特開 2023-105852 変速機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023105852

(43)【公開日】2023-08-01

(54)【発明の名称】変速機

(51)【国際特許分類】

   F16H 9/14 20060101AFI20230725BHJP

【ＦＩ】

F16H9/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022006839

(22)【出願日】2022-01-20

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 敏也

【テーマコード（参考）】

3J050

【Ｆターム（参考）】

3J050AA01

3J050AB07

3J050BA03

3J050BB05

3J050CC02

3J050CD03

3J050DA01

(57)【要約】

【課題】変速機側と被駆動側とで駆動源を共用すること。
【解決手段】変速機１は、回転可能に設けられた駆動軸３ｂと、駆動軸と平行に配置されて回転可能に設けられた駆動伝達軸４と、駆動軸に固定された固定プーリ５と、駆動伝達軸に設けられて軸方向で接近離隔移動が可能に設けられた１対の可動プーリ片６ａ，６ｂからなる可変プーリ６と、固定プーリおよび可変プーリに掛け回された環状ベルト７と、駆動軸を回転駆動する駆動部３と、駆動伝達軸の回転を許容または停止する制動部８と、制動部によって駆動伝達軸の回転が停止されている状態で、駆動軸の回転が環状ベルトを介して可変プーリに伝達された場合に各可動プーリ片を接近または離隔する一方、制動部によって駆動伝達軸の回転が許容されている状態で、駆動軸の回転を環状ベルトおよび可変プーリを介して駆動伝達軸に伝達する可変機構１１と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転可能に設けられた第一軸と、
前記第一軸と平行に配置されて回転可能に設けられた第二軸と、
前記第一軸に固定された固定プーリと、
前記第二軸に設けられて軸方向で接近離隔移動が可能に設けられた１対の可動プーリ片からなる可変プーリと、
前記固定プーリおよび前記可変プーリに掛け回された環状ベルトと、
前記第一軸を回転駆動する駆動部と、
前記第二軸の回転を許容または停止する制動部と、
前記制動部によって前記第二軸の回転が停止されている状態で、前記第一軸の回転が前記環状ベルトを介して前記可変プーリに伝達された場合に各前記可動プーリ片を接近または離隔する一方、前記制動部によって前記第二軸の回転が許容されている状態で、前記第一軸の回転を前記環状ベルトおよび前記可変プーリを介して前記第二軸に伝達する可変機構と、
を含む、変速機。

【請求項2】

前記可変機構は、前記第二軸に正ネジと逆ネジとが軸方向に並んで形成され、前記可変プーリの一方の可動プーリ片が前記正ネジに螺合し、他方の可動プーリ片が前記逆ネジに螺合してなる、請求項１に記載の変速機。

【請求項3】

前記正ネジおよび前記逆ネジが台形ネジで形成される、請求項２に記載の変速機。

【請求項4】

前記環状ベルトに張力を付与する支持機構をさらに含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の変速機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変速機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、車輪で走行する小型の車両にとって、段差や階段は大きな障害で比較的大きいパワー（トルク）を要するが、平地を走行する際は段差や階段ほどパワーを必要としない。そこで、階段や段差を踏破するための仕様で減速比を決定したとする。しかし、平地での走行速度と段差を踏破するためのパワーを満たす減速比は両立できないこともあり、車輪に変速機を組み込む必要性がある。

【0003】

従来の変速機として、例えば、特許文献１，２には、固定側と移動側とで対をなす可変プーリを有し、固定側に対して移動側をネジ軸の軸方向に移動させることで、可変プーリに巻き付けられる環状ベルトの巻き径を変える変速機が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平３－２６５７４７号公報

【特許文献2】特開２００７－２６３２６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１，２に示される変速機は、環状ベルトの反力によって可変プーリの移動側が押されて固定側から離れるようにネジ軸に回転力が生じる。このため、ネジ軸を回転させる駆動モータに掛かる負荷を低減するように、移動側によるネジ軸への作用を抑えるセルフロック機構が採用される。

【0006】

この特許文献１，２に示される変速機では、可変プーリは、固定側がネジ軸と同軸上に配置された別の軸に固定され、移動側がネジ軸を介して軸方向に移動可能に設けられる。この可変プーリは、さらに他の軸に固定された固定プーリと環状ベルトを介して連結され、移動側の移動によって、固定プーリから環状ベルトを介して被駆動側に伝達されるトルクを変化させる。

【0007】

しかし、特許文献１，２に示される変速機は、ネジ軸を回転させて可変プーリを移動させるための駆動モータと、環状ベルトを介してトルクを被駆動側に伝達するための駆動源と、がそれぞれ必要である。このため、特許文献１，２に示される変速機では、変速機側と被駆動側とを合わせた装置全体の大型化が懸念される。

