(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク入力手段(102,402,502,802,902,1002,1102,1202(以下、102-1202と表記する))と、
トルク出力手段(104,404,504,804,904,1004,1104,1204(以下、104-1204と表記する))と、
少なくとも２つの独立可変の共平面反転歯車列ループ(106,108,110,406a,406b,406c,506a,506b,506c,600,700,806,808,1106,1206,1208)であって、第１の共平面反転歯車列ループと第２の共平面反転歯車列ループとを含み、該第１の共平面反転歯車列ループは、第１のトルク入力部材(128a,b)と、第１のトルク出力部材(114)と、第１の反応部材(116)とを含み、該第２の共平面反転歯車列ループは、第２のトルク入力部材(214)と、第２のトルク出力部材(216)と、第２の反応部材(228a,b,219)とを含み、該第１のトルク入力部材(128a,b)は、前記トルク入力手段(102-1202）に連結され、該第１のトルク出力部材(114)は、前記トルク出力手段(104-1204)に連結され、該第１の反応部材(116) は、該第２のトルク入力部材(214)に連結され、該第１の共平面反転歯車列ループは、１つの面において、第１のリングギヤ(118,418,618,718,818a,1118,1218a)と第１のケージ(128,419,560,619,719,819a,1119,1219)との第１のクラスタ、第１のピニオンギヤ(114,414,514,614,714a,814a,1114,1214a)、及び第１の内歯円歯車(116,416,516,616a,716,816a,1116,1216a)を備え、該第１のリングギヤは、該第１のピニオンギヤの外側表面とかみ合う内側表面と、該第１の内歯円歯車の内側表面とかみ合う外側表面と、を有し、該第２の共平面反転歯車列ループは、１つの面において、第２のリングギヤ(218,418,618,718,818b,1118,1218)と第２のケージ(228,419,560,619,719,819b,1119,1219)との第２のクラスタ、第２のピニオンギヤ(214,414,514,614,714a,814a,1114,1214a)、及第２の内歯円歯車（216,416,516,616,716b,816b,1116,1216b)を備え、該第２のリングギヤは、該第２のピニオンギヤの外側表面とかみ合う内側表面と、該第２の内歯円歯車の内側表面とかみ合う外側表面と、を有する、該少なくとも２つの独立可変の共平面反転歯車列ループと、
クラッチ(112b)であって、前記第２の共平面反転歯車列ループに連結され、前記第２の反応部材(228a,b,219)及び前記第２のトルク出力部材(216)の内の少なくとも１つを、回転基準(144)、前記トルク入力手段(102-1202)、及び前記トルク出力手段（104-1204）の内の一つに連結した状態から、該回転基準(144)、前記トルク入力手段(102-1202)、及び前記トルク出力手段（104-1204）の内の別の一つに連結した状態に選択的に切り替えて、前記共平面反転歯車列ループの速度比を変更するように、前記ピニオンギヤ、前記内歯円歯車、及び前記ケージの何れかが、前記トルク入力部材及び前記トルク出力部材として作動することが可能である、該クラッチと、
を含む可変比歯車組立体。
【請求項２】
前記クラッチ（１１２ｂ）は、
前記第２の反応部材(228a,b,219)を、前記回転基準(144)及び前記トルク入力手段(102-1202)の内の一つに連結した状態から、前記回転基準(144)及び前記トルク入力手段(102-1202)の内の別の一つに連結した状態に切り替えるための、前記第２の反応部材(228)に連結された第１のクラッチ手段と、
前記第２の反応部材(228a,b,219)を、前記回転基準(144)及び前記トルク出力手段（104-1204）の内の一つに連結した状態から、前記回転基準(144)及び前記トルク出力手段（104-1204）の内の別の一つに連結した状態に切り替えるための、前記第２のトルク出力部材(216)に連結された第２のクラッチ手段と、
を備えている請求項１記載の可変比歯車組立体。
【請求項３】
前記クラッチ（１１２ｂ）は、前記第２の反応部材(228)及び前記第２のトルク出力部材(216)の各々を、前記回転基準(144)及び前記トルク入力手段(102-1202)の内の一つに連結した状態から、前記回転基準(144)及び前記トルク入力手段(102-1202)の内の別の一つに連結した状態に切り替えるための、前記第２の反応部材(228)に連結された第１のクラッチ手段と、前記第２のトルク出力部材(216)に連結された第２のクラッチ手段と、を備えている請求項１記載の可変比歯車組立体。
【請求項４】
前記クラッチ（１１２ｂ）は、前記第２の反応部材(228a,b)及び前記第２のトルク出力部材(216)の各々を、前記回転基準(144)及び前記トルク出力手段（104-1204）の内の一つに連結した状態から、前記回転基準(144)及び前記トルク出力手段（104-1204）の内の別の一つに連結した状態に切り替えるための、前記第２の反応部材(228a,b)に連結された第１のクラッチ手段と、前記第２のトルク出力部材(216)に連結された第２のクラッチ手段と、を備えている請求項１記載の可変比歯車組立体。
【請求項５】
前記クラッチ（１１２ｂ）は、
前記第２の反応部材(228a,b)を、前記回転基準(144)、前記トルク入力手段(102-1202)、及び前記トルク出力手段（104-1204）の何れかに連結する、前記第２の反応部材に連結された第１のクラッチ手段と、
前記第２のトルク出力部材(216)を、前記回転基準(144)及び前記トルク入力手段(102-1202)の内の一つに連結した状態から、前記回転基準(144)及び前記トルク入力手段(102-1202)の内の別の一つに連結した状態に切り替えるための、前記第２のトルク出力部材(216)に連結された第２のクラッチ手段と、
を備えている請求項１記載の可変比歯車組立体。
【請求項６】
前記クラッチ（１１２ｂ）は、
前記第２の反応部材(228a,b)を、前記回転基準(144)、前記トルク入力手段(102-1202)、及び前記トルク出力手段（104-1204）の何れかに連結する、前記第２の反応部材(228a,b)に連結された第１のクラッチ手段と、
前記第２のトルク出力部材(216)を、前記回転基準(144)及び前記トルク出力手段（104-1204）の内の一つに連結した状態から、前記回転基準(144)及び前記トルク出力手段（104-1204）の内の別の一つに連結した状態に切り替えるための、前記第２のトルク出力部材(216)に連結された第２のクラッチ手段と、
を備えている請求項１記載の可変比歯車組立体。
【請求項７】
前記第２のトルク出力部材(216)は、前記回転基準(144)に固定され、
前記クラッチは、前記第２の反応部材(228a,b)を、前記回転基準(144)、前記トルク入力手段(102-1202)、及び前記トルク出力手段（104-1204）の何れかに独立して連結するために、前記第２の反応部材(228a,b)に連結されている
請求項１記載の可変比歯車組立体。
【請求項８】
前記クラッチが、前記共平面反転歯車列ループに連結されたバイナリクラッチ(112a,112b,112c,508a,508b,508c,812a,812b)を含み、バイナリクラッチは、前記回転基準(144)に連結された第１のクラッチ部材(142a,242a,342a,542a)と、対応するトルク入力部材とトルク出力部材の一方に連結した第２のクラッチ部材(142b,242b,342b,542b)と、対応する反応部材に連結されているとともに、該第１のクラッチ部材と該第２のクラッチ部材との間に配設された相互作用部材(148,248,348,548)と、を含み、該相互作用部材は、対応する反応部材を第１のクラッチ部材に連結する第１の位置と、対応する反応部材を第２のクラッチ部材に連結する第２の位置と、の間で操作可能である請求項１記載の可変比歯車組立体。
【請求項９】
前記クラッチが、バンドクラッチ(408a,408b,408c)と、前記共平面反転歯車列ループに連結した一方向クラッチ(464)とを備え、バンドクラッチは、前記回転基準(144)に接続されていると共に対応するトルク入力部材、トルク出力部材、及び反応部材のうちの１つの周りに配設されており、バンドクラッチが対応する１つの部材に係合する係合状態のときにその回転を阻止し、一方向クラッチは、対応する共平面反転歯車列ループに連結されており、バンドクラッチが前記係合状態にないときには、対応するトルク入力部材、トルク出力部材、及び反応部材のうちの２つの間の相対的回転を阻止する請求項１記載の可変比歯車組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変比歯車箱に関する。特に、本発明は、共平面反転歯車列ループと歯車箱のギヤ比を変えるためのクラッチ組立体を採用した可変比歯車箱に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来の可変比歯車箱は、一般的に入力軸、出力軸、各軸に連結されたピニオンギヤ、及び入力軸と出力軸の周りに配設されたケージ組立体を備えている。ケージ組立体は、ピニオンギヤに連結され、入力軸と出力軸に隣接した平行な軸に取付けられた少なくとも一対のクラスタギヤを備えている。クラッチ組立体は、ケージ組立体を歯車箱のハウジングに選択的に連結して第１のギヤ比を提供し、入力軸又は出力軸に連結して第２のギヤ比を提供する。従来の可変比歯車箱は、一連の多段式ケージ組立体を備え、複数のギヤ比を提供する。
【０００３】
従来の可変比歯車箱は、手動増分可変トランスミッションに広く使用されてきた。しかし、このようなトランスミッションの製造及び組立は、一部には、クラスタギヤの各歯車要素の歯を互いに合わせるのが困難なため、面倒な作業であった。さらに、クラスタギヤ要素やその取付け軸の半径方向の位置合せにエラーが起きると不均一な負荷分割を引き起こす可能性がある。さらに、クラスタギヤとピニオンギヤは、一般的にクラスタギヤとピニオンギヤとの間の接触比を上げるためにらせん状の歯を設けて製造されている。しかし、らせん状の歯を使用することにより、適合した歯の側面の間に点接触を生成し、歯の受け面に高い接触応力がかかることになる。
【０００４】
従来の可変比歯車箱の欠点を克服するため、さまざまな努力がなされてきた。例えば、ローダー氏（米国特許第２，００５，１６７号）は、同軸の入力軸と出力軸と、回転クラッチを介して入力軸と出力軸に連結した共平面反転歯車列ループを備えた増分可変トランスミッションを教示している。共平面反転歯車列ループは、入力軸の周りに配設した歯付き部分と、歯付き部分の周りに配設された第１のリングギヤと、第１のリングギヤの回りに配設された第２のリングギヤと、第１のリングギヤを歯付き部分と偏心状態に維持するための偏心取付けリングとを備えている。第２のリングギヤは、出力軸に連結されており、歯付き部分と同軸である。回転クラッチは、入力軸と取付けリングの間に連結されている。クラッチが取付けリングに係合すると、取付けリングは、入力軸と共に回転し、それによって第１のギヤ比１を提供する。クラッチが取付けリングから解除されると、トランスミッションのハウジングに固定されている一対の歯付きリングが取付けリングを回転しないように保持し、第２のギヤ比を提供する。トランスミッションは、共通軸上に取付ける複数のギヤを必要としないため、設計
【０００５】
ギヤシフトは、入力軸の内側端部に、入力軸上に支持されている類似した歯付きハブと摺動式に係合する、軸方向に延在する一連の歯を設けることによって行う。ハブは、駆動手段に連結された、同様に歯を設けたシリンダを係合させるラチェット歯付きシリンダに連結されている。回転クラッチには、入力軸上に形成されたカムに係合する起動アームが設けてある。出力軸にほとんど、又はまったく負荷をかけないと、クラッチが取付けリングに係合し、第１のギヤ比を生成する。しかし、トランスミッション上にかかる負荷が上がると、ラチェット歯は入力軸を強制的に軸方向に変位させる。その結果、カムが起動アームに圧力をかけ、クラッチを取付けリングから解除し、第２のギヤ比を生成する。
【０００６】
ローダー氏によって教示されたトランスミッションは、複数のギヤ比を提供する一連の多段式共平面反転歯車列−クラッチ組立体を含む。しかし、ギヤシフトはそれぞれの入力軸の軸方向の変位に影響されるため、トランスミッションは、共平面歯車ループすべてがそれぞれの入力軸とともに回転するか、もしくは共片面歯車ループの一つがそれぞれの入力軸とともに回転し、先行する共平面ループすべての取付けリングが回転しないように保持されているかのいずれかにおいてのみギヤ比を生成することができる。よって、利用できるギヤ比の合計数は限られる。さらに、トランスミッションは回転クラッチと、トランスミッションのハウジングに固定した歯付きリングの両方を必要とするため、製造及び組立コストが不必要に跳ね上がる。このように、利用できるギヤ比の数を制限することなく、そして製造及び組立コストを不必要に上げることなく、従来の技術に伴う位置合せ問題を低減できる可変比歯車箱の必要性がある。
