JP6360806B2 - 摩擦式無段変速機 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、摩擦式無段変速機として、直交する二本の軸線のうちの一方の軸線上に、その軸方向に移動可能に支持された一対の大径摩擦円盤と、他方の軸線上に少なくとも一方がその軸方向に移動可能に支持され、一対の大径摩擦円盤に挟圧される一対の小径摩擦円盤と、可動な小径摩擦円盤を軸方向に移動させる移動機構とを備え、一方の大径摩擦円盤と可動な小径摩擦円盤とのそれぞれに回転動力が伝達される動力伝達軸が結合されたものが提案されている。
このような摩擦式無段変速機が、例えば特許文献1に示されている。
このように、摩擦式無段変速機は、レシカバを確保するにはサイズの大型化を招いてしまうおそれがあり、逆に、サイズの大型化を抑えるとレシカバの確保が困難となるおそれがある。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的として位置づけることができる。
(4)前記第1回転軸及び前記第2回転軸は、互いに平行に配置されて対をなすように備えられ、前記第1ローラ及び前記第2ローラは、前記第1円盤と前記第2円盤との間に設けられ、互いに平行な前記第1回転軸及び前記第2回転軸にそれぞれ支持された前記第1ローラ及び前記第2ローラを何れも回転可能に支持するとともに前記主軸線に沿う方向の力を伝達可能に連結するハウジング部材を備えていることが好ましい。
(6)前記第1円盤と前記第2円盤とを近づける方向の推力を発生させるトルクカムを有することが好ましい。
(8)前記第2円盤を前記トルクカムによる推力に対抗可能であって相対回転可能に支持するケーシングを備えたことが好ましい。
(10)前記第2駆動連結機構は、前記主軸線と同軸に配設されるとともに前記第1円盤の回転中心部に連結される第3回転軸に固設される第3傘歯車と、前記第2回転軸と、前記第2回転軸と同軸に固定されるとともに前記第3傘歯車と噛合しつつ前記主軸線を基準として前記第2ローラよりも内周側に配置される第4傘歯車と、を有することが好ましい。
このため、本発明の摩擦式無段変速機にかかる第1動力伝達軸の回転速度と第2動力伝達軸の回転速度との比、即ち、摩擦式無段変速機による変速比は、第1変速比と第2変速比とを乗算したものに対応する。
このように、本発明の摩擦式無段変速機では、各円盤を拡径することなく、変速比を累乗的に変更することができるため、サイズの大型化を抑えつつレシカバを確保することができる。
本発明にかかる摩擦式無段変速機は、摩擦接触により動力伝達するとともに連続的(無段階)に変速比を変更する変速機である。なお、摩擦式無段変速機は、自動車や自動二輪車といった種々の車両に搭載されうる。
この摩擦式無段変速機は、複数の段階で変速比を連続的かつ可変に変更する。以下の説明では、二つの段階で変速比を連続的かつ可変に変更する摩擦式無段変速機を例示して説明する。
[1.構成]
はじめに、図1を参照して、本実施形態にかかる摩擦式無段変速機を説明する。
摩擦式無段変速機は、入力軸(第1動力伝達軸)1に入力された回転動力を変速して出力軸(第2動力伝達軸)2に出力するものである。これらの入力軸1及び出力軸2は、主軸線C1上に同軸に配設されている。
この摩擦式無段変速機は、入力軸1と出力軸2との間に介装されている。
第1円盤40は、図2に示すように、第1ローラ30の外周30aに摩擦接触する第1盤面40aを有している。第1円盤40の第1盤面40aと第1ローラ30の外周とが摩擦接触することにより互いに回転動力を伝達することができる。
第2円盤60は、第2ローラ50の外周に摩擦接触する第2盤面60aを有している。第2円盤60の第2盤面60aと第2ローラ50の外周50aとが摩擦接触することにより互いの回転動力を伝達することができる。
以下、摩擦式無段変速機について、回転動力の伝達方向順に各構成を説明し、その後、ハウジング部材70,アクチュエータ機構80について説明する。
図1に示すように、入力軸1は、エンジンや電動モータ(単に「モータ」ともいう)といった駆動源からの回転動力が入力される動力伝達軸である。この入力軸1には、主軸線C1まわりの回転が入力される。図1には、図示省略するステータに対して回転するロータ99が入力軸1に固定されたものを例示している。
