(57)【要約】ビークルのドライブトレイン内にステアドライブが設けられている。ステアドライブの左右のオービタルギアドライブ（２０，２２）は、エンジン／トランスミッション（１０，１２）とビークルの各サイドの推進軸の間に介在されている。オービタルドライブユニットは、入力ギア（５４）と出力ギア（５８）から構成され、これらギアは、少なくとも１つのオービタルギアクラスター（６０，６１）を介し互いに連結されている。ギアクラスターは、回転可能なハウジングの内部に支持され、入出力ギアとのみ噛み合わされている。オービタルユニットは、（ａ）ハウジング（６４）の回転が阻止されているとき、ドライビングトルクが、実質的にほぼ１：１の速度比になるように変換され、（ｂ）ステアリングトルクによってハウジングが回転されるとき、ステアリングトルクが、２つのオービタルユニットに同時に均等かつ逆方向に加えられ、ビークルの片側の動力が同じ割合で低下するように構成されている。ステアドライブは、無限軌道車両、ボート、飛行機のドライブトレインに適している。
2004523404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライビングトルクとステアリングトルクを受け取り、統合し、左右のドライブに伝達するステアドライブシステムであって、
左右のオービタルユニットを備え、各オービタルユニットは、
第１軸に設けられた入力ギアと、
前記第１軸に設けられた出力ギアと、
前記入出力ギアとのみ噛み合い、前記第１軸と平行に配置されたオービットシャフトに取り付けられることにより回転する少なくとも１つのギアクラスターとを有し、
前記第１軸の周りに回転するように設けられたハウジング内に、前記オービットシャフトが支持され、前記オービットシャフトとギアクラスターが、それぞれ前記第１軸と前記入出力ギアの周りを公転可能であり、
前記ハウジングの回転が阻止されているとき、前記入力ギアの回転によって、前記出力ギアが３：１より小さい比で回転するように、前記ギアクラスターと前記入出力ギアの間のギア比が選定されており、
入力ドライブを更に備え、この入力ドライブが、前記各入力ギアに、ドライビングトルクを供給するようにして連結されており、
回転要素間でトルクを伝達するための２組のロータリーコネクタを更に備え、各組の１つのコネクタが、前記各ハウジングと一緒に回転するように取り付けられており、
前記両ロータリーコネクタに作動可能に接続されたステアリングモーターを更に備え、このステアリングモーターが、ステアリングトルクを同時に各ハウジングに供給し、前記ステアリングトルクにより、前記ハウジングどうしが均等かつ逆方向に回転され、これによって、前記ステアリングトルクが、前記入力ギアの回転によって前記出力ギアに伝達されるドライビングトルクと統合されることを特徴とするステアドライブシステム。
【請求項２】
前記入力ギアの回転が阻止されているとき、前記同時的なステアリングトルクにより、前記ハウジングどうしが均等かつ逆方向に回転され、前記ステアリングトルクのみが、前記出力ギアに伝達されることを特徴とする請求項１に記載のステアドライブシステム。
【請求項３】
前記ハウジングが回転阻止されているとき、
前記出力ギアが、前記入力ギアの回転に応答してｘ：１の速度比で回転し（ここでｘは２より小さく０より大きい）、
前記センター推進シャフトが、前記メインドライブから１：ｘの速度比でドライビングトルクを受け取ることを特徴とする請求項１に記載のステアドライブシステム。
【請求項４】
前記出力ギアの回転を（ａ）２：１より小さく１：１より大きくするか、または（ｂ）１：１より小さくするように、前記ギア比が選定されていることを特徴とする請求項１に記載のステアドライブシステム。
【請求項５】
前記ロータリーコネクタの各組が、互いに噛み合ったヘリカルウォームとウォームギアを備え、前記ヘリカルウォームとウォームギアの組どうしが、互いに逆向きのねじれ角を有し、
前記ステアリングモーターが、前記ウォームのうち第１のウォームを駆動し、
他方のウォームが、前記第１のウォームと同方向に回転するようにして、前記第１のウォームに連結されていることを特徴とする請求項１に記載のステアドライブシステム。
【請求項６】
前記ウォームどうしが、チェーンドライブによって連結されていることを特徴とする請求項５に記載のステアドライブシステム。
【請求項７】
ビークルを更に備え、前記ビークルは、
（ａ）左側と右側のドライブユニットと、
（ｂ）ドライビングトルクを前記ドライブユニットに伝達するメインドライブと、
（ｃ）ビークルの動作すべき方向を指示するためのステアリングアクチュエータとを有し、
前記入力ドライブが、センター推進シャフトを含み、このセンター推進シャフトが、前記メインドライブと連結されてドライビングトルクを前記各入力ギアに供給することを特徴とする請求項１に記載のステアドライブシステム。
【請求項８】
前記両オービタルユニットの前記第１軸どうしが、同軸上に並べられており、
前記センター推進シャフトが、同軸の周りに回転することを特徴とする請求項７に記載のステアドライブシステム。
【請求項９】
（ａ）前記ビークルが、自動車であり、前記左右のドライブユニットにそれぞれ連結された左右の無限軌道を有し、（ｂ）前記各無限軌道が前後のドライブ車軸を有し、更に、ステアドライブが、
前記左右の無限軌道にそれぞれ連繋された左右のディファレンシャルを備え、各ディファレンシャルが、前記各オービタルユニットの出力ギアからトルクを受け取るとともに、そのトルクを前記前後の各ドライブ車軸どうしに差動的に分配し、
これによって、前記ドライビングトルクとステアリングトルクが、前記オービタルユニットの前記各出力ギアに伝達されて分割され、前記前後のドライブ車軸に差動的に伝達されることを特徴とする請求項７に記載のステアドライブシステム。
