JP7502893B2 - 摩擦伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は、摩擦伝動装置に関する。

特許文献１には、入力側伝動部材と出力側伝動部材との間に転動体を設ける変速機構と、出力側伝動部材と出力軸の間に構成された出力側伝達機構とを有する自動変速機が記載されている。この変速機構は、転動体を入力側伝動部材からの回転力により自転しつつ公転させ、その転動体の公転成分が出力側伝動部材に伝達するように構成されている。出力側伝達機構は、出力側伝動部材に形成された係合凹部と、出力軸に形成された係合凹部と、これらの係合凹部の間に介在する複数の係合球とにより構成されている。出力側伝動部材に伝達された回転は複数の係合球を介して出力軸に伝えられる。

特開昭６３－２５１６５６号公報

摩擦伝動装置では、傾転モーメント、ラジアル荷重、アキシアル荷重などの外部荷重が出力部に作用すると、変速機構の出力側部材の姿勢が変化して変速機構の変速特性が変化する。安定した変速特性を得る観点からは、変速機構への外部荷重の影響を低減することが望ましい。しかし、特許文献１に記載の自動変速機では、この観点で十分に対応できていなかった。

本発明の目的は、このような課題に鑑み、外部荷重の影響を低減可能な摩擦伝動装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の摩擦伝動装置は、出力回転が取り出される取出部材と、複数の摩擦伝動体と、の接触により動力を伝達する摩擦伝動機構を有し、取出部材の接触面が軸方向に対して傾斜している摩擦伝動装置であって、被駆動装置に出力回転を伝達するための出力部材と、取出部材と出力部材を連結するカップリングと、を有する。カップリングは、軸方向の荷重に対して取出部材および出力部材よりも変形し易く構成され、かつ、取出部材と出力部材の軸心のずれを吸収する機能と、出力部材に作用したトルクを軸方向力に変換して取出部材側に伝達する機能と、を有する。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、外部荷重の影響を低減可能な摩擦伝動装置を提供できる。

実施形態に係る摩擦伝動装置の一例を概略的に示す正面図である。 図１の摩擦伝動装置のＡ－Ａ線に沿った断面を示す断面図である。 図１の出力側機構を概略的に示す正面図である。 図３の出力側機構のＢ－Ｂ線に沿った断面を示す断面図である。 図３の出力側機構のＣ－Ｃ線に沿った断面を示す断面図である。 図１の出力側機構の軸心ずれ吸収動作を示す説明図である。 図１の出力側機構の軸心ずれ吸収動作を示す説明図である。 図１の出力側機構の嵌合凹部と嵌合部材とを模式的に示す模式図である。 図１の摩擦伝動機構の動作を説明する説明図である。 図１の摩擦伝動体の接触点におけるベクトルを説明する説明図である。

本開示の概要を説明する。本発明者は、摩擦伝動装置について研究して以下の知見を得た。摩擦伝動装置として、軸方向に対して傾斜する接触面を有し、この接触面と複数の摩擦伝動体との接触により出力回転を取り出す取出部材を備える摩擦伝動機構と、被駆動装置に出力回転を伝達するための出力部材と、取出部材と出力部材を連結するカップリングとを有する構成が考えられる。この摩擦伝動装置では、出力部材に作用する外部荷重と、伝達トルクの大小とが摩擦伝動機構の特性に影響を与えることが判明した。

先ず、外部荷重の影響を説明する。取出部材に接続される出力部材には、傾転モーメント、ラジアル荷重、アキシアル荷重などの外部荷重が作用することが考えられる。これらの外部荷重が出力部材に作用すると、出力部材が変位または変形し、出力部材に接続される取出部材にミスアライメント（位置ずれ）が発生する。取出部材にミスアライメントが発生すると、複数の摩擦伝導体それぞれが受け持つ接触荷重に偏りが生じる。摩擦伝導体と各軌道輪との接触荷重が過大な部分では、金属疲労が増大し、寿命を短くする要因となる。また、接触荷重が過少な部分では、空転が発生して摩擦伝動機構の伝達特性にムラが生じる。

取出部材のミスアライメントを減らす観点から、カップリングは、軸方向の荷重に対して取出部材および出力部材よりも変形し易く構成されることが重要である。カップリングが容易変形性を有することにより、出力部材に傾転モーメントが作用した場合に、その傾転モーメントの影響がカップリングの撓み等の弾性変形によって吸収されるため、取出部材への影響を低減できる。

また、同様の観点から、カップリングは、取出部材と出力部材との軸心のずれを吸収する機能（以下「軸心ずれ吸収機能」という）を有することが重要である。この場合、取出部材と出力部材との軸心ずれがカップリングによって吸収されるため、取出部材への軸心のずれの影響を低減できる。

次に、伝達トルクの大きさの影響を説明する。摩擦伝導体と取出部材との間に与える与圧荷重の大小は、摩擦伝動装置の効率、トルク容量、寿命などの特性に次のような影響がある。
（１）与圧荷重が大きい場合、伝達トルクの上限は大きくなるが、伝達効率が低下し、寿命も減少する。
（２）与圧荷重が小さい場合、伝達トルクの上限は小さくなるが、伝達効率が高まり、寿命も増大する。

伝達効率や寿命を確保する観点から、与圧荷重は、伝達トルクの大きさに応じて適切に設定されることが望ましい。しかし、与圧荷重の調整は、一般的な転がり軸受と同様にミクロン単位の精度で行われるため、与圧荷重の所望の荷重への微調整は容易ではない。また、伝達トルクが広範囲に変化する用途では、伝達トルクの最大値に合わせて与圧荷重を設定することが考えられる。この場合、伝達トルクが小さい状態で運転すると、小さいトルクに適した与圧荷重の場合と比較して、効率や寿命が低下する。

