JP2003314646A

JP2003314646A - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP2003314646A
Application number: JP2002117770A
Authority: JP
Inventors: Takashi Imanishi; 尚今西; Tomohito Yamashita; 山下　　智史
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた耐久性を有する小型・軽量のトロイダ
ル型無段変速機を実現する。【解決手段】１対の出力側ディスクとして機能する中
間ディスク３０を、炭素を０．３〜０．５重量％含む炭
素鋼により造る。この結果、浸炭クエンチ処理や浸炭窒
化クエンチ処理等により炭素等を添加できない、上記中
間ディスク３０の軸方向中央部分でも、炭素を多く含ま
せる事ができる。この為、この部分の硬さを十分に確保
できて、軸方向両側面３１、３１から大きな押し付け力
並びにトルクが加わる、上記中間ディスク３０の耐久性
を十分に確保できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明に係るトロイダル型
無段変速機は、自動車用自動変速装置を構成する変速ユ
ニットとして、或はポンプ等の各種産業機械の運転速度
を調節する為の変速機として利用する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用変速機を構成する変速ユニット
の一種としてトロイダル型無段変速機が知られ、一部で
実施されている。この様な既に一部で実施されているト
ロイダル型無段変速機は、入力部から出力部への動力の
伝達を互いに平行な２系統に分けて行なう、所謂ダブル
キャビティ型と呼ばれているものである。この様なトロ
イダル型無段変速機は従来から、特開平２−２８３９４
９号公報、同８−４８６９号公報、同８−６１４５３号
公報等、多数の公報に記載されて周知であるが、その基
本構造に就いて、図５により説明する。

【０００３】この図５に示したトロイダル型無段変速機
は、請求項に記載した回転軸に相当する入力回転軸１を
有する。そして、この入力回転軸１の中間部基端寄り
（図５の左寄り）部分及び先端寄り（図５の右寄り）部
分の周囲に、それぞれが請求項に記載した外側ディスク
に相当する入力側ディスク２ａ、２ｂを支持している。
これら両入力側ディスク２ａ、２ｂは上記入力回転軸１
に対し、それぞれがトロイド曲面である入力側内側面
３、３同士を互いに対向させた状態で、それぞれボール
スプライン４、４を介して支持している。従って上記両
入力側ディスク２ａ、２ｂは、上記入力回転軸１の周囲
に、この入力回転軸１の軸方向の変位自在に、且つ、こ
の入力回転軸１と同期した回転自在に支持されている。

【０００４】又、上記入力回転軸１の基端部と上記入力
側ディスク２ａの外側面との間に、転がり軸受５と、ロ
ーディングカム式の押圧装置６とを設けている。そし
て、この押圧装置６を構成するカム板７を、駆動軸８に
より回転駆動自在としている。これに対して、上記入力
回転軸１の先端部と上記別の入力側ディスク２ｂの外側
面との間に、ローディングナット９と、大きな弾力を有
する皿板ばね１０とを設けている。

【０００５】上記入力回転軸１の中間部は、トロイダル
型無段変速機を収納したケーシング１１（後述する図１
参照）内に設置した隔壁部１２に設けた通孔１３を挿通
している。この通孔１３の内径側には円筒状の出力筒２
８を、１対の転がり軸受１４、１４により回転自在に支
持しており、この出力筒２８の中間部外周面に出力歯車
１５を固設している。又、この出力筒２８の両端部で上
記隔壁部１２の両外側面から突出した部分に出力側ディ
スク１６ａ、１６ｂを、スプライン係合により上記出力
筒２８と同期した回転自在に支持している。

【０００６】この状態で、それぞれがトロイド曲面であ
る上記各出力側ディスク１６ａ、１６ｂの出力側内側面
１７、１７が、前記各入力側内側面３、３に対向する。
又、これら両出力側ディスク１６ａ、１６ｂの内周面の
うちで上記出力筒２８の端縁よりも突出した部分と上記
入力回転軸１の中間部外周面との間に、それぞれニード
ル軸受１８、１８を設けて、上記各出力側ディスク１６
ａ、１６ｂに加わる荷重を支承しつつ、上記入力回転軸
１に対するこれら各出力側ディスク１６ａ、１６ｂの回
転及び軸方向変位を自在としている。

