JP2016048112A - 摩擦ローラ式減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】速機の必要強度を維持したまま部品点数を削減でき、組立作業を簡単にでき、減速機単体での性能保証が行える摩擦ローラ式減速機を提供する。
【解決手段】摩擦ローラ式減速機１００は、サンローラ１５、リングローラ１７、複数の中間ローラ１９、連結部２１、ローディングカム機構２３を備える。サンローラ１５とリングローラ１７のいずれか一方は、軸方向に並設された第１ローラ素子２７及び第２ローラ素子２９からなり、それぞれの転がり接触面は傾斜面にされている。ローディングカム機構は、第１，第２ローラ素子のうちいずれかの軸方向片側にのみ配置される。中間ローラは自転軸にニードル軸受２２を介して回転自在に支持され、且つ自転軸の両端部を支持するホルダ３２に、中間ローラの端面とホルダとの間で軸方向へ移動可能なすきまを有して支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、摩擦ローラ式減速機に関する。

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、電動モータの効率向上が強く要望されている。電動モータの効率向上には、高速回転する小型の電動モータを使用し、モータ出力軸の回転を減速してから車両の駆動輪に伝達することが望ましい。この場合、モータ出力軸に接続される減速機は、運転速度が非常に速くなり、振動や騒音を発しやすくなる。そこで、運転時の振動や騒音を抑える為に、摩擦ローラ式減速機を使用することが考えられている。従来の摩擦ローラ式減速機としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。

特許文献１に記載された摩擦ローラ式減速機２００は、図１３に示すように、入力軸２１１と、出力軸２１３と、サンローラ２１７と、リングローラ２１９と、複数個の中間ローラ２２１と、一対のローディングカム機構２２３Ａ，２２３Ｂと、連結部２２５とを備える。サンローラ２１７は、軸方向に分割された一対のサンローラ素子２２７Ａ，２２７Ｂを有する。リングローラ２１９の外周部は連結部２２５を介して出力軸２１３に接続されている。複数の中間ローラ２２１は、それぞれ支持軸２２９により回転自在に支持され、外周面がサンローラ２１７の外周面とリングローラ２１９の内周面とにそれぞれ転がり接触する。

ローディングカム機構２２３Ａ，２２３Ｂは、入力軸２１１に固定された第１カムリング２３１Ａ、第２カムリング２３１Ｂと、玉２３３Ａ，２３３Ｂと、サンローラ素子２２７Ａ，２２７Ｂとを有する。サンローラ素子２２７Ａとカムリング２３１Ａとの対向面には、それぞれ円周方向に沿ってカム溝２３５，２３７が形成され、カム溝２３５，２３７間に玉２３５Ａが挟持されている。各カム溝２３５，２３７は、軸方向に関する溝深さが円周方向に沿って変化し、溝端部ほど浅くされている。また、サンローラ素子２２７Ｂとカムリング２３１Ｂについても、同様のカム溝が形成され、玉２３３Ｂが挟持されている。入力軸２１１に回転トルクが加わると、この回転トルクに応じて玉２３３Ａ，２３３Ｂがカム溝の溝深さが浅い領域に乗り上げて、サンローラ素子２２７Ａとサンローラ素子２２７Ｂがそれぞれ軸方向に沿って接近する。これにより、中間ローラ２２１の外周面と転がり接触するトラクション部の面圧が上昇する。つまり、ローディングカム機構２２３Ａ，２２３Ｂは、入力軸２１１と出力軸２１３との間で伝達されるトルクが大きくなるほど、トラクション部の面圧が上昇するように作動する。

特開２０１３−１０４５４５号公報

上記構成においては、一対のローディングカム機構２２３Ａ，２２３Ｂを設けて一対のサンローラ素子２２７Ａ，２２７Ｂを相互に接近又は離反させるため、中間ローラ２２１の軸方向に関する中心位置は一定に保たれる。しかし、減速機の部品点数削減、小型化、組立性の向上の観点から、ローディングカム機構を片側にのみ設けた構成も採用される。その場合、一対のサンローラ素子は、一方が固定側、他方が可動側となり、可動サンローラ素子のみが軸方向に移動する。可動サンローラ素子のみ軸方向に移動すると、各サンローラ素子と転がり接触する中間ローラ２２１に軸方向力が作用する。しかし、一般に中間ローラ２２１は軸方向移動を想定せずに軸支される構造であるため、中間ローラ２２１のトラクション部に余分な摩擦力が生じる。この摩擦力がトラクション部に摩耗を引き起こす原因となる。このことは、サンローラに限らず、リングローラ２１９が軸方向に分割された一対のリングローラ素子を有する構成の場合でも同様である。

また、中間ローラ２２１は高速回転駆動され、給油が不可欠な部材である。しかし、上記の軸方向力の作用によって中間ローラ２２１が軸方向に移動すると、給油位置がずれてしまい、必要十分な給油量を確保できなくなる虞がある。中間ローラ２２１に確実な給油を行うためには、中間ローラ２２１への給油油路を設ければよいが、軸方向移動に対応させるための油路構造が複雑となり、装置自体の製造コストやメンテナンスコストを増大させることに繋がる。

本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的は、ローディングカム機構が、サンローラ又はリングローラの第１ローラ素子及び第２ローラ素子のうち、いずれかの軸方向片側にのみに設けられた構成であっても、ローディングによるローラの変位を阻害することなく、摩擦や摩耗の発生を抑えることができ、しかも中間ローラへの潤滑油の供給が良好に行える摩擦ローラ式減速機を提供することにある。

