(57)【要約】【課題】無段変速方法において，従来の摩擦力を使った変速方法ではなく歯車を噛合わせる簡単な構造の機械式連続無段変速方法を提案する。【解決手段】相似形の十分に薄い歯車を回転中心を合わせ段差なく連続的に重ね合わせた入力歯車，両面歯車，出力歯車を向かい合わせ，間に大きさが変化しない中間歯車を噛合わせて挟み，中間歯車の可動歯を揺動させ，中間歯車の可動歯と入力歯車，両面歯車，出力歯車との噛合い径を変化させることで連続無段変速を可能とした。【選択図】図１
2013060958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
十分に薄い相似形の歯車を，歯の位置と回転中心を合わせて円錐台形に段差なく連続的に重ね合わせたことを特徴とする歯車。
【請求項２】
本装置の基本的な構成は主軸１，入力歯車２，出力歯車６，両面歯車５，スペ−サ３，中間歯車４，操作装置類２３，２４，２５，２６及びフレーム７，８からなり，入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６のそれぞれの歯車面を向かい合わせ，歯車間にスペ−サ３を挟み入力歯車２，両面歯車５と出力歯車６をそれぞれ独立して回転させる。スペ−サ３には任意の個数の中間歯車４を取り付け，中間歯車４の可動歯１２を入力歯車２，出力歯車６，両面歯車５それぞれの歯溝１０と噛合わせる。(図−１説明図参照)
入力歯車２及び出力歯車６は，請求項１の円錐台形で同形状の歯車で，回転軸芯部分に主軸１を通すための孔を開ける。円錐台形の斜面断面形状は滑らかな曲線を成し，入力歯車２及び出力歯車６の斜面表面には回転軸芯９を中心に同歯数，同寸法の放射状の歯１１及び歯溝１０を設ける。中間歯車４の可動歯１２が噛合う歯溝１０は，回転軸芯９を頂点とした扇形(の一部)で，回転軸芯９に近いほど歯溝の幅は狭くなり，歯溝の深さも浅くなる。
中間歯車４の可動歯１２が，歯溝１０と噛合いながら回転軸芯９方向へ移動する時は可動歯１２と歯溝１０が噛み合う量が徐々に浅くなり，回転軸芯９方向から離れるように移動する時は可動歯１２と歯溝１０が噛み合う量が徐々に深くなるように，入力歯車２，出力歯車６の円錐台形の斜面断面形状を，回転軸１に近づくに従い歯溝１０が球形の中間歯車本体１５から次第に離れるような滑らかな非四半円形断面とする。
両面歯車５は，入力歯車２(出力歯車６)を回転軸芯を合わせて背中合わせにした形状である。
スペ−サ３は主軸１を通す孔を設け，回転する入力歯車２と両面歯車５，両面歯車５と出力歯車６の間に挟み，各々の歯車の回転を分け，回転する中間歯車本体１５を取り付ける支持台の役目をする。スペ−サ３に設ける台座２１は，取り付ける中間歯車本体１５の回転軸芯２７と主軸軸芯９が直交するように設け，歯車間に取り付ける中間歯車４の数だけ台座２１を設ける。
中間歯車４は中間歯車本体１５，スライドピ−ス１３，スイングガイド１６からなる。中間歯車本体１５は肉厚中空の半球形で，半球形の球芯を通る中心線を回転軸芯２７とし，スペ−サ３の台座２１に取り付けられる。中間歯車本体１５肉厚部分には，中間歯車本体１５の回転軸芯２７を中心に入力歯車２や出力歯車６の歯１１及び歯溝１０と同じ間隔の放射状のガイド溝２２を設け，各ガイド溝２２には移動可能なスライドピ−ス１３を取付ける。
中間歯車本体１５のガイド溝２２を移動するスライドピ−ス１３の半球形表面になる方には可動歯１２を設け，裏面にはスイングガイド１６の環状の溝２０に銜え込まれる支持棒１４を設ける。可動歯１２は，ガイド溝２２に沿って回転軸芯２７に近づいても中間歯車本体１５の球面表面から出る可動歯１２の形状寸法は変わらない。可動歯１２の形状に特に制約はないが，連続的に変化する歯溝１０の幅と深さを考慮し，歯元が太く徐々に歯先が細くなる，滑らかに先細りになる円錐台形(真っ直ぐな牙のような)とする。
スイングガイド１６の形状は，中間歯車本体１５の半球形状の中空部分内側に入る半球形で，スイングガイド１６にはスライドピ−ス１３の支持棒１４を銜え込むスイングガイド１６の中心軸芯２８を中心とした環状の溝２０と，中間歯車本体１５の半球形の球芯を通り主軸１の軸芯９と直交する揺動軸１９を取り付けるア−ム１７部分を設ける。スイングガイド１６の環状の溝２０の角度２９は，可動歯１２が歯溝１０内を移動する範囲の中間点と半球形の球芯を結ぶ角度を基本とし，固定角度である。ア−ム１７の先にはウォームホイ−ル１８(の一部)を取り付け，両端フレ−ム７に支持されたウォ−ムギヤ軸２５途中に設けられたウォーム２６と噛合わせる。ウォ−ムギヤ軸２５は軸端に操作用歯車(小)２４，操作用歯車(大)２３を取り付け，操作用動力で回転させる。
本装置の回転の伝達方法は，外部から入力歯車２に回転力を与えると，入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６のそれぞれの歯車面の間に挟んだ中間歯車４の可動歯１２がそれぞれの歯車の歯溝に噛合わされており，中間歯車４が順次それぞれの歯車に回転を伝える。両面歯車５は入力歯車２と逆方向に，出力歯車６は両面歯車５と逆方向に回転する。(入力歯車２と同方向に回転する)
スイングガイド１６の中心軸２８が中間歯車本体１５の回転軸芯２７と一致した状態で入力歯車２に回転力を与えると，主軸１の軸芯９からそれぞれの中間歯車４の可動歯１２が入力歯車２や両面歯車５，出力歯車６の歯溝１０と噛合っている部分までの直線距離を半径とする噛合い径が同じなので，入力歯車２と出力歯車６の回転方向及び回転数は同じになり変速しない等速状態の回転となる。
