ホーム > 特許ランキング > ＭＯＴＵＳ ＬＡＢＳ，ＬＬＣ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-02-24
(54)【発明の名称】アキシャルカムギアボックス機構
(51)【国際特許分類】
F16H 25/06 20060101AFI20230216BHJP
【ＦＩ】
F16H25/06
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022554942
(86)(22)【出願日】2021-03-09
(85)【翻訳文提出日】2022-10-28
(86)【国際出願番号】 US2021021576
(87)【国際公開番号】W WO2021183566
(87)【国際公開日】2021-09-16
(31)【優先権主張番号】16/818,738
(32)【優先日】2020-03-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/874,379
(32)【優先日】2020-05-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521077347
【氏名又は名称】モータス ラブズ エルエルシー
【氏名又は名称原語表記】ＭＯＴＵＳ ＬＡＢＳ，ＬＬＣ
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100142907
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 淳
(72)【発明者】
【氏名】ヘフケン、カルロス エイ．
(72)【発明者】
【氏名】コッホ、バリー エフ．
【テーマコード（参考）】
3J062
【Ｆターム（参考）】
3J062AA60
3J062AB26
3J062AB31
3J062BA12
3J062BA16
3J062BA40
3J062CC03
3J062CC05
3J062CE05
3J062CE25
3J062CG83
(57)【要約】
ギアボックス機構は、出力ギアに動力を伝達するための、複数のカム作動式ロッカーブロックアセンブリを含む。各ロッカーブロックアセンブリは、出力ギアと周期的にインターフェースする表面ダイヤルを有するギアパッドを含む。インターフェース面は、出力ギア上の相補的な突起に対応する複数の突起を備える。各ロッカーブロックアセンブリは、ギアパッド、ロッカーアーム、カムフォロア及び／又は経路フォロアをさらに含み、これらは、ロッカーブロックをカムアセンブリに接続又は連結し、カムアセンブリは動力源に接続される。カムアセンブリは、ギアブロックの動きを特定の設計パラメータに従って２次元又は３次元で制御できるように、その円周に各カムフォロアのための固有の経路又は溝を、及び／又はカムの平面に経路フォロアのための第２の固有の経路又は溝を含んでいる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ギアパッドを受け入れるように構成されたギアパッド空隙を有するロッカーブロックと、前記ロッカーブロックによって画定され、回動ピンを受け入れるように構成された回動ピン開口と、
前記ロッカーブロックによって画定され、ギアパッドピンを受け入れるように構成されたギアピン開口と、
前記ロッカーブロックによって画定された１組のコンプライアンス開口であって、各コンプライアンス開口はコンプライアンス機構を受け入れるように構成されている、１組のコンプライアンス開口と、
前記ロッカーブロックによって画定され、経路フォロアを受け入れるように構成された経路フォロア開口と、
前記ロッカーブロックに取り付けられたロッカーアームと、
前記ロッカーアームによって画定され、カムフォロアを受け入れるように構成されたカムフォロア空隙と、を備えるロッカーブロックアセンブリ。
【請求項2】
前記ロッカーブロックが、前記ロッカーブロックの第１の端部から延びる延長アームをさらに備え、前記ロッカーブロックの第２の端部が前記ロッカーアームに取り付けられる、請求項１に記載のロッカーブロックアセンブリ。
【請求項3】
前記延長アームが延長ブロックに結合する、請求項２に記載のロッカーブロックアセンブリ。
【請求項4】
前記延長ブロックが、延長回動ピン空隙、１組のコンプライアンス空隙、及びギアピン空隙を備える、請求項３に記載のロッカーブロックアセンブリ。
【請求項5】
前記ギアパッドが、前記ギアパッドピンを受け入れるように構成されたギアピン空隙をさらに備える、請求項１に記載のロッカーブロックアセンブリ。
【請求項6】
前記コンプライアンス機構が、プラグ及びばねをさらに備える、請求項１に記載のロッカーブロックアセンブリ。
【請求項7】
前記コンプライアンス機構が、前記ギアパッドに力を加えるように構成されている、請求項１に記載のロッカーブロックアセンブリ。
【請求項8】
前記経路フォロアが、経路フォロアピン及び経路摩擦低減機構をさらに備える、請求項１に記載のロッカーブロックアセンブリ。
【請求項9】
前記カムフォロアが、カムフォロアピン及びカムフォロア摩擦低減機構をさらに備える、請求項１に記載のロッカーブロックアセンブリ。
【請求項10】
前記経路フォロア及び前記カムフォロアがそれぞれ摩擦低減機構を含む、請求項１に記載のロッカーブロックアセンブリ。
【請求項11】
カム作動式ギアボックス機構であって、１組のロッカーブロックアセンブリと、
前記１組のロッカーブロックアセンブリ及びカムアセンブリのカムと機械的に係合するように構成されたカムアセンブリであって、
前記カムは内部経路及び外部経路を有し、前記カムアセンブリは回転装置から回転入力を受け取るように構成される、カムアセンブリと、
前記１組のロッカーブロックアセンブリと機械的に係合される出力ギアを有する出力アセンブリと、
前記アセンブリを収容するように構成されたハウジングと、を備えるカム作動式ギアボックス機構。
【請求項12】
前記ロッカーブロックアセンブリのそれぞれが、ギアパッドを受け入れるように構成されたロッカーブロックと、
前記ロッカーブロックに取り付けられ、カムフォロアを受け入れるように構成されたロッカーアームと、
経路フォロア開口を介して前記ロッカーブロックと結合するように構成された経路フォロアと、
前記ギアパッドにコンプライアンス力を加えるために前記ロッカーブロック内に収容された１組のコンプライアンス機構とをさらに備える、請求項１１に記載のカム作動式ギアボックス機構。
【請求項13】
前記カムフォロアが、前記カムの内部経路と係合するように構成され、前記内部経路は、中心軸から半径方向に変化する、請求項１２に記載のカム作動式ギアボックス機構。
【請求項14】
前記経路フォロアが、前記カムの外部経路に係合するように構成され、前記カムの外部経路は、中心軸と平行な方向に高さが変化する、請求項１２に記載のカム作動式ギアボックス機構。
【請求項15】
前記カムアセンブリが、前記回転入力を受け取るように構成された入力装置をさらに備える、請求項１１に記載のカム作動式ギアボックス機構。
【請求項16】
前記入力装置が、部分的にねじ切りされ、カムナットを受け取るように構成される、請求項１５に記載のカム作動式ギアボックス機構。
【請求項17】
前記カムが前記入力装置と軸方向に係合され、前記カムナットによって固定される、請求項１６に記載のカム作動式ギアボックス機構。
【請求項18】
出力アセンブリが出力装置をさらに備える、請求項１１に記載のカム作動式ギアボックス機構。
【請求項19】
前記出力装置が前記出力ギアに留められる、請求項１８に記載のカム作動式ギアボックス機構。
【請求項20】
前記出力ギアが、各ロッカーブロックアセンブリのギアパッドと係合する、請求項１９のカム作動式ギアボックス機構。
【請求項21】
前記ハウジングが本体及び蓋を含む、請求項１１に記載のカム作動式ギアボックス機構。
【請求項22】
前記本体がロッカーブロックアセンブリ凹部をさらに備える、請求項２１に記載のカム作動式ギアボックス機構。
【請求項23】
前記本体が、前記ロッカーブロックアセンブリの回動ピンを受け入れるように構成された１組のハブ回動ピン開口をさらに備える、請求項２２に記載のカム作動式ギアボックス機構。
【請求項24】
前記ロッカーブロックアセンブリが、前記ロッカーブロックアセンブリ凹部内で前記回動ピンを中心に回動する、請求項２３に記載のカム作動式ギアボックス機構。
【請求項25】
ギアボックス機構を作動させる方法であって、内部経路及び外部経路を有するカムを回転させること、
前記カムの回転に基づいてロッカーブロックアセンブリの動きを誘発すること、及び
前記ロッカーブロックアセンブリのロッカーブロックインターフェース面を出力装置の出力ギアインターフェース面と係合させることを含み、
前記係合は、前記ロッカーブロックアセンブリの動きを前記出力装置に伝達する、方法。
【請求項26】
前記内部経路が第１の半径から第２の半径まで変化する、請求項２５に記載の方法。
【請求項27】
前記第１の半径から前記第２の半径までの前記半径の変動に基づいて、前記ロッカーブロックアセンブリを回動することをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項28】
前記外部経路が第１の高さから第２の高さまで変化する、請求項２５に記載の方法。
【請求項29】
前記第１の高さから前記第２の高さまでの前記高さの変動に基づいて、前記ロッカーブロックアセンブリを移行することをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項30】
前記ロッカーブロックアセンブリのカムフォロアが前記内部経路に追従し、前記ロッカーブロックアセンブリの経路フォロアが前記外部経路に追従する、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、動力伝達をもたらす出力ギアに周期的に係合するカム作動式ギアブロックアセンブリを特徴とするユニバーサルギアボックス機構に関する。このユニバーサルギアボックス機構は、サーボモータアセンブリでの使用という特定の用途があるが、これに限定されない。
【背景技術】
【0002】
従来の機械は、通常、動力源と、その動力を制御下に適用する動力伝達系（ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）とからなる。動力伝達系の分野では、これまでさまざまな提案がなされてきた。最も単純な伝達は、その単純さからギアボックスと呼ばれることが多いが（複雑なシステムも俗にギアボックスと呼ばれるが）、ギアの減速（まれに増速）を行い、時には動力シャフトの方向転換を伴うこともある。伝達系（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）は、動力源（例えば、電気モータ）から出力シャフトに動力が伝達される、変速ギア機構及び出力シャフトを含む部品の集合体と定義することができる。多くの場合、トランスミッションとは、ギアとギアトレインを使用して、動力源から他の機器への速度やトルクの変換を行うギアボックスを単に指す。
【0003】
ギアボックスは長年使用されており、さまざまな用途がある。一般に、従来のギアボックスは、４つの主要な要素、すなわち、動力源、ドライブトレイン、ハウジング及び出力手段から構成されている。動力源は、ドライブトレインに力や動きを与えるものである。動力源は、平歯車、かさ歯車、はすば歯車、又はウォーム歯車などの適切な歯車装置を介してドライブトレインに接続されたモータであってもよい。
【0004】
ドライブトレインは、動力源から与えられた入力運動や力に対して、出力運動及び力の操作を可能にする。ドライブトレインは、通常、サイズ、歯数、歯の種類及び用途などのパラメータが異なる複数の歯車、例えば、平歯車、はすば歯車、ウォーム歯車及び／又は内歯歯車又は外歯歯車などを含む。
【0005】
ギアボックスハウジングは、ギアボックスの内部機構を正しい方法で保持する手段である。例えば、ギアボックスハウジングは、動力源、ドライブトレイン及び出力手段を、ギアボックスの所望の動作のために正しい関係に保持することを可能にする。出力手段はドライブトレインに関連付けられており、ドライブトレインからの力と動きを具体的用途に適用することができる。通常、出力手段はギアボックスハウジング内にはない。
【0006】
出力手段は、通常、本体に接続することができ、これにより、ドライブトレインからの結果として生じる出力運動及び力が、出力手段（例えば、出力シャフト）を介して本体に伝達され、出力手段の運動及び力を本体に付与する。或いは、出力手段は、ドライブトレインから出力された運動及び力をギアボックスハウジングに与えることができ、これにより、出力手段は、ギアボックスハウジングが回転できるように十分に保持される。
【0007】
回転動力源は通常、その動力を使用する機器よりも高い回転速度で動作する。したがって、ギアボックスは動力を伝達するだけでなく、速度をトルクに変換する。ギアトレインのトルク比は、その機械的優位性とも呼ばれ、ギア比によって決まる。動力源から発生したエネルギーは、ギア要素への応力又は機械的圧力の形でギアボックスの内部構造部品を通過する必要がある。したがって、ギアボックスの設計における重要な側面は、噛み合うギア要素間の適切な接点を設計することである。そのような接点は通常、力が集中するギア歯上の点又は線である。従来のギアトレインの接触点又は接触線の面積は通常非常に小さく、伝達される動力の量はかなりの量であるため、接触点又は接触線に沿って生じる応力はすべての場合に非常に高くなる。このため、ギアボックス装置の設計者は通常、各ギアの歯が受ける応力を軽減するために、噛み合った２つのギアの間にできるだけ大きな接触線を作ったり、できるだけ多くの同時接触点を作ったりすることに技術的な努力のかなりの部分を費やす。
【0008】
また、ギアボックスの設計では、噛み合うギア間のバックラッシュの量を最小限に抑えることも重要である。バックラッシュとは、圧力を加えたときに、接続されたホイールが機械の一部で反発することである。ギアの場合、バックラッシュ（隙間や遊びと呼ばれることもある）は、噛み合う部品間のクリアランス、又は動きが逆転して接触が再確立されたときのクリアランス又はたるみによる失われた動きの量である。例えば、一対のギアでは、バックラッシュは噛み合ったギア歯間のクリアランスの量である。
【0009】
理論的には、バックラッシュはゼロであるべきだが、実際には、ジャミングを防ぐために多少のバックラッシュを許容するのが一般的である。これは、ほとんどすべての反転機構式カップリングでは避けられないものであるが、その影響を打ち消すこともできる。用途によっては、それが望ましい場合もあれば、そうでない場合もある。バックラッシュが必要な一般的な理由には、潤滑、製造エラー、負荷時のたわみ、及び熱膨張の可能性が含まれる。それでも、精度を高め、衝撃又は振動を回避するために、多くの用途で低バックラッシュ、或いはゼロバックラッシュが求められている。その結果、ゼロバックラッシュのギアトレイン装置は、多くの場合、高価で、寿命が短く、比較的重いものとなっている。
【0010】
