(57)【要約】入力軸及び出力軸を持ち、途切れなく滑らかな脈動のない無限に変化できるトルク増倍出力を提供する定出力機械式変速機。入力軸は、その回転により揺動レバーを反対方向に揺動させるように一対の揺動レバーに連結されている。これらの揺動レバーは、揺動レバーの移動時に軸を回転させるため、一方向クラッチで出力軸とリンクしている。揺動レバーの偏心距離を変化させることによって出力軸の回転速度を無限に変化させることができる。
2005509112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変速機において、
入力軸と、
前記入力軸に連結された少なくとも一つのカム装置と、
前記入力軸の回転時に揺動的に回動するように前記カム装置に連結された少なくとも二つのレバーと、
前記少なくとも二つのレバーに連結され、前記少なくとも二つのレバーの動きにより回転する少なくとも一つの一方向クラッチ、及び
前記少なくとも一つの一方向クラッチに連結された出力軸であって、この少なくとも一つの一方向クラッチによって回転させることができる出力軸と、
を備える、変速機。
【請求項２】
請求項１に記載の変速機において、前記カム装置は、少なくとも一つの駆動カムを備えたカム軸と、前記少なくとも一つの駆動カム及び前記少なくとも二つのレバーのうちの一方に連結された少なくとも一つのカムフォロアとを備え、前記少なくとも一つのカムフォロアの前記カム軸に対する移動により前記少なくとも二つのレバーのうちの一方を揺動する、変速機。
【請求項３】
請求項２に記載の変速機において、前記少なくとも一つのカムフォロアを押圧(biasing)して前記少なくとも一つの駆動カムと接触させるため、前記少なくとも一つのカムフォロアに結合された押圧手段を更に備える、変速機。
【請求項４】
請求項１に記載の変速機において、前記少なくとも二つのレバーは、前記入力軸の回転時に逆方向に揺動する第１レバー及び第２レバーを備える、変速機。
【請求項５】
請求項１に記載の変速機において、前記少なくとも二つのレバーに連結され選択的に位置決めできる少なくとも一つの動力取り出し部(power take-off)を更に備え、この少なくとも一つの動力取り出し部を前記少なくとも二つのレバーに対して調節することにより、前記出力軸の回転速度を比例変化させる、変速機。
【請求項６】
請求項５に記載の変速機において、前記動力取り出し部に連結された制御機構を更に備え、この制御機構は前記出力軸の回転出力を変更するために使用者によって制御できる、変速機。
【請求項７】
請求項２に記載の変速機において、前記カム軸は、前記入力軸上に摺動自在にスプライン止めされた(splined)同心軸を備え、前記少なくとも一つのカムフォロア及び前記少なくとも二つのレバーは、前記カム軸とともに選択的に移動できる、変速機。
【請求項８】
請求項７に記載の変速機において、前記カム軸と少なくとも一つのカムフォロアと前記少なくとも二つのレバーの前記入力軸の長手方向軸に対する移動により、前記出力軸の回転速度を変化させる、変速機。
【請求項９】
請求項７に記載の変速機において、前記同心軸を前記入力軸に対して選択的に変位するため及び前記同心軸を選択された位置に保持するため、前記同心軸に連結された変位手段を更に備える、変速機。
【請求項１０】
請求項９に記載の変速機において、ハウジングを更に備え、前記入力軸及び前記出力軸は前記ハウジングに支承されている、変速機。
【請求項１１】
請求項７に記載の変速機において、前記変位手段は、少なくとも二つの対向する(opposing)一方向クラッチを備える、変速機。
【請求項１２】
請求項１１に記載の変速機において、前記少なくとも二つの対向するリニア一方向クラッチは、第１部分及び第２部分を備え、前記第１部分は少なくとも一組の対向するカム作用をなすリニアレース(cammed linear race)を画定し、前記第２部分は平らなレースを画定し、少なくとも二つの楔係合可能(wedgeable)なローラは外部制御部材に連結された移動自在のケージ内で押圧されている、変速機。
【請求項１３】
請求項１２に記載の変速機において、前記少なくとも二つのレバーからの力は、前記制御スライドに及ぼされたとき、負荷状態(under load)で動力変速(power shifting)を提供する、変速機。
【請求項１４】
請求項７に記載の変速機において、前記同心軸に連結された押圧カムと、前記カムフォロアに連結され且つ前記押圧カムと接触した少なくとも一つのカムフォロアホイールとを更に備え、前記押圧カムは前記カムフォロアホイールと前記駆動カムとの接触を維持するように輪郭が形成されている、変速機。
【請求項１５】
請求項１４に記載の変速機において、前記押圧カム及び前記少なくとも一つのカムフォロアホイールは、前記入力軸の一回転の一部中に一定の速度を提供するように形成されており、前記押圧カムは前記駆動カムと同心であり、前記少なくとも一つのカムフォロアホイールが押圧カムホイールに連結され且つ前記駆動カムの両側(opposite sides)に位置決めされ、前記駆動カムと前記少なくとも一つのカムフォロアホイールとの間の接触を維持する、変速機。
【請求項１６】
請求項１に記載の変速機において、前記入力軸は、自転車のクランクを備える、変速機。
【請求項１７】
請求項１に記載の変速機において、前記入力軸は、自動車のエンジンに連結されている、変速機。
【請求項１８】
変速機において、
入力軸と、
少なくとも二つの揺動部材であって、各々が軸を中心として回動自在であり、前記入力軸の回転により揺動されるように前記入力軸に連結された、揺動部材と、
前記揺動部材から脈動がない動力を提供するように前記少なくとも二つの揺動部材に連結された少なくとも一つのカム装置と、
前記少なくとも二つの揺動部材に連結された少なくとも一つの一方向クラッチ、及び、
前記少なくとも一つの一方向クラッチに連結された出力軸であって、この出力軸を回転させるために次々と前記一方向クラッチを駆動する前記少なくとも二つの揺動部材の揺動により駆動される出力軸とを備える、変速機。
【請求項１９】
請求項１８に記載の変速機において、前記入力軸の回転により前記カム装置を回転させる、変速機。
【請求項２０】
請求項１８に記載の変速機において、前記少なくとも二つの揺動部材は前記入力軸に連結されている、変速機。
