JP6190800B2 - 変速機構 - Google Patents
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Description
そこで、上記の推力や摩擦力を用いずに、複数のピニオンスプロケットとこれらに巻き掛けられたチェーンとにより動力伝達する無段変速機構が開発されている。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的として位置づけることができる。
(4)前記移動機構には、前記ピニオンスプロケットの前記径方向への移動時に、前記ピニオンスプロケットの自転方向への回転を規制しながら前記径方向への移動を案内する案内溝を備え、前記ストッパ部材は、前記回転軸の外周に装備され、前記ピニオンスプロケットの歯が係合する係合溝部を有している第1のストッパ部材と、前記案内溝又は前記案内溝に沿って装備された部材に形成された第2のストッパ部材と、の複数種類備えられ、前記ピニオンスプロケットを支持する支持軸に、前記第2のストッパ部材と係合する係合面部が固設されていることも好ましい。
以下、一実施形態にかかる変速機構について説明する。
〔1.構成〕
変速機構は、図1に示すように、二組の複合スプロケット5,5と、これらの複合スプロケット5,5に巻き掛けられたチェーン6とを備えている。なお、複合スプロケット5とは、詳細を後述する複数のピニオンスプロケット20及び複数のガイドロッド29が多角形(ここでは二十一角形)の頂点をなすようにして形成された見かけ上の大スプロケットを意味する。
このため、変速機構は、接円半径の変更によって変速比を変更するものといえる。
なお、図1には、入力側の接円半径が最小径であり、出力側の接円半径が最大径のものを示している。
以下、変速機構の構成を、複合スプロケット5及びこれに巻き掛けられるチェーン6の順に説明する。
以下の複合スプロケット5にかかる構成の説明では、基本的な構成要素である、チェーン6に噛合うピニオンスプロケット20,チェーン6を案内(ガイド)するガイドロッド29,回転軸1と一体に回転する固定ディスク(第一支持部材,径方向移動用固定ディスク,自転用固定ディスク)10,固定ディスク10に対して相対回転可能に設けられた可動ディスク(第一支持部材)19,固定ディスク10と一体に回転する第一回転部15,可動ディスク19と一体に回転する第二回転部16について、順に説明する。
その次に、これらの構成要素を作動させる機構類として、相対回転駆動機構30,スプロケット移動機構40A,ロッド移動機構40B,機械式自転駆動機構50及びピニオンスプロケット20に加わる自転方向の力に対抗するストッパ部材100について、順に説明する。
三個のピニオンスプロケット20は、それぞれチェーン6と噛合って動力伝達し、回転軸1の軸心C1周りに公転する。ここでいう「公転」とは、各ピニオンスプロケット20が、回転軸1の軸心C1を中心に回転することを意味する。回転軸1が回転すると、この回転に連動して各ピニオンスプロケット20が公転する。つまり、回転軸1の回転数とピニオンスプロケット20が公転する回転数とは等しい。なお、図1には、白抜きの矢印で反時計回りの公転方向を示している。
当然ながら、各ピニオンスプロケット21,22,23に形成される歯の形状寸法及びピッチは同一規格のものとなっている。
なお、第一自転ピニオンスプロケット22と第二ピニオンスプロケット23とは、配設箇所及び自転方向が異なるのを除いて同様に構成されるため、ここでは、第一自転ピニオンスプロケット22に着目して説明する。
図1に示すように、複数のガイドロッド29は、チェーン6と回転軸1の軸心C1との距離の変動(チェーン6の巻き掛け半径の変動)を小さくするように、つまり、回転軸1周りのチェーン6の軌道を可能な限り円軌道に近づけるように、チェーン6をガイドするものである。これらのガイドロッド29は、その径方向外側の周面に当接するチェーン6の軌道をガイドする。ピニオンスプロケット21,22,23及び各ガイドロッド29は多角形(略正多角形)の形状をなすので、チェーン6は、その径方向内側のピニオンスプロケット21,22,23及び各ガイドロッド29に当接しガイドされながら多角形の形状に沿って転動する。
