JP2008232164A - 無段変速機及び無段変速機付き自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】入力側回転板と出力側回転板との回転数比を容易に変更することが可能な無段変速機を提供する。
【解決手段】圧接力発生部３０は、入力軸１０の回転駆動と共に回転される入力側カム板３１の回転により鋼球３３を出力側カム板３２の斜面部３２ｂ上に移動させて当該斜面部３２ｂを押圧させることにより、出力側カム板３２に取り付けられる無段変速部５０の入力側回転板５１をパワーローラ５３に接触するように移動させる。そして、無段変速部５０は、入力側回転板５１がパワーローラ５３に接触する位置と出力側回転板５２がパワーローラ５３に接触する位置との関係に応じて、入力側回転板５１と出力側回転板５２との回転数比（ｒ１／ｒ２）を無段階に変更して、入力軸１０の回転駆動を出力軸２０に伝達させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、入力軸の回転駆動を出力軸に伝達する無段変速機及び無段変速機付き自転車に関する。

近年、無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）として、ベルト式ＣＶＴやトロイダル式ＣＶＴなどが実用化されている。このトロイダルＣＶＴは、入力側の回転板と、出力側の回転板と、その２つの回転板の間で高圧力下で挟持されたパワーローラとを備え、パワーローラの傾斜を変化させることによって、入力側の回転板と出力側の回転板との可変回転数比を得るものである（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に開示されている無段変速機（トロイダル式ＣＶＴ）は、入力軸に固着された入力側回転板と、出力軸に固着された出力側回転板と、入力側回転板の回転を出力側回転板に伝達する球形状のパワーローラとを備えている。そして、パワーローラが入力側回転板又は出力側回転板の方向に傾斜することによって、当該パワーローラに対する入力側回転板及び出力側回転板の接触位置が変化し、入力側回転板と出力側回転板との可変回転数比を得ることができる。

特開平７−１３３８５７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された無段変速機では、パワーローラが入力軸に固着される入力側回転板と出力軸に固着される出力側回転板とにより高圧力下で挟持された状態となっているため、入力側回転板と出力側回転板との間に挟持されるパワーローラを傾斜させるのが困難になり、入力側回転板と出力側回転板との回転数比を容易に変更できないという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、入力側回転板と出力側回転板との回転数比を容易に変更することが可能な無段変速機及び無段変速機付き自転車を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の無段変速機は、入力軸及び出力軸と、入力軸に取り付けられる入力側カム板、入力側カム板に対向配置され、入力側カム板の回転軸方向に沿って移動可能で、入力側カム板に対向する面に入力側カム板の回転方向に沿って斜面部が形成される出力側カム板、及び、入力側カム板と出力側カム板との間に配置され、入力側カム板の回転に伴って出力側カム板の斜面部上を移動して当該斜面部を押圧する鋼球を含む圧接力発生手段と、出力側カム板に取り付けられる入力側回転板、出力軸に取り付けられ、入力側回転板に対向配置される出力側回転板、及び、入力側回転板及び出力側回転板に接触し、入力側回転板の回転を出力側回転板に伝達する複数の回転体を含む無段変速手段とを備えている。そして、圧接力発生手段は、入力軸の回転駆動と共に回転される入力側カム板の回転により鋼球を出力側カム板の斜面部上に移動させて当該斜面部を押圧させることにより、出力側カム板に取り付けられる無段変速手段の入力側回転板を回転体に接触するように移動させる。また、無段変速手段は、入力側回転板が回転体に接触する位置と出力側回転板が回転体に接触する位置との関係に応じて、入力側回転板と出力側回転板との回転数比を無段階に変更して、入力軸の回転駆動を出力軸に伝達させる。

この発明に係る無段変速機では、上記のように、圧接力発生手段を設けることにより、入力軸の回転トルクの大きさに応じて、出力側カム板を回転軸方向へ移動させることができる。このため、入力軸が回転していない場合には、出力側カム板が回転軸方向に移動しないので、無段変速手段の入力側回転板と回転体とが離間した状態となる。その結果、回転体が入力側回転板と出力側回転板とにより高圧力下で挟持された場合に比べて、回転体の傾斜を容易に変化させることができるので、入力側回転板と出力側回転板との回転数比を容易に変更することができる。

