JPH0579855B2

JPH0579855B2 -

Info

Publication number: JPH0579855B2
Application number: JP2272141A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takahashi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1990-10-12
Publication date: 1993-11-05
Also published as: JPH04151053A; GB9027796D0; DE4041919A1; GB2248670A; GB2248670B; US5037361A

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕本発明は、高変速比のトラクシヨン型変速装置
に関し、さらに詳しくは数万回転にも及ぶ超高速
回転の動力を高変速比で円滑に伝達することがで
きるトラクシヨン型変速装置に関する。〔従来技術〕最近のガスタービン用或いはブロワ用の変速機
は、30000〜45000r.p.m.にも及ぶ超高速回転の動
力を変速できるようにすることが要求されるよう
になつてきている。しかし、このような超高速回
転を歯車変速機によつて変速するには様々な困難
が伴うことがわかつている。それは、歯面の潤滑
が十分に行えなくなることと共に、歯車の加工に
誤差の発生することが不可避であつて、その歯車
の加工誤差が高速回転になるほど振動を大きく
し、超高速回転の伝達を非常に危険な状態にする
からである。このような超高速回転の不良防止対策として
は、単に歯車を精密加工するだけでなく、加工後
の歯形修正、高価な超高速用ベアリングの使用、
潤滑方法の工夫等の様々な手段が必要になつてく
る。しかし、これら全ての条件をクリアしようと
すると、装置が極めて高価なものにならざるを得
なくなつてしまう。〔発明が解決しようとする課題〕本発明の目的は、上述した超高速回転を歯車変
速機によつて行う場合の問題を克服し、所謂トラ
クシヨン方式を採用することによつて、数万回転
にも及ぶ超高速動力を円滑に、しかも高変速比で
一気に変速できるようにしたトラクシヨン型変速
装置を提供することにある。〔課題を解決するための手段〕最近のトライポロジーの研究、殊にエラスト・
ハイドロリツク・リユーブリケーシヨンの研究に
よると、特殊な潤滑オイルの存在下に互いに接触
する二面間に極圧を与えると、摩擦係数が瞬間的
に２〜３倍にも増大するということが判明してい
る。このような作用に適した潤滑オイルとして
は、例えば日本石油(株)製の“サントトラツク”
（商品名）などが提案されている。本発明は、このようなトライポロジー理論を特
殊な構造の遊星ローラ機構に適用することによつ
て上記目的を達成可能にしたものである。すなわち、上記目的を達成する本発明は、太陽
ローラと、該太陽ローラの周りに複数個を等配し
た遊星ローラと、該複数個の遊星ローラの外側に
配置した外装リングとから構成された遊星ローラ
機構において、前記遊星ローラを、大外径部とそ
の左右両側に小外径部とを有する形状にすると共
に、遊星軸側のローラ部と外周側のリング部とに
間〓を介して同心状に分割された構成にし、該遊
星ローラの前記大外径部を前記太陽ローラの外周
にオイル存在下に圧接させ、さらに前記左右両側
の小外径部の外周に、前記外装リングをその内周
に形成した傾斜面を介してオイル存在下にそれぞ
れ圧接させるようにしたものである。このような
構成の遊星ローラ機構としては、遊星ローラを公
転させないで、外装リングを回転させることによ
