JP3855142B2 - 無段変速機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車、船舶等の無軌道輸送機械、各種製造用機械、加工用機械等に使用される無段変速機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軌道輸送機械、各種製造用機械等に使用される回転駆動装置の駆動源である電動機は、インバータ等の電気的変速装置によって効率よく変速するものが普及している。
【０００３】
しかし、容易に受電することができない無軌道輸送機械、受電が容易に行うことができない箇所に設置された各種製造用機械、あるいは移動型の加工用機械等においては、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の原動機の動力を所定の回転数に変速するために変速機が必要であり、軽量で高効率で耐久性のよい機械式の無段変速機の開発が望まれている。
【０００４】
該機械式の無段変速機は重要な機械装置の１つとして古くから開発実用化されており、その主なものはベルトとプールを組合せたものあるいはコーンとリングを組合せたものである。
【０００５】
上述のコーンとリングを組合せた無段変速機は例えば図７、図８に示されるように入力コーン８０と、出力コーン８１と、リング８２と、リングガイド機構８３とを備えた構成になっており、該入力コーン８０と出力コーン８１とをテーパの向きが逆方向になるように配設すると共に、入力コーン８０と出力コーン８１の外周面がリング８２の内周面に接触させるようにし、入力コーン８０とリング８２、リング８２と出力コーン８１との摩擦力によって入力コーン８０の回転が出力コーン８１に伝達されるようになっている。
【０００６】
該構成の無段変速機において入力コーン８０の回転数に対して出力コーン８１の回転数を変化させる場合は、リング８２を各コーンの軸心長手方向に移動させることによっている。
【０００７】
摩擦伝達方式の無段変速機では、接触点の摩耗を防ぎ、かつ伝達力を増やす目的でトラクション油が使用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の無段変速機の前者の場合は耐久性を向上させようとするとコーンとリングの接触面積を大きくするか、押付力を小さくして接触点における圧力を小さくする必要があり、無段変速機が大型化、高重量化するという問題がある。
【０００９】
耐久性を向上させるために接触面積を単に広くとると変速比を決定するピッチ線に対して変速比の異なる部位での接触が増加し、滑りによる摩擦が増加して回転伝達効率が低下するため、ピッチ線に沿って変速比の同じ接触面積を増加させる工夫が必要になるという問題がある。
【００１０】
また、装置を構成する各部品に加わる応力の内、動力を摩擦伝達するための接触部の押付力と摩擦力を負荷するための範囲をできるだけ挾ばめ、無用な応力の作用範囲を狭める工夫しなければならないという問題がある。
【００１１】
さらに、出力軸を変速させる場合、リングをリングガイド機構によってリングの回転方向に移動させて行うが、リングの回転軸心を傾けると入力コーンまたは出力コーンの何れか一方の接触点では移動させたい方向に働く力が生じるが、他方の接触点においては逆の方向に働く力が生じるため、リングが拗れた状態になり円滑に移動させることができなくなる。そのため、リングの回転軸心が傾かないないように移動させる高精度、高剛性のリングガイド機構を設置する必要があるという問題がある。
【００１２】
上述の無段変速機の場合は、トラクション油の開発が進んで性能は改良されているが、トラクション係数は高々０．１という値であるため、入力コーンおよび出力コーンとリングの接触部における押付力を伝達する摩擦力の１０倍以上にする必要があり、リング等はこの押付力に対応するために十分な剛性を必要とするが、材質、強度等によって制約をうけるため変速機の重量に比し、伝達容量が比較的小さなものになるという問題がある。
【００１３】
本発明は軽量化、効率化、耐久性の向上を同時に満足できる無段変速機を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために本発明の無段変速機は請求項１に記載のように入力コーンまたは出力コーンのどちらか一方を前記リングの内側位置に、前記入力コーンまたは出力コーンの内の他方を前記リングの外側位置になるよう配設し、前記リングの断面形状を、入力コーンおよび出力コーンに接する面がそれぞれ凸状の滑らかな曲線になるように形成せしめて入力コーンと出力コーンによってリングを挾圧して入力コーンの回転トルクをリングを介して出力コーンに摩擦伝達せしめるようにすると共に、前記リングガイド機構を、入力コーンと出力コーンの回転軸を含む幾何学平面で２分された空間の、前記リングが入力コーンと出力コーンとによって挾圧される挾圧部の手前側の空間部に設置せしめ、リングガイド機構によってリングを入力コーンおよび出力コーンの軸心長手方向に移動させて変速するようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の無段変速機は請求項２に記載のような入力コーンまたは出力コーンの内のどちらか一方と