JP2004332807A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents
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Abstract
【課題】連結部材を設けることによって応力が高くなるトラニオンの折れ曲がり壁部の内側面の疲労強度を向上させて、トラニオンの寿命を向上させることができるとともに、折れ曲がり壁部の肉厚を薄肉化するができ、トラニオンを小型化することができるトロイダル型無段変速機を提供する。
【解決手段】トラニオン６を構成する支持板部７の長手方向の両端部には、パワーローラ１１を収容するポケット部Ｐを形成するように支持板部の内側面側に折れ曲がる一対の折れ曲がり壁部８，８が形成され、これらの各折れ曲がり壁部の外側面に各枢軸５が互いに同心的に設けられて成るトロイダル型無段変速機において、トラニオンには、一対の折れ曲がり壁部の先端部を連結する連結部材３３が設けられ、一対の折れ曲がり壁部の内面６３には表面硬化処理が施されている。
【選択図】 図１
【解決手段】トラニオン６を構成する支持板部７の長手方向の両端部には、パワーローラ１１を収容するポケット部Ｐを形成するように支持板部の内側面側に折れ曲がる一対の折れ曲がり壁部８，８が形成され、これらの各折れ曲がり壁部の外側面に各枢軸５が互いに同心的に設けられて成るトロイダル型無段変速機において、トラニオンには、一対の折れ曲がり壁部の先端部を連結する連結部材３３が設けられ、一対の折れ曲がり壁部の内面６３には表面硬化処理が施されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や各種産業機械の変速機として利用可能なトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用変速機として、例えば、図３および図４に略示するようなトロイダル型無段変速機を使用することが一部で実施されている（例えば、特許文献１参照）。このトロイダル型無段変速機は、入力軸１と同心に第１のディスクである入力側ディスク２を支持し、入力軸１と同心に配置された出力軸３の端部に、第２のディスクである出力側ディスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシングの内側には、入力軸１並びに出力軸３に対し捻れの位置にある枢軸５，５を中心として揺動するトラニオン６，６が設けられている。
【０００３】
すなわち、各トラニオン６，６は、図５および後述する図７に示すように、支持板部７の長手方向（図５および図７の左右方向）の両端部に、この支持板部７の内側面側（図５の上側）に折れ曲がる状態で形成された一対の折れ曲がり壁部８，８を有している。そして、この折れ曲がり壁部８，８によって、トラニオン６には、後述するパワーローラ１１を収容するための凹状のポケット部Ｐが形成される。また、各折れ曲がり壁部８，８の外側面（支持板部７と反対側の面）には、各枢軸５，５が互いに同心的に設けられている。
【０００４】
支持板部７の中央部には円孔１０が形成され、この円孔１０には変位軸９の基端部が支持されている。そして、各枢軸５，５を中心として各トラニオン６，６を揺動させることにより、これら各トラニオン６，６の中央部に支持された変位軸９の傾斜角度を調節できるようになっている。また、各トラニオン６，６の内側面から突出する変位軸９の先端部の周囲には、パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、入力側および出力側の両ディスク２，４の間に挟持されている。なお、各変位軸９，９の基端部と先端部は、互いに偏心している。
【０００５】
入力側および出力側の両ディスク２，４の互いに対向する内側面２ａ，４ａの断面はそれぞれ、枢軸５を中心とする円弧或いはこのような円弧に近い曲線を回転させて得られる凹面を成している。そして、球状の凸面に形成された各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが各内側面２ａ，４ａに当接されている。
【０００６】
入力軸１と入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置１２が設けられている。この押圧装置１２は、入力側ディスク２を出力側ディスク４に向けて弾性的に押圧している。また、押圧装置１２は、入力軸１と共に回転するカム板１３と、保持器１４により保持された複数個（例えば４個）のローラ１５，１５とから構成されている。また、カム板１３の片側面（図３および図４の左側面）には、周方向に亙って凹凸面であるカム面１６が形成され、入力側ディスク２の外側面（図３および図４の右側面）にも同様のカム面１７が形成されている。そして、複数個のローラ１５，１５は、入力軸１に対して放射方向に延びる軸を中心に回転できるように、支持されている。
【０００７】
このような構成のトロイダル型無段変速機においては、入力軸１を回転させると、その回転に伴ってカム板１３が回転し、カム面１６によって複数個のローラ１５，１５が、入力側ディスク２の外側面に設けられたカム面１７に押圧される。この結果、入力側ディスク２が複数のパワーローラ１１，１１に押圧されると同時に、１対のカム面１６，１７と複数個のローラ１５，１５の転動面との押し付け合いに基づいて、入力側ディスク２が回転する。そして、この入力側ディスク２の回転が、各パワーローラ１１，１１を介して、出力側ディスク４に伝達され、この出力側ディスク４に固定された出力軸３が回転する。
【０００８】
入力軸１と出力軸３との回転速度を変える場合であって、入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう場合には、枢軸５，５を中心として各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図３に示すように、入力側ディスク２の内側面２ａの中心寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。
【０００９】
反対に、増速を行なう場合には、各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図４に示すように、入力側ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの中心寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。各変位軸９，９の傾斜角度を図３と図４との中間にすれば、入力軸１と出力軸３との間で、中間の変速比が得られる。
【００１０】
更に、図６および図７は、具体化されたトロイダル型無段変速機を示している（例えば、特許文献２参照）。入力側ディスク２および出力側ディスク４はそれぞれ、円管状の入力軸１８の周囲に、ニードル軸受１９，１９を介して、回転自在および軸方向に変位自在に支持されている。また、ローディングカム式の押圧装置１２を構成するためのカム板１３は、入力軸１８の端部（図６の左端部）の外周面にスプライン係合され、鍔部２０によって入力側ディスク２から離れる方向への移動が阻止されている。また、出力側ディスク４には出力歯車２１がキー２２，２２により結合されており、これら出力側ディスク４と出力歯車２１とが同期して回転するようになっている。
【００１１】
前述の図５に示されるような構成を成す一対のトラニオン６，６の両端部はそれぞれ、一対の支持板２３，２３に対して揺動自在および軸方向（図６の表裏方向、図７の左右方向）に変位自在に支持されている。そして、各トラニオン６，６を構成する支持板部７の中央部に形成された円孔１０には、基端部９ａと先端部９ｂとが互いに平行で且つ偏心した変位軸９の基端部９ａが、回転自在に支持されている。また、各支持板部７の内側面から突出する各変位軸９の先端部９ｂの周囲には、パワーローラ１１が回転自在に支持されている。
【００１２】