変速させる時は，ウォ−ムギヤ軸２５の軸端に取り付けられた操作用歯車(小)２４，操作用歯車(大)２３を回転させ，ウォ−ムギヤ軸２５に取り付けられたウォーム２６を回転させることで，噛合わされている中間歯車本体１５の中のスイングガイド１６のア−ム１７の先のウォームホイ−ル１８が回転し，揺動軸１９を中心にスイングガイド１６が主軸１の軸芯９方向に揺動される。
スイングガイド１６が揺動されると，スイングガイド１６の環状の溝２０に銜えられていたスライドピ−ス１３裏面の支持棒１４はスイングガイド１６の環状の溝２０の中を円周方向に滑りながら隣接する間隔を変化させながら，スライドピ−ス１３は中間歯車本体１５のガイド溝２２に沿って移動され，スライドピ−ス１３表面の可動歯１２は，入力歯車２や両面歯車５，出力歯車６の歯溝１０と噛合っていた場所から，噛合ったまま歯溝１０内を移動する。
中間歯車本体１５内のスイングガイド１６に銜えられ支持されているスライドピ−ス１３表面の可動歯１２の取付け角度２９は固定なので，入力歯車２と両面歯車５に噛合う中間歯車４のそれぞれの可動歯１２は，揺動軸１９を中心にシ−ソ−のように動き，例えば入力歯車２の歯溝１０と可動歯１２が噛合う部分が主軸１の軸芯９から遠ざかる(噛合い径が増加する)方向に移動すると，もう一方の両面歯車５と噛合う可動歯１２は主軸１の軸芯９に近づく(噛合い径が減少する)方向に移動する。両面歯車５と出力歯車６の中間歯車４の可動歯１２の動きも同様である。
入力歯車２と両面歯車５の間の中間歯車４のスイングガイド１６及び両面歯車５と出力歯車６の間の中間歯車４のスイングガイド１６の揺動方向及び揺動量は，ウォ−ムギヤ軸２５を分割して別々に駆動させたり，ウォーム２６，ウォームホイ−ル１８の仕様を別々に選ぶことで，変速比を無段階に変化させることが可能である。
中間歯車４と噛合う入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の歯車同士の噛合い姿勢が変化しても，中間歯車４の可動歯１２の歯の間隔と入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の歯溝１０の間隔が等間隔の角度で設けられているという設計条件から，可動歯１２と歯溝１０は噛合い深さを変えながら同期して噛合いながら回転する。
入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の各歯車の噛合い径の円周長に回転数をかけたそれぞれの噛合い径の総円周長は，噛合い条件より同じであるから，入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の噛合い径を変化させると，中間歯車４の可動歯１２の歯数(噛合い径)は変わらないので，入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の回転数は噛合い径の変化に反比例して変化する。中間歯車４と入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６との噛合い径の大きさを変化させて変速することを特徴とする変速方法。
【請求項３】
請求項２の変速方法を使用して，両面歯車５の外周にかさ歯車３０を取付け，両面歯車５を挟んだ両方の歯車を出力歯車６とし，かさ歯車３０にピニオンギヤ３１を噛合わせ，ピニオンギヤ３１を動力で回転させる。左右の中間歯車４のスイングガイド１６を別々に操作し，両方の出力歯車６から左右別々に変速された回転が得られることを特徴とする方法。(図−４参照)
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車を噛合わせた摩擦力を使わない無断変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無段変速装置は，動力を効率的に利用するための方法として広く産業機械で使用されている。電動機の入力電源の周波数を変化させる電気式の無段変速方法，摩擦力を利用した機械式の無段変速方法があり，固定機械や移動機械にそれぞれの特徴を生かして使用されている。
電気式としてはインバ−タなどがあり，機械式としては摩擦車を組合わせたりベルト・プ−リの組合わせ方法などがある。
【０００３】
しかし伝達する力が大きくなるとインバ−タも高価になったり，機械式の無段変速装置も伝達する動力が大きくなると小さな摩擦力では対応しきれなくなり，大きな摩擦力を得るための装置が大型，重量化するので，特に移動する機械に使用する無段変速装置はコストや形状寸法で実用上の制限がある。
【０００４】
この改善策として、摩擦力に頼らず，入力歯車と出力歯車の間に歯数が変化しない中間歯車を噛合わせ，噛合い角度を噛み合わせたまま変化させ，中間歯車と噛合う入力歯車と出力歯車のそれぞれの噛合い径を連続的に変化させることで，噛合い径の大きさの比を変速比とする変速方法とした。図１，図２，図３は本案の無段変速の方法を示す説明図である。図４は本案を使用した差動装置の説明図である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許公報  特許第４５１６１３４号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「NSK TECHNICAL JOURNAL No.669，670，671より抜粋 」日本精工（株）  平成１３年
