JP2006200688A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小排気量の車両に適した、小型で、安価な、動力伝達装置を提供する。
【解決手段】入力軸２０と一体的に回転すると共に円錐の接触面４１をもつ駆動ロータ４０、出力軸３０と一体的に回転すると共に円筒状の接触面９１をもつ被動ロータ９０、接触面４１，９１上を転動するトラクションロータ１００を備え、出力軸３０の回転速度がトラクションロータ１００の転がり接触により設定される設定回転速度からずれるとき、そのずれに伴って発生する力によりトラクションロータ１００の接触する位置を自動的に移動させて設定回転速度からのずれ量を補正するべく、トラクションロータ１００の円錐面１０１，１０２、支軸１１０、弾性ホルダー１２０等により自動補正機構を形成した。これにより、部品の寸法精度、組付け精度を高精度に管理しなくても、高い伝達効率を確保することができ、安定したトラクションドライブを得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入力軸から出力軸に対して回転力を伝達する動力伝達装置に関し、特に、トラクション力を用いたトラクションドライブによって回転力を伝達する動力伝達装置、さらには、入力軸の回転速度を連続的に変化させて出力軸に伝達する無段変速機構も兼ね備え、自動車、二輪車等に搭載され得るのに好適な動力伝達装置に関する。

トラクションドライブの駆動トルクは、駆動回転体と被動回転体とが転がり接触する際に、駆動回転体が被動回転体に及ぼす法線荷重Ｆｃにトラクション係数μｔを乗じて得られるトラクション力Ｆｔ（＝μｔ×Ｆｃ）によって決定される。したがって、確実に動力を伝達するには、被動回転体に加わる最大負荷トルクを考慮して、トラクション力すなわち法線荷重を、例えば、接触面圧が１．５ＧＰａ〜３．０ＧＰａ程度となるように、予め大きく設定して常時印加する手法が採用されている。

この手法を採用した従来の動力伝達装置（トラクションドライブ装置）としては、入力軸、入力軸と一体的に回転する中心ロータ（又は入力ディスク）、中心ロータの外周面に対して転がり接触する複数のロータ、複数のロータと内接する真円状の外側ドラム、外側ドラムと一体的に回転する出力軸等を備え、ロータが転がり接触して生じるトラクション力により、入力軸の回転力を出力軸に伝達するものが知られている（特許文献１参照）。
この動力伝達装置においては、接触面が常時高圧下であるが故に、金属接触を生じて、騒音、振動、あるいは、接触面の摩耗、損傷等が発生しないように、油溜まり等を設けて、ローラの接触面に潤滑油を供給する手法が採用されている。
また、入力軸の周りを公転し得る遊星ロータを採用し、この遊星ロータの接触面に潤滑油を供給するために、遊星ロータを保持するキャリヤに対して、樹脂及び固形油分からなる含油部材を埋設し、駆動（動力伝達）時に含油部材から油分を供給する手法を採用した動力伝達装置が知られている（特許文献２参照）。

ところで、上記動力伝達装置においては、出力軸側に発生する負荷変動を考慮して必要以上の高めの法線荷重を印加した状態を予め設定し、その状態下で強制的に潤滑油を供給する手法を採用して接触面の損傷等を防止しようとしている。
したがって、トラクションドライブに必要とされる法線荷重よりも大きい値の法線荷重が常に作用する状態にあり、仮に潤滑油の供給が途絶えた場合には、接触面の摩耗、損傷等を助長する傾向にあり、トラクションドライブによる動力伝達を確実に保証できるものではなかった。また、潤滑油を供給するための専用の構造を採用するが故に、構造が複雑になり、目詰まり等を防止するために定期的な保守及び点検等のメインテナンス作業が必要となる。さらに、複数のロータを採用する場合は、これら全てのロータが及ぼすトラクション力にバラツキが無いように、それぞれの寸法精度を高め、又、取り付け精度を高める必要があった。

一方、比較的小排気量の自動車等に搭載される動力伝達装置の無段変速機構としては、金属ベルトで一対のプーリを連動させるベルト式ＣＶＴが知られている。このＣＶＴは、入力軸に連結された入力プーリ、出力軸に連結された出力プーリ、両プーリ間に巻回された無端状のベルト等を備え、両プーリのＶ溝の幅寸法を可変制御することでベルトが接触する回転径を変化させて、入力軸から出力軸に伝達される回転速度を連続的に変化させるものである（例えば、非特許文献１参照）。
また、比較的大排気量の自動車等に搭載される従来の無段変速機構としては、球面状の接触面をもつパワーローラで一対のディスクを連動させるトロイダル式ＣＶＴが知られている。このＣＶＴは、入力軸に連結された入力ディスク、出力軸に連結された出力ディスク、両ディスクの間に介在するパワーローラ等を備え、パワーローラの回転軸の傾きを可変制御することでパワーローラが接触する両ディスクの回転径を変化させて、入力軸から出力軸に伝達される回転速度を連続的に変化させるものである（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。

