(57)【要約】      （修正有）【課題】変速装置を提供する。【解決手段】変速装置は、外面を有する内レース３８と、内面を有する外レース３６と、内レースの外面と内面と転がり接触する内ローラー４２と、外レースの内面と転がり接触する外ローラー４０とを含む軌道ローラーのセットとを有し、全ての内ローラーは、２つの外ローラーと転がり接触し、全ての外ローラーは、２つの内ローラーと転がり接触し、内レース及び外レースのそれぞれは、ある軸線に中心が置かれている。【選択図】図１５
2020024044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変速装置であって、当該変速装置は：
外面を有する内レースと；
内面を有する外レースと；
前記内レースの外面と転がり接触する１９個以上の内ローラーと、前記外レースの内面と転がり接触する外ローラーとを含む軌道ローラーのセットと；を有しており、
各内ローラーは、２つの外ローラーと転がり接触している、
変速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１２年５月２５日に出願された米国特許仮出願６１／６５２，１４８号について米国特許法１１９条（ｅ）に基づく利益を主張する。
【０００２】
本願発明は、変速装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ギヤ伝達変速装置は、高いトルクを出力することが可能であるが、製造が複雑であり、バックラッシュ、ギヤノイズが発生し、典型的には高減速比を実現するために多段動作を必要とする。
【０００４】
トラクション(traction)駆動変速装置は、いくつかの利点を提供するが、典型的には、同じ大きさのギヤ式変速装置より少ないトルクを発生する。
【０００５】
一般的に、トラクション駆動システムを用いる場合に、多くの用途について、低摩擦、高効率、高耐用性のトルク伝達部材同士の間に純粋な転がり接触を提供し、トラクションを増大させることが所望されている。また、トルク伝達部材同士の間の接触力は、トルクが増大すると、自動的に増大することが所望されており、それによって、大きな負荷は、トルク出力を増大することが必要なときにだけ、トラクション要素同士の間に発生する。これは、アクチュエータが高いトルクを伝達していないときに、摩耗面の負荷を低減することによって増大した耐用年数と効率の利点を提供するであろう。
【０００６】
回転式アクチュエータの他の所望される特性は、ゼロバックラッシュ、バックドライブ性能(backdrivability)、低振動、非コギング出力、高剛性、そして静粛性である。サイズ及び重量に対して高いトルク発生能力も所望されており、（非常に高い変速比を含む）広範な変速比の可能性、（低いトルク入力の駆動システムの使用を可能にする）高い入力速度能力、低い入力慣性、及び内部配線用の（又は、おそらく集積電子機器を可能にする）比較的大きな中心貫通孔、又はアクチュエータの内径（ＩＤ）内（又は、部分的に内径内）の他のタイプの回転式駆動モータも所望されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
外面を有する内レースと、内面を有する外レースと、内レースの外面と転がり接触する内ローラー及び外レースの内面と転がり接触する外ローラーを含む軌道ローラーのセットと、を含む変速装置が開示される。
【０００８】
実施形態では、全ての内ローラーは、２つの外ローラーと転がり接触しており、全ての外ローラーは、２つの内ローラーと転がり接触している。
【０００９】
実施形態では、軌道ローラーのセットには、１９個以上の内ローラーが含まれる。
【００１０】
実施形態では、内レース及び外レースのそれぞれは、ある軸線に中心が置かれており、第１外ローラーに接触する第１内ローラーの各対について、トラクション角度φは、第１内ローラーの中心を通ってこの軸線から外向きに延びる第１のラインと、第１外ローラーと外レースとの接点及び第１内ローラーと内レースとの接点から延びる第２のラインとの間の角度として規定されており、第１内ローラーは、第１の摩擦係数ＣＦ１を有する内レースに接触しており、第１外ローラーは、第２の摩擦係数ＣＦ２を有する外レースに接触しており、ＣＦ１＞ｔａｎ（φ）及びＣＦ２＞ｔａｎ（φ）である。
【００１１】
実施形態では、ローラーは、以下のＡ又はＢのいずれか、両方として形成される：
Ａ．各内ローラーは、軸線方向に整列した２つ以上のローラー部分で形成されている。
Ｂ．各外ローラーは、軸線方向に整列した２つ以上のローラー部分で形成されている。
【００１２】
実施形態では、少なくとも各内ローラー又は各外ローラーは、２つの異なる直径を有しており、外ローラーの直径（複数可）に対する内ローラーの直径（複数可）の比に依存して、軌道ローラーは、内レースの回転と同じ方向又は反対方向に周回する。
【００１３】
実施形態では、軌道ローラーは、軸線方向の両端部の間に延びており、軌道ローラーは、軸線方向の端部に向けて減少する直径を有する。
【００１４】
実施形態では、軌道ローラーのローラーは、円錐面を有しており、ローラーが、軸線方向に中心が置かれないときに、軌道ローラーの他のローラーの円錐面と接触する。
【００１５】
実施形態では、多段変速装置は、少なくとも１つの段が、開示された実施形態のいずれかによる変速装置を含むように開示されている。
【００１６】
実施形態では、軌道ローラーの少なくともいくつかは、ギヤ付きリング、軌道ローラーの少なくともいくつかに取り付けられるとともに離間して置かれた軌道ローラー上の円形ボス部材と協働するようなケージの１つ又は複数によって離間されている。
【００１７】
様々な実施形態は、変速装置の所望の特性の１つ又は複数を実現する。
【００１８】
種々の実施形態では、以下の特徴のうちの任意の１つ又は複数を含むことができる：軌道ローラーの１つ又は複数は中空であり、内ローラー又は外ローラー或いは両方は、軸線方向に整列したローラー部分から形成されている。レースが分割されており、外ローラー又は内ローラーのどちらかが長く、より長いローラーは、レース、内ローラー又は外ローラーのいずれかとギヤ接触するような駆動リング又は出力リングと同軸になるようなリングによって駆動される。トラクション角度及び／又は摩擦係数はそれらの値について特定の限界値を有しており、ローラーは前負荷されている。内レースは単一の円筒面で構成されており、内レースは、他の構成要素のためのスペースを確保するのに十分に大きな領域で区切られた２つ以上の円筒面で構成されており、外レースは単一の円筒面で構成されており、外レースは、他の構成要素のためのスペースを確保するのに十分に大きい領域で区切られた２つ以上の円筒面で構成されている。内レース及び／又は外レースは、内レース及び／又は外レースの円筒形接触面の外縁から軸線方向に測定された、中心位置で又はこの付近でレースの軸線に対して垂直な平面のいずれかの側にある２つの円筒面で構成される。リングが、内レース及び外レースと同心に配置されており、リングは、軌道ローラーを駆動するか、又は軌道ローラーによって駆動されるように、軌道ローラーに接続されており、リングは、内ローラーを駆動するために内ローラーに接続されている。リングは内面を有しており、内面は１つ又は複数の内ローラーに接触しており、リングの内面は、１つ又は複数の内ローラーとギヤ接触しており、リングの内面は、１つ又は複数の内ローラーとトラクション接触している。リングは、外ローラーを駆動するために外ローラーに接続されており、リングは外面を有しており、リングの外面は１つ又は複数の外ローラーと接触しており、リングの外面は１つ又は複数の外ローラーとギヤ接触しており、リングの外面は１つ又は複数の外ローラーとトラクション接触している。全ての転がり接触はギヤ接触しており、全ての転がり接触はトラクション接触である。内レースと各内ローラーとの接触部、トルクを伝達する外ローラーと各内ローラーとの接触部が、トルク伝達径を有しており、全てのトルク伝達径が等しい。外レースと各外ローラーとの接触部、トルクを伝達する内ローラーと各外ローラーとの接触部が、トルク伝達径を有しており、全てのトルク伝達径が等しい。外ローラーは、外ローラーと内ローラーとの接触部の直径とは異なるような、外レースの内面との接触径を有しており、外ローラーは、内ローラーと接触する主トルク伝達径よりも大きな、外レースの内面に接触する直径の主トルク伝達径を有しており、外ローラーは、内ローラーに接触する主トルク伝達径よりも大きな、外レースの内面に接触する直径の主トルク伝達径を有している。内ローラーは、内レースの接触する主トルク伝達径と同様に、外ローラーとの同じ接触する主トルク伝達径を有しており、内ローラーは、外ローラーに接触するより大きな直径の主トルク伝達接触部と、内レースの外面に接触するより小さな主トルク伝達接触部とを有している。外ローラーは２つの直径を有しており、内ローラーは、外レースが固定される場合に、ローラーの回転によって、一方向にローラーの周回が生じて、ローラーの周回方向と同じ方向に内レースの回転がもたらされるような１つの直径を有する。外ローラーは、２つの直径を有しており、内ローラーは、外レースが固定される場合に、ローラーの回転によって、一方向にローラーの周回が生じて、ローラーの周回方向と反対方向に内レースの回転がもたらされるような１つの直径を有する。外ローラーは、２つの直径を有しており、内ローラーは、外レースが固定される場合に、ローラーの回転によって、一方向にローラーの周回が生じて、ローラーの周回方向と同じ方向に内レースの回転がもたらされるような２つの異なる直径を有する。外ローラーは、２つの直径を有しており、内ローラーは、外レースが固定される場合に、ローラーの回転によって、一方向にローラーの周回が生じて、ローラーの周回方向と反対方向に内レースの回転がもたらされるような２つの異なる直径を有する。軌道ローラーは、軸線方向の端部同士の間に延びており、軌道ローラーの少なくともいくつかは、軸線方向の端部の少なくとも一方に向けて減少する直径を有する。軌道ローラーのローラーは、ローラーが軸線方向に中心が置かれていない場合に、軌道ローラーの他のローラーとの円錐面と接触するような円錐面を有しており、構造部材は、内レース及び外レースの一方又は両方に接続されており、軌道ローラーは、ラジアル負荷に耐えるように構成されている。内レースは中心に貫通穴を有しており、モータは、入力駆動を提供するように変速装置と一体化されており、及び他の特徴は、特許請求の範囲又は発明の詳細な説明に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】水平方向に固定された２つの接触面同士の間での平行な軸線に対して垂直方向に位置決めされた２つの等しいサイズの接触ローラーの動作原理を示す図である。
【図２】図１の接触ローラーが異なるサイズである場合の例を示す図である。
【図３】水平方向に固定された２つの接触面同士の間で三角形スタックとして位置決めされた３つの等しいサイズの接触ローラーを示す図である。
【図４】水平方向に固定された２つの接触面同士の間での２つの大きな円筒ローラー軸受によって離間された２つのレースを示す図である。
【図５】２つの円形レースと、湾曲して固定された２つの接触面同士の間において、タンデム構成で回転しながら、それらレースの個々の軸線の周りの回転方向を示す図である。
【図６】理論上の最大トルクを複数の接触ローラーに作用させるときのチャートである。
【図７】トラクション角度ラインと呼ばれるような、レース上のローラーの接点を通るラインと、複数のレースの中心軸線からの半径方向線ラインとの間の角度を示す図である。
