JP4918507B2 - 遊星ローラ式動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、遊星ローラ式動力伝達装置の改良に関し、詳しくは入出力軸間に存在する回転位相のずれを極力小さくした高剛性の遊星ローラ式動力伝達装置に関する。

滑らかで静かな回転伝達装置として、遊星ローラ式動力伝達装置が広く用いられている。この伝達装置は後述するように製造面から遊星ローラと軸の間に比較的に大きい隙間を設ける必要があって、動力伝達経路に遊びが生ずるが、この遊びを取除いた伝達装置の技術が特許文献１に開示され、すでに実用されている。
この技術を適用した従来の遊星ローラ式動力伝達装置の構造の一例を図４〜図６によって説明する。図４は縦断面図、図５は図４のケーシング蓋２を取除いた一部を断面図とした右側面図、図６は図４のＡ−Ａ断面の拡大模式図である。
これらの図（主として図４を参照）において、符号１はケーシング、符号２はケーシング１にボルト１７で固定されたケーシング蓋、符号３は一端に太陽ローラ４が形成された太陽軸、符号５は一端に円板状のキャリア６が形成されたキャリア軸、符号７はキャリア６の同一円周上に等間隔に配設され一端をしまりばめされて固設された複数（図は４個の場合を示す）のキャリアピン、符号８は深溝玉軸受９を介して回転自在に設けられた遊星ローラ、符号１０はケーシング１とケーシング蓋２に挟まれて固設され、内周面が転動面となった環状の内ローラ（リングローラ）、符号１１はキャリアピン７の両側に挿入される作動片である。

また、符号１２、１３、及び１４はそれぞれ深溝玉軸受で、深溝玉軸受１２は２列に並んでキャリア軸５及びキャリア６を回転自在に支持し、深溝玉軸受１３はキャリア６の端面に設けられ、深溝玉軸受１４とで太陽軸３及び太陽ローラ４を回転自在に支承している。なお、符号１５及び１６はシールリング、符号１７はケーシング蓋２の締結用のボルト（六角穴付きボルト）である。
内ローラ１０は、断面がチャンネル形となっていて、平行な２個のフランジ部１０ａの先端をケーシング１とケーシング蓋２によって巾方向に押圧され、ウエブ部１０ｂ（内周転動面）は内周側に凸に変形して内ローラ１０の内周直径を縮め、中心にある太陽ローラ４とで両側から遊星ローラ８を直径方向に押圧し、この押圧力（以下法線力と呼ぶ）によって滑りが止められ、法線力に直角な回転方向の力（以下接線力と呼ぶ）を伝えることができ、各ローラ間の動力の伝達はこの接線力によって行われる。

いま、太陽ローラ４が回転すると、遊星ローラ８は太陽ローラ４と内ローラ１０の間で自転をしながら公転し、キャリア軸５に遊星ローラ８の公転数のみが取出され減速装置となる。
なお、ケーシング１を内ローラ１０と共に回転する内ローラ軸（１０）と見做せば、太陽軸３、キャリア軸５、内ローラ軸（１０）のうちの１軸を固定し、他の２軸をそれぞれ入力軸、及び出力軸とすれば、各ローラ径によって決まる３種の速度比の減速装置又は増速装置が得られるが、この従来例は太陽軸３とキャリア軸５を入出力軸として用いた場合を示している。

内ローラ１０から遊星ローラ８にかかる法線力は反対側の太陽ローラ４からかかる同じ大きさの反力により打消されて、キャリアピン７にはこの法線力は伝わらず、回転方向の接線力のみが伝わることになるが、部品の製作誤差、組立誤差等の理由により遊星ローラ８の中心位置がキャリア６に固定されたキャリアピン７の中心位置と放射方向にずれているとキャリアピン７から大きな外力（反力）が入り、内ローラ１０と遊星ローラ８との間、及び遊星ローラ８と太陽ローラ４との間の法線力は大きく変じ、伝達力の不足を生じたり、キャリアピン７及び深溝玉軸受９に大きな負担が掛かるという不具合が生ずる。
このため、キャリアピン７と深溝玉軸受９の内輪のはめあいを比較的に大きい隙間を持ったすきまばめとし、この隙間の範囲内で両者の中心位置の放射方向のずれを許容している。この隙間は放射方向に直角な回転方向にも生ずるので、動力伝達の遊び（ガタ）となり、入出力軸間の回転位相を変化させたり、動力伝達の変動や振動、騒音を発するなど種々の問題を発生する。

