JPS6353341A - 無段変速装置 - 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、動力装置一般に利用できる、歯車手段によ
る無段変速装置に関する。

〔従来の技術〕

歯車を用いて機械的無段変速機構を達成させている従来
例は少ないが、その中で、特公昭５９−４２１８１号公
報に示された矩形波発生装置は、従来技術による機械的
無段変速の要素装置の代表的な一例と考えられる。その
矩形波発生装置を従来の要素装置例として第１５図に示
す。図において、３０１は第１の共通軸であり、第２の
共通軸３１２との間に、特定の角速度比を有して対をな
す非円形な駆動歯車と被Ｗ　５６歯車とが二組設けられ
ている。３０３は第１の共通軸に固定された第１の駆動
歯車で、共ｊｈ　＠　３１２　Ｉｆｃ回転自在に支持さ
れた第１の被駆動歯車３０７とかみ合っている。３０５
は共通軸３０１に回動可能に支持された可動要素３０４
に固定されている第２の駆動歯車で、共通軸３１２に回
転自在に支持された第２の被駆動歯車３０９とかみ合っ
ている。第２の駆＠歯車３０５は、ｇＴ動要要素０４と
、共通軸３０１に固定されている固定要素３０２と調整
制御架６Ｈｒ３ｏ６とからなる制＃装置によって、第１
の駆動歯車に対して任意の相対的な角度位置にずらすこ
とができる。第１の被、駆動歯車３ｏワ及び第２の被駆
動化庫３０９には、それぞれ差動車ｍ車３０８及び３１
０が固定されていて共に差動ビニオン３１３とかみ合っ
ている。この差動ビニオンは共通軸３１２に固定された
差動要素３１１にナラ）　３１４により取付けられてい
る。

第１６図は第１５図の要素装置の対をなす非円形な駆動
歯車３０３と被駆動歯車３０’７の形状の例を示し、第
１７図はその駆動歯車と被駆動歯車に与えである角速度
比特性を具体数値を用いて表したグラフである。グラフ
の横軸は１駆動歯車の角変位θでちゃ、縦軸は弐Ｒ＝（
彼ｇ動歯車の角ユネ変）／（、駆動歯車の角運度）で与
えられる角速度比Ｈの値である。また、第２の非円形の
、駆動歯車３０５と被、駆動歯車３０９の対も、第１７
図に示す角速度比と同様特注となるが、駆動歯車３０３
に対する駆動歯車３０５の相対的な角度制御によシ、双
方の歯車対の角速度比重（の位相かずらされる。

上記部ｊ飾装Ｖｔによυ第１及び第２の駆動歯車３０３
及び３０５の間の相対的な角度位置のずれ（位相ずれ）
を変えることによシ、差動装置ｇを介して第２の共ａ軸
３１２に伝達される一定角度匣比の値が、位相ずれに相
関して変わるとともに、その一定値区域の範囲も変わる
。

このような云素装肚を複数組合わせ、一定角速度比を呈
する増速区域又は／Ｍ、速区域をつなぎ合わせれば無段
変速装置が構成できる。

しかし、この従来の要素装置例の一組は、第１５図で示
しだように、非円形な平歯車の４個と傘歯車の３個、計
７個の歯車を含み、少なくとも１０個を越える機素によ
る構成が基本である。したがって、この要素装置を複数
組と、これに制御機構などを付加して構成される無段変
速装置では、非円形及び傘歯車の特殊歯車を含む構成機
素数が多数にのぼることが難点となっていた。さらに、
自動制御機能を内蔵させるような場合、ますます復雑な
構成にせざるを得ないものであった。

〔発明が消失しようとする問題点〕

一般に摩擦式の動力伝達装置は、回転伝達の円滑性にす
ぐれているのが長所であり、歯車のような非摩擦式の動
力伝達装ｄは、伝達効率の良さが長所である。ところが
、従来の無段変速装置について両者を比較すると、摩擦
式のものは、接触部の微少すべりによる動力損失が大き
いという問題点があった０また、非摩痔式の代表的な歯
車を用いたものは、上記従来の要素装置例のように非常
に複雑な構成となる難点がらり、構成皐素の慣性と機素
間の摩擦などによる損失が伝達効果を低め、本来の長所
が阻害されるという短所につな、がることになる問題点
があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、摩擦伝導によらず、歯車群の構成機素数が従
来装置よシも少なくされ、例えば、自動制御機能を内蔵
させるのも、従来装置よシ簡単な構成で可能であり、か
つ、伝達効率が高い無段変速装置を得ることを目的とし
ている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかる無段変速装置は、指数関数的速度変調
という新たな機構原理の創案にもとづいて、構成機素数
を減少させることが検討され、非摩擦式動力伝達の基本
的な長所が活かし易く構成された、歯車による無段変速
装置である。この装置では、第１の非円形歯車を共通と
する第１及び第２の非円形ＩＪ車対による第１次及び第
２次の角速度変調手段を用いて、角速度が指数関数的に
連続で増減するモード変換を行わせるようにしている。

