JP2004028172A

JP2004028172A - 摩擦式変速装置

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Publication number: JP2004028172A
Application number: JP2002183484A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Hirose; 広瀬　良行
Original assignee: MOTRON DRIVE KK
Current assignee: MOTRON DRIVE KK
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】駆動トルクの伝達損失を抑制しつつ、出力軸の回転速度を高回転領域から低回転領域まで無段階でスムーズに変速する。
【解決手段】入力軸１の駆動トルクを摩擦力によって出力軸９に伝達するとともに、出力軸９の回転速度を無段階に変速するように構成された摩擦式変速装置において、入力軸１から駆動リング２に伝達される駆動トルクに応じて駆動リング２の外周面を円錐状ローラ３の被駆動部１４に圧接させる方向に付勢する第１付勢手段１２と、円錐状ローラ３から軌道リング６に加えられる駆動トルクに応じて軌道リング６の内周面を円錐状ローラ３の頭部１５に圧接させる方向に付勢する第２付勢手段３３と、円錐状ローラ３から変速リング５に加えられる駆動トルクに応じて円錐状ローラ３をその軸方向に変位させて上記円錐台状部１３の外周面を変速リング５の内周面に圧接させる方向に付勢する第３付勢手段２８とを設けた。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用または産業機械用等として使用される変速装置であって、入力軸の駆動トルクを摩擦力によって出力軸に伝達するとともに、出力軸の回転速度を無段階に変速するように構成された摩擦式変速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特公昭５７−１３２２１号公報に示されるように、同軸に設けられた入力軸（入力要素）および出力軸（出力要素）と、入力軸より出力軸に至る伝動系上に設けられた複数の円錐形転子と、各円錐形転子に共通に摩擦係合する第１の要素（変速リング）、第２の要素（軌道リング）および第３の要素（伝動板）と、負荷トルクに応じる大きさの推力を発生する圧接力発生装置とを備え、複数の円錐形転子が第１の要素により囲まれ、第１の要素を入力軸および出力軸０の中心線方向に移動させることにより変速が行われ、圧接力発生装置が第３の要素に加える力により円錐形転子と第１〜第３の要素との間の圧接が行われるように構成され、上記円錐形転子に対し、円錐の底面方向またはこれに近い方向をとる平面または平面に近い円錐面とされた第１の環状伝動面と、断面形が凹または凸の円弧状とされた第２の環状伝動面と、断面形が凹または凸の円弧状とされた第３の環状伝動面とを、円錐面の底円に関して円錐面の頂点とは反対の側に設け、上記第１，第２の要素を、それぞれ第１，第２の環状面に摩擦係合させ、上記第１の要素と第２，第３の要素との位置関係を、第１の要素との第２の要素との間に円錐形転子における円錐面と上記第１の環状伝動面との間の部分が楔状に進入し、かつ上記第３の要素がこの楔状に進入する力を与えるように選定した摩擦式変速装置が知られている。
【０００３】
すなわち、上記公報に記載された摩擦式変速装置は、例えば図１７に示すように、入力軸４１と一体に回転する伝動板４２からなる第３の要素の駆動トルクを、基体４３に回転自在に支持された円錐形転子４４に伝達することにより、この転子４４に設けられた母線の頂角が鈍角をなす円錐面４５を、変速リング４６からなる第１の要素に摺接させるとともに、上記円錐面４５の底部に設けられた第１環状伝動面４７を軌道リング４８からなる第２の要素に摺接させつつ、転子軸４９を支点に上記転子４４を自転させるとともに、上記入力軸４１周りに円錐形転子４４を公転させるように構成されている。そして、上記円錐形転子４４の公転力を上記変速リング４６に伝達することにより、この変速リング４６を回転させるとともに、この変速リング４６および圧接力発生装置５０を介して出力軸５１に駆動トルクを伝達して、この出力軸５１を回転させ、かつ上記円錐形転子４４の円錐面４７に対する変速リング４６の当接位置を変化させることにより、上記出力軸５１の回転速度が無段階に調節されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように入力軸４１と一体に回転する伝動板４２の駆動トルクを、摩擦力により上記円錐形転子４４等を介して出力軸５１に伝達して、この出力軸５１を回転駆動するように構成された摩擦式変速装置は、ギアまたはベルトを介して駆動トルクを伝達する変速装置に比べて騒音が小さいとともに、上記変速リング４６を入力軸４１の軸方向にスライド変位させて、変速リング４６の回転速度を変化させることにより、入力軸４１から出力軸５１に伝達される回転の変速比を無段階で調節できるという利点を有している。
【０００５】
この反面、上記円錐形転子４４に、母線が鈍角をなす円錐面４５を形成することにより、この円錐面４５の母線と、この円錐面４５の底部に設けられた第１の環状伝動面４７とのなす角度を鋭角に形成し、この円錐面４５と第１の環状伝達面４７とを、上記変速リング４６と軌道リング４８との間に楔状に進入させるように構成されているため、第１に、上記転子４４を支持する転子軸４９の設置方向が、入力軸４１の設置方向に対して大きく傾斜した状態となり易く、これに起因した駆動トルクの損失および回転速度の変動が生じることが避けられないという問題がある。また、転子軸４９と円錐形転子４４の遠心力が作用する方向がほぼ並行であるため、変速リング４６との当接面が遠心力の影響を受け易く、自ずから入力の回転速度が制限されるという問題があり、さらに、個所の各当接面に与えられる圧接力が１個所の圧接力発生装置で付与されているため、圧接力の過不足が生じ易い等の問題がある。
