JP4694520B2 - 摩擦伝動変速装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の摩擦伝動ローラ対を用いた摩擦伝動変速装置の技術分野に属する。

従来の摩擦伝動装置では、組み付けおよび与圧の調整を容易化するために、両ローラの接触面に作用する押し付け力に対して、直角方向にカムをスライドさせる構造としている。特に、低い精度の位置決め部品で与圧調整ができるよう、カムとフレームとの間に、同じく押し付け力に対して直角方向に伸縮する弾性部材を設けている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２５６９５０号公報

しかしながら、上記従来の摩擦伝動装置にあっては、一組の駆動ローラと従動ローラのみを用いる場合には、適切な与圧調整を行うことができるが、ローラ対を複数備え、一組のローラ対を選択的に押圧接触させる摩擦伝動変速装置とした場合、１つの変速段のみでしか与圧調整を行うことができないため、他のローラ対では、ローラ径の誤差等によって適切な与圧とならない場合がある。

すなわち、ローラ径を数十ミリ程度とした場合、ローラ外径や軸受けの内部すきまにはそれぞれ一箇所につき数十ミクロンの寸法誤差があり、両ローラの軸間距離は50〜100ミクロン程度にはなる。ところが、ローラは通常、鋼などのヤング率の高い材料が用いられるため、上記の軸間距離誤差があると、与圧荷重は希望値の数倍に大きくなったり、逆にローラが接触せずにガタツキが発生したりすることがある。

ここで、上記従来技術では、カムをフレームに対してスライド可能な構成としているが、押し付け力は伝達力に対して10倍以上の大きな荷重となり、またカムとフレームのスライド面は金属同士の直接接触であるため、摩擦力が大きく、一旦与圧荷重の調整および組み付けを行うと、その位置からカムを変位させることは困難であり、変速のためにローラ対を切り替えた場合、与圧荷重が大きく変動する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、その目的とするところは、寸法誤差等によるローラ軸間距離変動にかかわらず、すべてのローラ対で与圧荷重を適切な値に設定することができる摩擦伝動変速装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、カム部材とフレームとの間であって、両ローラの接触面に作用する押し付け力方向に、両ローラ間に作用する与圧荷重を調整する弾性部材を介装したことを特徴とする。

よって、本発明にあっては、カム部材とフレームとの間に介装した弾性部材によって、寸法誤差等によるローラ軸間距離変動に伴う与圧荷重変動を吸収できるため、すべてのローラ対で与圧荷重を適切な値に設定することができる。

以下、本発明の摩擦伝動変速装置を実施するための最良の形態を、実施例１〜６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の前進３速後進１速の摩擦伝動変速装置を示す全体図であり、実施例１の変速装置は、車両の駆動系に設けられている。この変速装置は、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に動力を伝達する。

駆動ローラ１は、１速用駆動ローラ１１と、２速用駆動ローラ１２と、３速用駆動ローラ１３と、駆動ローラ支持軸部１７，１８と、を一体形成して構成されている。ローラ径は、１速用駆動ローラ１１<２速用駆動ローラ１２<３速用駆動ローラ１３であり、駆動ローラ支持軸部１７，１８の間に、図１の左から１速用駆動ローラ１１、２速用駆動ローラ１２、３速用駆動ローラ１３が順に配列される。

従動ローラ２は、１速用従動ローラ２１と、２速用従動ローラ２２と、３速用従動ローラ２３と、偏心従動ローラ軸２４と、により構成されている。ローラ径は、１速用従動ローラ２１>２速用従動ローラ２２>３速用従動ローラ２３であり、偏心従動ローラ軸２４上に、図１の左から１速用従動ローラ２１、２速用従動ローラ２２、３速用従動ローラ２３、が配列される。

３個の従動ローラ２１，２２，２３は、両端に第１支持軸受け３と第２支持軸受け４を配置した偏心従動ローラ軸２４上に設定すると共に、変速比を異ならせて設定した三対のローラ対を切り替え可能に構成している。

三対のローラ対は、駆動ローラ支持軸部１７，１８に駆動ローラ支持軸受け５，６を設定し、該駆動ローラ支持軸受け５，６に、フレーム７に設定したカム（カム部材）８を当接することで、ローラ対間に押し付け力を付与している。

