WO2014077007A1 - リングギヤ自力制御駆動式無段変速機構 - Google Patents

Abstract

　プラネタリーギヤ構成での遊星ギヤ制御駆動の代わりに太陽ギヤ（１２）と噛み合う遊星ギヤ（１１）を支持した支持枠（４）にパワーローラー（９）とドライブローラー（８）を備えたプッシュアーム（１）を支持し、中心軸に支持した爪を備えたドライブアーム（７）とラチットを刻んだリングギヤ （１０）とプラネタリーギヤ構成の外周にリング状の外周支持枠（５）に支持し、上下にカム山を有したカムアーム（２）とアウターカム（３）とコントロールギヤ（６）を配し、コントロールギヤ（６）でカムアーム（２）を押しプッシュアーム（１）を往復駆動しドライブアーム（７）の往復駆動を図り、ワンウエイ機構を介して入力同時同方向回転のリングギヤ（１０）に入力逆方向駆動力を与えて遊星ギヤ（１１）に入力逆方向自転駆動力を加えて出力側太陽ギヤ（１２）に入力方向回転力を加算する形の入力回転力でリングギヤ駆動と制御を行わせる無段変速機構。

Description

リングギヤ自力制御駆動式無段変速機構

　本発明は、プラネタリ−ギヤ動力伝達間での無段変速機構に関するものである。

　実用のプラネタリ−ギヤ構成回転伝達方式は、各ギヤ比が固定されており、ロックアップによる段階的変速方法により無段変速が実用に共されている。
　実用のプラネタリ−ギヤ構成回転伝達方式は、各ギヤ比が固定された構成で、無段変速を得るには実用上不十分であった。
　しかし、ギヤ比が固定したプラネタリ−ギヤ構成での無段変速を先に出願提出した特願２０１２−１３８２１２号の「遊星ギヤ自力制御駆動式無段変速機構」の遊星ギヤ自力制御駆動手段で実現したが、変速比率を左右する遊星ギヤ径の大きさ等の組み込みに限界があり、高い変速比を得ることが出来ないという欠点があった。
　上記、遊星ギヤへの自力制御駆動構成では高い変速比の確保に問題があった。

特願２０１２−１３８２１２号

　解決しょうとする問題点は、先出願の特願２０１２−１３８２１２の「遊星ギヤ自力制御駆動式無段変速機構」での遊星ギヤの直接制御駆動で入力一対一出力からの太陽ギヤ変速駆動を得ているが、一組みのプラネタリ−ギヤ構成での入力一対一からの更なる高い変速比を得ることができない点である。

　本発明は、先出願の特願２０１２−１３８２１２の「遊星ギヤ自力制御駆動式無段変速機構」出力側負荷と入力を介した遊星ギヤの直接制御駆動構成を出力側負荷と入力を介してリングギヤを直接制御駆動構成手段で出力側太陽ギヤの無段駆動図る、リングギヤ自力制御駆動による無段変速機構を最も主要な特徴とする。

　本発明のリングギヤ自力制御駆動式無段変速機構は、先出願での太陽ギヤの出力側負荷と入力を介して相殺した形の一部特願２０１２−１３８２１２の「遊星ギヤ自力制御駆動式無段変速機構」より遊星ギヤ径を小さくしたプラネタリ−ギヤ構成で、且つ入力一対一からの更なる高い変速比を一組みのプラネタリ−ギヤ構成で容易にした小型な無段変速機に利用できる利点がある。

　図１はリングギヤ自力制御駆動式無段変速機構の構成や実施方法を示した図面（一部省略）である。（実施例１）
　図２はリングギヤ自力制御駆動式無段変速機構での入力一対一駆動をＡの入力角内で各部材駆動位置を分割して示した図面（一部省略）である。
　図３はリングギヤ自力制御駆動式無段変速機構でのハイギヤ−ド駆動をＡの入力角内で各部材駆動位置を分割して示した図面（一部省略）である。

　一組みのプラネタリ−ギヤ構成による無段変速の目的を、出力負荷と入力とでリングギヤを入力と一対一駆動から、入力に遅れた形の自在な減速駆動、及び停止域への自力制御駆動を行い、該リングギヤ自力駆動を介した出力側太陽ギヤの高い無段変速駆動が取れる目的を最少の部材で実現した。

