JP2014016024A

JP2014016024A - 変速装置

Info

Publication number: JP2014016024A
Application number: JP2012209007A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kosakai; 正浩小酒井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2014-01-30

Abstract

【課題】重量の増加、変速時におけるチェーンのスプロケットからの外れ、装置の寿命及び伝達効率の低下を抑制する。また変速時に動力の伝達が一時的に中断することのない無段階の変速装置を提供する。
【解決手段】任意の数の分割体４を複数用い、伝動部材２７に係合していない分割体４の半径方向の位置を変えて変速を行う変速装置とする。特に平ベルトと液圧を用いた分割体４の固定、解放を行う変速装置は、無段階の変速装置とする事ができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、無端チェーン、無端歯付きベルト、無端ベルト等の伝動部材を用いて伝動部材に係合するスプロケット、歯付きプーリ、平プーリ等を半径方向に分割しその半径位置を変えて入力軸と出力軸間の回転比を任意に変える変速装置に関するものである。

従来無端チェーン以下チェーンと呼称するを使用して入力軸と出力軸間の回転比を任意に変える装置は入力軸と出力軸夫々にに軸に直交する平面に平行な歯数の異なるスプロケットを互いに平行に複数枚用意して、入力軸と出力軸の各スプロケットのうちの任意のスプロケットにチェーンを選択して掛け入力軸と出軸間の回転比を変更する物が実用化されている。

しかし、多くの歯数の異なるスプロケットを予め用意する必要が有り構造が複雑で重量が重くなる傾向があった。又、チェーンの掛け外し機構が複雑であり故障や調整不良が起こりやすくチェーンが変速時にスプロケットから外れる、変速に要する軸の回転角が大きく変速に必要な時間が大きい、回転方向に制約が有る等の不具合が有った。

複数の歯数の異なるスプロケットを選択して用いるために必ずしもチェーンが入出力軸の軸に直交する平面上に無くチェーンを曲げて使用する事となるためにチェーンやスプロケットの寿命を短くし又、不要な摩擦を生み伝達効率が低下している。

特許３４３５４０８ＰＣＴ／ＤＥ０２／００１０６７

ロードバイク＆パーツカタログ２０１２（エイムック２３３７）エイ出版発売日２０１２年２月１７日ＩＳＢＮ−１０：４７７７９２２５４５ＩＳＢＮ−１３：４７７７９２２５４３

従来チェーンを使用して入力と出力間の回転比を変化する装置には入力軸と出力軸夫々にに軸に直交する平面に平行な歯数の異なるスプロケットを互いに平行に複数枚用意して、入力軸と出力軸の各スプロケットのうちの任意のスプロケットを選択してチェーンを掛け入力軸と出軸間の回転比を変更する機構が実用化されている。

しかし、多くの歯数の異なるスプロケットを予め用意する必要が有り重量が重くなる。又、回転方向に制約が有り、定められた回転方向でしか変速ができない問題点がある。

チェーンをスプロケットから外して選択したスプロケットに掛け直すために、チェーン外れが起き易く確実に入力と出力間の回転比を変化する事が出来ない問題点がある。

変速に要する軸の回転角が大きく、変速に必要な時間が長く掛かる問題点がある。

変速比が固定されており、任意の変速比が得られない問題点がある。

複数の歯数の異なるスプロケットを選択して用いるために必ずしもチェーンが入出力軸の軸に直交する平面上に無いため、チェーンを曲げて使用する事となり、チェーンやスプロケットの寿命を短くし又、不要な摩擦を生み伝達効率が低下する問題点がある。

チェーンに駆動力が加えられている状態での回転比の変更即ち、変速はチェーンをスプロケットから外して掛け替えるため変速時には一旦駆動力を加えないか又は、駆動力を弱めチェーンの掛け替を確実にする必要が有る。このために動力の伝達が一時的に中断するか伝達する動力を弱めなければならない問題点がある。

特許３４３５４０８に開示されている機構では、小型の円形スプロケットを複数同一半径上に配置し、複数のスプロケットの半径を同時に変えて変速する。このため、チェーンとスプロケットの噛合い位置が変わるためそれぞれのスプロケットを回転中心に対して弾性的に支持し回転を許して噛合い位置の変化に対応している。

スプロケットが弾性的に支持されているためこの弾性範囲を超える力を与える事ができない問題点がある。又、特許３４３５４０８にはスプロケットとチェーンの噛合っていない時にスプロケットの半径を変える事は示されていない。

ＰＣＴ／ＤＥ０２／００１０６７に開示されている機構では、分割した歯付きプーリ又は、スプロケットの半径方向の位置を夫々半径方向に移動する事が示されている。歯付きベルト又は、チェーン分割した歯付きプーリ又は、スプロケットに接触していない回転角度にあるときに変える事は開示されていない。分割した歯付きプーリ又は、スプロケットは半径方向にカムの作用で移動しピンにより固定されることが開示されている。このため分割した歯付きプーリ又は、スプロケットの位置を無段階で任意に変更することが出来ない。このため変速比が段階的に固定されており任意の変速比を無段階に得る事が出来ない問題点がある。

本発明は、入力軸あるいは出力軸それぞれ単独に又は両方に任意の数に半径方向に分割されたスプロケットや歯付きプーリ、平プーリあるいは溝付きプーリ以下分割体と呼称するを用いる。

