JP2022081175A - 遊星ローラトラクションドライブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】左右一対のリングドラムの形状を統一化することにより、ピニオンローラのスキューを抑制でき、動力伝達効率が高く低コストのトラクションドライブ装置を提供する。【解決手段】入力軸１の外周に固定されて配設されるサンローラ３と、サンローラ３の外側に配設され、背面側にトルクカム機構１３を配設したカム側リング５と、トルクカム機構を配設しない反カム側リング７とからなる一対のリングローラ９と、リングローラ９とサンローラ３とに圧接されるピニオンローラ１１と、を備え、トルクカム機構１３は、カム側リング５とリングドラム１５の環状側部２５とのそれぞれの間に間隔をあけて配設されるカムディスク１９と、カムディスク１９と環状側部２５との間に介在される玉２７とで構成されており、カムディスク１９とカム側リンク５との間には、スラストニードル軸受２９を配設した。【選択図】図３

Description

本発明は、トラクションドライブ装置、詳しくは、サンローラとピニオンローラ間及びピニオンローラと一対のリングローラ間に形成される油膜を介して動力を伝達する遊星ローラトラクションドライブ装置の改良に関するものである。

ＥＶ（Electric Vehicle）車やＡＴ（Automatic Transmission）車の駆動装置、あるいは工作機械などの駆動装置に組み込まれ、電動モータ等の回転駆動力を減速・増速して被駆動部に伝達する遊星ローラトラクションドライブ装置が知られている。

遊星ローラトラクションドライブ装置の一例を図５乃至図８に基づき説明する。

図５中、符号１は入力軸を示し、入力軸１の外周に固定されて配設されるサンローラ３と、サンローラ３の外側に配設され、背面側にトルクカム機構１３を配設したカム側リング５と、トルクカム機構を配設しない反カム側リング７とからなる一対のリングローラ９と、リングローラ９とサンローラ３とに圧接される複数個のピニオンローラ１１と、を含んで構成されており、サンローラ３とピニオンローラ１１間及びピニオンローラ１１と一対のリングローラ９（カム側リング５、反カム側リング７）間に形成される油膜を介して動力を伝達している。

ピニオンローラ１１は、軸方向で前後に支持軸１１a，１１ａを突設し、玉軸受３１を介してホルダ３３に回転自在に支持されている。図中符号３５は、ホルダ３３を揺動自在に支持するキャリアである。
各ピニオンローラ１１は、サンローラ３の外周面とカム側リング５の内周面５ｂ及び反カム側リング７の内周面７ｂとの間に配設されて転がり接触する。図にて符号Ａｘ１はサンローラ３の中心軸を示す。

リングローラ９を構成するカム側リング５と反カム側リング７のそれぞれの内周面５ｂ，７ｂは、各リング５，７同士が互いに対向する対向面部５ｃ，７ｃ側から反対向面部５ｄ，７ｄ側に向けて内径が小さくなる傾斜状に形成されている。これら内周面５ｂ，７ｂは、ピニオンローラ１１が接触して転動する転がり接触面を構成している。

リングローラ９（カム側リング５、反カム側リング７）は、それぞれ、その外周に突設した複数個の爪部５ａ…，７ａ…が、外側に配設されるリングドラム１５の内周に設けた複数個の凹部１５ａ…に係合し、ピニオンローラ１１の自転軸Ａｘ２に沿って移動（並進移動）可能で、かつ自転軸周りの回転位相がずれないように保持されている。図にて符号Ｈ１は鉛直方向を示す。

図中符号１７は、リングドラム１５の端部１５ｃと反カム側リング７との間に配設される予圧ばね（弾性部材）を示す。予圧ばね１７は、コイルスプリング・板バネなど本発明の範囲内で適宜設計変更可能である。予圧ばね１７は、入力軸１から伝達されるトルクが小さいとき、リングローラ９（カム側リング５、反カム側リング７）とピニオンローラ１１との転がり接触面における接触面圧を所定値以上に確保する。

トルクカム機構１３は、カム側リング５と、カム側リング５の背面側に配設されるカムディスク１９と、カムディスク１９との対向面に設けられるカム面（カム溝）５ｅと、カム側リング５との対向面に設けられるカム面（カム溝）１９ｅとの間に組み込まれる玉２７と、で構成されている。すなわち、カム側リング５はトルクカム機構１３を構成している。

