JP4278797B2 - 遊星ローラ式摩擦伝動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽ローラ、遊星ローラ、リングローラの三者の摩擦回転により動力を伝達する遊星ローラ式摩擦伝動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は遊星ローラ式摩擦伝動装置を他の機械の入出力軸とキーを用いて連結する際に考え得る構造例の１つを示している。この装置は、入力軸１に結合された太陽ローラ３と、太陽ローラ３に外接する複数の遊星ローラ４と、遊星ローラ４が内接するリングローラ５と、これらローラ３、４、５の軸方向一方側に配されるキャリア６とを備えている。キャリア６は、入力軸１と同軸上に配された出力軸２に連結されている。各遊星ローラ４には、キャリア６に片持支持された支持ピン７が挿入され、各遊星ローラ４の内周と支持ピン７の外周との間には、遊星ローラ４の回転を促進する回転促進リング（ニードルベアリング等）８が介在され、ローラ４、５、６の軸方向他方側には、リングローラ５と同心状に回転促進リング８及び遊星ローラ４の軸方向移動を規制する（当たりを防止する）押さえリング９が設けられている。
【０００３】
この装置では、太陽ローラ３と入力軸１とがキー１５で結合されており、キー１５は、太陽ローラ３の内周に一端から他端まで貫通形成されたキー溝１３と、入力軸１の外周に形成されたキー溝１４との間に挿入されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の摩擦伝動装置では、所定の伝達トルクを確保するために、太陽ローラ３に対して遊星ローラ４を強く圧接させることになるが、上記図７の例に示したような構造を製品化しようとしてその性能試験を行っている際に、太陽ローラ３が破損することがあった。
【０００５】
当初原因が不明であったため、詳細な破壊試験を試みたところ、図８に示すように、圧接力Ｐが作用する点とキー溝１３の間の角度が２０度くらいのときに、最も割れが生じ易いことが分かった。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮し、所定の推察に基づいて、太陽ローラを改良を施したもので、以て耐久性のある遊星ローラ式摩擦伝動装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、入出力軸が自身の内側を貫通し、入出力軸の外周にキー結合された太陽ローラと、該太陽ローラに外接する遊星ローラと、該遊星ローラが内接するリングローラとを備えた遊星ローラ式摩擦伝動装置において、前記太陽ローラの内周に軸方向一端から他端に向かってキー溝を形成する際に、その先端が太陽ローラの軸方向の途中までで止まるように設定し、太陽ローラと遊星ローラの接触幅の範囲内にキー溝の不形成部分を確保したことにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
発明者は、上記破壊試験の結果から、遊星ローラ側から太陽ローラ側に加わる圧接力によってキー溝の角部に剪断応力集中が発生するのではないかと推察した。
【０００９】
それは、この問題は、歯車伝動機構の場合にはそもそも問題がなかったものであるため、回転方向のトルクに関しては問題がないはずであり、したがって半径方向の圧接力が作用したことに起因すると考えられたためである。もしその推察が正しければ、半径方向に大きな圧接力が作用する遊星ローラ式摩擦伝動装置の構造上の特有の現象としてとらえることができる。
【００１０】
本発明は、そのため、キー溝を太陽ローラの全長に亘って最後まで貫通形成させず、その先端を太陽ローラと遊星ローラの接触幅の途中で止めたり、あるいは接触幅の手前で止めたりして接触幅の範囲内にキー溝の不形成部分を確保するようにした。
【００１１】
これにより、そのキー溝の不形成部分で遊星ローラとの圧接力の多くを受け持たせ、一方、キー溝にキーを嵌合してある部分で回転力の伝達を受け持たせるというように、遊星ローラとの圧接力を受け持つ部分とキー溝によって回転トルクを伝達する部分とを軸方向で分担させることができる。したがって、キー溝の角部に圧接力に応じた過度の剪断応力集中が生じるのを回避することができ、太陽ローラの破損を防止できる。