【図８】様々なトラクション角度線と、トラクションを発生させるために必要な摩擦係数とを示す図である。
【図９】３４個のローラーセットを使用するレース上の１つのローラーセットの例を示しており、全ての内ローラーが、２つの外ローラーに接触しており、全ての外ローラーが、２つの内ローラーに接触している。
【図１０】図９に示されるようなレース上の１つのローラーセットの例を示しており、外ローラーは、内ローラーよりも大きい。
【図１１】図１０の実施形態における所望の効果を実現するのに必要な最小摩擦係数を示す図である。
【図１２】１００個のローラーセットを使用するレース上のローラーセットの例を示す図である。
【図１３】３１３個のローラーセットを使用するレース上のローラーセットの例を示す図である。
【図１４】トラクション角度の幾何学的配置を示す図である。
【図１５】変速装置の実施形態の簡略化された部分断面図である。
【図１６】図１５に示される位置合わせ接触面の円錐角の例を示す図である。
【図１７】内レースのカバーが取り外された状態の、本発明の変速装置の簡略化された部分断面図である。
【図１８】好ましい楕円形状のボスを示すような、変速装置の実施形態の部分図である。
【図１９】図１８のボスの断面図である。
【図２０】転がり接触するローラー間隔調整システムの概略図である。
【図２１】多段多要素の自己増力式変速アクチュエータの簡略化された部分図である。
【図２２】内レースが取り外された状態の図２１の実施形態を示す図である。
【図２３】アクチュエータから取り外された、半径方向に拡大する入力リングの例を示す図である。
【図２４】図２３の半径方向に拡大する入力リングの代替実施形態を示す図である。
【図２５】変速装置の実施形態のギヤ付き入力駆動部の好ましい実施形態を示す図である。
【図２６】ピニオンを含む図２５のギヤ付き入力駆動部の代替実施形態を示す図である。
【図２７】モータを含む変速装置の実施形態を示す図である。
【図２８】図２７の実施形態の切欠き図である。
【図２９】図２７の実施形態のギヤ装置の第１の詳細図である。
【図３０】図２７の実施形態のギヤ装置の第２の詳細図である。
【図３１】固定アーム及び出力アームを含む変速装置の実施形態を示す図である。
【図３２】図３１の実施形態の詳細図である。
【図３３】ギヤシステムの動作原理を示す図である。
【図３４】ギヤ付きローラー及びレースを示す図である。
【図３５】ギヤ付きローラー及びレースを示す図である。
【図３６】ギヤ付きローラー及びレースを示す図である。
【図３７】ギヤ付きローラー及びレースを示す図である。
【図３８】ギヤ付きローラー及びレースを示す図である。
【図３９】ギヤ付きローラー及びレースを示す図である。
【図４０】ギヤ付きローラー及びレースを示す図である。
【図４１】ギヤ付きローラー及びレースを示す図である。
【図４２】ギヤ付きローラー及びレースを示す図である。
【図４３】ギヤ付きローラー及びレースを示す図である。
【図４４】変速装置の実施形態を用いる貫通孔、高トルクアクチュエータの例を示す図である。
【図４５】変速装置の実施形態を用いる貫通孔、高トルクアクチュエータの例を示す図である。
【図４６】変速装置の実施形態を用いる貫通孔、高トルクアクチュエータの例を示す図である。
【図４７】変速装置の実施形態を用いる貫通孔、高トルクアクチュエータの例を示す図である。
【図４８】変速装置の実施形態を用いる貫通孔、高トルクアクチュエータの例を示す図である。
【図４９】変速装置の実施形態を用いる貫通孔、高トルクアクチュエータの例を示す図である。
【図５０】変速装置の実施形態を用いる貫通孔、高トルクアクチュエータの例を示す図である。
【図５１】変速装置の実施形態のローラーの配置を示す図である。
【図５２】変速装置の実施形態のローラーの配置を示す図である。
【図５３】変速装置の実施形態のローラーの配置を示す図である。
【図５４】変速装置の実施形態のローラーの配置を示す図である。
【図５５】変速装置の実施形態の１つめの構成の例を単段減速として示す図である。
【図５６】変速装置の実施形態の２つめの構成の例を単段減速として示す図である。
【図５７】変速装置の実施形態の３つめの構成の例を単段減速として示す図である。
【図５８】変速装置の実施形態の４つめの構成の例を単段減速として示す図である。
【図５９】変速装置の実施形態の５つめの構成の例を単段減速として示す図である。
【図６０】軸線方向にテーパーが付けられたローラーの実施形態を示す図である。
【図６１】異なるトルク伝達径を有する変速装置の実施形態の断面図である。
【図６２】異なるトルク伝達径を有する変速装置のさらなる実施形態の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施形態について、例としての図面を参照しながら説明する。同様の参照符号は、同様の要素を表す。
本発明の変速装置の好ましい実施形態は、本開示に記載される多数の所望の利益だけでなく他の利益も同様に提供することが可能であると考えられている。多要素自己増力式変速装置は、多くのその好ましい実施形態では、多数のユニークな特徴及び利点を含むトルク応答式トラクション駆動変速装置である。
【００２１】
十分に高い減速比、十分に低い入力摩擦、及び十分に高い入力速度能力により、この変速装置は、境界層空気タービン、又は小型インダクタンス電気モータや可変リラクタンス電気モータ等の低トルク電気モータを含むがこれらに限定されるものではない低トルクの、十分に高い入力速度能力を使用することが、可能であると考えられている。
【００２２】
正確な制御と組み合わされた（滑らかな、一定の）流体運動は、多くの従来のアクチュエータでは非常に困難である性能目標である。本発明の装置を用いる空気タービン入力の使用によって、ロボットアームの動作を含むがこれに限定されるものではないような、アクチュエータ・システムの正確な制御が、非常に高いレベルの精度及び流動性で可能になると考えられている。比例制御式の空気流（又はさらにパルス幅で変調された空気流）バルブは、回転運動を発生させるために、いずれかの方向にタービンへの空気の流れを制御する。
【００２３】
本発明の装置の潜在的に低い摩擦（低抵抗の入力回転トルク）と、高速入力駆動特性とを利用することによって、本発明者は、各アクチュエータの動作の開始及び終了を正確に制御することができる一方、同時に、アクチュエータの自然な加減速特性によって加減速率がどのようになるかの特定の範囲を規定することを可能にすると考えている。
【００２４】
本発明の装置のトラクションバージョン装置は、二重遊動輪式ローラーのトルク伝達機構で動作する。以下の説明は、いくつかの前提条件の概念から出発して原理の説明を段階的に行う。
【００２５】
図１を参照すると、２つの等しいサイズの接触ローラー１２が、水平方向に固定された２つの接触面１４同士の間での平行軸線に対して垂直方向に位置決めされている場合に、それら接触ローラーは両方とも、同じ速度で回転するとともに、それら接触ローラーの垂直方向の整列を維持する（スリップが発生しないと仮定する）。一方のローラーが回転する場合に、他方のローラーも回転しなければならない。一方のローラーの回転が阻止される場合に、他方のローラーの回転も阻止される。
【００２６】
図２を参照すると、この同じ原理によれば、一方のローラー１６が、他方のローラー１８よりも小さい場合に、ローラー１６は、より大きなローラーよりもより速く回転するが、スリップが発生しない場合に、依然として垂直方向の整列を維持する。
【００２７】
図３を参照すると、３つのローラー１２が、三角形のスタックで使用される場合に、同じ原理が当てはまり、これらのローラーを介して一方の水平方向の接触面から他方の水平方向の接触面に力を伝達することが可能となる。ローラー１２は、自由に回転することができるが、レースは、スリップすることなく、互いに対して移動することができない。力Ａを、水平方向に移動可能なレース２０に適用することができる。この力は、ローラー接触部を介して上部固定レース又は水平方向に移動可能なレース２２に伝達される。
【００２８】
この場合に、ローラーは、水平面に対して移動することができるが、（水平面同士の間の距離を一定と仮定して）水平面は、ローラー上でスライドすることなく互いに対して移動することができない。従って、水平方向の力を、ローラーの軸線に対して直交する一方の水平面（ここでは「レース」と称する）に適用することによって、その力は、ローラー／レース接触部を介して一方のレースに伝達され、ローラー同士は、他のローラー／レース接触を介して他方のレースに接触する。２つのローラーの角度が十分に小さければ、２つのローラー同士の間の十分に高い摩擦係数と組み合わされて、２つのローラーのみが、一方向に力を伝達するために必要とされ、ローラーとレースとの間で、ローラーのカム作用によって、表面接触部における非スライド・トラクション接触を維持するのが可能になる。摩擦係数が非常に小さい場合に、又は、ローラーの角度が非常に大きい場合に、次にその力のみが、ローラーに前負荷が与えられている場合に、トラクション接触を介して一方のレースから他方のレースに伝達される。この図では、前負荷は、２つの底部ローラーに一緒に力を加えることによって達成され、次に、単一の上部ローラーが上向きに押され、２つの底部ローラーが下向きに押される。
【００２９】
一方のレースから他方のレースに力を伝達しながら、ローラーが自由に回転することができるが、同時に、レースは互いに対して移動することができないという事実は、一部の見識者にとって経験にそぐわないかもしれない。何故なら、我々は、レース接触部が互いに対して自由に回転するが、一方で、ローラー軸受の表面が、単列のローラーでローラー軸受において自由に回転するようなローラー軸受に慣れているため、ローラー自体は、（スリップが発生しない限り、）レースに比べて一定の比率で転がり、レースと独立して自由に移動することはないからである。
【００３０】
比較すると、図３において一方の水平面から他方の水平面に力を伝達するような、本発明の装置の二重ローラーは、それら二重ローラーが、他方のレースに対する一方のレースの移動を防止する際に、同時に自由に回転することができる。
【００３１】
図４を参照すると、ここで作動する別の原理は、力が、角度付ローラーを介して一方のレースから他方のレースに加えられたときに、互いに対して角度の付いたローラーの「カム作用」から得られるような自己増力特性である。この図は、従来の２つの大型円筒ローラー軸受２６によって離間された２つのレースを示している。本発明の装置の２つの力伝達ローラー１２のみが、単一方向の力の伝達を説明するために使用される。この場合に、大型円筒ローラー２６によって、レース同士の間の距離が設定され、底部レース２４に加えられ水平方向の力Ｂは、２つの小型ローラー１２を介して上部レース３２に伝達される。この図に示される最も重要な特徴は、ローラーに加えられる水平方向の力が、接点２８と接点３０との間の（破線垂直線からの）トラクション角度３４によって、レース上で釣り合う垂直方向の力をどの様に形成するかということである。
【００３２】
この垂直方向の「カム作用」の力によって、レース上の（及びローラー同士の間の）ローラーの接触力が増大され、レース同士の間での水平方向の力が増大する際に、トラクション接触部でのスライドが防止される。水平方向の力が加えられる前に、トラクション接触ローラー上に非常に小さい垂直方向の前負荷が存在する場合であっても、これは当てはまる。
【００３３】
０．３７以上の摩擦係数を有した状態で、ここに示されるような２０°のトラクション角度によって、（図３に示されるように）、第３のローラーの前負荷の助けを借りずに一方向にレースからレースへの力の伝達を可能にする。例えば米国、ペンシルバニア州、イーストピーターズバーグのリヒタープレシジョン(Richter precision)社から入手可能なホウ素表面処理等のホウ素注入鋼等の最大０．６までの摩擦係数（ＣＦ）を有する金属材料は、０．４の摩擦係数を有する。
