(57)【要約】【課題】  非円形歯車を使用した無段変速機の変速比の幅を広くする。【解決手段】  複数の非円形歯車を噛み合わせてなる非円形歯車無段変速ユニット１，２を備えた歯車式無段変速機において、少なくとも二組の前記非円形歯車無段変速ユニット１，２が入力部材７と出力部材１２との間に配置されるとともに、一方の非円形歯車無段変速ユニット１の入力要素４に前記入力部材７がトルク伝達可能に連結されかつその一方の非円形歯車無段変速ユニット１の出力要素１６が、他方の非円形歯車無段変速ユニット２における入力要素１６にトルク伝達可能に連結され、該他方の非円形歯車無段変速ユニット２における出力要素５から前記出力部材１２にトルクを伝達するように構成されている。【選択図】  図２
2006046424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の非円形歯車を噛み合わせてなる非円形歯車無段変速ユニットを備えた歯車式無段変速機において、
少なくとも二組の前記非円形歯車無段変速ユニットが入力部材と出力部材との間に配置されるとともに、一方の非円形歯車無段変速ユニットの入力要素に前記入力部材がトルク伝達可能に連結されかつその一方の非円形歯車無段変速ユニットの出力要素が、他方の非円形歯車無段変速ユニットにおける入力要素にトルク伝達可能に連結され、該他方の非円形歯車無段変速ユニットにおける出力要素から前記出力部材にトルクを伝達するように構成されていることを特徴とする歯車式無段変速機。
【請求項２】
前記各非円形歯車無段変速ユニットは、第１軸上に設けられた非円形第１歯車と、前記第１軸と平行な第２軸上に配置されかつ前記非円形第１歯車に噛み合っている非円形第２歯車と、前記第２軸と平行な第３軸上に配置されかつ前記非円形第２歯車に噛み合っている非円形第３歯車と、前記第１軸と前記第２軸とを結んだ線と前記第２軸と前記第３軸とを結んだ線とのなす角度を変化させるようにいずれかの軸を該軸に隣接する他の軸を中心にして回動させる回動機構とを有し、前記入力部材側に位置する非円形歯車無段変速ユニットの第３軸が前記出力部材側に位置する非円形歯車無段変速ユニットの第１軸に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の歯車式無段変速機。
【請求項３】
前記第１軸上に少なくとも二つの前記非円形第１歯車が配置され、前記第２軸上に少なくとも二つの前記非円形第２歯車が配置され、前記第３軸上に少なくとも二つの前記非円形第３歯車が配置され、さらに前記第１軸と前記非円形第１歯車との間と前記第３軸と前記非円形第３歯車との間とのいずれかに一方向クラッチが介装されていることを特徴とする請求項２に記載の歯車式無段変速機。
【請求項４】
前記第１軸上に複数の前記非円形第１歯車が配置され、そのいずれかの非円形第１歯車が前記第１軸に一体となるように取り付けられるとともに、その非円形第１歯車に隣接する他の非円形第１歯車と前記第１軸との間に一方向クラッチが配置され、これらの非円形第１歯車に前記非円形第２歯車を介して連結されている複数の非円形第３歯車が前記第３軸上に配置され、前記第１軸に一体化されている前記非円形第１歯車に前記非円形第２歯車を介して連結されている非円形第３歯車と前記第３軸との間に他の一方向クラッチが配置され、かつ前記第１軸に前記一方向クラッチを介して取り付けられている前記非円形第１歯車に前記非円形第２歯車を介して連結されている第３歯車が前記第３軸に一体となるように取り付けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の歯車式無段変速機。
【請求項５】
第１の前記非円形歯車無段変速ユニットにおける第１軸と第２の前記非円形歯車無段変速ユニットにおける第３軸とが同一軸線上に並んで配置され、これら第１軸と第３軸とに平行な軸線上に各非円形歯車無段変速ユニットにおける各非円形第２歯車が回転自在に配置され、前記第１軸および第３軸に平行な前記軸線に平行な他の軸線上に第１の前記非円形歯車無段変速ユニットにおける第３軸と第２の前記非円形歯車無段変速ユニットにおける第１軸とが並んで配置され、前記回動機構が第１の前記非円形歯車無段変速ユニットにおける第３軸と第２の前記非円形歯車無段変速ユニットにおける第１軸とを支持するとともに前記非円形第２歯車の中心軸線を中心に一体に回動させるフレームを有していることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の歯車式無段変速機。
【請求項６】
前記第１軸を入力軸としかつ前記非円形第２歯車の中心軸線と同一軸線上の出力軸を有し、さらに前記第３軸からその出力軸にトルクを伝達する伝動機構を備えた少なくとも二組の非円形歯車無段変速ユニットを有し、第１の非円形歯車無段変速ユニットにおける出力軸と同一軸線上に第２の非円形歯車無段変速ユニットにおける入力軸が配置されてこれら出力軸と入力軸とが一体化されるとともに、第１の非円形歯車無段変速ユニットにおける入力軸の延長線上に第２の非円形歯車無段変速ユニットにおける出力軸が第１の非円形歯車無段変速ユニットとは反対側に突出した状態に配置され、さらに第１の非円形歯車無段変速ユニットにおける回動機構を駆動する第１のアクチュエータが第２の非円形歯車無段変速ユニット側に配置され、かつ第２の非円形歯車無段変速ユニットにおける回動機構を駆動する第２のアクチュエータが第１の非円形歯車無段変速ユニット側に配置されていることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の歯車式無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、楕円歯車や指数関数歯車あるいは中心から外れた偏心位置を中心に回転させられる円形の歯車などの非円形歯車、換言すれば、歯の噛み合い箇所の回転中心からの距離が変化する非円形歯車を使用した無段変速機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の非円形歯車を使用した無段変速機の例が、特許文献１〜３に記載されている。その構成を簡単に説明すると、特許文献１に記載された無段変速機は、第１の回転軸に２枚の非円形歯車を位相を互いにずらして取り付け、これらの各非円形歯車のそれぞれにいわゆるアイドル歯車となる非円形歯車が噛み合わされており、これらのいわゆるアイドル歯車は相互に相対回転するように軸に支持されている。これらのアイドル歯車に噛み合っている第３の非円形歯車が設けられており、これらの第３の非円形歯車は、第３軸に一方向クラッチを介して支持されている。
