(57)【要約】【課題】同軸上に配置した入力軸および出力軸間で回転方向および変速比を任意に制御する。【解決手段】入力軸１５に設けた第１コーン面１９ａと、ハウジング１１に回転自在に支持したリング部材２４に設けた第２コーン面２４ａと、出力軸１８に設けた球面２０とに、円板部２８ｃをそれぞれ点ａ、点ｂおよび点ｃで当接させたロータ２８のボールジョイント部２８ａを、ハウジング１１にアクチュエータ２７で軸線Ｌ方向に摺動自在に支持したスライダ２５にボールベアリング２９で支持する。ロータ２８がボールジョイント部２８ａまわりに揺動して点ａ、点ｂおよび点ｃの位置が変化することにより、入力軸１５の回転が第１コーン面１９ａからロータ２８および球面３０を介して同方向あるいは逆方向に、かつ変速されて出力軸１７に伝達される。【選択図】      図３
2004169744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線（Ｌ）を有するハウジング（１１）と、
ハウジング（１１）に軸線（Ｌ）まわりに回転自在に支持された入力軸（１５）と、
ハウジング（１１）に軸線（Ｌ）まわりに回転自在に支持された出力軸（１７）と、
入力軸（１５）と一体に設けられて軸線（Ｌ）に対して４５°傾斜した第１コーン面（１９ａ）と、
ハウジング（１１）の内部に軸線（Ｌ）方向に移動自在に支持されたリング部材（２４）と
リング部材（２４）と一体に設けられて軸線（Ｌ）に対して４５°傾斜した第２コーン面（２４ａ）と、
第１、第２コーン面（１９ａ，２４ａ）を径方向外側に延長した交点の径方向内側の軸線（Ｌ）上に中心を有して出力軸（１７）と一体に形成された球面（２０）と、
ハウジング（１１）の内部に軸線（Ｌ）方向に移動自在、かつ円周方向に回転自在に支持されたスライダ（２５）と、
スライダ（２５）の円周方向複数個所に配置されて回転軸（Ａ）まわりに回転可能な複数のロータ（２８）とを備え、
各々のロータ（２８）は、スライダ（２５）に回転自在かつ揺動自在に支持されたボールジョイント部（２８ａ）と、外周部が第１、第２コーン面（１９ａ，２４ａ）に当接するとともに、底面が球面（２０）に当接する円板部（２８ｃ）とを備え、
付勢手段（２３）でリング部材（２４）を軸線（Ｌ）方向に付勢することで、ロータ（２８）の円板部（２８ｃ）を第１、第２コーン面（１９ａ，２４ａ）および球面（２０）に圧接したことを特徴とする無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同軸に配置された入力軸および出力軸を備え、入力軸の回転を変速し、かつ回転方向を同方向あるいは逆方向にして出力軸に伝達する無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
入力軸の回転を無段変速して出力軸に伝達する無段変速機として、ベルト式無段変速機やトロイダル式無段変速機が知られている。
【０００３】
ベルト式無段変速機は、駆動プーリを備えた入力軸および従動プーリを備えた出力軸を平行に配置し、駆動プーリおよび従動プーリに無端ベルトを巻き掛けたもので、駆動プーリの有効半径の増加・減少に応じて従動プーリの有効半径を減少・増加させることで変速比を無段階に変化させるようになっている。
【０００４】
またトロイダル式無段変速機は、入力ディスクおよび出力ディスクを同軸に配置し、それらの相対向する一対のトロイダルキャビティにパワーローラを当接させたもので、パワーローラを傾斜させて入力ディスクおよび出力ディスクのトロイダルキャビティに対する当接点を径方向に移動させることで変速比を無段階に変化させるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記ベルト式無段変速機は、入力軸と出力軸とを同軸上に配置することができず、しかも入力軸の回転方向と出力軸の回転方向とが同方向に限られてしまう問題がある。
【０００６】
また上記トロイダル式無段変速機は、構造が複雑で極めて高価であり、しかもベルト式無段変速機と同様に入力軸の回転方向と出力軸の回転方向とが同方向に限られてしまう問題がある。
