JP2005024053A

JP2005024053A - 二段変速機

Info

Publication number: JP2005024053A
Application number: JP2003270119A
Authority: JP
Inventors: Yoshiji Sugita; 芳史杉田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】駆動源の低回転時の補機の電力不足および高回転時の補機の焼付きや騒音、摩耗の問題を回避できるのは勿論のこと、耐久性に優れるとともに、低騒音化、低コスト化および省スペース化を図る。
【解決手段】外輪３の一方向のみの回転力を第１の摩擦ローラ群Ｒ１および第２の摩擦ローラ群Ｒ２を介して中心ローラ１に摩擦伝動して該中心ローラ１を出力軸とするとともに、第１の摩擦ローラ群Ｒ１側と第２の摩擦ローラ群Ｒ２側とで変速比を異ならせ、且つ第１の摩擦ローラ群Ｒ１および第２の摩擦ローラ群Ｒ２の内の少なくとも出力回転速度が高い側の摩擦ローラ群Ｒ１による外輪３と中心ローラ１との間の摩擦伝動および解除を切替可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車両のオルタネータやエアコン用コンプレッサ等の補機に組み込んで、エンジン等の駆動源の回転駆動力を減速あるいは増速しつつ被駆動部に伝達する二段変速機に関する。

自動車のオルタネータやエアコン用コンプレッサ等のエンジン補機は、プーリとベルトによって駆動されるものが大部分であり、補機の回転速度は、エンジン側のクランクシャフトの回転速度とプーリ比によって決定される。そのため、補機の回転速度はエンジンの回転速度に依存し、自動車の運転条件によって変化する。

しかし、補機にはそれぞれ最適な回転速度が存在するため、エンジンの低回転時や高回転時には効率が低下し、特に、オルタネータにおいてはアイドリング時等低回転時には十分な電力を発生させることができない。

また、近年、自動車の快適性の向上のため電装品が増加する傾向にあり、消費電力が増加している。このように消費電力が増加した場合、低回転時には電力不足が懸念される。

この場合、オルタネータで低回転域においても十分な出力を得るためにプーリ径を小さくすれば、オルタネータの回転速度が上がり、エンジンの低回転時にも十分な電力を得ることができるが、エンジンが高回転時にはオルタネータの回転速度が過剰に上がり、オルタネータの焼付きや騒音、摩耗といった問題が生じる。

そこで、エンジンの低回転時の補機の電力不足および高回転時の補機の焼付きや騒音、摩耗の問題を解決すべく、プーリと補機との間に変速機を配設してエンジンの高回転時では低変速比、低回転時では高変速比となるように変速比を切り替えるようにしたものがある。

このような変速機としては、例えば遠心クラッチ式の二段変速プーリ装置（例えば特許文献１参照）、無段変速機構を備えた補機駆動装置（例えば特許文献２参照）、オルタネータ若しくはその周辺に電磁クラッチを搭載したプーリ装置（例えば特許文献３参照）等が提案されている。
特許第２８８３９０８号公報特開平１０−２８８０４５号公報特開２０００−９２１０号公報

特許文献１に記載の二段変速プーリ装置においては、図７に示すように、変速比の切替タイミングが一箇所に固定されるため、エンジンがほぼ一定速度の運転でその時のエンジンの回転速度が切替時の回転速度であると、変速が繰り返され、変速機の耐久性低下が予想される。また、遊星歯車を使った機構であることから、騒音が問題となる。

また、特許文献２に記載の無段変速機構を備えた補機駆動装置では、構造が複雑なためコスト高や強度不足が予想され、特許文献３に記載のプーリ装置では、オルタネータもしくはその周辺に電磁クラッチを搭載するスペースを設けなければならない。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動源の低回転時の補機の電力不足および高回転時の補機の焼付きや騒音、摩耗の問題を回避することができるのは勿論のこと、耐久性に優れるとともに、低騒音化、低コスト化および省スペース化を図ることができる二段変速機を提供することである。