【０００３】
その一方向クラッチは、第３の非円形歯車が第３軸より低速で回転する場合（第３の非円形歯車が第３軸に対して相対的に逆回転する場合）には解放状態となり、これとは反対に第３の非円形歯車が第３軸より速く回転しようとする場合には係合して両者一体となるように構成されている。すなわち第３の非円形歯車から第３軸にトルクを伝達するように構成されている。さらに、その第３軸がアイドル歯車の回転中心軸線を中心に公転するようにフレームによって支持されている。したがってフレームを回転させることにより、第３の非円形歯車のアイドル歯車に対する位相が変化するようになっている。そして、特許文献１には、その非円形歯車の例として、楕円を半割りして右半分と左半分とで所定寸法ずらした形状の歯車や指数関数歯車の例が示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、特許文献１に記載されている例が３枚の非円形歯車を一対として二対設けた例であるのに対して、四対の非円形歯車を使用した例が記載されている。さらに、特許文献３には、楕円歯車の例に加えて、偏心位置を中心に回転させる円形歯車を二対使用し、一方の一対の歯車対に対して他方の対の相対的な位相を変化させるように構成した例が記載されている。
【０００５】
これらいずれの特許文献に記載された例においても、歯の噛み合い箇所の回転中心からの距離が連続的に変化する。したがって入力歯車が一定回転数で回転しても、アイドル歯車の回転数が連続的に変化し、さらに第３の非円形歯車の回転数がその歯車の形状に従って連続的に変化する。その場合、第３の非円形歯車の第３軸に対する相対回転数が、第３軸に同軸上に設けられている各第３の非円形歯車で逐次変化するので、それに応じて一方向クラッチが順次係合・解放を繰り返し、その結果、第３軸は複数の第３の非円形歯車のうち最も回転速度の速い第３の非円形歯車と一体となって回転する。
【０００６】
これら互いに噛み合っている非円形歯車同士の間の回転速度比が非円形歯車のピッチ円形状から定まる所定の関数で表される。その関係は、アイドル歯車と第３歯車との間でも成立するが、第３軸と共に第３の非円形歯車を、第２の非円形歯車であるアイドル歯車の回転中心軸線を中心にして公転させて、第２の非円形歯車と第３の非円形歯車との相対的な位相を、第１の非円形歯車と第２の非円形歯車との位相に対して変化させると、その変位が回転速度比に現れる。歯車機構の全体としての変速比は、これらの回転速度比の比率となるから、結局、上記のフレームを回動角度に応じて、歯車機構の全体としての変速比が連続的に変化することになる。
【特許文献１】特公平５−７８７０５号公報
【特許文献２】特開平２−２７１１４３号公報
【特許文献３】特公平６−６３５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したいずれの特許文献に記載されている装置も第１の非円形歯車と第２の非円形歯車との間で変速が生じ、また第２の非円形歯車と第３の非円形歯車との間で変速が生じ、これら二箇所で生じる変速での回転速度比の比率が装置の全体としての変速比となる。そして、第１から第３の各非円形歯車の回転中心の間隔を変化させることができないことに加えて、各非円形歯車同士の噛み合い箇所（接触点）から回転中心までの距離が連続的に変化するので、例えば第３の非円形歯車の第２の非円形歯車に対する位相を変化させることにより、変速比を変化させている。
【０００８】
しかしながら、歯車のピッチ円の形状を非円形に構成し、あるいはピッチ円が円形をなす歯車を偏心位置で回転させて互いに噛み合わせるように構成する場合、歯同士を適正に噛み合わせるために、その非円形の形状や偏心量に制約がある。また、実用上、製造あるいは加工できる歯車の形状に制約がある。そのため、従来では、非円形歯車を使用した変速機で設定できる変速比が制限されており、その点で改良の余地があった。
【０００９】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、いわゆる非円形歯車を使用した無段変速機で設定できる変速比の幅を広くし、あるいはこれに加えて全体としての構成をコンパクトにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、複数の非円形歯車を噛み合わせてなる少なくとも非円形歯車無段変速ユニットを備えた歯車式無段変速機において、少なくとも二組の前記非円形歯車無段変速ユニットが入力部材と出力部材との間に配置されるとともに、一方の非円形歯車無段変速ユニットの入力要素に前記入力部材がトルク伝達可能に連結されかつその一方の非円形歯車無段変速ユニットの出力要素が、他方の非円形歯車無段変速ユニットにおける入力要素にトルク伝達可能に連結され、該他方の非円形歯車無段変速ユニットにおける出力要素から前記出力部材にトルクを伝達するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１における前記各非円形歯車無段変速ユニットが、第１軸上に設けられた非円形第１歯車と、前記第１軸と平行な第２軸上に配置されかつ前記非円形第１歯車に噛み合っている非円形第２歯車と、前記第２軸と平行な第３軸上に配置されかつ前記非円形第２歯車に噛み合っている非円形第３歯車と、前記第１軸と前記第２軸とを結んだ線と前記第２軸と前記第３軸とを結んだ線とのなす角度を変化させるようにいずれかの軸を該軸に隣接する他の軸を中心にして回動させる回動機構とを有し、前記入力部材側に位置する非円形歯車無段変速ユニットの第３軸が前記出力部材側に位置する非円形歯車無段変速ユニットの第１軸に連結されていることを特徴とする歯車式無段変速機である。
