JPH08285024A - トラクションドライブ変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トラクションドライブ変速機において、変速
比を著しく大きくする。 【構成】 球体を内輪と第１、第２の外輪で、互いにこ
ろがり接触するように挟圧し、しかも第１、第２の外輪
が球体の異なる位置で接触するようにして、内輪、第
１、第２の外輪のいずれか２つを入力と出力とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトラクションドライブを
利用した遊星転動装置による小型のトラクションドライ
ブ変速機に関する。

【０００２】

【従来の技術】トラクションドライブとは、周知のよう
に例えば油膜などを介在させて２つの転動体を押しつけ
圧力を加えて一方を回転させると、押しつけ面の部分の
油膜が押しつけ圧力によって非常に高い粘度になり、こ
のため油膜のせん断抵抗によってトラクション（けん
引）力が生じて、他方がひきずられてころがり回転する
ことである。

【０００３】従来、一般的には入力軸の回転を出力軸に
回転数を変えて伝達する変速装置として、太陽歯車とそ
の外側を囲む内歯歯車の間を複数の遊星歯車が自転しな
がら公転する遊星歯車装置が多く用いられている。

【０００４】しかし、この遊星歯車装置では、多数の歯
車相互の噛み合いのため、騒音や振動が生じる、歯の折
損が生じやすい、小型化が容易でない、大きな変速化が
得られない、変速比は歯数で決まるため中間的な任意の
変速比にすることができないなどの欠点がある。このた
め、従来より、歯車の代わりに、前記したトラクション
ドライブを利用した遊星転動装置を用いたトラクション
ドライブ変速機が用いられている（例えば特開昭５５−
８６９４９、特開昭５８−４６２５２）。

【０００５】即ち、このトラクションドライブ変速機
は、内輪と外輪との間に転動体を例えば油膜などを介し
て強く挟圧して、トラクション力によって内輪と外輪と
の間を転動体を自転させながら公転させ、この転動体の
公転運動を転動体の保持器の回転とし、内輪の回転と転
動体の公転のいずれか一方を入力、他方を出力とするも
のであって、このトラクション力による遊星転動装置を
一段あるいは複数段連結し、内輪の回転と転動体の保持
器の回転のいずれか一方を入力軸、他方を出力軸として
取り出すものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、 （イ）このような従来のトラクションドライブ変速機で
は、大きな変速比が得られない（せいぜい３〜８程度）
ため、大きな変速比を得るには、内輪、外輪、転動体、
保持器からなるトラクションドライブ遊星転動装置を軸
方向に多段に接続して設けなければならない。このた
め、構造が複雑で、軸方向寸法が大きくなり、小型化が
難しい。

【０００７】（ロ）構造が複雑で大型となるため、安価
なものが提供できない。 （ハ）自転且つ公転する転動体を保持する保持器の回転
を入力又は出力として取り出す構造のため、回転時の転
動体と保持器間の接触のために大きな振動や騒音が生じ
る。

【０００８】（ニ）転動体の保持器で回転を伝達してい
るため、過負荷によって破損しやすい。 などの問題があった。本発明はこれらの問題を解決し、
構造が簡単で小型化でき、安価にでき、振動や騒音が少
なく、過負荷に対して破損しにくいトラクションドライ
ブ変速機を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明のトラクションドライブ変速機では、内輪と、
前記内輪に圧接されてトラクション力を回転伝達力とし
てころがり接触して自転且つ公転する複数の球体と、前
記複数の球体にそれぞれ異なる位置において圧接されて
トラクション力を回転伝達力としてころがり接触する、
前記内輪と軸心が一致した第１、第２の外輪とを備え、
前記第１の外輪、第２の外輪、内輪のうちいずれか１つ
を固定し、他の２つのいずれか一方を入力軸と一体的に
回転可能にし、他方を出力軸と一体的に回転可能にして
いる。

【００１０】

【作用】このように構成したため本発明のトラクション
ドライブ変速機では、球体は内輪、第１の外輪、第２の
外輪の三者にころがり接触して自転且つ公転し、三者の
いずれか１つを固定し、他の二者の一方を入力軸と一体
的に回転可能にし、他方を出力軸と一体的に回転可能に
すると、入力軸の回転が減速又は増速されて出力軸に伝
達される。