【００１２】
追試験の結果、この推察は正しく、著しい強度アップが図れることが確認されている。又、この場合、キー溝の先端を太陽ローラと遊星ローラの接触幅の範囲内の途中で止めた状態にしただけでも相応の強度アップを図ることはできるが、請求項２の発明のように、キー溝を接触幅から外れた領域に限定して設けると、キー溝を圧接力の影響からほぼ完全に除外することができるので、一層の強度アップが図れることも確認できている。
【００１３】
なお、太陽ローラの強度アップが図れることから、太陽ローラの肉厚を小さくすることが可能になり、太陽ローラの外径の小径化あるいは内径の大径化が可能となる。特に外径を小径化できることは、減速比の設定範囲の拡大にも寄与するというメリットも得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１に示す第１実施形態は、モータＭの先端部に遊星ローラ式摩擦伝動装置Ｔ／Ｄ（以下、単に符号「Ｔ／Ｄ」で略する）を一体に組み付けたものであり、図１はその断面図、図２はその要部拡大図、図３は図２のIII−III矢視断面図である。
【００１６】
Ｔ／Ｄのケーシング３１は、軸線方向の前部に配された前部ケーシング３１Ａと、中央に配された円筒状の中央ケーシング３１Ｂと、モータＭ側の継ケーシング３１Ｃとからなる。継ケーシング３１Ｃは、モータＭの前部ケーシングを兼用しており、モータＭのケーシングは、この継ケーシング３１Ｃと、固定子等を内装した円筒ケーシング４１と、後面カバー４２とからなる。
【００１７】
モータ軸４５は、後端が、後面カバー４２に嵌合された軸受４３により支持され、前端側が、継ケーシング３１Ｃの貫通孔３３に嵌合された軸受３４により支持されている。そして、軸受３４より突出したモータ軸４５の前端が、Ｔ／Ｄの中心軸線に芯合わせされた状態でＴ／Ｄの内部に挿入され、Ｔ／Ｄの入力軸２１となっている。
【００１８】
Ｔ／Ｄは、ケーシング３１の中心部に配されたホロータイプの太陽ローラ２３と、太陽ローラ２３に外接する複数（本例では４個）の遊星ローラ２４と、遊星ローラ２４が内接するリングローラ２５と、これらローラ２３、２４、２５の軸方向一方側（モータＭの取付側と反対側）に配されて各遊星ローラ２４を支持するキャリア２６とを備えている。
【００１９】
太陽ローラ２３は、入力軸２１（モータ軸４５の前端）に対してキー５０で結合されている。この場合、太陽ローラ２３の内周に入力軸２１の基部側から先端側に向かって形成されたキー溝５１の長さは、その先端が太陽ローラの軸方向の途中で止まるような長さに設定されており、具体的にはキー溝５１の先端が遊星ローラ２４と太陽ローラ２３の接触幅Ｈの途中で止まるような長さに設定されている。それにより、接触幅Ｈの範囲内にキー溝の不形成部分５５が確保され、キー５０は、この長さが限定して加工されたキー溝５１と入力軸２１の外周面に形成されたキー溝５３との間に挿入されている。
【００２０】
なお、この例においては、キー溝５１をスロッタ加工する際に切り粉の逃げ空間を確保する関係から、キー溝５１の先端側には、予めキー溝５１の加工に先立って環状の逃げ溝５２が確保されている。
【００２１】
一方、キャリア２６は、入力軸２１と同軸上に配された出力軸２２の基端部にフランジ状に一体的に形成されている。入力軸２１は、太陽ローラ２３が嵌合された位置よりも先端側で、キャリア２６の端面凹所３５に嵌合した軸受３６により支持されており、曲げ力のかかる太陽ローラ２３の両側で、軸受３４、３６により両端支持されている。なお、太陽ローラ２３と軸受３４との間には、太陽ローラ２３の軸方向位置決めを行うスペーサ３９が挿入されている。
【００２２】
出力軸２２はキャリア２６と一体化され、先端が前部ケーシング３１Ａを貫通して外部に突出しており、前部ケーシング３１Ａの内周に嵌合した２つの軸受３７、３８により支持されている。
【００２３】
ここでは、リングローラ２５が固定要素、太陽ローラ２３が入力要素、遊星ローラ２４及びキャリア２６が出力要素となっており、リングローラ２５が円筒状の中央ケーシング３１Ｂに一体的に形成されている。又、モータＭの前部ケーシングを兼用する継ケーシング３１Ｃと、リングローラ２５を一体に有する中央ケーシング３１Ｂと、出力軸２２の貫通した前部ケーシング３１Ｃとを互いに嵌合して、貫通ボルト３２で結合することにより、Ｔ／ＤとモータＭとが一体化されている。