【００１２】
さらに、請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記第１軸上に少なくとも二つの前記非円形第１歯車が配置され、前記第２軸上に少なくとも二つの前記非円形第２歯車が配置され、前記第３軸上に少なくとも二つの前記非円形第３歯車が配置され、さらに前記第１軸と前記非円形第１歯車との間と前記第３軸と前記非円形第３歯車との間とのいずれかに一方向クラッチが介装されていることを特徴とする歯車式無段変速機である。
【００１３】
またさらに、請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかの発明において、前記第１軸上に複数の前記非円形第１歯車が配置され、そのいずれかの非円形第１歯車が前記第１軸に一体となるように取り付けられるとともに、その非円形第１歯車に隣接する他の非円形第１歯車と前記第１軸との間に一方向クラッチが配置され、これらの非円形第１歯車に前記非円形第２歯車を介して連結されている複数の非円形第３歯車が前記第３軸上に配置され、前記第１軸に一体化されている前記非円形第１歯車に前記非円形第２歯車を介して連結されている非円形第３歯車と前記第３軸との間に他の一方向クラッチが配置され、かつ前記第１軸に前記一方向クラッチを介して取り付けられている前記非円形第１歯車に前記非円形第２歯車を介して連結されている第３歯車が前記第３軸に一体となるように取り付けられていることを特徴とする歯車式無段変速機である。
【００１４】
そして、請求項５の発明は、請求項２から４のいずれかの発明において、第１の前記非円形歯車無段変速ユニットにおける第１軸と第２の前記非円形歯車無段変速ユニットにおける第３軸とが同一軸線上に並んで配置され、これら第１軸と第３軸とに平行な軸線上に各非円形歯車無段変速ユニットにおける各非円形第２歯車が回転自在に配置され、前記第１軸および第３軸に平行な前記軸線に平行な他の軸線上に第１の前記非円形歯車無段変速ユニットにおける第３軸と第２の前記非円形歯車無段変速ユニットにおける第１軸とが並んで配置され、前記回動機構が第１の前記非円形歯車無段変速ユニットにおける第３軸と第２の前記非円形歯車無段変速ユニットにおける第１軸とを支持するとともに前記非円形第２歯車の中心軸線を中心に一体に回動させるフレームを有していることを特徴とする歯車式無段変速機である。
【００１５】
またそして、請求項６の発明は、請求項２から４のいずれかの発明において、前記第１軸を入力軸としかつ前記非円形第２歯車の中心軸線と同一軸線上の出力軸を有し、さらに前記第３軸からその出力軸にトルクを伝達する伝動機構を備えた少なくとも二組の非円形歯車無段変速ユニットを有し、第１の非円形歯車無段変速ユニットにおける出力軸と同一軸線上に第２の非円形歯車無段変速ユニットにおける入力軸が配置されてこれら出力軸と入力軸とが一体化されるとともに、第１の非円形歯車無段変速ユニットにおける入力軸の延長線上に第２の非円形歯車無段変速ユニットにおける出力軸が第１の非円形歯車無段変速ユニットとは反対側に突出した状態に配置され、さらに第１の非円形歯車無段変速ユニットにおける回動機構を駆動する第１のアクチュエータが第２の非円形歯車無段変速ユニット側に配置され、かつ第２の非円形歯車無段変速ユニットにおける回動機構を駆動する第２のアクチュエータが第１の非円形歯車無段変速ユニット側に配置されていることを特徴とする歯車式無段変速機である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、それぞれ独立して変速作用を生じる複数組の非円形歯車無段変速ユニットが、入力部材と出力部材との間に、直列に連結して配置されている。そのため、歯車式無段変速機の全体としての変速比、すなわち入力部材と出力部材との間の変速比は、各非円形歯車無段変速ユニットでの変速比に基づくものとなり、その結果、設定可能な変速比の幅（最大変速比と最小変速比との間の差もしくは比率）を広くすることができる。
【００１７】
また、請求項２の発明によれば、回動機構を動作させることにより、非円形第２歯車に対する非円形第１歯車の位相もしくは非円形第３歯車の位相が変化し、非円形歯車無段変速ユニットでの変速比が変化する。このようにして各非円形歯車無段変速ユニットにおける変速比が個別にもしくは同時に変化することにより、歯車式無段変速機の全体としての変速比が連続的に変化させられる。そして、その変速比は、各非円形歯車無段変速ユニットにおける変速比に基づいたものとなるから、歯車式無段変速機の全体としての変速比の幅を広くすることができる。
【００１８】
さらに、請求項３の発明によれば、各非円形歯車無段変速ユニットが少なくとも二列の非円形歯車列を備えており、これらの非円形歯車列を一方向クラッチによって交互に第１軸もしくは第３軸に切り替えて連結する。したがって、各非円形歯車無段変速ユニットにおける入力要素に対して出力要素を増速するように機能する非円形歯車列が、第１軸と第３軸とに交互に連結されるので、各非円形歯車無段変速ユニットにおける出力要素の回転数もしくはトルクの脈動の幅を抑制でき、また出力部材における回転数もしくはトルクの脈動の幅を抑制するように機能する一方向クラッチを非円形歯車列に内蔵した構造となるので、歯車式無段変速機の全体としての構成をコンパクト化することができる。
【００１９】
