JP3171175U - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】伝動効率を効果的に改善し、多機能にして、軽量の小型化にすることで、経済的にも優れた無段変速機を提供する。【解決手段】伝動回転車１０と接触する被動側の可動式摩擦円盤８，９が、伝動回転車の直径の両端を、同一回転方向に強圧される方法が、可動式摩擦円盤で、可能となり、錐の手揉の原理で、両手で揉むことにより非常に大きな力を伝えることが可能になる。可動式摩擦円盤で伝動回転車の直径の両端を強圧することで、従来にない伝達力の高い正転、反転、変速、クラッチ機能、停止、とともに、小型、軽量で多機能な無段変速機を実現する。【選択図】図３

Description

本考案は、伝動効率を高め、多機能化を図った、無段変速機に関する。

従来の無段変速機においては、主に摩擦円板式、円輪と円錐式、チェーン式、ベルト式等であったが、これら無段変速機の共通の欠点は、回転伝達力の増減ができないことによる、回転ロスの大きなことと、自動車関連においては、前後進ができないため、他の多くの機構が必要になり、構造が複雑で大型になり、製造コストも高くなり、全体重量も増え、車輌全体を重くするためによる、燃費も悪くする要因であった。

以下、図７、図８により従来の無段変速機について説明する。図７においては、ベルトとプーリーにより変速比を変化させる機構のベルト式無段変速機の略図である。２個１組のプーリー、入力側プーリー５、出力側プーリー６とベルトの接する位置を変えるようにしてある。入力側プーリーのベルトの接する位置が軸近くになれば、直径が小さくなり、逆に出力側プーリーの外周に近づけば、直径が大きくなる。２個のプーリー幅を、互に相反するように操作していけば、ベルトがたるむことなく、変速を行うことができる。たとえば、まずエンジン側のプーリー５を開いて直径を小さくしておき、出力側プーリー６を閉じて直径を大きくしておけば、出力側プーリー６では回転が遅く、トルクが大きな回転を伝えられる。次第にエンジン側プーリー５を閉じ、出力側プーリー６を開いていけば、直径が変化し、次第に回転数を高めていくことが可能になる。現在実用化されているベルト式無段変速機では、電子制御による油圧機構でプーリーの幅をコントロールして、変速操作が行えるようになっている。
１は入力軸、フォワードクラッチ２、切り替え用プラネタリーギア３、減速機構４、出力側ギア７。この無段変速機では、トルクコンバーターのように、始動時から使用することはできないので、電磁クラッチを組み合わせて、変速機に対して動力を断続している。実際のベルト式無段変速機は、トルクコンバーター、前後進切り替え機構、変速機構、減速機構と、これらを作動させる油圧制御機構で構成されることが一般的である。

図８、トロイダル式無段変速機は、入出力の２枚のディスク１３、１４と２個のローラー１２で構成される変速構が２組使用され、２枚の出力ディスク２が中央に背を向けて配置され、その両側に入力ディスク１４が配置されている。入力ディスクへは、出力ディスク１３を貫通するインプットシャフトで回転が伝達されて、入力ディスクが回転すると、パワーローラー１２が回転し、出力ディスクに回転が伝えられる。この時、パワーローラー１２が入力ディスク１４上に描く円の直径と、出力ディスク上に描く円の直径の比率で変速比が決まる。出力ディスクの回転は、リングギァによってカウンターシャフト１５に伝えられ、さらにリングギァでアウトプットシャフト１６に伝えられる。トロイダル式無段変速機においても、回転方向の切り替えはできないために、前後進切り替え機構１１が別途必要である。

特開平０２−２７８０４８号 公報（第１−４頁） 特開平０９−２２９１５６号 公報（第１−３頁）

以上に述べた従来の無段変速機においては、非常に構造が複雑で、無段変速機の機能を発揮するために、多数の機構が必要となり、コスト高、重量、スペース等々、改良する点がいろいろとあり、ベルト式、トロイダル式共に、最大の欠点は、伝達力の調整機能がないため、燃費の問題解決が難しく、また、現段階では、前後進切り替え機構がベルト式、トロイダル式とも、無段変速機自体で達成できないことである。

