JP2014196825A - 摩擦ローラ式減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を確保しつつ、優れた伝達効率を得られる構造を実現する。【解決手段】中間ローラ４ａの外周面のうち、軸方向中間部を単なる円筒面とし、軸方向両端部を、太陽ローラ３ａを構成する太陽ローラ素子８ａ、８ｂの外周面と同方向に同一角度傾斜した円すい凸面状の傾斜面とする。又、環状ローラ５ａの内周面のうち、軸方向両端部を前記各中間ローラ４ａの外周面のうちの軸方向両端部と同方向に同一角度傾斜した円すい凹面状の傾斜面とする。【選択図】図１

Description

この発明は、例えば電気自動車の駆動系に組み込んだ状態で、電動モータから駆動輪にトルクを伝達する、摩擦ローラ式減速機の改良に関する。

例えば特許文献１、２には、電気自動車の駆動源となる電動モータの効率を向上させて充電１回当りの走行可能距離を長くすべく、高速回転する小型の電動モータの出力軸の回転を減速してから駆動輪に伝達する為に、摩擦ローラ式減速機を使用する事が記載されている。図８〜１３は、前記特許文献２に記載された摩擦ローラ式減速機を示している。

この摩擦ローラ式減速機１は、入力軸２により太陽ローラ３を回転駆動し、この太陽ローラ３の回転を、複数個の中間ローラ４、４を介して環状ローラ５に伝達し、この環状ローラ５の回転を出力軸６から取り出す様にしている。前記各中間ローラ４、４は、それぞれの中心部に設けた自転軸７、７を中心として自転するのみで、前記太陽ローラ３の周囲で公転する事はない。この太陽ローラ３は、互いに同じ形状を有する１対の太陽ローラ素子８、８を互いに同心に組み合わせて成り、これら両太陽ローラ素子８、８を軸方向両側から挟む位置に、１対のローディングカム装置９、９を設置している。これら各部は、軸方向中間部の径が大きく、両端部の径が小さくなった、段付円筒状のハウジング１０内に収納している。

前記入力軸２の基半部（図８の右半部）は前記ハウジング１０の入力側小径円筒部１１の内側に、入力側玉軸受ユニット１２により、前記出力軸６は同じく出力側小径円筒部１３の内側に出力側玉軸受ユニット１４により、それぞれ回転自在に支持している。前記入力軸２と前記出力軸６とは互いに同心に配置しており、このうちの入力軸２の先端部を、この出力軸６の基端面中央部に形成した円形凹部１５の内側に、ラジアル転がり軸受１６により回転自在に支持している。又、前記出力軸６の基端部は、断面Ｌ字形の連結部１７により、前記環状ローラ５と連結している。

前記両太陽ローラ素子８、８は、前記入力軸２の先半部の周囲に、この入力軸２と同心に、この入力軸２に対する相対回転を可能に、且つ、互いの先端面（互いに対向する面）同士の間に隙間を介在させた状態で配置している。又、前記両ローディングカム装置９、９を構成する１対のカム板１８、１８は、前記入力軸２の中間部と先端部との２箇所位置で、前記両太陽ローラ素子８、８を軸方向両側から挟む位置に外嵌固定して、前記入力軸２と同期して回転する様にしている。そして、互いに対向する、前記両太陽ローラ素子８、８の基端面と前記両カム板１８、１８の片側面との、それぞれ円周方向複数箇所ずつに、被駆動側カム面１９、１９と駆動側カム面２０、２０とを設け、これら各カム面１９、２０同士の間にそれぞれ玉２１、２１を挟持して、前記両ローディングカム装置９、９を構成している。前記各カム面１９、２０は、軸方向に関する深さが円周方向に関して漸次変化するもので、円周方向中央部で最も深く、同じく両端部に向かうに従って浅くなる。

前記入力軸２にトルクが入力されると、次の様にして、前記各ローラ３〜５の周面同士の転がり接触部である、各トラクション部の面圧を上昇させる。先ず、前記入力軸２にトルクが入力されていない状態では、図９の（Ａ）に示す様に、前記両ローディングカム装置９、９を構成する前記各玉２１、２１が、前記各カム面１９、２０の底部若しくは底部に近い側に存在する。この状態では、前記両ローディングカム装置９、９の軸方向厚さ寸法が小さく、前記両太陽ローラ素子８、８同士の間隔が拡がっている。そして、前記各中間ローラ４、４が、前記太陽ローラ３及び前記環状ローラ５の径方向に関して外方に押される事はないか、仮に予圧ばねの弾力等により押されたとしても、押される力は小さい。

この状態から、前記入力軸２にトルクが入力される（前記摩擦ローラ式減速機１が起動する）と、前記各玉２１、２１と前記各カム面１９、２０との係合に基づき、図９の（Ｂ）に示す様に、前記両ローディングカム装置９、９の軸方向厚さ寸法が増大する。そして、前記両太陽ローラ素子８、８が、前記摩擦ローラ式減速機１の径方向に関して、前記各中間ローラ４の内側に食い込み、これら各中間ローラ４を、この径方向に関して外方に押す。この結果、前記各トラクション部の面圧が上昇して、これら各トラクション部に過大な滑りを発生させる事なく、前記太陽ローラ３から前記環状ローラ５に動力を伝達できる。尚、前記摩擦ローラ式減速機１に組み込む、前記両ローディングカム装置９、９は、それぞれを構成する太陽ローラ素子８とカム板１８との間に、これら両部材８、１８を周方向に相対変位させる方向の弾力を付与するばねを設けている。これら両部材８、１８がこのばねの弾力に基づいて周方向に相対変位する事で、前記各玉２１、２１が、前記各カム面１９、２０の浅い側に乗り上げる傾向になり、前記両ローディングカム装置９、９により前記各トラクション部に予圧を付与できる。