これらから、伝達トルクの大きさに応じて与圧荷重を自動調整するために、カップリングは、出力部材に作用したトルクを軸方向力に変換して取出部材側に伝達する機能（以下、「トルク与圧変換機能」という）を有することが重要である。この場合、出力部材に作用する伝達トルクがカップリングによって軸力に変換されて取出部材に伝達されるため、伝達トルクが小さいときには、摩擦伝動体と取出部材との間の接触荷重（与圧荷重）が小さくなり、効率や寿命の低下を抑制できる。また、伝達トルクが大きいときには、摩擦伝動体と取出部材との間の接触荷重（与圧荷重）が大きくなり、伝達トルク容量の不足を補える。

上述の軸心ずれ吸収機能やトルク与圧変換機能は、様々な構成によって実現できる。以下、実施形態を参照して、その一例構成について詳細に説明する。

以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

［実施形態］
図１、図２を参照して、本開示の実施形態に係る摩擦伝動装置１００の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る摩擦伝動装置１００の一例を概略的に示す正面図である。図２は、摩擦伝動装置１００を概略的に示す断面図である。この図は、図１のＡ－Ａ線に沿った断面を示している。

本実施形態の摩擦伝動装置１００は、摩擦伝動機構１０と、出力側機構８０とを備える。摩擦伝動機構１０は、入力された動力を複数の摩擦伝動体および取出部材の接触により伝達する。出力側機構８０は、取出部材に取り出された出力回転を被駆動装置（不図示）に伝達する。特に、出力側機構８０は、取出部材と、出力部材と、これらを連結するカップリングとを含み、被駆動装置から出力部材に作用する外部荷重の取出部材への影響を低減する。先に、摩擦伝動機構１０を説明し、出力側機構８０については後述する。

（摩擦伝動機構）
摩擦伝動機構１０は、取出部材が摩擦伝動体の摩擦面（軌道面でもある）を有しており、その摩擦面が単なる円筒面ではなく、中心軸に対して傾斜する面であればよい。本実施形態の摩擦伝動機構１０は、モータ５０から入力された回転を変速して出力側機構８０に伝達する機構である。特に、摩擦伝動機構１０は、入力軌道輪を回転させることにより摩擦伝動体に自転と公転とを生じさせ、その生じた回転成分を取出部材に出力するように構成される。

摩擦伝動機構１０は、入力軸１２と、入力軌道輪１４と、入力軸軸受１８と、摩擦伝動体２０と、第１支持軌道輪２６と、第２支持軌道輪２８と、取出部材３０とを主に備える。以下、入力軸１２の中心軸線Ｌａに沿った方向を「軸方向」といい、その中心軸線Ｌａを中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」とする。また、以下、便宜的に、軸方向の一方側（図中右側）を入力側といい、他方側（図中左側）を反入力側という。

入力軸１２は、モータ５０の回転が入力されると、中心軸線Ｌａ周りに回転する。本実施形態の入力軸１２は、軸方向に延びる円筒状の部材である。入力軸１２の外周には入力軌道輪１４が固定されており、これらは一体的に回転する。入力軸１２の反入力側は入力軸軸受１８の内輪に接続されている。入力軸軸受１８の外輪は第１支持軌道輪２６を支持する。入力軸１２は、隙間を介して第１支持軌道輪２６に環囲される。入力軸１２と第１支持軌道輪２６とは、相対的に回転可能に配置される。

入力軸１２の入力側の端部は、後述する相対位置変更機構６０に連結される。入力軸１２は、相対位置変更機構６０の駆動により軸方向に移動する。入力軸１２の入力側の外周部は、モータ５０の回転子５２に環囲される。入力軸１２は、回転子５２によって軸方向に移動可能に支持される。入力軸１２の外周面に設けられたスプライン溝１２ｓと、回転子５２の内周面に設けられたスプライン溝５１ｓとは、隙間を介して噛み合っている。

本実施形態において、摩擦伝動体２０は入力軌道輪１４と取出部材３０との間で遊星運動しながら回転を伝達する遊星転動体として機能する。入力軌道輪１４は、入力軸１２と一体的に中心軸線Ｌａを回転軸としてその周りに回転する。入力軌道輪１４は、摩擦伝動体２０と接触し、入力軌道輪１４が回転するにつれて摩擦伝動体２０に自転と公転とを生じさせる。入力軌道輪１４は、入力軸１２と別体に形成されてもよいが、この例では、入力軸１２と一体的に形成されている。入力軌道輪１４は、略円板状の部材で、反入力側に転動面１４ｈを有する。転動面１４ｈは、摩擦伝動体２０が転動する面であり、摩擦伝動体２０と実質的に点接触する。転動面１４ｈは、軸方向および径方向に対して傾斜している。転動面１４ｈは、反入力側に向かって縮径するテーパー面を含む。転動面１４ｈは、凸面や凹面などの曲面であってもよいが、この例では平坦面である。

入力軸軸受１８は、入力軸１２の反入力側の端部と第１支持軌道輪２６との間に設けられる。軸受の種類に限定はないが、本実施形態の入力軸軸受１８は、球状の転動体を有する転がり軸受である。入力軸軸受１８は、入力軸１２に取り付けられた内輪と、第１支持軌道輪２６に固定された外輪とを有する。

第１支持軌道輪２６および第２支持軌道輪２８は、摩擦伝動体２０の姿勢および位置を一定の範囲に保持する。第１支持軌道輪２６と、第２支持軌道輪２８とは、摩擦伝動体２０を挟んで離隔され、対向配置される。第１支持軌道輪２６は、第２支持軌道輪２８の反入力側であって、径方向内側に配置される。

第１支持軌道輪２６は、入力軸１２を隙間を介して環囲するリング形状を有する。第１支持軌道輪２６は、入力側に転動面２６ｈを有する。転動面２６ｈは、摩擦伝動体２０が転動する面であり、摩擦伝動体２０と実質的に点接触する。転動面２６ｈは、軸方向および径方向に対して傾斜している。転動面２６ｈは、入力側に向かって縮径するテーパー面を含む。転動面２６ｈは、凸面や凹面などの曲面であってもよいが、この例では平坦面である。第１支持軌道輪２６は、入力軸１２および摩擦伝動体２０に対して自由に回転可能であり、遊転軌道輪と称されることがある。

