JP2005172022A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】 パワーローラと両ディスク間に予圧を付与する皿ばねおよびこの皿ばねを受ける入力軸あるいはその他の部位の摩耗や傷付きを防止することで、これら部品の耐用性を向上させ、ひいてはトロイダル型無段変速機の安定な作動を確保する。
【解決手段】 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入力側ディスク２および出力側ディスク３と、これらの入力側ディスク２および出力側ディスク３間に挟持された複数のパワーローラ１１と、入力側ディスク２および出力側ディスク３の内側面２ａ，３ａに対して複数のパワーローラ１１の外周面１１ａを押し付ける皿ばね８Ａとを設けた。皿ばね８Ａの内周面および／または外周面には、外部と当接する角部に円弧面４０を形成し、皿ばね８Ａと外部との接触部に応力集中が起こりにくいようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば自動車や各種産業機械などの変速機として用いるトロイダル型無段変速機に関する。

例えば自動車用変速機として用いるダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機は、図７および図８に示すように構成されている。
図７に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸（中心軸）１が回転自在に支持されており、この入力軸１の外周には、２つの入力側ディスク２，２と２つの出力側ディスク３，３とが取り付けられている。また、入力軸１の中間部の外周には出力歯車４が回転自在に支持されている。この出力歯車４の中心部に設けられた円筒状のフランジ部４ａ，４ａには、出力側ディスク３，３がスプライン結合によって連結されている。

入力軸１は、図中左側に位置する入力側ディスク２とカム板７との間に設けられたローディングカム式の押圧装置１２を介して、駆動軸２２により回転駆動されるようになっている。また、出力歯車４は、２つの部材の結合によって構成された仕切壁１３を介してケーシング５０内に支持されており、これにより、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転できる一方で、軸線Ｏ方向の変位が阻止されている。

出力側ディスク３，３は、入力軸１との間に介在されたニードル軸受５，５によって、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転自在に支持されている。
また、図中左側の入力側ディスク２は、入力軸１にボールスプライン６を介して支持され、図中右側の入力側ディスク２は、入力軸１にスプライン結合されており、これら入力側ディスク２は入力軸１と共に回転するようになっている。また、入力側ディスク２，２の内側面（凹面）２ａ，２ａと出力側ディスク３，３の内側面（凹面）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図８参照）が回転自在に挟持されている。

図７中右側に位置する入力側ディスク２の内周面２ｃには、段差部２ｂが設けられ、この段差部２ｂに、入力軸１の外周面１ａに設けられた段差部１ｂが突き当てられるとともに、入力側ディスク２の背面（図７の右面）がローディングナット９に突き当てられている。これによって、入力側ディスク２の入力軸１に対する軸線Ｏ方向の変位が実質的に阻止されている。また、カム板７と入力軸１の鍔部１ｄとの間には、皿ばね８が設けられており、この皿ばね８は、各ディスク２，２，３，３の凹面２ａ，２ａ，３ａ，３ａとパワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａとの当接部に押圧力（予圧）を付与する。

皿ばね８は、カム板７に対しては、図９に示すように、スラストニードル軸受１０を介して接しており、一方、入力軸１の鍔部１ｄには、その内側角部に直接接している。入力軸１と鍔部１ｄの交差する部分は、特に高トルクを伝達する際に応力が集中するので、その隅部に丸みを持たせる加工がなされた部分であるいわゆる隅アール部１ｅとなっている。

図８は、図７のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図８に示すように、ケーシング５０の内側には、入力軸１に対し捻れの位置にある一対の枢軸１４，１４を中心として揺動する一対のトラニオン１５，１５が設けられている。なお、図８においては、入力軸１の図示は省略している。
各トラニオン１５，１５は、支持板部１６の長手方向(図８の上下方向)の両端部に、この支持板部１６の内側面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２０，２０を有している。そして、この折れ曲がり壁部２０，２０によって、各トラニオン１５，１５には、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２０，２０の外側面には、各枢軸１４，１４が互いに同心的に設けられている。

支持板部１６の中央部には円孔２１が形成され、この円孔２１には変位軸２３の基端部２３ａが支持されている。そして、各枢軸１４，１４を中心として各トラニオン１５，１５を揺動させることにより、これら各トラニオン１５，１５の中央部に支持された変位軸２３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１５，１５の内側面から突出する変位軸２３の先端部２３ｂの周囲には、各パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の間に挟持されている。なお、各変位軸２３，２３の基端部２３ａと先端部２３ｂとは、互いに偏心している。

また、各トラニオン１５，１５の枢軸１４，１４はそれぞれ、一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂに対して揺動自在および軸方向(図７の裏表方向、図８の上下方向)に変位自在に支持されており、各ヨーク２３Ａ，２３Ｂにより、トラニオン１５，１５はその水平方向の移動を規制されている。

各ヨーク２３Ａ，２３Ｂは鋼等の金属のプレス加工あるいは鍛造加工により矩形状に形成されている。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂの四隅には円形の支持孔１８が４つ設けられており、これら支持孔１８にはそれぞれ、トラニオン１５の両端部に設けた枢軸１４がラジアルニードル軸受３０を介して揺動自在に支持されている。
また、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図８の左右方向）の中央部には、円形の係止孔１９が設けられており、この係止孔１９の内周面は球状凹面として、球面ポスト６４，６８を内嵌している。すなわち、上側のヨーク２３Ａは、ケーシング５０に固定部材５２を介して支持されている球面ポスト６４によって揺動自在に支持されており、下側のヨーク２３Ａは、球面ポスト６８およびこれを支持するシリンダ３１の上側バルブボディ６１によって揺動自在に支持されている。

