摩擦伝動式波動変速機
【課題】伝達トルクを向上させることができ、かつトルク伝達部の磨耗の摩耗が少なくて長期にわたってトルク伝達性能を維持できる摩擦伝動式波動変速機を提供する。
【解決手段】円形の内周面を有する環状剛性部材１と、この環状剛性部材１の内側に配置され、環状剛性部材１の内周面に対して外接可能な外周面を有する環状弾性部材２と、この環状弾性部材２の内側に配置された波動発生器３とを備える。波動発生器３は、環状弾性部材２を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材２の外周面を周方向の複数箇所の部分で環状剛性部材１の内周面に接触させ、これらの接触部２ａを周方向に移動させる。環状弾性部材２の外周面の環状剛性部材１の内周面と接触する接触部２ａが、環状剛性部材１の内周面の内径と略同一の外径の円弧状部となるように、波動発生器３の外形を形成する。
【解決手段】円形の内周面を有する環状剛性部材１と、この環状剛性部材１の内側に配置され、環状剛性部材１の内周面に対して外接可能な外周面を有する環状弾性部材２と、この環状弾性部材２の内側に配置された波動発生器３とを備える。波動発生器３は、環状弾性部材２を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材２の外周面を周方向の複数箇所の部分で環状剛性部材１の内周面に接触させ、これらの接触部２ａを周方向に移動させる。環状弾性部材２の外周面の環状剛性部材１の内周面と接触する接触部２ａが、環状剛性部材１の内周面の内径と略同一の外径の円弧状部となるように、波動発生器３の外形を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波動変速機に関し、さらに詳しくは摩擦伝達機構によって変速を行なう摩擦伝動式波動変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータなどから出力された高速回転を減速して低速回転出力として取り出すための変速機構としては、歯車式の波動変速機と共に、摩擦伝動式の波動変速機が知られている。この摩擦伝動式の波動変速機は、一般的に、環状剛性部材と、この環状剛性部材の内周面に外接可能な環状弾性部材と、この環状弾性部材の内側に配置した楕円形状のカムを備えた波動発生器とで構成されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
この摩擦伝動式波動変速機では、環状弾性部材が波動発生器によって楕円形状に撓められ、その環状弾性部材の長軸両端に位置する部分が環状剛性部材に摩擦接触する。この摩擦接触状態で波動発生器を回転させると、環状弾性部材の楕円形状が回転し、環状弾性部材と環状剛性部材の摩擦接触位置が周方向に移動する。このように摩擦接触位置が周方向に移動すると、環状弾性部材と環状剛性部材の間に、摩擦接触面の周長差に応じた相対回転が発生する。したがって、これら環状弾性部材および環状剛性部材のうちの一方の部材を固定しておけば、他方の部材の側からは減速された回転出力が得られることになる。
【０００４】
また、摩擦伝動式波動変速機の他の例として、前記環状弾性部材がカップ形状となったカップ型と呼ばれる波動変速機がある（例えば特許文献２）。この波動変速機は、内周面が摩擦係合面となっている環状剛性部材と、外周面が摩擦係合面となっているカップ形状の環状弾性部材と、波動発生器とを備える。この波動変速機の場合も、波動発生器により環状弾性部材を楕円形状に撓めて、楕円長軸方向の両端位置で環状弾性部材と環状剛性部材の摩擦係合面を係合させ、この状態で波動発生器を回転させることにより、２箇所の摩擦係合位置を周方向に移動させる。このように摩擦係合位置が周方向に移動すると、環状弾性部材と環状剛性部材の間に、摩擦係合面の周長差に応じた相対回転が発生し、これら両部材のうちの一方を固定しておけば、他方の部材の側から減速された回転出力が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−０５４３５９号公報
【特許文献２】実用新案登録２５７５５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来の摩擦伝動式波動変速機では、波動発生器が楕円形のカムを備えている。このため、内周面を円形状とした環状剛性部材と、波動発生器により楕円形状に撓められた環状弾性部材との摩擦接触面は、楕円長径部での線接触となり、トルク伝達力が低いという問題がある。
【０００７】
特許文献２に記載の摩擦伝動式波動変速機では、環状剛性部材と環状弾性部材の摩擦接触面の間に高摩擦係数を有する弾性部材を介在させることで、トルク伝達力を向上させているが、弾性部材は摩耗し易く、接触力を維持することが困難である。また、高コストとなる。
【０００８】
この発明の目的は、伝達トルクを向上させることができ、かつトルク伝達部の摩耗が少なくて長期にわたってトルク伝達性能を維持できる摩擦伝動式波動変速機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の摩擦伝動式波動変速機は、円形の内周面を有する環状剛性部材と、この環状剛性部材の内側に配置され、環状剛性部材の内周面に対して接触可能な外周面を有する環状弾性部材と、この環状弾性部材の内側に配置され、環状弾性部材を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材の外周面を周方向の複数箇所で前記環状剛性部材の内周面に接触させ、これらの接触部を周方向に移動させる波動発生器とを備えた摩擦伝動式波動変速機であって、前記環状弾性部材の外周面の周方向の一部となる複数箇所が、前記環状剛性部材の内周面と略同一の半径の円弧状部であり、これら複数の円弧状部を、前記環状弾性部材が前記環状剛性部材に対して接する接触部としたことを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、環状弾性部材の外周面の一部が、環状剛性部材の内周面と略同一の半径の円弧状部とされ、この略同一半径の円弧状部を環状剛性部材に対する接触部としたため、面接触となり、接触面積が増大する。その結果、同じ面圧、同じ摩擦係数の場合でも、線接触となる摩擦伝動式波動変速機に比べて摩擦力が大きくなり、伝達トルクが向上する。環状弾性部材は、上記のように面接触させるようにしたため、線接触させるものに比べて同じトルク（接触力）とした場合、面圧が低くなるため磨耗が少なくなる。したがって、長期にわたってトルク伝達性能を維持することができる。
【００１１】
この発明において、前記波動発生器が、前記環状剛性部材の軸心と同心のカム中心回りに回転するカム板と、このカム板の外周に配置され前記環状弾性部材の内周面と接触する転がり軸受とでなり、カム板が次の外周形状とされたものとしても良い。
このカム板は、前記環状弾性部材の前記接触部とした前記各円弧状部と同じ周方向範囲にそれぞれ位置して複数の接触部対応外周部を有し、隣り合う接触部対応外周部の周方向中心間におけるカム板外周形状が、前記周方向中心間の周方向１／２の位置と前記カム中心を結ぶ線分に対して線対称とする。
かつ、前記周方向中心から前記周方向中心間の周方向１／２の位置の範囲のカム板外周形状は、前記接触部対応外周部となる周方向範囲が、前記カム板のカム中心からカム板外周までの距離である外径距離が最大かつ一定となる円弧部であり、この円弧部の端から前記周方向中心間の周方向１／２の位置までの周方向範囲が、前記カム板のカム中心からカム板外周までの外径距離が漸次小さくなる漸減径部であり、この漸減径部での外径距離が前記周方向中心間の周方向１／２の位置で最小となる。
【００１２】
カム板の外周形状をこのように形成した場合、環状弾性部材及び軸受の内輪、外輪の外周面と環状剛性部材の内周面との接触面増加による伝達トルクの増加とともに、滑らかな異径のカム板外周形状により、環状弾性部材及び軸受の内輪、外輪の応力集中が緩和されるので、繰り返し変形寿命が向上する。
【００１３】
