JP2001108036A - 遊星ローラ式摩擦伝動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽ローラのキー溝に過度の前段応力集中が
起こらないようにする。 【解決手段】 入力軸２１の外周にキー結合されたホロ
ータイプの太陽ローラ２３と、太陽ローラ２３に外接す
る複数の遊星ローラ２４と、遊星ローラ２４が内接する
リングローラ２５と、これらローラの軸方向一方側に配
されて各遊星ローラ２４を回転自在に支持するキャリア
２６とを備えた遊星ローラ式摩擦伝動装置において、前
記太陽ローラ２３の内周に軸方向一端から他端に向かっ
て形成したキー溝５１の長さを、その先端が太陽ローラ
２３の軸方向の途中までで止まるように設定し、接触幅
Ｈの範囲内にキー溝の不形成部分５５を確保した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽ローラ、遊星
ローラ、リングローラの三者の摩擦回転により動力を伝
達する遊星ローラ式摩擦伝動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は遊星ローラ式摩擦伝動装置を他の
機械の入出力軸とキーを用いて連結する際に考え得る構
造例の１つを示している。この装置は、入力軸１に結合
された太陽ローラ３と、太陽ローラ３に外接する複数の
遊星ローラ４と、遊星ローラ４が内接するリングローラ
５と、これらローラ３、４、５の軸方向一方側に配され
るキャリア６とを備えている。キャリア６は、入力軸１
と同軸上に配された出力軸２に連結されている。各遊星
ローラ４には、キャリア６に片持支持された支持ピン７
が挿入され、各遊星ローラ４の内周と支持ピン７の外周
との間には、遊星ローラ４の回転を促進する回転促進リ
ング（ニードルベアリング等）８が介在され、ローラ
４、５、６の軸方向他方側には、リングローラ５と同心
状に回転促進リング８及び遊星ローラ４の軸方向移動を
規制する（当たりを防止する）押さえリング９が設けら
れている。

【０００３】この装置では、太陽ローラ３と入力軸１と
がキー１５で結合されており、キー１５は、太陽ローラ
３の内周に一端から他端まで貫通形成されたキー溝１３
と、入力軸１の外周に形成されたキー溝１４との間に挿
入されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の摩
擦伝動装置では、所定の伝達トルクを確保するために、
太陽ローラ３に対して遊星ローラ４を強く圧接させるこ
とになるが、上記図７の例に示したような構造を製品化
しようとしてその性能試験を行っている際に、太陽ロー
ラ３が破損することがあった。

【０００５】当初原因が不明であったため、詳細な破壊
試験を試みたところ、図８に示すように、圧接力Ｐが作
用する点とキー溝１３の間の角度が２０度くらいのとき
に、最も割れが生じ易いことが分かった。

【０００６】本発明は、上記事情を考慮し、所定の推察
に基づいて、太陽ローラを改良を施したもので、以て耐
久性のある遊星ローラ式摩擦伝動装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、入出
力軸が自身の内側を貫通し、入出力軸の外周にキー結合
された太陽ローラと、該太陽ローラに外接する遊星ロー
ラと、該遊星ローラが内接するリングローラとを備えた
遊星ローラ式摩擦伝動装置において、前記太陽ローラの
内周に軸方向一端から他端に向かってキー溝を形成する
際に、その先端が太陽ローラの軸方向の途中までで止ま
るように設定し、太陽ローラと遊星ローラの接触幅の範
囲内にキー溝の不形成部分を確保したことにより、前記
課題を解決したものである。

【０００８】発明者は、上記破壊試験の結果から、遊星
ローラ側から太陽ローラ側に加わる圧接力によってキー
溝の角部に剪断応力集中が発生するのではないかと推察
した。

