JP2011510241A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータを基本としたラチェット式の無段変速機を提供する。
【解決手段】ロータ本体２２の断面形状における円周長さは、実質的に一定であり、ロータ本体２２の最大の正のスイベル角は、最大の負のスイベル角と実質的に同じであるラチェット式のロータ制御による無段変速機。
【選択図】図５

Description

本発明は、欧州特許明細書ＥＰ１５９２９００に記載された一般的なロータ駆動型無段変速機（ＣＶＴ）に関する。

ＣＶＴに関連する先行技術の概要は、上述した特許明細書で簡単に論じられている。

広範に使用されるＣＶＴのカテゴリの１つは、トラクション流体中で作動する摩擦駆動原理によるものである。これとは概念的に異なるタイプのＣＶＴとして、カム又はロータの使用を基本とするラチェット技術を使用したものがある。

後者のカテゴリの無段変速機は、基本的に、摩擦駆動タイプの無段変速機よりも機構的に十分に有利であるが、本願出願人は、これには次の制約の１つ以上があることを認識している。
ａ） 出力が波状である。すなわち、出力の回転速度は、入力の回転速度に比例せず、また、連続的ではない。
ｂ） カムとカムフォロワとの点接触により、大きな応力が生じる。これにより、力の伝達能力が制限される。
ｃ） ロータは、入力速度と出力速度との間の大きな変化を得るため、それに比例して長くなければならない。このことは、小型化が要求されるものへの適用を妨げる。
ｄ） ロータは、その長さ方向の部分全体に渡って曲率半径が小さい。そのため、ロータ上で動作するロータフォロワの寸法が制限される。換言すれば、ロータフォロワの力伝達能力は低下する。
ｅ） 断面が変化するロータの静的および動的バランスが問題となる。
ｆ） 高速の入力回転速度において、カムフォロワをカムに接触維持させるための十分なばね荷重を、付勢要素から得ることが困難である。
ｇ） ローラフォロワのスイベル角（すなわち、ロータの縦軸に対するロータフォロワの固定位置である、縦軸からのロータフォロワの角偏差）は、大きくなる傾向にある。これにより、ロータフォロワ上でロータの軸方向に大きな合力が生じる。

他の問題として、ロータフォロワと出力シャフトとの間の連結部に発生するバックラッシュの問題がある。これは、衝撃的な荷重と磨耗を引き起こし、フリーホイールが、ロッカアームの配置から出力シャフトへ回転運動を伝達するワンウエイクラッチにトルクを発生させる。

本発明の目的は、少なくとも前述した問題の一部を解決しうる、ロータを有するラチェット式の無段変速機を提供することにある。

本発明は、以下の要件を含む無段変速機を提供するものである。
ａ） 波状の出力、すなわち、出力の回転速度は、入力の回転速度に比例せず、また連続的ではない。
ｂ） 第１の方向に延びる縦軸の周りに回転可能であり、低リフト部、高リフト部、および低リフト部と高リフト部との間の前記縦軸の円周方向に連続的に広がる面を有する可変ストローク本体を有するロータ。
ｃ） 出力シャフト。
ｄ） 前記ロータに連結され、前記ロータの前記第１方向に直線的に移動可能であり、各ロータフォロワ軸と、前記ロータが回転することにより、ロータの縦軸に対して直線的に移動可能なスラスト点とを含む複数のロータフォロワ。
ｅ） 前記ロータフォロワの動作に対応して、少なくとも、前記ロータの回転速度と、前記ロータに対する前記ロータフォロワの直線位置とに依存する速度で、前記出力シャフトを回転させる出力駆動機構とを備えている。
前記ロータに対する所定の直線位置に設定された前記各ロータフォロワは、前記ロータフォロワ軸が前記ロータの縦軸に対する第１最大角度の範囲を決める第１制限角度位置と、前記ロータフォロワ軸が前記ロータの前記縦軸に対する第２最大角度の範囲を決める第２制限角度位置との間で移動可能であり、前記第１最大角度は、前記第２最大角度とほぼ等しい。

これらの角度がほぼ等しければ、ロータの長手方向に作用するロータフォロワ上の合力が制限され、最小となる。反対に、一方の角度が他方の角度よりも有意に大きい場合、例えば、２０％以上大きい場合には、合力（角度毎の正弦値として変化）は、比例することなく変化し、負の要因となる。このことは、前記ロータの縦軸の周りのロータフォロワの角度位置に依存して、前記ロータフォロワの支持構造の要求に対する有効なデザインを大きく妨げる。

従って、この点において、「ほぼ等しい」とは、１つの最大角度が、他の最大角度と約２０％以上異ならないことを意味する。

この特徴の他の利点は、前記ロータの構造が小型になることであり、また、前記ロータの縦軸に直交するどの平面においても、ロータ面の最小曲率半径が増加することである。

前記ロータ面の円周輪郭の長さは、前記縦軸に直交する前記低リフト部と前記高リフト部との間のどの平面においても、実質的に一定であることが望ましい。この特徴により、前記ロータの寸法は小となり、かつ前記ロータ面の最小曲率半径を増加させることとなる。

前記スラスト点は、前記ロータによって、ロータフォロワ上に作用する合力が、ロータの縦軸から離れる直線方向に伝達される点である。

前記各ロータフォロワは、ロータフォロワ軸の周りに回転可能な少なくとも１つの円筒ローラを備えている。前記円筒ローラは、前記ロータ面に支持され、ロータフォロワがロータに対して第1方向に直線的に動くため、ロータ面に点接触するのではなく、線接触する。線接触することにより、（既に言及したように）ロータ面の最小曲率半径が増大するとともに、ロータからロータフォロワに伝達される力は大となる。

前記ロータ面に線接触する各円筒ローラを連続的に付勢する付勢機構を含めることができる。この付勢機構は、１つ又は複数のスプリング、トーションバー、又は同様の部材、又は、これらの組み合わせを含んでいる。