この構成の場合に、前記周方向中心から前記周方向中心間の周方向１／２の位置までの範囲のカム板外周形状は、前記カム板のカム中心からカム板外周までの外径距離が最大かつ一定となる第１の円弧部と、前記漸減径部の一部であって前記第１の円弧部に繋がりこの第１の円弧部の半径ｒ１よりも小さい半径ｒ２となる第２の円弧部と、前記漸減径部の他の一部であって前記第２の円弧部に繋がり前記第１の円弧部の半径ｒ１よりも大きい半径ｒ３を持つ第３の円弧部とでなり、前記第１の円弧部と前記第２の円弧部の接続点、および前記第２の円弧部と前記第３の円弧部の接続点では、それぞれ共通の接線を有するものとしても良い。共通の接線を有することは、曲率の異なる円弧部同士が滑らかに繋がることである。
【００１４】
カム板外周形状をこのように形成した場合、３つの円弧部が接続点において滑らかに繋がるので、これらの接続点での応力集中が緩和されると共に、３つの円弧部でカム板外周が形成されることから、複雑な関数曲線形状等のカム板と異なり、容易に設計・製作でき、管理も易しく安価となる。なお、上記の３つの円弧部は、厳密な円弧形状に限らず、製作上の制約等で、疑似的な円弧形状としても良い。
【００１５】
また、前記カム板が外周の２箇所に前記接触部対応外周部を有する場合、前記漸減径部における第２の円弧部の円弧範囲を、その円弧中心Ｏ２に対して３０°〜５５°の角度範囲とするのが望ましい。
このように構成した場合、同じ減速比において、波動発生器におけるカム板への嵌合による転がり軸受の変形量が抑えられ、入力軸の回転抵抗が小さくなり伝達効率が良くなると共に、環状弾性部材及び軸受の内輪、外輪の応力集中が緩和され、繰り返し変形寿命が向上する。また、減速比を小さくする場合、上記した第２の円弧部の円弧範囲を、その円弧中心Ｏ２に対して周角３０°〜５５°の角度範囲とすることで、波動発生器の軸受の変形量増加を抑えることができるためより減速比を小さくすることができる。
【００１６】
この発明において、前記環状弾性部材における、前記環状剛性部材の内周面と略同一の半径となる前記円弧状部の外径に対して、前記環状剛性部材の内周面の内径をわずかに小さくしても良い。
このように構成した場合、環状剛性部材の内周面とこれに接触する環状弾性部材の外周面との間に容易に接触力を生じさせることができる。
【００１７】
この発明において、前記波動発生器は、前記環状弾性部材を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材の外周面を周方向の３箇所の部分で前記環状剛性部材の内周面に接触させ、これらの接触部を周方向に移動させるものとしても良い。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の摩擦伝動式波動変速機は、円形の内周面を有する環状剛性部材と、この環状剛性部材の内側に配置され、環状剛性部材の内周面に対して接触可能な外周面を有する環状弾性部材と、この環状弾性部材の内側に配置され、環状弾性部材を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材の外周面を周方向の複数箇所で前記環状剛性部材の内周面に接触させ、これらの接触部を周方向に移動させる波動発生器とを備えた摩擦伝動式波動変速機であって、前記環状弾性部材の外周面の周方向の一部となる複数箇所が、前記環状剛性部材の内周面と略同一の半径の円弧状部であり、これら複数の円弧状部を、前記環状弾性部材が前記環状剛性部材に対して接する接触部としたため、伝達トルクを向上させることができ、かつ摩擦接触部の摩耗が少なくて長期にわたってトルク伝達性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の一実施形態にかかる摩擦伝動式波動変速機の縦断面図である。
【図２】図１のII−II矢視断面図である。
【図３】同摩擦伝動式波動変速機の波動発生器におけるカム板の外周形状を示す部分破断正面図である。
【図４】カム板の外周形状を周角φおよび外径距離Ｌで表した説明図である。
【図５】同摩擦伝動式波動変速機における環状剛性部材を示す横断面図である。
【図６】同摩擦伝動式波動変速機における波動発生器と環状弾性部材の組み合わせ体を示す横断面図である。
【図７】カム板の外周形状を示す線図である。
【図８】カム板外周形状の曲率変化を説明するグラフである。
【図９】カム板外周形状の曲率変化の差を説明するグラフである。
【図１０】同摩擦伝動式波動変速機における伝達トルクと出力回転数との関係の実験結果を従来例と比較して示したグラフである。
【図１１】この発明の他の実施形態にかかる摩擦伝動式波動変速機の波動発生器におけるカム板の外周形状を示す正面図である。
【図１２】従来例の摩擦伝動式波動変速機の波動発生器におけるカム板の外周形状を示す部分破断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
この発明の一実施形態を図１ないし図１０と共に説明する。図１はこの実施形態の摩擦伝動式波動変速機の縦断面図を示し、図２は図１のII−II矢視断面図を示す。この摩擦伝動式波動変速機は、円形の内周面を有する環状剛性部材１と、この環状剛性部材１の内側に配置され環状剛性部材１の内周面に対して接触つまり外接可能な外周面を有する環状弾性部材２と、この環状弾性部材２の内側に配置された波動発生器３とを備える。波動発生器３は、環状弾性部材２を半径方向の外側に撓めて、環状弾性部材２の外周面を周方向の複数箇所（ここでは２箇所）の接触部２ａで前記環状剛性部材１の内周面に接触させ、これらの接触部２ａを波動発生器３の回転に伴い周方向に移動させるものである。波動発生器３の外形は、前記環状弾性部材２の外周面の前記環状剛性部材１の内周面と接触する接触部２ａが、環状剛性部材１の内周面の内径と略同一の外径の円弧状部となるように形成される。図２では、環状弾性部材２の外周面の周角２αの範囲の部分を前記接触部２ａとなる円弧状部として示している。
【００２１】
環状剛性部材１は大径円筒部１ａと、この大径円筒部１ａの一端から段差をなして連続する小径円筒部１ｂとを有し、大径円筒部１ａの小径円筒部１ｂとは反対側の端部は、ボルト２２で連結された断面Ｌ字状の環状蓋部材６により、軸心部を除いて蓋締めされている。環状剛性部材１は図示しない固定部材に固定される。環状剛性部材１は鋼材等の金属材からなる。
【００２２】
環状弾性部材２は、環状剛性部材１の内面に沿ったカップ状であり、その周壁部分が、環状剛性部材１の大径円筒部１ａ内にこれと同心に配置される。環状弾性部材２における環状剛性部材１の小径円筒部１ｂ側に向く端部には出力軸７が連結され、この出力軸７は環状剛性部材１の外側に突出している。この出力軸７は、複列の転がり軸受８を介して前記環状剛性部材１の小径円筒部１ｂの内周に回転自在に支持されている。環状弾性部材２の出力軸７側の端部は、出力軸７に形成されたハブ７ａと、この出力軸７と同心に前記環状弾性部材２の内側に配置された環状部材９とで挟まれて、これらの部材を軸方向に貫通するボルト１０により出力軸７に連結されている。出力軸７は図示しない被駆動部材の入力軸に連結される。環状弾性部材２は、薄肉金属材からなる。
【００２３】
波動発生器３は、カム板４と、このカム板４の外周に配置されて環状弾性部材２の内周面と接触する転がり軸受５とでなる。図６は、波動発生器３と環状弾性部材２を組み合わせた横断面図を示す。ここでは、転がり軸受５として、内輪３１、外輪３２、転動体であるボール３３、および保持器３４からなる玉軸受が用いられる。この転がり軸受５の内輪３１の内径面にカム板４が嵌合状態に挿入される。内輪３１の内径面の周長とカム板４の外周面の周長とは一致する。
カム板４には、その回転軸心であるカム中心Ｏ１を貫通する入力軸２１が設けられ、その一端は環状剛性部材１の大径円筒部１ａ内から出力軸７とは反対側に向けて外側に突出している。この入力軸２１は、その中間部に形成されてカム板４の片面に接するハブ２１ａからカム板４に向けて軸方向に挿通されたボルト２５により、カム板４に連結されている。入力軸２１の前記出力軸７側に向く一端部は、転がり軸受２３を介して前記環状部材９の内周に回転自在に支持されている。入力軸２１の他端部は、複列の転がり軸受２４を介して環状蓋部材６の内周に回転自在に支持されている。これにより、環状弾性部材２の外周面と環状剛性部材１の内周面との接触部２ａ（図２において周角２αで示す周方向範囲）が大きく取れない場合でも、入力軸２１が中心に保持され、カム中心Ｏ１が環状剛性部材１の軸心に保持される。そのため、両持ち構造としたことで片持ち構造に比べ、部品の偏肉厚、芯ずれなどによる回転時の振動を抑えることができる。入力軸２１は、例えば図示しないモータの出力軸に連結される。
