JPH10231913A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動力を効率的に伝達することのできる無段変
速機を提供する。 【解決手段】 インプットシャフト６によって回転する
オフセットハウジング２１を径方向に偏心させ、これに
より周期的に角度度の変化する各バリアブルリング３９
の回転力を一方向伝達手段としての各スプラグ４５によ
って出力側に伝達するようにしたので、動力を機械的な
噛み合いによって伝達することができ、従来のようにベ
ルトとプーリを用いたものに比べ、動力の伝達を効率よ
く行うことができる。また、このような構成により、イ
ンプットシャフト６とアウトプットシャフト７とを同軸
状に配置することができるので、変速機本体の小型化を
図ることも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動力を伝達する各
種機械装置のうち、自動車または自転車等に用いられる
無段変速機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車に用いられる内燃機関は
電動機に比べて回転数の低いときにトルクが小さく、回
転数が上昇するとトルクが増大していくという特徴があ
る。従って、このような内燃機関を用いた自動変速車で
は、トルクコンバータ等を用いてトルクを増大させるこ
とにより、低回転時のトルク不足を補うようにしてい
る。しかしながら、トルクコンバータは滑りを生じなが
ら動力を伝達するため、圧着式のクラッチを用いたマニ
ュアル変速車に比べて加速や燃費の面で劣るし、僅かな
がら変速時のショックも残っている。そこで、最近では
変速比を自在に変えることのできる無段変速機が各種開
発されており、この無段変速機を用いることにより常に
エンジンの最高出力または最大トルクの発生域で走行す
ることができる。これにより、自動変速車の課題である
加速性能及び燃費の向上を達成することができ、変速時
のショックも解消される。現在、最も一般的な無段変速
機としては、金属ベルトと一対のプーリを用いたものが
知られており、このタイプでは各プーリの溝幅を連続的
に変えることによって、各プーリに巻回されたベルトの
半径を変化させて変速するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ようにベルトとプーリの摩擦力によって動力を伝達する
無段変速機では、ベルトの滑りによって動力の伝達効率
が低下するため、大きな動力を伝達するためには装置全
体を大型化しなければならない。このため、例えば自動
車に搭載する場合には小型車に限定されるなど、幅広い
分野に利用することができないという問題点があった。

【０００４】本発明は前記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、動力を効率的に伝達
することのできる無段変速機を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の無段変速機は前
記目的を達成するために、請求項１では、外部からの駆
動力によって回転する入力側回転体と、入力側回転体と
同軸状に配置された出力側回転体と、入力側回転体の回
転軸に対して径方向に偏心可能な回転軸を中心に回転す
る主動回転体と、主動回転体の回転軸を任意の偏心位置
に移動させる回転体偏心手段と、出力側回転体の回転軸
を中心に回転自在に設けられ、主動回転体側に径方向に
移動自在に係合する複数の従動回転体と、各従動回転体
の所定の回転方向のみの回転力を出力側に伝達する一方
向伝達手段とを備え、前記一方向伝達手段を各従動回転
体の所定の回転方向のみ出力側の所定の係止面に係止す
る複数の係止部材から構成し、各係止部材を各従動回転
体の周面に設けている。これにより、外部からの駆動力
によって入力側回転体が回転すると、入力側回転体の回
転力は主動回転体に伝達され、主動回転体の回転力は各
従動回転体及び一方向伝達手段を介して出力側回転体に
伝達される。その際、回転体偏心手段によって主動回転
体の回転軸を任意の偏心位置に移動させると、各従動回
転体における主動回転体側との係合位置から各従動回転
体の回転軸までの距離が一定でなくなるため、各従動回
転体の角速度が周期的に変化し、一方向伝達手段によっ
て所定の回転方向に対して最も角速度の速い従動回転体
の回転力が出力側に伝達され、回転体偏心手段による主
動回転体の偏心量に応じて出力側回転体の回転速度が無
段階に変速される。その際、一方向伝達手段において
は、各従動回転体の周面に配置された係止部材が従動回
転体の所定の回転方向のみそれぞれ出力側の所定の係止
面に係止することから、出力側係止面の全体に係止部材
を配置する必要がない。

