JP2009030685A - 遊星ローラ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク容量を入力トルクに応じて変化させることができ、しかも構成の小型化できる遊星ローラ機構を提供することを目的とする。
【解決手段】中心軸線を中心に回転しかつ外周面が転動面とされた第１回転体５と、該第１回転体５に対して同心円上に配置されかつ内周面が転動面とされた第２回転体２と、これらの回転体２，５の間に配置されかつ各回転体２，５の間に自転かつ公転自在に挟み込まれてトルクを伝達する第１転動体３とを有する遊星ローラ機構において、前記第１回転体５の内周側と前記第２回転体２の外周側との少なくともいずれか一方に、前記第１回転体５の回転中心からの距離が円周方向で連続的に変化する傾斜面７ａ，７ｂと該傾斜面７ａ，７ｂによって挟み付けた第２転動体８とによって前記第１回転体５もしくは第２回転体２に作用するトルクを半径方向の力に変化させるカム機構６が設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、互いに同心円上に配置された第１回転体とこれより大径で筒状をなす第２回転体との間にローラなどの転動体を挟み込み、その転動体を介して各回転体の間でトルクを伝達するように構成された遊星ローラ機構に関し、特にそれらの回転体および転動体が相互に差動回転可能な遊星ローラ機構に関するものである。

ローラによってトルクを伝達する機構は、トルク伝達面同士が接触することによる摩擦力や、トルク伝達面の間に介在させるトラクションオイルの剪断力などによってトルクを伝達する機構であり、したがって歯車機構とは異なり、トルク変動が少なく、したがって騒音や振動が少なく、また製造が容易であるなどの利点がある。しかしながら、伝達するトルクは、接触面圧に応じて大きくなるので、要求されるトルク容量を満たすために接触面圧を高くする必要がある。そこで従来、円柱状もしくは円筒状のサンローラとそれより大径のリングローラとの間にピニオンローラ（プラネットローラ）を配置し、リングローラの圧縮力でそのピニオンローラを挟み付けることにより、遊星歯車機構と類似する構造とした遊星ローラ機構が開発されている。その一般的な構造が特許文献１に記載されている。

遊星ローラ機構においてもトルク容量は、各ローラの接触箇所での垂直荷重に比例する。そのトルク容量は、入力トルクもしくは伝達するべきトルクに応じたものであることが好ましい。そこで、例えば特許文献２に記載された発明では、サンローラの外周面とリングローラの内周面とをテーパ面に形成するとともに、ピニオンローラをこれらのテーパ面の間に挟み付け、そのリングローラを軸線方向に変位させることにより、サンローラとの間にピニオンローラを挟み付ける荷重を変化させ、それによって伝達トルクを変化させるように構成している。

上記の特許文献１に記載された構造では、サンローラの外周面とリングローラの内周面との間隔が一定であるから、トルク容量は組み立て時に設定した挟圧力に応じた容量に設定される。これは、入力が予想される最大トルクに応じたものとする必要があるから、その最大トルクより小さいトルクが入力される運転領域である低トルク領域や中トルク領域では、挟圧力が入力トルクに対して相対的に高圧になり、その結果、動力損失が大きく、効率が低下する可能性がある。また、耐久性を考慮して大型化せざるを得ない。

一方、特許文献２に記載された構成では、リングローラを軸線方向に移動させることにより、挟圧力を入力トルクあるいは伝達するべきトルクに応じた圧力に設定できる。したがって、低トルク領域や中トルク領域での動力損失を少なくして効率を向上させることができ、また耐久性を向上させることが可能になる。しかしながら、リングローラを軸線方向に移動させるアクチュエータを必要とし、しかもその移動量を入力トルクに応じて正確に制御する制御機構を必要とするなど構成が複雑化し、また高精度の制御が必要となるなど実用上、改善すべき余地がある。

特開昭６３−２３５７５４号公報 特開平１１−２１０８５１号公報

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、トルク容量を入力トルクあるいは伝達するべきトルクに応じて変化させることにより、動力伝達効率が良好であり、また小型化が可能な遊星ローラ機構を提供することを目的とするものである。