【０００７】
適合した歯の斜面間の接触比が大きい歯車要素を製造するための試みがなされてきた。例えば、レナーフェルト氏（米国特許第５，０３０，１８４号）は、内歯と、偏心歯車の入力軸に固定された偏心カムと、偏心カムに回転式に連結されるとともに固定平歯車の内歯に係合する歯を設けた偏心ギヤホイールとを有する固定平歯車を備えた偏心歯車を教示している。偏心ギヤホイールの歯と固定平歯車の歯は、歯と歯の間の衝突を避けるため転位させるとともにランド部の間の衝突を避けるために切り取って修正してある。特許出願人は、前述の転位及び切り取りにより、係合している歯の数が増加すると述べている。しかし、特許出願人は、理論的には、各負荷の方向に１つの歯だけが同時に係合し、実際は、歯の弾性に頼ることによってのみ係合する歯の数を増やすことができるということも認識している。しかし実際このようにすると、各歯にかかる応力が大きくなる。従って、適合する歯の側面の間の接触比を上げることにより、歯の支持面上における接触応力を下げるような形状の歯を有する歯車を製造する必要性がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、歯車の位置合せに対する感度が低く、従来の歯車箱と比較すると利用できる歯車比の数が多い可変比歯車箱を提供することにある。また、本発明のもう１つの目的は、適合する歯の側面間の接触比が大きい形状の歯を設けて製造した歯車を有する可変比歯車箱を提供することにある。
【０００９】
これらの目的に従って、本発明の第１の実施形態では、トルク入力手段と、トルク出力手段と、トルク入力手段とトルク出力手段とに連結した、少なくとも２つの相互連結独立可変共平面反転歯車列と、共平面反転歯車列ループの速度比を変化させるためのクラッチとを備えた可変比歯車組立体を提供している。各共平面反転歯車列ループは、トルク入力部材と、トルク出力部材と、反応部材とを備えている。クラッチは、歯車共平面反転歯車列ループに連結され、少なくとも２つの部材を、回転基準、トルク入力手段及びトルク出力手段の一つへ連結した状態から、回転基準、トルク入力手段、及びトルク出力手段の別の一つへ連結した状態に独立して切り替えるように構成されている。
【００１０】
本発明の第２の実施形態では、一次トルク入力部材、一次トルク出力部材、一次トルク反応部材、補助トルク部材、及びギヤループの速度比を変えるためのクラッチを含む、共平面反転歯車列ループを備えた可変比歯車組立体を提供している。補助トルク部材は、二次トルク入力部材と、二次トルク出力部材と、二次反応部材のうちの一つである。クラッチは、歯車ループに連結されており、一次反応部材を回転基準、一次トルク入力部材、及び一次トルク出力部材の一つへ連結した状態と、回転基準、一次トルク入力部材及び一次トルク出力部材の別の一つに連結した状態との間で切り替えるように構成されている。
【００１１】
第２の実施形態のある具体例において、共平面反転歯車列ループは、ピニオンギヤと、ピニオンギヤの周りに同軸に配設された一対の独立円歯車と、ピニオンギヤに係合しているひとつの内面と、それぞれが円歯車のおのおのに係合する一対の外面とを有するリングギヤを備えたクラスタギヤとを備えている。もう１つの具体例では、共平面歯車の組が、一対の独立したピニオンギヤと；ピニオンギヤの回りに同軸に配設された円歯車と；それぞれがピニオンギヤのそれぞれに係合する一対の内表面と、円歯車に係合するひとつの外表面とを有するリングギヤとを備えたクラスタギヤ部材とを備えている。
【００１２】
本発明の第３の実施形態では、トルク入力手段と、トルク出力手段と、少なくとも２つの独立可変共平面反転歯車列ループと、歯車ループの速度比を変更するためのクラッチとを備えた可変比歯車組立体を提供している。第１の共平面反転歯車列ループは、第１のトルク入力部材と、第１のトルク出力部材と、第１の反応部材とを備え、一方、第２の共平面反転歯車列ループは、第２のトルク入力部材と、第２のトルク出力部材と、第２の反応部材とを備えている。第１のトルク入力部材は、トルク入力手段に連結されており、第１のトルク出力部材は、トルク出力手段に連結されており、第１の反応部材は、第２のトルク入力部材に連結されている。クラッチは、第２の共平面反転歯車列ループに連結されており、第２の反応部材と第２のトルク出力部材のうちの少なくとも一方を回転基準と、トルク入力手段と、トルク出力手段のうちの一つに連結した状態から回転基準と、トルク入力手段と、トルク出力手段の別の一つに連結した状態に切り替えるように構成されている。
【００１３】
第３の実施形態の１つの具体例では、クラッチは、第２の反応部材に連結されており、第２の反応部材を、回転基準とトルク入力手段の一方に連結した状態から回転基準とトルク入力手段の他方に連結した状態に切り替えるように構成された第１のクラッチ手段と、第２の出力部材に連結されており、第２の反応部材を回転基準とトルク出力手段の一方に連結した状態から回転基準とトルク出力手段の他方に連結した状態に切り替えるように構成された第２のクラッチ手段とを備えている。
【００１４】
もう１つの具体例では、クラッチは、第２の反応部材に連結した第１のクラッチ手段と、第２の出力部材に連結されており、前記第２の反応部材と前記第２の出力部材それぞれを回転基準とトルク入力手段の一方に連結した状態から回転基準とトルク入力手段の他方に連結した状態に切り替えるように構成された第２のクラッチ手段とを備えている。
【００１５】
さらにもう１つの具体例では、クラッチは、第２の反応部材に連結され、第２の反応部材を、回転基準と、トルク入力手段と、トルク出力手段のいずれかに連結するように構成された第１のクラッチ手段と、第２の出力部材に連結され、第２の出力部材を回転基準と、トルク入力手段の一方に連結した状態から回転基準とトルク入力手段の他方と連結した状態に切り替えるように構成された第２のクラッチ手段とを備えている。
【００１６】
歯車の歯間の接触を改善するため、各実施形態のそれぞれの共平面歯車組立体は、好ましくは、第１の歯の組と第１の歯先円を含む外歯車と、外部ギヤと共平面であり、第１の歯の組と係合する第２の歯の組を含む内歯車とを備えている。それぞれの第１の歯の歯末面の形状と、それぞれのそれに対応する第２の歯の歯末面の形状は、歯先円の間を通り、歯先円の交点と歯車のピッチ点との間に延在する合同曲線によって形成される。
【００１７】
さらに、製造及び組立コストを削減し、歯車組立体の操作を単純化するため、各実施形態におけるクラッチは、一対のクラッチ部材を含むバイナリクラッチを備えており、各クラッチ部材には、そのそれぞれの内面に同心溝の組が配設されており、クラッチ部材の一方は、トルク入力手段とトルク出力手段の一方に連結するように構成されており、クラッチ部材の他方は、トルク入力手段とトルク出力手段の他方に連結するように構成されている。相互作用部材がクラッチ部材の間に配設されている。相互作用部材は一対の対向する表面を有し、反応部材に連結するように適合されている。第１の表面は、溝の組の一方と係合する複数の同心溝を含み、第２の表面は、溝の組の他方と係合する複数の同心溝を含む。クラッチアクチュエータが相互作用部材に連結されており、相互作用部材を、第１のクラッチ部材と係合する第１の位置と、第２のクラッチ部材に係合する第２の位置との間を移動させる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１について説明する。本発明による可変比歯車箱１００を示しており、回転入力軸１０２、入力軸１０２と同軸の回転出力軸１０４、入力軸１０２に接続した第１の共平面反転歯車列ループ１０６と、第１の共平面反転歯車列ループ１０６に連結した第２の共平面反転歯車列ループ１０８と、第２の共平面反転歯車列ループ１０８の出力側と、出力軸１０４の間に接続した第３の共平面反転歯車列ループ１１０とを備えている。可変比歯車箱１００はまた、出力軸１０４の回転方向と速度を変更するために第１の共平面反転歯車列ループ１０６、第２の共平面反転歯車列ループ１０８、そして第３の共平面反転歯車列ループ１１０それぞれに連結された、バイナリクラッチ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃとして個別に示したクラッチ１１２を備えている。以下に説明するように、各クラッチ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃは、第１、第２、第３の共平面反転歯車列ループ１０６、１０８、１１０の速度比を、相互に独立して及び出力軸１０４の回転方向と無関係に変更するために独立して操作可能である。その結果、本発明は、従来の技術と比較して、より改善された柔軟性と、より多数のギヤ比を提供することができる。
【００１９】
図２について説明する。第１の共平面反転歯車列ループ１０６を示しており、入力軸１０２にスプラインで固定した外歯ピニオンギヤ１１４と、ピニオンギヤ１１４の周りにピニオンギヤ１１４と同軸に配設された内歯歯車１１６と、ピニオンギヤ１１４と円歯車１１６を係合するクラスタギヤ部材とを備えている。クラスタギヤ部材は、リングリヤ１１８と、リングギヤ１１８をピニオンギヤ１１４及び円歯車１１６と共平面に配設するためのケージ（後に説明）を備えている。リングギヤ１１８は、ピニオンギヤ１１４の歯付き外表面１２２と係合する歯付き内表面１２０と、円歯車１１６の歯付き内表面１２６と係合する歯付き外表面１２４を有する。しかし、本発明は、歯付き歯車要素に限られているわけではなく、歯のついていないギヤホイールを有する共平面反転歯車列ループを含むということを理解しておく必要がある。
【００２０】
ケージは、入力軸１０２に固定された第１の円板形ケージ部材１２８ａと、第１のケージ部材１２８ａに平行な第２の円板形ケージ部材１２８ｂと、円板形ケージ部材１２８ａ、１２８ｂの間を軸方向に延在する一対の中空三日月形部材１３０、１３２と、リングギヤ１１８を第１と第２のケージ部材１２８ａ、１２８ｂの間で回転させるためにリングギヤ１１８の相対する端面上に設けられた軸受け１３４ａ、１３４ｂを備えている。第１と第２のケージ部材１２８ａ、１２８ｂは入力軸１０２の軸を横切る方向に延在し、三日月形部材１３６ａ、１３８ａと、三日月形部材１３０、１３２の両端を受容するためにその中にそれぞれ形成された三日月形溝１３６ｂ、１３８ｂとを含む。第１と第２のケージ部材１２８ａ、１２８ｂ及び三日月形部材１３０、１３２は、共に溶接されており、単体として入力軸１０２とともに回転する。三日月形部材１３０は、ピニオンギヤ１１４の歯付き外表面１２２とリングギヤ１１８の歯付き表面１２０の間に配設されており、一方、三日月形部材１３２は、円歯車１１６の歯付き内表面１２６とリングギヤ１１８の歯付き外表面１２４との間に配設されている。三日月形部材１３０、１３２は、入力軸１０２の軸から半径方向に一定の距離だけ変位しており、リングギヤ１１８に入力軸１０２の軸線とは偏心の回転軸を提供する。
【００２１】
第１の共平面反転歯車列ループ１０６はまた、円歯車１１６の横方向の面１４０に連結したバイナリクラッチ１１２ａを含む。バイナリクラッチ１１２ａは、実質的に第２の共平面反転歯車列ループ１０８に連結したバイナリクラッチ１１２ｂ及び第２の共平面反転歯車列ループ１１０に連結した第２のクラッチ１１２ｃに類似しており、第２及び第３の共平面反転歯車列ループ１０８、１１０に関連して、後に詳述する。しかし、第１の共平面反転歯車列ループ１０６の操作を理解しやすくするため、ここでバイナリクラッチ１１２ａについての簡単な説明をする。
【００２２】
図１を見ると、バイナリクラッチ１１２ａは、歯車箱１００のケーシング１４４に対して回転しないように固定した第１の円板形クラッチ部材１４２ａと、入力軸１０２の外歯１４６にスプラインで固定した第２の円板形クラッチ部材１４２ｂと、波形スプリング１５０を介して円歯車１１６の横方向の面１４０に固定した円板形相互作用クラッチ部材１４８を備えている。第１及び第２のクラッチ部材１４２ａ、１４２ｂはそれぞれ、それぞれの内面に形成された同心の溝の組を有する。相互作用クラッチ部材１４８は、第１と第２のクラッチ部材１４２ａ、１４２ｂの間に配置されており、第１のクラッチ部材１４２ａ上に形成された同心溝と係合する、その一方の面に形成された同心溝の第１の組と、第２のクラッチ部材１４２ｂ上に形成された同心溝と係合する、その他方の面に形成された同心溝の第２の組とを含む。相互作用部材１４８は、波形スプリング１５０とともに作動するクラッチアクチュエータ１５２に連結されており、相互作用部材１４８を、円歯車１１６を第１のクラッチ部材１４２ａに連結する第１の位置と、円歯車１１６を第２のクラッチ部材１４２ｂに連結するための第２の位置との間で軸方向に変位させる。
【００２３】