【００１１】

【実施例】以下、図面に示す本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明のトラクションドライブ変速機の一実
施例を示している。ケース１は一端に開口部１ａを有す
る有底円筒状であって、他端側には環状段部２によって
小径の首部３が形成され、首部３の底板３ａの中央には
軸穴４が設けられている。首部３の外周には、このトラ
クションドライブ変速機を他の装置にネジ止め固定する
ためのネジ面３ｂが設けられている。

【００１２】ケース１の一端の開口部１ａの内壁には、
ネジ面１ｂが設けられている。モーター５は連結体６に
ネジ７によって固定され、連結体６の外周のネジ面６ａ
が前記ネジ面１ｂに螺着されている。ケース１内には、
ベアリング８、９がその外輪８ａ、９ａがケース１の内
壁に接触して設けられていて、軸穴４を通る円柱状の出
力軸１０が、ベアリング８、９の内輪８ｂ、９ｂに接触
して設けられ、このため、ケース１に対して内輪８ｂ、
９ｂと共に出力軸１０は回動自在になっている。８ｃ、
９ｃは球体、８ｄ、９ｄはボールの保持器である。ケー
ス１の首部３の位置のおいて出力軸１０にはブッシュ１
０ａが固定されている。

【００１３】２つのベアリング８、９の間には円筒状の
スペーサー１１が設けられ、このスペーサー１１と同位
置において、出力軸１０の外周を囲むコイルスプリング
１２の両端が、ベアリング８、９の内輪８ｂ、９ｂに接
している。このため、内輪９ｂは右方（図１において）
へ押圧されている。出力軸１０の右端近傍には、中央に
軸穴１３ａを有する出力ギヤ１３が固定されている。

【００１４】出力軸１０は出力ジョイント１４の中央の
軸穴１４ａに挿入されていて、出力ジョイント１４は出
力軸１０に回動自在に取付けられている。出力ギヤ１３
及び出力ジョイント１４には向かい合わせに環状溝１３
ｂ、１４ｂが設けられ、この環状溝１３ｂ、１４ｂ内に
コイルスプリング１５が収容されていて、コイルスプリ
ング１５の両端が環状溝１３ｂ、１４ｂの底部に接して
いる。このため、出力ジョイント１４は右方へ押圧され
ている。

【００１５】出力ジョイント１４の出力ギヤ１３側の環
状段部１４ｃには、内歯歯車１６が固定されていて、前
記出力ギヤ１３が内歯歯車１６にすき間のある状態で軸
方向に嵌入されて軸継手を構成している。このため、出
力ギヤ１３及び内歯歯車１６の多少の軸方向のズレも、
軸心の芯ズレも吸収されて回転力のみが伝達されるか
ら、各部品精度および取付け精度が高くなくてもよいの
で、コスト低減につながる。

【００１６】また、出力ジョイント１４の反対側の環状
段部１４ｄには、複数の球体１７に球体１７の左側から
押圧されてころがり接触する、傾斜した接触面１８ａを
内面に有する環状の第１の外輪１８が、固定されてい
る。複数の球体１７に右側からころがり接触する傾斜し
た接触面１９ａを内面に有する環状の第２の外輪１９
が、前記連結体６の先端部６ｂに接触した状態で、ケー
ス１の内壁に固定されている。なお、ベアリング９の外
輪９ａの側面と第２の外輪１９の側面との間において、
円筒状のスペーサー２０がケース１内に収容されてい
る。

【００１７】複数の球体１７、１７、…は、前記ベアリ
ング８、９の保持器８ｄ、９ｄと同様の保持器２１によ
って円周方向に一定間隔を保つように、且つ任意方向に
回動自在に保持されて、前記第１、第２の外輪１８、１
９の接触面１８ａ、１９ａに接触すると共に、円筒状の
内輪２２の外周面にもころがり接触している。

