JP2005090733A - ベルト式無段変速機の後進機構 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で容易に保守修理ができるベルト式無段変速器の後進機構を得る。
【解決手段】カムピン４２を後固定半プーリ２２に設置し、カムガイド溝４１を後可動半プーリ２３に設置する。又、前記カムガイド溝４１の内側の両側面はカムレールに形成されている。かくして、前記カムピン４２が正転カムレール或いは逆転カムレールの全部或いは局部のレールと接触した時、接触点上に垂直分力と平行分力が発生する。前記垂直分力はプーリの回転軸と平行で、プーリの方向に向っている。前記水平分力はベルトに平行している。この二分力は前記カムピン４２が正転カムレール或いは逆転カムレールと接触すると、ベルト式無段変速機構は正転の動力或いは逆転の動力を伝動するように構成されて成るベルト式無段変速器の後進機構を提供するものである。
【選択図】図３

Description

本発明はベルト式無段変速器の後進機構に関するものであり、特に、プーリ機構に後進機能を有するカムガイド溝を設置して、正転と逆転に於いて共に動力源をアウトプットすることができる主要伝動機構のベルト式無段変速機構を提供することができて、全体の動力系統（例えば動力源と伝動機構）はこれにより正転と逆転の何れも無段変速によってアウトプットすることができる動力系統を形成することができ、かくして、工業上及び車輌上に適用することができる上、低コストで連続的に且つ、円滑に変速して正転及び逆転の動力をアウトプットすることができるベルト式無段変速器の後進機構に関する。

従来のベルト式無段変機構は低コストで、且つ、機構が簡単であって、修理が容易である上、変速範囲が広い等の利点を有しているので、増々広汎に各種動力伝動機器に使用されている。

而して、一般によく見られるベルト式無段変速機構は二種類ある。

１．一種類はＶ型ラバーベルトで二個のプーリに介装されているものである。即ち、駆動プーリと従動プーリをＶ型ラバーベルトで連接した機構で、只プーリの内部に局部的にグリースを塗布するだけで全体機構としては乾式で、マシンオイルによる潤滑を使用しないものである。比較的小動力の伝動をすることができる機構である。

２．他の一種は多片のＶ型形状の金属と複合材料を鋼帯に組合せて、一本の複合材料金属チェーンを形成し、この複合材料金属チェーンを駆動チェーンプーリと従動チェーンプーリに連接して構成した機構である。前記機構は乾式、又は全機構をマシンオイルケース内に設置して充分な潤滑を得ることができる湿式の機構にすることもできる。この種の機構は比較的大なる動力の伝動に利用されている。

これらのベルト式変速機構の二セットのプーリはそれぞれ二個の半プーリで組合したものである。（特許文献１参照、例えば中華民国特許第４９９３７６号特許文献参照）その中一つは固定半プーリで、回転軸上に固定している。他の一つは可動半プーリで回転軸上で可動することができる。前記可動半プーリを移動することによって、二個の半プーリの間隔を調整することができる。かくして、ベルトとプーリの有効接触位置と有効回転半径を変化することができて、二個のプーリ間は回転速度比はこれによって変化を来して無段変速の効果を果たすことができるのである。

二個のプーリの可動半プーリの位置の調整方式には幾多の種類がある。遠心ブロックを用いて回転速度の変化によって発生する遠心力に押されて位置を調整するものと、外部より油圧コントロールで位置を調整するものと、外部より電磁力を加えて推し動かすことによって位置を調整するものとがある。

従来のベルト式変速機構は全てが或る単一方向の動力を伝動することができるだけで、逆方向の動力を伝動することができない。逆方向に回転した時、トルクが完全に喪失する。即ち、ベルトとプーリ間にゆるみが生じて動力を伝動することができない。かかる機能上の欠点があるため、従来周知のベルト式変速機構は広汎に多方面の動力伝動機構に応用することができない。

