(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動力が与えられる入力軸（４）と、
この入力軸（４）にその軸方向に離間して設けられ、入力軸（４）と一体回転する第１カサ歯車（４１）および平歯車（４２）と、
入力軸（４）が回転可能に差し込まれる貫通穴（２１）を有し、入力軸（４）に設けた第１カサ歯車（４１）と平歯車（４２）との間に設けられ、入力軸（４）に対し相対回転可能に設けられる支柱部材（２）と、
支柱部材（２）に回転可能に保持され、入力軸（４）に設けた平歯車（４２）とかみ合わされる中間歯車（１０）と、
支柱部材（２）に回転可能に保持され、中間歯車（１０）にかみ合わされる遊星歯車（１）と、
遊星歯車（１）にかみ合わされる内ば歯車（３１）を有する出力軸（３）と、
入力軸（４）に対し相対回転可能に外嵌される第３カサ歯車（５１）を有する被制動部材（５）と、
入力軸（４）と垂直方向に配置される軸線まわりに回転可能に支柱部材（２）に保持され、第１カサ歯車（４１）と第３カサ歯車（５１）にかみ合わされる一対の第２カサ歯車（２４，２４）と、
入力軸（４）に設けられ、入力軸（４）へのトルク負荷を検出するセンサー（６）と、
センサー（６）の検出結果に基づいて、被制動部材（５）の制動量を調整することで、支柱部材（２）の回転を制御して、入力軸（４）と出力軸（３）の回転比率を変える制動装置（７）と
を備えることを特徴とする歯車式自動無段変速機。
【請求項２】
回転駆動力が与えられる入力軸（４）と、
この入力軸（４）にその軸方向に離間して設けられ、入力軸（４）と一体回転する第１カサ歯車（４１）および平歯車（４２）と、
入力軸（４）が回転可能に差し込まれる貫通穴（２１）を有し、入力軸（４）に設けた第１カサ歯車（４１）と平歯車（４２）との間に設けられ、入力軸（４）に対し相対回転可能に設けられる支柱部材（２）と、
支柱部材（２）に回転可能に保持され、入力軸（４）に設けた平歯車（４２）とかみ合わされる遊星歯車（１）と、
遊星歯車（１）と同軸上に、且つ遊星歯車（１）と一体回転可能に設けられる出力歯車（１１）と、
出力歯車（１１）にかみ合わされる平歯車（３２）を有する出力軸（３）と、
入力軸（４）に対し相対回転可能に外嵌される第３カサ歯車（５１）を有する被制動部材（５）と、
入力軸（４）と垂直方向に配置される軸線まわりに回転可能に支柱部材（２）に保持され、第１カサ歯車（４１）と第３カサ歯車（５１）にかみ合わされる一対の第２カサ歯車（２４，２４）と、
入力軸（４）に設けられ、入力軸（４）へのトルク負荷を検出するセンサー（６）と、
センサー（６）の検出結果に基づいて、被制動部材（５）の制動量を調整することで、支柱部材（２）の回転を制御して、入力軸（４）と出力軸（３）の回転比率を変える制動装置（７）と
を備えることを特徴とする歯車式自動無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯車式自動無段変速機に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
従来、無段変速機を歯車で構成することは、歯車のかみ合わせの変換が難しいことから、歯車式は無段変速機に向かないものとされてきた。
【０００３】
しかしながら、歯車は滑りを起こさずに比較的大容量の力を伝達できるなどの利点があるため、歯車式無段変速機が実現できれば好適である。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、歯車式の自動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】
上記目的を達成するために、本発明の歯車式自動無段変速機は、遊星歯車機構を組込んで、その旋回運動を干渉しあう台座側で制御して、変速比を変える変速機（旋回制御歯車式自動無段変速機）である。
【０００６】
