JP6333999B2 - 変速機構 - Google Patents
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Description
そこで、上記の推力や摩擦力を用いずに、複数のピニオンスプロケットとこれらに巻き掛けられたチェーンとにより動力伝達する変速機構が開発されている。
このように、ピニオンスプロケットのそれぞれが回転軸の軸心に対して等距離を維持しながら同期して径方向に移動することで、多角形の大きさが相似的に変化し、ピニオンスプロケットの何れをも囲んで接する円(以下、「ピニオン接円」という)の半径が変更されることにより、変速比を変更することができる。
また、同じピニオンスプロケットを径方向に移動させてピニオン接円の径を拡縮させるため、ピニオン接円の径によってはチェーンとピニオンスプロケットとの相対位置関係が変わる。よって、チェーンとピニオンスプロケットとの噛み合いが不安定になり、トルクを確実に伝達することができないおそれがある。
(3)前記固定放射状溝は、直線状に形成され、前記第二歯部は、前記第一歯部に対して、前記固定放射状溝の延びる方向と平行であって前記回転軸の軸心を通る径方向の領域にまで延設されていることが好ましい。
(4)前記固定放射状溝は、外周に向かうに連れて径方向に対して前記遅角側にシフトしてくように設けられることが好ましい。
(5)前記複数のピニオンスプロケットの各支持部材は、径方向の所定長さにわたって前記固定放射状溝に接触するように対応する形状に形成されることが好ましい。
(7)前記第二ガイドロッドは、前記接円の半径が最も小さいときに、前記第二歯部に対して径方向内側の空間または前記空間の周辺に位置することが好ましい。
(8)前記第一ガイドロッドおよび前記第二ガイドロッドは、周方向に沿って交互に配置されることが好ましい。
なお、本実施形態では、変速機構における回転軸の軸心あるいはこの軸心に平行な方向を軸方向とし、回転軸の軸心を基準に径方向および周方向のそれぞれを定める。径方向を基準にいう内側または外側は、回転軸の軸心に対する距離(半径)が短い側または長い側であることを意味する。また、変速機構における公転方向を基準に進角側および遅角側を定める。
以下、一実施形態にかかる変速機構について説明する。
〔1.構成〕
図1に示すように、変速機構は、二組の複合スプロケット5,5と、これらの複合スプロケット5,5に巻き掛けられたチェーン6とを備えている。ここでは、チェーン6としてサイレントチェーンを例示するが、チェーン6としてローラチェーンを用いてもよい。なお、図1における白抜きの矢印は公転方向を示す。
上記したピニオン接円Aの半径は、複数のピニオンスプロケット20とチェーン6との接触半径、即ち、複合スプロケット5のピッチ円の半径にも対応している。したがって、変速機構では、ピニオン接円Aの半径が変更されることで、チェーン6の巻き掛け半径が変更され、変速比が変更される。
以下、変速機構の複合スプロケット5について説明する。
固定ディスク10,可動ディスク19,第一回転部15,第二回転部16は、回転軸1の軸心C1と同心に配設されており、ディスク10,19における径方向は回転軸1の径方向と一致する。
なお、図2は、理解を容易にすべく模式的に示したものであり、同断面にピニオンスプロケット20およびガイドロッド29ならびに後述する相対回転駆動機構30を示し、入力側の複合スプロケット5と出力側の複合スプロケット5との間に間隔を設けて示している。
固定ディスク10および可動ディスク19は、複数のピニオンスプロケット20および複数のガイドロッド29の軸方向両端部にそれぞれ対をなして設けられているが、ここでは、一側に設けられた固定ディスク10,可動ディスク19に着目し、その構成を説明する。
固定ディスク10は、回転軸1と一体に形成されるか、或いは、何れも回転軸1と一体回転するように結合されている。
図3に示すように、固定ディスク10には、複数のピニオンスプロケット20それぞれに対応して設けられた複数のスプロケット用固定放射状溝11(一箇所のみに符号を付す)と複数のガイドロッド29それぞれに対応して設けられた複数のロッド用固定放射状溝12(一箇所のみに符号を付す)との二種の固定放射状溝が形成されている。なお、図3における白抜きの矢印は公転方向を示す。
