JP2017190864A - 歯車式無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の金属ベルト駆動による無段変速機は、金属ベルトとプーリー間での滑りが発生しやすく油圧で金属ベルトを圧着する必要があり動力伝達効率に問題があった。【解決手段】円錐形３連歯車と逆向きに配置した逆向き円錐形３連歯車と連結中継する中継３連歯車を配置し中継歯車は円錐形歯車と逆向き円錐形歯車の歯形の傾斜にそって斜め上下方向に油圧、または電動モーターなどの動力により中継軸を移動させることにより低速回転伝達経路から中速回転伝達経路、高速回転伝達経路へと歯車の噛み合わせが変わることにより減速比を無段階に滑りが発生することなく変速する構成。これにより高い動力伝達効率と大非気量車、重量車に対応する歯車式無段変速機を提供できる。【選択図】図１

Description

本発明は、移動手段、または輸送手段においての無段変速機に関する。

従来の移動手段、または輸送手段での無段変速機には金属ベルトと油圧による連続可変プーリーによりプーリー径を変化させることにより無段変速を可能としたものがある。

以下図３により従来の無段変速機について説明する。図においてプーリー４１は金属ベルトを駆動させる入力側プーリーで金属ベルト４３に伝わる動力を出力側プーリー４２に伝え動力伝達させるもの。

プーリーは油圧による連続可変式で図３、プーリ４１とプーリー４２を油圧によるプーリー径の変化により減速比を無段階で変速を行なうものである。

不明

なし

１．以上に述べた従来の無段変速機では金属ベルトとプーリー間での滑りが発生しやすく動力伝達に問題がある。
２．ベルトとプーリー間の滑りを抑えるのに油圧で金属ベルトをプーリーで圧着する必要がある。
３．金属ベルトの強度、耐久性の問題により大非気量、重量車に対応できなかった。
４．プーリーの回転停止時において減速比の変更、変速することができない。

本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、無段変速機での金属ベルトの滑り、油圧でのプーリーで金属ベルトの圧着による動力伝達損失を低減し大非気量車、重量車に対応できる無段変速機を実現することを目的とするものである。

本発明は、上記目的を達成するために入力軸に固定された大中小の大きさの異なる３枚の円錐形３連歯車と出力軸に固定された大中小大きさの異なる３枚の円錐形３連歯車を逆向きに配置した逆向き円錐形３連歯車とこれを連結する中継軸に固定された３枚からなる３連中継歯車を配置構成したものであり３連中継歯車は、中継軸とともに円錐形歯車の歯形にそって斜め上下方向に機関動力による油圧、または電動モーターなどの動力により移動する。

上記の課題解決手段による作用は次の通りである。入力軸３０からの動力は低速回転伝達経路において円錐形歯車図１、２３は中継歯車２７を駆動させ逆向きに配置した逆向き円錐歯車２４へ動力伝達され出力軸３２を駆動させる。
減速比の変更には中継歯車軸３１がＧからＦ方向への移動により円錐形歯車２３、中継歯車２７、逆向き円錐形歯車２４の噛み合いが円錐形歯車２２、中継歯車２８、逆向き円錐形歯車２５、へ移行し出力軸３２を駆動させることにより中速回転伝達経路となる。中継歯車軸Ｆ側では歯車の噛み合いが円錐形歯車２１、中継歯車２９、逆向き円錐形歯車２６へと移行することにより高速回転伝達経路へと変速することができる。

中継３連歯車には両側に円柱形歯形を備えることにより円錐形歯車と逆向き円錐形歯車との噛み合いに対し中継歯車下側図２、の円柱歯形３４、は円錐形歯車２２ａと噛み合い中継歯車上側の歯形３３は逆向き円錐形歯車２５ｂ、と噛み合うことによりスムーズに回転できるよう考慮してある歯車式無段変速機。

上述したように本発明の歯車式無段変速機は歯車の噛み合う構造により滑りによる動力伝達損失を抑えるとともに滑りが一切発生しないので油圧による圧着動作をする必要がなく油圧による機関動力の損失を抑えることができ燃料消費を少なくでき動力伝達効率の高い歯車式無段変速機を提供できる。

