JP2000257684A

JP2000257684A - 摩擦式変速機

Info

Publication number: JP2000257684A
Application number: JP11057925A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Otaki; 大滝　　亮一
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2000-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】単一の変速機で大きな変速比を実現でき、し
かもトルクが変動した場合でも常に良好な伝達効率を得
られる構造を実現する。【解決手段】回転軸６の回転を、伝達ローラ１９ａ、
１９ｂを介して伝達軸１４、１４に伝達し、これら各伝
達軸１４、１４を、自転しつつ公転させる。これら各伝
達軸１４、１４とリング部材１０との間に設けたウェッ
ジリング１３、１３の働きにより、各摩擦係合部の当接
圧を、伝達すべきトルクに応じて増減させる。上記各伝
達軸１４、１４の公転運動を、キャリア部材１６を介し
て、第二の回転軸２３により取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明に係る摩擦変速機
は、例えば各種機械装置或は電動補助自転車等に組み込
んで、電動モータの出力を減速すると共にトルクを増大
して被駆動部に伝達する為の減速機として、或は被駆動
部を高速回転させる為の増速機として、利用する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】電動モー
タ等の駆動源と被駆動部との間に減速機を設け、この被
駆動部を大きなトルクで回転させたり、或は上記駆動源
と被駆動部との間に増速機を設け、この被駆動部を高速
回転させる事が、従来から広く行なわれている。この様
な減速機或は増速機として利用する変速機として従来か
ら、歯車式のものが広く使用されている。ところが、歯
車式の変速機は、高速運転時に比較的大きな騒音や振動
が発生する為、用途によっては好ましい変速機とは言え
ない。

【０００３】これに対して、複数のローラ同士を摩擦係
合させて、所謂トラクションドライブを行なわせる摩擦
変速機も、従来から使用されている。この様な摩擦変速
機は、歯車式の変速機に比べて、運転時に発生する騒音
や振動を低く抑える事ができる一方で、伝達効率の確保
が難しくなると言った問題を生じる。即ち、摩擦変速機
の伝達効率を確保する為には、摩擦面同士の当接圧を適
正値に規制する必要がある。そして、この適正値は、伝
達すべきトルクの大きさに応じて変わり、このトルクが
小さい場合には適正値も小さく、このトルクが大きい場
合には適正値も大きくなる。この為、伝達すべきトルク
の大きさが変動する様な用途では、常に良好な伝達効率
を維持する事は難しい。

【０００４】これに対して、ローラの一部を変位させる
事により、伝達すべきトルクに応じて摩擦面同士の当接
圧を変化させる、所謂ウェッジローラ型の摩擦変速機
も、例えば米国特許第４７０９５８９号明細書等に記載
されている様に、従来から知られている。但し、上述の
様なウェッジローラ型の摩擦変速機は、変速機全体とし
ての応力分布が、円周方向に亙って不均一になる為、大
きなトルクを伝達する用途には不向きである等、用途に
よっては必ずしも最良の構造であるとは言えない。本発
明の摩擦変速機は、上述の様な事情に鑑みて発明したも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の摩擦式変速機
は、回転軸と、リング部材と、複数本の伝達軸と、これ
ら各伝達軸毎に１対ずつ設けた伝達ローラと、これら各
伝達軸毎に１個ずつ設けたウェッジリングとを備える。
このうちの回転軸の一部外周面は、第一の摩擦円筒面と
している。又、上記リング部材は、この回転軸の周囲に
この回転軸と同心に配置され、その内周面を第二の摩擦
円筒面としている。又、上記各伝達軸は、この第二の摩
擦円筒面と上記第一の摩擦円筒面との間で、上記回転軸
をその中心とする仮想円筒面上に、この回転軸と平行に
配置されている。そして、上記各伝達軸の中間部で上記
リング部材の内径側に位置する部分を第三の摩擦円筒面
とし、それぞれの端部をキャリア部材に対し回転自在に
支持している。又、上記各伝達ローラは、上記各伝達軸
の一部で上記リング部材を軸方向両側から挟むそれぞれ
２個所位置ずつで、これら各伝達軸に固定されている。
そして、上記各伝達ロータの外周面にそれぞれ設けた第
四の摩擦円筒面を、上記第一の摩擦円筒面に摩擦係合さ
せている。又、上記各ウェッジリングは円筒状に形成し
たもので、それぞれの外周面を上記第一の摩擦円筒面と
摩擦係合する第五の摩擦円筒面とし、それぞれの内周面
を上記第三の摩擦円筒面と摩擦係合する、この第三の摩
擦円筒面よりも大径の第六の摩擦円筒面としている。更
に、本発明の摩擦式変速機は、上記リング部材と上記キ
ャリア部材とのうちの一方の部材を固定すると共に、他
方の部材により回転力の出し入れを自在として成る。

