JP2013142428A

JP2013142428A - 揺動運動を介在させて変速比を調整した無段変速装置

Info

Publication number: JP2013142428A
Application number: JP2012002191A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Oda; 修三小田; Taku Kaneko; 金子　　卓
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2013-07-22
Anticipated expiration: 2032-01-10
Also published as: JP5796499B2

Abstract

【課題】揺動の両方の運動を使って出力する揺動式無段変速装置を提供する。
【解決手段】入力軸（１８）からの回転を、ケース（１００）に回転自在に固定支持された揺動シャフト（４１）の揺動運動に変換し、かつ、揺動角度を調整する変速比調整機構と、前記揺動シャフト（４１）の揺動運動を回転運動に変換する揺動・回転変換機構とを具備する無段変速機であって、前記揺動・回転変換機構は、前記揺動シャフト（４１）の揺動運動のうちの一方向側の回転運動を、出力軸（２３）の一方向回転に変換する第１の歯車列（１３１、１３２）と、前記揺動シャフト（４１）の揺動運動のうちの他方向側の回転運動を、出力軸（２３）の前記一方向の回転に変換する第２の歯車列（１３３、１３４）を具備し、前記揺動シャフト（４１）の揺動運動の両方向の運動を、出力軸（２３）の一方向回転として出力した無段変速機を提供する。
【選択図】図８

Description

本発明は、揺動運動を介在させて変速比を調整した無段変速装置において、揺動の両方の運動を使って出力する無段変速装置に関する。ここで、本発明における変速比とは、入力軸の回転数に対する出力軸の回転数の比率（変速比＝出力軸回転数／入力軸回転数）を指している。

産業機械や輸送機械などにおいて、無段変速機が数多く使用されている。このような無段変速機には、従来、電動機を直接変速する電気式と、Ｖベルトなどを使用した機械式が知られている。Ｖベルトによる機械式無段変速機は、摩擦伝動による効率の低下、異常負荷時のスリップ、ゼロ回転からの変速不可能と言った問題点が生じていた。

その他、クランク運動を利用した機械式無段変速機が知られている（特許文献１の従来の技術参照）。これは、入力軸の回転運動を一度往復運動に変換し、その往復運動を出力軸部の一方向クラッチで回転運動に変換する機構を用いるものである。そして、往復運動の振幅を変速レバーで自由に変えることで無段変速を実現したものである。しかしながら、揺動運動の一方向しか出力として使えておらず、逆方向分は遊びになっており、また、入力軸と出力軸とが食い違っているため省スペース化が困難であり、高負荷に不適当な単列の伝動系列であり、脈動対策も不十分であった。

（特許文献１の無段変速機の説明）
これに対して、特許文献１に示すような無段変速機が知られている。本発明とも一部共通する部分があるので、特許文献１の記載に基づき、少し詳細に概略を説明する。
図１は、特許文献１の無段変速機の縦断面図である。図２は、特許文献１の無段変速機の一部カットして示す斜視図であり、（ｂ）は、クランクシャフト４１とクランクアーム４１ａの斜視図である。図３（ａ）、（ｂ）は、特許文献１の無段変速機の作動説明図であり、（ａ）は、出力軸がゼロ回転の場合で、内側偏心カム２９と外側偏心カム３０との結合位相が、入力軸１８の中心Ｏ１と同心円となった場合であり、（ｂ）は、（ａ）の場合に比べて外側偏心カム３０が約９０°回動した場合である。

まず、不動側のケース全体について説明する。ケース全体（ケース１００）は、ケース本体１、その一側端部を閉塞する壁板部１ａ、ケース本体１の開口端部に締結されたケース蓋４、壁板部１ａの外側の偏心カム用ケース７、ケース蓋４の外側の増速ギヤ用ケース１１、偏心カム用ケース７の外側に結合したウオームギヤ用ケース９から構成され、それぞれ互いにボルトで固定されている。ベース６は、ケース本体１と一体に形成されている。璧板部１ａの中心部より、軸筒部１ｂが、ケース本体の内部に突設している（不動側）。この軸筒部１ｂの端部に形成したフランジに、円形プレート２がボルト３により締結されている（不動側）。璧板部１ａと円形プレート２の間で、８本のクランクシャフト４１がベアリング４２、４３で回転自在に設けられている。クランクシャフト４１の回転軸は、璧板部１ａと円形プレート２を介して、ケース本体１に固定されて、自転はするが公転はしない。

次に、特許文献１に示す無段変速機の入力軸１８と出力軸２３について述べる。
入力軸１８は、ウオームギヤ用ケース９、偏心カム用ケース７、ケース本体１の軸筒部１ｂ（不動）、円形プレート２を貫通して、軸筒部１４ａ（回転）の途中まで回転自在に挿入されている。１９、２０、２１、２２は、入力軸１８を回転自在に支持するベアリングである。２３は、この入力軸１８と対向して同心に増速ギヤ用ケース１１内から外方に突出するように設けた出力軸で、２４、２５は、この出力軸２３を回転自在に支持するベアリングである。

１３は、ケース本体１内に回転自在に設けた中空円筒状のインナーケース、１４は、このインナーケース１３の出力側端部にボルト１５により結合した壁板で、１４ａは、壁板１４の中心部にケース蓋４を貫通して増速ギヤ用ケース１１内に突出させた軸筒部であり、１６は、この軸筒部１４ａをケ−ス蓋４に回転自在に支持するベアリング、１７はインナーケース１３の入力側を回転自在に支持するためのベアリングである。クランクシャフト４１と遊星ギヤ４７の間には一方向クラッチ４６が設けられ、一方向クラッチ４６を介して伝動された回転運動は、入力側リングギヤ４８と出力側リングギヤ４８を経て、インナーケース１３を回転させ、出力軸２３に伝動される。これらの機構は、脈動緩衝装置を構成する（後述）。

