JPH08247235A - 無段階変速用トランスミッション - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来の段階的変速装置を無段階変速装置とする
ことで、エネルギー消費効率を向上させ、地球資源の節
約にに貢献する。 【構成】サンギヤ（１）とピニオンギヤ（２）と内周の
みにギヤ形状を持ち尚且つシャフトと一体形状のインタ
ーナルギヤ（３）から構成されるプラネタリーギヤから
成り、前記ピニオンギヤ（２）に任意形状の回転盤
（４）を前記ピニオンギヤが自由回転するように軸固定
して設け、さらに、前記回転盤（４）に任意の回転盤回
転制御装置を設けたことを特徴とする無段階変速用トラ
ンスミッション。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、各種産業用機械、自
転車、自動車、バイク等、動力の回転速度の変速を必要
とする各種の産業分野に対応可能な無段階変速用トラン
スミッションの基本構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、産業機械用モーターやエンジン等
の多くは、起動時の初期トルクが小さく、起動時に大き
な負荷を与えることが難しいため、複数の径の異なるギ
ヤ同士を組み合わせた変速装置を使用して、前記動力に
過負荷をかけずに定回転に至れるような動力の伝達方法
を採っていた。また、前記変速装置は、スポーツタイプ
の自転車等にも採用されており、始動時あるいは登り坂
等において、運転者が前記変速装置のシフトレバーを操
作し、ギヤ比を変えることで、過大な踏力を必要とせず
に走行出来る構造となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
変速装置は、数枚の限られたギヤの数で変速を行うた
め、低速ギヤから高速ギヤへシフトアップする際に、各
ギヤの径差を飛び越えるための一定以上のトルクが必要
となり、この対策をエンジンに関して言えば、エンジン
の回転数をシフトアップの際に通常より数段高回転にす
ることで対処しており、これが燃費と乗り心地の悪化と
騒音の主な要因になっている。また、自転車の変速装置
に関して言えば、前記と同様にギヤチェンジの際にペダ
ル（１３）に大きな踏力を必要とし、しかも、前記変速
ギヤ内蔵の自転車は一般的に高額であり、現在最も普及
している変速装置を持たない一般的な自転車の場合は、
急勾配の登り坂等においては非常に大きな踏力を強いら
れ、走破は困難である。本発明は、前述のような従来の
トランスミッションの抱える欠点を解決する手段とし
て、無段階変速が可能となるトランスミッション機構
を、安価に実現するためになされたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】動力側のシャフトと直結
するサンギヤ（１）と１個または複数個の同径のピニオ
ンギヤ（２）と内周のみにギヤ形状を持ち尚且つ伝達シ
ャフト形状を一体形状とするインターナルギヤ（３）か
ら構成されるプラネタリーギヤから成り、前記ピニオン
ギヤ（２）に任意形状の回転盤（４）を前記ピニオンギ
ヤ（２）が前記回転盤（４）に対して自由回転するよう
に軸固定して設け、さらに、前記回転盤（４）にスプリ
ング（１０）による圧力制御ブレーキやディスクブレー
キ（６）あるいは磁力盤（１５）や油圧制御槽（１６）
などによる任意の回転盤回転制御装置を設けた構造を特
徴とする請求項１に記載の無段階変速用トランスミッシ
ョン。

【０００５】請求項１に記載の本発明において、伝達シ
ャフト形状を持たず、内周にギヤ形状を設け、外周上に
伝達シャフト（７）のギヤ（８）と接続するためのギヤ
形状を設けたインターナルギヤ（３）からなる請求項２
に記載の無段階変速用トランスミッション。

【０００６】請求項１において、伝達シャフト形状を持
たず、内周にギヤ形状を設け、外周上に伝達シャフトの
プーリーとベルトで接続するためのプーリー形状（１
４）を設けたインターナルギヤ（３）からなる請求項３
に記載の無段階変速用トランスミッション。

【０００７】請求項１から請求項３に記載の本発明にお
いて、外周上にモーター（１１）による回転盤回転制御
装置のギヤと接続するためのギヤ形状を設けた請求項４
に記載の無段階変速用トランスミッション。