【００１８】球体１７と第１、第２の外輪１８、１９の
接触面１８ａ、１９ａ、内輪２２との間にはトラクショ
ングリースなどの油膜が介在されていて、球体１７は第
１の外輪１８の接触面１８ａによってコイルスプリング
１５の押圧力で押圧されているため、この第１の外輪１
８の接触面１８ａと、固定された第２の外輪１９の接触
面１９ａと、内輪２２の外周面の三者の間で挟圧されて
いる。従って、球体１７と前記三者それぞれとの接触に
おいて油膜に圧力が加わっているため、一方の回転力に
よってトラクション力が作用して他方がひきずられてこ
ろがり回転する。従って、球体１７とこれを挟圧する三
者は互いにトラクションドライブの関係にされている。

【００１９】即ち、この２つの外輪１８、１９と円筒状
の内輪２２との間で球体１７を挟圧した構成のトラクシ
ョンドライブ遊星転動装置は、前記した従来のトラクシ
ョンドライブ遊星転動装置における円筒状の内輪に球体
を押付ける１つの外輪を、２つの外輪に分離して軸方向
の両側斜め上方から２つの外輪で球体を押圧して円筒状
の内輪に押付けたものである。従って、１つの外輪の場
合と同様に球体の自転軸は内輪の中心軸とほぼ平行にな
る。

【００２０】なお、トラクショングリース以外にも、油
脂、粘液性のある物質の水溶液、ゲル、ゾルなどでもよ
く、あるいは、これらの粘性のものを介在させず、第
１、第２の外輪１８、１９、内輪２２、球体１７のいず
れか、または全部を硬質ゴムなどの摩擦係数の高い材料
で作成して球体とのころがり接触においてトラクション
力を生じるようにしてもよい。

【００２１】内輪２２の中心の軸穴２２ｂには、入力ジ
ョイント２３の軸部２３ａが挿入固定されている。この
入力ジョイント２３の右方の円筒部２３ｂの内面には内
歯歯車２４が固定されている。前記連結体６に固定され
たモーター５の駆動軸５ａには、入力ギヤ２５が固定さ
れていて、図８に示すように入力ギヤ２５がすき間のあ
る状態で前記内歯歯車２４に軸方向に嵌入されて軸継手
を構成している。このため出力ギヤ２５及び内歯歯車２
４の多少の軸方向のズレも、軸心の芯ズレも吸収されて
回転力のみが伝達されるから、各部品精度及び取付け精
度が高くなくてもよいので、コスト低減につながる。

【００２２】従って、モーター５を駆動させると、入力
ギヤ２５と内歯歯車２４によって駆動軸５ａの回転が伝
達されて内歯歯車２４、入力ジョイント２３と一体的に
内輪２２が回転する。この内輪２２の回転によって、第
１の外輪１８、第２の外輪１９、内輪２２の三者にトラ
クション力でころがり接触した複数の球体１７、１７、
…は自転しつつ内輪２２の周りを公転し、これに伴って
第１の外輪１８が回転する。この第１の外輪１８の回転
と一体的に出力ジョイント１４及び内歯歯車１６が回転
し、この回転は内歯歯車１６から出力ギヤ１３に伝達さ
れて、出力ギヤ１３と一体的に出力軸１０が回転する。

【００２３】内輪２２と第１の外輪１８との回転数は、
次のような関係になる。図２に示すように、内輪２２の
半径をａ、球体１７の半径をｂ、球体１７の自転軸１７
ａ、内輪２２の中心軸から球体１７と固定された第２の
外輪１９との接触点までの距離をそれぞれｃ、ｄとし、
球体１７の自転軸１７ａ、内輪２２の中心軸から球体１
７と固定された第１の外輪１８との接触点までの距離を
それぞれｅ、ｆとすると、各部の回転数の関係は次のよ
うになる。

【００２４】

【表１】 モーター５の駆動軸５ａの回転が出力軸１０の回転とし
て取り出されるから、 減速比＝（第１の外輪１８の回転数）／（内輪２２の回転数） ＝｛１−（ｄ／ｃ）・（ｅ／ｆ）｝／｛１＋（ｄ／ｃ）・（ｂ／ａ）｝ ＝（ａ／ｆ）・｛（ｃｆ−ｄｅ）／（ｃａ＋ｂｄ）｝ ……式（１） となる。