作動片１１はこの回転方向の遊びを取除くためのもので、その作用を図６を参照して説明する。
図６において、符号７ａはキャリアピン７の両側を切欠いて、二面幅がキャリアピン７の直径より適宜に小さく、直径方向に平行な２つの平行面で形成された二面幅部、符号１１は断面がキャリアピン７の直径より小さい直径の円弧とその弦できた半円柱状の作動片で、二面幅部７ａの両側と深溝玉軸受９の内輪の間に挿入され、深溝玉軸受９の内輪との間に回転方向の隙間ができないような高さを備えている。
キャリアピン７と深溝玉軸受９の内輪は上述したように比較的に大きい半径隙間Ｃを有するすきまばめとしてあり、キャリアピン７の中心と深溝玉軸受９の内輪の中心が一致しない場合には、両者は二面幅部７ａに沿って互いに滑り、作動片１１は深溝玉軸受９の内輪に対して同じ位置を保持し、回転方向に遊びを生ずることなく、若干キャリアピン７の中心に対して偏心した位置からキャリアピン７に回転力（接線力）を伝達することができる。

また、特許文献２には、１個のアンギュラ玉軸受を用いてケーシングとケーシング蓋とで予圧を与え、外輪を遊星ローラとして用いたものが、特許文献３には、２個の大径のアンギュラ玉軸受を用いてキャリアを支持したものが夫々開示されている。
特公昭６１−１６８６４号公報（第３図、第４図） 実公平５−２２６６９号公報（第１図、第３図） 特開２００５−３４４８８５号公報（図１）

上述の従来例の遊星ローラ式動力伝達装置は、動力伝達経路に存在する遊びは取除かれているが、駆動トルクによって入出力軸間にはねじれ変形が発生し回転位相のずれがなお生ずる。特許文献１の作動片１１をスライダ、また、スライダを用いた遊び除去の構造をスライダ機構と称すると、同スライダ機構では、図６に示すように深溝玉軸受９の内輪はキャリアピン７に対しては放射方向Ｒに隙間Ｃを隔て、回転方向Ｔにはスライダ１１によって隙間なく接しており、負荷状態では図に誇張して示したように放射方向が短径の楕円状に変形し、接線力は回転方向の玉（転動体）に集中し、それ以外の玉との間には隙間ができて、結果として玉が変形して剛性が低下することとなる虞がある。また、特許文献２は、キャリアピンと軸受の内輪との中心位置に自由度がないため、製作誤差、組立誤差等を吸収することが難しく、特許文献３は、キャリア軸に掛かるラジアル負荷容量を増大するためのものであり、本発明の目的とは無関係のものである。近時、産業の進歩に伴ってこの入出力軸間のねじれ変形による回転位相のずれを更に小さくした動力伝達装置の要求が強くなっている。この回転位相のずれに対する抵抗をねじり剛性と呼んで、本発明はこのねじり剛性を大きくして負荷運転時の位相のずれを小さくした高剛性の動力伝動装置の提供を目的とする。

上記の問題点に対し、本発明は以下の各手段により課題の解決を図る。
（１）第１の手段の遊星ローラ式動力伝達装置は、キャリアの円周方向に沿って間隔を隔てて複数のアンギュラ玉軸受の内輪側をキャリアピンに軸支するとともに、外輪側を遊星ローラの内側にしまりばめにより装填し、同遊星ローラの外周面を内ローラ及び太陽ローラに圧接した遊星ローラ式動力伝達装置であって、前記キャリアの側面に対向して前記遊星ローラを挟んで環状の支持円板を複数の連結ロッドで連結したキャリアユニットと、前記キャリアと支持円板にその両端部を支持されたキャリアピンと、同キャリアピンの両端部の二面幅部とキャリア及び支持円板の夫々に形成した孔の間にスライダを装填するとともに、前記アンギュラ玉軸受の内輪に予圧を与えた遊星ローラユニットとから構成したたことを特徴とする。

