JP6437241B2

JP6437241B2 - 無段変速機

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Publication number: JP6437241B2
Application number: JP2014166983A
Authority: JP
Inventors: 陽介清
Original assignee: 株式会社エッチ・ケー・エス
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2034-08-19
Also published as: JP2016044693A

Description

本発明は無段変速機に関する。

従来、第１軸と第２軸の回転速度比を無段階で変速させるベルト式無段変速機として、相対する一対のシーブを第１軸に同行回転可能に取付けてなり、両シーブのシーブ面の間隔を調整可能にされてなる第１プーリと、相対する一対のシーブを第２軸に同行回転可能に取付けてなり、両シーブのシーブ面の間隔を調整可能にされてなる第２プーリと、第１プーリ及び第２プーリに巻掛けられる可撓巻掛け部材とを有してなるものがある。巻掛け部材は、第１プーリにおける両シーブのシーブ面の間に挟まれるとともに、第２プーリにおける両シーブのシーブ面の間に挟まれる。

ベルト式無段変速機では、第１プーリを構成する両シーブのシーブ面の間隔を拡縮することにより、第１プーリの径方向に巻掛け部材を移動させて、第１プーリの有効径（プーリのシーブ面における巻掛け部材との接触部の回転半径）を変更できる。また、第２プーリを構成する両シーブのシーブ面の間隔を拡縮することにより、第２プーリの径方向に巻掛け部材を移動させて、第２プーリの有効径を変更できる。第１プーリの有効径が拡大（又は縮小）すると同期して、第２プーリの有効径を相対的に縮小（又は拡大）するように変更調整することで、第１軸の回転速度に比して第２軸の回転速度を増速（又は減速）し、所望の変速比を実現できる。

特開2009-144751号公報

従来のベルト式無段変速機には以下の問題原がある。
(1)第１プーリと第２プーリのそれぞれにおける両シーブの間隔が拡縮されるシーブ面の間に可撓巻掛け部材を挟んで、該巻掛け部材を各プーリの径方向に移動させるものであり、巻掛け部材の構造、制作に困難を伴う。

(2)無段変速機では、動力伝達時に、第１プーリのシーブ面と巻掛け部材との滑りを防止し、第２プーリのシーブ面と巻掛け部材との滑りを防止するため、巻掛け部材に付与する張力を、伝達トルクの増減分に見合うように増減制御する必要がある。

ところが、ベルト式無段変速機では、巻掛け部材に付与する張力の制御は、第１プーリと第２プーリの有効径の相対的な変更調整によりなされる。従って、第１プーリと第２プーリの各有効径の調整は、前述の如くに第１軸と第２軸に所望の変速比を実現するための相対的な変更調整だけでなく、巻掛け部材が第１プーリと第２プーリの各シーブ面に対して滑りを生ずることのない張力を巻掛け部材に付与するための相対的な変更調整も必要となり、それらの相対的な変更調整を同時に両立させる必要があって、複雑で困難を伴う。

第１軸と第２軸に所望の変速比を実現するためだけでなく、巻掛け部材が第１プーリと第２プーリの各シーブ面に対して滑りを生ずることのない張力を巻掛け部材に付与するためにも、第１プーリと第２プーリの各シーブ面の間隔を拡縮させてそれらの各有効径を相対的に変更調整する必要があり、第1プーリと第２プーリの各シーブ面の間隔を調整するための駆動源（油圧ポンプ、モータ等）が、第１軸と第２軸の両側で大容量化(重量、スペース)するという不都合も伴う。

(3)無段変速機では、必要な変速幅を得るための第１プーリと第２プーリの各シーブ面の間隔調整量を小さくし、変速操作時間の短縮、変速操作スペースの狭小化を図るため、第１プーリと第２プーリの各シーブ角を小さくすることが望まれる。

ところが、ベルト式無段変速機では、第１プーリと第２プーリの各シーブ角を小さくすると、ベルトが各プーリにクサビ効果で食い込み、緩み側のベルトが各プーリに絡みついて外れにくくなる。

