JPH03209041A - 遊星型トラクション変速装置並びにそのローラ組構造体及びその製造方法 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は遊星型トラクション変速装置並びにその装置を
構成するローラ組構造体及びその製造方法に関する。

〔従来技術〕

最近のガスタービン用或いはブロヮ用の変速機は、３０
，　０００〜４５．　００Ｏｒ．ｐ．ｎ＋．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
るようになっている。しかし、このような超高速回転の
変速を歯車変速機によって行うには様々な困難が伴う。

すなわち、歯車の加工に誤差は不可避であり、その歯車
加工誤差は高速回転になるほど振動を大きくし、危険な
状態にする問題があるからである。

このような超高速回転の振動防止対策としては、単に歯
車を精密加工することに止まらず、加工後の歯形修正、
高価な超高速用ベアリングの選択使用、潤滑方法の工夫
等の様々な手段を必要とする。しかし、これら全ての条
件をクリアするとなると、装置が極めて高価なものにな
らざるを得なくなるのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上述した従来の超高速回転の変速に伴
う問題を克服し、歯車変速機によらず、所謂トラクシゴ
ン方式を採用することによって、数万回転にも及ぶ超高
速動力を円滑に変速伝達できるようにする遊星型トラク
ション変速装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、このような装置を簡単な構威で、
低コストで製作可能にするローラ組構造体およびその製
造方法を提供することにある． 〔課題を解決するための手段〕 最近のトライボロジーの研究、殊にエラスト・ハイドロ
ダイナミック・リューブリケーションの研究によると、
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３〜４倍にも増大す
るようになる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、例えば日本石油側製の“サン
ドトランク゛（商品名）などが提案されている。

本発明は、このようなトライボロジー理論を踏まえ、こ
れを特殊なローラ組構造体を使用した遊星ローラ機構に
より、上記目的を達威するようにしたものである。

すなわち、上記目的を達威する本発明は、太陽ローラと
該太陽ローラの外側に同心状に配置した外接リングとの
間に、少なくとも３個の遊星ローラをオイル存在下に周
方向に間隔をおいて挟持させ、前記遊星ローラを遊星軸
側のローラ部材と外周側のリング部材とに間隙を介在さ
せて同心状に分割構戒すると共に、前記太陽ローラと外
接リングとに挟持されたリング部材を、該リング部材自
体の歪み変形の弾性回復力に基づき半径方向に押圧力が
負荷された状態にし、かつ前記太陽ローラを高速軸に連
結する一方、前記遊星ローラをキャリヤを介して低速軸
に連結するか又は前記外接リングを直接低速軸に連結す
ることを特徴とするものである。

また、このような変速装置を簡単な構造に製作可能にす
る本発明のローラ組構造体は、太陽ローラと該太陽ロー
ラの外側に同心状に配置した外接リングとの間に、少な
くとも３個のリング部材を周方向に間隔をおいて挟持さ
せ、該リング部材を該リング部材自体の歪み変形の弾性
回復力に基づき半径方向に押圧力が負荷された状態にし
たことを特徴とするものである。

本発明の変速装置によるトラクションは、トライボロジ
ー理論により、太陽ローラと遊星ローラとの間及び遊星
ローラと外接リングとの間にそれぞれオイル存在下に極
圧が与えられることによって発生する。本発明の装置で
は、太陽ローラに対して少なくとも３個の遊星ローラが
少なくとも３個所の線接触（圧接）を行うと共に、少な
くとも３個の遊星ローラに対して外接リングが同じく少
なくとも３個所の線接触（圧接）を行う構或になってい
るため、これらの線接触により極圧が得られ、大きなト
ラクションが発生するのである。したがって、大馬力で
あっても十分に伝達が可能になる。このような線接触に
よる極圧を高めるには、遊星ローラにタラウニングをつ
けると好適である。