【０００６】また、請求項２では、請求項１記載の無段
変速機において、前記主動回転体に周方向に配置されて
揺動自在に設けられ、前記各従動回転体に径方向に移動
自在に係合する複数の揺動体と、従動回転体の角速度が
所定範囲内の位相においてほぼ一定になるように各揺動
体を従動回転体の角速度の変化に同期して揺動させる案
内手段とを備えている。これにより、外部からの駆動力
によって入力側回転体が回転すると、入力側回転体の回
転力は主動回転体に伝達され、主動回転体の回転力は各
揺動体、各従動回転体及び一方向伝達手段を介して出力
側回転体に伝達される。その際、回転体偏心手段によっ
て主動回転体の回転軸を任意の偏心位置に移動させる
と、各従動回転体における主動回転体側との係合位置か
ら各従動回転体の回転軸までの距離が一定でなくなるた
め、各従動回転体の角速度が周期的に変化するととも
に、各揺動体が案内手段によって従動回転体の角速度の
変化に同期して揺動し、従動回転体の角速度が所定範囲
内の位相においてほぼ一定になるように補正される。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１乃至第図１２は本発明の一実
施形態を示すもので、図１乃至図５は無段変速機の断面
図、図６乃至図９はその分解斜視図、図１０は無段変速
機の動作説明図、図１１は角速度の変化を示すグラフ、
図１２は無段変速機の要部拡大図である。尚、図６乃至
図９における一点鎖線は各図に対応する同一の番号で連
続することを示す。

【０００８】本実施形態の無段変速機は、両端を開口し
た筒状のトランスミッションケース１と、トランスミッ
ションケース１の一端を閉塞するケースカバー２と、ト
ランスミッションケース１の他端を閉塞するケースカバ
ー３によって外装を形成され、各ケースカバー２，３は
ボルト４，５によってトランスミッションケース１に締
結されている。また、トランスミッションケース１の中
心からやや一方に偏心した軸上には、外部からの駆動力
が入力されるインプットシャフト６と、駆動力を出力す
るアウトプットシャフト７が同軸状に配置されている。

【０００９】一方のケースカバー２はインプットシャフ
ト６を挿通する孔２ａを有し、インプットシャフト６は
ボールベアリング８及びＣリング９，１０を介してケー
スカバー２に回動自在に支持されている。また、ケース
カバー２内には軸心がインプットシャフト６に対して垂
直方向に延びるウオームギヤ１１が設けられ、ウオーム
ギヤ１１はケースカバー２に側方から挿入されたコント
ロールシャフト１２に取付けられている。

【００１０】他方のケースカバー３はアウトプットシャ
フト７を挿通する孔３ａを有し、アウトプットシャフト
７はボールベアリング１３及びＣリング１４を介してケ
ースカバー３に回動自在に支持されている。

【００１１】インプットシャフト６は一端を筒状に拡大
しており、その内周面にはインターナルギヤ６ａが形成
されている。また、インプットシャフト６の一端面中央
には孔６ｂが設けられ、他端寄りの外周面にはギヤ６ｃ
が形成されている。

【００１２】アウトプットシャフト７は一端をインプッ
トシャフト６の孔６ｂにローラベアリング７ａを介して
回動自在に挿入され、一端寄りの外周面にはギヤ７ｂが
形成されている。

【００１３】トランスミッションケース１の内部空間は
インプットシャフト６が中心になるように径方向にやや
偏って形成され、インプットシャフト６に対して偏心し
た軸上にはインターナルギヤ１５及びウォームホイール
１６が配置されている。インターナルギヤ１５にはイン
プットシャフト６のギヤ６ｃが内接して噛み合ってお
り、その外周面には一対のボールベアリング１７及びＣ
リング１８，１９を介してウォームホイール１６が回動
自在に支持されている。ウォームホイール１６には筒状
のオフセットハウジング２１がピン２２を介して結合さ
れており、オフセットハウジング２１はウォームホイー
ル１６と一体に回動するようになっている。この場合、
オフセットハウジング２１はウォームホイール１６に対
して径方向に偏心して取付けられている。