本発明の課題は、簡易でコンパクト、かつ作動性の優れた無段変速機を提供することにある。

請求項１に係る発明は、変速操作手段により、第１軸と第２軸の間に所望の回転速度比を無段階で実現させる無段変速機において、相対する一対のシーブを第１軸に同行回転可能に取付けてなり、両シーブのシーブ面の間隔を調整可能にされてなる第１プーリと、相対する一対のシーブを第２軸に同行回転可能に取付けてなり、両シーブのシーブ面の間隔を調整可能にされてなる第２プーリと、第１プーリにおける両シーブのシーブ面の間に挟まれる第１リングと、第２プーリにおける両シーブのシーブ面の間に挟まれる第２リングと、第１リング及び第２リングに巻掛けられる巻掛け部材とを有してなり、第１プーリの一対のシーブが固定シーブと、固定シーブに対して軸方向に移動する可動シーブとからなり、両シーブは互いに逆向きに傾斜するテーパ状シーブ面を備え、第２プーリの一対のシーブが固定シーブと、固定シーブに対して軸方向に移動する可動シーブとからなり、両シーブは互いに逆向きに傾斜するテーパ状シーブ面を備えてなる無段変速機であって、変速操作手段は、第１プーリにおける両シーブのシーブ面の間隔を調整するとともに、第２プーリにおける両シーブのシーブ面の間隔を調整することにより、第１プーリの有効径Ｒ1を拡大した分だけ第２プーリの有効径Ｒ2を縮小させ、或いは第１プーリの有効径Ｒ1を縮小した分だけ第２プーリの有効径Ｒ2を拡大させるものであり、第１軸に回転入力Ｆが付与され、動力を伝達するとき、第１リングは、第１プーリとの接触点Ｐが第１軸を中心に転がり運動をして回転入力Ｆと反対方向に移動して、その中心Ｏ1が第１軸を中心に転がり運動をして回転入力Ｆと反対方向に移動するとともに、第２リングはその中心Ｏ2が第２軸を中心に転がり運動をして回転出力Ｇと同一方向に移動し、この第１リングの中心Ｏ1と第２リングの中心Ｏ2の移動により、両リングの中心間距離が増加するものとされるようにしたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記第１リングと第２リングがそれらの外周に歯車面を備えたリングからなり、巻掛け部材が第１リングと第２リングに滑りなく巻掛けられる歯付巻掛け部材からなるようにしたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において更に、前記第１軸は、第１プーリが設けられている部分の一端側と他端側を軸受により枢支されるとともに、第２軸は、第２プーリが設けられている部分の一端側と他端側を軸受により枢支され、前記変速操作手段は、第１軸の他端側で、軸受と第１プーリの可動シーブとに挟まれる部分の外周に押圧カラーを相対回転可能に嵌合し、可動シーブの外側端面とこれに相対する押圧カラーの端面との間にスラスト軸受を介装し、押圧カラーの外周に螺設したボールねじ溝のボールを介して被動ギヤの内周に螺設したボールねじ溝を螺合し、この被動ギヤを回転可能かつ軸方向不動に支持し、電動モータにより駆動される変速操作軸の一端に設けた駆動ギヤを上記被動ギヤに噛合いさせ、前記変速操作手段は、第２軸の他端側で、軸受と第２プーリの可動シーブとに挟まれる部分の外周に押圧カラーを相対回転可能に嵌合し、可動シーブの外側端面とこれに相対する押圧カラーの端面との間にスラスト軸受を介装し、押圧カラーの外周に螺設したボールねじ溝にボールを介して被動ギヤの内周に螺設したボールねじ溝を螺合し、この被動ギヤを回転可能かつ軸方向不動に支持し、電動モータにより駆動される変速操作軸の一端に設けた駆動ギヤを上記被動ギヤに噛合いさせてなるようにしたものである。

(a)第１リングと第２リングは、図３に示す如く、巻掛け部材に作用する初期張力Ｔと伝達力Ｗによって、第１プーリと第２プーリに押付けられて接触し、この接触点Ｐに作用する接触圧力に基づくトラクションドライブ効果、又はフリクションドライブ効果により動力を伝達する。これにより、第１軸に付与された回転入力が第１プーリ、第１リング、巻掛け部材、第２リング、第２プーリを介して第２軸に伝達され、第２軸から回転出力として取出される。

(b)動力を伝達していないとき（空転時を含む）、図３（Ａ）に示す如く、第１プーリに挟まれている第１リングに巻掛けた巻掛け部材には、張り側、緩み側とも同じ初期張力Ｔが作用し、第１リングは両方の張力Ｔ、Ｔにより第１プーリにおける両シーブのシーブ面に１つの接触点Ｐで押付けられる。このとき、第１リングは、張り側の巻掛け部材に作用する張力Ｔが上記接触点Ｐまわりに及ぼすモーメントＭaと、緩み側の巻掛け部材に作用する張力Ｔが上記接触点Ｐまわりに及ぼすモーメントＭbとがつり合う（Ｍa＝Ｍb）特定姿勢で安定化する（この特定姿勢において、接触点Ｐから張り側の巻掛け部材と緩み側の巻掛け部材のそれぞれに垂下した直線の長さをＬa、Ｌbとするとき、Ｍa＝Ｔ・Ｌa、Ｍb＝Ｔ・Ｌbとなり、Ｍa＝Ｍbより、Ｌa＝Ｌbとなる）。