ギアボックスの設計では、重量と大きさも考慮しなければならない。噛み合ったギアトレインの接触点又は接触線に前述の応力が集中するため、これらの力及び応力に耐えることができる材料を選択する必要がある。しかしながら、このような材料は比較的重く、硬く、製造が困難な場合が多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
したがって、噛み合ったギア間の接触点又は接触線における高応力負荷を処理することができる、改良されたより軽量のギアボックス機構が必要とされている。さらに、バックラッシュが低いか、又はゼロであり、製造コストが低く、信頼性と耐久性が高い、改良されたより軽量のギアボックス機構が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、複数のカム作動式ギアブロックアセンブリを利用して動力を動力シャフトから２次ギア要素又は出力ギア要素に伝達することにより、従来技術のギアボックス機構の多くの欠点を克服する。一実施形態では、各ギアブロックアセンブリは、２次ギア要素又は出力ギア要素と周期的にインターフェースする表面を有するギアブロックを含む。好ましい実施形態では、インターフェース面は、出力ギア要素の相補的な突起又はギア歯に対応する複数の突起又は歯を含む。各ギアブロックアセンブリはさらに、ギアブロックをカムアセンブリに接続又は連結する複数のリンケージアセンブリを含み、カムアセンブリはさらに動力源に接続される。カムアセンブリは、その周囲に、特定のギアブロックアセンブリの各リンケージアセンブリのための固有の経路又は溝を含み、そのため、ギアブロックの動きを特定の設計パラメータに従って２次元で制御することができる。
【0013】
ギアブロックアセンブリは、カムアセンブリの回転に応じて２次元回路を介してそれぞれのギアブロックを駆動するように設計されている。大まかに言えば、２次元回路は、ギアブロックを付勢して２次ギア要素又は出力ギア要素と係合させ、出力ギア要素から離脱する前に指定された微小距離（ｑｕａｎｔｕｍ ｄｉｓｔａｎｃｅ）だけ移動又は回転させること、及び指定された微小距離だけ戻って２次ギア要素又は出力ギア要素と再度係合させ、このプロセスを繰り返すことを含む。各ギアブロックの移動経路又は回路は、さまざまなリンケージアセンブリの長さと構成を調整し、カムアセンブリに形成された経路又は溝を変更することによって制御される。
【0014】
ギアボックス機構に適合される場合、複数のギアブロックアセンブリがカムアセンブリの中心軸の周りに構成される。カムアセンブリは、動力源と回転可能に結合される。カムアセンブリが回転すると、各々のギアブロックアセンブリのそれぞれのリンケージアセンブリのカムフォロア要素は、カムアセンブリの円周面に形成された特定の経路又は溝との接触を維持する。カムアセンブリの異なる経路又は溝の回転中心からの距離の変動により、それぞれのリンケージアセンブリが協働して、所定の移動回路を介してそれぞれのギアブロックを移動させる。ギアブロックのこの所定の移動回路は、特定の工学的要件を満たすように正確に較正することができる。例えば、トルク比及び減速は、各ギアブロックアセンブリの移動回路を調整することによって調節及び制御することができる。
【0015】
本発明のギアボックス機構の別の実施形態は、本体、出力要素、及び複数の簡略化されたギアブロックアセンブリを含んでもよい。さらに、ギアボックス機構は、本体及び出力要素とインターフェースするリテーナを有してもよい。簡略化された各ギアブロックアセンブリは、ギアブロック、トルクレバー、カムフォロア、及び／又はソケット（又はソケットの一部）を含む。カム作動式ギアブロックアセンブリは、中心軸を中心に構成される。カム要素の回転力により、カム作動式ギアブロックアセンブリに駆動力又は回転力を与えることができる。
【0016】
好ましい実施形態では、トルクレバーはまた、カム要素の平面に沿って形成された所定の経路をたどることができる一組のカムフォロアを有する。カム要素は、ギアブロック又はトルクレバーのカムフォロアとインターフェースする少なくとも１つの固有の経路又は溝を含み、カム要素が回転すると、ギアブロック及び／又はトルクレバーの動きが、少なくとも１つの特定の設計パラメータに従って２次元的に制御される。
【0017】
カム要素の経路又は溝の半径を変えることにより、カム作動式ギアブロックアセンブリは、カム要素の回転に応じて２次元回路を介してそれぞれのギアブロックを駆動する。大まかに言えば、２次元回路は、ギアブロックを付勢して出力要素と係合させ、出力要素から離脱する前に出力要素を指定距離だけ移動又は回転させること、及び指定距離だけ戻って出力要素と再度係合させ、そのプロセスを繰り返すことを含む。各ギアブロックの移動経路又は回路は、それぞれのギアブロック及び／又はトルクレバーの長さ、幅、高さ及び／又は大きさを調整すること、及び／又は、カム要素に形成された経路や溝を変更することで制御される。好ましい実施形態では、ギアブロックとトルクレバーの両方には、それぞれが別々に回動できるように、少なくとも１つの回動点がある。
【0018】
本発明のギアボックス機構の別の実施形態は、カム要素、本体、出力要素、並びに複数の簡略化されたギアブロックアセンブリを含んでもよい。少なくとも１つの例において、出力要素は、リテーナによって本体内に保持される。ギアブロックアセンブリは本体内に配置され、出力要素及びカム要素とインターフェースする。ギアブロックアセンブリは、ロッカーアーム、ギアブロック、カムフォロア、及び経路トラッカーを含むことができる。カムフォロア及び／又は経路トラッカーは、カム要素及び／又はアキシャルカムの経路をたどってロッカーアーム及び／又はギアブロック上に力を発生させて、ロッカーアーム及びギアブロックの両方に対して回動運動を生じさせる。少なくとも１つの例では、回動運動は、ギアブロックに対しては略正方形の回動経路（ｐｉｖｏｔ ｐａｔｈ）であってもよい。他の例では、ギアブロックの回動経路は略楕円形又は円形になる。
【0019】
少なくとも１つの変形実施形態では、中心軸と整列した中心開口は、ギアボックス機構の一部であってもよい。各ギアブロックアセンブリは、ギアブロック、ロッカーアーム、及び少なくとも１つのカムフォロアを含み、これらは、ギアブロックをカム要素の平面に接続する。ロッカーアーム及び／又はギアブロックは、相互作用して回動可能に取り付けることができ、カムフォロアとカム要素との相互作用及び／又は係合に対応する。出力要素の回転はまた、要素のバックラッシュを低減するために、駆動又は正バイアス回転係合にないギアブロックの逆方向又は張力係合（すなわち、負バイアス）を介して制御されてもよい。
【0020】
少なくとも１つの例では、本体はギアアセンブリのためのハウジングを提供する。ギアブロックアセンブリは、本体の保持面によって静止及び／又は支持される。ギアブロックはまた、本体ギアブロックインターフェースによって保持及び／又は支持されてもよい。ロッカーアームはまた、本体ロッカーアームインターフェース面、及び／又は本体によって画定される本体ロッカーアームボイドによって支持及び／又は保持されてもよい。ロッカーアームの回動運動はまた、出力要素のインターフェース面、係合、及び／又は回転を可能にするギアブロックの回動運動と合わせることができる。
【0021】
少なくとも１つの変形実施形態では、ギアボックス機構は、ロッカーアームと、カムフォロアと、ロッカーブロックに結合された経路フォロアとを有するロッカーブロックアセンブリを含むことができる。カムフォロア及び経路フォロアは、カムに形成された経路を辿ることができ、経路は互いに垂直な平面内に形成される。ロッカーブロックアセンブリは、ロッカーブロックに結合されたギアパッドにコンプライアンス力を適用するコンプライアンス機構を含むこともできる。
【0022】
本発明のギアブロックアセンブリを使用したギアボックス機構の多数の実施形態が可能である。カムアセンブリの中心軸の周りに構成された複数のギアブロックアセンブリは、奇数又は偶数のギアブロックアセンブリを含むことができる。本発明のギアボックス機構には、少なくとも２つ、好ましくは３つのギアブロックアセンブリが必要である。ギアブロックアセンブリは、通常、互いに回転系列で（ｉｎ ａ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｓｅｒｉｅｓ）動く。少なくとも１つのギアブロックアセンブリは、特定の時点で常に出力ギア要素と係合する。好ましくは、１つのギアブロックアセンブリのみが、特定の時点で出力ギア要素から離脱する。しかしながら、複数のギアブロックアセンブリが４つ以上の偶数のギアブロックアセンブリを含む別の好ましい実施形態では、カムアセンブリの両側に構成されたギアブロックアセンブリは、２次ギア要素又は出力ギア要素から同時に係合及び離脱する。
【0023】
本発明のギアブロックアセンブリの設計は、より多くのギア歯が任意の所与の時間に出力ギアと係合することを可能にし、これにより、関連する応力をより広い領域にわたって分散させる。ギアブロックと出力ギアとの接触面積をいつでも劇的に増加させることにより、機械的応力レベルが大幅に減少する。さらに、本発明のギアブロックアセンブリは、バックラッシュをゼロに、さらには予荷重状態にまで低減して、動力源と被動力供給装置との間に緊密な接続を実現する。これは、特に高振動用途にとって非常に望ましい機能である。バックラッシュをゼロ又は予荷重状態にまで低減することにより、広範囲の高振動周波数で機械インピーダンスを低減することもできる。さらに、出力ギアに対するギアブロックの係合に関連する応力がより広い領域に分散されるため、ギアブロック機構は、信頼性を低下させることなく、より安価で製造が容易な、より軽量でより柔軟な材料で製造することができる。実際、柔軟な材料を使用することで、低周波数での機械インピーダンスをさらに低減することができる。本発明のギアボックス機構は、軽量化及び小型化を図ることで、これまで重量及びスペースの制限から実用化できなかった幅広い用途に適応することができる。
【0024】
本発明の方法及び装置のより完全な理解は、添付の図面と併せて解釈される場合、以下の詳細な記載を参照することによって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1A】その開示内容が参照により本明細書に完全に組み込まれる同時係属出願の米国特許出願第１６／１９４，０５３号明細書に先に開示された、動力源に取り付けられたギアボックス機構の第１の実施形態の斜視図である。
【図1B】その側面図である。
【図2】外側固定板が取り外されたその端面図である。
【図3】その開示内容が参照により本明細書に完全に組み込まれる同時係属出願の米国特許出願第１６／２６６，６２９号明細書に先に開示された、ギアボックス機構の第２の実施形態の斜視図である。
【図4】その出力要素、カム要素、及びギアブロックアセンブリの斜視図である。
【図5】そのハブ、ギアブロックアセンブリ、及び出力要素の側面図である。
【図6】ギアボックス機構のカム要素及びギアブロックアセンブリの斜視図である。
【図7】ギアボックス機構の第５の実施形態の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
図面の様々な図で使用される場合、同じ数字は同じ又は類似の部品を示す。さらに、「上」、「下」、「第１」、「第２」、「上方」、「下方」、「高さ」、「幅」、「長さ」、「端」、「側」、「水平」、「垂直」、及び同様の用語が本明細書において使用される場合、これらの用語は、図面に示される構造のみを参照し、本発明の記載を容易にするためにのみ使用される。
【0027】
すべての図面は、本発明の基本的な教示の説明を容易にするためにのみ描かれている。好ましい実施形態を形成するための部品の数、位置、関係、及び寸法に関する図の拡張は、本発明の以下の教示が読まれ理解された後に説明されるか、又は当技術分野の技術の範囲内にある。さらに、特定の力、重量、強度、及び同様の要件に適合する正確な寸法及び寸法比率は、本発明の以下の教示が読まれ、理解された後、同様に当技術分野の技能の範囲内にある。
【0028】
図面、特に図１Ａ、図１Ｂ及び図２を参照すると、その開示内容が参照により本明細書に完全に組み込まれる同時係属出願の米国特許出願第１６／１９４，０５３号明細書に先に開示されているギアボックス機構２０を利用する機械１０の実施形態が示されている。機械１０は、動力源又はアクチュエータ２を含み、それは動力源２によって生成された動力を伝達する出力装置（図示せず）を含む。図に示される実施形態は一般に、動力源２を電気モータとして、出力装置を電気モータの出力シャフトとして示すが、多くの可能な実施形態がある。例えば、出力装置は、動力源２に直接接続される必要はないが、ギア、チェーン、ベルト、又は磁場によって回転可能に結合することができる。同様に、動力源２は、電気モータ、内燃機関、又は出力装置で回転動力を生成するように適合させることができる任意の従来の動力源を含んでもよい。さらに、動力源２はまた、前述のギアトレイン機構の出力ギアを含むことができる。
【0029】
図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示される実施形態に示されるように、複数のカム作動式ギアブロックアセンブリ６０は、動力シャフト４から環状の２次ギア要素又は出力ギア要素５０に動力を伝達する。好ましい実施形態では、各ギアブロックアセンブリ６０は、インターフェース面６３（例えば、複数の突起又は歯６６）を有するギアブロック６２を含み、インターフェース面６３は、環状の２次ギア要素又は出力ギア要素５０の内周面５３上に構成された相補的なインターフェース面５４（例えば、突起又はギア歯）に対応する。本発明のギアブロック６２と出力ギア要素５０の内周面５３との間のインターフェースは、図示の好ましいギア歯だけでなく、ピンや穴、さらには摩擦嵌合面などの任意の相補的な構成も含むことを理解されたい。
【0030】
環状の出力ギア要素又は動力ギア要素５０は、スペーサ要素５５によって分離された２つの円形リングとして示されているが、出力ギア要素又は動力ギア要素５０は、単一の円形リングを含んでいてもよいことを理解されたい。出力ギア要素又は動力ギア要素５０は、出力シャフト又は動力取出し装置（図示せず）に取り付けるための開口又は穴５８を含む。さらに、出力ギア要素又は動力ギア要素５０の外周５１はまた、他のギアトレイン機構とインターフェースするための表面を含んでいてもよいことを理解されたい。
【0031】
本発明のギアブロック６２は、より大きな表面積（例えば、より多くのギア歯）が任意の時点に出力ギア５０と係合することを可能にするように特別に設計され、これにより、関連する応力をより大きな領域全体に分散させる。ギアブロック６２と出力ギア５０との間の接触面積を任意の時点で劇的に増加させることにより、機械的応力レベルが大幅に減少する。さらに、本発明のギアブロック６２アセンブリは、バックラッシュをゼロに、さらには予荷重状態にまで低減して、動力源２と被動力供給装置との間に緊密な接続を実現する。これは、特に高振動用途にとって非常に望ましい機能である。さらに、出力ギア５０に対するギアブロック６２の係合に関連する応力がより広い領域に分散されるため、ギアブロック６２は、信頼性を低下させることなく、より安価で製造が容易な、より軽量な材料で製造することができる。例えば、ヘルツ接触理論によると、平歯車の一般的な応力結果は４５０ＭＰａ～６００ＭＰａである。高級の鋼は、このような高い応力レベルに対応できる最も適した材料である。低級の鋼やアルミニウムのような他の材料は、同様の条件下で変形する。しかしながら、本発明のギアボックス機構に従って広い接触領域にわたって応力を分散させることにより、同様の条件下での応力レベルを約２０ＭＰａに低減することができる。このような低い応力レベルにより、本発明のギアボックス機構は、同じ用途のために低級の鋼、アルミニウム、さらにはプラスチックを使用して製造することができる。本発明のギアボックス機構は、軽量化及び小型化を図ることで、これまで重量やスペースの制限から実用化できなかった幅広い用途に適応することができる。
