JP2003056662A

JP2003056662A - トロイダル無段変速機

Info

Publication number: JP2003056662A
Application number: JP2001242718A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishikawa; 宏史石川; Makoto Fujinami; 誠藤波; Kiyotaka Hirata; 清孝平田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2003-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、駆動軸とカムディスクの爪係合部の
耐久性に優れるトロイダル無段変速機を提供する。【解決手段】入出力ディスク２，３のトラクション面２
ａ，３ａのそれぞれに転接するｐ個のパワーローラ４
と、入力ディスク２と同じ回転軸を中心に回転するｑ列
のカムローラ８と、このカムローラ８の列が転接するカ
ム面７ｂが形成されたカムディスク９と、このカムディ
スク９と駆動トルクを入力する駆動軸１４との間に形成
された爪係合部をなすカムディスク９に設けられたｒか
所の溝１３とを備えたトロイダル無段変速機を前提とす
る。パワーローラ４の数を２個、カムローラ８の列数を
４列、カムディスク９の溝１３の数を３か所とし、それ
ぞれが２か所以上で同時に同じ回転位置にこないように
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力ディスク及び
出力ディスクのトラクション面とパワーローラとが転接
する転接部の押し付け力をローディングカム機構によっ
て発生させるトロイダル無段変速機に関する。

【０００２】

【従来の技術】トロイダル無段変速機５１は、図４に示
すように入力ディスク５２及び出力ディスク５３とパワ
ーローラ５４を備えている。入力ディスク５２と出力デ
ィスク５３は、互いに向合うトラクション面５２ａ，５
３ａを備えている。パワーローラ５４は、トラクション
面５２ａ，５３ａのそれぞれに転接し、かつ、このトラ
クション面５２ａ，５３ａに沿って揺動することで入力
ディスク５２及び出力ディスク５３との転接部５２ｂ，
５３ｂを変化させる。これにより、入力ディスク５２と
出力ディスク５３の転接部５２ｂ、５３ｂの回転半径が
変わり、入力ディスク５２と出力ディスク５３の回転速
度比が変化する。

【０００３】また、パワーローラ５４と各ディスク５
２，５３とが転接している転接部５２ｂ，５３ｂにおけ
る摩擦力は、駆動トルクに応じて変化させることが好ま
しい。この摩擦力は、転接部５２ｂ，５３ｂにおける押
し付け力によって決まる。そこで、この押付け力の発生
には、駆動トルクに応じて押し付け力を変化させるロー
ディングカム機構５５が好適に採用されている。

【０００４】このローディングカム機構５５は、対面す
る一対のカム面５５ａ，５５ｂと、その間でそれぞれの
カム面５５ａ，５５ｂに転接するカムローラ５５ｃとに
よって構成されている。通常、一方のカム面５５ａが、
入力ディスク５２のトラクション面５２ａと反対の面
(背面)に一体に形成され、これに対向する他方のカム面
５５ｂがカムディスク５６に形成されている。カムディ
スク５６は、入力ディスク５２がボールスプライン機構
５７で嵌合している入力軸５８の端部５８ａとアンギュ
ラ玉軸受構造で係合している。カムディスク５６のカム
面５５ｂと反対の面には、駆動軸５９の爪５９ａと係合
する溝５６ａが設けられている。駆動軸５９の爪５９ａ
及びカムディスク５６の溝５６ａからなる爪係合部は、
周方向に等配で複数か所設けられており、この爪５９ａ
と溝５６ａの回転方向に互いに当接する側面５９ｂ，５
６ｂによって駆動トルクの伝達を行っている。

【０００５】この爪係合部を介してカムディスク５６に
駆動軸５９から駆動トルクが加わると、カム面５５ａ，
５５ｂの間に挟まれたカムローラ５５ｃは、カム面５５
ａ，５５ｂの間で転動し、これらのカム面５５ａ，５５
ｂに回転方向の位相差を生じさせるとともに、カム面５
５ａ，５５ｂ間距離（カムディスク５６と入力ディスク
５２の相対距離）を押し広げる。出力ディスク５３は、
図示しない軸受あるいは鏡対称に配置された他の出力デ
ィスクによってパワーローラ５４から離れる方向に係止
されている。

【０００６】したがって、駆動トルクが加わると、ロー
ディングカム機構５５によって、入力ディスク５２から
離れる方向に付勢されたカムディスク５６が入力軸５８
を軸方向に引っ張る。そのため、図示しない他端が入力
ディスク５２と鏡対称に配置された他の入力ディスク、
あるいは軸受によって軸方向の移動が阻止されている入
力軸５８は、軸方向に弾性変形する。

