JPH0613896B2

JPH0613896B2 - 無段変速装置

Info

Publication number: JPH0613896B2
Application number: JP61193104A
Authority: JP
Inventors: 昭高見
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-08-18
Filing date: 1986-08-18
Publication date: 1994-02-23
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: JPS6353341A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、動力装置一般に利用できる、歯車手段によ
る無段変速装置に関する。

〔従来の技術〕

歯車を用いて機械的無断変速機構を達成させている従来
例は少ないが、その中で、特公昭59−42181号公報に示
された矩形波発生装置は、従来技術による機械的無段変
速の要素装置の代表的な一例と考えられる。その矩形波
発生装置を従来の要素装置例として第15図に示す。図に
おいて、301は第１の共通軸であり、第２の共通軸312と
の間に、特定の角速度比を有して対をなす非円形な駆動
歯車と被駆動歯車とが二組設けられている。303は第１
の共通軸に固定された第１の駆動歯車で、共通軸312に
回転自在に支持された第１の被駆動歯車307とかみ合つ
ている。305は共通軸301に回動可能に支持された可動要
素304に固定されている第２の駆動歯車で、共通軸312に
回転自在に支持された第２の被駆動歯車309とかみ合つ
ている。第２の駆動歯車305は、可動要素304と、共通軸
301に固定されている固定要素302と調整制御装置306と
からなる制御装置によつて、第１の駆動歯車に対して任
意の相対的な角度位置にずらすことができる。第１の被
駆動歯車307及び第２の被駆動歯車309には、それぞれ差
動傘歯車308及び310が固定されていて共に差動ピニオン
313とかみ合つている。この差動ピニオンは共通軸312に
固定された差動要素311にナツト314により取付けられて
いる。

第16図は第15図の要素装置の対をなす非円形な駆動歯車
303と被駆動歯車307の形状の例を示し、第17図はその駆
動歯車と被駆動歯車に与えてある角速度比特性を具体数
値を用いて表したグラフである。グラフの横軸は駆動歯
車の角変位θであり、縦軸は式Ｒ＝（被駆動歯車の角速
度）／（駆動歯車の角速度）で与えられる角速度比Ｒの
値である。また、第２の非円形の駆動歯車305と被駆動
歯車309の対も、第17図に示す角速度比と同様特性とな
るが、駆動歯車303に対する駆動歯車305の相対的な角度
制御により、双方の歯車対の角速度比Ｒの位相がずらさ
れる。

上記制御装置により第１及び第２の駆動歯車303及び305
の間の相対的な角度位置のずれ（位相ずれ）を変えるこ
とにより、差動装置を介して第２の共通軸312に第１の
共通軸301に対して一定角速度比を呈する回転が間欠的
に現れる。その一定角速度比の値は、位相ずれに相関し
て変わるとともに、その一定値区域の範囲も変わる。

このような要素装置を複数組合わせ、一定角速度比を呈
する増速区域又は減速区域をつなぎ合わせれば無段変速
装置が構成できる。

しかし、この従来の要素装置例の一組は、第15図で示し
たように、非円形な平歯車の４個と傘歯車の３個、計７
個の歯車を含み、少なくとも10個を越える機素による構
成が基本である。したがつて、この要素装置を複数組
と、これに制御機構などを付加して構成される無段変速
装置では、非円形及び傘歯車の特殊歯車を含む構成機素
数が多数にのぼることが難点となつていた。さらに、自
動制御機能を内蔵させるような場合、ますます複雑な構
成にせざるを得ないものであつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に摩擦式の動力伝達装置は、回転伝達の円滑性にす
ぐれているのが長所であり、歯車のような非摩擦式の動
力伝達装置は、伝達効率の良さが長所である。ところ
が、従来の無段変速装置について両者を比較すると、摩
擦式のものは、接触部の微少すべりによる動力損失が大
きいという問題点があつた。また、非摩擦式の代表的な
歯車を用いたものは、上記従来の要素装置例のように非
常に複雑な構成となる難点があり、構成機素の慣性と機
素間の摩擦などによる損失が伝達効果を低め、本来の長
所が阻害されるという短所につながることになる問題点
があつた。