なお、一対のトラニオン６，６毎に設けられた一対の変位軸９，９は、入力軸１８に対し、互いに１８０度反対側の位置に設けられている。また、これらの各変位軸９，９の先端部９ｂが基端部９ａに対して偏心している方向は、入力側および出力側の両ディスク２，４の回転方向に対して同方向（図７で左右逆方向）となっている。また、偏心方向は、入力軸１８の配設方向に対して略直交する方向となっている。したがって、各パワーローラ１１，１１は、入力軸１８の長手方向に若干変位できるように支持される。その結果、押圧装置１２が発生するスラスト荷重に基づく各構成部材の弾性変形等に起因して、各パワーローラ１１，１１が入力軸１８の軸方向に変位する傾向となった場合でも、各構成部材に無理な力が加わらず、この変位が吸収される。
【００１３】
また、各パワーローラ１１，１１の大端面と各トラニオン６，６を構成する支持板部７の内側面との間には、パワーローラ１１の大端面の側から順に、スラスト転がり軸受であるスラスト玉軸受（軸受）２４と、スラストニードル軸受２５とが設けられている。このうち、スラスト玉軸受２４は、各パワーローラ１１に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これら各パワーローラ１１の回転を許容するものである。このようなスラスト玉軸受２４はそれぞれ、複数個ずつの玉２６，２６と、これら各玉２６，２６を転動自在に保持する円環状の保持器２７と、円環状の外輪２８とから構成されている。また、各スラスト玉軸受２４の内輪軌道は各パワーローラ１１の大端面に、外輪軌道は各外輪２８の内側面にそれぞれ形成されている。
【００１４】
また、スラストニードル軸受２５は、各トラニオン６，６を構成する支持板部７の内側面と外輪２８の外側面との間に挟持されている。このようなスラストニードル軸受２５は、各パワーローラ１１から各外輪２８に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これら各パワーローラ１１および外輪２８が各変位軸９の基端部９ａを中心として揺動変位することを許容する。更に、各トラニオン６，６の一端部（図７の左端部）にはそれぞれ駆動ロッド２９が結合されており、各駆動ロッド２９の中間部外周面に駆動ピストン３０が固設されている。そして、これら各駆動ピストン３０はそれぞれ、駆動シリンダ３１内に油密に嵌装されている。
【００１５】
このように構成されたトロイダル型無段変速機の場合、入力軸１８の回転は、押圧装置１２を介して、入力側ディスク２に伝えられる。そして、この入力側ディスク２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して出力側ディスク４に伝えられ、更にこの出力側ディスク４の回転が、出力歯車２１より取り出される。
【００１６】
入力軸１８と出力歯車２１との間の回転速度比を変える場合には、一対の駆動ピストン３０，３０を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３０，３０の変位に伴って、一対のトラニオン６，６が互いに逆方向に変位する。例えば、図７の下側のパワーローラ１１が同図の右側に、同図の上側のパワーローラ１１が同図の左側にそれぞれ変位する。その結果、これら各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと入力側ディスク２及び出力側ディスク４の内側面２ａ，４ａとの当接部に作用する接線方向の力の向きが変化する。そして、この力の向きの変化に伴って、各トラニオン６，６が、支持板２３，２３に枢支された枢軸５，５を中心として、互いに逆方向に揺動する。
【００１７】
その結果、前述の図３および図４に示したように、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各内側面２ａ，４ａとの当接位置が変化し、入力軸１８と出力歯車２１との間の回転速度比が変化する。また、これら入力軸１８と出力歯車２１との間で伝達するトルクが変動し、各構成部材の弾性変形量が変化すると、各パワーローラ１１，１１及びこれら各パワーローラ１１に付属の外輪２８が、各変位軸９の基端部９ａを中心として僅かに回動する。これら各外輪２８の外側面と各トラニオン６を構成する支持板部７の内側面との間には、各スラストニードル軸受２５が存在するため、前記回動は円滑に行なれる。したがって、前述のように各変位軸９，９の傾斜角度を変化させるための力が小さくて済む。
【００１８】
前述のようなトロイダル型無段変速機の運転時において、各トラニオン６，６の内側面側（ポケット部Ｐ側）に回転自在に支持されたパワーローラ１１には、入力側および出力側の両ディスク２，４の内側面２ａ，４ａからスラスト荷重が加わる。そして、このスラスト荷重は、スラスト玉軸受２４及びスラストニードル軸受２５を介して、各トラニオン６を構成する支持板部７の内側面に伝達される。したがって、トロイダル型無段変速機の運転時に各トラニオン６，６は、図５に誇張して示すように、パワーローラ１１が位置する内側面側が凹面となる方向に、僅かとは言え弾性変形する。
【００１９】
そして、この弾性変形量が大きくなると、スラスト玉軸受２４を構成する転動体である玉２６，２６及びスラストニードル軸受２５を構成するニードルに加わるスラスト荷重が不均一になる。すなわち、各トラニオン６の弾性変形の結果、これら各トラニオン６を構成する支持板部７の内側面と各パワーローラ１１の大端面との距離が不均一になる。そして、これら両面同士の距離が大きくなった部分に存在する転動体に加わるスラスト荷重が小さくなる代わりに、この距離が小さくなった部分に存在する転動体に加わるスラスト荷重が大きくなる。この結果、一部の転動体に過大なスラスト荷重が加わり、この一部の転動体と当該転動体の転動面が当接している軌道面との当接圧が過大となって、これら転動面及び軌道面の疲れ寿命が著しく短くなる。
【００２０】
また、トラニオン６の両端部に設けられた傾転軸受の転動面である各枢軸５，５と、パワーローラ１１を支持するための支持板部７との結合部位Ａ（図８参照）には応力が集中し易く、過大なトルクが入力されて前述のようにトラニオン６が弾性変形した場合には、前記結合部位Ａに亀裂等の損傷が発生し易くなる。そのため、従来は、トラニオン６の肉厚を大きくして、このような損傷の発生を防止しているが、大型化して重量が増加するとともに、コストも増大するため、好ましくない。また、枢軸５と支持板部７とを必要以上に大きな半径で結合する必要があり、加工上においても問題が生じていた。
【００２１】
また、トラニオン６が図５に示すように弾性変形すると、変位軸９がトラニオン６に対し傾斜する。その場合、変位軸９の基端部９ａとトラニオン６との係合部Ｂ（図８参照）に応力が集中して、この部分に亀裂等の損傷が発生し易くなる。また、変位軸９がトラニオン６に対し傾斜すると、変位軸９の先端部９ｂに支持されたパワーローラ１１の位置がずれるため、パワーローラ１１の周面１１ａと各ディスク２，４の内側面２ａ，４ａとの接触点が所定位置からずれ、変速動作が不安定になる。
【００２２】
このような問題に対処するため、例えば、図９に示すように、パワーローラ１１が位置するトラニオン６の内側面側に、一対の折れ曲がり壁部８，８の先端部同士を連結する連結部材３３を設け、この連結部材３３によって、トラニオン６の内側面側が凹面となる方向に弾性変形することを規制する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。このような補強されたトラニオン６においては、支持板部７における応力は低下し、上述した部位における亀裂等の問題は軽減される。
【００２３】
【特許文献１】
実開昭６２−７１４６５号公報
【特許文献２】
実願昭６３−６９２９３号（実開平１−１７３５５２号）のマイクロフィルム
【特許文献３】
特開２００１−３０４３６６号公報
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のトラニオン６は、パワーローラ１１からのスラスト荷重により、図９に誇張して示すように、一対の折れ曲がり壁部８，８が、その先端部よりやや下側で内側に曲がるように変形する。この結果、折れ曲がり壁部８，８の内側面の表層部分Ｃに大きな引張応力が負荷され、疲労による寿命の低下が促される。これに対処するために、折れ曲がり壁部８，８の肉厚を大きくすることも考えられるが、大型化して重量が増加するとともに、コストも増大するため、好ましくない。