【００２４】
このように構成された摩擦伝動式波動変速機では、波動発生器３が高速回転すると、波動発生器３によって半径方向の外方に撓められた環状弾性部材２の外周面の部分と、環状剛性部材１の内周面とが接触する２箇所の接触部２ａが周方向に移動する。その結果、環状剛性部材１の内周面の円周と環状弾性部材２の外周面の円周の差に応じた相対回転が、環状剛性部材１と環状弾性部材２との間に発生し、その相対回転が減速出力回転として前記出力軸７から被駆動部材の側に伝達される。
この摩擦伝動式波動変速機において、図５に横断面図で示す環状剛性部材１の内周面の周長をＰ１、環状弾性部材２の内側に波動発生器３が配置された図６に示す組合せ体における環状弾性部材２の外周面の周長をＰ２とすると、減速比Ｒは以下のように表すことができる。
Ｒ＝Ｐ２／（Ｐ１−Ｐ２）
なお、図５においてＤ１は環状剛性部材１の内径を示し、図６においてＤ２は環状弾性部材２の内側に波動発生器３が配置された組合せ体における２つの接触部２ａ，２ａ間の外径距離を示す。
【００２５】
波動発生器３のカム板４は、環状弾性部材２の外周面が環状剛性部材１の内周面に接触する接触部２ａ，２ａ（図２では周角２αの角度範囲の部分）にそれぞれ対応する外周面部分である２箇所の接触部対応外周部４ａ（図３）を有する。これら２箇所の接触部対応外周部４ａ，４ａは互いに周方向に１８０°離間した位置に形成される。図３において、真円形状を示す曲線Ｃは、カム板４に嵌合する転がり軸受５の内輪３１の変形前、つまり嵌合前の内径面を示す。
【００２６】
カム板４の外周面は、図３に示すように、隣り合う接触部対応外周部４ａの周方向中心（図３において周方向中心線となる線分Ａを示した位置）間におけるカム板外周形状が、前記周方向中心間の周方向１／２の位置（線分Ｂが通る位置）と、カム中心Ｏ１を結ぶ線分Ｂに対して線対象となるように形成されている。なお、線分Ｂの位置は、線分Ａに対して９０°の周角を成す位置となる。また、周方向中心（線分Ａの位置）から周方向中心間の周方向１／２の位置（線分Ｂの位置）の範囲のカム板外周形状は、次のように形成されている。
（１） 接触部対応外周部４ａとなる周方向範囲が、カム板４のカム中心Ｏ１からカム板外周までの距離である外径距離Ｌが最大かつ一定となる第１の円弧部４ａａ（その周方向範囲を図３において周角αで示す）である。前記外径距離Ｌは、第１の円弧部４ａａではその円弧の半径ｒ１であり、第１の円弧部４ａａの曲率中心つまり円弧中心はカム中心Ｏ１である。
（２） 第１の円弧部４ａａの端から前記周方向中心間の周方向１／２の位置（線分Ｂの位置）までの周方向範囲が、カム板４のカム中心Ｏ１からカム板外周までの外径距離Ｌが漸次小さくなる漸減径部４ｂ（その周方向範囲を図３において周角（β＋γ）で示す）である。この漸減径部４ｂでの外径距離は、前記周方向中心間の周方向１／２の位置（線分Ｂの位置）で最小となる。
【００２７】
また、この実施形態では、前記漸減径部４ｂの一部として、前記第１の円弧部４ａａに繋がり、その外径距離Ｌが半径ｒ１よりも小さい半径ｒ２となる第２の円弧部４ｂａ（その周方向範囲を図３において周角βで示し、円弧中心をＯ２で示す）を形成している。漸減径部４ｂの残りの部分として、前記第２の円弧部４ｂａに繋がり、前記第１の円弧部４ａａよりも大きい半径ｒ３となる第３の円弧部４ｂｂ（その周方向範囲を図３において周角γで示し、その円弧中心をＯ３で示す）を形成している。
第１の円弧部４ａａと第２の円弧部４ｂａの接続点、および第２の円弧部４ｂａと第３の円弧部４ｂｂの接続点では、それぞれ共通の接線を有するように形成している。すなわち、前記各接続点は、その両側の曲率が変わるが、滑らかに接続している。
【００２８】
この構成の摩擦伝動式波動変速機によると、環状弾性部材２の外周面の一部が、環状剛性部材１の内周面と略同一の半径の円弧状部とされ、この略同一半径の円弧状部を環状剛性部材１に対する接触部２ａとしたため、面接触となり、接触面積が増大する。その結果、同じ面圧、同じ摩擦係数の場合でも、従来の摩擦伝動式波動変速機に比べて摩擦力が大きくなり、伝達トルクを向上させることができる。伝達トルクが向上することで、小型化が可能となる。また、カム板４の外周形状を従来例の楕円形のものから変えるだけで済むため、低コストとなる。
また、上記のように面接触させるようにしたため、線接触させるものに比べて同じトルク（接触力）とした場合、面圧が低くなるため摩耗が生じ難い。したがって、長期にわたってトルク伝達性能を維持することができる。
【００２９】
また、カム板４の外周形状を図３のように形成しているので、環状弾性部材２の外周面と環状剛性部材１の内周面との接触面増加による伝達トルクの増加と共に、滑らかな異径のカム板外周形状により環状弾性部材２及び軸受の内輪、外輪の応力集中が緩和されて、繰り返し変形寿命が向上する。
【００３０】
図７は、前記カム板４の外周形状の一例を線図として示したものである。この線図では図４に示すように、接触部対応外周部４ａの周方向中心（線分Ａ）からの周角をφ、カム板４のカム中心Ｏ１からの外径距離をＬとし、縦軸は、変形前の転がり軸受５の真円内径ｒ０に対する外径距離Ｌの比率Ｌ／ｒ０（％）を示している。横軸は周角φを示している。また、この例のカム板外周形状の仕様は、減速比４２、第１の円弧部４ａａの周角α＝５°、第２の円弧部４ｂａの周角β＝４０°である。この線図の例の場合、第１の円弧部４ａａ（半径ｒ１）の周方向範囲では、外径距離Ｌが最大でありフラットな線で示され、第２の円弧部４ｂａ（半径ｒ２）から第３の円弧部４ｂｂ（半径ｒ３）にかけて外径距離Ｌが漸次減少し、周角φ＝９０°で最小となっている。
【００３１】
カム板外周形状をこのように形成した場合、３つの円弧部４ａａ，４ｂａ，４ｂｂが各接続点においてさらに滑らかに繋がるので、これらの接続点での応力集中が緩和されると共に、３つの円弧部４ａａ，４ｂａ，４ｂｂでカム板外周が形成されることから、複雑な関数曲線の形状としたものと異なり、容易に設計・製作でき、管理も易しく安価となる。なお、製作上の制約等からカム板外周形状を簡略化したい場合は、前記した３つの円弧部４ａａ，４ｂａ，４ｂｂからなるカム板外周形状を基本形状として、この形状を若干変形させた模擬形状を採用しても、同様の効果を得ることができる。
【００３２】
次の表１は、カム板外周形状における前記第２の円弧部４ｂａの周角βと波動発生器３の組み立て可否の関係を試作確認した結果を示す。組み立て可否は、転がり軸受５の内輪３１内周にカム板４を挿入し、転がり軸受５が変形に対応できるか否かを確認することで判定した。なお、周角βは表１内の値とし、これらの角度において、減速比は４２、第１の円弧部４ａａの周角αは５°で共通とした。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１の試作確認結果によると、周角βが２０°、６５°のとき、転がり軸受５の内輪３１が破損した。これより、波動発生器３の組み立てが可能な周角βは３０°〜５５°の範囲であることが確認される。すなわち、カム板４の外周の２箇所に接触部対応外周部４ａを有するこの実施形態の場合には、波動発生器３の組み立て性の観点から、前記漸減径部４ｂにおける第２の円弧部４ｂａの円弧範囲を、その円弧中心Ｏ２に対して周角３０°〜５５°の角度範囲とするのが望ましい。
【００３５】
これにより、波動発生器３における転がり軸受５の変形量が抑えられ、入力軸２１の回転抵抗が小さくなり伝達効率が良くなると共に、環状弾性部材２及び軸受の内輪、外輪の応力集中が緩和され、繰り返し変形寿命が向上する。また、減速比を小さくする場合、波動発生器３の変形量は大きくなるが、上記した第２の円弧部４ｂａの円弧範囲を、その円弧中心Ｏ２に対して周角３０°〜５５°の角度範囲とすることで、より減速比を小さくすることができる。
【００３６】
図８は、減速比を４２、前記第１の円弧部４ａａの周角αを５°としたときの、前記第２の円弧部４ｂａの周角βと、変形前の転がり軸受５の内輪内径面Ｃの真円内径（図３においてｒ０で示す）に対する前記３つの円弧部４ａａ，４ｂａ，４ｂｂの各半径ｒ１，ｒ２，ｒ３の比率（以下、これを曲率変化率と呼ぶ）との関係をグラフで示したものである。曲率変化率は、１００％に対して離れるほど軸受５の内輪及び外輪の変形は大きくなり、応力が増加する。