前述した目的を達成するために、本発明は、駆動源からベルトおよびプーリを介して伝達された回転駆動力を変速する二段変速機であって、中心ローラと、該中心ローラの外周側にその回転軸線を前記中心ローラの回転軸線に対して偏心させた状態で配置されるとともに前記プーリの回転力が入力される外輪と、前記外輪と前記中心ローラとの間に形成された周方向の幅寸法が異なる第１の環状空間と、該第１の環状空間に配置された第１の摩擦ローラ群と、前記外輪と前記中心ローラとの間に前記第１の環状空間から軸方向に離間して形成された周方向の幅寸法が異なる第２の環状空間と、該第２の環状空間に配置された第２の摩擦ローラ群とを備え、前記外輪の一方向のみの回転力を前記第１の摩擦ローラ群および前記第２の摩擦ローラ群を介して前記中心ローラに摩擦伝動して該中心ローラを出力軸とするとともに、前記第１の摩擦ローラ群側と前記第２の摩擦ローラ群側とで変速比を異ならせ、且つ前記第１の摩擦ローラ群および前記第２の摩擦ローラ群の内の少なくとも出力回転速度が高い側の摩擦ローラ群による前記外輪と前記中心ローラとの間の摩擦伝動および解除を切替可能としたことを特徴としている。

このように構成された二段変速機においては、駆動源の低回転時には、出力回転速度が高い側の摩擦ローラ群による前記外輪と前記中心ローラとの間の摩擦伝動により中心ローラに回転力が伝達される。このとき、出力回転速度が低い側の摩擦ローラ群は中心ローラの方が回転速度が高いため、相対的に見ると中心ローラに対して逆回転して空転する。

一方、駆動源の高回転時には、出力回転速度が高い側の摩擦ローラ群による前記外輪と前記中心ローラとの間の摩擦伝動を解除し、出力回転速度が低い側の摩擦ローラ群による前記外輪と前記中心ローラとの間の摩擦伝動により中心ローラに回転力が伝達される。

これにより、駆動源の低回転時の補機の回転速度の不足時には変速比を上げることにより補機を適切な回転速度で回転させることができ、また、駆動源の高速回転時には変速比を下げて補機の回転速度を抑制し、焼付きや摩耗、騒音等の問題を回避できる。

また、変速比の切替タイミングが一箇所に固定されないため、駆動源がほぼ一定速度の運転でその時のエンジンの回転速度が切替時の回転速度であっても変速が繰り返されることがなく、変速機の耐久性の向上を図ることができ、また、摩擦ローラ群を用いた機構であることから低騒音化を図ることができる。

さらに、摩擦ローラ群を用いた機構であることから、構造が簡単で低コスト化および高強度化が図られ、しかもオルタネータもしくはその周辺に電磁クラッチを搭載するスペースを設ける必要がないため省スペース化を図ることができる。

以上、説明したように、本発明によれば、駆動源の低回転時の補機の電力不足および高回転時の補機の焼付きや騒音、摩耗の問題を回避することができるのは勿論のこと、耐久性に優れるとともに、低騒音化、低コスト化および省スペース化を図ることができる二段変速機を提供することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る第１実施形態である二段変速機を示す断面図、図２は第１の摩擦ローラ群と第２の摩擦ローラ群との配置を説明するための斜視図、図３および図４は変速比の切替例を示すグラフ図、図５は本発明に係る第２実施形態である二段変速機を示す断面図である。

図１および図２に示すように、本発明に係る第１実施形態である二段変速機は、自動車用オルタネータ等の補機２の駆動軸２ａに同心に連結された中心ローラ１と、該中心ローラ１の外周側にその回転軸線を前記中心ローラ１の回転軸線に対して所定寸法偏心させた状態でプーリＰに内嵌された外輪３とを備えており、プーリＰにはベルト（図示せず）を介して駆動源としてのエンジン（図示せず）から駆動力が伝達されるようになっている。

