JP4978412B2 - 遊星ローラ機構 - Google Patents

Description

この発明は、互いに同心円上に配置された第１回転体とこれより大径で筒状をなす第２回転体との間にローラなどの転動体を挟み込み、その転動体を介して各回転体の間でトルクを伝達するように構成された遊星ローラ機構に関し、それらの回転体および転動体が相互に差動回転可能な遊星ローラ機構に関するものである。

ローラによってトルクを伝達する機構は、トルク伝達面同士が接触することによる摩擦力や、トルク伝達面の間に介在させるトラクションオイルの剪断力などによってトルクを伝達する機構であり、したがって歯車機構とは異なり、トルク変動が少なく、したがって騒音や振動が少なく、また製造が容易であるなどの利点がある。しかしながら、伝達するトルクは、接触面圧に応じて大きくなるので、要求されるトルク容量を満たすために接触面圧を高くする必要がある。そこで従来、円柱状もしくは円筒状のサンローラとそれより大径のリングローラとの間にピニオンローラ（プラネットローラ）を配置し、リングローラの圧縮力でそのピニオンローラを挟み付けることにより、遊星歯車機構と類似する構造とした遊星ローラ機構が開発されている。

そのピニオンローラを挟み付けるいわゆる挟圧力を発生させるためにリングギヤを焼嵌めすることが従来行われていたが、そのような構造では製造性や組み立て作業性が悪いので、特許文献１に記載されている装置では、固定輪（リングローラ）を分割構造とし、その分割片同士を組み合わせることにより、遊星ローラを太陽軸との間に挟み込みかつ負隙間となるように締め付けている。

一方、遊星ローラ機構は、凸曲面同士の接触もしくはその間のトラクションオイルの剪断力でトルクを伝達するので、トルク伝達面のヘルツ応力が大きくなり、これが要因となって耐久性が低下する可能性がある。そこで、特許文献２には、サンローラとアウターリングとの間に複数段のローラを配置し、摩擦接触部に一定の法線力を作用させた状態での接触面圧を下げる構造が記載されている。

さらに、遊星ローラ機構でのトルク容量は、接触面圧に応じて大きくなるから、入力されるトルクもしくは伝達するべきトルクに応じて接触面圧を変化させるように構成された装置が、特許文献３や特許文献４に記載されている。これらの特許文献３，４に記載された構成は、中心ローラと外輪とを相対的に偏心させることにより、その中心ローラと外輪との間に狭い空間と広い空間とを形成し、さらに中心ローラと外輪との間に円周方向に変位自在なウェッジローラを設け、そのウェッジローラに対する狭い空間側への押圧力を変えることにより、ウェッジローラや中間ローラの締め付け力を変えるようになっている。

しかしながら、特許文献１に記載された構造では、遊星ローラの締め付け力（圧接力もしくは挟圧力）が、基本的には、組み立て時の圧力になり、これは想定される最大のトルクに応じた圧力とすることになる。そのため、それより小さいトルクを伝達する場合には、締め付け力が相対的に過大となり、その結果、動力の伝達効率や耐久性が低下する可能性がある。

前述した特許文献２に記載されている構成では、接触面圧を相対的に低下させることができるが、ローラを挟み付ける法線力は一定である。したがって、特許文献２に記載されている構成であっても、上記の特許文献１に記載されている装置と同様に、伝達するべきトルクが小さい場合には、締め付け力が相対的に過大となり、その結果、動力の伝達効率や耐久性が低下する可能性がある。

これに対して特許文献３や特許文献４に記載されている装置は、ウェッジローラや中間ローラの締め付け力を変えられるので、伝達するべきトルクが小さい場合に伝達効率が低下するなどのことを抑制することができる。しかしながら、ウェッジローラを押圧する機構を中心ローラと外輪との間に設けなければならないうえに、中心ローラと外輪とが相互に偏心しているので、ウェッジローラの支持構造を含めて、全体としての構造が複雑化する可能性がある。

特開２００２−２３５８２３号公報 特開２０００−９７３０３号公報 特開平１０−３１１３９８号公報 特開２０００−２９１７５４号公報

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、トルク容量を入力トルクあるいは伝達するべきトルクに応じて変化させることができ、しかも簡単な構成の遊星ローラ機構を提供することを目的とするものである。

この発明は、中心軸線を中心に回転しかつ外周面がトルク伝達面とされた第１回転体と、該第１回転体に対して同心円上に配置されかつ内周面がトルク伝達面とされた第２回転体と、これらの回転体の間に配置されかつ各回転体の間に自転かつ公転自在に挟み込まれてトルクを伝達する転動体とを有する遊星ローラ機構において、前記第１回転体のトルク伝達面にトルク伝達可能に常時接触しかつ第１キャリヤによって保持された内周側転動体と、前記第２回転体のトルク伝達面にトルク伝達可能に常時接触しかつ前記第１キャリヤに対して相対回転可能な第２キャリヤによって保持されかつ内周側転動体との間でトルク伝達可能な外周側転動体とを含む複数の転動体からなる転動体対が前記第１回転体と第２回転体との間に複数対配置され、その転動体対における前記外周側転動体以外の転動体が、その自転中心線が、前記第１回転体の回転中心と前記外周側転動体の自転中心とを結んだ線に対して円周方向にずれて位置するように配置され、少なくともいずれか一つの転動体対は、該転動体対における内周側転動体を挟んで円周方向での両側に位置する二つの外周側転動体を備えており、さらに、前記転動体対における前記外周側転動体以外の転動体が、トルク伝達に伴って回転することにより前記外周側転動体に対して円周方向に相対的に移動して前記第１回転体と前記外周側転動体との間に入り込んで楔作用をなすように構成されていることを特徴とするものである。

また、この発明では、前記内周側転動体は、その内周側転動体より外周側に配置されている他の転動体以上の直径に形成されていることが好ましい。

またさらに、この発明では、前記二つの外周側転動体は、それぞれの外径が異なっていることが好ましい。

そして、この発明は、好ましくは、車両における動力伝達系統に組み込まれるとともに、前記二つの外周側転動体のうちその車両が前進走行する際に前記内周側転動体と第２回転体のトルク伝達面との間に挟み付けられる一方の外周側転動体の外径が他方の外周側転動体の外径より大きく構成されている。