このグラフによると、第１の円弧部４ａａの周角αは５°で一定としているため、ｒ１／ｒ０はフラットな線となっている。周角βを大きくして行くと、ｒ２／ｒ０では変化率が１００％以下の範囲で更に小さくなり変形による応力は増加する。そこで、円弧部４ｂａの半径ｒ２と円弧部４ｂｂの半径ｒ３の曲率変化率が、１００％に対して小さい方向の変形（ｒ２）と大きい方向の変形（ｒ３）のバランスが良い範囲で周角βを選択することが望ましい。
【００３７】
図９は、前記第１の円弧部４ａａの周角αを５°および７．５°としたときの、前記第２の円弧部４ｂａの周角βと、前記曲率変化率の差との関係をグラフで示したものである。半径ｒ２の円弧部４ｂａと半径ｒ３の円弧部４ｂｂの接続点では、変形前の転がり軸受５の真円内径ｒ０より小さい半径ｒ２から大きい半径ｒ３に変化しており、曲率の変化が最大となる箇所である。この箇所の曲率の変化を、ここでは曲率変化率の差と呼ぶ。なお、曲率変化率の差は、各半径ｒ０，ｒ２，ｒ３を用いて、
曲率変化率の差＝（ｒ３／ｒ０）−（ｒ２／ｒ０）
と表される。
接触部対応外周部４ａの半部を構成する第１の円弧部４ａａの周角αの角度範囲が大きければ、伝達トルクは上がるが、前記曲率変化率も大きくなり、減速比を低く設定するのが困難となる。上記グラフによると、少なくとも第１の円弧部４ａａの周角αの範囲が７．５°以下では、周角βが３５°付近で曲率変化率の差が最小となっており、ここで応力状態が低く抑えられ、良好となることが分かる。したがって、図８および図９のグラフから、前記第２の円弧部４ｂａの周角βの最適な範囲として、３５°から４０°の範囲を選ぶのが望ましい。
【００３８】
さらに、この実施形態では、波動発生器３の外形により、環状弾性部材２の外周面の環状剛性部材１の内周面と接触させられる部分（図２に周角２αで示す部分）であって、環状剛性部材１の内周面の内径と略同一の外径の円弧状部（接触部２ａ）とされる部分の円弧径に対して、環状剛性部材１の内周面の内径を僅かに小さく（例えば０．０３ｍｍ）している。例えば、図６において環状弾性部材２の内側に波動発生器３が配置された組合せ体における２つの接触部２ａ，２ａ間の外径距離Ｄ２よりも、図５に示す環状剛性部材１の内径Ｄ１を僅か（例えばΔ）に小さく、すなわち
Ｄ１（＝Ｄ２−Δ）
としている。
【００３９】
これにより、環状剛性部材１の内周面とこれに接触する環状弾性部材２の外周面との間に締め代Δによる接触面圧が発生して容易に接触力を付与できるので、伝達トルクをさらに向上させることができる。
なお、図示しないが、環状剛性部材１を薄肉として、外力により環状剛性部材１を撓ませて縮径することにより、環状剛性部材１と環状弾性部材２の間に接触力を発生させても良い。
【００４０】
図１０は、入力回転数を一定としたときの、この摩擦伝動式波動変速機における伝達トルクと出力回転数との関係の実験結果を従来例と比較してグラフで示したものである。図１２は、この比較に用いた従来例における楕円形カム板４５の外周形状を示している。同図において、一点鎖線はカム板４５の外周に設けられる転がり軸受の変形前の内周の真円形状を示している。
【００４１】
この実験における各諸元は以下の通りである。
入力回転数：２０００ｒｐｍ
減速比：７６（実施形態、従来例とも同じ）
トルク伝達部の径方向締め代量Δ：実施形態、従来例とも同じ
従来例のカム板：楕円形状（図１２）
楕円長半径＝ｒ１（実施形態の円弧部４ａａと同じ）
楕円周長（実施形態の周長と同じ）
実施形態のカム板：３つの円弧部４ａａ，４ｂａ，４ｂｂを有するもので、周角α＝
７．５°、周角β＝５５°
【００４２】
図１０のグラフでは、実施形態および従来例のいずれの場合でも伝達トルクが大きくなると共に接触部（トルク伝達部）で滑りが生じ出し出力回転数が低下する傾向が見られる。しかし、従来例で、伝達トルク１．５Ｎｍのとき生じる出力回転数の減少幅は、実施形態では伝達トルク６Ｎｍで生じている。つまり、実施形態の場合、従来例に比べて約４倍のトルク伝達能力が得られている。この試験結果から明らかなように、この実施形態の摩擦伝動式波動変速機によると、従来例に比べて大幅に伝達トルクを向上させることができる。
【００４３】
図１１は、この発明の他の実施形態にかかる摩擦伝動式波動変速機における波動発生器のカム板の外周形状を示す。この実施形態では、カム板４の外周の３箇所に等配して接触部対応外周部４ａを設けている。言い換えると、波動発生器３により、環状弾性部材２の外周面を周方向の３箇所の部分で環状剛性部材１の内周面に接触させるようにしている。この場合、隣り合う接触部対応外周部４ａ，４ａの周方向中心線Ａ，Ａ間の周角は１２０°であり、その周方向中心線Ａ，Ａ間の周方向１／２の位置（線分Ｂ）は、周方向中心線Ａに対して６０°の周角をなす位置となる。その他の構成は先の実施形態の場合と同様である。
【符号の説明】
【００４４】
１…環状剛性部材
２…環状弾性部材
２ａ…接触部（円弧状部）
３…波動発生器
４…カム板
４ａ…接触部対応外周部
４ａａ…第１の円弧部
４ｂ…漸減径部
４ｂａ…第２の円弧部
４ｂｂ…第３の円弧部
５…転がり軸受
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波動変速機に関し、さらに詳しくは摩擦伝達機構によって変速を行なう摩擦伝動式波動変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータなどから出力された高速回転を減速して低速回転出力として取り出すための変速機構としては、歯車式の波動変速機と共に、摩擦伝動式の波動変速機が知られている。この摩擦伝動式の波動変速機は、一般的に、環状剛性部材と、この環状剛性部材の内周面に外接可能な環状弾性部材と、この環状弾性部材の内側に配置した楕円形状のカムを備えた波動発生器とで構成されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
この摩擦伝動式波動変速機では、環状弾性部材が波動発生器によって楕円形状に撓められ、その環状弾性部材の長軸両端に位置する部分が環状剛性部材に摩擦接触する。この摩擦接触状態で波動発生器を回転させると、環状弾性部材の楕円形状が回転し、環状弾性部材と環状剛性部材の摩擦接触位置が周方向に移動する。このように摩擦接触位置が周方向に移動すると、環状弾性部材と環状剛性部材の間に、摩擦接触面の周長差に応じた相対回転が発生する。したがって、これら環状弾性部材および環状剛性部材のうちの一方の部材を固定しておけば、他方の部材の側からは減速された回転出力が得られることになる。
【０００４】
また、摩擦伝動式波動変速機の他の例として、前記環状弾性部材がカップ形状となったカップ型と呼ばれる波動変速機がある（例えば特許文献２）。この波動変速機は、内周面が摩擦係合面となっている環状剛性部材と、外周面が摩擦係合面となっているカップ形状の環状弾性部材と、波動発生器とを備える。この波動変速機の場合も、波動発生器により環状弾性部材を楕円形状に撓めて、楕円長軸方向の両端位置で環状弾性部材と環状剛性部材の摩擦係合面を係合させ、この状態で波動発生器を回転させることにより、２箇所の摩擦係合位置を周方向に移動させる。このように摩擦係合位置が周方向に移動すると、環状弾性部材と環状剛性部材の間に、摩擦係合面の周長差に応じた相対回転が発生し、これら両部材のうちの一方を固定しておけば、他方の部材の側から減速された回転出力が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−０５４３５９号公報
【特許文献２】実用新案登録２５７５５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来の摩擦伝動式波動変速機では、波動発生器が楕円形のカムを備えている。このため、内周面を円形状とした環状剛性部材と、波動発生器により楕円形状に撓められた環状弾性部材との摩擦接触面は、楕円長径部での線接触となり、トルク伝達力が低いという問題がある。
【０００７】