またさらに、請求項４の発明によれば、各非円形歯車無段変速ユニットを構成している複数の各非円形歯車列のそれぞれに一方向クラッチが介装されているが、互いに隣接する非円形歯車列においては、その一方向クラッチが同一軸線上に並ばずに、半径方向にずれて配置される。したがって一方向クラッチが相対的に小径であることによりトルク容量を確保するべく軸線方向での寸法を大きくしても、これらの一方向クラッチが軸線方向で干渉することが回避もしくは抑制され、その結果、歯車式無段変速機の全体としての軸長の短縮化およびコンパクト化を図ることができる。
【００２０】
そして、請求項５の発明によれば、一方の非円形歯車無段変速ユニットにおける入力要素となる第１軸と他方の非円形歯車無段変速ユニットにおける出力要素となる第３軸とを同一軸線上に配置し、かつ各非円形歯車無段変速ユニットにおける回動機構となるフレームを共用化できるので、入力部材と出力部材とを同一軸線上に配列することができることと相まって、歯車式無段変速機の全体としての構成をコンパクト化することができる。
【００２１】
また、請求項６の発明によれば、各非円形歯車無段変速ユニットにおける第２軸と同一軸線上に、第３軸からトルクの伝達される出力軸が配置され、その出力軸を他方の非円形歯車無段変速ユニットにおける入力軸となる第１軸と同一軸線上で一体化し、さらに一方の非円形歯車無段変速ユニットにおける第１軸と同一軸線上に他方の非円形歯車無段変速ユニットにおける第２軸および出力軸を配置するように構成したので、入力部材と出力部材とを同一軸線上に配列することができ、しかも各非円形歯車無段変速ユニットにおけるアクチュエータが、それぞれ隣接する非円形歯車無段変速ユニット側に配置されているので、複数の非円形歯車無段変速ユニットを組み合わせることによるスペースを有効に利用してアクチュエータを配置でき、その結果、歯車式無段変速機の全体としての構成をコンパクト化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
つぎに、この発明を具体例に基づいて説明する。図１および図２はこの発明の一例を模式的に示しており、ここに示す例は、三つの非円形歯車を噛み合わせた歯車列を二列使用して一組の無段変速ユニットを構成し、その無段変速ユニットを二組、入力部材と出力部材との間に、直列に連結して構成されている。その非円形歯車は、指数関数歯車や楕円歯車などであって、ピッチ円の形状が円形となっていない歯車である。図１および図２に示す例では、楕円歯車を使用した例を示してあり、入力側および出力側の各無段変速ユニット１，２は、それぞれ二列で合計六個の楕円歯車によって構成されている。なお、図１にはピッチ円の形状で各歯車を示しており、歯は省略してある。
【００２３】
具体的に説明すると、ケーシングあるいは機台部もしくは機枠となっている固定フレーム３の内部に、入力軸４と出力軸５とが、それぞれの端部を接近させた状態で、かつ同一軸線上に回転自在に配置されている。すなわち、入力軸４の一方の端部は、固定フレーム３の一方の側壁部を貫通しかつ軸受６によって回転自在に保持されている。そして、当該一方の端部にダンパーあるいはフランジなどの入力部材７が設けられている。また、入力軸４の他方の端部は、固定フレーム３の内部に一体に突設した支持部８に軸受９を介して回転自在に保持されている。
【００２４】
出力軸５も入力軸４とほぼ同様に支持されている。すなわち、出力軸５の一方の端部が、支持部８に軸受１０を介して回転自在に保持されている。また、出力軸５の他方の端部は、前記固定フレーム３の他方の側壁部を貫通しかつ軸受１１によって回転自在に支持されている。そして、固定フレーム３から突出した端部に、コンパニオンフランジなどの出力部材１２が設けられている。
【００２５】
これら入力軸４および出力軸５と平行に中間軸１３が配置されており、その中間軸１３は、その両端部を軸受１４を介して固定フレーム３によって回転自在に支持されている。また中間軸１３は中間歯車および可動保持部材（あるいは可動フレームもしくはキャリヤ）１５を保持するためのものであって、そのキャリヤ１５は図示の例では、各無段変速ユニット１，２に共通の枠体として構成されている。すなわち、キャリヤ１５は、門型をなす枠状の部材、あるいは中間軸１３を一辺とする矩形をなす部材であって、その中間軸１３から半径方向に延びた状態に形成され、中間軸１３と一体となって回動動作するようになっている。
【００２６】
そして、中間軸１３と平行に配置された可動軸１６がそのキャリヤ１５に保持されている。すなわち、可動軸１６の両端部および中央部が、軸受１７を介してキャリヤ１５によって回転自在に保持されている。したがってこの可動軸１６は、各無段変速ユニット１，２に共通の軸となっている。
【００２７】
上述した入力軸４が、入力側の無段変速ユニット１における第１軸、中間軸１３が第２軸、可動軸１６が第３軸となっており、これに対して出力側の無段変速ユニット２に対しては、可動軸１６が第１軸、中間軸１３が第２軸、出力軸５が第３軸なっている。したがって、入力側の無段変速ユニット１における第３軸が、出力側の無段変速ユニット２における第１軸に連結された構成、あるいは一体化された構成となっている。
【００２８】
前記入力軸４に、入力側の無段変速ユニット１を構成する複数（具体的には二つ）の非円形第１歯車である入力歯車１８ａ，１８ｂが保持されている。これらの入力歯車１８ａ，１８ｂは、歯数やピッチ円などの諸元が同一の楕円歯車である。その一方の入力歯車１８ａは一方向クラッチ１９を介して入力軸４に取り付けられ、これに対して他方の入力歯車１８ｂは、入力軸４にこれと一体となって回転するようにスプラインなどの手段によって取り付けられている。なお、その一方向クラッチ１９は、入力軸４が入力歯車１８ａに対して例えば図１の矢印で示す方向に相対回転しようとする場合には係合し、これとは反対の方向には解放して入力軸４と入力歯車１８ａとが相対的に回転し、トルクを伝達しないように設定されている。また、同軸上に配列された二つの入力歯車１８ａ，１８ｂの一方に一方向クラッチ１９を設けたことにより、その一方向クラッチ１９を設けた側の歯車（もしくは少なくともそのボス部）の幅が、他方の歯車よりも大きくなっている。
