JP4420643B2 - 変速機 - Google Patents

Description

本発明は、変速機に関し、特に自動車等の動力装置の回転を無段階で変速して車輪等の負荷側に伝達する変速機に関する。

従来、自動車等の動力伝達装置において、歯車の歯数を変えて変速する歯車変速機構は周知であり、さらに動力装置の回転を無段階で変速する装置として、ＣＶＴ（Continuously Variable Trasnmission)が知られている（特許文献１参照。）。

ＣＶＴは、出力側と駆動側の２個のプーリーをコマの付いたスチールベルトで連結したものであり、その特徴は、２個のプーリーの幅を油圧で変化させ、幅が広がれば径が小さくなり、幅が狭くなると径が大きくなる。これにより、駆動側の回転を変速して出力側に伝達可能とするものである。
特表２００１−５１８１７１号公報

上記従来の歯車変速機構は、複数の歯車を組み合わせる構造であるので、その構造が複雑でかつ重量も大きくなってしまう。そして、ＣＶＴはプーリーの幅を油圧で変えたりするのでどうしてもその構造が複雑となる。

よって、本発明は上記従来の変速機の問題点を解決することであり、構造、機構が簡単で軽量、コンパクトな変速機を実現することを課題とする。

本発明は上記課題を解決するために、第１の変速用回転輪を同軸で固定した第１の回転軸と第２の変速用回転輪を同軸で固定した第２の回転軸とが互いに平行に配置され、上記第１の変速用回転輪と第２の変速用回転輪との間に延びるように配置された支持軸に、回転可能かつ該支持軸の長手方向に中間伝動輪送り装置によって移動可能な中間伝動輪が設けられ、第１の回転軸が動力装置で回転され、該回転が上記中間伝動輪を介して変速されて第２の回転軸に摩擦によって伝達可能である変速機であって、上記第１の変速用回転輪と上記第２の変速用回転輪は、互いに頂角が等しい直円錐形又は直円錐台形に形成されており、上記第１の変速用回転輪と上記第２の変速用回転輪は、それぞれのテーパ状の側周面が互いに一定の間隔をおいて向き合うように配置されており、上記支持軸は、上記第１の変速用回転輪の側周面と上記第２の変速用回転輪の側周面との間の間隔において上記第１の変速用回転輪の側周面及び上記第２の変速用回転輪の側周面に沿って延びるように配置され、往復動機構により、上記第１の変速用回転輪と上記第２の変速用回転輪に対して接近位置と離れた位置とに移動可能であり、該支持軸が上記接近位置にある時は、上記中間伝動輪は上記第１の変速用回転輪の側周面及び上記第２の変速用回転輪の側周面に当接し、かつ当接しながら上記支持軸の長手方向に沿って移動可能であり、該支持軸が上記離れた位置にある時は、上記中間伝動輪は上記第１の変速用回転輪の側周面及び上記第２の変速用回転輪の側周面から離れている構成とし、上記中間伝動輪送り装置は、移動杆と、該移動杆を上記支持軸の長手方向に沿って直線的に移動させる駆動機構と、上記移動杆の先端に付設され中間伝動輪を上記支持軸の長手方向に沿って移動させる送り部材とを備えており、 上記駆動機構及び上記往復動機構は、制御装置によって制御される構成としたことを特徴とする変速機を提供する。

上記制御装置は、動力装置の動作状態を示す動力情報と、負荷の大きさを示す負荷情報と、制動状態を示すブレーキ情報と、加速状態を示すアクセル情報とが入力され、これらの情報に基づいて上記駆動動機構及び上記往復動機構をそれぞれ制御する構成とすることが好ましい。

上記送り部材は、中間伝動輪の前面及び後面にそれぞれ対面する前方送り片及び後方送り片を有している構成とすることが好ましい。

本発明に係る変速機によれば、後で詳述するとおり、基本的な構成は、直円錐台形の２つの変速用回転輪と、これら２つの変速用回転輪に当接する中間伝動輪とからなるきわめて単純な構造であり、信頼性のある安価な変速機を得ることができる。

さらに、中間伝動輪を２つの変速用回転輪に当接したり離したりすることにより、クラッチ機能を一体かつ相乗的に簡単に付与することができるので、変速だけでなく、自動車の走行に必要なさらに多くのきめ細かい諸動作に対応可能である。

本発明に係る変速機を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下説明する。まず、本発明の基本的な構成及びその作用を説明する。

（基本的な構成及びその作用）
本発明に係る変速機は、その主要構成要素として、駆動軸に固定された第１の変速用回転輪と、被駆動軸に固定された第２の変速用回転輪とを有する。第１の変速用回転輪と第２の変速用回転輪の構成条件は、それぞれが互いに頂角が等しい直円錐形又は直円錐台形である。

これを以下さらに詳しく説明する。第１の変速用回転輪と第２の変速用回転輪の構成条件は、それぞれが互いに頂角が等しい直円錐形をしたもの（「直円錐体」という。）の一部又は全部である。従って、第１の変速用回転輪と第２の変速用回転輪は、頂角が等しい直円錐体と直円錐体であってもよいし、直円錐体と直円錐体の一部（後述する。）であってもよく、その大小は問わない。

ここで、直円錐体とは、図１（ａ）において１として示すもので、軸心Ｏが底面２に点Ｃにおいて垂直に交わる円錐体である。換言すると、直円錐体とは、直角三角形の対辺を軸心Ｏ（ＰＣ）を中心に３６０°回転して形成される円錐体である。本明細書で「頂角」とは軸心Ｏと円錐体の側周面３とのなす角（直角三角形の頂角に相当する角。）であり、図１（ａ）の直円錐体ではαで示される。図１（ｂ）は、互いに頂角αが等しい２つの直円錐体１、１を示している。

