JP2013002487A - 摩擦伝動式波動変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転抵抗を増大させたり、減速比の範囲を狭くすることなく、環状剛性部材と環状弾性部材との接触圧を維持し、比較的高い伝達トルクを得ることのできる摩擦伝動式波動変速機を提供する。
【解決手段】 円形の内周面を有する環状剛性部材１と、この環状剛性部材１の内側に配置され、環状剛性部材１の内周面に対して外接可能な外周面を有する環状弾性部材２と、波動発生器３とを備える。波動発生器３は、前記環状弾性部材２の内側に配置され、環状弾性部材２を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材２の外周面を周方向の複数箇所の部分で環状剛性部材１の内周面に接触させ、これらの接触部分を周方向に移動させる。環状剛性部材１に近接して配置され、環状剛性部材１に対してその内周面が縮径するように外力を付与する外力付与手段１１を設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、波動変速機に関し、さらに詳しくは摩擦伝達機構によって変速を行なう摩擦伝動式波動変速機に関する。

モータなどから出力された高速回転を減速して低速回転出力として取り出すための変速機構としては、歯車式の波動変速機と共に、摩擦伝動式の波動変速機が知られている。この摩擦伝動式の波動変速機は、一般的に、環状剛性部材と、この環状剛性部材の内周面に外接可能な環状弾性部材と、この環状弾性部材の内側に配置した楕円形状のカムを備えた波動発生器とで構成されている（例えば特許文献１）。

この摩擦伝動式波動変速機では、環状弾性部材が波動発生器によって楕円形状に撓められ、その環状弾性部材の長軸両端に位置する部分が環状剛性部材に摩擦接触する。この摩擦接触状態で波動発生器を回転させると、環状弾性部材の楕円形状が回転し、環状弾性部材と環状剛性部材の摩擦接触位置が周方向に移動する。このように摩擦接触位置が周方向に移動すると、環状弾性部材と環状剛性部材の間に、摩擦接触面の周長差に応じた相対回転が発生する。したがって、これら環状弾性部材および環状剛性部材のうちの一方の部材を固定しておけば、他方の部材の側からは減速された回転出力が得られることになる。

特開平４−０５４３５９号公報

上記した従来の摩擦伝動式波動変速機では、環状剛性部材とその内側に配置した環状弾性部材との摩擦接触面を、円錐形あるいは鼓形に設定し、さらに、これらが相互に当接するように、コイルばねなどの加圧部材によって、環状剛性部材をその軸線方向に押圧する構成を採用している。

しかし、環状弾性部材の摩擦接触面を円錐形にすると、その幅方向の一端部が肉厚となり剛性が高くなる。その結果、環状弾性部材の変形抵抗が大きくなり、回転抵抗が増して伝達効率が低下するという問題がある。また、減速比を低く設定する場合、より大きな環状弾性部材の変形が必要となるが、前記円錐形状のため低い減速比を設定することが困難になる。

このように、摩擦接触面を円錐形とした環状弾性部材では、その円錐角を大きくすると変形抵抗が大きくなることから、円錐角を大きくできない。しかし、円錐角が小さいと、コイルばねなどの加圧部材により軸方向に押圧するばね力に対して接線力が大きくならず、摩擦力を向上させることは困難となる。また、ばね力で押圧される環状弾性部材を保持するためには、大きな軸方向荷重が受けられる軸受構造が必要になり、コスト増を招くという問題もある。

さらに、上記した従来の摩擦伝動式波動変速機では、前記加圧部材からのばね力を受けるために前記環状剛性部材を軸方向に移動可能な状態とし、回転止め部材により回転止めしている。このため、環状剛性部材の回転止めされた部分で回転方向のガタが発生し易いだけでなく、回転止め用の切欠き形成によりコスト増を招くことにもなる。

この発明の目的は、回転抵抗を増大させたり、減速比の範囲を狭くすることなく、環状剛性部材と環状弾性部材との接触圧を維持し、比較的高い伝達トルクを得ることのできる摩擦伝動式波動変速機を提供することである。

この発明の摩擦伝動式波動変速機は、円形の内周面を有する環状剛性部材と、この環状剛性部材の内側に配置され、環状剛性部材の内周面に対して接触可能な外周面を有する環状弾性部材と、この環状弾性部材の内側に配置され、環状弾性部材を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材の外周面を周方向の複数箇所の部分で前記環状剛性部材の内周面に接触させ、これらの接触部を周方向に移動させる波動発生器とを備えた摩擦伝動式波動変速機であって、前記環状剛性部材に近接して配置され、環状剛性部材に対してその内周面が縮径するように外力を付与する外力付与手段を設けたことを特徴とする。

