JP4826353B2 - 変速装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の摩擦伝動ローラ対を用いた変速装置の技術分野に属する。
従来の駆動ローラと従動ローラを用いた変速装置は、変速比をそれぞれ異ならせた複数のローラ対を順に配列し、一組のローラ対を選択的に押圧接触させて変速を行っている(例えば、特許文献1参照)。
特開昭61−286652号公報
しかしながら、従来の変速装置にあっては、逆回転変速段を有していないため、後進変速段が不可欠となる車両の変速装置として適用する場合、後進用のローラ組、または前後進切り替えクラッチを軸方向に追加する必要があり、軸方向寸法の増大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、その目的とするところは、軸方向寸法の増大を招くことなく、逆回転変速段を達成することができる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、本発明の変速装置では、
駆動ローラと従動ローラとからなるローラ対を、変速比をそれぞれ異ならせて複数設定し、一組のローラ対を選択的に押圧接触させて変速を行う変速装置において、
前記駆動ローラおよび従動ローラと異なる軸上に配置したカウンタローラと、
前記従動ローラを逆回転させる際、一組のローラ対の両ローラが離間した状態で当該両ローラに前記カウンタローラを押し付ける逆回転アクチュエータと、
を備えることを特徴とする。

よって、本発明の変速装置にあっては、全てのローラ対が互いに離間した状態で一組のローラ対の駆動ローラおよび従動ローラにカウンタローラを押し付けることで、ローラ対の押圧接触時と逆方向の出力回転を得ることができる。そして、カウンタローラは、駆動ローラおよび従動ローラとは異なる軸上に配置されているため、装置の軸方向寸法を、カウンタローラを設定しない場合の構成と同一寸法内に収めることができる。
この結果、軸方向寸法の増大を招くことなく、逆回転変速段を達成することができる。
以下、本発明の変速装置を実施するための最良の形態を、図面に基づく実施例1〜実施例5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に動力を伝達する摩擦伝動ローラを構成する。
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、変速装置ケース7に設定したカム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θを持ったカム斜面8aを有し、このカム斜面8a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。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(変速アクチュエータ)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、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、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に示すように、実施例1の変速装置は、カウンタローラ10と、逆回転アクチュエータ25とを備えている。
カウンタローラ10は、1速ローラ対11,21と同一の軸方向位置に配置され、カウンタローラ軸受け10bにより回動自在に支持されている。カウンタローラ10の回転中心であるカウンタローラ回転軸10aは、駆動ローラ回転軸1aおよび従動ローラ回転軸2aと異なる位置に配置されている。
カウンタローラ軸受け10bは、変速装置ケース7に形成されたガイド溝7aに支持されている。このガイド溝7aは、逆回転アクチュエータ25の後述するロッド25aの進退方向に沿ってカウンタローラ軸受け10bが移動可能な長さに設定されている。
実施例1の逆回転アクチュエータ25は、例えば、油圧またはエアシリンダが用いられ、進退するロッド25aの先端に、カウンタローラ軸受け10bが固定されている。カウンタローラ10は、ガイド溝7a内をロッド25aの進退に沿って摺動し、ロッド25aの縮退時には1速ローラ対11,21から離間し、ロッド25aの伸長時には1速ローラ対11,21と当接する。
ここで、カウンタローラ10は、1速ローラ対11,21との接触時、1速用駆動ローラ11の回転によりカウンタローラ10を1速ローラ対11,21に押し付けるくさび作用を生じる方向に配置されている。
