JPH01105036A - 遊星ネジローラ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、減速装置等の歯車装置として使用される遊
星ネジローラ装置に関する。

（従来技術） 減速装置等の歯車装置の一つに、遊星歯車装′置がある
。−船釣に、この遊星歯車装置は、太陽歯車の周囲に空
間を隔てて内歯車を同心円状に配設し、上記太陽歯車と
内歯車との空間に複数の遊星歯車を配設した構造を有す
る。

この遊星歯車装置は、通常の外歯車のみによって構成さ
れる構造の歯車装置に比して、大きさの割に大きな減速
比が得られ、また機械効率が高いという特長を有する。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上記遊星歯車装置は、上述のような特長を有
する一方において、内歯車の内側に太陽歯車と遊星歯車
を内臓しなければならないため、外径方向の寸法が大き
くなる。

また、同一の伝達容量で外径方向の寸法をコンパクトに
しようとする場合、あるいは同一の外径寸法において伝
達容量を大きくしようとする場合には、各歯車の歯幅を
ひろくすることによりなされるが、一般に、寸法公差と
の関係より、歯幅は歯車径の２．５倍程度が限界となる
。

このため、遊星歯車装置の場合には、外径寸法が小さく
抑えられた条件において、所定以上の大きな力を伝達す
ることができないという問題がある。

本発明は上記現況に鑑みおこなわれたもので、外径寸法
に比して大きな力を伝達することが可能で且つ機械効率
の高い、静粛な運転が可能な遊星ネジローラ装置を提供
することを目的とする。

（問題を解決するための手段） 本発明にかかる遊星ネジローラ装置は、円筒状外周面に
ネジ溝が形成された太陽ネジ台−ラの周囲に、空間を隔
てて、円筒状内周面にネジ溝が形成された内ネジローラ
を同心円状に配設し、上記太陽ネジローラと内ネジロー
ラとの空間に、これら両ローラと螺合するネジ溝が表面
に形成された複数の遊星ネジローラを円周方向において
均等に配設した構成の遊星ネジローラ装置であって、 上記遊星ネジローラが弾性自在なリング状に形成される
とともに、上記各ネジローラのネジ溝の溝すじが、ロー
ラ幅の中心から軸線に対し両側に傾斜したやまば歯車状
に形成されていることを特徴とする。

（作用） しかして、上述のように構成された遊星ネジローラ装置
は、以下のような作用を有する。

（ａ）、遊星ネジローラが弾性自在なリング状に形成さ
れているため、ローラ幅方向の寸法を大きくすることに
よって公差の関係で寸法的に他のローラとの間で干渉が
生じるような状態になっても、リング状の遊星ネジロー
ラがその分だけ変形して他のローラとの干渉を防止する
とともに、該遊星ネジローラの表面が他のローラの表面
に密接するよう弾性変形して接触するため、従来の歯車
のように「片当たり」することもなく、大きな力の伝達
が可能となり、また静粛な滑らかな回転の伝達が可能と
なる。さらに、ネジローラの場合、ネジローラ間の接触
長さが長くなることに起因して、通常の歯車の歯数に対
応する相当歯数が多くなるため、高い機械効率を得るこ
とができる。

山）、上記各ネジローラのネジ溝の溝すじがローラ幅の
中心から軸線に対し両側に傾斜したやまば歯車状に形成
されているため、各ネジローラ部分の接触面積が従来の
歯車式のものに比べて非常に大きくなり、このため、単
位面積当たりの接触力を等しく設計した場合、全体で大
きな力を伝達することができる。

即ち、一般に接触部分の面積は、後述するヘルツの公式
により接触部分の曲率半径の値により定まり、 ・　通常の歯車の場合には、接触面の曲率半径Ｒ２は、 Ｒｚ　＝　Ｚ−ｍ　　１−ｃｏｓ”ａｂ　　・”　　（
１１但し、Ｒ２・・・接触面の曲率半径、Ｚ・・・歯数
、ｍ・・・モジュール、α１・・・歯すじのリード角で
ある。

で表されるに対し、 ・　本ネジローラの場合には、第４図に図示するような
、接触面の曲率半径Ｒ１での接触となり、 但し、Ｒｏ・・・ネジローラの接触面の曲率半径、θ・
・・ネジ山角度／２、α・・・溝すじ（ネジ条）リード
角、ｒ・・・ ローラの半径である。

で表される。

従って、両者の曲率半径の比は、 Ｒ＋　　　　　　　ｒ／ｓｉｎ　　　θ　”ｃｏｓ　　
αここで、７．−ｍ＝２ｒとすると、上記（３）式・・
・　　（４） となり、 Ｉ となる。