【0032】
カムアセンブリ３０は、出力装置又は動力シャフト（図示せず）によって動力源２に結合されている。したがって、動力源２によって生成された動力は、動力シャフトに伝達され、これにより、カムアセンブリ３０が中心軸６の周りを回転する。カムアセンブリ３０は、その円周面３４の周りに、複数の固有の経路又は溝を含み、複数の固有の経路又は溝は、各々のギアブロックアセンブリ６０の単一のリンケージアセンブリのカムフォロア要素とそれぞれがインターフェースし、カムアセンブリ３０が回転すると、ギアブロック６２の動きが、特定の設計パラメータに従って２次元で制御される。カムアセンブリ３０の経路又は溝の半径を変えることにより、ギアブロックアセンブリ６０のリンケージアセンブリは、カムアセンブリ３０の回転に応じて２次元回路を介してそれぞれのギアブロック６２を駆動する。大まかに言えば、２次元回路は、ギアブロックを付勢して出力ギア要素５０と係合させ、出力ギア要素５０から離脱する前に出力ギア要素５０を指定微小距離だけ移動又は回転させること、及び指定微小距離だけ戻って出力ギア要素５０と再度係合させ、そのプロセスを繰り返すことを含む。各ギアブロック６２の移動経路又は回路は、さまざまなリンケージアセンブリの長さと構成を調整し、カムアセンブリ３０に形成された経路又は溝を変更することによって制御される。
【0033】
好ましい実施形態では、各リンケージ機構は、２つの回動可能に結合されたコネクタアームを含む。上部コネクタアームは、それぞれのギアブロック６２に回動可能に結合された第１の回動点と、下部コネクタアームに回動可能に結合された第２の回動点とを含む。下部コネクタアームは、その遠位端にカムフォロア要素を含み、カムアセンブリ３０に形成されたそれぞれの経路又は溝との接触を維持する。下部コネクタアームは、カムアセンブリ３０の中心回転軸６に対して固定された回転軸を有する回動点をさらに含む。
【0034】
ここで図３を参照すると、ギアボックス機構の第２の実施形態の図が、同時係属出願の米国特許出願第１６／２６６，６２９号明細書に先に開示されたように描かれており、その開示内容は、参照により本明細書に完全に組み込まれる。図３は、ギアボックス機構の出力要素２５０とインターフェースするギアブロックアセンブリ２６０の斜視図を描いている。ギアブロックアセンブリ２６０は、ギアブロック２６２、トルクレバー２９９、第１のカムフォロア２９４Ａ、及び／又は第２のカムフォロア２９４Ｂを含むことができる。少なくとも１つの例では、第１のカムフォロア２９４Ａは、ギアブロック２６２に結合され、第２のカムフォロア２９４Ｂは、トルクレバー２９９に結合される。カムフォロア２９４Ａ／２９４Ｂが第１及び第２の経路２３６／２３７を横断するとき、それらは、トルクレバー２９９及び／又はギアブロック２６２の半径方向及び角度方向の動きを発生させる。トルクレバー２９９及び／又はギアブロック２６２のこれらの縦方向及び横方向の動きは、トルクレバー２９９、及び／又はギアブロック２６２の回動運動を可能にし、及び／又は生成する。少なくとも１つの例において、スペーサ２４６を利用して、トルクレバー２９９を支持及び／又は係合させることができる。
【0035】
トルクレバー回動ポスト２８８とギアブロック回動空隙２９７は、ギアブロック２６２を出力要素２５０と係合及び／又はそれから離脱させる力を発生させるために相互作用する。ギアブロック２６２の動きは、少なくとも１つの例において、周期的な、環状又は閉ループの動きであり、概ね矩形、楕円形、円形、正方形、円錐形、卵形、長円形、切頭円形パターン、又はそれらの任意の組み合わせの設計指定された動きのパターンを有し得る。
【0036】
例えば、ギアブロックインターフェース面２６３は、出力要素インターフェース面と係合及び／又はそれから離脱されることができる。ギアブロック２６２は、トルクレバー２９９及びカムフォロア２９４Ａ／２９４Ｂの回動運動の結果として周期的に移動する。少なくとも１つの例では、ギアブロックは４つの位置を持つことができる。第１の位置２２８（又は移行位置）では、出力要素２５０の新たな回転を開始するために、ギアブロックを横断（ｔｒａｖｅｒｓｅ）させるか、新たな位置に移動させることができる。第２の位置２２６（又は係合位置又は正のバイアス移動位置）では、ギアブロックが出力要素２５０に回転力又は引っ張り力２２８を生じさせることができる。第３の位置２２５（又は中立位置又は平衡位置）では、出力要素に力を発生させることなく、ギアブロック２６２が出力要素インターフェース面に係合、出力要素インターフェース面を回転、又は出力要素インターフェース面から離脱する位置にあることを可能にする。第４の位置２２７（すなわち、逆張力又は負のバイアス構成）では、出力要素２５０に張力をかけて、出力要素２５０のバックラッシュの防止及び／又は排除を支援することを可能にする。
【0037】
カム要素ガイド２１６は、カム要素ガイド円周面２１７と出力要素円周面２５１との間に配置することができる、回転支持体、ボールベアリングアセンブリ、及び／又はボールベアリングの組（図示せず）を介して出力要素２５０とインターフェースすることができる。
【0038】
図示された実施形態に示されるように、複数のカム作動ギアブロックアセンブリ２６０は、入力又は回転装置（図示せず）から出力要素２５０に動力を伝達する。好ましい実施形態では、各ギアブロックアセンブリ２６０は、出力要素２５０の外周面２５１に構成された相補的な出力要素インターフェース面２５４（例えば、突起又はギア歯）に対応するインターフェース面２６３（例えば、複数の突起又は歯２６６）を有するギアブロック２６２を含む。本発明は、図示のような好ましいギア歯だけでなく、ピン及び穴、さらには摩擦嵌合面などの任意の相補的な構成も含む。
【0039】
出力要素２５０は単一の円形リングとして示されているが、スペーサ要素（図示せず）によって離間して保持された２つの円形リングを含んでいてもよいことを理解されたい。出力要素２５０は、出力シャフト又は動力取出装置（図示せず）に取り付けるための開口又は穴２５８を含む。さらに、出力要素２５０の内周面２５１はまた、他の歯車トレイン機構とインターフェースするための表面を含んでもよいことを理解されたい。
【0040】
さらに、ギアブロック２６２は、インターフェース面２６３を２つの別個の部分に分割する仕切り／位置合わせブロック（図示せず）を含むことができることを理解されたい。位置合わせブロック（図示せず）を特徴とするギアブロック２６２の変形例は、円形リングからなる出力要素２５０を特徴とする実施形態に特に適している。ギアブロック２６２は、ギアブロック２６２及び／又はトルクレバー２９９の回動点を提供するために、トルクレバー開口部２９７と相互作用し得るギアブロックポスト２６４を有し得る。
【0041】
本発明のギアブロック２６２は、より大きな表面積（例えば、より多くのギア歯）が任意の時期に出力要素２５０に係合することを可能にし、これにより、関連する応力をより大きな領域全体に分散させるように特別に設計される。ギアブロック２６２と出力要素２５０との接触面積を任意の時点で劇的に増加させることにより、機械的応力レベルが大幅に減少する。さらに、本発明のギアブロック２６２アセンブリ２６０は、バックラッシュをゼロに、さらには予荷重状態にまで低減して、動力源及び／又は動力装置（図示せず）間の接続を緊密にする。これは、特に高振動用途にとって非常に望ましい機能である。さらに、出力要素２５０に対するギアブロック２６２の係合に関連する応力がより広い領域に分散されるので、ギアブロック２６２は、信頼性を低下させることなく、通常はより安価で製造が容易なより軽量の材料で製造することができる。
【0042】
カム要素２３０は、シャフト、ギア、ベルト、磁場、摩擦嵌合、又は他の結合手段によって、入力装置、動力源、又は他の回転装置（図示せず）に結合することができる。入力装置、動力源、又は他の回転装置（図示せず）によって生成された動力は、シャフト、ギア、ベルト、磁場、摩擦嵌合、又は他の結合手段に伝達され、これによりカム要素２３０が中心軸２０６の周りで回転する。カムアセンブリ２３０は、その平面に沿って、ギアブロックアセンブリ２６０のカムフォロア２９４とそれぞれがインターフェースする複数の固有の経路又は溝を含み、その結果、カム要素２３０が回転すると、ギアブロック２６２の動きは、特定の設計パラメータに従って２次元で制御される。カム要素２３０の経路又は溝の半径を変化させることにより、ギアブロックアセンブリ２６０は、カム要素２３０の回転に応じて２次元回路を介してそれぞれのギアブロック２６２を駆動する。大まかに言えば、２次元回路は、ギアブロック２６２を付勢して出力要素２５０と係合させ、出力要素２５０から離脱する前に出力要素２５０を指定距離だけ移動及び／又は回転させること、及び指定距離だけ戻って出力要素２５０と再係合させ、このプロセスを繰り返すことを含む。各ギアブロック２６２の移動経路又は回路は、トルクレバー２９９、ギアブロック２６２、及び／又はカムフォロア２９４のサイズ、高さ、長さ、及び構成を調整し、カム要素２３０に形成された経路又は溝を変更することで調整される。
【0043】
例えば、回動接続部は、カム要素２３０の回転サイクル全体にわたってカム要素２３０の平面２３５に形成されたそれぞれの経路又は溝２３６、２３７の表面との接触を維持するように、トルクレバー２９９及び／又はギアブロック２６２をバイアスするねじりばね要素（図示せず）をさらに含んでもよい。一実施形態では、カムアセンブリ２３０の平面は、カムアセンブリ２３０の回転軸に実質的に垂直である。或いは、又はさらに、ギアトレイン内のギアブロック２６２のすべてを接続するリングばねを、本発明によるバイアス機構として使用することができる。
【0044】
ギアブロックアセンブリ２６０は、各カムフォロア２９４が、カム要素２３０の回転サイクル全体にわたってカム要素２３０に形成されたそれぞれの経路又は溝の表面との接触を維持するように、バイアス及び／又は固定される。例えば、カムフォロア２９４Ａは、第１の経路２３６の表面との接触を維持し、カムフォロア２９４Ｂは、第２の経路２３７の表面との接触を維持する。各経路には固有の円周があり、その半径は経路の過程で変化する。
【0045】
カム要素２３０の各経路又は溝２３６、２３７の半径を変えることによって、トルクレバー２９９は、カム要素２３０の回転に応じて２次元回路を介してそれぞれのギアブロック２６２を駆動する。概して、２次元回路２３９は、ギアブロック２６２を付勢して出力要素２５０と係合させ、出力要素２５０から離脱する前に出力要素２５０を指定距離だけ移動又は回転させること、及び出力要素２５０を同じ指定距離だけ戻して再係合させ、このプロセスを繰り返すことを含む。図面に示されている２次元回路２３９は、原寸通りでなく、本発明の一般的な原理を説明するためにいくらか誇張されていることを理解されたい。例えば、距離Ａ－Ｂは通常、図示されているよりもはるかに小さくなる。各ギアブロック２６２の移動経路又は回路２３９は、トルクレバー２９９、ギアブロック２６２のサイズ及び構成を調整すること、及び／又はカム要素２３０に形成される経路又は溝２３６、２３７を変更することによって制御される。
【0046】
ギアボックス機構２２０に適合される場合、複数のギアブロックアセンブリ２６０は、カム要素２３０の中心軸２０６の周りに構成される。カム要素２３０は、少なくとも１つの例では、出力装置（図示せず）によって動力源（図示せず）に結合することができる。カム要素２３０が回転すると、それぞれのトルクレバー２９９のカムフォロア２９４及び／又は各ギアブロックアセンブリ２６０のギアブロック２６２は、カム要素２３０の平面２３５に形成された特定の経路又は溝２３６、２３７との接触を維持する。カム要素２３０の異なる経路又は溝２３６、２３７の回転中心からの距離の変動により、カムフォロア１９４に回動可能に取り付けられたトルクレバー２９９が協働して、所定の移動回路２３９を通るそれぞれのギアブロック２６２を動かす。ギアブロック２６０のこの所定の移動回路２３９は、特定の工学的要件を満たすように正確に較正することができる。例えば、トルク比及び減速は、各ギアブロックアセンブリ２６０の移動回路２３９を調整することによって調節及び制御することができる。
【0047】
図、特に図４を参照すると、本発明のギアボックス機構３２０の第３の実施形態が描かれている。ギアボックス機構３２０は、（図１Ａ及び１Ｂに示すように）動力源又はアクチュエータによって動力を供給され、及び／又は回転され得、それはギアボックス機構３２０によって出力装置（図示せず）に伝達される。動力源は、電気モータ、燃焼機関、水作動源、風力タービン、又は他の可能な実施形態とすることができる。さらに、動力源又はアクチュエータ、並びに出力装置（図示せず）は、ギア、チェーン、ベルト、又は磁場によって回転結合されることができる。
【0048】
ギアボックス機構３２０は、中心軸３０６を中心に構成され得る。中心軸３０６は、本体３４０、出力要素３５０、カム要素３３０、アキシャルカム３３１、及びハブ３１４の中心開口を通過することができる。本体３４０及びハブ３１４は、留め具３４７を介して結合されてもよい。留め具３４７は、ねじ、ボルト、全ねじ、圧縮嵌め装置、又は２つの構成要素を固定又は確実な方法でともに留めるための他の手段であってもよい。出力要素３５０、アキシャルカム３３１、及びカム要素３３０のそれぞれを本体３４０及び／又はハブ３１４から分離し得るベアリング、又はローラベアリング３０７が存在し得る。少なくとも１つの例において、出力要素とアキシャルカム３３１とを分離するベアリング又はローラベアリング３０７も存在し得る。
【0049】