【０００６】
すなわち、上記第１の問題に関しては、図９に示すように、上記円錐形転子４４の円錐面４５に接触する変速リングの接触面Ｔａ１，Ｔａ２が長楕円形状となるとともに、この楕円の長軸方向と、円錐の頂点Ｏａを中心とした円錐面４５の回転方向Ｎａ１，Ｎａ２とが大きくずれているため、変速リングおよび円錐面４５の所定部位が上記接触面Ｔａ１，Ｔａ２に到達した時点から、この接触面Ｔａ１，Ｔａ２から離間するまでの間に、両者の接触位置が径方向にずれて、このずれに基づいた動力のスリップにより駆動トルクの伝達損失が発生するとともに、駆動トルクの伝達率が大きく変動することに起因して出力軸５１の回転速度が不安定になることが避けられない。
【０００７】
特に、上記円錐面４５に対する変速リング４６の当接位置を、円錐面４５の底面側、つまり軌道リング４８の当接位置の近傍側に設定した出力軸５１の低速回転領域、つまり入力軸４１の回転速度を大きく減速して出力軸５１に伝達する高駆動トルク領域では、上記接触面Ｔａ１を構成する長楕円の長軸距離と短軸距離との差が大きくなって、この接触面Ｔａ１におけるスリップが極端に大きくなるため、所望の駆動トルクが得られないとともに、駆動トルクが変動することに起因した速度変化が顕著になるという問題があった。
【０００８】
また、上記公報に開示された従来技術では、入力軸４１と一体に回転する伝動板４２の駆動トルクを、摩擦力により出力軸５１に伝達する円錐形転子４４の転子軸４９が、その基端部のみにおいて片持ち状態で支持されているため、円錐形転子４４に作用する荷重に応じて転子軸４９が傾斜状態となり易く、転子軸４９が傾斜状態となることに起因した駆動トルクの伝達損失および回転速度の変動が、上記問題に加えてさらに顕著に発生していた。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、駆動トルクの伝達損失を抑制しつつ、出力軸の回転速度を高回転領域から低回転領域まで無段階でスムーズに変速することができる摩擦式変速装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ケーシングに回転自在に支持された入力軸の駆動トルクを摩擦力によって出力軸に伝達するとともに、出力軸の回転速度を無段階に変速するように構成された摩擦式変速装置において、上記入力軸により回転駆動される駆動リングと、この駆動リングの外周部に沿って配設されて遊星回転する複数の円錐状ローラと、入力軸の軸方向への移動が規制された状態で入力軸によって回転自在に支持されたキャリアと、入力軸と同軸上に配設された変速リングと、この変速リングを上記入力軸の軸方向にスライド変位させる変速手段と、入力軸と同軸上に配設された軌道リングとを備え、上記円錐状ローラに、駆動リングの外周面が当接する被駆動部と、軌道リングの内周面が当接する頭部と、円錐台状部とを設け、この円錐台状部の外面側の母線を入力軸と平行に設置するとともに、その径方向への移動を規制した状態で、上記キャリアに円錐状ローラを回転自在に支持させ、かつ上記入力軸から駆動リングに伝達される駆動トルクに応じて駆動リングの外周面を円錐状ローラの被駆動部に圧接させる方向に付勢する第１付勢手段と、上記円錐状ローラから軌道リングに加えられる駆動トルクに応じて軌道リングの内周面を円錐状ローラの頭部に圧接させる方向に付勢する第２付勢手段と、上記円錐状ローラから変速リングに加えられる駆動トルクに応じて円錐状ローラをその軸方向に変位させて上記円錐台状部の外周面を変速リングの内周面に圧接させる方向に付勢する第３付勢手段とを備えたものである。
【００１１】
上記構成によれば、入力軸の駆動トルクが摩擦力によって出力軸に伝達される際に、上記第１〜第３付勢手段から付与された付勢力に応じ、円錐状ローラの円錐台状部、頭部および被駆動部と、上記変速リング、軌道リングおよび駆動リングとが互いに圧接された状態で、入力軸から駆動リングに入力された駆動トルクが上記円錐状ローラに効率よく伝達されることにより、上記円錐状ローラが、キャリアに支持された状態で自転するとともに入力軸周りに公転し、この円錐状ローラの公転速度と自転速度との差に対応した駆動トルクが上記変速リングおよび軌道リングの一方を介して出力軸に効率よく伝達される。そして、上記変速リングを入力軸の軸方向にスライド変位させて上記円錐台状部に対する当接位置を変化させることにより、上記出力軸の回転速度を変化させることが可能となる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載の摩擦式変速装置において、第１付勢手段により、入力軸から駆動リングに伝達される駆動トルクを、駆動リングとキャリアとの間に作用するスラスト力に変換し、駆動リングを入力軸の軸方向にスライド変位させて駆動リングの外周面を円錐状ローラの被駆動部に圧接させる方向に付勢するように構成したものである。
【００１３】
上記構成によれば、入力軸から駆動リングに入力された駆動トルクに対応したスラスト力が、上記駆動リングとキャリアとの間に作用し、このスラスト力に応じて駆動リングの外周面が上記円錐台状部の被駆動部に圧接されることにより、上記駆動リングの駆動トルクが円錐状ローラに対して効率よく伝達されることになる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、上記請求項１または２記載の摩擦式変速装置において、第２付勢手段により、円錐状ローラから軌道リングに加えられる駆動トルクを、キャリアと上記軌道リングとの間に作用するスラスト力に変換し、軌道リングを入力軸の軸方向にスライド変位させて、この軌道リングの内周面を円錐状ローラの頭部に圧接させる方向に付勢するように構成したものである。
【００１５】