ところで、上記ベルト式ＣＶＴにおいては、変速レンジ１を中心として増速及び減速するが、変速比が大きく（又は小さく）なると、一方側のプーリに巻回するベルトの曲率が大きくなり（又は曲率半径が小さくなり）、ベルトを形成する金属コマの滑りが多くなって駆動力の伝達効率が低下する。したがって、これを避ける範囲で駆動すると、変速レンジを広く設定することができない。
また、変速比を無限にできないので、停止状態を設定するにはクラッチ機構が必要になり、入力プーリと出力プーリとは同一方向にのみ回転するので、逆回転を行わせるには逆転ギヤ等が必要になり、プーリの溝幅を変化させるための油圧駆動機構等が必要になる。さらに、一対のプーリは比較的径が大きく、油圧駆動機構等も備えるため、装置全体が大きくなり、又、金属ベルトのコマがプーリに接触及び離脱する際に、高周波の金属音を生じる。
さらに、上記トロイダル式ＣＶＴにおいては、変速レンジ１を中心として増速及び減速し、この中心付近ではパワーローラのディスクに対するスピンロスが多くなって駆動力の伝達効率が低下する。また、変速比を無限にできないので、停止状態を設定するにはクラッチ機構が必要になり、逆回転を行わせるには逆転ギヤ等が必要になる。さらに、パワーローラをディスクに押圧するために、１．５〜２．２ＧＰａという超高圧の押付荷重を発生する機構及び構造が必要になる。

特開平１１−１３８４８号公報 特開平１１−６３１３２号公報 日経メカニカル（１９９２年３月２日、Ｐ３４〜Ｐ４６） ＮＳＫ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｎｏ．６７１（２００１年、Ｐ５〜Ｐ１３）

本発明は、上記従来の動力伝達装置の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、構造の簡略化、小型化、低コスト化等を図りつつ、部品の加工精度あるいは組付精度を高く設定しなくても動力の伝達効率が最適となるような動力伝達装置を提供することにあり、又、出力軸側の負荷変動に応じて、トラクションドライブを得るために必要最小限の法線荷重を可変的に印加できるようにして、接触面の摩耗あるいは損傷等を防止して、耐久性を向上させることができ、確実に動力の伝達が行えるトラクションドライブ式の動力伝達装置を提供することにあり、さらには、変速レンジを比較的広く設定することができ、回転抵抗を低減してフリクションロスを低減でき、大きな駆動トルクを伝達できる動力伝達装置を提供することにある。

本発明に係る動力伝達装置は、入力軸と一体的に回転すると共に環状の接触面をもつ駆動回転体と、出力軸と一体的に回転すると共に環状の接触面をもつ被動回転体と、駆動回転体及び被動回転体の接触面上を転動するトラクションロータと、を備えた動力伝達装置であって、上記出力軸の回転速度がトラクションロータの転がり接触により設定される設定回転速度からずれるとき、そのずれに伴って発生する力によりトラクションロータの接触する位置を自動的に移動させて設定回転速度からのずれ量を補正する自動補正機構を設けた、構成となっている。
この構成によれば、出力軸の回転速度が、トラクションロータの転がり接触により設定される設定回転速度からずれるとき、例えば、トラクションロータ等の加工精度あるいは組付け精度のバラツキ等がある場合あるいは出力軸に加わる負荷等により被動回転体の回転速度が設定回転速度から遅れる場合、すなわち、駆動回転体と被動回転体との（接触面での）周方向における回転距離の比が、トラクションロータのそれぞれの接触面での回転半径の比に一致しなくなって滑り接触を生じるとき、自動補正機構により、そのずれに伴って発生する力でトラクションロータが適宜移動してずれを解消ないしは最小化するように補正する。これにより、部品の寸法精度あるいは組付け精度を高精度に管理しなくても、高い伝達効率を確保することができ、安定したトラクションドライブを得ることができる。

上記構成の装置において、自動補正機構は、トラクションロータに設けられて駆動回転体及び被動回転体の一方の接触面と接触する第１円錐面及び駆動回転体及び被動回転体の他方の接触面と接触する第２円錐面と、トラクションロータを回動自在にかつその軸線方向に移動自在に支持する支軸と、支軸を入力軸及び出力軸の軸線方向に対して捩れ方向に移動自在に支持する弾性ホルダーと、を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、駆動回転体と被動回転体との回転差による接触面での回転距離の比が、トラクションロータの第１円錐面の回転半径と第２円錐面の回転半径の比と異なる場合、例えば、被動回転体の回転速度がトラクションロータの転がり接触により設定される設定回転速度よりも遅れているとき、弾性ホルダーに支持された支軸は、入力軸及び出力軸の軸線方向に対して捩れ方向に傾きを生じ、そのとき発生する力によってトラクションロータは支軸に沿って所定量だけ移動し、回転速度のずれ量を補正する。これにより、トラクションロータの滑り接触が解消ないしは最小化されてロスの無い確実な動力伝達が行われる。また、自動補正機構を、トラクションロータを回動及び軸線方向に移動自在に支持する支軸及び支軸を支持する弾性ホルダーにより構成したことにより、構造が簡略化され、装置を小型化できる。

上記構成の装置において、トラクションロータは、駆動回転体及び被動回転体の接触面の周方向に配列された複数のトラクションロータからなり、複数のトラクションロータを支持する支軸及び弾性ホルダーは、入力軸又は出力軸の回りに回動自在に設けられた共通ホルダーに保持されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、複数のトラクションロータを採用した場合、各々のトラクションロータが確実に動力を伝達するには、各々のトラクションロータにおいて、駆動回転体と被動回転体との回転差による接触面での回転距離の比とトラクションロータの第１円錐面の回転半径と第２円錐面の回転半径の比とが一致することを要求される。ここでは、自動補正機構を採用しているため、仮に加工精度のバラツキがあってもあるいは組付け精度にバラツキがあっても、これらのバラツキを補正するように自動補正機構が作用して、全てのトラクションロータが同一の条件下で作動するように自動的に調整される。