　図１は、本発明のリングギヤ自力制御駆動式無段変速機構の１実施例の主要構成部材によるハイギヤ−ド域を示した図であり（便宜上一部省略）、１ａ，ｂ，ｃはプッシュア−ム、２ａ，ｂ，ｃ，ｄは上下にカム山を有したカムア−ム、３はアウタ−カム、４は入力側支持枠、５は外周支持枠、６はコントロ−ルギヤ、７ａ，ｂ，ｃはドライブア−ム、８はドライブロ−ラ−、９はパワ−ロ−ラ−、１０はラチットを備えたリングギヤ、１１は遊星ギヤ、１２は出力側太陽ギヤ、１３は中心軸、１４は爪、１５は軸、Ａはカムア−ムのカム山までの入力角、ｒはリフト量、各部の駆動方向を矢印で示している。
　図２では、入力一対一駆動のロ−ギヤド域、図３ではハイギャド域でのＡの入力角内カムア−ムのカム山までの各部材の駆動イメ−ジを示したものである。
　パワ−ロ−ラ−（９）とドライブロ−ラ−（８）を備えたプッシュア−ム（１ａ，ｂ，ｃ）の軸と、遊星ギヤ（１１）の軸とを支持枠（４）で支持、中心軸で爪（１４）を備えたドライブア−ム（７ａ，ｂ，ｃ）を支持、プッシュア−ム（１ａ，ｂ，ｃ）のパワ−ロ−ラ−（９）往復駆動を介したドライブロ−ラ−（８）の往復運動でドライブア−ム（７ａ，ｂ，ｃ）を往復駆動、リングギヤ（１０）のラチットにドライブア−ム（７ａ，ｂ，ｃ）の爪（１４）を噛み合わせたプラネタリ−ギヤ構成に、外周支持枠（５）に上下にカム山を有したカムア−ム（２ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を支持して、該カムア−ム（２ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を上下に動かすアウタ−カム（３）とコントロ−ルギヤ（６）を外周に配した構成。
　図２で示したＡの入力角内カムア−ムのカム山までの各部材の駆動位置を分割して示した図面で、支持枠（４）の遊星ギヤ（１１）一体の矢印入力で、噛み合う出力側太陽ギヤ（１２）負荷で遊星ギヤ（１１）を介したリングギヤ（１０）の入力方向駆動、該リングギヤ（１０）のラチットと噛み合う爪（１４）を介したドライブア−ム（７ａ）の中心軸（１３）を軸に同入力方向に駆動が行われ、該ドライブア−ム（７ａ）がドライブロ−ラ−（８）を押し、該ドライブロ−ラ−（８）を備えたプッシュア−ム（１ａ）の軸（１５）支点にパワ−ロ−ラ−（９）を外周支持枠（５）内壁面に押し付け、出力負荷によるリングギヤ（１０）への入力方向押し出した回転力を外周支持枠（５）内壁面で押し止めた形で、入力と一体の一対一駆動を直接行って、噛み合う遊星ギヤ（１１）を銜えた形の自転停止の入力と一体の一対一公転駆動を行い、噛み合う出力側太陽ギヤ（１２）を自転停止の遊星ギヤ（１１）が銜えた形で公転駆動を行い、入力と一対一の出力側太陽ギヤ（１２）の安定した駆動によるローギ
ヤ−ド域を得ることができる。
　図１での、コントロ−ルギヤ（６）を矢印方向に回動、カムア−ム（２ａ，ｂ，ｃ，ｄ）のｒで示したリフト量各位置に押し出した図１のプッシュア−ム（１ａ）側では、支持枠（４）の入力を介した、外周支持枠（５）内壁面を押し続けて回るパワ−ロ−ラ−（９）のカムア−ム（２ａ）のカム山通過最大位置にあり、プッシュア−ム（１ａ）の軸（１５）支点にパワ−ロ−ラ（９）を押し込んで、ドライブロ−ラ−（８）を入力逆方向のテコ駆動を行わせ、中心軸（１３）支点に出力負荷を介した入力と同速一対一駆動のドライブア−ム（７ａ）を、入力逆方向に押し戻し，備えた爪（１４）でラチットを備えたリングギヤ（１０）をワンウエイ機構を介した入力逆方向の、入力より減速駆動最大の状態を示したものである。
　同じく、図１でのプッシュア−ム（１ｂ）側では、パワ−ロ−ラ−（９）がカムア−ム（２ａ）のカム山を通過した位置に達してプッシュア−ム（１ｂ）の軸（１５）支点にリターンスプリング（図では省略）により外周方向に戻る往復運動が働きプッシュア−ム（１ｂ）の軸（１５）中心でパワ−ロ−ラ−（９）とドライブロ−ラ−（８）が外周方向に戻りドライブア−ム（７ｂ）もリターンスプリング（図では省略）とワンウエイ機構により中心軸（１３）を軸に入力方向に戻ることができる。
