JP2840157B2 - 無段変速装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は無段変速装置に関し、
特に、変速プーリ機構と差動ギヤ機構とを組み合わせた
ものに関する。

【０００２】

【従来の技術】ベルト式の無段変速装置は、互いに平行
に配置された１対の回転軸の各々に、該各回転軸に対し
て回転一体にかつ摺動不能に固定された固定シーブと、
回転軸に固定シーブとの間にＶ字状のベルト溝を形成す
るように対向配置されて回転一体にかつ摺動可能に支持
された可動シーブとからなる変速プーリを有するととと
もに、これら両変速プーリのベルト溝間に巻き掛けられ
たＶベルトを有する変速プーリ機構からなり、可動シー
ブの軸方向の移動によってＶベルトに対する有効半径を
可変とすることにより、両回転軸間の変速比を変えるよ
うにしたものである。

【０００３】ところで、従来、特開昭６２−１１８１５
９号公報に記載されるように、上記変速プーリ機構を備
えるとともに、変速用のギヤ機構としての遊星ギヤ機構
（差動ギヤ機構）を設けることが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この変速プーリ機構及
び差動ギヤ機構を備えた無段変速装置において、差動ギ
ヤ機構を利用して出力軸を停止状態から回転させようと
すると、動力伝達経路が駆動動力と循環動力との２つに
分かれることが生じる。すなわち、閉路式差動ギヤ装置
では、差動ギヤ機構の３つのギヤ要素の１つを出力軸に
連結し、プーリ機構の変速比調整により差動ギヤ機構の
残りの１つのギヤ要素の回転数を変えることで、そのギ
ヤ要素と残りの他のギヤ要素との間の回転方向及び回転
速度を異ならせ、出力側ギヤ要素つまり出力軸の回転方
向及び回転数を決定するようになっている。ところが、
そのとき、動力として駆動動力及び循環動力が発生し、
出力動力は駆動動力から循環動力を減じたものとなる。
そして、入力軸から出力軸に至る２つの動力伝達経路の
うち、どちらが駆動動力経路又は循環動力経路になるか
は、差動ギヤ機構におけるギヤ要素の角速度で分かれ、
角速度の大きい方が駆動動力経路となる。

【０００５】上記駆動動力及び循環動力の大きさは出力
トルクと差動ギヤ機構における各ギヤの回転数とで決ま
り、変速装置に入力される動力及び出力動力は駆動動力
から循環動力を引いたものとなる。条件の設定により、
例えば駆動動力が「１５」で循環動力が「５」のとき
に、入力動力及び出力動力はいずれも「１０（＝１５−
５）」となる（例１）。また、出力回転数を変化させる
と、駆動動力が「２５」で循環動力が「１５」のときで
も、入力動力及び出力動力は「１０（＝２５−１５）」
となり（例２）、入力動力よりも大きい動力が流れる。

【０００６】上記変速プーリ機構におけるベルトの伝達
効率は０．９程度であり、差動ギヤ機構におけるギヤの
伝達効率は０．９８程度であるので、実際には、上記の
例における出力動力は例１の場合、 １５−５−｛（１５−１５×０．９８）＋（５−５×０．９）｝＝９．２ であり、例２の場合には、 ２５−１５−｛（２５−２５×０．９８）＋（１５−１５×０．９）｝ ＝８．０ となる。これを、変速プーリ機構単体及び差動ギヤ機構
単体の伝達効率と比較すると、変速プーリ機構単体で
は、 １０×０．９＝９．０ となり、差動ギヤ機構単体では、 １０×０．９８＝９．８ となるので、変速プーリ機構及び差動ギヤ機構を備えた
無段変速装置の伝達効率は変速プーリ機構単体の効率よ
りも下がるという問題がある。

【０００７】この変速プーリ機構及び差動ギヤ機構を組
み合わせてなる無段変速装置の伝達効率を増大させるに
は、差動ギヤ機構及び変速プーリ機構における伝動要素
の伝達効率を高くする必要がある。伝動要素がギヤであ
る場合に関しては、ギヤの配列を変えてその噛合い個数
を減らすこと、潤滑オイルの循環方式やギヤ噛合状態を
変えること等の対処の仕方が挙げられるが、最大で２％
程度の増大しか期待できず、しかもギヤ配列の改良以外
はコスト高を招くという難がある。

【０００８】これに対し、変速プーリ機構については、
ベルトの張力の与え方により効率が大きく変化する特性
がある。一般に、ベルトに適正な張力（負荷や変速比に
見合った張力）を与えた場合には、９５％程度の伝動効
率が得られるが、この条件を忠実に再現するには図５に
示すような制御が必要となる。図５は、ベルト式変速装
置における変速比をＨi 状態（変速比１：０．６）から
Ｍi 状態（同１：１）を経てＬo 状態（同１：２）に変
えたときの軸荷重の変化を入力トルクの３〜７kgf ・m
毎に示したものである。