前記摩擦ローラ式減速機１の運転時に前記各中間ローラ４、４は、それぞれの自転軸７、７を中心として回転すると同時に、伝達トルクの変動に伴って前記摩擦ローラ式減速機１の径方向に変位する。この理由は、前記両ローディングカム装置９、９が発生する押圧力が大きくなる程、これら両ローディングカム装置９、９が前記各中間ローラ４、４を、前記環状ローラ５の内周面に向けて押圧する力が大きくなる為である。この様な、前記各中間ローラ４、４の自転及び径方向変位を円滑に行わせる為、前記摩擦ローラ式減速機１では、次の様な構造により前記各中間ローラ４、４を、前記環状ローラ５の内周面と前記太陽ローラ３との間の環状空間２２内に設置している。前記各中間ローラ４、４を支持する為に、前記ハウジング１０の大径円筒部２３の軸方向片側を塞ぐ端板２４の内側面に、図１０〜１１に示す様な支持フレーム２５を支持固定している。この支持フレーム２５は遊星歯車機構を構成するキャリアの如き構造を有するもので、それぞれが円環状として互いに同心に配置した１対のリム部２６ａ、２６ｂの円周方向等間隔複数箇所同士を、ステー２７、２７により結合固定して成る。この様な支持フレーム２５は、前記リム部２６ａを前記端板２４の内面にねじ止めする事により、前記大径円筒部２３の内側に、前記太陽ローラ３と同心に支持固定している。

一方、前記各中間ローラ４、４は、それぞれ揺動フレーム２８、２８の先端部に、回転自在に支持している。これら各揺動フレーム２８、２８はそれぞれ、互いに平行な１対の支持板部２９、２９の基端縁同士を基部３０で連結する事により、径方向に見た形状をコ字形としている。前記各中間ローラ４、４の自転軸７、７の端部は、それぞれ前記各揺動フレーム２８、２８の支持板部２９、２９の先端部に、玉軸受３１、３１により、回転自在に支持している。又、前記各揺動フレーム２８、２８の基端部両側面に互いに同心に突設した揺動軸３２、３２を、前記両リム部２６ａ、２６ｂの互いに整合する部分に形成した支持孔３３、３３にがたつきなく挿入している。

前記各揺動軸３２、３２と前記各自転軸７、７とは、互いに平行で、前記支持フレーム２５の円周方向に関する位相が大きくずれている。具体的には、前記各揺動軸３２、３２と前記各自転軸７、７との円周方向に関するずれを可能な限り大きくすべく、これら各揺動軸３２、３２とこれら各自転軸７、７とを結ぶ仮想直線の方向を、前記支持フレーム２５の中心をその中心とする仮想円弧に関する接線の方向に近くしている。この様な構成により前記各揺動フレーム２８、２８を前記支持フレーム２５に対し、それぞれ揺動軸３２、３２を中心とする揺動変位を可能にして、前記各中間ローラ４、４を前記支持フレーム２５に対し、ほぼこの支持フレーム２５の径方向に、円滑に変位できる様に支持している。

前記各中間ローラ４、４の外周面は、軸方向中間部を単なる円筒面とし、軸方向両側部分を、前記両太陽ローラ素子８、８の外周面と同方向に同一角度傾斜した、部分円すい凸面状の傾斜面としている。従って、前記各ローラ３〜５の周面同士は互いに線接触し、前記各トラクション部の接触面積を確保できる。又、前記両ローディングカム装置９、９が発生する押圧力の差等に起因して前記各中間ローラ４、４が軸方向に変位する場合に、この変位が円滑に行われる様にしている。即ち、前記環状ローラ５の内周面を単なる円筒面とすると共に、前記各揺動フレーム２８、２８の支持板部２９、２９の内側面と前記各中間ローラ４、４の軸方向両端面との間、並びに、これら両支持板部２９、２９の外側面と前記両リム部２６ａ、２６ｂの内側面との間に、多少の隙間を存在させている。

更に、前記両太陽ローラ素子８、８の基端部外周面に、それぞれ外向フランジ状の鍔部３４、３４を設けている。即ち、これら両太陽ローラ素子８、８の外周面のうち、前記各中間ローラ４、４の外周面と転がり接触する部分は、先端面に向かうに従って外径が小さくなる方向に傾斜した傾斜面となっており、前記両鍔部３４、３４は、この傾斜面の基端部から、全周に亙り径方向外方に突出している。そして、これら両鍔部３４、３４を含む、前記両太陽ローラ素子８、８の基端面に、それぞれ前記各被駆動側カム面１９、１９を形成している。

上述の様に構成する従来の摩擦ローラ式減速機１は、次の様に作用して、前記入力軸２から前記出力軸６に動力を、減速すると同時にトルクを増大させつつ伝達する。
即ち、電動モータにより前記入力軸２を回転駆動すると、この入力軸２に外嵌固定した前記両カム板１８、１８が回転し、前記両太陽ローラ素子８、８が、前記各玉２１、２１と前記各カム面１９、２０との係合に基づき、互いに近づく方向に押圧されつつ、前記入力軸２と同方向に同じ速度で回転する。そして、前記両太陽ローラ素子８、８により構成される前記太陽ローラ３の回転が、前記各中間ローラ４、４を介して前記環状ローラ５に伝わり、前記出力軸６から取り出される。前記各トラクション部の面圧は、前記両部材８、１８同士の間に設けられたばねに基づく、これら両部材８、１８を互いに逆方向に相対変位させる弾力に基づいて発生するカム部押圧力により、前記摩擦ローラ式減速機１の起動の瞬間から或る程度確保される。従って、この起動の瞬間から、前記各トラクション部で過大な滑りを発生させる事なく、動力伝達が開始される。

前記入力軸２に加わるトルクが増大すると、前記両ローディングカム装置９、９を構成する前記各玉２１、２１の、前記各カム面１９、２０への乗り上げ量が増大し、これら両ローディングカム装置９、９の軸方向厚さがより一層増大する。この結果、前記各トラクション部の面圧がより一層増大し、これら各トラクション部で、過大な滑りを発生する事なく、大きなトルクの伝達が行われる。これら各トラクション部の面圧は、前記入力軸２と前記出力軸６との間で伝達すべきトルクに応じた適正な値、具体的には必要最小限の値に適切な安全率を乗じた値に、自動的に調整される。この結果、前記両軸２、６同士の間で伝達されるトルクの変動に拘らず、前記各トラクション部で過大な滑りが発生したり、逆に、これら各トラクション部の転がり抵抗が徒に大きくなる事を防止できて、前記摩擦ローラ式減速機１の伝達効率を良好にできる。