【００２９】
各入力歯車１８ａ，１８ｂに対応しかつそれぞれに噛み合う複数（具体的には二つ）の非円形第２歯車である中間歯車２０ａ，２０ｂが、前記中間軸１３によって保持されている。これらの中間歯車２０ａ，２０ｂ同士は、諸元が同じ非円形歯車であって、上記の入力歯車１８ａ，１８ｂが楕円歯車であれば、それに合わせて楕円歯車が使用される。そして、これらの中間歯車２０ａ，２０ｂは、軸受２１を介して中間軸１３に対して回転自在に保持されている。なお、入力歯車１８ａ，１８ｂと中間歯車２０ａ，２０ｂとを楕円歯車で構成した場合は、入力軸４と中間軸１３との軸間距離は、楕円の長軸方向の半径と短軸方向の半径とを加算した距離に設定される。
【００３０】
上記の中間歯車２０ａ，２０ｂに対応しかつそれぞれに噛み合う複数（具体的には二つ）の非円形第３歯車である可動歯車２２ａ，２２ｂが、前記可動軸１６によって保持されている。これらの可動歯車２２ａ，２２ｂは、歯数やピッチ円などの諸元が同一の楕円歯車である。これらの可動歯車２２ａ，２２ｂのうち、前述した一方向クラッチ１９を備えている入力歯車１８ａと共にいわゆる第１の歯車列を構成している一方の可動歯車２２ａは可動軸１６にこれと一体となって回転するようにスプラインなどの手段によって取り付けられている。これに対して他方の可動歯車２２ｂは、一方向クラッチ２３を介して可動軸１６に取り付けられている。なお、その一方向クラッチ２３は、可動歯車２２ｂが可動軸１６に対して例えば図１の矢印で示す方向に相対回転しようとする場合には係合し、これとは反対の方向には解放して可動歯車２２ｂと可動軸１６とが相対的に回転し、トルクを伝達しないように設定されている。また、同軸上に配列された二つの可動歯車２２ａ，２２ｂの一方に一方向クラッチ２３を設けたことにより、その一方向クラッチ２３を設けた側の歯車の幅（もしくは少なくともそのボス部の幅）が、他方の歯車よりも大きくなっている。そして、各一方向クラッチ１９，２３が同一軸線上に並ばずに、半径方向にずれていることにより、スペースの有効利用および軸長の短縮化が図られている。なお、中間歯車２０ａ，２０ｂと可動歯車２２ａ，２２ｂとを楕円歯車で構成した場合は、中間軸１３と可動軸１６との軸間距離は、楕円の長軸方向の半径と短軸方向の半径とを加算した距離に設定される。
【００３１】
出力側の無段変速ユニット２は、トルクの伝達の方向が上述した入力側の無段変速ユニット１とは反対であるが、基本的な構成は、入力側の無段変速ユニット１と同じである。すなわち、可動軸１６に保持された可動歯車２４ａ，２４ｂと、中間軸１３に保持された中間歯車２５ａ，２５ｂと、出力軸５に保持された出力歯車２６ａ，２６ｂとの三つを一列とした二列の歯車列によって構成されている。
【００３２】
その一方の可動歯車２４ａが一方向クラッチ２７を介して可動軸１６に取り付けられているのに対して、他方の可動歯車２４ｂはスプラインなどによって可動軸１６に対して一体に取り付けられている。なお、その一方向クラッチ２７は、可動軸１６が可動歯車２４ａに対して図１の矢印で示す方向に相対回転しようとする際に係合してトルクを伝達するように構成されている。また、各中間歯車２５ａ，２５ｂは、軸受２８を介して中間軸１３に回転自在に取り付けられている。さらに、前記一方向クラッチ２７を備えている可動歯車２４ａと共に一方の歯車列を構成している一方の出力歯車２６ａが、スプラインなどによって出力軸５に対して一体に取り付けられている。また、他方の出力歯車２６ｂは、一方向クラッチ２９を介して出力軸５に取り付けられている。なお、その一方向クラッチ２９は、出力歯車２６ａが出力軸５に対して図１の矢印で示す方向に相対回転しようとする際に係合してトルクを伝達するように構成されている。
【００３３】
上記のキャリヤ１５と共に可動軸１６および可動歯車２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂを中間歯車２０ａ，２０ｂ，２５ａ，２５ｂの周りに回動させるための回動機構について説明すると、中間軸１３の一端側（図２での右側）に従動ギヤ３０が取り付けられるとともに、この発明のアクチュエータに相当するモータ３１で回転させられる駆動ギヤ３２がその従動ギヤ３０に噛み合っている。したがってそのモータ３１を駆動することにより、中間軸１３と共にキャリヤ１５が回転し、その結果、可動軸１６およびこれによって保持している可動歯車２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂが、中間歯車２０ａ，２０ｂ，２５ａ，２５ｂの回転中心軸線を中心に旋回（あるいは公転）するようになっている。
【００３４】
つぎに上述した歯車式無段変速機の作用について説明する。三つの非円形歯車を順次噛み合わせた歯車列においては、入力歯車などの第１歯車と中間歯車などの第２歯車との間で変速が生じ、かつその第２歯車と出力歯車などの第３歯車との間で変速が生じ、したがって全体としての変速比は、それらの歯車の間での変速比の比として表される。これを、入力側の無段変速ユニット１における一方の歯車列について示すと、入力歯車１８ａの回転速度をω1とこれに噛み合っている中間歯車２０ａの回転速度をω2との速度比ω2／ω1は、各歯車１８ａ，２０ａの接触点（噛み合い位置）の回転中心からの距離の連続的な変化に対応して変化する。図１に示す状態では、その速度比ω2／ω1は、最も小さく（増速側に）なっている。同様に、可動歯車２２ａの回転速度をω3とすると、中間歯車２０ａとの速度比ω3／ω2は、各歯車２０ａ，２２ａの接触点（噛み合い位置）の回転中心からの距離の連続的な変化に対応して変化する。図１に示す状態では、その速度比ω3／ω2は、最も大きい（減速側に）なっている。