第２支持軌道輪２８は、入力軸１２および摩擦伝動体２０を環囲するリング形状を有する。第２支持軌道輪２８は、反入力側に転動面２８ｈを有する。転動面２８ｈは、摩擦伝動体２０が転動する面であり、摩擦伝動体２０と実質的に点接触する。転動面２８ｈは、軸方向および径方向に対して傾斜している。転動面２８ｈは、入力側に向かって縮径するテーパー面を含む。転動面２８ｈは、凸面や凹面などの曲面であってもよいが、この例では平坦面である。第２支持軌道輪２８の転動面２８ｈは、摩擦伝動体２０を挟んで、第１支持軌道輪２６の転動面２６ｈと略対向する。

第２支持軌道輪２８は、後述する第２ケーシング４２の内周側に固定される。第２支持軌道輪２８は、第２ケーシング４２と別体に形成されてもよいが、この例では、第２ケーシング４２と一体的に形成されている。

取出部材３０は、摩擦伝動体２０と接触し、摩擦伝動体２０が回転するにつれて中心軸線を中心に回転する。この例では、取出部材３０の回転軸線は、中心軸線Ｌａと一致しているため、取出部材３０は、中心軸線Ｌａを中心に回転する。取出部材３０は、カップリング７０を介して出力部材７８と連結されており、取出部材３０が回転するにつれてカップリング７０および出力部材７８が回転する。

取出部材３０は、入力軸１２および摩擦伝動体２０を環囲するリング形状を有する。取出部材３０は、入力側に転動面３０ｈを有しており、この点で出力軌道輪として機能する。転動面３０ｈは、摩擦伝動体２０が転動する面であり、摩擦伝動体２０と実質的に点接触する。転動面３０ｈは、軸方向および径方向に対して傾斜している。転動面３０ｈは、反入力側に向かって縮径するテーパー面を含む。転動面３０ｈは、凸面や凹面などの曲面であってもよいが、この例では平坦面である。取出部材３０の転動面３０ｈは、摩擦伝動体２０を挟んで、入力軌道輪１４の転動面１４ｈと略対向する。

摩擦伝動体２０は、周方向に所定の間隔で複数（例えば、６個）配置される。複数の摩擦伝動体２０を所望の位置に保持するためにリテーナを備えてもよいが、本実施形態では、リテーナを備えていない。リテーナを有しない構成は、製造コスト、装置の大きさ、装置の質量等の点で有利である。なお、摩擦伝動体２０の個数は特に限定されず、６個より少なくても多くてもよいが、６～１２個が好ましい。

以下、取出部材３０の転動面３０ｈ、入力軌道輪１４の転動面１４ｈ、第１支持軌道輪２６の転動面２６ｈおよび第２支持軌道輪２８の転動面２８ｈを総称するときは単に「転動面」ということがある。

摩擦伝動体２０は、４つの転動面に接触することにより軸方向位置、径方向位置および姿勢が規制される。摩擦伝動体２０の形状は、４つの転動面に接触することにより姿勢が決定され、４つの転動面に接触しながら転動可能である限り、どのような形状であってもよい。本実施形態の摩擦伝動体２０は、短軸を中心として楕円または長円を回転させることにより得られる回転体（以下、「長球」という）である。また、本明細書では、摩擦伝動体２０の短軸の中心を通り、自転軸Ｌｂに直交する平面と摩擦伝動体２０の外周面とが交わってできる円を「赤道」という。この例では、赤道は、自転軸Ｌｂに直交する平面と摩擦伝動体２０の外周面とが交わってできる大円である。

摩擦伝動体２０の自転軸Ｌｂの中心軸線Ｌａに対する傾斜は、４つの転動面の相対位置によって変化する。つまり、自転軸Ｌｂは、中心軸線Ｌａと平行な場合と、中心軸線Ｌａに対して傾斜する場合とがある。

摩擦伝動体２０の自転軸Ｌｂが中心軸線Ｌａと平行な状態で、摩擦伝動体２０の径方向寸法に対する軸方向寸法の比率Ｒａ（＝軸方向寸法／径方向寸法）を説明する。比率Ｒａが大きいと、摩擦伝動体２０が本来の自転軸Ｌｂに直交する疑似自転軸を中心に回転する現象が発生する可能性がある。この現象を抑える観点から、比率Ｒａは１以下が好ましく、０．８以下がより好ましく、０．６以下がさらに好ましい。比率Ｒａは０．１以上にされてもよい。

（出力側機構）
図３～図５も参照して、出力側機構８０を説明する。図３は、出力側機構８０を概略的に示す正面図である。図４は、図３のＢ－Ｂ線に沿った出力側機構８０の断面を示す断面図である。図５は、図３のＣ－Ｃ線に沿った出力側機構８０の断面を示す断面図である。出力側機構８０は、被駆動装置に出力回転を伝達するための出力部材７８と、取出部材３０と出力部材７８を連結するカップリング７０とを有する。

出力部材７８を説明する。出力部材７８は、カップリング７０を介して取出部材３０と連結されており、取出部材３０が回転するにつれて回転する。出力部材７８は、出力フランジと称されることがある。この例の出力部材７８は、略円板状を有し、後述する主軸受３４を介して第１ケーシング４０に回転可能に支持される。出力部材７８の反入力側に被駆動装置が連結される。

カップリング７０を説明する。本実施形態のカップリングは、取出部材３０が軸方向と直交する第１方向に移動可能とするとともに、出力部材７８が軸方向と直交し第１方向とは異なる方向に移動可能とする構成を有する。