しかも、前記各揺動フレーム２８、２８の揺動変位に基づいて前記各中間ローラ４、４が、前記太陽ローラ３及び前記環状ローラ５の径方向外方に、円滑に変位する。従って、前記各トラクション部の面圧が不均一になる事を防止できて、前記各トラクション部の面圧を適正にし、前記摩擦ローラ式減速機１の伝達効率を、より一層良好にできる。

上述の様な摩擦ローラ式減速機１は、耐久性の確保及び伝達効率の向上の面から改良の余地がある。即ち、この摩擦ローラ式減速機１の運転時には、前記各中間ローラ４、４の外周面と、前記太陽ローラ３の外周面及び前記環状ローラ５の内周面との転がり接触部（トラクション部）に、軸方向の力が発生する（これら各トラクション部にサイドスリップが発生する）可能性がある。この様な力が発生する原因は、前記両ローディングカム装置９、９が発生する押圧力（前記各玉２１、２１の前記各カム面１９、２０への乗り上げ量）に差が生じたり、前記各ローラ３〜５の周面の性状（形状精度、表面粗さ等）が不正規である場合等、種々考えられる。又、例えば、前記各中間ローラ４の回転中心軸（自転軸７）と、前記太陽ローラ３又は前記環状ローラ５の中心軸とが傾斜した状態のまま前記各中間ローラ４が回転した（スキューが発生した）場合にも、前記軸方向の力が発生する。何れにしても、この軸方向の力の大きさが、前記各揺動フレーム２８、２８の支持板部２９、２９の側面と、前記各中間ローラ４、４の軸方向両端面及び前記両リム部２６ａ、２６ｂの内側面との間の隙間に基づいてこれら各中間ローラ４、４が軸方向に変位する事により吸収できる範囲内であれば、問題を生じる事はない。これに対して、前記軸方向の力の大きさが前記各中間ローラ４、４の軸方向変位により吸収できる範囲を超えた場合、これら各中間ローラ４、４と、前記環状ローラ５とが、軸方向に関して互いに反対方向に押圧される。これら各中間ローラ４、４を押圧する力は、前記両支持板部２９、２９のうちの何れか一方の支持板部２９の内側面を押圧し、前記支持フレーム２５や前記ハウジング１０を構成する前記端板２４及び前記入力側小径円筒部１１を介して、前記入力側玉軸受ユニット１２の外輪を軸方向に押圧する。一方、前記環状ローラ５を押圧する力は、前記連結部１７及び前記出力軸３を介して前記出力側玉軸受ユニット１４の内輪を軸方向に押圧する。この様にして、これら両玉軸受ユニット１２、１４を構成する内輪と外輪との間に軸方向の大きな力が作用すると、軸受寿命が低下したり、これら両玉軸受ユニット１２、１４に於ける摩擦損失が大きくなる。

特開２０１２−１９７９３０号公報 特開２０１２−２０７７７８号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、耐久性を確保すると共に、優れた伝達効率を得られる摩擦ローラ式減速機を実現すべく発明したものである。

本発明の摩擦ローラ式減速機は、前述した従来から知られている摩擦ローラ式減速機と同様に、入力軸と、出力軸と、太陽ローラと、環状ローラと、複数個の中間ローラと、ローディングカム装置とを備える。
このうちの太陽ローラは、軸方向に分割された１対の太陽ローラ素子を前記入力軸の周囲に、互いの先端面同士の間に隙間を介在させた状態で互いに同心に配置して成る。そして、前記両太陽ローラ素子の外周面を、それぞれの先端面に向かうに従って外径が小さくなる方向に傾斜した傾斜面とし、これら両傾斜面を転がり接触面としている。
又、前記環状ローラは、前記太陽ローラの周囲にこの太陽ローラと同心に配置されたもので、内周面を転がり接触面としている。
又、前記各中間ローラは、前記太陽ローラの外周面と前記環状ローラの内周面との間の環状空間の円周方向複数箇所に、それぞれが前記入力軸と平行に配置された自転軸を中心とする回転自在に支持されている。そして、この状態で、それぞれの外周面を前記太陽ローラの外周面と前記環状ローラの内周面とに転がり接触させている。
又、前記ローディングカム装置は、前記両太陽ローラ素子のうちの少なくとも一方の太陽ローラ素子であり、前記入力軸に対する相対回転を可能とされた可動太陽ローラ素子とこの入力軸との間に設けられ、この入力軸の回転に伴ってこの可動太陽ローラ素子を相手方の太陽ローラ素子に向けて軸方向に押圧しつつ回転させるものである。この為に、前記ローディングカム装置を、前記可動太陽ローラ素子の基端面の円周方向複数箇所に設けられた被駆動側カム面と、前記入力軸の一部に固定されてこの入力軸と共に回転するカム板のうちで前記可動太陽ローラ素子の基端面に対向する片側面の円周方向複数箇所に設けられた駆動側カム面との間に転動体を挟持して成るものとする。そして、これら各駆動側カム面及び前記各被駆動側カム面をそれぞれ、軸方向に関する深さが円周方向に関して漸次変化して端部に向かうに従って浅くなる形状を有するものとする。
更に、前記環状ローラと前記各自転軸を支持した部材とのうちの一方の部材を、前記太陽ローラを中心とする回転を阻止した状態とし、他方の部材を前記出力軸に結合して、この他方の部材によりこの出力軸を回転駆動自在としている。

特に、本発明の摩擦ローラ式減速機に於いては、前記各中間ローラの外周面と、前記太陽ローラの外周面及び前記環状ローラの内周面とを、軸方向に関してそれぞれ２箇所ずつで転がり接触させる。
上述の様な本発明の摩擦ローラ式減速機を実施する場合、具体的には請求項２に記載した発明の様に、前記各中間ローラの外周面のうち、前記両太陽ローラ素子の外周面と転がり接触する部分である軸方向両端部を、軸方向両端面に向かうに従って外径が小さくなる方向に傾斜した、部分円すい凸面状の傾斜面とする。又、前記環状ローラの内周面のうち、前記各中間ローラの外周面と転がり接触する部分である軸方向両端部を、軸方向両端面に向かうに従って内径が小さくなる方向に傾斜した、部分円すい凹面状の傾斜面とする。

