TWI687608B - 無級變速機及自行車 - Google Patents

Abstract

該無級變速機具有配置於主軸的周圍的複數個行星滾子。行星滾子之自轉軸的兩端部是保持成可相對於主軸在徑向上位移。各行星滾子具有與輸入旋轉體接觸的第1傾斜面、及與輸出旋轉體接觸的第2傾斜面。行星滾子的傾斜角度會因應可動環在軸向上的位置而改變。如此一來，會各別改變第1傾斜面對輸入旋轉體的接觸位置、及第2傾斜面對輸出旋轉體的接觸位置。藉此，可切換輸入旋轉體與輸出旋轉體之間的變速比。又，行星滾子的第1傾斜面為球面狀。因此，不論行星滾子的傾斜角度為何，第1傾斜面與輸入旋轉體之接觸點所產生之壓力的方向及大小皆不易改變。

Description

無級變速機及自行車

發明領域 本發明是有關於一種無級變速機及自行車。

發明背景 以往，具有變速機構的自行車已為人所知。自行車的一般變速機構是作成為將滾子鏈(roller chain)在徑長不同的複數個鏈輪之間進行變換的結構。當自行車的使用者操作把手部的變速桿，滾子鏈就會變換至藉由變速桿所指定的鏈輪。藉此，後輪就會以因應鏈輪之徑長的變速比進行旋轉。但是，在這種一般變速機構中，只能以因應鏈輪數量的級數來切換變速比。

對此，在日本專利特開2016-70393號公報中，記載有可使變速比連續改變的自行車用變速機。該公報之變速機是使圍繞主軸配置之行星滾子的支撐銷傾斜，藉此使第1轉動體與第2轉動體之轉速的比例改變。

但是，在日本專利特開2016-70393號公報的變速機中，行星滾子的輸入側之轉動面是成為圓錐面。因此，輸入側之轉動面的角度亦會根據行星滾子的傾斜角度而改變。藉此，施加於輸入側之轉動面之壓力的方向及大小會大幅改變。若施加於輸入側之轉動面之壓力過大，則會導致阻力變大而容易使動力傳達的效率降低。又，若施加於輸入側之轉動面之壓力過小，則容易使行星滾子滑移。

發明概要 本發明之目的在於：提供一種在藉由使行星滾子的傾斜角度改變而切換變速比的無級變速機中，使行星滾子與輸入旋轉體之接觸點所產生之壓力的方向及大小不易改變的結構。

本案的例示性第1發明為一種無級變速機，具備：輸入旋轉體，以主軸為中心，並以變速前的轉速旋轉；輸出旋轉體，以前述主軸為中心，並以變速後的轉速旋轉；複數個行星滾子，配置於前述主軸的周圍，並能以自轉軸為中心自轉；導引構件，限制前述自轉軸之兩端部的位置；及圓環狀的可動環，能以前述主軸為中心旋轉，並且可在軸向上移動，前述行星滾子具有：球面狀的第1傾斜面，與前述輸入旋轉體接觸；圓錐狀的第2傾斜面，與前述輸出旋轉體接觸；及環狀凹部或是環狀凸部，與前述可動環卡合，前述導引構件是將前述自轉軸之兩端部保持在圓周方向上的不同位置，前述自轉軸之兩端部被保持在前述導引構件，並可相對於前述主軸在徑向上位移。

根據本案的例示性第1發明，行星滾子之自轉軸在包含主軸之截面內的傾斜角度，會因應可動環在軸向上的位置而改變。如此一來，會各別改變第1傾斜面對輸入旋轉體的接觸位置、及第2傾斜面對輸出旋轉體的接觸位置。藉此，可切換輸入旋轉體與輸出旋轉體之間的變速比。

又，根據本案的例示性第1發明，行星滾子的第1傾斜面為球面狀。因此，不論行星滾子的傾斜角度為何，第1傾斜面與輸入旋轉體之接觸點所產生之壓力的方向及大小皆不易改變。

用以實施發明的形態 以下，針對本發明的例示性實施形態，一邊參照圖式一邊進行說明。再者，在本案中，各別將與無級變速機之主軸平行的方向稱為「軸向」、與主軸正交的方向稱為「徑向」、沿著以主軸為中心之圓弧的方向稱為「圓周方向」。然而，上述「平行的方向」亦包含大致平行的方向。又，上述「正交的方向」亦包含大致正交的方向。又，在本案中，是將構件在軸向上的兩端當中，靠近鏈輪之端部稱為「一端」、遠離鏈輪之端部稱為「另一端」。

＜1.關於自行車＞ 圖1是使用了本發明的一個實施形態之無級變速機1的自行車100的概要圖。如圖1所示，該自行車100具有：前輪110、後輪120、腳踏板130、滾子鏈140、及無級變速機1。無級變速機1是內裝於設在後輪120之車輪121中央的輪轂。若使用者將腳踏板130往前進方向蹬踏，則腳踏板130的旋轉運動會透過滾子鏈140而朝無級變速機1傳達。又，無級變速機1會使從滾子鏈140承受的旋轉運動變速，然後再朝後輪120傳達。後輪120會以藉由無級變速機1所變速之轉速旋轉。再者，自行車100亦可具有用於輔助腳踏板130之旋轉運動的電動機。