これらの個々の分割体の半径方向の位置を任意に変える機構を設けて、分割体の半径を変えこの位置を保持する機構で位置を保持し入力軸、出力軸間の回転比を変更する変速機構である。

分割体を半径方向に移動するには分割体に無端チェーン、歯付きベルト、無端平ベルト、たて溝付き無端平ベルト等以下伝動部材と呼称するが掛かっていない軸の回転角度範囲にある時に分割体を任意の半径位置に移動する。これにより、分割体が伝動部材からの駆動力を受けずに移動出来る構造とする。そして、分割体と伝動部材が再度係合する位置に軸が回転する前に分割体の移動した位置で固定する。これで、分割体の半径が変化し、これに係合して動力を伝達する伝動部材により構成される変速機構は変速操作がなされる。

分割体を半径方向に移動し固定するには液圧機構を用いて任意の位置に無段階に固定するか又は、ラッチを用いて分割体を簡単な機構で細かく段階的に固定する。入力軸、出力軸の少なくともどちらかには液圧機構を用いて変速を無段階に行える変速装置にする。

分割体を半径方向に移動するには、カムを用意しカムに係合して分割体を半径方向に移動する機構を用いる。リニアモータ等の直動機構や、ステッピングモータ、サーボモータ等の電磁回転装置の動きを直動するように公知の機構で変換して分割体を半径方向に移動する機構等を用いても良い。

本発明は変速機構の入力軸と出力軸の夫々又は、片方の軸に分割体を用いており、伝道部材が入出力軸の軸に直交する平面上に常に有るため、伝動部材を曲げて使用する事が無い。このため伝動部材や分割体の寿命を永く出来る。

伝道部材が入出力軸の軸に直交する平面上に常に有るため伝達効率を高く出来る。

伝道部材が入出力軸の軸に直交する平面上に常に有るため、分割体や伝道部材に無理な力が生じない。このため大きな駆動力を扱うことが出来る。

多くの歯数の異なるスプロケットを予め用意する必要が無いため重量が軽く出来る。

チェーンをスプロケットから外して選択したスプロケットに掛け直す事が無いために、チェーン外れが起こらない。又、変速操作時の回転方向が自在である。

分割体を半径方向に移動するには伝動部材と接触していない入出力軸の回転角度範囲にある時に分割体を任意の半径位置に移動する事で変速が行われる。このため、変速に要する軸の回転角が小さく、変速に必要な時間が短くなる。

液圧機構を用いて分割体を任意の無段階の位置に固定する事で変速を無段階に行える。このため任意の変速比が得られる。

チェーンをスプロケットから外して掛け替える必要が無いため変速時には一旦駆動力を加えないか又は、駆動力を弱めチェーンの掛け替を確実にする必要が無い。このために変速時に動力の伝達を一時的に中断するか伝達する動力を弱める必要が無い。

複数の歯数の異なるスプロケットを用意する必要が無い為構造の簡素化が図られる。このため製造コストの低減に寄与する。

構造の簡素化が図られるため故障が少なく信頼性の高い変速機構を提供できる。

図１は単動液圧シリンダを用いた変速装置の図２に示す断面ＸＹＺを表した説明図である。（実施例１）図２は図１の左側面図を示した説明図である。（実施例１）図３は図１の右側面図を示した説明図である。（実施例１）図４は分割体Ａ、スライド板とカムの部品形状を示した説明図である。（実施例１）図５はスリーブと内スリーブの部品形状を示した説明図である。（実施例１）図６は複動液圧シリンダを用いた変速装置の出力軸Ｂに平行で軸芯を通る断面を示した説明図である。（実施例２）図７は分割体Ｃの固定を鋸歯状ノッチ部の係合で固定する変速装置の図８に示す断面ＸＹＺを表した説明図である。（実施例３）図８は図７の左側面図を示した説明図である。（実施例３）図９は図７の右側面図を示した説明図である。（実施例３）図１０は分割体Ｃ、スライド板Ｃと立体カムの部品形状を示した説明図である。（実施例３）図１１は実施例３と実施例１を入出力軸に夫々用いる時の構造を示した説明図である。（実施例１と３）図１２は電動アクチエータを用いた変速装置の軸Ｄに平行で軸芯を通る断面を示した説明図である。（実施例４）

夫々の分割体の半径方向の位置を個々に任意に変える機構を設けて分割体の半径を変えこの位置を保持する機構で位置を保持し入力軸、出力軸間の回転比を変更する。

分割体を半径方向に移動するには分割体に伝動部材が係合していない入出力軸の回転角度範囲にある時に分割体を任意の半径位置に移動する。これにより、分割体が伝動部材からの駆動力を受けずに移動出来る構造とする。そして、分割体と伝動部材が再度係合する位置に入出力軸が回転する前に分割体を移動した位置に固定する。これで、分割体の半径が変化しこれに係合して動力を伝達する伝動部材により構成される変速機構は変速操作がなされる。

伝動部材がピッチを有する場合、分割体の伝動部材に係合する部分を支持する支点を分割体に設けこれを中心に分割体が入出力軸芯に垂直な面内で回動することを許し分割体の位置が変化する時に伝動部材のピッチと分割体のピッチが合わず分割体と伝動部材の噛合いが円滑に行かない事を防止する。回動を許す範囲はピッチが合う最小値とする。

