JP4407314B2

JP4407314B2 - 摩擦伝動装置

Info

Publication number: JP4407314B2
Application number: JP2004057639A
Authority: JP
Inventors: 建山本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2024-03-02
Also published as: JP2005249005A

Description

本発明は、減速や増速のための変速装置として適用される摩擦伝動装置の技術分野に属する。

駆動ローラと従動ローラとの間にくさびローラを設け、それぞれの接触点における接線の方向に角度を持たせることで、伝達力に比例した押し付け力を自動的に発生させる構造としている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３４９６５４号公報

しかしながら、従来の摩擦伝動装置にあっては、伝達力が大きくなり、それに応じて押し付け力が大きくなると、ローラの接触点が弾性変形し、くさびローラとの角度が小さくなる。すなわち、伝達力が大きくなると過剰な押し付け力をローラに与えることになり、ローラおよび支持軸受の寿命低下や動力伝達効率の悪化を招く、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、くさびローラやアクチュエータを用いることのない簡単な構成としながら、伝達力が大きい場合においても過剰な押し付け力の発生を防止することにより、寿命と動力伝達効率の向上を達成することができる摩擦伝動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、回転自在に支持された駆動ローラと従動ローラとを押圧接触させ、その接触部に生じる摩擦力によって、一方のローラから他方のローラに動力を伝達させる摩擦伝動装置において、
前記駆動ローラと従動ローラとの接触点における接線に対し角度を持ったカム斜面を有し、該カム斜面を駆動ローラおよび従動ローラのうち少なくとも一方の回転支持部に当接することでローラ同士を押圧接触させ、
前記カム斜面のカムリードを、駆動ローラと従動ローラの中心を通る直線から離れた位置であるほど大きく設定した。

よって、本発明の摩擦伝動装置にあっては、ローラ同士を押圧接触させるカム斜面のカムリードを、駆動ローラと従動ローラの中心を通る直線から離れた位置であるほど大きく設定したため、伝達力が大きい場合において、過剰な押し付け力の発生を防止できる。この結果、くさびローラやアクチュエータを用いることのない簡単な構成としながら、伝達力が大きい場合においても過剰な押し付け力の発生を防止することにより、寿命と動力伝達効率の向上を達成することができる。

以下、本発明の摩擦伝動装置を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例３に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１の摩擦伝動装置を示す全体図である。実施例１の摩擦伝動装置は、回転自在に支持された駆動ローラ１と従動ローラ２とを押圧接触させ、その接触部に生じる摩擦力によって、上記２個のローラ１，２のうち、一方のローラ１または２から他方のローラ２または１に動力を伝達させる。

前記駆動ローラ１のローラ軸３には、転がり軸受４が設けられていて、前記ローラ軸３を転がり軸受４の内輪とし、転がり軸受４の外輪４ａを駆動ローラ１側の回転支持部としてフレーム５に対し支持している。なお、図示していないが、従動ローラ２のローラ軸にも、同様に転がり軸受が設けられていて、この転がり軸受の外輪を従動ローラ２側の回転支持部としてフレーム５に対し位置規定状態で支持している。

前記フレーム５の駆動ローラ１側の回転支持部には、前記駆動ローラ１と従動ローラ２との接触点Ｐにおける接線Ｃに対し角度を持ったカム斜面５１を有し、該カム斜面５１を駆動ローラ１の回転支持部に当接することでローラ１，２同士を押圧接触させ、前記カム斜面５１のカムリード（カム斜面角度）を、駆動ローラ１と従動ローラ２の中心を通る直線Ｌから離れた位置であるほど大きく設定している。

前記カム斜面５１のローラ軸直角断面形状は、図１に示すように、駆動ローラ１と従動ローラ２の接触点Ｐにおける接線Ｃに対し異なる角度θ１，θ２（θ１>θ２）を持った２つの面５１ａ，５１ｂが凹状に交差する交差面形状である。

次に、作用を説明する。
例えば、特開２００２−３４９６５４号公報等に記載された摩擦伝動装置は、図２に示すように、駆動ローラと従動ローラの間にくさびローラを設け、それぞれの接触点における接線の方向に角度を持たせることで、伝達力に比例した押し付け力を自動的に発生する構造としている。押し付け力Fcは、伝達力Fd、くさびローラとの角度αに対し、
Fc＝Fd／tanα
の式であらわされる。したがって、くさびローラとの角度αが一定であれば伝達力Fdと押し付け力Fcは比例する。

一般的に、伝達力や回転数などの運転条件によらず、伝達力Fdと押し付け力Fcの比、すなわち、摩擦係数（またはトラクション係数）はほぼ一定であるので、伝達力Fdと押し付け力Fcが比例すれば、過不足のない最適な押し付け力Fcを与えることになる。