【００３４】
典型的なベリリウム銅は、鋼に対して注油されていない状態で最大０．８までのＣＦを有する。０．４〜０．５のＣＦを有するプラスチック材料の例は、ＰＣ／ＰＥＴである。トーロン（登録商標）の特定のグレードは、０．３５の摩擦係数を有しており、約１９°以下のトラクション角度で使用することができる。
【００３５】
図３では、第３の力伝達ローラーは、レース同士の間の水平方向の力の伝達を両方向に可能にするために使用される。内ローラー及び外ローラーを一緒に押圧する少量の前負荷を与えた状態で、この力伝達機構によって、力伝達の方向を、バックラッシュなしで逆にすることができる。ギヤ同士間の前負荷によって、摩擦、摩耗、ノイズ、さらには噛み合いの高いレベルがもたらされるようなギヤの歯とは異なり、ローラーは、純粋な転がり接触で動作するので、この前負荷は、本発明のシステムに対して不利益とはならず、この前負荷からもたらされる効率損失は非常に少ない。
【００３６】
本発明の装置をどの様に使用することができるかの多数の例の１つとして、変速装置の回転式アクチュエータ用途における剛性は、その本発明の装置が、アクチュエータ・システムの正確な制御及び予測可能性を提供する際に、大抵の場合、非常に所望される特性である。本発明の装置の力伝達効果の回転剛性は、潜在的に、負荷が与えられたときに変形の主要な領域となるような、前負荷された（及び潜在的に非常に剛性を有する）ローラーの圧縮部と部分的にせん断部で非常に高くなる。本発明の装置で使用されるような構成は、増大したトラクション及び剛性について、多数のローラーの使用（例えば１９個以上等の、５０個又は１００個以上まで）も可能にする。
【００３７】
本開示のトラクションの実施形態は多くの利点を有しているが、ギヤの歯による相互接続は、接触領域が本明細書で開示されている場合に、一部又は全部で使用することができることに留意されたい。
【００３８】
図１〜４に示される力伝達装置は、本発明の装置の動作原理のいくつかを実証するが、２つのレース同士間の変速機能を提供しない。実際には、レース接触部に対するローラーの表面速度が、両方のレースに対して同じであるため、その本発明の装置は、出力部（運動に関連する水平レース）に対する、ローラーである場合の直接的な運動による動作比率が１．０であるような無限速度比装置である。
【００３９】
これは、変速装置として有用な機能を提供していないが、アセンブリ内の構成要素のサポート及び隔離するために使用することができる。
【００４０】
固定式レース又は回転可能なレースから、別の固定式レース又は回転可能なレースにトルクを伝達するためにこの原理を使用するには、軌道ローラーの１つ又は複数のセットは、内レースの円形の外径（ＯＤ又は外面）と、外レースの円形の内径（ＩＤ又は内面）との間に位置決めしなければならない。ローラーによって回転が生じると、それらローラーは、トラクション（又はギヤ）接触によってレースに沿って転がる。ローラーとレースとの間の接触部の表面速度は、（非湾曲レースを含む上記の例のように）同様であるが、内レースの接触面の周囲部は、外レースの接触面の周囲部よりも小さい。それによって、ローラーが、各レース上で同じ又は類似の表面速度で回転する際に、（ローラーが互いに接触したままであると仮定して）、それらローラーは、図５に示されるように、２つの円形レースを互いに対して回転させる。図５では、外レース３６は固定されており、内レース３８は、時計回りに回転し、ローラー１２に対する入力によって、それらローラーを反時計回りに周回させる。
【００４１】
ローラーが小さくなると、レースの直径は、（付与されたトラクション角度について）互いに近い寸法になり、ローラーの周回速度と、基準（又は、固定された）レースに対する出力レースの速度との間の変速比がより高くなる。（注：この開示の目的において、一方のレース（又はいくつかの構成では複数のレース）は、出力レースと呼ぶことにし、他方のレース（複数可）は、固定式レース又は基準レース（複数可）と呼ぶことにし、特に断りのない限り、この他方のレースは、空間に固定される。）
【００４２】
１０個未満のローラーのセットを用いて（ここでは一方を「内ローラー」と呼ぶ、−すなわち、内レースのＯＤと接触するような、２つの接触ローラーから構成されるセット内のローラーである−もう一方を「外ローラー」と呼ぶ（つまり、外レースに接触するような、２つの接触ローラーから構成されるセット内のローラーである））、及び（全ての外ローラーが、そのセットの内ローラーに接触しており、且つ隣接するセットの内ローラーとも接触するような）ローラーセットの完全な装備(full complement)を想定すると、変速比は、ロボット等の多くの高トルクの用途に所望されるような比より一般的に小さい。１０個未満のローラーセットが、（比較的大きなローラーを必要とする）装備配置で使用される場合に、さらなる欠点は、レースの不要な変形を防止するためにより厚く且つ重いレースを必要とするような、レース上のローラーの不均一な力の分布である。このレースの変形は、ロボットやその他のアプリケーションにおいて最小化することが重要である。何故ならば、レースの変形は、転動要素又はギヤ付き要素が、アクチュエータの中心軸線の周りを周回する際に、望ましくない動きや振動を引き起こし、構造体に伝達されるからである。
【００４３】
１０個以上のローラーセットを使用するようなさらなる非自明な利点は、はるかに多数のトラクション接触からもたらされるような総トラクション力の増加である。
【００４４】
外レースのＩＤを増加させることなく、ローラーの数を増やすには、より小さいローラーが必要になる。より小さなローラーは、ローラー当たり同じ負荷がかかった場合に増大したヘルツ(Hertzian)応力による欠点を有しているが、添付の調査は、セットの外レースのＩＤについて、追加のローラーの利点は、より小さいローラーの低減されたヘルツ応力限界値によって、各ローラー上の最大負荷の低減が必要であるにもかかわらず、１０個から１５個へのローラーのセットによって劇的に増大することを明らかにする。１５より多いローラーについて、追加のローラーセットのトルク容量の利益は、著しく小さい。しかしながら、より高い変速比、より一貫性のある力の分布の利点は、ローラーの数が増加するにつれて、増加し続ける。１０以上の、１９以上の、２０以上の、３０以上の、４０以上の、５０以上の、６０以上の、７０以上の、８０以上の、又は１００以上のローラーセットを含むアクチュエータは、本発明者によって、多くの用途にとって実用的で且つ有益であるものとして想定される。例えば図５４に示されるように、いくつかの実施形態では、完全な装備として参照され、軌道ローラー４０，４２は、全ての内ローラー４２が２つの外ローラー４０と転がり接触しており、且つ全ての外ローラー４０が２つの内ローラー４２と転がり接触している状態で、内レースと外レースとの間に形成される環状体の周りに全体的に延びている。
【００４５】
本発明の変速装置に適用されるようなこの原理の潜在的な利点は、以下の通りである。
・ゼロバックラッシュ
・サイズ及び重量に対する高トルク
・サイズ及び重量に対する高剛性
・高い精度
・高い変速比
・低いトルク入力
・必要に応じて自己ロック性
・必要に応じて逆転駆動可能性
・必要に応じて一体化された非常時噛合いクラッチ
・ロープロファイル
・軽量化
・一体型の空気、電動又は他のタイプのモータ
・大きな中心貫通孔
・入力エンコーダ及び出力エンコーダの統合の容易性
・高効率
【００４６】
接触応力の計算は、２つの材料同士の間の摩擦係数に基づくような、最大限のトラクション力の補正を含むヘルツ線状接触に基づいている。
【００４７】
１つの接触において許容可能な接触応力を求めるために、２つの式が必要になる。
【数１】
2020024044.tif 000003
Ｐｍａｘ＝２Ｆ／πｂｌ                            （２）
ここで：
ｂ＝楕円形の接触プロファイルの半値幅
Ｐｍａｘ＝材料が経験する最大応力
Ｆ＝負荷荷重
ｌ＝接触長さ
Ｅ１，Ｅ２＝それぞれの材料のヤング率
ν１，ν２＝それぞれの材料のポアソン比
ｄ１，ｄ２＝各円筒の直径、ｄは、円筒が、接触領域に対して凸面ではなく、凹面を規定する場合に、負であるとする。
【００４８】
Ｐｍａｘは、材料の圧縮強度又は（利用可能な場合に）材料の接触疲労強度のどちらかで、制限因子で与えられる。一旦、Ｐｍａｘが決定されると、Ｆｍａｘは、式（１），（２）との間で反復計算することによって解くことができる。反復計算は、１つの値を推測し、例えば、式（１）から対応するｂ値を求め、ｂの計算値を式（２）に当てはめ、新しいＦを解くことを含む。これは、解が収束するまで繰り返され、両方の式を満たすＦ及びｂの値が求められる。
【００４９】
一旦、理論上の最大荷重が、上記式から計算されると、トラクション係数が適用される。トラクション係数によって、表面せん断力によって接触応力を増加させるような負荷が低減する。所定の摩擦係数についてＰｍａｘの増加を判定するアルゴリズムが、TribologyABC.comによってもたらされ、以下のコード抜粋によって要約することができる。
＜！−Ｔｍａｘの補間−＞
ｉｆ（ｍｕ＞＝０．０＆＆ｍｕ＜０．１５）｛Ｔｍａｘ＝０．３８７−（０４１-０．３８７）＊（ｍｕ／０．１５）｝；
ｉｆ（ｍｕ＞＝０．１５＆＆ｍｕ＜０.３）｛Ｔｍａｘ＝０．４１＋｛０.５１-０．４１）＊（ｍｕ-０．１５）／０．１５｝；
ｉｆ（ｍｕ＞＝０.３＆＆ｍｕ＜０．４）｛Ｔｍａｘ＝０.５１＋（０.５７９-０.５１）＊（ｍｕ-０.３）／０.１｝；
ｉｆ（ｍｕ＞＝０．４＆＆ｍｕ＜０.５）｛Ｔｍａｘ＝０.５７９＋｛０．６８６-０.５７９）＊（ｍｕ-０．４）／０.１｝；
ｉｆ（ｍｕ＞＝０．５＆＆ｍｕ＜０．６）｛Ｔｍａｘ＝０．６８６＋｛０．８１１-０．６８６）＊（ｍｕ-０．５）／０．１｝；
ｉｆ（ｍｕ＞＝０．６＆＆ｍｕ＜０.７）｛Ｔｍａｘ＝０．８１１＋｛０.９３７-０．８１１）＊（ｍｕ-０．６）／０．１｝；
ｉｆ（ｍｕ＞＝０．７＆＆ｍｕ＜０．８）｛Ｔｍａｘ＝０.９３７＋｛１.０６４-０.９３７）＊（ｍｕ-０．７）／０．１｝；
ｉｆ（ｍｕ＞＝０．８＆＆ｍｕ＜０．９）｛Ｔｍａｘ＝１.０６４＋（１.１９-１.０６４）＊｛ｍｕ-０．８）／０．１｝；
ｉｆ（ｍｕ＞＝０．９＆＆ｍｕ＜＝１．０）｛Ｔｍａｘ＝１．１９−（１.３１７-１．１９）＊（ｍｕ-０．９）／０．１｝；
ｉｆ（ｍｕ＞１）｛Ｔｍａｘ＝「未規定」｝；
ｄｐｃ＝（Ｔｍａｘ／０．３８７）；
ｄＦｌ＝ｌ／（ｄｐｃ＊ｄｐｃ）
＜！−Ｔｍａｘの補間−＞
【００５０】
上記アルゴリズムでは、ｄｐｃは、材料が経験する最大応力成分の増加を与える係数を表す。同様に、ｄＦｌは、最大許容ヘルツ負荷の減少を表す係数である。トラクションを補正するために、ｄＦｌによってヘルツ接触式から計算した負荷を単に乗算する。
【００５１】
一旦、１つの接触部についての最大負荷が計算されると、アクチュエータのトルク移送能力は、シンプルなモーメントアームを使用して計算される。１つの接触部によって供給されるトルクは、次式で与えられる。
Ｔ＝Ｆｄ                                （３）
ここで、Ｔ＝トルクであり；Ｆ＝最大負荷であり；ｄ＝接点とアクチュエータの中心との間の垂直距離である。
【００５２】
アクチュエータの総トルクは、単一の接触部について単にローラーの数によって乗算されたトルクである。中心から異なる距離にローラーを含むアクチュエータについて、最小量のトルクを供給する接触部は、アクチュエータのトルク容量の限界であると見なされる。