外輪３の両端部にはそれぞれ結合板４ａ，４ｂが設けられており、図１中の右端側の結合板４ｂには転がり軸受１０を介して補機の駆動軸２ａが外輪３に対して相対回転可能に支持されている。

また、外輪３の内径面は、図１中の左端側が大径孔部３ａ、右端側が小径孔部３ｂとされ、中心ローラ１は、図１中の左端側が小径部１ａ、右端側が大径部１ｂとされている。

外輪３の大径孔部３ａと中心ローラ１の小径部１ａとの間には周方向の幅寸法が異なる第１の環状空間５ａが形成されており、該第１の環状空間５ａには第１の摩擦ローラ群Ｒ１が配置されている。

一方、外輪３の小径孔部３ｂと中心ローラ１の大径部１ｂとの間には周方向の幅寸法が異なる第２の環状空間５ｂが形成されており、該第２の環状空間５ｂには第２の摩擦ローラ群Ｒ２が配置されている。

第１の摩擦ローラ群Ｒ１および第２の摩擦ローラ群Ｒ２はともに外輪３の一方向のみの回転力を中心ローラ１に摩擦伝動するためのもので、第１の摩擦ローラ群Ｒ１が高変速比側とされ、第２の摩擦ローラ群Ｒ２が低変速比側とされて互いに変速比が異なっている。

ここでは、２つの変速比を次のように呼称する。同じ入力回転数に対し、出力回転数の高い側を高変速比、出力回転数の低い側を低変速比とする。言い換えると高変速比は、増速比が高い、または減速比が低い。低変速比は、増速比が低い、または減速比が高い。

高変速比側である第１の摩擦ローラ群Ｒ１は、二つの固定ガイドローラ６と一つの可動ローラ７とを備えており、各ローラ６，７は外輪３および中心ローラ１の各回転軸線と平行な回転軸線を中心に回転可能に支持されている。

前記二つの固定ガイドローラ６は、第１の環状空間５ａの幅寸法の広い領域において、その外周面を中心ローラ１の小径部１ａの外周面および外輪３の大径孔部３ａの内周面に当接させた状態で互いに周方向に離間して配置されている。

一方、可動ローラ７は、第１の環状空間５ａの幅寸法の狭い領域に向けてばね等（図示せず）の押圧手段によって押圧付勢された状態で周方向に変位可能に配置されており、その外周面は中心ローラ１の小径部１ａの外周面および外輪３の大径孔部３ａの内周面に押圧接触している。

また、可動ローラ７は、支持軸７ａをソレノイドやエアシリンダ等のアクチュエータ（図示せず）によって第１の環状空間５ａの周方向に強制的に変位させることにより、中心ローラ１の小径部１ａの外周面および外輪３の大径孔部３ａの内周面への接触と該内周面からの離間、即ち、第１の摩擦ローラ群Ｒ１による外輪３と中心ローラ１との間の摩擦伝動および解除が切替可能になっている。

低変速比側である第２の摩擦ローラ群Ｒ２は、二つの固定ガイドローラ８と一つの可動ローラ９とを備えており、各ローラ８，９は外輪３および中心ローラ１の各回転軸線と平行な回転軸線を中心に回転可能に支持されている。

前記二つの固定ガイドローラ８は、第２の環状空間５ｂの幅寸法の広い領域において、その外周面を中心ローラ１の大径部１ｂの外周面および外輪３の小径孔部３ｂの内周面に当接させた状態で互いに周方向に離間して配置されている。

一方、可動ローラ９は第２の環状空間５ｂの幅寸法の狭い領域に向けてばね等（図示せず）の押圧手段によって押圧付勢された状態で周方向に変位可能に配置されており、その外周面は中心ローラ１の大径部１ｂの外周面および外輪３の小径孔部３ｂの内周面に押圧接触している。