【００２５】この減速比の式から明らかなように、第１
の外輪１８と球体１７との接触点と内輪２２の中心軸と
の距離ｆが、第２の外輪１９と球体１７との接触点と内
輪２２の中心軸との距離ｄに近づくにつれて、即ちｆが
ｄに近づき、ｅがｃに近づくにつれて出力軸１０の回転
数は小さくなり、ｆ＝ｄ、ｅ＝ｃとなると、出力軸１０
の回転数は零になる。従って、ｆをｄに近づけることに
よって例えば１／１０００などのいくらでも大きな減速
比を得ることができる。従って、一段だけの遊星転動装
置で大きな減速比が得られる。

【００２６】この実施例では、内輪２２を入力と結合
し、第１の外輪１８を出力と結合した減速機として用い
る場合を説明したが、この関係を逆にすれば増速機とし
て用いることができる。即ち、従来のトラクションドラ
イブ遊星転動装置では内輪の回転と球体の公転のいずれ
か一方を入力、他方を出力としているが、図１の装置で
は、球体の公転は入力、出力のいずれにも用いず、内輪
と第１、第２の外輪のうちのいずれか２つを入力、出力
とすることによって大きな変速比を得ている。

【００２７】また、逆に第２の外輪１９を回転可能に
し、第１の外輪１８を固定して、第２の外輪１９を入力
あるいは出力と結合してもよい。また、内輪２２を固定
して第１、第２の外輪１８、１９の一方を入力、他方を
出力と結合してもよい。この場合は、前記表と同様にし
て回転比を求めると

【表２】 変速比＝（第１の外輪１８の回転数）／（第２の外輪１９の回転数） ＝｛１＋（ａ／ｂ）・（ｅ／ｆ）｝／｛１＋（ａ／ｂ）・（ｃ／ｄ）｝ ＝｛（ｂｆ＋ａｅ）／（ｂｄ＋ａｃ）｝・（ｄ／ｆ） ……式（２） となる。

【００２８】なお、内輪２２、第１の外輪１８、第２の
外輪１９の球体１７との接触面２２ａ、１８ａ、１９ａ
は断面直線ではなく、図３のように断面曲線状にしても
よい（内輪２２では断面曲線状の接触面２２ａは一周し
た環状溝にする。）。

【００２９】

【他の実施例】図４は本発明の他の実施例を示してい
る。この実施例は、球体１７へ第１の外輪１８を押付け
る押圧手段として、図１の実施例のコイルスプリング１
２の代わりに傘状の板バネ４１を用いていたことが、図
１の実施例と主として異なる点である。

【００３０】即ち、図４に示すように、円筒状のケース
３０の一端には、厚肉円筒状の軸保持体３１が挿入され
ネジ３２によってケース３０に固定されている。軸保持
体３１には、このトラクションドライブ変速機を他の装
置にネジ止め固定するための複数の箇所の軸方向のネジ
穴３１ａを備えている。

【００３１】軸保持体３１の底板３１ｂの中央の軸穴３
３を通る出力軸３４が、軸保持体３１の断面円形の収容
穴３５に収容されたベアリング３６、３７によって回動
自在に軸保持体３１に保持されている。３８はリング状
のスペーサ、３９はコイルスプリングであって、コイル
スプリング３９で押圧されたベアリング３６、３７の内
輪３６ｂ、３７ｂは、出力軸３４の環状溝３４ａ、３４
ｂに嵌着されたリング状のストッパー４０ａ、４０ｂに
よって軸方向の移動を規制されている。