【請求項１０】
前記ビークルが、ボートであり、前記左右のドライブユニットにそれぞれ連結された左右の推進要素を有し、これによって、前記統合されたドライビングトルクとステアリングトルクが、前記オービタルユニットの各出力ギアを介して、前記左右の推進要素にそれぞれ伝達されることを特徴とする請求項７に記載のステアドライブシステム。
【請求項１１】
前記左右の推進要素の各々が、（ａ）プロペラ、または（ｂ）流体ジェット噴射装置のうちの１つを備えていることを特徴とする請求項１０に記載のステアドライブシステム。
【請求項１２】
前記ビークルが、飛行機であり、前記左右のドライブユニットにそれぞれ連結された左右のプロペラを有し、これによって、前記統合されたドライビングトルクとステアリングトルクが、前記オービタルユニットの各出力ギアを介して、前記左右のプロペラにそれぞれ伝達されることを特徴とする請求項７に記載のステアドライブシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無限軌道車両（たとえば、運転時に地面に接するのが、タイヤで覆われたホイールではなく、無限軌道であるトラクター、戦車、ブルドーザー等の車両）やボートや飛行機に適した簡易構成のステアリングシステムに関する。より具体的には、一般的なステアリングアクチュエータを用いてビークルをいつでも操作できるようにした簡易構成のステアリングシステムに関する。
【０００２】
背景技術
無限軌道車両は、公道にもオフロードにも適し、雪に覆われていたりとてもでこぼこだったりぬかるんでいたりしても使え、近年、大きなニーズがある。この種の車両は、自然災害（雪、嵐、洪水など）が起きたときにも非常に重宝される。昨今、特に発展途上国でニーズがある。不運なことに、現在利用されているたいていの自動車を実際に走らすには、インフラ（舗装された公道、橋など）を必要とする。発展途上国では、ここ数十年、そのような一般的な車両に必要なインフラを整備できずにいる。さらに、現在使われている運搬専用のオフロード車両は、ホイールが非常に大きかったり、非常に扱いにくい無限軌道だったりで、重く、動きが遅く、舗装されていない道路を傷めつけ、舗装された公道では使用に適さない。小さくて全地形対応のホイール装備の車両は、商業的に有用であるが、多数の一般乗客や製品を輸送するには運搬能力が十分でない。ホイールは、舗装されていない道路を痛めつけるだけでなく、ぬかるみや雪には簡単にはまり込んでしまい抜け出せなくなる。
【０００３】
発明者らの先行発明（例えばＶ．Ｅ．グリースマンらの米国特許第４７７６２３５号）によれば、無限軌道車両を、他の公道向け車両と同様のやり方で、単一のハンドルを用いて操舵できる。これら先行のステアドライブによれば、一対の一般的なディファレンシャルまたは一対の一般的な減速ギアドライブ（例えばＶ．Ｅ．グリースマンらの米国特許第４８９５０５２号等参照）が、油圧（または電気）系統の一部として相互に連結され、トランスミッションと無限軌道の推進シャフトの間のドライブトレインに介在されている。このステアドライブは、ステアリングトルクをドライビングトルクに加えたりドライビングトルクから差し引いたりする。このドライビングトルクが、車両の各無限軌道にそれぞれ供給される。これによって、車両を通常のステアリングホイールで操舵でき、２つの無限軌道を同時にロックさせたりどれか１つにブレーキをかけたりする必要がない。
【０００４】
上掲の先行システムは、操作性は十分であるが、比較的大型で構造が複雑である。これらのステアドライブシステムは、通常の自動車エンジンやトランスミッションを必要とすることに変わりはなく、追加スペースや追加重量を要することになる。そのため、商業的には、ステアドライブの大きさや重量を減らすことが望まれている。大きさや重量を減らすには、まず、エンジンおよびトランスミッションからのドライビングトルクを無限軌道に伝達するのに必要な材料の大きさと強度を制限する必要がある。
【０００５】
ビークルのドライブトレインに配された様々な要素によって伝達されるトルクの最大値は、エンジン出力によって決定される。エンジン出力の機械的効果は、ドライブトレイン全体で決まる減速ギア比を変えることによって大きくできる。例えば、ドライブトレインが、入力シャフトの回転速度を２：１の比で減らす機械的な減速ユニットを含む場合、伝達されるトルクを２倍にできるという機械的利点が得られる。したがって、減速ユニットの構成要素の強度を、他の同様のドライブトレインの高速回転要素と比べて、２倍にする必要がある。
【０００６】
ここで、標準的なプラネタリーギアドライブ（例えば上掲先行特許のいくつかの形態を参照）では、減速出力の範囲を制限する。［注意：「標準的なプラネタリーギアドライブ」は、サンギアと、外輪ギアと、プラネタリーギアからなり、プラネタリーギアが、サンギアと外輪ギアの両方に噛み合うとともにキャリアのアームによって支持されている。このようなプラネタリードライブは、様々な用途に用いることができ、種々の積極的、消極的減速効果を得ることができる。すなわち、何れかの構成要素（サンギア、外輪ギア、またはキャリア）への入力によって回転を起こさせることができ、他の何れかの構成要素から出力を取り出すことができる。しかし、ステアリングと駆動のトルクを統合し実用するには、入力はサンギアに入れられる。］自動車のテキストブックによれば、サンギアへの入力に伴って、標準的なプラネタリーギアドライブが、２．５：１〜５：１の範囲で減速出力するように規定されている。このようなプラネタリーギアドライブの要素は、ギア減速によってトルクを２．５〜５倍に増大できるように、十分に大きく作らなければならない。ゆえに、これら従来のプラネタリードライブは、小さく減速させる要素に比べ、より強い（より大きくより重い）要素を含む必要がある。