このとき、同様に、第２リングも特定姿勢で安定化する。

(c)次に、第１軸に回転入力Ｆが付与され、動力を伝達するとき、図３（Ｂ）に示す如く、第１プーリに挟まれている第１リングに巻掛けた巻掛け部材には、張り側で初期張力Ｔと伝達力Ｗの合力が作用し、緩み側には初期張力Ｔのみが作用し、上記伝達力Ｗにより引っ張られる第１リングは、第１プーリとの接触点Ｐが第１軸を中心に転がり運動をして回転入力Ｆと反対方向に移動する。このとき、第１リングは、張り側の巻掛け部材に作用する張力Ｔと伝達力Ｗの合力が上記接触点Ｐまわりに及ぼすモーメントＭaと、緩み側の巻掛け部材に作用する張力Ｔが上記接触点Ｐまわりに及ぼすモーメントＭbとがつり合う（Ｍa＝Ｍb）特定姿勢で再び第１プーリにおける両シーブのシーブ面に上記１つの接触点Ｐで押付けられて安定化する（この特定姿勢において、接触点Ｐから張り側の巻掛け部材と緩み側の巻掛け部材のそれぞれに垂下した直線の長さをＬa、Ｌbとするとき、Ｍa＝（Ｔ＋Ｗ）Ｌa、Ｍb＝Ｔ・Ｌbとなり、Ｍa＝Ｍbより、Ｌa＝Ｔ・Ｌb／（Ｔ＋Ｗ）となる）。

このとき、同様に、第２リングも特定姿勢で再び安定化する。

(d)上述(a)、(b)より、動力を伝達していないときにも、動力を伝達するときにも、常に、第１リングと第２リングは張力Ｔ、伝達力Ｗによって一義的に定まる特定姿勢にて第１プーリ又は第２プーリにおける両シーブのシーブ面に押付けられて安定化し、それらの各リングの姿勢を安定保持するためのガイドローラ等を必要としない。

(e)上述(d)の通り、動力を伝達していないときにも、動力を伝達するときにも、常に、第１リングと第２リングは張力Ｔ、伝達力Ｗによって一義的に定まる特定姿勢にて第１プーリ又は第２プーリにおける両シーブのシーブ面に押付けられて安定化するから、第１軸の正転運転だけでなく、第１軸の逆転運転、又は第２軸から回転入力（エンジンブレーキ等）が付与される運転についても、動力伝達できる。

(f)第１プーリと第２プーリのそれぞれにおける両シーブの間隔が拡縮されるシーブ面の間に剛体の第１リングと第２リングを挟み、変速時にはそれらの各リングを各プーリの径方向に移動させるものであり、各リングの構造、製作が簡易になる。

(g)上述(c)の通り、第１軸に回転入力Ｆが付与され、動力を伝達するとき、第１リングは、第１プーリとの接触点Ｐが第１軸を中心に転がり運動をして回転入力Ｆと反対方向に移動する。これを換言すると、第１リングはその中心Ｏ1が第１軸を中心に転がり運動をして回転入力Ｆと反対方向に移動する。このとき、第２リングはその中心Ｏ2が第２軸を中心に転がり運動をして回転出力Ｇと同一方向に移動する。この第１リングの中心Ｏ1と第２リングの中心Ｏ2の移動は、両リングの中心間距離（スパン）が増加することを意味する（動力を伝達していないときに両リングの中心Ｏ1、Ｏ2は、第１軸と第２軸の中心を結んだ直線上にあって、そのスパンをＳo（図４（Ａ））とするのに対し、動力を伝達するときの両リングの中心Ｏ1、Ｏ2は、第１軸と第２軸を中心にする上述の方向に移動してそのスパンをＳw（Ｓo＜Ｓw）（図４（Ｂ））とする）。

即ち、第１リングと第２リングのスパンが増加し、結果として、両リングに巻き回されている巻掛け部材は弾性的に伸び、その張力を増加する。従って、動力伝達時に、伝達力Ｗの増加分に見合う張力が巻掛け部材に生じ、この張力が第１リングと第２リングを第１プーリのシーブ面と第２プーリのシーブ面に押付ける力を自動的に増すものになり、両リングの滑りを防止するものになる。

従って、伝達力の増加時に、第１リングと第２リングが第１プーリと第２プーリの各シーブ面に対して滑ることのないように、第１プーリと第２プーリの各シーブ面の間隔を意図的に調整する必要がない。第１軸と第２軸に所望の変速比を実現するためにだけ、第１プーリと第２プーリの各シーブ面の間隔を調整すれば足り、簡易にして作動性の優れた無段変速機を構築できる。

