JP6665788B2 - 摩擦ローラ式増速機 - Google Patents

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Description

本発明は、摩擦ローラ式増速機に関する。
摩擦ローラ式増速機の一つとして、ウェッジローラを用いる方式が知られている。図37にウェッジローラ方式の増速機が搭載された過給機の一例を示す(特許文献1参照)。過給機311は、低速側軸313に入力されたモータの回転を増速して、高速側軸315を回転駆動する。高速側軸315に接続されたインペラ317は、高速回転されることで渦巻管319内の空気を圧縮する。
この過給機311に搭載された増速機321は、図38に示すように、高速側軸315と、高速側軸315の周囲にその回転軸線を高速側軸315の回転軸線に対して偏心させた状態で回転可能に配置されたリングローラ323と、高速側軸315とリングローラ323との間に、それぞれ回転自在に配置された二つの固定ローラ325,327と一つの可動ローラ329を備える。リングローラ323は、低速側軸313(図37参照)に接続され、図示しないモータによって低速側軸313と一体に回転駆動される。固定ローラ325,327及び可動ローラ329の各外周面は、それぞれリングローラ323の内周面と高速側軸315の外周面に転がり接触する。可動ローラ329は、環状空間331の円周方向へ若干の変位が可能に支持されたウェッジローラであり、ばね333によって環状空間331の径方向幅の狭い領域に向けて、弾性的に押圧されている(図中矢印Pc)。このばね333による押圧により、可動ローラ329の外周面は、高速側軸315の外周面及びリングローラ323の内周面を押圧するくさび作用が生じる。すると、高速側軸315への押圧力は、二つの固定ローラ325,327に伝播して、各ローラの接触面圧を増加させる。また、低速側軸313が回転駆動され、リングローラ323が図中R1方向に回転すると、可動ローラ329を図中Pc方向に押圧する上記同様のくさび作用が生じる。
また、上記構成の増速機321においては、図37に示すように、過給機のセンタープレート335に形成された挿通孔337に高速側軸315が軸受339を介して回転自在に支持される。また、高速側軸315の軸受339の外側(インペラ317側)には、増速機321内部に供給される潤滑油が漏れないように、オイルシール341が配置されている。
しかしながら、上記構成の増速機321では、低速側軸313に入力される回転トルクに応じて、可動ローラ329の回転軸が移動する構造であるため、高速側軸315は、伝達する回転トルクに応じて径方向へ押圧される。すると、高速側軸315は径方向に偏心するため、増速機321の運転条件によっては、図37に示すオイルシール341が偏摩耗し、高速側軸315とオイルシール341との間に隙間が生じることがある。その場合、この隙間を通じて潤滑油が外部に漏れ出す虞がある。
そこで、高速側軸315とオイルシール341との間に隙間が生じないように、オイルシールの締め代を大きくすることが考えられる。しかし、締め代を大きくするとオイルシールの摩擦が増加して、出力軸の回転トルクが増大し、増速機のトルク伝達効率を低下させる不利が生じてしまう。
また、ウェッジローラを用いた摩擦ローラ式増速機として、例えば特許文献2、3に記載されたものが知られている。これらの摩擦ローラ式増速機においては、ウェッジローラへの予圧の付与は、ローラ支持軸の両端を押圧する方式か、ウェッジローラ両側面に配置された支持軸受の外径面を弾性部材により直接押圧する方式が採られている。
上記した特許文献2の摩擦ローラ式増速機を、高速回転する用途に適用する場合には、ウェッジローラの支持軸として、ニードル軸受や滑り軸受よりも、高速回転に適した玉軸受を使用することが好ましい。しかし、玉軸受を適用する場合、ニードル軸受や滑り軸受に比較してキャリア内の軸受の占める容積が増加するため、予圧バネを配置する空間が小さくなる不利がある。
ウェッジローラを用いた摩擦ローラ式増速機においては、固定ローラ及びウェッジローラとリングローラとの各接触面、並びに、固定ローラ及びウェッジローラとサンローラとの各接触面のそれぞれが、動力を伝達するトラクション面となる。トラクション面で伝達される接線力と法線力との比(トラクション係数)は、高い周速度ではトラクション油の温度が上がるため、低くなる傾向がある。トラクションオイルを潤滑油として用いた場合でも、周速が20m/s以下の低速時で約0.06〜0.08、周速が30m/sを超える高速時で約0.04〜0.06にトラクション係数が低下する。すなわち、増速機が高速回転する場合には、より大きな予圧を付与する必要がある
したがって、高速回転域で使用される摩擦ローラ式増速機は、より高い予圧を必要とするが、予圧を付与する弾性部材の取り付け可能な空間が小さいという背反がある。
このような状況を解決するためには、より小型でバネ定数の大きな硬いバネを使用することが挙げられる。しかし、バネを硬く設計すると、少ない容積で十分な予圧を得ることができる反面、増速機の組立時に硬いバネを圧縮して組み付ける必要が生じ、組立性が著しく低下する。
また、摩擦ローラ式増速機の他の構成例として、図39に示す特許文献3の構成が知られている。この摩擦ローラ式増速機では、予圧を与える弾性部材351が、押圧ピン353を介してウェッジローラ355の支持軸357を押圧している。その場合、押圧ピン353の頭部の平面が、ウェッジローラの支持軸357の円筒面に摺接するので、双方の摺接部位は線接触状態となり、長期間の使用では摩耗等の問題が発生しやすくなる。この問題は特許文献2の構成においても同様に発生する。
更に、歯車伝動とは異なり、滑らかな表面を持つ少なくとも2個の回転体を強く押し付け、これら2個の回転体の間に潤滑油膜を介在させて、動力を伝達するトラクションドライブ式変速機が知られている(例えば特許文献4参照)。
図40に特許文献4に開示されるローラ式変速機360の断面図を示す。ローラ式変速機360は、低速側シャフト361と、低速側シャフト361に接続される外輪363と、高速側シャフト365と、外輪363と高速側シャフト365との間に配置される複数のガイドローラ367とを備える。
上記構成のローラ式変速機360は、複数のガイドローラ367が、ニードル軸受369を介して支持軸371に支持されている。このため、支持軸371と、ニードル軸受369との当接面に潤滑油を供給するには、油孔373を支持軸371の一端側(図40の左端側)から支持軸371の長手方向中央部まで穿設する必要があった。更に、支持軸371の長手方向中央部には、油孔373の潤滑油をニードル軸受369へ噴出させるための油孔375が半径方向にも穿設されている。このような構成から、支持軸371は、一端側の剛性が低下し、ローラを安定的に支持するのに必要な剛性バランスが崩れやすい。特に、押し付け力が作用するガイドローラ367の場合、支持軸371の剛性バランスが劣化すると、トラクション力が変動する。ローラ式変速機360は、トラクション力が変動すれば、動力伝達効率が低下する虞がある。
そして、ウェッジローラ増速機は、特許文献1、5等に開示されるように、低速軸を入力側とし、高速軸を出力側とされている。このウェッジローラ増速機は、例えば空気コンプレッサ等に好適に用いることができる。ウェッジローラ増速機を用いた空気コンプレッサは、モータ等の原動機の回転力を低速軸に入力し、高速軸に固定されたインペラを渦巻管内で回転させて、空気を圧縮する。
ウェッジローラ増速機は、高速軸に結合されるサンローラと、サンローラに対し偏心して配置されて低速軸に結合されるリングローラと、サンローラとリングローラとの間の環状空間に配置される中間ローラ(固定ローラ及び可動ローラ)とを有して構成される。可動ローラは、環状空間における径方向幅の狭い領域に、ばねによって弾性的に押圧され、この押圧によりサンローラの外周面及びリングローラの内周面を押圧するくさび作用を生じさせる。ウェッジローラ増速機は、このくさび作用を利用することで、リングローラ、中間ローラ、サンローラの各接触面間に伝達トルクに比例した押付力が得られる。その結果、高速回転時の滑り、低速回転時の駆動損失を生ずることがない。
しかしながら、ウェッジローラ増速機の高速軸は、極めて高速(例えば、最高回転速度が130,000rpm)で回転するため、回転中心に対して非対称性や不均一な質量分布があると、軸が振動し、軸受の早期磨耗や破壊の虞がある。そのため、高速軸は、目的の回転速度領域に応じたバランス修正を必要とする。バランス修正は、高速軸単体を回転し、測定した不釣合いを打ち消すように、軸体を削るか、軸に重りを付加して行う。ところが、従来の高速軸の支持構造は、少ないスペースに多くの部品(シールハウジング、カラー、スペーサ等)を組み付ける必要があり、バランス修正のための加工面が少ない。また、高速軸は、バランス修正を行うための加工面がサンローラ側に偏って配置されていたため、バランス修正が十分に行えない問題があった。
また、特許文献2の摩擦ローラ式増速機は、小型化、低騒音化が図れるため、例えば、電動式車輪駆動装置等の分野に使用される。
図41に要部断面を模式的に示す摩擦ローラ式の変速機は、前述したように、高速側軸381と、リングローラ383と、ローラ385と、を備える。リングローラ383は、高速側軸381の周囲にその回転軸線を高速側軸381の回転軸線に対して偏心させた状態で回転可能に配置される。ローラ385は、高速側軸381とリングローラ383との間にそれぞれ回転自在に配置される。なお、図示例では一つのローラのみを示している。
上記構成の摩擦ローラ式の変速機においては、ローラ385の支持軸387の両端が、軸受389,391を介してハウジング393に固定される。そのため、ローラ385をハウジング393に組み付けるためには、ローラ385と軸受389,391との軸方向隙間を調整して固定する必要があり、ローラ385の組立作業が繁雑になる。また、支持軸387は、ローラ385を径方向に支持する構造であり、ローラ385に強い軸方向力が加わった場合に、ローラ385を安定して支持することが難しい。
また、ハウジング393に形成される図示しない潤滑油供給油路からローラ385に供給される潤滑油は、リングローラ383には十分な油量で供給される。しかし、軸受389,391の転動体には、有効に供給することが難しかった。
日本国特開2003−201850号公報 日本国特開2003−184976号公報 日本国特開2004−332822号公報 日本国特開2004−169762号公報 日本国特開2003−301906号公報
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、従来の摩擦ローラ式増速機の問題を解決し、高速回転を可能にする摩擦ローラ式増速機を提供することにある。
本発明は下記構成からなる。
高速側軸と、該高速側軸の回転軸線から偏心した位置に配置され前記高速側軸と相対回転が可能なリングローラと、前記リングローラと同心に結合された低速側軸と、外周面を前記高速側軸の外周面及び前記リングローラの内周面に当接させた状態で回転可能にローラ支持部材に軸支された少なくとも一つの固定ローラと、前記リングローラと前記高速側軸との間に形成された環状空間における径方向の幅寸法が狭い領域に配置され、前記幅寸法が狭くなる方向へ変位可能に押圧付勢される少なくとも一つの可動ローラと、を備える摩擦ローラ式増速機であって、
前記可動ローラ、該可動ローラの支持軸の両端を回転自在に支持する一対の軸受、及び前記一対の軸受を保持するローラホルダが一体となった可動ローラユニットと、
前記ローラホルダの径方向一端部に設けられ、前記可動ローラユニットを前記幅寸法が狭くなる方向へ付勢する弾性部材と、
を有し、
前記可動ローラユニットは、前記ローラホルダの前記径方向一端部とは反対側の径方向他端部から、前記弾性部材に向けて押圧可能に前記ローラ支持部材に支持されていることを特徴とする摩擦ローラ式増速機。
本発明の摩擦ローラ式増速機は、予圧付与のための部品の摩耗や、組立性の低下を招くことなく、高い予圧力を付与できる。以て、摩擦ローラ式増速機を高速回転域での使用に適した構成にできる。
