(57)【要約】  ダブルローラ型トロイダル式の無段変速機において、制御部材を含めてコンパクト化を図る。無段変速機は、入力ディスク２０及び出力ディスク２２間に配置され、各々が第１ローラ２４及び第２ローラ２６を回転自在に支持する複数のトラニオン３６を備えている。各トラニオン３６の第１ローラ２４は入力ディスク２０に形成した第１トロイダル面２０ａにＡ点で当接する第１摩擦面２４ａを形成しており、各トラニオン３６の第１ローラ２４及び第２ローラ２６は互いにＢ点で当接する第２摩擦面２４ｂをそれぞれ形成しており、各トラニオン３６の第２ローラ２６は出力ディスク２２に形成した第２トロイダル面２２ａにＣ点で当接する第１摩擦面２６ａを形成しており、Ａ点、Ｂ点及びＣ点がほぼ一直線上に並ぶように構成されている。固定軸１と一体的に設けられたステータ４０によって、各トラニオン３６がＢ点を中心にしてＡ点及びＣ点が径方向に変化するように傾転可能に支持され、入力ディスク２０及び出力ディスク２２の外径内に設けられた制御軸１２を回転させることによって各トラニオン３６を傾転させることが可能に構成されている。
2018194003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸に連結された入力ディスクと、出力軸に連結された出力ディスクと、前記入力ディスク及び前記出力ディスク間に配置され、各々が第１ローラ及び第２ローラを含むと共に該第１ローラ及び該第２ローラを回転自在に支持する、複数のトラニオンとを備えており、前記各トラニオンの前記第１ローラは前記入力ディスクに形成した第１トロイダル面にＡ点で当接する第１摩擦面を形成しており、前記各トラニオンの前記第１ローラ及び前記第２ローラは互いにＢ点で当接する第２摩擦面をそれぞれ形成しており、前記各トラニオンの前記第２ローラは前記出力ディスクに形成した第２トロイダル面にＣ点で当接する第１摩擦面を形成しており、前記Ａ点、Ｂ点及びＣ点がほぼ一直線上に並ぶように構成されている無段変速機であって、
前記入力ディスク及び前記出力ディスクと同軸の固定軸が中心部に配置されており、前記固定軸と一体的に設けられたステータにより前記各トラニオンが傾転可能に支持されており、前記入力ディスク及び前記出力ディスクの外径内に設けられた制御軸を前記固定軸と同軸回転させることによって、前記Ａ点及び前記Ｃ点を前記Ｂ点を中心として径方向に変化させ前記各トラニオンが傾転するように構成されていることを特徴とする無段変速機。
【請求項２】
前記各トラニオンを、前記制御軸を回転させることによって傾転可能とすると共に、前記Ｂ点を中心に捻転可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機。
【請求項３】
前記各トラニオンの径方向内側に設けられたガイドスリーブをさらに備えており、該ガイドスリーブは外周面にガイド溝又はガイド突起を有しており、前記複数のトラニオンの径方向内側に設けられた突起又は孔が、前記ガイド溝又は前記ガイド突起に係合するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の無段変速機。
【請求項４】
前記ガイドスリーブの前記ガイド溝がヘリカル溝であり、該ガイドスリーブは軸方向へ移動しないように前記固定軸に固定されており、周方向には前記制御軸と共に回転するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の無段変速機。
【請求項５】
前記ガイドスリーブと前記制御軸とがヘリカルスプラインを介して互いに連結されており、前記制御軸が前記ガイドスリーブを駆動するトルクにより前記ヘリカルスプラインに生ずる推力によって、前記制御軸又は前記制御軸と前記ガイドスリーブとの間に設けた中間部材が、軸方向に移動して前記各トラニオンを捻転させるように構成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の無段変速機。
【請求項６】
前記各トラニオンにおける径方向及び周方向共に前記Ｂ点から離れた位置に突起体が設けられており、前記制御軸の径方向外側にヘリカルスプラインによって前記制御軸と連結されたシフタが設けられており、前記制御軸の回転によって前記シフタが軸方向に移動する際に、前記突起体を軸方向に押圧することによって前記各トラニオンを傾転及び／又は捻転させるように構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の無段変速機。
【請求項７】
前記入力ディスク及び前記出力ディスクの径方向外側に推力スリーブが設けられており、該推力スリーブは前記入力ディスク及び前記出力ディスク間に作用する軸方向の荷重を受けるように構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の無段変速機。
【請求項８】
前記出力軸を構成するハブシェルが設けられており、該ハブシェルと該ハブシェルに一体化されたカバーとが、前記入力ディスク及び前記出力ディスクを囲うように配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トロイダル型の無段変速機（ＣＶＴ）に関し、特に、ダブルローラ式トラクションドライブを用いた無段変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の無段変速機としては、入力ディスク及び出力ディスクの互いに対向配置されたトロイダル状の曲面に当接する２つのローラが回転自在にトラニオンに支持されて１つのセットを構成し、このローラセットを複数用いて入力ディスク及び出力ディスク間で動力を伝達し、トラニオンが傾転することで無段階の速度比を得るように構成した無段変速機が知られている（例えば、特許文献１）。【０００３】