しかしながら、前記摩擦伝動装置では、図３(a)の低トルク時と図３(b)の高トルク時に示すように、伝達力Fdが大きくなり、それに応じて押し付け力Fcが大きくなると、ローラの接触点が弾性変形し、くさびローラとの角度αが小さくなる。

すなわち、上記式の押し付け力Fcが大きくなるため、図４に示すように、過剰な押し付け力をローラに与えることになり、効率や寿命が低下する、という問題があった。

本発明者が先に提案した、ローラ支持部を一定の角度を持つカム斜面で支持する摩擦伝動装置（特願2003-433910）においても伝達力が大きくなると同様の問題を生じる。つまり、ローラ接触部における変形を吸収するため、ローラ支持部がカム斜面上を転動すると、ローラの接触点は、図５に示すように移動し、伝達力の方向が変わる。しかしながら、カム斜面の角度は一定であるため、両者の角度αが小さくなり、押し付け力が過剰となる。

これに対し、実施例１では、駆動ローラ１の回転支持部に当接させるカム斜面を、駆動ローラ１と従動ローラ２の接触点Ｐにおける接線Ｃに対し異なる角度θ１，θ２を持った２つの面が凹状に交差する交差面形状によるカム斜面５１とした。

よって、ローラ伝達力が大きくなり駆動ローラ１の回転支持部がカム斜面５１上を転動すると、カム斜面５１のうち一方の面５１ａに対する伝達力の角度θ１が小さくなるが、さらにローラ伝達力が大きくなり、角度がθ１からθ２へと大きくなっている他方の面５１ｂに乗り移ると、カム斜面５１に対する伝達力の角度が大きくなる。したがって、伝達力に対して発生する押し付け力の特性は、図６に示すようになり、高負荷域における過剰な押し付け力を低減でき、伝達力に対する押し付け力の関係特性は、点線特性にて示す摩擦係数一定（＝最適値）による特性に近似した特性となる。

次に、効果を説明する。
実施例１の摩擦伝動装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 回転自在に支持された駆動ローラ１と従動ローラ２とを押圧接触させ、その接触部に生じる摩擦力によって、上記２個のローラ１，２のうち、一方のローラから他方のローラに動力を伝達させる摩擦伝動装置において、前記駆動ローラ１と従動ローラ２との接触点Ｐにおける接線Ｃに対し角度を持ったカム斜面５１を有し、該カム斜面５１を駆動ローラ１の回転支持部に当接することでローラ１，２同士を押圧接触させ、前記カム斜面５１のカムリードを、駆動ローラ１と従動ローラ２の中心を通る直線Ｌから離れた位置であるほど大きく設定したため、くさびローラやアクチュエータを用いることのない簡単な構成としながら、伝達力が大きい場合においても過剰な押し付け力の発生を防止することにより、寿命と動力伝達効率の向上を達成することができる。

(2) 前記カム斜面５１のローラ軸直角断面形状は、駆動ローラ１と従動ローラ２の接触点Ｐにおける接線Ｃに対し異なる角度θ１，θ２を持った２つの面５１ａ，５１ｂが凹状に交差する交差面形状であるため、カム斜面５１の形状を面加工が簡単な交差面形状としながら、高負荷域における過剰な押し付け力を有効に低減することができる。

実施例２は、カム斜面５２を駆動ローラ１と従動ローラ２の接触点Ｐにおける接線Ｃに対する角度が滑らかに変化する凹曲面形状とした例である。

すなわち、図７に示すように、前記カム斜面５２のローラ軸直角断面形状は、駆動ローラ１と従動ローラ２の接触点Ｐにおける接線Ｃに対する角度が滑らかに変化する凹曲面形状である。そして、このカム斜面５２の凹曲面形状は、カム斜面５２に接する転がり軸受４の外輪４ａ（カム側ローラ）の移動に対し、駆動ローラ１と従動ローラ２の中心を通る直線Ｌとなす角度が一定となる形状に設定している。なお、他の構成は実施例１と同様であるので説明を省略する。

作用を説明すると、無負荷時に水平であった駆動ローラ１と従動ローラ２の中心を通る直線Ｌが、負荷によって角度θだけ傾いたとき、カム斜面５２の角度がα＋θであれば、前記直線Ｌとカム斜面５２の角度はαとなる。いま、回転支持部の径を無視し、軸で支持されているとすると、駆動ローラ１の中心軌跡とカム斜面５２の形状は一致する。図８に示すように座標をとると、前記条件を満足するとき、カム斜面５２側の駆動ローラ１の中心軌跡は以下の式で表される。