この構成によると、環状剛性部材に近接して外力付与手段が設けられ、この外力付与手段によって環状剛性部材の内側方向に向かって外力が加えられ環状剛性部材が縮径される。そのため、環状剛性部材の内周面と環状剛性部材の外周面との接触部にトルク伝達に要する接触力が発生し、比較的高い伝達トルクを得ることができる。環状弾性部材は薄肉の円筒状に形成することができるので、容易に撓み変形でき、変形抵抗が小さく回転抵抗が低減され伝達効率が良くなる。また、環状弾性部材の大きい変形が可能なことから、減速比を低く設定することもできる。その結果、回転抵抗を増大させたり、減速比の範囲を狭くすることなく、環状剛性部材と環状弾性部材との接触圧を維持し、比較的高い伝達トルクを得ることができる。

この発明において、前記外力付与手段によって縮径される前記環状剛性部材の内周面の縮径前の内径を、前記波動発生器を組み込んだ後の前記環状弾性部材の最大外径よりも大きくしても良い。
このように構成した場合、環状剛性部材の内側の所定の軸方向位置に環状弾性部材を設置するのに、環状弾性部材を容易に挿入でき、また分解も容易となる。例えば、環状剛性部材の内周面と環状弾性部材の外周面との接触部に締め代があると軸方向に力を加える必要があり、しかも環状弾性部材は薄肉に形成されることから変形し易いので、組立・分解が困難となる。しかしこの発明の上記構成の場合、初期状態では環状剛性部材の内周面と環状弾性部材との間に隙間を設定しておき、組立後に外力付与手段で環状剛性部材を縮径することができるので、組立・分解が容易となる。

また、この発明において、外部の静止した部材に固定される筒状の外輪部材を設け、この外輪部材の内側に前記環状剛性部材を配置し、前記外力付与手段を、前記外輪部材の内周面と前記環状剛性部材の外周面の間に配置して、これら内外周面の径方向に、前記外力付与手段により外力を付与させるようにしても良い。
この構成の場合、外力付与手段を外輪部材と環状剛性部材の間に配置することで、これら内外周面の径方向に外力を付与するので、軸方向には外部からの荷重が発生しない。このため、環状弾性部材の軸受構造が簡単になる。

この発明において、前記外力付与手段は、圧力媒体が封入された中空部を有し、前記外輪部材の内周面と前記環状剛性部材の外周面の間に介在する筒状部材と、この筒状部材の前記圧力媒体を加圧することで、前記環状剛性部材の縮径、および環状剛性部材と前記外輪部材の連結を図る媒体加圧部材とでなるものとしても良い。
この構成の場合、環状剛性部材をボルト等で固定する必要が無く、環状剛性部材を単純な円筒形状に形成でき、コンパクトで低コストとなる。また、外力付与手段が圧力媒体を加圧する方式だと、高い同心度が得られるので、アンバランスによる回転１次の振動の発生を抑えることができる。

この発明において、前記外力付与手段は、前記外輪部材の内周面と前記環状剛性部材の外周面の間に同心状に重ねて配置され、互いに接する円錐内周面および円錐外周面をそれぞれ有する環状円錐外輪および環状円錐内輪を備え、これら環状円錐外輪および環状円錐内輪のうちの少なくともいずれか一方は周方向の一箇所以上の位置に軸方向に延びる割れ部を有し、前記環状円錐外輪および環状円錐内輪のいずれか一方を軸方向に加圧することで、前記環状剛性部材の縮径、および環状剛性部材と前記外輪部材の連結を図るようにしても良い。

この構成の場合、外力付与手段を構成する環状円錐外輪と環状円錐内輪について、互いの円錐内周面と円錐外周面を合わせる軸方向に荷重を加えることで、外輪部材と環状剛性部材との間に径方向の荷重が発生し、環状剛性部材が縮径すると共に、環状剛性部材と外輪部材が連結し一体化される。このくさび効果により、大きな径方向の荷重と締結力が得られることから、外力付与手段を小さくでき、コンパクト化が可能となる。

この発明において、前記外力付与手段は、前記外輪部材の内周面と前記環状剛性部材の外周面の径方向に弾性変形するばね機構からなるものとし、ばね機構に蓄勢された復元力で環状剛性部材を縮径させるようにしても良い。
この場合に、前記ばね機構は、前記外輪部材の内周面と前記環状剛性部材の外周面の間に同心状に重ねて配置され、互いに接する円錐内周面および円錐外周面を有する環状ばね外輪部材および環状ばね内輪部材を備え、これら環状ばね外輪部材および環状ばね内輪部材のいずれか一方を軸方向に加圧することで、前記環状剛性部材の縮径、および環状剛性部材と前記外輪部材の連結を図るようにしても良い。

この構成の場合、外力付与手段を構成する環状ばね外輪部材と環状ばね内輪部材について、互いの円錐内周面と円錐外周面を合わせる軸方向に荷重を加えることで、外輪部材と環状剛性部材との間に径方向の荷重が発生し、環状剛性部材が縮径すると共に、環状剛性部材と外輪部材が連結し一体化される。ばね機構を構成する環状ばね外輪部材および環状ばね内輪部材は、ともに単純なリング形状であるため、構成がコンパクトで低コストとなる。