【０００７】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で回転方向および変速比を任意に制御することが可能な無段変速機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、軸線を有するハウジングと、ハウジングに軸線まわりに回転自在に支持された入力軸と、ハウジングに軸線まわりに回転自在に支持された出力軸と、入力軸と一体に設けられて軸線に対して４５°傾斜した第１コーン面と、ハウジングの内部に軸線方向に移動自在に支持されたリング部材と、リング部材と一体に設けられて軸線に対して４５°傾斜した第２コーン面と、第１、第２コーン面を径方向外側に延長した交点の径方向内側の軸線上に中心を有して出力軸と一体に形成された球面と、ハウジングの内部に軸線方向に移動自在、かつ円周方向に回転不能に支持されたスライダと、スライダの円周方向複数個所に配置されて回転軸まわりに回転可能な複数のロータとを備え、各々のロータは、スライダに回転自在かつ揺動自在に支持されたボールジョイント部と、外周部が第１、第２コーン面に当接するとともに、底面が球面に当接する円板部とを備え、付勢手段でリング部材を軸線方向に付勢することで、ロータの円板部を第１、第２コーン面および球面に圧接したことを特徴とする無段変速機が提案される。
【０００９】
上記構成によれば、ロータの回転軸が軸線に対して直交しているとき、入力軸の回転が第１コーン面からロータの円板部に伝達されて該ロータが回転軸まわりに回転しても、球面に当接する円板部の当接点の周速がゼロであるため、円板部の回転が球面に伝達されずに出力軸は回転しない。スライダを軸線方向に移動させるとロータが傾き、球面に当接する円板部の当接点に周速が発生するため、円板部の回転が球面に伝達されて出力軸は回転する。従って、ロータの傾斜方向に応じて出力軸の回転方向を変化させ、ロータの傾斜角度に応じて出力軸の回転数を変化させることができる。ロータが傾斜するとき、その円板部は第１コーン面、第２コーン面および球面に常に当接して動力伝達を行うことができ、しかもロータのボールジョイント部は常に軸線と平行に移動するためにスライダとの位置関係が変化することがない。
【００１０】
このように簡単な構造の無段変速機により、同軸上に配置した入力軸および出力軸間で回転方向および変速比を任意に制御することが可能となる。
【００１１】
尚、実施例の皿ばね２３は本発明の付勢手段に対応する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１３】
図１〜図４本発明の一実施例を示すもので、図１は無断変速機の縦断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は変速時の作用説明図、図４は本発明の原理の説明図である。
【００１４】
図１〜図３に示すように、無段変速機Ｔのハウジング１１は、有底円筒状のハウジング本体１２と、その一端開口部を閉塞するハウジングカバー１３とを備えており、ハウジング本体１２の端面にボールベアリング１４を介して入力軸１５が回転自在に支持されるとともに、ハウジングカバー１３にボールベアリング１６を介して出力軸１７が回転自在に支持される。これらの入力軸１５および出力軸１７は同一軸線Ｌ上に位置しており、入力軸１５の軸端は出力軸１７の軸端に嵌合してニードルベアリング１８で相対回転自在に支持される。
【００１５】
入力軸１５に一体に設けられた入力ディスク１９に軸線Ｌに対して４５°傾斜した第１コーン面１９ａが形成される。また出力軸１７の軸端には、前記ニードルベアリング１８の外周を囲むように球面２０が一体に形成される。ハウジングカバー１３に固定した環状の支持ブロック２１がハウジング本体１２の内部に嵌合しており、この支持ブロック２１の内周に軸線Ｌ方向に摺動自在に支持されたボールベアリング２２が，２枚の皿ばね２３，２３で入力軸１５側に付勢される。ボールベアリング２２によって回転自在に支持されたリング部材２４に、軸線Ｌに対して４５°傾斜した第２コーン面２４ａが形成される。第１コーン面１９ａおよび第２コーン面２４ａの延長線は点ｏにおいて交差し、その交差角は９０°である。また出力軸１７の球面２０の中心は軸線Ｌ上であって、前記点ｏの径方向内側に位置している。
【００１６】
ハウジング本体１２の内部に嵌合する概略円筒状のスライダ２５は、その外周面がハウジング本体１２の内周面に凹凸係合２６…して円周方向の回転を規制されており、ハウジング１１の外部に配置した油圧式、空圧式、電気式等のアクチュエータ２７に接続されて軸線Ｌ方向に摺動自在である。スライダ２５の内部に、所定個数（実施例では５個）のロータ２８…が所定間隔（実施例では７２°間隔）で配置される。各々のロータ２８はボールジョイント部２８ａと、ボールジョイント部２８ａにネック部２８ｂを介して連なる円板部２８ｃとを備えており、前記点ｏを中心に持つボールジョイント部２８ａはスライダ２５に形成した円形の支持孔２５ａにボールベアリング２９を介して支持され、点ｏまわりに回転自在、かつ首振り自在である。