従来周知のベルト式変速機構は只単一方向の回転動力を伝動するだけで、逆方向の回転動力を伝動することができない原因は、二個のプーリ或いはその中の一つのプーリに一組以上のトルクカム機構が有るためである。この種のトルクカムはカムピンとカムガイド溝を含んでいて、それぞれ各プーリの固定半プーリと可動半プーリに設計されている。プーリが回転して或る方向のトルクを伝動した時、カムピンはカムガイド溝の内側面即ち、カムレールに緊密に接触する。前記カムピンが前記カムガイド溝と接触した時、その作用力はガイドレールの接触点と垂直で、且つ、二分力ベクトルに分解することができる。その中、一分力ベクトルはプーリの回転軸と垂直で、他の一分力ベクトルはプーリの回転軸と平行している。前記プーリの回転軸と平行している分力ベクトルが、若しベルトの方向に向っているならば、前記可動半プーリは前記カムピンの作用力に推されてベルトの方向に移動する。よって、ベルトとプーリ間の摩擦力が増加する。かくして、ベルトでもってプーリに動力を伝動することができるのである。之に反して、若し、プーリの回転軸に平行している分力ベクトルがベルトの方向と遠退くする方向に向っているならば、前記可動半プーリは前記カムピンの作用力に推されてベルトから離れる。よって、ベルトとプーリ間の摩擦力は減小して空滑りをするので接続して動力を伝動することができない。

従来周知のカムガイド溝の二内側面は相互に平行している。正転時、カムピンの発生する作用力のプーリ回転軸上に於ける分力がベルト方向に向っているならば、カムガイドレールは動力を伝動する効用を発揮する。然るに反転時、カムガイドレールとカムピンが相互に作用して、その作用力のプーリ回転軸上に於ける分力はベルトの方向と相反し、よって前記可動半プーリはベルトから遠退き、空滑りして動力を伝動することができない。

然るに、工業上及び交通工具に使用されている中で、常時正転及び逆転共に動力のアウトプットができる需要に適用されているものがある。例えば、モーター、空気圧縮機、或いは油圧機等の動力設備はすべて正転及び逆転の動力源をアウトプットすることができる。之を内燃機或いは外燃機等のピストンエンジンを動力に使用しても、簡易的に後進機構を経由して単一方向のアウトプット動力源を、正転及び逆転の二方向アウトプット動力源に変化することができる。よって、正転及び逆転の二方向に動力源をアウトプットすることは、既に簡易的な取計らいでもって発生させることができる。然しながら、トルク変換と伝動を司る無段変速器は現在に至るまで只単一回転方向に動力源をアウトプットすることができるのみである。依って、全体的動力系統は低コストで変速が順調であるベルト式無段変速機構を使用することができず、只コストの高い歯車変速箱を使用するのみである。

本発明人はベルト式変速機構が広汎に各種動力伝動器に応用され、正転及び逆転に於いて共に動力源を伝動する機能を有し、更に高コストの後進及び変速機構を増やすことなく低コストで且つ、変速回転が期待でき、逆転に於いても動力伝動が円滑に行えるベルト式変速機構を提供しようと試み、従来のベルト式無段変速機構の欠点に鑑みて多年の設計開発の実務と経験によって遂に本発明に至ったものである。