「直円錐体の全部」とは、直円錐体１そのものである。「直円錐体の一部」とは、直円錐体の軸心に垂直な面で切り取って構成される部分であり、「直円錐台形のもの（「直円錐台形体」という。）」と「直円錐体に相似な小さな直円錐体」とがある。

本発明における「直円錐台形」の意味を図１（ａ）で示すと、直円錐体１を軸心に垂直な面４（底面２と平行な上面４）で切り取り、底面２と上面４とテーパ状の側周面３とで形成されて成るもの（図１（ａ）にＤで示すもの）の形状を言う。又、「直円錐体に相似な小さな直円錐体」は図１（ａ）ではＣで示される。

後述する本発明に係る変速機の実施例１、２では、第１の変速用回転輪と第２の変速用回転輪がともに直円錐台形体Ｄである構成例で説明する。この構成例では図１（ｂ）の実線部分に示すように、互いに頂角αが等しく同じ大きさ（互いに頂角が等しければ大きさの異なるものでもよいが、この構成例では、互いに同じ大きさのもので説明する。）の直円錐台形の第１の変速用回転輪５と第２の変速用回転輪６とが、図１（ｃ）に示すように、互いの底面７、８を軸心Ｏ、Ｏの方向において逆向きとし、互いに離れて、かつそれぞれの軸心Ｏ、Ｏが互いに平行となるように配置される。

このように配置されると、図１（ｃ）に平面図で示すように、第１の変速用回転輪５のテーパ状の側周面９と第２の変速用回転輪６のテーパ状の側周面１０が互いに向き合う側における輪郭線１１、１２（第１の変速用回転輪５と第２の変速用回転輪６を平面に投影した際のそれぞれ輪郭を示す線）が互いに平行となり、その間隔ｄは一定である。

図１（ｄ）、（ｅ）は、本発明に係る変速機の第１の変速用回転輪と第２の変速用回転輪として「直円錐体の一部」を利用する別の態様を示す図である。図１（ｄ）は、「直円錐体１に相似な小さな直円錐体Ｃ」と「直円錐台形体Ｄ」とを利用する例である。図１（ｅ）は、互いの頂角αは等しい直円錐体１の一部であるが、互いに異なる部分を切り取った２つの直円錐台形体Ｄ、Ｄ’を利用する例である。

なお、第１の変速用回転輪と第２の変速用回転輪として、それぞれが互いに頂角が等しい直円錐形体全部を利用する場合は、具体的には、本発明に係る変速機の第１の変速用回転輪と第２の変速用回転輪として、図１（ａ）に示す直円錐体１をそのまま利用し、互いに逆向きに配列（図１（ｄ）の点線部を含めた状態）する構成とすればよい。

図１は、頂角αが等しく同じ大きさの２つの直円錐体の一部又は全部を利用する例であるが、図２は、その（ａ）に示すように、頂角αが等しいが異なる大きさ（相似形）の２つの直円錐体１、１’の一部又は全部を利用する例を説明する図である。図１と基本的には同じであるので符号は同様に付し、その概要を説明する。

図２（ａ）に示す２つの直円錐体１、１’のそれぞれの一部である直円錐台形体Ｄ、Ｄ’を、図２（ｂ）に示すように、第１の変速用回転輪５と第２の変速用回転輪６として、互いの軸心Ｏ、Ｏ’を平行に配置する。このように配置すれば、第１の変速用回転輪５と第２の変速用回転輪６は、図１（ｃ）同様に、等間隔ｄに配置される。

図２（ｃ）は、互いに相似形の２つの直円錐体１、１’の一部（直円錐体Ｃ）と全部（直円錐体Ｃ’）とを利用する例である。図２（ｄ）は、互いに相似形の２つの直円錐体１、１’の一部（直円錐台形体Ｄ）と全部（直円錐体Ｃ’）とを利用する例である。

以上のとおり、第１の変速用回転輪と第２の変速用回転輪の形状は頂角が等しい直円錐体の一部又は全部であれば各種の態様が利用でき、これにより変速比の可変範囲を変速装置の用途目的に応じて、従来の変速装置では不可能である幅広い領域に設計することが可能となる。以下の説明及び後述する実施例１、２では、ともに直円錐台形体のもので説明する。

実際は、図３（ａ）に示すように、第１の変速用回転輪５は第１の回転軸１３に同心的に固定され、第２の変速用回転輪６は第２の回転軸１４に同心的に固定され、第１の回転軸１３と第２の回転軸１４が互いに平行に配置される。そして、第１の回転軸１３及び第２の回転軸１４は互いに平行であり、かつそれぞれ回転可能に図示しないフレームに軸受１５を介して取り付けられている。

このように配置された第１の変速用回転輪５のテーパ状の側周面９と第２の変速用回転輪６のテーパ状の側周面１０との間に、図３（ａ）に示すように、中間伝動輪１６が配置される。この中間伝動輪１６は、支持軸１７に対して回転可能に取り付けられている。

この支持軸１７は、図３（ａ）に示すように、第１の変速用回転輪５の側周面９の輪郭線１１と第２の変速用回転輪６の側周面１０の輪郭線１２との間であって、これらの輪郭線の長手方向に沿って伸びるように配置され、その両端部は図示しないフレームに固定して取り付けられている。

中間伝動輪１６は、上述のとおり、この支持軸１７に対して回転可能であって、しかも中間伝動輪１６を支持軸１７の長手方向に押す等の操作をすることにより、支持軸１７の長手方向（軸心１８の方向）に沿って直線的に移動可能なように取り付けられている。この支持軸１７の軸心１８は、第１の回転軸１３の軸心に対して図３（ａ）に示すように一定の角度βで直線的に伸びている（第１の回転軸１３に平行な第２の回転軸１４に対しても同様である。）。