この発明は、中心軸線を中心に回転しかつ外周面が転動面とされた第１回転体と、該第１回転体に対して同心円上に配置されかつ内周面が転動面とされた第２回転体と、これらの回転体の間に配置されかつ各回転体の間に自転かつ公転自在に挟み込まれてトルクを伝達する第１転動体とを有する遊星ローラ機構において、前記第１回転体の内周側と前記第２回転体の外周側との少なくともいずれか一方に、前記第１回転体の回転中心からの距離が円周方向で連続的に変化する傾斜面と該傾斜面によって挟み付けた第２転動体とによって前記第１回転体もしくは第２回転体に作用するトルクを半径方向の力に変化させるカム機構が設けられていることを特徴とするものである。

この発明は、前記第１回転体の内周側に第１回転体と相対回転可能な第３回転体が同軸上に配置され、前記カム機構は、前記第１回転体の内周面と前記第３回転体の外周面との少なくともいずれか一方に形成された前記傾斜面と、これら第１回転体の内周面と第３回転体の外周面との間に配置された前記第２転動体とを備えていることが好ましい。

また、この発明は、前記第２回転体の外周側に第２回転体と相対回転可能な第４回転体が同軸上に配置され、前記カム機構は、前記第２回転体の外周面と前記第４回転体の内周面との少なくともいずれか一方に形成された前記傾斜面と、これら第２回転体の外周面と前記第４回転体の内周面との間に配置された前記第２転動体とを備えていることが好ましい。

そして、この発明は、好ましくは、前記傾斜面は、正の傾斜角の第１傾斜面と負の傾斜角の第２傾斜面とを含み、これら第１傾斜面と第２傾斜面とが前記第１回転体の回転中心を中心とした円周方向で前記第２転動体を挟んだ両側に配置されている。

この発明によれば、第１回転体と第２回転体とが第１転動体を挟んでトルク伝達可能に連結されており、その第１転動体が自転かつ公転自在であるから、これら三者が相互に相対回転する。したがって、これら三者のうちのいずれかを固定し、かつ他のいずれかにトルクを入力し、残るいずれかからトルク出力させることにより、減速機構もしくは増速機構として機能する。その場合、カム機構が第１回転体もしくは第２回転体に作用するトルクを半径方向の力に変換するので、これらいずれかの回転体に入力されたトルクに応じた半径方向力すなわち第１転動体を挟み付ける挟圧力が生じる。その挟圧力に応じたトルク容量が設定されるから、この発明の遊星ローラ機構は可変挟圧力型もしくは可変トルク容量型の遊星ローラ機構とすることができる。その結果、この発明によれば、入力トルクに対応した挟圧力が設定されることにより、動力の伝達効率が良好になり、また接触箇所でのヘルツ応力が特には大きくならないので、耐久性や強度を損なうことなく小型化することができる。

つぎにこの発明をより具体的に説明する。この発明に係る遊星ローラ機構は、外周面が転動面とされた第１回転体と、内周面が転動面とされた第２回転体とが、同心円上に、かつ相対回転可能に配置され、それらの各回転体の間に、転動体が自転および公転できるように配置されている。これは、従来知られている遊星歯車機構における歯車を、摩擦接触によりトルク伝達し、もしくはトラクションオイルを介してトルク伝達する回転体や転動体に置き換えた構成の装置であり、したがって各回転体および転動体とを三つの回転要素としてこれらの回転要素が相互に差動回転する。

その第１回転体は、外周の転動面が真円もしくはこれに近い形状の円柱状もしくは円筒状の部材であり、回転軸として形成したものであってもよい。そして、この第１回転体は、遊星歯車機構におけるサンギヤに相当するものであり、したがって以下の説明では第１回転体をサンローラと記すことがある。

また、第２回転体は、内周の転動面が真円もしくはこれに近い形状の筒状の部材であり、好ましくは円筒状もしくはリング状に構成されている。そして、この第２回転体は、遊星歯車機構におけるリングギヤに相当するものであり、したがって以下の説明では第２回転体をリングローラと記すことがある。なお、これら「第１回転体」および「第２回転体」は、相対的な回転を行う部材を意味しており、したがって固定要素とされる場合には回転しない部材となることもある。

