JP3540531B2 - 遊星ローラ式差動摩擦伝動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低騒音を必要とする一般的な変速機に適用されるもので、例えば、風力発電用増速機やヘリコプター用トランスミッション、あるいは水中ロボット用減速機等に用いて好適の遊星ローラ式差動摩擦伝動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、低騒音を必要とする変速機としては、転がり式摩擦伝動装置が使用されることが多い。この転がり式摩擦伝動装置の動作原理について図４を参照しながら説明する。一対のローラ１００，２００に荷重Ｐを付与して駆動側ローラ１００を回転させると、摩擦力ｆ・Ｐ（ｆは摩擦係数）が生じ、被動側ローラ２００が摩擦力ｆ・Ｐにより回転駆動される。このような転がり式摩擦伝動装置において、いかにして適度な摩擦力ｆ・Ｐを発生させるかは重要な技術的課題である。
【０００３】
図４にて上述した原理を適用された遊星ローラ式差動摩擦伝動装置としての変速機を図５および図６に示す。ここで、図５はその模式的な正面図、図６はその模式的な縦断面図である。
これらの図５および図６に示すように、遊星ローラ式差動摩擦伝動装置では、太陽軸０５を有する太陽ローラ０１と、この太陽ローラ０１に外接する複数（図５に示す例では３個）の遊星ローラ０２と、これらの遊星ローラ０２を軸支持し軸０６を有する遊星枠０８と、これらの遊星ローラ０２に外接し太陽ローラ０１と同軸的に回転可能なリングローラ０９とがそなえられている。これらのローラ０１，０２，０９間では、図４にて前述したように摩擦によって駆動力が伝達される。
【０００４】
ここで、各遊星ローラ０２は、遊星軸受０３によって遊星ピン０７に支承されこの遊星ピン０７を介して遊星枠０８に対し回転可能に取り付けられている。そして、リングローラ０９自体は、遊星ローラ０２，遊星軸受０３および各遊星ピン０７に支承されている。
また、リングローラ０９は、ベルト０１１およびローラ０１５を介して駆動モータ０１２により回転駆動されるようになっている。つまり、ローラ０１５は駆動モータ０１２の駆動軸０１２ａに連結されるとともに、このローラ０１５とリングローラ０９との外周にベルト０１１が巻回されており、駆動モータ０１２の回転駆動力が、駆動軸０１２ａ，ローラ０１５およびベルト０１１を介してリングローラ０９に伝達される。なお、駆動軸０１２ａは軸受０１６により支承されている。
【０００５】
今、入力軸を外径ＤＡの太陽軸０５とし、出力軸を遊星枠０８の軸０６とすると、太陽ローラ０１の回転速度（角速度）ωＡは遊星ローラ０２の公転速度ωＳに減速され、複数の遊星ピン０７を取り付けられた遊星枠０８を介して出力軸０６が回転速度ωＳで回転駆動される。この場合、遊星ローラ式差動摩擦伝動装置は減速装置として機能したことになる。
【０００６】
このとき、リングローラ０９の内径をＤＣとすると、出力軸０６の回転速度ωＳは下式（１）により与えられる。この（１）式中において、内径ＤＣのリングローラ０９を回転速度ωＣで図５に示す矢印Ａ方向へ回転させると“−”で計算が行なわれ、図５に示す矢印Ｂ方向へ回転させると“＋”で計算が行なわれる。この（１）式に示すように、回転速度ωＣの大小によって出力回転速度ωＳを変速させることができる。
【０００７】
【数１】

従って、リングローラ０９を外部から回転させる手段（ベルト０１１，ローラ０１５および駆動モータ０１２）を設け、この手段によって太陽ローラ０１，遊星ローラ０２，リングローラ０９間のすべり速度差を小さくする方向（矢印ＡまたはＢで示す方向）および回転速度ωＣでリングローラ０９を回転駆動すれば、これらの太陽ローラ０１，遊星ローラ０２，リングローラ０９間でのすべりによる焼付きを防止することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようにリングローラ０９を回転させるためには、リングローラ０９を外部から回転させる手段が必要であり、またリングローラ０９を回転可能に支承する必要がある。前述の通り、リングローラ０９はベルト０１１によって回転駆動され、リングローラ０９自体は遊星ローラ０２，遊星軸受０３および各遊星ピン０７に支承されている。このようなリングローラ０９をベルト駆動する場合にはベルト０１１に張力を加えることになるが、その張力の不均一によってリングローラ０９の姿勢が傾いてしまう。
