JP2018053910A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】自動的に変速させることが可能な無段変速機を提供する。【解決手段】主軸２と、主軸２を中心として回転可能な入力部材４と、主軸２を中心として回転可能な出力部材６と、傾動可能な回転軸８ａを中心として回転可能であり、回転軸８ａの傾斜角度に応じた変速比で、入力部材４から出力部材６へと動力を伝達するトラクション遊星８と、回転軸８ａの傾斜角度を変更可能な第一ステータ１８と、入力部材４の回転数Ｎ１に応じて第一ステータ１８を作動させる変速作動機構と、を具備した。【選択図】図１

Description

本発明は、動力を無段階に変速可能な無段変速機の技術に関する。

従来、動力を無段階に変速可能な無段変速機の技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１に記載の無段変速機において、入力ドライバに入力された動力は、第一トラクションリング、トラクション遊星及び第二トラクションリングを介してハウジングに伝達される。この際、トラクション遊星の回転軸の傾斜角度を適宜変更することによって、変速比を任意に変更することができる。

当該トラクション遊星の回転軸は、第一ステータ及び第二ステータによって支持されている。第一ステータ及び第二ステータには、トラクション遊星の回転軸を案内する溝が形成されている。第一ステータを第二ステータに対して相対的に回転させ、トラクション遊星の回転軸を第一ステータ及び第二ステータの溝に沿って移動させることで、当該回転軸の傾斜角度を変更することができる。

特表２０１２−５２４２２５号公報

ここで、特許文献１に記載の技術では、何らかの操作（手動操作やアクチュエータを用いた操作）を行うことによって第一ステータを回転させる必要がある。このため、無段変速機の変速操作が煩雑である点で不利であった。

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、自動的に変速させることが可能な無段変速機を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、主軸と、前記主軸を中心として回転可能な第一の動力伝達部材と、前記主軸を中心として回転可能な第二の動力伝達部材と、傾動可能な回転軸を中心として回転可能であり、前記回転軸の傾斜角度に応じた変速比で、前記第一の動力伝達部材から前記第二の動力伝達部材へと動力を伝達する第三の動力伝達部材と、前記回転軸の傾斜角度を変更可能な傾斜角度調整部材と、前記第一の動力伝達部材の回転数に応じて前記傾斜角度調整部材を作動させる変速作動機構と、を具備するものである。

請求項２においては、前記変速作動機構は、前記第一の動力伝達部材の回転数が増加するほど前記変速比が高くなるように前記傾斜角度調整部材を作動させるものである。

請求項３においては、前記傾斜角度調整部材は、前記主軸を中心として回動することで前記回転軸の傾斜角度を変更するものであり、前記変速作動機構は、前記主軸の軸線方向に移動することで、前記傾斜角度調整部材を回動させる回動部材と、前記第一の動力伝達部材の回転数に応じて、前記主軸の軸線方向に沿って前記回動部材を移動させる移動機構と、を具備するものである。

請求項４においては、前記移動機構は、前記第一の動力伝達部材の回転数に応じて、前記主軸の径方向に移動する径方向移動部材と、前記径方向移動部材の移動に応じて前記軸線方向に移動することで、前記回動部材を前記軸線方向に移動させる軸線方向移動部材と、を具備するものである。

本発明は、第一の動力伝達部材の回転数に応じて、無段変速機を自動的に変速させることができる、という効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る無段変速機の全体的な構成を示した断面模式図。 （ａ）変速比が低い状態のトラクション遊星を示した図。（ｂ）変速比が高い状態のトラクション遊星を示した図。 無段変速機の変速比が高くなる様子を示した断面模式図。

以下の説明では、図中の矢印Ｌ及び矢印Ｒで示した方向を、それぞれ左方向及び右方向と定義して説明を行う。

以下では、図１を用いて、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。

無段変速機１は、入力される動力を適宜変速して出力するものである。本実施形態では、当該無段変速機１を自転車に適用するものとして説明するが、当該無段変速機１はその他種々の用途に用いることが可能である。無段変速機１は、主として主軸２、入力部材４、出力部材６、トラクション遊星８、プーリ１０、ウェイトローラ１２、カラー１４、スプリング１６、第一ステータ１８及び第二ステータ２０を具備する。

