特許 6872233 無段変速機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6872233

(24)【登録日】2021年4月21日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】無段変速機

(51)【国際特許分類】

   F16H 15/14 20060101AFI20210510BHJP

   F16H 33/02 20060101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   F16H15/14

   F16H33/02 B

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-101768(P2017-101768)

(22)【出願日】2017年5月23日

(65)【公開番号】特開2018-197571(P2018-197571A)

(43)【公開日】2018年12月13日

【審査請求日】2020年5月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】520180840

【氏名又は名称】株式会社日本電研

(74)【代理人】

【識別番号】110001438

【氏名又は名称】特許業務法人 丸山国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森川 佳宥

【審査官】 鷲巣 直哉

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１７８４２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−１９５３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０２４２２３０６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ １５／１４

Ｆ１６Ｈ ３３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動源に動力伝達可能に連繋される駆動軸と、
前記駆動軸に連繋される第１ディスクと、
前記第１ディスクと同一平面内で回動可能に配置され、周面が前記第１ディスクに接しており、前記第１ディスクにより従動するフリーディスクと、
前記第１ディスク及び前記フリーディスクに平行且つ対向して配置される第２ディスクであって、回動中心が前記第１ディスクと前記フリーディスクの接点と対向する第２ディスクと、
前記第２ディスクに連繋され、前記駆動軸に対して逆向きに延び、負荷に動力伝達可能に接続される出力軸と、
前記第１ディスクと前記フリーディスク上を移行可能に当接する第１球状転動体と、
前記第１球状転動体及び前記第２ディスクと当接する第２球状転動体と、
前記第１球状転動体及び前記第２球状転動体を回動可能に保持するホルダーと、
前記ホルダーを前記第２ディスクが前記第１ディスクと前記フリーディスクに対向する領域で、前記第２ディスクの直径方向に移動させるホルダー移動手段と、
を具え、
前記第１ディスクが回転することにより、前記フリーディスクが従動し、前記第１球状転動体は、前記第１ディスク又は前記フリーディスク上で転動し、前記第２球状転動体は、前記第１球状転動体によって従動回転し、前記第２ディスクを回転させる、
無段変速機。

【請求項2】

前記第１ディスクには出力軸が連繋され、
前記第２ディスクには駆動軸が連繋される、
請求項１に記載の無段変速機。

【請求項3】

前記ホルダーは、前記第１球状転動体が接触するディスクを、前記第１ディスクから前記フリーディスク、又は、前記フリーディスクから前記第１ディスクに移行させる、
請求項１又は請求項２に記載の無段変速機。

【請求項4】

前記第１球状転動体及び前記第２球状転動体は、球形である、
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の無段変速機。

【請求項5】

前記第１球状転動体と前記第２球状転動体は接触している、
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の無段変速機。

【請求項6】

前記第１球状転動体と前記第２球状転動体との間には、１又は複数の球状転動体が配置される、
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の無段変速機。

【請求項7】

前記第１ディスク、前記フリーディスク及び前記第２ディスクは、円盤状である、
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の無段変速機。

【請求項8】

前記第１ディスク又は前記フリーディスクと前記第１球状転動体、前記第２ディスクと前記第２球状転動体は、夫々摩擦接触している、
請求項１乃至請求項７の何れかに記載の無段変速機。

【請求項9】

前記第１球状転動体と前記第２球状転動体は、摩擦接触している、
請求項８に記載の無段変速機。

【請求項10】

前記駆動源と前記第１ディスクとの間には、エネルギーを蓄積する蓄積部を具える、
請求項１乃至請求項９の何れかに記載の無段変速機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、動力伝達手段として用いられる無段変速機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

駆動軸から出力軸への動力伝達手段として、その変速比を連続的に変化させることのできる無段変速機が提案されている。この種の無段変速機として、出願人は、特許文献１において、対向して配置された駆動側のディスクと負荷側のディスクとの間に、２つの球状転動体を動力伝達可能に配置した無段変速機を提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開 ＷＯ２０１６／１７８４２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の無段変速機では、駆動側ディスクと負荷側のディスクの回転中心を球状転動体が跨ぐことにより、正転、逆転の切替えを行なうようにしている。

【0005】

本発明の目的は、球状転動体がディスクの回転中心を跨ぐことなく正転、逆転の切替えを行なうことのできる無段変速機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る無段変速機は、
駆動源に動力伝達可能に連繋される駆動軸と、
前記駆動軸に連繋される第１ディスクと、
前記第１ディスクと同一平面内で回動可能に配置され、周面が前記第１ディスクに接しており、前記第１ディスクにより従動するフリーディスクと、
前記第１ディスク及び前記フリーディスクに平行且つ対向して配置される第２ディスクであって、回動中心が前記第１ディスクと前記フリーディスクの接点と対向する第２ディスクと、
前記第２ディスクに連繋され、前記駆動軸に対して逆向きに延び、負荷に動力伝達可能に接続される出力軸と、
前記第１ディスクと前記フリーディスク上を移行可能に当接する第１球状転動体と、
前記第１球状転動体及び前記第２ディスクと当接する第２球状転動体と、
前記第１球状転動体及び前記第２球状転動体を回動可能に保持するホルダーと、
前記ホルダーを前記第２ディスクが前記第１ディスクと前記フリーディスクに対向する領域で、前記第２ディスクの直径方向に移動させるホルダー移動手段と、
を具え、
前記第１ディスクが回転することにより、前記フリーディスクが従動し、前記第１球状転動体は、前記第１ディスク又は前記フリーディスク上で転動し、前記第２球状転動体は、前記第１球状転動体によって従動回転し、前記第２ディスクを回転させる。