(h)第１リングと第２リングが剛体からなるため、各リングが各プーリに引張側で食い込む力が緩み側を各プーリから離脱させる力となり、第１プーリと第２プーリの各シーブ角を小さくしても、各リングが各プーリに絡み付いて外れにくくなるおそれがない。従って、第１プーリと第２プーリの各シーブ角を小さくし、結果として、必要な変速幅を得るための第１プーリと第２プーリの各シーブ面の間隔調整量を小さくし、変速操作時間の短縮、変速操作スペースの狭小化を図ることができる。

図１は無段変速機の全体構成を示す模式図である。図２は無段変速機の基本構造を示す模式平面図である。図３は無段変速機の動力伝達原理を示し、（Ａ）は動力を伝達していない状態を示す模式正面図、（Ｂ）は動力伝達状態を示す模式正面図である。図４は無段変速機の動力伝達による第１リングと第２リングのスパン変化を示し、（Ａ）は動力を伝達していないときのスパンを示す模式正面図、（Ｂ）は動力伝達時のスパンを示す模式正面図である。

図１、図２に示す無段変速機１００は、自動車のドライブトレーンに適用される他、自動車以外においても用いられる。

無段変速機１００は、例えばエンジン側に接続されている第１軸１（入力軸）とタイヤ側に接続されている第２軸２（出力軸）との間に設けられ、第１軸１と第２軸２の回転速度比を無段階で変速させる。

無段変速機１００は、第１プーリ１０、第２プーリ２０、第１リング３０、第２リング４０、可撓巻掛け部材５０を有する。

無段変速機１０は、相対する一対のシーブ１１、１２を第１軸１に同行回転可能に取付けてなり、変速操作手段６０により両シーブ１１、１２のシーブ面１１Ａ、１２Ａの間隔を調整可能にされている。本実施例において、無段変速機１０の一方のシーブ１１は第１軸１に一体をなして固定化されている固定シーブ１１とされる。無段変速機１０の他方のシーブ１２は第１軸１の外周にスプライン結合され、固定シーブ１１に対して軸方向に移動する可動シーブ１２とされる。第１軸１は、第１プーリ１０（シーブ１１、１２）が設けられている部分の一端側と他端側を軸受１Ａ、１Ｂにより枢支される。両シーブ１１、１２は互いに逆向きに傾斜するテーパ状シーブ面１１Ａ、１２Ａを備え、両シーブ面１１Ａ、１２Ａの間にシーブ角θのＶ溝１３を形成する。

第２プーリ２０は、相対する一対のシーブ２１、２２を第２軸２に同行回転可能に取付けてなり、変速操作手段６０により両シーブ２１、２２のシーブ面２１Ａ、２２Ａの間隔を調整可能にされている。本実施例において、第２プーリ２０の一方のシーブ２１は第２軸２に一体をなして固定化されている固定シーブ２１とされる。第２プーリ２０の他方のシーブ２２は第２軸２の外周にスプライン結合され、固定シーブ２１に対して軸方向に移動する可動シーブ２２とされる。第２軸２は、第２プーリ２０（シーブ２１、２２）が設けられている部分の一端側と他端側を軸受２Ａ、２Ｂにより枢支される。両シーブ２１、２２は互いに逆向きに傾斜するテーパ状シーブ面２１Ａ、２２Ａを備え、両シーブ面２１Ａ、２２Ａの間にシーブ角θのＶ溝２３を形成する。

第１リング３０は、第１プーリ１０における両シーブ１１、１２のシーブ面１１Ａ、１２Ａの間に挟まれる。第１リング３０は、図２に示す如く、円環状の剛体リングからなり、両側面を動力伝達面３１、３２とする。第１リング３０は、周方向の一部を両シーブ１１、１２のシーブ面１１Ａ、１２Ａが形成するＶ溝１３に嵌合し、両動力伝達面３１、３２を両シーブ面１１Ａ、１２Ａに隙間のない接触状態で係合する。

第２リング４０は、第２プーリ２０における両シーブ２１、２２のシーブ面２１Ａ、２２Ａの間に挟まれる。第２リング４０は、図２に示す如く、円環状の剛体リングからなり、両側面を動力伝達面４１、４２とする。第２リング４０は、周方向の一部を両シーブ２１、２２のシーブ面２１Ａ、２２Ａが形成するＶ溝２３に嵌合し、両動力伝達面４１、４２を両シーブ面２１Ａ、２２Ａに隙間のない接触状態で係合する。

