JP2022074539A - 遊星ローラ式動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置内部の熱を効率よく外部へ放熱することができる技術を提供する。【解決手段】 動力伝達装置１は、ハウジング１４に固定された固定輪２と、固定輪２の径方向内方側に配置される太陽軸４と、固定輪２と太陽軸４との間に介在する複数の遊星ローラ６と、複数の遊星ローラ６を支持する複数の駆動ピン８と、複数の駆動ピン８の一端部８ａが固定され、複数の遊星ローラ６を保持するキャリア１０と、キャリア１０に一体回転可能に設けられハウジング１４外方へ突出する出力軸１２と、を備える。複数の駆動ピン８のうち少なくとも１つの駆動ピン８の内部には、１つの駆動ピン８の長手方向に沿って延びる、密閉空間２０が設けられる。密閉空間２０には、密閉空間２０内の移動に伴って熱を移動させる作動媒体２２が収容されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、遊星ローラ式動力伝達装置に関する。

特許文献１には、遊星ローラ式動力伝達装置が開示されている。この遊星ローラ式動力伝達装置は、固定輪と、固定輪の径方向内方に設けられた第１軸（太陽軸）と、固定輪と第１軸との間に設けられた複数の遊星ローラと、遊星ローラを回転可能に支持するキャリアと、キャリアと一体回転する第２軸とを備える。

遊星ローラ式動力伝達装置は、減速機として用いられる場合、第１軸に伝達される回転を減速し第２軸から出力する。遊星ローラは、第１軸に伝達された回転により、第１軸と固定輪との間の環状空間を自転しながら公転する。遊星ローラの公転がキャリアの回転力となり、この回転力によって第２軸が回転する。

特開２０１９－７８３４０号公報

上記遊星ローラ式動力伝達装置は、歯車を用いた減速機と比較して、歯車同士のかみ合いがないため、高速回転時の振動や騒音が少なく、高速回転での使用に適している。
しかし、近年のモータ等の高速化等に伴い、遊星ローラ式動力伝達装置において許容される回転入力のさらなる高速化が求められている。

遊星ローラ式動力伝達装置の潤滑方式としては、装置内部に貯留された潤滑油を遊星ローラや、キャリアプレート等により攪拌し各部を潤滑するオイルバス方式が通常採用される。
このようなオイルバス方式では、装置に対する回転入力がより高速になると、各部の摩擦や潤滑油の攪拌抵抗等により、装置内部の発熱が顕著になるという問題が生じる。装置内部の発熱は、潤滑油の早期劣化や、回転部分の焼き付き等の原因となるため抑制する必要がある。

そこで、遊星ローラ式動力伝達装置の潤滑方式として、潤滑油を循環させる循環方式を採用することが考えられる。循環方式を採用すれば潤滑油の冷却が容易となる。このため、装置内部を潤滑油によって冷却することができ、装置内部の発熱を効率よく抑制することができる。しかし、この場合、潤滑油を循環させるための循環装置が必要となり、装置全体が大型化してしまうというデメリットがある。

また、装置のハウジングに放熱フィンを設けたりすることが考えられる。この場合、装置全体の大型化を抑制することはできるが、遊星ローラ等の装置内部に配置される部材の放熱には適しておらず、装置内部の熱を効率よく放熱することは困難である。
このため、装置内部の熱を効率よく外部へ放熱することができる方策が望まれる。

本発明に係る遊星ローラ式動力伝達装置は、ハウジングに固定された固定輪と、前記固定輪の径方向内方側に前記固定輪と同心に配置される第１軸と、前記固定輪と前記第１軸との間に介在する複数の遊星ローラと、前記複数の遊星ローラを支持する複数のピンと、前記複数のピンの一端部が固定され、前記複数の遊星ローラを保持するキャリアと、前記キャリアに一体回転可能に設けられ前記ハウジング外方へ突出する第２軸と、を備え、前記複数のピンのうち少なくとも１つのピンの内部には、前記１つのピンの長手方向に沿って延びる、密閉空間が設けられ、前記密閉空間には、前記密閉空間内の移動に伴って熱を移動させる作動媒体が収容されている。