さらに、転動体は上記の第１回転体と第２回転体との間に挟み込まれて回転することにより、第１回転体と第２回転体との間でのトルク伝達を媒介するものであり、ローラや球体などによって構成することができ、あるいは相互にトルク伝達可能に接触した複数のローラを一対として複数対の転動体を第１回転体と第２回転体との間に配置することができる。この転動体は、自転かつ公転自在であって、遊星歯車機構におけるキャリヤに相当する部材（以下、キャリヤと記す）によって保持されている。

この発明の遊星ローラ機構は、第１回転体もしくは第２回転体に作用するトルクを半径方向の力に変換するカム機構を備えている。そのカム機構は、第１回転体の内周側と第２回転体の外周側とのいずれか一方あるいは両方に設けられており、円周方向において傾斜した傾斜面と、その傾斜面によって挟み込まれる他の転動体（以下、第２転動体と記すことがある。）とを備えている。その傾斜面は、より正確には、第１回転体もしくは第２回転体の接線もしくは法線に対する角度が直角ではない面であり、前記他の転動体を挟み込む空間の幅（法線に沿う方向に図った寸法）を広狭に変化させる面である。なお、傾斜面は平坦面であってもよく、あるいは僅かに湾曲した曲面であってもよい。

また、前記他の転動体は、その外径が、前記傾斜面とこれに対向する他の面との間の最大寸法以下でかつ最小寸法より大きいローラや球体などからなるものであり、前記傾斜面およびこれに対向する他の面との間の摩擦力（もしくはトラクションオイルの油膜で生じる剪断力）によって前記傾斜面とこれに対向する他の面との間に挟み込まれるようになっている。他の転動体をこのように円周方向に移動させる荷重は、第１回転体もしくは第２回転体に作用するトルクに基づく荷重であり、したがってカム機構は、そのトルクに基づいて半径方向（法線方向）の荷重を生じさせ、これによって第１回転体および第２回転体によって前記転動体を挟み付けるいわゆる挟圧力を生じさせるように構成されている。

上記の傾斜面は、前記他の転動体を円周方向で挟んだ両側に形成することが好ましい。すなわち、前記法線もしくは接線に対する傾斜方向が互いに反対になっている傾斜面を交互に連続して形成し、それらの傾斜面の間に前記他の転動体を配置する。これらの傾斜面は、一方を正の傾斜角の面とすれば、他方は負の傾斜角の面となる。このような構成であれば、傾斜面もしくは他の転動体が、正回転方向および逆回転方向のいずれ相対回転しても、傾斜面が他の転動体を挟み込むことになるので、第１回転体と第２回転体との間のトルクの伝達方向が正逆のいずれであっても、前記カム機構が機能して、挟圧力をトルクに応じて増大させることができる。

なお、上記のカム機構を第１回転体側に設ければ、第１回転体からトルクを入力する場合にカム機構を有効に機能させることができる。これとは反対に第２回転体側に設ければ、第１回転体の外径を小さくすることができるので、第２回転体の内径に対する第１回転体の外径の比（以下、仮にローラ比と記すことがある）を小さくすることができる。したがって減速機として構成する場合には、その減速比を大きくすることができる。

カム機構を第１回転体側に設けたこの発明の一例を図１に示してある。ここに示す例は、いわゆるシングルローラ型のものであって、サンローラ１とリングローラ２との間に、これらサンローラ１およびリングローラ２の両方にトルク伝達可能に接触するピニオンローラ３が配置されている。そのサンローラ１は、サンローラ軸４とその外周側に同心円上に配置されたアウターレース５とを有しており、これらサンローラ軸４とアウターレース５との間にカム機構６が設けられている。

サンローラ軸４は、外周面を真円もしくはこれに近い形状に形成された中軸軸状もしくは中空軸状の部材であり、その外周面がトルク伝達を行う転動面とされている。これに対してアウターレース５は、外周面が真円もしくはこれに近い形状の中空軸状の部材であって、この外周面がトルク伝達を行う転動面とされている。またアウターレース５の内周面は、半径方向に凹および凸となる凹凸面を円周方向に連続させたカム面となっている。したがってサンローラ軸４の外周面との間隔が広くなる凹部は、その間隔が最も広くなる点を通る法線もしくはその点での接線に対する傾斜方向が互いに反対となる二つの傾斜面７ａ，７ｂによって形成されている。したがって、この発明では、一方の傾斜面７ａ（もしくは７ｂ）を正の傾斜角の傾斜面とし、他方の傾斜面７ｂ（もしくは７ａ）を、傾斜方向が反対になっていることにより、負の傾斜角の傾斜面としている。なお、これらの傾斜面７ａ，７ｂは図１に示すように、半径方向で外側に僅かに湾曲した曲面として形成されている。

