JPH08500413A

JPH08500413A - 連続可変伝動装置

Info

Publication number: JPH08500413A
Application number: JP5516359A
Authority: JP
Inventors: アンソニーハサウェイ、ナイジェル
Original assignee: エリックスリミテッド
Priority date: 1992-03-17
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1996-01-16
Also published as: WO1993019308A1; AU3759393A; EP0630451A1; US5645507A

Abstract

(57)【要約】自動車、工業的およびロボットの応用分野で用いる２つの回転運動の間あるいは回転運動と直線運動との間での伝達に用いられる連続可変伝動装置であって、次の原理で作動する。上部セクション（１）は面に対して平行な全ての方向に移動自在にされる一方で、回転不能にされている。下部セクションのディスク（２）は、その中心が常に上部セクション（１）の直下にあるように拘束されている。ディスク（２）は、上部セクション（１）に対して図示の方向（１２）に回転され、自由に回転する車輪（６）は、車輪支持体（５）を滑動するロッド（７）により操舵される。ロッド（７）同士は、上部セクション（１）に対して特定点にセットされたロッド（８）により制御される一致点で合致している。図示のロッド（８）位置および図示の回転（１２）に対して、上部および下部セクション（１、２）は、車輪（６）のスリップを生じることなく、面に沿って矢印（１３）の方向へ移動する。ディスク（２）の回転速度に対して、面に沿う移動速度は、ディスク中心からの一致点の距離が増大するにつれて増大する。

Description

【発明の詳細な説明】連続可変伝動装置技術分野本発明は、車両などに用いられて２つの回転運動間または回転運動と直線運動間での変換を行うための、或いは、ロボット、機械部品、または、その他の、サーボ系、回転式アクチュエータまたは直動式アクチュエータを必要とする機器の運動を制御するための連続可変伝動装置および方法に関する。自動車工業において、本発明は、限定するものではないが、従来のギヤボックスおよびクラッチに代えて内燃エンジン車両への使用に特に適し、また、従来のモータ速度制御機器に代えてバッテリ車両への使用に特に適している。機械およびロボット工業において、本発明は、限定するものではないが、高精度かつ高トルクの回転式または直動式サーボ機構に特に適している。また、本発明は、運動を要するその他の機器および車両にも適している。これを例示すれば、ペダル式乗り物、玩具、ゲームセンタ用のゲーム、学習シミュレータ、および、固定軌道あるいは独立の自動車を用いたテーマパークの乗り物などがある。背景技術従来の内燃エンジン車両は、通常、摩擦式または流体式クラッチと手動または自動でシフトされる一組のギヤとを介して、エンジンを車輪に連結している。斯かる構成によれば、エンジンの燃料経済性およびトルク伝達特性を最適化する上で制約があった。そして、ある種の車両は、連続可変伝動装置を確かに使用している。典型的には、接近離反移動する２つのコーン間に張られたベルトまたはチェーンを用いて駆動ハブの有効径を変化させるシステムが用いられている。しかしながら、この種の伝動装置は、信頼性および効率に乏しく、また、伝達トルクが小さい。その他の種類の伝動装置には、金属球と、潤滑シャーを介してこの金属球に接触する面とを有する摩擦駆動部を含むものがあるが、伝達トルクに比べて内力を大きくする必要がある。また、可変容量ポンプを用いる油空圧モータを駆動する液圧駆動部を含むものは、比較的高価である。また、可変振幅の振動運動を行うと共にこの振動運動を調整して出力速度を生じさせるラチェット駆動部を含むものは、内部が複雑で、伝達比が振動的に変動する。従来のバッテリ車両は、通常は、パワーエレクトロニクスまたは切換抵抗によって制御される直流モータを使用している。ある種の車両は、車両減速中に車両の運動エネルギをバッテリに戻すようにした再生ブレーキを用いている。モータ低速運転時のエネルギ損失とパワーエレクトロニクスとにより相当量の運動エネルギが回収不能になることから、この構成には、再生ブレーキに加えて従来の摩擦ブレーキを要するという不都合がある。従来のアクチュエータおよびサーボは、光学的シャフトエンコーダに連結された直流モータまたはステッピングモータに基づくもので、パワーエレクトロニクスにより制御されるようになっている。モータおよび駆動トランジスタは、所要トルクの増大につれて大型化し、この大型化に伴って全体コストが急増する。更に、運動の各軸毎にサーボモータおよび増幅器が必要で、また、回転運動から直線運動の変換には、ボールスクリューなどの機械装置が必要になる。非常に大きい力を得るにはサーボ油圧装置が用いられるが、コスト高である。発明の開示本発明の目的は、改良型の連続可変伝動装置を提供することにある。本発明の連続可変伝動装置は、少なくとも２つの回転部材と、回転部材に装着された共通部材と、回転部材と協働する面と、夫々の軸線の周りで各回転部材を操舵するように作動する操舵手段とを備えている。回転部材は、回転部材自身の回転軸線に関して回転自在であると共に、周縁領域を有している。この周縁領域は、夫々の協働領域において各回転部材の回転軸線に平行な方向における前記面に対する各回転部材の実質的なスリップが防止されるように、前記面と協働する。共通部材および前記面は、互いに第１及び第２の種類の運動を行うように装着されている。第１の種類の運動は、共通部材に対して固定された軸線の周りでの共通部材と前記面との相対回転であり、この軸線の周りで回転部材同士は離隔している。また、第２の種類の運動は、共通部材と前記面との別の相対運動である。