上記構成によれば、駆動リングから円錐状ローラを介して軌道リングに入力された駆動トルクに対応したスラスト力が上記軌道リングに作用し、このスラスト力に応じて軌道リングを入力軸の軸方向に移動させる付勢力が付与されることにより、軌道リングの内周面が円錐状ローラの頭部に圧接されるため、上記駆動リングから円錐状ローラに入力された駆動トルクに応じて円錐状ローラを自転させる際に、この円錐状ローラを確実に公転させることが可能となる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３の何れかに記載の摩擦式変速装置において、円錐状ローラに設けられた円錐台状部の底面に先端部が当接するように配設された推力リングを備えた第３付勢手段により、入力軸上に配設するとともに、上記円錐状ローラから変速リングに加えられる駆動トルクを、上記推力リングとキャリアとの間に作用するスラスト力に変換し、推力リングの先端部を円錐台状部の底面に圧接させる方向に付勢して、上記円錐状ローラをその軸方向にスライド変位させてその円錐台状部の外周面を変速リングの内周面に圧接させる方向に付勢するとともに、上記円錐状ローラから変速リングに入力される駆動トルクを出力軸に伝達するように構成したものである。
【００１７】
上記構成によれば、駆動リングから円錐状ローラを介して変速リングに入力された駆動トルクに対応したスラスト力が、上記推力リングとキャリアとの間に作用し、このスラスト力に応じて推力リングの先端部が上記円錐台状部の底面に圧接されて円錐状ローラをその軸方向に移動させる付勢力が付与されることにより、上記円錐台状部の外周面に変速リングの内周面が強固に圧接されるため、上記駆動リングから円錐状ローラに入力された駆動トルクが上記変速リングを介して出力軸に効率よく伝達されることになる。
【００１８】
請求項５に係る発明は、上記請求項１〜３の何れかに記載の摩擦式変速装置において、上記第２付勢手段により、円錐状ローラから軌道リングに加えられる駆動トルクを、キャリアと上記軌道リングとの間に作用するスラスト力に変換し、軌道リングを入力軸の軸方向にスライド変位させて、この軌道リングの内周面を円錐状ローラの頭部に圧接させる方向に付勢するとともに、上記円錐状ローラから軌道リングに入力される駆動トルクを出力軸に伝達するように構成したものである。
【００１９】
上記構成によれば、駆動リングから円錐状ローラを介して変速リングに入力された駆動トルクに対応したスラスト力が、上記軌道リングとキャリアとの間に作用し、このスラスト力に応じて軌道リングの内周面を円錐状ローラの頭部に圧接させる方向に付勢力が付与されることにより、上記円錐状ローラの頭部に軌道リングの内周面が強固に圧接されるため、上記駆動リングから円錐状ローラに入力された駆動トルクが上記軌道リングを介して出力軸に効率よく伝達されることになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明に係る摩擦式変速装置の実施形態を示している。この摩擦式変速装置は、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入力軸１と、この入力軸１により回転駆動される駆動リング２と、この駆動リング２の外周部に沿って配設された複数個（例えば三個）の円錐状ローラ３と、これらの円錐状ローラ３を回転自在に支持するキャリア４と、上記円錐状ローラ３に内周面が当接するように設置された変速リング５および軌道リング６と、変速リング５を入力軸１の軸方向にスライド変位させる変速手段７と、上記円錐状ローラ３をその軸方向にスライド変位させる方向に押圧する推力リング８と、上記変速リング５により回転駆動される出力軸９と、上記入力軸１および出力軸９を、その軸方向移動を規制した状態で回転自在に支持するケーシング１０とを備えている。
【００２１】
上記駆動リング２は、入力軸１にキー結合される等によって一体に連結された入力ボス１１に外嵌された円盤状部材からなり、この入力ボス１１に沿って入力軸１の軸方向にスライド可能に支持されている。そして、上記入力ボス１１の一端部に設けられたフランジ部１１ａと、上記駆動リング２の基端部との間に第１付勢手段１２が設けられ、この第１付勢手段１２を介して入力軸１の駆動トルクが駆動リング２に伝達されることにより、この駆動リング２が回転駆動されるとともに、その駆動トルクが上記円錐状ローラ３に伝達されて、この円錐状ローラ３が回転駆動されるようになっている。
【００２２】
上記円錐状ローラ３は、母線が鋭角をなす円錐台状部、つまり頂角が例えば１０°〜４５°程度の鋭角、好ましくは２５°〜３５°程度に設定された直円錐体の頂部を切除する等により形成された円錐台状部１３と、この円錐台状部１３の頂面と略等しい直径を有する被駆動部１４と、この被駆動部１４と上記円錐台状部１３との間に設けられた頭部１５と、上記被駆動部１４の頂面および円錐台状部１３の底面に連設された一対の支持軸１６を有し、これらが同軸上に連設されている。
【００２３】
そして、上記円錐台状部１３の外面側の母線が入力軸１の軸方向と平行に設置されるとともに、上記被駆動部１４が駆動リング２の外周部に当接するように上記円錐状ローラ３が設置された状態で、キャリア４に設けられたブッシュ等からなる一対のローラ支持部１７に上記両支持軸１６がそれぞれ挿入されることより、上記円錐状ローラ３が回転自在に支持されるとともに、その軸方向に移動可能な状態で支持されている。
【００２４】
上記キャリア４は、円錐状ローラ３の被駆動部１４側に配設された前面板１８と、円錐状ローラ３の底面側に配設された後面板１９と、上記前面板１８と後面板１９とを連結する連結部２０とを有し、入力軸１上に設けられた軸受部２１によって上記連結部２０が回転自在に支持されることにより、上記前面板１８と後面板１９とが連結部２０を介して一体に連結された状態で、上記入力軸１周りに回転自在に支持されている。また、上記キャリア４は、入力軸１上に設けられたスペーサ３８、スラストベアリング３９または上記入力ボス１１等により、入力軸１の軸方向に移動しないように拘束されている。
