(57)【要約】【課題】第１周囲要素と第２周囲要素との接触部位の所要の押し付け力を確保しつつ、中心要素と遊星要素との接触部位に作用する押し付け力を抑制することができる変速装置を得る。【解決手段】撓みフリクション式変速装置１０は、円筒面である外周面１２Ａを有するサンローラ１２と、外周面１２Ａの周長よりも長い内周長を有するアウタリング１４と、径方向におけるサンローラ１２とアウタリング１４との間に配置された筒状の可撓性インナリング１５と、サンローラ１２の外周面１２Ａ及びインナリング１５の内周面１５Ｂのそれぞれに転動可能に接触され該インナリング１５を部分的に撓ませてアウタリング１４に押し付ける複数のピニオンローラ１８と、複数のピニオンローラ１８を周方向に不等感覚で支持するキャリア２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形断面の外周面を有する中心要素と、
前記中心要素の外径よりも大きな内径を有し、該中心要素と同軸的に配置された第１周囲要素と、
外周長が前記環状部の内周面の周長未満のリング状に形成されると共に径方向に可撓性を有し、前記中心要素と周囲要素との間に配置された第２周囲要素と、
それぞれ前記中心要素の外周面及び前記第２周囲要素の内周面に対し外周面において接触され、該第２周囲要素を接触部位において部分的に拡径させて前記第１周囲要素の内周面に押し付ける複数の遊星要素と、
周方向に隣り合う前記複数の遊星要素間の間隔が少なくとも２種類設定されるように、該複数の遊星要素を支持する支持要素と、
を備えた変速装置。
【請求項２】
前記支持要素は、それぞれの前記遊星要素と周方向一方側に隣り合う前記遊星要素との間隔が、周方向の他方側に隣り合う前記遊星要素との間隔とは異なるように、前記複数の遊星要素を支持している請求項１記載の変速装置。
【請求項３】
複数対の前記遊星要素が設けられ、
前記支持要素は、対を成す前記遊星要素間の周方向の間隔よりも、周方向に隣り合う異なる対の前記遊星要素間の間隔が大となるように、前記複数の遊星要素を支持している請求項１又は請求項２記載の変速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力された回転の回転速度を変化させて出力するための変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
剛性のアウタリングの内側に可撓性のインナリングを配置し、キャリアにて周方向に等間隔で配置されると共にサンローラの外周面に接触された遊星ローラによってインナリングを周方向の部分的にアウタリングに押し付け、上記各要素間の転がり摩擦によって動力を伝達する変速装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。このような変速装置では、例えばサンローラを入力要素、アウタリングを固定要素、インナリングを出力要素とすることで、高減速比を得ることができる。
【特許文献１】実開昭６０−１５０３５４号公報
【特許文献２】特開２００２−８９６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の如き従来の技術では、アウタリングとインナリングとの間の伝達トルクが大きくなるため、該トルクを摩擦で伝達するためにアウタリングに対するインナリングの押し付け力を大きくする必要がある。そして、このような大きな押し付け力が、外周面（凸曲面）同士の接触部であるために面圧が高くなりやすいサンローラと遊星ローラとの接触部位に作用すると、サンローラの転動疲労寿命を低下させる原因となる。
【０００４】