例えば、上記θ、α、α１に、θ＝４５°、α＝４５＠
、αｂ”２０＠を代入すると、Ｒ３ となり、曲率半径が約３倍になる。

従って、ヘルツの公式（歯車はローラ体間の接触の場合
の公式、ネジローラは球面間の接触の場合の公式）を用
いて、対比すると、両者の接触面積は大幅に異なる。

即ち、黒体的には、下記の（５）、（６）式に示すよう
に、それらの分母に曲率半径の逆数の和をもち、前者が
その２乗根、後者がその３乗根で処理されることにより
得られることから、後者の接触面積は前者の接触面積に
比べて非常に大きくなる。

但し、上記（５）、（６）式において、ｂはローラの接
触線幅、ａは球体の接触円半径、Ｐは圧接力、Ｒ２＊　
Ｒ２′は歯車の接触面の曲率半径を、Ｒ１＋Ｒ１１はネ
ジローラの接触面の曲率半径を示す。

上述のように、本発明にかかるネジローラを用いた遊星
ネジローラ装置は、従来の構造の遊星歯車装置に比べて
、同じ外径の場合、上述の各作用効果に起因して、非常
に大きな容量の力を伝達することができる。

また、ネジローラのネジ溝の溝すじが、ローラ幅の中心
から軸線に対し両側に傾斜したやまば歯車状に形成され
ているため、軸方向に作用する力が互いに反対となって
相殺され、ネジローラにスラスト力は作用しない。

また、本発明にかかる遊星ネジローラ装置は、ローラ幅
を大きくしても、滑らかな接触が得られるため、外径方
向の寸法をコンパクトにしても大きな力を伝達すること
が可能となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本実施例にかかる遊星ネジローラ装置の構造を
示す一部切欠いた状態での斜視図、第２図は同じく遊星
ネジローラ装置の構造を示す側断面図である。

図において、１は太陽ネジローラで、この太陽ネジロー
ラ１の周囲には空間を隔てて内ネジローラ２が同心円状
に配設され、上記太陽ネジローラ１と内ネジローラ２間
の空間には、この両方のネジローラ１．２に噛合する複
数（本実施例の場合４個）の遊星ネジローラ３が介装さ
れている。

上記内ネジローラ２の内周面、太陽ネジローラ１および
遊星ネジローラ３の外周面には、第１図に図示するよう
な、ローラ幅Ｗの中心から軸線に対し傾斜したネジ溝の
溝すじが形成され、やまば歯車状になっている。上記溝
すじの傾斜角（リード角）α（第３図参照）は、本実施
例の場合、４５°に構成されているが、この角度は、各
ネジローラの材質にもよるが、本発明者の実験の結果４
５＠±５°程度が最も好ましい。

また、善導すじを構成するねじ山の角度２θ（第４図参
照）は、各ネジローラの材質にもよるが、概ね８０〜１
００　’程度が好ましい。

ところで、上記遊星ネジローラ３は、リング状に形成さ
れ、その内側の可撓性部材、本実施例の場合にはゴム材
４と金属性のサブリング５を介して、キャリア７の支持
軸７ａ上の支持リング８に支持されている。また、本実
施例の場合、摩擦抵抗を減らしてより機械効率を向上さ
せるため、上記支持リング８とキャリア７の支持軸７ａ
の間には、軸受６が介装されている。

また、上記内ネジローラ２は、コの字型の枠体９の内周
面に一体的に配設され、太陽ネジローラ１は、軸受１０
を介して、上記キャリア７に回転自在に支持されている
。

さらに、本実施例の場合には、上記キャリア７と枠体９
は、それぞれに一体に形成されたネジローラ７ｂ、　９
ａが一つのネジローラ１１に噛合することによって、両
者一定の拘束を受けて回転するよう構成されている。

しかして、このように構成された、遊星ネジローラ装置
は、以下のように減速（変速）して原動軸から従動輪に
回転を伝達する。

いま、１３で示す軸を原動軸とし、１４で示す軸を従動
輪とする。まず、原動軸１３が回転することにより、こ
れと一体になっている上記枠体９が回転し、一方は、矢
印２０に示すように、枠体９、内ネジローラ２、遊星ネ
ジローラ３、太陽ネジローラ１を介して回転が伝達され
るとともに、−他方において、矢印２５に示すように、
枠体９、他のネジローラ１１、キャリア７、遊星ネジロ
ーラ３、太陽ネジローラ１を介して回転が伝達される。

従って、上記各ネジローラのネジ溝の数（歯数に相当）
を適当に選択すれば、所望の減速比を得ることができる
。

しかも、各ネジローラのローラ幅Ｗ（第１図参照）を広
くしても、製作時の公差によって干渉しようとする際に
も、遊星ネジローラ３が干渉しようとする分だけ変形し
て、干渉を防止し、且つ内ネジローラ２および太陽ネジ
ローラ１と密接した状態で噛合することができる。

