JP2015113931A - 遊星ローラ式変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】遊星ローラの公転中心に対するキャリアの芯ずれが生じた場合であっても、芯ずれに起因する回転ムラを低く抑制でき、これにより、回転精度の高い遊星ローラ式変速機を提供すること。
【解決手段】遊星ローラ式変速機５では、キャリア１０の複数の軸部１８は、出力軸６の軸方向と交差する方向にキャリア１０が移動したときに、当該キャリア１０に伴って移動する少なくとも１つの軸部１８の外周が、対応する遊星ローラ１３の入力軸１１側の内周ではなく固定輪１２側の内周に接触するように設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、遊星ローラ式変速機に関する。

下記特許文献１に示すように、従来から、遊星ローラ式変速機（トラクションドライブ）において、円筒状の各遊星ローラの内周を挿通して当該遊星ローラを、キャリアから突出するピンにより遊嵌状態で回転可能に支持するタイプのものが知られている。ピンの外周には、円筒状のブッシュが外嵌固定されている。遊星ローラが遊嵌されているので、遊星ローラの内周とブッシュの外周との間にはクリアランスが設けられている。

特開２００３−１６１３５１号公報

たとえば、遊星ローラ式変速機は、画像形成装置等の装置内に横向きの状態（入力軸および出力軸が水平方向に沿う状態）で搭載されることがある。このような搭載状態では、キャリアがその自重により所期位置から下がることがある。その結果、キャリアの回転中心と、キャリアの各ピンに遊嵌状態で支持された遊星ローラの公転中心とが一致しない状態、すなわち、遊星ローラの公転中心に対しキャリアが芯ずれした状態が生じることがある。

この場合、キャリアの芯ずれによりブッシュの外周面が遊星ローラの入力軸側の内周に接触すると、ピンの公転が促進されるおそれがある。キャリアの芯ずれに伴う遊星ローラとピンとの相対位置変化により、出力軸の回転状態においてキャリアの回転に進み遅れが生じるのであるが、ブッシュの外周面が、入力軸側で遊星ローラの内周と接触する場合には、キャリアの回転の進み遅れが顕著になり、遊星ローラ式変速機に大きな回転ムラが発生するおそれがある。

そこで、この発明の目的は、遊星ローラの公転中心に対するキャリアの芯ずれが生じた場合であっても、芯ずれに起因する回転ムラを低く抑制でき、これにより、回転精度の高い遊星ローラ式変速機を提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、入力軸（１１）と、前記入力軸の周囲において当該入力軸に同心状に配置された固定輪（１２）と、前記入力軸および前記固定輪の双方に転がり接触する複数の円筒状の遊星ローラ（１３）と、出力軸（１４）と、前記複数の遊星ローラに１対１対応で設けられ、対応する前記遊星ローラの内部を挿通して当該遊星ローラを遊嵌状態で回転可能に支持する複数の軸部（１８）を有し、前記出力軸に、当該出力軸に同伴回転可能に固定されたキャリア（１０）とを含み、前記キャリアの前記複数の軸部は、前記出力軸の軸方向と交差する方向に前記キャリアが移動したときに、当該キャリアに伴って移動する少なくとも１つの軸部の外周が、対応する前記遊星ローラの前記入力軸側の内周ではなく前記固定輪側の内周に接触するように設けられていることを特徴とする、遊星ローラ式変速機（５，１０５）を提供する。

なお、この項において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符合を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。
請求項２に記載の発明は、各軸部は、円筒面からなる外周面（１７Ａ）を有し、前記複数の軸部によって定まる前記キャリアのピッチ円直径（ＤＰ_Ｃ）が、前記入力軸と前記遊星ローラとの軸間距離（ＷＤ）よりも大きく設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の遊星ローラ式変速機である。

請求項３に記載の発明は、各軸部は外郭円筒状をなし、各軸部の外周面（１１７Ａ）における前記入力軸側の部分には、径方向内方へと退避する切欠き部（１１１）が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の遊星ローラ式変速機である。
請求項４に記載の発明は、各軸部は、ピン（１６）と、前記ピンに外嵌固定された円筒状のブッシュ（１１７）とを含み、前記切欠き部は、前記ブッシュの外周面（１１７Ａ）に形成されている、請求項３に記載の遊星ローラ式変速機である。

