JP2015227681A - 摩擦ローラ式変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転下でも、転がり軸受に対する潤滑性能を高めることのできる摩擦ローラ式変速機を提供する。【解決手段】入力軸１０、サンローラ、環状ローラ、中間ローラ、出力軸５０を有し、出力軸５０が入力軸１０よりも低速回転する摩擦ローラ式変速機であって、入力軸１０の端部に形成された中心軸穴１２の内部に出力軸５０の端部に形成された挿入軸部５４が挿入され、中心軸穴１２の内周面と挿入軸部５４の外周面との間に転がり軸受８０が設けられている。転がり軸受８０は、中心軸穴１２の内周側に配された外輪側軌道面８２と、挿入軸部５４の外周側に配された内輪側軌道面８４との間で転がり接触する複数の転動体８６を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、摩擦ローラ式変速機に関する。

電気自動車、ハイブリット自動車、又は電動四輪駆動車等の電動車両用の駆動装置や産業機械用の駆動装置に組み込んで使用される摩擦ローラ式変速機が、例えば特許文献１に提案されている。摩擦ローラ式変速機は、電動モータ等の駆動部の回転を減速又は増速しつつ被駆動部に伝達する。

特許文献１に記載された摩擦ローラ式変速機は、図６に示すように、入力軸２１０によりサンローラ２２０を回転駆動し、サンローラ２２０の回転を、公転不能に支持された複数個の中間ローラ２３０を介して環状ローラ２４０に伝達する。そして、環状ローラ２４０の回転を、入力軸２１０と同芯に配置された出力軸２５０を通じて外部に取り出すようにしたものである。

サンローラ２２０と中間ローラ２３０と環状ローラ２４０は、変速機ケーシング２８０の内部に収容されている。変速機ケーシング２８０の内部には、入力軸２１０の先端部が軸方向一方側からケーシング貫通孔２８２を通して挿入され、出力軸２５０の先端部が軸方向他方側からケーシング貫通孔２８４を通して挿入されている。

変速機ケーシング２８０の内部に先端部が挿入された入力軸２１０は、ケーシング貫通孔２８２の内周に嵌合した軸受２８６を介して変速機ケーシング２８０により回転自在に支持されている。サンローラ２２０は、変速機ケーシング２８０の内部に挿入された入力軸２１０の先端部にトルク伝達可能に嵌合されている。一方、変速機ケーシング２８０の内部に軸方向他方側から挿入された出力軸２５０の先端部には、ボス部２５２及び連結ブラケット２５４が設けられている。ボス部２５２は、変速機ケーシング２８０の内部に嵌合した軸受２８８によって回転自在に支持されており、それにより、出力軸２５０が変速機ケーシング２８０により回転自在に支持されている。

出力軸２５０と環状ローラ２４０は、互いに同芯に配置されており、連結ブラケット２５４を介してトルク伝達可能に、且つ環状ローラ２４０の軸方向への微小変位を可能にした状態で互いに係合されている。

サンローラ２２０は、一対のサンローラ素子２２０Ａ、２２０Ｂにより構成されており、入力軸２１０に固定された一方のサンローラ素子２２０Ａに対して他方のサンローラ素子２２０Ｂが軸方向に接近及び離間可能に設けられている。他方のサンローラ素子２２０Ｂと入力軸２１０との間には、ローディングカム機構２６０が設けられている。ローディングカム機構２６０は、入力軸２１０の回転トルクに応じた軸方向力を発生し、この軸方向力によりサンローラ素子２２０Ｂをサンローラ素子２２０Ａ側に変位させることができる。

出力軸２５０の先端部に設けられたボス部２５２には、入力軸２１０側に開口を向けた中心軸穴２５６が形成されており、中心軸穴２５６の内部には、入力軸２１０の先端部に連設された挿入軸部２１２が挿入されている。そして、中心軸穴２５６の内周と挿入軸部２１２の外周との間に、入力軸２１０と出力軸２５０とを同芯に回転自在に支持する転がり軸受２６８が設けられている。

各中間ローラ２３０は、自転軸２３２により自転可能に支持され、自転軸２３２は、変速機ケーシング２８０内に支持固定された支持フレーム２３４によって、若干の径方向変位が可能な状態で支持されている。

上記の摩擦ローラ式変速機では、入力軸２１０を介してサンローラ２２０を回転駆動すると、サンローラ２２０の回転が各中間ローラ２３０を介して環状ローラ２４０に伝達され、環状ローラ２４０の回転が連結ブラケット２５４を介して出力軸２５０に伝達される。その結果、出力軸２５０が入力軸２１０よりも低速且つ高トルクで回転駆動される。