いくつかの実施形態では、カムアセンブリは、留め具３０２のような留め具を用いてアキシャルカム３３１及びカム要素３３０をともに結合することによって作製され、アキシャルカム３３１及びカム要素３３０はギアブロックアセンブリと相互作用する。留め具３０２は、ねじ、ボルト、全ねじ、圧縮嵌め装置、又はアキシャルカム３３１及びカム要素３３０を固定又は確実な方法でともに留めるための他の手段であってもよい。ギアボックス機構３２０は、複数のギアブロックアセンブリ３６０をさらに含む。各ギアブロックアセンブリ３６０は、ギアブロック３６２（ギアブロック３６２Ａ、３６２Ｂ、３６２Ｃ、３６２Ｄ、３６２Ｅ、３６２Ｆ、及び３６２Ｇを集合的にギアブロック３６２と呼ぶことがある）と結合されるロッカーアーム３９９（ロッカーアーム３９９Ａ、３９９Ｂ、３９９Ｃ、３９９Ｄ、３９９Ｅ、３９９Ｆ及び３９９Ｇを集合的にロッカーアーム３９９と呼ぶ）を含み得る。本発明のギアブロック３６２は、より大きな表面積（例えば、より多くのギア歯の数）が任意の時点で出力要素３５０と係合し、それによって、そこに関連する応力をより大きな領域にわたって分散させることができるように、特に設計されている。任意の時点でギアブロック３６２と出力要素３５０との間の接触面積を劇的に増加させることによって、機械的応力レベルが著しく減少する。いくつかの実施形態では、ギアブロック３６２は、個別に又は経路フォロア要素との組み合わせで、アキシャルカム３３１に形成された経路を辿る及び／又は追従できる経路トラッカーを有してもよい。この経路フォロア要素は、ボールベアリング、ローラベアリング、又は摩擦を低減するための他の機構若しくは手段を含むことができる。さらに、本発明のギアブロックアセンブリ３６０は、バックラッシュをゼロに、さらには予荷重状態にまで低減し、動力源及び／又は被動力供給装置（図示せず）の間に緊密な接続を作り出す。これは、特に高振動用途に極めて望ましい特徴である。さらに、出力要素３５０に対するギアブロック３６２の係合に関連する応力がより大きな領域にわたって分散されるので、ギアブロック３６２は、信頼性を低下させることなく、一般的に安価で製造が容易な軽量材料で製造することができる。
【0050】
例えば、ヘルツ接触理論によると、平歯車の典型的な応力結果は、４５０ＭＰａ～６００ＭＰａの範囲である。高級の鋼は、このような高い応力レベルに対応できる最も適した材料である。低級の鋼やアルミニウムのような他の材料は、同様の条件下で変形する。しかしながら、本発明のギアボックス機構に従って広い接触領域にわたって応力を分散させることにより、同様の条件下での応力レベルを約２０ＭＰａに低減することができる。このような低い応力レベルにより、本発明のギアボックス機構は、同じ用途のために低級の鋼、アルミニウム、さらにはプラスチックさえも使用して製造することができる。本発明のギアボックス機構３２０は、軽量化及び小型化を図ることで、これまで重量やスペースの制限から実用化できなかった幅広い用途に適応することができる。
【0051】
いくつかの実施形態では、ロッカーアーム３９９は、カム要素３３０の平面３３４に又はそれに沿って形成された指定経路の追従を可能にするカムフォロア３９４を有することもできる。図４の平面３３４は、アキシャルカム３３１に面するカム要素３３０の側に描かれているが、経路３３６が形成され得る平面は、アキシャルカム３３１に面しても、アキシャルカム３３１から離れる方向に面してもよいことが理解されるべきである。ギアボックス機構３２０は、シャフト、又は他のギア、ベルト、レバー、磁場若しくは電場等のセットなどの回転可能な要素、などの入力装置に基づいてカム要素３３０を自由に回転させるハブ３１４及び／又はボールベアリングアセンブリ３０７も含むことができる。少なくとも１つの例において、任意の回転構成要素の摩擦の低減及び運動の自由を可能にする複数のボールベアリングアセンブリ３０７Ａ、３０７Ｂ、３０７Ｃ、３０７Ｄ、３０７Ｅ、及び／又は３０７Ｆ（集合的に３０７）が存在し得る。各ギアブロック３６２のインターフェース面３６３は、出力要素３５０の出力要素インターフェース面３５３と係合することができる。いくつかの実施形態では、ギアブロック３６２は、ロッカーアーム３９９の関連する動きによって関節運動する。
【0052】
カム要素３３０は、カム要素３３０が回転すると、ギアブロック３６２及び／又はロッカーアーム３９９の動きが少なくとも１つの特定の設計パラメータに従って２次元で制御されるように、各ロッカーアーム３９９のカムフォロア３９４とインターフェースする少なくとも１つの固有の経路又は溝３３６を含んでいる。カム要素３３０上の経路又は溝３３６の半径を変えることによって、ギアブロックアセンブリ３６０は、カム要素３３０の回転に応答して、２次元回路を介してそれぞれのギアブロック３６２を駆動する。大まかに言えば、２次元回路は、ギアブロック３６２を付勢して出力要素３５０のインターフェース面３５３と係合させ、出力要素３５０から離脱する前に指定距離だけ移動及び／又は回転させ、指定距離だけ戻って再び出力要素３５０と再係合させ、このプロセスを反復することを含む。各ギアブロック３６２の移動経路又は回路は、それぞれのギアブロック及び／又はロッカーアームの長さ、幅、高さ、及び／又は大きさを調整することによって、及び／又はカム要素３３０に形成された経路又は溝３３６を変更することによって、制御される。
【0053】
ロッカーアーム３９９は、カム要素３３０に形成された経路３３６を横断するカムフォロア３９４によって、特定の回動点の周りで回動される。さらに、ギアブロック３６２は、ギアブロック３６２の作動点をもトリガーするアキシャルカム３３１に沿った別の経路を追従する経路トラッカー及び／又は経路カムフォロアを有し得る。少なくとも１つの実施形態において、ギアブロック３６２及びロッカーアーム３９９の両方のための少なくとも１つの回動点又は作動点が存在し、それによって、それぞれが互いに別々に作動又は回動し、同時に、ギアブロック３６２の特定の運動パターンを作り出すために連動して動くことができる。ギアブロック３６２の動きは、少なくとも１つの例において、周期的な、環状又は閉ループの動きであり、概ね矩形、楕円形、円形、正方形、円錐形、卵形、長円形、切頭円形パターン、又はそれらの任意の組み合わせの設計指定された動きのパターンを有し得る。
【0054】
ここで図４を参照すると、カム要素３３０、出力要素３５０の斜視図が、ロッカーアーム３９９、カムフォロア３９４、及びギアブロック３６２と共に描かれている。アキシャルカム３３１も描かれているが、この図では容易に見ることができない。中心軸３０６は、カム要素３３０、アキシャルカム３３１、及び／又は出力要素３５０の中心で、中心開口３３２を通過することができる。本開示の少なくとも１つの実施形態において、カム要素３３０は、ギアブロック３６２と共にロッカーアーム３９９と相互作用して回転し、ギアブロック３６２の動きが、ロッカーアーム３９９に取り付けられたカムフォロア３９４が経路３３６に沿って横断し、ギアブロック３６２の動きを発生させることを可能にし得るカム要素３３０内の経路に基づいて、概ね矩形、楕円形、円形、正方形、円錐形、卵形、長円形、切頭円形パターン、又はそれらの任意の組み合わせの設計指定された動きのパターンを有する周期的な、環状又は閉ループの動きを有することを引き起こす。
【0055】
カムフォロア３９４のそれぞれは、それぞれ別個の経路を有し得るか、又はいくつかの実施形態では、それぞれが異なる位置で同時に追従する単一の経路を有し得る。ギアブロック３６２は、ロッカーアーム３９９に回動可能に接続することができる。代替的に又は追加的に、ギアトレイン内のギアブロック３６２のすべてを接続するリングばねが、本発明に従ってバイアス機構として使用されてもよい。本開示の少なくとも１つの実施形態において、カム要素は単一の経路を有するが、カム要素３３０に複数の経路が形成されてもよく、それらの経路は、それらが平行経路となる同一平面上にあっても、又は中心軸３０６から異なる距離の経路であっても、又は中心軸３０６の方向に積層された別々の平面にあってもよい。
【0056】
少なくとも１つの実施形態において、カム要素３３０に形成された経路３３６は、ギアブロック３６２のインターフェース面を出力要素３５０と係合させ、インターフェースさせ、及び／又は相互作用させるギアブロック３６２の移動及び回転を可能にする。カムフォロア３９４は、カム要素３３０に形成されたそれぞれの経路又は溝の表面との接触を維持する。図に描かれたカム要素３３０は、カム要素３３０の平面３３４に形成された少なくとも１つの経路又は溝３３６を有する単一のディスク又はユニットのように見えるが、カム要素３３０は、それぞれがその平面（例えば、３３４）に形成された固有の経路を有する複数の別々のディスクを含み得、これらは互いに機械的に結合されて単一のカムアセンブリ３３０を組み立てることが理解されよう。好ましい実施形態では、カムアセンブリ３３０の平面３３４は、カムアセンブリ３３０の回転軸に対して実質的に垂直である。図４に描かれた平面３３４は、アキシャルカム３３１に面するカム要素３３０の側にあるように示されているが、経路３３６が形成される平面はアキシャルカム３３１に面しても、アキシャルカム３３１から離れる方向に面してもよいことが理解されるべきである。
【0057】
例えば、カム要素３３０上の経路又は溝３３６の半径を変化させることによって、ロッカーアーム３９９は、その回動点を中心に回動し、ロッカーアーム３９９と本体（図示せず）との間の接触を補償し、維持することができる。このロッカーアーム３９９の回動点を中心とした回動又は動きは、ギアブロック３６２との回動接続部における動きを誘発する。各ロッカーアーム３９９は、各ロッカーアーム３９９のカムフォロア３９４が、それぞれ異なる点でカム要素３３０の平面３３４に形成された経路３３６を追従及び／又は横断することにより、他のロッカーアーム３９９から独立して作用する。
【0058】
ロッカーアーム３９９のカムフォロア３９４がそれぞれの経路３３６に従うと、ロッカーアーム３９９は、ギアブロックを特定の点の周りで回動及び／又は回転させる特定の点で回動することができる。例えば、ロッカーアーム３９９の回動点は、ギアブロック３６２に対して、左、右、内および外への運動、又は回転運動を引き起こす。概して、３次元回路は、ギアブロック３６２を付勢して、出力要素３５０をバイアスし、出力要素３５０のバイアスを解除する前に出力要素３５０を指定距離だけ移動又は回転させることを含む、第１の部分３３９Ａを有し得る。さらに、３次元回路の第２の部分３３９Ｂをもたらす係合及び／又は離脱作動が存在し得る（すなわち、集合的に、第１の部分３３９Ａ及び第２の部分３３９Ｂは、３３９と呼ばれる３次元回路を作り出す）。ともに関連付けられるとそれらは、概して矩形、楕円形、円形、正方形、円錐形、卵形、長円形、切頭円形パターン、又はそれらの任意の組み合わせの設計指定された動きのパターンを有するギアブロック及びインターフェース面の周期的な、環状又は閉ループの動き又は回路３３９を許容する。ギアブロック３６２の周期的な、環状、又は閉ループの動き又は回路３３９は、出力要素３５０の前方回転に変換される、ギアブロックインターフェース面による出力インターフェース面の正バイアスを可能にし得る。さらに、ギアブロック３６２は、出力要素及び／又はギアブロックのバックラッシュ又は起こりうるバックラッシュを低減する方法で、ギアブロックインターフェース面によって出力要素インターフェース面を負にバイアスすることができる。少なくとも１つの実施形態において、ギアブロック３６２が出力要素３５０を正及び／又は負の方法でバイアスしないことを可能にする中立バイアス又は位置が存在することもでき、それはまたいくつかの例においてギアブロック３６２が中心軸から外側に解放することを可能にすることができる。
【0059】
ここで図４、及び５を参照すると、本発明のギアボックス機構３２０の第３の実施形態の追加の図が描かれている。カム要素３３０上の経路又は溝３３６の半径を変えることによって、ロッカーアーム３９９は、カム要素３３０の回転に応答して、２次元回路を通してそれぞれのギアブロック３６２を駆動する。概して、２次元回路３３９Ａは、ギアブロック３６２を付勢して、出力要素３５０をバイアスし、出力要素３５０のバイアスを解除する前に出力要素３５０を指定距離だけ移動又は回転させることを含む。さらに、２次元回路に第２の部分３３９Ｂを追加することを可能にする係合及び／又は離脱作動が存在してもよい。ギアブロックが出力要素３５０から離脱されると、ギアブロック３６２は、出力要素３５０の回転運動と反対の方向にインターフェース面を動かすことを可能にする方法で回転及び回動されることができ、ギアブロック３６２が同じ特定距離を戻り、再び出力要素３５０ともう一度係合し直してプロセスを繰り返すことを可能にする。図面に描かれた２次元回路３３９は、縮尺通りではなく、本発明の一般的な原理を説明するために誇張されていることが理解される。例えば、距離Ａ－Ｂは、典型的には、描かれているよりもずっと小さいであろう。各ギアブロック３６２の移動経路又は回路３３９Ａは、ロッカーアーム３９９、ギアブロック３６２のサイズ及び構成を調整すること、及び／又はカム要素３３０に形成された経路又は溝３３６を変更することによって制御される。
【0060】
ギアボックス機構３２０に適合された場合、複数のギアブロックアセンブリ３６０は、カム要素３３０を通過する中心軸３０６を中心に構成される。カム要素３３０は、少なくとも１つの例において、出力装置（図示せず）により動力源（図示せず）に結合されてもよい。カム要素３３０が回転すると、各々のギアブロックアセンブリのそれぞれのロッカーアーム３９９のカムフォロア３９４は、カム要素３３０の平面３３４に形成された特定の経路又は溝３３６との接触を維持する。好ましい実施形態において、カムアセンブリ３３０の平面３３４は、カムアセンブリ３３０の回転軸に対して実質的に垂直である。回転中心からカム要素３３０の経路又は溝３３６に沿った異なる点までの距離の変動は、ギアブロック３６２に回動可能に取り付けられたロッカーアーム３９９を協働させて、所定の移動回路３３９を通してそれぞれのギアブロック３６２を動かす。ギアブロック３６２のこの所定の移動回路３３９は、特定の工学的要件を満たすように正確に較正することができる。例えば、各ギアブロック３６２の移動回路３３９を調整することによって、トルク比及び減速を調節及び制御することができる。アキシャルカム３３１は、カム要素３３０と協調して回転し、それらが回転すると、ギアブロック３６２の経路トラッカー３６４（特に図７、１３及び１４参照）は、軸方向経路又は溝３３７に沿って辿る。軸方向経路又は溝３３７は、アキシャルカム３３１の円周面３３５に形成されている。アキシャルカム３３１の下部セクション３３３Ａに向かう又は離れる経路の高さの変動によって、ギアブロック３６２は、直線運動（ギアブロック３６２のための３次元回路の第２の部分３３９Ｂとも呼ばれ得る）を伴って出力要素３５０のインターフェース面３５３と係合又は離脱される。ギアブロック３６２の運動は、３次元回路を作る回転（１つの平面（水平）内の２次元の動き、左右／内外の軸方向の動きの組み合わせ）運動及び垂直平面内の直線運動（上下の動き）を生成するために協働する２つの別々の部分（３３９Ａ／３３９Ｂ）により作られてもよい。
【0061】
本発明のギアブロックアセンブリを使用するギアボックス機構の多数の実施形態が可能である。本発明に従って構築されたギアボックス機構のすべての実施形態は、カム要素３３０の中心軸３０６の周りに構成された複数のギアブロックアセンブリを特徴とし、奇数又は偶数のギアブロックアセンブリのいずれかを含むことができる。本発明のギアボックス機構には、少なくとも２つ、好ましくは３つ又はそれ以上のギアブロックアセンブリが必要である。ギアブロックアセンブリは、通常、互いに回転系列で動く。
【0062】
しかしながら、複数のギアブロックアセンブリが４つ以上の偶数のギアブロックアセンブリを含む好ましい実施形態では、カム要素３３０の両側に構成されたギアブロックアセンブリは、２次要素又は出力要素３５０から同時に係合及び離脱する。例えば、ギアボックス機構３２０の実施形態は、４つのギアブロックアセンブリ３６０を特徴としてもよい。同様に、ギアボックス機構３２０の別の実施形態は、６つのギアブロックアセンブリ３６０を特徴としてもよい。これは、カム要素の平面に形成された個々の経路又は溝が、カム要素３３０の平面に沿って互いに同相であることを保証することによって達成される。