＜2.無級變速機之構成＞ 圖2~圖4是無級變速機1的縱截面圖。該無級變速機1是將從滾子鏈140所得之旋轉運動，以等速、或是進行減速或加速，朝後輪120輸出的機構。圖2是顯示等速時之無級變速機1的截面。圖3是顯示減速時之無級變速機1的截面。圖4是顯示加速時之無級變速機1的截面。如圖2~圖4所示，本實施形態之無級變速機1具有：中空軸10、輸入旋轉體20、複數個行星滾子30、導引構件40、可動環50、操作部60、及輸出旋轉體70。

中空軸10是沿著主軸9而延伸的圓柱狀構件。中空軸10的材料是使用例如不鏽鋼等金屬。後述輸入旋轉體20、可動環50、及輸出旋轉體70是隔著軸承而支撐於中空軸10。在將無級變速機1安裝於自行車100時，是以會使中空軸10之中心軸即主軸9與後輪120之中心軸一致的方式來配置無級變速機1。

輸入旋轉體20會隨著滾子鏈140的旋動，而以主軸9為中心旋轉。如圖2~圖4所示，本實施形態之輸入旋轉體20具有：鏈輪21、中繼構件22、及調壓凸輪23。

中繼構件22具有圓筒部221及凸緣部222。圓筒部221是在中空軸10的周圍，在軸向上延伸為圓筒狀。凸緣部222是從圓筒部221在軸向上的端部，朝向徑向外側擴展。凸緣部222是位於後述殼體72的內側。在中繼構件22與中空軸10之間，設有一對第1軸承24。第1軸承24是使用例如滾珠軸承。中繼構件22是隔著第1軸承24，被支撐成能相對於中空軸10而旋轉。

鏈輪21是固定於圓筒部221的外周面。自行車100之滾子鏈140與設置於鏈輪21之外周面的複數輪齒卡合。在自行車100行走時，隨著滾子鏈140的旋動，鏈輪21及中繼構件22會以主軸9為中心，並以變速前的轉速旋轉。以下，將鏈輪21及中繼構件22的轉速稱為「第1轉速」。

調壓凸輪23是因應旋轉方向的負載，而對行星滾子30產生在軸向上之推壓力的機構。調壓凸輪23具有配置排列於軸向上之第1凸輪構件231及第2凸輪構件232、以及複數個轉動體233。第1凸輪構件231及第2凸輪構件232是以主軸9為中心的圓環狀構件。第1凸輪構件231與中繼構件22的凸緣部222是藉由例如螺絲緊固而相互固定。複數個轉動體233是介於第1凸輪構件231與第2凸輪構件232之間的球狀構件。

圖5及圖6是調壓凸輪23的側面圖。如圖5及圖6所示，第1凸輪構件231及第2凸輪構件232各別具有複數個第1凸輪面23a及複數個第2凸輪面23b。轉動體233是被收納於第1凸輪構件231之第1凸輪面23a及第2凸輪面23b與第2凸輪構件232之第1凸輪面23a及第2凸輪面23b之間的空間。

第1凸輪面23a相對於圓周方向的角度小於第2凸輪面23b相對於圓周方向的角度。第1凸輪面23a相對於圓周方向的角度例如在3°以上且35°以下即可。第2凸輪面23b相對於圓周方向的角度例如在70°以上且未達90°即可。

若自行車100的使用者蹬踏腳踏板130，則輸入旋轉體20會往前進方向旋轉。此時，如圖5所示，各轉動體233一邊與第1凸輪構件231之第1凸輪面23a及第2凸輪構件232之第1凸輪面23a接觸，一邊沿著第1凸輪面23a而往上升的方向位移。如此一來，轉動體233會以第1凸輪構件231為基準，使第2凸輪構件232朝離開方向移動。因此，第2凸輪構件232與行星滾子30之後述第1傾斜面301之間的接觸壓力會增加。

另一方面，若自行車100的使用者使腳踏板130往反方向，或是以小於後輪120的速度旋轉，則輸入旋轉體20也會往反方向旋轉。此時，如圖6所示，各轉動體233是與第1凸輪構件231之第2凸輪面23b及第2凸輪構件232之第2凸輪面23b接觸。如此一來，轉動體233會在沒有使第1凸輪構件231之第2凸輪面23b及第2凸輪構件232之第2凸輪面23b於圓周方向及軸向上的位置關係改變的狀態下，與第1凸輪構件231及第2凸輪構件232一體地旋轉。因此，第2凸輪構件232與行星滾子30之後述第1傾斜面301之間的接觸壓力會減弱。藉此，輸入旋轉體20與輸出旋轉體70便會空轉。換言之，調壓凸輪23可使無級變速機1作為單向離合器而發揮功能。

再者，在調壓凸輪23之第1凸輪構件231與後述殼體72之間，設有止推軸承25。止推軸承25是使用例如滾針軸承。第1凸輪構件231與殼體72可隔著止推軸承25而彼此相對旋轉。藉此，可使輸入旋轉體20與輸出旋轉體70以不同的轉速旋轉。

