JP6120827B2 - プーリアセンブリおよび同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム - Google Patents

Description

本出願は、内容全体が参照により本明細書に組み込まれている、２０１１年４月２６日出願の「同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム（ＳＹＮＣＨＲＯＮＩＺＥＤ ＳＥＧＭＥＮＴＡＬＬＹ ＩＮＴＥＲＣＨＡＮＧＩＮＧ ＰＵＬＬＥＹ ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ）」という名称の米国仮特許出願第６１／４７９，０３２号の利益を主張する。本出願は、２００５年５月１９日出願の「同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム（ＳＹＮＣＨＲＯＮＩＺＥＤ ＳＥＧＭＥＮＴＡＬＬＹ ＩＮＴＥＲＣＨＡＮＧＩＮＧ ＰＵＬＬＥＹ ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ）」という名称のＰＣＴ国際出願公開第２００５／１１１４６３号に関連する。

本発明は、伝動システムに関し、特に、メカトロニクス可変速駆動装置に関する。

同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム（「ＳＳＩＰＴＳ」）は、内容全体が参照により本明細書に組み込まれている、優先日が２００５年５月１９日のＰＣＴ国際出願公開第２００５／１１１４６３号の主題である。

ＳＳＩＰＴＳの開発により、そのようなメカトロニクス可変速駆動システムの動作を強化できるいくつかの新規な追加の機能が明らかになってきた。

したがって、ＳＳＩＰＴＳ内で使用するための新規な改良および追加の機能が必要とされている。

一態様では、同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム内で、プーリセグメントセット内の１つのプーリセグメントとして作用し、無端部材の同時係合が可能になるような第２のプーリの歯との遠位関係を有するキープーリセグメントが提供され、キープーリセグメントは短くされたまたは完全に切り取られた１つまたは複数の歯を含み、これらの歯が、プーリセグメントセット内で最初または最後に無端部材に係合する。

別の態様によれば、同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム内でプーリセグメントセット内の１つのプーリセグメントとして作用し、無端部材の同時係合が可能になるような第２のプーリの歯との遠位関係を有するキープーリセグメントが提供され、キープーリセグメントは、延ばされたまたは張り出している歯機能を有する隣接するプーリセグメントを含み、セグメントの延びている部分は、キープーリセグメントの支持表面と摺動可能に噛合可能であるか、噛合可能ではない。

別の態様によれば、同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム内で１つまたは複数のキープーリセグメントの歯を短くし、または完全に切り取ることによって作られた、無端部材に対するキープーリセグメント上の支持表面が提供される。

別の態様によれば、１つまたは複数の摺動可能な可動構成要素上へ垂直方向に接続または構築されている互い違いに配置された複数のプーリセグメントを備え、内側および外側表面上に噛合機能およびガイドレールを有する一体型の積層体が提供され、一体型の積層体内のプーリセグメントのいずれかは、同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム内で無端部材に係合可能である。

別の態様によれば、１つまたは複数の摺動可能な可動構成要素上へ垂直方向に接続または構築されている互い違いに配置された複数のプーリセグメントを備える最も近い一体型の積層体の内側表面上の噛合機能と噛合するガイドレールを有する、同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム内のコアプーリが提供され、コアプーリのガイドレールはさらに、無端部材に係合することが可能な歯として機能してもよい。

別の態様によれば、筐体つまりハウジング、および一連のローラ、固定部材、または他のそのようなカム従動子に取り付けられ、または固定可能に取り付けられた、同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム内の一連の１つまたは複数のカムが提供され、各ローラにローラアームが取り付けられ、ローラおよびローラアームは、一体型のプーリセグメント積層体に摺動可能または回転可能に取り付けられており、積層体の個々のプーリセグメントを係合位置の内外へ動かすことができるように、各ローラを活動位置の内外へ動かしてカムとの係合を可能にすることによって、一体型のプーリセグメント積層体をともに動かすことが可能である。

別の態様によれば、ローラ、または固定部材もしくは他のそのようなカム従動子、およびそのローラアームの作動が提供され、ローラとカムの係合点に達する前に活動位置内へ、またローラとカムの係合点に達した後に活動位置外へ、同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム内のカム近傍で、またはカムの一部として、ローラの経路付近に位置する固定可能に取り付けられた電磁石のアレイによってともに動かす。

別の態様によれば、同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム内の複数のカムの構成が提供され、一連のローラ、または固定部材もしくは他のそのようなカム従動子による、対応する一連の取り付けられた一体型のプーリセグメント積層体との個別の順次係合が利用でき、１つの一体型のプーリセグメント積層体が、積層体内に収容されているプーリセグメントのいくつかの係合位置に対応する複数の位置へ動くことが可能である。