本発明の装置は遊星ローラ機構から構威されているので
、機械加工としては単純にローラの真円度を上げる加工
をすればよい。そのため歯車の歯形加工のような誤差の
発生は極めて少なく、超高速変速に対する振動抑制を有
利にし、かつ騒音を低減することができる。また、太陽
ローラに連結する高速軸は、太陽ローラが少なくとも３
個の遊星ローラにより圧接されているため、必然的にそ
の中心位置が決定される。そのためベアリングが不要と
なり、当然、従来の歯車変速機で最も苦労していた超高
速用ベアリングの設置は全く不要である。

本発明は上記構或において、遊星ローラは、遊星軸側の
ローラ部材と外周側のリング部材との二部分に間隙を介
在させて同心状に分割された構戒になっている。このよ
うに遊星ローラを間隙を介して二部分に分割した構戒に
することにより、外周側のリング部材に与えられる半径
方向の押圧力を、遊星軸に負荷をかけなることなく太陽
ローラ及び外接リング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ようにな
る。また、この高い極圧により非常に高いトラクション
を発生させることができるようになる。

また、遊星ローラがローラ部材とリング部材との二分割
構成であると、二部材の間の間隙に油膜が介在するよう
になるため、この油膜が振動の吸収に役立つようにもな
る。

また、本発明では、太陽ローラと外接リングとの間で遊
星ローラに作用させる押圧力を、主として遊星ローラの
リング部材自体に与えられた歪み変形の弾性回復力を利
用して発生するようにしているから、大掛かりな油圧装
置やバネ装置が不要となり、装置が極めて簡略化される
。

そのため、著しいコトス低減を図ることができる。

（実施例） 以下、図に示す本発明の実施例によって具体的に説明す
る。

第ｌ図（Ａ）　．　（Ｂ）は、本発明を遊星タイプの減
速装置として示した変速装置の一例であり、第２図（Ａ
）　．　（Ｂ）は、この変速装置の基本部分を構戒する
本発明によるローラ組構造体である。

第１図（Ａ）　，　（Ｂ）に示すように、本発明の変速
装置には、第２図（Ａ）　，　（Ｂ）に示すようなロー
ラ組構造体２０が一対のケーシングｌａ，Ｉｂに挟まれ
るように装着されている。中心部に太陽ローラ２が配置
され、その外周にオイル存在下に３個の遊星ローラ３が
圧接し、さらにこれら３個の遊星ローラ３の外側に外接
リング４がオイル存在下に圧接している。遊星ローラ３
は太陽ローラ２の動力が等配されるように、少なくとも
３個が周方向に等間隔に配置されている。

各ローラの間には上述した“サントトラック”オイルな
どのような極圧によって摩擦係数が瞬間的に３〜４倍、
或いはそれ以上にも増大するようなオイルが介在させて
ある。

上記遊星ローラ機構において、太陽ローラ２の外周面や
外接リング４の内周面は均一径の円筒状に形成されてい
る。一方、遊星ローラ３の外周面も、同じく均一径の円
筒状であるが、或いは大きな曲率半径をもつようにクラ
ウニングされていてもよい。上記外接リング４は、ケー
シングｌａ，ｌｂの間に挟まれるように不図示のボルト
等によって固定されている。

太陽ローラ２には高速軸５が入力軸として連結され、ケ
ーシングｌａの外側に突出している。

この高速軸５はベアリングに支持されることなく、カッ
プリングを介して不図示のガスタービン等の原動機に連
結されている。このように高速軸をベアリングなしにで
きるのは、太陽ローラ２に対し３個の遊星ローラ３が接
圧する関係になっているからである。上記３個の遊星ロ
−ラ３は遊星軸６によってキャリヤ７に支持され、この
キャリヤ７に連結された低速軸８が出力軸としてケーシ
ングｌｂの外側に突出している。

この低速軸８はベアリング９に支持され、不図示の負荷
に接続されている。

遊星ローラ３は、遊星軸６側に二一ドルベアリング１０
を介して回動自在に支持されたローラ部材３ａと、その
外周側のリング部材３ｂとに二分割された構威になって
いる。これらローラ部材３ａとリング部材３ｂとの間に
は、間隙Ｉ６が介在するようになっている。このように
遊星ローラ３は間隙１６を介してローラ部材３ａとリン
グ部材３ｂとに二分割された構威であるため、後述する
ように太陽ローラ２と外接リング４の間で半径方向の押
圧力が与えられていても、リング部材３ｂがローラ部材
３ａと遊星軸６に対して押圧力を与えることがなく、太
陽ローラ２の外周面及び外接リング４の内周面に直接線
接触して押圧力を作用する。したがって、遊星ローラ３
と太陽ローラ２との間並びに外接リング４との間にそれ
ぞれ高い極圧を発生させることができる。