特許文献２に記載の摩擦伝動式波動変速機では、環状剛性部材と環状弾性部材の摩擦接触面の間に高摩擦係数を有する弾性部材を介在させることで、トルク伝達力を向上させているが、弾性部材は摩耗し易く、接触力を維持することが困難である。また、高コストとなる。
【０００８】
この発明の目的は、伝達トルクを向上させることができ、かつトルク伝達部の摩耗が少なくて長期にわたってトルク伝達性能を維持できる摩擦伝動式波動変速機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の摩擦伝動式波動変速機は、円形の内周面を有する環状剛性部材と、この環状剛性部材の内側に配置され、環状剛性部材の内周面に対して接触可能な外周面を有する環状弾性部材と、この環状弾性部材の内側に配置され、環状弾性部材を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材の外周面を周方向の複数箇所で前記環状剛性部材の内周面に接触させ、これらの接触部を周方向に移動させる波動発生器とを備えた摩擦伝動式波動変速機であって、前記環状弾性部材の外周面の周方向の一部となる複数箇所が、前記環状剛性部材の内周面と略同一の半径の円弧状部であり、これら複数の円弧状部を、前記環状弾性部材が前記環状剛性部材に対して接する接触部としたことを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、環状弾性部材の外周面の一部が、環状剛性部材の内周面と略同一の半径の円弧状部とされ、この略同一半径の円弧状部を環状剛性部材に対する接触部としたため、面接触となり、接触面積が増大する。その結果、同じ面圧、同じ摩擦係数の場合でも、線接触となる摩擦伝動式波動変速機に比べて摩擦力が大きくなり、伝達トルクが向上する。環状弾性部材は、上記のように面接触させるようにしたため、線接触させるものに比べて同じトルク（接触力）とした場合、面圧が低くなるため磨耗が少なくなる。したがって、長期にわたってトルク伝達性能を維持することができる。
【００１１】
この発明において、前記波動発生器が、前記環状剛性部材の軸心と同心のカム中心回りに回転するカム板と、このカム板の外周に配置され前記環状弾性部材の内周面と接触する転がり軸受とでなり、カム板が次の外周形状とされたものとしても良い。
このカム板は、前記環状弾性部材の前記接触部とした前記各円弧状部と同じ周方向範囲にそれぞれ位置して複数の接触部対応外周部を有し、隣り合う接触部対応外周部の周方向中心間におけるカム板外周形状が、前記周方向中心間の周方向１／２の位置と前記カム中心を結ぶ線分に対して線対称とする。
かつ、前記周方向中心から前記周方向中心間の周方向１／２の位置の範囲のカム板外周形状は、前記接触部対応外周部となる周方向範囲が、前記カム板のカム中心からカム板外周までの距離である外径距離が最大かつ一定となる円弧部であり、この円弧部の端から前記周方向中心間の周方向１／２の位置までの周方向範囲が、前記カム板のカム中心からカム板外周までの外径距離が漸次小さくなる漸減径部であり、この漸減径部での外径距離が前記周方向中心間の周方向１／２の位置で最小となる。
【００１２】
カム板の外周形状をこのように形成した場合、環状弾性部材及び軸受の内輪、外輪の外周面と環状剛性部材の内周面との接触面増加による伝達トルクの増加とともに、滑らかな異径のカム板外周形状により、環状弾性部材及び軸受の内輪、外輪の応力集中が緩和されるので、繰り返し変形寿命が向上する。
【００１３】
この構成の場合に、前記周方向中心から前記周方向中心間の周方向１／２の位置までの範囲のカム板外周形状は、前記カム板のカム中心からカム板外周までの外径距離が最大かつ一定となる第１の円弧部と、前記漸減径部の一部であって前記第１の円弧部に繋がりこの第１の円弧部の半径ｒ１よりも小さい半径ｒ２となる第２の円弧部と、前記漸減径部の他の一部であって前記第２の円弧部に繋がり前記第１の円弧部の半径ｒ１よりも大きい半径ｒ３を持つ第３の円弧部とでなり、前記第１の円弧部と前記第２の円弧部の接続点、および前記第２の円弧部と前記第３の円弧部の接続点では、それぞれ共通の接線を有するものとしても良い。共通の接線を有することは、曲率の異なる円弧部同士が滑らかに繋がることである。
【００１４】
カム板外周形状をこのように形成した場合、３つの円弧部が接続点において滑らかに繋がるので、これらの接続点での応力集中が緩和されると共に、３つの円弧部でカム板外周が形成されることから、複雑な関数曲線形状等のカム板と異なり、容易に設計・製作でき、管理も易しく安価となる。なお、上記の３つの円弧部は、厳密な円弧形状に限らず、製作上の制約等で、疑似的な円弧形状としても良い。
【００１５】
また、前記カム板が外周の２箇所に前記接触部対応外周部を有する場合、前記漸減径部における第２の円弧部の円弧範囲を、その円弧中心Ｏ２に対して３０°〜５５°の角度範囲とするのが望ましい。
このように構成した場合、同じ減速比において、波動発生器におけるカム板への嵌合による転がり軸受の変形量が抑えられ、入力軸の回転抵抗が小さくなり伝達効率が良くなると共に、環状弾性部材及び軸受の内輪、外輪の応力集中が緩和され、繰り返し変形寿命が向上する。また、減速比を小さくする場合、上記した第２の円弧部の円弧範囲を、その円弧中心Ｏ２に対して周角３０°〜５５°の角度範囲とすることで、波動発生器の軸受の変形量増加を抑えることができるためより減速比を小さくすることができる。
【００１６】
この発明において、前記環状弾性部材における、前記環状剛性部材の内周面と略同一の半径となる前記円弧状部の外径に対して、前記環状剛性部材の内周面の内径をわずかに小さくしても良い。
このように構成した場合、環状剛性部材の内周面とこれに接触する環状弾性部材の外周面との間に容易に接触力を生じさせることができる。
【００１７】
この発明において、前記波動発生器は、前記環状弾性部材を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材の外周面を周方向の３箇所の部分で前記環状剛性部材の内周面に接触させ、これらの接触部を周方向に移動させるものとしても良い。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の摩擦伝動式波動変速機は、円形の内周面を有する環状剛性部材と、この環状剛性部材の内側に配置され、環状剛性部材の内周面に対して接触可能な外周面を有する環状弾性部材と、この環状弾性部材の内側に配置され、環状弾性部材を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材の外周面を周方向の複数箇所で前記環状剛性部材の内周面に接触させ、これらの接触部を周方向に移動させる波動発生器とを備えた摩擦伝動式波動変速機であって、前記環状弾性部材の外周面の周方向の一部となる複数箇所が、前記環状剛性部材の内周面と略同一の半径の円弧状部であり、これら複数の円弧状部を、前記環状弾性部材が前記環状剛性部材に対して接する接触部としたため、伝達トルクを向上させることができ、かつ摩擦接触部の摩耗が少なくて長期にわたってトルク伝達性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の一実施形態にかかる摩擦伝動式波動変速機の縦断面図である。
【図２】図１のII−II矢視断面図である。
【図３】同摩擦伝動式波動変速機の波動発生器におけるカム板の外周形状を示す部分破断正面図である。
【図４】カム板の外周形状を周角φおよび外径距離Ｌで表した説明図である。
【図５】同摩擦伝動式波動変速機における環状剛性部材を示す横断面図である。
【図６】同摩擦伝動式波動変速機における波動発生器と環状弾性部材の組み合わせ体を示す横断面図である。
【図７】カム板の外周形状を示す線図である。
【図８】カム板外周形状の曲率変化を説明するグラフである。
【図９】カム板外周形状の曲率変化の差を説明するグラフである。
【図１０】同摩擦伝動式波動変速機における伝達トルクと出力回転数との関係の実験結果を従来例と比較して示したグラフである。
【図１１】この発明の他の実施形態にかかる摩擦伝動式波動変速機の波動発生器におけるカム板の外周形状を示す正面図である。
【図１２】従来例の摩擦伝動式波動変速機の波動発生器におけるカム板の外周形状を示す部分破断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