【００５３】
予め規定された内径を有するアクチュエータについて、増加した数のより小さいローラーを使用する効果が、図６に示される。
【００５４】
図６のグラフは、チタン製内リング上のチタン製ローラーを表す。リングの直径は、４０ミリメートル（ｍｍ）である。ローラーに使用される直径は、ローラーを隣接するローラーと干渉させることなく、所定数のローラーについて４０ｍｍのリングの周りに収まるような最大径のローラーである。小さなクリアランスが各ローラー同士の間に追加されており、トラクションによる表面せん断力についての補正が行われておらず、こうして、実際の最大トルクが、若干低くなる。
【００５５】
注意：非完全な装備の変速装置は、いくつかの実施形態で可能であるが、適切な前負荷を実現するために、一部又は全てのローラーについて間隔調整手段を必要とする。本発明の装置の非完全な装備バージョンのいくつかの実施形態が、この文献に開示されている。
【００５６】
トラクション角度に摩擦係数を適合させることにより、本発明の装置は、故障するまで、すなわち所定の最大トラクション力又はトルクになるまで、増大したトルクでローラー負荷を増大するように調整することができる。
【００５７】
最大トラクション力を制限する１つの方法は、ローラーに前負荷を与えるために一方の回転方向にエネルギーを与え、他方の回転方向にエネルギーを与える複数のローラーを使用することである。この場合に、材料同士の間の角度、前負荷、及び摩擦係数（ＣＦ又はｃｆ）は、一定レベルのトルクまでトラクション力を維持するのに十分な高さとすることができる。しかしながら、ＣＦ及び角度は、対向するローラーの前負荷が、反対方向に荷重軸受の下部ローラーの変形により減少されると、スリップすることなくトルクを伝達するために、それらＣＦ及び角度自体の値では十分ではない。従って、一定のレベルのトルクにおいて、対向ローラー（複数可）の前負荷は、対向方向のローラーが、もはや十分な前負荷を提供しなくなり、且つ駆動ローラーがスリップするのを許容されるような、ポイントに（駆動方向のローラー（複数可）の負荷が増大する際に、）減少する。この構成でのスリップが生じる前の最大トルクは、ローラー角度を増加させることによって、及び／又はより低いＣＦを有する材料の組み合わせを使用することによって、及び／又は初期の前負荷を減少させることによって、低下する。
【００５８】
金属、セラミック、プラスチック、ポリアミド、及びエラストマーを含むが、これらに限定されないような材料の多くの組み合わせが可能である。
【００５９】
より多くのローラーによって、殆ど変形しない状態でより薄く且つ軽量のレースを可能にするような、レース上のより一貫性のある負荷がもたらされる。この理由ために、本装置は、好ましくは、１０以上の、１１以上の、１２以上の、１３以上の、１４以上の、１５以上の、１６以上の、１７以上の、１８以上の、１９以上の、２０以上の、２５以上の、３０以上の、３５以上の、４０以上の、４５以上の、５０以上の、５５以上の、６０以上の、６５以上の、７０以上の、７５以上の、８０以上の、８５以上の、９０以上の、９５以上の、又は１００以上のローラーセットで構成されている。ローラーセットは、各セットの内ローラー及び外ローラーが互いに接触した状態で、内レースのＯＤと接触する１つの内ローラーと、外レースのＩＤと接触する１つの外ローラーとから構成される。
【００６０】
自己増力(self-energizing)（又はカム作用）を達成するための必要な摩擦係数は、次のように説明される。この用途において規定されるようなトラクション角度は、レース上のローラーの接点を通るラインと、複数のレースの中心軸線からの半径方向線ラインとの間の角度である。内ローラーの角度測定における他のラインは、内レースと接触する内ローラーから、外レースとの（と接触している内ローラーである）外ローラーのローラー／レース接点へのラインである。
【００６１】
図７を参照すると、外ローラー４０の接触する角度４６が、図７に示されているが、その角度４６は、典型的に内ローラー４２の接触角よりも低く、自己増力又は「カム作用」トラクション駆動システムを確立することに関する角度制限は、２つの角度のうちのより大きい方になる。このより大きな角度（図７の１８．１°）によって、自己増力トラクション角度３４を確立するために、内ローラーとレース接点のために必要なＣＦが決定される。
【００６２】
内レース３８又は外レース３６の一方が、固定されており（この例では、外レース）、トルクが、他方のレースに適用されるときに（この例では、内レース上に反時計回りのトルクが適用される）、（接点２８）での内レースに対する内ローラーのトラクションは、外ローラー４４との接触を介して、接点３０で外レースと接触する外ローラーを通って伝達されるような力を形成する。
【００６３】
内ローラー４２と、外ローラー４０と、内レース３８と、外レース３６との相対的な直径が、前負荷される接点２８，３０，４４にもたらされる場合に、この前負荷の量及びこれらの接点の摩擦係数は、トラクション角度が、自己増力を確立するためにその摩擦係数に適切でない場合に、本発明の装置のトラクショントルク容量を決定する。
【００６４】
図８を参照すると、トラクション角度３４の範囲のいくつかの例が、それぞれの角度について最小摩擦係数の限界値４８とともに示されている。自己増力システムを確立するために、ローラーの接触力の増大によって、この装置を介して増大したトルク伝達がもたらされることにより、トラクション角度は、示されるトラクション角度を越えなければならない。材料支柱(prop)減少による不整合を考慮するために、及び一貫した且つ予測可能な結果を提供するために、好ましくは、所定の最小ＣＦについて、トラクション角は、図８に示されるトラクション角度よりも大きい。図１１は、トラクション角度の他の例を示している。トラクションを発生させるために必要な摩擦係数は、そのＣＦについての関連するトラクション角度３４の最小摩擦係数の限界値４８を超えなければならない。
【００６５】
各ローラーが単一のトラクション接触径を有するような本発明の設計の変速装置について、全てのローラーが同じ直径である場合に、達成可能な最小のトラクション角度は、約１５°である。事実上、最も想定される用途について、最小のトラクション角度は、約１７°〜１８°又は１９°付近であり、この角度は、本発明の変速装置の設計の多くの想定される実施形態に共通である。本発明の装置のこれらの共通の幾何学的形状のために、次に、０．４以上の摩擦係数によって、負荷がかけられている状況でシステムが自己増力することが保証されるが、一部の構成では０．３４以下の低い摩擦係数の材料で自己増力トラクション角度を達成するために本発明の設計の変速装置を設計することも可能である。
【００６６】
内レース及び外レースのそれぞれは、円形であり、こうして例えば図５４に示されるようなある軸線上に中心が置かれる。トラクション角度φは、以下のように規定することができる：第１外ローラーに接触する第１内ローラーの各ペアについて、トラクション角度φは、第１内ローラーの中心を通ってその軸線から外向きに延びる第１のラインと、第１外ローラーと外レースとの接点及び第１内ローラーと内レースとの接点から延びる第２のラインとの間の角度として規定される。従って、図８の幾何学的表現によれば、第１内ローラーは、第１の摩擦係数ｃｆ１で内レースに接触し、第１外ローラーは、第２の摩擦係数ｃｆ２で外レースに接触する、ｃｆ１＞ｔａｎ（φ）及びｃｆ２＞ｔａｎ（φ）である。様々なトラクション角度は、摩擦係数の限界に対応させて、例えば４５°以下、４０°以下、３９°以下、３８°以下、３７°以下、３６°以下、３５°以下、３４°以下、３３°以下、３２°以下、３１°以下、３０°以下、２９°以下、２８°以下、２７°以下、２６°以下、２５°以下、２４°以下、２３°以下、２２°以下、２１°以下、２０°以下、１９°以下、１８°以下、１７°以下、１６°以下、又は１５°以下が使用され得る。いくつかの実施形態では、内ローラーが、第１の摩擦係数ｃｆ１で内レースに接触し、且つ外ローラーが、第２の摩擦係数ｃｆ２で外レースに接触するときに、ｃｆ１及びｃｆ２の少なくとも一方は、０．２７、０．２８、０．２９、０．３０、０．３１、０．３２、０．３３、０．３４、０．３５、０．３６、０．３７、０．３８、０．３９、０．４０、０．４５、０．５０、又は０．６０又はこれ以上である。
【００６７】
寸法の目的のために、図９は、１５．３６７ｃｍ（６．０５インチ）の外レース３６ＩＤの典型的なローラー径を示すような、本発明の装置の構成を示している。この例では、３４個のローラーセットを使用している（すなわち、３４個の内ローラー４２及び３４個の外ローラー４０を使用する）。１つのローラーセットは、１つの内ローラー４２と１つの外ローラー４０とを含む。
【００６８】
全ての内ローラーは、好ましくは２つの外ローラーに全て接触しており、全ての外ローラーは、好ましくは２つの内ローラーに全て接触しており、それによって、本明細書で「完全な装備(full complement)」アセンブリとして呼ばれる構成を提供する。
【００６９】
図１０に示されるように、内ローラー４２に対して外ローラー４０のサイズを大きくすることによって、必要なトラクション角度３４の減少がもたらされ、より小さいＣＦ材料の組み合わせの使用が可能になる。
【００７０】
この場合に、内ローラー／レース接点２８のＣＦは、自己増力カム効果（初期のローラー接触前負荷とは独立した）を達成するために、０．３１より大きくする必要があるだろう。
【００７１】
例えば１００個のローラーセット、つまり１００個の内ローラー４２と１００個の外ローラー４０とを含むように、（より小さいローラーを使用する）ローラーセットの数を増やすことによって、図１２に概略的に示されるように、必要なトラクション角度３４は減少する。
【００７２】
３１３個のローラーセットを有するような、本発明の設計の完全な装備の変速装置の極端な例が、図１３に概略的に示されている。（レースの直径と比較して）これらの非常に小さなローラーを用いると、自己増力トルク伝達型の多要素自己増力装置を形成するために、内ローラーと内レースとの間のトラクション接触のために０．２８より大きいような材料の組み合わせを使用することが必要である。
【００７３】
注：０．２８以上の摩擦係数４８が、本発明の装置の殆どの変速装置の構成のために必要であるが、確かに、自己増力効果を実現しないような、トラクション角度及びＣＦを有する本発明の設計の装置にも利点を有する。このような装置の利点は、例えば、人間との相互作用が期待されるロボットの用途に有用であるが、これらの用途に限定されないような非常に予測可能な始動トルクが含まれることである。これらの及び他の理由のために、本発明の設計の自己増力変速装置を形成するときに、正確に予測することが困難であるような他のシステム変数を考慮して、０．２以上の摩擦係数が、ここではオプションの設計パラメータとして含まれる。
【００７４】
注：外レースに対する外ローラーのトラクション角度は、内レースに対する内ローラーのトラクション角よりも一般的に小さい値である。この理由のため、やや低い摩擦係数が、外ローラー／レースの接触のために使用することができる。各トルク伝達セット内の内ローラーと外ローラーとの間の接触はまた、最小摩擦係数を必要とする。なお、ローラーとレースとの間の摩擦係数が、この文献に開示されるように、完全な装備システムで自己増力効果を達成するのに十分である場合に、ローラー同士の間での同様の摩擦係数の材料を使用することが実験によって証明されている。
【００７５】
