JP3010070B2

JP3010070B2 - 無段変速機

Info

Publication number: JP3010070B2
Application number: JP04511327A
Authority: JP
Inventors: 信夫高田
Original assignee: テイエチケー株式会社
Priority date: 1991-06-03
Filing date: 1992-06-01
Publication date: 2000-02-14
Anticipated expiration: 2015-02-14
Also published as: EP0544916B1; US5309781A; EP0544916A1; KR100244692B1; DE69221588T2; AU649336B2; CA2088265A1; DE69221588D1; WO1992021895A1; AU1909192A; EP0544916A4

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、一方クラッチを使用した無段変速機に関す
る。

背景技術従来の無段変速機としては、例えば図17に示すような
一方クラッチ式無段変速機のほか、チェーン式、摩擦
式、すべり継手方式等、諸形式の無段変速機がある。

図17に示す一方クラッチ式無段変速機は、入力軸クラ
ンク３′と一方クラッチの出力軸の中心Ｐ′を中心とし
て回転する入力側部材４′とを伝導リンク５′で結合
し、これに変速用移動支点Ｑ′を持つ変速用リンク７′
を結合して形成している。しかしこのような無段変速機
は、機構的に不十分であると共に、スプラグ式の一方ク
ラッチを用いているため、小動力の変速にしか用いるこ
とができなかった。

又、摩擦式等の他の形式の無段変速機は、損失動力が
大きいと共に、構造が複雑になったり大型化し、重量も
大きくなるという問題がある。

発明の開示本発明は従来技術に於ける上記問題を解決し、簡単な
構成で確実に作動し、小型・軽量で大出力の変速にも適
した無段変速機を提供することを課題とする。

本発明は上記課題を解決するために、第一の発明の無
段変速機は、入力軸と、該入力軸に直角方向に固設され
結合部を備えた入力軸クランクと、該入力軸クランクの
回転平面と同一方向平面内で搖動自在に前記結合部に一
端側を結合され他端側結合部を備えた入力連結稈と、前
記入力軸クランクの回転平面と同一方向平面内で搖動自
在に前記他端側結合部に一端側を結合され他端側結合部
を備えた出力連結稈と、前記入力軸と同一軸線方向の出
力軸及び前記入力軸クランクの回転平面と同一方向平面
内で前記出力軸の中心を中心として搖動自在に前記出力
連結稈の前記他端側結合部に一端側を結合された入力側
部材を備え一方向側にのみトルクを伝達する一方クラッ
チと、一端側を前記入力連結稈の前記他端側結合部に結
合され前記入力機クランクの回転平面と同一方向平面内
で搖動自在に他端側を所定移動範囲内の任意の位置で固
定される変速用リンクと、該変速用リンクの前記他端側
を固定する固定手段と、を有し、前記一方クラッチは、
内側回転体と、外側回転体と、中間回転体と、付勢手段
と、を有し、前記内側回転体は、前記出力軸の中心線ま
わりの単葉回転双曲面をなす内側軌道面を備え、前記外
側回転体は、前記出力軸の中心線まわりの単葉回転双曲
面をなす外側軌道面を備え、前記内側軌道面と前記外側
軌道面とは相対向して軌道を形成し、前記中間回転体
は、ころがり面が円筒形状であり、前記軌道において該
中間回転体の中心軸を前記中心線を含む断面から一定角
度傾斜して前記軌道の円周方向に複数個配設され、該中
間回転体の表面は前記内側軌道面と前記外側軌道面とに
線状に接触し、前記付勢手段は、前記内側回転体又は前
記外側回転体の何れかを、前記中心線方向であって前記
軌道の間隔を狭くする方向に付勢し、前記内側回転体と
前記外側回転体とは、前記中心線方向においてそれぞれ
反対方向側に前記中間回転体の前記中心線方向の動きを
停止させる環状部材を備え、前記外側回転体は前記入力
側部材と一体として回転するように結合され、前記内側
回転体は前記出力軸と一体として回転するように結合さ
れた、ころがり軸受クラッチであることを特徴とする。

第二の発明の無段変速機は、上記特徴に加えて、前記
変速用リンクは前記一端側に第二結合部を備え、前記出
力連結稈の前記一端側が前記入力連結稈の前記他端側結
合部に結合されていることに代えて、前記出力連結稈の
前記一端側は前記第二結合部に結合されていることを特
徴とする。

第三の発明の無段変速機は、第一の発明の特徴に加え
て、前記入力軸クランクに代えて前記入力軸に偏心した
位置を固定された円盤状部材を有し、前記入力連結稈に
代えて前記円盤状部材の外周面に回転自在に支持され他
端側結合部を備えた回転部材を有する、ことを特徴とす
る。

第四の発明の無段変速機は、第一の発明の特徴に加え
て、前記変速用リンクの前記他端側は、前記出力連結稈
が変速用リンクと前記入力側部材との双方に直交すると
きの位置から前記変速用リンクと前記出力連結稈とが同
一線上になるときの位置までの所定の軌跡の範囲を移動
することを特徴とする。

