TW201816306A - 無段變速機及自行車 - Google Patents

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Abstract

本發明的無段變速機具有配置於主軸的周圍的多個行星滾子。行星滾子的自轉軸的兩端部是保持於周方向的不同位置，且以可相對於主軸於徑向上位移的方式保持。另外，無段變速機具有與行星滾子扣合的可動環，以及於軸向上對可動環加壓的彈性構件。使用無段變速機時，包含行星滾子的自轉軸的主軸在內的剖面內的傾斜角度，根據行星滾子所受到的負載而變化。於是，輸入旋轉體對行星滾子的接觸位置，以及輸出旋轉體對行星滾子的接觸位置分別改變。藉此可切換輸入旋轉體與輸出旋轉體之間的變速比。也就是說，可根據負載自動進行變速比的切換。

Description

無段變速機及自行車
本發明是有關於一種無段變速機及自行車。
先前，具有變速機構的自行車已為人所知。一般自行車的變速機構是在直徑不同的多個鏈輪（sprocket）之間更換懸掛滾子鏈（roller chain）的構造。若自行車的使用者操作把手部的變速手柄（shift lever），則滾子鏈被更換懸掛於由變速手柄所指定的鏈輪上。藉此，後輪以與鏈輪直徑相應的變速比而旋轉。然而，此種一般的變速機構僅能以與鏈輪個數相應的段數來切換變速比。
相對於此，於日本專利特開2011-231929號公報中記載有一種可使變速比連續地變化的自行車用的變速機（無段變速機（Continuously Variable Transmission，CVT））。該公報的變速機藉由使球腳組合（ball-leg assembly）所含的球的旋轉軸傾斜，而使輸入扭矩與輸出扭矩之比改變。 [專利文獻1]日本專利特開2011-231929號公報
[發明所欲解決之課題]
然而，於日本專利特開2011-231929號公報的變速機中，變速比的切換亦是藉由使用者的操作而進行。若可如汽車的自動變速機般，能在使用者不進行切換操作之情況下根據負載自動切換變速比，將會非常便利。
本發明之目的在於提供一種可根據負載自動進行變速比的切換的無段變速機。 [解決課題之手段]
本案的例示性的第一發明為一種無段變速機，其具備：輸入旋轉體，以主軸為中心並以變速前的轉速旋轉；輸出旋轉體，以所述主軸為中心並以變速後的轉速旋轉；多個行星滾子，配置於所述主軸的周圍，能以自轉軸為中心自轉；導引構件，限制所述自轉軸的兩端部的位置；圓環狀的可動環，可於所述主軸與所述行星滾子之間以所述主軸為中心旋轉，且可於軸向上移動；以及彈性構件，可於軸向上伸縮。所述行星滾子具有與所述輸入旋轉體接觸的圓錐狀的第一傾斜面、與所述輸出旋轉體接觸的圓錐狀的第二傾斜面以及與所述可動環扣合的環狀凹部或環狀凸部。所述導引構件將所述自轉軸的兩端部保持在周方向的不同位置。所述自轉軸的兩端部以可相對於所述主軸於徑向上位移的方式，保持於所述導引構件上。所述彈性構件於軸向上對所述可動環加壓。 [發明的效果]
根據本案的例示性的第一發明，包含行星滾子的自轉軸的主軸在內的剖面內的傾斜角度，根據行星滾子所受到的負載而變化。於是，輸入旋轉體對第一傾斜面的接觸位置，以及輸出旋轉體對第二傾斜面的接觸位置分別改變。藉此，可切換輸入旋轉體與輸出旋轉體之間的變速比。也就是說，可根據負載自動進行變速比的切換。
以下，一面參照圖式一面對本發明的例示性的實施形態進行說明。再者，於本案中，將與無段變速機的主軸平行的方向稱為「軸向」，將與主軸正交的方向稱為「徑向」，將沿著以主軸為中心的圓弧的方向稱為「周方向」。其中，所述「平行的方向」亦包括大致平行的方向。另外，所述「正交的方向」亦包括大致正交的方向。另外，於本案中，將構件的軸向的兩端中靠近鏈輪的端部稱為「一端」，將遠離鏈輪的端部稱為「另一端」。