巻掛け部材５０は、第１プーリ１０における両シーブ１１、１２のシーブ面１１Ａ、１２Ａの間に挟まれた第１リング３０と、第２プーリ２０における両シーブ２１、２２のシーブ面２１Ａ、２２Ａの間に挟まれた第２リング４０とに、一定の初期張力を付与された状態で巻掛けられる。本実施例において、第１リング３０と第２リング４０はそれらの外周に歯車面３３、４３を備えたスプロケットリングとされ、巻掛け部材５０はそれらの歯車面３３、４３に噛合いして滑りなく巻掛けられるスプロケットチェーンからなるものとされる。尚、第１リング３０と第２リング４０はそれらの外周に歯車面を備えた歯付リングとされ、巻掛け部材５０はそれらの歯車面に噛合いして滑りなく巻掛けられる歯付ベルトからなるものとされても良い。

従って、無段変速機１００にあっては、変速操作手段６０により、第１プーリ１０における両シーブ１１、１２のシーブ面１１Ａ、１２Ａの間隔、ひいてはＶ溝１３の溝幅を調整し、第１リング３０の動力伝達面３１、３２が接触状態で係合する第１プーリ１０の有効径Ｒ1を変更するとともに、第２プーリ２０における両シーブ２１、２２のシーブ面２１Ａ、２２Ａの間隔、ひいてはＶ溝２３の溝幅を調整し、第２リング４０の動力伝達面４１、４２が接触状態で係合する第２プーリ２０の有効径Ｒ2を変更し、第１軸１の回転速度Ｎ1と第２軸２の回転速度Ｎ2をＮ2＝（Ｒ1／Ｒ2）・Ｎ1の如くに変速する。このとき、変速操作手段６０は、変速したときにも巻掛け部材５０が弛まないように、以下の如くにして、第１プーリ１０の有効径Ｒ1を拡大（又は縮小）した分だけ、第２プーリ２０の有効径Ｒ2を縮小（又は拡大）させることとしている。

変速操作手段６０は、本実施例では、第１軸１の他端側で、軸受１Ｂと第１プーリ１０の可動シーブ１２とに挟まれる部分の外周に押圧カラー６１を相対回転可能に嵌合し、可動シーブ１２の外側端面とこれに相対する押圧カラー６１の端面との間にスラスト軸受６２を介装し、押圧カラー６１の外周に螺設したボールねじ溝６１Ａに不図示のボールを介して被動ギヤ６３の内周に螺設した不図示のボールねじ溝を螺合し、この被動ギヤ６３を軸受６４によって回転可能かつ軸方向不動に支持している。変速操作手段６０は、電動モータにより駆動される変速操作軸６０Ｓの一端に設けた駆動ギヤ６５を上述の被動ギヤ６３に噛合いさせている。

変速操作手段６０は、第２軸２の他端側で、軸受２Ｂと第２プーリ２０の可動シーブ２２とに挟まれる部分の外周に押圧カラー７１を相対回転可能に嵌合し、可動シーブ２２の外側端面とこれに相対する押圧カラー７１の端面との間にスラスト軸受７２を介装し、押圧カラー７１の外周に螺設したボールねじ溝７１Ａに不図示のボールを介して被動ギヤ７３の内周に螺設した不図示のボールねじ溝を螺合し、この被動ギヤ７３を軸受７４によって回転可能かつ軸方向不動に支持している。変速操作手段６０は、電動モータにより駆動される変速操作軸６０Ｓの一端に設けた駆動ギヤ７５を上述の被動ギヤ７３に噛合いさせている。