【０００９】一方、図６は、従動側変速プーリの可動シ
ーブを固定シーブに接近する方向にばねで付勢する従動
ばね式のベルト変速装置における同特性を示したもの
で、この従動ばね式のものは、図５に示す特性と比べ線
制御になっていて軸荷重の幅がなく、つまり、ある一点
では伝動効率が高いが、その他の条件では効率が低い。
また、最大トルクの伝動時にスリップさせないようにす
るために、ばね力は、最大トルクを伝達できるだけの軸
荷重を発生させる大きさに設定する必要がある。

【００１０】上記制御範囲を広げるために、従動ばね式
のベルト変速装置に対し、変速プーリの可動シーブと回
転軸とのトルク差に伴う相対回転により可動シーブを固
定シーブ側に移動させるトルクカムを加えると、図７に
示す制御範囲が得られる。この図７は、必要最大荷重の
１／２（５０％）をばねで設定し、残り半分はトルクカ
ムで発生させたものである。トルクカム側の軸荷重分担
率を大きくすることで、制御範囲は大きくなるが、反
面、トルクカムでは、ベルトを挟みながら相対的なずれ
を発生させる必要があるので、上記軸荷重の分担率を大
きく変えると、ベルトの側面の摩擦係数とトルクカムと
の相関性が高いことから、トルクカムが軸荷重（推力）
を発生させる前にベルトのスリップが生じるようにな
り、所期の目的を達成できなくなる虞れがある。

【００１１】各変速プーリにおける可動シーブに駆動の
ための油圧シリンダを連結し、このシリンダの伸縮作動
により変速比や負荷の変化に応じて軸荷重を制御するこ
とで、上記高い伝達効率を達成することができる。しか
し、その場合、油圧発生のためのポンプや制御用のコン
ピュータ、トルクや位置検出用のセンサ類が必要で、コ
ストアップするのは避けられず、農業機械や一般産業用
としては実現性が乏しい。

【００１２】本発明は以上の諸点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、変速プーリ機構及び差動ギヤ機構を組
み合わせてなる無段変速装置に対し、安価な構造で、変
速プーリ機構における軸荷重の制御範囲を拡大する手段
を講じることで、伝達効率が高く、低コストで省スペー
スの無段変速装置を実現しようとすることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明では、各変速プーリにおける可動
シーブをそれぞれ相対する固定シーブの接離が互いに逆
になるように移動させる駆動機構を設ける。この駆動機
構は、各プーリにおいて可動シーブを固定シーブに対し
て位置決めするだけの役割を持つものとし、ベルト推力
を得るために、両プーリ間に巻き掛けられる伝動ベルト
の緩み側を張力よりも大きい張力で押圧するようにす
る。

【００１４】具体的には、この発明では、互いに平行に
配置された第１及び第２回転軸と、この両回転軸を変速
可能に駆動連結する変速プーリ機構と、互いに連結され
た第１〜第３ギヤ要素を有する差動ギヤ機構とを備え
る。

【００１５】上記変速プーリ機構は、各々、上記回転軸
に固定シーブ及び可動シーブが互いに逆向きになるよう
に配置支持された１対の変速プーリと、該両変速プーリ
間に巻き掛けられたベルトと、上記各変速プーリの可動
シーブ背面側に配設され、該可動シーブを相対向する固
定シーブに対し接離させて変速プーリのプーリ径を変化
させる１対の駆動機構と、上記両変速プーリのプーリ径
が互いに逆方向に変化するように上記両駆動機構を連動
させて両プーリ間の変速比を変化させる変速切換機構
と、上記両変速プーリ間に巻き掛けられるベルトの緩み
側スパンを、該緩み側スパンにプーリ間の変速比に対応
して発生する最大の張力よりも大きい張力となるように
押圧してベルト推力を発生させる推力発生機構とを備え
る。

【００１６】一方、上記差動ギヤ機構は、互いに噛合連
結された第１〜第３ギヤ要素のうち、第１ギヤ要素が上
記第１回転軸に連結される一方、第２ギヤ要素が上記第
２回転軸に連結されている構成とする。

【００１７】そして、上記第１回転軸又は差動ギヤ機構
の第３ギヤ要素の一方を変速装置の入力部とする一方、
他方を出力部としていて、上記変速プーリ機構の変速切
換機構による両変速プーリ間の変速比の切換操作により
出力部を入力部に対し変速するように構成する。