そして、支持軸１７は、第１の変速用回転輪５の側周面９と第２の変速用回転輪６の側周面１０との間において、中間伝動輪１６が支持軸１７の長手方向に沿って移動したどこの位置であっても、中間伝動輪１６の外周面が第１の変速用回転輪５の側周面９と第２の変速用回転輪６の側周面１０の両方に当接し、その当接面における摩擦により、第１の変速用回転輪５からの回転（回転力）を第２の変速用回転輪６に伝達するように配置されている。

なお、上記のとおり中間伝動輪１６が支持軸１７の長手方向に沿って移動したどこの位置であっても、中間伝動輪１６の外周面が第１の変速用回転輪５の側周面９と第２の変速用回転輪６の側周面１０の両方に当接するように構成されているが、図３（ｂ）の想像線ｐ、ｑに示すように、中間伝動輪１６の外周面が第１の変速用回転輪５の側周面９と第２の変速用回転輪６の側周面１０にそれぞれ当接する接点（中間伝動輪１６は厚みがあるので当接部は実際は接線となる。）をつないでできる直線ｐ、ｑは互いに平行となる。

第１の変速用回転輪５、第２の変速用回転輪６及び中間伝動輪１６は、鋼材等で形成されるが、中間伝動輪１６の外周面が、第１の変速用回転輪５及び第２の変速用回転輪６の側周面９、１０に当接し、摩擦伝動が可能、かつ、当接しながら支持軸１７に沿ってその長手方向に移動可能な程度の表面粗さで形成する。そして、第１の変速用回転輪５及び第２の変速用回転輪６の側周面９、１０並びに中間伝動輪１６の外周面は、摩擦に対する強度を高めるために、当接面の硬度を高める表面処理をしてもよい。場合によっては、第１の変速用回転輪５、第２の変速用回転輪６及び中間伝動輪１６は、側周面９、１０及び外周面にそれぞれゴム材やプラスチック材がコーティングされていてもよい。

中間伝動輪１６は第１の変速用回転輪５の側周面９と第２の変速用回転輪６の側周面１０に当接するが、この当接される程度は、第１の変速用回転輪５の回転力が中間伝動輪１６を介して第２の変速用回転輪６に摩擦により伝動でき、しかも中間伝動輪１６を支持軸１７の長手方向に押すことで支持軸１７に沿ってその長手方向に移動できる程度である。

この点は、従来のＣＶＴでも動力の伝達を行いながらプーリの幅を変更してスチールベルトをプーリーの直径方向にプーリーの溝面に接触しながら移動させても問題が生じないことと同じで、中間伝動輪１６の外周面は第１の変速用回転輪５の側周面９と第２の変速用回転輪６の側周面１０に当接しながら、支持軸１７に沿ってその長手方向に移動可能である。

第１の回転軸１３は、エンジンやモータ等の動力装置１９に接続されており、第１の回転軸１３及び第１の変速用回転輪５が動力側となる。第２の回転軸１４は、負荷となる装置（これを「負荷装置」という。例．自動車の場合は走行駆動用の車輪等）に接続されており、第２の回転軸１４及び第２の変速用回転輪６が負荷側となる。

以上の構成においてその作用を説明する。今、第１の回転軸１３がエンジンやモータ等の動力装置１９に接続されており、その動力装置１９により回転すると、第１の変速用回転輪５が回転する。この回転力は、中間伝動輪１６の外周面が第１の変速用回転輪５の側周面９に当接されその当接面における摩擦で回転させる。中間伝動輪１６の外周面は第２の変速用回転輪６の側周面１０に当接されているので、中間伝動輪１６の回転力は、第２の変速用回転輪６に伝達され、第２の変速用回転輪６及び第２の回転軸１４を摩擦で回転させる。

ところで、中間伝動輪１６は支持軸１７に支持されてその長手方向に移動可能である。これにより、その移動した位置によって、第１の変速用回転輪５の回転を、その回転方向は同じであるが、その回転数を変えて第２の変速用回転輪６に伝達することができる。すなわち、変速比を変えることができる。

本発明に係る変速機の変速比の一般式は次のとおりである。図３（ａ）の左右の図において、中間伝動輪１６の外周面が当接する位置における第１の変速用回転輪５の側周面９の半径をＲ１、第２の変速用回転輪６の側周面１０の半径をＲ２とし、第１の変速用回転輪５の回転数Ｎ１、第２の変速用回転輪６の回転数Ｎ２とすると、第１の変速用回転輪５の回転数Ｎ１と第２の変速用回転輪６の回転数Ｎ２との比（Ｎ２／Ｎ１。「変速比」という。）は、次の式（１）で示される。
Ｎ２／Ｎ１＝Ｒ１／Ｒ２……（１）

図３（ｂ）は、中間伝動輪１６の外周面が、第１の変速用回転輪５の側周面９の最小直径の位置で当接し、第２の変速用回転輪６の側周面１０の最大直径の位置で当接した状態を示している。このときの変速比は次の通りである。
Ｎ２／Ｎ１＝Ｒ１min／Ｒ２max
この時は、Ｒ１min＜Ｒ２maxであるから、Ｎ２＜Ｎ１となり、動力側の回転数は負荷側で小さくなり、要するに減速され、しかもＮ１×（Ｒ１min／Ｒ２max）＝Ｎ２の値は最小（Ｎ２min）となる。

図３（ｃ）は、中間伝動輪１６の外周面が、第１の変速用回転輪５の側周面９の最大直径の位置で当接し、第２の変速用回転輪６の側周面１０の最小直径の位置で当接した状態を示している。このときの変速比は次の通りである。
Ｎ２／Ｎ１＝Ｒ１max／Ｒ２min
この時は、Ｒ１max＞Ｒ２minであるから、Ｎ２＞Ｎ１となり、動力側の回転数は負荷側で大きくなり、要するに増速され、しかもＮ１×（Ｒ１max／Ｒ２min）＝Ｎ２の値は最大（Ｎ２max）となる。