、リングと、リングガイド機構とを複数ユニットとし、前記入力コーンあるいは出力コーンの内の他方を１個とした構成、請求項３に記載のようなリングガイド機構を、リングガイドがリングガイドの変速移動方向に垂直な幾何学平面内において拘束されていると共に、前記幾何学平面のリングを案内する位置においてリングガイドが回転自在に支承されている構成にすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の無段変速機の構成の第１の実施例を示す概略断面図、図２は図１におけるＩ−Ｉ矢視図であって無段変速機は、機枠１に軸受３によって回転自在に取り付けられた入力軸２と、該入力軸２の端部に連結された入力コーン４と、回転伝達用の第１リング７を該入力コーン４とによって挟持するように機枠１に軸受６によって回転自在に取り付けられた第１出力コーン５と、回転伝達用の第２リング１０を該入力コーン４とによって挟持するように機枠１に軸受９によって回転自在に取り付けられた第２出力コーン８と、入力コーン４と同一軸心になるよう機枠１に軸受１２によって回転自在に取り付けられた出力軸１１と、第１出力コーン５および第２出力コーン８の回転をそれぞれ出力軸１１に取り付けた歯車１５に伝える歯車１３、１４と、入力軸２と入力コーン４との間に設置され、入力軸２の回転トルクを軸心長手方向に働くスラスト力に変換して入力コーン４を軸心長手方向に押圧して第１リング７と第２リング１０を第１出力コーン５および第２出力コーン８とによって所定の面圧でもって狭圧するリング狭圧機構１６と、第１リング７と第２リング１０を入力コーン４の軸心長手方向に移動させるリングガイド機構１７、１８とにより構成されている。
【００１７】
上述の第１リング７と第２リング１０の断面形状は図３に示されるように入力コーン４の外周面に接触する外周面と、第１出力コーン５、第２出力コーン８の内周面に接触する内周面とが曲率半径がＲ１、Ｒ２のそれぞれ滑らかな凸面に加工されている。該曲率半径Ｒ１、Ｒ２は大きくすると、入力コーン４あるいは第１出力コーン５、第２出力コーン８との接触部にできるヘルツの応力楕円の面積が広くなり負荷能力を大きくすることができるが、変速比を決定するピッチ線から離れた点での接触が増加して回転伝達効率が下がるという特性がある。そのため、該曲率半径Ｒ１、Ｒ２はリングの半径の１０分の１から１０倍の範囲に設定するのが好ましい。
【００１８】
また、リングの接触部の表裏に作用するヘルツの応力の大きさを出来るだけ
揃える目的で、相手方コーンとの接触方式で、内接の場合は外接の場合よりも
曲率半径を小さくすることが望ましい。
【００１９】
該第１リング７と第２リング１０は耐摩耗性、耐荷重性、耐変形性等から一般に、こがり軸受に用いられる軸受鋼等の材質によって製作し、凸面部は粗度が鏡面に、硬度がＨＲＣ６０以上になるように加工処理する。
【００２０】
上述のリングガイド機構１７は図４に示されるように入力コーン４と第１出力コーン５の外周面と平行な状態で機枠１に回転自在に取り付けられたボールねじ軸１９と、該ボールねじ軸１９にボールねじナット２０によってボールねじ軸１９の軸心長手方向に移動できると共にボールねじ軸１９上で回動できるように取り付けられたブラケット２１と、該ブラケット２１の端部に回動自在に取り付けられたアーム部材２２と、第１リング７を回転可能に支持し、該アーム部材２２にＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に回動自在に取り付けられたリングガイドである球状ガイド２３とにより構成されており、ボールねじ軸１９が駆動装置（図示せず）によって正逆回転されるとブラケット２１がボールねじ軸１９の軸心長手方向に移動するようになっている。
【００２１】
該球状ガイド２３には第１リング７が円周方向に円滑に回転できるように貫通孔が穿設されており、該球状ガイド２３は入力コーン４と各出力コーン５に対する変速のための移動方向に垂直な幾何学平面内において拘束されているが回転は可能であり、第１リング７に掛かる動力の摩擦伝達力の変化によって微妙に姿勢を変えて第１リング７を変速比を維持したままで該幾何学平面に回転自在に支承するようになっている。
【００２２】
該リングガイド機構１７の球状ガイド２３は図２に示されるように入力コーン４の軸心と第１出力コーン５の軸心を含む幾何学平面で第１リング７を２分した空間（一点鎖線の両側部分）において該第１リング７が入力コーン４と第１出力コーン５によって狭圧される箇所の手前側位置、すなわち第１リング７の回転方向の上流側位置に配置してある。該球状ガイド２３をこの位置に配置すると、第１リング７の回転位置を決めるための部材を他に設けなくても球状ガイド２３によって案内される位置において安定して回転し、球状ガイド２３が入力コーン４と第１出力コーン５に沿って移動されると、第１リング７が入力コーン４と第１出力コーン５によって狭圧される点が球状ガイド２３に追随して移動して出力軸１１の変速が行われる。
【００２３】
該球状ガイド２３は上述の幾何学平面部において二つに分割可能なように製作されている。
【００２４】