あるいは、この発明は、好ましくは、車両における動力伝達系統に組み込まれるとともに、前記二つの外周側転動体のうちその車両が前進走行する際に前記内周側転動体と第２回転体のトルク伝達面との間に挟み付けられる一方の外周側転動体の外径が他方の外周側転動体の外径より小さく構成されている。

またそして、この発明は、好ましくは、前記第１回転体と第２回転体と転動体との三要素のうちのいずれか一つの要素にトルクが入力され、かつ他の一つの要素からトルクが出力され、残る一つの要素が固定されて、増速機構もしくは減速機構として構成されている。

この発明によれば、いずれかの回転体もしくは転動体にトルクが入力されると、これら回転体および転動体が相互にトルク伝達可能に接触しているので、トルクの伝達に伴う回転が生じる。その場合、第１回転体と外周側転動体との間に配置されている内周側転動体などの転動体が、トルク伝達に伴う反力で、第１回転体と外周側転動体との間に入り込んで楔作用が生じる。すなわち、第１回転体と外周側転動体との間隔を押し広げるように作用するので、結局、各回転体の間に配置されている転動体を挟み込む締め付け力あるいは挟圧力が大きくなり、それは入力されたトルクに応じて大きくなる。したがって、入力されたトルクあるいは伝達するべきトルクに応じた締め付け力もしくは挟圧力を設定できるから、伝達効率を向上させることができるとともに、耐久性を向上させることができる。さらに、転動体を円周方向に押圧する荷重は、トルクが入力されることによって生じ、特別な押圧機構を設けていないので、全体として構成を簡素化することができ、しかもトルク伝達の生じていない組み立て時は、転動体を挟み込む荷重が生じないから、容易に組み立てることができる。

つぎにこの発明をより具体的に説明する。この発明に係る遊星ローラ機構は、外周面がトルク伝達面とされた第１回転体と、内周面がトルク伝達面とされた第２回転体とが、同心円上に、かつ相対回転可能に配置され、それらの各回転体の間に、転動体が自転および公転できるように配置されている。これは、従来知られている遊星歯車機構における歯車を、摩擦接触によりトルク伝達し、もしくはトラクションオイルを介してトルク伝達する回転体や転動体に置き換えた構成の装置であり、したがって各回転体および転動体とを三つの回転要素としてこれらの回転要素が相互に差動回転する。

その第１回転体は、外周のトルク伝達面が真円もしくはこれに近い形状の円柱状もしくは円筒状の部材であり、回転軸として形成したものであってもよい。そして、この第１回転体は、遊星歯車機構におけるサンギヤに相当するものであり、したがって以下の説明では第１回転体をサンローラと記すことがある。

また、第２回転体は、内周のトルク伝達面が真円もしくはこれに近い形状の筒状の部材であり、好ましくは円筒状もしくはリング状に構成されている。そして、この第２回転体は、遊星歯車機構におけるリングギヤに相当するものであり、したがって以下の説明では第２回転体をリングローラと記すことがある。なお、これら「第１回転体」および「第２回転体」は、相対的な回転を行う部材を意味しており、したがって固定要素とされる場合には回転しない部材となることもある。

この発明では、転動体は、複数の転動体を一対として、複数対設けられている。各転動体対は、サンローラの外周面にトルク伝達可能に接触している内周側転動体と、この内周側転動体との間でトルク伝達することができ、かつリングローラの内周面にトルク伝達可能に接触している外周側転動体との少なくとも二つの転動体を含んでいる。なおここで、「接触」とは、直接接触して相互の間で生じる摩擦力でトルクを伝達する接触態様と、トラクションオイルを挟んで接触し、そのトラクションオイルが例えばガラス遷移して生じる大きい剪断力を介してトルク伝達する接触態様とのいずれであってもよい。したがって、この発明に係る遊星ローラ機構は、遊星歯車機構に準えて説明すれば、ダブルピニオン型の遊星ローラ、あるいはピニオンがそれ以上のマルチピニオン型の遊星ローラ機構として構成されている。そこで、以下の説明では、転動体をピニオンローラと記すことがある。

転動体対あるいはピニオンローラ対は、複数対設けられており、それらは円周方向の所定位置に保持された状態で自転し、かつ公転するように構成されており、そのために各ピニオンローラは、サンローラの中心軸線を中心にして回転するキャリヤによって保持されている。そして、各ピニオンローラ対における外周側ピニオンローラ以外のピニオンローラ、すなわち二つのピニオンローラでピニオンローラ対が構成されている場合には、内周側ピニオンローラ、三つ以上のピニオンローラでピニオンローラ対が構成されている場合には、内周側ピニオンローラおよびこれと外周側ピニオンローラとの間のピニオンローラのいずれかが、サンローラの回転中心と外周側ピニオンローラの回転中心とを結んだ線に対して円周方向にずれて配置され、かつ円周方向に相対移動するようになっている。このような相対移動を許容する構成の一例は、キャリヤに対する取り付け部にガタ（もしくは緩み）を設けた構成である。他の構成は、内周側ピニオンローラを保持するキャリヤと、外周側ピニオンローラを保持するキャリヤとを設け、それらのキャリヤを相対回転自在とした構成である。

そして、その円周方向に相対移動可能な内周側のピニオンローラは、トルクの伝達に伴う反力でサンローラと外周側ピニオンローラとの間に入り込んで楔作用を生じる。すなわち、この円周方向に移動可能なピニオンローラの外径は、サンローラの外周面と外周側ピニオンローラの外周面との間の寸法より大きく形成されている。そのサンローラと外周側ピニオンローラとの間に前記円周方向に移動可能なピニオンローラを入り込ませる荷重は、伝達するべきトルクもしくは入力されたトルクに応じて大きくなる。したがって、この発明に係る遊星ローラ機構は、ピニオンローラを挟み込むいわゆる押し付け力が可変な機構として構成されている。

上述したピニオンローラ対のそれぞれは、複数のピニオンローラによって構成されており、それらのピニオンローラは同じ外径のものであってもよく、あるいはいずれか一方が他方よりも大径であってもよい。この発明の好ましい実施の形態では、サンローラにトルク伝達可能に接触している内周側ピニオンローラがこれより外周側のピニオンローラより大径に構成されている。このような構成であれば、サンローラと内周側ピニオンローラとの間の接触面積が広くなってヘルツ面圧を下げることができ、その結果、転動疲労寿命が長くなり、またそれに伴って遊星ローラ機構の小型軽量化が可能になる。

