JPH0546458B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は産業機械および搬送機器等に装備する
のに適した汎用の無段変速装置に関するものであ
る。

（従来の技術） この種の無段変速装置には、従来電動機を直接
変速する電気式と、他の駆動源を必要とする機械
式のものがあるが、本発明はこの機械式に関する
ものである。

従来の機械式の無変速装置として一般的なもの
に、Ｖベルトを使用したものがあるが、これには
下記のような問題点がある。

(a) 摩擦伝動による効率の低下。

(b) 停止中に変速操作ができないこと。

(c) 異常負荷時にスリツプすること。

(d) ゼロ回転からの変速ができないこと。

またクランク運動を利用した機械式無段変速機
として、例えば三木プーリ株式会社の「ゼロマツ
クス」（商品名）があるが、これにも次のような
問題点がある。

(a) 入力軸と出力軸とがくい違つているため省ス
ペース化が困難である。

(b) 脈動対策が不十分である。

(c) 伝動系統が単列であるから高負荷に不適当で
る。

（問題点を解決するための手段） 上述の問題点を解決するため本発明において
は、入力軸に対して偏心量調整自在な偏心カムを
入力軸と一体的に回転するようにし、入力軸を中
心とする同一円周上に複数のクランクシヤフトを
固定部材に対して回転自在に配置し、このクラン
クシヤフトの旋回端部を前記偏心カムのカム溝に
摺動自在に嵌合すると共に、各クランクシヤフト
にそれぞれ一方向クラツチを介して遊星歯車を嵌
合し、これら遊星歯車を半数づつ複列に配置し、
この複列に配置した各遊星歯車を複列のリングギ
ヤにそれぞれ左右交互に噛合させると共に、この
複列のリングギヤとそれぞれ噛合する入力軸に直
交する軸を有するピニオンを、入力軸と同軸で回
転自在に設けられたインナーケースに軸支し、こ
のインナーケースから入力軸と同軸と出力軸を回
転するようにして無段変速装置を構成する。

（作用） 本発明無段変速装置は上述のように構成したか
ら、出力回転をゼロ回転から最高回転まで無段変
速ができ、しかもその変速操作は運転中でも停止
中でも可能である。

また入力軸と出力軸を同軸にしたので、設置す
る際の心出しが容易であると共に、省スペース化
が図れる。

また脈動緩衝装置があるため、伝達力の脈動も
きわめて小さくなる。さらに動力の伝達系統を複
列にして負荷を分散したので、高負荷にも十分耐
えることができる。

（実施例） 以下、図面について本発明の一実施例を説明す
る。図中１は中空円筒形状のケース本体で、１ａ
はその一側端部を閉塞する壁板部であり、１ｄは
その壁板部１ａの中心部よりケース本体の内部に
突設した軸筒部である。２はこの軸筒部１ｂの端
部に形成したフランジにボルト３により締結した
円形プレート、４はケース本体１の開口端部にボ
ルト５により締結するケース蓋、６はケース本体
１と一体に形成したベースである。

また７はケース本体１の壁板部１ａの外側にボ
ルト８により結合した偏心カム用のケース、９は
このケース７の外側にボルト１０により結合した
ウオームギヤ用のケース、１１はケース蓋４の外
側にボルト１２により結合した増速ギヤ用のケー
スである。

また１３はケース本体１内に回転自在に設けた
中空円筒状のインナーケース、１４はこのインナ
ーケース１３の出力側端部にボルト１５により結
合した壁板で、１４ａはこの壁板１４の中心部に
前記ケース蓋４を貫通してケース１１内に突出さ
せた軸筒部であり、１６はこの軸筒部１４ａをケ
ース蓋４に回転自在に支持するベアリング、１７
はインナーケース１３の入力側を回転自在に支持
するためのベアリングである。

また１８はケース９，７、ケース本体１の軸筒
部１ｂ、円形プレート２を貫通して軸筒部１４ａ
の途中まで回転自在に挿入した入力軸で、１９，
２０，２１，２２は入力軸１８を回転自在に支持
するベアリングである。２３はこの入力軸１８と
対向して同心にケース１１内から外方に突出する
ように設けた出力軸で、２４，２５はこの出力軸
２３を回転自在に支持するベアリングである。