【０００６】

【作用】上述の様に構成する本発明の摩擦変速機によれ
ば、回転軸と、リング部材とキャリア部材とのうちで固
定されない他方の部材との間で摩擦係合に基づく動力伝
達を行なうと同時に、変速動作を行なえる。又、本発明
の摩擦変速機によれば、上記回転軸と他方の部材との間
での動力の伝達に伴い、各ウェッジリングの直径方向と
回転軸及びリング部材の直径方向とが不一致となり、こ
れら各ウェッジリングが、第一の摩擦円筒面と第三の摩
擦円筒面との間で突っ張る。しかも、突っ張る程度は、
伝達軸を通じて伝達されるトルクの大きさに応じて変化
する。従って、上記第一の摩擦円筒面と第四の摩擦円筒
面との当接圧、第二の摩擦円筒面と第五の摩擦円筒面と
の当接圧、並びに上記第三の摩擦円筒面と第六の摩擦円
筒面との当接圧が、上記トルクの大きさに応じて適正値
になる。この結果、回転軸と他方の部材との間で、効率
の良い動力伝達を行なえる。又、複数段に亙って変速を
行なうので、１個の摩擦変速機で大きな変速比を得られ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１〜３は、本発明の実施の形態
の１例を示している。変速機ケース１は、それぞれが有
底円筒状に形成した１対の半片２ａ、２ｂを最中状に突
き合わせると共にねじ３、３により結合して成る。この
うちの一方（図１の右方）の半片２ａを構成する端板部
４の中心部に形成した第一の通孔５の内側に回転軸６
を、深溝型の玉軸受７により、軸方向に亙る変位を阻止
した状態で、回転自在に支持している。この回転軸６の
先半部（図１の左半部）外周面は、第一の摩擦円筒面８
としている。

【０００８】又、上記一方の半片２ａを構成する円筒状
の胴部９の内周面にはリング部材１０を、締り嵌めによ
り内嵌固定している。この状態でこのリング部材１０
は、上記回転軸６の周囲にこの回転軸６と同心に配置さ
れている。又、上記リング部材１０の内周面は、第二の
摩擦円筒面１１としている。図示の例では、この第二の
摩擦円筒面１１の軸方向両側に、内向フランジ状の鍔部
１２、１２を形成している。これら両鍔部１２、１２
は、後述するウェッジリング１３、１３の両端面外径寄
り部分と係合して、これら各ウェッジリング１３、１３
が軸方向にずれ動く事を防止する。

【０００９】又、上記第二の摩擦円筒面１１と上記第一
の摩擦円筒面８との間には、複数本（図示の例では３
本）の伝達軸１４、１４を、円周方向に亙り等間隔に配
置している。これら各伝達軸１４、１４と上記回転軸６
とは平行で、且つ、これら各伝達軸１４、１４の中心軸
と回転軸６の中心との距離はそれぞれ同じとしている。
言い換えれば、上記各伝達軸１４、１４は、上記回転軸
６をその中心とする仮想円筒面上に、この回転軸６と平
行に配置されている。そして、上記各伝達軸１４、１４
の中間部で上記リング部材１０の内径側に位置する部分
を、第三の摩擦円筒面１５としている。