【０００９】それは、この問題は、歯車伝動機構の場合
にはそもそも問題がなかったものであるため、回転方向
のトルクに関しては問題がないはずであり、したがって
半径方向の圧接力が作用したことに起因すると考えられ
たためである。もしその推察が正しければ、半径方向に
大きな圧接力が作用する遊星ローラ式摩擦伝動装置の構
造上の特有の現象としてとらえることができる。

【００１０】本発明は、そのため、キー溝を太陽ローラ
の全長に亘って最後まで貫通形成させず、その先端を太
陽ローラと遊星ローラの接触幅の途中で止めたり、ある
いは接触幅の手前で止めたりして接触幅の範囲内にキー
溝の不形成部分を確保するようにした。

【００１１】これにより、そのキー溝の不形成部分で遊
星ローラとの圧接力の多くを受け持たせ、一方、キー溝
にキーを嵌合してある部分で回転力の伝達を受け持たせ
るというように、遊星ローラとの圧接力を受け持つ部分
とキー溝によって回転トルクを伝達する部分とを軸方向
で分担させることができる。したがって、キー溝の角部
に圧接力に応じた過度の剪断応力集中が生じるのを回避
することができ、太陽ローラの破損を防止できる。

【００１２】追試験の結果、この推察は正しく、著しい
強度アップが図れることが確認されている。又、この場
合、キー溝の先端を太陽ローラと遊星ローラの接触幅の
範囲内の途中で止めた状態にしただけでも相応の強度ア
ップを図ることはできるが、請求項２の発明のように、
キー溝を接触幅から外れた領域に限定して設けると、キ
ー溝を圧接力の影響からほぼ完全に除外することができ
るので、一層の強度アップが図れることも確認できてい
る。

【００１３】なお、太陽ローラの強度アップが図れるこ
とから、太陽ローラの肉厚を小さくすることが可能にな
り、太陽ローラの外径の小径化あるいは内径の大径化が
可能となる。特に外径を小径化できることは、減速比の
設定範囲の拡大にも寄与するというメリットも得られ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１５】図１に示す第１実施形態は、モータＭの先
端部に遊星ローラ式摩擦伝動装置Ｔ／Ｄ（以下、単に符
号「Ｔ／Ｄ」で略する）を一体に組み付けたものであ
り、図１はその断面図、図２はその要部拡大図、図３は
図２のIII−III矢視断面図である。

【００１６】Ｔ／Ｄのケーシング３１は、軸線方向の前
部に配された前部ケーシング３１Ａと、中央に配された
円筒状の中央ケーシング３１Ｂと、モータＭ側の継ケー
シング３１Ｃとからなる。継ケーシング３１Ｃは、モー
タＭの前部ケーシングを兼用しており、モータＭのケー
シングは、この継ケーシング３１Ｃと、固定子等を内装
した円筒ケーシング４１と、後面カバー４２とからな
る。

【００１７】モータ軸４５は、後端が、後面カバー４２
に嵌合された軸受４３により支持され、前端側が、継ケ
ーシング３１Ｃの貫通孔３３に嵌合された軸受３４によ
り支持されている。そして、軸受３４より突出したモー
タ軸４５の前端が、Ｔ／Ｄの中心軸線に芯合わせされた
状態でＴ／Ｄの内部に挿入され、Ｔ／Ｄの入力軸２１と
なっている。

【００１８】Ｔ／Ｄは、ケーシング３１の中心部に配さ
れたホロータイプの太陽ローラ２３と、太陽ローラ２３
に外接する複数（本例では４個）の遊星ローラ２４と、
遊星ローラ２４が内接するリングローラ２５と、これら
ローラ２３、２４、２５の軸方向一方側（モータＭの取
付側と反対側）に配されて各遊星ローラ２４を支持する
キャリア２６とを備えている。