分割体を半径方向に移動し固定するには液圧機構を用いて任意の位置に無段階に固定するか又は、ラッチを用いて分割体を簡単な機構で段階的に固定する。入力軸、出力軸の少なくともどちらかには液圧機構を用いて変速を無段階に行える変速装置にする。

分割体を半径方向に移動するには、カムを用意しカムに係合して分割体を半径方向に移動する機構を用いる。公知のリニアモータ等の直動機構や、ステッピングモータ、サーボモータ等の電磁回転装置の回転を往復動作の直動するように公知の機構で変換して分割体を半径方向に移動する機構等を用いる。

平ベルトと平プーリを用いる場合、平プーリの平ベルトと係合する表面を砥粒等の粒子を含んだ面とし摩擦係数を増大する事が望ましい。砥粒を含む素材を係合面に塗布、焼付け等の方法で堅固に固着する、又は、砥粒の入った滑り止めテープ等を貼り付けても良い。分割体を砥粒の含まれる素材で製作しても良い。

図１は図２の符号７２、符号７３、符号７４の断面、即ちＸＹＺ断面を示す。実施例１は単動液圧シリンダを用いて分割体Ａの固定、開放を行う機構を出力軸Ａに設ける例について記述する。出力軸Ａを水平面内に置き、出力軸の左側から出力軸Ａを見るとき出力ハブＡの回転方向は時計方向とする。分割体Ａと伝動部材を用い変速機構を構成する。分割体Ａの固定は液圧機構として液圧プランジャとシリンダＡを用いる。液圧プランジャ以下プランジャと呼称するは分割体Ａとスライド板を介して一体に結合されているのでプランジャの動きを固定すると、分割体Ａもその位置を固定される。

出力ハブＡには分割体Ａを半径方向摺動自在に支持するためのスリットＡが設けられ分割体Ａのガイド部Ａが嵌合している。このため分割体Ａが伝動部材から受ける力の半径方向に加えられる力以外を保持し半径方向に摺動する。ガイド部Ａの側面にはスライド板が出力ハブＡを介して取り付けられ出力ハブＡのスリットＡから分割体Ａが外れない構造としている。

図示しないが、スリットＡを設ける事で出力ハブＡの強度が減じられ強度に不足が生じる時は、スライド板の付く側にスライド板を迂回して干渉しないような形状の橋渡し部を設けると良い。橋渡し部は別部品で製作し堅固に固定してもよいし、出力ハブＡと一体製作しても良い。橋渡し部の幅を半径方向に長い形状としてスリットＡを全長に渡り覆う様にしても良い。

分割体Ａが取り付けられた出力ハブＡと図示しないスポークやリム、タイヤが取り付けられている車輪ハブとは一般的にはフリーハブ構造をとり、公知のラチェット機構等で出力ハブＡが回転駆動する時計方向の回転では、その回転力を車輪ハブに伝達し駆動するが、車輪ハブが時計方向に回転し、出力ハブＡが駆動されていない時は車輪ハブは拘束されずに自由に回転できる構造としている。又、出力ハブＡ、車輪ハブは出力軸に玉軸受等の軸受で直接、或いは間接的に軸支され回転自在な構造としている。

分割体Ａの伝動部材と係合する部分を出力軸Ａと平行な方向から見るときにその形状は単一の円弧の一部でも良いし半径の異なる円弧を複合した曲線状でも又、インボリュート、サイクロイド、楕円等の関数曲線でも良い。分割体Ａの半径位置が変わり有効半径が変化する時に出来るだけ有効半径の変化が少なくなる形状の分割体Ａを複数用いる。分割体Ａの半径が小さい位置では隣り合う分割体Ａがお互いに重なり合う様に重なる部分の分割体Ａの厚さを伝動部材幅の概ね半分の厚さとする事もできる。

シリンダＡとプランジャで出来る空間には動作流体が満たされている。プランジャにはシリンダＡとの隙間から動作流体が漏れることを防止する為にオーリング又は、オイルシールを必要箇所に設ける。

プランジャと一体に組まれた分割体Ａの動作を許すにはシリンダＡとプランジャで出来る空間を満たす動作流体の移動が自由に流動し空間体積の変化を許さなければならない。このためシリンダＡ底部には孔が設けられ出力ハブＡの基準円筒内面に開口している。

分割体Ａの数と同じ数のシリンダＡは出力ハブＡと一体に構成されている。シリンダＡ底部の孔が開口する出力ハブＡの基準円筒内面にはスリーブが嵌合しておりこのスリーブには切欠部が設けられている。スリーブを出力ハブＡの基準円筒内面に挿入していない自由状態では出力ハブＡの基準円筒内面の直径より若干大きい円筒形状とする。スリ−ブは基準円筒内面に嵌合する状態では車輪ハブの基準円筒内面の直径より若干大きいために常に孔の内面に密着している。

スリーブの内側に設けられた内スリーブは出力ハブＡの回転に伴い共に回転しないように出力軸Ａに断面がダブルＤ形の切欠きを設けこれに嵌合するように内周の形状をダブルＤ形としている。スリーブも回転しないようにスリーブの嵌り込む内スリーブの溝に突出部を設けここにスリ−ブの切欠部を嵌合して出力ハブＡが回転しても共に回転しないようにしている。