操舵手段は、回転部材を操舵して、共通部材と前記面との第２の種類の相対運動の量に対する共通部材と前記面との第１の種類の相対運動の量の比率を、連続的に変化させるようになっている。実用上、前記面は、実質的に平坦にされ、或いは、球状に湾曲される。また、各回転部材がその周りで操舵される軸線は、夫々の回転部材の回転軸線と実質的に交差すると共に、回転部材と前記面との協働領域の中心またはその近傍において軸線を通る前記面に対して略垂直に交差している。この場合、共通部材の回転軸線を前記面に対して実質的に垂直にして伝達を行えるようにする必要がある。また、各回転部材について、その回転軸線および操舵軸線が実質的に同一平面内に配されると共に、夫々の回転部材に係る平面同士が共通軸線に沿って交差するようにする。以下において、共通軸線を一致軸線と称することがある。そして、前記面が実質的に平坦である場合、一致軸線は、通常は、共通部材の回転軸線に対して実質的に平行にされる。共通部材と前記面との相対並進運動方向は、２つの軸線が配される平面に対して垂直になり、また、伝達比率は、これら２つの軸線の離隔距離に比例することになる。前記面が実質的に球状に湾曲されている場合、一致軸線および共通部材の回転軸線は、前記面の湾曲中心を通る。また、伝達比率は、これら２つの軸線の間の角度の正接に比例することになる。本発明の伝動装置は、合理的に簡易であると共に製造経済性に富み、それにもかかわらず、伝達比率が連続的に可変である伝達を円滑に行えるようにする。本装置は、広範な応用分野に使用可能であり、異なる応用分野に対しては装置形態を異ならせることが特に効果的である。以下、その幾つかを説明する。２つの回転部材のみを有するものであることも可能ではあるが、より小型の部材を多数設けることが通常は好ましい。小型の部材の寸法および配設数は、各回転部材の面上における接触長さを低減する一方で、接触長さ全体を増大させると同時に経済的および実際的な限界内に入るように選択される。２つの回転部材のみを用いるときに適用されると共に２つ以上の回転部材についても理論上は適用可能な考察によれば、回転部材と面との協働領域の双方または全てを共通部材の回転軸と共通な平面内に配すると伝達ロスを招来するので、その様にすべきではない。回転部材は、共通部材の回転軸線から異なる距離にあっても良いが、回転軸線から等距離にあるのが好ましい。好ましくは、回転部材の数は４ないし１８であり、６個、１２個または１８個の部材を設けるのが良い。好ましくは、回転部材の運動に伴って面に沿って描かれる円の中心において面に正接する平面を回転部材の回転軸線が貫通するように、各回転部材をこれと協働する面に対して傾斜させる。非ゼロの伝達が行われる条件の下で、上述の円の半径は連続的に変化し、従って、回転部材の好適傾斜量が存在する。多くの状況では、パワー伝達中に生じる力は傾斜角度を変化させるように作用するので、多くの装置においては傾斜量を固定するのが実際的で、好ましくは、ゼロ伝達条件での要件を満足させるようにする。多くの目的に対しては、回転部材を操舵することが好ましい。操舵手段は、各回転部材当たり一つの、複数のガイドを含み、各ガイドは、回転部材と共通制御器とを機械的に連結する。そして、共通制御器を移動することにより回転部材を操舵する。回転部材の操舵軸線上の点と共通の点とを、あるいは異なる点同士を、各ガイドにより一致軸線に沿って接続しても良い。これにより、これら２つの点同士の間の距離およびガイドと回転部材の操舵軸線との間の角度を、共通部材の回転につれて必要に応じて変化可能になる。例えば、ガイドは、ヒンジ結合されたスロットを介して各回転部材の上方で滑動自在のロッドを備えても良く、各ロッドの一端は、共通のフレキシブル継手に固定される。継手位置が制御されて、伝達比率および方向が制御される。この様な機械式の操舵手段の利点は、同手段が比較的簡易であると共に電気供給が不要であることにある。しかしながら、各回転部材の操舵を共通の電子制御システムから個々に制御することも可能である。ガイドを共通のフレキシブル継手に固定することに代えて、ガイドをピボット結合したリングを備える共通の制御器を用いても良い。この構成において、リングは共通部材に関して回転不能にされる。即ち、リングとガイドとの結合部位においてガイドを滑動不能に固定する一方で、回転部材の操舵軸線において滑動可能とする。又は、その逆にする。或いは、例えばテレスコピック式スライド体などの追加機構を用いて、ガイド・リング結合部と操舵軸線との間の距離を必要に応じて変化可能なようした滑動式組合せ体としても良い。後述の本発明の実施例では、操舵リングは回転部材の内側に配されるが、特定の実施例については、操舵リングを内側または外側に配するのが最適であることが判っている。また、リングに対する結合部をリング中心から異なる距離に設けても良い。リング位置により、一致軸線の位置が定まる。操舵リングを使用する利点は、ガイド長さを相当に低減して、ガイドが互いに或いはその他のシステム部品と干渉しないことにある。ある種の状況では、回転部材についての操舵部材を、共通部材の回転軸線に対して接近または離反方向に変位されるその他の被操舵軸線の周りで操舵可能なその他の部材に連結することにより、回転部材の操舵軸線の有効位置を変化させるのが好ましい。その他の被操舵軸線は、共通部材の回転軸線から、最初の操舵軸線と同一の相対位置に位置づけられる。その他の部材の操舵は、操舵軸線の周りでの回転部材の操舵と実質的に同一である。上記の連結は、例えば、操舵軸線および被操舵軸線に装着される同期駆動ベルトおよびプーリを使用することにより達成できる。これは、新たな軸線を共通部材の回転軸線により接近して配することにより、例えば、操舵ガイドの所要寸法および移動量を低減する上で特に有用である。面が球状である場合、この改良によって、実際の球よりも小さい仮想的な球が形成される。これにより、ガイドの共通継手が仮想的な球の仮想的な回転軸線上で移動可能となると云う更なる利点が達成され、共通部材の回転を伴わずに球を回転可能になる。