スプロケット用固定放射状溝11のそれぞれは、配置箇所が異なる点を除いて同様に構成されている。そのため、一つのスプロケット用固定放射状溝11に着目して説明する。
詳細に言えば、第一ロッド用固定放射状溝13の延びる方向DS2は、第三の径方向Dr3に対して第二の傾斜角θ2で遅角側に傾斜している。「第三の径方向Dr3」とは、第一ロッド用固定放射状溝13の内周端部13aを通る径方向を意味する。また、第二ロッド用固定放射状溝14の延びる方向DS3は、第四の径方向Dr4に対して第三の傾斜角θ3で遅角側に傾斜している。「第四の径方向Dr4」とは、第二ロッド用固定放射状溝14の内周端部14aを通る径方向を意味する。第一ロッド用固定放射状溝13にかかる第二の傾斜角θ2は、第二ロッド用固定放射状溝14にかかる第三の傾斜角θ3よりも大きい。そのため、第二ロッド用固定放射状溝14は、第一ロッド用固定放射状溝13よりも径方向に沿って形成されている。
第一ロッド用固定放射状溝13のそれぞれは、配置箇所が異なる点を除いて同様に構成されている。また、第二ロッド用固定放射状溝14のそれぞれは、配置箇所が異なる点を除いて同様に構成されている。以下の説明では、これらのロッド用固定放射状溝13,14を特に区別しないときにはロッド用固定放射状溝12と呼ぶ。
図2に示すように、可動ディスク19は、ピニオンスプロケット20およびガイドロッド29を挟んで一側および他側のそれぞれに設けられる。これらの可動ディスク19は、連結シャフト19Aで互いに連結されている。ここでは、図1に示すように、各ピニオンスプロケット20の相互間にそれぞれ連結シャフト19A(一箇所にのみ符号を付す)が設けられている。これにより、一側の可動ディスク19と他側の可動ディスク19とが一体に回転する。
スプロケット用可動放射状溝19aのそれぞれは、対応するスプロケット用固定放射状溝11と軸方向視で交差する。
ロッド用可動放射状溝19bには、ガイドロッド29のロッド支持軸29aが内挿される。かかるロッド用可動放射状溝19bは、対応するロッド用固定放射状溝12と軸方向視で交差する。かかるロッド用可動放射状溝19bは、第一ロッド用固定放射状溝13のそれぞれと軸方向視で交差する第一ロッド用可動放射状溝191と、第二ロッド用固定放射状溝14のそれぞれと軸方向視で交差する第二ロッド用可動放射状溝192とに大別される。
図2に示すように、第一回転部15は、固定ディスク10と一体回転する部分、即ち、回転軸1と一体回転する部分である。ここでは、第一回転部15が回転軸1の一部に設けられている。この第一回転部15は、固定ディスク10および可動ディスク19よりも軸方向外側に配設されている。
図2,図6および図7に示すように、第二回転部16は、可動ディスク19と接続部17を介して接続されている。なお、図6における白抜きの矢印は公転方向を示す。
まず、接続部17について説明する。
接続部17においては、可動ディスク19と第二回転部16との接続のうち、軸方向成分の離隔分を接続しているのが軸方向接続部17aであり、径方向の離隔分を接続しているのが径方向接続部17bである。
径方向接続部17bは、径方向外側が軸方向接続部17aに接続され、径方向内側が第二回転部16に接続されている。この径方向接続部17bは、回転軸1の軸心C1と同心に設けられるとともに径方向に延在する円盤から次に説明する肉抜き部17cによって肉抜きされた形状をなしている。
第二回転部16は、可動ディスク19の外周端部19tに上記の接続部17a,17bを介して連結されるとともに第一回転部15近傍の外周を覆うように設けられ、回転軸1の軸心C1と同心の円筒形状に形成されている。
なお、図7には第二カム溝16a(一箇所にのみ符号を付す)が三箇所に設けられたものを例示するが、第二カム溝16aの形成箇所や形成個数は、第一カム溝15aの形成箇所や形成個数に応じて設定される。
