JP6562246B2 - 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に関するものである。

例えば電気自動車、医療用プリンタ、高級複写機などの、回転ムラの低減や低騒音性が求められる製品においては、回転の減速もしくは増速のために、転がりによってトルクを伝達する遊星ローラ式動力伝達装置（トラクションドライブ）が使用される。
遊星ローラ式動力伝達装置は通常、固定輪、当該固定輪の内側に同心状に配設された太陽軸、当該太陽軸と固定輪との間に圧接状態で介挿された複数の遊星ローラ、および複数の遊星ローラを回転自在に支持するキャリアを備え、上記固定輪内にはグリースが充填されているのが一般的である。

また上記遊星ローラ式動力伝達装置には、その回転トルクを制御したり、固定輪内にトラクションオイルを長期間に亘って補給して当該遊星ローラ式動力伝達装置の耐久性を向上したりするために、例えば基材樹脂とトラクションオイルとの焼締体からなる含油ローラを、遊星ローラまたは固定輪と接触させた状態で配設する場合もある（特許文献１）。
基材樹脂としては、例えば超高分子量ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン等が用いられ、当該基材樹脂とともに含油ローラを形成するトラクションオイルとしては、例えばナフテン系鉱油やシリコーンオイル等の、トラクション特性に優れたオイルを用いるのが好ましいと考えられている。

含油ローラは、例えば上記基材樹脂の粉末とトラクションオイルとの混合物を焼き締め、すなわち基材樹脂の融解温度以上に加熱し、冷却して一体化させたのち、当該含油ローラの形状に加工する等して形成される。
また固定輪内に充填されるグリースとしては、基油としてシリコーンオイルを用いたものが、トラクション特性の点で特に優れているため好適に使用される。

またそのため、含油ローラ中に含ませるトラクションオイルとしても、同系のシリコーンオイルを用いるのが理想的であると考えられる。

特開平７−１４５８５６号公報

ところが、シリコーンオイルは基材樹脂との焼き締め性があまり良好でないため、含油ローラの強度や耐久性が不足して比較的短期間で摩耗したり破損したりしやすい傾向があり、当該含油ローラを設けることによる、遊星ローラ式動力伝達装置の耐久性を向上する効果が十分に得られないおそれがある。
そこで、例えばナフテン系鉱油等の、基材樹脂との焼き締め性の良いトラクションオイルを使用して、高強度で耐久性に優れた含油ローラを形成することが考えられる。

しかし、ナフテン系鉱油等のトラクションオイルはシリコーンオイルとの相溶性が低く、この両者を混合しても均一に混ざらずに分離しやすいため、上記トラクションオイルを含む含油ローラと、基油としてシリコーンオイルを含むグリースとを組み合わせた場合には、遊星ローラ式動力伝達装置を構成する各部の表面に形成される油膜の均一性が比較的短期間で失われやすい。

すなわち遊星ローラ式動力伝達装置の回転に伴って、トラクションオイルが含油ローラ中から徐徐に浸出してグリース中に混入することで、最初にグリースによって形成された油膜の均一性が低下して、トラクション特性が安定しなくなったりしやすい。そのため、やはり遊星ローラ式動力伝達装置の耐久性を向上する効果が十分に得られないおそれがある。

本発明の目的は、基油としてシリコーンオイルを含みトラクション特性に優れたグリースと、基材樹脂との焼き締め性に優れたトラクションオイルを含み強度や耐久性に優れた含油ローラとを組み合わせてなり、しかも現状より長期間に亘って油膜の均一性を維持して、良好なトラクション特性を安定して維持できるため、現状よりも耐久性に優れた遊星ローラ式動力伝達装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、固定輪（４）、前記固定輪内に同心状に配設された太陽軸（５）、前記太陽軸と前記固定輪との間に圧接状態で介挿された複数の遊星ローラ（７）、前記複数の遊星ローラを回転自在に支持するキャリア（８）、および前記遊星ローラまたは固定輪に接触させて配設された、基材樹脂とトラクションオイルの焼締体からなる含油ローラ（１０）を備え、前記固定輪内には、基油として少なくともシリコーンオイルを含むグリースが充填されているとともに、前記トラクションオイルは前記シリコーンオイルとは別種のオイルであり、前記グリースには、増ちょう剤とともに、前記シリコーンオイルと前記トラクションオイルとの分離を抑制する分散剤が含まれている遊星ローラ式動力伝達装置（１）である。