上記無段変速機において、好ましくは、圧接力発生手段の出力側カム板の回転方向を逆転させて無段変速手段の入力側回転板に伝達する回転方向逆転手段をさらに備える。このように構成すれば、圧接力発生手段の入力側回転板と出力側回転板とが回転体により逆方向に回転する場合でも、入力軸の回転方向と出力軸の回転方向とを一致させることができる。その結果、入力軸と出力軸との回転方向を一致させて利用する装置（例えば、自転車）に本発明の無段変速機を適用することができる。

上記無段変速機において、好ましくは、無段変速手段の回転体は、入力軸に加わる回転トルクの大きさに応じて、入力側回転板に接触する位置と出力側回転板に接触する位置とが自動的に変化する。このように構成すれば、入力軸の回転トルクの大きさに関わらず、自動で所望の大きさの出力トルクを取り出すことが可能となる。その結果、入力軸に大きな回転トルクが加わった場合（例えば、自転車の始動時や上り坂走行時）や、入力軸に大きな回転トルクが加わらない場合（例えば、下り坂走行時）でも、出力トルクをキープしながら滑らかに走行することができる。

また、この発明の無段変速機付き自転車は、上記したいずれかの無段変速機を備えている。このように構成すれば、入力側回転板と出力側回転板との回転数比を容易に変更することが可能な無段変速機付き自転車を得ることができる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る無段変速機を自転車に搭載した状態を示した斜視図であり、図２は、図１に示した無段変速機の側面図である。図３〜図７は、図１に示した無段変速機の詳細を説明するための図である。図１〜図７を参照して、本発明の一実施形態に係る無段変速機１の構成について説明する。

本実施形態に係る無段変速機１は、図１に示すように、自転車に搭載され、入力軸１０に接続されたペダルアーム２の回転駆動を出力軸２０に接続されるスプロケット３に伝達する。これにより、スプロケット３に装着されるチェーン（図示せず）を介して後輪が駆動されて、自転車が走行可能となる。この無段変速機１は、図２に示すように、入力軸１０及び出力軸２０と、圧接力発生部３０と、回転方向逆転部４０と、無段変速部５０とを備えている。

入力軸１０には、図２及び図３に示すように、ペダルの回転と共に回転するペダルアーム２及び後述する圧接力発生部３０の入力側カム板３１が取り付けられている。また、出力軸２０には、後述する無段変速部５０の出力側回転板５２及びスプロケット３が取り付けられている。これら入力軸１０及び出力軸２０は、入力軸１０及び出力軸２０の軸線Ｇの回りをＡ方向及びその反対方向（Ｂ方向）に回転するように構成されている。

圧接力発生部３０は、入力側カム板３１に加えられる回転トルクの大きさに応じて、出力側カム板３２を軸線Ｇに沿ってＣ方向に移動させて、当該出力側カム板３２に取り付けられる後述する無段変速部５０の入力側回転板５１とパワーローラ５３とを接触させるものである。この圧接力発生部３０は、図２及び図４に示すように、対向配置される入力側カム板３１及び出力側カム板３２と、入力側カム板３１及び出力側カム板３２の間に配置される複数の鋼球３３とを有している。

入力側カム板３１は、入力軸１０に取り付けられており、入力軸１０と共にＡ方向及びＢ方向に回転する。そして、Ａ方向に回転する入力側カム板３１は、出力側カム板３２に対向する面に接触する複数の鋼球３３にＡ方向の力を加えて、その鋼球３３を周方向（Ａ方向）に移動させる。

出力側カム板３２は、Ａ方向及びＢ方向に回転可能に構成されると共に、軸線Ｇに沿って移動可能に構成されている。この出力側カム板３２には、周方向に沿って等間隔に複数のカム溝３２ａが形成されている。そして、その各カム溝３２ａには、入力側カム板３１側に向かって傾斜する斜面部３２ｂが周方向に沿って形成されている。