内スリーブの突出部の幅はスリーブの幅より小さくして動作流体の流路を十分に確保する構造とする。回転を止める構造は両側をＤ形に切欠いたダブルＤ形の切欠だけでなくスプラインや片側を切り欠いたＤ形や方形，或いはピン等公知の構造を用いても良い。この様にして、内スリーブは回転方向には拘束されているが出力軸Ａの軸方向と平行な方向には若干動く事ができる。

内スリーブは出力ハブＡの基準円筒内面との間で動作流体が漏出しない構造とすべくオーリング又は、オイルシールを用いて嵌合部の隙間を閉塞している。スリーブは出力ハブＡが回転すると出力ハブＡの基準円筒内面に密着して摺動するため自己潤滑性が有り、弾性のある素材で製作するのが好ましい。

スリーブの切欠部は動作流体で満たされリザーブタンクに流路が連成されている。スリーブの切欠部は分割体Ａが伝動部材と係合していない回転位相角にある分割体Ａと一体のプランジャが嵌合しているシリンダの底部の孔と連通する位相角に配置するように出力軸Ａを図示していないフレーム等の固定部材に取り付ける時に出力軸Ａの回転位相を調整する。スリーブの切欠部の円周方向幅は分割体Ａが伝動部材と係合していない回転位相角内にあるシリンダＡ底部の孔と少しでも重なる範囲の幅とする。

分割体Ａが伝動部材と係合していない回転位相角にあるシリンダＡの動作流体はリザーブタンクに連成しているため動作流体の増減が出来る、このためプランジャの動作を阻害しない。この様にして、分割体Ａは分割体Ａが伝動部材と係合していない回転位相角にあるときのみ半径方向に移動する事ができる。

スリーブの切欠部に連成していない回転位相角にあるシリンダの底部の孔が開口するシリンダＡに嵌合するプランジャ即ち、分割体Ａが伝動部材と係合している回転位相角あるプランジャではシリンダＡとの間に満たされている動作流体が底部の孔がスリーブにより閉塞しているため動作流体は流動できず体積を変えることが出来ない。このプランジャに一体固定さている分割体Ａは半径方向の移動が制限され固定する事になる。

分割体Ａを半径方向に移動するには分割体Ａに一体に製作又は、固定されている移動ピンＡを分割体Ａが移動出来る位相角に有るとき、即ち、分割体Ａと伝動部材が係合していないときにカムを半径方向に移動する。

分割体Ａの半径を小さくするには、カムを半径方向に沿い、内側に移動する。移動ピンＡが第２カム面に係合し出力ハブＡが回転すると移動ピンＡが分割体Ａと一体に回転するため半径の小さくなる方向に第２カム面に沿って移動ピンが動かされる。このため、移動ピンＡと一体の分割体Ａが中心方向に移動し分割体Ａの半径位置が小さくなる。出力ハブＡが１回転すると、全ての分割体Ａの半径が小さくなる。

分割体Ａの半径を大きくするには、カムを半径方向に沿い、外側に移動する。移動ピンＡが第３カム面に係合し出力ハブＡが回転すると移動ピンＡが分割体Ａと一体に回転するため半径の大きくなる方向に第３カム面に沿って移動ピンが動かされる。このため、移動ピンＡと一体の分割体Ａが中心方向に移動し分割体Ａの半径位置が大きくなる。出力ハブＡが１回転すると、全ての分割体Ａの半径が大きくなる。

カムには第２カム面と第３カム面の間に移動ピンの直径より若干大きい幅の溝部が設けてある。カムの位置を変更しないときは移動ピンはこの溝部を通過するためにカム面に接する事は無い。カムの位置を半径方向に移動するとカムの働きで分割体Ａの位置が変わり変速が行われる。移動距離はカムの移動量で決定されその移動した任意の位置に分割体Ａは固定される。このため、変速比を自在に設定できる。

移動ピンＡのカム面に接する部分に図示しないローラや玉軸受を設けこれを介してカム面に係合してカム面との摩擦を減少することも重要である。カム形状により、変速操作時に回転方向が自在である。

図示しないが、カムは半径方向に添って平行に移動出来るように直動案内機構を介して保持するか概略半径方向に移動出来るように支点を設け回動できるように設置する。カムはバネで軸の中心方向に付勢され反中心方向にワイヤで引張られている。ワイヤを延長して操作し易い位置にレバーを設けてワイヤの張力を加減することによりカムの位置を任意に設定できる。レバーには摩擦保持機構や割出クリック機構を設けバネ力に対抗するようにする。カムの付勢方向とワイヤで引張る方向は前述の逆の構成でも良い。

歯付きベルトやチェーンを用いる時分割体Ａの半径方向の移動距離ピッチＬは次の式で求められる。チェーンピッチ又は、歯付きベルトのピッチをＰスプロケットの分割数をＮとする時Ｌ＝Ｐ／２ＳＩＮ（３６０／２Ｎ）角度の単位は度とする。平ベルトを伝動部材として用いる時にはピッチが零であるため移動距離ピッチは自在に設定できる。この様に移動距離ピッチが自在に設定できる構造では特に液圧機構を用いた分割体Ａの固定機構は任意に移動距離ピッチが固定できる為変速比を自在に設定できる無段変速装置として推奨される。