＜1.關於自行車＞ 圖1為使用本發明的一實施形態的無段變速機1的自行車100的概要圖。如圖1所示，該自行車100具有前輪110、後輪120、踏板130、滾子鏈140及無段變速機1。無段變速機1裝設於後輪120的輪盤(wheel)121中央的輪轂內。若使用者順向蹬踩踏板130，則踏板130的旋轉運動經由滾子鏈140而向無段變速機1傳遞。另外，無段變速機1使自滾子鏈140所接受的旋轉運動變速，並向後輪120傳遞。後輪120以藉由無段變速機1進行變速所得的轉速旋轉。再者，自行車100亦可具有用以輔助踏板130旋轉運動的電動機。
＜2.無段變速機的構成＞ 圖2～圖4為無段變速機1的縱剖面圖。該無段變速機1是將自滾子鏈140所得的旋轉運動以等速，或者減速或加速後向後輪120輸出的機構。圖2表示等速時的無段變速機1的剖面。圖3表示減速時的無段變速機1的剖面。圖4表示加速時的無段變速機1的剖面。如圖2～圖4所示，本實施形態的無段變速機1具有中空軸10、輸入旋轉體20、多個行星滾子30、導引構件40、可動環50、線圈彈簧60及輸出旋轉體70。
中空軸10為沿著主軸9延伸的圓筒狀構件。中空軸10的材料例如可使用不鏽鋼等金屬。後述的輸入旋轉體20、可動環50及輸出旋轉體70經由軸承而支撐於中空軸10。在將無段變速機1安裝於自行車100時，會以中空軸10的中心軸也就是主軸9與後輪120的中心軸對準一致的方式配置無段變速機1。
輸入旋轉體20伴隨著滾子鏈140的轉動而以主軸9為中心旋轉。如圖2～圖4所示，本實施形態的輸入旋轉體20具有鏈輪21、轉接構件22及調壓凸輪23。
轉接構件22具有圓筒部221及凸緣部222。圓筒部221於中空軸10的周圍沿軸向以圓筒狀延伸。凸緣部222自圓筒部221軸向的端部朝徑向外側擴展。凸緣部222位於後述外殼72的內側。於轉接構件22與中空軸10之間設有一對第一軸承24。第一軸承24例如可使用滾珠軸承（ball bearing）。轉接構件22經由第一軸承24而可旋轉地支撐於中空軸10。
鏈輪21固定於圓筒部221的外側周面。自行車100的滾子鏈140與設於鏈輪21的外側周面的多個輪齒扣合。於自行車100行進時，伴隨著滾子鏈140的轉動，鏈輪21及轉接構件22以主軸9為中心並以變速前的轉速旋轉。以下，將鏈輪21及轉接構件22的轉速稱為「第一轉速」。
調壓凸輪23為根據旋轉方向的負載而對行星滾子30的軸向產生按壓力的機構。調壓凸輪23具有於軸向上排列的第一凸輪構件231、第二凸輪構件232以及多個滾動體233。第一凸輪構件231及第二凸輪構件232是以主軸9為中心的圓環狀構件。第一凸輪構件231與轉接構件22的凸緣部222例如藉由螺釘緊固而彼此固定。多個滾動體233為介於第一凸輪構件231與第二凸輪構件232之間的球狀構件。
圖5及圖6為調壓凸輪23的側面圖。如圖5及圖6所示，第一凸輪構件231及第二凸輪構件232分別具有多個第一凸輪面23a及多個第二凸輪面23b。滾動體233收容於第一凸輪構件231的第一凸輪面23a及第二凸輪面23b、與第二凸輪構件232的第一凸輪面23a及第二凸輪面23b之間的空間中。
第一凸輪面23a相對於周方向的角度小於第二凸輪面23b相對於周方向的角度。第一凸輪面23a相對於周方向的角度例如只要設為3°以上且35°以下即可。第二凸輪面23b相對於周方向的角度例如只要設為70°以上且小於90°即可。
若自行車100的使用者蹬踩踏板130，使輸入旋轉體20順向旋轉。此時如圖5般，各滾動體233一面與第一凸輪構件231的第一凸輪面23a及第二凸輪構件232的第一凸輪面23a接觸，一面沿著凸輪面23a上升的方向位移。於是，滾動體233使第二凸輪構件232朝以第一凸輪構件231為基準而遠離的方向移動。因此，第二凸輪構件232與行星滾子30的後述第一傾斜面301之間的接觸壓力增高。