【請求項２１】
請求項２０に記載の変速機において、前記少なくとも一つのカム装置は、前記少なくとも二つの揺動部材に連結された一対のカム部材を備え、これらの対をなしたカム部材に連結された一対のスプロケットセグメント(sprocket segment)を更に備え、これらの対をなしたスプロケットセグメントは、前記少なくとも一つの一方向クラッチと係合した一対のチェーンを駆動する、変速機。
【請求項２２】
請求項１９に記載の変速機において、前記カム装置はカム形状レースを備え、前記カム形状レースの回転によって揺動されるように前記カム形状レースに連結された一対のスプロケットセグメントを更に備え、これらのスプロケットセグメントは、前記少なくとも一つの一方向クラッチと係合した一対のチェーンを駆動する、変速機。
【請求項２３】
請求項２１に記載の変速機において、自転車のクランクに選択的に取り付けるための摺動自在に調節できる動力取り出し部を更に備え、自転車のクランクへの取り付けは、動力取り出し部を前記クランクの回転の中心から離れる方向に移動したとき、自転車のペダルを踏み込むのに要するトルクが増大するように行われる、変速機。
【請求項２４】
請求項２２に記載の変速機において、前記入力軸の各回転について、前記対をなしたスプロケットセグメントの揺動の程度(degree)を使用者が選択的に調節するための、前記対をなしたスプロケットセグメントに連結された一対の動力取り出し部を更に備える、変速機。
【請求項２５】
請求項１９に記載の変速機において、前記カム装置は、少なくとも一つの駆動カムが設けられたカム軸と、前記少なくとも一つの駆動カム及び前記少なくとも二つの揺動部材の一方に連結された少なくとも一つのカムフォロアとを備え、この少なくとも一つのカムフォロアの前記カム軸に対する移動により、前記少なくとも二つの揺動部材の前記一方を揺動させる、変速機。
【請求項２６】
請求項２５に記載の変速機において、前記少なくとも一つのカムフォロアを押圧して前記少なくとも一つの駆動カムと接触させるため、前記少なくとも一つのカムフォロアに結合された押圧手段を更に備える、変速機。
【請求項２７】
請求項２６に記載の変速機において、前記少なくとも二つの揺動部材は、前記入力軸の回転時に逆方向に揺動する第１レバー及び第２レバーを備える、変速機。
【請求項２８】
請求項２７に記載の変速機において、前記第１レバーに連結された選択的に位置決めできる第１動力取り出し部と、前記第２レバーに連結された選択的に位置決めできる第２動力取り出し部とを更に備え、前記第１及び第２の動力取り出し部を前記第１及び第２のレバーに対して調節することにより、前記出力軸の回転速度を比例して変化させる、変速機。
【請求項２９】
請求項２８に記載の変速機において、前記第１及び第２の動力取り出し部に連結された制御機構を更に備え、この制御機構は、前記出力軸の回転出力を変化させるため、使用者によって制御できる、変速機。
【請求項３０】
請求項２９に記載の変速機において、前記カム軸は、前記入力軸に摺動自在にスプライン止めされた同心軸を備え、前記少なくとも一つのカムフォロア及び前記第１及び第２のレバーは、前記カム軸とともに選択的に移動自在である、変速機。
【請求項３１】
請求項３０に記載の変速機において、前記カム軸、少なくとも一つのカムフォロア、及び前記第１及び第２のレバーを前記入力軸の長手方向軸に対して移動させることにより、出力軸の回転速度を変化させる、変速機。
【請求項３２】
請求項３０に記載の変速機において、前記同心軸を前記入力軸に対して選択的に変位させるため及び前記同心軸を選択された位置に保持するため、前記同心軸に連結された変位手段を更に備える、変速機。
【請求項３３】
請求項３２に記載の変速機において、ハウジングを更に備え、前記入力軸及び前記出力軸が前記ハウジングに支承されている、変速機。
【請求項３４】
請求項３２に記載の変速機において、前記変位手段は、少なくとも二つの対向するリニア一方向クラッチを備える、変速機。
【請求項３５】
請求項３４に記載の変速機において、前記少なくとも二つのリニア一方向クラッチは第１部分及び第２部分を備え、前記第１部分は少なくとも一組の対向するカム作用をなすリニアレースを画定し、前記第２部分は平らなレースを画定し、少なくとも二つの楔係合可能なローラが、外部制御部材に連結された移動自在のケージ内で押圧されている、変速機。
【請求項３６】
請求項３５に記載の変速機において、前記少なくとも二つのレバーからの力は、前記制御スライドに及ぼされたとき、負荷状態で動力変速を提供する、変速機。
【請求項３７】
請求項３０に記載の変速機において、前記同心軸に連結された押圧カムと、前記カムフォロアに連結されており且つ前記押圧カムと接触した少なくとも一つのカムフォロアホイールとを更に備え、前記押圧カムは、前記カムフォロアホイールと前記駆動カムとの間を接触状態に維持するように輪郭が形成されている、変速機。
【請求項３８】
請求項３７に記載の変速機において、前記押圧カム及び前記少なくとも一つのカムフォロアホイールは、前記入力軸の一回転の一部中に一定の速度を提供するように形成されており、前記押圧カムは前記駆動カムと同心であり、前記少なくとも一つのカムフォロアホイール及び押圧カムホイールは互いに連結され、前記駆動カムの両側に位置決めされ、前記駆動カムと前記少なくとも一つのカムフォロアホイールとの間の接触を維持する、変速機。
【請求項３９】
変速機において、
入力軸と、
出力軸と、
前記入力軸によって駆動される少なくとも一つの揺動子と、
前記少なくとも一つの揺動子によって移動できる少なくとも二つの揺動子フォロアと、
前記少なくとも二つの揺動子フォロアにこれらの揺動子フォロアとともに移動するように各々が連結され、各々が支点を中心として回動自在の少なくとも二つのレバー、及び
前記少なくとも二つのスライド部材を前記少なくとも二つのレバーの移動とともに前後に移動するため、前記少なくとも二つのレバーに各々が連結された少なくとも二つのスライド部材であって、前記出力軸を駆動する、スライド部材とを備え、
前記少なくとも二つのレバーを前記スライド部材に対して平行移動(translation)させることにより、前記出力軸の回転速度を前記入力軸に対して変化させる、変速機。
【請求項４０】