別の態様によれば、固定可能に取り付けられた電磁石のアレイが提供され、プーリセグメントもしくはプーリセグメント積層体自体、ローラ、カム従動子もしくは他の固定部材、またはいくつかの他のアクチュエータ機能であることができる所望のプーリセグメント機能の位置および運動に対する１つまたは複数の選択可能な電磁石の通電の同期によって、所望の機能がアレイ内の１つまたは複数の選択された電磁石の近くを通るとき、同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム内のプーリセグメントまたはプーリセグメント積層体上の機能を個別に作動できるように構成されている。

別の態様によれば、アレイ内の固定可能に取り付けられた電磁石の通電を順序付けるシステムが提供され、プーリセグメント機能は、プーリセグメントもしくはプーリセグメント積層体自体、ローラ、カム従動子もしくは他の固定部材、またはいくつかの他のアクチュエータ機能であってもよく、同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム内で、個々のプーリセグメントもしくはプーリセグメント積層体を個別に作動させることができる。

上記その他の機能、利点、および目的は、以下の明細書、特許請求の範囲、および添付の図面を参照することによって、当業者にはさらに理解および評価されるであろう。

ＳＳＩＰＴＳのコアプーリと、キープーリセグメントおよび隣接するプーリセグメントを含むプーリセグメントセットとの側面断面図である。 コアプーリと、キープーリセグメントおよび隣接するプーリセグメントを含むプーリセグメントセットと、歯付き無端部材との側面図であり、無端部材は、コアプーリの歯およびキープーリセグメントの歯に同時に係合し、その結果、無端部材の歯の一部がキープーリセグメントの切り取られた領域の支持表面上に位置することが示され、その結果、無端部材の曲げ半径が増大していることが示されている。 図２ａと同じコアプーリと、同じプーリセグメントセット（同じキープーリセグメントおよび隣接するプーリセグメントを含む）のいくつかのプーリセグメントと、同じ無端部材との拡大図であり、同じ遷移および作用が示されている。 無端部材を除いて、コアプーリ、キープーリセグメント、隣接するプーリセグメント、およびプーリセグメントの一部の拡大図であり、キープーリセグメントの切り取られた歯および支持表面、ならびに隣接するプーリセグメントの張り出している延びた領域を見ることが可能である。 一体型のプーリセグメント積層体の側面−正面の斜視図である。 一体型のプーリセグメント積層体の側面−背面の斜視図である。 一体型のプーリセグメント積層体内でプーリセグメントが互い違いに配置され、一体型のプーリセグメント積層体の一部がＳＳＩＰＴＳのシフト中に複数の位置同士の間を遷移中にある、プーリアセンブリの側面−正面の斜視図である。 下部のＳＳＩＰＴＳ内の一体型のプーリセグメント積層体のいくつかが複数の位置同士の間を遷移しているところが示されている、２つのＳＳＩＰＴＳシステムに係合する無端部材の上面図である。 無端部材が１つのプーリセグメントセットに係合できるように一体型のプーリセグメント積層体が現在位置合わせされている、プーリアセンブリの３面図である。 コアプーリ上で見られるガイドレールおよび噛合機能を示す図である。 カムチャネルを隠したカム、ならびに一体型のプーリセグメント積層体上に取り付けられたローラ、トリガアーム、トリガアームピボット、および電磁石の側面図である。 プーリアセンブリ、ローラ、ローラアーム、およびカムを伴うように構成された一体型のプーリセグメント積層体の斜視図である。

例示のみを目的として、実施形態について添付の図面を参照して次に説明する。

本発明は、ＳＳＩＰＴＳ、すなわち負荷比を変化させ、複数のプーリを伴うメカトロニクス可変速駆動装置の一部として、またはそれとともに動作し、チャネル内またはレール上で回転軸に沿って歯付きベルトまたはチェーン（「無端部材」）の経路の内外へ動く複数のセグメントに分割されている。本段落およびそれに続くいくつかの段落では、ＳＳＩＰＴＳの機能について、本発明が動作する状況で簡単に説明する。

ＳＳＩＰＴＳでは、歯付きで同心円状の複数の同軸プーリのセグメントが、チャネルまたはレールに沿って、無端部材の経路の内外へそのいずれかの側から軸方向に動くと、プーリセグメントの動きは同期およびタイミングシステムによって調整され、プーリセグメントの調整された動きによって、無端部材は、同心円状の複数のプーリの回転または動力伝達を妨げることなく、これらのプーリ間の係合を変化させることが可能である。これは、無端部材の歯に少なくとも１つの歯付きプーリが連続して係合できるようにすることによって実現され、場合によっては（無端部材がプーリ間の係合を変化させているとき）、遷移中、係合しているプーリと係合解除されているプーリとの両方が係合できるようにすることによって実現される。