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、摩擦伝動によらず、歯車群の構成機素数が従
来装置よりも少なくされ、例えば、自動制御機能を内蔵
させるのも、従来装置より簡単な構成で可能であり、か
つ、伝達効率が高い無段変速装置を得ることを目的とし
ている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかる無段変速装置は、指数関数的速度変調
という新たな機構原理の創案にもとづいて、構成機素数
を減少させることが検討され、非摩擦式動力伝達の基本
的な長所が活かし易く構成された、歯車による無段変速
装置である。この装置では、第１の非円形歯車を共通と
する第１及び第２の非円形歯車対による第１次及び第２
次の角速度変調手段を用いて、角速度が指数関数的に連
続で増減するモード変換を行わせるようにしている。指
数関数を導入したことで、第１次及び第２次の変調手段
による刻々の角速度比を重ね合わせるのに乗除算をもつ
てなす機構を採り得ている。このことはさらに、第１次
または第２次の角速度変調用にそれぞれ１対を必要とす
る歯車のうち１個が共用できるという機構を可能とし、
この特徴が、第１次及び第２次の角速度変調手段による
モード変換相互の重なり関係の制御に、新たな機構手段
を創作し得たこと、ならびに自動制御機能の内蔵が容易
になつたことに関係をもたらしている。

〔作用〕

この発明装置の基本作用は、一方の回転軸の角速度に対
して、他方の回転軸に指数関数的な増速又は減速モード
にもとずく周期的変化角速度が与えられているというこ
とである。この基本作用を２回重ねて、第１次、同時に
第２次と作用させることがこの装置の特徴である。例え
ば、第１次角速度変調手段によつて、指数関数的増速モ
ードで変調作用がかかつてているとき、同時に第２次角
速度変調手段によつて、指数関数的減速モードで変調作
用がかかつているならば、この両作用を通した後の角速
度の変化モードは、両作用を通す前のモードに戻つてい
る。入力が定角速度モードならば、出力にも定角速度モ
ードが現れる。この装置には、このような角速度の増減
に関する変化モードを変える作用が備わつているが、こ
れに加えて、第１次と第２次の基本作用の重ね方を変え
ること、言いかえれば位相をずらせることによつて、入
力と出力の角速度比の絶対値を連続的に変化させる作用
も備わつており、かつ、その変化の自動制御機能の内蔵
が容易であるなど、無段変速装置に必要な作用が総合的
に備えられている。

〔発明の実施例〕

第１図(a)，(b)及び第２図(a)，(b)は、この発明による
無段変速装置の一実施例を、それぞれ異る断面で示した
正面断面図及び側面断面図である。図において、10は第
１の回転軸で、これに、第１組の第１の非円形歯車11ａ
が固定され、第２組の第１の非円形歯車11ｂが軸受16を
介して回転自在に支持されている。20は第２の回転軸
で、第１組の第２の非円形歯車21ａと第２組の第２の非
円形歯車21ｂとが、固定されている。30は第３の回転軸
で、第１組の第３の非円形歯車31ａと第２組の第３の非
円形歯車31ｂとが、それぞれ一方向クラツチ機能付軸受
37を介して支持されている。

60は第１のフレームで、この実施例では装置本体の固定
フレームになつており、軸受部61,62を介し回転軸10を
支持し、軸受部63を介し回転軸20を支持している。25は
回転軸20に固定された通常の円形歯車、40は一端が軸受
部61を介し第１のフレーム60に支持された第４の回転軸
で、通常の円形歯車45が固定されている。64は第１のば
ねかけピンで、その両端部は第１のフレーム60の両側板
にまたがつて固定されている。65は第１のフレーム60に
設けられた第１の回動規制穴である。70は第２のフレー
ムで、この実施例では可動になつており、軸受部71を介
し回転軸10に回動可能に支持され、かつ、軸受部72を介
し回転軸30に支持している。35は回転軸30に固定された
通常の円形歯車、50は一端が軸受部62を介し第１のフレ
ーム60に支持された第５の回転軸で、円形の内歯歯車55
が固定されている。74は第２のばねかけピンで、第２の
フレーム70の両側板部にまたがつて固定されていて、こ
の第２のフレーム70から突出している両端部は共に第１
の回動規制穴65に挿入されている。75は第２のフレーム
70に設けられた第２の回動規制穴で、これに第１のばね
かけピン64が挿入され貫通している。80は一例として渦
巻ばねで示されている捩り弾性部材で、両側一対が第１
のばねかけピン64と第２のばねかけピン74との間に装着
され、第１の回転軸10を中心とする捩りトルクを、第１
及び第２のフレーム60及び70の間で、第２のフレーム70
を第１図において時計方向に回動させるように作用して
いる。