主軸２は、無段変速機１の各部材を支持するためのものである。主軸２は、略円柱状に形成される。主軸２の左右両端部は、ナット等を用いて図示せぬ自転車のフレームに固定することができる。

入力部材４は、外部から入力される動力を伝達するためのものである。入力部材４は、内部に空間を有する略箱状に形成される。具体的には、入力部材４は、軸線を左右に向け、底面（左部に形成される面）を有する略円筒状（有底筒状）に形成される。入力部材４の右端部には、後述するトラクション遊星８と接する円環状のトラクションリング４ａが形成される。入力部材４には、主軸２が挿通される。入力部材４は、ベアリング４ｂを介して主軸２に対して相対回転可能に支持される。このようにして、入力部材４は、主軸２と同一軸線上に配置される。

出力部材６は、外部へと動力を伝達するためのものである。出力部材６は、内部に空間を有する略箱状に形成される。具体的には、出力部材６は、軸線を左右に向け、底面（右部に形成される面）を有する略円筒状（有底筒状）に形成される。出力部材６の左端部には、後述するトラクション遊星８と接する円環状のトラクションリング６ａが形成される。出力部材６は、入力部材４の右方に配置される。出力部材６には、主軸２が挿通される。出力部材６は、ベアリング６ｂを介して主軸２に対して相対回転可能に支持される。このようにして、出力部材６は、主軸２と同一軸線上に配置される。

トラクション遊星８は、入力部材４から出力部材６へと動力を伝達するためのものである。トラクション遊星８は、球状に形成される。トラクション遊星８には回転軸８ａが挿通され、当該トラクション遊星８は回転軸８ａを中心として回転することができる。当該回転軸８ａの両端は、後述する第一ステータ１８及び第二ステータ２０によって支持される。トラクション遊星８は、主軸２に設けられたアイドラ８ｂに接するように、当該主軸２の周囲に複数配置される。トラクション遊星８は、入力部材４のトラクションリング４ａ及び出力部材６のトラクションリング６ａと接するように配置される。

プーリ１０は、後述するウェイトローラ１２の移動に伴って移動可能な部材である。プーリ１０は、板面を左右に向けた略円形板状に形成される。プーリ１０は、入力部材４の内側に配置される。プーリ１０の中心には、当該プーリ１０を左右に貫通する孔が形成される。当該孔には、主軸２が挿通される。プーリ１０は、主軸２の軸線方向に移動可能、かつ主軸２に対して相対回転可能となるように配置される。プーリ１０の左側面には、後述するウェイトローラ１２を案内するための傾斜部が形成される。当該傾斜部は、主軸２の径方向外側から内側に向かって、右方に向かうように（プーリ１０の中心側が右方に向かって凹むように）形成される。なお、図１には、当該傾斜部の形状を模式的に示したものをプーリ１０として図示している。

ウェイトローラ１２は、入力部材４の回転に伴って移動可能な部材である。ウェイトローラ１２は、軸線を主軸２の周方向に向けた略円柱状に形成される。ウェイトローラ１２は、入力部材４の内側に配置される。ウェイトローラ１２は、主軸２の周囲に複数配置される。ウェイトローラ１２は、入力部材４の底面とプーリ１０とによって左右から挟み込まれるように配置される。

ウェイトローラ１２は、入力部材４及びプーリ１０と一体的に回転可能（主軸２に対して相対回転可能）となるように形成される。また、ウェイトローラ１２は、プーリ１０の傾斜部に沿って、主軸２の径方向に移動（転動）可能となるように形成される。ウェイトローラ１２は、遠心力に応じて主軸２の径方向に沿って移動する。

カラー１４は、後述する第一ステータ１８を回転させるためのものである。カラー１４は、略円筒状に形成される。カラー１４の外周面には、複数の溝（スプライン１４ａ）が形成される。当該スプライン１４ａは、略らせん状に（すなわち、カラー１４の軸線方向に対して傾斜した方向に延びるように）形成される。カラー１４は、入力部材４の内側（プーリ１０の右方）に配置される。カラー１４には、主軸２が挿通される。カラー１４は、主軸２に対して左右（主軸２の軸線方向）に相対移動可能、かつ当該主軸２に対して相対回転不能となるように、当該主軸２に支持される。カラー１４の左端部は、ベアリング１４ｂを介してプーリ１０と当接される。これによって、プーリ１０の回転がカラー１４へと伝達されるのを防ぐことができる。