また、この発明の好ましい実施の形態では、各ピニオンローラ対における外周側ピニオンローラが二つ設けられ、それらを内周側ピニオンローラに対して円周方向での両側に配置する。内周側ピニオンローラの移動方向は、伝達するべきトルクの方向あるいはサンローラの相対的な回転方向に応じて正逆に変化する。したがって、外周側ピニオンローラが円周方向の両側に配置されていることにより、伝達するべきトルクの方向が正逆のいずれの方向であっても、内周側ピニオンローラはサンローラと外周側ピニオンローラとの間に押し込められて、トルクに応じた押し付け力を発生させることができる。すなわち、正回転方向のトルクとこれとは逆回転方向のトルクとのいずれであっても伝達することができる。

この発明の好ましい実施の形態では、それら二つの外周側ピニオンローラの外径が互いに異なっている。すなわち一方が他方の直径以上もしくは大径となっている。その外径が大きければ、サンローラとの間の間隔が狭く、内周側ピニオンローラが入り込む隙間の挟み角（もしくは楔角）が大きく、これとは反対に外周側ピニオンローラの外径が小さければ、サンローラとの間の間隔が相対的に広く、内周側ピニオンローラが入り込む隙間の挟み角（もしくは楔角）が小さくなる。したがって、前者の場合には、内周側ピニオンローラが僅か移動しただけで、大きい押し込み力が発生し、トルク伝達の応答が早くなる。言い換えれば、感度が良くなる。これとは反対に後者の場合には、大きい押し込み力を発生するには、内周側ピニオンローラが相対的に大きく移動する必要があり、したがってトルク伝達の応答が遅くなる。言い換えれば、感度が低くなる。このように、二つの外周側ピニオンローラの外径を異ならせることにより、トルクの方向に応じて感度を異ならせることができる。

この発明に係る遊星ローラ機構は、車両に搭載した場合に上記の特性を利用して、前進時と後進時とのトルク伝達の感度を異ならせることができる。例えば、前進時の感度を良くする場合には、前進走行方向のトルクを伝達する際に内周側ピニオンローラを挟み込む外周側ピニオンローラの外径を大きくすることが好ましい。これとは反対に後進時の感度を良くする場合には、後進走行方向のトルクを伝達する際に内周側ピニオンローラを挟み込む外周側ピニオンローラの外径を大きくすることが好ましい。

そして、この発明の好ましい実施の形態では、サンローラとリングローラとピニオンローラとの三要素のうちのいずれか一つの要素にトルクが入力され、かつ他の一つの要素からトルクが出力され、残る一つの要素が固定されて、増速機構もしくは減速機構として構成される。

つぎに、図面を参照してこの発明に係る遊星ローラ機構をより具体的に説明する。図１の（ａ）および（ｂ）はこの発明の一例を概略的に示す正面図であって、サンローラ１がその中心軸線を中心に回転するように配置されており、そのサンローラ１の外周面がトルク伝達面２とされている。このサンローラ１以上の外径もしくは大径の円筒状をなすリングローラ３が、サンローラ１と同心円上に相対回転可能に配置されている。そのリングローラ３の内周面がトルク伝達面４とされている。

図１に示す遊星ローラ機構は、四対のピニオンローラ対５を備えており、各ピニオンローラ対５は内周側ピニオンローラ５ａと外周側ピニオンローラ５ｂとによって構成されている。したがって図１に示す遊星ローラ機構は、いわゆるダブルピニオン型の遊星ローラ機構として構成されている。その内周側ピニオンローラ５ａは、外周面をトルク伝達面とした真円もしくはそれに近い形状の転動体であって、サンローラ１のトルク伝達面２に接触した状態で配置されている。外周側ピニオンローラ５ｂは、内周側ピニオンローラ５ａより大径の転動体であって、その外周面は真円もしくはそれに近い形状のトルク伝達面とされている。そして、この外周側ピニオンローラ５ｂは内周側ピニオンローラ５ａとリングローラ３の内周面であるトルク伝達面４とに接触した状態に配置されている。なお、ここで説明している実施の形態における「接触」は、直接接触する状態だけでなく、トラクションオイル（図示せず）の油膜を介して接触する状態を含む。

各ピニオンローラ対５は、相互の相対位置を保持するようにキャリヤ６によって自転かつ公転できるように保持されている。そのキャリヤ６は、サンローラ１の中心軸線を中心に回転するように配置された板状もしくはリング状の部材であって、前記各外周側ピニオンローラ５ｂが等間隔に保持されている。その保持のための構成は、例えばキャリヤ６にピニオンピン（図示せず）を等間隔に取り付け、それぞれのピニオンピンに外周側ピニオンローラ５ｂを回転可能に取り付けた構成とすればよい。

また、前記各内周側ピニオンローラ５ａが円周方向に移動できるようにキャリヤ６に保持されている。各内周側ピニオンローラ５ａの外径は、サンローラ１のトルク伝達面２と外周側ピニオンローラ５ｂの外周面との間隔より大きく、したがって各ピニオンローラ対５における内周側ピニオンローラ５ａは、サンローラ１の回転中心と外周側ピニオンローラ５ｂの回転中心とを結んだ線に対して円周方向にずれた位置に保持されている。そして、その内周側ピニオンローラ５ａの円周方向への移動可能な範囲は、内周側ピニオンローラ５ａの両側に配置されている外周側ピニオンローラ５ｂのそれぞれに選択的に接触する範囲となっている。

なお、図１には、その移動範囲を誇張して示してあり、実用上は、内周側ピニオンローラ５ａを保持している機構のいわゆるガタ分程度の移動範囲もしくは取り付け時に設定した緩み程度の移動範囲でよい。すなわち、内周側ピニオンローラ５ａを移動可能に構成しているのは、内周側ピニオンローラ５ａがその両側に位置する外周側ピニオンローラ５ｂのいずれかにトルク伝達可能に接触している状態では、他方とのトルク伝達が生じないようにするためであり、したがってトルク伝達が生じない非接触状態は、両者の間隔が零より僅かに大きい程度であればよい。