なお、ガイドロッド29はそれぞれ同様に構成されるため、ここでは一つのガイドロッド29に着目して説明する。
このガイドロッド29の軸方向両端部29A(一方の軸方向端部のみに符号を付す)は、ガイド部材29bからロッド支持軸29aが軸方向に突出しており、この突出したロッド支持軸29aが固定ディスク10及び可動ディスク19に支持される。
固定ディスク10及び可動ディスク19は、複数のピニオンスプロケット20及び複数のガイドロッド29の軸方向両端部にそれぞれ対を成して設けられているが、ここでは一側に設けられた固定ディスク10,可動ディスク19に着目し、その構成を説明する。
なお、図2では、複数のピニオンスプロケット20及び複数のピニオンスプロケット29側から軸方向外側に向けて可動ディスク19,固定ディスク10の順に配置されたもの例示する。すなわち、ピニオンスプロケット20及びピニオンスプロケット29の軸方向外側に可動ディスク19が隣接するものを例に挙げて説明する。
固定ディスク10は、回転軸1と一体に形成されるか、或いは、何れも回転軸1と一体回転するように結合されている。
図3及び図5に示すように、固定ディスク10には、各ピニオンスプロケット21,22,23に対応して設けられたスプロケット用固定放射状溝11a,11b,11cと各ガイドロッド29に対応して設けられたロッド用固定放射状溝12(一箇所のみに符号を付す)との二種の固定放射状溝が形成されている。なお、図3には、白抜きの矢印で時計回りの公転方向を示している。
ここでは、スプロケット用固定放射状溝11aが固定ディスク10の径方向θsに沿う直線状に形成されている。
このスプロケット用固定放射状溝11aは、固定ピニオンスプロケット21の支持軸21aの外径に対応する溝幅を有する。この溝幅は、支持軸21aの外径よりも微小に大きく設定されている。このため、スプロケット用固定放射状溝11aに内挿される支持軸21aは、干渉することなくスプロケット用固定放射状溝11aに沿って移動可能に構成されている。
ここでは、上記のスプロケット用固定放射状溝11aと同様に、ロッド用固定放射状溝12が固定ディスク10の径方向に沿う直線状に形成されている。また、ロッド用固定放射状溝19aは、ガイドロッド29のロッド支持軸29aの外径よりも微小に大きく設定されている。このため、ロッド用固定放射状溝19aに内挿される支持軸29aは、干渉することなくロッド用固定放射状溝19aに沿って移動可能に構成されている。
なお、ロッド用固定放射状溝12は、ピニオンスプロケット20(図1参照)が何れの径方向位置にあるときでもピニオンスプロケット20間にガイドロッド29が等間隔に位置するように、スプロケット用固定放射状溝11a,11b,11cに合わせて配設される。
図2に示すように、可動ディスク19は、ピニオンスプロケット20を挟んで一側及び他側のそれぞれに設けられる。これらの可動ディスク19は、連結シャフト19Aで互いに連結されている。ここでは、図1に示すように、各ピニオンスプロケット21,22,23の相互間にそれぞれ連結シャフト19A(一箇所にのみ符号を付す)が設けられている。これにより、一側の可動ディスク19と他側の可動ディスク19とが一体に回転する。
ここでは、スプロケット用可動放射状溝19aが外周に向かうに連れて径方向に対して周方向(ここでは公転方向に対して反対方向)に向けて傾斜して設けられている。このスプロケット用可動放射状溝19aは、滑らかな曲線状に形成されている。図4に示すように、スプロケット用可動放射状溝19aの内周側端部19eは、この位相に対応する径方向θcに対して傾斜している。
このスプロケット用可動放射状溝19aは、スプロケット用固定放射状溝11aと同様に、支持軸21aの外径よりも微小に大きく設定されている。このため、スプロケット用可動放射状溝19aに内挿される支持軸21aは、干渉することなくスプロケット用可動放射状溝19aに沿って移動可能に構成されている。
ここでは、ロッド用可動放射状溝19bがスプロケット用可動放射状溝19aと同様に、外周に向かうに連れて径方向に対して周方向(ここでは公転方向に対して反対方向)に向けて傾斜して設けられ、滑らかな曲線状に形成されている。
このロッド用可動放射状溝19bは、ロッド用固定放射状溝12と同様に、ロッド支持軸29aの外径よりも微小に大きく設定されている。このため、ロッド用可動放射状溝19bに内挿される支持軸19bは、干渉することなくロッド用可動放射状溝19bに沿って移動可能に構成されている。
