(57)【要約】【課題】トロイダル型無段変速機において、自転車などへの適用を容易にする。【解決手段】ハブ軸１の外側に配置され、互いに対向した、入力ディスク１０と出力ディスク２０の間に挟まれ、径方向外側において入力ディスク１０の第１トロイダル曲面１０ａと接する第１伝達面３０ａと、出力ディスク２０第２トロイダル曲面２０ａと接する第２伝達面３０ｂと、第１伝達面３０ａと第２伝達面３０ｂの間に球状の支持部３０ｃとを有する複数の糸巻き形状のパワーローラー３０と、パワーローラー３０を回転自在に軸支するトラニオン３２と、トラニオン３２を傾倒可能に支持するステーター３８と、パワーローラー３０の支持部３０ｃと当接可能なセンターローラー４０とを備えるとともに、ハブ軸１の中に設けた軸方向移動可能な制御ロッド４２と、ハブ軸１の外側にある制御アーム４２ｅとを制御ピン４２ｐで連結した。【選択図】図１
2016205562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ軸と、
該ハブ軸の外側に配置され、互いに対向した、第１トロイダル曲面を有する入力ディスクおよび第２トロイダル曲面を有する出力ディスクと、
該入力ディスクと出力ディスクの間に挟まれ、径方向外側において、前記第１トロイダル曲面と接する第１伝達面、前記第２トロイダル曲面と接する第２伝達面、および前記第１伝達面と前記第２伝達面の間に球状の支持部を有する、糸巻き形状の複数のパワーローラーと、
前記パワーローラーを回転自在に軸支して、該パワーローラーを前記第１トロイダル曲面および前記第２トロイダル曲面に沿って傾倒させる複数のトラニオンと、
前記複数のトラニオンを傾倒かつ径方向移動可能に支持し、前記ハブ軸と回転方向に連結したステーターと、
前記入力ディスクと前記出力ディスクのいずれか一方に、他方に向けたスラストを発生させる付勢手段と、
前記入力ディスクと前記出力ディスクの前記他方と前記付勢手段との間に配置したスラストベアリングと、
前記複数のパワーローラーの前記支持部と当接可能なセンターローラーと、
前記トラニオンの傾倒と連動して前記センターローラーの軸方向位置を変化させる制御アームと、
前記ハブ軸の中心部に形成した穴の中に軸方向移動可能に設けた制御ロッドと、前記ハブ軸の外周と前記穴との間に形成したスリットを通して前記制御アームと前記制御ロッドとを連結する制御ピンと、を備えたことを特徴とする無段変速機。
【請求項２】
前記ハブ軸は、この軸方向一方の側に前記穴を形成し、他方の側に前記ステーターと回転方向に連結するスプラインを形成したことを特徴とする請求項１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、いわゆるトロイダル型無段変速機（ＣＶＴ）に関するものでる。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の無段変速機としては、対向配置された入力ディスクと出力ディスクの、トロイダル状に形成された曲面に接するパワーローラーを備え、該パワーローラーはトラニオンにより支持され、これが傾倒することで無段階の変速比を得るものが知られている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
しかしながら、上記従来の装置にあっては、いずれも対向配置された入力ディスクと出力ディスクの、トロイダル状に形成された曲面に接するパワーローラーを備えたトロイダル型無段変速機にあっては、入力ディスクと出力ディスクに形成したトロイダル曲面の径方向外側（入力ディスクおよび前記出力ディスクの回転中心軸に垂直な方向でこの軸から遠い側）にパワーローラーを設けて、パワーローラーの径方向内側の同一外面が入力ディスクと出力ディスクの両者に接して動力を伝達するため、これら動力の伝達に大きなスラストを作用させることとも関連して、以下のような問題があった。
すなわち、入力ディスクと出力ディスクが互いに反対方向に回転するため、両者に作用するスラストを受けるベアリング損失が大きく、それだけ動力伝達効率が低下する。
さらに、パワーローラーに作用するスラストの径方向成分を支えるベアリング損失が大きく、これによってもさらに動力伝達効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２１３５６３号公報