上記の一対の傾斜面７ａ，７ｂによる凹部は、アウターレース５の円周方向に等間隔に、四箇所形成されており、それぞれの凹部にコロ８が転動自在に配置されている。これらのコロ８は、サンローラ軸４とアウターレース５との間のトルクの伝達を媒介するためのものであって、円周状もしくは円筒状あるいは球状の部材によって形成されている。その外径は、アウターレース５の内周面とサンローラ軸４の外周面との間の最大間隔以下で、かつ最小間隔より大きい外径となっている。そして、各コロ８はサンローラ軸４の外周面にトルク伝達可能に接触し、また前記各傾斜面７ａ，７ｂとサンローラ軸４の外周面との間に挟み込まれるようになっている。なお、この発明で「トルク伝達可能に接触」とは、直接接触して摩擦力を発生する接触状態だけでなく、トラクションオイル（図示せず）の油膜を介して接触する状態を含む。

図１に示す例におけるカム機構６は、上述したように、サンローラ軸４の外周面と、アウターレース５の内周面であるカム面と、これらの面の間に配置されているコロ８とによって構成されている。したがって、カム機構６は、サンローラ軸４とアウターレース５との一方にトルクが作用した場合に、アウターレース５を半径方向で外側に押圧する荷重が発生するように構成されている。すなわち、コロ８がサンローラ軸４の外周面にトルク伝達可能に接触していることによりコロ８にはこれを自転かつ公転させるトルクが生じ、その結果、コロ８がいずれかの傾斜面７ａ，７ｂとサンローラ軸４の外周面との間に押し込められて挟み付けられ、くさび作用を生じる。その結果、その反力としてアウターレース５を半径方向で外側に押圧する荷重が発生する。

リングローラ２は、上述したサンローラ１と同心円上に配置された円筒状もしくはリング状の部材であって、その内周面は真円もしくはこれに近い形状に形成された転動面となっている。そのリングローラ２の内周面と前述したアウターレース５の外周面との間にピニオンローラ３が挿入されている。このピニオンローラ３は、サンローラ１とリングローラ２との間のトルクの伝達を媒介するためのものであって、円筒状もしくは円柱状あるいは球状の部材によって構成されている。したがって、ピニオンローラ３は前記アウターレース５の外周面とリングローラ２の内周面とにトルク伝達可能に接触しており、またその外径は、トルク伝達していない状態であっても予圧が作用するように、リングローラ２の内周面とアウターレース５の外周面との間隔より僅かに大きい外径に設定されている。

そして、ピニオンローラ３は等間隔に複数個、配置されており、その間隔を維持して自転かつ公転するように、キャリヤ９によって保持されている。このキャリヤ９は環状の部材であって、例えば、その円周方向の等間隔の四箇所にピニオンピン（図示せず）を備え、それぞれのピニオンピンにピニオンローラ３が回転自在に保持されている。したがって、前述したアウターレース５がこの発明の第１回転体に相当し、リングローラ２がこの発明の第２回転体に相当し、さらにピニオンローラ３がこの発明の第１転動体に相当し、コロ８がこの発明の第２転動体に相当し、サンローラ軸４がこの発明の第３回転体に相当している。

図１に示す遊星ローラ機構は、サンローラ１とリングローラ２とキャリヤ９とを三つの回転要素とし、かつこれらが相互に差動回転する差動機構として機能する。したがって、いずれかの回転要素にトルクを入力するとともに、他のいずれかの回転要素を固定し、さらに残る他の回転要素からトルクを出力させると、減速機もしくは増速機として機能する。例えば、サンローラ１にトルクを入力し、かつキャリヤ９もしくはリングローラ２のいずれかを固定して減速機として機能させる場合、サンローラ軸４に図１に矢印で示す方向にトルクを入力すると、その外周面に接触しているコロ８には、これを図１に矢印で示す方向に公転させる力が作用する。