上述の様な本発明の摩擦ローラ式減速機を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した発明の様に、前記ローディングカム装置を、前記両太陽ローラ素子のうちの一方の太陽ローラ素子と、前記入力軸との間にのみ設ける。又、これら両太陽ローラ素子のうちの他方の太陽ローラ素子を、この入力軸に、この入力軸と同期した回転を可能に、且つ、この入力軸の軸方向に対する相対変位を不能にした状態で支持する。
又、好ましくは請求項４に記載した発明の様に、前記各自転軸を支持した部材を、前記太陽ローラを中心とする回転を阻止した状態とし、前記環状ローラを前記出力軸に結合して、この環状ローラによりこの出力軸を回転駆動自在とする。

上述の様な請求項２、又は、この請求項２を引用した請求項３〜４に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項５に記載した発明の様に、前記入力軸に直交する仮想直線と、前記各中間ローラの外周面と前記環状ローラの内周面との転がり接触部に於けるこれら各中間ローラの外周面の法線との成す角度を、８°以上１４°以下とする。

上述の様に構成する本発明の摩擦ローラ式減速機によれば、耐久性を確保すると共に、優れた伝達効率を得られる。即ち、複数個の中間ローラの外周面と、太陽ローラの外周面及び環状ローラの内周面とを、軸方向に関してそれぞれ２箇所ずつで転がり接触している。従って、これら各ローラの転がり接触部（トラクション部）で軸方向の力が発生した場合には、この軸方向の力がこれら各ローラ内で打ち消し合って（相殺されて）、前記摩擦ローラ式減速機を構成する入力軸及び出力軸を回転自在に支持する軸受ユニットの外輪若しくは内輪に軸方向の力が加わるのを防止できる。この為、これら両軸受ユニットの寿命低下や摩擦損失の増大を防止できる。

本発明の実施の形態の第１例の摩擦ローラ式減速機を示す断面図。 図１のＸ−Ｘ断面図。 各ローラの支持状態を示す模式図。 図３の右方から見た状態を示す端面図。 本発明の効果を説明する為の、図３と同様の図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、図３と同様の図。 本発明の効果を確かめる為に行ったシミュレーション結果を示す図。 従来構造の１例を示す断面図。 予圧付与の為の機構を説明する為の模式図。 中間ローラの自転軸を、太陽ローラ及び環状ローラの径方向に変位可能に支持する部分の構造を示す斜視図。 同じく分解斜視図。 揺動フレームと中間ローラとを組み合わせたユニットを１個だけ取り出して示す斜視図。 更にこのユニットを揺動フレームと中間ローラとに分けた状態で示す分解斜視図。

［実施の形態の第１例］
図１〜５は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例を含め、本発明の摩擦ローラ式減速機の特徴は、この摩擦ローラ式減速機１ａを構成する各ローラ３ａ、４ａ、５ａの周面同士のトラクション部で発生する軸方向の力に拘らず、前記摩擦ローラ式減速機１ａの耐久性を確保すると共に、優れた伝達効率を得る為の構造にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図８〜１３に示した従来構造の場合と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の場合、入力軸２ａの基半部（図３の右半部）を、図８に示したハウジング１０の如き減速機ケースの内側に、回転自在に支持している。一方、前記入力軸２ａの先端部は、出力軸６ａの基端面中央部に形成した円形凹部４１の内側に、ラジアル転がり軸受５２により支持している。この様な構成により、前記入力軸２ａと前記出力軸３ａとの相対回転の自在性を確保しつつ、この入力軸２ａの先半部（図３の左半部）の支持剛性（特にラジアル剛性）を確保している。そして、この入力軸２ａの中間部に前記太陽ローラ３ａを設けて、この入力軸２ａによりこの太陽ローラ３ａを回転駆動する様に構成している。この太陽ローラ３ａは、１対の太陽ローラ素子８ａ、８ｂから成り、前記入力軸２ａの先半部に設けた小径部３５の周囲に配置している。又、本例の場合、ローディングカム装置９ａを、前記太陽ローラ３ａの軸方向片側にのみ設けている。即ち、前記両太陽ローラ素子８ａ、８ｂのうち、特許請求の範囲に記載した可動太陽ローラ素子である、一方（図１、３の左方）の太陽ローラ素子８ａを、前記入力軸２ａの周囲に、この入力軸２ａと同心に、且つ、相対回転を可能に支持すると共に、この入力軸２ａの周囲で前記一方の太陽ローラ素子８ａよりも先端寄り部分に、カム板１８ａを支持固定（前記入力軸２ａに対する相対回転及び軸方向変位を阻止した状態で支持）している。そして、前記太陽ローラ８ａの基端面に形成した被駆動側カム面１９、１９と、前記カム板１８ａの片側面に形成した駆動側カム面２０、２０との間に、それぞれ玉２１、２１を挟持して、前記ローディングカム装置９ａを構成している。これに対し、前記両太陽ローラ素子８ａ、８ｂのうちの他方（図１、３の右方）の太陽ローラ素子８ｂは、前記入力軸２ａの周囲に、この入力軸２ａと同心に、且つ、同期した回転を可能に支持している。

