JP5192399B2 - ベルトを利用した無段変速機および駆動方法 - Google Patents

ベルトを利用した無段変速機および駆動方法 Download PDF

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Description

本発明はベルトを利用した無段変速機に関するものであって、さらに詳細には放射型の回転体状を有した駆動部側のサブシリンダと被動部側のサブシリンダ側にベルトを相互連結して動力の伝達をするようにするものであって、制限されているベルトの長さにより互いに駆動部側の回転体をなすサブシリンダと被動部側の回転体をなすサブシリンダが互いに一定に反比例する関係になるようにするものである。
通常自動車や各種の産業現場においては、用途に応じてホイスト、物品移送用コンベア、ウインチ、エレベーターおよびエスカーレータなどの多様な場所で無段変速機が使われているが、今まで主に使用されている無段変速機はその構造が比較的複雑であり、特に無段変速機とはいうものの、実質的な構造自体が有段で変速がなされるため、変速が極めて制限的であって用途に応じた適用が正しくなされないだけでなく、構造が複雑であることによって使用中の故障の発生率が高いなどの問題点を伴っていた。
一方、自動車用オートマチックトランスミッションの場合も、クラッチの代用としてトルクコンバートを使用することにより動力の損失が過度であり、故障の発生率が非常に高い問題点を抱えており、有段で変速がなされるために変速時に発生する衝撃により乗り心地が悪く、不必要な動力の損失により燃料の消耗が多いだけでなく、部品の数量が多くて過度に製作費がかかり、故障の発生時に修理補修がかなり難しいとともに修理費の負担が非常に高くなるなどの問題点があり、特に構造がかなり複雑で部品の数量が多いことから重量が非常に重く、燃料の損失を加重させるなどの諸般の問題点を伴っている。
本発明は、前記のような問題点を改善するために案出されたものであって、遠心力により自由に直径が変化する駆動部と、前記駆動部と反比例する被動部側をベルトに連結して動力を伝達する方式により速度によって発生する遠心力の変化に応じて直径が段階的に変化する構成でなく漸次的に増・減少するために運転感が優れ、変速の衝撃がないことから乗り心地に優れ、遠心力によって増加した直径のシリンダ側にはオイルが供給されて重い荷重にも耐えられるようにした。
本発明はベルトを利用した無段変速機に関するものであって、さらに詳細には内部にオイルが充填され得る空間を有し、一面の中心は動力が入力される駆動軸が、他面の中心はオイルが往来可能な通路が構成されている中空管形態の回転軸を中心軸として回転可能なプーリー形態のメインシリンダと、前記メインシリンダの円周面に構成されて前記駆動軸の回転により生じた遠心力により放射型に突出し、終端部はベルトが安着することが可能なベルト溝が形成された多数個のサブシリンダと、前記サブシリンダの両側に構成されたリンクによって結合し、前記駆動軸と回転軸上でそれぞれ直線運動が可能な構造の二つのリニアブッシングから構成されている駆動部と、前記駆動部と一定間隔に離隔された場所に、同一の構造で構成されている被動部と、前記駆動部のサブシリンダに形成されたベルト溝と、前記被動部のサブシリンダに形成されたベルト溝に安着して駆動部の動力を前記被動部に伝達するベルトと、両終端部が前記駆動部の回転軸と被動部の回転軸にジョイントで結合し、前記駆動部のメインシリンダの内部に充填されたオイルと、被動部の充填されたオイルの体積比を調節するオイル調節部から構成されていることを特徴とするベルトを利用した無段変速機および無段変速機の駆動方式に関するものである。
上述したような構造を有した本発明は、変速が自動的に、かつ漸進的に変速されるため、変速の衝撃がないことから運転の快適性と比較的平均したエンジン回転を維持するのでエンジンの寿命が延びるものと期待され、多数個のベルト溝に多数個のベルトを構成することができるために比較的大きな動力伝達と変速範囲も広げ、多様な車両に適用範囲を広げることができるものと期待される。