上記構成によれば、密閉空間内をピンの長手方向に沿って移動する作動媒体によって、ピンに伝達する熱を、金属の熱伝導等よりも効率よく移動させることができる。
このため、例えば、ピンの他端部に伝達した熱を、作動媒体によってピンの一端部へ効率よく移動させ、ピンの一端部を支持するキャリア及びキャリアに繋がる第２軸へ放熱することができる。この結果、装置内部で発生する熱を、ピンを介してキャリア、及びハウジング外方へ突出する第２軸へ効率よく伝達することができ、装置内部の熱を効率よく外部へ放熱することができる。

前記作動媒体は、前記複数のピンに伝達する熱によって蒸発可能な液体であり、前記密閉空間は、前記ピンの一端部側から前記ピンの他端部側へ向かうに従って前記第１軸の中心線から漸次離間する方向に傾斜していてもよい。
この場合、密閉空間及び作動媒体は、いわゆるヒートパイプを構成する。よって、作動媒体は、密閉空間内で気化及び液化を繰り返し、密閉空間内で熱を移動させる。
ピンの一端部側はキャリアに固定されているためにピンの他端部側と比較して放熱され易い。よって、ピンの他端部側は、一端部側と比較してより高温となる。
本構成では、密閉空間をピンの一端部側からピンの他端部側へ向かうに従って第１軸の中心線から漸次離間する方向に傾斜させることで、密閉空間内において放熱し液体状態にある作動媒体を、一端部側からより高温の他端部側へ遠心力によって積極的に移動させることができる。これにより、作動媒体の気化を促して作動媒体による他端部側での吸熱を促進することができ、作動媒体による熱の移動をより効率よく行うことができる。

上記遊星ローラ式動力伝達装置において、前記密閉空間は、前記１つのピンの内部に設けられた、前記１つのピンの長手方向に沿って延びる第１空間部と、前記第２軸の内部に設けられた、前記第２軸の長手方向に沿って延びる第２空間部と、前記キャリアの内部に設けられた、前記第１空間部と、前記第２空間部とを繋ぐ第３空間部と、を含むものであってもよい。
この場合、作動媒体の移動によって、ピンからキャリア、第２軸に亘って、金属の熱伝導等よりも効率よく熱を移動させることができる。よって、装置内部の熱をより効率よく放熱することができる。

本発明によれば、装置内部の熱を効率よく外部へ放熱することができる。

図１は、本実施形態に係る遊星ローラ式動力伝達装置の断面図である。 図２は、図１中、ＩＩ－ＩＩ線矢視断面図である。 図３は、図１の要部拡大図である。 図４は、変形例に係る遊星ローラ式動力伝達装置の断面図である。

以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔全体構成について〕
図１は、本実施形態に係る遊星ローラ式動力伝達装置の断面図であり、図２は、図１中、ＩＩ－ＩＩ線矢視断面図である。
この遊星ローラ式動力伝達装置１は、モータＭに取り付けられており、モータＭの出力軸ｍ１の回転を減速して出力する。以下、遊星ローラ式動力伝達装置１を動力伝達装置１ともいう。

動力伝達装置１は、固定輪２と、太陽軸（第１軸）４と、複数の遊星ローラ６と、複数の駆動ピン８と、キャリア１０と、出力軸（第２軸）１２とを備える。
太陽軸４は、モータＭの出力軸ｍ１にカップリング５を介して接続されている。つまり、太陽軸４は、モータＭの回転力が入力される入力軸である。
太陽軸４の中心線は、動力伝達装置１の中心線Ｃと一致する。
本実施形態において、中心線Ｃに沿った方向及び中心線Ｃに平行な方向を「軸方向」と定義する。また、太陽軸４において出力軸ｍ１の回転が入力される側（図１において右側）を「軸方向一方側」と定義し、出力軸１２において回転を出力する側（図１において左側）を「軸方向他方側」と定義する。
さらに、中心線Ｃに直交する方向を「径方向」と定義し、中心線Ｃを中心とする円に沿う方向を「周方向」と定義する。