次に、入力軸１８から出力軸２３にいたる伝動経路について述べる。
ケース７内の入力軸１８にキー２６を介して第１作動歯車２７を設ける。この第１差動歯車２７に対して、同径の第２差動歯車２８を回転自在に嵌装し、その出力側に内側偏心カム２９を、キー２６を介して入力軸１８に固定して設ける。この内側偏心カム２９の外周部に外側偏心カム３０を回転自在に設ける。ここで、入力軸１８にキー２６を介して固定されているのは、この第１差動歯車２７と内側偏心カム２９である。第２差動歯車２８は、第１差動歯車２７に対して回転自在であり、外側偏心カム３０は、内側偏心カム２９に対して回転自在である。

第２差動歯車２８の外側偏心カム３０との接合フランジ面に、放射方向の縦溝２８ａを設けると共に、この縦溝２８ａと摺動自在に係合する突起３０ａを外側偏心カム３０に突設し、この外側偏心カム３０の出力側の側面に円形のカム溝３０ｂを設ける。ウオームギヤ用ケース９内にウオームホイール３１を回転自在に設けて、ハンドル３４を回転させると、図３（ａ）、（ｂ）に示したように、内側偏心カム２９と外側偏心カム３０との結合位相を変化させることができる（詳しくは特許文献１の３頁左上欄、右下欄等参照）。

図２（ｂ）に示すように、クランクシャフト４１の一端にクランクアーム４１ａが一体に形成されている。クランクアーム４１ａの端部に、クランクピン４１ｂを突設した複数（８本）のクランクシャフト４１を、璧板部１ａと円形プレート２において、それぞれ、軸受４２、４３で支持され、ケース本体１に固定されている。クランクシャフト４１は、自転はするが公転はしない。そして、これら各クランクシャフト４１の端部のクランクピン４１ｂを、ベアリング４４および角形の滑り子４５を介して、外側偏心カム３０のカム溝３０ｂ内にそれぞれ摺動自在に嵌入させる（図２（ａ）参照）。

これら各クランクシャフト４１に、それぞれ、一方向クラッチ４６を介して、遊星歯車４７を複列に一方向にのみ回転自在に嵌装する。すなわち、８本のクランクシャフト４１のうちの一つおきの４本のクランクシャフト４１には、壁板部１ａと円形プレート２との間に入力側の遊星歯車４７を配置し、他の４本のクランクシャフト４１には、円形プレート２とケース蓋４との間に出力側の遊星歯車４７を配置する。

次に、脈動緩衝装置について述べる。
上記複列の各遊星歯車４７と、それぞれ噛合する内歯歯車４８ａを有する２列の入力側と出力側のリングギヤ４８を、それぞれインナーケース１３に対してボールベアリング４９を介して回転自在に設ける。これら２列のリングギヤ４８間に、ボールベアリング５０を介挿してリングギヤ４８相互も回転自在にする。さらに、これら２個のリングギヤ４８の対向する側面に、それぞれ放射状に歯を並設した側歯歯車４８ｂを形成し、これら両側の側歯歯車４８ｂと、それぞれ噛み合う複数のピニオン５１を、ベアリング５２を介して、軸５３によりインナーケース１３に枢支して設ける。５４は、軸５３をインナーケース１３に固定するナットである。

並設した２個のリングギヤ４８は必ずしも同速では回転しないが、これらのリングキヤ４８は、側歯歯車４８ｂ介してピニオン５１とそれぞれ噛合しているため、ピニオン５１の軸５３を介して、インナーケース１３が２個のリングギヤ４８の平均速度で回転することになる。このようにして、平均速度化がなされるので脈動が著しく緩衝されることになる（平均速度化の仕組みについては、特許文献１の４頁左下欄から５頁左上欄参照）。

インナーケース１３の壁板１４の軸筒部１４ａの外周部に、キー５５を介して円板５６を固着し、この円板５６の側面の同一円周上に、複数（例えば４個）の軸５７を円周等分位置において、それぞれ出力側に向けて設置する。これらの軸５７に、ベアリング５８を介して遊星歯車５９を回転自在に嵌装し、これら各遊星歯車５９と、それぞれ噛み合う内歯歯車６０を、増速ギヤ用ケース１１にボルト６１により固定する。各遊星歯車５９と噛み合う太陽歯車６２は、出力軸２３に一体に形成されている。

次に、上述した無段変速装置の伝動機構の作動について説明する。
１．出力軸がゼロ回転の場合
入力軸１８が、図３（ａ）において矢印Ｅのように反時計方向に回転すると、内側偏心カム２９および外側偏心カム３０も入力軸１８と共に回転する。この場合、外側偏心カム３０が図３（ａ）のように入力軸１８と同心であれば、カム溝３０ｂも入力軸１８に対して同心円となる。したがって、各クランクシャフト４１は入力軸１８に対して同心円上に配置してあるから、入力軸１８の中心Ｏ１と、クランクシャフト４１の中心Ｏ２と、クランクピン４１ｂの中心Ｏ３とのなす角θは、すべて不変である。このため、入力軸１８と共にカム溝３０ｂが回転しても各クランクシャフト４１は全く回転しない。そして、クランクシャフト４１以降の伝動系もすべて停止したままであるから、出力軸２３は全く回転しない。