請求項３９に記載の変速機において、前記少なくとも一つの揺動子は、少なくとも一つの駆動カムが設けられたカム軸を備え、前記少なくとも二つの揺動子フォロアは、前記少なくとも一つの駆動カム及び前記少なくとも二つのレバーの一方に連結された少なくとも一つのカムフォロアを備え、この連結は、前記少なくとも一つのカムフォロアの前記カム軸に対する移動により前記少なくとも二つのレバーの前記一方が揺動されるように行われる、変速機。
【請求項４１】
請求項４０に記載の変速機において、前記少なくとも一つのカムフォロアを押圧して前記少なくとも一つの駆動カムと接触させるため、前記少なくとも一つのカムフォロアに結合された押圧出力を更に備える、変速機。
【請求項４２】
請求項３９に記載の変速機において、前記少なくとも二つのレバーは、前記入力軸の回転時に反対方向に揺動する第１レバー及び第２レバーを備える、変速機。
【請求項４３】
請求項３９に記載の変速機において、前記少なくとも二つのレバーに連結された少なくとも一つの選択的に位置決めできる動力取り出し部を更に備え、この少なくとも一つの動力取り出し部を前記少なくとも二つのレバーに対して調節することにより、前記出力軸の回転速度を比例して変化させる、変速機。
【請求項４４】
請求項４３に記載の変速機において、前記動力取り出し部に連結された制御機構を更に備え、この制御機構は、前記出力軸の回転出力を変化させるために使用者によって制御できる、変速機。
【請求項４５】
請求項４０に記載の変速機において、前記カム軸は、前記入力軸に摺動自在にスプライン止めされた同心軸を備え、前記少なくとも一つのカムフォロア及び前記少なくとも二つのレバーは前記カム軸に関して選択的に移動できる、変速機。
【請求項４６】
請求項４５に記載の変速機において、前記カム軸と前記少なくとも一つのカムフォロアと前記少なくとも二つのレバーの、前記入力軸の長手方向軸に対する移動により、前記出力軸の回転速度を変化させる、変速機。
【請求項４７】
請求項４５に記載の変速機において、前記同心軸を前記入力軸に対して選択的に変位するため、及び前記同心軸を選択された位置に保持するため、前記同心軸に連結された変位手段を更に備える、変速機。
【請求項４８】
請求項４７に記載の変速機において、ハウジングを更に備え、前記入力軸及び前記出力軸は前記ハウジングに支承されている、変速機。
【請求項４９】
請求項４７に記載の変速機において、前記変位手段は少なくとも二つの対向するリニア一方向クラッチを備える、変速機。
【請求項５０】
請求項４９に記載の変速機において、前記少なくとも二つの対向するリニア一方向クラッチは第１部分及び第２部分を備え、前記第１部分はカム作用をなす少なくとも一組の対向するリニアレースを画定し、前記第２部分は平らなレースを画定し、少なくとも二つの楔係合可能なローラが、外部制御部材に連結された移動自在のケージ内で押圧されている、変速機。
【請求項５１】
請求項５０に記載の変速機において、前記少なくとも二つのレバーからの力は、前記制御スライドに及ぼされたとき、負荷状態で動力変速を提供する、変速機。
【請求項５２】
請求項４５に記載の変速機において、前記同心軸に連結された押圧カムと、前記カムフォロアに連結されており且つ前記押圧カムと接触した少なくとも一つのカムフォロアホイールとを更に備え、前記押圧カムは、前記カムフォロアホイールと前記駆動カムとの間を接触状態に維持するように輪郭が形成されている、変速機。
【請求項５３】
請求項５２に記載の変速機において、前記押圧カム及び前記少なくとも一つのカムフォロアホイールは、前記入力軸の一回転の一部中に一定の速度を提供するように形成されており、前記押圧カムは前記駆動カムと同心であり、前記少なくとも一つのカムフォロアホイール及び押圧カムホイールは互いに連結され、前記駆動カムの両側に位置決めされ、前記駆動カムと前記少なくとも一つのカムフォロアホイールとの間の接触を維持する、変速機。
【請求項５４】
請求項３９に記載の変速機において、前記入力軸は、自転車のクランクを備える、変速機。
【請求項５５】
請求項３９に記載の変速機において、前記入力軸は、自動車のエンジンに連結されている、変速機。
【請求項５６】
変速機において、
第１壁及び第２壁を持つハウジングと、
前記ハウジングの前記第１壁を通して支承された入力軸と、
前記ハウジングの前記第２壁を通して支承された出力軸と、
前記入力軸に摺動自在にスプライン止めされた同心軸と、
前記同心軸に固定連結され、前記ハウジングに対して摺動自在に案内できる制御スライドと、
前記同心軸と略平行なカム面を画定し、前記同心軸に固定された少なくとも一つのカムと、
前記同心軸に対して長さ方向で固定された少なくとも一つの押圧されたカムフォロアと、
前記少なくとも一つのカムフォロアに各々回転自在に連結された少なくとも一つのレバーと、
前記少なくとも一つのカムフォロアを押圧して前記少なくとも一つのカムの前記カム面と接触させるための押圧手段と、
前記少なくとも一つのレバーに各々設けられた少なくとも一つの選択的に配置できる自己係止(self-locking)動力取り出し部、及び
前記動力取り出し部を前記出力軸と相互接続するための接続手段とを備える、変速機。
【請求項５７】
請求項５６に記載の変速機において、前記少なくとも二つのレバーは、前記入力軸の回転時に反対方向に揺動する第１レバー及び第２レバーを備える、変速機。
【請求項５８】
請求項５６に記載の変速機において、前記動力取り出し部を前記少なくとも一つのレバーに対して調節することにより、前記出力軸の回転速度を比例して変化させる、変速機。
【請求項５９】
請求項５８に記載の変速機において、前記出力軸の回転出力を変化させるため、前記制御スライドが使用者によって制御できる、変速機。
【請求項６０】
請求項５６に記載の変速機において、前記少なくとも一つのカムと前記少なくとも一つの押圧されたカムフォロアと前記少なくとも一つのレバーを、前記入力軸の長手方向軸に対して移動させることにより、前記出力軸の回転速度を変化させる、変速機。
【請求項６１】
請求項５６に記載の変速機において、前記同心軸を前記入力軸に対して選択的に変位させるため、及び前記同心軸を選択された位置に保持するため、前記同心軸に連結された変位手段を更に備える、変速機。
【請求項６２】
請求項５６に記載の変速機において、前記連結手段は少なくとも二つの一方向クラッチを含む、変速機。