【００２４】
この場合、リングローラ２５を一体形成した中央ケーシング３１Ｂの両端のインロー部２５ｄと、前部ケーシング３１Ａ及び継ケーシング３１Ｃのインロー部３１ｄとをそれぞれ密に嵌合することにより、出力軸２２、リングローラ２５、入力軸２１をそれぞれ備えた３つのケーシング３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃが芯合わせされている。
【００２５】
各遊星ローラ２４には、キャリア２６に片持支持された支持ピン２７が挿入されており、各遊星ローラ２４の内周と支持ピン２７の外周との間には、遊星ローラ２４の回転を促進する全体が円筒形状の回転促進リング２８が介在されている。回転促進リング２８としては、揺動内接噛合遊星歯車構造等で使用されている純円筒形の内ローラや、多数の細かいころ（ニードル）を有するニードルベアリングを採用することができる。内ローラはニードルベアリングよりも安価で且つ耐久性があり、ラジアル方向の外乱にも強い。ニードルベアリングは内ローラよりも定常時の回転性能が高い。
【００２６】
又、前記のローラ２３、２４、２５の軸方向他方側（キャリア２６反対側）には、回転促進リング２８及び遊星ローラ２４の端面に対向することで、回転促進リング２８及び遊星ローラ２４の軸方向移動を規制する（ケーシング３１Ｃへの当たりを防止する）押さえリング２９が、リングローラ２５と同心状に配設されている。又、遊星ローラ２４とキャリア２６の端面間には遊星ローラ２４の軸方向位置決めのためのスペーサ３０が挟まれている。又、このＴ／Ｄの内部空間には、グリース等の潤滑油が過不足なく封入されている。
【００２７】
次に作用を説明する。
【００２８】
モータＭにより太陽ローラ２３を回転させると、リングローラ２５に内接する遊星ローラ２４が自転しながら公転し、遊星ローラ２４の公転が、支持ピン２７→キャリア２６→出力軸２２の経路で減速出力として取り出される。この点は従来の遊星ローラ式摩擦伝動装置と同じである。
【００２９】
上記の動作の際に、遊星ローラ２４と太陽ローラ２３が強く圧接するが、太陽ローラ２３のキー溝５１の先端は、太陽ローラ２３と遊星ローラ２４の接触幅Ｈの範囲内の途中で止まっており、接触幅Ｈの範囲内にキー溝の不形成部分５５が確保されているので、そのキー溝の不形成部分５５で遊星ローラ２４との圧接力を十分に受け持つことができ、又、キー溝５１にキー５０を嵌合してある部分で回転力の伝達を受け持つことができる。つまり、キー溝５１によって回転トルクを伝達する部分と、遊星ローラ２４との圧接力を受け持つ部分とを軸方向で分担させることができるので、キー溝５１に遊星ローラ２４との圧接力に応じて過度の剪断応力集中が生じるのを回避することができ、太陽ローラ２３の破損を防止することができる。即ち、この場合、キー溝５１の先端が前記の接触幅Ｈの範囲内の途中で止まっているので、接触幅Ｈ内に回転力を伝えるキー５０の一部が残ることにより、太陽ローラ２３にねじりモーメントがあまり生じなくすることができるものである。
【００３０】
図４は第２実施形態のＴ／Ｄの構造を示す。この実施形態では、太陽ローラ１２３のキー溝１５１の長さを、その先端が遊星ローラ２４と太陽ローラ１２３の接触幅Ｈの手前で止まるように設定し、接触幅Ｈの範囲内全部をキー溝の不形成部分１５５としている。この例でも、太陽ローラ１２３のキー溝１５１と入力軸２１側のキー溝１５３との間にキー１５０を挿入することで、入力軸２１と太陽ローラ１２３間で回転力を伝達するようになっている。又、キー溝１５１を加工する際の切り粉の逃げ空間を確保するための環状の逃げ溝１５２も設けている。その他の構成は、図１〜図３の第１実施形態と同一であるから、同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
【００３１】
このように、太陽ローラ１２３のキー溝１５１を、遊星ローラ２４との接触幅Ｈから外れた領域に限定して設けると、キー溝１５１を遊星ローラ２４との圧接力の影響からほぼ完全に除外することができるので、より強度アップが図れる。
【００３２】