入力軸1の動力伝達方向下流側には、次に説明する第1連結駆動機構10が連結されている。
第1連結駆動機構10は、入力軸1と第1ローラ30との間で動力伝達を担う機構である。この第1連結駆動機構10は、回転動力の伝達方向順に、入力部12,トルクカム11,出力部14,第1傘歯車15,第2傘歯車16,第1回転軸17を有する。
動力伝達方向において上流側の入力部12,出力部14及び第1傘歯車15は、それぞれ主軸線C1と同軸に配設されている。
なお、図4には、3個の第2傘歯車16に対応して、3個の第1回転軸17が設けられるものを例示している。ただし、第2傘歯車16及び第1回転軸17の各個数は、2個であっても4個以上であってもよく、伝達トルクの大きさや上記のトルクカム11による推力の大きさによって設定されるのが好ましい。
図1に示すように、入力部12は、入力軸1からトルクカム11へ回転動力を伝達して入力する部分である。この入力部12は、入力軸1の動力伝達方向下流側に固設されている。ここでは、同軸の支持部材8が軸受けを介して挿通された入力部12が中空のフランジ状に形成されている。
図2に示すように、入力部12は、動力伝達方向下流側に主軸線C1に直交する平面に沿って延在する入力面12aを有する。
ここでは、出力部14に、同軸の支持部材8が軸受けを介して挿通されている。この出力部14は、円盤状に形成されている。なお、出力部14の動力伝達方向下流側には、詳細を後述する第1傘歯車15が固設されている。
トルクカム11は、入力軸1の回転動力により推力を発生させる機構である。ここでいう推力は、第1円盤40と第2円盤60とを近づける方向の力である。ここでは、第1円盤40を主軸線C1に沿う方向であって入力軸1から出力軸2に向かう方向(第1円盤40を第2円盤60に近づける方向)に押圧する推力を発生させるトルクカム11を例に挙げて説明する。
図3(a)に示すように、入力面12aには、周方向に沿って複数の入力カム溝12b(一箇所のみに符号を付す)が等間隔に形成されている。
なお、図3(a)には、入力部12に4箇所の入力カム溝12bが配設されたものを例示するが、入力カム溝12bの形成個数は、3箇所以下であってもよいし5箇所以上であってもよく、伝達トルクの大きさによって設定されるのが好ましい。
転動体13は、動力伝達方向上流側の部分(符号「13a」を付す)を入力カム溝12bに収容されるとともに、動力伝達方向下流側の部分(符号「13b」を付す)を出力カム溝14bに収容されている。なお、転動体13は、球状に形成されている。
次に、図2及び図4を参照して、第1傘歯車15及び第2傘歯車16を説明する。
第1傘歯車15及び第2傘歯車16(一箇所のみに符号を付す)は、主軸線C1まわりの回転を入力側軸線C11まわりの回転に変換するものである。主軸線C1まわりの回転はトルクカム11の出力部14から第1傘歯車15に伝達され、入力側軸線C11まわりの回転は第2傘歯車16から第1回転軸17(一箇所のみに符号を付す)に出力される。
第1傘歯車15の歯15aは、出力部14の外周から主軸線C1に沿う方向であって入力軸1から出力軸2(何れも図1参照)に向かう方向に突出して設けられている。
なお、本実施形態では、第1連結駆動機構10として傘歯車を用いた例を示すが、この傘歯車に代えて平歯車等の他の形式の歯車を適用可能なことは言うまでもない。
各第2傘歯車16は、次に説明する第1回転軸17に固設されている。
第1回転軸17は、入力側軸線C11を中心に回転するものである。この第1回転軸17は、図2及び図4に示すように、主軸線C1に近い側の端部(以下、「内周側端部」という)17aがハウジング9(図2参照)に固設された第1中心部構造体7aに軸受けを介して支持されている。一方、第1回転軸17の内周側端部17aとは反対側の端部(以下、「外周側端部」という)17bは、図2に示すように、ハウジング9の側壁部9bに軸受けを介して支持されている。
図4に示すように、第1ローラ30(一箇所のみに符号を付す)は、第1回転軸17のそれぞれに対応して複数設けられている。これらの第1ローラ30は、配設箇所を除いてそれぞれ同様に構成されている。ここでは、入力側軸線C11と同軸に設けられたものに着目して説明する。
図2に示すように、第1ローラ30の外周30aは、次に説明する第1円盤40の第1盤面40aと摩擦接触している。