【0007】

前記第１ディスクには出力軸が連繋され、
前記第２ディスクには駆動軸が連繋される構成とすることができる。

【0008】

前記ホルダーは、前記第１球状転動体が接触するディスクを、前記第１ディスクから前記フリーディスク、又は、前記フリーディスクから前記第１ディスクに移行させることが望ましい。

【0009】

前記第１球状転動体及び前記第２球状転動体は、球形とすることができる。

【0010】

前記第１球状転動体と前記第２球状転動体は接触して配置される。

【0011】

前記第１球状転動体と前記第２球状転動体との間には、１又は複数の球状転動体を配置することができる。

【0012】

前記第１ディスク、前記フリーディスク及び前記第２ディスクは、円盤状であることが望ましい。

【0013】

前記第１ディスク又は前記フリーディスクと前記第１球状転動体、前記第２ディスクと前記第２球状転動体は、夫々摩擦接触する構成とすることができる。

【0014】

前記第１球状転動体と前記第２球状転動体は、摩擦接触している構成とすることができる。

【0015】

前記駆動源と前記第１ディスクとの間には、エネルギーを蓄積する蓄積部を具えることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明の無段変速機によれば、球状転動体のディスクへの接触位置を調整するだけで、駆動軸から出力軸へ伝達される動力の回転方向、変速比、回転数を自在に変化させることができる。

【0017】

また、本発明の無段変速機は、ディスクと球状転動体、球状転動体を保持するホルダー及びホルダー移動手段により構成することができるから、従来の無段変速機に比べて構成が簡便である。また、本発明の無段変速機は、変速比を０〜無限大まで大きく変化させることが可能である。さらに、メンテナンス性にもすぐれる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る駆動機構の概略構成を示す説明図である。

【図2】図２は、蓄積部の斜視図である。

【図3】図３は、本発明の無段変速機の斜視図である。

【図4】図４は、本発明の無段変速機を負荷側から見た説明図である。

【図5】図５は、本発明の無段変速機の平面図であって、種々の変速状態示している。

【図6】図６は、球状転動体を位置ｃに移動した無段変速機の平面図である。

【図7】図７は、球状転動体を領域ａに移動した無段変速機の平面図である。

【図8】図８は、球状転動体を領域ｂに移動した無段変速機の平面図である。

【図9】図９は、球状転動体を領域ｄに移動した無段変速機の平面図である。

【図10】図１０は、球状転動体を領域ｅに移動した無段変速機の平面図である。

【図11】図１１は、各領域間の遷移状態を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の無段変速機１０は、自動車やトラック、バス、オートバイ、自転車、鉄道等の陸上移動体、産業機械、工業機械等の変速機として用いることができる。以下、本発明の無段変速機１０について、図面を参照しながら説明を行なう。

【0020】

図１は、本発明の一実施形態に係る無段変速機１０を具えた駆動機構６０の一例を示している。駆動機構６０は、駆動源６１からの動力を無段変速機１０で回転方向、回転数及び回転トルクを可変に出力し、負荷８０に伝達する機構である。

【0021】

図１に示すように、駆動機構６０は、その一例として、駆動源６１と、エネルギー（回生エネルギーを含む）を蓄積する蓄積部７０と、本発明の無段変速機１０と、無段変速機１０に連繋され被駆動部材となる負荷８０を概略構成として具える構成とすることができる。蓄積部７０は、必須構成ではなく、駆動源６１と無段変速機１０を直接連繋する構成としても構わない。駆動機構６０は、中央制御装置（ＣＰＵ９０を主体として構成される）によって制御される。ＣＰＵ９０には、駆動機構６０のすべての制御のためのプログラムや設定を記憶するＲＯＭやＲＡＭなどの記憶手段（図示せず）が接続されており、人が操作する操作部９１による指令に基づいて、その制御が実行される。なお、詳細は後述する。

【0022】

駆動源６１は、モーターやエンジンを例示することができ、駆動軸６２によりその動力を出力する。駆動軸６２には、図１に示すようにワンウェイベアリング６３を具え、駆動源６１の一方向の回転の伝達は許容するが、蓄積部７０から駆動源６１を逆方向に回転させる回転の伝達は阻止されている。