また歯車の回転してない時においても円錐形３連歯車と逆向き

けた円柱形歯形が移動することができる構造なので無段変速することができる。

本発明の実施形態を示す歯車式無段変速機の外観図 歯車式無段変速機の図１における部分拡大図 従来の金属ベルト式無段変速機の外観図

以下、本発明の実施の形態を図１、図２に基づいて説明する。

図においては大中小の大きさの異なる３種類の３連円錐形歯車入力軸３０、に固定されており円錐形歯車２１、と同じ大きさの３枚の３連中継歯車は中継軸３１、に固定されており中継歯車両側の円柱形歯形図２、３３、３４、を有し間隔は上下で異なる。大きさの異なる３種類の逆向きに配置した逆向き円錐形３連歯車は出力軸３２、に固定されている。

以上、上記構成の動作を説明する。低速回転伝達経路において機関動力は入力軸３０、に伝わり円錐形歯車２３、と中継歯車２７、に伝わり円錐形歯車を逆向きに配置した逆向き円錐形歯車２４、に動力伝達され出力軸３２、を駆動させる。無段変速においては３つの３連中継歯車に連結された中継軸３１、が油圧、または電

Ｇ側からＦ側へ移動することにより動力が円錐形歯車２３、中継歯車２７、逆向き円錐形歯車２４、の低速回転伝達経路から円錐形歯車２２、中継歯車２８、逆向き円錐形歯車２５へと歯車の噛み合いが移行することにより中速回転伝達経路となり速度を上げることができるようになる。さらに速度を上げるには円錐形歯車２２、中継歯車２８、逆向き円錐形歯車２５、から円錐形歯車２１、中継歯車２９、逆向き円錐形歯車２６、へと中継歯車に連結固定された中継軸３１、をＦ方向へ油圧、または電動モーターを使用し移動させることにより高速回転伝達経路となり速度を出すことができる。

また円錐形歯車、中継歯車、逆向きに配置した逆向き円錐形歯車は入力軸３０、出力軸３２、中継軸３１、に対し３連以上の歯車でもよく円錐形歯車においては入力軸３０、出力軸３２、に対しどちらか一方が逆向きに配置した逆向き円錐形歯車であればよく歯車の伝達経路は低速回転伝達経路、２３、２７、２４、中速回転伝達経路、２２、２８、２５、高速回転伝達経路、２１、２９、２６、の順番での配置でなくてもよい。

１：歯車式無段変速機本体
２：円錐形歯車
３：逆向き円錐形歯車
４：中継歯車
５：入力軸
６：出力軸
７：中継軸

本願発明は、移動手段または輸送手段において用いられる歯車式の無段変速機の構成に関するものである。

従来の移動手段または輸送手段で用いられている無段変速機には、たとえば図３に示すようなものがあった。

以下、この図３を参照して、従来の無段変速機の構成について説明する。図３において、符号４１は入力側プーリー、同４２は出力側プーリー、同４３は、それら入力側プーリー４１と出力側プーリー４２との間に架け渡された金属ベルトを示しており、上記入力側プーリー４１に入力された動力を上記金属ベルト４３を介して上記出力側プーリー４２に伝達するようになっている。

上記入力側プーリー４１および出力側プーリー４２は、それぞれ油圧により、そのプーリー径が連続的に変えられるようになっており、相互のプーリー径を連続的に変化させることにより無段階での変速を可能としている。

不明

なし

しかし、上記従来の無段変速機の構成の場合、次のような問題があった。
１．金属ベルト４３とプーリー４１，４２間で滑りが発生しやすく、動力伝達に問題がある。
２．滑りを抑えるためには、油圧で金属ベルト４３とプーリー４１，４２間の圧着を図る必要がある。
３．金属ベルト４３の強度、耐久性の点から、大排気量、重量車に対応できない。
４．プーリー４１，４２が回転していない停止時において、減速比を変えることができない。