カム８は、駆動ローラ１と従動ローラ２との接触点における接線に対し角度を持った２つのカム斜面８ａ，８ｂ（図２参照）を有し、回転方向に応じて、カム斜面８ａまたは８ｂを駆動ローラ支持軸受け５，６のカムフォロア５ａ，６ａに当接することでローラ対を押圧接触させている。カム斜面８ａは、正転トルクのときカムフォロア５ａ，６ａに当接してローラ対を押圧接触させる正転カム斜面であり、カム斜面８ｂは、逆転トルクのときカムフォロア５ａ，６ａに当接してローラ対を押圧接触させる逆転カム斜面である。なお、駆動ローラ支持軸受け５，６は、外輪としてのカムフォロア５ａ，６ａと、転動体としてのニードル５ｂ，６ｂと、を有して構成されている。

３個の従動ローラ２１，２２，２３は、両端に第１支持軸受け３と第２支持軸受け４とを配置した偏心従動ローラ軸２４上にボール等を介して回転可能に設定すると共に、偏心従動ローラ軸２４を回動させるサーボモータ９を偏心従動ローラ軸２４の一端部に設けている。変速指令時には、サーボモータ９による偏心従動ローラ軸２４の回動により、変速前の変速位置に対応する従動ローラ回転軸２１ａ，２２ａ，２３ａのうち１つの軸を駆動ローラ回転軸１ａから離し、変速後の変速位置に対応する従動ローラ回転軸２１ａ，２２ａ，２３ａのうち１つの軸を駆動ローラ回転軸１ａに近づけ、変速比を異ならせて設定した三対のローラ対を切り替え可能に構成している。

複数のローラ対は、１速ローラ対１１，２１と２速ローラ対１２，２２と３速ローラ対１３，２３であり、従動ローラ２の両端の支持軸受けを、第１支持軸受け３と第２支持軸受け４としたとき、第１支持軸受け３と第２支持軸受け４との間に、第１支持軸受け３から順に、１速用従動ローラ２１と２速用従動ローラ２２と３速用従動ローラ２３とを並べて配置し、１速用従動ローラ２１と２速用従動ローラ２２と３速用従動ローラ２３とは、第１連結部３１と第２連結部３２により、径方向は互いに移動可能で、かつ、回転方向は一体に連結している。なお、摩擦伝動変速装置への駆動入力は、駆動ローラ支持軸部１７，１８の何れか一方からなされ、摩擦伝動変速装置からの出力は、２速用従動ローラ２２から径方向あるいは軸方向になされる。

図２は、実施例１の摩擦伝動変速装置の構成を示す側面図であり、実施例１の摩擦伝動変速装置は、カム８とフレーム７との間にばね（弾性部材）１０が介装されている。このばね１０は、ローラ対間にあらかじめ付与された与圧荷重の初期設定値により、適宜縮小した状態であり、この状態から、押し付け力が変化した場合、押し付け力方向に伸縮可能である。ここで、ばね１０のばね定数は、ローラ接触点のヘルツ変形による剛性に対して、十分低い値となるように設定されている。

次に、作用を説明する。
［与圧荷重変動吸収作用］
特開２００５−２５６９５０号公報に記載の摩擦伝動装置では、正転カムと逆転カムのうち、一方の逆転カムはフレームに固定し、他方の正転カムはフレームに対してローラ接触面に働く押し付け力と直角方向にスライド可能に設け、スライド可能に設けられた正転カムとフレームの間に与圧調整用の位置調整プレートおよび弾性ばねを挿入することで、両ローラに与える与圧を調整している。

ところが、この従来技術では、弾性ばねが押し付け力方向と垂直方向に設けられているものの、カムとフレーム間での摩擦力の影響が大きく、カムがフレームに対して相対移動不能であるため、弾性ばねの効果である、低い精度の位置決め部品で適正な与圧荷重の設定が可能になる、という利点が得られにくい。よって、ローラ対を複数設定し、一組のローラ対を選択的に押圧接触させる摩擦伝動変速装置とした場合、一旦ある変速段で与圧荷重の調整および組み付けを行うと、その位置からカムを変位させることは困難であり、変速によりローラ対を切り替えた場合、与圧荷重が大きく変動するという問題があった。

これに対し、実施例１の摩擦伝動変速装置では、カム８とフレーム７との間であって、ローラ接触面に作用する押し付け力方向にばね１０を介装したため、図３に示すように、ある変速段のローラ対で与圧荷重を初期設定値とする調整を行い、その後、変速して接触するローラ対を変更した場合に、ローラ径の寸法ばらつき等によって両ローラの軸間距離が変動したとしても、その変動に応じてばね１０が適宜伸縮し、与圧荷重変動を吸収することができる。

