JP2002039289A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｖベルト方式、あるいは摩擦方式に拠らない
歯車式無段変速機に於いて、回転の変速のみならずトル
クの増減をも目的とし、しかも変速を行うに際して見過
ごされがちなエネルギーロスをなくする事を目的として
いる。 【構成】回転入力軸６の回転で回転合成部分となる遊星
歯車機構１のリング歯車３と回転制御部分となる遊星歯
車機構２の遊星歯車キャリヤ４を回転させ、遊星歯車機
構２のリング歯車１２の回転はウォーム２９で制御し、
それにより回転軸を共有する遊星歯車機構２の太陽歯車
９と遊星歯車機構１の遊星歯車キャリヤ７の回転を制御
し、遊星歯車機構１の太陽歯車１１の回転軸と結合して
いる回転出力軸１６から無段に変化した回転を取り出
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電車、自動車、工作機
械等に利用され得る変速機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の無断変速機の公知のものとしてＶ
ベルト方式、摩擦方式等がある。また遊星歯車機構を使
用した無断変速機としては、例えば、特開平５−７１６
０１、特開平８−３１２７３７、特開平９−２１４４９
等が発表されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の無段変
速機機には無断変速を行うことが出来た反面、歯車組み
合わせ方式による非無断変速機には生じなかった新たな
課題が発生した。Ｖベルト方式、摩擦方式では大きな負
荷がかる場合の動力伝達力の低下を如何にして防ぐかと
いう課題が存在する。動力伝達力に付いて、Ｖベルト方
式、摩擦方式の無断変速機と歯車組み合わせ方式の非無
断変速機と較べると、Ｖベルト方式，摩擦方式の無断変
速機は、歯車組み合わせ方式の非無断変速機に劣る。ま
た遊星歯車機構を使った無断変速機にも数々の方式が発
表されているが、それらのなかには、歯車組み合わせ方
式の非無断変速機には出来るトルクの増減に困難をきた
すもの（特開平５−７１６０１、特開平９−２１４４
９）があったり、変速の為にクラッチを直接的に使用す
る為、歯車組み合わせ方式による非無断変速機に較べて
より多くの摩擦によるエネルギーロスが発生したりする
もの（特開平８−３１２７３７）があったりする。本発
明は、これらの無断変速機の抱える諸課題を解決しよう
とするものである。

【０００４】

【課題を解決する為の手段】本発明は上記課題の解決
を、同軸上で回転する２つの歯車と、その２つの歯車に
噛み合いながら２つの歯車の回転軸の周囲を公転する歯
車を支持する歯車キャリヤで構成される歯車機構２組
と、ウォームとウォームホィール、或いはそれと同一の
機能、言い換えれば，回転伝達が一方からは容易である
が他方からは困難となる機能を有する歯車を組み合わせ
ることによって解決した。このことをより具体的に明ら
かにする為に、同軸上で回転する２つの歯車とその２つ
の歯車に噛み合いながら２つの歯車の回転軸の周囲を公
転する歯車を支持する歯車キャリヤで構成される歯車機
構として遊星歯車機構を用い、そして一方から他方への
回転伝達は容易だがその逆方向への回転伝達は困難とな
る機能を有する歯車としてウォームとウォームホィール
を用いた本実施例とそれに対応する図１、図２を用いて
説明する。回転合成部分となる遊星歯車機構１のリング
歯車３と、回転制御部分となる遊星歯車機構２の遊星歯
車キャリヤ４を駆動軸と結合している回転入力軸６で回
転させるようにし、遊星歯車機構１の太陽歯車１１の回
転軸を回転出力軸１６と結合し、遊星歯車機構１の遊星
歯車キャリヤ７の回転軸８と遊星歯車機構２の太陽歯車
９の回転軸１０を結合し、ウォーム２９とそれと歯合す
るウォームホィール１７で遊星歯車機構２のリング歯車
１２の回転を制御するようにした。また本発明の効果が
最も良く発揮されるようにする為に、遊星歯車機構１の
遊星歯車キャリヤ７の回転軸８と遊星歯車機構２の太陽
歯車９の回転軸１０を、回転入力軸６の回転によって遊
星歯車機構１のリング歯車３と遊星歯車機構２の遊星歯
車キャリヤ４が回転している状態で、しかもウォーム２
９とそれと歯合するウォームホィール１７の回転停止に
よって遊星歯車機構２のリング歯車１２の回転が停止状
態にある時には、遊星歯車機構１のリング歯車３の回転
方向と遊星歯車機構１の遊星歯車キャリヤ７の回転方向
が逆方向になる様に結合し、そして遊星歯車機構２のリ
ング歯車１２を、ウォーム２９とそれと歯合するウォー
ムホィール１７によって、遊星歯車キャリヤ４の回転方
向と同方向の回転状態から静止状態、静止状態から同方
向への回転状態へと変化出来る様にした。ウォーム２９
及びそれと歯合するウォームホィール１７を回転させた
り、その回転を減速させたり、停止させたりする方法
は、実施例１の如く、回転入力軸６によってクラッチ１
８のクラッチ板の一方を回転させ、そしてもう一方のク
ラッチ板の回転でウォーム２９を回転させるようにし
て、その両クラッチ板の接触、非接触、接触の強弱とい
う方法によって行ってもよいし、或いは実施例２の如く
電動モーター３４を用いその回転制御方法によってもよ
いし、その他の回転駆動装置を用いる時はそれの回転制
御方法によってもよい。