本考案は、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、伝動効率を効果的に改善し、多機能にして、軽量の小型化にすることで、経済的にも優れた無段変速機を実現することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本考案の要旨とするところは、一方向からの回転力で駆動する駆動軸に駆動用傘歯車を固定し、前記駆動用傘歯車に被動用傘歯車を噛合させると共に、前記駆動軸と同軸線上に被動軸を設置し、前記被動軸に、内周面にスプラインを設けた移動用スリーブを嵌合し、前記移動用スリーブに伝動回転車を固定し、この移動用スリーブは油圧シリンダとピストンロットによって軸方向移動可能に取り付けられ、一方、周面にスプラインを設けた摩擦円盤軸を備えた摩擦円盤を構成し、前記摩擦円盤軸と前記被動用傘歯車を嵌合し、前記摩擦円盤軸の軸先端部に油圧装置を構成し、前記油圧装置によって前記摩擦円盤を軸方向に移動させて、摩擦円盤の間隔を変位させることで、前記伝動回転車に対する荷重の強弱を伝達することを特徴とする無段変速機である。
被動用傘歯車２個をそれぞれを、傘歯車部分と摩擦円盤部分とに２分割にするため、傘歯車部分は、駆動用傘歯車と噛合させ、回転自在に固定支持される。摩擦円盤部分については、摩擦円盤に軸を設け、その軸部分にスプラインを設ける。また、被動用傘歯車の内径部分にもスプラインを施し、摩擦円盤と嵌合し１体形にする。この結果、対面して相反する方向に回転する摩擦円盤間の間隔を油圧装置により変化させることが可能とあり、可動式摩擦円盤間で回転する伝動回転車に対して、伝達力の変化をさせる可変機構として、新たな利用方法も可能になった。

また、被動用傘歯車回転中においても、伝動回転車を無負荷の状態にさせることが可能となり、駆動軸と被動軸を同一軸線上に設置する構造が可能となり、前後進機能を一直線上に設けることができる。つまり、伝動回転車と可動式摩擦円盤は、密着し、常時一定の圧力を受け回転伝達力を持続させている。その圧着力のもとで、伝動回転車がスライド移動を可能にすることは、つまり圧着力の不足があり、回転ロス発生の最大の要因であった。その原因を無くして、被動軸上を伝動回転車の円滑な移動により、逆転操作を可能にすることができ、なお、伝動回転車を両可動式摩擦円盤が強圧をかけることも可能にする。

上記課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、無段変速機の作動中は、２個の可動式摩擦円盤は間隔幅を一定に保ち、一定の圧力で、伝動回転車に接触して回転している。すなわち、被動用傘歯車２個は、２枚の可動式摩擦円盤の同期回転をさせるための歯車的働きが第１であり、従来の装置になかった、摩擦伝達力の強弱、すなわち、可動式摩擦円盤間の幅の変化をさせるために、摩擦円盤に軸を設け、固定され回転する傘歯車と同期回転するスプラインを介して行い、可動式摩擦円盤間の幅の変化に対しても、圧力装置により、両可動式摩擦円盤軸の軸先端部に荷重を受け、被動用傘歯車内径部を可動式摩擦円盤部のみスライドさせることができる。このことにより、２枚の可動式摩擦円盤間は、任意に幅の開閉ができるため、伝達力の強弱が可能になり、伝動回転車への圧力障害もなく、被動軸上の移動が滑らかに行うことができる。

また、２枚の可動式摩擦円盤に挟まれている状態の伝動回転車は、一定の圧力下での接触が条件であるため、ただ一方的に荷重をかけて移動させることは、構造的にも、機械的にも問題を生じ、実行することはできない。本考案による、伝動回転車への無接触、無荷重による構造的改良ができたことにより、従来、不可能であった、同一軸線上に、駆動軸、被動軸の直列が可能となり、最少の部品数で、正転、逆転、無段変速、クラッチ機能、停止等ができる。小型、軽量、回転伝達力の高い、無段変速機の効果を発揮する。

上述したように本考案の無段変速機は、従来はできなかった、回転伝動力を高めるための機能を配設し、また、従来は他の装置で行っていた、前後進切り替え機構をもたせた、小型、軽量で多機能な無段変速機を提供できる。

また、２枚の可動式摩擦円盤で、伝動回転車の直径２個所を同期回転同一方向に強圧することが、可能になり、線接触による、最高レベルの伝動回転率が見込まれ、その効果を発揮する。

本考案の実施形態を示す無段変速機の横断図面 同無段変速機の縦断図面 同一部切欠縦断面 拡大図 同平歯車一部切欠縦断図面 同ウォームホイール歯車一部切欠縦断図面 本考案の実施形態の比較略図 従来のベルト式無段変速機の略図 従来のトロイダル式無段変速機略図

以下、本考案の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。

図１においては、１は駆動軸、被動軸２を同一線上に、球軸受１７，１７ａと１８、１９で、回転自在にケーシング２３に固設されている。駆動用傘歯車３は、駆動軸１に固定され回転自在にし、被動軸２の軸上には、被動軸用スプラインを設け、その部分をスライド移動する、移動用スリーブ１１と、伝動回転車１０が配置されている。直交する軸線上には、被動用傘歯車４、５を被動軸用シャフト１２と平行にして、対向する位置で、駆動用傘歯車３と噛み合わせる。被動用傘歯車４、５は、球軸受１４，１４ａに回転自在に支持され、ケーシング２３に固定されている。被動用傘歯車４、５には、各内径部分をスプラインとし、摩擦円盤８、９には、それぞれ摩擦円盤軸６、７を設け、その軸部分にスプラインを施し、各被動用傘歯車４、５に嵌合し、それぞれを１体形の可動式摩擦円盤とし、被動用傘歯車とする。摩擦円盤軸圧力増減用スラストベアリング２５，２５ａと油圧制御ポンプ２４に、ピストン２７，２７ａを設ける。

