(57)【要約】偏心遊星牽引駆動装置（１）のためのウェッジ負荷機構は、可撓に取り付けられた軸（４）を有するローラ（７）が、収束ウェッジ（ＡＯＢ）を形成する２つの軌道（２及び３）の間に位置する。２つの軌道（２及び３）のいずれか一方の回転はローラ（７）を収束ウェッジ内に楔留めし、ローラを２つの軌道（２及び３）の間に締め付けることによって、２つの軌道（２及び３）間で回転運動及びトルクを伝達する。可撓に取り付けられた軸（４）は、ローラの有効支持剛性と、ローラが２つの軌道（２及び３）と接触する接点における有効接触剛性との間に差を発生する。有効剛性の差によって、ローラは小さな収束ウェッジ角で動作し得る。
2006501414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
収束ウェッジを形成する２つの軌道の間に摩擦接触して位置するローラを含むことで、前記２つの軌道間の運動を伝達する遊星牽引駆動装置のためのウェッジ負荷機構であって、
前記ローラは可撓取付部を含み、該可撓取付部は、前記ローラの有効支持剛性ＫＳと、前記ローラが前記２つの軌道の一方に接触する接点Ａ及び前記ローラが前記２つの軌道の他方に接触する接点Ｂにおける有効接触剛性ＫＲとの間に差を発生することを特徴とするウェッジ負荷機構。
【請求項２】
負荷ローラリングをさらに含み、前記可撓取付部は、支持軸と、弾性インサートと、軸受とを含むことを特徴とする請求項１に記載のウェッジ負荷機構。
【請求項３】
前記負荷ローラリングが接点Ａ及びＢにおける摩擦力Ｆによって前記２つの軌道間の収束ウェッジ内へ駆動されるとき、垂直接点力Ｎと支持力Ｆ０は、
【数１】
2006501414.tif 000017
によって特徴付けられ、
ここで、ｌは負荷ローラリングの中心が前記接点Ａ及びＢにおける摩擦力に応答して前記収束ウェッジ内を移動する距離であり、δは前記接点で計測された前記２つの軌道の間のウェッジ角であることを特徴とする請求項２に記載のウェッジ負荷機構。
【請求項４】
接点における動作摩擦係数がμ０であり、静的均衡条件下の支持力が
【数２】
2006501414.tif 000018
によって特徴付けられることを特徴とする請求項３に記載のウェッジ負荷機構。
【請求項５】
静的均衡条件下において、ＫＳとＫＲとの間の有効剛性率は、
【数３】
2006501414.tif 000019
によって特徴付けられ、
ここで、μは前記接点における最大可能摩擦係数であることを特徴とする請求項４に記載のウェッジ負荷機構。
【請求項６】
剛性比率が負の値を有する状態では、力Ｆ０に方向変化があり、前記支持軸が前記負荷ローラリングを前記収束ウェッジ内に押し込んでいることを示すことを特徴とする請求項５に記載のウェッジ負荷機構。
【請求項７】
前記剛性比率が、
【数４】
2006501414.tif 000020
のように適切に選択されている限り、
前記遊星牽引駆動装置に組み込まれた当該ウェッジ負荷機構は、牽引駆動装置を最大可能摩擦係数μで或いはその近傍で動作させながらも、いかなる小さなウェッジ角δでも動作され得ることを特徴とする請求項６に記載のウェッジ負荷機構。
【請求項８】
遊星牽引駆動装置の外部リング部材と太陽ローラ部材との間の回転運動を伝達するよう、前記外部リング部材と前記太陽ローラ部材との間に摩擦接触して位置する遊星ローラを含むウェッジ負荷機構であって、
該遊星ローラは支持軸を前記遊星ローラ内に可撓に取り付けるための手段を含むことで、該手段は、前記遊星ローラの有効支持剛性ＫＳと、前記遊星ローラが前記太陽ローラ部材に接触する接点Ａ及び前記遊星ローラが前記外部リング部材に接触する接点Ｂにおける有効接点剛性ＫＲとを発生し、ＫＳのＫＲに対する比率は、ＫＳのＫＲに対する他の比率に比べ、前記２つの軌道の間の力及びトルクをより効率的に伝達することを特徴とするウェッジ負荷機構。
【請求項９】