本願発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、順次大きさが大きくなる複数の円錐形歯車を備えた入力軸と、順次大きさが小さくなる複数の円錐形歯車を備えた出力軸と、入力軸に設けられた複数の円錐形歯車の歯形溝および出力軸に設けられた複数の円錐形歯車の歯形溝に沿って斜め方向に移動可能に設けられ、入力軸に設けられた複数の円錐形歯車および出力軸に設けられた複数の円錐形歯車に噛み合う複数の中継歯車を有する中継軸とを設け、中継軸を入力軸および出力軸の円錐型歯車に沿って斜め上下方向に移動させて入力軸に設けられた複数の円錐形歯車の歯形溝および出力軸に設けられた複数の円錐形歯車との噛み合い関係を変えることにより、滑りを発生させることなく、高強度で、入出力軸が回転していない時でも減速比を変えられるようにした歯車式無段変速機を提供することを目的とするものである。

本願発明は、上記の目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。
（１）請求項１の発明の課題解決手段
この発明の課題解決手段は、入力軸と、該入力軸の軸方向に沿って設けられた順次大きさが大きくなる複数の円錐形歯車と、出力軸と、該出力軸の軸方向に沿って設けられた上記入力軸の円錐形歯車とは逆向きで順次大きさが小さくなる複数の円錐形歯車と、上記入力軸と出力軸との間にあって、上記入力軸に設けられた複数の円錐形歯車の歯形溝および上記出力軸に設けられた複数の円錐形歯車の歯形溝に沿って斜め方向に移動可能に設けられた中継軸と、該中継軸の軸方向に沿って設けられ、上記入力軸に設けられた複数の円錐形歯車の歯形溝に噛み合う円柱形の歯形および上記出力軸に設けられた複数の円錐形歯車の歯形溝に噛み合う円柱形の歯形を有する複数の中継歯車とからなり、上記中継軸を上記入力軸に設けられた複数の円錐形歯車の歯形溝および上記出力軸に設けられた複数の円錐形歯車の歯形溝に沿って斜め方向に移動させることにより、上記入力軸に設けられた複数の円錐形歯車を上記中継軸に設けられた複数の中継歯車を介して上記出力軸に設けられた複数の円錐形歯車に選択的に噛み合わせて減速比を変えるように構成している。

このような構成では、たとえば上記入力軸の軸方向に沿って設けられた順次大きさが大きくなる複数の円錐形歯車が小、中、大と変化する第１〜第３の３段の構成、出力軸の軸方向に沿って設けられた逆向きで順次大きさが小さくなる複数の円錐形歯車が逆に大、中、小と変化する第１〜第３の３段の構成であると仮定し、上記中継軸に、それら小、中、大および大、中、小の各円錐形歯車相互の歯形部に選択的に噛み合う２組の円柱形の歯形を有する第１〜第３の複数の中継歯車が設けられているとすると、次のようにして、低速から、中速、中速から高速、またその逆へと任意の無段変速径路が形成される。

すなわち、まず上記中継軸の第１の中継歯車が上記入力軸の第１の円錐形歯車（小歯車）と出力軸の第１の円錐形歯車（大歯車）に噛み合っている時には、低速伝達経路が形成され、上記入力軸の回転が第１の円錐形歯車（小歯車）から上記中継軸の第１の中継歯車を介して上記出力軸の第１の円錐形歯車（大歯車）に伝達され、それらの歯車比から低速状態での駆動力の伝達が実現される。

次に、上記中継軸が上記低速状態から所定距離斜め方向に移動し、その第２の中継歯車が上記入力軸の第２の円錐形歯車（中歯車）と出力軸の第２の円錐形歯車（中歯車）に噛み合う状態になると、中速伝達経路が形成され、上記入力軸の回転が第２の円錐形歯車（中歯車）から中継軸の第２の中継歯車を介して出力軸の第２の円錐形歯車（中歯車）に伝達され、それらの歯車比から中速状態での駆動力の伝達が実現される。

次に、上記中継軸が当該中速状態における位置から、さらに所定距離斜め方向に移動すると、その第３の中継歯車が上記入力軸の第３の円錐形歯車（大歯車）と上記出力軸の第３の円錐形歯車（小歯車）に噛み合う状態になって、高速伝達経路が形成され、上記入力軸の回転が第３の円錐形歯車（大歯車）から中継軸の第３の中継歯車を介して上記出力軸の第３の円錐形歯車（小歯車）に伝達され、それらの歯車比から高速状態での駆動力の伝達が実現される。