次に、効果を説明する。
実施例１の摩擦伝動変速装置にあっては、以下の効果を奏する。

(1) カム８とフレーム７との間であって、両ローラ１，２の接触面に作用する押し付け力方向に弾性部材であるばね１０を介装したため、ばね１０によって、寸法誤差等によるローラ軸間距離変動に伴う与圧荷重変動を吸収できる。これにより、与圧荷重の初期設定値を設定した変速段以外の変速段において、与圧荷重の初期設定値からの変動を抑制できるため、すべてのローラ対で与圧荷重を適切な値に設定することができる。

実施例２は、弾性部材を引っ張り方向に使用した例である。
すなわち、図４に示すように、実施例２の摩擦伝動変速装置では、正転カム斜面４１ａと逆転カム斜面４１ｂとを形成した開口部４１ｃを有するカム４１を設け、このカム４１とフレーム４２とを弾性部材であるばね４３で連結している。このばね４３は、ローラ対間にあらかじめ付与された与圧荷重の初期設定値により、適宜伸張した状態であり、この状態から、押し付け力が変化した場合、押し付け力方向に伸縮可能である。

よって、実施例２では、カム４１とフレーム４２との間であって、押し付け力方向にばね４３を介装したため、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

実施例３は、弾性部材の変位量を制限する変位制限手段を設けた例である。
すなわち、図５に示すように、実施例３の摩擦伝動変速装置では、カム８とフレーム７との間であって、ばね１０と並列にスペーサ（変位制限手段）４４を設けている。このスペーサ４４は、ばね１０よりも高い剛性を有し、ばね１０よりも高さ方向の寸法が小さな略環状に形成されている。ここで、スペーサ４４とフレーム７との間であって、ローラ接触面に作用する押し付け力方向のすきまは、図６に示すように、想定されるローラ対の軸間距離の寸法ばらつきよりも大きく設定されている。

次に、作用を説明する。
［弾性部材の破損防止作用］
実施例３の摩擦伝動変速装置では、ローラ対間の伝達トルクの増加に応じてローラ接触面に作用する押し付け力も大きくなるが、この荷重をすべて弾性部材（ばね１０）で支持させた場合、弾性部材に要求される耐荷重も大きくなる。しかしながら弾性部材は剛性を低くする必要があり、低剛性化と耐荷重能力の増大とはトレードオフの関係にあるため、両者の両立は困難である。

そこで、実施例３では、ばね１０の変位量を制限するスペーサ４４を設けた。すなわち、図１０に示すように、ローラ接触面に作用する押し付け力に対し、ばね１０の分担をばね１０の弾性変形限界内に抑え、ばね１０の弾性変形限界を超える押し付け力を、フレーム７に分担させることにより、ばね１０の弾性変形量を超える変位を確実に防止することができる。

これにより、ローラ接触面に作用する押し付け力が増加し、ばね１０が縮んでスペーサ４４がフレーム７と接触すると、それ以上の荷重はスペーサ４４で受けることができるため、ばね１０の破損を確実に防止することができる。

また、スペーサ４４とフレーム７との間であって、ローラ接触面に作用する押し付け力方向のすきまは、想定されるローラ対の軸間距離の寸法ばらつきよりも大きく設定されているため、ローラ軸間距離の寸法ばらつきに伴う与圧荷重変動を吸収するばね１０の変位量が確実に確保され、スペーサ４４によってばね１０の与圧荷重変動吸収作用が阻害されることはない。

次に効果を説明する。
実施例３の摩擦伝動変速装置にあっては、実施例１の効果(1)に加え、以下の効果を奏する。

(2) ばね１０の変位量をばね１０の弾性変形限界内に制限するスペーサ４４を設けたため、ばね１０の破損を確実に防止することができる。

実施例４は、２分割したカム部材により駆動ローラ支持軸受けを挟持することで、ローラの軸間距離方向に与圧加重を付与する例である。

すなわち、図７に示すように、実施例４の摩擦伝動変速装置では、正転トルク（車両の前進時に駆動系に伝達されるトルク）のときに駆動ローラ支持軸受け５と接触して押し付け力を発生する正転カム斜面４５ａを有する正転カム４５と、逆転トルク（車両の後退時に駆動系に伝達されるトルク）のときに駆動ローラ支持軸受け５と接触して押し付け力を発生する逆転カム斜面４６ａを有する逆転カム４６と、を設けている。