上記の遊星ローラ機構は、増速機および減速機のいずれとしても使用することができ、さらには差動装置としても使用することができる。図２には、減速機として使用した例をスケルトン図で示してあり、サンローラ１が入力軸７に連結されており、またリングローラ３が出力部材８に連結され、さらにキャリヤ６がケーシングなどの所定の固定部９に連結されて固定されている。そのサンローラ１を正回転（図１の（ａ）に矢印で示す方向に回転）させると、そのサンローラ１のトルク伝達面２に接触している内周側ピニオンローラ５ａには、図１の（ａ）に矢印で示す時計方向に自転させるトルクと、図１の（ａ）に太い矢印で示す反時計方向に公転させるトルクとが作用する。内周側ピニオンローラ５ａは、前述したように、ガタもしくは緩みをもってキャリヤ６によって保持されているので、キャリヤ６が固定されていても、その公転トルクによって内周側ピニオンローラ５ａが移動して外周側ピニオンローラ５ｂの外周面に接触する。

内周側ピニオンローラ５ａには前述したようにこれを自転させるトルクが作用しているので、内周側ピニオンローラ５ａが外周側ピニオンローラ５ｂに接触すると、外周側ピニオンローラ５ｂにはこれを図１の（ａ）に矢印で示す反時計方向に回転させるトルクが伝達される。そして、この外周側ピニオンローラ５ｂはリングローラ３の内周面であるトルク伝達面４に接触しているので、外周側ピニオンローラ５ｂからリングローラ３にトルクが伝達されてこれが正回転する。そのリングローラ３の回転数は、サンローラ１の回転数を、サンローラ１のトルク伝達面２の外径とリングローラ３のトルク伝達面４の内径との比であるいわゆるローラ比ρ（＜１）に応じて減速（減速比＝１／ρ）した回転数となる。

このようにサンローラ１とリングローラ３との間でトルクを伝達する場合、内周側ピニオンローラ５ａが、凸円弧面が対向して形成されている隙間であるサンローラ１のトルク伝達面２と外周側ピニオンローラ５ｂの外周面との間に押し込められる。その荷重は、サンローラ１と内周側ピニオンローラ５ａとの間、および内周側ピニオンローラ５ａと外周側ピニオンローラ５ｂとの間で伝達されるトルクに応じた荷重となる。したがってサンローラ１とリングローラ３との間で伝達されるトルクが大きい場合には、内周側ピニオンローラ５ａが大きい荷重でサンローラ１と外周側ピニオンローラ５ｂとの間に押し付けられ、その結果、サンローラ１とリングローラ３との間を押し広げる力、すなわちサンローラ１とリングローラ３との間にピニオンローラ対５を挟み込む押し付け力が、入力トルクもしくは伝達するべきトルクに応じて大きくなる。

摩擦接触もしくはトラクションオイルを介した接触によってトルクを伝達する機構のトルク容量は、トルク伝達箇所における垂直荷重に応じて大きくなるから、ピニオンローラ対５の押し付け力が上記のようにして増大すれば、遊星ローラ機構のトルク容量がそれに応じて増大する。したがって、この発明に係る上記の遊星ローラ機構は、入力トルクもしくは伝達するべきトルクに応じてトルク容量が変化する可変容量型の遊星ローラ機構として機能する。そのため、サンローラ１とリングローラ３との間にピニオンローラ対５を挟み付ける押し付け力あるいはこれらの接触面圧が、伝達するべきトルクに対して過大になることがないので、動力の伝達効率を向上させることができ、また耐久性を向上させることができる。

なお、サンローラ１が逆回転する場合のトルクの伝達状態を図１の（ｂ）に示してある。この場合、サンローラ１から内周側ピニオンローラ５ａに伝達されるトルクの方向が上述した正回転の場合とは反対になるので、内周側ピニオンローラ５ａを公転させるトルクの方向も正回転の場合とは反対になる。その結果、内周側ピニオンローラ５ａは、図１の（ｂ）に太い矢印で示してあるように公転トルクを受けて移動し、図１の（ａ）に示す場合とは反対側に配置されている外周側ピニオンローラ５ｂに接触させられる。そして、サンローラ１にはこれを逆回転させるトルクが作用しているので、内周側ピニオンローラ５ａにはこれを図１の（ｂ）での反時計方向に自転させるトルクが作用し、これに接触している外周側ピニオンローラ５ｂにはこれを時計方向に回転させるトルクが作用する。そして、外周側ピニオンローラ５ｂが接触しているリングローラ３にはこれを時計方向に回転させるトルクが作用し、その方向に回転する。この場合の減速比も正回転の場合と同様に「１／ρ」になる。

図１および図２に示す例は、内周側ピニオンローラ５ａと外周側ピニオンローラ５ｂとの両方を一つのキャリヤ６で保持し、かつ内周側ピニオンローラ５ａの保持にガタもしくは緩みを設けた例であるが、この発明では、内周側ピニオンローラ５ａと外周側ピニオンローラ５ｂとを、それぞれ別のキャリヤで保持した構成とすることができる。図３の（ａ）および（ｂ）はその例を示しており、各ピニオンローラ対５における内周側ピニオンローラ５ａが第１のキャリヤ６ａによって保持されており、各ピニオンローラ対５における外周側ピニオンローラ５ｂが第２のキャリヤ６ｂによって保持されている。

これらのキャリヤ６ａ，６ｂによるそれぞれのピニオンローラ５ａ，５ｂの保持構造は、前述した図１に示す例と同様である。また、これらのキャリヤ６ａ，６ｂは前述したサンローラ１の回転中心軸線を中心にしてサンローラ１やリングローラ３に対して相対回転自在になっており、したがって各ピニオンローラ５ａ，５ｂが相対的に公転するようになっている。さらに、第１のキャリヤ６ａと第２のキャリヤ６ｂとは相対回転できるように構成されている。したがって、外周側ピニオンローラ５ｂを公転方向に対して固定した場合には内周側ピニオンローラ５ａが円周方向に移動するように構成されている。他の構成は、前述した図１に示す構成と同様であるから、図３に図１と同様の符号を付してその説明を省略する。

図３の（ａ）は、外周側ピニオンローラ５ｂの公転を止めるようにそのキャリヤ６ｂを固定し、これに対して内周側ピニオンローラ５ａを保持しているキャリヤ６ａをフリー状態とし、その状態でサンローラ１に正回転方向のトルクを入力するとともに、リングローラ３から出力するように構成した場合の動作を示している。この場合も、前述した図１の（ａ）に示す場合と同様に、内周側ピニオンローラ５ａが図３の（ａ）における反時計方向に移動してこれに隣接する外周側ピニオンローラ５ｂとサンローラ１との間に押し込められる。そして、その押し付け力が入力トルクもしくは伝達するトルクに応じたものとなるので、動力損失が増大したり、耐久性が低下することなくトルクの伝達を行うことができる。なお、この場合の減速比は、前述した図１の（ａ）に示す場合の減速比と同じである。