本発明の一実施形態に係る遊星ローラ式変速機が搭載された画像形成装置の概略構成を示す図である。 図１の切断面線II-IIから見た断面図である。 本発明の一実施形態に係る遊星ローラ式変速機においてキャリアが芯ずれしている状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る遊星ローラ式変速機の構成を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る遊星ローラ式変速機においてキャリアが芯ずれしている状態を示す断面図である。 別の形態に係る遊星ローラ式変速機の構成を示す断面図である。 別の形態に係る遊星ローラ式変速機においてキャリアが芯ずれしている状態を示す断面図である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る遊星ローラ式変速機５が搭載された印刷機等の画像形成装置の動力伝達部１の概略構成を示す図である。図２は、図１の切断面線II-IIから見た断面図である。
画像形成装置の動力伝達部１は、被駆動体２と、被駆動体２を回転駆動する遊星ローラ式変速ユニット３と、被駆動体２の被駆動体入力軸４と遊星ローラ式変速機５の出力軸６とを連結するカップリング７とを含む。動力伝達部１では、遊星ローラ式変速ユニット３は、出力軸６が水平になる横向きの状態で載置されている。

遊星ローラ式変速ユニット３は、電動モータ８と、遊星ローラ式変速機５と、電動モータ８および遊星ローラ式変速機５を一体的に収容するハウジング９とを含む。
ハウジング９は、電動モータ８を収容保持するたとえばアルミニウム製の第１ハウジング９Ａと、次に述べる出力軸６の一部およびキャリア１０を収容保持するたとえばアルミニウム製の第２ハウジング９Ｂとを含む。

遊星ローラ式変速機５は、入力軸１１と、固定輪（太陽輪）１２と、複数（この実施形態ではたとえば３つ）の遊星ローラ１３と、出力軸６と、キャリア１０とを含む。
入力軸１１には、電動モータ８のモータ軸８Ａが連結されている。なお、モータ軸８Ａを入力軸１１として設けてもよい。
固定輪１２は、第１ハウジング９Ａと第２ハウジング９Ｂとの間に、入力軸１１と同心状に挟まれた状態で固定されている。固定輪１２は、円環状をなし、たとえば軸受鋼を用いて形成されている。第１ハウジング９Ａ、固定輪１２および第２ハウジング９Ｂは、複数本のボルト１５により固定されている。

固定輪１２内には、複数の遊星ローラ１３が収容配置されている。複数の遊星ローラ１３は、固定輪１２と入力軸１１との間に形成される環状空間に、等角度間隔で配置されている。各遊星ローラ１３は、入力軸１１の外周面および固定輪１２の内周面の双方にトラクションオイルを介して圧接状態で転がり接触するように配置されている。各遊星ローラ１３は、円筒状（または円環状）をなし、たとえば軸受鋼を用いて形成されている。

キャリア１０は、円板状をなしている。キャリア１０の一方面（図１の右側）１０Ａ側には、遊星ローラ１３の数と同数の円柱状のピン１６が、一方面１０Ａと垂直をなして突設されている。換言すると、複数の遊星ローラ１３は、共通のキャリア１０に突設されている。ピン１６は、図１に示すようにキャリア１０と別部品であってもよいし、キャリア１０と一体に設けられたものであってもよい各ピン１６は、対応する遊星ローラ１３内を挿通して、当該遊星ローラ１３を遊嵌状態で回転可能に支持している。ピン１６は、円柱状をなし、たとえば軸受鋼を用いて形成されている。

一組の遊星ローラ１３およびピン１６の間には、円筒状のブッシュ１７が介装されている。ブッシュ１７は、円筒面からなる外周面１７Ａ（以下、「軸部１８の外周」という場合がある）を有し、その厚みは、周方向の全域において一様である。ブッシュ１７は、たとえば樹脂製やセラミック製であり、締まり嵌めによりピン１６の外周に外嵌固定されている。これらピン１６およびブッシュ１７により、軸部１８が構成されている。