【００１８】請求項２の発明では、請求項１の無段変速
装置において、差動ギヤ機構の第１ギヤ要素の回転数が
第２ギヤ要素の回転数よりも常に高くなるように構成す
る。

【００１９】請求項３の発明では、請求項２の発明とは
逆に、差動ギヤ機構の第２ギヤ要素の回転数が第１ギヤ
要素の回転数よりも常に高くなるように構成する。

【００２０】

【作用】上記の構成により、請求項１の発明では、第１
及び第２回転軸間には変速プーリ機構及び作動ギヤ機構
が並列に配置されているので、入力される動力は変速プ
ーリ機構及び作動ギヤ機構の一方を駆動動力経路とし、
他方を循環動力経路として伝達された後、出力される。
上記変速プーリ機構においては、各変速プーリの駆動機
構が変速切換機構により連係されているため、一方の変
速プーリの駆動機構を作動させて該プーリの可動シーブ
を軸方向に移動させると、それに伴って他方の変速プー
リの可動シーブが上記一方の変速プーリにおける可動シ
ーブの固定シーブに対する接離動作とは逆の動作でもっ
て移動し、この両可動シーブの逆方向の移動によって両
プーリ間の変速比が切換変更される。両変速プーリ間に
巻き掛けられる伝動ベルトは、その緩み側スパンが推力
発生機構により押圧されて張力が付与される。この推力
発生機構によるベルト張力は、その変速比でのベルトの
緩み側スパンに発生する最大張力よりも大きい張力であ
るので、ベルトのプーリに対するくさび効果が生じてベ
ルト推力が発生し、回転軸間で動力が伝達される。すな
わち、推力発生機構によりベルトの緩み側スパンの張力
が一定となるので、伝動負荷の大きさが変化すると、張
り側スパンの張力だけが変化することとなる。そして、
この張り側張力と緩み側張力とを加えたものが軸荷重で
あるので、伝動負荷が大きく変化すれば、軸荷重も大き
くなる。

【００２１】このとき、無負荷に近い状態では、張り側
張力と緩み側張力とが略等しいので、軸荷重は緩み側張
力の略２倍となり、初期の緩み側張力が低いほど無負荷
時の軸荷重を低くすることができる。理想的には、無負
荷伝動状態では、軸荷重が０に近い方がよく、また、理
論上は緩み側張力が０の状態で負荷を伝動できると、最
大の伝動効率が得られる。しかし、実際には、摩擦伝動
では緩み側張力が０の状態で伝動することはできないの
で、緩み側張力を低くするほど伝動効率が増大すること
となる。この発明では、上記各変速プーリの駆動機構を
変速切換機構により連係させるとともに、そのベルトの
緩み側スパンにその最大発生張力よりも大きい張力を推
力発生機構により付与する構造であるので、緩み側張力
を低くすることができる。よって、変速プーリ機構及び
差動ギヤ機構を組み合わせてなる無段変速装置に対し、
油圧シリンダ等を用いることなく簡単で安価な構造で伝
動効率を増大させることができる。

【００２２】請求項２の発明では、差動ギヤ機構におい
て第１回転軸にギヤを介して連結されている第１ギヤ要
素の回転数が第２ギヤ要素の回転数よりも常に高くなる
ように設定されているので、差動ギヤ機構を駆動動力の
経路とし、変速プーリ機構を循環動力経路とすることが
できる。その結果、変速プーリ機構のベルトに駆動動力
よりも小さい循環動力を伝達させることができ、高出力
時であってもベルトの伝動負荷を小さくすることができ
る。

【００２３】請求項３の発明では、差動ギヤ機構の第２
ギヤ要素の回転数が第１ギヤ要素の回転数よりも常に高
くなるように設定されているので、差動ギヤ機構を循環
動力の経路とし、変速プーリ機構を駆動動力経路とする
ことができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例に係る無段変速装置Ａの全
体構成を示す。図１において、１は複数に分割されたケ
ーシングで、その内部には互いに平行に配置された第１
及び第２回転軸２，３が回転可能に支承されている。第
１回転軸２は入力軸を、また第２回転軸３は中間軸をそ
れぞれ構成しており、第２回転軸３の左半部は円筒状と
されている。

【００２５】また、ケーシング１内には、上記両回転軸
２，３をＶベルトＢによって変速可能に駆動連結する変
速プーリ機構４と、第２回転軸３の右端部上に配置され
た差動ギヤ機構としての遊星ギヤ機構４１とが収容され
ている。上記変速プーリ機構４は、第１回転軸２の左端
部上に配置された第１変速プーリ５を有する。この第１
変速プーリ５は、第１回転軸２に回転一体にかつ摺動不
能に固定されたフランジ状の固定シーブ６と、該固定シ
ーブ６に対向するように第１回転軸２にボス部７ａにて
摺動可能にかつ相対回転可能に結合されたフランジ状の
可動シーブ７とからなり、これら両シーブ６，７間には
ベルト溝８が形成されている。

