(57)【要約】【課題】従来の変速装置にはない、動力伝達に摩擦力を介する方式ではなくトルクコンバータを必要とせず、全負荷に至ってもスリップが全く発生しないでクラッチ機構の装着も必要としない簡易構造で製造コストが低く大動力伝達に適応し、低燃費と大気汚染の低減と産業廃棄物の排出量低減等、地球環境の保全に貢献する無段変速装置にする。【解決手段】発明の無段変速装置は、回転する入力軸にもう一の軸芯を設け入力軸芯との芯間距離を調整することにより変速ゼロ回転から無段変速回転する構造とする事によってクラッチ機能を併せ持つ無段変速装置にしたものです。【選択図】  図２
2005172179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発明の無段変速装置は、Ａ部位Ｂ部位の二部位構成にしてあります。
Ａ部位は入力軸に取付けて同軸と一体回転する回転半径変更プレートＡ１２に径方向にスライドできるＡ部位ラックＡＶを組付け、回転半径変更プレートＡ１２の回転中に入力軸芯からＡ部位ラックの芯を、径方向に距離ゼロから一定の距離まで無段階に芯間距離の調整をＡ部位調整レバーＡ4で外部から自由にできることを特徴とする装置。
【請求項２】
Ｂ部位は、前記Ａ部位の入力軸と一体回転する回転半径変更プレート内の入力軸芯とＡ部位ラックの芯との芯間距離に応じた揺動に変換して、入力されている回転を出力回転ゼロに保持したり無段階変速の回転に変換することを特徴とする装置です。
【請求項３】
上記のＡ部位とＢ部位を連結作動さて、従来のように原動力となるエンジン又はモーターと変速装置の間に動力を断続するクラッチ機構の装着を必要としないで、全負荷状態に至ってもスリップ等の伝達動力ロスが発生しない全機械咬合い方式で出力回転ゼロの保持ができると共に無段階に変速回転できる、クラッチ機能と無段変速機能を併せ持つことを特徴とする無段変速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の無段変速装置は、入力軸内にもう一の軸芯を設けてその軸芯を径方向に距離ゼロから一定の距離まで無段階に芯間距離の調整できることを特徴とする装置のＡ部位と、その芯間距離に応じて回転ゼロから無段階変速回転に変換することを特徴とする装置のＢ部位とを連結して作動させる、装置内機構全部が機械咬合い式でありながら、原動機と変速装置の間に従来から必然的に装着されていたクラッチ機構の装着を必要としなで無段変速する技術です。
【０００２】
したがって、原動機から回転入力中においても出力回転をゼロに保持したり、無段変速したりが可能な構造であるため、自動車や軌道電車等の輸送機関あるいは産業用機器類の装置に従来から必然的に装着していた動力断続機構のクラッチ機構の装着を不要とする、クラッチ機能を併せ持つ無段変速装置にすることを目的にしたものです。
【背景技術】
【０００３】
従来の無段変速装置として、三角錐のコーンやベルトとプーリを使用し一対の径を互いに変化させて変速する方式や、パワーローラとそれを挟み込む一対の曲面加工円盤を使用するトロイダル方式でいずれも動力伝達に摩擦力を介する方式、及び歯車式有段変速機構とトルクコンバータや油圧力を組み合わせた方式、油圧ポンプ&油圧モーター方式等があります。
【０００４】
従来からの変速装置には、原動機から回転入力中に出力回転をゼロに保つため、あるいは動力伝達中に入力回転と出力回転との回転比率を変えるために一旦伝達動力の断続が必要であり油圧ポンプ&油圧モーター方式の変速装着を除けばクラッチ機構の装着が不可欠なものであり、クラッチ機構として、摩擦板を圧搾する摩擦力式、流体動力伝達を活用したトルクコンバータ式等のクラッチ機構を必然的に装着しております。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の無段変速装置で三角錐のコーンやベルト&プーリ方式は摩擦力を介する動力伝達方式のため大負荷時にスリップが発生して動力伝達力の限界点が低い欠点があり、歯車式有段変速機構とトルクコンバータや油圧力を組み合わせた方式やトロイダル方式は精密で複雑な構造で製作コストが高額なこととベルト＆プーリ式よりは大動力伝達ができるが、