また、サンローラ１に逆回転方向のトルクが入力された場合には、図３の（ｂ）に示すように、内周側ピニオンローラ５ａが図３の（ｂ）における時計方向に移動してこれに隣接する外周側ピニオンローラ５ｂとサンローラ１との間に押し込められる。そして、その押し付け力が入力トルクもしくは伝達するトルクに応じたものとなるので、動力損失が増大したり、耐久性が低下することなくトルクの伝達を行うことができる。これは、前述した図１の（ｂ）に示す場合と同様であり、したがってその減速比は、前述した図１の（ｂ）に示す場合の減速比と同じである。

図４は、上記の図３に示す構成の遊星ローラ機構をハイブリッド車のトランスアクスルに使用した例を示しており、この遊星ローラ機構は第２モータ・ジェネレータＭＧ２が出力した動力を減速する減速機として使用されている。すなわち、エンジンＥＮＧが出力した動力を第１モータ・ジェネレータＭＧ１側と出力側とに分割する動力分割機構１０が設けられており、この動力分割機構１０はここに示す例ではシングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。その遊星歯車機構は、サンギヤ１１と、そのサンギヤ１１に対して同心円上に配置されたリングギヤ１２と、これらサンギヤ１１およびリングギヤ１２の間に配置されてそれぞれに噛み合っているピニオンギヤを自転および公転自在に保持するキャリヤ１３とを備えており、そのキャリヤ１３にエンジンＥＮＧが連結されていてキャリヤ１３が入力要素となっている。

また、第１モータ・ジェネレータＭＧ１は、モータとしての機能および発電機としての機能を備えていて、サンギヤ１１に連結されている。したがって、サンギヤ１１がいわゆる反力要素となっている。そして、リングギヤ１２が出力要素となっていてこのリングギヤ１２に出力ギヤ１４が取り付けられている。

前述した図３に示す構成の遊星ローラ機構が、上記の動力分割機構１０に対して同一軸線上で隣接する位置に配置されており、そのリングローラ３が出力ギヤ１４あるいは動力分割機構１０のリングギヤ１２に連結され、またサンローラ１に第２モータ・ジェネレータＭＧ２が連結されている。そして、外周側ピニオンローラ５ｂを保持しているキャリヤ６ｂがケーシングなどの固定部９に固定されている。そして、出力ギヤ１４からカウンタ軸１５を介してデファレンシャル１６にトルクを伝達するように構成され、さらにそのデファレンシャル１６から左右の駆動輪１７にトルクを出力するように構成されている。

エンジンＥＮＧから出力された動力は、動力分割機構１０におけるキャリヤ１３に入力され、ここでサンギヤ１１側とリングギヤ１２側とに分割される。サンギヤ１１側に分割された動力で第１モータ・ジェネレータＭＧ１を駆動し、かつその第１モータ・ジェネレータＭＧ１を発電機として機能するように制御することにより、第１モータ・ジェネレータＭＧ１からサンギヤ１１に反力トルクが付加され、同時に、エンジンＥＮＧの回転数が第１モータ・ジェネレータＭＧ１によって制御される。その結果、リングギヤ１２にはエンジントルクを増幅したトルクが現れ、そのトルクが出力ギヤ１４からカウンタ軸１５およびデファレンシャル１６を介して駆動輪１７に伝達される。

一方、第１モータ・ジェネレータＭＧ１で生じた電力は第２モータ・ジェネレータＭＧ２に供給され、その第２モータ・ジェネレータＭＧ２がモータとして機能するように制御される。そしてその第２モータ・ジェネレータＭＧ２が出力した動力は、遊星ローラ機構によって減速されて出力ギヤ１４に付加される。したがって、第２モータ・ジェネレータＭＧ２が出力したトルクが、遊星ローラ機構によって増幅されて出力ギヤ１４に伝達されることになる。なお、第２モータ・ジェネレータＭＧ２によってエネルギ回生する場合、出力ギヤ１４から入力される動力によって第２モータ・ジェネレータＭＧ２を駆動するとともに第２モータ・ジェネレータＭＧ２を発電機として機能させる。その場合、リングローラ３が入力要素、キャリヤ６ｂが固定要素、サンローラ１が出力要素となるので、遊星ローラ機構は増速機構として機能することになる。

この発明に係る遊星ローラ機構は、トルクの伝達を摩擦接触もしくはトラクションオイルの油膜を介した接触によって行う機構であるから、遊星歯車機構と比較するとその構造が簡単であり、したがってサンローラ１を小径化してその外径（ｒs）とリングローラ３の内径（ｒR）との比率（ｒs／ｒR）であるいわゆるローラ比を小さくし、減速機として構成した場合の減速比を大きくすることができる。その場合、サンローラ１を小径化することに伴うヘルツ面圧を低下させるように構成することが好ましい。その一例を図５に示してあり、ここに示す例は、内周側ピニオンローラ５ａを外周側ピニオンローラ５ｂに対して大径に構成した例である。他の構成は、図３に示す構成と同様であるから、図５に図３と同様の符号を付してその説明を省略する。

図５の（ａ）は正回転時の動作状態を示し、図５の（ｂ）は逆回転時の動作状態を示しており、これらいずれの場合であっても、大径の内周側ピニオンローラ５ａと小径の外周側ピニオンローラ５ｂとからなるピニオンローラ対５は、入力トルクに応じた挟圧力で、サンローラ１とリングローラ３との間に挟み込まれている。その挟圧力に応じてサンローラ１と内周側ピニオンローラ５ａとが接触するが、その内周側ピニオンローラ５ａが大径であるから、サンローラ１との接触面積が相対的に広くなり、それに伴ってヘルツ面圧（ヘルツ応力）を低下させることができる。ひいては耐久性を向上させることができる。なお、図５に示すように構成した遊星ローラ機構であっても、図１あるいは図３に示すように構成した場合と同様に可変トルク容量型遊星ローラ機構として動作して、正転方向および逆転方向にトルクを伝達することができる。