指数関数を導入したことで、第１次及び第２次の変調手
段による刻々の角速度比を重ね合わせるに乗除算をもっ
てなす機構を採シ得ている。このことはさらに、第１次
または第２次の角速度変調用にそれぞれ１対を２要とす
る歯車のうち１個が共用できるという機構を可能とし、
この特徴が、第１次及び第２次の角速度変調手段による
モード変換相互の重なシ関係の制御に、新たな機構手段
を創作し得たこと、ならびに自動制御機能の内蔵が容易
になったことに関係をもたらしている。

〔作用〕

この発明装置の基本作用は、一方の回転軸の角速度に対
して、他方の回転軸に指数関数的な増速又は減速モード
にもとすく周期的変化角速度が与えられているというこ
とである。この基本作用を２回重ねて、第１次、同時に
第２次と作用させることがこの装置の特徴である。例え
ば、第１次角逐度変調手段によって、指数関数的増速モ
ードで変調作用がかかつているとき、同時に第２次角速
度変調手段によって、指数関数的減逮モードで変調作用
がかかつているならば、この両作用を通した後の角速度
の変化モードは、両作用を通す前のモードに戻っている
。入力が定角速度モードならば、出力にも定角速度モー
ドが現れる。この装置には、このような角速度の増減に
関する変化モードを変える作用が備わっているが、これ
に加えて、第１次と第２次の基本作用の重ね方を変える
こと、言いかえれば位相をずらせることによって、入力
と出力の角速度比の絶対値を連続的に変化させる作用も
備わっておシ、かつ、その変化の自動制御機能の内蔵が
容易であるなど、無段変速装置に必要な作用が総合的に
備えられている。

〔発明の実施例〕

第１図（−）　、　（ｂ）及び第２図（ａ）　、　（１
））は、この発明による無段変速装置の一実施例を、そ
れぞれ異る断面で示した正面断面図及び側面断面図であ
る。図において、１０は第１図の回転軸で、これに、第
１組の第１の非円形歯車１１ａが固定され、第２組の第
１の非円形歯車１１ｔ）が軸受１６を介して回転自在に
支持されている。２０は第２の回転軸で、Ｓ１組の第２
の非円形歯車２１ａと第２組の第２の非円形歯車２１１
）とが、固定されている。３０は第３の回転軸で、第１
組の第３の非円形歯車３１ａと第２組の第３の非円形歯
車３１１）とが、それぞれ一方向クラッチ機能付軸受３
７を介して支持されている。

６０は第１フレームで、この実施例では装置本体の固定
フレームになっており、軸受部５１．６２を介し回転軸
１０を支持し、軸受部６３を介し回転０１’＋　２０を
支持している。２５は回転軸２０に固定された通常の円
形歯車、４０は一端が軸受部６１を介しフレーム６０に
支持された第４の回転軸で、通常の円形歯車４５が固定
されている。６４は第１のばねかけビンで、その両端部
は第１のフレーム６０の゛両側板にまたがって固定され
ている。ｅ５ｉ４フレーム６０に設けられた第１の回動
規制穴である。７０は第２のフレームで、この実施例で
は可動になっており、軸受部’ｌｌｉ介し回転１ｉｉｔ
ｌ　１０に回動可能に支持され、かつ、軸受部７２を介
し回転軸３０を支持している。

３５は回転軸３０に固定された６常の円形歯車、５゜は
一端が軸受部６２を介しフレーム６０に支持された第５
の回転軸で、円形の内歯歯車５５が固定されている。７
４は第２のはねかけピンで、第２のフレーム７０の両側
板部にまたがって固定されていて、このフレーム７０か
ら突出している両四部は共に第１の回動規制穴６５に挿
入されている。７５はフレーム７０に設けられた第２の
回動規制穴で、これに第１のばねかけビン６４が挿入さ
れ貫通している。

８０は一例として渦巻ばねで示されている捩り弾性部材
で、両側一対が第１のばねかけビン６４と第２のばねか
けビン７４との間に装滝−キれ、第１の回転軸１０を中
心とする捩りトルクを、第１及び第２のフレーム６０及
び７ｏの間で、第２のフレーム’７０を第１図において
時計方向に回動させるよう（作用している。

