(57)【要約】【課題】  機械式の変速装置としては，複数の歯車を組合わせた不連続の多段変速装置とプリ−とベルトを組合わせた無段変速装置が一般的に使用されている。それぞれ一長一短あり使い分けられているが，両者の長所を組合わせることで構造が簡単な連続無段の機械式変速装置を新たに提供する。【解決手段】  リムに固定して取り付けられた歯車の歯を任意に移動，回転(自転)させることができる中間歯車を，同軸上に取り付けた別々に回転する歯溝幅が連続的に変化する２枚の円錐台形のディスクの間に組み込み，中間歯車を揺動してそれぞれのディスクと中間歯車が噛み合う分部を変化させディスクの回転軸芯から噛み合う分部までの距離を相互に変化させることで２枚の円錐台形のディスクの回転を変速する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リムに取り付けられた歯車の歯を，回転及び移動させることで見掛けのピッチ円径及び見掛けの歯厚幅を変化させ，ピッチ円径や歯溝幅が異なる歯車と噛み合わせることを可能にしたことを特徴とする歯車。
【請求項２】
請求項１の構造を利用したことを特徴とする無段変速装置。
【請求項３】
請求項１の構造を利用し，入力された回転を左右同回転方向で左右別々に変速した回転に分けて出力することを可能としたことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の構造及び無段変速装置に関する
【背景技術】
【０００２】
無段変速装置は効率の良い省エネ効果の高い変速装置として期待されている。ゴムベルト式やチェ−ン式，金属ベルト式，金属円板の接触摩擦式等の無段変速装置があり実用化が進んでおり，近年は特にハイブリッドカ−や将来の電気自動車の変速機として期待されている。
ベルト式の無段変速機が実用化された当初はコニカルプ−リ−を向かい合わせた２個の可変径プ−リ−に歯付ゴムベルトを架け，片方のコニカルプ−リ−の溝幅を変化させて見掛けのプ−リ−径を変化させ変速した。入力側のプ−リ−で引っ張って回転させるゴムベルト式やチェ−ン式は耐久性や騒音の問題で市場が縮小傾向にあり，現在の自動車に使われているベルト式無段変速装置は入力側のプ−リ−で金属コマを押し出すタイプの金属ベルト式が大勢を占め，現在排気量３．５リッタ−クラス程度までの乗用車に搭載されている。
【０００３】
金属ベルト式の場合は金属ベルトが直接動力を伝達するのではなく，金属ベルトに隙間無く取り付けられた金属のコマが金属ベルト上を滑って押し出され出力側のプ−リ−を押して回す構造で，プ−リ−の変径方法は電動モ−タ−や油圧により細かくコニカルプ−リ−の溝幅を変化させて制御される。何れの場合もベルトとプ−リ−の摩擦力を期待するため歯車のような噛み合いではないので強い摩擦力を作り出す圧力が別に必要で，摩耗や発熱を伴う。
【０００４】
金属円板の摩擦接触式のトロイダルCVTは形状の違いによりフルトロイダルとハ−フトロイダルの２つに分類される。入出力用の２枚の回転ディスク円板の間にソロバン玉の形をしたロ−ラ−を挟み押し付けながらロ−ラ−を傾斜させることでディスク円板の見掛けの回転径を変化させ，金属円盤同士の摩擦接触で動力を伝達する方法で，１８７７年に米国特許として登録され１９２０年代には自動車の変速機として試作されたが金属同士を圧接，回転させるので高熱が発生し摩擦損傷の問題になり量産化されるまでには至らなかった。
【０００５】
近年日本の自動車メ−カ−で開発されたトロイダルCVTは，金属同士の直接の摩擦接触による動力伝達ではなく，高圧になるとガラス状に固化し圧力が無くなると元の液状に戻る特殊な潤滑油を使用してディスクとロ−ラ−の間に油膜を作り，油膜の剪断力で伝達することで摩擦損傷の問題を解決している。この方法での油膜の厚さは０．４μm程度ときわめて薄く，且つディスクとロ−ラ−には３tonから１０tonの高い圧力を掛ける必要があり，特殊な潤滑技術や金属材料の材質，高い精度の表面加工仕上げ等高度な技術が要求され広く一般化するまでには至っていない。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