本発明は、上記事実を考慮して、第１周囲要素と第２周囲要素との接触部位の所要の押し付け力を確保しつつ、中心要素と遊星要素との接触部位に作用する押し付け力を抑制することができる変速装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明に係る変速装置は、円形断面の外周面を有する中心要素と、前記中心要素の外径よりも大きな内径を有し、該中心要素と同軸的に配置された第１周囲要素と、外周長が前記環状部の内周面の周長未満のリング状に形成されると共に径方向に可撓性を有し、前記中心要素と周囲要素との間に配置された第２周囲要素と、それぞれ前記中心要素の外周面及び前記第２周囲要素の内周面に対し外周面において接触され、該第２周囲要素を接触部位において部分的に拡径させて前記第１周囲要素の内周面に押し付ける複数の遊星要素と、周方向に隣り合う前記複数の遊星要素間の間隔が少なくとも２種類設定されるように、該複数の遊星要素を支持する支持要素と、を備えている。
【０００６】
請求項１記載の変速装置では、例えば、中心要素、第１周囲要素、第２周囲要素及び支持要素の何れか１つがトルクの入力要素とされると共に、他の１つが出力要素とされる。径方向に撓んだ第２周囲要素が複数の遊星要素と第１周囲要素の内周面との間に挟み込まれた状態で、入力要素が回転されると、中心要素の外周面、遊星要素の外周面、第２周囲要素の内外周面、第１周囲要素の内周面の間では、互いに接触している要素間で転がり摩擦によりトルクが伝達される。これにより、入力要素から出力要素へのトルク伝達が果たされる。この転がり摩擦によるトルク伝達を行うために、第１周囲要素と第２周囲要素との間、第２周囲要素と各遊星要素との間、及び各遊星要素と中心要素との間には、それぞれ摩擦抗力が作用している。
【０００７】
ここで、本変速装置では、支持要素によって複数の遊星要素が不等間隔で配置されているので、少なくとも一部の遊星要素と中心要素との間に作用する摩擦抗力の方向に対し、第１周囲要素と第２周囲要素との間に作用する摩擦抗力の方向がずらされる。このような部分では、仮に第１周囲要素と第２周囲要素との間に大きな摩擦抗力を作用させても、該摩擦抗力がそのまま各遊星要素と中心要素との間に作用することがない。すなわち、中心要素と遊星要素との接触部位に作用する押し付け力が抑制される。
【０００８】
このように、請求項１記載の変速装置では、第１周囲要素と第２周囲要素との接触部位の所要の押し付け力を確保しつつ、中心要素と遊星要素との接触部位に作用する押し付け力を抑制することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明に係る変速装置は、請求項１記載の変速装置において、前記支持要素は、それぞれの前記遊星要素と周方向一方側に隣り合う前記遊星要素との間隔が、周方向の他方側に隣り合う前記遊星要素との間隔とは異なるように、前記複数の遊星要素を支持している。
【００１０】
請求項２記載の変速装置では、各遊星要素に対する周方向の一方側と他方側とで周方向に隣り合う他の遊星要素との間隔がそれぞれ異なるので、全ての遊星要素と中心要素との間に作用する摩擦抗力の方向に対し、第１周囲要素と第２周囲要素との間に作用する摩擦抗力の方向がずらされる。このため、仮に第１周囲要素と第２周囲要素との間に大きな摩擦抗力を作用させても、該摩擦抗力がそのまま各遊星要素と中心要素との間に作用することがない。すなわち、中心要素と各遊星要素との接触部位に作用する押し付け力が抑制される。
【００１１】
請求項３記載の発明に係る変速装置は、請求項１又は請求項２記載の変速装置において、複数対の前記遊星要素が設けられ、前記支持要素は、対を成す前記遊星要素間の周方向の間隔よりも、周方向に隣り合う異なる対の前記遊星要素間の間隔が大となるように、前記複数の遊星要素を支持している。
【００１２】
請求項３記載の変速装置では、周方向の間隔が比較的小さく設定された一対の遊星要素が該周方向に３対以上設けられているので、上記の通り中心要素と各遊星要素との接触部位に作用する押し付け力が抑制されると共に、６つ以上の遊星要素の数と同数となる第１、第２周囲要素の接触部位にてトルク（押し付け力）を分散して伝達することができる。すなわち、中心要素と遊星要素との接触部位に作用する押し付け力を一層抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明に係る変速装置は、第１周囲要素と第２周囲要素との接触部位の所要の押し付け力を確保しつつ、中心要素と遊星要素との接触部位に作用する押し付け力を抑制することができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係る変速装置としての撓みフリクション式変速装置１０について、図１〜図５に基づいて説明する。