変速装置の入力軸又は出力軸の両方又は、片方に液圧機構を用いて分割体Ａの固定を行うと変速装置の変速は無段階で変速比を変えることができ理想的な変速装置を構成できる。

図示しないが、シリンダＡの底部の孔をスリーブで直接開閉しているがこの孔にポペット弁を設けシリンダ底部の孔を弁座とし弁のステム部を車輪ハブの基準円筒内面に出しておく。この弁のステム部をスリーブの替わりに弁カムを設けスリ−ブと同様に回転しない構造としておく。弁カムは分割体Ａが伝動部材に接触してない位相角にある弁のステム部を押し上げてポペット弁を弁座から離し動作流体の流路をリザーブタンクと練成しプランジャの動作を許す構造を採ることもできる。

弁カムは分割体Ａが伝動部材に接触している位相角にある弁のステム部は押し上ない構造としてポペット弁を弁座に着座してリザーブタンクと動作流体の流路を遮断してプランジャの動作を固定する構造とする。

図示しないが、変速装置として入力軸と出力軸の分割体Ａに伝動部材を掛けて用いる時伝動部材の緩みを取り適切な張力を伝動部材に与えるため伝動部材の緩み側にはバネ等で付勢して伝動部材に張力を発生させるテンショナを設けることが好ましい。又、伝達力を大きくするために分割体Ａに巻きつく伝動部材の掛け巻き角度を大きくするためアイドラを設けることが好ましい。又、テンショナにアイドラの機能を同時に持たせることも出来る。

図６出力軸Ｂの軸芯に沿った断面図である。実施例２は複動液圧シリンダを用いて分割体Ａの固定、解放を行う機構について出力軸Ｂに設ける例を記述する。実施例１と異なる構造の出力ハブＢ、ピストン、ピストン軸、Ａ室、Ｂ室、Ａ室孔、Ｂ室孔、Ａ室開口孔、Ｂ室開口孔について図示し説明する。出力軸Ｂを水平面内に置き、出力軸Ｂの左側から出力軸Ｂを見るとき出力ハブＢの回転方向は時計方向とする。分割体Ａと伝動部材を用い変速機構を構成する。分割体Ａの半径方向の作動の固定は液圧機構として複動シリンダを用いる。複動シリンダのピストンにはピストン軸が取り付けられている。分割体Ａはピストン軸に固定され一体の構造とする。

分割体Ａが取り付けられた出力ハブＢと図示しないスポークやリム、タイヤが取り付けられている車輪ハブには一般的にはフリーハブ構造をとりラチェット機構等で出力ハブＢが回転駆動する時計方向の回転ではその回転力を車輪ハブＢに伝達し駆動するが、車輪ハブＢが時計方向に回転し出力ハブＢが駆動されていない時は車輪ハブＢは拘束されずに自由に回転できる構造としている。又、出力ハブＢ、車輪ハブＢは出力軸Ｂに直接、或いは間接的に玉軸受等の軸受で軸支されている。

分割体Ａの伝動部材と係合する部分を出力軸Ｂと平行な方向から見るときにその形状は実施例１で記述した任意の形状とし隣り合う分割体Ａがお互いに重なり合う様に重なる部分の分割体Ａの厚さを伝動部材幅の概ね半分の厚さとする事もできる。

分割体Ａはピストン軸に一体に結合し更にピストンがピストン軸に固定されている。ピストンはシリンダＢに嵌合している。シリンダＢとピストンで出来る空間には動作流体が満たされている。ピストンやシリンダエンドには動作流体が漏れることを防止する為にオーリング又は、オイルシールを必要箇所に設ける。

出力ハブＢには分割体Ａを半径方向に、摺動自在に支持するためのスリットＢが設けられ分割体Ａのガイド部Ａが嵌合している。このため分割体Ａが伝動部材から受ける力の半径方向に加えられる力以外を保持し半径方向に摺動する。ガイド部Ａにはスライド板が出力ハブＢを介して取り付けられ出力ハブＢのスリットＢから分割体Ａが外れない構造としている。

ピストンと一体の分割体Ａの動作を許すにはシリンダＢのピストンで隔てられているＡ室とＢ室の空間を満たす動作流体の移動が自由に流動し空間体積の変化を許さなければならない。このためシリンダＢにはＡ室に開口するＡ室孔とＢ室に開口するＢ室孔が設けられ出力ハブＢの基準円筒内面Ｂに開口するＡ開口孔とＢ開口孔にそれぞれ連通し開口している。

分割体Ａの数と同じ数のシリンダＢは出力ハブＢと一体に構成されている。出力ハブＢの基準円筒内面Ｂに開口しているＡ開口孔とＢ開口孔が開口している。出力ハブＢの基準円筒内面Ｂの内面にはスリーブが嵌合しておりこのスリーブには切欠が設けられている。スリーブを出力ハブＢの基準円筒内面Ｂに挿入していない自由状態では出力ハブＢの基準円筒内面Ｂの直径より若干大きい円形状とする。スリ−ブは基準円筒内面Ｂに嵌合する状態では出力ハブＢの基準円筒内面Ｂの直径より若干大きいために常に孔の内周に密着している。