【0023】

蓄積部７０は、駆動源６１からのエネルギー又は負荷８０からの回生エネルギーを蓄積、出力する機構である。たとえば、蓄積部７０は、図２に示すように、ゼンマイバネ７１を具え、ゼンマイバネ７１にエネルギーを蓄積する構成、コイルバネやゴム、エアー、定荷重バネ（定トルクバネ）などの弾性体であってもよい。

【0024】

図示の実施形態に係る蓄積部７０は、鋼板を巻回してなるゼンマイバネ７１を、筒状のケーシング７２に収容すると共に、ゼンマイバネ７１の内側の端部を駆動軸６２に接続し、外側の端部をケーシング７２に接続している。ケーシング７２は先端が円錐状に縮径しており、その中心に入力軸２４が接続されている。

【0025】

本発明の無段変速機１０は、駆動源６１又は蓄積部７０の動力を変速して、トルク及び回転数を最適化して負荷８０に出力する。

【0026】

図１の実施形態では、無段変速機１０は、蓄積部７０から延びる入力軸２４と、負荷８０へ向けて延びる出力軸４４との間に設けられている。

【0027】

無段変速機１０は、図２乃至図４に示すように、２枚の並設された第１ディスク２０、フリーディスク３０と、これらディスク２０，３０に対向して配置された第２ディスク４０を具え、ディスク２０，３０と第２ディスク４０との間に球状転動体５０，５２が配置された構成である。球状転動体５０，５２は、ホルダー５４に回転自在に支持されており、一方の球状転動体５０（第１球状転動体）が第１ディスク２０またはフリーディスク３０と当接しており、他方の球状転動体５２（第２球状転動体）は第２ディスク４０と当接している。また、第１球状転動体５０と第２球状転動体５２も互いに接触している。これら球状転動体５０，５２は、図６等に示すホルダー５４によって入力軸２４と直交する方向に移動可能となっている。

【0028】

より詳細には、第１ディスク２０は、入力軸２４の先端に装着された円盤体であって、入力軸２４とは逆側に第１ディスク対向面２１を具える。

【0029】

フリーディスク３０は、第１ディスク２０に隣接して配備される。フリーディスク３０は、第１ディスク対向面２１と同一平面上に平行なフリーディスク対向面３１を有し、軸受３４等によりフリーディスク対向面３１が第１ディスク対向面２１と平行な面内で回転可能となるよう支持されている。フリーディスク３０も円盤体であって、図示の実施形態では、第１ディスク２０とフリーディスク３０は同じ直径に構成している。

【0030】

第１ディスク２０及びフリーディスク３０は共に、鋼などの金属、硬質ゴム、硬質樹脂などから作製することができる。また、第１ディスク対向面２１及びフリーディスク対向面３１は、後述する第１球状転動体５０と摩擦接触して、第１球状転動体５０が滑ることなく回転するよう摩擦の高い表面を具備することが望ましい。

【0031】

第１ディスク２０とフリーディスク３０は、動力伝達可能に接続される。図３では省略しているが、第１ディスク２０及びフリーディスク３０は、図４及び図５に示すように、第１ディスク対向面２１とフリーディスク対向面３１の裏面側に歯の刻設されたギア２２，３２を夫々配備し、ギア２２，３２どうしが噛合することで第１ディスク２０の回転をフリーディスク３０に伝達可能とすることができる。また、第１ディスク２０とフリーディスク３０の周面を粗に形成して当接させたり、これらディスク２０，３０の周面に歯を刻設して連繋しても構わない。さらには、ベルトなどによりディスク２０，３０どうしを動力伝達可能に連繋することもできる。

【0032】

すなわち、入力軸２４からの回転力によって、第１ディスク２０が回転し、これによってフリーディスク３０が従動して回転する構成であれば、その動力伝達機構はとくに限定されるものではない。

【0033】

第１ディスク２０とフリーディスク３０のディスク対向面２１，３１と対向する位置には、第２ディスク４０が配備されている。第２ディスク４０は、第１ディスク対向面２１及びフリーディスク対向面３１と平行な第２ディスク対向面４１を具える。第２ディスク４０も円盤体とすることができ、第２ディスク対向面４１の裏側には負荷８０と連繋される出力軸４４が接続されている。

【0034】

第２ディスク４０の回転中心Ｏ２は、図４に示すように第１ディスク２０とフリーディスク３０の接点Ｃに位置している。

【0035】

第２ディスク４０も、鋼などの金属、硬質ゴム、硬質樹脂などから作製することができる。また、第２ディスク対向面４１は、第２球状転動体５２と摩擦接触して、第２球状転動体５２が滑ることなく回転するよう摩擦の高い表面を具備することが望ましい。