請求項１に記載の発明は、回転駆動力が与えられる入力軸（４）と、この入力軸（４）にその軸方向に離間して設けられ、入力軸（４）と一体回転する第１カサ歯車（４１）および平歯車（４２）と、入力軸（４）が回転可能に差し込まれる貫通穴（２１）を有し、入力軸（４）に設けた第１カサ歯車（４１）と平歯車（４２）との間に設けられ、入力軸（４）に対し相対回転可能に設けられる支柱部材（２）と、支柱部材（２）に回転可能に保持され、入力軸（４）に設けた平歯車（４２）とかみ合わされる中間歯車（１０）と、支柱部材（２）に回転可能に保持され、中間歯車（１０）にかみ合わされる遊星歯車（１）と、遊星歯車（１）にかみ合わされる内ば歯車（３１）を有する出力軸（３）と、入力軸（４）に対し相対回転可能に外嵌される第３カサ歯車（５１）を有する被制動部材（５）と、入力軸（４）と垂直方向に配置される軸線まわりに回転可能に支柱部材（２）に保持され、第１カサ歯車（４１）と第３カサ歯車（５１）にかみ合わされる一対の第２カサ歯車（２４，２４）と、入力軸（４）に設けられ、入力軸（４）へのトルク負荷を検出するセンサー（６）と、センサー（６）の検出結果に基づいて、被制動部材（５）の制動量を調整することで、支柱部材（２）の回転を制御して、入力軸（４）と出力軸（３）の回転比率を変える制動装置（７）とを備えることを特徴とする歯車式自動無段変速機である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、回転駆動力が与えられる入力軸（４）と、この入力軸（４）にその軸方向に離間して設けられ、入力軸（４）と一体回転する第１カサ歯車（４１）および平歯車（４２）と、入力軸（４）が回転可能に差し込まれる貫通穴（２１）を有し、入力軸（４）に設けた第１カサ歯車（４１）と平歯車（４２）との間に設けられ、入力軸（４）に対し相対回転可能に設けられる支柱部材（２）と、支柱部材（２）に回転可能に保持され、入力軸（４）に設けた平歯車（４２）とかみ合わされる遊星歯車（１）と、遊星歯車（１）と同軸上に、且つ遊星歯車（１）と一体回転可能に設けられる出力歯車（１１）と、出力歯車（１１）にかみ合わされる平歯車（３２）を有する出力軸（３）と、入力軸（４）に対し相対回転可能に外嵌される第３カサ歯車（５１）を有する被制動部材（５）と、入力軸（４）と垂直方向に配置される軸線まわりに回転可能に支柱部材（２）に保持され、第１カサ歯車（４１）と第３カサ歯車（５１）にかみ合わされる一対の第２カサ歯車（２４，２４）と、入力軸（４）に設けられ、入力軸（４）へのトルク負荷を検出するセンサー（６）と、センサー（６）の検出結果に基づいて、被制動部材（５）の制動量を調整することで、支柱部材（２）の回転を制御して、入力軸（４）と出力軸（３）の回転比率を変える制動装置（７）とを備えることを特徴とする歯車式自動無段変速機である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の歯車式自動無段変速機について、実施例に基づき更に詳細に説明する。
図１は、本発明の歯車式自動無断変速機の一実施例を示す図である。また、図２は、そのＸ−Ｘ断面図である。
【００１４】
本実施例の無段変速機は、入力軸４の回転駆動力を、出力側（例えば車輪側）の従動回転部材３に伝達させるための機構であって、入力軸４に負荷される回転トルクに基づいて、従動回転部材３との変速比を自動的に無段で変化させるものである。特に、大容量の回転力に適した歯車式自動無段変速機である。
【００１５】
入力軸４は、回転自在に保持されており、エンジン等によって回転駆動される。図示例では、入力軸４は略水平に保持され、基端側（図１の左側）から回転駆動力が与えられて回転される。
【００１６】
入力軸４の先端側（図１の右側）には、第１カサ歯車４１と平歯車４２が軸方向に離間して設けられている。この第１カサ歯車４１と平歯車４２は、入力軸４と固定的に設けられており、入力軸４と一体回転する。なお、第１カサ歯車４１は、カサの先端を入力軸４の基端側に向けて配置されている。つまり、第１カサ歯車４１は、入力軸４の基端側に行くに従って縮径するよう形成されている。
【００１７】
入力軸４の第１カサ歯車４１と平歯車４２との間には、支柱部材２が設けられている。支柱部材２の形状は特に問わないが、本実施例では断面略矩形状の棒材からなり、長手方向中央部に貫通形成された穴２１に、入力軸４が回転可能に差し込まれている。これにより、支柱部材２は、入力軸４に対し相対回転可能に、入力軸４の軸方向と直角方向に延びて取り付けられる。
【００１８】
支柱部材２には、入力軸４の先端側に向いた先端側面に、中間歯車１０と遊星歯車１とが二つずつ回転可能に取り付けられる。中間歯車１０は、支柱部材２の長手方向中央部の入力軸４側に設けられ、その外側に遊星歯車１が設けられる。
【００１９】
すなわち、支柱部材２の先端側面には、支柱部材２の長手方向中央部の入力軸４から所定距離だけ離間した位置に、第１保持軸２２が先端側面と垂直に先端側に突出して設けられると共に、その第１保持軸２２よりも外側に第２保持軸２３が、先端側面と垂直に先端側に突出して設けられている。
【００２０】