【０００７】すなわち、入力軸５９の張力によって、入
力ディスク５２がパワーローラ５４の方向に付勢され、
入力ディスク５２とパワーローラ５４の転接部５２ｂ、
及びパワーローラ５４と出力ディスク５３の転接部５３
ｂの押し付け力が発生している。そして、入力軸５８が
伸びた分だけカムディスク５６が入力ディスク５２から
離れる方向に移動するので、溝５６ａが爪５９ａと深く
係合する。また、入力ディスク５２及びカムディスク５
６は、カムローラ５５ｃに押圧されてわずかに撓む。

【０００８】一定の駆動トルクがかかった状態では、カ
ムディスク５６と入力ディスク５２は、回転方向の位相
差が一定に保たれた状態でともに回転し、入力ディスク
５２から出力ディスク５３へパワーローラ５４を介して
駆動トルクが伝達される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示すように入力ディスク５２の外径寄りの位置にパワー
ローラ５４が転接する場合、入力ディスク５２は、カム
ローラ５５ｃによってパワーローラ５４の方向に付勢さ
れるとともに、この反力をパワーローラ５４との転接部
５２ｂから受ける。そのため、入力ディスク５２は、カ
ムローラ５５ｃの位置で矢印Ａ方向に撓むとともに、パ
ワーローラ５４の位置で矢印Ｂ方向に撓む。

【００１０】また、カムローラ５５ｃは、入力ディスク
５２をパワーローラ５４の方向に付勢した状態で入力デ
ィスク５２とカムディスク５６とともに回転する。そし
て、カムローラ５５ｃが入力ディスク５２を挟んでパワ
ーローラ５４と反対側の位置に来たとき、パワーローラ
５４は、出力ディスク５３の内径寄りの位置と転接して
いるので、カムローラ５５ｃに付勢されて撓んでいた入
力ディスク５２を押し戻す。したがって、カムディスク
５６は、もともとカムローラ５５ｃがある位置で入力デ
ィスク５２と反対の方向に撓んでいるが、この入力ディ
スク５２がパワーローラ５４によって押し戻されること
により、カムローラ５５ｃを介して付勢されてさらに撓
むこととなる。また、ローディングカム機構５５は、パ
ワーローラ５４から反力を受けた状態となり、駆動トル
クに対して反対方向のトルクをカムディスク５６に伝達
する。

【００１１】また、駆動トルクの大きさによってカムロ
ーラ５５ｃの列の位置は、回転方向に変化する。そのた
め、カムローラ５５ｃの列の位置（位相）が、カムディ
スク５６のカム面５５ｂと反対の面に設けられた溝５６
ａの位置（位相）と一致した場合、カムローラ５５ｃの
列がパワーローラ５４の位置に一致する。この場合に
は、カムローラ５５ｃが転接している部分のカムディス
ク５６がパワーローラ５４と反対の方向（矢印Ｃ）に撓
むことで、溝５６ａが歪むとともに、駆動トルクに対し
て反対方向のトルクが加わり、溝５６ａと爪５９ａの爪
係合部に過大負荷がかかる。

【００１２】例えば、図６に示すようにカムローラ５５
ｃの列が４列、溝が６か所回転方向に等配で設けられ、
駆動トルクによってカムディスク５６と入力ディスク５
２とが相対的に回動してカムローラ５５ｃの列の位相と
溝５６ａの位相が回転軸５８に対して点対称となる２か
所で一致する場合、この２か所がパワーローラ５４の位
置と一致すると（Ｄ，Ｅ）、カムディスク５６が撓むこ
とでこの２か所の溝５６ａが歪む。

【００１３】溝５６ａの形状に歪が生じると、図５に示
す各爪５９ａの側面５９ｂと各溝５６ａの側面５６ｂと
がそれぞれ均等に当接しなくなる。このとき同時に爪係
合部に過大負荷がかかると、爪５９または溝５６が磨
耗、変形、あるいは疲労破壊する恐れがある。そして、
この磨耗や変形、あるいは疲労破壊により、爪５９また
は溝５６にかかる負荷が不均一になることで、駆動軸５
９からカムディスク５６に駆動トルクが伝わり難くな
る。その結果、ローディングカム機構５５によって入力
ディスク５２とパワーローラ５４の適切な押付け力が得
られなくなり、トラクション面５２ａ，５３ａにすべり
が生じる恐れがある。