【００１４】オフセットハウジング２１内には主動回転
体をなすギヤディスク２３、オフセットリング２４、揺
動体をなす計４つの可動ブロック２５及びブロックハウ
ジング２６が収容され、オフセットハウジング２１の内
部空間はインプットシャフト６が中心になるように径方
向にやや偏って形成されている。ギヤディスク２３はボ
ールベアリング２７を介してウォームホイール１６に回
動自在に支持され、その一端側の中央にはインターナル
ギヤ１５に内接して噛み合うギヤ２３ａが一体に形成さ
れている。オフセットリング２４はギヤディスク２３と
ブロックハウジング２６との間に回動自在に支持され、
ブロックハウジング２６側の面には楕円形の溝２４ａが
設けられている。また、オフセットリング２４の周面に
はピニオンギヤ２８が回動自在に挿入され、ピニオンギ
ヤ２８はオフセットハウジング２１側に固定されたリン
グギヤ２９とトランスミッションケース１側に固定され
たリングギヤ３０に噛み合っている。ブロックハウジン
グ２６はローラベアリング３１を介してオフセットハウ
ジング２１に回動自在に支持され、その一端にはギヤデ
ィスク２３がボルト３２によって固定されている。ま
た、ブロックハウジング２６の他端には周方向に配列さ
れた計４つの孔２６ａが軸方向に貫通して設けられ、各
孔２６ａ内には各可動ブロック２５がそれぞれ収容され
ている。各可動ブロック２５はブロックハウジング２６
の径方向に延びる溝２５ａを有し、この溝２５ａの背面
側中央部分をギヤディスク２３に固定されたシャフト３
３に回動自在に支持されている。また、各可動ブロック
２５は回動中心から径方向に偏位した部分に孔２５ｂを
有し、この孔２５ｂには先端をオフセットリング２４の
溝２４ａに嵌入するピン３４が多数のローラ３５を介し
て挿入されている。

【００１５】ブロックハウジング２６には筒状のクラッ
チシリンダ３６が対向して配置され、クラッチシリンダ
３６はローラベアリング３７を介してインプットシャフ
ト６に、ボールベアリング３８及び一対のＣリング３８
ａ，３８ｂを介してトランスミッションケース１にそれ
ぞれ回動自在に支持されている。クラッチシリンダ３６
内には周方向に配列された従動回転体をなす計４つのバ
リアブルリング３９が収容され、各バリアブルリング３
９は多数のローラ４０を介してクラッチシリンダ３６に
回動自在に支持されている。また、各バリアブルリング
３９は互いにワッシャ４１を介して同軸状に配置され、
その周方向の一部にはブロックハウジング２６側に延び
るロッド３９ａとクラッチシリンダ３６の内周面に臨む
溝３９ｂが一体に設けられている。この場合、各バリア
ブルリング３９ではそれぞれのロッド３９ａ及び溝３９
ｂの軸方向の位置が一致するようにリング部分を互い違
いにずらして形成されている。各バリアブルリング３９
は各可動ブロック２５に一つずつ対向しており、各可動
ブロック２５の溝２５ａには各バリアブルリング３９の
ロッド３９ａがスペーサリング４２、ローラベアリング
４３及び一対のワッシャ４４を介して径方向に摺動自在
に挿入されている。また、各バリアブルリング３９の溝
３９ｂ内には一方向伝達手段としての伝達部材をなす複
数のスプラグ４５が設けられ、各スプラグ４５は溝３９
ｂ内にネジ４６で固定された複数のスプラグブロック４
７の間に揺動自在に収容されている。この場合、各スプ
ラグ４５はスプラグブロック４７に支持されたスプリン
グ４８によって一方向に付勢されている。即ち、各スプ
ラグ４５はスプリング４８の付勢によりクラッチシリン
ダ３６の内周面に圧接しており、バリアブルリング３９
の回転速度がクラッチシリンダ３６に対して速くなった
ときはクラッチシリンダ３６の内周面に滑り摩擦によっ
て係止して回転力を伝達し、バリアブルリング３９の回
転速度がクラッチシリンダ３６に対して遅くなったとき
はクラッチシリンダ３６の内周面を滑動してクラッチシ
リンダ３６との回転差を許容するようになっている。ま
た、各バリアブルリング３９は、そのリング部分をクラ
ッチシリンダ３６に取付けられたリングホルダ４９によ
って保持され、リングホルダ４９はボルト４９ａによっ
てクラッチシリンダ３６に固定されている。