【００２５】
上記変速リング５は、変速手段７を介してケーシング１０に回転可能に支持されたリング体からなり、その内周面が上記各円錐状ローラ３の円錐台状部１３にそれぞれ当接するように内径が設置されている。そして、上記変速手段７により変速リング５が駆動されて入力軸１の軸方向にスライド変位するのに応じ、円錐状ローラ３の円錐台状部１３に対する上記変速リング５の当接位置が変化するようになっている。
【００２６】
上記変速手段７は、変速リング５の外周部を抱持する抱持部２２と、変速リング５をスライド自在に支持するとともに、変速リング５と一体に回転する支持バー２３を備えた支持部材２４と、上記抱持部２２に形成された係合孔に係合される係合ピン２５を有する旋回レバー２６と、この旋回レバー２６を旋回駆動する駆動レバー２７を備えた操作部とからなり、この操作部により旋回レバー２６を旋回駆動することにより、上記抱持部２２により保持された変速リング５を入力軸１の軸方向にスライド変位させるように構成されている。また、上記支持部材２４の基端部と、出力軸９の基端部との間には、後述する第３付勢手段２８が配設されている。
【００２７】
上記軌道リング６は、円錐状ローラ３の各頭部１５に内周面がそれぞれ当接するように内径が設置されたリング体２９と、このリング体２９と一体に連設された支持部材３０とを有し、上記ケーシング１０に連設された筒状体３１により支持されている。この筒状体３１には、フランジ部３２が回転不能に支持されている。上記フランジ部３２は、入力軸１の一端部側（出力軸９の設置部側）への移動が上記入力ボス１１およびキャリア４の連結部２０等により規制されるようになっている。そして、上記筒状体３１の一端部側に配設されたフランジ部３２と、上記支持部材３０の基端部との間には、下記の第２付勢手段３３が配設されている。
【００２８】
第２付勢手段３３は、図３および図４（ａ），（ｂ）に示すように、支持部材３０の基端部に設けられた放射方向に伸びる複数のＶ溝からなる第１カム３４と、上記フランジ部３２に設けられ放射方向に伸びる複数のＶ溝からなる第２カム３５と、第１，第２カム３４，３５との間に配設されたボール体３６と、このボール体３６を保持するリテーナ３７とにより構成されている。そして、上記支持部材３０とフランジ部３２との間に作用するねじりモーメントαが、第１，第２カム３４，３５の設置間隔を広げる方向のスラスト力βに変換されることにより、このスラスト力βに応じて上記軌道リング６の支持部材３０をフランジ部３２から離間させる方向、つまり後述するように軌道リング６の内周面を円錐状ローラ３の頭部１５に圧接させる方向に付勢力が作用するようになっている。
【００２９】
また、上記第１付勢手段１２，第３付勢手段２８は、第２付勢手段３３と同様に、上記第１，第２カム３４，３５およびボール体３６等を有している。そして、上記第１付勢手段１２は、入力軸１と一体に回転する入力ボス１１のフランジ部１１ａと、上記駆動リング２との間に作用するねじりモーメントαをスラスト力βに変換することにより、駆動リング２の外周面を円錐状ローラ３の被駆動部１４に圧接させる方向に付勢するように構成されている。また、上記第３付勢手段２８は、変速リング５と出力軸９との間に作用するねじりモーメントαをスラスト力βに変換することにより、上記円錐状ローラ３をその軸方向に押圧して円錐台状部１３の外周面を変速リング５の内周面に圧接させる方向に付勢するように構成されている。
【００３０】
上記第１付勢手段１２の作用を図５に基づいて説明する。上記入力ボス１１は入力軸１と一体に回転するようにキー結合されているので、上記フランジ部１１ａに設けられた第１付勢手段１２の第１カム３４は入力軸１と一体に回転する。これに対して上記駆動リング２は、第１付勢手段１２から入力された駆動トルクを上記円錐状ローラ３の被駆動部１４に伝達して、この円錐状ローラ３を回転駆動する際に発生する駆動抵抗に応じて停止方向の反力を受ける。このため、入力軸１と一体に回転する入力ボス１１のフランジ部１１ａと、停止方向の反力を受ける上記駆動リング２の基端部との間に、ねじりモーメントαが発生し（図４参照）、このねじりモーメントαに応じて上記第１カム３４と第２カム３５とが相対回転することになる。
【００３１】
上記第１，第２カム３４，３５が相対回転して両者の間に位置ずれが生じると、上記ボール体３６を介して第１，第２カム部３４，３５の間隔を広げる方向に大きなスラスト力β１が発生し、このスラスト力β１が第１カム３４を介して駆動リング２の基端部に伝達されることにより、駆動リング２を入力ボス１１のフランジ部１１ａから離間させる方向のスラスト力β１が付与される。この結果、入力軸１の設置方向に対して傾斜した状態でキャリア４に支持された上記円錐状ローラ３の被駆動部１４に、上記駆動リング２の外周面を圧接させる付勢力γ１が付与されることになる。
【００３２】
上記スラスト力β１に対応して入力ボス１１のフランジ部１１ａに作用するスラスト力（反力）δ１は、スペーサ３８およびベアリング３９等を介して入力軸１に入力されるとともに、この入力軸１に支持された上記キャリア４に伝達されるため、このキャリア４と上記駆動リング２との間において上記スラスト力β１，δ１が作用するとともに、上記キャリア４に作用するスラスト力δ１が、円錐状ローラ３の被駆動部１４を駆動リング２の外周面に圧接させる方向に作用する。このため、上記両スラスト力β１，δ１は、互いにバランスしてその影響が他の部材に及ぶことが防止された状態で、上記駆動リング２の外周面と円錐状ローラ３の被駆動部１４とを圧接させる方向に作用することになる。
【００３３】
上記駆動リング２の外周面が円錐状ローラ３の被駆動部１４に圧接されて駆動リング２の軸方向変位が規制されると、上記入力軸１とともに回転する入力ボス１１と、駆動リング２とが第１付勢手段１２を介して直結された状態となるため、上記入力軸１の駆動トルクに応じて駆動リング２が回転駆動されるとともに、その駆動トルクが上記円錐状ローラ３の被駆動部１４に伝達されて、円錐状ローラ３が回転駆動される。