運転時、アクチュエータ１５２を起動した状態では、相互作用部材１４８を第１のクラッチ部材１４２ａに押圧し、円歯車１１６をケーシング１４４に回転しないように固定する。入力軸１０２が回転すると、ケージとリングギヤ１１８は、入力軸１０２と同じ方向に回転せしめられ、ピニオンギヤ１１４は、入力軸１０２の回転方向とは逆の方向に第１の速度比（後に説明する）で回転する。しかし、アクチュエータ１５２が起動していない状態では、波形スプリング１５０は、相互作用部材１４８を第２のクラッチ部材１４２ｂに対して押圧し、よって円歯車１１６を入力軸１０２に連結する。その結果、入力軸１０２が回転すると、円歯車１１６と、ケージと、リングギヤ１１８が一体となって回転し、それにより、ピニオンギヤ１１４が入力軸１０２と同じ方向に同じ回転速度で回転する。よって、第１の共平面反転歯車列ループ１０６では、ケージはトルク入力部材として作用し、円歯車１１６は、反応部材として作用し、ピニオンギヤ１１４は相互作用部材１４８の軸方向の位置により、回転方向を変更するトルク出力部材として作用する。
【００２４】
ここで、図１と図２を参照しながら、第２の共平面反転歯車列ループ１０８について説明する。図に示すように、第２の共平面反転歯車列ループ１０８は、ピニオンギヤ１１４の一部として同軸に形成されたピニオンギヤ２１４と、ピニオンギヤ２１４の周囲にピニオンギヤ２１４と同軸に配設された、内側に歯を設けた円歯車２１６と、ピニオンギヤ２１４と円歯車２１６に係合するクラスタギヤ部材とを備えている。クラスタギヤ部材は、リングギヤ２１８と、リングギヤ２１８をピニオンギヤ２１４及び円歯車２１６と共平面に配設するためのケージを備えている。リングギヤ２１８は、ピニオンギヤ２１４の歯付き外表面２２２に係合する歯付き内表面２２０と、円歯車２１６の歯付き内表面２２６に係合する歯付き外表面２２４を有する。
【００２５】
ケージは、第１の円板形ケージ部材２２８ａと、第１の円板形ケージ部材２２８ａと平行な第２の円板形ケージ部材２２８ｂと、円板形ケージ部材２２８ａ、２２８ｂの間を軸方向に延在する一対の中空三日月形部材２３０、２３２と、リングギヤ２１８を第１と第２のケージ部材２２８ａ、２２８ｂの間で回転させるためにリングギヤ２１８の対向する端面に設けた軸受け２３４ａ、２３４ｂを備えている。第１及び第２のケージ部材２２８ａ、２２８ｂは、入力軸１０２の軸を横切る方向に延在し、三日月形溝２３６ａ、２３８ａと、三日月形部材２３０、２３２の両端を受容するためにそれぞれその中に形成された三日月形溝２３６ｂ、２３８ｂを含む。第１と第２のケージ部材２２８ａ、２２８ｂ及び三日月形部材２３０、２３２は、共に溶接されており、単体として回転する。三日月形部材２３０は、ピニオンギヤ２１４の歯付き外表面２２２とリングギヤ２１８の歯付き内表面２２０の間に配設されており、一方、三日月形部材２３２は、円歯車２１６の歯付き内表面２２６とリングギヤ２１８の歯付き外表面２２４の間に配設されている。三日月形部材２３０、２３２は、入力軸１０２の軸から距離を置いて半径方向に変位しており、リングギヤ２１８に入力軸１０２の軸とは偏心の回転軸を提供する。
【００２６】
また、第２の共平面反転歯車列ループ１０８は、第１のケージ部材２２８ａに連結された新規なバイナリクラッチ１１２ｂを含む。図３には、バイナリクラッチ１１２ｂが示されており、第１のケージ部材２２８ａに固定されたクラッチハウジング２４０と、歯車箱１００のケーシング１４４に対して回転しないように固定した第１の円板形クラッチ部材２４２ａと、ピニオンギヤ１１４の外歯１２２にスプラインで固定した第２の円板形クラッチ部材２４２ｂと、第２の円板形クラッチ部材２４２ｂの外表面に隣接して設けられており、クラッチハウジング２４０に固定するためのタブを有する第３の円板形クラッチ部材２４２ｃと、第１と第２のクラッチ部材２４２ａ、２４２ｂの間に配設された円板形相互作用クラッチ部材２４８と、クラッチハウジング２４０と相互作用クラッチ部材２４８の間に配設された波形スプリング２５０とを備えている。
【００２７】
第１のクラッチ部材２４２ａの内面には、一組の同心Ｖ字溝２４４ａが形成されている。同様に、第３のクラッチ部材２４２ｃの内面には、一組の同心Ｖ字溝２４４ｃが形成されている。第２のクラッチ部材２４２ｂの内面には第１の組の同心Ｖ字溝２４６が形成されており、その外面には、第３のクラッチ部材２４２ｃ上に形成された同心Ｖ字溝２４４ｃと係合する第２の組の同心Ｖ字溝２４７が形成されている。相互作用クラッチ部材２４８は、クラッチハウジング２４０上に形成された同様の形状のタブ２５４と係合してクラッチハウジング２４０を相互作用部材２４８とともに回転させる複数の溝穴２５３を有する。また、相互作用部材２４８の一面には、第１のクラッチ部材２４２ａ上に形成された同じＶ字溝２４４ａと係合する第１の組の同心Ｖ字溝２４９が形成されており、その反対側の面には、第２のクラッチ部材２４２ｂ上に形成された同心Ｖ字溝２４６と係合する第２の組の同心Ｖ字溝２５１が形成されている。相互作用部材２４８の半径方向外側の縁は、波形スプリング２５０と協働して、相互作用部材２４８を、ケージを第１のクラッチ部材２４２ａに連結している第１の位置と、ケージを第２及び第３のクラッチ部材２４２ｂ、２４２ｃに連結する第２の位置との間で軸方向に変位するためのクラッチアクチュエータ２５２に連結されている。バイナリクラッチ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃは、それぞれＶ字溝を採用しているため、クラッチの摩擦表面積が増え、それによってクラッチパックに必要とされるプレートとディスクの数が減る。さらに、ディスクが従来のクラッチパックより積極的に分離するため、開放クラッチプレートの抵抗は除去されたも同然である。
【００２８】
運転中、アクチュエータ２５２を起動した状態では、相互作用部材２４８は、第１のクラッチ部材２４２ａに押圧され、それによってクラッチハウジング２４０とケージが回転しないようにケーシング１４４に固定される。ピニオンギヤ１４４が回転すると、ピニオンギヤ２１４とリングギヤ２１８が回転し、円歯車２１６を第１の速度比（後に説明する）で回転させる。しかし、アクチュエータ２５２が起動していない状態では、波形スプリング２５０が相互作用部材２４８を第２のクラッチ部材２４２ｂに押圧し、それによってクラッチハウジング２４０とケージをピニオンギヤ２１４に連結する。その結果、ピニオンギヤ１１４が回転すると、ピニオンギヤ２１４と、ケージと、リングギヤ２１８は単体として回転し、それによって円歯車２１６がピニオンギヤ２１４と同じ回転速度で回転する。従って、第２の共平面反転歯車列ループ１０８では、ピニオンギヤ２１４は、トルク入力部材として作用し、ケージは、反応部材として作用し、円歯車２１６は、相互作用部材２４８の軸方向の位置によって回転速度を変更するトルク出力部材として作用する。
【００２９】
第３の共平面反転歯車列ループ１１０は、第１と第２の共平面反転歯車列ループ１０６、１０８に実質的に類似している。ここで再び図１と２に戻る。第３の共平面反転歯車列ループ１１０を示しているが、外歯３２２、３２３を有するピニオンギヤ３１４と、ピニオンギヤ３１４の周りに配設され、出力軸１０４にスプラインで固定された内歯円歯車３１６と、ピニオンギヤ３１４と円歯車３１６を係合しているクラスタギヤ部材とを備えている。クラスタギヤ部材は、リングギヤ３１８と、リングギヤ３１８をピニオンギヤ３１４及び円歯車３１６と共平面に配設するケージとを備えている。リングギヤ３１８は、ピニオンギヤ３１４の歯付き外表面３２２と係合する歯付き内表面３２０と、円歯車３１６の歯付き内表面３２６に係合する歯付き外表面３２４を備えている。
【００３０】
第１の円板形ケージ部材３２８ａと、第１のケージ部材３２８ａに平行で円歯車２１６に連結された第２の円板形ケージ部材３２８ｂと、一対の中空三日月形部材３３０、３３２、及び軸受け２３４ａ、２３４ｂとを備えている。第１と第２のケージ部材２２８ａ、２２８ｂは、三日月形溝３３６ａ、３３８ａと、三日月形溝３３６ｂ、３３８ｂを有する。三日月形部材３２３０、３３２は、入力軸１０２の軸からある一定の距離だけ半径方向に変位しており、リングギヤ３１８に入力軸１０２の軸と偏心の回転軸を提供する。
【００３１】
また、第３の共平面反転歯車列ループ１１０は、ピニオンギヤ３１４に連結されたバイナリクラッチ１１２ｃを有する。図３には、バイナリクラッチ１１２ｃが示してあり、ピニオンギヤ３１４の外歯３２３にスプラインで固定したクラッチハウジング３４０と、第１と第３の円板形クラッチ部材３４２ａ、３４２ｃと、第１のケージ部材３２８ａにスプラインで固定した第２の円板形クラッチ部材３４２ｂと、第１と第２のクラッチ部材３４２ａ、３４２ｂの間に配設された円板形相互作用クラッチ部材３４８と、クラッチハウジング３４０と相互作用クラッチ部材３４との間に配設された波型スプリング３５０とを備えている。第１と第３のクラッチ部材３４２ａ、３４２ｃは、それぞれ同心Ｖ字溝３４４ａ、３４４ｃを有する。第２のクラッチ部材３４２ｂの対向する面上には同心のＶ字溝３４６、３４７が形成されている。同様に、相互作用クラッチ部材３４８の対向する面上には、同心のＶ字溝３４９、３５１が形成されている。また、相互作用クラッチ部材３４８は、クラッチハウジング３４０が相互作用部材３４８とともに回転するように、クラッチハウジング３４０上に形成された類似した形状のタブ３５４と係合する複数の溝穴３５３を有する。相互作用部材３４８の半径方向外側の縁は、波形スプリング３５０と協働して、相互作用部材３４８を、ピニオンギヤ３１４が第１のクラッチ部材３４２ａと係合する第１の位置と、ピニオンギヤ３１４が第２及び第３のクラッチ部材３４２ｂ、３４２ｃと連結される第２の位置との間で軸方向に変位させるためのクラッチアクチュエータ３５２に連結されている。
【００３２】
運転中、アクチュエータ３５２を起動した状態では、相互作用部材３４８は、第１のクラッチ部材３４２ａに押圧され、ピニオンギヤ３１４をケーシング１４４に回転しないように固定する。ケージとクラッチハウジング３４０が回転すると、リングギヤ３１８も回転し、円歯車３１６を第１の速度比（後に説明する）で回転させる。しかし、アクチュエータ３５２が起動していない場合、波形スプリング３５０は、相互作用部材３４８を第２のクラッチ部材３４２ｂに押圧してケージとクラッチハウジング３４０をピニオンギヤ３１４に係合させる。その結果、円歯車２１６が回転し、ピニオンギヤ３１４、ケージ及びリングギヤ３１８が単体として回転し、円歯車３１６と出力軸１０４を円歯車２１６と同じ回転速度で回転させる。従って、第３の共平面反転歯車列ループ１１０では、ケージはトルク入力部材として作用し、ピニオンギヤ３１４は、反応部材として作用し、円歯車３１６は、相互作用部材３４８の軸方向の位置によって、回転速度を変えるトルク出力部材として作用することがわかる。
【００３３】
バイナリクラッチ１１２は、すべて独立して操作可能であるため、共平面反転歯車列ループ１０６、１０８、１１０それぞれの速度比は、互いに独立して変更することができる。さらに、それぞれの共平面反転歯車列ループ１０６、１０８、１１０は、それぞれのバイナリクラッチ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃの状態によって速度比を１とすることも、１以外の速度比とすることも可能であり、また、第１の共平面反転歯車列ループ１０６の出力側（ピニオンギヤ１１４）が第２の共平面反転歯車列ループ１０８の入力側（ピニオンギヤ２１４）に連結されており、第２の共平面反転歯車列ループ１０８の出力側（円歯車２１６）が第２の共平面反転歯車列ループ１１０の入力側（ケージ）に連結されているため、可変比歯車箱１００は、８つのギヤ比のいずれでも可能である。共平面反転歯車列ループを追加することによって、追加した各段階に対して可能なギヤ比の数が２倍となる。従って、ｎが１を含む正の整数であり、共平面反転歯車列ループの数を表すとすると、ギヤ比が２nの歯車箱を構成することが可能である。製造又は組立てコストをあまり上げずにこのような多数のギヤ比を得ることができるということは、従来の歯車箱に比べて大きな進歩である。
【００３４】
図１に示す実施形態では、第１の共平面反転歯車列ループ１０６によって生成される１以外の速度比は、第２及び第３の共平面反転歯車列ループ１０８、１１０によって生成される１以外の速度比とは異なる。これは、各共平面反転歯車列ループの異なる要素にトルクを加えたり取除いたりした結果である。第１の共平面反転歯車列ループ１０６では、トルク入力部材１０６は、ケージであり、トルク出力部材は、ピニオンギヤ１１４であり、反応部材は円歯車部材１１６である。対照的に、第２の共平面反転歯車列ループ１０８では、トルク入力部材は、ピニオンギヤ２１４であり、トルク出力部材は、円歯車２１６であり、反応部材は、ケージである。第３の共平面反転歯車列ループ１１０では、トルク入力部材はケージであり、トルク出力部材は円歯車であり、反応部材はピニオンギヤである。よって、ピニオンギヤ、円歯車及びケージのいずれもトルク入力部材としても、またトルク出力部材としても作用することができるということがわかる。従って、各共平面反転歯車列ループは、どの要素がトルク入力部材として使用され、どの要素がトルク出力部材として使用されているかにより、６（３！）種類の運動学的次数のうちのいずれかに配列することができる。