第１図では、第１の回転軸10を支点軸として、第１のフ
レーム60と第２のフレーム70とが相対的に回動できる構
造であることが示されている。この回動角を図中αで示
してあり、この実施例では、回動角αの最大は0.415π
ラジアンであり、これが０から0.415πラジアンの範囲
で回動可能としている。上記両フレーム60及び70は、こ
れに上記捩り弾性部材80による以外には外力が作用して
いない状態では、第１のばねかけピン64に第２の回動規
制穴75の一方の端部が押しつけられてα＝βminである
状態を保つようにされている。第２のばねかけピン74も
第１の回動規制穴65の中で一方に押しつけられて、両フ
レーム60及び70の回動関係位置をα＝βminとなるよう
規制する。上記角度αがβminより小さい値となるの
は、捩り弾性部材80による捩りトルクに抗する何らかの
外部捩りトルクが、上記両フレーム60及び70の間に、第
２のフレーム70を反時計方向に回動させるように作用す
るときである。その外部捩りトルクが、上記捩り弾性部
材80による捩りトルクの最大値以上であるときは、第１
のばねかけピン64に第２の回動規制穴75の他の一方の端
部が押しつけられてα＝０である状態となるようにされ
ている。このとき第２のばねかけピン74も第１の回動規
制穴65の他の一方の端部に押しつけられて、やはり上記
回動関係位置をα＝０であるよう規制する。

このように構成された装置の中で、第１，第２及び第３
の回転軸10,20及び30と、第１組の第１，第２及び第３
の非円形歯車11a,21a及び31ａと、第１及び第２のフレ
ーム60及び70とが、本発明による無段変速装置の角速度
変調作用をなす要素機構の一方の１組を形成している。
上記各回転軸と各フレームとを共用して、第２組の第
１，第２及び第３の非円形歯車11b,21b及び31ｂとが、
上記同様の角速度変調作用をなす要素機構の他方の１組
を形成している。

このように角速度変調作用をなす要素機構の２組を用い
て構成された無段変速装置第１図及び第２図では、第４
の回転軸40を入力軸とし、第５の回転軸50を出力軸とし
て作動させると、第４の回転軸40に与えた角速度ω_iに
対する第５の回転軸50に得られる角速度ω_uの比率が、
連続で制御可能な角度αの値に相関して連続で変化す
る。以下その作用につき詳細に説明する。

第３図と第４図は、第１の非円形歯車11ａと第２の非円
形歯車21ａとを取出して示している（なお、第１の非円
形歯車11ｂと第２の非円形歯車21ｂにも同様に適用でき
る）。図において、12及び13は第１の非円形歯車11ａの
かみ合いピッチ曲線、22及び23は第２の非円形歯車21ａ
のかみ合いピツチ曲線である。なお、上記各かみ合いピ
ツチ曲線に沿つて、実際には、例えば部分的に図示され
ているような、インボリユート歯形が刻み込まれている
のであるが、かみ合つた歯車の角速度あるいは伝達トル
クなどの関係は、かみ合いピツチ曲線により支障なく説
明できるため、第３図及びその他の図についても歯形の
図示の一部又は全部を省略している。

上記かみ合いピツチ曲線12及び13は、Ｓ_1a点からＬ_1a点
まで及びＳ_1b点からＬ_1b点まで形成されており、それぞ
れの延べ長さは、Ｌ_2a点からＳ_2a点まで及びＬ_2b点から
Ｓ_2b点まで形成されているかみ合いピツチ曲線22及び23
のそれぞれの延べ長さと等しくしている。このようにし
て、第１の非円形歯車11ａの総歯数と、第２の非円形歯
車21ａの総歯数は等しくされている。

このように構成された一対の非円形歯車に現れる角速度
に関する特徴は、この発明の重要点の一つである。

第５図に、第１の非円形歯車11ａと第２の非円形歯車21
ａとの角速度の関係をグラフで表す。横軸には、非円形
歯車11ａが、第３図で反時計方向に１回転する間の角変
位θをとつている。なお、この角変位θは、第３図の状
態、すなわち、かみ合い点がＳ_1a点とＬ_2a点である状態
を零としてある。縦軸には、非円形歯車11ａの角速度に
対する角速度比を表す無名数値をとり、対数尺にしてい
る。第１の非円形歯車11ａの角速度をω₁，第２の非円
形歯車21ａの角速度をω₂で表すとき、上記θの関数と
しての、F_(θ)＝|ω₂／ω₁|は、第１と第２の非円形歯
車11ａと21ａの間の角速度比を示す。