図１４を参照すると、外ローラー４０、内ローラー４２、外レース３６、内レース３８、接点２８，３０及び４４、トラクション角度３４と外ローラーの接触角度４６を示すような、本発明の設計のさらなる例が示されている。
【００７６】
０．２８以上の摩擦係数を実現するような多くの材料の組み合わせが存在する。これらの材料の組み合わせは、以下の組み合わせに限定されるものではない（ただし、以下に示される材料の組み合わせは、以下の理由のために好適な材料であると考えられる）。多くの他の材料が存在しており、０．２８以上の摩擦係数の好ましい要件及び良好な転がり接触特性を満たすような材料が将来的に存在するだろう。スピノーダル青銅の特定の処方及び熱処理によって示されるような増大した接触負荷での摩擦係数の減少等の他の特性もまた、特定の用途のために有益であると考えられる。
【００７７】
ベリリウム銅−この材料は、鋼に対して注油せずに作動しているときに、高い摩擦係数を有するが、それ自体に対して作動するときに、低い摩擦係数を有する。本発明の変速装置の好ましい構成は、ベリリウム銅と鋼とのローラーとレースとの組み合わせを含み、それによって、トラクションを必要とする接触部が、鋼に対するベリリウム銅であり、及び低摩擦係数を必要とする接触部が、ベリリウム銅に対するベリリウム銅となる。例としては、ベリリウム銅の内レース、鋼の内ローラー、ベリリウム銅の外ローラー、及び鋼の外レースになるだろう。より好ましい組み合わせは、鋼の内レース、ベリリウム銅の内ローラー、鋼の外ローラー、及びベリリウム銅の外レースを含むであろう。この場合に、いくつかの用途では、内ローラーは、互いに略接触するように設計することができ、そのベリリウム銅自体に対するベリリウム銅の低い摩擦係数は、内ローラーの単純な離間調整システムとして作用し得る。
【００７８】
ボロン拡散表面処理を施した鋼−この材料／表面処理は、鋼又はこの表面処理を施した鋼自体に対して注油なしで作動させると、高い摩擦係数を有する。
【００７９】
チタン−チタンは、（接触部のヘルツ応力を低減するような）比較的低い弾性係数、軽量、高強度、及び比較的高い摩擦係数を含むいくつかのユニークな特性を有している。
【００８０】
トーロン（登録商標）で補強されたケブラー（登録商標）−このケブラーは、本発明の装置の特定の構成のローラー又はレースとして使用することができるような、様々な射出成形可能な材料が存在する。トーロンで補強されたケブラーは、比較的高い摩擦係数を有しており、非常に低い低温流（コールドフロー）を示し、これは、前負荷が与えられる転がり接触システムにとって利益となる。この材料の使用又は同様の特性を有する他の材料の使用によって、低い製造コストでローラー及び／又はレースの射出成形が可能になる。多数の様々な可能な組み合わせのトーロンに対して作動される鋼インサートの使用は、低コスト、低重量、低〜中トルクが必要とされる特定の用途のための材料の好ましい組み合わせであってもよい。
【００８１】
鋼−多くの様々なタイプの鋼が、現在存在する又は将来的に存在する可能性を有する上記の材料及び／又は多くの他の材料と組み合わされて必要な特性を提供する。
【００８２】
上記のリストは、本発明の変速装置で使用することができるようないくつかの好適な材料の例として必ずしも限定されるものではない。
【００８３】
図１５は、セット状態の外ローラー４０及び内ローラー４２と内レース３８及び外レース３６との中心を通る部分断面図を示している（一部の部品は、明確にするために図示していない）。内レースは、分割レース３８から形成されており、一方は図示していないが、同じアイテムが構造体の他方の側に存在しており、及び外レースは、分割レース３６から形成されており、一方は図示していないが、同じアイテムが構造体の他方の側に存在している。分割レースは、この図に示されていないハウジングによって一緒に固定することができる。本発明の装置のこの実施形態では、外ローラーの環状の二重円錐溝の円錐面５０は、外ローラー４０がこの図の左側に逸れる場合に、隆起した二重円錐形のリング上の面５２を外レースのＩＤに接触させる。外ローラー４０がこの図の右側に逸れる場合に、反対側の面が接触することになる。外ローラーの中心面のいずれかの側の面を外ローラーの溝に使用すると、接触が、外レースと接触する外ローラーのトラクション接触部の半径方向距離というよりも、外ローラーの中心からより小さな半径方向距離に発生する。これによって、ローラーが、その理想的な位置というよりも転がり方向のさらに前方であるような、面の片側で減速して、それによって、そのローラーがレースの縁部に向けて操縦され、ローラーのこの端部を減速させることにより、その操縦によって、そのローラーをより整列した位置に角度を戻すように変更させ、又は既に整列されているが、単にレースの縁部に向けて軸線方向に移動されている場合は、回避するためにローラーの中心が外されているような、レースの端部の反対側にあるローラーの端部の回転を減速することによって、ローラーの角度を変更し、それによって、そのローラーは、理想的な中心の位置に向けて再び操縦されるようになる。
【００８４】
内ローラー上の隆起した環状の二重円錐形のリング５４は、内レースがこの図の右に移動した場合に、環状溝の円錐面を内レース５６のＯＤ上に接触させない。というのは、内ローラー５８上の外側を向く円錐面が、最初に接触するからである（円錐形の溝を含む右側の内レースを示していない）。接触部５８は、内ローラーの円筒状のトラクション面よりも、内ローラーの中心からより大きな半径方向の距離で生じており、従って、ローラーの右端に生じる所定のローラー回転について円筒状のトラクション面よりも高い表面速度を有しており、それによってこの例では、そのローラーが中心に向けてそのローラーを再び操縦されるように、より大きな直径の接点５８で部分的に転動するときに、速度が増加する。内ローラーが、内レースの左側に向けて移動した場合に、反対の現象が発生する。
【００８５】
リングの代わりの内ローラー（この図では外ローラーと同様）上の環状溝は、ここに示されているリングの代わりに、又はこのリングに加えて使用することもできる。
【００８６】
溝６０は、好ましくは、ローラー同士の間これらの円錐面が、さらに接触しないようにクリアランスを提供するように設計されている。
【００８７】
この実施形態のケージ６２は、ロープロファイルで、組み立てが簡単な、内ローラーの位置合わせ手段の例である。このゲージは、内ローラーの両端内に部分的に突出する厚いボス６４を使用して（この実施形態では、同様の構造体が、代わりに又は同様に外ローラーと一緒に使用され得るが）、安定性を提供し、好ましくは内レースの周りに均等に回転する内ローラーに間隔を与えるために使用されるピン６６の圧入嵌合を提供し、及び／又は内ローラーの中心軸線が、内レース及び外レースの軸線と平行になるように整列させる。潜在的に多数のローラーに対応する潜在的に多数のこれらのピンによって、これらのピンが比較的小さい直径であっても、それらのピンは、多くの用途で、アライメント効果を得るために必要なケージアセンブリのねじり剛性を維持するのに十分であろう。追加の利点として、これらのピンの直径が小さくなると、ローラー上に作用する摩擦力はより小さくなる。スピノーダル青銅又はベリリウム銅等の材料は、それ自体に比較的低い摩擦係数を有する。このため、内ローラー用だけでなくケージ用の、及びおそらくピン６６用のスピノーダル青銅やベリリウム銅のような材料の使用が、好ましい構成である。ベリリウム銅等の材料は、鋼に対してドライ（表面乾燥）を行い、次にそのベリリウム銅自体に対してドライを行うときに、非常に高い摩擦係数を有する。この理由のため、外ローラーと内レースに焼入れ鋼等の硬い材料を使用することが、ここに与えられた例では好ましいが、この焼入れ鋼に限定されるものではない。この例では、外レースは、好ましくは、ベリリウム銅又はスピノーダル青銅等の材料であるが、これらの材料に限定されるものではない。
【００８８】
（例えば、ここで説明されているものとは逆のような）これらの材料の様々な組み合わせが、本発明者によって予想される。本開示の目的は、本発明の装置の好ましい実施形態及びその様々な作動原理を説明することである。ここに開示されている特徴の多くの異なるバリエーション及び組み合わせが、本発明者によって予想されており、ここで開示された原理から逸脱することなく、様々な効果を実現することができる。
【００８９】
内ローラー上の隆起した中央ディスク６８は、環状のリング部材（この図に示されていない）を用いてアクチュエータへのトラクション（又はおそらくギヤ）入力を供給するために使用される。これらのより大きな直径のディスクは、全ての内ローラー又は外ローラー、又は１つおきの内ローラー又は外ローラー、又は２つおきの内ローラー又は外ローラー上にあってもよいが、全てのディスク６８は、好ましくは、同じ列のローラー上に、例えば専ら内ローラー上に、又は専ら外ローラー上に存在する。２つの外レースを一緒に取り付ける外側ハウジング部材と、２つの内レースを一緒に取り付ける内側ハウジング部材とが、ここには示されていない。ケージ６２に対する同様のピン整列ケージ構造体には、個々の外部ローターを設けることもできる。
【００９０】
図１６を参照すると、接触位置合わせ面（例えば、この実施形態では円錐面５０及び５２）の円錐角は、好ましくは、十分な大きさの角度だけ異なっており、ローラーの中心がずらされているときに（この図では左側にずらされているときに）、リングと溝との間の接触が、円筒状のトラクション面１８に隣接して開始され、ローラー４０の位置ずれが十分に大きい場合に、接触によって、表面５０及び５２の移動や変形が生じて、それによって、円錐形のトラクション面７０から最も遠いところにある円錐面５と６との間の接触エッジが、位置ずれが大きくなると、円錐形のトラクション面７０から次第にさらに遠ざかるように移動する。これによって、ローラーの位置ずれが増加すると、次第に大きくなるアライメントの効果／ステアリング効果が与えられる。この幾何学的形状又はこれに類似する形状は、本明細書に開示される円錐状の位置合わせ面のいずれかのために使用することができる。円錐面は、円筒状のトラクション面に隣接して接触し始める。円錐面同士の間の接触の最も内側のエッジが、ローラーの増大した位置ずれによって円筒状のトラクション面から徐々に離れるように移動する（この図では、ローラーの左方向への移動である）。この自己ステアリング・アライメント・システムのこの好ましい実施形態の変形形態は、凹状半径７４というよりも、エッジ７２上のより小さな凸状半径を使用する。半径におけるこの差は、アライメント中にまた、円筒状転がり接触から部分的な円錐状の転がり接触へのスムーズな移行にも貢献する。
【００９１】
図１５は、好適なローラー間隔調整及び位置合わせケージ６２を含むLiiveDriive変速装置の簡略化した部分断面図を示す。ケージは、アセンブリの必要な幅を減らすために低プロファイル構成であり、ノック(dowel)ピン６６等のクロスメンバーを好ましくは圧入するためにより深い穴を提供するような、好ましくは楕円形のボス６４を含んでいる。クロスメンバーは、３つ以上の部材、好ましくは全ての内ローラー、及び／又は３つ以上の部材、好ましくは全ての外ローラーによって同軸上に組み立てられている。１０個以上等の多数のクロスメンバーが存在する場合に、例えば、ケージアセンブリのねじり剛性は、比較的小径のクロスメンバーを用いる場合でも、ローラーに角度アライメント安定性を提供するのに十分な大きさを有している。
【００９２】
小径のクロスメンバーを使用する利点は、高速化と高効率化のために、クロスメンバーとローラーとの間の摩擦を減少することである。低摩擦は、潤滑油を使用しないLiiveDriiveの用途に特に好適である。
【００９３】