【０００６】
両方式とも摩擦力を介する動力伝達方式のため過負荷時にはスリップによる動力伝達ロスは避けられません、油圧ポンプ&油圧モーター方式は流体移動を介する動力伝達機構のため高速回転向きでない等其々の大きな課題があります。
【０００７】
そのため高速の回転で大負荷の動力伝達を要求される大型貨物自動車や輸送機械には無段変速装置の普及度が低いのが現況です。
【０００８】
従来の無段変速装置を含む変速装置には原動機から回転入力中に出力回転をゼロに保つため、あるいは動力伝達中に入力回転と出力回転との回転比率を変えるために一旦伝達動力の断続が必要であり油圧ポンプ&油圧モーター方式の変速装置を除けばクラッチ機構の装着が不可欠なものであります。
【０００９】
クラッチ機構として、摩擦板を圧搾する摩擦力式、流体動力伝達を活用したトルクコンバータ式等のクラッチ機構を必然的に装着しております。
動力の断続時に発生する空転や滑りが発熱エネルギーとなって放散される等のエネルギーロスを招き燃費の悪化となり、そのエネルギーロス分の二酸化炭素も地球温暖化の原因となって地球環境を悪化させつつあります。
【００１０】
摩擦力は部品の磨耗を招き、トルクコンバータ方式は複雑で精密な構造であり、製作コスト及びメンテナンス費用を高くしております。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明の無段変速装置は、Ａ部位Ｂ部位の二部位構成にしてあります。
Ａ部位は入力軸に取付けて同軸と一体回転する回転半径変更プレートＡ１２に径方向にスライドできるＡ部位ラックＡＶを組付け、回転半径変更プレートＡ１２の回転中に入力軸芯からＡ部位ラックの芯を外部から自由にＡ部位調整レバーＡ4で径方向に距離ゼロから一定の距離まで無段階に芯間距離の調整することを特徴とする装置です。
【００１２】
Ｂ部位は、前記Ａ部位の入力軸と一体回転する回転半径変更プレート内の入力軸芯とＡ部位ラックの芯との芯間距離に応じて、入力されている回転を出力回転ゼロに保持したり無段階変速回転に変換したりできることを特徴とする装置です。
【００１３】
上記のＡ部位とＢ部位を連結作動させて、従来のように原動力となるエンジン又はモーターと変速装置の間に動力を断続するクラッチ機構の装着を必要としないで、全負荷状態に至ってもスリップ等の伝達動力ロスが発生しない全機械咬合い方式で出力回転ゼロの保持ができると共に無段階に変速回転できる、クラッチ機能と無段変速機能を併せ持つ無段変速装置にすることにより課題の解決が可能になります。
【発明の効果】
【００１４】
高回転を必要とする無段変速装置において従来の技術ではクラッチ機構の装着が必須でありそれに伴う前記の課題の発生は避けられませんから、クラッチ機構の装着を不要であり、全機械咬合い式でスリップの発生がない無段変速装置にすることは前記課題を一挙に解決します。
【００１５】
本発明は、原動機からの入力が回転中であっても出力回転をゼロ回転に保持ができ、ゼロ回転からの無段変速が任意にできる装置にすることによって、動力伝達機構に従来から必然的に装着されていたクラッチ機構の装着が不要、しかも当該発明の装置の変速方法は摩擦力や流体伝達を介する動力伝達方式でない全機械咬合い方式のため伝達動力が過負荷状態に至ってもスリップの発生が全く無いので、一般産業機器の無段変速装置から小型自動車は勿論、高速の回転で大負荷容量の動力伝達を要求される大型の貨物自動車や軌道電車などの大型輸送機械にも適応できる変速装置になります。