この種の遊星ローラトラクションドライブ装置の基本的な作動は次のとおりである。
まず、電動モータ等の駆動力（トルク）は入力軸１に入力され、入力軸１に入力されたトルクは、サンローラ３から油膜を介してピニオンローラ１１に伝達され、さらに、ピニオンローラ１１から油膜を介してリングローラ９に伝達される。
そして、リングローラ９に伝達されたトルクは、リングローラ９からカムディスク１９の円筒部１９ａを介して、円筒部１９ａと一体の不図示の出力軸へと伝達される。

この種の遊星ローラトラクションドライブ装置は、上述の通り、一方のリングローラ（カム側リング５）の背面側にトルクカム機構１３を備え、もう一方のリングローラ（反カム側リング７）の背面側にはトルクカム機構は備えず、予圧ばね（皿ばね）１７による予圧により動力伝達面に押付力を付与する構成を採用している。

しかし、このような従来構成の場合，二つのリング（カム側リング５、反カム側リング７）間では、両者の形状の違い（剛性の差異）により弾性変形量に差異が生じる。すなわち、カム側リング５には、上述した通り、カムディスク１９との対向面にカム面（カム溝）５ｅを凹設している。従って、カム側リング５は、トルクカム機構を配設しない反カム側リング７とは、その形状を異にし、反カム側リング７に対して薄肉となっていたため、同じ力を受けたとき、カム側リング５の方が反カム側リング７と比して変形し易いという不都合があった。

一般的には、ピニオンローラ１１と当たる場所が対称となるように両リングを設計しているが、弾性変形により中心点からの位置関係がずれると傾きが生じてしまい、その結果、カム側リング５とピニオンローラ１１との接触部（図６（ａ）の接触点Ａ）と、反カム側リング７とピニオンローラ１１との接触部（図６（ａ）の接触点Ｂ）との間で、ピニオン重心点に対する接触部の位置や接触面圧に差異が生じる虞があった。転がり接触面に生じるトラクション力の大きさは接触面圧に応じて変化するため、接触点ＡとＢとで接触面圧が異なれば、トラクション力の大きさにも差異（不均衡）が生じてくる。図６（ｂ）において符号Tr1は接触点Ａにおけるトラクション力を示し、符号Tr2は接触点Ｂにおけるトラクション力を示す。
このトラクション力の大きさや作用点の差異が存在することは、ピニオンローラ１１にスキューを生じさせ、ひいては動力伝達効率の低下につながるために望ましくない。

また、従来の構成においては、接触点Ｂを通過するトルク（矢印To1）は、リングドラム１５を経由してカム側リング５に伝達され、接触点Ａを通過するトルク（矢印To2）と合流した後、出力軸へと伝達される（図６（ａ）にてトルクの流れを矢印にて示す）。
すなわち、カム側と反カム側とで、リングドラム１５と、カム側リング５の爪部５ａ及び反カム側リング７の爪部７ａとの、それぞれの係合部におけるトルク伝達方向が異なっている。
このことは、定常トルク伝達時には問題とならないが、過渡応答時にはピニオンローラ１１のスキューを助長し得る虞がある。さらに、ピニオンローラ１１が外に飛び出す虞もある。

さらに、リングローラの表面を硬化させることによりトラクション面を改善し、トラクションドライブ装置全体の耐久性を高めることに着眼してなされている従来技術もある（特許文献１及び２参照。）が、これらは、あくまでも材料的な改質のアプローチにとどまるため、リングローラの剛性差に起因するスキューによって動力伝達効率が低下するという課題を解決し得るものではなかった。