【００１０】そして、上記各伝達軸１４、１４の一端部
（図１の左端部）を、それぞれキャリア部材１６に対し
回転自在に支持している。このキャリア部材１６は、全
体を円板状に形成したもので、円周方向等間隔複数個所
に、それぞれ支持円孔１７、１７を形成している。上記
各伝達軸１４、１４の一端部は、これら各支持円孔１
７、１７の内側に、それぞれ深溝型の玉軸受１８、１８
により支持している。従って、上記各伝達軸１４、１４
は上記キャリア部材１６に対し、軸方向に亙る変位を阻
止した状態で、回転自在に支持されている。又、上記キ
ャリア部材１６の中心部には、第二の回転軸２３を固設
して、このキャリア部材１６により、回転力の出し入れ
を自在としている。この第二の回転軸２３は、前記１対
の半片２ａ、２ｂのうちの他方（図１の左方）の半片２
ｂを構成する端板部２４の中心部に形成した第二の通孔
２５の内側に、深溝型の玉軸受２６により支持してい
る。この状態で上記第二の回転軸２３は前記変速機ケー
ス１に対し、上記回転軸６と同心に配置され、軸方向に
亙る変位を阻止した状態で、回転自在に支持されてい
る。

【００１１】又、上記各伝達軸１４、１４の他端部（図
１の右端部）と中間部とには、それぞれ伝達ローラ１９
ａ、１９ｂを固設している。このうち、他端部側に設け
る伝達ローラ１９ａ、１９ａは、それぞれ上記各伝達軸
１４、１４と一体に形成している。これに対して、中間
部に設ける伝達ローラ１９ｂ、１９ｂは、それぞれ上記
各伝達軸１４、１４の中間部に形成した外向フランジ状
の鍔部２０と、これら各伝達軸１４、１４の中間部に係
止した止め輪２１との間で挟持すると共に、キー２２に
より、これら各伝達軸１４、１４に対する相対回転を阻
止している。この様にして上記各伝達軸１４、１４に支
持固定した、互いに同径の上記各伝達ローラ１９ａ、１
９ｂは、前記リング部材１０及び前記第三の摩擦円筒面
１５を軸方向両側から挟む位置に存在する。そして、上
記各伝達ローラ１９ａ、１９ｂの外周面を、それぞれ第
四の摩擦円筒面２７、２７とし、これら各第四の摩擦円
筒面２７、２７を、前記回転軸６の先半部外周面に形成
した、第一の摩擦円筒面８に摩擦係合させている。

【００１２】又、上記各伝達軸１４、１４の中間部で前
記リング部材１０の内径側に位置する部分の周囲に、そ
れぞれウェッジリング１３、１３を配置している。これ
ら各ウェッジリング１３、１３は、それぞれ円筒状に形
成したもので、それぞれの外周面を前記第二の摩擦円筒
面１１と摩擦係合する第五の摩擦円筒面２８とし、それ
ぞれの内周面を上記第三の摩擦円筒面１５と摩擦係合す
る、この第三の摩擦円筒面１５よりも大径の第六の摩擦
円筒面２９としている。

【００１３】上述の様に構成する本例の摩擦変速機によ
れば、前記回転軸６と第二の回転軸２３との間で摩擦係
合に基づく動力伝達を行なうと同時に、変速動作を行な
える。例えば、上記回転軸６を入力軸とし、上記第二の
回転軸２３を出力軸として、これら回転軸６と第二の回
転軸２３との間で減速を行なわせる場合の作用は、次の
通りである。

【００１４】上記回転軸６の回転に伴い、第一の摩擦円
筒面８と第四の摩擦円筒面２７、２７との係合に基づ
き、前記各伝達ローラ１９ａ、１９ｂ及びこれら各伝達
ローラ１９ａ、１９ｂを固定した伝達軸１４、１４が自
転する。そして、この自転に基づき、これら各伝達軸１
４、１４の中間部に形成した第三の摩擦円筒面１５、１
５と、上記各ウェッジリング１３、１３の内周面に設け
た第六の摩擦円筒面２９、２９とが摩擦係合し、これら
各ウェッジリング１３、１３が、自転しつつ、上記各伝
達軸１４、１４と共に、上記回転軸６の周囲を公転す
る。この際、これら各ウェッジリング１３、１３の外周
面に設けた第五の摩擦円筒面２８、２８は、前記リング
部材１０の内周面に設けた第二の摩擦円筒面１１と摩擦
係合する。