これはカム斜面５２上の点（ｘ，ｙ）は角度θの直線上にあり、この点におけるカム曲線の傾きがtan（α＋θ）であることを示している。

この式を、θ＝０においてｒ＝ｒ₀を境界条件として解くと以下のようになる。

実際には駆動ローラ１は中心ではなく、ある径を持つ支持部、すなわち、カムフォロワでカム斜面５２と当接する。この半径をrcとすれば、カム面形状は以下の式で表される。

この式をプロットしたものが図９であるが、凹面となっている。このカム形状を用いれば、伝達力に対して発生する押し付け力は、図１０に示すように、伝達力が大きいほど過剰となる押し付け力を低減でき、伝達力に対する押し付け力の関係特性は、点線特性にて示す摩擦係数一定（＝最適値）による特性にほぼ一致した特性となる。

次に、効果を説明する。
実施例２の摩擦伝動装置にあっては、実施例１の(1)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(3) 前記カム斜面５２のローラ軸直角断面形状は、駆動ローラ１と従動ローラ２の接触点Ｐにおける接線Ｃに対する角度が滑らかに変化する凹曲面形状であるため、カム斜面５２に接する転がり軸受４の外輪４ａの位置によらず伝達力に応じた押し付け力を駆動ローラ１に与えることができる。

(4) 前記カム斜面５２の凹曲面形状は、カム斜面５２に接する転がり軸受４の外輪４ａの移動に対し、駆動ローラ１と従動ローラ２の中心を通る直線Ｌとなす角度が一定となる形状に設定したため、カム斜面５２に接する転がり軸受４の外輪４ａの位置によらず伝達力に比例した押し付け力を駆動ローラ１に与えることができる。

実施例３は、実施例２で示したカム曲線よりも、さらに、駆動ローラ１と従動ローラ２の中心を通る直線Ｌから離れた位置であるほどカムリードを大きくしたカム面形状によるカム斜面５３とした例である。

すなわち、図１１に示すように、前記カム斜面５３のローラ軸直角断面形状は、カム斜面５３に接する転がり軸受４の外輪４ａ（カム側ローラ）の移動に対し、駆動ローラ１と従動ローラ２の中心を通る直線Ｌとなす角度が一定となる形状よりも、駆動ローラ１と従動ローラ２の中心を通る直線Ｌから離れた位置であるほどカムリード（角度）を大きくしたカム面形状に設定している。

詳しくは、前記カム斜面５３のカム面形状は、押し付け力による弾性変形に伴う従動ローラ２（固定側ローラ）に対するカム斜面の遠ざかり量を予測し、弾性変形のない状態と同じ位置でカム斜面５３と駆動ローラ１の回転支持部が接触するようにカムリードを大きく設定している。なお、他の構成は実施例１と同様であるので説明を省略する。

作用を説明すると、押し付け力が大きくなると、両ローラ１，２の接触点Ｐのみならず、両ローラ１，２を支持する軸３，軸受４等、カム斜面５３やフレーム５も弾性変形し、結果として従動ローラ２（固定側ローラ）に対してカム斜面５３が遠ざかる。

しかしながら、実施例３では、それを予め見越してカムリードを大きくしており、変形のない状態と同じ位置でカム斜面５３と駆動ローラ１の回転支持部が接触するため、弾性変形にかかわらず伝達力に比例した押し付け力を発生することができる。
ここで、押し付け力Fcに対するカムの遠ざかり量を関数Δｙ(Fc）とすれば、カム面形状は以下の式となる。

次に、効果を説明する。
実施例３の摩擦伝動装置にあっては、上記(1)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(5) 前記カム斜面５３のローラ軸直角断面形状は、カム斜面５３に接する転がり軸受４の外輪４ａの移動に対し、駆動ローラ１と従動ローラ２の中心を通る直線Ｌとなす角度が一定となる形状よりも、駆動ローラ１と従動ローラ２の中心を通る直線Ｌから離れた位置であるほどカムリード（角度）を大きくしたカム面形状に設定したため、両ローラ１，２を支持する軸などの変形により両ローラ１，２の軸間距離が大きくなっても、伝達力に応じた押し付け力を両ローラ１，２に与えることができる。

(6) 前記カム斜面５３のカム面形状は、押し付け力による弾性変形に伴う従動ローラ２に対するカム斜面の遠ざかり量を予測し、弾性変形のない状態と同じ位置でカム斜面５３と駆動ローラ１の回転支持部が接触するようにカムリードを大きく設定したため、両ローラ１，２を支持する軸などの変形により両ローラ１，２の軸間距離が大きくなっても、伝達力に比例した押し付け力を両ローラ１，２に与えることができる。