【０００７】又、上記入力回転軸１の周囲で上記入力
側、出力側両内側面３、１７同士の間部分（キャビテ
ィ）に、それぞれ複数個（一般的には２個又は３個）ず
つパワーローラ１９、１９を配置している。これら各パ
ワーローラ１９、１９はそれぞれ、上記入力側、出力側
両内側面３、１７に当接する周面２９、２９を球状凸面
とされたものでトラニオン２０、２０の内側面部分に、
変位軸２１、２１と、ラジアルニードル軸受２２、２２
と、スラスト玉軸受２３、２３と、スラストニードル軸
受２４、２４とにより、回転及び若干の揺動変位自在に
支持されている。即ち、上記各変位軸２１、２１は基半
部と先半部とが互いに偏心した偏心軸であり、このうち
の基半部を上記各トラニオン２０、２０の中間部に、図
示しない別のラジアルニードル軸受により、揺動変位自
在に支持している。

【０００８】上記各パワーローラ１９、１９は、この様
な変位軸２１、２１の先半部に、上記ラジアルニードル
軸受２２、２２と上記スラスト玉軸受２３、２３とによ
り、回転自在に支持している。又、構成各部材の弾性変
形に基づく、上記入力回転軸１の軸方向に関する上記各
パワーローラ１９、１９の変位を、上記別のラジアルニ
ードル軸受と上記各スラストニードル軸受２４、２４と
により、自在としている。

【０００９】更に、上記各トラニオン２０、２０は、
（図５で表裏方向の）両端部に設けた枢軸を、前記ケー
シング１１内に設置した支持板２５ａ、２５ｂ（後述す
る図１参照）に、揺動並びに軸方向の変位自在に支持し
ている。即ち、上記各トラニオン２０、２０は、図５の
時計方向及び反時計方向の変位自在に支持すると共に、
図示しないアクチュエータにより、上記枢軸の軸方向
（図５の表裏方向）に変位させられる様にしている。

【００１０】上述の様に構成するトロイダル型無段変速
機の運転時には、前記駆動軸８により前記入力側ディス
ク２ａを、前記押圧装置６を介して回転駆動する。この
押圧装置６は、軸方向の推力を発生させつつ上記入力側
ディスク２ａを回転駆動するので、上記入力側ディスク
２ａを含む１対の入力側ディスク２ａ、２ｂが、前記各
出力側ディスク１６ａ、１６ｂに向け押圧されつつ、互
いに同期して回転する。この結果、上記各入力側ディス
ク２ａ、２ｂの回転が、上記各パワーローラ１９、１９
を介して上記各出力側ディスク１６ａ、１６ｂに伝わ
り、前記出力筒２８を介してこれら各出力側ディスク１
６ａ、１６ｂと結合された、前記出力歯車１５が回転す
る。

【００１１】運転時には上記押圧装置６が発生する推力
により、上記各パワーローラ１９、１９の周面２９、２
９と上記入力側、出力側両内側面３、１７との各当接部
の面圧が確保される。又、この面圧は、上記駆動軸８か
ら上記出力歯車１５に伝達する動力（トルク）が大きく
なる程高くなる。この為、トルク変化に関わらず、良好
な伝達効率を得られる。又、伝達すべきトルクが０若し
くは僅少の場合にも、前記皿板ばね１０及び上記押圧装
置６の内径側に設けた予圧ばね２６により、上記各当接
部の面圧を或る程度確保する。従って、上記各当接部で
のトルク伝達は、起動直後から、過大な滑りを伴う事な
く、円滑に行なわれる。

【００１２】上記駆動軸８とこの出力歯車１５との間の
変速比を変える場合には、図示しないアクチュエータに
より上記各トラニオン２０、２０を、図５の表裏方向に
変位させる。この場合、図５の上半部のトラニオン２
０、２０と下半部のトラニオン２０、２０とは、互いに
逆方向に、同じ量だけ変位させる。この変位に伴って、
上記各パワーローラ１９、１９の周面２９、２９と上記
入力側、出力側両内側面３、１７との当接部の接線方向
に加わる力の向きが変化する。そして、この接線方向の
力によって、上記各トラニオン２０、２０が、それぞれ
の両端部に設けた枢軸を中心として揺動する。

【００１３】この揺動に伴って、上記各パワーローラ１
９、１９の周面２９、２９と上記入力側、出力側両内側
面３、１７との当接部の、これら両内側面３、１７の径
方向に関する位置が変化する。これら各当接部が、上記
入力側内側面３の径方向外側に、上記出力側内側面２０
の径方向内側に、それぞれ変化する程、上記変速比は増
速側に変化する。これに対して、上記各当接部が、上記
入力側内側面３の径方向内側に、上記出力側内側面２０
の径方向外側に、それぞれ変化する程、上記変速比は減
速側に変化する。