（２）第２の手段の遊星ローラ式動力伝達装置は、上記第１の手段の遊星ローラ式動力伝達装置において、前記スライダは、キャリア及び支持円板の前記孔の半径より小さい半径の半円柱状の作動片であることを特徴とする。
（３）第３の手段の遊星ローラ式動力伝達装置は、上記第２の手段の遊星ローラ式動力伝達装置において、前記キャリアピンのキャリア側の二面幅部とキャリア間、又は支持円板側の二面幅部と支持円板間をキーで連結するとともに、キャリアピンとアンギュラ玉軸受の内輪間をすきまばめとしたことを特徴とする。
（４）第４の手段の遊星ローラ式動力伝達装置は、上記第３の手段の遊星ローラ式動力伝達装置において、前記キャリアピンの支持円板側にアンギュラ玉軸受の内輪に予圧を加える予圧付与手段を設けたことを特徴とする。
（５）第５の手段の遊星ローラ式動力伝達装置は、上記第１から第４の手段の遊星ローラ式動力伝達装置において、アンギュラ玉軸受に代えて円すいころ軸受を採用したとを特徴とする。

遊星ローラとキャリアピンの間に複数のアンギュラ玉軸受、又は円すいころ軸受を隙間の無いように装着し、キャリアピンに設けた細めねじで内輪を軸方向に軸受内部の隙間が無くなるようなトルクで適切に締めて、回転方向Ｔの接線力を受ける玉の数を増やして変形量を低減させ、遊びを除去したことにより遊星ローラ式動力伝達装置の剛性を更に高めることができる。

本発明の高剛性の遊星ローラ式動力伝達装置の実施の形態を図１〜図３によって説明する。図１は遊星ローラ式動力伝達装置の縦断面図（図２のＤ−Ｄ断面）、図２は図１のケーシング蓋を取除いて視た一部を断面とした右側面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面の拡大図である。
この本発明の装置の基本構成は図４〜図６に示す装置とほぼ同じなので、同じ又は類似の部材には同じ番号を付して説明を省略し、異なるところのみを説明する。

これらの図（主に図１参照）において、符号３１は複数（図は４個の場合を示す）のキャリアピン、符号３２はアンギュラ玉軸受、符号３３は調節ナット、符号３４は角キーで、これらは遊星ローラ８と一体になって遊星ローラユニット３０を形成している。
符号４１は支持円板、符号４２は複数（図は４個の場合を示す）の連結ロッド、符号４３は六角ナットで、これらはキャリア６と一体になってキャリアユニット４０を形成している。
符号４５及び４６はスライダ（作動片）である。

キャリアピン３１は段付きピンで、一端の径部（図１の左側）はキャリア６に支承され、次の径部は抜け防止のために最大径部とし、次の径部はアンギュラ玉軸受３２の内輪に隙間を小さくしてすきまばめされ、次の径部は細め雄ねじとなっており、先端の最小径部は細め雄ねじの谷径より小さい直径を有し、支持円板４１に支承されている。キャリアピン３１の両端の大小の径部には、それぞれ両側を切欠いて、二面幅がそれぞれの直径より小さい互いに平行な二平面を備えた二面幅部３１ａ及び３１ｂが形成されており、二面幅部３１ａ及び３１ｂの平行な４面は軸心線を含む一つの平面に平行であり、また切欠きの軸方向の端部はそれぞれ軸心線に垂直な平面となっていて、左右の端面の間の距離は後述のキャリアユニット４０のキャリア６と支持円板４１の内法幅Ｌより僅かに短くなっている。二面幅部３１ａの上部には埋込形の角キー３４が固設されていて、回り止め用の滑りキーとしての機能を持っている。なお、この角キー３４は二面幅部３１ｂに設けても支障ない。

２個のアンギュラ玉軸受３２は接触角の小さいものを用い、互いに背面を接触させた背面―背面複合形に組まれ、外輪は遊星ローラ８の内周面に隙間の無いようにしまりばめされ、更に２個のＣ形止め輪で軸方向の動きを規制されている。また、２つの内輪はキャリアピン３１に隙間を少なくしてすきまばめされ、キャリアピン３１に設けられた段部と細め雄ねじに螺合する調節ナット３３によって互いに近づく方向に締付けられ、玉（転動体）を介して全周にわたって外輪との間に隙間が無い状態になっている。キャリアピン３１、遊星ローラ８、アンギュラ玉軸受３２、調節ナット３３は、前述したように一体に纏まった遊星ローラユニト３０を形成している。