【００１６】
クラッチ装置を製造するために費やしていた部品材料費、部材の加工費、加工時間、油圧作動油及びメンテナンスに費やす費用が全く不要になる等々、計り知れない程の効果といえます。
【００１７】
発明の装置には、摩擦機能やスリップ機能を活用してないためそれに伴う磨耗部品の発生が無いことで耐久性が向上することに加えて、動力断続の滑りや空転が全く無いのでそれに伴い発熱エネルギー等となって放散されるエネルギーロスが全く無くなる等のことから燃費削減は勿論、地球温暖化の要因とされる二酸化炭素の排出削減になり地球環境保全の効果に繋がります。
【００１８】
発明の装置の特徴、回転比ゼロからの無段変速は動力断続時の変速ショックは発生しないので自動車等に使用する場合、運転者及び乗員に変速ショックによる違和感が無い快適な乗り心地を提供する効果があります。
【００１９】
説明（００５９）から、発明の装置は構造の特徴から、自動車等で坂道発進する場合に、ブレーキ操作をしなくても後ずさりすることが無いスムースな坂道発進が得られる効果があります。
【００２０】
（図１・図２・図３・図４）で見るように、発明の装置の構造は簡単で小型なものに製作できるため、クラッチ装置の装着が不要なことと併せて、構成部品点数の削減、機械製品自体の小型化及び簡易になるメンテナンス性等、使用廃止過程に至り産業廃棄物の減少までも大きな効果が得られます。
【００２１】
説明中の前記（図１・図２・図３）のＡ部位は、Ａ部位ラックＡＶに相当する部分に切削刃を装着してＡ部位調整レバーA4で外部から切削刃の調整することによって、旋盤加工のように切削部材自体を回転させて切削加工することが不可能な部材に穴加工を施すボーリングマシンのボーリングヘットに活用し、ボアの切削拡大工程のたびにボーリングヘットの回転を停止すること無く切削刃の位置調整ができるので連続加工が可能となり、加工時間の短縮のほかモーター回転の断続が不要になり電力力率の向上が図れ省電力になります。
【００２２】
尚、ボーリングヘット回転稼動中に外部からＡ部位調整レバーA4を操作することで、ストレートボア加工の場合だけでなく、ボア加工の工程途中でもボア内にテーパー加工や曲面加工等も簡易になります。
【００２３】
当項上記の（００２１）同様、Ａ部位を研磨機の研磨ヘットに活用し、回転半径変更プレートの回転アクションに加え、Ａ部位調整レバーA4で外部よりＡ部位ラックに任意のアクションを追加することにより、同一工程で二種類のアクションをもつ研磨ヘットとなり、研磨加工部材に適したもうひとつの研磨アクションを与える効果と、研き跡の紋様を活用する場合等には、従来には無かった紋様を得る効果があります。
【００２４】
当項上記の（００２１）同様、切削加工機械に活用して、一台の切削へットに二種類の切削刃を設けて、回転稼動中に外部からＡ部位調整レバーA4を操作することで、一工程で二種類の同時加工が可能となります。
同時加工できることで、加工部材の着脱もしくは切削刃の取替え等による作業省略の加工時間の短縮は勿論、加工精度の悪化防止の効果となります。
【００２５】
バッテリーをエネルギー源とし、インバータ制御が不可能な直流モーターの電気自動車等から複雑で重い流体トルクコンバータの装着から簡単構造・軽量の当発明の装置に代えることで、電気自動車等自体の小型軽量化と蓄電電気を有効に利用できる有意義な活用の仕方です。
【００２６】
A部位の機構を活用することで、吸気・排気のバルブ機構を採用している内燃機関のバルブタイミングを回転中の一本のカムシャフト内で低速向け高速向けの無段階のバルブタイミングを可能にする操作機構として適応します。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