【００２５】
この発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、連結部材を設けることによって応力が高くなるトラニオンの折れ曲がり壁部の内側面の疲労強度を向上させて、トラニオンの寿命を向上させることができるとともに、折れ曲がり壁部の肉厚を薄肉化するができ、トラニオンを小型化することができるトロイダル型無段変速機を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のトロイダル型無段変速機は、互いの内側面同士を対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された第１および第２のディスクと、これら第１および第２のディスクの中心軸に対して捻れの位置にある枢軸を中心に揺動するトラニオンと、このトラニオンを構成する支持板部の中央部に、この支持板部の内側面から突出する状態で支持された変位軸と、この変位軸の周囲に回転自在に支持された状態で前記第１および第２の両ディスクの間に挟持されたパワーローラと、このパワーローラの大端面に添設して設けられ、このパワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、このパワーローラの回転を許容する軸受とを備え、前記支持板部の長手方向の両端部には、前記パワーローラを収容するポケット部を形成するように前記支持板部の内側面側に折れ曲がる一対の折れ曲がり壁部が形成され、これらの各折れ曲がり壁部の外側面に前記各枢軸が互いに同心的に設けられて成るトロイダル型無段変速機において、前記トラニオンには、前記一対の折れ曲がり壁部の先端部を連結する連結部材が設けられ、前記一対の折れ曲がり壁部の内側面には表面硬化処理が施されていることを特徴とする。
【００２７】
この請求項１に記載された発明においては、トラニオンの一対の折れ曲がり壁部の先端部同士を連結する連結部材が設けられていることにより、折れ曲がり壁部の内側面に大きな応力が作用しても、この内側面に表面硬化処理を施すことによって、この部分の疲労強度を向上させ、トラニオンの寿命を向上させて長期に安定な動作を行わせることができる。さらに、疲労強度を向上させたことにより、折れ曲がり壁部の肉厚を薄肉化することできて、トラニオン自体を小型化することができ、これによりトロイダル型無段変速機全体の小型化が可能となる。
【００２８】
また、請求項２に記載のトロイダル型無段変速機は、請求項１に記載の発明において、前記表面硬化処理は、高周波焼き入れ法または浸炭法による処理であることを特徴とする。
【００２９】
この請求項２に記載された発明においては、汎用の方法で表面硬化処理することができる。
【００３０】
また、請求項３に記載のトロイダル型無段変速機は、互いの内側面同士を対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された第１および第２のディスクと、これら第１および第２のディスクの中心軸に対して捻れの位置にある枢軸を中心に揺動するトラニオンと、このトラニオンを構成する支持板部の中央部に、この支持板部の内側面から突出する状態で支持された変位軸と、この変位軸の周囲に回転自在に支持された状態で前記第１および第２の両ディスクの間に挟持されたパワーローラと、このパワーローラの大端面に添設して設けられ、このパワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、このパワーローラの回転を許容する軸受とを備え、前記支持板部の長手方向の両端部には、前記パワーローラを収容するポケット部を形成するように前記支持板部の内側面側に折れ曲がる一対の折れ曲がり壁部が形成され、これらの各折れ曲がり壁部の外側面に前記各枢軸が互いに同心的に設けられて成るトロイダル型無段変速機において、前記トラニオンには、前記一対の折れ曲がり壁部の先端部を連結する連結部材が設けられ、前記一対の折れ曲がり壁部は内側面の表面粗さが前記支持板部の外側面の表面粗さよりも小さくされていることを特徴とする。
【００３１】
この請求項３に記載された発明においては、トラニオンの一対の折れ曲がり壁部の先端部同士を連結する連結部材が設けられていることにより、折れ曲がり壁部の内側面に大きな応力が作用しても、この内側面の表面粗さを支持板部の外側面の表面粗さよりも小さくなるようにすることによって、この部分の疲労強度を向上させ、トラニオンの寿命を向上させて長期に安定な動作を行わせることができる。さらに、疲労強度を向上させたことにより、折れ曲がり壁部の肉厚を薄肉化することできて、トラニオン自体を小型化することができ、これによりトロイダル型無段変速機全体の小型化が可能となる。なお、請求項１または請求項２に記載されたような表面硬化処理と、表面粗さの微細化処理の双方を併用してもよい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、図３〜図８を参照して説明した従来の技術と同一の箇所は、同一の符号を付してその詳細な説明を省略することにする。
【００３３】
図１は本発明の実施形態を示している。図示のように、本実施形態のトロイダル型無段変速機を構成するトラニオン６は、前述した従来構造の場合と同様に、支持板部７の長手方向（図１の左右方向）の両端部に、支持板部７の内側面側（図１の上側）に折れ曲がる状態で形成された一対の折れ曲がり壁部８，８を有している。そして、各折れ曲がり壁部８，８の外側面には、枢軸５，５が互いに同心的に設けられている。
【００３４】
また、本実施形態では、従来構成における変位軸９の基端部９ａと外輪２８とが一体に形成されるとともに、変位軸９の先端部９ｂとパワーローラ１１とが一体に形成されている。また、変位軸９の基端部９ａを支持する支持板部７の中央部の円孔１０は、貫通しておらず、外側面側（ポケット部Ｐと反対の側）が閉塞された袋状に形成されている。もちろん、この発明は、図９に示すような、支持板部７の中央部の円孔１０が外側面側に貫通しているようなものでも同様に適用可能である。
【００３５】
また、本実施形態のトラニオン６においては、パワーローラ１１が位置するトラニオン６の内側面側（ポケット部Ｐ側）に、トラニオン６の内側面側が凹面となる方向に弾性変形することを規制する連結部材３３が設けられている。この連結部材３３は、一対の折れ曲がり壁部８，８の先端部間に延びており、両側の受圧端面３３ｂを折れ曲がり壁部８，８の内側面に当接させ、ボルト等によって接合されている。なお、連結部材３３は、例えば、鋼材等の十分な剛性を有する材料に、鍛造加工の如き、大きな剛性を得られる加工を施すことにより橋状に成形される。
【００３６】
このような連結部材３３は、このトラニオン６に、変位軸９、パワーローラ１１、スラスト玉軸受２４、スラストニードル軸受２５を組み付けた後、トラニオン６に対し結合固定する。この連結部材３３をトラニオン６に結合固定した状態で、パワーローラ１１は、連結部材３３とトラニオン６の支持板部７との間に配置された状態となる。ただし、パワーローラ１１のうちで、入力側および出力側の両ディスク２，４の内側面２ａ，４ａ（図３，図４，図６参照）と当接する部分は、連結部材３３の側縁（ポケット部Ｐの側口）から露出している。パワーローラ１１の周面１１ａの一部で、このように連結部材３３の側縁から露出した部分が、各内側面２ａ，４ａに当接自在とするため、トラニオン６の揺動に拘らず、各ディスク２，４と干渉しないように、連結部材３３の形状及び大きさを設定する。
【００３７】