【００２６】一方、第２回転軸３の左半部（円筒部分）
上には第２変速プーリ９が設けられている。この第２変
速プーリ９は、上記第１変速プーリ５と同様の構成であ
り、第２回転軸３に回転一体にかつ摺動不能に固定され
たフランジ状の固定シーブ１０と、該固定シーブ１０に
上記第１回転軸２上の第１変速プーリ５における固定シ
ーブ６に対する可動シーブ７の対向方向と逆方向でもっ
て対向するようにボス部１１ａにて摺動可能にかつ相対
回転可能に結合されたフランジ状の可動シーブ１１とか
らなり、これら両シーブ１０，１１間にはベルト溝１２
が形成されている。そして、上記第１変速プーリ５のベ
ルト溝８と第２変速プーリ９のベルト溝１２との間には
ＶベルトＢが巻き掛けられており、両変速プーリ５，９
の各可動シーブ７，１１をそれぞれ固定シーブ６，１０
に対して接離させて各プーリ５，９のプーリ径（Ｖベル
トＢに対する有効半径）を変更する。例えば第１変速プ
ーリ５の可動シーブ７を固定シーブ６に接近させ、かつ
第２変速プーリ９の可動シーブ１１を固定シーブ１０か
ら離隔させたときには、第１変速プーリ５のプーリ径を
第２変速プーリ９よりも大きくすることにより、第１回
転軸２の回転を第２回転軸３に増速して伝達する。一
方、逆に、第１変速プーリ５の可動シーブ７を固定シー
ブ６から離隔させ、かつ第２変速プーリ９の可動シーブ
１１を固定シーブ１０に接近させたときには、第１変速
プーリ５のプーリ径を小にし、第２変速プーリ９のプー
リ径を大きくすることにより、第１回転軸２の回転を減
速して第２回転軸３に伝えるようになされている。

【００２７】尚、上記第１変速プーリ５の可動シーブ７
のボス部７ａと第１回転軸２との間及び第２変速プーリ
９の可動シーブ１１のボス部１１ａと第２回転軸３との
間にはそれぞれトルクカム１３，１４が配設されてお
り、このトルクカム１３，１４により動力伝達時に可動
シーブ７，１１を固定シーブ６，１０に接近させるよう
になっている。

【００２８】上記第１回転軸２上には第１変速プーリ５
における可動シーブ７背面側に、該可動シーブ７を固定
シーブ６に対して接離させるための駆動機構としての第
１カム機構１５が設けられている。このカム機構１５
は、可動シーブ７のボス部７ａ上にベアリング１６を介
して相対回転可能にかつ軸方向に移動一体に外嵌合支持
された円筒カム１７を有する。このカム１７の第１変速
プーリ５と反対側端面には１対の傾斜カム面１７ａ，１
７ａ（１つのみ図示する）が円周方向に等角度間隔（１
８０°間隔）をあけて形成され、外周には図の紙面と直
交する方向に延びる回動レバー１８が回動一体に突設さ
れている。

【００２９】また、上記円筒カム１７の背面側には、そ
の各カム面１７ａに当接して転動するカムフォロワとし
てのピン状のローラ１９が配設され、このローラ１９は
ケーシング１にベアリング２０を介して回転可能に支持
されている。

【００３０】一方、第２回転軸３上には、第２変速プー
リ９における可動シーブ１１の背面側に、該可動シーブ
１１を固定シーブ１０に対して接離させるための駆動機
構としての第２カム機構２１が設けられている。この第
２カム機構２１は、上記第１カム機構１５と同様の構成
で、可動シーブ１１のボス部１１ａ上にベアリング２２
を介して相対回転可能にかつ軸方向に移動一体に外嵌合
支持された円筒カム２３を有する。このカム２３の第２
変速プーリ９と反対側端面には１対の傾斜カム面２３
ａ，２３ａ（１つのみ図示する）が円周方向に等角度間
隔をあけて形成され、外周には図の紙面と直交する方向
に延びる回動レバー２４が回動一体に突設されている。
また、円筒カム２３の背面側には、その各カム面２３ａ
に当接して転動するローラ２５が配設され、このローラ
２５はケーシング１にピン２７を介して回転可能に支持
されている。