従って、中間伝動輪１６を支持軸１７の長手方向に沿って押す等の操作をして、図３（ｂ）の位置と図３（ｃ）の位置との間で移動することにより、動力側の回転数Ｎ１を、負荷側において、回転数Ｎ２が最小となる値から最大となる値まで無段階で変速することができる。

図４、５は、本発明に係る変速機の実施例１を説明する図である。図４は、実施例１の変速機２１の平面図であり、説明の都合上、図４の紙面に沿って上方を前方とし、下方を後方として説明する。この変速機２１では、図４に示すように、第１の変速用回転輪５は第１の回転軸１３に同心的に固定され、第２の変速用回転輪６は第２の回転軸１４に同心的に固定され、第１の回転軸１３と第２の回転軸１４が互いに平行に前後方向に伸びるように、フレーム２２内に配置される。

第１の変速用回転輪５と第２の変速用回転輪６は、互いに同じ形状及び同じ大きさの直円錐台形（図１参照）のものであり、互いの底面７、８を前後方向に逆向きにして、互いの軸心Ｏ−Ｏ’が互いに平行になるように配置されている。

そして、第１の変速用回転輪５のテーパ状の側周面９と第２の変速用回転輪６のテーパ状の側周面１０は、一定の間隔ｄをおいて互いに向き合い、この互いに向き合うそれぞれのテーパ状の側周面９、１０の輪郭線１１、１２が互いに平行になるように配置されている。

第１の回転軸１３の後端は軸受１５を介してフレーム２２に回転可能に取り付けられており、第１の回転軸１３の前端は軸受１５を介してフレーム２２に回転可能に取り付けられさらにフレーム２２の外側に伸ばされて入力軸として、エンジンやモータ等の動力装置１９に接続されている。

そして、第２の回転軸１４の前端は軸受１５を介してフレーム２２に回転可能に取り付けられており、第１の回転軸１３の後端は軸受１５を介してフレーム２２に回転可能に取り付けられ、さらにフレーム２２の外側に伸ばされて出力軸として、負荷装置２０（例．自動車の駆動輪）に接続されている。

図４に示すように、第１の変速用回転輪５の側周面９の輪郭線１１と第２の変速用回転輪６の側周面１０の輪郭線１２との間であって、これらの輪郭線１１、１２が伸びる方向にその長手方向が配置された支持軸１７が、その前後端においてフレーム２２に固定手段２３で固定されて取り付けられている。

この支持軸１７に、回転可能であって、しかも支持軸１７の長手方向に沿って前方及び後方に押されて移動可能なように、中間伝動輪１６が取り付けられている。そして、支持軸１７は、第１の変速用回転輪５の側周面９と第２の変速用回転輪６の側周面１０との間において、中間伝動輪１６が支持軸１７の長手方向に沿って移動したどこの位置であっても、中間伝動輪１６の外周面が第１の変速用回転輪５の側周面９と第２の変速用回転輪６の側周面１０の両方に必ず当接し、第１の変速用回転輪５から回転（力）を伝達し、第２の変速用回転輪６に回転（力）を伝達するように配置されている。

中間伝動輪１６を支持軸１７に沿って前方及び後方に移動するための中間伝動輪送り装置を以下、説明する。中間伝動輪１６の中心孔１６’（図５（ａ）参照。）に支持軸１７が挿通され、回転かつ支持軸１７に沿ってその長手方向に移動可能なように取り付けられている。

図４（ａ）、（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、移動杆２４の先端に送り部材２５が設けられている。この送り部材２５は、中間伝動輪１６の前面及び後面にそれぞれ対面する前方送り片２６及び後方送り片２７を有する。中間伝動輪１６の前面及び後面と、前方送り片２６及び後方送り片２７との間には微小な隙間ｓが形成され、中間伝動輪１６が回転する際に前後の送り片２６、２７との間で摩擦を少なくして滑らかに回転できるように形成されている。

移動杆２４は、支持軸１７の下方において支持軸１７に沿って配置され、その基端には、移動杆２４を支持軸１７に沿って往復駆動する駆動機構２８に取り付けられている。駆動機構２８は、移動杆２４を直線的に前後方向に往復動させるものであればどのような機構でもよいが、その例を図５（ｂ）、（ｃ）に図示する。

図５（ｂ）は、移動杆２４の基端側にラック２９を形成し、このラック２９にモータ３０の出力軸に取り付けたピニオン３１を噛み合わせてなる駆動機構２８ａである。図５（ｃ）は、移動杆２４の基端を油圧シリンダ３２のピストン３３として構成してなる駆動機構２８ｂである。油圧シリンダ３２は油圧ポンプ３４からオイルを供給され左右方向に往復動可能である。

なお、図示はしないが、移動杆２４をその軸心を中心に回転できない構成とするとともに、その基端側にネジを形成し、このネジをモータの出力軸に形成されたネジと螺合して構成されるネジ直動駆動機構であってもよい。

駆動機構２８は制御装置３５に接続されている。制御装置３５は、動力装置１９の動作状態を示す動力情報と、負荷装置２０からフィードバックされた負荷情報（必要に応じて、さらに使用者からの所望の操作選択情報等）を入力して、駆動機構２８を制御して、第２の回転軸１４から所望の回転数が得られるように制御する。

制御装置は、ＣＰＵ、入出力装置、記憶装置等の組み込まれたマイコンが利用され、予め記憶装置に記憶されたプログラムに基づいて、上記動力情報及び負荷情報が入力された場合、制御信号を出力して、駆動機構２８を制御可能な構成となっている。

以上の構成からなる変速機２１の作用を説明する。動力装置１９が始動し第１の回転軸１３及び第１の変速用回転輪５が回転し、中間伝動輪１６を介して第２の変速用回転輪６及び第２の回転軸１４が回転する。