　同じく、図１でのプッシュア−ム（１ｃ）側では、パワ−ロ−ラ−（９）がカムア−ム（２ｄ）のカム山を通過し始めた位置でプッシュア−ム（１ｃ）の軸（１５）支点に中心軸方向に押し込まれプッシュア−ム（１ｃ）の軸中心でドライブロ−ラ−（８）がテコ駆動し始めてドライブア−ム（７ｃ）の中心軸（１３）を軸に入力逆方向へ押して、備えた爪（１４）でラチットを備えたリングギヤ（１０）のワンウエイ機構を介した入力逆方向入力より減速した駆動を行い始めている状態を示したもので各部材の連続したリングギヤ（１０）の減速駆動を得ることができる。
　該入力による自在なリングギヤ（１０）の入力より減速した直接駆動を介した、噛み合う支持枠（４）の入力と一体の遊星ギヤ（１１）の駆動で、該遊星ギヤ（１１）の入力逆方向の自転駆動を強制的に、且つ、自在に操ることで噛み合う出力側太陽ギヤ（１２）の自在な無段変速駆動ができる。
　図３で示したＡの入力角内カムア−ムのカム山までの各部材の駆動位置を分割して示したハイギャ−ド域では、外周支持枠（５）内側を回るパワ−ロ−ラ−（９）がカムア−ム（２ａ）のカム山頂点まで押し込まれ、プッシュア−ム（１ｂ）の軸中心でドライブロ−ラ−（８）がドライブア−ム（７ａ）の中心軸（１３）を軸に同入力方向に駆動、該ドライブア−ム（７ａ）をドライブロ−ラ−（８）が押し続けた状態による、ドライブア−ム（７ａ）が停止した状態まで駆動され、常に出力側負荷を介した入力方向駆動力が働いているリングギヤ（１０）のラチットに、停止状態のドライブア−ム（７ａ）の爪（１４）が噛み合いリングギヤ（１０）の入力方向駆動停止を得ることができる。
　入力回転と一体の遊星ギヤ（１１）の公転駆動で駆動停止状態のリングギヤ（１０）のギヤ面をプロファイルする形で強制的な入力逆方向の自転駆動が最大となり、噛み合う出力側太陽ギヤ（１２）の入力方向駆動を強制的に加算する、入力一対一出力からの変速比の高い無段変速駆動を自在に得ることができる。
　図１は本発明の基本駆動構成を示したもので、アウタ−カム（３）のシャーシ固定、或いは外周支持枠（５）シャーシ固定、アウタ−カム（３）直接回動等や、他のカムア−ム（２ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の安定押し出し構成等でのコントロ−ルギヤ（６）やアウタ−カム（３）や外周支持枠（５）の回動手段やシャ−シ固定等変更により、これらの回動でのハイギヤ−ド域やロ−ギヤ−ド域への変更や各変更位置での入出力間のパワ−ロ−ラ−（９）回転や往復運動の安定を考慮し、入力回転中や入力停止状態での抵抗少ない瞬時な変更が出来るようにしたり、該リングギヤ（１０）の一時的回転ロック機能を取り付けてオーバ−ドライブを可能にしたり、コントロ−ルギヤ（６）等の出力側回転数値の電子或いは機械的等での回動を取り入れてフルオ−トマチック無段変速機に進化させたり、プラネタリ−ギヤ構成であるため幾分な部材や位置変更を加えたりした入出力位置等変更可能である。
　本構成変速機を駆動する入力側を減速駆動したり、同じく、各遊星ギヤを親子遊星ギヤとしたり、ドライブア−ム（７ａ，ｂ，ｃ）とプッシュア−ム（１ａ，ｂ，ｃ）とにギヤを刻んで噛み合わせたり、プッシュア−ムに他のテコ機能等を組み入れた倍速駆動や、これらの構成を筒状支持枠で螺旋状に納めて組み込み入出力間のギヤ比率を向上してプッシュア−ム（１ａ，ｂ，ｃ）のリタ−ン回数や速度に配慮したり、各遊星ギヤ（１１）のギヤ比率を大きく取り、噛み合う太陽ギヤ（１２）のギヤ径を小さくして組み込む等の変速比率の向上や、他のワンウエイ機構で組み込み等の様々な組み合わせが考えられる、とくに各カムア−ムのカム形状やドライブロ−ラ−（８）とドライブア−ム（７ａ，ｂ，ｃ）との接触部構造や各部材の大きさ形や数や取り付け角度や位置、それらを支持する部材や、他の部材箇所でのワンウエイ機構組み込み、ベアリング、リタ−ンスプリング等の取り付けは各用途によって変化するものである。

