JP2016200158A - 摩擦ローラ式増速機 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦ローラ式増速機の構成部品点数を削減して、製作費が嵩むことを抑制できる摩擦ローラ式増速機を提供する。
【解決手段】出力軸ユニット４５は、出力軸１１を回転自在に支持する転がり軸受５２と、転がり軸受５２の外周面を内径部で支持し、外径部がシャフトホルダ４３にフローティング支持される軸受ホルダ５１と、軸受ホルダ５１の軸方向一端側から、軸方向に沿って摩擦ローラ１５側に向けて圧入され、転がり軸受５２の端面を固定するシールハウジング５７と、軸受ホルダ５１内の軸方向他端側に配置され、転がり軸受５２をシールハウジング５７側に付勢する予圧ばね７１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、摩擦ローラ式増速機に関する。

ターボチャージャーにおいては、サンローラを高速回転させる必要があり、そのためサンローラと、サンローラを回転自在に保持する軸受とに潤滑油を供給することで潤滑状態を良好に維持すると共に、軸受の予圧を保持する。
上記のようなターボチャージャーが、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の構成においては、ターボチャージャーの回転軸が、一対のアンギュラ玉軸受により支承される。これら一対のアンギュラ玉軸受は、ゼロ又は正すきまの状態で転動する複数の玉を有する。また、一方のアンギュラ玉軸受には、高温時に熱膨張して一方のアンギュラ玉軸受の外輪を他方のアンギュラ玉軸受側に向かって押圧する押圧部材と、押圧部材を収容する取付リングと、一方のアンギュラ玉軸受の外輪を押圧部材の押圧方向とは逆方向に押圧するコイルばねとが設けられる。これにより、回転軸が温度上昇で熱膨張しても、アンギュラ玉軸受のすきまが維持される。

特開２００９−２０３８４６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のターボチャージャー用軸受装置においては、軸受の軸方向位置決め、及び予圧付与のために、押圧部材、取付リング、及びコイルばね等の構成部品点数が多くなり、製作コストが嵩む問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、摩擦ローラ式増速機の構成部品点数を削減して、製作費が嵩むことを抑制できる摩擦ローラ式増速機を提供することにある。

本発明は、下記構成からなる。
入力軸と出力軸との間に所定の変速比で接続される少なくとも一つの摩擦ローラと、
前記出力軸の周囲を覆うシャフトホルダと、
前記シャフトホルダの内径部に取り付けられ、前記出力軸を回転自在に支持する出力軸ユニットと、
を備える摩擦ローラ式増速機であって、
前記出力軸ユニットは、
前記出力軸を回転自在に支持する転がり軸受と、
前記転がり軸受の外周面を内径部で支持し、外径部が前記シャフトホルダにフローティング支持される軸受ホルダと、
前記軸受ホルダの軸方向一端側から、軸方向に沿って前記摩擦ローラ側に向けて圧入され、前記転がり軸受の端面を固定するシールハウジングと、
前記軸受ホルダ内の軸方向他端側に配置され、前記転がり軸受を前記シールハウジング側に付勢する弾性体と、
を備えることを特徴とする摩擦ローラ式増速機。

本発明の摩擦ローラ式増速機によれば、少ない構成部品で、出力軸を支承する転がり軸受を軸方向に位置決めすると共に、転がり軸受に適正な予圧を付与することができ、しかも、製作費が嵩むことを抑制できる。

本発明に係る摩擦ローラ式増速機の一実施形態の断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面矢視図である。 出力軸ユニットの断面図である。 ユニット収容部内に配置された出力軸ユニットの変位の様子を示す説明図である。

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。
図１は本発明の実施形態を説明するための図で、摩擦ローラ式増速機の断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面矢視図である。本構成の摩擦ローラ式増速機は、原動機（モータ）の回転力を所定の変速比で増速し、渦巻管内に配置したインペラ（羽車）で空気を圧縮する方式のコンプレッサ等の、特に速い回転速度が要求される機器に適用できる。

図１及び図２に示すように、摩擦ローラ式増速機１００は、出力軸１１と、出力軸１１と平行に配置された入力軸１３と、固定ローラである大径固定ローラ１５と、小径固定ローラ１７と、可動ローラであるウェッジローラ１９と、リングローラ２１とを有する。各ローラ１５，１７，１９の周囲は、内部に潤滑油が供給される筐体２３によって覆われる。

