(57)【要約】【課題】  従来のウェッジローラを備えたトラクション型変速装置では、入力軸（高速軸）に対しドラム等を偏心して設けているため、小さな２つの中間ローラは楔として食い込ませる方向が逆となり、一つの中間ローラが伝達に寄与せず負荷状態では２つの中間ローラでしか伝達できない。このためドラム等の外輪が偏心したり、伝達効率の低下、振動の発生、伝達に寄与しないローラの焼き付き、軸受の寿命の低下に繋がる。【解決手段】  ケーシングに回転自在に支持された高速軸と低速軸とを有し、該高速軸と同心に配したリング部材と、該高速軸の周囲に当接する複数の中間ローラとによって構成した変速装置において、該リング部材の回転と該中間ローラの公転のいずれかを該低速軸に伝達して変速する装置であって、該リング部材と各中間ローラとの間にそれぞれ同一方向に食い込ませるウェッジローラを介在させる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングに回転自在に支持された高速軸と低速軸とを有し、該高速軸と同心に配したリング部材と、該高速軸の周囲に当接する複数の中間ローラとによって構成した変速装置において、該リング部材の回転と該中間ローラの公転のいずれかを該低速軸に伝達して変速する装置であって、該リング部材と各中間ローラとの間にそれぞれ同一方向に食い込ませるウェッジローラを介在したことを特徴とする摩擦式変速装置。
【請求項２】
ケーシングに回転自在に支持された高速軸と低速軸とを有し、該高速軸と同心に固設した固定リングと、該固定リングに対向した位置に配し該低速軸に連結した回転リングと、該高速軸の周囲に当接して遊星軸を有する複数の中間ローラと、該遊星軸を支持して該高速軸周りに回転するキャリアとによって構成した変速装置であって、該中間ローラを段付形状、該固定リングと該回転リングを異径、の少なくともいずれかによって変速すると共に、各中間ローラと該固定リング及び該回転リングとの間にそれぞれ同一方向に食い込ませるウェッジローラを介在したことを特徴とする摩擦式変速装置。
【請求項３】
ウェッジローラを食い込ませる方向に押圧する付勢手段を設けた請求項１又は２記載の摩擦式変速装置。
【請求項４】
付勢手段は、磁石である請求項３記載の摩擦式変速装置。
【請求項５】
中間ローラを支持する遊星軸は、高速軸に対する法線方向に変位可能に支持された請求項１又は２記載の摩擦式変速装置。
【請求項６】
ウェッジローラは円柱状のころであり、固定リングと回転リングの間に仕切板を設けた請求項２乃至５記載の摩擦式変速装置。
【請求項７】
ウェッジローラは球状のボールであり、中間ローラの周面に該ボールが嵌り込む溝を設けた請求項１乃至５記載の摩擦式変速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用または産業機械用等として使用する変速装置であって、高速軸の駆動トルクを摩擦力によって低速軸に変速して伝達する変速装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より摩擦ローラ式変速機として、転動面に油膜を介した摩擦によって入力軸から転動体、出力軸へと伝達する、いわゆるトラクションドライブ型の変速装置が知られている。特に、トラクション型変速装置において必要なのはトルク（接線力）であり、その接線力を得るためには接線力の約１０倍以上の法線力を加える必要がある。法線力が小さければ、伝達効率の低下、ころがり摩擦面の滑りによる焼き付きの発生に繋がる。転動体に法線力を確保する手段として、例えば次の方法がある。
（１）リング断面の撓み
Ｕ字型断面のリングを両側から押すことにより、内径を小さくすることによる法線    力の利用。
（２）圧入式
遊星ローラの構成要素の寸法を基準より圧入代を設けて製作し、圧入組立により各    部の法線力の利用。
（３）テーパーローラ
遊星要素のいずれかにテーパー部を設け、軸方向の力から法線力を発生させる。
（４）リング径の撓み
例えばリングコーンＲＣ型などのように、ローラに外接するリングが接線力で撓む    ことによる法線力の利用。
（５）ウェッジローラ
遊星の太陽ローラを偏心させ、リングとの間にウェッジローラを設けて法線力を発    生させる。