第１図では、第１の回転軸１０を支点軸として、第１の
フレーム６０と第２のフレーム７０とが相対的に回動で
きる構造であることが示されている。

この回動角を図中αで示してあり、この実施例では、回
動角αの最大は０．４１５πラジアンであり、これが０
から０．４１５πラジアンの範囲で回動可能としている
。上記両フレーム６０及び７０は、これに上記捩シ弾性
部材８０だよる以外には外力が作用していない状態では
、第１のばねかけピン６４が第２の回動規制穴７５の一
方の端部に押しつけられてα＝βｍｌ。である状態を保
つようにされている。第２のばねかけピン７４も第１の
回動規制穴６５の中で一方に押しつけられて、両フレー
ム６０及び７００回動関係位置をα＝βｍ１１となるよ
う規制する。上記角度αがβｍｌ。よ）小さい値となる
のは、扱シ弾性部材８０による捩Ｄトルクに抗する何ら
かの外部ｍｂトルクが、上記両フレーム６０及び７００
間に、第２のフレーム７０を反時計方向に回動させるよ
うに作用するときである。その外部捩りトルクが、上記
捩り弾性部材８０による捩りトルクの最大値以上である
ときは、第１のばねかけピン６４が、第２の回動規制穴
７５の他の一方の端部に押しつけられてα＝０である状
態となるようにされている。このとき第２のばねかけビ
ン’７４も第１の回動規制穴６５の他の一方の端部に押
しつけられて、やはり上記回動関係位置をα＝０である
よう規制する。

このように構成された装置の中で、第１．第２及び第３
の回転軸１０．２０及び３０と、第１組の第１゜第２及
び第３の非円形歯車１１ａ、　２１ａ及び３１ａと、第
１及び第２のフレーム６ｏ及び７ｏとが、本発明による
無段変速装置の角速度変調作用をなす要素機構の一方の
１組を形成している。上記各回転軸と各フレームとを共
用して、第２組の第１．第２及び第３の非円形歯車１１
ｂ、２１ｂ及び３１ｂとが、上記同様の角速度変調作用
をなす要素機構の他方の１組を形成している。

このように角速度変調作用をなす要素機構の２組？用い
て構成された無段変速装置第１図及び第２図では、第４
の回転軸４ｏを入力軸とし、第５の回転軸５０を出力軸
として作動させると、第４の回転軸４０に与えた角速度
ω１に対する第５の回転軸５０に得られる角速度ω、の
比率が、連続で制御可能な角度αの値に相関して連続で
変化する。以下その作用につき詳細に説明する。

第３図と第４図は、第１の非円形歯車１１ａと第２の非
円形歯車２１ａとを取出して示している（なお、第１の
非円形歯車１１１１と第２の非円形歯車２１ｂにも同様
に適用できる）。図において、却及び１３は第１の非円
形歯車１１ａのかみ合いピッチ曲線、２２及び２３は第
２の非円形歯車２１ａのかみ合いピッチ曲線である。な
お、上記各かみ合いピッチ曲線に沿って、実際には、し
１］えば部分的に図示されているような、インボリュー
ト歯形が刻み込まれているのであるが、かみ合った歯車
の角速度あるいは伝達トルクなどの関係は、かみ合いピ
ッチ曲線により支［Ｚ＜説明でｂるため、第３図及びそ
の他の図についＣも歯形の図示の一部又は全部を、−６
略している。

上記かみ合いピッチ曲線１２及び１３は、Ｓｌａ点から
Ｌｌ、点まで及びＳｌｂ点からＬｌｂ点まで形成されて
おり、それぞれの延べ長さは、”２ａ点から８２１点ま
で及びＬｚｂ点からＳ２ｂ点まで形成されているかみ合
いピッチ曲）線２２及び２３のそれぞれの延べ長ざと等
しくしている。このようにして、第１の非円形歯車１．
１ａの総画数と、第２の非円形歯車２１ａの総画数は等
しくされている。

このように構成された一対の非円形歯車に現れる角速度
に関する特徴は、この発明の重要点の一つである。

第５図に、第１の非円形歯車１１ａと第２の非円形歯車
２１ａとの角速度の関係をグラフで表す。横軸には、非
円形歯車１ユａが、第３図で反時組方向に１回転する間
の角変位θをとっている。なお、この角変位θ妹、第３
図の状態、すなわち、かみ合い点がＳｌ３点とＬＺａ点
である状態を零としである。縦軸には、非円形歯ｆｆ１
ｌｌａの角速度に対する角速度比を表す無名数値をとり
、対数尺にしている。第１の非円形歯車１１ａの角速度
をω１．第２の非円形歯車２１ａの角速度をω２で表す
とき、上記θの関数としての、Ｆ（Ｏ）＝１ω２／ω１
１は、第１と第２の非円形歯車１１１Ｌと２１ａの間の
角速度比を示す。