前記低リフト部、又はその近傍の前記ロータ面は、前記縦軸を中心とする円周の輪郭を有する。前記ロータ面は、円形であり、ここではギアのニュートラル点とする。前記ロータフォロワの円筒ローラが、前記ロータ面に支持されて停止し、前記ロータフォロワの各スラスト点が、円周の輪郭に位置決めされたとき、前記スラスト点は、ロータの縦軸の方向には動かない。このとき、ＣＶＴは、前記ロータの回転速度に関係なく、出力速度は０となる。これは、例えば、自動車に適用した場合のニュートラルギアを用いた結果に相当する。しかしながら、この特徴は、クラッチを使用することなく達成され、コスト及び技術の点で有意義な利点を発揮する。

前記ロータ本体には、低リフト部及び高リフト部との間に延在し、前記ロータ本体の静的及び動的なバランスを最適化するように変化する断面を有する少なくとも１つの通路が形成されている。

前記出力駆動機構は、適切ないかなる形態のものでもよい。本発明の一例では、前記出力駆動機構は、少なくとも、第１及び第２出力駆動部を含み、前記各出力駆動部は、それぞれ、ロッカアームと、各ロータフォロワのスラスト点の（前記第１方向の）直線運動を、ロッカアーム軸の周りの前記ロッカアームの振動回転運動に変換する連結部と、出力ギアと、前記ロッカアームと出力ギアとの間で動作し、出力ギアを一方向に回転させるワンウエイクラッチとを含んでいる。前記出力駆動部の数（Ｎ）と、直線変換を生じさせる運動の角度（Ａ）との関係は、３６０°＝Ｎ・Ａによって決まる。

少なくとも１つの前記出力ギアは、駆動ギアと、駆動ギアに重畳されるバックラッシュギアと、少なくとも前記出力駆動部の出力ギア間のバックラッシュを減少させるため、前記駆動ギアをバックラッシュギアの回転方向に付勢するバックラッシュバイアス部とを含んでいる。

連結部は、次の構成の中から選択される。
ａ） 少なくとも1つのローラが前記ロッカアームに装着され、前記ロータフォロワが円形の一部のスラスト面を有し、前記スラスト点を中心として、前記ローラに支持されている構成。
ｂ） 傾斜した平らなラック面を有するラック部材が、前記ロータフォロワによって動作可能であり、前記ロッカアームが、前記ラック部材の平らなラック面に支持されるインボリュートスラスト面を有する構成。

前記ラック部材は、直線的に往復運動する往復台の上に設けられる。前記ロータフォロワのスラスト点の直線運動の方向に対する前記ラック部材の横方向の運動は、ある程度許容される。

本発明の１つの形態として、前記ラック部材とロータフォロワとの間に、軸受部が配置される。この軸受部は、少なくとも２つの横方向に対して、ラック部材に対するロータフォロワの制限された回転運動を許容する。前記軸受部は、ラック部材を動かす往復台と、ロータフォロワのローラを支持する構造体との対向する面に形成された１組の溝に沿って動く適切な装着構造体によって規制される複数のボール軸受を備えていることが好ましい。

前記ワンウエイクラッチは、前記ロッカアームに固定される円周面を有し、前記ロッカアーム軸を中心とするインナレースと、前記円周面に対向し、かつ離間する傾斜面を有するアウタレースと、前記傾斜面と円周面との間で移動可能に配置されている複数の傾斜ローラと、前記傾斜ローラをアウタレースに固定する付勢部品とを含んでいる。

本発明を、添付の図面を参照して、実施形態をもって詳しく説明する。
本発明の第１の実施形態に係るロータ制御のラチェット式無段変速機を、一側方向から見た斜視図である。 図１の無段変速機を反対方向から見た斜視図である。 種々の部品を示すために、筐体を取り外した本発明の無段変速機を、一方向から見た高リフトモードの拡大斜視図である。 本発明の無段変速機のロータを示す図である。 ロータの断面図である。 ロータを一端から見た図である。 ロータを他端から見た図である。 ロータフォロワの斜視図である。 ロータフォロワが連結され、ワンウエイクラッチを駆動するロッカアームを一方向から見た図である。 図９の構成を反対方向から見た図である。 ワンウエイクラッチを一方向から見た図である。 ワンウエイクラッチを反対方向から見た図である。 本発明の第１の実施形態におけるロータ、ロータフォロワ及びロッカアームの相互作用を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るロータ制御のラチェット式無段変速機を、一方向から見た斜視図である。 筐体を省略して図１２の無段変速機の内部部品を示す図である。 本発明の第２の実施形態におけるロータフォロワと、直線運動を回転運動に変換するロッカアームとの相互作用を示す図である。 図１４の部品を反対方向から見た図である。 ロータフォロワの直線運動を、ロッカアームの回転運動に変換するための他の構成を示す図である。 ロータフォロワの直線運動を、ロッカアームの回転運動に変換するための他の構成を示す図である。 本発明に係る他の無段変速機の詳細図である。 本発明に係る他の無段変速機の詳細図である。 ロッカアームの回転速度に対する、図１及び図１２に示す無段変速機におけるロータの位置との関係を示す曲線である。

図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係るロータ制御のラチェット式無段変速機（ＣＶＴ）１０を、それぞれ各反対方向から見た斜視図である。

無段変速機１０は、ロータ１４、ロータフォロワ１６、１８、及び出力駆動機構２０（図３）を支持する適宜の構造からなる筐体１２を有する。

図４は、取外したロータ１４を示す図である。図５は、ロータ１４の縦断側面図である。

ロータ１４は、軸２４Ａ、２４Ｂが突出している可変ストロークのロータボディ２２を備えている。ロータ１４は、第１方向２８に延びる軸線２６を有する。ロータ１４は、筐体３０Ａ、３２Ａに装着された離間した軸受３０、３２により回転可能に支持されている。筐体３０Ａ、３２Ａは、筐体１２のスロット３０Ｃ、３２Ｃに配置される張出部３０Ｂ、３２Ｂを有する。従って、ロータ１４は、後述するように、筐体１２に対して第１方向２８に移動可能である。