【0063】
図、特に図６を再び参照すると、本発明のギアボックス機構４２０の第４の実施形態が描かれている。ギアボックス機構４２０は、（図１Ａ及び１Ｂに示すように）動力源又はアクチュエータによって動力を供給され、及び／又は回転され得、それは出力装置に伝達される。動力源は、電気モータ、燃焼機関、水作動源、風力タービン、又は他の可能な実施形態とすることができる。さらに、動力源又はアクチュエータ、並びに出力装置は、ギア、チェーン、ベルト、又は磁場によって回転結合されることができる。
【0064】
ギアボックス機構４２０は、中心軸４０６を中心に構成され得る。中心軸４０６は、本体４４０、出力要素４５０、カム要素４３０、及びハブ４１４の中心開口を通過することができる。ハブ４１４は、シャフト、又は他のギア、ベルト、レバー、磁場若しくは電場等のセットなどの回転可能な要素、などの入力装置に基づいて、カム要素４３０がハブ４１４内で自由に回転することを可能にするボールベアリングアセンブリ（図示せず）を含むことができる。本体４４０とハブ４１４は、留め具（図示せず）で結合されてもよい。留め具は、ねじ、ボルト、全ねじ、圧縮嵌め装置、又は２つの構成要素を固定された又は確実な方法で一緒に留めるための他の手段であってもよい。ギアボックス機構４２０は、出力要素４５０、及びカム要素４３０のそれぞれを本体４４０及び／又はハブ４１４から分離し得るローラベアリング４０７などのベアリングをさらに含んでもよい。ギアボックス機構４２０は、複数のギアブロックアセンブリ４６０を含んでもよい。各ギアブロックアセンブリは、ギアブロック４６２（ギアブロック４６２Ａ、４６２Ｂ、４６２Ｃ、４６２Ｄ、４６２Ｅ及び４６２Ｆを集合的にギアブロック４６２と呼ぶ場合がある）と結合されるロッカーアーム４９９（ロッカーアーム４９９Ａ、４９９Ｂ、４９９Ｃ、４９９Ｄ、４９９Ｅ、４９９Ｆ、及び４９９Ｇを集合的にロッカーアーム４９９と呼ぶ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ギアブロック４６２は、個別に、又は経路フォロア要素との組み合わせで、カム要素４３０に形成された経路を辿る及び／又は追従できる経路トラッカーを有し得る。
【0065】
本発明のギアブロック４６２は、より大きな表面積（例えば、より多くのギア歯の数）が任意の時点で出力要素４５０と係合し、それによって、そこに関連する応力をより大きな領域にわたって分散させることができるように、特に設計されている。任意の時点でギアブロック４６２と出力要素４５０との間の接触面積を劇的に増加させることによって、機械的応力レベルが著しく減少する。さらに、本発明のギアブロック４６２は、バックラッシュをゼロに、さらには予荷重状態にまで低減し、動力源及び／又は被動力供給装置（図示せず）の間に緊密な接続を作り出す。これは、特に高振動用途に極めて望ましい特徴である。さらに、出力要素４５０に対するギアブロック４６２の係合に関連する応力がより大きな領域にわたって分散されるので、ギアブロック４６２は、信頼性を低下させることなく、一般的に安価で製造が容易な軽量材料で製造することができる。
【0066】
例えば、ヘルツ接触理論によると、平歯車の典型的な応力結果は、４５０ＭＰａ～６００ＭＰａの範囲である。高級の鋼は、このような高い応力レベルに対応できる最も適した材料である。低級の鋼やアルミニウムのような他の材料は、同様の条件下で変形する。しかしながら、本発明のギアボックス機構に従って広い接触領域にわたって応力を分散させることにより、同様の条件下での応力レベルを約２０ＭＰａに低減することができる。このような低い応力レベルにより、本発明のギアボックス機構は、同じ用途のために低級の鋼、アルミニウム、さらにはプラスチックを使用して製造することができる。本発明のギアボックス機構４２０は、軽量化及び小型化を図ることで、これまで重量やスペースの制限から実用化できなかった幅広い用途に適応することができる。
【0067】
いくつかの実施形態では、ロッカーアーム４９９は、カム要素４３０の周囲面に沿って形成された指定経路の追従を可能にするカムフォロア４９４を有することもできる。ギアブロック４６２のインターフェース面４６３（図２３参照）は出力要素４５０のインターフェース面４５２と係合することができる。いくつかの実施形態では、ギアブロックはロッカーアーム４９９の関連する動きによって回転される。
【0068】
カム要素４３０は、カム要素４３０が回転すると、ギアブロック４６２及び／又はロッカーアーム４９９の動きが少なくとも１つの特定の設計パラメータに従って２次元で制御されるように、各ロッカーアーム４９９のカムフォロア４９４とインターフェースする少なくとも１つの固有の経路又は溝を含んでいる。カム要素４３０上の経路又は溝の半径を変えることによって、ギアブロックアセンブリは、カム要素４３０の回転に応答して、２次元回路を介してそれぞれのギアブロック４６２を駆動する。大まかに言えば、２次元回路は、ギアブロック４６２を付勢して、出力要素４５０と係合させ、出力要素４５０から離脱する前に出力要素４５０を特定距離だけ移動及び／又は回転させ、特定距離だけ戻って再び出力要素４５０と再係合させ、このプロセスを反復することを含む。各々のギアブロック４６２の移動経路又は回路は、それぞれのギアブロック及び／又はロッカーアーム４９９の長さ、幅、高さ、及び／又は大きさを調整することによって、及び／又はカム要素４３０に形成された経路又は溝を変更することによって、制御される。
【0069】
ロッカーアーム４９９は、カム要素４３０が回転するときにカム要素４３０に形成された経路を横断するカムフォロア４９４によって特定の回動点の周りで回動される。さらに、ギアブロック４６２は、ギアブロック４６２の作動点をもトリガーするカム要素４３０に沿った別の経路を辿る経路トラッカー及び／又は経路カムフォロアも有し得る。少なくとも１つの実施形態において、ギアブロック４６２及びロッカーアーム４９９の両方のための少なくとも１つの回動又は作動点が存在し、それによって、それぞれが互いに別々に作動又は回動でき、同時に、ギアブロック４６２の特定の運動パターンを作り出すために連動して動くことができる。ギアブロック４６２の動きは、少なくとも１つの例において、周期的な、環状又は閉ループの動きであり、概ね矩形、楕円形、円形、正方形、円錐形、卵形、長円形、切頭円形パターン、又はそれらの任意の組み合わせの設計指定された動きのパターンを有し得る。いくつかの実施形態では、本体４４０は少なくとも１つのハブ４１２Ａ及び／又は４１２Ｂと結合され得る。いくつかの例では、ハブ４１２Ａ及び４１２Ｂは連係されてもよい。
【0070】
ここで図６を参照すると、カム要素４３０の斜視図が、ロッカーアーム４９９、カムフォロア４９４、及びギアブロック４６２と共に描かれている。中心軸４０６は、カム要素４３０の中心で、中心開口４３２を通過することができる。本開示の少なくとも１つの実施形態において、カム要素４３０は、回転するときに、ギアブロック４６２と共にロッカーアーム４９９と相互作用し、ギアブロック４６２が、ロッカーアーム４９９に取り付けられたカムフォロア４９４が経路に沿って横断し、ギアブロック４６２の動きを発生させることを可能にし得るカム要素４３０内の経路に基づいて、概ね矩形、楕円形、円形、正方形、円錐形、卵形、長円形、切頭円形パターン、又はそれらの任意の組み合わせの設計指定された動きのパターンを有する周期的な、環状又は閉ループの動きを有することを引き起こす。少なくとも１つの実施形態において、カムフォロア４９４はロッカーブロック４７０（図２３及び図２８参照）を介してロッカーアーム４９９に結合及び／又は取り付けられてもよい。
【0071】
カムフォロア４９４の各々は、それぞれ別個の経路を有することができ、又は、いくつかの実施形態では、それぞれが異なる位置で同時に追従する単一の経路を有してもよい。ギアブロック４６２は、ロッカーアーム４９９に回動可能に接続することができる。代替的に、又は追加的に、ギアトレイン内のギアブロック４６２のすべてを接続するリングばねが、本発明に従ってバイアス機構として使用されてもよい。本開示の少なくとも１つの実施形態において、カム要素は単一の経路を有するが、カム要素４３０に複数の経路が形成されてもよく、それらの経路はそれらが平行な経路となる同一平面上にあっても、又は中心軸４０６から異なる距離の経路であっても、又は中心軸４０６の方向に積層された別々の平面内にあってもよい。
【0072】
少なくとも１つの実施形態において、カム要素４３０に沿った経路４３６、４３７は、ギアブロック４６２のインターフェース面を出力要素４５０（図１７）と係合させ、インターフェースさせ、及び／又は相互作用させるギアブロック４６２の移動と回転を可能にする。カム要素４３０が回転すると、カムフォロア４９４は、カム要素４３０に形成されたそれぞれの経路又は溝の表面との接触を維持する。図に描かれたカム要素４３０は、カム要素４３０の円周面４３４に形成された少なくとも１つの経路又は溝を有する単一ユニットのように見えるが、カム要素４３０は、それぞれがその円周面４３４に形成された固有の経路を有する複数の別々のディスク又は管を含んでもよく、それらは互いに機械的に結合されて単一のカムアセンブリ４３０を組み立てることが理解される。
【0073】
例えば、カム要素４３０上の経路又は溝４３６、４３７の半径を変えることによって、ロッカーアーム４９９は、その回動点を中心に回動し、ロッカーアーム４９９／カムフォロア４９４と経路４３６、４３７の間の接触を補償し、維持する。このロッカーアーム４９９の回動点を中心とした回動又は移動は、ギアブロック４６２との回動接続部における移動を誘発する。各々のロッカーアーム４９９は、各々のロッカーアーム４９９のカムフォロア４９４が、それぞれ異なる点でカム要素４３０の円周面に形成された経路４３６、４３７に追従及び／又はそれを横断することにより、他のロッカーアーム４９９から独立して作用する。
【0074】
ロッカーアーム４９９のカムフォロア４９４がそれぞれの経路４３６、４３７を追従すると、ロッカーアーム４９９は、ギアブロックを特定の点の周りで回動及び／又は回転させる特定の点で回動することができる。例えば、ロッカーの回動点は、ギアブロック４６２に対して、左、右、内および外への運動、又は回転運動を引き起こす。ともに関連付けられると、それらは、概して矩形、楕円形、円形、正方形、円錐形、卵形、長円形、切頭円形パターン、又はそれらの任意の組み合わせの設計指定された動きのパターンを有するギアブロック及びインターフェース面の周期的な、環状又は閉ループの動きを許容する。例えば、ロッカーアーム４９９の回動点は、ギアブロック４６２に対して、左、右、内および外への運動、又は回転運動を引き起こす。概して、２次元回路は、ギアブロック４６２を付勢して、出力要素（図示せず）をバイアスし、出力要素のバイアスを解除する前に出力要素（図示せず）を指定距離だけ移動又は回転させることを含む、第１の部分４３９Ａを有し得る。さらに、２次元回路４３９の第２の部分４３９Ｂを可能にする係合及び／又は離脱作動が存在してもよい。ともに関連付けられると、それらは、概して矩形、楕円形、円形、正方形、円錐形、卵形、長円形、切頭円形パターン、又はそれらの任意の組み合わせの設計指定された動きのパターンを有するギアブロック及びインターフェース面の周期的な、環状又は閉ループの、動き又は回路４３９を可能にする。ギアブロック４６２の周期的な、環状、又は閉ループの、動き又は回路４３９は、出力要素３５０の前方回転に変換されるギアブロックインターフェース面による出力インターフェース面の正バイアスを可能にすることができる。さらに、ギアブロック４６２は、出力要素及び／又はギアブロックのバックラッシュ又は起こりうるバックラッシュを低減する方法で、ギアブロックインターフェース面によって出力要素インターフェース面を負にバイアスすることができる。少なくとも１つの実施形態において、ギアブロック４６２が出力要素を正及び／又は負の方法でバイアスしないことを可能にする中立バイアス又は位置も存在し得、それはまた、いくつかの例において、ギアブロック４６２が中心軸から外側に解放することを可能にし得る。
【0075】
図、特に図７～図２２を参照すると、本発明のギアボックス機構５２０の第５の実施形態が描かれている。ギアボックス機構５２０は、（図１Ａ及び１Ｂに示すように）動力源又はアクチュエータによって動力を供給され、及び／又は回転され得、それはギアボックス機構５２０によって出力装置（図示せず）に伝達される。動力源は、電気モータ、燃焼機関、水作動源、風力タービン、又は他の可能な実施形態とすることができる。さらに、動力源又はアクチュエータ、並びに出力装置（図示せず）は、ギアボックス機構５２０にギア、チェーン、ベルト、又は磁場によって回転可能に結合され得る。ギアボックス機構５２０は、ロッカーブロックアセンブリをカム５３０と係合させることを可能にし、複数の平面に形成された経路を有し、多平面カム作動式ギアボックス機構５２０を作製する。
【0076】
ギアボックス機構５２０は、中心軸５０６を中心に構成され得る。中心軸５０６は、本体５４０、出力装置５５０、カム５３０、出力ギア５５２、及び蓋５１４の中心開口を通過することができる。本体５４０と蓋５１４は、留め具５４７（留め具５４７Ａ、５４７Ｂ、５４７Ｃとして示される）を介して結合され得る。留め具５４７は、ねじ、ボルト、全ねじ、圧縮嵌め装置、又は２つの構成要素を固定又は確実な方法でともに留めるための他の手段であってもよい。出力ギア５５２及びカム５３０のそれぞれを本体５４０及び／又は蓋５１４から分離することができる、シールすることができる又は未シールとすることができるベアリング、ローラベアリングなどであるがそれに限定されない摩擦低減機構５０７が存在し得る。少なくとも１つの例において、出力装置を本体５４０及び／又は蓋５１４から分離する摩擦低減機構５０７も存在し得る。いくつかの例では、摩擦低減機構５０７はオイルシールを含むことができ、この例として、５０７Ｆと５０７Ｇであり得、５０７Ｆはベアリング又はローラベアリングであり、５０７Ｇはシールを提供し摩擦低減流体が利用されることを可能にするオイルシールである。他の例は、自己シール又はシールされたベアリング又はローラベアリングを有することができる。少なくとも１つの実施形態において、５０７Ａ及び５０７Ｇは、グリースなどであるがこれに限定されない摩擦低減流体又は摩擦低減材料をギアボックス機構５２０内で利用することを可能にするためにシール又はオイルシールとして機能する摩擦低減機構を表している。
【0077】