またケース７内の入力軸１８にキー２６を介し
て第１作動歯車２７を設けると共に、この第１差
動歯車２７に対して同径の第２差動歯車２８を回
転自在に嵌装し、さらにその出力側に内側偏心カ
ム２９をキー２６を介して入力軸１８に固定して
設け、この内側偏心カム２９の外周部に外側偏心
カム３０を回転自在に設ける。なお第２差動歯車
２８の外側偏心カム３０との接合フランジ面に、
放射方向の縦溝２８ａを設けると共に、この縦溝
２８ａと摺動自在に係合する突起３０ａを外側偏
心カム３０に突設し、この外側偏心カム３０の出
力側の側面に円形のカム溝３０ｂを設ける。

またケース９内にウオームホイール３１を回転
自在に設けると共に、このウオームホイール３１
と噛合するウオーム３２を軸受３３（第２，４図
参照）を介して回転自在に設け、このウオーム３
２の軸３２ａをハンドル３４によつて駆動できる
ようにする。

また前記第１差動歯車２７と噛合する複数の第
１遊星歯車３５を軸３６によりケース７に枢支
し、、前記第２差動歯車と噛合すると共に第１差
動歯車２７と等径の複数の第２遊星歯車３７を、
ケース７に設けた円弧状の長孔７ａを貫通する軸
３８を介してウオームホイール３１に枢支して設
け、これら第１遊星歯車歯３５および第２遊星歯
車３７とそれぞれ噛合する内歯歯車３９をベアリ
ング４０によりケース７に回転自在に設ける。

また軸の一端にクランクアーム４１ａを形成す
ると共に、クランクアーム４１ａの遊端部ににク
ランクピン４１ｂを突設した複数（本実施例では
８本）のクランクシヤフト４１の長軸部を、ケー
ス本体１の壁板部１ａと円形プレート２の入力軸
１８を中心とする同一円周上の円周等分位置にお
いてそれぞれ入力軸１８と平行に回転自在に設け
る。４２，４３はそのベアリングである。そして
これら各クランクシヤフト４１の旋回端部である
クランクピン４１ｂをベアリング４４および角形
の滑り子４５を介して前記外側偏心カム３０のカ
ム溝３０ｂ内にそれぞれ摺動自在に嵌入する。

また、これら各クランクシヤフト４１にそれぞ
れ一方向クラツチ４６を介して遊星歯車４７を複
列に一方向にのみ回転自在に嵌装する。すなわち
８本のクランクシヤフト４１のうちの一つ置きの
４本のクランクシヤフト４１には、壁板部１ａと
円形プレート２との間に遊星歯車４７を配置し、
他の４本のクランクシヤフト４１には、円形プレ
ート２とケース蓋４との間に遊星歯車４７を配置
する。

そしてこれら複列の各遊星歯車４７とそれぞれ
噛合する内歯歯車４８ａを有する２個のリングギ
ヤ４８を、それぞれ前記インナーケース１３に対
してボールベアリング４９を介して回転自在に設
けると共に、これら２個のリングギヤ４８間にボ
ールベアリング５０を介挿してリングギヤ４８相
互も回転自在にし、さらにこれら２個のリングギ
ヤ４８の対向する側面にそれぞれ放射状に歯を並
設した側歯歯車４８ｂを形成し、これら両側の側
歯歯車４８ｂとそれぞれ噛合する複数のピニオン
５１をベアリング５２を介して軸５３によりイン
ナーケース１３に枢支して設ける。

５４は軸５３をインナーケース１３に固定する
ナツトである。

また前記インナーケース１３の壁板１４の軸筒
部１４ａの外周部にキー５５を介して円板５６を
固着し、この円板５６の側面の同一円周上に複数
（例えば４個）の軸５７を円周等分位置において
それぞれ出力側に向けて突設し、これらの軸５７
にベアリング５８を介して遊星歯車５９を回転自
在に嵌装し、これら各遊星歯車５９とそれぞれ噛
合する内歯歯車６０をケース１１にボルト６１に
より固定すると共に、各遊星歯車５９と噛合する
太陽歯車６２を前記出力軸２３と一体に形成す
る。