複數個行星滾子30是配置於主軸9的周圍。各行星滾子30是被支撐成能以可擺動的自轉軸300為中心自轉。如圖2~圖4所示，各行星滾子30的表面具有：第1傾斜面301、第2傾斜面302、及環狀凹部303。第1傾斜面301為半球狀(球面狀)的面，隨著從自轉軸300之一端遠離而逐漸擴徑，並且以自轉軸300之中央附近為中心。第1傾斜面301是與第2凸輪構件232接觸。第2傾斜面302為圓錐狀的面，隨著從自轉軸300之另一端遠離而逐漸擴徑。第2傾斜面302是與後述輸出旋轉體70的接觸構件71接觸。

環狀凹部303是以自轉軸300為中心之圓環狀的凹槽。環狀凹部303是位於第1傾斜面301與第2傾斜面302之間。如圖2~圖4所示，環狀凹部303的形狀在包含主軸9之截面中，是成為大致圓弧狀。環狀凹部303是與後述可動環50之環狀凸部51接觸。

如此，行星滾子30會與輸入旋轉體20、輸出旋轉體70、及可動環50接觸，並且藉由該3處的接觸點來支撐。

圖7是行星滾子30的分解截面圖。如圖7所示，本實施形態之行星滾子30是藉由將第1行星構件31及第2行星構件32在軸向上進行組合而形成。第1行星構件31是具有第1傾斜面301之半球狀構件。第2行星構件32是具有第2傾斜面302及環狀凹部303之圓錐狀構件。在將第1行星構件31及第2行星構件32進行組合時，例如，將設於第2行星構件32之圓筒狀的突起304壓入第1行星構件31。然而，第1行星構件31與第2行星構件32的固定方法亦可為熔接等其他方法。

行星滾子30為了輕量化，較佳是在內部具有空洞33。如本實施形態，只要作成為將第1行星構件31與第2行星構件32進行組合之結構，便可容易形成在內部具有空洞33的行星滾子30。

又，在本實施形態中，環狀凹部303之整體皆屬於第2行星構件32。亦即，環狀凹部303沒有被分割為2個構件。如此一來，便可抑制在環狀凹部303的表面產生微小的高低差。亦即，可提高環狀凹部303的尺寸精度。又，亦可提高環狀凹部303的剛性。因此，可使後述可動環50之環狀凸部51精準地接觸於環狀凹部303。再者，環狀凹部303亦可屬於第1行星構件31。

導引構件40包含第1導引板41及第2導引板42。第1導引板41及第2導引板42是固定於中空軸10的圓板狀構件。第1導引板41及第2導引板42不能相對於中空軸10而相對旋轉。如圖2~圖4所示，第1導引板41及第2導引板42是位於行星滾子30在軸向上的兩側。又，第1導引板41及第2導引板42各別相對於主軸9而往徑向外側擴展。

第1導引板41在圓周方向上等間隔地設有複數個第1缺口410。各第1缺口410是從第1導引板41的外周部朝向徑向內側凹陷。第2導引板42在圓周方向上等間隔地設有複數個第2缺口420。各第2缺口420是從第2導引板42的外周部朝向徑向內側凹陷。行星滾子30之自轉軸300的一端是嵌入第1缺口410。行星滾子30之自轉軸300的另一端是嵌入第2缺口420。藉此，限制行星滾子30之自轉軸300的兩端部在圓周方向上的位置。

自轉軸300的一端可沿著第1缺口410而在徑向上位移。又，自轉軸300的另一端可沿著第2缺口420而在徑向上位移。如之後所述，自轉軸300的兩端部是因應可動環50在軸向上的位置而在徑向上位移。藉此，會改變自轉軸300在包含主軸9之截面內的傾斜角度。如此，藉由自轉軸300之兩端部的位置在徑向上位移，而使行星滾子30之自轉軸300相對於主軸9傾斜這點，在以下稱為「在徑向上傾斜」。

可動環50是位於中空軸10之徑向外側且行星滾子30之徑向內側的圓環狀構件。可動環50具有朝向徑向外側突出的環狀凸部51。如圖2~圖4所示，環狀凸部51的形狀在包含主軸9的截面中，是成為大致圓弧狀。環狀凸部51是嵌入行星滾子30的環狀凹部303。藉此，可動環50與行星滾子30會卡合。

可動環50是隔著卡合構件81及第2軸承82而支撐於中空軸10。第2軸承82是使用例如滾珠軸承。可動環50是固定於第2軸承82的外輪。因此，可動環50能以主軸9為中心，相對於中空軸10及卡合構件81而相對旋轉。

又，如圖2~圖4所示，中空軸10具有在軸向上延伸之狹縫11。卡合構件81是固定於第2軸承82之內輪，並且相對於狹縫11卡合成可在軸向上滑動。因此，卡合構件81、第2軸承82、及可動環50作為一體，可沿著狹縫11而在軸向上移動。

