JP6568543B2 - 軸方向伝動システム - Google Patents

Description

本発明は、従来の変速駆動装置の性能を大幅に向上させる軸方向伝動システムに関する。

本発明は、ツー・ストローク又はフォー・ストロークのエンジンのいずれかの自動変速の分野に属するが、他の技術分野、例えば電気自動車、電気自転車を含む自動伝動システムにも適用可能である。

本発明の実際のアプリケーションには、可変速カム・ドライブ、可変速ローラ・ドライブ、可変速ボール・ドライブのような可変速駆動装置があり、これらは全てエンジンの伝動を行うために極めて困難な技術的事項を含む共通の特徴がある。

特開２０００−３０１９号明細書 米国特許第５１０１９２４号明細書 スペイン実用新案第１０６９２８５号公報 国際公開パンフレット第２００９／０９６３８５号

特許文献１は、自動エンジン用の可変速クロス・ドライブを開示する。この自動エンジンは、Ｖベルト用の可変プーリからなり、この可変プーリは、２枚の平滑な切頭台形（frustoconical）のディスク形状のプレートを有し、それらの間に溝が形成され、この溝の中にＶベルトが直接填り込む。これら装置の全体が駆動シャフトの回転シャフトに同軸に固定して搭載される。ディスク形状のプレートは、第１の静止ディスクと第２の可動ディスクとを有し、この第２ディスクは自身の慣性力によりシャフト上をその軸方向に移動する。

これらの装置は、可動ディスクを動かす手段により可変プーリを実現し、装置の回転速度が増加し、プーリの溝の幅が減少し、それ故に可変プーリのピッチの直径が増加して、可動ディスクは静止ディスクに徐々に近付く。そして又その逆も行われる。その結果伝送トルクが加えられる有効半径が変わる、それに応じてベルトの他端を駆動する要素上でスピードも変わる。

具体的には前記の特許文献１においては、可動ディスクを軸方向に動かす手段は、複数のマス即ちスライダーからなり、マスの軸は、駆動シャフトの対し複数の傾斜角で傾斜しており、前記駆動シャフトに対し軸方向に移動できる。これら（複数のマス）は、半径方向に均一に分散して。ディスク形状のプレートに向き合う可動ディスクの外側表面上に機械加工で形成されたホール内に収納され、可動ディスクとディスク形状のプレートとの間に収納される。これらの全ては、装置の速度がゼロあるいは低速の場合には、スライダー（マス）はそのホール内に全体が入り込み、可動ディスクは静止ディスクから最も離れた位置にある。回転速度が上がるに従って、可動ディスクはホール内でディスク形状のプレートの方向に移動し、可動ディスクを静止ディスクの方向に押し。これにより２枚のディスクの間の分離距離が縮まり、プーリの溝の幅が減少させ、そのピッチ直径を増加させる。

この様な従来構造はその目的とする機能を達成するが以下のような欠点がある。マスは、円筒形状をしておりハウジング内で回転でき、斜め移動あるいは回転運動を行い、これによりエネルギーの全部は利用されない。更にこの移動可能なマスが回転できることにより、マスが徐々に鋭くなり、ディスク形状のプレート上での動きの妨げとなる先端部を形成することにつながる。

この従来装置の別の欠点は、動作中に発生する強い摩擦であり、これにより製品寿命が短くなり、過剰な発熱を引き起こすことになる。

これらの欠点に加えて、駆動ホイールは、特定の形状即ち不変の形状を有するプーリに関連し、その結果前記プーリ上でのベルトの動作半径は常に一定である。その結果ホイールを最初に動かすために打ち勝つ必要のあるトルクは、ホイールの動作中のそれよりも著しく大きい。その結果、駆動ホイールの動作中の角（回転）速度に依存して、駆動ホイール上のベルトの動作半径を調整するような手段を有するのが好ましい。

特許文献２，３，４は、システムの入力速度と出力速度の比率を変えることができる可変ピッチのプーリを具備した伝動システムを開示する。これらの特許文献は、本発明の請求項１の前段に記載された特徴を開示している。