つぎに上述のように構成した本発明装置の作用
を説明する。第３図および第６図は本実施例にお
いて、外側偏心カム３０が入力軸１８に対して最
大に偏心した状態を示すもので、第５図は外側偏
心カム３０が入力軸１８に対して同心（偏心量ゼ
ロ）になつた状態を示すものである。

この偏心量の調整は、第２図および第４図に示
すハンドル３４を回転させることによつて行う。
すなわちハンドル３４を回転すれば、ウオーム３
２を介してウオームホイール３１が回動する。

今第５図の偏心量ゼロの状態から第６図の偏心
状態にするには、第２図および第７図においてウ
オームホイール３１を矢印Ｂのように時計方向に
回動させる。ウオームホイール３１が回動すれば
軸３８も円弧状の長孔７ａ内を第２遊星歯車３７
と共に時計方向に回動する。この場合入力軸１８
が停止中であれば、内側偏心カム２９が停止して
いると共に、入力軸１８にキー２６で固定されて
いる第１差動歯車２７も停止しているから、ケー
ス７に軸３６で枢支されている第１遊星歯車３５
は停止したままである。したがつてこれと噛合し
ている内歯歯車３９も停止している。しかして第
２遊星歯車３７の軸３８が第７図の矢印Ｂのよう
に移動すれば、第２遊星歯車３７は停止している
内歯歯車３９との噛合によつて矢印Ｃのように自
転しながら矢印Ｂの方向に公転する。このため第
２遊星歯車３７と噛合している第２差動歯車２８
が矢印Ｄのように約90゜回転する。この第２差動
歯車２８が回転すれば、第１図に示す縦溝２８ａ
と突起３０ａを介して外側偏心カム３０も第５図
の状態から第６図の状態に約90゜回動する。

そして入力軸１８が回転しても内側偏心カム２
９と外側偏心カム３０との結合位相は、ウオーム
ホイール３１が回動しない限り不変である。

また第６図から第５図の状態に戻すには、ハン
ドル３４を前とは逆に回転させればよい。

なお前述した偏心調整操作は、入力軸１８が停
止中の状態で説明したが、この作用は入力軸１８
が回転中においても何等支障なく行われる。

つぎに本発明装置の伝動機構について説明す
る。入力軸１８が第３図および第５図において矢
印Ｅのように反時計方向に回転すると、前記した
ように内側偏心カム２９および外側偏心カム３０
も入力軸１８と共に回転する。

この場合、外側偏心カム３０が第５図のように
入力軸１８と同心であれば、カム溝３０ｂも入力
軸１８に対して同心円となる。また各クランクシ
ヤフト４１の長軸部は入力軸１８に対して同心円
上に配置してあるから、入力軸１８の中心O₁と、
クランクシヤフト４１の中心O₂と、クランクピ
ン４１ｂの中心O₃とのなす角θはすべて不変で
ある。

したがつて入力軸１８と共にカム溝３０ｂが回
転しても角クランクシヤフト４１は前く回転しな
い。

このためクランクシヤフト４１以降の伝動系も
すべて停止したままであるから、出力軸２３も全
く回転しない。

つぎに第６図の偏心状態において、入力軸１８
が矢印Ｅの方向に回転すると、カム溝３０ｂも矢
印Ｅの方向に回転するため、各クランクシヤフト
４１のクランクピン４１ｂは滑り子４５（第６図
では省略）を介してカム溝３０ｂによつて案内さ
れ、時々刻々その位置が変化する。

すなわちこの場合、前記したO₁，O₂，O₃のな
す角θは、θ₁〜θ₈のように変化する。この場合、
θ₁が最小であり、θ₅が最大で、 θ₁＜θ₂＜θ₃＜θ₄＜θ₅の関係がある。したがつてθ₁
〜θ₅までの各クランクシヤフト４１には矢印Ｆで
示す方向の回転が生ずる。しかして第８図に示す
ように、クランクシヤフト４１が矢印Ｆ方向に回
転すると、一方向クラツチ４６を介して遊星歯車
４７も矢印Ｆ方向に回転する。なおこの一方向ク
ラツチ４６は、クランクシヤフト４１に対して遊
星歯車４７が第８図において時計方向に回転する
のを阻止し、反時計方向に回転するのは許容する
ものである。