この第５図のグラフにおいて、非円形歯車１１ａが第３
図の状態から反時計方向にπラジアン回転し、非円形歯
車２１ａとのかみ合い点が８１３点とＬ２ａ点である状
態から、Ｌｌ、点と８２□点のかみ合い状態まで移る間
の変化が、基準角速度比Ｆ（０）から始まる右上りの直
線で表されている。つづいて、非円形歯車１１ａがさら
にπラジアン回転する間の状態も、同様の右上りの直線
で表されている。

この賢明装置に用いる非円形歯車対の上記角速度比Ｆ（
θ）の変化は、第５図のように片対数グラフ上の頌斜直
線で表せるよう特徴づけられている。これを代数学的に
定義づけるならば、角速度比Ｆ（０）を、指数関数式ｅ
ｋ°θ・Ｆ（０）で与えであるということである。ここ
で、上記糸数には、設計上任意に選び得る角速度変調係
数であり、第５図のグラフにおいて、　Ｋ　＝　ａ　ｌ
ｏｇＦ（θ）／ｄθなる微分値として定義できる。ちな
みに、第３図の実施例ではに第０．２２０６ラジアンー
１である。また、ｅは自然対数の底である０ つづいて、上記のような非円形歯車の角速度比の特徴か
ら導くことができる独特の角速度変調作用を説明する。

第６図及び第７図は、第１図と第２図で示した実施例装
置における角速度ｇ制作用をなす要素機構の正面図及び
側面断面図である。

これらの図では、すでに第３図ないし第５図で説明した
、第１及び第２の非円形歯車１１ａ及び２１ａのところ
へ第３の非円形歯車３１ａを加えた関係を示している。

この第３の非円形歯車３１ａの歯車仕様は、第２の非円
形歯車２１ａと同じである。ここで第１と第２の非円形
歯車１１ａと２１ａをかみ合わせたものを第１次角速度
変調手段と呼び、第１と第３の非円形歯車１１ａと３１
ａをかみ合わせたものを第２次角逐度変調手段と呼ぶこ
とにする。第１次角速度変調手段は、Ｐｇｌの回転軸１
０の角速度ω１に対する第２の回転軸２０の角速度ω２
の比率を定める手段であり、この比率を、第１次角逐度
比と呼ぶことにする。同様に第２次角速度変調手段は、
第１の回転軸１ｏの角速度ω１と第３の回転軸３０の角
速度ω３との比率を定める手段であり、この比率を、第
２次角速度比と呼ぶことにする。第１次自重度変調手段
が、上記第３図ないし第５図で説明したものであると同
様に、第２次角速度変調手段も単独では第３図ないし第
５図での説明が適用できる。しかしながら、ここで注目
すべきは第６図に示すように、第１の回転軸ｌＯの位置
を基準にして、第２の回転軸２０の位置に対して第３の
回転軸３０が、π＋αラジアンの中心角を与えて配置さ
れていることである。第３の非円形歯車３１ａは第１の
非円形ｍ　車１１ａの周囲で、中心角πラジアンごとに
同じ関係に戻るため、π＋αラジアンは実質αの中心角
を与えたのと等価である。したがって、第１次角速度変
調手段が、第１の非円形歯車１１ａの角変位θでかみ合
い状態にあるとき、第２次角速度変調手段は、第１の非
円形歯車１１ａの角変位θ十αでのかみ合い状態となっ
ているのである。このような状態にあるため、第１次自
速度比１ω２／ω１１が、すでに説明したと同じく係数
にと、角変位θ及び角速度比Ｆ（０）を用いた指数関数
式ｅｋ−θ・Ｆ（０）なる値のとき、第２次角逐度比１
ω３／ω１１が、上記式に用いた代数と、すでに説明し
た通り任意に可変設定できる角度αとを用いた指数関数
式ｅｋ“（θ＋α）”　Ｆ（０）なる値になっている。

この状態において、第２の回転軸２０の角速度に対する
第３の回転軸３０の角速度の比率ω３／ω２は、上記第
１次角逐度比に対する上記第２次商運１度比の除算商と
して、上記係数にと、上記角度αとを用いた指数関数式
ｅｋ°αなる値をとるのである。この最後の式θに°α
は、この発明による無段変速装置の角速度変調作用をな
す要素機構の基本的な特徴を示している。

第８図ないし第１０図は上記要素機構の角速度変調作用
特性を表したグラフで、横軸と縦軸はともに第５図のグ
ラフと同じである。第８図はα＝Ｏの状態のもので、第
１次及び第２次角速度比が常に等しく、角速度比はω３
／ω２＝１となっている。第９図はα＝（Ｘ／Ｓ）πの
状態のもので、第２次角速度比の変化パターンの位相が
第１次角逐度比のそれよりも、αラジアン進んでいる。