上記の課題を解決するために、本発明の目的は慣性力を利用した軸方向伝動システムを提供することである。本発明の軸方向伝動システムにおいては、装置の慣性力により引き起こされる運動に依存して、指数関数的な速度変動が起こる。その結果、本発明のシステムは、装置に機能を提供することのない方向にある慣性の効果に起因する内部部品の一部の動きに起因する性能低下を阻止する構造を有する。

本発明の軸方向伝動システムは、請求項１の前段で記載している。即ち、駆動プーリ（１）と従動プーリ（２）とベルト（３）とを有する軸方向伝動システムである。前記駆動プーリ（１）は、駆動シャフト（１０）に固定される静止ディスク（１１）と、前記駆動シャフト（１０）に沿ってその軸方向に移動する可動ディスク（１２）とを具備し、前記駆動プーリ（１）は、その外側表面に、その回転軸に対し傾斜している一連のハウジング（１３）を有し、前記ハウジング（１３）は、前記駆動シャフト（１０）と一体に回転するお椀状のカバー（４）に対し慣性力で動くマス（１４）を収納し、前記従動プーリ（２）は、出力シャフト（２０）に固定された静止ディスク（２１）と、前記出力シャフト（２０）に対し自身の慣性力によりその軸方向に移動する手段を具備した可動ディスク（２２）とを有し、前記ベルトは、前記駆動プーリ（１）と従動プーリ（２）とを回転可能に連結する。

本発明のシステムは、駆動シャフト（即ちクランクシャフト）に関連する駆動プーリと、出力シャフトに関連する従動プーリの両方を有する極めて効率的かつ新規な構造を有し、十分満足できる方法で上記した一連の問題点を解決する特徴を具備する。これによりスタート時のトルクの大幅な低減とシステムが動作時のより高速化を達成でき、その結果、駆動プーリに供給されるエネルギーの有効利用が図られる。

上記の目的を達成するために、本発明の特徴は、前記ハウジング（１３）とマス（１４）は、前記マス（１４）を軸方向にガイドする手段を規定する非円筒形状をしており、その結果、前記マス（１４）はハウジング（１３）内で回転しない。

前記マス（駆動プーリの可動ディスクと釣鐘型形状のカバーとの間に収納される）の慣性力による動きは、駆動シャフトの回転速度がゼロ又は低速の時は、スライドするマスはそれぞれのハウジングの内側に完全に入り込み、可動ディスクは静止プーリから最も遠い位置にありベルトが装置により許容される最小半径に達するような広い溝を規定する。

駆動シャフトの回転速度が上がると、前記マスは、自身の慣性力の結果として、ハウジングの外側方向に動き、釣鐘型のカバーの内側表面と接触し、駆動プーリの可動ディスクを静止ディスク方向へ移動させ、これにより、２枚のディスクの間の距離を縮めて、駆動プーリの溝を狭くし、伝動ベルトを駆動プーリの半径方向の外側に移動させて、湾曲半径を大きくし、それに応じて、駆動プーリと従動プーリの回転速度の比率を変える。

ハウジングの非円筒形状と慣性力でその中を動くそれぞれのマスにより、前記マスがハウジング内で回転するのを阻止し、釣鐘型形状のカバーに接触することによりその周囲に沿って摩耗するのを回避し、これによりマスの端部がチップ形状を形成する。

それ故に、マスがハウジング内で回転するのを阻止する特徴により、マスと釣鐘型形状のカバーとの間の適宜の接触を確保して、摩擦に起因するエネルギーロスを減らす。

従来技術で述べた文献とは異なり、本発明では、釣鐘型形状のカバーと駆動プーリの静止ディスクとの間に、接触は存在せず、センタリングの目的の為のガイドの使用を必要としない。