【００３１】そして、上記第１カム機構１５の回動レバ
ー１８先端にはピン２８を介して折曲り棒状のリンク２
９の一端が連結され、このリンク２９の他端は上記第２
カム機構２１の回動レバー２４先端にピン３０を介して
連結されている。そして、上記リンク２９及びピン２
８，３０により変速切換機構３１が構成されており、こ
の変速切換機構３１により、図外の操作レバーの切換操
作に応じて、各カム機構１５，２１におけるカム１７，
２３を互いに連係して可動シーブ７，１１のボス部７
ａ，１１ａ周りに回動させ、そのカム面１７ａ，２３ａ
上でローラ１９，２５を転動させることにより、可動シ
ーブ７，１１を軸方向に移動させて固定シーブ６，１０
に対し互いに相反して接離させ、そのベルト溝８，１２
の有効半径つまりプーリ５，９のプーリ径を可変とし、
第１及び第２回転軸２，３間の変速比を変化させるよう
にしている。

【００３２】また、上記第１及び第２変速プーリ５，９
間には、両プーリ５，９間に張られたベルトＢの１対の
スパンのうち第１変速プーリ５の駆動力が第２変速プー
リ９に伝達されるときの緩み側スパンをその背面から押
圧してベルトＢに張力を与えることでベルト推力を発生
する推力発生機構３２が配設されている。この推力発生
機構３２は、ケーシング１にボス部３３ａにて揺動可能
に支持されたアーム３３と、該アーム３３の先端部に軸
３４により回転可能に支承されたローラ３５とを備えて
いる。上記アーム３３の先端部とケーシング１との間に
は、アーム３３をローラ３５がベルトＢの緩み側スパン
背面を押圧するように回動付勢するばね（図示せず）が
架設されている。そして、上記ローラ３５がベルトＢの
緩み側スパンを、該緩み側スパンに発生する最大張力よ
りも大きい張力で押圧するように、上記ばねの付勢力が
設定されており、この張力によりベルト推力を発生させ
るようにしている。

【００３３】第２回転軸３上に配置された遊星ギヤ機構
４１は、第２回転軸３に回転一体に固定された（従っ
て、該第２回転軸３に連結された）第２ギヤ要素として
のサンギヤ４２と、該サンギヤ４２に噛合する複数のピ
ニオン４３，４３，…と、第２回転軸３に回転可能に支
承され、上記ピニオン４３，４３，…を担持する第３ギ
ヤ要素としてのピニオンキャリア４４と、最も外周に配
置され、上記ピニオン４３，４３，…に内周で噛合する
第１ギヤ要素としてのリングギヤ４５とを備えている。
上記リングギヤ４５は外周にて、第１回転軸２の右端に
回転一体に取り付けたギヤ４７に噛合されて、該第１回
転軸２に駆動連結されている。また、ピニオンキャリア
４４には出力ギヤ４６が一体に固定され、この出力ギヤ
４６は図外の正逆転機構を介して出力回転軸に駆動連結
されている。

【００３４】そして、上記遊星ギヤ機構４１のギヤ比及
び変速プーリ機構４の変速比の設定により、遊星ギヤ機
構４１のリングギヤ４５（第１ギヤ要素）の回転数がサ
ンギヤ４２（第２ギヤ要素）の回転数よりも常に高くな
るようになっている。

【００３５】次に、上記実施例の作用について説明す
る。変速装置Ａの第１及び第２回転軸２，３間には変速
プーリ機構４及び遊星ギヤ機構４１が並列に配置されて
いるので、変速装置Ａの作動時、第１回転軸２から入力
された動力は、変速プーリ機構４と第１回転軸２上のギ
ヤ４７及び遊星ギヤ機構４１とに伝達された後、該遊星
ギヤ機構４１におけるピニオンキャリア４４の出力ギヤ
４６から出力動力として出力される。具体的には、上記
遊星ギヤ機構４１のギヤ比及び変速プーリ機構４の変速
比は、遊星ギヤ機構４１において第１回転軸２に噛合連
結されているリングギヤ４５の回転数が、第２回転軸３
と一体のサンギヤ４２の回転数よりも常に高くなるよう
に設定されているので、入力動力はギヤ４７及び遊星ギ
ヤ機構４１のリングギヤ４５を経由してそのピニオンキ
ャリア４４に至る経路を駆動動力経路とし、変速プーリ
機構４から遊星ギヤ機構４１のサンギヤ４２に至る経路
を循環動力経路として伝達される。

【００３６】このようにギヤ４７及び遊星ギヤ機構４１
が駆動動力の経路となり、変速プーリ機構４が循環動力
経路となるので、変速プーリ機構４のベルトＢに駆動動
力よりも小さい循環動力を伝達させることができ、高出
力時であってもベルトＢの伝動負荷を小さくすることが
できる。