この場合、図４において、中間伝動輪１６が実線の位置にあるときには、中間伝動輪１６の外周面が第１の変速用回転輪５の側周面９（以下単に、「第１の変速用回転輪５」として説明する。）と当接する位置における第１の変速用回転輪５の半径Ｒ１が、中間伝動輪１６が第２の変速用回転輪６の側周面１０（以下単に、「第２の変速用回転輪６」として説明する。）と接触する位置における第２の変速用回転輪６の半径Ｒ２より小さいために、上記式（１）に基づき、減速される。

駆動機構２８によって、移動杆２４及び送り部材２５を前方に移動し、後方送り片２７を中間伝動輪１６の後面に当接して中間伝動輪１６を点線の位置まで移動させると、中間伝動輪１６が第１の変速用回転輪５と接触する位置における第１の変速用回転輪５の半径Ｒ１が中間伝動輪１６の外周面が第２の変速用回転輪６と接触する位置における第２の変速用回転輪６の半径Ｒ２より大きいために、上記式（１）に基づき、増速される。

このようにして、中間伝動輪送り装置により中間伝動輪１６を実線位置から点線の位置までの間でその位置を選択することにより、式（１）に基づき、変速比を無段階で変更することができ、第２の回転軸１４から、所望の回転数の回転出力を得ることができる。

本発明に係る変速機の実施例２を図６〜１０を参照して説明する。この実施例２の変速機３６は、実施例１の変速機２１と全体的にはほぼ同じ構成であるので、共通する構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。実施例２が実施例１と相違する特徴的な構成は、クラッチ機構を設けた構成であるので、このクラッチ機構を中心にして以下実施例２について説明する。

実施例２の特徴とするクラッチ機構３７は、中間伝動輪１６の外周面を、第１の変速用回転輪５の側周面９及び第２の変速用回転輪６の側周面１０と当接させたり、第１の変速用回転輪５の側周面９（以下、単に「第１の変速用回転輪５」として説明する。）及び第２の変速用回転輪６の側周面１０（以下、単に「第２の変速用回転輪１０」として説明する。）から退避させて当接を解除させたり、その当接及び解除状態を選択的に行うことができるようにした構造である。その具体的な構造は次のとおりである。

このクラッチ機構３７は、上下方向に往復動可能な「衣紋かけ状」の支持部材３８を備えている。中間伝動輪１６を回転可能に支持する支持軸１７は、この支持部材３８の一部として形成されている。この支持部材３８は上方に伸びる可動杆３９が形成されており、この可動杆３９の先端には往復動機構４０が設けられている。

往復動機構４０の一例を図７に示す。図７（ａ）は、可動杆３９の上部にラック４１を形成し、駆動源であるモータ４２の出力軸にピニオン４３を取付け、ラック４１とピニオン４３を互いに噛み合わせてなる往復動機構４０ａである。

図７（ｂ）は、可動杆３９の上端を油圧シリンダ４４内を往復動するピストン４５の構造とし、油圧駆動源である油圧ポンプ４６によりピストン４５を往復動してなる往復動機構４０ｂである。

図６、図７（ａ）、（ｂ）において、駆動機構２８及び往復動機構４０をそれぞれ制御装置４７で制御するように構成する。即ち、駆動機構２８ａのモータ３０又は駆動機構２８ｂの油圧ポンプ３４を制御装置４７で制御し、さらに往復動機構４０のモータ４２又は油圧ポンプ４３を制御装置４７で制御するように構成されている。

例えば、実施例２の変速機３６を後述するように自動車の駆動系に適用した場合は、制御装置４７にはブレーキ情報（ブレーキを踏み込み制動状態を示す信号）、アクセル情報（アクセルによる加速状態を示す信号）、動力情報（動力装置の動作態を示す信号）、負荷情報（負荷の大きさを示す信号）等が入力され、これらの信号の状態に基づいて制御装置４７は、駆動機構２８及び往復動機構４０をそれぞれ制御可能な構成とする。

制御装置は、ＣＰＵ、入出力装置、記憶装置等の組み込まれたマイコンが利用され、予め記憶装置に記憶されたプログラムに基づいて、上記ブレーキ情報、アクセル情報、動力情報、負荷情報が入力された場合、制御信号を出力して、駆動機構２８及び往復動機構４０をそれぞれ制御可能な構成となっている。

（実施例２の変形例）
図８は、実施例２のクラッチ機構、特に、支持部材３８の変形例を示す図である。図８（ａ）に示す変形例では、支持軸１７の一端に垂直の可動杆３９を形成し、この垂直の可動杆３９にラック４１を形成する。一方、モータ４２の出力軸にピニオン４３を設け、これらのラック４１とピニオン４３を噛み合わせて可動杆３９を上下動可能な構成とするものである。

図８（ｂ）に示す変形例は、可動杆３９の下端を油圧シリンダ４４内を往復動するピストン４５の構造とし、油圧駆動源である油圧ポンプ４６によりピストン４５を往復動してなる往復動機構４０である。図８（ａ）、（ｂ）に示す変形例のモータ４２、油圧ポンプ４６は、いずれも上記実施例２で説明したように制御装置４７によりその動作が制御される。

以上の構成からなる実施例２の作用を説明する。図６の状態で動力装置で駆動される第１の回転軸１３及び第１の変速用回転輪５の回転は、中間伝動輪１６を介して第２の変速用回転輪６及び第２の回転軸１４に伝達され負荷側を回転駆動する。

変速比を変えるとき、例えば、図６の状態から変速する場合には、駆動機構２８を動作させて移動杆２４及び送り部材２５を支持軸１７に沿って直線的に移動させる。これにより、送り部材２５で中間伝動輪１６を支持軸１７に沿って直線的に移動させて、中間伝動１６の第１の変速用回転輪５及び第２の変速用回転輪６との当接位置を変える。これにより、実施例１と同様に変速比を変更できる。