【００３５】
ある可能な運動学的実用次数を、図４と、それに伴う図５ａの略図に示す。残りの５つの可能な運動学的実用次数は、図５ｂ〜５ｆに略図で示している。読者は、図５ａが第２の共平面反転歯車列１０８を表し、図５ｄが第３の共平面反転歯車列ループ１１０を表し、図５ｆが第１の共平面反転歯車列ループ１０６を表していることがわかろう。それぞれの運動学的実用次数における、１以外の速度比（相互作用部材が第１のクラッチ部材２４２ａに係合した状態で）は、次のとおりである。Ｋ１は、積（ａ／ｂ）（ｃ／ｄ）を表し、“ａ”は、ピニオンギヤ２１４の歯数であり、“ｂ”は、リングギヤ２１８の内表面２２０上の歯数であり、“ｃ”は、リングギヤ２１８の外表面２２４上の歯数であり、“ｄ”は、円歯車２１６上の歯数である時：
１）図５ａに示すように、ピニオンギヤ２１４を入力軸１０２に固定し、円歯車２１６を出力軸１０４に固定し、クラッチパックをケージ２１９に固定した場合、１次の比は：
Ｋ１
２）図５ｂに示すように、ピニオンギヤ２１４を入力軸１０２に固定し、円歯車２１６をクラッチパックに固定し、ケージ２１９を出力軸１０４に固定した場合、２次の比は：
−１／（（１／Ｋ１）−１）
３）図５ｃに示すように、円歯車２１６を入力軸１０２に固定し、ケージ２１９をクラッチパックに固定し、ピニオンギヤ２１４を出力軸１０４に固定した場合、３次の比は：
１／Ｋ１
４）図５ｄに示すように、円歯車２１６を入力軸１０２に固定し、ピニオンギヤ２１４をクラッチパックに固定し、ケージ２１９を出力軸１０４に固定した場合、４次の比は：
１／（１−Ｋ１）
５）図５ｅに示すように、ケージ２１９を入力軸１０２に固定し、ピニオンギヤ２１４をクラッチパックに固定し、円歯車２１６を出力軸１０４に固定した場合、５次の比は：
１−Ｋ１
６）図５ｆに示すように、ケージ２１９を入力軸１０２に固定し、円歯車２１６をクラッチパックに固定し、ピニオンギヤ２１４を出力軸１０４に固定した場合、６次の比は：
１−１／Ｋ１
それぞれの組合せにおける速度比は、相互作用部材を第２のクラッチ部材２４２ｂに係合させた場合は、１である。
【００３６】
共平面ループ歯車組立体の比ａ／ｂ及びｃ／ｄは、１未満であるため、次の法則が成り立つ。
１）１次の比は、常に１未満である。
２）２次の比は、常に１より大きく、常に負の数である。
３）３次の比は、常に１より大きい。
４）４次の比は、常に１より大きい。
５）５次の比は、常に１より小さい。
６）６次の比は、常に１より大きく、常に負の数である。
【００３７】
図１〜３は、本発明の第１の実施形態のある組合せを示す。図６ａは、図１〜３に使用したバイナリクラッチ１１２の代わりに新規なバンドクラッチを使用した出力増加８速トランスミッション４００を示す。トランスミッション４００は、回転入力軸４０２と、入力軸４０２と同軸の回転出力軸４０４と、入力軸４０２と出力軸４０４の間に連結されている第１、第２、第３の３次の共平面反転歯車列ループ４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃと、出力軸４０４の回転速度を変化させるために共平面反転歯車列４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃにそれぞれ連結したバンドクラッチ４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃから成るクラッチ４０８とを備えている。
【００３８】
それぞれの３次の共平面反転歯車列ループ４０６は、図６ｂ、６ｃ、７ｂに示しており、外歯ピニオンギヤ４１４と、ピニオンギヤ４１４の周りに同軸に配設された内歯円歯車４１６と、ピニオンギヤ４１４と円歯車４１６を係合するクラスタギヤ部材とを備えている。クラスタギヤ部材は、リングギヤ４１８と、リングギヤ４１８に入力軸３０２の回転軸に対して偏心の回転軸を提供するケージ４１９とを備えている。ケージ４１９は、第１のドラム形ケージ部材４２８ａと、第１のケージ部材４２８ａと平行な第２の円板形ケージ部材４２８ｂと、ケージ部材４２８ａ、４２８ｂの間を軸方向に延在する一対の三日月形部材４３０、４３２とを備えている。軸受け（図示せず）が、リングギヤ４１８の対向する端面上に設けられており、リングギヤ４１８を第１と第２のケージ部材４２８ａ、４２８ｂの間で回転させる。
【００３９】
第１と第２のケージ部材４２８ａ、４２８ｂは、入力軸４０２の軸に対して横方向に延在するとともに溝４３６ａ、４３８ａ、４３９ａのような三日月形溝と、三日月形部材４３０、４３２の端部を受容するためにそれぞれ形成された溝４３６ｂを有する。第１と第２のケージ部材４２８ａ、４２８ｂは共に溶接され、単体として回転する。三日月形部材４３０、４３２は、それぞれすべり金４３０ａ、４３２ａ及びローラ４３０ｂ、４３２ｂを含み、バンドクラッチ４０８が解放されると、ピニオンギヤ４１４、円歯車４１６、及びリングギヤ４１８の間の回転を選択的に阻止するための螺旋形一方向クラッチの部分を備えている。
【００４０】
図７ａに示すように、各バンドクラッチ４０８は、伝達ケーシング４４４に固定した円筒形固定子４６０と、固定子４６０の内部に位置する円筒形ロータ４６２と、ロータ４６２の内表面４６６とケージ部材４２８ａの外表面４６８との間に配設されたバンド部材４６４と、固定子４６０の対向する両端に固定された終端部材４７０ａ、４７０ｂとを備えている。バンド部材４６４は、一端４６４ａがロータ４６２の溝穴４６２ａに固定され、他端４６４ｂがエンドプレート４７０ａ、４７０ｂに形成された切欠き４７２ａ、４７０ｂを介して固定子４６０に固定されている。各バンドクラッチ４０８は、固定子４６０とロータ４６２の外表面４７４の間に油圧流体を噴射することによって独立して起動され、ロータ４６２を回転させてバンド部材４６４をケージ部材４２８ａの外表面４６８の周りに締め付ける。その間、ケージ４０６は、ケーシング４４４に回転しないように固定され、第１の速度比を提供する。バンド部材４６４が解放されると、ケージ４０６は、自由に回転する。しかし、それぞれの３次の比の共平面反転歯車列ループ４０６が速度増加ループであるため、三日月形部材４３０、４３２は、ピニオンギヤ４１４と、円歯車４１６とリングギヤ４１８の間の相対的回転を阻止し、第２の速度比１となる。
【００４１】
図８ａ、８ｂは、バイナリクラッチ１１２より必要とされる部品数が少ない新規なバイナリクラッチを使った出力低下８速トランスミッション５００を示す。トランスミッション５００は、回転入力軸５０２と、入力軸５０２と同軸の回転出力軸５０４と、入力軸５０２と出力軸５０４の間で連結された、第１と第２と第３の１次の比の共平面反転歯車列ループ５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、及びバイナリクラッチ５０８ａ、５０８ｂ、５０８ｃとして個々に示され、それぞれの共平面反転歯車列ループ５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃに連結されている、出力軸５０４の回転速度を変えるためのクラッチとを備えている。上記の様に、各クラッチ５０８ａ、５０８ｂ、５０８ｃは、独立して操作可能であり、第１、第２、及び第３の共平面反転歯車列ループ５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃの速度比を独立して変更する。
【００４２】
それぞれの１次の比の共平面反転歯車列ループ５０６は、外歯ピニオンギヤ５１４と、ピニオンギヤ５１４の周りに同軸に配設された内歯円歯車５１６と、リングギヤ５１８と、ピニオンギヤ５１４、円歯車５１６、及びリングギヤ５１８を包囲するドラム型ケージ５６０とを備えている。リングギヤ５１８は、その片側に形成されたレース５６２を含み、ケージ５６０は、入力軸５０２と偏心である同様のレース５６４を含む。軸受け５６６がレース５６２とレース５６４の間に設けられており、リングギヤ５１８が入力軸５０２に対して偏心の軸を中心としてケージ５６０内で回転する。ピニオンギヤ５１４には、前の段階の円歯車５１６と係合するように周囲に沿って配設されたスプラインを有する、横方向に延在するディスク型クラッチ部材５４２ｂが形成されている。
【００４３】
クラッチ５１２は、トランスミッションケーシング１４４に回転しないように固定された円板形クラッチ部材５４２ａと、上記の円板形クラッチ部材５４２ｂと、クラッチ部材５４２ａ、５４２ｂの間に配設された円板形相互作用クラッチ部材５４８と、相互クラッチ部材５４８とケージ５６０の半径方向最も外側の壁５７２から横方向内側に向かって延在するフランジ５７０との間に配設された波型スプリング５５０とを備えている。
【００４４】
クラッチ部材５４２ａ、５４２ｂには、その一面に、一組の同心Ｖ字溝５４４ａ、５４４ｂがそれぞれ形成されている。相互作用クラッチ部材５４８は、ケージ５６０上に形成された同様な形状のタブ５５４と係合し、エージ５６０を相互作用部材５４８とともに回転させる複数の溝穴（図示せず）を含む。また、相互作用部材５４８は、クラッチ部材５４２ａ上に形成された同心Ｖ字溝５４４ａと係合するようにその一面に形成された第１の組の同心Ｖ字溝５４９と、クラッチ部材５４２ｂ上に形成された同心Ｖ字溝５４４ｂと係合するように反対側の面に形成された第２の組の同心Ｖ字溝５５１を有する。相互作用部材５４８の半径方向外側縁部は、波形スプリング５５０とともに作用するクラッチアクチュエータ５５２に連結してあり、ケージ５６０をクラッチ部材５４２ａに連結する第１の位置とケージ５６０をクラッチ部材５４２ｂに連結する第２の位置との間で相互作用部材５４８を軸方向に変位させる。
【００４５】
バイナリクラッチ５１２の操作は、バイナリクラッチ１１２のそれと類似している。アクチュエータ５５２が起動しているときは、相互作用部材５４８がクラッチ部材５４２ａに押圧され、それによってケージ５６０をケーシング１４４に回転しないように固定する。アクチュエータ５５２が非活動状態の時、波形スプリング５５０が相互作用部材５４８をクラッチ部材５４２ｂに押圧してケージ５６０をピニオンギヤ５１４に連結する。
【００４６】
図９ａ、９ｂは、本発明の第２の実施形態を示しており、利用可能なギヤ比の数をさらに増やしたものである。共平面反転歯車列ループ６００は、図に示すように、ピニオンギヤ６１４と、ピニオンギヤ６１４の周りに同軸に配設された第１の内歯円歯車６１６ａと、ピニオンギヤ６１４の周りに同軸に配設された第２の内歯円歯車６１６ｂと、ピニオンギヤ６１４ａと円歯車６１６ａ、６１６ｂとを係合するクラスタギヤ部材とを備えている。クラスタギヤ部材は、Ｙ字型リングギヤ６１８と、リングギヤ６１８をピニオンギヤ６１４に偏心の軸を中心として回転させるためのケージ６１９とを備えている。リングギヤ６１８は、ピニオンギヤ６１４の歯付き外表面６２２と係合する歯付き内表面６２０と、円歯車６１６ａの歯付き内表面６２６ａと係合する第１の歯付き外表面６２４ａと、円歯車６１６ｂの歯付き内表面６２６ｂと係合する第２の歯付き外表面６２４ｂとを有する。
【００４７】
ケージ６１９は、第１の円板形ケージ部材６２８ａと、第１のケージ部材６２８ａに平行な第２の円板形ケージ部材６２８ｂと、円板形ケージ部材６２８ａ、６２８ｂの間を軸方向に延在する一対の三日月形部材６３０、６３２と、リングギヤ６１８の対向する端面に設けられ、リングギヤ６１８を第１と第２のケージ部材６２８ａ、６２８ｂの間で回転させるための軸受け６３４ａ、６３４ｂとを備えている。第１と第２のケージ部材６２８ａ、６２８ｂがピニオンギヤ６１４の軸を横切って延在するとともに三日月形溝穴６３６ａ、６３８ａと、それぞれその中に形成され、三日月形部材６３０、６３２の端部を受容する三日月形溝６３６ｂ、６３８ｂとを有している。第１と第２のケージ部材６２８ａ、６２８ｂと、三日月形部材６３０、６３２は、共に溶接されており、単体として回転する。
【００４８】
共平面反転歯車列ループ６００は、もちろんトルク入力部材と、トルク出力部材と、反応部材と、もう１つのトルク入力部材又はトルク出力部材として作用できる補助部材を有効に備えている。従って、共平面反転歯車列ループ６００は、２４（４！）の運動学的実用次数を提供可能である。４つの歯車すべてを同時に使用すると、さらに２４の運動学的実用次数が可能となり、合計で４８の運動学的実用次数が可能となる。
【００４９】
図１０ａ、１０ｂは、共平面反転歯車列６００と類似した共平面反転歯車列ループ７００を示しており、第１のピニオンギヤ７１４ａと第２のピニオンギヤ７１４ｂと、ピニオンギヤ７１４ａ、７１４ｂの周りにピニオンギヤ７１４ａ、７１４ｂと同軸に配設された内歯円歯車７１６と、ピニオンギヤ７１４ａ、７１４ｂと円歯車７１６を係合するクラスタギヤ部材とを備えている。クラスタギヤ部材は、逆Ｙ字型リングギヤ７１８と、リングギヤ７１８を、ピニオンギヤ７１４ａ、７１４ｂに対して偏心の軸を中心として回転させるための三日月形部材７３０、７３２を含むケージ７１９を備えている。リングギヤ７１８は、第１のピニオンギヤ７１４ａの第１の歯付き外表面７２２ａと係合する第１の歯付き内表面７２０ａと、第２のピニオンギヤ７１４ｂの第２の歯付き外表面７２２ｂと係合する第２の歯付き内表面７２０ｂと、円歯車７１６の歯付き内表面７２６と係合する歯付き外表面７２４とを有する。上記の様に、共平面反転歯車列ループ７００は、２４（４！）の運動学的実用次数を提供することができる。４つの歯車すべてを同時に使用すると、さらに２４の運動学的実用次数が可能となり、合計４８の運動学的実用次数が可能となる。