つて高速軸に連結するようにした所謂スター型の
場合と、外装リングは回転させず、遊星ローラを
公転させることによつて高速軸に連結するように
する遊星型の場合とがある。上述した本発明の装置は、太陽ローラと遊星ロ
ーラとの間及び遊星ローラと外装リングとの間に
それぞれオイル存在下に接触させる共に極圧を与
えるため、トライポロジー理論により大きな摩擦
力を発生し、大きなトラクシヨンフオースを発生
する。かつ、遊星ローラは遊星軸側のローラ部と
外周側のリング部とに間隙を介して同心状に分割
されているため、遊星軸に対して圧接力の影響を
完全に排除することを可能にする。さらに遊星ローラを大外径部と小外径部とを有
する形状にし、その大外径部を太陽ローラに圧接
させる一方、小外径部に対し外装リングを圧接さ
せるようにしたから、大きな変速比を一気に得る
ことができる。遊星ローラの小外径部に圧接させる外装リング
は、内周面を傾斜面に形成されているため、楔作
用により大きな極圧を発生することができる。こ
の場合、小外径部も傾斜面に形成され、さらに好
ましくはクラウニング面にしてあるのがよい。外装リングに半径方向の押圧力を発生させる手
段としては特に限定されないが、その一つとして
油圧機構やバネ機構を利用するものがあり、他の
一つとして熱収縮力を利用するものがある。前者の油圧機構を利用するものは、左右両側の
外装リングの一方をケーシングに固定すると共
に、他方を油圧ピストンにして油圧シリンダに軸
方向に移動自在に遊嵌する。この油圧機構の場合
は、油圧シリンダの油圧調整によつて負荷の大小
に応じて外装リングと遊星ローラとの間及び遊星
ローラと太陽ローラとの間の圧接力を変化させる
ことができるから、絶えず最大の押圧力を付与し
ている必要がなく、それによつて装置の耐久性を
向上することができる。後者の熱収縮力を利用する手段としては、外装
リングの内周面の接触部内径を、複数個の遊星ロ
ーラの小外径部に対する外接円の接触部直径径よ
りも若干小さく形成し、この外装リングを加熱膨
張させて上記小外径部の外周に挿入し、次いで常
温に冷却収縮させるようにする。外装リングは、
このときの熱収縮力によつて遊星ローラに対し太
陽ローラの軸心に向かう半径方向の押圧力を発生
する。本発明の変速装置は歯車機構を使用せず、ロー
ラ機構を基本として構成されている。そのため、
機械加工としては単純にローラの真円度と平滑度
（表面アラサ）を上げる加工をすればよい。した
がつて、歯車の歯形加工のような誤差の発生は極
めて少なく、超高速回転に対する振動抑制を容易
にすることができる。遊星ローラは複数個設けられるが、その個数は
少なくとも３個を太陽ローラの周囲に等配するよ
うにするのがよい。太陽ローラの外周のを少なく
とも３個の遊星ローラで圧接することにより、太
陽ローラに連結された高速軸を必然的に中心に位
置決めし、歯車変速機の場合に最も苦労していた
超高速用ベアリングの使用を全く不要にすること
ができる。遊星ローラは遊星軸側のローラ部と外周側のリ
ング部との二部分に分割され、かつ二部分の間に
間隙を介して同心状に構成されている。このよう
な遊星ローラの構成によつて、外装リングから遊
星ローラに押圧力が付加されるとき、その押圧力
を遊星軸には作用せず、太陽ローラだけに直接作
用させることができるため高い極圧を効率よく発
生させることができる。また、二部分の間〓の油
膜が介在するため、この油膜が振動の吸収に役立
つようになる。〔実施例〕以下、図に示す本発明の実施例によつて具体的
に説明する。第１図および第２図に示す実施例は、遊星ロー
ラ機構をスター型にしたトラクシヨ型変速装置の
一例を示すものである。ケーシング１の中心部には、高速軸１３に連結