本発明は下記構成からなる。
入力軸と同心に配置されるサンローラと、前記サンローラの外周側に前記サンローラと同心に配置されるリングローラと、前記サンローラの外周面と前記リングローラの内周面との間で、前記入力軸と平行な自転軸を中心として回転自在に支持され、前記サンローラの外周面と前記リングローラの内周面に転がり接触する複数の中間ローラと、前記リングローラと出力軸とを連結する連結部と、各ローラの転がり接触面の接触面圧を変更するローディングカム機構と、を備える摩擦ローラ式減速機であって、
前記サンローラと前記リングローラのいずれか一方は、前記入力軸の軸方向に並設された第１ローラ素子及び第２ローラ素子からなり、それぞれの転がり接触面は、前記第１，第２ローラ素子同士が互いに対向する対向側端面から該対向側端面とは反対側の外側端面に向かって、前記中間ローラの自転軸中心までの距離が短くなる傾斜面にされ、
前記ローディングカム機構は、前記第１，第２ローラ素子のうちいずれかの前記軸方向の片側にのみ配置され、前記入力軸の回転トルクに応じて、前記第１，第２ローラ素子の一方を他方に向けて変位させるものであり、
前記中間ローラは、前記自転軸にニードル軸受を介して回転自在に支持され、且つ前記自転軸の両端部を支持するホルダに、前記中間ローラの端面と前記ホルダとの間で前記軸方向へ移動可能なすきまを有して支持されていることを特徴とする摩擦ローラ式減速機。

本発明によれば、ローディングカム機構が、サンローラ又はリングローラの第１ローラ素子及び第２ローラ素子のうち、いずれかの軸方向片側にのみに設けられた構成であっても、ローディングによるローラの変位を阻害することなく、摩擦や摩耗の発生を抑えることができる。また、中間ローラへの潤滑油の供給を良好に行うことができる。

本発明の実施形態を説明するための図で、摩擦ローラ式減速機の一部断面斜視図である。 図１に示す摩擦ローラ式減速機の要部拡大断面図である。 ローディングカム機構のカム溝を示すカムリングの平面図である。 図３のＡ−Ａ断面図であって、ローディングカム機構が推力を発生していない状態（Ａ）と、推力を発生している状態（Ｂ）とをそれぞれ示す断面図である。 中間ローラを支持する揺動ホルダの斜視図である。 キャリアの分解斜視図である。 ローディングカム機構による中間ローラの変位を説明するための摩擦ローラ式減速機の要部拡大断面図である。 揺動ホルダと中間ローラの一部断面図である。 キャリアを揺動軸の中心軸を含む面で切断した一部断面斜視図である。 揺動ホルダを支持軸の中心軸を含む面で切断した一部断面斜視図である。 アーム幅方向に肉抜きした揺動ホルダの斜視図である。 アーム高さ方向に肉抜きした揺動ホルダの斜視図である。 従来の摩擦ローラ式減速機の要部断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜摩擦ローラ式減速機の構成＞
図１は本発明の実施形態を説明するための図で、摩擦ローラ式減速機の一部断面斜視図、図２は摩擦ローラ式減速機の要部拡大断面図である。図１及び図２に示すように、摩擦ローラ式減速機１００は、入力軸１１と同心に配置されるサンローラ１５と、リングローラ１７と、複数の中間ローラ１９と、リングローラ１７と出力軸１３とを連結する連結部２１と、ローディングカム機構２３と、を備える。

サンローラ１５は、図２に示す入力軸１１の一端に、入力軸１１と一体形成された中実構造のローラである。サンローラ１５の外周面１５ａは、軸断面の外縁形状が単一円弧状の凹曲線となる凹曲面に形成されている。

リングローラ１７は、軸方向に並設された一対のリングローラ素子であって、固定リングローラ素子（第１ローラ素子）２７と、軸方向に移動自在な可動リングローラ素子（第２ローラ素子）２９とを有する。これら各リングローラ素子２７，２９は、カップ状の連結部２１の内側に収容された状態でサンローラ１５の外周側にサンローラ１５と同心に配置されている。

固定リングローラ素子２７及び可動リングローラ素子２９の内周面２７ａ，２９ａは、各リングローラ素子２７，２９同士が互いに対向する対向側端面２４，２４から軸方向反対側の外側端面２６，２６に向かうに従って内径が小さくなるように傾斜した環状の傾斜面となっている。つまり、中間ローラ１９の自転軸中心までの距離が短くなる傾斜面にされている。これらの傾斜面は、中間ローラ１９が転動する転がり接触面となる。なお、内周面２７ａ，２９ａは、上記傾斜面に限らず、軸断面の外縁形状が単一円弧状の凹曲線となる凹曲面であってもよい。

複数の中間ローラ１９は、それぞれニードル軸受２２を介して支持軸（自転軸）３１に回転自在、且つ軸方向に変位可能に支持され、サンローラ１５の外周面１５ａとリングローラ１７の内周面１７ａとの間に配置されている。支持軸３１の両端は揺動ホルダ３２に支持されている。また、揺動ホルダ３２は、中間ローラ１９を入力軸１１の径方向に移動（揺動）可能にキャリア３３に支持されている。キャリア３３は、図示しないモータ本体に締結部材によって固定される。