この発明に係る遊星ローラ機構は、サンローラ１とリングローラ３との間に介在させるピニオンローラ対５におけるピニオンローラの数が複数であればよく、したがって三つのピニオンローラによって各ピニオンローラ対５を構成してもよい。その例を図６に示してあり、各ピニオンローラ対５には相対的に小径の二つの外周側ピニオンローラ５ｂ，５ｃが設けられ、相対的に大径の内周側ピニオンローラ５ａと合わせて合計三つのピニオンローラ５ａ，５ｂ，５ｃによってピニオンローラ対５が構成されている。そして、二つの外周側ピニオンローラ５ｂ，５ｃは、共にキャリヤ６ｂによって自転かつ公転できるように保持されている。図６に示す他の構成は、前述した図３もしくは図５に示す構成と同様であるから、図６に図３もしくは図５と同様の符号を付してその説明を省略する。

図６の（ａ）に示す状態は、外周側のキャリヤ６ｂを固定して、サンローラ１に正転方向のトルクが入力されている状態であり、相対的に大径の内周側ピニオンローラ５ａがトルクの伝達に伴う公転方向のトルクを受けて図６の（ａ）における反時計方向に移動する。そして、内周側ピニオンローラ５ａはその移動方向に隣接して配置されている一方の外周側ピニオンローラ５ｂに接触し、かつその外周側ピニオンローラ５ｂとサンローラ１との間に押し込められる。したがって前述した図５の（ａ）に示す場合と同様に、可変トルク容量型遊星ローラ機構として機能する。また、内周側ピニオンローラ５ａが相対的に大径であるから、ヘルツ面圧を低くして耐久性を向上させることができる。

一方、逆回転方向のトルクがサンローラ１に入力された場合、図６の（ｂ）に示すように、内周側ピニオンローラ５ａが図６の（ｂ）における時計方向に移動するので、その内周側ピニオンローラ５ａと共にピニオンローラ対５を構成している他方の外周側ピニオンローラ５ｃに内周側ピニオンローラ５ａが接触し、かつその外周側ピニオンローラ５ｃとサンローラ１との間に押し込められる。したがって前述した図５の（ｂ）に示す場合と同様に、可変トルク容量型遊星ローラ機構として機能する。また、内周側ピニオンローラ５ａが相対的に大径であるから、ヘルツ面圧を低くして耐久性を向上させることができる。

このように図６に示す構成であれば、前述した図１あるいは図３もしくは図５に示すように構成した遊星ローラ機構と同様の作用および効果を得ることができ、これに加えて、入力トルクの方向が反転した場合の衝撃を軽減することが可能である。すなわち、二つの外周側ピニオンローラ５ｂ，５ｃはその間に配置されている内周側ピニオンローラ５ａと共に一つのピニオンローラ対５を構成しているから、これらの外周側ピニオンローラ５ｂ，５ｃは内周側ピニオンローラ５ａに接近させて配置することができる。こうすることにより、入力トルクの方向が反転して、一方の外周側ピニオンローラ５ｂに接触していた内周側ピニオンローラ５ａが他方の外周側ピニオンローラ５ｃに接触するまでに移動する距離がごく僅かになるため、内周側ピニオンローラ５ａが他方の外周側ピニオンローラ５ｃに接触する際の衝撃が小さくなる。その結果、図６に示す構成の遊星ローラ機構を車両の駆動系統に組み込んで使用した場合、その車両の前進走行と後進走行とを切り替えるいわゆるガレージシフトなどの場合であっても、ショックを防止もしくは軽減することができる。

上述したように、この発明に係る遊星ローラ機構では、内周側ピニオンローラ５ａが公転方向に移動することによりサンローラ１と外周側ピニオンローラ５ｂ，５ｃとの間に押し込められて楔作用を行い、あるいは外周側ピニオンローラ５ｂ，５ｃが相対的に楔作用を行い、その結果、ピニオンローラ対５を挟み付ける挟圧力を入力トルクに応じたものとすることができる。その楔作用は、楔として機能する部材が進入する箇所の楔角によって異なったものとなる。すなわち、楔角が大きく、いわゆる進入口が大きく開いている場合には、楔として機能する部材が僅かに進入しただけでその進入方向に対して交差する方向に大きい荷重が生じる。これに対して、楔角が小さい場合には、楔として機能する部材の進入量に対する、その進入方向に対して交差する方向の荷重の増大量が相対的に小さくなる。

これを、前述したピニオンローラ対５を挟み付ける挟圧力の変化について説明すると、サンローラ１の外径を同一とした場合、外周側ピニオンローラの外径が大きいほど、内周側ピニオンローラ５ａが進入するサンローラ１と外周側ピニオンローラとの間の楔角が大きくなり、これとは反対に外周側ピニオンローラの外径が小さいほど、その楔角が小さくなる。したがって、外周側ピニオンローラの外径が大きければ、トルクが入力されると直ちに前記挟圧力が増大して所定のトルクが出力されるので、遊星ローラ機構によるトルク伝達の応答性もしくは感度が良くなる。これに対して外周側ピニオンローラの外径が小さければ、トルクが入力されて内周側ピニオンローラ５ａがある程度移動した後に前記挟圧力が増大して所定のトルクが出力されるので、遊星ローラ機構によるトルク伝達の応答性もしくは感度が鈍くなる。

このような楔作用の相違を利用して、トルクの方向に応じて感度が異なるように構成した例を次ぎに説明する。図７はその一例を示しており、（ａ）は正転時の動作状態、（ｂ）は逆転時の動作状態を示している。ここに示す遊星ローラ機構は上記の図６に示す構成と同様に、一つの内周側ピニオンローラ５ａに対して二つの外周側ピニオンローラ５ｂ，５ｃが設けられているが、それらの外周側ピニオンローラ５ｂ，５ｃの外径が異なっている。図７に示す例では、正転時にトルクの伝達に関与する一方の外周側ピニオンローラ５ｂの外径が、逆転時にトルクの伝達に関与する他方の外周側ピニオンローラ５ｃの外径より大きく構成されている。他の構成は、図６に示す構成と同様であるから、図７に図６と同様の符号を付してその説明を省略する。