この発明において、前記波動発生器は、カム板と、このカム板の外周に配置され前記環状弾性部材の内周面と接触する転がり軸受とでなり、前記カム板は、前記環状弾性部材の外周面の前記環状剛性部材の内周面と接触する複数箇所の接触部に対応する複数の接触部対応外周部を有し、前記環状弾性部材の外周面の複数箇所の接触部が前記環状剛性部材の内周面の内径と略同一の外径の円弧状部となるように、前記カム板の前記接触部対応外周部を、カム板の軸心からカム板外周までの外径距離が一定となる円弧部としても良い。

このように構成した場合、環状弾性部材の外周面の環状剛性部材の内周面と接触する部分が、環状剛性部材の内周面の内径と略同一の外径の円弧状部となるように、波動発生器の外形が形成されるので、環状弾性部材の外周面と環状剛性部材の内周面との接触が面接触となり、接触面積が増大する。その結果、同じ面圧、同じ摩擦係数の場合でも、従来の摩擦伝動式波動変速機に比べて摩擦力が大きくなり、伝達トルクを大幅に向上させることができる。

この発明において、前記環状弾性部材はプレス成形してなるものであっても良い。環状弾性部材の環状剛性部材との接触部は薄肉円筒状とされるため、環状弾性部材をプレスで成形し易い。したがって、プレス成形することで低コスト化が可能であり、プレス面をそのまま接触面として使用することで更に低コストとなる。

この発明において、前記摩擦伝動式波動変速機は複写機の感光ドラム駆動部に用いるものであっても良い。
複写機の感光ドラムでは、にじみや色むらの原因となる回転むらがないように駆動伝達することが望まれる。この発明の摩擦伝動式波動変速機では、歯車を介さず摩擦接触によるトルク伝達が行なわれるため、バックラッシや噛み合い誤差が無く、低回転むら、低振動、低騒音である。さらに、環状剛性部材と環状弾性部材の接触部での接触力を大きくしているのでコンパクトに構成でき、これらのことから複写機の感光ドラム駆動用として適している。

この発明の摩擦伝動式波動変速機は、円形の内周面を有する環状剛性部材と、この環状剛性部材の内側に配置され、環状剛性部材の内周面に対して接触可能な外周面を有する環状弾性部材と、この環状弾性部材の内側に配置され、環状弾性部材を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材の外周面を周方向の複数箇所の部分で前記環状剛性部材の内周面に接触させ、これらの接触部を周方向に移動させる波動発生器とを備えた摩擦伝動式波動変速機であって、前記環状剛性部材に近接して配置され、環状剛性部材に対してその内周面が縮径するように外力を付与する外力付与手段を設けたため、回転抵抗を増大させたり、減速比の範囲を狭くすることなく、環状剛性部材と環状弾性部材との接触圧を維持し、比較的高い伝達トルクを得ることができる。

この発明の第１の実施形態に係る摩擦伝動式波動変速機の縦断面図である。 図１のII−II矢視断面図である。 同摩擦伝動式波動変速機の波動発生器におけるカム板の外周形状を示す部分破断正面図である。 同摩擦伝動式波動変速機における環状剛性部材を示す正面図である。 同摩擦伝動式波動変速機における波動発生器と環状弾性部材の組み合わせ体を示す横断面図である。 カム板の外周形状を従来例と比較して示す線図である。 この発明の他の実施形態にかかる摩擦伝動式波動変速機の縦断面図である。 （Ａ）は同摩擦伝動式波動変速機における加圧手段を構成する環状円錐外輪の一部を破断して示す側面図、（Ｂ）は同環状円錐外輪の背面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる摩擦伝動式波動変速機の縦断面図である。 同摩擦伝動式波動変速機における伝達トルクと出力回転数との関係の実験結果を従来例と比較して示すグラフである。 従来例の摩擦伝動式波動変速機の波動発生器におけるカム板の外周形状を示す部分破断正面図である。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図６と共に説明する。図１はこの実施形態の摩擦伝動式波動変速機の縦断面図を示し、図２は図１のII−II矢視断面図を示す。この摩擦伝動式波動変速機は、円形の内周面を有する円筒状の環状剛性部材１と、この環状剛性部材１の内側に配置され環状剛性部材１の内周面に対して接触つまり外接可能な外周面を有する環状弾性部材２と、この環状弾性部材２の内側に配置された波動発生器３と、前記環状剛性部材１に対してその内周面が縮径するように外力を付与する外力付与手段１１とを備える。波動発生器３は、環状弾性部材２を半径方向の外側に撓めて、環状弾性部材２の外周面を周方向の複数箇所（ここでは２箇所）の部分で前記環状剛性部材１の内周面に接触させ、これらの接触部を波動発生器３の回転に伴い周方向に移動させるものである。