一方、ピニオンローラ３に接触しているアウターレース５には、出力要素側からの負荷が掛かっていてその回転を止めるように反力が生じる。その結果、コロ８にはこれをアウターレース５の傾斜面７ａ（もしくは７ｂ）とサンローラ軸４の外周面との間に押し込む荷重が作用し、その荷重が傾斜面７ａ（もしくは７ｂ）によって半径方向に向けた荷重に変換させる。そして、コロ８を公転させる方向の荷重は、サンローラ軸４に入力されたトルクに応じた荷重であるから、半径方向に向けた荷重も入力トルクに応じたものとなる。したがって、例えばサンローラ１に入力されたトルクによってピニオンローラ３が自転し、そのピニオンローラ３からリングローラ２にトルクが伝達される。

なお、サンローラ１に対して上記の例とは反対方向のトルクが入力された場合には、他方の傾斜面７ｂ（もしくは７ａ）にコロ８が挟み込まれて上記の場合と同様にくさび作用が生じ、入力トルクに応じた挟圧力が設定されてトルク伝達が行われる。

遊星ローラ機構のトルク容量は、サンローラ１およびリングローラ２とピニオンローラ３との相互の接触部での法線力および摩擦係数（もしくはトラクションオイルを介在させる場合はトラクション係数）との積に比例する。その法線力はピニオンローラ３に対する挟圧力であり、これは上記のようにトルクに応じて作用する半径方向の荷重であるから、結局、この発明に係る上記の遊星ローラ機構におけるトルク容量は、入力トルクに応じて変化する。その関係を図で示すと、図２には、入力トルクと挟圧力との関係を示してあり、挟圧力は入力トルクに応じて増大する。そのため、入力トルクもしくは伝達するべきトルクに対して挟圧力が過大になることがないので、動力損失を抑制して動力伝達効率を向上させることができる。

一方、この発明に係る上記の遊星ローラ機構によれば、挟圧力が入力トルクに応じて変化することにより、低入力トルク領域ないし中入力トルク領域での挟圧力を小さくすることができ、そのために全体としての構成を小型化することができる。すなわち、ピニオンローラ３とサンローラ１およびリングローラ２との接触面圧は、図３に示すように、挟圧力に応じて変化する圧力となる。したがって、挟圧力を想定される最大入力トルクに対応する一定値に設定する従来の遊星ローラ機構に対して、ピニオンローラ３に掛かる総負荷を低減することができる。

また、ピニオンローラ３に掛かる総負荷が要因となる繰り返し転動疲労寿命について検討すると、前述した接触面圧（ヘルツ応力）が大きいほど、また破断繰り返し数が大きいほど、寿命が短くなり、これを図４に示してある。図４に示すＡ線が寿命限界線であり、ピニオンローラ３に掛かる総負荷はこの寿命限界線の下側の領域になっている必要がある。ここで仮に、挟圧力を一定（図４のＣ線）として繰り返し数を１０¹⁰（車両の変速機に使用した場合に２０万Ｋｍ走行に相当する）とすると、前記接触面圧は約３Ｇｐａ以下とする必要がある。すなわち接触部の面積を大きくするために曲率半径や幅（軸長）を大きくする必要がある。

これに対して、この発明に係る上記の構成の遊星ローラ機構を車両の変速機に使用した場合の運転領域を上記の図２および図３ならびに２０万Ｋｍ実走行時負荷頻度（繰り返し数は１０¹⁰）から求めると、図４のＢ線で示すようになる。一般的に、車両の実走行では入力トルクが最大となる頻度が低いので、前記接触面圧を高くすることができる。これを図４に符号Ｄで示してある。

そして、接触面圧は、法線力を一定とした場合、その面積に反比例するから、この発明に係る遊星ローラ機構では、サンローラ１およびリングローラ２ならびにピニオンローラ３の幅（軸長）やサンローラ１およびピニオンローラ３の外径を小さくして接触面圧を相対的に高くしても、図４のＢ線で示すように、充分、寿命限界線より下側の領域に入る。すなわち、上記の幅（軸長）や外径を相対的に小さくすることが可能であり、こうすることにより全体としての構成を小型化することができる。