また、このような無段変速機をよりコンパクトな構成とするために、入力ディスク及び出力ディスクの互いに対向配置されたトロイダル状の曲面に当接する２つのローラの一方を他方のローラから得られる反力によってこれらローラの回転軸が支持されかつローラがディスクに接する２点を含む平面内の静止位置に移動するように構成された無段変速機が提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第２，５９５，３６７号公報
【特許文献２】米国特許第８，８２７，８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２に記載されているような従来のトロイダル型無段変速機は、入力ディスク及び出力ディスクの径方向外側に制御部材を配置しているため、無段変速機全体の寸法が大きくなり、例えば自転車用の変速機などに適用するのが困難であった。【０００６】
即ち、従来のトロイダル型無段変速機は、変速比を変化させるための制御部材を入力ディスク及び出力ディスクの径方向外側に配置しているので、変速装置全体の寸法が大きくなり、適用する用途が限定されてしまうという問題点を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本発明の目的は、制御部材を入力ディスク及び出力ディスクの外径内に配置すると共に製造コストが安価であり、かつ自転車などの車両への適用性が向上した無段変速機を提供することにある。【０００８】
本発明の無段変速機は、入力軸に連結された入力ディスクと、出力軸に連結された出力ディスクと、入力ディスク及び出力ディスク間に配置され、各々が第１ローラ及び第２ローラを含むと共にこれら第１ローラ及び第２ローラを回転自在に支持する、複数のトラニオンとを備えている。各トラニオンの第１ローラは入力ディスクに形成した第１トロイダル面にＡ点で当接する第１摩擦面を形成しており、各トラニオンの第１ローラ及び第２ローラは互いにＢ点で当接する第２摩擦面をそれぞれ形成しており、各トラニオンの第２ローラは出力ディスクに形成した第２トロイダル面にＣ点で当接する第１摩擦面を形成しており、これらＡ点、Ｂ点及びＣ点がほぼ一直線上に並ぶように構成されている。入力ディスク及び出力ディスクと同軸の固定軸が中心部に配置されている。固定軸と一体的に設けられたステータにより各トラニオンが傾転可能に支持されており、入力ディスク及び出力ディスクの外径内に設けられた制御軸を固定軸と同軸回転させることによって、Ａ点及びＣ点をＢ点を中心として径方向に変化させ各トラニオンが傾転するように構成されている。【０００９】
各トラニオンを、制御軸を回転させることによって傾転可能とすると共に、Ｂ点を中心に捻転可能に構成されていることが好ましい。【００１０】
各トラニオンの径方向内側に設けられたガイドスリーブをさらに備えており、このガイドスリーブは外周面にガイド溝又はガイド突起を有しており、複数のトラニオンの径方向内側に設けられた突起又は孔が、ガイド溝又はガイド突起に係合するように構成されていることも好ましい。【００１１】
ガイドスリーブのガイド溝がヘリカル溝であり、ガイドスリーブは軸方向へ移動しないように固定軸に固定されており、周方向には制御軸と共に回転するように構成されていることも好ましい。【００１２】
ガイドスリーブと制御軸とがヘリカルスプラインを介して互いに連結されており、制御軸がガイドスリーブを駆動するトルクによりヘリカルスプラインに生ずる推力によって、制御軸又は制御軸とガイドスリーブとの間に設けた中間部材が、軸方向に移動して各トラニオンを捻転させるように構成されていることも好ましい。【００１３】
各トラニオンにおける径方向及び周方向共にＢ点から離れた位置に突起体が設けられており、制御軸の径方向外側にヘリカルスプラインによって制御軸と連結されたシフタが設けられており、制御軸の回転によってシフタが軸方向に移動する際に、突起体を軸方向に押圧することによって各トラニオンを傾転及び／又は捻転させるように構成されていることも好ましい。【００１４】
入力ディスク及び出力ディスクの径方向外側に推力スリーブが設けられており、推力スリーブは入力ディスク及び出力ディスク間に作用する軸方向の荷重を受けるように構成されていることも好ましい。【００１５】
出力軸を構成するハブシェルが設けられており、このハブシェルとハブシェルに一体化されたカバーとが、入力ディスク及び出力ディスクを囲うように配置されていることも好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の無段変速機は、入力ディスクと出力ディスクとの外径内に制御軸を設け、この制御軸を回転させることで、トラニオンを傾転可能とした。【００１７】
従って、本発明の無段変速機は、固定軸を中心としたコンパクトな無段変速機を構成することができるので、安価な費用で自転車などに適用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無段変速機の主要部を示した断面図であり、図２のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【図２】図１の実施形態に係る無段変速機の要部を右方向から見た外観図である。
【図３】図１の実施形態に係る無段変速機の一部の他の作動状態を示す断面図である。
【図４】図１の実施形態に係る無段変速機の作動説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る無段変速機の主要部を示した断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る無段変速機の主要部を示した断面図であり、図７のＦ−Ｆ線に沿った断面図である。