另一方面，若自行車100的使用者逆向或以小於後輪的速度使踏板130旋轉，則輸入旋轉體20亦逆向旋轉。此時如圖6般，各滾動體233與第一凸輪構件231的第二凸輪面23b及第二凸輪構件232的第二凸輪面23b接觸。於是，在滾動體233與第一凸輪構件231的第二凸輪面23b及第二凸輪構件232的第二凸輪面23b的周方向及軸向的位置關係保持不變的狀態下，第一凸輪構件231與第二凸輪構件232一體地旋轉。因此，第二凸輪構件232與行星滾子30的後述第一傾斜面301之間的接觸壓力減弱。藉此，輸入旋轉體20與輸出旋轉體70空轉。換言之，調壓凸輪23可使無段變速機1作為單向離合器發揮功能。
再者，於調壓凸輪23的第一凸輪構件231與後述外殼72之間設有推力軸承(thrust bearing)25。推力軸承25例如可使用滾針軸承（needle bearing）。第一凸輪構件231與外殼72可經由推力軸承25彼此相對旋轉。藉此，可使輸入旋轉體20與輸出旋轉體70以不同的轉速旋轉。
多個行星滾子30配置於主軸9的周圍。各行星滾子30以可擺動的自轉軸300為中心可自轉地受到支撐。如圖2～圖4所示，各行星滾子30的表面具有第一傾斜面301、第二傾斜面302及環狀凹部303。第一傾斜面301為隨著遠離自轉軸300的一端而直徑逐漸增大的圓錐狀的面。第一傾斜面301與第二凸輪構件232接觸。第二傾斜面302為隨著遠離自轉軸300的另一端而直徑逐漸增大的圓錐狀的面。第二傾斜面302與後述的輸出旋轉體70的接觸構件71接觸。
環狀凹部303是以自轉軸300為中心的圓環狀的槽。環狀凹部303位於第一傾斜面301與第二傾斜面302之間。如圖2～圖4所示，環狀凹部303的形狀於包含主軸9的剖面中呈大致圓弧狀。後述的可動環50的環狀凸部51與環狀凹部303接觸。
如此，行星滾子30與輸入旋轉體20、輸出旋轉體70及可動環50接觸，並藉由該三處的接觸點受到支撐。
圖7為行星滾子30的分解剖面圖。如圖7所示，本實施形態的行星滾子30是藉由將第一行星構件31與第二行星構件32於軸向上組合而形成。第一行星構件31為具有第一傾斜面301的圓錐狀的構件。第二行星構件32為具有第二傾斜面302及環狀凹部303的圓錐狀的構件。在將第一行星構件31與第二行星構件32組合時，例如將設於第一行星構件31的圓筒狀的突起304壓入至第二行星構件32中。然而，第一行星構件31與第二行星構件32的固定方法亦可為焊接等其他方法。
為了輕量化，行星滾子30於內部最好具有空洞33。若如本實施形態般，將第一行星構件31與第二行星構件32設為組合的構造，則可輕易地形成在內部具有空洞33的行星滾子30。
另外，如圖7所示，於本實施形態中，圓錐狀的第一行星構件31隨著朝向頂點而增厚。也就是說，隨著朝向第一行星構件31的頂點，第1行星構件31的軸向或徑向的厚度增加。另外，圓錐狀的第二行星構件32亦隨著朝向頂點而增厚。也就是說，隨著朝向第二行星構件32的頂點，第二行星構件32的軸向或徑向的厚度增加。
於使用無段變速機1時，將對第一行星構件31及第二行星構件32的各頂點附近施加特別大的負載。藉由將該些頂點的附近增厚，可抑制第一行星構件31及第二行星構件32因使用時的負載而產生的變形。
另外，於本實施形態中，環狀凹部303的整體均屬於第二行星構件32。也就是說，環狀凹部303並沒有被分割成兩個構件。以這種方式，可抑制環狀凹部303的表面產生微小的階差，亦即可提高環狀凹部303的尺寸精度，另外亦可提高環狀凹部303的剛性。因此，可使後述可動環50的環狀凸部51高精度地與環狀凹部303接觸。再者，環狀凹部303亦可屬於第一行星構件31。