【0036】

上記した第１ディスク対向面２１とフリーディスク対向面３１と、第２ディスク対向面４１との間には、２個の球状転動体５０，５２が配置されている。球状転動体５０，５２は、第１ディスク２０と第２ディスク４０、又は、フリーディスク３０と第２ディスク４０を動力伝達可能に連繋する。球状転動体５０，５２は、本実施形態では球体であり、第１ディスク２０又はフリーディスク３０に当接する第１球状転動体５０と、第２ディスク４０に当接する第２球状転動体５２である。

【0037】

球状転動体５０，５２は、夫々鋼などの金属、硬質ゴム、硬質樹脂などから作製することができ、互いに摩擦接触により滑ることなく動力伝達可能とし、また、第１球状転動体５０は第１ディスク対向面２１又はフリーディスク対向面３１、第２球状転動体５２は第２ディスク対向面４１と摩擦接触して滑ることなく回転するように、夫々摩擦の高い表面を具備することが望ましい。

【0038】

球状転動体５０，５２は、図６等に示すように、ホルダー５４内に回転自在に保持されている。たとえばホルダー５４は、第１球状転動体５０と第２球状転動体５２を挟んで対向し、間隔が一定に維持された板状の台座の内面に球状転動体５０，５２を回転自在に保持するスラストベアリングの如きベアリングを有する構成とすることができる。球状転動体５０，５２は、ホルダー５４の端部から夫々臨出している。

【0039】

ホルダー５４は、シリンダーの如きアクチュエーターからなる伸縮可能なホルダー移動手段５５に接続されている。そして、ホルダー移動手段５５の伸縮によって、球状転動体５０，５２は、ホルダー５４と共に直線Ｌｍ（Ｌｌ）に沿って平行移動可能であり、第１球状転動体５０とディスク２０，３０、第２球状転動体５２と第２ディスク４０との当接する位置を変えることができる。

【0040】

また、第１ディスク２０又はフリーディスク３０と、第２ディスク４０には、夫々ディスクブレーキの如きブレーキ手段（図示せず）を具え、必要に応じてこれらディスク２０，３０，４０をロック状態にすることができる。ブレーキ手段はＣＰＵ９０によって、そのロック、アンロック状態が制御される。

【0041】

上記構成の無段変速機１０は、下記要領で作動する。

【0042】

無段変速機１０は、入力軸２４からの回転力が入力されると、第１ディスク２０が回転し、フリーディスク３０が第１ディスク２０とは逆向きに従動回転する。たとえば入力軸２４の回転方向を図３の矢印Ａｍ方向とすると、第１ディスク２０は駆動軸６２と同じ矢印Ａ１で示す方向に回転し、フリーディスク３０は第１ディスク２０とは逆向きの矢印Ａｆで示す逆方向に回転する。

【0043】

なお、以下では、入力軸２４の図示の回転方向（矢印Ａｍ）を正方向と称し、ディスク２０，３０，４０又は出力軸４４がこれと同じ方向に回転する場合には正方向に回転、Ａｍとは逆向きに回転する場合には逆方向に回転と記載する。

【0044】

第１球状転動体５０は、第１ディスク対向面２１又はフリーディスク対向面３１と摩擦接触しているから、ディスク２０，３０の回転により直線Ｌｍに対して垂直な面内で従動回転する。図３の例では、第１球状転動体５０は第１ディスク対向面２１上にあるから、図中矢印Ｂ１で示す方向に回転する。

【0045】

なお、以下では、第１球状転動体５０の回転方向（矢印Ｂ１）を縦・正方向と称し、Ｂ１とは逆の第２球状転動体５２の回転方向は、縦・逆方向回転（矢印Ｂ２）と称する。

【0046】

第２球状転動体５２は、第１球状転動体５０と摩擦接触しているから、第１球状転動体５０の回転により、第１球状転動体５０と同じ直線Ｌｍ（Ｌｌ）に対して垂直な面内で第１球状転動体５０とは逆向きに従動回転する。図３の例では、第２球状転動体５２は、第１球状転動体５０の回転方向Ｂ１に対して逆向きの矢印Ｂ２で示す縦・逆方向に回転する。

【0047】

そして、第２球状転動体５２と摩擦接触している第２ディスク４０は、第２球状転動体５２の回転により従動回転する。第２球状転動体５２が、直線Ｌｌに対して垂直な面内で回転（矢印Ｂ２）している場合には、第２ディスク４０は、図３に示すように、矢印Ａ２に示ように、第１ディスク２０とは逆方向に回転する。第２ディスク４０の回転によって、第２ディスク４０に接続された出力軸４４が、第２ディスク４０と同じ矢印Ａｌで示す逆方向に回転し、負荷８０を駆動することができる。

【0048】

本発明では、球状転動体５０，５２は、ホルダー５４の平行移動によって、図５に示すように、第１球状転動体５０が第１ディスク対向面２１又はフリーディスク対向面３１の何れと接するか、また、その接する位置を変えることができる。また、これに伴って、第２球状転動体５２が第２ディスク対向面４１と接する位置を変えることができる。これにより、入力軸２４の回転は、その方向と変速比（回転数と回転トルク）を変えて出力軸４４に伝達される。

