JPH0460246A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は無段変速機に関し、特に回転体の外周に取り
付けられるとともに、入力軸側の入力円板と出力軸側の
出力円板とにともに接することにより、これら入出力軸
間に回転を伝達させる複数のコーンと；内周部が各コー
ンに接することによりこれらコーンおよび前記回転体に
差動運動を行わせる変速リングと；この変速リングをそ
の軸心方向に移動させ、この変速リングとコーンとの接
触位置を変化させて、前記差動運動の量を調節すること
により、前記出力軸の回転数を変化させる手段と；を有
したリングコーン式の無段変速機に関する。

従来の技術 この種の無段変速機は、設備機械、工作機械。

産業機械等において電動機やエンジンの動力を伝達する
際に起動をスムーズに行わせたり速度をコントロールす
る手段として広く用いられている。

従来、このような無段変速機の変速比をトルクに応じて
自動的に変化させるものとして、たとえば第６図に示す
ようなものがある。ここで、ｌは入力軸、２は出力軸で
１両軸１，２は同一軸心上に配置されて、それぞれの軸
端には入力側回転円板３および出力側回転円板４が取り
付けられている０両回転円板３．４の間には、コーンリ
テーナ５が、これらと同一の細心を中心にして回転自在
に設けられている。コーンリテーナ５の周囲には、複数
のコー７６が回転自在に設けられ、このコーン６は１両
回転円板３．４の外周縁との間で摩擦伝動を行う。

コーン６を取り付けたりモータ５の周囲には変速リング
７が設けられている。すなわち、各コーン６はその稜線
がリテーナ５の回転軸心と平行になるように配置され、
変速リング７はその内周部が各コーン６の円錐部との間
で摩擦伝動するように構成されている。変速リング７は
フォーク８に固定されて周方向には移動しないよう構成
されているが、軸心方向にはフォーク８とともに移動可
能である。フォーク８にはラック９が取り付けられてお
り、このラック９に噛み合うビニオン１０をモータ１１
にて駆動可能とされている。１２は回転センサで、出力
軸２の回転数を検出する。

１３は制御装置である。

このような構成によれば、変速リング７がコーン６に接
していることから、このコーン６は入力側回転円板３に
より回転されることで変速リング６の内周縁に沿ってこ
ろがり、このころがり運動にもとづいて、リテーナ５と
コー７６とが一体に差動運動を行う、モータ１１により
変速リング７を移動させて、コーン６の先端部の近傍で
変速リング７がコーン６に接するようにすれば、コーン
６のころがり量が小さくなって差動運動の量も小さくな
り、変速比は小さくなる０反対にコーン６の裾の部分に
接するように変速リング７を移動させると、コーン６の
ころがり量が大きくなって差動運動の量も大きくなり、
変速比は大きくなる。

この第６図の自動変速機構では、出力軸２の回転数をセ
ンサ１２で検知し、負荷の増減による回転数の変化を制
御装置１３によりモータ１１にフィードバックさせて変
速を行うようにしている。

第７図および第８図は他の従来の自動変速機構を示す、
ここでは一端が機枠に支持された旋回アーム１５を設け
、この旋回アーム１５の先端部が変速リング７に連結さ
れている。また変速リング７に取り付けたりモータ１６
と機枠との間に、圧縮ばね１７が設けられている。

このような構成によれば、変速リング７は、旋回アーム
１５が旋回することにより案内を受けてその軸心方向お
よび周方向の双方に移動可能である。

第７図は出力軸２の負荷が小さい場合を示す。

リテーナ１６が圧縮ばね１７で押されることにより旋回
アーム１５が旋回し、変速リング７がコー７６の先端部
に位置することで、出力軸２は高速回転する。この状態
で出力軸２の負荷が増大すると、それに伴う回転力がコ
ーン６かも変速リング７に伝達され、この回転力により
第８図に示すようにばね１７が圧縮変形する。すると、
それにもとづき変速リング７が周方向へ移動し、それに
対応してアーム１５が旋回するので、変速リング７は差
動運動の量が大きくなるように軸心方向に移動する。こ
れにより、出力軸２は負荷に応じて減速されることにな
るが、変速リング７は、軸負荷とばね力とが釣り合う位
置でコーン６に接触する。

発明が解決しようとする課題 しかし、第６図に示した従来の自動変速機構では、制御
のために電気を必要とし、またモータ１１や回転センサ
１２などが必要になるので、高価なものになってしまう
という問題点がある。