なお、支持軸３１は、入力軸１１の回りを公転しつつ自転する中間ローラ１９を高い強度で揺動ホルダ３２に支持させるため、使用する材料や熱処理を最適に選定されている。支持軸３１の材料、熱処理についての詳細については後述する。

中間ローラ１９の外周面１９ａは、軸断面の外縁形状が単一円弧状の凸曲線となる凸曲面であり、それぞれサンローラ１５の外周面１５ａとリングローラ１７の内周面１７ａに転がり接触する。

ニードル軸受２２は、詳細を後述するが、針状ころ１１３と保持器１１５とを有するケージ＆ローラである。ニードル軸受２２の両端には王冠状の溝付カラー１１７が介装され、支持軸３１に取り付けたニードル軸受２２を、支持軸３１両端の揺動ホルダ３２間で支持している。

連結部２１は、略円板状に形成され中心部が出力軸１３に連結される基端部３７と、基端部３７の外周縁から軸方向に延設され、内径側にリングローラ１７が保持される円筒状のローラ保持部３９と、を有する。

ローラ保持部３９の内部には、基端部３７側から、波板状の予圧スプリング６７、カムリング４９、転動体である玉５１、可動リングローラ素子２９、固定リングローラ素子２７、止め輪４７がこの順で挿入され、これら各部材がローラ保持部３９に組み付けられている。

ローラ保持部３９の内周部には、複数の凹溝４３が軸方向に沿って形成され、また、基端部３７とは反対側の端部には、円周方向にリング溝４５（図１参照）が形成されている。

凹溝４３は、固定リングローラ素子２７の外周部の複数箇所に形成された、径方向に突出する突起２８を収容する。突起２８は、ローラ保持部３９の凹溝４３に回転方向のがたつきがない状態で係合し、ローラ保持部３９とリングローラ１７との回転トルクの伝達を可能にする。

リング溝４５は、止め輪４７が嵌入される。止め輪４７は、固定リングローラ素子２７の軸方向位置を規制し、固定リングローラ素子２７をローラ保持部３９に固定する。

連結部２１の基端部３７は、例えば、旋盤加工等の切削加工により形成され、ローラ保持部３９は、プレス成形等の塑性加工により形成される。これら基端部３７とローラ保持部３９とを単体で形成した後、これらを接合することで、低コストで高精度に軸芯を一致させる構成にできる。また、基端部３７とローラ保持部３９は、ビーム溶接で接合処理される。これにより、狭幅のビードで、しかも短時間で加熱接合でき、熱歪を最小限に抑えて芯ずれの発生が抑制可能となる。

カムリング４９は、その外周部から径方向外側に突出する複数の突起６１を有する。カムリング４９の突起６１、及び固定リングローラ素子２７の突起２８は、それぞれローラ保持部３９の凹溝４３に係合する。

カムリング４９は、出力軸１３側の外側端面に、外径側の一部を環状に切欠いた切欠き部６３が形成されており、この切欠き部６３に予圧スプリング６７が装着される。

なお、上記サンローラ１５は、高速回転するために微小な重心のずれがあると異常振動の振動源となる虞がある。しかし、本構成のサンローラ１５は、入力軸１１と一体形成されるので、容易にバランス修正が可能であり、振動の発生を低減できる。また、サンローラ１５は、剛性が高く、高い共振周波数を有するので、共振による異常振動の発生が低減する。更に、サンローラ１５を中実構造とすることで、ラジアル荷重が負荷された際のサンローラ１５の弾性変形量が小さくなる。これにより、中間ローラ１９とリングローラ１７の軸方向変位量が小さくなり、転がり接触面の接触状態を設計通りの良好な状態に維持できる。

＜ローディングカム機構＞
次に、ローディングカム機構について説明する。
図２に示す可動リングローラ素子２９と、カムリング４９と、転動体である玉５１は、ローディングカム機構２３を構成する。このローディングカム機構２３は、サンローラ１５、リングローラ１７、及び中間ローラ１９の各転がり接触面の接触面圧を変更する。

可動リングローラ素子２９の外側端面２６には、図３及び図４に示すように、円周方向に沿って複数（図示例では３箇所）の第１カム溝５３が形成されている。カムリング４９に対しても同様に第２カム溝５５が形成されている。すなわち、カムリング４９は、第１カム溝５３に対面配置され、第１カム溝５３に対応する円周方向位置に複数（図示例では３箇所）の第２カム溝５５が形成されている。これら第１カム溝５３と第２カム溝５５との間に、それぞれ玉５１が挟持される。

第１カム溝５３及び第２カム溝５５の軸方向の溝深さは、円周方向に関して中央部で最も深く、円周方向に沿って漸次変化して、カム溝５３，５５の円周方向端部に向かうに従って浅くなる。

入力軸１１が停止している状態では、図４（Ａ）に示すように、各玉５１は各カム溝の最も深くなった部分に位置する。この状態では、カムリング４９は、予圧スプリング６７の弾性力により、可動リングローラ素子２９側に向けて押圧されている。