【0049】

図６乃至図１０は、球状転動体５０，５２の位置を変えた状態の図である。より詳細には、図６は、第１球状転動体５０が第１ディスク２０とフリーディスク３０の接点Ｃ上にある状態（図５の位置ｃ）である。図７及び図８は、第１球状転動体５０が第１ディスク２０側にある状態であって、図７は、第１球状転動体５０が第１ディスク２０の内周側に位置する状態（図５の領域ａ）、図８は、第１球状転動体５０が第１ディスク２０の外周側（図５の領域ｂ）、を示している。また、図９及び図１０は、第１球状転動体５０がフリーディスク３０側にある状態であって、図９は、第１球状転動体５０がフリーディスク３０の内周側（図５のｄ）、図１０は、第１球状転動体５０がフリーディスク３０の外周側に位置する状態（図５の領域ｅ）を示している。

【0050】

ここで、第１ディスク２０上に第１球状転動体５０がある図７及び図８の状態において、第１ディスク２０の回転中心Ｏ１から第１球状転動体５０までの距離をＳ１、第２ディスク４０の回転中心Ｏ２から第２球状転動体５２までの距離をＳ２とする。また、フリーディスク３０上に第１球状転動体５０がある図９及び図１０の状態において、フリーディスク３０の回転中心Ｏｆから第１球状転動体５０までの距離をＳｆ、第２ディスク４０の回転中心Ｏ２から第２球状転動体５２までの距離をＳ２とする。また、駆動軸６２、すなわち第１ディスク２０の回転数をＲｍ、回転トルクをＴｍとする。

【0051】

すなわち、第１球状転動体５０の位置が第１ディスク対向面２１上にあって入力軸２４の回転中心に近い領域にある領域ａでは、図７に示すようにＳ１＜Ｓ２となり、入力軸２４の回転中心から離れた領域にある領域ｂでは、図８に示すようにＳ１＞Ｓ２となる。また、第１球状転動体５０の位置が第１ディスク２０とフリーディスク３０の接点Ｃ上にある位置ｃでは、図６に示すようにＳ１＝Ｓｆ、Ｓ２＝０となる。さらに、第１球状転動体５０の位置がフリーディスク対向面３１上にあって入力軸２４の回転中心から離れた領域にある領域ｄでは、図９に示すようにＳｆ＞Ｓ２、入力軸３４の回転中心から近い位置にある領域ｅでは、図１０に示すようにＳｆ＜Ｓ２となる。

【0052】

ホルダー５４を平行移動させることにより、入力軸２４の回転が、出力軸４４にどのように伝達されるか、図５乃至図１０を参照しながら説明する。

【0053】

図６に示すように、第１球状転動体５０が第１ディスク２０とフリーディスク３０の接点Ｃ上（位置ｃ）にあり、第２球状転動体５２が第２ディスク４０の回転中心Ｏ２にある場合には、第２球状転動体５２は、図６に示すように静止する。第２球状転動体５２が静止することで、第１球状転動体５０も静止し、第２ディスク４０を回転させる方向の動力伝達はない。従って、第２ディスク４０及び出力軸４４は動力を受けない状態、すなわち停止したニュートラル状態になる。

【0054】

一方、図７及び図８に示すように、第１球状転動体５０が第１ディスク２０側にある場合には（図５の領域ａ、領域ｂ）、第１球状転動体５０が第１ディスク対向面２１と接している。この状態で、入力軸２４を正方向Ａｍに回転させて第１ディスク２０が正方向（Ａ１）に回転すると、第１球状転動体５０は、縦・正方向（Ｂ１）に回転する。第２球状転動体５２は、第１球状転動体５０の回転を受けて、縦・逆方向（Ｂ２）に回転する。そして、第２ディスク４０は、第２球状転動体５２により、第１ディスク２０とは逆向きの逆方向（Ａ２）に回転し、出力軸４４も同じＡｌ方向に回転する。

【0055】

このとき、第２ディスク４０（出力軸４４も同じ）の回転数Ｒ２はＲｍ×（Ｓ１／Ｓ２）となり、回転トルクＴ３は、Ｔｍ×（Ｓ２／Ｓ１）になる。

【0056】

図５に示す領域ａ（図７）では、第１球状転動体５０は第１ディスク２０の内周側、第２球状転動体５２は第２ディスク４０の外周側に位置するから、Ｓ１＜Ｓ２となるから、第２ディスク４０の回転数Ｒ２は、第１ディスク２０の回転数Ｒ１よりも小さく、トルクＴ３はＴｍよりも大きくなる。

【0057】

領域ａと領域ｂの境界位置（Ｓ１＝Ｓ２）では、第１ディスク２０と第２ディスク４０は、回転方向は逆向きではあるが、回転数、回転トルク共に同じ値になる。

【0058】

逆に、図８に示す第１球状転動体５０が第１ディスク対向面２１の外周側、第２球状転動体５２が第２ディスク４０の内周側に移動する領域ｂ（図５）では、Ｓ１＞Ｓ２であるから、第２ディスク４０の回転数Ｒ２は、第１ディスク２０の回転数Ｒ１よりも大きく、トルクＴ３はＴｍよりも小さくなる。