前記のような構造を備えた本発明を、添付した図面により詳細に説明すると次の通りである。
図1は本発明の全体的な構成を示した斜視図であり、図2は本発明の駆動部と被動部側のオイルが充填された油圧型のサブシリンダを水平線として切断した一部分の断面図である。
内部にオイル(5)が充填され得る空間を有した円筒形のメインシリンダ(13)が構成され、前記円形の中心は動力が入力される駆動軸(11)が構成されている。
前記メインシリンダ(13)の他面の中心は、内部にオイル(5)が往来可能な通路が構成されている中空管形態の回転軸(12)が構成される。
したがって、前記メインシリンダ(13)は回転軸(12)と駆動軸(11)を中心軸として、駆動軸(11)に入力された動力により回転可能な構造となる。
また、前記メインシリンダ(13)の円周面には多数個のサブシリンダ(14)が構成されて、前記駆動軸(11)の回転によって生じた遠心力により放射型に突出する構造となっており、遠心力の強さに応じて2ないし3段階のサブシリンダ(14)が多段階の形態でさらに突出して構成され得る。
駆動部(1)側のサブシリンダ(14)の内部には、図2に示されているようにおもり(143)を置いて遠心力が作用するのに効果的に構成した。
前記サブシリンダ(14)の終端部は、後述したベルト(6)が装着され得るようにベルト溝(19)が多数個形成されている。
前記駆動軸(11)と回転軸(12)にはリニアブッシング(15)がそれぞれ構成されており、前記リニアブッシング(15)は前記サブシリンダ(14)の両側面部に構成されているリンク(16)により結合している。
前記リンクの両終端部はヒンジ(17)が構成されている。
したがって、前記サブシリンダ(14)が遠心力によって放射型に広げられると、前記サブシリンダ(14)の両側面部にヒンジ(17)結合されたリンク(16)は、前記回転軸(12)または駆動軸(11)の垂直方向に広がるようになり、前記リンク(16)の他方の終端部とヒンジ(17)結合されたリニアブッシング(15)は駆動軸(11)と回転軸(12)上で前記メインシリンダ(13)に近い側に直線運動をしながら移動するようになる。
前記リニアブッシング(15)とリンク(16)は、前記サブシリンダ(14)が遠心力により放射型に外部に突出するとき、多数個のサブシリンダ(14)のうちの特定の一部門に遠心力が生じてそれぞれ異なる長さに突出することを防止するためのものであって、同時に一定の力により一定の長さに突出するようにして正確な円形の形態に形成することができるようにする。
上述した構造を有する部分は、直接動力の伝達によって駆動される駆動部(1)であり、前記駆動部(1)とは一定間隔に離隔された場所に前記駆動部(1)と同一の構成を備えた被動部(2)が構成され、前記駆動部(1)側のサブシリンダ(14)のベルト溝(19)と前記被動部(2)側のサブシリンダ(24)のベルト溝(29)はベルト(6)に連結されて、前記被動部(2)に動力が伝達されるように構成されるようになる。
図1と図2におけるように、被動部(2)側の構成は駆動部(1)側のサブシリンダ(14)の内部に構成されているおもり(143)を除いたリンク(26)、ヒンジ(27)、リニアブッシング(25)、サブシリンダ(24)、メインシリンダ(23)等の同一の構成を有することを原則とする。
これは被動部(2)側のサブシリンダ(24)は、遠心力の影響によって回転体の直径が変わることよりは後述するオイル調節部(3)の内部に構成された圧縮スプリング(33)の弾性復元力により左右されるようにするためである。
比較的大きな動力の伝達にも無理なく使えるように多数のベルト(6)を装着するために前記ベルト溝(19、29)は多数個に形成されており、大きな摩擦力を得るためにVベルトを使用した。
前記ベルト溝(19、29)は駆動手段の条件により若干の形状の変化も可能である。
また、前記駆動部(1)の回転軸(12)と被動部(2)の回転軸(22)はそれぞれジョイント(4)により結合し、内部に前記駆動部(1)側と被動部(2)側の内部に充填されたオイル(5)の量を調節することができるオイル調節部(3)が結合している。