本発明の解決しようとする課題は正転と逆転に於いて共に動力を伝動することができて、且つ、構造が簡単で、容易に保守修理ができる上、正転と逆転時、不同速度比を得ることができ、而も各種不同動力の設備と配合することができるベルト式無段変速器の後進機構を得ることを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、前固定半プーリと前可動半プーリで組成された前部プーリを動力源を具有している前回転軸に設置する。又、後固定半プーリと後可動半プーリで組成された後部プーリを後回転軸に設置する。前記前部プーリと前記後部プーリ間にベルトを掛けて動力を伝動する。更に、カムピンとカムガイド溝で組成されたトルクカムセットをプーリに設置する。その中、前記カムピンは後固定半プーリに設置されていて、前記カムガイド溝は後可動半プーリに設置されている。又、前記カムガイド溝の内側の両側面はカムレールに形成されている。かくして、前記カムピンが正転カムレール或いは逆転カムレールの全部或いは局部のレールと接触した時、接触点上に垂直分力と平行分力が発生する。前記垂直分力はプーリの回転軸と平行で、プーリの方向に向っている。前記水平分力はベルトに平行している。この二分力は前記カムピンが正転カムレール或いは逆転カムレールと接触すると、ベルト式無段変速機構は正転の動力或いは逆転の動力を伝動する。又、正転カムレールと逆転カムレールの曲率半径を不同にすると、不同の減速比を得ることができるように構成されたベルト式無段変速器の後進機構を提供するものである。

本発明のベルト式無段変速器の後進機構は、トルクカムセットの創設によって後進機能を有し、よって、正逆転両方向に動力をアウトプットする動力源の主要伝動機構に適用することができて、正逆転共に無段変速によるアウトプットの動力系統を形成することができる。

更に、機構が簡単で、別に後進機構の設置を必要とせず変速範囲が広く、しかも連続して順調に変速することができる上、保全が容易で、特にコストが低廉で加うるに各種不同動力の設備に適用することができる特殊の効能を具有し、工業上及び車輌等に広汎に応用することができる効果を奏する。

以下、本発明の一実施の形態を図面に従って詳述する。本発明は前部プーリ１を有し、該前部プーリ１は前回転軸１１に設置されている。前部回転軸１１は動力源１０が設けられていて、正転と逆転の動力をアウトプットすることができる。後部プーリ２を有し、後回転軸２１に設置されている。又、ベルト３があってその両端はそれぞれ前記前部プーリ１と前記後部プーリ２に掛けられている。更に又、トルクカムセット４があって、前記後部プーリ２に設置されている。上記部品の組合せによりベルト式無段変速器は正転と逆転の動力をアウトプットすることができる。下記に於いて詳細に説明をする。

図１〜２は、ベルト式無段変速器の後進機構を示す。その構造は下記のものを含んでいる。

前部プーリ１があって、前回転軸１１に設置されている。前記前部プーリ１は前可動半プーリ１２と前固定半プーリ１３とから成る。その中、前可動半プーリ１２はスライド自在に前回転軸１１に嵌合されていて、前記前回転軸１１上で軸方向に移動することができる。前記前固定半プーリ１３は前記前回転軸１１に固定して設置されていて、前回転軸１１と共に回転する。前記前回転軸１１には動力源１０が設けられていて、正転と逆転の動力をアウトプットすることができる。但し、前記前回転軸１１は必要に応じて正転或いは逆転を行うものである。

後部プーリ２があって、後回転軸２１に設置している。前記後部プーリ２は後固定半プーリ２２と後可動半プーリ２３とから成る。その中、前記後固定半プーリ２２には後固定半プーリ軸受メタル２４が設けられていて、前記後回転軸２１と連結している。よって、前記後固定半プーリ２２は前記後回転軸２１を連動し、同時回転して動力をアウトプットすることができる。前記後可動半プーリ２３には後可動半プーリ軸受メタル２５が設けられていて、スライド自在で前記後固定半プーリ軸受メタル２４に嵌合されている。

ベルト３があって、その両端はそれぞれ前記前部プーリ１と前記後部プーリ２間に掛着されて動力伝達を行う。

トルクカムセット４があって、カムガイド溝４１とカムピン４２を含んでいる。前記カムガイド溝４１は大略Ｌ字形を呈していて、前記後可動半プーリ軸受メタル２５の周囲を掘削して成形したものである。このカムガイド溝４１は複数個であってもよく、前記後可動半プーリ軸受メタル２５の周囲に対称的に設置することができる。前記カムガイド溝４１は前記後可動半プーリ軸受メタル２５に設けられていて、その内側には正転カムレール４３と逆転カムレール４４が設置されている。前記カムピン４２の一端は可動できるように前記固定半プーリ軸受メタル２４に挿し込んでいる。而して、他の一端は前記カムガイド溝４１の内側に配設されて、前記正転カムレール４３或いは前記逆転カムレール４４と接触している。その中、前記カムピン４２と前記正転カムレール４３或いは前記逆転カムレール４４と接触する一端に滑車を設置することができる。これによりスライド摩擦を減小することができる。

