JPH0226356A - 連続可変変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は連続可変変速機（ＣＶ丁）技術に関し、より具
体的には、歯車式速度比制御システムを組み込んだ平ベ
ルト連続可変変速機に関する。

［従来の技術］ 連続可変変速機の内、ベルトにより１対のプーリーを連
結し、各プーリーの有効直径を連続的に増減させ得るこ
とを一般的な特徴とする形式の変速機は２Ｎ類に大別で
き、具体的には、（ａ）　−方のプーリーから他方へ動
力を伝達するためにＶベルト又はその変形構造体（例え
ばリンクベルトやチェーン）を使用するものと、　（ｂ
）両可変直径プーリーの間に平坦で柔軟なベルトを採用
したシステムとに大別できる。

この分野では、平坦で柔軟なベルトを使用した連続可変
変速機の方が、Ｖベルトを採用したシステムよりも基本
的な利点が大きいことが認められている。Ｖベルト型シ
ステムの場合、ベルトは断面形状が台形で、種々のゴム
組成物で構成されており、動力源（例えばエンジン又は
モーター）からある速度の回転運動を出力軸に別の速度
で伝える動作において、ベルト及びプーリーシステムの
幾何学的状態に応じて速度比が最小値から最大値まで連
続的に変化するようになっている。Ｖベルトは、２個の
プーリーのそれぞれにおいて、平滑な円錐形シーブ部分
の間で該部分に作用する外部軸方向力により圧縮されて
、ベルトに張力が及ぼされるとともに、シーブ部分での
Ｖベルトの両側部の間に摩擦力が生じてスリップが防止
される。

作動状態では、シーブ部分の軸方向負荷の変化による力
の不均衡を生じさせ、それにより、力が釣り合うか、又
は、限界範囲ストッパーに到達するまで、２個のプーリ
ーにおけるベルトの半径方向位はが変化させられる。

伝達トルクが大きい場合、シーブに及ぼされる所要軸方
向力によりＶベルトに大きい圧縮力が生じ、そのために
、ベルトを厚（してその軸方向の座屈や破損を防止する
必要がある。この様に厚さを増加させると、ベルトの遠
心力が増加し、ベルト張力負荷が高くなる。更に、ベル
ト厚さを増加させると、任意の設計最小プーリー半径で
の応力負荷が高（なるので、プーリー寸法も増加させる
必要がある。しかも、一般的なＶベルトは各プーリーか
ら離れる場合に、圧縮シーブ負荷から連続的に「引き出
す」必要があるので、大幅な摩擦損失とベルト疲労が生
じ、システムの全体的な効率とベルトの動作寿命に悪影
響が及ぼされる。従って、可変速度プーリー駆動部には
広範囲の用途においてＶベルトが使用されてきてはいる
が、競合する他の小形寸法の機器と比べ、その動力容量
の点で用途は著しく限られている。

連続可変変速機にＶベルトを使用すると、その様な欠点
が生じることは避けられないので、平ベルト駆動連続可
変変速機と一般に呼ばれる別の形式のものが開発されて
きている。その名称から予想できるように、平ベルトが
駆動及び被駆動プーリー組立体の間に使用されており、
それらのプーリー組立体が個々の直径を動的に変化させ
て所要の変速比変更を行うようになっている。２個のプ
ーリーリムの間での軸方向運動は必要ではない。

一方、個々のプーリー組立体の直径的な変化を、どのよ
うな形にせよ、生じさせることが必要であり、特に有効
なシステムの一つでは、その機能を達成するために、各
プーリーにお埴て円形に配列された複数の駆動要素を同
時に半径方向内方又は外方へ適当に移動させることによ
り、プーリー組立体の任意の有効直径が得られるように
なっている。この特定の形式の可変速平ベルト変速機と
それに併設される制御システムは、米国特許第４０２４
７７２号、同４２９５８３６号、同４５９１３５１号、
同４７１４４５２号、ならびに、米国特許出願第０５１
９２２号（出願日：　　１９８７年５月１９日、現米国
特許第　　　　　　　号）及び同１３２７８３号（出願
日：　　１９８７年１２月１４日、現米国特許第　　　
　　　　号）、同−号（出願日：　　１９８８年−月一
日、現米国特許第　　　　　　　号）（いずれも出願人
はＥｍｅｒｓｏｎ　Ｌ、　）［ｕｍｍ）に記載されてい
る。上記１番目の特許を除（全ての特許及び出願におい
て、それらの可変直径プーリー構成要素には１対のプー
リーシーブが含まれており、両者の間を、半径方向及び
円周方向に同時に移動する複数のベルト係合要素が延び
ている。一実施例構造では、２４個のベルト係合要素が
設けてあり、１個のベルト係合要素から接線方向に延び
るベルトの走行範囲がそれに隣接するベルト係合要素か
らのベルト走行範囲に対して１５度の角度で延びている
。

各プーリーシーブには２個のディスクが２組（対）設け
てあり（６対において上記ディスクを内側案内通路ディ
スク及び外側案内通路ディスクと呼ぶ）、それらは互い
に平行であり、各組の内側及び外側案内通路ディスクは
互いに隣接させて配置しである。隣接する対の各案内通
路ディスクには複数の螺旋溝又は案内通路が設けてあり
、６対の案内通路の方向は互埴に反対であって、ベルト
係合要素の端部が螺旋案内通路の交差部で保持されるよ
うになっている。従って、ベルト係合要素の半径方向の
調節は、内側及び外側案内通路ディスクを相対的に回転
させてそれらの角度関係を変更することにより行い、無
論、この動作はプーリー組立体の両方の組の案内通路デ
ィスクにおいて互いに対応する関係で同時に行う。