連続係合は、特定のプーリセグメントを「キープーリセグメント」、すなわちより小さいプーリセグメントセットからの遷移に必要な最初のプーリセグメントおよびより小さいプーリセグメントセットへの遷移に必要な最後のプーリセグメントを指定することによって可能になる。キープーリセグメントは、１つまたは複数のより小さいプーリセグメントセットとの角度関係によって画定され、その結果、キープーリセグメントの円周方向の位置により、キープーリセグメントは、無端部材がより小さいプーリセグメントセットに係合したままの状態で、著しい干渉またはたるみを生じさせることなく、無端部材に係合することが可能になる。

ＳＳＩＰＴＳにおいて、各プーリセグメントが、システムシーケンサによって制御されて、システムアクチュエータによって、非係合位置から係合位置へ、また係合位置から非係合位置へ、軸方向に個々に動かされる。システムシーケンサは、係合解除されているプーリセグメントセット（「元のセット」）から係合しているプーリセグメントセット（「目的地セット」）への遷移中に無端部材が２つ以上のセットのプーリセグメントと係合した状態を維持するのに最適な順序およびタイミングで、適当なプーリセグメントが、係合位置から非係合位置へ、または非係合位置から係合位置へ、確実に動くようにする。

キープーリセグメントが係合位置へ動いた後、同じプーリセグメントセット内の後の各プーリセグメントは次に、「接触区間」（無端部材と元のセットとの間の角度的な接触領域）の外側を通って、係合位置へ動く。したがって、後のプーリセグメントは、無端部材と目的地セットとの係合を継続する。アクチュエータは、プーリセグメントが接触区間の外側に位置する期間中、係合位置と非係合位置との間でいずれかの方向への動きを完了するのに十分な速度で、個々の各プーリセグメントを動かす。

キープーリセグメントの強化された機能
プーリセグメントをキープーリセグメントとして設計する１つの方法は、第２のプーリ（またはプーリセグメントセット）に対して円周方向に位置合わせするまで、プーリセグメントセット全体（プーリとしてともに作用するプーリセグメントの輪）を回転軸の周りで回転させて、その結果、無端部材がキープーリセグメントの歯および第２のプーリの歯と同時に係合できるような第２のプーリの歯との遠位関係をキープーリセグメントが有するようにすることである。遠位関係は、無端部材の歯のピッチと、キープーリセグメントの歯に対してほぼ接線方向にある第２のプーリの歯の位置とに大いに関係する。

プーリセグメントをキープーリセグメントとして設計する別の方法は、プーリセグメントセット内で無端部材に最初に係合する歯またはプーリセグメントセット内で無端部材に最後に係合する歯を短くすることである。これにより、別のプーリまたはプーリセグメントセットに対してプーリセグメントセット全体を回転させることなく、プーリセグメントセット内のプーリセグメントをキープーリセグメントとすることが可能になり、それによって、１つのプーリセグメントセット内の複数のプーリセグメントをキープーリセグメントとすることが可能である。

図１を参照すると、キープーリセグメント１０３上の短くされた歯１０４を見ることができる。キープーリセグメント１０３上に短くされた歯１０４を設計したときに起こりうる１つの問題は、プーリとして作用するときにプーリセグメントセットの真円度に影響を与えうることである。形状の変化を軽減するために、歯の輪郭の内側部分（セグメントの歯と歯の間に位置する「谷」）がキープーリセグメント１０３の方へ延びるように、キープーリセグメント１０３に隣接するプーリセグメント１０５を延ばしてもよい。したがって延ばされた隣接するプーリセグメント１０５は、キープーリセグメント１０３の方へ延びて、キープーリセグメント１０３の短くされた歯１０４と隣接するプーリセグメント１０５との間に谷１０６を作り、それによって、キープーリセグメントと隣接するプーリセグメントとがどちらも無端部材に係合できる位置にあるとき、キープーリセグメントと隣接するプーリセグメントとの間の空間の方へ突出する無端部材の歯を支持する。こうして隣接するプーリセグメントを延ばすことで、プーリセグメントセットは確実に丸くなり、その結果、無端部材はすべてのプーリセグメントと平滑に協働して振動および非効率を防止する。