図1に示すように、ピニオンスプロケット20およびガイドロッド29は、回転軸1の軸心C1周りに公転するものである。ここでいう「公転」とは、ピニオンスプロケット20およびガイドロッド29のそれぞれが、回転軸1の軸心C1を中心に回転することを意味する。回転軸1が回転すると、この回転に連動してピニオンスプロケット20およびガイドロッド29のそれぞれが公転する。つまり、回転軸1の回転数とピニオンスプロケット20およびガイドロッド29が公転する回転数とは等しい。
ピニオンスプロケット20は、回転軸1の軸心C1を中心にした円周の周方向に沿って等間隔に配置されている。具体的には、第一ピニオンスプロケット210,第二ピニオンスプロケット220,第三ピニオンスプロケット230,第四ピニオンスプロケット240,第五ピニオンスプロケット250,第六ピニオンスプロケット260が配置されている。これらのピニオンスプロケット210,220,230,240,250,260は、配置箇所が異なる点を除いて、同様に構成されている。
図2には、軸方向に一列のピニオンスプロケット210が設けられたものを例示する。ただし、ピニオンスプロケット210の列数は、例えば変速機構の伝達トルクの大きさに応じて変更することができる。
本体部211は、歯部212と基部213とを有する。
歯部212は、基部213の径方向外側に設けられ、チェーン6と噛み合う。
図9および図10に示すように、歯部212は、複数(ここでは4丁)の歯を有する。すなわち、第一ピニオンスプロケット210は、歯部212は全周ではなく一部に設けられ、セクターギヤ(扇形歯車)形状に形成されている。この歯部212は、最小ピニオン接円A1の円周に沿って設けられている。具体的には、最小ピニオン接円A1となった状態では、歯部212において各歯の先端(外周端)が最小ピニオン接円A1に接する。
第一歯部22aは、少なくとも一歯(1丁の歯)がスプロケット用固定放射状溝11の溝幅内に存するように配置される。すなわち、スプロケット用固定放射状溝11の溝に第一歯部22aの少なくとも一歯が軸方向視で重複する。ここでは、歯部212における進角側の二丁の歯が第一歯部22aに対応するものとしている。
図2,図9および図10に示すように、支持部材215は、軸方向端部から順に、第一支持部216,第二支持部217,第三支持部218を有し、第一ピニオンスプロケット210の両側にそれぞれ設けられている。そして、第一支持部216と第二支持部217とが結合され、第二支持部217と第三支持部218とが結合されている。なお、図9における白抜きの矢印は公転方向を示す。
ここでは、第一支持部216は、その長手方向が径方向に沿っており、例えば直方体状のキー形状に形成されている。このため、スプロケット用固定放射状溝11は、キー溝ともいえる。駆動トルクの伝達時には、スプロケット用固定放射状溝11の内壁から第一支持部216へ向けて駆動トルクが伝達される。言い換えれば、駆動トルクの反力(駆動力の回転反力)は、第一支持部216とスプロケット用固定放射状溝11の内壁とに作用する。
また、スプロケット用固定放射状溝11の内壁に接する第一支持部216の側壁、特に、第一支持部216の四隅に、ベアリングを装着すれば、第一支持部材216の円滑な径方向移動を確保することができる。
第三支持部218は、基部213に結合されている。換言すると、第三支持部218は、第一ピニオンスプロケット210を相対回転不能に支持している。ここでは、第三支持部218が第二支持部217よりも小径の円柱状に形成されたものを例示する。
また、出力側の複合スプロケット5では、スプロケット用可動放射状溝19′aが上述したスプロケット用固定放射状溝11のように直線状に設けられ、このスプロケット用可動放射状溝19′aに内挿される第二支持部217′の形状も対応する形状に設けられている。例えば、第二支持部217′は、径方向に長手方向を有する直方体形状(キー形状)に形成される。この出力側の複合スプロケット5では、スプロケット用可動放射状溝19′aと第二支持部217′とに駆動トルクおよびその反力が作用する。