この実施の形態では、トラニオン６を炭素含有率０．３〜０．６％の鉄鋼材料で形成すると共に、トラニオン６の傾転を支持するラジアルニ−ドル軸受の転送表面部６１と、傾転ストッパの当たり部６２と、バックアップ軸受が飛び出さないようにするための軸受が当たる当接部分（図示略）、及び折れ曲がり壁部８，８の先端近傍の応力負荷部６３（連結部材３３の取付位置と枢軸５の取付位置の中間の部分）の内側面とを高周波焼き入れ処理をして、ＨＲＣ５５以上としている。そして、その他の部分は、調質熱処理によりＨＲＣ４５以下としている。すぶ焼きにして芯部まで硬くしてしまうと靭性がなくなって脆く、疲労破壊強度がなくなり、トラニオン６が折れてしまう。そのため、芯部はある程度の靭性が必要であり、また、加工が容易な高周波熱処理を利用するためにトラニオン６の材質を炭素含有率０．４％以上の鉄鋼材料としており、硬さが必要な表面部分を高周波熱処理して、必要な硬さであるＨＲＣ５０以上を得ている。硬さが必要な表面部分（転送表面部６１，当たり部６２，応力負荷部６３等）は、高周波焼き入れ処理の他に、浸炭処理を行うことによっても、ＨＲＣ５５以上の硬さが得られる。浸炭処理の場合には、トラニオン６は炭素含有率０．２５％以下の鉄鋼材料により形成されることが望ましい。
【００３８】
本発明のようなトラニオンを製作する方法として、コストや生産性を考えると、図２に示すように焼入れ→焼戻しでトラニオン全体を調質した後、硬さの必要な部位に９００℃程度の高周波熱処理を行なうことが望ましい。材料としてはＣ濃度が０．３％以上から０．６％以下程度のものが望ましい。Ｃ濃度が０．６％以上では芯部に硬さが入り易くなり、目標でありＨＲＣ４５以下を保持するには、調質時の焼戻し温度をかなり高温にせざるを得ないため熱処理変形が大きくなったり、熱処理コストが嵩むなどの不具合を生じる。また、表面硬さＨＲＣ５５以上を得るためのＣ濃度は最低０．２％であるが（例えば「鉄鋼材料便覧」３．１節，Ｐ８５）、焼き入れ時の質量効果等を考えると、余裕をみて０．３％以上としておくことが望ましい。このような硬さが必要な表面部分（転送表面部６１，当たり部６２，応力負荷部６３等）の表面硬化処理は、一度の処理によって同時に行なうことができるので、熱処理コストが大きく嵩むなどの不具合はない。
【００３９】
高周波焼入れ部の有効硬化層深さとしては、軸受の転動体（ころ）接触によって材料内部に生じるせん断応力が最大となる深さの２倍程度があれば良い。しかし、この部位はせん断応力が最大となる深さは比較的浅く、それほど深い硬化層深さは必要ないが、高周波焼入れでは硬化層深さを浅めに制御することはコストアップになるため、トロイダル型無段変速機のトラニオンでは硬化層深さを０．５〜２．０ｍｍ程度にすることが望ましい。
【００４０】
この実施の形態のトロイダル型無段変速機にあっては、トラニオン６のポケット部Ｐがパワーローラ１１からのスラスト荷重を受けて変形したときに、引張応力を受ける折れ曲がり壁部８，８の先端近傍の部分６３（連結部材３３の取付位置と枢軸５の取付位置の中間の部分）の内側面が、表面硬化処理によってＨＲＣ５５以上となっているので、当該部分の引張変形が軽減し、その結果疲労強度が向上する。したがって、トラニオン６の寿命を向上させることができるとともに、折れ曲がり壁部８，８の肉厚を薄肉化するができ、トラニオン６を小型化することができる。さらに、トラニオン６の材質を炭素含有率０．３〜０．６％の鉄鋼材料としているので、トラニオン６そのものに靭性があり、疲労破壊に対する強度を高くすることができる。加えて、トラニオン６の傾転を支持するラジアルニ−ドル軸受の転送表面部６１と、傾転ストッパの当たり部６２と、バックアップ軸受が飛び出さないようにするための軸受が当たる当接部分とを同じく表面硬化させているので、無段変速機の部品であるトラニオン６として要求される耐摩耗性や耐久性を確保することができる。このように、自動車等の部品として要求される寿命を向上させて、長期に安定な動作を行わせることができる。
【００４１】
また、この実施形態のトロイダル型無段変速機においては、トラニオン６の長手方向の両端部に設けた一対の折れ曲がり壁部８，８同士が連結部材３３によって連結されているため、トラニオン６の曲げ剛性が向上する。そのため、トロイダル型無段変速機の運転に伴って、このトラニオン６を構成する支持板部７の内側面に、図１で上向きのスラスト荷重が加わった場合でも、トラニオン６が弾性変形しにくい。また、このように、トラニオン６の弾性変形を効果的に防止できれば、過大なトルクが入力された場合でも、各枢軸５，５と支持板部７との結合部位Ａに応力が集中することがなく（応力の低下を図れ）、トラニオン６の肉厚を特に大きくしなくても、各枢軸５，５の基端部分に亀裂等の損傷が発生しにくくできる。このため、重量やコストの低減を図れるとともに、トラニオンを小型化することもできる。また、トラニオン６の変形に基づく変位軸９の傾斜を防止し、この変位軸９の先端部９ｂに支持したパワーローラ１１の位置がずれるのを抑えることができるので、変速動作を安定させることができる。
なお、本実施形態では、変位軸９の基端部９ａを支持する支持板部７の中央部の円孔１０が貫通しておらず、一端側が閉塞された袋状に形成されているため、仮に変位軸９がトラニオン６に対し傾斜するようなことがあっても、変位軸９の基端部９ａとトラニオン６との係合部Ｂに応力が集中してこの部分に亀裂等の損傷が発生するといった事態を回避できる。
【００４２】
本発明は、図１に示すような一対の折れ曲がり壁部８，８の先端が枢軸取付位置から突出する長さが大きい場合に特に有効であるが、その突出長さに拘わらず、本発明の効果を奏することができる限り採用することができることは言うまでもない。
【００４３】
なお、上述の実施の形態では、トラニオンの折れ曲がり壁部の内側面に表面硬化処理を施したが、これに代えてまたはこれに加えて、折れ曲がり壁部の内側面の表面粗さを支持板部の外側面の表面粗さよりも小さくすることにより、折れ曲がり壁部の内側面の疲労強度を向上させることができて、トラニオンの寿命を向上させることができるとともに、折れ曲がり壁部の肉厚を薄肉化することできる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、連結部材を設けることによって応力が高くなるトラニオンの折れ曲がり壁部の内側面に、表面硬化処理や表面粗さの微細化処理を施すことによって、当該部分の疲労強度を向上させて、寿命を延長させることができるとともに、折れ曲がり壁部の肉厚を薄肉化するができ、トラニオンを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るトロイダル型無段変速機から図７の上側に配置したトラニオンに相当するトラニオンを取り出して示す拡大断面図である。
【図２】調質および高周波加熱のタイミング例を示すタイムチャートである。
【図３】従来から知られているの基本的構成を最大減速時の状態で示す側面図である。
【図４】従来から知られているトロイダル型無段変速機の基本的構成を最大増速時の状態で示す側面図である。
【図５】トラニオンの具体的形状をスラスト荷重により弾性変形した状態で示す断面図である。
【図６】従来のトロイダル型無段変速機の具体的構造の一例を示す断面図である。
【図７】図６のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図８】トラニオンおよびパワーローラの従来構造を示す拡大断面図である。
【図９】従来のトラニオンを一部を切り欠いて示す側面図である。
【符号の説明】
１ 入力軸
２ 入力側ディスク
２ａ 内側面
３ 出力軸
４ 出力側ディスク
４ａ 内側面
５ 枢軸
６ トラニオン
７ 支持板部
８ 折れ曲がり壁部
９ 変位軸
１１ パワーローラ
２４ スラスト玉軸受（軸受）
３３ 連結部材
６３ 応力負荷部
Ｐ ポケット部
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や各種産業機械の変速機として利用可能なトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用変速機として、例えば、図３および図４に略示するようなトロイダル型無段変速機を使用することが一部で実施されている（例えば、特許文献１参照）。このトロイダル型無段変速機は、入力軸１と同心に第１のディスクである入力側ディスク２を支持し、入力軸１と同心に配置された出力軸３の端部に、第２のディスクである出力側ディスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシングの内側には、入力軸１並びに出力軸３に対し捻れの位置にある枢軸５，５を中心として揺動するトラニオン６，６が設けられている。