動力伝達装置１は、ハウジング１４を備える。ハウジング１４は、本体部１４ａと、蓋部１４ｂとを備える。蓋部１４ｂは、多数のボルト１４ｃによって本体部１４ａに固定されている。蓋部１４ｂには、モータＭが固定されている。
固定輪２、太陽軸４、複数の遊星ローラ６、複数の駆動ピン８、及びキャリア１０は、ハウジング１４内に収容されている。
また、ハウジング１４内には、各部を潤滑するための潤滑油が貯留されており、オイルバス方式による潤滑が行われる。

固定輪２は、ハウジング１４の内周面に固定されている。固定輪２は、中心線Ｃを中心とする円環状の部材であり、機械構造用鋼等を用いて形成される。固定輪２は、内周側に複数の遊星ローラ６が転がり接触する内周面２ａを有する。
太陽軸４は、機械構造用鋼等を用いて形成された部材であり、固定輪２に径方向内方側に固定輪２に同心に配置される。太陽軸４は、中心線Ｃを中心として回転可能に支持される。太陽軸４は、その外周側に複数の遊星ローラ６が転がり接触する円筒面４ａを有する。

出力軸１２は、機械構造用鋼等を用いて形成された部材であり、中心線Ｃに沿って太陽軸４の軸方向他方側に配列されている。出力軸１２の中心線も、中心線Ｃと一致している。
出力軸１２は、ハウジング１４の開口１４ａ１を通過するように設けられている。出力軸１２の軸方向他方側の端部１２ａは、ハウジング１４の外部に位置し、出力軸１２の軸方向一方側の端部１２ｂは、ハウジング１４の内部に位置する。よって、出力軸１２は、ハウジング１４の外方へ突出している。出力軸１２は、開口１４ａ１に設けられた転がり軸受１６によりハウジング１４に対して回転自在に支持されている。

出力軸１２の軸方向一方側の端面１２ｃには、玉１２ｃ１が設けられている。玉１２ｃ１は、端面１２ｃに設けられた孔に回転自在配置されている。玉１２ｃ１の一部は、端面１２ｃから突出しており、太陽軸４の端面４ｂに接触している。これにより、太陽軸４の回転が直接出力軸１２に伝達するのを防止している。

キャリア１０は、出力軸１２の端部１２ｂに設けられている。キャリア１０は、中心線Ｃを中心とする円板形状であり、機械構造用鋼等を用いて形成された部材である。キャリア１０の中心孔１０ａには、出力軸１２の端部１２ｂが差し込まれて圧入固定されている。これにより、キャリア１０と、出力軸１２とは、一体回転可能とされている。よって、キャリア１０は、出力軸１２とともに中心線Ｃ回りに回転可能である。

複数の駆動ピン８は、キャリア１０の軸方向一方側の端面１０ｂから軸方向一方側へ突出して設けられている。本実施形態では、遊星ローラ６を３つ備えており、遊星ローラ６に対応して３つ設けられている。
３つの駆動ピン８は、機械構造用鋼等を用いて形成された棒状の部材である。駆動ピン８の軸方向他方側の一端部８ａは、キャリア１０に設けられた孔１０ｃに差し込まれて圧入固定されている。
駆動ピン８の軸方向一方側の他端部８ｂには、遊星ローラ６が設けられている。駆動ピン８の他端部８ｂと遊星ローラ６との間には、一対の転がり軸受１８が介在している。これにより、３つの駆動ピン８は、３つの遊星ローラ６を回転可能に支持する。

３つの遊星ローラ６は、固定輪２と太陽軸４との間に介在している。図２に示すように、３つの遊星ローラ６は、周方向に沿って等間隔で固定輪２と太陽軸４との間に配置されている。３つの遊星ローラ６は、太陽軸４の回りを周回する。つまり、３つの遊星ローラ６は、自転しながら太陽軸４の回りを公転する。
また、３つの遊星ローラ６は、固定輪２の内周面２ａと、太陽軸４の円筒面４ａとの間に所定の締め代をもって挟まれている。よって、３つの遊星ローラ６の外周面６ａと内周面２ａとは圧接している。同様に、３つの遊星ローラ６の外周面６ａと、円筒面４ａとは圧接している。