不図示の原動機に接続される入力軸１３は、一端部にリングローラ２１が同心に結合されており、原動機からの回転力をリングローラ２１に伝達する。リングローラ２１は、出力軸１１の回転軸線から偏心した位置に配置されており、出力軸１１との相対回転が可能に入力軸１３と一体に回転する。

出力軸１１は、入力軸１３側とは反対の一端側にインペラ１２が固定され、不図示の渦巻管内でインペラ１２を回転駆動することによって空気を圧縮する。

リングローラ２１と出力軸１１との間には、大径固定ローラ１５、小径固定ローラ１７、及びウェッジローラ１９が設けられる。大径固定ローラ１５、小径固定ローラ１７、及びウェッジローラ１９は、それぞれの外周面を出力軸１１の外周面及びリングローラ２１の内周面に当接させた状態で、キャリア２９とセンタープレート３１との間で回転可能に支持される。

図２に示すように、ウェッジローラ１９は、リングローラ２１と出力軸１１との間に形成される環状空間３３の径方向の幅寸法が狭い領域に配置される。そして、ウェッジローラ１９は、この幅寸法が狭くなる方向へ変位可能に支持され、かつ、この幅寸法が狭くなる方向へ押圧部２０によって押圧付勢される。

図１に示す入力軸１３は、軸受３７を介して碗状の低速軸ハウジング３５に支持される。低速軸ハウジング３５は、碗状の先端部３５ａが、図示しないボルトによりセンタープレート３１に固定され、基端３５ｂが、入力軸１３を内輪で支持する軸受３７の外輪に接続される。

低速軸ハウジング３５の基端３５ｂ側には、軸方向（以降の説明では、出力軸１１や入力軸１３の軸方向を、単に軸方向として呼称する）外側に、入力軸１３との間でオイルシール３９が取り付けられる。

センタープレート３１は、低速軸ハウジング３５が固定される側とは反対側に、シャフトホルダ４３が固定される。このシャフトホルダ４３と、前述のセンタープレート３１及び低速軸ハウジング３５とは、一体になって各ローラ１５，１７，１９の周囲を覆う筐体２３を構成する。

シャフトホルダ４３には、出力軸ユニット４５が収容されるユニット収容部４７が形成される。図３に出力軸ユニット４５の断面図を示す。出力軸ユニット４５は、全体が円筒状に構成されており、出力軸１１が筒内に挿入され、出力軸１１の軸方向中間の大径部１１ａを回転自在に支持する。

出力軸ユニット４５は、円筒状の軸受ホルダ５１と、軸受ホルダ５１の内周部と出力軸１１の大径部１１ａとの間に配置された転がり軸受である背面組合せ形の複列アンギュラ軸受５２（アンギュラ軸受５３，５５）と、軸受ホルダ５１の軸方向一端部に、摩擦ローラ側に向けて圧入されたシールハウジング５７を備える。シールハウジング５７の一端部の内部には、シール部材としてのオイルシール５９が嵌挿されており、オイルシール５９が出力軸１１に挿通されることによって軸受ホルダ５１の複列アンギュラ軸受５２を含む内側空間を塞いでいる。なお、オイルシール５９は、ラビリンスシールやメカニカルシールを使用することもできる。

また、軸受ホルダ５１の外周面には、環状溝６３，６５が形成され、各環状溝６３，６５にＯリング６７，６９が装着される。

更に詳細には、出力軸ユニット４５は、軸受ホルダ５１の軸方向他端部（図３の右側）から順に、弾性体であるウェーブワッシャ等の予圧ばね７１、アンギュラ軸受５５、スペーサ７３、アンギュラ軸受５３、カラー７５、シールハウジング５７、及びオイルシール５９が配置される。

出力軸１１の大径部１１ａには、アンギュラ軸受５３，５５がスペーサ７３を挟んで配置され、スペーサ７３が配置された位置の径方向外側からアンギュラ軸受５３，５５に潤滑油が供給される。アンギュラ軸受５３，５５は、カラー７５によって内輪が軸方向に固定され、軸方向の一方（図３の右側）に配置された予圧ばね７１により、シールハウジング５７側に付勢されて、適正な予圧が与えられる。また、軸方向の他方は、軸受ホルダ５１に圧入されて内嵌固定されたシールハウジング５７がアンギュラ軸受５３の外輪に当接することにより、アンギュラ軸受５３，５５が共に予圧された状態で軸受ホルダ５１に固定される。