【００１４】そこで、本発明は、駆動軸とカムディスク
の爪係合部の耐久性に優れるトロイダル無段変速機を提
供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、入力
ディスクと、出力ディスクと、これらディスクに形成さ
れたトラクション面のそれぞれに転接するｐ個のパワー
ローラと、前記入力ディスクと同じ回転軸を中心に回転
するｑ列のカム転子の列と、このカム転子を入力ディス
クとの間に挟んで設けられたカムディスクと、このカム
ディスクとこのディスクに駆動トルクを入力する駆動軸
とを接続するｒか所の爪係合部とを備えたトロイダル無
段変速機を前提とする。そして、ｐ個のパワーローラと
ｑ列のカム転子の列とｒか所の爪係合部のそれぞれを、
回転軸の軸方向に見て２か所以上が同時に同じ回転位置
にこないように配置したトロイダル無段変速機とする。

【００１６】また、確実にパワーローラ、カムローラま
たはカムボール、係合部のそれぞれ２か所が同時に同じ
回転位置とならないようにするために、パワーローラの
個数ｐ、カム転子の列数ｑ、及び爪係合部の数ｒが、２
以上の公約数を持たない数の組合せとする。もしくは、
パワーローラの個数ｐ、カム転子の列数ｑ、及び爪係合
部の数ｒのうちの少なくともいずれか１つが奇数である
数の組合せとするか、パワーローラの数ｐとカム転子の
列数ｑの内の少なくともいずれか一方を偶数であるとき
に爪係合部の数ｒが奇数である数の組合せとするか、爪
係合部の数ｒがカム転子の列数ｑの整数倍を除く数の組
合せとする。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態について、図
１から図３を参照して説明する。図１に示すトロイダル
無段変速機１は、入力ディスク２と出力ディスク３を２
組備えている。これらのディスク２，３は、トロイダル
面状に対向して形成されたトラクション面２ａ，３ａを
備えている。入力ディスク２と出力ディスク３の間に
は、両方のトラクション面２ａ，３ａにそれぞれ転接す
るパワーローラ４が２個ずつ配置されている。このパワ
ーローラ４は、トラクション面２ａ，３ａに沿って転接
しつつ揺動する。これにより、入力ディスク２に対する
出力ディスク３の回転速度比が無段階に変化する。入力
ディスク２は、入力軸５の両端にボールスプライン機構
６で嵌合しており、入力軸５の軸線に沿う方向に移動可
能である。また、一方の入力ディスク２のパワーローラ
４と反対側には、ローディングカム機構７が設けられて
いる。

【００１８】ローディングカム機構７は、対向するカム
面７ａ，７ｂと、これらカム面７ａ，７ｂにそれぞれ転
接するカムローラ８（カム転子）を備えている。なお、
カム転子には、カムボールを用いることもできる。一方
のカム面７ａは、入力ディスク２と一体に形成されてい
る。他方のカム面７ｂは、カムディスク９に形成されて
いる。このカムディスク９は、入力軸５の基端部５ａと
の間に設けられたアンギュラ玉軸受部１０で入力ディス
ク２から離れる方向の移動が阻止されている。

【００１９】また、図２に示すようにローディングカム
機構７のカムローラ８は、カムディスク９の半径方向に
複数個（本実施形態では３個）が一列に並べて設けら
れ、かつ、その列が保持器１１で周方向に４か所等配で
配置されている。カムディスク９のカム面７ｂと反対側
の面の中心寄りの位置には、カムディスク９の回転軸を
中心とする同心円上に凸部１２が形成されている。ま
た、凸部１２には、この凸部１２を横切る半径方向に溝
１３が複数箇所、具体的には３か所等配に形成されてい
る。それぞれの溝１３は、動力源の駆動トルクを伝達す
る駆動軸１４に設けられた爪１５と係合し、駆動軸１４
の回転方向に互いに当接する側面１３ａ，１５ａで駆動
トルクを伝達する。

【００２０】このように構成されたトロイダル無段変速
機１は、駆動軸１４の爪１５とカムディスク９の溝１３
とによる爪係合部を介して駆動軸１４から駆動トルクが
カムディスク９に伝達されると、この駆動トルクによっ
てカムディスク９が入力ディスク２に対して相対的に回
動する。これにより、カム面７ａ，７ｂに挟まれたカム
ローラ８が転動し、カム面７ａ，７ｂ同士、すなわち、
カムディスク９と入力ディスク２との間を相対的に広げ
る。