上記構成の装置において、トラクションロータを駆動回転体及び被動回転体の接触面に対して押し付ける法線荷重を自動的に調整する荷重調整機構を有し、この荷重調整機構は、所定位置に回動不能に固定されてトラクションロータの一部を内接させると共に法線荷重を増加させるようにカム作用を及ぼしかつトラクションロータの公転を所定の角度範囲に規制するように形成されたカム面をもつトラクションリングを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、例えば、出力軸の負荷トルクが増加して、被動回転体の速度がトラクションロータの転がり接触により設定される設定回転速度よりも遅くなるとき、この遅れが解消されるまで、トラクションロータが自転しつつカム面に沿って公転し、カム面がトラクションロータにカム作用を及ぼして、法線荷重を必要最小限だけ自動的に増加させるように作用する。このように、出力軸の負荷変動に応じて必要とされる法線荷重がフィードバック制御されるため、滑りの無いより安定したトラクション力が得られ、動力の伝達がより確実に行われる。

上記構成の装置において、トラクションロータは、第１円錐面及び第２円錐面と相対的に回転し得ると共にトラクションリングと接触するベアリングを有する、構成を採用することができる。
この構成によれば、トラクションロータは、ベアリングを介してトラクションリングから法線荷重を受けるため、トラクションロータの自転及び公転がより円滑に行われ、その結果、効率のよい動力伝達が行われる。

上記構成の装置において、駆動回転体と一体的に回転するように形成され内周に内歯をもつリングギヤと、出力軸と一体的に回転するように形成された太陽ギヤと、リングギヤ及び太陽ギヤに噛合する複数の遊星ギヤと、遊星ギヤを回動自在にかつ公転自在に支持するキャリヤと、キャリヤと一体的に回転するように形成された被動回転体と、駆動回転体と被動回転体との相対的な回転速度を連続的に変化させるべくトラクションロータを含むロータ式連続可変機構と、を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、太陽ギヤ、遊星ギヤ、リングギヤ等により差動歯車列が形成されているため、リングギヤと一体的に回転する駆動回転体（入力軸）と遊星ギヤの公転と一体的に回転する被動回転体（キャリヤ）との相対的な回転速度を、ロータ式連続可変機構により連続的に変化させることで、増減速を伴う正回転、停止状態、逆回転を連続的に生じるように、入力軸の回転が出力軸に伝達される。このように、クラッチ機構、逆転切替え機構等が不要で、入力軸と出力軸とを同軸上に配置することができるため、構造が簡略化され、安価で小型の無段変速機構を備えた動力伝達装置を提供することができる。

上記構成の装置において、ロータ式連続可変機構は、駆動回転体に形成された円錐状の接触面と、被動回転体に形成され入力軸及び出力軸の軸線方向に軸線が伸長する円筒状の接触面と、入力軸又は出力軸の軸線に対して傾斜した軸線周りに回動自在に支持され駆動回転体の接触面と接触する第１円錐面及び被動回転体の接触面と接触する第２円錐面をもつトラクションロータと、駆動回転体及び被動回転体と協働して外側から挟み込むようにトラクションロータの一部に接触するトラクションリングと、を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、駆動回転体の接触面がトラクションロータの第１円錐面に接触し、被動回転体の接触面がトラクションロータの第２円錐面に接触し、さらに、トラクションロータを駆動回転体及び被動回転体に押し付けるようにトラクションリングがトラクションロータ（の例えばベアリング）に接触する。そして、被動回転体が入力軸及び出力軸の軸線方向に移動することで、接触する第２円錐面上の回転半径が変化し、被動回転体の回転速度（遊星ギヤの公転速度）と駆動回転体の回転速度（リングギヤの回転速度）とが相対的に変化する。すなわち、被動回転体を適宜移動させて、駆動回転体（及びリングギヤ）の回転速度に対して被動回転体の回転速度を適宜変化させることで、変速比を幅広いレンジで変化させて、正回転、停止、逆回転を連続的に設定することができる。特に、トラクションロータの変速比を小さくできるため、トラクション伝達領域のスピンロスを少なくでき、それ故に、トラクション係数、伝達効率で有利となる。また、駆動回転体に設けた円錐状の接触面を出力軸の近傍に形成することで、トラクションロータを出力軸の軸線寄りに近づけて配置することができ、部品の集約化による装置の小型化を達成することができる。