【０００９】
このため、図５および図６に示すような従来の遊星ローラ式作動摩擦伝動装置では、遊星ローラ０２とリングローラ０９との間で片当たりが生じ、面圧が増加することで焼付きや転動面の塑性変形や疲労損傷が発生する可能性が高くなるという課題があった。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、遊星ローラとリングローラとの間で片当たりが生じるのを防止して面圧の増加を未然に防止することにより、焼付き，転動面の塑性変形，疲労損傷が発生する可能性を低くできるようにした、遊星ローラ式差動摩擦伝動装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の遊星ローラ式差動摩擦伝動装置（請求項１）は、太陽ローラと、この太陽ローラに外接する複数の遊星ローラと、この複数の遊星ローラを軸支持する遊星枠と、複数の遊星ローラに外接し太陽ローラと同軸的に回転可能なリングローラとをそなえ、太陽ローラ，複数の遊星ローラおよびリングローラ間で摩擦により駆動力が伝達されるように構成されたものにおいて、リングローラをその外周から支持する軸受をそなえ、この軸受の外輪軌道面をその軸受中心と一致する曲率中心をもつ凹球面として形成し、軸受を、その軸受中心を太陽ローラの中心と一致させるように配置するとともに、太陽ローラおよび遊星枠に連結される入出力軸に、ミスアライメントや偏心を吸収する継手をそれぞれ介装したことを特徴としている。
また、該継手は、歯車継手であることが好ましい（請求項２）。
また、該継手は、弾性継手であることが好ましい（請求項３）。
【００１１】
上述のごとく構成された本発明の遊星ローラ式差動摩擦伝動装置では、リングローラを回転させるべくこのリングローラに力が作用しても、内周側に遊星ローラや太陽ローラを保持するリングローラ全体が一体的に軸受中心（曲率中心，太陽ローラ中心）周りに逃げることができ、リングローラに作用した力が軸受と継手とによって吸収され、遊星ローラとリングローラとの間で片当たりが生じるのを防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態としての遊星ローラ式差動摩擦伝動装置を模式的に示す縦断面図であり、この図１に示すように、本実施形態の装置も、太陽軸（入出力軸）５を有する太陽ローラ１と、この太陽ローラ１に外接する複数の遊星ローラ２と、これらの遊星ローラ２を軸支持し軸（入出力軸）６を有する遊星枠８と、これらの遊星ローラ２に外接し太陽ローラ１と同軸的に回転可能なリングローラ９とから構成され、これらのローラ１，２，９間では、図４にて前述したように摩擦によって駆動力が伝達される。
【００１３】
ここで、各遊星ローラ２は、遊星軸受３によって遊星ピン７に支承されこの遊星ピン７を介して遊星枠８に対し回転可能に取り付けられている。
また、リングローラ９は、ベルト１１およびローラ１５を介して駆動モータ１２により回転駆動されるようになっている。つまり、ローラ１５は駆動モータ１２の駆動軸１２ａに連結されるとともに、このローラ１５とリングローラ９との外周にベルト１１が巻回されており、駆動モータ１２の回転駆動力が、駆動軸１２ａ，ローラ１５およびベルト１１を介してリングローラ９に伝達される。なお、駆動軸１２ａは軸受１６により支承されている。
【００１４】