３つの遊星ローラ６を支持する３つの駆動ピン８は、３つの遊星ローラ６の配置に対応して、周方向に沿って等間隔となるようにキャリア１０の端面１０ｂに設けられている。
キャリア１０は、３つの駆動ピン８を介して３つの遊星ローラ６を保持している。キャリア１０は、３つの遊星ローラ６の周方向の配置を維持しつつ、３つの遊星ローラ６を太陽軸４の回りで回転可能に保持する。

例えば、モータＭの出力軸ｍ１の回転が太陽軸４に伝達し、太陽軸４が回転すると、太陽軸４に接触（圧接）している３つの遊星ローラ６が転走し駆動ピン８を中心に回転する。３つの遊星ローラ６が駆動ピン８を中心に回転すると、３つの遊星ローラ６は、固定輪２の内周面２ａを走行し、太陽軸４の回りを公転する。

３つの遊星ローラ６が太陽軸４の回りを（中心線Ｃの回りを）公転すると、３つの遊星ローラ６を支持するキャリア１０及び出力軸１２は中心線Ｃを中心に回転する。これにより、動力伝達装置１は、太陽軸４に伝達された回転を減速し、出力軸１２から出力する。

図１に示すように、３つの駆動ピン８のうちの１つの駆動ピン８、キャリア１０、及び出力軸１２には、密閉空間２０が設けられている。
密閉空間２０は、駆動ピン８の内部、キャリア１０の内部、及び出力軸１２の内部に亘って設けられた１つの空間である。
密閉空間２０には、作動媒体２２が収容されている。作動媒体２２は、密閉空間２０内を移動可能であり、密閉空間２０内の移動に伴って熱を移動させる媒体である。本実施形態において、作動媒体２２は、水である。

〔密閉空間について〕
図３は、図１の要部拡大図である。
図３に示すように、密閉空間２０は、駆動ピン８の内部に設けられた第１空間部２６と、出力軸１２の内部に設けられた第２空間部２８と、キャリア１０の内部に設けられた第３空間部３０とを含む。

第１空間部２６は、駆動ピン８の長手方向に沿って延びる細長い円筒状の空間である。つまり、第１空間部２６は、断面円形の孔である。
図３に示すように、第１空間部２６の中心線ｃ１は、軸方向他方側から軸方向一方側へ向かって中心線Ｃから離間する方向に傾斜している。これにより、第１空間部２６は、駆動ピン８の一端部８ａ側から駆動ピン８の他端部８ｂ側へ向かうに従って中心線Ｃから漸次離間する方向に傾斜している。
第１空間部２６は、一端部８ａ側の側面に開口２６ａを有する。
第１空間部２６は、駆動ピン８の他端部８ｂの端面８ｂ１からドリルによる切削によって形成される。ドリルによって端面８ｂ１から一端部８ａ側の側面まで孔を貫通させた後、端面８ｂ１側の開口を栓３６によって塞ぐ。これにより、開口２６ａを有する第１空間部２６が形成される。

第２空間部２８は、出力軸１２の長手方向に沿って延びる細長い円筒状の空間である。第２空間部２８は、断面円形の孔である。
図３に示すように、第２空間部２８の中心線ｃ２は、軸方向他方側から軸方向一方側へ向かって中心線Ｃから離間する方向に傾斜している。これにより、第２空間部２８は、軸方向他方側から軸方向一方側へ向かうに従って中心線Ｃから漸次離間する方向に傾斜している。
第２空間部２８は、軸方向一方側の端部１２ｂ側の側面に開口２８ａを有する。
第２空間部２８は、出力軸１２の端部１２ａの端面１２ａ１からドリルによる切削によって形成される。ドリルによって端面１２ａ１から端部１２ｂ側の側面まで孔を貫通させた後、端面１２ａ１側の開口を栓３８によって塞ぐ。これにより、開口２８ａを有する第２空間部２８が形成される。

