JP2002257204A - 旋回制御歯車式自動無段変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 歯車式の自動無段変速機の提供。 【解決手段】 Ａ：回転駆動力が与えられる入力軸４、
Ｂ：入力軸にカサ歯車４１，２４を介してかみ合わさ
れ、入力軸に対し相対回転可能に設けられる支柱部材
２、Ｃ：支柱部材に保持され、入力軸と歯車を介してか
み合わされる遊星歯車１、Ｄ：遊星歯車と歯車を介して
かみ合わされて回転される従動回転部材３、Ｅ：支柱部
材のカサ歯車２４にかみ合わされ、入力軸に対し相対回
転可能に設けられる被制動部材５、Ｆ：入力軸に設けら
れ、入力軸へのトルク負荷を検出するセンサー６、Ｇ：
センサーの検出結果に基づいて、入力軸に対する被制動
部材の制動量を調整して、入力軸に対する支柱部材の相
対回転の回転角速度を調整する制動装置７、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歯車式自動無段変
速機に関するものである。

【０００２】

【発明の背景】従来、無段変速機を歯車で構成すること
は、歯車のかみ合わせの変換が難しいことから、歯車式
は無段変速機に向かないものとされてきた。

【０００３】しかしながら、歯車は滑りを起こさずに比
較的大容量の力を伝達できるなどの利点があるため、歯
車式無段変速機が実現できれば好適である。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その主たる目的は、歯車式の自動無段変速機を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の歯車式自動無段変速機は、遊星歯車機構を
組込んで、その旋回運動を干渉しあう台座側で制御し
て、変速比を変える変速機（旋回制御歯車式自動無段変
速機）である。

【０００６】すなわち、本発明の旋回制御歯車式自動無
段変速機は、自己回転による自転と、旋回による公転の
双方の運動を集束して他に作用する機能を持つ遊星歯車
を機構内に設け、入力された回転トルクが、（カサ）歯
車の組合せによるデフ機構を設けることによって入力
軸、出力軸、第三者の台座の三方に干渉し合い、緊張関
係にある台座側においてその旋回運動量だけの増減を任
意に制御することによって変速を行うことを特徴とす
る。

【０００７】また、本発明の旋回制御歯車式自動無段変
速機は、入力軸の回転を、遊星歯車を介して出力軸に伝
達するための機構であって、前記遊星歯車は、入力軸の
回転に伴って自転すると共に、入力軸に対し相対回転可
能に制動調整される部材との関係で、旋回による公転量
が調整され、入力軸へのトルク負荷に基づいて前記制動
調整が行われることで、遊星歯車の前記公転量の調整が
行われ、入力軸と出力軸との間の変速比が調整されるこ
とを特徴とする。

【０００８】なお、具体的には、例えば以下の（１）か
ら（６）の構成を備えることを特徴とする旋回制御歯車
式自動無段変速機である。 （１）回転駆動力が与えられる入力軸。 （２）入力軸に対し相対回転可能に設けられる支柱部
材。 （３）支柱部材に保持され、入力軸と歯車を介してかみ
合わされる遊星歯車。 （４）遊星歯車と歯車を介してかみ合わされて回転され
る従動回転部材。 （５）入力軸へのトルク負荷に基づいて、入力軸に対す
る支柱部材の相対回転量を調整する制動装置。 （６）カサ歯車の組合せによるデフ機構。

【０００９】或いは、例えば以下の（１）から（７）の
構成を備えることを特徴とする旋回制御歯車式自動無段
変速機である。 （１）回転駆動力が与えられる入力軸。 （２）入力軸にカサ歯車を介してかみ合わされ、入力軸
に対し相対回転可能に設けられる支柱部材。 （３）支柱部材に保持され、入力軸と歯車を介してかみ
合わされる遊星歯車。 （４）遊星歯車と歯車を介してかみ合わされて回転され
る従動回転部材。 （５）支柱部材のカサ歯車にかみ合わされ、入力軸に対
し相対回転可能に設けられる被制動部材。 （６）入力軸に設けられ、入力軸へのトルク負荷を検出
するセンサー。 （７）センサーの検出結果に基づいて、入力軸に対する
被制動部材の制動量を調整して、入力軸に対する支柱部
材の相対回転の回転角速度を調整する制動装置。

