JP2017053454A - 可変速プーリ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】可変速プーリ機構を小型化すると共に、構造を簡易化することを目的とする。【解決手段】回転が入力される入力軸、この入力軸に連結された回転伝達機構、及びこの回転伝達機構に連結されたプーリからなるプーリ機構であり、回転伝達機構として、遊星歯車機構、及び遠心力による固定・離脱が可能な機構を有し、遠心力の強さによって、この２つの回転伝達機構の切り換えが可能とする。【選択図】図１（ａ）

Description

本発明は、回転伝達機構として、遊星歯車機構構、及び遠心力による固定・離脱が可能な機構を有する可変速プーリ機構に関する。

可変速プーリ機構は、回転を伝達する際、その回転の速度を変速させることができる機能を有する機構の一種であり、例えば、特許文献１に示される機構をあげることができる。この特許文献１に示される可変速プーリ機構は、クランクシャフト等の駆動系のシャフトと、これとは別体の従動系のシャフト、及びこの駆動系のシャフトに取り付けられた入力プーリと従動系のシャフトに取り付けられた出力プーリを有し、各プーリは、それぞれ２つのプーリフランジを１組として組み合わせてＶ字状のベルトを配することができると共に、片方のプーリフランジを軸方向に可動させて、プーリフランジ間を接離させることにより、このプーリフランジ間の幅を変更して、配されるベルトの位置、すなわち、駆動系シャフトと入力プーリに配されるベルトの距離、及び従動系シャフトと出力プーリに配されるベルトの距離を変更させ、これにより、駆動系シャフトから出力系シャフトに伝達される回転速度を変速させることができる機構である。
このため、駆動系シャフトの回転を従動系シャフトに変速させて伝達させ、その変速された回転を出力プーリとベルトを介して連結された補機類に伝達することにより、クランクシャフトの回転に対して、補機類の回転速度を可変することが可能となる。

特開平０５−６０１９４号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の可変速プーリ機構は、クランクシャフトと別体のシャフトを設ける必要があり、このシャフトを取り付けるためのスペースが必要になると共に、重量が増加したり、構造が複雑になるという問題点を有する。

そこで、この発明は、可変速プーリ機構を小型化すると共に、構造を簡易化することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、回転が入力される入力軸、この入力軸に連結された回転伝達機構、及びこの回転伝達機構に連結されたプーリからなるプーリ機構であり、前記回転伝達機構として、遊星歯車機構、及び遠心力による固定・離脱が可能な機構を有し、遠心力の強さによって、この２つの回転伝達機構の切り換えが可能な可変速プーリ機構を用いることにより、前記の課題を解決したのである。

また、前記遠心力による固定・離脱が可能な機構として、ラチェット機構や、ドラムと、シュー、ローラ及びスプラグから選ばれる１種との組み合わせからなる機構を用いることができる。

入力軸とプーリと少なくとも２種類の回転伝達機構を有し、回転伝達機構のうちの少なくとも一方の機構は、遠心力による固定・離脱が可能な機構を有するので、入力軸に入力される回転速度に応じて、使用される回転伝達機構が選択され、外部からの操作をすることなく、プーリの回転速度を変速させることができる。
また、少なくとも２種類の回転伝達機構は、入力軸を中心軸として同軸上に配置されるので、これら全ての回転伝達機構を環状のプーリの内側に配することができ、可変速プーリ機構を小型化することができると共に、構造を簡易化することができる。

この発明の可変速プーリ機構の第１の実施形態を示す正面図 図１（ａ）のｂ−ｂ断面図 図１（ｂ）のｃ−ｃ断面図 図１（ａ）に示す可変速プーリ機構で高速の回転を入力軸に入力した状態を示す正面図 この発明の可変速プーリ機構の第２の実施形態を示す正面図 図２（ａ）のｂ−ｂ断面図 この発明の可変速プーリ機構の第３の実施形態を示す部分正面図 この発明の可変速プーリ機構の第４、第５の実施形態を示す断面図