又、前記前可動半プーリ１２の中には遠心ブロック１４と遠心ブロックバックプレート１５が設けられている。又、前記遠心ブロックバックプレート１５にはカム面が設けられている。前記前可動半プーリ１２が回転した時、前記遠心ブロック１４は遠心力を発生して、前記遠心ブロックバックプレート１５上のカム面に沿って移動する。よって、前記前可動半プーリ１２は推されて軸方向に移動して位置を変えるのである。

前記後回転軸２１の一端にはスプリング受座金２６が設置されている。前記スプリング受座金２６と前記後可動半プーリ２３間に前記後可動半プーリ軸受メタル２５を内包する如くリターンスプリング２７が設けられている。かくして、前記後可動半プーリ２３は前記後固定半プーリ２２に向って移動する傾向を有する。

この外、前記前可動半プーリ１２と前記前固定半プーリ１３及び前記後固定半プーリ２２と前記後可動半プーリ２３の間には、それぞれ相対した斜面があって、Ｖ形溝を構成して前記ベルト３を相接合するように構成されている。

前記トルクカムセット４にはケーシング（未図示）が設けられていて、前記カムピン４２を前記カムガイド溝４１内に固定して、前記カムピン４２が脱落することを防止する。

図３に示す如く、動力源１０のアウトプットする動力が小なる時、前記前回転軸１１は低速回転をするので、前記前部プーリ１の前記前可動半プーリ１２は前記遠心ブロック１４の作用を受けないので、前記前固定半プーリ１３との距離が引き離され、よって、前記前可動半プーリ１２と前記前固定半プーリ１３に設置している前記ベルト３の一端の回転半径は縮小する。而して、前記ベルト３が前記後部プーリ２に設置して一端の回転半径は増大する。よって、前記リターンスプリング２７は前記後可動半プーリ２３を前記後固定半プーリ２２に向って推し上げる。かくして、前記カムピン４２は前記カムガイド溝４１の前記正転カムレール４３の後段とあてがうようになる。

前記後可動半プーリ２３と前記後固定半プーリ２２とが共に回転した時、前記後固定半プーリ２２は前記後回転軸２１の負荷の影響を受けて遅滞を発生する。故に、前記後可動半プーリ２３との間に相対角度の差異が起こり、前記カムピン４２はこれにより更に強く前記正転カムレール４３にあてがうようになる。この為、前記後可動半プーリ２３は前記後固定半プーリ２２の方向に向って推される。よって、前記両半プーリは前記ベルト３を強く挟むようになるので前記ベルト３と前記後部プーリ２の摩擦力は増加し、前記後回転軸２１に動力をアウトプットさせることができる。

図４に示す如く、中速時、前記前回転軸１１の回転速度は増加するので、前記遠心ブロック１４は前記前可動半プーリ１２を前記前固定半プーリ１３に向って引き寄せる。かくして前記ベルト３の回転半径は増大する。然るに、前記ベルト３が前記後部プーリ２に設置している一端の回転半径は縮小する。依って、前記後可動半プーリ２３は前記リターンスプリング２７の力に抵抗して外向きに移動する。而して、前記カムピン４２は前記正転カムレール４３の中段に前記リターンスプリング２７が平衡を保つまで移行する。