図3は本発明のオイル調節部の内部を示した一部分の断面図であって、図1に示されているように前記オイル調節部(3)は固定管(31)である本体に、両側はそれぞれ駆動部(1)側の回転軸(12)と被動部(2)側の回転軸(22)にジョイント(4)により結合している。
ここで、前記固定管(31)の中央部側の内径は、両側の終端部側の内径より大きい構造であるため、前記固定管(31)の両終端部側には固定管(31)の厚さの変化による掛止(36)が形成されており、前記の側面部には長さ方向に一定の長さ貫通している正方形の形態の弾性調節溝部(37)が構成されている。
また、前記固定管(31)の内部には掛止によって両側面部への移動が制限される弾性調節リング(35)と圧縮リング(34)が構成されており、前記弾性調節リング(35)と圧縮リング(34)の間には圧縮スプリング(33)が弾支されている。
上述した弾性調節リング(35)は、駆動部側にオイル(5)が自由に往来可能なように中央に貫通したホールが形成されており、前記圧縮リング(34)は、被動部側とオイル(5)が往来できないように前記固定管(31)の内径にきっちり合う形状に構成されている。
また、前記弾性調節リング(35)の側面部には、前記弾性調節溝部(37)を介して前記弾性調節部(3)の外部に形成された調節レバー(32)が構成されている。
前記の弾性調節リング(35)と調節レバー(32)の作動は、後述する図5において説明することにする。
前記固定管(31)は固定されている固定軸であり、前記駆動部(1)と被動部(2)側の回転軸(22)は回転をしている軸であって、固定軸と回転軸を連結するジョイント(4)は特殊な状況に合うジョイント(4)を使用しなければならず、本発明におけるように特殊な状況に適合したジョイント(4)は様々に開発されている。
したがって、本明細書では別途に名称を付けずにジョイント(4)としてのみ命名することにする。
図4は本発明のオイル調節部の作動を示した例示断面図であって、図4に示されているように前記圧縮スプリング(33)は駆動部(1)側から入力されたオイル(5)によっては影響を受けないものの、被動部(2)側からオイル(5)が入力しようとしてオイル(5)の油圧によって圧縮リング(34)を矢印Ｉの方向に押すようになり、固定管(31)の内部に構成されている圧縮スプリング(33)は、油圧によって駆動部(1)側に押し入れられてくる圧縮リング(34)により圧縮されるようになり、前記圧縮スプリング(33)が圧縮された体積だけの被動部(2)側のオイル(5)が固定管(31)の内部に充填されるようになる。
また、駆動部(1)側の遠心力が小さくなると、圧縮された圧縮スプリング(33)の復元力によって圧縮リング(34)を矢印Ｉの反対方向に押すようになり、前記圧縮リング(34)は前記固定管(31)の被動部(2)側の内径に構成された掛止(36)まで移動するようになる。
それと同時に、固定管(31)の内部に充填されたオイル(5)は被動部(2)側に移動するようになる。
図5は本発明のオイル調節部に構成されている圧縮スプリングの弾性力を調節することを示した例示断面図であって、図5に示されているように調節レバー(32)を矢印ＩＩの方向に引くようになると、前記固定管(31)の内部に構成された弾性調節リング(35)が前記調節レバー(32)と同じ方向に移動するようになり、前記固定管(31)の内部に弾支された圧縮スプリング(33)は圧縮されるようになる。
ここで、前記弾性調節リング(35)は中空の形状であるため、前記固定管(31)の内部に充填されたオイル(5)には影響を及さず、弾支されている圧縮スプリング(33)のみを圧縮させる。
したがって、圧縮スプリング(33)が圧縮されてセッティングされた分の縮小した弾性復元力により被動部(2)側のオイル(5)の移動に対する変化は小さいため、図7で後述するオイル(5)の移動と被動部(2)側との関係によって被動部(2)側の回転体の直径が最小化されるのを防止して、継続的に低段の運転が可能になる。