【請求項６３】
請求項５６に記載の変速機において、前記少なくとも一つのレバーからの力は、前記制御スライドに及ぼされたとき、負荷状態で動力変速を提供する、変速機。
【請求項６４】
請求項５６に記載の変速機において、前記押圧手段は、前記同心軸に連結された押圧カムと、前記カムフォロアに連結されており且つ前記押圧カムと接触した少なくとも一つのカムフォロアホイールとを備え、前記押圧カムは、前記カムフォロアホイールと前記駆動カムとの間に接触を維持するように輪郭が形成されている、変速機。
【請求項６５】
請求項５６に記載の変速機において、前記押圧手段は、押圧カム、押圧カムホイール、及び前記入力軸の一回転の一部中に一定の速度を提供するように形成された少なくとも一つのカムフォロアホイールを備え、前記少なくとも一つのカムフォロアホイール及び前記押圧カムホイールは互いに連結されており、前記押圧カムの両側に位置決めされており、前記押圧カムと前記少なくとも一つのカムフォロアホイールとの間を接触した状態に維持する、変速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原動機の出力軸の速度及びトルクをその入力軸に対して変化させるための機械式装置に関する。更に詳細には、本発明は、ガス又はディーゼルエンジン、電動モータ、ジェットエンジン、蒸気エンジン、自転車のクランク、等の動力源からの途切れなく無限数(infinite number of seamless)で脈動のない速度及びトルクの変化を提供するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歴史的には、動力源の速度及びトルクを変化させのに適合する変速機組立体の提供に多くの努力が払われてきた。これらの組立体の多くでは、ラチェット駆動装置、偏心的に配向(eccentrically-oriented)されたカム組立体、及び可変長レバーアームが使用されてきた。これに関して従来なされてきた努力の例は、以下に列挙する特許、即ち米国特許第６２９，３８９号、米国特許第３，８０３，９３１号、米国特許第４，６３０，８３０号、米国特許第４，４８７，０８５号、米国特許第６，０６８，５７０号、及び米国特許第４，９３６，１５５号に開示された構造によって代表される。
【０００３】
例えば、米国特許第６２９，３８９号には自転車が開示されており、ここには、「大きな又は小さなプーリを取り替えることによりギヤを変更できる」と述べられている。従って、人は自転車を降り、工具類を取り出し、プーリを取り外し、新たな別のプーリを取り付け、ギヤ比を変更する。更に、米国特許第６２９，３８９号は、一速変速機である。
米国特許第４，９３６，１５５号には、一定の出力、速度変化、及びトルク増倍を提供する変速機が開示されている。この発明は、「脈動のない出力速度及び広範に変化するトルクを提供する可変偏心カム及びカムフォロアシステム」を使用する。カムフォロアホイールは前記カムと点接触する。この構成では、この変速機のカムフォロアはカムと線接触し、従ってトルク及び出力の容量を制限する。
【０００４】
米国特許第３，８０３，９３１号には、「第１偏心部材から一方向カップリングを通して回転される出力軸を含む可変速変速機装置」が開示されており、従って、出力速度に脈動がある。
米国特許第４，４８７，０８５号には、「カムが一端から他端までテーパ状になっているため、カムの位置をフォロアに対して調節することによって変速機のギヤ比を無限増分で変化させることができる」と開示されている。これは、動力が非常に小さい接触点を伝わらなければならないため、変速機の動力容量が大幅に制限される。
【０００５】
米国特許第４，６３０，８３９号には、「枢着されたレベルペダルシステム(pivoted level pedal system)」（１、２、４５）及びレバーアーム長又はギヤ比（速度）変更装置（３、４、５、６）を持つ自転車」が開示されている。
米国特許第４，６３０，８３９号の装置は、脈動をなくすための手段を全く提供しておらず、従って、途切れなく滑らかな脈動のない出力を提供できない。
米国特許第６，０６８，５７０号は、カムと呼ばれる偏心体１４及び２５を使用する。これらの偏心体１４及び２５は、脈動のない出力を提供できない。更に、米国特許第６，０６８，５７０号の変速機は、無限数の出力速度を発生する手段を提供しない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、無限に変化できる、トルク増倍の、実質的に一定出力の機械式変速機を提供するのが有利であり、この変速機は、脈動のない出力を発生し、組み立てに必要な構成要素の数が少なく、製造が容易であり、どのような原動機にも適合でき変速を容易にし、負荷状態での動力変速を可能にし、圧縮制動を提供でき、従来技術の変速機よりもかなり大きな出力及びトルクを取り扱うことができるものが都合がよい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、拘束支持体又はハウジングに支承された入力軸と、一つ又はそれ以上の揺動子と、一つ又はそれ以上の揺動子によって駆動される二つ又はそれ以上の出力レバーとを含む。出力レバーは、出力軸に設けられた一方向クラッチに連結される。出力レバー上の偏心距離は、出力軸の回転速度を変化させるため、選択により、無限に変化させることができる。
一実施形態において、揺動子、レバー及びそれらの夫々の支点ブロックは、動力取り出し部の固定位置に対して軸方向に変位できるように、入力軸に摺動自在にスプライン止めされた同心軸に回転自在に連結される。
別の実施形態では、出力スライドは移動自在であり、揺動子は軸方向に移動できない。
【０００８】
全ての実施例において、動力取り出し部材の移動は自己動力式(self-powered)であり、自己係止式である。
スライドガイドに設けられた摺動部材と関連するがこれに限定されない様々な揺動子構造が考え出され、揺動子は、これらのガイドの長さ方向に沿って部材を前後に直線変位できるようになっている。
他の実施形態では、揺動子はカムであり、単一のカムが二つのレバーを駆動する。
【０００９】
更に別の実施形態では、１８０°離間した二つの駆動カムが二つの動力レバーを駆動できる。
