JPH09236164A - 斜面が物体に及ぼす力を応用した変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、歯車を変速の主体としない変速機は、
変速比を大きくとれない、摩擦による伝達ロスが大き
い、磨耗が激しく耐久性がない、高精度加工を必要とし
信頼性、生産性に問題がある、かさばる、等の不具合が
あった。これらの従来装置の欠点を解消する変速機を提
供する。 【解決手段】 このため本発明の変速機は、相対的に回
転するように配置された一対の回転体の一方を、他方の
回転体に対し見かけ上の斜面を有する円筒状体とし、そ
の斜面形状に沿って滑動する中間部材をその斜面に対向
して摺動可能に保持し、かつその摺動を抑制する手段を
有する部材を前記一対の回転体の他方とした。円筒上に
は回転方向に対する斜面の角度を少しずつ変えたものを
軸方向に連続的に形成してあり、一対の回転体を軸方向
に相対的にずらすことによって中間部材に当たる斜面の
角度を変えることで変速を行う構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は自転車、自動車のエン
ジン、あるいは電動モーター等の回転駆動力を伝達する
のに用いられる、出力軸の回転速度０から最高回転まで
変速させ得る変速機に関する。

【０００２】

【従来の技術】 従来、歯車を変速の主体としない変速
機にはベルト式、カム式、リングコーン式、トロイダル
式、あるいは差動変速機を利用したもの、またバリアブ
ル油圧ポンプと油圧モーターを組み合わせたもの等があ
る。

【０００３】 まず、ベルト式のものは一対で置かれた
２つのＶプーリの見かけ上のプーリ径の比で変速比を変
えるようにしたものであるが、この変速機は常にベルト
とプーリには回転力とは無関係な摩擦力がかかり、伝達
抵抗が大きくなると共に、部品の磨耗が大きくなり部品
消耗が激しく耐久性に難がある。さらに原理的制約から
速度０及び微速が実現できない。

【０００４】 次に、カムとワンウェイクラッチとを組
み合わせたカム式は変速出力は０から１／４程度と範囲
が狭く、また、リンクやワンウェイクラッチに摩擦箇所
が多いため伝達抵抗が大きく、偏心カムと変形リンク、
及びワンウェイクラッチと構成部品が多く、構造が複雑
な上、構造上無駄なスペースが多いという欠点がある。

【０００５】 また、リングコーン式、あるいはトロイ
ダル式のものは、テーパーコーンやアイドラ・ローラと
入力及び出力ディスクとの接触部のわずかな弾性や自動
調圧装置等によって摩擦力による動力伝達を行うため、
各構成部品は高い加工精度が要求され、しかもその接触
部に厚みがあるとブレーキ作用が発生するのでそれを避
けるため接触面積が極限され、伝達可能なトルクが小さ
い。さらに構造上の制約または磨耗の問題から速度０か
らの変速が実現できない。

【０００６】 差動変速機を利用したものとしては特開
平４−３５１３５８号公報に示されるものがある。これ
に示される無段変速機は、差動変速機の３つのシャフト
をそれぞれ入力軸、出力軸、制御軸とし、制御軸に油圧
ポンプを接続してその油圧ポンプの油調整弁の調整によ
り出力軸の変速を速度０を含めて実現するものである。
油を使用した場合の本発明と比較し得るものであるが差
動変速機と油圧ポンプという、それぞれ１つの装置とし
て使用し得るものを組み合わせて使うため部品点数が多
く構造が複雑になり重くかさばる。さらには変速比を低
くする、すなわち出力回転を低くするには油調整弁を緩
めなければならないのでこのときトルクの伝達がされな
くなっていくという欠点を持つ。

【０００７】 また、油圧ポンプと油圧モーターを組み
合わせた変速機も油を使用した場合の本発明と比較し得
るものであるが、この変速機もそれぞれがポンプとして
使用し得るほぼ同じ構造のものを組み合わせて使うため
部品点数が多くなり重くかさばる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】 本発明は、上述した
従来の変速機の問題点を解消するため、以下のことを可
能にした変速機を提供することを課題とする。 （１）構造を簡単にして小型軽量化が出来る。 （２）磨耗を少なくして耐久性を増すことが出来る。 （３）入力回転に対する出力回転が速度０から最高回転
までトルクの伝達を伴って無段変速あるいは多段変速出
来る。 （４）自転車等に用いる軽便なものから自動車等に利用
する堅牢なものにまで適用出来る。 （５）部品点数を少なくして材料コストを下げることが
出来る。 （６）高度な加工精度が必要なく加工コストを下げ、生
産性の向上を図ることが出来る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】 このため本発明の変速
機は、入力側または出力側に設けた見かけ上の斜面（以
下単に斜面と記す）の、入力側と出力側との間に介在さ
せた中間部材に当たる角度を変化させることによって変
速を達成するよう、次のような構成とした。