本発明の実施形態を説明するための図で、第1構成例の摩擦ローラ式増速機の断面図である。 図1のA−A線断面矢視図である 軸受ユニットの断面図である。 軸受ユニットの分解斜視図である。 ユニット収容部内に配置された軸受ユニットの変位の様子を示す説明図である。 第2構成例の摩擦ローラ式増速機の断面図である。 軸受ユニットと高速側軸の断面図である。 軸受ユニットと高速側軸の分解斜視図である。 (A)は、インペラが低速で回転している状態の円筒状カラーとコイルスプリングの状態を示す一部拡大断面図、(B)は、インペラが高速で回転している状態の円筒状カラーとコイルスプリングの状態を示す一部拡大断面図である。 図1のA−A線断面における要部矢視図である 摩擦ローラ式増速機の図10に示すB−B線断面における断面矢視図である。 可動ローラユニットの断面図である。 可動ローラユニットの分解斜視図である。 可動ローラユニットを仮止めした状態を示す断面図である。 摩擦ローラ式増速機の断面図である。 図15のC−C線断面矢視図である。 図16のD−D線断面矢視図である。 (A)は増速比10の摩擦ローラ式増速機の高速側軸に直交する面の断面図、(B)は増速比6の摩擦ローラ式増速機の高速側軸に直交する面の断面図である。 図15に示した摩擦ローラ式増速機の支持軸近傍の拡大断面図である。 摩擦ローラ式増速機の一実施形態の断面図である。 出力軸ユニットの断面図である。 出力軸ユニットの分解斜視図である。 参考例に係る出力軸ユニットの要部断面図である。 第1構成例の摩擦ローラ式増速機の断面図である。 大径固定ローラの正面図である。 図25に示す大径固定ローラのE−E線断面図である。 大径固定ローラがセンタープレートに固定された状態を示す断面図である。 第2構成例の複列の玉軸受を備えた固定ローラ軸受の断面図である。 図2に示すF−F線断面を示す第3構成例の摩擦ローラ式増速機の断面図である。 増速機に組み込まれる大径ローラの軸方向インペラ側から見た側面図である。 図30のG−G線断面図である。 増速機に組み込まれるウェッジローラの軸方向から見た側面図である。 図32のH−H線断面図である。 第4構成例の大径固定ローラの断面図である。 第5構成例のウェッジローラの断面図である。 第6構成例の大径固定ローラの断面図である。 従来の過給機の構成を示す部分断面図である。 従来の増速機の構成を模式的に示す断面図である。 従来の摩擦ローラ式増速機の要部構成を示す平面図である。 従来のローラ式変速機の断面図である。 従来の摩擦ローラ式変速機の構成を示す要部断面図である。
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。
<第1構成例>
図1は本発明の実施形態を説明するための図で、第1構成例の摩擦ローラ式増速機の断面図、図2は図1のA−A断面矢視図である。本構成の摩擦ローラ式増速機は、原動機(モータ)の回転力を増速し、渦巻管内に配置したインペラ(羽車)で空気を圧縮する方式のコンプレッサ等の、特に速い回転速度が要求される機器に適用できる。
図1及び図2に示すように、摩擦ローラ式増速機(以下、増速機と略称する)100は、出力軸である高速側軸11と、高速側軸11と平行に配置された入力軸である低速側軸13と、固定ローラである大径固定ローラ15、小径固定ローラ17と、可動ローラであるウェッジローラ19と、リングローラ21とを有する。各ローラ15,17,19の周囲は、内部に潤滑油が供給される筐体23によって覆われる。
原動機に接続される低速側軸13は、一端部にリングローラ21が同心に結合されており、原動機からの回転力をリングローラ21に伝達する。リングローラ21は、高速側軸11の回転軸線から偏心した位置に配置され、高速側軸11との相対回転が可能に低速側軸13と一体に回転する。
高速側軸11は、例えば、図示しない渦巻管内のインペラが固定され、インペラを回転駆動することによって空気を圧縮する。
図2に示すように、リングローラ21と高速側軸11との間には、大径固定ローラ15、小径固定ローラ17、ウェッジローラ19が設けられる。大径固定ローラ15、小径固定ローラ17、ウェッジローラ19は、それぞれの外周面を高速側軸11の外周面及びリングローラ21の内周面に当接させた状態で、図1に示すキャリア29とセンタープレート31との間で回転可能に支持される。
ウェッジローラ19は、リングローラ21と高速側軸11との間に形成される環状空間33の径方向の幅寸法が狭い領域に配置される。そして、ウェッジローラ19は、この幅寸法が狭くなる方向へ変位可能に支持され、かつ、この幅寸法が狭くなる方向へ押圧部20によって押圧付勢される。
図1に示す低速側軸13は、軸受37を介して碗状の低速軸ハウジング35に支持される。低速軸ハウジング35は、碗状の先端部35aが、図示しないボルトによりセンタープレート31に固定され、基端35bが、低速側軸13を内輪で支持する軸受37の外輪に接続される。
低速軸ハウジング35の基端35b側には、軸方向(以降の説明では、高速側軸11や低速側軸13の軸方向を、単に軸方向として呼称する)外側に、低速側軸13との間でオイルシール39が取り付けられる。
センタープレート31は、低速軸ハウジング35が固定される側とは反対側に、高速軸ハウジング43が固定される。この高速軸ハウジング43と、前述のセンタープレート31及び低速軸ハウジング35とが一体になって、各ローラ15,17,19の周囲を覆う筐体23が構成される。
高速軸ハウジング43は、軸受ユニット45が収容されるユニット収容部47が形成される。図3に軸受ユニット45の断面図、図4に軸受ユニット45の分解斜視図を示す。軸受ユニット45は、円筒状の軸受ハウジング51に高速側軸11が挿入され、高速側軸11の軸方向中間の大径部11aを回転自在に支持する。
軸受ユニット45は、軸受ハウジング51と、軸受ハウジング51の内周部と高速側軸11の大径部11aとの間に配置された軸受53,55と、軸受ハウジング51の軸方向一端部に圧入されたシールハウジング57とを備える。
シールハウジング57の一端部の内部には、シール部材としてのオイルシール59が嵌挿され、オイルシール59が高速側軸11に挿通されることによって、軸受ハウジング51の軸受53,55を含む内側空間が塞がれる。また、軸受ハウジング51の外周面には、環状溝63,65が形成され、各環状溝63,65にOリング67,69が装着される。
更に詳細には、軸受ユニット45は、軸受ハウジング51の軸方向他端部(図3の右側)から順に、予圧ばね71、軸受55、スペーサ73、軸受53、カラー75及び止め輪77、シールハウジング57、オイルシール59が配置される。
高速側軸11の大径部11aには、軸受53,55がスペーサ73を挟んで配置され、スペーサ73が配置された位置の径方向外側から各軸受53,55に潤滑油が供給される。軸受53,55は、カラー75によって内輪が軸方向に固定され、軸方向の一方(図3の右側)に配置された予圧ばね71により、適正な予圧が与えられる。また、軸方向の他方は、止め輪77が軸受53の外輪に当接することにより、軸受53,55が共に予圧された状態で軸受ハウジング51に固定される。
軸受ハウジング51の外周には、軸受53,55に潤滑油を供給するリセス溝81と、リセス溝81内に外周面と内周面とを連通する貫通孔83が形成される。これらリセス溝81と貫通孔83は、軸受ハウジング51の軸方向に沿った環状溝63と65との間の領域に形成される。リセス溝81と貫通孔83がOリング67と69の間に配置されることで、潤滑油漏れを防止できる。
また、軸受ハウジング51は、キー溝85が形成され、キー溝85に回り止めのキー87が係合する。また、高速軸ハウジング43に形成されたユニット収容部47の内周には、キー溝85に対応する位置に切り欠き部89(図1参照)が形成される。キー溝85と切り欠き部89にキー87が係合することで、軸受ユニット45が高速側軸11と共に回転することを防止できる。
上記構成の増速機100によれば、高速軸ハウジング43のユニット収容部47に、軸受ユニット45の外周面から突出するOリング67,69を接触させて軸受ユニット45が収容される。そのため、軸受ユニット45は、ユニット収容部47に対してOリング67,69の潰し代に相当する距離分だけ径方向に移動自在に支持される。つまり、軸受ユニット45は、ユニット収容部47内にフローティング支持された状態になる。
この構造により、低速側軸13に入力された回転トルクに応じて、ウェッジローラ19の回転軸が移動し、高速側軸11に径方向の偏心が生じた場合でも、Oリング67,69が弾性変形する。これにより、高速側軸11に生じた偏心が吸収される。また、オイルシール59は高速側軸11に追従して動くため、オイルシール59が高速側軸11によって潰されることがなく、オイルシール59に偏摩耗が生じることはない。
図5にユニット収容部47内に配置された軸受ユニット45の変位の様子を模式的に示す。軸受ユニット45は、高速側軸11が偏心した場合に、Oリング67,69が押し潰されることで、高速側軸11にΔdの径方向変位が許容される。また、高速側軸11は、軸受ユニット45の外周に、軸方向へ離間して設けた2個以上のOリングにより支持されることで、図示したΔθ方向の傾斜は生じにくくなる。
実際の増速機100における、高速側軸11の径方向移動量は50μm程度で、ユニット収容部47と軸受ユニット45との隙間は250μm程度である。したがって、軸受ユニット45の外周面とユニット収容部47との隙間は、高速側軸11の偏心量よりも十分に大きく、高速側軸11に生じた偏心を確実に吸収できる。よって、高速側軸11が偏心しても、オイルシール59により高いシール性を維持できる。また、オイルシール59の締め代を小さく設計できる。
オイルシール59の締め代を小さくできることで、高速側軸11の回転トルクの損失が低減され、増速機100の速度変換効率の低下を抑制できる。また、オイルシール59は、高速側軸11の偏心発生時でも高速側軸11に対して径方向に変位することがなく、シールの偏摩耗や潤滑油の流出が生じない。
<第2構成例>
次に、摩擦ローラ式増速機の第2構成例を説明する。本構成の増速機は、出力軸に取り付けるシールを、より摩擦トルクの小さなメカニカルシールを用いて構成している。
図6は、インペラ25及び渦巻管91を取り付けた第2構成例の摩擦ローラ式増速機の断面図である。なお、以降の説明においては、同一の部材に対しては同一の符号を付与することで、その説明を簡単化、又は省略する。
増速機200は、第1構成例の増速機100と同様に、原動機(モータ)の回転力を増速し、渦巻管91内に配置したインペラ25により空気を圧縮する方式のコンプレッサに用いられる。
増速機200は、高速側軸11と、低速側軸13と、前述同様の大径固定ローラ15A、小径固定ローラ(図示略)、ウェッジローラ(図示略)、リングローラ21と、を有する。大径固定ローラ15Aを含む各摩擦ローラの周囲は、内部に潤滑油が供給される筐体23によって覆われる。
本構成の大径固定ローラ15Aは、外輪94と内輪96と転動体98とを有する。大径固定ローラ15Aは、内輪96の軸方向一端側に形成された突起部102が、センタープレート31に形成された挿入孔104に圧入される。この構成により、大径固定ローラ15Aはセンタープレート31に片持ち支持され、両持ち支持される場合と比較して、部品点数の削減と組立性の向上が図られる。
高速軸ハウジング43は、軸受ユニット45Aが収容されるユニット収容部47が形成される。図7に軸受ユニット45Aと高速側軸11の断面図、図8に軸受ユニット45Aと高速側軸11の分解斜視図を示す。本構成の軸受ユニット45Aは、図7に示すように、高速側軸11のインペラ固定側(図中左側)にメカニカルシールを備える。
以下にメカニカルシールの構造を説明する。
シールハウジング57は、軸受ハウジング51のインペラ25(図6参照)側の端部に固定される。図7に示すように、シールハウジング57の内径面95と高速側軸11との間の環状空間80は、図6に示すインペラ側の渦巻管91内の空間に連通される。
このシールハウジング57の内径面95の内側には、インペラ側から順に、円筒状カラー99と、弾性部材であるコイルスプリング101とが、それぞれ高速側軸11に挿通された状態で配置される。円筒状カラー99とコイルスプリング101の外径は、シールハウジング57の内径面95の直径と略等しいか、僅かに小さい。
また、シールハウジング57は、内径面95の反インペラ側端部に、径方向内側へ突出する突出部103が形成される。コイルスプリング101は、軸方向一端部がこの突出部103に当接し、軸方向他端部が円筒状カラー99の反インペラ側端面に当接する。これにより、コイルスプリング101は、円筒状カラー99をインペラ側に付勢する。
更に、シールハウジング57は、内径面95のインペラ側端部より僅かに軸方向内側に、円環溝105が形成される。この円環溝105には止め輪107が収容される。止め輪107は、円筒状カラー99のインペラ側端面に当接して、円筒状カラー99の抜け止めとして機能する。