これらの方法の内、（１）〜（３）は全て一定の法線力であり、（４）〜（５）がトルクに応じた法線力を得ることができる。
【０００３】
ウェッジローラを備えたトラクション型変速装置として、特許文献１や特許文献２に示すトラクションローラ式変速機がある。これらは、ウェッジローラやウェッジローラとした中間ローラを弾性的に押圧することにより、無負荷状態でもウェッジローラの当接部に予圧を付与する構造としている。この構成により、軽負荷運転時にも各当接部で著しい滑りが発生するのを防止し、高効率で焼き付き等の損傷が発生しないローラ式変速機の提供を目的としている。
【特許文献１】特開２００２−０１３６０４
【特許文献２】特開２００４−１８３７７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のウェッジローラを備えたトラクション型変速装置では、逆に伝達効率が著しく低下する問題が生じる。これは、入力軸に対しドラム等を偏心して設けることにより異径空間を形成したことに起因するものと考えられる。基本的に中間ローラはほぼ等間隔に３ヶ所配されることから、径が最大となる箇所に大きな中間ローラを配し、径が狭い箇所に小さな２つの中間ローラを配する構造となる。そして、小さな２つの中間ローラの少なくともいずれかにウェッジローラとして機能させる。
【０００５】
このような構造により、小さな２つの中間ローラは楔として食い込ませる方向が逆となるため、一方をウェッジローラとして食い込ませても他方が径の広い方向に逃げてしまう結果となる。従って、一つの中間ローラが伝達に寄与しない状態となり、負荷状態では２つの中間ローラで伝達することになってしまう。しかも、この状態ではドラム等の外輪が偏心しやすく、伝達効率の低下のみならず、振動の発生、伝達に寄与しないローラの焼き付き、軸受の寿命の低下に繋がる大きな要因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで本発明者は上記問題に鑑み鋭意研究の結果、本発明を成し得たものであり、その特徴とするところは、ケーシングに回転自在に支持された高速軸と低速軸とを有し、該高速軸と同心に配したリング部材と、該高速軸の周囲に当接する複数の中間ローラとによって構成した変速装置において、該リング部材の回転と該中間ローラの公転のいずれかを該低速軸に伝達して変速する装置であって、該リング部材と各中間ローラとの間にそれぞれ同一方向に食い込ませるウェッジローラを介在したことにある。
【０００７】
或いは、ケーシングに回転自在に支持された高速軸と低速軸とを有し、該高速軸と同心に固設した固定リングと、該固定リングに対向した位置に配し該低速軸に連結した回転リングと、該高速軸の周囲に当接して遊星軸を有する複数の中間ローラと、該遊星軸を支持して該高速軸周りに回転するキャリアとによって構成した変速装置であって、該中間ローラを段付形状、該固定リングと該回転リングを異径、の少なくともいずれかによって変速すると共に、各中間ローラと該固定リング及び該回転リングとの間にそれぞれ同一方向に食い込ませるウェッジローラを介在したことにある。
【０００８】
ここで、本明細書中でいう「中間ローラ」とは、高速軸の周面に当接しほぼ等間隔に複数配したローラをいう。高速軸からの駆動トルクを中間ローラを介し、該高速軸と同心に配したリング部材に伝達することによって、リング部材の回転若しくは中間ローラの公転による低速軸から減速された回転トルクを得る。本発明においては、中間ローラからリング部材に伝達する手段として、各中間ローラとリング部材の間にウェッジローラを介在させる。このウェッジローラは、各中間ローラとリング部材の間にそれぞれ同一方向（同一回転方向）に食い込ませるもので、負荷がかかったときの食い込みにより極めて大きな法線力を転動系全体に均等に付与することができる。また、各中間ローラについてウェッジローラを挟むように（線対称位置：高速軸と遊星軸の中心を結ぶ線）２つ配することで正転や逆転のみならず、低速軸を駆動して高速軸から高速回転を得る増速機とすることも同等に行うことができる。
【０００９】