この第５図のグラフにおいて、非円形歯車11ａが第３図
の状態から反時計方向にπラジアン回転し、非円形歯車
21ａとのかみ合い点がＳ_1a点とＬ_2a点である状態から、
Ｌ_1a点とＳ_2a点のかみ合い状態まで移る間の変化が、基
準角速度比F₍₀₎から始まる右上りの直線で表されてい
る。つづいて、非円形歯車11ａがさらにπラジアン回転
する間の状態も、同様の右上りの直線で表されている。

この発明装置に用いる非円形歯車対の上記角速度比F
_(θ)の変化は、第５図のように片対数グラフ上の傾斜直
線で表せるよう特徴づけられている。これを代数学的に
定義づけるならば、角速度比F_（θ）を、指数関数式e
^Ｋ・θ・F₍₀₎で与えてあるということである。ここで、
上記系数Ｋは、設計上任意に選び得る角速度変調係数で
あり、第５図のグラフにおいて、K=dlogF_(θ)/dθなる
微分値として定義できる。ちなみに、第３図の実施例で
はK=0.2206ラジアン^-1である。また、ｅは自然対数の底
である。

つづいて、上記のような非円形歯車の角速度比の特徴か
ら導くことができる独特の角速度変調作用を説明する。
第６図及び第７図は、第１図と第２図で示した実施例装
置における角速度変調作用をなす要素機構の正面図及び
側面断面図である。これらの図では、すでに第３図ない
し第５図で説明した、第１及び第２の非円形歯車11ａ及
び21ａのところへ第３の非円形歯車31ａを加えた関係を
示している。この第３の非円形歯車31ａの歯車仕様は、
第２の非円形歯車21ａと同じである。ここで第１と第２
の非円形歯車11ａと21ａをかみ合わせたものを第１次角
速度変調手段と呼び、第１と第３の非円形歯車11ａと31
ａをかみ合わせたものを第２次角速度変調手段と呼ぶこ
とにする。第１次角速度変調手段は、第１の回転軸10の
角速度ω₁に対する第２の回転軸20の角速度ω₂の比率を
定める手段であり、この比率を、第１次角速度比と呼ぶ
ことにする。同様に第２次角速度変調手段は、第１の回
転軸10の角速度ω₁と第３の回転軸30の角速度ω₃との比
率を定める手段であり、この比率を、第２次角速度比と
呼ぶことにする。第１次角速度変調手段が、上記第３図
ないし第５図で説明したものであると同様に、第２次角
速度変調手段も単独では第３図ないし第５図での説明が
適用できる。しかしながら、ここで注目すべきは第６図
に示すように、第１の回転軸10の位置を基準にして、第
２の回転軸20の位置に対して第３の回転軸30が、π＋α
ラジアンの中心角を与えて配置されていることである。
第３の非円形歯車31ａは第１の非円形歯車11ａの周囲
で、中心角πラジアンごとに同じ関係に戻るため、π＋
αラジアンは実質αの中心角を与えたのと等価である。
したがつて、第１次角速度変調手段が、第１の非円形歯
車11ａの角変位θでかみ合い状態にあるとき、第２次角
速度変調手段は、第１の非円形歯車11ａの角変位θ＋α
でのかみ合い状態となつているのである。このような状
態にあるため、第１次角速度比｜ω₂／ω₁｜が、すでに
説明したと同じく係数Ｋと、角変位θ及び角速度比F₍₀₎
を用いた指数関数式e^k・θ・F₍₀₎なる値のとき、第２次角
速度比｜ω₃／ω₁｜が、上記式に用いた代数と、すでに
説明した通り任意に可変設定できる角度αとを用いた指
数関数式e^k・(θ+α)・F₍₀₎なる値になつている。この状
態において、第２の回転軸20の角速度に対する第３の回
転軸30の角速度の比率ω₃／ω₂は、上記第１次角速度比
に対する上記第２次角速度比の除算商として、上記係数
Ｋと、上記角度αとを用いた指数関数式ek・_αなる値を
とるのである。この最後の式e^k・αは、この発明による
無段変速装置の角速度変調作用をなる要素機構の基本的
な特徴を示している。

