JP6948340B2 - 連続可変変速機およびそのような変速機を備えた車両 - Google Patents

Description

本発明は、第１の回転軸線を中心にして回転することができる第１のプーリ手段と、第２の回転軸線を中心にして回転することができる第２のプーリ手段と、前記第１のプーリ手段および前記第２のプーリ手段の両方に通される細長い可撓エンドレス伝達要素とを備えており、前記第１のプーリ手段は、前記第１の回転軸線の軸方向に調節可能である２つのシーブと、調節手段とを備え、前記調節手段は、前記２つの調節可能なシーブを互いに接近および互いに離間するように前記第１の回転軸線の軸方向に移動させることで、前記伝達要素が前記第１のプーリ手段に通される前記第１のプーリ手段の作動半径を設定するように構成されている、連続可変変速機に関する。

このような変速機によれば、駆動力を第１のプーリ手段、伝達要素、および第２のプーリ手段を介して伝達することができ、その逆も可能である。変速比を無段階に調節することが可能である。

第２の態様によれば、本発明は、第１の態様による連続可変変速機を備える機械に関し、そのような機械は、好ましくは車両等であるが、風車または材料加工機械などの産業機械であってもよい。

欧州特許出願公開第０７１３８２２号明細書および米国特許第４，６７４，９９４号明細書の両者が、ベルトが通される２つのプーリ手段を備えている公知の連続可変変速機を開示している。これらの変速機においては、軸方向に可動なシーブが使用され、シーブを動かすことによってプーリ手段上のベルトの作動直径を増減させている。これらの公知の変速機の欠点は、使用中の変速機、とくにはベルトの摩耗の低減を可能にするために、比較的精密な構造が必要とされることである。

したがって、本発明の目的は、変速機の比較的少ない摩耗を効果的なやり方で実現することができる連続可変変速機を提供することである。

上記の目的は、第１のプーリ手段に整列手段が設けられ、整列手段は、作動半径を維持しつつ、伝達要素が第１のプーリ手段に軸方向に作用させる力の影響下で、２つの可動なシーブを第１の回転軸の軸方向に一緒に移動させる連続可変変速機によって達成される。

本発明は、公知の変速機の場合において、使用時の伝達要素およびプーリ手段の摩耗を低減すべく、伝達要素のプーリ手段との整列を充分に維持するために、変速機のハウジングまたはプーリ手段が取り付けられるフレームなどの比較的精密な構造が必要であるという洞察に少なくとも部分的に基づく。本発明による連続可変変速機は、上述のとおりの整列手段を備えているので、所望の整列を、組み立て時のみならず、使用時にも、構造の精度とは無関係に高度に保つことが可能である。

さらなる利点は、２つの可動なシーブを一緒に、作動半径を維持したままで、使用時に細長い可撓エンドレス伝達要素が第１のプーリ手段に軸方向に作用させる力の影響下で第１の回転軸の軸方向に移動させることにより、第１のプーリ手段に通された伝達要素が軸方向に移動して駆動力の伝達を可能にする場合でも、比較的広い変速範囲において、伝達要素とプーリ手段との間の高度な整列が引き続き実現されることである。伝達要素が第１のプーリ手段に良好に接触するので、伝達可能な駆動力が、比較的良好な整列の結果として維持される。

本発明の枠組みにおいて、用語「変速範囲」は、変速機の可能な限り小さい伝達比から可能な限り大きい伝達比までの範囲を意味すると理解される。

本発明の枠組みにおいて、用語「シーブ」は、回転軸線に対して半径方向に延在し、使用時に例えばベルトまたはチェーンの形態の伝達要素と協働するように構成されたディスクまたはプーリを意味すると理解される。そのような伝達要素の一例は、プッシュベルトであり、その場合、シーブは円錐形である。あるいは、プーリ手段は、例えば歯付きベルトの形態の伝達要素が接触する２つのシーブの間の半径方向に可動な接触ブロックを備えることができる。

整列手段を、整列手段の一部を形成するばね手段からのばね力に抗して、調節手段および２つの可動なシーブを軸方向に一緒に移動させるように構成すると、好都合である。これにより、シーブを確実に調節するための可動なシーブと調節手段との間の直接接続を得ることが可能となる。一実施形態において、整列手段は、整列手段の一部を形成する減衰手段からの減衰力に抗し、さらには／あるいはばね手段からのばね力と整列手段の一部を形成する減衰手段からの減衰力との組み合わせに抗して、調節手段および２つの可動なシーブを軸方向に移動させるように構成される。減衰手段は、例えば油圧ダンパであってよい。