この後者の構成は、斯かる構成を用いた自動車用伝動装置あるいはその他の伝動装置に対して「中立」位置を与える点で有用である。従って、正方向及び負方向の双方においてゼロから無限大までの全ての伝達比率を達成できる。また、伝動装置により伝達されるトルクを計測または監視可能にするのが有用である。このため、好ましくは、各回転部材の操舵軸を回転部材の回転軸線と実質的に交差させつつ、一つ以上の回転部材について、回転部材の操舵軸線が回転部材の回転軸線を貫通する部位から短い距離だけオフセットされるように設けても良い。斯かる構成によれば、伝達されているトルクおよび力の大きさ及び方向に関連する全体的な力が操舵システムに加わることになる。力の測定値は、典型的には、伝達比率および方向の調節に用いられる電気的または機械的な制御システムへのフィードバックとして用いられる。多数の応用では、回転部材と面とを単に摩擦係合させることで足りるが、一つ以上の回転部材と面とを確実に係合させるのが有用なこともある。確実な係合により、回転部材の回転軸線に平行な方向への回転部材の面に対する移動に抗することができる。特定の回転部材と面との間で伝達される力が２つの面の間での当接に依拠するが、伝達力の相対方向が接触平面全体に存せず（変形は考慮されない）、この伝達力の相対方向が接触平面に対して垂直に近づくよう、回転部材が面の上を転動する間に一つ以上の回転部材または面あるいはその組合せが変形するように、回転部材、面あるいはその組合せを設けることにより、回転部材と面との確実な係合が好適に達成される。斯かる構成の例示的なものは、可撓性のある重合体の被膜からなる面と、面との接触点では非常に狭くした回転部材とを備えても良い。この場合、回転部材は重合体被膜中に押圧されて、被膜に一時的な窪みが形成される。更なる例示的な構成では、面にはこぶが付けられ、或いは、面に突出ピンが設けられ、これらの突出ピンは折り曲げられ又は後退して回転部材がピンの間を通過できるようにする。斯かる構成は、実質的な力を各回転部材の走行方向に対して垂直に伝達可能とするもので、潤滑シャーを介する単なる摩擦あるいはトラクションを用いた従来の多くの連続可変伝動装置に比べて、トルク伝達特性が大幅に向上する。また、回転部材が面を貫通することによっても確実な係合達成可能である。即ち、面の部分よりも回転部材の部分が回転部材の回転軸線から実際に一層離れるように、回転部材と面とを互いに係合させても良い。この係合には、車輪又は面の実質的な変形が伴ったり伴わなかったりする。斯かる構成の例を挙げると、メッシュに係合するスパイク付き車輪、窪み付き車輪又は把持システムがある。スパイク付き車輪では、回転部材当たりの一つ以上の平行車輪が面から突出する突起の間を走行するようにし、窪み付き車輪では、斯かる突起の上を走行するようにする。また、把持システムの回転部材は、係合領域を通過する間に開閉する顎部を有し、これらの顎部により、突起、ウール、剛毛、フック、ループまたはその他の好適な構成要素を把持する。既に指摘したように、面は、実質的に平坦で良いが、湾曲したものでも良い。詳しくは、面は、球の外側、または、球の、固定軸線の周りでの回転が拘束された部分であっても良い。斯かる構成によれば、回転型の連続可変伝動装置が提供される。この構成は、回転伝達が必要な場合に使用可能である。限定するものではないが、応用分野としては、自動車用ギヤボックス、可変速度駆動部、寸法が変わる製品を製造する機械を製造するためのギヤボックス、ロボット工業で用いるサーボ、及び、パワー源が、風または水などの、変化する速度で移動する流体からなると共に固定の同期速度で回転する必要があるパワー発生器が含まれる。球は、ディファレンシャル・ギヤボックス機構を含むことがある。２つの出力軸は、球の内側から延びるもので良く、車両の車輪を直接駆動することがある。この構成は、車両のクラッチ、ギヤボックスおよびディファレンシャルに代わる単一ユニットを提供し、ハンドブレーキを不要にする。また、面は、球の内側、あるいは、球の、固定軸線の周りでの回転を拘束された部分であっても良い。斯かるシステムは、物理的に、より小型のユニットにおいて実施可能で、自転車などでの使用に有用である。面が実質的に平坦であると、回転運動を２次元平面での運動に変換すべきものに使用可能な平坦型の連続可変伝動装置を提供できる。この構成は、トレーニング用の車両又はフライトシミュレータ或いはゲームセンタ用のゲーム等の、低コストでの多自由度の高性能運動を必要とするシステムに特に有用である。面は、完全に平坦で良く、或いは、僅かに湾曲したものであっても良い。また、面が実質的に平坦な平面の一部であると共に、固定経路の方向において同経路に沿って移動するように共通部材の運動が拘束される構成に設けることも可能である。斯かる構成は、直動型の連続可変伝動装置であって、実質的に直線であると共に方向が変化するような経路を提供できる。この構成は、回転運動を直線運動に変換すべきものに使用可能である。限定するものではないが、応用分野として種々の直動アクチュエータがあげられる。特に回転型および直動型の連続可変伝動装置の場合、面の作動部分の範囲を制限しても良く、回転部材は、共通部材が回転している間に一つ以上の回転部材が移動して回転部材と面との作動的な係合が確立および解除されるように設けられる。作動的な係合を解除する移動を、面が不在となることによって生じさせることができる。或いは、斯かる移動を生じさせるため、好ましくは、回転部材の回転方向に垂直な方向において回転部材が面の上で相当に大きくスリップ可能なように面を設けても良い。面の非作動領域は、典型的には、回転部材が操舵軸線の周りで共通部材の特定の回転速度に対して最も速くかつ高い伝達比率で回転する部位において、共通部材が回転している間に回転部材によって描かれる円の両側縁に設けられる。これらの領域は、（回転型伝動装置にあっては）球の回転軸線に向けて存し、あるいは、（直動型伝動装置にあっては）駆動軌道の両側に存する。