JPS6313880B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、内歯歯車に回転子に軸支した遊星
歯車を噛合し、該遊星歯車に太陽歯車を噛合させ
た遊星歯車機構を具備する無段変速機構に関する
ものである。

この種の無段変速機構において、変速比コント
ロールに流体を用いたものは知られている（実公
昭18−9141号公報参照）。この構成における最大
の欠陥は、高速性能を得る時点で、遊星歯車の自
転・公転が最大となり、ギヤ音が烈しく、伝動効
率が低いという点である。とくに、自転車など、
高速状態での走行頻度が一番高いものでは、こゝ
での伝動効率がほぼ、100％であることが望まれ
るわけで、この無段変速機構をそのまゝ採用する
ことは、実用性がないのである。

そこで、本発明は、高速状態ではほぼ100％の
伝動効率を維持し、しかも、円滑な無段変速が達
成されるように遊星歯車機構にポンプ構造を組込
んだ無段変速装置を提供しようとするものであ
る。本発明は、更に高速状態で、最も伝動効率の
よい伝動性を発揮し、しかも、入力回転速度に比
例して増速性（加速比を上げる）を無段階に変更
して行ける自転車の伝動装置として有効な無段変
速装置を提供しようとするものである。

この目的のため、本発明は、太陽歯車に、回転
方向にポンプ室を仕切るように構成した回転ポン
プ素子を連結すると共に、内歯歯車に連結したハ
ウジング内部にポンプ室およびその吐出側と流入
側とを連通する循環流路を形成し、上記循環流路
に絞り弁機構を設け、上記絞り弁機構を全閉から
全開まで外部より操作制御する構成にし、上記内
歯歯車と遊星歯車を軸支した回転子とを入出力部
とすることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記絞り弁機構に代えて、上
記循環流路に所望開度を保つオリフイスを設け
て、入力側の回転数の変化で、増速性を向上させ
ることを特徴とするものである。

以下、この発明を図示の実施例にもとづいて具
体的に説明する。図において、符号１は自転車の
後車輪２のボス部に一体的に装備された内歯歯車
で、該内歯歯車１には、複数個、例えば三個の遊
星歯車３が噛合されている。上記遊星歯車３は両
側に軸４を突設しており、ベアリング５を介し
て、二つのブロツク６ａ，６ｂよりなる回転子６
に形成した軸承部７に軸支してある。そして、上
記ブロツク６ａ，６ｂはノツクピン８によつて位
置決めし、ボルト８′によつて互いに連結固定さ
れている。上記ブロツク６ｂの一端は上記後車輪
２の一側外方に突出していて、後車輪２の内部中
央を貫通する固定軸３４にベアリングを介して軸
承されている。また、上記ブロツク６ｂの突出部
には、一方向クラツチ１０を介して入力スプロケ
ツトホイール１１が嵌装されている。

上記遊星歯車３に噛合する太陽歯車１２は筒軸
１３に一体的に形成されており、上記筒軸１３は
後車輪２のボス部内に長く伸びている。上記後車
輪２のボス部は、その内部中央に環状の内向きフ
ランジ１４を具備しており、このフランジ１４と
共に組合わされてポンプハウジング９を構成する
３個の環状ブロツク１５，１６，１７がハツクピ
ン１８によつて位置決めされた状態で上記後車輪
２のボス部に嵌入され、ボルト１８′で上記フラ
ンジ１４に互いに連結固定されている。上記ブロ
ツク１７はポンプ室１９の周壁部分を構成し、ブ
ロツク１６の一端面は上記ポンプ室１９の端壁部
分を構成している。上記ポンプ室１９内は長円形
をなし、この中には円形回転子２０ａを有するポ
ンプ素子２０が装置されている。このポンプ素子
２０は、上記円形回転子２０ａを筒軸１３にスプ
ライン嵌合させると共に、上記円形回転子２０ａ
には円周方向に等間隔で放射状にスライド溝２０
ｂを穿ち、この中にベーン片２０ｃを摺動自在に
嵌挿し、例えばコイル圧縮ばね２０ｄで遠心方向
にベーン片２０ｃを弾持した構造である。上記ポ
ンプ室１９はブロツク１６で構成される壁面に、
その長円形の長軸方向左右で合計４個の流通ポー
ト２１を開口しており、該ポート２１はブロツク
１５，１６間に形成された流体室２２に連通して
いる。そして、上記長軸方向の左右における各流
体室２２相互は流量調節弁機構２３を介して互い
に連通され、流体室〜流量調節弁機構〜流体室〜
ポンプ室、〜流体室〜流量調節弁機構〜流体室〜
ポンプ室の順序で、ハウジング９内に循環流路を
形成している。そして、この実施例では、上記循
環流路には制御オイルが充填されている。