【０００７】
本発明は、ステアドライブビークルの新しい形を試み、発明者らの先行ステアドライブシステムを、より軽くよりコンパクトなものに更に改善することを目的とする。この発明においては、ステアリングとドライブのトルクを統合させるという点でステアドライブのコンセプトは基本的に同じであるが、先行ステアドライブの主要素を公知の比較的簡単なギア群に置換して組み込んでおり、その結果、新ステアドライブにおいては、よりコンパクトでより軽量になるだけでなく、驚くほど機械的に簡素化でき低コスト化できる。さらに、このようなより簡素でより軽量でよりコンパクトなステアドライブは、自動車以外のビークル、すなわちボートや飛行機にも適用できる。
【０００８】
発明の要約
第１に、このステアドライブは、オフロードだけでなく通常の舗装道路でも走行可能な無限軌道車両に使われるように設定されている。公道を走るたいていの標準的な車両が、通常、タイヤを直接に駆動する軸をエンジンに比べて約４〜５：１の比まで減速させて回転させていることは、自動車業界では周知の事項である。この発明の主目的の１つは、この全減速のほとんどが、ビークルの無限軌道またはプロペラを直接駆動するドライブ軸の近くでなされるようにすることである。すなわち、この発明のステアドライブは、速度比（ステアドライブの入力すなわちトランスミッションの出力と、ステアドライブの出力との比）がぴったり１：１ではないがそれに近くなるように設計されている。
【０００９】
先行ステアドライブは、一対の標準的なディファレンシャルまたは一対の標準的な減速ギアドライブを使っている。後者はビークルのドライブ軸に近接して配置されている。ここにおいて開示するステアドライブは、標準的なディファレンシャルの組み合わせも標準的な減速ギアドライブも使っていない。代わりに、左右の各オービタルギアドライブユニットによってドライビングとステアリングのトルクを適切に統合している。〔注意：オービタルギア群（ときには反転エピシリックギア列と呼ばれる）は周知である。例えば、Ｖ．Ｅ．グリースマンらの米国特許５，１８６，６９２号「油圧機械式オービタルトランスミッション」を参照。］
【００１０】
ここに示すステアドライブユニットのオービタルギア部分は、入力ギアと出力ギアが少なくとも１つのオービタルギアクラスターを介し連繋されているという、極めて単純な構成をなしている。この発明によれば、これらのオービタルドライブユニットが、ドライビングトルクを１：１に近い速度比で伝達するように設計されている。いずれにせよ、この比は、先行ステアドライブに示された標準的な減速ギアドライブのものより小さい。〔注意：オービタルギアドライブは、ステアドライブとして使う場合、１：１より大きな比または小さな比で操作しなければならない。本オービタルドライブユニットの実際に好適なギア比は、追って詳述する。ステアリングトルクの加・減が無視できるとき、ドライビングトルクは、各ユニットによって１：１．３６の比に変換される。］
【００１１】
各オービタルギアは、入力ギアと出力ギアを有している。これらギアは、互いに共通の第１軸に沿って並べられるとともに、少なくとも１つのオービタルギアクラスターを介し連繋されている。この１つのオービタルギアクラスターは、オービットシャフトの周りに回転するように設けられている。オービットシャフトは、第１軸と平行に配置されている。オービットシャフトは、ハウジングに支持されている。このハウジングもまた第１軸の周りに回転するようになっている。ハウジングの回転が阻止されているとき、入力ギアが回転すると、それがギアクラスターに順次伝わり、出力ギアが（例えば１．３６：１の速度比で）回転する。一方、オービットシャフトを支持しているハウジングが回転すると、ギアクラスターが入力ギアと出力ギアの周りに公転する。そのため、たとえ入力ギアの回転速度を一定に保ったとしても、ギアクラスターの公転により出力ギアの速度が種々変化し得る。そして、ハウジングが一方向へ回転すると、出力ギアの速度が増し加えられ、ハウジングが逆方向へ回転すると、出力ギアの速度が差し引かれる。
【００１２】
各オービタルユニットは、簡単な機械的組み合わせにてなる。各オービタルユニットのハウジングの回転を制御することによって、操舵が可能となる。すなわち、各オービタルユニットハウジングの回転は、ステアドライブのモーターによって制御される。このモーターは、ステアリングアクチュエータの操作に応答する。ステアリングアクチュエータの動きの方向および距離に応じて、それぞれステアドライブモーターの方向と速度が変化する。ステアリングモーターによってステアリングトルクが作り出され、このステアリングトルクが、各ロータリーコネクタ、例えばハウジングにそれぞれ固定されたウォームギアおよびそれと連繋するウォームによって、オービタルユニットのハウジングに伝達される。このステアリングトルクは、同時に反対の方向にも伝達され、右と左のオービタルユニットに伝達される。ステアリングトルクは、各オービタルユニットの入力ギアと出力ギア間で伝達されるドライビングトルクと重ね合わされる。このように、簡単な仕組みで、ドライビングトルクとステアリングトルクが、各オービタルユニットによって直ちに統合される。このステアリングトルクは、同時に伝達されるので、ビークルの片側の推進要素（例えば無限軌道、プロペラ、ジェット）と、反対側の推進要素が、同じ比率で減速されることになる。この無限軌道（プロペラ、ジェット）どうしの速度変化によって、ビークルが、減速された推進要素の方向に曲がる。
【００１３】
