JP2000291759A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量化、効率化、耐久性の向上を同時に満足
できる無段変速機を提供することである。 【解決手段】 各出力コーンを各リングの内側位置に、
入力コーンを前記各リングの外側位置になるよう配設
し、リングの断面形状を、凸状の滑らかな曲線になるよ
うに形成せしめて入力コーンと各出力コーンによって各
リングを挾圧して入力コーンの回転トルクを出力コーン
に摩擦伝達せしめるようにすると共に、リングガイド機
構を、入力コーンと出力コーンの回転軸を含む幾何学平
面で２分された空間の、リングが入力コーンと出力コー
ンとによって挾圧される挾圧部の手前側の空間部に設置
せしめた構成にしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車、船舶等の無
軌道輸送機械、各種製造用機械、加工用機械等に使用さ
れる無段変速機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、軌道輸送機械、各種製造用機械
等に使用される回転駆動装置の駆動源である電動機は、
インバータ等の電気的変速装置によって効率よく変速す
るものが普及している。

【０００３】しかし、容易に受電することができない無
軌道輸送機械、受電が容易に行うことができない箇所に
設置された各種製造用機械、あるいは移動型の加工用機
械等においては、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジ
ン等の原動機の動力を所定の回転数に変速するために変
速機が必要であり、軽量で高効率で耐久性のよい機械式
の無段変速機の開発が望まれている。

【０００４】該機械式の無段変速機は重要な機械装置の
１つとして古くから開発実用化されており、その主なも
のはベルトとプールを組合せたものあるいはコーンとリ
ングを組合せたものである。

【０００５】上述のコーンとリングを組合せた無段変速
機は例えば図７、図８に示されるように入力コーン８０
と、出力コーン８１と、リング８２と、リングガイド機
構８３とを備えた構成になっており、該入力コーン８０
と出力コーン８１とをテーパの向きが逆方向になるよう
に配設すると共に、入力コーン８０と出力コーン８１の
外周面がリング８２の内周面に接触させるようにし、入
力コーン８０とリング８２、リング８２と出力コーン８
１との摩擦力によって入力コーン８０の回転が出力コー
ン８１に伝達されるようになっている。

【０００６】該構成の無段変速機において入力コーン８
０の回転数に対して出力コーン８１の回転数を変化させ
る場合は、リング８２を各コーンの軸心長手方向に移動
させることによっている。

【０００７】摩擦伝達方式の無段変速機では、接触点の
摩耗を防ぎ、かつ伝達力を増やす目的でトラクション油
が使用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の無段変速機の前
者の場合は耐久性を向上させようとするとコーンとリン
グの接触面積を大きくするか、押付力を小さくして接触
点における圧力を小さくする必要があり、無段変速機が
大型化、高重量化するという問題がある。

【０００９】耐久性を向上させるために接触面積を単に
広くとると変速比を決定するピッチ線に対して変速比の
異なる部位での接触が増加し、滑りによる摩擦が増加し
て回転伝達効率が低下するため、ピッチ線に沿って変速
比の同じ接触面積を増加させる工夫が必要になるという
問題がある。

【００１０】また、装置を構成する各部品に加わる応力
の内、動力を摩擦伝達するための接触部の押付力と摩擦
力を負荷するための範囲をできるだけ挾ばめ、無用な応
力の作用範囲を狭める工夫しなければならないという問
題がある。

【００１１】さらに、出力軸を変速させる場合、リング
をリングガイド機構によってリングの回転方向に移動さ
せて行うが、リングの回転軸心を傾けると入力コーンま
たは出力コーンの何れか一方の接触点では移動させたい
方向に働く力が生じるが、他方の接触点においては逆の
方向に働く力が生じるため、リングが拗れた状態になり
円滑に移動させることができなくなる。そのため、リン
グの回転軸心が傾かないないように移動させる高精度、
高剛性のリングガイド機構を設置する必要があるという
問題がある。