　一組のプラネタリ−ギヤ構成による一中心軸構成による変速比の高い無段変速機となり、単純でコンパクトな構成により自転車等の変速機等の新たな用途に適用できる。

１ａ，ｂ，ｃ　　　　パワ−ロ−ラ−とドライブロ−ラ−を備えたプッシュア−ム
２ａ，ｂ，ｃ，ｄ　　カムア−ム
３　　　　　　　　　アウタ−カム
４　　　　　　　　　支持枠（入力側）
５　　　　　　　　　外周支持枠
６　　　　　　　　　コントロ−ルギヤ
７ａ，ｂ，ｃ　　　　爪を備えたドライブア−ム
８　　　　　　　　　ドライブロ−ラ−
９　　　　　　　　　パワ−ロ−ラ−
１０　　　　　　　　ラチットを備えたリングギヤ
１１　　　　　　　　遊星ギヤ
１２　　　　　　　　太陽ギヤ
１３　　　　　　　　中心軸
１４　　　　　　　　爪
１５　　　　　　　　軸
ｒ　　　　　　　　　リフト量
Ａ　　　　　　　　　入力角

Claims (1)

1. 　パワ−ロ−ラ−（９）とドライブロ−ラ−（８）とを備えたプッシュア−ム（１ａ．ｂ．ｃ）と遊星ギヤ（１１）とを支持した支持枠（４）とラチットを刻んだリングギヤ（１０）と出力側太陽ギヤ（１２）と中心軸（１３）で支持した爪（１４）を備えたドライブア−ム（７ａ．ｂ．ｃ）とで構成したプラネタリ−ギヤの外周に上下にカム山を有したカムア−ム（２ａ．ｂ．ｃ．ｄ）を支持した外周支持枠（５）とアウタ−カム（３）とコントロ−ルギヤ（６）を配した構成で、支持枠（４）入力の出力側太陽ギヤ（１２）負荷を介して遊星ギヤ（１１）とリングギヤ（１０）とワンウエイ機構を介したドライブア−ム（７ａ．ｂ．ｃ）駆動でドライブロ−ラ−（８）を介したプッシュア−ム（１ａ．ｂ．ｃ）のテコ駆動でパワ−ロ−ラ−（９）を外周支持枠（５）内壁面に押し付けた出力側負荷を相殺した形のリングギヤ（１０）の入力一対一駆動で遊星ギヤ（１１）自転停止公転駆動による、入力一対一出力側太陽ギヤ（１２）駆動と、コントロ−ルギヤ（６）のアウタ−カム（３）回動でカムア−ム（２ａ．ｂ．ｃ．ｄ）を押し出した各パワ−ロ−ラ−（９）の通過毎にプッシュア−ム（１ａ，ｂ，ｃ）のテコ往復駆動とドライブア−ム（７ａ，ｂ，ｃ）往復駆動でワンウエイ機構を介したリングギヤ（１０）の入力に遅れた減速駆動と入力と一体の遊星ギヤ（１１）を介した入力逆方向自転駆動を加えて出力側太陽ギヤ（１２）の入力方向加算駆動を図る、出力側負荷と入力回転でリングギヤ（１０）直接制御駆動を自力で自在に行わせたことを特徴とするリングギヤ自力制御駆動式無段変速機構。

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