別の構成では、各カムがその動力レバーを駆動し、別のカムは、駆動カムフォロアホイールを駆動カムと常に接触した状態に保持するように形成されている。
更に別の構成では、カム又は偏心フォロアホイールをカムと接触した状態に保持するのにばねが使用される。
別の構成では、レバーに載った動力取り出し部上に一対のローラが支承され、ばねがレバーをこれらのローラと接触した状態に保持する。
別の構成では、出力スライドに設けられたラックギヤが、出力軸上に支承された一方向クラッチと一体のピニオンギヤを駆動する。
【００１０】
幾つかの実施形態では、単一のカムが、ばね力によってカムと接触した状態に保持された１８０°離間した二つのカムフォロアを駆動する。
同様に、単一のカムは、内側レース及び外側レースを含んでもよく、一つの押圧カムフォロアホイールが外側レースに載り、別のカムフォロアホイールが内側レースに載り、これらの二つのカムフォロアホイールは、各独立した車軸に支承されている。
【００１１】
本発明は、変速機動力レバーによって発生した長さ方向力(vector longitudinal force)を直接カム／フォロア組立体に選択的に加えるための構造を含むようになっており、これにより、組立体を、この組立体が機械的に結合された軸の長さ方向に沿って移動させる。
幾つかの実施形態において、本発明は、溝内に拘束された、又は変速機ハウジングに取り付けられたガイドレールに沿って拘束された制御スライドを有し、この制御スライドは、カムフォロア（揺動子）スライドガイド及びロッドを接続する支点ブロックと一体である。
【００１２】
幾つかの実施形態では、制御スライドは、反対方向に配向された傾斜平面を持つ溝を有するように輪郭が形成されており、ケージ内で溝内の逆方向に角度をなした傾斜面に押し付けられたローラが向かい合ったリニア一方向クラッチとして機能し、制御スライドをハウジングに対して係止し、又はケージを一方の方向又は他方の方向に移動させることによってローラーを選択的に押圧し、変速機内に発生したレバー力により制御スライドを一方の方向又は他方の方向に移動させ、これにより、動力変速及び自動クランプを行う。
別の実施形態では、一方向クラッチキャビティ、ローラ及びケージは動力取り出し部内にあり、選択された位置に動力取り出し部を自動的に保持し、又はこれらを内部レバー力によって動力レバー上で一方の方向又は他方の方向に移動させる。
【００１３】
ねじ式又は液圧式の位置決め機構等を使用して制御スライドを移動したり保持したりしてもよい。
カム駆動レバーの一端は、出力速度ゼロ及び最大出力トルクを提供する。カム駆動連結部を越えて延びるレバーの他端は、最大出力速度及び小さな出力トルクを提供する。このように、本発明は、無限に変化できる一定出力の変速機である。
【００１４】
別の実施形態では、移動自在の制御スライドを含まないことによって、変速機を低コストで、動力密度(power dense)の一つ又は二つの固定減速機として使用できる。
更に別の実施形態では、カム状リンク、及びカムフォロアが脈動のない選択された出力を効果的に取り出す。
本発明のこれらの及び他の利点は、添付図面を参照することにより最もよく理解されるであろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、原動機１０を揺動子に連結する入力軸９を含む本発明の原理による変速機の基本的構成要素及びそれらの機能を表す概略ブロック図であり、原動機１０には、電動モータ、自転車のクランク、自動車、ジェットエンジン等の内燃機関、蒸気エンジン、又は風力タービンプロペラ等がある。揺動子は、自己押圧(self-biasing)カム１１又はカム状リンクであってもよく、そのカムフォロア１２と線接触する。カムとカムフォロアとの間の線接触により、可変偏心カムとともに使用される円形のリムを持つフォロアホイールによるものよりも、優に１００倍以上のトルク又は動力を伝達する。押圧された揺動子１２はレバー１３に線接触又はこれと等価の状態で連結されており、動力取り出し部１４がレバー１３に摺動自在に選択的にクランプ止めされている。制御手段が、動力取り出し部１４の位置を動力で移動させ、これをレバー１３上の選択された場所に自動的に係止する。動力取り出し部１４はスライド１５に連結されており、ラックギヤ１６又はこの等価物は、一端がハウジングにピン止めされており且つ出力軸１９に設けられた一方向クラッチ２０と一体のピニオン１７と噛み合っている。カム又はカム状リンクは、脈動なしで途切れなく滑らかな速度で出力軸を駆動するように設計されており、この出力軸は、ゼロ回転から設計最大速度までの無限数の選択された非常に僅かに異なる速度で出力軸を回転させられる。これは、トルク増倍定出力機械式変速機である。出力速度が低ければ低い程、出力トルクが大きくなる。
【００１６】
第２実施形態（図２参照）は、ハウジング２１内で回転自在の入力軸２０と、この入力軸２０に摺動自在にスプライン止めされた同心カム軸２２及びカム軸２２に固定された二つ又はそれ以上のカム２３とを備える。前記カム２３は、ばね２５によってカム２３に押し付けられたカムフォロア２４に一定の線形速度期間を提供するような輪郭に形成されている。第１のカムは第の２カムから１８０°離れている。二つ又はそれ以上のカムフォロアは、スライド２７から延びる短い軸６上で回転可能なフォロアホイール２６を備え、スライド２７は、エレベータの通路（垂直空間）内のエレベータと全く同様に上下に移動する。ブロック２９から延びるガイド２８は、これらのガイドが溝３２に入ることにより、回転しているカム軸２２上で回転しないように保持される。ガイド２８に固定された制御スライド３０はねじ３１を受け入れる。このねじの軸部(shank)は、ベアリング３２を介してハウジング２１を貫通している。ベアリングは、ねじ３１の前後移動を制限すると同時にねじ３１の回転を許容する。ガイド２８の端部は、制御スライド３０からハウジング２１の溝３２内に延びている。
【００１７】
フォロア２４から延びる短い軸６は、ブロック３７から延びる回転自在の支点３６に連結されたレバー３５のベアリング３４によって保持される。カム軸２２は、ブロック３７内で回転自在である。ガイド３９は制御スライド３０に固定されている。ガイド３９は制御スライド３０から延び、ハウジング２１の溝３２に支えられる。