尚、変速操作手段６０は、電動モータ等の電気／機械的操作手段に限らず、手動により変速操作軸６０Ｓを駆動する等の手動操作手段によるものでも良い。

これにより、電動モータに加える回転角制御により、変速操作軸６０Ｓが所望の変速比を第１軸１と第２軸２の間に実現可能にする回転角度位置に設置されると、(i)駆動ギヤ６５と被動ギヤ６３の噛合いを介して、押圧カラー６１と、この押圧カラー６１がスラスト軸受６２を介してバックアップしている第１プーリ１０の可動シーブ１２を上記回転角度位置に対応する軸方向位置に設定し、固定シーブ１１のシーブ面１１Ａと可動シーブ１２のシーブ面１２Ａの間隔、ひいてはＶ溝１３の溝幅を変化させ、第１リング３０に関する第１プーリ１０の有効径Ｒ1（第１プーリ１０のシーブ面１１Ａ、１２Ａにおける巻掛け部材５０との接触部の回転半径）を変更すると同時に、(ii)駆動ギヤ７５と被動ギヤ７３の噛合いを介して、押圧カラー７１と、この押圧カラー７１がスラスト軸受７２を介してバックアップしている第２プーリ２０の可動シーブ２２を上記回転角度位置に対応する軸方向位置に設定し、固定シーブ２１のシーブ面２１Ａと可動シーブ２２のシーブ面２２Ａの間隔、ひいてはＶ溝２３の溝幅を変化させ、第２リング４０に関する第２プーリ２０の有効径Ｒ2（第２プーリ２０のシーブ面２１Ａ、２２Ａにおける巻掛け部材５０との接触部の回転半径）を変更する。このとき、第１プーリ１０と第２プーリ２０は、それらのシーブ１１、１２とシーブ２１、２２を同一寸法形状に設定している。また、変速操作手段６０は、押圧カラー６１、被動ギヤ６３、駆動ギヤ６５と押圧カラー７１、被動ギヤ７３、駆動ギヤ７５を同一形状に設定している。これにより、第１軸１の側のボールねじ（押圧カラー６１のボールねじ溝６１Ａ等）の向きと、第２軸２の側のボールねじ（押圧カラー７１のボールねじ溝７１Ａ等）の向きの設定により、変速操作手段６０によって第１プーリ１０における固定シーブ１１のシーブ面１１Ａと可動シーブ１２のシーブ面１２Ａの間隔を拡大（又は縮小）したら、同じ量だけ第２プーリ２０における固定シーブ２１のシーブ面２１Ａと可動シーブ２２のシーブ面２２Ａの間隔を縮小（又は拡大）させるものとしている。即ち、変速操作手段６０は、第１プーリ１０の有効径Ｒ1が拡大（又は縮小）すると同期して、第２プーリ２０の有効径Ｒ2を相対的に縮小（又は拡大）するように変更調整し、第１軸１の回転速度Ｎ1に比して第２軸２の回転速度Ｎ2を増速（又は減速）し、所定の変速比Ｎ2＝（Ｒ1／Ｒ2）・Ｎ1を実現するものである。

従って、本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)第１リング３０と第２リング４０は、図３に示す如く、巻掛け部材５０に作用する初期張力Ｔと伝達力Ｗによって、第１プーリ１０と第２プーリ２０に押付けられて接触し、この接触点Ｐに作用する接触圧力に基づくトラクションドライブ効果、又はフリクションドライブ効果により動力を伝達する。これにより、第１軸１に付与された回転入力が第１プーリ１０、第１リング３０、巻掛け部材５０、第２リング４０、第２プーリ２０を介して第２軸２に伝達され、第２軸２から回転出力として取出される。

(b)動力を伝達していないとき（空転時を含む）、図３（Ａ）に示す如く、第１プーリ１０に挟まれている第１リング３０に巻掛けた巻掛け部材５０には、張り側、緩み側とも同じ初期張力Ｔが作用し、第１リング３０は両方の張力Ｔ、Ｔにより第１プーリ１０における両シーブ１１、１２のシーブ面１１Ａ、１２Ａに１つの接触点Ｐで押付けられる。このとき、第１リング３０は、張り側の巻掛け部材５０に作用する張力Ｔが上記接触点Ｐまわりに及ぼすモーメントＭaと、緩み側の巻掛け部材５０に作用する張力Ｔが上記接触点Ｐまわりに及ぼすモーメントＭbとがつり合う（Ｍa＝Ｍb）特定姿勢で安定化する（この特定姿勢において、接触点Ｐから張り側の巻掛け部材５０と緩み側の巻掛け部材５０のそれぞれに垂下した直線の長さをＬa、Ｌbとするとき、Ｍa＝Ｔ・Ｌa、Ｍb＝Ｔ・Ｌbとなり、Ｍa＝Ｍbより、Ｌa＝Ｌbとなる）。

このとき、同様に、第２リング４０も特定姿勢で安定化する。

(c)次に、第１軸１に回転入力Ｆが付与され、動力を伝達するとき、図３（Ｂ）に示す如く、第１プーリ１０に挟まれている第１リング３０に巻掛けた巻掛け部材５０には、張り側で初期張力Ｔと伝達力Ｗの合力が作用し、緩み側には初期張力Ｔのみが作用し、上記伝達力Ｗにより引っ張られる第１リング３０は、第１プーリ１０との接触点Ｐが第１軸１を中心に転がり運動をして回転入力Ｆと反対方向に移動する。このとき、第１リング３０は、張り側の巻掛け部材５０に作用する張力Ｔと伝達力Ｗの合力が上記接触点Ｐまわりに及ぼすモーメントＭaと、緩み側の巻掛け部材５０に作用する張力Ｔが上記接触点Ｐまわりに及ぼすモーメントＭbとがつり合う（Ｍa＝Ｍb）特定姿勢で再び第１プーリ１０における両シーブ１１、１２のシーブ面１１Ａ、１２Ａに上記１つの接触点Ｐで押付けられて安定化する（この特定姿勢において、接触点Ｐから張り側の巻掛け部材５０と緩み側の巻掛け部材５０のそれぞれに垂下した直線の長さをＬa、Ｌbとするとき、Ｍa＝（Ｔ＋Ｗ）Ｌa、Ｍb＝Ｔ・Ｌbとなり、Ｍa＝Ｍbより、Ｌa＝Ｔ・Ｌb／（Ｔ＋Ｗ）となる）。