上述のリングガイド機構１８はリングガイド機構１７と同一の構成であり、第２リング１０を入力コーン４と第２出力コーン８の外周面に沿って移動されるようになっている。該リングガイド機構１８はリングガイド機構１７と同期して作動するように各駆動装置（図示せず）を制御するか、一つの駆動装置によって二つのリングガイド機構を作動させるように構成する。
【００２５】
無段変速機の出力軸１１が正逆回転する場合はリングガイド機構を入力コーンと出力コーンの回転軸を含む幾何学的で２分された空間の両サイドにそれぞれ設け、挾圧部の手前側に配置されたリングガイド機構を作動させてリングを移動させ、反対側のリングガイド機構をリングに追従させる構成にする。
【００２６】
上述の無段変速機において出力軸を入力軸に、入力軸を出力軸に変更できることはいうまでもない。
【００２７】
上述の無段変速機においてはリングを入力コーンおよび出力コーンに接する面がそれぞれ凸状の滑らかな曲線になるように形成せしめて入力コーンと出力コーンによって挟圧するようにようになっているため、摩擦による伝達力の伝達に必要な押圧力が該リングの狭圧部の両表面を貫通するように集中して狭圧部の内部に圧縮応力と剪断応力を発生させるが、その発生範囲は挟圧部に限られリング全体に及ばないため、リングは大きい剛性を必要としなくなる。そのため、厚さを薄くすることができ、軽量化することができる。
【００２８】
また、リングガイド機構を、入力コーンと出力コーンの回転軸を含む幾何学平面で２分された空間の、前記リングが入力コーンと出力コーンとによって挾圧される挾圧部の手前側の空間部に設置せしめ、リングガイド機構によってリングを入力コーンおよび出力コーンの軸心長手方向に移動させて変速するようにしているため、リングの回転位置を決めるための部材を他に設けなくてもリングガイドである球状ガイドによって案内される所定位置において安定して回転し、球状ガイドが入力コーンと出力コーンに沿って移動されると、リングが入力コーンと第１出力コーンによって狭圧される点が球状ガイドに追随して移動して出力軸の変速を行うことができ、部品点数が少ない構成の簡単な無段変速機を形成することができると共に、リングがリングガイド機構（球状ガイド）の移動方向に傾斜、狭圧された状態で球状ガイドの移動方向に追従するため、リングを小さい力で移動させることができ、リングガイド機構を小型化、軽量化することができる。
【００２９】
さらに、入力コーンまたは出力コーンの内のどちらか一方と、リングと、リングガイド機構とを２ユニットまたは３ユニット等の複数ユニットとし、前記入力コーンあるいは出力コーンの内の他方を１個とした構成にしているため、高負荷伝達を図ることができると共に、これ等の複数のユニットを等間隔の状態に配置すると、狭圧部に作用する押圧力が入力コーンまたは出力コーンの軸心に対して対称となり、反力を受ける機枠の構造設計を容易に行うことができ、軽量化を図ることができる。
【００３０】
上述の無段変速機はリングが入力コーンと出力コーンの外周面に接触要になっているため、外接型の無段変速機であるということができる。
【００３１】
本発明の無段変速機は内接型の構成でも実施することができ、図５は本発明の無段変速機の構成の第２の実施例を示す概略断面図、図６は図５におけるＩＩ−ＩＩ矢視図であって、機枠３１に軸受３３によって回転自在に取り付けられた入力軸３２と、機枠３１に軸受３５によって回転自在に取り付けられた円錐状の入力コーン３４と、回転伝達用の第１リング４０を該入力コーン３４の内周面とによって挟持するように機枠３１に軸受３９によって回転自在に取り付けられた軸３８に嵌挿された第１出力コーン３６およびスペーサ３７と、第２リング４５を該入力コーン３４の内周面とによって挟持するように機枠３１に軸受４４によって回転自在に取り付けられた軸４３に嵌挿された第２出力コーン４１およびスペーサと４２と、第３リング４７を該入力コーン３４の内周面とによって挟持するように機枠３１に軸受（図示せず）によって回転自在に取り付けられた軸（図示せず）に嵌挿された第３出力コーン４６およびスペーサ（図示せず）と、各出力コーン３６、４１、４６の中心部に位置するよう機枠３１に軸受４９によって回転自在に取り付けられた出力軸４８と、入力軸３２の回転を入力コーン３４に形成された歯車３４ａに伝える入力軸３２に取り付けられた歯車５０と、各出力コーン３６、４１、４６の回転を出力軸４８に取り付けられた歯車５３に伝える歯車５１、５２（第３出力コーン４６の軸受は図示せず）と、第１出力コーン３６とスペーサ３７の間、第２出力コーン４１とスペーサ４２の間、第３出力コーン４６とスペーサ（図示せず）の間にそれぞれ位置するよう軸３８、４３等に取り付けられ、各出力コーン３６、４１、４６の回転トルクを軸心長手方向に働くスラスト力に変換して各出力コーン３６、４１、４６を軸心長手方向に押圧して第１リング４０と第２リング４５と第３リング４９を入力コーン３４とによって所定の面圧でもって狭圧するリング狭圧機構５４、５５（第３出力コーン４６とスペーサ（図示せず）の間に設けられたリング狭圧機構は図示せず）、第１リング４０と第２リング４５と第３リング４７を入力コーン３４の内周面に沿って軸心長手方向に移動させるリングガイド機構５６、５７、５８とにより構成されている。
【００３２】
上述の各リング４０、４５、４７および各リングガイド機構５６、５７、５８は第１の実施例における各リング７、１０およびリングガイド機構１７と同一の構成のため説明を省略する。