【００２１】このとき、カムディスク９が、入力軸５の
基端部５ａでパワーローラ４から離れる方向の動きを阻
止されているとともに、入力軸５の先端側に設けられた
入力ディスク２が軸線に沿って離れる方向の移動がナッ
ト１６によって阻止されている。したがって、カムディ
スク９と入力ディスク２がローディングカム機構７によ
って互いに離れる方向にそれぞれ押圧されると、入力デ
ィスク２がパワーローラ４の方向に押圧され、入力ディ
スク２とパワーローラ４の転接部２ｂでの押付け力が発
生する。そして、駆動トルクが一定の場合、カムローラ
８の列は、カムディスク９との相対的回転位置（位相）
を維持した状態でカムディスク９とともに回転する。な
お、パワーローラ４と出力ディスク３との押付け力もこ
のとき同時に発生する。

【００２２】パワーローラ４が、トラクション面２ａ，
３ａに沿って揺動し、特に、パワーローラ４が、入力デ
ィスク２の外径寄りのトラクション面２ａ、及び出力デ
ィスク３の内径寄りのトラクション面３ａにそれぞれ転
接している場合、入力ディスク２は、カムローラ８によ
ってパワーローラ４の方向に押圧されているとともに、
パワーローラ４によって押し返されることで外径寄りの
部分がわずかに撓む。そして、図３に示すように入力デ
ィスク２がカムローラ８とともに回転し、カムローラ８
の列が入力ディスク２を挟んでパワーローラ４と反対の
位置に来ると、カムローラ８とパワーローラ４とが互い
に入力ディスク２を挟んで押し合う。

【００２３】このとき、パワーローラ４は、出力ディス
ク３の内径寄りの位置と転接して支持されているため、
パワーローラ４の方向に撓んでいた入力ディスク２を押
し戻す。したがって、カムディスク９は、このカムロー
ラ８から入力ディスク２に近寄る方向に押圧されてパワ
ーローラ４と反対の方向に撓むか、駆動軸１４の駆動ト
ルクに対して反対のトルクを受ける。

【００２４】図３に示すようにカムディスク９の溝１３
は、パワーローラ４及びカムローラ８の列と２か所以上
で同時に同じ回転位置とならない位置、すなわち、パワ
ーローラ４とカムローラ８の列とカムディスク９の溝１
３が、回転軸を中心として２か所以上で直列に並ばない
位置、具体的には、２個のパワーローラ４、４列のカム
ローラ８の列、３か所のカムディスク９の溝１３が、そ
れぞれ等配で配置されている。つまり、カムディスク９
が撓むことによって同じ回転位置にある溝１３に歪など
を生じるとともに、駆動トルクと反対方向のトルクを生
じさせるカムローラ８の列は、ある駆動トルクのときに
１箇所発生するに過ぎない。すなわち、カムディスク９
の溝１３が２か所以上で同時に歪などを生じないととも
に、駆動トルクに対して反対方向のトルクが２か所以上
で同時に作用しない。したがって、その他の爪係合部で
は駆動軸１４の爪１５の側面１５ａとカムディスク９の
溝１３の側面１３ａとが均一に当接するので、駆動軸１
４による駆動トルクが、カムディスク９へ伝わりやす
い。また、駆動トルクと反対方向のトルクは１か所でし
か作用しないので、爪係合部の各爪１５及び溝１３に過
大な負荷がかかりにくい。また、前記一実施形態でのパ
ワーローラ４とカムローラ８の列とカムディスク９の溝
１３のそれぞれの数の組合せは、それぞれの数が少ない
ので、製造性がよい。

【００２５】また、前記構成に代えて、パワーローラ４
の個数をｐ、カムローラ８の列数をｑ、係合部（カムデ
ィスクの溝１３）の数をｒとした場合、ｐ、ｑ、ｒが２
以上の公約数を持たない数の関係とすると、駆動トルク
に応じてカムローラ８の列の位置が変わっても、パワー
ローラ４の位置とカムローラ８の列の位置とカムディス
ク９の溝１３の位置とが、２か所以上で同時に一致する
ことは無い。したがって、カムディスク９のカム面７ｂ
と溝１３との位相（相対的な回転位置）を同期させずに
任意に加工できるようになるので、製造時の取り扱いが
容易になるのでよい。