Ｅｍｅｒｓｏｎ　Ｌ、　Ｋｕｍｍの上記特許及び特許出
願に記載された技術には、例えば、直接型車両用自動変
速機に採用される連続可変変速機において、各プーリー
組立体の内側及び外側案内通路ディスクの間で相互的角
度関係を有効に設定するための制御システムが含まれて
〜）る。当業者にとって理解できる如く、そのような用
途では、プーリー組立体間の速度比を非常に正確に調節
することは必要ではな（、そのような調節は従来技術の
制御システムでは行われない。同様に、正確な速度比を
手動で調節することも必要ではなく、又、行えない。

ところが、その他の車両及び車両以外の用途に連続可変
変速機を用〜）る場合、速度比を非常に正確に調節する
ことが非常に望ましい場合がある。

例えば、いわゆる車両自動変速機用のいわゆる歯車式中
立構造では、ある条件の下で速度比を正確な値で設定し
て維持することが必要であり、そうでないと、変速機に
生じた再生トルクにより歯車などが故障する可能性があ
る。別の例としては、高精度工作機械を駆動する場合の
ように、非車両用の連続可変変速機に用いる場合があり
、その場合、狭い範囲に速度比を手動クランキング動作
で設定し、極力正確に維持することを容易に行えるよう
にすると効果的である。ところが、平ベルト連続可変変
速機用の従来の制御システムでは、これらの用途に必要
な精度に速度比を設定・維持することが不可能であるの
で、そのような用途に平ベルト連続可変変速機を使用す
ることはこれまで行われていない。本発明は、平ベルト
連続可変変速機において、速度比を非常に正確に制御す
るための技術を対象としている。

［発明の目的］ 従って本発明の基本的な目的は、改良型の平ベルト連続
可変変速機を提供することにある。

更に本発明の目的は、そのような連続可変変速機におい
て、駆動及び被駆動プーリー組立体の間での速度比の設
定及び維持を非常に正確に行うための歯車式制御システ
ムを提供することにある。

更に本発明の目的は、そのような歯車式制御システムに
おいて、手動及び自動動作のいずれにも容易に適応でき
る構造を提供することにある。

更に本発明の目的は、そのような制御システムにおいて
、比較的小形軽量で簡単かつ安価な構造を提供すること
にある。

［発明の構成］ 要約すると、本発明の上記及びその他の目的は、それら
を達成するために、歯車式制御システムが平ベルト連続
可変変速機に採用されており、その変速機では、各プー
リー組立体の有効直径が、複数組の内側及び外側案内通
路ディスクの間の相互角度関係により決定され、又、そ
れらのディスクが、互いに逆方向を向いた複数の対数螺
旋を有し、その螺旋がそれらの交差部において保合要素
を支持している。複数組の内側及び外側案内通路ディス
クは遊星歯車システムを介して連結されており、該シス
テムに設けられた構成要素を外部から操作することによ
り、複数組の内側及び外側案内通路ディスク間の角度関
係を調節できる。より具体的には、複数組の内側及び外
側案内通路ディスクは、軸方向に並ぶ複数の太陽歯車に
連結している。第１の太陽歯車はそれを囲む複数の星歯
車と噛み合うており、星形歯車の軸は第１太陽歯車の軸
に対して相対的に固定された位置にある。第２の太陽歯
車はそれを囲む複数の遊星歯車と噛み合っており、その
遊星歯車は、回転可能な遊星キャリアで支持されている
ことにより、第２の太陽歯車の周囲を旋回できる。星歯
車と遊星歯車は、それぞれ、同一の内歯環状歯車と噛み
合っており、遊星キャリア上の外歯環状歯車が外部操作
構造体（外部から操作できる構造体）に連結した速度制
御ビニオンと噛み合っている。駆動プーリー組立体につ
いては、外部操作構造体は、手動クランクやモーター　
発電機、ポンプあるいは任意の用途に適したその他の適
当な装置で構成できる。被駆動プーリー組立体について
は、外部操作構造体は、回転エネルギーの吸収又は送り
出しを行える油圧モーターやポンプ又は電気モーターや
発電機などの負荷装置で構成できる。従って、手動クラ
ンクを回すと、第１及び第２の太陽歯車の間の角度関係
が変化し、そのために、駆動プーリー組立体の内側及び
外側案内通路ディスクの間の角度関係が変化して駆動プ
ーリー組立体の有効直径が変わる。同時に、被駆動プー
リー組立体でも、両プーリー組立体を連結する平ベルト
の長さが一定であり、又、両軸間の間隔が一定であるの
で、逆方向において有効直径が変化させられる。条件の
厳しい用途に適した一実施例では、駆動及び被駆動プー
リー組立体の間で設定及び維持される速度比の精度を、
一方の太陽歯車とそれが連結される一組の案内通路ディ
スクとの間に歯車減速装置を介在させることにより、更
に高めることができる。この機能を果たすための歯車減
速装置としては、調和駆動部が特に適している。又、調
和駆動部を使用することにより、外部制御部の所要トル
ク及び動力を大幅に低減できる。

