JP5966420B2 - 摩擦ローラ式減速機 - Google Patents

Description

この発明は、例えば電気自動車の駆動系に組み込んだ状態で、電動モータから駆動輪にトルクを伝達する、摩擦ローラ式減速機の改良に関する。

［従来技術の説明］
近年普及し始めている電気自動車の利便性を向上させるべく、充電１回当りの走行可能距離を長くする為に、電動モータの効率を向上させる事が重要である。そして、この効率を向上させるには、高速回転する小型の電動モータを使用し、この電動モータの出力軸の回転を減速してから駆動輪に伝達する事が効果がある。この様な場合に使用する減速機のうち、少なくとも前記電動モータの出力軸に直接繋がる第一段目の減速機は、運転速度が非常に速くなるので、運転時の振動及び騒音を抑える為に、摩擦ローラ式減速機を使用する事が考えられる。又、前記電動モータの出力軸と、駆動輪に繋がるデファレンシャルギヤとの間に変速装置を設ける事で、車両の走行速度と加速度との関係を、ガソリンエンジンを搭載した自動車に近い、滑らかなものにできるものと考えられる。この点に就いて、図６を参照しつつ説明する。

例えば、前記電動モータの出力軸と前記デファレンシャルギヤの入力部との間部分に、減速比の大きな動力伝達装置を設けた場合、電気自動車の加速度（Ｇ）と走行速度（km/h）との関係は、図６の実線ａの左半部と鎖線ｂとを連続させた様になる。即ち、低速時の加速性能は優れているが、高速走行ができなくなる。これに対して、前記間部分に減速比の小さな動力伝達装置を設けた場合、前記関係は、図６の鎖線ｃと実線ａの右半部とを連続させた様になる。即ち、高速走行は可能になるが、低速時の加速性能が損なわれる。これに対して、前記間部分に変速装置を設け、車速に応じてこの変速装置の減速比を変えれば、前記実線ａの左半部と右半部とを連続させた如き特性を得られる。この特性は、図６に破線ｄで示した、同等の出力を有するガソリンエンジン車とほぼ同等であり、加速性能及び高速性能に関して、ガソリンエンジン車と同等の性能を得られる事が分かる。

図７は、この様な事情に鑑みて先に考えた、電気自動車用駆動装置の１例を示している（特願２０１１−２５０５３１）。この先発明に係る電気自動車用駆動装置は、電動モータ１と、摩擦ローラ式減速機２と、変速装置３と、回転伝達装置４とを備える。そして、この摩擦ローラ式減速機２の入力軸５と、前記電動モータ１の出力軸６とを互いに同心に配置して、トルクの伝達を可能に接続する。又、前記摩擦ローラ式減速機２の出力軸（図示省略）を、前記変速装置３の入力側伝達軸７と同心に配置して、トルクの伝達を可能に接続する。

前記変速装置３は、前記入力側伝達軸７と出力側伝達軸８との間に、減速比が互いに異なる、１対の歯車伝達機構９ａ、９ｂを設けている。そして、１対のクラッチ機構１０ａ、１０ｂの切り換えにより、何れか一方の歯車伝達機構９ａ（９ｂ）のみを、動力の伝達を可能な状態として、前記入力側伝達軸７と前記出力側伝達軸８との間の減速比を、高低の２段階に変換可能としている。
更に、前記回転伝達装置４は、複数の歯車を組み合わせた、一般的な歯車伝達機構であり、前記出力側伝達軸８の回転をデファレンシャルギヤ１１の入力部に伝達し、左右１対の駆動輪を回転駆動する様に構成している。

上述の様な先発明に係る電気自動車用駆動装置の構造によれば、電気エネルギの効率的利用の為、前記電動モータ１として、小型且つ高回転型（例えば最高回転速度が３〜４万min^-1程度）のものを使用しても、運転時の振動及び騒音を抑えられる。即ち、第一段の減速機として、前記摩擦ローラ式減速機２を使用しているので、高速回転部分での振動の発生を抑えられる。それぞれが歯車伝達機構である、前記変速装置３及び回転伝達装置４の回転速度は、一般的なガソリンエンジンを搭載した自動車の変速装置部分の運転速度と同程度（最高で数千〜１万min^-1程度）に抑えられるので、何れの部分でも、不快な振動や騒音が発生する事はない。

上述の様な電気自動車用駆動装置に組み込んで使用可能な摩擦ローラ式減速機として、例えば特許文献１〜３に記載されたものが知られている。このうちの特許文献３に記載された従来構造に就いて、図８〜１０により説明する。この特許文献３に記載された摩擦ローラ式減速機２ａは、入力軸５ａと、出力軸１２と、太陽ローラ１３と、環状ローラ１４と、それぞれが中間ローラである複数個の遊星ローラ１５、１５と、ローディングカム装置１６とを備える。
このうちの太陽ローラ１３は、軸方向に分割された１対の太陽ローラ素子１７ａ、１７ｂを前記入力軸５ａの周囲に、互いの先端面同士の間に隙間を介在させた状態で互いに同心に、且つ、このうちの太陽ローラ素子１７ａを、前記入力軸５ａに対する相対回転を可能に配置して成る。前記１対の太陽ローラ素子１７ａ、１７ｂの外周面は、それぞれの先端面に向かうに従って外径が小さくなる方向に傾斜した傾斜面であって、これら両傾斜面を転がり接触面としている。従ってこの転がり接触面の外径は、軸方向中間部で小さく、両端部に向かうに従って大きくなる。

又、前記環状ローラ１４は、全体を円環状としたもので、前記太陽ローラ１３の周囲にこの太陽ローラ１３と同心に配置した状態で、図示しないハウジング等の固定の部分に支持固定している。又、前記環状ローラ１４の内周面は、軸方向中央部に向かうに従って内径が大きくなる方向に傾斜した転がり接触面としている。
又、前記各遊星ローラ１５、１５は、前記太陽ローラ１３の外周面と前記環状ローラ１４の内周面との間の環状空間１８の円周方向複数箇所に配置している。前記各遊星ローラ１５、１５は、それぞれが前記入力軸５ａ及び前記出力軸１２と平行に配置された、自転軸である遊星軸１９、１９の周囲に回転自在に支持している。これら各遊星軸１９、１９の基端部は、前記出力軸１２の基端部に結合固定されたキャリア２０に支持固定している。前記各遊星ローラ１５、１５の外周面は、母線形状が部分円弧状の凸曲面で、それぞれ前記太陽ローラ１３の外周面と前記環状ローラ１４の内周面とに転がり接触している。