前記遊星ローラ内に支持軸を可撓に取り付けるための手段は、弾性インサートと、軸受とを含み、前記支持軸は前記弾性インサート内に位置し、前記弾性インサートは軸受内に位置することを特徴とする請求項８に記載のウェッジ負荷機構。
【請求項１０】
可撓に取り付けられた支持軸を有するウェッジ負荷機構を製造するステップと、
太陽ローラ部材が外部リング部材に対し偏心し、前記太陽ローラ部材と前記外部リング部材との間にウェッジ間隙が形成され、前記ウェッジ負荷機構が前記ウェッジ間隙内に位置するよう、前記ウェッジ負荷機構を前記太陽ローラ部材と前記外部リング部材とを有する牽引装置に取り付けるステップと、
遊星ローラ部材が前記太陽ローラ部材と前記外部ローラ部材との間に接触して位置するよう、前記遊星ローラ部材を前記ウェッジ間隙に取り付けるステップと、
回転及びトルクが前記外部リング部材から前記太陽ローラ部材に伝達されるよう、前記太陽ローラ部材又は前記外部リング部材の少なくとも一方の回転によって、前記ウェッジ負荷機構を前記外部リング部材と前記太陽ローラ部材との間に楔留めするステップと、
を含む牽引駆動装置内の回転運動及びトルクを伝達する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は２００２年９月２７日に出願された米国仮出願第６０／４１４，１３４号に関し、本出願はその優先権主張を伴う。
【０００２】
本発明は概して牽引駆動装置のためのウェッジ負荷機構に関し、より詳細には、収束ウェッジを形成する２つの軌道の間に挟まれた負荷ローラの接触地点のための増大された垂直力を有するウェッジ負荷機構に関する。
【背景技術】
【０００３】
牽引駆動装置は摩擦力を利用してトルク及び動力を伝達する。動力は２つの円滑面の間で、しばしば潤滑剤の薄膜層を通じて、伝達されるので、牽引駆動装置はギア駆動装置によっては直ちに達成し得ないような特異な特性を有する。これらの特性は、静音性、高効率、高回転正確性及び無バックラッシュを含む。
【０００４】
接触地点において十分な垂直力を発生することは、牽引駆動装置にとって本質的なことである。多様な負荷機構が提案されてきた。これらの機構は設計における主要事項となるに至った。負荷に反応してトルクを発生するための最も単純な手段は、おそらく１９１４年にＤｉｅｔｅｒｃｈの米国特許第１，０９３，９２２号によって開示されているような偏心遊星駆動装置を用いることであろう。長年に亘って、多様な改良が提案されてきた。例えば、米国特許第３，９４５，２７０号、４，４８１，８４２号及び４，５５５，９６３号、並びに、日本国特許出願公開第ＪＰ１０−３１１３９８号及び欧州特許公開第０８５６４６２Ａ２号を参照。しかしながら、ウェッジ角度が小さいとき、これらの装置はローラ及び軌道を過負荷としがちであり、その結果、トルク及び動力の伝達が不十分となる。
【０００５】
一般的なやり方は、軸方向に沿ってテーパ面を用いることである。これらのテーパ面を軸方向で移動することによって、径方向の変位が発生し、垂直力が発生する。そのような設計の例は米国特許第３，４７５，９９３号及び３，３７５，７３９号に開示されている。
【０００６】
殆どの設計におけるテーパ面の包絡線は必ずしも共通の一点に収束しないので、その結果、接触面において所謂スピン運動が発生する。スピン運動は牽引駆動装置によって提供されるであろう高効率を減殺するだけでなく、部材の磨耗及び高起動トルクをも招来する。
【０００７】
最近、米国特許第６，０９５，９４０号に開示されているように、無スピン遊星牽引駆動装置の設計がＡｉによって提案された。この設計は、テーパを有するローラ軸受に類似するオン頂点（ｏｎ−ａｐｅｘ）概念を用いる。遊星ローラ上の内部軸力を均衡するために、二列の遊星ローラを用いられる。この設計によって、トルクが活性化された負荷機構及びより大きなトルク能力がもたらされる。
【０００８】