【００３２】出力軸３４のケース３０内の端部の外周に
は出力ギヤ３４ｃが設けられている。前記した傘状の板
バネ４１は、図５に示すように中央に円形の穴４１ａを
有するほぼ円形の基部４１ｂから、放射状に複数の脚片
４１ｃが基部４１ｂから延設し、基部４１ｂに対して所
定角度傾斜するように屈曲したものである。板バネ４１
は、この基部４１ｂの穴４１ａによって、出力軸３４の
環状溝３４ｂに取付けられて、出力ジョイント４２に脚
片４１ｃ、４１ｃ、…が弾性に抗して押し開かされた状
態で押圧接触している。このため出力ジョイント４２は
右方（図４において）へ押圧されている。出力ジョイン
ト４２の中央の軸穴４２ａには、内歯歯車４２ｂが設け
られていて、前記出力ギヤ３４ｃがすき間のある状態で
軸方向に嵌入されて軸継手を構成している。出力ジョイ
ント４２の上端の環状段部４２ｃにはリング状の第１の
外輪４３が固定されている。

【００３３】リング状の第２の外輪４４は、中央に軸穴
３０ａを有するケース３０の底板３０ｂに当接してケー
ス３０内壁に固定されている。４５は球体、４６は複数
の球体を一定間隔で保持する保持器、４７は内輪であっ
て、図１の実施例と全く同様に第１の外輪４３による右
方への押圧力によって、内輪４７と第１、第２の外輪４
３、４４との間で複数の球体４５が油膜を介して挟圧さ
れて、複数の球体４５とトラクション力でころがり回転
するように接触している。

【００３４】内輪４７の中央の軸穴４７ａには、入力ジ
ョイント４８が固定されている。ケース３０の底板３０
ｂの軸穴３０ａの内周面には、ネジ面３０ｃが設けられ
ていて、モーター４９をフランジ部５１ａにネジ５０に
よって固定した連結体５１の筒部５１ｂの外周のネジ面
５１ｃが、このネジ面３０ｃに螺着されてケース３０に
固定されている。モーター４９の駆動軸４９ａには入力
ギヤ５２が固定されていて、入力ジョイント４８の軸穴
４８ａに設けられた内歯歯車４８ｂにすき間のある状態
で軸方向に嵌入されて軸継手を構成している。

【００３５】従って、モーター４９を駆動させると、駆
動軸４９ａの回転は入力ギヤ５２と内歯歯車４８ｂによ
って伝達されて内輪４７が回転する。従って、図１の実
施例と全く同様に内輪４７の回転より著しく減速された
第１の外輪４３の回転が、出力ジョイント４２の内歯歯
車４２ｂと出力軸３４の出力ギヤ３４ｃによって出力軸
３４に伝達される。

【００３６】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
は以上の実施例に限定されるものではなく、各部の構成
において種々の変形が可能なことは勿論である。なお、
前記した式（１）、（２）は、球体１７の自転軸１７ａ
が内輪２２の中心軸と平行であることを前提としている
が、実際には第１、第２の外輪１８、１９の接触圧力の
関係で水平から僅かに傾くこともあるので、前記減速比
は正しくは近似値である。従って、図６に示すように球
体１７に直径を通る貫通穴１７ａを設け、保持器２１に
回動自在に取付けられた内輪２２の中心軸と平行な支持
軸体６０を前記貫通穴１７ａに貫通して回動自在に支持
するか、あるいは図７に示すように球体１７の直径方向
に軸突起６１ａ、６１ｂを突設し、この軸突起６１ａ、
６１ｂを、内輪の中心軸と平行に、保持器２１に回動自
在に支持させれば、球体の自転軸は内輪２２の中心軸と
平行になるから、前記した変速比は近似値ではなく正し
い値となる。即ち、球体１７の自転軸の倒れによる変速
比の変動がなくなる。また、自転軸の倒れによる球体１
７と接触面のすべりがなくなり、騒音防止、長寿命化が
可能となる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のトラクシ
ョンドライブ変速機では、内輪と、前記内輪に圧接され
てトラクション力を回転伝達力としてころがり接触して
自転且つ公転する複数の球体と、前記複数の球体にそれ
ぞれ異なる位置において圧接されてトラクション力を回
転伝達力としてころがり接触する、前記内輪と軸心が一
致した第１、第２の外輪とを備え、前記第１の外輪、第
２の外輪、内輪のうちいずれか１つを固定し、他の２つ
のいずれか一方を入力軸と一体的に回転可能にし、他方
を出力軸と一体的に回転可能にしたので、 （イ）一段のトラクションドライブ遊星転動装置だけで
著しく大きな変速比を得ることができる。このため、構
造が簡単、軸方向寸法を小型化できる。