これらの２つの設計機能、すなわちキープーリセグメント１０３上の短くされた歯１０４と、隣接するプーリセグメント１０５を延ばしてキープーリセグメント１０３の短くされた歯１０４とともに谷１０６を作ることとの両方を組み合わせることで、多くのプーリセグメント４８をキープーリセグメントとして設計することが可能になり、その結果、動作している機能間の望ましくない干渉および無端部材内の望ましくないたるみを生じることなく、より大きいプーリセグメントセットからより小さいプーリもしくはプーリセグメントセットへ、またはより小さいプーリもしくはプーリセグメントセットからより大きいプーリセグメントセットへ、無端部材を遷移させることができる。無端部材がプーリセグメントセットに係合するときのプーリセグメントセットの真円度を維持できるため、プーリセグメントセットから無端部材を介して、協働しているプーリまたは協働している第２のプーリセグメントセット（第２のＳＳＩＰＴＳの例）への動力の伝動を高速で行うことができる。

さらに、完全に切り取られた歯で、キープーリセグメント上に無端部材に対する支持表面を作るように設計してもよい。図２ａ〜図２ｃを次に参照すると、延ばされた隣接するプーリセグメント１０５が示されており、プーリセグメント歯１０４が切り取られ、その場所に、無端部材４７が急角度で曲がるのを防止する支持表面１５９が作られている。支持表面１５９は湾曲しており、当業者によって画定される任意の半径を有する。

遷移中の２つのプーリセグメントセット（元のセットおよび目的地セットを含む）間の円周方向の関係を変化させることなく、プーリセグメントの歯にかかる無端部材の歯の張力を変化させるために、または望ましくない干渉もしくはたるみを除去するために、支持表面の半径を変えてもよい。

キープーリセグメントの機能の別の独特な機能は、隣接するプーリセグメントの延ばされたまたは張り出している歯機能である。スプロケットに隣接しているプーリセグメントは、キープーリセグメントの支持表面と摺動可能に噛合し、それによってキープーリセグメントからの径方向の支持を受ける延長部分を有してもよい。隣接するプーリセグメントの張り出している歯は、前述のキープーリセグメント上の短くされた、または完全に切り取られた「欠けている」歯に取って代わり、その際、プーリセグメントセットのセグメントがすべて係合位置にある間、欠けている歯がないように、プーリセグメントセットを完成させる。

張り出しているセグメント歯と支持表面との幾何学的な関係により、キープーリセグメントの機能を最適化することができる。キープーリセグメントの支持表面および張り出している歯は、無端部材が係合できる丸い、または部分的に円筒形の表面を有してもよい。無端部材のねじれまたは位置合わせ不良が生じた場合に、キープーリセグメントの支持表面および張り出している歯の支持表面が動きを取れなくなったり、または束縛されたりしないように、一方または両方の支持表面は、互いを束縛しないように接触点を分離する機能を有してもよい。そのような機能は、当業者によって設計することができ、他の機能の中でも、設計された突起、こぶ、もしくはレール、またはこれらの複数もしくは組合せを含んでもよい。

代替プーリセグメント積層体の構成および実装
プーリセグメント積層体内の複数のプーリセグメントは、ともに動くように設計してもよい。この場合、異なるプーリセグメントセットからの互いに近いプーリセグメントは、１つの物体として作動できる１つの積層体（「一体型の積層体」）として融合、接合、接続、または構築されてもよい。図３〜図７は、一体型の積層体の構成および動作の様々な図を示す。

一体型の積層体内のプーリセグメントは、一体型の積層体がプーリアセンブリの回転軸に沿って動かされるときにプーリセグメントのうちのいずれか１つが係合位置にくるように、互い違いに配置されてもよい。図３ａおよび図３ｂは、互い違いに配置されたプーリセグメント積層体の２つの等角図を示している。垂直方向に近い、異なるプーリセグメントセットからのプーリセグメント４８は、一体型の積層体１５０としてともに接続または構築されている。一体型の積層体１５０が所望のプーリセグメント４８を係合位置内へ動かしたとき、プーリセグメントの歯５２は無端部材の歯に係合するために利用可能なままである。プーリセグメントが係合位置内へ動くと、積層体全体が動き、したがって積層体内で以前に係合位置にあったプーリセグメントも同時に係合位置の外へ動かなければならない。この実施形態では、セグメントのうちの１つが係合するように１つの一体型の積層体を動かすことは、以前に係合していたセグメントが係合解除するように別の積層体を動かすことを必然的に意味しなければならない。

一体型の積層体は、「下方」つまり半径方向に「内側」の表面上、プーリアセンブリの回転軸に最も近い表面上、あるいは回転軸の方を向いている最も小さいプーリセグメントセットのプーリセグメントの「下方」つまり半径方向に「内側」の側面上に、１組のガイドレールを特徴として有してもよい。一体型の積層体はまた、「上方」つまり半径方向に「外側」の表面上、回転軸から最も遠い表面上、あるいは回転軸から離れる方向を向いている、最も大きいプーリセグメントセットのプーリセグメントの「上方」つまり半径方向に「外側」の側面上に、１組のガイドレールを特徴として有してもよい。