【０００５】

【作用】上記構成のよれば、遊星歯車機構２のリング歯
車１２を停止させた状態の下で回転入力軸６を回転させ
れば、その回転によって遊星歯車機構１のリング歯車３
と遊星歯車機構２の遊星歯車キャリヤ４が回転すること
になり、そしてそれらが回転することにより遊星歯車機
構２の太陽歯車９が回転し、それによって遊星歯車機構
１の遊星歯車キャリヤ７がリング歯車３とは逆方向に回
転し、その結果遊星歯車機構１の太陽歯車１１が回転し
回転出力軸１６が回転することになる（状態１）。また
上記構成のよれば、回転入力軸６を回転させながら、遊
星歯車機構２のリング歯車１２を停止の状態から遊星歯
車機構２の遊星歯車キャリヤ４と同方向に回転させる
と、回転入力軸６から遊星歯車機構２の遊星歯車キャリ
ヤ４に伝えられた回転はリング歯車１２の回転によって
遮られ、その遮られた割合に応じて遊星歯車機構２の太
陽歯車９と遊星歯車機構１の遊星歯車キャリヤ７の回転
数が減少し、遊星歯車機構１の太陽歯車１１と回転出力
軸１６の回転は、遊星歯車機構１のリング歯車３の回転
による割合が高くなる（状態−２）。また上記構成のよ
れば、回転入力軸６を回転させながら、遊星歯車機構２
のリング歯車１２の回転数を増加させ遊星歯車機構２の
太陽歯車９とそれに結合している遊星歯車機構１の遊星
歯車キャリヤ７の回転を停止の状態にすると、遊星歯車
機構１の太陽歯車１１と回転出力軸１６の回転は、遊星
歯車機構１のリング歯車３への入力回転によるものから
だけとなる（状態−３）。また上記構成のよれば、回転
入力軸６を回転させながら遊星歯車機構２のリング歯車
１２の回転数をさらに増加させれば、遊星歯車機構２の
太陽歯車９は状態−１及び、状態−２の時とは逆方向に
回転し始め、それと同時に、遊星歯車機構１の遊星歯車
キャリヤ７は遊星歯車機構１のリング歯車３と同方向に
回転し始め、遊星歯車機構１の太陽歯車１１と回転出力
軸１６の回転数は状態−３の時よりさらに減少し、遊星
歯車機構２のリング歯車１２の回転数をさらに増加させ
れば、遊星歯車機構１の太陽歯車１１と回転出力軸１６
の回転数は停止に至る（状態−４）。回転出力軸１６の
トルクは、遊星歯車機構２のリング歯車１２が停止し回
転出力軸１６の回転数が最大の時である状態−１の時が
最小であり、遊星歯車機構２のリング歯車１２が遊星歯
車機構２の遊星歯車キャリヤ４と同方向に回転し始め遊
星歯車機構２の太陽歯車９とその回転が連動することに
なっている遊星歯車機構１の遊星歯車キャリヤ７の回転
数が減少し、遊星歯車機構１の太陽歯車１１と回転出力
軸１６が遊星歯車機構１のリング歯車３の回転によって
回転する割合が高くなるに従い増大し、状態−３になっ
た時に最大となる。本発明に於いては、駆動源より回転
入力軸６へ回転する力が加えられている場合で出力軸１
６に一定の負荷がかかっている場合には、この遊星歯車
機構２のリング歯車１２は遊星歯車機構２の遊星歯車キ
ャリヤ４と同一方向、太陽歯車９とは逆方向に回転しよ
うとする力、言い換えれば空回りしようとする力が働く
ことになっている。そして、本発明に於ける回転数の変
速、トルクの増減はこのリング歯車１２の空回り方向の
回転の停止・抑制によって行うことになっている。リン
グ歯車１２の回転の停止は、ウォーム２９の回転の停止
で容易に行えるし、またリング歯車１２には空回りしよ
うとする力が加わっているので、その回転をウォームで
抑制するためのウォームに加えなければならない力は小
さなものでよく、従ってリング歯車１２の回転の抑制も
容易に行えることになる。本発明では遊星歯車機構２の
リング歯車１２の回転、停止が、回転数の変速、トルク
の増減をもたらす重要なポイントになっているが、これ
は上記の如く極めて容易に出来る。