入力軸１１が回転駆動されると、図４（Ｂ）に示すように、各玉５１が各カム溝５３，５５の浅くなった部分に移動する。これにより、可動リングローラ素子２９を他方の固定リングローラ素子２７に向けて押圧する軸方向推力が発生される。ローディングカム機構２３が発生する軸方向推力により、固定リングローラ素子２７と可動リングローラ素子２９との間隔が縮まると、リングローラ１７の内周面１７ａと、各中間ローラ１９の外周面１９ａとの転がり接触部における面圧が上昇すると共に、各中間ローラ１９の外周面１９ａとサンローラ１５の外周面１５ａとの転がり接触部の面圧も上昇する。その結果、入力軸１１と出力軸１３との間に存在する複数の転がり接触部の面圧が、入力軸１１と出力軸１３との間で伝達するトルクが大きくなるほど上昇する。

また、ローディングカム機構２３が軸方向推力を発生すると、リングローラ１７等のトラクション部品の弾性変形や各接触点の弾性変形により、中間ローラ１９は、可動リングローラ素子２９の軸方向変位に伴って固定リングローラ素子２７側に軸方向変位する。この中間ローラ１９の軸方向変位については、後に詳述する。

＜各部材の軸心を一致させる構造＞
図２に示すように、連結部２１の基端部３７における入力軸１１側の内側面には、出力軸１３と平行な内周面を有する円環状の第１段付部４１が形成されている。

また、カムリング４９の外側端面には、カムリング４９の中心軸と同心に形成され、連結部２１の基端部３７における第１段付部４１と軸方向に沿って嵌合する円環状の外周面を有する第２段付部６５が、軸方向に突出して形成されている。

カムリング４９と連結部２１とは、第１段付部４１と第２段付部６５とが嵌合することによって高精度に軸心が一致する。これにより、可動リングローラ素子２９もカムリング４９を介して軸心位置が正確に合わせられた状態となる。また、固定リングローラ素子２７は、中間ローラ１９によって径方向に位置決めされる。中間ローラ１９は、入力軸１１と同心のサンローラ１５によって径方向に位置決めされ、入力軸１１と出力軸１３とは同心に配置されているため、サンローラ１５、リングローラ１７、及びカムリング４９は、各軸心が正確に一致した状態となっている。

また、カムリング４９は、予圧スプリング６７によって基端部３７とは軸方向反対側に付勢された状態で、第２段付部６５が基端部３７の第１段付部４１に嵌合する。この嵌合長は、予圧スプリング６７の弾性変形代より長くされている。これにより、カムリング４９を基端部３７に組み付ける際に、予圧スプリング６７がカムリング４９と基端部３７との間から外れることが防止されて、減速機の組立性が向上する。

＜中間ローラのキャリアへの支持形態＞
次に、上記構成の摩擦ローラ式減速機１００における中間ローラ１９の支持形態について更に詳細に説明する。
図５は中間ローラを支持する揺動ホルダ３２の斜視図である。中間ローラ１９は、自転軸となる支持軸３１の両端部で揺動ホルダ３２に支持される。揺動ホルダ３２は、中間ローラ１９と同数だけ設けられ、各揺動ホルダ３２に一つの中間ローラ１９が支持される。揺動ホルダ３２は、支持軸３１の両端部を支持する一対のアーム部７１ａ，７１ｂと、各アーム部７１ａ，７１ｂを連結する基部７５とを有する。基部７５には、支持軸３１と平行な揺動軸７３が挿通されている。

図６はキャリア３３の分解斜視図である。キャリア３３は、円輪状の底部７７、及び底部７７の片面側に円周方向に等間隔となる複数箇所（図示例では３箇所）に立設された柱部７９を有するキャリア本体８１と、柱部７９の先端部７９ａに固定される円輪状の連結板８３とを有する。

キャリア本体８１の柱部７９には、キャリア３３をモータ本体に固定するためのボルト挿通孔８５が軸方向に沿って形成されている。図示例では、各柱部７９に１箇所ずつ合計３箇所形成されている。

円周方向に並ぶ柱部７９同士の間には、中間ローラ１９を支持する揺動ホルダ３２が配置される。揺動ホルダ３２は、連結板８３に形成された揺動軸孔９１と、底部７７に形成された揺動軸孔（図示略）とに揺動軸７３が挿入されて、キャリア３３に揺動自在に軸支される。

連結板８３には、柱部７９の各ボルト挿通孔８５に対応する位置にボルト締結孔８７が形成され、また、揺動ホルダ３２の揺動軸７３に対応する位置に揺動軸孔９１が形成されている。

揺動ホルダ３２が、キャリア３３に対して揺動軸７３を中心に揺動することで、中間ローラ１９はキャリア３３の径方向に出没自在となる。

上記のキャリア本体８１と連結板８３とは、ピン嵌合によって相互に位置決めされる。すなわち、キャリア本体８１の柱部７９の先端部７９ａには、ピン９３を嵌挿するピン穴９５が形成され、連結板８３のキャリア本体８１側のピン穴９５と対応する位置には、ピン９３を嵌挿する図示しないピン孔が形成されている。

キャリア本体８１と連結板８３は、対応するピン穴９５同士の間にピン９３を配置した状態で互いに軸方向に押圧されることで、ピン９３がピン穴９５に圧入され、双方が設計位置に仮止めされる。なお、ボルト締結孔８７は、挿通するボルトがすきまを有して挿入可能な内径にされている。