【００１２】上述の無段変速機の場合は、トラクション
油の開発が進んで性能は改良されているが、トラクショ
ン係数は高々０．１という値であるため、入力コーンお
よび出力コーンとリングの接触部における押付力を伝達
する摩擦力の１０倍以上にする必要があり、リング等は
この押付力に対応するために十分な剛性を必要とする
が、材質、強度等によって制約をうけるため変速機の重
量に比し、伝達容量が比較的小さなものになるという問
題がある。

【００１３】本発明は軽量化、効率化、耐久性の向上を
同時に満足できる無段変速機を提供することを目的とす
るものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明の無段変速機は請求項１に記載のように入力
コーンまたは出力コーンのどちらか一方を前記リングの
内側位置に、前記入力コーンまたは出力コーンの内の他
方を前記リングの外側位置になるよう配設し、前記リン
グの断面形状を、入力コーンおよび出力コーンに接する
面がそれぞれ凸状の滑らかな曲線になるように形成せし
めて入力コーンと出力コーンによってリングを挾圧して
入力コーンの回転トルクをリングを介して出力コーンに
摩擦伝達せしめるようにすると共に、前記リングガイド
機構を、入力コーンと出力コーンの回転軸を含む幾何学
平面で２分された空間の、前記リングが入力コーンと出
力コーンとによって挾圧される挾圧部の手前側の空間部
に設置せしめ、リングガイド機構によってリングを入力
コーンおよび出力コーンの軸心長手方向に移動させて変
速するようにしたことを特徴とするものである。

【００１５】また、本発明の無段変速機は請求項２に記
載のような入力コーンまたは出力コーンの内のどちらか
一方と、リングと、リングガイド機構とを複数ユニット
とし、前記入力コーンあるいは出力コーンの内の他方を
１個とした構成、請求項３に記載のようなリングガイド
機構を、リングガイドがリングガイドの変速移動方向に
垂直な幾何学平面内において拘束されていると共に、前
記幾何学平面のリングを案内する位置においてリングガ
イドが回転自在に支承されている構成にすることができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の無段変速機の構成
の第１の実施例を示す概略断面図、図２は図１における
Ｉ−Ｉ矢視図であって無段変速機は、機枠１に軸受３に
よって回転自在に取り付けられた入力軸２と、該入力軸
２の端部に連結された入力コーン４と、回転伝達用の第
１リング７を該入力コーン４とによって挟持するように
機枠１に軸受６によって回転自在に取り付けられた第１
出力コーン５と、回転伝達用の第２リング１０を該入力
コーン４とによって挟持するように機枠１に軸受９によ
って回転自在に取り付けられた第２出力コーン８と、入
力コーン４と同一軸心になるよう機枠１に軸受１２によ
って回転自在に取り付けられた出力軸１１と、第１出力
コーン５および第２出力コーン８の回転をそれぞれ出力
軸１１に取り付けた歯車１５に伝える歯車１３、１４
と、入力軸２と入力コーン４との間に設置され、入力軸
２の回転トルクを軸心長手方向に働くスラスト力に変換
して入力コーン４を軸心長手方向に押圧して第１リング
７と第２リング１０を第１出力コーン５および第２出力
コーン８とによって所定の面圧でもって狭圧するリング
狭圧機構１６と、第１リング７と第２リング１０を入力
コーン４の軸心長手方向に移動させるリングガイド機構
１７、１８とにより構成されている。

【００１７】上述の第１リング７と第２リング１０の断
面形状は図３に示されるように入力コーン４の外周面に
接触する外周面と、第１出力コーン５、第２出力コーン
８の内周面に接触する内周面とが曲率半径がＲ１、Ｒ２
のそれぞれ滑らかな凸面に加工されている。該曲率半径
Ｒ１、Ｒ２は大きくすると、入力コーン４あるいは第１
出力コーン５、第２出力コーン８との接触部にできるヘ
ルツの応力楕円の面積が広くなり負荷能力を大きくする
ことができるが、変速比を決定するピッチ線から離れた
点での接触が増加して回転伝達効率が下がるという特性
がある。そのため、該曲率半径Ｒ１、Ｒ２はリングの半
径の１０分の１から１０倍の範囲に設定するのが好まし
い。