【０００８】

【作用】本発明は、組み込まれたギヤの作動により、回
転盤（４）にディスクブレーキ（６）やモーター（１
１）あるいは磁石盤（１５）や油流式の油圧制御槽（１
６）等による任意の回転盤回転制御装置を設けること
で、動力側の回転数が一定であっても、任意の回転数を
伝達側に無段階で伝えることが可能となる。尚、本発明
の請求項１から請求項４の各項で記載している回転盤回
転制御装置とは、前記回転盤（４）の回転を制御するあ
らゆる種類のものを包括して現わしており、本実施例で
説明する回転盤回転制御装置に限定するものではない。
以下、本発明の作動原理について説明する。図１から図
４は、本発明の作動原理を簡略的に説明した図である。
図１は本発明の停止状態を示す図であるが、図１におい
て、インターナルギヤ（３）を回転しないよう固定し、
サンギヤ（１）を時計回りに回転させると、図２に示す
ように、サンギヤ（１）はピニオンギヤ（２）を回転さ
せ、ピニオンギヤ（２）はインターナルギヤ（３）の内
周を自転しながら公転し、それに伴い回転盤（４）も時
計回りに回転する。また、図１においてインターナルギ
ヤ（３）を固定せずに、回転盤（４）を回転しないよう
固定し、サンギヤ（１）を時計回りに回転させると、図
３に示すように、サンギヤ（１）はピニオンギヤ（２）
を回転させ、さらにインターナルギヤ（３）を反時計回
りに回転させる。前述の各作動状態を仮に車のトランス
ミッションに置き換えて説明すると、図２は動力のニュ
ートラル状態を示し、図３は最終ギヤすなわちトップギ
ヤ駆動状態を示している。では、図３において、回転盤
（４）を半固定状態、すなわち、図２における回転盤
（４）の回転速度よりも幾分遅い速度で回転させたとす
ると、図４が示すように、左記図中の全てのギヤが回転
し、インターナルギヤ（３）は、図３における回転速度
よりも遅い回転を行う。すなわち、前記回転盤（４）の
回転速度を固定状態から図２の回転盤（４）よりも遅い
回転速度の範囲内で随時回転制御させてやることで、従
来の段階的変速を無段階で行うのと同様の変速作動が可
能となるのである。動力側起動時は、インターナルギヤ
（３）は伝達側と接続されているため負荷がかかった状
態、すなわち前記インターナルギヤ（３）を固定したの
に近い状態にあり、また、動力の起動時以降において
も、高速回転に至り回転惰力つくまで常に幾分かの負荷
が前記インターナルギヤ（３）にかかるため、サンギヤ
（１）が起動時から最終定速回転に至るまで、ピニオン
ギヤ（２）は自公転しようとし、それに伴い回転盤
（４）は常に時計回りに回転しようとする作動をするた
め、この回転盤を油圧制御式のディスクブレーキ（６）
等で徐々に押さえつけて前記回転盤（４）の回転速度を
減速させてゆくことで、従来のギヤでいう低速ギヤから
高速ギヤへの連続的な無段階変速が行えるのである。但
し、本発明においては、動力側と伝達側の回転は逆方向
となるため、本発明に接続する動力側あるいは伝達側で
ギヤを一枚かませて予め回転方向を同方向に修正してお
くことが前提となる。また、図９および図１０のよう
に、油圧式ブレーキの代わりに、ブレーキパッド（９）
とスプリング（１０）などを使用して一定以上のトルク
がかかるとブレーキ力を徐々に失う圧力制御式のブレー
キを前記回転盤（４）に組み込めば、簡易自動変速式の
無段階変速が可能となる。これは、動力側起動時に前記
回転盤（４）にかかる負荷により、前記ブレーキパッド
（９）がブレーキ力を失うことで前記回転盤（４）が負
荷に乗じた回転運動を行い、起動以降に回転惰力に乗じ
て前記回転盤（４）に過負荷がかからなくなるのに従い
前記ブレーキパッド（９）が前記回転盤（４）に与える
ブレーキ力を徐々に増して最終的に回転盤（４）を完全
固定状態に導く一連の作動によるものである。この発明
を自転車の動力系に装着した例が図１３である。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を使用したいくつかの実施例に
ついて説明する。まず、請求項１に記載の本発明の実施
例を説明する。動力側となるシャフトと一体構造のサン
ギヤ（１）の外周に、３個の同径のピニオンギヤ（２）
を１２０度間隔で前記ピニオンギヤ（２）に２枚のディ
スク状の回転盤（４）を前記ピニオンギヤ（２）が前記
回転盤（４）に対して自由回転するように軸固定して設
け、さらに、前記ピニオンギヤ（２）の周囲に、内周に
ギヤ形状を持ち尚且つ伝達シャフト形状を一体形状とす
るインターナルギヤ（３）を設け、さらに、前記回転盤
（４）の１枚に油圧制御式のディスクブレーキ（６）を
回転盤回転制御装置として設け、これらのギヤを図５お