【００１４】ところで、上述の図５に示す様なトロイダ
ル型無段変速機の部品点数の低減化並びに小型・軽量化
を図るべく、特開平１１−１４１６３７号公報には、図
１に示す様な構造が記載されている。尚、この図１と上
記図５とは、切断位置が、入力回転軸１の円周方向に関
して９０度異なっている。この図１に示す様な、本発明
の対象となるトロイダル型無段変速機は、入力回転軸１
の周囲に中間ディスク３０を、１対のニードル軸受２
７、２７により、この入力回転軸１に対する相対回転並
びに軸方向の変位を自在に支持している。

【００１５】上記中間ディスク３０は、１対の出力側デ
ィスク１６ａ、１６ｂ（図５参照）をまとめたもの（一
体に形成したもの）で、この中間ディスク３０の外周面
に請求項に記載したギヤに相当する出力歯車１５ａを、
直接形成している。この様な構造の場合には、１対の出
力側ディスクとして機能する１個の中間ディスク３０に
より、１対の入力側ディスク２ａ、２ｂとの間での回転
力の伝達を行なえる。この為、上記中間ディスク３０設
置部分の軸方向寸法を小さくして入力回転軸１の軸方向
長さを短くできると共に、出力筒２８や１対の転がり軸
受１４、１４、隔壁部１２（図５参照）等を省略できる
分、部品点数並びに軸方向寸法の低減等に基づくトロイ
ダル型無段変速機の小型・軽量化を図れる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上述の図１に示す様
な、本発明の対象となるトロイダル型無段変速機の場
合、１対の出力側ディスクを一体に形成して成る中間デ
ィスク３０の耐久性を向上できる技術が求められてい
る。即ち、上記中間ディスク３０は、前述の図５に示す
様な軸方向片側面である内側面１７のみを各パワーロー
ラ１９、１９の周面２９、２９と当接する出力側ディス
ク１６ａ、１６ｂの場合と異なり、その軸方向両側面３
１、３１を上記各パワーローラ１９、１９の周面２９、
２９と当接させている。そして、この様な当接部（トラ
クション部）では、運転時に押圧装置６の推力に基づく
大きな押し付け力が加わりつつ、動力（トルク）伝達が
行なわれる。

【００１７】この様に大きな押し付け力並びにトルクが
加わる、上記中間ディスク３０の軸方向両側面３１、３
１の耐久性を確保する為に、これら各側面３１、３１に
浸炭クエンチ処理や浸炭窒化クエンチ処理等を施す事が
考えられている。即ち、この様な表面硬化処理を施す事
により、上記中間ディスク３０の軸方向両側面３１、３
１に硬化層（浸炭層、浸炭窒化層）を形成し、これら各
側面３１、３１の硬さ（表面硬度）を確保する事が考え
られている。ところが、この様に各側面３１、３１の
（表面の）硬さを確保できても、上述の様にこれら各側
面３１、３１に大きな押し付け力並びにトルクの加わる
上記中間ディスク３０の場合には、この中間ディスク３
０の内部で上記硬化層が形成されない部分（各側面３
１、３１から軸方向に関して深い部分）でも、大きな剪
断応力が加わる。

【００１８】即ち、図２に示す様に、上記中間ディスク
３０の軸方向に関する断面で、この図２のＡ−Ｂ間に加
わる剪断応力は、図３に示す様に、硬化層が存在する上
記各側面３１、３１近傍で大きくなる他、上記中間ディ
スク３０の軸方向中央部分でも、この図３に鎖線で示す
様に、上記剪断応力が足し合わされて大きくなる。この
結果、この様な中間ディスク３０の軸方向中央部分に加
わる剪断応力に基づいて、この中間ディスク３０が短期
間で寿命に至る可能性がある。特に、トロイダル型無段
変速機の更なる小型、軽量化を図るべく、上述の様な中
間ディスク３０の軸方向寸法を更に小さく（中間ディス
ク３０を薄く）する事が求められており、この様な場合
でも、この中間ディスク３０の耐久性を確保できる事が
好ましい。本発明のトロイダル型無段変速機は、この様
な事情に鑑みて発明したものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明のトロイダル型無
段変速機は、回転軸と、１対の外側ディスクと、中間デ
ィスクと、ギヤと、パワーローラとを備える。このうち
の各外側ディスクは、それぞれが断面円弧状の凹面であ
る内側面を互いに対向させた状態で上記回転軸の両端部
に、この回転軸と同期した回転を自在に支持している。
又、上記中間ディスクは、軸方向両側面を断面円弧状の
凹面とし、上記回転軸の周囲に、この回転軸に対する相
対回転を自在として支持している。又、上記ギヤは、上
記回転軸と同心であり、上記中間ディスクの外周面に直
接形成している。又、上記パワーローラは、上記中間デ
ィスクの軸方向両側面と上記各外側ディスクの内側面と
の間にそれぞれ複数個ずつ設けられている。特に、本発
明のトロイダル型無段変速機に於いては、上記中間ディ
スクを、炭素（Ｃ）を０．３〜０．５重量％含む炭素鋼
により造っている。尚、この様な炭素鋼としては、中炭
素鋼や一部のクロムモリブデン鋼等が使用可能である。