第一の発明の無段変速機によれば、入力軸の回転運動
が入力軸クランクを介して入力連結稈に伝達されるが、
その他端側結合部は固定手段により他端側を固定された
変速用リンクに結合されていてその固定点を中心として
搖動し、その搖動運動が出力連結稈を介して一方クラッ
チの入力側部材に伝達されこれを搖動させ、この搖動が
一方クラッチの作用により間歇的にその出力軸を回転さ
せる。この場合、固定手段により変速用リンクの固定点
を移動させて固定すると、その搖動運動の方向が変わっ
て、入力側部材の搖動量が変化することにより、変速比
が変化する。そして、固定手段による変速用リンクの固
定は所定範囲の任意の位置で可能であるため、上記の変
速は無段階に行われる。

この第一の発明の無段変速機では、一方クラッチを前
記の如き構成のころがり軸受クラッチにするので、次の
ような極めて良好なクラッチ特性を無段変速機に利用す
ることができる。

その内側軌道面と外側軌道面とは共に単葉回転双曲面
であるから、これらで形成される軌道は、その半径が一
端側から他端側に向かって大きくなる。そしてこの中で
中間回転体が中心線断面に対して傾斜して設けられるの
で、入力軸クランクの回転により生ずる外側回転体（以
下「外輪」という）の搖動が自由回転側であるときに
は、中間回転体は両軌道面に案内されて線接触を保ちつ
つその上を転がると共に、軸線方向にも進行しようとす
る。しかし内側軌道面と外側軌道面とでは中心線方向に
おいて中間回転体が進行しようとする方向が互いに反対
方向になるから、結果として内側回転体（以下「内輪」
という）と外輪とは中間回転体を介して互いに軸線方向
において軌道間隔を広げる方向に引き離される力を受け
る。

一方、付勢手段は内輪又は外輪の何れかを軌道間隔を
狭くする方向に付勢するので、上記引き離し力により半
径方向に相対向する内輪と外輪とが離れることがなく、
内外輪は、引き離し力を受けつつ反対方向から付勢力を
受けて中間回転体を介して相対的に回転する。従って、
この方向の搖動では、入力軸の回転は出力軸には伝達さ
れず、出力軸は回転しない。

次に、入力軸クランクの回転により生ずる外輪の搖動
がクラッチ方向になれば、内輪又は外輪は付勢手段によ
り軌道間隔を狭くする方向に力を受けていることに加え
て、中間回転体が上記と反対の方向に動き、内輪又は外
輪が軌道間隔を狭めるように軸方向に動かされるので、
中間回転体が内外輪間でスプラグとして働き、直ちにク
ラッチ作用を生ずる。そして入力軸クランクの回転はこ
ろがり軸受クラッチにより出力軸に伝達され、出力軸は
変速されて回転する。

この場合、ころがり軸受クラッチにおいては、中間回
転体と内外軌道面との間の線接触により荷重分布が均一
になり、自由回転時にはころがり軸受として良好に作動
し、逆転時には中間回転体の楔効果により充分なクラッ
チ力が発生することになる。そして、中間回転体には自
動調心力が働き、クラッチの変形、摩耗、寸法精度等の
諸条件の変化に対しても均一な荷重分布が確保される。
更に、このようなクラッチのオン／オフは、中間回転体
のころがりを主体として行われるので、オン／オフの頻
繁な繰り返しに対してもクラッチとしての安定した動作
が得られ、定格荷重を大きくしても十分な寿命が確保さ
れ、大出力の変速も可能になる。

なお以上において、入力側部材の搖動により一方クラ
ッチを介して伝達される回転は間歇的であるが、一方ク
ラッチを複数個設けるとかフライホイールを設けること
等により、その回転を円滑にすることができる。又、変
速比率を変えたいときには、入力軸と出力軸との間に増
速又は減速歯車を追加してもよい。

第二の発明の無段変速機によれば、変速用リンクは一
端側に第二結合部を備え、出力連結稈の一端側が変速用
リンクの第二結合部に結合され、一方、入力連結稈の他
端側結合部は変速用リンクの第二結合部とは異なった位
置に結合されているので、他端側を支点として揺動され
る変速用リンクを介して、出力連結稈には、入力連結稈
の変位量とは異なった変位量が伝達される。

第三の発明の無段変速機によれば、入力軸に偏心して
固定された円盤状部材の外周に回転部材を設けので、入
力軸が回転されると、回転部材の中心はクランクピンと
同様の運動をする。その結果、回転部材の他端側結合部
は変速用リンクを揺動させると共に出力連結稈を往復動
させ、この動きが一方クラッチに伝達され、第一の発明
と同様出力軸が変速された速度で回転される。