導引構件40包含第一導板41及第二導板42。第一導板41及第二導板42為固定於中空軸10的圓板狀構件。第一導板41及第二導板42無法相對於中空軸10而旋轉。如圖2～圖4所示，第一導板41及第二導板42位於行星滾子30的軸向的兩側。另外，第一導板41及第二導板42分別相對於主軸9而垂直地擴展。
圖8為自主軸9的一側觀察第一導板41及第二導板42的平面圖。圖9為自徑向外側觀察行星滾子30的圖。如圖8及圖9所示，於第一導板41上沿周方向等間隔地設有多個第一缺口410。各第一缺口410自第一導板41的外側周部朝徑向內側凹陷。於第二導板42上沿周方向等間隔地設有多個第二缺口420。各第二缺口420自第二導板42的外側周部朝徑向內側凹陷。
行星滾子30的自轉軸300的一端嵌入至第一缺口410中。行星滾子30的自轉軸300的另一端嵌入至第二缺口420中。藉此限制行星滾子30的自轉軸300的兩端部的位置。
如圖8及圖9所示，第一缺口410相對於主軸9的周方向的位置，與第二缺口420相對於主軸9的周方向的位置稍許不同。因此，如圖9所示，藉由第一導板41及第二導板42將自轉軸300的兩端部保持在周方向的不同位置。以下，將這種自轉軸300的兩端部的周方向位置不同的狀態稱為「在周方向上傾斜的狀態」。行星滾子30是一直以在周方向上傾斜的狀態受到支撐。
另外，自轉軸300的一個端部可沿著第一缺口410於徑向上位移。另外，自轉軸300的另一端部可沿著第二缺口420於徑向上位移。如後述，自轉軸300的兩端部根據驅動時的負載而於徑向上位移。藉此，包含自轉軸300的主軸9在內的剖面內的傾斜角度改變。如此，自轉軸300的兩端部的位置於徑向上位移，藉此使行星滾子30的自轉軸300相對於主軸9傾斜。以下將這一情況稱為「在徑向上傾斜」。
可動環50為介於中空軸10與行星滾子30之間的圓環狀構件。可動環50具有朝徑向外側突出的環狀凸部51。如圖2～圖4所示，環狀凸部51的形狀於包含主軸9的剖面中呈大致圓弧狀。環狀凸部51嵌入至行星滾子30的環狀凹部303中。藉此，可動環50與行星滾子30扣合。
可動環50經由扣合構件81及第二軸承82而支撐於中空軸10。第二軸承82例如可使用滾珠軸承。可動環50固定於第二軸承82的外輪。因此，可動環50能以主軸9為中心相對於中空軸10及扣合構件81旋轉。
另外，如圖2～圖4所示，中空軸10具有於軸向上延伸的狹槽11。扣合構件81固定於第二軸承82的內輪，並且扣合於狹槽11。因此，扣合構件81、第二軸承82及可動環50可一體地沿著狹槽11於軸向上移動。若行星滾子30的自轉軸300相對於主軸9而於徑向上傾斜，則扣合於環狀凹部303的環狀凸部51於軸向上的位置也會產生變化。伴隨於此，扣合構件81、第二軸承82及可動環50會沿著狹槽11於軸向上移動。
線圈彈簧60為可在軸向上伸縮的彈性構件。線圈彈簧60被收容於中空軸10的內部。線圈彈簧60在軸向一端的自由端與扣合構件81接觸。藉此，將自由端相對於可動環50的軸向的位置固定。另外，於中空軸10的內部配置有定位構件12。線圈彈簧60在軸向另一端的固定端與定位構件12接觸。藉此，將固定端相對於中空軸10的軸向的位置固定。如此，線圈彈簧60以較原始長度壓縮的狀態配置於定位構件12與扣合構件81之間。因此，線圈彈簧60對扣合構件81、第二軸承82及可動環50自定位構件12朝遠離軸向一端側的方向持續加壓。
輸出旋轉體70以主軸9為中心以變速後的轉速旋轉。如圖2～圖4所示，本實施形態的輸出旋轉體70具有接觸構件71及外殼72。接觸構件71是以主軸9為中心的圓環狀的構件。接觸構件71與行星滾子30的第二傾斜面302接觸。外殼72為將調壓凸輪23、多個行星滾子30、導引構件40及可動環50收容於內部的圓環狀的框體。外殼72經由第三軸承73而支撐於中空軸10。另外，外殼72經由第四軸承74而支撐於轉接構件22。