【００１０】若しくは、回転駆動力が与えられる入力軸
と、その回転が伝えられる従動回転部材との間に適用さ
れる歯車式自動無段変速機であって、下記（１）から
（４）の構成要件を備えたことを特徴とする。 （１）入力軸に対し相対回転可能に設けられる支柱部
材。 （２）支柱部材に保持され、入力軸と歯車を介してかみ
合わされる遊星歯車。 （３）遊星歯車の回転に基づき回転される従動回転部
材。 （４）入力軸へのトルク負荷に基いて、カサ歯車の組合
せによるデフ機構を介して、入力軸に対する支柱部材の
相対回転量を調整する制動装置。

【００１１】さらに、回転駆動力が与えられる入力軸
と、その回転が伝えられる従動回転部材との間に適用さ
れる歯車式自動無段変速機であって、下記（１）から
（８）の構成要件を備えたことを特徴とする。 （１）入力軸と一体回転可能に設けられた第１カサ歯
車。 （２）入力軸と相対回転可能に設けられた第３カサ歯
車。 （３）第１カサ歯車と第３カサ歯車にかみ合わされた第
２カサ歯車を備えることで、入力軸に対して相対回転可
能に設けられる支柱部材。 （４）支柱部材に保持され、入力軸とかみ合わされる遊
星歯車。 （５）遊星歯車と同軸上に、且つ遊星歯車と一体回転可
能に設けられ、従動回転部材とかみ合わされる出力歯
車。 （６）第３カサ歯車を備え、入力軸に対し相対回転可能
に設けられる被制動部材。 （７）入力軸に設けられ、入力軸へのトルク負荷を検出
するセンサー。 （８）センサーの検出結果に基いて、入力軸に対する被
制動部材の制動量を調整して、入力軸に対する支柱部材
の相対回転の回転角速度を調整する制動装置。

【００１２】なお、上記各発明において、「（歯車を介
して）かみ合わされ（る）」とは、隣接部材（例えば入
力軸と遊星歯車）が直接若しくは１以上の歯車を介して
かみ合わされることをいう。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の歯車式自動無段変
速機について、実施例に基づき更に詳細に説明する。図
１は、本発明の歯車式自動無断変速機の一実施例を示す
図である。また、図２は、そのＸ−Ｘ断面図である。

【００１４】本実施例の無段変速機は、入力軸４の回転
駆動力を、出力側（例えば車輪側）の従動回転部材３に
伝達させるための機構であって、入力軸４に負荷される
回転トルクに基づいて、従動回転部材３との変速比を自
動的に無段で変化させるものである。特に、大容量の回
転力に適した歯車式自動無段変速機である。

【００１５】入力軸４は、回転自在に保持されており、
エンジン等によって回転駆動される。図示例では、入力
軸４は略水平に保持され、基端側（図１の左側）から回
転駆動力が与えられて回転される。

【００１６】入力軸４の先端側（図１の右側）には、第
１カサ歯車４１と平歯車４２が軸方向に離間して設けら
れている。この第１カサ歯車４１と平歯車４２は、入力
軸４と固定的に設けられており、入力軸４と一体回転す
る。なお、第１カサ歯車４１は、カサの先端を入力軸４
の基端側に向けて配置されている。つまり、第１カサ歯
車４１は、入力軸４の基端側に行くに従って縮径するよ
う形成されている。

【００１７】入力軸４の第１カサ歯車４１と平歯車４２
との間には、支柱部材２が設けられている。支柱部材２
の形状は特に問わないが、本実施例では断面略矩形状の
棒材からなり、長手方向中央部に貫通形成された穴２１
に、入力軸４が回転可能に差し込まれている。これによ
り、支柱部材２は、入力軸４に対し相対回転可能に、入
力軸４の軸方向と直角方向に延びて取り付けられる。

【００１８】支柱部材２には、入力軸４の先端側に向い
た先端側面に、中間歯車１０と遊星歯車１とが二つずつ
回転可能に取り付けられる。中間歯車１０は、支柱部材
２の長手方向中央部の入力軸４側に設けられ、その外側
に遊星歯車１が設けられる。

【００１９】すなわち、支柱部材２の先端側面には、支
柱部材２の長手方向中央部の入力軸４から所定距離だけ
離間した位置に、第１保持軸２２が先端側面と垂直に先
端側に突出して設けられると共に、その第１保持軸２２
よりも外側に第２保持軸２３が、先端側面と垂直に先端
側に突出して設けられている。