【００１７】
ロータ２８の円板部２８ｃの上面外周部は点ａおよび点ｂにおいてそれぞれ第１コーン面１９ａおよび第２コーン面２４ａに当接し、平坦な下面は点ｃにおいて出力軸１７の球面２０に当接する。
【００１８】
次に、本発明で用いられる原理を図４に基づいて説明する。
【００１９】
直交するＸ軸およびＹ軸があり、直角二等辺三角形ｏａｂの辺ｏａがＸ軸に重なり、辺ｏｂがＹ軸に重なっている。この状態から、三角形ｏａｂの頂点ａがＸ軸に沿って移動し、頂点ｂがＹ軸に沿って移動すると、三角形ｏａｂの頂点ｏは直線Ｐ上を移動し、三角形ｏａｂの辺ａｂ上の点ｃ′は円弧よりなる包絡線２０′を描く。従って、三角形ｏａｂの辺ａｂと平行で距離αだけ離れた直線Ｑ上の点ｃは円弧よりなる包絡線２０を描く。
【００２０】
この原理を図１の無段変速機Ｔに適用すると、三角形ａｂｃの頂点ｏはロータ２８のボールジョイント部２８ａの中心点ｏに対応し、三角形ａｂｃの頂点ａは第１コーン面１９ａに当接する円板部２８ｃの上面の点ａに対応し、三角形ａｂｃの頂点ｂは第２コーン面２４ａに当接する円板部２８ｃの上面の点ｂに対応し、包絡線２０は出力軸１７の球面２０に対応し、辺ａｂから距離αだけ離れた直線Ｑ上の点ｃ（包絡線２０に接する点）は円板部２８ｃの下面の点ｃに対応する。
【００２１】
従って、図１において、アクチュエータ２７でスライダ２５を軸線Ｌに沿って往復移動させると、ロータ２８の円板部２８ａが第１コーン面１９ａに点ａで当接し、第２コーン面２４ａに点ｂで当接し、出力軸１７の球面２０に点ｃで当接しながら、ロータ２８は図１において左右に揺動することができる。このとき、ロータ２８のボールジョイント部２８ａの中心点ｏは、ボールベアリング２９の中心から外れることはなく、常に直線Ｐ上に存在することになる。
【００２２】
次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。
【００２３】
図１に示すように、ロータ２８の回転軸Ａが入力軸１５および出力軸１７の軸線Ｌに対して直交している状態で入力軸１５が回転すると、入力軸１５と一体の第１コーン面１９ａに点ａで円板部２８ｃを当接させたロータ２８が回転軸Ａまわりに回転し、円板部２８ｃに点ｂで第２コーン面２４ａを当接させたリング部材２４が、円板部２８ｃにより駆動されて軸線Ｌまわりに空転する。このとき、ロータ２８のボールジョイント部２８ａはボールベアリング２９によって回転自在に支持され、円板部２８ｃの底面は点ｃで球面２０に当接する。
【００２４】
この状態では、円板部２８ｃの底面が球面２０に当接する点ｃはロータ２８の回転軸Ａ上に存在するために周速がゼロになり、円板部２８ｃから球面２０への駆動力の伝達は行われない。つまり、入力軸１５が回転しても出力軸１７は停止した状態に維持される。
【００２５】
この状態から、図３に示すように、アクチュエータ２７でスライダ２５を例えば図中左方向に移動させると、スライダ２５にボールベアリング２９を介して支持されたボールジョイント部２８ａが図中左方向に移動する。その結果、５個のロータ２８…は一斉に傾斜し、点ａは第１コーン面１９ａに沿って径方向内側に移動し、点ｂは第２コーン面２４ａに沿って径方向外側に移動し、点ｃは球面２０に沿って図中左側に移動する。このとき、図４で説明した原理により、三角形ｏａｂの形状は図１の形状と変化することはなく、点ａ、点ｂおよび点ｃにおける当接状態が確保され、しかも点ｏは直線Ｐから外れることなく該直線Ｐに沿って図中左側に移動する。
【００２６】
しかして、入力軸１５が回転すると該入力軸１５と一体の第１コーン面１９ａに点ａで円板部２８ｃを当接させたロータ２８が、ボールジョイント部２８ａをボールベアリング２９に支持された状態で回転軸Ａまわりに回転し、円板部２８ｃに点ｂで第２コーン面２４ａを当接させたリング部材２４が、円板部２８ｃににより駆動されて軸線Ｌまわりに空転する。この状態では、円板部２８ｃの底面が球面２０に当接する点ｃはロータ２８の回転軸Ａから距離βだけ偏心していて周速が存在するため、円板部２８ｃに点ｃで当接する球面２０に駆動力が伝達される。
【００２７】
図３の状態では、点ａおよび点ｃが共にロータ２８の回転軸Ａの片側に存在するため、入力軸１５の回転方向と出力軸１７の回転方向とは同方向になる。またロータ２８の傾斜角が増加すると、ロータ２８の回転軸Ａと点ｃとの距離βが増加することにより、入力軸１５の回転数に対する出力軸１７の回転数は次第に増加する。尚、ロータ２８の傾斜角が増加すると、軸線Ｌから点ａおよび点ｃまでの距離が共に変化するが、前記距離の変化は何れも減少方向であるために、変速比への影響は小さなものとなる。