【００３５】
図３に、各歯車を楕円歯車で構成し、かつ各軸４，１３，１６を同一平面上に配列した状態における各速度比ω2／ω1，ω3／ω2を線図で示してある。上記のように入力歯車１８ａと中間歯車２０ａとの間の速度比ω2／ω1が最小の時に、中間歯車２０ａと可動歯車２２ａとの間の速度比ω3／ω2が最大となるから、それぞれの速度比を示す線は、位相がπ／２ずれた線となる。したがってこの状態での入力歯車１８ａと可動歯車２２ａとの間の速度比ω3／ω1は、“１”となる。すなわち、増減速が生じない。
【００３６】
一方、入力歯車１８ａと中間歯車２０ａとの相対的な位相と、中間歯車２０ａと可動歯車２２ａとの相対的な位相とを上記の変速比“１”の状態から変化させると、入力歯車１８ａと中間歯車２０ａとの間の変速の関係に対して中間歯車２０ａと可動歯車２２ａとの間の変速の関係が反対であったのが、位相の変化に応じて変化する。例えば、前記キャリヤ１５を図１の半時計方向に所定角度α回転させると、入力歯車１８ａと中間歯車２０ａとの間の速度比が最増速比となっていても、中間歯車２０ａと可動歯車２２ａとの間の速度比は最減速比からずれた比となる。その結果、入力歯車１８ａと可動歯車２２ａとの間の速度比ω3／ω1は、“１”より小さくなる。
【００３７】
一例として、非円形歯車からなる入力歯車と、非円形歯車からなる中間歯車との間の速度比ω2／ω1を、（１＋Ｃｓｉｎ２θ）（Ｃは絶対値が１より小さい定数）で表すと、中間歯車と可動歯車との間の速度比ω3／ω2は（１＋Ｃｓｉｎ２（θ＋α））で表され、結局、歯車群の全体としての速度比ω3／ω1は、
（１＋Ｃｓｉｎ２（θ＋α））／（１＋Ｃｓｉｎ２θ）
となる。なお、歯車群の全体としての速度比ω3／ω1は、歯車群を構成する歯車が、楕円歯車である場合、指数関数歯車である場合など、歯車群を構成する歯車の形状に応じて演算可能である。
【００３８】
そして、３個の楕円歯車を用いた無段変速ユニット１において、
入力歯車と中間歯車との速度比ω2／ω1は、
ω2／ω1＝（１−ε2）／（１＋ε2＋２・ε・ｃｏｓ（２θ1））・・・（１）
で表される。
また、中間歯車と可動歯車との間の速度比ω3／ω2は、
ω3／ω2＝（１−ε2）／（１＋ε2＋２・ε・ｃｏｓ（２θ2））・・・（２）
で表される。上記の式（１）および式（２）において、εは離心率である。離心率とは、歯車の回転中心から、歯車同士の噛み合い点までの距離を意味する。ここで、離心率は、０＜ε１
で表される。
上記の式（１）および式（２）から、無段変速ユニット１としての速度比ω3／ω1を算出可能であり、キャリヤ１５の角度αを変化させることにより、無段変速ユニット１としての変速比が連続的に（無段階に）変化することが判明している。
【００３９】
図１および図２に示す入力側の無段変速ユニット１は、各列が三つの楕円歯車で構成された二列の歯車列を備えているから、第１列における各歯車回転角度に対して第２列の各歯車の回転角度がπ／２、ずれている。したがって第１列の歯車列で増速が生じている状態では、第２列の歯車列は減速状態となっているが、上述したように各歯車列には一方向クラッチ１９，２７が介装されているので、入力軸４に対して可動軸１６を増速させるように機能するいずれか一方の歯車列がトルクの伝達をおこなう。したがってこの入力側の無段変速ユニット１による変速比は、第１の歯車列による変速比のピーク（図３の線図では上側の部分）と第２の歯車列による変速比のピーク（図３の線図では上側の部分）とをつないだ線で表され、“１”以上の領域で大小に変化するものとなる。
【００４０】
上述した図１および図２に示す構成では、上記の可動軸１６が入力側の無段変速ユニット１における出力軸となっており、かつその可動軸１６が出力側の無段変速ユニット２における入力軸となっている。したがって入力軸４に入力された動力が、上述した入力側の無段変速ユニット１による変速作用を受けて可動軸１６に伝達され、その可動軸１６の動力が、出力側の無段変速ユニット２による変速作用を受けて出力軸５に伝達され、ここから出力部材１２に出力される。すなわち、入力軸４と出力軸５との間、もしくは入力部材７と出力部材１２との間に、二つの無段変速ユニット１，２が直列に配列されかつ連結されているので、無段変速機の全体としての変速比は、各無段変速ユニット１，２で設定される速度比もしくは変速比に応じたものとなり、上記の具体例では、掛け合わせたものとなり、その結果、設定可能な変速比の幅を倍増させることができる。換言すれば、所定の変速比を得るための前記キャリヤ１５の回動角度αを小さくすることができる。
【００４１】
なお、図１および図２に示す構成の無段変速機では、可動軸１６およびキャリヤ１５が、各無段変速ユニット１，２で共用化されており、またこれらの各無段変速ユニット１，２が一つの固定フレーム３の内部に収められた構成となっているので、全体としての構成をコンパクト化することができる。さらに、入力軸４と出力軸５とを同一の軸線上に配置できるので、無段変速機に付随する他の機器（図示せず）との配置の自由度が高くなる。
【００４２】
この発明の無段変速機は、非円形歯車を使用した無段変速ユニットを直列に連結した構成であればよく、要は、前段側の無段変速ユニットの出力を後段側の無段変速ユニットの入力とするように構成されていればよい。したがって上述した図１および図２に示す構成以外に、例えば図４に示すように構成してもよい。
【００４３】
図４に示す例は、順次噛み合っている三つの非円形歯車からなる歯車列を四列使用して無段変速ユニットを構成し、その無段変速ユニットを二組、直列に連結して構成した例である。具体的に説明すると、入力側の無段変速ユニット５０は、固定フレーム５１の内部に軸受５２によって回転自在に保持した入力軸５３を有しており、その入力軸５３は固定フレーム５１の図４における左側に突出している。また、その入力軸５３には、楕円歯車などの非円形歯車からなる四つの入力歯車５４が、それぞれ一方向クラッチ５５を介して取り付けられている。その一方向クラッチ５５は、入力軸５３が特定の一方向に相対的に回転する場合に係合して、入力軸５３から入力歯車５４にトルクを伝達するように構成されている。