カム２３と、フォロアスライド２４及び支点ブロック３７は、制御スライド３０によって拘束されているため、軸方向固定位置にとどまる。
レバー３５に載ったローラ４０の軸は、リンク４１にプレス嵌めされる。スライド４６にプレス嵌めされたベアリングから延びる軸４２もまた、リンク４１にプレス嵌めされる。スライド４６は、ハウジング２１に固定されたガイド４４上で摺動自在である。
【００１８】
引張部材４５は、上端がスライド４６に固定されており、他端が一方向クラッチ４７に固定されている。この一方向クラッチは、出力軸４８上に支承されている。一端が引張部材４５に取り付けられたばね４９の他端は、ハウジング２１に固定されている。前記引張部材の構成は、ラックアンドピニオンギヤに置き換えることができる。
動作においては、入力軸２０が回転する。これにより、カム軸２２及びカム２３が回転し、入力軸２０の１８０°に亘る回転中に、カムフォロア２４を入力回転速度に応じて一定の線形速度で往復動させる。最初に、一方のフォロア２４が前記一定速度で移動した（図３参照）後、他方のフォロア２４がばね２５の戻りによって引っ張られた第１フォロアと同じ一定速度で移動する（図４参照）。これらの移動により、互いに常に線接触しているか或いは等価の状態にあるカム及びカムフォロアから、途切れなく滑らかな脈動のない出力を提供する（図５参照）。
【００１９】
フォロア２４上で回転自在であり且つこれらのフォロアによって駆動される動力レバー３５は、支点枢軸３６を中心として上下に移動する。レバー３５と常に線接触しているか或いは等価の状態にある動力取り出しホイール４０は、リンク４１をスライド４６上で前後に回転させる。スライド４６は、エレベータの垂直空間内で昇降するエレベータと全く同様に、ハウジング２１に固定された垂直ガイド４４に沿って上下に移動する。最初に一方が一定速度で駆動され、それから他方は同じ脈動のない途切れなく滑らかな速度で駆動される。
支点３６を含むカム組立体が入力軸に摺動自在にスプライン止めされているため、ハウジング２１に対して相対的に摺動自在に変位できる。こうして、支点枢軸３６がリンク４１の中心と一直線上にある場合には、これらのリンクは上下に移動しない。カム組立体が支点３６から遠ざかる方向に移動したとき、リンク４１は一定の速度で上下に移動し始める。制御ねじ３１によってカム組立体の移動が速ければ速い程、スライド４６が早く移動する。
無限の変速段数(infinite number of speeds)を得ることができる。
【００２０】
スライド４６は引張部材４５の一端に固定されており、引張部材の他端は出力軸４８上に支承された一方向クラッチ(over-running clutches)４７に固定されている。スライド４６が早く移動すればする程、出力軸４８が早く回転する。前記一方向クラッチに固定された別の引張部材が、ハウジング２１に固定されたばね４９に連結されている。この力は、更に、動力取り出しホイール４０をレバー３５上に保持する。
最初に、一方のカムが出力軸を駆動し、そして、他方のカムがその出力軸を同じ選択された脈動のない途切れなく滑らかな出力速度で駆動する。
【００２１】
図７は、本発明の変速機の更に別の実施形態を示す。この実施形態では、ハウジング３０２内で回転自在の入力軸３０１は、二つのガイドブロック３１０並びに二つの支点ブロック３４６内で回転自在の同心軸３０３内で摺動自在であるが、この同心軸３０３とともに回転するようにキー止めされている。同心軸３０３に固定された二つの駆動カム３０４は二つの円筒形カムフォロアホイール３０５を駆動し、これらのカムフォロアホイール３０５は、ガイドブロック３１０から延びるガイドロッド３０８に支持されている二つのカムフォロアスライド３０７から各々一つづつ延びる軸上で回転自在である。カムフォロア３０７と線接触している同心軸３０３に固定された二つのカム３０４は、各入力軸回転の最初の１８０°中にカムフォロアを途切れなく滑らかに一定の速度で駆動するように輪郭が形成されている。最初に説明したカム３０４から１８０°のところにキー止めされ、そのカムフォロアホイール３０５と線接触した第２カム３０４は、入力軸の次の１８０°の回転中、そのキャリヤ３０７を同じ途切れなく滑らかな一定の速度で駆動する。
【００２２】
二つの押圧カム３１１は同心軸３０３にキー止めされ二つのカムフォロアホイール３１２と線接触しており、カムフォロアホイール３１２は、カムフォロア３０４を駆動するように、同じガイド３０８に摺動自在に支承され又はボールスプライン止めされる。押圧カム３０４は、駆動カムフォロアホイール３０５がカム３０４と常に接触した状態を保持するように輪郭が形成されている。押圧カムフォロア３１４は、コネクタ３４７によって駆動カムフォロア３０７に固定されている。その結果、フォロア３１４はフォロア３０７と一体となっている。
フォロア３０７から延びる短い軸は、支点ブロック３４６に回動自在にピン止めされたレバー３１５内で回転自在である。レバー３１５の上面及び下面は平行である。少なくとも二つのローラー３４４が上面上で転動し、少なくとも一つのローラー３４４が各レバー３１５の下面に支持されている。ローラー軸３４３は、動力取り出し部３４１の連結プレートにピン止めされている。動力取り出し部３４１の連結プレートに固定された軸３３９の中心線は、レバー３１５の中心線と交差する。軸３３９は、出力スライド３２７で回転自在であり、この出力スライド３２７は、ハウジング３０２に固定されたガイド３３８に支持されている。出力スライド３２７にピン止めされた引張部材３３３は、変速機出力軸３３６に支承された一方向クラッチ３３４及び３３５に巻きついており且つピン止めされている。出力スライド３２７の反対側端部にピン止めされた引張部材３２７は、出力クラッチ３３４、３３５に巻きついており、他端がこれらのクラッチにピン止めされている。前記引張部材は、クラッチ３３４、３３５に設けられたピニオンと噛み合うラックギヤに置き換えることができる。
【００２３】