以下、図面に基づき、本発明の第１の実施形態について説明する。
この発明にかかる可変速プーリ機構１１は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、クランク軸等の回転が入力される入力軸１２、この入力軸１２に連結された回転伝達機構１３、及びこの回転伝達機構１３に連結されたプーリ１４からなるプーリ機構である。
前記プーリ１４は、金属製であってもよく、樹脂製であってもよい。

前記回転伝達機構１３としては、遊星歯車機構１３ａ、及び遠心力による固定・離脱が可能な機構（以下、「遠心力固定離脱機構」と称する。）の２種類を少なくとも有する。
この遊星歯車機構１３ａとしては、図１（ａ）〜（ｃ）、特に図１（ｃ）に示すように、前記入力軸１２に固定連結された太陽ギア２１、前記プーリ１４に固定連結された内歯車２２、前記太陽ギア２１及び前記内歯車２２の両方とかみ合わされる遊星ギア２３、前記遊星ギア２３に固定連結され、回転中心を構成するピン２４、及びこのピン２４を回転自在に支持する遊星キャリア２５から構成される機構である。
なお、プーリ１４と内歯車２２との「固定連結」は、キー挿入、圧入、接着等によって両者が固定されて連結されたことをいう。他の「固定連結」についても同様である。

この遊星歯車機構１３ａによる回転の伝達は、入力軸１２に入力される回転が、入力軸１２に固定連結された太陽ギア２１に伝達され、次いで遊星ギア２３に伝達され、次に内歯車２２に伝達され、そして、内歯車２２と固定連結されたプーリ１４に伝達されることによって行われる。

次に、遠心力固定離脱機構としては、ラチェット機構１３ｂがあげられる。このラチェット機構１３ｂとしては、図１（ａ）（ｂ）に示すように、回転自在のラチェット爪３１及びラチェット外輪３２から構成される。このラチェット外輪３２は、前記プーリ１４に固定連結される。さらに、このラチェット外輪３２には、前記ラチェット爪３１の先端部をかみこむための歯３４を有する。
また、前記ラチェット爪３１は、先端部がラチェット外輪３２の歯３４にかみこむことのできる形状を有し、また、前記ラチェット爪３１の重心より先端部側に寄った位置にピン３３が固定連結されて設けられる。このピン３３は、遊星キャリア２５に回転自在に支持され、前記ラチェット爪３１は、ピン３３を中心に回転自在となる。そして、バネ１５によって、ラチェット爪３１の後端部（ピンの位置を基準に重心のある側の端部）が入力軸１２の中心に向かうように付勢される。このとき、ラチェット爪３１の先端部は、ラチェット外輪３２の歯にかみこむ状態となる。

このラチェット機構１３ｂによる回転の伝達は次の通りである。まず、入力される回転の速度が遅いと（低回転時）、入力軸１２に入力される回転が、前記したとおり、太陽ギア２１、遊星ギア２３に順番に伝達される。次いで、遊星ギア２３が内歯車２２とのギア同士のかみ合いで、入力軸１２を中心に公転する。この公転が、遊星ギア２３の回転中心を構成するピン２４、このピン２４を回転自在に支持する遊星キャリア２５に順番に伝達され、遊星キャリア２５が回転（自転）する。次に、この回転が遊星キャリア２５に回転自在に支持されるピン３３、このピン３３を回転中心とするラチェット爪３１に伝達されて、入力軸１２を中心に公転する。次いで、ラチェット爪３１の先端部がラチェット外輪３２の歯３４を押し、ラチェット外輪３２に回転が伝達される。そして、その回転がラチェット外輪３２と固定連結されたプーリ１４に伝達される。

一方、入力される回転の速度が速くなると（高回転時）、遊星キャリア２５の回転が速くなる。このとき、図１（ｄ）に示すように、ラチェット爪３１に遠心力がかかり、バネ１５の力に抗して、ラチェット爪３１の後端部側が回転中心である入力軸１２より離れる方向に動く。これにより、ラチェット爪３１の先端部はラチェット外輪３２の歯３４から外れ、このラチェット機構１３ｂによる回転の伝達が断たれる。なお、遠心力が低減すると、バネ１５がもとに戻り、ラチェット爪３１は、再びラチェット外輪３２の歯３４にかみこむこととなる。