操作部60是用於切換可動環50在軸向上之位置的機構。如圖2~圖4所示，操作部60具有桿61及線機構62。桿61是插入中空軸10內側的圓柱狀構件。桿61是沿著主軸9而在軸向上延伸。線機構62是連接於桿61的一端。卡合構件81是固定於桿61的另一端。自行車100的使用者可藉由操作線機構62，而使桿61在軸向上的位置改變。若桿61在軸向上移動，則卡合構件81、第2軸承82、及可動環50亦會沿著狹縫11而在軸向上移動。並且，隨著可動環50在軸向上的移動，環狀凸部51與環狀凹部303的卡合位置亦會在軸向上有所改變。其結果，會改變行星滾子30在徑向上的傾斜角度。

然而，操作部60亦可藉由能在軸向上定位的螺絲等其他機構來實現。

輸出旋轉體70是以主軸9為中心，並以變速後的轉速旋轉。以下，將變速後的轉速稱為「第2轉速」。如圖2~圖4所示，本實施形態之輸出旋轉體70具有接觸構件71及殼體72。接觸構件71是以主軸9為中心的圓環狀構件。接觸構件71是與行星滾子30的第2傾斜面302接觸。殼體72是將調壓凸輪23、複數個行星滾子30、導引構件40、及可動環50收納於內部的圓環狀框體。殼體72是隔著第3軸承73而支撐於中空軸10。又，殼體72是隔著第4軸承74而支撐於中繼構件22。

接觸構件71與殼體72被固定成不能彼此相對旋轉。因此，若接觸構件71隨著行星滾子30的旋轉而旋轉，則殼體72亦與接觸構件71一起以主軸9為中心，並以第2轉速旋轉。又，殼體72是固定於設在自行車100的後輪120之車輪121中央的輪轂。因此，隨著殼體72的旋轉，自行車100的後輪120亦以第2轉速旋轉。

＜3.關於變速動作＞ 接著，針對上述無級變速機1的變速動作進行說明。

若輸入旋轉體20藉由從滾子鏈140所得之動力而以第1轉速旋轉，則調壓凸輪23之第2凸輪構件232亦一邊與行星滾子30之第1傾斜面301接觸，一邊以第1轉速旋轉。如此一來，行星滾子30會藉由第2凸輪構件232與第1傾斜面301之間的摩擦力，而以自轉軸300為中心旋轉。又，輸出旋轉體70會藉由第2傾斜面302與接觸構件71之間的摩擦力，而以第2轉速旋轉。

此處，如上所述，在本實施形態中，可藉由自行車100的使用者操作操作部60，而使行星滾子30在徑向上的傾斜角度改變。

例如，如圖3所示，在使行星滾子30在徑向上傾斜，而使自轉軸300之一端接近主軸9的情況下，第1傾斜面301與輸入旋轉體20接觸之處離自轉軸300的距離會變大。並且，第2傾斜面302與輸出旋轉體70接觸之處離自轉軸300的距離會變小。因此，輸出旋轉體70的轉速即第2轉速會變得小於輸入旋轉體20的轉速即第1轉速。亦即，輸入旋轉體20的旋轉運動會減速，並從輸出旋轉體70朝後輪120輸出。

另一方面，如圖4所示，在使行星滾子30在徑向上傾斜，而使自轉軸300之一端遠離主軸9的情況下，第1傾斜面301與輸入旋轉體20接觸之處離自轉軸300的距離會變小。並且，第2傾斜面302與輸出旋轉體70接觸之處離自轉軸300的距離會變大。因此，輸出旋轉體70的轉速即第2轉速會變得大於輸入旋轉體20的轉速即第1轉速。亦即，輸入旋轉體20的旋轉運動會加速，並從輸出旋轉體70朝後輪120輸出。

如此，在本實施形態之無級變速機1中，行星滾子30之自轉軸300在包含主軸9之截面內的傾斜角度，會因應可動環50在軸向上的位置而改變。如此一來，會各別改變第1傾斜面301對輸入旋轉體20的接觸位置、及第2傾斜面302對輸出旋轉體70的接觸位置。藉此，可切換輸入旋轉體20與輸出旋轉體70之間的變速比。

圖8~圖10是顯示第2凸輪構件232與第1傾斜面301之接觸點所產生之壓力F1、及接觸構件71與第2傾斜面302之接觸點所產生之壓力F2的圖。圖8是顯示等速時的狀態，圖9是顯示減速時的狀態，圖10是顯示加速時的狀態。

第1傾斜面301為球面狀。因此，不論行星滾子30在徑向上的傾斜角度為何，第2凸輪構件232與第1傾斜面301之接觸點中的第1傾斜面301的傾斜角度皆為固定。所以，不論行星滾子30在徑向上的傾斜角度為何，該接觸點所產生之壓力F1的方向亦為固定。因此，若輸入至輸入旋轉體20的扭矩為固定，則如圖8~圖10所示，在等速時、減速時、及加速時之任一情況下，該接觸點所產生之壓力F1的大小皆不會改變。