プーリアセンブリは、内側のガイドレールを受け取る噛合機能を有してもよく、また外側のガイドレールを受け取る別の１組の噛合機能を有してもよく、それによって、プーリアセンブリに対して一体型の積層体を保持しながら、レールの組上でプーリアセンブリの回転軸に対して平行に一体型の積層体の動きを可能にし、したがって一体型の積層体内のプーリセグメントがそれぞれの係合位置の内外へ動くことができるようにしてもよい。プーリアセンブリの一体型の積層体上のガイドレールおよび噛合機能により、プーリセグメントの横方向つまり側面の小平面上のチャネルまたはレールの必要をなくしてもよく、最も小さいプーリセグメントセットが「第１の歯車」になるこの実施形態の場合のように、プーリアセンブリの最も外側の面上の外側のガイドレールにより、コアプーリの必要および機能をなくしてもよい。図３ａおよび図３ｂは、外側の噛合機能１５１および内側の噛合機能１５２を示す。この実施形態により、他の実施形態における２重の回転式のコンベア（ｄｕａｌ ｃａｒｏｕｓｅｌ）の位置合わせとは対照的に、プーリセグメントをしっかりと収納すること、すなわち単一の回転式のコンベア（ｓｉｎｇｌｅ ｃａｒｏｕｓｅｌ）内の無端部材の１つの単一の側面上に集合させることを可能にしてもよい。

図４は、互い違いに配置された一体型のプーリセグメント積層体がシフトしているときのプーリアセンブリの等角図を示す。プーリセグメント４８は、互い違いに配置された複数の一体型の積層体１５０としては位置され、外側の噛合機能１５１および内側の噛合機能１５２は、ガイドレール１５３とともにコアプーリ１５４上に取り付けられ、コアプーリ１５４自体は、プーリアセンブリ内の軸３２上に取り付けられている。

図５は、互い違いに配置された一体型のプーリセグメント積層体がシフトしているときのプーリアセンブリの側面図を示す。図５は、どちらも軸３２上に取り付けられた、駆動しているプーリアセンブリ１５５ｂおよび駆動されているプーリアセンブリ１５５ａを表す。互い違いに配置された一体型のプーリセグメント積層体１５０を、個々の一体型の積層体１５０ａ〜１５０ｊとしてさらに指定してもよい（一体型の積層体１５０ｄ〜１５０ｇは図から隠されており、示されていない）。一体型の積層体１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅ、１５０ｆ、１５０ｇ、１５０ｈ、１５０ｉ、および１５０ｊ内の２番目に小さいプーリセグメント４８は、無端部材４７との係合位置にあるのに対して、一体型の積層体１５０ａ内の３番目に小さいプーリセグメントは係合位置内へ動いたばかりであり、一体型の積層体１５０ｂの３番目に小さいプーリセグメントは作動されて係合位置内へ動いているところである。この例では、一体型の積層体１５０ａの３番目に小さいプーリセグメントはキープーリセグメントであり、したがってそのセットで最初に無端部材４７に係合する。

図６は、互い違いに配置されたプーリセグメント積層体が「第２の歯車」に係合している状態のプーリアセンブリの３つの図を示す。

キープーリセグメントは、すべて１つの一体型の積層体内に位置してもしなくてもよく、一体型の積層体内の任意の数のプーリセグメントをキープーリセグメントにしてもよい。一体型の積層体は、キープーリセグメントをまったく収容しなくてもよい。

コアプーリは、無端部材の歯に係合できる歯を有してもよく、その結果、コアプーリ上の歯もまた、近くの一体型の積層体の内側のガイドレールと噛合するコアハブのレールとして作用してもよい。図７は、コアプーリ１５４上に見ることができるガイドレール１５３および噛合機能１５３を示す。

一体型の積層体内の各プーリセグメントが係合位置へ動くように、ＳＳＩＰＴＳシステムアクチュエータは、単独で、またはＳＳＩＰＴＳシステムシーケンサとともに、インデキシングシステム（ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）、歯止めシステム、または他のシステムを利用して、無端部材の経路に対する位置の内外へ一体型の積層体を軸方向に動かしてもよい。