【図７】図６の実施形態に係る無段変速機の要部の断面図であり、図６のＧ−Ｇ線に沿った断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る無段変速機の主要部を示した断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る無段変速機の主要部を示した断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係る無段変速機のスケルトン図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の各実施形態に係る無段変速機について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、「軸方向」、「径方向」、及び「周方向」という表現は、特段の断りがない場合は、ハブ軸の軸方向、ハブ軸の径方向、及びハブ軸の周方向をそれぞれ示している。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無段変速機の主要部を、図２のＥ−Ｅ線に沿った断面で示している。図２は、図１の無段変速機の要部を右方向から見た外観を示している。ただし、図２は、後述の入力ディスク２０、制御軸１２、ガイドスリーブ３８、及び中間メンバ４４などを取り外した状態で示されている。また、図３は、図１の無段変速機の一部分の断面を示しており、変速比を変化させた状態で軸中心より上側を描いてある。図４は、後述の変速比を変化させる際の作動を説明している。なお、この第１の実施形態は、自転車の駆動輪のハブシェルの部分に設けられた小型のトロイダル型自動変速機に関する。
【００２１】
図１において、ハブ軸１は本発明の固定軸を構成しており、その両端部が自転車などのフレーム２に固定されている。このハブ軸１を中心にして本発明の無段変速機が構成されている。入力軸１０は、ハブ軸１に対して制御軸１２を介してベアリング１０ａにより支持されていると共に、図示しないチェーンにより駆動されるスプロケット１０ｂと一体的に構成されている。なお、ハブ軸１に回転可能に支持された制御軸１２の詳細については後述する。
【００２２】
ハブシェル１４は、本発明の出力軸を構成しており、カバー１６と一体的に構成されていると共に、ハブ軸１にベアリング１４ａにより回転自在に支持されており、また、入力軸１０にベアリング１６ａにより回転自在に支持されている。また、ハブシェル１４の外周にはスポーク３と係合する複数の孔１４ｃを有するフランジ１４ｄが軸方向の両側に形成されている。なお、スポーク３は、図１では、係合部分の１カ所のみが描かれている。図示は省略されているが、スポーク３は、自転車の車輪（駆動輪）の一部を構成している。また、符号を付しての説明は省略されているが、上述したハブ軸１、入力軸１０、制御軸１２、ハブシェル１４、及びカバー１６のそれぞれの間には、必要に応じてオイルシールなどの油密部材が設けられており、無段変速機の内部から後述の作動油が外部に漏れることや、逆に外部から内部への異物の侵入を防ぐように構成されている。
【００２３】
ハブシェル１４の内部において、入力軸１０と連結した入力ディスク２０と、これに対向して配置されハブシェル１４に連結されている出力ディスク２２との間に、第１ローラ２４及び第２ローラ２６が設けられている。これら第１ローラ２４及び第２ローラ２６は入力ディスク２０及び出力ディスク２２とそれぞれ当接するように構成されている。図１に示すように、入力ディスク２０は、間にローディング機構２８を介在させて入力軸１０と連結されている。このローディング機構２８は、入力軸１０から入力ディスク２０への伝達トルクに応じた推力を発生するように構成されており、この推力により、入力ディスク２０が図１において左側方向、即ち第１ローラ２４の方向へ押圧される。また、入力ディスク２０と入力軸１０との間にはスプリング３０が設けられており、これにより入力ディスク２０が図１において左側方向へ常に一定の推力で押圧されている。
【００２４】
入力ディスク２０の図１において左側面には、第１トロイダル面２０ａが形成されており、この第１トロイダル面２０ａは第１ローラ２４と接している。入力ディスク２０に対向配置された出力ディスク２２は、ワンウエイクラッチ３２を介してハブシェル１４と連結されている。ワンウエイクラッチ３２は、一般的な自転車に用いられるフリーホィールと呼ばれものである。このフリーホィールは、出力ディスク２２からハブシェル１４へ自転車を前進させる方向の駆動トルクを伝達するが、その逆はフリーとなる。
【００２５】
出力ディスク２２の図１において右側面には、入力ディスク２０に対向する第２トロイダル面２２ａが形成されており、この第２トロイダル面２２ａは第２ローラ２６と接している。第１トロイダル面２０ａと第２トロイダル面２２ａとは、後述するＢ点を中心とする円弧で構成された断面形状を有している。
【００２６】
第１ローラ２４及び第２ローラ２６は同じ形状を有しており、ハブ軸１側を径方向内側とすると共にその反対側を径方向外側とした場合、第１ローラ２４及び第２ローラ２６の径方向内側は、第１トロイダル面２０ａ及び第２トロイダル面２２ａの円弧に沿った断面形状の第１摩擦面２４ａ及び２６ａをそれぞれ構成している。第１ローラ２４及び第２ローラ２６の径方向外側は、第１ローラ２４及び第２ローラ２６同士が接して動力伝達するように、円錐形状の第２摩擦面２４ｂ及び２６ｂをそれぞれ構成している。
【００２７】