【００１９】太陽ローラ２３は、入力軸２１（モータ軸
４５の前端）に対してキー５０で結合されている。この
場合、太陽ローラ２３の内周に入力軸２１の基部側から
先端側に向かって形成されたキー溝５１の長さは、その
先端が太陽ローラの軸方向の途中で止まるような長さに
設定されており、具体的にはキー溝５１の先端が遊星ロ
ーラ２４と太陽ローラ２３の接触幅Ｈの途中で止まるよ
うな長さに設定されている。それにより、接触幅Ｈの範
囲内にキー溝の不形成部分５５が確保され、キー５０
は、この長さが限定して加工されたキー溝５１と入力軸
２１の外周面に形成されたキー溝５３との間に挿入され
ている。

【００２０】なお、この例においては、キー溝５１をス
ロッタ加工する際に切り粉の逃げ空間を確保する関係か
ら、キー溝５１の先端側には、予めキー溝５１の加工に
先立って環状の逃げ溝５２が確保されている。

【００２１】一方、キャリア２６は、入力軸２１と同軸
上に配された出力軸２２の基端部にフランジ状に一体的
に形成されている。入力軸２１は、太陽ローラ２３が嵌
合された位置よりも先端側で、キャリア２６の端面凹所
３５に嵌合した軸受３６により支持されており、曲げ力
のかかる太陽ローラ２３の両側で、軸受３４、３６によ
り両端支持されている。なお、太陽ローラ２３と軸受３
４との間には、太陽ローラ２３の軸方向位置決めを行う
スペーサ３９が挿入されている。

【００２２】出力軸２２はキャリア２６と一体化され、
先端が前部ケーシング３１Ａを貫通して外部に突出して
おり、前部ケーシング３１Ａの内周に嵌合した２つの軸
受３７、３８により支持されている。

【００２３】ここでは、リングローラ２５が固定要素、
太陽ローラ２３が入力要素、遊星ローラ２４及びキャリ
ア２６が出力要素となっており、リングローラ２５が円
筒状の中央ケーシング３１Ｂに一体的に形成されてい
る。又、モータＭの前部ケーシングを兼用する継ケーシ
ング３１Ｃと、リングローラ２５を一体に有する中央ケ
ーシング３１Ｂと、出力軸２２の貫通した前部ケーシン
グ３１Ｃとを互いに嵌合して、貫通ボルト３２で結合す
ることにより、Ｔ／ＤとモータＭとが一体化されてい
る。

【００２４】この場合、リングローラ２５を一体形成し
た中央ケーシング３１Ｂの両端のインロー部２５ｄと、
前部ケーシング３１Ａ及び継ケーシング３１Ｃのインロ
ー部３１ｄとをそれぞれ密に嵌合することにより、出力
軸２２、リングローラ２５、入力軸２１をそれぞれ備え
た３つのケーシング３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃが芯合わせ
されている。

【００２５】各遊星ローラ２４には、キャリア２６に片
持支持された支持ピン２７が挿入されており、各遊星ロ
ーラ２４の内周と支持ピン２７の外周との間には、遊星
ローラ２４の回転を促進する全体が円筒形状の回転促進
リング２８が介在されている。回転促進リング２８とし
ては、揺動内接噛合遊星歯車構造等で使用されている純
円筒形の内ローラや、多数の細かいころ（ニードル）を
有するニードルベアリングを採用することができる。内
ローラはニードルベアリングよりも安価で且つ耐久性が
あり、ラジアル方向の外乱にも強い。ニードルベアリン
グは内ローラよりも定常時の回転性能が高い。

【００２６】又、前記のローラ２３、２４、２５の軸方
向他方側（キャリア２６反対側）には、回転促進リング
２８及び遊星ローラ２４の端面に対向することで、回転
促進リング２８及び遊星ローラ２４の軸方向移動を規制
する（ケーシング３１Ｃへの当たりを防止する）押さえ
リング２９が、リングローラ２５と同心状に配設されて
いる。又、遊星ローラ２４とキャリア２６の端面間には
遊星ローラ２４の軸方向位置決めのためのスペーサ３０
が挟まれている。又、このＴ／Ｄの内部空間には、グリ
ース等の潤滑油が過不足なく封入されている。