本実施形態のカップリング７０は、カップリング本体７２と、第１カップリング凹部７４ｄおよび第２カップリング凹部７６ｄと、第１嵌合部材７４と、第２嵌合部材７６とを有する。この例では、カップリング本体７２は円板状の部材である。第１カップリング凹部７４ｄは、カップリング本体７２の入力側に設けられ、第２カップリング凹部７６ｄは、カップリング本体７２の反入力側に設けられる。第１嵌合部材７４は、第１カップリング凹部７４ｄと取出部材３０の反入力側に設けられた取出部材凹部３０ｄとに第１方向に遊びを有して嵌合する。第２嵌合部材７６は、第２カップリング凹部７６ｄと出力部材７８の入力側に設けられた出力部材凹部７８ｄとに第２方向に遊びを有して嵌合する。

以下、第１嵌合部材７４と、第２嵌合部材７６とを総称するときは単に「嵌合部材」という。また、第１カップリング凹部７４ｄ、第２カップリング凹部７６ｄ、取出部材凹部３０ｄおよび出力部材凹部７８ｄを総称するときは「嵌合凹部」という。

カップリング７０の容易変形性を説明する。カップリング本体７２は、軸方向に撓み易く構成されることにより、軸方向のミスアライメントを吸収できる。一例として、カップリング本体７２は、容易に撓むように、取出部材３０および出力部材７８よりもヤング率が低い素材で構成されてもよい。例えば、取出部材３０および出力部材７８が鉄系金属で構成される場合、カップリング本体７２は、鉄系金属よりもヤング率が低いアルミニウム等の金属や樹脂材料で構成されてもよい。本実施形態では、カップリング本体７２は、容易に撓むように、取出部材３０および出力部材７８よりも軸方向寸法が小さく形成されている。各部材の軸方向寸法の比較は、例えば軸方向寸法の最大値同士または最小値同士、あるいはその両方を比較してもよい。また、軸方向寸法の平均値同士や中間値同士を比較してもよい。カップリング本体７２の軸方向寸法は、所望の変形容易性に応じてシミュレーションや実験により設定できる。

また、カップリング本体７２は、軸方向に撓み易く構成されているため、軸方向に撓むばねとして機能する。カップリング本体７２をばねとして利用することにより、取出部材３０に作用する与圧荷重を調整できる。この場合、各部材の熱膨張による与圧変化を緩和できる。

本実施形態の軸心ずれ吸収機能を説明する。第１嵌合部材７４は、中心軸線Ｌａからオフセットした位置に所定の間隔で複数設けられる。本実施形態では、２つの第１嵌合部材７４が、軸方向と直交する第１方向に離隔しており、中心軸線Ｌａを挟んで対称に配置されている。２つの第１嵌合部材７４は、第１方向に沿った中心を有する円筒面を有するローラである。

第２嵌合部材７６は、中心軸線Ｌａからオフセットした位置に所定の間隔で複数設けられる。本実施形態では、２つの第２嵌合部材７６が、軸方向と直交する第２方向に離隔しており、中心軸線Ｌａを挟んで対称に配置されている。２つの第２嵌合部材７６は、第２方向に沿った中心を有する円筒面を有するローラである。第１方向と第２方向とは、軸方向から視て互いに交差しており、この例では直交している。

第１嵌合部材７４は、第１カップリング凹部７４ｄと取出部材凹部３０ｄとに第１方向に遊びを有して嵌合する。一例として、第１方向寸法において、第１嵌合部材７４は、遊びの量だけ、第１カップリング凹部７４ｄおよび取出部材凹部３０ｄよりも小さく構成されている。

第２嵌合部材７６は、第２カップリング凹部７６ｄと出力部材凹部７８ｄとに第２方向に遊びを有して嵌合する。一例として、第２方向寸法において、第２嵌合部材７６は、遊びの量だけ、第２カップリング凹部７６ｄおよび出力部材凹部７８ｄよりも小さく構成されている。

図６、図７を参照して、出力側機構８０の軸心ずれ吸収動作を説明する。図６、図７は、出力側機構８０の動作を説明する説明図である。図６は、出力側機構８０の第１方向の軸心ずれ吸収動作を示し、図７は、出力側機構８０の第２方向の軸心ずれ吸収動作を示す。図６（ａ）は、取出部材３０の中心軸線Ｌａに対して、カップリング本体７２の中心Ｌｃが第１方向で白抜き矢印の方向に軸心ずれした状態を示す。図６（ｂ）は、中心軸線Ｌａに対して、カップリング本体７２の中心Ｌｃが第１方向で白抜き矢印の方向に軸心ずれした状態を示す。このように、第１嵌合部材７４と第１カップリング凹部７４ｄおよび取出部材凹部３０ｄとの間に第１方向の遊びを有することによって、これらの間で第１方向の軸心ずれを吸収できる。

図７（ａ）は、カップリング本体７２の中心Ｌｃに対して、出力部材７８の中心Ｌｐが第２方向で白抜き矢印の方向に軸心ずれした状態を示す。図７（ｂ）は、中心Ｌｃに対して、出力部材７８の中心Ｌｐが第２方向で白抜き矢印の方向に軸心ずれした状態を示す。このように、第２嵌合部材７６と、第２カップリング凹部７６ｄおよび出力部材凹部７８ｄとの間に第２方向の遊びを有することによって、これらの間で第２方向の軸心ずれを吸収できる。交差する第１方向と第２方向とに軸心ずれを吸収できるので、カップリング７０は出力部材７８から取出部材３０までの間で軸心ずれを吸収できる。第１方向および第２方向の遊び量は所望の軸心ずれ吸収量に応じて、シミュレーションや実験により設定できる。

図８を参照して、出力側機構８０のトルク与圧変換機能を説明する。図８は、径方向から視た嵌合凹部と嵌合部材とを模式的に示す説明図である。この説明では、嵌合凹部の一例として、第１カップリング凹部７４ｄと取出部材凹部３０ｄとを示し、嵌合部材の一例として、第１嵌合部材７４を示すが、この説明は、他の嵌合凹部および嵌合部材についても同様に適用できる。