また、第７図および第８図に示した従来の自動変速機構
では、その構造上、一方向の回転にしか用いることがで
きないという問題点がある。

そこで、上記した各従来のものの不具合を解消する無段
変速機として、本出願人は、すでに特願平１−３２４３
６４号公報に示すものを提案している。

すなわち、それは、第９図に示すように、カム１８の端
面に、軸方向の厚みが徐々に変化するように互いに逆方
向へ傾斜する傾斜部１８ａ　。

１８ｂでＶ字形の傾斜面１８Ａを形成し、このカム１８
の内周面に変速リング７を取り付け、この変速リング７
を、コーンおよび回転体（いずれも図示せず）の差動運
動に伴ってカム１８とともにその周方向に変位可能なよ
うに構成し、前記カム１８の両端面を、この両端面に接
してカム１８を間に挟込むベアリング１９のポール１９
Ａ。

１９Ｂにて支持し、 前記ベアリング１９のポール１９Ａ、１９Ｂをカム１８
の両端面に押圧させるばね２０を設けて、このばね２０
により、出力軸の負荷の大小に応じた変速リング７の周
方向の変位を許容して。

この周方向の変位によって、前記傾斜面１８Ａにより変
速リング７をその軸心方向に変位させるように構成した
ものであり、これにより、外部制御装置を使用すること
なく、負荷トルクにもとづく適正な変速比が得られ、し
かも前記カム１８の■形傾斜面１８Ａにより正回転のみ
ならず、逆回転にも対応可能となる。

しかし、上記構成のものは、負荷トルクが減少した際の
カムに対する圧接用のばね力のみで最小変速比の位置に
戻そうとしているので、この復帰動作の応動性が鈍いと
いう欠点が残されていた。

そこで１本発明はこのような問題点を解決し、変速リン
グの軸心方向への移動のためにモータやセンサなどの電
気で制御される特別な装置を必要とせずに適切な変速比
が得られ、しかも正逆両方向の回転について利用でき、
とくに、負荷トルク減少時において、カムの最小変速比
の位置への復帰を速やかに行わせ得る無段変速機を提供
することを目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するため本発明は、 変速リングを円筒状のカムに取り付けて、この変速リン
グを、コーンおよび回転体の差動運動に伴ってカムとと
もにその周方向に変位可能なように構成し、 前記カムの一方の端面にその軸方向の厚みを徐々に変化
させる傾斜面を形成し。

前記カムの両端面を、この両端面に接してカムを間に挟
み込むベアリングにて支持し。

前記ベアリングをカムの両端面に押圧させるばねを設け
て、このばねにより、出力軸の負荷の大小に応じた変速
リングの周方向の変位を許容して、この周方向の変位に
よって、前記傾斜面により変速リングをその軸心方向に
変位させるように構成し、 前記カムの回転に対して最小変速比の位置への復帰ばね
力を付与する復帰ばねをカムと固定体との間に掛設した
ものである。

作用 このような構成において、出力軸に負荷がかかっていな
いときには、ばねの力によりベアリングが傾斜面を押圧
し、カムの軸方向の厚みが最小の部分でベアリングがカ
ムを挟み込んでこのカムを支持する。変速リングとコー
ンとの位置関係を適宜に設定することにより、この状態
で出力軸を高速回転させることが可能になる。

出力軸に負荷が加わると、それに伴う回転力がコーンか
ら変速リングに伝達され、カムに回転力が生じ、この回
転力は負荷トルクと大きさが等しく方向が反対である。

すると、傾斜面がばねの力に抗してベアリングを押しの
けるようにしてカムが回転し、この傾斜面がベアリング
を押した反力によって、カムがその軸心方向に変位され
る。これにより変速リングとコーンとの接触位置が変化
し、負荷トルクにもとづく傾斜面のベアリング押圧力と
ばね力とが釣り合う位置で機構が安定化し、適切な変速
比となる。

このとき、ばねにはカムの軸心方向の力のみを加えるこ
とが可能となり、このばねに横方向の倒れが生じること
が防止される。

さらに、前記カムの単一傾斜面の形状により、入力軸の
正逆両方向の回転に対して変速が行われる。

また、負荷トルクの減少時には、復帰ばね力でカムが素
早く最小変速比の位置に復帰する。

実施例 第１図において、２１は入力軸であり、この入力軸２１
は、その先端にがさ歯車２２を有して、ケース２３の中
に回転自在に支持されている。

ケース２３の中には、かさ歯車２２にかみ合うかさ歯車
２４が回転自在に支持され、このかさ歯車２４には、入
力軸２１と直角な方向の第２人カー２５が取り付けられ
ている。ケース２３の中には、第２人カー２５と軸心を
一致して配置された出力軸２６が、この第２人カー２５
とは独立して回転自在に支持されている。出力軸２６は
、その端部がケース２３から外方へ突び出している。