【特許文献２】特開平１０−４７４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、入力ディスクと出力ディスクが互いに反対方向に回転することとあいまって、入力ディスクと出力ディスクとパワーローラーの各スラストを受けるベアリングの損失が大きく、またパワーローラーに作用するスラストの径方向成分を支えるベアリングの損失が大きくなることに起因して動力伝達効率が低い点である。
本発明の目的は、支持ベアリングの回転ロスを大幅に低下させ、その動力伝達効率を改善し、かつこのように動力伝達効率を向上させた無段変速機を、１本のハブ軸上に配置することを可能にして、安価な費用で自転車などへ適用可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の無段変速機は、ハブ軸と、該ハブ軸の外側に配置され、互いに対向した、第１トロイダル曲面を有する入力ディスクおよび第２トロイダル曲面を有する出力ディスクと、該入力ディスクと出力ディスクの間に挟まれ、径方向外側において、第１トロイダル曲面と接する第１伝達面、第２トロイダル曲面と接する第２伝達面、および第１伝達面と第２伝達面の間に球状の支持部を有する、糸巻き形状の複数のパワーローラーと、パワーローラーを回転自在に軸支して、該パワーローラーを第１トロイダル曲面および第２トロイダル曲面に沿って傾倒させる複数のトラニオンと、複数のトラニオンを傾倒かつ径方向移動可能に支持し、ハブ軸と回転方向に連結したステーターと、入力ディスクと出力ディスクのいずれか一方に、他方に向けたスラストを発生させる付勢手段と、入力ディスクと出力ディスクの他方と付勢手段との間に配置したスラストベアリングと、複数のパワーローラーの支持部と当接可能なセンターローラーと、トラニオンの傾倒と連動してセンターローラーの軸方向位置を変化させる制御アームと、ハブ軸の中心部に形成した穴の中に軸方向移動可能に設けた制御ロッドと、ハブ軸の外周と穴との間に形成したスリットを通して制御アームと制御ロッドとを連結する制御ピンと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
すなわち、本発明の無段変速機は、入力ディスクと出力ディスクとが同じ方向に回転することで両者に作用するスラストを受けるベアリングの損失を小さくするとともに、複数のパワーローラーに作用するスラストの径方向成分が互いに相殺されるので、それぞれを支持するベアリングの損失が低減し、動力伝達効率の向上をはかることができる。また、ハブ軸の中心部に形成した穴の中に軸方向移動可能な制御ロッドを設けて、ハブ軸の外周と穴との間にスリットを形成して、該スリットを通して制御アームと制御ロッドとを連結する制御ピンを設けたため、１本のハブ軸を中心とした構成にできる。
【０００８】
さらに、少ない構成部品点数およびより低減した製造コスト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】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１の無段変速機の主要部を示したものであり、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図２】実施例１の無段変速機の主要部の、図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図３】実施例１のパワーローラーとトラニオンを組み立てた状態での外観図である。
【図４】実施例１のトラニオンを支持するスライダーの、図２のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【図５】実施例１のステーターの外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係る無段変速機を、実施例に基づき図とともに説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の実施例１に係る無段変速機の主要部を示したもので、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図２は、図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。また図３は、後述するパワーローラーとトラニオンを組み立てた状態の外観図であり、図２の上側のパワーローラーとトラニオンを左側から見た状態で描いている。そして図４は、ステーターがトラニオンを支持している片方を図２のＥ−Ｅ線に沿った断面図で描いている。さらに図５は、図１において右側から見たステーターの外観図である。