【００１０】 すなわち、同一軸線上で相対的に回転す
るように配置された一対の回転体においてその一方を、
他方の軸方向に対し斜面を有する円板状体または他方の
回転方向に対し斜面を有する円筒状体とする。その斜面
形状に沿って滑動する中間部材を、その斜面に対し摺動
或いは揺動などの対向運動可能に保持しかつその対向運
動を抑制する手段を有する部材を前記一対の回転体の他
方とし、入力側及び出力側の関係とした。斜面が中間部
材に当たる角度は、円板状体にあってはレバー等の操作
によって円板状体の軸に対する角度を変えることによっ
て、また円筒状体にあっては回転方向に対する斜面の角
度を少しずつ変えたものを軸方向に連続的に形成しレバ
ー等の操作によって入力側と出力側とを軸方向に相対的
にずらすことによって、変えることが出来る。なお、斜
面の角度は０度を含むが、自転車など速度０が必要ない
ものにあってはこの限りではない。斜面の角度は軸方向
の各位置で全周において絶対値は一定にするのが基本で
あるが、ある回転角ごとにこれを変えることも出来る。
また、円筒状体で斜面の角度を少しずつ変えたものを軸
方向に連続的に形成するときに、その角度の変化が軸方
向になめらかに連続的であれば無段変速機となり、段階
的であれば多段変速機となる。

【００１１】 また、前記構成において、中間部材の対
向運動を抑制する手段を取り除いた構成としてもよい。
中間部材の慣性またはその回転による遠心力等で中間部
材の対向運動を抑制するのと同等の効果を得て変速可能
な構成とすることが出来る。

【００１２】 逆に、中間部材の対向運動を抑制する手
段にその抑制する力を加減する手段を設けた構成として
もよい。円筒状体に設けた斜面の角度が軸方向に段階的
に変わるものであるとき、一時的に抑制力を緩めること
で容易にその段階間を移ることが出来る。

【００１３】 さらには、同一軸線上に配置されていた
入力側と出力側の軸心を平行にずらしたあるいは斜めに
した構成とすることも出来る。このときは斜面の角度
は、入力側と出力側との軸間距離を変えるあるいは斜め
にする角度を変えることによっても、変えることが出来
る。

【００１４】

【作用】 いま仮に斜面を設けた方の回転体（以下回転
体１と記す）を入力側、中間部材を保持している方の回
転体（以下回転体２と記す）を出力側とすると回転体１
の回転により当該回転体に設けられた斜面が中間部材に
力を及ぼす。この力は中間部材を斜面への対向運動方向
へ動かそうとする力と回転体２の回転方向へ動かそうと
する力とに分けることが出来る。中間部材の対向運動に
抑制が掛かっていなければ中間部材は対向運動するだけ
で回転方向には動かないが、対向運動には抑制が掛かっ
ていることから中間部材は対向運動方向へ動きつつ回転
体１の回転方向にその回転よりもずれて引きずられるよ
うに動く。これによって当該中間部材を保持する回転体
２が回転し、回転体１の回転が回転体２に伝えられる。
斜面の角度を大きくすると中間部材が回転体１の回転方
向へ引きずられる度合いが大きくなり、回転体２は斜面
の角度が小さいときよりも多く回転する。すなわち回転
比が大きくなる。斜面の角度を小さくすると中間部材が
回転体１の回転からずれる量が大きくなり回転体２の一
定の回転を回転体１のより多くの回転から得ることにな
って、斜面の角度の大きいときよりもトルクが大きくな
る。すなわち斜面の角度を変えることによりトルクの変
化を伴う変速を達成することが出来る。斜面の角度が０
の時、出力回転は０となる。斜面の最大角度と対向運動
の抑制力とを適当に設定すれば変速比を１：１まで上げ
られる。

