JP3562228B2 - 摩擦ローラ式変速機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種機械装置に組み込んで、減速或は増速しつつ回転運動を伝達する摩擦ローラ式変速機の改良に関し、小型・軽量化並びに低コスト化を図れ、しかも組み付け精度の確保も容易な構造を実現するものである。
【０００２】
【従来の技術】
摩擦ローラ式変速機は、遊星歯車式等の歯車式変速機に比べて、高速で運転した場合にも発生する騒音が小さい。この為、例えば摩擦ローラ式変速機を電動モータの出力部に組み付けて減速機として使用し、この電動モータの回転運動を減速すると共にトルクを増大させる構造が、例えば特開平８−２１０４５５号公報に記載されている。又、伝達すべきトルクの大きさに応じて、各ローラの周面同士の当接圧を変化させる事により、高い伝達効率を確保できる構造として、米国特許第４７０９５８９号明細書には、図２〜４に示す様な摩擦ローラ式変速機が記載されている。この従来の摩擦ローラ式変速機は、有底円筒状の本体１とこの本体１の基端開口部を塞ぐ蓋体２とから成る固定のハウジング３内に中心ローラ４の内半部（図２の右半部）を、上記蓋体２の略中央部に形成した通孔５を通じて挿入している。尚、この通孔５は、上記蓋体２の中心から、少しだけ外れた位置に設けている。又、上記中心ローラ４の外半部（図２の左半部）で上記蓋体２から突出した部分には、第一の回転軸である入力軸６の端部を結合固定している。
【０００３】
又、上記ハウジング３の内側で上記中心ローラ４の周囲部分には、３本の枢軸７ａ、７ｂ、７ｃを、それぞれこの中心ローラ４と平行に配置している。即ち、これら各枢軸７ａ、７ｂ、７ｃの一端部（図２の左端部）を上記蓋体２に支持すると共に、他端部（図２の右端部）を連結板８に支持している。従って、図２〜４に示した従来構造では、上記蓋体２が、上記複数本の枢軸７ａ、７ｂ、７ｃの一端部を支持する為の支持基板としての機能を兼ね備えている。尚、上記３本の枢軸７ａ、７ｂ、７ｃのうち、図３〜４の上部中央に位置する１本の枢軸７ａは、その両端部を上記蓋体２及び連結板８に形成した嵌合孔に圧入固定若しくはがたつきなく挿入している。従って、この枢軸７ａが、上記ハウジング３内で円周方向或は直径方向に変位する事はない。
【０００４】
これに対して、図３〜４の下部左右両側に位置する残り２本の枢軸７ｂ、７ｃは、両端部を上記蓋体２及び連結板８に対し、上記ハウジング３の円周方向及び直径方向に亙る若干の変位自在に支持している。この為に、上記蓋体２及び連結板８の一部で上記枢軸７ｂ、７ｃの両端部に整合する部分には、図４に示す様に、上記両枢軸７ｂ、７ｃの外径よりも大きな内径を有する支持孔９、９を形成し、これら各支持孔９、９に、上記両枢軸７ｂ、７ｃの両端部を緩く係合させている。そして、これら各枢軸７ａ、７ｂ、７ｃの中間部周囲に、それぞれが中間ローラであるガイドローラ１０及びウェッジローラ１１ａ、１１ｂを、それぞれラジアルニードル軸受１２により、回転自在に支持している。尚、上記連結板８は、上記蓋体２の内面（上記ガイドローラ１０及びウェッジローラ１１ａ、１１ｂを設置した空間側の面で、図２の右面）の一部で、上記ガイドローラ１０及びウェッジローラ１１ａ、１１ｂから外れた位置に突設した突部１３、１３に突き当て、連結ボルト１４、１４により、上記蓋体２に連結固定している。
【０００５】
又、上記ハウジング３の内側で上記ガイドローラ１０及びウェッジローラ１１ａ、１１ｂを囲む部分には、円環状の外輪１５を、回転自在に設けている。この外輪１５の内周面中央部は直径方向内方に突出させる事により、土手状の凸部１６とし、この凸部１６の内周面を第二の円筒面１７としている。そして、この第二の円筒面１７と、上記ガイドローラ１０及びウェッジローラ１１ａ、１１ｂの外周面である第三の円筒面１８、１８とを当接自在としている。又、上記外輪１５には、結合ブラケット１９の外径側端部を外嵌固定し、この結合ブラケット１９の中心部に、第二の回転軸である出力軸２０の内端部を結合固定している。この出力軸２０は、前記ハウジング３を構成する本体１の中央部に形成した第二の通孔２１を回転自在に挿通して、このハウジング３外に突出させている。