複数の鋼球３３は、入力側カム板３１の回転に伴って周方向に移動して、出力側カム板３２に形成される複数の斜面部３２ｂをそれぞれ押圧する。これにより、斜面部３２ｂが形成される出力側カム板３２が入力側カム板３１と同方向（Ａ方向）に回転しつつＣ方向に沿って移動する。この複数の鋼球３３は、上記した周方向に沿って等間隔に形成されたカム溝３２ａのそれぞれに配置される。これにより、出力側カム板３２を均等に押圧することが可能となる。

回転方向逆転部４０は、図２及び図３に示すように、圧接力発生部３０の出力側カム板３２の回転方向と無段変速部５０の入力側回転板５１の回転方向とを逆転させるために設けられている。この回転方向逆転部４０は、後述する無段変速部５０の入力側回転板５１に取り付けられる円環形状の保持部材４１と、当該保持部材４１に転動可能に埋設される複数の鋼球４２とを有している。複数の鋼球４２は、円環形状の保持部材４１の周方向に沿って等間隔に配置されている。

無段変速部５０は、図２に示すように、入力側回転板５１と出力側回転板５２との回転数比を無段階に変更して、入力側回転板５１の回転駆動を出力側回転板５２に伝達する機能を有している。この無段変速部５０は、対向配置される入力側回転板５１及び出力側回転板５２と、４つのパワーローラ５３と、４つのパワーローラ５３をそれぞれ支持する支持部材５４（図１参照）とを有している。

入力側回転板５１は、入力軸１０の回転駆動に基づいて、４つのパワーローラ５３を回転させる。この入力側回転板５１は、Ａ方向及びＢ方向に回転可能に構成されると共に、軸線Ｇに沿って移動可能に構成されている。この入力側回転板５１には、上記した回転方向逆転部４０の保持部材４１が取り付けられている。このため、入力側回転板５１は、出力側カム板３２の回転方向（Ａ方向）とは反対方向（Ｂ方向）に回転する。また、入力側回転板５１は、図示しない付勢部材により圧接力発生部３０側（Ｃ方向の反対方向）に押圧されている。したがって、入力軸１０に回転トルクが加わらない状態では、図２に示すように、圧接力発生部３０の出力側カム板３２が押圧されないので、入力側回転板５１が移動せず、入力側回転板５１とパワーローラ５３とは接触しない。また、入力軸１０に回転トルクが加わる状態では、図５に示すように、当該付勢部材の付勢力を抗して圧接力発生部３０の出力側カム板３２が押圧されて、入力側回転板５１がＣ方向に移動するので、入力側回転板５１とパワーローラ５３とが接触する。また、入力側回転板５１の外側部分には、４つのパワーローラ５３がそれぞれ接触するテーパー面５１ａが形成されている。

出力側回転板５２は、パワーローラ５３の回転駆動を受けて、チェーンが装着されるスプロケット３を回転させる機能を有している。そして、出力側回転板５２の外側部分にも、入力側回転板５１と同様に、４つのパワーローラ５３がそれぞれ接触するテーパー面５２ａが形成されている。

パワーローラ５３は、入力側回転板５１と出力側回転板５２との回転数比を無段階に変更して、入力側回転板５１の回転駆動を出力側回転板５２に伝達する機能を有している。パワーローラ５３は、入力側回転板５１側及び出力側回転板５２側に揺動可能な回転軸５３ａを中心として回転可能に構成されている。これにより、パワーローラ５３と、入力側回転板５１及び出力側回転板５２との接触点が可変となり、入力側回転板５１と出力側回転板５２との回転数比が（ｒ１／ｒ２）となる。なお、ｒ１は、入力側回転板５１とパワーローラ５３との接触点における半径であり、ｒ２は、出力側回転板５２とパワーローラ５３との接触点における半径である。具体的には、図６に示すように、回転軸５３ａがＣ１方向に傾斜する場合には、パワーローラ５３と入力側回転板５１との接触点は、高緯度側に移動するとともに、パワーローラ５３と出力側回転板５２との接触点は、赤道側（低緯度側）に移動する。これにより、入力側回転板５１と出力側回転板５２との回転数比（ｒ１／ｒ２）が１未満となり、出力側回転板５２が入力側回転板５１に対して減速する。また、回転軸５３ａがＣ２方向に傾斜する場合には、図７に示すように、パワーローラ５３と入力側回転板５１との接触点は、赤道側（低緯度側）に移動するとともに、パワーローラ５３と出力側回転板５２との接触点は、高緯度側に移動する。これにより、出力側回転板５２と出力側回転板５２との回転数比（ｒ１／ｒ２）が１より大きくなり、出力側回転板５２が入力側回転板５１に対して増速する。また、図５に示すように、回転軸５３ａが傾斜しない場合には、パワーローラ５３と入力側回転板５１との接触点、及び、パワーローラ５３と出力側回転板５２との接触点が、同緯度となる。これにより、入力側回転板５１と出力側回転板５２との回転数比（ｒ１／ｒ２）が１になり、出力側回転板５２と入力側回転板５１とが等速で回転する。