この発明の一実施形態を図１ないし図１０と共に説明する。図１はこの実施形態の摩擦伝動式波動変速機の縦断面図を示し、図２は図１のII−II矢視断面図を示す。この摩擦伝動式波動変速機は、円形の内周面を有する環状剛性部材１と、この環状剛性部材１の内側に配置され環状剛性部材１の内周面に対して接触つまり外接可能な外周面を有する環状弾性部材２と、この環状弾性部材２の内側に配置された波動発生器３とを備える。波動発生器３は、環状弾性部材２を半径方向の外側に撓めて、環状弾性部材２の外周面を周方向の複数箇所（ここでは２箇所）の接触部２ａで前記環状剛性部材１の内周面に接触させ、これらの接触部２ａを波動発生器３の回転に伴い周方向に移動させるものである。波動発生器３の外形は、前記環状弾性部材２の外周面の前記環状剛性部材１の内周面と接触する接触部２ａが、環状剛性部材１の内周面の内径と略同一の外径の円弧状部となるように形成される。図２では、環状弾性部材２の外周面の周角２αの範囲の部分を前記接触部２ａとなる円弧状部として示している。
【００２１】
環状剛性部材１は大径円筒部１ａと、この大径円筒部１ａの一端から段差をなして連続する小径円筒部１ｂとを有し、大径円筒部１ａの小径円筒部１ｂとは反対側の端部は、ボルト２２で連結された断面Ｌ字状の環状蓋部材６により、軸心部を除いて蓋締めされている。環状剛性部材１は図示しない固定部材に固定される。環状剛性部材１は鋼材等の金属材からなる。
【００２２】
環状弾性部材２は、環状剛性部材１の内面に沿ったカップ状であり、その周壁部分が、環状剛性部材１の大径円筒部１ａ内にこれと同心に配置される。環状弾性部材２における環状剛性部材１の小径円筒部１ｂ側に向く端部には出力軸７が連結され、この出力軸７は環状剛性部材１の外側に突出している。この出力軸７は、複列の転がり軸受８を介して前記環状剛性部材１の小径円筒部１ｂの内周に回転自在に支持されている。環状弾性部材２の出力軸７側の端部は、出力軸７に形成されたハブ７ａと、この出力軸７と同心に前記環状弾性部材２の内側に配置された環状部材９とで挟まれて、これらの部材を軸方向に貫通するボルト１０により出力軸７に連結されている。出力軸７は図示しない被駆動部材の入力軸に連結される。環状弾性部材２は、薄肉金属材からなる。
【００２３】
波動発生器３は、カム板４と、このカム板４の外周に配置されて環状弾性部材２の内周面と接触する転がり軸受５とでなる。図６は、波動発生器３と環状弾性部材２を組み合わせた横断面図を示す。ここでは、転がり軸受５として、内輪３１、外輪３２、転動体であるボール３３、および保持器３４からなる玉軸受が用いられる。この転がり軸受５の内輪３１の内径面にカム板４が嵌合状態に挿入される。内輪３１の内径面の周長とカム板４の外周面の周長とは一致する。
カム板４には、その回転軸心であるカム中心Ｏ１を貫通する入力軸２１が設けられ、その一端は環状剛性部材１の大径円筒部１ａ内から出力軸７とは反対側に向けて外側に突出している。この入力軸２１は、その中間部に形成されてカム板４の片面に接するハブ２１ａからカム板４に向けて軸方向に挿通されたボルト２５により、カム板４に連結されている。入力軸２１の前記出力軸７側に向く一端部は、転がり軸受２３を介して前記環状部材９の内周に回転自在に支持されている。入力軸２１の他端部は、複列の転がり軸受２４を介して環状蓋部材６の内周に回転自在に支持されている。これにより、環状弾性部材２の外周面と環状剛性部材１の内周面との接触部２ａ（図２において周角２αで示す周方向範囲）が大きく取れない場合でも、入力軸２１が中心に保持され、カム中心Ｏ１が環状剛性部材１の軸心に保持される。そのため、両持ち構造としたことで片持ち構造に比べ、部品の偏肉厚、芯ずれなどによる回転時の振動を抑えることができる。入力軸２１は、例えば図示しないモータの出力軸に連結される。
【００２４】
このように構成された摩擦伝動式波動変速機では、波動発生器３が高速回転すると、波動発生器３によって半径方向の外方に撓められた環状弾性部材２の外周面の部分と、環状剛性部材１の内周面とが接触する２箇所の接触部２ａが周方向に移動する。その結果、環状剛性部材１の内周面の円周と環状弾性部材２の外周面の円周の差に応じた相対回転が、環状剛性部材１と環状弾性部材２との間に発生し、その相対回転が減速出力回転として前記出力軸７から被駆動部材の側に伝達される。
この摩擦伝動式波動変速機において、図５に横断面図で示す環状剛性部材１の内周面の周長をＰ１、環状弾性部材２の内側に波動発生器３が配置された図６に示す組合せ体における環状弾性部材２の外周面の周長をＰ２とすると、減速比Ｒは以下のように表すことができる。
Ｒ＝Ｐ２／（Ｐ１−Ｐ２）
なお、図５においてＤ１は環状剛性部材１の内径を示し、図６においてＤ２は環状弾性部材２の内側に波動発生器３が配置された組合せ体における２つの接触部２ａ，２ａ間の外径距離を示す。
【００２５】
波動発生器３のカム板４は、環状弾性部材２の外周面が環状剛性部材１の内周面に接触する接触部２ａ，２ａ（図２では周角２αの角度範囲の部分）にそれぞれ対応する外周面部分である２箇所の接触部対応外周部４ａ（図３）を有する。これら２箇所の接触部対応外周部４ａ，４ａは互いに周方向に１８０°離間した位置に形成される。図３において、真円形状を示す曲線Ｃは、カム板４に嵌合する転がり軸受５の内輪３１の変形前、つまり嵌合前の内径面を示す。
【００２６】
カム板４の外周面は、図３に示すように、隣り合う接触部対応外周部４ａの周方向中心（図３において周方向中心線となる線分Ａを示した位置）間におけるカム板外周形状が、前記周方向中心間の周方向１／２の位置（線分Ｂが通る位置）と、カム中心Ｏ１を結ぶ線分Ｂに対して線対象となるように形成されている。なお、線分Ｂの位置は、線分Ａに対して９０°の周角を成す位置となる。また、周方向中心（線分Ａの位置）から周方向中心間の周方向１／２の位置（線分Ｂの位置）の範囲のカム板外周形状は、次のように形成されている。
（１） 接触部対応外周部４ａとなる周方向範囲が、カム板４のカム中心Ｏ１からカム板外周までの距離である外径距離Ｌが最大かつ一定となる第１の円弧部４ａａ（その周方向範囲を図３において周角αで示す）である。前記外径距離Ｌは、第１の円弧部４ａａではその円弧の半径ｒ１であり、第１の円弧部４ａａの曲率中心つまり円弧中心はカム中心Ｏ１である。
（２） 第１の円弧部４ａａの端から前記周方向中心間の周方向１／２の位置（線分Ｂの位置）までの周方向範囲が、カム板４のカム中心Ｏ１からカム板外周までの外径距離Ｌが漸次小さくなる漸減径部４ｂ（その周方向範囲を図３において周角（β＋γ）で示す）である。この漸減径部４ｂでの外径距離は、前記周方向中心間の周方向１／２の位置（線分Ｂの位置）で最小となる。
【００２７】
また、この実施形態では、前記漸減径部４ｂの一部として、前記第１の円弧部４ａａに繋がり、その外径距離Ｌが半径ｒ１よりも小さい半径ｒ２となる第２の円弧部４ｂａ（その周方向範囲を図３において周角βで示し、円弧中心をＯ２で示す）を形成している。漸減径部４ｂの残りの部分として、前記第２の円弧部４ｂａに繋がり、前記第１の円弧部４ａａよりも大きい半径ｒ３となる第３の円弧部４ｂｂ（その周方向範囲を図３において周角γで示し、その円弧中心をＯ３で示す）を形成している。
第１の円弧部４ａａと第２の円弧部４ｂａの接続点、および第２の円弧部４ｂａと第３の円弧部４ｂｂの接続点では、それぞれ共通の接線を有するように形成している。すなわち、前記各接続点は、その両側の曲率が変わるが、滑らかに接続している。
【００２８】
この構成の摩擦伝動式波動変速機によると、環状弾性部材２の外周面の一部が、環状剛性部材１の内周面と略同一の半径の円弧状部とされ、この略同一半径の円弧状部を環状剛性部材１に対する接触部２ａとしたため、面接触となり、接触面積が増大する。その結果、同じ面圧、同じ摩擦係数の場合でも、従来の摩擦伝動式波動変速機に比べて摩擦力が大きくなり、伝達トルクを向上させることができる。伝達トルクが向上することで、小型化が可能となる。また、カム板４の外周形状を従来例の楕円形のものから変えるだけで済むため、低コストとなる。
また、上記のように面接触させるようにしたため、線接触させるものに比べて同じトルク（接触力）とした場合、面圧が低くなるため摩耗が生じ難い。したがって、長期にわたってトルク伝達性能を維持することができる。