【００１２】
ハブ軸１は、図示しない自転車などのフレームに固定されものであり、該ハブ軸１を中心に本発明の無段変速機を構成する。
入力ディスク１０は入力軸１２と、該入力軸に一体形成されたフランジ１２ｄおよびカムボール１５を介して連結されている。入力軸１２は、図示しないチェーンにより駆動されるスプロケット２と一体になっている。
カムボール１５は、伝達トルクに応じたスラスト（軸方向の力）を発生する、ローディングカムとも呼ばれる一般的なものであり、入力ディスク１０を押圧する本発明の付勢手段を構成する。
入力ディスク１０は、後述する出力ディスク２０側の径方向内側に第１トロイダル曲面１０ａを形成している。
【００１３】
入力ディスク１０に対向する出力ディスク２０は、入力ディスク１０側の径方向内側に第２トロイダル曲面２０ａを形成している。ここで、第１トロイダル曲面１０ａと第２トロイダル曲面２０ａの曲率中心は、ともにＣである。
出力ディスク２０は、一方向クラッチ３を介してスリーブ２２と連結している。
スリーブ２２は実質的には出力部材であり、その外周には図示しない車輪のスポークと連結するスポークフランジ２２ａが設けてある。
また一方向クラッチ３は、スリーブ２２を前進方向に駆動するトルクを伝達する場合に自動的に連結し、逆にスリーブ２２の回転速度が前進方向で出力ディスク２０より高い場合は自動的に連結を解除する。
入力ディスク１０と出力ディスク２０と入力軸１２は、スリーブ２２がスナップリング２４およびリテーナカバー２５とベアリング２６を介在させて軸方向に連結した状態でその内部に収納している。
ベアリング２６は、本発明のスラストベアリングを構成する。
【００１４】
入力ディスク１０と出力ディスク２０の間には、周方向に配置した３個のパワーローラー３０がそれぞれトラニオン３２に支持されている。すなわち、トラニオン３２は軸３２ａ、ベアリング３２ｂを介してパワーローラー３０を回転自在に支持している。なお、パワーローラー３０の回転中心（軸３２ａの中心）は前述の曲率中心Ｃから径方向外側にやや離れた位置にある。
パワーローラー３０は糸巻き形状をしており、第１トロイダル曲面１０ａと接する第１伝達面３０ａと、第２トロイダル曲面２０ａと接する第２伝達面３０ｂを、軸方向両端部に形成している。第１伝達面３０ａと第２伝達面３０ｂは、第１トロイダル曲面１０ａおよび第２トロイダル曲面２０ａにそれぞれ沿った形状になっている。
【００１５】
パワーローラー３０の軸方向中央部は、球状の支持部３０ｃを形成している。支持部３０ｃは後述するセンターローラー４０の外周面４０ａと接している。
図１は、パワーローラー３０および軸３２ａが入力軸１２の回転中心と平行な状態で描いているが、後述するようにパワーローラー３０はトラニオン３２とともに、曲率中心Ｃを中心に傾倒可能である。このため、支持部３０ｃは曲率中心Ｃを中心とする円弧の断面形状になっていて、パワーローラー３０の傾倒時にあっても常に支持部３０ｃとセンターローラー４０が接するようになっている。上述したように、パワーローラー３０の回転中心は曲率中心Ｃとはやや離れているので、支持部３０ｃは真球ではない。
【００１６】
トラニオン３２は、図２および図３で分かるように、径方向外側に支持部３０ｃを覆うように囲ったカバー部３２ｋを形成している。そして、図２に示すように、入力ディスク１０と出力ディスク２０の回転方向両側に、前述のパワーローラー３０の傾倒中心になる第１ピン３２ｃと第２ピン３２ｄを一体に有している。この第１ピン３２ｃ、第２ピン３２ｄの中心は図１における曲率中心Ｃである。第１ピン３２ｃ、第２ピン３２ｄは後述するステーター３８に回転自在に支持されている。トラニオン３２は、径方向内側にアーム３２ｅを有して、その先端部３２ｆは後述する制御ロッド４２によって軸方向に動くアーム４２ｅ（図２および図３を参照）に係合する。
【００１７】
ステーター３８は図５に示すように、３個のカバー３８ａとリベット３８ｇで一体に結合されており、スプライン１ｂ、３８ｊによりハブ軸１（静止部）に、回転方向が固定されている。また、ステーター３８はその外周部においてトラニオン３２を囲うように連結部３８ｅでつながっている（図１および図２参照）。