＜中間ローラの軸方向変位＞
次に、中間ローラ１９の軸方向変位について詳細に説明する。
図７にローディングカム機構２３による中間ローラ１９の変位を説明するための摩擦ローラ式減速機の要部拡大断面図を示す。本構成の摩擦ローラ式減速機１００は、ローディングカム機構２３が、一対のリングローラ素子のうちいずれかの軸方向片側のみに配置される。すなわち、固定リングローラ素子２７と可動リングローラ素子２９のうち、可動リングローラ素子２９の軸方向片側にのみローディングカム機構２３が配置されている。

このローディングカム機構２３は、入力軸１１からの回転トルクに応じて、可動リングローラ素子２９を固定リングローラ素子２７に向けて変位させる。

中間ローラ１９は、ニードル軸受２２を介して入力軸１１に支持されており、このニードル軸受２２は、中間ローラ１９の軸方向変位を阻害せず、低抵抗でスムーズな軸方向スライド動作を実現する。これにより、中間ローラ１９がローディングカム機構２３から軸方向力を受けても、中間ローラ１９が軸方向にスムーズに移動し、摩耗やフリクションの発生が抑制される。

中間ローラ１９とリングローラ１７とは、軸方向に対してそれぞれ傾斜角αで転がり接触する。この場合、ローディングカム機構２３により可動リングローラ素子２９が軸方向力を受けて軸方向に変位すると、可動リングローラ素子２９及び固定リングローラ素子２７に径方向の弾性変形が生じる。

弾性変形は、リングローラ１７以外にも、サンローラ１５、リングローラ１７、中間ローラ１９にも生じ、特に、リングローラ１７に生じる外径方向への引張応力による弾性変形が最大となる。

リングローラ１７の径方向への弾性変形量（半径変化量）δと、軸方向への移動量Δとの関係は、下記（１）式で表される。

Δ ＝ δ／tan α ・・・（１）

また、中間ローラ１９の軸方向変位量は、可動リングローラ素子２９の移動量Δの半分となる。中間ローラ１９が軸方向に移動する際、中間ローラ１９と揺動ホルダ３２等の他の部材との干渉を防止するため、中間ローラ１９の軸方向両端には所定のすきまを予め設けておく必要がある。

そこで、図８に示すように、中間ローラ１９の端面１９ｂと揺動ホルダ３２のアーム部７１ａ，７１ｂとの間のすきまの総和２Ｓを、下記（２）式で表される関係に設定する。

２Ｓ ≧ Δmax／２ ＝ δmax／tan α／２ ・・・（２）

本構成のニードル軸受２２においては、軸方向２列に配列された針状ころ１１３と、各針状ころ１１３をそれぞれ保持する保持器１１５とを有する。また、ニードル軸受２２の両端には、溝付カラー１１７がそれぞれ介装されている。この溝付カラー１１７は、円筒状の周側壁１１７ａと、周側壁１１７ａの一端を径方向外側に折り曲げたつば部１１７ｂとを有する王冠状であり、周側壁１１７ａの他端には複数の切り欠き１１９が形成されている。また、周側壁の外径は中間ローラ１９の内径よりも小さくされている。

上記ニードル軸受２２の構成の場合、（２）式のすきま２Ｓは、軸方向一端部における溝付カラー１１７のつば部１１７ｂの周側壁１１７ａを臨む側の面から、この面に対面する中間ローラ１９の端面１９ｂまでの片端距離Ｓと、軸方向他端部における上記同様の片端距離Ｓとの総和２Ｓを意味する。

中間ローラ１９の両端に、総和が上記の２Ｓとなるすきまを設けることで、リングローラ１７が軸方向に最大移動量Δｍａｘで移動しても、中間ローラ１９が周囲の部材と干渉することがない。つまり、入力軸１１から回転トルクが伝達されると、中間ローラ１９がアーム部７１ａ側に（１）式で示す移動量Δの１／２だけ移動する。その場合でも、中間ローラ１９の軸方向にはすきま２Ｓが存在するので、中間ローラ１９の端面１９ｂは、アーム部７１ａや溝付カラー１１７のつば部１１７ｂ等の部材と干渉せずに軸方向変位が許容される。

また、中間ローラ１９の幅Ｗ（端面１９ｂ，１９ｂの軸間距離）は、ニードル軸受２２の幅Ｌとすきま２Ｓとの総和以上にすることが好ましい。これにより、中間ローラ１９が軸方向に変位しても、ニードル軸受２２の軸方向領域内に中間ローラ１９の端面１９ｂが入り込むことがなく、端面１９ｂによるエッジロードの発生を防止できる。

次に、中間ローラ１９を支持するニードル軸受２２の径方向のすきまについて説明する。
支持軸３１、ニードル軸受２２、中間ローラ１９は、それぞれ法線力が作用しない状態では、ニードル軸受２２に径方向の内部すきまが存在する寸法関係で構成されている。ニードル軸受２２に径方向の内部すきまが存在することで、各部品の組立が容易に行えるようになる。

しかし、ニードル軸受２２が径方向の内部すきまを有していると、その内部すきまの分、中間ローラ１９が傾斜して、トラクション面で滑りが発生する要因となる。トラクション面に生じる滑りは、転がり接触における力の伝達作用に影響を及ぼし、減速機全体の動力伝達効率を低下させる。そこで、ニードル軸受２２の径方向の内部すきまを小さくして、滑りを生じにくくする必要がある。

具体的には、次のようにしてニードル軸受２２の径方向の内部すきまを小さく設定する。すなわち、減速機の組立工程において各ローラに予圧を付与する。すると、サンローラ１５、リングローラ１７、中間ローラ１９の各ローラ間に法線力が作用する。中間ローラ１９は、この法線力によって法線方向へ縮径変形する。