スリーブの内側に設けられた内スリーブは出力ハブＢの回転に伴い共に回転しないように出力軸Ｂに断面がダブルＤ形の切欠きを設けこれに嵌合するように内周の形状をダブルＤ形としている。スリーブも回転しないように内スリーブの外側に突出部を設けここにスリ−ブの切欠部を嵌合して出力ハブＢが回転しても共に回転しないようにしている。

内スリーブの突出部の高さはスリーブの厚さより低くして動作流体の流路を十分に確保する構造とする。回転を止める構造はダブルＤ形の切欠だけでなくスプラインや片側側をＤ形に切欠いたＤ形や方形，或いはピン等公知の構造を用いても良い。この様にして、内スリーブは回転方向には拘束されているが軸Ｂの軸方向と平行な方向には若干動く事ができる。

内スリーブは出力ハブＢの基準円筒内面Ｂ内周との間で動作流体が漏出しない構造とすべくオーリング又は、オイルシールを用いて嵌合部の隙間を閉塞している。スリーブは出力ハブＢが回転すると出力ハブＢの基準円筒内面Ｂ内周と摺動するため自己潤滑性のある弾性素材で製作するのが好ましい。

スリーブの切欠部は動作流体で満たされリザーブタンクに流路が連成されている。出力軸Ｂを図示していないフレーム等の固定部材に取り付ける時に出力軸Ｂの回転位相を調整する。スリーブの切欠部の円周方向の幅は分割体Ａが伝動部材と係合していない回転位相角にある分割体Ａと一体のピストンが嵌合しシリンダＢに連通しているＡ開口孔とＢ開口孔の位相角を十分に覆う幅とする。分割体Ａが伝動部材と係合していない回転位相角にあるシリンダＢの動作流体はリザーブタンクに連成しているため動作流体の増減が出来る、このためピストンの動作を阻害しない。この様にして、分割体Ａは分割体Ａが伝動部材と係合していない回転位相角にあるときのみ半径方向に移動する事ができる。

スリーブの切欠部に連成していない回転位相角にあるＡ開口孔とＢ開口孔に連通するシリンダＢに嵌合するピストン即ち、分割体Ａが伝動部材と係合している回転位相角あるピストンはシリンダＢとの間に満たされている動作流体はＡ開口孔とＢ開口孔がスリーブにより閉塞しているため動作流体は流動できず体積を変えることが出来ないため移動できない。このピストンは固定されるため分割体Ａは半径方向の移動が制限され固定する事になる。

分割体Ａを半径方向に移動するには分割体Ａに一体固定されている移動ピンＡを分割体Ａが移動出来る位相角にあるときにカムと移動ピンＡの係合により半径方向に移動する。以下の動作は実施例１と同じなので省略する。シリンダＡはシリンダＢにプランジャはピストンに読み替える。

分割体Ａを半径方向に移動出来する方法や構造は実施例１と同じにすれば良いので以下説明を省略する。

動作流体流体の流動を制御して積極的にピストンを動かして分割体Ａを半径方向に移動する構造を採ることもできる。Ａ室とＢ室に繋がる流路は軸に対し別々の公知のルイベルジョイントを用いて連成しポンプ、制御弁に結合する構造としてピストン位置を制御することも出来る。

ポンプを用い、動作流体の制御をし、分割体Ａの位置を変更する機構は、原動機を有する装置において有効である。

図７は図８の符号７２、符号７３、符号７４の断面、即ちＸＹＺ断面を示す。分割体Ｃの固定を鋸歯状凸ノッチ部で固定し細かいピッチでの固定が出来る構造の実施例を説明する。この例では入力軸側の軸Ｃに発明の機構を設ける事として説明を行う。この軸Ｃを水平面内に置き左側即ち、分割体Ｃ側から見て右回転する。軸Ｃにはクランク基板が固定され、図示していないクランクが一体に設けられている。図示しないクランクには図示しないペダルが装着されており、これに力を加えることで軸Ｃを回転する。鋸歯状凸ノッチ部及び、鋸歯状凹ノッチ部のノッチピッチは概ね０．５ミリメートルから３ミリメートルとするのが好ましい。

軸Ｃは図示しないフレーム等の構造物に軸支されている。クランク基板には分割体Ｃを半径方向に案内するスリットＣが半径方向に長く設けられている。分割体ＣはこのスリットＣに勘合し半径方向に摺動自在に取り付けられている。軸Ｃが回転すると分割体Ｃも一体に回転する。スリットＢＣは分割体Ｃと同じ数がクランク基板に設けられている。

分割体ＣにはスリットＣと係合するためのガイド部Ｃが設けられスリットＣに摺動自在に嵌合している。又、分割体Ｃには半径方向の移動を固定するための鋸歯状凸ノッチ部が設けられクランク基板のスリットＣの左右に配置された鋸歯状凹ノッチ部に係合している。分割体Ｃが受ける伝動部材による力を鋸歯状凸ノッチ部で受け、半径方向の移動を固定する。分割体Ｃは伝動部材の力で生じるモーメントでクランク基板に鋸歯状凸ノッチ部を押し付けているため伝動部材が分割体Ｃに係合しているときにはクランク基板の鋸歯状凹ノッチ部に嵌り固定されている。