【0059】

図９及び図１０は、第１球状転動体５０が接点Ｃを越えて、フリーディスク３０のフリーディスク対向面３１と接している状態を示している。この状態では、第１ディスク２０の正方向回転（Ａｍ）に対し、フリーディスク３０は逆方向に回転しているが（Ａｆ）、図７及び図８と同様に、第１球状転動体５０に対するフリーディスク３０の相対的な移動方向は同じであるから、第１球状転動体５０は、縦・正方向（Ｂ１）に回転する。第２球状転動体５２は、第１球状転動体５０の回転を受けて、縦・逆方向（Ｂ２）に回転する。そして、第２ディスク４０は、第２球状転動体５２の縦・逆方向（Ｂ２）の回転を受けるが、第２球状転動体５２は、第２ディスク４０の回転中心Ｏ２を越えていることから、図７及び図８の場合とは異なり、フリーディスク３０とは逆向き、すなわち第１ディスク２０とは同じ向きの正方向（Ａ２’）に回転する。また、出力軸４４も第２ディスク４０と同じ正方向（Ａｌ’）に回転する。

【0060】

このとき、第２ディスク４０（出力軸４４も同じ）の回転数Ｒ２はＲｍ×（Ｓｆ／Ｓ２）となり、回転トルクＴ３は、Ｔｍ×（Ｓ２／Ｓｆ）になる。

【0061】

図５に示す領域ｄ（図９）では、第１球状転動体５０がフリーディスク対向面３１の外周側、第２球状転動体５２が第２ディスク４０の内周側に位置するから、Ｓｆ＞Ｓ２となり、第２ディスク４０の回転数Ｒ２は、フリーディスク３０（第１ディスク２０）の回転数Ｒ１よりも大きく、トルクＴ３はＴｍよりも小さくなる。

【0062】

領域ｄと領域ｅの境界位置（Ｓｆ＝Ｓ２）では、第２ディスク４０は、第１ディスク２０と同じ向きの正方向に回転するが、その回転数、回転トルク共にフリーディスク３０（第１ディスク２０）と同じ値になる。

【0063】

逆に、図１０に示す第１球状転動体５０がフリーディスク対向面３１の内周側、第２球状転動体５２が第２ディスク４０の外周側となる領域ｅ（図５）では、Ｓｆ＜Ｓ２であるから、第２ディスク４０の回転数Ｒ２は、フリーディスク３０（第１ディスク２０）の回転数Ｒ１よりも小さく、トルクＴ３はＴｍよりも大きくなる。

【0064】

上記のように、本発明の無段変速機１０によれば、球状転動体５０，５２とディスク２０，３０，４０との接触位置を調整するだけで、入力軸２４から出力軸４４に伝達される動力の回転方向や変速比、回転トルクを自在に変化させることができる。

【0065】

また、無段変速機１０は、ディスク２０，３０，４０と球状転動体５０，５２、球状転動体５０，５２を保持するホルダー５４及びホルダー移動手段５５により構成することができるから、構成が簡便であり、また、メンテナンス性にもすぐれる。

【0066】

上記構成の無段変速機１０を具えた駆動機構６０は、図１に示すように、中央制御装置（ＣＰＵ９０を主体として構成される）によって制御される。ＣＰＵ９０には、駆動機構６０のすべての制御のためのプログラムや設定を記憶するＲＯＭやＲＡＭなどの記憶手段（図示せず）が接続されている。

【0067】

ＣＰＵ９０は、操作部９１に電気的に接続されており、操作部９１からの操作に基づいて、駆動源６１の出力及び回転数を制御すると共に、無段変速機１０のホルダー移動手段５５（アクチュエーター）の伸縮を制御して、無段変速機１０の変速比及び動力伝達方向を制御する。また、無段変速機１０の入力軸２４には、回転数やトルクを検出する検出器９２が配備されており、その検出値は、ＣＰＵ９０に送信される。

【0068】

また、蓄積部７０には、蓄積部７０に蓄積されているエネルギー（回生エネルギーを含む）を検出するセンサー９３が配備されており、その検出値は、ＣＰＵ９０に送信される。

【0069】

そして、ＣＰＵ９０は、各軸の回転数、トルク、蓄積部７０の蓄積エネルギー量を把握し、操作部９１からの操作及びセンサー９３から蓄積部７０のエネルギー蓄積状況を比較部９４にて比較し、ホルダー移動手段５５及び駆動源６１を制御する。