更に、前記ローディングカム装置１６は、一方の太陽ローラ素子１７ａと、前記入力軸５ａとの間に設けて、この入力軸５ａの回転に伴ってこの太陽ローラ素子１７ａを、他方の太陽ローラ素子１７ｂに向け押圧しつつ回転させるものである。この様なローディングカム装置１６を構成する為に、前記入力軸５ａの中間部に係止された支え環２１と前記一方の太陽ローラ素子１７ａとの間に、この支え環２１の側から順番に、皿ばね２２と、カム板２３と、複数個の玉２４、２４とを設けている。そして、互いに対向する、前記一方の太陽ローラ素子１７ａの基端面と前記カム板２３の片側面との、それぞれ円周方向複数箇所ずつに、被駆動側カム面２５、２５と駆動側カム面２６、２６とを設けている。これら各カム面２５、２６はそれぞれ、軸方向に関する深さが円周方向に関して中央部で最も深く、同じく両端部に向かうに従って漸次浅くなる形状を有する。

この様なローディングカム装置１６は、前記入力軸５ａが停止している状態では、前記各玉２４、２４が、図１０の（Ａ）に示す様に、前記各カム面２５、２６の最も深くなった部分に位置する。この状態では、前記皿ばね２２の弾力により、前記一方の太陽ローラ素子１７ａを前記他方の太陽ローラ素子１７ｂに向け押圧する。これに対して、前記入力軸５ａが回転すると、前記各玉２４、２４が、図１０の（Ｂ）に示す様に、前記各カム面２５、２６の浅くなった部分に移動する。そして、前記一方の太陽ローラ素子１７ａと前記カム板２３との間隔を拡げ、前記一方の太陽ローラ素子１７ａを前記他方の太陽ローラ素子１７ｂに向け押圧する。この結果、この一方の太陽ローラ素子１７ａは前記他方の太陽ローラ素子１７ｂに向け、前記皿ばね２２の弾力と、前記各カム面２５、２６に対して前記各玉２４、２４が乗り上げる事により発生する推力とのうちの、大きな方の力で押圧されつつ回転駆動される。

上述の様な摩擦ローラ式減速機２ａの運転時には、前記ローディングカム装置１６が発生する軸方向の推力により、前記１対の太陽ローラ素子１７ａ、１７ｂの間隔が縮まる。そして、これら１対の太陽ローラ素子１７ａ、１７ｂにより構成される前記太陽ローラ１３の外周面と、前記各遊星ローラ１５、１５の外周面との転がり接触部の面圧が上昇する。この面圧上昇に伴ってこれら各遊星ローラ１５、１５が、前記太陽ローラ１３及び前記環状ローラ１４の径方向に関して外方に押される。すると、この環状ローラ１４の内周面と前記各遊星ローラ１５、１５の外周面との転がり接触部の面圧も上昇する。この結果、前記入力軸５ａと前記出力軸１２との間に存在する、動力伝達に供されるべき、それぞれがトラクション部である複数の転がり接触部の面圧が、これら両軸５ａ、１２同士の間で伝達すべきトルクの大きさに応じて上昇する。この状態で前記入力軸５ａを回転させると、この回転が、前記太陽ローラ１３から前記各遊星ローラ１５、１５に伝わり、これら各遊星ローラ１５、１５がこの太陽ローラ１３の周囲で、自転しつつ公転する。これら各遊星ローラ１５、１５の公転運動は、前記キャリア２０を介して前記出力軸３により取り出せる。

上述の様な従来の摩擦ローラ式減速機２ａの運転時に前記各遊星ローラ１５、１５は、前記ローディングカム装置１６の働きに伴って、前記太陽ローラ１３及び前記環状ローラ１４の径方向に、僅か（例えば、最大で数百μｍ）とは言え変位する。即ち、前記摩擦ローラ式減速機２ａに、前記入力軸５ａから入力されるトルクが変化すると、前記ローディングカム装置１６の軸方向寸法が変化（拡縮）し、前記一方の太陽ローラ素子１７ａのうち、前記各遊星ローラ１５、１５の内側に入り込んでいる部分の、径方向寸法が変化する。この変化に伴ってこれら各遊星ローラ１５、１５が前記太陽ローラ１３及び前記環状ローラ１４の径方向に変位するが、図８に示した従来構造では、この変位を、前記各遊星軸１９、１９の弾性変位に基づいて許容するしかない。この為、前記トルクが変化した場合に、前記径方向に関する前記各遊星ローラ１５、１５の変位を必ずしも円滑に行えず、前記各トラクション部の面圧が不均一になり易い。そして、不均一になった場合には、前記摩擦ローラ式減速機２ａの伝達効率が悪化する。

［先発明の説明］
上述の様な事情に鑑み、ローディングカム装置の軸方向に関する厚さの変化に伴う中間ローラの変位を円滑に行わせる事ができて、優れた伝達効率を得られる摩擦ローラ式減速機として、特願２０１１−２３８８６７に係る発明がある。本発明は、この先発明に係る摩擦ローラ式減速機を改良したものであり、多くの構造部分は共通するから、先ず、この先発明の実施の形態の構造の１例に就いて、図１１〜１６により説明する。

この先発明の実施の形態の構造の１例である摩擦ローラ式減速機２ｂは、入力軸５ｂにより太陽ローラ１３ａを回転駆動し、この太陽ローラ１３ａの回転を、複数個の中間ローラ２７、２７を介して環状ローラ１４ａに伝達し、この環状ローラ１４ａの回転を出力軸１２ａから取り出す様にしている。前記各中間ローラ２７、２７は、それぞれの中心部に設けた自転軸２８、２８を中心として自転するのみで、前記太陽ローラ１３ａの周囲で公転する事はない。この太陽ローラ１３ａは、互いに同じ形状を有する１対の太陽ローラ素子１７ｃ、１７ｃを互いに同心に組み合わせて成り、これら１対の太陽ローラ素子１７ｃ、１７ｃを軸方向両側から挟む位置に、１対のローディングカム装置１６ａ、１６ａを設置している。これら各部は、軸方向中間部の径が大きく、両端部の径が小さくなった、段付円筒状のハウジング２９内に収納している。