図５に示す如く、高速時、前記前回転軸１１の回転速度は更に増大し、前記遠心ブロック１４は巨大な遠心力の作用を受けて、更に前記前可動半プーリ１２を前記前固定半プーリ１３に向って推し寄せ、前記ベルト３は頂端に至るまで推されて、回転半径は更に大きくなる。而して、前記ベルト３が前記後部プーリ２に設置している一端の回転半径は更に縮小するので、前記リターンスプリング２７を推して外向きに移動する。然るに動力の伝動は依然として前記トルクカムセット４が発生する圧出力による摩擦力でもって動力の伝動をする。

図６に示す如く、逆転時、前記動力源１０は反対方向の動力をアウトプットする。よって、前記前回転軸１１は逆転し、前記ベルト３を連動して逆転する。この時、前記後可動半プーリ２３も逆転し、前記カムピン４２は前記逆転カムレール４４と当接して前記後回転軸２１を逆転させて、逆転動力をアウトプットする。

図７は本発明の作動原理を示す。正転時、前記カムピン４２が接触点Ｐに於いて発生する作用力ＰＱは前記正転カムレール４３に対して垂直である。この作用力ＰＱは前記後回転軸２１に垂直なＰＱベクトルと前記後回転軸２１に平行なＯＱベクトルに分解することができる。前記ＯＱベクトルは前記後可動半プーリ２３を推して、前記ベルト３に対して軸方向の移動をさせる。よって、前記後部プーリ２と前記ベルト３の間に大なる摩擦力が発生する。これは極めて大なる回転動力を伝動するのに足るものである。前記ＰＱベクトルは前記カムピン４２を前記正転カムレール４３に強くあてがう作用をする。よって、前記後可動半プーリ２３と前記後固定半プーリ２２は一体に連結して同時に回転する。

図８に示す如く、逆転時、前記逆転カムレール４４は前記カムピン４２と相互に接触し合って、前記カムピン４２を前記逆転カムレール４４内で移動できないように止める。而して、その接触点i上の作用力ijは前記後回転軸２１に対して垂直になっているので、前
記後可動半プーリ２３の位置は固定して移動できない。よって、変速比を一定に保持することができるのである。

図９(ａ)〜(ｄ)に示す如く、本発明は各種動力機構に適用することができる。前記カムガイド溝４１の前記正転カムレール４３と前記逆転カムレール４４の曲率半径は不同曲率半径の設計を有することができる。この不同曲率半径の設計によって不同の変速比を得ることができて、高低速度の変化を達成することができるのである。

図９(ａ)に示す如く、その中逆転カムレール４４ａは可変の変速比を有していて、負荷に従って速度比を変化することができる。図９(ｂ)に示す如く、その逆転カムレール４４ｂの曲率半径は有限の負数値で、トルクの変化に従ってその減速比の速率変化は先に速く、その後遅くなるようになっている。図９(ｃ)に示す如く、その正転カムレール４３ｃの有効曲率半径は正数値無限大であるので、正転時、減速比を均一に変化させるように保持している。又、その逆転カムレール４４ｃの曲率半径も正数値無限大であるので、逆転時、減速比も均一に変化するように保持することができる。図９(ｄ)に示す如く、その正転カムレール４３の曲率半径は有限の正数値で、減速比の変化は先に遅く、その後速くなる。而して、逆転カムレール４４ｄの中には凹溝が設けられていて、逆転時カムピン４２ｄは前記凹溝に止められ、よって、減速比は固定値となって変化することができない。

図１０は、本発明によるインプットとアウトプットに於ける回転速度の変化曲線を示す。正転或いは逆転であっても、低速時共に最大のトルク比（即ち最大の減速比）を得ることができる。而して、回転速度が或る特定値より高くなった時、又、同様に最大増速比を得ることができる。この最大の減速比と最大の増速比の間に於いては連続的に順調な変速を来すことができるようになっている。かくして、本発明は最低コストでもってベルト式無段変速系統を各種動力機構上に応用することができるのである。