請求項２に記載の発明は、前記分散剤の添加量は、グリースの総量の０．１質量％以上、３質量％以下である請求項１に記載の遊星ローラ式動力伝達装置である。
請求項３に記載の発明は、前記分散剤は、アルケニルコハク酸イミド、およびポリエーテルアミンからなる群より選ばれた少なくとも１種である請求項１または２に記載の遊星ローラ式動力伝達装置である。

請求項４に記載の発明は、前記トラクションオイルはナフテン系鉱油、前記基材樹脂は超高分子量ポリエチレン、ナイロン、およびポリプロピレンからなる群より選ばれた少なくとも１種である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の遊星ローラ式動力伝達装置である。
なお上記において括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号によって特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

請求項１に記載の発明によれば、シリコーンオイルとは別種の、基材樹脂との焼き締め性に優れたトラクションオイルを使用して形成した、強度や耐久性に優れた含油ローラと、基油としてシリコーンオイルを含みトラクション特性に優れたグリースとを組み合わせた際に、上記グリースに増ちょう剤とともに含有させたオイル用の分散剤が、上記シリコーンオイルと、当該シリコーンオイルとの相溶性の低い上記別種のトラクションオイルとの分離を抑制して均一な油膜を形成するために機能する。

すなわち上記分散剤は、上記２種のオイルのうち一方のオイル中で他方のオイルが凝集して、その液滴が巨大化するのを防ぎ、当該他方のオイルを一方のオイル中に微小な液滴として安定に分散させるために機能する。
そのため、上記２種のオイルの混合物を単一のオイルと同等に挙動させて、遊星ローラ式動力伝達装置を構成する各部の表面に、現状よりも長期間に亘って均一な油膜を形成し続けることができ、良好なトラクション特性を安定して維持できるため、現状よりも耐久性に優れた遊星ローラ式動力伝達装置を提供できる。

請求項２に記載の発明によれば、分散剤の添加量を、グリースの総量の０．１質量％以上、３質量％以下とすることにより、当該グリースの混和ちょう度が高くなりすぎてグリースが柔らかくなりすぎるのを抑制しながら、当該分散剤を配合することによる上述した効果をより一層有効に発現させることができる。
請求項３に記載の発明によれば、分散剤として、アルケニルコハク酸イミド、およびポリエーテルアミンからなる群より選ばれた少なくとも１種を用いることにより、当該分散剤を配合することによる上述した効果をより一層有効に発現させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、潤滑剤としてのナフテン系鉱油と、基材樹脂としての超高分子量ポリエチレン、ナイロン、およびポリプロピレンからなる群より選ばれた少なくとも１種とを組み合わせることにより、両者の混合物の焼き締め性をより一層向上して、含油ローラの強度や耐久性をさらに向上できる。

本発明の遊星ローラ式動力伝達装置の、実施の形態の一例を示す縦断面図である。 図１のII−II線断面図である。 基油としてシリコーンオイルを含むグリースと、ナフテン系鉱油を含むグリースのトラクション特性を測定した結果を示すグラフである。