前記入力軸５ｂの基半部（図１１の右半部）は前記ハウジング２９の入力側小径円筒部３０の内側に、入力側玉軸受ユニット３１により、前記出力軸１２ａは同じく出力側小径円筒部３２の内側に出力側玉軸受ユニット３３により、それぞれ回転自在に支持している。前記入力軸５ｂと前記出力軸１２ａとは互いに同心に配置しており、このうちの入力軸５ｂの先端部を、この出力軸１２ａの基端面中央部に形成した円形凹部３４の内側に、玉軸受若しくはニードル軸受の如きラジアル転がり軸受３５により支持している。この構成により、前記入力軸５ｂと前記出力軸１２ａとの相対回転の自在性を確保しつつ、この入力軸５ｂの先半部（図１１の左半部）の支持剛性（特にラジアル剛性）を確保している。又、前記出力軸１２ａの基端部は、断面Ｌ字形の連結部３６により、前記環状ローラ１４ａと連結している。

前記１対の太陽ローラ素子１７ｃ、１７ｃは、前記入力軸５ｂの先半部の周囲に、この入力軸５ｂと同心に、この入力軸５ｂに対する相対回転を可能に、且つ、互いの先端面（互いに対向する面）同士の間に隙間を介在させた状態で配置している。又、前記１対のローディングカム装置１６ａ、１６ａを構成する１対のカム板２３ａ、２３ａは、前記入力軸５ｂの中間部と先端部との２箇所位置で、前記１対の太陽ローラ素子１７ｃ、１７ｃを軸方向両側から挟む位置に外嵌固定して、前記入力軸５ｂと同期して回転する様にしている。そして、互いに対向する、前記１対の太陽ローラ素子１７ｃ、１７ｃの基端面と前記１対のカム板２３ａ、２３ａの片側面との、それぞれ円周方向複数箇所ずつに、被駆動側カム面２５ａ、２５ａと駆動側カム面２６ａ、２６ａとを設け、これら各カム面２５ａ、２６ａ同士の間にそれぞれ玉２４ａ、２４ａを挟持して、前記１対のローディングカム装置１６ａ、１６ａを構成している。前記各カム面２５ａ、２６ａは、軸方向に関する深さが円周方向に関して漸次変化するもので、円周方向中央部で最も深く、同じく両端部に向かうに従って浅くなる。

前記入力軸５ｂにトルクが入力されると、次の様にして、前記各ローラ１３ａ、１４ａ、２７の周面同士の転がり接触部である、各トラクション部の面圧を上昇させる。先ず、前記入力軸５ｂにトルクが入力されていない状態では、図１２の（Ａ）に示す様に、前記１対のローディングカム装置１６ａ、１６ａを構成する前記各玉２４ａ、２４ａが、前記各カム面２５ａ、２６ａの底部若しくは底部に近い側に存在する。この状態では、前記１対のローディングカム装置１６ａ、１６ａの厚さ寸法が小さく、前記１対の太陽ローラ素子１７ｃ、１７ｃ同士の間隔が拡がっている。この状態では、前記各中間ローラ２７、２７が、前記太陽ローラ１３ａ及び前記環状ローラ１４ａの径方向に関して外方に押される事はないか、仮に予圧ばねの弾力等により押されたとしても、押される力は小さい。

この状態から、前記入力軸５ｂにトルクが入力される（前記摩擦ローラ式減速機２ｂが起動する）と、前記各玉２４ａ、２４ａと前記各カム面２５ａ、２６ａとの係合に基づき、図１２の（Ｂ）に示す様に、前記１対のローディングカム装置１６ａ、１６ａの軸方向厚さが増大する。そして、前記１対の太陽ローラ素子１７ｃ、１７ｃが、前記摩擦ローラ式減速機２ｂの径方向に関して、前記各中間ローラ２７の内側に食い込み、これら各中間ローラ２７を、この径方向に関して外方に押す。この結果、前記各トラクション部の面圧が上昇して、これら各トラクション部に過大な滑りを発生させる事なく、前記太陽ローラ１３ａから前記環状ローラ１４ａに動力を伝達できる。尚、先発明の摩擦ローラ式減速機２ｂに組み込む、前記１対のローディングカム装置１６ａ、１６ａは、それぞれを構成する太陽ローラ素子１７ｃとカム板２３ａとの間に、これら両部材１７ｃ、２３ａを周方向に相対変位させる方向の弾力を付与するばねを設けている。これら両部材１７ｃ、２３ａがこのばねの弾力に基づいて周方向に相対変位する事で、前記各玉２４ａ、２４ａが、前記各カム面２５ａ、２６ａの浅い側に乗り上げる傾向になり、前記１対のローディングカム装置１６ａ、１６ａにより前記各トラクション部に予圧を付与できる。

前記摩擦ローラ式減速機２ｂの運転時に前記各中間ローラ２７、２７は、それぞれの自転軸２８、２８を中心として回転すると同時に、伝達トルクの変動に伴って前記摩擦ローラ式減速機２ｂの径方向に変位する。この理由は、前記１対のローディングカム装置１６ａ、１６ａが発生する押圧力が大きくなる程、これら１対のローディングカム装置１６ａ、１６ａが前記各中間ローラ２７、２７を、前記環状ローラ１４ａの内周面に向けて押圧する力が大きくなる為である。この様な、前記各中間ローラ２７、２７の自転及び径方向変位を円滑に行わせる為、先発明の場合には、次の様な構造によりこれら各中間ローラ２７、２７を、前記環状ローラ１４ａの内周面と前記太陽ローラ１３ａとの間の環状空間１８ａ内に設置している。前記各中間ローラ２７、２７を支持する為に、前記ハウジング２９の大径円筒部３７の軸方向片側を塞ぐ端板３８の内側面に、図１３〜１４に示す様な支持フレーム３９を支持固定している。この支持フレーム３９は遊星歯車機構を構成するキャリアの如き構造を有するもので、それぞれが円環状として互いに同心に配置した１対のリム部４０ａ、４０ｂの円周方向等間隔複数箇所同士を、ステー４１、４１により結合固定して成る。この様な支持フレーム３９は、前記リム部４０ａを前記端板３８の内面にねじ止めする事により、前記大径円筒部３７の内側に、前記太陽ローラ１３ａと同心に支持固定している。