【００３４】
次に、第２付勢手段３３の作用を図６に基づいて説明する。上記のように駆動リング２の駆動トルクが円錐状ローラ３に伝達されて、この円錐状ローラ３が回転駆動されると、円錐状ローラ３の頭部１５から軌道リング６に対して駆動トルクが加えられることにより、軌道リング６が回転しようとする。これに対応して上記軌道リング６の支持部材３０と、ケーシング１０に回転不能に支持された上記筒状体３１のフランジ部３２との間にねじりモーメントが発生するとともに、このねじりモーメントに応じて上記軌道リング６の支持部材３０を上記フランジ部３２から離間させる方向のスラスト力β２が作用し、このスラスト力β２に応じ、上記入力軸１の設置方向に対して傾斜した状態で設置された円錐状ローラ３の頭部１５に、上記軌道リング６の内周面を圧接させる付勢力γ２が付与されることになる。
【００３５】
また、上記スラスト力β２に対応して筒状体３１のフランジ部３２に作用するスラスト力（反力）δ２は、入力ボス等を介してキャリア４の連結部２０に伝達されるため、このキャリア４と上記軌道リング６の支持部材３０との間において上記スラスト力β２，δ２が作用するとともに、上記キャリア４に作用するスラスト力δ２が、円錐状ローラ３の頭部１５を軌道リング６の内周面に圧接させる方向に作用する。このため、上記両スラスト力β２，δ２は、互いにバランスして、その影響が他の部材に及ぶことが防止された状態で、上記円錐状ローラ３の頭部１５と軌道リング６の内周面とを圧接させる方向に作用することになる。
【００３６】
上記軌道リング６の内周面が円錐状ローラ３の頭部１５に圧接されて軌道リング６の軸方向変位が規制されると、ケーシング１０に対して回転不能に支持された筒状体３１と、上記軌道リング６とが第２付勢手段３３を介して直結された状態となることにより、上記軌道リング６の回転が規制される。この結果、上記円錐状ローラ３の自転力が軌道リング６により公転力に変換されて円錐状ローラ３が公転する。
【００３７】
図７は、上記変速リング５を支持する支持部材２４の基端部と、出力軸９の基端部９ｂとの間に配設された第３付勢手段２８の作用を示している。上記円錐状ローラ３の回転に応じ、この円錐状ローラ３の駆動トルクが上記変速リング５から支持バー２３を介して支持部材２４に加えられると、上記駆動トルクに応じて回転しようとする上記支持部材２４と、外部負荷等に応じて静止状態に止まろうとする上記出力軸９との間にねじりモーメントが発生し、このねじりモーメントに応じて上記支持部材２４を出力軸９から離間させる方向のスラスト力β３が作用する。
【００３８】
上記支持部材２４と円錐状ローラ３との間に配設された推力リング８が、上記スラスト力β３に応じて出力軸９から離間する方向に押圧されることにより、上記推力リング８の先端部が円錐台状部１３の底面に圧接される。この結果、上記ローラ支持部１７により径方向に移動不能な状態でキャリア４に支持された円錐状ローラ３を、その軸方向に沿ってキャリア４の前面板１８側に押圧する付勢力γ３が上記推力リング８から付与される。
【００３９】
上記スラスト力β３に対応して出力軸９の基端部９ｂに作用するスラスト力（反力）δ３は、入力軸１を介して上記キャリア４に伝達され、このキャリア４と上記推力リング８との間において上記両スラスト力β３，γ３が作用するとともに、上記キャリア４に作用するスラスト力δ３が、円錐台状部１３の底面を推力リング８の先端部に圧接させる方向に作用する。このため、上記両スラスト力β３，δ３は、互いにバランスして、その影響が他の部材に及ぶことが防止された状態で、円錐状ローラ３の円錐状台部１３と変速リング５の内周面とを圧接させる方向に作用し、円錐状ローラ３の駆動トルクが上記変速リング５に確実に伝達されることになる。
【００４０】
また、上記推力リング８の先端部が円錐状台部１３の底面に圧接されて上記支持部材２４の軸方向変位が規制されると、この支持部材２４と上記出力軸９とが第３付勢手段２８を介して直結された状態となって、上記円錐状ローラ３から変速リング５に入力される駆動トルクが上記第３付勢手段２８を介して出力軸９に伝達されることにより、この出力軸９が回転駆動される。
【００４１】
上記円錐状ローラ３の被駆動部１４および頭部１５に対する駆動リング２および軌道リング６の当接面は、円錐状ローラ３の軸と平行に形成されているため、上記第３付勢部材２８から円錐状ローラ３に入力される付勢力γ３に応じて円錐状ローラ３がその軸方向にスライド変位した場合においても、上記被駆動部１４および頭部１５と、駆動リング２および軌道リング６との当接状態に変化が生じることはない。また、上記円錐状ローラ３は、ブッシュ等からなるローラ支持部１７により径方向に移動不能な状態でキャリア４に支持されるとともに、上記第３付勢部材２８から入力される付勢力γ３に応じ、上記円錐状ローラ３がその軸方向に移動することが許容されるようになっている。
【００４２】
上記構成において、入力軸１により駆動リング２が回転駆動されると、この駆動リング２の外周部が上記円錐状ローラ３の被駆動部１４に当接しているために、この当接部に作用する摩擦力に応じて円錐状ローラ３が自転しようとする。この円錐状ローラ３の頭部１５には、第２付勢手段３３により回転が規制された状態でケーシング１０に支持された上記軌道リング６の内周面が当接しているため、この当接部に作用する摩擦力に対応して上記駆動リング２から円錐状ローラ３に入力される駆動トルクに応じ、円錐状ローラ３が変速リング５および軌道リング６の内周面に沿って自転しつつ公転する。
【００４３】