第３空間部３０は、キャリア１０の内部において径方向に沿って延びる細長い円筒状の空間である。第３空間部３０は、断面円形の孔である。
第３空間部３０は、出力軸１２が差し込まれる中心孔１０ａと、駆動ピン８が差し込まれる孔１０ｃとを繋ぐように設けられている。よって、第３空間部３０は、中心孔１０ａ側の開口３０ａと、孔１０ｃ側の開口３０ｂとを有する。
開口３０ａは、第２空間部２８の開口２８ａに一致している。また、開口３０ｂは、第１空間部２６の開口２６ａに一致している。これにより、第３空間部３０は、第１空間部２６と、第２空間部２８とを繋ぐ。
なお、栓３６，３８や、開口３０ａと開口２８ａとの繋ぎ目、開口３０ｂと開口２６ａとの繋ぎ目は、気密となるように接合されている。
以上のように、密閉空間２０は、第１空間部２６と、第２空間部２８と、第３空間部３０とを含んで構成される。

密閉空間２０の作動媒体２２は、動力伝達装置１を動作させたときに駆動ピン８に伝達する熱によって蒸発可能であり、上述のように水である。
また、密閉空間２０は、気密であり、減圧状態とされている。つまり、密閉空間２０及び作動媒体は、いわゆるヒートパイプを構成している。よって、作動媒体２２は、密閉空間２０内で気化及び液化を繰り返し、密閉空間２０内で熱を移動させる。
出力軸１２の端部１２ａは、ハウジング１４の外方へ突出しているため、駆動ピン８の他端部８ｂと比較して放熱性がよい。よって、出力軸１２の端部１２ａ側は、駆動ピン８の他端部８ｂ側と比較してより低温となる。駆動ピン８の他端部８ｂ側は、動力伝達装置１の内部に位置しており、潤滑油等や各部の摩擦熱等が伝達するため、比較的高温となる。このため、液体状態の作動媒体２２は、図３に示すように、駆動ピン８の他端部８ｂ側で吸熱して気化する。気化した作動媒体２２は、駆動ピン８の他端部８ｂ側から、第３空間部３０を通過し、第２空間部２８へ向かって移動し、その移動の間に冷却されて液化し放熱する。このように、密閉空間２０内の作動媒体２２は駆動ピン８の他端部８ｂ側から、キャリア１０を経て出力軸１２へ向かって熱を移動させる。

上記構成によれば、密閉空間２０内を移動する作動媒体２２によって、駆動ピン８に伝達する熱を、金属の熱伝導等よりも効率よく移動させることができる。
このため、例えば、駆動ピン８の他端部８ｂ側に伝達した熱を、作動媒体２２によって駆動ピン８の一端部８ａ側を経てキャリア１０及び出力軸１２へ効率よく移動させ、第２軸へ放熱することができる。この結果、装置内部で発生する熱を、ハウジング１４の外方へ突出する出力軸１２へ効率よく伝達することができ、装置内部の熱を効率よく外部へ放熱することができる。

ここで、駆動ピン８の一端部８ａ側はキャリア１０に固定されているために他端部８ｂ側と比較して放熱され易い。よって、駆動ピン８の他端部８ｂ側は、一端部８ａ側と比較してより高温となる。
これに対して、本実施形態では、密閉空間２０に含まれる第１空間部２６が、駆動ピン８の一端部８ａ側から駆動ピン８の他端部８ｂ側へ向かうに従って中心線Ｃから漸次離間する方向に傾斜している。
これによって、第１空間部２６内において液体状態の作動媒体２２を、駆動ピン８の一端部８ａ側からより高温の他端部８ｂ側へ遠心力によって積極的に移動させることができる。これにより、作動媒体２２の気化を促して作動媒体２２による吸熱を促進することができ、作動媒体２２による熱の移動をより効率よく行うことができる。

さらに、本実施形態では、第２空間部２８も、軸方向他方側から軸方向一方側へ向かうに従って中心線Ｃから漸次離間する方向に傾斜している。
これによって、第２空間部２８内において液体状態の作動媒体２２を、軸方向他方側から軸方向一方側へ遠心力によって積極的に移動させることができる。これにより、作動媒体２２をキャリア１０の第３空間部３０へ移動させて駆動ピン８側へ移動させることができ、作動媒体２２による熱の移動をより効率よく行うことができる。