接觸構件71與外殼72是彼此無法相對旋轉地被固定著。因此，若接觸構件71伴隨著行星滾子30的旋轉而旋轉，則外殼72亦與接觸構件71一併以主軸9為中心而旋轉。以下，將接觸構件71及外殼72的轉速稱為「第二轉速」。另外，外殼72是固定於設於自行車100後輪120輪盤121中央的輪轂。因此，伴隨著外殼72的旋轉，自行車100的後輪120亦以第二轉速旋轉。
＜3.關於變速動作＞ 繼而，對上述無段變速機1的變速動作加以說明。
若輸入旋轉體20藉由自滾子鏈140所得的動力而以第一轉速旋轉，則調壓凸輪23的第二凸輪構件232亦會與行星滾子30的第一傾斜面301接觸，同時以第一轉速旋轉。於是，藉由第二凸輪構件232與第一傾斜面301之間的摩擦力，行星滾子30以自轉軸300為中心旋轉。另外，藉由第二傾斜面302與接觸構件71之間的摩擦力，輸出旋轉體70以第二轉速旋轉。此時，如圖9中的粗線所示，行星滾子30的第二傾斜面302對接觸構件71賦予與扭矩成比例的切線方向的力Fo。
此處，行星滾子30是如上述般以在周方向上傾斜的狀態受到支撐。因此，藉由力Fo而產生以自轉軸300為中心的周方向的分力Fa，以及平行於自轉軸300的方向的分力Fb。若將行星滾子30的周方向的傾斜角度設為θ，則分力Fa與分力Fb的關係滿足Fb＝Fa·tanθ。若對接觸構件71賦予該平行於自轉軸300的方向的分力Fb，則行星滾子30自接觸構件71受到與分力Fb相同大小的反作用力Fc。該反作用力Fc成為以行星滾子30的自轉軸300的一端（輸入旋轉體20側的端部）接近主軸9的方式，使自轉軸300於徑向上傾斜的力。
另一方面，線圈彈簧60對扣合構件81、第二軸承82及可動環50朝軸向上遠離定位構件12的方向加壓。因此，如圖2所示，行星滾子30自可動環50受到軸向的力Fd。該力Fd成為以行星滾子30的一端遠離主軸9的方式使自轉軸300於徑向上傾斜的力。另外，越以行星滾子30的自轉軸300的一端接近主軸9的方式傾斜，則線圈彈簧60越被壓縮，故力Fd增大。
如此，在對輸入旋轉體20施加負載的狀態下，對行星滾子30施加使自轉軸300朝徑向的相反方向傾斜的兩個力Fc、力Fd。自轉軸300以該些力Fc、力Fd均衡的傾斜角度靜止。繼而，行星滾子30以該傾斜角度的自轉軸300為中心而自轉。
例如於負載大時（力Fo強時），力Fo的分力Fb亦增大。因此，分力Fb的反作用力Fc亦增大。因此，如圖3般，行星滾子30以自轉軸300的一端接近主軸9的方式於徑向上傾斜。於是，第一傾斜面301與輸入旋轉體20接觸之處與自轉軸300的距離增大。而且，第二傾斜面302與輸出旋轉體70接觸之處與自轉軸300的距離變短。因此，輸出旋轉體70的轉速即第二轉速小於輸入旋轉體20的轉速即第一轉速。也就是說，輸入旋轉體20的旋轉運動減速後，並藉由輸出旋轉體70向後輪120輸出。
另一方面，於負載小時（力Fo弱時），力Fo的分力Fb亦減小。因此，分力Fb的反作用力Fc亦減小。因此，如圖4般，行星滾子30以自轉軸300的一端遠離主軸9的方式於徑向上傾斜。於是，第一傾斜面301與輸入旋轉體20接觸之處與自轉軸300的距離變短。而且，第二傾斜面302與輸出旋轉體70接觸之處與自轉軸300的距離增大。因此，輸出旋轉體70的轉速即第二轉速大於輸入旋轉體20的轉速即第一轉速。也就是說，輸入旋轉體20的旋轉運動加速後，並藉由輸出旋轉體70向後輪120輸出。
如此，本實施形態的無段變速機1中，包含行星滾子30的自轉軸300的主軸9在內的剖面內的傾斜角度根據行星滾子30所受到的負載而改變。於是，輸入旋轉體20對第一傾斜面301的接觸位置，以及輸出旋轉體70對第二傾斜面302的接觸位置各自產生變化。藉此，可切換輸入旋轉體20與輸出旋轉體70之間的變速比。也就是說，可根據負載自動進行變速比的切換。
