(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に保持された複数のコーンが内接する入力軸と、前記複数のコーンが外接する出力軸と、前記入出力軸と複数のコーンとの間に弾性圧接力を付与する加圧手段とを備え、前記コーンの回転を介して前記入出力軸間で回転動力を伝達しながらその回転数を無段で変速する摩擦式無段変速機であって、前記コーンは、４つ以上の円錐面を有する形状をなし、前記円錐面のうち同一母線を持つ２つの円錐面で前記出力軸と摩擦接触する二つの出力側接触部、および入力軸と摩擦接触する一つの入力側接触部を有し、前記入力側接触部を二つの出力側接触部の間に配設したことを特徴とする摩擦式無段変速機。
【請求項２】
前記入出力軸及び加圧手段に加えて、各コーンにスライド自在に圧接する変速リングを備え、前記コーンは、前記円錐面のうち同一母線を持つ２つの円錐面を含む４つの円錐面で前記入出力軸及び変速リングと接触し、前記加圧手段により各接触部で発生する動力伝達に必要な法線力のすべてが常に一定の方向に作用し、これら法線力のみを外力として力学的に釣り合った状態にあることを特徴とする請求項１記載の摩擦式無段変速機。
【請求項３】
回転自在に保持された複数のコーンが内接する入力軸と、前記複数のコーンが外接する出力軸と、前記入出力軸と複数のコーンとの間に弾性圧接力を付与する加圧手段とを備え、前記コーンの回転を介して前記入出力軸間で回転動力を伝達しながらその回転数を無段で変速する摩擦式無段変速機の一部を構成する前記コーンであって、４つ以上の円錐面を有する形状をなし、前記円錐面のうち同一母線を持つ２つの円錐面で前記出力軸と摩擦接触する二つの出力側接触部、および入力軸と摩擦接触する一つの入力側接触部を有し、前記入力側接触部を二つの出力側接触部の間に配設したことを特徴とする摩擦式無段変速機のコーン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は摩擦式無段変速機及びそのコーンに関し、例えば遠心送風機、遠心圧縮機、ラジアルタービン等に増速機として使用される摩擦式無段変速機、及びその摩擦式無段変速機の一部を構成するコーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大きな変速比をとれる装置としては３Ｋ形遊星歯車装置が一般的に知られているが、これをトラクションドライブに応用した３Ｋ形トラクションドライブ式無段変速機を図５に示す。図５はこの無段変速機を減速機として使用する場合を示しているが、増速機として使用する場合には入出力軸６，７が入れ替わることになる。
【０００３】
この種の無段変速機では、遊星コーン１が、入力円板２、カムディスク３及び変速リング４の３つのトラクション部材とそれぞれ１箇所ずつの計３箇所の接触部で接触している。遊星コーン１は、前述した３つの接触部で受ける法線力のみにより力学的に釣り合った構造となっている。この場合、変速リング４が入出力軸方向に移動することにより変速が行われるが、この変速リング４の軸方向移動にかかわらず、前述したように３つの接触部での法線力が閉じた系を構成できるのは、入力円板２と遊星コーン１との接触部が２次曲率を有する面で形成されており、このため、変速リング４の軸方向移動に伴い入力円板２と遊星コーン１間の接触部に作用する法線力の向きが変化することができるためとされている。そのため、コーン保持器５は単に遊星コーン１を周方向に等間隔に保持するだけの機能を有し、他の部材への支持はされていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図５に示す無段変速機のように遊星コーン１と出力軸トラクション部である入力円板２とにおける接触部を２次曲率を有する曲面で構成することによりスピンの影響が大きくなる。また、図５の無段変速機を増速機として使用し出力軸を高速回転させた場合、入力円板２が高回転することになる。このように出力軸系の慣性モーメントが大きいこと、また、接触部における周速とスピンが大きいことから大きな動力損失が生じるため、この種の無段変速機は高速回転する遠心送風機の使用には適さない。