【００１５】
図１には、撓みフリクション式変速装置１０の概略構成が正面図にて示されている。この図に示される如く、撓みフリクション式変速装置１０は、中心要素としてのサンローラ１２と、第１周囲要素としてのアウタリング１４と、第２周囲要素としてのインナリング１５と、波動発生部としてのウェーブジェネレータ１６とを主要部として構成されている。
【００１６】
この実施形態では、サンローラ１２が回転（トルク）の入力要素、インナリング１５が出力要素、アウタリング１４が固定要素とされている。すなわち、サンローラ１２は、図示しない入力軸に同軸的かつ一体に回転するように接続されており、インナリング１５は、図示しない出力軸に同軸的かつ一体に回転するように接続されている。また、アウタリング１４は、図示しないケーシング等に相対回転不能に支持されている。
【００１７】
具体的には、サンローラ１２は、軸直角断面視で円形断面を有する構成とされている。この実施形態では、サンローラ１２の外周面１２Ａは円筒面とされている。また、アウタリング１４は、内径がサンローラ１２の外径に対し十分に大とされた内周面１４Ａを有する。この実施形態では、アウタリング１４は全体として円環状を成しており、内周面１４Ａは円筒面とされている。
【００１８】
インナリング１５は、少なくとも径方向に可撓性を有する筒状に形成され、単体での自由状態では、外周面１５Ａの周長がアウタリング１４の内周面１４Ａの周長よりも小で、かつ内周面１５Ｂの周長がサンローラ１２の外周面１２Ａの周長よりも十分に大である円筒形状を成している。
【００１９】
ウェーブジェネレータ１６は、それぞれ遊星要素としての複数のピニオンローラ１８と、該複数のピニオンローラ１８をそれぞれ自転可能に支持するキャリア２０とを含んで構成されている。より具体的には、複数のピニオンローラ１８は、キャリア２０にサンローラ１２と同軸的な円周に沿って設けられた複数の支軸２２に回転自在に支持されている。複数の支軸２２すなわち複数のピニオンローラ１８の配置については後述する。なお、キャリア２０は、サンローラ１２、アウタリング１４、インナリング１５のそれぞれに対し相対回転可能に、図示しないケーシング等に支持されている。
【００２０】
ウェーブジェネレータ１６の各ピニオンローラ１８は、それぞれの外周面１８Ａにおいてサンローラ１２の外周面１２Ａに転動可能に接触されている。この状態で、各ピニオンローラ１８は、インナリング１５の周方向における特定部位を径方向にそれぞれ撓ませ、該部分をアウタリング１４との間に転動可能に挟み込んでいる。インナリング１５におけるピニオンローラ１８とアウタリング１４との間に挟み込まれた部位は、該インナリング１５とウェーブジェネレータ１６（ピニオンローラ１８の公転）との相対回転に伴って、アウタリング１４の周方向に移動される（ピニオンローラ１８と共に公転する）ようになっている。
【００２１】
すなわち、撓みフリクション式変速装置１０では、サンローラ１２が所定方向（例えば、図１に示す矢印Ｒ１方向）に回転駆動されると、各ピニオンローラ１８がサンローラ１２とは反対方向（図１に示す矢印Ｒ２方向）に回転されつつキャリア２０がサンローラ１２と同じ方向（図１に示す矢印Ｒ３方向）に減速して回転され、インナリング１５がサンローラ１２とは反対方向（図１に示す矢印Ｒ４方向）にさらに減速して回転される構成とされている。
【００２２】
この場合の変速（減速）比γは、サンローラ１２の外周面１２Ａの周長をＬ１、アウタリング１４の内周面１４Ａの周長をＬ２、インナリング１５の周長をＬ３とすると、
γ  ＝  （１＋Ｌ２／Ｌ１）／（１−Ｌ２／Ｌ３）
とされる。
【００２３】
そして、撓みフリクション式変速装置１０では、アウタリング１４の周方向に沿った複数のピニオンローラ１８の間隔が不等間隔とされている。具体的には、この実施形態に係る撓みフリクション式変速装置１０は、６つのピニオンローラ１８が設けられており、キャリア２０は、アウタリング１４の周方向に隣り合うピニオンローラ１８間の間隔として、間隔Ｇ１、間隔Ｇ１よりも大きな間隔Ｇ２の２種類の間隔が設定されるように、６つの支軸２２を介して６つのピニオンローラ１８を支持している。