【００１８】また、リングの接触部の表裏に作用するヘ
ルツの応力の大きさを出来るだけ揃える目的で、相手方
コーンとの接触方式で、内接の場合は外接の場合よりも
曲率半径を小さくすることが望ましい。

【００１９】該第１リング７と第２リング１０は耐摩耗
性、耐荷重性、耐変形性等から一般に、こがり軸受に用
いられる軸受鋼等の材質によって製作し、凸面部は粗度
が鏡面に、硬度がＨＲＣ６０以上になるように加工処理
する。

【００２０】上述のリングガイド機構１７は図４に示さ
れるように入力コーン４と第１出力コーン５の外周面と
平行な状態で機枠１に回転自在に取り付けられたボール
ねじ軸１９と、該ボールねじ軸１９にボールねじナット
２０によってボールねじ軸１９の軸心長手方向に移動で
きると共にボールねじ軸１９上で回動できるように取り
付けられたブラケット２１と、該ブラケット２１の端部
に回動自在に取り付けられたアーム部材２２と、第１リ
ング７を回転可能に支持し、該アーム部材２２にＸ軸方
向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に回動自在に取り付けられたリ
ングガイドである球状ガイド２３とにより構成されてお
り、ボールねじ軸１９が駆動装置（図示せず）によって
正逆回転されるとブラケット２１がボールねじ軸１９の
軸心長手方向に移動するようになっている。

【００２１】該球状ガイド２３には第１リング７が円周
方向に円滑に回転できるように貫通孔が穿設されてお
り、該球状ガイド２３は入力コーン４と各出力コーン５
に対する変速のための移動方向に垂直な幾何学平面内に
おいて拘束されているが回転は可能であり、第１リング
７に掛かる動力の摩擦伝達力の変化によって微妙に姿勢
を変えて第１リング７を変速比を維持したままで該幾何
学平面に回転自在に支承するようになっている。

【００２２】該リングガイド機構１７の球状ガイド２３
は図２に示されるように入力コーン４の軸心と第１出力
コーン５の軸心を含む幾何学平面で第１リング７を２分
した空間（一点鎖線の両側部分）において該第１リング
７が入力コーン４と第１出力コーン５によって狭圧され
る箇所の手前側位置、すなわち第１リング７の回転方向
の上流側位置に配置してある。該球状ガイド２３をこの
位置に配置すると、第１リング７の回転位置を決めるた
めの部材を他に設けなくても球状ガイド２３によって案
内される位置において安定して回転し、球状ガイド２３
が入力コーン４と第１出力コーン５に沿って移動される
と、第１リング７が入力コーン４と第１出力コーン５に
よって狭圧される点が球状ガイド２３に追随して移動し
て出力軸１１の変速が行われる。

【００２３】該球状ガイド２３は上述の幾何学平面部に
おいて二つに分割可能なように製作されている。

【００２４】上述のリングガイド機構１８はリングガイ
ド機構１７と同一の構成であり、第２リング１０を入力
コーン４と第２出力コーン８の外周面に沿って移動され
るようになっている。該リングガイド機構１８はリング
ガイド機構１７と同期して作動するように各駆動装置
（図示せず）を制御するか、一つの駆動装置によって二
つのリングガイド機構を作動させるように構成する。

【００２５】無段変速機の出力軸１１が正逆回転する場
合はリングガイド機構を入力コーンと出力コーンの回転
軸を含む幾何学的で２分された空間の両サイドにそれぞ
れ設け、挾圧部の手前側に配置されたリングガイド機構
を作動させてリングを移動させ、反対側のリングガイド
機構をリングに追従させる構成にする。