そして、本実施形態では、リングローラ９をその外周から支持する転がり軸受１４がそなえられており、この転がり軸受１４の外輪軌道１７の内面が、その軸受中心と一致する曲率中心をもつ凹球面１７ａとして形成され、このように構成される転がり軸受１４が、その軸受中心を太陽ローラ１の中心Ｃと一致させるように配置されている。つまり凹球面１７ａの曲率中心は、軸受中心と太陽ローラ１の中心とに一致している。
【００１５】
さらに、本実施形態では、太陽ローラ１の太陽軸５および遊星枠８の軸６には、歯車継手１９，１９がそれぞれ介装されている。この歯車継手１９は、弾性継手の機能を兼ねるもので、ミスアライメントや偏心を吸収するために使用されている。なお、この歯車継手１９の代わりに弾性継手を設けたり、歯車継手１９と弾性継手とを併用したりしてもよい。
【００１６】
本発明の一実施形態としての遊星ローラ式差動摩擦伝動装置は上述のごとく構成されているので、
今、入力軸を外径ＤＡの太陽軸５とし、出力軸を遊星枠８の軸６とすると、太陽ローラ１の回転速度（角速度）ωＡは遊星ローラ２の公転速度ωＳに減速され、複数の遊星ピン７を取り付けられた遊星枠８を介して出力軸６が回転速度ωＳで回転駆動される。この場合、遊星ローラ式差動摩擦伝動装置は減速装置として機能したことになる。リングローラ９の内径をＤＣとすると、出力軸６の回転速度ωＳは、図５および図６を参照しながら前述した（１）式によって与えられ、リングローラ９の回転速度ωＣの大小によって変速される。
【００１７】
従って、リングローラ９を外部から回転させる手段（ベルト１１，ローラ１５および駆動モータ１２）を設け、この手段によって太陽ローラ１，遊星ローラ２，リングローラ９間のすべり速度差を小さくする方向および回転速度ωＣでリングローラ９を回転駆動すれば、これらの太陽ローラ１，遊星ローラ２，リングローラ９間でのすべりによる焼付きを防止することができる。
【００１８】
そして、本実施形態では、リングローラ９を回転させるべくこのリングローラ９にベルト１１から力が作用しても、内周側に遊星ローラ２や太陽ローラ１を保持するリングローラ９の全体が一体的に太陽ローラ１の中心Ｃ（軸受中心，曲率中心）周りに逃げることができる。これにより、リングローラ９に作用した力が転がり軸受１４と歯車継手１９とによって吸収され、各遊星ローラ２とリングローラ９との間で片当たりが生じるのを確実に防止することができる。
【００１９】
このように、本発明の一実施形態としての遊星ローラ式差動摩擦伝動装置によれば、各遊星ローラ２とリングローラ９との間で片当たりが生じるのを確実に防止できるので、面圧の増加が未然に防止され、焼付き，転動面の塑性変形，疲労損傷が発生する可能性を大幅に低減できるという利点がある。
ところで、図２は、本発明の一実施形態としての遊星ローラ式差動摩擦伝動装置の変形例を模式的に示す縦断面図で、２つの転がり軸受１４Ａ，１４Ａによりリングローラ９を支持する場合について示している。
【００２０】
この図２に示すように２つの転がり軸受１４Ａ，１４Ａをそなえた場合も、各転がり軸受１４Ａの外輪軌道１７Ａの内面を凹球面１７ａとして形成し、各転がり軸受１４Ａを、その軸受中心を太陽ローラ１の中心Ｃと一致させるように配置している。この場合、ベルト１１は、２つの転がり軸受１４Ａ，１４Ａの間に配置されている。
【００２１】
このような構成により、図２に示す装置でも、上述した実施形態と全く同様の作用効果を得ることができる。
また、図３は、本発明の一実施形態としての遊星ローラ式差動摩擦伝動装置の他の変形例を模式的に示す縦断面図で、すべり軸受１３によりリングローラ９を支持する場合について示している。
【００２２】
この場合も、すべり軸受１３の外輪軌道１７Ｂの内面を凹球面１７ａとして形成し、すべり軸受１３を、その軸受中心を太陽ローラ１の中心Ｃと一致させるように配置している。また、図３に示す例では、リングローラ９を回転させる手段として、駆動モータ１２およびローラ１８がそなえられている。この手段では、駆動モータ１２の駆動軸１２ａに取り付けられて回転駆動されるローラ１８が、直接的にリングローラ９の外周面に押し付けられ、摩擦伝動によってリングローラ９が回転駆動されるようになっている。