そして、上記円錐状ローラ３の駆動トルクが摩擦力を介して変速リング５に伝達されることにより、この変速リング５が回転駆動されるとともに、その駆動トルクが上記第３付勢手段２８を介して出力軸９に伝達され、この出力軸９が回転駆動される。上記円錐状ローラ３の周速は、変速手段７により変速リング５を、図２に示す低速位置から矢印Ａに示すように、円錐台状部１３の底面部側に移動させるのに応じて速くなり、これに対応して上記円錐台状部１３に当接した変速リング５の回転速度が速くなるため、出力軸９が高速で回転する。
【００４４】
一方、上記変速手段７により、変速リング５を円錐台状部１３の頂面側に移動させると、円錐状ローラ３の周速が次第に遅くなるとともに、これに対応して上記変速リング５の回転速度が遅くなるため、出力軸９が低速で回転する。そして、上記変速リング５が円錐台状部１３の頂面部側に移動して、上記円錐状ローラ３の円錐台状部１３における公転周速と自転周速とが等しくなると、この頭部１５が軌道リング６の内周面に沿って転動するだけの状態となって変速リング５および出力軸９の回転速度が０になる。
【００４５】
上記のように入力軸１から駆動リング２に伝達される駆動トルクに応じて駆動リング２の外周面を円錐状ローラ３の被駆動部１４に圧接させる方向に付勢する第１付勢手段１２と、円錐状ローラ３から軌道リング６に伝達される駆動トルクに応じて軌道リング６の内周面を円錐状ローラ３の頭部１５に圧接させる方向に付勢する第２付勢手段３３と、円錐状ローラ３から変速リング５に伝達される駆動トルクに応じて円錐状ローラ３をその軸方向に変位させて上記円錐台状部１３の外周面を変速リング５の内周面に圧接させる方向に付勢する第３付勢手段２８とを設けたため、駆動トルクの伝達損失を抑制して出力軸９を効率よく回転駆動することができるとともに、上記出力軸９の回転速度を高回転領域から低回転領域まで無段階でスムーズに変速することができる。
【００４６】
すなわち、図５に示すように、上記入力軸１から駆動リング２に伝達される駆動トルクに応じ、上記第１付勢手段１２によって駆動リング２の外周面を円錐状ローラ３の被駆動部１４に圧接させる方向に付勢するように構成したため、上記駆動リング２に入力される駆動トルクに対応した圧接力で、この駆動リング２の外周面を円錐状ローラ３の被駆動部１４に対して圧接させ、この圧接部に作用する摩擦力に応じて上記駆動リング２の駆動トルクを円錐状ローラ３に効率よく伝達することができる。したがって、上記駆動トルクの伝達部におけるスリップの発生を防止して円錐状ローラ３をスムーズに回転駆動することができる。
【００４７】
また、図６に示すように、上記円錐状ローラ３から軌道リング６に加えられる駆動トルクに応じ、上記第２付勢手段３３により軌道リング６の内周面を円錐状ローラ３の頭部１５に圧接せる方向に付勢するように構成したため、上記軌道リング６に加えられた駆動トルクに対応した圧接力で、軌道リング６の内周面を円錐状ローラ３の頭部１５に圧接させることにより、上記駆動リング２により円錐状ローラ３が回転駆動される際に、上記圧接部に作用する摩擦力に応じて円錐状ローラ３を効率よく公転させることができる。
【００４８】
さらに、図７に示すように、上記円錐状ローラ３から変速リング５に加えられる駆動トルクに応じ、上記第３付勢手段２８により円錐状ローラ３の円錐台状部１３を変速リング５の内周面に圧接せる方向に付勢するように構成したため、上記変速リング５に加えられた駆動トルクに対応した圧接力で、円錐台状部１３の外周面を変速リング５の内周面に圧接させることにより、上記駆動リング２から円錐状ローラ３に入力された駆動トルクを上記変速リング５に効率よく伝達することができるとともに、この変速リング５に伝達された駆動トルクを上記出力軸９に確実に伝達して、この出力軸９を効率よく回転駆動することができる。
【００４９】
そして、上記のように駆動リング２、軌道リング６および円錐状ローラ３を、第１〜第３付勢手段１２，３３，２８によりそれぞれ個別に付勢するとともに、この付勢力γ１〜γ３を生じさせる上記スラスト力β１〜β３と、その反力δ１〜δ３とをそれぞれ個別にバランスさせるように構成したため、上記各付勢手段１２，３３，２８により付与される付勢力γ１〜γ３の影響が他の部材に及ぶのを防止することができる。したがって、簡単かつコンパクトな構成において、上記駆動リング２、変速リング５および軌道リング６が互いに干渉するのを防止しつつ、上記摩擦力により、駆動リング２の駆動トルクを、上記円錐状ローラ３から変速リング５に効率よく伝達して、出力軸９を回転駆動することができるとともに、上記変速手段７により変速リング５を入力軸１方向にスライド変位させて上記円錐台状部１３に対する変速リング５の当接位置を変化させることにより、上記摩擦式変速装置の変速比を無段階に変化させて上記出力軸９の回転速度を調節することができる。
【００５０】
さらに、上記のように一対のローラ支持部１７により円錐状ローラ３の両端部をその径方向に移動不能な状態でキャリア４に支持するように構成したため、第１〜第３付勢手段１２，３３，２８の付勢力に応じ、円錐状ローラ３が、その径方向に移動するという事態の発生を防止することができる。しかも、図１７に示すように円錐形転子４４の転子軸４９を片持ち支持してなる従来装置に比べ、上記円錐状ローラ３の支持軸の変形を効果的に防止できるため、上記円錐状ローラ３が径方向に移動したり、支持軸が変形したりすることに起因した駆動トルクの伝達損失および回転速度の変動が発生するのを効果的に防止することができる。
【００５１】
また、上記円錐台状部１３の母線がなす角を鋭角に設定するとともに、この外面側の母線を入力軸１と平行に設置したため、上記円錐状ローラ３の軸線方向を、入力軸１の軸線方向に近付けることが可能となり、図８に示すように、上記円錐台状部１３の外面に対する上記変速リング５の当接面Ｔ１〜Ｔ３が真円に近い楕円形状となるとともに、この楕円の長軸方向と、円錐の頂点Ｏを中心とした円錐台状部１３の回転方向Ｎ１〜Ｎ３とが略一致することになる。このため、上記変速リング５および円錐台状部１３の所定部位が上記当接面Ｔ１〜Ｔ３に到達した時点から、この当接面Ｔ１〜Ｔ３から離間するまでの間に生じる接触位置のずれ量を、図９に示す従来例に比べて極めて小さくすることができ、この接触位置のずれに基づく動力のスリップを効果的に抑制することができる。