ただし、各ロッド用可動放射状溝19bは、同径方向位置における径方向に対する傾斜角度が互いに等しく設定されていてもよい。
図2に示すように、第一回転部15は、固定ディスク10と一体回転する部分、即ち、回転軸1と一体回転する部分である。ここでは、第一回転部15が回転軸1の一部に設けられている。この第一回転部15は、固定ディスク10及び可動ディスク19よりも軸方向外側に配設されている。
図2,図6及び図7に示すように、第二回転部16は、可動ディスク19と接続部17を介して接続されている。なお、図6及び図7には、白抜きの矢印で反時計回りの公転方向を示している。
接続部17は、可動ディスク19及び第二回転部16と一体に回転し、固定ディスク10を覆うように配設されている。この接続部17は、固定ディスク10の外周(径方向外側)を覆う軸方向接続部17aと、固定ディスク10の軸方向外側を覆う径方向接続部17bとを有する。
軸方向接続部17aは、回転軸1の軸心C1と同心に設けられるとともに軸方向に延びる円筒形状をなしている。この軸方向接続部17aは、図2に示すように、軸方向内側が可動ディスク19の外周端部(外周部)19tに結合され、軸方向外側が次に説明する径方向接続部17bに接続されている。
図2,図6及び図7に示すように、第二回転部16は、第一回転部15の外周(径方向外側)を覆うように設けられ、回転軸1の軸心C1と同心の円筒形状に形成されている。ここでは、図2に示すように、第二回転部16が、可動ディスク19の外周端部19tから内周側にシフトされて軸方向に沿って設けられている。
なお、図7には、第二カム溝16a(一箇所にのみ符号を付す)が周方向に間隔をおいて三箇所に設けられたものを例示するが、第二カム溝16aの形成箇所や形成個数は、第一カム溝15aの形成箇所や形成個数に応じて設定される。
相対回転駆動機構30は、上述した第一回転部15に設けられた第一カム溝15aと第二回転部16に設けられた第二カム溝16aとに加えて、第一カム溝15aと第二カム溝16aとが交差する第二交差箇所CP2に配設されたカムローラ90と、このカムローラ90を軸方向に移動させる変速用変速用フォーク(スプロケット移動用軸方向移動部材)35と、この変速用変速用フォーク35を軸方向に移動させる軸方向移動機構31とを備えている。
図2及び図7に示すように、カムローラ90は、円柱状に形成されている。このカムローラ90は、回転軸1の軸心C1に直交する方向に沿った軸心を有し、第一カム溝15aと第二カム溝16aとが交差する第二交差箇所CP2(何れも一箇所にのみ符号を付す)に挿通されている。このため、カムローラ90は、回転軸1の回転に連動して回転軸1の軸心C1を中心に回転する。なお、カムローラ90の外周には、第一カム溝15aに対応する箇所にベアリング91aが外嵌され、第二カム溝16aに対応する箇所にベアリング91bが外嵌されている。
なお、図示省略するが、カムローラ90は、カム溝15a,16aから脱落しないように、適宜の抜け止め加工が施されている。かかる抜け止め加工としては、例えばカムローラ90の他端部に頭部を設けることや抜け止めピンを追加し、カムローラ90が軸方向に移動可能であって径方向に移動しないようにすることが挙げられる。
なお、変速用変速用フォーク35は、ディスク10,19に対して平行なプレート状の部材であって、チェーン6を基準としたときのディスク10,19に対して軸方向外側に並設されている。
溝部35cは、カムローラ90の突出長さに対応する深さを有し、カムローラ90の一端部90aを収容している。すなわち、溝部35cは、径方向長さがカムローラ90の突出長さの円環状空間を有するものといえる。
フォーク支持部34は、モータ32の出力軸32aと同心の筒軸を有する円筒状に形成されている。このフォーク支持部34には、モータ32の出力軸32aが内挿されている。
また、フォーク支持部34は、内周にモータ32の出力軸32aに形成された雄ネジ部32bに螺合する雌ネジ部34aが螺設され、外周に変速用変速用フォーク35のブリッジ部35bと係合するフォーク溝34bが凹設されている。
上記の変速用フォーク35,軸方向移動機構31を含む相対回転駆動機構30は、ピニオンスプロケット21,22,23から軸方向にシフトして設けられている。