なお、スキュー現象の発生を抑制することを目的とした先行技術の一つとして特許文献３の技術が開示されている。
特許文献３では、遊星ローラの第１回転軸側及び第２回転軸側を、周方向に隣り合う２つのキャリアローラによって支持し、遊星ローラ及びインターナルリングの接触部位とキャリアピンとが主軸を中心として径方向に並んでおらず、周方向の異なる位置に配置される構成を採用している。このような構成を採用することにより、遊星ローラ及びキャリアローラ間の隙間を小さくすることができ、インターナルリングから受ける接線力により遊星ローラの自転軸が主軸に対して傾くスキュー現象の発生を抑制するものとしている。
しかし、特許文献３に開示の先行技術では、１つの遊星ローラを支持するため計４つのキャリアローラを必要とするため、トラクションドライブ装置全体で配置される複数の遊星ローラをそれぞれ支持するにはキャリアローラを多数配置する必要があり、構成が複雑であるばかりか、部品点数も増え、生産コスト、作業コスト及び部品管理コスト等が高騰することも考えられる。

特開２０１４―０９２２３６公報 特開２０１６―２１１６４５号公報 特開２０１７―０４４２３２号公報

本発明は従来技術の有するこのような問題点を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、簡易かつコストを抑えた構成を採用してピニオンローラのスキューを抑制し得るトラクションドライブ装置を提供することである。

上記課題を達成するために、第１の本発明は、入力軸の外周に固定されて配設されるサンローラと、
前記サンローラの外側に配設され、背面方向にトルクカム機構を配設したカム側リングと、トルクカム機構を配設しない反カム側リングとからなる一対のリングローラと、
前記リングローラと前記サンローラとに圧接されるピニオンローラと、を備え、
前記一対のリングローラは、外側に配設されるリングドラムとの間で、ピニオンローラの自転軸に沿って移動可能で、かつ自転軸周りの回転位相がずれないように保持されており、
前記サンローラと前記ピニオンローラ間及び前記ピニオンローラと前記一対のリングローラ間に形成される油膜を介して動力を伝達するトラクションドライブ装置において、
前記カム側リングと反カム側リングとを同一形状としたことを特徴とする遊星ローラトラクションドライブ装置としたことである。

第２の本発明は、第１の本発明において、前記トルクカム機構は、前記カム側リングと前記リングドラムの側部とのそれぞれの間に間隔をあけて配設されるカムディスクと、
前記カムディスクと前記リングドラムの側部との間に介在される玉とで構成されており、
前記カムディスクと前記カム側リンクとの間には、スラストニードル軸受を配設したことを特徴とする遊星ローラトラクションドライブ装置としたことである。

第３の本発明は、第２の本発明において、前記カム側リングと前記スラストニードル軸受との間に中間部材を配設し、
前記カム側リングと中間部材との間に弾性部材を配設したことを特徴とする遊星ローラトラクションドライブ装置としたことである。

本発明によれば、簡易かつコストを抑えた構成を採用することにより、ピニオンローラのスキューを抑制でき、動力伝達効率が高く低コストの遊星ローラトラクションドライブ装置を得ることができる。

本発明トラクションドライブ装置の第一実施形態を一部切欠くとともに省略して示す縦断斜視図である。 図１に示すトラクションドライブ装置の一部省略して示す縦断側面図である。 （ａ）は第一実施形態に示すトラクションドライブ装置の一部を省略して示す概略模式図、（ｂ）は（ａ）のＸ－Ｘ線断面図であって、トラクション力が均衡であることを示す概略模式図である。 本発明トラクションドライブ装置の第二実施形態であって、一部を省略して示す概略模式図である。 （ａ）は従来のトラクションドライブ装置を一部切欠くとともに省略して示す縦断斜視図、（ｂ）は従来のトラクションドライブ装置の一部省略して示す縦断側面図、（ｃ）はリングローラとリングドラムとの係合状態を一部省略して示す概略断面図である。 （ａ）は従来のトラクションドライブ装置の一部を省略して示す概略模式図、（ｂ）は（ａ）のＸ－Ｘ線断面図であって、従来のトラクションドライブ装置においてトラクション力が不均衡であることを示す概略模式図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、本発明の一実施形態であって、何等これに限定解釈されるものではなく本発明の範囲内で設計変更可能である。
「第一実施形態」

図１乃至図３は本発明の第一実施形態で、図１は、本実施形態の遊星ローラトラクションドライブ装置を一部省略して示す概略断面斜視図で、本実施形態の遊星ローラトラクションドライブ装置は次の構成を採用している。