各プーリセグメントセットからのプーリセグメントを収容する積層体のプーリセグメントを１つまたは複数の一体型の積層体として垂直方向に分離してもよい。たとえば、８つの個々のプーリセグメントを１つの一体型の積層体として垂直方向にグループ化することがレールシステムまたは他のシステムにとって困難な場合、それぞれ垂直方向に近い４つのセグメントを有する２つのサブ積層体に分離することが望ましいことがある。この例では、８つのプーリセグメントセットを用いるＳＳＩＰＴＳにおいて、最も小さい４つのプーリセグメントセットから出るプーリセグメントは、１つのアクチュエータ機構によって動作される１つの一体型の積層体としてともに構築されてもよいのに対して、最も大きい４つのプーリセグメントセットから出るプーリセグメントは、第２のアクチュエータ機構によって動作される第２の一体型の積層体内にともに構築されてもよい。

一体型の積層体を利用する実施形態の主な利点は、アクチュエータの数が低減することであるが、強度、重量、寸法、および動作性の特性は、当業者が評価してもよい。

ローラおよびカムを伴う設計
個々のプーリセグメントから構成される一体型のプーリセグメント積層体は、積層体内に収容されている任意のプーリセグメントを係合位置の内外へ動かすように、カムまたはローラカムシステムを用いて動かしてもよい（「積層体の軸方向運動」）。この構成では、それぞれの一体型のプーリセグメント積層体は、ローラアームまたは他の支持部材を用いて積層体に摺動可能または回転可能に取り付けられたローラを有する。ローラはまた、固定部材または他のそのようなカム従動子としてもよく、潤滑処理され、または強度、摩耗、および摩擦特性に関して当業者によって選択された材料から作られるが、以下「ローラ」と呼ぶ。

ＳＳＩＰＴＳの機能には１つまたは複数のカムが組み込まれており、これらのカムは、筐体つまりハウジングに取り付けられ、または固定可能に取り付けられており、無端部材がプーリセグメントに係合できない区間（ＳＳＩＰＴＳの「接触区間」の外側の領域であり、「非接触区間」とも呼んでもよい）内に位置する。非接触区間内では、カムがローラに係合してもよく、また係合を通じて一体型のプーリセグメント積層体を動かしてもよく、その結果、積層体の個々のプーリセグメントを係合位置の内外へ動かしてもよい。

カムを軸方向もしくは線形のアレイとして取り付けてもよく、または位置交換可能な１つもしくは複数のカムを特徴として有してもよい。１つまたは複数のカムを可動式に取り付けて、いくつかの積層体の軸方向運動に対応することを可能にしてもよい。

ローラは、カムの１つに係合できる位置（「ローラ活動位置」）の内外へ、積層体に対して動かされてもよい。ローラは、ローラ活動位置と非活動位置との間でローラを案内するローラアームまたは他の可動の支持部材上に取り付けられてもよい。以下、支持部材を「ローラアーム」と呼ぶものとする。ローラおよびローラアームの質量は、当業者によって優先的と見なされる場合、ローラの位置で求心力が正、負、または中立の方向に作用するように、回転軸または摺動軸に関して均衡させてもよい。

図８を次に参照すると、一連の一体型のプーリセグメント積層体１５０が、カム１５６ならびに一連のローラ１５７およびローラアーム１５８とともに示されており、ローラアーム１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃ、１５８ｄ、および１５８ｅがローラ活動位置にあり、ローラアーム１５８ｆ、１５８ｇ、および１５８ｈがローラ非活動位置にある。

積層体のプーリセグメントがＳＳＩＰＴＳの「接触区間」内に位置するときは、ローラをローラ活動位置へ動かしてもよく、その結果、積層体の軸方向運動が始まる。次いで、積層体は回転して「非接触区間」に入り、ローラはカムに係合し、したがってカムはローラおよび積層体を軸方向に動かし、その結果、積層体のプーリセグメントのうちの１つが、係合位置から非係合位置のうちの１つへ動き、同じ運動によって、積層体内の第２のプーリセグメントが非係合位置のうちの１つから係合位置へ動く。

カム面の設計
ローラ活動位置（「カム係合位置」）でローラと係合するカムの表面は、積層体の軸方向運動に伴う全体的な力および応力を最小にし、一体型のプーリセグメント積層体の運動および位置決めの安定性および信頼性を改善するように、当業者によって最適化された曲面としてもよい。各カムは、積層体の軸方向運動で動かされるプーリセグメントに固有である、全体的なプーリ速度ならびに他の物理的特性および動作特性に対して最適化された特有の曲面を有してもよい。

カムは、ローラが進むチャネルを有してもよく、その結果、チャネルの１つの面は主に、動作の初めではローラの回転面を押して積層体を目的の方へ動かし、チャネルの第２の反対側の面は主に、ローラが目的に到達すると押し返し、ローラを減速させて停止させる。カムの第３の面は、軸に向かって内側（チャネルの内側表面つまり「底部」）を向いていてもよく、軸と概ね同軸であり、ローラをチャネルの第１の面と第２の面との間で直接維持する働きをしてもよい。ローラを再び非活動位置へ動かすために、第３の面のうち、積層体の軸方向運動による動きの終わったローラの方を向いている部分は、ローラに係合してローラの外面を押し、それによってローラを回転軸の方へ、または他の形で動かす。磁石、求心力、戻り止め、または他の機構を使用して、他の形で作動されるまでローラを非活動位置で維持してもよい。