発明の装置は、（図１・図２・図３）のようにA部位とB部位の二部位で構成してあり、A部位は入力軸に取付けた回転半径変更プレートA12に組込んだＡ部位ラックＡＶの軸又は穴(図３、以降偏芯軸と記載します)の芯と入力軸芯との偏芯距離を任意に調整さて、偏芯軸はその偏芯距離を保ちながら入力軸及び回転半径変更プレートA12と一体になって回転し、B部位へ回転を伝達します。
【００２８】
B部位はA部位で偏芯距離を調整されて回転する偏芯軸の偏芯回転半径に応じた変速回転に変換して出力軸に回転を伝達します。
【００２９】
A部位の構成（図１・図２・図３）、原動機から直接入力される入力軸に回転半径変更プレートA12を結合してあり、回転半径変更プレートA12には偏芯軸を取付けたＡ部位ラックＡＶを偏芯軸の芯が入力軸芯と同芯になるように組付けてあります（図３のＤ）。
【００３０】
Ａ部位ラックＡＶの偏芯軸の偏芯距離を自由に調整するための装置として、第一遊星ギヤ機構と第二遊星ギヤ機構の二組の遊星ギヤ機構があります。
第一遊星ギヤ機構の入力は入力軸に取付けたサンギヤA2です。
第一遊星ギヤ機構のインターナルギヤであるA部位調整ギヤＡ３はA部位ケース間にベアリングを介して回動ができ、偏芯軸の偏芯距離を調整するためのＡＶ調整レバーA4を取付けてあります。
【００３１】
第一遊星ギヤ機構の共通キャリヤA6は第二遊星ギヤ機構のキャリヤと共用してあります。
第二遊星ギヤ機構のインターナルギヤA8はＡ部位ケースに固定してあり回動しません。
第二遊星ギヤ機構のサンギヤA9にはＡ部位ラックＡＶを調整移動するための回転半径変更ギヤA11を取付けてあります。
第一遊星ギヤ機構と第二遊星ギヤ機構のサンギヤＡ２とＡ９、インターナルギヤＡ3とＡ８、其々の歯数を同数としてあるのでギヤ比は同比です、又はギヤ比を同比にします。
【００３２】
Ａ部位作動説明、Ａ部位に入力回転中でＡＶ調整レバーA4は調整量ゼロ値とします（図３のＤ）。
入力軸と第一遊星ギヤ機構のサンギヤＡ２と回転半径変更プレートが一体回転します。
第一遊星ギヤ機構と第二遊星ギヤ機構のギヤ比が同比なので第二遊星ギヤ機構のサンギヤＡ９も入力軸と同回転します。
【００３３】
サンギヤＡ９と回転半径変更ギヤＡ11は結合してあるので一体回転します。
すなわち、入力軸・回転半径変更プレート・回転半径変更ギヤ・Ａ部位ラックＡＶは一体回転しておます。
【００３４】
A部位で、ＡＶ調整レバーA4を回動すると移動量に相応する分共通キャリヤA6は同じ方向に回動します。
共通キャリヤA6の回動は第二遊星ギヤ機構のインターナルギヤA8がＡ部位ケースに固定のため同じ方向にサンギヤA9を回動させます。
【００３５】
サンギヤA9に取付けてある回転半径変更ギヤA11はＡ部位ラックＡＶを移動します（図３のＣ）。
Ａ部位ラックＡＶ内の偏芯軸は移動距離分入力軸芯から距離を大にすることになり、その距離分偏芯軸は回転半径を大きくして回転半径変更プレートA12と一体で回転します。
【００３６】
又、A部位調整レバーA4を（００３４）で回動した分から逆に戻した場合はＡ部位ラックＡＶの移動距離は回転軸芯に近づき回転半径変更プレートA12内の偏芯軸の回転半径は小さくなって回転します。
【００３７】
上記のように、ＡＶ調整レバーA4の回動調整は、回転半径変更プレートA12と一体回転する偏芯軸の回転半径の大小を調整します。
【００３８】
B部位の構成（図１・図２・図３・図４）、ランナB1はピンＢ２にベアリングを介してＡ部位ラックＡＶの偏芯軸に組付けしてあり（図４のＡ）、ランナB1にはピンＢ２を中心として９０度間隔に上下左右対称に４個の長穴があります。
【００３９】
