率が良い非平行シャフトの可能性である。

従って、駆動シャフトが常に駆動状態のままであり、結合を切った後に駆動シャフトを逆方向に回転することにより、システムをリセットできるよう、これらオプションを組み合わせた簡単なシステムが依然として望まれている。

本発明の目的は、支持構造体と２つのプーリーを備え、前記プーリーはベルト、チェーンまたはそれ自身公知の任意の要素とし得る可撓性要素を介して接続されているトランスミッションシステムによって達成される。この可撓性要素は駆動プーリーに巻かれ、その間、被動プーリーからは巻き戻され、この可撓性要素はその厚みにより、各プーリー上に存在する巻回部にスパイラルに巻かれたピッチカーブを与え、このピッチカーブは駆動プーリーの見かけの半径を増すと共に、被動プーリーの見かけの半径を減少するので、減速比を減少し、従って始動補助に適す。

この可撓性要素は、使用現場における回転部によって形成されるピッチカーブに対する接線の位置を取る。このことは、これらカーブはギアセットの場合のように、互いに接線方向に留まらなくてもよいことを意味する。従って、カーブを一致させたり、所定の軸間距離を維持する義務はなくなる。更に、巻き方向を変えることによって回転方向を変えることもできる。これらプーリーはそれらの軸線が平行な状態で同一平面にあってもよいが、可撓性要素はねじられた状態になることが許容される場合、これら軸線は平行でなくてもよい。巻回部の半径の変化を補償するために、巻回部に対して接線方向にあるストランドがプーリーの平面内に留まるよう、ガイドが可撓性要素を位置決めする。交差する軸線の螺旋ギアセットが行うことができるように、プーリーの平面の間の角度を９０度までにすることも可能である。プーリーが共通平面にある場合、同じ方向にプーリーを回転させるよう、巻回部の外部共通接線または反対方向に回転するプーリーに対する内部共通接線に、任意のガイドおよび可撓性要素が従うようにさせる必要はない。

可撓性要素が自ら駆動プーリーに巻かれるとき、その要素の厚みにより可撓性要素の巻回部は、スパイラル形状となる。このスパイラル形状は、螺旋とは異なり、平面形状であることに留意されたい。ある例では、可撓性要素を巻き取る駆動プーリーの表面部分（ハブ）をスパイラルの一部の形状とすることにより、スパイラル形状のピッチカーブとなるように駆動プーリーの少なくとも一部の上に可撓性要素の巻回部を得ることも可能である。

本発明の特定の一実施例では、可撓性要素の厚みは一定であり、プーリーのハブは円筒形ではなく、巻回部のピッチカーブおよび最初の回転部のピッチカーブの連続性を保証するために、可撓性要素の厚みに等しいオフセットを呈する。例えば接着剤またはネジにより、それ自身公知のシステムによりオフセットの位置にて可撓性要素をハブに固定する。各プーリー上の巻回部のピッチカーブはハブのカーブと連続している部分である。ハブの寸法、厚みおよび可撓性要素の作動長さを選択することにより、プーリーの回転を制御する速度比の変化を設定できる。

自転車で適用される一例は、後輪に取り付けられたプーリーを離れる２.５ｍｍの厚みのベルトで実現され、ほぼ８回転すると、そのプーリーの直径は、９０ｍｍから５０ｍｍに減少し、このベルトはクランクセットに取り付けられたプーリーに巻かれ、約３回転するとプーリーの直径は１８５ｍｍから２００ｍｍまで増加する。スプロケットおよびチェーンホイルに相当する条件では、５２／２６のブロケットすなわちステップアップ比が２で始動し、最終ブラケットが５２／１３、すなわちステップアップ比が４であり、距離が約２０ｍを超える。

本発明の特定の一実施例では、少なくとも２つの同じ可撓性要素を使用する。この目的は、負荷を分散させ、機構をバランスさせることである。考えられるセットアップは２つある。すなわち第１のセットアップは単一の駆動プーリーを始動するものであり、このプーリーには少なくとも２つの被動プーリーからの可撓性要素を同時に巻くようになっている。これは１つの入力シャフトと、少なくとも２つの出力シャフトを有するトランスミッションである。逆に、第２のセットアップは少なくとも１つの駆動プーリーを設けるものであり、これらプーリーは同じ被動プーリーからの少なくとも２つの可撓性要素を巻くようになっている。このトランスミッションは１つだけの出力シャフトに対し、少なくとも２つの入力シャフトを有する。いずれのケースにおいても、単一プーリーのまわりに多数のプーリーを均一に分散させ、可撓性要素の端部を単一プーリーのハブに均一に分散するように固定することが実用的である。