次に、作用を説明する。
[後進段変速作用]
実施例1の変速装置では、車両を後進させる場合、サーボモータ9により偏心従動ローラ軸24を回動させ、1速ローラ対11,21、2速ローラ対12,22、3速ローラ対13,23を共に離間させた状態とする。続いて、逆回転アクチュエータ25のロッド25aを伸長させ、カウンタローラ10を1速ローラ対11,21に押し付ける(図2)。
このとき、1速用駆動ローラ11の回転は、カウンタローラ10を介して1速用従動ローラ21へと伝達されるため、1速用従動ローラ21は前進時と逆方向に回転し、車両は後進する。ここで、実施例1では、カウンタローラ10を最も減速比の高い1速ローラ対11,21と当接させているため、後進時にも前進1速段と同じ高駆動力を得ることができる。
一方、後進から前進1速段に切り替える場合には、逆回転アクチュエータ25のロッド25aを縮退させ、カウンタローラ10を1速ローラ対11,21から離間させる。
[軸方向寸法抑制作用]
特開昭61−286652号公報に記載の変速装置では、変速比をそれぞれ異ならせた複数のローラ対を順に配列し、一組のローラ対を選択的に押圧接触させて変速を行っているが、逆回転変速段を有していないため、後進変速段が不可欠となる車両の変速装置として適用する場合、後進用の駆動ローラ、従動ローラおよびカウンタローラからなる3つのローラ組、または前後進切り替えクラッチを軸方向に追加する必要があり、軸方向寸法の増大および部品点数増を招くという問題があった。
これに対し、実施例1の変速装置では、カウンタローラ10のみを追加し、前進1速時に用いる1速ローラ対11,21を利用することで、後進変速段を実現している。さらに、カウンタローラ10は、1速ローラ対11,21と同一の軸方向位置、かつ、駆動ローラ1aおよび従動ローラ回転軸2aと異なる軸上に配置されているため、装置全体の軸方向寸法は、カウンタローラ10を設定しない場合と同一である。
[くさび作用によるアクチュエータの負荷軽減作用]
逆回転アクチュエータ25のロッド25aを伸長させてカウンタローラ10を1速ローラ対11,21に押し付ける際、カウンタローラ10には、1速駆動ローラ11に回転に伴い、1速用駆動ローラ11と1速用従動ローラ21との間に引き込まれる力が作用する(くさび作用)。
このくさび作用を利用してカウンタローラ10を1速ローラ対11,21に押し付けることができるため、逆回転アクチュエータ25に高負荷をかけることなく、トルク伝達のための十分な押し付け力が得られ、アクチュエータの負荷軽減を図ることができる。言い換えると、逆回転アクチュエータ25として低出力のアクチュエータを用いることができるため、アクチュエータの小型軽量化の図ることができる。
[パーキングロック作用]
実施例1の変速装置は、押圧接触状態の1速ローラ対11,21にカウンタローラ10を押し付けることで、駆動輪をロックするパーキングモードを有している。
実施例1では、ドライバがパーキングレンジをセレクトした場合、サーボモータ9により偏心従動ローラ軸24を回動させ、1速ローラ対11,21を押圧接触状態とする。続いて、逆回転アクチュエータ25のロッド25aを伸長させ、カウンタローラ10を1速ローラ対11,21に押圧接触させる(図3)。
これにより、3つのローラ(1速用駆動ローラ11、1速用従動ローラ21およびカウンタローラ10)が他の2つのローラとそれぞれ接触した状態となるため、例えば、坂路で車両を停止させた場合、駆動輪から1速用従動ローラ21に入力されたトルクが他の2つのローラで打ち消され、駆動輪をロックするパーキングロックを実現することができる。
さらに、前進1速時に用いる1速ローラ対11,21と、後進時に用いるカウンタローラ10を利用してパーキングロック機構を実現しているため、パーキングギア、パーキングポール等を用いたパーキングロック機構を別途設ける必要がなく、部品点数の削減によるコストダウンおよび装置のコンパクト化を図ることができる。
次に、効果を説明する。
実施例1の変速装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
(1) 駆動ローラ1と従動ローラ2とからなるローラ対を、変速比をそれぞれ異ならせて複数設定し、一組のローラ対を選択的に押圧接触させて変速を行う変速装置において、駆動ローラ1および従動ローラ2と異なる軸(カウンタローラ回転軸10a)上に配置したカウンタローラ10と、このカウンタローラ10を一組のローラ対へ押し付ける逆回転アクチュエータ25と、を備える。これにより、軸方向寸法の増大を招くことなく、後進変速段を達成することができる。