分割体Ｃが半径方向に移動する為にクランク基板のスリットＣに分割体Ｃのガイド部Ｃが嵌合し摺動出来きる様にガイド部Ｃの幅はスリットＣの幅より若干狭くする。スリットＣから脱落しないようにスリットＣの幅より十分に広い幅のスライド板Ｃが２個のネジで分割体Ｃのガイド部Ｃに固定されている。分割体Ｃの円弧状凹部にスライド板Ｃの円弧状凸部を合わせてあり、スライド板Ｃの円弧状凸部の頂点と分割体Ｃのガイド部Ｃの板厚方向の高さはクランク基板のスリットＣの有る面の厚さより若干広くして有る。スライド板Ｃの円弧状凸部以外の部分はクランク基板に対し鋸歯状ノッチ部の係合を解く程度に動ける隙間を持って固定されている。

段付きネジの頭部が立体カムの第１カム面に係合するとスライド板Ｃの円弧状凸部を中心に回動できる構造としている。カムは半径方向に対して、概ね対称の形状として変速時の回転方向が自在にできる形状とする。

分割体Ａのガイド部Ｃには角形切欠孔部があり、ここのガイド部Ｃの高さはスリットＣの設けられているクランク基板の面の厚さより低くして有る。角座金は軸Ｃの軸方向に自由に摺動できる様に、スライド板Ｃの角形切欠孔部より若干小さい外形形状としている。又、座金の外形形状はスリットＣの幅より大きな形状とする。角座金はスライド板Ｃの角形切欠孔部に嵌合し脱落しないように、段付きネジで固定され段付きネジに挿入された圧縮コイルバネでスライド板Ｃに付勢されている。分割体Ｃは伝動部材の力で生じるモーメントが無くクランク基板に押下されていない時でも圧縮コイルバネの力でクランク基板の鋸歯状凹ノッチ部に分割体Ｃの鋸歯状凸ノッチ部を押し付けているため分割体Ｃは固定され移動することは無い。

立体カムが軸Ｃの半径方向内側に移動するとカムの第１カム面に段付きネジの頭部が係合しする。段付きネジの頭部は分割体Ｃを段付きネジのバネに抗してクランク基板から離れる方向に移動する。このため、分割体Ｃはスライド板Ｃの円弧状凸部の頂点を中心に回動しクランク基板の鋸歯状凹ノッチ部と分割体Ｃの鋸歯状凸ノッチ部は互いに乖離して係合を解かれる。

更に軸Ｃが回転すると、段付きネジの頭部が第１カム面に係合したまま第４カム面に係合する。分割体ＣはスリットＣに沿い半径内側方向に移動する。図６の中央に描かれた軸Ｃの中心の下方の断面図に分割体Ａが半径方向の内側に移動して、クランク基板の鋸歯状凹ノッチ部と分割体Ｃの鋸歯状凸ノッチ部は互いに乖離して係合を解れた状態を表す。

更に軸Ｃが回転すると段付きネジ頭部は立体カムの第カム１面と第４カム面から乖離し溝部Ｃに移行する。このため、分割体Ｃは半径の内側に移動したまま、段付きネジのバネにより付勢され分割体Ｃの鋸歯状凸ノッチ部はクランク基板鋸歯状凹ノッチ部に押し付けられ半径方向の移動は固定される。

軸Ｃが更に回転してクランク基板が１回転すると全ての分割体Ｃの位置が内側に移動し変速装置の変速比が変えられる。

立体カムが軸Ｃの半径方向外側に移動するとカムの第１カム面に段付きネジの頭部が係合しする。段付きネジの頭部は分割体Ｃを段付きネジのバネに抗してクランク基板から離れる方向に移動する。このため、分割体Ｃはスライド板Ｃの円弧状凸部の頂点を中心に回動しクランク基板の鋸歯状凹ノッチ部と分割体Ｃの鋸歯状凸ノッチ部は互いに乖離して係合を解かれる。

更に軸Ｃが回転すると、段付きネジの頭部が第１カム面に係合したまま第５カム面に係合する。分割体ＣはスリットＣに沿い半径外側方向に移動する。

更に軸Ｃが回転すると段付きネジ頭部は立体カムの第カム１面と第５カム面から乖離し溝部Ｃに移行する。このため、分割体Ｃは半径の内側に移動したまま、段付きネジのバネにより付勢され分割体Ｃの鋸歯状凸ノッチ部はクランク基板鋸歯状凹ノッチ部に押し付けられ半径方向の移動は固定される。

軸Ｃが更に回転してクランク基板が１回転すると全ての分割体Ｃの位置が外側に移動し変速装置の変速比が変えられる。

分割体Ｃの固定に鋸歯状ノッチ部を使うと半径方向の移動ピッチが細かく設定でき、複数の鋸歯状ノッチ部で力を受けるので大きな力を受ける事ができる。しかし、鋸歯状ノッチ部でなく方形の凹凸をかみ合わせて固定しても良いし、円形状等他の形状でも良い。

図１２は軸Ｄの軸芯に沿った断面図である。入力軸又は出力軸以下軸Ｄと呼称するに出力ハブＤを設けこれに、半径方向に移動するための複数の電磁アクチエータを取り付ける。個々の電磁アクチエータは永久磁石コアの動作方向が出力ハブＤの半径方向になるように取り付けられている。