【０００６】
上記ガイドローラ１０及びウェッジローラ１１ａ、１１ｂの外周面である、上記各第三の円筒面１８、１８は、それぞれ前記中心ローラ４の外周面に設けた第一の円筒面２２と、上記外輪１５の内周面に設けた上記第二の円筒面１７とに当接させている。上記中心ローラ４の中心と上記出力軸２０及び外輪１５の中心とは互いに偏心している。即ち、前述の様に、上記中心ローラ４を挿通する通孔５は、上記ハウジング３の中心から少しだけ外れた位置に設けているのに対して、上記出力軸２０を挿通する第二の通孔２１は、上記ハウジング３の中心に設けている。又、この第二の通孔２１の内側に回転自在に支持した出力軸２０と外輪１５とは、互いに同心である。従って、上記中心ローラ４と上記外輪１５及び出力軸２０とは、上記通孔５のハウジング３の中心からのずれ量δ（図２参照）分だけ、互いに偏心している。そして、上記中心ローラ４の外周面に設けた上記第一の円筒面２２と上記外輪１５に設けた上記第二の円筒面１７との間に存在して上記ガイドローラ１０及びウェッジローラ１１ａ、１１ｂが設けられた環状空間２３の幅寸法が、このδ分の偏心量に見合う分だけ、円周方向に亙り不同になっている。
【０００７】
この様に、上記環状空間２３の幅寸法を円周方向に亙り不同にした分、上記ガイドローラ１０及びウェッジローラ１１ａ、１１ｂの外径を異ならせている。即ち、上記外輪１５に対して中心ローラ４が偏心している側（図３〜４の下側）に位置するウェッジローラ１１ａ、１１ｂの径を、互いに同じとすると共に比較的小径にしている。これに対し、上記外輪１５に対して中心ローラ４が偏心しているのと反対側（図３〜４の上側）に位置するガイドローラ１０の径を、上記両ウェッジローラ１１ａ、１１ｂよりも大きくしている。そして、これら３個の、それぞれが中間ローラであるガイドローラ１０及びウェッジローラ１１ａ、１１ｂの外周面である第三の円筒面１８、１８を、上記第一、第二の円筒面２２、１７に当接させている。
【０００８】
尚、それぞれが中間ローラである、上記１個のガイドローラ１０及び２個のウェッジローラ１１ａ、１１ｂのうち、ガイドローラ１０を支持した枢軸７ａは、前述の様に、上記ハウジング３内に固定している。これに対して、ウェッジローラ１１ａ、１１ｂを支持した枢軸７ｂ、７ｃは、やはり前述した様に上記ハウジング３内に、円周方向及び直径方向に亙る若干の変位を自在に支持している。従って、上記ウェッジローラ１１ａ、１１ｂも、上記ハウジング３内で円周方向及び直径方向に亙り若干の変位自在である。そして、前記蓋体２のシリンダ孔２４、２４内に装着した圧縮コイルばね２５、２５等の弾性材により、上記各ウェッジローラ１１ａ、１１ｂを支持した枢軸７ｂ、７ｃを、これら各枢軸７ｂ、７ｃに回転自在に支持したウェッジローラ１１ａ、１１ｂを前記環状空間２３の幅の狭い部分に向け移動させるべく、弾性的に軽く押圧している。
【０００９】
上述の様に構成される従来構造の摩擦ローラ式変速機の場合、入力軸６に結合した中心ローラ４の回転は、この中心ローラ４の外周面である第一の円筒面２２と、ガイドローラ１０及びウェッジローラ１１ａ、１１ｂの外周面である第三の円筒面１８、１８との当接部である、各内径側当接部２６、２６を介して、これらガイドローラ１０及びウェッジローラ１１ａ、１１ｂに伝わる。更に、これらガイドローラ１０及びウェッジローラ１１ａ、１１ｂの回転は、上記各第三の円筒面１８、１８と前記外輪１５の内周面に設けた第二の円筒面１７との当接部である、各外径側当接部２７、２７を介して、この外輪１５に伝わる。そして、この外輪１５に結合固定した前記出力軸２０が回転する。