ここで、入力ディスク２０の第１トロイダル面２０ａと第１ローラ２４の第１摩擦面２４ａとの接点の中心をＡ点、第１ローラ２４の第２摩擦面２４ｂと第２ローラ２６の第２摩擦面２６ｂとの接点の中心をＢ点、出力ディスク２２の第２トロイダル面２２ａと第２ローラ２６の第１摩擦面２６ａとの接点の中心をＣ点とそれぞれ定義する。図１の直線Ｌに示すように、Ａ、Ｂ、及びＣの３点は、一直線上に並んでいる。後述するように、変速比を変化させた場合、Ａ点及びＣ点の径方向位置は変化するが、Ｂ点の位置は不変であり、これら３点が一直線に並ぶことは基本的に変化しない。
【００２８】
入力ディスク２０と出力ディスク２２とは、推力スリーブ３４で結ばれている。即ち、推力スリーブ３４は、図１において右側でベアリング３４ａを介して入力軸１０の推力を受けると共に、その推力は図１において左側のスナップリング３４ｂで出力ディスク２２に伝達するように構成されている。このため、前述のローディング機構２８で発生する伝達トルクに応じた推力は、一方で第１ローラ２４及び第２ローラ２６を介して出力ディスク２２に伝達され、他方で推力スリーブ３４を介して出力ディスク２２に作用することにより互いに打ち消し合って相殺される。伝達トルクに応じた推力は基本的にこれら以外に作用することはない。なお、出力ディスク２２とハブシェル１４との間にベアリング１５が配置されているが、このベアリング１５にも上述した推力は作用しない。
【００２９】
第１ローラ２４及び第２ローラ２６を回転自在に支持するトラニオン３６は、第１ローラ２４の第２摩擦面２４ｂと第２ローラ２６の第２摩擦面２６ｂとが互いに当接するようにこれら第１ローラ２４及び第２ローラ２６を支持している。トラニオン３６は、径方向内側に突起３６ａを有しており、この突起３６ａは後述するガイドスリーブ３８のヘリカル溝３８ａに係合している。
【００３０】
図２に示すように、トラニオン３６は周方向左右に伸びる第１ピン３６ｂと第２ピン３６ｃとを有しており、これら第１ピン３６ｂ及び第２ピン３６ｃの中心線は、図１にも示すＢ点を通る。第１ピン３６ｂの周方向の先端３６ｄ及び第２ピン３６ｃの周方向の先端３６ｅは、Ｂ点を中心とする球面の一部となるように構成されており、後述するステータ４０に当接している。なお、図２に示すように、トラニオン３６と第１ローラ２４と第２ローラ２６（図１）とのセットが３つ、周方向に等間隔となるように配置されている。
【００３１】
図１及び図２に示すステータ４０は、スナップリング４０ｃによってハブ軸１に固定されている。ステータ４０は、トラニオン３６の後述する傾転及び捻転が可能となるように第１ピン３６ｂ及び第２ピン３６ｃを支持している。即ち、第１ピン３６ｂ及び第２ピン３６ｃの先端部が係合する溝４０ａが計６カ所形成してあり、これら溝４０ａ内には、第１ピン３６ｂの周方向の先端３６ｄ及び第２ピン３６ｃの周方向の先端３６ｅがそれぞれ当接する底面４０ｂが形成されている。また、ステータ４０は、後述する制御レバー４２を支持するための支持ピン４０ｄを３つ有すると共に、制御レバー４２の位置決めのためにチェック溝４０ｅを有している。
【００３２】
ここで、前述したＡ、Ｂ、及びＣの３点を結んだ直線Ｌが、Ｂ点を中心にＡ点及びＣ点の径方向位置が変化する場合のトラニオン３６の姿勢変化を「傾転」と定義する。図３は、トラニオン３６の姿勢が図１の状態に対して最も大きく傾転した状態を示している。また、図４は、第１トロイダル面２０ａと第２トロイダル面２２ａとに挟まれた第１ローラ２４及び第２ローラ２６について、周方向外側から見た状態を模式的に示している。図４において、実線はＡ点とＣ点とを結んだ直線Ｌが入力軸１０の中心線と平行となった状態を示しており、破線は直線ＬがＢ点を中心に反時計回りにわずかに回転した状態を示している。なお、図４にはトラニオン３６が表されていないが、直線Ｌの回転と共に動くトラニオン３６の姿勢変化を「捻転」と定義する。これらの傾転と捻転は同時に行われることも単独で行われることもあるが、いずれの場合も、ステータ４０に支持された第１ピン３６ｂと第２ピン３６ｃとが、溝４０ａ内で、Ｂ点を中心に回転移動する。
【００３３】
ハブ軸１の外側に設けられている前述した制御軸１２及びガイドスリーブ３８は、周方向へは回転可能であるが、軸方向へはハブ軸１と一体化されているので移動不能である。即ち、ハブ軸１に形成した鍔部１ａを挟むようにステータ４０と制御軸１２とガイドスリーブ３８とが軸方向に並べて配置され、ワッシャー１２ａ及び３８ｂやスナップリング１２ｂ、３８ｃ及び４０ｃによりこれらの軸方向の移動が規制されている。
【００３４】
ガイドスリーブ３８の周方向の外面には３つのヘリカル溝３８ａが形成され、これらヘリカル溝３８ａには前述のようにトラニオン３６の突起３６ａがそれぞれ係合している。従って、トラニオン３６の傾転とガイドスリーブ３８の回転は基本的に連動する。なお、ヘリカル溝３８ａと突起３６ａとができるだけ面接触されるように両者の形状が適切に形成されている。
【００３５】
ガイドスリーブ３８の周方向の外面の両端部には３つの切り欠き３８ｄがそれぞれ形成されており、これら切り欠き３８ｄはトラニオン３６が最大限に傾転した場合のストッパの役目を果たすように構成されている。図１及び図３においては、トラニオン３６及びガイドスリーブ３８がわずかに離隔した状態で表されているが、さらに傾転が進むと、トラニオン３６はガイドスリーブ３８に当接する。また、ガイドスリーブ３８は３つのトラニオン３６の傾転の角度が常に揃うようにする機能をも有している。
【００３６】