具体的には、前記他方の太陽ローラ素子８ｂを、前記入力軸２ａの小径部３５に締り嵌めで外嵌固定すると共に、この他方の太陽ローラ素子８ｂの基端面（図１の右端面）を、前記小径部３５と、前記入力軸２ａの基半部に設けた大径部３６との間の段差部３７に突き当てている。これにより、前記他方の太陽ローラ素子８ｂが、前記入力軸２ａの軸方向に関して、前記一方の太陽ローラ素子８ａから離隔する方向に変位するのを阻止している。この入力軸２ａの小径部３５の中間部には、カラー３８を、その片端面（図１の右端面）を前記他方の太陽ローラ素子８ｂの先端面（図１の左端面）に突き当てた状態で外嵌している。前記カラー３８の中間部外周面には、前記一方の太陽ローラ８ａを隙間嵌で外嵌し、同じく他端部外周面に、前記カム板１８ａを外嵌している。更に、前記入力軸２ａの小径部３５のうち、前記カラー３８を外嵌した部分とこの入力軸２ａの先端側に隣接する部分に、バックアッププレート３９を、その片端面（図１の右端面）を前記カラー３８の他端面（図１の左端面）に突き当てた状態で外嵌している。この様な構成により、前記他方の太陽ローラ素子８ｂと前記バックアッププレート３９との間の間隔を適正な寸法に規制すると共に、前記入力軸２ａから、前記他方の太陽ローラ素子８ｂ及び前記カラー３８を介して前記バックアッププレート３９にトルクを伝達可能にしている。そして、前記入力軸２ａの先端寄り部分に螺着固定したローディングナット４０により、前記バックアッププレート３９が、前記入力軸２ａから抜け出る方向（図１の左方）に変位するのを阻止している。又、本例の場合、前記カム板１８ａと前記バックアッププレート３９との間に予圧ばね５３を設け、前記ローディングカム装置９ａの非作動時（前記入力軸２ａの停止時）にも、前記各ローラ３ａ、４ａ、５ａの周面同士の転がり接触部の面圧を、必要最低限だけは確保する様にしている。従って、これら各転がり接触部は、前記摩擦ローラ式減速機１ａの運転開始直後から、過大な滑りを生じる事なく、動力伝達を開始できる。尚、この様な本例の構造の場合、前記摩擦ローラ式減速機１ａの運転中には、前記一方の太陽ローラ素子８ａが前記他方の太陽ローラ素子８ｂに対して軸方向に変位する場合を除き、前記太陽ローラ３ａが軸方向に変位する事はない。

又、前記環状ローラ５ａは、この環状ローラ５ａを前記出力軸６ａに連結する為の連結部１７ａに対し、スプライン係合等により、軸方向の変位を可能に支持している。これらにより、前記ローディングカム装置９ａの作動に伴う、前記太陽ローラ３ａ及び前記環状ローラ５ａの軸方向変位を許容している。これに対し、前記各中間ローラ４ａ、４ａは、前記減速機ケース内に支持固定された支持フレーム２５ａに対し、これら各中間ローラ４ａ、４ａと同数の揺動フレーム４２、４２により、回転（自転）及びこの支持フレーム２５ａの径方向に関する若干の変位を自在に支持している。このうちの支持フレーム２５ａは、円輪状の連結板部４３と、この連結板部４３の軸方向片側面の円周方向等間隔複数箇所から前記各中間ローラ４ａ、４ａの設置側に向けて、前記支持フレーム２５ａの軸方向に対し平行に突出し、断面形状がこの支持フレーム２５ａの径方向に長い柱部４４、４４とから成る。前記各揺動フレーム４２、４２は、この支持フレーム２５ａの周方向に関する一端部を、前記連結板部４３の軸方向片側面にそれぞれの基端部を結合固定した揺動支持軸４５、４５を中心とする揺動変位を自在としている。

前記各揺動フレーム４２、４２は、それぞれ、軸方向に離隔した状態で設けられた１対の支持板部４６ａ、４６ｂを備え、これら両支持板部４６ａ、４６ｂの中央部で互いに整合する部分に、それぞれ円形の保持凹部４７、４７を設けている。一方、前記各中間ローラ４ａ、４ａは、自転軸７ａ、７ａと一体に、これら各自転軸７ａ、７ａと同心に形成している。これら各自転軸７ａ、７ａの両端部は前記各中間ローラ４ａ、４ａの軸方向両端面よりも軸方向に突出しており、且つ、突出した先端寄り部分を、基端寄り部分よりも小径とし、これら先端寄り部分と基端寄り部分との間に段差部４８、４８を設けている。この様な各自転軸７ａ、７ａの両端部には、それぞれ単列深溝型の玉軸受３１ａ、３１ａを構成する内輪４９、４９を締り嵌めで外嵌し、これら各内輪４９、４９の軸方向端面を前記各段差部４８、４８に突き当てている。又、前記各玉軸受３１ａ、３１ａを構成する外輪５０、５０は、前記各保持凹部４７、４７に、径方向にがたつく事はないが、軸方向の変位を可能に内嵌できるだけの外径を有する。更に、前記各内輪４９、４９の軸方向端面を前記各段差部４８、４８に突き当てた状態で、前記各外輪５０、５０の軸方向外端面（互いに反対側の端面）同士の間隔は、前記各保持凹部４７、４７の底面同士の間隔よりも十分に小さくしている。又、前記各外輪５０、５０の軸方向外端面と前記各保持凹部４７、４７の底面との間に波板ばね５１、５１等の弾性部材を設けて、前記各中間ローラ４ａ、４ａを、軸方向中央部に向け、弾性的に付勢している。前記各波板ばね５１、５１の弾力は、前記ローディングカム装置９ａの作動に伴う、前記各中間ローラ４ａ、４ａの軸方向変位を許容できる程度の、小さな値としている。

又、本例の場合、前記各中間ローラ４ａ、４ａの外周面は、軸方向中間部を単なる円筒面とし、軸方向両端部を断面形状が直線状で、前記両太陽ローラ素子８ａ、８ｂの外周面と同方向に同一角度傾斜した円すい凸面状の傾斜面としている。又、前記環状ローラ５ａの内周面のうち、軸方向中間部を、前記各中間ローラ４ａ、４ａの外周面の軸方向中間部に形成した円筒面よりも軸方向長さが短い、単なる円筒面とし、軸方向両端部を、前記各中間ローラ４ａ、４ａの外周面のうちの軸方向両端部と同方向に同一角度傾斜した円すい凹面状の傾斜面としている。この様な構成により、本例の場合には、前記各中間ローラ４ａ、４ａの外周面と、前記太陽ローラ３ａの外周面及び前記環状ローラ５ａの内周面とを、それぞれ軸方向２箇所ずつで、傾斜角度が互いに逆である、非円筒面同士（部分円すい筒面同士）で転がり接触させている。特に、本例の場合には、前記入力軸２ａに直交する仮想直線と、前記各中間ローラ４ａ、４ａの外周面と前記環状ローラ５ａの内周面との転がり接触部に於けるこれら各中間ローラ４ａ、４ａの外周面の法線との成す角度（これら各中間ローラ４ａ、４ａの外周面と前記環状ローラ５ａの内周面との接触角）θが、８°以上１４°以下（８°≦θ≦１４°）となる様に、これら各中間ローラ４ａ、４ａの外周面及び前記環状ローラ５ａの内周面の形状を規制している。