現実的な実施形態において、ばね手段は、第１のばねおよび第２のばねを備え、２つのシーブのうちの第１のシーブは、第１のばねに対するばね張力のもとで保持され、２つのシーブのうちの第２のシーブは、第１のばねの反対の方向に作用する第２のばねに対するばね張力のもとで保持される。このようにばねを設けることは、２つの可動なシーブを、作動半径を維持しながら、使用時に伝達要素が第１のプーリ手段に作用させる力の軸方向の比較的小さい力成分で、所望の軸方向位置へと押すために好都合である。

この点に関し、第１のばねおよび第２のばねは、２つの可動なシーブが取り付けられたシャフト内に設けられると好都合である。これにより、比較的コンパクトな構成の実現が可能になる。

第１のばねのばね定数および第２のばねのばね定数が、少なくとも実質的に同じであると好ましい。これにより、実質的に均一な力を用いて、第１の回転軸に平行に、所望の軸方向位置に対する両側の位置から、所望の軸方向位置へと押すことが可能になる。

現実的な実施形態において、調節手段は、使用時に２つの可動なシーブをお互いに向かって押す。このようにして、走行半径を好都合なやり方で決定することができる。

調節手段が圧力チャンバを備え、好ましくは流体である圧力媒体によって圧力チャンバ内に生成される圧力に応じて第１のプーリ手段の作動半径が決定されると、好都合である。これにより、比較的単純な構成を用いながら、作動半径を決定するための比較的大きい力を実現することが可能になる。

圧力媒体は、好ましくは流体であり、好ましくは油であるが、別の実施形態においては、他の適切な流体または空気などの気体を使用することができる。

この場合、調節手段を、圧力チャンバ内の圧力が上昇するときに２つの可動なシーブがお互いに向かって押されるように構成すると、好都合である。

圧力チャンバは、好ましくは、２つの可動なシーブが取り付けられたシャフトに対して同心に設けられ、シャフトの中心軸が、第１の回転軸であり、シャフトは、圧力チャンバに対して回転可能である。このようにして、第１のプーリ手段のコンパクトな構成を実現することができる。このようにして、圧力チャンバ、したがって圧力チャンバ内に存在する圧力媒体は、回転することがなく、あるいは少なくともわずかしか回転しない。したがって、媒体に対する遠心力の影響は存在せず、あるいは少なくともきわめて限られている。

この点で、圧力チャンバが少なくとも部分的に中空な円筒体内に設けられ、軸受が、２つの可動なシーブが取り付けられたシャフト上に中空な円筒体を回転可能に支持するように設けられると、好都合である。

圧力チャンバが、圧力チャンバに圧力媒体を出し入れするための入口開口を備えると、好都合である。これにより、圧力チャンバ内の圧力を変化させて、第１のプーリ手段の作動半径を調節することができる。

第１のピストン体および第２のピストン体が、シーブが取り付けられたシャフトと円筒体との間の環状部に設けられ、第１のピストン体が、２つの可動なシーブのうちの第１の可動なシーブに接続され、第２のピストン体が、２つの可動なシーブのうちの第２の可動なシーブに接続されると、好都合である。

きわめて実用的な実施形態において、変速機は、２つの可動なシーブが取り付けられたシャフトを備え、シャフトの中心軸が、第１の回転軸であり、一実施形態において、シャフトは、クランクが取り付けられるように構成されたクランクシャフトである。これは、例えばサイクル（ｃｙｃｌｅ）型の車両の場合のように、クランクによる第１の伝達要素の駆動に好都合である。

一実施形態において、第２のプーリ手段は、第１のプーリ手段と同一である。この場合、変速機は、第１のプーリ手段の２つのシーブが第１のプーリ手段の調節手段によってお互いから離れるように軸方向に動かされるときに、第２のプーリ手段の２つのシーブを第２のプーリ手段の調節手段を使用してお互いに向かって動かすように構成される。あるいは、換言すると、第１のプーリ手段における伝達要素の作動半径が減少するとき、第２のプーリ手段における伝達要素の作動半径が増加する。

別の実施形態において、第２のプーリ手段は、不変の作動半径を提供する。その場合、第２のプーリ手段は、歯車またはスプロケットホイールであってよい。その場合、変速機は、伝達要素と第１および第２のプーリ手段との間の接触の維持を保証すべく伝達要素への張力を維持するために、第１および第２のプーリ手段の間において伝達要素に作用する張力印加用ホイールなどのテンショナを備えることができる。

一実施形態においては、整列手段を、第１のプーリ手段および第２のプーリ手段が互いに離して取り付けられたフレームに対して、２つのシーブを軸方向に一緒に移動させるように構成することができる。