第1円盤40は、主軸線C1を中心に回転するものである。この第1円盤40は、出力軸2側の第1盤面40aと入力軸1側の第1背面40bとを有する。これらの第1盤面40a及び第1背面40bは、それぞれ主軸線C1に直交する平面に沿って延在している。
この第1円盤40の回転中心部40cには、次に説明する第2駆動連結機構20が連結されている。
第2連結駆動機構20は、第1円盤40と第2ローラ50との間で動力伝達を担う機構である。
図1に示すように、第2連結駆動機構20は、回転動力の伝達方向順に、第3回転軸21,第3傘歯車22,第4傘歯車23,第2回転軸24を有する。
動力伝達方向において上流側の第3回転軸21及び第3傘歯車22は、それぞれ主軸線C1と同軸に配設されている。
なお、第4傘歯車23及び第2回転軸24は、配設箇所(各出力側軸線C21〜C23の位置)を除いてそれぞれ同様に構成されている。ここでは、出力側軸線C21と同軸に設けられたものに着目して説明する。
第3回転軸21は、主軸線C1を中心に回転するものである。この第3回転軸21は、図2に示すように、入力軸1(図1参照)側の端部(以下、「入力側端部」という)21aが支持部材8に軸受けを介して回転可能に支持され、出力軸2(図1参照)側の端部(以下、「出力側端部」という)21bがハウジング9に固設された第2中心部構造体7bに軸受けを介して支持されている。
第3傘歯車22及び第4傘歯車23は、主軸線C1まわりの回転を出力側軸線C21まわりの回転に変換するものである。主軸線C1まわりの回転は第3回転軸21から第3傘歯車22に伝達され、出力側軸線C21まわりの回転は第4傘歯車23から第2回転軸24に出力される。
第3傘歯車22の歯22aと第4傘歯車23の歯23aとは噛合している。この第4傘歯車23は、次に説明する第2回転軸24に固設されている。
第2回転軸24は、出力側軸線C21を中心に回転するものである。この第2回転軸24は、主軸線C1に近い側の端部(以下、「内周側端部」という)24aが第2中心部構造体7bに軸受けを介して支持され、内周側端部24aと反対側の端部(以下、「外周側端部」という)24bがハウジング9の側壁部9bに軸受けを介して支持されている。
図示省略するが、第2ローラ50は、第2回転軸24のそれぞれに対応して設けられている。これらの第2ローラ50は、配設箇所を除いてそれぞれ同様に構成されている。ここでは、出力側軸線C21と同軸に設けられたものに着目して説明する。
第2ローラ50は、出力側軸線C21を中心に回転するものである。この第2ローラ50は、図2及び図5に示すように、第2回転軸24のスプライン溝24cと嵌合されて一体に回転するとともに出力側軸線C21に沿って移動可能に設けられている。
第2ローラ50の外周50aは、次に説明する第2円盤60の第2盤面60aと摩擦接触している。
第2円盤60は、主軸線C1を中心に回転するものである。この第2円盤60は、入力軸1(図1参照)側の第1盤面60aと出力軸2(図1参照)側の第2背面60bとを有する。これらの第2盤面60a及び第2背面60bは、それぞれ主軸線C1に直交する平面に沿って延在している。
出力軸2は、第2円盤60の回転動力を出力する動力伝達軸である。この出力軸2には、主軸線C1まわりの回転が出力される。
ここでは、出力軸2が軸受けを介してケーシング9に支持されている。
次に、図2及び図5を参照して、ハウジング部材70を説明する。
ハウジング部材70は、互いに平行な第1回転軸17及び第2回転軸24にそれぞれ支持された第1ローラ30及び第2ローラ50をそれぞれ回転可能に支持するとともに、主軸線C1に沿う方向の力を伝達可能に連結するものである。また、ハウジング部材70は、第1回転軸17及び第2回転軸24に沿って移動可能に設けられている。なお、1個の第1ローラ30とこれに対応する1個の第2ローラ50とに対して1個のハウジング部材70が設けられている。例えば、入力側軸線C11(C12,C13)に沿って移動可能な第1ローラ30と出力側軸線C21(C22,C23)に沿って移動可能な第2ローラ50とに対して1個のハウジング部材70が設けられている。
ハウジング部材70において、第1ローラ30と第2ローラ50との間(中央)には、雌ネジ穴70aが設けられている。この雌ネジ穴70aには、図1に示すように、アクチュエータ機構80が連結されている。
最後に、図1及び図2を参照してアクチュエータ機構80を説明する。