【００２０】そして、支柱部材２の第１保持軸２２に
は、中間歯車１０が回転可能に保持される。この中間歯
車１０は、入力軸４に設けられた前記平歯車４２にかみ
合わされている。また、支柱部材２の第２保持軸２３に
は、遊星歯車１が回転可能に保持される。この遊星歯車
１は、中間歯車１０とかみ合わされると共に、従動回転
部材３ともかみ合わされる。

【００２１】従動回転部材３は、軸方向基端側への開口
部を備えており、その開口部の内周面には、内ば歯車３
１が形成されている。そして、前述したように、この内
ば歯車３１に、前記支柱部材２の遊星歯車１がかみ合わ
されている。本実施例では、棒状の支柱部材２の長手方
向両端部に遊星歯車１，１を設けているので、従動回転
部材３の内ば歯車３１の径方向に対向した位置で、遊星
歯車１とかみ合わされることになる。

【００２２】支柱部材２には、入力軸４の基端側に向い
た基端側面に、入力軸４の第１カサ歯車４１とかみ合わ
される一対の第２カサ歯車２４，２４が、支柱部材２の
長手方向に離間して対向して設けられている。具体的に
は、支柱部材２の基端側面には、基端側に突出してアー
ム２５，２５が設けられており、そのアーム２５の先端
部には、上下方向内側つまり入力軸４側に向けて回転軸
２６が突出形成されている。この回転軸２６は、軸線を
入力軸４と垂直方向に配置され、第２カサ歯車２４を回
転可能に保持する。

【００２３】このようにして設けられる一対の第２カサ
歯車２４，２４は、入力軸４から所定距離だけ離間した
位置に配置される。また、各第２カサ歯車２４は、カサ
の先端を入力軸４側（図１では上下方向内側）に向けて
配置されている。つまり、第２カサ歯車２４は、回転軸
２６の先端側に行くに従って縮径して形成されている。
そして、この第２カサ歯車２４は、入力軸４の第１カサ
歯車４１とかみ合わされて設けられる。図示例では、第
２カサ歯車２４は、入力軸４の先端側の周側面で、第１
カサ歯車４１の上下の周側面とかみ合わされている。

【００２４】第２カサ歯車２４はさらに、入力軸４の基
端側の周側面が、被制動部材５の第３カサ歯車５１にか
み合わされている。被制動部材５は、入力軸４に対し相
対回転自在に外嵌されており、入力軸４の先端側に第３
カサ歯車５１が設けられると共に、これと一体的に基端
側に平歯車５２が設けられている。そして、第３カサ歯
車５１は、カサの先端を入力軸４の先端側に向けて形成
され、その周側面の歯部を前記各第２カサ歯車２４にか
み合わされている。

【００２５】被制動部材５の平歯車５２は、台座側に設
けられた制動装置７の平歯車７１とかみ合わされてい
る。そして、制動装置７は、その平歯車７１の回転力を
制動可能とされている。つまり、被制動部材５の平歯車
５２の回転速度を調整して、被制動部材５の回転を遅く
したり、速くしたりすることができる。なお、制動装置
７のこのような制御は、入力軸４に設けられたセンサー
６にて検出したトルクに基づいて行われる。なお、制動
装置７の構成は特に問わないが、例えば流体モータを利
用することができる。

【００２６】次に、上記実施例の歯車式無段変速機の動
作について説明する。上述した構成説明より明らかなよ
うに、本実施例の変速機は、デフ機構によって入力軸４
と、台座側の歯車（被制動部材）５と、出力軸側歯車
（従動回転部材）３の三方に干渉しあっている。

【００２７】いま、入力軸４が回転している時、台座側
の制動装置７の制圧によって歯車（被制動部材）５が静
止している場合、出力軸（従動回転部材）３は設定され
た変速比で回転していることになる。この状態は、いわ
ゆるトップギアの状態である。なお、図１には、各部材
の回転方向を矢符で示した（歯車５の矢符は滑り方向で
ある）。

【００２８】そして、この状態で、入力軸４に設けられ
たセンサー６によって、出力軸側の要求に原動力が耐え
られないと感知した時、その旨の信号を制動装置７に送
り制動圧力を下げる。