軸２４Ａは、駆動入力シャフトとして機能し、ロータボディ２２の内孔３６に相補的な形態で結合するスプライン３４を有する。これにより、ロータボディ２２の位置は、動作中、第１方向２８と一致する軸方向に調整可能である。軸２４Ｂは、リードねじを有し、ロータ１４から荷重が作用していないが、ロータフォロワ１６、１８に対して、ロータ１４を第１方向２８のいずれかの方向に直線的に動かすため、筐体１２に対して回転駆動可能である。

ロータボディ２２の両端部のカウンタウエイト３８Ａ、３８Ｂは、ロータボディ２２の最適な静的、動的バランスを補助するものである。

ロータボディ２２の断面形状は、無段変速機の動作にとって重要である。図６は、図５における矢印６の方向から見たロータボディ２２の端面図である。一方、図７は、図５における矢印７の方向から見たロータボディ２２の反対側の端面図である。軸線２６と直交する面におけるロータボディ２２の円周形状は、図６に示すロータボディ２２の高リフト部であるロータボディ２２の一端部の輪郭４０から、低リフト部である後述するロータボディ２２の他端部の輪郭４２に変化する。ロータボディ２２の低リフト部の端部、又は端部近傍における４４で示す輪郭は、円形であり、ギアのニュートラル点になっている。

図８は、ロータフォロワ１６の斜視図である。ロータ１４の軸線２６に対してロータフォロワ１６と直径方向の反対側に位置するロータフォロワ１８は、同じ構成であるため、説明を省略する。

ロータフォロワ１６は、円形の一部であるスラスト面５６と、筐体１２に形成されたガイドスロット６２（図１及び図２）に配置されているガイドローラ６０Ａ、６０Ｂをそれぞれ支持する２つのリム５８Ａ、５８Ｂとを有する逆Ｙ型本体５４を備えている。２つのローラ６４、６６がスラスト面５６の直下の逆Ｙ型本体５４の対向する面にそれぞれ装着され、共通軸６８の周りを回転する。ガイドローラ６０Ａ、６０Ｂは、共通軸７０の周りに回転可能なニードル軸受又はボール軸受を備えている。ローラ６４、６６間の中心を通る共通軸７０は、作動時、ロータボディ２２の外面４４のスラスト点７４で、ローラ６４、６６間の接線７２を分断している。ロータ１４によるロータフォロワ１６上の合力は、ロータ１４の軸線２６から直線的に離れたこのスラスト点７４を介して伝達される。

図１１にさらに明確に示すスラスト面５６は、接線７２及び共通軸７０を中心とする曲率半径を有する。そのため、スラスト面５６に作用する合力Ｒは、軸線２６より離れたローラ６４、６６間のスラスト点７４から直線的に作用する。ガイドスロット６２は、ガイドローラ６０Ａ、６０Ｂに作用し、ロータ１４の特定の位置に対するロータフォロワ１６の動作が、軸線２６と直交する固定面にスラスト点７４を維持することを保証する。

高リフト部において、円周の輪郭は、最小半径Rmin1を有する（図６）。低リフト部においては、円周の輪郭は、最小半径Rmin2を有する（図７）。最小半径とは、ロータ１４の一端部から他端部まで直線的に測定した値である。ここでの直線的な測定とは、最初に計算され、側部から見て直線状のロータ１４に帰着するローラ６４、６６の中心点が表すピッチ曲線のことである。実際のロータ１４の面を規定するために、ロータフォロワ１６のローラ６４、６６の直径を補正するとき、前記直線は、極めて僅かに湾曲する。この種の調整は、ロータフォロワ１６が、動作中にロータ１４に線接触することを保証するために必要である。これは、ロータ１４の面を長さ方向に直線的に測定する際に、ローラ６４、６６の中心点を参照するピッチ曲線の経路面が、直線的に測定されることを意味するものである。結果としての直線の面形状（縦方向）からの僅かな偏位は、ローラ６４、６６の直径の補正要因のみに基づくものである。

前述した直線的な測定においては、少なくとも次の制約の１つを受ける。
ａ） ロータ１４の軸線２６の周りに連続的に延在する高リフト部と低リフト部との間のロータ面の円周長は、第１方向２８と直交するどの平面においても、実質的に一定である。
ｂ） ロータ１４の軸線２６に対する両側部のスイベル角（後述する）は、実質的に等しい。

上述した要素を考慮して設計されたロータボディ２２は、多くの重要な利点を有する。

ロータフォロワ１６のローラ６４、６６の直径を考慮して補正されたロータ面の直線形状は、ロータフォロワ１６がロータボディ２２の外周面に線接触することを許容し、これにより、ロータフォロワ１６の力伝達能力が増大する。最小半径Rmin1、Rmin2を最適化することにより、外側のロータ面の最小曲率が増加し、用いられるロータフォロワ１６（ローラ６４、６６）を大きくすることができる。換言すると、これにより、ロータフォロワ１６の力伝達能力が増加し、従って、無段変速機のパワー伝達能力が増加する。

また、最小半径Rmin1、Rmin2を適切なものとすることにより、ロータ１４の軸線２６の一端部の最大スイベル角ＳＡ１は、軸線２６の他端部の最大スイベル角ＳＡ２と実質的に等しくすることができる（図５）。スイベル角は、ロータ１４の軸線２６に対する共通軸６８の角度である。この角度は、ローラ６４、６６が軸線２６と直交する単一平面にあるスラスト点７４とともに、ロータ１４の周りを相対的に動くことにより、各ロータフォロワ１６、１８毎に、最大正値ＳＡ１から最大負値ＳＡ２まで変化する。その結果、ロータフォロワ１６、１８の軸方向の合力は、ロータフォロワ１６、１８が２つ、３つ、あるいは、それ以上であっても、効果的に抑制され、適切に最小化される。合力は、スイベル角の正弦値に依存するので、正確に等しいことは重要ではない。事実、１つの角度が、他の角度に対して、２０％位まで変化することがある。

