JP2006161880A

JP2006161880A - 摩擦ローラ式変速機

Info

Publication number: JP2006161880A
Application number: JP2004351132A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Otaki; 大滝　　亮一
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】円筒形状以外の中間ローラを用いて構成される摩擦ローラ式変速機を提供する。
【解決手段】摩擦ローラ式変速機１０は、入力軸１１の外周面と、出力リング１５の内周面と、中間ローラ１２，１３，１４の外周面が、それぞれ円錐形状に形成されると共に、それぞれの円錐中心が一点で交差し、出力リング１５の内周面の円錐中心は、入力軸１１の外周面の円錐中心に対して傾斜する。
【選択図】図１

Description

本発明は、摩擦ローラ式変速機に関し、より詳細には、産業上の変速装置として用いられ、特に、小型モータ用変速機として、家電、自動車の補機、電動バイク、電動スクータ、電動アシスト自転車等に用いられる摩擦ローラ式変速機に関する。

摩擦ローラ式変速機は、各種機械装置に組み込んで、減速或いは増速しつつ回転運動を伝達するものとして使用されている（例えば、特許文献１参照。）。摩擦ローラ式変速機は、入力軸の外周面と、入力軸に対して偏心した状態で、出力軸と共に回転自在に設けられた外輪の内周面との間の環状空間に、少なくとも一つの固定ローラとくさび作用により押し付け力を発生する少なくとも一つの可動ローラとを備えており、入力軸の駆動力を、各ローラを介して外輪に伝達し、外輪に同軸に設けられた出力軸から出力するようにしている。また、この摩擦ローラ式変速機は、伝達すべきトルクの大きさに応じて、摩擦係合により各ローラの周面同士の当接圧を変化させ、良好な伝達効率を確保している。このような従来の摩擦ローラ式変速機において、中間ローラとしての固定ローラや可動ローラは、円筒形状のものが使用されている。
特開平１０−３２５４４９号公報

ところで、このような摩擦ローラ式変速機を無段変速化するには、円筒形状の中間ローラの使用は困難であるため、まず、他形状の中間ローラを用いて摩擦ローラ式変速機を構成することが望まれる。

本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、円筒形状以外の中間ローラを用いて構成される摩擦ローラ式変速機を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）ハウジングと、該ハウジングに対して回転自在に設けられた入力軸と、該入力軸の周囲に、前記入力軸に対して相対回転可能に設けられた出力リングと、前記入力軸の外周面と前記出力リングの内周面とで転接可能なように、前記入力軸と前記出力リングとの間の環状空間内に配置された複数の中間ローラと、を備え、
前記複数の中間ローラは、前記ハウジングに対して位置固定された第１の枢軸を中心に回転する少なくとも１つの固定ローラと、前記ハウジングに対して変位自在に取り付けられた第２の枢軸を中心に回転する少なくとも１つの可動ローラとからなる摩擦ローラ式変速機であって、
前記入力軸の外周面と、前記出力リングの内周面と、前記中間ローラの外周面は、それぞれ円錐形状に形成されると共に、それぞれの円錐中心が一致し、
前記出力リングの内周面の円錐中心線は、前記入力軸の外周面の円錐中心線に対して傾斜することを特徴とする摩擦ローラ式変速機。
（２）前記複数の中間ローラは、１つの前記可動ローラと、２つの前記固定ローラとからなり、
前記固定ローラの一方は、前記環状空間が最大となる位置近傍に配置され、前記他方の固定ローラと前記可動ローラは、各ローラが前記環状空間の周方向に３等配となる位置近傍に配置されることを特徴とする（１）に記載の摩擦ローラ式変速機。

本発明の摩擦ローラ式変速機によれば、入力軸の外周面と、出力リングの内周面と、中間ローラの外周面は、それぞれ円錐形状に形成されると共に、それぞれの円錐中心が一致し、出力リングの内周面の円錐中心線は、入力軸の外周面の円錐中心線に対して傾斜するようにしたので、円錐形状の中間ローラを用いた摩擦ローラ式変速機を構成することができ、また、各構成部材がスピンすることのない高い伝達効率のものとなる。

以下、本発明の実施の形態に係る摩擦ローラ式変速機について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る摩擦ローラ式変速機の断面図であり、図２は、摩擦ローラ式変速機の出力軸ユニットが取り外された状態を示す断面図であり、図３は、出力リング、入力軸、中間ローラの配置を模式的に示し、（ａ）はその正面側斜視図であり、（ｂ）はその背面側斜視図である。

摩擦ローラ式変速機１０は、図１〜図３に示されるように、入力軸１１、複数の中間ローラ１２，１３，１４、及び出力リング１５が組み込まれた本体ユニット１６と、出力軸１７を回転可能に支持する出力軸ユニット１８とを備える。