第２の態様によれば、本発明は、本発明の第１の態様による連続可変変速機を備える車両、例えば自転車またはモペットなどのサイクルに関する。このような車両の利点は、変速機の利点と同様である。

圧力チャンバが、少なくとも部分的に中空な円筒体内に設けられ、軸受が、２つの可動なシーブが取り付けられたシャフト上に中空な円筒体を回転可能に支持するように設けられている本発明による車両の好都合な実施形態においては、車両がサイクルであり、中空な円筒体がサイクルのフレームの少なくとも一部分によって形成されると、好都合である。

この点に関し、圧力チャンバが、圧力チャンバに例えば油などの圧力媒体を出し入れするための入口開口を備え、サイクルが、圧力チャンバへの圧力媒体の制御された出し入れによって変速比を決定するために入口開口に接続された制御装置を備えると、好都合である。このような制御装置は、実用的なやり方での変速比の調節に有利である。

車両は、好ましくは、動力車の形式の車両の場合のシャシなどのフレーム、またはサイクルフレームを備え、変速機は、フレームに固定されたハウジングを備え、第１のプーリ手段および第２のプーリ手段は、互いに離してハウジング内に取り付けられ、第１のプーリ手段のシャフトは、軸方向の移動に関してハウジングに堅固に接続され、整列手段は、使用時に２つのシーブを一緒にシャフトに対して軸方向に移動させるように構成される。

次に、本発明を、以下の概略図を参照する本発明による連続可変変速機の第１のプーリ手段および連続可変変速機の好ましい実施形態の説明によって、さらに詳しく解説する。

第１の作動位置にある本発明による第１のプーリ手段を示している。 図１の第１のプーリ手段の断面図Ａ−Ａである。 第２の作動位置にある図１の第１のプーリ手段を示している。 図３の第１のプーリ手段の断面図Ｂ−Ｂである。 図１の第１のプーリ手段の部品の集合を示している。 図４の第１のプーリ手段の部品の集合を示している。 図５および図６に示した部品の分解図である。 本発明による連続可変変速機の好ましい実施形態を示している。

第１の回転軸線３を中心にして回転することができる第１のプーリ手段１が、第１のシーブ５および第２のシーブ７を備えており、第１のシーブ５および第２のシーブ７あるいは第１のシーブ５および第２のシーブ７の一部分は、調節手段９へと接続され、調節手段９によって第１の回転軸線３の軸方向に移動可能である。使用される伝達要素１０６（図８を参照）に応じて、半径方向に広がるシーブのさらなる一部分を、シーブ５および７の前記一部分へと取り付けることができる。例えば、これに関して、円錐形のシーブが考えられる。図面に示されているシーブの各部分を、以下ではシーブ５および７と称する。シーブ５および７は、シャフト２９上での回転方向の動きに関して固定される一方で、軸方向ａに移動可能である。シャフト２９の中心軸は、回転軸線３に一致する。第１のシーブ５および第２のシーブ７を反対の軸方向ａに移動させることによって、細長い可撓エンドレス伝達要素（図８にだけ示されている）が第１のプーリ手段１に通される第１のプーリ手段１の作動半径を決定することができる。

調節手段９は、シャフト２９の第１の回転軸線３の周りを同心円状に延びる少なくとも部分的に中空な円筒体１１を備える。中空な円筒体１１の内側に、シャフト２９と円筒体１１との間に広がる圧力チャンバ１３が設けられている。中空な円筒体１１には、例えば油などの流体である圧力媒体を圧力チャンバ１３に出し入れするための入口開口１５が設けられている。圧力チャンバ１３は、軸方向の両側において第１のピストン体１７および第２のピストン体１９によって境界付けられており、第１のピストン体１７は第１のシーブ５に接続され、第２のピストン体１９は第２のシーブ７に接続されている。第１のピストン体１７および第２のピストン体１９は、外周壁に外側溝２１，２１’を備えており、外側溝２１，２１’に、第１のピストン体１７および第２のピストン体１９の外周壁において円筒体１１から圧力チャンバをシールするための外側シールリング２３，２３’が設けられている。第１のピストン体１７および第２のピストン体１９は、内周壁に内側溝２５，２５’を備えており、内側溝２５，２５’に、第１のピストン体１７および第２のピストン体１９の内周壁において円筒体１１から圧力チャンバ１３をシールするための内側シールリング２７，２７’が設けられている。