そして、支柱部材２の第１保持軸２２には、中間歯車１０が回転可能に保持される。この中間歯車１０は、入力軸４に設けられた前記平歯車４２にかみ合わされている。また、支柱部材２の第２保持軸２３には、遊星歯車１が回転可能に保持される。この遊星歯車１は、中間歯車１０とかみ合わされると共に、従動回転部材３ともかみ合わされる。
【００２１】
従動回転部材３は、軸方向基端側への開口部を備えており、その開口部の内周面には、内ば歯車３１が形成されている。そして、前述したように、この内ば歯車３１に、前記支柱部材２の遊星歯車１がかみ合わされている。本実施例では、棒状の支柱部材２の長手方向両端部に遊星歯車１，１を設けているので、従動回転部材３の内ば歯車３１の径方向に対向した位置で、遊星歯車１とかみ合わされることになる。
【００２２】
支柱部材２には、入力軸４の基端側に向いた基端側面に、入力軸４の第１カサ歯車４１とかみ合わされる一対の第２カサ歯車２４，２４が、支柱部材２の長手方向に離間して対向して設けられている。具体的には、支柱部材２の基端側面には、基端側に突出してアーム２５，２５が設けられており、そのアーム２５の先端部には、上下方向内側つまり入力軸４側に向けて回転軸２６が突出形成されている。この回転軸２６は、軸線を入力軸４と垂直方向に配置され、第２カサ歯車２４を回転可能に保持する。
【００２３】
このようにして設けられる一対の第２カサ歯車２４，２４は、入力軸４から所定距離だけ離間した位置に配置される。また、各第２カサ歯車２４は、カサの先端を入力軸４側（図１では上下方向内側）に向けて配置されている。つまり、第２カサ歯車２４は、回転軸２６の先端側に行くに従って縮径して形成されている。そして、この第２カサ歯車２４は、入力軸４の第１カサ歯車４１とかみ合わされて設けられる。図示例では、第２カサ歯車２４は、入力軸４の先端側の周側面で、第１カサ歯車４１の上下の周側面とかみ合わされている。
【００２４】
第２カサ歯車２４はさらに、入力軸４の基端側の周側面が、被制動部材５の第３カサ歯車５１にかみ合わされている。被制動部材５は、入力軸４に対し相対回転自在に外嵌されており、入力軸４の先端側に第３カサ歯車５１が設けられると共に、これと一体的に基端側に平歯車５２が設けられている。そして、第３カサ歯車５１は、カサの先端を入力軸４の先端側に向けて形成され、その周側面の歯部を前記各第２カサ歯車２４にかみ合わされている。
【００２５】
被制動部材５の平歯車５２は、台座側に設けられた制動装置７の平歯車７１とかみ合わされている。そして、制動装置７は、その平歯車７１の回転力を制動可能とされている。つまり、被制動部材５の平歯車５２の回転速度を調整して、被制動部材５の回転を遅くしたり、速くしたりすることができる。なお、制動装置７のこのような制御は、入力軸４に設けられたセンサー６にて検出したトルクに基づいて行われる。なお、制動装置７の構成は特に問わないが、例えば流体モータを利用することができる。
【００２６】
次に、上記実施例の歯車式無段変速機の動作について説明する。
上述した構成説明より明らかなように、本実施例の変速機は、デフ機構によって入力軸４と、台座側の歯車（被制動部材）５と、出力軸側歯車（従動回転部材）３の三方に干渉しあっている。
【００２７】
いま、入力軸４が回転している時、台座側の制動装置７の制圧によって歯車（被制動部材）５が静止している場合、出力軸（従動回転部材）３は設定された変速比で回転していることになる。この状態は、いわゆるトップギアの状態である。なお、図１には、各部材の回転方向を矢符で示した（歯車５の矢符は滑り方向である）。
【００２８】
そして、この状態で、入力軸４に設けられたセンサー６によって、出力軸側の要求に原動力が耐えられないと感知した時、その旨の信号を制動装置７に送り制動圧力を下げる。
【００２９】
このことによって、歯車（被制動部材）５が回転しだし、遊星歯車１の支柱（支柱部材）２の回転角速度が下がる。それに伴い、回転運動（自転）と旋回運動（公転）を集束して作動している遊星歯車１は、自己の回転角速度を変えずに旋回角速度だけを下げることになる。その結果、入力軸４と出力軸３の回転比が大きくなり、原動力に余裕ができる。その分、入力軸４の回転角速度を上げることができる。また、その結果、原動力に適当な余力が生じたときセンサー６が感知し、信号を送って制動を強くする。この反復によって常時、回転比率を適切に保てることになる。
【００３０】
この変速機の回転比率の変換の有効範囲は、図３に示すように、支柱２が静止した状態（符号９）から、遊星歯車１の回転方向と同一方向の設定された最大の回転角速度（符号８）までである。この間の比率は、次式で表される。
【００３１】
すなわち、入力軸、遊星歯車、３６０度回転角速度において、