【００３７】上記変速プーリ機構４においては、推力発
生機構３２のばねの付勢力によりアーム３３が回動付勢
され、その先端のローラ３５がベルトＢの緩み側スパン
背面を押圧し、この押圧によりベルトＢに張力が付与さ
れる。この張力は緩み側スパンに発生する最大張力より
も大きいため、このベルト張力によりベルトＢのプーリ
５，９に対するくさび効果が生じて推力が発生し、この
推力により両プーリ５，９間でベルトＢを介して動力が
伝達される。

【００３８】そして、各変速プーリ５，９のカム機構１
５，２１における回動レバー１８，２４同士が変速切換
機構３１のリンク２９により連係されているため、操作
レバーの操作により上記変速プーリ機構４の変速比を変
えることで、遊星ギヤ機構４１のピニオンキャリア４４
つまり変速装置Ａの出力回転速度を停止状態（回転数
０）から増大変化させることができる。すなわち、停止
状態とするときには、操作レバーを停止位置に位置付け
る。この操作レバーは第１カム機構１５におけるカム１
７外周の回動レバー１８に連結されているので、上記停
止位置への切換状態では、上記カム１７がそのカム１７
ａ面上で各カム用ローラ１９を転動させながら第１変速
プーリ５における可動シーブ７のボス部７ａ周りに一方
向に回動する。これにより、上記カム面１７ａがローラ
１９に押されてカム１７が第１回転軸２上を移動し、該
カム１７にベアリング１６を介して移動一体の可動シー
ブ７が同方向に移動して固定シーブ６に接近する。この
ことにより第１変速プーリ５が閉じてそのプーリ径が増
大し、このプーリ径の増大によりＶベルトＢが第１変速
プーリ５側に引き寄せられる。

【００３９】また、これと同時に、上記操作レバーの停
止位置への切換えに伴い、上記第１変速プーリ５の可動
シーブ７の動きに同期して、第２カム機構２１のカム２
３が第２回転軸３上を上記第１カム機構１５のカム１７
と同じ一方向に回動する。このカム２３の回動によりカ
ム用ローラ２５に対する押圧がなくなる。このため、上
記第１変速プーリ５側に移動するベルトＢの張力によ
り、カム２３及びそれにベアリング２２を介して連結さ
れている可動シーブ１１は固定シーブ１０から離れる方
向に第２回転軸３上を移動し、この両シーブ１０，１１
の離隔により第２変速プーリ９が開いてプーリ径が減少
する。これらの結果、第１変速プーリ５のプーリ径が第
２変速プーリ９よりも大きくなり、第１回転軸２の回転
が増速されて第２回転軸３に伝達され、停止状態とな
る。

【００４０】また、この停止状態から、操作レバーを高
速位置に向けて操作すると、この操作レバーの切換操作
に伴い、上記第２カム機構２１のカム２３がそのカム面
２３ａ上でカム用ローラ２５を転動させながら第２変速
プーリ９における可動シーブ１１のボス部１１ａ周りに
他方向に回動する。このカム２３の回動によりカム面２
３ａがカム用ローラ２５に押されて第２回転軸３上を移
動し、可動シーブ１１も同方向に移動して固定シーブ１
０に接近し、このことにより第２変速プーリ９が閉じて
プーリ径が増大する。このプーリ径の増大によりＶベル
トＢが第２変速プーリ９側に引き寄せられる。

【００４１】また、上記可動シーブ１１の動きに同期し
て、第１カム機構１５のカム１７が第１回転軸２上を上
記カム２３と同じ他方向に回動し、このカム１７の回動
によりカム用ローラ１９に対する押圧がなくなり、ベル
トＢの張力により第２変速プーリ５の可動シーブ７がカ
ム１７と共に固定シーブ６から離れる方向に第１回転軸
２上を移動する。この両シーブ６，７の離隔により第１
変速プーリ５が開いてそのプーリ径が減少する。その結
果、第１変速プーリ５のプーリ径が第２変速プーリ９よ
りも小さくなり、第１回転軸２の回転が減速されて第２
回転軸３に伝達され、このことで出力回転数を上昇させ
ることができる。