【００５０】
図１に基づいて説明したように、それぞれの共平面反転歯車列ループは、どの要素をトルク入力部材として使用するか、そしてどの要素をトルク出力部材として使用するかによって、６つの可能な運動学的実用次数のうちの一つに配列することができる。従って、２つの直列連結した共平面反転歯車列ループを採用した４速トランスミッションでは、合計３６の運動学的実用次数が可能となる。しかし、二つ以上の共平面反転歯車列ループを示したそれぞれの実施形態では、１つの共平面反転歯車列ループのトルク出力部材が後続の共平面反転歯車列ループのトルク入力部材に連結されているように示している。それ以上の運動学的実用次数は、図１１に示す構造のような代替構造を適用することによって可能となる。
【００５１】
図１１に略図で示した歯車組立体８００は、回転入力軸８０２と、入力軸８０２と同軸の回転出力軸８０４と、入力軸８０２と出力軸８０４に連結され、互いに連結した第１と第２の共平面反転歯車列ループ８０６、８０８とを含む４乗比段階である。第１の共平面反転歯車列ループ８０６は、入力軸８０２に連結した外歯ピニオンギヤ８１４ａと、出力軸８０４に連結した内歯円歯車８１６ａと、ピニオンギヤ８１４ａと円歯車８１６ａとを係合するクラスタギヤ部材とを備えている。クラスタギヤ部材は、リングギヤ８１８ａと、リングギヤ８１８ａに入力軸８０２の軸に対して偏心の回転軸を提供するケージ８１９ａとを備えている。第１の共平面反転歯車列ループ８０６は、入力軸に連結されているので、今後は“動力段階”と呼ぶこととする。
【００５２】
第２の共平面反転歯車列ループ８０８は、反応段階であり、第１のバイナリクラッチ８１２ａと連結した外歯ピニオンギヤ８１４ｂと、第１の共平面反転歯車列ループ８０６のケージ８１９ａに連結した内歯円歯車８１６ｂと、ピニオンギヤ８１４ｂと円歯車８１６ｂを係合するクラスタギヤ部材とを備えている。クラスタギヤ部材は、リングギヤ８１８ｂと、リングギヤ８１８ｂに入力軸８０２に対して偏心の回転軸を提供するケージ８１９ｂとを備えている。ケージ８１９ｂは、ケージ８１９ｂをケーシング８４４と連結した状態と、出力軸８０４と連結した状態との間で切り替えるための第２のバイナリクラッチ８１２ｂに連結されている。第１のバイナリクラッチ８１２ａは、第２のバイナリクラッチ８１２ｂとは別に作動し、ピニオンギヤ８１４ｂをケーシング８４４に連結した状態と、入力軸８０２に連結した状態との間で切り替える。第２の共平面反転歯車列ループ８０８が動力段階の反応部材と連結されているため、今後これを“反応段階”と呼ぶ。
【００５３】
共平面反転歯車列ループ８００の４つの速度比は、次の通りである。ピニオンギヤ８１４ａの歯数を“ａ”とし、リングギヤ８１８ａの内面上の歯数を“ｂ”とし、リングギヤ８１８ａの外面上の歯数を“ｃ”とし、環状部材８１６ａの歯数を“ｄ”として、動力段階の比Ｋ１を積（ａ／ｂ）（ｃ／ｄ）と表すとき、また、ピニオンギヤ８１４ｂの歯数を“ａ'”とし、リングギヤ８１８ｂの内表面の歯数を“ｂ'”とし、リングギヤ８１８ｂの外表面の歯数を“ｃ'”とし、環状部材８１６ｂの歯数を“ｄ'”として反応段階の比Ｋ２を積（ａ'／ｂ'）（ｃ'／ｄ'）と表すとき：
１）ピニオンギヤ８１４ｂとケージ８１９ｂが共にケーシング８４４に連結されているとき、円歯車８１６ｂとケージ８１９ａは固定しており、次のような１次の比の状態となる。
１次の比の状態＝１／Ｋ１
２）ピニオンギヤ８１４ｂが入力軸８０２に連結されており、ケージ８１９ｂがケーシング８４４に連結されていると、円歯車８１６ｂとケージ８１９ａは回転し、２次の比の状態となる。
２次の比の状態＝１＋［（１−１／Ｋ１）（１−Ｋ２）］
３）ピニオンギヤ８１４ｂがケーシング８４４に連結されており、ケージ８１９ｂが出力軸８０４に連結されていると、円歯車８１６ｂとケージ８１９ａは回転し、３次の比の状態となる。
３次の比の状態＝１／［（１−Ｋ１）（Ｋ２）］
４）ピニオンギヤ８１４ｂが入力軸８０２に連結されており、ケージ８１９ｂが出力軸８０４に連結されていると、歯車組立体８００のすべての構成要素が単体の連結器のように作用し、４次の比の状態である１となる。
【００５４】
図５の説明に従うと、各共平面反転歯車列ループは、６つの可能な運動学的実用次数のうちの１つの配列とすることができるため、歯車組立体８００は、３６の可能な運動学的実用次数のうちのたった一つでしかない。図１２．１：１から図１２．６：６は、総合４速構造８００の３６すべての運動学的次数の略配置図を表しており、次に示す表は各配列の１次、２次、及び３次の比を一覧している。各図と各表に付随する“Ｘ：Ｙ”の形式の識別子は、総合４速構造の運動学的次数を表しており、“Ｘ”は、動力段階の運動学的次数を表し、“Ｙ”は、反応段階の運動学的次数を表す。
【００５５】
【数１】
0004849716.tif 000002
【００５６】
【数２】
0004849716.tif 000003
【００５７】
【数３】
0004849716.tif 000004
【００５８】
いずれの場合も、両クラッチが付随する反応部材を入力軸８０２と出力軸８０４に連結しているときは、４次の比の状態は１である。
【００５９】
図１３は、反応段階の２つの反応部材が共に入力軸８０２、出力軸８０４、又はケーシング８４４に連結されていることを除いては、図１２に示した略配置図と類似した４乗比段階の１２種類の好ましい運動学的次数の略配置図である。次の表は、それぞれの好ましい配列に対する、１次の比、２次の比、及び３次の比を表している。各図及び表に附されている“Ｘ：Ｙ．Ｚ”の識別子は、総合４速構造の運動学的次数を表しており、“Ｘ”は、動力段階の運動学的次数を表しており、“Ｙ”は、反応段階の運動学的次数を表しており、“Ｚ”は、入力軸８０２（Ｉ）又は出力軸８０４（Ｏ）への連結を表している。
【００６０】
【数４】
0004849716.tif 000005
【００６１】
いずれの場合も両クラッチが付随する反応部材を入力軸８０２又は出力軸８０４へ連結しているときは、４次の比の状態は１である。
【００６２】
図１４は、図１２の４乗比段階と図１３の４乗比段階の特性を含む５乗比段階の１２種類の好ましい運動学的次数の略配置図であり、反応段階の反応部材の一つをケーシング８４４、入力軸８０２、及び出力軸８０４のいずれかに連結できる。次に示す表は、それぞれの好ましい配列における、１次の比、２次の比、及び３次の比を表したものである。各図及び表に付随する、“Ｘ：Ｙ”の形式の識別子は、総合５速構造の運動学的次数を表しており、“Ｘ”は、動力段階の運動学的次数を表し、“Ｙ”は、反応段階の運動学的次数を表す。
【００６３】
【数５】
0004849716.tif 000006
【００６４】
いずれの場合も、両クラッチが付随する反応部材を入力軸８０２又は出力軸８０４に連結しているときには５次の比の状態は、１となる。
【００６５】
このように、本発明の実施形態の説明において、最も高次の比の状態は、常に１である。図１５は、この規定がない二共平面反転歯車列ループ構造を表しており、逆方向及び２つの正方向の比の状態を提供することができる。図１５に示した共平面反転歯車列ループ構造９００は、回転入力軸９０２と、入力軸９０２と同軸の回転出力軸９０４と、入力軸９０２と出力軸９０４に連結してあるとともに互いに連結した第１と第２の共平面反転歯車列ループ９０６、９０８を備えている。第１の共平面歯車列ループ９０６は、入力軸９０２に連結したピニオンギヤ９１４ａと、ピニオンギヤ９１４ａの周りに配設された円歯車９１６ａと、出力軸９０４に連結したケージ９１９ａとを備えている。第２の共平面歯車列ループ９０８は、円歯車９１６ａに連結したピニオンギヤ９１４ｂと、ケーシング９１４に接地したケージ９１９ｂと、ケーシング９４４、入力軸９０２、又はケージ９１９ａのいずれかに連結するためにクラッチパックに固定した円歯車９１６ｂとを備えている。
第１と第２の共平面ループ９０６、９０８をそれぞれｋ１及びｋ２とすると、構造９００の出力／入力の比の状態は；
１）１−１／ｋ１、円歯車９１６ｂがケーシング９４４に連結されているときは、１次機構。
２）（１−１／ｋ１）＋（−１／（１／ｋ２）−１）円歯車９１６がケージ９１９ａに連結されたときは１次及び３次機構の合計。
３）１／（１＋（１／ｋ２）（１／ｋ１））円歯車９１６ｂが入力軸９０２に連結されたときは変化１次／６次機構。
【００６６】
図１６は、３つの正方向の比の状態か、２つの正方向及び１つの逆方向の比の状態を提供することができる二共平面反転歯車列ループ構造を表している。図１６に示す共平面歯車列ループ構造１０００は、回転入力軸１００２、回転出力軸１００４、及び入力軸１００２及び出力軸１００４に連結されていると共に互いに連結された第１と第２の共平面反転歯車列ループ１００６、１００８を備えている。第１の共平面歯車列ループ１００６は、ピニオンギヤ１０１４ａ、入力軸１００２に連結されたケージ１０１９ａ、及び出力軸１００４に連結した円歯車１０１６ａを備えている。第２の共平面歯車列ループ１００８は、ケージ１０１９ａに連結したケージ１０１９ｂ、バンドクラッチ１０６０を介してケーシング１０４４に連結した円歯車１０１６ｂ、及びピニオンギヤ１０１４ａ及びクラッチパックに連結してあり、ピニオンギヤ１０１４ａ、１０１４ｂをケーシング１０４４又は入力軸１００２のいずれかに連結するためのピニオンギヤ１０１４ｂを備えている。
【００６７】
共平面ループ１００６、１００８の比をそれぞれｋ１及びｋ２とすると、構造１０００の出力／入力比の状態は：
１）１−１／ｋ１、ピニオンギヤ１０１４がケーシング１０４４に連結されているときには１次機構。
２）１−（ｋ１／ｋ２）、バンドクラッチ１０６０が起動して円歯車１０１６ｂをケーシング１０４４に連結したときには、変化１次／３次機構。
３）ピニオンギヤ１０１４が入力軸１００２に連結されているときには、１。
比の状態１）は、正の数のみで、比の状態２）は、変数ｋ１及びｋ２の相対的値によって、正の数でも負の数でも可。ｋ１がｋ２より大きい場合は、比の状態２）は、負であり、ｋ１がｋ２より小さい場合は、比の状態２）は正である。
【００６８】
図１７では、本発明によるディファレンシャル１１００を示しており、左の車軸１１０２と、右アクスル１１０４と、左アクスル１１０２と右アクスル１１０４に連結した単一共平面反転歯車列ループ１１０とを備えている。共平面反転歯車列ループ１１０６は、左アクスル１１０２と一体式に形成された外歯ピニオンギヤ１１１４と、円歯車１１１６と一体式に形成されたタブ１１１６ａを介して動力入力源に連結した内歯円歯車１１１６と、ピニオンギヤ１１１４と円歯車１１１６を係合するクラスタギヤ部材とを備えている。クラスタギヤ部材は、リングギヤ１１１８と、リングギヤ１１１８にアクスル１１０２、１１０４に対して偏心の回転軸を提供するためのケージとを備えている。ケージは、右アクスル１１０４に固定された第１の円板形ケージ部材１１２８ａと、第１のケージ部材１２８ａと平行な第２の円板形ケージ部材１１２８ｂと、円板形ケージ部材１１２８ａ、１１２８ｂの間を軸方向に延在する一対の三日月形部材１１３０、１１３２とを備えている。
【００６９】
ディファレンシャル１１００を自動車に取付け、自動車が直線移動するとき、左及び右アクスル１１０２、１１０４は、同じ回転速度で移動し、ピニオンギヤ１１１４、円歯車１１１６及びケージが単体のカップリングとして回転する。しかし、自動車が方向転換すると、アクスル１１０２、１１０４は、他方より速い速度で回転せしめられると、速いほうの回転アクスルの増加した回転速度が他方のアクスルの回転速度を下げる。Ｋ１＝２の場合、アクスルの速度の増加又は低下が、他のアクスルの速度をそれに対応して低下又は増加させる。
【００７０】
図１８は、ディファレンシャル１１００に類似したディファレンシャルを示すが、動作制限ディファレンシャルである。動作制限ディファレンシャル１２００は、左アクスル１２０２と、右アクスル１２０４と、左アクスル１２０２及び右アクスル１２０４に連結されているとともに互いに連結された一対の第１及び第２の共平面反転歯車列ループ１２０６、１２０８とを備えている。第１の共平面反転歯車列ループ１２０６は、左アクスル１２０２を取囲む外歯ピニオンギヤ１２１４ａと、ピニオンギヤ１２１４ａと左アクスル１２０２の間に設けられているとともに左アクスル１２０２にスプラインで固定した第１の螺旋形一方向クラッチ１２６０と、ピニオンギヤ１２１４ａ及び左アクスル１２０２の間に設けられた第２の螺旋形一方向クラッチ１２６２と、内歯円歯車１２１６ａと、ピニオンギヤ１２１４ａと円歯車１２１６ａとを係合するリングギヤ１２１８ａと、タブ１２１９ａを介してディファレンシャルケーシングに固定されたケージ１２１９とを備えている。