【００１５】上記各第三の摩擦円筒面１５、１５と第六
の摩擦円筒面２９、２９との摩擦係合に基づき、上記各
ウェッジリング１３、１３に加わる円周方向の力と、上
記第二の摩擦円筒面１１と第五の摩擦円筒面２８、２８
との摩擦係合に基づき、上記各ウェッジリング１３、１
３に加わる円周方向の力とは、互いに異なる。この為、
本発明の摩擦変速機による動力の非伝達時には、図２及
び図３（Ａ）に示す様に、各ウェッジリング１３、１３
の直径方向と回転軸６及びリング部材１０の直径方向と
が一致するのに対して、動力の伝達時には、図３（Ｂ）
に誇張して示す様に、上記各ウェッジリング１３、１３
の直径方向と回転軸６及びリング部材１０の直径方向と
が不一致となる。この様に各直径方向が不一致となった
状態では、上記各ウェッジリング１３、１３の円周方向
の一部が、第二の摩擦円筒面１１と第三の摩擦円筒面１
５との間で突っ張る。

【００１６】即ち、上記各直径方向が一致している状態
では、上記第二の摩擦円筒面１１と第三の摩擦円筒面１
５との間でウェッジリング１３、１３が、最も薄い直径
方向位置で挾持される。これに対して、上記各直径方向
が不一致になると、上記第二の摩擦円筒面１１と第三の
摩擦円筒面１５との間で挟持されたウェッジリング１
３、１３が、厚さが大きい、直径方向とは異なる方向で
挾持される。この結果、上記各ウェッジリング１３、１
３が、第二の摩擦円筒面１１と第三の摩擦円筒面１５と
の間で突っ張り、この第三の摩擦円筒面１５と第六の摩
擦円筒面２９、２９との摩擦係合部、並びに上記第二の
摩擦円筒面１１と第五の摩擦円筒面２８、２８との摩擦
係合部の当接圧を高くする。同時に、前記各伝達軸１
４、１４を、前記リング部材１０の直径方向内方に押圧
して、前記各伝達ローラ１９ａ、１９ｂを上記回転軸６
に向け押圧し、前記第一の摩擦円筒面８と前記各第四の
摩擦円筒面２７、２７との摩擦係合部の当接圧を高くす
る。この為、各摩擦係合部の当接圧が十分に高くなっ
て、これら各摩擦係合部で滑りを生じる事なく、効率の
良い動力伝達を行なえる。

【００１７】上述の様に、上記各ウェッジリング１３、
１３が第二の摩擦円筒面１１と第三の摩擦円筒面１５と
の間で突っ張る際、上記各伝達軸１４、１４には、上記
回転軸６に向く強い力が加わる。本発明の摩擦変速機の
場合には、これら各伝達軸１４、１４は、上記各ウェッ
ジローラ１３、１３を軸方向両側から挟む２個所位置
で、上記各伝達ローラ１９ａ、１９ｂにより支えられて
いる。従って、上記強い力に拘らず、上記各伝達軸１
４、１４が上記回転軸６側に変位する事は殆どない。こ
の結果、上記各摩擦係合部の当接圧を十分に高くでき
る。

【００１８】しかも、上記各ウェッジリング１３、１３
が突っ張る程度は、上記伝達軸１４、１４を通じて伝達
されるトルクの大きさに応じて変化する。従って、上記
第一の摩擦円筒面８と第四の摩擦円筒面２７、２７との
摩擦係合部の当接圧、上記第二の摩擦円筒面１１と上記
各第五の摩擦円筒面２８、２８との摩擦係合部の当接
圧、並びに上記各第三の摩擦円筒面１５、１５と第六の
摩擦円筒面２９との摩擦係合部の当接圧が、上記トルク
の大きさに応じて適正値になる。即ち、伝達すべきトル
クが小さい場合には、上記各摩擦係合部の当接圧を低く
して、過大な当接圧に基づく動力損失を抑える。これに
対して、伝達すべきトルクが大きい場合には、上記各摩
擦係合部の当接圧を高くして、上記各摩擦係合部で滑り
が発生する事を防止し、伝達効率を確保する。この結
果、伝達すべきトルクが変化する様な状況でも、この変
化に拘らず、前記回転軸６と前記第二の回転軸２３との
間で、効率の良い動力伝達を行なえる。