【００２３】
このような構成によっても、上述した実施形態と全く同様の作用効果を得ることができるほか、この図３に示す装置では、転がり軸受１４や１４Ａを用いた場合よりも半径方向の寸法を小さくでき、装置をコンパクトに構成できる利点もある。
なお、上述した実施形態では、遊星ローラ式差動摩擦伝動装置が減速装置として機能する場合について説明したが、本発明の遊星ローラ式差動摩擦伝動装置は、これに限定されるものではなく、増速装置としても機能する。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の遊星ローラ式差動摩擦伝動装置によれば、リングローラを支持する軸受を設け、その外輪軌道面を凹球面とし、その曲率中心を軸受中心および太陽ローラ中心に一致させ、また、入出力軸に継手をそれぞれ介装するという極めて簡素な構成により、内周側に遊星ローラや太陽ローラを保持するリングローラ全体が一体的に軸受中心（曲率中心，太陽ローラ中心）周りに逃げることができ、リングローラに作用した力が軸受と継手とによって吸収され、遊星ローラとリングローラとの間で片当たりが生じるのを確実に防止できるので、面圧の増加が未然に防止され、焼付き，転動面の塑性変形，疲労損傷が発生する可能性を大幅に低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての遊星ローラ式差動摩擦伝動装置を模式的に示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態としての遊星ローラ式差動摩擦伝動装置の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態としての遊星ローラ式差動摩擦伝動装置の他の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図４】一般的な転がり式摩擦伝動装置の動作原理を説明するための図である。
【図５】従来の遊星ローラ式差動摩擦伝動装置としての変速機を模式的に示す正面図である。
【図６】従来の遊星ローラ式差動摩擦伝動装置としての変速機を模式的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 太陽ローラ
２ 遊星ローラ
３ 遊星軸受
５ 太陽軸（入出力軸）
６ 軸（入出力軸）
７ 遊星ピン
８ 遊星枠
９ リングローラ
１１ ベルト
１２ 駆動モータ
１２ａ 駆動軸
１３ すべり軸受
１４，１４Ａ 転がり軸受
１５ ローラ
１６ 軸受
１７，１７Ａ，１７Ｂ 外輪軌道
１７ａ 凹球面（外輪軌道面）
１８ ローラ
１９ 歯車継手

Claims (3)

1. 太陽ローラと、該太陽ローラに外接する複数の遊星ローラと、該複数の遊星ローラを軸支持する遊星枠と、該複数の遊星ローラに外接し該太陽ローラと同軸的に回転可能なリングローラとをそなえ、該太陽ローラ，該複数の遊星ローラおよび該リングローラ間で摩擦により駆動力が伝達されるように構成された遊星ローラ式差動摩擦伝動装置において、
   該リングローラをその外周から支持する軸受がそなえられ、該軸受の外輪軌道面が該軸受の軸受中心と一致する曲率中心をもつ凹球面として形成され、該軸受がその軸受中心を該太陽ローラの中心と一致させるように配置されるとともに、
   該太陽ローラおよび該遊星枠に連結される入出力軸に、ミスアライメントや偏心を吸収する継手がそれぞれ介装されていることを特徴とする、遊星ローラ式差動摩擦伝動装置。
2. 該継手は、歯車継手であることを特徴とする、請求項１記載の遊星ローラ式差動摩擦伝動装置。
3. 該継手は、弾性継手であることを特徴とする、請求項１記載の遊星ローラ式差動摩擦伝動装置。

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