ウェッジローラは円柱状のローラの他、球状のボールとしてもよい。中間ローラとリング部材の隙間に対するウェッジローラの径としては、ウェッジローラと中間ローラ及びリング部材を結ぶ接線のなす角度、いわゆるウェッジ角約６°〜２２°の範囲とする。トラクションドライブでは、無負荷状態でもトラクション部に小さな法線力を加えておく必要があるため、ウェッジローラを食い込ませる方向にバネなどの付勢手段で押圧したり磁石で吸引しておく（プリロード、予圧）ことにより、無負荷状態から負荷がかかったときに滑りを生じることなく食い込ませるようにする。
【００１０】
「中間ローラの段付形状」とは、中間ローラの回転及び公転を固定リングに対向した位置に配した回転リングに伝達することで、該回転リングに連結した低速軸から大きな変速比を出力させることを目的とする構造をいう。例えば、固定リングと回転リングを同径とした場合において、固定リング側を大径、回転リング側を小径の段付形状の中間ローラとすることにより、固定リング側及び回転リング側との間隔に見合った径のウェッジローラをそれぞれ介在させて、大きな変速比が得られる。この場合、ウェッジローラは各中間ローラを挟むようにして配置する。
【００１１】
「固定リングと回転リングを異径」とは、中間ローラを段付形状にする場合と同様に大きな変速比を得ることを目的とする。これは、例えば固定リングを小径、回転リングを大径とし、円柱状の中間ローラとの間隔に見合った径のウェッジローラを介在させることで、変速比をより大きくすることができる。「中間ローラの段付形状」と「固定リングと回転リングを異径」は、いずれか単独の構造でもよく、両者を組み合わせてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明に係る摩擦式変速装置は、各中間ローラに対し同一方向に食い込ませるウェッジローラを介在させたことにより、各回転要素をそれぞれ確実に伝動に寄与させることができる。特に、ウェッジローラの楔による法線力はリング部材に均等に作用するため、全てが回転体内部で吸収され、軸受やケーシングなどに一切の力が作用しない。
【００１３】
しかも、各回転要素を支持する軸受には伝動に関与する法線力が一切作用せず、高変速比、高効率で高信頼性、且つ小型軽量で安定した回転性能が得られる静粛な減速機や増速機として提供することができる。さらに、ウェッジローラの楔方向の変位量に若干の余裕があり、回転体の加工誤差を吸収できるため、高精度な加工が不要となり低コストで製作することができる。
また、ウェッジローラのプリロードを磁石で行うことにより、非接触により抵抗が全く生じない、コンパクトに設けることができる、ケーシング内部の微粉を吸着してトラクション部やトラクションオイルをクリーンにするなどの効果が生じる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、摩擦伝動式の変速装置において、回転系に均等に作用させるウェッジローラを配したことにより、大きな法線力に伴う高い伝動効率が得られたことで、上述課題を解決した。
【実施例１】
【００１５】
図１及び図２は、本発明に係る摩擦式変速装置１の一実施例を示すもので、エンジンまたは電動モータ等からなる駆動源により回転駆動される高速軸２と、この高速軸２の周囲に当接させ回転可能に支持した３つの中間ローラ３と、該高速軸２と同心に配し該中間ローラ３を囲む固定リング４と、各中間ローラ３と該固定リング４との隙間に食い込ませるウェッジローラ５とによって構成している。各中間ローラ３は、その遊星軸３１を回転可能に支持したキャリア３２に設けられ、該キャリア３２には各ウェッジローラ５を食い込ませる方向に吸引する磁石６を設けている。本例では、各中間ローラ３の遊星軸３１を高速軸２の法線方向に変位可能に支持している。
【００１６】
この摩擦式変速装置１は、ケーシングＣに転がり軸受で回転可能に支持された高速軸２をモータ等で回転駆動することにより、その周囲に配されキャリア３２に支持された中間ローラ３が回転する。この回転に伴って固定リング４との間に介在させた各ウェッジローラ５の食い込みにより高い法線力が発生する。各ウェッジローラ５が固定リング４の内周面に沿って転動し、公転する各中間ローラ３のキャリア３２に連結した低速軸７から減速回転が得られる。逆に、低速軸７側から駆動して高速軸２から高速回転を出力させることも可能である。特に、本例では各中間ローラ３を挟むようにして２つのウェッジローラ５を設けている。これは、高速軸２を逆転させた場合でも、一方のウェッジローラ５を食い込ませて駆動可能とするためであり、低速軸７側からの正転や逆転の入力にも対応することができる。一の中間ローラ３には２つのウェッジローラ５を図のように軸方向に設ける他、周方向に並べてもよい。