上記流量調節弁機構２３は、軸方向制御式の絞
り弁であり、ポンプ素子２０の回転方向とは直交
する方向に延びる円柱状弁室２３ａをブロツク１
６および１５に形成すると共に筒状弁体２３ｂを
上記弁室２３ａ内に摺動自在に嵌挿したもので、
上記弁体２３ｂには、流体室２２と弁室２３ａと
を結ぶポート２３ｃに対応できる環状絞り通路２
３ｄが形成してあり、上記弁体２３ｂは圧縮コイ
ルばね２４で弁室２３ａの外方に弾持されてい
る。そして、上記弁体２３ｂの頭部２５はハウジ
ング９外に突出しており、スラストベアリング２
６を介し環状の制御素子２７に圧接されている。
上記制御素子２７は固定軸３４に設けたカラー２
８に軸方向移動自在に支承されており、制御レバ
ー２９の先端で押圧移動されるようになつてい
る。上記制御レバー２９は、中間部を支点部材３
０のピン３０ａに枢支させたもので、コントロー
ルワイヤ３１で操作される。

また、前記ハウジング９はベアリングを介して
上記カラー２８に軸支されており、また、後車輪
２のボス部は回転子６にベアリングを介して軸支
されている。上記回転子６のブロツク６ｂにはブ
レーキドラム３２が装着してあり、これにはブレ
ーキバンド３３が巻張してあり、該ブレーキバン
ド３３を緊張したり、弛めたりする制御素子（図
示せず）が用意されている。

このような構成では、スプロケツトホイール１
１が足踏みペダルの回転操作で回転される時、一
方向クラツチ１０を介して回転力が回転子６に伝
達される。そこで遊星歯車３は内歯歯車１に対し
て公転するのであるが、この時の自転は太陽歯車
１２を介してポンプ素子２０に伝達され、該ポン
プ素子２０の回転でポンプ作用がなされ、吐出側
に相当するポート２１を介してポンプ室１９から
流体室２２へ加圧制御オイルが流れ、吸込側に相
当するポート２１を介して流体室２２からポンプ
室１９へ制御オイルが引かれる。この時、流量調
節弁機構２３が、その絞り通路２３ｄをポート２
３ｃに一致させた状態（第１図の状態）にある
と、流量調節弁機構２３は全開であり、制御オイ
ルはスムースに流体室２２から上記流量調節弁機
構２３を介して相い隣る流体室２２に流れる。こ
のため、ポンプ素子２０にかゝる流量調節弁機構
２３の背圧は最小となる。このポンプ素子２０に
かゝる背圧は太陽歯車１２の制動トルクとして働
くから、内歯歯車１にかゝる後車輪２の初動抵抗
と上記制動トルクとの配分において、内歯歯車１
と回転子６および太陽歯車１２と回転子６の各変
速比が設定される。自転車が慣性走行状態に近づ
くと、後車輪２の走行抵抗（加速度）は減少して
くるので、前記配分がわかり、内歯歯車１と回転
子６との変速比は増速側に移行する。ペタルを一
定回転速度で踏んでいる時、自転車の走行速度を
一定に保持している限りは、この変速比は最大増
速側で安定する。