第８図ないし第10図は上記要素機構の角速度変調作用特
性を表したグラフで、横軸と縦軸はともに第５図のグラ
フと同じである。第８図はα＝０の状態のもので、第１
次及び第２次角速度比が常に等しく、角速度比はω₃／
ω₂＝１となつている。第９図はα＝（１／８）πの状
態のもので、第２次角速度比の変化パターンの位相が第
１次角速度比のそれよりも、αラジアン進んでいる。こ
のようにαが零でない状態（厳密にはα＝πの場合も除
く）では、第１次及び第２次角速度比がともに連続値を
とり得るθの範囲が、０〜π−α，π−α〜π，π〜２
π−α及び２π−α〜２πと、４区分されている。この
うち、０〜π−αとπ〜２π−αの区分範囲では、角速
度比ω₃／ω₂にe^k・αなる一定値が現れ、π−α〜πと
２π−α〜２πの区分範囲では、角速度比ω₃／ω₂にe
^k・(α-π)なる一定値が現れている。第10図はαが第９
図より増加して、α＝（３／８）πになつた状態であ
る。ω₃／ω₂の値が、αの増加に相関して変化している
ことと、その連続値をとる区分範囲も変化していること
が、第９図との対比で現れている。第11図はαを０から
πまでπ／８間隔で変化させたときの角速度比ω₃／ω₂
の変化を表したものである。

この発明装置には、以上説明したように指数関数的角速
度変調手段という、新規な思想にもとづく角速度変調機
能が備わつている。この機能を果す構成単位を要素機構
として無段変速装置を構成するには、この要素機構の複
数組を組合せ、αの値を可変制御する手段と、角速度比
ω₃／ω₂の一定値を連続化する手段と、角速度比の繰返
し変化パターンから特定値のみを選択して取出す手段を
付加すればよい。以下にこれらの手段を実施例で説明す
る。

αの値を可変制御する手段は、第１図と第２図ですでに
説明したように、第１フレーム60に対して第２フレーム
70を回動可能な構造とすることで達成できる。この手段
は、複数の要素機構に共用が可能である。なお、上記両
フレーム60と70の相対回動は、装置外部からの操作によ
つて任意に制御することは当然可能である。同時に、こ
の実施例装置では、図示したように、上記両フレーム60
と70の回動量に相関を持たせ得る、例えば渦巻ばねのよ
うな捩り弾性部材80を内蔵設置させておき、装置外部か
らの作用が、上記捩り弾性部材80に及ぼされる構成を整
えて、自動制御機能を備えさせることが可能である。特
に、この発明による無段変速装置において意図する制御
思想は、上記捩り弾性部材80に付与される外部作用を、
この装置が伝達するトルク、具体的には入力トルク又は
出力トルクに求め、装置と装置外部との間での動力授受
作用は、入力端からの入力回転動力と出力端からの出力
回転動力とがすべてである構成としながらも、直接制御
方式での全自動制御機能の内蔵を可能とするところにあ
る。

角速度比ω₃／ω₂の一定値の連続化手段は、第１図，第
２図において、第２の非円形歯車21ａに対して、第２の
非円形歯車21ｂをπ/2ラジアンの回転位相角差を与えて
固定することで達成させている。第１の非円形歯車11ａ
と第２の非円形歯車21ａと第３の非円形歯車23ａとがか
み合つてなる第１組の要素機構による角速度比ω₃／ω₂
の値を関数G_1(θ)で表し、第１の非円形歯車11ｂと第２
の非円形歯車21ｂと第３の非円形歯車31ｂとがかみ合つ
てなる第２組の要素機構による角速度比ω₃／ω₂の値
を、関数G_2(θ)で表すとき、G_2(θ)＝G_1(θ-β)である
ようにしている。上記式のβは、第２の回転軸20上で２
個の第２の非円形歯車21a,21bに与えた位相角差π/2
を、第１の回転軸10上での２個の第１の非円形歯車11a,
11bの位相角差に置き換えたもので、その値は、第１の
回転軸10の角変位θの関数で与えられる。第１図の実施
例では、βの最小値βminが0.415πラジアンである。第
12図は上記第１組，第２組の要素機構によるそれぞれの
角速度比ω₃／ω₂の値を、折れ線ＡおよびＢで示したグ
ラフである。α≦βminなる条件を満たす範囲では、角
速度比ω₃／ω₂の値は、e^k・αなる一定値部分を、角変
位θの全範囲にわたつて連続させ得るのであるが、グラ
フはその条件で、α＝（３／８）πの場合を例示してい
る。