【００２７】次に作用を説明する。

【００２８】モータＭにより太陽ローラ２３を回転させ
ると、リングローラ２５に内接する遊星ローラ２４が自
転しながら公転し、遊星ローラ２４の公転が、支持ピン
２７→キャリア２６→出力軸２２の経路で減速出力とし
て取り出される。この点は従来の遊星ローラ式摩擦伝動
装置と同じである。

【００２９】上記の動作の際に、遊星ローラ２４と太陽
ローラ２３が強く圧接するが、太陽ローラ２３のキー溝
５１の先端は、太陽ローラ２３と遊星ローラ２４の接触
幅Ｈの範囲内の途中で止まっており、接触幅Ｈの範囲内
にキー溝の不形成部分５５が確保されているので、その
キー溝の不形成部分５５で遊星ローラ２４との圧接力を
十分に受け持つことができ、又、キー溝５１にキー５０
を嵌合してある部分で回転力の伝達を受け持つことがで
きる。つまり、キー溝５１によって回転トルクを伝達す
る部分と、遊星ローラ２４との圧接力を受け持つ部分と
を軸方向で分担させることができるので、キー溝５１に
遊星ローラ２４との圧接力に応じて過度の剪断応力集中
が生じるのを回避することができ、太陽ローラ２３の破
損を防止することができる。即ち、この場合、キー溝５
１の先端が前記の接触幅Ｈの範囲内の途中で止まってい
るので、接触幅Ｈ内に回転力を伝えるキー５０の一部が
残ることにより、太陽ローラ２３にねじりモーメントが
あまり生じなくすることができるものである。

【００３０】図４は第２実施形態のＴ／Ｄの構造を示
す。この実施形態では、太陽ローラ１２３のキー溝１５
１の長さを、その先端が遊星ローラ２４と太陽ローラ１
２３の接触幅Ｈの手前で止まるように設定し、接触幅Ｈ
の範囲内全部をキー溝の不形成部分１５５としている。
この例でも、太陽ローラ１２３のキー溝１５１と入力軸
２１側のキー溝１５３との間にキー１５０を挿入するこ
とで、入力軸２１と太陽ローラ１２３間で回転力を伝達
するようになっている。又、キー溝１５１を加工する際
の切り粉の逃げ空間を確保するための環状の逃げ溝１５
２も設けている。その他の構成は、図１〜図３の第１実
施形態と同一であるから、同一部分に同一符号を付して
説明は省略する。

【００３１】このように、太陽ローラ１２３のキー溝１
５１を、遊星ローラ２４との接触幅Ｈから外れた領域に
限定して設けると、キー溝１５１を遊星ローラ２４との
圧接力の影響からほぼ完全に除外することができるの
で、より強度アップが図れる。

【００３２】図５、図６は第３実施形態のＴ／Ｄの構造
を示す。この実施形態では、冷間鍛造で製造した太陽ロ
ーラ２２３を用いており、太陽ローラ２２３のキー溝２
５１の長さを、第２実施形態と同様に、その先端が遊星
ローラ２４と太陽ローラ２２３の接触幅Ｈの手前で止ま
るように設定し、接触幅Ｈの範囲内全部をキー溝の不形
成部分２５５としている。２５３は入力軸２１側のキー
溝、２５０はキーを示す。この場合は、冷間鍛造で太陽
ローラ２２３のキー溝２５１を加工するので、スロッタ
加工のような逃げ溝は不要である。この結果、この逃げ
溝の段差部に応力集中が発生するのが防止され、一層の
強度アップが図れる。

【００３３】なお、このように構成したＴ／Ｄ付きモー
タＴ／Ｄ・Ｍは、減速機構に遊星ローラ式摩擦伝動装置
を採用しているので、太陽ローラ２３、１２３、２２
３、遊星ローラ２４、リングローラ２５の径を変えるこ
とにより、簡単に減速比を変えることができる。しか
も、ローラの径は歯車と違って連続的に変えることがで
きるので、無段階的に減速比を変えることができる。