【非特許文献２】「クルマのメカ&仕組み図鑑」  （株）グランプリ出版  ２００３年
【非特許文献３】「機械設計製図便覧  第９版」  理工学社  １９９９年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、現在の実用化されている摩擦力を利用した無断変速方法の伝達動力の適応範囲が広くない点と，小型軽量化が難しいという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、無断変速の動力伝達方法を接触摩擦力から歯車の機械的な噛合い方法にすることで，利用できる動力規模の範囲を広げ，小型軽量化と構造の単純化でコストを下げることが可能なことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は機械的な噛合いとすることで，従来の摩擦力に頼る方法に比べ歯車の噛合いによる伝達なので大きな摩擦発生装置や特殊なオイルも必要なく，装置の大きさや製作コスト面でも十分優位になると考える。また入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の歯車面に挟む中間歯車４の個数を選ぶことで，伝達動力の大きさも選べるという面でも有利と考える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】無段変速装置の実施例を正面から見た説明図である。（実施例１）
【図２】無段変速装置の実施例を上面から見た説明図である。（実施例１）
【図３】無段変速装置の実施例を側面から見た説明図である。（実施例１）
【図４】無段変速装置を応用した差動装置の実施例を側面から見た説明図である。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【００１１】
摩擦力を使わずに無段変速するという目的を機械的な噛合い方法を使用することで，従来の方法に比べて適応できる動力規模や装置の大きさ，製作コストでも優位性を損なわずに実現した。
【実施例１】
【００１２】
図−１は本案を具体化した説明図で，基本的な構成ユニットは主軸１，入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６，スペ−サ３，中間歯車４，操作装置類２３，２４，２５，２６及びフレーム７，８からなる。入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６のそれぞれの歯車面を向かい合わせ，歯車間にスペ−サ３を挟み入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６をそれぞれ独立して回転させ，スペ−サ３に任意の個数の中間歯車４を取り付け入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６と噛合わせる。
【００１３】
本案の変速装置で基本的な構成ユニットの連結数や入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６のそれぞれの歯車間に挟む中間歯車４の個数，材質や形状寸法を選択することで変速範囲や伝達動力の規模に対応する。例えば図−１で両面歯車１６とスペ−サ３，中間歯車４の１列を省き，入力歯車２と出力歯車６の間に中間歯車４を挟むことで，出力回転と入力回転の方向が逆の簡単な変速装置となる。
【００１４】
入力歯車２及び出力歯車６は，相似形の十分に薄い歯車を歯形と回転中心を合わせて段差なく連続的に重ね合わせたような円錐台形で，歯車の回転軸芯部分には主軸１を通すための孔を開ける。入力歯車２と出力歯車６は基本的に同径の同形状で，入力歯車２と出力歯車６の滑らかな斜面表面には回転軸芯９を中心に同歯数，同寸法の放射状の歯１１及び歯溝１０を設ける。歯溝１０は，回転軸芯９を頂点とした扇形(の一部)で，回転軸芯９に近いほど歯溝の幅は狭くなり，歯溝の深さも浅くなる(歯の形状も同様)。
【００１５】
入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の円錐台形の斜面断面形状を，それぞれの歯車の間に挟む半球形の中間歯車本体１５の球面形状に合わせ四半円形にすると，中間歯車４の可動歯１２が中間歯車本体１５の半球面表面を可動歯１２の突起形状を変えずに回転軸芯２７方向に移動すると，幅と深さが徐々に小さくなる歯溝１０と噛み込むことになる。
【００１６】
入力歯車２や出力歯車６の歯溝１０の中を，中間歯車４の可動歯１２が適正な噛み合わせで移動するためには，可動歯１２の形状を歯元が太く徐々に歯先が細くなる滑らかな先細り円錐台形(真っ直ぐな牙のような)とする。可動歯１２が歯溝１０と噛合いながら回転軸芯９方向へ移動するときは可動歯１２と歯溝１０が噛み合う量を徐々に浅くし，回転軸芯９方向から離れるように移動するときは可動歯１２と歯溝１０が噛み合う量を徐々に深くする必要がある。
【００１７】
中間歯車の可動歯１２を入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の歯溝１０と適切に噛合ったまま移動させる方法としては，
１．中間歯車本体１５の半球面表面に沿って移動する可動歯１２(スライドピ−ス１３)の軌道を変えるか，
２．歯溝１０が設けられる入力歯車２や出力歯車６の四半円形の斜面断面形状を変えるか，
３．両方の方法を組合わせるか，