図3に示されているように、前記弾性調節リング(35)の範囲はAだけの限界を有するために内部のオイル(5)は流出せず、材質は合成ゴム材質のパッキングを使用するのがオイル(5)の流出防止に役立つはずである。
前記の調節レバー(32)の他方は、運転席に構成されたスイッチによって調節することができるように構成すれば、容易に圧縮スプリング(33)の弾性力を運転環境に合うようにセッティングすることができる。
前記のオイル調節部(3)の固定管(31)にはオイル(5)を注入することができるオイル注入口と内部の空気を排出することができる排出口があるが、本発明の図面には図面の理解と簡略化のために別途に示さなかった。
前記オイル調節部(3)と遠心力の相関関係は、後述する図7で詳細に説明することにする。
図6は本発明のメインシリンダとサブシリンダの結合関係を示した一部分の斜視図であって、駆動部(1)と被動部(2)のメインシリンダ(13)の円周面には多数個のサブシリンダ(14)が構成されている。
また、前記メインシリンダ(13)の円周面には同一の面積に最大限のサブシリンダ(14)を構成するために両側方向に楕円形の油圧型サブシリンダ(141)を構成し、多数個の長方形の非油圧型サブシリンダ(142)を円周方向に等間隔に分割して配置した。
前記の油圧型サブシリンダ(141)には、前記オイル(5)が充填され得る構造であって強い荷重を支えることができるようにしており、前記非油圧型サブシリンダ(142)には下部側に形成した貫通孔(18)を介して空気の流入と排出を自在にし、前記非油圧型サブシリンダ(142)を補助するようにした。
図7は本発明のベルト駆動による作動を示した例示図であって、エンジンの動力は駆動軸(11)に伝達されるようになり、前記駆動軸(11)の回転によってメインシリンダ(13)は回転軸(12)と駆動軸(11)を中心軸として回転するようになる。
回転によって生じた遠心力により、前記メインシリンダ(13)の円周面に構成された多数のサブシリンダ(14)は、放射型に広げられた回転体をなすようになる。
前記のサブシリンダ(14)は遠心力の強度に応じて2ないし3段階のサブシリンダ(14)がさらに外部に突出するようになり、前記の突出したサブシリンダ(14)の回転体は遠心力が強ければ強いほど直径がさらに増加した回転体をなすようになる。
前記の回転体は駆動部(1)側のプーリーの役割をなすようになる。
前記の駆動部(1)とは離隔された場所に前記駆動部(1)との同一の構造を有した被動部(2)が構成され、被動部(2)のサブシリンダ(24)が回転体をなして被動部(2)側のプーリーの役割をなすようになる。
駆動部(1)と被動部(2)はそれぞれのサブシリンダ(14、24)の終端部に形成されたベルト溝(19、29)にベルト(6)が安着して駆動部(1)側の動力を被動部(2)に伝達するようになり、被動部(2)側の被動軸(21)を介して入力された動力は出力されるようになる。
駆動部(1)側に強い遠心力が生じてさらに大きい直径の回転体をなすにつれてベルト(6)の長さは限定されているために、前記駆動部(1)側の回転体の直径に反比例して被動部(2)側は小さな直径の回転体をなすようになる。
したがって、前記被動部(2)側の回転体直径が小さくなると、小さくなった体積だけの空間に充填されたオイル(5)は被動部(2)側と連結した回転軸(22)に従って、図3に示されたオイル調節部(3)の固定管(31)に移動するようになり、前記オイル調節部(3)の固定管(31)の内部に構成された圧縮リング(34)を油圧により押すようになる。
また、油圧によってオイル調節部(3)の内側に押し出される圧縮リング(34)は、圧縮スプリング(33)を圧縮させながら共に内部に充填されたオイル(5)を駆動部(1)側の回転軸(12)を介してメインシリンダ(13)から突出した油圧型サブシリンダ(141)の内部空間にまで満たされるようになる。