された太陽ローラ２が配置されている。この太陽
ローラ２の外周に３個の遊星ローラ３が等配さ
れ、さらにその外側に、左右一対の外装リング
４，４′を有するリング部４０が配置され、この
リング部４０は回転板４１を介して低速軸１４に
連結されている。このようにしてスター型の遊星
ローラ機構が構成されている。この遊星ローラ機構において、遊星ローラ３は
大外径部５と小外径部６とを有し、その小外径部
６を大外径部５の左右両側に形成するようにして
いる。また、この遊星ローラ３は、遊星軸７に回
転自在に軸支された中心側のローラ部３ａと外周
側のリング３ｂとに二分割され、かつそれらロー
ラ部３ａとリング３ｂとの間に間〓８を介在する
構成になつている。上記遊星軸７はケーシング１
に固定されている。遊星ローラ３は、その大外径部５をオイルを介
在させて太陽ローラ２に圧接させるようにしてい
る。また、遊星ローラ３の左右の小外径部６，６
に対し、それぞれリング部４０の外装リング４，
４′が、その内周の傾斜面をオイルを介在させて
圧接している。大外径部５の外周面は軸方向に並
行な円筒状に形成されているが、小外径部６の外
周は、軸方向の両外側に向かうほど、それぞれ半
径が徐々に小さくなる傾斜面に形成され、さらに
好ましくはクラウニング加工されている。また、
ローラ間に介在させるオイルとしては、上述した
“サントトラツク”オイルなどのように、極圧に
よつて瞬間的に摩擦係数を増大させる特性を有す
るものが使用される。一方、外装リング４，４′は、その圧接面であ
る内周面がテーパ状の傾斜面になつている。一方
の外装リング４′はリング部４０と一体に形成さ
れているが、他方の外装リング４は油圧機構の油
圧ピストンとして形成され、リング部４０と回転
板４１との間に形成されたリング状のシリンダ９
に軸方向に摺動自在に遊嵌している。この外装リ
ング４（油圧ピストン）の背面には、第３図に示
すように、１乃至数カ所に孔１１が穿設され、そ
の孔１１にピン付きボルト１２のピン１２ａが浅
く挿入されることにより回り止めされている。し
たがつて、外装リング４，４′は回転板４１及び
低速軸１４と一体になつて回転するようになつて
いる。また、シリンダ９は回転板４１及び低速軸１４
を貫通する油路４２，４３を介して油圧源１０に
連結されている。この油圧源１０から供給される
作動油によつて、油圧ピストンの外装リング４は
遊星ローラ３に向けて軸方向に移動し、外装リン
グ４′との間に遊星ローラ３を挟み込むようにす
る。このような一対の外装リング４，４′による
挟み込み作用によつて、それらの内周の傾斜面が
楔作用により小外径部６を介して遊星ローラ３を
太陽ローラ２の軸心に向けて半径方向に押圧す
る。入力軸の高速軸１３は太陽ローラ２に連結さ
れ、その太陽ローラ２が３個の遊星ローラ３によ
つて支持されて中心を位置決めされているため、
ベアリングに支持されることなく不図示のガスタ
ービン等の原動機に連結されている。また、出力
軸の低速軸１４はベアリング１６に支持されて、
不図示の発電機等の負荷に接続されている。上述した変速装置において、超高速回転を高速
軸１３から低速軸１４に減速伝達するときは、油
圧源１０の作動油を油圧シリンダ９に供給し、外
装リング４（油圧ピストン）を遊星ローラ３に向
けて軸方向に移動させる。このような作用によつ
て左右両側の外装リング４，４′は内周の傾斜面
に３個の遊星ローラ３の小外径部６，６を挟み込
むようにし、そのときの楔作用によつて遊星ロー
ラ３を太陽ローラ２に押圧する。この押圧によつ
て外装リング４，４′と遊星ローラ３の小外径部
６，６との接触部、及び遊星ローラ３の大外径部
５と太陽ローラ２との接触部にそれぞれ極圧が発