円筒形遊星牽引駆動装置も無スピン運動を達成可能である。しかしながら、接触地点において十分な垂直力を発生することが難題であった。過去に提案された設計は、外部リングを機械的に変形することによって或いは駆動装置を熱組み立てすることによって駆動装置を予備負荷する多様な手段を提供した。そのような手段によって発生された予備負荷は、一般的に、動作中に調整することができない。部分負荷の適用にとって、牽引装置は不必要に過負荷となる。これは伝達効率及び運用寿命に負の影響を与える。
【０００９】
上述の通り、ウェッジ負荷は垂直力を発生するための単純な手段を提供する。従来技術におけるウェッジ負荷設定の殆どは特別の摩擦係数に基づいていたため、この摩擦係数に対応したある種のウェッジ角度が求められた。これは牽引駆動装置の設計に対して制約を課するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、ウェッジ角度に対する制約を取り除く単純な負荷機構を提供することが望まれており、それによって、牽引駆動装置の設計の柔軟性が増大される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は牽引装置のためのウェッジ負荷機構に関し、より詳細には、独自に設計されたローラの形態のウェッジ負荷機構に関し、ウェッジ負荷機構は２つの軌道の間に楔留めされることで、負荷ローラと２つの軌道との間の接点における増大された常用負荷を提供する。
【００１２】
偏心遊星牽引装置は、外部リング部材と、偏心して位置する太陽ローラ部材との間に楔留めされた負荷ローラを含むことが多い。外部リング部材又は太陽ローラ部材のいずれか一方が駆動部材として働き得る。駆動部材が回転すると、駆動部材は負荷ローラを外部リング部材と太陽ローラ部材との間に形成された収束ウェッジに駆動することによって、負荷ローラと太陽ローラ部材との間の接点及び負荷ローラと外部リング部材との間の接点における垂直力を発生する。
【００１３】
接点における十分な垂直力を確実にするために、以下の関係が求められることが多い。
【００１４】
【数５】
2006501414.tif 000003
ここで、δはウェッジ角（図４）、μは接点における最大可能摩擦係数である。
【００１５】
牽引駆動装置が小さなウェッジ角度以下で動作するよう制限するために、駆動装置は不必要に過荷重とされる。これは低い伝達効率及び短い運用寿命をもたらす。
【００１６】
牽引駆動装置の可能な限り高い効率を得るために、ウェッジ角δは
【００１７】
【数６】
2006501414.tif 000004
を最大可能摩擦係数μに近付けるのに十分な大きさでなければならない。理想的には、ウェッジ角は以下であることを求める。
【００１８】
【数７】
2006501414.tif 000005
しかしながら、過去において、これは従来の牽引駆動装置の設計に対して望ましくない幾何学的な制約を課すことになり得た。
【００１９】
新規の本発明によれば、偏心遊星牽引駆動装置のために、ウェッジ角δは牽引駆動装置の内部の幾何学的配置（Ｒ１，Ｒ２，及びｅ）及び以下のような負荷ローラのアジマス位置αによって決定されるように示され得る（図４）。
【００２０】
【数８】
2006501414.tif 000006
ここで、Ｒ１は太陽ローラ部材の第一円筒形軌道の半径であり、
Ｒ２は外部リング部材の第二円筒形軌道の半径であり、
ｅは第一円筒形軌道と第二円筒形軌道との間の偏心率を表わし、
ｒはアジマス位置における負荷ローラの有効半径であり、αとの関係で以下の通り表現される。
【００２１】
【数９】
2006501414.tif 000007
次の例によって理解され得るように、μ＝０．０６の垂直摩擦係数のために、最適ウェッジ角は約δ＝７度である。仮にＲ１＝１０ｍｍ、Ｒ２＝５０ｍｍ、ｅ＝１０ｍｍであると想定すると、求められる負荷ローラのアジマス位置は約α＝１８度である。これは一部の適用にとっては、特に、駆動装置が双方向動作に用いられ、両方向における負荷のために単一の負荷ローラが用いられる適用にとっては過剰であり得る。加えて、方程式（１）の制約下で設計された牽引駆動装置は過負荷防御がない。加えられるトルクが増大すると、接点における垂直負荷は接点における牽引力に比例して増大する。