中空な円筒体１１は、シャフト２９の中空な円筒体１１に対する回転を可能にするように、端部の付近において第１の軸受３１および第２の軸受３３に支持されている。第１の軸受３１の第１のピストン体１７から遠い側に、第１の軸受３１を中空な円筒体１１内に保持する第１の保持体３５が設けられている。第２の軸受３３の第２のピストン体１９から遠い側に、第２の軸受３３を中空な円筒体１１内に保持する第２の保持体３７が設けられている。

シャフト２９には、回転軸線３の軸方向ａに延びる第１のスロット３９および第２のスロット４１が設けられている。第１のスロット３９および第２のスロット４１内に、第１の接続手段４３および第２の接続手段４５が、軸方向に移動可能に取り付けられている。第１の接続手段４３および第２の接続手段４５は、第１の接続手段４３と第１のピストン体１７とを互いに接続し、第２の接続手段４５と第２のピストン体１９とを互いに接続する半径方向のピンの形態の接続要素４７，４７’を備えている。第１のシーブ５および第２のシーブ７は、第１の接続手段４３および第２の接続手段４５にそれぞれ接続され、したがって第１のピストン体１７および第２のピストン体１９によってもたらされるそれぞれの接続手段の軸方向ａの移動と同時に、それぞれのシーブ５，７が軸方向ａに移動する。

さらに、プーリ手段１は、使用時に第１のプーリ手段１に作用する細長い可撓エンドレス伝達要素による力に応じて、２つの可動シーブ５および７を、作動半径を維持しつつ、第１の回転軸線３の軸方向ａに一緒に移動させるための整列手段４９を備える。整列手段４９は、この目的のために、第１のばね５１と第２のばね５３とを含むばね手段を備えている。第１のばね５１は、軸方向ａにおいて見て第１のばね５１から遠い側で第１の支持要素５７に当接し、軸方向において見て第１のばね５１に面する側で第２の接続要素４５に接続された第２の支持要素５５に当接する。第２のばね５３は、軸方向ａにおいて見て第２のばね５３から遠い側でさらなる第１の支持要素５７’に当接し、軸方向ａにおいて見て第２のばね５３に面する側でさらなる第２の支持要素５５’に当接する。さらなる第２の支持要素５５’は、第１の接続要素４３に接続されている。第１のばね５１のばね定数および第２のばね５３のばね定数は、両方の軸方向ａに同等の整列効果が得られるように、少なくとも実質的に同じである。上述のばね５１、５３に代え、あるいは上述のばね５１、５３に組み合わせて、油圧ダンパなどの減衰手段を設けてもよい。

入口開口１５を介して圧力チャンバ１３に流体を導入することにより、第１のピストン体１７および第２のピストン体１９が、お互いから離れるように軸方向ａに移動する。第１の接続要素４３を介する第１のピストン体１７の第１のシーブ５への接続の結果として、第１のシーブ５は、第２のシーブ７の方向に押される。第２のシーブ７は、圧力チャンバ１３への流体の導入によって引き起こされる第２のピストン体１９の移動により、第１のシーブ５に向かって押される。調節された圧力が圧力チャンバ１３内に維持され、あるいは圧力チャンバ１３内の流体（この例では、油）の体積が一定に保たれる場合、２つの可動シーブ５および７は、第１のばね５１および第２のばね５３のばね作用に抗して、２つの可動シーブ５および７の間の間隔を維持し、すなわち作動半径を維持しつつ、第１の回転軸線３の軸方向ａに移動することができる。

図８に示される連続可変変速機１００は、ハウジング１０１と、第１の回転軸線３を中心にして回転することができる上述の第１のプーリ手段１と、回転軸線３ａを中心にして回転することができるプーリ手段１と同一の第２のプーリ手段１ａとを備える。細長い可撓エンドレス伝達要素１０６が、第１のプーリ手段１および第２のプーリ手段１ａに通される。図８に示した例において、シーブは円錐形であり、伝達要素１０６はＶベルトである。入口開口１５および１５ａに関する圧力チャンバへと油を導入し、あるいはこれらの入口開口を介して圧力チャンバから油を除去することにより、各々のプーリ手段の２つのシーブをお互いから離し、あるいは互いに近付けて、両方のプーリ手段におけるＶベルトの作動半径を調節することが可能である。

Claims (17)