生し、オイル存在下に瞬間的に発生する摩擦力に
よつて大きなトラクシヨンフオースを発生する。また、太陽ローラ２は遊星ローラ３の大外径部
５に接触し、さらに大外径部５よりも径の小さい
小外径部６に外装リング４，４′が接触する関係
になつているから、超高速回転の動力は高速軸１
３から低速軸１４非常に大きな減速比で減速され
て伝達される。このときの減速比Ｒは、太陽ロー
ラ２の直径をd₁、遊星ローラ３の大外径部５の直
径をd₂、小外径部６の接触部直径をd₃、外装リン
グ４，４′の接触部内径をd₄とすると（第４図参
照）、Ｒ＝d₁d₃／d₂d₄ として算出される。また、上記変速装置では、遊星ローラ３がロー
ラ部３ａとリング部３ｂとに二分割され、その両
者の間に間〓８が介在させているため、外装リン
グ４，４′から半径方向に加わる押圧力は、ロー
ラ部３ａと遊星軸７とには荷重を与えずに、リン
グ部３ｂを介して直接太陽ローラ２の外周面に作
用する。第５図及び第６図は、本発明の他の実施例を示
すものである。この実施例では、遊星ローラ機構が遊星型であ
つて、スター型でない点が第１の実施例と異なつ
ているだけであり、他の構成は実質的に同じであ
る。すなわち、遊星軸７をキヤリヤ１５を介して
低速軸１４に連結することによつて、遊星ローラ
３を公転させるようにし、かつ外装リング４，
４′を回転させないようにしている。この変速装置においても、太陽ローラ２と遊星
ローラ３との間及び遊星ローラ３と外装リング
４，４′との間にそれぞれオイル存在下に極圧を
発生させるため、トライポロジー理論による大き
な摩擦力を発生する。また、遊星ローラ３は遊星
軸側のローラ部３ａと外周側のリング部３ｂとに
間吸８を介して同心状に分割されているため、遊
星軸７に対する圧接力の影響を完全に排除する作
用効果は第１の実施例の場合と同じである。また、この第２の実施例の場合にも、遊星ロー
ラ３に大外径部５と小外径部６とが設けられてい
るため、一段で高変速比（減速比）を得ることが
できる。この減速比Ｒは、次のようにして簡単に
計算することができる。太陽ローラ２の直径をd₁、回転数をn₀とし、遊
星ローラ３の大外径部５の直径をd₂、小外径部６
の接触部直径をd₃、外装リング４，４′の接触部
内径をd₄、その回転数をｎとし、いま便宜的にそ
れぞれ太陽ローラ、遊星ローラ、外装リング、低
速軸が自由に回転できるものと仮定する。この仮
定の下に、それぞれの回転数を表すと、次の表の
第１段目のような関係が得られる。また、外装リ
ングの回転数を０にするための関係を表すと、第
２段目のようになる。したがつて、第１段目と第
２段目とを合計した結果から、太陽ローラの回転
数と低速軸の回転数との比をとれば、減速比Ｒが
得られる。

【表】

【表】すなわち、減速比Ｒ＝低速軸の回転数／太陽ローラの回転数＝d₁d₃／（d₂d₄＋d₁d₃）である。そこで、Ｒを簡単に計算するために、例
えばd₁＝10mm、d₂＝45mm、d₃＝25mm、d₄＝80mmと
仮定すると、Ｒ＝１／15.4 となる。このように、一の遊星和車機構で遊星歯
車３個の場合では従来不可能であつた減速比が、
この発明によれば約１／20程度まですることがで
き、大幅な減速が可能になることがわかる。第７図は本発明のさらに他の実施例を示すもの
である。この実施例は、遊星ローラ機構がスター型であ
る前述した第１の実施例において、遊星ローラ及
び太陽ローラに対する押圧機構として油圧機構を
設けずに、外装リング４，４′自体の熱収縮力を
利用するようにしたものである。第７図において、外装リング４，４′はリング
部１４０と一体に構成され、かつその外装リング
４，４′の内周の接触部内径が３個の遊星ローラ