同じペタルの回転速度で、自転車の走行速度だ
けを増そうとする場合には、制御レバー２９を操
作し、制御素子２７を軸方向動作して、スラスト
ベアリング２６を介して、ばね２４に抗して頭部
２５を押す。これによつて弁体２３ｂが弁室２３
ａ内で摺動し、通路２３ｄとポート２３ｃとの重
なりを減少し、弁機構としては絞り効果をあげ
る。このため、流量調節機構２３を通る流体の流
動抵抗が増大し、ポンプ素子２０の同じ回転数に
対して、背圧を増大させる。その結果、内歯歯車
１にかゝる後車輪２の走行抵抗（加速度）と、上
記背圧による太陽歯車１２の制動抵抗との配分に
おいて、内歯歯車１の回転数を増大させる方向に
内歯歯車〜回転子間の変速比が設定されるのであ
る。当然、ペタルにかけるトルクを増大させなけ
ればならない。流量調節弁機構２３がブロツクさ
れると、すなわち通路２３ｄとポート２３ｃとの
重なりが全くなくなると、上記流量調節弁機構２
３を介しての流体室２２相互の流通が遮断され
（流通抵抗は無限大）、ポンプ素子２０は回転しな
くなり（これはハウジング９に対する相対的回転
を意味する）、遊星歯車３は自転をやめ、太陽歯
車１２、内歯歯車１および回転子６は同一回転す
る。すなわち、これら三者は全く一つのブロツク
と同じ状態で回転するわけで、ポンプ作用もなけ
ればギヤ音もない。

なお、ペタルの足踏みをやめても、一方向クラ
ツチ１０がスプロケツトホイール１１と回転子６
との間に介在されているので、回転子６から上記
スプロケツトホイール１１には回転が伝わらな
い。

また、制御レバー２９を逆に操作すれば、ばね
２４の反発力で弁体２３ｂが摺動し、流量調節弁
機構２３が全開に戻る。

また、ブレーキ制御素子を働かせてブレーキバ
ンド３３を緊張すると、回転子６の回転が停止さ
れるので、内歯歯車１の回転により遊星歯車３は
自転し、太陽歯車１２を介してポンプ素子２０を
働かせる。

しかして、流量調節弁機構２３の流通抵抗が内
歯歯車１を停止させるように働き、あたかもエン
ジンブレーキのような制御効果を発揮する。従つ
て、急制動を要するときは、流量調節弁機構２３
を全閉方向に操作すればよい。

この実施例では、回転ポンプ素子としてベーン
式のポンプ構造を採用したが、トロコイドロータ
ーやサイクロイドギヤポンプの構造を採用しても
よいこと勿論である。

また、この実施例では回転子を入力側、内歯歯
車を出力側に連結したが、逆の入出力配置にして
もよいこと勿論である。

なお、上記実施例において、循環流路における
流量調節弁機構（絞り弁機構）の代りに、上記循
環流路に、所望の開度を保つオリフイス（上記開
度は工具などの使用で調整できるものであるとよ
い）を設けた構成にしてもよい。

この場合には、ペタルの踏み込みを早くして入
力回転速度を上げると（トルクを上昇させる）、
これに比例してポンプ内圧が上昇し、増速性（加
速比を上げる）を無段階に変更して行ける。

この発明は、以上詳述したように、遊星歯車機
構の全てが回転部分であり、その回転部分に、そ
れ自体が回転される状態でポンプ構造を組込んだ
ので、最大速度比を得る時に、最高の伝動効率を
得ることができる。また、入力側の回転速度を上
げるほど、増速性（加速比が上がる）を向上で
き、自転車などの走行性に最適な性能を発揮でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を自転車に採用した実施例を
示す縦断側面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線矢視
図、第３図は第１図のＢ−Ｂ線矢視図、第４図は
第１図のＣ−Ｃ線矢視図である。 １……内歯歯車、３……遊星歯車、６……回転
子、９……ハウジング、１０……一方向クラツ
チ、１２……太陽歯車、２０……ポンプ素子、２
３……流量調節弁機構、２３ａ……弁室、２３ｂ
……弁体、２３ｃ……ポート、２３ｄ……絞り通
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内歯歯車に回転子に軸支した遊星歯車を噛合
   し、該遊星歯車に太陽歯車を噛合させた遊星歯車
   機構を具備するものにおいて、上記太陽歯車に、
   回転方向にポンプ室を仕切るように構成した回転
   ポンプ素子を連結すると共に、上記内歯歯車に連
   結されるハウジング内部にポンプ室およびその吐
   出側と流入側とを連通する循環流路を形成し、上
   記循環流路に絞り弁機構を設け、上記絞り弁機構
   を全閉から全開まで外部より操作制御する構成に
   し、上記回転子を入力部とし、上記内歯歯車を出
   力部としたことを特徴とする無段変速装置。 ２ 上記絞り弁機構に代えて、上記循環流路に所
   望の開度を保つオリフイスを設けていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の無段変速装
   置。