本實施形態的輸入旋轉體20還特別具有調壓凸輪23。因此，於輸入旋轉體20中產生旋轉方向的負載時，可維持行星滾子30的第一傾斜面301與輸入旋轉體20的接觸狀態，以及行星滾子30的第二傾斜面302與輸出旋轉體70的接觸狀態良好。另外，藉由調壓凸輪23，可使無段變速機1作為沒有棘輪（ratchet）聲的單向離合器並發揮功能。
另外，本實施形態的無段變速機1更具備對定位構件12的軸向位置進行調整的調整機構90。調整機構90例如可藉由固定於定位構件12的桿91、及調整桿91的軸向位置的線機構(wire mechanism)92而實現。然而，調整機構90亦可藉由可於軸向上定位的螺釘等其他機構而實現。自行車100的使用者可藉由操作調整機構90而調整定位構件12的軸向位置，藉此調整線圈彈簧60的固定端的軸向位置。於是，線圈彈簧60施加在扣合構件81、第二軸承82及可動環50的壓力產生變化。也就是說，上述的力Fd改變。因此，可調整負載與變速比的關係。
例如，若如圖10般使定位構件12的軸向位置朝接近輸入旋轉體20的方向改變，則上述的力Fd增大。因此，容易使輸入旋轉體20的旋轉運動加速。另一方面，若使定位構件12的軸向位置朝遠離輸入旋轉體20的方向改變，則上述的力Fd減小。因此，容易使輸入旋轉體20的旋轉運動減速。
＜4.變形例＞ 以上，對本發明的例示性的實施形態進行了說明，但本發明不限定於所述實施形態。
圖11為表示一變形例的行星滾子30A及可動環50A的圖。於圖11的例中，行星滾子30A的環狀凹部303A在軸向的寬度d1，大於設於可動環50的外側周部的環狀凸部51A在軸向的寬度d2。而且，於包含主軸的剖面中，環狀凹部303A的曲率半徑大於環狀凸部51A的曲率半徑。以這種方式，則行星滾子30A與可動環50A之間的接觸面積減小。另外，環狀凹部303A位於軸向兩端的角落並未接觸可動環50A，因此，可減小行星滾子30A與可動環50A之間的接觸阻力。
圖12為表示另一變形例的行星滾子30B的圖。於圖12的例中，行星滾子30B的第一傾斜面301B稍許鼓起。具體而言，於包含自轉軸300B的剖面中，第一傾斜面301B的母線呈凸狀彎曲。以這種方式，則容易將輸入旋轉體20B與第一傾斜面301B維持於更佳的接觸狀態。因此，可更穩定地進行自輸入旋轉體20B向行星滾子30B的動力傳送。
另外，於圖12的例中，行星滾子30B的第二傾斜面302B亦稍許鼓起。具體而言，於包含自轉軸300B的剖面中，第二傾斜面302B的母線呈凸狀彎曲。以這種方式，則容易將第二傾斜面302B與輸出旋轉體70B維持於更佳的接觸狀態。因此，可更穩定地進行自行星滾子30B向輸出旋轉體70B的動力傳送。
另外，所述實施形態中，於輸入旋轉體及輸出旋轉體中，僅於輸入旋轉體中設有調壓凸輪。然而，亦可於輸出旋轉體中設置調壓凸輪。如果這樣，則可進一步提高行星滾子的第二傾斜面與輸出旋轉體之間的接觸壓力。
另外，所述實施形態中，行星滾子具有環狀凹部，可動環具有嵌入至環狀凹部中的環狀凸部。然而，亦可由行星滾子具有環狀凸部，而可動環具有環狀凹部。而且，亦可設定為行星滾子的環狀凸部嵌入至可動環的環狀凹部中的構造。這種情況下，若以兩個構件形成行星滾子，則整個環狀凸部較佳為屬於兩個構件中的其中一方。
另外，於所述實施形態中，對自行車用的無段變速機進行了說明。然而，亦可將具有同等構造的無段變速機用於自行車以外的用途。例如，亦可將具有同等構造的無段變速機搭載於三輪車、輪椅、平板車、無人駕駛車、機器人等。
另外，無段變速機及自行車的細部形狀，亦可與本案的各圖中所示的形狀不同。另外，亦可將所述實施形態或變形例中記載的各要素，在不產生矛盾的範圍內適當組合。 [產業上的可利用性]
本發明可用於無段變速機。
1‧‧‧無段變速機
9‧‧‧主軸
10‧‧‧中空軸
11‧‧‧狹槽
12‧‧‧定位構件