なお、図１中の符号１１は第１の摩擦ローラ群Ｒ１の図１中の左側に配置されて各ローラ６，７の支持軸を支持する前端側連結板、１２は第１の摩擦ローラ群Ｒ１と第２の摩擦ローラ群Ｒ２との間に配置されて各ローラ６，７，８，９の支持軸を支持する中間連結板、１３は第２の摩擦ローラ群Ｒ２の図１中の右側に配置されて各ローラ８，９の支持軸を支持する後端側連結板である。

上記構成の二段変速機によれば、エンジンの回転駆動力がベルトおよびプーリＰを介して外輪３に入力されると、第１および第２の摩擦ローラ群Ｒ１，Ｒ２の可動ローラ７，９がばね等の付勢力、外輪３の回転力および中心ローラ１からの反力によってそれぞれ第１および第２の環状空間５ａ，５ｂの幅寸法の狭い領域に向けて微小変位して中心ローラ１の外周面と外輪３の内周面との間に食い込み、これにより、該外輪３の回転駆動力が可動ローラ７，９および固定ガイドローラ６，８を介して中心ローラ１に効率よく伝達され、該中心ローラ１に同心に連結された補機２の駆動軸２ａが変速回転される。なお、外輪３を逆方向に回転させた場合は、可動ローラ７，９は食い込み方向から外れる方向に移動して動力は伝達されないようになっている。

そして、エンジンの低回転時には、出力回転速度が高い高変速比側の第１の側の摩擦ローラ群Ｒ１による外輪３と中心ローラ１との間の摩擦伝動により中心ローラ１、ひいては補機２の駆動軸２ａに回転力が伝達される。

このとき、出力回転速度が低い低変速比側の第２の摩擦ローラ群Ｒ２は中心ローラ１の方が回転速度が高いため、相対的に見ると中心ローラ１に対して逆回転して空転する。

一方、エンジンの高回転時には、第１の摩擦ローラ群Ｒ１の可動ローラ７の支持軸７ａをソレノイドやエアシリンダ等のアクチュエータによって中心ローラ１の小径部１ａの外周面および外輪３の大径孔部３ａの内周面から離間移動させて高変速比側である第１の摩擦ローラ群Ｒ１による外輪３と中心ローラ１との間の摩擦伝動を解除し、出力回転速度が低い低変速比側の第２の摩擦ローラ群Ｒ２による外輪３と中心ローラ１との間の摩擦伝動により中心ローラ１、ひいては補機２の駆動軸２ａに回転力が伝達される。

なお、ソレノイドやエアシリンダ等のアクチュエータによる変速比の切換タイミングについては、図３および図４に示すように、一箇所に固定することなく、履歴を持たせることによって変速の回数を減らし変速機の寿命向上を図るようにしている。

また、ある一定の入力回転速度の条件で、低変速比側の第２の摩擦ローラ群Ｒ２で変速した場合の中心ローラ１の出力回転速度と高変速比側の第１の摩擦ローラ群Ｒ１で変速した場合の中心ローラ１の出力回転速度の比は１対１．５〜２．５程度とする。

前述した二段変速機によれば、エンジンの低回転時の補機２の回転速度の不足時には高変速比側の第１の摩擦ローラ群Ｒ１により変速比を上げて中心ローラ１の出力回転速度を高くすることにより、補機２を適切な回転速度で回転させることができ、また、エンジンの高速回転時には低変速比側の第２の摩擦ローラ群Ｒ２により変速比を下げて補機２の回転速度を抑制しているので、補機２の焼付きや摩耗、騒音等の問題を回避することができる。

また、変速比の切替タイミングが一箇所に固定されないため、エンジンがほぼ一定速度の運転でその時のエンジンの回転速度が切替時の回転速度であっても変速が繰り返されることがなく、変速機の耐久性の向上を図ることができ、また、摩擦ローラ群Ｒ１，Ｒ２を用いた機構であることから低騒音化を図ることができる。