上記の構成をなす動力伝達装置によれば、構造の簡略化、小型化、低コスト化等を図りつつ、部品の加工精度あるいは組付精度を高く設定しなくても、転がり接触による動力の伝達効率が最適となるような動力伝達装置を得ることができる。
また、出力軸側の負荷変動に応じて、トラクションドライブを得るために必要最小限の法線荷重を可変的に印加できるようにして、接触面の摩耗あるいは損傷等を防止し、耐久性を向上させた動力伝達装置を得ることができる。
さらに、変速比を幅広いレンジで変化させて、正回転、停止、逆回転を連続的に設定することができ、特に、トラクションロータの変速比を小さくできるため、トラクション伝達領域のスピンロスを少なくでき、それ故に、トラクション係数、伝達効率で有利な動力伝達装置を得ることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図１２は、本発明に係る動力伝達装置の一実施形態を示すものであり、図１は装置の断面図、図２は装置の模式図、図３ないし図１２は装置の部分図である。
この動力伝達装置は、図１に示すように、ハウジング１０、ハウジング１０に対して回動自在に支持された入力軸２０及び出力軸３０、入力軸２０と一体的に回転するように結合された駆動回転体としての駆動ロータ４０、駆動ロータ４０と一体的に回転するように結合されたリングギヤ５０、出力軸３０と一体的に回転するように形成された太陽ギヤ６０、リングギヤ５０及び太陽ギヤ６０に噛合する複数（ここでは、３つ）の遊星ギヤ７０、遊星ギヤ７０を回動（自転）自在にかつ公転自在に支持するキャリヤ８０、キャリヤ８０と一体的に回転するように形成された被動回転体としての被動ロータ９０、駆動ロータ４０及び被動ロータ９０に対して転がり接触する複数（ここでは、３つ）のトラクションロータ１００、トラクションロータ１００を支持する支軸１１０、支軸１１０を移動可能（首振り可能）に支持する弾性ホルダー１２０、弾性ホルダー１２０を支持する共通ホルダー１３０、トラクションロータ１００の外側から押し付け力を及ぼすトラクションリング１４０等を備えている。

ハウジング１０は、アルミニウム材料等を用いて型成形されたものであり、図１に示すように、入力軸２０を支持するための軸受１１ａ及びシール１１ｂ等が取り付けられたハウジング半体１１、出力軸３０を支持するための軸受１２ａ及びシール１２ｂ等が取り付けられたハウジング半体１２等により構成されている。
そして、ハウジング１０は、ハウジング半体１１とハウジング半体１２とをボルト等により締結することにより全体の輪郭が画定され、入力軸２０と出力軸３０とを同一の軸線Ｌ上に回動自在に支持している。

入力軸２０は、図１に示すように、その端部において板状のフランジ２１、円筒状の嵌合穴２２を有する。そして、このフランジ２１には、リングギヤ５０を挟持した状態で駆動ロータ４０が接合されて、ボルトＢにより締結されるようになっている。
出力軸３０は、図１に示すように、その端部において入力軸２０の嵌合穴２２に回動自在に嵌合される円柱状の嵌合凸部３１を有し、嵌合凸部３１に隣接して、太陽歯車６０が一体的に回転するように形成されている。
すなわち、入力軸２０と出力軸３０とは、同軸Ｌ上で回転するように配置されている。

駆動ロータ４０は、図１に示すように、トラクションロータ１００の後述する第１円錐面１０１と転がり接触する円錐状（環状）の接触面４１を有し、円筒状のキャリヤ８０の外側において出力軸３０の回りに回動自在に配置され、リングギヤ５０を挟み込んだ状態で、ボルトＢにより入力軸２０のフランジ２１に締結されている。
リングギヤ５０は、太陽ギヤ６０に噛合した３つの遊星ギヤ７０と噛合する内歯５１を有し、フランジ２１及び駆動ロータ４０に挟持された状態で、ボルトＢにより入力軸２０のフランジ２１に締結されている。
すなわち、駆動ロータ４０及びリングギヤ５０は、入力軸２０と一体的に回転するようになっている。
太陽ギヤ５０は、出力軸３０と一体的に回転するように形成されており、出力軸３０が回転すると太陽ギヤ５０を介して３つの遊星ギヤ７０が回転（自転）するようになっている。

キャリヤ８０は、図１に示すように、出力軸３０に対して回動自在に外嵌（支持）されるスリーブ８１、スリーブ８１の端部に一体的に形成されたフランジ８２、フランジ８２に対して周方向に等間隔で（１２０°の間隔で）植設された３つのピン８３等を備えている。スリーブ８１には、軸線方向Ｌに伸長する複数のガイド溝８１ａが形成されている。そして、３つのピン８３は、それぞれ遊星ギヤ７０を回動自在に支持すると共にリングギヤ５０及び太陽ギヤ６０に噛合させた状態に保持している。

被動ロータ９０は、その外周において、トラクションロータ１００の第２円錐面１０２と転がり接触すると共にその軸線が軸線Ｌと同軸にて伸長する円筒状（環状）の接触面９１、軸線方向Ｌに伸長する複数のガイド溝９２等を備えている。そして、被動ロータ９０は、ガイド溝９２，８１ａに挿入されたボール９３により、キャリヤ８０（スリーブ８１）と一体的に回転すると同時に、キャリヤ８０（スリーブ８１）に対して、出力軸３０の軸線方向Ｌに摺動（往復動）自在に支持されている。

ここで、被動ロータ９０は、コイルバネ１５０により一方側に付勢されており、コイルバネ１５０の付勢力に抗して被動ロータ９０を移動させる押圧部材（不図示）により、図１中の実線で示す位置と二点鎖線で示す位置との間を移動させられことで、被動ロータ９０が接触する第２円錐面１０２の回転半径が変化して、連続的な変速動作が行われるようになっている。

３つのトラクションロータ１００は、図１、図３ないし図９に示すように、駆動ロータ４０の円錐状の接触面４１と転がり接触する第１円錐面１０１、被動ロータ９０の円筒状の接触面９１と転がり接触する第２円錐面１０２、第１円錐面１０１及び第２円錐面１０２と相対的に回転するように形成されトラクションリング１４０のカム面１４１と転がり接触するベアリング１０３等を備えている。