【００１０】
上記中心ローラ４が図３〜４の時計方向（又は反時計方向）に、外輪１５が同じく反時計方向（又は時計方向）に、それぞれ回転すると、図３〜４の右側の枢軸７ｂ（又は左側の枢軸７ｃ）に回転自在に支持したウェッジローラ１１ａ（又は１１ｂ）が、上記第一、第二の円筒面２２、１７同士の間に存在する環状空間２３内で、この環状空間２３の幅の狭い部分（図３〜４の下側中央部分）に向け移動する。この結果、上記枢軸７ｂ（又は７ｃ）に回転自在に支持したウェッジローラ１１ａ（又は１１ｂ）の外周面である第三の円筒面１８が、上記第一の円筒面２２と第二の円筒面１７とを強く押圧する。そして、当該ウェッジローラ１１ａ（又は１１ｂ）に関する第三の円筒面１８と上記第一の円筒面２２との当接部である内径側当接部２６、及び、当該ウェッジローラ１１ａ（又は１１ｂ）に関する第三の円筒面１８と上記第二の円筒面１７との当接部である外径側当接部２７の当接圧が高くなる。
【００１１】
上記１個のウェッジローラ１１ａ（又は１１ｂ）に関する内径側、外径側両当接部２６、２７の当接圧が高くなると、上記中心ローラ４と外輪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、それぞれの直径方向に亙り僅かに変位する。この結果、残り２個の中間ローラである、ガイドローラ１０及びウェッジローラ１１ｂ（又は１１ａ）の外周面である第三の円筒面１８、１８と上記中心ローラ４の外周面である第一の円筒面２２との当接部である２個所の内径側当接部２６、２６、及びこれらウェッジローラ１１ｂ（又は１１ａ）及びガイドローラ１０の外周面である第三の円筒面１８、１８と外輪１５の内周面である第二の円筒面１７との当接部である２個所の外径側当接部２７、２７の当接圧が高くなる。
【００１２】
上記１本の枢軸７ｂ（又は７ｃ）に回転自在に支持したウェッジローラ１１ａ（又は１１ｂ）を、上記環状空間２３内でこの環状空間２３の幅の狭い部分に向け移動させようとする力は、上記中心ローラ４から上記外輪１５に伝達するトルクの大きさに応じて変化する。即ち、上記中心ローラ４の駆動トルクが大きくなる程、上記ウェッジローラ１１ａ（又は１１ｂ）を上記環状空間２３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、上記各内径側、外径側両当接部２６、２７の当接圧が大きくなる。逆に言えば、上記駆動トルクが小さい場合には、これら各内径側、外径側両当接部２６、２７の当接圧が小さい。
【００１３】
尚、図２〜４に示した構造の場合には、入力軸６が何れの方向にも回転する可能性がある為、２個のウェッジローラ１１ａ、１１ｂを設けているが、入力軸の回転方向が一定であれば、ウェッジローラを１個のみ設け、他の中間ローラをガイドローラとする事もできる。この場合に、ウェッジローラとガイドローラとを１個ずつ、合計２個の中間ローラを設け、これら２個の中間ローラを、中心ローラに関して直径方向反対側から少しだけずれた位置に配置する事もできる。又、入力軸と出力軸とを逆にすれば、増速機として使用する事も可能である。更に、伝達すべきトルクに関係なく、内径側、外径側両当接部２６、２７の当接圧を一定にしたままで良ければ、総ての中間ローラをガイドローラとする事も可能である。但し、ウェッジローラを設けない場合には、伝達すべきトルクに応じた最適の当接圧を得られない為、このトルクが変動する場合に伝達効率が低くなるだけでなく、中心ローラの外周面と外輪の内周面との間に複数の中間ローラを、必要とする当接圧を確保しつつ組み付ける作業が面倒になる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様に構成され作用する、従来から知られている摩擦ローラ式変速機は、この摩擦ローラ式変速機を介して動力を出し入れする機械装置への組み付け性を考慮していない。