本体ユニット１６は、円筒状のハウジング本体１９と、ハウジング本体１９の大径側基端開口部に取り付けられたカバー部材２０を備え、出力軸ユニット１８は、ハウジング本体１９と反対側のカバー部材２０の開口部を塞ぐ出力軸ハウジング２１を備えており、ハウジング本体１９、カバー部材２０、及び、出力軸ハウジング２１とで摩擦ローラ式変速機１０のハウジング２２を構成する。

ハウジング本体１９、カバー部材２０、及び出力軸ハウジング２１は、それぞれ鋼或いはアルミニウム合金製からなり、カバー部材２０は、ノックピン２３によりハウジング本体１９に対して位置決めされ、複数のボルト（図示せず）によってハウジング本体１９に固定される。また、出力軸ハウジング２１は、その外向きフランジ部２１ａをカバー部材２０の開口部を構成する内向きフランジ部２０ａに印籠嵌合することで、カバー部材２０と位置合わせされ、複数のボルト（図示せず）によってカバー部材２０に固定される。

本体ユニット１６において、入力軸１１は、ハウジング本体１９の略中央部に形成した通孔１９ａを通じて挿入され、この通孔１９ａの内側に配置された転がり軸受２４を介して回転自在に支持されている。転がり軸受２４の外輪２５は、アキシアル荷重を受ける側の軸方向外端面をハウジング本体１９の肩部１９ｂに当接させ、内端面をハウジング本体１９に嵌め込まれた止め輪２６に当接させることで、ハウジング本体１９に固定される。また、転がり軸受２４の内輪２７は、アキシアル荷重を受ける側の軸方向内端面を入力軸１１の鍔部１１ａの端面に当接させ、外端面を入力軸１１に嵌め込まれた止め輪２８に当接させることで、入力軸１１に固定される。また、入力軸１１の先端部１１ｂは、先端に向かって縮径する円錐台状に形成されており、先端部１１ｂの外周面は円錐面１１ｃを構成する。

また、出力リング１５は、カバー部材２０の内側に収容されており、環状に形成されている。出力リング１５の内周面は、一端側に内歯部１５ａが形成されると共に、内歯部１５ａから軸方向内側に向かって拡径する円錐面１５ｂが形成されている。また、カバー部材２０の内向きフランジ部２０ａの内側面と、出力リング１５の一端面との間には、スラスト軸受２９が介装されている。

さらに、ハウジング２２の内側で、且つ、入力軸１１の先端部１１ｂの円錐面１１ｃと出力リング１５の円錐面１５ｂとの間に形成される環状空間３０内には、２つの固定ローラ１２，１３と、１つの可動ローラ１４とからなる３つの中間ローラ１２，１３，１４が配置されている。各中間ローラ１２，１３，１４は、入力軸側の端面から出力軸側の端面に向かって縮径する円錐台状に形成されており、外周面が円錐面１２ａ，１３ａ，１４ａを構成する。これら円錐面１２ａ，１３ａ，１４ａは、入力軸１１の円錐面１１ｃと出力リング１５の円錐面１５ｂと当接する。

これにより、出力リング１５は、円錐面１５ｂを３つの中間ローラ１２，１３，１４の円錐面１２ａ，１３ａ，１４ａに当接させると共に、一端面をスラスト軸受２９と当接させることで、回転を許容しつつ、軸方向及び半径方向に支持される。
また、出力リング１５の円錐面の円錐中心線Ｏ_２は、入力軸１１の円錐面の円錐中心線Ｏ_１に対して角度αだけ傾斜して交差している。このため、入力軸１１と出力リング１５との間の環状空間３０の幅は、円周方向に亘って異なっている。

この様に、環状空間３０の幅寸法を円周方向に亘って異ならせた分、固定ローラ１２，１３及び可動ローラ１４の各外径寸法は異ならせている。即ち、出力リング１５の円錐面１５ｂの円錐中心線Ｏ_２が入力軸１１の円錐面１１ｃの円錐中心線Ｏ_１に対して傾斜している側（図１〜２の上側）で、環状空間が最大となる位置（図３（ａ）の上部中央）近傍に、比較的大径の固定ローラ１２が配置され、各中間ローラ１２，１３，１４が周方向に３等配となる位置近傍に、固定ローラ１２より小径の固定ローラ１３（図３（ａ）の下部左側）と可動ローラ１４（図３（ａ）の下部右側）が配置される。