【００２２】
本発明は、牽引駆動装置が不必要に負荷されることなく、牽引装置が小さなウェッジ角の下で動作することを許容する負荷機構を提供することによって、牽引駆動装置の効率を向上する。本発明の牽引駆動装置は、牽引駆動装置の動安定を向上し、駆動装置が過荷重となったときに防御する負荷機構も提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本出願の図面を通じて、同一の参照番号は同一の部材を示している。
【００２４】
さて、図面を参照すると、図１乃至３は、偏心太陽ローラと３つの遊星ローラとを有する典型的な偏心遊星牽引駆動装置を描写しており、遊星ローラの少なくとも１つは負荷遊星ローラである。この典型的な牽引駆動装置において、本発明のウェッジ負荷機構１は、この典型的な偏心遊星牽引駆動装置における負荷ローラとして作用する遊星ローラである。
ウェッジ負荷機構１は第一軌道２と第二軌道３との間に位置する。ウェッジ負荷機構１は、支持軸４（図５）と、ゴム製インサート５と、軸受６と、負荷ローラリング７とを含む。支持軸４はウェッジ負荷機構１に固定されている。ウェッジ負荷機構１は、第一軌道２と第二軌道３との間に位置し、それらに接触している。図６において、第二軌道３とウェッジ負荷機構１との間の接点Ａにおける接線ＯＡは、第一軌道２とウェッジ負荷機構１との間の接点Ｂにおける接線ＯＢに対し、δの角度に位置する。よって、２つの接線は収束ウェッジＡＯＢを形成している。
【００２５】
軌道２は駆動部材であり、軌道２上の接点Ｂは、ウェッジ機構１の動作中、負荷ローラリング７上の接点Ｂに対し、接線ＢＯに沿って地点Ｏに向かって移動する傾向にある。よって、摩擦力Ｆが接点Ｂにおいて発生する。摩擦力Ｆは負荷ローラリング７を回転する傾向にあり、負荷ローラリング７上の接点Ａを、対応する第二軌道３上の接点Ａに対し、接線ＯＡに沿って地点Ｏから移動させる。同様に、接点Ａにおける摩擦力Ｆが発生する。接点Ａ及びＢにおける摩擦力の双方は、負荷ローラリング７をさらに収束ウェッジ内に駆動し、負荷ローラリング７を接点Ａ及びＢにおいて軌道２及び３に対して強く押し付け、また、支持軸４に対して強く押し付ける。
【００２６】
接点Ａ及びＢにおける摩擦力Ｆは、接点Ａ及びＢにおける垂直接点力Ｎと、指示軸４における支持力Ｆ０とによって均衡される。
【００２７】
常用負荷下の接触面に対して垂直な全体的なたわみは、表面及び構造のたわみを含めて、接点における有効剛性によって特徴付けられる。接点Ａ及びＢにおける有効剛性はＫＲによって示され、負荷ローラリング７と支持軸４との間の接触領域における有効剛性はＫＳによって示されている。よって、負荷ローラリング７が接点Ａ及びＢにおける摩擦力ＦによってＯＣに沿って収束ウェッジ内に駆動される場合、垂直接点力Ｎ及び支持力Ｆ０は次の通り推定される。
【００２８】
【数１０】
2006501414.tif 000008
ここで、
【００２９】
【数１１】
2006501414.tif 000009
は、δがｌを伴って変化する変数である場合の平均値を意味し、すなわち、
【００３０】
【数１２】
2006501414.tif 000010
また、ここで、ｌは負荷ローラリング７の中心Ｃ（支持軸４の中心ではない）が接点Ａ及びＢにおける摩擦力下で線ＯＣに沿って移動する距離である。図７は剛性率ＫＳ／ＫＲとウェッジ角δ＊との間の関係を示す図表である。
【００３１】
接点における動作摩擦係数はμ０であり、以下の静的な均衡状態下において、
【００３２】
【数１３】
2006501414.tif 000011
摩擦力は以下のように表現される。
【００３３】
【数１４】
2006501414.tif 000012
この方程式は、（４）及び（５）の方程式を以下の方程式に置き換えることによって、有効剛性ＫＳとＫＲとに関して表現され得る。