３の小外径部６の外接円接触直径よりも若干小さ
く形成されている。このような外装リング４，
４′を形成するリング部１４０は、遊星ローラ機
構を組み立てるとき、加熱膨張させることにより
内周の接触部内径を３個の遊星ローラ３の小外径
部６の外接円接触部直径よりも大きな状態にし、
それを太陽ローラ２の外周に組付けた３個の遊星
ローラ３の外側に挿入し、次いで常温まで冷却収
縮させるようにする。このようにリング部１４０
が熱収縮するとき、その収縮力によつて、外装リ
ング４，４′の内周傾斜面が遊星ローラ３の小外
径部６を太陽ローラ２の軸心に向けて半径方向に
押圧し、かつ遊星ローラ３の大外径部５と太陽ロ
ーラ２との間も圧接された状態にする。したがつて、前述した第１の実施例と同様に、
各ローラの接触部分にオイルの存在下に極圧を発
生するため大きな摩擦力を発生し、大きなトラク
シヨンフオースを発生する。また、遊星ローラ３
がローラ部３ａとリング部３ｂとに同心状に二分
割されていることによつて、遊星軸７に押圧力が
かからないようにする。第８図は本発明のさらに他の実施例を示すもの
である。この実施例は、遊星ローラ機構が遊星型である
前述した第２の実施例において、上記第３の実施
例同様に遊星ローラ及び太陽ローラに対する押圧
機構として油圧機構を設けず、外装リング４，
４′自体の熱収縮力を利用するようにしたもので
ある。第３の実施例と同様に、リング部１４０が熱収
縮するときの収縮力によつて、外装リング４，
４′の内周傾斜面が遊星ローラ３の小外径部６を
太陽ローラ２の軸心に向けて半径方向に押圧し、
各ローラの接触部分にオイルの存在下に極圧を発
生する。また、遊星ローラの二分割構成によつ
て、遊星軸に押圧力がかからないようにする。なお、上述した実施例では、いずれも減速装置
の場合について説明したが、上記低速軸を入力軸
とし、高速軸を出力軸にするようにすれば、増速
装置として使用することきる。〔発明の効果〕上述したように本発明は、特殊な形状の遊星ロ
ーラ機構を使用し、そのローラの接触部にトライ
ポロジー理論による極圧を発生させて大きな摩擦
力に発生させるので、超高速回転の動力を高変速
比で効率よく伝達することができる。しかも、歯
車を使用せず、ローラを基本にして構成されてい
るから、歯車加工のような加工誤差を発生するこ
とがなく、数万回転にも及ぶ超高速の動力であつ
ても振動を発生することなく円滑に変速伝達する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例からなる変速装置を第
２図の−矢視で示す断面図、第２図は第１図
の−矢視で示す断面図、第３図は同変速装置
の油圧機構の一部を示す断面図、第４図は本発明
の装置の要部における径について示す説明図、第
５図は本発明の他の実施例からなる変速装置を第
６図の−矢視で示す断面図、第６図は第５図
の−矢視で示す断面図、第７図及び第８図
は、それぞれ本発明のさらに他の実施例を示す縦
断面図である。１……ケーシング、２……太陽ローラ、３……
遊星ローラ、３ａ……ローラ部、３ｂ……リング
部、４，４′……外装リング、４０，１４０……
リング部、５……大外径部、６……小外径部、７
……遊星軸、８……間〓、９……油圧シリンダ、
１０……油圧源、１３……高速軸、１４……低速
軸、１５……キヤリヤ。

Claims

【特許請求の範囲】１太陽ローラと、該太陽ローラの周りに複数個
を等配した遊星ローラと、該複数個の遊星ローラ
の外側に配置した外装リングとから構成された遊
星ローラ機構において、前記遊星ローラを、大外径部とその左右両側に
小外径部を有する形状にすると共に、遊星軸側の
ローラ部と外周側のリング部とに間〓を介して同