キャリア１０の他方面（図１の左側）１０Ｃ側には、出力軸６が固定されている。また、出力軸６は、その途中部の一箇所が、１つの転がり軸受１９を介して第２ハウジング９Ｂに支持されている。そのため、出力軸６は回転自在に設けられている。
電動モータ８からの回転駆動力が入力軸１１に付与されることにより、各遊星ローラ１３が所定の自転方向Ｄ_ＲＳに自転するとともに、所定の公転方向Ｄ_Ｒに公転する。遊星ローラ１３の公転に伴って、キャリア１０が回転（自転）する。キャリア１０の回転駆動力が出力軸６を通じて遊星ローラ式変速機５から取り出され、この回転駆動力を用いて、画像形成装置の被駆動体２が回転駆動される。

図２に示すように、各遊星ローラ１３の内周と各ブッシュ１７の外周との間には、クリアランスが設けられている。仮に、ピン１６の中心（軸部１８の中心）、遊星ローラ１３の中心、および入力軸１１の中心が一直線上に並ぶ場合を想定すると、この場合において、入力軸１１側における軸部１８と遊星ローラ１３とのクリアランスＣＬ_１が、固定輪１２側における軸部１８と遊星ローラ１３とのクリアランスＣＬ_２よりも大きくなるように、ピン１６の位置および外径ならびにブッシュ１７の内外径（すなわち、軸部１８の外周の位置）がそれぞれ設定されている。

この場合、クリアランスＣＬ_１は、下記式（１）のように表すことができ、クリアランスＣＬ_２は、下記式（２）のように表すことができる。
ＣＬ_１＝（Ｄ_１−Ｄ_Ｐ１）/２
（Ｄ_１：キャリア１０回転中心から軸部１８の外周の最内方位置までの距離、Ｄ_Ｐ１：複数の遊星ローラ１３において、各遊星ローラ１３が軸部１８に接触する位置のうち最内方位置の、キャリア１０回転中心を中心とする円の径（内接径）） ・・・（１）
ＣＬ_２＝（Ｄ_２−Ｄ_Ｐ２）/２
（Ｄ_２：キャリア１０回転中心から軸部１８の外周の最外方位置までの距離、Ｄ_Ｐ２：複数の遊星ローラ１３において、各遊星ローラ１３が軸部１８に接触する位置のうち最外方位置の、キャリア１０回転中心を中心とする円の径（外接径）） ・・・（２）
また、見方を変えると、軸部１８の外周の位置は、キャリア１０のピッチ円直径ＤＰ_Ｃが、入力軸１１と遊星ローラ１３との軸間距離ＷＤよりも大きくなるように設定されている、ということもできる。なお、この場合において、ピッチ円直径ＤＰ_Ｃは以下の式（３）で表すことができ、軸間距離ＷＤは以下の式（４）で表すことができる。
ＤＰ_Ｃ＝（Ｄ_１+Ｄ_２）/２ ・・・（３）
ＷＤ＝（Ｄ_Ｓ+Ｄ_Ｐ）/２
（Ｄ_Ｐ：遊星ローラ１３の外径、Ｄ_Ｓ：入力軸１１の外径） ・・・（４）
ところで、遊星ローラ式変速ユニット３が横向きの状態で載置されているために、キャリア１０がその自重により所期位置から下がる（出力軸６の軸方向と交差する方向にキャリア１０が移動する）ことがある。とくに、この実施形態のように、出力軸６の軸方向の一箇所を支持（片持ち支持）する場合には、キャリア１０の下降が生じやすい。キャリア１０の降下の結果、キャリア１０の回転中心と、キャリア１０の各軸部に遊嵌状態で支持された遊星ローラ１３の公転中心とが一致しない状態、すなわち、遊星ローラの公転中心（入力軸１１の回転軸線）に対するキャリア１０の芯ずれが生じることがある。