２．出力軸が変速される場合
ハンドル３４を回転させると、図３（ｂ）に示したように、内側偏心カム２９と外側偏心カム３０との結合位相を変化させることができ、図３（ｂ）は、（ａ）の場合に比べて外側偏心カム３０が約９０°回動した場合である。図２（ｂ）に示すクランクピン４１ｂには、角形の滑り子４５が嵌合し、図２（ａ）に示すように、角形の滑り子４５が、外側偏心カム３０のカム溝３０ｂ内にそれぞれ摺動自在に嵌入している。
図３（ｂ）において、入力軸１１が矢印Ｅの方向に回転すると、カム溝３０ｂも矢印Ｅの方向に回転するため、各クランクシャフト４１のクランクピン４１ｂは滑り子４５（を介してカム溝３０ｂによって案内され、時々刻々その位置が変化する。

すなわち、この場合、中心Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３のなす角θは、θ１〜θ８のように変化する。したがって、各クランクシャフト４１には矢印Ｆで示す方向の回転が生ずる。クランクシャフト４１が矢印Ｆ方向に回転すると、一方向クラッチ４６を介して遊星歯車４７も矢印Ｆ方向に回転する（一方向クラッチ４６は、クランクシャフト４１に対して時計方向に回転するのを阻止し、反時計方向に回転するのは許容する）。クランクシャフト４１と遊星歯車４７が８組あるが、この内４個の遊星歯車４７は並列したリングギヤ４８の一方と噛合し、また他の４個の遊星歯車４７は他方のリングギヤ４８と噛合している。入力軸側と出力軸側のリングギヤ４８は、それぞれ、一方向クラッチによって、インナーケースを所定の同方向に回転させるように構成されている。そして、ピニオン５１の軸５３を介して、インナーケース１３が２個のリングギヤ４８の平均速度で回転することになる。インナーケース１３の回転は、遊星歯車５９を回転させ、太陽歯車６２を介して、出力軸２３を回転させる。

（特許文献１の問題点）
特許文献１に示す無段変速機においては、クランクアーム４１ａの一方向のみの回転を、一方向クラッチ４６により取り出しているため、クランクシャフト４１の揺動の一方向しか出力として使えておらず、逆方向分は遊びになっている。このため、脈動緩衝のために平均速度化を行うためには、クランクシャフト４１（クランクアーム４１ａ）の本数が多く必要となっていた。しかしながら、クランクシャフト４１本数の増加には、装置内の配置スペースから制約を受けることとなって、平均速度化には限界が生じていた。

特開昭６１−１４０６６４号公報

本発明は、上記問題に鑑み、スライダリンク機構を用いて変速比を調整できるようにした無段変速装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、入力軸（１８）からの回転を、ケース（１００）に回転自在に固定支持された揺動シャフト（４１）の揺動運動に変換し、かつ、揺動角度を調整する変速比調整機構と、前記揺動シャフト（４１）の揺動運動を回転運動に変換する揺動・回転変換機構とを具備する無段変速機であって、前記揺動・回転変換機構は、前記揺動シャフト（４１）の揺動運動のうちの一方向側の回転運動を、出力軸（２３）の一方向回転に変換する第１の歯車列（１３１、１３２）と、前記揺動シャフト（４１）の揺動運動のうちの他方向側の回転運動を、出力軸（２３）の前記一方向の回転に変換する第２の歯車列（１３３、１３４）を具備し、前記揺動シャフト（４１）の揺動運動の両方向の運動を、出力軸（２３）の一方向回転として出力した無段変速機である。

これにより、従来技術のようにクランクシャフトの揺動の一方向しか出力として取出すようなことはなく、クランクシャフトの揺動運動の両方向の運動を、出力軸に同方向の回転運動として取出すことができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１の歯車列は、１組の前記揺動シャフト（４１）のそれぞれに、一方向クラッチ介して連結した第１歯車（１３１）と第２歯車（１３２）から構成され、前記第１歯車（１３１）は、前記出力軸（２３）と一体の出力軸歯車（２３’）に噛み合い、前記第２歯車は、前記第１歯車と噛み合うとともに前記出力軸歯車（２３’）には噛み合わず、前記第２の歯車列は、１組の前記揺動シャフト（４１）のそれぞれに、一方向クラッチ介して連結した第３歯車（１３３）と第４歯車（１３４）から構成され、前記第４歯車（１３４）は、前記出力軸（２３）と一体の前記出力軸歯車（２３’）に噛み合い、前記第３歯車（１３３）は、前記第４歯車（１３４）と噛み合うとともに前記出力軸歯車（２３’）には噛み合わないことを特徴とする。これにより、請求項１の発明と同様な効果が得られる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第１の歯車列（１３１、１３２、１３５、１３６）と前記第２の歯車列（１３３、１３４、１３７、１３８）の組が、１組又は複数組存在することを特徴とする。これにより、クランクシャフトから出力軸２３にいたる伝動経路が一層重畳化して、脈動緩衝を一層進めることができる。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記揺動シャフト（４１）の軸と前記出力軸（２３）が平行であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の発明において、前記第１歯車（１３１）と、前記第２歯車（１３２）はサイズが異なり、前記第４歯車（１３４）と、前記第３歯車（１３３）はサイズが異なることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記第１歯車（１３１）は、前記第２歯車（１３２）よりサイズが大きく、前記第４歯車（１３４）は、前記第３歯車（１３３）よりサイズが大きいことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の歯車列又は前記第２の歯車列の歯車のうちで、最も周速度の速い歯車の回転が出力軸に動力を伝達することを特徴とする。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