【００３３】
入力コーン３４および各出力コーン３６、４１、４６の回転軸を含む幾何学平面は一点鎖線で示されるように３つ存在する。
【００３４】
内接型の無段変速機の特徴は、入力コーン３４と各リング４０、４５、４７との接触および各リング４０、４５、４７と各出力コーン３６、４１、４６との接触が内接となっており、動力を摩擦伝達する接触部が全て内接型となっていることである。
【００３５】
軸受がころがり軸受の場合、ころがり軸受における接触点にはヘルツの応力が発生することは一般的に知られていることであり、その大小は軸受負荷能力および寿命を決定するものである。
【００３６】
内接型の無段変速機の場合、外接型の無段変速機と比較すると、内接型の無段変速機の方がヘルツの応力の作用する接触面積が広くなためヘルツの応力は小さくなって、負荷能力が大きく寿命も長くなる。
【００３７】
また、接触面積が変速比を決定するピッチ線に沿って長く接触するため、変速機として重要な尺度である伝達効率を高い水準で維持することができ、高負荷長寿命が達成できる。
【００３８】
さらに、第１の実施例の外接型の無段変速機における効果と同一の作用、効果を奏することができることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の無段変速機は請求項１に記載のように入力コーンまたは出力コーンのどちらか一方を前記リングの内側位置に、前記入力コーンまたは出力コーンの内の他方を前記リングの外側位置になるよう配設し、前記リングの断面形状を、入力コーンおよび出力コーンに接する面がそれぞれ凸状の滑らかな曲線になるように形成せしめて入力コーンと出力コーンによってリングを挾圧して入力コーンの回転トルクをリングを介して出力コーンに摩擦伝達せしめるようにすると共に、前記リングガイド機構を、入力コーンと出力コーンの回転軸を含む幾何学平面で２分された空間の、前記リングが入力コーンと出力コーンとによって挾圧される挾圧部の手前側の空間部に設置せしめ、リングガイド機構によってリングを入力コーンおよび出力コーンの軸心長手方向に移動させて変速するようにしているため、軽量化、効率化、耐久性の向上を同時に満足できる無段変速機をえることができる。
【００４０】
また、本発明の無段変速機は請求項２に記載のような入力コーンまたは出力コーンの内のどちらか一方と、リングと、リングガイド機構とを複数ユニットとし、前記入力コーンあるいは出力コーンの内の他方を１個とした構成にすると、回転伝達箇所を多くすることができ高負荷伝達を図ることができると共に、これ等の複数のユニットを等間隔の状態に配置すると、狭圧部に作用する押圧力が入力コーンまたは出力コーンの軸心に対して対称となり、反力を受ける機枠の構造設計を容易に行うことができ、軽量化を図ることができ、請求項３に記載のようなリングガイド機構を、リングガイドがリングガイドの変速移動方向に垂直な幾何学平面内において拘束されていると共に、前記幾何学平面のリングを案内する位置においてリングガイドが回転自在に支承されている構成にすると、部品点数が少ない構成の簡単な無段変速機を形成することができると共に、リングを小さい力で移動させることができ、リングガイド機構を小型化、軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無段変速機の構成の第１の実施例を示す概略断面図である。
【図２】図１のおけるＩ−Ｉ矢視図である。
【図３】リングの断面形状の１実施例を示す概略図である。
【図４】リングガイド機構の構成の１実施例を示す概略斜視図である。
【図５】本発明の無段変速機の構成の第２の実施例を示す概略断面図である。
【図６】図５のおけるＩＩ−ＩＩ矢視図である。
【図７】従来の無段変速機の構成の１実施例を示す概略断面図である。
【図８】図７のおけるＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【符号の説明】
１、３１ 機枠
２、３２ 入力軸
４、３４ 入力コーン
５、３６ 第１出力コーン
７、４０ 第１リング
８、４１ 第２出力コーン
１０、４５ 第２リング
１１、４７ 出力軸
１３、１４、１５、５０、５１、５２ 歯車
１６、５４、５５ リング狭圧機構
１７、１８、５６、５７、５８ リングガイド機構
１９ ボールねじ軸
２０ ボールねじナット
２１ ブラケット
２２ アーム部材
２３ 球状ガイド
３８、４３ 軸
４６ 第３出力コーン
４７ 第３リング
３４ａ 歯車
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車、船舶等の無軌道輸送機械、各種製造用機械、加工用機械等に使用される無段変速機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軌道輸送機械、各種製造用機械等に使用される回転駆動装置の駆動源である電動機は、インバータ等の電気的変速装置によって効率よく変速するものが普及している。
【０００３】