【０００６】

【実施例１】図１は、本発明の無段変速機の概略構成図
を記載したものである。６は駆動軸と結合している回転
入力軸であり、歯車１３と歯車２１の回転軸は回転入力
軸６と結合して、歯車２１はリング歯車３に結合してい
る歯車２２と歯合していて、歯車１３は遊星歯車キャリ
ヤ４の回転軸５と回転軸を共有する歯車１５と歯合して
いる歯車１４と歯合している。これにより回転入力軸６
が回転すると、遊星歯車機構１のリング歯車３と遊星歯
車機構２の遊星歯車キャリヤ４が回転するようになって
いる。遊星歯車機構２の太陽歯車９の回転軸１０は、遊
星歯車機構１の遊星歯車キャリヤ７の回転軸８に結合さ
れている。回転入力軸６の回転は、歯車１４を介して遊
星歯車機構２の遊星歯車キャリヤ４の回転軸５へと伝達
されるようになっている為、回転入力軸６が一定方向に
回転し遊星歯車機構２のリング歯車１２が停止している
状態のもとでは、遊星歯車機構１の遊星歯車キャリヤ７
は遊星歯車機構１のリング歯車３とは逆方向に回転する
ことになっている。回転出力軸１６は、遊星歯車機構１
の太陽歯車１１の回転軸に接続されている。１８はクラ
ッチでありクラッチ板の接触・部分接触・非接触に拠り
回転の伝達を制御出来るようになっていて、回転入力側
のクラッチ板には歯合し合う歯車２６、２５、２４、２
３を介して回転軸入力軸６からの回転が伝達される様に
なっていて、回転出力側のクラッチ板の回転は歯合しあ
う傘歯車２７、２８を介してウォーム２９に伝達される
様になっていて、ウォーム２９の回転はウォーム２９と
歯合しているウォームホィール１７、及び歯同し合う歯
車３０、３１、さらにリング歯車１２と結合している歯
車３３と歯合している歯車３２を介して遊星歯車機構２
のリング歯車１２に伝達されるようになっていて、そし
て両クラッチ板が接触すれば、上記歯車の組み合わせに
より、遊星歯車機構２のリング歯車１２は遊星歯車機構
２の遊星歯車キャリヤ４と同方向に回転するようになっ
ている。上記実施例により回転入力軸６を回転させ遊星
歯車機構２のリング歯車１２の回転をウォーム２９、ウ
ォームホィール１７を介してクラッチ１８により制御す
ると、出力軸１６がどのように回転するかは前記の作用
の箇所で記述したところと同じである。