特許文献１の無段変速機の縦断面図である。（ａ）は、特許文献１の無段変速機の一部カットして示す斜視図である。（ｂ）は、クランクシャフト４１とクランクアーム４１ａの斜視図である。（ａ）、（ｂ）は、特許文献１の無段変速機の作動説明図であり、（ａ）は、出力軸がゼロ回転の場合で、内側偏心カム２９と外側偏心カム３０との結合位相が、入力軸１８の中心Ｏ１と同心円となった場合であり、（ｂ）は、（ａ）の場合に比べて外側偏心カム３０が約９０°回動した場合である。本発明の一実施形態の変速比調整機構の概略断面図である。（ａ）は、本発明の一実施形態の変速比調整機構における、入力軸である入力プーリーの斜視図、（ｂ）は、スライダリンクの斜視図、（ｃ）は、クランクアームと連接棒を２セット偏心量可変軸に連結した斜視図である。（ａ）〜（ｈ）は、本発明の一実施形態の作動説明図である。本発明の第１実施形態の概略断面図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態の揺動・回転変換機構を説明する説明図であり、（ａ）は、クランク軸４１が反時計回りに揺動した場合であり、（ｂ）は、クランク軸４１が時計回りに揺動した場合である。図７の（Ｉ）の矢印位置には、図８（ａ）及び（ｂ）の（Ｉ）におけるＡ−Ａ線の断面が示されており、図７の（ＩＩ）の矢印位置には、図８（ａ）及び（ｂ）の（ＩＩ）におけるＡ−Ａ線の断面が示されている。（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態の揺動・回転変換機構を説明する説明図であり、（ａ）は、クランク軸４１の軸心Ｐ６側が反時計回りに揺動し、クランク軸４１の軸心Ｐ７側が時計回りに揺動した場合であり、（ｂ）は、クランク軸４１の軸心Ｐ６側が時計回りに揺動し、クランク軸４１の軸心Ｐ７側が反時計回りに揺動した場合である。（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２実施形態の揺動・回転変換機構を説明する説明図である。変速比調整機構の第１変形例の概略断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、変速比調整機構の第２変形例の概略説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。従来技術に対する各実施態様の同一構成の部分には、同様に同一の符号を付してその説明を省略する。

（変速比調整機構）
まず、本発明の一実施形態を説明する前に、本発明の一実施形態に用いられる変速比調整機構について、説明する。なお、本発明の一実施形態の変速比調整機構は、特許文献１の変速比調整機構を用いても実施可能であり、また、後述する変速比調整機構の変形例を適用しても、本発明の一実施形態は実施可能である。

図４は、本発明の一実施形態の変速比調整機構の概略断面図である。図５（ａ）は、本発明の一実施形態の変速比調整機構における、入力軸である入力プーリーの斜視図、（ｂ）は、スライダリンクの斜視図、（ｃ）は、クランクアームと連接棒を２セット偏心量可変軸に連結した斜視図である。図６（ａ）〜（ｈ）は、本発明の一実施形態の作動説明図である。本発明の無段変速機は、産業機械や輸送機械などあらゆる分野において用いることができ、汎用のものである。一例として、車両用エアコンシステムに適用した場合には、入力軸はベルト伝動されたプーリーとなる。しかしながら、これに限定されることはなく、中空軸などを使用しても良い。

図４において、入力軸１８は、ベルト伝動用プーリーである。まず、図５を参照して、入力プーリー（以下、入力軸）１８、スライダリンク１０３、クランクアーム１１１、１１４と連接棒１１２、１１３（２セット分）の概略構造を説明する。これらは、入力軸１８からの回転を、ケースに回転自在に固定支持された少なくとも１本のクランクシャフト４１（揺動シャフトともいう）の揺動運動に変換し、かつ、揺動角度を調整する変速比調整機構を構成する。

入力軸１８には、その軸心Ｏ１から偏心した位置に回り対偶軸１０１（軸心Ｐ１）が設置されている。この回り対偶軸１０１に、スライダリンク１０３の穴１０１’が嵌合している。入力軸１８側に穴を設け、スライダリンク１０３側に回り対偶軸１０１を突設しても良い。スライダリンク１０３には、リニアガイド１０４に沿ってスライド可能なスライダピン（軸心Ｐ２）１０２、及び、スライダリンク１０３に固着された偏心量可変軸１０５（軸心Ｐ３）を有する。

この場合、リニアガイド１０４は、溝とスライダピン１０２でスライドさせている。これに限定されず、断面コの字形状のスライダと直線ガイドで、馬乗り状にスライドさせても良い。スライダピン１０２は、作動中はリンクの不動点を構成する。すなわち、入力軸１８の回転により、回り対偶軸１０１も回転する。スライダリンク１０３は、不動点であるスライダピン１０２を瞬間中心として回転するとともに、スライダリンク１０３におけるスライダピン１０２は、リニアガイド１０４内を直線移動することになる。これらの動きについては、図６で詳説する。

スライダピン１０２（Ｐ２）は、外部に位置調整自在に固定されており、作動中はリンクの不動点を構成する。入力軸１８の中空部などから、軸心Ｏ１に対する偏心量が調整可能に構成されている。すなわち、軸心Ｏ１に対する偏心量（Ｏ１−Ｐ２）が調整されて（図６（ａ）のＸ軸方向にＰ２移動）、スライダピン１０２のリニアガイド１０４におけるスライド位置が調整される。これにより、後述するクランクシャフト４１の揺動角度範囲が調整される。

偏心量可変軸１０５は、リニアガイド１０４の反対面において、スライダリンク１０３に固着されている。この固着位置は、入力軸１８の半径長さＯ１−Ｐ１と、回り対偶軸１０１と偏心量可変軸１０５の中心位置長さＰ１−Ｐ３と等しい位置となっている。偏心量可変軸１０５の軌跡は、図６（ａ）の２重円状のＡで示されている。偏心量可変軸１０５の軌跡（２重円状のＡ）は、スライダピン１０２のＰ２の位置が小さくなると、次第に小さくなり、入力軸１８の軸心Ｏ１と同心となるように調整することができる。偏心量可変軸１０５は、スライダリンク１０３に固着されており、それ自体可変ではないが、これらの図に見られるようにその軌跡の偏心量が可変となることで、クランクシャフト４１の揺動角度範囲を変化させることができる。なお、スライダピン１０２のＰ２の位置を入力軸１８の軸心Ｏ１と同心に調整した場合、出力軸をゼロ回転にすることができる。