この為、実際に上記摩擦ローラ式変速機を機械装置に組み付ける際には、組み付け用のブラケット等が必要になる。この結果、組み付け作業が面倒になるだけでなく、摩擦ローラ式変速機を組み込んだ各種機械装置の小型・軽量化並びに低コスト化が難しくなる。しかも、上記組み付け用ブラケットを設ける分、上記機械装置に対する上記摩擦ローラ式変速機の組み付け精度の確保も難しくなる。
本発明の摩擦ローラ式変速機は、この様な事情に鑑みて、小型・軽量化並びに低コスト化を図れ、しかも組み付け精度の確保も容易な構造を実現すべく発明したものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の摩擦ローラ式変速機は、前述した従来の摩擦ローラ式変速機と同様に、第一の回転軸と、この第一の回転軸の端部にこの第一の回転軸と同心に固定され、外周面を第一の円筒面とした中心ローラと、内周面を第二の円筒面として上記中心ローラの周囲に、この中心ローラに対する相対回転を自在に設けた外輪と、この外輪と同心で一端部をこの外輪に結合固定した第二の回転軸と、上記第一の円筒面と上記第二の円筒面との間の環状空間内に、上記第一の回転軸と平行に配置された複数本の枢軸と、これら各枢軸により回転自在に支持され、それぞれの外周面を第三の円筒面とした複数個の中間ローラと、上記複数本の枢軸の一端部を支持する為の支持基板と、上記外輪及びこれら各中間ローラを納める有底円筒状でこの支持基板に結合固定され、円筒状の周壁部の軸方向に関してこの支持基板と反対側の端部に設けられた底板部に形成した通孔に上記第二の回転軸を挿通したハウジングとを備え、上記支持基板のほぼ中央部に設けた通孔内に上記第一の回転軸を回転自在に支持している。
【００１６】
特に、本発明の摩擦ローラ式変速機に於いては、上記支持基板の外周寄り部分を上記ハウジングの直径方向外方にまで延長して延長部とし、この延長部を、このハウジング及び上記支持基板を固定部分に結合固定する為の取付フランジとして機能させる。
【００１７】
【作用】
上述の様に構成する本発明の摩擦ローラ式変速機によれば、摩擦ローラ式変速機を組み込んだ機械装置の小型・軽量化並びに低コスト化を図れ、しかも組み付け精度の確保も容易な構造を実現できる。
即ち、摩擦ローラ式変速機を構成するハウジング及び支持基板を、上記機械装置に対して直接結合固定自在となり、取り付け用ブラケットを省略する事に基づく小型・軽量化並びに低コスト化を図れ、しかも組み付け精度の確保も可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、小型・軽量化並びに低コスト化を図れ、しかも組み付け精度の確保も容易な構造を実現すべく、摩擦ローラ式変速機の構成部品を、この摩擦ローラ式変速機を組み付けるべき機械装置に取り付ける部分の構造にある。中心ローラ４と、外輪１５ａと、ガイドローラ１０を含む複数個の中間ローラとにより構成する摩擦ローラ式変速機本体部分の構造及び作用は、前述の図２〜４に示した米国特許第４７０９５８９号明細書等に記載されて従来から知られている摩擦ローラ式変速機と同様である。又、上記摩擦ローラ式変速機本体部分の構造及び作用は、本発明の要旨ではない。従って、従来構造と同等部分に関する説明は省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分、並びに図２〜４に示した従来構造と異なる部分を中心に説明する。尚、図１は、前述した図２とは逆に、ガイドローラ１０が図中下側に位置する状態で示している。
【００１９】