ギアボックス機構５２０は、１組のロッカーブロックアセンブリ５６０をさらに含む。各ロッカーブロックアセンブリ５６０は、ロッカーブロックアセンブリ５６０に結合された１組の経路トラッキング装置が、カム５３０に形成された経路に沿って辿ることを可能にする。ロッカーブロックアセンブリ５６０のギアパッドは、より大きな表面積（例えば、より多くのギア歯の数）が任意の時間に出力ギア５５２と係合することを可能にし、それによって、そこに関連する応力をより大きな領域にわたって分散させるように特に設計されている。任意の時間にギアパッド５６２と出力ギア５５２との間の接触面積を劇的に増加させることによって、機械的応力レベルは著しく減少する。いくつかの実施形態では、ロッカーブロックアセンブリ５６０は、個別に又は経路フォロア要素と組み合わせて、カム５３０に形成された経路を辿る及び／又は追従することができる経路トラッカーを有し得る。経路フォロア要素は、ボールベアリング、ローラベアリング、又は摩擦を低減するための他の機構若しくは手段を含むことができる。さらに、本発明のロッカーブロックアセンブリ５６０は、バックラッシュをゼロに、さらには予荷重状態にまで低減し、動力源及び／又は被動力供給装置（図示せず）の間の緊密な接続を作り出す。これは、特に高振動用途に極めて望ましい特徴である。さらに、出力ギア５５２に対するギアパッド５６２の係合に関連する応力がより大きな領域にわたって分散されるので、ギアパッド５６２は、信頼性を低下させることなく、一般的に安価で製造が容易な軽量材料で製造することができる。さらに、ギアボックス機構５２０のモジュール式の性質のため、出力ギア５５２、ギアパッド５６２、及びカム５３０を交換して、任意の数の負荷、ギア比、摩擦、又は速度の設計要件を支持できる様々な組み合わせを作ることができる。ロッカーブロックアセンブリ５６０は、カム５３０と組み合わせて、出力ギア５５２を所定の距離だけ移動又は回転させることができる。カム５３０の内部経路５３６及び外部経路５３７を変化させることにより、広義には、出力ギア５５２を付勢することを含む３次元回路を通じてロッカーブロックアセンブリ５６０を駆動する。ロッカーブロックアセンブリ５６０の動きは、少なくとも１つの例において、概ね矩形、楕円形、円形、正方形、円錐形、卵形、長円形、切頭円形パターン、又はそれらの任意の組み合わせの設計指定された動きのパターンを有し得る周期的な、環状又は閉ループの動きである。
【0078】
例えば、ヘルツ接触理論によると、平歯車の典型的な応力結果は、４５０ＭＰａ～６００ＭＰａの範囲である。高級の鋼は、このような高い応力レベルに対応できる最も適した材料である。低級の鋼やアルミニウムのような他の材料は、同じような条件下で変形するだろう。しかしながら、本発明のギアボックス機構に従って応力を広い接触面積に分散させることにより、同様の条件下での応力レベルを約２０ＭＰａに低減することができる。このような低い応力レベルにより、本発明のギアボックス機構は、同じ用途のために低級の鋼、アルミニウム、又はさらにはプラスチックを用いて製造することができる。軽量化及び小型化により、本発明のギアボックス機構５２０は、重量及びスペースの制限により従来は実行不可能だった広範な用途に適応することができる。
【0079】
図示の実施形態に示すように、複数のカム作動式ロッカーブロックアセンブリ５６０は、入力装置又は回転装置５２２から出力装置５５０に動力を伝達する。好ましい実施形態において、各ロッカーブロックアセンブリ５６０は、出力ギア５５２の外周面５５１上に構成された相補的な出力ギアインターフェース面５５３（例えば、突起又はギア歯）に対応するインターフェース面（例えば、図１８に示される複数の突起又は歯）を有するギアパッド５６２を含む。少なくとも１つの実施形態において、出力ギア５５２は、出力装置５５０に留め具を介して結合される。本発明は、描かれているような好ましいギア歯だけでなく、ピン及び穴、さらには摩擦嵌合面など、任意の相補的な配置を含む。
【0080】
出力装置５５０は単一のシリンダとして描かれているが、出力装置５５０は、スペーサ要素（図示せず）によって離した状態で保持された２つ以上の円形リングを含み得ることが理解される。出力装置５５０は、出力シャフト又は動力取出し装置（図示せず）に取り付けるための開口又は穴（図１０では開口又は穴５５９として示されている）を含む。加えて、出力装置５５０の内周は、何らかの他のギアトレイン機構とインターフェースするための表面も含み得ることが理解される。
【0081】
さらに、ギアパッド５６２は、インターフェース面（図１８に示す）を２つの別々のセクションに分割するデバイダ／アライメントブロック（図示せず）を含み得ることが理解される。アライメントブロック（図示せず）を特徴とするギアパッド５６２の変形例は、円形リングで構成された出力装置５５０を特徴とする実施形態に特に好適である。
【0082】
カム５３０は、シャフト、ギア、ベルト、磁場、摩擦嵌め、又は他の結合手段によって、入力装置５２２、動力源、又は他の回転装置（図示せず）に結合され得る。入力装置５２２、動力源、又は他の回転装置によって生成された動力は、シャフト、ギア、ベルト、磁場、摩擦嵌め、又は他の結合手段に伝達することができ、これによりカム５３０は中心軸５０６を中心に回転するようになる。いくつかの実施形態では、入力装置５２２、カム５３０、及びカムナット５２４をともに結合することによって、カムアセンブリが形成される。カム５３０及び入力装置５２２は、カムナット５２４と一緒に軸方向に係合され、固定され得る。カム５３０は、１組のロッカーブロックアセンブリ５６０と相互作用して、回転エネルギーの組織的な変換を促進する。カム５３０は、カム５３０が回転すると、ロッカーブロックアセンブリ５６０の動きが特定の設計パラメータのセットに従って３次元で制御されるように、ロッカーブロックアセンブリ５６０のカムフォロア（図１８ではカムフォロア５９４及び／又は経路フォロア５７４として示されている）にそれぞれインターフェースするその周方向の平面に沿って形成された複数の固有の経路又は溝を有することができる。少なくとも１つの例において、１つ又は複数の摩擦低減機構５０７（５０７Ａ、５０７Ｂ、５０７Ｃ、５０７Ｄ、５０７Ｅ、５０７Ｆ、及び５０７Ｇとして示される）が、カムアセンブリ、ロッカーブロックアセンブリ５６０、又は出力アセンブリ５４９の間で利用され得る。摩擦低減機構５０７は、少なくとも１つの例において、１つ又は複数のベアリング又はローラベアリング５０７Ｂ、５０７Ｃ、５０７Ｅ、及び５０７Ｆ、並びに１つ又は複数のオイルシール５０７Ａ、５０７Ｄ、及び５０７Ｇを含むことができる。オイルシールは、ベアリング又はローラベアリングが摩擦低減流体で満たされるか又はそれと相互作用することを可能にする。他の例は、１つ又は複数の自己シール式又はシールされたベアリング又はローラベアリングを含み得る。いくつかの例は、ベアリングが機構又は装置と相互作用し、摩擦低減流体がベアリング、シール、及び機構又は装置の間を自由に移動することを可能にするために、測定可能な距離だけ離間したシール及びベアリングを含み得る。本体５４０は、入力装置５２２、又はカム５３０の動き又は動作に従ってロッカーブロックアセンブリ５６０が揺動、回動、又は他の運動を行うことを可能にするロッカーブロック凹部５７７を有し得る。本体５４０はまた、ロッカーブロックアセンブリ５６０の回動ピンを受け入れることを可能にする回動ピン開口５４３を含み得る。
【0083】
カム５３０上の各経路又は溝５３６、５３７の半径を変えることによって、ロッカーブロックアセンブリ５６０は、カム５３０の回転に応答して、３次元回路を通してそれぞれのギアパッド５６２を駆動する。概して、３次元回路（図２０～図２２に示す）は、ロッカーブロックアセンブリ５６０を付勢して、出力装置５５０又は出力ギア５５２と係合させ、出力装置５５０又は出力ギア５５２から離脱する前に指定距離だけ出力装置５５０又は出力ギア５５２を移動又は回転させ、同じ指定距離だけ戻して出力装置５５０又は出力ギア５５２ともう一度再係合させ、プロセスを繰り返すことを含んでいる。
【0084】
ギアボックス機構５２０に適合させた場合、複数のロッカーブロックアセンブリ５６０は、カム５３０の中心軸５０６を中心に構成される。カム５３０は、少なくとも１つの例において、入力装置５２２によって動力源（図示せず）に結合され得る。カム要素５３０の異なる経路又は溝５３６、５３７の回転中心（中心軸５０６）からの距離の変動は、それぞれのギアパッド５６２を所定の移動回路を通して移動するようにロッカーブロックアセンブリ５６０を協働させる。ギアパッド５６２のこの所定の移動回路は、特定の工学的要件を満たすように正確に較正することができる。例えば、各ロッカーブロックアセンブリ５６０の移動回路を調整することによって、トルク比及び減速を調節及び制御することができる。
【0085】
例えば、回動接続部は、カムフォロア（図１８ではカムフォロア５９４、又は経路フォロア５７４として示されている）が、カム要素５３０の回転サイクルを通じて、カム５３０の円周面又は平面に形成されたそのそれぞれの経路又は溝５３６、５３７の表面との接触を維持するようにロッカーブロックアセンブリ５６０をバイアスするねじりばね要素（図示せず）をさらに含み得る。一実施形態では、カム５３０の平面は、カム５３０の回転軸に対して実質的に垂直である。代替的に、又は追加的に、ギアトレイン内のロッカーブロックアセンブリ５６０の全てを接続するリングばねが、本発明によるバイアス機構として使用されてもよい。
【0086】
ロッカーブロックアセンブリ５６０は、各カムフォロア５９４（図１８ではカムフォロア５９４、又は経路フォロア５７４として示されている）が、カム５３０の回転サイクルを通じて、カム５３０に形成されたそのそれぞれの経路又は溝の表面との接触を維持するようにバイアスされ、及び／又は固定される。例えば、カムフォロア５９４は、第１経路又は内部経路５３６の表面との接触を維持し、経路フォロア（図１８に示す）は、第２経路又は外部経路５３７の表面との接触を維持する。各経路は固有の回路を有し、その半径又は高さは経路のコースにわたって変化する。
【0087】
少なくとも１つの実施形態において、出力ギア５５２は、１組の留め具５４７を介して出力装置５５０に結合される。留め具５４７は、様々な設計特性又は負荷の変更を考慮して、出力ギア５５２を変更することを可能にする。本体５４０はまた、１組の固定用開口５４４で受け入れることができる１組の留め具５４７を介して蓋５１４に結合されてもよい。少なくとも１つの例において、本体５４０、蓋５１４、摩擦低減機構５０７、入力装置５２２、カム５３０、カムナット５２４、出力ギア５５２、及び出力装置５５０のそれぞれは、中心軸５０６が当該構成要素のそれぞれを通過することを可能にする中心開口を有している。これらの要素のそれぞれは、要素が中心軸５０６の長さに沿って線形アセンブリを形成することができるように、中心軸に沿って同軸に整列されてもよい。
【0088】
ここで図９を参照すると、本体５４０、蓋５１４、及び出力アセンブリ５４９の分解図が示されている。本体５４０は、少なくとも１つの例において、ロッカーブロックアセンブリ（図１８に示す）用のハウジングを提供することができる。ロッカーブロックアセンブリ（図１８に示す）は、本体保持面５８７によって静止し、及び／又は支持され得る。ロッカーアーム（図１８に示す）は、本体５４０によって画定されるようにロッカーブロック凹部５７７によって支持及び／又は保持されることができる。例えば、ロッカーブロック凹部５７７は、ロッカーブロックアセンブリ（図示せず）を保持し、ロッカーブロックの回動運動に対して垂直な単一方向を除いて取り外されないようにする大きさであってもよく、一方、ロッカーブロック（図１８に示す）の回動運動はまた、出力ギア又は出力装置（図７に示す）のインターフェース、係合、及び／又は回転を可能にするロッカーブロックアーム（図１８に示す）の回動運動と一致することができる。本体５４０は、本体５４０によって画定された固定用開口５４４に嵌まるような大きさの留め具５４７を介して、蓋５１４、入力ハブ、リテーナ、又は他の固定装置に結合されることができる。蓋５１４、入力ハブ、リテーナ、又は他の固定装置は、少なくとも１つの例において、振動を防止するがカムの自由な動きを可能にする方法でカム（図１４に示す）を固定及び／又は支持するために利用され得る。
【0089】
図１０において出力アセンブリ５４９は分解斜視図で示されている。出力装置５５０は、出力ギア５５２に結合され得る。いくつかの例では、摩擦低減機構５０７（５０７Ｇ、５０７Ｆ、及び５０７Ｅとして示される）が、結合の様々な箇所に含まれ得る。出力シム５５７が、出力装置５５０との出力ギア５５２の適切な位置合わせ、適切な嵌合、及び／又は予荷重を確実にするために利用されてもよい。出力シム５５７は、出力ギア５５２と出力装置５５０とを適切に位置合わせすることによって、出力ギア５５２から出力装置５５０を介して回転出力に加えられる結合又は他の過度の摩擦を防止することができる。出力装置５５０、摩擦低減機構５０７、出力シム５５７、及び出力ギア５５２のそれぞれは、中心開口５３２を有することができる。中心開口５３２は、入力装置（図示せず）又は他の要素が中心軸（図示せず）を通過すること又は中心軸を中心に回転することを可能にすることができる。
【0090】
出力ギア５５２は、出力ギアインターフェース面５５３を有することができる出力ギア円周面５５１を有する。出力ギアインターフェース面５５３は、ロッカーブロックアセンブリのギアパッド上の１組のギア歯に対応する、１組のギア歯を有することができる。少なくとも１つの実施形態において、ギア歯は、ギア歯突起と、突起に概ね等しい相手方ギア歯空隙とを有する概ね三角形又は概ね三角形の多角形形状を有することができる。出力ギア５５２は、いくつかの例において、対応する出力結合開口５６１Ｂを有することができる出力結合開口５６１Ａを画定する内側結合面を有することができる。出力結合開口５６１Ａ／５６１Ａは、出力ギア５５２、及び出力装置５５０が留め具５４７でともに結合されることを可能にすることができる。同様に、出力装置５５０は、１組の出力装置留め具開口５５９に結合された留め具５４７を介して回転出力に結合され得る。
【0091】
少なくとも１つの実施形態において、出力装置５５０は、第１の出力摩擦低減機構５０７Ｆ及び第２の出力摩擦低減機構５０７Ｇと回転可能に係合している。第１の出力摩擦低減機構５０７Ｆ及び第２の出力摩擦低減機構５０７Ｇは、出力摩擦低減機構５０７Ｆ／５０７Ｇの一方又は両方が中心軸（図示せず）を中心に自由に回転できるような方法で相互作用し得る。
【0092】
例えば、第１の出力摩擦低減機構５０７Ｆ（ベアリング又はローラベアリング）は、出力装置５５０に摩擦嵌合し得、第２の出力摩擦低減機構５０７Ｇ（オイルシール）は、第１の出力摩擦低減機構５０７Ｆと係合して、第２の出力摩擦低減機構５０７Ｇ又は第１の摩擦低減機構５０７Ｆに接触した回転出力装置５５０が自由に移動できるようにする。或いは、第１の出力摩擦低減機構５０７Ｆは、出力装置５５０に摩擦嵌合し得、第２の出力摩擦低減機構５０７Ｇは、第１の出力摩擦低減機構５０７Ｆと係合し、第２の出力摩擦低減機構５０７Ｇが摩擦嵌合する非可動蓋（図示せず）を基準にして出力装置５５０が自由に回転できるようにする。第２の出力摩擦低減機構５０７Ｇは、これらの例では、摩擦低減流体が装置又は蓋から出るのを防止し、摩擦低減流体がギアボックス機構内で利用されるのを可能にするために、装置又は蓋に摩擦嵌合させることができる。
【0093】
出力装置５５０は、その円周面で第３の出力摩擦低減機構５０７Ｅを受けることができる。少なくとも１つの例において、第３の出力摩擦低減機構５０７Ｅは、出力シム５５７を介して出力ギア５５２と係合する。第３の出力摩擦低減機構５０７Ｅは、出力装置５５０に対する振動又は他の動きに伴う出力ギア５５２の移動の自由を可能にすることができる。少なくとも１つの例において、第３の出力摩擦低減機構５０７Ｅは、摩擦低減流体を受け入れることができる、又はシールされて摩擦低減機構内に摩擦低減流体を含むことができるベアリング又はローラベアリングであり得る。