【００２８】
要するに、アクチュエータ２７でスライダ２５を図１の位置から図３の位置へと移動させたとき、入力軸１５の回転数を一定とすると、出力軸１７の回転数はゼロから次第に増加し、その回転方向は入力軸１５の回転方向と同じになる。
【００２９】
逆に、アクチュエータ２７でスライダ２５を図１の状態から図中右方向に移動させたとき、ロータ２８のボールジョイント部２８ａが図中右側に移動するため、ロータ２８の回転軸Ａを挟んで点ａと点ｃとが反対側に位置するようになる。その結果、入力軸１５の回転数を一定とすると、スライダ２５の右方向への移動に伴って出力軸１７の回転数はゼロから次第に増加し、その回転方向は入力軸１５の回転方向と逆方向になる。
【００３０】
上述のようにして入力軸１５から出力軸１７への動力伝達が行われているとき、皿ばね２３，２３の弾発力で第２コーン面２４が左方向に付勢されてロータ２８の円板部２８ｃを第１コーン面１９ａとの間に強く挟み付け、点ａ、点ｂおよび点ｃに強い面圧を発生させてスリップを防止することができる。
【００３１】
以上のように、本実施例の無段変速機Ｔによれば、アクチュエータ２７でスライダ２５を軸線Ｌ方向に移動させるだけで、入力軸１５の回転方向に対する出力軸１７の回転方向を任意に切り換えることができ、また入力軸１５の回転数に対する出力軸１７の回転数の比を任意に変更することができる。その際に、点ａ、点ｂおよび点ｃをそれぞれ第１コーン面１９ａ、第２コーン面２４ｂおよび球面２０に当接させた状態でロータ２８が傾いても、そのボールジョイント部２８ａの中心点ｏはスライダ２５が移動する軸線Ｌと平行な直線Ｐ上を移動するため、ボールベアリング２９とボールジョイント部２８ａとの位置関係を一定に保持して安定した作動を可能にすることができる。
【００３２】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は上記実施例に限定されず、特許請求の範囲の記載内で種々の設計変更を行うことができる。
【００３３】
例えば、例えば、実施例の無段変速機Ｔは５個のロータ２８…を備えているが、その数は複数個であれば任意である。
【００３４】
また実施例では付勢部材として皿ばね２３，２３を例示したが、他の任意の種類のばねや油圧を用いることも可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、ロータの回転軸が軸線に対して直交しているとき、入力軸の回転が第１コーン面からロータの円板部に伝達されて該ロータが回転軸まわりに回転しても、球面に当接する円板部の当接点の周速がゼロであるため、円板部の回転が球面に伝達されずに出力軸は回転しない。スライダを軸線方向に移動させるとロータが傾き、球面に当接する円板部の当接点に周速が発生するため、円板部の回転が球面に伝達されて出力軸は回転する。従って、ロータの傾斜方向に応じて出力軸の回転方向を変化させ、ロータの傾斜角度に応じて出力軸の回転数を変化させることができる。ロータが傾斜するとき、その円板部は第１コーン面、第２コーン面および球面に常に当接して動力伝達を行うことができ、しかもロータのボールジョイント部は常に軸線と平行に移動するためにスライダとの位置関係が変化することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】無断変速機の縦断面図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】変速時の作用説明図
【図４】本発明の原理の説明図
【符号の説明】
Ａ          回転軸
Ｌ          軸線
１１        ハウジング
１５        入力軸
１７        出力軸
１９ａ      第１コーン面
２０        球面
２３        皿ばね（付勢手段）
２４        リング部材
２４ａ      第２コーン面
２５        スライダ
２８        ロータ
２８ａ      ボールジョイント部
２８ｃ      円板部
【図１】
2004169744.tif 000003
【図２】
2004169744.tif 000004
【図３】
2004169744.tif 000005
【図４】
2004169744.tif 000006