図２において、伝動回転車１０は、移動用スリーブ１１と１体形とし、油圧シリンダ１５により、ピストンロッド１３の先端のスリーブスライドガイド１６を配置し、接触をさせておく。図３については、摩擦円盤８、９が伝動回転車１０に対しての接点と回転方向、油圧ポート２６，２６ａとピストン２７，２７ａ、スラストベアリング２５，２５ａと、摩擦円盤軸６、７のスプライン溝２２，２２ａである。

また、図４においては、平歯車４に摩擦円盤８と摩擦円盤軸６で１体形とした、左側一部切欠縦断面図。

図５においては、ウォームホイールに摩擦円盤９と摩擦円盤軸７で１体形とした、右側一部切欠縦断面図。図６については、本考案の無段変速機と図８トロイダル式無段変速機との比較対照した概略図。

以下、上記構成の動作を説明する。一方向からの回転力を、駆動軸に入力すると、駆動用傘歯車３が歯合している被動用傘歯車４、５を対向して、相反する方向に同期回転を始める。この被動用傘歯車４、５にスプラインで嵌合されている摩擦円盤８、９も同期回転して、可動式摩擦円盤間にある伝動回転車の直径両端を挟むようにして回転し、運動を伝える。回転運動を変速させる場合、油圧制御ポンプの指示により、可動式摩擦円盤軸の圧力を減圧し、可動式摩擦円盤間の間隔を広げて、伝動回転車との接触力を零にして、油圧シリンダ１５により、ピストンロット１３で、希望する回転域に伝動回転車を被動軸スプライン上に移動させる。そして可動式摩擦円盤軸からの荷重負荷により、可動式摩擦円盤間は、狭くなり、伝動回転車の直径両端を強圧し、伝動回転力を上げる事ができる。

また、用途により、車椅子用には、図５のウォームホイールギァ、もっと変速域の広い用途には、図４の平歯車の応用も可能である。

また、逆転運動においても、両可動式摩擦円盤軸を減圧し、両可動式摩擦円盤間を広げて、伝動回転車との接触力を零にして、伝動回転車を、瞬時に駆動軸側に移動させることで、逆転切り替え操作が完了し、両可動式摩擦円盤軸への荷重負荷により、被動軸と伝動回転車は、逆転回転を始める。

また、従来の摩擦円盤式の無段変速機においては、伝動回転車の直径の片側頂点を入力用とし、反対側頂点で、出力用回転車に接触させて、伝達するものであった。このため、入力側、出力側との接触方法は、常時一定の荷重と位置で接触させ続けるため、何等、伝動力を変化させることができないが、図３の中心にある伝動回転車１０において、左、右にある可動式摩擦円盤８、９は、摩擦円盤軸６、７のスライド移動により、伝動回転車を左右から、同一方向に強圧し、等速運動も可能になり、非常に優れた効果を発揮する。以上のように、本実施形態によれば伝達力向上と多機能な効果が得られるものである。

１ 駆動軸
２ 被動軸
３ 駆動用傘歯車
４ 被動用傘歯車
５ 被動用傘歯車
６ 摩擦円盤軸
７ 摩擦円盤軸
８ 摩擦円盤
９ 摩擦円盤
１０ 伝動回転車
１１ 移動用スリーブ
１２ 被動軸（スプライン）
１３ ピストンロッド
１４，１４ａ 被動用傘歯車支持球軸受
１５ 油圧シリンダ
１６ スリーブスライドガイド
１７，１７ａ 被動軸球軸受
１８ 駆動軸球軸受
１９ 被動軸球軸受
２０，２０ａ 被動用傘歯車固定ネジ
２１，２１ａ 摩擦円盤軸圧力増減装置
２２ スプライン機構
２３ ケーシング
２４ 油圧制御ポンプ
２５，２５ａ スラストベアリング
２６ 油圧ポート
２７，２７ａ ピストン
２８，２８ａ 油圧シリンダ

Claims (1)

1. 一方向からの回転力で駆動する駆動軸に駆動用傘歯車を固定し、前記駆動用傘歯車に被動用傘歯車を噛合させると共に、前記駆動軸と同軸線上に被動軸を設置し、前記被動軸に、内周面にスプラインを設けた移動用スリーブを嵌合し、前記移動用スリーブに伝動回転車を固定し、この移動用スリーブは油圧シリンダとピストンロットによって軸方向移動可能に取り付けられ、一方、周面にスプラインを設けた摩擦円盤軸を備えた摩擦円盤を構成し、前記摩擦円盤軸と前記被動用傘歯車を嵌合し、前記摩擦円盤軸の軸先端部に油圧装置を構成し、前記油圧装置によって前記摩擦円盤を軸方向に移動させて、摩擦円盤の間隔を変位させることで、前記伝動回転車に対する荷重の強弱を伝達することを特徴とする無段変速機。

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