【０００３】
すなわち、各トラニオン６，６は、図５および後述する図７に示すように、支持板部７の長手方向（図５および図７の左右方向）の両端部に、この支持板部７の内側面側（図５の上側）に折れ曲がる状態で形成された一対の折れ曲がり壁部８，８を有している。そして、この折れ曲がり壁部８，８によって、トラニオン６には、後述するパワーローラ１１を収容するための凹状のポケット部Ｐが形成される。また、各折れ曲がり壁部８，８の外側面（支持板部７と反対側の面）には、各枢軸５，５が互いに同心的に設けられている。
【０００４】
支持板部７の中央部には円孔１０が形成され、この円孔１０には変位軸９の基端部が支持されている。そして、各枢軸５，５を中心として各トラニオン６，６を揺動させることにより、これら各トラニオン６，６の中央部に支持された変位軸９の傾斜角度を調節できるようになっている。また、各トラニオン６，６の内側面から突出する変位軸９の先端部の周囲には、パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、入力側および出力側の両ディスク２，４の間に挟持されている。なお、各変位軸９，９の基端部と先端部は、互いに偏心している。
【０００５】
入力側および出力側の両ディスク２，４の互いに対向する内側面２ａ，４ａの断面はそれぞれ、枢軸５を中心とする円弧或いはこのような円弧に近い曲線を回転させて得られる凹面を成している。そして、球状の凸面に形成された各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが各内側面２ａ，４ａに当接されている。
【０００６】
入力軸１と入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置１２が設けられている。この押圧装置１２は、入力側ディスク２を出力側ディスク４に向けて弾性的に押圧している。また、押圧装置１２は、入力軸１と共に回転するカム板１３と、保持器１４により保持された複数個（例えば４個）のローラ１５，１５とから構成されている。また、カム板１３の片側面（図３および図４の左側面）には、周方向に亙って凹凸面であるカム面１６が形成され、入力側ディスク２の外側面（図３および図４の右側面）にも同様のカム面１７が形成されている。そして、複数個のローラ１５，１５は、入力軸１に対して放射方向に延びる軸を中心に回転できるように、支持されている。
【０００７】
このような構成のトロイダル型無段変速機においては、入力軸１を回転させると、その回転に伴ってカム板１３が回転し、カム面１６によって複数個のローラ１５，１５が、入力側ディスク２の外側面に設けられたカム面１７に押圧される。この結果、入力側ディスク２が複数のパワーローラ１１，１１に押圧されると同時に、１対のカム面１６，１７と複数個のローラ１５，１５の転動面との押し付け合いに基づいて、入力側ディスク２が回転する。そして、この入力側ディスク２の回転が、各パワーローラ１１，１１を介して、出力側ディスク４に伝達され、この出力側ディスク４に固定された出力軸３が回転する。
【０００８】
入力軸１と出力軸３との回転速度を変える場合であって、入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう場合には、枢軸５，５を中心として各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図３に示すように、入力側ディスク２の内側面２ａの中心寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。
【０００９】
反対に、増速を行なう場合には、各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図４に示すように、入力側ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの中心寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。各変位軸９，９の傾斜角度を図３と図４との中間にすれば、入力軸１と出力軸３との間で、中間の変速比が得られる。
【００１０】
更に、図６および図７は、具体化されたトロイダル型無段変速機を示している（例えば、特許文献２参照）。入力側ディスク２および出力側ディスク４はそれぞれ、円管状の入力軸１８の周囲に、ニードル軸受１９，１９を介して、回転自在および軸方向に変位自在に支持されている。また、ローディングカム式の押圧装置１２を構成するためのカム板１３は、入力軸１８の端部（図６の左端部）の外周面にスプライン係合され、鍔部２０によって入力側ディスク２から離れる方向への移動が阻止されている。また、出力側ディスク４には出力歯車２１がキー２２，２２により結合されており、これら出力側ディスク４と出力歯車２１とが同期して回転するようになっている。
【００１１】
前述の図５に示されるような構成を成す一対のトラニオン６，６の両端部はそれぞれ、一対の支持板２３，２３に対して揺動自在および軸方向（図６の表裏方向、図７の左右方向）に変位自在に支持されている。そして、各トラニオン６，６を構成する支持板部７の中央部に形成された円孔１０には、基端部９ａと先端部９ｂとが互いに平行で且つ偏心した変位軸９の基端部９ａが、回転自在に支持されている。また、各支持板部７の内側面から突出する各変位軸９の先端部９ｂの周囲には、パワーローラ１１が回転自在に支持されている。
【００１２】
なお、一対のトラニオン６，６毎に設けられた一対の変位軸９，９は、入力軸１８に対し、互いに１８０度反対側の位置に設けられている。また、これらの各変位軸９，９の先端部９ｂが基端部９ａに対して偏心している方向は、入力側および出力側の両ディスク２，４の回転方向に対して同方向（図７で左右逆方向）となっている。また、偏心方向は、入力軸１８の配設方向に対して略直交する方向となっている。したがって、各パワーローラ１１，１１は、入力軸１８の長手方向に若干変位できるように支持される。その結果、押圧装置１２が発生するスラスト荷重に基づく各構成部材の弾性変形等に起因して、各パワーローラ１１，１１が入力軸１８の軸方向に変位する傾向となった場合でも、各構成部材に無理な力が加わらず、この変位が吸収される。
【００１３】
また、各パワーローラ１１，１１の大端面と各トラニオン６，６を構成する支持板部７の内側面との間には、パワーローラ１１の大端面の側から順に、スラスト転がり軸受であるスラスト玉軸受（軸受）２４と、スラストニードル軸受２５とが設けられている。このうち、スラスト玉軸受２４は、各パワーローラ１１に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これら各パワーローラ１１の回転を許容するものである。このようなスラスト玉軸受２４はそれぞれ、複数個ずつの玉２６，２６と、これら各玉２６，２６を転動自在に保持する円環状の保持器２７と、円環状の外輪２８とから構成されている。また、各スラスト玉軸受２４の内輪軌道は各パワーローラ１１の大端面に、外輪軌道は各外輪２８の内側面にそれぞれ形成されている。
【００１４】
また、スラストニードル軸受２５は、各トラニオン６，６を構成する支持板部７の内側面と外輪２８の外側面との間に挟持されている。このようなスラストニードル軸受２５は、各パワーローラ１１から各外輪２８に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これら各パワーローラ１１および外輪２８が各変位軸９の基端部９ａを中心として揺動変位することを許容する。更に、各トラニオン６，６の一端部（図７の左端部）にはそれぞれ駆動ロッド２９が結合されており、各駆動ロッド２９の中間部外周面に駆動ピストン３０が固設されている。そして、これら各駆動ピストン３０はそれぞれ、駆動シリンダ３１内に油密に嵌装されている。
【００１５】