摩擦力を利用した無段変速装置では材質や加工技術，発熱，摩耗などの問題点に加え、伝達動力が大きくなると大きな摩擦力も必要になり，装置全体の形状や価格に実用上の制約があることが多いと予想されるので，摩擦力に頼らない構造の連続無段変速装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
リムに取り付けられた歯車の歯を，回転及び移動させることで見掛けのピッチ円径及び見掛けの歯厚幅を変化させ，ピッチ円径や歯溝幅が異なる歯車と噛み合わせることを可能にした。
【発明の効果】
【０００８】
回転(自転)することで噛み合い時の見掛けの歯厚幅を変化させることができる歯を取り付け歯溝幅が連続して変化する歯車と組合わせることで，固定形状の歯車を組合わせて段階的に回転速度を変速させる機械式の変速装置に比べ連続的に変速でき，小型で構造の簡単な無段変速装置となる。また現在市販化されているベルト式や特殊なオイルを使用するCVTと比べて摩擦力を必要としない機械式の噛み合わせ構造なので発熱が少なく滑りも無く，摩擦を発生させるための圧力発生装置等が必要なくなる。
また外部より中間ディスクに入力して回転させることで同回転方向で左右別々に変速した回転を取り出すことが可能となり，ノンスリップデフ機能を持つ自動車の差動装置としての利用等が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
摩擦力に頼らない連続無断変速装置を提案するという目的を，機械的に噛み合う無段変速装置の構造にすることにより可能にした。
【実施例１】
【００１０】
１本の軸にそれぞれ独立して回転する入出力用円錐台形の歯車，２個の円錐台形の歯車を背中合わせで１体形にした歯車を含む複数の円錐台形の歯車(以下ディスク)と，隣り合うディスクの間に回転を伝達するための半球形の中間歯車を取り付けて挟んだ装置で，
ディスクは底部円盤と頂部円盤の中心を回転軸芯が貫いた円錐台形で，斜面の断面形状は円弧状で斜面表面は半球形の中間歯車に取り付けられ回転することで見掛けの歯厚幅が連続的に変化する回転歯と噛み合う歯及び歯溝をディスクの回転軸芯を中心に放射状に等間隔に設ける。
２個のディスクの回転軸芯を合わせセパレ−タを挟んでディスクの頂部円盤分部を向かい合わせ，できた半円状断面の溝に半球形状の中間歯車本体を，中間歯車本体の回転軸芯がディスクの回転軸芯に直角になるようにセパレ−タに取り付け，中間歯車本体が円滑に回転するように適度な隙間で取り付ける。
【００１１】
中間歯車の半球体本体表面に等間隔の緯線部分に設けられたガイド溝にスライドピ−スを取り付ける。複数のスライドピ−スは緯線上を別々に移動可能とし，取り付けられたスライドピ−スには中間歯車の半球体本体外側にディスクの斜面表面の歯溝と噛み合う回転(自転)可能な歯(以下回転歯)を取り付け，回転歯の回転軸芯には回転歯の回転とは別々に回転する中間歯車本体内のガイド溝脇に設けられた固定ラックギヤと噛み合う歯車が設けられた回転軸を取り付け，回転歯が取り付けられていない回転軸の他端を中間歯車の半球体本体内部に組み込まれたスイングガイドの環状の溝の中に銜え込み，スイングガイドを揺動することで回転歯をスライドピ−スと共に緯線上を移動したり支持する構造とする。
【００１２】
スライドピ−スが中間歯車の半球体本体表面の緯線上を赤道部分から極付近までを上下に移動するが，極にあたる回転軸芯に近づくほど隣り合う回転歯の軸芯となす角度が小さくなり，赤道部分に近づくほど隣り合う回転歯の回転軸芯となす角度は大きくなるが，回転歯の軸がスイングガイドの環状の溝の中を自由に移動することでスライドピ−スの緯線上の移動に伴う経線方向の移動を円滑にする。
【００１３】
スイングガイドが揺動されると，中間歯車の半球体本体内部にあるスイングガイドの環状の溝に銜えられた回転歯の回転軸は，複数の回転歯の回転軸芯が形成する円錐形の形状を保ったまま半球体球心位置にある円錐形の頂点を固定の回転端として，回転歯の回転軸芯が形成する円錐形の頂点を通る中心線が向かい合うディスクの回転軸芯上を揺動し，回転歯の軸心と軸心を合わせて組み合わせられた回転歯軸がスライドピ−スと共に半球体本体表面の緯線上を，回転歯の軸部分に設けられた歯車が中間歯車本体内のガイド溝脇に設けられた固定ラックギヤと噛み合いながらスイングガイドが揺動，停止する力で移動，停止，保持される。
【００１４】