【００２４】
すなわち、撓みフリクション式変速装置１０では、間隔Ｇ１で周方向に隣り合うピニオンローラ１８の対が３対設けられ、周方向に隣り合う異なる対のピニオンローラ１８間の間隔が間隔Ｇ２であると捉えることができる。なお、この実施形態では、複数の支軸２２のキャリア２０に対する周方向の位置は不変であり、各ピニオンローラ１８間の間隔も不変とされている。
【００２５】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２６】
上記構成の撓みフリクション式変速装置１０では、サンローラ１２に回転（トルク）が入力されると、各ピニオンローラ１８がサンローラ１２の外周面１２Ａに転がり接触することで、それぞれの支軸２２回りに自転しつつサンローラ１２回りに公転する。これにより、ウェーブジェネレータ１６がサンローラ１２と同軸的に減速して回転される。このウェーブジェネレータ１６のピニオンローラ１８は、上記の公転に伴って、固定要素であるアウタリング１４へのインナリング１５の押し付け部位を該アウタリング１４の周方向に変化させつつ、インナリング１５の内周面１５Ｂとの転がり接触によって該インナリング１５を矢印Ｒ４方向に駆動する。これにより、インナリング１５を介して出力軸に所定の減速比で回転が伝達される。
【００２７】
この際、サンローラ１２、キャリア２０（ウェーブジェネレータ１６）、アウタリング１４、インナリング１５の速度の関係は、図３（Ａ）に示す共線図の如くなる。また、サンローラ１２、キャリア２０、アウタリング１４、インナリング１５のトルクの関係は、図３（Ｂ）に示す共線図の如くなる。
【００２８】
サンローラ１２に作用する入力トルクをＴｓ、インナリング１５に作用する出力トルクをＴＲｉｎ、アウタリング１４に作用する固定軸トルクをＴＲｏｕｔとすると、
ＴＲｏｕｔ  ＝  Ｔｓ  ＋  ＴＲｉｎ
となる。撓みフリクション式変速装置１０は、図３（Ａ）に示される如く高減速機構であるため、
Ｔｓ  ≪  ＴＲｏｕｔ、ＴＲｉｎ
とされる。
【００２９】
したがって、各要素間で転がり摩擦によりトルクを伝達する撓みフリクション式変速装置１０では、入力トルクＴｓを伝達するサンローラ１２とピニオンローラ１８との間では、大きな押し付け力（摩擦抗力）は要求されないものの、固定軸トルクＴＲｏｕｔを伝達するためのアウタリング１４とインナリング１５との間には、大きな押し付け力（摩擦抗力）が要求されることがわかる。
【００３０】
ここで、撓みフリクション式変速装置１０では、ウェーブジェネレータ１６のピニオンローラ１８がアウタリング１４（サンローラ１２）の周方向に不等間隔で配置されているので、アウタリング１４とインナリング１５との間の大きな押し付け力が各ピニオンローラ１８とサンローラ１２との間にそのまま作用することを抑制することができる。この点について、図５に示す比較例と比較しつつ説明する。
【００３１】
図５（Ａ）に示される如く、比較例に係る撓みフリクション式変速装置１００では、６つのピニオンローラ１８がアウタリング１４の周方向に等間隔で配置されている。すなわち、インナリング１５は、略正六角形を成すように変形しており、アウタリング１４に対する押し付け部位に対する周方向の両側で略対称に変形される。このため、サンローラ１２とピニオンローラ１８との接点（接触部位）Ａと、アウタリング１４とインナリング１５との接点Ｂと、アウタリング１４とインナリング１５との接点Ｃとが、アウタリング１４の径方向に沿う一直線Ｓ上に配置される。
【００３２】
これにより、比較例に係る撓みフリクション式変速装置１００では、アウタリング１４とインナリング１５との接点Ｃに固定軸トルクＴＲｏｕｔを伝達し得る押し付け力Ｆ０を負荷すると、図５（Ｂ）に示される如く、サンローラ１２とピニオンローラ１８との接点Ａには、該押し付け力Ｆ０に略相当する押し付け力Ｆ１（≒Ｆ０）が作用することとなる。そして、サンローラ１２とピニオンローラ１８との接点Ａは、外周面１２Ａ、１８Ａ同士（凸曲面同士）の接触により撓みフリクション式変速装置１０の接点中で最も面圧が高くなりやすいため、上記の如き大きな押し付け力Ｆ０がサンローラ１２とピニオンローラ１８との接点Ａに作用すると、該サンローラ１２の転動疲労寿命を低下させる原因となる。