このように構成されたトロイダル型無段変速機の場合、入力軸１８の回転は、押圧装置１２を介して、入力側ディスク２に伝えられる。そして、この入力側ディスク２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して出力側ディスク４に伝えられ、更にこの出力側ディスク４の回転が、出力歯車２１より取り出される。
【００１６】
入力軸１８と出力歯車２１との間の回転速度比を変える場合には、一対の駆動ピストン３０，３０を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３０，３０の変位に伴って、一対のトラニオン６，６が互いに逆方向に変位する。例えば、図７の下側のパワーローラ１１が同図の右側に、同図の上側のパワーローラ１１が同図の左側にそれぞれ変位する。その結果、これら各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと入力側ディスク２及び出力側ディスク４の内側面２ａ，４ａとの当接部に作用する接線方向の力の向きが変化する。そして、この力の向きの変化に伴って、各トラニオン６，６が、支持板２３，２３に枢支された枢軸５，５を中心として、互いに逆方向に揺動する。
【００１７】
その結果、前述の図３および図４に示したように、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各内側面２ａ，４ａとの当接位置が変化し、入力軸１８と出力歯車２１との間の回転速度比が変化する。また、これら入力軸１８と出力歯車２１との間で伝達するトルクが変動し、各構成部材の弾性変形量が変化すると、各パワーローラ１１，１１及びこれら各パワーローラ１１に付属の外輪２８が、各変位軸９の基端部９ａを中心として僅かに回動する。これら各外輪２８の外側面と各トラニオン６を構成する支持板部７の内側面との間には、各スラストニードル軸受２５が存在するため、前記回動は円滑に行なれる。したがって、前述のように各変位軸９，９の傾斜角度を変化させるための力が小さくて済む。
【００１８】
前述のようなトロイダル型無段変速機の運転時において、各トラニオン６，６の内側面側（ポケット部Ｐ側）に回転自在に支持されたパワーローラ１１には、入力側および出力側の両ディスク２，４の内側面２ａ，４ａからスラスト荷重が加わる。そして、このスラスト荷重は、スラスト玉軸受２４及びスラストニードル軸受２５を介して、各トラニオン６を構成する支持板部７の内側面に伝達される。したがって、トロイダル型無段変速機の運転時に各トラニオン６，６は、図５に誇張して示すように、パワーローラ１１が位置する内側面側が凹面となる方向に、僅かとは言え弾性変形する。
【００１９】
そして、この弾性変形量が大きくなると、スラスト玉軸受２４を構成する転動体である玉２６，２６及びスラストニードル軸受２５を構成するニードルに加わるスラスト荷重が不均一になる。すなわち、各トラニオン６の弾性変形の結果、これら各トラニオン６を構成する支持板部７の内側面と各パワーローラ１１の大端面との距離が不均一になる。そして、これら両面同士の距離が大きくなった部分に存在する転動体に加わるスラスト荷重が小さくなる代わりに、この距離が小さくなった部分に存在する転動体に加わるスラスト荷重が大きくなる。この結果、一部の転動体に過大なスラスト荷重が加わり、この一部の転動体と当該転動体の転動面が当接している軌道面との当接圧が過大となって、これら転動面及び軌道面の疲れ寿命が著しく短くなる。
【００２０】
また、トラニオン６の両端部に設けられた傾転軸受の転動面である各枢軸５，５と、パワーローラ１１を支持するための支持板部７との結合部位Ａ（図８参照）には応力が集中し易く、過大なトルクが入力されて前述のようにトラニオン６が弾性変形した場合には、前記結合部位Ａに亀裂等の損傷が発生し易くなる。そのため、従来は、トラニオン６の肉厚を大きくして、このような損傷の発生を防止しているが、大型化して重量が増加するとともに、コストも増大するため、好ましくない。また、枢軸５と支持板部７とを必要以上に大きな半径で結合する必要があり、加工上においても問題が生じていた。
【００２１】
また、トラニオン６が図５に示すように弾性変形すると、変位軸９がトラニオン６に対し傾斜する。その場合、変位軸９の基端部９ａとトラニオン６との係合部Ｂ（図８参照）に応力が集中して、この部分に亀裂等の損傷が発生し易くなる。また、変位軸９がトラニオン６に対し傾斜すると、変位軸９の先端部９ｂに支持されたパワーローラ１１の位置がずれるため、パワーローラ１１の周面１１ａと各ディスク２，４の内側面２ａ，４ａとの接触点が所定位置からずれ、変速動作が不安定になる。
【００２２】
このような問題に対処するため、例えば、図９に示すように、パワーローラ１１が位置するトラニオン６の内側面側に、一対の折れ曲がり壁部８，８の先端部同士を連結する連結部材３３を設け、この連結部材３３によって、トラニオン６の内側面側が凹面となる方向に弾性変形することを規制する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。このような補強されたトラニオン６においては、支持板部７における応力は低下し、上述した部位における亀裂等の問題は軽減される。
【００２３】
【特許文献１】
実開昭６２−７１４６５号公報
【特許文献２】
実願昭６３−６９２９３号（実開平１−１７３５５２号）のマイクロフィルム
【特許文献３】
特開２００１−３０４３６６号公報
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のトラニオン６は、パワーローラ１１からのスラスト荷重により、図９に誇張して示すように、一対の折れ曲がり壁部８，８が、その先端部よりやや下側で内側に曲がるように変形する。この結果、折れ曲がり壁部８，８の内側面の表層部分Ｃに大きな引張応力が負荷され、疲労による寿命の低下が促される。これに対処するために、折れ曲がり壁部８，８の肉厚を大きくすることも考えられるが、大型化して重量が増加するとともに、コストも増大するため、好ましくない。
【００２５】
この発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、連結部材を設けることによって応力が高くなるトラニオンの折れ曲がり壁部の内側面の疲労強度を向上させて、トラニオンの寿命を向上させることができるとともに、折れ曲がり壁部の肉厚を薄肉化するができ、トラニオンを小型化することができるトロイダル型無段変速機を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のトロイダル型無段変速機は、互いの内側面同士を対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された第１および第２のディスクと、これら第１および第２のディスクの中心軸に対して捻れの位置にある枢軸を中心に揺動するトラニオンと、このトラニオンを構成する支持板部の中央部に、この支持板部の内側面から突出する状態で支持された変位軸と、この変位軸の周囲に回転自在に支持された状態で前記第１および第２の両ディスクの間に挟持されたパワーローラと、このパワーローラの大端面に添設して設けられ、このパワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、このパワーローラの回転を許容する軸受とを備え、前記支持板部の長手方向の両端部には、前記パワーローラを収容するポケット部を形成するように前記支持板部の内側面側に折れ曲がる一対の折れ曲がり壁部が形成され、これらの各折れ曲がり壁部の外側面に前記各枢軸が互いに同心的に設けられて成るトロイダル型無段変速機において、前記トラニオンには、前記一対の折れ曲がり壁部の先端部を連結する連結部材が設けられ、前記一対の折れ曲がり壁部の内側面には表面硬化処理が施されていることを特徴とする。
【００２７】
この請求項１に記載された発明においては、トラニオンの一対の折れ曲がり壁部の先端部同士を連結する連結部材が設けられていることにより、折れ曲がり壁部の内側面に大きな応力が作用しても、この内側面に表面硬化処理を施すことによって、この部分の疲労強度を向上させ、トラニオンの寿命を向上させて長期に安定な動作を行わせることができる。さらに、疲労強度を向上させたことにより、折れ曲がり壁部の肉厚を薄肉化することできて、トラニオン自体を小型化することができ、これによりトロイダル型無段変速機全体の小型化が可能となる。