本発明の他の特徴によれば、駆動プーリのディスクの少なくとも１つは、ベルトとの接触表面を構成する面の上に可変半径の湾曲した母面(variable-radius curved generatrix)を有する。その結果、速度の線形的変化ではなく指数関数的な変化を達成でき、システムの応答を最適化するに最も適した半径で常に作動し、小さな装置でも、より大きなＶベルトのパスが達成できる。

本発明のシステムは、駆動プーリの動作温度（マスと釣鐘型のカバーとの摩擦に起因する）が高くなりすぎるのを阻止する特徴を有する。釣鐘型カバーがマスと接触するような領域にゴミが入るのを阻止する。

その為に本発明によれば、駆動プーリはその釣鐘型カバーの内側にファンを有する。このファンでシステムの冷却を補助する。更に摩擦により生成された熱を放散させる。

このファンを、釣鐘型カバーの内側に配置すること、特に釣鐘型カバーと駆動プーリの可動ディスクとの間に配置することは、カバーと駆動プーリの可動ディスクとの間のスペースに入ったゴミを排除し、マスがカバーと接触する領域をクリーンに保つ。

更に駆動プーリを冷却するために、本発明では、前記駆動プーリの可動ディスクは、その周囲の前面にに冷却用の溝を有する。

駆動プーリは、出力シャフトに固定される静止ディスクと可動ディスクとを有する。この可動ディスクは、出力シャフトに対し自身の慣性力の結果として、軸方向の移動を可能にする手段を具備する。

従動プーリの可動ディスクの出力シャフトに対し軸方向の移動を可能にする手段は、出力シャフトに搭載された管状ネックを有する。前記管状ネックは、異なる傾斜角の２つの傾斜ノッチ群を有する。前記傾斜ノッチ群内に、管状ネックを出力シャフトと一体に固定する為に、突起部が最適に挿入される。

大きなあるいは小さい傾斜を具備する傾斜ノッチ内に突起部を挿入できることにより、従動プーリの可動ディスクは、突起部に関し自身の慣性力に起因して、移動できる。この突起部は、２つの動作位置限界（傾斜ノッチの上端と下端に正確に対応する）をこのシステムに提供する。その結果、可動ディスクの前記限界位置の一方においては、従動プーリは、ベルトを支持する最大半径を提供し、低速で高いトルクを提供する。一方で可動ディスクの他方の限定位置においては、従動プーリはベルトを支持する最小半径を提供する。それに応じて従動プーリと出力シャフトの最大回転速度とが得られる。

本発明のおいては、管状ネックの傾斜ノッチの数は、出力シャフトに結合される突起部の数の２倍である。その結果、交互にあるいは角度的にずれた２つのグループを構成する異なる傾斜角を有する傾斜ノッチにより、従動プーリの可動ディスクの管状ネック上の大きなあるいは小さな傾斜角を有する傾斜ノッチのグループに、突起部を搭載することができる。そのため各アプリケーションの特定のニーズに応じて、より高いトルクあるいはより速い速度変化を達成できる。

従動プーリの可動ディスクは弾性材料により補助され、この弾性材料は、回転慣性力が十分でない時に、可動ディスクが従動プーリの静止ディスクにより近づくような位置にそれを保持する。

本発明の軸方向伝動システムの一実施例を示す図で、トランスミッション・ベルトを切断し、駆動プーリと従動プーリが見えるようにしている図。 駆動プーリの展開図。 駆動プーリの可動ディスクが駆動シャフトの軸方向移動可能範囲の第１端にある状態を示す垂直面（紙面の平行な面）に沿って切断した駆動プーリの部分断面展開図。 駆動プーリの可動ディスクが駆動シャフトの軸方向移動可能範囲の第２端にある状態を示す垂直面（紙面の平行な面）に沿って切断した駆動プーリの部分展開図。 従動プーリの可動ディスクが出力シャフトの軸方向移動可能範囲の第１端にある状態を示す従動プーリの部分展開図。 従動プーリの可動ディスクが出力シャフトの軸方向移動可能範囲の第２端にある状態を示す従動プーリの部分展開図。 従動プーリの可動ディスクの斜視図で、管状ネックに形成された異なる傾斜角の２つの従動ノッチ群を見えるようにした図。