この摩擦ローラ式変速機の運転中、各ローラ２２０、２３０、２４０同士の間の伝達トルクが大きくなると、ローディングカム機構２６０によってサンローラ素子２２０Ａ、２２０Ｂ同士を互いに近付ける方向に押圧する力（軸方向推力）が大きくなり、各トラクション部の面圧が高くなる。また、各中間ローラ２３０は、支持フレーム２３４に径方向変位可能に支持されているため、各中間ローラ２３０の外周面とサンローラ２２０の外周面及び環状ローラ２４０の内周面との転がり接触部の面圧が上昇する。この結果、各ローラ２２０、２３０、２４０同士の間で伝達する回転トルクの変動に拘らず、サンローラ２２０から環状ローラ２４０への動力伝達が効率良く行われる。

特許第４９４８９６８号公報

ところで、入力軸２１０と出力軸２５０は相対回転するものであるが、特に、環状ローラ２４０を出力軸２５０に固定する構成とした場合、入力軸２１０と出力軸２５０とが互いに逆向きに回転するため相対回転速度が高くなる。例えば、減速比４で、入力軸が４００００回転/min、出力軸が１００００回転/minの場合、相対回転速度は５００００回転/minに達する。

しかし、上記の摩擦ローラ式変速機の場合、転がり軸受２６８の内輪側は、高速回転する入力軸２１０であり、外輪側は、低速回転する出力軸２５０である。そのため、数万回転/minもの超高速回転下においては、内輪側である高速側軌道面に、高速回転によるエアカーテンが形成され、潤滑油が供給されにくくなる。その結果、転がり軸受２６８付近に潤滑不良が生じ、焼き付き等が発生する懸念がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、高速回転下でも、転がり軸受に対する潤滑性能を高めることのできる摩擦ローラ式変速機を提供することを目的としている。

本発明は下記構成からなる。
（１） 入力軸と、前記入力軸と同芯に配置されて該入力軸と一体回転するサンローラと、前記サンローラの外周側に該サンローラと同芯に配置された環状ローラと、前記サン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に円周方向に間隔をおいて複数配置され、それぞれが前記入力軸と平行な自転軸に回転自在に支持されて、前記サンローラの外周面と前記環状ローラの内周面に転がり接触する中間ローラと、前記中間ローラを支持する自転軸又は前記環状ローラにトルク伝達可能に連結され、前記入力軸よりも低速回転する出力軸と、を備える摩擦ローラ式変速機であって、
前記入力軸の端部に形成された中心軸穴の内部に、前記出力軸の端部に形成された挿入軸部が挿入され、前記中心軸穴の内周面と前記挿入軸部の外周面との間に、前記入力軸と前記出力軸とを同芯に回転自在に支持する転がり軸受が設けられ、
前記転がり軸受は、前記中心軸穴の内周側に配される外輪側軌道面と、前記挿入軸部の外周側に配される内輪側軌道面と、の間に配置される複数の転動体が、前記外輪側軌道面と前記内輪側軌道面に転がり接触することを特徴とする摩擦ローラ式変速機。
（２） 前記出力軸は、該出力軸の内部に軸線方向に沿って形成され、潤滑油が供給される潤滑油供給路と、
前記潤滑油供給路から前記挿入軸部の外周面までを連通する連通孔と、
が形成されることを特徴とする（１）に記載の摩擦ローラ式変速機。

本発明によれば、出力軸側の内輪側軌道面にも入力軸側の外輪側軌道面にも潤滑油を充分に行き渡らせることができ、高速回転下でも、転がり軸受に対する潤滑性能を高めることができる。その結果、焼き付きの懸念をなくすことができ、潤滑油を無駄に増やす必要もなくなり、動力伝達効率の向上が図れる。

本発明の実施形態を説明する図で、摩擦ローラ式変速機の断面図である。 図１に示す中間ローラ及び支持フレームの組立体の構成を示す斜視図である。 図１の要部拡大断面図である。 図３に示す要部における潤滑油の流れを説明するための断面図である。 他の構成例の要部構成を示す断面図である。 従来の摩擦ローラ式変速機の断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の構成例］
図１は本発明の実施形態を説明するための図で、摩擦ローラ式変速機の断面図である。
摩擦ローラ式変速機１００は、入力軸（太陽軸）１０と、サンローラ２０と、環状ローラ４０と、複数個の中間ローラ３０と、環状ローラ４０に接続された出力軸５０と、ローディングカム機構６０と、を備えている。