高速側軸11は、シールハウジング57に挿通される領域において、直径が相対的に大きい大径部109と、相対的に小さい小径部111との直径の異なる外径面を有する。大径部109の直径Doutは、円筒状カラー99の内径に略等しく、小径部111の直径Dinは、大径部109の直径Doutより小さい。
また、大径部109の外径面には、少なくとも一本の螺旋溝113が形成される。螺旋溝113は、図6に示すインペラ25の回転に伴って、渦巻管91内の空気をインペラ25の背面から軸受ユニット45A側に引き込む向きに捩れて形成される。
次に、上記構成のメカニカルシールの作用を説明する。
図9(A)は、インペラが低速で回転している状態の円筒状カラー99とコイルスプリング101の状態を示す一部拡大断面図である。この状態では、コンプレッサ圧力が小さいため、渦巻管内の空気が円筒状カラー99のインペラ側端面に及ぼす力よりも、コイルスプリング101の弾性反発力が大きい。したがって、円筒状カラー99は、コイルスプリング101によってインペラ側に付勢される。そのため、円筒状カラー99は、止め輪107に当接する軸方向位置、すなわち、高速側軸11の大径部109の位置に配置される。
この場合の円筒状カラー99の内径面と高速側軸11の外径面とのクリアランスは、非常に小さく設定され、例えば中間嵌め程度とされる。このため、潤滑油はインペラ側に漏洩することがない。また、円筒状カラー99と高速側軸11との間の摩擦トルクは、上記クリアランスが小さいため、増大する傾向になる。しかし、高速側軸11の回転速度が低い状態であるため、摩擦トルクと回転速度の積で与えられる摩擦損失(動力損失)は小さく抑えられる。
また、この場合には、高速側軸11が回転すると、円筒状カラー99に形成された螺旋溝113によって、インペラ側から軸受ユニット45A側に空気が引き込まれる(図中点線Pa参照)。このポンプ効果によって、低速回転において、潤滑油がインペラ側に漏洩することを防止できる。
図9(B)は、インペラが高速で回転している状態の円筒状カラー99とコイルスプリング101の状態を示す一部拡大断面図である。この状態では、コンプレッサ圧力が高まり、コイルスプリング101の弾性反発力に打ち勝って、円筒状カラー99が反インペラ側に付勢される。
このときの円筒状カラー99は、高速側軸11の小径部111の位置に移動する。したがって、円筒状カラー99の内径面と高速側軸11の外径面とのクリアランスが大きくなり、双方の摩擦は空気の粘性摩擦を除いて殆ど発生しない。また、クリアランスが大きくても、シールハウジング57内の環状空間80は、インペラ側の渦巻管と連通して高い圧力状態にある。そのため、クリアランスを通じてインペラ側から軸受ユニット45A側に空気が引き込まれる(図中Pb参照)。この空気の流れによって、潤滑油はインペラ側に漏洩することが防止される。
上記のように、本構成のオイルシールによれば、高速側軸11の低速回転時や高速回転時のいずれであっても、摩擦抵抗を小さく抑えつつ、しかも潤滑油の漏洩を確実に防止することができる。
一方、オイルシールが接触式シールの場合は、高速側軸11にシール部材が常時接触することになる。そのため、高速側軸11の停止時であっても、回転時であっても有効に潤滑油を封止できる。しかしながら、この接触式シールにおいては、シール部材が高速側軸11に常時接触するために摩擦抵抗が大きくなる。特に空気コンプレッサに用いる場合には、高速側軸11は、最高回転速度が130,000rpm(13,613rad/s)程度に達することもある。
その場合、たとえシール部材の接触部で生じる摩擦トルクが、例えば0.2Nm程度の小さい値であったとしても、回転速度との積で与えられる摩擦損失は2.7kW程度と、非常に大きくなってしまう。
本構成のメカニカルシールを備えた増速機200によれば、上記のような高速回転時においても摩擦損失を抑制して、高効率な動力伝達が行える。
<第3構成例>
本構成例の摩擦ローラ式増速機(増速機)の断面図は、前述の図1と同様であるため省略する。図10は図1のA−A断面矢視図である。本構成の増速機300は、原動機(モータ)の回転力を増速し、渦巻管内に配置したインペラ(羽車)で空気を圧縮する方式のコンプレッサ等の、特に速い回転速度が要求される機器に適用できる。
図1及び図10に示すように、増速機300は、出力軸である高速側軸11と、高速側軸11と平行に配置された入力軸である低速側軸13と、固定ローラである大径固定ローラ15、小径固定ローラ17と、可動ローラであるウェッジローラ19と、リングローラ21とを有する。各ローラ15,17,19の周囲は、内部に潤滑油が供給される筐体23によって覆われる。
原動機に接続される低速側軸13は、一端部にリングローラ21が同心に結合されており、原動機からの回転力をリングローラ21に伝達する。リングローラ21は、高速側軸11の回転軸線から偏心した位置に配置されており、高速側軸11との相対回転が可能に低速側軸13と一体に回転する。
高速側軸11は、例えば、図示しない渦巻管内のインペラ(羽車)が固定され、インペラを回転駆動することによって空気を圧縮する。
リングローラ21と高速側軸11との間には、大径固定ローラ15、小径固定ローラ17、ウェッジローラ19が設けられる。大径固定ローラ15、小径固定ローラ17、ウェッジローラ19は、それぞれの外周面を高速側軸11の外周面及びリングローラ21の内周面に当接させた状態で、キャリア29とセンタープレート31との間で回転可能に支持される。
大径固定ローラ15,小径固定ローラ17は、ローラ支持部材であるキャリア29及びセンタープレート31に軸支され、ウェッジローラ19は、詳細を後述する可動ローラユニットに支持され、可動ローラユニットがキャリア29に支持される。
図10に示すように、ウェッジローラ19は、リングローラ21と高速側軸11との間に形成される環状空間33の径方向の幅寸法が狭い領域に配置される。そして、ウェッジローラ19は、この幅寸法が狭くなる方向(B−B線上の矢印Paの反対方向)へ変位可能に支持され、かつ、この幅寸法が狭くなる方向へ後述する予圧バネによって押圧付勢される。
図1に示す低速側軸13は、軸受37を介して碗状の低速軸ハウジング35に支持される。低速軸ハウジング35は、碗状の先端部35aが、図示しないボルトによりセンタープレート31に固定され、基端35bが、低速側軸13を内輪で支持する軸受37の外輪に接続される。
低速軸ハウジング35の基端35b側には、軸方向外側に、低速側軸13との間でオイルシール39が取り付けられる。
センタープレート31は、低速軸ハウジング35が固定される側とは反対側に、高速軸ハウジング43が固定される。この高速軸ハウジング43と、前述のセンタープレート31及び低速軸ハウジング35とが一体になって、各ローラ15,17,19の周囲を覆う筐体23を構成する。
高速側軸11は、高速軸ハウジング43内で軸受53,55に回転自在に支持されている。
次に、ウェッジローラ19の構成について説明する。図11は摩擦ローラ式増速機の図10に示すB−B断面における断面矢視図である。
ウェッジローラ19は、ウェッジローラ19と、ウェッジローラ19の支持軸61の両端を回転自在に支持する一対の軸受64A,64Bと、一対の軸受64A,64Bを保持するローラホルダ66とが一体となった可動ローラユニット70に支持される。
図12に可動ローラユニット70の断面図、図13に可動ローラユニットの分解斜視図を示す。可動ローラユニット70のローラホルダ66は、二分割されており、分割ホルダ66Aと分割ホルダ66Bとを有する。
一組の分割ホルダ66A,66Bの間には、ウェッジローラ19及び軸受64A,64Bが挟持される。各分割ホルダ66A,66Bは、それぞれに形成されたピン穴72に連結部材であるノックピン68を圧入することによって、相互に連結され、ウェッジローラ19と軸受64A,64Bと共に一体化される。
可動ローラユニット70は、ローラホルダ66の径方向一端部に平坦部74を有する。この平坦部74には、弾性部材としてのコイル状の予圧バネ76と、予圧バネ76のコイル内部に挿入される押圧ロッド78が配置される。
可動ローラユニット70は、図10,図11に示すように、押圧ロッド78がセンタープレート31の内壁面79とキャリア29の内壁面82に当接した状態でセンタープレート31とキャリア29との間に収容されている。
可動ローラユニット70は、押圧ロッド78がセンタープレート31とキャリア29に一端が当接した状態で予圧バネ76の弾性復元力を受けて、図10に示すB−B線に沿う方向、即ち、環状空間33における径方向の幅寸法が狭くなる方向に付勢される。
可動ローラユニット70が予圧バネ76により付勢されることで、ウェッジローラ19と高速側軸11及びリングローラ21(図1参照)との接触面圧が増加し、更に、高速側軸11との接触面圧は、大径固定ローラ15,小径固定ローラ17を介してリングローラ21に伝播する。したがって、予圧バネ76は、各ローラ15,17,19間の接触面圧を増加させ、ローラ間における滑りの発生を抑制する。
本構成によれば、ローラホルダ66がウェッジローラ19と軸受64A,64Bとを一体に収納し、ウェッジローラ19への予圧は、予圧バネ76がローラホルダ66の外表面を押圧することで与えている。そのため、予圧バネ76からの押圧力は、ウェッジローラ19の支持軸61のような摺動面ではなく、ローラホルダ66の平坦部74に負荷される。したがって、長期間の使用であっても予圧を付与するための部品には、摩耗による問題が生じない。
次に、上記可動ローラユニット70をセンタープレート31とキャリア29の所定位置に配置する組み付け工程を説明する。前述したように、摩擦ローラ式増速機300が高速回転する場合には、予圧バネ76のバネ定数を高めることが好ましい。しかし、その場合には、予圧バネ76を押し縮めながら増速機内に組み込まなければならず、組み付け工程が煩雑となる不利がある。
そこで、本構成の摩擦ローラ式増速機300は、可動ローラユニット70を、ローラホルダ66の予圧バネ76が当接する側の径方向一端部とは反対側の径方向他端部の押圧面90を押圧可能に支持する。
図11に示すように、一体に組み立てられた可動ローラユニット70を、センタープレート31と低速軸ハウジング35の所定位置に組み付ける際、ローラホルダ66の押圧面90を押圧した状態に維持する。つまり、予圧バネ76を押し縮めた状態で可動ローラユニット70全体を所定位置に仮止めする。
図14に可動ローラユニット70を仮止めした状態における図11の要部拡大断面図を示す。本構成においては、ローラホルダ66の押圧面90を予圧バネ76に向けて押圧するために、仮止め部材としての止ネジ84,86を用いている。
止ネジ84,86は、先端部84a,86aに尖り部、後端部に六角穴84b、86bを有し、外周に雄ネジが形成された穴付き止ネジである。
センタープレート31には、止ネジ84を挿通させる貫通孔92と、止ネジ84の外周と螺合する雌ネジ部97が形成される。リングローラ21、低速軸ハウジング35には、止ネジ86を挿通させる貫通孔117,119が形成され、キャリア29には、止ネジ86の外周と螺合する雌ネジ部121が形成される。
止ネジ84を、図示しない六角レンチを六角穴84bに装着した状態で、センタープレート31に形成した貫通孔92から挿入し、雌ネジ部97に螺合させる。そして、ローラホルダ66の分割ホルダ66A側の押圧面90に止ネジ84の先端部84aが当接するまで六角レンチを操作して、止ネジ84を雌ネジ部97内で押し進める。
止ネジ86も同様に、低速軸ハウジング35,リングローラ21の貫通孔117,119から挿入し、雌ネジ部121に螺合させる。そして、ローラホルダ66の分割ホルダ66B側の押圧面90に先端部86aが当接するまで、六角レンチを操作して、止ネジ86を雌ネジ部121内で押し進める。
止ネジ84を雌ネジ部97にねじ込むことで、分割ホルダ66Aの押圧面90が径方向に押圧される。また、止ネジ86を雌ネジ部121にねじ込むことで、分割ホルダ66Bの押圧面90が径方向に押圧される。この径方向の押圧力(図10の矢印Paも参照)によって、予圧バネ76,76を押し縮めた状態にできる。
止ネジ84,86のねじ込み量は、ウェッジローラ19と、リングローラ21、高速側軸11とが接触しない位置までに調整される。そして、予圧バネ76を押し縮めた状態のまま、全ての部品の組み付けを行う。
組み付け完了後に止ネジ84,86を雌ネジ部97,121から抜き取ると、予圧バネ76のバネ力によって、各ローラ15,17,19,21及び高速側軸11に適切な法線力が付与されるようになる。
止ネジ84,86を抜き取った後の貫通孔92,119には、図11に示すように、プラグ123,125が嵌められる。これらのプラグ123,125により、貫通孔92,119が気密に封止される。