【０００７】

【実施例２】図２は、ウォーム３２の回転制御を電動モ
ーター３４で行う事が出来るようにしたものである。

【０００８】

【実施例３】図３の実施例は、自動車の変速機として利
用可能にした無断変速機である。自動車の走行時に於け
る回転エネルギーの流れ方の特徴としては、加速時、或
いは登坂時に於いては回転エネルギーは駆動源から供給
されるが、加速停止時、或いは下り坂時に於いては回転
エネルギーは駆動輪から駆動源の方に逆流するという事
が挙げられる。この為に自動車に使用される変速機は此
の事に耐え得るものでなければならない。また逆流する
回転エネルギーを駆動源で制御できる仕組みのものでな
ければならない。３５と３６は歯車であり、３７はクラ
ッチであり、３８はワンウェイクラッチであり、３９は
ウォームホィールである。歯車３５と歯車３６は歯合し
ており、歯車３５の回転軸は遊星歯車機構１の遊星歯車
キャリヤ７の回転軸８と結合しており、歯車３６の回転
軸はクラッチ３７の片方のクラッチ板の回転軸に結合し
ている。クラッチ３７の他方のクラッチ板の回転軸はワ
ンウェイクラッチ３８の一方の回転軸と結合していて、
ワンウェイクラッチ３８のもう一方の回転軸はウォーム
ホィール３９の回転軸に結合している。ワンウェイクラ
ッチ３８は、クラッチ３７からの回転は伝わるがウォー
ムホィール３９からの回転は伝わらない様に取り付けて
ある。４０と４１は歯車であり、４２はクラッチであ
り、４３と４４は傘歯車であり、４５はウォームであ
る。歯車４０と歯車４１は歯合しており、傘歯車４３と
傘歯車４４は歯合しており、ウォーム４５とウォームホ
ィール３９は歯合している。歯車４０の回転軸は遊星歯
車機構２の太陽歯車９の回転軸と結合しており、歯車４
１の回転軸はクラッチ４２の一方のクラッチ板の回転軸
と結合しており、傘歯車４３の回転軸はクラッチ４２の
もう一方のクラッチ板の回転軸と結合しており、傘歯車
４４の回転軸とウォーム４５の回転軸は結合している。
４６はワンウェイクラッチであり、歯車３５と歯車４０
の間に、遊星歯車機構２の太陽歯車９の回転軸からの回
転のみを伝え遊星歯車機構１の遊星歯車キャリヤ７から
の回転は遮断する様に取り付けてある。クラッチ３７と
クラッチ４２の同時接続状態での遊星歯車機構２の太陽
歯車９の回転が遊星歯車機構１の遊星歯車キャリヤ７の
回転軸に伝達されている状態時のウォームホィール３９
の回転速度は、歯車３６の回転速度よりも早くなる様に
設定してある。上記装置によれば、下り坂時、或いは加
速停止時に於いては、駆動輪及びそれと回転が連動する
ことになっている回転出力軸（１６）には空回りしよう
とする力が働き、それが遊星歯車機構１の遊星歯車キャ
リヤ７とリング歯車３を回転させる力として働くが、ク
ラッチ３７のクラッチ板を非接触の状態にしておけば、
ワンウェイクラッチ４６の存在により、遊星歯車キャリ
ヤ７の回転力は遊星歯車機構２に直接的に伝わることな
く、従ってウォーム２９、ウォームホィール１７に過大
な負荷をかける事なく、その寿命に悪影響を与える事は
ない。また上記装置によれば、下り坂時、或いは加速停
止時に於ける回転出力軸（１６）から遊星歯車キャリヤ
７へ加わる回転力は、クラッチ３７とクラッチ４２を同
時接続の状態にすれば、ウォームホィール３９及びそれ
と歯合するウォーム４５により制御されることになる
が、遊星歯車キャリヤ７の回転が制御されれば回転出力
軸１６からの回転力はリング歯車３の方に流れ込むこと
になるので、回転出力軸１６からの回転力は駆動源に拠
って制御することが可能となる。また上記装置によれ
ば、駆動軸に接続されている回転入力軸６を回転させそ
の回転を回転出力軸１６に伝達しようとする場合に於い
て、クラッチ３７とクラッチ４２のそれぞれのクラッチ
板を非接触の状態にすれば、太陽歯車９と遊星歯車キャ
リヤ７の回転はウォーム４５、ウォームホィール３９に
遮られることはないのであるし、またワンウェイクラッ
チ４６は太陽歯車９の回転は遊星歯車キャリヤ７の方に
は伝達されるように設定されているのであるから、回転
入力軸６の回転は回転出力軸１６に伝達されることにな
るが、クラッチ３７とクラッチ４２の同時接続状態の場
合に於いても、ウォームホィール３９は歯車３６よりも
速く回転するように設定されていて、しかもワンウェイ
クラッチ３８は、ウォームホィール３９の回転はクラッ
チ３７の方には伝達されないように設定されているので
あるから、回転入力軸６の回転は、ウォーム４５とウォ
ームホィール３９に影響を受けることなく、回転出力軸
１６に伝達されることになる。