ローラーの両端でのテーパー付きの穴は、それらテーパー付きの穴によって、ボスをケージに取り付けることを可能にし、製造用のセンタリング機能を提供し、潜在的に、ローラーの表面がそれらローラーの有用疲労耐用年数の全部又は一部を経た後で、修理装置用の小さいサイズにローラーの再加工を提供するという点で好ましい構造要素である。
【００９４】
好ましいケージ構成の別の例を図１７に示す（本願の他の図面と同様に、図面は、遠い側の内レース及び外レースと、ハウジング等の完全な変速装置のいくつかの他の構成要素と、内レース及び外レースを固定式の出力構造体に取り付ける手段とが欠けている）。図１７では、外ローラー４０は、軸線方向に整列したローラー部分で形成されている。２つが示されているが、より多くの数が存在してもよい。内ローラー４２は、外ローラー部分よりも長い。内ローラーが、軸線方向に整列した部分（セクション）に形成された状態で、この配置は逆にしてもよい。ローラー両端でのテーパー付きの機構は、依然として存在するが、内ローラーの両端により大きな円筒形穴が存在する（この例では、同じ穴が、外ローラー上に存在しているが、長いローラーは、外ローラーとして使用することができ、そして短いローラーは、内ローラーとして使用することができる）。ケージは、クロスメンバーのわずかな半径方向の動きを可能にするような薄い部分７２を有するように設計されている。この半径方向の動きによって、製造時の変化に対応することができるだけでなく、クロスメンバーが高速回転動作を促進させるように外側に移動することを可能にする。この場合に、クロスメンバーを、ローラーの貫通穴に近接して或るいは接触させることができ、それによって角度アラインメントの精度が上がる。
【００９５】
図１８は、ボス６４の好ましい楕円形の形状を示すようなアセンブリの部分図を示している。
【００９６】
図１９は、好ましくは楕円形のボス６４のより幅広の面７４が、ローラーの両端７６及び７８の円筒面の前方及び先頭(leading)の内側に近接して配置されることを示す（アクチュエータの中心から半径に沿って狭くなり、且つこの半径に直交する幅広の面を有する他の形状も使用することができる）。
【００９７】
主な転がり接触ローラー間隔調整システムの簡略化された模式図を、図２０に示す。このシステムは、内ローラー４２又は外ローラー４０上で使用することができるが、例として、ここでは内ローラー上に示されている。この概念の好ましい実施形態は、同じ（内側又は外側）列の例えば１つおき（３つおき、又は５つおき）で分離されたローラーの両端の小さな直径のボスと、ボス８４上で回転する円形ディスク又はリング８２とを使用する。ディスク８２を含む２つのローラー同士の間の途中にある、同じ列に介在するローラー１２の端にある別のボス８０は、円形部材８２と協働して、ローラーの間に間隔を空ける。このボスは、ローラー１２と同じサイズ、又はローラー１２よりも小さいサイズ、ローラー１２よりも大きいサイズにすることができる。ボス８０及びディスク８２の直径の組み合わせにより、ディスク８２と隣接するボス８０との間にクリアランスが存在する場合に、そのクリアランスを非常に少なくすることができる。これらの接触部に少量の前負荷を提供することが好ましく、その際に、主に転がり接触した状態で、ローラーのいずれかの列で正確に間隔を空けるような方法を提供することができる。内ローラーはこの方法、又は本明細書に開示された他のいずれかの方法、又はこれらの方法の変形形態、又は本明細書に記載された方法から明らかな他のいくつかの方法、又は他のいくつかの実用的な手段で、等間隔に調整することができれば、内レース及び外レースは、追加の外部軸受（複数可）にストレス（応力）を与えることなく全体的に同軸上に位置決めすることができ、或いは半径方向に負荷がかかった追加的な軸受の必要性を完全に排除することができる。
【００９８】
使用することができる他の軸受システムには、円筒ローラー軸受に使用されるものと同様の外部軸受ケージが含まれる。これらの従来の外部軸受ケージは、ローラーの最大直径でスライドするという欠点を有しており、この理由のため、より高い摩擦が生じ、ここに示される好ましいシステムでそれらローラーを摩耗させていた。
【００９９】
別の可能なケージシステムは、クロスメンバーのローラーの中心を通る穴を使用しておらず、むしろ、クロスメンバーのローラー同士の間のギャップ、又はローラーの中心を通るそれら穴に加えてクロスメンバーのローラー同士の間のギャップを使用する。ケージの位置合わせ面は、この場合に、ローラーの外側のトラクション面と接触し、又は好ましくはローラーの両端やこの付近の小さな直径の表面と接触する。
【０１００】
このようなハーモニックドライブ（登録商標）で、単一段で高い減速比を達成するためには、多数の特有の欠点が存在する。これらの欠点には、摩擦によってかなりの動力損失が生じる高トルク出力の運動によって効率の低下が挙げられる。これらの大きく負荷がかけられた、高速の構成要素の摩耗の増加もまた、潜在的な影響の１つである。
【０１０１】
複数段を回避する一般的な理由は、典型的には、ある程度のバックラッシュを示すような典型的なギヤ付き装置である従来のシステムの複数段から生じるバックラッシュの増加である。
【０１０２】
これとは対照的に、本発明の装置の実施形態は、必ずしも特有のバックラッシュを示さず、非常に高い精度のままであり、２つ以上の段を組み合わせても、依然としてゼロバックラッシュを達成可能である。
【０１０３】
システムからバックラッシュを排除した状態で、複数段の潜在的な利点は、以下に記載の形態を含むが、これらの形態に限定されるものではない。
【０１０４】
最終段のより低い速度は、単一段の高い減速比の高速の運動から生じる可能性がある周波数出力振動（潜在的に出力振動のエネルギーレベル）を低減する。
【０１０５】
最終段のより低い速度によって、最終段の最も大きな負荷がより低い速度で移動するので、より効率的にすることができ、ギヤで接触したトラクションでの効率の低下は、それらギヤ接触部が、ハーモニックドライブ（登録商標）又は複合遊星ギヤ又はギヤ付き差動減速機等の単段高減速比システムと同様により高い速度で移動された場合に、より小さくなる。
【０１０６】
より高い効率が、この場合に、逆方向駆動能力(backdriveability)を増加するだけでなく、単一段装置よりも高い減速比のアクチュエータの逆方向駆動能力を可能にする。逆方向駆動能力は、多くの用途において有益であると考えられる。
【０１０７】
本発明の装置が円筒状の転動体の場合に、ローラーの軸線方向の位置決めが重要な機能であり、多段階の実施形態の最終段で遅く移動するローラーに殆ど拘束されない。
【０１０８】
２つ以上の段では、第１段について低い摩擦入力を実現することは非常に容易である。何故ならば、予備段階の出力トルクが、大幅に少ないトラクション力を必要とし、より少ない摩擦をもたらすように著しく低いからである。これは、高速、低トルクモータ又は空気タービン等を用いることによって、軽量で、小型でかつ安価な変速装置を可能にするので、非常に有益である。予備変速段は、ここで開示される原理に従って設計することができ、すなわち従来とは異なる設計を有することができる。
【０１０９】
図２１は、本発明の装置の段階的な実施形態の単純化された部分的に断面の例を示す。
【０１１０】
図２２を参照すると、右側の内レースを取り外すと、第１変速段での好ましくは（最終段よりも）小型の内ローラー９６及び外ローラー９４のアレイの代表的なサンプルが明らかになる。第１段８８への入力リングは、好ましくは外ローラー４０にスピンを生じさせるようなトラクション駆動システムであるが、本開示の他の実施形態に示したものと同様のギヤでの入力も可能にする。外ローラー４０は、Ａ）その後の段（この例では、最終段）の内レース９０と好ましくは一体部品となる（又は内レースに対して固定された部材）である第１段内レース３６と、Ｂ）最終段の入力リング８６との間で自己増力する。第２段の外ローラー９８及び内ローラー１００も示されている。この例では、内ローラー１００は、軸線方向に整列したローラー部分で形成されているが、外ローラー９８は、内ローラーよりも長い。
【０１１１】
図２３を参照すると、最終段の入力リング８６は、好ましくは、トルクが入力リングに加えられるときに、第１段の自己増力が、第２段（この場合は、最終段）の外ローラー９８に対してその自己増力を拡大するように半径方向外向きに拡張することが可能である。
【０１１２】
図２４を参照すると、半径方向に拡大する内リング８６を提供する多くの可能な方法のうちの１つの例が、ここに示されている。リングは、個別に拡張するが、全てのリングの不連続部９２が軸線方向に決して並ばないような十分な回転整列を常に維持するような２つ以上（この場合は、３つ）の互いに連結するスプリットリングを有している。リング内のこれらの不連続性（又はブレーク、又はギャップ）は、好ましくは、ここに示されるような角度の付いた部分であり、レースからのローラー上の力は、可能な限り一貫するように維持される。
【０１１３】
図２５は、本発明の変速装置の好適なギヤ付き入力駆動部の実施形態の簡略化されているが機能的な構成を示している。この実施形態は、固定部材１０２と、出力部材１０４と、トラクションローラー１２２の外側アレイと、ギヤ付き入力部材１０６を含むトラクションローラー１２４の内側アレイと、内側トラクションレース１０８と、外側トラクションレース１１０とを含む。固定部材１０２及び出力部材１０４は、分割レースを一緒に保持するようにハウジングとして機能することができる。これらの駆動構成では、軸線方向に整列したローラー部分を含むような様々なローラー設計のいずれかを、使用してもよい。
【０１１４】
図２６は、ピニオン１１６を含む入力駆動モータ１１２が、好ましくは、入力駆動リング１１４にギヤ接続されている（しかし、トラクション駆動ピニオンは、いくつかのアプリケーションでも作動する）。
【０１１５】
図２７及び図２８を参照すると、外側入力駆動リング１１４は、ローラーの外側の列１２２又は好ましくは内側の列１２４のいずれかで１つ又は複数のローラーと噛み合っているＩＤにギヤ付き面１２０を有する。内側ギヤ付きリング１１８は、これらのローラーギヤとも噛み合っており、自由にスピンする太陽ギヤに似ている。
【０１１６】
内側ギヤ付きリング１１８は、いかなる駆動トルクもローラーに入力しないが、他の２つの目的のために機能する。これは、間隔調整ケージを必要とせずに、ギヤ付きローラー同士の間の角度間隔調整を提供し、それはギヤ付きローラーの角度整列に寄与する。
【０１１７】
図２９を参照すると、自由にスピンする太陽ギヤリング１１８との組み合わせで、外側入力リングのＩＤ上のギヤ付き面１２０は、ギヤ付き内ローラー同士の間の等しい間隔を提供するだけでなく、ギヤ付きローラーの角度アラインメントも提供する。
【０１１８】
図３０を参照すると、１つおきのギヤ付きローラー１２６は、好ましくは、２つのギヤ面１３０に堅固に取り付けられており、一方のギヤは、変速装置のサイズの制約で実用上可能な限り幅広く離れているこれら２つのギヤを得ることを目的として、その中心面のどちらかの側にある。この広い有効ギヤ面の効果は、外側ギヤ付きリング及び内側ギヤ付きリングのギヤ付き表面に一緒に噛み合ったときに、これらのローラーに対して有意なレベルの角度の安定性及び位置合わせを提供することにある。
【０１１９】
全ての第１のギヤ付きローラー１２８は、好ましくは、これらのギヤで可能な限り最大の直径を可能にするために、１つおきのローラー上の二重ギヤで互い違いに配置されている１つのギヤ１３２のみを有する。この大きな直径は、別のレベルの速度変化を装置に提供するために好ましい。
【０１２０】