ローラの作動
ローラおよびそのローラアームは、シーケンサによって電気的または機械的に制御される機構によって作動させてもよい。ローラは、ソレノイドによって、または油圧、空気圧、磁気、もしくは他のそのような機械的手段によって、機械的に作動させてもよい。軸を介して電気的または機械的な力を回転しているプーリアセンブリに伝導する必要なく、活動位置へ動くようにローラを作動させる１つの方法として、電磁石を使用してもよい。電磁石は、ローラの経路付近で筐体にアレイとして固定可能に取り付けてもよく（「電磁石アレイ」）、その結果、所望のローラを活性位置または非活動位置に作動させてもよい。そのような場合、ローラ、ローラアーム、またはこれらの１つもしくは複数の部品は、それぞれ鉄、磁石、もしくはワイアコイルに見られるような強磁性、磁性、もしくは誘導磁性の特性、またはこれらの組合せの特性を有してもよい。電磁石アレイは、いくつかの電磁石を備えてもよく、各電磁石は、シーケンサによって個々に制御可能であり、カムに近接して、またはカムの一部として、ローラの経路付近で円形に配列され、その結果、ローラは、各電磁石の下を通ってもよく、それによって各電磁石は、必要に応じてローラに力を作用させてもよい。

ローラによる複数のカムの係合
ローラは、いくつかの積層体の軸方向運動を完了させるために利用可能になるように、複数のカムと個別に係合することが可能であり（ローラは一度に１つのカムとしか係合しないにもかかわらず）、それによって積層体は、積層体内に収容されているプーリセグメントのいくつかの係合位置に対応する複数の位置内へ動くことが可能になる。図９を次に参照すると、一連のカム１５６、一連のローラ１５７、および一連のローラアーム１５８を有する一連の一体型のプーリセグメント積層体１５０が示されている。ローラ１５７ａ（一体型の積層体１５０ａに対応する）はローラ活動位置にあり、ローラはカム１５６ａとの係合をほぼ完了させている。ローラ１５７ｂおよびローラ１５７ｃ（対応する一体型の積層体１５０ｂおよび１５０ｃを有する）はローラ活動位置にあり、カム１５６ａに係合している状態が示されている。ローラ１５７ｄはローラ活動位置に示されており、カム１５６ａに係合するところである。この図では、いくつかのローラがカム１５６ａに係合しているところを見ることができ、カム１５６ａによって、一体型の積層体１５０を、２番目に小さいプーリセグメントが係合位置にある位置から、一体型の積層体の最も小さいプーリセグメントが係合位置にある位置へ動かす。その際、ＳＳＩＰＴＳは、２番目に小さいプーリセグメントセット（「第２の歯車」）から最も小さいプーリセグメントセット（「第１の歯車」）への遷移を実現する。ローラ１５７がカム１５６との係合を完了させた後（図示の例では、たとえばローラ１５７ａがカム１５６ｃとの係合を完了させた後）、ローラ１５７は、別のカム１５６（図示の例では、カム１５６ｂなど、取り付けられているカムの範囲の終端まで）に係合するように利用可能としてもよい。処理は、取り付けられているカムの範囲内で、複数の遷移を通じて、より小さいプーリセグメントセットからより大きいプーリセグメントセットへも、より大きいプーリセグメントセットからより小さいプーリセグメントセットへも継続してもよい。

いくつかの電磁石アレイは、ローラの複数の経路を容易にするように実施してもよく、その結果、ローラが複数のカムに係合してもよく、ローラのそれぞれの経路は、それぞれのカム係合位置の経路に対応する。

固定可能に取り付けられたアクチュエータ構成要素による個々の選択可能なプーリセグメントの作動
電磁石アレイ内の各電磁石は、選択された個々のローラをローラ活動位置へ動かし始めるために、正確な時点で通電してもよい。この作動は、選択された個々のローラが電磁石に近いときに、隣接する積層体の先行するローラの位置に著しい影響を与えることなく行うことができる。ローラおよび積層体は、現在係合しているプーリセグメントセット内のキープーリセグメントが積層体内に位置するため、ＳＳＩＰＴＳシステムのシーケンサによってそのように選択してもよい。ローラは、電磁石アレイ内の各電磁石の下を通るため、電磁石アレイ内の各電磁石による影響を最初に受けるローラとしてもよい。その後、電磁石は通電されたままにしてもよく、その結果、電磁石の近くを通る次のローラもそれぞれ、そのような影響を受けることとなり、それに続いて、次の積層体は第１の積層体の軸方向運動をたどり、したがってプーリセグメントセット内のキープーリセグメントの後の各プーリセグメントは、キープーリセグメントのように係合位置へまたは係合位置から順次動かされる。