【００２６】上述の無段変速機において出力軸を入力軸
に、入力軸を出力軸に変更できることはいうまでもな
い。

【００２７】上述の無段変速機においてはリングを入力
コーンおよび出力コーンに接する面がそれぞれ凸状の滑
らかな曲線になるように形成せしめて入力コーンと出力
コーンによって挟圧するようにようになっているため、
摩擦による伝達力の伝達に必要な押圧力が該リングの狭
圧部の両表面を貫通するように集中して狭圧部の内部に
圧縮応力と剪断応力を発生させるが、その発生範囲は挟
圧部に限られリング全体に及ばないため、リングは大き
い剛性を必要としなくなる。そのため、厚さを薄くする
ことができ、軽量化することができる。

【００２８】また、リングガイド機構を、入力コーンと
出力コーンの回転軸を含む幾何学平面で２分された空間
の、前記リングが入力コーンと出力コーンとによって挾
圧される挾圧部の手前側の空間部に設置せしめ、リング
ガイド機構によってリングを入力コーンおよび出力コー
ンの軸心長手方向に移動させて変速するようにしている
ため、リングの回転位置を決めるための部材を他に設け
なくてもリングガイドである球状ガイドによって案内さ
れる所定位置において安定して回転し、球状ガイドが入
力コーンと出力コーンに沿って移動されると、リングが
入力コーンと第１出力コーンによって狭圧される点が球
状ガイドに追随して移動して出力軸の変速を行うことが
でき、部品点数が少ない構成の簡単な無段変速機を形成
することができると共に、リングがリングガイド機構
（球状ガイド）の移動方向に傾斜、狭圧された状態で球
状ガイドの移動方向に追従するため、リングを小さい力
で移動させることができ、リングガイド機構を小型化、
軽量化することができる。

【００２９】さらに、入力コーンまたは出力コーンの内
のどちらか一方と、リングと、リングガイド機構とを２
ユニットまたは３ユニット等の複数ユニットとし、前記
入力コーンあるいは出力コーンの内の他方を１個とした
構成にしているため、高負荷伝達を図ることができると
共に、これ等の複数のユニットを等間隔の状態に配置す
ると、狭圧部に作用する押圧力が入力コーンまたは出力
コーンの軸心に対して対称となり、反力を受ける機枠の
構造設計を容易に行うことができ、軽量化を図ることが
できる。

【００３０】上述の無段変速機はリングが入力コーンと
出力コーンの外周面に接触要になっているため、外接型
の無段変速機であるということができる。

【００３１】本発明の無段変速機は内接型の構成でも実
施することができ、図５は本発明の無段変速機の構成の
第２の実施例を示す概略断面図、図６は図５におけるＩ
Ｉ−ＩＩ矢視図であって、機枠３１に軸受３３によって
回転自在に取り付けられた入力軸３２と、機枠３１に軸
受３５によって回転自在に取り付けられた円錐状の入力
コーン３４と、回転伝達用の第１リング４０を該入力コ
ーン３４の内周面とによって挟持するように機枠３１に
軸受３９によって回転自在に取り付けられた軸３８に嵌
挿された第１出力コーン３６およびスペーサ３７と、第
２リング４５を該入力コーン３４の内周面とによって挟
持するように機枠３１に軸受４４によって回転自在に取
り付けられた軸４３に嵌挿された第２出力コーン４１お
よびスペーサと４２と、第３リング４７を該入力コーン
３４の内周面とによって挟持するように機枠３１に軸受
（図示せず）によって回転自在に取り付けられた軸（図
示せず）に嵌挿された第３出力コーン４６およびスペー
サ（図示せず）と、各出力コーン３６、４１、４６の中
心部に位置するよう機枠３１に軸受４９によって回転自
在に取り付けられた出力軸４８と、入力軸３２の回転を
入力コーン３４に形成された歯車３４ａに伝える入力軸
３２に取り付けられた歯車５０と、各出力コーン３６、
４１、４６の回転を出力軸４８に取り付けられた歯車５
３に伝える歯車５１、５２（第３出力コーン４６の軸受
は図示せず）と、第１出力コーン３６とスペーサ３７の
間、第２出力コーン４１とスペーサ４２の間、第３出力
コーン４６とスペーサ（図示せず）の間にそれぞれ位置
するよう軸３８、４３等に取り付けられ、各出力コーン
３６、４１、４６の回転トルクを軸心長手方向に働くス
ラスト力に変換して各出力コーン３６、４１、４６を軸
心長手方向に押圧して第１リング４０と第２リング４５
と第３リング４９を入力コーン３４とによって所定の面
圧でもって狭圧するリング狭圧機構５４、５５（第３出
力コーン４６とスペーサ（図示せず）の間に設けられた
リング狭圧機構は図示せず）、第１リング４０と第２リ
ング４５と第３リング４７を入力コーン３４の内周面に
沿って軸心長手方向に移動させるリングガイド機構５
６、５７、５８とにより構成されている。