支持円板４１はキャリア６（フランジ部）と同じ直径を有し、キャリア６の側面に対向して距離Ｌを隔てて同心に配設された厚板の環状板で、連結ロッド４２によってキャリア６と一体に結合されており、中心部の孔には太陽ローラ４が貫通している。連結ロッド４２は中央部の長さがＬで両端が小径となった段付きの丸棒で、一端の小径部はキャリア６の同一円周上に等間隔に設けられた複数（図は４個の場合を示す）の孔６ａに圧入固定され、他端は雄ねじとなっていて、支持円板４１にキャリア６の孔６ａに対応して設けられたボルト孔４１ａを通って六角ナット４３によって締結され、籠形のキャリアユニット４０を形成している。キャリア６と支持円板４１は、各ローラ径で決まる所定の直径の円周上にあり、且つ、円周方向では各連結ロッド４２の中間位置に配置されたそれぞれ複数の軸受孔６ｂ及び４１ｂを備えていて、キャリアピン３１の両端を支承するようになっている。軸受孔６ｂ及び４１ｂは、図３に示すようにそれぞれ支承するキャリアピン３１の両端部との間に比較的に大きい半径隙間Ｃ’ができるようになっていて、部材の寸法公差や軸の姿勢や位置の幾何公差による干渉が起きないようにしてある。軸受孔６ｂの上部（太陽ローラ４の反対側）には放射方向Ｒに孔径に対応するキー溝６ｃが設けられており、このキー溝６ｃの側面は角キー３４と摺動自在で、キー溝６ｃの深さは摺動する角キー３４との間に常に隙間ができるように十分深くなっている。
スライダ（作動片）４５及び４６は従来例の作動片１１と同様に、キャリア６と支持円板４１のそれぞれの軸受孔６ｂ及び４１ｂの内周面と、遊星ローラユニット３０の二面幅部３１ａと３１ｂの間の回転方向Ｔの隙間を埋める高さを有する半円柱状のピンで、隙間ができないように選択挿入される。

上記構成の遊星ローラ式動力伝達装置の組立ては、まず、遊星ローラ８の内周側に２個のアンギュラ玉軸受３２をしまりばめし、２個のＣ形止め輪で軸方向の移動を拘束し、キャリアピン３１を挿入して、調節ナット３３でアンギュラ玉軸受３２の内輪を締めてアンギュラ玉軸受３２内の内外輪と玉との間の隙間を除去すると共に、全体を遊星ローラユニット３０として一体化し、角キー３４を嵌めておく。
ついで、キャリアユニット４０の支持円板４１を外した状態で、遊星ローラユニット３０の角キー３４の付いた二面幅部３１ａをキャリア６の軸受孔６ｂに嵌め、反対側の二面幅部３１ｂ及び連結ロッド４２の雄ねじをそれぞれ対応する軸受孔４１ｂ及びボルト孔４１ａに嵌めて六角ナット４３で固定する。次いで４個のスライダ４５及び４６を隙間の無いように選択挿入してキャリア−遊星ローラユニットとして纏めておく。一方、ケーシング１に内ローラ１０を嵌めておき、前記のキャリア−遊星ローラユニットを深溝玉軸受１２を介して嵌込む。ついで、ケーシング蓋２に深溝玉軸受１４を介して太陽軸３を嵌めた状態で、先端を深溝玉軸受１３に挿入しながらケーシング１に取付けてボルト１７で締付け、内ローラ１０の内径を縮めて押圧力を発生させる。