本発明の一実施形態の無段変速機は、入力軸１８からの回転を、ケースに回転自在に固定支持された揺動シャフト４１の揺動運動に変換し、かつ、揺動角度を調整する変速比調整機構、及び、揺動シャフト４１の揺動運動を回転運動に変換する揺動・回転変換機構を具備する。この変速比調整機構は、入力軸１８に対して偏心した回り対偶軸１０１で連結したスライダリンク１０３であって、リニアガイド１０４に沿ってスライド可能なスライダ１０２、及び、スライダリンク１０３に固着された偏心量可変軸１０５を有するスライダリンク１０３と、偏心量可変軸１０５の運動を揺動シャフト４１に伝動する連結機構と、を具備し、スライダ１０２は位置調整自在に外部に固定されており、スライダ１０２のリニアガイド１０４におけるスライド位置が調整されて、揺動シャフト４１の揺動角度範囲が調整されるようにしたものである。そして、揺動シャフト４１は、クランクアーム１１１、１１４、及び、クランクピン１１５、１１６を有する。上記連結機構は、クランクアーム１１１、１１４、及び、クランクピン１１５、１１６と偏心量可変軸１０５とを連結する連接棒１１２、１１３により構成されるリンク機構である。

図６（ａ）〜（ｈ）を参照して、本発明の一実施形態の変速比調整機構の作動を説明する。図６（ａ）に示された軌跡Ｂ、Ｃが、クランクシャフト４１が揺動する軌跡である。図６（ａ）〜（ｈ）に従って、回り対偶軸１０１のＰ１が時計回りに回転する。ここで、スライダリンク１０３とＸ軸との交点の、スライダピン１０２のＰ２は不動である。そして、偏心量可変軸１０５のＰ３は、軌跡Ａを描く。軌跡Ａは、図６（ｂ）〜（ｆ）までで１回転し、その後もう１回転していることが分かる。すなわち、入力軸１８の１回転で、偏心量可変軸１０５のＰ３を２回転させることができ、クランクアーム１１１を２往復させることができる。クランクピン１１５、１１６のＰ４、Ｐ５の軌跡Ｂ、Ｃは２往復している。これまでの研究によれば、スライダピン１０２のＰ２は、回り対偶軸１０１のＰ１の軌跡の回転半径内側にあれば、２回転することが分かっている。

特許文献１の従来技術の変速比調整機構では入力軸１回転あたり、クランクアームの揺動が１往復しか起こらず、入力回転角速度に対するクランクアームの揺動角速度が大きくならない（つまり変速比が大きくならない）という問題がある。本実施形態の変速比調整機構では、以上のように２回転させて、クランクアームの揺動を２往復させることができるので、増速歯車を用いずに偏心量可変軸１０５の回転速度を上げて、クランクアームの揺動角速度を大きくすることができ、高変速比を得ることができる。

（第１実施形態）
上述したように、変速比調整機構により、入力軸１８からの回転を揺動シャフト４１の揺動運動に変換される。次に、本発明の第１実施形態において、揺動シャフト４１の揺動運動を回転運動に変換する揺動・回転変換機構の特徴について説明する。
特許文献１の場合には、クランクアーム４１ａの揺動運動の一方向のみの回転を、一方向クラッチ４６により取り出しているため、クランクシャフト４１の揺動の一方向しか出力として使えておらず、逆方向分は遊びになっている。本発明の第１実施形態においては、クランクアーム４１ａの揺動運動の両方向の運動を、出力軸２３に同方向の回転運動として取出せるように工夫したものである。

図７は、本発明の第１実施形態の概略断面図である。図８（ａ）、（ｂ）は、揺動・回転変換機構を説明する説明図であり、（ａ）は、クランク軸４１が反時計回りに揺動した場合であり、（ｂ）は、クランク軸４１が時計回りに揺動した場合である。図７の（Ｉ）の矢印位置には、図８（ａ）及び（ｂ）の（Ｉ）におけるＡ−Ａ線の断面が示されており、図７の（ＩＩ）の矢印位置には、図８（ａ）及び（ｂ）の（ＩＩ）におけるＡ−Ａ線の断面が示されている。図９（ａ）、（ｂ）は、揺動・回転変換機構を説明する説明図であり、（ａ）は、クランク軸４１の軸心Ｐ６側（以下、４１_P6と表示する）が反時計回りに揺動し、クランク軸４１の軸心Ｐ７側（以下、４１_P7と表示する）が時計回りに揺動した場合であり、（ｂ）は、クランク軸４１の軸心Ｐ６側が時計回りに揺動し、クランク軸４１の軸心Ｐ７側が反時計回りに揺動した場合である。ここで、反時計回りを正転と定めて、以下説明する。

まず簡単のため、クランクシャフト４１_P6、４１_P7が、図８（ａ）のように共に正転した場合、又は、図８（ｂ）のように共に逆転した場合で説明する。
図７のクランクシャフト４１の軸心Ｐ６側（４１_P6）について説明する。クランクシャフト４１_P6には、歯車１３１、１３３（第１歯車、第３歯車）が、それぞれ、一方向クラッチ１４６−１、１４６−３を介して同軸に連結している。一方向クラッチ１４６−１は、クランクシャフト４１_P6が正転時に歯車１３１を駆動し（図８（ａ）−（Ｉ）参照）、逆転時には空回りして伝動しない（図８（ｂ）−（Ｉ）参照）。クランクシャフト４１_P6の逆転時には、歯車１３１が正転することを許容する（空回り）。一方向クラッチ１４６−３は、クランクシャフト４１_P6が逆転時に歯車１３３を駆動し（図８（ｂ）−（ＩＩ）参照）、正転時には空回りして伝動しない（図８（ａ）−（ＩＩ）参照）。なお、クランクシャフト４１_P6の正転時には、歯車１３３が逆転することを許容する（空回り）。