適正な最小半径Rmin1、Rmin2から得られるさらなる利点は、高リフト部と低リフト部との間のロータ１４の長さが、効果的に短縮されることである。ロータボディ２２の低リフト部の端部に材料を追加することにより、ロータボディ２２の静的、動的バランスがより向上する。この点に関し、図６及び図７に示すロータボディ２２の一端部から他端部に延びる複数の通路７６を参照されたい。図５は、通路７６が断面で変化し、ロータボディ２２の部分で円周方向に互いに離間することを示す。注意深く設計することにより、ロータボディ２２の軸線方向における単位長さ当たりの重量分布を、静的、動的バランスを有効に保つために最適化することができる。この技術は、ロータボディ２２の円周形状が、長さ方向におけるいかなる点においても同じ最小半径である場合には、適用できない。

以下に記述する別の利点は、ロータフォロワ１６とロッカアーム８０との間において、ロータフォロワ１６の直線運動をロッカアーム８０の回転運動に厳密に線形変換する連結部が適切に設計されているロータの能力に関するものである。

図９は、一方向からロータフォロワ１６が結合されたロッカアーム８０を示し、図９（ａ）は、反対方向から見た構成を示す。ロッカアーム８０は、段付きの中央の中空シャフト８２を有する。３枚のプレート８４、８６、８８が中空シャフト８２から突出している。共通軸９４の周りに回転するように設けられているローラ９０、９２は、一方がプレート８４、８６間、他方がプレート８６、８８間に位置している。中央のプレート８６は、下縁は切り欠かれ、従って、ロータフォロワ１６、１８の逆Ｙ型本体５４のスラスト面５６に載置されているローラ９０、９２の下面からは突出していない。

中央の中空シャフト８２は、アウタ軸受１００（図１）によって筐体１２に連結されている大きい円形の中空端部９８を有する。この中空端部９８は、筐体１２を貫通して突出し、ワンウエイクラッチ１０２に連結されている。ロッカアーム８０は、中央中空シャフト８２の周りの慣性力が減少するように設計されている。同時に、ワンウエイクラッチ１０２の一部を構成する中空端部９８の直径は、ワンウエイクラッチ１０２のトルク能力が最大となるように増大されている。ロッカアーム８０は、中空シャフト８２を中心とする軸線１０６の周りで振動回転運動するようにして、筐体１２に装着されている。

図３に示す出力駆動機構２０は、第１出力駆動部１１０と、全ての目的とのため、第１出力駆動部１１０と同一の第２出力駆動部１１２とを含んでいる。第１出力駆動部１１０は、ロッカアーム８０、ワンウエイクラッチ１０２、及び結合された出力ギア１１８を含んでいる。ロータフォロワ１６は、図１１に示すように、ロッカアーム８０上で動作する（連結配置１２２という。）。この配置において、ロッカアーム８０のローラ９０、９２は、円の一部であるロータフォロワ１６のスラスト面５６によって支持される。既に指摘したように、スラスト面５６は、スラスト点７４から直線的に外側に位置するロッカアーム８０上で動作する。

出力ギア１１８は、図２に示す他の駆動部の対応する出力ギアと噛合している。従って、これらのギアは、一体的に回転可能である。推進力は、これらのギアからギア１３２及びギアアセンブリ１３４を介して、最終駆動シャフト１３０に伝達される。ギア１３２及びギアアセンブリ１３４は、適宜のものとし、要求される最終出力駆動速度を達成するように設計されている。クラッチ１４０は、要求に応じて、出力ギア１１８と最終駆動シャフト１３０との間の追加制御を行うようにギア１３２に組み込むことができる。

トーションバーレバー１４４は、中空シャフト８２から突出し、筐体１２の外側部に配置されている。スプリング１４６は、図１に示す２つのトーションバーレバー１４４を相互に連結している。スプリング１４６は、対応するロータフォロワ１６、１８を、ロータボディ２２の外面の接線に常に付勢するように機能する。２つのロッカアーム８０とトーションバーレバー１４４とが、事実上一体となって動作するため、トーションバーレバー１４４を用いることにより、スプリング１４６に要求される荷重能力は小さくなる。スプリング１４６には、２つのトーションバーレバー１４４の動作の差を補正することだけが要求される。

図１０は、一方の側部から出力ギア１１８に連結されるワンウエイクラッチ１１０を示し、図１０（ａ）は、反対の方向から見たワンウエイクラッチ１１０を示す。ワンウエイクラッチ１１０及び出力ギア１１８は、無段変速機の動作中に生じる負要因に対処するように設計されている。さらに、部品が共に振動状態を維持し続けることが要求されるスプリング１４６の荷重を小さくするため、各ロッカアーム８０の慣性力は、最小としなければならない。クラッチを適切に設計することにより、目的の達成は良好に行われる。

ワンウエイクラッチ１１０は、中央の円形ボス１５４と、傾斜面１５８を有するアウタレース１５６とを含んでいる。複数のローラ１６０が、傾斜面１５８の一部を構成する凹部１６２に、それぞれ配置されている。傾斜面１５８に装着されたスプリング１６４はローラ１６０を支持している。

中央の中空シャフト８２の大径中空端部９８は、中央の円形ボス１５４まで延び、中央円形ボス１５４の端部の低摩擦運動を容易にするニードル軸受１６６、１６８が、内周面に設けられている。大径中空端部９８の外周面１７０には、クラッチのための滑らかな円形インナレースが形成されている。ローラ１６０は、外周面１７０に近接して配置されている。スプリング１６４は、ローラ１６０を傾斜面１５８から外周面１７０側に離間させるように付勢している。図１０に示す配置とし、大径中空端部９８の外周面１７０が矢印１７４の方向に回転すると、ローラ１６０は、外周面１７０と湾曲面１５８との対向する部分に挟持され、回転駆動が中央中空シャフト８２からアウタレース１５６に伝達され、従って、出力ギア１１８に伝達される。当然、ロッカアーム８０は振動し、矢印１７４と反対の方向に動くとき、ローラ１６０は、回転運動をアウタレース１５６に伝達することなく動作する。