このようにαが零でない状態（厳密にはα＝πの場合も
除く）では、第１次及び第２次角速度比がともに連続値
をとり得るθの範囲が、Ｏ〜π−α、π−α〜π、π〜
２π−α及び２π−α〜２πと、４区分されている。こ
のうち、０〜π−αとπ〜２π−αの区分範囲では、角
速度比ω３／ω２にｅｋ−ＣＬなる一定値が現れ、π−
α〜πと２π−α〜２πの区分１囲では、角速度比ω３
／ω２にθに°に：１−ｒ′）なる一定値が現れている
。第１Ｏ図はαが第９図より増加して、α＝（３／８）
πになった状態である。ω３／ω２の値が、αの増加に
相関して変化していることと、その連続値をとる区分範
囲も変化していることが、第９図との対比で現れている
。第１１図はαをＯからπまでπ／８間隔で変化させた
ときの角速度比ω３／ω２の変化を表したものである。

この発明装Ｕには、以上説明したように指数関数的角速
度変調手段という、新規な思想にもとづく角速度変調機
能が備わっている。この機能を果す構成単位を要素機構
として無段変速装置を構成するには、この要素機構の複
数組を組合せ、αの値を可変制御する手段と、角速度比
ω３／ω２の一定値を連続化する手段と、角速度比の繰
返し変化パターンから特定値のみを選択して取出す手段
を付加すｈｊばよい。以下にこれらの手段を実施例で説
明する。

αの値を可変制御する手段は、第１図と第２図ですでに
説明したように、第１フレーム６０に対して第２フレー
ム７０を回動可能な構造とすることで達成できる。この
手段は、複数の要素＠構に共用が可能でおる。なお、上
記両フレーム６０と７０の相対回動は、装置外部からの
操作によって任意に制御することは当然可能である。同
時に、この実施例装置では、図示したように、上記両フ
レーム６ｏと７００回動量に相関を持たせ得る、例えば
渦巻ばねのような捩シ弾性部材８０を内蔵設置させてお
き、装置外部からの作用が、上記捩り弾性部材８０に及
ぼされる構成を整えて、自動制御機能を備えさせること
が可能である。特に、この発明による無段変速装置にお
いて意図する制御思想は、上記捩り弾性部材８０に付与
される外部作用を、この装置が伝達するトルク、具体的
には入力トルク又は出力トルクに求め、装置と装置外部
との間での動力授受作用は、入力端からの入力回転動力
と出力端からの出力回転動力とがすべてである構成とし
ながらも、直接制御方式での全自動制御機能の内蔵を可
能とするところにある。

角速度比ω３／ω２の一定値の連続化手段は、第１図、
第２図において、第２の非円形歯車２１ａ　Ｋ対して、
第２の非円形歯車２１１）をπ／２ラジアンの回転位相
角差を与えてＷ定すＺ）ことで達成ζせている。第１の
非円形歯車１１ａと第２の非円形歯車２１ａと第３の非
円形歯車２３ａとがかみ合ってなる第１組の要素機構に
よる角速度比ω３／ω２の値を関数Ｇｌ（θ）で表し、
第１の非円形歯車１１１）と第２の非円形歯車２．１ｂ
と第３の非円形歯車３１ｂとがかみ会ってなる第２組の
要素機構による角速度比ω３／ω２の値を、関数ｏ２（
θ）で表すとき、Ｇ２（＃）＝　Ｇ　ｌ　（θ−β）で
あるようにしている。上記式のβは、第２の回転軸２゜
上で２個の第２の非円形歯車２１ａ、２１ｂに与れた位
相角差π／２を、第１の回転細工０上での２個の第１の
非円形歯車１１ａ、ｌｌｂの位相角差に置き換′えたも
ので、その値は、第１の回転軸１０の角変位θの関数で
与えられる。第１図の実施例では、βの最小値βｍｌ。

が０．４１５πラジアンでちる。第１２図）ま上記第１
組、第２絹の要素（幾構によるそれぞれの角速度比ω３
／ω２の値を、折れ線ＡおよびＢで示したグラフでちる
。α≦βｍｉｎなる条件を訪たす範囲では、角速度比ω
３／ω２の値は、θ１°０なる一定値部分を、角変位θ
の全範囲にわたって連続させ得るのであるが、グラフは
その条件内で、α＝（３／８）πの場合を例示している
。