何れの方法も可能であるが，ここでは  ２  の方法とする。
【００１８】
中間歯車４の可動歯１２の軌道，形状をそのままにして，入力歯車２，出力歯車６の円錐台形の斜面断面形状を回転軸１に近づくに従い歯溝１０が球形の中間歯車本体１５から次第に離れるような滑らかな非四半円形断面とし，可動歯１２が歯溝１０と噛合いながら回転軸芯９方向へ移動するときは，可動歯１２と歯溝１０が噛み合う量が徐々に浅くなり，回転軸芯９方向から離れるように移動するときは可動歯１２と歯溝１０が噛み合う量が徐々に深くなるようにする。なほ両面歯車５は，入力歯車２(出力歯車６)の円錐台形を回転軸芯を合わせて背中合わせにした形状である。
【００１９】
スペ−サ３は主軸１を通す孔を設け，入力歯車２と両面歯車５，両面歯車５と出力歯車６の間に挟み各々の歯車の回転を分け，回転する中間歯車本体１５を取り付ける支持台の役目をする。支持台に設ける台座２１は，取り付ける中間歯車本体１５の回転軸芯２７と主軸軸芯９が直交するように設け，歯車間に取り付ける中間歯車４の数だけ台座２１を設ける。
【００２０】
中間歯車４は中間歯車本体１５，スライドピ−ス１３，スイングガイド１６からなる。
中間歯車本体１５は肉厚中空の半球形で，半球形の球芯を通る中心線を回転軸芯２７とし，スペ−サ３の台座２１に取り付けられる。中間歯車本体１５の肉厚部分には，中間歯車本体１５の回転軸芯２７を中心に入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の歯１１及び歯溝１０と同じ間隔の放射状のガイド溝２２を設け，各ガイド溝２２には移動可能なスライドピ−ス１３を取付ける。
【００２１】
ガイド溝２２を移動するスライドピ−ス１３の中間歯車本体１５の表面側には可動歯１２を設け，裏面にはスイングガイド１６の環状の溝２０に銜え込まれる支持棒１４を設ける。スライドピ−ス１３がガイド溝２２に沿って回転軸芯９に近づいても，中間歯車本体１５の球面表面から飛出る可動歯１２の形状寸法は変わらない。可動歯１２の形状は連続的に変化する歯溝１０の幅と深さを考慮し，歯元が太く徐々に歯先が細くなる，滑らかに先細りになる円錐台形(真っ直ぐな牙のような)とする。
【００２２】
スイングガイド１６の形状は，中間歯車本体１５の半球形状の中空部分内側に入る半球形で，スイングガイド１６にはスライドピ−ス１３の支持棒１４を銜え込むスイングガイド１６の中心軸芯２８を中心とした環状の溝２０と，中間歯車本体１５の半球形の球芯を通り主軸１の軸芯９と直交する揺動軸１９を取り付けるア−ム１７部分を設ける。スイングガイド１６の環状の溝２０の角度２９は，可動歯１２が歯溝１０内を移動する範囲の中間点と半球形の球芯を結ぶ角度を基本とし，固定角度である。ア−ム１７の先にはウォームホイ−ル１８(の一部)を取り付け，両端フレ−ム７に支持されウォ−ムギヤ軸２５途中に設けられたウォーム２６と噛合わせる。ウォ−ムギヤ軸２５は軸端に操作用歯車(小)２４，操作用歯車(大)２３を取り付け，操作用動力で回転する。
【００２３】
入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６のそれぞれの歯車面の歯溝には，間に挟まれた中間歯車４の可動歯１２が噛合わされており，入力歯車２に回転力を与えるとそれぞれの中間歯車４は順次回転を伝え，両面歯車５は入力歯車２と逆方向に回転し，出力歯車６は両面歯車５と逆方向に回転(入力歯車２と同方向に回転)する。
【００２４】
スイングガイド１６の中心軸２８が中間歯車本体１５の回転軸芯２７と一致した状態で入力歯車２に回転力を与えると，主軸１の軸芯９から入力歯車２や両面歯車５，出力歯車６の歯溝１０とそれぞれの中間歯車４の可動歯１２が噛合っている部分までの直線距離を半径とする噛合い径の大きさが同じなので，入力歯車２と出力歯車６の回転方向及び回転数は同じになり，変速しない等速状態の回転となる。
【００２５】
変速させる時は，外部よりウォ−ムギヤ軸２５の軸端に取り付けられた操作用歯車(小)２４，操作用歯車(大)２３を回転させ，ウォ−ムギヤ軸２５に取り付けられたウォーム２６が回転すると，噛合わされているスイングガイド１６のア−ム１７の先に取り付けたウォームホイ−ル１８が回転し，揺動軸１９を中心にスイングガイド１６が主軸１の軸芯９方向に揺動される。
【００２６】
スイングガイド１６が揺動されると，スイングガイド１６の環状の溝２０に銜えられていたスライドピ−ス１３裏面の支持棒１４はスイングガイド１６の環状の溝２０の中を円周方向に滑りながら隣接する間隔を変え，スライドピ−ス１３は中間歯車本体１５のガイド溝２２に沿って移動する。スライドピ−ス１３表面の可動歯１２は，入力歯車２や両面歯車５，出力歯車６の歯溝１０と噛合っていた場所から，噛合ったまま歯溝１０内を移動する。
【００２７】
中間歯車本体１５内のスイングガイド１６に銜えられ支持されているスライドピ−ス１３表面の可動歯１２の取付け角度２９は固定されているので，入力歯車２と両面歯車５のそれぞれの歯溝１０に噛合う中間歯車４のそれぞれの可動歯１２は，揺動軸１９を中心にシ−ソ−のように動き，例えば入力歯車２の歯溝１０と可動歯１２が噛合う部分が主軸１の軸芯９から遠ざかる(噛合い径が増加する)方向に移動すると，もう一方の両面歯車５と噛合う可動歯１２は主軸１の軸芯９に近づく(噛合い径が減少する)方向に移動する。両面歯車５と出力歯車６に噛合う中間歯車４の可動歯１２の場合も同様である。
【００２８】