図８に示すように、第１カップリング凹部７４ｄおよび取出部材凹部３０ｄは、周方向中央が最も後退しており、径方向から視てＶ字状の溝形状を有する。つまり、これらの嵌合凹部は、周方向中央で互いに接する第１傾斜面７０ｐと第２傾斜面７０ｓとを有する。第１傾斜面７０ｐと第２傾斜面７０ｓとは軸方向に直交する面に対して傾斜する面である。第１嵌合部材７４の円筒面７４ｅは、第１傾斜面７０ｐと第２傾斜面７０ｓとに接触する。第１傾斜面７０ｐと第２傾斜面７０ｓとを総称するときは、単に傾斜面ということがある。

例えば、取出部材３０に伝達トルクＴが作用し、第１傾斜面７０ｐが円筒面７４ｅに当接したとき、第１傾斜面７０ｐは、伝達トルクＴに基づく回転方向の力を円筒面７４ｅに加える。このとき、円筒面７４ｅは、反力として反回転方向の力Ｆａを第１傾斜面７０ｐに加える。反回転方向の力Ｆａに基づいて、第１傾斜面７０ｐには軸方向の分力Ｆｂが発生する。軸方向の分力Ｆｂは、取出部材３０を摩擦伝動体２０側に押しつける力であり、これらの与圧荷重を増大させる。

また、第１嵌合部材７４と第１カップリング凹部７４ｄとの間においても、同様に伝達トルクＴに基づく反力によって第１嵌合部材７４に与圧荷重を増やす方向の力が作用する。軸方向の分力Ｆｂは、伝達トルクＴに比例すると考えられるので、伝達トルクＴが大きくなると増大し、伝達トルクＴが小さくなると減少する。このため、与圧荷重は、伝達トルクＴに応じて適切に調整される。第１傾斜面７０ｐおよび第２傾斜面７０ｓの軸方向に直交する面に対する傾斜角は、所望のトルク与圧変換特性に応じて、シミュレーションや実験により設定できる。

なお、出力部材７８に外部から作用した外部トルクは、出力部材７８から第２嵌合部材７６とカップリング本体７２と第１嵌合部材７４とを介して反回転方向の力を第１傾斜面７０ｐに加える。この力は、反回転方向の力Ｆａおよび分力Ｆｂに重畳されるので、取出部材３０を摩擦伝動体２０側に押しつける力を増大させる。つまり、外部トルクが加わった場合にも、それに応じて与圧荷重は増大する。

上述の例では、カップリング本体７２に第１カップリング凹部７４ｄと第２カップリング凹部７６ｄとが設けられる例を示したが、これらの凹部を設けることは必須ではない。例えば、第１嵌合部材７４および第２嵌合部材７６の一方または両方が、カップリング本体７２と一体的に設けられてもよい。この場合にも、カップリング７０の容易変形性を確保しつつ、軸心ずれ吸収機能およびトルク与圧変換機能を実現できる。

次に、図２を参照して、摩擦伝動装置１００のその他の構成を説明する。摩擦伝動装置１００は、主軸受３４と、オイルシール３６と、第１、第２ケーシング４０、４２とをさらに備える。

（主軸受）
図２に示すように、主軸受３４は、出力部材７８と第１ケーシング４０との間に設けられ、出力部材７８を第１ケーシング４０に対して回転可能に支持する。軸受の種類に限定はないが、本実施形態の主軸受３４は、円筒形のコロを転動体とするクロスローラベアリングである。主軸受３４の内輪は、出力部材７８と一体に設けられ、主軸受３４の外輪は、第１ケーシング４０と一体に設けられている。

（オイルシール）
図２に示すように、オイルシール３６は、主軸受３４の反入力側において出力部材７８と第１ケーシング４０との間に設けられる。オイルシール３６は、主軸受３４からの潤滑材の漏れ出しを抑制し、主軸受３４への異物の侵入を低減する。

（ケーシング）
図２に示すように、第１、第２ケーシング４０、４２は、中空の略円筒状の部材で、摩擦伝動装置１００の外殻として機能する。第１、第２ケーシング４０、４２は、主に出力部材７８を環囲する第１ケーシング４０と、第１ケーシング４０の入力側に連結され、主にカップリング７０および摩擦伝動機構１０を環囲する第２ケーシング４２とを含む。第１ケーシング４０は、第２ケーシング４２にボルトＢ２によって連結される。第２ケーシング４２の内周側には第２支持軌道輪２８が設けられている。第２ケーシング４２の外周側にはフランジ部４２ｆが設けられている。第２ケーシング４２は、フランジ部４２ｆが後述するモータケーシング５４にボルトＢ１で連結されることによって、モータ５０と接続される。

（モータ）
次に、図２を参照して、モータ５０を説明する。モータ５０の種類に限定はないが、本実施形態のモータ５０は、モータ軸５１を有するインナーロータ型ブラシレスモータである。モータ５０は、モータ軸５１と、回転子５２と、固定子５３と、モータケーシング５４と、第１カバー部５６と、第２カバー部５７と、一対のモータ軸受５８とを主に含む。モータ軸５１は、後述する直動軸６６が進退するための中空部５１ｃを有する中空軸である。モータ軸５１は、軸方向に離れた配置された一対のモータ軸受５８によって、第１カバー部５６および第２カバー部５７に支持される。回転子５２は、モータ軸５１の外周に一体的に形成された本体部５２ｂと、本体部５２ｂの外周に固定され、所定の磁極を有する円筒状のマグネット５２ｍとを有する。

固定子５３は、マグネット５２ｍを磁気的空隙を介して対向するステータコア５３ｓと、ステータコア５３ｓに設けられる電機子コイル５３ｃとを有する。モータケーシング５４は、ステータコア５３ｓの外周に固定される円筒部材である。第１カバー部５６は、モータケーシング５４の反入力側を塞ぐ円板状の部材である。第２カバー部５７は、モータケーシング５４の入力側を塞ぐ円板状の部材である。第１カバー部５６、モータケーシング５４および第２カバー部５７は、ボルトＢ１によって一体化されるとともに、フランジ部４２ｆに連結される