【0008】

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、変速機側と被駆動側とで駆動源を共用することのできる変速機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するため、本開示の一態様の変速機は、回転可能に設けられた第一軸と、前記第一軸と平行に配置されて回転可能に設けられた第二軸と、前記第一軸に固定された固定プーリと、前記第二軸に設けられて軸方向で接近離隔移動が可能に設けられた１対の可動プーリ片からなる可変プーリと、前記固定プーリおよび前記可変プーリに掛け回された環状ベルトと、前記第一軸を回転駆動する駆動部と、前記第二軸の回転を許容または停止する制動部と、前記制動部によって前記第二軸の回転が停止されている状態で、前記第一軸の回転が前記環状ベルトを介して前記可変プーリに伝達された場合に各前記可動プーリ片を接近または離隔する一方、前記制動部によって前記第二軸の回転が許容されている状態で、前記第一軸の回転を前記環状ベルトおよび前記可変プーリを介して前記第二軸に伝達する可変機構と、を含む。

【0010】

上記変速機の望ましい態様として、前記可変機構は、前記第二軸に正ネジと逆ネジとが軸方向に並んで形成され、前記可変プーリの一方の可動プーリ片が前記正ネジに螺合し、他方の可動プーリ片が前記逆ネジに螺合してなる。

【0011】

上記変速機の望ましい態様として、前記正ネジおよび前記逆ネジが台形ネジで形成される。

【0012】

上記変速機の望ましい態様として、前記環状ベルトに張力を付与する支持機構をさらに含む。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、変速機側と被駆動側とで駆動源を共用できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、変速機の構成例を表す斜視図である。

【図2】図２は、変速機の構成例を表す断面図である。

【図3】図３は、変速機における被駆動軸を表す斜視図である。

【図4】図４は、変速機の動作を表す斜視図である。

【図5】図５は、変速機の動作を表す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、発明を実施するための形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の形態により本発明が限定されるものではない。また、下記形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

【0016】

実施形態の変速機は、被駆動側に伝達するトルクを変化させるもので、例えば、無人搬送車もしくは無人搬送ロボットなどのＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle）や、宅配ロボットや、搬送用カートや、車のような機器に適用される。

【0017】

図１、図２、図４および図５に示すように、変速機１は、基部２と、駆動部３と、駆動伝達軸４と、固定プーリ５と、可変プーリ６と、環状ベルト７と、制動部８と、支持機構９と、を含む。

【0018】

基部２は、機器側に固定される。基部２は、実施形態では、上下方向（図１、図２、図４および図５の矢印Ａ方向）に延びる長円形の板状に形成される。

【0019】

駆動部３は、変速機１および機器の駆動源となるもので、例えば、モータによって構成される。モータからなる駆動部３は、駆動本体３ａと、駆動本体３ａから延びる駆動軸３ｂとを有する。駆動軸３ｂは、第一軸ともいう。この駆動部３は、基部２に取り付けられる。即ち、駆動軸３ｂは、基部２に対して回転可能に設けられる。基部２に取り付けられた駆動部３は、駆動軸３ｂが基部２を貫通して基部２の板面から突出するように設けられる。なお、第一軸である駆動軸３ｂは、モータからなる駆動部３の一部として設けられず、基部２に対して回転可能に設けられて駆動部３によって回転駆動される構成であってもよい。

【0020】

駆動伝達軸４は、第二軸ともいい、駆動部３の駆動軸３ｂと平行に配置され、基部２に対して軸受１０を介して回転可能に設けられる。駆動伝達軸４は、その回転が伝達される被駆動部１２が取り付けられる。被駆動部１２は、例えば、車輪や、歯車などがある。

【0021】

固定プーリ５は、第一軸である駆動軸３ｂに固定される。固定プーリ５は、駆動軸３ｂと同心の円形状に形成される。従って、固定プーリ５は、駆動部３で駆動される駆動軸３ｂの回転に伴って回転する。固定プーリ５は、周方向に連続するＶ字形状の溝５ａを有する。

【0022】

可変プーリ６は、駆動伝達軸４に設けられる。可変プーリ６は、駆動伝達軸４と同心の円形状に形成される。可変プーリ６は、１対の可動プーリ片６ａ，６ｂによって構成される。各可動プーリ片６ａ，６ｂは、駆動伝達軸４が延在する軸方向で対向して設けられ、対向する相互によってＶ字形状の溝６ｃを形成する。