この様にして作動面の範囲を限定すると、より高い伝達比率での効率が一層向上する。ある種の応用に対しては、複数の共通部材を設けるのが特に有用で、各共通部材には、面と協働する少なくとも２つの回転部材が装着される。共通部材は、同一源または異なる源により回転可能である。共通部材を同一のフレームに装着するのが好ましく、共通部材の回転中心は同軸であっても良く、同軸でないこともある。共通部材は、面の上を走行する自動車装置の一部を構成することがある。本発明の特に有用な実施例は、２つ以上の共通部材を用いると共に、内燃エンジンとバッテリで駆動される電気モータとを組み合わせたハイブリッド車両の伝動装置として機能する回転型の連続可変システムである。この様な車両において、加速運転時にはバッテリからエネルギが取り出され、また、減速運転時にはバッテリに戻される。内燃エンジンは、バッテリの蓄電容量を越えたエネルギを供給するために用いられる。好適な制御システムにより、システム回りのエネルギの流れが調節される。本発明による別の特に有用な実施例は、２つ以上の共通部材を使用すると共に、車両の姿勢および移動方向を互いに独立に制御可能な完全操縦可能型の車両の伝動装置として機能する平坦型の連続可変伝動装置である。この車両構成において、回転部材は、車両が走行する面に直接作用する。斯かる構成は、工場または倉庫で用いられる床清掃装置などに好適に使用される。清掃ブラシと駆動・操舵装置とを結合するため、各共通部材を剛毛により包囲しても良い。ある状況下では、自動車装置が走行する面に自動車装置の回転部材を直接作用させることが不適切なこともある。この場合、回転部材に係合する面を、自動車装置が走行するその他の面と回転部材との間に介設された伝動装置の中間部分によって形成しても良い。例えば、この様なシステムは、実質的に同一に回転するように連結した２つの共通部材を備えることがあり、両共通部材は、別の面に接触する共通の球の夫々の部分に作用する。完全な３つの自由度を必要とするが、このシステムは、連続的に移動する車輪が床または地面に接触することが不適切であるような、手動または自動的にガイドされる車両などの自動車装置の一部分などとして特に有用である。更なる例示として、単一の共通部材が単一の介在球に作用するようにしても良い。ここで、球の単一方向での回転は、複数の追加操舵車輪により拘束される。追加操舵車輪は共通部材に装着されはしないが、追加操舵車輪がこれら車輪の回転軸に沿う方向への実質的なスリップを生ぜずに、追加操舵車輪の操舵が整合する角度によって決定される軸線の周りで球が回転可能なように、追加操舵車輪同士は相互依存的に作用する。平坦型の連続可変伝動装置の場合と同様、この構成は２つの自由度のみを許容する。その他の例示としては、駆動車輪が作用する球状に湾曲した面を車輪の内側に設けたシステムや、セグメント式あるいは連続式の軌道またはベルトを用いて駆動車輪が軌道またはベルトの内側に作用するようにしたシステムがある。ここで説明した装置の大多数では、伝動装置の伝達比率および方向を制御するための好適システムにより、比較的安定化していない運動源から正確な運動を得ることができる。また、本発明によれば、上述の連続可変伝動装置を含むフィードバック機構や、上述の連続可変伝動装置を含む機械式増幅装置が提供される。機械式のフィードバックシステムを用いることにより、伝達比率を制御する特に有用な手段が提供される。システムには更なる運動制御入力が設けられ、同システムを駆動するためのトルクまたは力は比較的小さいもので良い。連続可変伝動装置の出力は、フィードバック機構の作用の結果として、制御入力に実質的に追従する。連続可変伝動装置とフィードバック機構との組合せにより、機械式の増幅装置が形成される。本発明を実施する回転型機械式増幅装置は、操舵および伝達比率をガイドにより制御するようにした回転型の連続可変伝動装置から構成できる。出力軸および制御軸の運動を比較して両運動の差に従って一致位置を移動させる好適装置により、ガイドの一致位置が、出力軸の軸線に平行な線に沿って移動される。この様な増幅装置は、図１６を参照して以下に説明する。この構成は、手動車輪のような純粋に機械式の運動源により制御されるものでも良く、或いは、ステッピングモータのような装置で制御することもある。パワー入力を、例えば、安定化していない誘導モータで駆動しても良く、その電源は主電源から直接取られる。また、バッテリから直接に電源供給される安定化していない直流モータで駆動することもある。特に有用な構成は、２つの回転型の連続可変伝動装置または機械式増幅装置を用いると共に、一方の装置にディファレンシャルギヤボックスを含め得るものであって、バス、タクシーまたは軽量の鉄道システムなどの、発進・停止デューティサイクルで走行する車両のエネルギを維持するために用いることができる。エンジンは、第１伝動装置を介してフリーホイールを駆動し、第１伝動装置は第２伝動装置を介して車輪を駆動する。車両の運動エネルギは、車両減速時にはフリーホイールに伝達され、車両加速時には車両に戻される。同様に、平坦型または直動型の機械式増幅装置は、ガイドにより操舵及び伝達比率が制御される平坦型または直動型の連続可変伝動装置から形成可能である。ガイドの一致位置は、面に対して平行移動する制御点の位置（これは増幅すべき入力信号を表す）と共通部材の装着上の基準点とを比較する機構によって移動される。両位置の偏差を反映させるには、一致位置を偏差の方向に対して垂直に移動させる。この構成は、ハンドルのような純粋に機械式の運動源により制御可能であり、或いは、外部の低トルク直動システム、Ｘ−Ｙ位置決めシステム、またはガイドシステムにより制御可能である。また、本発明によれば、少なくとも２つの回転部材が装着された共通部材と、回転部材と協働する面との間での連続可変伝達を行う方法が提供される。回転部材は、これら回転部材自身の回転軸線の周りで回転すると共に、周縁領域を有している。