図1に示すように、複数のガイドロッド29は、チェーン6と回転軸1の軸心C1との距離の変動(チェーン6の巻き掛け半径の変動)を小さくするように、つまり、回転軸1周りのチェーン6の軌道を可能な限り円軌道に近づけるように、チェーン6を案内するためのものである。これらのガイドロッド29は、径方向に移動可能に設けられるとともに、チェーン6が巻き掛けられて多角形の頂点を構成する。また、ガイドロッド29は、ピニオンスプロケット20と異なり、チェーン6と噛み合うことがなく動力伝達に寄与しない。
かかるガイドロッド29は、第一ガイドロッド291(一箇所のみに符号を付す)および第二ガイドロッド292(何れも一箇所のみに符号を付す)の二種に大別される。
ガイドロッド29の軸方向両端部29A(一方の軸方向端部のみに符号を付す)は、ガイド部材29bからロッド支持軸29aが軸方向に突出している。この突出したロッド支持軸29aが固定ディスク10および可動ディスク19に支持される。
つまり、ガイドロッド29は、ロッド支持軸29aと、ロッド支持軸29aにおけるチェーン6と接触する軸方向位置に部分的に外装された円筒状のガイド部材29bとを有する。
ここでは、第一ガイドロッド291および第二ガイドロッド292は、周方向に沿って交互に配置されている。具体的には、第一ピニオンスプロケット210の遅角側に、第二ガイドロッド292,第一ガイドロッド291の順に配置されている。
相対回転駆動機構30は、複合スプロケット5,5を機械的に連動させる機構である。この相対回転駆動機構30は、上述した第一回転部15に設けられた第一カム溝15aと第二回転部16に設けられた第二カム溝16aとに加えて、第一カム溝15aと第二カム溝16aとが交差する第一交差箇所CP1に配設されたカムローラ90と、このカムローラ90を軸方向に移動させる変速用フォーク35と、この変速用フォーク35を軸方向に移動させる軸方向移動機構31とを備えている。
以下、カムローラ90,変速用フォーク35,軸方向移動機構31の順に説明する。
カムローラ90の一端部90aは、第一交差箇所CP1から径方向外側に突出されて設けられている。
この変速用フォーク35は、各複合スプロケット5,5に対応して設けられた円環状のカムローラ支持部35a(一側にのみ符号を付す)と、各カムローラ支持部35aを連結するブリッジ部35bとを有する。カムローラ支持部35aの径方向内側には、上記の第一回転部15および第二回転部16が配設されている。
なお、変速用フォーク35は、ディスク10,19に対して平行なプレート状の部材であって、チェーン6を基準としたときのディスク10,19に対して軸方向外側に並設されている。
以下、軸方向移動機構31について、フォーク支持部34,運動変換機構33の順に説明する。
また、フォーク支持部34は、内周にモータ32の出力軸32aに形成された雄ネジ部32bに螺合する雌ネジ部34aが螺設され、外周に変速用フォーク35のブリッジ部35bと係合するフォーク溝34bが凹設されている。
上記の変速用フォーク35,軸方向移動機構31を含む相対回転駆動機構30は、ピニオンスプロケット21,22,23から軸方向にシフトして設けられている。
軸方向移動機構31によってフォーク支持部34が軸方向に直線運動されると、フォーク支持部34に結合された変速用フォーク35が一体に軸方向に移動し、この移動にともなってカムローラ90も軸方向に移動される。
第二回転部16は可動ディスク19と一体回転し、第一回転部10は固定ディスク10と一体回転するので、第一回転部15に対して第二回転部16が相対回転されると、固定ディスク10に対して可動ディスク19が相対的に回転される。
次に、図2および図5を参照して、スプロケット移動機構40Aおよびロッド移動機構40Bを説明する。
スプロケット移動機構40Aは、ピニオンスプロケット20を移動対象とし、また、ロッド移動機構40Bは、複数のガイドロッド29を移動対象としている。このロッド移動機構40Bは、第一ガイドロッド291を移動対象とする第一ロッド移動機構401と第二ガイドロッド292を移動対象とする第一ロッド移動機構402とを兼ねている。
これらの移動機構40A,40B(401,402)は、各移動対象を径方向に同期して移動させるものである。