しかし、容易に受電することができない無軌道輸送機械、受電が容易に行うことができない箇所に設置された各種製造用機械、あるいは移動型の加工用機械等においては、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の原動機の動力を所定の回転数に変速するために変速機が必要であり、軽量で高効率で耐久性のよい機械式の無段変速機の開発が望まれている。
【０００４】
該機械式の無段変速機は重要な機械装置の１つとして古くから開発実用化されており、その主なものはベルトとプールを組合せたものあるいはコーンとリングを組合せたものである。
【０００５】
上述のコーンとリングを組合せた無段変速機は例えば図７、図８に示されるように入力コーン８０と、出力コーン８１と、リング８２と、リングガイド機構８３とを備えた構成になっており、該入力コーン８０と出力コーン８１とをテーパの向きが逆方向になるように配設すると共に、入力コーン８０と出力コーン８１の外周面がリング８２の内周面に接触させるようにし、入力コーン８０とリング８２、リング８２と出力コーン８１との摩擦力によって入力コーン８０の回転が出力コーン８１に伝達されるようになっている。
【０００６】
該構成の無段変速機において入力コーン８０の回転数に対して出力コーン８１の回転数を変化させる場合は、リング８２を各コーンの軸心長手方向に移動させることによっている。
【０００７】
摩擦伝達方式の無段変速機では、接触点の摩耗を防ぎ、かつ伝達力を増やす目的でトラクション油が使用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の無段変速機の前者の場合は耐久性を向上させようとするとコーンとリングの接触面積を大きくするか、押付力を小さくして接触点における圧力を小さくする必要があり、無段変速機が大型化、高重量化するという問題がある。
【０００９】
耐久性を向上させるために接触面積を単に広くとると変速比を決定するピッチ線に対して変速比の異なる部位での接触が増加し、滑りによる摩擦が増加して回転伝達効率が低下するため、ピッチ線に沿って変速比の同じ接触面積を増加させる工夫が必要になるという問題がある。
【００１０】
また、装置を構成する各部品に加わる応力の内、動力を摩擦伝達するための接触部の押付力と摩擦力を負荷するための範囲をできるだけ挾ばめ、無用な応力の作用範囲を狭める工夫しなければならないという問題がある。
【００１１】
さらに、出力軸を変速させる場合、リングをリングガイド機構によってリングの回転方向に移動させて行うが、リングの回転軸心を傾けると入力コーンまたは出力コーンの何れか一方の接触点では移動させたい方向に働く力が生じるが、他方の接触点においては逆の方向に働く力が生じるため、リングが拗れた状態になり円滑に移動させることができなくなる。そのため、リングの回転軸心が傾かないないように移動させる高精度、高剛性のリングガイド機構を設置する必要があるという問題がある。
【００１２】
上述の無段変速機の場合は、トラクション油の開発が進んで性能は改良されているが、トラクション係数は高々０．１という値であるため、入力コーンおよび出力コーンとリングの接触部における押付力を伝達する摩擦力の１０倍以上にする必要があり、リング等はこの押付力に対応するために十分な剛性を必要とするが、材質、強度等によって制約をうけるため変速機の重量に比し、伝達容量が比較的小さなものになるという問題がある。
【００１３】
本発明は軽量化、効率化、耐久性の向上を同時に満足できる無段変速機を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために本発明の無段変速機は請求項１に記載のように入力コーンまたは出力コーンのどちらか一方を前記リングの内側位置に、前記入力コーンまたは出力コーンの内の他方を前記リングの外側位置になるよう配設し、前記リングの断面形状を、入力コーンおよび出力コーンに接する面がそれぞれ凸状の滑らかな曲線になるように形成せしめて入力コーンと出力コーンによってリングを挾圧して入力コーンの回転トルクをリングを介して出力コーンに摩擦伝達せしめるようにすると共に、前記リングガイド機構を、入力コーンと出力コーンの回転軸を含む幾何学平面で２分された空間の、前記リングが入力コーンと出力コーンとによって挾圧される挾圧部の手前側の空間部に設置せしめ、リングガイド機構によってリングを入力コーンおよび出力コーンの軸心長手方向に移動させて変速するようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の無段変速機は請求項２に記載のような入力コーンまたは出力コーンの内のどちらか一方と、リングと、リングガイド機構とを複数ユニットとし、前記入力コーンあるいは出力コーンの内の他方を１個とした構成、請求項３に記載のようなリングガイド機構を、リングガイドがリングガイドの変速移動方向に垂直な幾何学平面内において拘束されていると共に、前記幾何学平面のリングを案内する位置においてリングガイドが回転自在に支承されている構成にすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の無段変速機の構成の第１の実施例を示す概略断面図、図２は図１におけるＩ−Ｉ矢視図であって無段変速機は、機枠１に軸受３によって回転自在に取り付けられた入力軸２と、該入力軸２の端部に連結された入力コーン４と、回転伝達用の第１リング７を該