（相対位置変更機構）
次に、図２を参照して、相対位置変更機構６０を説明する。本実施形態の摩擦伝動装置１００は、相対位置変更機構６０をさらに備える。相対位置変更機構６０は、入力軌道輪１４、取出部材３０、第１支持軌道輪２６および第２支持軌道輪２８の相対位置を変更する機構である。相対位置変更機構６０は、これら４つの軌道輪の１つ以上の軌道輪と残りの軌道輪との間の相対位置を変更するものであればよい。本実施形態の相対位置変更機構６０は、入力軌道輪１４および第１支持軌道輪２６を一体的に軸方向に相対移動させる移動機構６２を有する。

移動機構６２は、モータ軸５１の中空部５１ｃ内で進退する直動軸６６と、直動軸６６に軸方向の駆動力を発生させるアクチュエータ本体６４とを有する直動アクチュエータである。直動軸６６は、軸方向に延びる円形の棒形状を有する。アクチュエータ本体６４の一部は、モータ軸５１の中空部５１ｃに収納される。移動機構６２は、直動軸６６を進退駆動可能なものであれば構成に限定はない。例えば、直動軸６６は、ステッピングモータにより駆動されてもよいし、ボイスコイルモータなどにより非回転で軸方向に駆動されてもよい。本実施形態の移動機構６２は、ボールねじ機構により回転運動を直線運動に変換し、直動軸６６を軸方向に駆動する。

アクチュエータ本体６４には径方向で外側に延出する延出部６２ｆが設けられる。延出部６２ｆがボルトＢ３で第２カバー部５７に固定されることにより、アクチュエータ本体６４は、モータ５０に連結される。

入力軸１２の入力側の端部には、反入力側に凹んだ連結孔１２ｈが設けられる。直動軸６６の先端は連結孔１２ｈに収容される。直動軸６６と連結孔１２ｈの間には連結軸受６８が設けられる。連結軸受６８の外輪は連結孔１２ｈに固定され、連結軸受６８の内輪は直動軸６６の先端に固定される。この構成により、入力軸１２と直動軸６６とは互いに回転可能に連結される。なお、直動軸６６が非回転で移動する場合は、直動軸６６と入力軸１２とは、連結軸受６８を介さずに連結されてもよい。

直動軸６６が軸方向に移動すると入力軸１２も軸方向に移動し、これにつれて入力軌道輪１４および第１支持軌道輪２６が入力側または反入力側に移動し、これらと取出部材３０および第２支持軌道輪２８との相対関係が変更される。これらの相対関係が変更されることにより、摩擦伝動機構１０の変速比Ｒｓが変更される。このように、本実施形態においては、入力軸１２を軸方向に移動させるという簡易な構成で変速比Ｒｓを変更できる。また、直動軸６６をモータ軸５１の中空部５１ｃに配置させているため、装置の小型化が可能となる。

図９を参照して、摩擦伝動機構１０の動作を説明する。図９は、摩擦伝動機構１０の動作を説明する説明図である。この図では、各転動面を曲面状に描いているが、各転動面は、摩擦伝動体２０との接触領域において平坦である。入力軌道輪１４が回転すると、摩擦伝動体２０が自転軸Ｌｂ周りに自転しながら公転軸周りに公転する。この例では、摩擦伝動体２０の公転軸は中心軸線Ｌａと一致しているため、以下では中心軸線Ｌａを公転軸として説明する。

摩擦伝動体２０と、入力軌道輪１４、第１支持軌道輪２６、第２支持軌道輪２８および取出部材３０との接触点を、入力接触点１４ｃ、第１支持接触点２６ｃ、第２支持接触点２８ｃおよび出力接触点３０ｃとする。図９に示すように、接触点１４ｃ、２６ｃ、２８ｃ、３０ｃの自転半径を、Ｒｂｇ、Ｒｂｈ、Ｒｂｍ、Ｒｂｎとし、接触点１４ｃ、２６ｃ、２８ｃ、３０ｃの公転半径を、Ｒｇ、Ｒｈ、Ｒｍ、Ｒｎとする。

第１支持軌道輪２６が自由回転し、第２支持軌道輪２８が非回転で静止している場合、入力軌道輪１４の回転速度ω１に対する取出部材３０の回転速度ω２の比（以下、「変速比Ｒｓ」という）は、下記の数式１によって示される。

図９の状態では、摩擦伝動体２０は、自転軸Ｌｂの入力側が中心軸線Ｌａに近づく姿勢を有する。相対位置変更機構６０により入力軌道輪１４および第１支持軌道輪２６の位置が入力側に変更されると、摩擦伝動体２０の姿勢は、自転軸Ｌｂの反入力側が中心軸線Ｌａに近づくように変更される。この結果、各接触点の自転半径および公転半径が変更され、変速比Ｒｓも変更される。このように、各軌道輪の相対位置を変更して摩擦伝動体２０の姿勢を変更することによって摩擦伝動機構１０の変速比Ｒｓを変更できる。逆にいうと、摩擦伝動体２０の姿勢を一定に支持することにより、変速比Ｒｓは一定に保たれる。

摩擦伝動体２０の姿勢の変動を抑制するために、一例として、自転軸Ｌｂに沿って摩擦伝動体２０に軸部材を設け、その軸部材を軸受で支持する構成を備えてもよい。この場合、摩擦伝動体２０は、軸部材により支持される。本実施形態では、摩擦伝動体２０は、軸部材により支持されることなく、入力軌道輪１４、取出部材３０、第１支持軌道輪２６および第２支持軌道輪２８により支持される。

図１０を参照して、各軌道輪により摩擦伝動体２０を支持する構成を説明する。図１０は、摩擦伝動体２０が各軌道輪により支持される構成を説明する説明図である。この図は、中心軸線Ｌａおよび自転軸Ｌｂを含む平面における各ベクトルの延長線を示している。図１０に示すように、本実施形態では、摩擦伝動体と各軌道輪との接触点における法線ベクトルの延長線により四角形が形成される。摩擦伝動体２０の形状によっては、延長線による四角形が形成されず、摩擦伝動体２０の姿勢が不安定になる。