【０００９】

【発明の効果】本発明を自動車の変速機として用いる
と、エネルギー消費効率の観点からして、駆動源の出力
に比して最も適切な回転数を導き出す事が出来るように
なり、此の事が現在問題となっている大気汚染防止に効
果を発揮することになるし、また自動車騒音の防止にも
効果を発揮することになる。現在既に発表され、また一
部実用化されている無段変速機にもこの効果は同様に発
揮されているが、しかし本発明は動力伝達力、耐久性の
面で此れら従来の無断変速機よりも優れているので、従
来の無断変速機では困難とされている大型自動車への採
用も可能となり、自動車全般の問題とされているエネル
ギー消費効率の向上、大気汚染の防止、騒音の防止をよ
り高い水準で実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、実施例１の斜め横から見たときの概略構成
図である。

【図２】は、実施例２の斜め横から見たときの概略構成
図である。

【図３】は、実施例３の自動車の変速機として利用可能
にした無段変速機の斜め横から見たときの概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１ 遊星歯車機構１ ２ 遊星歯車機構２ ３ リング歯車 ４ 遊星歯車キャリヤ ５ 遊星歯車キャリヤ４の回転軸 ６ 回転入力軸 ７ 遊星歯車キャリヤ ８ 遊星歯車キャリヤ７の回転軸 ９ 太陽歯車 １０ 太陽歯車９の回転軸 １１ 太陽歯車 １２ リング歯車 １３ 歯車 １４ 歯車 １５ 歯車 １６ 回転出力軸 １７ ウォームホィール １８ クラッチ １９ 遊星歯車 ２０ 遊星歯車 ２１ 歯車 ２２ リング歯車３と結合している歯車 ２３ 歯車 ２４ 歯車 ２５ 歯車 ２６ 歯車 ２７ 傘歯車 ２８ 傘歯車 ２９ ウォーム ３０ 歯車 ３１ 歯車 ３２ 歯車 ３３ リング歯車１２と結合している歯車 ３４ 電動モーター ３５ 歯車 ３６ 歯車 ３７ クラッチ ３８ ワンウェイクラッチ ３９ ウォームホィール ４０ 歯車 ４１ 歯車 ４２ クラッチ ４３ 傘歯車 ４４ 傘歯車 ４５ ウォーム ４６ ワンウェイクラッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同軸上で回転する２つの歯車と、その２つ
   の歯車に噛み合いながらその２つの歯車の回転軸の周囲
   を公転する歯車を支持する歯車キャリヤで構成される歯
   車機構の１つを回転合成部分（１）とし、もう１つを回
   転制御部分（２）として、回転合成部分となる歯車機構
   （１）を構成する同軸上で回転する２つの歯車の何れか
   の１つか或いは歯車キャリヤの回転で回転出力部材とな
   る回転出力軸（１６）を回転させるようにし、そして残
   った２つのうちの１つを回転入力部材となる回転入力軸
   （６）で回転させるようにし、その同じ回転入力軸
   （６）で、回転制御部分となる歯車機構（２）を構成す
   る同軸上で回転する２つの歯車の何れかの１つか或いは
   歯車キャリヤを回転させ、そして残った２つのうちの１
   つの回転をウォームとウォームホィール、或いはそれと
   同一の機能、言い換えれば、回転伝達が一方からは容易
   であるが他方からは困難となる機能を有する歯車で制御
   し、回転合成部分となる歯車機構（１）を構成する同軸
   上で回転する２つの歯車と歯車キャリヤのうちの１つ
   で、それが回転出力軸（１６）を回転させるものでな
   く、しかも回転入力軸（６）で回転させられるものでな
   いものの回転と、回転制御部分となる歯車機構（２）を
   構成する同軸上で回転する２つの歯車と歯車キャリヤの
   うちの１つで回転入力軸（６）で回転させられるもので
   なく、しかも回転伝達が一方からは容易であるが他方か
   らは困難となる機能を有する歯車でその回転が制御され
   るものでないものの回転が連動するようにして、必要に
   応じて回転入力軸（６）で回転合成部分（１）、回転制
   御部分（２）のそれぞれを構成する歯車、或いは歯車キ
   ャリヤを回転させるに際し、或いはそれ以降の回転伝達
   の途中で歯車等を使って回転比率を異なったものにし
   て、回転入力軸（６）の回転とトルクを回転入力軸
   （６）から回転出力軸（１６）に至る過程で無段に変化
   させる無段変速装置。