そして、各々のトラクションロータ１００は、図３、図４、図８ないし図１０に示すように、軸線Ｓが出力軸３０（及び入力軸２０）の軸線Ｌと同一点Ｐで交わるように所定角度だけ傾斜した支軸１１０に回動自在に外嵌されると共に両端に配置されたバネ１１１により軸線方向Ｓの所定位置に停止するように付勢されて、軸線Ｓ回りに回動自在にかつ軸線方向Ｓに移動自在に支持されている。
各々の支軸１１０は、弾性変形可能な板材により形成された弾性ホルダー１２０に支持されて、入力軸２０及び出力軸３０の軸線方向Ｌに対して捩れ方向（接線方向に）移動可能に（首振り可能に）支持されている。
各々の弾性ホルダー１２０は、出力軸３０の回りに回動自在に支持された環状の共通ホルダー１３０により支持されている。

また、３つのトラクションロータ１００は、図１０に示すように、第１円錐面１０１が、軸線Ｓと出力軸４０の軸線Ｌとが交わる点Ｐにその頂点をもつように形成され、第２円錐面１０２が、被動ロータ９０の接触面９１が接触する位置でのその母線Ｍが出力軸３０（及び入力軸２０）の軸線Ｌと平行になるように形成されている。尚、第２円錐面１０２のプロフィール、すなわち、軸線Ｓに対する母線Ｍの傾斜角度は、変速比を如何に設定するかによって、母線Ｍを軸線Ｌと平行に保ちつつ軸線Ｓの傾斜角度を選定することによって決定される。
このように、第１円錐面１０１を採用することで、トラクションロータ１００と駆動ロータ４０との間の接触領域では、スピンロスが防止され、転がり接触によるトラクション力の伝達効率、すなわち、トラクションドライブの効率が向上する。また、第２円錐面１０２を採用することで、トラクションロータ１００と被動ロータ９０との間では、被動ロータ９０の軸線方向Ｌへの移動を許容しつつ転がり接触するようになっている。

上記のトラクションロータ１００に設けた第１円錐面１０１及び第２円錐面１０２、支軸１１０、弾性ホルダー１２０、共通ホルダー１３０等により、出力軸３０の回転速度がトラクションロータ１００の（滑り接触ではなく）転がり接触により設定される本来の設定回転速度からずれる（遅くなるあるいは速くなる）とき、そのずれに伴って発生する力により、トラクションロータ１００の接触する位置を自動的に移動させて設定回転速度からのずれ量を解消あるいは最小化するように補正する自動補正機構が構成されている。
このように、自動補正機構を採用しているため、仮にトラクションロータ１００の加工精度にバラツキがあっても、あるいは、組付け精度にバラツキがあっても、これらのバラツキを補正するように自動補正機構が作用して、３つのトラクションロータ１００が同一の条件下で作動するように自動的に調整される。

トラクションリング１４０は、図１、図５ないし図７に示すように、軸線Ｌ方向において所定の厚さを有しかつ輪郭が円板状をなすように形成され、又、その内側において周方向に略等間隔をおいて形成されかつベアリング１０３がそれぞれ内接して転がり接触する３つのカム面１４１を有するように形成されている。そして、トラクションリング１４０は、その中心が径方向に移動自在にかつ入力軸２０及び出力軸３０の軸線Ｌ回りに回動不能にハウジング１０に支持されている。
３つのカム面１４１は、所定の領域ではベアリング１０３を中心寄りに押し付ける荷重を小さくし、他の所定の領域ではベアリング１０３を中心寄りに押し付ける荷重を大きくする（法線荷重を増加させる）ように作用する。

すなわち、トラクションリング１４０、共通ホルダー１３０等により、トラクションロータ１００を駆動ロータ４０及び被動ロータ９０の接触面４１，９１に対して押し付ける法線荷重を自動的に調整する荷重調整機構が構成されている。
これによれば、例えば、出力軸３０の回転速度がトラクションロータ１００を介して入力軸２０の回転速度により設定される設定回転速度よりも遅くなるとき、その遅れ分を解消するように、トラクションロータ１００（の接触面１０１，１０２）を接触面４１，９１に対して押し付ける法線荷重を自動的に増加させるようになっている。これにより、常に必要最小限の法線荷重が印加されるようにフィードバック制御されるため、必要以上の法線荷重が印加されることはなく、入力軸２０から出力軸３０に対して回転力が確実に伝達される。

また、トラクションリング１４０は、図１に示すように、入力軸２０及び出力軸３０の軸線Ｌ方向において、駆動ロータ４０と被動ロータ９０との間、すなわち、第１円錐面１０１と第２円錐面１０２との間に位置するように配置されている。したがって、トラクションリング１４０の押圧力が、トラクションロータ１００の第１円錐面１０１と第２円錐面１０２を、駆動ロータ４０の接触面４１と被動ロータ９０の接触面９１とに、それぞれバランス良く押し付けるように作用するため、トラクション力が確実に得られて、より安定した変速動作が行われる。