【００３８】（ロ）構造が簡単となるため、安価にな
る。 （ハ）従来のように自転且つ公転する転動体を保持する
保持器の回転を入力又は出力として取り出す構造では、
回転時の転動体と保持器間の接触のために大きな振動や
騒音が生じ、また、転動体の保持器で回転を伝達してい
るため、過負荷によって破損しやすかったが、本発明で
は保持器ではなく外輪の回転をそのまま取り出すため、
このような振動や騒音が小さくなり、また過負荷による
破損も生じにくくなる。などの効果を有する。

【００３９】また、コイルスプリング１５や板バネ４１
のような押圧力付与手段で第１、第２の外輪１８、１９
のいずれか一方を軸方向に押圧することによって球体１
７を第１、第２の外輪１８、１９及び内輪２２の三者間
に挟圧することができる。また、球体１７の自転軸が内
輪２２の中心軸と平行になるように球体１７を支持させ
れば、球体１７の自転軸の倒れによる変速比の変動がな
くなる。また、自転軸の倒れによる球体１７と接触面の
すべりがなくなり、騒音防止、長寿命化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図

【図２】本発明の動作原理図

【図３】本発明の他の実施例の要部を示す断面図

【図４】本発明のさらに他の実施例を示す断面図

【図５】図４の実施例の板バネ４１の側面図

【図６】本発明の他の実施例の要部を示す断面図

【図７】本発明の他の実施例の要部を示す断面図

【図８】図１の実施例の内歯歯車と入力ギヤの関係を示
す断面図

【符号の説明】

１ ケース ５ モーター ５ａ 駆動軸 １０ 出力軸 １３ 出力ギヤ １４ 出力ジョイント １５ コイルスプリング １７ 球体 １８ 第１の外輪 １９ 第２の外輪 ２２ 内輪 ２３ 入力ジョイント ２５ 入力ギヤ ３０ ケース ３４ 出力軸 ４１ 板バネ ４１ｃ 脚片 ４２ 出力ジョイント ４３ 第１の外輪 ４４ 第２の外輪 ４５ 球体 ４６ 保持器 ４７ 内輪 ４８ 入力ジョイント ４９ モーター ４９ａ 駆動軸 ５２ 入力ギヤ ６０ 自転軸 ６１ａ 軸突起 ６１ｂ 軸突起

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内輪と、 前記内輪に圧接されてトラクション力を回転伝達力とし
   てころがり接触して自転且つ公転する複数の球体と、 前記複数の球体にそれぞれ異なる位置において圧接され
   てトラクション力を回転伝達力としてころがり接触す
   る、前記内輪と軸心が一致した第１、第２の外輪とを備
   え、 前記第１の外輪、第２の外輪、内輪のうちいずれか１つ
   を固定し、他の２つのいずれか一方を入力軸と一体的に
   回転可能にし、他方を出力軸と一体的に回転可能にした
   ことを特徴とするトラクションドライブ変速機。
2. 【請求項２】前記第１の外輪、第２の外輪のいずれか一
   方を軸方向に押圧して前記球体を第１、第２の外輪及び
   前記内輪の間で挟圧させる押圧力付与手段を設けた請求
   項１記載のトラクションドライブ変速機。
3. 【請求項３】前記球体の自転軸が前記内輪の中心軸と平
   行となるように前記球体が支持された請求項１または２
   記載のトラクションドライブ変速機。
4. 【請求項４】前記複数の球体を円周方向に一定間隔で保
   持する保持器を設けた請求項１または２記載のトラクシ
   ョンドライブ変速機。
5. 【請求項５】前記球体に圧接される前記第１の外輪、第
   ２の外輪、内輪の接触面が平面または曲面である請求項
   １または２記載のトラクションドライブ変速機。
6. 【請求項６】前記第１の外輪、第２の外輪、内輪と前記
   球体とがオイルまたはグリースを介して挟圧された請求
   項１または２記載のトラクションドライブ変速機。