第四の発明の無段変速機において、出力連結稈が変速
用リンクと入力側部材との双方に直交するときの位置に
変速用リンクの他端側があるときには、他端側を中心と
した変速用リンク及び入力側部材の搖動量は最大になる
ため、入力軸クランクの回転に伴い最大の搖動量が入力
側部材に伝えられ、最大の出力側速度が得られる。一
方、変速用リンクと出力連結稈とが同一縁上になるとき
の位置に変速用リンクの他端側があるときには、出力連
結稈の軸方向の動きは最小になり、これにより入力側部
材の搖動量が最小になり最小の変速比が得られる。この
場合、変速用リンクと出力連結稈の長さが等しければ、
入力側部材の搖動量は完全に０になり、出力軸の回転停
止状態も得られる。第四の発明の無段変速機では、変速
用リンクの他端側を上記の範囲で移動させるので、効果
的に最大から最小までの出力側速度が得られる。

図面の簡単な説明図１は実施例の無段変速機の機構の説明図、図２（ａ）、（ｂ）は上記無段変速機の変速速度の関
係の説明図、図３は上記無段変速機が安定して作動する条件を求め
るための説明図、図４は上記無段変速機が安定して作動する条件を求め
るための説明図、図５は上記無段変速機においてｕ≠ｔのときの誤差δ
を求めるための説明図、図６は上記無段変速機の構造例を示す断面図、図７は上記無段変速機のＸＸ線断面図、図８は出力連結稈ところがり軸受クラッチとの連結部
の断面図、図９は上記無段変速機の変速用リンク取り付け部の詳
細を示す断面図、図10は実施例のころがり軸受クラッチの斜視図、図11はそのコロ及び内輪部分の斜視図、図12は他の実施例のころがり軸受クラッチの断面図、図13は更に他の実施例のころがり軸受クラッチの断面
図、図14は更に他の実施例のころがり軸受クラッチの断面
図、図15は他の実施例の無段変速機の機構の説明図、図16は変速支点に作用する力を入力軸方向に向ける方
法の説明図、そして図17は従来の一方クラッチ式無段変
速機の説明図である。

発明を実施するための最良の形態図１は、本発明の無段変速機の機構の好ましい一例を
示す。

紙面に対して直角方向に設けられている入力軸１及び
出力軸２には、それぞれ入力軸クランク３及び一方クラ
ッチ100の機構を介して入力側部材４が取り付けられ、
これらの間が入力連結稈５及び出力連結稈６からなるリ
ンクにより連結されている。又、これらのリンクの結合
点Ｂには、所定移動範囲内の任意の位置Ｑ点で固定され
る変速用リンク７が連結されている。そして、クランク
及びリンクの結合点Ａ、Ｂ、Ｃの結合部は、入力軸クラ
ンク３、入力側部材４、入力連結稈５、出力連結稈６及
び変速用リンク７が全て軸１及び２に直角である同一方
向平面内で回転又は搖動自在なピン結合になっている。

このような機構において、入力軸１が回転すると、入
力連結稈５及び変速用リンク７を介して点Ｂが点Ｑを中
心として矢印方向に搖動し、この動きが出力連結稈６に
より点Ｃに伝えられて入力側部材４が点Ｐを中心として
搖動され、その動きが一方クラッチの作用により出力軸
２を間歇的に回転させる。図示の状態では、出力連結稈
６が入力側部材４及び変速用リンク７に直角になってい
るので、入力軸１に対する出力軸２の回転速度は最大に
なり、従って変速比は最大になる。

変速比を変えるときには、点Ｑを移動させて他の点で
再び固定する。この変速のための移動範囲は、このよう
な機構が作動し得る範囲であればよく、又、他の点への
移動の軌跡は、円弧、直線もしくはその他の曲線の何れ
であってもよいが、本実施例では、製造容易等の観点か
ら点Ｏを中心とした円弧上を移動させるようにしてい
る。

次に最小変速比にするときには、変速用リンク７の軸
芯Ｑを入力軸クランク３の軸芯Ｏの周りを旋回させ、最
終的にＱ′点まで移動させる。この過程ではＢ点の入力
軸クランク３による搖動量又は搖動速度は変化しない
が、入力側部材４の外周点Ｃに作用するＢ点の搖動量は
移動に従って変化する。そしてＱ点がＱ′点に達し、同
時にＣ点がＣ′点に達し、Ｂ点の搖動中心がＢ′点にな
って、Ｂ′点、Ｃ′点及びＱ′点が一直線上に並んだと
きに出力軸２が最小速度になる。この場合には、Ｑ′点
を中心にしたＢ′点の搖動半径及びその搖動角が出力連
結稈６を介して一方クラッチの外周点Ｃ′点を動かす量
は、変速用リンク７と出力連結稈６との曲率半径差に基
づく図示のδであり、このδは微小であるからほぼ二次
速度が０になるまで変速できる。従って、出力連結稈６
と変速用リンク７の長さが等しい場合にはδ＝０にな
り、Ｃ′点は全く動かず、完全な０変速が達成される。