【０００５】
また、前述した接触部は、良好な油膜形成を得るために研削加工又は超仕上げ等により小さいな表面粗さに仕上げる必要がある。そのため、図５に示す無段変速機の遊星コーン１のように２次曲率を有する曲面で接触部を構成した場合、研削加工又は超仕上げ等により小さいな表面粗さに仕上げることが困難で製作コストが増大する。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、遠心送風機等の羽根車のような高速回転体を駆動する出力軸を無段変速させる用途に好適な構造で製作コストを低減できるトラクションドライブ式無段変速機及びそのコーンを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための技術的手段として、本発明に係る摩擦式無段変速機は、回転自在に保持された複数のコーンが内接する入力軸と、前記複数のコーンが外接する出力軸と、前記入出力軸と複数のコーンとの間に弾性圧接力を付与する加圧手段とを備え、前記コーンの回転を介して前記入出力軸間で回転動力を伝達しながらその回転数を無段で変速する摩擦式無段変速機であって、前記コーンは、４つ以上の円錐面を有する形状をなし、前記円錐面のうち同一母線を持つ２つの円錐面で前記出力軸と摩擦接触する二つの出力側接触部、および入力軸と摩擦接触する一つの入力側接触部を有し、前記入力側接触部を二つの出力側接触部の間に配設したことを特徴とする。
【０００８】
また、前記摩擦式無段変速機は、前記入出力軸及び加圧手段に加えて、各コーンにスライド自在に圧接する変速リングを備え、前記コーンは、前記円錐面のうち同一母線を持つ２つの円錐面を含む４つの円錐面で前記入出力軸及び変速リングと接触し、前記加圧手段により各接触部で発生する動力伝達に必要な法線力のすべてが常に一定の方向に作用し、これら法線力のみを外力として力学的に釣り合った状態にあることを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明に係る摩擦式無段変速機のコーンは、回転自在に保持された複数のコーンが内接する入力軸と、前記複数のコーンが外接する出力軸と、前記入出力軸と複数のコーンとの間に弾性圧接力を付与する加圧手段とを備え、前記コーンの回転を介して前記入出力軸間で回転動力を伝達しながらその回転数を無段で変速する摩擦式無段変速機の一部を構成する前記コーンであって、４つ以上の円錐面を有する形状をなし、前記円錐面のうち同一母線を持つ２つの円錐面で前記出力軸と摩擦接触する二つの出力側接触部、および入力軸と摩擦接触する一つの入力側接触部を有し、前記入力側接触部を二つの出力側接触部の間に配設したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１乃至図４に示して以下に詳述する。尚、以下の実施形態は、遠心送風機の羽根車等の高速回転体を駆動する出力軸を無段変速する３Ｋ形トラクションドライブ式無段変速機に適用したものである。
【００１１】
このトラクションドライブ式無段変速機は、図１に示すような全体構造を有する。まず、入力軸１１をハウジング本体１２に軸受１３，１４により回転自在に軸支し、かつ、出力軸１５をフロントハウジング１６に軸受１７，１８により回転自在に軸支し、ハウジング本体１２とフロントハウジング１６とを結合一体化することにより、入力軸１１と出力軸１５とをそれぞれの軸線が同一直線上となるように配置する。尚、入力軸１１を軸支する軸受１３，１４には、ハウジング本体１２との間に加圧手段である加圧用ばね１９を介設し、この加圧用ばね１９により軸受１３，１４を介して入力軸１１を押圧しその弾性力を出力軸方向へ向けて作用させるようにしている。
【００１２】
入力軸１１の内側軸端には、拡径した中空リング形状を有するトラクション部２０が一体的に形成され、その先端内径面にコーン２７（後述）の入力側接触部３３が内接する。また、出力軸１５の内側軸端には、縮径した円錐形状を有するトラクション部２１が一体的に形成され、その外径面にコーン２７の出力側接触部３４，３５が外接する。このように出力軸１５のトラクション部２１とコーン２７とを２つの接触部３４，３５で接触させたことにより、その接触部３４，３５での面圧を低下させることができる。