本実施形態の遊星ローラトラクションドライブ装置は、図５に示す従来のトラクションドライブ装置と同様、入力軸１の外周に固定されて配設されるサンローラ３と、サンローラ３の外側に配設され、背面方向にトルクカム機構１３を配設したカム側リング５及びトルクカム機構を配設しない反カム側リング７からなる一対のリングローラ９と、リングローラ９とサンローラ３とに圧接される複数個（本実施形態では３個）のピニオンローラ１１と、を含んで構成されており、従来装置とはトルクカム機構１３の配設位置を異にすることによって、カム側リング５と反カム側リング７との形状を同一にした（形状を統一した）点に特徴を有している。
以下、本発明に特徴的な構成及び作動・作用効果を中心に説明し、その他図５及び図６に示す従来のトラクションドライブ装置と同様の構成及び作動・作用効果については、図５及び図６と同一の箇所に同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

トルクカム機構１３は、リングドラム１５の側部２５と、カム側リング５との間でそれぞれに間隔をあけて配設されるカムディスク１９と、カムディスク１９とリングドラム１５の側部２５との間に介在される玉（転動体）２７とで構成されている。すなわち、本実施形態では、トルクカム機構１３を、カム側リング５の背面方向には配設しているが、カム側リング５と隣接し、かつカム側リング５をトルクカム機構の構成要素とする従来技術の配設位置構成とは異なっている。

リングドラム１５の側部２５は、本実施形態では、予圧ばね１７、反カム側リング７、カム側リング５、スラストニードル軸受２９、カムディスク１９、玉２７の順でリングドラム１５の開放側から挿入した後、止輪２３を介して組付けられて玉２７をカムディスク１９とともに挟持する環状側部が想定されている。

環状側部２５は、カムディスク１９の円筒部１９ａの外径よりも大径の内径を有する平板リング状に形成され、軸方向で所定間隔をあけてカムディスク１９の外側に配設されている。
環状側部２５の外周には、複数個の爪部（図示省略）が突設されてリングドラム１５の凹部１５ａ…に係合する構成を採用し、これにより環状側部２５は、ピニオンローラ１１の自転軸Ａｘ２に沿って、カム側リング５、反カム側リング７とともに移動（並進移動）可能で、かつ環状側部２５は、カム側リング５、反カム側リング７と自転軸周りの回転位相がずれないように保持されている。
環状側部２５のカムディスク１９との対向面には、周方向に複数個のカム面（カム溝）２５ｅが凹設されている。

カムディスク１９は、入力軸１と同軸に配設されて出力軸側に連結される円筒部１９ａと、円筒部１９ａの端部から鉛直方向Ｈ１（円筒部１９ａの筒中心軸と直交する方向）に連続して立ち上げ形成されるフランジ部１９ｂと、で構成されている。
フランジ部１９ｂにおける環状側部２５との対向面には、周方向に複数個のカム面（カム溝）１９ｅが凹設されている。
このカム面（カム溝）１９ｅは、上述した環状側部２５のカム面（カム溝）２５ｅと、軸方向で相対向する位置にそれぞれ同一形状に形成されている。そして、このカム面（カム溝）１９ｅと、上述した環状側部２５のカム面（カム溝）２５ｅとの間に玉２７が組み込まれている。

止輪２３は、環状側部２５の外径よりも小径の内径を有する平板リング状に形成され、軸方向で環状側部２５の外側面に当接すると共に、外周がリングドラム１５の内周面に設けられた嵌合部１５ｂに嵌合して配設されている。止輪２３は、環状側部２５、玉２７、カムディスク１９などの軸方向への抜け止めを図っている。

カムディスク１９とカム側リング５との間にはスラストニードル軸受２９が配設されている。

従って、本実施形態によれば、カムディスク１９とリングドラム１５の環状側部２５との間でトルクカム機構１３を構成し、カム側リング５とカムディスク１９との間にはスラストニードル軸受２９を配設する構成を採用しているため、カム側リング５にはカム面（カム溝）が不要となる。従って、カム側リング５を反カム側リング７と同一の形状とすることが可能である。