さらに、摩擦ローラ群Ｒ１，Ｒ２を用いた機構であることから、構造が簡単で低コスト化および高強度化が図られ、しかもオルタネータもしくはその周辺に電磁クラッチを搭載するスペースを設ける必要がないため省スペース化を図ることができる。

なお、本発明の二段変速機は、前述した第１実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良が可能である。

例えば、前述した第１実施形態では、二段変速機をプーリＰに内嵌した場合を例に採ったが、これに代えて、図５に示す第２実施形態ように、二段変速機を補機２に組み付ける用にしてもよい。

この場合、二段変速機はハウジングＨ内に収容され、外輪３の左端側の結合板４ａに同心に突設された軸２０の先端にプーリＰが取り付けられるとともに、軸２０が転がり軸受２１を介してハウジングＨに回転可能に支持されている。

また、外輪３の右端側の結合板４ｂは省略される代わりに後端側連結板１３がハウジングＨの右端側に蓋部として嵌め込まれて、中心ローラ１および駆動軸２ａが転がり軸受２２を介して後端側連結板１３に回転可能に支持されている。

また、図６に示す第３実施形態のように、二段変速機をプーリＰに内嵌した減速機として用いてもよい。

この場合、高変速比側の摩擦ローラ群Ｒ１は可動ローラ７を備えており、増速機と同様に変速（減速）して補機２を駆動可能である。

なお、本発明の二段変速機を補機２に組み付けた場合にも、減速機として用いることも可能である。

その他、前述した各実施形態において例示したプーリ、中心ローラ、外輪、第１の環状空間、第１の摩擦ローラ群、第２の環状空間、第２の摩擦ローラ群等の材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

また、ここでは、エンジンの動力をベルトを介して伝達したが、クランク軸の回転を直接入力するダイレクトドライブも可能である。

本発明に係る第１実施形態である二段変速機を示す断面図である。第１の摩擦ローラ群と第２の摩擦ローラ群との配置を説明するための斜視図である。変速比の切替例を示すグラフ図である。変速比の切替例を示すグラフ図である。本発明に係る第２実施形態である二段変速機を示す断面図である。本発明に係る第３実施形態である二段変速機を示す断面図である。従来の変速比の切替例を示すグラフ図である。

符号の説明

１中心ローラ
３外輪
５ａ第１の環状空間
５ｂ第２の環状空間
Ｒ１第１の摩擦ローラ群
Ｒ２第２の摩擦ローラ群
Ｐプーリ

Claims

駆動源からベルトおよびプーリを介して伝達された回転駆動力を変速する二段変速機であって、
中心ローラと、該中心ローラの外周側にその回転軸線を前記中心ローラの回転軸線に対して偏心させた状態で配置されるとともに前記プーリの回転力が入力される外輪と、前記外輪と前記中心ローラとの間に形成された周方向の幅寸法が異なる第１の環状空間と、該第１の環状空間に配置された第１の摩擦ローラ群と、前記外輪と前記中心ローラとの間に前記第１の環状空間から軸方向に離間して形成された周方向の幅寸法が異なる第２の環状空間と、該第２の環状空間に配置された第２の摩擦ローラ群とを備え、
前記外輪の一方向のみの回転力を前記第１の摩擦ローラ群および前記第２の摩擦ローラ群を介して前記中心ローラに摩擦伝動して該中心ローラを出力軸とするとともに、前記第１の摩擦ローラ群側と前記第２の摩擦ローラ群側とで変速比を異ならせ、且つ前記第１の摩擦ローラ群および前記第２の摩擦ローラ群の内の少なくとも出力回転速度が高い側の摩擦ローラ群による前記外輪と前記中心ローラとの間の摩擦伝動および解除を切替可能としたことを特徴とする二段変速機。