【００１３】
尚、出力軸１５の外側軸端には羽根車２２が軸支固定されている。また、出力軸１５には、コーン２７の軸方向位置を規制するための円環部材２３が外挿されている。
【００１４】
一方、ハウジング本体１２に入出力軸１１，１５と平行して例えばボールネジ２４を架設し、そのボールネジ２４に螺合したボールブッシュ２５を介して変速リング２６が取り付けられ、その変速リング２６の内径面にコーン２７の変速側接触部３６を内接させ、また、ボールネジ２４の回転により入出力軸方向の移動を可能としている。
【００１５】
入力軸１１のトラクション部２０、出力軸１５のトラクション部２１、変速リング２６の三者相互間に複数のコーン２７が介在する。ここで、高速回転する出力軸１５の慣性モーメント低減及び周速度低減のため、出力軸１５のトラクション部２１の回転半径を小さくし、また、トラクション部２１の円錐面での母線と出力軸１５の軸線とコーン２７の自転軸が一点で交差した構造とすることにより、スピンの影響を無くすことができ、コーン２７を出力軸１５のトラクション部２１と２つの接触部３４，３５で接触させても、スピンによる動力損失を回避できる。
【００１６】
これら複数のコーン２７は、コーンホルダ２８により自転及び公転可能な状態で円周等間隔に保持される。コーンホルダ２８はホルダ本体２９とコーン支持軸３０とからなり、ホルダ本体２９が入力軸１１の軸方向内側に形成された凹部に内挿され、軸受３１を介して入力軸１１と同軸的に回転自在に配置される。このホルダ本体２９に円周等間隔に一体的に立設された複数本のコーン支持軸３０に軸受３２を介してコーン２７が回転自在に軸支される。
【００１７】
このトラクションドライブ式無段変速機では、入力軸１１からそのトラクション部２０を介してコーン２７の入力側接触部３３に動力が伝達され、その動力はコーン２７の自転運動と公転運動として分配され、コーン２７の出力側接触部３４，３５からそのトラクション部２１を介して出力軸１５に伝達される。この時、変速リング２６がコーン２７の変速側接触部３６と接する位置によってコーン２７の自転と公転の比が決定され、この比によって全体の変速比が決定され、更に、この変速リング２６をボールネジ２４により入出力軸方向に移動させることで変速比を無段で変えることができる。これにより、羽根車２２を高速回転で駆動する出力軸１５を無段変速し、入力軸１１の回転数が変動しても出力軸１５が一定回転できるようにしている。
【００１８】
前述の各コーン２７は、一つの入力側接触部３３で入力軸１１のトラクション部２０と摩擦接触し、また、二つの出力側接触部３４，３５で出力軸１５のトラクション部２１と摩擦接触し、更に、先端へ向けて縮径した一つの変速側接触部３６で変速リング２６と摩擦接触する。出力軸１５のトラクション部２１と接するコーン２７の出力側接触部３４，３５は同一母線を持つ円錐面をそれぞれ有し、その出力側接触部３４，３５における母線は、入力軸１１のトラクション部２０と接するコーン２７の入力側接触部３３における母線と共に、入出力軸１１，１５に対して僅かな角度だけ傾けて設定されている。このような入力軸１１のトラクション部２０、出力軸１５のトラクション部２１とコーン２７との接触部形状及び加圧用ばね１９によって生じる軸方向力により、各接触部３３〜３６に動力伝達に必要な法線力を発生させている。
【００１９】
この無段変速機においては、コーンの製作コストを低減させるため、各コーンは、４つ以上の円錐面及び複数の円筒面を有する形状をなす。例えば、図２（ａ）に示すコーン２７は、４つの円錐面３７〜４０と２つの円筒面４２，４３を有し、また、同図（ｂ）に示すコーン２７は、５つの円錐面３７〜４１と２つの円筒面４２，４３を有する。
【００２０】