例えば、駆動機構２８により、移動杆２４及び送り片２５で中間伝動輪１６を支持軸１７に沿って図６の手前側に移動してから往復動機構４０を動作させ、中間伝動輪１６の外周面を第１の変速用回転輪５の小径部と当接させ、中間伝動輪１６の外周面を第２の変速用回転輪６の大径部と当接させることができるから、変速比を減速状態に変更することができる。

原動装置の停止時やアイドリングさせる場合には、クラッチ機構を操作して、中間伝動輪１６の外周面を第１の変速用回転輪５及び第２の変速用回転輪６に対する当接状態を解除する（クラッチを切る）。そして、第１の変速用回転輪５の回転を第２の変速用回転輪６に伝動する際には、クラッチ機構の往復動機構４０を動作させて、支持杆３９を下方に移動して、中間伝動輪１６の外周面を第１の変速用回転輪５中間伝動輪１６と第２の変速用回転輪６に当接させる。

実施例２の変速機３６を自動車の駆動系（クラッチ及び伝動変速装置）に適用した場合を想定し、自動車のいろいろな操作状態に対応して、制御装置によりクラッチ動作を制御するとともに、変速比制御装置で変速状態を無段階に変化させる適用例を、図９、１０で以下説明する。

実施例２の変速機３６を自動車に適用する場合は、制御装置４７の基本的な制御動作を次のように設定する。即ち、自動車のアクセル（ペダル）の踏み込みの有無に拘わらず、制御装置４７は往復動機構４０を制御して、中間伝動輪１６の外周面を第１の変速用回転輪５及び第２の変速用回転輪６に当接させる状態にしている。これにより、動力装置１９の回転力は負荷装置２０に相当する駆動車輪に伝達される。この状態は、いわゆるクラッチを入れた状態（クラッチが切れていない状態）に相当する。

そして、自動車のブレーキ（ペダル）が踏み込まれている時には、ブレーキ情報としてブレーキ踏み込み信号を制御装置４７が受けて、制御装置４７が往復動機構４０を制御し支持部材３８を上方に退避して、中間伝動輪１６の外周面を第１の変速用回転輪５及び第２の変速用回転輪６の当接状態から解除する。これにより、動力装置１９の回転力は遮断され、負荷装置２０に相当する駆動車輪に伝達されない。この状態は、いわゆるクラッチが切れた状態に相当する。制御装置４７をこのように設定した前提の下で、各動作状態を説明する。

（１）ブレーキを踏み込み走行停止中（図９（ａ）参照。）
ブレーキを踏み込んで走行を停止した状態では、ブレーキ情報としてブレーキ踏み込み信号（制動信号）が制御装置４７に入力され、制御装置４７が往復動機構４０を制御し、往復動機構４０は、可動杆３９及び支持部材３８を駆動し、中間伝動輪１６の外周面が第１の変速用回転輪５及び第２の変速用回転輪６から離れた当接が解除された状態（クラッチが切れた状態）となる。同時に、制御装置４７は、駆動機構２８を制御して、移動杆２４及び送り部材２５により、中間伝動輪１６を変速比が最小となる位置に支持軸１７に沿って移動する。

（２）走行開始（負荷始動）（図９（ｂ）参照。）
走行するためにブレーキの踏み込みを解放すると、制御装置４７は、変速比が最小の位置において、往復動機構４０を制御し支持部材３８を下方に移動して、中間伝動輪１６の外周面が第１の変速用回転輪５及び第２の変速用回転輪６に当接し（クラッチが入り）、動力伝達が可能な状態となる。そして、アクセルの踏み込みを開始すると、その踏み込み状態に応じて、動力装置１９の回転力が増加し（回転数が上昇し）、この回転が負荷装置２０に相当する駆動車輪に伝達され、走行開始する。

（３）加速（図９（ｃ）参照。）
さらにアクセルを深く踏み込むと、クラッチが入った状態において、制御装置４７は駆動機構２８を制御して移動杆２４及び送り部材２５により中間伝動輪１６を前方（図９（ｃ）の左図において上方）に移動し、変速比が無段階的に徐々に増大し加速される。

（４）走行速度が最大（図１０（ａ）参照。）
アクセルを最大限に踏み込むと、上記（３）同様の動作により、中間伝動輪１６は変速比（Ｎ２／Ｎ１）が最大位置になり、負荷装置２０に相当する駆動車輪は最大速度で回転する。

（５）走行中のブレーキ踏み込み（図１０（ｂ）参照。）
走行中にブレーキを踏み込むと、制御装置４７にて支持部材３８の動作を制御し、中間伝動輪１６の外周面が第１の変速用回転輪５及び第２の変速用回転輪６から離れ、当接状態を解除する（クラッチが切れた状態となる）。同時に、制御装置４７は駆動機構２８を制御して移動杆２４及び送り部材２５により中間伝動輪１６を、各瞬間の負荷の回転数に最も適合した位置に移動させ、負荷側が停止する場合には変速比が最小となる位置に移動開始する。

（６）加速（図１０（ｃ）参照。）
ここで、ブレーキの踏み込みを解放すると、中間伝動輪１６の外周面は第１の変速用回転輪５及び第２の変速用回転輪６に再度当接し（クラッチが入った状態になり）、かつアクセルの踏み込み及び負荷側の回転数に応じて、制御装置４７は駆動機構２８を制御して移動杆２４及び送り部材２５により中間伝動輪１６を前方に移動し、所定の変速比にする。この状態で、動力装置１９の回転力が負荷装置２０に相当する車輪に伝達される。

以上、本発明に係る変速機の発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例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技術的事項の範囲内でいろいろな実施の態様があることは言うまでもない。以下に、実施例１、２において、それぞれの一部を別の構成とした変形例を例示する。