図5(a)は、最小ピニオン接円A1となった状態における可動ディスク19の固定ディスク10に対する位相を示している。このとき、スプロケット用固定放射状溝11とスプロケット用可動放射状溝19aとが交差する第二交差箇所CP2は、回転軸1の軸心C1に対して最も近接している。
一方、相対回転駆動機構30によって可動ディスク19の回転位相の変更方向を上記の方向と反対にすれば、ピニオンスプロケット20およびガイドロッド29の移動方向が反転し、ピニオンスプロケット20およびガイドロッド29は回転軸1の軸心C1に近づく。
本発明の一実施形態にかかる変速機構は、上述のように構成されるため、以下のような作用および効果を得ることができる。
(1)ピニオンスプロケット20の歯部212は、最小ピニオン接円A1の円周に沿って設けられている。そのため、従来のスプロケットギヤ形状を有するピニオンスプロケットに比較して、ピニオンスプロケット20の歯部212ではチェーン6と噛み合う歯数を確保することができる。更に言えば、スプロケットギヤ形状を有するピニオンスプロケットに比較して、歯部212を大きく形成することができる。よって、チェーン6と噛み合う歯部212への負担を軽減させることができる。したがって、トルクを確実に伝達することができる。
また、最小ピニオン接円A1をなす状態では、ピニオンスプロケット20の歯部212が最小ピニオン接円A1の円周に沿うため、歯部212とチェーン6とが安定して噛み合い、トルクを確実に伝達することができる。
ピニオン接円Aが大きくなるに連れて、第二の径方向Dr2がピニオン接円Aの円周と交差する箇所を基準に進角側に向かうほど、ピニオン接円Aがなす円周に対するピニオンスプロケット20の歯部212の位置が離隔する。図9の鎖線で示すように、とりわけ最大ピニオン接円A2となった状態では、進角側に向かうほど最大ピニオン接円A2がなす円周に対してピニオンスプロケット20の歯部212(図中において特に進角側となる第一歯部22aの右端の歯)の位置が離隔する。
ピニオン接円Aがなす円周に対する歯部212の位置がこのように定まるのは、最小ピニオン接円A1の中心を第二の径方向Dr2に沿って移動させた場合に、第二の径方向Dr2とピニオン接円Aの円周とが交差する箇所において、最小ピニオン接円A1の円周がピニオン接円Aの円周に接するからである。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。上述した一実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、適宜組み合わせてもよい。
また、固定放射状溝11,12が直線状のもの示したが、固定放射状溝11,12は、曲線や折れ線など他の形状であってもよい。
Claims (6)
- 動力が入力または出力される回転軸と、前記回転軸に対して径方向に可動に支持される複数のピニオンスプロケットと、前記複数のピニオンスプロケットを前記回転軸の軸心から等距離を維持させながら径方向に同期させて移動させる移動機構とを有する複合スプロケットを二組と、
前記二組の複合スプロケットに巻き掛けられたチェーンと、
を備え、
前記複数のピニオンスプロケットの何れをも囲み且つ前記複数のピニオンスプロケットの何れにも接する円である接円の半径を変更することによって変速比を変更する変速機構であって、
前記ピニオンスプロケットは、前記接円の半径が最も小さいときの前記接円の円周に沿うように配置されて前記チェーンと噛み合う歯部を有するセクターギヤ形状に形成されているとともに、
前記移動機構は、
前記複数のピニオンスプロケットの各支持部材が内挿されるとともに外周に向かうに連れて径方向に対して遅角側および進角側の何れか一方の側にシフトしていくように設けられた直線状の固定放射状溝が複数形成され、前記回転軸と一体回転する固定ディスクと、
前記固定放射状溝のそれぞれと軸方向視で交差する交差箇所に前記支持部材が位置する可動放射状溝が複数形成され、前記固定ディスクに対して同心に配置され且つ相対回転可能な可動ディスクと、を備え、
前記歯部は、少なくとも一歯が前記固定放射状溝の溝幅内に存するように配置された第一歯部と、前記第一歯部から前記一方の側に延設された第二歯部と、を有しているとともに、