〔注意：ドライブシャフトのｒｐｍによって、ビークルの任意の瞬間の動きの速度と方向が決まる。また、ｒｐｍは、負荷と伝達トルクによって決まる。本発明（および前述の先行技術）で云う「ドライビングトルク」「ステアリングトルク」という用語は、たいてい「ドライビングｒｐｍ」「ステアリングｒｐｍ」と置換えることができ、各々ビークルを駆動および操舵するのに必要な動きに変換されることになる。］ビークルのエンジンが起動しているが走行していない場合、ｒｐｍは、２つのオービタルユニットの入力ギアに伝達される。ステアリングｒｐｍは、ステアドライブモーターによってオービタルユニットのハウジングにそのまま伝達される。そうすると、ビークルのブレーキが（もしも）かからないときは、ビークルが、その中心周りにピボットターンする。これは、例えば、無限軌道車両の場合、ステアドライブモーターの作用によって、無限軌道が同時に同じ速度で反対方向に動くことになる。２つの無限軌道が動くので、ピボットターンが、他方の無限軌道を引きずることなしに、ビークルが立っている場所の最小の範囲で行なわれる。
【００１４】
開示した無限軌道車両の望ましい形態によれば、各無限軌道が、それぞれ前後のドライブ軸によって駆動される。そして、各無限軌道の前後間の望ましくない「うねり」を防止するため、ドライビングとステアリングの統合トルクが、各オービタルステアドライブユニットの出力ギアによってそれぞれ伝達され、左右それぞれの側のトルク分配ディファレンシャルに連結される。ディファレンシャルは、ドライビングとステアリングの統合トルクを各無限軌道の前後のドライブ軸に差動的に分割・伝達する。このような公知のトルク分配ディファレンシャルは、従来のステアドライブでも使われているが、本発明の望ましいステアドライブの形態においては、（減速を最小にするように設計し）これら公知のディファレンシャルの大きさを小さくすることができる、ということを言及しておく。
【００１５】
この発明のオービタルステアドライブユニットは、従来のものに対し、部品点数が少なく安価であり、ステアリングとドライビングのトルクどうしを統合するための手段をより簡単化したのに加えて、もう１つの重要な利点を有している。実用的なギア速度比を、より一層広い範囲（例えば１：１から１３：１）で選定できるので、多様な設計変更を極めて容易に行なうことができる。さらに、この広範な範囲の全域にわたってどの速度比においても、本発明のオービタルドライブユニットの大きさ（例えば外径）を、標準的な減速ギアドライブの大きさより小さくすることができる。しかし、無限軌道車両に適用する場合、ステアドライブシステムの大きさと重量を抑えるという本発明の目的からして、ギア比は、３：１またはそれより小さい値に選定するのが望ましい。
【００１６】
したがって、本発明のオービタルステアドライブの構成要素（実施形態において無限軌道車両用に設計されたトルク分配ディファレンシャルの構成成分と同様）は、より小さく、より軽く、よりコンパクトになる。エンジンとビークルの推進要素との間でなされる適度な減速は、その大部分がオービタルドライブユニットの出力軸と推進要素との間でなされるようにすることができる。無限軌道車両の場合、各トルク分配ディファレンシャルの出力軸と、各無限軌道の前後のドライブ軸との間でなされるようにすることができる。例えば、一般道で走れるような無限軌道車両のためのステアドライブの場合、各ディファレンシャルと各無限軌道のドライブ軸との間の最終的な連結部分では、より一層の減速がなされるようにする。これによって、車両のエンジンとトランスミッションが、１：１で動作しているとき、全体では約４〜５：１の減速比が得られるようになる。
【００１７】
図面
図１は、無限軌道車両に組み込まれたステアドライブの主要構成を模式的に示すブロック図である。
図２は、図１において模式的に示された、本発明のオービタルドライブユニットを部分的に拡大して示す断面図である。
図３は、図１のブロックに示された本発明のディファレンシャルの１つを、該ディファレンシャルの２つの出力に連結されたドライブスプロケットを含めて、部分的に拡大して概略的に示した断面図である。
図４は、ボートのドライブユニットと組まれたステアドライブの主要構成部分を模式的に示し、推進要素として左側（左舷）にはプロペラを例示し、右側（右舷）には流体ジェット噴射装置を例示したブロック図である。
図５は、飛行機に組み込まれたステアドライブの主要構成部分を模式的に示し、左側（左舷）と右側（右舷）の推進要素としてプロペラを示したブロック図である。
【００１８】
詳細な説明
図１は、本発明のステアドライブを組み込んだ無限軌道車両の主要構成を概略ブロックで示したものである。無限軌道車両は、左無限軌道Ｌと右無限軌道Ｒによって支持され、かつ推進される。望ましい形態では、無限軌道Ｌ，Ｒは、主にゴムまたは他の弾性材料にて構成され、各々、本発明のステアドライブシステムによって駆動される。ステアドライブシステムは、タイヤＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４と摩擦を起こすように接続されている。図示の通り、タイヤＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、各無限軌道の前後部分によって覆われている。
【００１９】
ビークルのエンジン１０とトランスミッション１２は、ドライビングトルクを、メインドライブシャフト１４およびベベルギア１５，１６を介して、センター推進シャフト１８へ伝達する。センター推進シャフト１８は、中心軸１９に沿って配置されている。センター推進シャフト１８は、ドライビングトルクを分割して、左右のオービタルユニット２０，２２に入力する。ステアリングモーター２４（油圧式でも電気式でもよい）は、ビークルのハンドル２６に応答して、左右各組のロータリーコネクターを駆動する。すなわち、ステアリングモーター２４は、左側のウォーム２８を駆動する。これによって、ステアリングトルクが、左側のウォームギア３０経由で左側のオービタルユニット２０に伝達される。また、左側のウォーム２８と右側のウォーム３４とが、チェーンドライブ３２によって直接的に連繋されている。これによって、ステアリングモーター２４からのステアリングトルクが、右側のウォームギア３６経由で右側のオービタルユニット２２に伝達される。〔注意：これらの構成から理解できように（また上掲の先行特許のステアドライブに示されているように）、ステアリングモーター２６のための動力は、エンジン１０から引き出されるようにするのが好ましい。］