このときのニードル軸受２２の径方向の内部すきまδａを、中間ローラ１９の縮径量δｂよりも小さく設定する。これにより、組立後のニードル軸受２２の径方向の内部すきまが常に存在しない状態となる。換言すれば、ニードル軸受２２の径方向の内部すきまが負のすきま（ニードル軸受２２の内外軌道面と各ころの転動面との間に、径方向（ラジアル方向）に関するがたの無い状態）となる。

減速機組立後の予圧付与時に、ニードル軸受２２の径方向の内部すきまが負のすきまに設定されることにより、中間ローラ１９の支持剛性は、予圧付与前よりも高くなり、中間ローラ１９の姿勢が安定する。これにより、中間ローラ１９のスキューの発生が抑制され、駆動中のトラクション面の滑りが低減される。よって、減速機の動力伝達効率が向上する。

上記は、予圧荷重による中間ローラ１９の変形により、ニードル軸受２２の径方向の内部すきまを負のすきまにする例であるが、ローディングカム機構２３により法線力を発生させる高トルク伝達時に、ニードル軸受２２の径方向の内部すきまが負のすきまになる寸法関係にしてもよい。

低トルク伝達時(予圧機構による法線力発生時)に、ニードル軸受２２の径方向の内部すきまが大きな負のすきまである場合、軸受フリクションが減速機の動力伝達効率に与える影響が大きくなり、減速機の効率を低下させる場合がある。そこで、ニードル軸受２２の径方向の内部すきまを上記寸法関係にすることで、低トルク伝達時には軸受フリクションが小さく、高トルク伝達時にはニードル軸受２２の径方向の内部すきまが負のすきまとなり、中間ローラ１９の支持剛性を高くすることができる。

＜中間ローラへの給油路＞
次に、中間ローラ１９に潤滑油を供給する給油路について説明する。
中間ローラ１９は、入力軸１１に動力が伝達された際に高速回転するため、常に潤滑油が供給されようになっている。本構成の摩擦ローラ式減速機１００は、中間ローラ１９が軸方向に移動した場合でも、潤滑油の供給油路を複雑化することなく、適正な供給位置に適正な油量で潤滑油が供給可能になっている。

以下に、具体的な供給油路の構成を説明する。図９はキャリア３３を揺動軸７３の中心軸を含む面で切断した一部断面斜視図、図１０は揺動ホルダ３２を支持軸３１の中心軸を含む面で切断した一部断面斜視図である。

図９に示すように、揺動ホルダ３２は、揺動軸７３によってキャリア３３に軸支される。キャリア３３は、図示しないハウジングに固定ボルトによって締結固定される。ハウジングには潤滑油の供給路が形成されており、潤滑油が吐出される潤滑油供給口が揺動軸７３の一端部１２１に開口する穿設穴１２３に接続される。穿設穴１２３は、揺動軸７３の一端部１２１から揺動軸７３に沿って形成され、ハウジング側から潤滑油が供給される。

図１０に示すにように、揺動軸７３には、穿設穴１２３と連通する連通孔１２５，１２７が形成される。連通孔１２５は揺動軸７３の環状溝１２９内で開口し、連通孔１２７は揺動軸７３の環状溝１３１内で開口している。揺動ホルダ３２のアーム部７１ａ，７１ｂには、中間ローラ１９の支持軸３１を支持する軸孔１３３，１３５が形成されており、アーム部７１ａには環状溝１２９と軸孔１３３とを連結する連絡孔１３７が形成されている。また、基部７５には、環状溝１３１から中間ローラ１９の外周面を臨む径方向外側を連通する第１噴射供給孔１３９，１３９が形成されている。

一方、支持軸３１には、支持軸３１に沿って穿設穴１４１が形成され、支持軸３１の中間部に穿設穴１４１中心から径方向外側を連通する第２噴射供給孔１４３，１４３が形成されている。また、支持軸３１の連絡孔１３７に対応する位置には連通孔１４５が形成され、連絡孔１３７と穿設穴１４１とを連通させている。穿設穴１４１の開口端は、図示しない栓体で塞がれている。

上記構成により、ハウジング側から揺動軸７３の穿設穴１２３に供給された潤滑油は、連通孔１２５を通じて環状溝１２９に充填され、更に連絡孔１３７と連通孔１４５を通じて支持軸３１の穿設穴１４１に供給される。穿設穴１４１に供給された潤滑油は、第２噴射供給孔１４３，１４３からニードル軸受２２に供給される。ニードル軸受２２に供給された潤滑油は、図８に示す保持器１１５のすきまを通り、ニードル軸受２２両端の溝付カラー１１７の切り欠き１１９を通じて中間ローラ１９の周囲に排出される。

また、潤滑油は、図１０に示す揺動軸７３の穿設穴１２３から連通孔１２７を通じて環状溝１３１に充填され、更に第１噴射供給孔１３９，１３９を通じて中間ローラ１９の外周面１９ａに噴射供給される。

ここで、中間ローラ１９が軸方向に移動しても、第１噴射供給孔１３９，１３９、及び第２噴射供給孔１４３，１４３から潤滑油を安定して供給することができる。特に、ニードル軸受２２に潤滑油を中間ローラ１９の外側から供給する場合、中間ローラ１９の軸方向位置が変化するため、給油先を変更する調整機構が必要となって油路構成が複雑となる。