20、20B‧‧‧輸入旋轉體
21‧‧‧鏈輪
22‧‧‧轉接構件
23‧‧‧調壓凸輪
23a‧‧‧第一凸輪面
23b‧‧‧第二凸輪面
24‧‧‧第一軸承
25‧‧‧推力軸承
30、30A、30B‧‧‧行星滾子
31‧‧‧第一行星構件
32‧‧‧第二行星構件
33‧‧‧空洞
40‧‧‧導引構件
41‧‧‧第一導板
42‧‧‧第二導板
50、50A‧‧‧可動環
51、51A‧‧‧環狀凸部
60‧‧‧線圈彈簧
70、70B‧‧‧輸出旋轉體
71‧‧‧接觸構件
72‧‧‧外殼
73‧‧‧第三軸承
74‧‧‧第四軸承
81‧‧‧扣合構件
82‧‧‧第二軸承
90‧‧‧調整機構
91‧‧‧桿
92‧‧‧線機構
100‧‧‧自行車
110‧‧‧前輪
120‧‧‧後輪
121‧‧‧輪盤
130‧‧‧踏板
140‧‧‧滾子鏈
221‧‧‧圓筒部
222‧‧‧凸緣部
231‧‧‧第一凸輪構件
232‧‧‧第二凸輪構件
233‧‧‧滾動體
300、300B‧‧‧自轉軸
301、301B‧‧‧第一傾斜面
302、302B‧‧‧第二傾斜面
303、303A‧‧‧環狀凹部
304‧‧‧突起
410‧‧‧第一缺口
420‧‧‧第二缺口
Fa、Fb‧‧‧分力
Fc‧‧‧反作用力
Fd、Fo‧‧‧力
d1、d2‧‧‧寬度
θ‧‧‧傾斜角度
圖1為自行車的概要圖。 圖2為無段變速機的縱剖面圖。 圖3為無段變速機的縱剖面圖。 圖4為無段變速機的縱剖面圖。 圖5為調壓凸輪的側面圖。 圖6為調壓凸輪的側面圖。 圖7為行星滾子的分解剖面圖。 圖8為自主軸的一側觀察第一導板及第二導板的平面圖。 圖9為自徑向外側觀察行星滾子的圖。 圖10為無段變速機的縱剖面圖。 圖11為表示變形例的行星滾子及可動環的圖。 圖12為表示變形例的行星滾子的圖。

Claims (19)

  1. 一種無段變速機，包括： 輸入旋轉體，以主軸為中心並以變速前的轉速旋轉； 輸出旋轉體，以所述主軸為中心並以變速後的轉速旋轉； 多個行星滾子，配置於所述主軸的周圍，能以自轉軸為中心自轉； 導引構件，限制所述自轉軸的兩端部的位置； 可動環，呈圓環狀，可於所述主軸與所述行星滾子之間以所述主軸為中心旋轉，且可於軸向上移動；以及 彈性構件，可於所述軸向上伸縮； 所述行星滾子具有： 與所述輸入旋轉體接觸的圓錐狀的第一傾斜面； 與所述輸出旋轉體接觸的圓錐狀的第二傾斜面；以及 與所述可動環扣合的環狀凹部或環狀凸部， 所述導引構件將所述自轉軸的所述兩端部保持於周方向的不同位置， 所述自轉軸的所述兩端部以可相對於所述主軸於徑向上位移的方式保持於所述導引構件上， 所述彈性構件於所述軸向上對所述可動環加壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的無段變速機，更包括沿著所述主軸延伸的圓筒狀的中空軸， 所述輸入旋轉體、所述輸出旋轉體及所述可動環分別經由軸承而支撐於所述中空軸。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的無段變速機，其中所述彈性構件收容於所述中空軸的內部。
  4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述的無段變速機，其中所述導引構件含有： 第一導板，固定於所述中空軸，且具有所述行星滾子的所述自轉軸的一端嵌入的第一缺口；以及 第二導板，固定於所述中空軸，且具有所述行星滾子的所述自轉軸的另一端嵌入的第二缺口； 所述第一缺口相對於所述主軸的所述周方向的位置，與所述第二缺口相對於所述主軸的所述周方向的位置不同。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的無段變速機，其中所述環狀凹部或所述環狀凸部位於所述第一傾斜面與所述第二傾斜面之間。