一方、前記各中間ローラ２７、２７は、それぞれ揺動フレーム４２、４２の先端部に、回転自在に支持している。これら各揺動フレーム４２、４２はそれぞれ、互いに平行な１対の支持板部４３、４３の基端縁同士を基部４４で連結する事により、径方向から見た形状をコ字形としている。前記各中間ローラ２７、２７の自転軸２８、２８の端部は、それぞれ前記各揺動フレーム４２、４２の支持板部４３、４３の先端部に、玉軸受４５、４５により、回転自在に支持している。又、前記各揺動フレーム４２、４２の基端部両側面に互いに同心に突設した揺動軸４６、４６を、前記１対のリム部４０ａ、４０ｂの互いに整合する部分に形成した支持孔４７、４７にがたつきなく挿入している。

前記各揺動軸４６、４６と前記各自転軸２８、２８とは、互いに平行で、前記支持フレーム３９の円周方向に関する位相が大きくずれている。具体的には、前記各揺動軸４６、４６と前記各自転軸２８、２８との円周方向に関するずれを可能な限り大きくすべく、これら各揺動軸４６、４６とこれら各自転軸２８、２８とを結ぶ仮想直線の方向を、前記支持フレーム３９の中心をその中心とする仮想円弧に関する接線の方向に近くしている。この様な構成により前記各揺動フレーム４２、４２を前記支持フレーム３９に対し、それぞれ揺動軸４６、４６を中心とする揺動変位を可能にして、前記各中間ローラ２７、２７を前記支持フレーム３９に対し、ほぼこの支持フレーム３９の径方向に、円滑に変位できる様に支持している。

前記各中間ローラ２７、２７の外周面は、軸方向中間部を単なる円筒面とし、両側部分を、前記１対の太陽ローラ素子１７ｃ、１７ｃの外周面と同方向に同一角度傾斜した、部分円すい凸面状の傾斜面としている。従って、前記各ローラ１３ａ、１４ａ、２７の周面同士は互いに線接触し、前記各トラクション部の接触面積を確保できる。又、前記１対のローディングカム装置１６ａ、１６ａが発生する押圧力の差等に起因して前記各中間ローラ２７、２７が軸方向に変位する場合に、この変位が円滑に行われる様にしている。

更に、前記１対の太陽ローラ素子１７ｃ、１７ｃの基端部外周面に、それぞれ外向フランジ状の鍔部４８、４８を設けている。即ち、これら１対の太陽ローラ素子１７ｃ、１７ｃの外周面のうち、前記各中間ローラ２７、２７の外周面と転がり接触する部分は、先端面に向かうに従って外径が小さくなる方向に傾斜した傾斜面となっており、前記両鍔部４８、４８の外径は、この傾斜面の基端部から、全周に亙り径方向外方に突出している。そして、これら両鍔部４８、４８を含む、前記１対の太陽ローラ素子１７ｃ、１７ｃの基端面に、それぞれ前記各被駆動側カム面２５ａ、２５ａを形成している。

上述の様に構成する先発明に係る摩擦ローラ式減速機２ｂは、次の様に作用して、前記入力軸５ｂから前記出力軸１２ａに動力を、減速すると同時にトルクを増大させつつ伝達する。
即ち、電動モータにより前記入力軸５ｂを回転駆動すると、この入力軸５ｂに外嵌した前記１対のカム板２３ａ、２３ａが回転し、前記１対の太陽ローラ素子１７ｃ、１７ｃが、前記各玉２４ａ、２４ａと前記各カム面２５ａ、２６ａとの係合に基づき、互いに近づく方向に押圧されつつ、前記入力軸５ｂと同方向に同じ速度で回転する。そして、前記１対の太陽ローラ素子１７ｃ、１７ｃにより構成される前記太陽ローラ１３ａの回転が、前記各中間ローラ２７、２７を介して前記環状ローラ１４ａに伝わり、前記出力軸１２ａから取り出される。前記各トラクション部の面圧は、前記両部材１７ｃ、２３ａ同士の間に設けられたばねに基づく、これら両部材１７ｃ、２３ａを同方向に相対変位させる方向の弾力に基づいて発生するカム部押圧力により、前記摩擦ローラ式減速機２ｂの起動の瞬間から或る程度確保される。従って、この起動の瞬間から、前記各トラクション部で過大な滑りを発生させる事なく、動力伝達が開始される。

前記入力軸５ｂに加わるトルクが増大すると、前記１対のローディングカム装置１６ａ、１６ａを構成する前記各玉２４ａ、２４ａの、前記各カム面２５ａ、２６ａへの乗り上げ量が増大し、これら１対のローディングカム装置１６ａ、１６ａの軸方向厚さがより一層増大する。この結果、前記各トラクション部の面圧がより一層増大し、これら各トラクション部で、過大な滑りを発生する事なく、大きなトルクの伝達が行われる。これら各トラクション部の面圧は、前記入力軸５ｂと前記出力軸１２ａとの間で伝達すべきトルクに応じた適正な値、具体的には必要最小限の値に適切な安全率を乗じた値に、自動的に調整される。この結果、前記両軸５ｂ、１２ａ同士の間で伝達されるトルクの変動に拘らず、前記各トラクション部で過大な滑りが発生したり、逆に、これら各トラクション部の転がり抵抗が徒に大きくなる事を防止できて、前記摩擦ローラ式減速機２ｂの伝達効率を良好にできる。

しかも、前記各揺動フレーム４２、４２の揺動変位に基づいて前記各中間ローラ２７、２７が、前記太陽ローラ１３ａ及び前記環状ローラ１４ａの径方向外方に、円滑に変位する。従って、前記各トラクション部の面圧が不均一になる事を防止できて、前記各トラクション部の面圧を適正にし、前記摩擦ローラ式減速機２ｂの伝達効率を、より一層良好にできる。