しかし、本構成によれば、油路構成を複雑化することなく潤滑油が供給可能となる。すなわち、軸方向移動のない揺動軸７３から潤滑油を供給し、揺動ホルダ３２を介して支持軸３１に潤滑油を導き、支持軸３１の内部からニードル軸受２２に潤滑油を供給する構成とする。これにより、軸方向変位する中間ローラ１９に対して、複雑な油路を形成することなく常に安定して必要十分量の潤滑油が供給可能となる。

また、揺動軸７３は揺動ホルダ３２を支持するために高い剛性を有しており、軸方向に移動不能にキャリア３３に支持されている。上記の油路を形成しても揺動ホルダ３２に傾きを生じさせることがなく、中間ローラ１９の姿勢も安定して保つことができる。

＜中間ローラの支持構造の変形例＞
次に、中間ローラ１９の支持構造の変形例について詳細に説明する。
前述の図１０に示す揺動ホルダ３２のアーム部７１ａは、連絡孔１３７と、連絡孔１３７と同軸の先端孔１４７とが形成されている。連絡孔１３７と先端孔１４７は、切削や放電加工等の工法に形成され、アーム部７１ａの支持軸３１が支持される軸孔１３３側の先端から、揺動軸７３が支持される揺動軸支持孔１４９までを貫通させている。

アーム部７１ａの先端に形成された先端孔１４７は、支持軸３１を固定する図示しないスプリングピンが嵌挿される。

上記構造で、摩擦ローラ式減速機が動力伝達を行うと、各中間ローラ１９のトルク伝達の反力が支持軸３１に作用する。この反力の作用方向は、支持軸３１と揺動軸７３の垂直面内において、支持軸３１と揺動軸７３の軸心同士を結ぶ線の方向である。

アーム部７１ａに引張方向の反力が作用すると、スプリングピンが嵌挿された先端孔１４７の孔口元に応力集中が生じ、孔口元部分の破損を招くことがある。また、アーム部７１ａは、連絡孔１３７のような油路が形成されるため、アーム部７１ｂより剛性が低下する傾向がある。そのため、先端孔１４７の弾性変形量は、アーム部７１ｂのアーム先端の弾性変形量よりも大きくなる。

一対のアーム部７１ａ，７１ｂの弾性変形量が異なると、その差によって支持軸３１が傾き、中間ローラ１９に微小なスキューが発生する。中間ローラ１９にスキューが生じると、ローラ接触面で滑りが生じ、減速機の動力伝達効率が低下することになる。

そこで、本変形例では、支持軸３１の傾きを解消するため、揺動ホルダ３２Ａのアーム部７１ａ、７１ｂの剛性バランスを均等にしている。図１１に揺動ホルダ３２Ａの斜視図を示す。

本変形例の揺動ホルダ３２Ａは、一対のアーム部７１ａ，７１ｂのうち、油路となる連絡孔１３７が形成されたアーム部７１ａの軸方向のアーム幅Ｗａは、油路を有さないアーム部７１ｂの幅Ｗｂよりも大きい。

上記構成により、スプリングピンを嵌挿する先端孔１４７が存在するアーム部７１ａは、アーム幅ＷａがＷｂより広く形成されるため、アーム断面積が増加した分、負荷応力が低くなる。したがって、先端孔１４７による応力分布が生じても応力の絶対値は低下し、孔口元の応力集中が緩和される。これにより、アーム部７１ａに反力が作用しても破損が生じにくくなる。

また、各アーム部７１ａ，７１ｂは、反力によって生じるアーム先端の弾性変形量が均等になり、その結果、中間ローラ１９の姿勢が安定し、減速機の動力伝達効率の低下を防止できる。

更に、油路となる連絡孔１３７を有するアーム部７１ａは、揺動軸７３と支持軸３１との間の一部に、括れ部１５１を有していることが望ましい。括れ部１５１は、アーム幅をＷａからＷｃ（Ｗｃ＜Ｗａ）に軸方向の肉抜きがされた薄肉部である。アーム幅Ｗａの大きいアーム部７１ａに括れ部１５１を設けることで、各アーム部７１ａ，７１ｂの剛性バランスがより均等になる。その結果、各アーム部７１ａ，７１ｂに反力が作用した際の弾性変形量が、それぞれ均等になる。このため、中間ローラ１９の姿勢がより安定し、減速機の動力伝達効率の低下を一層防止できる。

また、括れ部１５１は、アーム幅方向に直交するアーム高さ方向に肉抜きしたものであってもよい。図１２に揺動ホルダ３２Ｂの斜視図を示す。揺動ホルダ３２Ｂの各アーム部７１ａ，７１ｂは、全体的にアーム高さがＨａで形成されている。油路となる連絡孔１３７を有するアーム部７１ａは、揺動軸７３と支持軸３１との間の一部に、アーム高さをＨｂ（Ｈａ＞Ｈｂ）とする括れ部１５３を有する。

アーム部７１ａは、括れ部１５３によって剛性が低下して、アーム部７１ｂとの剛性バランスを均等にできる。これにより、上記の括れ部１５１を設けた場合と同様の効果が得られる。