【００４４】
その入力軸５３と平行に出力軸５６が配置されている。この出力軸５６は、前述した図１および図２に示す例における中間軸に相当するものであって、図４での左側の端部が固定フレーム５１に軸受５７を介して支持されるとともに、図４での右側の端部が、固定フレーム５１を貫通してその外部に延び、かつその貫通部分で軸受５７によって回転自在に支持されている。
【００４５】
この出力軸５６には、前記入力歯車５４に噛み合っている非円形歯車からなる四つの中間歯車５８が、軸受５９を介して回転自在に取り付けられている。したがって各歯車５４，５８が楕円歯車の場合には、入力軸５３と出力軸５６との間隔は、その楕円の長軸半径と短軸半径とを加えた長さになっている。
【００４６】
さらに、出力軸５６には、いわゆる門型をなす回動保持部材すなわちキャリヤ（もしくは回動フレーム）６０が取り付けられている。すなわち、門型をなすキャリヤ６０の左右のいわゆる脚となる部分を出力軸５６が貫通し、その貫通部分に軸受６１を介装することにより、キャリヤ６０が出力軸５６に対して回動自在に取り付けられている。すなわち、キャリヤ６０は出力軸５６およびこれに取り付けてある中間歯車５８の中心軸線を中心に回動するように構成されている。
【００４７】
そのキャリヤ６０に、前記出力軸５６に対して平行となるように可動軸６２が保持され、その可動軸６２は軸受６３によってキャリヤ６０に対して回転自在に取り付けられている。この可動軸６２には、前記中間歯車５８に噛み合っている非円形歯車からなる四つの可動歯車６４が、スプラインなどの手段によって回転方向で一体化するように取り付けられている。なお、各可動歯車６４の可動軸６２に対する取付位相はそれぞれ異なっており、例えば四つの可動歯車６４を使用する場合には、π／８（＝π／２÷４）ずつずらせて可動軸６２に取り付けられている。したがって、それぞれの可動歯車６４に噛み合っている中間歯車５８同士、その中間歯車５８に噛み合っている入力歯車５４同士も、軸線方向で隣接している他の歯車に対して相対的な位相がずれている。さらに、可動軸６２と前記出力軸５６とには、互いに噛み合っている一対の円形歯車からなるカウンタギヤ対６５が取り付けられており、可動軸６２から出力軸５６にトルクを伝達するように構成されている。
【００４８】
なお、キャリヤ６０を回動させるための機構について説明すると、前記キャリヤ６０のうち前記出力軸５６が固定フレーム５１から突出している側の側面部に、出力軸５６の中心軸線を中心として円弧状の凹部もしくは貫通部が形成されており、その凹部もしくは貫通部の内周面と外周面とのいずれか一方にギヤ６６が形成され、そのギヤ６６に、この発明のアクチュエータに相当するモータ６７に連結された駆動ギヤ６８が噛み合っている。そのモータ６７は、前記出力軸５６の突出した方向に固定フレーム５１から突出した状態に配置されている。したがってモータ６７を駆動することにより、キャリヤ６０が出力軸５６の中心軸線を中心に回動するようになっている。
【００４９】
出力側の無段変速ユニット７０の基本的な構成は、上記の入力側の無段変速ユニット５０と同様である。具体的に説明すると、固定フレーム７１は前述した入力側の無段変速ユニット５０における固定フレーム５１とほぼ同様の構造であって、その入力側の無段変速ユニット５０における固定フレーム５１における側面、すなわち出力軸５６が突出している側の側面に一体的に取り付けられている。なお、前記モータ６７は、その出力側の無段変速ユニット７０における固定フレーム７１の内部に入り込んでいる。
【００５０】
前記出力軸５６は、各固定フレーム５１，７１の側壁部分を貫通しており、その貫通部分を軸受７２によって回転自在に支持され、また先端部が他の軸受７２を介して固定フレーム７１によって回転可能に支持されている。出力側の無段変速ユニット７０においては、この出力軸５６が入力軸として機能するようになっている。したがって、出力側の無段変速ユニット７０については、前記出力軸５６のこの部分を入力軸５６ａと記す。
【００５１】
すなわち、その入力軸５６ａに、楕円歯車などの非円形歯車からなる四つの入力歯車７３が、それぞれ一方向クラッチ７４を介して取り付けられている。その一方向クラッチ７４は、入力軸５６ａが特定の一方向に相対的に回転する場合に係合して、入力軸５６ａから入力歯車７３にトルクを伝達するように構成されている。
【００５２】
この入力軸５６ａと平行に出力軸７５が軸受７６を介して固定フレーム７１に回転自在に保持されており、前記入力歯車７３に噛み合っている非円形歯車である四つの中間歯車７７が、出力軸７５に軸受７８を介して回転自在に取り付けられている。これら入力歯車７３と中間歯車７７とは、入力側の無段変速ユニット５０における入力歯車５４および中間歯車５８と諸元が同じであり、したがって出力軸７５は、前記入力軸５３の延長軸線上に位置している。そして、その出力軸７５の端部が、前記入力側の無段変速ユニット５０とは反対方向に固定フレーム５１から突出しており、図示しない出力部材に連結されるようになっている。
【００５３】
また、出力軸７５には、門型のキャリヤ７９が軸受８０を介して回転自在に取り付けられており、このキャリヤ７９に可動軸８１が軸受８２を介して回転自在に支持されている。前記中間歯車７７に噛み合っている非円形歯車である四つの可動歯車８３が、その可動軸８１に一体となって回転するように取り付けられている。なお、各可動歯車８３の可動軸８１に対する取付位相はそれぞれ異なっており、例えば四つの可動歯車８３を使用する場合には、π／８（＝π／２÷４）ずつずらせて可動軸８１に取り付けられている。したがって、それぞれの可動歯車８３に噛み合っている中間歯車７７同士、その中間歯車７７に噛み合っている入力歯車７３同士も、軸線方向で隣接している他の歯車に対して相対的な位相がずれている。さらに、この可動軸８１と出力軸７５とが円形歯車であるカウンタギヤ対８４によってトルク伝達可能に連結されている。