尚、先発明に係る構造として、図１７に記載した様に、ローディングカム装置１６ａを、太陽ローラ１３ｂの軸方向片側にのみ設けた構造もある。この構造では、この太陽ローラ１３ｂを構成する１対の太陽ローラ素子１７ｃ、１７ｄのうちの一方（図１７の右方）の太陽ローラ素子１７ｃのみを、入力軸５ｂに対し相対回転を可能に支持し、他方（図１７の左方）の太陽ローラ素子１７ｄは、この入力軸５ｂに対し支持固定している。

何れの構造にしても、先発明の構造で、大きなトルクを安定して伝達可能にする為には、前記各揺動フレーム４２、４２を構成する、これら各揺動フレーム４２、４２毎に１対ずつ設けた支持板部４３、４３の剛性を向上させる事が好ましい。この理由に就いて、以下に説明する。上述した先発明に係る構造の場合、例えば図１４〜１６を見れば明らかな様に、前記各揺動フレーム４２、４２のそれぞれを構成する前記１対の支持板部４３、４３は、それぞれの基端部を前記基部４４に接続固定し、それぞれの中間部乃至先端部を、何れの部分にも固定していない。要するに、前記１対の支持板部４３、４３の先端部は、何れの部分にも支持されない、自由端としている。

一方、前記摩擦ローラ減速機２ｂの運転時に前記各中間ローラ２７には、軸方向に変位する、アキシアル方向の力が加わる可能性がある。この様な力が発生する原因は、前記各ローラ１３ａ、１４ａ、２７の周面の性状（形状精度、表面粗さ等）が不正規である場合等、種々考えられる。又、例えば、前記各中間ローラ２７の回転中心軸（自転軸２８）と、前記太陽ローラ１３ａ又は前記環状ローラ１４ａの中心軸とが傾斜した状態のまま前記各中間ローラ２７が回転した（スキューが発生した）場合にも、前記アキシアル方向の力が発生する。何れにしても、このアキシアル方向の力が発生すると、前記各中間ローラ２７が前記１対の支持板部４３、４３のうちの何れか一方の支持板部４３の内側面を押し、当該支持板部４３を外方に向け変形させる可能性がある。そして、この変形の結果、当該支持板部４３の外側面と、前記支持フレーム３９を構成する前記１対のリム部４０ａ、４０ｂの内側面とが強く擦れ合い、この支持フレーム３９に対する前記各揺動フレーム４２、４２の揺動変位が円滑に行われなくなる可能性がある。

特開昭５９−１８７１５４号公報 特開昭６１−１３６０５３号公報 特開２００４−１１６６７０号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、それぞれが中間ローラを回転自在に支持する揺動フレームを構成する１対の支持板部の剛性を向上させられる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の摩擦ローラ式減速機は、入力軸と、出力軸と、太陽ローラと、環状ローラと、複数個の中間ローラと、ローディングカム装置とを備える。
このうちの太陽ローラは、軸方向に分割された１対の太陽ローラ素子を前記入力軸の周囲に、互いの先端面同士の間に隙間を介在させた状態で互いに同心に配置して成る。前記１対の太陽ローラ素子の外周面は、それぞれの先端面に向かうに従って外径が小さくなる方向に傾斜した傾斜面であって、これら両傾斜面を転がり接触面としている。
又、前記環状ローラは、前記太陽ローラの周囲にこの太陽ローラと同心に配置されたもので、内周面を転がり接触面としている。
又、前記各中間ローラは、前記太陽ローラの外周面と前記環状ローラの内周面との間の環状空間の円周方向複数箇所に、それぞれが前記入力軸と平行に配置された自転軸を中心とする回転自在に支持された状態で、それぞれの外周面を前記太陽ローラの外周面と前記環状ローラの内周面とに転がり接触させている。
又、前記ローディングカム装置は、前記１対の太陽ローラ素子のうちの少なくとも一方の太陽ローラ素子であり、前記入力軸に対する相対回転を可能とされた可動太陽ローラ素子とこの入力軸との間に設けられて、この入力軸の回転に伴ってこの可動太陽ローラ素子を相手方の太陽ローラ素子に向けて軸方向に押圧しつつ回転させるものである。この為に、前記可動太陽ローラ素子の基端面の円周方向複数箇所に設けられた被駆動側カム面と、前記入力軸の一部に固定されてこの入力軸と共に回転するカム板のうちで前記可動太陽ローラ素子の基端面に対向する片側面の円周方向複数箇所に設けられた駆動側カム面との間に転動体を挟持して成る。これら各駆動側カム面及び前記各被駆動側カム面はそれぞれ、軸方向に関する深さが円周方向に関して漸次変化して端部に向かうに従って浅くなる形状を有する。
更に、前記環状ローラと前記各自転軸を支持した部材とのうちの一方の部材を、前記太陽ローラを中心とする回転を阻止した状態で支持し、他方の部材を前記出力軸に結合して、この他方の部材によりこの出力軸を回転駆動自在としている。

特に、本発明の摩擦ローラ式減速機に於いては、前記各中間ローラの自転軸の軸方向両端部を支持する為、これら各中間ローラ毎に独立して設けた揺動フレームと、これら各揺動フレームを揺動変位可能に支持する為の支持フレームとを備える。
前記各揺動フレームは、それぞれ、軸方向に離隔した状態で設けられた１対の支持板部の長さ方向両端同士を連結部を介して互いに結合固定すると共に、前記１対の支持板部の長さ方向中間部同士の間に前記自転軸の両端部を支持したものとする。尚、前記１対の支持板部の長さ方向両端同士を結合固定する為に、例えばボルトを使用する。
又、前記支持フレームは、軸方向側面の円周方向複数箇所に、それぞれの内側に前記各揺動フレームを保持する保持凹部を設けて成るものとする。
そして、前記各揺動フレームをこれら各保持凹部内に、それぞれの長さ方向一端部外面とこの保持凹部の内面との当接部を中心とする揺動変位を可能に保持する。
この様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、前記保持凹部の周方向両端部内面を、これら両端部内面同士の間隔と同じか、この間隔よりも少しだけ（例えば１０％程度以内）大きな曲率変形を有する部分円筒状凹面とする。又、前記各揺動フレームの長さ方向両端部外面を、この部分円筒状凹面の曲率半径よりも小さな曲率半径を有する部分円筒状凸面とする。