【0070】

上記構成の駆動機構６０の基本的な動作は以下のとおりである。

【0071】

駆動源６１を作動させることにより、駆動軸６２が回転し、駆動軸６２に接続されたゼンマイバネ７１が内端側から巻き込み方向に巻回されて、蓄積部７０にエネルギーが蓄積される。なお、蓄積部７０に蓄えられたエネルギーが最大となったことがセンサー９３によって検知されると、ＣＰＵ９０は、駆動源６１を停止させるよう制御する。この制御は、以下の何れの場合であっても同様である。

【0072】

そして、蓄積部７０に蓄積されたエネルギー（回生エネルギーを含む）は、無段変速機１０を通じて負荷８０を駆動させる。たとえば、負荷８０を駆動させる場合には、操作部９１が操作（アクセル操作）されることで、ＣＰＵ９０は、センサー９３によって検知された蓄積部７０に蓄積されたエネルギーと必要な動力を比較部９４にて算出し、無段変速機１０の回転数やトルクを検出器９２で検出しつつ、負荷８０に最適な駆動力供給ができるようにホルダー移動手段５５を伸縮させる。これにより、蓄積部７０から無段変速機１０を介して負荷８０に回転力が伝達され、負荷８０が加速又は減速する。

【0073】

負荷８０が駆動している状態で、駆動源６１を作動させておくことにより、駆動軸６２の回転数が、入力軸２４の回転数よりも大きければ、蓄積部７０に追加のエネルギーが蓄積される。また、駆動軸６２と入力軸２４の回転数が同じであれば、蓄積部７０には追加のエネルギーが蓄積されることなく一定に保持される。さらに、駆動軸６２の回転数が、入力軸２４の回転数よりも小さい又は停止すれば、駆動源６１の動力と蓄積部７０のエネルギーが負荷８０で消費されることになり、蓄積部７０に蓄積されているエネルギーは減少することになる。

【0074】

一方、負荷８０を減速させる場合には、操作部９１が操作（ブレーキ操作）されることで、ホルダー移動手段５５を操作して、負荷８０の制動力を無段変速機１０を介して蓄積部７０に伝達することにより、ゼンマイバネ７１が巻き込み方向に巻回されて、回生エネルギーが蓄積部７０に蓄積される。このとき、ＣＰＵ９０は、無段変速機１０の回転数やトルクを検出器９２で検出し、また、センサー９３にて蓄積部７０に既に蓄積されているエネルギー量を参照して、最適に回生エネルギーを蓄積部７０に蓄積できるよう制御する。

【0075】

具体的には、負荷８０がタイヤである移動体の走行について考えると、以下のごとく制御される。

【0076】

（１）停止状態から前進加速する場合
停止状態は第１ディスク２０がブレーキ手段によってロック状態の図６の位置ｃにある状態である。この状態から、負荷８０に与える必要トルクは、人的操作の程度に合わせた演算をＣＰＵ９０が行ない、ホルダー移動手段５５を通じて球状転動体５０，５２の位置を決める。この際、第１ディスク２０のブレーキ手段を解除してロックを外し、位置ｃから領域ａ（図５、図７）、領域ｂ（図５、図８）の方向に移動させる（図１１のα：前進駆動モード）。人的操作で加速度の程度に違いがあるが、急加速の操作があればＣＰＵ９０の判断でトルクの強い領域ａ側に第１球状転動体５０及び第２球状転動体５２を移動させる。

【0077】

（２）加速から定速にする場合
自然減速分のエネルギーロスを駆動源６１及び蓄積部７０から負荷８０に対して補充し続ける必要がある。即ち、走行中に負荷８０にはエネルギーロス（消費分）に相当する動力を供給しなければならない．これは、微弱な加速モードになる。

【0078】

（３）定速から減速する場合
図５に示す領域ｂ（図８）から領域ｄ（図９）に球状転動体５０，５２を移動させることで、第１球状転動体５０がフリーディスク３０と当接し、負荷８０の回転方向が逆方向のモーメントが働き、減速する（図１１のα→β：後進駆動モード）。

【0079】

減速量が人的操作による減速動作の程度によるが、蓄積部７０に対して逆回転動作、すなわち、ゼンマイバネ７１を締め付ける方向になる。ここで、負荷８０側に蓄積部７０のゼンマイバネ７１の出力トルクに勝るトルクを蓄積部７０に与える必要がある。無段変速機１０による最適な変速値をＣＰＵ９０が演算し調整指示を出す。

【0080】

（４）減速から停止する場合
通常の減速が領域ｄの位置から、緩やかな減速の場合にはＣＰＵ９０の判断であるが、第１球状転動体５０及び第２球状転動体５２はＣ点（位置ｃ）に向かう（図１１のβ→γ：前進減速、停止）。しかしながら、急減速の場合には図５の領域ｄ（図９）のまま、第１球状転動体５０がフリーディスク３０の回転中心Ｏｆに近づくことで負荷８０は停止状態となる。