先ず正転時の作用について説明すると、外周側のキャリヤ６ｂが固定された状態で、サンローラ１に図７の（ａ）における反時計方向のトルクが入力され、サンローラ１がその方向に回転することにより、サンローラ１に接触している内周側ピニオンローラ５ａは、図７の（ａ）に太い矢印で示す方向（反時計方向）に押される。そして、内周側ピニオンローラ５ａがその反時計方向側に位置している大径の外周側ピニオンローラ５ｂに接触するとともに、その外周側ピニオンローラ５ｂとサンローラ１との間に押し込められる。そのため、その内周側ピニオンローラ５ａと外周側ピニオンローラ５ｂとには、これらをサンローラ１とリングローラ３との間に挟み付ける挟圧力が生じ、その挟圧力に応じたトルク容量となる。その場合、外周側ピニオンローラ５ｂが大径であって、その外周側ピニオンローラ５ｂとサンローラ１との間のいわゆる楔角が大きいから、挟圧力すなわちトルク容量が迅速に増大し、トルク伝達の応答性あるいは感度が良くなる。

一方、逆転時には図７の（ｂ）に示すように動作する。すなわち、サンローラ１に図７の（ｂ）における時計方向のトルクが入力されると、サンローラ１がその方向に回転することにより、サンローラ１に接触している内周側ピニオンローラ５ａは、図７の（ｂ）に太い矢印で示す方向（時計方向）に押される。そして、内周側ピニオンローラ５ａがその時計方向側に位置している小径の外周側ピニオンローラ５ｃに接触するとともに、その外周側ピニオンローラ５ｃとサンローラ１との間に押し込められる。そのため、その内周側ピニオンローラ５ａと外周側ピニオンローラ５ｃとには、これらをサンローラ１とリングローラ３との間に挟み付ける挟圧力が生じ、その挟圧力に応じたトルク容量となる。その場合、外周側ピニオンローラ５ｃが小径であって、その外周側ピニオンローラ５ｃとサンローラ１との間のいわゆる楔角が小さいから、挟圧力すなわちトルク容量が相対的にゆっくり増大し、トルク伝達の応答性あるいは感度が低くなる。

したがって、図７に示す遊星ローラ機構を車両における動力源の動力を出力部材に伝達する箇所に使用し、前進走行する方向のトルクが入力された場合に図７の（ｂ）に示すように動作し、後進走行する方向のトルクが入力された場合に図７の（ａ）に示すように動作する構成とすることができる。このような構成であれば、前進走行する際の入力トルクの増大に対するトルク容量の増大の感度が低くなるので、動力源の出力を増大して発進する際のショック（いわゆるチップインショック）を緩和もしくは防止することが容易になる。これに対して後進時には感度が高く、ずり下がりを防止もしくは抑制することができる。

なお、これとは反対に、前進時に感度が良くなり、後進時に感度が低くなるように構成することもできる。すなわち、前進時に図７の（ａ）に示すように動作し、後進時に図７の（ｂ）に示すように動作する構成とすることができる。このような構成であれば、坂道発進の際のずり下がりを防止もしくは抑制でき、また後進時には緩やかな後進方向への発進を行うことができる。

上述した各具体例は、サンローラ１を入力要素とするとともに、キャリヤ６，６ｂを固定要素とし、さらにリングローラ３を出力要素とした例であるが、この発明に係る遊星ローラ機構は、そのような使用形態以外の形態で使用することができる。例えばリングローラ３とサンローラ１とのいずれか一方を固定要素とするとともに、他方を出力要素とし、かつキャリヤ６，６ａ，６ｂを入力要素として使用することもできる。その一例として、サンローラ１を固定した状態で、キャリヤ６ａにトルクを入力するように構成した例を図８および図９に示してある。すなわち、これら図８および図９に示す例は、上記の図７に示す構成の遊星ローラ機構におけるサンローラ１を固定部９に連結して固定し、また内周側のキャリヤ６ａを入力軸７に連結し、さらにリングローラ３を出力部材８に連結した例である。

その入力軸７に正回転方向のトルクを加えると、内周側のキャリヤ６ａおよびこれに保持されている内周側ピニオンローラ５ａが図８の反時計方向に回転する。その内周側ピニオンローラ５ａが接触しているサンローラ１が固定されているので、内周側ピニオンローラ５ａは反時計方向に公転するとともに、時計方向に自転する。したがって、内周側ピニオンローラ５ａが大径の外周側ピニオンローラ５ｂに接触してトルク伝達し、その外周側ピニオンローラ５ｂが図８の時計方向に回転し、それに伴ってリングローラ３が時計方向に回転する。その結果、内周側ピニオンローラ５ａがサンローラ１と外周側ピニオンローラ５ｂとの間に進入し、それらの間隔を押し広げる方向に押圧力を生じるので、その反力としてこれらの内周側ピニオンローラ５ａと外周側ピニオンローラ５ｂとをサンローラ１とリングローラ３との間に挟み込む挟圧力が生じる。その挟圧力が入力トルクに応じて大きくなるものであることは前述したとおりである。そしてこの場合、出力要素であるリングローラ３は入力要素であるキャリヤ６ａに対して減速されて回転し、その減速比はローラ比を「ρ」とすると、（１／（１−ρ））となる。

なお、キャリヤ６ａに上記の場合とは反対方向にトルクが入力された場合には、大径の外周側ピニオンローラ５ｂに替わって小径の外周側ピニオンローラ５ｂに内周側ピニオンローラ５ａが接触してこれがトルクの伝達に関与する。その場合の動作は、回転方向が反対になるだけであって、上記の正転時と特には異ならない。また、減速比も正転時と同様に、（１／（１−ρ））となる。

上述したいずれの例もサンローラ１とリングローラ３との間に直列に並んで挟み込まれるピニオンローラが二つとなる例であるが、この発明では、それ以上の数のピニオンローラがサンローラ１とリングローラ３との間に直列に挟み込まれるように構成することもできる。図１０はその一例として三つのピニオンローラがサンローラ１とリングローラ３との間に挟み込まれるように構成した例である。