上述の様に構成する本発明の摩擦ローラ式減速機によれば、それぞれが中間ローラを回転自在に支持する各揺動フレームを構成する１対の支持板部の剛性を向上させられる。
即ち、これら各揺動フレーム毎に１対ずつ設けた支持板部は、それぞれの長さ方向両端部同士を、連結部（及びボルト）を介して結合固定している。従って、前記各支持板部は、それぞれの長さ方向両端部同士を互いに結合した、所謂両持ち構造となり、これら各支持板部のうちの何れかの支持板部の内側面が中間ローラにより押された場合にも、これら各支持板部同士の間隔が拡がる事はない。
従って、前記各支持板部の外側面と、これら各支持板部が隣接する部材とが強く擦れ合う事を防止して、前記各揺動フレームの揺動変位を円滑に行わせ、摩擦ローラ式減速機の伝達効率が低下する事を防止できる。
更に本発明の摩擦ローラ式減速機の場合には、前記各揺動フレームの長さ寸法を大きくしなくても、前記各中間ローラが径方向に変位する際に於ける、これら各揺動フレームの揺動半径を大きくできる。この結果、前記各中間ローラが支持フレームの径方向に変位する際に於ける、これら各中間ローラの変位方向を、この径方向に近くできて、これら各中間ローラの外周面と環状ローラの内周面との接触状態をより安定させられる。

本発明の摩擦ローラ式減速機を構成する、支持フレームと、それぞれが中間ローラを支持した複数の揺動フレームとの斜視図。 同じく軸方向から見た正投影図。 中間ローラを支持した揺動フレームを、図１〜２と逆側から見た状態で示す斜視図。 同じく軸方向から見た正投影図。 揺動フレームに支持した中間ローラが支持フレームに対し径方向に変位する形態の３例（Ａ）〜（Ｃ）を示す為、（ａ）は斜めから見た状態を、（ｂ）は軸方向から見た状態を、それぞれ示す模式図。 電気自動車の加速特性と、ガソリンエンジン搭載車の加速特性との関係を説明する為の線図。 摩擦ローラ式減速機を組み込んだ、電気自動車用駆動装置の１例を示す斜視図。 従来構造の１例を示す断面図。 一部を省略して示す、図８のＸ−Ｘ断面図。 ローディングカム装置が推力を発生していない状態（Ａ）と同じく発生している状態（Ｂ）とをそれぞれ示す、図９のＹ−Ｙ断面に相当する模式図。 先発明の実施の形態の第１例を示す断面図。 予圧付与の為の機構を説明する為の模式図。 中間ローラの自転軸を、太陽ローラ及び環状ローラの径方向に変位可能に支持する部分の構造を示す斜視図。 同じく分解斜視図。 揺動フレームと中間ローラとを組み合わせたユニットを１個だけ取り出して示す斜視図。 更にこのユニットを揺動フレームと中間ローラとに分けた状態で示す分解斜視図。 先発明の実施の形態の第２例を示す模式図。

図１〜５は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例の摩擦ローラ式減速機の特徴は、それぞれが中間ローラ２７、２７を回転自在に支持する揺動フレーム４２ａ、４２ａを構成する１対の支持板部４３ａ、４３ｂの剛性を向上させると共に、前記各中間ローラ２７、２７の変位方向を支持フレーム３９ａの径方向に近くする為の構造にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図１１〜１２に示した先発明に係る構造と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

前記各中間ローラ２７、２７は、ハウジング２９を構成する大径円筒部３７（図１１参照）内に支持固定される支持フレーム３９ａに対し、これら各中間ローラ２７、２７と同数の前記各揺動フレーム４２ａ、４２ａにより、回転及び前記支持フレーム３９ａの径方向に関する若干の変位を自在に支持している。このうちの支持フレーム３９ａは、円輪状の連結板部４９と、この連結板部４９の軸方向片側面の円周方向等間隔複数箇所（図示の例では３箇所）から前記各中間ローラ２７、２７の設置側に向けて、前記支持フレーム３９ａの軸方向に対し平行に突出した、柱部５０、５０とから成る。これら各柱部５０、５０の断面形状はそれぞれ部分円弧状とし、円周方向に隣り合う各柱部５０、５０の周方向端面と前記連結板部４９とにより三方を囲まれる部分を、それぞれ前記各揺動フレーム４２ａ、４２ａを保持する為の保持凹部５１、５１としている。又、前記各柱部５０、５０の周方向両端面である、これら各保持凹部５１、５１の周方向両端部の内面５２、５２は、これら各保持凹部５１、５１の円周方向両端面を仕切る１対の内面５２、５２同士で互いに平行な、平坦面とする。更に好ましくは、これら各内面５２、５２を、部分円筒状凹面とする。この場合に、これら各内面５２、５２を構成する部分円筒状凹面の曲率半径は、前記保持凹部５１、５１毎に１対ずつの内面５２、５２同士の間隔以上とする。具体的には、前記曲率半径をこの間隔と同じにするか、この間隔よりも少しだけ（１０％以内）大きくする。又、それぞれの曲率中心は、前記支持フレーム３９ａの径方向に関して、前記各内面５２、５２の中央部乃至はこの中央部よりも少し外側に寄った部分に存在する。

前記各揺動フレーム４２ａ、４２ａは、それぞれ前記各保持凹部５１、５１内に、それぞれの長さ方向（前記連結板部４９の周方向）一端部外面と当該外面との当接部を中心とする揺動変位を可能に組み込んでいる。この様な、前記各揺動フレーム４２ａ、４２ａは、それぞれ、軸方向に離隔した状態で設けられた１対の支持板部４３ａ、４３ｂの長さ方向両端同士を連結部５３、５３を介して突き合わせ、それぞれボルト５４、５４により互いに結合固定して成る。これら両連結部５３、５３は、それぞれの基端部を一方（図１の手前側、図３の奥側）の支持板部４３ａに連続させる状態で、この一方の支持板部４３ａと一体としている。又、前記両連結部５３、５３の内側にねじ孔（図示せず）を、それぞれこれら両連結部５３、５３の先端面に開口する状態で設けている。これに対して、他方（図１の奥側、図３の手前側）の支持板部４３ｂの長さ方向両端部で、前記両ねじ孔に整合する部分に、通孔（図示せず）を形成している。前記各揺動フレーム４２ａ、４２ａの長さ方向両端部外面である、前記各連結部５３、５３の外側面５５、５５は、部分円筒状凸面としている。これら各外側面５５、５５を構成する部分円筒状凸面の曲率半径は、前記各保持凹部５１、５１の周方向両端部の内面５２、５２を構成する部分円筒状凹面の曲率半径よりも、十分に小さくしている。本例の場合には、前記各外側面５５、５５の曲率中心を、それぞれの揺動フレーム４２ａ、４２ａの長さ方向中間部に設置した、次述する自転軸２８ａの中心軸上に位置させている。