本発明の特定の一実施例は、１つの同じシャフトにプーリーを取り付けできるように、ガイドシステムに回転要素が設けられる。このことは、接線方向のストランドがプーリーの平面内に留まり、他の２つの中間ガイドの各々がプーリーの分離距離に対応する分離距離にて可撓性要素を９０度だけねじることを保証する第１ガイドおよび第４ガイドを使用して達成できる。これら２つのガイドを、この分離距離に対するサイズが定められた単一の１８０度回転要素とすることが可能である。全体で１つだけのガイドを使用することも可能であり、巻回部の半径の変化が作動を妨害するような接線方向のストランドの不整合を生じさせない場合、２つの接線方向のストランドをねじると共に、分離することを可能にする。このガイドは可撓性要素が最も適した位置をとることができるようにピボット上に取り付けることによって最適にできる。

本発明の特定の一実施例では、１つの同じシャフトに複数のプーリーが取り付けられ、これらプーリーはガイドシステムが同一である自らのガイドシステムによってガイドされる少なくとも２つの同一の可撓性要素によって接続されている。この目的は、負荷を分散し、バランスを保証することにある。ガイドシステムおよび可撓性要素の端部を、これら負荷が均一に分散されるよう、単一シャフトのまわりに位置決めすることが実用的である。

本発明の特定の一実施例では、プーリーは同軸であり、かつ同一平面上にある。このことは、これらプーリーのなす角度と、それらの相対的移動距離の合計が３６０度未満の場合にしか達成されない。従って、これらプーリーはスパイラルのセクターの形状となり共通平面に位置決めされた１つのガイドだけで可撓性要素を完全にガイドする。プーリーは完全には１回転しないので、ハブの幾何学的形状により、または可撓性要素の厚みの変化により、半径の変化が得られる。可撓性要素は完全な１回転部を形成しないので、プーリーのスタート点および端部を十分強固に係止する必要がある。その理由は巻き取り効果からあまり大きな利点が得られないからである。これと対照的に、運動のスタート点および終了点でプーリーに対して接線方向でないパスを採用することが可能となる。端部に自由回転する可撓性要素が取り付けられている簡単なスポークまで小さくなるプーリーを使用して、この特別な特徴を利用できる。レバーアームは、軸線と可撓性要素のストランドを同じ直線上にある直線との間の距離となっており、スポークが回転するにつれ変化する。負荷を分散させ、バランスさせる理由から、これら機構のうちの少なくとも２つを共通平面に設けることが可能である。

本発明の特定の一実施例では、同軸の速度可変駆動装置を得るよう、１本の同じシャフトでプーリーが同一方向に回転するようになっている。プーリーと同じ方向に共通軸線を中心として支持構造体が回転できるようにすることにより、フランス特許出願第0309582号に開示されているものと同じ原理で、始動補助機構を製造することが可能である。このフランス特許出願第0309582号では、支持構造体が反対方向に回転することが防止されると、減速比が小さくなり、巻回部が同じ外側の半径または同じレバーアームを有するときに、プーリーと同じ速度および同じ方向に支持構造体が回転すると、自動ダイレクトドライブとなるようになっている。

本発明の特定の一実施例では、ある機構により、被動プーリーに可撓性要素を再び巻くことができるようになっている。この理由は、可撓性要素を使用することは、駆動プーリーが巻き取りを行い、被動プーリーが巻き戻しを行うことを意味するので、サイクルの終了時に停止させなければならないからである。用途によっては、実際にトランスミッションシステムを停止させるか、または始動フェーズ後に引き継がれる連続動作により始動補助をする場合、トランスミッションシステムを外すことによってこれを行うことができる。従って、更に作動できるようにするためには、被動プーリーであったプーリーを反対方向に回転することにより、トランスミッションシステムを再び巻かなければならない。このことは、既に通常の動作にストレスが加えられている、このプーリーに接続された弾性システム、例えばスパイラルコイルスプリングにより、またはスプリングに張力を加えるか、ウェイトを上昇させているケーブルを巻くことにより実行できる。この回転を実行するための独立した機構を設けることも可能である。