電磁アクチエータを通電駆動すると、永久磁石コアは半径方向の任意の位置に移動できる。

電磁アクチエータは公知の構造とし、ステータコアＡ，それに回巻きされたコイルＡ、ステータコアＡと電極の取り付け位相が異なるステータコアＢ、これに回巻されたコイルＢで構成され中央に永久磁石コアを設けている。個々のコイルＡ及びコイルＢは夫々直列に結線されて、駆動ハブの円筒内面に給電電極を設けて接続されている。ステータコアＡ，Ｂの中央の永久磁石コアは、円筒形の永久磁石Ａと永久磁石Ｂが互いに反発するよう同極同士を隣合わせて中央のネジでスライド板Ｄに締結されている。

分割体Ｄにはスライド板Ｄが取り付けられている、永久磁石コアがコイルＡ，コイルＢへの通電により半径方向に移動すると、分割体Ｄも半径方向に移動する。夫々のコイルに通電するには、円筒内面電極分に接触するスリーブＤのスリーブ電極に通電する。分割体Ｄが係合していない軸の回転位置位相位置に来た時にスリーブ電極と円筒内面電極が接触するように、円筒内面電極の配置位相角度を決めている。

スリーブ電極には図示しない配線がなされ、これを通じて永久磁石コアが半径方向に移動するような電圧波形の電流を通じ駆動する。電極部は適当な方法で付勢し互いに接触している。

電磁アクチエータに通電するには図示しない接点が接触し回動給電するロータリ給電機構を用いても良い。通電は電磁的に誘導トランスを用いて無接点で通電しても良い。給電器の接続が伝動部材と分割体Ｄが係合していない軸Ｄの回転位相角位置範囲でのみ通電可能なように、センサを用いて駆動ハブの回転位相角を検知して通電を制御するように構成する。

電磁アクチエータは公知のリニア式の物でも回転式のモータやサーボモータを用い往復運動に公知の機構を用いて変換しても良い。

伝動部材の張力や軸Ｄの歪で伝達トルクを公知の方法で検知し電磁アクチエータを動作してトルクの増大する時は減速比を大きくトルクの減少する時は減速比を小さくして入力軸Ｄのトルク変動を出来るだけ抑える自動変速装置とすることも有効である。

電磁アクチエータを用いて変速装置を構成すると、原動機を有する装置において有効である。

本発明の変速装置は自転車や自動車等の運搬機以外に変速機を必要とする産業機械等あらゆる機械の変速装置として利用できる。

１出力軸Ａ
２プランジャ
３スライド板
４分割体Ａ
５出力ハブＡ
６スリットＡ
７ガイド部Ａ
８車輪ハブ
９ラチェット機構
１０玉軸受
１１シリンダＡ
１２オーリング
１３動作流体
１４シリンダＡ底部の孔
１５基準円筒内面
１６スリーブ
１７切欠部
１８内スリーブ
１９ダブルＤ形
２０突出部
２１リザーブタンク
２２移動ピンＡ
２３カム
２４第２カム面
２５第３カム面
２６溝部
２７伝動部材
２８出力軸Ｂ
２９出力ハブＢ
３０基準円筒内面Ｂ
３１シリンダＢ
３２Ａ室
３３Ｂ室
３４Ａ室孔
３５Ｂ室孔
３６Ａ開口孔
３７Ｂ開口孔
３８ピストン
３９ピストン軸
４０スリットＢ
４１分割体Ｃ
４２鋸歯状凸ノッチ部
４３鋸歯状凹ノッチ部
４４軸Ｃ
４５スリットＣ
４６クランク基板
４７ガイド部Ｃ
４８スライド板Ｃ
４９円弧状凸部
５０段付きネジ
５１立体カム
５２第カム１面
５３第４カム面
５４第５カム面
５５角形切欠孔部
５６角座金
５７圧縮コイルバネ
５８溝部Ｃ
５９軸Ｄ
６０出力ハブＤ
６１ステータコアＡ
６２ステータコアＢ
６３コイルＡ
６４コイルＢ
６５永久磁石Ａ
６６永久磁石Ｂ
６７スライド板Ｄ
６８円筒内面電極
６９スリーブ電極
７０分割体Ｄ
７１シリンダエンド
７２Ｘ
７３Ｙ
７４Ｚ

Claims

入力軸又は、出力軸が回転し分割体Ａが伝動部材と係合していない軸の回転位相角に来た時順次分割体Ａの半径方向の位置を変えこの位置伝動部材と分割体Ａが係合し動力を伝える前に固定して入出力軸の回転比を変える変速装置。
平ベルトを使用し油圧機構を用いて分割体Ａの半径方向の位置を固定、開放を行い、軸の回転でカムと移動ピンを係合し半径方向の移動を無段階で行う変速装置。移動量と方向はカムの位置で定められる構造の変速装置。
分割体Ａの固定を鋸歯状のラッチで行いラッチとの係合、乖離と半径方向の移動を軸の回転で移動ピンと立体カムの係合で行う変速装置。移動方向と量はカム位置で定められる構造の変速装置。
分割体Ａの固定、移動を電動の直動機構や電動機の回転を直動に変換して行う変速装置。分割体Ａが伝動部材と係合していない軸の回転位相角に来た時に、給電するためこの回転位相に対応するように電極を配置した変速装置