一方、前記各中間ローラ２７、２７は、自転軸２８ａ、２８ａと一体に、これら各自転軸２８ａ、２８ａと同心に形成している。これら各自転軸２８ａ、２８ａの両端部は前記各中間ローラ２７、２７の軸方向両端面よりも軸方向に突出しており、且つ、突出した先端寄り部分を、それぞれ単列深溝型等の玉軸受４５ａ、４５ａにより、前記各揺動フレーム４２ａ、４２ａの長さ方向中央部に、回転自在に支持している。この為に、これら各揺動フレーム４２ａ、４２ａを構成する、前記各支持板部４３ａ、４３ｂの長さ方向中央部に、これら各支持板部４３ａ、４３ｂの内面で互いに整合する部分に開口する、短円筒状の保持部５６、５６を形成し、前記各玉軸受４５ａ、４５ａを構成する各外輪を、これら各保持部５６、５６に内嵌支持している。

前記各中間ローラ２７、２７を前記各玉軸受４５ａ、４５ａを介して前記各揺動フレーム４２ａ、４２ａに組み付けて成る中間ローラユニット５７、５７は、前記支持フレーム３９ａの各保持凹部５１、５１内に、揺動変位を可能に組み付ける。この組み付け作業は、前記各中間ローラユニット５７、５７を前記支持フレーム３９ａに対し、軸方向に近付ける事により行う。そして、前記各保持凹部５１、５１内に前記各中間ローラユニット５７、５７を組み付けた（挿入した）後、前記各柱部５０、５０の先端部に、図示しない円輪状の連結板の片側面を突き合わせ、この連結板を前記支持フレーム３９ａと共に、ハウジング２９（図１１参照）内に、図示しないボルトにより支持固定する。この状態で前記各中間ローラユニット５７、５７が前記ハウジング２９内に、揺動変位を可能に組み付けられ、これら各中間ローラユニット５７、５７を構成する前記各中間ローラ２７、２７が前記ハウジング２９内に、前記支持フレーム３９ａの径方向に関する若干の変位を可能に保持される。

本例の摩擦ローラ式減速機によるトルク伝達時に、伝達トルクの変動に伴って太陽ローラ１３ａを構成する１対の太陽ローラ素子１７ｃ、１７ｃ（図１１参照）の間隔が変化し、前記各中間ローラ２７、２７が前記ハウジング２９内で前記支持フレーム３９ａの径方向に変位する際には、前記各中間ローラユニット５７、５７が図５に示す様な挙動により、この変位を許容する。
先ず、図５の（Ａ）は、前記摩擦ローラ式減速機がトルクを伝達していないか、小さなトルクしか伝達しておらず、前記各中間ローラユニット５７、５７が中立位置に存在する状態を示している。この中立状態から、前記摩擦ローラ式減速機が伝達するトルクが大きくなると、図５の（Ｂ）に示す様に、前記各中間ローラユニット５７が、前記各揺動フレーム４２ａが、それぞれの長さ方向一端側（図５の左側）の外側面５５と、前記各保持凹部５１の内面５２との当接部を中心として、同図に矢印αで示す様に、前記支持フレーム３９ａの径方向外方に揺動変位する。この結果、前記各中間ローラユニット５７の長さ方向中央部に回転自在に支持された各中間ローラ２７の外周面と、前記太陽ローラ１３ａの外周面との転がり接触部（トラクション部）だけでなく、環状ローラ１４ａ（図１１参照）の内周面との転がり接触部の面圧も十分に上昇する。これに対して、前記摩擦ローラ式減速機が伝達するトルクが低下すると、図５の（Ｃ）に示す様に、前記各中間ローラユニット５７が、図５の（Ｃ）に矢印βで示す様に、前記支持フレーム３９の径方向内方に揺動変位する。この結果、前記各中間ローラ２７の外周面と、前記太陽ローラ１３ａの外周面及び前記環状ローラ１４ａの内周面との転がり接触部の面圧が過大なままになる事を防止して、前記摩擦ローラ式減速機の伝達効率及び耐久性の確保を図れる。

前記各揺動フレーム４２ａ、４２ａは、前記各揺動フレーム４２ａ、４２ａ毎に１対ずつ設けた支持板部４３ａ、４３ｂの長さ方向両端同士を、それぞれ前記各連結部５３、５３及び前記各ボルト５４、５４により結合している。従って、前記各支持板部４３ａ、４３ｂは、それぞれの長さ方向両端部同士を互いに結合した両持ち構造となり、これら各支持板部４３ａ、４３ｂのうちの何れかの支持板部４３ａ（４３ｂ）の内側面が前記各中間ローラ２７、２７により押された場合にも、これら各支持板部４３ａ、４３ｂ同士の間隔が拡がる事はない。この為、これら各支持板部４３ａ、４３ｂの外側面と、これら各支持板部４３ａ、４３ｂが隣接する、前記連結板部４９と前記固定壁部等とが強く擦れ合う事を防止して、前記各揺動フレーム４２ａ、４２ａの揺動変位を円滑に行わせ、前記摩擦ローラ式減速機の伝達効率が低下する事を防止できる。

更に本発明の摩擦ローラ式減速機の場合には、前記各中間ローラユニット５７、５７の揺動中心を、前記各揺動フレーム４２ａ、４２ａの端部に設置した揺動軸４６（図１３〜１６参照）ではなく、これら各揺動フレーム４２ａ、４２ａの外側面５５と前記各保持凹部５１の内面５２との当接部としている。従って、これら各揺動フレーム４２ａ、４２ａの長さ寸法を大きくしなくても、前記各中間ローラ２７、２７が径方向に変位する際に於ける、前記各揺動フレーム４２ａ、４２ａの揺動半径を大きくできる。この為、前記各中間ローラ２７、２７が前記支持フレーム３９ａの径方向に変位する際に於ける、これら各中間ローラ２７、２７の変位方向を、この径方向に近くできる。この結果、これら各中間ローラ２７、２７の外周面と前記環状ローラ１４ａの内周面との接触状態をより安定させられる。