如果壓力F1過小，就會變得容易在第2凸輪構件232與第1傾斜面301之間產生滑移。又，若壓力F1過大，就會在第2凸輪構件232與第1傾斜面301之間產生必要以上的滾動阻力，而變得容易降低動力的傳達效率。又，若壓力F1過大，就會變得容易在第2凸輪構件232或是第1傾斜面301產生損傷。如本實施形態所述，不論行星滾子30在徑向上的傾斜角度為何，只要使壓力F1固定，便可解決此等問題。

再者，第1傾斜面301的形狀亦可不為嚴格地沿著球體的形狀。亦即，本發明中的「球面狀」亦包含大致球面狀。又，第2凸輪構件232與第1傾斜面301之接觸點所產生之壓力F1的方向及大小亦可不為完全固定。只要是可藉由第1傾斜面301為「球面狀」這點，來抑制該接觸點所產生之壓力F1的方向及大小的改變即可。

另一方面，第2傾斜面302為圓錐狀。因此，如圖8~圖10所示，接觸構件71與第2傾斜面302之接觸點中的第2傾斜面302的傾斜角度，會因應行星滾子30在徑向上的傾斜角度而改變。所以，該接觸點所產生之壓力F2的方向亦因應行星滾子30在徑向上的傾斜角度而改變。因此，如圖9所示，減速時的壓力F2會變得大於等速時的壓力F2。又，如圖10所示，加速時的壓力F2會變得小於等速時的壓力F2。

如此，可使因應變速比的壓力F2產生於接觸構件71與第2傾斜面302的接觸點。

如圖8~圖10所示，圓錐狀的第2傾斜面302是越接近其頂點的位置，就會承受越大的壓力。因此，在本實施形態中，如圖7所示，使圓錐狀的第2行星構件32隨著朝向頂點而增厚。亦即，使第2行星構件32在軸向或是徑向上的厚度隨著朝向頂點而增加。如此一來，便可抑制第2行星構件32因使用時的負載而變形之情形。另一方面，球面狀的第1傾斜面301是不論其接觸位置為何，皆承受固定的壓力。因此，在本實施形態中，如圖7所示，將半球狀的第1行星構件31在軸向或是徑向上的厚度設為固定的薄度。

<4.變形例>

以上，雖然針對本發明的例示性實施形態進行了說明，但是本發明並不限定於上述之實施形態。

<4-1.第1變形例>

圖11是顯示第1變形例之行星滾子30A及可動環50A的圖。在圖11的例子中，行星滾子30A之環狀凹部303A在軸向上的寬度d1大於設在可動環50A之外周部的環狀凸部51A在軸向上的寬度d2。並且，在包含主軸的截面中，環狀凹部303A的曲率半徑大於環狀凸部51A的曲率半徑。如此一來，行星滾子30A與可動環50A之間的接觸成為單點接觸，而使滾動阻力變小。又，位於環狀凹部303A在軸向上之兩端的角部並不會與可動環50A接觸。因此，可減低行星滾子30A與可動環50A之間的接觸阻力。

＜4-2.第2變形例＞ 圖12是第2變形例之無級變速機1B的縱截面圖。在圖12的例子中，在中空軸10B的內部設有線圈彈簧90B。線圈彈簧90B為可在軸向上伸縮的彈性構件。線圈彈簧90B在軸向上之一端即自由端是與卡合構件81B接觸。又，在中空軸10B的內部配置有定位構件12B。線圈彈簧90B在軸向上之另一端即固定端是與定位構件12B接觸。如此，線圈彈簧90B會在相較於自然長度已被壓縮的狀態下，配置於定位構件12B與卡合構件81B之間。因此，線圈彈簧90B會朝從定位構件12B往軸向一側遠離的方向，一直對卡合構件81B、第2軸承82B、及可動環50B加壓。亦即，線圈彈簧90B會一直對卡合構件81B、第2軸承82B、及可動環50B施予朝向軸向一端側的付勢力。

圖13是從主軸9B之一側觀察第2變形例之第1導引板41B及第2導引板42B的平面圖。圖14是從徑向外側觀察第2變形例之行星滾子30B的圖。該變形例中，第1導引板41B亦具有複數個第1缺口410B。又，第2導引板42B亦具有複數個第2缺口420B。然而，如圖13及圖14所示，在該變形例中，第1缺口410B相對於主軸9B在圓周方向上的位置，與第2缺口420B相對於主軸9B在圓周方向上的位置略有不同。因此，如圖14所示，自轉軸300B之兩端部是藉由第1導引板41B及第2導引板42B，而保持在圓周方向上的不同位置。如此，將自轉軸300B之兩端部在圓周方向上的位置不同的狀態，在以下稱為「在圓周方向上傾斜的狀態」。行星滾子30B是以一直在圓周方向上傾斜的狀態被支撐。

若輸入旋轉體20B藉由從滾子鏈所得之動力而以第1轉速旋轉，則調壓凸輪23B之第2凸輪構件232B亦一邊與行星滾子30B之第1傾斜面301B接觸，一邊以第1轉速旋轉。如此一來，行星滾子30B會藉由第2凸輪構件232B與第1傾斜面301B之間的摩擦力，而以自轉軸300B為中心旋轉。又，輸出旋轉體70B會藉由第2傾斜面302B與接觸構件71B之間的摩擦力，而以第2轉速旋轉。此時，如圖14中箭頭所示，行星滾子30B之第2傾斜面302B會將與扭矩成比例之切線方向的力Fo施予接觸構件71B。