前記環状剛性部材１はカップ状の外輪部材１２における筒状部分の内側にこれと同心に配置され、外輪部材１２は外部の図示しない静止した部材に固定される。この静止した部材は、例えばこの直動案内機構を設置する機器のフレーム等である。前記外輪部材１２は大径円筒部１２ａと、この大径円筒部１２ａの一端から段差をなして連続する小径円筒部１２ｂとを有し、大径円筒部１２ａの小径円筒部１２ｂとは反対側の端部は、ボルト２２で連結された断面Ｌ字状の環状蓋部材６により軸心部を除き蓋締めされている。

前記外力付与手段１１は前記環状剛性部材１に近接して配置される。具体的には、外力付与手段１１は、前記外輪部材１２における大径円筒部１２ａの円形とされた内周面と前記環状剛性部材１の外周面との間に配置され、外輪部材１２の内周面および環状剛性部材１の外周面の径方向に外力を付与する。ここでは、外力付与手段１１は、圧力媒体１４が封入された中空部１３ａを有する筒状部材１３と、この筒状部材１３の前記圧力媒体１４を加圧する媒体加圧部材１５とで構成され、筒状部材１３が外輪部材１２の内周面と環状剛性部材１の外周面との間に配置される。圧力媒体１４は、例えばオイル等の液体からなる。

筒状部材１３の中空部１３ａは、周方向に延び全周にわたって環状に形成され、筒状部材１３の前記環状蓋部材６に対向する端面側に開口している。また、筒状部材１３は、中空部１３ａが開口する端部側にフランジ１３ｂを有する。媒体加圧部材１５は環状の部材であって、前記筒状部材１３の中空部１３ａが開口する端面に対向して筒状部材１３と同心に配置され、この媒体加圧部材１５から筒状部材１３のフランジ１３ｂにわたって軸方向に貫通するボルト２６により、筒状部材１３に締結される。この媒体加圧部材１５は、筒状部材１３に対向する端面の内周側に、筒状部材１３の中空部１３ａの開口に向けて軸方向に突出するリング部１５ａを有し、前記ボルト２６による筒状部材１３への締結により、前記リング部１５ａが筒状部材１３の中空部１３ａに圧入され、これにより圧力媒体１４が加圧される。圧力媒体１４の加圧により、環状剛性部材１が縮径されると共に、環状剛性部材１と外輪部材１２とが外力付与手段１１を介して一体に連結される。

環状弾性部材２は薄肉のカップ状をなす円筒形とされ、その開口側の外周面が前記環状剛性部材１の内周面と径方向に対向するように環状剛性部材１の内側にこれと同心に配置される。環状弾性部材２の前記外輪部材１２の小径円筒部１２ｂ側に向く端部には出力軸７が連結され、この出力軸７は外輪部材１２の外側に突出している。この出力軸７は、複列の転がり軸受８，８を介して前記外輪部材１２の小径円筒部１２ｂの内周に回転自在に支持されている。環状弾性部材２の出力軸７側の端部は、出力軸７に形成されたハブ７ａと、この出力軸７と同心に前記環状弾性部材２の外側に配置された環状部材９とで挟まれて、これらの部材を軸方向に貫通するボルト１０により出力軸７に連結されている。出力軸７は図示しない被駆動部材の入力軸に連結される。

波動発生器３は、カム板４と、このカム板４の外周に嵌合状態に配置され前記環状弾性部材２の内周面と接触する転がり軸受５とでなる。図５は、環状弾性部材２の内側に波動発生器３を挿入した組み合わせ体の横断面図を示す。ここでは、転がり軸受５として、内輪３１、外輪３２、転動体であるボール３３、および保持器３４からなる玉軸受が用いられる。カム板４の外周面の周長と内輪３１の内周面の周長とは同一長さとされる。

波動発生器３の外形は、前記環状弾性部材２の外周面の前記環状剛性部材１の内周面と接触する部分である接触部２ａが、環状剛性部材１の内周面の内径と略同一の外径の円弧状部となるように形成される。図２では、環状弾性部材２の外周面の周角αの範囲の部分を前記接触部２ａとして示している。

カム板４には、その軸心を貫通する入力軸２１が設けられ、その一端は前記環状蓋部材６から前記出力軸７とは反対側に向けて外側に突出している。この入力軸２１は、その中間部に形成されカム板４の片面に接するハブ２１ａからカム板４に向けて軸方向に貫通するボルト２５により、カム板４に連結されている。入力軸２１の前記出力軸７側に向く一端部は転がり軸受２３を介して出力軸７のハブ７ａの内周に回転自在に支持され、入力軸２１の他端部は複列の転がり軸受２４を介して前記環状蓋部材６の内周に回転自在に支持されている。入力軸２１は、例えば図示しないモータの出力軸に連結される。