次に、上記構成の作用を説明する。
本構成の摩擦ローラ式増速機300によれば、ウェッジローラ19と、その支持軸61に設ける軸受64A,64Bがローラホルダ66に一体に収納され、ローラホルダ66ごと予圧バネ76によって予圧を与えるため、予圧を付与する部材に摺動面が存在せず、長時間の使用においても摩耗等の問題を生じることがない。
また、ウェッジローラ19と軸受64A,64Bをローラホルダ66に一体としてから組み付けるため、ウェッジローラ19、軸受64A,64B、予圧バネ76等を別々に組み付ける方法と比べると、組立が格段に容易になる。
更に、止ネジ84,86によって予圧バネ76を押し縮めた状態のまま、増速機各部の組立てが行えるため、組立性が低下することはない。そのため、より硬いバネを採用することができ、高速域の使用に適した強い予圧力を簡単に得ることができる。また、より硬いバネを使用すれば、バネの配置スペースが小さくて済み、より高速回転に適した外径の大きい軸受が使用可能となる。
可動ローラユニット70には、各軸受64A,64Bの配置位置に対応して予圧バネ76が設けてあるため、予圧力を可動ローラユニット70にバランス良く負荷できる。その結果、ウェッジローラ19のトラクション面に均一な押し付け力を与えることができ、良好な接触状態を常に安定して維持できる。
また、ウェッジローラ19は、伝達するトルクに応じて移動するため、ローラホルダ66と、キャリア29、センタープレート31との間が摩耗しやすい。そのため、ローラホルダ66と、キャリア29、センタープレート31との少なくとも一方は、硬質材を使用することが望ましい。例えば、鋼材からなるローラホルダ66を熱処理して、ローラホルダ66の表面に硬化層を形成したり、ウェッジローラ19と、キャリア29、センタープレート31とをアルミ等の軽金属で形成したりするとよい。
ローラホルダ66にアルミ等の軟質材料を使用する場合は、摺動面が摩耗しにくいように、表面を硬質皮膜で覆うことが好ましい。硬質皮膜としては、例えば、無数の微細孔を持つ硬質皮膜の孔中に、自己潤滑性の優れた錫を析出させ、更にその表面にPTFEの微粒子を化学的に吸着させた皮膜等が例示できる。
なお、本構成のウェッジローラ19は、支持軸61の両端を一対の予圧バネ76により押圧しているが、ウェッジローラ19の軸方向中央を1つのバネで押し付ける構造としてもよい。
<第4構成例>
図15は第4構成例の摩擦ローラ式増速機(増速機)の断面図、図6は図15のC−C断面矢視図である。
本構成の増速機400は、出力軸である高速側軸11と、高速側軸11と平行に配置された入力軸である低速側軸13と、大径固定ローラ15と、小径固定ローラ17(図16参照)と、可動ローラであるウェッジローラ19(図2参照)と、リングローラ21とを有する。大径固定ローラ15と、小径固定ローラ17と、ウェッジローラ19は、筐体23の内部に配置される。筐体23は、密閉され、内部に潤滑油が供給される。
原動機であるモータ(図示略)等に接続される低速側軸13は、一端部にリングローラ21が同心に結合されており、原動機からの回転力をリングローラ21に伝達する。リングローラ21は、高速側軸11の回転軸線から偏心した位置に配置されており、高速側軸11との相対回転が可能に低速側軸13と一体に回転する。
高速側軸11は、例えば図示しない渦巻管内のインペラ25(羽車)が固定され、インペラ25を回転駆動することによって空気を圧縮する。
リングローラ21と高速側軸11との間には、大径固定ローラ15、小径固定ローラ17、ウェッジローラ19が設けられている。大径固定ローラ15、小径固定ローラ17、ウェッジローラ19は、それぞれの外周面を高速側軸11の外周面及びリングローラ21の内周面に当接させた状態で、キャリア29とセンタープレート31との間で回転可能に軸支されている。
図16に示すように、ウェッジローラ19は、リングローラ21と高速側軸11との間に形成される環状空間33の径方向の幅寸法が狭い領域に配置される。そして、ウェッジローラ19は、この幅寸法が狭くなる方向へ変位可能に支持され、かつ、この幅寸法が狭くなる方向(図中矢印Pb方向)へ押圧部41によって押圧付勢される。
図15に示す低速側軸13は、軸受37を介して低速軸ハウジング35に支持されている。低速軸ハウジング35は、碗状の先端部35aがセンタープレート31に固定され、基端35bが低速側軸13を支持する軸受37の外輪に接続される。
低速軸ハウジング35の基端35b側には、軸方向外側に、低速側軸13との間でオイルシール39を固定する入力側シールハウジング48が取り付けられる。
センタープレート31は、低速軸ハウジング35が固定される側とは反対側に、高速軸ハウジング43が固定されている。この高速軸ハウジング43と、前述のセンタープレート31及び低速軸ハウジング35とが一体になって、各ローラ15,17,19,21の周囲を覆う筐体23を構成している。
高速軸ハウジング43は、高速側軸11を回転自在に支持する軸受ユニット45をユニット収容部47に収容する。軸受ユニット45は、高速側軸11の軸方向中間の大径部を支持し、全体が円筒形状に構成されている。
軸受ユニット45は、円筒形状の軸受ハウジング51と、軸受ハウジング51の内周面と高速側軸11の大径部の外周面との間に配置された軸受53,55と、軸受ハウジング51の軸方向一端部に圧入され、オイルシール59が嵌挿されたシールハウジング57とを備える。シールハウジング57は、オイルシール59によって軸受ハウジング51の内側空間を密閉する。また、軸受ハウジング51の外周面には、Oリング67,69が装着される。
大径固定ローラ15、小径固定ローラ17は、それぞれが転がり軸受を介してキャリア29とセンタープレート31との間に回転可能に支持される。高速軸ハウジング43と、固定ローラ支持部材であるセンタープレート31とには、潤滑油が供給される潤滑油供給油路126(図15参照)が、双方に渡って形成される。
潤滑油供給油路126は、高速軸ハウジング43の外表面に開口する潤滑油供給口127に接続される潤滑油供給管継手128から潤滑油が供給される。高速軸ハウジング43の潤滑油供給油路126を通過した潤滑油は、センタープレート31の潤滑油供給油路126に流れる。
図17は図16のD−D断面矢視図である。大径固定ローラ15のローラ両端には支持軸61、小径固定ローラ17のローラ両端には支持軸129が、それぞれ回転軸線の方向に突出して形成される。大径固定ローラ15のローラ本体15aと支持軸61、小径固定ローラ17のローラ本体17aと支持軸129は、それぞれ回転軸線を中心とした同心に配置される。
大径固定ローラ15は、一対の支持軸61のうち一方が、転がり軸受64Aを介してセンタープレート31(図15参照)に支持され、他方の支持軸61が転がり軸受64Bを介してキャリア29に支持される。
また、小径固定ローラ17は、一対の支持軸129のうち一方が、転がり軸受131Aを介してセンタープレート31(図15参照)に支持され、他方の支持軸129が転がり軸受131Bを介してキャリア29に支持される。支持軸61,129には、それぞれ回転軸線に沿って同一断面形状の中空孔133,134が貫通して形成されている。中空孔133,134の断面形状は、回転軸線を中心とした円形状となる。
支持軸61,129の端面は、支持軸61,129を貫通する中空孔133,134が開口する。支持軸61,129は、一方の端面が、センタープレート31との間に形成される潤滑油供給間隙135に開放している。また、他方の端面が、キャリア29との間に形成される潤滑油供給間隙136に開放している。それぞれの潤滑油供給間隙135、潤滑油供給間隙136は、各ローラの支持軸61,129を支持している転がり軸受64A,64B,131A,131Bの側面を表出させている。すなわち、転がり軸受64A,64B,131A,131Bの内外輪の間隙から転動体(玉)を表出させている。
大径固定ローラ15、小径固定ローラ17の中空孔133,134には、中空パイプ137,138が挿通される。中空パイプ137,138は、軸断面が円環状の直管である。
中空パイプ137,138は、支持軸61,129及びローラ本体15a,17aに穿設された中空孔133,134の内面には非接触となる。つまり、大径固定ローラ15、小径固定ローラ17は、中空パイプ137,138と干渉することなく回転する。
中空パイプ137,138は、それぞれの支持軸61,129から両端が突出されて、一端がセンタープレート31に圧入され(図1参照)、他端がキャリア29の凹部に挿入される。
センタープレート31側に挿入された中空パイプ137,138の一端は、センタープレート31に形成される潤滑油供給油路126(図15参照)にパイプ内空間139が連通する。なお、中空パイプ137,138の他端は、キャリア29の凹部に挿入される。キャリア29の凹部には、図示しない溝部が形成され、溝部はウェッジローラ19(図16参照)の回転軸に潤滑油を供給する流路を形成している。
中空パイプ137,138には、少なくとも側面の一部に潤滑油噴出口141が穿設される。つまり、潤滑油は、潤滑油供給油路126(図1参照)からパイプ内空間139へ入り、潤滑油噴出口141から噴出する。
本構成例において、潤滑油噴出口141は、センタープレート31に形成される潤滑油供給間隙135と、キャリア29に形成される潤滑油供給間隙136とのそれぞれで開放される。
潤滑油噴出口141の断面積は、中空パイプ137,138の潤滑油供給油路126との接続端側(センタープレート31に形成される潤滑油供給間隙135の側)よりも、接続端とは反対側(キャリア29に形成される潤滑油供給間隙136の側)の遠位端の方が大きい。
この断面積の大小関係は、同一開口面積の潤滑油噴出口141の数を変えることによって設定されてもよい。すなわち、本構成例のように、同一開口面積の潤滑油噴出口141が、接続端では1つ、遠位端では2つとすることができる。この他、潤滑油噴出口141の断面積の大小関係は、同一数で設けられる潤滑油噴出口141の開口面積を変えることによって設定されてもよい。
図18(A)は増速比10の増速機の高速側軸に直交する面の断面図、図18(B)は増速比6の増速機の高速側軸に直交する面の断面図である。
本構成例の増速機400において、低速側軸13と高速側軸11の増速比は10である。増速比を大きくするためには図18(A)に示すように、リングローラ21の内径DLと高速側軸11の外径Dsの比を大きくしなければならない。
増速比を大きく設計する場合は、大径固定ローラ15の外径D1、小径固定ローラ17の外径D2、及びウェッジローラ19の外径Dwの、リングローラ21の内径DLに対する比率が、図18(B)に示す増速比が小さい場合(増速比6)に比較して、大きくなる。
図18(A),(B)から分かるように、増速比の大きな増速機410は、キャリアブリッジ143(図16参照)の配置可能な面積が相対的に小さい。例えば、図18(A)に示す増速比10の増速機410では、高速側軸11と大径固定ローラ15との接線である水平仮想線93よりも上側に、小径固定ローラ17とウェッジローラ19の一部分がはみ出し、キャリアブリッジ143の配置可能な配置面積146が、図18(B)に示す増速比6の増速機420の配置面積146よりも相対的に小さくなることが分かる。
表1は、本構成例に係る速度比の増速機410,420におけるローラ外径D1,D2,Dwと、比較例に係る速度比の増速機におけるローラ外径D1,D2,Dwを、各々の高速側軸の外径Dsを1に規格化して比較したものである。
表1から分かるように、増速比の大きな増速機410は、大径固定ローラ15、小径固定ローラ17、ウェッジローラ19の3つのローラの外径D1,D2,Dwのリングローラ内径DLに対する比率が大きい。
ウェッジローラ19が高速回転する場合には、潤滑及び冷却の目的でトラクション面と転がり軸受64A,64B,131A,131Bに適切な潤滑油を供給する必要がある。特に出力軸回転速度が数万rpmを超えるような場合においては、主として冷却の目的で多くの潤滑油を供給する必要があり、必要な油路の直径も大きくなる。
しかしながら、図18(A),(B)の比較から理解されるように、特に増速比の小さなウェッジローラ19を用いた増速機420ではキャリアブリッジ143の配置可能な面積が小さくなる。このため、仮にキャリアブリッジ内に直径の大きな油路を形成した場合には、キャリア29の強度剛性の低下を生じさせ、好ましくない。