【００２０】

【作用】上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段
変速機の場合には、中間ディスクの耐久性の向上を図れ
る。即ち、この中間ディスクを、炭素（Ｃ）を０．３〜
０．５重量％含む炭素鋼により造る為、浸炭クエンチ処
理や浸炭窒化クエンチ処理等の表面硬化処理を施しても
硬化層が形成されない（炭素等が添加されない）上記中
間ディスクの軸方向中央部にも、十分な炭素が含まれ
る。この為、この中間ディスクの軸方向中央部で上記硬
化層が形成されない部分の硬さを十分に確保できる。こ
の結果、この部分に大きな剪断応力が加わる上記中間デ
ィスクの耐久性を、十分に確保する事ができる。更に
は、この中間ディスクの軸方向寸法を更に小さく（中間
ディスクを薄く）する場合でも、この中間ディスクの耐
久性を確保できる。尚、上記炭素量が０．３重量％未満
の場合には、鋼中に含まれる酸素量の増大に基づく酸化
物系の非金属介在物が増大し、十分な耐久性を確保でき
なくなる可能性がある。一方、上記炭素量が０．５重量
％を超える場合には、疲労亀裂進展速度（亀裂が発生し
てから割れに至るまでの速度）が速くなり、十分な靭性
を確保できなくなる可能性がある。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１〜２は、本発明の実施の形態
の１例を示している。尚、本発明の特徴は、１対の出力
側ディスク１６ａ、１６ｂ（図５参照）を１個にまとめ
た（一体に形成した）中間ディスク３０を構成する金属
材料の組成を工夫する事により、この中間ディスクの耐
久性を向上させる点にある。その他の部分の構造及び作
用は、前述の図５に示した従来構造と同様である為、同
等部分には同一符号を付して、重複する説明を省略若し
くは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明す
る。尚、図１と図５とは、切断位置が、入力回転軸１の
円周方向に関して９０度異なっている。

【００２２】入力回転軸１の両端部には、１対の入力側
ディスク２ａ、２ｂを、それぞれボールスプライン４、
４を介して支持している。一方、上記入力回転軸１の中
間部周囲には上記中間ディスク３０を、１対のニードル
軸受２７、２７により、この入力回転軸１に対する相対
回転並びに軸方向の変位自在に支持している。この中間
ディスク３０は、１対の出力側ディスク１６ａ、１６ｂ
（図５参照）をまとめたもの（一体に形成したもの）
で、この中間ディスク３０の外周面に請求項に記載した
ギヤに相当する出力歯車１５ａを、直接形成している。

【００２３】特に、本発明のトロイダル型無段変速機に
於いては、上記中間ディスク３０は、炭素（Ｃ）を０．
３〜０．５重量％含む炭素鋼により造られたものであ
る。この様な炭素鋼としては、中炭素鋼や一部のクロム
モリブデン鋼（ＳＣＭ４３０、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４
４０、ＳＣＭ４４５）等が使用可能である。又、上記中
間ディスク３０の軸方向両側面３１、３１で各パワーロ
ーラ１９、１９の周面２９、２９（図５参照）と当接す
る部分には、浸炭クエンチ処理や浸炭窒化クエンチ処理
等の表面硬化処理により硬化層を形成している。この様
な表面硬化処理としては、例えば、特開２００１−８２
５６６号公報等に開示された条件で行なう事が好まし
い。又、上記中間ディスク３０の軸方向中央部で、上記
硬化層が形成されない部分の硬さ（芯部の硬さ）は、ビ
ッカース硬さ（Ｈｖ）で、この部分に加わるせん断応力
値τ［kgf ／mm² ］の６倍を超える（Ｈｖ＞６τ）値と
する事が好ましい。