【００２９】
また、カム板４の外周形状を図３のように形成しているので、環状弾性部材２の外周面と環状剛性部材１の内周面との接触面増加による伝達トルクの増加と共に、滑らかな異径のカム板外周形状により環状弾性部材２及び軸受の内輪、外輪の応力集中が緩和されて、繰り返し変形寿命が向上する。
【００３０】
図７は、前記カム板４の外周形状の一例を線図として示したものである。この線図では図４に示すように、接触部対応外周部４ａの周方向中心（線分Ａ）からの周角をφ、カム板４のカム中心Ｏ１からの外径距離をＬとし、縦軸は、変形前の転がり軸受５の真円内径ｒ０に対する外径距離Ｌの比率Ｌ／ｒ０（％）を示している。横軸は周角φを示している。また、この例のカム板外周形状の仕様は、減速比４２、第１の円弧部４ａａの周角α＝５°、第２の円弧部４ｂａの周角β＝４０°である。この線図の例の場合、第１の円弧部４ａａ（半径ｒ１）の周方向範囲では、外径距離Ｌが最大でありフラットな線で示され、第２の円弧部４ｂａ（半径ｒ２）から第３の円弧部４ｂｂ（半径ｒ３）にかけて外径距離Ｌが漸次減少し、周角φ＝９０°で最小となっている。
【００３１】
カム板外周形状をこのように形成した場合、３つの円弧部４ａａ，４ｂａ，４ｂｂが各接続点においてさらに滑らかに繋がるので、これらの接続点での応力集中が緩和されると共に、３つの円弧部４ａａ，４ｂａ，４ｂｂでカム板外周が形成されることから、複雑な関数曲線の形状としたものと異なり、容易に設計・製作でき、管理も易しく安価となる。なお、製作上の制約等からカム板外周形状を簡略化したい場合は、前記した３つの円弧部４ａａ，４ｂａ，４ｂｂからなるカム板外周形状を基本形状として、この形状を若干変形させた模擬形状を採用しても、同様の効果を得ることができる。
【００３２】
次の表１は、カム板外周形状における前記第２の円弧部４ｂａの周角βと波動発生器３の組み立て可否の関係を試作確認した結果を示す。組み立て可否は、転がり軸受５の内輪３１内周にカム板４を挿入し、転がり軸受５が変形に対応できるか否かを確認することで判定した。なお、周角βは表１内の値とし、これらの角度において、減速比は４２、第１の円弧部４ａａの周角αは５°で共通とした。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１の試作確認結果によると、周角βが２０°、６５°のとき、転がり軸受５の内輪３１が破損した。これより、波動発生器３の組み立てが可能な周角βは３０°〜５５°の範囲であることが確認される。すなわち、カム板４の外周の２箇所に接触部対応外周部４ａを有するこの実施形態の場合には、波動発生器３の組み立て性の観点から、前記漸減径部４ｂにおける第２の円弧部４ｂａの円弧範囲を、その円弧中心Ｏ２に対して周角３０°〜５５°の角度範囲とするのが望ましい。
【００３５】
これにより、波動発生器３における転がり軸受５の変形量が抑えられ、入力軸２１の回転抵抗が小さくなり伝達効率が良くなると共に、環状弾性部材２及び軸受の内輪、外輪の応力集中が緩和され、繰り返し変形寿命が向上する。また、減速比を小さくする場合、波動発生器３の変形量は大きくなるが、上記した第２の円弧部４ｂａの円弧範囲を、その円弧中心Ｏ２に対して周角３０°〜５５°の角度範囲とすることで、より減速比を小さくすることができる。
【００３６】
図８は、減速比を４２、前記第１の円弧部４ａａの周角αを５°としたときの、前記第２の円弧部４ｂａの周角βと、変形前の転がり軸受５の内輪内径面Ｃの真円内径（図３においてｒ０で示す）に対する前記３つの円弧部４ａａ，４ｂａ，４ｂｂの各半径ｒ１，ｒ２，ｒ３の比率（以下、これを曲率変化率と呼ぶ）との関係をグラフで示したものである。曲率変化率は、１００％に対して離れるほど軸受５の内輪及び外輪の変形は大きくなり、応力が増加する。
このグラフによると、第１の円弧部４ａａの周角αは５°で一定としているため、ｒ１／ｒ０はフラットな線となっている。周角βを大きくして行くと、ｒ２／ｒ０では変化率が１００％以下の範囲で更に小さくなり変形による応力は増加する。そこで、円弧部４ｂａの半径ｒ２と円弧部４ｂｂの半径ｒ３の曲率変化率が、１００％に対して小さい方向の変形（ｒ２）と大きい方向の変形（ｒ３）のバランスが良い範囲で周角βを選択することが望ましい。
【００３７】
図９は、前記第１の円弧部４ａａの周角αを５°および７．５°としたときの、前記第２の円弧部４ｂａの周角βと、前記曲率変化率の差との関係をグラフで示したものである。半径ｒ２の円弧部４ｂａと半径ｒ３の円弧部４ｂｂの接続点では、変形前の転がり軸受５の真円内径ｒ０より小さい半径ｒ２から大きい半径ｒ３に変化しており、曲率の変化が最大となる箇所である。この箇所の曲率の変化を、ここでは曲率変化率の差と呼ぶ。なお、曲率変化率の差は、各半径ｒ０，ｒ２，ｒ３を用いて、
曲率変化率の差＝（ｒ３／ｒ０）−（ｒ２／ｒ０）
と表される。
接触部対応外周部４ａの半部を構成する第１の円弧部４ａａの周角αの角度範囲が大きければ、伝達トルクは上がるが、前記曲率変化率も大きくなり、減速比を低く設定するのが困難となる。上記グラフによると、少なくとも第１の円弧部４ａａの周角αの範囲が７．５°以下では、周角βが３５°付近で曲率変化率の差が最小となっており、ここで応力状態が低く抑えられ、良好となることが分かる。したがって、図８および図９のグラフから、前記第２の円弧部４ｂａの周角βの最適な範囲として、３５°から４０°の範囲を選ぶのが望ましい。
【００３８】
さらに、この実施形態では、波動発生器３の外形により、環状弾性部材２の外周面の環状剛性部材１の内周面と接触させられる部分（図２に周角２αで示す部分）であって、環状剛性部材１の内周面の内径と略同一の外径の円弧状部（接触部２ａ）とされる部分の円弧径に対して、環状剛性部材１の内周面の内径を僅かに小さく（例えば０．０３ｍｍ）している。例えば、図６において環状弾性部材２の内側に波動発生器３が配置された組合せ体における２つの接触部２ａ，２ａ間の外径距離Ｄ２よりも、図５に示す環状剛性部材１の内径Ｄ１を僅か（例えばΔ）に小さく、すなわち
Ｄ１（＝Ｄ２−Δ）
としている。
【００３９】
これにより、環状剛性部材１の内周面とこれに接触する環状弾性部材２の外周面との間に締め代Δによる接触面圧が発生して容易に接触力を付与できるので、伝達トルクをさらに向上させることができる。
なお、図示しないが、環状剛性部材１を薄肉として、外力により環状剛性部材１を撓ませて縮径することにより、環状剛性部材１と環状弾性部材２の間に接触力を発生させても良い。
【００４０】
図１０は、入力回転数を一定としたときの、この摩擦伝動式波動変速機における伝達トルクと出力回転数との関係の実験結果を従来例と比較してグラフで示したものである。図１２は、この比較に用いた従来例における楕円形カム板４５の外周形状を示している。同図において、一点鎖線はカム板４５の外周に設けられる転がり軸受の変形前の内周の真円形状を示している。
【００４１】
この実験における各諸元は以下の通りである。
入力回転数：２０００ｒｐｍ
減速比：７６（実施形態、従来例とも同じ）
トルク伝達部の径方向締め代量Δ：実施形態、従来例とも同じ
従来例のカム板：楕円形状（図１２）
楕円長半径＝ｒ１（実施形態の円弧部４ａａと同じ）
楕円周長（実施形態の周長と同じ）
実施形態のカム板：３つの円弧部４ａａ，４ｂａ，４ｂｂを有するもので、周角α＝
７．５°、周角β＝５５°
【００４２】
図１０のグラフでは、実施形態および従来例のいずれの場合でも伝達トルクが大きくなると共に接触部（トルク伝達部）で滑りが生じ出し出力回転数が低下する傾向が見られる。しかし、従来例で、伝達トルク１．５Ｎｍのとき生じる出力回転数の減少幅は、実施形態では伝達トルク６Ｎｍで生じている。つまり、実施形態の場合、従来例に比べて約４倍のトルク伝達能力が得られている。この試験結果から明らかなように、この実施形態の摩擦伝動式波動変速機によると、従来例に比べて大幅に伝達トルクを向上させることができる。
【００４３】