【００２０】
左右のウォーム／ウォームギアの組２８／３０，３４／３６の大きさ、リード、歯数は、互いに同一であるが、ねじれ角は逆になっている。したがって、ウォーム３４は、常にウォーム２８と同方向に同速度で回るが、逆歯によって、ウォームギア３６は、ウォームギア３０とは逆側に回る。
【００２１】
左右のオービタルユニット２０，２２には、それぞれ出力シャフト４０，４１が設けられている。出力シャフト４０，４１は、ドライビングトルクとステアリングトルクを統合し（追って詳述）、左右のディファレンシャル４２，４４にそれぞれ伝達する。上述したように、ドライビングトルクとステアリングトルクは、左右のオービタルユニットで既に分けられている。これが更にディファレンシャル４２，４４によって分けられ、前後のチェーンドライブスプロケットに分配される。すなわち、後側のドライブスプロケット４６，４８は、トルクを後側のドライブ軸５０，５１に伝達する。前側のドライブスプロケット４７，４９は、トルクを前側のドライブ軸５２，５３に伝達する。これによって、各無限軌道Ｌ，Ｒが、ドライビングトルクとステアリングトルクを統合・分割したトルクによって駆動される。加えて、前記トルクが各無限軌道の前後のドライブ軸に分配されることによって、無限軌道Ｌ，Ｒの前側と後側のうねりを防止できる。
【００２２】
図２は、左側のオービタルユニット２０と右側のオービタルユニット２２を、拡大して詳細に示したものである。操舵の簡単化とトルクの高速伝達の両方を実現している部分が、特に強調されている。これらステアドライブユニットの大きさおよび重量が、既述の先行技術に比して軽減されている。
【００２３】
上述した通り、中心軸１９に沿うセンター推進シャフト１８には、ベベルギア１６が固定されている。センター推進シャフト１８は、メインドライブシャフト１４およびベベルギア１５と一緒に回転する。また、センターシャフト１８には、各オービタルユニット２０，２２の入力ギア５４，５５がそれぞれ固定されている。
【００２４】
ユニット２０と２２は、基本的に同構造であるので、ユニット２０について詳述することにする。
【００２５】
中心軸１９に沿って入力ギア５４と同軸をなすようにして、出力ギア５８が、左側の出力シャフト４０に固定されている。入力ギア５４と出力ギア５８は、２組のギアクラスター６０／６１の噛み合いを介して互いに連結されている。各ギアクラスター６０／６１は、オービットシャフト６２を回転軸にして回転するように取り付けられている。オービットシャフト６２は、中心軸１９と平行をなしている。（ギアクラスターは、２組しか図示されていないが、３組でもよく４組でもよい。）各オービットシャフト６２は、ハウジング６４に位置固定され、ハウジング６４と一緒に動く。ハウジング６４は、中心軸１９の周りに回転可能に設けられている。これによって、ハウジング６４が動くと、ギアクラスター６０／６１が入出力ギア５４，５８を中心にして公転することになる。
【００２６】
一方、ハウジング６４の動作が阻止されると、ギアクラスター６０／６１が公転することなく、入力ギア５４の回転が出力ギア５８に伝達される。この回転伝達は、互いに噛み合ったギア対、すなわち入力ギア５４とギアクラスター６０、およびギアクラスター６１と出力ギア５８の歯数によって決まるギア比にしたがう。
【００２７】
上述したように、ビークルのドライブトレインの大きさおよび重量を小さくするには、ギア減速比の増大を最小にすることが重要である。それによって、トルクの増大という機械的効果は小さくなる。よって、本発明では、ベベルギア１５，１６のギア比をほぼ１：１にするのが望ましい。これによって、左右のオービタルユニット２０，２２に伝わるトルクが、メインドライブ１４からのトルクに対してほんの少し増減するに止まる。ベベルギア１５，１６は、僅かにアンダードライブになるようにするのが、特に望ましい。すなわち、１．３６：１にする。理由は後述する。
【００２８】
同様に、各オービタルユニット２０，２２内のギア比は、１：１より僅かに大きいか僅かに小さく、ほぼ１：１であるのが望ましい。実際には、後述する通り、要求速度とステアリングモーター２４（図１にのみ図示）の大きさによる制約がある。ギア比は、以下のように選定するのが望ましい。
【００２９】
2004523404.tif 000003
【００３０】
ハウジング６４の回転が阻止されているとき、このギア歯の組み合わせによって、センター推進シャフト１８からのドライビングトルクが、ギア比１：１．３６で各出力シャフト４０，４１に伝達される。ここで留意すべきは、ベベルギア１５，１６による僅かなアンダードライブによって、速度増加が打ち消されることである。これによって、出力シャフト４０，４１からのドライビングトルクの出力が、メインドライブシャフト１４（図１）と１：１にマッチする速度で伝達される。
【００３１】
上述したように、ハウジング６４には、ロータリーコネクタとしてウォームギア３０が固定されている。ウォームギア３０は、それと噛み合ったウォーム２８によって回転される。そして、ウォーム２８は、ステアリングモーター２４にて駆動され、ステアリングモーター２４は、ステアリングアクチュエータ（ハンドル）２６に応答して動作する（モーター２４とハンドル２６は、図１にのみ図示。）。ハンドル２６をニュートラル位置から右に回すと、ステアリングモーター２４が、第１方向に回転する。この回転速度は、ハンドル２６の動いた距離（すなわち弧の長さ）によって直接的に変わる。ハンドル２６をニュートラル位置から左に回すと、ステアリングモーター２４が、反対方向に回る。この回転速度は、ハンドル２６の動いた弧の長さによって直接的に変わる。