このように構成された摩擦伝動式波動変速機では、波動発生器３が高速回転すると、波動発生器３によって半径方向の外方に撓められた環状弾性部材２の外周面の部分と、環状剛性部材１の内周面とが接触する２箇所の接触部分が周方向に移動する。その結果、環状剛性部材１の内周面の円周と環状弾性部材２の外周面の円周の差に応じた相対回転が、環状剛性部材１と環状弾性部材２との間に発生し、その相対回転が減速出力回転として前記出力軸７から被駆動部材の側に伝達される。

特に、この摩擦伝動式波動変速機では、外力付与手段１１によって環状剛性部材１の内側方向に向かって外力が加えられ環状剛性部材１が縮径されるので、環状剛性部材１の内周面と環状弾性部材２の外周面との接触部にトルク伝達に要する接触力が発生し、比較的高い伝達トルクを得ることができる。また、環状弾性部材２は薄肉の円筒状に形成することができるので、容易に撓み変形でき、変形抵抗が小さく回転抵抗が低減され伝達効率が良くなる。また、環状弾性部材２の大きい変形が可能なことから、減速比を低く設定することもできる。その結果、回転抵抗を増大させたり、減速比の範囲を狭くすることなく、環状剛性部材１と環状弾性部材２との接触圧を維持し、比較的高い伝達トルクを得ることができる。

この実施形態では、外部の静止部材に固定される筒状の外輪部材１２の内側に環状剛性部材１を配置し、外力付与手段１１を外輪部材１２と環状剛性部材１の間に配置することで、これら内外周面の径方向に外力を付与するようにしているので、軸方向には外部からの荷重が発生しない。このため、環状弾性部材２の軸受構造が簡単になる。

また、この実施形態では、前記外力付与手段１１を、圧力媒体１４が封入された中空部１３ａを有し、前記外輪部材１２の内周面と前記環状剛性部材１の外周面の間に介在する筒状部材１３と、この筒状部材１３の前記圧力媒体１４を加圧することで、環状剛性部材１の縮径、および環状剛性部材１と前記外輪部材１２の連結を図る媒体加圧部材１５とで構成している。このため、環状剛性部材１をボルト等で固定する必要が無く、環状剛性部材１を単純な円筒形状に形成でき、コンパクトで低コストとなる。また、外力付与手段１１が圧力媒体１４を加圧する方式だと、高い同心度が得られるので、アンバランスによる回転１次の振動の発生を抑えることができる。

この摩擦伝動式波動変速機において、図４に正面図で示す環状剛性部材１の内周面の周長をＰ１、環状弾性部材２の内側に波動発生器３が配置された図５に示す組合せ体における環状弾性部材２の外周面の周長をＰ２とすると、減速比Ｒは以下のように表すことができる。
Ｒ＝Ｐ２／（Ｐ１−Ｐ２）
なお、図４においてＤ１は環状剛性部材１の内径を示し、図５においてＤ２は環状弾性部材２の内側に波動発生器３が配置された状態における、環状弾性部材２の２つの接触部間の外径距離を示す。

この実施形態では、波動発生器３のカム板４は、環状弾性部材２の外周面が環状剛性部材１の内周面に接触する接触部２ａ（図２では周角αの角度範囲の部分）に対応する２箇所の接触部対応外周部４ａ（図３）を有する。これら２箇所の接触部対応外周部４ａ，４ａは互いに周方向に１８０°離間した位置に形成される。

カム板４の前記接触部対応外周部４ａは、図３に示すように、隣り合う接触部対応外周部４ａの周方向中心線（図３において線分Ａで示す）間におけるカム板外周形状が、前記周方向中心線間の周方向１／２の位置（図３において線分Ｂで示す）に対して左右対称となるように形成されている。なお、線分Ｂの位置は、線分Ａに対して９０°の周角をなす位置となる。また、接触部対応外周部４ａの周方向中心線（線分Ａ）から周方向中心線間の周方向１／２の位置（線分Ｂ）の範囲のカム板外周形状は、次のように形成されている。
（１） 前記接触部対応外周部４ａとなる周方向範囲において、カム板４の軸心Ｏ１からカム板外周までの外径距離Ｌが最大かつ一定（半径ｒ１）となる円弧部４ａａ（その周方向範囲を図３において周角α／２で示す）。円弧部４ａａの円弧中心は、カム中心となるカム板４の軸心Ｏ１である。
（２） この円弧部４ａａの端部から前記周方向中心線間の周方向１／２の位置（線分Ｂ）までの周方向範囲において、カム板４の軸心Ｏ１からカム板外周までの外径距離Ｌが漸次小さくなる漸減径部４ｂ。この漸減径部４ｂでの外径距離Ｌは、前記周方向中心線間の周方向１／２の位置（線分Ｂ）で最小となる。