アクチュエータ機構80は、ハウジング部材70を第1回転軸17及び第2回転軸24に沿う方向に移動させるものである。
図1に示すように、アクチュエータ機構80はモータ81を有しており、このモータ81は、ケーシング9の側壁部9b(図2参照)に固設されている。
出力軸82は、その雄ネジ82aをハウジング部材70の雌ネジ穴70aに螺合するとともに貫通して設けられている。
また、第2円盤60を除いて、第1円盤40、第1及び第2回転軸17,24並びに第1及び第2ローラ30,50等の動力伝達に寄与する部材は、トルクカム11の推力を前記第2円盤60に伝達するために、例えば軸受けの隙間(所謂ガタやあそび)を調節することで、主軸線C1方向に沿ってごく僅かだけ可動に構成されていることが好ましい。
本発明の一実施形態にかかる摩擦式無段変速機は、上述のように構成されるため、以下のような作用及び効果を得ることができる。
はじめに、本実施形態にかかる摩擦式無段変速機の作用を説明する。
まず、回転動力の伝達に着目して作用を説明する。
回転動力が入力されて入力軸1が回転すると、同一回転速度でトルクカム11が回転する。トルクカム11では、入力軸1に固設された入力部12の回転が転動体13を介して出力部14を回転させる。このようにして入力部12と出力部14とが同一回転速度で回転する。
そして、第2傘歯車16と第1回転軸17及び第1ローラ30とは同一回転速度で回転する。
第1変速比で変速された回転速度で回転する第1円盤40は、第3回転軸21及び第3傘歯車22と一体に回転する。
第4傘歯車23と第3回転軸24及び第2ローラとは同一回転速度で回転する。
このように変速された回転速度で回転する第2円盤60は、回転動力を同一回転速度で出力軸2に伝達する。
トルクカム11では、入力部12と出力部14との間で主軸線C1を中心としたときの周方向に捩れる力が作用する。具体的には、入力カム溝12bを介して転動体13が主軸線C1に沿う方向に押圧され、出力カム溝14bを介して出力部14が主軸線C1に沿う方向に押圧される。このようにして発生した推力は、出力部14から第1円盤40,第1ローラ30,ハウジング部材70,第2ローラ50,第2円盤60の順に、主軸線C1に沿って伝達される。
以下、本実施形態にかかる摩擦式無段変速機の効果を説明する。
本実施形態の摩擦式無段変速機によれば、第1ローラ30の入力側軸線C11上における位置(主軸線C1との距離)に応じて、第1ローラ30の回転速度と第1円盤40の回転速度との比である第1変速比が可変に設定され、また、第2ローラ50の出力側軸線C21上における位置(主軸線C1との距離)に応じて、第2ローラ50の回転速度と第2円盤60の回転速度との比である第2変速比が可変に設定されるため、摩擦式無段変速機の変速比は、第1変速比と第2変速比とを乗算したものに対応する。このように、二段階の可変変速機構を有するため、変速比を累乗的に変更することができ、サイズの大型化を抑えつつレシカバを確保することができる。
一段階のみの可変変速機構を備えた摩擦式無段変速機では、レシカバを確保するために、円盤に摩擦接触するローラの可動範囲を拡大することが必要となる。このためには、円盤の拡径化を要し、摩擦式無段変速機のサイズの大型化を招いてしまうおそれがある。サイズの大型化を抑えれば、ローラの可動範囲を拡大することができず、レシカバを確保することができないおそれがある。これに対して、本実施形態の摩擦式無段変速機は、二段階の可変変速機構を有するため、サイズの大型化を抑えつつレシカバを確保することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。上述した一実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、適宜組み合わせてもよい。
2 出力軸(第2動力伝達軸)
9 ケーシング
10 第1駆動連結機構
11 トルクカム
12 入力部
13 転動体
14 出力部
15 第1傘歯車
16 第2傘歯車
17 第1回転軸
17c スプライン溝
20 第2駆動連結機構
21 第3回転軸
22 第3傘歯車
23 第4傘歯車
24 第2回転軸
24c スプライン軸
30 第1ローラ
30a 外周
40 第1円盤
40a 第1盤面
40b 第1背面
40c 回転中心部
50 第2ローラ
50a 外周
60 第2円盤
60a 第2盤面
60b 第2背面