この変速機構によれば、変速比０から所定値まで無段
階に変速することができる。そして、例えば一方クラッ
チの出力軸２に増速又は減速装置を取り付けて必要回転
数を得るようにしておけば、０から必要回転数まで自由
に変速できることになる。

なお、このような一方クラッチによる出力回転は間歇
的であるが、これに対しては、複数の一方クラッチを設
けて装置を多段化するかフライホール等の慣性装置を設
けるなどにより対処することができ、実用上何ら問題は
ない。

図２（ａ）、（ｂ）は、変速速度の関係を説明するた
めの図である。

入力軸クランク３の回転が一定であるとすれば、Ａ点
の周速度V₁は一定である。同図（ａ）、（ｂ）は共にＢ
点の速度が最大になるような入力軸クランク３の位置Ａ
点を示している。そして、同図（ａ）は、出力軸が最高
速度になる変速の状態を示し、各点Ｏ、Ｂ、Ｃが一直線
上に並び且つＱ点及びＰ点が直線OBCの垂線上にある場
合である。又同図（ｂ）は出力軸が速度０になる状態を
示し、各点Ｂ′、Ｑ′、Ｃ′が一直線上にならび且つ
Ｑ′点とＣ′点とが一致する場合の図である。これらの
図では、Ａ点周速V₁の速度変換は回転法によってなされ
ている。

同図（ａ）においては、Ａ点の周速度V₁をＢ点の速度
へ変換するに当たり、AO方向へV₁を回転させてV₁＝V₁′
を得て、ベクトルV₁′の先端からABに平行な線を引いて
線分BQとの交点Ｒを求め、これを90゜回転させて線分BC
との交点Ｓを求め、線分BSをＢ点のベクトルV₂として求
めている。一方、線BCと線PCとは直角であるから、Ｃ点
の周速度はＢ点のそれと方向、大きさ共に同じで、V₂＝
V₃の速度ベクトルが得られる。この結果、一方クラッチ
を含む出力軸側にもしエネルギー損失がないとすれば、
V₁の入力速度により、Ｃ点では最大の周速度V₃で出力軸
が回転することになる。

同図（ｂ）においても、同様にV₁→V₁′→V₂′→V₂の
回転変換により、Ｂ′点のベクトル速度V₂が得られる。
次にＣ′点では、ベクトルV₂がＢ′Ｃ′直線に直角方向
であるため、ベクトルは存在せずV₃＝０である。従って
一方クラッチへの入力はなく、出力軸の回転は０にな
る。

以上の如く、Ｑ点がＱ′点まで回転移動をすると、一
方クラッチの入力部材４の外周周速はV₃から０まで変化
する。従って、変速用リンク７の支点Ｑをこの間の全て
の位置で拘束できるようにすれば、出力軸２をV₃から０
まで無段に変速することができる。

次に図３により、以上のリンク機構が安定して作動す
るための条件を求める。

図示の如く、それぞれ、入力軸クランク３の半径を
ｒ、入力軸１の軸芯Ｏと変速用リンク７の搖動中心Ｂと
の距離をｓ、出力連結稈６の長さをｔ、変速用リンク７
の長さをｕ、入力側部材４の回転半径をＲとする。

又、点Ｑ、Ｑ′はそれぞれ、出力軸２が最大速度又は
最小速度（０変速）になるときの位置を示す。最大変速
の条件としては、角OBQ及び角OCPが何れも直角であるこ
とである。又、０変速では、角Ｂ′Ｑ′Ｐが180゜近辺
になると作動が極めて不安定になるため、機能上から、 ▲▼≦▲▼′＋Ｒ ……（１）一方、三角形OPC及び三角形OB′Ｑ′から式（１）、（２）から、ｓ、ｔ、ｕ、Ｒの関係として、を導くこおができ、この関係が満足されれば、無段変速
機の作動は安定する。

図４はｕ≠ｔの場合を示す。本来ｕ＝ｔであることが
望ましいが、設計、製作上の必要からｕとｔに寸法差を
設けなければならない場合も生ずる。この場合には、図
示の如く、ｕとｔの回転半径差により誤差δが発生し、
出力軸２の回転速度が完全に０にならないことが問題に
なる。

図５は、この誤差δを求めるための図でる。図におい
て、変速用リンク７の搖動中心Ｑ′から出力連結稈６と
入力側部材４との結合点Ｃ′までの距離即ちそれぞれの
回転半径差をｗ、搖動中心Ｂ′から距離ｒの位置の軸方
向変位をそれぞれδｕ、δｔとすると、式（４）で求められるδの値は、ｗが小さければ微小
である。従って、一方クラッチとしてころがり軸受クラ
ッチを用いると、クラッチがトルクに対して捩じればね
特性を有するので、入力側部材４と出力軸２との間で生
ずる捩じれ角によってδを吸収することができ、実質上
出力軸２を回転させることなく、０変速までの無段変速
が可能である。