本発明の主な内容は、明細書の結論部分において特定さ
れ、その範囲が明確に記載されている。

但し本発明の構造及び動作方法のいずれも、添付図面及
び従属クレームに関連する以下の記載に最も明瞭に説明
されている。

［実施例］ 第１図、第２図、第３図にその基本的構造を示す平ベル
ト型連続可変変速機は、本発明の特徴である速度比制御
システムを採用したものであり、可変直径プーリー駆動
袋＠１０として具体化されている。装置ｉ１０には可変
直径プーリー組立体ｌＬ１２が平駆動ベルト１３により
連結された状態で設けである。以下の記載ではプーリー
組立体１１を駆動プーリー組立体とし、プーリー組立体
１２を被駆動プーリー組立体とするが、本発明において
はそれらのプーリー組立体の関係を逆にしてもよい。

プーリー組立体１１は軸１４に適当に取り付けてあり、
プーリー組立体１２も同様に周知の方法で軸１５に適当
に取り付けである。プーリー組立体１１．１２は互いに
類似しているので、ここではその一方、すなわちプーリ
ー組立体１１だけを以下に詳細に説明する。第３図に示
すベルト１３は第２図の破線位置にあるベルト１３の位
置に対応している。

プーリー組立体１１には１対のプーリーシーブ１６．１
７が設けてあり、両者の間を複数のベルト係合要素１８
が延びている。要素１８はベルト１３と係合して後述す
る如（駆動又は被駆動状態となる。本発明の一実施例構
造では、２４個のベルト係合要素１８が円周方向に均等
に分散しており、それにより、１個のベルト係合要素１
８から接線方向に延びるベル）１３の走行範囲と、それ
に隣接するベルト係合要素１８から延びるベルト走行範
囲との間に１５度の角度が形成されている。

各ベルト係合要素１８にはベルト１３と係合する中央軸
部２８と、両端部の軸受領域２９とが設けである。

プーリーシーブ１６には１対のプーリー案内通路ディス
ク１９．２１が互いに並置状態に近接させて平行に設け
である。同様に、プーリーシーブ１７には１対のプーリ
ー案内通路ディスク２２．２３が互いに並置状態で近接
させて平行に設けである。プーリーシーブ１Ｂ、１７０
間の縦方向間隔（すなわち、案内通路ディスク２．１．
２２の間の軸方向間隔）は常に同じであり、駆動又は被
駆動速度を変えるためにベルト１３を半径方向に調節す
ることには影響されない。当然この間隔は、装置の設計
荷重を支えるように選択したベルト１３を支持するベル
ト駆動要素を、間隙を残して収容できるだけの値となっ
ている。

プーリー組立体１１上のベルト１３０半径方向の位ｒＩ
ＩＦ１節範囲は、第２図におけるベルト１３の実線位置
及び破線位置から予測できるように、ベルト係合要素１
８の半径方向位置を変えることにより達成できる。例え
ば、第２図において、ベルト係合要素１８は、プーリー
組立体１１上でベルト１３が実線位置にある時、軸１４
の中心に接近しており、又、破線位ｉｆ（第３図に示す
位ｒｉｇ＞にベルト１３がある時、ベルト係合要素は半
径方向外側に移動して周辺部に隣接している。

ベルト係合要素１８の半径方向位置の変更は、プーリー
シーブ１６の外側案内通路ディスク１９と内側案内通路
ディスク２１とを相対的に回転させて両者の角度関係を
変更することにより行い、又、プーリーシーブ１７の案
内通路ディスク２２．２３を同様に相対的に回転させる
ことにより行う。

実際的には、同期動作を行うために、内側案内通路ディ
スク２１．２２は互いに物理的に固定され、外側案内通
路ディスク１９．２３も互いに固定される。そのような
動作のための動力は、第１図〜第３図には示されていな
いが、先に引用した米国特許第４２９５８３８号に記載
されたような従来技術で得られる。内側及び外側案内通
路ディスク間の位相角度を制御するための特に有効なシ
ステムは、前述の米国特許出願第０５１９２２号（出願
臼：１９８７年５月１９日、現米国特許第号）、及び同
第１３２７８３号（出願 口：　　１９８７年１２月１４日、現米国特許第号）に
記載されている。但し、前述の 如く、従来技術の制御システムは、それらが設定・維持
できる速度比の精度に限界があり、平ベルト連続可変変
速機の重要な用途では、従来技術の制御システムで得る
ことのできる精度よりも高い精度が要求される。

外側案内通路ディスク１９は複数の対数螺旋案内通路２
４を有しており、該案内通路２４は、プーリー組立体半
径に対して４５度の角度で、隣接する中心から漸進的に
外方へ広がっている。同様に、内側案内通路ディスク２
１も複数の対数螺旋案内通路２５を、プーリー組立体半
径方向に対して約４５度の角度で外方へ放射状に延びる
状態で有しているが、その方向は案内通路ディスク１９
０案内通路２４とは逆である。案内通路２４．２５は、
プーリー半径方向に対して４５度の角度で外方、かつ、
互いに反対方向に放射状に延びているので、それらの案
内通路の交差部の角度は、全ての半径方向位置において
９０度である。この結果、ベルト係合要素１８の軸受領
域端部２９を受は入れるための全ての半径方向位置にお
いて、概ね一定の幾何学構造が、対数螺旋案内通路２４
．２５の交差部に生じる。同様に、内側案内通路ディス
ク２２は、内側案内通路ディスク２１の案内通路２５と
同様に外方へ放射状に延びる複数の対数螺旋案内通路２
６を材しており、外側案内通路ディスク２３には、外側
案内通路ディスク１９の案内通路２４と同様に外方へ延
びる対数螺旋案内通路２７が設けである。従って、案内
通路２６．２７は全ての半径方向位置において９０度で
交差して一定の交差幾何学構造部を形成する。該構造部
は、対数螺旋案内通路２４．２５と同じであり、ベルト
係合要素１８の他方の端部を受けるようになっている。