図２および図５に示すように、ステーター３８とカバー３８ａに設けた穴３８ｂがトラニオン３２の第１ピン３２ｃを、同じくステーター３８とカバー３８ａに設けた溝３８ｃがスライダー３４を介してトラニオン３２の第２ピン３２ｄをそれぞれ支持している。
穴３８ｂと第１ピン３２ｃはボールジョイントになっている。
また、図４に示すように、スライダー３４は、第２ピン３２ｄを回転自在に支持する孔３４ａと、第２ピン３２ｄを入力ディスク１０と出力ディスク２０の径方向（図４における上下方向）の移動を可能にするスライド面３４ｂを形成している。
【００１８】
したがって、トラニオン３２はボールジョイント３３とスライダー３４を介してステーター３８に支持されることにより、前述の傾倒可能とされるとともに、孔３８ｂと第１ピン３２ｃのボールジョイントを中心とする揺動による径方向移動（図２における時計回りの回転）が可能であり、後述のパワーローラー３０に作用するスラストの径方向成分を支持部３０ｃからセンターローラー４０側へ伝えることができる。
なお、図５では１個のカバー３８ａとリベット３８ｇを組み付けた状態で描いているが、実際にはトラニオン３２および後述の制御ロッド４２等を組み込んだ後に、他の２個のカバー３８ａとともにこれらを組み付ける。
【００１９】
入力軸１２と同じ回転中心のセンターローラー４０は、その外周面４０ａが３個のパワーローラー３０の支持部３０ｃと接しており、パワーローラー３０に連動して回転できるようになっている。
【００２０】
図１に示すように、ハブ軸１の右側中心に制御ロッド４２が入る穴１ａと軸方向中央部にスリット１ｂを形成しており、穴１ａに挿入した制御ロッド４２はハブ軸１の外側にある制御スリーブ４２ｓとピン４２ｐで一体的に連結されている。
制御スリーブ４２ｓは、スナップリング４２ａにより制御フランジ４２ｇと一体になっているとともに、センターローラー４０とは、軸方向は一体であり、ベアリング４２ｃ、４２ｄにより回転方向は自由になっている。
【００２１】
制御フランジ４２ｇの３個のアーム４２ｅは先端に溝４２ｆが形成してあり、溝４２ｆには前述のトラニオン３２の先端部３２ｆが係合していて、制御ロッド４２が軸方向に移動することにより、前述したようにトラニオン３２を傾倒させることができる。
また、説明は省略するが、ハブ軸１および各回転体同士間にはベアリングやオイルシールが設けてある。
【００２２】
次に、図１乃至図５に示した実施例１の無段変速機の作動を説明する。
なお、図示は省略するが、図１に示した無段変速機はアクチュエーターまたは手動の変速制御機構を備えており、これらにより制御ロッド４２を軸方向に移動することができるようになっている。
【００２３】
スプロケット２が前進方向のトルクで入力軸１２を駆動すると、カムボール１５はスラストを生じて入力ディスク１０を図１において左方へ押圧する。
該スラストにより入力ディスク１０は、第１トロイダル曲面１０ａと第１伝達面３０ａとの接点における転がり摩擦でパワーローラー３０を回転させる。
このとき、第１トロイダル曲面１０ａと第１伝達面３０ａとの接点に作用した軸方向のスラストは、軸方向と径方向に分かれて、スラストの軸方向成分は第２トロイダル曲面２０ａと第２伝達面３０ｂとの接点に作用して、出力ディスク２０を回転させる。また、スラストの径方向成分はセンターローラー４０の外周面４０ａに作用して、センターローラー４０を回転させる。ここで、前述のようにパワーローラー３０は３個あるので、センターローラー４０には３カ所からスラストの径方向成分が作用して互いに相殺する。
以上で分かるように、入力ディスク１０と出力ディスク２０は同じ方向に回転し、センターローラー４０はそれらと逆方向に回転する。
【００２４】
図１の状態にあっては、前述したようにパワーローラー３０の回転中心が入力軸１２の回転中心と平行であるので、第１トロイダル曲面１０ａと第１伝達面３０ａとの接点の半径Ｄ１と、第２トロイダル曲面２０ａと第２伝達面３０ｂとの接点の半径Ｄ２は、ほぼ同じである。
したがって、入力ディスク１０と出力ディスク２０とはほぼ同じ回転速度で回転すると言える。
前記の入力ディスク１０に作用するスラストは、パワーローラー３０と出力ディスク２０およびスリーブ２２、リテーナカバー２５を介してベアリング２６に作用する。しかし、入力ディスク１０と出力ディスク２０との回転速度差がないので、ベアリング２６におけるロスは生じない。
すなわち、図１の状態ではスラストによるベアリングロスは生じないと言える。