＜支持軸の材料と熱処理＞
次に、中間ローラ１９の支持軸３１の材料と熱処理について詳細に説明する。
支持軸３１は、ＪＩＳ鋼種であるＳＵＪ２，ＳＫ５，ＳＫ８５等が使用可能である。また、支持軸３１は、少なくとも軌道面（ニードル軸受２２との接触面）の最表面層の残留オーステナイト量を、１５体積％以上、４０体積％以下とすると共に、表面から中心までの平均残留オーステナイト量を８体積％以下とし、且つ表面から２％Ｄａ（Ｄａ：ニードル軸受２２のローラ径）深さまでの表面層におけるビッカース硬さをＨｖ６５０以上としている。
これにより、高温、高速、高荷重下で使用しても経時変化が少なく、長寿命化を図ることができる支持軸３１を提供することができる。

端部が揺動ホルダ３２に加締め固定される支持軸３１に対しては、硬化熱処理として浸炭処理、浸炭窒化処理及び窒化処理の内のいずれか一つの処理を施した後に焼鈍を行い、且つ軌道面には高周波焼入れが施される。場合によっては浸炭処理等の特殊熱処理を施すことであってもよい。また、軌道面の最表面層の窒素濃度は０．０５重量％以上とされ、支持軸３１の端部表面のビッカース硬さは、Ｈｖ２００以上、Ｈｖ３００以下とされている。なお、支持軸３１の端部を加締め固定しない場合には、ずぶ焼きが施される。

表１に支持軸３１に使用可能な材料Ａ〜Ｋを示す。

支持軸３１は、表１に示すＡ〜Ｋの合金鋼素材を、鍛造や旋削、研削等にて所定の寸法に加工した後、硬化熱処理を施し、更に研削等で仕上げ加工を行うことにより製造できる。
硬化熱処理は、例えば次のア〜キの条件で行うことができる。
ア：浸炭窒化→焼鈍→高周波焼入れ→焼戻し
イ：浸炭窒化→高周波焼入れ→焼戻し
ウ：窒化処理→高周波焼入れ→焼戻し
エ：浸炭窒化→ずぶ焼入れ→焼戻し
オ：浸炭→焼鈍→高周波焼入れ→焼戻し
カ：浸炭→ずぶ焼入れ→焼戻し

但し、
浸炭窒化処理：８２０〜９２０℃で１〜５時間
Ｒｘガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス雰囲気
処理後放冷

窒化処理：５５０〜５７０℃で２〜２０時間
アンモニアガス雰囲気

浸炭 ：８２０〜８８０℃で１〜５時間
エンリッチガス＋アンモニアガス雰囲気
処理後放冷

焼鈍 ：６００〜７２０℃で１〜５時間

高周波焼入れ：周波数１００ｋＨｚ、電圧３〜６ｋＶ、電流２. ５〜５. ５Ａ シャフト移動速度２〜２０ｍｍ／ｓ
冷却液：水溶性冷却液

ずぶ焼入れ：８２０〜８７０℃で０．５〜１時間

焼戻し：１６０〜５００℃で１〜３時間

なお、支持軸３１の材料と熱処理の条件についての詳細は、特許第４３８０２１７号公報に記載されているので、必要に応じて適宜参照されたい。

以上説明したように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

上記構成の摩擦ローラ式減速機１００は、リングローラ１７を一対のリングローラ素子で構成して、一方のリングローラ素子をローディングカム機構で軸方向に移動させているが、これに限らず、サンローラ１５を一対のサンローラ素子で構成し、ローディングカム機構により、いずれか一方のサンローラ素子を軸方向に移動させる構成としてもよい。

１１ 入力軸
１３ 出力軸
１５ サンローラ
１７ リングローラ
１９ 中間ローラ
２１ 連結部
２２ ニードル軸受
２３ ローディングカム機構
２７ 固定リングローラ素子（第１ローラ素子）
２９ 可動リングローラ素子（第２ローラ素子）
３１ 支持軸（自転軸）
３２ 揺動ホルダ（ホルダ）
１００ 摩擦ローラ式減速機

Claims (1)

1. 入力軸と同心に配置されるサンローラと、前記サンローラの外周側に前記サンローラと同心に配置されるリングローラと、前記サンローラの外周面と前記リングローラの内周面との間で、前記入力軸と平行な自転軸を中心として回転自在に支持され、前記サンローラの外周面と前記リングローラの内周面に転がり接触する複数の中間ローラと、前記リングローラと出力軸とを連結する連結部と、各ローラの転がり接触面の接触面圧を変更するローディングカム機構と、を備える摩擦ローラ式減速機であって、
   前記サンローラと前記リングローラのいずれか一方は、前記入力軸の軸方向に並設された第１ローラ素子及び第２ローラ素子からなり、それぞれの転がり接触面は、前記第１，第２ローラ素子同士が互いに対向する対向側端面から該対向側端面とは反対側の外側端面に向かって、前記中間ローラの自転軸中心までの距離が短くなる傾斜面にされ、
   前記ローディングカム機構は、前記第１，第２ローラ素子のうちいずれかの前記軸方向の片側にのみ配置され、前記入力軸の回転トルクに応じて、前記第１，第２ローラ素子の一方を他方に向けて変位させるものであり、
   前記中間ローラは、前記自転軸にニードル軸受を介して回転自在に支持され、且つ前記自転軸の両端部を支持するホルダに、前記中間ローラの端面と前記ホルダとの間で前記軸方向へ移動可能なすきまを有して支持されていることを特徴とする摩擦ローラ式減速機。

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