上記複数の要素機構によつて得られ異る角速度比の中か
ら特定値のみを選択する手段は、一方向クラツチ機能で
達成させる。第１図と第２図で、２個の第３の非円形歯
車31ａ及び31ｂに現れるω₂基準の角速度比は、第12図
の折れ線Ａ及びＢである。このＡとＢとが横軸θの値に
よつて異る値をとつているときには、どちらか一方の角
速度比による角速度のみを第３の回転軸30に伝えるよう
選択する手段として、一方向クラツチ機能付軸受37を設
けてある。これは、図示の回転方向において、第３の非
円形歯車31a,31bから、第３の回転軸30へ向つてのみ回
転動力を伝達するよう方向設定されている。したがつ
て、第12図にＡとＢで示された角速度比の高い値のみ
を、回転軸30の駆動に寄与させ、低い値は、一方向クラ
ツチ機能付軸受37による空転によつて駆動に寄与しない
ようにしている。

以上の説明で明らかなように、角度αは無段階連続的に
制御可能であるため、角速度比ω₃／ω₂も無段階連続的
に可変であり、αを固定したときには、αの値に相関す
る一定値に固定される。第２図(a)では、第４の回転軸4
0と第５の回転軸50を設け、それぞれ通常の円形歯車45,
25の対と円形の内歯歯車55，通常の円形歯車35の対を用
いて、第２の回転軸20と第３の回転軸30とに連結してい
る。これは無段変速装置として入力軸と出力軸とを同心
に配置した形態上の一例であると共に、内蔵させた自動
制御機能を作用させる上で必要な働きをさせている。

第13図は第２図(a)に示した装置が、原動装置の動力を
負荷装置に伝達している状態でのトルクの平衡に関する
説明図である。91は原動装置、92は負荷装置、93は各装
置が設置固定されている共通ベース、ｌで示す直線は各
装置の共通回転軸線、τ_i及びτ_uは共通回転軸線ｌに関
する入力トルク及び出力トルク、ｍ及びｎで示す閉曲線
のそれぞれは、入力トルクτ_iに関して力学的平衡が保
たれている経路及び出力トルクτ_uに関して力学的平衡
が保たれている経路である。原動装置91は、第４の回転
軸40をトルクτ_iで駆動するとき、これに均衡する反作
用トルク-τ_iを共通ベース93に与えている。この作用，
反作用トルクは、第２の回転軸20，第１のフレーム60を
経由する閉曲線ｍの経路で、平衡している。一方、第５
の回転軸50は、負荷装置92をトルクτ_uで駆動すると
き、これに均衡する反作用トルク-τ_uを、第３の回転軸
30を経て第２のフレーム70に与えている。負荷装置92に
与えたトルクτ_uは共通ベース93を経て第１のフレーム6
0に作用している。このように、第１及び第２のフレー
ム60と70との間には、出力トルクτ_uに相当する回動ト
ルクが作用し、結果的には、これら両フレーム間に意図
的に架設されている捩り弾性部材80の捩りトルクが、τ
_uと均衡することによつて、閉曲線ｎの経路で、トルク
平衡状態が、現れる。なお、捩り弾性部材80に出力トル
クτ_uが作用し、入力トルクτ_iが作用しないのは、この
説明に用いた実施例装置第１図において、第１のフレー
ム60が固定フレームで、第２のフレームが可能フレーム
とされているためで、もし、入力トルクτ_iのみを、捩
り弾性部材80に作用させる必要があるときは、固定側と
可動側とを入れ替えて、第１図装置の場合、第１のフレ
ーム60を可動フレームにすることで達せられる。円形歯
車45,25対の歯数比及び円形内歯歯車55，円形歯車35対
の歯数比は、任意に設定可能である。これらの歯数比
は、無段変速装置の入出力軸の回転速度比を固定的に整
合させる手段として有効な意味を持ち、また、自動制御
の特性設定上で、伝達トルクと捩り弾性部材80のばね特
性とに関係して定数的な影響を及ぼすものである。