次に、図７のクランクシャフト４１の軸心Ｐ７側（４１_P7）について説明する。クランクシャフト４１_P7には、歯車１３２、１３４（第２歯車、第４歯車）が、それぞれ、一方向クラッチ１４６−２、１４６−４を介して同軸に連結している。一方向クラッチ１４６−２は、クランクシャフト４１_P7が逆転時に歯車１３２を駆動し（図８（ｂ）−（Ｉ）参照）、正転時には空回りして伝動しない（図８（ａ）−（Ｉ）参照）。一方向クラッチ１４６−４は、クランクシャフト４１_P7が正転時に歯車１３４を駆動し、逆転時には空回りして伝動しない。なお、クランクシャフト４１_P7の逆転時には、歯車１３４が正転することを許容する（空回り）。

図８（ａ）に示すように、クランクシャフト４１_P6、４１_P7が正転した場合には、次のような作動となる。ここで、第１、第２歯車は第１の歯車列を形成する（図７の（Ｉ）の位置）。第３、第４歯車は第２の歯車列を形成する（図７の（ＩＩ）の位置）。第１の歯車列、第２の歯車列はこれに限定されるものではない。
図８（ａ）（Ｉ）に示すように、歯車１３１は、出力軸２３の出力軸歯車２３’と噛み合って、正転時には、クランクシャフト４１_P6の回転が歯車１３１に伝動されて、出力軸２３を逆転方向に駆動する。このとき、歯車１３２は、出力軸２３（出力軸歯車２３’）とは噛み合っていないので、正転時には、クランクシャフト４１_P6の回転に対して空回りしている。

一方、図８（ａ）（ＩＩ）に示すように、歯車１３４は、出力軸２３（出力軸歯車２３’）と噛み合って、正転時には、クランクシャフト４１_P7の回転が歯車１３４に伝動されて、出力軸２３を逆転方向に駆動する。このとき、歯車１３３は、出力軸２３とは噛み合っていないので、正転時には、クランクシャフト４１_P7の回転に対して空回りしている。
したがって、図８（ａ）のクランクシャフト４１_P6、４１_P7が正転した場合には、第１歯車列の歯車１３１、第２歯車列の歯車１３４が、出力軸を逆転方向に駆動する。

次に、図８（ｂ）に示すように、クランクシャフト４１_P6、４１_P7が逆転した場合には、次のような作動となる。図８（ｂ）（Ｉ）の第１の歯車列が示すように、歯車１３１は、出力軸２３（出力軸歯車２３’）と噛み合っているが、一方向クラッチ１４６−１はクランクシャフト４１_P6の回転を伝動せず空回りしている。しかしながら、クランクシャフト４１_P7が逆転する場合には、歯車１３２に回転伝動されて、歯車１３１を正転させるので出力軸２３を逆転方向に駆動する。

一方、図８（ｂ）（ＩＩ）に示すように、歯車１３４は、出力軸２３（出力軸歯車２３’）と噛み合っているが、一方向クラッチ１４６−４はクランクシャフト４１_P7の逆転回転を伝動せず空回りしている。しかしながら、歯車１３３は、逆転時には、クランクシャフト４１_P6の回転が歯車１３３に伝動されて、歯車１３４を介して出力軸２３を逆転方向に駆動する。したがって、図８（ｂ）のクランクシャフト４１_P6、４１_P7が逆転した場合には、第１歯車列の歯車１３２、第２歯車列の歯車１３３が、出力軸を逆転方向に駆動する。クランクシャフト４１の軸と出力軸２３は平行である。第１歯車１３１は、第２歯車１３２よりサイズが大きく、第４歯車１３４は、第３歯車１３３よりサイズが大きい。第１〜４歯車のサイズは、これらの関係に限定されるものではなく、逆の関係にして第２、３歯車の方を大きくしてもよい。

次に、図９（ａ）のように、クランクシャフト４１_P6が正転し、クランクシャフト４１_P7が逆転した場合、図９（ｂ）のように、クランクシャフト４１_P6が逆転し、クランクシャフト４１_P7が正転した場合の作動を説明する。これは、図６のクランクシャフト（Ｐ６、Ｐ７で表示）のクランクピンの位置Ｐ４、Ｐ５の軌跡が示す揺動運動が、同方向に移動している場合と、相互に逆方向に移動している場合があるためである。
クランクシャフト４１_P6が正転し、クランクシャフト４１_P7が逆転した場合、図９（ａ）（Ｉ）に示すように、歯車１３１は、出力軸２３（出力軸歯車２３’）と
噛み合って、正転時には、クランクシャフト４１_P6の回転が歯車１３１に伝動されて、出力軸２３を逆転方向に駆動可能である。このとき、歯車１３２は、クランクシャフト４１_P7が逆転しているので、クランクシャフト４１_P7の回転を、歯車１３１とともに出力軸２３に伝動可能である。ここで歯車１３１と１３２はかみ合っているのでそれぞれクランクシャフト４１から伝わる回転のかみ合い点での歯車周速度の速いほうの動力が出力軸２３に伝えられることになる。結果的に周速度の遅いほうは空回りする。また、図９（ａ）（ＩＩ）に示すように、歯車１３３も正転時には、クランクシャフト４１_P6の回転に対して空回りしており、歯車１３４も、クランクシャフト４１_P7が逆転しているので、空回りしている。