【００３３】
これに対して、本発明の実施形態に係る撓みフリクション式変速装置１０では、複数のピニオンローラ１８が周方向に不等間隔で配置されているので、換言すれば、ピニオンローラ１８に対する周方向の一方側と他方側とで周方向に隣り合うピニオンローラ１８までの間隔が異なる（Ｇ１≠Ｇ２である）ため、図２（Ａ）に示される如く、インナリング１５の変形が接点Ｃに対する周方向の両側で異なる。このため、撓みフリクション式変速装置１０では、アウタリング１４とインナリング１５との接点Ｃは、接点Ａを通るアウタリング１４の径方向に沿った直線Ｓに対し周方向に位置ずれされる（このずれは、図２（Ａ）、図２（Ｂ）では誇張して図示されている）。
【００３４】
これにより、撓みフリクション式変速装置１０では、図２（Ｂ）に示される如く、押し付け力Ｆ０の一部（分力）に相当する押し付け力Ｆ１（＜Ｆ０）が接点Ａに作用することとなる。すなわち、撓みフリクション式変速装置１０では、アウタリング１４とインナリング１５との接点Ｃに作用する所要の押し付け力を確保しつつ、サンローラ１２とピニオンローラ１８との接点Ａに作用する押し付け力を抑制することができる。
【００３５】
図４は、撓みフリクション式変速装置１０、１００における接点Ｃへの押し付け力Ｆ０に対する接点Ａへの押し付け力Ｆ１を数値解析（ＦＥＭ解析）にて求めた線図である。解析モデルとして、撓みフリクション式変速装置１０は、図２（Ａ）に示す如く間隔Ｇ１で隣り合うピニオンローラ１８の成す角θ＝４０°としたものを用いた。６つのピニオンローラ１８が等間隔で配置された撓みフリクション式変速装置１００は、θ＝６０°とされている。また、図４の解析例では、押し付け力Ｆ１は、接点Ａ、接点Ｂにおけるアウタリング１４の装着前後の押し付け力の差として計算されている。
【００３６】
この図４から、撓みフリクション式変速装置１００では、押し付け力Ｆ０の略８６％の大きさのＦ１が接点Ａに作用しているのに対し、撓みフリクション式変速装置１０では、押し付け力Ｆ０の略４３％の大きさのＦ１が接点Ａに作用していることがわかる。すなわち、θ＝４０°を採用することで、接点Ａの押し付け力を半減させることができることが確かめられた。なお、図４に破線で示す線図は、アウタリング１４が剛体である場合に押し付け力Ｆ１＝Ｆ０となることを示しており、アウタリング１４の変形が考慮された解析では、上記の如く撓みフリクション式変速装置１０、１００のそれぞれでＦ１＜Ｆ０となる結果が得られた。
【００３７】
以上により、撓みフリクション式変速装置１０では、アウタリング１４とインナリング１５との接点Ｃに作用する所要の押し付け力を確保しつつ、サンローラ１２とピニオンローラ１８との接点Ａに作用する押し付け力を抑制することができる。すなわち、凸曲面である外周面１２Ａ、１８Ａ同士の接触部位であるために面圧が高くなりやすいサンローラ１２とピニオンローラ１８との接点Ａに作用する押し付け力Ｆ１を、撓みフリクション式変速装置１００と比較して著しく小さく抑えることができ、複数のピニオンローラ１８が転動するサンローラ１２の転動疲労寿命の低下を抑制することができる。
【００３８】
また、撓みフリクション式変速装置１０では、間隔Ｇ１で周方向に隣り合うピニオンローラ１８の対同士の間隔を間隔Ｇ１とは異なる間隔Ｇ２に設定することで、接点Ａに作用する押し付け力を抑制しているので、全体として周方向にバランス良く接点Ａ〜Ｃ（トルク伝達点）を配置することができる。しかも、このようなピニオンローラ１８の対が３つ設けられているため、換言すれば、ピニオンローラ１８が６つ設けられているため、周方向に沿って６つ設けられた接点Ｃにトルクを分散して伝達することができる。すなわち、１つの接点Ｃが受け持つ伝達トルクが少なくなるので、該接点Ｃに要求される押し付け力Ｆ０自体を小さくすることができ、接点Ａに作用する押し付け力Ｆ１を一層小さく抑えることができる。