よび図６が示すようなセル（５）で固定する。本発明は
以上のような構造で、これを使用するときは、まず、サ
ンギヤ（１）のシャフトに動力を、インターナルギヤ
（３）のシャフトに伝達側をジョイントする。そして前
記ディスクブレーキ（６）が作動しない状態で動力側を
起動させ、徐々に前記ディスクブレーキ（６）の効かせ
具合を強めてゆき、最終的に完全ロック状態にすればよ
い。すると、上記の操作に乗じて、伝達側のインターナ
ルギヤ（３）が回転しはじめ、従来のトランスミッショ
ンで言うローギヤからトップギヤに至る一連のシフトア
ップ操作に相当する変速作動を無段階変速で行う。ま
た、回転盤回転制御装置として、図９および図１０が示
すようなブレーキパッド（９）とスプリング（１０）を
使用したトルク制御式のブレーキか、図１７に示すよう
な強磁力のディスク状の磁石盤（１５）を回転盤（４）
との間に極僅かな空隙を設けて使用すれば、動力側のト
ルクが常に一定状態で自動的に無段階変速することが可
能である。特に、磁石盤（１５）を回転盤回転制御装置
として使用した場合は、回転盤（４）に接触せずに回転
制御を行うことになるため、前述のブレーキ式に比べ、
回転盤（４）にブレーキ時の摩擦からくる発熱が発生し
ない。また、図１８が示すように、回転盤回転制御装置
として、トルクコンバーターに類似した油流による油圧
制御槽（１６）を設け、油圧制御槽（１６）の中に回転
盤（４）と直結する回転羽（１７）と前記回転羽（１
７）が回転盤（４）の回転時に発生させる油流を逆回転
流として再び回転羽（１７）に戻すような油流の流れを
つくる形状とした固定羽（１８）を前記回転羽（１７）
と対面させて設けてやることで、回転盤（４）を回転制
御時に発熱させること無く、自動制御することが可能と
なる。この回転盤回転制御装置を使用して、例えば、自
動車の無段階変速用トランスミッションとして本発明を
応用した場合、エンジン始動時に前記回転盤（４）と直
結した回転羽（１７）が回転し始め油圧制御槽（１６）
内に回転する油流を発生させ、これに従い前記固定羽
（１８）が前記油流と逆回転の油流を前記回転羽（１
７）に戻し、徐々に前記回転羽（１７）に前記油流の逆
流からくる抵抗が生まれ、これにより、回転盤（４）の
回転速度が緩められ、その結果、インターナルギヤ
（３）が徐々に回転し始める。そして、前記インターナ
ルギヤ（３）の回転力の増加に伴い、最終的に左記イン
ターナルギヤ（３）に回転惰力がつくことで前記回転盤
（４）にかかる負荷が軽減され前記回転盤（４）自体が
回転しようとする作用が弱まり、これに乗じて、回転羽
（１７）の回転も弱まり、最終的に回転盤（４）と回転
羽（１７）は回転運動をしなくなる。この一連の作動
は、自動車のローギヤからトップギヤに至る一連の変速
を無段階にしかも自動的に行うことに相当し、この作動
原理は、動力側の負荷の大きさに応じて油流による抵抗
の大きさが決定され、左記抵抗力は常に動力側の過負荷
を低減する方向に作用するため、通常の緩やかな加速に
よる経済的な走行のみならず、例えば、緊急時の急発進
や急加速の際にも、アクセルを強く踏み込むことで、伝
達側に回転惰力がつき動力側に過負荷がかからなくなる
まで、回転盤（４）が低速ギヤに相当する作動方向に向
かい、俊敏な加速性能を発揮することも可能であり、こ
の加速特性は前記固定羽（１８）の逆流の強弱を決定づ
ける羽形状の設計如何によって任意の走行特性を設定出
来る。しかも、構造上、回転盤（４）を回転制御時に発
熱させることがないので、回転盤（４）のベーパーロッ
ク現象も起こらない。但し、この回転盤回転制御装置の
場合、回転制御が油流による油圧制御の為、前記回転盤
（４）を完全固定することが難しく、その対策として図
１８に示すように、回転盤（４）にロック機構（１９）
を設けて、トップギヤ相当の走行時には、前記ロック機
構（１９）が回転盤（４）の回転を完全固定するような
構造にするのが望ましい。尚、本発明に組み込む各ギヤ
の径は、サンギヤ（１）とピニオンギヤ（２）の径比の
設定如何により、動力の回転以上の回転数を伝達側に伝
えることも可能となる。さらに、ピニオンギヤ（２）の
組込数については、本実施例では、回転バランスを向上
させる目的で３個のギヤを使用しているが、基本的には
１個のピニオンギヤ（２）で作動は可能である。回転盤
（４）についても、本発明では強度面を考慮してピニオ
ンギヤ（２）の両側面に一枚づつ異形の回転盤（４）を
設けてあるが、基本的には回転制御装置に対応する１枚
のみの回転盤（４）で作動は可能である。また、本発明
を自動車等の無段階変速装置として応用する場合は、本
発明を基本として、リバースギヤ等を従来の技術で組み
込んでやればよい。