【００３２】上述の各リング４０、４５、４７および各
リングガイド機構５６、５７、５８は第１の実施例にお
ける各リング７、１０およびリングガイド機構１７と同
一の構成のため説明を省略する。

【００３３】入力コーン３４および各出力コーン３６、
４１、４６の回転軸を含む幾何学平面は一点鎖線で示さ
れるように３つ存在する。

【００３４】内接型の無段変速機の特徴は、入力コーン
３４と各リング４０、４５、４７との接触および各リン
グ４０、４５、４７と各出力コーン３６、４１、４６と
の接触が内接となっており、動力を摩擦伝達する接触部
が全て内接型となっていることである。

【００３５】軸受がころがり軸受の場合、ころがり軸受
における接触点にはヘルツの応力が発生することは一般
的に知られていることであり、その大小は軸受負荷能力
および寿命を決定するものである。

【００３６】内接型の無段変速機の場合、外接型の無段
変速機と比較すると、内接型の無段変速機の方がヘルツ
の応力の作用する接触面積が広くなためヘルツの応力は
小さくなって、負荷能力が大きく寿命も長くなる。

【００３７】また、接触面積が変速比を決定するピッチ
線に沿って長く接触するため、変速機として重要な尺度
である伝達効率を高い水準で維持することができ、高負
荷長寿命が達成できる。

【００３８】さらに、第１の実施例の外接型の無段変速
機における効果と同一の作用、効果を奏することができ
ることは言うまでもない。

【００３９】

【発明の効果】本発明の無段変速機は請求項１に記載の
ように入力コーンまたは出力コーンのどちらか一方を前
記リングの内側位置に、前記入力コーンまたは出力コー
ンの内の他方を前記リングの外側位置になるよう配設
し、前記リングの断面形状を、入力コーンおよび出力コ
ーンに接する面がそれぞれ凸状の滑らかな曲線になるよ
うに形成せしめて入力コーンと出力コーンによってリン
グを挾圧して入力コーンの回転トルクをリングを介して
出力コーンに摩擦伝達せしめるようにすると共に、前記
リングガイド機構を、入力コーンと出力コーンの回転軸
を含む幾何学平面で２分された空間の、前記リングが入
力コーンと出力コーンとによって挾圧される挾圧部の手
前側の空間部に設置せしめ、リングガイド機構によって
リングを入力コーンおよび出力コーンの軸心長手方向に
移動させて変速するようにしているため、軽量化、効率
化、耐久性の向上を同時に満足できる無段変速機をえる
ことができる。