上述の様な本例の摩擦ローラ式減速機１ａの場合、耐久性を確保できると共に、優れた伝達効率を得られる。この理由に就いて、図５を参照しつつ説明する。例えば前記各中間ローラ４ａ、４ａの外周面と前記環状ローラ５ａの内周面との転がり接触部のうちの軸方向片側｛図５の（Ａ）の左側｝の転がり接触部｛図５の（Ａ）の鎖点αで囲んだ部分｝でサイドスリップが発生したと仮定する。このサイドスリップにより、図５の（Ａ）に示す様に、前記環状ローラ５ａに力Ｆ_１が、前記各中間ローラ４ａ、４ａに力Ｆ_２が、それぞれ加わる。このうちの力Ｆ_１により、前記環状ローラ５ａが軸方向片側に変位する傾向になると、この環状ローラ５ａが、軸方向反対側の転がり接触部｛図５の（Ａ）の鎖点βで囲んだ部分｝に於いて前記各中間ローラ４ａ、４ａを、力Ｆ_３で押圧する。一方、前記力Ｆ_２によって前記環状ローラ５ａは、前記軸方向反対側の転がり接触部で力Ｆ_４により押圧される。この様にして、これら各ローラ４ａ、５ａに加わる前記各力Ｆ_１〜Ｆ_４の大きさは、作用・反作用の法則から明らかな通り、全て同じである。従って、前記サイドスリップに基づき前記各ローラ４ａ、５ａに加わる前記各力Ｆ_１〜Ｆ_４は、これら各ローラ４ａ、５ａ内で打ち消し合う（相殺される）。

同様に、前記各中間ローラ４ａ、４ａの外周面と前記太陽ローラ３ａの内周面との転がり接触部のうちの軸方向片側｛図５の（Ｂ）の左側｝の転がり接触部｛図５の（Ｂ）の鎖点γで囲んだ部分｝にサイドスリップが発生した場合、図５の（Ｂ）に示す様に、前記各中間ローラ４ａ、４ａには力Ｆ_５が、前記一方の太陽ローラ素子８ａには力Ｆ_６が、それぞれ加わる。このうちの力Ｆ_５により、前記各中間ローラ４ａ、４ａが軸方向他側に変位する傾向になると、軸方向反対側の転がり接触部｛図５の（Ｂ）の鎖点δで囲んだ部分｝に於いて、前記他方の太陽ローラ素子８ｂが、力Ｆ_７で押圧されると共に、前記各中間ローラ４ａ、４ａが力Ｆ_８で押圧される。この様にして、これら各ローラ３ａ、４ａに加わる力Ｆ_５〜Ｆ_８に就いても、これら各ローラ３ａ、４ａ内で打ち消し合う（相殺される）。

上述した様に、前記各転がり接触部でサイドスリップが発生した場合であっても、前記各ローラ３ａ、４ａ、５ａに加わる力は、これら各ローラ３ａ、４ａ、５ａ内で打ち消し合う（相殺される）。この為、前記入力軸２ａ及び出力軸６ａを支持する軸受ユニット１２、１４（図８参照）の内輪若しくは外輪に軸方向の力が加わるのを防止でき、これら両軸受ユニット１２、１４の寿命が低下したり、摩擦損失の増大するのを防止できる。この結果、前記摩擦ローラ式減速機１ａの耐久性を確保できると共に、この摩擦ローラ式減速機１ａの伝達効率を良好にできる。

又、本例の摩擦ローラ式減速機１ａの場合、前記各中間ローラ４ａ、４ａの外周面と前記環状ローラ５ａの内周面との接触角θを、８°以上１４°以下（８°≦θ≦１４°）としている。この為、前記摩擦ローラ式減速機１ａの伝達効率を良好にすると共に、動力伝達に伴って前記各ローラ３ａ、４ａ、５ａに加わる軸方向の力が過度に大きくなるのを防止できる。即ち、前記接触角θを８°未満とした（θ＜８°）場合、前記各転がり接触部で有害な滑り（グロススリップ）が発生する可能性がある。一方、前記接触角θを１４°よりも大きくした（θ＞１４°）場合、動力伝達に伴って前記各ローラ３ａ、４ａ、５ａに加わる、軸方向荷重が過度に大きくなり、前記ローディングカム装置９ａに必要とされる最大押圧力（発生させるべき最大押圧力）が大きくなってこのローディングカム装置９ａが大型化したり、ローディングナット４０の前記入力軸２ａに対する締結力（このローディングナット４０の締め付け力）が大きくなって、前記摩擦ローラ式減速機１ａが大型化する可能性がある。これに対し、本例の場合には、前記接触角θを適正な範囲（８°≦θ≦１４°）に規制している為、前記摩擦ローラ式減速機１ａの伝達効率を良好にでき、且つ、前記各ローラ３ａ、４ａ、５ａに加わる軸方向の力が過度に大きくなるのを防止できる為、前記摩擦ローラ式減速機１ａの大型化を防止する事ができる。

［実施の形態の第２例］
図６は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の摩擦ローラ式減速機１ｂは、ローディングカム装置９ａの作動に伴って、太陽ローラ３ａ及び環状ローラ５ａが軸方向に変位するのを許容する。この為に、この環状ローラ５ａを、連結部１７ａに対し、スプライン係合等により、軸方向の変位を可能に支持すると共に、入力軸２ａを、図８に示したハウジング１０の如き減速機ケースの内側に軸方向の変位を可能に支持する事で、前記太陽ローラ３ａの軸方向変位を可能としている。一方、中間ローラ４ａ、４ａを、支持フレーム２５ａ（図１参照）に対し、径方向変位のみ可能に（軸方向変位を阻止した状態で）支持している。
その他の部分の構成及び作用は、上述した実施の形態の第１例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