スイングガイドを揺動してスライドピ−スを緯線上で上下に移動させると，回転歯は回転歯の回転軸芯が形成する円錐形の中心線を挟んで向かい合うディスクのそれぞれの歯溝と噛み合うが，中間歯車の回転歯と噛み合うディスクの歯溝幅はディスクの回転軸芯に近づくほど漸次狭くなるので，スイングガイドの揺動量と噛み合うディスクの歯溝幅の変化に合わせて見掛けの歯幅を調節する回転歯の歯の回転量を決める。
【００１５】
回転歯の回転方法は，実施例ではスライドピ−スの回転歯軸受けに取り付けられた回転歯の一部分から腕を出し腕の先に開けた長穴をスライドピ−スのガイド溝間の中間歯車の半球体本体に設けた固定ピンに通し，スライドピ−スが中間歯車の半球体本体の緯線上を移動したとき回転歯軸と別々に回転する回転歯分部だけがスライドピ−スの移動量に応じて回転する構造とした。(図４参照)
【００１６】
またディスクの歯溝に噛み合う回転歯の歯たけは，噛み合うディスク側の歯溝幅が広い場合と歯溝幅が狭い場合では必要な歯たけの長さが異なるので噛み合いを考慮して適切な歯たけとする。
【００１７】
変速するときは，回転歯の回転歯軸分部を銜え半球形状の中間歯車本体の回転軸芯が向かい合うディスクの回転軸芯上を揺動するように装置本体固定部から揺動中心軸を支持されているスイングガイドを揺動させる。スイングガイドを揺動し回転歯の回転歯軸芯が形成する円錐形を揺動して一方のディスクと中間歯車の回転歯が噛み合う位置をディスクの回転軸芯に近づけると，もう一方のディスクと中間歯車の回転歯が噛み合う位置はディスクの回転軸芯から遠ざかり，向かい合うディスクの回転が中間歯車を介して変速される。
【００１８】
変速比は，ディスクの回転軸芯から中間歯車の回転歯が左右それぞれのディスクの噛み合っている部分までの距離の比となり，噛み合っている部分からディスクの回転軸芯までの距離が同じ状態では入力回転と出力回転が同じとなり変速しない。
【実施例２】
【００１９】
また上記の変速装置で中間ディスクにかさ歯車を取り付け，かさ歯車にピニオンギヤを噛み合せて回転力を入力し左右それぞれの中間歯車を操作して変速制御することで，左右同じ回転方向で左右別々の回転数に変速して出力することができる。(図５参照)
【産業上の利用可能性】
【００２０】
無段変速装置は，動力を使用する全ての産業用の機械と組合わせることで電気的な変速方法でのトラブルを回避したり，自動車などの乗り物の変速装置としての大きな需要とともに一定回転の電気モ−タ−と組み合わせることで多くの産業用の機械に利用されることが期待でき，特に電力の周波数が狭い国土の南北で異なる国内では歯車の組合わせによる変速では移動のたびの組合わせの変更が解消する。
また当変速装置の中間ディスクにかさ歯車を取り付けることで１個の動力で２台の機械の変速運転が可能になり，自動車などの差動装置として利用した場合，操舵装置と連動させることで内外輪差を駆動輪の接地状態に関係なく機械的に決めることができるので確実なノンスリップデフ若しくは４輪操舵装置としての利用や機械式の４輪駆動装置が可能になることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】変速装置の正面図の説明図である。（実施例１）
【図２】変速装置の平面図の説明図である。（実施例１）
【図３】変速装置の側面図の説明図である。（実施例１）
【図４】回転歯を回転させるための構造の説明図である。
【図５】差動装置の正面図の説明図である。（実施例２）
【符号の説明】
【００２２】
１    センタ−シャフト
２    ディスク
３    歯車(操作用)
４    回転歯
５    スライドピ−ス
６    歯車(操作用)
７    中間歯車本体
８    スイングガイド支持フレ−ム
９    位置保持用歯車
１０    回転歯軸
１１    スイングガイド
１２    ウォ−ムギヤ
１３    ピニオンギヤ
１４    駆動軸
１５    かさ歯車
１６    中間ディスク
１７    セパレ−タ
１８    サイドフレ−ム
１９    ディスク
２０    ラックギヤ
２１    回転歯ア−ム
２２    ピン
【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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