このように、この実施形態では、前記環状弾性部材２の外周面の前記環状剛性部材１の内周面と接触する接触部２ａが、環状剛性部材１の内周面の内径と略同一の外径の円弧状部となるように、カム板４の前記接触部対応外周部４ａを円弧部としているので、環状弾性部材２の外周面と環状剛性部材１の内周面との接触が面接触となり、それだけ接触面積が増大する。その結果、同じ面圧、同じ摩擦係数の場合でも、カム板４の外周形状を楕円形とした従来の摩擦伝動式波動変速機に比べて摩擦力が大きくなり、伝達トルクを大幅に向上させることができる。

また、この摩擦伝動式波動変速機では、環状弾性部材２の環状剛性部材１との接触部を薄肉円筒状としているため、プレスで成形し易い。したがって、プレス成形することで低コスト化が可能であり、プレス面をそのまま接触面として使用することで更に低コストとなる。

また、この実施形態では、歯車を介さず摩擦接触によりトルク伝達を行なうため、バックラッシが無く、低振動、低騒音で、噛み合い誤差が無く低回転むらとなる。また、上記した構成により環状剛性部材１と環状弾性部材２の接触部での接触力を大きくしているので、回転抵抗を増大させたり、減速比の範囲を狭くすることなく、従来例の場合よりも高い伝達容量が得られてコンパクトとなり、これらのことから、複写機の感光ドラム駆動用として適している。

図６は、この実施形態における前記カム板４の外周形状の一例を従来例におけるカム板の場合と比較したものを線図として示している。この線図では、図３に示すように、接触部対応外周部４ａの周方向中心線（線分Ａ）からの周角をφ、カム板４の軸心Ｏ１からの外径距離をＬとし、縦軸は、変形前の転がり軸受５の真円内径ｒ０に対する外径距離Ｌの比率Ｌ／ｒ０（％）を示している。横軸は周角φを示している。この実施形態の場合、円弧部４ａａとされる接触部対応外周部４ａの周角範囲（α／２）において、外径距離Ｌは一定（ｒ１）であり、円弧部４ａａ以外の漸減径部４ｂでの外径距離Ｌは、円弧部４ａａから離れるにつれて漸次減少している。ここで、円弧部４ａａから漸減径部４ｂに繋がる部分、および周角φが９０°となる最小径付近においては、特に曲線の傾きが小さくなっており、曲線が滑らかに繋がる形状となっている。図１１は、この比較に用いた従来例における楕円形カム板４５の外周形状を示している。同図において、一点鎖線はカム板４５の外周に設けられる転がり軸受の変形前の内周の真円形状を示している。図６において、従来例における楕円形カム板では、外径距離Ｌが周角φ＝０°で最大で、周角φ＝０°から離れるにしたがい減少している。

さらに、この実施形態では、波動発生器３の外形により、環状弾性部材２の外周面の環状剛性部材１の内周面と接触させられる部分（図２に周角αで示す部分）であって、環状剛性部材１の内周面の内径と略同一の外径の円弧状部とされる部分の円弧径、つまり波動発生器３を組み込んだ後の環状弾性部材２の最大外径に対して、環状剛性部材１の内周面の内径を大きくしている。例えば、図５において環状弾性部材２の内側に波動発生器３が配置された組合せ体における２つの接触部２ａ，２ａ間の外径距離Ｄ２よりも、図４に示す環状剛性部材１の内径Ｄ１を僅か（その寸法をΔで表す）に大きく、すなわち
Ｄ１（＝Ｄ２＋Δ）
としている。

これにより、環状剛性部材１の内側の所定の軸方向位置に環状弾性部材２を設置するのに、環状弾性部材２を容易に挿入でき、また分解も容易となる。例えば、環状剛性部材１の内周面と環状弾性部材２の外周面との接触部分に締め代があると軸方向に力を加える必要があり、しかも環状弾性部材２は薄肉に形成されることから変形し易いので、組立・分解が困難となる。特に、減速比を小さくした場合、環状弾性部材２の変形し両が大きくなり、変形時に環状弾性部材２は開口部に向かってテーパ−状に拡がって開口端部の外径が大きくなることから、組立時に環状剛性部材１の内側に環状弾性部材２を挿入するのが困難になる。この実施形態の場合、初期状態では環状剛性部材１の内周面と環状弾性部材２との間に隙間を設定しておき、組立後に外力付与手段１１で環状剛性部材１を縮径することができるので、組立・分解が容易となる。

図７は、この発明の他の実施形態にかかる摩擦伝動式波動変速機の縦断面図を示す。この実施形態の摩擦伝動式波動変速機では、図１〜図６の実施形態において、外力付与手段１１が、同心状に重ねて配置される環状円錐外輪１６と環状円錐内輪１７とで構成される。これら内外輪１７，１６は、前記外輪部材１２の内周面と前記環状剛性部材１の外周面との間に配置され、互いに接する円錐内周面１６ａおよび円錐外周面１７ａを有する。円錐内周面１６ａを有する環状円錐外輪１６は、図８（Ａ），（Ｂ）に一部破断側面図および背面図で示すように、出力軸７側に向く一端部における周方向の一箇所以上の位置（ここでは等配した４箇所の位置）に軸方向に延びる割れ部１６ｂが形成され、他端部には外向きのフランジ１６ｃが形成されている。