また、これらとは逆方向に中継軸を移動させると、上記とは逆に、高速状態から中速状態、中速状態から低速状態に戻すことができる。

この場合において、上記入力軸の軸方向に沿って設けられた順次大きさが大きくなる第１〜第３の円錐形歯車および上記出力軸の軸方向に沿って設けられた逆向きで順次大きさが小さくなる第１〜第３の円錐形歯車の各々に対して、上記中継軸の第１〜第３の中継歯車が個別に対応して設けられている。

したがって、それぞれの歯車の噛み合い状態の変化は略連続したものとなり、それによって無段変速状態が実現される。

以上の結果、本発明の構成によると、入力軸の軸方向に沿って設けられた順次大きさが大きくなる複数の円錐形歯車と、出力軸の軸方向に沿って設けられた入力軸の円錐形歯車とは逆向きで順次大きさが小さくなる複数の円錐形歯車と、入力軸と出力軸との間にあって、入力軸に設けられた複数の円錐形歯車の歯形溝および出力軸に設けられた複数の円錐形歯車の歯形溝に沿って斜め方向に移動可能に設けられた中継軸に設けられ、入力軸に設けられた複数の円錐形歯車の歯形溝に噛み合う円柱形の歯形および出力軸に設けられた複数の円錐形歯車の歯形溝に噛み合う円柱形の歯形を有する複数の中継歯車との相互に滑りのない確実な噛み合い構造によって、動力が伝達されるので、強度、耐久性が高く、大排気量、重量車にも対応することができる。

また、滑りが発生しないので、従来のような動力の伝達損失を抑えることができ、油圧による圧着動作も不要となり、油圧作動による機関動力の損失もなくなる。

それらの結果、燃料消費量を少なくすることができ、動力伝達効率の高い無段変速機を提供することができる。

また、本発明の構成では、上記入出力軸の相互に逆向きの円錐形歯車の歯形溝に噛み合う中継軸の中継歯車として、それら入出力軸の相互に逆向きの円錐形歯車の各歯形溝に噛み合い、同噛み合い状態において、それら各円錐形歯車の各歯形溝に沿って移動することができる円柱形の歯形を備えたものが採用されている。

したがって、上記入出力軸（および円錐形歯車）、中継軸（および中継歯車）が回転していない時においても、入出力軸における相互に逆向きの円錐形歯車の歯形溝に沿って、中継軸の中継歯車の歯がスムーズに移動し、所望に変速操作することができる。

本発明の実施の形態を示す歯車式無段変速機の全体的な構成を示す斜視図である。 同図１の歯車式無段変速機の要部の構成を拡大して示す拡大斜視図である。 従来の金属ベルト式無段変速機の構成を示す図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態に係る歯車式無段変速機の構成と作用について、詳細に説明する。

まず図１は、同歯車式無段変速機全体の構成を、また図２は、同歯車式無段変速機要部の構成を拡大して示している。

この実施の形態に係る歯車式無段変速機は、小中大と大きさの異なる第１〜第３の３枚の円錐形歯車２１，２２，２３を備え、機関動力が入力される入力軸３０と、大きさが同じ第１〜第３の３つの中継歯車２７，２８，２９を備え、機関動力を中継する中継軸３１と、大中小と大きさの異なる第１〜第３の３つの円錐型歯車２４，２５，２６を備え、機関動力を出力する出力軸３２とを備えて構成されている。入力軸３０の第１〜第３の円錐形歯車２１，２２，２３と出力軸３２の第１〜第３の円錐形歯車２４，２５，２６とは相互に逆向きとなるように配設されている。

中継軸３１の第１〜第３の中継歯車２７，２８，２９は、それぞれその大きさが上記第３の円錐形歯車２３と同じであって、たとえば図２に第２の中継歯車２８の構成で代表させて示すように、円板状の歯車本体の上下両側に複数の円柱形の歯形２８ａ，２８ｂを設けたものとなっている。

この円柱形の歯形２８ａ，２８ｂの間隔は、たとえば噛み合う出力軸３２側第２の円錐形歯車２５の縦溝２５ａ間の間隔、入力軸３０側第２の円錐形歯車２２の縦溝２２ａ間の間隔に対応して上下のもので異なっている。