【００２９】このことによって、歯車（被制動部材）５
が回転しだし、遊星歯車１の支柱（支柱部材）２の回転
角速度が下がる。それに伴い、回転運動（自転）と旋回
運動（公転）を集束して作動している遊星歯車１は、自
己の回転角速度を変えずに旋回角速度だけを下げること
になる。その結果、入力軸４と出力軸３の回転比が大き
くなり、原動力に余裕ができる。その分、入力軸４の回
転角速度を上げることができる。また、その結果、原動
力に適当な余力が生じたときセンサー６が感知し、信号
を送って制動を強くする。この反復によって常時、回転
比率を適切に保てることになる。

【００３０】この変速機の回転比率の変換の有効範囲
は、図３に示すように、支柱２が静止した状態（符号
９）から、遊星歯車１の回転方向と同一方向の設定され
た最大の回転角速度（符号８）までである。この間の比
率は、次式で表される。

【００３１】すなわち、入力軸、遊星歯車、３６０度回
転角速度において、 Ｄ＝（３６０×Ａ／Ｂ）＋Ｃ−（Ｃ×Ａ／Ｂ） で表される。ここで、Ｄは出力軸回転角速度、Ａは遊星
歯車半径、Ｂは出力軸歯車半径、Ｃは支柱回転角速度で
ある。なお、歯車のピッチを揃えた場合の例である。

【００３２】また、支柱２が逆方向に回転する状態の範
囲内の時は、変速機の機能としては無為であるが、クラ
ッチ機能として有能な効果がある。

【００３３】以上述べたように、本実施例の機構の特長
は、「入力された回転トルクを、デフ機構によって入力
側、台座側、出力側の三方向に干渉させ、遊星歯車の自
己回転角速度はそのままで旋回運動の中心に対する旋回
角速度だけを支点になる第三者の台座側で制御するこ
と」にある。そして、本実施例の機構を使用すること
で、次のような利点がある。 （１）歯車式なので、必要な運動に滑りがなく、大容量
の回転力に適している。また、耐用期限が長い。 （２）適切な指示と制動があれば、エネルギーの節約に
なる構造である。 （３）材質及び潤滑オイルは従来通りのものでよいので
対応が安易である。 （４）クラッチ機能を利用することができる。 （５）歯車半径又は形状を変える余地があるので、変速
比の幅を大きく設定することが容易である。

【００３４】ところで、本発明の歯車式無断変速機は、
上記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。例え
ば、上記実施例では、支柱部材２の本体部を棒状とし
て、入力軸４から二叉になるよう構成したが、三叉にす
るなどの適宜の変更が可能である。例えば三叉にした場
合には、入力軸４が挿通される中央部から１２０度間隔
で本体部が三つに分けられ、そのそれぞれに、遊星歯車
１や中間歯車１０、第２カサ歯車２４が設けられること
になる。また、支柱部材２の制動機構も、上記実施例の
構成に限らず適宜変更可能である。特に、被制動部材５
を制動させるための第３カサ歯車５１の制動構造や制動
装置７には、適宜の構成が採用される。

【００３５】さらに、上記実施例では支柱式遊星歯車に
よる例を示したが、図４に示すコア式による遊星歯車機
構を用いても同様の作用効果を得ることができる。この
図４の実施例でも、基本的には前記実施例と同様である
ので、以下では異なる点を中心に説明する。まず、入力
軸４の平歯車４２に、その直径方向に対応して二つの遊
星歯車１,１がかみ合わされている。そして、各遊星歯
車１の回転軸同士は連結部材３Ａで連結され、その連結
部材３Ａの中央部に出力軸３が結合されている。また、
各遊星歯車１は、内ば歯車２１Ａを備えた部材２Ａにか
み合わされ、その部材２Ａは入力軸４に対し相対回転可
能であると共に制動調整可能とされている。このように
して、部材２Ａが前記実施例における支柱部材２と同等
の運動形態をとることで、変速比を調整可能とされてい
る。

【００３６】図５に、図１の支柱式遊星歯車による無段
変速機の変形例を示す。また図６は、そのＹ−Ｙ断面図
である。この実施例の変速機も基本的には前記図１の支
柱式遊星歯車の実施例と同様であるので、以下では両者
の異なる点を中心に説明する。まず、本実施例では図６
に示すように、支柱部材２の本体部を入力軸４が通され
る中央部から三叉にし、その各分岐部には入力軸４の先
端側に向いた面に遊星歯車１が回転可能に取り付けられ
ている。これら三つの遊星歯車１,１,１は、入力軸４の
平歯車４２に、直接かみ合わされている。なお、各遊星
歯車１の回転軸は、入力軸４の周方向に等間隔で三叉に
分岐された支柱部材２に保持されている。また、各遊星
歯車１と同軸上に、且つ各遊星歯車１と一体回転可能に
出力歯車１１がそれぞれ設けられている。図示例では、
平歯車状の出力歯車１１が遊星歯車１と一体的に形成さ
れている。そして、それら三つの出力歯車１１は、従動
回転部材３の外周面に設けられた平歯車３２に、かみ合
わされている。この実施例の変速機も、図１のものと同
様の動きをすることはいうまでもない。