第14図に、この発明による無段変速装置の一実施例（第
１図及び第２図装置）において、第４の回転軸40を入力
軸とし、第５の回転軸50を出力軸とし、円形歯車45,25
対の歯数比を１：１、円形内歯歯車55，円形歯車35対の
歯数比を３：１としたときの入出力軸回転速度比など諸
特性グラフを示す。第14図(a)は、入出力軸回転速度比
特性グラフで、制御可能な角度αに対応した入出力軸回
転速度比ω_u／ω_iが、片対数グラフ上で、傾斜直線とな
る特性が表わされている。第14図(b)は、捩り弾性部材8
0に与えてある（捩りトルク）／（捩れ角）特性の一実
施例を２個分合算して示したグラフである。捩れ角は、
第１図に記されている制御角度αで表わしてあり、α＝
βminでの捩りトルクを1.5kg-m、α＝０での捩りトルク
を2.0kg-mに設定してある。この捩り弾性特性により、
この発明による無段変速装置には、出力トルクにより入
出力回転速度比の自動制御特性が設定される。第14図
(c)は、その自動制御特性を示したグラフである。

なお、この発明による無段変速装置の、ここまでの説明
は、第３図ないし第５図に示した非円形歯車の形状仕様
を一実施例として用いたが、非円形歯車の形状仕様はこ
れに限定されるものではない。上記実施例では、非円形
歯車対は、総歯数及びかみ合いピツチ曲線の形状が同一
の場合を示したが、指数関数的角速度変調作用をなす非
円形歯車対であれば、双方の歯車が歯数を異にし、かみ
合いピツチ曲線の形状及び延べ長さが異なるものであつ
ても適用できるものである。

また、上記実施例では、捩り弾性部材80の具体例として
渦巻ばねの場合を示したが、渦巻ばねに限定されるもの
ではなく、目的とする作用は、第１のフレーム60と第２
のフレーム70との間に、弾性特性のある回動トルクを与
えることであつて、この目的が達せられる弾性部材の単
体及び弾性を与える構成体などを用いる構成であれば、
適用できるものである。

さらに、上記実施例では捩り弾性部材80を一対用いたも
のを示したが、実機上で構成機素間の作用力バランス
や、弾性荷重の分散などを配慮すれば、単数，複数いず
れにも限定されず、有効に適用できるものである。

なおまた、上記実施例では第５の回転軸50に円形内歯歯
車55を固着して出力したが、内歯歯車に限定されるもの
ではなく、第４の回転軸40に用いたような通常の円形歯
車を用いてもよい。あるいは、第４の回転軸40の円形歯
車45を円形内歯歯車にし、回転軸50に円形歯車を固着し
てもよい。これらの歯車を内歯にするか外歯にするか
は、単純には回転方向の関係、ならびに、すでに説明し
た回転速度比整合値などにも関係しており、この発明の
主な目的の一つである入出力回転速度比の自動制御特性
に特に重要な関係にあるものである。

第１図の実施例装置において、出力トルクによる入出力
回転速度比の自動制御は、出力トルクの増加によつて回
転速度比は減少する方向になつている（第14図(c)）。
もし、第１図の実施例装置で、円形内歯歯車55のみを変
えて、円形歯車35とかみ合う通常の円形歯車としたとき
は、出力トルクの増加によつて入出力回転速度比も増加
する方向での自動制御が行われる装置が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、第１の非円形歯車と
第２の非円形歯車をかみ合わせ、指数関数的速度変調作
用をなす第１次角速度変調手段と、上記第１の非円形歯
車に第３の非円形歯車をかみ合わせ、指数関数的速度変
調作用をなす第２次角速度変調手段とを設け、第１の非
円形歯車の回転軸を中心にし、双方の角速度変調手段間
の相対的回動角を可変できるようにしたので、非摩擦式
動力伝達の代表的な歯車装置による無段変速装置を、従
来装置よりも少ない機素数で構成できる。加えて、上記
相対回動角に直接反応させる捩り弾性部材を設け、装置
が主機能として回転動力を伝達するうえで、構成機素に
必然的に働く入力トルク又は出力トルクにもまた直接的
に、その捩り弾性部材の捩りトルクを作用させる機構を
備えたので、伝達トルクによる直接制御方式の自動制御
機能を内蔵させた無段変速装置が構成できる。このよう
に非摩擦式動力伝達の長所を活かし、また、自動制御機
能を内蔵した歯車式無段変速装置は高い伝達効率が得ら
れる効果がある。