【0094】
図１１及び１２を参照すると、入力アセンブリ５１９の斜視図及び分解図が示されている。入力アセンブリ５１９は、入力装置５２２、カム５３０、カムナット５２４、及び１つ又は複数の入力摩擦低減機構５０７（５０７Ｄ、５０７Ｃ、及び５０７Ｂとして示される）を含むことができる。少なくとも１つの実施形態において、入力装置５２２は、カム５３０の回転を強制する外部装置からの回転入力によって回転させられ得る。カム５３０が回転すると、ロッカーブロックアセンブリ（図示せず）が、カム５３０の表面内に形成された内部経路、及び外部経路のうちの一方又は両方と係合される。カム５３０は、カムナット５２４で入力装置５２２に対して固定される。少なくとも１つの例において、カムナット５２４は、カム５３０のための入力装置５２２に対して摩擦嵌め又はねじ接続を形成する。入力装置５２２はまた、入力摩擦低減機構５０７のうちの１つ又は複数を介して他のギアボックス機構要素（図示せず）と回転可能に結合又は係合され得る。
【0095】
例えば、少なくとも１つの実施形態において、入力装置５２２は、入力装置５２２が摩擦低減機構５０７を介して出力ギア（図示せず）と接触することができる場所で中心軸５０６に沿って配置される。いくつかの例では、第１の入力摩擦低減機構５０７Ｄは、第２の入力摩擦低減機構５０７Ｃと係合し得、第２の機構５０７Ｃは、入力装置５２２に摩擦嵌合し、第１の機構５０７Ｄと係合して第２の入力摩擦低減機構５０７Ｃに対する運動の自由を与える内部回転構造を有する。少なくとも１つの例において、第１の入力摩擦低減機構５０７Ｄは、第１の入力摩擦低減機構５０７Ｄとの流体係合を有するベアリング又はローラベアリングである第２の入力摩擦低減機構５０７Ｃと流体係合することができるオイルシールである。第２の入力摩擦低減機構５０７Ｃは、第３の入力摩擦低減機構５０７Ｂと係合し得る。この第２及び第３の入力摩擦低減機構の係合は、機械的な係合であってもよいし、摩擦低減流体を介した流体係合であってもよい。第３の入力摩擦低減機構５０７Ｂは、入力シム５２７と係合し得る。少なくとも１つの実施形態において、第３の入力摩擦低減機構５０７Ｂは、シールされた又は自己シール式ベアリング又はローラベアリングである。少なくとも１つの例において、入力シムは、中心軸５０６に対するカム５３０の位置合わせを可能にする。
【0096】
図１３は、入力装置５２２の斜視図を示す。入力装置５２２は、中心軸５０６と整列した中心開口５３２を有することができる。少なくとも１つの実施形態において、中心開口５３２の内部に沿って、入力装置５２２は、係合点５２５を有することができる。係合点５２５は、入力装置５２２とギアボックス機構（図７に示す）の外部の回転装置との係合を可能にすることができる。入力装置５２２の外部に沿って、円周面の多段又は深さのセットにより、入力装置５２２とカム５３０との結合が可能になる。例えば、第１の入力円周面５２３Ａは、第２の入力円周面５２３Ｂへのカム５３０及びカムナット５２４の通過を可能にする。少なくとも１つの例において、第２の入力円周面５２３Ｂは、カムねじ面５２８及びカムナットねじ面５２１をそれぞれ介して、入力装置５２２とカム５３０及びカムナット５２４とのねじ結合を可能とするねじ面である。さらに、第２の入力円周面５２３Ｂはまた、第１の入力円周面５２３Ａよりも大きな半径を有し得る。第１の入力円周面５２３Ａ及び第２の入力円周面５２３Ｂの両方は、第３の円周面５２３Ｃよりも小さい半径を有し得る。少なくとも１つの実施形態において、円周面５２３Ａ／５２３Ｂ／５２３Ｃが形成するシリンダは、階段状のピラミッド形状を有する。
【0097】
図１４において、カム５３０の図が示されている。カム５３０は、内部経路５３６及び外部経路５３７を有することができる。内部経路５３６は、初期の内部半径ｒ０から第２の内部半径ｒ１へと変化することができる。ｒ０からｒ１への半径変化は、一例では、入力装置又はカムのねじ山パターンの直径以上とすることができる。カム５３０の半径変化は、カム５３０の破損を防ぐために十分な壁厚を提供するために、経路とカムの縁との間のカム５３０の壁内への少なくとも入力ねじ山の深さが存在する必要があるので、カム５３０の直径によってのみ制限されるであろう。少なくとも１つの例のカム５３０は、内部経路５３６の半径、及び外部経路５３７の深さ、並びに中心軸５０６からカムねじ面５２８までの半径に加えて、カムねじ面５２８が、カム５３０の合計半径、及びカムの対応する直径を作り出すことになる。カムねじ面５２８は、（図１３に示すように）入力装置上の対応するねじ面を有し得る。カムねじ面５２８のねじ山パターンは、対応するねじ山パターンと確実に係合するのに十分な深さを有し得る。カムねじ面５２８、及び外壁の破損なしにカムフォロア（図１８に示す）の通過を可能にするのに十分な厚さの外壁の必要性のため、カム５３０の半径（及び対応する直径）は、入力装置の半径、ねじ山の厚さ（深さ）、半径ｒ０からｒ１への変化、及び外部経路又は溝の深さを含み得る。値の組み合わせが生じ得ることは理解されるだろうが、最低限、カム５３０は、中心軸５０６からのｒ０すなわちねじ山厚さ以上の内半径、及び中心軸５０６からのｒ１＋外部経路５３７の深さ以下の外半径を有することができる。
【0098】
外部経路５３７は、少なくとも１つの実施形態において、カム５３０の円周面によって画定される。外部経路５３７の深さは、経路フォロアが、画定壁の破損なしに沿って進行することを可能にする十分な深さであり得る。内部経路５３６が形成されるプランナ表面と反対側の底面又は側に関する外部経路５３７の高さは、ｈ０からｈ１の範囲とすることができる。少なくとも１つの例において、高さｈ０からｈ１への変化は、カム５３０の高さ（基準枠に依存する厚さ又は深さ）によって制御される。カム５３０の高さは、外部経路５３７を横断するときにカム又は経路フォロアに十分な支持を提供するために、少なくとも高さｈ０からｈ１への変化に比例する厚さの画定壁のセットを含むであろう。少なくとも１つの例における比例は、溝又は外部経路５３７の深さ又は高さ、又はその何らかの変形に等しくなり得る。内部経路５３６は、図７に示された中心軸に垂直な平面内に形成され得ることが理解されよう。カム５３０は、前部及び後部の平面を有し得る。
【0099】
少なくとも１つの実施形態において、内部経路５３６及び外部経路５３７は、それぞれカム５３０の平面及び円周面に形成される。経路５３６及び５３７は、ギアパッドインターフェース面が出力インターフェース面を有する出力装置と係合、インターフェース、及び／又は相互作用することを可能にすることによって、ロッカーブロックアセンブリ（図１７～１９に示す）の移動及び回転を可能にする。ロッカーブロックアセンブリは、それぞれの経路との接触を維持するカム又は経路フォロアを有することができる。経路は、それぞれの表面内の溝又はチャネルとして示され得る。単一のカム５３０として示されているが、カム５３０は、それぞれがその平面又は円周面に形成された固有の経路を有する複数の別個のディスクを含んでもよく、単一のカムアセンブリ５３０を組み立てるためにディスクの１つ又は複数に機械的に結合することを可能にし得ることが理解される。
【0100】
図１５及び１６に、それぞれ半径及び高さの変動の図が示されている。図１５の半径の変化をさらに説明するために、縦軸は半径の変化を示し、横軸は（図１４に示すような）カムの度数（３６０度）の変化を示している。半径の変化は、変曲点５２９で頂点に達する。変曲点５２９は、カムの中心から測定した内部経路５３６の最大半径ｒ１である。変曲点５２９において、半径の変化は、上向き又は増加する半径（変曲点５２９の左側）から、概して下向き又は減少する半径（変曲点５２９の右側）に転換する。単一の変曲点として図示されているが、ロッカーブロックアセンブリ（図１８に図示）の追加の回動、回転、又は移動を可能にするために、他の変曲点が内部経路５３６に沿って含まれてもよい。少なくとも１つの実施形態において、半径の変化は、カムの平面に形成された予め定められたパターンに従って、ロッカーブロックアセンブリを回動、回転、揺動及び／又は他の方法で移動させる。
【0101】
内部経路５３６と同様に、外部経路５３７は、出力ギア（図１０に示す）からのギアパッド（図１８に示す）の係合及び離脱を可能にする上昇点５３１を有する。上昇点５３１は、係合されたギアパッドから離脱されたギアパッドへの移行点である。少なくとも１つの実施形態において、上昇点５３１は、ギアパッドが出力ギアから完全に離脱され、再係合への移行を開始する点を示している。例えば、内部経路５３６の半径を変化させることによって、ロッカーブロックアセンブリ（図１７～１９に示す）は、位置変化を補償して出力装置とロッカーブロックアセンブリとの間の接触を維持するためにその回動点を中心に回動することができる。このロッカーブロックアセンブリ（いくつかの例ではロッカーブロックとロッカーアーム）の回動点を中心とした回動又は運動は、測定可能な角度寸法の回転（直交座標系上の２次元）運動におけるロッカーブロックアセンブリの運動を誘発する。ロッカーブロックアセンブリのそれぞれは互いに独立して動作し、それぞれは、指定された回転運動と個々の測定可能な角度寸法にマッピングされる。等しい長さのギアパッド（図１８に示す）を有するように図示されているが、いくつかの例では、ギアパッドのそれぞれは、それ自体の個々の長さを有し得、それに応じて、異なる回転運動及び測定可能な角度寸法を有するであろう。少なくとも１つの例において、回転運動及び測定可能な角度寸法は、カム５３０の中心を起点とした場合に、左、右、内、又は外への運動を可能にする。
【0102】
さらに、例えば、外部経路５３７の高さを変化させることによって、ロッカーブロックアセンブリは、位置変化を補償し、出力装置とロッカーブロックアセンブリとの間の接触を維持するために、上昇及び下降させることができる。昇降は、出力アセンブリとギアパッドのインターフェース面の係合を誘導する。昇降運動は、内部経路５３６によって誘発される回転運動に対して概ね垂直であり、したがって、直交座標系における３次元の運動を作り出す。回転運動と、回転運動に垂直な直線運動との組み合わせは、ロッカーブロックアセンブリの複数のバイアス位置を作り出す。例えば、変曲点５２９では、回転バイアスが線形係合バイアスと一緒に発生し得る一方、上昇点５３１では、線形中立位置又は非バイアス位置が、回転中立位置又は非バイアス位置と一緒に発生し得る。これらのバイアス位置は、図２０～図２２を用いてより詳細に考察される。
【0103】
カム５３０は、その中に形成された少なくとも１つの平面的経路又は内部経路５３６を有する平面５３４Ａを含む。少なくとも１つの例において、経路５３６は、経路５３６全体に沿って均一である単一の深さを有する。好ましい実施形態において、カム５３０の平面５３４Ａは、カム５３０の回転軸に対して実質的に垂直である。図１４の平面５３４Ａは、カムナット５２４に面するカム５３０の側に描かれているが、内部経路５３６が形成される平面は、カム要素５３０のいずれかの面する側（すなわち、カムナット５２４に面する平面又はカムナット５２４から離れる方向に面する平面のいずれか）に構成されてもよいことは理解されたい。他の例では、内部経路５３６は、経路５３６の長さに沿って深さが変わってもよい。内部経路５３６は、カムフォロア（図１８参照）がロッカーアーム及び／又はギアパッド（図１８参照）に回動又は回動力を発生させることを可能にし得る。カムフォロアが内部経路５３６を横断するとき、経路は、カムフォロアに結合されたロッカーアーム及び／又はギアパッドを動かすために方向（半径）を変更することができる。同様に、外部（円周）経路５３７は、カム５３０の円周面５３４Ｂに形成されている。経路フォロア（図１８参照）は、外部経路を辿り又は追従し、経路に基づいて方向（高さ）を変え、ロッカーアーム及び／又はギアパッドを移動、回転、又は回動させることができる。外部経路及び内部経路５３６／５３７の両方は、単一の深さを有することができ、又は、ロッカーブロックアセンブリ（図１８に示す）の追加の移動、回転、又は回動を可能にするために深さが変化してもよい。本開示の少なくとも１つの実施形態において、カム５３０は、その平面の１つに単一の経路を有し、その円周面に単一の経路を有するが、カム５３０には複数の経路が形成されてもよく、それらの経路はそれらが平行経路となる同一平面上にあっても、又は中心軸５０６からの異なる距離の経路であっても、又は中心軸５０６に平行及び垂直な方向に積層された別々の平面上にあってもよい。
【0104】
図１７、図１８、及び図１９に、ロッカーブロックアセンブリ５６０の図が示されている。ロッカーブロックアセンブリ５６０は、ロッカーブロック５７０と、ギアパッド５６２と、回動ピン５８０と、カムフォロア５９４とを含むことができる。ロッカーブロック５７０は、回動ピン５８０に関連する回動点を中心に回転又は回動することができる。断面にわたって概ね三角形の形状を有するように示されているが、ロッカーブロック５７０は、正方形、矩形、円形、又は他の形状など、任意の数の断面形状を有することができることが理解されよう。少なくとも１つの実施形態において、ロッカーブロック５７０は、ロッカーブロック５７０に結合され、形成され、又は留められるロッカーアーム５９８を有し得る。例えば、ロッカーブロック５７０及びロッカーアーム５９８は１つの部品であってもよいし、結合装置又は留め装置を介してともに接合される別個の部分であってもよい。
【0105】
回動ピン５８０は、（図２０～図２２に示す）カムの動きに基づくロッカーブロック５７０の動きを可能にすることができる。カムが回転すると、カムフォロアは、カムに形成された経路を辿り、これにより、ロッカーブロックアセンブリ５６０、より具体的には、ロッカーブロック５７０の移動、回転、又は回動が引き起こされる。カムフォロアがカム経路を追従することによって誘発される移動、回転、又は回動に対抗する、又はそれに抗してバイアスするために、回動ピンは、ロッカーブロックアセンブリ５６０がその周りで移動、回転、又は回動できる回動点として作用し得る。
【0106】
図１８により詳細に見られるように、しかし図１７～図１９をなおも参照すると、ロッカーブロック５７０はまた、カムフォロア５９４に加えて経路フォロア５７４を含み得る。経路フォロア５７４は、経路フォロアピン５６４を介してロッカーブロック５７０に結合され、取り付けられ、又は留められてもよい。いくつかの例では、経路フォロアピン５６４は経路フォロアとして機能してもよく、ここで経路フォロア５７４は、ベアリング、ローラ、又はローラボールベアリングのセットなどであるがこれらに限定されない摩擦低減機構である。経路フォロア５７４は、ロッカーブロックアセンブリが、カムの複数の表面に形成された複数の経路を追従する又は辿ることを可能にする。例えば、カムは、中心軸に対して垂直又は平行な方向において平面内に形成された経路を有し得る一方、別の経路が、中心軸に対して水平又は垂直な方向（中心軸に向かう又は中心軸から離れる方向）においてカムの円周面に沿って形成され得る。
【0107】