図３は、本発明の一実施形態に係る遊星ローラ式変速機５においてキャリア１０が芯ずれしている状態を示す要部断面図である。
遊星ローラ式変速機５では、キャリア１０のピッチ円直径ＤＰ_Ｃ（図２参照）が、入力軸１１と遊星ローラ１３との軸間距離ＷＤ（図２参照）よりも大きく設定されており、その結果、入力軸１１側における軸部１８と遊星ローラ１３とのクリアランスが、固定輪１２側における軸部１８と遊星ローラ１３とのクリアランスよりも大きく設けられている。

そのため、キャリア１０がその自重により所期位置から下がったときに、少なくとも１つの軸部１８（図３では、下側の２つの軸部１８）に関し、ブッシュ１７の外周面１７Ａが、対応する遊星ローラ１３の入力軸１１側の内周ではなく固定輪１２側の内周に当接する。この場合、ブッシュ１７の外周面１７Ａと自転状態にある遊星ローラ１３の内周面と間に摩擦力が発生するのであるが、軸部１８の公転方向Ｄ_Ｒと遊星ローラ１３の自転方向Ｄ_ＲＳとが互いに逆方向であるために、発生する摩擦力が、軸部１８をキャリア１０の回転に向けて押し出すように作用する。その結果、軸部１８の調心が促進される。

キャリア１０の芯ずれに伴う遊星ローラ１３とピン１６との相対位置変化により、出力軸６の回転状態においてキャリア１０の回転に進み遅れが生じるのであるが、対応する遊星ローラ１３の入力軸１１側の内周にブッシュ１７の外周面１７Ａが当接することにより、軸部１８の調心を促進でき、これにより、キャリア１０の回転の進み遅れを抑制でき、その結果、遊星ローラ式変速機５に発生する回転ムラを低減させることができる。これにより、遊星ローラ１３の公転中心に対するキャリア１０の芯ずれが生じた場合であっても、芯ずれに起因する回転ムラを低く抑制でき、ゆえに、回転精度の高い遊星ローラ式変速機５を提供できる。

図４は、本発明の他の実施形態に係る遊星ローラ式変速機１０５の構成を示す断面図である。図５は、本発明の他の実施形態に係る遊星ローラ式変速機１０５においてキャリア１０が芯ずれしている状態を示す断面図である。
他の実施形態に係る遊星ローラ式変速機１０５のうち、前述の実施形態に係る遊星ローラ式変速機５と共通の構成については同一の参照符号を付し、説明を省略する。

遊星ローラ式変速機１０５では、キャリア１０のピッチ円直径ＤＰ_Ｃ１が、入力軸１１と遊星ローラ１３との軸間距離ＷＤ１と同等に設定されている。この場合、入力軸１１側における軸部１８と遊星ローラ１３とのクリアランスが、固定輪１２側における軸部１８と遊星ローラ１３とのクリアランスと略同じである。
また、第２実施形態では、各軸部１８は、ブッシュ１７に代えてブッシュ１１７を備える。ブッシュ１１７は、略円筒状をなしている。ブッシュ１１７は円筒面を含む外周面１１７Ａを有しているが、外周面１１７Ａには、平坦面からなる切欠き部１１１が前記の円筒面から径方向内方へと退避するように形成されている。各切欠き部１１１は、ブッシュ１１７における入力軸１１の周方向の一部分に配置されており、ブッシュ１１７の軸方向の全域に亘って延びている。

この実施形態において、自重によりキャリア１０が降下し、その結果、キャリア１０が芯ずれした場合、図５の上側の１つの軸部１８が遊星ローラ１３の入力軸１１側の内周に当接するタイミングよりも先に、図５の下側の２つの軸部１８が遊星ローラ１３の固定輪１２側の内周に当接する。この場合、第１実施形態の場合と同様、ブッシュ１１７の外周面１１７Ａと自転状態にある遊星ローラ１３の内周面との間に発生する摩擦力が、軸部１８をキャリア１０の回転に向けて押し出すように作用し、その結果、軸部１８の調心が促進される。これにより、キャリア１０の回転の進み遅れを抑制でき、遊星ローラ式変速機１０５に発生する回転ムラを低減させることができる。