軸方向移動機構31によってフォーク支持部34が軸方向に直線運動されると、フォーク支持部34に結合された変速用フォーク35が一体に軸方向に移動し、この移動にともなってカムローラ90も軸方向に移動される。
このように、相対回転駆動機構30は、軸方向移動機構31によって可動ディスク19を固定ディスク10に対して相対回転駆動して、第一交差箇所CP1を径方向に移動させる。
次に、図2及び図5を参照して、スプロケット移動機構40A及びロッド移動機構40Bを説明する。
スプロケット移動機構40Aは、複数のピニオンスプロケット20を移動対象とし、また、ロッド移動機構40Bは、複数のガイドロッド29を移動対象としている。
これらの移動機構40A,40Bは、各移動対象(複数のピニオンスプロケット20,複数のガイドロッド29)を回転軸1の軸心C1から等距離を維持させながら径方向に同期して移動させるものである。
このように、それぞれの移動機構40A,40Bの構成は、各移動対象の支持軸が異なるだけで、その他の構成は同様である。
図5(a)は、放射状溝11a,11b,11c,19aにおけるピニオンスプロケット21,22,23(図1及び図2等参照)の支持軸21a,22a,23aと放射状溝12,19bにおけるロッド支持軸29aとが回転軸1の軸心C1から最も近い位置に位置するものを示す。この場合、相対回転駆動機構30(図2参照)により可動ディスク19の回転位相を固定ディスク10に対して変更すると、図5(b),図5(c)の順に、スプロケット用固定放射状溝11a,11b,11cとスプロケット用可動放射状溝19aとが交差する第一交差箇所CP1と、ロッド用固定放射状溝12とロッド用可動放射状溝19bとの交差箇所とが、回転軸1の軸心C1から遠ざかる。すなわち、これらの交差箇所に支持軸21a,22a,23a,29aを支持されたピニオンスプロケット20及びガイドロッド29は、回転軸1の軸心C1から等距離を維持しながら径方向に同期して移動される。
スプロケット移動機構40Aによりピニオンスプロケット20が移動されると、ピニオンスプロケット20の相互間の距離が変わることにより、チェーン6に対してピニオンスプロケット20の位相ズレが発生してしまう。そこで、かかる位相ズレを解消するために、機械式自転駆動機構50が装備されている。
次に、図2及び図6を参照して、機械式自転駆動機構50を説明する。ここでは、機械式自転駆動機構50がピニオンスプロケット20を挟んで対称に構成されるため、一側(図2の上方側)の構成に着目して説明する。
機械式自転駆動機構50は、上記したように、自転ピニオンスプロケット22,23を回転させ、チェーン6に対するピニオンスプロケット20間の位相ズレを解消するように自転ピニオンスプロケット22,23をスプロケット移動機構40Aと連動して機械的に自転駆動するものである。言い換えれば、機械式自転駆動機構50は、スプロケット移動機構40Aによる複数のピニオンスプロケット20の径方向移動に伴って、チェーン6に対する複数のピニオンスプロケット20の位相ズレを解消するように自転ピニオンスプロケット22,23をスプロケット移動機構40Aと連動して自転駆動するものである。
ただし、機械式自転駆動機構50は、径方向移動時の固定ピニオンスプロケット21を自転させない構成も有している。
図6に示すように、固定ピニオンスプロケット21の支持軸21aは、固定ディスク10のスプロケット用固定放射状溝11aに挿通されている。この支持軸21aには、案内部材59が一体的に結合されている。
また、スプロケット用固定放射状溝11aの内壁に接する案内部材59の側壁、特に案内部材59の四隅に、ベアリングを装着すれば、案内部材59のよりスムーズな摺動を確保することができる。
機械式自転駆動機構50は、自転ピニオンスプロケット22,23の支持軸22a,23aのそれぞれと一体回転するように固設されたピニオン51,52と、ピニオン51,52のそれぞれに対応して噛合するように設けられたラック53,54と、を有する。
このように、機械式自転駆動機構50は、固定ピニオンスプロケット21が自転しないように案内し、自転ピニオンスプロケット22,23が自転するように案内する。