【００３２】
このようなステアリングモーター２４の回転により、ウォーム２８が動く。また、チェーンドライブ３２（図１）を介してウォーム３４が動く。ウォーム２８と３４のねじれ角が逆方向になっているので、ステアリングモーター２４の回転によって、ウォームギア３０，３６が、等速で逆方向に回転する。したがって、ハンドル２６を右に回すと、ステアリングモーター２４の回転によって、ウォームギア３０とオービタルユニット２０のハウジング６４が、出力ギア５８とシャフト４０の速度を増し加える方向に回転する。これと同時に、ウォームギア３６とオービタルユニット２２のハウジングが、逆方向に回転し、出力シャフト４１の回転速度を同じ量だけ差し引く。これらの速度変化が無限軌道Ｌ，Ｒに伝わることにより、車両を右旋回させる。
【００３３】
ステアリングの回転トルクが、「オービット比」に基づき、出力シャフト４０，４１の回転に加減される。オービット比は、オービタルユニットのギアの歯数によって決まる。オービット比によって、出力ギア５８がハウジング６４の１回転に応答して回転する回転数が決まる。これは、入力ギア５４を回転不能（すなわち、メインドライブシャフト１４から伝わるドライビングトルクが無い）とした場合である。上記のテーブルで選択したギア構成によれば、オービット比は、２．７７：１になる。すなわち、ハウジング６４の１回転ごとに、出力ギア５８が、０．３６回転だけ加減される。加か減かは、動く方向に依る。
【００３４】
上述した通り、ステアドライブのギア減速度は、最小にして１：１に近付けるのが望ましいが、そのような減速度の選択には、（ｉ）ステアリングトルクを発生させるステアリングモーターの大きさ、（ii）あらゆる状況に対しビークルを的確に操舵できることを保証するウォーム／ウォームギアの組（ウォームギアの半径、ウォームの条数）（iii）ビークルの操作に必要な種々のトルク、といった事項を考慮する。
【００３５】
例えば、摩擦係数が非常に高くなっている時（例えば、車両が荷をたっぷり積んでコンクリート上に配置され、前へも後へも動けない時）は、ステアドライブでビークルを確実にピボットターンできる。ステアリングトルクが要求されるときでも（車両の推進力を６０％上げるようなトルクはしばしば要求されることがある）、十分それに応えることができる。相対的に小さいモーター２４によるステアリングトルクを、ウォーム／ウォームギア２８／３０，３４／３６の組み合わせとオービタルユニット２０，２２のオービタル比を適切に設定し、機械的に効果的に連繋しているからである。（例えば、ステアリングモーター２４と出力シャフト４０の間は、６０：１という極めて高い減速比になっている。）
【００３６】
しかし、ギア減速が非常に大きいと（例えば６０：１）、車両が一般道で走行している場合、ステアリングモーターは、極めてすばやく反応することを要し、回転速度を極めて高速で加・減し、適切なステアリングを行なうことができるようにしなければならない。また、ピボットターンや一般道での高速運転に加えて、例えば旋回のような、車両の運転上必要な他の動作においても、ステアリングコントロールのギア比が極めて高く選定されていると、不利に働くおそれがある。
【００３７】
したがって、実際には、車両のあらゆる機能に対応して適切にステアリングコントロールできるように歩み寄りながら、ギア比を選定する。好適なステアドライブによれば、（上述した入力ギア５４と出力ギア５８間において）ステアドライブのトルク比が１．３６：１であるのに加えて、上述したようにオービット比２．７７：１で連結されたウォーム２８とウォームギア３０との間で約１５：１の減速がなされることにより、ステアリングモーター２４の出力シャフトと出力ギア５８の間の全体で、４１．５：１の減速がなされる。これら選択された減速比の下で、車両の軽貨物ディーゼルトラックエンジン１０によって、最大速度約２８００ｒｐｍの油圧ステアリングモーター２４が駆動される。これにより、車両が、コンクリート上でピボットターンでき、一般道ではすばやくステアリング応答でき、旋回も商業的に競争可能な程度に保証することができる。すなわち、無限軌道車両の能力は、１分間に６回ピボットターンでき、通常運転において時速１１．２キロメートル（７マイル）で走行中は半径１０．５メートル（３５フィート）でターンできる。
【００３８】
ここに既述した比は、単なる例示であり、トランスミッションの出力とオービタルユニットの出力の間の全体的な比が、ほぼ１：１に維持されるなど、好ましい組み合わせである限り、変更可能であることを断っておく。選択可能なギア比の他の組み合わせを、以下に例示する。
【００３９】
2004523404.tif 000004
【００４０】
この組み合わせによれば、オービタルユニットではほんの少しだけ減速する。すなわち１：０．７４の比で減速する。この減速を補償すべく、ベベルギア１５と１６が、ほんの少し約０．７４：１だけ増速するように選定される。こうして、ステアドライブにおける全体的な速度比が、好適な略１：１に維持される。
【００４１】
上に指摘したように、本発明の望ましい形態にトルク分配ディファレンシャルを用いると、無限軌道装備の車両の無限軌道のうねりを防止することができる。公知のトルク分配ディファレンシャルには、多くの異なるタイプがある。これらは、本発明に適用可能であるが、ここでは、よく知られた「軸交差」タイプのトルク配分ディファレンシャル（例えば、４輪駆動車のセンターボックスに使用されるトルセン（登録商標）ディファレンシャルユニット）を適用することにし、これを簡単に説明する。〔軸交差ディファレンシャルの詳細構造は、米国特許第２，８５９，６４１（グリースマン）の記述参照〕