第１および第２実施形態に係る発明の比較として、キャリア１０のピッチ円直径ＤＰ_Ｃ２が、入力軸１１と遊星ローラ１３との軸間距離ＷＤ２よりも小さく設定された遊星ローラ式変速機５について図６および図７を用いて説明する。
図６は、別の形態に係る遊星ローラ式変速機２０５の構成を示す断面図である。図７は、別の形態に係る遊星ローラ式変速機２０５においてキャリア（図示しない）が芯ずれしている状態を示す断面図である。

遊星ローラ式変速機２０５は、入力軸２１１と、入力軸２１１と同心状に設けられた固定輪２１２と、入力軸２１１の外周面および固定輪２１２の内周面の双方に転がり接触するように配置された複数の遊星ローラ２１３と、出力軸（図示しない）と、出力軸に固定されたキャリア（図示しない）とを含む。キャリアは、複数の遊星ローラ２１３に１対１対応で設けられた複数のピン２１６を有している。各ピン２１６の外周には、ブッシュ２１７が外嵌固定されている。各ピン２１６は、対応する遊星ローラ２１３の内部を挿通して、当該遊星ローラ２１３をブッシュ２１７を介して遊嵌状態で支持する。

遊星ローラ式変速機２０５では、キャリアのピッチ円直径ＤＰ_Ｃ２が、入力軸２１１と遊星ローラ２１３との軸間距離ＷＤ２よりも小さくなるように、ピン２１６の位置および外径ならびにブッシュ２１７の内外径が設定されている。この場合、入力軸２１１側における軸部２１８と遊星ローラ２１３とのクリアランスが、固定輪２１２側における軸部２１８と遊星ローラ２１３とのクリアランスよりも小さく設けられている。

そのため、キャリア２１０がその自重により所期位置から下がったときに、キャリアの３つの軸部２１８のうち少なくとも１つの軸部２１８（図７では、上側の軸部２１８）に関し、対応する遊星ローラ２１３の入力軸２１１側の内周にブッシュ２１７の外周面２１７Ａが当接する。この場合、ブッシュ２１７の外周面２１７Ａと自転状態にある遊星ローラ２１３の内周面と間に摩擦力が発生するのであるが、軸部２１８の公転方向Ｄ_Ｒと遊星ローラ２１３の自転方向Ｄ_ＲＳとが互いに逆方向であるために、発生する摩擦力が、軸部２１８を公転方向Ｄ_Ｒに押し出すように作用する。その結果、ピン２１６の公転が促進される。キャリア２１０の芯ずれに伴う遊星ローラ２１３と軸部２１８との相対位置変化により、キャリア２１０の回転に進み遅れが生じるのであるが、ブッシュ２１７の外周面２１７Ａが、対応する遊星ローラ２１３の入力軸２１１側の内周に当接する場合には、キャリアの回転の進み遅れが顕著になり、遊星ローラ式変速機２０５に大きな回転ムラが発生するおそれがある。

以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。
第１実施形態において、ブッシュ１７に代えて、転がり軸受やすべり軸受などの軸受けを用いることもできる。
また、前述の各実施形態において、ピン１６と遊星ローラ１３との間にブッシュ等を介在させずに、ピンに遊星ローラ１３に直接支持させることもできる。この場合、ピン１６のみによって軸部１８が構成される。

また、第２実施形態において、ピン１６のみによって軸部１８が構成される場合には、ピン１６の外周面に平坦面等の切欠き部を形成できる。
また、前述の各実施形態では、遊星ローラ式変速機５，１０５を画像形成装置に搭載する場合を例に挙げて説明したが、他の装置に適用される遊星ローラ式変速機にも本発明を適用することができる。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

５…遊星ローラ式変速機、１０…キャリア、１１…入力軸、１２…固定輪、１３…遊星ローラ、１４…出力軸、１６…ピン、１７…ブッシュ、１７Ａ…外周面、１８…軸部、１０５…遊星ローラ式変速機、１１１…切欠き部、１１７…ブッシュ、１１７Ａ…外周面