【００１５】 以上の説明では、回転体１を入力側、回
転体２を出力側としたが、その逆も可である。中間部材
の対向運動を抑制する手段を取り除き、中間部材の回転
による遠心力をもって斜面への対向運動を抑制する手段
に代えた構成のものにあっては回転体２を入力側とする
のが適当である。

【００１６】

【実施例】 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明
する。図１〜図２は、本発明の変速機の第１実施例を示
す図であって、本発明の請求項１に記載の変速機のうち
回転体１に円筒状体を使用した無段変速機の例を示して
いる。図１は一部を切欠いた正面図、図２は図１の矢視
Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、およびＣ−Ｃを示す側断面図である。

【００１７】 図１において入力軸５と出力軸６および
入力側の回転体１は同一軸線上に配置されている。回転
体１は円筒状で、その内面に径を回転方向に０度から１
８０度までは一定長さずつ増加させ１８０度から３６０
度までは一定長さずつ減少させた見かけ上の斜面３を形
成し、さらにそれを径の増加および減少の度合いを少し
ずつ変えて軸方向になめらかに連続的に形成してある。
図２でその軸方向の位置により斜面の角度が変わる様子
を示している。矢視Ａ−Ａに当たる位置では斜面の角度
が最大、矢視Ｃ−Ｃに当たる位置ではそれが０すなわち
正円となっている。回転体１の両端は円筒にふたをする
格好の円板でふさがれ、一方は入力軸５と接合されてそ
れと一体となって回転する。他方は回転体２に接合され
た軸を互いに回転及び摺動可能なように挿通している。
出力側の回転体２は筒状で、長さ方向の中央でこれを支
える軸と直角にＴ字をなすように接合されその軸と一体
となって回転する。この軸は出力軸６とはスプラインで
連結され回転方向には一体となって回転するが変位装置
７で軸方向には摺動可能で、これが中間部材４に当たる
斜面の角度を変える手段となる。１本の丸棒状で回転体
２の筒部に摺動可能に保持されている中間部材４は、そ
の両端に装着したローラー１０を介して回転体１の斜面
３に接している。中間部材４の中ほどにはある長さの切
欠き８が形成してあり、その切欠き８と回転体２の筒内
面の壁との間に油を封入しその油が外部に漏出しないよ
う切欠き８の両端には回転体２の内面の壁と密着して摺
動可能なオイルリング（図示せず）をはめてある。回転
体２の筒内面には突起９が設けられ、切欠き８とで形作
る油封入空間を少し隙間を空けて２つに区切る。この突
起９によって、中間部材４が斜面３に押されて摺動しよ
うとするとき中に封入した油の移動が抑制される。これ
をもって中間部材４の摺動を抑制する手段となす。

【００１８】 本実施例の変速機は上述のように構成さ
れるので、入力側の回転体１が回転すると、その円筒内
面に形成された見かけ上の斜面３が中間部材４に力を及
ぼす。中間部材４の摺動には突起９によって回転体２の
筒内面と切欠き８とで形作る空間に封入した油の移動が
抑制されることによる抑制が掛かっていることから、中
間部材４は摺動の方向へ動きつつ回転体１の回転方向に
その回転よりもずれて引きずられるように動く。これに
よって中間部材４を保持する回転体２が回転し、回転体
１の回転が回転体２に伝えられる。変位装置７で回転体
２を矢視Ａ−Ａ側へ動かすと斜面の角度が大きくなり中
間部材４が回転体１の回転方向へ引きずられる度合いが
大きくなり、回転体２は斜面の角度の小さいときよりも
多く回転する。すなわち回転比が大きくなる。変位装置
７で回転体２を矢視Ｃ−Ｃ側へ動かすと斜面の角度が小
さくなり中間部材４が回転体１の回転からずれる量が大
きくなり回転体２の一定の回転を回転体１のより多くの
回転から得ることになって斜面の角度の大きいときより
もトルクが大きくなる。こうして変位装置７を動かすこ
とによりトルクの伝達を伴う変速を達成することが出来
る。矢視Ａ−Ａの位置に中間部材４がくるとき、斜面の
角度が最大となって出力回転は最大となる。矢視Ｃ−Ｃ
の位置に中間部材４がくるとき、斜面の角度が０となっ
て出力回転は０となる。