本発明の効果を確認する為に行った実験に就いて、図７を参照しつつ説明する。この図７は、実験により求めた、図１〜２に示した実施の形態の第１例の構造に於ける、入力軸２ａの回転トルク（入力トルク）と、摩擦ローラ式減速機１ａの伝達効率（この入力軸２ａと出力軸３ａとの間の伝達効率）との関係を示している。尚、本実験では、環状ローラ５ａとして、内周面の傾斜角度（軸方向に対する傾斜角度）が、８°±１°のものを使用した。この様な図７から明らかな通り、前記接触角θが４°、６°、８°の何れの場合でも、前記摩擦ローラ式減速機１ａの伝達効率は、前記入力トルクを０［Ｎｍ］から増大させるに従って上昇し、この入力トルクが凡そ１５［Ｎｍ］以上となった時点で、９０［％］よりも大きくなる。この状態から更に前記入力トルクを増大させると、前記接触角θが４°の場合には、前記入力トルクが凡そ２５［Ｎｍ］以上で、同じく６°の場合には、この入力トルクが凡そ３７．５［Ｎｍ］以上で、それぞれ前記伝達効率が９０［％］よりも小さくなる。これに対し、前記接触角θを８°とした場合には、前記入力トルクを、一般的な電気自動車用の摩擦ローラ式減速機での最大値（最大入力トルク）である５０［Ｎｍ］とした場合にも、前記伝達効率は９０［％］よりも大きい。従って、前記接触角θを８°以上にすれば、一般的な電気自動車用の摩擦ローラ式減速機の入力トルクである５０［Ｎｍ］以下の範囲で、前記摩擦ローラ式減速機１ａの伝達効率を良好にできる。

次に、前記接触角θを１４°以下とする事の効果に就いて、具体的な数値を示して説明する。前記摩擦ローラ式減速機１ａの運転時に、ローディングナット４０の片端面とバックアッププレート３９の他端面、このバックアッププレート３９の片端面とカラー３８の他端面、このカラー３８の片端面と他方の太陽ローラ素子８ｂの先端面、この他方の太陽ローラ素子８ｂの基端面及び前記入力軸２ａの段差部３７は、それぞれ互いに摩擦係合している。ここで、前記ローディングナット４０の片端面からバックアッププレート３９の他端面に加わる軸方向荷重は、ローディングカム装置９ａが発生する押圧力が、前記ローディングナット４０の前記入力軸２ａに対する締結力よりも大きくならない限り、一定である。これに対し、前記摩擦ローラ式減速機１ａの運転に伴い前記ローディングカム装置９ａが作動し、前記バックアッププレート３９が前記入力軸２ａから抜け出る方向に押圧されると、前記バックアッププレート３９の片端面から前記カラー３８の他端面に加わる軸方向荷重、並びに、このカラー３８の片端面から前記他方の太陽ローラ素子８ｂの先端面に加わる軸方向荷重は、それぞれ低下する。前記摩擦ローラ式減速機１ａの運転時に、前記バックアッププレート３９の片端面及び前記カラー３８の他端面同士の間、並びに、前記カラー３８の片端面及び前記他方の太陽ローラ素子８ｂの先端面同士の間では、前記入力軸２ａへの入力トルクの半分を伝達する必要がある。ここで、この入力軸２ａに直交する１対の円輪状の平面同士の当接部（摩擦係合部）の摩擦係数をμ、この当接部で伝達すべきトルクをＴ［Ｎｍ］、この当接部の径方向長さをｒ［ｍ］とした場合に、このトルクＴを伝達する為に必要な、前記両平面のうち、一方の面から他方の面に加わる軸方向荷重Ｐ［Ｎ］は、次の（１）式の様に表される。

前記摩擦ローラ式減速機１ａを、一般的な電気自動車用の摩擦ローラ式減速機として使用する場合、前記各面同士の当接部（摩擦係合部）のうち、前記カラー３８の片端面と前記他方の太陽ローラ素子８ｂの先端面との当接部の当接面積が最も小さく、この当接部の径方向長さは凡そ７［ｍｍ］である。即ち、前記カラー３８の片端面から前記他方の太陽ローラ素子８ｂの先端面に加わる軸方向荷重を、最大入力トルク（５０［Ｎｍ］）の半分（２５［Ｎｍ］）を伝達できる大きさ以上にする必要がある。従って、前記カラー３８の片端面と前記他方の太陽ローラ素子８ｂの先端面との間の摩擦係数を０．１とした場合、前記最大入力トルクの半分のトルク（２５［Ｎｍ］）を伝達する為に必要な、前記カラー３８の片端面から前記他方の太陽ローラ素子８ｂの先端面に加わる軸方向荷重は、凡そ３５７１４［Ｎ］となる。前記ローディングナット４０の前記入力軸２ａに対する締結力（一般的な電気自動車用摩擦ローラ式減速機の場合で、凡そ４３０００［Ｎ］）から前記ローディングカム装置９ａが発生する軸方向の押圧力を引いた値が、３５７１４［Ｎ］以上であれば、前記カラー３８の片端面と前記他方の太陽ローラ素子８ｂの先端面との間での滑りの発生を防止する事ができる。ここで、前記最大入力トルクを伝達する為に必要な、各ローラ３ａ、４ａ、５ａ同士の転がり接触部の法線力は、１箇所当たり９９８０［Ｎ］であるから、前記接触角θと、前記ローディングカム装置９ａが発生する軸方向の押圧力、及び、前記カラー３８の片端面から前記他方の太陽ローラ素子８ｂの先端面に加わる軸方向荷重との関係は、表１に示す様になる。

この表１から明らかな様に、前記接触角θが１５°以上の場合、前記カラー３８の片端面から前記他方の太陽ローラ素子８ｂの先端面に加わる軸方向荷重が、３５７１４［Ｎ］よりも小さくなる。これに対し、前記接触角θが１４°以下の場合には、前記カラー３８の片端面から前記他方の太陽ローラ素子８ｂの先端面に加わる軸方向荷重を、３５７１４［Ｎ］以上にする事ができる。従って、前記接触角θを１４°以下にすれば、前記ローディングカム装置９ａが発生すべき押圧力が大きくなったり、前記ローディングナット４０の前記入力軸２ａに対する締結力を過度に大きくする必要がない為、前記摩擦ローラ式減速機１ａの大型化を防止する事ができる。