【００３４】又、このＴ／Ｄ付きモータＴ／Ｄ・Ｍは、
摩擦ローラの摩擦回転によってトルクを伝えるので、高
トルク伝達にはそのままでは向かないが、Ｔ／Ｄを前段
の減速機とし、Ｔ／Ｄの出力側にさらに揺動内接噛合遊
星歯車機構等の後段減速機を結合することにより、高ト
ルク伝達に使えるようにすることができる。その場合
は、Ｔ／Ｄを減速機ばかりでなく、モータと歯車減速機
間の振動伝達を吸収する緩衝手段として機能させること
もできる。つまり、歯車伝動の場合は、回転方向の振動
がそのまま入出力軸間で伝達してしまうが、摩擦ローラ
を利用した伝動の場合は、回転方向の振動ばかりでなく
軸方向の振動も摩擦接触面で逃がすことができるので、
振動吸収作用を発揮することができる。したがって、そ
の作用により、モータと歯車減速機間の共振現象を防止
して、全体の低振動・低騒音化を図るようにすることも
できる。

【００３５】また、上記の実施形態では、太陽ローラを
入力要素した場合を示したが、太陽ローラを出力要素し
て用いることもできる。その場合は、太陽ローラと出力
軸とをキー結合する際のキー溝の長さを上記のように設
定することで、同じ効果を得ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
太陽ローラのキー溝に遊星ローラとの圧接力に因る大き
な剪断力が及ばないようにすることができる。したがっ
て、太陽ローラの強度アップを図ることができ、太陽ロ
ーラの破損の問題を解消することができる。また、太陽
ローラの強度アップが図れることから、太陽ローラの肉
厚を小さくすることが可能になり、ホロータイプであり
ながら、外径の小径化あるいは内径の大径化が可能とな
る。特に外径を小径化できることは、減速比の設定範囲
の拡大につながるメリットがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態として示すトラクション
ドライブ（遊星ローラ式摩擦伝動装置）付きモータの断
面図

【図２】トラクションドライブ部分の拡大図

【図３】図２のIII−III矢視断面図

【図４】本発明の第２実施形態の要部拡大断面図

【図５】本発明の第３実施形態の要部拡大断面図

【図６】図５のVI−VI矢視断面図

【図７】従来の遊星ローラ式摩擦伝動装置の断面図

【図８】従来の問題点の説明図

【符号の説明】

２１…入力軸 ２３…太陽ローラ ２４…遊星ローラ ２５…リングローラ ２６…キャリア ５０…キー ５１…キー溝 ５２…逃げ溝 ５５…キー溝の不形成部分 １２３…太陽ローラ １５０…キー １５１…キー溝 １５２…キー溝 １５５…キー溝の不形成部分 ２２３…太陽ローラ ２５０…キー ２５１…キー溝 １５２…キー溝 １５５…キー溝の不形成部分 Ｔ／Ｄ…遊星ローラ式摩擦伝動装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入出力軸が自身の内側を貫通し、入出力軸
   の外周にキー結合された太陽ローラと、該太陽ローラに
   外接する遊星ローラと、該遊星ローラが内接するリング
   ローラとを備えた遊星ローラ式摩擦伝動装置において、 前記太陽ローラの内周に軸方向一端から他端に向かって
   キー溝を形成する際に、その先端が太陽ローラの軸方向
   の途中までで止まるように設定し、太陽ローラと遊星ロ
   ーラの接触幅の範囲内にキー溝の不形成部分を確保した
   ことを特徴とする遊星ローラ式摩擦伝動装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記キー溝の先端が前記接触幅の手前で止まるようにキ
   ー溝の長さを設定したことを特徴とする遊星ローラ式摩
   擦伝動装置。