本発明の特定の一実施例では、プーリーは円筒形ハブを有し、このハブに固定されている可撓性要素の対応する端部は、厚みがゼロまで連続的に薄くなる。この部分の長さは、ハブの円周に少なくとも等しくなるようにすることが理想的である。これによって半径の見かけの不連続性を生じることなく、スパイラル形状のピッチカーブをスタートさせることが可能となり、ハブへの可撓性要素の端部の取り付けを巻き取り効果により高めるよう、１回より多く回転した部分を所定位置に維持することが重要である。この取り付けは、例えば接着剤またはネジを使用することにより、それ自身公知のシステムで達成できる。

本発明の特定の一実施例では、可撓性要素の作動部分の厚みはピッチカーブの見かけの半径の変化を変えることができるように変化する。厚みの増加はカスタムスパイラル効果を増幅し、駆動プーリーで半径が増加する一方、被動プーリーで半径が減少する。他方、厚みが減少することはこの効果を減少させ、この効果をキャンセルし、半径を一定に維持するかまたはこれを逆にすることも可能である。

本発明の特定の一実施例では、サイクルの終了時に停止させなければならない前記システムを制御するのに、巻回部の少なくとも１つの外径または可撓性要素上のマークが使用される。このことは、巻回部のうちの１つの外径を測定するか、または可撓性要素上に位置する機械式、光学式、磁気式またはその他のマークを使用することにより、多数の方法で実行できる。駆動プーリーの外側に沿ってローラーが回転する簡単な機械的例も、制御機構を作動させることが可能である。このローラーは、見かけの半径の増加を伴い、例えばプーリーシステムの結合を外すこと、および定常状態にあるトランスミッションシステムの係合を誘発することが可能である。既に述べた自転車の例では、このローラーを支持するアームは前方プーリーをペダルクランク軸から外すと共に、従来のチェーンホイールをペダルクランク軸に結合できる。

本発明の特定の一実施例では、少なくとも１つのプーリーの巻回部のピッチカーブは、減速比の変化レートに作用するよう、見かけの半径の多少高速の変化を生じさせる。このことは、この入力トルクが可変である場合に、入力トルクに依存し得る。プーリーのピッチカーブの全体の形状はスパイラルのままであるが、ポーラー角に依存する半径の多少急速な変化がある。ピストンシステムにおける圧縮ポイントのように、提供される負荷を満足させるか、または例えば結合の変化を容易にするよう、変速比が一定の領域を得るには、これら変化が望ましい。可撓性要素の厚みを変えることにより、所望ポイントで、またはスパイラルの幾何学的形状またはハブの形状を使用して、サイクル位置においてこれら変化を得てもよい。既に述べた自転車の例では、前方プーリーは、利用できるトルクが最低のときに、最長レバーアームとなるように短軸がクランクアームに整合する楕円形状をした不均一のスパイラルを有することができる。

当然ながら、本発明の保護範囲から逸脱することなく、他の実施例を想到することができる。

添付図面（図１）を参照し、説明のために下記に示した１つの好ましい実施例の詳細な説明から、本発明の別の細部および特徴が明らかとなろう。

図１は自転車の始動の補助に用いた場合の、本トランスミッションシステムの好ましい変形例の略図を示す。自転車のフレームである支持構造体は図示されていない。ペダルクランク機構の軸線を中心として駆動プーリー１が回転し、後輪の軸線を中心として被動プーリー３が回転するようになっている。

自転車の始動補助への応用例に関連し、本システムは通常、自転車の始動フェーズにしか使用されない。従って、自転車の後輪をどのように駆動するか、すなわち本発明のトランスミッションシステムを使用するか、またはチェーンと後部スプロケットを使用する従来のトランスミッションシステムを使用するかのいずれかを、手動および／または自動的に選択するようになっている結合手段も設けることが好ましい。どのトランスミッションを使用するにせよ、駆動力はペダルを介し、駆動プーリーまたは前方チェーンホイールのいずれかに加えられる。