第２人カー２５の端部２７はつば状に形成されている。

またケース２３の中における出力軸２６のまわりには筒
部３０を有した入力円板２８が回転自在に支持されてお
り、この入力円板２８は、切り離しを行なわない噛み合
いクラッチ２９によって、第２人カー２５の端部２７に
連結されている。入力円板２８に続く出力軸２６の外周
にはコーンリテーナ３１が同心状に配置されて回転自在
に構成され、このコーンリテーナ３１の外周縁には、複
数のコーン３２が回転自在に設けられている。このコー
ン３２は、入力円板２Ｂに形成された外周つば部３３と
の間で摩擦伝動を行う。

コーンリテーナ３１に続く出力軸２６の外周には、出力
円板３４が同心状に設けられており、この出力円板３４
は、その外周縁がコーン３２との間で摩擦伝動を行う、
出力円板３４はポール３５を介してスリーブ３６に連結
され、このスリーブ３６は出力軸２６に固定されている
。したがって、これら出力円板３４、スリーブ３６およ
び出力軸２６は、一体に回転可能である。３７はばねで
、出力円板３４を摩擦伝動のためにコーン３２に押圧す
る。

コーン３２を取り付けたりテーナ３１の周囲には変速リ
ング３８が設けられ、この変速リング３８はコーン３２
の円すい部との間で摩擦伝動を行うとともに、第２図に
示す円筒状のカム３９に固定されてこのカム３９ととも
に回転可能である。カム３９は、その細心方向の両端面
が、周方向に複数のベアリング４０にて支持されている
。

各ベアリング４０は、カム３９の軸心方向の両端面を挟
込む一対のポール４１．４２と、一方のポール４１を転
勤可能に収容する固定リテーナ４３と、他方のポール４
２を転勤可能に収容する可動リテーナ４４とを有してい
る。可動リテーナ４４は圧縮コイル構造のばね４５によ
ってカム３９に向けて押圧されており、このばね４５は
カム３９の軸心と平行な方向に配置されている。また可
動リテーナ４４には、ばね４５の内部に配置されるガイ
ド棒４６が取り付けられており、このガイド棒４６は、
ケース２３においてカム３９の軸心と平行な方向に形成
されたガイド孔４７に摺動自在にはめ込まれている。４
８は調節ねじで、固定リテーナ４３を押してその位置を
変化させることで、ばね４５により発生する押圧力など
を調節可能である。

前記カム３９としては、エンドカムが用いられており、
このカム３９における固定リテーナ４３のポール４１に
接する方の端面には、傾斜面４９が形成されている。こ
の傾斜面４９は、第３図に示すように、カム３９の軸心
方向の厚みを徐々に変化させるような単一傾斜面である
。

前記カム３９とケース２３との間には、このカム３９の
回転に対して最小変速比の位置への復帰ばね力を付与す
る引張コイルばね５０が掛設されている。

このような構成において、入力軸２１に回転が与えられ
ると、この回転は、かさ歯車２２　、２４を介して第２
人山軸２５および入力円板２８に伝達される。そして、
第６図〜第８図の場合と同様に変速が行われ、この変速
の行われた回転が出力軸２６に現われる。

いま、ベアリング４０における両ポール４１゜４２は５
ばね４５の力によってカム３９を挟み込むように押圧し
ているため、出力軸２６に負荷がかかっていないときに
は、ポール４１が傾斜面４９を押圧し、第４図に示すよ
うにカム３９の軸方向の厚みが最小の部分でこのカム３
９を支持するように、カム３９に回転を与える。このと
き、変速リング３８がコーン３２の先端部近傍に接する
ように各部材を配置しておくことで、出力軸２６は変速
比の小さな高速回転で行う。

出力軸２６に負荷が加わると、負荷トルクに比例した回
転力がコーン３２から変速リング３８に伝達され、この
変速リング３８とともにカム３９を周方向に回転させよ
うとする。すると、傾斜面４９が固定リテーナ４３のポ
ール４１に当たっていることから、カム３９は、傾斜面
４９がばね４５の力に抗してポール４２を押しのけるよ
うにして周方向に回転し、結局ばね４５を圧縮しながら
固定リテーナ４３から遠ざかる方向に、その軸心方向に
変位する。この変位は、可動リテーナ４４のガイド棒４
６がガイド軸受４７にはめ込まれていることから、円滑
に行われる。

これにより、変速リング３８とコーン３２との接触位置
がコーン３２の裾の部分へと変位する。

そして、負荷トルクにもとづき傾斜面４９がポール４１
を押圧する力と、カム３９の変位により増大するばね４
５の力とが釣り合う位置で機構が安定し、負荷に応じた
適当な変速比になる。このときの状態を第５図に示す。