本実施形態を採用することにより、カム側リング５と反カム側リング７の双方の形状を同一（統一化）とできるため、トラクション力の差異（不均衡）やそれに起因するピニオンローラのスキューが生じ難くなり、動力伝達効率の向上に繋がる。
また、本実施形態によれば、カム側リング５の爪部５ａ及び反カム側リング７の爪部７ａと、リングドラム１５の凹部１５ａとのそれぞれの係合部分におけるトルク伝達方向が一致するため、過渡応答時にもスキューを助長する作用は生じない。

以下、上述した本実施形態の作動及び作用効果を、図６に示す従来技術と比較しつつ、図３に基いて詳細に説明する。

従来技術の場合、出力軸１から入力されたトルクが、サンローラ３から油膜を介してピニオンローラ１１に伝達されると、Ａ点側でピニオンローラ１１に接しているカム側リング５を捩じる。カム側リング５は、カムディスク１９と玉２７とともにトルクカム機構１３を構成しているため、玉２７を介してカムディスク１９の円筒部１９ａから、不図示の出力軸へとトルクが伝達される。同じく、ピニオンローラ１１に伝達された動力は反カム側リング７を捩じり、Ｂ点からのトルクは反カム側リング７の爪部７ａからリングドラム１５に伝達される。そして、Ｂ点からリングドラム１５に流れたトルクは、カム側リング５の爪部５ａを介してカム側リング５へと伝達され、Ａ点からのトルクと合流し、合流した捩じれがトルクカム機構１３を介して不図示の出力軸へと伝達される（図６（ａ）にて矢印でトルクの流れを示す。）。
このように、カム側と反カム側とで、リングドラム１５と、カム側リング５の爪部５ａ及び反カム側リング７の爪部７ａとの、それぞれの係合部におけるトルク伝達方向が異なっており、このトルク伝達方向の相違は、定常トルク伝達時には問題はないが、過渡応答時にはピニオンのスキューを助長し得るため好ましくない。
また、カム側リング５と反カム側リング７との形状が異なることからピニオンリング１１への押付力（図６（ａ）にてＡ点からの押付力をＰ１、Ｂ点からの押付力をＰ２で示す。）の位置と大きさにも差異が生じてくるため、トラクション力も不均衡（図６（ｂ）にて、Ａ点のトラクション力をTr1、Ｂ点のトラクション力をTr2で示す。）になり、ピニオンリング１１のスキューを誘発する虞がある。

一方、本実施形態では、出力軸１から入力されたトルクが、サンローラ３から油膜を介してピニオンローラ１１に動力が伝達されると、Ｂ点からのトルクは反カム側リング７の爪部７ａからリングドラム１５に伝達されるが、カム側リング５に隣接してトルクカム機構１３がないため、Ａ点からのトルクもカム側リング５の爪部５ａからリングドラム１５に伝達され、リングドラム１５で、反カム側リング７の爪部７ａからリングドラム１５に流れたトルクと合流し、カム側リング５の外側に位置するカムディスク１９と環状側部２５とで構成されるトルクカム機構１３を捩じり、玉２７を介して不図示の出力軸が捩じられてトルクが出力軸から外に出ていく（図３（ａ）にて矢印でトルクの流れを示す。）。
本実施形態によれば、上述の通り、リングドラム１５と、カム側リング５の爪部５ａ及び反カム側リング７の爪部７ａとの、それぞれの係合部におけるトルク伝達方向が、カム側と反カム側とで一致しており、過渡応答時においてもピニオンのスキューを助長する虞はない。
また、本実施形態によれば、カム側リング５と反カム側リング７との形状を統一化（同一）したため、ピニオンリング１１への押付力（図３（ａ）にてＡ点からの押付力をＰ１、Ｂ点からの押付力をＰ２で示す。）の位置と大きさにも差異がなくなり、トラクション力の不均衡もなくなるため（図３（ｂ）にて、Ａ点のトラクション力をTr1、Ｂ点のトラクション力をTr2で示す。）、ピニオンリング１１のスキュー誘発も是正される。

さらに、本実施形態によれば、従来のように、カム側リング５の背面へのカム面加工が不要となり、生産コストの削減及び生産時間の短縮化にも繋がる。

なお、図５に示す従来構造を採用した場合であっても、反カム側リング７にもカム溝５ｅと同一形状のカム溝を形成すれば、リング形状の統一化が図れ、上述した作用効果を発揮することができ、このような構成を採用することも本発明の範囲内である。