図３１及び図３２を参照すると、代替の実施形態は、自由にスピンする外側ギヤリング１４０を含む内側ギヤ付きリング１３８のＩＤ上のピニオンドライブ１３４を使用する。この構成では、ギヤ付きローラーは、好ましくは、外側の列１２２である。以前の実施形態での１つ以上の駆動モータ１３６及び／又は１１２、及びピニオン１３４及び／又は１１６は、出力を増大させるために、及び／又はローラーに対するギヤ入力のバックラッシュを減少させるか又は解消するために、一緒に又は個別に使用することができる。
【０１２１】
注：軸線方向の位置合わせ機構は、この図及び以前の簡略化された例示的な図には示されない。この文献の他の箇所に開示された１つ以上の軸線方向及び／又は角度方向のアライメントシステムは、この節に示されるギヤ入力構成と組み合わせて使用することができる。
【０１２２】
十分に高い「カム作用角度」で、トラクションカム作用は、もはや共通の剛性材料で可能とされない（そして、本発明の変速装置のこのギヤによる実施形態の説明のために、接触角と呼ぶ）。内側のギヤ−ローラーの接触角よりも大きいが、外リングとの外側のギヤ−ローラーの接触角よりも小さいようなギヤ接触角を使用することにより、内ローラー／リングギヤの歯は、負荷が加えられたときに離れるように噛み合う。外側のギヤ−ローラーに向けて内側のギヤ−ローラーの相対的な半径方向の動きを可能にするために、十分なバックラッシュを含むギヤ−ローラーの完全な装備を用いて（適切な歯の接触を維持するために十分に小さなバックラッシュ量であるが）、内側のギヤ−ローラーは、内側リングの転がり接点から、各内側のギヤ−ローラーのギヤの歯が、隣接する外側のギヤ−ローラーの歯と接触する位置まで分離される。
【０１２３】
内ローラーが比較的小さなラジアル力で隣接する外ローラーに向けて負荷が与えられることによって、この内ローラーのフローティング効果は、各ローラーセットの内ローラーが半径方向の位置を見つけることを可能にすると本発明者によって考えられており、その半径方向の位置に作用する力は、隣接するセットに作用する力によってバランスが取られており、それによって、全てのローラー上のギヤ歯の負荷は、多数のギヤの歯数が加えられたトルク負荷を共有するように、非常に一貫している。
【０１２４】
考慮する必要がある追加の要因は、（例として実線で示される外側駆動リング、破線で示される内側駆動リングの）外側又は内側駆動リングギヤの離脱力の影響である。外側のリングギヤが、非常に高い接触角を有している場合には、離脱力によって、内レースに対して内側のギヤ−ローラーを押して、もはやフローティングしなくなる。（この例の）外リングの接触角が非常に小さい場合には、内ローラーは、それら内ローラーの最適収まり位置を見つけて、歯にかかる負荷を一貫して分担するが、外リングは、ギヤ−ローラーの駆動ギヤの歯に一貫して接触しなくなる。
【０１２５】
トラクション駆動システムの場合に、以下のページの本発明の変速装置のギヤローラーの実施形態のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルに示されるように、内ローラーの最大直径のトラクションによって、この例では、好ましくは、内ローラーが半径方向に移動し、依然としてトラクションを維持することが可能になる。
【０１２６】
外側の（又は内側の）入力ギヤリングの最高のギヤ接触角を決定するための要因は、複雑であり、ギヤの離脱力、製造時の精度、内ローラーの遠心力等の最適なバランスを決定するために、いくつかの実験を必要とする。
【０１２７】
図３３〜図４３は、ギヤ付きシステムの簡略化モデルを示しており、このシステムは、このページに記載されている本発明の変速装置の原理に従って、内レースのＯＤ上にギヤ付きリング１５６を含む内レース３８と、外レースのＩＤ上にギヤ付きリング１５８を含む外レース３６と、内側ギヤ付ローラー１５２と、外側ギヤ付きローラー１５４とを示す。図３３〜図４３は、分割外レースと分割内レースとを含む実施形態を示している。
【０１２８】
注：複合ギヤ−ローラー配置を形成するために、内ローラー及び／又は外ローラーについて２つの異なるピッチの直径１６０及び１６２のギヤ−ローラーを用いる本発明の装置によるギヤ式変速装置は、可能であり、この文献の別の節に示される形態に類似しており、ローラー及び／又はレース上のトラクション面の１つ以上が、ギヤ付き面で置き換えられることを除いて本発明の変速装置の複合、及び半複合トラクションローラーの構成として説明される。
【０１２９】
図３３は、ギヤ付きLiiveDriive構成の一例の概略図である。ギヤの歯は、示されていない。外側又は内側の駆動入力リングは、高速動作のためにギヤ駆動の代わりにトラクション駆動することができる。そのオプションとは別に、この概略図の全ての接触部は、ギヤ接触である。例示的なギヤ構成は、４８．３°のローラー／ローラーの接触角、５１．４°の外側のギヤ−ローラーの接触角、４５°の駆動リングの接触角、４５°の内ローラーの接触角、内ローラー１４２の駆動ギヤ、内側ギヤリングピッチ円１４４（内リングからわずかに分離されて示される内側のギヤ−ローラー）、代替の内側駆動リング及び外側ローラーギヤ１４６、外側リングピッチ円１４８、外側駆動リングピッチ円１５０（内側駆動リングを使用してもよい）、内側のギヤローラー１５２、外側のギヤローラー１５４を含む。
【０１３０】
図３４は、本発明の変速装置のギヤ構成の好適な幾何学的形状の２次元ＣＡＤ図面を示している。
【０１３１】
本発明の変速装置の他の実施形態の例
【０１３２】
図４４〜図４６は、本発明のトラクション変速装置の実施形態を使用するような、非常に大きな貫通孔、高トルクアクチュエータの例が示されている。この実施形態は、２つの部分から構成される内レース１６４及び１６６と、単一の外レース１６８とを使用する。単一のトラクション（又はギヤ）入力リング１７０は、入力トルクを供給する。
【０１３３】
第１のプラスチック製プトロタイプ
【０１３４】
これは、変速装置の第１のプロトタイプの例であり、このプロトタイプは、ローラーとレースと入力リングとについて８２．７２８ＭＰａ（１２,０００ＰＳＩ）の圧縮強度のプラスチックから、及び固定された出力アームについてアルミニウムから構築した。
【０１３５】
このプロトタイプは、１２．４４６ｃｍ（４．９インチ）の内レースＯＤと、０．６３５ｃｍ（０．２５インチ）幅の入力レース及び出力レースを有する。０．３４を超える摩擦係数を有する材料の組み合わせを選択することによって、８１．３６Ｎｍ（６０フィートポンド(foot-pound)）の出力トルクが、損傷又はスリップすることなく達成された。
【０１３６】
図４７〜図５２は、出力アーム１７６及び固定アーム１７８を含むような、アセンブリを解体する様々な状態でのこのプロトタイプのＣＡＤモデルの例を示している。図４８では、二重入力リング１８０がスピンして、内ローラー１７４を内レースに沿って回転させ、外ローラー１７２は、外レース１８２及び内レース１８６と同じ幅であり、内ローラーは、２つのケージ部材１８４及び２つの入力部材１８０を加えたレースの幅である。図４９では、簡略化されたＵＨＭＷケージ１８４は、内ローラー１７４の一貫性のある環状の間隔調整を実現する。
【０１３７】
図５０では、アルミスリーブ１８８は、内レース１８６のＩＤ及び固定アームの貫通孔のＩＤにスプライン嵌合する。図５１及び図５２は、内レース１８６、外レース１８２、内ローラー１７４、及び外ローラー１７２を示している。
【０１３８】
図５３は、内側の列のローラー４２が複数の直径であるような本発明の装置の一例を示している。図５３は、外側の列のローラー４０が複数の直径であるような本発明の装置の一例も示している。
【０１３９】
互いに近接して離間された内側の列及び／又は外側の列のローラーを含む本発明の装置は、特定の用途において有利となり得る。ローラーが同じ列の隣接したローラーに近接すると、トラクション角度は、内ローラー径、外ローラー径、レース径、及び多数のローラーセットの間の特定の幾何学的関係のために可能な限り小さくなる。
【０１４０】
特定の用途において近接したローラーの別の利点は、円周方向の間隔調整手段の必要性を排除する可能性があることである。ローラーが均等に離間されている場合には、同じ列の他のローラーに対する間隔でそれらローラーを維持するために要する力は非常に小さい。それ自体に対して低いＣＦを有するローラー材料が使用され、この材料は、ローラーの他の列に対して、トラクション接触しているレースに対して使用され、次にいくつかの用途では、それらローラーが不等間隔になった場合に、近接しながらも離間したローラーが、同じ列の隣接するローラーに接触することが好ましい。これらの摩擦特性を示す材料の組み合わせには、例えば、その材料自体に対して及び鋼に対して、スピノーダル青銅又はベリリウム青銅が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【０１４１】
本発明の変速装置の場合に、材料の組み合わせが使用された場合に、外ローラーと外レースとの間のより高い摩擦係数に比べて、隣接する外ローラーに対してスライドするときに、外ローラーが低い摩擦係数を示し、いくつかの用途及び材料の組合せのための好ましい平均最大ギャップは、組立後直ぐに０．２５４ｍｍ（０．０１インチ）未満になることである。
【０１４２】
外ローラー同士の間のより大きなギャップが、いくつかの用途のために、この構成で依然として機能することができるが、他の間隔要素が使用されない場合に、非実用的であると考えられる。
【０１４３】
図５４は、接触する又は略接触する内ローラー４２と外ローラー４０との例を示す。ローラーの内側の列のみ又は外側の列のみが、上記の記述に従って略接触する又は接触することが好ましい。
【０１４４】
図５５〜図５９は、本発明の変速装置の構成例が、ローラー４２の内側の列又はローラー４０の外側の列のいずれかに回転トルク及び運動を提供するために、追加の入力リングを含む単段減速装置として示されている。
【０１４５】
本発明の変速装置のこれらの概略的表現がそれぞれ、各構成の入力リングの回転方向に対する変速比と出力回転速度を決定するための基準を提供する添付の数式を用いて、示されている。これらの式のそれぞれについて、負の結果は、入力リングの反対方向に回転する内レースを示す。説明を明確にするために、ここで参照される図５５〜図５９に示される全ての構成は、回転出力として、外レース（又は固定レース）３６、入力リング１９０、内レース（又は出力レース）３８とともに提示される。
【０１４６】
この文献に開示された原理に従って、好ましいいくつかの場合において、以下の図面及びこの文献の他の例示的な構成に記載されるような、１つ又は複数段を組み合わせることが、可能である。
図５５は、第１の構成の一例を示す図である。式（４）〜式（６）は、第１の構成の入力リングの回転方向に対する変速比及び出力回転速度を決定するための基準を提供する。入力ローラーは、出力ローラーと同じ速度で回転する。
【０１４７】
ωｏ／ωｉ＝−ｅ１（ｅ２−１）／（ｅ１−１）                  （４）
ｅ１＝−（ｒ１／ｒｆ）×（ｒｉ／ｒ２）                        （５）
ｅ２＝ｒｆ／ｒｏ                                            （６）
ここで：
ωｏ＝出力角速度
ωｉ＝入力角速度
ｒｆ＝固定レースの直径
ｒｉ＝入力リングの直径
ｒｏ＝出力レースの直径
ｒ２＝入力ローラーの直径
ｒ１＝出力ローラーの直径
ｒ３＝遊動輪ローラーの直径である。
【０１４８】
図５６は、第２の構成の一例を示す図である。式（４）、式（７）、及び式（８）は、第２の構成の入力リングの回転方向に対する変速比及び出力回転速度を決定するための基準を提供する。