【0023】

可変プーリ６の各可動プーリ片６ａ，６ｂは、駆動伝達軸４の軸方向で相互に接近離隔移動が可能に設けられる。具体的に、駆動伝達軸４は、図３に示すように、正ネジ４ａと逆ネジ４ｂとが軸方向に並んで形成される。正ネジ４ａおよび逆ネジ４ｂは、断面が台形状の台形ネジとして形成される。各可動プーリ片６ａ，６ｂは、図２および図５に示すように、一方の可動プーリ片６ａに雌ネジ６ａａが形成されて正ネジ４ａに螺合し、他方の可動プーリ片６ｂに雌ネジ６ｂａが形成されて逆ネジ４ｂに螺合して設けられる。従って、可変プーリ６は、駆動伝達軸４と各可動プーリ片６ａ，６ｂとが相対的に回転し、当該回転方向が正逆異なることで、図１および図２、または図４および図５に示すように、各可動プーリ片６ａ，６ｂが接近移動または離隔移動する。これにより、可変プーリ６は、Ｖ字形状の溝６ｃが軸方向で近づいて狭まる、または軸方向で遠ざかって広がる。なお、また、正ネジ４ａおよび逆ネジ４ｂの相反する軸方向の端部にフランジ状のストッパ４ｃが形成されており、各可動プーリ片６ａ，６ｂは、最も離隔した状態でそれぞれストッパ４ｃに当接してネジからの脱落を防止される。また、正ネジ４ａおよび逆ネジ４ｂの境目に軸方向に若干の隙間４ｄが形成されており、各可動プーリ片６ａ，６ｂは、互いに接近した状態でいずれかが軸方向に偏った場合でも隙間４ｄによって他側のネジに干渉することが防止される。この隙間４ｄに代えて正ネジ４ａおよび逆ネジ４ｂの境目にストッパ４ｃと同様のフランジ状のストッパを設けて他側のネジに干渉することを防止してもよい。

【0024】

環状ベルト７は、無端状（リング状）に形成され、固定プーリ５および可変プーリ６に掛け回される。環状ベルト７は、図２および図５に示すように、断面が略二等辺三角形状に形成され、固定プーリ５および可変プーリ６におけるＶ字形状の溝５ａ，６ｃに嵌る。環状ベルト７は、可変プーリ６の各可動プーリ片６ａ，６ｂが接近移動または離隔移動した場合、断面略二等辺三角形状の二等辺の各傾斜面が、Ｖ字形状の溝６ｃの両斜面に当接して可変プーリ６の溝６ｃに嵌る。従って、環状ベルト７は、固定プーリ５が駆動軸３ｂの回転に伴って回転することで可変プーリ６に回転を伝達する。

【0025】

制動部８は、第二軸である駆動伝達軸４の回転を許容または停止する。制動部８は、いわゆるブレーキ装置であり、図では簡略化しているが、例えば、油圧や空気圧で作動するディスクブレーキや、磁力によって作動する電磁ブレーキがある。

【0026】

支持機構９は、固定プーリ５を支持する。支持機構９は、実施形態では固定プーリ５を伴って駆動部３を支持する。支持機構９は、固定部９ａと、スライド支持部９ｂと、スライダ９ｃと、移動部材９ｄと、付勢部材９ｅと、を含む。固定部９ａは、駆動軸３ｂが突出する基部２の板面に固定される。固定部９ａは、上下方向で対向して配置される。スライド支持部９ｂは、上下方向に延びる棒状部材であり、対向する固定部９ａに上下端が固定される。スライダ９ｃは、スライド支持部９ｂに取り付けられ、スライド支持部９ｂの延びる方向に沿って上下移動が可能に設けられる。これら、固定部９ａ、スライド支持部９ｂ、およびスライダ９ｃは、駆動軸３ｂを間において左右方向（矢印Ａ方向に直交する方向）にそれぞれ設けられる。移動部材９ｄは、各スライダ９ｃが固定される。移動部材９ｄは、固定部９ａが設けられた基部２の反対側の板面に沿う板状に形成され、駆動軸３ｂ（実施形態では駆動部３の駆動本体３ａ）が取り付けられる。即ち、支持機構９は、駆動軸３ｂ（駆動部３）を伴う移動部材９ｄが、各スライダ９ｃを介してスライド支持部９ｂに沿って上下方向に移動可能に設けられる。付勢部材９ｅは、スライド支持部９ｂに巻き付けられた圧縮コイルバネとして構成され、スライダ９ｃを上方に付勢する。この構成により、支持機構９は、駆動軸３ｂに固定された固定プーリ５を常に上方に付勢して支持し、環状ベルト７に張力を付与する。なお、上記支持機構９を構成するにあたり、基部２は、駆動軸３ｂを貫通させつつ駆動軸３ｂの移動を許容する孔部２ａと、スライダ９ｃを貫通させつつスライダ９ｃの移動を許容する孔部２ｂと、移動部材９ｄの移動を案内する凹部２ｃと、が形成される。なお、実施形態の支持機構９は、駆動軸３ｂに固定された固定プーリ５を常に上方に付勢するため、駆動軸３ｂを有する駆動部３の駆動本体３ａを上下に移動可能に支持しているがこの限りではない。例えば、支持機構９によって常に上方に付勢される駆動軸３ｂが上下方向に移動しても、回転が伝達できるように駆動部３が構成されていればよい。