円錐外周面１７ａを有する環状円錐内輪１７は、前記環状蓋部材６の側に向く一端部に前記環状円錐外輪１６のフランジ１６ｃと軸方向に対向する外向きのフランジ１７ｂが形成されている。この環状円錐内輪１７のフランジ１７ｂから前記環状円錐外輪１６のフランジ１６ｃにかけて軸方向に貫通するボルト２６により、環状円錐内輪１７が環状円錐外輪１６に連結される。この構成により、ボルト２６を締めて環状円錐内輪１７を軸方向に加圧することで、前記円錐外周面１７ａと円錐内周面１６ａとの間にくさび効果が生じて、環状剛性部材１の縮径、および環状剛性部材１と外輪部材１２の連結が図られる。その他の構成は図１〜図６の実施形態の場合と同様である。

この実施形態では、外力付与手段１１を構成する環状円錐外輪１６と環状円錐内輪１７について、互いの円錐内周面１６ａと円錐外周面１７ａを合わせる軸方向に荷重を加えることで、外輪部材１２と環状剛性部材１との間に径方向の荷重が発生し、環状剛性部材１が縮径すると共に、環状剛性部材１と外輪部材１２が連結し一体化される。このくさび効果により、大きな径方向の荷重と締結力が得られることから、外力付与手段１１を小さくでき、コンパクト化が可能となる。

図９は、この発明のさらに他の実施形態にかかる摩擦伝動式波動変速機の縦断面図を示す。この実施形態の摩擦伝動式波動変速機では、図１〜図６の実施形態において、外力付与手段１１が、前記外輪部材１２の内周面と前記環状剛性部材１の外周面の径方向に弾性変形するばね機構で構成され、ばね機構に蓄勢された復元力で環状剛性部材１を縮径させるようにしている。具体的には、外力付与手段１１を構成するばね機構は、同心状に重ねて配置される環状ばね外輪部材１８と環状ばね内輪部材１９とで構成される。これら内外輪部材１９，１８は、前記外輪部材１２の内周面と前記環状剛性部材１の外周面との間に配置され、互いに接する円錐内周面１８ａおよび円錐外周面１９ａを有する。外力付与手段１１は、さらに外向きのフランジ２０ａを有する断面Ｌ字状の環状加圧部材２０を他の構成部材として持つ。この環状加圧部材２０は、その一端面が前記環状ばね外輪部材１８の前記環状蓋部材６側に向く端面に対向するように環状ばね外輪部材１８と同心に配置され、そのフランジ２０ａを軸方向に貫通するボルト２７で前記外輪部材１２の内周面の段差部に締付け固定される。

前記環状加圧部材２０のフランジ２０ａをボルト２７で前記外輪部材１２に締付け固定することにより、環状ばね外輪部材１８が環状加圧部材２０で軸方向に加圧される。これにより、前記円錐内周面１８ａと円錐外周面１９ａとの間にくさび効果が生じて、環状剛性部材１の縮径、および環状剛性部材１と外輪部材１２の連結が図られる。その他の構成は図１〜図６の実施形態の場合と略同様である。

この実施形態でも、外力付与手段１１を構成する環状ばね外輪部材１８と環状ばね内輪部材１９について、互いの円錐内周面１８ａと円錐外周面１９ａを合わせる軸方向に荷重を加えることで、外輪部材１２と環状剛性部材１との間に径方向の荷重が発生し、環状剛性部材１が縮径すると共に、環状剛性部材１と外輪部材１２が連結し一体化される。ばね機構を構成する環状ばね外輪部材１８および環状ばね内輪部材１９は、ともに単純なリング形状であるため、構成がコンパクトで低コストとなる。

図１０は、入力回転数を一定としたときの、この摩擦伝動式波動変速機における伝達トルクと出力回転数との関係の実験結果を従来例と比較してグラフで示したものである。
この実験における各諸元は以下の通りである。
入力回転数：２０００ｒｐｍ
減速比：７６（実施形態、従来例とも同じ）
トルク伝達部の径方向締め代量：実施形態、従来例とも同じ
従来例のカム板：楕円形状（図１１）
楕円長半径＝ｒ１（実施形態の接触部対応外周部４ａと同じ）
楕円周長（実施形態の周長と同じ）
実施形態のカム板：対向する２つの接触部対応外周部４ａを円弧部としたもので、円弧 部の周角α＝１５°