Ｄ＝（３６０×Ａ／Ｂ）＋Ｃ−（Ｃ×Ａ／Ｂ）
で表される。ここで、Ｄは出力軸回転角速度、Ａは遊星歯車半径、Ｂは出力軸歯車半径、Ｃは支柱回転角速度である。なお、歯車のピッチを揃えた場合の例である。
【００３２】
また、支柱２が逆方向に回転する状態の範囲内の時は、変速機の機能としては無為であるが、クラッチ機能として有能な効果がある。
【００３３】
以上述べたように、本実施例の機構の特長は、「入力された回転トルクを、デフ機構によって入力側、台座側、出力側の三方向に干渉させ、遊星歯車の自己回転角速度はそのままで旋回運動の中心に対する旋回角速度だけを支点になる第三者の台座側で制御すること」にある。そして、本実施例の機構を使用することで、次のような利点がある。
（１）歯車式なので、必要な運動に滑りがなく、大容量の回転力に適している。また、耐用期限が長い。
（２）適切な指示と制動があれば、エネルギーの節約になる構造である。
（３）材質及び潤滑オイルは従来通りのものでよいので対応が安易である。
（４）クラッチ機能を利用することができる。
（５）歯車半径又は形状を変える余地があるので、変速比の幅を大きく設定することが容易である。
【００３４】
ところで、本発明の歯車式無断変速機は、上記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。
例えば、上記実施例では、支柱部材２の本体部を棒状として、入力軸４から二叉になるよう構成したが、三叉にするなどの適宜の変更が可能である。例えば三叉にした場合には、入力軸４が挿通される中央部から１２０度間隔で本体部が三つに分けられ、そのそれぞれに、遊星歯車１や中間歯車１０、第２カサ歯車２４が設けられることになる。また、支柱部材２の制動機構も、上記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、被制動部材５を制動させるための第３カサ歯車５１の制動構造や制動装置７には、適宜の構成が採用される。
【００３６】
図４に、図１の支柱式遊星歯車による無段変速機の変形例を示す。また図５は、そのＹ−Ｙ断面図である。
この実施例の変速機も基本的には前記図１の支柱式遊星歯車の実施例と同様であるので、以下では両者の異なる点を中心に説明する。
まず、本実施例では図５に示すように、支柱部材２の本体部を入力軸４が通される中央部から三叉にし、その各分岐部には入力軸４の先端側に向いた面に遊星歯車１が回転可能に取り付けられている。これら三つの遊星歯車１,１,１は、入力軸４の平歯車４２に、直接かみ合わされている。なお、各遊星歯車１の回転軸は、入力軸４の周方向に等間隔で三叉に分岐された支柱部材２に保持されている。また、各遊星歯車１と同軸上に、且つ各遊星歯車１と一体回転可能に出力歯車１１がそれぞれ設けられている。図示例では、平歯車状の出力歯車１１が遊星歯車１と一体的に形成されている。そして、それら三つの出力歯車１１は、従動回転部材３の外周面に設けられた平歯車３２に、かみ合わされている。
この実施例の変速機も、図１のものと同様の動きをすることはいうまでもない。
【００３７】
なお、本発明の歯車式自動無段変速機は上記実施例の構成に限らず適宜、変更可能である。例えば、隣接する部材の歯車のかみ合わせは、上記実施例の構成に限らず、歯車の個数や配置は適宜、変更可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、歯車式の自動無段変速機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の歯車式無段変速機の一実施例を示す断面図である。
【図２】  図１におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図３】  図１の歯車式無段変速機の理論説明図である。
【図４】  図１の歯車式無段変速機の変形例を示す断面図である。
【図５】  図４におけるＹ−Ｙ断面図である。
【符号の説明】
１  遊星歯車
２  支柱部材
３  従動回転部材
４  入力軸
５  被制動部材
６  センサー
７  制動装置
１０  中間歯車
１１  出力歯車
２４  第２カサ歯車
３１  内ば歯車
４１  第１カサ歯車
４２  平歯車
５１  第３カサ歯車
【図１】
0003689020.tif 000002
【図２】
0003689020.tif 000003
【図３】
0003689020.tif 000004
【図４】
0003689020.tif 000005
【図５】
0003689020.tif 000006