このとき、同様に、第２リング４０も特定姿勢で再び安定化する。

(d)上述(a)、(b)より、動力を伝達していないときにも、動力を伝達するときにも、常に、第１リング３０と第２リング４０は張力Ｔ、伝達力Ｗによって一義的に定まる特定姿勢にて第１プーリ１０又は第２プーリ２０における両シーブ１１、１２のシーブ面１１Ａ、１２Ａ、両シーブ２１、２２のシーブ面２１Ａ、２２Ａに押付けられて安定化し、それらの各リング３０、４０の姿勢を安定保持するためのガイドローラ等を必要としない。

(e)上述(d)の通り、動力を伝達していないときにも、動力を伝達するときにも、常に、第１リング３０と第２リング４０は張力Ｔ、伝達力Ｗによって一義的に定まる特定姿勢にて第１プーリ１０又は第２プーリ２０における両シーブ１１、１２のシーブ面１１Ａ、１２Ａ、両シーブ２１、２２のシーブ面２１Ａ、２２Ａに押付けられて安定化するから、第１軸１の正転運転だけでなく、第１軸１の逆転運転、又は第２軸２から回転入力（エンジンブレーキ等）が付与される運転についても、動力伝達できる。

(f)第１プーリ１０と第２プーリ２０のそれぞれにおける両シーブ１１、１２又は２１、２２の間隔が拡縮されるシーブ面１１Ａ、１２Ａ又は２１Ａ、２２Ａの間に剛体の第１リング３０と第２リング４０を挟み、変速時にはそれらの各リング３０、４０を各プーリ１０、２０の径方向に移動させるものであり、各リング３０、４０の構造、製作が簡易になる。

(g)上述(c)の通り、第１軸１に回転入力Ｆが付与され、動力を伝達するとき、第１リング３０は、第１プーリ１０との接触点Ｐが第１軸１を中心に転がり運動をして回転入力Ｆと反対方向に移動する。これを換言すると、第１リング３０はその中心Ｏ1が第１軸１を中心に転がり運動をして回転入力Ｆと反対方向に移動する。このとき、第２リング４０はその中心Ｏ2が第２軸２を中心に転がり運動をして回転出力Ｇと同一方向に移動する。この第１リング３０の中心Ｏ1と第２リング４０の中心Ｏ2の移動は、両リング３０、４０の中心間距離（スパン）が増加することを意味する（動力を伝達していないときに両リング３０、４０の中心Ｏ1、Ｏ2は、第１軸１と第２軸２の中心を結んだ直線上にあって、そのスパンをＳo（図４（Ａ））とするのに対し、動力を伝達するときの両リング３０、４０の中心Ｏ1、Ｏ2は、第１軸１と第２軸２を中心にする上述の方向に移動してそのスパンをＳw（Ｓo＜Ｓw）（図４（Ｂ））とする）。

即ち、第１リング３０と第２リング４０のスパンが増加し、結果として、両リング３０、４０に巻き回されている巻掛け部材５０は弾性的に伸び、その張力を増加する。従って、動力伝達時に、伝達力Ｗの増加分に見合う張力が巻掛け部材５０に生じ、この張力が第１リング３０と第２リング４０を第１プーリ１０のシーブ面１１、１２と第２プーリ２０のシーブ面２１、２２に押付ける力を自動的に増すものになり、両リング３０、４０の滑りを防止するものになる。

従って、伝達力の増加時に、第１リング３０と第２リング４０が第１プーリ１０と第２プーリ２０の各シーブ面１１Ａ、１２Ａ又は２１Ａ、２２Ａに対して滑ることのないように、第１プーリ１０と第２プーリ２０の各シーブ面１１Ａ、１２Ａ又は２１Ａ、２２Ａの間隔を意図的に調整する必要がない。第１軸１と第２軸２に所望の変速比を実現するためにだけ、第１プーリ１０と第２プーリ２０の各シーブ面１１Ａ、１２Ａ又は２１Ａ、２２Ａの間隔を調整すれば足り、簡易にして作動性の優れた無段変速機を構築できる。

(h)第１リング３０と第２リング４０が剛体からなるため、各リング３０、４０が各プーリ１０、２０に引張側で食い込む力が緩み側を各プーリ１０、２０から離脱させる力となり、第１プーリ１０と第２プーリ２０の各シーブ角を小さくしても、各リングが各プーリに絡み付いて外れにくくなるおそれがない。従って、第１プーリ１０と第２プーリ２０の各シーブ角θを小さくし、結果として、必要な変速幅を得るための第１プーリ１０と第２プーリ２０の各シーブ面１１Ａ、１２Ａ又は２１Ａ、２２Ａの間隔調整量を小さくし、変速操作時間の短縮、変速操作スペースの狭小化を図ることができる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