より具体的に説明すると、内周側ピニオンローラとして、サンローラ１のトルク伝達面２に接触する第１内周側ピニオンローラ５a1と、その第１内周側ピニオンローラ５a1より大径でかつ第１内周側ピニオンローラ５a1にトルク伝達可能に接触する第２内周側ピニオンローラ５a2とが設けられ、これらの内周側ピニオンローラ５a1，５a2が、共に、キャリヤ６ａに自転かつ公転自在に保持されている。そして、第２内周側ピニオンローラ５a2より外周側に、外径の異なる二つの外周側ピニオンローラ５ｂ，５ｃが設けられ、トルクの伝達方向に応じて、これらの外周側ピニオンローラ５ｂ，５ｃのいずれかに第２内周側ピニオンローラ５a2が接触し、かつ第１内周側ピニオンローラ５a1との間に押し込まれるようになっている。他の構成は、図７あるいは図８に示す構成と同様であり、したがって図１０に図７あるいは図８と同様の符号を付してその説明を省略する。

この図１０に示すように構成された遊星ローラ機構では、内周側ピニオンローラ５a1，５a2が相互に反対方向に回転するものの、一体となって公転するので、トルクを伝達する場合には、これらの内周側ピニオンローラ５a1，５a2が一体となってサンローラ１と外周側ピニオンローラ５ｂ，５ｃとの間に押し込まれ、あるいは外周側ピニオンローラ５ｂ，５ｃが第２内周側ピニオンローラ５a2とリングローラ３のトルク伝達面４との間に相対的に押し込まれ、それに伴う挟圧力が発生する。そして、その挟圧力は前述した各例と同様に入力されたトルクあるいは伝達するべきトルクに応じて大きくなる。

以上、この発明に係る遊星ローラ機構を複数の例を挙げて説明したように、この発明に係る遊星ローラ機構では、サンローラ１とリングローラ３との間に複数のピニオンローラからなる複数のピニオンローラ対を配置したいわゆるマルチピニオン型に構成し、それらのピニオンローラのうち内周側もしくは外周側のピニオンローラを公転方向に相対移動可能に構成してあるから、いわゆる挟圧力あるいはそれに基づくトルク容量を、入力トルクもしくは伝達するトルクに応じて変化させることができる。しかも、それらのピニオンローラは、ガタあるいは緩みのある保持構造とするか、別個独立のキャリヤで保持すればよいので、構成を簡素化することができる。また、サンローラ１およびリングローラ３ならびにキャリヤは同一の軸線上に配置できるので、入力軸や出力軸などの関連する部材の支持構造を簡素化することができる。

この発明に係る遊星ローラ機構の一例を概略的に示す正面図である。 その遊星ローラ機構を減速機構として使用した場合の構成を示すスケルトン図である。 この発明に係る遊星ローラ機構の他の例を概略的に示す正面図である。 その遊星ローラ機構をハイブリッド車のトランスアクスルに組み込んで使用した場合の構成を示すスケルトン図である。 この発明に係る遊星ローラ機構の更に他の例を概略的に示す正面図である。 噛み合ピニオンローラ対を三つのピニオンローラで構成したこの発明に係る遊星ローラ機構の例を概略的に示す正面図である。 二つの外周側ピニオンローラの外径を異ならせたこの発明に係る遊星ローラ機構の例を概略的に示す正面図である。 キャリヤを入力要素として構成したこの発明に係る遊星ローラ機構の例を概略的に示す正面図である。 そのスケルトン図である。 三つのピニオンローラがサンローラとリングローラとの間に挟み込まれるように構成したこの発明に係る遊星ローラ機構の例を概略的に示す正面図である。

符号の説明

１…サンローラ、 ２…トルク伝達面、 ３…リングローラ、 ４…トルク伝達面、 ５…ピニオンローラ対、 ５ａ，５a1，５a2…内周側ピニオンローラ、 ５ｂ，５ｂ，５ｃ…外周側ピニオンローラ、 ６，６ａ，６ｂ…キャリヤ、 ７…入力軸、 ８…出力部材、 ９…固定部。

Claims (6)

1. 中心軸線を中心に回転しかつ外周面がトルク伝達面とされた第１回転体と、該第１回転体に対して同心円上に配置されかつ内周面がトルク伝達面とされた第２回転体と、これらの回転体の間に配置されかつ各回転体の間に自転かつ公転自在に挟み込まれてトルクを伝達する転動体とを有する遊星ローラ機構において、
   前記第１回転体のトルク伝達面にトルク伝達可能に常時接触しかつ第１キャリヤによって保持された内周側転動体と、前記第２回転体のトルク伝達面にトルク伝達可能に常時接触しかつ前記第１キャリヤに対して相対回転可能な第２キャリヤによって保持されかつ内周側転動体との間でトルク伝達可能な外周側転動体とを含む複数の転動体からなる転動体対が前記第１回転体と第２回転体との間に複数対配置され、
   その転動体対における前記外周側転動体以外の転動体が、その自転中心線が、前記第１回転体の回転中心と前記外周側転動体の自転中心とを結んだ線に対して円周方向にずれて位置するように配置され、
   少なくともいずれか一つの転動体対は、該転動体対における内周側転動体を挟んで円周方向での両側に位置する二つの外周側転動体を備えており、
   さらに、前記転動体対における前記外周側転動体以外の転動体が、トルク伝達に伴って回転することにより前記外周側転動体に対して円周方向に相対的に移動して前記第１回転体と前記外周側転動体との間に入り込んで楔作用をなすように構成されている
   ことを特徴とする遊星ローラ機構。
2. 前記内周側転動体は、その内周側転動体より外周側に配置されている他の転動体以上の直径に形成されている請求項１に記載の遊星ローラ機構。
3. 前記二つの外周側転動体は、それぞれの外径が異なっている請求項１または２に記載の遊星ローラ機構。
4. 車両における動力伝達系統に組み込まれるとともに、前記二つの外周側転動体のうちその車両が前進走行する際に前記内周側転動体と第２回転体のトルク伝達面との間に挟み付けられる一方の外周側転動体の外径が他方の外周側転動体の外径より大きく構成されている請求項３に記載の遊星ローラ機構。
5. 車両における動力伝達系統に組み込まれるとともに、前記二つの外周側転動体のうちその車両が前進走行する際に前記内周側転動体と第２回転体のトルク伝達面との間に挟み付けられる一方の外周側転動体の外径が他方の外周側転動体の外径より小さく構成されている請求項３に記載の遊星ローラ機構。
6. 前記第１回転体と第２回転体と転動体との三要素のうちのいずれか一つの要素にトルクが入力され、かつ他の一つの要素からトルクが出力され、残る一つの要素が固定されて、増速機構もしくは減速機構として構成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の遊星ローラ機構。

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