この摩擦ローラ式変速機１００は、図示しない電動モータ等の駆動軸に結合した入力軸１０によりサンローラ２０を回転駆動し、サンローラ２０の回転を複数個の中間ローラ３０を介して環状ローラ４０に伝達して、連結ブラケット７０を介して出力軸５０から取り出すものである。入力軸１０と出力軸５０とは、同芯に配置され、互いに逆向きに回転する。また、出力軸５０は、高速回転駆動される入力軸１０よりも低速に回転する。

サンローラ２０は、入力軸１０の軸方向に沿って配置された一対のサンローラ素子２０Ａ、２０Ｂからなる。一対のサンローラ素子２０Ａ、２０Ｂは、軸方向に互いに対面し合う対向側端面２３，２３間に隙間を設けた状態で互いに同芯に配置されている。また、一対のサンローラ素子２０Ａ、２０Ｂは、入力軸１０上に、互いに微小な相対回転を可能に、且つ軸方向へ移動可能に配置され、入力軸１０と一体に回転する。

サンローラ素子２０Ａ、２０Ｂの外周面の一部には、対向側端面２３から、その対向側端面２３とは反対側の外側端面２５に向かうに従い外径が大きくなる傾斜面（テーパ面）が形成されている。これら両ローラ素子２０Ａ、２０Ｂの傾斜面は、中間ローラ３０との転がり接触面とされている。

環状ローラ４０は、サンローラ２０の外周側に、入力軸１０及びサンローラ２０と同芯に配置されている。環状ローラ４０の内周面は、軸方向の中央部に向かうに従って内径が大きくなる方向に傾斜しており、中間ローラ３０との転がり接触面となっている。環状ローラ４０は、出力軸５０に接続された連結ブラケット７０に、軸方向へ微小移動自在に、且つトルク伝達可能に係合されており、出力軸５０と一体に回転する。

中間ローラ３０は、サンローラ２０の外周面と環状ローラの内周面との間の環状空間における、円周方向に沿った複数箇所に配置されている。各中間ローラ３０は、入力軸１０と平行な自転軸３２を中心として回転自在に中間ローラホルダ３６にそれぞれ支持されている。中間ローラホルダ３６は、各中間ローラ３０の自転軸３２の軸両端部をラジアル軸受３８により回転自在に支持している。中間ローラ３０の外周面は、母線形状が部分円弧状の凸曲面で、それぞれサンローラ２０の外周面と環状ローラ４０の内周面に転がり接触する。

図２は、中間ローラホルダ３６に支持された中間ローラ３０及び支持フレーム（キャリア）３４の斜視図である。図１に示す断面図は、この図２のＡ−Ａ断面図である。

複数個（本構成例では３個）の中間ローラ３０は、入力軸１０の中心軸線Ａｘを中心として円周方向に等間隔で配置されており、それぞれ中間ローラホルダ３６に支持されている。中間ローラホルダ３６は、支持フレーム３４に対し軸方向へ微小移動自在に、且つ支持フレーム３４の径方向に対して揺動自在に支持されている。中間ローラホルダ３６が径方向に揺動自在とされることにより、中間ローラ３０が径方向に微小移動可能となる。また、支持フレーム３４は、図示しない変速機ケーシングに固定されており、これにより、中間ローラ３０は、入力軸１０に対する公転が防止されている。

図３は、図１の要部拡大断面図である。図３に示すように、出力軸（低速軸）５０の入力軸１０側の端面には、断面円形の凹部５２が設けられており、その凹部５２の中に、入力軸（高速軸）１０の出力軸５０側の端部１０ａが挿入されている。

凹部５２内に挿入された入力軸１０の端部１０ａには、断面円形の中心軸穴１２が形成されている。また、出力軸５０の凹部５２の内底部５８には、出力軸５０の中心軸線と同軸となる挿入軸部５４が突設されている。この挿入軸部５４は、入力軸１０の断面円形の中心軸穴１２の内部に挿入されている。そして、中心軸穴１２の内周面１２ａと挿入軸部５４の外周面５４ａとの間に、入力軸１０と出力軸５０とを同芯で回転自在に支持する転がり軸受８０が設けられている。