上記中心ローラ４を回転駆動する為の駆動手段である電動モータ２８は、有底円筒状のケーシング２９の中心部に、第一の回転軸に相当する回転駆動軸３０を、回転自在に支持している。又、上記摩擦ローラ式変速機本体部分を納めるハウジング３１も、有底円筒状に形成している。そして、このハウジング３１の端部開口と上記ケーシング２９の端部開口とを互いに対向させ、支持基板３２を介して互いに突き合わせている。そして、この支持基板３２と上記ケーシング２９とを複数本のねじ３３により、上記支持基板３２と上記ハウジング３１とをやはり複数本のねじ３４により、それぞれ結合固定している。この為に、上記ケーシング２９の開口端部には、外向フランジ状の鍔部３５を形成し、上記複数本のねじ３３を、この鍔部３５に形成したねじ孔３６に螺合し更に緊締している。又、上記複数本のねじ３４を、上記ハウジング３１の周壁部３７に形成したねじ孔３８に螺合し更に緊締している。
【００２０】
上記支持基板３２の外周寄り部分は、上記鍔部３５の外周縁よりも直径方向外方に延長する事により、延長部３９としている。そして、この延長部３９を、取付フランジとして機能させている。即ち、上記延長部３９の複数個所を軸方向に挿通したねじ４０、４０を、支持ブロック４１等の固定部分に設けたねじ孔に螺合し更に緊締して、上記支持基板３２を上記支持ブロック４１に結合固定している。尚、上記支持ブロック４１としては、例えば被駆動装置となる第二段の減速機のハウジングを利用できる。上記延長部３９の片面と上記支持ブロック４１の端面との対向する部分には、環状凹溝の如き係合凹部４２と環状突条の如き係合凸部４３とを設けて、互いに係合させている。これら係合凹部４２と係合凸部４３との係合に基づき、上記支持基板３２の直径方向に亙る位置決めを図っている。
【００２１】
又、上記支持基板３２の中央部に形成した通孔５には、前記回転駆動軸３０の先端部（図１の右端部）にこの回転駆動軸３０と一体に設けた、前記中心ローラ４を挿通している。そして、この中心ローラ４の基端部（図１の左端部）を転がり軸受４４により上記通孔５内に、上記回転駆動軸３０の基端部を別の転がり軸受４５により前記ケーシング２９の底部内面に、それぞれ回転自在に支持している。上記回転駆動軸３０の中間部外周面にはロータ４６を、上記ケーシング２９の内周面にはステータ４７を、それぞれ固定する事により、前記電動モータ２８を構成している。
【００２２】
更に、前記ハウジング３１を構成する底板部４８のほぼ中央部には、この底板部４８の両面同士を連通させる、第二の通孔２１ａを形成している。上記底板部４８の外面（図１の右面）には円筒部４９を、上記第二の通孔２１ａを囲む状態で形成している。これら円筒部４９及び第二の通孔２１ａの中心軸は、上記回転駆動軸３０及び中心ローラ４の中心軸に対して、δだけ偏心している。この点は、前述の図２〜４に示した従来構造の場合と同様である。そして、上記円筒部４９及び第二の通孔２１ａの内側に、第二の回転軸である出力軸２０ａを、転がり軸受５０により、回転自在に支持している。上記出力軸２０ａは、有底円筒状の外輪１５ａを構成する底板部５１の外面中心部に、この外面に対して直角に結合固定している。
【００２３】
上述の様に構成する本発明の摩擦ローラ式変速機によれば、摩擦ローラ式変速機を組み込んだ機械装置の小型・軽量化並びに低コスト化を図れ、しかも組み付け精度の確保も容易な構造を実現できる。即ち、前記支持基板３２の外周寄り部分に設けた延長部３９に挿通したねじ４０、４０により上記支持基板３２を、上記機械装置を構成する支持ブロック４１に対して直接結合固定する為、取り付け用ブラケットを省略する事に基づく小型・軽量化並びに低コスト化を図れる。しかも、組み付け精度の確保も可能になる。
【００２４】