（図４）ランナB1の長穴にはハブＢ３のピンＢ４とベアリングを介して４組のハブＢ３が組付けてあり、各々のハブB３内には右回転方向にロックになるようにワンウエイベアリングＢ５を取付けしてあります（図４）。
各ハブB３は各々のギヤシャフトB６に嵌合わせてあり、ギヤシャフトB６は出力軸のギヤと咬合わせてあります（図３）（図４）。
【００４０】
B部位の作動説明、B部位ではＡ部位の偏芯軸の回転半径がゼロ以外のときランナB1は偏芯軸と一体で公転します。
【００４１】
ＡＶ調整レバーＡ４で調整量ゼロのときにはＡ部位ラックＡＶの偏芯距離がゼロであり入力軸芯と同芯で回転するためランナB１は公転しません、静止状態です。
ここが伝達回転ゼロを保持しているときであって動力伝達遮断状態であって、クラッチ機構の装着が不要となる要因です。
【００４２】
ＡＶ調整レバーＡ４の調整量に応じてＡ部位ラックＡＶの偏芯軸の回転半径が変化する。偏芯軸とランナB1は回転半径の変化に応じて双方一体で公転します。
ランナB1に組付けた４組のハブB３はランナB１の公転半径の大小に応じた揺動をします。
【００４３】
ハブB３の揺動がハブB３内のワンウエイベアリングのロック方向に揺動するとき揺動量分ギヤシャフトB６に対して回転を伝達します。
ランナB１の公転が大きいほどハブB３の揺動量は大きくなり、従ってギヤシャフトB６に回転伝達量が大きくなり、出力軸に対しての回転伝達量が大きくなります。
【００４４】
上記の説明から、ＡＶ調整レバーＡ４は任意の無段階調整なので、入力軸から発生した回転動力は回転半径変更プレートA12及びＡ部位ラックＡＶ・変芯軸・ランナB１・ハブB３・ギヤシャフトB６を経由して出力軸に対して回転をゼロから無段階変速の回転を伝達します。
【００４５】
（図５のＡ）はランナB１にハブＢ３のピンＢ４に組付けたベアリングが走る長穴が上下左右対称に４箇所あり、各々にハブＢ３を組付けてあります。
【００４６】
（図５のＢ）は、ハブＢ３の芯からハブＢ３のピンＢ４の芯間は６ミリ、ランナB1のピンＢ２と各々のハブＢ３ａ・ハブＢ３ｂ・ハブＢ３ｃ・ハブＢ３ｄを芯間距離２２ミリにして、各ピンＢ４はＢ部位ケースの芯に向けてＢ部位ケースに組付けた図です。
【００４７】
（図６のＡ）は入力軸芯（以降、本体軸芯と記載します）からランナB１が５ミリ移動して公転する場合で真上の位置にある図です。
ハブＢ３ａとハブＢ３ｃのピンＢ４は本体軸芯に向き、ハブＢ３ｂは右上斜めにありハブＢ３ｄは左上斜めに向いております。
【００４８】
（図６のＢ）はランナB１が（図６のＡ）から左９０度公転した図です。
ハブＢ３ａとハブＢ３ｂは右回転に、ハブＢ３ｃとハブＢ３ｄは左回転に揺動してます。
【００４９】
（図６のＣ）はランナB1が更に左９０度公転して、（図６のＢ）から左９０度、（図６のＡ）から左１８０度公転した図です。
ハブＢ３ａとハブＢ３ｂは左回転、ハブＢ３ｂとハブＢ３ｃは右回転に揺動しています。
【００５０】
（図６のＤ）はランナB1が更に左９０度公転して、（図６のＣ）から左９０度、（図６のＡ）から左２７０度公転した図です。
ハブＢ３ａとハブＢ３ｂは左回転、ハブＢ３ｃとハブＢ３ｄは右回転に揺動しています。
【００５１】
（図６のＤ）から（図６のＡ）はランナB１が更に左９０度公転して（図６のＤ）から左９０度、（図６のＡ）から左３６０度、すなわち一公転めに入るときの図となります。
ハブＢ３ａとハブＢ３ｄは右回転、ハブＢ３ｂとハブＢ３ｃは左回転に揺動します。
【００５２】
以上のように、ランナB１が一公転する間にハブＢ３ａ・ハブＢ３ｂ・ハブＢ３ｃ・ハブＢ３ｄが各々一往復の揺動をしますが（図７のＢ）、各ハブ内蔵のワンウエイベアリングＢ５は右回転ロックのため、有効な動力伝達回転となるのは右回転するとき片道分となります。
【００５３】
ハブＢ３各々が揺動する角度は、本体軸芯とランナB１との偏芯公転距離に準じることになります。