【００２５】
続いて、変速比を変化させた場合について説明する。
図１の状態から制御ロッド４２を軸方向左側へ移動すると、制御アーム４２ｅの溝４２ｆがトラニオン３２の先端部３２ｆを左側へ引き寄せる結果、トラニオン３２はパワーローラー３０とともに時計回りに傾倒する。
その結果、第１トロイダル曲面１０ａと第１伝達面３０ａとの接点の半径Ｄ１と、第２トロイダル曲面２０ａと第２伝達面３０ｂとの接点の半径Ｄ２は、Ｄ１が小さくＤ２が大きくなるように変化する。したがって、変速比は制御ロッド４２の移動量によって無段階に変化するが、図１の状態から制御ロッド４２を軸方向左側へ移動した場合はＤ２／Ｄ１の減速比である。このとき、ベアリング２６は入力ディスク１０と出力ディスク２０の回転速度差分だけロスが生じる。しかし、そのロスは、入力ディスク１０と出力ディスク２０の回転速度差の絶対値に関係するが、本実施例の無段変速機では両ディスク１０、２０が同じ方向に回転しているので、それらが逆方向に回転する従来例の両者の回転速度差の絶対値に較べれば、大幅に少ないと言える。この場合も、パワーローラー３０に作用するスラストの径方向成分はセンターローラー４０で相殺されるので、これに起因するベアリングのロスは発生しない。
【００２６】
次に制御ロッド４２を図１の状態から軸方向右側へ移動した場合は、制御アーム４２ｅの溝４２ｆがトラニオン３２の先端部３２ｆを右側へ押す結果、トラニオン３２はパワーローラー３０とともに反時計回りに傾倒する。
その結果、第１トロイダル曲面１０ａと第１伝達面３０ａとの接点の半径Ｄ１と、第２トロイダル曲面２０ａと第２伝達面３０ｂとの接点の半径Ｄ２は、Ｄ１が大きくＤ２が小さくなるように変化する。この場合も、変速比は無段階に変化するが、変速比はＤ２／Ｄ１の増速になる。このときも前述と同様に、ベアリング２６は入力ディスク１０と出力ディスク２０の回転速度差分（絶対値）だけロスが生じる。しかし、このロスも従来例の両者の回転速度差の絶対値に較べれば大幅に少ないのも前述と同様である。この場合も、パワーローラー３０に作用するスラストの径方向成分はセンターローラー４０で相殺されるので、これに起因するロスは発生しない。
【００２７】
前述したように、パワーローラー３０およびトラニオン３２の傾倒とともに、センターローラー４０が軸方向に移動するため、傾倒したトラニオン３２との干渉を避けながら、センターローラー４０の強度および剛性を確保しやすい。
【００２８】
このように、実施例１によれば、入力ディスク１０と出力ディスク２０は常に同じ方向に回転するので、図１に示した変速比１の状態がベアリング２６におけるスラストに起因するロスが最小になるが、他の変速比であってもベアリング２６は入力ディスク１０と出力ディスク２０の回転速度差分しかロスは発生しない。このため、両者の回転速度の和だけロスが発生する従来例に較べて動力伝達効率が向上する。
【００２９】
また、パワーローラー３０に作用するスラストの径方向成分は、常にセンターローラー４０で相殺されるので、スラストに起因するベアリングロスは生ずることがなく、ここでも従来例に較べて動力伝達効率が向上する。
【００３０】
また、前述したようにハブ軸１のまわりに無段変速機を配置する構成にしたため、簡単な構成かつより低減した製造コストで自転車などの変速機として用いることが可能となる。
【００３１】
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、パワーローラー３０まわりの潤滑孔追加などの変更を加えた態様で実施することができる
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の無段変速機は、自転車など軽車両の変速機に適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１      ハブ軸
１０    入力ディスク
１２    入力軸
２０    出力ディスク
２６    ベアリング
３０    パワーローラー
３２    トラニオン
３４    スライダー
３８    ステーター
４２    制御ロッド  
【図１】
2016205562.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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