この周縁領域は、回転軸線に対して平行な方向において面に対して回転部材が実質的なスリップを生じることなしに、協働領域において面と協働する。各々の回転部材は、夫々の軸線の周りで操舵される。また、共通部材および面は２つの種類の運動を伴って互いに移動する。第１の種類の運動は、共通部材に対して固定された軸線の周りでの共通部材および面の相対回転であり、この軸線の周りで回転部材同士は離隔されている。第２の種類の相対運動は、共通部材と面の別の相対運動であり、回転部材の操舵は、第２の種類の相対運動の量に対する第１の種類の相対運動の量の比率を連続的に変動可能とするように行われる。上述の全ての場合において、主たるパワー伝達の方向は、共通部材から面に向かう方向で良く、あるいは、これとは逆の方向であっても良い。以下、添付図面を参照して、本発明を実施する種々の連続可変伝達システムおよび同システムを使用可能な種々の装置を、例示的に説明する。図面の簡単な説明図１は、平坦型の連続可変伝動装置の作動原理を示す概略図である。図２は、ガイドを用いた操舵システムの概略平面図である。図３は、操舵リングに連結したガイドを用いた操舵システムの概略平面図である。図４は、変位式操舵軸線を備えた回転型の連続可変伝動装置の概略側面図である。図５は、オフセット式操舵軸線を備えた回転部材の概略側面図である。図６は、面を変形させることにより面と係合する回転部材の拡大断面図を含む。図７は、面を貫通する回転部材の側面図である。図８は、回転型の連続可変伝動装置の概略斜視図である。図９は、ディファレンシャルを含む回転型の連続可変伝動装置の球状セクションの部分破断図である。図１０は、回転部材が球の内側に係合する回転型の連続可変伝動装置の概略側面図である。図１１は、平坦型の連続可変伝動装置の概略斜視図である。図１２は、制限された領域のみにわたって面と作動的に係合する回転部材を備えた回転型の連続可変伝動装置の概略斜視図である。図１３は、２つの平坦型の連続可変伝動装置が同一面に係合するシステムの概略斜視図である。図１４は、別の平坦型連続可変伝動装置の概略斜視図である。図１５は、フィードバック機構に用いられる連結器の概略平面図である。図１６は、回転型の機械式増幅装置の斜視図である。発明を実施するための最良の形態添付図面において、図面に例示する特定の特徴の図示を明確にすべく、種々の部品および機構を削除してある。図１は、本発明を実施する平坦型の連続可変伝動装置の作動原理を示す概略図である。伝動装置は、上部セクションおよび下部セクションを備えている。上部セクション１は、下方の平面に平行な全ての方向に移動自在にされる一方で、回転不能にされている。下部セクションにおいてディスク２（共通部材）の中心は、このディスク中心が常に上部セクション１の中心の直下にあるように拘束されている。下部セクションのディスク２は、３つの車輪６ａ、６ｂ，６ｃに装着されている。３つの車輪は、ディスク中心から等距離にあり、車輪の水平軸線の周りで回転自在になっている。また、車輪６ａ、６ｂ、６ｃは面（図示略）に載置され、ディスクに関して垂直軸線の周りで回転自在にされている。但し、この回転運動は、車輪６ａ、６ｂ、６ｃの支持体５ａ、５ｂ、５ｃを通るロッド７ａ、７ｂ，７ｃにより拘束されている。各ロッドは、車輪支持体の孔を貫通している。この孔は、車輪の水平軸線よりも高さ方向において上方にあり、この孔の軸線は車輪の回転水平軸線と平行である。従って、車輪はロッドによって有効に操舵される。３つのロッド７ａ〜７ｃは、上部セクションと下部セクションとを接続するロッド８の底面である単一の一致点で合致するように拘束されている。この接続ロッド８は、ガイド９、１０により垂直に維持されると共に、上部セクション１に関して破線円１１内のいずれかに位置づけられる。破線円１１は、下部ディスク２がその中心の周りで上部セクション１に関して回転される間に車輪６の中心により描かれる経路（上部セクションに投影される）を表している。下部ディスク２はベルト４により回転され、このベルトは、矢印１４ａ、１４ｂで示す方向に上部セクション１に関して一緒に回転される２つのロッド３ａ、３ｂにより駆動される。下部ディスク２が矢印１２ａ、１２ｂで示すように反時計方向に回転されると共に一致点が回転中心に位置づけられていると、並進運動は生じない。しかしながら、一致点が図示の位置まで右に移動されると、上部セクションおよび下部セクションは、矢印１３で示す方向に平面に沿って一緒に前進運動する。これは、図１に示す位置からの小さい移動増分を考えることにより理解される。ディスク２は、車輪６ａ〜６ｃが操舵される方向だけ、ディスク２が載置されている面上において、ロッド８に整合する軸線の周りで強制的に回転される。従って、ディスク２の中心は、矢印１３で示す方向に前進移動する。ディスクの前進運動中、その周りでのディスク２の回転が拘束される軸線も同量だけ前進移動する。従って、ロッド８がディスク２の軸線１５上にあって軸線１６の右へ変位されている限り、ディスク２は矢印１３で示す方向への移動を継続する。ロッド８が更に右へ移動してロッド軸線からのディスク２の中心の離隔距離が増大し、従って、ディスク中心軸線の周りの回転運動量に対するディスク２の並進運動量の比率が増大することが、上述の説明から理解される。並進運動の方向は、ロッド８の軸線とディスク２の中心とを結ぶ直線の方向に垂直である。従って、図１に示す機構によれば、３つの車輪６ａ〜６ｃと、車輪に装着されたディスク（すなわち共通部材）２と車輪６ａ〜６ｃが載置される面とを備えた連続可変伝動装置が提供される。車輪６ａ〜６ｃは、車輪の回転軸線の周りで回転自在にされている。又、車輪６ａ〜６ｃは、支持体５ａ〜５ｃの長手方向軸線に対応する軸線の周りで操舵される。これらの操舵軸線は、車輪の回転軸線と交差している。ディスク２は、その中心の周りで回転可能であると共に、車輪が載置される面の上で並進移動可能である。