一方、クランクシャフト４１_P6が逆転し、クランクシャフト４１_P7が正転した場合、図９（ｂ）（ＩＩ）に示すように、歯車１３４は、出力軸２３と噛み合って、正転時には、クランクシャフト４１_P7の回転が出力軸２３を逆転方向に駆動可能である。このとき、歯車１３３は、クランクシャフト４１_P6が逆転しているので、クランクシャフト４１_P6の回転を、歯車１３４とともに出力軸２３に伝動可能である。ここで歯車１３３と１３４はかみ合っているのでそれぞれクランクシャフト４１から伝わる回転のかみ合い点での歯車周速度の速いほうの動力が出力軸２３に伝えられることになる。結果的に周速度の遅いほうは空回りする。また、図９（ｂ）（Ｉ）に示すように、歯車１３１も逆転時には、クランクシャフト４１_P6の回転に対して空回りしており、歯車１３２も、クランクシャフト４１_P7が正転しているので、空回りしている。したがって、図９（ａ）の場合、クランクシャフト４１_P6が正転し、クランクシャフト４１_P7が逆転した場合、第１歯車列の歯車１３１、１３２が、出力軸を逆転方向に駆動し、図９（ｂ）の場合、クランクシャフト４１_P6が逆転し、クランクシャフト４１_P7が正転した場合、第２歯車列の歯車１３３、１３４が、出力軸を逆転方向に駆動する。

以上説明したように、クランクシャフト４１_P6、クランクシャフト４１_P7の正転、逆転にかかわらず、第１歯車列の歯車、第２歯車列の歯車が、常に出力軸を逆転方向に駆動する。これにより、特許文献１の場合のようにクランクシャフト４１の揺動の一方向しか出力として取出すようなことはなく、本発明の第１実施形態においては、クランクシャフト４１の揺動運動の両方向の運動を、出力軸２３に同方向の回転運動として取出すことができる。かみ合い点での周速度が速い方が、結果的に出力軸を駆動する。そして、クランクシャフト４１により伝動された歯車のうちで、最も周速度の速いギヤが出力軸を回転させることができる。

（第２実施形態）
図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２実施形態の揺動・回転変換機構を説明する説明図であり、（ａ）は、クランク軸４１が反時計回りに揺動した場合であり、（ｂ）は、クランク軸４１が時計回りに揺動した場合である。図７の（Ｉ）の矢印位置には、図１０（ａ）及び（ｂ）の（Ｉ）におけるＡ−Ａ線の断面が示されており、図７の（ＩＩ）の矢印位置には、図１０（ａ）及び（ｂ）の（ＩＩ）におけるＡ−Ａ線の断面が示されている。

本発明の第２実施形態において、第１、第２歯車１３１、１３２は、第１の歯車列を形成し、第３、第４歯車１３３、１３４は、第２の歯車列を形成する。これらの歯車に加えて、さらに、第５〜８歯車が配置されている。第５、第６歯車１３５、１３６は、図７の（Ｉ）の矢印位置に配置されて、第１、第２歯車１３１、１３２の第１の歯車列に対して、１８０度位相が進んだ位置に配置されている。第７、第８歯車１３７、１３８は、図７の（ＩＩ）の矢印位置に配置されて、第３、第４歯車１３３、１３４の第２の歯車列に対して、１８０度位相が進んだ位置に配置されている。

したがって、本発明の第２実施形態は、第１の歯車列と第２の歯車列の組を２組配置したものである。作動は第１実施形態で説明した通り、第１歯車列の第１、第２歯車１３１、１３２、及び、第２歯車列の第３、第４歯車１３３、１３４の歯車列の組、並びに、第１歯車列に相当する第５、第６歯車１３５、１３６、及び、第２歯車列に相当する第７、第８歯車１３７、１３８の歯車列の組が、出力軸２３を逆転方向に駆動する。クランクシャフト４１により伝動されたこれらの歯車のうちで、かみ合い点での周速度が速い方が、結果的に出力軸を駆動する。これにより、複数のクランクシャフト４１から出力軸２３にいたる伝動経路が一層重畳化して、脈動緩衝を一層進めることができる。第１、第２歯車列の組数は、歯車のサイズと、複数のクランクシャフト４１の配置を適宜工夫することにより、２組に限らず複数組配置すると良い。

（変速比調整機構の変形例）
本発明の上記実施形態は、次のような変速比調整機構の変形例に適用して、無段変速機を構成することができる。図１１は、変速比調整機構の第１変形例の概略断面図である。この変速比調整機構の変形例では、図５（ｃ）の実施形態のリンク機構の代わりに、カム１０５’が使用されている。図５（ａ）、（ｂ）の入力軸１８の回り対偶軸１０１や、リニアガイド１０４に沿ってスライド可能なスライダ１０２、及び、スライダリンク１０３に固着された偏心量可変軸１０５は、同じものである。ここで、偏心量可変軸１０５にはカム１０５’が設置されている。ここでは、一例として、偏心量可変軸１０５の径を太くして同心円筒面のカム１０５’としているが、その他所望外形形状のカムとしても良い。

この変速比調整機構の第１変形例では、クランクシャフト４１の代わりに、揺動シャフト４１’が相当する。上下の揺動シャフト４１’には、それぞれ一体に揺動アーム部１１１’、１１４’が形成されている。揺動アーム部１１１’、１１４’は、クランクアーム１１１、１１４に相当する。カム１０５’に対して、揺動アーム部１１１’、１１４’は、それぞれ、ばね１２１、１２２により、弾圧当接している。上下の揺動シャフト４１’はケース１００に回転自在に支持されている。ばね１２１、１２２の揺動アーム部１１１’、１１４’と反対側の端部は、ケース１００に固定されている。そして、図７のクランクシャフト４１_P6、４１_P7のところに、揺動シャフト４１’を置き換えれば、第１実施形態となり、また、同様に、図１０の第２実施形態にも適用することができる。