スプリング１６は、カラー１４を付勢するためのものである。スプリング１６は、圧縮コイルバネにより形成される。スプリング１６は、カラー１４とアイドラ８ｂとの間に配置される。当該スプリング１６によって、カラー１４は常時左方に向かって付勢される。

第一ステータ１８は、トラクション遊星８の回転軸８ａを支持すると共に、当該回転軸８ａの傾斜角度を変更するためのものである。第一ステータ１８は、板面を左右に向けた略円形板状に形成される。第一ステータ１８は、入力部材４の内側に配置される。第一ステータ１８の中心には、当該第一ステータ１８を左右に貫通する孔が形成される。当該孔には、カラー１４のスプライン１４ａと噛み合う複数の溝（不図示）が形成される。第一ステータ１８は、当該第一ステータ１８の溝をカラー１４のスプライン１４ａと噛み合わせた状態で、当該カラー１４に外嵌される。

第一ステータ１８はカラー１４のスプライン１４ａと噛み合っているため、カラー１４が第一ステータ１８に対して左右に相対的に移動すると、第一ステータ１８はスプライン１４ａに案内されて、カラー１４（主軸２）を中心として回転する。

また、第一ステータ１８の右側面には、トラクション遊星８の回転軸８ａを案内するための複数の溝（不図示）が形成される。当該溝は、主軸２の径方向に対して傾斜した方向に延びるように形成される。当該溝には、回転軸８ａの左端部が収容される。

第二ステータ２０は、トラクション遊星８の回転軸８ａを支持すると共に、当該回転軸８ａの傾斜角度を変更するためのものである。第二ステータ２０は、板面を左右に向けた略円形板状に形成される。第二ステータ２０は、出力部材６の内側に配置される。第二ステータ２０の中心には、当該第二ステータ２０を左右に貫通する孔が形成される。当該孔には、主軸２が挿通される。第二ステータ２０の右側面は、ベアリング２０ａを介して出力部材６の底面と当接される。これによって、出力部材６の回転が第二ステータ２０へと伝達されるのを防ぐことができる。

第二ステータ２０の左側面には、トラクション遊星８の回転軸８ａを案内するための複数の溝（不図示）が形成される。当該溝は、主軸２の径方向に対して傾斜した方向に延びるように形成される。当該溝には、回転軸８ａの右端部が収容される。

以下では、上述の如く構成された無段変速機１によって動力（回転）が伝達される様子について説明する。

自転車のペダルからの動力（回転）は、図示せぬチェーン等を介して入力部材４に伝達され、当該入力部材４が回転する。入力部材４の回転は、トラクションリング４ａを介してトラクション遊星８に伝達され、当該トラクション遊星８が回転軸８ａを中心として回転する。トラクション遊星８の回転は、トラクションリング６ａを介して出力部材６に伝達される。出力部材６の回転は、図示せぬ車輪へと伝達される。

ここで、トラクション遊星８は、入力部材４からの動力（回転）を適宜変速して出力部材６へと伝達する。この際の変速比は、トラクション遊星８の回転軸８ａの傾斜角度に応じて決定される。

以下では、図１から図３までを用いて、上述の如く構成された無段変速機１において、前記変速比が変更される様子について説明する。

図１に示すように、入力部材４の回転数Ｎ１が比較的低い場合、ウェイトローラ１２に加わる遠心力は小さいため、当該ウェイトローラ１２はプーリ１０の中央部近傍に位置している。この状態においては、プーリ１０及びカラー１４は、スプリング１６の付勢力によって左方へと移動した状態となっている。また第一ステータ１８は、カラー１４の左右方向位置に応じた回転位置に保持される。

この状態（図１参照）において、トラクション遊星８の回転軸８ａは、右方に向かうにつれて主軸２の径方向外側に広がるように傾斜している。この場合、図２（ａ）に示すように、トラクション遊星８とトラクションリング４ａとが接する部分の回転半径ｒ１は、トラクション遊星８とトラクションリング６ａとが接する部分の回転半径ｒ２よりも大きい。従って、出力部材６の回転数Ｎ２は、入力部材４の回転数Ｎ１よりも小さくなる。