入力歯車２と両面歯車５の間の中間歯車４のスイングガイド１６及び両面歯車５と出力歯車６の間の中間歯車４のスイングガイド１６の揺動方向及び揺動量は，ウォ−ムギヤ軸２５を分割して別々に駆動させたり，ウォーム２６，ウォームホイ−ル１８の仕様を別々に選ぶことで，変速比を無段階に変化させることが可能である。
【００２９】
中間歯車４と噛合う入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の歯車同士の噛合い姿勢が変化しても，中間歯車４の可動歯１２の歯の間隔と入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の歯溝１０の間隔が等間隔の角度で設けられているという設計条件から，可動歯１２と歯溝１０は噛合い深さを変えながら同期して噛合いながら回転する。
【００３０】
入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の各歯車の噛合い径の円周長に回転数をかけたそれぞれの噛合い径の総円周長は噛合い条件より同じであるから，入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の噛合い径を変化させると，中間歯車４の可動歯１２の歯数(噛合い径)は変わらないので，入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の回転数は噛合い径の変化に反比例して変化する。中間歯車４と入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６との噛合い径の大きさを変化させて変速することを特徴とする変速方法。
【実施例２】
【００３１】
実施例１の変速方法を使用して，両面歯車５の外周にかさ歯車３０を取付け，両面歯車５を挟んだ両方の歯車を出力歯車６とし，かさ歯車３０にピニオンギヤ３１を噛合わせ，ピニオンギヤ３１を動力で回転させる。左右の中間歯車４のスイングガイド１６を別々に操作し，両方の出力歯車６から左右別々の回転が得ることを特徴とする方法。(図−４参照)
【産業上の利用可能性】
【００３２】
無段変速装置は，回転する動力を使うあらゆる産業機械で原動機の特性を生かし，エネルギ−を効率的に利用する方法として現在も，将来的も幅広く産業に使用される。
【符号の説明】
【００３３】
１    主軸
２    入力歯車
３    スペ−サ
４    中間歯車
５    両面歯車    
６    出力歯車    
７    両端フレ−ム
８    縦フレーム
９    主軸軸芯
１０    歯溝
１１    歯
１２    可動歯
１３    スライドピ−ス
１４    支持棒
１５    中間歯車本体
１６    スイングガイド
１７    ア−ム部分
１８    ウォームホイ−ル部分
１９    揺動軸
２０    環状の溝
２１    台座
２２    ガイド溝
２３    操作用歯車(大)
２４    操作用歯車(小)
２５    ウォ−ムギヤ軸
２６    ウォ−ムギヤ
２７    中間歯車本体の回転軸芯
２８    スイングガイドの中心軸芯(変速していない等速状態時)
２９    可動歯の取付け角度
３０    かさ歯車
３１    ピニオンギヤ
３２    入力軸
【図１】
2013060958.tif 000003
【図２】
2013060958.tif 000004
【図３】
2013060958.tif 000005
【図４】
2013060958.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月25日(2012.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本装置の基本的な構成は主軸１，入力歯車２，出力歯車６，両面歯車５，スペ−サ３，中間歯車４，操作装置類２３，２４，２５，２６及びフレーム７，８からなり，入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６のそれぞれの歯車面を向かい合わせ，歯車間にスペ−サ３を挟み入力歯車２，両面歯車５と出力歯車６をそれぞれ独立して回転させる。スペ−サ３には任意の個数の中間歯車４を取り付け，中間歯車４の可動歯１２を入力歯車２，出力歯車６，両面歯車５それぞれの歯溝１０と噛合わせる。(図−１説明図参照)
入力歯車２及び出力歯車６は，相似形の歯車を，歯の位置と回転中心を合わせて円錐台形に段差なく連続的に重ね合わせたことを特徴とする円錐台形で同形状の歯車で，回転軸芯部分に主軸１を通すための孔を開ける。円錐台形の斜面断面形状は滑らかな曲線を成し，入力歯車２及び出力歯車６の斜面表面には回転軸芯９を中心に同歯数，同寸法の放射状の歯１１及び歯溝１０を設ける。中間歯車４の可動歯１２が噛合う歯溝１０は，回転軸芯９を頂点とした扇形(の一部)で，回転軸芯９に近いほど歯溝の幅は狭くなり，歯溝の深さも浅くなる。
中間歯車４の可動歯１２が，歯溝１０と噛合いながら回転軸芯９方向へ移動する時は可動歯１２と歯溝１０が噛み合う量が徐々に浅くなり，回転軸芯９方向から離れるように移動する時は可動歯１２と歯溝１０が噛み合う量が徐々に深くなるように，入力歯車２，出力歯車６の円錐台形の斜面断面形状を，回転軸１に近づくに従い歯溝１０が球形の中間歯車本体１５から次第に離れるような滑らかな非四半円形断面とする。
両面歯車５は，入力歯車２(出力歯車６)を回転軸芯を合わせて背中合わせにした形状である。