次に、本実施形態に係る無段変速機１の動作について説明する。

まず、入力軸１０に接続されるペダルアーム２をＡ方向に回転させると、当該ペダルアーム２に加わる回転トルクが圧接力発生部３０の入力側カム板３１に加わり、入力側カム板３１がペダルアーム２と共にＡ方向に回転する。そして、入力側カム板３１の回転により、入力側カム板３１に接触する複数の鋼球３３にＡ方向の力が加わり、当該鋼球３３がＡ方向に移動する。そして、Ａ方向に移動した鋼球３３は、出力側カム板３２のカム溝３２ａの斜面部３２ｂに移動して、当該斜面部３２ｂを押圧する。この際、図４に示すように、出力側カム板３２の斜面部３２ｂには、鋼球から当該斜面部３２ｂを垂直方向に押圧する押圧力Ｎが加わるので、出力側カム板３２が押圧力ＮのＡ方向の分力Ｎ１を受けてＡ方向に回転するとともに、軸線Ｇの方向の分力Ｎ２を受けてＣ方向に移動する。

そして、出力側カム板３２と共にＣ方向に移動する入力側回転板５１は、パワーローラ５３に接触する。そして、パワーローラ５３に接触した出力側回転板５２は、Ａ方向に回転しているので、出力側カム板３２に接触する複数の鋼球４２にＡ方向の力が加わる。これにより、図５に示すように、保持部材４１に保持される鋼球４２が転動して、その鋼球４２を保持する保持部材４１にＡ方向とは反対のＢ方向への力が加わる。その結果、保持部材４１が取り付けられる無段変速部５０の入力側回転板５１がＢ方向に回転する。

そして、Ｂ方向に回転する入力側回転板５１に接触するパワーローラ５３は、当該入力側回転板５１の力を受けて、回転軸５３ａを中心に回転する。これにより、パワーローラ５３を挟んで入力側回転板５１に対向配置される出力側回転板５２にＢ方向とは反対のＡ方向への力が加わり、出力側回転板５２がＡ方向に回転する。この際、入力側回転板５１の回転は、回転数比（ｒ１／ｒ２）で、出力側回転板５２に伝達される。このようにして、入力軸１０の回転駆動が出力軸２０に伝達される。

本実施形態では、上記のように、圧接力発生部３０を設けることにより、入力軸１０の回転トルクの大きさに応じて、出力側カム板３２を回転軸方向（Ｃ方向）へ移動させることができる。このため、入力軸１０が回転していない場合には、出力側カム板３２が回転軸方向（Ｃ方向）に移動しないので、入力側回転板５１も移動せず、無段変速部５０の入力側回転板５１とパワーローラ５３とが離間した状態となる。その結果、パワーローラ５３が入力側回転板５１と出力側回転板５２とにより高圧力下で挟持された場合に比べて、パワーローラ５３の傾斜を容易に変化させることができるので、入力側回転板５１と出力側回転板５２との回転数比を容易に変更することができる。