図１０に示すように、入力接触点１４ｃにおける法線ベクトル１４ｖと、第１支持接触点２６ｃにおける法線ベクトル２６ｖと、第２支持接触点２８ｃにおける法線ベクトル２８ｖと、出力接触点３０ｃにおける法線ベクトル３０ｖについて、これらの法線ベクトルの延長線１４ｍ、２６ｍ、２８ｍ、３０ｍは互いに交差して四角形２０ｓを形成する。この構成により、摩擦伝動体２０の姿勢は一義的に定まり、摩擦伝動体２０の姿勢は軸部材により支持されることなく維持される。なお、この四角形２０ｓが凸四角形（内角が１８０度以上の角部を有さない四角形）であれば、姿勢の安定性がより向上する。

摩擦伝動体２０の形状によっては、四角形２０ｓの面積が過小になることがある。四角形２０ｓの面積が小さすぎると、摩擦伝動体２０の姿勢が不安定化する可能性がある。姿勢を安定させる観点から、四角形２０ｓの面積は、摩擦伝動体２０の断面積の４％以上であることが好ましく、２５％以上であることがより好ましく、６０％以上であることがさらに好ましい。四角形２０ｓの面積は、摩擦伝動体２０の断面積の１５％以上にされてもよい。

摩擦伝動体２０の形状によっては、四角形２０ｓの対向する辺の法線ベクトルの向きが同じになることがある。四角形２０ｓの対向する辺の法線ベクトルの向きが同じ場合、摩擦伝動体２０の姿勢が不安定化する可能性がある。そこで、本実施形態では、四角形の対向する辺の法線ベクトルが反対向きになるように構成される。具体的には、法線ベクトル１４ｖと法線ベクトル３０ｖとは反対向きであり、法線ベクトル２６ｖと法線ベクトル２８ｖとは反対向きである。この場合、各軌道輪によって摩擦伝動体２０の位置と向きが拘束されるため、摩擦伝動体２０の姿勢はさらに安定する。また、四角形２０ｓの隣接する二辺の法線ベクトルの両方が角部に向かうか、または角部から離れる方向を向いている場合、姿勢はさらに安定する。

各軌道輪および摩擦伝動体２０の接触面が共に平坦面だと、接触面積が増えて機械的な損失が増え、この接触面が共に曲面だと製造の手間が増える。このため、本実施形態では、入力接触点１４ｃ、第１支持接触点２６ｃ、第２支持接触点２８ｃおよび出力接触点３０ｃの接触面に関し、各軌道輪は平坦面であり、摩擦伝動体２０の各軌道輪と対向する面は曲面である。この場合、機械的な損失の増加を抑えることができ、部材の製造が容易になる。この摩擦伝動体２０の曲面は限定されないが、この例では、この曲面はインボリュート曲線の輪郭を有する。

以上のように構成された摩擦伝動装置１００の動作を説明する。モータ軸５１から入力軸１２に回転動力が伝達されると、入力軌道輪１４が中心軸線Ｌａ周りに回転する。入力軌道輪１４が回転することにより摩擦伝動体２０に自転と公転とを生じさせる。摩擦伝動体２０の回転は取出部材３０に伝達され、取出部材３０は上述の変速比Ｒｓにより回転する。取出部材３０の回転は、カップリング７０を介して出力部材７８に出力される。相対位置変更機構６０により入力軌道輪１４および第１支持軌道輪２６の位置が変更されると、変速比Ｒｓが変更される。

摩擦伝動装置１００の特徴を説明する。摩擦伝動装置１００のカップリング７０は、軸方向の荷重に対して取出部材３０および出力部材７８よりも変形し易く構成され、かつ、取出部材３０と出力部材７８の軸心のずれを吸収する機能と、出力部材７８に作用したトルクを軸方向力に変換して取出部材側に伝達する機能と、を有する。この構成によれば、取出部材と出力部材との軸心ずれを吸収するとともに伝達トルク容量の不足を補うので、摩擦伝動装置の効率低下や寿命低下を抑制できる。

また、摩擦伝動装置１００では、摩擦伝動体２０と各軌道輪との接触点における法線ベクトルの延長線により四角形が形成されるように構成されているため、延長線による四角形が形成されない場合に比べて、摩擦伝動体２０の姿勢が安定する。摩擦伝動体２０の姿勢を維持するための構成が簡単であるため、製造コストを削減できる。

摩擦伝動装置１００では、摩擦伝動体２０は、軸部材により支持されることなく、入力軌道輪１４、取出部材３０、第１支持軌道輪２６および第２支持軌道輪２８により支持されるため、軸部材とその周辺部材の製造コストを削減できる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。前述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。また、図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

以下、変形例を説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

［変形例］
実施形態の説明では、第１カップリング凹部７４ｄ、第２カップリング凹部７６ｄ、取出部材凹部３０ｄおよび出力部材凹部７８ｄが、第１傾斜面７０ｐおよび第２傾斜面７０ｓを有する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、傾斜面は、これらの凹部の一部または全部に設けられなくてもよい。

実施形態の説明では、第１嵌合部材７４および第２嵌合部材７６が、円筒面を有するローラである例を示したが、本発明はこれに限定されない。これらの嵌合部材は、例えば、立方体、直方体などの多面体や球体などであってもよいし、互いに異なる形状の部材を組み合わせて使用されてもよい。

実施形態の説明では、第１嵌合部材７４および第２嵌合部材７６が、嵌合凹部に可動的に支持される例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、これらの嵌合部材の一部または全部は固定されてもよい。例えば、これらの嵌合部材の一部または全部は、出力部材、カップリング本体、取出部材またはその他の部材と一体であってもよい。