【００５２】
しかも、上記円錐状ローラ３の両端部に設けられた一対の支持軸１６がキャリア４に設けられたローラ支持部１７によりそれぞれ支持されているため、円錐台状部１３の頂角鋭角に形成されていることと相まって、円錐状ローラ３の公転時に作用する遠心力が、円錐状台部１３と変速リング５との当接力に影響を与えるという事態の発生を効果的に防止することができる。
【００５３】
したがって、摩擦式変速装置の減速比が大きくなった出力軸９の低速回転領域で、上記駆動トルクの伝達損失が大きくなったり、駆動トルクの伝達率が大きく変動したりするのを効果的に防止して、出力軸９に高駆動トルクを生じさせることができるとともに、上記駆動トルクの伝達率が変動することに起因して出力軸９の回転速度が変化するのを効果的に防止できるという利点がある。
【００５４】
上記実施形態のように構成された本発明に係る摩擦変速装置と、図１７に示す従来例に係る摩擦変速装置とにおいて、変速比を０から１に変化させた場合において、入力軸から出力軸に伝達される駆動トルクの伝達比（出力トルク／入力トルク）と、トルクの伝達効率とを比較する実験を行ったところ、図１０および図１１に示すようなデータが得られた。このデータから、本発明例では、変速比を０．１以下に低下させた場合においても、出力軸に伝達される駆動トルクの伝達比の低下はみられなかった。これら対して従来例では、変速比を０．１以下に低下させた場合に、出力軸に伝達される駆動トルクの伝達比が顕著に低下し、必要な駆動トルクが得られないことが確認された。また、本発明例では、低速域から高速域までの広い範囲に亘って駆動トルクの伝達効率を高い値に維持できるのに対し、従来例では、本願発明例に比べて駆動トルクの伝達効率が低くなることが確認された。
【００５５】
なお、上記実施形態では、軌道リング６の内周面が当接する円錐状ローラ３の頭部１５の径を、円錐台状部１３の頂面部よりもやや大きい値に設定し、変速リング５を円錐状ローラ３の頂面部側に移動させることにより低速側に変速するように構成した例について説明したが、図１２に示すように、円錐状ローラ３の頭部１５の径を、円錐台状部１３の底面部に対応した大きな値に設定した構造としてもよい。この構成によれば、変速リング５を図１２に示すように円錐台状部１３の底面部側に位置させることにより、円錐状ローラ３の公転周速と自転周速とが等しくなって出力軸９の回転速度が０となり、変速手段７により、図１２に示す低速位置から変速リング５を、矢印Ｂに示すように、円錐台状部１３の頂面部側に移動させるのに応じて円錐台状部１３の公転速度が速くなり、これに対応して上記円錐台状部１３に当接した変速リング５の回転速度が速くなるため、出力軸９を入力軸１と逆方向に高速で回転させることができる。
【００５６】
また、上記実施形態では、図１および図１２に示すように、外部の駆動源から入力軸１に対して駆動力を入力する入力部１ａと、出力軸９に伝達された駆動力を外部の被駆動部に出力する出力部９ａとを同方向に設けた例について説明したが、図１３および図１４に示すように、外部の駆動源から入力軸１に対して駆動力を入力する入力部１ａをケーシング１０の一端部側に配設するとともに、出力軸９に伝達された駆動力を外部の被駆動部に出力する出力部９ａをケーシング１０の他端部側に配設した構造としてもよい。
【００５７】
さらに上記第３付勢手段２８により軌道リング６と出力軸９とが一体に回転するように連結してなる上記実施形態に代え、図１５および図１６に示すように、軌道リング６の支持部材３０を、第２付勢部材３３を介して出力軸９に連結して、これらを一体に回転させるとともに、上記変速リング５を支持する支持部材２４を、第３付勢部材２８および筒状体３１等を介して変速装置のケーシング１０に回転不能に支持させた構造としてもよい。
【００５８】
上記構成によれば、入力軸１から駆動リング２に入力された駆動トルクが上記円錐状ローラ３に伝達されることにより、この円錐状ローラ３の円錐台状部１３および頭部１５，１５ａが、上記変速リング５および軌道リング６の内周面に当接しつつ、円錐状ローラ３が自転するとともに、入力軸１周りに公転することにより、この円錐状ローラ３の公転速度と自転速度との差に応じた駆動トルクが、上記軌道リング６から支持部材３０を介して出力軸９に伝達されることになる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ケーシングに回転自在に支持された入力軸の駆動トルクを摩擦力によって出力軸に伝達するとともに、出力軸の回転速度を無段階に変速するように構成された摩擦式変速装置において、上記入力軸により回転駆動される駆動リングと、この駆動リングの外周部に沿って配設されて遊星回転する複数の円錐状ローラと、入力軸の軸方向への移動が規制された状態で入力軸によって回転自在に支持されたキャリアと、入力軸と同軸上に配設された変速リングと、この変速リングを上記入力軸の軸方向にスライド変位させる変速手段と、入力軸と同軸上に配設された軌道リングとを備え、上記円錐状ローラに、駆動リングの外周面が当接する被駆動部と、軌道リングの内周面が当接する頭部と、円錐台状部とを設け、この円錐台状部の外面側の母線を入力軸と平行に設置するとともに、その径方向への移動を規制した状態で、上記キャリアに円錐状ローラを回転自在に支持させ、かつ入力軸から駆動リングに伝達される駆動トルクに応じて駆動リングの外周面を円錐状ローラの被駆動部に圧接させる方向に付勢する第１付勢手段と、円錐状ローラから軌道リングに加えられる駆動トルクに応じて軌道リングの内周面を円錐状ローラの頭部に圧接させる方向に付勢する第２付勢手段と、円錐状ローラから変速リングに加えられる駆動トルクに応じて円錐状ローラをその軸方向に変位させて上記円錐台状部の外周面を変速リングの内周面に圧接させる方向に付勢する第３付勢手段とを設けたため、上記駆動リング、変速リングおよび軌道リングが互いに干渉するのを防止しつつ、駆動リングの駆動トルクを、上記円錐状ローラから軌道リングに効率よく伝達して、出力軸をスムーズに回転駆動することができるとともに、上記変速手段により変速リングを入力軸方向にスライド変位させることにより、上記摩擦式変速装置の変速比を無段階に変化させて上記出力軸の回転速度を調節することができる。