この場合の転がり軸受８０は、入力軸１０の中心軸穴１２の内周側となる内周面１２ａに配された外輪側軌道面８２と、出力軸５０の挿入軸部５４の外周側となる外周面５４ａに配された内輪側軌道面８４との間に、外輪側軌道面８２と内輪側軌道面８４とに転がり接触する複数の転動体としてのニードルころ８６が設けられたラジアルニードル軸受により構成されている。

また、出力軸５０の内部には、トラクションオイル等の潤滑油が供給される潤滑油供給路９１が軸線方向に沿って形成され、潤滑油供給路９１から挿入軸部５４の外周面５４ａまでを連通する連通孔９６が形成されている。連通孔９６は、挿入軸部５４の外周面５４ａに開口して、中心軸穴１２の内周面１２ａと挿入軸部５４の外周面５４ａとの間の空間８８に潤滑油を供給可能にしている。

潤滑油供給路９１の入力軸１０側の先端には絞り９４が設けられ、絞り９４を介して、出力軸５０側の潤滑油供給路９１内に潤滑油が、入力軸１０側の潤滑油供給路９２に送られる。

出力軸５０側の潤滑油供給路９１の基端側には、図１に示す潤滑油供給部９０が接続されている。潤滑油供給部９０により出力軸５０内の潤滑油供給路９１に供給された潤滑油９３（図３参照）は、挿入軸部５４に形成された連通孔９６を介して、中心軸穴１２の内周面１２ａと挿入軸部５４の外周面５４ａとの間の空間８８に流入し、図４に示すように、内輪側軌道面８４や外輪側軌道面８２に行き渡る。

また、入力軸１０の中心軸穴１２の内周面１２ａにも、入力軸１０の端部１０ａの外周面に通じる潤滑油排出孔９８が開口しており、この潤滑油排出孔９８から、中心軸穴１２の内周面１２ａと挿入軸部５４の外周面５４ａとの間の空間８８に流入した潤滑油９３が径方向外側に排出される。

この場合、入力軸１０の回転方向ＲＡと出力軸５０の回転方向ＲＢが逆向きであり、入力軸１０と出力軸５０との相対回転速度が大きいが、出力軸５０側の内輪側軌道面８４の回転速度が比較的低速であるため、潤滑油が外径方向に拡散して内輪側軌道面８４の潤滑油が不足する状況が生じない。また、外輪側軌道面８２からの潤滑油の排出が効率的に行われるため、潤滑油の更新サイクルが短縮されて、転がり軸受８０の焼き付きを防止し、動力伝達効率の向上を図れる。

以上のように、本構成の摩擦ローラ式変速機１００においては、入力軸１０と出力軸５０を回転自在に支持する転がり軸受８０の内輪側が低速軸（出力軸５０）となり、外輪側が高速軸（入力軸１０）となるので、高速回転時においても、転動体８６が配置される回転半径よりも内径側ではエアカーテンが形成されず、潤滑油が軸受の径方向内側から外側に向けて円滑に流れるようになる。その結果、低速側の内輪側軌道面８４にも高速側の外輪側軌道面８２にも潤滑油が充分に行き渡り、潤滑油の焼き付きの発生をなくすことができる。また、潤滑油を無駄に増やす必要もなくなるため、低コストで動力伝達効率の向上が図れる。

そして、連通孔９６及び潤滑油排出孔９８を通して、転がり軸受８０に対する潤滑油の供給と排出とがスムーズに行われるため、転がり軸受８０の潤滑性能や冷却性能が高められる。

なお、内輪側軌道面８４と外輪側軌道面８２の両方に連通孔９６、潤滑油排出孔９８を開口させているが、必ずしも連通孔９６、潤滑油排出孔９８の両方を形成してなくてもよい。その場合、潤滑油は、出力軸５０と入力軸１０の隙間からラジアルニードル軸受（転がり軸受８０）内を経て、入力軸１０を通過する。この場合でも、軸受の潤滑性能や冷却性能が得られ、焼き付きの防止と軸受内部への潤滑油流入量の低減を同時に図ることができる。

また、内輪側軌道面８４と外輪側軌道面８２のいずれか一方のみに連通孔９６又は潤滑油排出孔９８が形成されている場合でも、上記同様の効果が得られる。

更に、本構成の摩擦ローラ式変速機１００においては、転がり軸受８０としてラジアルニードル軸受を採用しているので、軸受部の径方向寸法を効率良く小さくでき、摩擦ローラ式変速機１００をよりコンパクトな構成にできる。