このように構成することの重要性は、復帰ストロークにおいて、中央中空シャフト８２とともに出力ギア１１８が回転されないという事実に基づいている。このようにして、ローラ１６０は、スプリング１６４により生じる加速力や小さな力に依存することなく、使用することができる。このことは、システムの慣性力が低下するため、摩耗が少なく、また抵抗が小さくなる。

出力駆動部の１つは、噛合する出力ギア１１８間のバックラッシュを除去するように設計されている。図１０（ａ）において、対応する出力ギア１１８と同一形状のバックラッシュギア１８０は、出力ギア１１８に重畳されている。出力ギア１１８、アウタレース１５６及び中央円形ボス１５４と一体のプレート１８６は、ボルト１８８を用いて互いに固定されている。バックラッシュギア１８０は、締結具１９２が通るスロット１９０により、出力ギア１１８に対して制限された範囲で回転可能である。バックラッシュギア１８０は、各締結具１９２とバックラッシュギア１８０との間で機能する複数のバックラッシュスプリング１９４により、一方向に付勢されている。

バックラッシュギア１８０及びバックラッシュスプリング１９４は、連結された出力ギア１１８間で発生する全てのバックラッシュを除去するように機能する。このバックラッシュは、１つの出力ギア１１８がフリーホイールとして回転し、反対方向のトルクが、スプリング１６４の力で中央中空シャフト８２の外周面１７０に当接するローラ１６０の抵抗により発生するときに生じる。バックラッシュスプリング１９４に要求されることは、それぞれの出力部がフリーホイールとして回転するときに発生する抵抗トルクよりも大きいトルクを発生しなければならないことである。

無段変速機１０の動作において、入力回転駆動は、突出する車軸２４Ａにおける適切な種類の初期動作部に連結されるロータ１４に適用される。ロータボディ２２は、軸線２６の周りに回転させられる。ロータフォロワ１６のローラ６４、６６は、トーションバーレバー１４４及びスプリング１４６の付勢動作により、ロータボディ２２の外面４４に接触した状態で常時駆動される。

ロータ１４の軸線２６と直交する平面におけるロータボディ２２の円周形状は、上部リフト端部から下部リフト端部まで変化する。上部リフト端部において、ロータフォロワ１６は、下部リフト端部よりもかなり大きく、半径方向外方及び内方に動かされる。ロータ１４は、必要に従い、リードねじ２４Ｂを操作し、ロータ１４を筐体１２及びロータフォロワ１６に対して一方または他方の方向に移動させる外部装置、例えば、モータ、手動機構等により、スプラインが形成された車軸２４Ａに沿って軸線方向に移動することができる。ロータ１４が機械のストロークだけ移動されるので、リフト量はそれに従って変化する。

ストロークが０の場合、ロータフォロワ１６は、全く変位しない。これは、図７に示す輪郭４４にロータフォロワ１６のスラスト点７４を載せて拘束することで達成される。ロータ１４とロータフォロワ１６のローラ６４、６６との間の接線は、そのまま維持される。ローラ６４、６６は、円形路に沿って移動せず、一方向にわずかに回転し、また、各中間スラスト点が円形路上を移動する。クラッチやトルクコンバータを用いることなく達成されるニュートラルギア出力を実現するこの特徴により、無段変速機の下流の機構は単純化され、駆動トレインのための重要な利点が提供される。

図１１は、最小の量だけ、直線的に外方に移動するロータフォロワ１６を示す。ロッカアーム８０は、一点鎖線１９０で示す限られた範囲で軸１０６の周りに回転可能である。ローラ６４、６６間におけるスラスト点７４の直線運動からロッカアーム８０の回転運動への変換は、線形的に行われる。すなわち、回転運動のユニットに対する直線運動のユニットは、ロータ１４上のロータフォロワ１６の位置によって決まるユニット間の比率、すなわち、スラスト点７４に対するロータ１４の直線位置（車軸２４Ａに沿ったロータ１４の移動により調整される。）に依存するリフト量により達成される。

ロッカアーム８０の振動回転運動は、既述したように、対応するワンウエイクラッチ１１０のアウタレース１５６及び連結された出力ギア１１８に伝達される。

図１７は、回転するロータ１４の位置に対するロッカアーム８０の回転速度の関係を示す。車軸２４Ａに付与された固定入力回転速度に対して、ロータフォロワ１６は、対応するロッカアーム８０及びそれに連結された出力ギア１１８に、一定の回転駆動２００を生じさせる。その後、ワンウエイクラッチ１１０の作用により、正弦曲線２０２に従って、正方向の速度が低下して最大の負の値２０４になった後、再び増加し、ロータ１４が約１８０°回転した後、一定の出力速度２００となる。同様の効果は、図示の曲線と位相が１８０°異なっているが、他のロータフォロワ１８及びロッカアームのアセンブリにより達成される（このことは、既述したように、それぞれが約１８０°以上で有効である２つのロータフォロワを有する無段変速機に対するものである。）。ギアが噛合しているので、最終駆動シャフト１３０に伝達される出力速度（符号２００で示す回転速度）は、一定である。この効果は、異なる入力駆動速度において、及びロータフォロワ１６に対するロータ１４の異なる直線上の位置において、顕著である。

図１７は、上部の高い出力速度２０８と、実質的な下部の出力速度２１０とを示す。速度の遷移は、ロータ１４の位置がロータフォロワ１６によって決まるスラスト点７４に対して線形に調整されるため、滑らかに行われる。

図１２（筐体有り）及び図１３（筐体無し）は、本発明の第２の実施形態に係る無段変速機３００の斜視図である。無段変速機３００は、動作原理について、無段変速機１０と多くの共通点を有するため、その全てについては説明しない。同様の部品には、同様の符号を付してある。