制御軸１２の図１において右端部には制御アーム１２ｃがこの制御軸１２と一体的に設けられており、サイクリストの手動操作又は図示しないアクチュエータの動作により、制御軸１２を回転操作することができるように構成されている。なお、制御アーム１２ｃはプーリーや歯車であってもよい。制御軸１２とガイドスリーブ３８との間に中間メンバ４４を介在させて、制御軸１２の回転をガイドスリーブ３８に伝えるように構成されている。即ち、制御軸１２及び中間メンバ４４の間、並びに中間メンバ４４及びガイドスリーブ３８の間には、ヘリカルスプライン１２ｄ及び４４ａ並びにヘリカルスプライン４４ｂ及び３８ｅがそれぞれ形成されている。これらヘリカルスプライン１２ｄ及び４４ａと、ヘリカルスプライン４４ｂ及び３８ｅとの一方又は両方が、ヘリカルスプラインとして機能する。このため、制御軸１２の回転操作がガイドスリーブ３８に伝わる過程で、それらヘリカルスプラインで生じる推力（スラスト）が中間メンバ４４を軸方向に移動させるように作用する。
【００３７】
中間メンバ４４には溝４４ｃが形成されており、この溝４４ｃには前述した制御レバー４２の端部４２ａが係合している。制御レバー４２は、図２に示すように３つ配置されており、これらの端部４２ａが中間メンバ４４の移動と共に動くことで、制御レバー４２は支持ピン４０ｄを中心にしてわずかに揺動する。一方、制御レバー４２に形成された孔４２ｂ内に設けられたボール４２ｃがスプリング４２ｄによって押圧されてステータ４０のチェック溝４０ｅに係止している。従って、制御レバー４２が揺動する際にボール４２ｃがスプリング４２ｄの張力に抗して若干移動する。
【００３８】
制御レバー４２にはその周方向の両側に第１カム４２ｅ及び第２カム４２ｆがそれぞれ形成されており、これら第１カム４２ｅ及び第２カム４２ｆは、制御レバー４２が揺動することで前述したトラニオン３６の第１ピン３６ｂ及び第２ピン３６ｃの一方を押圧し、他方を押圧から解放するように作用する。即ち、第１カム４２ｅと第２カム４２ｆとは、周方向で互いに逆の形状を有しており、制御レバー４２の揺動で互いに逆の作用を行うように構成されている。図２において、１つのトラニオン３６を中心に見ると、第１ピン３６ｂには図において周方向左隣の制御レバー４２の第１カム４２ｅが当接するように構成されており、第２ピン３６ｃには図において周方向右隣の制御レバー４２の第２カム４２ｆが当接するように構成されている。周方向両隣の制御レバー４２が同じ方向に揺動することから、１つのトラニオン３６の第１ピン３６ｂと第２ピン３６ｃとは、第１カム４２ｅ又は第２カム４２ｆにより、トラニオン３６が捻転するように押圧されるか又は押圧から解放される。その捻転の方向は、中間メンバ４４の軸方向移動が図１において軸方向右側か左側であるかに応じて定まる。
【００３９】
次に、図１及び図２に示した第１の実施形態に係る無段変速機の動作を、図３及び図４を共に用いて説明する。なお、図示は省略するが、図１に示した無段変速機は各種センサやコントローラなどを備えることができ、以下の作動はコントローラの指示に基づいて自動的に行ってもよい。第１の実施形態に係る無段変速機には潤滑を兼ねた適切な作動油が用いられる。以下の説明における回転方向は、図１において右側から見た場合、即ち入力軸１０側から見た場合を示す。
【００４０】
入力軸１０がサイクリストのペダリングによってスプロケット１０ｂを介して前進方向（時計回り）に駆動されると、入力ディスク２０が第１ローラ２４を時計回りに回転する。これにより、入力ディスク２０は、スプリング３０の付勢力と共に入力軸１０の駆動トルクに応じた推力をローディング機構２８から得ることによってその第１トロイダル面２０ａが第１ローラ２４の第１摩擦面２４ａを図１において左側方向へ押圧した状態で、第１ローラ２４を回転させる。第１ローラ２４は、入力ディスク２０から受けた推力を、第２摩擦面２４ｂから第２ローラ２６の第２摩擦面２６ｂへ伝えることにより、第２ローラ２６を反時計回りに回転させる。第２ローラ２６は、第１ローラ２４から受けた推力を、その第１摩擦面２６ａから出力ディスク２２の第２トロイダル面２２ａに伝え、これによって出力ディスク２２を時計回りに回転させる。出力ディスク２２はワンウエイクラッチ３２を介して出力軸でもあるハブシェル１４を時計回り（前進方向）に回転駆動する。
【００４１】
このときの変速比（入力ディスク２０の回転速度／出力ディスク２２の回転速度）は、Ａ点の半径をＲａとし、Ｃ点の半径をＲｃとすると、Ｒｃ／Ｒａである。図１に示した状態は、変速比が最も小さい値、つまり増速状態、となるが、トラニオン３６を傾転させて図３に示したようにすると、変速比が最も大きな値、つまり減速状態となる。
【００４２】
次に、トラニオン３６を傾転させて変速比を変化させる場合の動作について、図４をも参照しながら説明する。トラニオン３６を傾転させるには、制御アーム１２ｃを操作して制御軸１２を回転させる。制御軸１２の回転により、中間メンバ４４を介してガイドスリーブ３８が回転し、これによってガイドスリーブ３８のヘリカル溝３８ａに係合している突起３６ａが駆動され、トラニオン３６が、第１ピン３６ｂ及び第２ピン３６ｃの中心軸の回り、つまりＢ点を中心に傾転する。このとき、入力軸１０の駆動トルクが小さい場合はトラニオン３６を容易に傾転することができるが、入力軸１０の駆動トルクが大きい場合は第１ローラ２４のＡ点と第２ローラ２６のＣ点とに作用する押圧力が大きくなるため、トラニオン３６の傾転に大きな力を要する。
【００４３】
前述したように、制御軸１２の回転をガイドスリーブ３８に伝える過程で中間メンバ４４を軸方向に移動させる力が生じ、制御レバー４２を揺動させて第１カム４２ｅ及び第２カム４２ｆの一方がトラニオン３６の第１ピン３６ｂ及び第２ピン３６ｃ（本発明の突起体に対応する）の一方を軸方向に押圧する。この押圧力によりトラニオン３６が捻転する。
【００４４】