此處，行星滾子30B如上所述，是以在圓周方向上傾斜的狀態被支撐。因此，藉由力Fo，會產生以自轉軸300B為中心的圓周方向之分力Fa、及與自轉軸300B平行的方向之分力Fb。若將行星滾子30B在圓周方向上的傾斜角度設為θ，則分力Fa與分力Fb的關係會滿足Fb=Fa‧tan θ。若將該與自轉軸300B平行的方向之分力Fb施予接觸構件71B，則行星滾子30B會從接觸構件71B承受與分力Fb相同大小的反作用力Fc。該反作用力Fc會成為欲使自轉軸300B在徑向上傾斜的力，而使行星滾子30B之自轉軸300B的一端(輸入旋轉體20B側之端部)接近主軸9B。

另一方面，線圈彈簧90B會朝從定位構件12B往軸向遠離的方向，對卡合構件81B、第2軸承82B、及可動環50B加壓。因此，如圖12所示，行星滾子30B會從可動環50B承受軸向的力Fd。該力Fd會成為欲使自轉軸300B在徑向上傾斜的力，而使行星滾子30B的一端從主軸9B遠離。又，當行星滾子30B之自轉軸300B的一端越傾斜而接近主軸9B，力Fd就會因為線圈彈簧90B被壓縮而變越大。

如此，在負載已施加於輸入旋轉體20B的狀態中，欲使自轉軸300B在徑向上彼此相反的方向上傾斜的2個力Fc、Fd會被施加於行星滾子30B。自轉軸300B會在此等力Fc、Fd平衡的傾斜角度靜止。並且，行星滾子30B會以其傾斜角度之自轉軸300B為中心自轉。

例如，當負載較大時(力Fo較強時)，力Fo的分力Fb亦變得較大。因此，分力Fb的反作用力Fc亦變得較大。因此，行星滾子30B會在徑向上傾斜，而使自轉軸300B的一端接近主軸9B。其情況下，輸入旋轉體20B的旋轉運動會減速，並從輸出旋轉體70B朝後輪輸出。另一方面，當負載較小時(力Fo較弱時)，力Fo的分力Fb亦變得較小。因此，分力Fb的反作用力Fc亦變得較小。因此，行星滾子30B會在徑向上傾斜，而使自轉軸300B的一端遠離主軸9B。其情況下，輸入旋轉體20B的旋轉運動會加速，並從輸出旋轉體70B朝後輪輸出。

如此，在圖12的無級變速機1B中，行星滾子30B之自轉軸300B在徑向上的傾斜角度，會因應施加於行星滾子30B的負載而改變。因此，可因應負載而自動地切換輸入旋轉體20B與輸出旋轉體70B之間的變速比。

再者，在圖12的例子中，定位構件12B是固定於桿61B的另一端。因此，自行車的使用者可藉由操作操作部60B，而調整桿61B及定位構件12B在軸向上的位置。當定位構件12B在軸向上的位置改變，線圈彈簧90B之固定端的位置亦會改變。如此一來，會改變從線圈彈簧90B施加於卡合構件81B、第2軸承82B、及可動環50B的壓力。亦即，會改變上述Fd。因此，可調整負載與變速比的關係。

例如，若使定位構件12B在軸向上的位置往接近輸入旋轉體20B的方向改變，則上述力Fd會變大。因此，變得容易使輸入旋轉體20B的旋轉運動加速。另一方面，若使定位構件12B在軸向上的位置往遠離輸入旋轉體20B的方向改變，則上述力Fd會變小。因此，變得容易使輸入旋轉體20B的旋轉運動減速。

<4-3.第3變形例>

圖15是第3變形例之無級變速機1C的縱截面圖。圖15之無級變速機1C具有實心的輸入軸10C，以替代上述實施形態之中空軸10。並且，調壓凸輪23C之第1凸輪構件231C是在沒有隔著中繼構件的情況下，固定於該輸入軸10C。又，調壓凸輪23C之第2凸輪構件232C是相較於自轉軸300C更在徑向內側中，與行星滾子30C之第1傾斜面301C接觸。

又，在圖15的例子中，輸出旋轉體70C具有接觸構件71C及輸出軸73C。接觸構件71C是相較於自轉軸300C更在徑向內側中，與行星滾子30C之第2傾斜面302C接觸。輸出軸73C是沿著主軸9C而延伸。接觸構件71C與輸出軸73C被固定成不能彼此相對旋轉。

又，在圖15的例子中，可動環50C及操作部60C相較於行星滾子30C更位於徑向外側。可動環50C具有朝向徑向內側突出的環狀凸部51C。環狀凸部51C是嵌入行星滾子30C的環狀凹部303C。藉此，可動環50C與行星滾子30C會卡合。又，可動環50C是藉由卡合構件81C，而被支撐成可在圓周方向上滑動。又，可動環50C及卡合構件81C可沿著省略圖示之導引部而在軸向上移動。使用者可藉由操作與卡合構件81C連接之操作部60C，而切換可動環50C在軸向上的位置。