【００１９】尚、本例の構造は、上記第二の回転軸２３
を入力軸とし、上記回転軸６を出力軸とすれば、増速機
として使用する事もできる。又、これら各回転軸６、２
３同士の間の変速比は、第一〜第六の摩擦円筒面８、１
１、１５、２７、２８、２９の直径を変える事により、
任意に調節できる。図示の様に、上記各伝達軸１４、１
４の公転運動と第二の回転軸２３の回転とを同期させる
構造の場合、上記回転軸６の回転角速度ω₁ と上記第二
の回転軸２３の回転角速度ω₂ との比ω₁ ／ω ₂ （変速
比）は、次式で表される。 ω₁ ／ω₂ ＝｛（Ｒ₂ ・Ｒ₄ ・Ｒ₆ ）／（Ｒ₁ ・Ｒ₃ ・
Ｒ₅ ）｝＋１尚、この式中、Ｒ₁ は第一の摩擦円筒面８の直径を、Ｒ
₂ は第二の摩擦円筒面１１の直径を、Ｒ₃ は第三の摩擦
円筒面１５の直径を、Ｒ₄ は第四の摩擦円筒面２７の直
径を、Ｒ₅ は第五の摩擦円筒面２８の直径を、Ｒ₆ は第
六の摩擦円筒面２９の直径を、それぞれ表している。
又、本発明を実施する場合に、キャリア部材１６を固定
すると共に、リング部材１０を回転自在とし、このリン
グ部材１０により、回転力の出し入れを自在とする事も
できる。この様な場合には、このリング部材１０の外周
面に、平歯、はす歯、ウォームホイール歯等の歯を形成
したり、或はこのリング部材１０の外周面にスプロケッ
トやプーリ溝等を形成する。尚、この場合に於ける回転
軸６の回転角速度ω₁ と上記リング部材１０の回転角速
度ω₂ との比ω₁ ／ω₂ （変速比）は、次式で表され
る。 ω₁ ／ω₂ ＝（Ｒ₂ ・Ｒ₄ ・Ｒ₆ ）／（Ｒ₁ ・Ｒ₃ ・Ｒ
₅ ）

【００２０】

【発明の効果】本発明は、以上に述べた通り構成され作
用するが、単一の変速機で大きな変速比を得る事がで
き、しかもトルクが変動した場合でも常に良好な伝達効
率を実現できるので、各種機械装置の性能向上に寄与で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例を示す、図２のＡ−
Ｏ−Ａ断面図。

【図２】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図３】（Ａ）は動力非伝達時の状態を示す、（Ｂ）は
動力伝達時の状態を誇張して示す、それぞれ図２のＣ部
拡大図。

【符号の説明】

１変速機ケース２ａ、２ｂ半片３ねじ４端板部５第一の通孔６回転軸７玉軸受８第一の摩耗円筒面９胴部１０リング部材１１第二の摩擦円筒面１２鍔部１３ウェッジリング１４伝達軸１５第三の摩耗円筒面１６キャリア部材１７支持円孔１８玉軸受１９ａ、１９ｂ伝達ローラ２０鍔部２１止め輪２２キー２３第二の回転軸２４端板部２５第二の通孔２６玉軸受２７第四の摩擦円筒面２８第五の摩擦円筒面２９第六の摩擦円筒面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一部外周面を第一の摩擦円筒面とした回
転軸と、この回転軸の周囲にこの回転軸と同心に配置さ
れ、その内周面を第二の摩擦円筒面としたリング部材
と、この第二の摩擦円筒面と上記第一の摩擦円筒面との
間で、上記回転軸をその中心とする仮想円筒面上に、こ
の回転軸と平行に配置され、それぞれの中間部で上記リ
ング部材の内径側に位置する部分を第三の摩擦円筒面と
し、それぞれの端部をキャリア部材に対し回転自在に支
持した複数本の伝達軸と、これら各伝達軸の一部で上記
リング部材を軸方向両側から挟むそれぞれ２個所位置ず
つでこれら各伝達軸に固定され、それぞれの外周面に設
けた第四の摩擦円筒面を上記第一の摩擦円筒面に摩擦係
合させた、上記各伝達軸毎に１対ずつ設けた伝達ローラ
と、上記各伝達軸毎に１個ずつ設け、それぞれの外周面
を上記第一の摩擦円筒面と摩擦係合する第五の摩擦円筒
面とし、それぞれの内周面を上記第三の摩擦円筒面と摩
擦係合する、この第三の摩擦円筒面よりも大径の第六の
摩擦円筒面とした円筒状のウェッジリングとを備え、上
記リング部材と上記キャリア部材とのうちの一方の部材
を固定すると共に、他方の部材により回転力の出し入れ
を自在として成る摩擦変速機。