図３に示すように、入力部材４の回転数Ｎ１が比較的高くなると、ウェイトローラ１２に加わる遠心力が大きくなり、当該ウェイトローラ１２はプーリ１０の外周端側（主軸２の径方向外側）へと移動する。当該ウェイトローラ１２によってプーリ１０が右方へと押されるため、当該プーリ１０及びカラー１４は、スプリング１６の付勢力に抗して右方へと移動する。

カラー１４が右方へと移動すると、当該カラー１４のスプライン１４ａを介して第一ステータ１８が所定の方向に回転する。第一ステータ１８が第二ステータ２０と相対的に回転することにより、回転軸８ａが第一ステータ１８及び第二ステータ２０の溝内を移動し、当該回転軸８ａの傾斜角度が変更される。

図３に示す状態においては、トラクション遊星８の回転軸８ａは、右方に向かうにつれて主軸２の径方向内側に狭まるように傾斜している。この場合、図２（ｂ）に示すように、回転半径ｒ１は、回転半径ｒ２よりも小さい。従って、出力部材６の回転数Ｎ２は、入力部材４の回転数Ｎ１よりも大きくなる。

このように、本実施形態の無段変速機１では、入力部材４の回転数Ｎ１に応じてトラクション遊星８の回転軸８ａの傾斜角度が自動的に変更される。これによって、入力部材４の回転数Ｎ１が高くなるほど、入力部材４の回転数Ｎ１と出力部材６の回転数Ｎ２との比（Ｎ１／Ｎ２）は小さくなる。言い換えれば、入力部材４の回転数Ｎ１が高くなるほど、回転数Ｎ１に対して回転数Ｎ２が大きくなる。本実施形態では、このように回転数Ｎ１に対して回転数Ｎ２が大きくなる（Ｎ１／Ｎ２の値が小さくなる）ことを、「変速比が高くなる」と称する。

このように、本実施形態の無段変速機１では、入力部材４の回転数Ｎ１が高くなると、自動的に変速比が高くなる。従って、当該無段変速機１を自転車に適用した場合、入力部材４の回転数Ｎ１が低い場合（ペダルのこぎ始め等）には、変速比が自動的に低くなるため、自転車を加速させ易くなる。また、入力部材４の回転数Ｎ１が高くなる（自転車がある程度加速した場合等）と、変速比が自動的に高くなるため、自転車を高速で走行させ易くなる。このように、本実施形態の無段変速機１は、入力部材４の回転数Ｎ１に応じた変速（変速比の変更）を自動的に行うため、自転車の搭乗者による煩雑な変速操作が不要となる。

なお、本実施形態の無段変速機１においては、スプリング１６の付勢力を変更することで、ウェイトローラ１２の径方向への移動し易さが変わる。従って、スプリング１６の付勢力を調節することで、入力部材４の回転数Ｎ１に対する変速比を任意に調節することができる。

以上の如く、本実施形態に係る無段変速機１は、
主軸２と、
主軸２を中心として回転可能な入力部材４（第一の動力伝達部材）と、
主軸２を中心として回転可能な出力部材６（第二の動力伝達部材）と、
傾動可能な回転軸８ａを中心として回転可能であり、回転軸８ａの傾斜角度に応じた変速比で、入力部材４から出力部材６へと動力を伝達するトラクション遊星８と、
回転軸８ａの傾斜角度を変更可能な第一ステータ１８（傾斜角度調整部材）と、
入力部材４の回転数Ｎ１に応じて第一ステータ１８を作動させる変速作動機構（プーリ１０、ウェイトローラ１２及びカラー１４）と、
を具備するものである。

このように構成することにより、入力部材４の回転数Ｎ１に応じて、無段変速機１を自動的に変速させることができる。これによって、自転車の搭乗者による煩雑な変速操作が不要となる。

また、前記変速作動機構は、
入力部材４の回転数Ｎ１が増加するほど前記変速比が高くなるように第一ステータ１８を作動させるものである。

このように構成することにより、入力部材４の回転数Ｎ１が低い場合には大きいトルクにより出力部材６の回転数Ｎ２を増加（加速）させ易くなり、入力部材４の回転数Ｎ１が高い場合には出力部材６の回転数Ｎ２を高速に維持し易くなる。