＜4-4.其他變形例＞ 在上述實施形態中，在輸入旋轉體及輸出旋轉體當中，僅於輸入旋轉體設有調壓凸輪。但是，亦可在輸出旋轉體設有調壓凸輪。

又，在上述實施形態中，行星滾子具有環狀凹部，且可動環具有會嵌入環狀凹部的環狀凸部。但是，亦可以是行星滾子具有環狀凸部，且可動環具有環狀凹部。並且，亦可設為將行星滾子的環狀凸部嵌入可動環的環狀凹部的結構。其情況下，若行星滾子是以2構件所形成，則環狀凸部的整體較佳是屬於2構件中的任一者。

又，在上述實施形態中，是針對自行車用之無級變速機進行了說明。但是，亦可將具有同等結構的無級變速機使用於自行車以外的用途。例如，亦可將具有同等結構的無級變速機搭載於三輪車、輪椅、台車、無人搬送車、機器人等。

又，關於無級變速機及自行車的細部形狀，亦可與本案之各圖所示之形狀有所不同。又，亦可將上述實施形態或變形例所出現之各要素，在不產生予盾的範圍內適當地進行組合。

本發明可利用於例如無級變速機及自行車。

1、1B、1C‧‧‧無級變速機 9、9B、9C‧‧‧主軸 10、10B‧‧‧中空軸 10C‧‧‧輸入軸 11‧‧‧狹縫 12B‧‧‧定位構件 20、20B‧‧‧輸入旋轉體 21‧‧‧鏈輪 22‧‧‧中繼構件 23、23B、23C‧‧‧調壓凸輪 23a‧‧‧第1凸輪面 23b‧‧‧第2凸輪面 24‧‧‧第1軸承 25‧‧‧止推軸承 30、30A、30B、30C‧‧‧行星滾子 31‧‧‧第1行星構件 32‧‧‧第2行星構件 33‧‧‧空洞 40‧‧‧導引構件 41、41B‧‧‧第1導引板 42、42B‧‧‧第2導引板 50、50A、50B、50C‧‧‧可動環 51、51A、51C‧‧‧環狀凸部 60、60B、60C‧‧‧操作部 61、61B‧‧‧桿 62‧‧‧線機構 70、70B、70C‧‧‧輸出旋轉體 71、71B、71C‧‧‧接觸構件 72‧‧‧殼體 73‧‧‧第3軸承 73C‧‧‧輸出軸 74‧‧‧第4軸承 81、81B、81C‧‧‧卡合構件 82、82B‧‧‧第2軸承 90B‧‧‧線圈彈簧 100‧‧‧自行車 110‧‧‧前輪 120‧‧‧後輪 121‧‧‧車輪 130‧‧‧腳踏板 140‧‧‧滾子鏈 221‧‧‧圓筒部 222‧‧‧凸緣部 231、231C‧‧‧第1凸輪構件 232、232B、232C‧‧‧第2凸輪構件 233‧‧‧轉動體 300、300B、300C‧‧‧自轉軸 301、301B、301C‧‧‧第1傾斜面 302、302B、302C‧‧‧第2傾斜面 303、303A、303C‧‧‧環狀凹部 304‧‧‧突起 410、410B‧‧‧第1缺口 420、420B‧‧‧第2缺口 F1、F2‧‧‧壓力 Fa、Fb‧‧‧分力 Fc‧‧‧反作用力 Fd、Fo‧‧‧力 d1、d2‧‧‧寬度 θ‧‧‧傾斜角度

圖1是自行車的概要圖。 圖2是無級變速機的縱截面圖。 圖3是無級變速機的縱截面圖。 圖4是無級變速機的縱截面圖。 圖5是調壓凸輪的側面圖。 圖6是調壓凸輪的側面圖。 圖7是行星滾子的分解截面圖。 圖8是顯示第2凸輪構件與第1傾斜面之接觸點、以及接觸構件與第2傾斜面之接觸點所產生之壓力的圖。 圖9是顯示第2凸輪構件與第1傾斜面之接觸點、以及接觸構件與第2傾斜面之接觸點所產生之壓力的圖。 圖10是顯示第2凸輪構件與第1傾斜面之接觸點、以及接觸構件與第2傾斜面之接觸點所產生之壓力的圖。 圖11是顯示第1變形例之行星滾子及可動環的圖。 圖12是第2變形例之無級變速機的縱截面圖。 圖13是從主軸之一側觀察第2變形例之第1導引板及第2導引板的平面圖。 圖14是從徑向外側觀察第2變形例之行星滾子的圖。 圖15是第3變形例之無級變速機的縱截面圖。