以上説明した例では、いずれも図３、図４、図９、図１０等に明示されているように、中間伝達輪１６が第１の変速用回転輪５と第２の変速用回転輪６の間に上方から載置して当接するように構成されている。しかしながら、必ずしもこのような構成ではなくてもよい。即ち、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、中間伝達輪１６が、第１の変速用回転輪５と第２の変速用回転輪６の間であって、中間伝達輪１６の軸心が第１の変速用回転輪５と第２の変速用回転輪６のそれぞれの軸心を結ぶ直線Ｌ上にある構成でもよい。

具体的には、中間伝達輪１６の支持軸１７、第１の変速用回転輪５を固定する第１の回転軸１３、及び第２の変速用回転輪６を固定する第２の回転軸１４を（正確にはそれぞれの軸心を）一直線上（図中直線Ｌ上）に配列した構造である。

図１１（ａ）は、図３、図４（ｂ）に示す実施例１の変形例であり、中間伝達輪１６が、第１の変速用回転輪５と第２の変速用回転輪６との間にあり、中間伝達輪１６の軸心が第１の変速用回転輪５と第２の変速用回転輪６のそれぞれの軸心を結ぶ直線Ｌ上にある状態を示している。そして、中間伝達輪１６はこの状態で支持軸１７に沿って移動する構成である。

図１１（ｂ）、（ｃ）は、図９、図１０に示す実施例２の変形例である。図１１（ｂ）は、中間伝達輪１６が第１の変速用回転輪５と第２の変速用回転輪６から離れており、クラッチが切れて伝達が解除されている状態である。

図１１（ｃ）は、クラッチが入り中間伝達輪１６が第１の変速用回転輪５と第２の変速用回転輪６に当接し伝達可能な状態を示す。この状態では、中間伝達輪１６は、図１１（ａ）同様に、第１の変速用回転輪５と第２の変速用回転輪６の間にあり、中間伝達輪１６の軸心が第１の変速用回転輪５と第２の変速用回転輪６のそれぞれの軸心を結ぶ直線Ｌ上にある状態を示している。

次に、図１２（ａ）〜（ｃ）及び図１３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実施例１（実施例２についても同様）の中間伝動輪送り機構の変形例を説明する図である。

図１２（ａ）に示す変形例は、図５に示す構成とほぼ同じであるが、中間伝達輪１６の前後両面に平坦かつ円形な凸面４８を形成し、この凸面４８が前方送り片２６及び後方送り片２７のそれぞれに回転可能に当接するようにした構成である。この凸面４８を形成することで、中間伝達輪１６と、前方送り片２６及び後方送り片２７のそれぞれとの接触摩擦面が少なくなるので、中間伝達輪１６の動力損失が少なくなる。

図１２（ｂ）〜（ｃ）及び図１３（ａ）〜（ｃ）に示す変形例は、中間伝動輪送り機構の別の変形例を示す図であり、いずれも移動杆２４の先端に送り台４９が固定されており、この送り台４９の上面に、中間伝達輪１６の前後に当接可能なように、左右一対の前方当接杆５０、５０及び後方当接杆５１、５１が起立して設けられている。

このうち図１２（ｂ）は、中間伝達輪１６の前後面に図５と同様に平坦な面に形成されている変形例である。図１２（ｃ）は、中間伝達輪１６の前後面に図１２（ａ）と同様に凸面４８が形成されている変形例である。図１３（ａ）は、中間伝達輪１６の前後面に湾曲状のなだらかな凸面５２が形成されている変形例である。

図１３（ａ）に示すように、中間伝達輪１６の前後面に湾曲状のなだらかな凸面５２が形成されている構成であると、特に実施例２に適用した場合は、クラッチを入れる操作に、離脱した中間伝達輪１６が前方当接杆５０、５０及び後方当接杆５１、５１の間に係入する際に当接杆５１、５１の先端が凸面５２の縁につっかからないようにすることができる。

図１３（ｂ）、（ｃ）に示す変形例、図１２（ｂ）とほぼ同様の構成であるが、図１２（ｂ）では前方当接杆５０及び後方当接杆５１が中間伝達輪１６の前後にその長手方向にほぼ全面的に接触し接触摩擦面が多くなる。そこで、図１３（ｂ）、（ｃ）に示す変形例では、前方当接杆５０及び後方当接杆５１には、それぞれ上下２ヶ所に、中間伝達輪１６の前後に部分的に接触するスポット状の支持具５３を固定し、接触摩擦面を少なくした構成である。

産業上の利用分野

本発明に係る変速機は、直円錐台形の２つの変速用回転輪と、これら２つの変速用回転輪に当接する中間伝動輪とからなるきわめて単純な構造であり、さらに中間伝動輪の外周面を２つの変速用回転輪に当接したり離したりすることにより、クラッチ機能を一体かつ相乗的に簡単に付与することができるので、走行上各種の動作機能の要求される自動車の駆動系（クラッチ、伝動変速装置）として適用することが可能ある。