【００３７】なお、本発明の歯車式自動無段変速機は上
記実施例の構成に限らず適宜、変更可能である。例え
ば、隣接する部材の歯車のかみ合わせは、上記実施例の
構成に限らず、歯車の個数や配置は適宜、変更可能であ
る。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
歯車式の自動無段変速機を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の歯車式無段変速機の一実施例を示す断
面図である。

【図２】図１におけるＸ−Ｘ断面図である。

【図３】図１の歯車式無段変速機の理論説明図である。

【図４】本発明の歯車式無段変速機の他の実施例の主要
部を示す断面図である。

【図５】図１の歯車式無段変速機の変形例を示す断面図
である。

【図６】図５におけるＹ−Ｙ断面図である。

【符号の説明】

１ 遊星歯車 ２ 支柱部材 ３ 従動回転部材 ４ 入力軸 ５ 被制動部材 ６ センサー ７ 制動装置 １０ 中間歯車 １１ 出力歯車 ２４ 第２カサ歯車 ３１ 内ば歯車 ４１ 第１カサ歯車 ４２ 平歯車 ５１ 第３カサ歯車

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自己回転による自転と、旋回による公転
   の双方の運動を集束して他に作用する機能を持つ遊星歯
   車を機構内に設け、 歯車の組合せによるデフ機構を設けて、入力された回転
   トルクが、入力軸、出力軸、第三者の台座の三方に干渉
   し合い、緊張関係にある台座側においてその旋回運動量
   だけの増減を任意に制御することによって変速を行うこ
   とを特徴とする歯車式自動無段変速機。
2. 【請求項２】 入力軸の回転を、遊星歯車を介して出力
   軸に伝達するための機構であって、 前記遊星歯車は、入力軸の回転に伴って自転すると共
   に、入力軸に対し相対回転可能に制動調整される部材と
   の関係で、旋回による公転量が調整され、 入力軸へのトルク負荷に基づいて前記制動調整が行われ
   ることで、遊星歯車の前記公転量の調整が行われ、入力
   軸と出力軸との間の変速比が調整されることを特徴とす
   る歯車式自動無段変速機。
3. 【請求項３】 回転駆動力が与えられる入力軸と、その
   回転が伝えられる従動回転部材との間に適用される歯車
   式自動無段変速機であって、 入力軸に対し相対回転可能に設けられる支柱部材と、 支柱部材に保持され、入力軸と歯車を介してかみ合わさ
   れる遊星歯車と、 遊星歯車の回転に基づき回転される従動回転部材と、 入力軸へのトルク負荷に基いて、カサ歯車の組合せによ
   るデフ機構を介して、入力軸に対する支柱部材の相対回
   転量を調整する制動装置とを備えたことを特徴とする歯
   車式自動無段変速機。
4. 【請求項４】 回転駆動力が与えられる入力軸と、その
   回転が伝えられる従動回転部材との間に適用される歯車
   式自動無段変速機であって、 入力軸と一体回転可能に設けられた第１カサ歯車と、 入力軸と相対回転可能に設けられた第３カサ歯車と、 第１カサ歯車と第３カサ歯車にかみ合わされた第２カサ
   歯車を備えることで、入力軸に対して相対回転可能に設
   けられる支柱部材と、支柱部材に保持され、入力軸とか
   み合わされる遊星歯車と、 遊星歯車と同軸上に、且つ遊星歯車と一体回転可能に設
   けられ、従動回転部材とかみ合わされる出力歯車と、 第３カサ歯車を備え、入力軸に対し相対回転可能に設け
   られる被制動部材と、 入力軸に設けられ、入力軸へのトルク負荷を検出するセ
   ンサーと、 センサーの検出結果に基いて、入力軸に対する被制動部
   材の制動量を調整して、入力軸に対する支柱部材の相対
   回転の回転角速度を調整する制動装置とを備えたことを
   特徴とする歯車式自動無段変速機。