このようなものであると、ばね４５に加わるのはカム３
９の軸心方向の力のみであるので、このばね４５に横方
向の倒れが生じることが防止される。またカム３９はポ
ール４１にて支持され、これらカム３９とポール４１と
は点接触を行うのみであるので、カム３９の厚みの方向
の形状などの影響を受けることが防止される。傾斜面４
９の傾斜角度を大きくすれば、負荷変動に対する変速追
従性を高くすることができる。また圧縮コイル構造のば
ね４５を用いたことにより、大きな負荷に対しても安定
した変速特性を得ることができる。

さらに、カム３９に単一傾斜面４９を形成しであると、
カム３９の軸心方向の厚さの最小となる部位４９ｃから
その両側にかけては逆向きの斜面４９ａ、４９ｂとなっ
ているので、入力軸２１が正逆いずれの方向に回転した
場合でも、同様の自動変速を行なうことができる。

とくに、上記カム３９に対して引張コイルばね５０によ
り最小変速比の位置への復帰力を付与しであるので、負
荷トルクが減少した時にカム３９に対する圧縮コイルば
ね４５のばね力でカム３９が復帰しようとするのを、上
記復帰ばね力が助勢することになり、したがって、復帰
動作が早められる。

また、上記カム３９の傾斜面４９は単一傾斜面のものに
限らないが、上記の例のように単一傾斜面であれば、カ
ム３９の軸心方向の厚さの最小となる部位４９ｃからそ
の両側の斜面部４９ａ。

４９ｂにかけてゆるやかな傾斜角度となるので、ポール
４１が第４図に示す最小変速比の位置から第５図に示す
最大変速比の位置へ相対移動を始める際の変速動作がス
ムースになる。しかも、上記単一傾斜面４９は平面切削
法で形成できるため、加工が容易で安価に製作すること
ができる利点もある。

発明の効果 以上述べたように本発明によると、端面に傾斜面を有す
るカムと、出力軸の負荷に応じてカムを変位させるばね
とを用いて変速リングをその軸心方向に変位させるよう
にしたため、高価な部品や電気的な制御を必要とするこ
となしに自動的に無段変速を行うことができるのみなら
ず、入力軸が正逆両方向に回転しても同様に変速を行う
ことができる。

とくに、上記カムの回転に対して最小変速比の位置へ復
−帰ばね力を付勢するようにしたので、負荷トルク減少
詩の復帰動作をスピーデイに行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の無段変速機の断面図、第２
図は第１図におけるカムを示す半裁断面図、第３図は第
１図における要部の斜視図、第４図および第５図はそれ
ぞれ同無段変速機における要部の動作説明図、第６図は
従来の自動変速機構の概略構成図、第７図および第８図
は従来の他の自動変速機構の概略構成図、第９図および
第１θ図はそれぞれＶ形の傾斜面を有するカムを使用し
た無段変速機の要部の斜視図および作用説明図である。 ２１・・・入力軸、２５・・・第２人力軸、２６・・・
出力軸、３２・・・コーン、３２・・・変速リング、３
９・・・カム、４０・・・ベアリング、４５・・・ばね
、４９・・・単一傾斜面、５０・・・復帰ばね。 ４ｆ−でれ 第２図 ４ｆ、−−イ串４１うｔｔｉ 第 図 第４図 第 図 第７図 第７図 第２ 図 第り 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転体の外周に取り付けられるとともに、入力軸側
   の入力円板と出力軸側の出力円板とにともに接すること
   により、これら入出力軸間に回転を伝達させる複数のコ
   ーンと；内周部が各コーンに接することによりこれらコ
   ーンおよび前記回転体に差動運動を行わせる変速リング
   と；この変速リングをその軸心方向に移動させ、この変
   速リングとコーンとの接触位置を変化させて、前記差動
   運動の量を調節することにより、前記出力軸の回転数を
   変化させる手段と；を有した無段変速機であって、 前記変速リングを円筒状のカムに取り付けて、この変速
   リングを、前記コーンおよび回転体の差動運動に伴って
   カムとともにその周方向に変位可能に構成し、 前記カムの端面に、その軸方向の厚みを徐々に変化させ
   る傾斜面を形成し、 前記カムの両端面を、この両端面に接してカムを間に挟
   み込むベアリングにて支持し、 前記ベアリングをカムの両端面に押圧させるばねを設け
   て、このばねにより、出力軸の負荷の大小に応じた変速
   リングの周方向の変位を許容して、この周方向の変位に
   よって、前記傾斜面により変速リングをその軸心方向に
   変位させるように構成し、 前記カムの回転に対して最小変速比の位置への復帰ばね
   力を付与する復帰ばねを上記カムと固定体との間に掛設
   し、 たことを特徴とする無段変速機。