【００７１】
第２の共平面反転歯車列ループ１２０８は、右アクスル１２０４上に形成されたピニオンギヤ１２１４ｂと、円歯車１２１６ａ及び電源に接続した円歯車１２１６ｂと、ピニオンギヤ１２１４ｂと円歯車１２１６ｂを係合するリングギヤ１２１８ａと、左アクスル１２０２と第２のクラッチ１２６２の間に設けられた延長部１２６２を有し、一方向レースとして作用するケージを備えている。
【００７２】
左と右のアクスル１２０２、１２０４が同様に回転すると、ピニオンギヤ１２１４ａは、組込まれた二段一方向クラッチ１２６０、１２６２の方向により、自由に回転する。しかし、自動車の方向転換運転中、又はディファレンシャルホイールがスリップしているときで、第１の共平面ループ１２０６の比の状態が１／ｋ１＝１．２０の場合、二本のアクスル１２０２、１２０４の回転速度の差は、一方向クラッチ１２６０、１２６２のいずれかがアクスル１２０２、１２０４に取付けたレース部材と一致せしめられたときに起こる連結によって２０％に制限される。
【００７３】
図１９ａ及び１９ｂを参照しながら、本発明の共平面歯車組立体の接触比を改善する方法について説明する。図１９ａは、ピッチ点で接触している共平面反転歯車列ループの円歯車１１６とリングギヤ１１８を示している。リングギヤ１１８は、中心Ａを有し、円歯車１１６は、中心Ｂを有する。外歯リングギヤ１１８は、３７本のインボリュートに形成された歯を有し、内歯円歯車１１６は、４５本のインボリュートに形成された歯を有し、よって、２５°の圧力角で合同弧は１３．７°となる。
【００７４】
接触比の一般的な式は：
Ｔｃ＝（１＋Ｔ）（Ａａ／３６０）
であり、Ｔｃは、歯の接触比であり、Ｔは、両歯車要素の歯数の半分であり、Ａａは、歯車の組の合同弧である。よって、図１９に示したインボリュート歯付き歯車の組の接触比は：
Ｔｃ＝（１＋４１）（１３．７／３６０）＝１．６０
に過ぎない。
歯車要素間の接触比を上げ、歯の支持面上にかかる接触応力を低減するため、出願人は、効率を下げずに、接触歯の間にすべり接触を生成する新規な歯末成形歯の側面を発明した。これらの新規な歯末成形歯は、最小限のすべり接触で当たって回転する従来のインボリュート形状の歯とは全く対照的である。
【００７５】
図２０は、本発明による歯末成形歯を形成する方法を示す。次の方法は、内／外歯車１１６、１１８を使って示しているが、この方法は、どのようなピニオンギヤや歯車の組合せに対しても適用可能であることは理解できよう。さらに、図２０に示す方法は、単一の合同弧を使用しているが、本発明による歯末成形歯は、歯車の組の歯先円の間の歯先円接触点からピッチ点までに延在するいかなる曲線をも使用して形成することができるということも、理解できよう。
【００７６】
図２０ａに示す方法により、歯末成形歯を形成するためには、合同弧を内／外歯車の組のピッチ点Ｂ'から内／外歯車の組の歯先円の交点Ｃまで延在するように構成されている。下の説明から明らかなように、合同弧Ｂ'Ｃは、各歯が初期の接触点（歯先円の交点）からピッチ点まで回転する間に、歯車の組の歯の接触点の半径方向最も外側の位置を形成する。
【００７７】
外歯歯車１１８の中心をＡとし、内歯歯車１１６の中心をＢとすると、外歯歯車１１８の曲線の半径はｒ＝０．７９４４であり、内歯歯車１１６の曲線の半径はＲ＝０．８７５９となり、三角形ＡＢＣの辺ａ、ｂ、ｃは、それぞれＲ、ｒ及びＲ−ｒ＝０．１６３０である。直径ピッチが２４．５７の場合は、歯車の組のピッチ円は、それぞれＲ＋１／２４．５７＝０．９１６６及びｒ‐１／２５．４７＝０．７５３７であり、合同弧Ｂ'Ｃの定義形状は、次のとおりである。
１．平面の三角形の辺と角度の間の関係から：
ｓ＝（ａ＋ｂ＋ｃ）／２＝（０．８７５９＋０．７９４４＋０．１６３０）／２＝０．９１６６
ｓｉｎＡ＝２／ｂｃ［ｓ（ｓ−ａ）（ｓ−ｂ）（ｓ−ｃ）1/2、
＝（２／（．８７５９*．１６３０９））［（．９１６６（．９１６６−．８５９）
（．９１６６−．７９４４）（．９１６６−．１６３０）］
＝０．９０６０８０
Ａ＝１１５．０３°、又は
角Ａ'＝１８０−１１５．０３＝６４．９°
２．コサインの法則から
辺ａ'＝［ｂ＾２＋ｃ＾２−２ｂｃ（ｃｏｓＡ'）］1/2＝０．８３２２
３．サインの法則から：
ｓｉｎＢ'＝ｂ（ｓｉｎＡ／ａ）＝０．８９４１８、及び
角度Ｂ'＝５９．８８°
４．正三角形の三角法から：
ｂ'＝（ａ'／２）／（ｓｉｎ（９０−Ｂ'）＝０．８２９３及び
角度Ａ"＝２（９０−Ｂ'）＝６０．２３°
半径ＢＢ'及びＡＢ'の合同弧Ｂ'Ｃとピッチ円がピッチ点Ｂ'で交差するため、円弧Ｂ'Ｃ上のすべての点がピッチ点Ｂ'まで回転するとき、合同弧の半径の歯車のピッチ円のそれぞれの半径に対する比によって、組になった歯車のそれぞれに重なった点も回転する。この関係は、次の式によって表される。
Ｒａ＝Ｒｃ（ｒｃ／ｒａ）
Ｒｐ＝Ｒｃ（ｒｃ／ｒｐ）
ここで、ＲａとＲｐは、円及びピニオンギヤ上の重なった点の回転を表し、Ｒｃは、弧Ｂ'Ｃ上の点の角度の変位であり、ｒｃ／ｒａ及びｒｃ／ｒｐは、合同弧の半径と円及びピニオンギヤのそれぞれのピッチ円に対する比である。
【００７８】
例えば、図２０ａの点１５を考えると、Ｒｃ＝Ａ"＝６０．２３°、ｒｃ＝ｂ'＝０．８２９３、ｒａ＝Ｒ＋１／２５．４７＝０．９１６６及び
ｒｐ＝ｒ−１／２５．４７＝０．７５３７の場合、
Ｒａ＝６０．２３（０．８２９３／０．９１６６）＝５４．４９°
Ｒｐ＝６０．２３（０．８２９３／０．７５３７）＝６６．２７°
【００７９】
点１５は、定義によると、歯車の各歯末側面に共通な合同の点であるため、円弧Ｂ'Ｃの点１５がピッチ点Ｂ'まで回転すると、円歯車１１６上の重なった点は、中心Ｂの周りを５４．４９°回転し、リングギヤ上の重なった点は、中心Ａの周りを６６．２７°回転する。これにより、円弧上の１５の点すべてがそれに従って回転すると、それらは、組になった歯車の歯の歯末側面となり、弧Ｂ'Ｃは、合同弧を効率よく生成する。完全に生成された歯末側面を図２０ｂにブレイクアウトで歯元側面とともに示している。歯元側面は、適合する歯の歯末側面を複製し、それを歯車の根元の円まで延長し適当なフィレットを付けることによって形成する。
【００８０】
合同弧が両歯車の歯先円の間を通過するため、歯車の歯は、歯末のみ接触するように形成されており、歯の一部が接触している間は内歯車の歯元と外歯車の歯末の間のみが合同となり、また、歯の残りの部分が接触している間は、内歯車の歯末と外歯車の歯元の間のみが合同となる図１９ｂの歯の側面とは異なる。その結果、歯末成形側面が合同な歯元側面を有しておらず、歯の動作を干渉しない延長した根元部のみを有しているため、アンダーカットにより、インボリュート形状の側面との歯の接触は減るが、ここで説明しているような歯末成形側面との接触は減らない。
【００８１】
合同角Ａ"を図２０ｃに示す。このような歯末成形側面を有する歯の接触比は：
Ｔｃ＝（１＋４１）（６０．２／３６０）＝７．０２
であり、上記のインボリュート形状の側面（ｄ）に対する計算と比較すると、（７．０２／１．６０）＝４３９％と、かなり接触比が増加している。従って、歯末成形歯車の歯の輪郭を組込むことによって、歯車の組の負荷支持許容量を、現在の技術的水準で利用可能なインボリュート型側面の歯の形状と比較して４倍以上まで増やすことができる。
【００８２】
図２０ｄのグラフでは、図２０ｃの歯車の組の歯末側面がピッチ点と一致して回転するときの、すべり接触の量を横座標に、そして回転角度を縦座標に表している。軌跡Ｐは、円及びピニオンギヤの形成された側面上の点０−１、１−２、２−３、３−４，．．．１４−１５の間の距離の合計を回転する際に測定することによって求める。例えば、合同点１４−１５の間を円及びピニオンギヤが回転する際のすべり距離の合計は、．０１非寸法長さ単位を僅かに超える程度である。平均すべり距離は、約．００５長さ単位に示してあり、すべりの総数を掛けるとその増分１６は、０．００５*１６＝０．０８０であり、歯先円の、直径ピッチが２４．５７、２／２４．５７＝０．０８１のピッチ円からの半径方向の変位とほぼ等しい。軌跡Ａの中間点は、ピニオンギヤの側面上のすべりの距離を測定したものであり、各側面上の相対的すべり距離を決定するのに使用することができる。すべり距離は等しく見えるが、約．０６％も変化し、これは、合同弧によって形成した歯末成形側面の特徴である。
【００８３】
図２０ｅは、形成された側面の点０−１、１−２、２−３、３−４，．．．１４−１５に沿った連続体の移動に従った、歯車の組の増分効率を表したグラフである。一時的効率のパーセンテージを横座標に示し、合同の歯車の回転を横座標に示し、次の等式から計算する。
効率＝作業損失／作業
作業＝Ｆ*Ｄ
損失＝Ｆ*（ｃｆｓ及び／又はｃｆｒ）*（ｓ及び／又はｒ）
Ｆ＝ピッチ点における力、Ｄ＝増分回転の長さ、ｃｆｓ及びｃｆｒは、すべりと、回転摩擦計数であり、ｓとｒは、回転とすべり距離である。歯の油のべとべとと、支持負荷による損失は、歯車の歯の側面の効率とは関係がないため考慮しない。
Ｄ＝４°／３６０°（２*０．８２９３*ｐｉ）＝０．０１１１（５．２１１）＝０．０５７９、Ｆ＝１、ｃｆｓ＝０．０５０及びｃｆｒ＝０．００３の場合、平均効率は：
作業＝１*．０５７９＝０．０５７９
損失＝１*０．０５０*．００５＝．０００２５
効率＝０．０５７９−．０００２５／０．０５７９＝９９．５６％
【００８４】
両作業が行われ、軌跡Ｐの斜面が一定であるため、歯の損失、すべり距離の関数は、図２０ｅのグラフのピッチ点０°、０で始まる斜面となり、そこでは効率は１００％であるが、歯末成形歯の側面の平均歯効率である中間点の算出した効率を通って降下する。
【００８５】
歯末成形歯の効率は、標準的インボリュート形状の歯の効率に匹敵する。図２１ａは、歯車の組のインボリュート上に形成された歯の側面上に位置する７つの番号付き点を表している。円及びピニオンギヤ両方の上の、０から７までの番号を付けた点０−１、１−２、２−３，．．．６−７の間の合同回転接触の長さを図２１ｂのグラフの横座標に示し、歯車の組の基本的円回転を縦座標に示す。すべり接触は、次の歯の効率計算では無視されるが、すべり摩擦係数は、回転係数の１０倍ともなり、インボリュート形状の歯の側面について連続体の損失を大いに引き起こすため、ほとんどの場合、損失にかなり貢献する。
【００８６】
Ｆ＝１、ｃｒｆ＝０．０１０、及びＤ＝１．９５°／３６０°（２*０．８２９３*ｐｉ）＝０．００５４４（５．２１１）＝０．０２８３７のとき、
インボリュート形状の歯の効率は、点ｘでは、
作業＝１*．０２８３７＝０．０２８３７
損失＝１*０．００８０*．０２１２＝．０００１７
効率＝０．０２８３７−．０００１７／０．０２８３７＝９９．４０％となる。
【００８７】
形成された側面上の７つの点すべてに対して反復すると、歯の側面接触効率は、図１１ｃに示すようになる。平均インボリュート側面効率は、点線で示した約９９．４２％となる。
【００８８】
図２２ａは、５組の歯車の歯末成形側面の接触弧を表しており、１００本の歯を有する内歯車と、９０、８０、７０、６０、５０本の歯を有する外歯車を備えている。図２２ｂは、５及び４．５のピッチ円直径と５、１０、及び２０の直径ピッチを有する３組の歯車の歯末成形側面の接触弧を表している。図２２ａの５組の歯車は、接触比が１５．０、１０．３、８．２、６．９、及び６．１であり、図２２ｂの３組の歯車は、接触比が６．２、１５．０、２０．５である。従って、他の歯の形状と同様に、歯の接触は、歯車の比が増加するに従って減少し、直径ピッチが増加するに従って増加するが、感度は下がるということが結論付けられる。図２２ａに示唆するように、比が．６５を下回る場合には、５〜８以上の接触比を有する共平面歯車の組は、ほとんどの場合、同じ面の幅を有する共平面歯車列ループが３又は４個のクラスタ単一反転歯車列ループと等しい歯のトルク連続体を支持できるようにすることによって、また、全体の長さが等しい共平面歯車列ループが３又は４個のクラスタ単一反転歯車列ループの２倍のトルク連続体を支持できるようにすることによって達成することができると結論付けるのが正当であろう。
【００８９】
図２３は、合同弧の中心が２つの歯車の中心の中間点から離れる方向に偏倚した時に生成された歯末の歯の輪郭である。線ｅ、ｆで示すように、偏倚率が５０％を超えると、リングギヤ１０８の歯末が短くなるとともに根元が長くなり、円歯車１０６の歯末が長くなるとともに歯元が短くなる傾向にある。線ｇ、ｈで示すように、偏倚率が５０％を下回ると、リングギヤの歯末が長くなるとともに歯元が短くなり、円歯車１０６の歯末が短くなるとともに歯元が長くなる傾向にある。
【００９０】