これに対し、増速比の大きなウェッジローラ19を用いた増速機410は、大径固定ローラ15、小径固定ローラ17、ウェッジローラ19の直径が高速側軸11に対して相対的に大きいという特徴がある。そのため、増速比の大きな増速機410は、この特徴を有効に利用することで、上記のように、大径固定ローラ15、小径固定ローラ17の少なくとも一方を中空軸とし、それらの内部に中空パイプ137,138を配置して潤滑油を供給することができる。
このように、本構成例に係る増速機400によれば、増速比の大きい場合であっても、直径の大きくなるローラの配置スペースを有効利用できる。その結果、キャリア強度を低下させずに、充分な断面積の油路を、支持軸61,129の中空孔133,134を利用して確保することが可能となる。
次に、上記した構成の作用を更に詳細に説明する。
図19は図15に示した増速機400の支持軸近傍の拡大断面図である。本構成の増速機400においては、固定ローラ(大径固定ローラ15、小径固定ローラ17)が、支持軸61を有する。
支持軸61は、ローラ本体15aの両端から回転軸線に沿う方向に突出する。固定ローラは、回転軸線に直交し、かつ軸線方向の中央位置を通る仮想面147を挟んで、面対称に形成される。このローラ両端から突出したそれぞれの支持軸61の外周が、転がり軸受131A,131Bによって、ローラ本体15aから等距離の位置で支持される。そして、固定ローラには、一方の支持軸61から他方の支持軸61に貫通する中空孔134が穿設される。
このような構成から、支持軸61と一体となった固定ローラは、図19に示す軸線方向の中央位置から一端側と、その反対側の他端側との剛性が等しくなる。
一方、前述した従来の増速機においては、図40に示すように、ローラを支持する支持軸371は、ニードル軸受369に潤滑油を供給する油孔373を、支持軸371の長手方向中央部まで穿設する必要がある。そのため、回転軸線の中央位置よりも一端側(図27の左端側)の剛性が低下する。更に、油孔373に連通する油孔375の周辺に応力集中が発生しやすくなる。
つまり、本構成例の増速機400は、従来の増速機に比べ、固定ローラのローラ両端側の剛性バランスが安定する。これにより、本構成例の増速機400は、大径固定ローラ15、小径固定ローラ17を安定的に支持するのに必要な支持軸61の剛性バランスが崩れない。その結果、増速機400は、支持軸61に大きな径方向力が負荷されても、振動や応力集中の発生が抑えられ、安定したトラクション力が得られる。これにより、動力伝達効率が低下することがない。
また、支持軸61がニードル軸受により支持された場合、支持軸61には必ずスラスト力が発生する。このスラスト力を保持するためにはスラストワッシャが必要となるが、スラストワッシャは、軸受の高速回転時の摩擦損失を高めてしまう。そこで、本構成のように支持軸61をニードル軸受に代えて玉軸受により支持することで、支持軸61を高速回転させた場合でも摩擦損失を低減できる。
中空孔134には、中空パイプ138が、支持軸61に干渉することなく挿通される。増速機400は、中空パイプ138が潤滑油供給油路126と接続されることによって、側面の一部に設けられた潤滑油噴出口141から、潤滑油を転がり軸受131A,131Bのそれぞれへ供給可能としている。
上記構成により、大径固定ローラ15、小径固定ローラ17の軸自体に、油路形成用として煩雑な孔開け加工をする必要がなく、製造工程を簡略化できる。また、潤滑油を中空パイプ138により転がり軸受131A,131Bに導くため、潤滑油の噴射方向を簡単に設定できる。しかも、組立時に噴射方向の調整も可能となり、自由度の高い油路形成が可能となる。
なお、中空孔134に潤滑油供給用の中空パイプ138を設けずに、潤滑油を中空孔134に直接供給すれば、増速機400の部品点数を削減できる。しかし、その場合はローラの回転により中空孔134を通る潤滑油が攪拌され、流路損失を生じてしまう。そのため、油路が回転することのない中空パイプ138を通じて潤滑油を供給することが望ましい。
また、増速機400は、接続端とは反対側の遠位端における潤滑油噴出口141の断面積が、接続端側よりも大きくなる。これにより、圧力損失による潤滑油量の低下が発生しにくく、ローラ両端の転がり軸受131A,131Bに、潤滑油が均等に供給可能となる。
なお、本構成例では、可動ローラ(ウェッジローラ19)は、中空孔の形成されない支持軸149(図16参照)によって支持されるが、固定ローラと同様に、中空孔を有する支持軸によって支持されてもよい。
<第5構成例>
図20は第5構成例の摩擦ローラ式増速機(増速機)の断面図である。図20のE−E線断面矢視図は、図2と同様であるため省略する。本構成の増速機500は、原動機(モータ)の回転力を所定の変速比で増速し、渦巻管内に配置したインペラ(羽車)で空気を圧縮する方式のコンプレッサ等の、特に速い回転速度が要求される機器に適用できる。
図20及び図2に示すように、増速機500は、出力軸である高速側軸11Aと、高速側軸11Aと平行に配置された入力軸である低速側軸13と、固定ローラである大径固定ローラ15と、小径固定ローラ17(図2参照)と、可動ローラであるウェッジローラ19(図2参照)と、リングローラ21とを備える。摩擦ローラである大径固定ローラ15、小径固定ローラ17、ウェッジローラ19の周囲は、内部に潤滑油が供給される筐体23によって覆われる。
不図示の原動機に接続される低速側軸13は、一端部にリングローラ21が同心に結合されており、原動機からの回転力をリングローラ21に伝達する。リングローラ21は、高速側軸11Aの回転軸線から偏心した位置に配置されており、高速側軸11Aとの相対回転が可能に低速側軸13と一体に回転する。
高速側軸11Aは、低速側軸13側とは反対の一端側にインペラ(図示略)が固定され、不図示の渦巻管内でインペラを回転駆動することによって空気を圧縮する。
リングローラ21と高速側軸11Aとの間には、大径固定ローラ15、小径固定ローラ17、及びウェッジローラ19が設けられる。大径固定ローラ15、小径固定ローラ17、及びウェッジローラ19は、それぞれの外周面を高速側軸11Aの外周面及びリングローラ21の内周面に当接させた状態で、キャリア29とセンタープレート31との間で回転可能に支持される。
前述の図2に示すように、ウェッジローラ19は、リングローラ21と高速側軸11Aとの間に形成される環状空間33の径方向の幅寸法が狭い領域に配置される。そして、ウェッジローラ19は、この幅寸法が狭くなる方向へ変位可能に支持され、且つ、この幅寸法が狭くなる方向へ押圧部20によって付勢される。
図20に示す低速側軸13は、軸受37を介して碗状の低速軸ハウジング35に支持される。低速軸ハウジング35は、碗状の先端部35aが、図示しないボルトによりセンタープレート31に固定され、基端35bが、低速側軸13を内輪で支持する軸受37の外輪に接続される。
低速軸ハウジング35の基端35b側には、軸方向(以降の説明では、高速側軸11Aや低速側軸13の軸方向を、単に軸方向として呼称する)外側に、低速側軸13と低速軸ハウジング35との間をシールするオイルシール39が取り付けられる。
センタープレート31は、低速軸ハウジング35が固定される側とは反対側に、高速軸ハウジング43が固定される。この高速軸ハウジング43と、前述のセンタープレート31及び低速軸ハウジング35とは、一体になって各ローラ15,17,19の周囲を覆う筐体23を構成する。
高速軸ハウジング43には、軸受ユニット45を収容するユニット収容部47が形成される。
図21に軸受ユニット45Bの断面図、図22に軸受ユニット45Bの分解斜視図を示す。
軸受ユニット45Bは、全体が円筒状に構成されており、高速側軸11Aが筒内に挿入され、高速側軸11Aの軸方向中間の大径部11aを回転自在に支持する。
軸受ユニット45Bは、円筒状の軸受ハウジング51と、軸受ハウジング51の内周部と高速側軸11Aの大径部11aとの間に配置された転がり軸受としてのアンギュラ軸受53,55(背面組合せ形の複列アンギュラ軸受52)と、を備える。
軸受ハウジング51の軸方向一端部(インペラ側)の内部には、オイルシール59が嵌挿されて設けられる。オイルシール59は、高速側軸11Aに挿通されることによって軸受ハウジング51の複列アンギュラ軸受52を含む内側空間を塞いでいる。なお、オイルシール59は、ラビリンスシールやメカニカルシールを使用することもできる。
軸受ハウジング51の外周面には、環状溝63,65が形成され、各環状溝63,65にOリング67,69が装着される。
更に詳細には、軸受ユニット45Bは、軸受ハウジング51の軸方向他端部(反インペラ側)から順に、止め輪77、弾性体であるウェーブワッシャ等の予圧ばね71、アンギュラ軸受55、アンギュラ軸受53、及びオイルシール59が配置される。アンギュラ軸受55と53との間には、後述する高速側軸11Aの最大外径部62が配置される。
本構成の増速機500の高速側軸11Aは、アンギュラ軸受53,55を挟む軸方向両脇側にバランス修正面151,152を有する。
高速側軸11Aは、軸受ユニット45Bに組み込む前に、出力軸単体で図21に示したバランス修正面151,152の2面を除肉することで、バランス修正が施される。例えば、単体の高速側軸11Aを、アンギュラ軸受53,55の取付面とインペラ取付面とを支持した状態で回転させ、バランス修正面151,152を切削加工等により除肉する。本構成においては、一対のバランス修正面151,152が、それぞれ個別に調整可能であることで、大きな調整代で微調整が行える。なお、バランス修正は、バランス修正面151,152を除肉する他にも、重りを付加する等の種々の方式を組み合わせて調整してもよい。このときの目標とする不釣合の許容レベルは、JIS B 0905で規定される釣合い良さ等級のG2.5以上である。
バランス修正面151,152は、それぞれの外径が高速側軸11Aにおけるアンギュラ軸受53,55の取付面の外径より小さい。また、バランス修正面151,152の軸方向長さLは、バランス修正面151,152の外径Dfの半値以上とされる。つまり、軸方向長さL/外径Df≧1/2の関係を満たす。これにより、バランス修正面151,152は、軸方向長さLが軸中心からの距離よりも大きくなり、軸を削ったり重りを付加したりするバランス調整作業のための十分なボリューム(体積)の確保が可能となる。
バランス修正面151,152は、その外径Dfが、アンギュラ軸受53,55の取付面の外径より小さく、且つ、工具(ドリル等)で削れるだけの上記したボリュームが必要である。より具体的な寸法は、アンギュラ軸受53,55の取付面の外径がφ15mmに対して、バランス修正面151,152の外径がφ11mm、軸方向長さLが5mmである。そのため、直径で4〜5mmの切り込みを施すことでバランス修正面151,152を形成できる。
更に、高速側軸11Aは、高速側軸11Aの軸方向中央に径方向外側へ突出する凸部である最大外径部62が形成される。この最大外径部62の軸方向両脇側に、アンギュラ軸受53,55を取り付ける軸受取付部が設けられる。
最大外径部62は、その外周面をバランス修正面とすることもできる。したがって、摩擦ローラ式増速機500は、バランス修正面151,152と、最大外径部62の外周面との3箇所でバランス修正が可能となる。
高速側軸11Aの大径部11aには、1対のアンギュラ軸受53,55が、最大外径部62を境にしてそれぞれ異なる方向から挿入される。これらアンギュラ軸受53,55は、正面組合せ(DF)で配置される。アンギュラ軸受53,55は、その内輪が最大外径部62に当接することで、内輪同士の接近方向の移動が規制される。
また、アンギュラ軸受53の外輪は、最大外径部62とは反対側の端面が、軸受ハウジング51に形成された最大外径部62の段部側面に当接する。一方、アンギュラ軸受55の外輪は、軸方向の一方(図21の右側)に配置された予圧ばね71により、オイルシール59側に付勢される。これにより、最大外径部62を介して並設される1対のアンギュラ軸受53,55の外輪は、共に適正な予圧が与えられた状態で軸受ハウジング51に固定される。
なお、摩擦ローラ式増速機500によって、インペラが回転駆動されるターボチャージャー等を構成する場合、インペラが回転駆動されると、軸方向の気圧差が生じて高速側軸11Aはインペラ側へ軸力を受ける。このため、軸受ユニット45B内の予圧ばね71がインペラ側に配置されると、低速側軸13側(反インペラ側)のアンギュラ軸受55に予圧抜けが発生する虞があるので、予圧ばね71は、インペラの反対側に配置するのが望ましい。