ところで、前記ピン２４、３３が前記遊星キャリア２５に対して回転自在とする方法としては、前記ピン２４、３３と前記遊星キャリア２５との間に滑り軸受、スラスト軸受等の軸受を介在させたり、前記ピン２４、３３の表面、特に前記遊星キャリア２５と接触する部分の表面にコーティング層を形成して摩擦係数を低減させたり、前記ピン２４、３３として含油ピンを使用することが考えられる。

前記した２種類の回転伝達機構を同時に用いた場合、プーリ１４が内歯車２２及びラチェット外輪３２の両方と固定連結されているため、入力軸１２に入力された回転は、次のように伝達されることとなる。

まず、低回転時、入力軸１２に入力された回転は、太陽ギア２１に伝達される。次いで、太陽ギアの回転が遊星ギア２３に伝達される。伝達された遊星ギア２３の回転は、内歯車２２の回転用に伝達されると同時に、遊星ギア２３が入力軸１２を中心とする公転用に伝達されることとなる。ところが、ラチェット爪３１の先端部がラチェット外輪３２の歯３４にかみこんでいるため、内歯車２２の回転は止められ、内歯車２２への遊星ギア２３の回転の伝達は困難となる。このため、遊星ギア２３の回転は、遊星ギア２３の入力軸１２を中心とする公転に伝達される。そして、遊星キャリア２５の自転、ラチェット爪３１の公転に順番に伝達され、ラチェット爪３１の先端部がラチェット外輪３２の歯３４を押し、ラチェット外輪３２を回転させ、プーリ１４を回転させることとなる。すなわち、ラチェット機構１３ｂによって回転が伝達される。この場合、入力軸１２に入力された回転の速度と同じ速度で、プーリ１４を回転させることとなる。

次に、高回転時においては、前記したとおり、ラチェット爪３１の先端部がラチェット外輪３２の歯３４から外れ、ラチェット機構１３ｂが回転の伝達を行うことができなくなる。この場合、これと同時に、内歯車２２の回転が可能となり、遊星ギア２３に伝達された回転は、内歯車２２に伝達され、プーリ１４を回転させることとなる。すなわち、遊星歯車機構１３ａによって回転が伝達される。このとき、遊星ギア２３の半径に比べて内歯車２２の半径が大きいため、内歯車２２に伝達される回転数は、入力軸１２に入力された回転数に比べて減少することとなる。このため、この場合は、入力軸１２に入力された回転は、回転速度を遅くしてプーリ１４に伝達されることとなる。

以上から、前記した２種類の回転伝達機構を同時に用いた場合は、遠心力の強さによって、この２種類の回転伝達機構の切り換えが可能となっており、全体として、可変速プーリ機構となる。

次に、可変速プーリ機構の他の実施形態について説明する。
可変速プーリ機構の第２の実施形態としては、図２（ａ）（ｂ）に示すように、ラチェット爪３１を回転自在に支持するピンとして、図１（ａ）（ｂ）に示すピン３３でなく、遊星ギア２３を回転自在に支持するピン２４を用いた以外は、前記した第１の実施形態にかかる可変速プーリ機構を用いる場合があげられる。このようにすることにより、部品点数を削減することが可能となる。

次に、可変速プーリ機構の第３の実施形態としては、図３に示すように、第１の実施形態や第２の実施形態において、ラチェット外輪３２のかわりにドラム４１を用い、ラチェット爪３１の先端部を摩擦係数の高いシュー４２としてもよい。
この場合、入力軸に入力される回転が低回転時のときは、ドラム４１とシュー４２とが接触しているので、この接触摩擦によって、ドラム４１及びこれと固定連結されたプーリ１４が回転する。そして、高回転時、前記したとおり、ラチェット爪３１が遠心力によって回転し、シュー４２がドラム４１から離れるので、遊星歯車機構によってプーリ１４が回転する。
このため、この第３の実施形態は、第１の実施形態や第２の実施形態と同様に可変速プーリとして使用することができる。
ところで、前記ラチェット爪３１の先端部の構造として、シュー４２のかわりに、図示しないが、ローラやスプラグとしても、同様の機作で同様の効果を得ることができる。