単一の弧を使って形成された歯末成形歯の１つの特徴は、合同弧に沿ったいくつかの点において、他の点より多くすべるという点である。図２４は、均等なすべりを呈する歯末成形歯を形成する方法を示しており、歯先円の交点で始まり、そのピッチ点で終了する軌道上のすべての点を、その歯先円と同心であるとともにその歯先円によって境界を定められた、等間隔の交差オフセット円弧によって表している。このような６つの点を図２４ｂの点線の中に示している。このような点を移動させて歯末成形側面を形成するのに使用する手順は、図２０ａに基づいた説明の中の点１５の移動で使用する手順と類似している。軌道上のすべての点が特定の半径を有しており、中心点ＡとＢを結ぶ線上に中心位置を有するため、図２４ｃの点線の中に示すように、それらは、すべての点が共通の中心を有する図２０ａの弧の上に位置する合同点とは異なる。生成される軌道を示すすべての点は、上で定義したような偏倚率を有する。
【００９１】
図２５は、図１２−２：５の４速組立体、図５ａ及び図５ｄの２速組立体が２体、及び図１７のディファレンシャル組立体の直列配置からなる前方１６速、後方８速の自動車用トランスミッションの略配置図である。
【００９２】
図２６は、手動の移動中変速選択機構を有する４速車椅子用トランスミッションの配置を示す。入力フランジ１がハンドホイールに取付けられており、９ａに取付けられたケーシング９は組立体のホイールハブ出力である。２つの共平面ループが設けられており、入力フランジ１に連結するとピニオンギヤ／クラスタ２'−３'を有する入力ループ構造の第１の比の状態をＸ1からＸ0に変更し、出力フランジ９ａに連結すると、ピニオンギヤ／クラスタ２−３を有する出力ループ構造の第１の比の状態をＸ-2からＸ0に変更する中心ウェブ４ａを有する共通の円歯車４−４'を共有する。図２６ａは、カム７の軸方向の移動によって比が［Ｘ-2］0から［Ｘ-2］1へ変更された時のボールラチェットの半径方向の変位を表しており、ボールがフランジ１の孔から突出して出力ピニオンギヤ２の歯のスプライン２ａと係合する。図２６ｂから２６ｅは、セクタ・ギヤ８とスピンドルの円形ラック端部のラチェット動作による、スピンドル６の４つの位置を表している。次の式は、オーバードライブ比と全範囲が１．３５２／０．５０８＝２．６６１のとき、車椅子用トランスミッションの４つの出力／入力比の状態を、次の組合せの各対の歯車の歯数の関数として記録する。
第１＝（２４／３７）（４７／６０）…＝０．５０８
第２＝（２４／３７）（３７／４７）（６０／５３）（４３／３６）＝０．６９０
第３＝１／１…・・＝１．００
第４＝（６０／５３）（４３／３６）…・＝１．３５２
【００９３】
図２７は、移動中シフト機能付き１６速増加自転車ハブトランスミッションの断面配置図である。図５ｄの第１の共平面ループは図５ｃの三つの類似したループと、前記第１のループのケージとは第２のループの円歯車の出力側が、そしてすべてのループの円歯車とは入力構成要素が直列に並んでいる。隣接するすべてのループのピニオン及び円歯車は、三つの最後のループ反応部材のケージ部材で連続体をホイールハブに伝達する。最初の３つのループの三日月形と最後のループのピニオンは、それぞれその反応部材が自由な状態のときに、ループが第２の比の状態である１で連結されて単体となるような方向を向いたラチェット型一方向クラッチ機構を備えている。しかし、回転式カムと各反応部材に付随する軸方向に可動な従動子の間の相互作用によって、反応部材がボールスプラインを半径方向に係合し、トランスミッションの非回転中心構造と連結されると、第１と第２の比の状態は、各ループがすべての積の組合せに組み合わされたときに自転車用トランスミッションに１６速を提供する。
【００９４】
図２８ａ〜２８ｆは、図２６に示した４速車椅子用トランスミッションで使用しているような、リングギヤの歯の数が異なった二段リングギヤ／円歯車の組の、歯末側面歯車の歯を形成する方法を示す。図２８ａは、図２６のトランスミッション２０００の共平面反転歯車列ループの断面図であり、第１のリングギヤ２０１８ａ、第２のリングギヤ２０１８ｂ及び円歯車２０１６を示す。まず、円歯車２０１６と第１のリングギヤ２０１８ａには、ここで説明したように、歯末成形歯が形成されている。図２８ｂは、トランスミッション２０００の端面図であり、円歯車２０１６と第１のリングギヤ２０１８ａを示しており、それぞれが６０本の内側歯末成形歯と４７本の外側歯末成形歯とを有している。
【００９５】
図２８ｃは、トランスミッション２０００の端面図であり、円歯車２０１６と第２のリングギヤ２０１８ｂとを示しており、第２のリングギヤ２０１８ｂは、外側に５３本の歯を有している。第２のリングギヤ２０１８ｂには、円歯車２０１６と第１のリングギヤ２０１８ａの歯を形成する際に使用する、図２８ｄに示した合同弧を使うことによってそれに対応する歯末成形歯が形成され、図２８ｅに示すような新規な合同弧を形成している。図２８に示すような合同弧を生成する１つの方法は、（１）ピッチ点から設定した距離に位置する円歯車２０１６の歯の側面の歯末上の点から延在し、その中心を円歯車２０１６の中心に有する第１の弧を形成する工程と、（２）ピッチ点から設定した距離に位置する円歯車２０１６の歯の側面の歯末上の点から反対側に向けて延在し、その中心をリングギヤ２０１８ｂの中心に有する第２の弧を形成する工程と、（３）第１の弧を第２の弧と交差させて合同点を形成する工程と、（４）第１と第２の弧の間を、ピッチ点から歯末接触点まで延在する合同弧を形成する工程と、（５）図２０ａを参照して説明したように、合同弧の半径を使って歯末接触点の極座標を計算する工程と、（６）工程（１）から（５）を円歯車２０１６の歯末側面上の点の数だけ繰り返してリングギヤ２０１８ｂの歯末側面の形状を形成するのに十分な数の極座標を求める工程とからなる。
【００９６】
上記の方法は、インボリュート歯車を含むすべての既製の歯車とすべり接触する歯末側面歯車の歯を開発するために、また、あらゆる配置の歯車及びピニオンに対しても使用することができるということは明白である。図２８ｆ（ｋ１）は、上記の方法を使って歯末側面歯車をもう１つのインボリュート歯車ではなく、１つのインボリュート歯車に適合させることによって、さらに５．７°の接触を確保できることを表している。図２８ｆ（ｋ２）は、歯車とピニオンで上記の方法を使うことによって、接触の角度が１５．５から２９．６まで増加しているところを示す。
【００９７】
ここに示す好ましい実施形態の説明は、説明を意図したものであり、本発明を限定するものではない。当業者は、本発明の精神と範囲にもとることなく、また、添付の請求の範囲に従って、追加、削除、及び／又は変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る可変比歯車組立体の軸方向断面図である。
【図２】図１に示した可変比歯車組立体の分解図である。
【図３】図１に示した可変比歯車組立体の分解図である。
【図４】本発明に係る共平面反転歯車列ループの運動学的実用次数を表した軸方向断面図である。
【図５ａ】共平面反転歯車列ループの運動学的実用次数の略図である。
【図５ｂ】共平面反転歯車列ループの運動学的実用次数の略図である。
【図５ｃ】共平面反転歯車列ループの運動学的実用次数の略図である。
【図５ｄ】共平面反転歯車列ループの運動学的実用次数の略図である。
【図５ｅ】共平面反転歯車列ループの運動学的実用次数の略図である。
【図５ｆ】共平面反転歯車列ループの運動学的実用次数の略図である。
【図６ａ】図１に示した可変比歯車組立体の、油圧バンドクラッチを採用した変形例の軸方向断面図である。
【図６ｂ】図６ａに示した歯車組立体において使用される共平面反転歯車列ループの断面図である。
【図６ｃ】図６ａに示した歯車組立体において使用される共平面反転歯車列ループの断面図である。
【図７ａ】図６ｂ、６ｃに示した共平面反転歯車列ループとともに使用するバンドクラッチの分解図である。
【図７ｂ】図６ｂ、６ｃに示した共平面反転歯車列ループの分解図である。
【図８ａ】図１に示した可変比歯車組立体の、新規なバイナリクラッチを使用したもう１つの変形例の軸方向断面図である。
【図８ｂ】図８ａに示した歯車組立体で使用する共平面反転歯車列ループの分解図である。
【図９ａ】共平面反転歯車列に複数の円歯車を使用した、本発明の第２の実施形態の軸方向断面図である。
【図９ｂ】図９ａに示した共平面反転歯車列ループの分解図である。
【図１０ａ】共平面反転歯車列ループに複数のピニオンギヤを使った、本発明の第２の実施形態の軸方向断面図である。
【図１０ｂ】図１０ａに示した共平面反転歯車列ループの分解図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態による、４乗比共平面反転歯車列ループのある運動学的実用次数を示した略図である。
【図１２】図１１に示した４乗比共平面反転歯車列ループの３６の運動学的実用次数を示した略図の一覧である。
【図１３】図１１に示した４乗比共平面反転歯車列ループのある変形例の、１２の運動学的実用次数を示した略図の一覧である。
【図１４】図１２及び図１３に示した４乗比の段階の特性を組込んだ、５乗比の共平面反転歯車列ループの、１２の運動学的実用次数を示した略図の一覧である。
【図１５】本発明に係る逆方向１正方向２の比率状態を提供することができる２共平面反転歯車列ループ構造の略図である。
【図１６】本発明に係る正方向３の比率状態又は逆方向１正方向２の比率状態を提供することができる２共平面反転歯車列ループの略図である。
【図１７ａ】本発明に係るディファレンシャルの軸方向断面図である。
【図１７ｂ】図１７ａに示したディファレンシャルの分解図である。
【図１８ａ】本発明に係る限定動作ディファレンシャルの軸方向断面図である。
【図１８ｂ】図１８ａに示した限定動作ディファレンシャルの分解図である。
【図１９ａ】従来のインボリュート形状の歯車を有する共平面反転歯車列ループの断面図である。
【図１９ｂ】従来のインボリュート形状の歯車を有する共平面反転歯車列ループの断面図である。
【図２０ａ】本発明に係る新規な歯末側面を有する歯を形成する１つの方法を示した図である。
【図２０ｂ】本発明に係る新規な歯末側面を有する歯を形成する１つの方法を示した図である。
【図２０ｃ】本発明に係る新規な歯末側面を有する歯を形成する１つの方法を示した図である。
【図２０ｄ】本発明に係る新規な歯末側面を有する歯を形成する１つの方法を示した図である。
【図２０ｅ】本発明に係る新規な歯末側面を有する歯を形成する１つの方法を示した図である。
【図２１ａ】インボリュート形状の歯の効率を示した図である。
【図２１ｂ】インボリュート形状の歯の効率を示した図である。
【図２１ｃ】インボリュート形状の歯の効率を示した図である。
【図２２ａ】異なるギヤの組に対する歯末成形側面の接触弧を示す図である。
【図２２ｂ】異なるギヤの組に対する歯末成形側面の接触弧を示す図である。
【図２３】合同弧が中心から偏倚した時の歯末成形歯を示した断面図である。
【図２４ａ】歯末側面歯車の歯を生成するもう１つの方法を示す図である。
【図２４ｂ】歯末側面歯車の歯を生成するもう１つの方法を示す図である。
【図２４ｃ】歯末側面歯車の歯を生成するもう１つの方法を示す図である。
【図２５ａ】手動変速選択付き４速車椅子用トランスミッションのレイアウトを示す図である。
【図２５ｂ】手動変速選択付き４速車椅子用トランスミッションのレイアウトを示す図である。
【図２５ｃ】手動変速選択付き４速車椅子用トランスミッションのレイアウトを示す図である。
【図２５ｄ】手動変速選択付き４速車椅子用トランスミッションのレイアウトを示す図である。
【図２５ｅ】手動変速選択付き４速車椅子用トランスミッションのレイアウトを示す図である。
【図２５ｆ】手動変速選択付き４速車椅子用トランスミッションのレイアウトを示す図解図である。
【図２６ａ】３速・３レンジの自転車用ホイールハブトランスミッションのレイアウトを示す図解図である。
【図２６ｂ】３速・３レンジの自転車用ホイールハブトランスミッションのレイアウトを示す図解図である。
【図２６ｃ】３速・３レンジの自転車用ホイールハブトランスミッションのレイアウトを示す図解図である。
【図２６ｄ】３速・３レンジの自転車用ホイールハブトランスミッションのレイアウトを示す図解図である。
【図２６ｅ】３速・３レンジの自転車用ホイールハブトランスミッションのレイアウトを示す図解図である。
【図２７ａ】移動中シフト機能を有する、１６速増加自転車用ホイールハブトランスミッションのレイアウトを示す図解図である。
【図２７ｂ】移動中シフト機能を有する、１６速増加自転車用ホイールハブトランスミッションのレイアウトを示す図解図である。
【図２７ｃ】移動中シフト機能を有する、１６速増加自転車用ホイールハブトランスミッションのレイアウトを示す図解図である。
【図２７ｄ】移動中シフト機能を有する、１６速増加自転車用ホイールハブトランスミッションのレイアウトを示す図解図である。
【図２７ｅ】移動中シフト機能を有する、１６速増加自転車用ホイールハブトランスミッションのレイアウトを示す図解図である。
【図２７ｆ】移動中シフト機能を有する、１６速増加自転車用ホイールハブトランスミッションのレイアウトを示す図解図である。
【図２８ａ】二段ピニオン／円歯車の組のための歯末側面歯車の歯を生成する方法を示す図解図である。
【図２８ｂ】二段ピニオン／円歯車の組のための歯末側面歯車の歯を生成する方法を示す図解図である。
【図２８ｃ】二段ピニオン／円歯車の組のための歯末側面歯車の歯を生成する方法を示す図解図である。