図４に実線で示した第１ローラ２４及び第２ローラ２６のように、Ａ点、Ｂ点及びＣ点を結ぶ直線Ｌが入力軸１０の中心線と平行となった状態は、前述のスプリング４２ｄに押されたボール４２ｃがチェック溝４０ｅに係止した状態である。このように、直線Ｌが入力軸１０の中心線と平行となった状態にあっては、入力ディスク２０から出力ディスク２２へのトルク伝達に伴ってトラニオン３６を傾転させるモーメントは作用しない。しかしながら、破線で示すように、スプリング４２ｄの張力に抗してトラニオン３６を捻転させ、直線Ｌが傾いた場合は、入力ディスク２０と第１ローラ２４との接点、及び出力ディスク２２と第２ローラ２６との接点において、トラニオン３６を傾転させるモーメントがそれぞれ作用する、即ち入力ディスク２０から出力ディスク２２への伝達トルクによってトラニオン３６が傾転する。
【００４５】
詳細な説明は省略するが、トラニオン３６の捻転の方向によってトラニオン３６の傾転の方向が決まるので、ガイドスリーブ３８のヘリカル溝３８ａの捻れ方向と制御レバー４２の第１カム４２ｅ及び第２カム４２ｆの仕様とを適切に設定することにより、制御軸１２の回転操作が目指した方向に変速比が変化し、目標の変速比に達したところで捻転がなくなって変速比の変化が止まる。即ち、制御軸１２の回転角と変速比とを対応させて制御することができる。なお、これも詳細の説明を省略するが、入力ディスク２０から出力ディスク２２への伝達トルクによって、トラニオン３６を捻転させるようなモーメントが作用するので、それらも見込んだうえで、チェック溝４０ｅの溝角やスプリング４２ｄの張力を適切に設定し、さらに制御軸１２に若干の操作力を常にかけるなど設定することが望ましい。
【００４６】
上述したように、第１の実施形態における無段変速機によれば、制御軸１２などの制御部材を入力ディスク及び出力ディスクの外径の範囲内に配置可能であるため、例えば自転車等の無段変速機に適用することが可能となる。さらに、この第１の実施形態における無段変速機は、全体として構造が簡単であり、重量及び大きさの低減化はもとより、製造コストを安価とすることができる。
【００４７】
また、動力伝達のための推力が作用するベアリング３４ａは、入力軸１０と出力ディスク２２とが同じ回転方向であるため、回転に伴うロスが少なく動力伝達効率が高いという基本的な良さがある。そして、第１の実施形態によれば、サイクリストの意に応じて無段階に変速比を変化させることができると共に、制御軸１２の回転のみで変速比の制御と変速比の検出を行うことができるので、自転車用の無段変速機として好ましい特性を有している。
【００４８】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る無段変速機の、図１に対応する断面を示している。ここでは、第１の実施形態に係る無段変速機の構成と異なる部分を中心に説明し、第１の実施形態に係る無段変速機の構成と実質的に同じ部分については、同じ符号を付しそれらの説明を省略する。
【００４９】
第２の実施形態と第１の実施形態との相違点は、第２の実施形態においては、第１の実施形態の無段変速機における制御軸１２と中間メンバ４４とが一体的に構成されていることである。つまり、制御軸１２には制御レバー４２が係合する溝１２ｅが形成されており、制御軸１２とガイドスリーブ３８とは、ヘリカルスプライン１２ｄ及び３８ｅで連結されると共に、制御軸１２自体が軸方向左右に若干移動可能に構成されている。その他の構成は、第１の実施形態の場合と同様である。
【００５０】
第２の実施形態に係る無段変速機の作用及び効果は、基本的には、第１の実施形態の場合と同様である。ただし、上述したように、変速比を変化させる際に、制御軸１２自体が軸方向に若干移動することのみが異なる。この第２の実施形態においては、第１の実施形態の前述した効果に加え、第１の実施形態の場合より構造がより簡単になるという効果が得られる。
【００５１】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る無段変速機の主要部を、図７のＦ−Ｆ線に沿った断面で示している。図７は、図６の無段変速機の要部を図６のＧ−Ｇ線に沿った断面で示している。ここでは、第１の実施形態に係る無段変速機の構成と異なる部分を中心に説明し、第１の実施形態に係る無段変速機の構成と実質的に同じ部分については、同じ符号を付しそれらの説明を省略する。
【００５２】
第３の実施形態と第１の実施形態との第１の相違点は、制御軸１２とガイドスリーブ３８との間の構成が異なる点である。第２の相違点は、第１ローラ２４及び第２ローラ２６を含むトラニオン３６が４セットある点である。なお、図６においては、トラニオン３６が、直線Ｌが入力軸１０と平行な傾転状態で表されているが、他の部分の構成は図１の場合と同様に表されている。
【００５３】
最初に、この第３の実施形態に係る無段変速機のトラニオン３６とガイドスリーブ３８との関係を説明する。第３の実施形態の、第１の実施形態に係る無段変速機との違いは、第１の実施形態における突起３６ａに代えてトラニオン３６に孔３６ｇが形成されており、この孔３６ｇにはガイドスリーブ３８のガイド突起３８ｆが係合していることにある。ガイドスリーブ３８は軸方向に自由に動くことができるように構成されており、従って、ガイドスリーブ３８の機能は４つのトラニオン３６の傾転角を同一に保つことである。
【００５４】
次に、制御軸１２と中間メンバ４４との関係を説明する。制御軸１２は、ハブ軸１と入力軸１０との間に設けられており、軸方向には移動せず回転操作のみが可能に構成されている。この制御軸１２と中間メンバ４４（本発明のシフタに対応する）とはヘリカルスプライン１２ｄ及び４４ａで互いに連結されており、制御軸１２が回転することにより、中間メンバ４４が軸方向に移動可能に構成されている。中間メンバ４４の径方向外側には操作アーム４４ｄが形成されており、この操作アーム４４ｄの径方向外側には先端部４４ｅが形成されている。操作アーム４４ｄの先端部４４ｅは、図７に示すように周方向に沿って４つ形成されており、これら先端部４４ｅはステータ４０のガイド溝４０ｆに係合して、中間メンバ４４が回転しないように構成されている。図７では４つの操作アーム４４ｄの先端部４４ｅの全てがガイド溝４０ｆに係合しているが、１カ所のみの係合であってもよい。