【００２８】
また、請求項２に記載のトロイダル型無段変速機は、請求項１に記載の発明において、前記表面硬化処理は、高周波焼き入れ法または浸炭法による処理であることを特徴とする。
【００２９】
この請求項２に記載された発明においては、汎用の方法で表面硬化処理することができる。
【００３０】
また、請求項３に記載のトロイダル型無段変速機は、互いの内側面同士を対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された第１および第２のディスクと、これら第１および第２のディスクの中心軸に対して捻れの位置にある枢軸を中心に揺動するトラニオンと、このトラニオンを構成する支持板部の中央部に、この支持板部の内側面から突出する状態で支持された変位軸と、この変位軸の周囲に回転自在に支持された状態で前記第１および第２の両ディスクの間に挟持されたパワーローラと、このパワーローラの大端面に添設して設けられ、このパワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、このパワーローラの回転を許容する軸受とを備え、前記支持板部の長手方向の両端部には、前記パワーローラを収容するポケット部を形成するように前記支持板部の内側面側に折れ曲がる一対の折れ曲がり壁部が形成され、これらの各折れ曲がり壁部の外側面に前記各枢軸が互いに同心的に設けられて成るトロイダル型無段変速機において、前記トラニオンには、前記一対の折れ曲がり壁部の先端部を連結する連結部材が設けられ、前記一対の折れ曲がり壁部は内側面の表面粗さが前記支持板部の外側面の表面粗さよりも小さくされていることを特徴とする。
【００３１】
この請求項３に記載された発明においては、トラニオンの一対の折れ曲がり壁部の先端部同士を連結する連結部材が設けられていることにより、折れ曲がり壁部の内側面に大きな応力が作用しても、この内側面の表面粗さを支持板部の外側面の表面粗さよりも小さくなるようにすることによって、この部分の疲労強度を向上させ、トラニオンの寿命を向上させて長期に安定な動作を行わせることができる。さらに、疲労強度を向上させたことにより、折れ曲がり壁部の肉厚を薄肉化することできて、トラニオン自体を小型化することができ、これによりトロイダル型無段変速機全体の小型化が可能となる。なお、請求項１または請求項２に記載されたような表面硬化処理と、表面粗さの微細化処理の双方を併用してもよい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、図３〜図８を参照して説明した従来の技術と同一の箇所は、同一の符号を付してその詳細な説明を省略することにする。
【００３３】
図１は本発明の実施形態を示している。図示のように、本実施形態のトロイダル型無段変速機を構成するトラニオン６は、前述した従来構造の場合と同様に、支持板部７の長手方向（図１の左右方向）の両端部に、支持板部７の内側面側（図１の上側）に折れ曲がる状態で形成された一対の折れ曲がり壁部８，８を有している。そして、各折れ曲がり壁部８，８の外側面には、枢軸５，５が互いに同心的に設けられている。
【００３４】
また、本実施形態では、従来構成における変位軸９の基端部９ａと外輪２８とが一体に形成されるとともに、変位軸９の先端部９ｂとパワーローラ１１とが一体に形成されている。また、変位軸９の基端部９ａを支持する支持板部７の中央部の円孔１０は、貫通しておらず、外側面側（ポケット部Ｐと反対の側）が閉塞された袋状に形成されている。もちろん、この発明は、図９に示すような、支持板部７の中央部の円孔１０が外側面側に貫通しているようなものでも同様に適用可能である。
【００３５】
また、本実施形態のトラニオン６においては、パワーローラ１１が位置するトラニオン６の内側面側（ポケット部Ｐ側）に、トラニオン６の内側面側が凹面となる方向に弾性変形することを規制する連結部材３３が設けられている。この連結部材３３は、一対の折れ曲がり壁部８，８の先端部間に延びており、両側の受圧端面３３ｂを折れ曲がり壁部８，８の内側面に当接させ、ボルト等によって接合されている。なお、連結部材３３は、例えば、鋼材等の十分な剛性を有する材料に、鍛造加工の如き、大きな剛性を得られる加工を施すことにより橋状に成形される。
【００３６】
このような連結部材３３は、このトラニオン６に、変位軸９、パワーローラ１１、スラスト玉軸受２４、スラストニードル軸受２５を組み付けた後、トラニオン６に対し結合固定する。この連結部材３３をトラニオン６に結合固定した状態で、パワーローラ１１は、連結部材３３とトラニオン６の支持板部７との間に配置された状態となる。ただし、パワーローラ１１のうちで、入力側および出力側の両ディスク２，４の内側面２ａ，４ａ（図３，図４，図６参照）と当接する部分は、連結部材３３の側縁（ポケット部Ｐの側口）から露出している。パワーローラ１１の周面１１ａの一部で、このように連結部材３３の側縁から露出した部分が、各内側面２ａ，４ａに当接自在とするため、トラニオン６の揺動に拘らず、各ディスク２，４と干渉しないように、連結部材３３の形状及び大きさを設定する。
【００３７】
この実施の形態では、トラニオン６を炭素含有率０．３〜０．６％の鉄鋼材料で形成すると共に、トラニオン６の傾転を支持するラジアルニ−ドル軸受の転送表面部６１と、傾転ストッパの当たり部６２と、バックアップ軸受が飛び出さないようにするための軸受が当たる当接部分（図示略）、及び折れ曲がり壁部８，８の先端近傍の応力負荷部６３（連結部材３３の取付位置と枢軸５の取付位置の中間の部分）の内側面とを高周波焼き入れ処理をして、ＨＲＣ５５以上としている。そして、その他の部分は、調質熱処理によりＨＲＣ４５以下としている。すぶ焼きにして芯部まで硬くしてしまうと靭性がなくなって脆く、疲労破壊強度がなくなり、トラニオン６が折れてしまう。そのため、芯部はある程度の靭性が必要であり、また、加工が容易な高周波熱処理を利用するためにトラニオン６の材質を炭素含有率０．４％以上の鉄鋼材料としており、硬さが必要な表面部分を高周波熱処理して、必要な硬さであるＨＲＣ５０以上を得ている。硬さが必要な表面部分（転送表面部６１，当たり部６２，応力負荷部６３等）は、高周波焼き入れ処理の他に、浸炭処理を行うことによっても、ＨＲＣ５５以上の硬さが得られる。浸炭処理の場合には、トラニオン６は炭素含有率０．２５％以下の鉄鋼材料により形成されることが望ましい。
【００３８】
本発明のようなトラニオンを製作する方法として、コストや生産性を考えると、図２に示すように焼入れ→焼戻しでトラニオン全体を調質した後、硬さの必要な部位に９００℃程度の高周波熱処理を行なうことが望ましい。材料としてはＣ濃度が０．３％以上から０．６％以下程度のものが望ましい。Ｃ濃度が０．６％以上では芯部に硬さが入り易くなり、目標でありＨＲＣ４５以下を保持するには、調質時の焼戻し温度をかなり高温にせざるを得ないため熱処理変形が大きくなったり、熱処理コストが嵩むなどの不具合を生じる。また、表面硬さＨＲＣ５５以上を得るためのＣ濃度は最低０．２％であるが（例えば「鉄鋼材料便覧」３．１節，Ｐ８５）、焼き入れ時の質量効果等を考えると、余裕をみて０．３％以上としておくことが望ましい。このような硬さが必要な表面部分（転送表面部６１，当たり部６２，応力負荷部６３等）の表面硬化処理は、一度の処理によって同時に行なうことができるので、熱処理コストが大きく嵩むなどの不具合はない。
【００３９】
高周波焼入れ部の有効硬化層深さとしては、軸受の転動体（ころ）接触によって材料内部に生じるせん断応力が最大となる深さの２倍程度があれば良い。しかし、この部位はせん断応力が最大となる深さは比較的浅く、それほど深い硬化層深さは必要ないが、高周波焼入れでは硬化層深さを浅めに制御することはコストアップになるため、トロイダル型無段変速機のトラニオンでは硬化層深さを０．５〜２．０ｍｍ程度にすることが望ましい。
【００４０】