【００１９】 本例では中間部材４の両端にローラー１
０を装着して斜面３と接する摩擦を減らし、エネルギー
ロスと磨耗を少なくするようにしたが、これは他の摩擦
低減の方法に替えることも出来るし省略することも出来
る。斜面３の角度も軸方向の各位置で全周において絶対
値は一定にしたが、部分的にこれを変えることも出来
る。中間部材４の摺動を油を使用して抑制する手段も本
例とは異なった構造にすることも出来る。

【００２０】 なお、回転体２の筒内面に設けた突起９
に代えて、突起９の位置に穴を開けオイルリングを装着
してそこに、中空にした入力軸５又は出力軸６の中を通
した制御棒の一端を、油漏れのないように摺動可能に挿
入すれば、他端に設けたレバー等の操作で中間部材４の
摺動を抑制する力を加減する手段となって本発明の請求
項３に記載の変速機の例となる。

【００２１】 次に図３は本発明の変速機の第２実施例
を示す図であって、第１実施例とほぼ同じ構成の、本発
明の請求項１に記載の変速機の、実施例１とは異なる原
理の抑制手段を用いた例を示している。正面図は図１と
ほぼ同じであるので省略し、図１の矢視Ａ−Ａ、Ｂ−
Ｂ、およびＣ−Ｃの位置の側断面図を図３に示した。こ
の図において、第１実施例と同一符番のものは第１実施
例のものと同じものである。

【００２２】 図において入力側の円筒状の回転体１の
内面には、径を回転方向に０度から９０度まで一定長さ
ずつ増加させ９０度から１８０度まで一定長さずつ減少
させ、１８０度から３６０度まで同様に増減させた見か
け上の斜面３を形成し、さらにそれを径の増加および減
少の度合いを少しずつ変えて軸方向になめらかに連続的
に形成してある。矢視Ａ−Ａに当たる位置では斜面の角
度が最大、矢視Ｃ−Ｃに当たる位置ではそれを最低にし
ている。本例では斜面の角度０はなく、出力速度０が必
要ない変速機の例を示している。出力側の回転体２は出
力軸方向から見て十字形の筒状体で出力軸６にスプライ
ンで連結された軸と直角に接合され一体となって回転す
る。変位装置７で軸方向に動かすことが出来、これによ
って中間部材４に当たる斜面の角度を変えることが出来
るのは実施例１と同様である。中間部材４は４つ同一形
状の、磁石を長さ方向に層状に重ねて丸棒に成形したも
ので、それぞれ回転体２の４つの筒部に摺動可能に保持
され、各端にローラー１０を装着して回転体１の斜面３
に接している。中間部材４の他端には回転体２の筒内面
と密着するオイルリング（図示せず）をはめて回転体２
内部に油を封入してあるが、これは中間部材４が斜面３
に押されたときに隣り合った中間部材４をそれに対向す
る斜面に接するように押すためのものである。回転体２
の筒内面にはコイル１１が巻いてあり、中間部材４が摺
動するとき誘導電流を発生して、これが中間部材４の摺
動を抑制する手段となる。回転体１、回転体２、および
中間部材４をそれぞれ回転対称形として回転時のバラン
スを取るようにした構成である。変速の原理については
実施例１と同様であるので説明は省略する。

【００２３】 次に図４は本発明の変速機の第３実施例
を示す断面図であって、本発明の請求項１に記載したも
ののうち回転体１に円板状体を使用した変速機の例を示
している。この図において、第１実施例と同一符番のも
のは第１実施例のものと同じものである。

【００２４】 図において入力側の回転体１は円板状
で、中間部材４に対する斜面となるその周縁はドーナツ
状に膨らみを持たせてあり、また中央部は入力軸５の端
が余裕を持って入る大きさにくり抜いてある。入力軸５
の端に軸心と直角に設けたピン穴にピン１２を通して、
そのピン１２を径方向に回転体１の中心を通るよう回転
体１と接合し、回転体１と入力軸５とをピン軸回りに回
転可能に連結する。回転体１はスプラインで入力軸５と
連結された変位装置７の操作によってピン軸回りに無段
階に角度を変えられ、これを中間部材４に当たる斜面の
角度を変える手段とする。中間部材４は同形のものが２
つあり、一端は嘴状で回転体１の周縁のドーナツ状膨ら
みにかみ合ってその周上を滑動かつ揺動する。他端はピ
ストン状にする。出力側の回転体２は棒状で出力軸６と
直角にＴ字状に接合され出力軸６と一体となって回転す
る。その両端に、中間部材４のピストン部と組み合わせ
て内部に油を充填したシリンダー１３を、回転体１がそ
の角度を変えたとき、その周縁の軸からの距離が変わる
のに追従出来るように回転体２の軸心方向にのみ揺動す
るよう蝶番状に連結する。この連結部と回転体２は中空
にして細いパイプを形成し、シリンダー１３内に封入さ
れた油が２つのシリンダー間を移動出来る経路としてい
る。この２つのピストンとその間の細いパイプおよび中
に封入した油とで、中間部材４の斜面３への対向運動を
抑制する手段を構成している。本実施例の作動原理は実
施例１と同様なので説明は省略する。