【００２４】上述の様に構成する本発明のトロイダル型
無段変速機の場合には、中間ディスク３０の耐久性の向
上を図れる。即ち、この中間ディスク３０を、炭素
（Ｃ）を０．３〜０．５重量％含む炭素鋼（中炭素鋼や
一部のクロムモリブデン鋼）によりを造る為、浸炭クエ
ンチ処理や浸炭窒化クエンチ処理等の表面硬化処理を施
しても硬化層が形成されない（炭素等が添加されな
い）、上記中間ディスク３０の軸方向中央部（芯部）に
も、十分な炭素が含まれる。この為、この中間ディスク
３０の軸方向中央部で上記硬化層が形成されない部分の
硬さを十分に確保できる。

【００２５】即ち、本例の炭素鋼（中炭素鋼）の硬度
は、図４中実線で示す様に、同図に鎖線で示した、炭素
が０．３重量％以下の浸炭鋼に比べて、軸方向側面３
１、３１から深い部分でも硬さを十分に確保できる。こ
の結果、この部分に大きな剪断応力が加わる上記中間デ
ィスク３０の耐久性を、十分に確保する事ができる。更
には、この中間ディスク３０の軸方向寸法を更に小さく
（中間ディスク３０を薄く）する場合でも、この中間デ
ィスク３０の耐久性を確保できる。

【００２６】尚、上記炭素量が０．３重量％未満の場合
には、鋼中に含まれる酸素量の増大に基づく酸化物系の
非金属介在物が増大し、十分な耐久性を確保できなくな
る可能性がある。一方、上記炭素量が０．５重量％を超
える場合には、疲労亀裂進展速度（亀裂が発生してから
割れに至るまでの速度）が速くなり、十分な靭性を確保
できなくなる可能性がある。

【００２７】尚、本例は、中間ディスク３０を出力側デ
ィスクとして使用する構造を示したが、この様な構造に
限定するものではなく、中間ディスクを入力側ディスク
とすると共に、１対の外側ディスクを出力側ディスクと
しても良い。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、以上に述べた通り構成され作
用するので、小型・軽量で、しかも優れた耐久性を有す
るトロイダル型無段変速機を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象となる構造を示す要部断面図。

【図２】一部を省略して示す、図１のＡ部拡大図。

【図３】中間ディスクの軸方向断面に関する剪断応力の
大きさを示すグラフ。

【図４】中間ディスクの側面からの深さとこの深さでの
硬さとの関係を示すグラフ。

【図５】従来から広く知られているトロイダル型無段変
速機の基本構成の１例を示す、円周方向の位相が図１と
９０度異なる部分に関する断面図。

【符号の説明】

１入力回転軸２ａ、２ｂ入力側ディスク３入力側内側面４ボールスプライン５転がり軸受６押圧装置７カム板８駆動軸９ローディングナット１０皿板ばね１１ケーシング１２隔壁部１３通孔１４転がり軸受１５、１５ａ出力歯車１６ａ、１６ｂ出力側ディスク１７出力側内側面１８ニードル軸受１９パワーローラ２０トラニオン２１変位軸２２ラジアルニードル軸受２３スラスト玉軸受２４スラストニードル軸受２５ａ、２５ｂ支持板２６予圧ばね２７ニードル軸受２８出力筒２９周面３０中間ディスク３１側面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸と、それぞれが断面円弧状の凹面
である内側面を互いに対向させた状態で上記回転軸の両
端部に、この回転軸と同期した回転を自在に支持した１
対の外側ディスクと、軸方向両側面を断面円弧状の凹面
とし、上記回転軸の周囲に、この回転軸に対する相対回
転を自在として支持した中間ディスクと、この中間ディ
スクの外周面に直接形成した、上記回転軸と同心のギヤ
と、この中間ディスクの軸方向両側面と上記各外側ディ
スクの内側面との間にそれぞれ複数個ずつ設けられたパ
ワーローラとを備えたトロイダル型無段変速機に於い
て、上記中間ディスクを、炭素を０．３〜０．５重量％
含む炭素鋼により造った事を特徴としたトロイダル型無
段変速機。
【請求項２】中間ディスクが出力側ディスクであり、
ギヤが出力歯車である、請求項１に記載したトロイダル
型無段変速機。