制御スライド３０９は、ハウジング３０２の溝３４８内で摺動自在である。カムフォロアスライド３０８及び支点ブロックから延びる支点ブロックロッド３４９は、制御スライド３０９に固定されている。ねじ３は、その一端が制御ブロック３０９にねじ込んであり、ハウジング３０２を通って延びるその軸は、ハウジング３０２内で回転自在であり軸線方向への移動は拘束されている。前記ねじの軸は、ハウジングの外側に延びる。前記ねじ３を回転させるために、クランク、ホイール、又は他の方式が使用され、これは出力速度を変化させるために制御スライドを移動させるためである。カム、フォロア、及び支点それぞれの相対的な軸線方向位置は制御ブロック３０９によって固定され、アレイが前記制御によって移動する時も変化しない。
ねじ３４９は、図８で説明したような、対向するリニア一方向クラッチを含む自己動力変速手段(self powered shift means)に置き換えることができる。
【００２４】
動作において、入力軸３０１が同心軸３０３及びこの軸に一方と他方が１８０°離れて固定されたカム３０４を回転させる。回転するカム３０４は、駆動フォロア３１４を一定の速度で駆動する。第１フォロアが戻るとき、第２フォロアが第２カムによって同じ一定の速度で駆動される。これらが一緒になって、互いに常に線接触したカム及びカムフォロアから、途切れなく滑らかな脈動のない出力を提供する。押圧カム３１１は、駆動カムフォロアホイール３０５を常に駆動カム３０４と線接触させ続ける。ばねは必要とされない。線接触又はその等価の態様（図１４参照）は、円形のリムを持つフォロアホイールの点接触のトルク力の優に１００倍以上のトルク力を伝達する。
カムフォロア３０７上で回転自在の動力レバー３１５は、支点ブロック３４６上で上下に揺動する。動力取り出し部３４１上で回転自在の動力ローラ３４４は、二つ又はそれ以上がレバーの上面上にあり、一つ又はそれ以上がレバーの下面上にある。動力取り出し部３４１は、ハウジング３０２に固定されたガイドロッド３０８に支持されている出力スライド３２７に支承されている。前記スライドは、ラックアンドピニオンギヤ装置又は上文中に説明した引張部材駆動装置によって、出力軸に設けられた一方向クラッチ３３４及び３３５に連結されている。
【００２５】
同心軸３０３の組立体３５０を動力取り出し部３４０に対して移動し、変速比を変える。支点３４６が動力取り出し部と一直線上に並んだとき、出力速度はゼロであり、出力トルクは非常に大きい。動力取り出し部からのレバーの変位量が大きければ大きい程、出力軸は速く回転する。
制御スライド３０９にねじ込んだねじ３１１を廻すだけで速度は変化する。又は前記ねじ３０３に代えて、同じローラケージを共有する対向する一方向クラッチを介して前記スライドを連結することができる。この後者の方法（図８参照）は、その対向する一方向クラッチを難なく移動させ、制御スライド３０９上の選択された位置に自動的に係止する。制御力が加えられていない場合には、両側の一方向クラッチは、選択された位置に自動的に係止される。
【００２６】
図１２は、自動車用変速機の斜視図である。この図には、前進駆動又は後退駆動並びにパーキング又はニュートラルの選択を提供するように設計された遊星歯車セット４７１を備えた図７の変速機が示してある。圧縮駆動手段４７２もまた示してある。
図７の変速機の一方向クラッチによって駆動される図７の可変速出力軸２１０の遊星歯車セット４１１では、軸２１０に固定されたギヤ６１２が、副軸(jack shaft)６１６に固定されたギヤ６１４と噛み合う。副軸６１６は、出力軸６４３に固定されたキャリヤ６１８で回転自在である。副軸６１６に固定されたピニオン６１７は、同心軸６２９に固定されたギヤ６１９と噛み合う。軸６２９に固定されたブレーキドラム６２０は、変速機の操作者によって制御されるブレーキバンド６２１と係合する。副軸６１６に固定されピニオン６２４は、キャリヤ６１８と一体であり且つこのキャリヤから延びる短い軸６２６上で回転自在のアイドラーギヤ６２５と噛み合っている。アイドラー６２５は、ブレーキドラム６３７に固定されている軸６２９にキー止めされたギヤ６３０と噛み合う。ブレーキドラム６３７は、ブレーキバンド６３８と係合可能である。
【００２７】
動作においては、ブレーキバンド６２１及び６３８がドラム６２０及び６３７から離れていれば、変速機がニュートラルにある。バンド６２１を締めることによりギヤ６１９を静止状態に保持する。軸２１０に設けられた入力ギヤ６１２は、副軸６１６に固定されたギヤ６１４と噛み合い、これによりギヤ６１７を回転させる。これは、次いで保持ギヤ６１９の周囲を転動し、キャリヤ６１８により出力軸６４３を後退方向に回転させる。
ブレーキバンド６２１を解放し、ブレーキバンド６３８を締めつけてブレーキドラム６３７を停止させることにより、副軸６１６が出力軸６４３に固定されたキャリヤ６１８を前進方向に回転させる。ブレーキバンド６２１及び６３８の両方が締めつけられると、変速機はパーキング状態となる。
圧縮ブレーキ手段は、一方向クラッチによって図８の変速機の出力軸３３６に連結されたギヤ４７３を含む。ギヤ４７３は、変速機入力軸であるエンジン軸に固定されたギヤ４７４と噛み合う。ギヤ４７４をギヤ４７２によってエンジン速度よりも速く駆動したとき、圧縮制動が加わる。
【００２８】
更に別の構成では、自己押圧式の、無限に変化できる、トルクを増倍する、速度ロータを変更するためにチェーンを一つのスプロケットから別のスプロケットまで移動する必要が全くない、自転車型変速機が開示される。図１０は、自転車に設けられた変速機を示す図である。図１１Ａは変速機の平面図である。図１１Ｂは左側の側面図であり、図１１Ｃは右側の側面図であり、ここでは、ペダル５０２によって駆動される自己押圧カム５０１が、自転車のフレーム５０にピン止めされたカムフォロア５０５Ａ及び５０５Ｂを駆動する。カムフォロアホイール５０４がカム５０１の内側レース(race)に載っている。カム５０１は、ペダルの最初の１８０°の回転中にフォロア５０５Ａを脈動なしに一定の速度で回転させ、ペダルの次の１８０°の回転中にフォロア５０５Ｂを同様に脈動なしに一定の速度で逆に回転させるように設計されている。
【００２９】