【実施例２】
【００１７】
図３（ａ）（ｂ）は、本発明に係る摩擦式変速装置１の他の実施例を示すもので、中間ローラ３を段付形状としている。中間ローラ３の径を２種にすることにより、一方を固定リング４に他方を回転リング８に、ウェッジローラ５をそれぞれ介在させて転動させる構造である。ウェッジローラ５は、各中間ローラ３に対し挟むようにして２つ配置する。本例ではウェッジローラ５の軸方向のズレや相互干渉を防止するため、固定リング４と回転リング８の間に仕切板９を設けている。仕切板９に代えて中間ローラ３に鍔状部を設けるようにしてもよい。
【００１８】
この摩擦式変速装置１では、前述した実施例のように中間ローラ３の公転から減速回転を出力させる構造に比し、図４（ａ）（ｂ）のように公転方向と逆方向に回転する回転リング８に連結した低速軸７から出力させることによって、より大きな変速比を得ることができる。本例のように、中間ローラ３の固定リング４側を大径にした場合は、低速軸７は中間ローラ３の公転方向に回転する。
【００１９】
従来のウェッジローラ型変速機では精々１／２０程度の変速比でしかなかったが、本例の摩擦式変速装置１では１／５０以上の変速比を容易に得ることが可能になる。この方式では、段付形状の中間ローラ３の径の差が小さいほど大きな変速比が得られることになり、径の差を０．２mm程度にすれば１／３００以上の変速比を得ることも可能である。また、本実施例２や後述する実施例３においては、低速軸７側から入力して高速軸２側から高速回転を出力させることや、実施例１の構造と組み合わせて高速軸２や低速軸７を正逆転入力に対応させることも可能である。
本例の摩擦式変速装置１の変速比ｉは、数式１で表される。
高速軸２の外径ｒ、固定リング４及び回転リング８の内径Ｒ、中間ローラ３の外径Ｄ１、Ｄ２とした場合。
【数１】
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【実施例３】
【００２０】
図５は、本発明に係る摩擦式変速装置１のさらに他の実施例を示すもので、固定リング４に対し回転リング８の径を大径にした構造であり、中間ローラ３を段付形状とした場合と同様に大きな変速比を得ることができる。本例では、ウェッジローラ５としてボールを用いた例を示しており、中間ローラ３の周面には該ボールが嵌り込む溝を設けている。
本例の摩擦式変速装置１の変速比ｉは、数式２で表される。
高速軸２の外径ｒ、固定リング４の内径Ｒ１、回転リング８の内径Ｒ２とした場合。
【数２】
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【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る摩擦式変速装置の一実施例を示す縦断面図である。（実施例１）
【図２】図１に示した摩擦式変速装置の中間ローラ部分の横断面図である。
【図３】本発明に係る摩擦式変速装置の他の実施例を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。（実施例２）
【図４】（ａ）は図３に示した摩擦式変速装置の回転リング部の断面図、（ｂ）は固定リング部の断面図である。
【図５】本発明に係る摩擦式変速装置のさらに他の実施例を示す縦部分断面図である。（実施例３）
【符号の説明】
【００２２】
Ｃ  ケーシング
１  摩擦式変速装置
２  高速軸
３  中間ローラ
３１  遊星軸
３２  キャリア
４  固定リング
５  ウェッジローラ
６  磁石
７  低速軸
８  回転リング
９  仕切板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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