また、本実施形態では、圧接力発生部３０の出力側カム板３２の回転方向を逆転させて無段変速部５０の入力側回転板５１に伝達する回転方向逆転部４０を設けることによって、圧接力発生部３０の入力側回転板５１と出力側回転板５２とがパワーローラ５３により逆方向に回転する場合でも、入力軸１０と出力軸２０との回転方向（Ａ方向）を一致させることができる。その結果、入力軸１０と出力軸２０との回転方向を一致させて利用する自転車に、本実施形態に係る無段変速機１を適用することが可能となる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、無段変速機を自転車に適用する例について説明したが、本発明はこれに限らず、この無段変速機を電動ドライバ等種々の装置に適用可能である。

また、上記実施形態では、自転車に本実施形態に係る無段変速機を適用させるために、圧接力発生部の出力側カム板の回転方向と無段変速部の入力側回転板の回転方向とを逆転させる回転方向逆転部を設けて、入力軸と出力軸との回転方向を一致させたが、本発明はこれに限らず、上記したような電動ドライバなどに無段変速機を適用する場合には、入力軸と出力軸との回転方向を一致させる必要がないので、回転方向逆転部を設けなくてもよい。

また、上記実施形態では、４つのパワーローラを設ける例について説明したが、本発明はこれに限らず、複数のパワーローラであれば４つに限定されない。

本発明の一実施形態に係る無段変速機を自転車に搭載した状態を示した斜視図である。 図１に示した無段変速機の側面図である。 図１に示した無段変速機の圧接力発生部及び回転方向逆転部を示した斜視図である。 図１に示した無段変速機の圧接力発生部を示した側面部である。 図１に示した無段変速機の側面図である。 出力側回転板が入力側回転板に対して減速するようにパワーローラが傾斜した状態を示した無段変速機の側面図である。 出力側回転板が入力側回転板に対して増速するようにパワーローラが傾斜した状態を示した無段変速機の側面図である。

符号の説明

１ 無段変速機
１０ 入力軸
２０ 出力軸
３０ 圧接力発生部
３１ 入力側カム板
３２ 出力側カム板
３３ 鋼球
４０ 回転方向逆転部
４１ 保持部材
４２ 鋼球
５０ 無段変速部
５１ 入力側回転板
５２ 出力側下院板
５３ パワーローラ
５４ 支持部材

Claims (4)

1. 入力軸及び出力軸と、
   前記入力軸に取り付けられる入力側カム板、前記入力側カム板に対向配置され、前記入力側カム板の回転軸方向に沿って移動可能で、前記入力側カム板に対向する面に前記入力側カム板の回転方向に沿って斜面部が形成される出力側カム板、及び、前記入力側カム板と前記出力側カム板との間に配置され、前記入力側カム板の回転に伴って前記出力側カム板の斜面部上を移動して当該斜面部を押圧する鋼球を含む圧接力発生手段と、
   前記出力側カム板に取り付けられる入力側回転板、前記出力軸に取り付けられ、前記入力側回転板に対向配置される出力側回転板、及び、前記入力側回転板及び前記出力側回転板に接触し、前記入力側回転板の回転を前記出力側回転板に伝達する複数の回転体を含む無段変速手段とを備え、
   前記圧接力発生手段は、前記入力軸の回転駆動と共に回転される前記入力側カム板の回転により前記鋼球を前記出力側カム板の斜面部上に移動させて当該斜面部を押圧させることにより、前記出力側カム板に取り付けられる前記無段変速手段の入力側回転板を前記回転体に接触するように移動させ、
   前記無段変速手段は、前記入力側回転板が前記回転体に接触する位置と前記出力側回転板が前記回転体に接触する位置との関係に応じて、前記入力側回転板と前記出力側回転板との回転数比を無段階に変更して、前記入力軸の回転駆動を前記出力軸に伝達させることを特徴とする無段変速機。
2. 前記圧接力発生手段の出力側カム板の回転方向を逆転させて前記無段変速手段の入力側回転板に伝達する回転方向逆転手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の無段変速機。
3. 前記無段変速手段の回転体は、前記入力軸に加わる回転トルクの大きさに応じて、前記入力側回転板に接触する位置と前記出力側回転板に接触する位置とが自動的に変化することを特徴とする、請求項１又は２に記載の無段変速機。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の無段変速機を備えたことを特徴とする無段変速機付き自転車。

Images