【0081】

ここで、停止直前に第１球状転動体５０及び第２球状転動体５２は図６の位置ｃに戻り、蓄積部７０から見て出力への動力伝達はないため、第１ディスク２０又はフリーディスク３０をブレーキ手段によってロックする必要がある。この一連の動作は全て演算結果によりＣＰＵ９０が判断して実行する。

【0082】

（５）停止から後進加速する場合
ブレーキ手段によるすべてのロックを外して第１球状転動体５０を図６の位置ｃから徐々に図５の領域ｄ（図９）に移動させる（図１１のε：後進駆動モード）。人的操作により、後進のアクセルの値に応じた制御は行なう。

【0083】

なお、高速の加速後進はないとすれば、図５の領域ｅ（図１０）まで移動させる必要はない。

【0084】

（６）後進加速から後進定速の場合
第１球状転動体５０は図５の領域ｄ（図９）に位置し、上記した（２）と同じ考え方でエネルギーロス分の供給をＣＰＵ９０が判断して位置調整を行なう。

【0085】

（７）後進定速から後進減速する場合
図５の領域ｄ（図９）から領域ｂ（図８）に第１球状転動体５０を移動させる。領域ｂは、上記した（２）のモードであるが、移動体の後進運動エネルギーを蓄積部７０に逆流蓄積することで後進減速となる（図１１のε→δ：前進駆動モード）。

【0086】

（８）後進減速から停止する場合
上記（７）の前進モードで後進運動エネルギーが尽きることは、移動体の停止を意味し図６の位置ｃで停止する（図１１のδ→ζ：後進減速、停止）。このとき、ＣＰＵ９０は第２ディスク４０をブレーキ手段によってロックする必要がある。

【0087】

（９）前進の加速中の加速
（１）における加速中に、さらなる加速を行なうには、領域ａ又は領域ｂのから第１球状転動体５０を第１ディスク２０の回転中心Ｏ１により接近させればよい。但し、第１球状転動体５０が回転中心Ｏ１と重なると、蓄積部７０から見て無負荷状態になってしまうため、第１球状転動体５０は回転中心Ｏ１までは移動させない。

【0088】

（１０）前進中に急減速する場合
図５の領域ａ又は領域ｂから領域ｃ又は領域ｄに第１球状転動体５０を移動させる。これは、後進モードになることで、移動体の慣性運動エネルギーが蓄積部７０に対して逆トルクとして作用し（ゼンマイバネ７１の締め付け動作）、これにより、移動体の運動エネルギーを蓄積部７０に回生エネルギーとして移すことができる。このとき、第１球状転動体５０がフリーディスク３０の回転中心Ｏｆに近づくほど、急激な減速になり、大きな回生エネルギーが蓄積部７０に蓄積される。この場合も、人的操作による急減速情報と移動体の速度からＣＰＵ９０が演算を行ない、第１球状転動体５０及び第２球状転動体５２の適切な位置を調整すればよい。

【0089】

（１１）前進急減速から停止に至る場合
第１球状転動体５０を上記の領域ｄ又は領域ｅからフリーディスク３０の回転中心Ｏｆ方向に移動させることで、移動体が停止する。第１球状転動体５０及び第２球状転動体５２を図６の位置ｃに移動させることで、（４）と同様初期状態に戻る。

【0090】

上記のように、球状転動体５０，５２の位置を調整するだけで、負荷８０の回転数や回転トルク、回転方向を自在に制御でき、移動体の前進、後進等を行なうことができる。また、蓄積部７０にエネルギー（回生エネルギーを含む）を蓄積し、また、このエネルギーを放出することで、エネルギーを有効に活用できると共に、駆動源６１の出力を補助できるから、駆動源６１の小型化を図ることができるなど種々の利点がある。

【0091】

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

【0092】

たとえば、上記実施形態では、球状転動体は、第１球状転動体５０と第２球状転動体５２の２つであるが、３つ以上とすることもできる。この場合、球状転動体の数が偶数であれば、駆動軸６２（入力軸２４）と出力軸４４の回転方向は上記説明どおりであるが、球状転動体の数が奇数であれば、駆動軸６２（入力軸２４）と出力軸４４の回転方向は、上記とは逆になる。

【0093】

また、上記実施形態では、第１球状転動体５０と第２球状転動体５２の直径は同じであるが、これらの直径を変えても構わない。

【0094】

さらに、上記実施形態では、第１ディスク２０及びフリーディスク３０を駆動側、第２ディスク４０を負荷側としているが、第１ディスク２０及びフリーディスク３０を負荷側、第２ディスク４０を駆動側に配置しても構わない。

【符号の説明】

【0095】

１０ 無段変速機
２０ 第１ディスク
２１ 第１ディスク対向面
３０ フリーディスク
３１ フリーディスク対向面
４０ 第２ディスク
４１ 第２ディスク対向面
５０ 第１球状転動体
５２ 第２球状転動体
５４ ホルダー
５５ ホルダー移動手段
６０ 駆動機構
６１ 駆動源
６２ 駆動軸
７０ 蓄積部
８０ 負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】