入力コーン４とによって挟持するように機枠１に軸受６によって回転自在に取り付けられた第１出力コーン５と、回転伝達用の第２リング１０を該入力コーン４とによって挟持するように機枠１に軸受９によって回転自在に取り付けられた第２出力コーン８と、入力コーン４と同一軸心になるよう機枠１に軸受１２によって回転自在に取り付けられた出力軸１１と、第１出力コーン５および第２出力コーン８の回転をそれぞれ出力軸１１に取り付けた歯車１５に伝える歯車１３、１４と、入力軸２と入力コーン４との間に設置され、入力軸２の回転トルクを軸心長手方向に働くスラスト力に変換して入力コーン４を軸心長手方向に押圧して第１リング７と第２リング１０を第１出力コーン５および第２出力コーン８とによって所定の面圧でもって狭圧するリング狭圧機構１６と、第１リング７と第２リング１０を入力コーン４の軸心長手方向に移動させるリングガイド機構１７、１８とにより構成されている。
【００１７】
上述の第１リング７と第２リング１０の断面形状は図３に示されるように入力コーン４の外周面に接触する外周面と、第１出力コーン５、第２出力コーン８の内周面に接触する内周面とが曲率半径がＲ１、Ｒ２のそれぞれ滑らかな凸面に加工されている。該曲率半径Ｒ１、Ｒ２は大きくすると、入力コーン４あるいは第１出力コーン５、第２出力コーン８との接触部にできるヘルツの応力楕円の面積が広くなり負荷能力を大きくすることができるが、変速比を決定するピッチ線から離れた点での接触が増加して回転伝達効率が下がるという特性がある。そのため、該曲率半径Ｒ１、Ｒ２はリングの半径の１０分の１から１０倍の範囲に設定するのが好ましい。
【００１８】
また、リングの接触部の表裏に作用するヘルツの応力の大きさを出来るだけ
揃える目的で、相手方コーンとの接触方式で、内接の場合は外接の場合よりも
曲率半径を小さくすることが望ましい。
【００１９】
該第１リング７と第２リング１０は耐摩耗性、耐荷重性、耐変形性等から一般に、こがり軸受に用いられる軸受鋼等の材質によって製作し、凸面部は粗度が鏡面に、硬度がＨＲＣ６０以上になるように加工処理する。
【００２０】
上述のリングガイド機構１７は図４に示されるように入力コーン４と第１出力コーン５の外周面と平行な状態で機枠１に回転自在に取り付けられたボールねじ軸１９と、該ボールねじ軸１９にボールねじナット２０によってボールねじ軸１９の軸心長手方向に移動できると共にボールねじ軸１９上で回動できるように取り付けられたブラケット２１と、該ブラケット２１の端部に回動自在に取り付けられたアーム部材２２と、第１リング７を回転可能に支持し、該アーム部材２２にＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に回動自在に取り付けられたリングガイドである球状ガイド２３とにより構成されており、ボールねじ軸１９が駆動装置（図示せず）によって正逆回転されるとブラケット２１がボールねじ軸１９の軸心長手方向に移動するようになっている。
【００２１】
該球状ガイド２３には第１リング７が円周方向に円滑に回転できるように貫通孔が穿設されており、該球状ガイド２３は入力コーン４と各出力コーン５に対する変速のための移動方向に垂直な幾何学平面内において拘束されているが回転は可能であり、第１リング７に掛かる動力の摩擦伝達力の変化によって微妙に姿勢を変えて第１リング７を変速比を維持したままで該幾何学平面に回転自在に支承するようになっている。
【００２２】
該リングガイド機構１７の球状ガイド２３は図２に示されるように入力コーン４の軸心と第１出力コーン５の軸心を含む幾何学平面で第１リング７を２分した空間（一点鎖線の両側部分）において該第１リング７が入力コーン４と第１出力コーン５によって狭圧される箇所の手前側位置、すなわち第１リング７の回転方向の上流側位置に配置してある。該球状ガイド２３をこの位置に配置すると、第１リング７の回転位置を決めるための部材を他に設けなくても球状ガイド２３によって案内される位置において安定して回転し、球状ガイド２３が入力コーン４と第１出力コーン５に沿って移動されると、第１リング７が入力コーン４と第１出力コーン５によって狭圧される点が球状ガイド２３に追随して移動して出力軸１１の変速が行われる。
【００２３】
該球状ガイド２３は上述の幾何学平面部において二つに分割可能なように製作されている。
【００２４】
上述のリングガイド機構１８はリングガイド機構１７と同一の構成であり、第２リング１０を入力コーン４と第２出力コーン８の外周面に沿って移動されるようになっている。該リングガイド機構１８はリングガイド機構１７と同期して作動するように各駆動装置（図示せず）を制御するか、一つの駆動装置によって二つのリングガイド機構を作動させるように構成する。
【００２５】
無段変速機の出力軸１１が正逆回転する場合はリングガイド機構を入力コーンと出力コーンの回転軸を含む幾何学的で２分された空間の両サイドにそれぞれ設け、挾圧部の手前側に配置されたリングガイド機構を作動させてリングを移動させ、反対側のリングガイド機構をリングに追従させる構成にする。
【００２６】
上述の無段変速機において出力軸を入力軸に、入力軸を出力軸に変更できることはいうまでもない。
【００２７】