【００３９】
なお、上記した実施形態では、ピニオンローラ１８が６つ設けられた例を示したが、本発明はこれに限定されず、２つ以上のピニオンローラ１８を有し周方向に隣り合うピニオンローラ１８間に２種類以上の間隔が設定された構成であれば良い。したがって、例えば、ピニオンローラ１８の数を２〜５つとしたり、ピニオンローラ１８の数を６つ以上としたりする構成としても良い。
【００４０】
また、上記した実施形態では、周方向に隣り合うピニオンローラ１８間の間隔として２種類の間隔Ｇ１、Ｇ２が周方向の交互に設定された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、２種類の間隔の順序を上記実施形態とは異ならせた構成としても良く、各ピニオンローラ１８間で全て間隔が異ならされた構成としても良い。但し、各ピニオンローラ１８について、周方向両側で該周方向に隣り合うピニオンローラ１８との間隔が異ならされた構成とすることが好ましい。
【００４１】
さらに、上記した実施形態では、固定の変速比γを有する撓みフリクション式変速装置１０に本発明が適用された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、アウタリング１４の内周面１４Ａ又はインナリング１５をテーパ状に形成すると共に、該テーパ部分を他の部分に対し軸線方向に変位させる（アウタリング１４の内周面１４Ａの周長Ｌ２又はインナリング１５の周長Ｌ３を可変とする）無段変速装置に適用されても良い。
【００４２】
またさらに、上記した実施形態では、サンローラ１２が入力要素、インナリング１５が出力要素、アウタリング１４が固定要素である例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、サンローラ１２、アウタリング１４、インナリング１５、ウェーブジェネレータ１６の何れかが入力要素、出力要素、固定要素とされれば足りる。したがって例えば、サンローラ１２が入力要素、アウタリング１４が出力要素、インナリング１５が固定要素である構成としても良く、撓みフリクション式変速装置１０を増速装置として用いる構成としても良く、サンローラ１２をトルク伝達要素ではなくピニオンローラ１８の支持要素として用いた構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係る撓みフリクション式変速装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る撓みフリクション式変速装置の要部を示す図であって、（Ａ）ピニオンローラの配置を示す模式図、（Ｂ）は各部に作用する押し付け力を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る撓みフリクション式変速装置における、（Ａ）は各部の回転速度の共線図、（Ｂ）は各部の伝達トルクの共線図である。
【図４】本発明の実施形態に係る撓みフリクション式変速装置のアウタリングとインナリングとの間の押し付け力Ｆ０に対する遊星ローラとサンローラとの間の押し付け力Ｆ１を数値解析にて求めた結果を示す線図である。
【図５】本発明の実施形態との比較例に係る撓みフリクション式変速装置の一部を示す図であって、（Ａ）ピニオンローラの配置を示す模式図、（Ｂ）は各部に作用する押し付け力を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０    撓みフリクション式変速装置
１２    サンローラ（中心要素）
１４    アウタリング（第１周囲要素）
１５    インナリング（第２周囲要素）
１８    ピニオンローラ（遊星要素）
２０    キャリア（支持要素）
【図１】
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【図２】
2009228846.tif 000004
【図３】
2009228846.tif 000005
【図４】
2009228846.tif 000006
【図５】
2009228846.tif 000007