相対的に遠心力が小さくなると、前記オイル調節部(3)の固定管(31)の内部で圧縮された圧縮スプリング(33)が元の状態に復元しようとする弾性力が遠心力より大きくなると元の状態に復元される圧縮スプリング(33)は圧縮リング(34)を被動部(2)側に押すようになり、被動部(2)側のオイル(5)は再び被動部(2)側のメインシリンダ(23)に押すようになってメインシリンダ(23)から油圧型サブシリンダ(241)は押し入れられてきたオイル(5)の体積だけ突出するようになり、直径が大きくなった回転体をなすようになる。
被動部(2)側の回転体直径が大きくなると、相対的に駆動部(1)側の回転体直径は小さくなるようになる。
駆動部(1)側と被動部(2)側のメインシリンダ(13、23)に形成されたサブシリンダ(14、24)の個数が多ければ多いほど円形に近く、さらに円滑にベルト(6)による回転が可能であるものの、製作費用とメインシリンダ(13、23)の大きさに合うように構成されてこそ正しいといえる。
上述したように、駆動部(1)側と被動部(2)側の回転体直径の相関関係は漸進的になされるために、変速の衝撃なしに運転が行われるようになる。
上述したような構造を有した本発明は、変速が自動的に、かつ漸進的に変速されるため、変速の衝撃がないことから運転の快適性と比較的平均したエンジン回転を維持するのでエンジンの寿命が延びるものと期待される。
また、多数個のベルト溝に多数個のベルトを構成することができるために比較的大きな動力伝達と変速範囲も広げ、多様な車両に適用範囲を広げることができるものと期待される。
図1は本発明の全体的な構成を示した斜視図である。 図2は本発明の駆動部と被動部側のオイルが充填された油圧型サブシリンダを水平線として、切断した一部分の断面図である。 図3は本発明のオイル調節部の内部を示した一部分の断面図である。 図4は本発明のオイル調節部の作動例示断面図である。 図5は本発明のオイル調節部に構成されている圧縮スプリングの弾性力を調節することを示した例示断面図である。 図6は本発明のメインシリンダとサブシリンダの結合関係を示した斜視図である。 図7は本発明のベルト駆動による作動を示した例示図である。
符号の説明
1 駆動部
2 被動部
3 オイル調節部
4 ジョイント
5 オイル
6 ベルト
11 駆動軸
12 回転軸
13 メインシリンダ
14 サブシリンダ
15 リニアブッシング
16 リンク
17 ヒンジ
18 貫通孔
19 ベルト溝
141 油圧型サブシリンダ
142 非油圧型サブシリンダ
143 おもり
21 被動軸
22 回転軸
23 メインシリンダ
24 サブシリンダ
25 リニアブッシング
26 リンク
27 ヒンジ
28 貫通孔
29 ベルト溝
241 油圧型サブシリンダ
242 非油圧型サブシリンダ
31 固定管
32 調節レバー
33 圧縮スプリング
34 圧縮リング
35 弾性調節リング
36 掛止
37 弾性調節溝部

Claims (8)

  1. ベルトを利用した無段変速機において、
    内部にオイル(5)が充電され得る空間を有し、一面の中心は動力が入力される駆動軸(1)が、他面の中心はオイル(5)が往来可能な通路が構成されている中空管形態の回転軸(12)を中心軸として、回転可能なプーリーの役割をなすメインシリンダ(13)と、前記メインシリンダ(13)の円周面に構成されて前記駆動軸(11)の回転によって生じた遠心力により放射型に突出し、終端はベルト(6)が安着することができるベルト溝(19)が形成された多数個のサブシリンダ(14)と、前記サブシリンダ(14)の両側に構成されているリンク(16)により結合し、前記駆動軸(11)と回転軸(12)上でそれぞれ直線運動が可能な構造の二つのリニアブッシング(15)から構成されている駆動部(1)と、
    前記駆動部(1)と一定間隔に離隔された場所に同一の構造で構成されている被動部(2)と、
    前記駆動部(1)のサブシリンダ(14)に形成されたベルト溝(19)と前記被動部(2)のサブシリンダ(24)に形成されたベルト溝(29)に安着して駆動部(1)の動力を前記被動部(2)に伝達するベルト(6)と、