【００４２】そのとき、上記推力発生機構３２の押圧に
よりベルトＢの緩み側スパンの張力が一定であるので、
伝動負荷の大きさが変化すると、張り側スパンの張力だ
けが変化することとなる。この張り側張力と緩み側張力
とを加えたものが軸荷重であるので、伝動負荷が大きく
変化すれば、軸荷重も大きくなる。そして、無負荷に近
い状態では、張り側張力と緩み側張力とが略等しいの
で、軸荷重は緩み側張力の略２倍となり、初期の緩み側
張力が低いほど無負荷時の軸荷重を低くすることができ
る。理想的には、無負荷伝動状態では、軸荷重が０に近
い方がよく、また、理論上は緩み側張力が０の状態で負
荷を伝動できると、最大の伝動効率が得られる。この実
施例では、上記各変速プーリ５，９の可動シーブ７，１
１をカム機構１５，２１及び変速切換機構３１により連
係させる構造であるので、ベルトＢの緩み側スパンの緩
み側張力を低くすることができ、その結果、図２に示す
ように軸荷重の制御範囲を拡大することができる（図２
は本実施例における変速プーリ機構４の軸荷重変化を例
示したものである）。よって変速プーリ機構４及び遊星
ギヤ機構４１を組み合わせてなる無段変速装置Ａに対
し、油圧シリンダ等を用いることなく簡単で安価な構造
で伝動効率を増大させることができる。

【００４３】本発明の効果をより明確にするために、本
発明者が行った具体例について説明する。図５に示す軸
荷重特性から、最大負荷時は、トルクが７kgf ・m が入
力されるＬo 状態のときで３１４kgf であり、このＬo
状態での駆動側変速プーリのベルトピッチ径は５７．０
mm、従動側変速プーリのベルトピッチ径は１０７．４７
mmであった。このベルトピッチ径からベルトの伝達張力
は、 ７kg・m ÷０．０２８５m ＝２４５．６kgf であり、緩み側張力は、 （３１４−２４５．６）／２＝３４．２kgf である。従って、張り側張力は、 ２４５．６＋３４．２＝２７９．８kgf となり、軸荷重は、 ２７９．８＋３４．２＝３１４kgf となる。以上の計算により、緩み側張力として３４．２
kgf の張力を与えてやれば、最大負荷７kgf ・m を伝達
できることとなる。この状態で無負荷状態にすると、軸
荷重は、 ３４．２×２＝６８．４kgf となり、２軸制御よりも低くなって図２に示す制御範囲
が得られる。

【００４４】また、実用上は最大負荷時に大きなスリッ
プを起こさないかぎり、緩み側張力を使用頻度の高い常
用負荷に設定するので、この実際の制御範囲は図３に示
す範囲で使用可能となる。

【００４５】すなわち、以上のことを２軸制御で行う
と、張り側及び緩み側スパンがプーリにより共に張力を
発生させられているので、張り側スパンが設定以上の張
力になると、プーリが開くと同時に、緩み側張力も低下
し、このことから最大負荷時にスリップを発生する。こ
れに対し、上記実施例のように３軸制御では、張り側ス
パンの負荷張力が設定値以上になっても、緩み側張力が
低下することはなく、よって最大負荷時のスリップの発
生がない。

【００４６】図４は無段変速装置の変速プーリ機構とし
て３軸タイプを使用した本発明例の伝動効率を示してお
り、一般の変速プーリ機構を使用した従来例に比べ、高
い伝達効率が得られることが判る。

【００４７】尚、例えば上記第１回転軸２上のギヤ４７
と遊星ギヤ機構４１のリングギヤ４５とのギヤ比を変え
ることで、遊星ギヤ機構４１のサンギヤ４２（第２ギヤ
要素）の回転数がリングギヤ４５（第１ギヤ要素）の回
転数よりも常に高くなるように設定してもよく、その場
合には、遊星ギヤ機構４１を循環動力の経路とし、変速
プーリ機構４を駆動動力経路とすることができる。

【００４８】また、上記実施例では、遊星ギヤ機構４１
のリングギヤ４５を第１回転軸２上のギヤ４７に噛合さ
せているが、ピニオンキャリア４４を同ギヤ４７に噛合
させて、リングギヤ４５を出力ギヤとしてもよい。さら
には、遊星ギヤ機構４１のピニオンキャリア４４を動力
の入力部とし、第１回転軸２を出力部とすることも可能
である。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よると、第１及び第２回転軸の間に変速プーリ機構及び
差動ギヤ機構を組み合わせてなる無段変速装置に対し、
変速プーリ機構における各変速プーリの可動シーブ背面
側に、可動シーブを相対向する固定シーブに対し両変速
プーリ間で互いに逆向きに接離させて変速プーリのプー
リ径を変化させる１対の駆動機構を配設し、両変速プー
リのプーリ径が互いに逆方向に変化するように両駆動機
構を連動させて両回転軸間の変速比を可変とする変速切
換機構を設け、両変速プーリ間に、両変速プーリ間に巻
き掛けられるベルトの緩み側スパンを、緩み側スパンに
回転軸間の変速比に対応して発生する最大張力よりも大
きい張力となるように押圧してベルト推力を発生させる
推力発生機構を配置したので、変速プーリ機構のベルト
の緩み側張力を小さくすることができ、伝達効率が高
く、低コストで操作荷重の低い無段変速装置が得られ
る。