【００４０】また、本発明の無段変速機は請求項２に記
載のような入力コーンまたは出力コーンの内のどちらか
一方と、リングと、リングガイド機構とを複数ユニット
とし、前記入力コーンあるいは出力コーンの内の他方を
１個とした構成にすると、回転伝達箇所を多くすること
ができ高負荷伝達を図ることができると共に、これ等の
複数のユニットを等間隔の状態に配置すると、狭圧部に
作用する押圧力が入力コーンまたは出力コーンの軸心に
対して対称となり、反力を受ける機枠の構造設計を容易
に行うことができ、軽量化を図ることができ、請求項３
に記載のようなリングガイド機構を、リングガイドがリ
ングガイドの変速移動方向に垂直な幾何学平面内におい
て拘束されていると共に、前記幾何学平面のリングを案
内する位置においてリングガイドが回転自在に支承され
ている構成にすると、部品点数が少ない構成の簡単な無
段変速機を形成することができると共に、リングを小さ
い力で移動させることができ、リングガイド機構を小型
化、軽量化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の無段変速機の構成の第１の実施例を示
す概略断面図である。

【図２】図１のおけるＩ−Ｉ矢視図である。

【図３】リングの断面形状の１実施例を示す概略図であ
る。

【図４】リングガイド機構の構成の１実施例を示す概略
斜視図である。

【図５】本発明の無段変速機の構成の第２の実施例を示
す概略断面図である。

【図６】図５のおけるＩＩ−ＩＩ矢視図である。

【図７】従来の無段変速機の構成の１実施例を示す概略
断面図である。

【図８】図７のおけるＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。

【符号の説明】

１、３１ 機枠 ２、３２ 入力軸 ４、３４ 入力コーン ５、３６ 第１出力コーン ７、４０ 第１リング ８、４１ 第２出力コーン １０、４５ 第２リング １１、４７ 出力軸 １３、１４、１５、５０、５１、５２ 歯車 １６、５４、５５ リング狭圧機構 １７、１８、５６、５７、５８ リングガイド機構 １９ ボールねじ軸 ２０ ボールねじナット ２１ ブラケット ２２ アーム部材 ２３ 球状ガイド ３８、４３ 軸 ４６ 第３出力コーン ４７ 第３リング ３４ａ 歯車

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転入力用の入力コーンと、回転出力用
   の出力コーンと、回転伝達用のリングと、リングを前記
   各コーンに沿って移動させるリングガイド機構とを備え
   た変速機において、前記入力コーンまたは出力コーンの
   どちらか一方を前記リングの内側位置に、前記入力コー
   ンまたは出力コーンの内の他方を前記リングの外側位置
   になるよう配設し、前記リングの断面形状を、入力コー
   ンおよび出力コーンに接する面がそれぞれ凸状の滑らか
   な曲線になるように形成せしめて入力コーンと出力コー
   ンによってリングを挾圧して入力コーンの回転トルクを
   リングを介して出力コーンに摩擦伝達せしめるようにす
   ると共に、前記リングガイド機構を、入力コーンと出力
   コーンの回転軸を含む幾何学平面で２分された空間の、
   前記リングが入力コーンと出力コーンとによって挾圧さ
   れる挾圧部の手前側の空間部に設置せしめ、リングガイ
   ド機構によってリングを入力コーンおよび出力コーンの
   軸心長手方向に移動させて変速するようにしたことを特
   徴とする無段変速機。
2. 【請求項２】 入力コーンまたは出力コーンの内のどち
   らか一方と、リングと、リングガイド機構とを複数ユニ
   ットとし、前記入力コーンあるいは出力コーンの内の他
   方を１個として構成せしめたことを特徴とする請求項１
   の無段変速機。
3. 【請求項３】 リングガイド機構を、リングガイドがリ
   ングガイドの変速移動方向に垂直な幾何学平面内におい
   て拘束されていると共に、前記幾何学平面のリングを案
   内する位置においてリングガイドが回転自在に支承され
   ている構成にせしめたことを特徴とする請求項１または
   請求項２の無段変速機。