逆転カム４６は、フレーム７に固定されており、正転カム４５は、フレーム７に対しローラ接触面に作用する押し付け力方向の垂直方向に進退する与圧調整ねじ４７により、押し付け力方向の垂直方向にスライド可能である。また、正転カム４５とフレーム７との間であって、押し付け力方向には、ばね４８が介装されている。

ばね４８は、正転カム４５の位置調整により、ローラ対間にあらかじめ付与された与圧荷重の初期設定値によって、適宜縮小した状態であり、この状態から、押し付け力が変化した場合、押し付け力方向に伸縮可能である。

次に、作用を説明する。
［組み付けおよび与圧調整作業の容易化作用］
実施例１では、与圧荷重を調整する際、事前に各部の寸法を測定しておき、それに見合う形状（厚さ）のばねを選択して組み付ける必要があったが、実施例４の摩擦伝動変速装置では、各ローラ１，２とカム４５，４６をフレーム７に組み付けた後、与圧調整ねじ４７による与圧調整が可能である。さらに、与圧調整に伴いあらかじめ適宜ばね４８を伸縮可能な状態とすることができるため、組み付け作業および与圧荷重の調整作業の容易化を図ることができる。

また、実施例１では、正転カム４５を移動させる小さな力で与圧荷重を与えることができる。例えば、カム斜面の角度をαとすると、与圧調整ねじ４７で与えた荷重に対し、ローラ間に与える押し付け力はくさび効果によって１／tanα倍となる。ローラの摩擦係数は0.1程度であるので、αは5°程度である。したがって、荷重は10倍以上となる。すなわち、10分の1の荷重で与圧を与えることが可能であり、小さな予圧力を与える作業により、高い精度の位置調整を行うことなく、ローラ間に与える予圧を適正に調整することができる。

次に、効果を説明する。
実施例４の摩擦伝動変速装置にあっては、実施例１の効果(1)に加え、以下の効果を奏する。

(3) 逆転カム４６をフレーム７に固定するとともに正転カム４５をローラ接触面の押し付け力方向と垂直方向に移動可能とし、正転カム４５とフレーム７との間であって両ローラ１，２の接触面に作用する押し付け力方向にばね４８を挿入した。これにより、小さな力で与圧荷重を与えることが可能となり、また高い精度の位置調整なしに与圧を適正に調整できる。

実施例５は、正転カムをフレームに固定した例である。
すなわち、図８に示すように、実施例５の摩擦伝動変速装置では、正転カム斜面４９ａをフレーム５３に形成し、逆転カム面５０ａを有する逆転カム５０を、フレーム５３に対しローラ接触面に作用する押し付け力方向の垂直方向に進退する与圧調整ねじ５１により、押し付け力方向の垂直方向にスライド可能とした。

逆転カム５０とフレーム５３との間であって、押し付け力方向には、ばね５２が介装されている。このばね５２は、逆転カム５０の位置調整により、ローラ対間にあらかじめ付与された与圧荷重の初期設定値によって、適宜縮小した状態であり、この状態から、押し付け力が変化した場合、押し付け力方向に伸縮可能である。

次に、作用を説明する。
［運転フィーリング向上作用］
カムとフレームとの間にばね等の弾性部材を介装することにより、与圧荷重変動の抑制という利点は得られるものの、弾性部材が故に剛性が低くなり、運転フィーリングが低下するという問題が生じる。つまり、トルクの変化に伴い押し付け力が増減した場合、正転カム斜面が弾性部材で支持されていると、荷重の変化に対する変位量が大きいため、ローラの並進変位量やねじれ量も大きくなる。

これに対し、実施例５では、正転トルク、すなわちエンジン等の原動機で車両を前進させるときのトルクが働くときに作用する側の正転カム斜面４９ａをフレーム５３と一体に形成した。これにより、走行時における駆動ローラ１から従動ローラ２へのねじり剛性が高まり、運転フィーリングの向上を図ることができる。加えて、正転カムを別途設ける場合と比較して、部品点数が削減されるため、コスト低減を図ることができる。

次に、効果を説明する。
実施例５の摩擦伝動変速装置にあっては、実施例１の効果(1)、実施例４の効果(3)に加え、以下の効果を奏する。

(4) 正転カム斜面４９ａを、フレーム５３に形成したため、通常よく使用される正転トルク時の剛性が高められ、運転フィーリングの向上を図ることができる。

図９は、実施例６の摩擦伝動変速装置の構成を示す側面図である。
実施例６の摩擦伝動変速装置では、図７に示した実施例４に対し、スペーサ５４を追加した構成としている。スペーサ５４は、正転カム４５とフレーム７との間であって、ばね４８と並列に配置されている。このスペーサ４４は、ばね４８よりも高い剛性を有し、ばね４８よりも高さ方向の寸法が小さな略環状に形成されている。ここで、スペーサ５４とフレーム７との間であって、ローラ接触面に作用する押し付け力方向のすきまは、想定されるローラ対の軸間距離の寸法ばらつきよりも大きく設定されている（図６参照）。