図示の螺旋は４５度であり、交差角度が９０度であるが
、無論、別の角度の対数螺旋を必要に応じて使用できる
。又、シーブを相対的に回転させて内側及び外側の案内
通路ディスクの間の角度関係を変更する時に、案内通路
交差部で支持されたベルト係合要素軸受端部が適当に動
（のであれば、具体的な角度関係を多少変更することも
できる。

ベルト１３は、プーリー組立体１１又は１２の周囲を通
過する際に、ベルト係合要素１８の中央部分と係合し、
自明の状態で一方のプーリー組立体を駆動して他方のプ
ーリー組立体により駆動される。

プーリー組立体１１．１２、ベルト１３、ベルト係合要
素１８を含む上述の基本的な駆動システムは、先に引用
した米国特許第４２９５８３６号（発行日：　　１９８
１年１０月２０日）に詳細に記載されており、本願に記
載した本発明の特定の部分を形成するものではないが、
本発明を機能させる周辺条件を形成している。

次に第４図及び第５図において、本発明による連続可変
変速機の図示の第１実施例には、第１゛プーリー組立体
４８と第２プーリー組立体４９の間で速度比を正確に設
定するために、歯車システムが組み込まれている。上側
プーリー組立体４８に併設された歯車式速度比制御機構
と下側プーリー組立体４９に併設された機構とは本質的
に同一であり、以下に記載する特定の構造だけが異なっ
ている。従って、全体的な説明は第４図の上側プーリー
組立体４８に基づ埴て行う。説明のために、上側プーリ
ー組立体４８を駆動プーリー組立体とみなし、下側プー
リー組立体４９を被駆動プーリー組立体とする。

いずれの場合でも、歯車式速度比制御機構は、内側及び
外側案内通路ディスクの間の角度関係（従って、ベルト
係合要素１８０半径方向位ｒ！１）を設定するように作
用するが、その制御機構は静止ハウジング５０内に収容
されている。軸１４は小径領域がハウジング５０内まで
延びており、先端が外側太陽歯車５４内に達している。

−組の内側案内通路ディスク２Ｌ２２は、軸１４の端部
領域を相対回転自在に囲む中空軸５２に直接連結してお
り、中空軸５２の端部は内側太陽歯車５３内に達してい
る。第４図に示す如樗、太陽歯車５３．５４は直径が同
じで歯数も同じであり、このことは特定の速度比での一
定制御には必要であるが、この関係は、連続回転制御構
成要素を採用できるシステムの設計的束縛事項ではない
。しかしながら、本発明の図示の実施例では、太陽歯車
５３．５４は、説明の簡単化のために同一構造となって
いる。

遊星キャリア５１は軸１４の中心軸を中心にして静止ハ
ウジング５０内で回転する状態で配置されており、複数
の遊星歯車５６を支持している。

各歯車５５は、第４図及び第５図に示す如く、個々の遊
星歯車軸５７上に回転自在に支持されている。各遊星歯
車５５は、　（軸１４の中心軸に対して）半径方向内側
の周辺領域において、内側太陽歯車５３と噛み合ってお
り、その半径方向外側の周辺領域において、内歯環状歯
車５９の第１組の歯５９Ａと噛み合っている。内歯環状
歯車５９は第２組の内歯５９Ｂを、遊星歯車５５と噛み
合う上記歯から軸方向にずれた状態で備えている。特定
速度比での一定制御の場合、第２組の歯５９Ｂは一般に
第１組の歯５９Ａと同じである。

同様に、複数の星歯車５６が、静止ハウジング５０と一
体の星歯車軸５８により固定位置に支持されている。星
歯車５６は、内歯環状歯車５９の第２組の内歯５９Ｂと
、軸１４に直接連結された外側太陽歯車５４の歯の両方
と噛み合うように配置しである。遊星歯車５５と星歯車
５６は、第４図では、面同士が並んだ状態で示されてい
るが、これは単に分かりやす（説明するためであり、以
下の説明から明らかなように、軸１４の中心軸を中心と
する遊星歯車５５の星歯車５６に対する角度位置は、制
御システムの動作中に変化する。

遊星キャリア５１には、直歯ビニオン６３に噛み合う外
歯環状歯車６０が設けである。ビニオン６３は速度制御
クランク６１により軸６２を介して手動で駆動される。

クランク６１０回転は、静止ハウジング５０に設けたビ
ン用の孔６５にクランク保持ビン６４を入れることによ
り拘束できる。

下側プーリー組立体４９は速度制御クランクを育してお
らず、その代わりに、軸６２′により直歯ビニオン６３
′に連結される負荷装置６６を備えている。負荷装Ｗ１
８６は、回転力の吸収及び送り出しをできるのであれば
、どのような形態でもよい。例えば、負荷装置６６は、
上記米国特許出願第０５１９２２号及び同　　　　　　
号に記載された油圧モーター・ポンプを応用した油圧モ
ーター・ポンプとそれに対応する制御システムで構成で
きる。別の適当な負荷装置としては、本発明の別の実施
例の説明に関連して以下に記載するように、電気モータ
ー・発電機がある。その目的のためのより単純な装置と
しては螺旋捻りばねがあり、該ばねは、時計ばねと同様
に、一方向に巻かれると、ハウジング５０′に対して遊
星キャリア５１’を回転させるようなトルクを発生させ
る。