また、各中間ローラ１２，１３，１４の小径側端面には、これらの円錐中心線Ｏ_３，Ｏ_４，Ｏ_５（なお、固定ローラ１３の円錐中心線Ｏ_４は図示しない）に沿って延びる枢軸３１，３２，３３がそれぞれ設けられている。各枢軸３１，３２，３３は、ハウジング２２に複数のボルト（図示せず）によって位置決め固定されたキャップ３４によって支持される。これら各枢軸３１，３２，３３のうち、２つの固定ローラ１２，１３に設けられた第１の枢軸である２本の枢軸３１，３２は、キャップ３４に形成した嵌合孔３４ａ，３４ｂ（なお、固定ローラ１３の嵌合孔３４ｂは図示しない。）に、ラジアルニードル軸受３５を介してがたつきなく位置固定される。従って、これら両枢軸３１，３２が、キャップ３４内で円周方向或は直径方向に変位する事はない。これに対して、可動ローラ１４に設けられた第２の枢軸である１本の枢軸３３は、キャップ３４に形成した枢軸３３の外径よりも大きな支持孔３４ｃに緩く係合され、キャップ３４の円周方向及び直径方向に関して若干の変位自在に支持される。

また、キャップ３４の支持孔３４ｃ内には、枢軸３３と当接するばね（図示せず）が収容されており、可動ローラ１４を環状空間３０の幅の狭い部分に向け移動させるべく、枢軸３３を弾性的に押圧している。

従って、固定ローラ１２，１３は、キャップ３４を介してハウジング２２に対して位置固定された枢軸３１，３２を中心に回転し、可動ローラ１４は、キャップ３４を介してハウジング２２に対して変位自在に取り付けられた枢軸３３を中心に回転する。

また、このようにして、入力軸１１の円錐面１１ｃと出力リング１５の円錐面１５ｂとの間に配置された２つの固定ローラ１２，１３と１つの可動ローラ１４の各円錐中心と、入力軸１１の円錐面の円錐中心と、出力リング１５の円錐面１５ｂの円錐中心とは、全て一点Ｐで一致するように設置されており、各構成部材間のスピンを防止している。

一方、出力軸ユニット１８においては、出力軸１７が、出力軸ハウジング２１に設けられた通孔に、一対の深溝型の玉軸受３６，３７を介して回転自在に支持されている。出力軸１７の先端には、出力リング１５の内歯部１５ａと噛合するセレーション１７ａが形成されており、出力軸１７は出力リング１５の回転と一体回転する。

以上に述べた様に構成される本発明の摩擦ローラ式変速機１０の場合、電動モータの駆動軸（図示せず）と共に回転する入力軸１１の回転は、この入力軸１１の外周面を構成する円錐面１１ｃと、固定ローラ１２，１３及び可動ローラ１４の外周面を構成する円錐面１２ａ，１３ａ，１４ａとの当接により、各固定ローラ１２，１３及び可動ローラ１４に伝わる。更に、これら固定ローラ１２，１３及び可動ローラ１４の回転は、これらローラ１２，１３，１４の円錐面１２ａ，１３ａ，１４ａと出力リング１５の内周面を構成する円錐面１５ｂとの当接により、出力リング１５に伝わる。そして、この出力リング１５とギヤ結合した出力軸１７が、入力軸１１とは逆方向に回転駆動される。

出力軸１７を回転駆動すべく、入力軸１１が所定方向に回転すると、可動ローラ１４が、入力軸１１から加わる力と枢軸３１を押圧するばねの弾力とにより、入力軸１１と出力リング１５の間に存在する環状空間３０内で、この環状空間３０の幅の狭い部分に向け移動する。この結果、可動ローラ１４の円錐面１４ａが、入力軸１１の円錐面１１ｃと出力リング１５の円錐面１５ｂとを強く押圧する。そして、この可動ローラ１４の円錐面１４ａと入力軸１１の円錐面１１ｃとの当接部、及び、可動ローラ１４の円錐面１４ａと出力リング１５の円錐面１５ｂとの当接部での当接圧が高くなる。

可動ローラ１４は、円錐面１４ａにおける入力軸１１と出力リング１５との当接圧が高くなると、入力軸１１と出力リング１５とのうちの少なくとも一方の部材が、組み付け隙間、或は弾性変形等に基づき、それぞれの径方向に関して僅かに変位する。この結果、残り２個の中間ローラである固定ローラ１２，１３の円錐面１２ａ，１３ａと入力軸１１の円錐面１１ｃと出力リング１５の円錐面１５ｂとの当接部での当接圧が高くなる。