【００５０】請求項２の発明によると、差動ギヤ機構に
おいて第１回転軸にギヤにより連結される第１ギヤ要素
の回転数が第２ギヤ要素の回転数よりも常に高くなるよ
うにしたので、変速プーリ機構を循環動力経路として、
高出力時であってもベルトの伝動負荷を小さくすること
ができる。

【００５１】請求項３の発明によれば、逆に、差動ギヤ
機構の第２ギヤ要素の回転数が第１ギヤ要素の回転数よ
りも常に高くなるようにしたので、差動ギヤ機構を循環
動力の経路とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の無段変速装置の全体構成を示
す断面図である。

【図２】本発明の実施例における無段変速装置の変速比
をＨi 〜Ｌo 状態に変えたときの軸荷重の変化を示した
特性図である。

【図３】実際の使用範囲を示す図２相当図である。

【図４】本発明の実施例の変速装置の伝動効率を示す特
性図である。

【図５】ベルト式変速装置における変速比をＨi 〜Ｌo
状態に変えたときの軸荷重の変化を示した特性図であ
る。

【図６】従動ばね式のベルト変速装置における変速比を
Ｈi 〜Ｌo 状態に変えたときの軸荷重の変化を示した特
性を示した図である。

【図７】トルクカムを加えた従動ばね式のベルト変速装
置の図６相当図である。

【符号の説明】

Ａ 無段変速装置 ２ 第１回転軸 ３ 第２回転軸 ４ 変速プーリ機構 ５ 第１変速プーリ ６ 固定シーブ ７ 可動シーブ ８ ベルト溝 ９ 第２変速プーリ １０ 固定シーブ １１ 可動シーブ １２ ベルト溝 １５ 第１カム機構（駆動機構） １７ 円筒カム １９ ローラ ２１ 第２カム機構（駆動機構） ２３ 円筒カム ２５ ローラ ２９ リンク ３１ 変速切換機構 ３２ 推力発生機構 Ｂ 伝動ベルト ４１ 遊星ギヤ機構（差動ギヤ機構） ４２ サンギヤ（第２ギヤ要素） ４４ ピニオンキャリア（第３ギヤ要素） ４５ リングギヤ（第１ギヤ要素）

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16H 37/08 F16H 9/12 F16H 37/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに平行に配置された第１及び第２回
   転軸と、 各々、上記回転軸に固定シーブ及び可動シーブが互いに
   逆向きになるように配置支持された１対の変速プーリ
   と、該両変速プーリ間に巻き掛けられたベルトと、上記
   各変速プーリの可動シーブ背面側に配設され、該可動シ
   ーブを相対向する固定シーブに対し接離させて変速プー
   リのプーリ径を変化させる１対の駆動機構と、上記両変
   速プーリのプーリ径が互いに逆方向に変化するように上
   記両駆動機構を連動させて両プーリ間の変速比を変化さ
   せる変速切換機構と、上記両変速プーリ間に巻き掛けら
   れるベルトの緩み側スパンを、該緩み側スパンにプーリ
   間の変速比に対応して発生する最大張力よりも大きい張
   力となるように押圧してベルト推力を発生させる推力発
   生機構とを有し、両回転軸を変速可能に駆動連結する変
   速プーリ機構と、 互いに噛合連結された第１〜第３ギヤ要素を有し、第１
   ギヤ要素が上記第１回転軸に連結される一方、第２ギヤ
   要素が上記第２回転軸に連結された差動ギヤ機構とを備
   え、 上記第１回転軸又は差動ギヤ機構の第３ギヤ要素の一方
   が入力部とされ、他方が出力部とされていて、上記変速
   プーリ機構の変速切換機構による両変速プーリ間の変速
   比の切換操作により出力部を入力部に対し変速するよう
   に構成されていることを特徴とする無段変速装置。
2. 【請求項２】 請求項１の無段変速装置において、 差動ギヤ機構の第１ギヤ要素の回転数が第２ギヤ要素の
   回転数よりも常に高くなるように構成されていることを
   特徴とする無段変速装置。
3. 【請求項３】 請求項１の無段変速装置において、 差動ギヤ機構の第２ギヤ要素の回転数が第１ギヤ要素の
   回転数よりも常に高くなるように構成されていることを
   特徴とする無段変速装置。