前記第二歯部は、前記第一歯部に対して、前記固定放射状溝の延びる方向と平行であって前記回転軸の軸心を通る径方向の領域まで延設されている変速機構。 - 動力が入力または出力される回転軸と、前記回転軸に対して径方向に可動に支持される複数のピニオンスプロケットと、前記複数のピニオンスプロケットを前記回転軸の軸心から等距離を維持させながら径方向に同期させて移動させる移動機構とを有する複合スプロケットを二組と、
前記二組の複合スプロケットに巻き掛けられたチェーンと、
を備え、
前記複数のピニオンスプロケットの何れをも囲み且つ前記複数のピニオンスプロケットの何れにも接する円である接円の半径を変更することによって変速比を変更する変速機構であって、
前記ピニオンスプロケットは、前記接円の半径が最も小さいときの前記接円の円周に沿うように配置されて前記チェーンと噛み合う歯部を有するセクターギヤ形状に形成されているとともに、
前記移動機構は、
前記複数のピニオンスプロケットの各支持部材が内挿されるとともに外周に向かうに連れて径方向に対して遅角側にシフトしていくように設けられた固定放射状溝が複数形成され、前記回転軸と一体回転する固定ディスクと、
前記固定放射状溝のそれぞれと軸方向視で交差する交差箇所に前記支持部材が位置する可動放射状溝が径方向に対して遅角側に傾斜して曲線状に複数形成され、前記固定ディスクに対して同心に配置され且つ相対回転可能な可動ディスクと、
を備え、
前記歯部は、少なくとも一歯が前記固定放射状溝の溝幅内に存するように配置された第一歯部と、前記第一歯部から前記遅角側に延設された第二歯部と、を有している変速機構。 - 前記複数のピニオンスプロケットの各支持部材は、径方向の所定長さにわたって前記固定放射状溝に接触するように対応する形状に形成されている請求項1または2に記載の変速機構。
- 動力が入力または出力される回転軸と、前記回転軸に対して径方向に可動に支持される複数のピニオンスプロケットと、前記複数のピニオンスプロケットを前記回転軸の軸心から等距離を維持させながら径方向に同期させて移動させる移動機構とを有する複合スプロケットを二組と、
前記二組の複合スプロケットに巻き掛けられたチェーンと、
前記チェーンを案内するガイドロッドと、
を備え、
前記複数のピニオンスプロケットの何れをも囲み且つ前記複数のピニオンスプロケットの何れにも接する円である接円の半径を変更することによって変速比を変更する変速機構であって、
前記ピニオンスプロケットは、前記接円の半径が最も小さいときの前記接円の円周に沿うように配置されて前記チェーンと噛み合う歯部を有するセクターギヤ形状に形成されているとともに、
前記ガイドロッドは、前記接円の半径の大きさによらず常に前記チェーンを案内する第一ガイドロッドと、少なくとも前記接円の半径が最も大きいときに前記チェーンを案内するとともに前記接円の半径が最も小さいときに前記第一ガイドロッドよりも径方向内側に位置する第二ガイドロッドと、を有している変速機構。 - 前記移動機構は、
前記複数のピニオンスプロケットの各支持部材が内挿されるとともに外周に向かうに連れて径方向に対して遅角側および進角側の何れか一方の側にシフトしていくように設けられた直線状の固定放射状溝が複数形成され、前記回転軸と一体回転する固定ディスクと、
前記固定放射状溝のそれぞれと軸方向視で交差する交差箇所に前記支持部材が位置する可動放射状溝が複数形成され、前記固定ディスクに対して同心に配置され且つ相対回転可能な可動ディスクと、を備え、
前記歯部は、少なくとも一歯が前記固定放射状溝の溝幅内に存するように配置された第一歯部と、前記第一歯部から前記一方の側に延設された第二歯部と、を有していて、
前記第二ガイドロッドは、前記接円の半径が最も小さいときに、前記第二歯部に対して径方向内側の空間または前記空間の周辺に位置するようになっている請求項4に記載の変速機構。 - 前記第一ガイドロッドおよび前記第二ガイドロッドは、周方向に沿って交互に配置されている請求項4または5に記載の変速機構。
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