また、摩擦式変速装置の減速比が大きくなった出力軸の低速回転領域で、上記駆動トルクの伝達損失が大きなくったり、駆動トルクの伝達率が大きく変動したりするのを効果的に防止して、出力軸に高駆動トルクを生じさせることができるとともに、上記駆動トルクの伝達率の変動に起因して出力軸の回転速度が変化するのを効果的に防止できる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る摩擦式変速装置の実施形態を示す断面図である。
【図２】上記変速装置の要部の構成を示す断面図である。
【図３】付勢手段の具体的構成を示す斜視図である。
【図４】付勢手段の作用を示す説明図である。
【図５】駆動トルクの伝達状態を示す説明図である。
【図６】駆動トルクの伝達状態を示す説明図である。
【図７】駆動トルクの伝達状態を示す説明図である。
【図８】本発明に係る摩擦式変速装置の当接面の状態を示す説明図である。
【図９】従来例に係る摩擦式変速装置の当接面の状態を示す説明図である。
【図１０】変速比と駆動トルクの伝達比との対応関係を示すグラフである。
【図１１】変速比と駆動トルクの伝達効率との対応関係を示すグラフである。
【図１２】本発明に係る摩擦式変速装置の別の実施形態を示す説明図である。
【図１３】本発明に係る摩擦式変速装置のさらに別の実施形態を示す断面図である。
【図１４】本発明に係る摩擦式変速装置のさらに別の実施形態を示す断面図である。
【図１５】本発明に係る摩擦式変速装置のさらに別の実施形態を示す断面図である。
【図１６】本発明に係る摩擦式変速装置のさらに別の実施形態を示す断面図である。
【図１７】摩擦式変速装置に従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１　入力軸
２　駆動リング
３　円錐状ローラ
４　キャリア
５　変速リング
６　軌道リング
７　変速手段
８　推力リング
９　出力軸
１０　ケーシング
１２　第１付勢手段
１３　円錐台状部
１４　被駆動部
１５　頭部
１７　ローラ支持部
２８　第３付勢手段
３３　第２付勢手段

Claims

ケーシングに回転自在に支持された入力軸の駆動トルクを摩擦力によって出力軸に伝達するとともに、出力軸の回転速度を無段階に変速するように構成された摩擦式変速装置において、上記入力軸により回転駆動される駆動リングと、この駆動リングの外周部に沿って配設されて遊星回転する複数の円錐状ローラと、入力軸の軸方向への移動が規制された状態で入力軸によって回転自在に支持されたキャリアと、入力軸と同軸上に配設された変速リングと、この変速リングを上記入力軸の軸方向にスライド変位させる変速手段と、入力軸と同軸上に配設された軌道リングとを備え、上記円錐状ローラに、駆動リングの外周面が当接する被駆動部と、軌道リングの内周面が当接する頭部と、円錐台状部とを設け、この円錐台状部の外面側の母線を入力軸と平行に設置するとともに、その径方向への移動を規制した状態で、上記キャリアに円錐状ローラを回転自在に支持させ、かつ上記入力軸から駆動リングに伝達される駆動トルクに応じて駆動リングの外周面を円錐状ローラの被駆動部に圧接させる方向に付勢する第１付勢手段と、上記円錐状ローラから軌道リングに加えられる駆動トルクに応じて軌道リングの内周面を円錐状ローラの頭部に圧接させる方向に付勢する第２付勢手段と、上記円錐状ローラから変速リングに加えられる駆動トルクに応じて円錐状ローラをその軸方向に変位させて上記円錐台状部の外周面を変速リングの内周面に圧接させる方向に付勢する第３付勢手段とを備えたことを特徴とする摩擦式変速装置。
請求項１記載の摩擦式変速装置において、第１付勢手段は、入力軸から駆動リングに伝達される駆動トルクを、駆動リングとキャリアとの間に作用するスラスト力に変換することにより、駆動リングを入力軸の軸方向にスライド変位させて、駆動リングの外周面を円錐状ローラの被駆動部に圧接させる方向に付勢するように構成されたことを特徴とする摩擦式変速装置。
請求項１または２記載の摩擦式変速装置において、第２付勢手段は、円錐状ローラから軌道リングに加えられる駆動トルクを、キャリアと上記軌道リングとの間に作用するスラスト力に変換することにより、軌道リングを入力軸の軸方向にスライド変位させて、この軌道リングの内周面を円錐状ローラの頭部に圧接させる方向に付勢するように構成されたことを特徴とする摩擦式変速装置。
請求項１〜３の何れかに記載の摩擦式変速装置において、第３付勢手段は、円錐状ローラに設けられた円錐台状部の底面に先端部が当接するように入力軸上に配設された推力リングを有し、上記円錐状ローラから変速リングに加えられる駆動トルクを、上記推力リングとキャリアとの間に作用するスラスト力に変換することにより、推力リングの先端部を円錐台状部の底面に圧接させて上記円錐状ローラをその軸方向にスライド変位させて、その円錐台状部の外周面を変速リングの内周面に圧接させる方向に付勢するとともに、上記円錐状ローラから変速リングに入力される駆動トルクを出力軸に伝達するように構成されたことを特徴とする摩擦式変速装置。
請求項１〜３の何れかに記載の摩擦式変速装置において、第２付勢手段は、円錐状ローラから軌道リングに加えられる駆動トルクを、キャリアと上記軌道リングとの間に作用するスラスト力に変換することにより、軌道リングを入力軸の軸方向にスライド変位させて、この軌道リングの内周面を円錐状ローラの頭部に圧接させる方向に付勢するとともに、上記円錐状ローラから軌道リングに入力される駆動トルクを出力軸に伝達するように構成されたことを特徴とする摩擦式変速装置。