本発明によれば、簡易でコンパクト、かつ作動性の優れた無段変速機を提供することができる。

１第１軸
２第２軸
１０第１プーリ
１１固定シーブ
１２可動シーブ
１１Ａ、１２Ａシーブ面
１３Ｖ溝
２０第２リング
２１固定シーブ
２２可動シーブ
２１Ａ、２２Ａシーブ面
２３Ｖ溝
３０第１リング
３１、３２動力伝達面
３３歯車面
４０第２リング
４１、４２動力伝達面
４３歯車面
５０巻掛け部材
６０変速操作手段
６０Ｓ変速操作軸
６１、７１押圧カラー
６１Ａ、７１Ａボールねじ溝
６２、７２スラスト軸受
６３、７３駆動ギヤ
６５駆動ギヤ
１００無段変速機

Claims

変速操作手段により、第１軸と第２軸の間に所望の回転速度比を無段階で実現させる無段変速機において、
相対する一対のシーブを第１軸に同行回転可能に取付けてなり、両シーブのシーブ面の間隔を調整可能にされてなる第１プーリと、
相対する一対のシーブを第２軸に同行回転可能に取付けてなり、両シーブのシーブ面の間隔を調整可能にされてなる第２プーリと、
第１プーリにおける両シーブのシーブ面の間に挟まれる第１リングと、
第２プーリにおける両シーブのシーブ面の間に挟まれる第２リングと、
第１リング及び第２リングに巻掛けられる巻掛け部材とを有してなり、
第１プーリの一対のシーブが固定シーブと、固定シーブに対して軸方向に移動する可動シーブとからなり、両シーブは互いに逆向きに傾斜するテーパ状シーブ面を備え、
第２プーリの一対のシーブが固定シーブと、固定シーブに対して軸方向に移動する可動シーブとからなり、両シーブは互いに逆向きに傾斜するテーパ状シーブ面を備えてなる無段変速機であって、
変速操作手段は、第１プーリにおける両シーブのシーブ面の間隔を調整するとともに、第２プーリにおける両シーブのシーブ面の間隔を調整することにより、第１プーリの有効径Ｒ1を拡大した分だけ第２プーリの有効径Ｒ2を縮小させ、或いは第１プーリの有効径Ｒ1を縮小した分だけ第２プーリの有効径Ｒ2を拡大させるものであり、
第１軸に回転入力Ｆが付与され、動力を伝達するとき、第１リングは、第１プーリとの接触点Ｐが第１軸を中心に転がり運動をして回転入力Ｆと反対方向に移動して、その中心Ｏ1が第１軸を中心に転がり運動をして回転入力Ｆと反対方向に移動するとともに、第２リングはその中心Ｏ2が第２軸を中心に転がり運動をして回転出力Ｇと同一方向に移動し、この第１リングの中心Ｏ1と第２リングの中心Ｏ2の移動により、両リングの中心間距離が増加するものとされる無断変速機。
前記第１リングと第２リングがそれらの外周に歯車面を備えたリングからなり、巻掛け部材が第１リングと第２リングに滑りなく巻掛けられる歯付巻掛け部材からなる請求項１に記載の無段変速機。
前記第１軸は、第１プーリが設けられている部分の一端側と他端側を軸受により枢支されるとともに、第２軸は、第２プーリが設けられている部分の一端側と他端側を軸受により枢支され、
前記変速操作手段は、第１軸の他端側で、軸受と第１プーリの可動シーブとに挟まれる部分の外周に押圧カラーを相対回転可能に嵌合し、可動シーブの外側端面とこれに相対する押圧カラーの端面との間にスラスト軸受を介装し、押圧カラーの外周に螺設したボールねじ溝のボールを介して被動ギヤの内周に螺設したボールねじ溝を螺合し、この被動ギヤを回転可能かつ軸方向不動に支持し、電動モータにより駆動される変速操作軸の一端に設けた駆動ギヤを上記被動ギヤに噛合いさせ、
前記変速操作手段は、第２軸の他端側で、軸受と第２プーリの可動シーブとに挟まれる部分の外周に押圧カラーを相対回転可能に嵌合し、可動シーブの外側端面とこれに相対する押圧カラーの端面との間にスラスト軸受を介装し、押圧カラーの外周に螺設したボールねじ溝にボールを介して被動ギヤの内周に螺設したボールねじ溝を螺合し、この被動ギヤを回転可能かつ軸方向不動に支持し、電動モータにより駆動される変速操作軸の一端に設けた駆動ギヤを上記被動ギヤに噛合いさせてなる請求項２に記載の無段変速機。