なお、この発明は上述した具体例に限定されないのであり、カム機構はリングローラの外周側に設けてもよい。その例を図５に示してある。ここに示す遊星ローラ機構では、そのサンローラ１１は単純な円柱状もしくは円筒状に構成されており、その外周面が転動面であってここにピニオンローラ１３がトルク伝達可能に接触している。そのピニオンローラ１３は、前述した図１に示す構成と同様に、サンローラ１１の円周方向に等間隔に四つ設けられ、それぞれがキャリヤ１９によって自転かつ公転自在に保持されている。なお、そのキャリヤ１９は前述した図１に示すキャリヤ９と同様の構成であってよい。

また、上記のサンローラ１１と同心円上にリングローラ１２が設けられている。このリングローラ１２は、前述した図１に示すものとは異なり、内周面と外周面との両方を転動面とした円筒状に形成されており、その内周面と前記サンローラ１１の外周面との間にピニオンローラ１３が挟み込まれている。このリングローラ１２の外周側にカム機構１６が設けられている。

すなわち、リングローラ１２の外周側に、これと同心円上にアウターレース（もしくはカムリング）１５が配置されている。このアウターレース１５は、前述した図１に示すカム機構６のアウターレース５と同様に、内周面にカム面を形成した円筒状の部材である。そのカム面は、半径方向に凹および凸となる凹凸面を円周方向に連続させた面である。そのカム面のうち、リングローラ１２の外周面との間隔が広くなる凹部は、その間隔が最も広くなる点を通る法線もしくはその点での接線に対する傾斜方向が互いに反対となる二つの傾斜面１７ａ，１７ｂによって形成されている。したがって、この発明では、一方の傾斜面１７ａ（もしくは１７ｂ）を正の傾斜角の傾斜面とし、他方の傾斜面１７ｂ（もしくは１７ａ）を、傾斜方向が反対になっていることにより、負の傾斜角の傾斜面としている。なお、これらの傾斜面１７ａ，１７ｂは図５に示すように、半径方向で外側に僅かに湾曲した曲面として形成されている。

上記の一対の傾斜面１７ａ，１７ｂによる凹部は、リングローラ１２の円周方向に等間隔に、四箇所形成されており、それぞれの凹部にコロ１８が転動自在に配置されている。これらのコロ１８は、図１に示すコロ８と同様の構成のものである。その外径は、アウターレース１５の内周面とリングローラ１２の外周面との間の最大間隔以下で、かつ最小間隔より大きい外径となっている。そして、各コロ１８はリングローラ１２の外周面にトルク伝達可能に接触し、また前記各傾斜面１７ａ，１７ｂとリングローラ１２の外周面との間に挟み込まれるようになっている。したがって、サンローラ１１がこの発明の第１回転体に相当し、リングローラ１２がこの発明の第２回転体に相当し、ピニオンローラ１３がこの発明の第１転動体に相当し、アウターレース１５がこの発明の第４回転体に相当し、コロ１８がこの発明の第２転動体に相当している。

図５に示す例におけるカム機構１６は、上述したように、リングローラ１２の外周面と、アウターレース１５の内周面であるカム面と、これらの面の間に配置されているコロ１８とによって構成されている。したがって、カム機構１６は、リングローラ１２とアウターレース１５との一方にトルクが作用した場合に、リングローラ１２を半径方向で内側に押圧する荷重が発生するように構成されている。なお、アウターレース１５はリングローラ１２からのトルクに対する反力を生じさせるように、所定の固定部２０に連結しておく。すなわち、コロ１８がリングローラ１２の外周面にトルク伝達可能に接触していることによりコロ１８にはこれを自転かつ公転させるトルクが生じ、その結果、コロ１８がいずれかの傾斜面１７ａ，１７ｂとリングローラ１２の外周面との間に押し込められて挟み付けられ、くさび作用を生じる。その結果、その反力としてリングローラ１２を半径方向で内側に押圧する荷重が発生する。