アンギュラ軸受53,55には、最大外径部62が配置される位置の径方向外側から潤滑油が供給される。軸受ハウジング51の外周には、アンギュラ軸受53,55に潤滑油を供給するリセス溝81と、リセス溝81内に外周面と内周面とを連通する貫通孔83が形成される。これらリセス溝81と貫通孔83は、軸受ハウジング51の軸方向に沿った環状溝63と環状溝65との間の領域に形成される。リセス溝81と貫通孔83がOリング67と69の間に配置されることで、潤滑油漏れが防止される。
また、軸受ハウジング51は、キー溝85が形成され、キー溝85に回り止めのキー87が係合される。また、図20に示す高速軸ハウジング43に形成されたユニット収容部47の内周には、キー溝85に対応する位置に切り欠き部89が形成される。キー溝85と切り欠き部89にキー87が係合することで、軸受ユニット45Bが高速側軸11Aと共に回転することが防止される。
上記構成の軸受ユニット45Bは、高速軸ハウジング43のユニット収容部47に、軸受ハウジング51の外周面から突出するOリング67,69を接触させて収容される。そのため、軸受ユニット45Bは、ユニット収容部47に対してOリング67,69の潰し代に相当する距離分だけ径方向に移動自在に支持される。つまり、軸受ユニット45Bは、ユニット収容部47内に径方向に移動自在にフローティング支持された状態になる。
この構造により、低速側軸13に入力された回転トルクに応じて、ウェッジローラ19の回転軸が径方向に移動し、高速側軸11Aに径方向の偏心が生じた場合でも、Oリング67,69が弾性変形することによって、高速側軸11Aに生じた偏心を吸収できる。また、オイルシール59は高速側軸11Aに追従して動くため、オイルシール59が高速側軸11Aによって潰されることがなく、オイルシール59に偏摩耗が生じることはない。
前述の図5に示すように、本構成の軸受ユニット45Bついても、高速側軸11Aが偏心した場合に、Oリング67,69が押し潰されることで、高速側軸11AにΔdの径方向変位が許容され、Δθ方向の傾斜が生じにくくなる。
その他の作用効果も、前述の増速機100と同様であるため、ここでは説明を省略する。
摩擦ローラ式増速機500は、オイルシール59の締め代を小さくできることで、高速側軸11Aの回転トルクの損失が低減され、速度変換効率の低下を抑制できる。また、オイルシール59は、高速側軸11Aの偏心発生時でも高速側軸11Aに対して径方向に変位することがなく、シールの偏摩耗や潤滑油の流出が生じない。
上記構成の増速機500は、不図示の原動機から低速側軸13に入力された回転が、低速側軸13と一体に回転するリングローラ21に伝達される。更に、リングローラ21に伝達された回転が、押圧部20によって幅寸法の狭くなる方向へ押圧付勢されるウェッジローラ19のくさび作用により、接触面圧が増加されながら、大径固定ローラ15、小径固定ローラ17、及びウェッジローラ19に伝達される。3つのローラ15,17,19は、高速側軸11Aに動力を伝達し、高速側軸11Aに固定されたインペラを回転させて空気を圧縮する。
一方、高速側軸11Aの最大外径部62は、アンギュラ軸受53の内輪に当接してアンギュラ軸受53,55の軸方向位置の位置決めを行う。また、予圧ばね71の弾性力によってアンギュラ軸受53,55に予圧が付与される。
また、高速側軸11Aは、軸受ハウジング51の外周に配設されたOリング67,69を介して高速軸ハウジング43にフローティング支持されるので、軸受ユニット45Bのラジアル方向の変位を吸収して、アンギュラ軸受53,55に負荷される荷重が軽減する。
次に、上記した構成の作用を更に詳細に説明する。
上記の軸受ユニット45Bは、高速側軸11Aを回転自在に支持する複列のアンギュラ軸受53,55と、高速側軸11Aの外周をシールするオイルシール59が固定されると共に、複列のアンギュラ軸受53,55の外周面を内径部で支持し、外径部が高速軸ハウジング43にフローティング支持される軸受ハウジング51と、を備える。
ここで、上記構成の軸受ユニット45Bを、参考例としての出力軸ユニットと比較して説明する。図23は参考例に係る出力軸ユニット156の要部断面図である。
参考例に示す出力軸ユニット156は、高速側軸11Aに1対のアンギュラ軸受53,55がスペーサ73を挟んで組み付けられ、軸方向に抜けないようカラー75を圧入固定している。アンギュラ軸受53は、外輪が軸方向に抜けないよう止め輪77によって固定される。このような構造の場合も、バランス修正は、上記と同様にアンギュラ軸受53,55の取付面と、インペラ取付面とを支持して回転させ、2つのバランス修正面154,155を削ってバランス修正する。
しかしながら、参考例に係る構造では、軸受取付面を中心として、サンローラ面側では修正面を確保できるが、インペラ取付面側では、組み付ける部品(特にカラー75等)が多く、修正に使える面が十分に確保できない。そのため、許容不釣合を満たすまでバランスを修正することが困難になることがある。
これに対し、本構成の増速機500においては、高速側軸11Aを支持するアンギュラ軸受53,55とオイルシール59とが同一の軸受ハウジング51に固定される。したがって、この摩擦ローラ式増速機500においては、オイルシール59が軸受ハウジング51に直接固定されるので、参考例に示すシールハウジング153を介してオイルシール59を軸受ハウジング51に固定する場合のシールハウジング57が不要となる。このため、部品点数が少なくなり、スペースに余裕ができ、インペラ取付面側にバランス修正面151が確保し易くなる。その結果、本構成の摩擦ローラ式増速機500は、高速側軸11Aのバランス修正に使用可能な面が増加して、許容不釣合を満たすまでの修正加工が容易となる。
また、軸受ユニット45Bは、軸受ハウジング51とシールハウジング57とが一体化されることで、組立性が向上する。また、高速側軸11Aとアンギュラ軸受53,55の組立体とが軸受ハウジング51から軸方向に抜けることを防止する止め輪77が、軸受ハウジング51の摩擦ローラ側に配置され、最大外径部62が高速側軸11Aと一体に形成される。この構成にすることで、軸受ユニット45Bは、参考例に示す3部品(シールハウジング57、カラー75、スペーサ73)の部品削減が可能になる。
また、高速側軸11Aは、カラー75が不要となることで、インペラ取付面と、アンギュラ軸受53,55の取付面との間にスペースが確保できる。その結果、高速側軸11Aの最大外径部62を挟む一対のアンギュラ軸受53,55の軸方向両脇側に、均等、且つ広い面積でバランス修正面151,152を配置できる。
また、転がり軸受が正面組合せ形の複列アンギュラ軸受52であるので、予圧を付与することにより、アンギュラ軸受53,55の剛性が高められる。
なお、出力軸を支承する転がり軸受は、複列アンギュラ玉軸受に限定されず、任意の軸受の使用が可能である。また、軸受の数は単列でも、組み合わせて使用されていればよい。また、予圧ばねは、上記構成例で示すウェーブワッシャ以外にも、皿ばねや、コイルばね等を用いることもできる。
したがって、上記構成を有する増速機500によれば、軸が偏心しても、高いシール性を維持でき、締め代を小さく設計できるという従来の特徴を維持したまま、高速軸を精度良く回転させることができ、振動軽減と軸受寿命の向上を達成できる。
<第6構成例>
図24は第6構成例の摩擦ローラ式増速機(増速機)の断面図である。図24のF−F断面矢視図は前述の図2と同様であるため省略する。本構成の増速機600は、原動機(モータ)の回転力を増速し、図示しない渦巻管内に配置したインペラ(羽車)で空気を圧縮する方式のコンプレッサ等、特に速い回転速度が要求される機器に適用できる。
図24及び図2に示すように、増速機600は、出力軸である高速側軸11と、高速側軸11と平行に配置された入力軸である低速側軸13と、固定ローラである大径固定ローラ15B、小径固定ローラ17(図2参照)と、可動ローラであるウェッジローラ19(図2参照)と、リングローラ21とを有する。各ローラ15B,17,19の周囲は、内部に潤滑油が供給される筐体23によって覆われる。
原動機に接続される低速側軸13は、一端部にリングローラ21が同心に結合され、原動機からの回転力をリングローラ21に伝達する。リングローラ21は、高速側軸11の回転軸線から偏心した位置に配置される。低速側軸13とリングローラ21とは、一体に回転し、リングローラ21と高速側軸11とは相対回転が可能になっている。
高速側軸11は、その一端部に、例えばインペラ(羽車)25が固定される。インペラ25は、図示しない渦巻管の内部に配置されて回転駆動されることにより、空気を圧縮する。
リングローラ21と高速側軸11との間には、大径固定ローラ15B、小径固定ローラ17(図2参照)、ウェッジローラ19(図2参照)が設けられる。大径固定ローラ15B、小径固定ローラ17、ウェッジローラ19は、それぞれの外周面を高速側軸11の外周面及びリングローラ21の内周面に当接させた状態で、図24に示すキャリア29とセンタープレート(ローラ支持部材)31との間に配置される。また、大径固定ローラ15Bと小径固定ローラ17は、センタープレート31に回転可能に支持される。
図2に示すように、ウェッジローラ19は、リングローラ21と高速側軸11との間に形成された環状空間33の径方向の幅寸法が狭い領域に配置される。そして、ウェッジローラ19は、この幅寸法が狭くなる方向へ変位可能に支持され、かつ、この幅寸法が狭くなる方向へ押圧部20によって押圧付勢される。
図24に示すように、低速側軸13は、軸受37を介して碗状の低速軸ハウジング35に支持される。低速軸ハウジング35は、碗状の先端部35aが、図示しないボルトによりセンタープレート31に固定される。また、基端35bが軸受37の外輪に固定され、軸受37の内輪が低速側軸13に固定される。これにより、低速側軸13は、軸受37を介して回転自在に低速軸ハウジング35に支持される。
低速軸ハウジング35の基端35b側には、軸受37の軸方向(以降の説明では、高速側軸11や低速側軸13の軸方向を、単に軸方向として呼称する)外側に、低速側軸13との間をシールするオイルシール39が取り付けられる。
センタープレート31は、低速軸ハウジング35が固定される側とは反対側に、高速軸ハウジング43が固定される。この高速軸ハウジング43と、前述のセンタープレート31及び低速軸ハウジング35とが一体になって、各ローラ15B,17,19の周囲を覆う筐体23を構成している。
高速側軸11は、高速軸ハウジング43に、軸受53,55を介して回転自在に支持される。
次に、大径固定ローラ15B、小径固定ローラ17の構成を説明する。
図25に大径固定ローラ15Bの正面図、図26に図25の大径固定ローラのE−E線断面図を示す。ここでは、大径固定ローラ15Bの構成を例に説明するが、小径固定ローラ17についても同様の構成である。
大径固定ローラ15Bは、外径部にトラクション面161を有し、内径部に外輪軌道面163(図26参照)を有する外輪165と、外輪軌道面163に転がり接触する複数の転動体167と、複数の転動体167に転がり接触する内輪軌道面169を外径部に有する内輪171と、を一体に備える。以下、大径固定ローラ15Bの外輪165、転動体167、内輪171を纏めて固定ローラ軸受16(小径固定ローラ17についても同様)と呼称する。
なお、複数の転動体167は、不図示の保持器に保持された状態で周方向に等間隔に配置される。
図26に示すように、固定ローラ軸受16の内輪171は、外輪165に対面する基部178と、基部178の軸方向一端部175から軸方向外側に向けて延設された突起部179と、を有する。
基部178は、突起部179の外径よも大径に形成される。突起部179の基端となる基部178との接続部位には、突起部179の外径から径方向外側へ垂直に延びる環状の突き当て面181が形成される。
そして、内輪171の突起部179とは反対側の端面183は、外輪165の端面185と面一とされる。つまり、固定ローラ軸受16の突起部179とは反対側の端面は、軸方向に垂直な平坦面として形成される。
図27は、上記構成の固定ローラ軸受16がセンタープレート31に固定された状態を示す断面図である。固定ローラ軸受16の突起部179は、センタープレート31に形成された挿入孔187に圧入される。これにより、固定ローラ軸受16は、センタープレート31に固定される。
センタープレート31の挿入孔187は、固定ローラ軸受16の規定の支持位置に形成される。挿入孔187の内周面は、突起部179の嵌め合い面177に嵌合する嵌め合い面189となっている。固定ローラ軸受16を挿入孔187に圧入する際、固定ローラ軸受16は、突き当て面181がセンタープレート31の端面191に当接することで、固定ローラ軸受16の軸方向位置が規制される。