この変形例では、プーリー１と３とは共通平面にあることが好ましく、プーリー１には閉じていない平らなベルトである可撓性要素２が巻かれており、一方、この可撓性要素はプーリー３には巻かれていない。これら２つのプーリーは時計回り方向に回転する。これらプーリーは共通平面上にあるので、ベルトはいかなるガイドも必要とせず、プーリーの各々の上で使用場所においてベルトの巻回部によって形成される２つのスパイラルの外側の共通接線のパスに従う。各プーリーのハブ内に設けられた位置４においてベルトの端部が結ばれており、これら取り付け部は、各巻回部の第１回転部のキャプスタンの巻き効果によって強化されている。

図に示された位置は、ベルトが少なく巻かれている始動位置で駆動プーリー１が始動した作動フェーズでの中間位置であり、被動プーリー３にはこれよりも多く巻かれているので、変速比がほぼ３となっている図示されたステップアップ比よりも小さいステップアップ比となっている。駆動プーリー１は見かけの半径を増しながら、ベルトを巻続ける状態で運動が続き、一方、被動プーリー３はベルトを巻き戻しながら、見かけの半径が減少する。従って、ステップアップ比は増加し、通常の作動に望ましいステップアップ比に近いステップアップ比となると、プーリーシステムはペダルクランプ機構および後部車輪から結合が外れる。既に結合が外れた、図示されていないチェーンホイール、チェーンおよび後部スプロケットを使用する従来のトランスミッションシステムが、通常の作動を引き継ぐ。

中立軸を検討すると、ベルトによって形成されたカーブはすべてが同じ平面にあるアルキメデススパイラルの一部により各側で延びる直線の一部となっていることが理解できよう。平面状カーブとなっているスパイラルのこのアイデアは、平面状でなく三次元のカーブとなっている螺旋のアイデアと区別すべきである。

自転車の始動の補助に用いた場合の、本トランスミッションシステムの好ましい変形例の略図を示す。

符号の説明

１ 駆動プーリー
２ 被動プーリー
３ 可撓性要素

Claims (12)

1. 支持構造体と、２つのプーリーとを備え、前記プーリーは可能な場合にはガイドされる可撓性要素によって接続されているトランスミッションシステムにおいて、
   前記可撓性要素は、被動プーリーから巻き戻されながら駆動プーリー上にスパイラルに巻かれることを特徴とするトランスミッションシステム。
2. 前記可撓性要素の厚さは、一定であり、前記プーリーのハブは、円筒形ではなく、この厚さに等しいオフセットを有することを特徴とする、請求項１記載のシステム。
3. 少なくとも２つの同一の可撓性要素が使用されており、これら要素は少なくとも２つの被動プーリーから延び、単一の駆動プーリーに巻かれるか、または単一の被動プーリーから延び、少なくとも２つの駆動プーリーに巻かれることを特徴とする、請求項１または２記載のシステム。
4. 前記プーリーは同軸であることを特徴とする、請求項１記載のシステム。
5. 少なくとも２つの可撓性要素が使用されていることを特徴とする、請求項４記載のシステム。
6. 前記プーリーは、完全なディスクを形成せず、共通平面にあることを特徴とする、請求項４記載のシステム。
7. 前記支持構造体は、前記プーリーの共通軸線を中心として一方向にしか回転できないことを特徴とする、請求項４記載のシステム。
8. 機構によって前記可撓性要素を前記被動プーリーに巻くことができることを特徴とする、前の請求項のいずれか１つに記載のシステム。
9. 少なくとも１つのプーリーは、円筒形ハブであり、前記可撓性要素の前記対応する端部は、厚さがゼロまで連続的に減少することを特徴とする、前の請求項のいずれか１つに記載のシステム。
10. 前記可撓性要素の作動部分の厚さは、変化することを特徴とする、前の請求項のいずれか１つに記載のシステム。
11. 前記システムを制御するのに、前記巻回部のうちの少なくとも１つの外径または前記可撓性要素上の基準マークを使用することを特徴とする、前の請求項のいずれか１つに記載のシステム。
12. 少なくとも１つのプーリーの前記巻回部のピッチカーブは、見かけの半径が多少急速に変化することを特徴とする、前の請求項のいずれか１つに記載のシステム。

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