第４図及び第５図に示されている連続可変変速機での歯
車式速度比制御機構の動作を次に説明する。まず、静止
状態にあり、速度比が予め設定されており、孔６６内へ
延びる保持ビン６４により速度制御クランク６１が所定
位置に固定されているものとする。このような状況の下
では、両組の内側案内通路ディスク２１．２２と外側案
内通路ディスク１９．２３が、同−率で回転し、そのた
めに、内側太陽歯車５３及び外側太陽歯車５４も同−率
で回転する。従って、遊星歯車５５と星歯車５６は同−
率で同一方向に回転することになる。

又、内歯環状歯車５９は静止ハウジング５０内において
、軸１４及び中空軸５２の回転方向と逆の方向に回転す
る。更に、遊星キャリア５１はこの安定状態の下では回
転しないので、軸１４の中心軸を中心とする遊星歯車５
５と星歯車５６の位置の間の角度関係は一定のままであ
る。

次に、駆動プーリー組立体４８と被駆動プーリー組立体
４９の間の速度比を変更したい場合のシステムの動作を
説明する。この調節では、上記静止及び移動構成要素の
間の関係が一時的に変化するだけであるので、軸１４が
回転していないと仮定すると、その効果を最も明瞭に理
解できる。動作原理を理解した上で、軸１４の実際の回
転を、実際的に、機構のその他の運動に不動部として重
ね合わせればよい。

すなわち、上述の如く軸１４が静止していると仮定して
、速度制御クランク６１を、例えば、参照矢印６７で示
す方向に見て時計方向に回転させるものとする。クラン
ク６１のそのような回転の結果、遊星キャリア５１は、
（直歯ビニオン６３と外歯環状歯車６０との間の歯車比
に応じて）減速比で反時計方向に回転する。軸１４は静
止しているものと仮定しおり、ハウジング５０は不動で
あるので、内歯環状歯車５９は静止状態で保持される。

その結果、軸１４の中心軸を中心とする遊里歯車５５の
移動により、内側太陽歯車５３が反時計方向に回転させ
られて中空軸５２を駆動し、それにより、−組の内側案
内通路ディスク２１．２２を、軸１４に対して固定され
た一組の外側案内通路ディスク１９．２３に対して反時
計方向に駆動する。その結果、　（上側プーリー組立体
４８の対数スロットの方向が第２図に示す駆動プーリー
１１のスロット方向に対応すると仮定すると）、ベルト
係合要素１８は同時に半径方向外方へ移動し、それによ
り、駆動プーリー組立体４８の有効直径が増加する。所
望の増加調節が完了すると、速度制御クランク６１を再
び所定位置に固定して、遊星歯車５６と星歯車５６の間
の新たな角度的関係を維持し、新たなプーリー速度比を
維持する。

前述の如く、この−時的な調節動作全体をいくつかの構
成要素の実際の回転動作と重ね合わせるだけで、−組の
外側案内通路ディスク１９．２３に対する内側案内通路
ディスク２１，２２の相対的な角度位置の調節がプーリ
ー回転動作及び動力伝達動作中に実際に行われることに
なる。

ベルト１３の長さは一定であり、軸１４．１５間の距離
も一定であるので、駆動プーリー組立体４８のベルト係
合要素１８０半径方向位置が半径方向外方へ移動すると
、被駆動プーリー組立体４９のベルト係合要素１８′は
半径方向内方へ移動しなければならない。被駆動軸１５
が静止していると仮定すると、−組の外側案内通路ディ
スク１９’　　２３’も静止することになる。従って、
−組の内側案内通路ディスク２１’　　２２’は、参照
矢印６８で示す方向に見て、反時計方向に移動していな
ければならない。−組の内側案内通路ディスク２１’　
　２２’が反時計方向に移動すると、内側太陽歯車５３
′も反時計方向に回転する。従って、遊星歯車５５′は
時計方向に回転する。被駆動軸１５が静止していると仮
定しているので、星歯車５６′は回転できず、そのため
に、内歯環状歯車５９′も静止状態に保持される。その
結果、内歯環状歯車５９′の歯と噛み合う遊星歯車５５
′の作用により、遊星キャリア６１′が反時計方向に回
転させられる。従って、直歯ビニオン６３′はある倍率
で時計方向に回転させられ、軸６２′を介して負荷装ｒ
１１６６を時計方向に駆動する。

この動作は、駆動プーリー組立体４８の遊星歯車５５及
び星歯車５６の相対位置の調節動作と同期して行われ、
速度制御クランク６１が再び所定位置に固定されると、
この動作が停止して新たな安定状態となる。但し、過渡
的動作の間は、負荷装Ｗ１６６はそれ本来の機能を果た
すことになる。