また、センタープレート31は、挿入孔187の、固定ローラ軸受16が挿入される側とは反対側に油路193が形成される。この油路193は、センタープレート31の表裏を貫通して形成される。
図24に示すように、高速軸ハウジング43には潤滑油供給口127が設けてある。潤滑油供給口127に供給される潤滑油は、図27に示す油路193を通じて、固定ローラ軸受16の内輪171の内径部に供給され、この内径部を流路としてキャリア29(図24参照)側に供給される。
上記のように、固定ローラ軸受16をセンタープレート31へ組み付ける作業は、固定ローラ軸受16の突起部179をセンタープレート31の挿入孔187に圧入するだけ済み、組み付け作業が簡単になる。また、ローラと軸受との一体化によって固定ローラ軸受16の部品点数を削減できる。
そして、固定ローラ軸受16を挿入孔187へ挿入する挿入深さは、固定ローラ軸受16の突き当て面181がセンタープレート31の端面191と当接することで規制される。つまり、突き当て面181が端面191に突き当たるまで固定ローラ軸受16を挿入孔187へ挿入するという簡単な作業により、固定ローラ軸受16の軸方向位置を高精度に合わせることができ、組立性が向上する。
また、大径固定ローラ15と小径固定ローラ17とが、共に同一の部材であるセンタープレート31によって支持されることで、回転軸の軸心位置や平行度、及び各ローラの軸方向位置を高い精度で合わせることができる。また、同一の部材に支持されることから、固定ローラ軸受16に大きな径方向力、軸方向力が加わった場合にも、各固定ローラ軸受16が同様の形態で同一部材に支持されるため、各固定ローラ軸受16の変形のばらつきが小さくなる。
更に、固定ローラ軸受16は、突起部179により片持ち支持されるため、軸方向寸法を短縮でき、固定ローラ軸受16の支持部位をコンパクトにできる。しかも、固定ローラ軸受16の突起部179とは反対側の端面が軸方向に垂直な平坦面であることで、固定ローラ軸受16を省スペースで支持できる。つまり、固定ローラ軸受16の支持構造の軸方向長さを短縮でき、増速機600をより小型化できる。
そして、固定ローラ軸受16は、ローラと軸受とが一体に作製されることにより、ローラの回転軸と内輪171の中心軸とが高精度に一致する。その結果、増速機600の組立工程において、固定ローラ軸受16の軸心方向や軸方向隙間を調整する作業が不要となり、増速機600の組立性を向上できる。
なお、嵌め合い面177,189は、軸方向に平行な円周面である他に、互いに係合するテーパ面、又は軸方向に平行な円周面とテーパ面とを組み合わせた面としてもよい。その場合、テーパ面により固定ローラ軸受16の挿入深さを高精度に合わせることができる。
嵌め合い面177,189は、僅かな隙間嵌めの状態として、双方を接着剤により固定する構成としてもよい。また、突起部179と挿入孔187とは、焼き嵌めにより固定する締まり嵌めの関係であってもよい。
また、上記固定ローラ軸受16の構成は、大径固定ローラ15,小径固定ローラ17に限らず、ウェッジローラ19に対しても適用可能であり、上記同様に組立性を向上できる。
<第6構成例の変形例>
上記の固定ローラ軸受16は、単列の玉軸受を備えるがこれに限らない。
図28に複列の玉軸受を備えた固定ローラ軸受の断面図を示す。同図に示す固定ローラ軸受16Aは、複列(図示例では2列)の玉軸受を備える。本構成によれば、ローラへの負荷が増大した場合でも、より安定した支持が行える。
<第7構成例>
次に、ウェッジローラ19、大径固定ローラ15、及び小径固定ローラ17への潤滑油の供給経路を更に改良した摩擦ローラ式増速機(増速機)の構成を説明する。
図29は第7構成例の摩擦ローラ式増速機の断面図であり、図2に示すF−F線断面に対応する図である。本構成の増速機700は、電動空気コンプレッサに使用される構成として例示するもので、図示しない渦巻管内に配置されるインペラ25が、出力軸である高速側軸11に取り付けてある。
図30に本構成の増速機700に組み込まれる大径固定ローラ15Cの軸方向インペラ25側から見た側面図、図31に図30のG−G線断面図を示す。
大径固定ローラ15Cは、外輪211と、複数の転動体213と、保持器214と、内輪215とを一体に備える。
外輪211は、図31に示すように、外径部にトラクション面219を有し、内径部に外輪軌道面221を有する。転動体213は、内輪215の外周面に形成された内輪軌道面222と、外輪軌道面221との間で転がり接触する。
保持器214は、円環状の基部214aと、基部214aの軸方向一側面から基部214aの周方向に沿った所定間隔で軸方向に突出する複数の柱部214bと、基部214aの内周部に形成され径方向内側に向けて突出する環状の突出部217と、を有する。突出部217は、保持器214の円周方向に沿って連続した環状に形成される。この保持器214は、隣接する柱部214b同士の間に転動体213を転動自在に保持するポケットが画成された冠型保持器である。
内輪215は、外輪211に対面する外径面の軸方向一端部215aから、突起部179が軸方向外側に向けて延設される。この突起部179の延設された部分の外径面が、センタープレート31(図29参照)に形成される挿入孔187との嵌め合い面177となる。
また、内輪215の軸方向一端部215aの外径面は、嵌め合い面177の外径よりも大径に形成される。したがって、嵌め合い面177は、軸方向一端部の位置で、径方向外側に垂直に延びる環状の突き当て面181と接続される。大径固定ローラ15Cは、センタープレート31への圧入時に、この突き当て面181がセンタープレート31に当接することで、軸方向に位置決めされる。
内輪215の軸方向他端部215b側における内径部の端部には、内輪215の内径と同径の有底円筒状の盲栓225が配置される。この盲栓225は、内輪215の内径部の一端を閉塞する。これにより、内輪215の内径部に潤滑油を貯留する内輪内部空間227を画成する。
また、内輪215の一部には、内輪外径部と内輪内部空間227とを連通する少なくとも一つの潤滑油孔229が穿設される。この潤滑油孔229の内輪内径部側の開口229aは、内輪215の内径部で盲栓225によって画成される内輪内部空間227に対面して配置される。
潤滑油孔229の内輪外径部側の開口229bは、保持器214の突出部217からポケット底部までの間の保持器内径面に対面して配置され、保持器内径面と内輪外周面との間の微小隙間231に開口する。
上記構成の大径固定ローラ15Cによれば、潤滑油供給口127(図29参照)から供給される潤滑油が、高速軸ハウジング43に形成された潤滑油供給油路126Aと、センタープレート31に形成された潤滑油供給油路126Bとを介して内輪内部空間227に供給される。内輪内部空間227に供給された潤滑油は、図31に矢印P1で示すように、潤滑油孔229を通じて保持器214の内周面に向けて噴出する。
潤滑油孔229から噴出されて保持器内側の微小隙間231に達した潤滑油は、保持器214の内周面に形成された突出部217により流動方向が変更され、転動体213に向かって流動する。これにより、潤滑油が高効率で内輪軌道面222に供給される。そして、転動体213に供給された潤滑油は、遠心力によってリングローラ218(図29参照)側に吹き飛ばされ、最終的にリングローラ21を潤滑し、冷却した後、不図示の潤滑油供給ポンプに戻される。
本構成によれば、潤滑油が高速軸ハウジング43から大径固定ローラ15Cに供給されると、大径固定ローラ15Cの軸受内部にも必要十分な量の潤滑油が確実に供給され、潤滑不良による寿命低下や軸受の焼付きが防止される。
なお、上記の潤滑油供給のための構成は大径固定ローラ15Cについて示しているが、小径固定ローラ17(図2参照)に対しても同様に適用可能である。その場合も上記同様の作用効果が得られる。
更に、上記構成は、ウェッジローラ19Aに対しても適用可能である。以下に上記構成をウェッジローラ19Aに適用した構成例について説明する。
図32に本構成の増速機700に組み込まれるウェッジローラ19Aの軸方向から見た側面図、図33に図32のH−H線断面図を示す。
ウェッジローラ19Aは、図33に示すように、外輪241と、複数の転動体243と、保持器245と、内輪247と、を一体に備える。
外輪241は、外径部にトラクション面251を有し、内径部に外輪軌道面253を有する。複数の転動体243は、保持器245に保持された状態で外輪軌道面253と内輪軌道面255に転がり接触する。保持器245は、前述の図31に示す保持器214と同様に、基部245aと柱部245bとを有する冠型の保持器である。また、保持器245は、ポケット底が形成される軸方向一端側の保持器底部に、径方向内側に突出する環状の突出部257が形成される。
内輪247は、外径部に内輪軌道面255が形成され、内輪軌道面255の軸方向両脇側に突起部259a,259bを有する。突起部259aは、内輪247の軸方向一端部261aから軸方向外側に延設され、突起部259bは、内輪247の軸方向他端部261bから軸方向外側に延設される。
このウェッジローラ19Aは、一対の分割可能なローラハウジング263A,263Bに形成された嵌め合い面263a,263bに、突起部259a,259bが嵌合されることで、外輪241がローラハウジング263A,263Bに回転自在に支持される。
内輪247の内径部の軸方向中央部には、内輪247の内径と同径の有底円筒状の盲栓265が配置される。この盲栓265は、内輪247の内径部を、軸方向の途中で閉塞する。つまり、内輪247の内径部は、盲栓265によって内輪内部空間267と269が画成され、双方の空間は分断される。そして、内輪内部空間267は、センタープレート31(図29参照)に形成された潤滑油供給油路126Bと接続される。
また、内輪247には、内輪外径面と内輪内径面とを連通する少なくとも一つの潤滑油孔271が穿設される。この潤滑油孔271は、内輪内径部側の開口273aが内輪内部空間267に対面して配置される。
潤滑油孔271の内輪外径部側の開口273bは、保持器245の突出部257からポケットの底部までの間の保持器内径面に対面して配置され、保持器内径面と内輪外周面との間の微小隙間275に開口する。
上記構成のウェッジローラ19Aによれば、潤滑油供給油路277(図29参照)給される潤滑油が、内輪内部空間267に供給され、図33に矢印P2で示すように、潤滑油孔271を通じて保持器245の内周面に向けて噴出される。
潤滑油孔271から噴出して保持器内側の微小隙間231に達した潤滑油は、保持器245の内周面に形成された突出部257により流動方向が変更され、転動体243に向かって流動する。これにより、高効率で内輪軌道面255に潤滑油が供給される。そして、転動体243に供給された潤滑油は、遠心力によってリングローラ21(図29参照)側に吹き飛ばされ、最終的にリングローラ21を潤滑し、冷却した後、不図示の潤滑油供給ポンプに戻される。
本構成によれば、潤滑油がセンタープレート31からウェッジローラ19Aに送液されると、ウェッジローラ19Aの軸受内部にも必要十分な量の潤滑油が確実に供給される。これにより、ウェッジローラ19Aに対しても潤滑不良による寿命低下や軸受の焼付きが防止される。
<第8構成例>
次に、大径固定ローラの他の構成例を説明する。
図34に本構成の大径固定ローラ15Dの断面図を示す。図34は、図30のI−I線断面に対応する断面図である。
本構成の大径固定ローラ15Dは、前述の図31に示す大径固定ローラ15Cの盲栓225を設けた構成の代わりに、内輪内径部の内輪内部空間227を止まり穴281により形成したこと以外は、大径固定ローラ15Aと同様の構成である。
本構成の大径固定ローラ15Dによれば、潤滑油が内輪内部空間227に供給され、図34に矢印P3で示すように、潤滑油孔229を通じて保持器214の内周面に向けて潤滑油が噴出する。そして、潤滑油は、突出部217により流動方向が変更され、転動体213に向かって流動する。これにより、高効率で内輪軌道面222に潤滑油が供給され、前述同様の作用効果が得られる。
また、本構成によれば、止まり穴281を形成することにより、図31に示す場合よりも部品点数を削減できる。
なお、上記構成は大径固定ローラ15Dについて示しているが、小径固定ローラ17に対しても適用可能である。その場合も上記同様の作用効果が得られる。
<第9構成例>
次に、ウェッジローラの他の構成例を説明する。
図35に本構成のウェッジローラ19Bの断面図を示す。図35は、図32のJ−J線断面に対応する断面図である。
本構成のウェッジローラ19Bは、前述の図33に示すウェッジローラ19Aの盲栓265を設けた構成の代わりに、内輪内径部の内輪内部空間267を止まり穴283により形成したこと以外は、ウェッジローラ19Aと同様の構成である。