図１において、本発明のシステムの一実施例は、駆動プーリ１と従動プーリ２を有し、駆動プーリ１はこの実施例ではモータ（Ｍ）により駆動される駆動シャフト１０に搭載されている。従動プーリ２は出力シャフト２０に搭載されている。駆動プーリ１と従動プーリ２の両方は、Ｖベルト３により連結されている。

駆動プーリ１は、静止ディスク１１と可動ディスク１２から構成される。可動ディスク１２は駆動シャフト１０に沿ってその軸方向に動く。従動プーリ２も同様に出力シャフト２０に固定された静止ディスク２１と、出力シャフト２０に対し自身の慣性力でその軸方向に移動できる可動ディスク２２とを有する。

駆動プーリ１と従動プーリ２の可動ディスク１２，２２の軸方向の動きのより、システムは、駆動シャフト１０対出力シャフト２０の速度比を変えることができる。

図２，３，４に示すように、駆動プーリ１の可動ディスク１２は、その外側面に一連のハウジング１３を有する。このハウジング１３は、分散する方向に駆動シャフト１０に対し傾斜しており、その中にマス１４が収納されている。このマス１４は、駆動シャフト１０と一体に回転する湾曲した釣鐘型形状のカバー４に対し慣性力で動くことができる。

図２に示すように、ハウジング１３とマス１４は非円筒（横断面が円形でない筒）形状をしている。この実施例の場合には丸いエッジの台形の断面（trapezoidal section）を有する。この丸いエッジは、先端即ち突起部分ではカバー４の内側表面との接触面を形成する丸い球形のキャップ状の形状をしている。

図３に示すように、駆動シャフト１０が回転していない場合あるいは低速で回転している場合には、駆動プーリ１の可動ディスク１２はカバー４に近い位置にあり、マス１４はハウジング１３内に留まる。

図４に示すように、駆動シャフト１０の回転速度が徐々に上がると、マス１４は、自身の慣性力によりハウジング１３から徐々に突出して、カバー４の内側表面に接触するようになり、前記マス１４が傾斜し分散されて配置されている為に、可動ディスク１２が駆動プーリ１の静止ディスク１１に近づく。

図３，４に示すように、駆動プーリ１はカバー４の内側にファン１５を有する。ファン１５は、システムを冷却したり、可動ディスク１２とカバー４との間の間隙に入り込む微粒子を除去して、マス１４がカバー４に接触する領域を清潔に保つ。

更に図３，４に示すように、駆動プーリ１の可動ディスク１２は、その外側表面の周囲に溝１６を有し、様々な部品が互いに擦り合うことによる発熱を発散させる。

図３，４に示すように、駆動プーリ１の可動ディスク１２は、ブッシング１７をボルト１８上に配置することにより搭載される。このボルト１８は、窒化チタン処理され、高い硬度と前記可動ディスク１２の軸方向の動きの間低い摩擦係数を提供する。

図５，６に示すように、従動プーリ２は、出力シャフト２０に搭載され、静止ディスク２１と可動ディスク２２により構成される。この可動ディスク２２は、出力シャフト２０に対しその軸方向の動きが可能となるよう、傾斜ノッチ２４，２５が形成された管状ネック２３を有する。これらの傾斜ノッチ２４，２５は、出力シャフト２０に対し異なる傾斜角を有し、突起部２６がこれのノッチ群の一方或いは他方に最適に挿入されるようにし、管状ネック２３が出力シャフト２０に一体に固定されるようにしている。

管状ネック２３は、従動プーリ２の可動ディスク２２に取り外し可能にネジで搭載されている。

可動ディスク２２は、自身の慣性力により、突起部２６（傾斜ノッチ２４又は２５の手段ににより管状ネック２３にガイドされる）に対し移動すると、可動ディスクの２つの動作限界位置（静止ディスク２１から最も遠い位置と静止ディスク２１に最も近い位置の間）は、従動プーリ２に支持されたＶベルト３により規定される回転半径を変えることにより、達成可能となる。