(2) カウンタローラ10は、最も減速比の高い1速ローラ対11,21に押し付けるため、後進時のギア比を確保でき、高駆動力を得ることができる。
(3) カウンタローラ10は、1速ローラ対11,21との接触時、カウンタローラ10を1速ローラ対11,21に押し付けるくさび作用を生じる方向に配置するため、アクチュエータの負荷軽減および小型軽量化を図ることができる。
(4) 押圧接触状態の1速ローラ対11,21にカウンタローラ10を押し付けるロックモードを有するため、パーキングギア、パーキングポール等を用いたパーキングロック機構が不要であり、装置のコンパクト化を図ることができる。
まず、構成を説明する。
図4は、実施例2の変速装置を示す側面図である。
実施例2では、リバースレンジがセレクトされた際、カウンタローラ10を1速ローラ対11,21へ押し付ける前に、サーボモータ9により偏心従動ローラ軸24を回動させ、カウンタローラ10と接触する1速用従動ローラ21の中心(従動ローラ回転軸21a)を、カウンタローラ10の中心(カウンタローラ回転軸10a)と偏心従動ローラ軸24の中心(従動ローラ回転軸2a)とを通る直線L上に配置する。
次に、作用を説明する。
[従動ローラ回動防止作用]
カウンタローラ10を1速ローラ対11,21に押し付けたとき、1速用従動ローラ21は、カウンタローラ10との接触点からカウンタローラ回転軸10a方向への押し付け力を受ける。
このとき、従動ローラ回転軸21aは従動ローラ回転軸2aに対しオフセットしているため、従動ローラ回転軸21aがカウンタローラ回転軸10aと従動ローラ回転軸2aとを通る直線L上以外の位置にある場合、押し付け力により従動ローラ回転軸2a回りの回転モーメントが発生し、偏心従動ローラ軸24が回転してしまう。これを防止するため、サーボモータ9を駆動して偏心従動ローラ軸24の回転を固定する必要がある。
これに対し、実施例1では、カウンタローラ10を1速ローラ対11,21に押し付けるとき、従動ローラ回転軸21aはカウンタローラ回転軸10aと従動ローラ回転軸2aとを通る直線L上の位置にあるため、偏心従動ローラ軸24の回転を防止できる。よって、偏心従動ローラ軸24の固定が不要となるため、サーボモータ9の負荷軽減を図ることができる。
次に、効果を説明する。
実施例2の変速装置にあっては、実施例1の(1)〜(4)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
(5) 従動ローラ21,22,23は、両端に支持軸受け3,4を配置した偏心従動ローラ軸24上に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を設け、サーボモータ9は、カウンタローラ10を1速ローラ対11,21と接触させる際、カウンタローラ10と接触する1速用従動ローラ21の中心を、カウンタローラ10の中心と偏心従動ローラ軸24の中心とを通る直線L上に配置する。これにより、偏心従動ローラ軸24の回転を防止でき、サーボモータ9の負荷軽減を図ることができる。
まず、構成を説明する。
図5は、実施例3の変速装置を示す側面図であり、実施例3では、逆回転アクチュエータ25のロッド25aの進退方向を、カウンタローラ10と1速ローラ対11,21との接触点における2つの法線M,Nが成す角度2θを2分割する方向に設定している。
次に、作用を説明する。
[耐久性向上作用]
例えば、カウンタローラの押し付け方向が、カウンタローラとローラ対との接触点における2つの法線が成す角度を2分割する方向以外の方向に設定されている場合、カウンタローラは、ローラ対のうちどちらか一方と先に接触する。このとき、カウンタローラは一方のローラのみから力を受けるため、逆回転アクチュエータ25のロッド25aに進退方向以外の荷重が作用し、耐久性の点で問題となる。
これに対し、実施例3では、カウンタローラの押し付け方向が、カウンタローラ10と1速ローラ対11,21との接触点における2つの法線M,Nが成す角度2θを2分割する方向に設定されている。したがって、カウンタローラ10を1速用駆動ローラ11と1速用従動ローラ21とに同時に接触させることができる。よって、逆回転アクチュエータの負荷軽減による耐久性の向上を図ることができ。
次に、効果を説明する。
実施例3の変速装置にあっては、実施例1の(1)〜(4)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