上記構成の装置においては、被動ロータ９０の接触面９１がトラクションロータ１００の第２円錐面１０２に接触し、駆動ロータ４０の接触面４１がトラクションロータ１００の第１円錐面１０１に接触し、さらに、トラクションロータ１００を駆動ロータ４０と被動ロータ９０に押し付けるように、トラクションリング１４０のカム面１４１がトラクションロータ１００のベアリング１０３に接触する。
そして、被動ロータ９０が出力軸３０の軸線Ｌ方向に移動することで、接触する第２円錐面１０２上の回転半径が変化し、駆動ロータ４０の回転速度（リングギヤ５０の回転速度）とキャリヤ８０の回転速度（遊星ギヤ７０の公転速度）とが相対的に変化する。
すなわち、駆動ロータ４０の円錐状の接触面４１、被動ロータ９０の円筒状の接触面９１、トラクションロータ１００、トラクションリング１４０等により、駆動ロータ４０と被動ロータ９０との相対的な回転速度を連続的に変化させるロータ式連続可変機構が構成されている。
したがって、被動ロータ９０を適宜移動させて、被動ロータ９０（キャリヤ８０）の回転速度に対してリングギヤ５０の回転速度を適宜変化させることで、変速比を幅広いレンジで変化させて、正回転、停止、逆回転を連続的に設定することができる。また、上記構成では、トラクションロー１００の変速比を小さくできるため、トラクション伝達領域でのスピンロスを少なくすることができ、トラクション係数、伝達効率の点で有利になる。

このように、トラクションドライブ方式に基づくロータ式連続可変機構を採用したことにより、従来のＣＶＴで必要とされたクラッチ機構、逆転切替えギヤ等が不要になり、又、入力軸２０と出力軸３０とを同軸（軸線Ｌ上）に配置でき、しかもトラクションロータ１００を、出力軸３０に近づけて配置できるため、部品を集約化して小型化でき、安価で、スピンロスが少なく、騒音の発生を極力防止でき、変速レンジを幅広く設定でき、高効率のトルク伝達特性を得ることができる。

次に、上記動力伝達装置の動作について説明する。
先ず、入力軸２０が所定の速度で回転すると、駆動ロータ４０及びリングギヤ５０が一体となって同一方向に回転する。そして、駆動ロータ４０の回転により、その接触面４１と第１円錐面１０１との間で転がり接触によるトラクション力が生じてトラクションロータ１００が回転し、第２円錐面１０２と接触面９１との間で転がり接触によるトラクション力が生じて被動ロータ９０が回転する。
すると、被動ロータ９０と一体的にキャリヤ８０が回転し、遊星ギヤ７０はキャリヤ８０と同一速度で公転する。
さらに、遊星ギヤ７０の自転及び公転により、太陽ギヤ６０が回転し、出力軸３０が設定される所定の回転速度で回転する。

ここで、遊星ギヤ７０から太陽ギヤ６０への回転トルクの伝達は、キャリヤ８０がどのような状態にあるかに応じて変化する。すなわち、キャリヤ８０が、駆動ロータ４０と（及び入力軸２０）と同一速度で回転（駆動ロータ４０に対して相対的に停止）、駆動ロータ４０に先行して回転（より速い速度で回転）、駆動ロータ４０に遅れて回転（より遅い速度で回転）等のいずれの状態にあるかによって、遊星ギヤ７０から太陽ギヤ５０及び出力軸３０に伝達される回転速度は変化する。

そこで、トラクションロータ１００の第２円錐面１０２に接触する被動ロータ９０の軸線方向Ｌにおける位置を適宜変化させることにより、キャリヤ８０（及び被動ロータ９０）と駆動ロータ４０（及びリングギヤ５０）との間に相対的な回転速度の変化（回転差）を生じさせることで、入力軸２０から出力軸３０に伝達される回転速度を連続的に変化させる、すなわち、増減速を伴う正回転、停止、逆回転等を連続的に生じさせることができる。

ここで、３つのトラクションロータ１００が転がり接触により確実に動力を伝達するには、各々のトラクションロータ１００において、駆動ロータ４０と被動ロータ９０との回転差による接触面（第１円錐面１０１と円錐状の接触面４１、第２円錐面１０２と円筒状の接触面９１）での外周方向における回転距離の比とトラクションロータ１００の第１円錐面１０１の回転半径と第２円錐面１０２の回転半径の比とが一致することを要求される。
すなわち、図８に示すように、駆動ロータ４０の回転半径をＲ_４１、被動ロータ９０の回転半径をＲ_９１、トラクションロータ１００の第１円錐面１０１の回転半径をＲ_１０１及び第２円錐面１０２の回転半径をＲ_１０２、駆動ロータ４０の回転速度をＮ_４０、被動ロータ９０の回転速度をＮ_９０とするとき、駆動ロータ４０と被動ロータ９０との外周方向の回転距離の比ε１＝Ｒ_４１・Ｎ_４０／Ｒ_９１・Ｎ_９０が、トラクションロータ１００の回転半径の比ε２＝Ｒ_１０１／Ｒ_１０２と一致するとき（ε１＝ε２のとき）、完全な転がり接触が得られ、一致しないとき（ε１≠ε２のとき）、滑り接触あるいは回転抵抗を生じる。

具体的に説明すると、回転距離の比ε１と回転半径の比ε２とが一致（ε１＝ε２）するとき、図９に示すように、トラクションロータ１００を支持する支軸１１０の軸線方向Ｓは、入力軸２０及び出力軸３０の軸線方向Ｌと回転方向（周方向）において（捩れることなく）一致している。したがって、トラクションロータ１００の第１円錐面１０１及び第２円錐面１０２は、駆動ロータ４０の接触面４１及び被動ロータ９０の接触面９１に対して滑ることなく転がり接触して回転力を伝達し、出力軸３０は所定の設定回転速度で回転する。