なお、図では説明の便宜上から、間隙１６は過大に誇張
して図示されているが、実際は計算上必要な僅少な間隙
になっている。

第２図（Ａ）　，　（Ｂ）に示すように、ローラ組構造
体２０は、太陽ローラ２と外接リング４とを同心状に配
置し、この両者の間に形成された環状空間に遊星ローラ
３の外周側のリング部材３ｂを圧入させるようにして構
威されている。このようにローラ組構造体２０に組み付
けられない前の状態では、各部品の常温時における寸法
は太陽ローラ２の外周半径がｒ、外接リング４の内周半
径がＲ、リング部材３ｂの外径がｌになっている。した
がって、太陽ローラ２と外接リング４とが、リング部材
３ｂを組み込まない状態で同心状に配置されたときは、
Ｒ−ｒ＝１δ　の関係になっている。

ここで上記δは、直径ｌのリング部材３ｂをその弾性限
界内において直径方向に楕円状に必要な押圧力で変形し
たときの変位である。このように楕円状に変形したリン
グ部材３ｂを、上記ｌ−δ（一Ｒ−ｒ）の環状空間に挿
入すると、リング部材３ｂは、その弾性回復力によって
太陽ローラ２及び外接リング４に対して半径方向の突張
力Ｆを作用させると共に、その反力として半径方向の押
圧力Ｆを発生した状態になる。

このような押圧力Ｆを発生する変位（歪量）δは、変速
装置の馬力、回転数やオイル存在下での摩擦係数μが決
定されれば、どれだけの押圧力が必要かがわかるので、
それに基づいて容易に算出することができる。

上記のようにリング部材３ｂを圧入したローラ組構造体
２０を製作するには、第３図及び第４図に示すような操
作によって行うことができる。

まず、第３図に示すように、直径ｌのリング部材３ｂを
プレス装置の押圧板Ｐａ，ＰｂＯ間に挟み、押圧仮Ｐａ
をプレスカＷで直径方向に変位δだけ押圧し、短径が２
一δの楕円状にする。次いで、リング部材３ｂの内側に
張設治具３０を挿入し、上記プレスカＷが０になるまで
伸長させ、その突張力によって上記楕円状を保持した状
態にする。次いで、上記リング部材３ｂをプレス装置か
ら外し、第４図のように同心状に配置した外周半径ｒの
太陽ローラ２と内周半径Ｒの外接リング４の間の環状空
間に等間隔になるように挿入する。次いで、上記張設治
具３０を縮めてリング部材３ｂから外すと、第２図（Ａ
）　．　（Ｂ）に示すようなローラ組構造体２ｏを得る
ことができる。

上記張設治具３０は、ナット部３ｌを挾んで両側に左ネ
ジ部３２ａと右ネジ部３２ｂを有し、それぞれの先端に
押圧部３３ａ，３３ｂを螺合させるようにして構成され
ている。ナット部３１を正逆に回転させると、押圧部３
３ａ，３３ｂを互いに反対方向に移動させるため、その
長さを伸縮させることができる。

上述のようなローラ組構造体２０は、次のように各部品
の少なくとも一つを加熱又は冷却して膨張差を発生させ
ることによっても製作することができる。すなわち、上
述した場合と同様に、常温においてリング部材３ｂの外
径Ｅが太陽ローラ２の外周半径にと外接リング４の内周
半径Ｒとの差（Ｒ−ｒ）よりもδだけ大きくなるように
設定した太陽ローラ、外接リング及びリング部材をそれ
ぞれ作或する。次いで、これらの部材の少なくとも一つ
（例えば外接リング４）に上記変位δΦ差を生ずるよう
な加熱を与えたのち、少なくとも３個のリング部材を同
心状に配置した太陽ローラと外接リングとの間に周方向
に間隔に配置し、再び常温に戻すようにするのである。