(6) 逆回転アクチュエータ25は、カウンタローラ10に対し、1速ローラ対11,21との接触点における2つの法線M,Nが成す角度2θを2分割する方向に押し付け力を与えるため、逆回転アクチュエータ25の耐久性向上を図ることができる。
まず、構成を説明する。
図6は、実施例4の変速装置を示す側面図である。
実施例4の変速装置は、電動モータ14とねじ軸機構(運動変換手段)15により逆回転アクチュエータを構成している。
ねじ軸機構15は、雄ねじ部15aと雌ねじ部15bとを備えている。雄ねじ部15aはモータ14のモータ回転軸14aに対し、軸方向移動可能、かつ回転方向一体に連結されている。モータ14および雌ねじ部15bは、変速装置ケース7に固定されている。雄ねじ部15aの先端は、カウンタローラ10に対し、相対回転可能、かつ軸方向移動不能に連結されている。
次に、作用を説明する。
車両の後進時には、1速ローラ対11,21、2速ローラ対12,22、3速ローラ対13,23を共に離間させた後、逆転アクチュエータのモータ14を正転させる。雄ねじ部15aの回転運動は、ねじ軸機構15により直進運動に変換されるため、雄ねじ部15aは、雌ねじ部15b内を図6の矢印方向に進み、カウンタローラ10を1速ロータ対11,21に押し付ける。
後進を停止する場合は、モータ14を逆転させることで、上記とは逆の作用により、カウンタローラ10を1速ロータ対11,21から離間させることができる。
実施例4では、モータ14の回転運動をねじ軸機構15により直進運動に変換し、カウンタローラ10を1速ローラ対11,21に押し付けているため、小容量のモータ14を用いて大きな押し付け力を発生させることができ、アクチュエータの小型化を図ることができる。
次に、効果を説明する。
実施例4の変速装置にあっては、実施例1の効果(1)〜(4)に加え、以下の効果を得ることができる。
(7) 逆回転アクチュエータは、モータ14と、モータ14の回転運動を直線運動に変換しカウンタローラ10を1速ローラ対11,21へ押し付けるねじ軸機構15と、を備えるため、逆回転アクチュエータの小型化を図ることができる。
まず、構成を説明する。
図7は、実施例5の変速装置を示す側面図である。
実施例5の変速装置は、逆回転アクチュエータ25とカウンタローラ10との間に梃子レバー16を設けた例である。
梃子レバー16において、作用点16aはカウンタローラ10に固定され、力点16bは逆回転アクチュエータ25のロッド25aと固定されている。梃子レバー16の支点16cは変速装置ケース7に支持されている。力点16b〜支点16c間の距離は、作用点16a〜支点16c間の距離の約3倍に設定されている。
次に、作用を説明する。
実施例5では、逆回転アクチュエータ25とカウンタローラ10との間に設けた梃子レバー16の作用により、逆回転アクチュエータ25の押し出し力が約3倍に増幅されてカウンタローラ10へと伝達される。すなわち、ロッド25aの押し出し力を1/3程度に抑えつつ、実施例1と同じ押し出し力が得られるため、アクチュエータ負荷の軽減と小型化を図ることができる。
また、梃子レバー16の位置を可変することで、逆回転アクチュエータ25の設置位置を自由に調整することができるため、逆回転アクチュエータ25の設定自由度の拡大を図ることができる。
次に、効果を説明する。
実施例5の変速装置にあっては、実施例1の効果(1)〜(4)に加え、以下の効果を得ることができる。
(8) 逆回転アクチュエータ25は、梃子レバー16を介してカウンタローラ10を1速ローラ対11,21へ押し付けるため、逆回転アクチュエータ25の小型化および設定自由度の拡大を図ることができる。
(他の実施例)
以上、本発明の変速装置を実施例1〜実施例5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。
実施例では3速の変速装置を示したが、4速や5速や、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。
実施例では、カム斜面のカムリード(カム角度)を一定値とする例を示したが、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斜面のカムリードを段階的(カム面が交差面形状)あるいは無段階(カム面が凹曲面形状)に大きく設定するような例としてもよい。また、ローラ対への押し付け力付与機構としては、実施例に示すカム機構に限るものではなく、要するに、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るものであれば、他の機構を採用してもよい。