【００２５】 本実施例の構造は、斜板とピストンを組
み合わせたポンプ、あるいは斜板を使って往復運動を回
転運動に変換する機構に似ているが、それらとほぼ同じ
構造のもの１つ分で無段変速機をなしている。

【００２６】 なお、油を充填せず中間部材４を質量を
大きくしてシリンダー１３内を自由に摺動可能とする構
造にすれば、中間部材の斜面への対向運動を抑制する機
構を中間部材の慣性で代替させることが出来、本発明の
請求項２に記載の変速機の例となる。

【００２７】 本発明の変速機は上記実施例に限定され
るものではなく、中間部材の数は前記の１つまたは２つ
と限らず必要に応じていくつでも設置してトルクを増す
ことが出来るし、筒状回転体１の外面に斜面を形成し中
間部材をその外側に配置する構造にも出来るなど、斜面
や中間部材の形状もいろいろなものに出来る。中間部材
の斜面への対向運動を抑制する手段も上記実施例に示し
たものに限定されるものではない。実施例では示さなか
ったが、入力側と出力側の軸線をずらすことも出来るな
ど、非常にバリエーションの広いものである。

【００２８】

【発明の効果】 上述したように、本発明の変速機は
（１）変速機構が単純で構造が簡単になり部品の種類、
点数を少なく出来る。（２）構造が簡単なため小型化が
可能で材料費及び組立コストを下げることが出来る。
（３）中間部材の動きを抑制する機構も現実に使われて
いるものが使え、斜面も単純な形状であるので加工精度
に高度なものを必要とせず、また生産性の向上が図れ
る。（４）動力伝達に摩擦力を利用せず、逆に摩擦低減
機構を採用出来るので磨耗が少なく長寿命化出来る。
（５）入力軸に対する出力軸の回転を０から最高回転ま
でと広範囲のものに出来る。（６）トルクの伝達を伴な
った無段変速あるいは多段変速がなされる。（７）中間
部材の数や形、その動きを抑制する手段としていろいろ
なものを採用出来るので用途に応じた設計が柔軟に出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の変速機の第１実施例にかかる、一部
を切欠いた正面図。

【図２】 図１の矢視Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、およびＣ−Ｃを
示す側断面図。

【図３】 本発明の変速機の第２実施例にかかる側断面
図。

【図４】 本発明の変速機の第３実施例にかかる正面図
（断面図）。

【符号の説明】

１ 入力側回転体 ２ 出力側回転体 ３ 見かけ上の斜面 ４ 中間部材 ５ 入力軸 ６ 出力軸 ７ 変位装置 ８ 中間部材中央部の切欠き ９ 出力側回転体の筒内面の突起 １０ ローラー １１ コイル １２ ピン １３ シリンダー １４ 軸受け １５ 油の経路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力側及び出力側の関係にあり、かつ互
   いに相対的に回転するように配置された一対の回転体の
   一方を、他方の回転体に対し見かけ上の斜面を有する円
   板状体または円筒状体とし、前記斜面の形状に沿って滑
   動する中間部材をその斜面への対向運動可能に保持し、
   かつその対向運動を抑制する手段を有する部材を前記一
   対の回転体の他方とし、前記斜面の角度を変える構造及
   び手段を有する変速機。
2. 【請求項２】 中間部材の斜面への対向運動を抑制する
   手段を有しない請求項１に記載の変速機。
3. 【請求項３】 中間部材の斜面への対向運動を抑制する
   手段にその抑制する力を加減する手段を有する請求項１
   に記載の変速機。