【0027】

上述した変速機１において、制動部８によって第二軸である駆動伝達軸４の回転が停止された状態にある場合を説明する。この場合、変速機１は、駆動部３によって第一軸である駆動軸３ｂが回転され、固定プーリ５から環状ベルト７を介して可変プーリ６に回転が伝達される。すると、変速機１は、駆動伝達軸４が停止されているため可変プーリ６のみが回転するため、駆動伝達軸４の正ネジ４ａに螺合する一方の可動プーリ片６ａと、逆ネジ４ｂに螺合する他方の可動プーリ片６ｂとが、駆動部３による可変プーリ６の回転方向に応じて接近または離隔する。これにより、変速機１は、可変プーリ６に対する環状ベルト７の巻き径が変化することとなる。具体的に、変速機１は、図２に示すように、各可動プーリ片６ａ，６ｂが接近した場合、環状ベルト７の断面略二等辺三角形状の二等辺の各傾斜面が各可動プーリ片６ａ，６ｂのＶ字形状の溝６ｃの両斜面によって径方向外側に押し出されて可変プーリ６の半径方向外側で環状ベルト７が掛け回されることとなり、比較的大きな巻き径Ｒａになる。また、変速機１は、図５に示すように、各可動プーリ片６ａ，６ｂが離隔した場合、環状ベルト７の断面略二等辺三角形状の二等辺の各傾斜面が各可動プーリ片６ａ，６ｂのＶ字形状の溝６ｃの両斜面に案内されつつ張力によって径方向内側に縮径して可変プーリ６の半径方向内側で環状ベルト７が掛け回されることとなり、比較的小さな巻き径Ｒｂになる。

【0028】

一方、上述した変速機１において、制動部８によって第二軸である駆動伝達軸４の回転が許容された状態にある場合を説明する。この場合、変速機１は、駆動部３によって第一軸である駆動軸３ｂが回転され、固定プーリ５から環状ベルト７を介して可変プーリ６に回転が伝達される。すると、変速機１は、駆動伝達軸４が回転を許容されているため、可変プーリ６の回転が駆動伝達軸４に伝達される。このとき、可変プーリ６は、一方の可動プーリ片６ａと正ネジ４ａとの螺合、および他方の可動プーリ片６ｂと逆ネジ４ｂとの螺合の摩擦力によってセルフロック状態となり各可動プーリ片６ａ，６ｂの接近や離隔の動作が生じることを阻止される。このセルフロックは、正ネジ４ａおよび逆ネジ４ｂを台形ネジとして構成することで、摩擦力を増大させてより顕著に得ることができる。このように、変速機１は、セルフロックによって、上述したように変化した可変プーリ６への環状ベルト７の巻き径のままで駆動伝達軸４に可変プーリ６の回転が伝達される。具体的に、変速機１は、図２に示すように、環状ベルト７が比較的大きな巻き径Ｒａの場合、駆動伝達軸４に比較的回転数が少なくトルクの大きい回転が伝達される。一方、変速機１は、図５に示すように、環状ベルト７が比較的小さな巻き径Ｒｂの場合、駆動伝達軸４に比較的回転数が多くトルクの小さい回転が伝達される。また、変速機１は、環状ベルト７の巻き径を図２と図５の間の任意の大きさとして上記の間の任意の回転数およびトルクの回転を駆動伝達軸４に伝達することができる。

【0029】

上述した変速機１は、一方の可動プーリ片６ａと正ネジ４ａとの螺合、および他方の可動プーリ片６ｂと逆ネジ４ｂとの螺合によって可変機構１１が構成される。可変機構１１は、上述したように、制動部８によって駆動伝達軸４の回転が停止されている状態で、駆動軸３ｂの回転が環状ベルト７を介して可変プーリ６に伝達された場合に各可動プーリ片６ａ、６ｂを接近または離隔する一方、制動部８によって駆動伝達軸４の回転が許容されている状態で、駆動軸３ｂの回転を環状ベルト７および可変プーリ６を介して駆動伝達軸４に伝達する。ここで、被駆動部１２側に外力などによって生じた負荷が駆動伝達軸４に作用する場合があり、この負荷よりも上記のセルフロックを生じさせる螺合の摩擦力が大きくなるように台形ネジを採用することで、駆動伝達軸４の回転を止めることなく被駆動部１２側に回転を伝達させることができる。