1. 第１の回転軸線を中心にして回転することができる第１のプーリ手段と、第２の回転軸線を中心にして回転することができる第２のプーリ手段と、前記第１のプーリ手段および前記第２のプーリ手段の両方に通される細長い可撓エンドレス伝達要素とを備えており、前記第１のプーリ手段は、前記第１の回転軸線の軸方向に調節可能である２つのシーブと、調節手段とを備え、前記調節手段は、前記２つの調節可能なシーブを互いに接近および互いに離間するように前記第１の回転軸線の軸方向に移動させることで、前記伝達要素が前記第１のプーリ手段に通される前記第１のプーリ手段の作動半径を設定するように構成されている、連続可変変速機であって、
   前記第１のプーリ手段は、前記作動半径を維持しつつ、前記伝達要素が前記第１のプーリ手段に軸方向に作用させる力の影響下で、前記２つの可動なシーブを前記第１の回転軸の軸方向に一緒に移動させる整列手段を備えており、
   前記整列手段は、前記整列手段の一部を形成するばね手段からのばね力に抗して、前記調節手段および前記２つの可動なシーブを軸方向に一緒に移動させるように構成されている、ことを特徴とする連続可変変速機。
2. 前記ばね手段は、第１のばねおよび第２のばねを備え、前記２つの可動なシーブのうちの第１の可動なシーブは、前記第１のばねに対するばね張力のもとで保持され、前記２つの可動なシーブのうちの第２の可動なシーブは、前記第１のばねの反対の方向に作用する前記第２のばねに対するばね張力のもとで保持される、請求項１に記載の連続可変変速機。
3. 前記第１のばねおよび前記第２のばねは、前記２つの可動なシーブが取り付けられたシャフト内に設けられる、請求項２に記載の連続可変変速機。
4. 前記第１のばねのばね定数および前記第２のばねのばね定数は、少なくとも実質的に同じである、請求項２または３に記載の連続可変変速機。
5. 前記調節手段は、使用時に前記２つの可動なシーブをお互いに向かって押す、請求項１から４のいずれか一項に記載の連続可変変速機。
6. 前記調節手段は、圧力チャンバを備え、圧力媒体によって前記圧力チャンバ内に生成される圧力に応じて前記第１のプーリ手段の前記作動半径が決定される、請求項１から５のいずれか一項に記載の連続可変変速機。
7. 前記調節手段は、前記圧力チャンバ内の圧力が上昇するときに前記２つの可動なシーブをお互いに向かって押すように構成されている、請求項６に記載の連続可変変速機。
8. 前記圧力チャンバは、前記２つの可動なシーブが取り付けられたシャフトに対して同心に設けられ、前記シャフトの中心軸が、前記第１の回転軸であり、前記シャフトは、前記圧力チャンバに対して回転可能である、請求項６または７に記載の連続可変変速機。
9. 前記圧力チャンバは、少なくとも部分的に中空な円筒体内に設けられ、軸受が、前記２つの可動なシーブが取り付けられた前記シャフト上に前記中空な円筒体を回転可能に支持するように設けられている、請求項８に記載の連続可変変速機。
10. 前記圧力チャンバは、前記圧力チャンバに前記圧力媒体を出し入れするための入口開口を備えている、請求項６から９のいずれか一項に記載の連続可変変速機。
11. 第１のピストン体および第２のピストン体が、前記シーブが取り付けられた前記シャフトと前記円筒体との間の環状部に設けられ、前記第１のピストン体は、前記２つの可動なシーブのうちの第１の可動なシーブに接続され、前記第２のピストン体は、前記２つの可動なシーブのうちの第２の可動なシーブに接続される、請求項６から１０のいずれか一項に記載の連続可変変速機。
12. 前記２つの可動なシーブが取り付けられたシャフトを備え、前記シャフトの中心軸が、前記第１の回転軸であり、前記シャフトは、クランクが取り付けられるように構成されたクランクシャフトである、請求項１から１１のいずれか一項に記載の連続可変変速機。
13. 前記整列手段は、前記第１のプーリ手段および前記第２のプーリ手段が互いに離して取り付けられたフレームに対して、前記２つのシーブを軸方向に一緒に移動させるように構成されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の連続可変変速機。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の連続可変変速機を備える車両。
15. 前記車両は、サイクルであり、前記中空な円筒体は、前記サイクルのフレームの少なくとも一部分によって形成される、請求項１４に記載の車両および請求項９に記載の連続可変変速機。
16. 前記サイクルは、変速比を決定するために前記入口開口へと接続された制御装置を備える、請求項１５に記載の車両および請求項１０に記載の連続可変変速機。
17. シャシなどのフレームを備え、前記変速機は、前記フレームに固定されたハウジングを備え、前記第１のプーリ手段および前記第２のプーリ手段は、前記ハウジング内に互いに離して取り付けられ、前記第１のプーリ手段の前記シャフトは、軸方向の移動に関して前記ハウジングに堅固に接続され、前記整列手段は、使用時に前記２つのシーブを一緒に前記シャフトに対して軸方向に移動させるように構成されている、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の車両。

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