この場合、クリアランスＣＬ_１は、下記式（１）のように表すことができ、クリアランスＣＬ_２は、下記式（２）のように表すことができる。
ＣＬ_１ ＝Ｄ _１−Ｄ_Ｐ１
（Ｄ_１：キャリア１０回転中心から軸部１８の外周の最内方位置までの距離、Ｄ_Ｐ１：複数の遊星ローラ１３において、各遊星ローラ１３が軸部１８に接触する位置のうち最内方位置の、キャリア１０回転中心を中心とする円の径（内接径）） ・・・（１）
ＣＬ_２＝Ｄ _Ｐ２ −Ｄ _２
（Ｄ_２：キャリア１０回転中心から軸部１８の外周の最外方位置までの距離、Ｄ_Ｐ２：複数の遊星ローラ１３において、各遊星ローラ１３が軸部１８に接触する位置のうち最外方位置の、キャリア１０回転中心を中心とする円の径（外接径）） ・・・（２）
また、見方を変えると、軸部１８の外周の位置は、キャリア１０のピッチ円直径ＤＰ_Ｃが、入力軸１１と遊星ローラ１３との軸間距離ＷＤよりも大きくなるように設定されている、ということもできる。なお、この場合において、ピッチ円直径ＤＰ_Ｃ の半径は以下の式（３）で表すことができ、軸間距離ＷＤは以下の式（４）で表すことができる。
ＤＰ_Ｃ の半径＝（Ｄ_１+Ｄ_２）/２ ・・・（３）
ＷＤ＝（Ｄ_Ｓ+Ｄ_Ｐ）/２
（Ｄ_Ｐ：遊星ローラ１３の外径、Ｄ_Ｓ：入力軸１１の外径） ・・・（４）
ところで、遊星ローラ式変速ユニット３が横向きの状態で載置されているために、キャリア１０がその自重により所期位置から下がる（出力軸６の軸方向と交差する方向にキャリア１０が移動する）ことがある。とくに、この実施形態のように、出力軸６の軸方向の一箇所を支持（片持ち支持）する場合には、キャリア１０の下降が生じやすい。キャリア１０の降下の結果、キャリア１０の回転中心と、キャリア１０の各軸部に遊嵌状態で支持された遊星ローラ１３の公転中心とが一致しない状態、すなわち、遊星ローラの公転中心（入力軸１１の回転軸線）に対するキャリア１０の芯ずれが生じることがある。

Claims (4)

1. 入力軸と、
   前記入力軸の周囲において当該入力軸に同心状に配置された固定輪と、
   前記入力軸および前記固定輪の双方に転がり接触する複数の円筒状の遊星ローラと、
   出力軸と、
   前記複数の遊星ローラに１対１対応で設けられ、対応する前記遊星ローラの内部を挿通して当該遊星ローラを遊嵌状態で回転可能に支持する複数の軸部を有し、前記出力軸に、当該出力軸に同伴回転可能に固定されたキャリアとを含み、
   前記キャリアの前記複数の軸部は、前記出力軸の軸方向と交差する方向に前記キャリアが移動したときに、当該キャリアに伴って移動する少なくとも１つの軸部の外周が、対応する前記遊星ローラの前記入力軸側の内周ではなく前記固定輪側の内周に接触するように設けられていることを特徴とする、遊星ローラ式変速機。
2. 各軸部は、円筒面からなる外周面を有し、
   前記複数の軸部によって定まる前記キャリアのピッチ円直径が、前記入力軸と前記遊星ローラとの軸間距離よりも大きく設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の遊星ローラ式変速機。
3. 各軸部は外郭円筒状をなし、
   各軸部の外周面における前記入力軸側の部分には、径方向内方へと退避する切欠き部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の遊星ローラ式変速機。
4. 各軸部は、ピンと、前記ピンに外嵌固定された円筒状のブッシュとを含み、
   前記切欠き部は、前記ブッシュの外周面に形成されている、請求項３に記載の遊星ローラ式変速機。

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