上述の無段変速機においてはリングを入力コーンおよび出力コーンに接する面がそれぞれ凸状の滑らかな曲線になるように形成せしめて入力コーンと出力コーンによって挟圧するようにようになっているため、摩擦による伝達力の伝達に必要な押圧力が該リングの狭圧部の両表面を貫通するように集中して狭圧部の内部に圧縮応力と剪断応力を発生させるが、その発生範囲は挟圧部に限られリング全体に及ばないため、リングは大きい剛性を必要としなくなる。そのため、厚さを薄くすることができ、軽量化することができる。
【００２８】
また、リングガイド機構を、入力コーンと出力コーンの回転軸を含む幾何学平面で２分された空間の、前記リングが入力コーンと出力コーンとによって挾圧される挾圧部の手前側の空間部に設置せしめ、リングガイド機構によってリングを入力コーンおよび出力コーンの軸心長手方向に移動させて変速するようにしているため、リングの回転位置を決めるための部材を他に設けなくてもリングガイドである球状ガイドによって案内される所定位置において安定して回転し、球状ガイドが入力コーンと出力コーンに沿って移動されると、リングが入力コーンと第１出力コーンによって狭圧される点が球状ガイドに追随して移動して出力軸の変速を行うことができ、部品点数が少ない構成の簡単な無段変速機を形成することができると共に、リングがリングガイド機構（球状ガイド）の移動方向に傾斜、狭圧された状態で球状ガイドの移動方向に追従するため、リングを小さい力で移動させることができ、リングガイド機構を小型化、軽量化することができる。
【００２９】
さらに、入力コーンまたは出力コーンの内のどちらか一方と、リングと、リングガイド機構とを２ユニットまたは３ユニット等の複数ユニットとし、前記入力コーンあるいは出力コーンの内の他方を１個とした構成にしているため、高負荷伝達を図ることができると共に、これ等の複数のユニットを等間隔の状態に配置すると、狭圧部に作用する押圧力が入力コーンまたは出力コーンの軸心に対して対称となり、反力を受ける機枠の構造設計を容易に行うことができ、軽量化を図ることができる。
【００３０】
上述の無段変速機はリングが入力コーンと出力コーンの外周面に接触要になっているため、外接型の無段変速機であるということができる。
【００３１】
本発明の無段変速機は内接型の構成でも実施することができ、図５は本発明の無段変速機の構成の第２の実施例を示す概略断面図、図６は図５におけるＩＩ−ＩＩ矢視図であって、機枠３１に軸受３３によって回転自在に取り付けられた入力軸３２と、機枠３１に軸受３５によって回転自在に取り付けられた円錐状の入力コーン３４と、回転伝達用の第１リング４０を該入力コーン３４の内周面とによって挟持するように機枠３１に軸受３９によって回転自在に取り付けられた軸３８に嵌挿された第１出力コーン３６およびスペーサ３７と、第２リング４５を該入力コーン３４の内周面とによって挟持するように機枠３１に軸受４４によって回転自在に取り付けられた軸４３に嵌挿された第２出力コーン４１およびスペーサと４２と、第３リング４７を該入力コーン３４の内周面とによって挟持するように機枠３１に軸受（図示せず）によって回転自在に取り付けられた軸（図示せず）に嵌挿された第３出力コーン４６およびスペーサ（図示せず）と、各出力コーン３６、４１、４６の中心部に位置するよう機枠３１に軸受４９によって回転自在に取り付けられた出力軸４８と、入力軸３２の回転を入力コーン３４に形成された歯車３４ａに伝える入力軸３２に取り付けられた歯車５０と、各出力コーン３６、４１、４６の回転を出力軸４８に取り付けられた歯車５３に伝える歯車５１、５２（第３出力コーン４６の軸受は図示せず）と、第１出力コーン３６とスペーサ３７の間、第２出力コーン４１とスペーサ４２の間、第３出力コーン４６とスペーサ（図示せず）の間にそれぞれ位置するよう軸３８、４３等に取り付けられ、各出力コーン３６、４１、４６の回転トルクを軸心長手方向に働くスラスト力に変換して各出力コーン３６、４１、４６を軸心長手方向に押圧して第１リング４０と第２リング４５と第３リング４９を入力コーン３４とによって所定の面圧でもって狭圧するリング狭圧機構５４、５５（第３出力コーン４６とスペーサ（図示せず）の間に設けられたリング狭圧機構は図示せず）、第１リング４０と第２リング４５と第３リング４７を入力コーン３４の内周面に沿って軸心長手方向に移動させるリングガイド機構５６、５７、５８とにより構成されている。
【００３２】
上述の各リング４０、４５、４７および各リングガイド機構５６、５７、５８は第１の実施例における各リング７、１０およびリングガイド機構１７と同一の構成のため説明を省略する。
【００３３】
入力コーン３４および各出力コーン３６、４１、４６の回転軸を含む幾何学平面は一点鎖線で示されるように３つ存在する。
【００３４】
内接型の無段変速機の特徴は、入力コーン３４と各リング４０、４５、４７との接触および各リング４０、４５、４７と各出力コーン３６、４１、４６との接触が内接となっており、動力を摩擦伝達する接触部が全て内接型となっていることである。
【００３５】
軸受がころがり軸受の場合、ころがり軸受における接触点にはヘルツの応力が発生することは一般的に知られていることであり、その大小は軸受負荷能力および寿命を決定するものである。
【００３６】