したがつて各遊星歯車４７と噛合している２個
のリングギヤ４８も矢印Ｇの方向に回転する。

この場合、本実施例においてはクランクシヤフ
ト４１が８本あり、したがつて遊星歯車４７も８
個あるが、この内４個の遊星歯車４７は並列した
リングギヤ４８の一方と噛合し、また他の４個の
遊星歯車４７は他方のリングギヤ４８と噛合して
おり、しかも隣接する遊星歯車４７はそれぞれ別
のリングギヤ４８と噛合するようになつている。

また前記したθ₁〜θ₅までの各遊星歯車４７の角
速度は同じではないから、これらの遊星歯車４７
のうち、その時最大の矢印Ｆ方向の角速度を有す
る遊星歯車４７が一方のリングギヤ４８を駆動
し、二番目の矢印Ｆ方向の角速度を有する遊星歯
車４７が他方のリングギヤ４８を矢印Ｇ方向に回
転させることになる。そしてその他の遊星歯車４
７は逆にリングギヤ４８によつて矢印Ｆ方向に駆
動されることになり、この回転は一方向クラツチ
４６によつて許容される。

上述のように並設した２個のリングギヤ４８は
必ずしも同速では回転しないが、これらのリング
キヤ４８は側歯歯車４８ｂ介して中間に介在する
ピニオン５１とそれぞれ噛合しているため、この
ピニオン５１の軸５３を介してインナーケース１
３が２個のリングギヤ４８の平均速度で回転する
ことになる。したがつて本発明装置は多数（８
個）の遊星歯車４７の使用と、この平均速度化に
よつて脈動が著しく緩衝されることになる。

第１０図は縦座標に変速比をとり、横座標に出
力側の回転角度をとつて示した変速特性図であ
る。図中、、はそれぞれクランクシヤフト
４１に嵌合した遊星歯車４７の回転速度特性を示
す曲線である。なお、は遊星歯車４７が複列に
配置されている場合にインナーケース１３によつ
て取り出される平均速度曲線である。まず単列の
場合は、本来からへＡ点（a₀）でリレーされ
るが、実際にはバクラツシユ（A′−Ａ）の為に、
点a₁からa₂に（a₂−a₁）分の落差を生じてリレー
される。次に複列の場合には、はにＢ点
（b₀）でリレーされ、は同様パターンで次にリ
レーされ、しかも奇数側と偶数側がギヤリングを
介して協力関係にあるので、曲線は左右ギヤリ
ングの平均値となり、基本特性が単列のものより
平滑となる。

また単列の場合と同様にバツクラツシユ
（B′−Ｂ）を考えるのと、からへのリレー
は、Ｂ点（b₀）では行われずに、B′上で点b₁から
b₂へ（b₂−b₁）分の落差を生じてリレーされる。
したがつて、曲線はb₅とb₁の平均値である点b₃
から、点b₅とb₂の偏き値である点b₄へリレーされ
る。すなわち、この時点での落差（b₄−b₃）は、
単列の場合の落差（a₂−a₁）よりも小となるの
で、より平滑な出力特性が得られることになる。

上述のようにこの伝動機構では、遊星歯車４７
とリングギヤ４８が複列で、常時負荷を分散する
ので、本発明によれば小型で高負荷の向段変速装
置を容易に得ることができる。