〈遊星ローラ式動力伝達装置〉
図１は、本発明の遊星ローラ式動力伝達装置の、実施の形態の一例を示す縦断面図、図２は、図１のII−II線断面図である。
両図を参照して、この例の遊星ローラ式動力伝達装置１は、当該遊星ローラ式動力伝達装置１を組み込む機器類のハウジング２に、ネジ３によって固定された円環状の固定輪４、上記ハウジング２を図２において右方向から貫通させて、その先端を固定輪４内に挿入した状態で配設された円柱状の太陽軸５、および太陽軸５の先端より前方側（図２において左側）から同方向へさらに延設された入出力軸６を備えている。

このうち太陽軸５は固定輪４と同心状、すなわちその軸線を固定輪４の軸線と一致させた状態で、上記固定輪４に対して回転自在に配設されている。また入出力軸６は、その軸線を固定輪４および太陽軸５の軸線と一致させた状態で、当該太陽軸５とは別個に固定輪４に対して回転自在に配設されている。
また上記太陽軸５と固定輪４との間には、当該両者と圧接状態で複数（図では４つ）の遊星ローラ７が介挿されている。

各遊星ローラ７は、上記入出力軸６の太陽軸５側の一端に固定されたキャリア８から、太陽軸５を囲むように突設されて固定輪４内に挿入された複数（図では４つ）のローラ軸９に、それぞれ回転自在に軸支されている。
各ローラ軸９とそれに軸支された各遊星ローラ７は、いずれもその軸線を太陽軸５の軸線と平行させた状態で、上記太陽軸５を中心としてその周囲に太陽軸５から等距離で、かつ周方向に互いに等間隔に配設されている。

隣り合う遊星ローラ７間には、複数（図では４つ）の含油ローラ１０が配設されている。
各含油ローラ１０は、太陽軸５および入出力軸６とは別個に、固定輪４に対して回転自在に配設された支持体１１によって保持されている。
支持体１１は、固定輪４とキャリア８の間に、このいずれとも非接触の状態で介挿された円板状の本体１１ａと、当該本体１１ａの固定輪４側の側面から、太陽軸５を囲むように突設されて固定輪４内に挿入された複数（図では４つ）の支持軸１１ｂとを備えており、上記各支持軸１１ｂに、各含油ローラ１０がそれぞれ回転自在に、もしくは非回転に軸支されている。

各支持軸１１ｂとそこに軸支された各含油ローラ１０は、いずれもその軸線を太陽軸５の軸線と平行させた状態で、上記太陽軸５を中心としてその周囲に太陽軸５から等距離で、かつ周方向に互いに等間隔に配設されている。
図１を参照して、個々の含油ローラ１０の外径は、隣り合う遊星ローラ７間の間隔よりも小さめに形成されており、入出力軸６の回転による遊星ローラ７の公転に伴って、当該公転の前方側に位置する含油ローラ１０が、公転する遊星ローラ７と非回転で接触して、あるいは接触して回転して、前述したようにその回転トルクを制御したり、固定輪４内にトラクションオイルを補給したりするために機能する。

例えば遊星ローラ７が、図１において時計回り方向に公転する際には、当該図１に示した側の含油ローラ１０が遊星ローラ７と接触し、反時計回り方向に公転する際には、図では離間している反対側の含油ローラ１０が遊星ローラ７と接触して上記の機能をする。
上記含油ローラ１０は、先に説明したように基材樹脂とトラクションオイルの焼締体によって形成される。すなわち基材樹脂の粉末とトラクションオイルとの混合物を、上記基材樹脂の融解温度以上に加熱し、冷却して一体化させる焼き締めをしたのち、含油ローラ１０の形状に加工する等して当該含油ローラ１０が形成される。

このうち基材樹脂としては、トラクションオイルとともに焼締体を形成できる種々の基材樹脂が使用可能である。
ただし含油ローラ１０の強度や耐久性等を向上することを考慮すると、基材樹脂としては超高分子量ポリエチレン、ナイロン、およびポリプロピレンからなる群より選ばれた少なくとも１種が好ましい。