また、第一ステータ１８は、
主軸２を中心として回動することで回転軸８ａの傾斜角度を変更するものであり、
前記変速作動機構は、
主軸２の軸線方向に移動することで、第一ステータ１８を回動させるカラー１４（回動部材）と、
入力部材４の回転数Ｎ１に応じて、主軸２の軸線方向に沿ってカラー１４を移動させる移動機構（プーリ１０及びウェイトローラ１２）と、
を具備するものである。

このように構成することにより、簡易な構成で無段変速機１を自動的に変速させることができる。

また、前記移動機構は、
入力部材４の回転数Ｎ１に応じて、主軸２の径方向に移動するウェイトローラ１２（径方向移動部材）と、
ウェイトローラ１２の移動に応じて前記軸線方向に移動することで、カラー１４を前記軸線方向に移動させるプーリ１０（軸線方向移動部材）と、
を具備するものである。

このように構成することにより、簡易な構成で無段変速機１を自動的に変速させることができる。

なお、本実施形態に係る入力部材４は、本発明に係る第一の動力伝達部材の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る出力部材６は、本発明に係る第二の動力伝達部材の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る第一ステータ１８は、本発明に係る傾斜角度調整部材の実施の一形態である。
また、本実施形態に係るプーリ１０、ウェイトローラ１２及びカラー１４は、本発明に係る変速作動機構の実施の一形態である。
また、本実施形態に係るカラー１４は、本発明に係る回動部材の実施の一形態である。
また、本実施形態に係るプーリ１０及びウェイトローラ１２は、本発明に係る移動機構の実施の一形態である。
また、本実施形態に係るウェイトローラ１２は、本発明に係る径方向移動部材の実施の一形態である。
また、本実施形態に係るプーリ１０は、本発明に係る軸線方向移動部材の実施の一形態である。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、入力部材４や出力部材６等、無段変速機１を構成する各部材の具体的な形状は、本実施形態に示したものに限らず、任意の形状に変更することが可能である。

また、カラー１４の構成は本実施形態に限るものではなく、主軸２の軸線方向への移動に伴って第一ステータ１８を回転させることができるものであればよい。

また、カラー１４を移動させるための移動機構（プーリ１０及びウェイトローラ１２）の構成は本実施形態に限るものではなく、入力部材４の回転数Ｎ１に応じてカラー１４を移動させることができるものであればよい。

また、本実施形態においては、無段変速機１を自転車に適用する例を挙げて説明したが、無段変速機１の用途はこれに限定するものではない。

１ 無段変速機
４ 入力部材
６ 出力部材
８ トラクション遊星
１０ プーリ
１２ ウェイトローラ
１４ カラー
１６ スプリング
１８ 第一ステータ
２０ 第二ステータ

Claims (4)

1. 主軸と、
   前記主軸を中心として回転可能な第一の動力伝達部材と、
   前記主軸を中心として回転可能な第二の動力伝達部材と、
   傾動可能な回転軸を中心として回転可能であり、前記回転軸の傾斜角度に応じた変速比で、前記第一の動力伝達部材から前記第二の動力伝達部材へと動力を伝達する第三の動力伝達部材と、
   前記回転軸の傾斜角度を変更可能な傾斜角度調整部材と、
   前記第一の動力伝達部材の回転数に応じて前記傾斜角度調整部材を作動させる変速作動機構と、
   を具備する無段変速機。
2. 前記変速作動機構は、
   前記第一の動力伝達部材の回転数が増加するほど前記変速比が高くなるように前記傾斜角度調整部材を作動させる、
   請求項１に記載の無段変速機。
3. 前記傾斜角度調整部材は、
   前記主軸を中心として回動することで前記回転軸の傾斜角度を変更するものであり、
   前記変速作動機構は、
   前記主軸の軸線方向に移動することで、前記傾斜角度調整部材を回動させる回動部材と、
   前記第一の動力伝達部材の回転数に応じて、前記主軸の軸線方向に沿って前記回動部材を移動させる移動機構と、
   を具備する、
   請求項１又は請求項２に記載の無段変速機。
4. 前記移動機構は、
   前記第一の動力伝達部材の回転数に応じて、前記主軸の径方向に移動する径方向移動部材と、
   前記径方向移動部材の移動に応じて前記軸線方向に移動することで、前記回動部材を前記軸線方向に移動させる軸線方向移動部材と、
   を具備する、
   請求項３に記載の無段変速機。

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