【００３４】
【数１５】
2006501414.tif 000013
δ内の変化が小さい場合、δ∝δ＊及び方程式（８ａ）は以下の通りになる。
【００３５】
【数１６】
2006501414.tif 000014
図７は有効剛性比率ＫＳ／ＫＲを異なる動作摩擦係数μ０のためのウェッジ角δの作用として示す。
【００３６】
ウェッジ角がゼロでない地点におけるゼロ剛性比率は支持力Ｆ０がないことを示し、それは次の条件へと導く。
【００３７】
【数１７】
2006501414.tif 000015
負の剛性比率は支持力Ｆ０における方向変化を示している。換言すれば、支持軸４は今や負荷ローラリング７を収束ウェッジ内に押し込んでいる。
【００３８】
剛性率が以下の通り適切に選択されている限り、牽引駆動装置を最大可能摩擦係数μで或いはその近傍で動作させながらも、本発明のウェッジ負荷機構１を備えた牽引駆動装置はいかなる小さなウェッジ角δでも動作され得ることが理解され得よう。すなわち、
【００３９】
【数１８】
2006501414.tif 000016
ウェッジ負荷機構１の適切な支持剛性ＫＳは、ゴム製インサート５（図５）と、軸受６と、支持軸４とを通じて達成される。他の手段も可能である。例えば、支持軸はバネ及び／又はワッシャのようなたわみ可能な取付装置を通じて牽引駆動装置に取り付けられ得る。この場合、負荷ローラリング７は中実のローラの形態を取り得る。
【００４０】
ウェッジ負荷機構１の可撓な支持は、負荷ローラをウェッジ接点内に押し込むのに必要な力をもたらし、よって、システムの動安定を向上する装置としても機能し得る。
【００４１】
負荷ローラの所定の許容運動範囲を伴って、ウェッジ負荷機構１は過負荷防御装置としても機能する。駆動トルクが最大許容レベルにあるとき、ウェッジ負荷機構１は所定運動範囲の限界に向けてウェッジ内に押し込まれる。トルクのいかなる追加的な増大もウェッジ負荷機構１をウェッジ内にさらに押し込み得ず、よって、最大可能摩擦力を制限する。そのような条件化において、ウェッジ負荷機構１と軌道２及び３との間の接点において滑りが発生する。
【００４２】
上記の記載は本発明の多様な実施態様を記述するが、本発明は牽引駆動装置のためのウェッジ機構が用いられ得るいかなる構造にも適合するよう他の方法で容易に構成され得ることは明らかであろう。上記の構造に対する多様な変更を本発明の範囲から逸脱せずになし得るので、上記の記述及び添付の図面に示されている全ての事柄は例示的なものと理解されるべきであり、限定的に解釈されることは意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を組み込む典型的な偏心遊星牽引駆動装置を示す正面図である。
【図２】典型的な偏心遊星牽引駆動装置を示す略縦断面図である。
【図３】典型的な偏心遊星牽引駆動装置を示す略横断面図である。
【図４】本発明の偏心遊星牽引駆動装置の実施態様の形態のウェッジ角とローラとの幾何学的関係を示す概略図である。
【図５】本発明の偏心遊星牽引駆動装置の実施態様の形態の本発明のウェッジ負荷機構を示す概略図である。
【図６】本発明の接触荷重と幾何学的配置／牽引係数との間の関係を示す力関係図である。
【図７】本発明の有効剛性とウェッジ角との間の関係を示す図表である。
【図１】
2006501414.tif 000021
【図２】
2006501414.tif 000022
【図３】
2006501414.tif 000023
【図４】
2006501414.tif 000024
【図５】
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【図６】
2006501414.tif 000026
【図７】
2006501414.tif 000027
【国際調査報告】
2006501414.tif 000028
2006501414.tif 000029
2006501414.tif 000030