またトラクションオイルとしては、上記基材樹脂との焼き締め性の良い、シリコーンオイル以外の種々のオイルが使用可能である。
中でも焼き締め性に優れ、強度や耐久性等に優れた含油ローラ１０を形成できる上、シリコーンオイル程ではないもののトラクション特性にも優れたナフテン系鉱油が好ましい。

〈グリース〉
固定輪４内には、基油として少なくともシリコーンオイルを含むグリースを充填する。
シリコーンオイルは、種々のトラクションオイルの中でもトラクション特性に特に優れるため、当該シリコーンオイルを基油として含むグリースを充填することにより、遊星ローラ式動力伝達装置１のトラクション特性を大幅に向上できる。

図３は、基油としてのシリコーンオイルにウレア系増ちょう剤を添加して調製したグリース（図中に−◆−で示す）と、基油としてのナフテン系鉱油にカルシウム石けん系増ちょう剤を添加して調製したグリース（図中に−○−で示す）のトラクション特性、すなわち負荷トルク（Ｎ・ｍ）とすべり率（％）との関係を測定した結果を示すグラフである。
なおすべり率は式(1)：

で求められ、かかるすべり率が小さいほど、トラクション特性は良好であるといえる。
図３から、基油としてナフテン系鉱油を用いたグリースに比べて、シリコーンオイルを用いたグリースは、トルク負荷時の負荷トルクが大きくなってもすべり率の増加の割合が小さく、トラクション特性の点で特に優れていることが判る。
なおナフテン系鉱油は、上記のようにシリコーンオイルと比べるとトラクション特性が低いものの、先に説明したように、トラクションオイルの中ではシリコーンオイルに次いで良好なトラクション特性を有している。そのため、前述したように含油ローラ１０に含ませるトラクションオイルとしては、基材樹脂との焼き締め性をも考慮して、ナフテン系鉱油が好適に使用される。

上記グリースは、少なくともシリコーンオイルを含む基油に、増ちょう剤とともに分散剤を配合して調製される。
このうち増ちょう剤としては、上記基油に配合した際に所定の混和ちょう度を有するグリースを調製しうる種々の増ちょう剤が使用可能である。
増ちょう剤としては、例えばウレア系増ちょう剤や各種石けん系増ちょう剤等が挙げられる。

また分散剤としては、例えばエンジンオイルの無灰系清浄分散剤等として使用される、種々のオイル用の分散剤が使用可能である。
分散剤としては、例えばコハク酸イミド、コハク酸エステル、ベンジルアミン、ポリブテンアミン、ポリエーテルアミン、アルキルフェノールアミン等の１種または２種以上が挙げられる。

分散剤は、グリースを構成するシリコーンオイルおよび増ちょう剤と相性の良いものを選択して使用するのが好ましい。
例えば、シリコーンオイルにウレア系増ちょう剤を添加したグリースの場合は、アルケニルコハク酸イミド〔シェブロンジャパン(株)製のＯＡＳ１２００等〕やポリエーテルアミン〔日油(株)製のナイミーン（登録商標）Ｌ−２０１等〕が好適に使用される。

分散剤の添加量は、グリースの総量の０．１質量％以上であるのが好ましく、３質量％以下、特に２質量％以下であるのが好ましい。
分散剤の添加量がこの範囲未満では、当該分散剤を配合することによる前述した効果が十分に得られないおそれがある。
一方、分散剤の添加量が上記の範囲を超えてもそれ以上の効果が得られないだけでなく、グリースの混和ちょう度が高くなりすぎて、油漏れ等を生じやすくなるおそれもある。

分散剤の添加量が上記の範囲であるのが好ましいことは、例えば下記の試験結果からも明らかである。
（グリースおよび分散剤）
ベースのグリースとしては、基油としてのシリコーンオイルにウレア系増ちょう剤を添加したグリース〔(株)ニッペコ製のユーレット（登録商標）ＥＤＭ−１、動粘度：２５０ｍｍ^２／ｓ、滴点：２８５℃、ちょう度（ＮＬＧＩ Ｎｏ．）：Ｎｏ.２〕を使用した。