【００５５】
操作アーム４４ｄには操作溝４４ｇが形成されており、操作溝４４ｇはトラニオン３６のアーム３６ｈ（本発明の突起体に対応する）と係合している。この操作溝４４ｇとアーム３６ｈとの当接点は、Ｂ点に対して径方向及び周方向共にオフセットしている。従って、中間メンバ４４が軸方向に移動する際に、トラニオン３６には傾転と捻転との両方の力が作用することとなる。
【００５６】
トラニオン３６の第２ピン３６ｃの先端面には窪み３６ｆが形成されており、この窪み３６ｆには、ステータ４０の溝４０ａの底面４０ｂに形成された孔４０ｇ内に設けられスプリング４０ｈによって押圧されたボール４０ｉが係合している。この窪み３６ｆ及びボール４０ｉの機能は、第１の実施形態の無段変速機におけるチェック溝４０ｅ及びボール４２ｃの機能と同じである。第３の実施形態の無段変速機におけるその他の構成は、第１の実施形態の場合と同様である。
【００５７】
次に、第３の実施形態に係る無段変速機の動作を説明する。上述したように、第３の実施形態と第１の実施形態との相違点は、第１ローラ２４及び第２ローラ２６を含むトラニオン３６が４セットあることを除いて制御系の相違であるため、以下、この制御系の相違点についてのみ説明する。
【００５８】
前述したように、制御軸１２が回転すると、中間メンバ４４が軸方向に移動し、トラニオン３６のアーム３６ｈを軸方向に押圧するので、トラニオン３６が傾転されると共に捻転される。４つのトラニオン３６の傾転角は、ガイドスリーブ３８の動作で揃っているので、必然的に捻転角も４つのトラニオン３６は揃って動作することになる。従って、構成は異なるが、制御軸１２が回転することでトラニオン３６が傾転と捻転との両方の動作をする点は第１の実施形態の場合と同様である。第３の実施形態におけるその他の動作は第１の実施形態の場合と基本的に同様であるので、説明を省略する。
【００５９】
第３の実施形態に係る無段変速機の効果は、基本的には、第１の実施形態の場合と同様である。ただし、上述したように、第１ローラ２４及び第２ローラ２６のセット数が４つと多いことから、同じ伝達トルクとすれば、第１の実施形態の場合に較べて小型化することができる。
【００６０】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係る無段変速機の、図１に対応する断面を示している。ここでは、第１の実施形態及び第３の実施形態に係る無段変速機の構成と異なる部分を中心に説明し、これら無段変速機の構成と実質的に同じ部分については、同じ符号を付し説明を省略する。
【００６１】
第４の実施形態と第１の実施形態及び第３の実施形態との相違点は、制御軸１２とトラニオン３６と間の構成が異なっていることにある。即ち、第４の実施形態においては、第１ローラ２４及び第２ローラ２６を含むトラニオン３６が３セットある。なお、図８においては、直線Ｌが入力軸１０と平行なトラニオン３６の傾転状態で表されているが、他の部分の構成は図１の場合と同様に表されている。
【００６２】
この第４の実施形態に係る無段変速機においては、制御軸１２に歯車１２ｆが同軸に形成されており、この歯車１２ｆはステータ４０に回転自在に設けられたスクリュー４６の歯車４６ａと噛合している。スクリュー４６はステータ４０に規制されているため、軸方向へは移動しない。スクリュー４６にはヘリカルスプライン４６ｂが形成されており、このヘリカルスプライン４６ｂはナット４８のヘリカルスプライン４８ａと係合している。
【００６３】
このナット４８は、その先端部４８ｂがステータ４０のガイド溝４０ｆと係合しており、軸方向に移動可能に構成されている。なお、スクリュー４６及びナット４８はトラニオン３６と同様に３セット設けられている。ナット４８に形成されている溝４８ｃは、第３の実施形態の場合と同様にトラニオン３６のアーム３６ｈと係合している。従って、制御軸１２の回転と共にスクリュー４６が回転し、ヘリカルスプライン４６ｂ及びヘリカルスプライン４８ａの作用によってナット４８は軸方向に移動し、第３の実施形態の場合と同様にトラニオン３６が傾転及び捻転する。
【００６４】
第４の実施形態に係る無段変速機の動作は、この第４の実施形態の構成と第３の実施形態の構成との相違点が、制御軸１２の回転をトラニオン３６の傾転及び捻転に伝える部分の構成が相違するのみであることから、第３の実施形態の動作と基本的に同じである。従って、動作に関する詳細な説明は省略する。また、第４の実施形態に係る無段変速機の効果は、基本的に第１の実施形態の場合と同様であるため、説明は省略する。
【００６５】
（第５の実施形態）
図９は、本発明の第５の実施形態に係る無段変速機の、図１に対応する断面を示している。ここでは、第１の実施形態に係る無段変速機の構成と異なる部分を中心に説明し、これら無段変速機の構成と実質的に同じ部分については、同じ符号を付し説明を省略する。
【００６６】
第５の実施形態と第１の実施形態との相違点は、第１の実施形態において入力ディスク２０と出力ディスク２２とを結んでいた推力スリーブ３４が、この第５の実施形態では設けられていないことである。従って、ローディング機構２８で発生する推力は、ベアリング３４ａ及びカバー１６を経てハブシェル１４に伝えられ、さらに、ハブシェル１０からベアリング１５を介して出力ディスク２２に伝えられ、出力ディスク２２から第２ローラ２６及び第１ローラ２４を介して入力ディスク２０に作用することにより互いに打ち消し合って相殺される。
【００６７】