ωｏ／ωｉ＝−ｅ１（ｅ２−１）／（ｅ１−１）              （４）
ｅ１＝（ｒｉ／ｒ１×ｒ２／ｒｆ）                          （７）
ｅ２＝ｒｆ／ｒｏ                                        （８）
ここで：
ωｏ＝出力角速度
ωｉ＝入力角速度
ｒｆ＝固定レースの直径
ｒｉ＝入力リングの直径
ｒｏ＝出力レースの直径
ｒ２＝入力ローラーの直径
ｒ１＝出力ローラーの直径
ｒ３＝遊動輪ローラーの直径である。
【０１４９】
図５７は、第３の構成の一例を示す図である。式（４）、式（９）、及び式（１０）は、第３の構成の入力リングの回転方向に対する変速比及び出力回転速度を決定するための基準を提供する。
【０１５０】
ωｏ／ωｉ＝−ｅ１（ｅ２−１）／（ｅ１−１）                （４）
ｅ１＝−ｒ１／ｒｆ                                        （９）
ｅ２＝ｒｆ／ｒｏ                                          （１０）
ここで：
ωｏ＝出力角速度
ωｉ＝入力角速度
ｒｆ＝固定レースの直径
ｒｉ＝入力リングの直径
ｒｏ＝出力レースの直径
ｒ２＝入力ローラーの直径
ｒ１＝出力ローラーの直径
ｒ３＝遊動輪ローラーの直径である。
【０１５１】
図５８は、第４の構成の一例を示す図である。式（４）、式（１１）、及び式（１２）は、第４の構成の入力リングの回転方向に対する変速比及び出力回転速度を決定するための基準を提供する。注：ｒ４は、ｒ１と接触しない。
ωｏ／ωｉ＝−ｅ１（ｅ２−１）／（ｅ１−１）              （４）
ｅ１＝−（ｒｉ／ｒ３×ｒ４／ｒｆ）                        （１１）
ｅ２＝（ｒｆ／ｒ４×ｒ５／ｒ２×ｒ１／ｒｏ                  （１２）
ここで：
ωｏ＝出力角速度
ωｉ＝入力角速度
ｒｆ＝固定レースの直径
ｒｉ＝入力リングの直径
ｒｏ＝出力レースの直径
ｒ２＝入力ローラーの直径
ｒ１＝出力ローラーの直径
ｒ３＝遊動輪ローラーの直径である。
【０１５２】
図５９は、第５の構成の一例を示す図である。式（４）、式（１３）、及び式（１４）は、第５の構成の入力リングの回転方向に対する変速比及び出力回転速度を決定するための基準を提供する。
ωｏ／ωｉ＝−ｅ１（ｅ２−１）／（ｅ１−１）              （４）
ｅ１＝−（ｒｉ×ｒ２×ｒ４／ｒ１×ｒ３×ｒｆ）              （１３）
ｅ２＝（ｒｆ／ｒ４×ｒ３／ｒｏ）                          （１４）
ここで：
ωｏ＝出力角速度
ωｉ＝入力角速度
ｒｆ＝固定レースの直径
ｒｉ＝入力リングの直径
ｒｏ＝出力レースの直径
ｒ２＝入力ローラーの直径
ｒ１＝出力ローラーの直径
ｒ３＝遊動輪ローラーの直径である。
【０１５３】
図６０に示されるように、この特許文献に開示されているローラーのいずれかは、ローラー１２上に略円筒状のトラクション面１９２を有しており、それによって、これらの面が、実寸ではないが図６０に概略的に示されているように、接触面の軸線方向の端部付近のヘルツ応力を低減するために、ローラーのトラクション面の軸線方向端部に向けて直径がわずかに小さくされている。同様に、内レース３８は、軸線方向においてその末端に向けてわずかに減少する直径を有してもよく、外レース３６は、軸線方向においてその末端に向けてわずかに増大する直径を有してもよい。示されるローラーのいずれかは、圧縮を可能にし、前負荷に対して強化するために中空であってもよい。中空ローラーの一例が、図１５及び２４、また図６２（内ローラー２２４）にも示されている。
【０１５４】
図６１では、変速装置は、外レース２１０、（外ローラーのセットの）外ローラー２１２、内ローラー２１４、内レース２１６、及び（増速装置の実施形態の）出力２１８（又は減速装置の入力）を含むように示されている。断面内の矢印は、トラクション接触を示している。外ローラー２１２は、レース２１０に接触するより大きな直径と、内ローラー２１４に接触するより小さな直径とを有する複合体である。内ローラー２１４は、内レース２１６及び外ローラー２１２に接触するような同じ直径を有している。
【０１５５】
図６２では、外レース２２０、（外ローラーのセットの）外ローラー２２２、内ローラー２２４、及び内レース２２６を含む変速装置が、示されている。この実施形態では、外ローラー２２２は、内ローラー２２４の最大円筒面の直径より大きな、最大円筒面の直径を有しており、及び外ローラー２２２は、内ローラー２２４よりも外レース２２０と接触しているより大きい直径のトラクション接触部を有しており、内ローラー２２４は、内レース２２６に接触する内ローラー２２４と同じ直径の、外ローラー２２２に接触する直径を有する。
【０１５６】
例えば図７の実施形態では、内レースと各内ローラーとの接触部、トルクを伝達する外ローラーと各内ローラーとの接触部が、全て同一のトルク伝達径を有しており、外レースと各外ローラーとの接触部、トルクを伝達する内ローラーと各外ローラーとの接触部が、トルク伝達径を有しており、全てのトルク伝達径は等しい。しかしながら、いくつかの実施形態では、外ローラーは、外ローラーと内ローラーとの接触部の直径とは異なるような、外レースの内面と接触する直径を有してもよい。いくつかの実施形態では、外ローラーは、内ローラーと接触する主トルク伝達接触部の直径よりも大きな、外レースの内面と接触する主トルク伝達接触部の直径を有している。いくつかの実施形態では、外ローラーは、内ローラーと接触する主トルク伝達径よりも大きな、外レースの主トルク伝達接触内面と接触する主トルク伝達径を有しており、内ローラーは、内レースの接触する主トルク伝達径と同様の、外ローラーと接触する主トルク伝達径を有する。さらに、いくつかの実施形態では、内ローラーは、外ローラーと接触するより大きな主トルク伝達径と、内レースの外面と接触するより小さな主トルク伝達径とを有している。いくつかの実施形態では、外ローラーは、２つの直径を有しており、内ローラーは、外レースが固定される場合に、ローラーの回転によって、一方向にローラーの周回が生じて、ローラーの周回方向と同じ方向に内レースの回転がもたらされるような１つの直径を有する。いくつかの実施形態では、外ローラーは、２つの直径を有しており、内ローラーは、外レースが固定される場合に、ローラーの回転によって、一方向にローラーの周回が生じて、ローラーの周回方向と反対方向に内レースの回転がもたらされるような１つの直径を有する。いくつかの実施形態では、外ローラーは、２つの直径を有しており、内ローラーは、外レースが固定される場合に、ローラーの回転によって、一方向にローラーの周回が生じて、ローラーの周回方向と同じ方向に内レースの回転がもたらされるような２つの異なる直径を有する。いくつかの実施形態では、外ローラーは、２つの直径を有しており、外レースが固定される場合に、内ローラーは、ローラーの回転によって、一方向にローラーの周回が生じて、ローラー周回方向と反対方向に内レースの回転がもたらされるような２つの異なる直径を有する。
【０１５７】
特許請求の範囲において、「備える、有する、含む(comprising)」という語は、その包括的な意味で使用されており、存在する他の要素を排除するものではない。クレームの特徴的構成の前に存在している不定冠詞「１つの(a, an)」は、存在する複数の特徴的構成を排除するものではない。ここで説明する個々の特徴の各々は、１つ又は複数の実施形態で使用され、ここにしか記述されていないという理由で、特許請求の範囲によって規定される全ての実施形態に必須であると解釈すべきでない。
【図１】
2020024044.tif 000004
【図２】
2020024044.tif 000005
【図３】
2020024044.tif 000006
【図４】
2020024044.tif 000007
【図５】
2020024044.tif 000008
【図６】
2020024044.tif 000009
【図７】
2020024044.tif 000010
【図８】
2020024044.tif 000011
【図９】
2020024044.tif 000012
【図１０】
2020024044.tif 000013
【図１１】
2020024044.tif 000014
【図１２】
2020024044.tif 000015
【図１３】
2020024044.tif 000016
【図１４】
2020024044.tif 000017
【図１５】
2020024044.tif 000018
【図１６】
2020024044.tif 000019
【図１７】
2020024044.tif 000020
【図１８】
2020024044.tif 000021
【図１９】
2020024044.tif 000022
【図２０】
2020024044.tif 000023
【図２１】
2020024044.tif 000024
【図２２】
2020024044.tif 000025
【図２３】
2020024044.tif 000026
【図２４】
2020024044.tif 000027
【図２５】
2020024044.tif 000028
【図２６】
2020024044.tif 000029
【図２７】
2020024044.tif 000030
【図２８】
2020024044.tif 000031
【図２９】
2020024044.tif 000032
【図３０】
2020024044.tif 000033
【図３１】
2020024044.tif 000034
【図３２】
2020024044.tif 000035
【図３３】
2020024044.tif 000036
【図３４】
2020024044.tif 000037
【図３５】
2020024044.tif 000038
【図３６】
2020024044.tif 000039
【図３７】
2020024044.tif 000040
【図３８】
2020024044.tif 000041
【図３９】
2020024044.tif 000042
【図４０】
2020024044.tif 000043
【図４１】
2020024044.tif 000044
【図４２】
2020024044.tif 000045
【図４３】
2020024044.tif 000046
【図４４】
2020024044.tif 000047
【図４５】
2020024044.tif 000048
【図４６】
2020024044.tif 000049
【図４７】
2020024044.tif 000050
【図４８】
2020024044.tif 000051
【図４９】
2020024044.tif 000052
【図５０】
2020024044.tif 000053
【図５１】
2020024044.tif 000054
【図５２】
2020024044.tif 000055
【図５３】
2020024044.tif 000056
【図５４】
2020024044.tif 000057
【図５５】
2020024044.tif 000058
【図５６】
2020024044.tif 000059
【図５７】
2020024044.tif 000060
【図５８】
2020024044.tif 000061
【図５９】
2020024044.tif 000062
【図６０】
2020024044.tif 000063
【図６１】
2020024044.tif 000064
【図６２】
2020024044.tif 000065
【外国語明細書】
2020024044000001.pdf