内接型の無段変速機の場合、外接型の無段変速機と比較すると、内接型の無段変速機の方がヘルツの応力の作用する接触面積が広くなためヘルツの応力は小さくなって、負荷能力が大きく寿命も長くなる。
【００３７】
また、接触面積が変速比を決定するピッチ線に沿って長く接触するため、変速機として重要な尺度である伝達効率を高い水準で維持することができ、高負荷長寿命が達成できる。
【００３８】
さらに、第１の実施例の外接型の無段変速機における効果と同一の作用、効果を奏することができることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の無段変速機は請求項１に記載のように入力コーンまたは出力コーンのどちらか一方を前記リングの内側位置に、前記入力コーンまたは出力コーンの内の他方を前記リングの外側位置になるよう配設し、前記リングの断面形状を、入力コーンおよび出力コーンに接する面がそれぞれ凸状の滑らかな曲線になるように形成せしめて入力コーンと出力コーンによってリングを挾圧して入力コーンの回転トルクをリングを介して出力コーンに摩擦伝達せしめるようにすると共に、前記リングガイド機構を、入力コーンと出力コーンの回転軸を含む幾何学平面で２分された空間の、前記リングが入力コーンと出力コーンとによって挾圧される挾圧部の手前側の空間部に設置せしめ、リングガイド機構によってリングを入力コーンおよび出力コーンの軸心長手方向に移動させて変速するようにしているため、軽量化、効率化、耐久性の向上を同時に満足できる無段変速機をえることができる。
【００４０】
また、本発明の無段変速機は請求項２に記載のような入力コーンまたは出力コーンの内のどちらか一方と、リングと、リングガイド機構とを複数ユニットとし、前記入力コーンあるいは出力コーンの内の他方を１個とした構成にすると、回転伝達箇所を多くすることができ高負荷伝達を図ることができると共に、これ等の複数のユニットを等間隔の状態に配置すると、狭圧部に作用する押圧力が入力コーンまたは出力コーンの軸心に対して対称となり、反力を受ける機枠の構造設計を容易に行うことができ、軽量化を図ることができ、請求項３に記載のようなリングガイド機構を、リングガイドがリングガイドの変速移動方向に垂直な幾何学平面内において拘束されていると共に、前記幾何学平面のリングを案内する位置においてリングガイドが回転自在に支承されている構成にすると、部品点数が少ない構成の簡単な無段変速機を形成することができると共に、リングを小さい力で移動させることができ、リングガイド機構を小型化、軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無段変速機の構成の第１の実施例を示す概略断面図である。
【図２】図１のおけるＩ−Ｉ矢視図である。
【図３】リングの断面形状の１実施例を示す概略図である。
【図４】リングガイド機構の構成の１実施例を示す概略斜視図である。
【図５】本発明の無段変速機の構成の第２の実施例を示す概略断面図である。
【図６】図５のおけるＩＩ−ＩＩ矢視図である。
【図７】従来の無段変速機の構成の１実施例を示す概略断面図である。
【図８】図７のおけるＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【符号の説明】
１、３１ 機枠
２、３２ 入力軸
４、３４ 入力コーン
５、３６ 第１出力コーン
７、４０ 第１リング
８、４１ 第２出力コーン
１０、４５ 第２リング
１１、４７ 出力軸
１３、１４、１５、５０、５１、５２ 歯車
１６、５４、５５ リング狭圧機構
１７、１８、５６、５７、５８ リングガイド機構
１９ ボールねじ軸
２０ ボールねじナット
２１ ブラケット
２２ アーム部材
２３ 球状ガイド
３８、４３ 軸
４６ 第３出力コーン
４７ 第３リング
３４ａ 歯車
Claims (2)
- 回転入力用の入力コーンと、回転出力用の出力コーンと、回転伝達用のリングと、リングを前記各コーンに沿って移動させるリングガイド機構とを備えた変速機において、前記入力コーンまたは出力コーンのどちらか一方を前記リングの内側位置に、前記入力コーンまたは出力コーンの内の他方を前記リングの外側位置に前記リングを内接するよう配設し、前記リングの断面形状を、入力コーンおよび出力コーンに接する面がそれぞれ凸状の滑らかな曲線になるように形成せしめて入力コーンと出力コーンによってリングを挟圧して入力コーンの回転トルクをリングを介して出力コーンに摩擦伝達せしめるようにすると共に、前記リングガイド機構を、入力コーンと出力コーンの回転軸を含む幾何学平面で２分された空間の、前記リングが入力コーンと出力コーンとによって挟圧される挟圧部の手前側の空間部に位置せしめ、リングガイド機構によってリングを入力コーンおよび出力コーンの軸心長手方向に移動させて変速するようにしたことを特徴とする無段変速機（手前側とはリング上の任意点がリングの回転によって挟圧部に近づく側である）。
- 入力コーンまた出力コーンの内のリングの内側位置に配設される一方と、リングと、リングガイド機構とを複数ユニットとし、前記入力コーンあるいは出力コーンの内の他方を１個として構成せしめたことを特徴とする請求項１の無段変速機。
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