さらに、一本のクランクシヤフト４１に一方向
クラツチ４６と遊星歯車４７を軸方向に複数組配
設すれば、さらに高負荷の伝動も可能になる。

またインナーケース１３が回転すれば、ケース
１３の壁板１４、その軸筒部１４ａ、キー５５を
介して円板５６が同方向に回転する。円板５６が
回転すれば、この円板５６に突設した軸５７も第
９図において矢印Ｈの方向に回動する。しかして
この軸５７に枢支された遊星歯車５９は、ケース
１１に固定した内歯歯車６０と噛合しているた
め、軸５７の矢印Ｈ方向の公転によつて遊星歯車
５９は矢印Ｉのように自転する。したがつてこの
矢印Ｈ方向の公転と、矢印Ｉ方向の自転によつ
て、遊星歯車５９と噛合している太陽歯車６２を
矢印Ｊのようにさらに増速して回転させる。した
がつてこの場合出力軸２３も矢印Ｊ方向に回転す
る。

なお上述の説明は、外側偏心カム３０の入力軸
１８に対する偏心量がゼロで出力回転数もゼロの
場合と、外側偏心カム３０の入力軸１８に対する
偏心量が最大で、出力回転数も最高の場合につい
てのみ説明したが、ハンドル３４の操作によつ
て、上記外側偏心カム３０の入力軸１８に対する
偏心量を中間の任意の量に設定することによつ
て、本発明装置は、ゼロ回転から最高回転まで無
段階の変速が可能である。

（発明の効果） 本発明無段変速装置は上述のように構成したか
ら、出力回転をゼロ回転から最高回転まで無段変
速ができ、しかもその変速操作は運転中でも停止
中でも可能であるからきわめて便利である。

また入力軸と出力軸を同軸にしたので、設置す
る際の芯出しが容易であるから他の装置との連結
が容易になると共に、省スペース化が図れるとい
う効果も得られる。

また遊星歯車４７の使用個数を多くした上に、
並設した２個のリングギヤ４８とピニオン５１に
よる脈動緩衝装置を設けたから、伝達力の脈動も
きわめて小さくなる。さらに動力の伝達系統を複
列にして負荷を分散したので、高負荷にも十分耐
えることができるという多くのすぐれた効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の縦断面図、第２図はその
一部切欠正面図、第３図は第１図のＡ−Ａ線によ
る断面と要部の切欠状態を部分的に示す正面図、
第４図は増速機構を省略した本発明装置を一部切
欠して示す斜視図、第５図〜第９図は本発明装置
の作用説明図、第１０図は本発明装置の変速伝動
機構による変速特性図である。 １……ケース本体、４……ケース蓋、７，９，
１１……ケース、１３……インナーケース、１８
……入力軸、２３……出力軸、２７……第１差動
歯車、２８……第２差動歯車、２９……内側偏心
カム、３０……外側偏心カム、３１……ウオーム
ホイール、３２…ウオーム、３４……ハンドル、
３５……第１遊星歯車、３７……第２遊星歯車、
３９……内歯歯車、４１……クランクシヤフト、
４１ａ……クランクアーム、４１ｂ……クランク
ピン、４５……滑り子、４６……一方向クラツ
チ、４７……遊星歯車、４８……リングギヤ、５
１……ピニオン、５６……円板、５７……軸、５
９……遊星歯車、６０……内歯歯車、６２……太
陽歯車。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力軸１８に対して偏心量調整自在な偏心カ
   ム２９，３０を入力軸１８と一体的に回転するよ
   うにし、入力軸１８を中心とする同一円周上に複
   数のクランクシヤフト４１を固定部材に対して回
   転自在に配置し、このクランクシヤフト４１の旋
   回端部を前記偏心カム３０のカム溝３０ｂに摺動
   自在に嵌合すると共に、各クランクシヤフト４１
   にそれぞれ一方向クラツチ４６を介して遊星歯車
   ４７を嵌合し、これら遊星歯車４７を半数づつ複
   列に配置し、この複列に配置した各遊星歯車４７
   を複列のリンクギヤ４８にそれぞれ左右交互に噛
   合させると共に、この複列のリングギヤ４８とそ
   れぞれ噛合する入力軸１８に直交する軸５３を有
   するピニオン５１を、入力軸１８と同軸で回転自
   在に設けたインナーケース１３に軸支し、このイ
   ンナーケース１３から入力軸１８と同軸の出力軸
   ２３を回転するようにしたことを特徴とする無段
   変速装置。