車輪は、ロッド８に接続されたロッド７ａ〜７ｃにより操舵され、又、ディスク２の中心に対してロッド８の位置を変化させることにより、面上でのディスクの並進移動量に対するディスク２の回転量の比率を連続的に変化可能である。注目すべきは、ディスク２を回転駆動してディスクを並進移動させるのが通常ではあるが、その反対も可能である。即ち、並進移動させてディスク２を回転させる。図２は、ガイドを用いた操舵システムの概略平面図である。図示例は、６つの車輪６のためのものである。ガイドはロッド２０ａ〜２０ｆの形式をとり、これらロッドは、中心垂直軸線の周りで回転自在の、操舵される車輪支持体２１ａ〜２１ｆ内を滑動自在にされている。ロッド２０ａ〜２０ｆの一致点は、水平面内で移動されると共にロッド同士間の角度を可変とするフレキシブル部材２２によって維持されている。図２のロッド２０ａ〜２０ｆが図１のロッド７ａ〜７ｃに対応し、また、図２の支持体２１ａ〜２１ｆが図１の支持体５ａ〜５ｃに対応することが理解されよう。図３は、操舵リングに連結されたガイドを用いる操舵装置の概略平面図である。ガイドはロッド２６ａ〜２６ｆの形式をとり、これらロッドは、垂直軸線の周りでロッドに対して回転自在の、操舵される車輪支持体２５ａ〜２５ｆに固定されている。ロッドは基準部材２７ａ〜２７ｆを貫通し、基準部材は、同部材自身の中心垂直軸線の周りで回転可能なように操舵リング２８に結合されている。操舵リング２８は、被操舵部材２５ａ〜２５ｆに対して回転することなしに水平面内を移動する。このとき、ロッド２６ａ〜２６ｆの投影線が一致したままにされ、一致点も水平面内で移動する。図４は、操舵軸線が変位する回転式連続可変伝動装置の概略側面図である。回転部材３０ａ、３０ｂは、２つのシャフト３７ａ、３７ｂにより支持されると共に両シャフトを駆動する球３６に係合している。両シャフトは、球３６と共に軸線３８の周りで回転する。各回転部材３０ａ、３０ｂは、ベルト３２により駆動されるプーリ３１ａ、３１ｂにより操舵される。又、ベルト３２は、プーリと操舵システム３５ａ、３５ｂにより駆動される。プーり３１ａ、３１ｂは、プーリ３５ａ、３５ｂが軸線３４ａ、３４ｂの周りに回転する間、軸線３３ａ、３３ｂの周りで回転する。軸線３３ａ、３４ａは軸線３３ｂ、３４ｂと同様に平行である。従って、プーリ３５ａ、３５ｂの操舵により、あたかもプーリが直接操舵されるように、回転部材３０ａ、３０ｂが操舵される。この変位式の操舵プーリは、本来の球の中心線３９に沿って変位される仮想球４０上の車輪の操舵をあたかも制御するような挙動を呈する。円４０の上側半部内で平面において一致点を移動できると共に一致点とプーリ３５ａ、３５ｂ間の長さをヒンジ止めしかつ可変とするようなプーリ３５ａ、３５ｂに好適な操舵機構があるとすれば、どの様な比率でも達成可能である。もし、一致点が軸線４１から軸線４２へ距離ｙだけ変位されると共に軸線３９から距離ｘだけ変位されて点４３にあるとすれば、並進比率は比ｘ／ｙにより与えられることになる。図５は、オフセット式操舵軸線を備えた回転部材の概略側面図である。回転部材は、車輪４５であって中心線４７を備えるもので、部材４６により、矢印４９で示す方向に軸線４８の周りで操舵される。この軸線４８は車輪の中心からオフセットされており、車輪が載置されている面により車輪回転軸線と平行に車輪に作用する力で部材４６に内力を生じさせるようにしている。この力を知ることにより、システムによる伝達力を有用に表示できる。図６は２つの部分を含み、その左半部は、面に載置されると共にこの面に係合する回転部材５４を含む組立体の斜視図であり、同図の右半部の参照符号５３を付した部分は、回転部材５４が係合する面を変形させる回転部材の拡大断面図である。回転部材５４は、ベッド５６に固定された軟質材料層５５に食い込む鋭角リムを有している。回転部材と面とを確実に係合させることにより、部材５４とベッド５６との間で大きい側方向力を伝達可能になる。単に摩擦係合のみが存している場合には、伝達可能な力は、より小さくなる。図７は、周縁に円錐状スパイク６１を備えた回転部材６０の側面図である。この場合、面はメッシュ６２により形成され、スパイク６１はメッシュ６２の開口を貫通している。スパイク６１及び／又はメッシュ６２は可撓性のあるもので良く、スパイクがメッシュを貫通するときにスパイク６１とメッシュ６２の開口との間に不整合があっても構わなくなる。図８は、水平入力軸６６を後部に備えると共に両端型の水平出力軸６７ａ、６７ｂを備えた回転式連続可変伝動装置の概略斜視図である。入力軸６６は、垂直ギヤ６８を介して、図１のディスク２に対応するディスク６９に連結されている。出力軸は、車輪７１ａ、７１ｂが係合する球状セクション７０を有している。車輪ケーシング７２ａ、７２ｂを操舵する操舵ロッド７３ａ、７３ｂの一致点を制御するための制御レバー７４は、下方に突出して示されており、このレバーは、出力軸の中心線と平行な線に沿って移動される。車輪ケーシングは、追加拘束手段（図示略）により拘束されて、各車輪の操舵軸線および操舵ロッドを、これと協働する球状セクション７０の領域に対して略垂直の操舵軸線と同一平面内に維持する。制御レバーが、入力軸６６の軸線を含む垂直平面から更に移動される間、入力軸６６の速度に対する出力軸６７ａ、６７ｂの回転速度が増大することになる。伝達比率（即ち、入力軸６６の速度に対する出力軸６７ａ、６７ｂの回転速度の比率）は、球７０の半径に対する、入力軸６６の軸線を含む垂直平面からの制御レバー７４の距離の比率に等しい。典型的には、図８に示す構成の実用型では、球への接触レベルを増大すべく、１２または１８個などという多数の小径車輪を用いても良い。好ましくは、ディスク６９、車輪７１ａ、７１ｂ及び操舵ロッド７３ａ、７３ｂからなる組立体と同様の、更に２つの組立体を、ケーシング６５の前方上側面に設けることができる。便宜上、図８のシステムの特定方向のみについて説明したが、勿論、その他の方向を用いても良い。図９は、ディファレンシャルを含み図１０に示す回転式連続可変伝動装置の球状セクションの破断図である。