実施形態の説明では、第１カップリング凹部７４ｄ、第２カップリング凹部７６ｄ、取出部材凹部３０ｄおよび出力部材凹部７８ｄが、軸心ずれ吸収機能およびトルク与圧変換機能を生じる例を示したが、本発明はこれに限定されない。これらの嵌合凹部の一部は、軸心ずれ吸収機能を生じなくてもよいし、これらの嵌合凹部の一部は、トルク与圧変換機能を生じなくてもよい。軸心ずれ吸収機能およびトルク与圧変換機能の一方は、これらの嵌合凹部とは別の機構によって実現されてもよい。

実施形態の説明では、２つの支持軌道輪２６、２８を有する例を示したが、本発明はこれに限定されず、３つ以上の支持軌道輪が設けられてもよい。

実施形態の説明では、第１支持軌道輪２６が自由に回転し、第２支持軌道輪２８が静止する例を示したが、本発明はこれに限定されない。第１支持軌道輪２６が静止し、第２支持軌道輪２８が自由に回転してもよい。

実施形態の説明では、摩擦伝動体２０の自転軸に対して、入力軌道輪１４が径方向内側に配置され、取出部材３０が径方向外側に配置されていた。しかし、これに限定されるものではなく、入力軌道輪１４が外側で、取出部材３０が内側に配置されてもよいし、両方が内側に配置されたり、両方が外側に配置されてもよい。摩擦伝動装置の構成は、実施形態の構成に限定されるものではなく、出力回転が取り出される取出部材と、複数の摩擦伝動体と、の接触により動力を伝達する摩擦伝動機構を有し、取出部材の接触面が軸方向に対して傾斜している構成を有するものであれば、広く本発明を適用可能である。

上述の各変形例は実施形態と同様の作用と効果を奏する。

上述した実施形態の構成要素と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１０ 摩擦伝動機構、 ２０ 摩擦伝動体、 ３０ 取出部材、 ３０ｄ 取出部材凹部、 ７０ カップリング、 ７０ｐ 第１傾斜面、 ７０ｓ 第２傾斜面、 ７２ カップリング本体 、 ７４ 第１嵌合部材、 ７４ｄ 第１カップリング凹部、 ７６ 第２嵌合部材、 ７６ｄ 第２カップリング凹部、 ７８ 出力部材、 ７８ｄ 出力部材凹部、 ８０ 出力側機構、 １００ 摩擦伝動装置。

Claims (5)

1. 出力回転が取り出される取出部材と、複数の摩擦伝動体と、の接触により動力を伝達する摩擦伝動機構を有し、前記取出部材の接触面が軸方向に対して傾斜している摩擦伝動装置であって、
   被駆動装置に出力回転を伝達するための出力部材と、
   前記取出部材と前記出力部材を連結するカップリングと、
   を有し、
   前記カップリングは、軸方向の荷重に対して前記取出部材および前記出力部材よりも変形し易く構成され、かつ、前記取出部材と前記出力部材の軸心のずれを吸収する機能と、前記出力部材に作用したトルクを軸方向力に変換して前記取出部材側に伝達する機能と、を有し、
   前記出力部材は、軸方向に対して傾斜した傾斜面を有する凹部を有し、前記カップリングは、当該傾斜面に当接する当接部材を有する摩擦伝動装置。
2. 出力回転が取り出される取出部材と、複数の摩擦伝動体と、の接触により動力を伝達する摩擦伝動機構を有し、前記取出部材の接触面が軸方向に対して傾斜している摩擦伝動装置であって、
   被駆動装置に出力回転を伝達するための出力部材と、
   前記取出部材と前記出力部材を連結するカップリングと、
   を有し、
   前記カップリングは、軸方向の荷重に対して前記取出部材および前記出力部材よりも変形し易く構成され、かつ、前記取出部材と前記出力部材の軸心のずれを吸収する機能と、前記出力部材に作用したトルクを軸方向力に変換して前記取出部材側に伝達する機能と、を有し、
   前記カップリングは、前記取出部材が軸方向と直交する第１方向に移動可能とするとともに、前記出力部材が軸方向と直交し第１方向とは異なる第２方向に移動可能とする摩擦伝動装置。
3. 前記カップリングは、カップリング本体と、前記カップリング本体に設けられた第１カップリング凹部および第２カップリング凹部と、当該第１カップリング凹部と前記取出部材に設けられた取出部材凹部とに前記第１方向に遊びを有して嵌合する第１嵌合部材と、前記第２カップリング凹部と前記出力部材に設けられた出力部材凹部とに前記第２方向に遊びを有して嵌合する第２嵌合部材と、を有する請求項２に記載の摩擦伝動装置。
4. 前記第１カップリング凹部と前記第２カップリング凹部の少なくとも一方は、軸方向に対して傾斜した傾斜面を有し、
   前記第１嵌合部材と前記第２嵌合部材の少なくとも一方は、当該傾斜面に当接する請求項３に記載の摩擦伝動装置。
5. 出力回転が取り出される取出部材と、複数の摩擦伝動体と、の接触により動力を伝達する摩擦伝動機構を有し、前記取出部材の接触面が軸方向に対して傾斜している摩擦伝動装置であって、
   被駆動装置に出力回転を伝達するための出力部材と、
   前記取出部材と前記出力部材を連結するカップリングと、
   を有し、
   前記カップリングは、軸方向の荷重に対して前記取出部材および前記出力部材よりも変形し易く構成され、かつ、前記取出部材と前記出力部材の軸心のずれを吸収する機能と、前記出力部材に作用したトルクを軸方向力に変換して前記取出部材側に伝達する機能と、を有し、
   前記摩擦伝動機構は、入力軌道輪と、前記入力軌道輪の回転軸周りに配置され前記入力軌道輪に接触する遊星転動体と、前記遊星転動体に接触する第１支持軌道輪および第２支持軌道輪と、を有し、
   前記遊星転動体は、前記取出部材と接触するように配置され、
   前記遊星転動体と前記各軌道輪との接触点における法線ベクトルの延長線により四角形が形成されるように構成されていることを特徴とする摩擦伝動装置。

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