【００１６】アウトプットシャフト７のギヤ７ｂには計
４つのプラネタリーギヤ５１が噛み合っており、各プラ
ネタリーギヤ５１はインプットシャフト６のインターナ
ルギヤ６ａに内接して噛み合っている。各プラネタリー
ギヤ５１は多数のローラ５２、シャフト５３、ワッシャ
５４及びリングホルダ５５を介してプラネタリーキャリ
ア５６に回動自在に取付けられ、プラネタリーキャリア
５６はクラッチシリンダ３６に固定されている。また、
プラネタリーキャリア５６とインターナルギヤ６ａの間
にはローラベアリング５７が介装され、プラネタリーキ
ャリア５６と他方のケースカバー３の端面との間にはス
ラストベアリング５８及び一対のワッシャ５９が介装さ
れている。

【００１７】以上の構成においては、外部からの駆動力
によってインプットシャフト６が回転すると、インプッ
トシャフト６の回転力はギヤ６ｃ、インターナルギヤ１
５及びギヤ２３ａを介してギヤディスク２３に伝達さ
れ、ギヤディスク２３、ブロックハウジング２６及び各
可動ブロック２５が一体に回転する。また、各可動ブロ
ック２５の溝２５ａには各バリアブルリング３９のロッ
ド３９ａがそれぞれ挿入されているので、各バリアブル
リング３９もブロックハウジング２６等と一体に回転す
る。そして、各バリアブルリング３９の回転力は各スプ
ラグ４５によってクラッチシリンダ３６に伝達され、ク
ラッチシリンダ３６及びプラネタリーキャリア５６が一
体に回転する。これにより、各プラネタリーギヤ５１が
アウトプットシャフト７を中心に公転し、各プラネタリ
ーギヤ５１の回転力はアウトプットシャフト７のギヤ７
ｂに伝達される。その際、プラネタリーキャリア５６の
回転速度はインプットシャフト６のギヤ６ｃからインタ
ーナルギヤ１５に伝達される過程で減速されているの
で、インプットシャフト６のインターナルギヤ６ａとプ
ラネタリーキャリア５６との間に回転差が生ずる。これ
により、各プラネタリーギヤ５１が自転し、この自転の
分だけ遅れを生じながらアウトプットシャフト７が回転
する。即ち、前記構成においてはインプットシャフト６
からブロックハウジング２６までが入力側回転体を構成
し、クラッチシリンダ３６からアウトプットシャフト７
までが出力側回転体を構成している。