この実施の形態のトロイダル型無段変速機にあっては、トラニオン６のポケット部Ｐがパワーローラ１１からのスラスト荷重を受けて変形したときに、引張応力を受ける折れ曲がり壁部８，８の先端近傍の部分６３（連結部材３３の取付位置と枢軸５の取付位置の中間の部分）の内側面が、表面硬化処理によってＨＲＣ５５以上となっているので、当該部分の引張変形が軽減し、その結果疲労強度が向上する。したがって、トラニオン６の寿命を向上させることができるとともに、折れ曲がり壁部８，８の肉厚を薄肉化するができ、トラニオン６を小型化することができる。さらに、トラニオン６の材質を炭素含有率０．３〜０．６％の鉄鋼材料としているので、トラニオン６そのものに靭性があり、疲労破壊に対する強度を高くすることができる。加えて、トラニオン６の傾転を支持するラジアルニ−ドル軸受の転送表面部６１と、傾転ストッパの当たり部６２と、バックアップ軸受が飛び出さないようにするための軸受が当たる当接部分とを同じく表面硬化させているので、無段変速機の部品であるトラニオン６として要求される耐摩耗性や耐久性を確保することができる。このように、自動車等の部品として要求される寿命を向上させて、長期に安定な動作を行わせることができる。
【００４１】
また、この実施形態のトロイダル型無段変速機においては、トラニオン６の長手方向の両端部に設けた一対の折れ曲がり壁部８，８同士が連結部材３３によって連結されているため、トラニオン６の曲げ剛性が向上する。そのため、トロイダル型無段変速機の運転に伴って、このトラニオン６を構成する支持板部７の内側面に、図１で上向きのスラスト荷重が加わった場合でも、トラニオン６が弾性変形しにくい。また、このように、トラニオン６の弾性変形を効果的に防止できれば、過大なトルクが入力された場合でも、各枢軸５，５と支持板部７との結合部位Ａに応力が集中することがなく（応力の低下を図れ）、トラニオン６の肉厚を特に大きくしなくても、各枢軸５，５の基端部分に亀裂等の損傷が発生しにくくできる。このため、重量やコストの低減を図れるとともに、トラニオンを小型化することもできる。また、トラニオン６の変形に基づく変位軸９の傾斜を防止し、この変位軸９の先端部９ｂに支持したパワーローラ１１の位置がずれるのを抑えることができるので、変速動作を安定させることができる。
なお、本実施形態では、変位軸９の基端部９ａを支持する支持板部７の中央部の円孔１０が貫通しておらず、一端側が閉塞された袋状に形成されているため、仮に変位軸９がトラニオン６に対し傾斜するようなことがあっても、変位軸９の基端部９ａとトラニオン６との係合部Ｂに応力が集中してこの部分に亀裂等の損傷が発生するといった事態を回避できる。
【００４２】
本発明は、図１に示すような一対の折れ曲がり壁部８，８の先端が枢軸取付位置から突出する長さが大きい場合に特に有効であるが、その突出長さに拘わらず、本発明の効果を奏することができる限り採用することができることは言うまでもない。
【００４３】
なお、上述の実施の形態では、トラニオンの折れ曲がり壁部の内側面に表面硬化処理を施したが、これに代えてまたはこれに加えて、折れ曲がり壁部の内側面の表面粗さを支持板部の外側面の表面粗さよりも小さくすることにより、折れ曲がり壁部の内側面の疲労強度を向上させることができて、トラニオンの寿命を向上させることができるとともに、折れ曲がり壁部の肉厚を薄肉化することできる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、連結部材を設けることによって応力が高くなるトラニオンの折れ曲がり壁部の内側面に、表面硬化処理や表面粗さの微細化処理を施すことによって、当該部分の疲労強度を向上させて、寿命を延長させることができるとともに、折れ曲がり壁部の肉厚を薄肉化するができ、トラニオンを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るトロイダル型無段変速機から図７の上側に配置したトラニオンに相当するトラニオンを取り出して示す拡大断面図である。
【図２】調質および高周波加熱のタイミング例を示すタイムチャートである。
【図３】従来から知られているの基本的構成を最大減速時の状態で示す側面図である。
【図４】従来から知られているトロイダル型無段変速機の基本的構成を最大増速時の状態で示す側面図である。
【図５】トラニオンの具体的形状をスラスト荷重により弾性変形した状態で示す断面図である。
【図６】従来のトロイダル型無段変速機の具体的構造の一例を示す断面図である。
【図７】図６のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図８】トラニオンおよびパワーローラの従来構造を示す拡大断面図である。
【図９】従来のトラニオンを一部を切り欠いて示す側面図である。
【符号の説明】
１ 入力軸
２ 入力側ディスク
２ａ 内側面
３ 出力軸
４ 出力側ディスク
４ａ 内側面
５ 枢軸
６ トラニオン
７ 支持板部
８ 折れ曲がり壁部
９ 変位軸
１１ パワーローラ
２４ スラスト玉軸受（軸受）
３３ 連結部材
６３ 応力負荷部
Ｐ ポケット部
Claims (3)
- 互いの内側面同士を対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された第１および第２のディスクと、これら第１および第２のディスクの中心軸に対して捻れの位置にある枢軸を中心に揺動するトラニオンと、このトラニオンを構成する支持板部の中央部に、この支持板部の内側面から突出する状態で支持された変位軸と、この変位軸の周囲に回転自在に支持された状態で前記第１および第２の両ディスクの間に挟持されたパワーローラと、このパワーローラの大端面に添設して設けられ、このパワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、このパワーローラの回転を許容する軸受とを備え、前記支持板部の長手方向の両端部には、前記パワーローラを収容するポケット部を形成するように前記支持板部の内側面側に折れ曲がる一対の折れ曲がり壁部が形成され、これらの各折れ曲がり壁部の外側面に前記各枢軸が互いに同心的に設けられて成るトロイダル型無段変速機において、
前記トラニオンには、前記一対の折れ曲がり壁部の先端部を連結する連結部材が設けられ、前記一対の折れ曲がり壁部の内側面には表面硬化処理が施されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。 - 前記表面硬化処理は、高周波焼き入れ法または浸炭法による処理であることを特徴とする請求項１に記載のトロイダル型無段変速機。
- 互いの内側面同士を対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された第１および第２のディスクと、これら第１および第２のディスクの中心軸に対して捻れの位置にある枢軸を中心に揺動するトラニオンと、このトラニオンを構成する支持板部の中央部に、この支持板部の内側面から突出する状態で支持された変位軸と、この変位軸の周囲に回転自在に支持された状態で前記第１および第２の両ディスクの間に挟持されたパワーローラと、このパワーローラの大端面に添設して設けられ、このパワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、このパワーローラの回転を許容する軸受とを備え、前記支持板部の長手方向の両端部には、前記パワーローラを収容するポケット部を形成するように前記支持板部の内側面側に折れ曲がる一対の折れ曲がり壁部が形成され、これらの各折れ曲がり壁部の外側面に前記各枢軸が互いに同心的に設けられて成るトロイダル型無段変速機において、
前記トラニオンには、前記一対の折れ曲がり壁部の先端部を連結する連結部材が設けられ、前記一対の折れ曲がり壁部は内側面の表面粗さが前記支持板部の外側面の表面粗さよりも小さくされていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
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2003
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