上記複数の要素機構（でよって得られ異る角速度比の中
から特定値のみを選択する手段は、一方向クラッチ機能
で達成させる。第１図とン耳２図で、２個の第３の非円
形歯車３１ａ及び３１ｂに現れるω２基準の角逐朋比は
、第１２図の折ＦＬ線Ａ及びＢである。この人とＢとが
横軸θの値によって異る値をとっているときには、どち
らか一方の角速度比による角速度のみを第３の回転軸３
０に伝えるよう選択する手段として、一方向クラッチ機
能付軸受コを設けである。これは、図示の回転方向にお
いて、紀３の非円形歯車３１ａ　、　３１ｂから、第３
の回転軸３０へ向ってのみ回転動力を伝達するよう方向
設定されている。したがって、第１２図にＡとＢで示さ
れた角速度比の高い値のみを、回転軸３０の駆動に寄与
させ、低い値は、一方向クラッチ機能は軸受３７による
空転によって駆動に寄与しないようにしている。

以上の説明で明らかなように、角度αは無段階連続的に
制御可能であるため、角速度比ω３／ω２も無段階連続
的Ｖこ可変であり、αを固定したときには、αの値に相
関する一定値に固定される。第２図（ａ）では、第４の
回転軸４０と第５の回転軸５゜を設け、それぞれ西宮の
円形歯車４５．２５の対と円形の内歯歯車５５．西宮の
円形歯車３５の対を用いて、第２の回転軸２０と第３の
回転軸３０とに連結している。これは無段変速装置とし
て入力軸と出力軸とを同心に配置した形態上の一例であ
ると共に、内蔵させた自動制御機能を作用させる上で必
要な働きをさせている。

第１３図は第２図（ａ）　Ｋ示した装置が、原動装置の
動力を負荷装置に伝達している状態でのトルクの平衡に
関する説明図である。９１は原動装置、９２は負荷装時
、９３は各装置が設置固定されている共通ベース、！で
示す直線は各装置の共通回転軸線、τ１及びτ１は共通
回転軸線ｌに関する入力トルク及び出力トルク、ｍ及び
ｎで示す閉曲線のそれぞれは、入力トルクτ１に関して
力学的平衡が保たれている経路及び出力トルクτ８に関
して力学的平衡が保たれている経路である。原動装置９
１は、第４の回転軸４０をトルクτ直で、駆動するとき
、これに均衡する反作用トルク−τ１を共通ペース９３
に与えている。この作用１反作用トルクは、第２の回転
＠１１２０．第１のフレーム６０を経由する閉曲線ｍの
経路で、平衡している。一方、第５の回転軸５０は、負
荷装置９２をトルクτ１で駆動するとき、これに均衡す
る反作用トルク−τ、を、第３の回転軸３０を経て第２
のフレーム７ｏに与えている。負荷装置９２に与えたト
ルクτ、は共通ペース９３を経て第１のフレーム６０　
Ｋ作用している。このように、第１及び第２のフレーム
６０と７０との間には、出力トルクτ８に相当する回動
トルクが作用し、結果的には、これら両フレーム間に意
図的に架設されている捩り弾性部材８０の捩りトルクが
、τ。と均衡することによって、閉曲線ｎの経路で、ト
ルク平衡状態が、現れる０なお、捩り弾性部材８０シて
出力トルクτ４が作用し、入力トルクτ１が作用しない
のは、この説明に用いた実施例装置第１図において、第
１のフレーム６ｏが固定フレームで、第２のフレームが
回動フレームとされているためで、もし、入力トルクτ
１のみを、捩り弾性部材８０に作用させる必要があると
きは、固定側と可動側とを入れ替えて、第１図装置の場
合、第１のフレーム６０を回動フレームにすることで達
せられる。円形歯車４５゜２５対の歯数比及び円形内歯
歯車５５１円形歯車３５対の歯数比は、任意に設定可能
である。これらの歯数比は、無段変速装置の入出力軸の
回転速度比を固定的に整合させる手段として有効な意味
を持ち、また、自動制御の特性設定上で、伝達トルクと
捩り弾性部材８０のはね特性とに関係して定数的な影響
を及ぼすものである。

第１４図に、この発明による無段変速装置の一実施例（
第１図及び第２図装置）において、第４の回転軸４０を
入力軸とし、第５の回転軸５０を出力軸とし、円形歯車
４５　、２５対の歯数比を１：１、円形内歯歯車５５９
円形歯車３５対の歯数比を３：１としたときの入出力軸
回転速度比など諸・特性グラフを示す。第１４図（ａ）
は、入出力軸回転速度比特性グラフで、制御可能な角度
αに対応した入出力軸回転速度比ωＵ／ω１が、片対数
グラフ上で、傾斜直線となる特性が表わされている。第
１４図（ｂ）は、捩９弾性部材８０に与えである（捩り
トルク）／（捩れ角）％性の一実施例を示したグラフで
ある。捩れ角は、第１図に記されている制御角度αで表
わしてあり、α＝βｍｉｎでの捩りトルクをｔｌｌ　α
＝Ｑでの捩りトルクをｔ２　Ｋ設定しである。この捩り
弾性特性により、この発明による無段変速装置には、出
力トルクによる入出力回転速度比の自動制御特性が設定
される。第１４図（Ｃ）は、その自動制御特性を示しだ
グラフである。