図６及び７は、無段変速機の具体的構造の一例を示
し、図６は断面図で図７は側面図である。

本例の無段変速機は、ころがり軸受クラッチ100を複
列に配設した形式のものである。

本体フレーム10から軸受を介して支持された入力軸１
には、左右に２組の入力軸クランク３、３が固設され、
それぞれのクランクピン31、31には、ボールベアリング
を介して入力軸クランク３、３と同一回転平面内で搖動
自在なように入力連結稈５、５が取り付けられ、その他
端側にはクランクピン51、51に軸受を介して出力連結稈
６、６が同方向に搖動自在に取り付けられている。出力
連結稈６、６の他端側には、クランクピン61、61を介し
てそれぞれのころがり軸受クラッチ100、100の入力側部
材４、４が連結され、これが搖動されることにより、ク
ラッチ機構を介して両クラッチに共通の出力軸２が一方
向側にのみ回転されるようになっている。図８は、出力
連結稈６を、入力側部材４を介してころがり軸受クラッ
チ100の連結する部分の詳細を示している。

更にクランクピン51、51には、クランクピン71（図７
のＱ点）を搖動中心とする変速用リンク７、７が連結さ
れている。そしてクランクピン71は、入力軸１の中心を
中心として回転可能に本体フレーム10に取り付けられた
リング11に結合され、リング11がベアリングを介して本
体フレーム10上を回転して任意の位置（図７ではＱ〜
Ｑ′間）で固定されることにより、無段階変速ができる
ようになっている。そして図示の如く、本変速機はボー
ルベアリングの組み合わせが主要構造をなしているた
め、潤滑等に関しメンテナンスフリーになっている。
又、歯車を用いないので、バックラッシュの問題も生じ
ない。

図９は、変速用リンク７のクランクピン71をリング11
に取り付けている部分の詳細を示す。このように変速用
リンク７とリング11とを連結することによりリング11を
回転させて、変速用支点Ｑを移動させることができる。
このリング11の移動及び固定は、図６及び図７に示すレ
バー12により行う。即ち、ハンドル13を回して摩擦部材
14の圧接を弛めてレバー12をストッパ15〜16の間で動か
した後、ハンドル13を反対方向に回して摩擦部材14を圧
接させてレバー12を任意の位置で固定する。これにより
変速用支点をＱ〜Ｑ′間（変速範囲70゜）の任意の位置
で固定することができる。従って、リング11及びレバー
12等は固定手段の一例である。但し、この固定手段とし
ては、摩擦を利用する方法のほか、例えばリング11の外
周にウォームホイールを設けてこれにウォームギヤーを
噛み合わせるなど、他の適当な方法を用いることができ
る。又、固定手段を遠隔もしくは自動化して変速比を制
御することも可能である。

なお、以上ではころがり軸受クラッチを複列にした場
合について説明したが、これを更に３列以上の多列とし
て形成することもできる。多列にすれば、出力回転がさ
らに均一化される。

次に、本発明の無段変速機に用いることができるころ
がり軸受クラッチについて説明する。

図10はころがり軸受クラッチの全体構造を示し、第11
図はその一部分を示す。

内側回転体の一例である内輪101は、キー105により出
力軸２上に軸方向に移動可能に取り付けられ、これに対
向して設けらる外側回転体の一例である外輪102との間
で軌道109を形成している。

中間回転体の一例であるコロ103は、図11に示す如
く、出力軸２の中心線106を含む面に対して角度β、例
えば15゜程度傾斜して軌道109内に多数配設される。

内輪101は、外輪102により付勢手段の一例である皿バ
ネ107により、バネ受けリング108及びスラスト軸受104
を介して軌道109の間隔を狭くする方向（図において右
から左の方向）に付勢されている。

又、本実施例では、外輪102に図１及び図６に示す入
力側部材４が一体として形成されていて、入力軸１側か
らの回転が外輪102に伝達される。

このような構成により、フリー回転（図において外輪
102が右端側から見て反時計方向即ち左回転）時には、
コロ103は内外輪に接触しつつ左回転し、皿バネ107の付
勢力に抗して内輪101を図において右方向に進め、軌道1
09の間隔を広げる。つまり、内輪101と外輪102との間に
はコロ103を介してテーパーネジの作用が生じ、ネジが
緩む原理で外輪102に対して内輪101が右方向へ進み、軌
道109の間隔が広がる。この結果、コロ103が軌道内で楔
作用をすることなく内外輪の相対的な自由回転が達成さ
れる。そして、図６に示す無段変速機の入力軸クランク
の入力回転が外輪102に伝えられても、外輪102が回転す
るだけで内輪101は回転せず、出力軸２も回転しない。