ギアパッド５６２は、概ね楕円形又は円形であり、少なくとも１つの実施形態において、インターフェース面５６３を含む。ギアパッド５６２は、任意の数の断面形状又は構造を有し得ることが理解されよう。インターフェース面５６３は、１組のギア歯空隙５６３Ａ、ギア歯突起５６３Ｂを含むことができ、空隙及び突起のそれぞれは、第１の端部５６３Ｃ、及び第２の端部５６３Ｄを有する。一例として、ギア歯突起５６３Ｂを見ると、第１の端部５６３Ｃは第２の端部５６３Ｄよりも狭く、又は小さく、第２の端部５６３Ｄは第１の端部５６３Ｃよりも大きい。ギア歯空隙５６３Ａはギア歯突起５６３Ｂに対応し得、それぞれは互いを基準として縦方向に沿って反転している。例えば、水平基準に関して見たとき、突起の第１の端部は、空隙の対応する第２の端部の隣にあるであろう。対応するインターフェース面は、出力アセンブリで構成されていることが分かるかもしれない。他の例では、インターフェース面５６３は、ポストと穴、舌と溝、摩擦嵌合面、又は他のインターフェース手段を含み得る。
【0108】
少なくとも１つの実施形態において、ロッカーブロックアセンブリ５６０は、カムに形成された経路の追従又は辿りに基づいて全体として移動する。例えば、ロッカーブロックアセンブリ全体は、カムの円周面に形成された経路の追従に基づいて上下に移動し得、さらに、カムの平面に形成された経路の追従又は辿りに基づいて回転又は回動運動が発生し得る。
【0109】
ロッカーブロックアセンブリ５６０は、図１９において分解図で見ることができ、ギアパッド５６２は１組のコンプライアンス装置５６５を有する。ロッカーブロック５７０又はロッカーアーム５９８はそれぞれ、ロッカーブロックアセンブリ５６０の部分又は部品を受け入れるための１つ又は複数の開口又は空隙を有することができる。例えば、ロッカーブロックは、コンプライアンス開口５６６Ａ、及び／又は５６６Ｂ、並びにパッドピン開口５６７Ｂを有することができる。少なくとも１つの例において、コンプライアンス開口５６６Ａ及び５６６Ｂは、コンプライアンス装置５６５を受け入れるように構成可能であり、パッドピン開口５６７Ｂは、パッドピン５６１を受け入れるように構成可能である。パッドピン開口５６７Ｂは、ギアパッド５６２によって画定された対応するパッドピン開口５６７Ａを有することができる。パッドピン５６１は、パッドピン開口５６７Ａを介してギアパッド５６２を通過し、ギアパッド空隙５１１によってメインロッカーブロック５７０から部分的に分離されているロッカーブロックスタンドオフ５７０Ａ及びパッドピン開口５６７Ｂを介してロッカーブロック５７０を通過し、メインロッカーブロック５７０によって画定されているパッドピン開口５６７Ｃ内に固定することが可能である。ギアパッド空隙５１１は、その中に物理的な構造を持たない空間であり得、メインロッカーブロック５７０によって画定され得る。同様に、コンプライアンス装置開口５６６Ａ、及び５６６Ｂは、ロッカーブロックスタンドオフ５７０Ａ及びメインロッカーブロック５７０によって画定され得る。ロッカーブロックスタンドオフ５７０Ａは、メインロッカーブロック５７０の一部であってもよく、それに結合されてもよく、又は留められてもよいことが理解されよう。少なくとも１つの実施形態において、ロッカーブロックスタンドオフ５７０Ａは、ロッカーブロック５７０に同じく隣接するギアパッド空隙５１１に隣接するロッカーブロック５７０の一部であり、ギアパッド空隙５１１は、ロッカーブロック５７０の全断面を通過しない深さでロッカーブロック５７０に形成されている。ロッカーブロック５７０又はロッカーブロックスタンドオフ５７０Ａはまた、回動ピン開口５７７を画定し得る。回動ピン開口は、回動ピン５８０がロッカーブロック５７０の長さを通過することを可能にするように構成され得る。少なくとも１つの例において、回動ピン５８０及び／又は回動ピン開口５７７はまた、ロッカーブロックスタンドオフ５７０Ａを通過し得る。ロッカーブロック５７０は、経路ピン５６４又は経路フォロア５７４がロッカーブロック５７０に結合されることを可能にする経路ピン開口５９７も画定し得る。
【0110】
コンプライアンスメカニクス又はコンプライアンス機構は、変形又は弾性体を通して、力又はエネルギーを別のボディ又は物体に伝達することを可能にする。ロッカーブロック５７０内に収容される、ばね５６５Ａ及びプラグ５６５Ｂを含むことができる１つ又は複数のコンプライアンス装置５６５。ばね５６５Ａは、コンプライアンス開口５６６Ａ／５６６Ｂ内に配置され、ロッカーブロック５７０内のコンプライアンス開口５６６Ａ／５６６Ｂによって画定される空間内で静止することができる。少なくとも１つの実施形態において、ばね５６５Ａは、軸方向ばねである。少なくとも１つの例において、プラグ５６５Ｂは、コンプライアンス力を適用するための均一な、一貫した、又は平坦な表面を提供するために、ばね５６５Ｂと結合及び／又は固定されることができる。一方、他の例では、ばねだけでコンプライアンス力を提供することができる。ばね又はプラグ以外の他のコンプライアンス機構又は材料を利用できることは理解されるだろう。これらの他のコンプライアンス機構又は材料のいくつかの例は、ロッカーブロック５７０からギアパッド５６２への、又はギアボックス機構全体の他の場所へのエネルギーの伝達を可能にする記憶又は合金効果を有し得る。
【0111】
少なくとも１つの実施形態において、１組のコンプライアンス装置５６５は、正（前）方向及び負（後）方向の両方でインターフェース面の設計バイアスを可能にするのに十分な量でギアパッドインターフェース面５６３を出力ギアインターフェース面（図１０に示す）と係合させるコンプライアンス力をギアパッド５６２に対して適用する。いくつかの例は、コンプライアンス装置５６５が、ギアパッド５６２をギアパッド空隙５１１内に、及び／又はロッカーブロックスタンドオフ５７０Ａに対して保持するコンプライアンス力を作り出すことも可能にし得る。ロッカーブロックスタンドオフ５７０Ａは、コンプライアンス開口５６６Ｂに対向し、それ自体のコンプライアンス開口５６６Ａを画定し得る。
【0112】
ロッカーブロック５７０は、ロッカーブロック５７０に結合又は留められ得るか、又はロッカーブロック５７０の一部として形成され得るロッカーアーム５９８を有し得る。少なくとも１つの実施形態において、ロッカーアーム５９８は、（図２０～図２２に示される）カムの動きに基づいてロッカーブロックアセンブリ５６０の移動、回転、又は回動をトリガー、誘発、及び／又は引き起こすための位置にカムフォロア５９４を位置決めすることを可能にするオフセット角５９６を有して形成されている。オフセット角５９６は、カムの回転運動に関連して出力装置の回転運動を最小化又は最大化するために、カム経路の計算の一部として計算することができる。カムフォロア５９４は、カムフォロア開口５７１を画定したロッカーアーム５９８によって受け入れることができる。カムフォロア５９４は１つの部品であるように示されているが、カムフォロア５９４は、経路フォロアピン５６４及び経路フォロア５７４と同様のカムフォロアポスト及びカムフォロア摩擦低減機構で作製できることが理解されよう。
【0113】
図２０、図２１、及び図２２は、ロッカーブロックアセンブリ５６０、カム５３０、及び出力ギア５５２の動き、回転、又は回動を示す。ロッカーブロックアセンブリ５６０が出力ギア５５２と係合するとき。係合はギアパッド５６２及び出力ギア５５２を介して起こり得る。ギアパッド５６２、及び出力ギア５５２の両方は、それぞれのインターフェース面５６３及び５５３を有する。ロッカーブロックアセンブリ５６０がカム５３０の円周面に形成された外部経路５３７に対して移動すると、ギアパッドインターフェース面５６３は、出力ギアインターフェース面５５３と係合することができる。ロッカーブロックアセンブリ５６０が外部経路５３７と共に移動すると、ロッカーブロック５７０及びギアパッド５６２は、回動ピン５８０に沿ってシフトし得る。回動ピン５８０は、外部経路５３７の高さの差によって制限されるロッカーブロック５７０によるスライド移動を可能にし得る。ロッカーブロックアセンブリ５６０の移動は、移動の第１の部分５３９Ａとして特徴付けることができる。移動の第１の部分５３９Ａは、図２１及び図２２に示された対応する回転（２次元）移動部分を有することができる。
【0114】
移動の第２の部分５３９Ｂは、ロッカーブロックアセンブリがカム５３０の内部経路５３６に関連して移動されるときに生じるようにプログラムされるか又は計算される指定距離だけ出力装置又は出力ギアを動かす回転移動（直交座標における２次元の移動）である。カムフォロア５９４が、カム５３０の平面５２９に形成された内部経路５３６を移動、辿る、又は追従するとき、ロッカーアーム５９８及び／又はロッカーブロック５７０は、回動ピン５８０を中心に回動、回転、又は移動する。移動の第２の部分５３９Ｂは、前方バイアス位置、及び後方バイアス位置の両極を有し得る。少なくとも１つの例では、前方バイアス位置は、ロッカーブロックアセンブリの前方移動、及びそれに応じて出力装置又は出力ギアの前方移動を可能にする。この例にさらに、後方バイアス位置は、ロッカーブロックアセンブリが、ロッカーブロックアセンブリ５６０、出力装置又は出力ギアの結合を遅くすること、及び／又は防止することを可能にする。この結合防止、後方バイアス位置は、出力装置又は出力ギアが、ギアパッドと出力装置又は出力ギアとの係合を妨げ得る所望の位置を越えて、スリップする、スライドする、又は他の方法で移動することを防止する。ロッカーブロックアセンブリ５６０はまた、中立位置又は非バイアス位置と、移動の第２の部分５３９Ｂに沿った移行位置とを有し得る。
【0115】
例えば、ギアパッドインターフェース面５６３は、出力要素インターフェース面５５３と係合及び／又は離脱することができる。ギアパッド５６２は、ロッカーブロック５７０、ロッカーアーム５９８、及びカムフォロア５９４の回動運動の結果として、周期的な態様で移動する。少なくとも１つの例において、ロッカーブロックは４つの位置を有することができる。第１の位置（又は移行位置）は、出力装置５５０の新たな回転を開始するために、ギアパッドが新たな位置まで横断又は移動することを可能にする。第２の位置（又は係合位置又は正バイアス移動位置）は、ギアパッドが出力装置５５０に回転力又は引っ張り力を発生させることを可能にする。第３の位置（又は、中立位置又はバランス位置）は、ギアパッド５６２が、出力装置に発生する力がない状態で、出力要素インターフェース面と係合、回転、又は離脱する位置にあることを可能にし得る。第４の位置（すなわち、逆張力又は負バイアス構成）は、出力装置５５０のバックラッシュの防止及び／又は除去を支援するために、出力装置５５０に張力をかけることを可能にする。さらに、本発明のロッカーブロックアセンブリ５６０は、バックラッシュをゼロに、さらには予荷重状態に低減し、動力源及び／又は被動力供給装置（図示せず）間の緊密な接続を作り出す。これは、特に高振動用途に極めて望ましい特徴である。さらに、出力装置５５０に対するギアパッド５６２の係合に関連する応力がより大きな面積に分散されるため、ギアパッド５６２は、信頼性を低下させることなく、一般的に安価で製造が容易な軽量材料で製造することが可能である。
【0116】
図２０及び図２１に示され、さらに図２２に示されるように、ロッカーブロックアセンブリ５６０は、カム５３０の回転、及びカム５３０内に形成された経路に従って、出力ギア５５２を所定の距離だけ係合及び／又は移動させることができる。ロッカーブロックアセンブリ５６０は、ロッカーブロックアセンブリ５６０のための移動の３次元周期的パターンを可能にする移動の第２の部分（回転、水平、又は２次元運動）５３９Ｂと連携又は組み合わせて動作する移動の第１の部分（直線、垂直、又は１次元運動）５３９Ａを有することができる。移動の第１の部分５３９Ａは、カム５３０の円周面５３４Ｂに形成された外部経路５３７に対応する。動きの第２の部分５３９Ｂは、図１４に示す内部経路に対応し、ロッカーアーム５９８に結合されたカムフォロア（図１８に示す）の辿り又は追従に対応する。移動のこれらの部分５３９Ａ／５３９Ｂは、回動ピン５８０の周りを含むがこれに限定されない、特定の回動点の周りのロッカーブロック５７０又はロッカーブロックアセンブリ５６０の移動、回転、又は回動を誘発する。
【0117】
移動の間、ロッカーブロックアセンブリ５６０の１つ又は複数は、出力ギア５５２、又は出力ギアインターフェース面５５３と（ギアパッド又はギアパッドインターフェース面を介して）係合する。この係合の例は、係合５０１として示され、離脱の例は、離脱５０３として示される。図面に描かれた３次元回路は縮尺通りではなく、本発明の一般的な原理を説明するために多少誇張されていることが理解される。例えば、距離Ａ－Ｂは、典型的には、描かれているよりもずっと小さいであろう。各ロッカーブロックアセンブリ５６０の移動経路又は回路５３９Ａ／５３９Ｂは、ロッカーブロックアセンブリ５６０、ギアパッド５６２のサイズ及び構成を調整すること、及び／又はカム５３０に形成された経路又は溝５３６、５３７を変更することにより制御される。例えば、各ギアパッド５６２の移動経路又は回路は、それぞれのギアパッド５６２及び／又はロッカーアーム５９９の長さ、幅、高さ、及び／又はサイズを調整することによって、及び／又はカム５３０に形成された経路又は溝を変更することによって、制御される。
【0118】
本発明のロッカーブロックアセンブリを使用して、ギアボックス機構の多数の実施形態が実現可能である。本発明に従って構築されたギアボックス機構の全ての実施形態は、カム５３０の中心軸５０６を中心に構成された複数のロッカーブロックアセンブリを特徴とし、奇数又は偶数どちらかのロッカーブロックアセンブリを含み得る。本発明のギアボックス機構には、少なくとも２つ、好ましくは３つ以上のロッカーブロックアセンブリが必要である。ロッカーブロックアセンブリの移動は、典型的には、互いに回転系列で移動する。
【0119】
しかしながら、複数のロッカーブロックアセンブリが４つ以上の偶数個のロッカーブロックアセンブリを含む本発明の好ましい実施形態では、カム５３０の両側に構成されたロッカーブロックアセンブリは、２次装置又は出力装置５５０から一斉に係合及び離脱する。例えば、ギアボックス機構５２０の一実施形態は、４つのロッカーブロックアセンブリ５６０を特徴とし得る。同様に、ギアボックス機構５２０の別の実施形態は、６つのロッカーブロックアセンブリ５６０を特徴とし得る。これは、カム５３０の平面に形成された個々の経路又は溝が、カム５３０の平面に沿って互いに同相であることを保証することによって達成される。
【0120】
改良されたギアボックス機構が本明細書に記載されていることは当業者には明らかである。本発明は好ましい実施形態によって記載されてきたが、その趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の適合及び修正を採用できることは明らかである。本明細書で使用される用語及び表現は、記載の用語として使用されており、限定ではない。したがって、同等物を除外する意図はなく、逆に、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく使用できるすべての同等物を網羅することを意図している。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【国際調査報告】