上述を総合しますと、本発明は唯一の逆転機能を有する前記カムガイド溝４１だけでもって、ベルト式無段変速機構が正転と逆転の動力をアウトプットすることができるので、後進機構を増やす必要がなく、有効的に全体機構の複雑度を減少し、コストを低減することができる。又、使用する動力機構に従って前記カムガイド溝４１の形状を変更することができて不同の変速比を得ることができる。故に、本発明は広汎に各種類の工業上及び車輌上に応用することができて、独特の特殊効能を具有しているものである。

尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明の一実施の形態を示し、その一部断面解説図。 図１の２−２線断面図。 本発明の低速時に於ける一部断面解説図。 本発明の中速時に於ける一部断面解説図。 本発明の高速時に於ける一部断面解説図。 本発明の逆転時に於ける一部断面解説図。 本発明のトルクカムセットが正転時に於ける作動原理を示す一部断面解説図。 本発明のトルクカムセットが逆転時に於ける作動原理を示す一部断面解説図。 (a) 本発明の第二実施例を示し、その一部断面解説図。(b) 本発明の第三実施例を示し、その一部断面解説図。(c) 本発明の第四実施例を示し、その一部断面解説図。(d) 本発明の第五実施例を示し、その一部断面解説図。 本発明のインプット回転速度及びアウトプット回転速度の曲線説明図。

符号の説明

１ 前部プーリ
２ 後部プーリ
３ ベルト
４ トルクカムセット
１０ 動力源
１１ 前回転軸
１２ 前可動半プーリ
１３ 前固定半プーリ
１４ 遠心ブロック
１５ 遠心ブロックバックプレート
２１ 後回転軸
２２ 後固定半プーリ
２３ 後可動半プーリ
２４ 後固定半プーリ軸受メタル
２５ 後可動半プーリ軸受メタル
２６ スプリング受座金
２７ リターンスプリング
４１ カムガイド溝
４２ カムピン
４３ 正転カムレール
４４ 逆転カムレール

Claims (3)

1. ベルト式無段変速器の後進機構であって、該ベルト式無段変速器は、前部プーリを有し、該前部プーリは前固定半プーリと前可動半プーリとから成り、且つ、該前部プーリは前回転軸に嵌合され、更に、前記前回転軸は動力源に連結されており、
   一方、後部プーリを有し、該後部プーリは後固定半プーリと後可動半プーリとから成り、且つ、該後部プーリは後回転軸に嵌合されており、
   更に、ベルトを有し、該ベルトは前記前部プーリと前記後部プーリ間に介装されており、更に又、トルクカムセットを有し、該トルクカムセットは前記後部プーリに設置されていて、カムピンとカムガイド溝を有し、且つ、該カムピンの一端は前記後半固定プーリの軸受メタルに設置されていて、他の一端はカムガイド溝の中に設置されており、前記カムガイド溝は前記後半可動プーリの軸受メタルに設けられていて、その内側は正転カムガイドレールと逆転カムガイドレールに形成されており、前記カムピンは前記正転カムガイドレール或いは前記逆転カムガイドレールと接触するように構成され、之等各部材の組合せにより前記前部プーリが正転している時、前記カムピンは前記正転カムガイドレールと相互に接触し、前記後回転軸は正回転を為し、前記前部プーリが逆転して前記後部プーリを連動して逆転させた時、前記カムピンは前記逆転カムガイドレールと接触するように構成され、前記後部プーリが逆転した時、逆転動力をアウトプットして無段変速器は正転と逆転をすることができるように構成されたことを特徴とするベルト式無段変速器の後進機構。
2. 上記トルクカムセットはケーシングで被われており、且つ、該ケーシングは前部プーリに設置することもでき、或いは複数個対称して前記後半可動プーリの軸受メタルに設置することもできるように構成されて成る請求項１記載のベルト式無段変速器の後進機構。
3. 上記カムガイド溝はＬ字形に形成され、前記カムピンと接触する一端には滑車が設けられて成る請求項１記載のベルト式無段変速器の後進機構。

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