前記したように、従動プーリ２の可動ディスク２２は、弾性要素例えばスプリング等（図示せず）により補助され、弾性要素が、可動ディスク２２を静止ディスク２１の方向に動くようにしている。

図７は、従動プーリ２の可動ディスク２２と管状ネック２３を示す。後者は、異なる傾斜角（α、β）を有する交互に配置された２組の傾斜ノッチ２４を具備する。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。用語「又は」に関して、例えば「Ａ又はＢ」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならず、「ＡとＢの両方」を選択することも含む。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。

１：駆動プーリ
２：従動プーリ
３：Ｖベルト
４：カバー
１０：駆動シャフト
１１：静止ディスク
１２：可動ディスク
１３：ハウジング
１４：マス
１５：ファン
１６：溝
１７：ブッシング
１８：ボルト
２０：出力シャフト
２１：静止ディスク
２２：可動ディスク
２３：管状ネック
２４，２５：傾斜ノッチ
２６：突起部

Claims (6)

1. 駆動プーリ（１）と従動プーリ（２）とベルト（３）とを有する軸方向伝動システムにおいて、
   前記駆動プーリ（１）は、駆動シャフト（１０）に固定される静止ディスク（１１）と、前記駆動シャフト（１０）に沿ってその軸の方向に移動する可動ディスク（１２）とを具備し、前記駆動プーリ（１）は、その外側表面に、前記軸に対し傾斜している一連のハウジング（１３）を有し、前記ハウジング（１３）は、前記駆動シャフト（１０）と一体に回転する釣鐘型形状のカバー（４）に対し慣性力で動くマス（１４）を収納し、
   前記従動プーリ（２）は、出力シャフト（２０）に固定された静止ディスク（２１）と、前記出力シャフト（２０）に対し自身の慣性力によりその軸方向に移動する可動ディスク（２２）とを有し、
   前記ベルト（３）は、前記駆動プーリ（１）と従動プーリ（２）とを回転可能に連結し、
   前記ハウジング（１３）とマス（１４）は、前記マス（１４）を前記軸に対し鉛直上下に傾斜する方向にガイドする手段を規定する非円筒形状をしており、その結果、前記マス（１４）はハウジング（１３）内で回転しない
   ことを特徴とする軸方向伝動システム。
2. 前記駆動プーリ（１）は、前記カバー（４）内にシステムを冷却するファン（１５）を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の軸方向伝動システム。
3. 前記駆動プーリ（１）の可動ディスク（１２）は、その周囲に冷却用の溝（１６）を有する
   ことを特徴とする請求項２記載の軸方向伝動システム。
4. 前記駆動プーリ（１）の可動ディスク（１２）は、前記駆動シャフト（１０）に搭載されたボルト（１８）上に、ブッシング（１７）を配置することにより搭載される
   ことを特徴とする請求項１記載の軸方向伝動システム。
5. 前記出力シャフト（２０）に対し軸方向に移動する手段は、管状ネック（２３）を前記出力シャフト（２０）上に搭載し、前記管状ネック（２３）は、２つの傾斜ノッチ群（２４，２５）を具備し、前記２つの傾斜ノッチ群（２４，２５）は、前記出力シャフト（２０）に対し異なる傾斜角を有し、突起部（２６）が傾斜ノッチ群（２４，２５）に挿入され、前記出力シャフト（２０）に前記管状ネック（２３）を一体に固定する
   ことを特徴とする請求項１記載の軸方向伝動システム。
6. 前記出力シャフト（２０）は、前記管状ネック（２３）に形成された６個の傾斜ノッチ群（２４，２５）内に挿入される３個の突起部（２６）を有し、前記６個の傾斜ノッチ群（２４，２５）は、２つの異なる傾斜角を有し、異なる傾斜角の傾斜ノッチ群（２４，２５）は、交互に配置される
   ことを特徴とする請求項５記載の軸方向伝動システム。

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