なお、この自由回転時にコロ103は内外輪から中心線
方向において互いに反対方向から力を受け、内外輪が一
定位置にあるとすれば内外輪から受ける力の大きさの差
によって内外輪の何れかの方向に進むが、それぞれの力
の大きさにはそれ程差がないので、内外輪何れの方向に
対してもコロ103の抜け出しを防止するために、互いに
反対方向に環状部材としての鍔110及び112がそれぞれ内
輪101及び外輪102の端部に設けられている。

一方、逆転時（図において外輪102が右から見て時計
方向に回転）には前記と反対の動作になり、コロ103は
右回転し内輪101を前進させず左方向へ後退させる作用
をなし、皿バネ107による予圧力が働き内輪101が図にお
いて左方向に動いて軌道109の間隔が狭まり、軌道109内
にコロ103がロックされて楔力が発生し、逆転と同時に
内輪101と外輪102とはクラッチされる。その結果、無段
変速機の入力回転が直ちに出力軸に伝達され、出力軸２
は所定の変速された速度で回転する。従って、高い変速
効率（実験では90％以上）が得られる。そして発熱もほ
とんど生じない。

図11において、コロ103は内輪101上に中心線106を含
む断面から角度βだけ傾けて配列され、各コロ間はリテ
イナー111によりそれぞれの位置を保持され、互いに接
触しないようにされている。このようにすると、互いに
同方向に自転する隣接したコロ同士が互いに反対方向の
接線速度をもって衝突することがなく、コロ３の自転、
公転が滑らかになる。

以上の如く、内外輪とコロとの接触を介して入力軸か
ら出力軸へトルクを伝達する場合において、大きなトル
クをクラッチの頻繁な着脱により長時間にわたって伝達
するには、内外輪とコロとは線状に接触しなければなら
ない。

このため、コロ103のころがり面を円筒形状とし、内
輪101及び外輪102の軌道面101a及び102aをそれぞれ次式
（５）及び（６）に示す双曲線の単葉回転双曲面として
いる。

yi²/ai²−xi²/bi²＝１・・・・・・・・・（５） yo²/ao²−xo²/bo²＝１・・・・・・・・・（６）ここで、x_i、x_oは、それぞれ内輪軌道面101a、外輪軌
道面102aの小径側端から中心線106方向への距離、y_i、y
_oは、それぞれ、中心線106を含む任意断面における内輪
軌道面101a、外輪軌道面102aの中心線106からの距離、
又、ai、bi、ao、boは定数である。

今、内外輪の小径側端の基準面における中心線106か
らコロ103の中心までの距離をＦ、ころ103の半径をｒ、
傾斜角をβとして、Ｆ＝９、ｒ＝1.5、β＝15゜の場合
の計算を行うと（計算は複雑であるため省略する）、a
i、bi、ao、boの値はそれぞれ、約7.5、30.1、10.5、37
となり、内外輪軌道面の単葉回転双曲面の形状が得られ
る。

以上ではコロ103が円筒コロの場合の内外輪の軌道形
状について説明したが、コロ103を円筒形状に代えて、
円錐形又は単葉回転双曲面からなる長さ方向に対称な鼓
形もしくは太鼓形にすることもできる。この場合には、
内外輪軌道面は共に単葉回転双曲面になる。

なお、以上の実施例のころがり軸受クラッチでは、コ
ロ103を一体のものとしているが、これを軸方向に複数
のものに分割することができる。このようにすれば、更
に自由回転時の性能が向上する。即ち、ころがり抵抗が
減少し、スキュー性が良くなりアライメントや加工精度
への適応性が増す。

図12乃至図14は、内輪101が軸方向に移動しない状態
で使用できるころがり軸受クラッチの実施例を示す。

内輪101と外輪102との間は軌道109になっていて、円
筒コロ103が軌道109内でリテイナー111により保持され
ている。

外輪102の一端側であって内輪101の一端側上には、ス
ラストベアリング113を介して無段変速機の入力側部材
としてのハウジング４が設けられている。ハウジング４
は、スラストベアリング113により内輪101に対して軸方
向位置を一定に回転自在に取り付けられている。又、ハ
ウジング４はトルク伝達ピン114（図12）、インボリユ
ートスプライン115（図13）又はボールスプライン116
（図14）等のトルク伝達手段により外輪102と一体とし
て回転するように結合されている。付勢手段としての予
圧バネであるコイルスプリング107′又は皿バネ107は、
ハウジング４と外輪102との間に設けられ外輪102に予圧
力を与えている。

このような構造にすれば、内輪101及びハウジング４
は軸方向に移動せず、外輪102のみの軸方向移動で一方
クラッチとしての作用を生じ、入出力側との結合が容易
になる。