なおまた、第一自転ピニオンスプロケット22には、前述の位相ズレ許容動力伝達機構に代えて、その支持軸22aと第一ピニオン51との間に皿ばねが介装されていてもよい。この皿ばねによれば、支持軸22aと第一ピニオン51との微小な回転を許容しつつ相対回転を規制することで、変速比の変更中に発生しうる第一自転ピニオンスプロケット22とチェーン6との噛合時のショック(衝撃)を吸収する。この皿ばねは、固定ピニオンスプロケット21及び第二自転ピニオンスプロケット23のそれぞれにも同様に備えられていてもよい。
図1,図10に示すように、回転軸1の外周には、ピニオンスプロケット21,22,23に加わる自転方向の力に対抗するメカニカルストッパ(ストッパ部材)100が固設されている。このメカニカルストッパ100は、各ピニオンスプロケット21,22,23が最も回転軸1に接近した最小径位置に来ると、各ピニオンスプロケット21,22,23の歯21c,22c,23cのうち、回転軸1の方向に突出した歯群121,122,123が係合する係合溝部101,102,103を有している。
そこで、係合溝部102,103の各一側には、最小径位置に移動する際の歯122,123の軌跡に合わせ、その入口部の一側の山部112の一部を除去した干渉回避部104が形成され、歯122,123が進入する際に係合溝部102,103と干渉しないようになっている。なお、固定ピニオンスプロケット21の歯121が係合する係合溝部101の場合、干渉回避部104は不要であり、拡大図においては一側を除去しない二点鎖線で示す山部112の形状に形成される。
次に、チェーン6について説明する。
図9に示すように、ガイドロッド29にガイドされるチェーン6は、各ピニオンスプロケット21,22,23の歯車の列数(ここでは三列)に対応する本数が設けられている。ここでは、第一チェーン6A,第二チェーン6B及び第三チェーン6Cの三本が設けられている。
なお、チェーン6A,6B,6Cは、配設ピッチ以外は同様に構成される。
本発明の一実施形態にかかる変速機構は、上述のように構成されるため、以下のような作用及び効果を得ることができる。
また、車両の前進駆動時に、駆動力を抜かずに最ローに変速する場合、メカニカルストッパ100の係合溝部101,102,103に、各ピニオンスプロケット21,22,23の歯121c,122c,123cを格納する際は、チェーン6と噛んでいない自転ピニオンスプロケット22,23は位相ズレ許容動力伝達機構190の±0.5歯分の位相ズレ許容機能を適宜活かし、チェーン6と噛んでトルクを伝達している自転ピニオンスプロケット22,23は、+0.5歯のキー部材191の固定端で、ピニオンスプロケット22,23の歯22c,23cをメカニカルストッパ100に噛ませて、機械式自転駆動機構50のラック&ピニオンとメカニカルストッパ100の両方で駆動力を受けるようにすることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。上述した一実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、適宜組み合わせてもよい。
5 複合スプロケット
6 チェーン
10 固定ディスク(第一支持部材,径方向移動用固定ディスク,自転用固定ディスク)
11a,11b,11c スプロケット用固定放射状溝(固定ピニオンスプロケット案内溝)
12 ロッド用固定放射状溝
15 第一回転部
15a 第一カム溝
16 第二回転部
16a 第二カム溝
17 接続部
19 可動ディスク(第一支持部材,径方向移動用可動ディスク)
19a スプロケット用可動放射状溝
20 ピニオンスプロケット
21 固定ピニオンスプロケット
22 第一自転ピニオンスプロケット(進角側自転ピニオンスプロケット)
23 第二自転ピニオンスプロケット(遅角側自転ピニオンスプロケット)
20a,21a,22a,23a 支持軸
21c,22c,23c ピニオンスプロケット21,22,23の歯
29 ガイドロッド
30 相対回転駆動機構
31 軸方向移動機構
32 モータ
33 運動変換機構
34 フォーク支持部
35 変速用フォーク(スプロケット移動用軸方向移動部材)
40A スプロケット移動機構
40B ロッド移動機構
50 機械式自転駆動機構
51 第一ピニオン(進角側ピニオン)