なお、摩擦ローラ式増速機１００によってインペラ１２が回転駆動されるターボチャージャー等においては、インペラ１２が回転駆動されると、軸方向の気圧差が生じて出力軸１１はインペラ１２側（図１において左方向）へ軸力を受ける。このため、出力軸ユニット４５内の予圧ばね７１がインペラ１２側に配置されると、入力軸１３側（図３において右方向）のアンギュラ軸受５５に予圧抜けが発生する虞があるので、予圧ばね７１は、インペラ１２の反対側に配置するのが望ましい。

軸受ホルダ５１の外周には、アンギュラ軸受５３，５５に潤滑油を供給するリセス溝８１と、リセス溝８１内に外周面と内周面とを連通する貫通孔８３が形成される。これらリセス溝８１と貫通孔８３は、軸受ホルダ５１の軸方向に沿った環状溝６３と６５との間の領域に形成される。リセス溝８１と貫通孔８３がＯリング６７と６９の間に配置されることで、潤滑油漏れを防止できる。

また、軸受ホルダ５１は、キー溝８５が形成され、キー溝８５に回り止めのキー８７が係合される。また、図１に示すシャフトホルダ４３に形成されたユニット収容部４７の内周には、キー溝８５に対応する位置に切り欠き部８９が形成される。キー溝８５と切り欠き部８９にキー８７が係合することで、出力軸ユニット４５が出力軸１１と共に回転することが防止される。

上記構成の摩擦ローラ式増速機１００によれば、シャフトホルダ４３のユニット収容部４７に、出力軸ユニット４５の外周面から突出するＯリング６７，６９を接触させて出力軸ユニット４５が収容される。そのため、出力軸ユニット４５は、ユニット収容部４７に対してＯリング６７，６９の潰し代に相当する距離分だけ径方向に移動自在に支持される。つまり、出力軸ユニット４５は、ユニット収容部４７内にフローティング支持された状態になる。

この構造により、入力軸１３に入力された回転トルクに応じて、ウェッジローラ１９の回転軸が移動し、出力軸１１に径方向の偏心が生じた場合でも、Ｏリング６７，６９が弾性変形することによって、出力軸１１に生じた偏心を吸収できる。また、オイルシール５９は出力軸１１に追従して動くため、オイルシール５９が出力軸１１によって潰されることがなく、オイルシール５９に偏摩耗が生じることはない。

図４にユニット収容部４７内に配置された出力軸ユニット４５の変位の様子を模式的に示す。出力軸ユニット４５は、出力軸１１が偏心した場合に、Ｏリング６７，６９が押し潰されることで、出力軸１１にΔｄの径方向変位が許容される。また、出力軸１１は、出力軸ユニット４５の外周に、軸方向へ離間して設けた２個以上のＯリング６７，６９により支持されることで、図示したΔθ方向の傾斜は生じにくくなる。

実際の摩擦ローラ式増速機１００における、出力軸１１の径方向移動量は５０μｍ程度で、ユニット収容部４７と出力軸ユニット４５との隙間は２５０μｍ程度である。したがって、出力軸ユニット４５の外周面とユニット収容部４７との隙間は、出力軸１１の偏心量よりも十分に大きく、出力軸１１に生じた偏心を確実に吸収できる。よって、出力軸１１が偏心しても、オイルシール５９により高いシール性を維持できる。また、オイルシール５９の締め代を小さく設計できる。

オイルシール５９の締め代を小さくできることで、出力軸１１の回転トルクの損失が低減され、摩擦ローラ式増速機１００の速度変換効率の低下を抑制できる。また、オイルシール５９は、出力軸１１の偏心発生時でも出力軸１１に対して径方向に変位することがなく、シールの偏摩耗や潤滑油の流出が生じない。

上記構成の摩擦ローラ式増速機の動作について、以下に詳細に説明する。不図示の原動機から入力軸１３に入力された回転は、入力軸１３と一体に回転するリングローラ２１に伝達され、更に、押圧部２０によって幅寸法が狭くなる方向へ押圧付勢されるウェッジローラ１９のくさび作用により接触面圧が増加する大径固定ローラ１５、小径固定ローラ１７、及びウェッジローラ１９に伝達される。３つのローラ１５，１７，１９は、出力軸１１に動力を伝達し、出力軸１１に固定されたインペラ１２を回転駆動する。