本発明の最良の形態は、駆動する部材と駆動される部材との間で可変の歯車装置を必要とするデバイス内で行われる。本発明の１つの適用分野は、車両輸送である。自動車では、本発明は、エンジンと車輪との間で動力を伝動する一般的な動力伝動装置に取って代わり、所与の車速に対する理想的な動作速度のより近くでエンジンを動作させることを可能にする。本発明はまた、現代の加熱、通気、および空調（ＨＶＡＣ）システムの機能を強化させてもよく、実質的な効率および他の利益を与えてもよい。

第１のプーリセグメントセットの第１のプーリセグメントの選択された歯、または第１のプーリセグメントセットの第２のプーリセグメントの選択された歯が、第２のプーリセグメントを第２のキープーリセグメントとして適正に機能させるために短くされ、または他の形で修正された場合、第１のプーリセグメントの円周方向の位置は事前に決定してもよいため、第１のプーリセグメントセットから第２のプーリセグメントセットへの無端部材の遷移は強化される。任意で、所与のプーリセグメントセット内のいくつかのプーリセグメントを、当業者によって適していると見なされる場合、キープーリセグメントとして設計してもよい。

プーリセグメントの潤滑処理により、プーリセグメントを係合位置と非係合位置との間で確実に摺動させることを可能にしてもよい。潤滑処理によって、プーリセグメントの摺動面へ低摩擦の固体を被覆してもよい。プーリアセンブリのうち、プーリセグメントの面と噛合する面にも、プーリセグメントの摺動面のものと同じまたは異なる低摩擦の物質を被覆してよい。プーリセグメントの摺動表面と噛合するプーリアセンブリの選択された表面上の小さい孔に空気などの加圧ガスを通して、ガスを逃して摩擦を低減させる床を作ってもよい。潤滑処理は主に、プーリアセンブリの回転軸の周りの回転からプーリセグメントに作用する遠心力によって引き起こされる摩擦を低減させるために、回転軸から離れる方向を向いているプーリセグメントの摺動面、ならびに回転軸から離れる方向を向いているプーリセグメントの摺動面の近くに位置できるプーリアセンブリの摺動面およびプーリセグメントの他の面に適用してもよい。

上記の説明は、本発明者らによって現在検討されている特定の好ましい実施形態に関するが、本発明は広い態様において、本明細書に記載する要素の機械的および機能的な同等物を含むことが、当業者には理解されるであろう。

本発明の範囲は、以下に記載する特許請求の範囲のみによって限定されることが明らかである。

Claims (5)

1. 同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム内で使用するための、歯付きで同心円状かつ同軸に配置された複数のプーリを有するプーリアセンブリであって、
   前記プーリアセンブリの前記複数のプーリのうち少なくとも１つのプーリが、複数のプーリセグメントを有するプーリセグメントセットを有し、前記複数のプーリセグメントが、前記プーリアセンブリの前記複数のプーリ間で無端部材の係合を変化させるように前記無端部材の経路の内外へ移動可能であり、
   前記プーリセグメントセットの前記複数のプーリセグメントのうちの１つが、キープーリセグメントとして作用するとともに、前記少なくとも１つのプーリと前記プーリアセンブリの第２のプーリとの前記無端部材の同時係合が可能になるような前記第２のプーリの歯との遠位関係を有し、
   前記キープーリセグメントが、短くされたまたは完全に切り取られた１つ以上のキープーリセグメントの歯であって、前記少なくとも１つのプーリの前記プーリセグメントセット内で最初または最後に前記無端部材に係合するキープーリセグメントの歯を含む、
   プーリアセンブリ。
2. 前記プーリアセンブリの複数のプーリが、複数のプーリセグメントを有するプーリセグメントセットを有する、請求項１に記載のプーリアセンブリ。
3. 前記プーリセグメントセット内で最初または最後に前記無端部材に係合する前記キープーリセグメントの前記歯が、支持表面を形成するように完全に切り取られている、請求項１に記載のプーリアセンブリ。
4. 前記プーリセグメントセットの、前記キープーリセグメントの前記支持表面に隣接するプーリセグメントが、前記支持表面の上に載るように、延ばされたまたは張り出している歯機構を有する、請求項３に記載のプーリアセンブリ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のプーリアセンブリを有する、同期式のセグメント交換型プーリ伝動システム。

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