次いで、可変速プーリ機構の第４の実施形態としては、図４に示すように、第１〜第３の実施形態において、前記プーリ１４と前記内歯車２２（又はドラム４１）及びラチェット外輪３２の少なくとも一方との間に、ゴムからなる衝撃吸収材４３を配してもよい。このようにすることにより、変速時や回転変動時に生じる衝撃を吸収することができる。

さらに、可変速プーリ機構の第５の実施形態としては、図４に示すように、第１〜第４の実施形態において、ピン２４を用いる代わりに、遊星ギアの回転中心から軸を突出させた遊星ギア２３ａを用いたり、ピン３３の代わりに、ラチェット爪の回転中心から軸を突出させたラチェット爪３１ａを用いてもよい。このような遊星ギア２３ａやラチェット爪３１ａを用いることにより、部品点数を削減することが可能となる。

さらにまた、可変速プーリ機構の第６の実施形態としては、図示しないが、第１〜第５の実施形態において、ラチェット爪３１の先端部が遠心力がかかっていない状態で、ラチェット外輪３２の歯３４にかみこむ状態を保持するため、各ラチェット爪３１と遊星キャリア２５との間にコイルばねを取り付けてもよい。

前記の各実施形態にかかる可変速プーリ機構は、エンジンから出力された回転を補機に伝えるクランクプーリ機構等として用いることができる。

１１ 可変速プーリ機構
１２ 入力軸
１３ 回転伝達機構
１３ａ 遊星歯車機構
１３ｂ ラチェット機構
１４ プーリ
１５ バネ
２１ 太陽ギア
２２ 内歯車
２３、２３ａ 遊星ギア
２４ ピン
２５ 遊星キャリア
３１、３１ａ ラチェット爪
３２ ラチェット外輪
３３ ピン
３４ 歯
４１ ドラム
４２ シュー
４３ 衝撃吸収材

Claims (7)

1. 回転が入力される入力軸、この入力軸に連結された回転伝達機構、及びこの回転伝達機構に連結されたプーリからなるプーリ機構であり、
   前記回転伝達機構として、遊星歯車機構、及び遠心力による固定・離脱が可能な機構を有し、
   遠心力の強さによって、この２つの回転伝達機構の切り換えが可能な可変速プーリ機構。
2. 前記遠心力による固定・離脱が可能な機構が、ラチェット機構である請求項１に記載の可変速プーリ機構。
3. 前記遠心力による固定・離脱が可能な機構が、ドラムと、シュー、ローラ及びスプラグから選ばれる１種との組み合わせからなる機構である請求項１に記載の可変速プーリ機構。
4. 前記遊星歯車機構は、前記入力軸に固定連結された太陽ギア、前記プーリに固定連結された内歯車、前記太陽ギア及び前記内歯車の両方とかみ合わされる遊星ギア、及び前記遊星ギアの回転中心を構成するピンを回転自在に支持する遊星キャリアから構成され、
   前記ピンと前記遊星キャリアとの間に軸受を介在させたり、前記ピンの表面にコーティング層を形成したり、前記ピンとして含油ピンを使用する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の可変速プーリ機構。
5. 前記ラチェット機構は、回転自在のラチェット爪及びこのラチェット爪の先端部をかみこむための歯を有し、かつ、前記プーリに固定連結されたラチェット外輪から構成され、
   前記ラチェット爪の回転中心を構成するピンとして、前記遊星ギアの回転中心を構成するピンを用いる請求項４に記載の可変速プーリ機構。
6. 前記プーリと前記内歯車及びラチェット外輪の少なくとも一方との間に、ゴムからなる衝撃吸収材を配した請求項４又は５に記載の可変速プーリ機構。
7. エンジンから出力された回転を補機に伝えるクランクプーリ機構として用いられる請求項１乃至６のいずれか１項に記載の可変速プーリ機構。

Images