例えば、負荷装置６６が油圧モーター・ポンプであれば
、ポンプとしての機能を一時的に果たす。

負荷装置１１６６がモーター・発電機であれば、発電機
としての機能を一時的に果たす。負荷装置がばねであれ
ば、ある程度まで巻かれる。

速度制御クランク６１を反時計方向に手動で回すと、上
述の効果とは逆に一連の効果が生じる。

簡単に説明すると、遊星キャリア５１は時計方向に回転
して一組の内側案内通路ディスク２１１２２を時計方向
に回転させ、駆動プーリー組立体４８の有効直径を減少
させる。従って、被駆動プーリー組立体４９のベルト係
合要素１８′は、半径方向外方へ移動し、エネルギー送
り出しモードで作動している負荷装置！８６、すなわち
、油圧又は電気モーター　あるいは、時計方向に回転す
る巻き戻しばねとして作動している負荷装置１１８６に
より、その動作が助けられる。

ビニオン６３と外歯環状歯車８０との間の減速歯車装置
は、太陽・遊星・星歯車構造により構成される歯車減速
部とともに作用し、実質的に全体的な歯車減速部を提供
して数多々の連続可変変速機で必要な調節精度を実現す
る。ところが、前述の歯車式中立自動変速機のようない
（つかの用途では、そこで必要な制御精度を、第４図に
示すシステムの構成要素の歯車比を調節するだけでは容
易に実現できない。従って、制御の精度を大幅に増加さ
せるための装置を設けると育益であり、そのような装置
は、本発明による歯車式制御システムを採用することに
より実現できる。

条件の厳しい用途について所望精度の作用を得るために
は、様々な差動歯車袋（Ｉｌ’４採用できるが、ここで
説明する条件の厳しい用途用の実施例では、いわゆる「
調和（ハーモニック）」歯車駆動部を採用し、内側及び
外側の案内通路ディスクの間の差動動力伝達関係とある
種の動力吸収要素とが形成されている。第６Ａ、６Ｂ、
６Ｃ図（特に、拡大された第６Ａ図）には、調和駆動歯
車減速装置の基本原理が示しである。この最も要素的な
形態では、調和駆動部に３個の同心構成要素が採用され
て高い機械的効果及び減速機能が生じるようになってい
る。非剛体機構を使用することにより、非剛体外歯歯車
に連続的な楕円たわみ波を生じさせ、それにより、剛体
内歯歯車との連続転動噛合状態が得られるようになって
いる。

すなわち、第６Ａ図において、たわみスプライン１３１
はその外歯で剛体円形スプライン１３２の内歯と噛み合
っており、楕円波発生機１３０はそのたわみスプライン
１３１をたわませる。たわみスプラインの楕円形状とそ
のたわみ量は、第６Ａ１６Ｂ、６０図では、原理を説明
するために、誇張して示しである。実際のたわみ量は図
示の量と比べて非常に小さく、材料疲労限界範囲に充分
収まる程度である。

非剛体たわみスプライン１３１の歯と剛体円形スプライ
ン１３２は連続的に係合しており、たわみスプライン１
３１は一般に歯の数が円形スプライン１３２よりも２枚
少ないので、波発生機１３００１回転により、たわみス
プラインと円形スプラインとの間で２枚の歯に相当する
相対運動が生じる。すなわち、円形スプライン１３２を
回転動作的に固定したとすると、たわみスプライン１３
１は、波発生機（システム入力部の例）と反対の方向に
、たわみスプラインの歯数を２で割った値に等しい減速
比で回転することになる。

この相対運動は、単一たわみスプライン歯１３４の連動
を、矢印１３５で示す方向の入力回転の半回転にわたっ
て調べることにより分かる。波発生機１３０への入力は
、この例では、波発生機に時計方向の回転を生じさせる
ので、たわみスプラインは反時計方向に回転する。すな
わち、第６Ｂ図から明らかなように、歯１３４は、波発
生！１１１３０を１／４回転させると、１枚のたわみス
プライン歯の半分に相当する位置だけ反時計方向に移動
する。又、波発生機１３０の軸を９０度だけ回転させる
と、歯１３４は完全に離脱状態となる。

波発生機１３０の長袖を第６Ｃ図の如（１８０度だけ回
転させると、隣接する円形スプライン歯空間で完全な再
保合が生じ、歯１３４は完全に歯１枚分だけ前進するこ
とになる。この運動は、長袖が更に１８０度から０度へ
回転すると繰り返され、それにより波発生ａ１３０に対
する入力回転毎に歯２枚分の前進が生じる。

調和駆動歯車減速比を一般的に説明する場合、たわみス
プラインを出力部材と仮定し、円形スプラインを回転動
作的に固定されていると仮定する。

但し、動力伝達部を減速又は増速、差動動作のいずれに
使用するかによって、いずれの駆動要素も入力部又は出
力部、固定部材として機能させることができる。

調和駆動原理は、動的スプラインからなる第４の要素を
付加することにより拡張できる。動的スプラインは、た
わみスプラインと同一方向及び同一速度で回転する内歯
歯車である。動的スプラインは円形スプラインと平行で
、たわみスプラインと係合するが、円形スプラインとは
異なり、動的スプラインの歯数はたわみスプラインと同
じである。たわみスプライン形状の回転により、動的ス
プラインの同−歯空間内において、両者間の比が１：　
ｌで、歯係合・離脱が生じる。従って、システムは３要
素調和駆動モデルと同じ特性のたわみスプラ、イン出力
部となり、入力部と反対の回転方向で歯車減速比が表さ
れる。超高２段比能力が、２個の円形スプラインを、そ
れぞれ、異なる単一段比に設定して、たわみスプライン
と噛み合わせることにより得られる。単なる一例を説明
すると、ｉｅｏ：を及び１５９：１の単一段比を組み合
わせることにより、１２７２０：　　１の総合減速比と
なる。本発明での使用に適した調和駆動部は、Ｑｕｉｎ
ｃｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｉｎｃ、　（米国マ
サチューセッツ州、ウェークフィールド）の調和駆動部
門から入手できる。