上記構成の遊星ローラ式動力伝達装置の作用を説明する。
ボルト１７によって幅方向に締められた内ローラ１０は内径を縮めて遊星ローラ８を押圧して垂直力を発生し、それぞれのローラー間、即ち太陽ローラ４と遊星ローラ８の間、及び遊星ローラ８と内ローラ１０の間の接触部に押圧力が与えられる。
キャリアピン３１は軸方向の位置をキャリアピン３１の段部で規制され、角キー３４で回転を止められて、両端の二面幅部３１ａと３１ｂをキャリアユニット４０の軸受孔６ｂ及び４１ｂに比較的に大きい半径隙間Ｃ‘を隔てて支承される。回転方向（接線方向）Ｔではスライダー４５及び４６を介して軸受孔６ｂ及び４１ｂに隙間なく内接しているので、キャリアユニット４０の放射方向（直径方向）Ｒには自由に移動して反力を受けることはなく、回転方向Ｔに必要な接線力を遊びなく伝達することができる。又２個のアンギュラ玉軸受３２は内外輪と全ての玉が隙間の無い状態になって負荷を受けることができ、変形し難くなって位相のずれに対する剛性を高める。

なお、従来例のスライダ機構では、摺動面の二面幅部７ａが遊星ローラ内部に設けられているのに対して、上述の本発明のスライダ機構では、二面幅部３１ａ及び３１ｂが遊星ローラユニット３０の端部に設けてキャリアピン３１を両持ち支持し、回転止の角キー３４を備えている点が異なっている。
なお、遊星ローラとキャリアピンの間に装着する軸受を、単列のアンギュラ軸受の背面組合せとして説明したが、複列や、内輪をＣ形止め輪にて軸方向の動きを規制し外輪を調節ナットで隙間の無いように締め付ける正面組合せのアンギュラ玉軸受、又は円すいころ軸受でも同様の効果が得られる。

本発明の遊星ローラ式動力伝達装置の縦断面図（図２のＤ−Ｄ断面）である。 図１のケーシング蓋を取除いて視た一部を断面とした右側面図である。 図１のＢ−Ｂ断面の拡大図である。 従来の遊星ローラ式動力伝達装置の縦断面図である。 図４のケーシング蓋を取除いて視た一部を断面とした右側面図である。 図４のＡ−Ａ断面の拡大模式図である。

符号の説明

１ ケーシング
３ 太陽軸
４ 太陽ローラ
６ キャリア
６ｃ キー溝
８ 遊星ローラ
１０ 内ローラ
３０ 遊星ローラユニット
３１ キャリアピン
３１ａ、３１ｂ 二面幅部
３２ アンギュラ玉軸受
３３ 調節ナット
３４ 角キー
４０ キャリアユニット
４１ 支持円板
４２ 連結ロッド
４５、４６ スライダ（作動片）

Claims (5)

1. キャリアの円周方向に沿って間隔を隔てて複数のアンギュラ玉軸受の内輪側をキャリアピンに軸支するとともに、外輪側を遊星ローラの内側にしまりばめにより装填し、同遊星ローラの外周面を内ローラ及び太陽ローラに圧接した遊星ローラ式動力伝達装置であって、前記キャリアの側面に対向して前記遊星ローラを挟んで環状の支持円板を複数の連結ロッドで連結したキャリアユニットと、前記キャリアと支持円板にその両端部を支持されたキャリアピンと、同キャリアピンの両端部の二面幅部とキャリア及び支持円板の夫々に形成した孔の間にスライダを装填するとともに、前記アンギュラ玉軸受の内輪に予圧を与えた遊星ローラユニットとから構成したたことを特徴とする遊星ローラ式動力伝達装置。
2. 請求項１の遊星ローラ式動力伝達装置において、前記スライダは、キャリア及び支持円板の前記孔の半径より小さい半径の半円柱状の作動片であることを特徴とする遊星ローラ式動力伝達装置。
3. 請求項２の遊星ローラ式動力伝達装置において、前記キャリアピンのキャリア側の二面幅部とキャリア間、又は支持円板側の二面幅部と支持円板間をキーで連結するとともに、キャリアピンとアンギュラ玉軸受の内輪間をすきまばめとしたことを特徴とする遊星ローラ式動力伝達装置。
4. 請求項３の遊星ローラ式動力伝達装置において、前記キャリアピンの支持円板側にアンギュラ玉軸受の内輪に予圧を加える予圧付与手段を設けたことを特徴とする遊星ローラ式動力伝達装置。
5. 請求項１から請求項４の遊星ローラ式動力伝達装置において、アンギュラ玉軸受に代えて円すいころ軸受を採用したことを特徴とする遊星ローラ式動力伝達装置。

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