図５に示す遊星ローラ機構は、サンローラ１１とリングローラ１２とキャリヤ１９とを三つの回転要素とし、かつこれらが相互に差動回転する差動機構として機能するから、前述した図１に示す構成の遊星ローラ機構と同様に、減速機もしくは増速機として機能させることができる。なお、アウターレース１５は固定しておく必要があるので、サンローラ１１もしくはキャリヤ１９にトルクが入力され、リングローラ１２は固定要素とされる。このような使用形態において、ピニオンローラ１３が所定の方向に自転かつ公転すると、リングローラ１２にトルクが作用する。そのトルクの方向にコロ１８を公転させる荷重が生じるので、コロ１８は、リングローラ１２の外周面とアウターレース１５の傾斜面１７ａ（もしくは１７ｂ）との間に押し込められてくさび作用を生じ、その結果、リングローラ１２のトルクに応じた半径方向（法線方向）の荷重が生じてピニオンローラ１３を挟み付ける挟圧力が増大する。すなわち、挟圧力がトルクに応じたものとなる。

このような作用は、前述した図１に示す構成の遊星ローラ機構と同様であり、したがって図５に示すように構成した場合であっても、動力の伝達効率を向上させることができるとともに、小型化を図ることができる。

図６は、上記の図５に示す構成の遊星ローラ機構をハイブリッド車のトランスアクスルに使用した例を示しており、この遊星ローラ機構は第２モータ・ジェネレータＭＧ２が出力した動力を減速する減速機として使用されている。すなわち、エンジンＥＮＧが出力した動力を第１モータ・ジェネレータＭＧ１側と出力側とに分割する動力分割機構３０が設けられており、この動力分割機構３０はここに示す例ではシングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。その遊星歯車機構は、サンギヤ３１と、そのサンギヤ３１に対して同心円上に配置されたリングギヤ３２と、これらサンギヤ３１およびリングギヤ３２の間に配置されてそれぞれに噛み合っているピニオンギヤを自転および公転自在に保持するキャリヤ３３とを備えており、そのキャリヤ３３にエンジンＥＮＧが連結されていてキャリヤ３３が入力要素となっている。

また、第１モータ・ジェネレータＭＧ１は、モータとしての機能および発電機としての機能を備えていて、サンギヤ３１に連結されている。したがって、サンギヤ３１がいわゆる反力要素となっている。そして、リングギヤ３２が出力要素となっていてこのリングギヤ３２にカウンタドライブギヤ３４が取り付けられている。

前述した図５に示す構成の遊星ローラ機構が、上記の動力分割機構３０に対して同一軸線上で隣接する位置に配置されており、そのキャリヤ１９がカウンタドライブギヤ３４あるいは動力分割機構３０のリングギヤ３２に連結され、またサンローラ１１に第２モータ・ジェネレータＭＧ２が連結されている。そして、リングローラ１２の外周側でカム機構１６を構成しているアウターレース１５がケーシングなどの固定部２０に連結されて固定されている。そして、カウンタドライブギヤ３４にカウンタドリブンギヤ３５が噛み合っており、ここからトルクが出力されるようになっている。

図６に示すトランスアクスルの作用を簡単に説明すると、図７は動力分割機構３０についての共線図とこの発明に係る遊星ローラ機構についての共線図とを合わせて示す図である。なお、図７において、ρ１は、リングギヤ３２の歯数とサンギヤ３１の歯数との比（＝サンギヤ３１の歯数／リングギヤ３２の歯数）であるギヤ比、ρ２は、サンローラ１１の外径とリングローラ１２の内径との比（＝リングローラ１２の内径／サンローラ１１の外径）であるローラ比を示す。

エンジンＥＮＧから出力された動力は、動力分割機構３０におけるキャリヤ３３に入力され、ここでサンギヤ３１側とリングギヤ３２側とに分割される。サンギヤ３１側に分割された動力で第１モータ・ジェネレータＭＧ１を駆動し、かつその第１モータ・ジェネレータＭＧ１を発電機として機能するように制御することにより、第１モータ・ジェネレータＭＧ１からサンギヤ３１に反力トルクが付加され、同時に、エンジンＥＮＧの回転数が第１モータ・ジェネレータＭＧ１によって制御される。その結果、リングギヤ３２にはエンジントルクを増幅したトルクが現れ、そのトルクがカウンタドライブギヤ３４からカウンタドリブンギヤ３５に出力される。