次に第７図において、本発明により連続可変変速機に調
和駆動部を効果的に組み込むことのできる方法を説明す
る。調和駆動部構成要素７０は中空軸７１を介して内側
太陽歯車５３と駆動プーリー組立体７３の一組の案内通
路ディスク２１１２２（及び−組の外側案内通路ディス
ク１９．２３）との間に介装されている。同様に、別の
調和駆動部構成要素７０′が、中空軸７１′を介して内
側太陽歯車５３′と被駆動プーリー組立体７９の一組の
案内通路ディスク２１’２２’（及び−組の外側案内通
路ディスク１９’　　２３’）との間に介装されている
。駆動軸１４は中空軸７１を貫通して延びており、その
端部で外側太陽歯車５４を支持している。一方、被駆動
軸１５は中空軸７１′を貫通して延びており、その端部
で外側太陽歯車５４′を支持している。遊星歯車組立体
のその他の構造は、第４図及び第５図に関連して記載し
た通りである。

すなわち、−組の外側案内通路ディスク１９．２３は調
和駆動部７０の動的スプライン７２に連結し、−組の内
側案内通路ディスク２１，２２は調和駆動部の円形スプ
ライン７３に連結している。

波発生器７４は中空軸７１に直接連結されており、従っ
て、内側太陽歯車５３に直接連結されている。

速度比が予め設定され、速度制御クランク６１が所定位
置に固定されている静止状態では、内側案内通路ディス
ク２１．２２と外側案内通路ディスク１９．２３が同一
率で回転する。その結果、動的スプライン７２と円形ス
プライン７３との間で相対運動は発生せず、そのために
、波発生器７４と中空軸７１と内側太陽歯車６３は、い
ずれも、軸１４及び外側太陽歯車６４と同一率で回転す
る。

駆動プーリー組立体７８と被駆動プーリー組立体７９と
の間の速度比を変更したい場合、速度制御クランク６１
を前述の如く解放して回転させる。

以下の分析では、制御機構のい（つかの構成要素の間の
過渡的運動を最も分かりやすくするために、駆動軸１４
が静止しているものと再び仮定する。

速度制御クランク６１が時計方向に回転させられると、
遊星キャリア５１が反時計方向に回転して内側太陽歯車
５３を反時計方向に回転させる。従って、中空軸７１と
波発生器７４は反時計方向に回転する。この回転はたわ
みスプライン７５を介して動的スプライン７２及び円形
スプライン７３０両方に伝わる。但し、軸１４が静止し
ていると仮定しており、−組の外側案内通路ディスク１
９．２３が該軸に固定されているので、動的スプライン
７２は回転が防止される。従って、波発生器７４の１回
転毎に、円形スプライン７３は歯２枚分だけ時計方向に
回転し、ベルト係合要素１８を半径方向内方へ、正確に
移動させ、駆動プーリー組立体７８の有効直径を減少さ
せる。この運動は、第４図に示すシステムにおいて時計
方向に速度制御クランク６１を回転させた場合の作用効
果を反転させたものであり、調和駆動部７０で行われた
機構的な反転動作の直接的な結果である。

以上に応答して、被駆動プーリー組立体７９のベルト係
合要素１８′は半径方向外方へ移動することになり、エ
ネルギーが負荷装置１１７Ｂへ伝えられる。ところが、
プーリー組立体７８．７９には調和駆動部７０，７０’
が存在しているので、速度制御クランク６１と負荷装置
７６は、過渡的な速度比調節動作中、（ｌ１１和駆動部
の歯車比に等しい）より多々の回数だけ回転する。従っ
て、過渡的速度比調節動作に必要な速度制御トルク及び
動力は、（効率損失を考慮しない場合）Ｗｌｌ和動動部
歯車比だけ減少する。調和駆動部の歯車比は一般に１０
０：　　１程度又はそれ以上であるので、制御トルク及
び動力は実際に非常に大幅に低減される。

当業者にとって理解できるように、調和駆動部７０．７
０’を歯車式制御システムに組み込んだことにより、平
ベルト連続可変変速機の両プーリー組立体の間の速度比
についての制御精度が大幅に増加する。更に、ビニオン
６３を駆動するための装置の所要トルクは、それに対応
して低減される。この特徴により、例えば、小さい可逆
電気モーターを、ビニオン６３に連結する装置として使
用することができ、それにより、−例である車両での用
途において、第８図に示すような比較的単純な外部制御
構造を使用することができる。すなわち、通常のエンジ
ン速度及びスロットル位置についての情報を一般的な論
理部８０で分析することにより、速度比の変更が望まし
いかどうかを判断し、望ましい場合、可逆直流モーター
８１１８２を作動させて、所要比が得られるまで上述の
各機構を適当な方向に駆動させることができる。実際に
設置した場合、これは継続的処理とし、燃料消費率が最
小となるような所望のエンジントルク・速度特性を設定
するとともに、又、当業者にとって理解できるように、
その他の処理変数（温度、大気圧力、　「性能」設定、
車両速度など）を考慮して所望の瞬間的速度比を決定す
ることが多い。