更に、各コーン２７は、同一母線を持つ２つの円錐面３８，３９を含む４つの円錐面３７〜４０で、入力軸１１のトラクション部２０、出力軸１５のトラクション部２１、変速リング２６と接触する。加圧用ばね１９により各接触部３３〜３６で発生する動力伝達に必要な法線力Ｆ1 〜Ｆ4 〔図３（ａ）参照〕のすべてが常に一定の方向に作用し、その方向は各円錐面の母線に直角な方向である。このように変速リング２６の移動にかかわらず各法線力Ｆ1 〜Ｆ4 の方向が一定である場合、法線力が３つの場合はその法線力だけで力学的に釣り合うことはできないが、法線力が４つの場合はコーン形状の適切な設計により法線力のみで力学的に釣り合うことが可能である。この釣り合い状態を保持することにより、コーン支持軸３０及びその軸受３２に過大な荷重が作用して早期損傷を招くことはない。
【００２１】
ここで、トラクション部２０，２１及び変速リング２６と３つの接触部３３’，３５’，３６’で接触するコーン２７’とした場合〔図３（ｂ）参照〕、各接触部３３’，３５’，３６’に作用する法線力Ｆ1 〜Ｆ3 を求めようとすると、法線力Ｆｉ（ｉ＝１，２，３）が３つの未知数であるのに対して、成立すべき方程式は、▲１▼Ｘ方向の力の釣り合い、▲２▼Ｙ方向の力の釣り合い、▲３▼モーメントの釣り合いの３式であるため、ある運転条件に対して唯一の値の法線力でしか力学的な釣り合いが成立せず、広範囲の運転条件（回転数、変速比）でこの釣り合いを成立させることが困難である。
【００２２】
これに対して、トラクション部２０，２１及び変速リング２６のうち、出力軸１５のトラクション部２１がコーン２７と２つの接触部３４，３５で接触することにより、前述したトラクション部２０，２１及び変速リング２６と４つの接触部３３〜３６で接触するコーン２７の場合〔図３（ａ）参照〕、法線力Ｆｉ（ｉ＝１，２，３，４）が４つの未知数であるのに対して、成立すべき方程式は、▲１▼Ｘ方向の力の釣り合い、▲２▼Ｙ方向の力の釣り合い、▲３▼モーメントの釣り合いの３式であるため、コーン形状の適切な設計により広範囲の運転条件（回転数、変速比）でコーン２７に作用する法線力Ｆ1 〜Ｆ4 のみを外力としてコーン２７の力学的な釣り合いを成立させることができる。
【００２３】
尚、出力軸１５のトラクション部２１とコーン２７との接触が完全な円錐面同士の接触であるとエッジロードが生じ、コーン２７又は出力軸１５の早期損傷が引き起こされる虞があるため、図４に示すようにコーン２７の円錐面３７〜４１のうち、同一母線を有する２つの円錐面３８，３９の両端４箇所Ａ〜Ｄにクラウニングを施すようにすればよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、各コーンは、４つ以上の円錐面を有する形状をなし、前記円錐面のうち同一母線を持つ少なくとも２つの円錐面で前記出力軸に圧接している。このようなコーンを用いることで前記加圧手段により各接触部で発生する動力伝達に必要な法線力のすべてが常に一定の方向に作用し、コーン形状の適切な設計によりこれら法線力のみを外力として力学的に釣り合った状態にすることが可能である。これにより、遠心送風機等の羽根車のような高速回転体を駆動する出力軸を無段変速させる用途に好適な構造で製作コストを低減することができ、安価で実用的価値が大きい無段変速機を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるトラクションドライブ式無段変速機の全体構造を示す断面図
【図２】（ａ）は４つの円錐面と２つの円筒面を有する形状のコーンを示す正面図
（ｂ）は５つの円錐面と２つの円筒面を有する形状のコーンを示す正面図
【図３】（ａ）は４つの接触部を有し、各接触部での法線力を示すコーンの正面図
（ｂ）は３つの接触部を有し、各接触部での法線力を示すコーンの正面図
【図４】同一母線を有する２つの円錐面の両端にクラウニングを施したコーンを示す正面図
【図５】従来の摩擦式無段変速機を示す正面図
【符号の説明】
１１  入力軸
１５  出力軸
１９  加圧手段（加圧用ばね）
２６  変速リング
２７  コーン
３３〜３６  接触部
３７〜４１  円錐面
４２，４３  円筒面
Ｆ1 〜Ｆ4   法線力
【図１】
0003676903.tif 000002
【図２】
0003676903.tif 000003
【図３】
0003676903.tif 000004
【図４】
0003676903.tif 000005
【図５】
0003676903.tif 000006