また、本実施形態では、密閉空間２０が、駆動ピン８の内部に設けられた第１空間部２６と、出力軸１２の内部に設けられた第２空間部２８と、キャリア１０の内部に設けられた第３空間部３０とを含む場合を示した。
この場合、作動媒体２２の移動によって、駆動ピン８からキャリア１０、出力軸１２に亘って、金属の熱伝導よりも効率よく熱を移動させることができる。よって、装置内部の熱をより効率よく放熱することができる。

なお、密閉空間２０は、少なくとも第１空間部２６を含んでいればよい。
この場合においても、駆動ピン８の他端部８ｂ側に伝達した熱を、作動媒体２２によって駆動ピン８の一端部８ａ側へ効率よく移動させ、駆動ピン８の一端部８ａを支持するキャリア１０及びキャリア１０に繋がる出力軸１２へ放熱することができる。この結果、装置内部で発生する熱を、駆動ピン８を介してキャリア１０、及びハウジング１４外方へ突出する出力軸１２へ効率よく伝達することができ、装置内部の熱を効率よく外部へ放熱することができる。

〔その他〕
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。
例えば、上記実施形態では、第１空間部２６、第２空間部２８、及び第３空間部３０を含む密閉空間２０を気密にし、作動媒体２２を収容した場合を例示したが、例えば、図４に示すように、内部に気密な密閉空間４０を有し、密閉空間４０内に作動媒体４２を収容する管状部材４４を、第１空間部２６、第２空間部２８、及び第３空間部３０に亘って配置してもよい。管状部材４４は、例えば、銅合金等により形成されており、駆動ピン８、キャリア１０、及び出力軸１２と熱交換を効率的に行うことができるように構成されている。
この場合も、上記実施形態と同様、装置内部の熱を効率よく外部へ放出することができる。

また、上記実施形態では、３つの駆動ピン８のうちの１つの駆動ピン８に密閉空間２０（第１空間部２６）を設けた場合を例示したが、３つの駆動ピン８それぞれに第１空間部２６を設け、密閉空間２０が３つの第１空間部２６を含んでいてもよい。
また、上記実施形態では、作動媒体２２として水を用いたが、アルコールやフロン等を用いることができる。

本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 遊星ローラ式動力伝達装置 ２ 固定輪 ４ 太陽軸（第１軸）
６ 遊星ローラ ８ 駆動ピン ８ａ 一端部
８ｂ 他端部 １０ キャリア １２ 出力軸（第２軸）
１４ ハウジング ２０ 密閉空間 ２２ 作動媒体
２６ 第１空間部 ２８ 第２空間部 ３０ 第３空間部
４０ 密閉空間 ４２ 作動媒体 Ｃ 中心線

Claims (3)

1. ハウジングに固定された固定輪と、
   前記固定輪の径方向内方側に前記固定輪と同心に配置される第１軸と、
   前記固定輪と前記第１軸との間に介在する複数の遊星ローラと、
   前記複数の遊星ローラを支持する複数のピンと、
   前記複数のピンの一端部が固定され、前記複数の遊星ローラを保持するキャリアと、
   前記キャリアに一体回転可能に設けられ前記ハウジング外方へ突出する第２軸と、を備え、
   前記複数のピンのうち少なくとも１つのピンの内部には、前記１つのピンの長手方向に沿って延びる、密閉空間が設けられ、
   前記密閉空間には、前記密閉空間内の移動に伴って熱を移動させる作動媒体が収容されている
   遊星ローラ式動力伝達装置。
2. 前記作動媒体は、前記複数のピンに伝達する熱によって蒸発可能な液体であり、
   前記密閉空間は、前記ピンの一端部側から前記ピンの他端部側へ向かうに従って前記第１軸の中心線から漸次離間する方向に傾斜している
   請求項１に記載の遊星ローラ式動力伝達装置。
3. 前記密閉空間は、
   前記１つのピンの内部に設けられた、前記１つのピンの長手方向に沿って延びる第１空間部と、
   前記第２軸の内部に設けられた、前記第２軸の長手方向に沿って延びる第２空間部と、
   前記キャリアの内部に設けられた、前記第１空間部と、前記第２空間部とを繋ぐ第３空間部と、を含む
   請求項１又は請求項２に記載の遊星ローラ式動力伝達装置。
   

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