第５の実施形態に係る無段変速機の動作は、この第５の実施形態の構成と第１の実施形態の構成との相違点が、ローディング機構２８で発生する推力の循環経路の構成が相違するのみであり、無段変速の作動そのものに相違点はないので、動作に関する詳細な説明は省略する。
【００６８】
第５の実施形態に係る無段変速機の効果について説明する。この第５の実施形態においては、前述した推力がベアリング１５を経由して伝達されるため、出力軸１とハブシェル１４との間で回転速度差に応じてベアリングのロスが第１の実施形態の場合から変化し、変速比１の近傍を除いて動力伝達効率がやや悪化する。一方、第１の実施形態における推力スリーブ３４がないので、重量及び寸法の低減化並びに製造コストが安価となるという効果が得られる。
【００６９】
（第６の実施形態）
図１０は、本発明の第６の実施形態に係る無段変速機の骨組みを表しており、図１に対応する要部の軸中心より上半分のみが示されている。なお、制御系などの詳細は、図示を省略しているが、第１の実施形態の場合と基本的に同様である。ここでは、第１の実施形態に係る無段変速機の構成と異なる部分を中心に説明し、これら無段変速機の構成と実質的に同じ部分については説明を省略する。
【００７０】
第６の実施形態と第１の実施形態との大きな相違点は、入力軸１０が図において左側に配置されていると共に出力軸１８が図において右側に配置され、この出力軸１８に出力歯車１８ａが一体的に構成されていることにある。出力歯車１８ａは図示しない相手歯車を駆動可能である。なお、出力歯車１８ａはプーリーやスプロケットであってもよい。また、固定軸４がケース５に固定されている。制御軸１２は、固定軸４と出力軸１８及び出力ディスク２２の間に配置されている。なお、図１０におけるトラニオン３６の姿勢は、変速比が最も大きくなる状態で表されている。この第６の実施形態におけるその他の構成は、図示及び説明を省略する。第６の実施形態における動作も第１の実施形態の場合と基本的に同様である。また、ローディング機構２８は、第６の実施形態におけるローディング機構２８と同様に機械的な構成で示されているが、これを油圧式に置き換えることも可能である。
【００７１】
第６の実施形態に係る無段変速機の効果は、第１の実施形態の効果に加え、エンジンを動力源とする自動車などの車両や、電気モータなどを動力源とする一般的な機械の無段変速機として用いることができる点にある。
【００７２】
以上詳細に説明したように、本発明の第１〜第６の実施形態に係る無段変速機は、変速比を変化させる操作系の要素をコンパクトにまとめることができるので、特に自転車や自動車及び一般機械の変速機として用いることができる。いずれの場合にも、構成が簡素で小型化及び軽量化が可能であり、低コストで提供できるという効果を有している。
【００７３】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。即ち、本発明の無段変速機は、当業者の一般的な知識に基づいて、前述の構成や形状にとらわれることなく、用途に応じた改良や工夫をこらした態様で実施することができる。本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の無段変速機は、特に動力伝達効率が高く小型であることを要求される自転車や、自動車及び一般機械の変速機として用いることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１    ハブ軸（固定軸）
１ａ  鍔部
２  フレーム
３  スポーク
４  固定軸
５  ケース
１０  入力軸
１０ａ、１４ａ、１５、１６ａ、３４ａ  ベアリング
１０ｂ  スプロケット
１２  制御軸
１２ａ、３８ｂ  ワッシャー
１２ｂ、３４ｂ、３８ｃ、４０ｃ  スナップリング
１２ｃ  制御アーム
１２ｄ、３８ｅ、４４ａ、４４ｂ、４６ｂ、４８ａ  ヘリカルスプライン
１２ｆ、４６ａ  歯車
１４  ハブシェル（出力軸）
１４ｃ、３６ｇ、４０ｇ、４２ｂ  孔
１４ｄ  フランジ
１６  カバー
１８  出力軸
１８ａ  出力歯車
２０  入力ディスク
２０ａ  第１トロイダル面
２２  出力ディスク
２２ａ  第２トロイダル面
２４  第１ローラ
２４ａ、２６ａ  第１摩擦面
２４ｂ、２６ｂ  第２摩擦面
２６  第２ローラ
２８  ローディング機構
３０、４０ｈ、４２ｄ  スプリング
３２  ワンウエイクラッチ
３４  推力スリーブ
３６  トラニオン
３６ａ  突起
３６ｂ  第１ピン
３６ｃ  第２ピン
３６ｄ、３６ｅ  先端
３６ｆ  窪み
３６ｈ  アーム
３８  ガイドスリーブ
３８ａ  ヘリカル溝
３８ｄ  切り欠き
３８ｆ  ガイド突起
４０  ステータ
４０ａ、４４ｃ  溝
４０ｂ  底面
４０ｄ  支持ピン
４０ｅ  チェック溝
４０ｆ  ガイド溝
４０ｉ、４２ｃ  ボール
４２  制御レバー
４２ａ  端部
４２ｅ  第１カム
４２ｆ  第２カム
４４  中間メンバ
４４ｄ  操作アーム
４４ｅ  先端部
４４ｇ  操作溝
４６  スクリュー
４８  ナット
４８ｃ  溝
【図１】
2018194003.tif 000003
【図２】
2018194003.tif 000004
【図３】
2018194003.tif 000005
【図４】
2018194003.tif 000006
【図５】
2018194003.tif 000007
【図６】
2018194003.tif 000008
【図７】
2018194003.tif 000009
【図８】
2018194003.tif 000010
【図９】
2018194003.tif 000011
【図１０】
2018194003.tif 000012
【国際調査報告】
2018194003.tif 000013
2018194003.tif 000014