図１１は、この発明の他の実施形態にかかる摩擦伝動式波動変速機における波動発生器のカム板の外周形状を示す。この実施形態では、カム板４の外周の３箇所に等配して接触部対応外周部４ａを設けている。言い換えると、波動発生器３により、環状弾性部材２の外周面を周方向の３箇所の部分で環状剛性部材１の内周面に接触させるようにしている。この場合、隣り合う接触部対応外周部４ａ，４ａの周方向中心線Ａ，Ａ間の周角は１２０°であり、その周方向中心線Ａ，Ａ間の周方向１／２の位置（線分Ｂ）は、周方向中心線Ａに対して６０°の周角をなす位置となる。その他の構成は先の実施形態の場合と同様である。
【符号の説明】
【００４４】
１…環状剛性部材
２…環状弾性部材
２ａ…接触部（円弧状部）
３…波動発生器
４…カム板
４ａ…接触部対応外周部
４ａａ…第１の円弧部
４ｂ…漸減径部
４ｂａ…第２の円弧部
４ｂｂ…第３の円弧部
５…転がり軸受
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形の内周面を有する環状剛性部材と、この環状剛性部材の内側に配置され、環状剛性部材の内周面に対して接触可能な外周面を有する環状弾性部材と、この環状弾性部材の内側に配置され、環状弾性部材を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材の外周面を周方向の複数箇所で前記環状剛性部材の内周面に接触させ、これらの接触部を周方向に移動させる波動発生器とを備えた摩擦伝動式波動変速機であって、
前記環状弾性部材の外周面の周方向の一部となる複数箇所が、前記環状剛性部材の内周面と略同一の半径の円弧状部であり、これら複数の円弧状部を、前記環状弾性部材が前記環状剛性部材に対して接する接触部としたことを特徴とする摩擦伝動式波動変速機。
【請求項２】
請求項１において、前記波動発生器は、前記環状剛性部材の軸心と同心のカム中心回りに回転するカム板と、このカム板の外周に配置され前記環状弾性部材の内周面と接触する転がり軸受とでなり、
前記カム板は、前記環状弾性部材の前記接触部とした前記各円弧状部と同じ周方向範囲にそれぞれ位置して複数の接触部対応外周部を有し、
隣り合う接触部対応外周部の周方向中心間におけるカム板外周形状が、前記周方向中心間の周方向１／２の位置と前記カム中心を結ぶ線分に対して線対称であり、
かつ前記周方向中心から前記周方向中心間の周方向１／２の位置の範囲のカム板外周形状は、前記接触部対応外周部となる周方向範囲が、前記カム板のカム中心からカム板外周までの距離である外径距離が最大かつ一定となる円弧部であり、この円弧部の端から前記周方向中心間の周方向１／２の位置までの周方向範囲が、前記カム板のカム中心からカム板外周までの外径距離が漸次小さくなる漸減径部であり、この漸減径部での外径距離が前記周方向中心間の周方向１／２の位置で最小となる摩擦伝動式波動変速機。
【請求項３】
請求項２において、前記周方向中心から前記周方向中心間の周方向１／２の位置までの範囲のカム板外周形状は、前記カム板のカム中心からカム板外周までの外径距離が最大かつ一定となる第１の円弧部と、前記漸減径部の一部であって前記第１の円弧部に繋がりこの第１の円弧部の半径ｒ１よりも小さい半径ｒ２となる第２の円弧部と、前記漸減径部の他の一部であって前記第２の円弧部に繋がり前記第１の円弧部の半径ｒ１よりも大きい半径ｒ３を持つ第３の円弧部とでなり、前記第１の円弧部と前記第２の円弧部の接続点、および前記第２の円弧部と前記第３の円弧部の接続点では、それぞれ共通の接線を有するものとした摩擦伝動式波動変速機。
【請求項４】
請求項３において、前記カム板は外周の２箇所に前記接触部対応外周部を有し、前記漸減径部における第２の円弧部の円弧範囲を、その円弧中心Ｏ２に対して３０°〜５５°の角度範囲とした摩擦伝動式波動変速機。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記環状弾性部材における、前記環状剛性部材の内周面と略同一の半径となる前記円弧状部の外径に対して、前記環状剛性部材の内周面の内径をわずかに小さくした摩擦伝動式波動変速機。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記波動発生器は、前記環状弾性部材を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材の外周面を周方向の３箇所の部分で前記環状剛性部材の内周面に接触させ、これらの接触部を周方向に移動させるものとした摩擦伝動式波動変速機。
【請求項１】
円形の内周面を有する環状剛性部材と、この環状剛性部材の内側に配置され、環状剛性部材の内周面に対して接触可能な外周面を有する環状弾性部材と、この環状弾性部材の内側に配置され、環状弾性部材を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材の外周面を周方向の複数箇所で前記環状剛性部材の内周面に接触させ、これらの接触部を周方向に移動させる波動発生器とを備えた摩擦伝動式波動変速機であって、
前記環状弾性部材の外周面の周方向の一部となる複数箇所が、前記環状剛性部材の内周面と略同一の半径の円弧状部であり、これら複数の円弧状部を、前記環状弾性部材が前記環状剛性部材に対して接する接触部としたことを特徴とする摩擦伝動式波動変速機。
【請求項２】
請求項１において、前記波動発生器は、前記環状剛性部材の軸心と同心のカム中心回りに回転するカム板と、このカム板の外周に配置され前記環状弾性部材の内周面と接触する転がり軸受とでなり、
前記カム板は、前記環状弾性部材の前記接触部とした前記各円弧状部と同じ周方向範囲にそれぞれ位置して複数の接触部対応外周部を有し、
隣り合う接触部対応外周部の周方向中心間におけるカム板外周形状が、前記周方向中心間の周方向１／２の位置と前記カム中心を結ぶ線分に対して線対称であり、
かつ前記周方向中心から前記周方向中心間の周方向１／２の位置の範囲のカム板外周形状は、前記接触部対応外周部となる周方向範囲が、前記カム板のカム中心からカム板外周までの距離である外径距離が最大かつ一定となる円弧部であり、この円弧部の端から前記周方向中心間の周方向１／２の位置までの周方向範囲が、前記カム板のカム中心からカム板外周までの外径距離が漸次小さくなる漸減径部であり、この漸減径部での外径距離が前記周方向中心間の周方向１／２の位置で最小となる摩擦伝動式波動変速機。
【請求項３】
請求項２において、前記周方向中心から前記周方向中心間の周方向１／２の位置までの範囲のカム板外周形状は、前記カム板のカム中心からカム板外周までの外径距離が最大かつ一定となる第１の円弧部と、前記漸減径部の一部であって前記第１の円弧部に繋がりこの第１の円弧部の半径ｒ１よりも小さい半径ｒ２となる第２の円弧部と、前記漸減径部の他の一部であって前記第２の円弧部に繋がり前記第１の円弧部の半径ｒ１よりも大きい半径ｒ３を持つ第３の円弧部とでなり、前記第１の円弧部と前記第２の円弧部の接続点、および前記第２の円弧部と前記第３の円弧部の接続点では、それぞれ共通の接線を有するものとした摩擦伝動式波動変速機。
【請求項４】
請求項３において、前記カム板は外周の２箇所に前記接触部対応外周部を有し、前記漸減径部における第２の円弧部の円弧範囲を、その円弧中心Ｏ２に対して３０°〜５５°の角度範囲とした摩擦伝動式波動変速機。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記環状弾性部材における、前記環状剛性部材の内周面と略同一の半径となる前記円弧状部の外径に対して、前記環状剛性部材の内周面の内径をわずかに小さくした摩擦伝動式波動変速機。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記波動発生器は、前記環状弾性部材を半径方向の外方に撓めて、環状弾性部材の外周面を周方向の３箇所の部分で前記環状剛性部材の内周面に接触させ、これらの接触部を周方向に移動させるものとした摩擦伝動式波動変速機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２５１６０３（Ｐ２０１２−２５１６０３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２４７６０（Ｐ２０１１−１２４７６０）
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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