図５、図６は第３実施形態のＴ／Ｄの構造を示す。この実施形態では、冷間鍛造で製造した太陽ローラ２２３を用いており、太陽ローラ２２３のキー溝２５１の長さを、第２実施形態と同様に、その先端が遊星ローラ２４と太陽ローラ２２３の接触幅Ｈの手前で止まるように設定し、接触幅Ｈの範囲内全部をキー溝の不形成部分２５５としている。２５３は入力軸２１側のキー溝、２５０はキーを示す。この場合は、冷間鍛造で太陽ローラ２２３のキー溝２５１を加工するので、スロッタ加工のような逃げ溝は不要である。この結果、この逃げ溝の段差部に応力集中が発生するのが防止され、一層の強度アップが図れる。
【００３３】
なお、このように構成したＴ／Ｄ付きモータＴ／Ｄ・Ｍは、減速機構に遊星ローラ式摩擦伝動装置を採用しているので、太陽ローラ２３、１２３、２２３、遊星ローラ２４、リングローラ２５の径を変えることにより、簡単に減速比を変えることができる。しかも、ローラの径は歯車と違って連続的に変えることができるので、無段階的に減速比を変えることができる。
【００３４】
又、このＴ／Ｄ付きモータＴ／Ｄ・Ｍは、摩擦ローラの摩擦回転によってトルクを伝えるので、高トルク伝達にはそのままでは向かないが、Ｔ／Ｄを前段の減速機とし、Ｔ／Ｄの出力側にさらに揺動内接噛合遊星歯車機構等の後段減速機を結合することにより、高トルク伝達に使えるようにすることができる。その場合は、Ｔ／Ｄを減速機ばかりでなく、モータと歯車減速機間の振動伝達を吸収する緩衝手段として機能させることもできる。つまり、歯車伝動の場合は、回転方向の振動がそのまま入出力軸間で伝達してしまうが、摩擦ローラを利用した伝動の場合は、回転方向の振動ばかりでなく軸方向の振動も摩擦接触面で逃がすことができるので、振動吸収作用を発揮することができる。したがって、その作用により、モータと歯車減速機間の共振現象を防止して、全体の低振動・低騒音化を図るようにすることもできる。
【００３５】
また、上記の実施形態では、太陽ローラを入力要素した場合を示したが、太陽ローラを出力要素して用いることもできる。その場合は、太陽ローラと出力軸とをキー結合する際のキー溝の長さを上記のように設定することで、同じ効果を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、太陽ローラのキー溝に遊星ローラとの圧接力に因る大きな剪断力が及ばないようにすることができる。したがって、太陽ローラの強度アップを図ることができ、太陽ローラの破損の問題を解消することができる。また、太陽ローラの強度アップが図れることから、太陽ローラの肉厚を小さくすることが可能になり、ホロータイプでありながら、外径の小径化あるいは内径の大径化が可能となる。特に外径を小径化できることは、減速比の設定範囲の拡大につながるメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態として示すトラクションドライブ（遊星ローラ式摩擦伝動装置）付きモータの断面図
【図２】トラクションドライブ部分の拡大図
【図３】図２のIII−III矢視断面図
【図４】本発明の第２実施形態の要部拡大断面図
【図５】本発明の第３実施形態の要部拡大断面図
【図６】図５のVI−VI矢視断面図
【図７】従来の遊星ローラ式摩擦伝動装置の断面図
【図８】従来の問題点の説明図
【符号の説明】
２１…入力軸
２３…太陽ローラ
２４…遊星ローラ
２５…リングローラ
２６…キャリア
５０…キー
５１…キー溝
５２…逃げ溝
５５…キー溝の不形成部分
１２３…太陽ローラ
１５０…キー
１５１…キー溝
１５２…キー溝
１５５…キー溝の不形成部分
２２３…太陽ローラ
２５０…キー
２５１…キー溝
１５２…キー溝
１５５…キー溝の不形成部分
Ｔ／Ｄ…遊星ローラ式摩擦伝動装置

Claims (2)

1. 入出力軸が自身の内側を貫通し、入出力軸の外周にキー結合された太陽ローラと、該太陽ローラに外接する遊星ローラと、該遊星ローラが内接するリングローラとを備えた遊星ローラ式摩擦伝動装置において、
   前記太陽ローラの内周に軸方向一端から他端に向かってキー溝を形成する際に、その先端が太陽ローラの軸方向の途中までで止まるように設定し、太陽ローラと遊星ローラの接触幅の範囲内にキー溝の不形成部分を確保したことを特徴とする遊星ローラ式摩擦伝動装置。
2. 請求項１において、
   前記キー溝の先端が前記接触幅の手前で止まるようにキー溝の長さを設定したことを特徴とする遊星ローラ式摩擦伝動装置。

Images