一方、第１モータ・ジェネレータＭＧ１で生じた電力は第２モータ・ジェネレータＭＧ２に供給され、その第２モータ・ジェネレータＭＧ２がモータとして機能するように制御される。そしてその第２モータ・ジェネレータＭＧ２が出力した動力は、遊星ローラ機構によって減速されてカウンタドライブギヤ３４に付加される。したがって、第２モータ・ジェネレータＭＧ２が出力したトルクが、遊星ローラ機構によって増幅されてカウンタドライブギヤ３４に伝達されることになる。なお、第２モータ・ジェネレータＭＧ２によってエネルギ回生する場合、カウンタドライブギヤ３４から入力される動力によって第２モータ・ジェネレータＭＧ２を駆動するとともに第２モータ・ジェネレータＭＧ２を発電機として機能させる。その場合、キャリヤ１９が入力要素、リングローラ１２が固定要素、サンローラ１１が出力要素となるので、遊星ローラ機構は増速機構として機能することになる。

なお、この発明は上述した各具体例に限定されないのであって、上記の具体例ではカム機構を構成する凹凸面に対向する面を真円もしくはこれに近い形状の面としたが、この発明では、くさび作用をするコロなどの第２転動体を挟んで対向する両面を共に傾斜面を有するカム面としてもよい。また、コロなどの第２転動体の両側に傾斜面を形成すれば、正回転および逆回転のいずれの場合であっても入力トルクに応じて挟圧力を増大させることができるが、伝達するべきトルクが一方向であるなどの場合あるいは所定の一方向のトルク伝達を遮断するなどの場合には、傾斜面はコロなどの第２転動体の片側にのみ設けた構成としてもよい。

この発明に係る遊星ローラ機構の一例を概略的に示す正面図である。 その入力トルクと挟圧力との関係を示す線図である。 この発明に係る遊星ローラ機構の他の例を概略的に示す正面図である。 その挟圧力と接触面圧との関係を示す線図である。 この発明に係る遊星ローラ機構の更に他の例を概略的に示す正面図である。 その遊星ローラ機構をハイブリッド車のトランスアクスルに組み込んで使用した場合の構成を示すスケルトン図である。 そのトランスアクスルの動作を説明するための共線図である。

符号の説明

１，１１…サンローラ、 ２，１２…リングローラ、 ３，１３…ピニオンローラ、 ４…サンローラ軸、 ５，１５…アウターレース、 ６，１６…カム機構、 ７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂ…傾斜面、 ８，１８…コロ、 ９，１９…キャリヤ。

Claims (4)

1. 中心軸線を中心に回転しかつ外周面が転動面とされた第１回転体と、該第１回転体に対して同心円上に配置されかつ内周面が転動面とされた第２回転体と、これらの回転体の間に配置されかつ各回転体の間に自転かつ公転自在に挟み込まれてトルクを伝達する第１転動体とを有する遊星ローラ機構において、
   前記第１回転体の内周側と前記第２回転体の外周側との少なくともいずれか一方に、前記第１回転体の回転中心からの距離が円周方向で連続的に変化する傾斜面と該傾斜面によって挟み付けた第２転動体とによって前記第１回転体もしくは第２回転体に作用するトルクを半径方向の力に変化させるカム機構が設けられていることを特徴とする遊星ローラ機構。
2. 前記第１回転体の内周側に第１回転体と相対回転可能な第３回転体が同軸上に配置され、
   前記カム機構は、前記第１回転体の内周面と前記第３回転体の外周面との少なくともいずれか一方に形成された前記傾斜面と、これら第１回転体の内周面と第３回転体の外周面との間に配置された前記第２転動体とを備えている
   請求項１に記載の遊星ローラ機構。
3. 前記第２回転体の外周側に第２回転体と相対回転可能な第４回転体が同軸上に配置され、
   前記カム機構は、前記第２回転体の外周面と前記第４回転体の内周面との少なくともいずれか一方に形成された前記傾斜面と、これら第２回転体の外周面と前記第４回転体の内周面との間に配置された前記第２転動体とを備えている
   請求項１に記載の遊星ローラ機構。
4. 前記傾斜面は、正の傾斜角の第１傾斜面と負の傾斜角の第２傾斜面とを含み、
   これら第１傾斜面と第２傾斜面とが前記第１回転体の回転中心を中心とした円周方向で前記第２転動体を挟んだ両側に配置されている
   請求項１ないし３のいずれかに記載の遊星ローラ機構。

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