なお、この発明による角速度変調装置の、ここまでの説
明は、第３図ないし第５図に示した非円形歯車の形状仕
様を一実施例として用いたが、非円形歯車の形状仕様は
これに限定されるものではない。上記実施例では、非円
形歯車対は、総歯数及びかみ合いピッチ曲線の形状が同
一の場合を示したが、指数関数的角速度変調作用をなす
非円形歯車対であれば、双方の歯車が歯数を異にし、か
み合いピッチ曲線の形状及び延べ長さが異なるものでら
っても適用できるものである。

また、上記実施例では、捩り弾性部材８０の具体例とし
て渦巻ばねの場合を示したが、渦巻ばねに限定されるも
のではなく、目的とする作用は、第１のフレーム６０と
第２のフレーム７０との間ニ、弾性特性のある回動トル
クを与えることであって、この目的が達せられる弾性部
材の単体及び弾性を与える構成体などを用いる構成であ
れば、適用できるものである。

さらに、上記実施例では捩り弾性部材８０を一対用いた
ものを示したが、実機上で構成機素間の作用カバランス
や、弾性荷重の分散などを配慮すれば、単数、複数いず
れにも限定されず、有効に適用できるものである。

なおまだ、上記実施例では第５の回転軸５０に円形内１
菊歯車５５を固着して出力したが、内歯歯車に限定され
るものではなく、第４の回転軸４０に用いたよりな的常
の円形歯車を用いてもよい０あるいは、卯、４の回転軸
４０の円形歯車４５を円形内歯歯車にし、回転軸５０に
円形歯車を固着してもよい。

これらの歯車を内歯にするか外歯にするかは、単純には
回転方向の関係、ならびに、すてに貯明した回転速度比
整合値などにも関係しており、この発明の主な目的の一
つである入出力回転速度比の自動制御特性に特に重要な
関係にあるものである。

ｍ１図の実施例装置において、出力トルクによる入出力
回転速度比の自動詞ｉ！ｌｌ］は、出力トルクの増加に
よって回転速度比は減少する方向になっている（第１４
図（Ｃ））。もし、第１図の実施例装置で、円形内歯歯
車５５のみを変えて、円形歯車３５とかみ合う西宮の円
形歯車としだときは、出力トルクの増加によって入出力
回転速度比も増加する方向での自動制御が行われる装置
が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、第１の非円形歯車と
第２の非円形歯車をかみ合わせ、指数関数的速度変調作
用をなす第１次の角速度変調手段と、上記第１の非円形
歯車に第３の非円形歯車をかみ合わせ、指数関数的速度
変調作用をなす第２次の角速度変調手段とを設け、第１
の非円形歯車の回転軸を中心にし、双方の角速度変調手
段間の相対的回動角を可変できるようにしたので、非、
贋擦式動力伝達の代表的な歯車装置による無段変速装置
を、（正来装置よりも少ない機素数で構成できる。加え
て、上記相対的回動角に直接反応させる捩り弾性部材を
設け、装置が主機能として回転動力を伝達するうえで、
構成機素に必然的に働く入力トルク又は出力トルクにも
また直接的に、その捩り弾性部材の捩りトルクを作用さ
せる機構を備えたので、伝達トルクによる直接制御方式
の自動制御機能を内蔵させた無段変速装置が構成できる
。