【００４２】
図３は、左側のディファレンシャル４２を拡大して示したものである。図１において述べたとおり、左側のオービタルユニット２０で統合されたドライビングトルクとステアリングトルクは、左側の出力シャフト４０経由で左側のディファレンシャル４２に伝達される。〔注意：以下、ディファレンシャル４２とチェーンドライブスプロケット４６，４７に限定して説明するが、右側のディファレンシャル４４と右側のテェーンドライブスプロケット４８，４９も同様に構成されている。後者は、前者に対し鏡像的に対称の関係にある。〕
【００４３】
ディファレンシャル４２は、望ましくは、上で示した公知タイプの全ギア・トルク分配ディファレンシャルである。ディファレンシャル４２は、ハウジング７０を有している。ハウジング７０は、出力シャフト４０と一緒に中心軸１９の回りに回転する。また、中心軸１９の周りに回転可能な２つのサイドギア７２，７４が、それぞれ中空軸７６と中実軸７８に連結されている。
【００４４】
図３に模式的に示すように、ディファレンシャル４２は、周知のプラネタリーギア群を備えている。ディファレンシャルの内部に、軸７６，７８が、互いに逆方向に異なる速度で回転（すなわち差動）できるように支持されている。サンギアとしてのサイドギア７２，７４は、コンビネーションギア８０，８１の組を介して連結されている。コンビネーションギア８０，８１は、ハウジング７０によって中心軸１９まわりに公転するようになっている。コンビネーションギア８０，８１は、噛み合った対（１つのみ図示）の組みにてなり、中心軸１９の周りを等距離離れて囲むように配置されている。各コンビネーションギア８０，８１は、それぞれ中央部にウォームギアを有し、これが、サイドギア７２，７４の１つのヘリカルウォームの歯と噛み合っている。各組のコンビネーションギアは、その外端部に形成されたスパーギアの歯（図示せず）を介して互いに噛み合っている。
【００４５】
中空軸７６は、左・後のチェーンスプロケット４６と一体になり、ドライブ車軸５０およびタイヤＴ２を介して無限軌道Ｌの後側部を駆動する（図１参照）。一方、中実軸７８は、左・前のチェーンスプロケット４７と一体になり、ドライブ車軸５２およびタイヤＴ１を介して無限軌道Ｌの前側部を駆動する。ディファレンシャル４２が、軸７６，７８に対し、より遅い方により多くのトルクが行くようにトルク配分することによって、無限軌道Ｌの前側部と後側部の間での好ましくない「うねり」を最小化にできる。
【００４６】
先に述べたように、無限軌道車が、オフロード地帯と同様に、舗装された一般道で高速運転されるように設計されている場合において、車のトランスミッション出力（ドライブシャフト１４）が、最高速用に設定されているとき、エンジンと無限軌道との間の全ギア減速比は、４〜５：１になることが望ましい。したがって、（図１を再参照のこと）最高速のトランスミッション比では、たいていほんの少しオーバードライブ（すなわち１：１より小さい）になるようにし、上記ステアドライブでは、他にいかなる減速もしない。したがって、出力シャフト４０，４１と無限軌道Ｌ，Ｒとの間で更なる減速を行なうが必要となる。それには、ドライブ車軸５０，５１，５２，５３に連なるチェーンドライブスプロケット８４，８５，８６，８７の直径を大きくするとよい。ここでは、約４．６：１で更なる減速を行なうのが望ましい
【００４７】
繰返し指摘しておくが、本発明のステアドライブ構造は、減速度が相対的に小さいので（例えば１．３６±ステアリングトルク）、大きさや重量をかなり小さくすることができる。ステアドライブ構造をよりコンパクトにでき、より簡単にドライブトレインに組み込むことができる。さらに、本発明のステアドライブによれば、ステアリングトルクとドライビングトルクをより簡単に統合でき、より広い範囲の減速比を採用でき、組み立てを容易化でき、製造コストを低廉化できる。この新ステアドライブをボートや飛行機に適用しても、上掲効果を得ることができる。
【００４８】
図４の模式図に示すように、ボート１００は、エンジン１１０とトランスミッション１１２を備えている。トランスミッション１１２は、ドライブｒｐｍをステアドライブ装置１１４に供給する。ステアドライブ装置１１４は、左右の各オービタルユニット１２０，１２２を含んでいる。ステアドライブ装置１１４は、図１、図２で詳述したステアドライブ装置と実質的に同一である。すなわち、ドライブｒｐｍに加えて、ステアドライブ装置１１４は、ステアリングモーター１２４からステアリングｒｐｍをも受け取る。このステアリングｒｐｍの方向と速度は、ボートの操縦者がステアリングアクチュエータ１２６を回した方向と距離に対してステアリングモーター１２４が直接的に応答することによって作り出される。
【００４９】
上述したように、オービタルユニット１２０，１２２の出力は、ステアドライブ装置１１４に伝達されたドライブｒｐｍにステアリングｒｐｍをプラス・マイナスして統合したものである。オービタルユニット１２０，１２２の出力は、それぞれ左舷（左側）のドライブユニット１３２と右舷（右側）のドライブユニット１３６に伝達され、それぞれ左舷と右舷の推進要素１３４，１３８を作動させる。
【００５０】
この概略説明では、左舷の推進要素１３４としてプロペラが図示され、右舷の推進要素１３８として流体ジェット噴射装置が図示されている。〔注意：勿論、実際には、左舷および右舷の推進要素は、両方ともプロペラにされるか、または両方とも流体ジェット噴射装置とされることは、言うまでもない。ボート１００に２つの要素を描いたのは、本発明実施形態のステアドライブは、何れの推進要素でも適用可能であることを明らかにするために過ぎない。〕
【００５１】