実施例では、変速機構として、偏心従動ローラ軸を変速アクチュエータにより回動させることで変速させる例を示したが、変速機構としては、この例に限らず他の変速機構を採用してもよい。要するに、変速比を異ならせて設定した複数のローラ対を切り替え可能とする機構であればよい。
本発明の変速装置は、車両に適用される変速装置への適用に限らず、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。
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の変速装置(後進変速段)を示す側面図である。 実施例1の変速装置(パーキングロック)を示す側面図である。 実施例2の変速装置を示す側面図である。 実施例3の変速装置を示す側面図である。 実施例4の変速装置を示す側面図である。 実施例5の変速装置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 変速装置ケース
7a ガイド溝
8 カム
8a カム斜面
9 サーボモータ
10 カウンタローラ
10a カウンタローラ回転軸
10b カウンタローラ軸受け
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
25 逆回転アクチュエータ
25a ロッド
31 第1連結部
32 第2連結部

Claims (8)

  1. 駆動ローラと従動ローラとからなるローラ対を、変速比をそれぞれ異ならせて複数設定し、一組のローラ対を選択的に押圧接触させて変速を行う変速装置において、
    前記駆動ローラおよび従動ローラと異なる軸上に配置したカウンタローラと、
    前記従動ローラを逆回転させる際、一組のローラ対の両ローラが離間した状態で当該両ローラに前記カウンタローラを押し付ける逆回転アクチュエータと、
    を備えることを特徴とする変速装置。
  2. 請求項1に記載の変速装置において、
    前記カウンタローラは、最も減速比の高いローラ対に押し付けることを特徴とする変速装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の変速装置において、
    前記カウンタローラは、ローラ対との接触時、前記カウンタローラをローラ対に押し付けるくさび作用を生じる方向に配置することを特徴とする変速装置。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の変速装置において、
    押圧接触状態のローラ対に前記カウンタローラを押し付けるロックモードを有することを特徴とする変速装置。
  5. 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の変速装置において、
    前記複数の従動ローラは、両端に支持軸受けを配置した偏心従動ローラ軸上に回転可能に設定すると共に、前記偏心従動ローラ軸を回動させる変速アクチュエータを設け、
    前記変速アクチュエータは、前記カウンタローラをローラ対と接触させる際、カウンタローラと接触する従動ローラの中心を、カウンタローラの中心と偏心従動ローラ軸の中心とを通る直線上に配置することを特徴とする変速装置。
  6. 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の変速装置において、
    前記逆回転アクチュエータは、前記カウンタローラに対し、ローラ対との接触点における2つの法線が成す角度を2分割する方向に押し付け力を与えることを特徴とする変速装置。
  7. 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の変速装置において、
    前記逆回転アクチュエータは、
    モータと、
    モータの回転運動を直線運動に変換し前記カウンタローラをローラ対へ押し付ける運動変換手段と、
    を備えることを特徴とする変速装置。
  8. 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の変速装置において、
    前記逆回転アクチュエータは、梃子レバーを介して前記カウンタローラをローラ対へ押し付けることを特徴とする変速装置。
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