又、図示の例では、摩擦ローラ式変速機に隣接させて、駆動手段である電動モータ２８を設け、上記支持基板３２に、この電動モータ２８を構成するケーシング２９の開口部を塞ぐ蓋板としての機能と、摩擦ローラ式変速機の本体部分を収納するハウジング３１の開口部を塞ぐ蓋板としての機能とを合わせ持たせている。この為、摩擦ローラ式変速機を組み込んだ機械装置全体としての構成部品の数を低減できる。そして、この機械装置全体としての小型・軽量化並びに低コスト化を図れる。更に、上記電動モータ２８の回転駆動軸３０及び摩擦ローラ式変速機の中心ローラ４を、上記２種類の蓋板としての機能を合わせ持った、１枚の支持基板３２に回転自在に支持している為、これら回転駆動軸３０及び中心ローラ４の支持精度を高度に維持できる。
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【発明の効果】
本発明の摩擦ローラ式変速機は、以上に述べた通り構成され作用するので、部品点数の削減に基づき、摩擦ローラ式変速機を組み込んだ各種機械装置の小型・軽量化並びに低コスト化を図れ、しかも組み付け精度の確保も容易な構造を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す断面図。
【図２】従来構造の１例を示す断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】同Ｂ−Ｂ断面図。
【符号の説明】
１ 本体
２ 蓋体
３ ハウジング
４ 中心ローラ
５ 通孔
６ 入力軸
７ａ、７ｂ、７ｃ 枢軸
８ 連結板
９ 支持孔
１０ ガイドローラ
１１ａ、１１ｂ ウェッジローラ
１２ ラジアルニードル軸受
１３ 突部
１４ 連結ボルト
１５、１５ａ 外輪
１６ 凸部
１７ 第二の円筒面
１８ 第三の円筒面
１９ 結合ブラケット
２０、２０ａ 出力軸
２１、２１ａ 第二の通孔
２２ 第一の円筒面
２３ 環状空間
２４ シリンダ孔
２５ 圧縮コイルばね
２６ 内径側当接部
２７ 外径側当接部
２８ 電動モータ
２９ ケーシング
３０ 回転駆動軸
３１ ハウジング
３２ 支持基板
３３ ねじ
３４ ねじ
３５ 鍔部
３６ ねじ孔
３７ 周壁部
３８ ねじ孔
３９ 延長部
４０ ねじ
４１ 支持ブロック
４２ 係合凹部
４３ 係合凸部
４４ 転がり軸受
４５ 転がり軸受
４６ ロータ
４７ ステータ
４８ 底板部
４９ 円筒部
５０ 転がり軸受
５１ 底板部

Claims (2)

1. 第一の回転軸と、この第一の回転軸の端部にこの第一の回転軸と同心に固定され、外周面を第一の円筒面とした中心ローラと、内周面を第二の円筒面として上記中心ローラの周囲に、この中心ローラに対する相対回転を自在に設けた外輪と、この外輪と同心で一端部をこの外輪に結合固定した第二の回転軸と、上記第一の円筒面と上記第二の円筒面との間の環状空間内に、上記第一の回転軸と平行に配置された複数本の枢軸と、これら各枢軸により回転自在に支持され、それぞれの外周面を第三の円筒面とした複数個の中間ローラと、上記複数本の枢軸の一端部を支持する為の支持基板と、上記外輪及びこれら各中間ローラを納める有底円筒状でこの支持基板に結合固定され、円筒状の周壁部の軸方向に関してこの支持基板と反対側の端部に設けられた底板部に形成した通孔に上記第二の回転軸を挿通したハウジングとを備え、上記支持基板のほぼ中央部に設けた通孔内に上記第一の回転軸を回転自在に支持した摩擦ローラ式変速機に於いて、上記支持基板の外周寄り部分を上記ハウジングの直径方向外方にまで延長して延長部とし、この延長部を、このハウジング及び上記支持基板を固定部分に結合固定する為の取付フランジとして機能させる事を特徴とする摩擦ローラ式変速機。
2. 摩擦ローラ式変速機に隣接させて、駆動手段と被駆動装置との少なくとも一方を設け、支持基板に、これら駆動手段と被駆動装置との何れか一方の構成部品としての機能を合わせ持たせた、請求項１に記載した摩擦ローラ式変速機。

Images