一方、回転距離の比ε１と回転半径の比ε２とが一致しない（ε１≠ε２）とき、例えば、被動ロータ９０の回転速度が転がり接触により設定される設定回転速度よりも遅れている（ずれている）とき、図１１に示すように、あるいは、図１２に示すようにトラクションリング１４０を支点として、支軸１１０は弾性ホルダー１２０の弾性変形により捩れ方向に移動して、その軸線方向Ｓ´は入力軸２０及び出力軸３０の軸線方向Ｌに対して角度Δθだけ傾斜する。また、この傾斜により、トラクションロータ１００を矢印方向に移動させる力Ｆｓが生じる。

そして、この力Ｆｓによりトラクションロータ１００が移動して、回転距離の比ε１と回転半径の比ε２とが一致（ε１＝ε２）すると、遅れ（ずれ）が解消され、支軸１１０を傾斜させる力も無くなり、支軸１１０の軸線方向Ｓ´は元の軸線方向Ｓに一致する。
一方、被動ロータ９０の回転速度が設定回転速度よりも速いときは、支軸１１０は逆向きに傾斜して、同様に力Ｆｓが生じ、回転距離の比ε１と回転半径の比ε２とが一致（ε１＝ε２）して速度のずれが解消される。
したがって、３つのトラクションロータ１００の相互間において、加工精度のバラツキがあっても、あるいは、組付け精度にバラツキがあっても、これらのバラツキが補正されて回転抵抗が最小となる位置に、すなわち、全てのトラクションロータ１００が同一の条件下で作動するように自動的に調整される。これにより、滑りによるロスが低減されて、確実な転がり接触によるトラクションドライブが得られる。

また、この装置には、荷重調整機構が採用されているため、トラクションロータ１００（の接触面１０１，１０２）を接触面４１，９１に対して押し付ける法線荷重を自動的に増減させるようになっている。したがって、常に必要最小限の法線荷重が印加されるようにフィードバック制御されるため、必要以上の法線荷重が印加されることはなく、入力軸２０から出力軸３０に対して回転力が確実に伝達される。

上記構成の動力伝達装置によれば、自動補正機構を採用したことにより、出力軸３０（被動ロータ９０）の回転速度が、トラクションロータ１００の転がり接触により設定される設定回転速度からずれるとき、例えば、トラクションロータ１００等の加工精度あるいは組付け精度のバラツキ等がある場合あるいは出力軸３０に加わる負荷等により被動ロータ９０の回転速度が設定回転速度からずれている場合、そのずれに伴って発生する力でトラクションロータ１００が適宜移動してずれを解消ないしは最小化するように補正されるため、部品の寸法精度あるいは組付け精度を高精度に管理しなくても、高い伝達効率を確保することができ、安定したトラクションドライブを得ることができる。
また、トラクションドライブ方式に基づくロータ式連続可変機構を採用したことにより、従来のＣＶＴで必要とされたクラッチ機構、逆転切替えギヤ等が不要になり、又、入力軸２０と出力軸３０とを同軸に配置でき、しかもトラクションロータ１００を、出力軸３０に近づけて配置できるため、部品を集約化して小型化でき、安価で、スピンロスが少なく、騒音の発生を極力防止でき、変速レンジを幅広く設定でき、高効率のトルク伝達特性を得ることができる。
さらには、荷重調整機構を採用したことにより、例えば、出力軸３０の負荷トルクが増加して、被動ロータ９０の回転速度がトラクションロータ１００の転がり接触により設定される設定回転速度からずれているとき、このずれが解消されるまで、トラクションロータ１００が自転しつつカム面１４１に沿って公転し、カム面１４１がトラクションロータ１００にカム作用を及ぼして法線荷重を必要最小限だけ自動的に増減させ、出力軸３０の負荷変動に応じて必要とされる法線荷重がフィードバック制御されるため、滑りの無いより安定したトラクション力が得られ、動力の伝達がより確実に行われる。

上記実施形態においては、自動補正機構として、弾性ホルダー１２０により支軸１１０を首振り可能に支持した場合を示したが、トラクションロータ１００の接触する位置が自動的に移動する構成であれば、その他の構成を採用することができる。
また、上記実施形態においては、ロータ式連続可変機構として、駆動ロータ４０、被動ロータ９０、トラクションロータ１００、トラクションリング１４０等を含む構成を採用したが、これに限定されるものではなく、トラクションドライブ方式に基づくロータ式連続可変機構であれば、その他の機構を採用することができる。
また、上記実施形態においては、リングギヤ５０側を入力軸２０とし、太陽ギヤ６０側を出力軸３０とした場合を示したが、逆に、太陽ギヤ６０側を入力軸とし、リングギヤ５０側を出力軸とし、被動ロータ９０を駆動ロータとし、駆動ロータ４０を被動ロータとしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、トラクションロータ１００の個数として３個、遊星ギヤ７０の個数として３個を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、その他の個数を採用してもよい。

以上述べたように、本発明の動力伝達装置は、構造が簡単で、小型かつ安価にでき、しかも騒音等の発生が極力防止され、変速レンジを幅広く設定でき、大きいトルクを伝達することができるため、小排気量の二輪車、自動車、大排気量の自動車等の動力伝達装置として適用できるのは勿論のこと、レジャービール等のその他の車両、あるいは、動力伝達装置を必要とする駆動機構等においても好ましく適用することができる。