【００５４】
（図７のＣ）はランナB1が偏芯距離１ミリで公転するときのハブＢ３の揺動角度で、ハブＢ３の有効揺動角度は片道１９．１９度となります。
【００５５】
（図７のＤ）はランナB1が偏芯距離５ミリで一公転するときのハブＢ３の揺動角度で、ハブＢ３の有効揺動角度は片道１１２．８９度となります。
【００５６】
（図７のＣ）の場合、編芯距離１ミリでは、（図７のＡ）(図７のＢ)から見るようにランナB１が１８０度公転すると２組のハブＢ３の有効揺動角度が１９.１９度なのでランナB1が一公転する間、２×１９.１９度＝３８.３８度回転されて出力軸に伝達される、変速比は３８.３８度÷３６０度＝０.１０６になります。
【００５７】
同じく（図７のＤ）偏芯距離５ミリの場合、ランナB1が１８０度公転すると２組のハブＢ３の有効揺動角度が１１２.８９度なのでランナB1が一公転する間、２×１１２.８９度＝２２５.７８度回転されて出力軸に伝達される、変速比は度２２５.７８÷３６０度＝０.６２７になります。
【００５８】
出力軸から、ランナB1が出力軸に伝達する回転よりも速い回転がランナB1側に入る場合は、ハブＢ３内のワンウエイベアリングの作用でその回転は空転となるのでランナB1には伝達されません。
【００５９】
出力軸から逆の方向の回転が入った場合はハブＢ３内のワンウエイベアリングがロック方向に働き、各ハブＢ３のピンＢ４はハブＢ３の芯を回転芯としてランナB1を回転させる働きになりますが、ランナB1のピンＢ２がＡ部位ラックの偏芯軸に嵌合されているため逆回転はしません。
【００６０】
この発明は上記の説明の通り、入力軸上で同時に一体公転する偏芯軸を設け、入力軸芯と偏芯軸の各々の芯間距離をゼロから一定距離までの間を調整する手段で、芯間距離ゼロのとき動力伝達はゼロであり、原動機から入力回転中であっても出力側に対する動力伝達を遮断する、偏芯軸の芯間距離を大に調整することによりその芯間距離に応じた動力伝達回転を大に行うクラッチ機能と無段変速機能の両機能を併せ持つ従来には無い無段変速装置です。
【００６１】
更に、変速機能に摩擦機能やスリップ機能を使用しない構造が簡単で小型軽量な純然たる機械咬合い式無段変速装置です。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施形態の無段変速装置の断面図
【図２】実施形態の無段変速装置の断面斜視図
【図３】実施形態の無段変速装置の内部組立て図
【図４】Ｂ部位内部組立て図
【図５】ランナB１とハブＢ３の関係図
【図６】ハブＢ３の揺動説明図
【図７】ランナB1とハブＢ３の揺動図
【符号の説明】
【００６３】
Ａ１：入力軸  
Ａ２：第一遊星ギヤ機構のサンギヤ 
Ａ３：第一遊星ギヤ機構のインターナルギヤでA部位調整ギヤ
Ａ４：ＡＶ調整レバー
Ａ５：第一遊星ギヤ機構のキャリヤギヤ
Ａ６：第一遊星ギヤ機構と第二遊星ギヤ機構の共通キャリヤ
Ａ７：第二遊星ギヤ機構のキャリヤギヤ
Ａ８：第二遊星ギヤ機構のインターナルギヤ
Ａ９：第二遊星ギヤ機構のサンギヤ
Ａ１０：プレートカバー
Ａ１１：回転半径変更ギヤ
Ａ１２：回転半径変更プレート
ＡＶ：Ａ部位ラック
偏芯軸
Ｂ１：ランナ
Ｂ２：ランナピン
Ｂ３：ハブ
Ｂ４：ハブのピン
Ｂ５：ワンウエイベアリング
Ｂ６：ギヤシャフト
出力軸
原動機モーター
Ａ部位ケース
Ｂ部位ケース
【図１】
2005172179.tif 000003
【図２】
2005172179.tif 000004
【図３】
2005172179.tif 000005
【図４】
2005172179.tif 000006
【図５】
2005172179.tif 000007
【図６】
2005172179.tif 000008
【図７】
2005172179.tif 000009