【００５４】
さらに、キャリヤ７９を回動させるための回動機構は、前述した入力側の無段変速ユニット５０における機構と同様の構成であって、モータ８５によってギヤ８６を回転させることにより、これが噛み合っているキャリヤ７９のギヤ８７を介してキャリヤ７９にトルクが伝達され、キャリヤ７９が回動するようになっている。そのモータ８５は、固定フレーム７１から図４の左側に突出していて、入力側の無段変速ユニット５０における固定フレーム５１の内部に入り込んでいる。
【００５５】
したがって図４に示す無段変速機は、ほぼ同一構成の二組の無段変速ユニット５０，７０を用意し、一方の無段変速ユニット５０に対して他方の無段変速ユニット７０を左右および上下を反転させて一方の出力軸５６と他方の入力軸５６ａとを同一軸線上に並べて共通化し、同時に入力軸５３と出力軸７５とを同一軸線上に配置し、さらにそれぞれのモータ６７，８５を他方の固定フレーム５１，７１内に収容して突出部分を可及的に解消した構成となっている。
【００５６】
上記の入力軸５３に伝達されたトルクは、入力側の無段変速ユニット５０におけるキャリヤ６０の回動角度に応じた変速比での変速作用を受けて可動軸６２に伝達され、さらにカウンタギヤ対６５を介して出力軸５６に伝達される。この出力軸５６が出力側の無段変速ユニット７０における入力軸５６ａとなっているので、入力側の無段変速ユニット５０から出力側の無段変速ユニット７０にトルクが伝達される。そして、出力側の無段変速ユニット７０においてはその入力軸５６ａに伝達されたトルクが、キャリヤ７９の回動角度に応じた変速比での変速作用を受けて可動軸８１に伝達され、さらにカウンタギヤ対８４を介して出力軸７５に伝達される。
【００５７】
結局、入力軸５３と出力軸７５との回転数の比率すなわち無段変速機の全体としての変速は、各無段変速ユニット５０，７０においてそれぞれのキャリヤ６０，７９の回動角度に応じて設定される変速比に基づいたものとなり、具体的に掛け合わせたものとなる。そのため、無段変速機の全体としての変速比の設定可能な幅が広くなる。なお、図４に示す構成では、各無段変速ユニット５０，７０で個別に変速比を変化させることができるので、図１および図２に示す構成の無段変速機と比較して変速の自由度が高くなる。また、図４に示す構成では、一方の出力軸５６と他方の入力軸５６ａとを一体化してあるので、複数の無段変速ユニットを直列に連結する際の連結機構が簡素化され、その結果、突出部分となる前記モータ６７，８５を他方の固定フレーム５１，７１の内部に収容する構成と相まって、全体として構成をコンパクト化でき、また部品点数の削減によって軽量化も可能になる。さらに、入力軸５３と出力軸７５とが同一軸線上に配列されるので、無段変速機に付随する他の機器（図示せず）との配置の自由度が高くなる。
【００５８】
ところで、この発明で使用できる非円形歯車は楕円歯車に限定されず、各種の形状のものを使用することができる。その場合、理論上のピッチ円の形状として図５の（ａ）に示すような形状Ｐ１も可能であるが、この種の形状Ｐ１では丸で囲んだ部分が不連続点Ｘとなり、変速比および回転数が急激に変化する構成となる。そこで、その不連続点Ｘとなる部分のピッチ円を滑らかな曲線で置き換えた図５の（ｂ）に示す形状Ｐ２とすれば、例えば変速比のピークが図３に併記してあるように曲線で表される滑らかに変化するものとなる。こうすることにより、回転速度や回転加速度の変化を緩和してノイズの少ない無段変速機とすることができる。また、不連続点がなくなることにより歯車の成立上有利になる。
【００５９】
なお、この発明は上述した各具体例に限定されないのであって、直列に連結する無段変速ユニットは二組に限られない。また、キャリヤを回動させるためのアクチュエータとしてモータ以外の回転式のアクチュエータや直動型のアクチュエータを使用してもよい。また使用できる歯車は楕円歯車以外に指数関数歯車であってもよく、あるいは偏心位置を中心に回転しかつ互いに噛み合っている円形歯車であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明の一例を模式的に示す図であって、図２のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図２】この発明の一例を模式的に示す正面図である。
【図３】入力歯車と中間歯車と可動歯車との間の回転速度比を示す線図である。
【図４】この発明の他の例を模式的に示す正面図である。
【図５】不連続点のある非円形歯車のピッチ円形状とその不連続点を解消したピッチ円形状とを示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１，２，５０，７０…無段変速ユニット、  ７…入力部材、  １２…出力部材、  ４，５３，５６ａ…入力軸、  ５，５６，７５…出力軸、  １５，６０…キャリヤ、  １６…可動軸、  １８ａ，１８ｂ，５４…入力歯車、  １９，２３，２７，２９，５５，７４…一方向クラッチ、  ２０ａ，２０ｂ，２５ａ，２５ｂ，５８，７７…中間歯車、  ２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂ…可動歯車、  ２６ａ，２６ｂ…出力歯車、  ３０…従動ギヤ、  ３１，６７，８５…モータ、  ３２，６８…駆動ギヤ、  ６６，８６，８７…ギヤ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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