【００１８】次に、前述の動作においてコントロールシ
ャフト１２を回動すると、その回動量に応じてウォーム
ホイール１６が回動し、ウォームホイール１６と一体に
オフセットハウジング２１が回動する。その際、オフセ
ットハウジング２１の軸心はトランスミッションケース
１の軸心に対して偏心しているため、オフセットハウジ
ング２１内のギヤディスク２３及びブロックハウジング
２６の回転軸Ｘを、第１０図(a) に示すようにインプッ
トシャフト６の軸心に一致した位置から第１０図(b) に
示すようにトランスミッションケース１の径方向に偏心
した位置まで移動させることができる。この偏心によ
り、各可動ブロック２５の溝２５ａと各バリアブルリン
グ３９のロッド３９ａとの係合位置が径方向に偏位する
ため、この係合位置から各バリアブルリング３９の回転
軸までの距離が一定でなくなり、各バリアブルリング３
９の角速度が周期的に変化する。即ち、ブロックハウジ
ング２６の回転は、各バリアブルリング３９のロッド３
９ａが各可動ブロック２５の溝２５ａ内を往復移動する
ことにより、径方向への移動を許容されながら各バリア
ブルリング３９側に伝達され、図１１(a) に示すように
ブロックハウジング２６側の回転に対して各バリアブル
リング３９側の角速度ωが一回転に一周期で変化するこ
とになる。この場合、角速度変化の位相θは各バリアブ
ルリング３９ごとに９０゜ずつずれており、このうちで
角速度ωの最大となるバリアブルリング３９の回転力が
各スプラグ４５及びクラッチシリンダ３６を介して出力
側に伝達される。また、各可動ブロック２５はピン３４
をオフセットリング２４に設けられた楕円形の溝２４ａ
に係合させているため、ブロックハウジング２６が回転
すると、各可動ブロック２５が溝２４ａの案内でシャフ
ト３３を中心にそれぞれ揺動する。この揺動が各バリア
ブルリング３９の角速度ωの変化に同期し、図１１(b)
に示すように各バリアブルリング３９の角速度ωが最大
値付近でほぼ一定に補正される。この場合、各バリアブ
ルリング３９の角速度ωの位相が９０゜ずつずれている
ので、図１１(c) に示すように各バリアブルリング３９
ごとに補正された角速度ωが連続して取出され、出力側
へ伝達される角速度ωがほぼ一定になる。また、オフセ
ットハウジング２１を偏心させると、ピニオンギヤ２８
がオフセットハウジング２１側のリングギヤ２９とトラ
ンスミッションケース１側のリングギヤ３０との間を回
転しながらトランスミッションケース１の周方向に移動
し、オフセットリング２４がピニオンギヤ２８に追従し
ながら同方向に回動する。この場合、オフセットリング
２４はピニオンギヤ２８の転動を介して回動することに
なるので、ピニオンギヤ２８の回動量はオフセットリン
グ２４の半分になる。これは各可動ブロック２５の揺動
が常に各バリアブルリング３９の角速度の変化に同期す
るようにオフセットリング２４の溝２４ａの向きを変え
るためである。また、各可動ブロック２５はオフセット
ハウジング２１が偏心していないときでも揺動するが、
この場合は各可動ブロック２５の揺動中心が各バリアブ
ルリング３９のロッド３９ａと一致するため、各バリア
ブルリング３９の角速度が補正されることはない。この
ように、オフセットハウジング２１の偏心量に応じて角
速度の変化した各バリアブルリング３９の回転力が各ス
プラグ４５及びクラッチシリンダ３６の内周面による一
方向伝達手段によって取出され、アウトプットシャフト
７に伝達される。従って、コントロールシャフト１２の
回動量に応じてアウトプットシャフト７の回転速度が無
段階に変速される。その際、各バリアブルリング３９の
周面に配置された各スプラグ４５が各バリアブルリング
３９の一方の回転方向のみそれぞれクラッチシリンダ３
６の内周面に係止することから、クラッチシリンダ３６
の内周面の全体にスプラグ４５を配置する必要がない。

【００１９】このように、本実施形態の無段変速機によ
れば、インプットシャフト６によって回転するオフセッ
トハウジング２１を径方向に偏心させ、これにより周期
的に角度度の変化する各バリアブルリング３９の回転力
を一方向伝達手段としての各スプラグ４５によって出力
側に伝達するようにしたので、動力を機械的な噛み合い
によって伝達することができ、従来のようにベルトとプ
ーリを用いたものに比べ、動力の伝達を効率よく行うこ
とができる。また、このような構成により、インプット
シャフト６とアウトプットシャフト７とを同軸状に配置
することができるので、変速機本体の小型化を図ること
も可能である。更に、各バリアブルリング３９の周面に
配置したスプラグ４５をクラッチシリンダ３６の内周面
に係止させるようにしたので、クラッチシリンダ３６の
内周面の全体にスプラグ４５を配置する必要がなく、簡
単な構造によって確実な動作を得ることができる。