【図２８ｄ】二段ピニオン／円歯車の組のための歯末側面歯車の歯を生成する方法を示す図解図である。
【図２８ｅ】二段ピニオン／円歯車の組のための歯末側面歯車の歯を生成する方法を示す図解図である。
【図２８ｆ】二段ピニオン／円歯車の組のための歯末側面歯車の歯を生成する方法を示す図解図である。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ−ｂ】
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【図１０ａ−ｂ】
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【図１１】
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【図１２．１１】
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【図１２．１２】
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【図１２．１３】
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【図１２．１４】
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【図１２．１５】
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【図１２．１６】
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【図１２．２１】
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【図１２．２２】
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【図１２．２３】
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【図１２．２４】
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【図１２．２５】
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【図１２．２６】
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【図１２．３１】
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【図１２．３２】
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【図１２．３３】
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【図１２．３４】
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【図１２．３５】
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【図１２．３６】
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【図１２．４１】
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【図１２．４２】
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【図１２．４３】
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【図１２．４４】
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【図１２．４５】
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【図１２．４６】
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【図１２．５１】
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【図１２．５２】
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【図１２．５３】
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【図１２．５４】
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【図１２．５５】
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【図１２．５６】
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【図１２．６１】
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【図１２．６２】
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【図１２．６３】
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【図１２．６４】
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【図１２．６５】
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【図１２．６６】
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【図１３．２１】
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【図１３．２３】
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【図１３．２５】
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【図１３．４１】
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【図１３．４３】
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【図１３．４５】
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【図１３．５１】
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【図１３．５３】
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【図１３．５５】
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【図１３．６１】
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【図１３．６３】
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【図１３．６５】
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【図１４．２１】
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【図１４．２３】
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【図１４．２５】
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【図１４．５１】
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【図１４．５３】
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【図１４．５５】
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【図１４．４１】
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【図１４．４３】
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【図１４．４５】
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【図１４．６１】
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【図１４．６３】
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【図１４．６５】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１８ａ−ｂ】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図２０ａ−ｂ】
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【図２０ｃ】
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【図２０ｄ】
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【図２０ｅ】
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【図２１ａ】
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【図２１ｂ】
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【図２１ｃ】
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【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【図２３】
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【図２４ａ−ｃ】
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【図２５ａ】
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【図２５ｂ】
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【図２５ｃ】
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【図２５ｄ】
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【図２５ｅ】
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【図２５ｆ】
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【図２６ａ】
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【図２６ｂ】
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【図２６ｃ】
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【図２６ｄ】
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【図２６ｅ】
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【図２７ａ−ｄ】
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【図２７ｅ】
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【図２７ｆ】
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【図２８ａ】
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【図２８ｂ−ｅ】
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【図２８ｆ】
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