また、衝撃力が作用した場合にも、遊星ネジローラが弾
性を有し、且つ可撓性部材で支持されているため、噛合
部分等を損傷することがない。

ところで、上述のように、遊星ネジローラ装置の、沸す
しの傾斜角（リード角）α（第３図参照）を４５°±５
°近傍に構成し、且つ善導すじのねじ山の角度２θ（第
４図参照）を概ね８０〜１００　”程度に構成すると、
特有の効果が得られる。即ち、第３図、第４図に図示す
るように、　　　　、ネジ溝の溝すじの傾斜角αが４５
″±５″近傍より太き（且つねじ山の角度２θが８０〜
１００９より小さくなると、ネジローラのねじ山にかか
る軸方向の力が大きくなってねじ山が剪断する可能性が
ある。また、ねじ山の角度２θが８０〜１０００より小
さ（なると、ネジローラ間の干渉が生じ易くなる。一方
、溝すじの傾斜角αが４５′″±５°近傍より小さく又
ねじ山の角度２θが８０〜１００　’より大きいと、軸
に直角方向の力が大きくなりネジローラが変形等してし
まうこととなる。

従って、第５図に図示するように、鎖線で囲まれたハン
チング内の範囲内に上記αおよびθの値を設定すと、最
もコンパクトに（ローラ径が細く）なら且つねじ山間の
干渉もない最適な作動が得られる。尚、第５図において
、斜線部分は螺合不能（干渉が生ずる）範囲を示す。尚
、第５図において縦軸のＷは軸荷重を、Ｒはネジローラ
に作用する接線力を示す。そして、Ｗ　　　　　　２　
・ｓｉｎ　　θ Ｒｓｉｎ　　α”　ｃｏａ　　α である。

また、螺合部（接触面）での最大スベリ率を４％とする
と、ねじ山の高さはローラ径の８％程度となり、これは
通常の歯車の噛み合い長さに対応させた場合には、歯数
５０枚のものと略等しくなり、これは本発明にかかるネ
ジローラをねじれ角（リード角に相当）４５　°のはす
ば歯車に相当させれば、５０／ｃｏｓ３４５　°″ｑ１
４１枚の歯数を有する歯車と等しくなる。このため、通
常の歯車に比べて、極めて滑らかな回転及び高い機械効
率が得られることとなる。

第６図に図示するように、複数の上記構造の遊星ネジロ
ーラ装置３３．３４．３５を、無段減速装置３１、ワン
ウェイクラッチ３２等と、チェーン３６等で結合するこ
とにより、小さな伝達容量の無段減速装置３１を利用し
て、伝達容量の大きな（例えば、自動車の減速装置とし
て使用できる程度の大きな）無段減速装置を形成するこ
とができる。尚、第６図は自動車の減速機として用いた
場合で、図において、Ａは入力軸（クランクシャフト）
、Ｂは出力軸（プロペラシャフト）、３７は出力軸Ｂに
作用するトルクを検出するトルクセンサーを示す。

このように構成された無段減速装置は、極めてコンパク
トであって、しかも大きな力を伝達することができる。

（効果） 本発明は、上述のように、外径寸法が制限されていても
、ローラ幅を大きくとることができるため、大きな力を
伝達することができる。

しかも、各ネジローラが円滑に（無理なく）接触した状
態で回転を伝達するため、機械効率も高く、非常に静粛
な運転（伝達）が可能となる。

また、衝撃力が作用した場合にも、遊星ネジローラがリ
ング状体で弾性を有し、この部分で衝撃力が大幅に緩和
されるため、螺合部分を損傷することはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例にかかる遊星ネジローラ装置の構造を
示す一部切欠いた状態での斜視図、第２図は同じく遊星
ネジローラ装置の構造を示す側断面図、第３図はネジ溝
の溝すじの傾斜角（リード角）αを示すネジローラの平
面図、第４図は溝すじを構成するねじ山の角度θを示す
ネジローラの部分平断面図、第５図は本発明にかかる遊
星ネジローラ装置の溝すじの傾斜角（リード角）α及び
ねじ山の角度θの最適範囲を示す図、第６図は遊星ネジ
ローラ装置を使用した変速装置の構成を示す概略構成図
である。 １・・・太陽ネジローラ、２・・・内ネジローラ、３・
・・遊星ネジローラ、Ｗ・・・ローラ幅。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 円筒状外周面にネジ溝が形成された太陽ネジローラの周
   囲に、空間を隔てて、円筒状内周面にネジ溝が形成され
   た内ネジローラを同心円状に配設し、上記太陽ネジロー
   ラと内ネジローラとの空間に、これら両ローラと螺合す
   るネジ溝が表面に形成された複数の遊星ネジローラを円
   周方向において均等に配設した構成の遊星ネジローラ装
   置であって、 上記遊星ネジローラが弾性自在なリング状に形成される
   とともに、上記各ネジローラのネジ溝の溝すじが、ロー
   ラ幅の中心から軸線に対し両側に傾斜したやまば歯車状
   に形成されていることを特徴とする遊星ネジローラ装置
   。