【００２０】尚、前記実施形態では、図１２に示すよう
にバリアブルリング３９の溝３９ｂ内を複数のスプラグ
ブロック４７で仕切り、その間に各スプラグ４５を収容
したものを示したが、図１３に示すように一端面を円形
に形成されたスプラグ５０を用い、バリアブルリング３
９の溝３９ｂ内に各スプラグ５０の円形面に面接触する
円形面を設けるようにすれば、各スプラグ５０を常にこ
の円形面に沿って安定的に揺動させることができ、一方
向伝達手段としての動作をより確実にすることができ
る。

【００２１】また、前記実施形態では、各可動ブロック
２５を各バリアブルリング３９の角速度の変化に同期す
るように揺動させることにより、各バリアブルリング３
９の角速度を所定範囲内の位相においてほぼ一定に補正
するようにしたが、このような構成を省略した場合で
も、本発明の無段変速機としての機能を達成することは
可能である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の無段変
速機によれば、機械的な噛み合いによって動力を伝達す
ることができるので、従来のようにベルトとプーリを用
いたものに比べて動力を効率よく伝達することができ、
部品同士の滑りや摩耗も極めて少なくすることができ
る。また、このような構成により、入力軸と出力軸とを
同軸状に配置することができるので、変速機本体の小型
化を図ることも可能である。更に、一方向伝達手段にお
いて、出力側係止面の全体に係止部材を配置する必要が
ないので、簡単な構造によって確実な動作を得ることが
できる。

【００２３】また、請求項２の無段変速機によれば、請
求項１の効果に加え、従動回転体の角速度を所定範囲内
の位相においてほぼ一定になるように補正することがで
きるので、出力側の回転を常に安定させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す無段変速機の側
面断面図

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視方向断面図

【図３】図１のＢ−Ｂ線矢視方向断面図

【図４】図１のＣ−Ｃ線矢視方向断面図

【図５】図１のＤ−Ｄ線矢視方向断面図

【図６】無段変速機の分解斜視図

【図７】無段変速機の分解斜視図

【図８】無段変速機の分解斜視図

【図９】無段変速機の分解斜視図

【図１０】無段変速機の動作説明図

【図１１】角速度の変化を示すグラフ

【図１２】無段変速機の要部拡大図

【図１３】一方向伝達手段の変形例を示す無段変速機の
要部拡大図

【符号の説明】 ６…インプットシャフト、７…アウトプットシャフト、
１６…ウォームホイール、２３…ギヤディスク、２５…
可動ブロック、３９…バリアブルリング、４５，５０…
スプラグ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部からの駆動力によって回転する入力
   側回転体と、 入力側回転体と同軸状に配置された出力側回転体と、 入力側回転体の回転軸に対して径方向に偏心可能な回転
   軸を中心に回転する主動回転体と、 主動回転体の回転軸を任意の偏心位置に移動させる回転
   体偏心手段と、 出力側回転体の回転軸を中心に回転自在に設けられ、主
   動回転体側に径方向に移動自在に係合する複数の従動回
   転体と、 各従動回転体の所定の回転方向のみの回転力を出力側に
   伝達する一方向伝達手段とを備え、 前記一方向伝達手段を各従動回転体の所定の回転方向の
   み出力側の所定の係止面に係止する複数の係止部材から
   構成し、各係止部材を各従動回転体の周面に設けたこと
   を特徴とする無段変速機。
2. 【請求項２】 前記主動回転体に周方向に配置されて揺
   動自在に設けられ、前記各従動回転体に径方向に移動自
   在に係合する複数の揺動体と、 従動回転体の角速度が所定範囲内の位相においてほぼ一
   定になるように各揺動体を従動回転体の角速度の変化に
   同期して揺動させる案内手段とを備えたことを特徴とす
   る請求項１記載の無段変速機。