本発明を実施する場合に、出力軸と共に回転するローラは、必ずしも環状ローラである必要はない。即ち、遊星ローラ式の摩擦ローラ式減速機で、本発明を実施する事もできる。この場合には、各中間ローラを、太陽ローラの周囲で自転しつつ公転する遊星ローラとし、これら各遊星ローラを支持しているキャリアに、出力軸の基端部を、トルクの伝達を可能に結合する。又、環状ローラをハウジングの内面に軸方向の変位のみ可能に組み付ける。

１、１ａ 摩擦ローラ式減速機
２、２ａ 入力軸
３、３ａ 太陽ローラ
４、４ａ 中間ローラ
５、５ａ 環状ローラ
６、６ａ 出力軸
７ 自転軸
８、８ａ、８ｂ 太陽ローラ素子
９、９ａ ローディングカム装置
１０ ハウジング
１１ 入力側小径円筒部
１２ 入力側玉軸受ユニット
１３ 出力側小径円筒部
１４ 出力側玉軸受ユニット
１５ 円形凹部
１６ ラジアル転がり軸受
１７、１７ａ 連結部
１８、１８ａ カム板
１９ 被駆動側カム面
２０ 駆動側カム面
２１ 玉
２２ 環状空間
２３ 大径円筒部
２４ 端板
２５、２５ａ 支持フレーム
２６ａ、２６ｂ リム部
２７ ステー
２８ 揺動フレーム
２９ 支持板部
３０ 基部
３１、３１ａ 玉軸受
３２ 揺動軸
３３ 支持孔
３４ 鍔部
３５ 小径部
３６ 大径部
３７ 段差部
３８ カラー
３９ バックアッププレート
４０ ローディングナット
４１ 円形凹部
４２ 揺動フレーム
４３ 連結板
４４ 柱部
４５ 揺動支持軸
４６ａ、４６ｂ 支持板部
４７ 保持凹部
４８ 段差部
４９ 内輪
５０ 外輪
５１ 波板ばね
５２ ラジアル転がり軸受
５３ 予圧ばね

Claims (5)

1. 入力軸と、出力軸と、太陽ローラと、環状ローラと、複数個の中間ローラと、ローディングカム装置とを備え、
   このうちの太陽ローラは、軸方向に分割された１対の太陽ローラ素子を前記入力軸の周囲に、互いの先端面同士の間に隙間を介在させた状態で互いに同心に配置して成るもので、前記両太陽ローラ素子の外周面は、それぞれの先端面に向かうに従って外径が小さくなる方向に傾斜した傾斜面とし、これら両傾斜面を転がり接触面としており、
   前記環状ローラは、前記太陽ローラの周囲にこの太陽ローラと同心に配置されたもので、内周面を転がり接触面としており、
   前記各中間ローラは、前記太陽ローラの外周面と前記環状ローラの内周面との間の環状空間の円周方向複数箇所に、それぞれが前記入力軸と平行に配置された自転軸を中心とする回転自在に支持された状態で、それぞれの外周面を前記太陽ローラの外周面と前記環状ローラの内周面とに転がり接触させており、
   前記ローディングカム装置は、前記両太陽ローラ素子のうちの少なくとも一方の太陽ローラ素子であり、前記入力軸に対する相対回転を可能とされた可動太陽ローラ素子とこの入力軸との間に設けられて、この入力軸の回転に伴ってこの可動太陽ローラ素子を相手方の太陽ローラ素子に向けて軸方向に押圧しつつ回転させるものであって、この可動太陽ローラ素子の基端面の円周方向複数箇所に設けられた被駆動側カム面と、前記入力軸の一部に固定されてこの入力軸と共に回転するカム板のうちで前記可動太陽ローラ素子の基端面に対向する片側面の円周方向複数箇所に設けられた駆動側カム面との間に転動体を挟持して成るもので、これら各駆動側カム面及び前記各被駆動側カム面はそれぞれ、軸方向に関する深さが円周方向に関して漸次変化して端部に向かうに従って浅くなる形状を有するものであり、
   前記環状ローラと前記各自転軸を支持した部材とのうちの一方の部材を、前記太陽ローラを中心とする回転を阻止した状態とし、他方の部材を前記出力軸に結合して、この他方の部材によりこの出力軸を回転駆動自在とした摩擦ローラ式減速機に於いて、
   前記各中間ローラの外周面と、前記太陽ローラの外周面及び前記環状ローラの内周面とが、軸方向に関してそれぞれ２箇所ずつで転がり接触している事を特徴とする摩擦ローラ式減速機。
2. 前記各中間ローラの外周面のうち、前記両太陽ローラ素子の外周面と転がり接触する部分である軸方向両端部が、軸方向両端面に向かうに従って外径が小さくなる方向に傾斜した、部分円すい凸面状の傾斜面であり、前記環状ローラの内周面のうち、前記各中間ローラの外周面と転がり接触する部分である軸方向両端部が、軸方向両端面に向かうに従って内径が小さくなる方向に傾斜した、部分円すい凹面状の傾斜面である、請求項１に記載した摩擦ローラ式減速機。
3. 前記ローディングカム装置が、前記両太陽ローラ素子のうちの一方の太陽ローラ素子と、前記入力軸との間にのみ設けられており、これら両太陽ローラ素子のうちの他方の太陽ローラ素子を、この入力軸に、この入力軸と同期した回転を可能に、且つ、この入力軸の軸方向に対する相対変位を不能にした状態で支持している、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した摩擦ローラ式減速機。
4. 前記各自転軸を支持した部材を、前記太陽ローラを中心とする回転を阻止した状態とし、前記環状ローラを前記出力軸に結合して、この環状ローラによりこの出力軸を回転駆動自在としている、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した摩擦ローラ式減速機。
5. 前記入力軸に直交する仮想直線と、前記各中間ローラの外周面と前記環状ローラの内周面との転がり接触部に於けるこれら各中間ローラの外周面の法線との成す角度が、８°以上１４°以下である、請求項２、又は、この請求項２を引用した請求項３〜４のうちの何れか１項に記載した摩擦ローラ式減速機。

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