この発明を、特に自動車や各種工作機械に代表されるよ
うな回転速度が広範囲に変わる装置を駆動する分野に活
用すれば、変化回転速度に不適な原動機特質を持つ内燃
機関や電動機との合理的な整合を行つて、省資源，省エ
ネルギに寄与できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明による無段変速装置の一実
施例を示し、第１図(a)は第２図(a)のIa−Ia線における
断面図、第１図(b)は第２図(a)のIb−Ib線における断面
図、第２図(a)は第１図(a)のIIa−IIa線における断面
図、第２図(b)は第１図(a)のIIb−IIb線における断面
図、第３図は第１図(a)の第１及び第２の非円形歯車を
示す正面図、第４図は第３図のIV−IV線における断面
図、第５図は第３図の第１及び第２の非円形歯車相互間
の角速度比に関する曲線図、第６図は第１図の第１，第
２及び第３の非円形歯車の結合を示す正面図、第７図は
第６図のVII−VII線における断面図、第８図ないし第１
１図は第６図機構の角速度変調特性を示す曲線図、第１
２図は第１図装置の無段変速作用を一つを示す曲線図、
第１３図は第２図(a)の装置を原動装置と負荷装置との
間に組込み作動させた状態のトルクの平衡を示す説明
図、第１４図は第１図の装置の総合特性を示す曲線図
で、(a)図は第２のフレームの回動角と入出力軸回転速
度比との関係を、(b)図は第２のフレームの回動角と弾
性部材捩りトルクとの関係を、(c)図は出力トルクと入
出力軸回転速度比との関係をそれぞれ示す曲線図、第１
５図は従来の無段変速の要素装置の概要を示す一部断面
とした側面図、第１６図は第１５図の駆動歯車と被駆動
歯車の対を示す正面図、第１７図は第１６図の駆動歯車
と被駆動歯車相互間の角速度比に関する曲線図である。 10……第１の回転軸、11a,11b……第１の非円形歯車、2
0……第２の回転軸、21a,21b……第２の非円形歯車、30
……第３の回転軸、31a,31b……第３の非円形歯車、60
……第１のフレーム、61〜63……軸受、70……第２のフ
レーム、71，72……軸受、80……捩り弾性部材なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の回転軸に固定された第１の非円形歯
車と、第２の回転軸に固定され上記第１の非円形歯車に
かみ合う第２の非円形歯車とからなり、上記第１の回転
軸に対する上記第２の回転軸の角速度比として第１次角
速度比が定まる第１次角速度変調手段、上記第１の非円
形歯車と、第３の回転軸に動力伝達可能に支持され、第
１の非円形歯車にかみ合う第３の非円形歯車とからな
り、上記第１の回転軸に対する第３の回転軸の角速度比
として第２次角速度比が定まる第２次角速度変調手段、
上記第１の回転軸と上記第２の回転軸とをそれぞれ軸受
を介し支持する第１のフレーム、及び上記第３の回転軸
を軸受を介し支持しており、上記第１の回転軸に軸受を
介し、この回転軸を支点軸として上記第１のフレームと
相対的回動可能に支持された第２のフレームを備え、上
記第１次角速度比が、あらかじめ任意に定めることがで
きる基準角速度比F₍₀₎及び角速度変調係数Ｋと、上記第
１の回転軸の角変位θとを用いた指数関数式e^K・θ・F₍₀₎
で与えられている状態をつくり、この状態において、上
記第２次角速度比が、上記基準角速度比F₍₀₎及び角速度
変調係数Ｋと、上記角変位θと、上記第１のフレームと
上記第２のフレームとの間の相対的な回動角度αとを用
いた指数関数式e^K(θ+α)・F₍₀₎で与えられている状態を
つくることにより、上記第２の回転軸に対する上記第３
の回転軸の角速度比が、上記第１次角速度比に対する第
２次角速度比の除算商として、上記角速度変調係数Ｋ
と、上記角度αとを用いた指数関数式e^K・αで与えられ
る状態にされているという角速度変調作用をなす要素機
構を形成し、上記第１及び第２のフレームを共用し上記
要素機構の複数組を組合わせて構成し、上記第１のフレ
ームと上記第２のフレームとの間にその上記相対的な回
動角度αに相関した捩りトルクを与える捩り弾性部材を
設け、この捩り弾性部材の捩りトルクに出力トルク又は
入力トルクが抗するようにしたことを特徴とする無段変
速装置。
【請求項２】捩り弾性部材は渦巻ばねからなる特許請求
の範囲第１項記載の無段変速装置。
【請求項３】第１のフレームを固定部に固定したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の無段
変速装置。
【請求項４】第２のフレームを固定部に固定したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の無段
変速装置。