これによって、上記同様にリング部材に半径方向の押圧
力を発生させることができる。

また、上記加熱によるローラ組構造体の製造法において
、加熱する部材の種類が２以上にわたる場合には、それ
ぞれに温度差を与えることによって膨張差を得るように
すればよい。

上述のように構成された本発明の変速装置を使用して、
超高速回転を高速軸５から低速軸８に減速伝達すると、
太陽ローラ２と３個の遊星ローラ３のリング部材３ｂと
の間並びに３個の遊星ローラ３のリング部材３ｂと外接
リング４との間にそれぞれ半径方向の大きな押圧力が負
荷されているので、上述したオイルが極圧下にそれぞれ
高いトラクシジンを発生し、大馬力の動力伝達を可能に
する。しかも、ローラ機構による動力伝達であるため、
歯車機構に比べて振動や騒音が圧倒的に少ない運転をす
ることができる。

第５図は、本発明の他の実施例を示すものである。

この変速装置は、遊星ローラ３がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４個
配置され、このうちＡとＣの一対の遊星ローラ３は、そ
れぞれローラ部材３ａとリング部材３ｂとの接触点が太
陽ローラ２の中心よりみて左側に配置され、またＢとＤ
の他の一対の遊星ローラ３は、それぞれローラ部材３ａ
とリング部材３ｂとの接触点が上記とは逆に右側に配置
されている。このようにローラ部材３ａとリング部材３
ｂとの接触点が配置されたことにより、太陽ローラ２が
時計方向Ｒに回転したときは、Ａ，Ｃの遊星ローラ３が
低速軸８側に動力伝達に作用するが、Ｂ，Ｄの遊星ロー
ラは単に追従回転するだけになり、また太陽ローラ２が
反時計方向Ｒ゛に回転したときは、Ｂ，　Ｄの遊星ロー
ラ３が動力伝達に作用するが、Ａ，Ｃの遊星ローラは単
に追従回転するだけになる。

しかも、上記のように回転が正逆に切り換わるとき、タ
イムラグを発生することなく、正転から逆転へ、また逆
転から正転べ、それそれ直ちに動力伝達を切り換えて連
続させることができる。

また、上述した各実施例は、いずれも遊星ローラ３がキ
ャリヤ７を介して低速軸８に連結された構戒になってい
るが、これを遊星ローラ３の遊星軸６をケーシングに固
定し、外接リング４を直接低速軸８に連結するようにし
てもよい。

第６図は、このような一例を示すものであり、上述した
ローラ組構造体２０の外接リング４は低速軸８に連結さ
れている。また、この実施例では、遊星ローラ３がｌ本
の遊星軸６に２連に並べて設けられた構造になっている
。このような連続構造とすることによって、線接触の部
分が増えるため一層大きなトラクションを発生させるこ
とができる。

また、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
とができる。

（発明の効果］ 上述したように本発明は、特殊なローラ組構造体を使用
し、ローラの接触点に極圧を発生させるようにすること
により、トライボロジー理論による高いトラクションを
発生させて動力伝達するものである。このように変速装
置がローラを基本にして構成されているから、歯車加工
のときのような加工誤差を発生することがなく、数万回
転にも及ぶ超高速であっても、振動や騒音を発生するこ
となく円滑な変速を行うことができる。

また、本発明では特殊なローラ組構造体を使用したこと
によって、大掛かりな油圧装置等を使用することなく極
圧を発生することができるため、非常に簡略で且つ低コ
ストの装置にする第１図（Ａ）　．　（Ｂ）は本発明の
実施例からなる変速装置を示すもので、第１図（八）は
第１図（Ｂ）のＩＡ−ＩＡ矢視図、第１図（Ｂ）は縦断
面図、第２図（Ａ）　．　（Ｂ）は本発明の実施例から
なるローラ組構造体を示すもので、第２図（Ａ）は正面
図、第２図（Ｂ）は縦断面図、第３図は同ローラ組構造
体を製作する際のリング部材の加工方法の説明図、第４
図は同ローラ組構造体にリング部材を組み込むときの説
明図、第５図は本発明による変速装置の他の実施例を示
す正面図、第６図は本発明のさらに他の実施例を示す縦
断面図である。