本発明の摩擦ローラ式減速機は、高速運転が可能で、しかも運転時に大きな振動を発生させない減速機として、電気自動車の駆動系に限らず、各種機械装置の回転伝達機構に組み込んで使用できる。
更に、本発明は、前述の図８に示した様な、遊星ローラ式の摩擦ローラ式減速機に適用する事もできる。この場合には、キャリアに対して各揺動フレームを支持し、これら各揺動フレームをキャリアと共に公転運動させる。但し、この場合には、運転速度があまり速くならない事が条件となる。

１ 電動モータ
２、２ａ、２ｂ 摩擦ローラ式減速機
３ 変速装置
４ 回転伝達装置
５、５ａ、５ｂ 入力軸
６ 出力軸
７ 入力側伝達軸
８ 出力側伝達軸
９ａ、９ｂ 歯車伝達機構
１０ａ、１０ｂ クラッチ機構
１１ デファレンシャルギア
１２、１２ａ 出力軸
１３、１３ａ、１３ｂ 太陽ローラ
１４、１４ａ 環状ローラ
１５ 遊星ローラ
１６、１６ａ ローディングカム装置
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ 太陽ローラ素子
１８、１８ａ 環状空間
１９ 遊星軸
２０ キャリア
２１ 支え環
２２ 皿ばね
２３、２３ａ カム板
２４、２４ａ 玉
２５、２５ａ 被駆動側カム面
２６ 駆動側カム面
２７ 中間ローラ
２８、２８ａ 自転軸
２９ ハウジング
３０ 入力側小径円筒部
３１ 入力側玉軸受ユニット
３２ 出力側小径円筒部
３３ 出力側玉軸受ユニット
３４ 円形凹部
３５ ラジアル転がり軸受
３６ 連結部
３７ 大径円筒部
３８ 端板
３９、３９ａ 支持フレーム
４０ａ、４０ｂ リム部
４１ ステー
４２、４２ａ 揺動フレーム
４３、４３ａ、４３ｂ 支持板部
４４ 基部
４５、４５ａ 玉軸受
４６ 揺動軸
４７ 支持孔
４８ 鍔部
４９ 連結板部
５０ 柱部
５１ 保持凹部
５２ 内面
５３ 連結部
５４ ボルト
５５ 外側面
５６ 保持部
５７ 中間ローラユニット

Claims (2)

1. 入力軸と、出力軸と、太陽ローラと、環状ローラと、複数個の中間ローラと、ローディングカム装置とを備え、
   このうちの太陽ローラは、軸方向に分割された１対の太陽ローラ素子を前記入力軸の周囲に、互いの先端面同士の間に隙間を介在させた状態で互いに同心に配置して成るもので、前記１対の太陽ローラ素子の外周面は、それぞれの先端面に向かうに従って外径が小さくなる方向に傾斜した傾斜面であって、これら両傾斜面を転がり接触面としており、
   前記環状ローラは、前記太陽ローラの周囲にこの太陽ローラと同心に配置されたもので、内周面を転がり接触面としており、
   前記各中間ローラは、前記太陽ローラの外周面と前記環状ローラの内周面との間の環状空間の円周方向複数箇所に、それぞれが前記入力軸と平行に配置された自転軸を中心とする回転自在に支持された状態で、それぞれの外周面を前記太陽ローラの外周面と前記環状ローラの内周面とに転がり接触させており、
   前記ローディングカム装置は、前記１対の太陽ローラ素子のうちの少なくとも一方の太陽ローラ素子であり、前記入力軸に対する相対回転を可能とされた可動太陽ローラ素子とこの入力軸との間に設けられて、この入力軸の回転に伴ってこの可動太陽ローラ素子を相手方の太陽ローラ素子に向けて軸方向に押圧しつつ回転させるものであって、この可動太陽ローラ素子の基端面の円周方向複数箇所に設けられた被駆動側カム面と、前記入力軸の一部に固定されてこの入力軸と共に回転するカム板のうちで前記可動太陽ローラ素子の基端面に対向する片側面の円周方向複数箇所に設けられた駆動側カム面との間に転動体を挟持して成るもので、これら各駆動側カム面及び前記各被駆動側カム面はそれぞれ、軸方向に関する深さが円周方向に関して漸次変化して端部に向かうに従って浅くなる形状を有するものであり、
   前記環状ローラと前記各自転軸を支持した部材とのうちの一方の部材を、前記太陽ローラを中心とする回転を阻止した状態で支持し、他方の部材を前記出力軸に結合して、この他方の部材によりこの出力軸を回転駆動自在とした摩擦ローラ式減速機に於いて、
   前記各中間ローラの自転軸の軸方向両端部を支持する為、これら各中間ローラ毎に独立して設けた揺動フレームと、これら各揺動フレームを揺動変位可能に支持する為の支持フレームとを備え、
   前記各揺動フレームは、それぞれ、軸方向に離隔した状態で設けられた１対の支持板部の長さ方向両端同士を連結部を介して互いに結合固定すると共に、前記１対の支持板部の長さ方向中間部同士の間に前記自転軸の両端部を支持したものであり、
   前記支持フレームは、軸方向側面の円周方向複数箇所に、それぞれの内側に前記各揺動フレームを保持する保持凹部を設けて成るものであり、
   前記各揺動フレームはこれら各保持凹部内に、それぞれの長さ方向一端部外面と前記保持凹部の内面との当接部を中心とする揺動変位を可能に保持している事を特徴とする摩擦ローラ式減速機。
2. 前記保持凹部の周方向両端部内面が、これら両端部内面同士の間隔以上の曲率半径を有する部分円筒状凹面であり、前記各揺動フレームの長さ方向両端部外面が、この部分円筒状凹面の曲率半径よりも小さな曲率半径を有する部分円筒状凸面である、請求項１に記載した摩擦ローラ式減速機。

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