２つの無段変速機の主な相違点は、ロータフォロワの直線運動を、対応するロッカアームの角運動に線形的に変換するために用いられる連結部である。図１４及び図１４（ａ）は、これを行わせるための一手段を示し、図１５及び図１５（ａ）は、他の手段を示す。

無段変速機１０では、運動の望ましい線形変換は、約３０°に制限されたロッカアームの回転角に対して達成される。この範囲を外れると、変換は線形にならない。図１１に示す構造は、無段変速機の入力回転速度と出力回転速度との間に大きな差が要求されるときのみ、有効に働く。

ロッカアームの回転角が増加するときの問題は、ロータフォロワによって駆動され、角度が付けられ、又は、傾斜した平面と相互作用するロッカアームに対して、インボリュート曲線を使用することにより対処される。ロッカアームのインボリュート曲線は、ラック・ピニオン機構のギアの歯、又はピニオンに相当し、ロータフォロワにより駆動される平面は、ラックに相当する。部材は、ラック・ピニオン機構として相互作用し、約６０°以上のロッカアームの角運動に対して、一定の線形性をもって、直線運動を回転運動に変換する。

図１３は、前述した方法で、各連結部３０２、３０４を介して、２つの出力駆動部１１０、１１２により、パワーを増加させる変換運動を行うロータ１４を示す。連結部３０２、３０４は、同じである。図１４は、一側方から見た連結部３０２の分解斜視図である。図１４（ａ）は、異なる方向から見た連結部３０２を示す。

連結部３０２は、ロータフォロワ３０６と、ロッカアーム３０８と、中間往復台３１０とを含んでいる。ロータフォロワ３０６は、支持部材３１６を貫通して延びる共通軸３１４の周りに回転可能に装着された２つのローラ３１２Ａ、３１２Ｂを有する。一部が円形である２つの軸受面３１８Ａ、３１８Ｂが、中間往復台３１０に対向する部材の側部に形成されている。各軸受面３１８Ａ、３１８Ｂは、それぞれのスラストニードル軸受３２０の一部の側面に配置されている。

中間往復台３１０は、軸受面３１８Ａ、３１８Ｂにそれぞれ連結されたニードル軸受３２２Ａ、３２２Ｂを有する。スライダ構造体３２４Ａ、３２４Ｂは、それぞれ、中間往復台３１０の互いに反対の側部に設けられている。直線状に配置された軸受部３２６Ａ、３２６Ｂは、それぞれ、スライダ構造体３２４Ａ、３２４Ｂに連結され、図示しない所定の機構で筐体１２内に装着されている。このようにして、中間往復台３１０は、直線的な動作のみが許容される。

平らで傾斜したラック面３３０は、中間往復台３１０の側部中央に配置されている。

ロッカアーム３０８は、図１の無段変速機１０に使用されるものと同様に、軸３３４の周りに振動回転可能であり、筐体１２に適切に装着される支持構造体３２０を含んでいる。ギアの歯を構成する力伝達部品３３６は、ラック面３３０を押圧するインボリュート面３３８を有する。その構造は、ラック・ピニオン機構におけるものと同様である。

使用に際して、ロータフォロワ３０６が、ロータ１４の回転によって往復動作するとき、中間往復台３１０が同様にして、ライン３４０に沿って動作する。ロータフォロワ３０６は、湾曲する軸受面３１８Ａ、３１８Ｂによって容易に回転可能に構成されているため、ローラ３１２Ａ、３１２Ｂが転動するロータ１４の面の形状の変化を考慮した限度内で、直線運動の方向に対して横方向に揺動することができる。中間往復台３１０の直線運動は、線形の状態で、軸３３４の周りのロッカアーム３０８の振動回転運動に変換される。ロッカアーム３０８は、線形変換において、約６０°以上で回転することができる。この場合、無段変速機３００の入力シャフト及び出力シャフト間での速度低下が少ないとき、無段変速機３００の動作に非常に有用となる。

図１５及び図１５（ａ）は、それぞれ、無段変速機３００の出力駆動部における他の連結部３５０Ａ、３５０Ｂを、異なる方向から見た図である。

各連結部３５０Ａ、３５０Ｂにおいて、無段変速機の筐体のスロット（図示せず）に装着されるガイドローラ３５２によって適切に拘束されるロータフォロワ３０６は、ロータフォロワ３０６の末端において、形状部材３５８の円形のスラスト力作用面３５６に連結されるニードル軸受レース３５４を往復直線運動させる。ガイドエッジ３６０は、ニードル軸受レース３５４に対向して動く円形の軸受面３６２と、図１４に示すラック面３３０と同じ平らで傾斜したアウタラック面３６４とを有する。既に述べたように、各出力ギア１１８に連結されたロッカアーム３７０は、それぞれがインボリュート形状の湾曲面３７４を有する１対の突出するピニオン３７２を備え、対応するガイドエッジ３６０の平らなアウタラック面３６４に接触している。ニードル軸受３５４は、ロータ１４の表面形状の変化を考慮し、必要に応じて、ガイドエッジ３６０に対する形状部材３５８の制限された振動回転運動を許容している。ガイドエッジ３６０は、適切な支持構造、例えば、図１５に示す無段変速機の筐体におけるローラ３７６によって、動きが直線的に拘束される。ガイドエッジ３６０は、傾斜したアウタラック面３６４により、ローラ３７６に向かい、矢印３７８の方向に常に付勢されている。

連結部３５０Ａは、ロータフォロワ３０６の直線運動をロッカアーム３０８の回転運動に変換する線形変換が、約６０°を超える拡大された角度範囲において可能であり、連結部３０２と同様の利点を有する。このことは、入力シャフトと出力シャフトとの間における無段変速機の回転速度を、さらに全般的に減少させることを許容し、結果として小型となる。