【００１０】以下、請求項２に記載の本発明について説
明する。請求項１に記載の本発明において、図７と図８
あるいは図１３と図１４が示すように、伝達シャフト形
状をインターナルギヤ（３）と一体構造とせず、前記イ
ンターナルギヤ（３）の外周上に伝達シャフト（７）の
ギヤ（８）あるいは伝達チェーン（１２）と接続するた
めのギヤ形状を設ける。本発明は、主に自転車への組込
みに対応した構造で、これを使用するときは、図１３お
よび図１４が示すように、自転車のペダル（１３）の付
く動力側のギヤ部分として本発明を応用すればよい。本
発明において、回転盤回転制御装置にブレーキパッド
（９）とスプリング（１０）を使用した圧力制御ブレー
キを使用すれば、発進時や登り坂等においても、通常走
行時と変わらぬ踏力でペダル（１３）を漕ぐだけで走行
可能となる。また、回転盤回転制御装置にディスクブレ
ーキ（６）を使用し、従来のギヤチェンジレバーと同様
に、前記ディスクブレーキ（６）の効き具合をチェンジ
レバーで選択出来るようにすれば、従来の手動による多
段変速式自転車と同様の作動が無段階の変速で行える。

【００１１】以下、請求項３に記載の本発明について説
明する。請求項１に記載の本発明おいて、図１５および
図１６が示すように、伝達シャフト形状をインターナル
ギヤ（３）と一体構造とせず、外周に伝達シャフトのプ
ーリーとベルトで接続するためのプーリー形状（１４）
を設ける。本発明は以上のような構造で、主に産業用プ
ラント等の動力装置に対応する。尚、本発明の使用方法
および作動等は請求項１および請求項２に記載の本発明
に準ずる。

【００１２】以下、請求項４に記載の本発明について説
明する。請求項１から請求項３に記載の本発明におい
て、回転盤（４）の外周にモーター（１１）等による回
転盤回転制御装置のギヤと接続するためのギヤ形状を設
ける。本発明は以上のような構造で、これを使用すると
きは、図１１および図１２に示すように、動力側と伝達
側を本発明でジョイントした後、回転盤（４）の外周の
ギヤ形状を使用して、回転盤（４）の回転速度を変速可
能なモーター（１１）によって制御してやればよい。

【００１３】

【発明の効果】本発明を基本構成部品として応用するこ
とで、各種の産業に対応した無段階変速装置が実現で
き、ほぼ一定の回転数とトルクのみで伝達側に動力側の
回転を伝えることが可能となるため、駆動時のエネルギ
ー消費効率が向上する。本発明を自動車等のトランスミ
ッションとして応用した場合は燃費効率が向上し、シフ
トショックが無くなるため乗り心地も向上する。また、
本発明を自転車の変速機として応用した場合は、従来の
変速機よりも安価に、且つ、自動変速による無段階変速
が実現でき、変速装置の装着されていない一般の自転車
にもコスト的に標準装着が可能となるため、普及自転車
の走行性能を格段に向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１から請求項４に記載の本発明の停止状
態の作動原理を説明する簡略図である。