球７０の内側には、ベベルギヤ７７ａ、７７ｂが装着され、同ベベルギヤの回転中心は球７０に対して固定されている。ベベルギヤ７７ａ、７７ｂは互いに噛み合ってはいない。出力軸６７ａ、６７ｂは球７０に対して回転自在にされている。シャフト６７ａ、６７ｂの端は、ギヤ７７ａ、７７ｂから駆動されるベベルギヤ７８ａ、７８ｂ（図９にはギヤ７８ａを図示せず）に固定されている。典型的には、車両の車輪がシャフト６７ａ、６７ｂに固定され、車両がコーナを旋回している間、ディファレンシャル機構により、車輪の速度差が許容されるようになっている。図１０は、回転部材が球の外側ではなく内側に係合している回転式連続可変伝動装置の概略側面図である入力軸８１にはベベルギヤ８４を駆動するベベルギヤ８３が固定され、ベベルギヤ８４は、回転部材８５ａ、８５ｂが装着される共通部材を構成している。回転部材８５ａ、８５ｂは、ケーシング８０の、球状に形成された内面に係合しており、ケーシング８０の回転で、システムの出力が構成されるようになっている。静的な基準シャフト８２は、外側の静止点（図示略）に固定され、同シャフトの他端は中央支持ブロック８６に固定されている。回転部材８５ａ、８５ｂは、支持ブロック８６内で回転するアクスル８７により支持された対向車輪８８ａ、８８ｂにより、ケーシング８０に対し装填状態に保持されている。比率制御（図示略）は種々に実現される。例えば、回転部材８５ａ、８５ｂを操舵するための制御ロッドおよび関連ガイドを支持ブロック８６に装着した状態で、シャフト８２及び支持ブロック８６を一側から他側へ移動させることにより、比率制御が実現される。或いは、一方のシャフト８１または８２の中心を介して制御ロッドを導入して好適な車輪操舵装置を制御ロッドに接続することにより、比率制御が実現される。図１０の構成は、ケーシング８０により後部車輪のハブを構成すると共にシャフト８１をチェーン駆動部に接続したペダル式自転車に好適に使用される。図８の場合のように、回転部材８５ａ、８５ｂの拘束装置の幾つかの図示を省略する。図１１は、平坦型の連続可変伝動装置の概略斜視図である。共通部材・車輪組立体９１は、道路９０上を走行するもので、モータ９２により駆動される。ビーム９３は、モータ９２に対する基準として例示してあり、これは、所望比率・方向制御機器を含むもので良い。図１１の実施例の作動は、図１の概略構成のものに類似する。図１２は、図８のものと類似であるが、車輪７１が、制限された領域のみにわたって球７０と作動的に係合する回転式連続可変伝動装置の概略斜視図である。図８の場合のように、ケーシング６５、入力軸６６、出力軸６７ａ、６７ｂ、ギヤ６８、共通部材６９、球７０、車輪７１ａ、７１ｂ、車輪ケーシング７２ａ、７２ｂ、操舵ロッド７３ａ、７３ｂ及び制御レバー７４が設けられている。しかしながら、図１２の球７０は２つの面を有している。一つの粗い面９６には車輪が作動的に係合し、別の滑らかな面９７には車輪は作動的に係合せず、車輪は滑らかな面で滑動自在になっている。面９７を滑らかにする代わりに、球７０の中心からの面９７の半径を面９６のものよりも僅かに小さくして車輪が面９７に接触しないようにしても良い。図１３は、２つの平坦な連続可変伝動装置が同一面に係合するシステムの概略斜視図である。２つの共通部材・車輪組立体１０１ａ、１０１ｂは、面１００上で走行する。組立体１０１ａ、１０１ｂの双方の作動は、所望の制御機器および負荷が装着されたフレーム１０２により相互に結合されている。この構成は、内部に追加自由度を有する機器の一部であっても良く、或いは、それ自身が自動車システムであっても良い。図１４は、共通部材・車輪組立体１０６が、２つのローラ１０７ａ、１０７ｂの周りに張られた回転ベルト１０６の内面に係合する平坦式の連続可変伝動装置の概略斜視図である。ベルトは面１０５上で走行する。斯かる構成は、面１０５と共通部材・車輪組立体１０６との直接接触が不適切であるような場合に有用である。図１５は、フィードバック機構の概略平面図である。２つのベルクランク１１０は、ガイドロッドの一致点１１４の位置を制御するために用いられる。ガイドロッドは例示的なものであって、図１のロッド７ａ〜７ｃであると考えることにする。ベルクランク１１０ａ、１１０ｂは、ピボット１１１ａ、１１１ｂが上部セクション１（或いは上部セクションに固定された部材）に設けられている。ベルクランクの制御端１１２ａ、１１２ｂは単一の軸アクチュエータに接続され、他端は車輪６ａ〜６ｃが載置される面に固定されている。制御点１１２ａ、１１２ｂが移動される間、一致点１１４はスロット１１３内で移動し、（ゼロ伝達から始まる）伝達比率を変化させる。全体効果として、共通部材・車輪組立体は、ディスク２の回転速度に比例する遅れをもってアクチュエータ運動に追従する。図１６は、入力軸１２１と両端型の出力軸１２２ａ、１２２ｂとを備えた回転式機械増幅装置を示し、入力軸１２１を介して機械的パワーが供給される。入力軸及び出力軸は、図８に示す構成と実質的に反対形式の連続可変伝動装置を介して連結されている。図８の操舵ロッド７３ａ、７３ｂは図１６では操舵ロッド１３１ａ、１３１ｂにより表される。増幅装置は、増幅すべき回転入力を制御軸１２８ａ、１２８ｂに受ける。リードねじ１２７は、ベルト１２４及びプーリ１２３を介して出力軸１２２ａから駆動されるもので、ブロック１２６内に装着したカラー１３０を出力軸１２２ａ、１２２ｂと平行に移動させる能力を有している。カラー１３０はブロック１２６内で回転自在である一方で、制御軸１２８ａにキー結合された別のカラー１２０にギヤ結合されている。制御軸１２８ａの回転により、リードねじ１２７のカラー１３０が回転される。カラー１３０及びリードねじ１２７の回転速度が同一であれば、カラー１３０はリードねじ１２７に沿って移動しない。両者の回転速度が異なれば、カラー１３０は、操舵ロッド１３１ａ、１３１ｂの一致点を移動させつつ、リードねじ１２７の速度を変化させ（同リードねじが出力軸１２２ａにより駆動されるので）、カラー１３０及びリードねじ１２７の速度をマッチングさせる。