このとき、軸受ホルダ５１に圧入されて内嵌固定されたシールハウジング５７の一端は、アンギュラ軸受５３の外輪に当接してアンギュラ軸受５３，５５の軸方向位置の位置決めを行う。また、予圧ばね７１の弾性力によってアンギュラ軸受５３，５５に予圧が付与される。したがって、従来のようにシムリングを挿入して予圧調整をする必要がなく、構成部品数の低減が可能となる。

また、出力軸１１は、軸受ホルダ５１の外周に配設されたＯリング６７，６９を介してシャフトホルダ４３にフローティング支持されるので、出力軸ユニット４５のラジアル方向の変位を吸収して、アンギュラ軸受５３，５５にかかる荷重が軽減する。

以上説明したように、本実施形態の摩擦ローラ式増速機１００は、出力軸ユニット４５は、出力軸１１を回転自在に支持する複列のアンギュラ軸受５３，５５と、複列のアンギュラ軸受５３，５５の外周面を内径部で支持し、外径部がシャフトホルダ４３にフローティング支持される軸受ホルダ５１と、軸受ホルダ５１の軸方向一端側から、軸方向に沿って摩擦ローラ１５側に向けて圧入され、アンギュラ軸受５３，５５の端面を固定するシールハウジング５７と、軸受ホルダ５１内の軸方向他端側に配置され、アンギュラ軸受５５をシールハウジング５７側に付勢する予圧ばね７１と、を備える。これにより、少ない構成部品で複列のアンギュラ軸受５３，５５の軸方向位置を位置決めすると共に、複列のアンギュラ軸受５３，５５に適正な予圧を付与することができる。しかも、製作費が嵩むことを抑制できる。

また、転がり軸受が背面組合せ形の複列アンギュラ軸受５２であるので、予圧を付与することにより、アンギュラ軸受５３，５５の剛性が高められる。この転がり軸受を深溝玉軸受で構成すれば、構造が簡単で高い精度が得られ、高速回転により適した形態にできる。

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。

例えば、原動機の回転速度が非常に速く、かつ低速の出力が必要となる場合にも、回転入力側と出力側とを入れ替えることで、本構成の増速機を減速機として用いることもできる。

また、可動ローラであるウェッジローラの個数は、１つであることに限らず、複数備えた構成にしてもよい。また、固定ローラの個数も１つ又は３つ以上とした構成であってもよい。

出力軸を支承する転がり軸受は、複列アンギュラ玉軸受に限定されず、任意の軸受の使用が可能である。また、軸受の数は単列でも、組み合わせて使用されていればよい。また、予圧ばねは、上記構成例で示すウェーブワッシャ以外にも、皿ばねや、コイルばね等を用いることもできる。

１１ 出力軸
１３ 入力軸
１５ 大径固定ローラ（摩擦ローラ）
１７ 小径固定ローラ（摩擦ローラ）
１９ ウェッジローラ（摩擦ローラ）
４３ シャフトホルダ
４５ 出力軸ユニット
５１ 軸受ホルダ
５２ 複列アンギュラ軸受（転がり軸受）
５３，５５ アンギュラ軸受（転がり軸受）
５７ シールハウジング
７１ 予圧ばね（弾性体）
１００ 摩擦ローラ式増速機

Claims (1)

1. 入力軸と出力軸との間に所定の変速比で接続される少なくとも一つの摩擦ローラと、
   前記出力軸の周囲を覆うシャフトホルダと、
   前記シャフトホルダの内径部に取り付けられ、前記出力軸を回転自在に支持する出力軸ユニットと、
   を備える摩擦ローラ式増速機であって、
   前記出力軸ユニットは、
   前記出力軸を回転自在に支持する転がり軸受と、
   前記転がり軸受の外周面を内径部で支持し、外径部が前記シャフトホルダにフローティング支持される軸受ホルダと、
   前記軸受ホルダの軸方向一端側から、軸方向に沿って前記摩擦ローラ側に向けて圧入され、前記転がり軸受の端面を固定するシールハウジングと、
   前記軸受ホルダ内の軸方向他端側に配置され、前記転がり軸受を前記シールハウジング側に付勢する弾性体と、
   を備えることを特徴とする摩擦ローラ式増速機。

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