図１６は、上述した無段変速機と多くの点で共通性を有する無段変速機４００（筐体無し）を示す。これらの特徴についての詳細な発明は省略し、差異を強調するだけとする。

無段変速機４００は、中央に配置されるロータ１４の周りに、互いに１２０°離れて円周上に配置される３つの出力駆動部１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃを含んでいる。出力駆動部１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃは、実質上同一であるため、出力駆動部１１２Ａについてのみ説明する。

出力駆動部１１２Ａの出力ギアは、主出力ギア１３０を駆動するために、それと噛合している。

出力駆動部１１２Ａは、適切な応力解析を行い、重量及びその慣性力を最小化する複数の孔部４０６が形成されたロッカアーム４０４により駆動されるワンウエイクラッチ４０２を含んでいる。図１６（ａ）に示すように、ロッカアーム４０４は、複数の平行な溝４２０が形成された半円のスラスト面４１８を有する往復台４１６に形成された平らなラック面４１４と対向するインボリュート面４１２を有する。

ロータフォロワ４２２は、離間したローラ４２６、４２８をそれぞれ支持する構造体４２４を有する。構造体４２４のスラスト面４３０は、溝４２０を横切る離間した複数の平行な溝４３４を有する。柔軟な支持体４３８で支持されるボール軸受４３６が溝４２０及び４３４に配置されている。この配置は、２つの横方向において、往復台４１６に対し、ロータフォロワ４２２の制限された回転運動を許容するために、特に有用である。

トーションバー又はロッド４４０は、ロッカアーム４０４から延び、ギア部材４４２がその端部に装着されている。図１６に示すように、このギア部材４４２は、筐体（図示せず）に固定されるトーションバー又はロッド４４６の端部に装着される同様なギア部材４４４に噛合している。このトーションバーの構造により、例えば、図１に示すスプリング１４６及びトーションバーレバー１４４の機能が達成される。トーションバー又はロッド４４０、４４６は、ロッカアーム４０４を常時ラック面４１４に接近連結するように付勢し、次いで、ロータフォロワ４２２をロータ１４に接近接触するように付勢するように作用する。可動部が軽量となるため、システムの慣性力が減少する。

ロータ１４は、図１７に示す場合と同様に、約１２０°以上で、各出力駆動部が直線運動するように設計されている。ロータ１４の回転の残りの２４０°に対して、ロッカアーム４０４は、図１７に示す曲線２０２と同様に、負の曲線を示す。無段変速機１０の場合のような１８０°では生じなく、２４０°以上でこの特性が生じるため、正の線形出力駆動位置に戻るまでのロッカアーム４０４の速度が変化する割合（加速度又は減速度）が減少する。このことはまた、システムの慣性力を減少させ、その結果、無段変速機４００を相当に高速の回転速度で動作させることができる。

６、７ 矢印
１０、無段変速機
１２ 筐体
１４ ロータ
１６、１８ ロータフォロワ
２０ 出力駆動機構
２２ ロータボディ
２４Ａ、２４Ｂ 軸
２６ 縦軸
２８ 第１方向
３０ 軸受
３０Ａ 筺体
３０Ｂ、３２Ｂ 張出部
３０Ｃ、３２Ｃ スロット
３２ 軸受
３２Ａ 筺体
３４ スプライン
３６ 内孔
３８Ａ、３８Ｂ カウンタウエイト
４０、４２ 輪郭
４４ 外面
５４ 逆Ｙ型本体
５６ スラスト面
５８Ａ、５８Ｂ リム
６０Ａ、６０Ｂ ガイドローラ
６２ ガイドスロット
６４、６６ ローラ
３７６ ローラ
６８、７０ 共通軸
７２ 接線
７４ スラスト点
７６ 通路
８０ ロッカアーム
８２ 中空シャフト
８４、８６、８８ プレート
９０、９２ ローラ
９４ 共通軸
９８ 中空端部
１００ アウタ軸受
１０２ ワンウエイクラッチ
１０６ 軸
１１０ 第１出力駆動部
１１２ 第２出力駆動部
１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ 出力駆動部
１１８ 出力ギア
１２２ 連結配置
１３０ 終端駆動シャフト
１３２ ギア
１３４ ギアアセンブリ
１４０ クラッチ
１４４ トーションバーレバー
１４６、１６４ スプリング
１５４ 円形ボス
１５６ アウタレース
１５８ 傾斜面
１６０ ローラ
１６２ 凹部
１６６、１６８ ニードル軸受
１７０ アウタ面
１７４ 矢印
１８０、１８４ バックラッシュギア
１８６ プレート
１８８ ボルト
１９０ スロット
１９２ ファスナ
１９４ バックラッシュスプリング
２００ 一定出力速度
２０２ 正弦曲線
２０４ 負値
３００ 無断変速機
３０２、３０４ 連結部
３０８ ロッカアーム
３１０ 中間往復台
３１２Ａ、３１２Ｂ ローラ
３１４ 共通軸
３１６ 支持部材
３１８Ａ、３１８Ｂ 軸受面
３２０ 支持構造体
３２２Ａ、３２２Ｂ ニードル軸受
３２４Ａ、３２４Ｂ スライダ構造体
３２６Ａ、３２６Ｂ 軸受部
３３０ ラック面
３３４ 軸
３３６ 力伝達部品
３３８ インボリュート面
３４０ 矢印
３５０Ａ、３５０Ｂ 連結部
３５２ ガイドローラ
３５４ ニードル軸受レース
３５６ スラスト力作用面
３５８ 形状部材
３６０ ガイドエッジ
３６２ 軸受面
３６４ アウタラック面
３７０ ロッカアーム
３７２ ピニオン
３７４ 面
３７８ 矢印
４００ 無断変速機
４０２ ワンウェイクラッチ
４０４ ロッカアーム
４０６ 孔部
４１２ インボリュート面
４１４ ラック面
４１６ 往復台
４１８ スラスト面
４２０ 溝
４２４ 構造体
４２６、４２８ ローラ
４３０ スラスト面
４３４ 溝
４３６ ボール軸受
４３８ 支持体
４４０ トーションバー又はロッド
４４２、４４４ ギア部材
４４６ トーションバー又はロッド
ＳＡ１、ＳＡ２ スイベル角