スペ−サ３は主軸１を通す孔を設け，回転する入力歯車２と両面歯車５，両面歯車５と出力歯車６の間に挟み，各々の歯車の回転を分け，回転する中間歯車本体１５を取り付ける支持台の役目をする。スペ−サ３に設ける台座２１は，取り付ける中間歯車本体１５の回転軸芯２７と主軸軸芯９が直交するように設け，歯車間に取り付ける中間歯車４の数だけ台座２１を設ける。
中間歯車４は中間歯車本体１５，スライドピ−ス１３，スイングガイド１６からなる。中間歯車本体１５は肉厚中空の半球形で，半球形の球芯を通る中心線を回転軸芯２７とし，スペ−サ３の台座２１に取り付けられる。中間歯車本体１５肉厚部分には，中間歯車本体１５の回転軸芯２７を中心に入力歯車２や出力歯車６の歯１１及び歯溝１０と同じ間隔の放射状のガイド溝２２を設け，各ガイド溝２２には移動可能なスライドピ−ス１３を取付ける。
中間歯車本体１５のガイド溝２２を移動するスライドピ−ス１３の半球形表面になる方には可動歯１２を設け，裏面にはスイングガイド１６の環状の溝２０に銜え込まれる支持棒１４を設ける。可動歯１２は，ガイド溝２２に沿って回転軸芯２７に近づいても中間歯車本体１５の球面表面から出る可動歯１２の形状寸法は変わらない。可動歯１２の形状に特に制約はないが，連続的に変化する歯溝１０の幅と深さを考慮し，歯元が太く徐々に歯先が細くなる，滑らかに先細りになる円錐台形(真っ直ぐな牙のような)とする。
スイングガイド１６の形状は，中間歯車本体１５の半球形状の中空部分内側に入る半球形で，スイングガイド１６にはスライドピ−ス１３の支持棒１４を銜え込むスイングガイド１６の中心軸芯２８を中心とした環状の溝２０と，中間歯車本体１５の半球形の球芯を通り主軸１の軸芯９と直交する揺動軸１９を取り付けるア−ム１７部分を設ける。スイングガイド１６の環状の溝２０の角度２９は，可動歯１２が歯溝１０内を移動する範囲の中間点と半球形の球芯を結ぶ角度を基本とし，固定角度である。ア−ム１７の先にはウォームホイ−ル１８(の一部)を取り付け，両端フレ−ム７に支持されたウォ−ムギヤ軸２５途中に設けられたウォーム２６と噛合わせる。ウォ−ムギヤ軸２５は軸端に操作用歯車(小)２４，操作用歯車(大)２３を取り付け，操作用動力で回転させる。
本装置の回転の伝達方法は，外部から入力歯車２に回転力を与えると，入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６のそれぞれの歯車面の間に挟んだ中間歯車４の可動歯１２がそれぞれの歯車の歯溝に噛合わされており，中間歯車４が順次それぞれの歯車に回転を伝える。両面歯車５は入力歯車２と逆方向に，出力歯車６は両面歯車５と逆方向に回転する。(入力歯車２と同方向に回転する)
スイングガイド１６の中心軸２８が中間歯車本体１５の回転軸芯２７と一致した状態で入力歯車２に回転力を与えると，主軸１の軸芯９からそれぞれの中間歯車４の可動歯１２が入力歯車２や両面歯車５，出力歯車６の歯溝１０と噛合っている部分までの直線距離を半径とする噛合い径が同じなので，入力歯車２と出力歯車６の回転方向及び回転数は同じになり変速しない等速状態の回転となる。
変速させる時は，ウォ−ムギヤ軸２５の軸端に取り付けられた操作用歯車(小)２４，操作用歯車(大)２３を回転させ，ウォ−ムギヤ軸２５に取り付けられたウォーム２６を回転させることで，噛合わされている中間歯車本体１５の中のスイングガイド１６のア−ム１７の先のウォームホイ−ル１８が回転し，揺動軸１９を中心にスイングガイド１６が主軸１の軸芯９方向に揺動される。
スイングガイド１６が揺動されると，スイングガイド１６の環状の溝２０に銜えられていたスライドピ−ス１３裏面の支持棒１４はスイングガイド１６の環状の溝２０の中を円周方向に滑りながら隣接する間隔を変化させながら，スライドピ−ス１３は中間歯車本体１５のガイド溝２２に沿って移動され，スライドピ−ス１３表面の可動歯１２は，入力歯車２や両面歯車５，出力歯車６の歯溝１０と噛合っていた場所から，噛合ったまま歯溝１０内を移動する。
中間歯車本体１５内のスイングガイド１６に銜えられ支持されているスライドピ−ス１３表面の可動歯１２の取付け角度２９は固定なので，入力歯車２と両面歯車５に噛合う中間歯車４のそれぞれの可動歯１２は，揺動軸１９を中心にシ−ソ−のように動き，例えば入力歯車２の歯溝１０と可動歯１２が噛合う部分が主軸１の軸芯９から遠ざかる(噛合い径が増加する)方向に移動すると，もう一方の両面歯車５と噛合う可動歯１２は主軸１の軸芯９に近づく(噛合い径が減少する)方向に移動する。両面歯車５と出力歯車６の中間歯車４の可動歯１２の動きも同様である。
入力歯車２と両面歯車５の間の中間歯車４のスイングガイド１６及び両面歯車５と出力歯車６の間の中間歯車４のスイングガイド１６の揺動方向及び揺動量は，ウォ−ムギヤ軸２５を分割して別々に駆動させたり，ウォーム２６，ウォームホイ−ル１８の仕様を別々に選ぶことで，変速比を無段階に変化させることが可能である。
中間歯車４と噛合う入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の歯車同士の噛合い姿勢が変化しても，中間歯車４の可動歯１２の歯の間隔と入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の歯溝１０の間隔が等間隔の角度で設けられているという設計条件から，可動歯１２と歯溝１０は噛合い深さを変えながら同期して噛合いながら回転する。