カムの外側レース５１７と接触した押圧カムフォロアホイール５１４は、フォロアホイール５０４をカム５０１上に保持するように設計されている。フォロアホイール５１４は、フォロア５０５Ａ及び５０５Ｂに固定されており且つこれらのフォロアから延びる軸５１６上に独立して支承されている。自転車フレーム５０に溶接されたタブに支承されたトランスファ軸５０９に固定されたカムフォロア５０５Ａは、その他端がビームレバー５１８に固定されている。自転車フレーム延長部５０８はウォーキングビーム延長部５１０を有し、これらのウォーキングビーム延長部は同様のウォーキングビーム延長部５１０にロッド又はケーブル５１１によって連結されて、一端がトランスファー軸に回転自在に固定され、他端のところで自転車フレーム５０から延びるタブ５１１に回転自在に固定されている。前記ウォーキングビームは、ビーム５１８と一体である。ビーム５１８に摺動自在にスプライン止めされた動力取り出し部５１９から軸５０９が延びており、これは、大セグメントスプロケット(large segment sprocket)５２１に固定された小スプロケットを含むクラスタスプロケット(cluster sprocket)５２１を支承する。
【００３０】
対向するリニア一方向クラッチを備えた動力取り出し部５１９（図８参照）は、ケージ５２４に入ったローラ５２３を備え、これらのローラは、ビーム５１８上で摺動自在の動力取り出し部５１９内のキャビティ５２５の傾斜面に押し付けられる。ケージ５２４の一端に固定された制御ケーブル５２６は、自転車のハンドルバーに設けられたねじりグリップ(twist grip)又は制御レバーまで延びる。別の制御ケーブル５２６はケージ５２４の他端に固定されており、同じねじりグリップ又はレバーまで延びている。ねじりグリップ又はレバーを一方向に動かすと、動力取り出し部が内部伝動力によって推進され、その方向に移動する。ねじりグリップ又はレバーを他方の方向に移動すると、動力取り出し部が他方の方向に移動する。
短いチェーンセグメントが自転車のフレーム５０にピン止めされている。これらのセグメントの他端は、大きいスプロケットセグメント５２１に固定された小さいスプロケット５２０に固定されており且つ巻きついている。前記スプロケットセグメント５２１に固定されたローラーチェーン５２２は、自転車フレーム５０に固定された後方車軸５２９に支承された後方スプロケット５２８まで延びており、そして、フレーム５０の後方フォークに設けられた軽くばね負荷されたアイドラー５３１まで延び、そして、車軸５２９に支承されたスプロケット５２８に戻って巻きついた後、他方の大きなスプロケットセグメント５２１に戻り、ここにピン止めされる。
【００３１】
自転車の後輪のハブ５３２は、後方車軸５２９に支承されている。このハブは、楔形状キャビティ５３３及び５３４を持つローラクラッチの外側レースである。ケージ３１内のローラ３０は、楔形状キャビティの傾斜面に押し付けられている。
【００３２】
動作にあたっては、ペダルを踏み込むとカムが回転する。カムが回転すると、カムフォロア５０５Ａが揺動する。動力取り出し部５１９上に支承されたクラスタスプロケット５２１は、ビーム５１８上で選択的に位置決めされる。クラスタスプロケット５２１は、一端が自転車フレーム５０に固定されており且つ他端がクラスタスプロケット５２１の小さい方のスプロケットに固定されたチェーンによって旋回され、チェーン２２によって連結された大きい方のスプロケットセグメント５２１を旋回させ、後輪スプロケット５２８を回転させる。ウォーキングビームレバー５５２に連結された自転車フレーム５０にピン止めされたウォーキングビームカムフォロア５０５Ｂが逆に揺動する。ビーム５５２上に選択的に位置決めされたクラスタースプロケット５２１は、チェーン２２によって他方の後輪スプロケットに連結されている。両後輪スプロケットは、後輪ハブの一方向クラッチの内側レースに固定されている。最初に、一方の後輪スプロケットが後輪を駆動し、次いで他方の後輪スプロケットが後輪を駆動する。後輪の速度は、揺動ビーム５２２上での動力取り出し部の選択された位置で決まる。動力の変速に労力を要しない。ねじりグリップを一方向に廻すと、ローラ５２３は、キャビティ５２５の傾斜面から遠ざかった状態に保持され、内部伝動力が動力取り出し部をその方向に押すことができる。他方のローラ５２３は、動力取り出し部が反対方向に移動しないように、そのキャビティ５２５内で傾斜面に押し付けられたままである。ねじりグリップを他方の方向に廻すと、クラッチローラー５２３がそのキャビティ５２５内で反対側の傾斜面から遠ざかった状態に保持され、これにより内部伝動力によって動力取り出し部を反対方向に移動できる。ねじりグリップを静止状態に保持すると、ローラ５２３が両傾斜面に押し付けられ、動力取り出し部はビームレバーにしっかりと保持される。
ウォーキングビームは、アイドラースプロケットに置き換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の原理による基本的構成要素及びそれらの機能を表す概略ブロック図である。
【図２】
本発明に従って線形アレイをなしたばね負荷された二つのカムを備えた変速機の第１実施形態の分解斜視図である。
【図３】
本発明の原理に従って変速機の第１カムから出力軸に伝達される速度のグラフである。
【図４】
本発明の原理に従って第２カムから出力軸に伝達される速度のグラフである。
【図５】
第１カムからの速度を出力軸上で第２カムからの速度と組み合わせ、本伝動原理による変速機の全体に脈動がない途切れなく滑らかな変速機出力速度の広い選択の幅をどのように提供するかを示すグラフである。
【図６】
図６Ａは、図２の変速機の端面図であり、図６Ｂは、図２の変速機の右側の図であり、図６Ｃは、図２の変速機の左側の図である。
【図７】
本発明の原理による自己押圧変速機を示す、第２実施形態の斜視図である。
【図８】
動力変速組立体Ａ及びＢの断面図である。
【図９】
本発明の原理によるローラ型動力取り出し部と等価の動力取り出し部の図である。
【図１０】
自転車変速機として設置された本発明の自転車の側面図である。
【図１１】
図１１Ａは、自転車変速機として使用される本発明による変速機の第３実施形態の左側の図であり、図１１Ｂは平面の図であり、図１１Ｃは右側の図である。
【図１２】
車輛用変速機である図７の変速機の斜視図である。
【図１３】
本発明の変速機に接続された場合に、選択された前進、後退、ニュートラル及びパーキングを提供する遊星ギヤセットの側断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
2005509112.tif 000020
2005509112.tif 000021
2005509112.tif 000022