以上に本発明の原理を図示の実施例により説明したが、
本発明を実施する場合に使用する構造や配置状態、レイ
アウト、要素、材料、構成要素については、本発明の原
理から外れることな（、具体的な環境条件や作動条件に
個々に適合させて変更することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適応する形式の連続可変変速機を表す
図で、平ベルトにより駆動及び被駆動プーリー組立体を
連結した構造の端面図：第２図は第１図に示すプーリー
組立体システムの第１図の線２−２横断面図； 第３図は内側及び外側案内通路ディスク構成要素とベル
ト係合要素構造との関係を示すためのプーリー組立体の
一部切り欠き部分斜視図；第４図は各プーリーの内側及
び外側案内通路ディスク間の角度関係を決定するための
本発明制御システムの機械的構成要素の基本的構造を示
す平ベルト連続可変変速機の断面略図； 第５図は制御システムの遊星歯車組立体構成要素を示す
第４図の５−５線に沿う断面図；第６Ａ、８Ｂ、６０図
は、原理をより明確に説明するために一部の構成要素を
誇張した楕円形で示す調和駆動部の動作原理説明図； 第７図は各プーリーの内側及び外側案内通路ディスク間
の角度関係を決定するための、調和駆動部を採用した本
発明制御°システムの機械的構成要素の基本的構造を示
す平ベルト連続可変変速機の断面略図； 第８図は本発明の本発明の制御システムの自動型の例を
示す略図である。 １０・・・可変直径プーリー駆動装置、１Ｌ１２・・・
プーリー組立体、１３・・・ベルト、１４．１５・・・
軸、１６、１７・・・プーリーシーブ、　１８・・・ベ
ルト係合要素、２８・・・中央軸部、２９・・・軸受領
域、１９．２１．２２．２３・・・・・・案内通路ディ
スク、２４．２５．２６．２７・・・・・・案内通路、
４８．４９・・・プーリー組立体、５１・・・遊星キャ
リア、５３．５４・・・太陽歯車、５５・・・遊星歯車
、５６・・・星歯車、５９・・・内歯環状歯車、６１・
・・速度制御クランク、６６・・・負荷装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （Ａ）第１及び第２のプーリー組立体を備え、上記各プ
   ーリ一装置に； １、軸を設け； ２、１対のプーリーシーブを設け； ３、複数のベルト係合要素を設け、該各ベルト係合要素
   に； ａ、上記駆動ベルトが係合する駆動表面を含む細長い中
   央軸部を設け； ｂ、上記中央軸部の第１の端部に第１の軸受領域を設け
   ； ｃ、上記中央軸部の第２の端部の第２の軸受領域を設け
   ； ４、上記各プーリーシーブに； ａ、１対の相対移動可能な案内通路ディスクを互いに隣
   接させて並置状態で設け I 、上記各対の案内通路ディスクの内側案内通路ディ
   スクに１方向に延びる複数の第１案内通路を設け； II、上記各対の案内通路ディスクの外側案内通路ディス
   クに第２の方向に延びる複数の第２の案内通路を設け； III、上記第１及び第２の複数の螺旋案内通路により、
   上記ベルト係合要素の上記軸受領域を保持して位置決め
   するための交差部を形成し、該交差部による上記軸受領
   域の位置決めにより上記軸に対する上記ベルト係合要素
   の半径方向の位置決めを行い； ５、上記複数のプーリーシーブの上記複数の内側案内通
   路ディスクを互いに連結するための手段を設け、その連
   結により上記軸を中心にして回転する内側案内通路ディ
   スク構造体を構成し； ６、上記複数のプーリーシーブの上記複数の外側案内通
   路ディスクを互いに連結するための手段を設け、その連
   結により上記軸を中心にして回転する外側案内通路ディ
   スク構造体を構成し； ７、上記案内通路ディスクの内の少なくとも１個を上記
   軸と共に回転する状態で該軸に連結する手段を設け； ８、上記プーリー組立体の有効直径を設定するために上
   記内側案内通路ディスク組と上記外側案内通路ディスク
   組との間の角度関係を調節するための手段を設け； （Ｂ）上記第１及び第２のプーリー組立体を連結する平
   駆動ベルトを設け； 少なくとも１個の上記プーリー組立体の上記内側案内通
   路ディスク組と上記外側案内通路ディスク組との間の角
   度関係を調節するための上記手段の改良構造において： （Ｃ）上記内側案内通路ディスク組と上記外側案内通路
   ディスク組との間に遊星歯車システムを機械的に配置し
   、該遊星歯車システムに： １、上記内側案内通路ディスク組に連結される第１太陽
   歯車を設け； ２、上記外側案内通路ディスク組に連結される第２太陽
   歯車を設け； ３、上記第１及び第２の太陽歯車を軸方向に並べ； ４、回転可能な遊星キャリアを設け； ５、上記第１及び第２の太陽歯車の一方と噛み合う一組
   の遊星歯車を設け、該遊星歯車を上記遊星キャリア上で
   支持し； ６、上記第１及び第２の太陽歯車の他方と噛み合う一組
   の星歯車を設け、上記各星歯車を上記第１及び第２の太
   陽歯車の上記他方に対して角度的に固定された位置で支
   持し； ７、上記遊星歯車及び上記星歯車と噛み合う内歯環状歯
   車を設け； ８、上記遊星キャリアと上記星歯車との間の角度関係を
   選択的に変えるための手段を 設けたことを特徴とする連続可変変速機。