以上の如く一方クラッチとしてころがり軸受クラッチ
を用いると、コロ103を内外輪の中心線106を含む面に対
して最初から傾斜させ、内外輪の相対回転時には、コロ
103が両軌道面101a、102aに対して安定した線接触を維
持して自転しつつ内外輪に対して公転するので、良好な
荷重分布が得られる。そしてこの場合、コロ103に寸法
誤差があったりスタート時の皿バネ107による予圧力に
差があっても、コロ103は自ら傾きを変えることができ
るので、各々のコロが全て荷重の支持に参画することに
なり、自動的に均一な荷重分布が達成される。従って本
クラッチでは、一般的加工精度で製作しておけば、計算
通りの荷重が得られ、均一なクラッチが行われることに
なる。

又、コロ103は自転・公転によりフリー回転時にはベ
アリングの転動体としての作用をなし、逆転クラッチ時
には付勢手段の作用とコロの自動調心作用により全ての
コロが直ちにクラッチ作用をするので、クラッチの頻繁
な着脱の繰り返し等により内外輪軌道の変形やコロ又は
軌道面に摩耗が生じても、内輪101もしくは外輪102又は
コロ103が軸方向に変位するだけで、クラッチ作用には
何ら影響を受けることはない。従って、内外圧に対する
剛性を確保するために内外輪の肉圧を特別に増加した
り、摩耗に対して特別の考慮を払ったりする必要がな
く、クラッチを軽量でコンパクトな構造で長寿命にする
ことができる。その結果、小型で、大出力が安定して得
られる無段変速機を構成することができる。

更に本ころがり軸受クラッチでは、コロのラジアル方
向断面が一般のコロ軸受の場合と同様に全て円で形成さ
れているので、許容面圧の計算に当たっては軸受と同じ
計算式及び計算上の諸係数を採用することができる。

図15は、本発明の他の実施例の無段変速機の機構を示
す。

入力軸１には、その中心Ｏから距離ｒだけ偏心した位
置に中心Ａ′を有する円盤状部材200が固定され、円盤
状部材200の外周面には、軸受300を介してカム形状の回
転部材400が回転自在に取り付けられている。回転部材4
00の他端側結合部は、変速用リンク７の一端側結合部と
Ｂ点で回転自在に結合されている。一方、変速用リンク
７においてＢ点とは別の位置B₁点にある第二結合部に
は、出力連結稈６の一端側が結合されている。このよう
な構成により、入力軸１が回転されると、円盤状部材20
0が偏心回転し、それに伴って回転部材400は、半径ｒの
クランクに連結されたリンク（図１の例では入力連結稈
５に相当）と同様の運動し、変速支点Ｑを中心として変
速用リンク７を揺動させる。そして本実施例では、出力
連結稈６が変速用リンク７の第二結合部になるB₁点に結
合されているので、出力連結稈６の変位量はＢ点に結合
される場合よりもQB₁/QBだけ大きくなり、従って、出力
軸２の回転速度もそれだけ大きくなる。なお、このよう
な第二結合部になる位置B₁点は、変速支点のＱ点に対し
て、回転部材400が結合されるＢ点より外側にあっても
よいし又は内側にあってもよい。即ち、このような構成
にすれば、第二結合部の位置により入力軸１の回転速度
に対して出力軸２の回転速度を調整することができる。
更に、本実施例の無段変速機では、円盤状部材200と回
転部材400とを用いているので、クランクとこれに結合
されるリンクとが回転体として一体化され、機構が簡素
化される。なお、図15において、符号Ｑ、Ｂ、Ｃ、B
₁は、それぞれ最大変速時の変速支点及び結合部の位置
を示し、符号Ｑ′、Ｂ′、Ｃ′、B₁′は、０変速時のそ
れらの位置を示す。

以上の如く本発明によれば、第一の発明においては、
入力軸と出力軸との間を入力軸クランク、入力連結稈、
出力連結稈、入力側部材及び一方クラッチにより連結
し、入力連結稈と出力連結稈との連結部に、他端側を所
定範囲の任意の位置で固定できる変速用リンクの一端側
を連結するので、簡単な機構で確実に作動する無段変速
機を得ることができる。

この第一の発明においては、一方クラッチをころがり
軸受クラッチにするので、フリー回転時のころがり軸受
としての作用、逆転時のクラッチ作用及びこの間の回転
体の自動調心作用により、特別に加工精度を上げなくて
も又外力や摩耗等の諸外的条件の変化があっても均一な
荷重分布を達成することができ、定格荷重が大きく寿命
が長く滑らかな自由回転による安定した動作が得られる
クラッチとすることができる。又、クラッチ自体が軸受
として用いられるので、軸に別の軸受を設けることを要
しない。更に、軸線方向の何れの側にも中間回転体の軸
線方向の動きを停止させる環状部材を設けることによ
り、自由回転及び自由回転／逆転クラッチの繰り返し運
転も可能となっている。その結果、無段変速機を小型・
軽量でコンパクトな構造にすることができると共に長寿
命で大出力の無段変速機を構成することができる。

第二の発明においては、変速用リンク上で入力連結稈
と出力連結稈とを結合する位置を変えることにより、出
力連結稈には入力連結稈とは異なった変位量が与えられ
るので、出力軸の回転速度を調整することができる。