本発明に係る動力伝達装置の一実施形態を示す断面図である。 図１に示す動力伝達装置の模式図である。 トラクションロータを示す部分断面図である。 トラクションロータを支持する弾性ホルダー及び共通ホルダーを示す正面図である。 駆動ロータ、トラクションロータ、及びトラクションリングの相互関係を示す正面図である。 被動ロータ、トラクションロータ、及びトラクションリングの相互関係を示す正面図である。 トラクションロータ、弾性ホルダー、共通ホルダー、及びトラクションリングの相互関係を示す正面図である。 トラクションロータ、駆動ロータ、被動ロータ等の相互関係を示す側面図である。 トラクションロータ、駆動ロータ、被動ロータ等の相互関係を示す上面図である。 トラクションロータを示す側面図である。 トラクションロータの支軸が傾斜した状態を示す上面図である。 トラクションロータの支軸が、トラクションリングを支点として傾斜した状態を示す上面図である。

符号の説明

Ｌ 軸線
Ｓ，Ｓ´ トラクションロータの軸線
１０ ハウジング
２０ 入力軸
２１ フランジ
３０ 出力軸
４０ 駆動ロータ（駆動回転体）
４１ 円錐状の接触面（ロータ式連続可変機構）
５０ リングギヤ
５１ 内歯
６０ 太陽ギヤ
７０ 遊星ギヤ
８０ キャリヤ
８１ スリーブ
８２ フランジ
８３ ピン
９０ 被動ロータ（被動回転体）
９１ 円筒状の接触面（ロータ式連続可変機構）
１００ トラクションロータ（ロータ式連続可変機構）
１０１ 第１円錐面（自動補正機構）
１０２ 第２円錐面（自動補正機構）
１０３ ベアリング
１１０ 支軸（自動補正機構）
１２０ 弾性ホルダー（自動補正機構）
１３０ 共通ホルダー
１４０ トラクションリング（ロータ式連続可変機構、荷重調整機構）
１４１ カム面（荷重調整機構）

Claims (7)

1. 入力軸と一体的に回転すると共に環状の接触面をもつ駆動回転体と、出力軸と一体的に回転すると共に環状の接触面をもつ被動回転体と、前記駆動回転体及び被動回転体の接触面上を転動するトラクションロータと、を備えた動力伝達装置であって、
   前記出力軸の回転速度が前記トラクションロータの転がり接触により設定される設定回転速度からずれるとき、そのずれに伴って発生する力により前記トラクションロータの接触する位置を自動的に移動させて前記設定回転速度からのずれ量を補正する自動補正機構を設けた、
   ことを特徴とする動力伝達装置。
2. 前記自動補正機構は、前記トラクションロータに設けられて前記駆動回転体及び被動回転体の一方の接触面と接触する第１円錐面及び前記駆動回転体及び被動回転体の他方の接触面と接触する第２円錐面と、前記トラクションロータを回動自在にかつその軸線方向に移動自在に支持する支軸と、前記支軸を前記入力軸及び出力軸の軸線方向に対して捩れ方向に移動自在に支持する弾性ホルダーと、
   を含む、ことを特徴とする請求項１記載の動力伝達装置。
3. 前記トラクションロータは、前記駆動回転体及び被動回転体の接触面の周方向に配列された複数のトラクションロータからなり、
   前記複数のトラクションロータを支持する前記支軸及び弾性ホルダーは、前記入力軸又は出力軸の回りに回動自在に設けられた共通ホルダーに保持されている、
   ことを特徴とする請求項２記載の動力伝達装置。
4. 前記トラクションロータを前記駆動回転体及び被動回転体の接触面に対して押し付ける法線荷重を自動的に調整する荷重調整機構を有し、
   前記荷重調整機構は、所定位置に回動不能に固定されて前記トラクションロータの一部を内接させると共に前記法線荷重を増加させるようにカム作用を及ぼしかつ前記トラクションロータの公転を所定の角度範囲に規制するように形成されたカム面をもつトラクションリング、を含む、
   ことを特徴とする請求項３記載の動力伝達装置。
5. 前記トラクションロータは、前記第１円錐面及び第２円錐面と相対的に回転し得ると共に前記トラクションリングと接触するベアリングを有する、
   ことを特徴とする請求項４記載の動力伝達装置。
6. 前記駆動回転体と一体的に回転するように形成され内周に内歯をもつリングギヤと、
   前記出力軸と一体的に回転するように形成された太陽ギヤと、
   前記リングギヤ及び太陽ギヤに噛合する複数の遊星ギヤと、
   前記遊星ギヤを回動自在にかつ公転自在に支持するキャリヤと、
   前記キャリヤと一体的に回転するように形成された前記被動回転体と、
   前記駆動回転体と前記被動回転体との相対的な回転速度を連続的に変化させるべく前記トラクションロータを含むロータ式連続可変機構と、
   を含む、ことを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の動力伝達装置。
7. 前記ロータ式連続可変機構は、
   前記駆動回転体に形成された円錐状の接触面と、
   前記被動回転体に形成され前記入力軸及び出力軸の軸線方向に軸線が伸長する円筒状の接触面と、
   前記入力軸又は出力軸の軸線に対して傾斜した軸線周りに回動自在に支持され前記駆動回転体の接触面と接触する第１円錐面及び前記被動回転体の接触面と接触する第２円錐面をもつ前記トラクションロータと、
   前記駆動回転体及び被動回転体と協働して外側から挟み込むように前記トラクションロータの一部に接触するトラクションリングと、
   を含む、ことを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載の動力伝達装置。
   
   

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