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的無段變速機，其中所述行星滾子具有所述環狀凹部， 所述可動環的外側周部與所述行星滾子構成所述環狀凹部的面接觸。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的無段變速機，其中於包含所述主軸的剖面中，所述環狀凹部的曲率半徑大於所述可動環的所述外側周部的曲率半徑。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的無段變速機，其中所述彈性構件具有作為所述軸向的所述兩端部的固定端及自由端， 所述自由端相對於所述可動環於所述軸向上固定， 所述無段變速機更包括對所述固定端的所述軸向的位置進行調整的調整機構。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的無段變速機，其中所述調整機構經由可於所述軸向上定位的桿或螺釘而調整所述固定端的所述軸向的所述位置。
  10. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述的無段變速機，其中所述輸入旋轉體包含根據旋轉方向的負載而對所述行星滾子產生所述軸向的按壓力的調壓凸輪。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的無段變速機，其中所述調壓凸輪具有： 於所述軸向上排列的一對圓環狀的凸輪構件；以及 介於所述一對凸輪構件之間的滾動體，並且 所述一對凸輪構件分別具有： 於所述輸入旋轉體朝一個方向旋轉時，與所述滾動體接觸的第一凸輪面；以及 於所述輸入旋轉體朝另一方向旋轉時，與所述滾動體接觸的第二凸輪面； 所述第一凸輪面相對於所述周方向的角度小於所述第二凸輪面相對於所述周方向的角度。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的無段變速機，其中所述第一凸輪面相對於所述周方向的所述角度為3°以上且35°以下， 所述第二凸輪面相對於所述周方向的所述角度為70°以上且小於90°。
  13. 如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述的無段變速機，其中所述行星滾子於內部具有空洞。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的無段變速機，其中所述行星滾子含有： 具有所述第一傾斜面的圓錐狀的第一行星構件；以及 具有所述第二傾斜面的圓錐狀的第二行星構件。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的無段變速機，其中所述第一行星構件隨著朝向所述第一行星構件的頂點而所述軸向或所述徑向的厚度增加， 所述第二行星構件隨著朝向所述第二行星構件的頂點而所述軸向或所述徑向的厚度增加。
  16. 如申請專利範圍第14項或第15項所述的無段變速機，其中所述環狀凹部或所述環狀凸部的整體屬於所述第一行星構件及所述第二行星構件的其中一方。
  17. 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述的無段變速機，其中於包含所述自轉軸的剖面中，所述第一傾斜面的母線及所述第二傾斜面的母線分別呈凸狀彎曲。
  18. 如申請專利範圍第1項至第17項中任一項所述的無段變速機，其用於自行車。
  19. 一種自行車，使用如申請專利範圍第18項所述的無段變速機。
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