入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の各歯車の噛合い径の円周長に回転数をかけたそれぞれの噛合い径の総円周長は，噛合い条件より同じであるから，入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の噛合い径を変化させると，中間歯車４の可動歯１２の歯数(噛合い径)は変わらないので，入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の回転数は噛合い径の変化に反比例して変化する。中間歯車４と入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６との噛合い径の大きさを変化させて変速することを特徴とする変速方法。
【請求項２】
請求項１の変速方法を使用して，両面歯車５の外周にかさ歯車３０を取付け，両面歯車５を挟んだ両方の歯車を出力歯車６とし，かさ歯車３０にピニオンギヤ３１を噛合わせ，ピニオンギヤ３１を動力で回転させる。左右の中間歯車４のスイングガイド１６を別々に操作し，両方の出力歯車６から左右別々に変速された回転が得られることを特徴とする方法。(図−４参照)
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月9日(2012.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本装置の基本的な構成は主軸１，入力歯車２，出力歯車６，両面歯車５，スペ−サ３，中間歯車４，操作装置類２３，２４，２５，２６及びフレーム７，８からなり，入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６のそれぞれの歯車面を向かい合わせ，歯車間にスペ−サ３を挟み入力歯車２，両面歯車５と出力歯車６をそれぞれ独立して回転させる。スペ−サ３には任意の個数の中間歯車４を取り付け，中間歯車４の可動歯１２を入力歯車２，出力歯車６，両面歯車５それぞれの歯溝１０と噛合わせる。(図−１説明図参照)
入力歯車２及び出力歯車６は，相似形の歯車を，歯の位置と回転中心を合わせて円錐台形に段差なく連続的に重ね合わせたことを特徴とする円錐台形で同形状の歯車で，回転軸芯部分に主軸１を通すための孔を開ける。円錐台形の斜面断面形状は滑らかな曲線を成し，入力歯車２及び出力歯車６の斜面表面には回転軸芯９を中心に同歯数，同寸法の放射状の歯１１及び歯溝１０を設ける。中間歯車４の可動歯１２が噛合う歯溝１０は，回転軸芯９を頂点とした扇形(の一部)で，回転軸芯９に近いほど歯溝の幅は狭くなり，歯溝の深さも浅くなる。
中間歯車４の可動歯１２が，歯溝１０と噛合いながら回転軸芯９方向へ移動する時は可動歯１２と歯溝１０が噛み合う量が徐々に浅くなり，回転軸芯９方向から離れるように移動する時は可動歯１２と歯溝１０が噛み合う量が徐々に深くなるように，入力歯車２，出力歯車６の円錐台形の斜面断面形状を，回転軸１に近づくに従い歯溝１０が球形の中間歯車本体１５から次第に離れるような滑らかな非四半円形断面とする。
両面歯車５は，入力歯車２(出力歯車６)を回転軸芯を合わせて背中合わせにした形状である。
スペ−サ３は主軸１を通す孔を設け，回転する入力歯車２と両面歯車５，両面歯車５と出力歯車６の間に挟み，各々の歯車の回転を分け，回転する中間歯車本体１５を取り付ける支持台の役目をする。スペ−サ３に設ける台座２１は，取り付ける中間歯車本体１５の回転軸芯２７と主軸軸芯９が直交するように設け，歯車間に取り付ける中間歯車４の数だけ台座２１を設ける。
中間歯車４は中間歯車本体１５，スライドピ−ス１３，スイングガイド１６からなる。中間歯車本体１５は肉厚中空の半球形で，半球形の球芯を通る中心線を回転軸芯２７とし，スペ−サ３の台座２１に取り付けられる。中間歯車本体１５肉厚部分には，中間歯車本体１５の回転軸芯２７を中心に入力歯車２や出力歯車６の歯１１及び歯溝１０と同じ間隔の放射状のガイド溝２２を設け，各ガイド溝２２には移動可能なスライドピ−ス１３を取付ける。
中間歯車本体１５のガイド溝２２を移動するスライドピ−ス１３の半球形表面になる方には可動歯１２を設け，裏面にはスイングガイド１６の環状の溝２０に銜え込まれる支持棒１４を設ける。可動歯１２は，ガイド溝２２に沿って回転軸芯２７に近づいても中間歯車本体１５の球面表面から出る可動歯１２の形状寸法は変わらない。可動歯１２の形状に特に制約はないが，連続的に変化する歯溝１０の幅と深さを考慮し，歯元が太く徐々に歯先が細くなる，滑らかに先細りになる円錐台形(真っ直ぐな牙のような)とする。
スイングガイド１６の形状は，中間歯車本体１５の半球形状の中空部分内側に入る半球形で，スイングガイド１６にはスライドピ−ス１３の支持棒１４を銜え込むスイングガイド１６の中心軸芯２８を中心とした環状の溝２０と，中間歯車本体１５の半球形の球芯を通り主軸１の軸芯９と直交する揺動軸１９を取り付けるア−ム１７部分を設ける。スイングガイド１６の環状の溝２０の角度２９は，可動歯１２が歯溝１０内を移動する範囲の中間点と半球形の球芯を結ぶ角度を基本とし，固定角度である。ア−ム１７の先にはウォームホイ−ル１８(の一部)を取り付け，両端フレ−ム７に支持されたウォ−ムギヤ軸２５途中に設けられたウォーム２６と噛合わせる。ウォ−ムギヤ軸２５は軸端に操作用歯車(小)２４，操作用歯車(大)２３を取り付け，操作用動力で回転させる。