【図２】請求項１から請求項４に記載の本発明におい
て、インターナルギヤ（３）を固定したときの作動状態
を説明する簡略図である。

【図３】請求項１から請求項４に記載の本発明におい
て、回転盤（４）を固定したときの作動状態を説明する
簡略図である。

【図４】請求項１から請求項４に記載の本発明におい
て、回転盤（４）を半固定状態にしたときの作動状態を
説明する間略図である。

【図５】請求項１に記載の本発明の実施例を正面から見
たときの一部切欠き図である。

【図６】請求項１に記載の本発明の実施例を側面から見
たときの断面構造を説明する図である。

【図７】請求項２に記載の本発明の実施例を正面から見
たときの概略構造解説図である。

【図８】請求項２に記載の本発明の実施例を側面から見
たときのギヤ構造を解説する概略図である。

【図９】請求項１に記載の本発明の実施例において、ス
プリング（１０）とブレーキパッド（９）による回転盤
回転制御装置を組み込んだ場合の構造を説明する断面構
造図である。

【図１０】請求項１に記載の本発明の実施例において、
スプリング（１０）とブレーキパッド（９）による回転
盤回転制御装置を組み込んだ場合の構造を説明する断面
構造を一部拡大した図である。

【図１１】請求項４に記載の本発明の実施例を正面から
見たときの概略構造解説図である。

【図１２】請求項４に記載の本発明の実施例を側面から
見たときのギヤ構造を説明する断面図である。

【図１３】請求項１に記載の本発明の実施例において自
転車への装着例を説明する正面図である。

【図１４】請求項１に記載の本発明の実施例において自
転車への装着例を説明する断面構造図である。

【図１５】請求項３に記載の本発明の実施例を正面から
見たときの概略構造解説図である。

【図１６】請求項３に記載の本発明の実施例を側面から
見たときのギヤ構造を説明する断面図である。

【図１７】請求項１に記載の本発明において、磁石盤
（１５）を回転盤回転制御装置としたときの構造を説明
する断面図である。

【図１８】請求項１に記載の本発明において、油流によ
る油圧制御槽（１６）を回転盤回転制御装置としたとき
の構造を説明する断面図である。

【符号の説明】

１ サンギヤ ２ ピニオンギヤ ３ インターナルギヤ ４ 回転盤 ５ セル ６ ディスクブレーキ ７ 伝達シャフト ８ ギヤ ９ ブレーキパッド １０ スプリング １１ モーター １２ 伝達チェーン １３ ペダル １４ プーリー形状 １５ 磁石盤 １６ 油圧制御槽 １７ 回転羽 １８ 固定羽 １９ ロック機構

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 【請求項１】 サンギヤ（１）とピニオンギヤ（２）と
   内周のみにギヤ形状を持ち尚且つ伝達シャフトと一体形
   状のインターナルギヤ（３）から構成されるプラネタリ
   ーギヤから成り、前記ピニオンギヤ（２）に任意形状の
   回転盤（４）を前記ピニオンギヤ（２）が自由回転する
   ように軸固定して設け、さらに、前記回転盤（４）に任
   意の回転盤回転制御装置を設けたことを特徴とする無段
   階変速用トランスミッション。
2. 【請求項２】 伝達シャフト形状を持たず、内周にギヤ
   形状を設け、内周以外の任意の位置にもギヤ形状を設け
   たインターナルギヤ（３）からなる請求項１に記載の無
   段階変速用トランスミッション。
3. 【請求項３】 伝達シャフト形状を持たず、内周にギヤ
   形状を設け、内周以外の任意の位置にプーリー形状（１
   ４）を設けたインターナルギヤ（３）からなる請求項１
   に記載の無段階変速用トランスミッション。
4. 【請求項４】 回転盤（４）の内周あるいは外周上の任
   意の場所にギヤ形状を設けた請求項１から請求項３に記
   載の無段階変速用トランスミッション。