本発明に係る変速機の基本構成の構成要素を説明する図である。 本発明に係る変速機の基本構成の構成要素を説明する図である。 本発明に係る変速機の基本構成及びその作用を説明する図であり、（ａ）〜（ｂ）における左側の図は平面図を示し、それぞれのＡ−Ａ断面を右側に示す。 本発明に係る変速機の実施例１を説明する図であり、（ａ）は全体平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図を示し、（ｃ）は（ａ）の要部詳細を示す図である。 実施例１の中間伝動輪を支持軸に沿って直線的に移動させる中間伝動輪送り機構を説明する図であり、（ａ）は中間伝動輪と送り部材の関係を説明する正面図（左図）及びそのＡ−Ａ断面図（右図）であり、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ駆動機構を説明する図である。 本発明に係る変速機の実施例２の全体構成を説明する斜視図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ実施例２のクラッチ機構を説明する図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ実施例２のクラッチ機構の変形例を説明する図である。 実施例２の変速機を自動車の駆動系（クラッチ及び伝動変速装置）に適用した場合を想定した作用を説明する図である。 実施例２の変速機を自動車の駆動系（クラッチ及び伝動変速装置）に適用した場合を想定した作用を説明する図である。 本発明に係る変速機の基本構成の変形例及びその作用を説明する図であり、（ａ）〜（ｂ）における左側の図は平面図を示し、それぞれのＡ−Ａ断面を右側に示す。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実施例１（実施例２についても同様）の中間伝動輪送り機構の変形例を説明する図（符号は図５と共通するものは同じ符号を付す。）であり、（ａ）については、その正面図（左図）、そのＡ−Ａ断面図（右図）であり、（ｂ）、（ｃ）については、その正面図（左図）、そのＡ−Ａ断面図（中央図）、及び平面図（右図）である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ実施例１（実施例２についても同様）さらに別の中間伝動輪送り機構の変形例を説明する図（符号は図５と共通するものは同じ符号を付す。）であり、その正面図（左図）、そのＡ−Ａ断面図（中央図）、及び平面図（右図）であり、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大図である。

符号の説明

１ 直円錐体
２ 底面
３ テーパ状の側周面
４ 円錐体の上面
５ 第１の変速用回転輪
６ 第２の変速用回転輪
７、８ 第１、２の変速用回転輪の底面
９ 第１の変速用回転輪のテーパ状の側周面
１０ 第２の変速用回転輪のテーパ状の側周面
１１ 第１の変速用回転輪の輪郭線
１２ 第２の変速用回転輪の輪郭線
１３ 第１の回転軸
１４ 第２の回転軸
１５ 軸受
１６ 中間伝達輪
１７ 支持軸
１８ 軸心
１９ 動力装置
２０ 負荷装置
２１ 実施例１の変速機
２２ フレーム
２３ 固定手段
２４ 移動杆
２５ 送り部材
２６ 前方送り片
２７ 後方送り片
２８、２８ａ、２８ｂ 駆動機構
２９ ラック
３１ ピニオン
３２ 油圧シリンダ
３３ ピストン
３４ 油圧ポンプ
３５ 回転比制御装置
３６ 実施例２の変速機
３７ クラッチ機構
３８ 支持部材
３９ 可動杆
４０ 往復動機構
４１ 上部にラック
４２ モータ
４３ ピニオン
４４ 油圧シリンダ
４５ ピストン
４６ 油圧ポンプ
４７ 制御装置
４８ 中間伝達輪の凸面
４９ 送り台
５０ 前方当接杆
５１ 後方当接杆
５２ 中間伝達輪の湾曲状のなだらかな凸面
５３ スポット状の支持具
Ｃ、Ｃ’ 直円錐体
Ｄ、Ｄ’ 直円錐台形体
Ｏ、Ｏ’ 直円錐体及び直円錐台形体の軸心

Claims (2)

1. 第１の変速用回転輪を同軸で固定した第１の回転軸と第２の変速用回転輪を同軸で固定した第２の回転軸とが互いに平行に配置され、上記第１の変速用回転輪と第２の変速用回転輪との間に延びるように配置された支持軸に、回転可能かつ該支持軸の長手方向に中間伝動輪送り装置によって移動可能な中間伝動輪が設けられ、第１の回転軸が動力装置で回転され、該回転が上記中間伝動輪を介して変速されて第２の回転軸に摩擦によって伝達可能である変速機であって、
   上記第１の変速用回転輪と上記第２の変速用回転輪は、互いに頂角が等しい直円錐形又は直円錐台形に形成されており、上記第１の変速用回転輪と上記第２の変速用回転輪は、それぞれのテーパ状の側周面が互いに一定の間隔をおいて向き合うように配置されており、
   上記支持軸は、衣紋かけ状の支持部材の一部として形成され、上記第１の変速用回転輪の側周面と上記第２の変速用回転輪の側周面との間の間隔において上記第１の変速用回転輪の側周面及び上記第２の変速用回転輪の側周面に沿って延びるように配置され、
   上記衣紋かけ状の支持部材において、支持軸に対して直交する方向に伸びるように形成された可動杆の先端には往復動機構が設けられており、該往復動機構により、上記第１の変速用回転輪と上記第２の変速用回転輪に対して接近位置と離れた位置とに移動可能であり、
   該支持軸が上記接近位置にある時は、上記中間伝動輪は上記第１の変速用回転輪の側周面及び上記第２の変速用回転輪の側周面に当接し、かつ当接しながら上記支持軸の長手方向に沿って移動可能であり、該支持軸が上記離れた位置にある時は、上記中間伝動輪は上記第１の変速用回転輪の側周面及び上記第２の変速用回転輪の側周面から離れている構成とし、
   上記中間伝動輪の前後両面には凸面が形成されており、
   上記中間伝動輪送り装置は、移動杆と、該移動杆を上記支持軸の長手方向に沿って直線的に移動させる駆動機構と、上記移動杆の先端に付設され中間伝動輪を上記支持軸の長手方向に沿って移動させる送り部材とを備えており、
   上記送り部材は、中間伝動輪の前面及び後面にそれぞれ隙間を介して対面しているとともに当接可能な前方送り片及び後方送り片を有し、前方送り片及び後方送り片は、それぞれ上記支持軸が挿通されている二股部を備えており、
   上記駆動機構及び上記往復動機構は、制御装置によって制御される構成としたことを特徴とする変速機。
2. 上記制御装置は、動力装置の動作状態を示す動力情報と、負荷の大きさを示す負荷情報と、制動状態を示すブレーキ情報と、加速状態を示すアクセル情報とが入力され、これらの情報に基づいて上記駆動機構及び上記往復動機構をそれぞれ制御する構成としたことを特徴とする請求項１記載の変速機。

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