ｌａ，ｌｂ・・・ケーシング、２・・・太陽ローラ、３
・・・遊星ローラ、３ａ・・・ローラ部材、３ｂ・・・
リング部材、４・・・外接リング、５・・・高速軸、６
・・・遊星軸、７．７″・・・キャリヤ、８・・・低速
軸、ｌ６・・・間隙、２０・・・ローラ組構造体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、太陽ローラと該太陽ローラの外側に同心状に配置し
   た外接リングとの間に、少なくとも３個の遊星ローラを
   オイル存在下に周方向に間隔をおいて挟持させ、前記遊
   星ローラを遊星軸側のローラ部材と外周側のリング部材
   とに間隙を介在させて同心状に分割構成すると共に、前
   記太陽ローラと外接リングとに挟持されたリング部材を
   、該リング部材自体の歪み変形の弾性回復力に基づき半
   径方向に押圧力が負荷された状態にし、かつ前記太陽ロ
   ーラを高速軸に連結する一方、前記遊星ローラをキャリ
   ヤを介して低速軸に連結するか又は前記外接リングを直
   接低速軸に連結することを特徴とする遊星型トラクショ
   ン変速装置。 ２、少なくとも二対の遊星ローラを周方向に等間隔に配
   置し、一方の一対の遊星ローラはそのローラ部材の外面
   とリング部材の内面とを正転方向に接触させ、他方の一
   対の遊星ローラはそのローラ部材の外面とリング部材の
   内面とを逆転方向に接触させた関係にしてある請求項１
   記載の遊星型トラクション変速装置。 ３、太陽ローラと該太陽ローラの外側に同心状に配置し
   た外接リングとの間に、少なくとも３個のリング部材を
   周方向に間隔をおいて挟持させ、該リング部材を該リン
   グ部材自体の歪み変形の弾性回復力に基づき半径方向に
   押圧力が負荷された状態にしたことを特徴とする遊星型
   トラクション変速装置用ローラ組構造体。 ４、常温においてリング部材の外径ｌが太陽ローラの外
   周半径にと外接リングの内周半径Ｒとの差（Ｒ−ｒ）よ
   りも大であるように設定した太陽ローラ、外接リング及
   びリング部材をそれぞれ製作し、少なくとも３個のリン
   グ部材をそれぞれ弾性限界内で直径方向に押圧して楕円
   状に変形させると共に、該楕円状のリング部材の内側の
   長径方向に該楕円状を維持するように張設治具を介挿し
   、次いでこれらリング部材を、同心状に配置した太陽ロ
   ーラと外接リングとの間に周方向に間隔をおくように配
   置したのち、前記張設治具を外すことにより前記リング
   部材の外周面をリング部材自体の弾性回復力によって前
   記太陽ローラ及び外接リングに圧接させ、該リング部材
   に半径方向の押圧力を発生させることを特徴とする遊星
   型トラクション変速装置用ローラ組構造体の製造方法。 ５、常温においてリング部材の外径ｌが太陽ローラの外
   周半径ｒと外接リングの内周半径Ｒとの差（Ｒ−ｒ）よ
   りも大であるように設定した太陽ローラ、外接リング及
   びリング部材をそれぞれ製作し、これらの部材の少なく
   とも一つに前記寸法がｌ＞（Ｒ−ｒ）の関係になるよう
   な加熱又は冷却を与えたのち、少なくとも３個の前記リ
   ング部材を同心状に配置した前記太陽ローラと外接リン
   グとの間に周方向に間隔をおくように配置し、次いで常
   温に戻して前記リング部材に半径方向の押圧力を発生さ
   せることを特徴とする遊星型トラクション変速装置用ロ
   ーラ組構造体の製造方法。