ボート１００が作動され、ドライビングトルクがトランスミッション１１２を介しステアドライブ１１４に伝達され、航行している時、ハンドル１２６を回すと、ステアリングトルクが生成され、このステアリングトルクが、ドライビングトルクに加えられたり、ドライビングトルクから差し引かれたりしたうえで、ドライビングトルクが、左舷と右舷の推進要素１３４，１３８に伝達される。この結果、ボート１００は、水の上を進みながら、ハンドル１２６を回した方向にターンする。ターンの角度と鋭さは、ハンドル１２６を動かした速度と弧の距離に直接的に比例する。このボート１００のターンは、従来の舵で補助してもしなくても実行できる。
【００５２】
また、ボート１００がたった１つのエンジン１１０しか有していなくても、推進ユニット１２４，１３８どうしの方向または動力を同時に変更できることも、重要な点である。
【００５３】
次に、図５の概略図に示すように、飛行機２００は、エンジン２１０と減速器２１２を備えている。減速器２１２は、ドライビングトルクをステアドライブ装置２１４に供給する。ステアドライブ装置２１４は、左右の各オービタルユニット２２０，２２２を含んでいる。ステアドライブ装置２１４は、図１、図２、図４で詳述したステアドライブ装置と実質的に同一である。すなわち、ステアドライブ装置２１４は、ドライビングトルクに加えて、ステアリングモーター２２４からステアリングトルクをも受け取る。このステアリングトルクの方向と速度は、飛行機の操縦者がハンドル２２６を回した方向と距離に対しステアリングモーター２２４が直接的に応答することによって作り出される。
【００５４】
上述したように、オービタルユニット２２０，２２２の出力は、ステアドライブ装置２１４に伝達されたドライビングトルクにステアリングトルクをプラス・マイナスして統合したものである。オービタルユニット２２０，２２２の出力は、それぞれ左舷（左側）のドライブユニット２３２と右舷（右側）のドライブユニット２３６に伝達され、それぞれ左舷と右舷のプロペラ２３４，２３８を作動させる。
【００５５】
飛行機２００が離陸し、ドライビングトルクがステアドライブ２１４に伝達され、飛行している時、ハンドル２２６を回すと、ステアリングトルクが生成され、このステアリングトルクが、ドライビングトルクに加えられたり、ドライビングトルクから差し引かれたりしたうえで、ドライビングトルクが、左舷と右舷のプロペラ２３４，２３８に伝達される。この結果、飛行機２００は、空中を進みながら、ハンドル２２６を回した方向に旋回する。旋回の角度と鋭さは、ハンドル２２６を動かした速度と弧の距離に直接的に比例する。この飛行機２００のターンは、従来の舵で補助してもしなくても実行できる。しかし、飛行機の操縦技能を持った人が、飛行機の補助翼をも併用して適切に操縦するのが望ましい。
【００５６】
また、飛行機２００がたった１つのエンジン２１０しか有していなくても、プロペラ２３４，２３８どうしの動力を同時に変更できることも、重要な点である。
【００５７】
従来のボートや飛行機においては、航行中ないしは飛行中でないと、位置変更が極めて困難である。この発明のもう１つの重要な特徴は、推進要素としてプロペラが使われているボートや飛行機でもピボットターンが可能だということである。以下、図４、図５を参照して説明するが、（ａ）ボート１００のドライブユニット１３２，１３６は、一対の同様なプロペラ１３４を作動させ、（ｂ）飛行機２００のドライブユニット２３２，２３６は、一対の同様なプロペラ２３４を作動させるものとする。
【００５８】
図４において、ボート１００が、作動しているが、航行中ではなく、ドライビングトルクがトランスミッション１１２にてステアリングドライブ１１４に伝達されていない時、ハンドル１２６を回すと、左舷と右舷のドライブユニット１３２，１３６によって均等で逆向きのステアリングトルクが作り出される。これによって、各ドライブユニットに連繋されたプロペラ１３４が互いに逆方向に回転する。この結果、ボート１００が、水中でハンドル１２６を回した方向にピボットターンする。このようなピボットターンは、従来の舵を使うことなく実行することができる。
【００５９】
同様に、飛行機２００（図５）が、作動しているが、飛行中ではなく、ドライビングトルクがエンジン２１０からステアリングドライブ２１４に伝達されていない時、ハンドル２２６を回すと、左舷と右舷のドライブユニット２３２，２３６によって均等で逆向きのステアリングトルクが作り出される。これによって、各ドライブユニットに連繋されたプロペラ２３４が互いに逆方向に回転する。プロペラ２３４の翼としての機能は、互いに逆方向に動くことによって無効になる。この結果、飛行機２００が、ハンドル２２６を回した方向にその場でピボットターンする。このようなピボットターンは、従来の舵を使ったり、ランディングギアにブレーキをかけたりすることなく実行することができ、地上での飛行機２００の操縦性を大きく向上できる。
【００６０】
ここで述べた飛行機２００の追加的操作機能は、飛行機２００が水上飛行機であり、これをドックに出し入れ操縦しようとする場合に、特に役に立つ。このような飛行機は、水上で特に波があったりすると低速操縦するのが極めて難しいからである。
【００６１】
上述したように、ここに開示した新ステアドライブによれば、より軽量化でき、より小型化でき、よりコンパクト化でき、組立てをより容易化でき、製造コストをより低廉化でき、減速比をより広い範囲に採用できる。本発明のこれら多くの効果は、無限軌道車両の操縦に大きく寄与し、ボートや飛行機の推進手段にまったく新しい方向性を与えるものと考えられる。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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