またグリースに添加するオイル用の分散剤としては、ポリエーテルアミン〔前出の日油(株)製のナイミーンＬ−２０１〕を使用した。
（試料としてのグリースの調製）
上記分散剤を先のグリースに添加して、その添加量が、グリースの総量の０．１質量％（試料２）、１質量％（試料３）、および３質量％（試料４）である、試料としてのグリースを調製した。また分散剤を添加しないベースのグリースを試料１とした。

（混和ちょう度の測定）
上記試料１〜４のグリースの混和ちょう度を、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ２２２０_{：２０１３}「グリース」所載の測定方法に則って測定した。混和ちょう度は、グリースが柔らかくなりすぎて油漏れ等を生じるのを防止することを考慮すると３５０以下、特に３３０以下であるのが好ましい。

（相溶性試験）
シリコーンオイルとナフテン系オイルを混合したものに、上記試料１〜４のグリースと同じ添加量となるように分散剤を添加して加熱撹拌し、次いで３０分間以上静置したのち、分離したか、あるいはそのまま相溶していたかを目視によって確認した。
以上の結果を表１に示す。

表１の試料１と試料２〜３の結果より、基油としてシリコーンオイルを含むグリースに分散剤を添加することで、当該グリース中のシリコーンオイルと、トラクションオイルとしてのナフテン系鉱油との分離を防止できることが判った。
また試料２〜３の結果より、分散剤の添加量は、上記分離をより一層良好に防止するためには０．１質量％以上であるのが好ましいこと、混和ちょう度が高くなりすぎて油漏れ等を生じるのを防止するためには３質量％以下、特に２質量％以下であるのが好ましいことが判った。

なおグリースの基油としては、上記分散剤の機能によって分離を抑制できるため、シリコーンオイルによる良好なトラクション特性を阻害しない範囲で、ナフテン系鉱油等の他の基油を併用してもよい。
本発明の構成は、以上で説明した例のものには限定されない。
例えば遊星ローラ７、および含油ローラ１０の数と配置は適宜変更できる。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことができる。

１…遊星ローラ式動力伝達装置、２…ハウジング、３…ネジ、４…固定輪、５…太陽軸、６…入出力軸、７…遊星ローラ、８…キャリア、９…ローラ軸、１０…含油ローラ、１１…支持体、１１ａ…本体、１１ｂ…支持軸

Claims (4)

1. 固定輪、前記固定輪内に同心状に配設された太陽軸、前記太陽軸と前記固定輪との間に圧接状態で介挿された複数の遊星ローラ、前記複数の遊星ローラを回転自在に支持するキャリア、および前記遊星ローラまたは固定輪に接触させて配設された、基材樹脂とトラクションオイルの焼締体からなる含油ローラを備え、前記固定輪内には、基油として少なくともシリコーンオイルを含むグリースが充填されているとともに、前記トラクションオイルは前記シリコーンオイルとは別種のオイルであり、前記グリースには、増ちょう剤とともに、前記シリコーンオイルと前記トラクションオイルとの分離を抑制する分散剤が含まれている遊星ローラ式動力伝達装置。
2. 前記分散剤の添加量は、グリースの総量の０．１質量％以上、３質量％以下である請求項１に記載の遊星ローラ式動力伝達装置。
3. 前記分散剤は、アルケニルコハク酸イミド、およびポリエーテルアミンからなる群より選ばれた少なくとも１種である請求項１または２に記載の遊星ローラ式動力伝達装置。
4. 前記トラクションオイルはナフテン系鉱油、前記基材樹脂は超高分子量ポリエチレン、ナイロン、およびポリプロピレンからなる群より選ばれた少なくとも１種である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の遊星ローラ式動力伝達装置。

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