    両終端部が前記駆動部(1)の回転軸(12)と被動部(2)の回転軸(22)にジョイント(4)で結合し、前記駆動部(1)のメインシリンダ(13)内部に充填されたオイル(5)と被動部(2)の充填されたオイル(5)を調節するオイル調節部(3)から構成されており、
    前記オイル調節部(3)は内部に構成されている圧縮スプリング(33)と、前記被動部(2)側と前記圧縮スプリング(33)の間に構成されている圧縮リング(34)により前記駆動部(1)側と被動部(2)側の充填されるオイル(5)を調節することができることを特徴とするベルトを利用した無段変速機。
  2. 請求項第1項において、前記駆動部(1)のサブシリンダ(14)の終端部側は、前記駆動軸(11)の回転によって生じた遠心力を増加させるために重量があるおもり(143)が満たされていることを特徴とするベルトを利用した無段変速機。
  3. 請求項第1項において、前記サブシリンダ(14)に形成されたベルト溝(19)は、多数個のベルト(6)が安着するように多数個のベルト溝(19)を有していることを特徴とするベルトを利用した無段変速機。
  4. 請求項第1項において、前記メインシリンダ(13)の円周に形成されたサブシリンダ(14)は、内部空間に充填される油圧によって多段階に突出する油圧型サブシリンダ(141)と、一側部の下部に形成された貫通孔(18)に空気の出入りが自在な非油圧型サブシリンダ(142)の組合せで構成されていることを特徴とするベルトを利用した無段変速機。
  5. 請求項第1項において、前記メインシリンダ(13、23)で放射型に広げられるサブシリンダ(14、24)は、側面部に結合したリンク(16、26)とリニアブッシング(15、25)により同時に力を受けてすべて同一の長さに突出し得ることを特徴とするベルトを利用した無段変速機。
  6. 請求項第1項において、前記圧縮スプリング(33)は、弾性調節リング(35)と調節レバー(32)により弾性力が調節可能なことを特徴とするベルトを利用した無段変速機。
  7. ベルトを利用した無段変速機の駆動方法において、
    動力の直接的な伝達によって、回転する駆動軸(11)と内部にオイル(5)が流れ得る通路を有する回転軸(12)を中心軸として回転する円筒形のメインシリンダ(13)の円周面に形成された多数個のサブシリンダ(14)が前記駆動軸(11)の回転によって放射型に広げられて回転体の形状を有する駆動部(1)と、前記駆動部(1)と一定間隔に離隔された場所に前記駆動部(1)と同一の構造をなし、円形に近い放射型の回転体状をなすように構成されている被動部(2)がそれぞれサブシリンダ(14、24)の終端部に構成されたベルト溝(19、29)にベルト(6)が安着するプーリーの役割をし、前記駆動部(1)と被動部(2)側の回転軸(12、22)とジョイント(4)で連結しているオイル調節部(3)により放射型の回転体状の半径を調節することができ、
    前記オイル調節部(3)は、前記駆動部(1)と被動部(2)側の回転軸(12、22)とジョイント(4)により結合した固定管(31)の内部に構成されている圧縮スプリング(33)と圧縮リング(34)により前記駆動部(1)と被動部(2)側の内部空間に充填されているオイル(5)の量を調節して前記駆動部(1)および被動部(2)側の放射型の回転体状の半径を調節することができ、
    前記圧縮スプリング(33)は、弾性調節リング(35)と調節レバー(32)により弾性力が調節可能なことを特徴とするベルトを利用した無段変速機の駆動方法。
  8. 請求項第7項において、前記駆動部(1)側と被動部(2)側の直径は、遠心力によって放射型形態の回転体をなすサブシリンダ(14、24)の終端部に形成されたベルト溝(19、29)に安着しているベルト(6)の長さが制限されているため、互いに反比例することを特徴とするベルトを利用した無段変速機の駆動方法。
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