なお、本構成は、入力軸１０と出力軸５０との相対速度差が、８０００回転/min以上、更には、１００００回転/min以上、特には、３００００回転/min以上の回転速度で特に顕著な効果が得られる。また、相対速度差の上限速度としては、変速機の構造上、６００００回転/min以下、更には５００００回転/min以下とすることが好ましい。

また、転がり軸受８０に使用する潤滑油としてはトラクションオイル等が挙げられるが、転がり軸受８０と変速機部分とがシール等で分離された構成である場合にはこの限りでない。

［第２の構成例］
次に、摩擦ローラ式変速機の第２の構成例を説明する。
本構成例の摩擦ローラ式変速機においては、前述の第１の構成例におけるラジアルニードル軸受８０に代えて、深溝玉軸受を用いている。その他の構成は第１の構成例と同様である。そのため、同一の部材に対しては同一の符号を付与することで、その説明は簡単化、又は省略する。

図５は、出力軸５０の挿入軸部５４Ａと、入力軸１０の中心軸穴１２の内周面１２ａとの間に、深溝玉軸受を配置した構成の断面図である。
転がり軸受８０Ｂは、図示しないスペーサを介して軸方向間隔を保持した状態で複列に配列された２つの深溝玉軸受８０Ｂ−１、８０Ｂ−２を有する。各深溝玉軸受８０Ｂ−１、８０Ｂ−２は、外輪８１と、内輪８３と、複数の玉８７とを有して構成されている。

外輪８１は、入力軸１０の中心軸穴１２の内周面１２ａに嵌合され、内周面に外輪側軌道面８１ａを有する。外輪８１は、挿入軸部５４の外周面５４ａに嵌合され、外周面に内輪側軌道面８３ａを有する。また、外輪側軌道面８１ａと内輪側軌道面８３ａとの間には、転動体としての複数の玉８７が配置されている。

このように、転がり軸受８０Ｂとして深溝玉軸受８０Ｂ−１、８０Ｂ−２を使用した場合には、加工・組立を更に簡易にできる。

また、上記実施形態では、中間ローラ３０を公転不能に支持し、環状ローラ４０を出力軸５０に接続して、環状ローラ４０の回転を出力軸５０から取り出す構造の場合を説明したが、これに限らず、環状ローラ４０を回転不能に固定し、中間ローラの公転を出力軸から取り出すように構成してもよい。

以上、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

１０ 入力軸
１０ａ 端部
１２ 中心軸穴
１２ａ 内周面
２０ サンローラ
３０ 中間ローラ
３２ 自転軸
４０ 環状ローラ
５０ 出力軸
５４ 挿入軸部
５４ａ 外周面
８０ 転がり軸受（ラジアルニードル軸受）
８０Ｂ，８０Ｂ−１，８０Ｂ−２ 転がり軸受（深溝玉軸受）
８２ 外輪側軌道面
８４ 内輪側軌道面
８６ 転動体（ニードルころ）
９１ 潤滑油供給路
９６ 連通孔
１００ 摩擦ローラ式変速機

Claims (2)

1. 入力軸と、前記入力軸と同芯に配置されて該入力軸と一体回転するサンローラと、前記サンローラの外周側に該サンローラと同芯に配置された環状ローラと、前記サン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に円周方向に間隔をおいて複数配置され、それぞれが前記入力軸と平行な自転軸に回転自在に支持されて、前記サンローラの外周面と前記環状ローラの内周面に転がり接触する中間ローラと、前記中間ローラを支持する自転軸又は前記環状ローラにトルク伝達可能に連結され、前記入力軸よりも低速回転する出力軸と、を備える摩擦ローラ式変速機であって、
   前記入力軸の端部に形成された中心軸穴の内部に、前記出力軸の端部に形成された挿入軸部が挿入され、前記中心軸穴の内周面と前記挿入軸部の外周面との間に、前記入力軸と前記出力軸とを同芯に回転自在に支持する転がり軸受が設けられ、
   前記転がり軸受は、前記中心軸穴の内周側に配される外輪側軌道面と、前記挿入軸部の外周側に配される内輪側軌道面と、の間に配置される複数の転動体が、前記外輪側軌道面と前記内輪側軌道面に転がり接触することを特徴とする摩擦ローラ式変速機。
2. 前記出力軸は、該出力軸の内部に軸線方向に沿って形成され、潤滑油が供給される潤滑油供給路と、
   前記潤滑油供給路から前記挿入軸部の外周面までを連通する連通孔と、
   が形成されることを特徴とする請求項１に記載の摩擦ローラ式変速機。

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