60c 回転中心部
70 ハウジング部材
70a 雌ネジ穴
80 アクチュエータ機構
81 モータ
82 出力軸
C1 主軸線
C11,C12,C13 入力側軸線(第1の直交軸線)
C21,C22,C23 出力側軸線(第2の直交軸線)
Claims (10)
- 主軸線上に同軸に配置された第1動力伝達軸と第2動力伝達軸との間に介装される摩擦式無段変速機であって、
前記第1動力伝達軸に駆動連結され、第1回転軸に相対回転不能かつ軸方向移動可能に支持された第1ローラと、
前記主軸線と同軸に配設され、前記第1ローラの外周に摩擦接触する第1盤面を有して前記第1ローラと回転動力を伝達する第1円盤と、
前記第1円盤に駆動連結され、第2回転軸に相対回転不能かつ軸方向移動可能に支持された第2ローラと、
前記主軸線と同軸に配設され、前記第2動力伝達軸に駆動連結され、前記第2ローラの外周に摩擦接触する第2盤面を有して前記第2ローラと回転動力を伝達する第2円盤と、を備えている
ことを特徴とする、摩擦式無段変速機。 - 前記第1回転軸は、前記主軸線に直交する第1の直交軸線に同軸に配置され、
前記第1ローラは、前記第1動力伝達軸に第1駆動連結機構を介して連結され、
前記第2回転軸は、前記主軸線に直交する第2の直交軸線に同軸に配置され、
前記第2ローラは、前記第1円盤に第2駆動連結機構を介して連結されている
ことを特徴とする、請求項1に記載の摩擦式無段変速機。 - 前記第1回転軸及び前記第2回転軸は、前記主軸線のまわりに等間隔で放射状に複数設けられ、
複数の前記第1回転軸のそれぞれに前記第1ローラが装備され、複数の前記第2回転軸のそれぞれに前記第2ローラが装備されている
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の摩擦式無段変速機。 - 前記第1回転軸及び前記第2回転軸は、互いに平行に配置されて対をなすように備えられ、
前記第1ローラ及び前記第2ローラは、前記第1円盤と前記第2円盤との間に設けられ、
互いに平行な前記第1回転軸及び前記第2回転軸にそれぞれ支持された前記第1ローラ及び前記第2ローラを何れも回転可能に支持するとともに前記主軸線に沿う方向の力を伝達可能に連結するハウジング部材を備えている
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の摩擦式無段変速機。 - 前記ハウジング部材は、前記第1回転軸及び前記第2回転軸に沿って移動可能に設けられ、
前記ハウジング部材を前記第1回転軸及び前記第2回転軸に沿って移動させるアクチュエータ機構を備えている
ことを特徴とする、請求項4に記載の摩擦式無段変速機。 - 前記第1円盤と前記第2円盤とを近づける方向の推力を発生させるトルクカムを有する
ことを特徴とする、請求項4又は5に記載の摩擦式無段変速機。 - 前記第1動力伝達軸は、回転動力が入力される入力軸であり、
前記第2動力伝達軸は、回転動力が出力される出力軸であり、
前記トルクカムは、前記入力軸に入力された回転動力により前記第1円盤を前記第2円盤に近づける方向の前記推力を発生させる
ことを特徴とする、請求項6に記載の摩擦式無段変速機。 - 前記第2円盤を前記トルクカムによる推力に対抗可能であって相対回転可能に支持するケーシングを備えた
ことを特徴とする、請求項7に記載の摩擦式無段変速機。 - 前記第1駆動連結機構は、
前記主軸線と同軸に配設され、前記第1動力伝達軸に駆動連結される第1傘歯車と、
前記第1回転軸と、
前記第1回転軸に同軸に固設されるとともに前記第1傘歯車と噛合し、前記主軸線を基準として前記第1ローラよりも外周側に配置される第2傘歯車と、を有する
ことを特徴とする、請求項2又は請求項2を引用する請求項3〜8の何れか1項に記載の摩擦式無段変速機。 - 前記第2駆動連結機構は、
前記主軸線と同軸に配設され、前記第1円盤の回転中心部に連結される第3回転軸に固設される第3傘歯車と、
前記第2回転軸と、
前記第2回転軸と同軸に固定されるとともに前記第3傘歯車と噛合し、前記主軸線を基準として前記第2ローラよりも内周側に配置される第4傘歯車と、を有する
ことを特徴とする、請求項2又は請求項2を引用する請求項3〜9の何れか1項に記載の摩擦式無段変速機。
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