本構成のウェッジローラ19Bによれば、潤滑油が内輪内部空間267に供給され、図35に矢印P4で示すように、潤滑油孔271を通じて保持器245の内周面に向けて潤滑油が噴出される。そして、潤滑油は、突出部257により流動方向が変更され、転動体243に向かって流動する。これにより、高効率で内輪軌道面255に潤滑油が供給され、前述同様の作用効果が得られる。
また、本構成によれば、止まり穴283を形成することにより、図33に示す場合よりも部品点数を削減できる。
<第10構成例>
次に、大径固定ローラの他の構成例を説明する。
図36に本構成の大径固定ローラ15Eの断面図を示す。図36は、図30のI−I線断面に対応する断面図である。
本構成の大径固定ローラ15Eは、前述の図31に示す大径固定ローラ15Cと同様に盲栓225Aを内輪内径部に設けた構成であるが、盲栓225Aの一部に軸方向に貫通する潤滑油孔285を形成している。この点以外は、大径固定ローラ15Cと同様の構成である。
本構成の大径固定ローラ15Eによれば、矢印P1で示すように、潤滑油が潤滑油孔229を通じて保持器214の内周面、及び転動体213に供給される。また、矢印P5で示すように、盲栓225Aに形成された潤滑油孔285を通じて潤滑油が内輪内径部の軸方向に向けて噴出される。
盲栓225Aに潤滑油孔285を形成することによって、潤滑油の経路が2系統に分流され、リングローラ21(図29参照)への潤滑油の供給油量を安定して確保できる。
なお、上記構成は大径固定ローラ15Eについて示しているが、小径固定ローラ17に対しても適用可能である。その場合も上記同様の作用効果が得られる。
以上、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。
例えば、大径固定ローラ,小径固定ローラに突起部179を設ける代わりに、センタープレート31側に嵌め合い面を有する突起部を設け、この突起部に大径固定ローラ,小径固定ローラの内輪内周面を圧入する構成としてもよい。
また、原動機の回転速度が非常に速く、かつ低速の出力が必要となる場合にも、本構成の増速機を、回転入力側と出力側とを入れ替えて、減速機として用いることもできる。
また、可動ローラであるウェッジローラの個数は、1つであることに限らず、複数備えた構成にしてもよい。また、固定ローラの個数も1つ又は3つ以上とした構成であってもよい。
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 高速側軸と、該高速側軸の回転軸線から偏心した位置に配置され前記高速側軸と相対回転が可能なリングローラと、前記リングローラと同心に結合された低速側軸と、外周面を前記高速側軸の外周面及び前記リングローラの内周面に当接させた状態で回転可能な少なくとも一つの固定ローラと、前記リングローラと前記高速側軸との間に形成された環状空間における径方向の幅寸法が狭い領域に配置され、前記幅寸法が狭くなる方向へ変位可能に押圧付勢される少なくとも一つの可動ローラと、前記リングローラ、前記固定ローラ、前記可動ローラのローラ周囲を覆う筐体と、を備える摩擦ローラ式増速機であって、
前記高速側軸が筒内に挿入される円筒状の軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングの内周部に前記高速側軸を回転自在に支持する軸受と、前記軸受ハウジングの一端部に設けられ前記軸受を含む内側空間を塞ぐシール部材と、を有する軸受ユニットを備え、
前記軸受ユニットは、前記筐体に形成されたユニット収容部内に、前記高速側軸の径方向へ移動自在にフローティング支持されることを特徴とする摩擦ローラ式増速機。
この摩擦ローラ式増速機によれば、低速側軸に入力された回転トルクに応じて、フローティング支持された可動ローラの回転軸が移動する。これにより、高速側軸に生じた偏心が吸収される。
(2) 前記軸受ユニットの外周面と前記ユニット収容部との隙間は、前記高速側軸と前記リングローラの回転軸線の偏心量より大きいことを特徴とする請求項1に記載の摩擦ローラ式増速機。
この摩擦ローラ式増速機によれば、高速側軸に生じた偏心を確実に吸収できる。
(3) 前記軸受ユニットは、該軸受ユニットの外周に設けたOリングによりフローティング支持されたことを特徴とする請求項2に記載の摩擦ローラ式増速機。
この摩擦ローラ式増速機によれば、高速側軸に径方向の偏心が生じた場合でも、Oリングが弾性変形することで、高速側軸に生じた偏心が吸収される。また、オイルシールは高速側軸に追従して動くため、オイルシールが高速側軸によって潰されず、オイルシールに偏摩耗が生じることがない。
(4) 前記Oリングは、前記軸受ユニットの軸方向へ離間した少なくとも2箇所に設けられたことを特徴とする請求項3に記載の摩擦ローラ式増速機。
この摩擦ローラ式増速機によれば、高速側軸は、軸受ユニットの外周に、軸方向へ離間して設けた2個以上のOリングにより支持されることで、Δθ方向の傾斜が生じにくくなる。
(5) 前記Oリング同士の間にリセスが配置されたことを特徴とする請求項4に記載の摩擦ローラ式増速機。
この摩擦ローラ式増速機によれば、潤滑油漏れを防止できる。
(6) 高速側軸と、該高速側軸の回転軸線から偏心した位置に配置され前記高速側軸と相対回転が可能なリングローラと、前記リングローラと同心に結合された低速側軸と、外周面を前記高速側軸の外周面及び前記リングローラの内周面に当接させた状態で回転可能にローラ支持部材に軸支された少なくとも一つの固定ローラと、前記リングローラと前記高速側軸との間に形成された環状空間における径方向の幅寸法が狭い領域に配置され、前記幅寸法が狭くなる方向へ変位可能に押圧付勢される少なくとも一つの可動ローラと、を備える摩擦ローラ式増速機であって、
前記可動ローラ、該可動ローラの支持軸の両端を回転自在に支持する一対の軸受、及び前記一対の軸受を保持するローラホルダが一体となった可動ローラユニットと、
前記ローラホルダの径方向一端部に設けられ、前記可動ローラユニットを前記幅寸法が狭くなる方向へ付勢する弾性部材と、
を有し、
前記可動ローラユニットは、前記ローラホルダの前記径方向一端部とは反対側の径方向他端部から、前記弾性部材に向けて押圧可能に前記ローラ支持部材に支持されていることを特徴とする摩擦ローラ式増速機。
この摩擦ローラ式増速機によれば、可動ローラと、その支持軸に設ける軸受がローラホルダに一体に収納され、ローラホルダごと予圧を与えるため、予圧を付与する部材に摺動面が存在せず、長時間の使用においても摩耗等の問題を生じることがない。
(7) 高速側軸と、該高速側軸の回転軸線から偏心した位置に配置され前記高速側軸と相対回転が可能なリングローラと、前記リングローラと同心に結合された低速側軸と、外周面を前記高速側軸の外周面及び前記リングローラの内周面に当接させた状態で回転可能な状態で転がり軸受により軸支された少なくとも一つの固定ローラと、前記リングローラと前記高速側軸との間に形成された環状空間における径方向の幅寸法が狭い領域に配置され、前記幅寸法が狭くなる方向へ変位可能に押圧付勢される少なくとも一つの可動ローラと、を具備する摩擦ローラ式増速機であって、
前記固定ローラは、ローラ両端に前記転がり軸受に支持される支持軸を有し、
前記支持軸は回転軸線に沿って中空孔が形成され、
前記中空孔には、潤滑油が供給される潤滑油供給油路に接続され、少なくとも側面の一部に潤滑油噴出口が設けられた中空パイプが配置されることを特徴とする摩擦ローラ式増速機。
この摩擦ローラ式増速機によれば、従来の増速機に比べ、固定ローラのローラ両端側の剛性バランスが安定する。これにより、固定ローラを安定的に支持するのに必要な支持軸の剛性バランスが崩れない。その結果、増速機は、支持軸に大きな径方向力が負荷されても、振動や応力集中の発生が抑えられ、安定したトラクション力が得られる。よって、動力伝達効率が低下することがない。
(8)前記中空パイプに設けた前記潤滑油噴出口の断面積は、前記潤滑油の供給源側よりも前記潤滑油の反供給源側が大きいことを特徴とする請求項7に記載の摩擦ローラ式増速機。
この摩擦ローラ式増速機によれば、圧力損失による潤滑油量の低下が発生しにくく、ローラ両端の転がり軸受に潤滑油が均等に供給可能となる。
(9) 入力軸と出力軸との間に所定の変速比で接続される少なくとも一つの摩擦ローラと、前記出力軸の周囲を覆うシャフトホルダと、前記シャフトホルダの内径部に取り付けられ、前記出力軸を回転自在に支持する出力軸ユニットと、を備える摩擦ローラ式増速機であって、
前記出力軸ユニットは、
前記出力軸を回転自在に支持する転がり軸受と、
前記転がり軸受の外周面を内径部で支持し、外径部が前記シャフトホルダに径方向へ移動自在にフローティング支持される軸受ハウジングと、
前記軸受ハウジングに設けられ、前記出力軸の外周をシールするオイルシールと、
を備え、
前記出力軸は、前記転がり軸受を挟む軸方向両脇側に、バランス修正面を有することを特徴とする摩擦ローラ式増速機。
この摩擦ローラ式増速機によれば、オイルシールが軸受ホルダに直接固定されるので、シールハウジングを介してオイルシールを軸受ホルダに固定する場合のシールハウジングが不要となる。このため、部品点数が少なくなり、スペースに余裕ができ、インペラ取付面側にバランス修正面が確保し易くなる。その結果、出力軸のバランス修正に使用可能な面が増加して、許容不釣合を満たすまでの修正加工が容易となる。
本出願は2014年12月12日出願の日本国特許出願(特願2014−252342)、2014年12月12日出願の日本国特許出願(特願2014−252343)、2014年12月12日出願の日本国特許出願(特願2014−252344)、2014年12月12日出願の日本国特許出願(特願2014−252345)、2015年5月7日出願の日本国特許出願(特願2015−95027)、2015年5月14日出願の日本国特許出願(特願2015−99098)、及び2015年6月3日出願の日本国特許出願(特願2015−113167)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
11 高速側軸
13 低速側軸
15,15A,15B,15C,15D,15E 大径固定ローラ(固定ローラ)
17 小径固定ローラ(固定ローラ)
19,19A,19B ウェッジローラ(可動ローラ)
21 リングローラ
23 筐体
29 キャリア(ローラ支持部材)
31 センタープレート(ローラ支持部材)
33 環状空間
43 高速軸ハウジング
45 軸受ユニット
47 ユニット収容部
51 軸受ハウジング
52 複列アンギュラ軸受(転がり軸受)
53,55 転がり軸受
59 オイルシール(シール部材)
61 支持軸
62 最大外径部
64A、64B,131A,131B 転がり軸受
66 ローラホルダ
66A,66B 分割ホルダ
68 ノックピン(連結部材)
70 可動ローラユニット
71 予圧バネ
84,86 止ネジ(仮止め部材)
90 押圧面(径方向他端部)
92,117,119 貫通孔
100,200,300,400,500,600,700 増速機(摩擦ローラ式増速機)
126 潤滑油供給油路
134 中空孔
138 中空パイプ
141 潤滑油噴出口
151,152 バランス修正面

Claims (1)

  1. 高速側軸と、該高速側軸の回転軸線から偏心した位置に配置され前記高速側軸と相対回転が可能なリングローラと、前記リングローラと同心に結合された低速側軸と、外周面を前記高速側軸の外周面及び前記リングローラの内周面に当接させた状態で回転可能にローラ支持部材に軸支された少なくとも一つの固定ローラと、前記リングローラと前記高速側軸との間に形成された環状空間における径方向の幅寸法が狭い領域に配置され、前記幅寸法が狭くなる方向へ変位可能に押圧付勢される少なくとも一つの可動ローラと、を備える摩擦ローラ式増速機であって、
    前記可動ローラ、該可動ローラの支持軸の両端を回転自在に支持する一対の軸受、及び前記一対の軸受を保持するローラホルダが一体となった可動ローラユニットと、
    前記ローラホルダの径方向一端部に設けられ、前記可動ローラユニットを前記幅寸法が狭くなる方向へ付勢する弾性部材と、
    を有し、
    前記可動ローラユニットは、前記ローラホルダの前記径方向一端部とは反対側の径方向他端部から、前記弾性部材に向けて押圧可能に前記ローラ支持部材に支持されていることを特徴とする摩擦ローラ式増速機。
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