52 第二ピニオン(遅角側ピニオン)
53 第一ラック(進角側ラック)
54 第二ラック(遅角側ラック)
90 カムローラ
100,100a〜100f メカニカルストッパ(ストッパ部材)
101,102,103 係合溝部
104 干渉回避部
111 溝部
112 山部
113 半溝部
121,122,123 係合溝部101,102,103と係合する歯群
190 位相ずれ許容動力伝達機構
C1,C2,C3,C4 軸心
CP1 第一交差箇所
CP2 第二交差箇所
θS,θC 径方向
Claims (7)
- 動力が入力又は出力される回転軸と、前記回転軸に対して径方向に可動に支持された複数のピニオンスプロケット及び複数のガイドロッドと、前記複数のピニオンスプロケット及び前記複数のガイドロッドを前記回転軸の軸心から等距離を維持させながら前記径方向に同期させて移動させる移動機構とを有する複合スプロケットを二組と、前記二組の複合スプロケットに巻き掛けられたチェーンとを備え、前記複数のピニオンスプロケット及び前記複数のガイドロッドの何れをも囲み且つ前記複数のピニオンスプロケット及び前記複数のガイドロッドの何れにも接する円の半径である接円半径の変更によって変速比を変更する変速機構であって、
前記移動機構による前記ピニオンスプロケットの前記径方向への移動に伴って前記ピニオンスプロケットを自転させるラック&ピニオンが備えられているとともに、
前記ラック&ピニオンとは別個のものであって、前記ピニオンスプロケットが最小径に位置すると、前記ピニオンスプロケット又は前記ピニオンスプロケットと一体の部材に係合し、前記ピニオンスプロケットに加わる自転方向の力に対抗するストッパ部材が1種類又は複数種類備えられている
ことを特徴とする、変速機構。 - 前記ストッパ部材は、前記回転軸の外周に装備され、前記ピニオンスプロケットの歯が係合する係合溝部を有している第1のストッパ部材として備えられている
ことを特徴とする、請求項1記載の変速機構。 - 前記移動機構には、前記ピニオンスプロケットの前記径方向への移動時に、前記ピニオンスプロケットの自転方向への回転を規制しながら前記径方向への移動を案内する案内溝を備え、
前記ストッパ部材は、前記案内溝又は前記案内溝に沿って装備された部材に形成された第2のストッパ部材として備えられ、
前記ピニオンスプロケットを支持する支持軸に、前記ストッパ部材と係合する係合面部が固設されている
ことを特徴とする、請求項1記載の変速機構。 - 前記移動機構には、前記ピニオンスプロケットの前記径方向への移動時に、前記ピニオンスプロケットの自転方向への回転を規制しながら前記径方向への移動を案内する案内溝を備え、
前記ストッパ部材は、
前記回転軸の外周に装備され、前記ピニオンスプロケットの歯が係合する係合溝部を有している第1のストッパ部材と、
前記案内溝又は前記案内溝に沿って装備された部材に形成された第2のストッパ部材と、の複数種類備えられ、
前記ピニオンスプロケットを支持する支持軸に、前記第2のストッパ部材と係合する係合面部が固設されている
ことを特徴とする、請求項1記載の変速機構。 - 前記ピニオンスプロケットは、径方向位置に応じた回転位相となるように自転する自転ピニオンスプロケットを含み、
前記第1のストッパ部材の前記係合溝部のうち、前記自転ピニオンスプロケットの歯が係合する係合溝部には、自転しながら前記係合溝部に係合していく前記自転ピニオンスプロケットの歯との干渉を回避する干渉回避部が形成されている
ことを特徴とする、請求項2又は4記載の変速機構。 - 前記ピニオンスプロケットと前記ピニオンスプロケットを支持する支持軸との間に、前記支持軸に対する前記ピニオンスプロケットの回転位相のズレを許容しながら動力を伝達する位相ズレ許容動力伝達機構を備えている
ことを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載の変速機構。 - 前記ストッパ部材は、前記二組の複合スプロケットのうち動力が入力される側の複合スプロケットにのみ備えられている
ことを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載の変速機構。
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