Claims (12)

1. ａ） 第１方向に延びる縦軸の周りに回転可能であり、低リフト部、高リフト部、および低リフト部と高リフト部との間の前記縦軸の円周方向に連続的に広がる面を有する可変ストローク本体を有するロータと、
   b） 出力シャフトと、
   c） 前記ロータに連結され、前記ロータに対して第１方向に直線的に移動可能であり、各ロータフォロワ軸と、前記ロータが回転することにより、前記ロータの縦軸に対して直線的に移動可能なスラスト点とを含む複数のロータフォロワと、
   d） 前記ロータフォロワの動作に対応して、少なくとも、前記ロータの回転速度と、前記ロータに対するロータフォロワの直線位置とに依存する速度で、前記出力シャフトを回転させる出力駆動機構とを備え、
   前記ロータに対する所定の直線位置に設定された各ロータフォロワは、前記ロータフォロワ軸が、前記ロータの縦軸に対する第１最大角度の範囲を決める第１制限角度位置と、前記ロータフォロワ軸がロータの縦軸に対する第２最大角度の範囲を決める第２制限角度位置との間で移動可能であり、かつ前記第１最大角度は、前記第２最大角度とほぼ等しいことを特徴とする無段変速機。
2. 前記ロータ面の円周輪郭の長さは、前記軸線と直交する低リフト部と、前記高リフト部との間のどの平面においても、実質的に一定であることを特徴とする請求項１記載の無段変速機。
3. 前記各ロータフォロワは、前記ロータフォロワ軸の周りに回転可能な少なくとも１つの円筒ローラを有し、前記円筒ローラは、前記ロータ面に支持され、前記ロータフォロワが、前記ロータに対して前記第1方向に直線的に動き、前記ロータ面と線接触するようになっていることを特徴とする請求項１記載の無段変速機。
4. 前記ロータ面に線接触する各円筒ローラを連続的に付勢する付勢機構を含有することを特徴とする請求項３記載の無段変速機。
5. 前記付勢機構は、少なくとも、トーションバー又はスプリングの１つを含むことを特徴とする請求項４記載の無段変速機。
6. 前記低リフト部又はその近傍において、前記ロータ面は、前記縦軸を中心とする円周の輪郭を有し、円形であり、ギアのニュートラル出力となるように、スラスト点が前記縦軸の方向には動かず、前記輪郭に沿って移動可能であることを特徴とする請求項１記載の無段変速機。
7. 前記ロータボディには、低リフト部及び高リフト部との間に延在し、前記ロータ本体の静的及び動的なバランスを最適化するように変化する断面を有する少なくとも１つの通路が形成されることを特徴とする請求項１記載の無段変速機。
8. 前記出力駆動機構は、少なくとも、第１及び第２出力駆動部を備え、前記各出力駆動部は、それぞれ、ロッカアームと、前記各ロータフォロワの前記スラスト点の直線運動をロッカアーム軸の周りの前記ロッカアームの振動回転運動に変換する連結部と、出力ギアと、前記ロッカアームと出力ギアとの間で動作し、前記出力ギアを一方向に回転させるワンウエイクラッチとを含み、少なくとも１つの前記出力ギアは、駆動ギアと、駆動ギアに重畳されるバックラッシュギアと、少なくとも前記出力駆動部の出力ギア間のバックラッシュを減少させるため、前記駆動ギアに対して、前記バックラッシュギアの回転方向に付勢するバックラッシュバイアス部を有することを特徴とする請求項１記載の無段変速機。
9. 前記出力駆動機構は、少なくとも、第１及び第２出力駆動部を含み、前記各出力駆動部は、それぞれ、ロッカアームと、前記各ロータフォロワの前記スラスト点の直線運動をロッカアーム軸の周りの前記ロッカアームの振動回転運動に変換する連結部と、出力ギアと、前記ロッカアームと前記出力ギアとの間で動作し、前記出力ギアを一方向に回転させるワンウエイクラッチとを含み、前記連結部は、
   ａ） ローラが前記ロッカアームに装着され、前記ロータフォロワが円形の一部のスラスト面を有し、前記スラスト点を中心とし、前記ローラに支持される構成と、
   ｂ） 傾斜した平らなラック面を有するラック部材が前記ロータフォロワによって動作可能であり、前記ロッカアームが前記ラック部材の平らな前記ラック面に支持されるインボリュートスラスト面を有する構成
   とから選択されていることを特徴とする請求項１記載の無段変速機。
10. 前記出力駆動機構は、少なくとも、第１及び第２出力駆動部を含み、前記各出力駆動部は、それぞれ、ロッカアームと、前記各ロータフォロワの前記スラスト点の直線運動をロッカアーム軸の周りの前記ロッカアームの振動回転運動に変換する連結部と、出力ギアと、前記ロッカアームと前記出力ギアとの間で動作し、前記出力ギアを一方向に回転させるワンウエイクラッチとを含み、前記ワンウエイクラッチは、円周面を有し、前記ロッカアーム軸を中心とするインナレースと、前記円周面に対向し且つ離間する傾斜面を有するアウタレースと、前記傾斜面と前記円周面との間で移動可能に配置される複数の傾斜ローラと、前記傾斜ローラを前記アウタレースに固定する付勢部品とを含むことを特徴とする請求項１記載の無段変速機。
11. 前記ラック部材は、直線的に往復運動する往復、台の上に設けられ、前記スラスト点の直線運動の方向に対して、制限された範囲で、横方向に可動であることを特徴とする請求項１０記載の無段変速機。
12. 前記往復台と前記ロータフォロワとの間に配置され、少なくとも２つの横方向に対して、前記往復台と前記ロータフォロアの間の制限された回転運動を許容する軸受部を含むことを特徴とする請求項１１記載の無段変速機。

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