心状に分割された構成にし、該遊星ローラの前記
大外径部を前記太陽ローラの外周にオイル存在下
に圧接させ、さらに前記左右両側の小外径部の外
周に、前記外装リングをその内周に形成した傾斜
面を介してオイル存在下にそれぞれ圧接させ、前
記左右両側の外装リングを低速軸に固定された回
転体と一体回転するようにすると共に、その一方
の外装リングを油圧ピストンとして油圧シリンダ
に遊嵌し、前記遊星ローラ側に向けて軸方向に移
動自在な構成にし、かつ前記太陽ローラを高速軸
に連結し、前記遊星軸をケーシングに固定するよ
うにしたトラクシヨン型変速装置。２太陽ローラと、該太陽ローラの周りに複数個
を等配した遊星ローラと、該複数個の遊星ローラ
の外側に配置した外装リングとから構成された遊
星ローラ機構において、前記遊星ローラを、大外径部とその左右両側に
小外径部とを有する形状にすると共に、遊星軸側
のローラ部と外周側のリング部とに間隙を介して
同心状に分割された構成にし、該遊星ローラの前
記大外径部を前記太陽ローラの外周にオイル存在
下に圧接させ、さらに前記左右両側の小外径部の
外周に、前記外装リングをその内周に形成した傾
斜面を介してオイル存在下にそれぞれ圧接させ、
前記左右両側の外装リングを低速軸に固定された
回転体と一体回転するようにすると共に、該外装
リング内周面の接触部内径を、前記複数個の遊星
ローラの小外径部に対する外接円接触部直径より
も若干小さな形状にし、該外装リングを加熱膨張
下に前記小外径部の外周に挿入したのち常温に冷
却収縮させて半径方向に押圧力を発生させる構成
にし、かつ前記太陽ローラを高速軸に連結し、前
記遊星軸をケーシングに固定するようにしたトラ
クシヨン型変速装置。３太陽ローラと、該太陽ローラの周りに複数個
を等配した遊星ローラと、該複数個の遊星ローラ
の外側に配置した外装リングとから構成された遊
星ローラ機構において、前記遊星ローラを、大外径部とその左右両側に
小外径部とをする形状にすると共に、遊星軸側の
ローラ部と外周側のリング部とに間〓を介して同
心状に分割された構成にし、該遊星ローラの前記
大外径部を前記太陽ローラの外周にオイル存在下
に圧接させ、さらに前記左右両側の小外径部の外
周に、前記外装リングをその内周に形成した傾斜
面を介してオイル存在下にそれぞれ圧接させ、前
記左右両側の外装リングの一方をケーシングに固
定すると共に、他方を油圧ピストンとして油圧シ
リンダに遊嵌し、前記遊星ローラ側に向けて軸方
向に移動自在な構成にし、かつ前記太陽ローラを
高速軸に連結し、前記遊星軸をキヤリヤを介して
低速軸に連結するようにしたトラクシヨン型変速
装置。４太陽ローラと、該太陽ローラの周りに複数個
を等配した遊星ローラと、該複数個の遊星ローラ
の外側に配置した外装リングとから構成された遊
星ローラ機構において、前記遊星ローラを、大外径部とその左右両側に
小外径部とを有する形状にすると共に、遊星軸側
のローラ部と外周側のリング部とに間〓を介して
同心状に分割された構成にし、該遊星ローラの前
記大外径部を前記太陽ローラの外周にオイル存在
下に圧接させ、さらに前記左右両側の小外径部の
外周に、前記外装リングをその内周に形成した傾
斜面を介してオイル存在下にそれぞれ圧接させ、
前記左右両側の外装リングをケーシングに固定す
ると共に、該外装リング内周面の接触部内径を、
前記複数個の遊星ローラの小外径部に対する外接
円接触部直径よりも若干小さな形状にし、該外装
リングを加熱膨張下に前記小外径部の外周に挿入
したのち常温に冷却収縮させて半径方向に押圧力
を発生させる構成にし、かつ前記太陽ローラを高
速軸に連結し、前記遊星軸をキヤリヤを介して低
速軸に連結するようにしたトラクシヨン型変速装
置。