第三の発明においては、円盤状部材と回転部材とを用
いることにより、クランクとリンクが回転体として一体
化され、機構を簡素化することができる。

第四の発明においては、変速用リンクの他端側を入力
部材の搖動量が最大から最小になる範囲で移動させるの
で、効果的に最大から最小までの変速比を得ることがで
きる。

図16は、変速支点Ｑに作用する力を入力軸１の中心Ｏ
方向に向ける方法を示す。このようにすれば、変速支点
を移動させるときに、伝達トルクに伴って支点の移動方
向に発生する力を小さくし、その移動を容易にすること
ができる。このためには、入力軸の中心Ｏ、変速支点
Ｑ、クランクからの入力点Ｂ、出力連結稈６を駆動する
点B₁及び一方クラッチへの入力点Ｃのそれぞれの位置関
係を、 ∠QOB＝∠B₁OBとし、且つ、点ＣをOB₁の延長線上にする。そして、このような関係を維持するように変速
支点Ｑの位置を移動させる。又、このような関係を成立
させると共に、常に一方向からのトルク入力が可能なよ
うに、一方クラッチ100の中心点Ｐの位置を決定する。
このようにすれば、変速用リンク７に作用する力のベク
トルの釣合いから、変速支点Ｑには、図示の如く常に点
Ｏに向かう力が作用することになり、その移動方向に作
用する力が大幅に解消される。

産業上の利用可能性以上の如く本発明は、小形軽量で簡単な構成により、
円滑な作動の下に０変速から最大変速までの無段階変速
を達成し、直ちに実用可能な無段変速機を提供するもの
であり、産業上の利用性の極めて高い発明である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力軸と、該入力軸に直角方向に固設され
結合部を備えた入力軸クランクと、該入力軸クランクの
回転平面と同一方向平面内で搖動自在に前記結合部に一
端側を結合され他端側結合部を備えた入力連結稈と、前
記入力軸クランクの回転平面と同一方向平面内で搖動自
在に前記他端側結合部に一端側を結合され他端側結合部
を備えた出力連結稈と、前記入力軸と同一軸線方向の出
力軸及び前記入力軸クランクの回転平面と同一方向平面
内で前記出力軸の中心を中心として搖動自在に前記出力
連結稈の前記他端側結合部に一端側を結合された入力側
部材を備え一方向側にのみトルクを伝達する一方クラッ
チと、一端側を前記入力連結稈の前記他端側結合部に結
合され前記入力軸クランクの回転平面と同一方向平面内
で搖動自在に他端側を所定移動範囲内の任意の位置に固
定される変速用クランクと、該変速用リンクの前記他端
側を固定する固定手段と、を有し、前記一方クラッチは、内側回転体と、外側回転体と、中
間回転体と、付勢手段と、を有し、前記内側回転体は、前記出力軸の中心線まわりの単葉回
転双曲面をなす内側軌道面を備え、前記外側回転体は、前記出力軸の中心線まわりの単葉回
転双曲面をなす外側軌道面を備え、前記内側軌道面と前記外側軌道面とは相対向して軌道を
形成し、前記中間回転体は、ころがり面が円筒形状であり、前記
軌道において該中間回転体の中心軸を前記中心線を含む
断面から一定角度傾斜して前記軌道の円周方向に複数個
配設され、該中間回転体の表面は前記内側軌道面と前記
外側軌道面とに線状に接触し、前記付勢手段は、前記内側回転体又は前記外側回転体の
何れかを、前記中心線方向であって前記軌道の間隔を狭
くする方向に付勢し、前記内側回転体と前記外側回転体とは、前記中心線方向
においてそれぞれ反対方向側に前記中間回転体の前記中
心線方向の動きを停止させる環状部材を備え、前記外側
回転体は前記入力側部材と一体として回転するように結
合され、前記内側回転体は前記出力軸と一体として回転
するように結合された、ころがり軸受クラッチである、ことを特徴とする無段変速機。
【請求項２】前記変速用リンクは前記一端側に第二結合
部を備え、前記出力連結稈の前記一端側が前記入力連結
稈の前記他端側結合部に結合されていることに代えて、
前記出力連結稈の前記一端側は前記第二結合部に結合さ
れていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の無段
変速機。
【請求項３】前記入力軸クランクに代えて前記入力軸に
偏心した位置を固定された円盤状部材を有し、前記入力
連結稈に代えて前記円盤状部材の外周面に回転自在に支
持され他端側結合部を備えた回転部材を有する、ことを
特徴とする請求の範囲第一項記載の無段変速機。
【請求項４】前記変速用リンクの前記他端側は、前記出
力連結稈が変速用リンクと前記入力側部材との双方に直
交するときの位置から前記変速用リンクと前記出力連結
稈とが同一線上になるときの位置までの所定の軌跡の範
囲を移動することを特徴とする請求の範囲第一項記載の
無段変速機。