ここで注目すべきは、図１６のシステムは、出力軸および制御軸の間の位相遅れを生じさせ、両軸の速度を増大させることにある。好適な開ループまたは閉ループ制御システムを用いてこの遅れを相当に低減させ或いは解消して正確なサーボシステムを構成できる。本発明の種々の実施例を例示的に記載したが、図示した実施例は種々に変形できる。また、種々の点において、実施例の一つに関して記載した特徴を別の実施例で用いることが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．少なくとも２つの回転部材と、前記回転部材に装着された共通部材と、前記回転部材と協働する面と、夫々の軸線の周りで各前記回転部材を操舵するように作動する操舵手段とを備え、前記回転部材は、前記回転部材自身の回転軸線に関して回転自在であると共に、周縁領域を有し、前記周縁領域は、夫々の協働領域において各前記回転部材の回転軸線に平行な方向における前記面に対する各前記回転部材の実質的なスリップが防止されるように、前記面と協働し、前記共通部材および前記面は、互いに第１および第２の種類の運動を行うように装着され、前記第１の種類の運動は、前記共通部材に対して固定された軸線の周りでの前記共通部材と前記面との相対回転であって、前記軸線の周りで前記回転部材同士は離隔しており、前記第２の種類の運動は、前記共通部材と前記面との別の相対運動であり、前記操舵手段は、前記回転部材を操舵して、前記共通部材と前記面との前記第２の種類の相対運動の量に対する前記共通部材と前記面との前記第１の種類の相対運動の量の比率を、連続的に変化させる 3ことを特徴とする連続可変伝動装置。２．前記操舵手段が、各前記回転部材当たり一つの、複数のガイドを含み、各前記ガイドは、前記回転部材と共通制御器とを機械的に連結し、前記共通制御器の移動により前記回転部材を操舵することを特徴とする請求の範囲１に記載の連続可変伝動装置。３．前記共通制御器は、前記ガイドをピボット結合したリングを備えることを特徴とする請求の範囲２に記載の連続可変伝動装置。４．前記回転部材の操舵軸線の有効位置が、前記回転部材の操舵部材を、前記共通部材の回転軸線に対して接近または離反方向に変位されるその他の操舵軸線の周りで操舵可能なその他の部材に連結することにより、変化可能であり、又、前記その他の操舵軸線が、前記共通部材の回転軸線から、最初の操舵軸線と同一の相対位置に位置づけられることを特徴とする請求の範囲１ないし３のいずれかに記載の連続可変伝動装置。５．各前記回転部材の操舵軸線が、夫々の回転部材の回転軸線に実質的に交差していると共に、一つ以上の回転部材については、前記回転部材の操舵軸線が、前記回転部材の回転軸線を貫通する部位から短い距離だけオフセットしていることを特徴とする請求の範囲１ないし４のいずれかに記載の連続可変伝動装置。６．一つ以上の回転部材と前記面とが確実に係合され、この確実な係合により、前記回転部材の回転軸線と平行な方向への前記回転部材の前記面に対する移動に抗するようにしたことを特徴とする請求の範囲１ないし５のいずれかに記載の連続可変伝動装置。７．前記回転部材が前記面内に侵入または前記面を貫通していることを特徴とする請求の範囲６に記載の連続可変伝動装置。８．前記面が、球の外側、又は、球の、固定軸線の周りでの回転を拘束された部分であることを特徴とする請求の範囲１ないし７のいずれかに記載の連続可変伝動装置。９．前記球が、ディファレンシャルギヤボックスの機構を含むことを特徴とする請求の範囲１ないし８のいずれかに記載の連続可変伝動装置。 10．前記面が、球の内側、または、球の、固定軸線の周りでの回転を拘束された部分であることを特徴とする請求の範囲１ないし７のいずれかに記載の連続可変伝動装置。 11．前記面が実質的に平坦であることを特徴とする請求の範囲１ないし７のいずれかに記載の連続可変伝動装置。 12．前記共通部材が回転するにつれて一つ以上の回転部材が移動して前記回転部材と前記面との作動的な係合が確立および解除されるように、前記回転部材が配されていることを特徴とする請求の範囲１ないし１１のいずれかに記載の連続可変伝動装置。 13．複数の共通部材が設けられ、前記面と協働する少なくとも２つの回転部材を各前記共通部材に装着したことを特徴とする請求の範囲１ないし１２のいずれかに記載の連続可変伝動装置。 14．前記共通部材または複数の共通部材が、前記面の上で走行する自動車装置の一部を構成することを特徴とする請求の範囲１ないし１３のいずれかに記載の連続可変伝動装置。 15．前記面が、前記回転部材と前記自動車装置が走行する別の面との間に介在する伝動装置の中間部分により形成されていることを特徴とする請求の範囲１４に記載の連続可変伝動装置。 16．請求の範囲１ないし１３のいずれかに記載の連続可変伝動装置を含むことを特徴とするフィードバック機構。 17．請求の範囲１ないし１３のいずれかに記載の連続可変伝動装置を含むことを特徴とする機械式増幅装置。 18．少なくとも２つの回転部材が装着される共通部材と、前記回転部材と協働する面との間での連続可変伝達を行うものであって、前記回転部材は、これらの回転部材自身の回転軸線の周りに回転すると共に、前記回転軸線と平行な方向において前記面に対する前記回転部材の実質的なスリップを来すことなしに夫々の協働領域において前記面と協働する周縁領域を有し、各前記回転部材は、夫々の軸線の周りで操舵され、前記共通部材および前記面は、２種類の運動を伴って互いに移動し、第１の種類の相対運動は、前記共通部材に対して固定された軸線の周りでの前記共通部材及び前記面の相対回転であって、前記軸線の周りで前記回転部材同士は離隔され、第２の種類の相対運動は、前記共通部材および前記面の別の相対運動であって、前記回転部材の操舵により、前記第２の種類の相対運動の量に対する前記第１の種類の相対運動の量の比率を連続可変可能とすることを特徴とする連続可変伝達方法。