図１０のグラフでは、実施形態および従来例のいずれの場合でも伝達トルクが大きくなると共に接触部（トルク伝達部）で滑りが生じ出し出力回転数が低下する傾向が見られる。しかし、従来例で、伝達トルク１．５Ｎｍのとき生じる出力回転数の減少幅は、実施形態では伝達トルク６Ｎｍで生じている。つまり、実施形態の場合、従来例に比べて約４倍のトルク伝達能力が得られている。この試験結果から明らかなように、この実施形態の摩擦伝動式波動変速機によると、従来例に比べて大幅に伝達トルクを向上させることができる。

１…環状剛性部材
２…環状弾性部材
２ａ…接触部
３…波動発生器
４…カム板
４ａ…接触部対応外周部
４ｂ…漸減径部
５…転がり軸受
１１…外力付与手段
１２…外輪部材
１３…筒状部材
１３ａ…中空部
１４…圧力媒体
１５…媒体加圧部材
１６…環状円錐外輪
１６ａ…円錐内周面
１７…環状円錐内輪
１７ａ…円錐外周面
１８…環状ばね外輪部材
１８ａ…円錐内周面
１９…環状ばね内輪部材
１９ａ…円錐外周面
２０…環状加圧部材

Claims (10)

1. 円形の内周面を有する環状剛性部材と、この環状剛性部材の内側に配置され、環状剛性部材の内周面に対して接触可能な外周面を有する環状弾性部材と、この環状弾性部材の内側に配置され、環状弾性部材を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材の外周面を周方向の複数箇所の部分で前記環状剛性部材の内周面に接触させ、これらの接触部を周方向に移動させる波動発生器とを備えた摩擦伝動式波動変速機であって、
   前記環状剛性部材に近接して配置され、環状剛性部材に対してその内周面が縮径するように外力を付与する外力付与手段を設けたことを特徴とする摩擦伝動式波動変速機。
2. 請求項１において、前記外力付与手段によって縮径される前記環状剛性部材の内周面の縮径前の内径を、前記波動発生器を組み込んだ後の前記環状弾性部材の最大外径よりも大きくした摩擦伝動式波動変速機。
3. 請求項２において、外部の静止した部材に固定される筒状の外輪部材を設け、この外輪部材の内側に前記環状剛性部材を配置し、前記外力付与手段を、前記外輪部材の内周面と前記環状剛性部材の外周面の間に配置して、これら内外周面の径方向に前記外力付与手段で外力を付与させた摩擦伝動式波動変速機。
4. 請求項３において、前記外力付与手段は、圧力媒体が封入された中空部を有し、前記外輪部材の内周面と前記環状剛性部材の外周面の間に介在する筒状部材と、この筒状部材の前記圧力媒体を加圧することで、前記環状剛性部材の縮径、および環状剛性部材と前記外輪部材の連結を図る媒体加圧部材とでなる摩擦伝動式波動変速機。
5. 請求項３において、前記外力付与手段は、前記外輪部材の内周面と前記環状剛性部材の外周面の間に同心状に重ねて配置され、互いに接する円錐内周面および円錐外周面をそれぞれ有する環状円錐外輪および環状円錐内輪を備え、これら環状円錐外輪および環状円錐内輪のうちの少なくともいずれか一方は周方向の一箇所以上の位置に軸方向に延びる割れ部を有し、前記環状円錐外輪および環状円錐内輪のいずれか一方を軸方向に加圧することで、前記環状剛性部材の縮径、および環状剛性部材と前記外輪部材の連結を図るようにした摩擦伝動式波動変速機。
6. 請求項３において、前記外力付与手段は、前記外輪部材の内周面と前記環状剛性部材の外周面の径方向に弾性変形するばね機構からなる摩擦伝動式波動変速機。
7. 請求項６において、前記ばね機構は、前記外輪部材の内周面と前記環状剛性部材の外周面の間に同心状に重ねて配置され、互いに接する円錐内周面および円錐外周面を有する環状ばね外輪部材および環状ばね内輪部材を備え、これら環状ばね外輪部材および環状ばね内輪部材のいずれか一方を軸方向に加圧することで、前記環状剛性部材の縮径、および環状剛性部材と前記外輪部材の連結を図るようにした摩擦伝動式波動変速機。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記波動発生器はカム板と、このカム板の外周に配置され前記環状弾性部材の内周面と接触する転がり軸受とでなり、前記カム板は、前記環状弾性部材の外周面の前記環状剛性部材の内周面と接触する複数箇所の接触部に対応する複数の接触部対応外周部を有し、前記環状弾性部材の外周面の複数箇所の接触部が前記環状剛性部材の内周面の内径と略同一の外径の円弧状部となるように、前記カム板の前記接触部対応外周部を、カム板の軸心からカム板外周までの外径距離が一定となる円弧部とした摩擦伝動式波動変速機。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記環状弾性部材はプレス成形してなる摩擦伝動式波動変速機。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記摩擦伝動式波動変速機は複写機の感光ドラム駆動部に用いるものである摩擦伝動式波動変速機。

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