そして、これら上下両側の複数の円柱形の歯形２８ａ，２８ｂのうち、上部側の円柱形の歯形２８ａが上記出力軸３２側の第２の円錐形歯車２５の縦溝２５ａに噛み合う一方、下部側の円柱形の歯形２８ｂが上記入力軸３０側の第２の円錐形歯車２２の縦溝２２ａに噛み合うようになっている。

図２では、一例として、入力軸３０の第２の円錐形歯車２２、中継軸３１の第２の中継歯車２８、出力軸３２の第２の円錐形歯車２５の噛み合い関係のみを示しているが、これらの関係は、入力軸３０の第１の円錐形歯車２３、中継軸３１の第１の中継歯車２７、出力軸３２の第１の円錐形歯車２４との噛み合い関係、入力軸３０の第３の円錐形歯車２１、中継軸３１の第３の中継歯車２９、出力軸３２の第３の円錐形歯車２６との噛み合い関係においても全く同様であり、同様に構成されている。

入力軸３０の第１の円錐形歯車２３の縦溝２３ａ、中継軸３１の第１の中継歯車２７上下の円柱形の歯形２７ａ，２７ｂ、出力軸３２の第１の円錐形歯車２４の縦溝２４ａ、入力軸３０の第３の円錐形歯車２１の縦溝２１ａ、中継軸３１の第３の中継歯車２９上下の円柱形の歯形２９ａ，２９ｂ、出力軸３２の第３の円錐形歯車２６の縦溝２６ａについては、図１の構成を参照。

上記のような円柱形の歯形２７ａ，２７ｂ、２８ａ，２８ｂ、２９ａ，２９ｂを有する第１〜第３の中継歯車２７，２８、２９を固定している中継軸３１は、油圧または電動モーターの動力により、たとえば図１中に矢印Ｇ−Ｆで示すように、上記入力軸３０に固定された第１〜第３の円錐形歯車２１，２２，２３および出力軸３２に固定された第１〜第３の円錐形歯車２４，２５，２６に沿って（それらの縦溝２１ａ，２２ａ，２３ａ、２４ａ，２５ａ，２６ａに沿って）、斜め上下方向に所望に移動させることができるようになっている。

そして、同移動により、上記入力軸３０の第１〜第３の円錐形歯車２１，２２，２３と上記出力軸３２の第１〜第３の円錐形歯車２４，２５，２６同士を選択的に連係させ、それによって、低速から中速、中速から高速、高速から中速、中速から低速に無段階に変速するようになっている。

すなわち、まず上記中継軸３１が図１に示す状態（Ｆ端位置）にあり、その第１の中継歯車２７が入力軸３０の第１の円錐形歯車（小歯車）２３と出力軸３２の第１の円錐形歯車（大歯車）２４に噛み合っている時には、低速伝達経路が形成され、入力軸３０の回転が第１の円錐形歯車（小歯車）２３から中継軸３１の第１の中継歯車２７を介して出力軸３２の第１の円錐形歯車（大歯車）２４に伝達され、それらの歯車比から低速状態での駆動力の伝達が実現される。

次に、上記中継軸３１が図１に示す低速状態から所定距離Ｇ方向斜めに移動し、その第２の中継歯車２８が入力軸３０の第２の円錐形歯車（中歯車）２２と出力軸３２の第２の円錐形歯車（中歯車）２５に噛み合う状態になると、中速伝達経路が形成され、入力軸３０の回転が第２の円錐形歯車（中歯車）２２から中継軸３１の第２の中継歯車２８を介して出力軸３２の第２の円錐形歯車（中歯車）２５に伝達され、それらの歯車比から中速状態での駆動力の伝達が実現される。

次に、上記中継軸３１が当該中速状態における位置から、さらに所定距離Ｇ方向斜めに移動し、Ｇ端位置に移動すると、その第３の中継歯車２９が入力軸３０の第３の円錐形歯車（大歯車）２１と出力軸３２の第３の円錐形歯車（小歯車）２６に噛み合う状態になって、高速伝達経路が形成され、入力軸３０の回転が第３の円錐形歯車（大歯車）２１から中継軸３１の第３の中継歯車２９を介して出力軸３２の第３の円錐形歯車（小歯車）２６に伝達され、それらの歯車比から高速状態での駆動力の伝達が実現される。