以上、本発明の摩擦伝動装置を実施例１〜実施例３に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、実施例１では、２面が交差するカム斜面５１の例を示したが、３面以上の複数の面が交差するカム斜面としても良い。

実施例２，３では、カム斜面５２，５３の凹曲面形状は、カム斜面５２に接する転がり軸受４の外輪４ａの移動に対し、駆動ローラ１と従動ローラ２の中心を通る直線Ｌとなす角度が一定となる基本形状を持つ好ましい例を示したが、単に駆動ローラ１と従動ローラ２の接触点Ｐにおける接線Ｃに対する角度が滑らかに変化する凹曲面形状に設定したものでも良い。さらに、平面と曲面との組み合わせ面を有するカム斜面としても良い。

本発明の摩擦伝動装置は、車両に適用される加減速機や変速機への適用に限らず、加速機能や減速機能や変速機能が要求される産業機器等に対し広汎な用途として適用することができる。さらに、実施例１〜実施例３では、駆動ローラと従動ローラによる増速機能を持つ摩擦伝動装置の例を示したが、複数の駆動ローラが入力軸に配置され、また、複数の従動ローラが出力軸に配置されるような平行二軸式変速機の摩擦伝動装置や、１組の遊星ローラや複数組みの遊星ローラによる遊星ローラ式変速機の摩擦伝動装置としても適用することができる。

実施例１の摩擦伝動装置を示す全体図である。くさびローラを用いた従来例の摩擦伝動装置を示す図である。くさびローラを用いた従来例の摩擦伝動装置における低トルク時と高トルク時の圧力角αの変化を示す図である。従来例における伝達力に対する押し付け力の関係特性図である。先行技術におけるカム斜面を持つ摩擦伝動装置を示す図である。実施例１における伝達力に対する押し付け力の関係特性図である。実施例２の摩擦伝動装置を示す全体図である。実施例２における駆動ローラの移動とカム面角度の関係を示す図である。実施例２におけるxc-ycの座標上でのカム面形状を示す図である。実施例２における伝達力に対する押し付け力の関係特性図である。実施例３のの摩擦伝動装置を示す全体図である。

符号の説明

１駆動ローラ
２従動ローラ
３ローラ軸
４転がり軸受
４ａ外輪（回転支持部）
５フレーム
５１実施例１のカム斜面
５２実施例２のカム斜面
５３実施例３のカム斜面

Claims

回転自在に支持された駆動ローラと従動ローラとを押圧接触させ、その接触部に生じる摩擦力によって、一方のローラから他方のローラに動力を伝達させる摩擦伝動装置において、
前記駆動ローラと従動ローラとの接触点における接線に対し角度を持ったカム斜面を有し、該カム斜面を駆動ローラおよび従動ローラのうち少なくとも一方の回転支持部に当接することでローラ同士を押圧接触させ、
前記カム斜面のカムリードを、駆動ローラと従動ローラの中心を通る直線から離れた位置であるほど大きく設定したことを特徴とする摩擦伝動装置。
請求項１に記載された摩擦伝動装置において、
前記カム斜面のローラ軸直角断面形状は、駆動ローラと従動ローラの接触点における接線に対し異なる角度を持った複数の面が凹状に交差する交差面形状であることを特徴とする摩擦伝動装置。
請求項１に記載された摩擦伝動装置において、
前記カム斜面のローラ軸直角断面形状は、駆動ローラと従動ローラの接触点における接線に対する角度が滑らかに変化する凹曲面形状であることを特徴とする摩擦伝動装置。
請求項３に記載された摩擦伝動装置において、
前記カム斜面の凹曲面形状は、カム斜面に接するカム側ローラの移動に対し、駆動ローラと従動ローラの中心を通る直線となす角度が一定となる形状に設定したことを特徴とする摩擦伝動装置。
請求項１に記載された摩擦伝動装置において、
前記カム斜面のローラ軸直角断面形状は、カム斜面に接するカム側ローラの移動に対し、駆動ローラと従動ローラの中心を通る直線となす角度が一定となる形状よりも、駆動ローラと従動ローラの中心を通る直線から離れた位置であるほどカムリードを大きくしたカム面形状に設定したことを特徴とする摩擦伝動装置。
請求項５に記載された摩擦伝動装置において、
前記カム斜面のカム面形状は、押し付け力による弾性変形に伴う固定側ローラに対するカム斜面の遠ざかり量を予測し、弾性変形のない状態と同じ位置でカム斜面と回転支持部が接触するようにカムリードを大きく設定したことを特徴とする摩擦伝動装置。