1‧‧‧無級變速機

9‧‧‧主軸

10‧‧‧中空軸

11‧‧‧狹縫

20‧‧‧輸入旋轉體

21‧‧‧鏈輪

22‧‧‧中繼構件

23‧‧‧調壓凸輪

24‧‧‧第1軸承

25‧‧‧止推軸承

30‧‧‧行星滾子

40‧‧‧導引構件

41‧‧‧第1導引板

42‧‧‧第2導引板

50‧‧‧可動環

51‧‧‧環狀凸部

60‧‧‧操作部

61‧‧‧桿

62‧‧‧線機構

70‧‧‧輸出旋轉體

71‧‧‧接觸構件

72‧‧‧殼體

73‧‧‧第3軸承

74‧‧‧第4軸承

81‧‧‧卡合構件

82‧‧‧第2軸承

221‧‧‧圓筒部

222‧‧‧凸緣部

231‧‧‧第1凸輪構件

232‧‧‧第2凸輪構件

233‧‧‧轉動體

300‧‧‧自轉軸

301‧‧‧第1傾斜面

302‧‧‧第2傾斜面

303‧‧‧環狀凹部

410‧‧‧第1缺口

420‧‧‧第2缺口

Claims (19)

1. 一種無級變速機，具備： 輸入旋轉體，以主軸為中心，並以變速前的轉速旋轉； 輸出旋轉體，以前述主軸為中心，並以變速後的轉速旋轉； 複數個行星滾子，配置於前述主軸的周圍，並能以自轉軸為中心自轉； 導引構件，限制前述自轉軸之兩端部的位置；及 圓環狀的可動環，能以前述主軸為中心旋轉，並且可在軸向上移動， 前述無級變速機之特徵在於： 前述行星滾子具有： 球面狀的第1傾斜面，與前述輸入旋轉體接觸； 圓錐狀的第2傾斜面，與前述輸出旋轉體接觸；及 環狀凹部或是環狀凸部，與前述可動環卡合， 前述自轉軸之兩端部被保持在前述導引構件，並可相對於前述主軸在徑向上位移。
2. 如請求項1之無級變速機，其更具備： 操作部，切換前述可動環在軸向上之位置。
3. 如請求項1之無級變速機，其更具備： 彈性構件，對前述可動環施予在軸向上之付勢力， 前述導引構件是將前述自轉軸之兩端部保持在圓周方向上的不同位置。
4. 如請求項1至3中任一項之無級變速機，其中前述可動環是位於前述行星滾子之徑向內側。
5. 如請求項1至3中任一項之無級變速機，其中前述可動環是位於前述行星滾子之徑向外側。
6. 如請求項1至3中任一項之無級變速機，其更具備： 軸體，沿著前述主軸而延伸， 前述輸入旋轉體、前述輸出旋轉體、及前述可動環是各別透過軸承而被支撐於前述軸體。
7. 如請求項6之無級變速機，其中前述導引構件具有： 第1導引板，固定於前述軸體，並具有供前述行星滾子之前述自轉軸之一端嵌入的第1缺口；及 第2導引板，固定於前述軸體，並具有供前述行星滾子之前述自轉軸之另一端嵌入的第2缺口。
8. 如請求項1至3中任一項之無級變速機，其中前述環狀凹部或前述環狀凸部是位於前述第1傾斜面與前述第2傾斜面之間。
9. 如請求項1至3中任一項之無級變速機，其中前述行星滾子具有前述環狀凹部，且前述可動環之外周部與前述行星滾子之構成前述環狀凹部的面接觸。
10. 如請求項9之無級變速機，其中在包含前述主軸的截面中，前述環狀凹部的曲率半徑大於前述可動環之外周部的曲率半徑。
11. 如請求項1至3中任一項之無級變速機，其中前述輸入旋轉體包含：調壓凸輪，因應旋轉方向的負載而對前述行星滾子產生在軸向上之推壓力。
12. 如請求項11之無級變速機，其中前述調壓凸輪具有： 一對圓環狀的凸輪構件，配置排列於軸向上；及 轉動體，介於一對前述凸輪構件之間， 一對前述凸輪構件各別具有： 第1凸輪面，在前述輸入旋轉體朝一方向旋轉時，與前述轉動體接觸；及 第2凸輪面，在前述輸入旋轉體朝另一方向旋轉時，與前述轉動體接觸， 前述第1凸輪面相對於圓周方向的角度小於前述第2凸輪面相對於圓周方向的角度。
13. 如請求項12之無級變速機，其中前述第1凸輪面相對於圓周方向的角度是在3°以上且35°以下，前述第2凸輪面相對於圓周方向的角度是在70°以上且未達90°。
14. 如請求項1至3中任一項之無級變速機，其中前述行星滾子在內部具有空洞。
15. 如請求項14之無級變速機，其中前述行星滾子具有： 第1行星構件，具有前述第1傾斜面；及 第2行星構件，具有前述第2傾斜面。
16. 如請求項15之無級變速機，其中前述第1行星構件在軸向或是徑向上的厚度為固定，前述第2行星構件在軸向或是徑向上的厚度會隨著朝向前述第2行星構件的頂點而增加。
17. 如請求項15之無級變速機，其中前述環狀凹部或是前述環狀凸部的整體是屬於前述第1行星構件及前述第2行星構件中的任一者。
18. 如請求項1至3中任一項之無級變速機，其使用於自行車。
19. 一種自行車，其使用如請求項18之無級變速機。

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