【0030】

また、上述した変速機１は、図５に示すように、環状ベルト７が比較的小さい巻き径Ｒｂに近づくにつれ、固定プーリ５および可変プーリ６へ掛け回される環状ベルト７の張力に緩みが生じる可能性がある。これに対し、実施形態の変速機１は、支持機構９によって駆動軸３ｂに固定された固定プーリ５を常に上方に付勢して支持し、環状ベルト７に張力を付与することから、環状ベルト７が緩む事態を防ぎ、駆動伝達軸４への回転の伝達を確実に行うことができる。

【0031】

なお、実施形態の変速機１では、図２および図５に示すように、駆動伝達軸４の回転が伝達される被駆動部１２が接続された手前側であって、実施形態では駆動伝達軸４における制動部８と被駆動部１２との間に、動力を伝達または遮断するクラッチ１３を設けることが好ましい。クラッチ１３を含むことで変速機１は、クラッチ１３で被駆動部１２への動力を遮断しているときに、制動部８によって駆動伝達軸４の回転を停止させれば、被駆動部１２の動作を止めることなく、可変プーリ６を変化させることができる。

【0032】

このように、実施形態の変速機１は、回転可能に設けられた駆動軸（第一軸）３ｂと、駆動軸３ｂと平行に配置されて回転可能に設けられた駆動伝達軸（第二軸）４と、駆動軸３ｂに固定された固定プーリ５と、駆動伝達軸４に設けられて軸方向で接近離隔移動が可能に設けられた１対の可動プーリ片６ａ，６ｂからなる可変プーリ６と、固定プーリ５および可変プーリ６に掛け回された環状ベルト７と、駆動軸３ｂを回転駆動する駆動部３と、駆動伝達軸４の回転を許容または停止する制動部８と、制動部８によって駆動伝達軸４の回転が停止されている状態で、駆動軸３ｂの回転が環状ベルト７を介して可変プーリ６に伝達された場合に各可動プーリ片６ａ、６ｂを接近または離隔する一方、制動部８によって駆動伝達軸４の回転が許容されている状態で、駆動軸３ｂの回転を環状ベルト７および可変プーリ６を介して駆動伝達軸４に伝達する可変機構１１と、を含む。

【0033】

従って、実施形態の変速機１によれば、変速機１側における変速の駆動源を駆動部３とし、駆動伝達軸４の回転が伝達される被駆動側である被駆動部１２の駆動源を駆動部３とすることができ、変速機１側と被駆動部１２側とで駆動源を共用することができる。この結果、実施形態の変速機１によれば、変速機１側と被駆動部１２側とを合わせた装置全体の小型化を図れる。

【0034】

また、実施形態の変速機１では、可変機構１１は、駆動伝達軸４に正ネジ４ａと逆ネジ４ｂとが軸方向に並んで形成され、可変プーリ６の一方の可動プーリ片６ａが正ネジ４ａに螺合し、他方の可動プーリ片６ｂが逆ネジ４ｂに螺合してなる。従って、実施形態の変速機１は、上述した可変プーリ６の変化を適宜実施できる。

【0035】

また、実施形態の変速機１では、正ネジ４ａおよび逆ネジ４ｂが台形ネジで形成される。従って、実施形態の変速機１は、台形ネジの適用によって、制動部８によって駆動伝達軸４の回転が許容され駆動伝達軸４が回転する場合に、摩擦力によるセルフロックによって各可動プーリ片６ａ、６ｂの接近離隔移動を抑止しつつ、駆動伝達軸４に回転を確実に伝達できる。

【0036】

また、実施形態の変速機１では、環状ベルト７に張力を付与する支持機構９をさらに含む。従って、実施形態の変速機１は、可変プーリ６の変化に伴って環状ベルト７が緩む事態を防ぎ、駆動伝達軸４への回転の伝達を確実に行うことができる。

【符号の説明】

【0037】

１ 変速機
３ 駆動部
３ｂ 駆動軸（第一軸）
４ 駆動伝達軸（第二軸）
４ａ 正ネジ
４ｂ 逆ネジ
５ 固定プーリ
６ 可変プーリ
６ａ，６ｂ 可動プーリ片
７ 環状ベルト
８ 制動部
１１ 可変機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】