リングローラ９（カム側リング５，反カム側リング７）と、リングドラム１５との係合状態は、特に本実施形態に限定解釈されるものではない。
「第二実施形態」

図４は本発明の第二実施形態を示す概略模式図で、本実施形態では予圧ばね１７を配設する位置が第一実施形態と異なっている。すなわち、本実施形態は、カム側リング５とスラストニードル軸受２９との間に中間部材３７を配設し、カム側リング５と中間部材３７との間に予圧ばね１７を配設した実施の一形態である。
中間部材３７は、環状の板状に形成され、そのスラストニードル転走面を鏡面仕上げする。
その他の構成及び作用効果は第一実施形態及び図５に示す従来技術と同じであるためその説明は省略する。

第一実施形態の場合、カム側リング５のスラストニードル転走面に鏡面加工をする必要があるが、本実施形態によればその必要がなくなるため、作業管理がしやすくなるという更なる利点もある。
すなわち、第一実施形態の構成を採用する場合、カム側リング５の内周面（ピニオンローラ転がり接触面）５ｂ及びスラストニードル軸受２９と接触する面（スラストニードル転走面）５ｆの二面を鏡面加工する必要がある。
この場合において、内周面５ｂの鏡面加工を終え、さらにスラストニードル転走面５ｆの鏡面加工をするときに、既に鏡面加工した内周面５ｂ側の面を傷付けないように気を付けながら作業しなければならないが、本実施形態によればそのようなことも不要である。作業管理が容易となる。

リングローラ（カム側リング５と反カム側リング７）１９は自転するため変形しながら回っている。変形しながら回っているカム側リング５の背面をそのまま軸受で押さえるとフレッチング摩耗などが生じ得る。カム側リング５がフレッチング摩耗すると押し付け力が低減してしまう。本実施形態によれば弾性変形自体は、予圧ばねにて吸収し、中間部材３７は弾性変形しないので、背面のスラストニードル軸受２９のフレッチング摩耗は低減される。
本実施形態の構造を採用すれば、カム側リング５も弾性変形しなくなり、フレッチング摩耗も低減される。

本発明は、他の構造を採用しているその他のトラクションドライブ装置にも利用可能であり、また、建設機械、農業機械、木工機械などのその他の産業機械に用いられるトラクションドライブ装置にも利用可能である。

１ 入力軸
３ サンローラ
５ カム側リング
７ 反カム側リング
９ リングローラ
１１ ピニオンリング
１３ トルクカム機構
１５ リングドラム
１９ カムディスク
２５ 環状側部（リングドラム側部）
２７ 玉
２９ スラストニードル軸受
３７ 中間部材

Claims (3)

1. 入力軸の外周に固定されて配設されるサンローラと、
   前記サンローラの外側に配設され、背面側にトルクカム機構を配設したカム側リングと、トルクカム機構を配設しない反カム側リングとからなる一対のリングローラと、
   前記リングローラと前記サンローラとに圧接されるピニオンローラと、を備え、
   前記一対のリングローラは、外側に配設されるリングドラムとの間で、ピニオンローラの自転軸に沿って移動可能で、かつ自転軸周りの回転位相がずれないように保持されており、
   前記サンローラと前記ピニオンローラ間及び前記ピニオンローラと前記一対のリングローラ間に形成される油膜を介して動力を伝達する遊星ローラトラクションドライブ装置において、
   前記カム側リングと反カム側リングとを同一形状としたことを特徴とする遊星ローラトラクションドライブ装置。
2. 前記トルクカム機構は、前記カム側リングと前記リングドラムの側部とのそれぞれの間に間隔をあけて配設されるカムディスクと、
   前記カムディスクと前記リングドラムの側部との間に介在される玉とで構成されており、
   前記カムディスクと前記カム側リンクとの間には、スラストニードル軸受を配設したことを特徴とする請求項１に記載の遊星ローラトラクションドライブ装置。
3. 前記カム側リングと前記スラストニードル軸受との間に中間部材を配設し、
   前記カム側リングと中間部材との間に弾性部材を配設したことを特徴とする請求項２に記載の遊星ローラトラクションドライブ装置。

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