次に、変速比調整機構の第２変形例について簡単に説明する。図１２（ａ）〜（ｃ）は、変速比調整機構の第２変形例の概略説明図である。図１２（ａ）は出力軸側から見た断面図であり、その運動の説明図が（ｃ）に示されている。図１２（ｂ）は、変速揺動アーム２１５の斜視図である。図１２（ａ）を参照して説明すると、入力軸１８には一体に内歯歯車２３４が連結し、入力軸１８の回転は内歯歯車２３４の回転として伝動される。この内歯歯車２３４に４個の遊星歯車２３２が噛み合い、内歯歯車２３４の回転は、遊星歯車２３２の回転として伝動される。４個の遊星歯車２３２は、太陽歯車２３１と噛み合う。太陽歯車２３１は、キャリア２３１に固定された軸２３５に回転自在に嵌合している。

遊星歯車２３２は、それぞれ、ケース２１１に対して回転可能なキャリア２３３に、軸が固定されている。遊星歯車２３２は、キャリア２３３が変速動作のために回転する場合を除き、自転はするものの公転はしない。キャリア２３３はハンドルによって、ケース２１１に対して回動可能となっており、これにより４個の遊星歯車２３２の軸位置が変更でき、変速比を調整することができる。遊星歯車２３２には、それぞれ駆動ピン２３７が一体に形成され、変速揺動アーム２１５を軸２５３回りに、図１２（ｃ）に示すように揺動運動（矢印Ｋ参照）させることができる。

変速揺動アーム２１５は、２１５’の部分と２１５’’の部分がＶ字状に一体に連結している。そして、その軸２５３はキャリア２３３に回転自在に固定されている。部分２１５’において、変速揺動アーム２１５の軸２５３を中心にして、遊星歯車２３２の駆動ピン２３７が第１の溝２５１に嵌合して揺動運動を発生させる。この部分２１５’と一体な部分２１５’’も同時に揺動運動する。図１２（ｃ）に示すように、図７のクランクシャフト４１（４１_P6、４１_P7）のクランクピン４１ｂ（図７には図示せず、図２（ｂ）、図５（ｃ）の１１５、１１６参照）が第２の溝２５２に嵌合して、揺動運動（矢印Ｌ参照）させることができる。したがって、変速比調整機構の第２変形例も、図８の第１実施形態や、図１０の第２実施形態にも適用することができる。（なお、変速比調整機構の第２変形例については、特開２０１１−２３７０２８号公報に詳細が説明されている。）

１８入力軸（プーリー）
２３出力軸
４１、４１_P6、４１_P7 クランクシャフト、揺動シャフト
４１ｂ、１１５、１１６クランクピン
１０１回り対偶軸
１０２スライダ、スライドピン
１０３スライダリンク
１０４リニアガイド
１０５偏心量可変軸
１３１第１歯車
１３２第２歯車
１３３第３歯車
１３４第４歯車

Claims

入力軸（１８）からの回転を、ケース（１００）に回転自在に固定支持された揺動シャフト（４１）の揺動運動に変換し、かつ、揺動角度を調整する変速比調整機構と、前記揺動シャフト（４１）の揺動運動を回転運動に変換する揺動・回転変換機構とを具備する無段変速機であって、
前記揺動・回転変換機構は、前記揺動シャフト（４１）の揺動運動のうちの一方向側の回転運動を、出力軸（２３）の一方向回転に変換する第１の歯車列（１３１、１３２）と、前記揺動シャフト（４１）の揺動運動のうちの他方向側の回転運動を、出力軸（２３）の前記一方向の回転に変換する第２の歯車列（１３３、１３４）を具備し、前記揺動シャフト（４１）の揺動運動の両方向の運動を、出力軸（２３）の一方向回転として出力した無段変速機。
前記第１の歯車列は、１組の前記揺動シャフト（４１）のそれぞれに、一方向クラッチ介して連結した第１歯車（１３１）と第２歯車（１３２）から構成され、前記第１歯車（１３１）は、前記出力軸（２３）と一体の出力軸歯車（２３’）に噛み合い、前記第２歯車は、前記第１歯車と噛み合うとともに前記出力軸歯車（２３’）には噛み合わず、
前記第２の歯車列は、１組の前記揺動シャフト（４１）のそれぞれに、一方向クラッチ介して連結した第３歯車（１３３）と第４歯車（１３４）から構成され、前記第４歯車（１３４）は、前記出力軸（２３）と一体の前記出力軸歯車（２３’）に噛み合い、前記第３歯車（１３３）は、前記第４歯車（１３４）と噛み合うとともに前記出力軸歯車（２３’）には噛み合わないことを特徴とする請求項１に記載の無段変速機。
前記第１の歯車列（１３１、１３２、１３５、１３６）と前記第２の歯車列（１３３、１３４、１３７、１３８）の組が、１組又は複数組存在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。
前記揺動シャフト（４１）の軸と前記出力軸（２３）が平行であることを特徴とする請求項１から３にいずれか１項に記載の無段変速機。
前記第１歯車（１３１）と、前記第２歯車（１３２）はサイズが異なり、前記第４歯車（１３４）と、前記第３歯車（１３３）はサイズが異なることを特徴とする請求項１から４にいずれか１項に記載の無段変速機。
前記第１歯車（１３１）は、前記第２歯車（１３２）よりサイズが大きく、前記第４歯車（１３４）は、前記第３歯車（１３３）よりサイズが大きいことを特徴とする請求項５に記載の無段変速機。
前記第１の歯車列又は前記第２の歯車列の歯車のうちで、最も周速度の速い歯車の回転が出力軸に動力を伝達することを特徴とする請求項１から６にいずれか１項に記載の無段変速機。