本装置の回転の伝達方法は，外部から入力歯車２に回転力を与えると，入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６のそれぞれの歯車面の間に挟んだ中間歯車４の可動歯１２がそれぞれの歯車の歯溝に噛合わされており，中間歯車４が順次それぞれの歯車に回転を伝える。両面歯車５は入力歯車２と逆方向に，出力歯車６は両面歯車５と逆方向に回転する。(入力歯車２と同方向に回転する)
スイングガイド１６の中心軸２８が中間歯車本体１５の回転軸芯２７と一致した状態で入力歯車２に回転力を与えると，主軸１の軸芯９からそれぞれの中間歯車４の可動歯１２が入力歯車２や両面歯車５，出力歯車６の歯溝１０と噛合っている部分までの直線距離を半径とする噛合い径が同じなので，入力歯車２と出力歯車６の回転方向及び回転数は同じになり変速しない等速状態の回転となる。
変速させる時は，ウォ−ムギヤ軸２５の軸端に取り付けられた操作用歯車(小)２４，操作用歯車(大)２３を回転させ，ウォ−ムギヤ軸２５に取り付けられたウォーム２６を回転させることで，噛合わされている中間歯車本体１５の中のスイングガイド１６のア−ム１７の先のウォームホイ−ル１８が回転し，揺動軸１９を中心にスイングガイド１６が主軸１の軸芯９方向に揺動される。
スイングガイド１６が揺動されると，スイングガイド１６の環状の溝２０に銜えられていたスライドピ−ス１３裏面の支持棒１４はスイングガイド１６の環状の溝２０の中を円周方向に滑りながら隣接する間隔を変化させながら，スライドピ−ス１３は中間歯車本体１５のガイド溝２２に沿って移動され，スライドピ−ス１３表面の可動歯１２は，入力歯車２や両面歯車５，出力歯車６の歯溝１０と噛合っていた場所から，噛合ったまま歯溝１０内を移動する。
中間歯車本体１５内のスイングガイド１６に銜えられ支持されているスライドピ−ス１３表面の可動歯１２の取付け角度２９は固定なので，入力歯車２と両面歯車５に噛合う中間歯車４のそれぞれの可動歯１２は，揺動軸１９を中心にシ−ソ−のように動き，例えば入力歯車２の歯溝１０と可動歯１２が噛合う部分が主軸１の軸芯９から遠ざかる(噛合い径が増加する)方向に移動すると，もう一方の両面歯車５と噛合う可動歯１２は主軸１の軸芯９に近づく(噛合い径が減少する)方向に移動する。両面歯車５と出力歯車６の中間歯車４の可動歯１２の動きも同様である。
入力歯車２と両面歯車５の間の中間歯車４のスイングガイド１６及び両面歯車５と出力歯車６の間の中間歯車４のスイングガイド１６の揺動方向及び揺動量は，ウォ−ムギヤ軸２５を分割して別々に駆動させたり，ウォーム２６，ウォームホイ−ル１８の仕様を別々に選ぶことで，変速比を無段階に変化させることが可能である。
中間歯車４と噛合う入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の歯車同士の噛合い姿勢が変化しても，中間歯車４の可動歯１２の歯の間隔と入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の歯溝１０の間隔が等間隔の角度で設けられているという設計条件から，可動歯１２と歯溝１０は噛合い深さを変えながら同期して噛合いながら回転する。
入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の各歯車の噛合い径の円周長に回転数をかけたそれぞれの噛合い径の総円周長は，噛合い条件より同じであるから，入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の噛合い径を変化させると，中間歯車４の可動歯１２の歯数(噛合い径)は変わらないので，入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６の回転数は噛合い径の変化に反比例して変化する。中間歯車４と入力歯車２，両面歯車５，出力歯車６との噛合い径の大きさを変化させて変速することを特徴とする変速方法。
【請求項２】
請求項１の変速方法を使用して，両面歯車５の外周にかさ歯車３０を取付け，両面歯車５を挟んだ両方の歯車を出力歯車６とし，かさ歯車３０にピニオンギヤ３１を噛合わせ，ピニオンギヤ３１を動力で回転させる。左右の中間歯車４のスイングガイド１６を別々に操作し，両方の出力歯車６から左右別々に変速された回転が得られることを特徴とする方法。(図−４参照)
【請求項３】
円錐台形の入力歯車２，出力歯車６，(両面歯車５)の断面形状が滑らかな四半円形若しくは非四半円形断面の斜面部分に，中間歯車４の可動歯１２と同じ間隔で可動歯１２の太さに合わせ放射状に長孔を設け，先端部分を徐々に細くした円柱形の可動歯１２を長孔に噛み合わせて回転を伝えることを特徴とした入力歯車２，出力歯車６，(両面歯車５)を使用した請求項１の変速方法。(図−５参照)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【図１】無段変速装置の実施例を正面から見た説明図である。（実施例１）
【図２】無段変速装置の実施例を上面から見た説明図である。（実施例１）
【図３】無段変速装置の実施例を側面から見た説明図である。（実施例１）
【図４】無段変速装置を応用した差動装置の実施例を側面から見た説明図である。（実施例２）
【図５】放射状に長孔を設けた請求項３の入，出力歯車の例である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図−５
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図−５】
2013060958.tif 000007