また、これらとは逆に図１のＧからＦ方向に３段階に中継軸３１を移動させると、高速状態から中速状態、中速状態から低速状態に戻すことができる。

この場合において、上記入力軸３０の軸方向に沿って設けられた順次大きさが大きくなる第１〜第３の円錐形歯車２１〜２３および上記出力軸３２の軸方向に沿って設けられた逆向きで順次大きさが小さくなる第１〜第３の円錐形歯車２４〜２６の各々に対して、上記中継軸３１の第１〜第３の中継歯車２７〜２９が個別に対応して設けられている。

したがって、それぞれの歯車の噛み合い状態の変化は略連続したものとなり、それによって無段変速状態が実現される。

また、以上の構成では、上記入出力軸３０，３２の相互に逆向きの円錐形歯車２１〜２３，２４〜２６の縦溝２１ａ〜２３ａ、２４ａ〜２６ａに噛み合う中継軸３１の中継歯車２７〜２９として、それら入出力軸３０，３２の相互に逆向きの円錐形歯車２１〜２３，２４〜２６の各縦溝２１ａ〜２３ａ、２４ａ〜２６ａに噛み合い、同噛み合い状態において、それら各円錐形歯車２１〜２３，２４〜２６の各縦溝２１ａ〜２３ａ、２４ａ〜２６ａに沿って斜めに移動することができる円柱形の歯形２７ａ，２７ｂ、２８ａ，２８ｂ、２９ａ，２９ｂを備えたものが採用されている。

したがって、以上の構成では、入出力軸３０、３２（円錐形歯車２１〜２３、２４〜２６）が回転していない時においても、入出力軸３０，３２における相互に逆向きの円錐形歯車２１〜２３、２４〜２６の各縦溝２１ａ〜２３ａ、２４ａ〜２６ａに沿って、中継軸３１の中継歯車２７〜２９の円柱形の歯形２７ａ，２７ｂ、２８ａ，２８ｂ、２９ａ，２９ｂが適切に噛み合い、同噛み合い状態において、それら縦溝２１ａ〜２３ａ、２４ａ〜２６ａに沿ってスムーズに斜めに移動し得るので、回転停止時においても所望に変速することができる。
（変形例）
なお、以上の実施の形態では、入力軸３０、中継軸３１、出力軸３２各々３連の歯車列構造を採用したが、これは各々３連以上の歯車列構造とすることもできる。

また、それら歯車列による動力伝達経路の配置は、必要に応じ上記のような低速から中速、中速から高速という速度順以外の配置とすることもできる。

２１〜２３は、入力軸に固定された第１〜第３の円錐形歯車、２１ａ〜２３ａは、入力軸に固定された第１〜第３の円錐形歯車２１〜２３の縦溝、２４〜２６は、出力軸に固定された第１〜第３の円錐形歯車、２４ａ〜２６ａは、出力軸に固定された第１〜第３の円錐形歯車２４〜２６の縦溝、２７〜２８は、中継軸に固定された第１〜第３の中継歯車、３０は、入力軸、３１は、中継軸、３２は、出力軸、３３，３４は、円柱形の歯形である。

Claims (4)

1. 入力軸に固定された大中小の大きさの異なる３つの円錐形３連歯車と出力軸に固定された大中小の大きさの異なる３つの逆向きに配置した逆向き円錐形３連歯車に連動した中継軸に固定された３つの中継歯車は上下両側に設けた円柱形歯形を有する歯車式無段変速機。
2. 請求項１記載の円錐形３連歯車は、入力軸、出力軸に対しどちらか一方が逆向きに配置した逆向き円錐形３連歯車になっていればよい歯車式無段変速機。
3. 円錐形歯車、逆向き円錐形歯車、中継歯車は入力軸、出力軸、中継軸に対し３連以上の多連歯車でもよい歯車式無段変速機。
4. 歯車の伝達経路は低速回転伝達経路、中速回転伝達経路、高速回転伝達経路の順番の配置でなくてもよい歯車式無段変速機。

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