【００２６】また、ｐ、ｑ、ｒの内の少なくともいずれ
か１つが奇数となるようにそれぞれ設けるか、ｐとｑの
内の少なくともいずれか一方が偶数のときにｒが奇数と
なる、すなわち、ｐ×ｑが偶数のときにｒが奇数（例え
ば３）となるようにそれぞれ設けるか、ｒがｑの整数倍
を除く数となるようにそれぞれ設けることでも上記と同
様の効果が得られ、パワーローラ４が入力ディスク２の
外径寄りの位置、及び出力ディスク３の内径寄りの位置
にそれぞれ転接して駆動トルクを伝達する場合、パワー
ローラ４の位置にカムローラ８の列、及びカムディスク
９と駆動軸１４との爪係合部であるカムディスク９側の
溝１３が、同時に２か所以上で重ならない。つまり、カ
ムディスク９の溝１３が２か所以上で同時に歪などを生
じないとともに、駆動トルクに対して反対方向のトルク
が２か所以上で同時に作用しない。したがって、同時に
パワーローラ４とカムローラ８の列とカムディスク９の
溝１３とが、同じ回転位置となるのは、高だか１か所で
ある。その結果、その他の係合部では、駆動軸１４の爪
１５の側面１５ａとカムディスク９の溝１３の側面１３
ａとが均一に当接するので、駆動軸１４による駆動トル
クが、カムディスク９へ伝わりやすい。また、駆動トル
クと反対方向のトルクは、１か所で発生するにしか過ぎ
ないので、爪係合部の各爪１５及び溝１３に過大な負荷
がかかりにくい。

【００２７】そして、パワーローラ４が２個、カムロー
ラ８が４列、溝１３が３か所である本実施形態は、それ
ぞれが２か所以上で同時に同じ回転位置にならない最も
好適な例である。

【００２８】

【発明の効果】本発明のトロイダル無段変速機によれ
ば、カムローラがパワーローラの位置に一致したとき
に、カムディスクが撓んで溝が歪んだり、カムディスク
が駆動トルクに対して反対方向のトルクを受けて係合部
に過大な負荷がかかることを抑制できるので、駆動軸と
カムディスクの爪係合部の耐久性を向上できる。

【００２９】そして、

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のトロイダル無段変速
機を示す断面図。

【図２】図１に示すトロイダル無段変速機の一部の分解
斜視図。

【図３】図２中のＦ３−Ｆ３で示す方向から見たトロイ
ダル無段変速機のパワーローラとカムローラの列とカム
ディスクの溝の位置関係を示す図。

【図４】従来のトロイダル無段変速機の断面図。

【図５】図４のトロイダル無段変速機の側面図。

【図６】図４中のＦ６−Ｆ６で示す方向から見たトロイ
ダル無段変速機のパワーローラとカムローラの列とカム
ディスクの溝の位置関係を示す図。

【符号の説明】

１…トロイダル無段変速機２…入力ディスク３…出力ディスク２ａ，３ａ…トラクション面４…パワーローラ７ｂ…カム面８…カムローラ９…カムディスク１３…溝（爪係合部）１４…駆動軸１５…爪（爪係合部）

フロントページの続き (72)発明者平田清孝埼玉県羽生市大沼１丁目１番地日本精工株式会社内Ｆターム(参考） 3J051 AA03 BA03 BE09 CB06 EA06 EB01 EC01 EC02 EC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力ディスクと、出力ディスクと、これら
ディスクに形成されたトラクション面のそれぞれに転接
するｐ個のパワーローラと、前記入力ディスクと同じ回
転軸を中心に回転するｑ列のカム転子の列と、このカム
転子を前記入力ディスクとの間に挟んで設けられたカム
ディスクと、このカムディスクとこのディスクに駆動ト
ルクを入力する駆動軸とを接続するｒか所の爪係合部と
を備えたトロイダル無段変速機において、ｐ個の前記パワーローラとｑ列の前記カム転子の列とｒ
か所の前記爪係合部のそれぞれを、前記回転軸の軸方向
に見て２か所以上が同時に同じ回転位置にないように配
置したことを特徴とするトロイダル無段変速機。
【請求項２】前記パワーローラの個数ｐ、前記カム転子
の列数ｑ、及び前記爪係合部の数ｒが、２以上の公約数
を持たないことを特徴とする請求項１に記載のトロイダ
ル無段変速機。
【請求項３】前記パワーローラの個数ｐ、前記カム転子
の列数ｑ、及び前記爪係合部の数ｒの内の少なくともい
ずれか一つが奇数であることを特徴とする請求項１に記
載のトロイダル無段変速機。
【請求項４】前記パワーローラの数ｐと前記カム転子の
列数ｑの内の少なくともいずれか一方が偶数で、前記爪
係合部の数ｒが奇数であることを特徴とする請求項１に
記載のトロイダル無段変速機。
【請求項５】前記爪係合部の数ｒが、前記カム転子の列
数ｑの整数倍を除く数であることを特徴とする請求項１
に記載のトロイダル無段変速機。
【請求項６】前記パワーローラの数が２個、前記カム転
子の列数が４列、前記爪係合部が３か所であることを特
徴とする請求項１に記載のトロイダル無段変速機。