よって、実施例６の摩擦伝動変速装置にあっては、実施例１の効果(1)、実施例３の効果(2)および実施例４の効果(3)を得ることができる。

（他の実施例）
以上、本発明の摩擦伝動変速装置を実施例１〜６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。

本発明の摩擦伝動変速装置は、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、実施例１〜６と同様の作用効果を得ることができる。

また、実施例では、本発明の摩擦伝動変速装置を３速の変速装置に適用した例を示したが、４速や５速、あるいは７速以上の変速装置としても適用することができる。
さらに、実施例４と実施例５を組み合わせた構成としても良い。
弾性部材はばねに限らず、ゴム等の弾性体でも良い。また、ばねの種類もコイルスプリング、板ばね等、任意のばねを用いることができる。

実施例１の前進３速後進１速の変速装置を示す全体図である。 実施例１の摩擦伝動変速装置の構成を示す側面図である。 寸法ばらつきと与圧荷重変動との関係図である。 実施例２の摩擦伝動変速装置の構成を示す側面図である。 実施例３の摩擦伝動変速装置の構成を示す側面図である。 与圧荷重に対しばねが受ける荷重とスペーサが受ける荷重との分担を示す寸法ばらつきと与圧荷重変動との関係図である。 実施例４の摩擦伝動変速装置の構成を示す側面図である。 実施例５の摩擦伝動変速装置の構成を示す側面図である。 実施例６の摩擦伝動変速装置の構成を示す側面図である。

符号の説明

１ 駆動ローラ
１ａ 駆動ローラ回転軸
２ 従動ローラ
２ａ 従動ローラ回転軸
３ 第１支持軸受け
４ 第２支持軸受け
５ａ，６ａ カムフォロア
５ｂ，６ｂ ニードル
７ フレーム
８ カム
８ａ，８ｂ カム斜面
９ サーボモータ
１０ ばね
１１ １速用駆動ローラ
１２ ２速用駆動ローラ
１３ ３速用駆動ローラ
１４ 電動モータ
１４ａ モータ回転軸
１５ ねじ軸機構
１５ａ 雄ねじ部
１５ｂ 雌ねじ部
１６ 梃子レバー
１７，１８ 駆動ローラ支持軸部
２１ １速用従動ローラ
２１ａ 従動ローラ回転軸
２２ ２速用従動ローラ
２２ａ 従動ローラ回転軸
２３ ３速用従動ローラ
２３ａ 従動ローラ回転軸
２４ 偏心従動ローラ軸
３１ 第１連結部
３２ 第２連結部

Claims (4)

1. 回転自在に支持された駆動ローラおよび従動ローラと、両ローラ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するカム部材と、このカム部材を支持するフレームとを備え、カム斜面を一方のローラ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、駆動ローラから従動ローラへ動力を伝達させるローラ対を、互いに径を異ならせて複数配置し、
   各ローラ対の軸間距離を変えることで、選択的にいずれかのローラ対で動力を伝達させる摩擦伝動変速装置において、
   前記カム部材と前記フレームとの間であって、両ローラの接触面に作用する押し付け力方向に、両ローラ間に作用する与圧荷重を調整する弾性部材を介装したことを特徴とする摩擦伝動変速装置。
2. 請求項１に記載の摩擦伝動変速装置において、
   前記カム部材を、正転トルクのときにローラと接触して押し付け力を発生する正転カム斜面を有する正転カム部材と、逆転トルクのときにローラと接触して押し付け力を発生する逆転カム斜面を有する逆転カム部材と、に分割し、
   前記両カム部材のうち一方のカム部材を前記フレームに固定し、他方のカム部材と前記フレームとの間であって両ローラの接触面に作用する押し付け力方向に前記弾性部材を挿入したことを特徴とする摩擦伝動変速装置。
3. 請求項２に記載の摩擦伝動変速装置において、
   前記正転カム部材を、前記フレームに固定したことを特徴とする摩擦伝動変速装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の摩擦伝動変速装置において、
   前記弾性部材の変位量を弾性変形限界内に制限する変位制限手段を設けたことを特徴とする摩擦伝動変速装置。

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