可動ローラ１４を、環状空間３０内でこの環状空間３０の幅の狭い部分に向け移動させようとする力は、入力軸１１から出力リング１５に伝達するトルクの大きさに応じて変化する。即ち、入力軸１１の駆動トルクが大きくなる程、可動ローラ１４を環状空間３０の幅の狭い部分に向け移動させようとする力が大きくなる。そして、この力が大きくなる程、各ローラ間での当接部の当接圧が大きくなる。逆に言えば、駆動トルクが小さい場合には、各ローラ間での当接部の当接圧が小さい。この為、各ローラ間での当接部の当接圧を、入力軸１１と出力軸１７との間で伝達すべきトルクの大きさに応じた適正値にできて、摩擦ローラ式変速機の伝達効率を高くできる。この状態では、クラッチ機構がＯＮとなる。
また、入力軸１１と固定ローラ１２，１３及び可動ローラ１４との間の動力伝達、並びに、これら固定ローラ１２，１３及び可動ローラ１４と出力リング１５との間の動力伝達は、何れも摩擦伝達により行なわれる為、動力伝達時に発生する騒音並びに振動は低い。

一方、入力軸１１が停止した状態のまま、出力リング１５が、所定の方向に回転する等、出力軸１７の回転速度が入力軸１１の回転速度に見合う速度よりも速くなる様な場合には、可動ローラ１４が、出力リング１５から加わる力により、ばねの弾力に抗し、環状空間３０内で、この環状空間３０の幅の広い部分に向け移動する。この結果、可動ローラ１４の円錐面１４ａが、入力軸１１の円錐面１１ｃと出力リング１５の円錐面１５ｂとを押圧しなくなる。そして、この可動ローラ１４並びに各固定ローラ１２，１３の円錐面１２ａ，１３ａと、入力軸１１の円錐面１１ｃ及び出力リング１５の円錐面１５ｂとの間の当接部の当接圧が、低下若しくは喪失する。この結果、出力リング１５の回転が入力軸１１にまで伝達されなくなる。この状態では、クラッチ機構がＯＦＦとなる。

従って、本実施形態の摩擦ローラ式変速機１０によれば、入力軸１１の外周面と、出力リング１５の内周面と、中間ローラ１２，１３，１４の外周面は、それぞれ円錐形状に形成されると共に、それぞれの円錐中心が一致し、出力リング１５の内周面の円錐中心線Ｏ_２は、入力軸１１の外周面の円錐中心線Ｏ_１に対して傾斜するようにしたので、円錐形状の中間ローラ１２，１３，１４を用いた摩擦ローラ式変速機を構成することができ、また、各構成部材がスピンすることのない高い伝達効率のものとなる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
本実施形態では、カバー部材２０及び出力軸ハウジング２１は、出力リング１５の入力軸に対する傾斜に応じてハウジング本体に傾斜して取り付けられているが、内部を本実施形態と同等に構成するものであれば、外部形状は任意であり、例えば、カバー部材２０や出力軸ハウジングは、これら外周面がハウジング本体の外周面と平行となるように形成されてもよい。

また、本実施形態では、中間ローラ１２，１３，１４を固定ローラ１２，１３、可動ローラ１４としたが、中間ローラ１３も可動ローラ１４と同様な支持方法とすることにより可動ローラとし、固定ローラ１２、可動ローラ１３，１４の構成とすることで、両方向に回転を伝達することもできる。

本発明の一実施形態に係る摩擦ローラ式変速機を示す、図３（ａ）のI-I線に沿った断面図である。摩擦ローラ式変速機の出力軸ユニットが取り外された状態を示す断面図である。出力リング、入力軸、中間ローラの配置を模式的に示し、（ａ）はその正面図であり、（ｂ）はその背面図である。

符号の説明

１０摩擦ローラ式変速機
１１入力軸
１２，１３固定ローラ
１４可動ローラ
１５出力リング
３１，３２枢軸（第１の枢軸）
３３枢軸（第２の枢軸）

Claims

ハウジングと、該ハウジングに対して回転自在に設けられた入力軸と、該入力軸の周囲に、前記入力軸に対して相対回転可能に設けられた出力リングと、前記入力軸の外周面と前記出力リングの内周面とで転接可能なように、前記入力軸と前記出力リングとの間の環状空間内に配置された複数の中間ローラと、を備え、
前記複数の中間ローラは、前記ハウジングに対して位置固定された第１の枢軸を中心に回転する少なくとも１つの固定ローラと、前記ハウジングに対して変位自在に取り付けられた第２の枢軸を中心に回転する少なくとも１つの可動ローラとからなる摩擦ローラ式変速機であって、
前記入力軸の外周面と、前記出力リングの内周面と、前記中間ローラの外周面は、それぞれ円錐形状に形成されると共に、それぞれの円錐中心が一致し、
前記出力リングの内周面の円錐中心線は、前記入力軸の外周面の円錐中心線に対して傾斜することを特徴とする摩擦ローラ式変速機。
前記複数の中間ローラは、１つの前記可動ローラと、２つの前記固定ローラとからなり、
前記固定ローラの一方は、前記環状空間が最大となる位置近傍に配置され、前記他方の固定ローラと前記可動ローラは、各ローラが前記環状空間の周方向に３等配となる位置近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載の摩擦ローラ式変速機。