このように非麟擦式動力伝達の長所を活かし、また、自
動制御機能を内蔵した歯車式無段変速装置は高い伝５ｔ
Ａ効率が得られる効果がある。

この発明を、特に自動車や各捕工作機械に代表されるよ
うな回転速度が広範囲に変わる装置を駆動する分野に活
用すれば、変化回転速度に不適な原動機特質を持つ内燃
機関や電動機との合理的な整合を行って、省資源、省エ
ネルギに寄与できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明による無段変速装置の一実
施例に示し、ｍ　１ｎ　（ａ）　ｉｊ　第２　［）１　
（ａ、）のＪａ−Ｉ　ａ線における断面図、第１図（ｂ
）は第２図（ａ）のＩｂ−■ｂｍにおける断面図、第２
図（ａ）は第１図（、）のｌ１ａ−１１ａ線における断
面図、第２図（ｂｉは第１図（ａ）の［ｌｂ−］］ｂ線
における断面図、第３図は第１図（ａ）の第１及び第２
の非円形歯車を示す正面図、第４図は第３図のＩＹ　−
ＩＹ線における断面図、第５図は第３図の第１及び第２
の非円形歯車相互間の角速度比に関する曲線図、第６図
は第１図の第１゜第２及び第３の非円形歯車の結合を示
す正゛面図、第７図は名６図のｖＩ−■線における断面
図、第８図ないし第１１図は第６図機１−１４の角逐朕
変調特注ケ示す曲線図、第１２図は第１図装置の無段変
速作用の一つを示す曲線図、第１３図は第２１（、）の
製電？原動装置と負荷装置との間に組込み作動させた状
態のトルクの平衡金示す説明図、ｃｇ１４図は第１図の
装置の総合特性を示す曲線図で、（，１図は第２のフレ
ームの回動角と入出力軸回転速度比との関係を、（ｂ）
図は第２のフレームの回動角と弾注部材捩りトルクとの
関係’ｒ、（Ｃ）図は出力トルクと入出力軸回転速度比
との関係をそｎぞれ示す曲線図、第１５図は従来の無段
変速の要素装置の概要全示す一部断面した側面図、第１
６因は第１５図の駆動歯車と被駆動歯車の対を示す正面
図、第１７図は第１６図の駆！ｌ！ｌＩ歯車と被駆動歯
車相互間の角速度比に関する曲線図である。 １０・・・第１の回転軸、Ｌｌａ、ｌｌｂ・・・第ｌの
非円形歯車、２０・・・第２の回転軸、２１ａ、２１ｂ
・・・第２の非円形歯車、３０・・・第３の回転軸、３
１ａ　、　３１ｂ・・・第３の非円形歯車、６０・・・
第１のフレーム、６１〜６３・・軸受、７０・・・第２
のフレーム、８０・・・訣り弾性部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の回転軸に固定された第１の非円形歯車と、
   第２の回転軸に固定され上記第１の非円形歯車にかみ合
   う第２の非円形歯車とからなり、上記第１の回転軸に対
   する上記第２の回転軸の角速度比として第１次角速度比
   が定まる第１次角速度変調手段、上記第１の非円形歯車
   と、第３の回転軸に動力伝達可能に支持され、第１の非
   円形歯車にかみ合う第３の非円形歯車とからなり、上記
   第１の回転軸に対する第３の回転軸の角速度比として第
   ２次角速度比が定まる第２次角速度変調手段、上記第１
   の回転軸と上記第２の回転軸とをそれぞれ軸受を介し支
   持する第１のフレーム、及び上記第３の回転軸を軸受を
   介し支持しており、上記第１の回転軸に軸受を介し、こ
   の回転軸を支点軸として上記第１のフレームと相対的回
   動可能に支持された第２のフレームを備え、上記第１次
   角速度比が、あらかじめ任意に定めることができる基準
   角速度比Ｆ＿（＿０＿）及び角速度変調係数Ｋと、上記
   第１の回転軸の角変位θとを用いた指数関数式ｅ＾ｋ＾
   ・＾θ・Ｆ＿（＿０＿）で与えられている状態をつくり
   、この状態において、上記第２次角速度比が、上記基準
   角速度比Ｆ＿（＿０＿）と、上記第１のフレームと上記
   第２のフレームとの間の相対的な回動角度αとを用いた
   指数関数式ｅ＾ｋ＾（＾θ＾＋＾α＾）・Ｆ＿（＿０＿
   ）で与えられている状態をつくることにより、上記第２
   の回転軸に対する上記第３の回転軸の角速度比が、上記
   第１次角速度比に対する第２次角速度比の除算商として
   、上記角速度変調係数Ｋと、上記角度αとを用いた指数
   関数式ｅ＾ｋ＾・＾αで与えられる状態にされていると
   いう角速度変調作用をなす要素機構を形成し、上記第１
   及び第２のフレームを共用し上記要素機構の複数組を組
   合わせて構成し、上記第１のフレームと上記第２のフレ
   ームとの間にその上記相対的な回動角度αに相関した捩
   りトルクを与える捩り弾性部材を設け、この捩り弾性部
   材の捩りトルクに出力トルク又は入力トルクが抗するよ
   うにしたことを特徴とする無段変速装置。
2. （２）捩り弾性部材は渦巻ばねからなる特許請求の範囲
   第１項記載の無段変速装置。
3. （３）第１のフレームを固定部に固定したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の無段変速装
   置。
4. （４）第２のフレームを固定部に固定したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の無段変速装
   置。