なお、各トラニオン１５，１５に設けられた各変位軸２３，２３は、入力軸１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２３，２３の先端部２３ｂが基端部２３ａに対して偏心している方向は、両ディスク２，２，４，４の回転方向に対して同方向(図８で上下逆方向)となっている。また、偏心方向は、入力軸１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１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１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。

また、パワーローラ１１の外側面とトラニオン１５の支持板部１６の内側面との間には、パワーローラ１１の外側面の側から順に、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の外側面に、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。

また、スラストニードル軸受２５は、トラニオン１５の支持板部１６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、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、これらパワーローラ１１および外輪２８が各変位軸２３の基端部２３ａを中心として揺動することを許容する。

さらに、各トラニオン１５，１５の一端部(図８の下端部)にはそれぞれ駆動ロッド（トラニオン軸）２９，２９が設けられており、各駆動ロッド２９，２９の中間部外周面に駆動ピストン（油圧ピストン）３３，３３が固設されている。そして、これら各駆動ピストン３３，３３はそれぞれ、上側バルブボディ６１と下側バルブボディ６２とによって構成された駆動シリンダ３１内に油密に嵌装されている。これら各駆動ピストン３３，３３と駆動シリンダ３１とで、各トラニオン１５，１５を、これらトラニオン１５，１５の枢軸１４，１４の軸方向に変位させる駆動装置３２を構成している。

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１の回転は、押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２に伝えられる。そして、これら入力側ディスク２，２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して各出力側ディスク３，３に伝えられ、更にこれら各出力側ディスク３，３の回転が、出力歯車４より取り出される。

入力軸１と出力歯車４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３３，３３を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３３，３３の変位に伴って、一対のトラニオン１５，１５が互いに逆方向に変位する。例えば、図８の左側のパワーローラ１１が同図の下側に、同図の右側のパワーローラ１１が同図の上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と各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の内側面２ａ，２ａ，３ａ，３ａ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１５，１５が、ヨーク２３Ａ，２３Ｂに枢支された枢軸１４，１４を中心として、互いに逆方向に揺動する。

その結果、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各内側面２ａ，３ａとの当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車４との間の回転速度比が変化する。また、これら入力軸１と出力歯車４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およびこれら各パワーローラ１１，１１に付属の外輪２８，２８が、各変位軸２３，２３の基端部２３ａ、２３ａを中心として僅かに回動する。これら各外輪２８，２８の外側面と各トラニオン１５，１５を構成する支持板部１６の内側面との間には、それぞれスラストニードル軸受２５，２５が存在するため、前記回動は円滑に行われる。したがって、前述のように各変位軸２３，２３の傾斜角度を変化させるための力が小さくて済む。

上記のような構成のトロイダル型無段変速機においては、構成部材間の相対移動に伴う摺動部分の円滑な動作を確保する必要があり、また、そのような摺動部分において異物が生成するとパワーローラ１１，１１と両ディスク２，３の接触面（トラクション面）において噛み込みによる圧痕や表面剥離を生じて、寿命を低下させる。そのため、これらの部分に潤滑油を供給するほか、種々の工夫がなされている。例えば、特許文献１には、パワーローラ１１，１１と両ディスク２，３間に予圧を付与する皿ばねを受ける表面を熱処理して硬化させることが記載されている。

特開２００２−８９６４７号公報

上記のような構成のトロイダル型無段変速機においては、伝達トルクの変化に伴って、皿ばねに負荷される荷重も変化し、皿ばねも伸縮を繰り返す。この時皿ばねには、数トンもの押付力が負荷されるので、皿ばね自体、およびこれを受ける入力軸の鍔部やスラストニードル軸受の表面に摩耗や傷が発生しやすい。皿ばねが摩耗すると、皿ばねの推力が低下し、特に低トルク時に適切な押し付け力を発生させることができなくなる。一方、入力軸側の鍔部の傷付きや摩耗は入力軸の強度低下の原因となる。

また、入力軸の外径と鍔面との隅アール部と接触している皿ばねの内径角部は、面取りや曲面形成の加工を施していないため、皿ばね角部が摩耗しやすく、入力軸の隅アール部への傷付きも発生しやすい。入力軸が摩耗すれば、強度が低下し、破損に至る虞れもある。さらに、皿ばね、入力軸が摩耗したことで発生する異物がトラクション面に付着した場合、ディスクおよびパワーローラ表面に圧痕、剥離などが発生しやすく、寿命低下にもつながる。

そこで、この発明は、パワーローラと両ディスク間に予圧を付与する皿ばねおよびこの皿ばねを受ける入力軸あるいはその他の部位の摩耗や傷付きを防止することで、これら部品の耐用性を向上させ、ひいてはトロイダル型無段変速機の安定な作動を確保することを目的とする。

前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入力側ディスクおよび出力側ディスクと、これらの入力側ディスクおよび出力側ディスク間に挟持された複数のパワーローラと、前記入力側ディスクおよび出力側ディスクの内側面に対して前記複数のパワーローラの外周面を押し付ける皿ばねとを備えるトロイダル型無段変速機において、前記皿ばねの内周面および／または外周面には、外部と当接する角部に円弧面が形成されていることを特徴とする。

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、前記角部は、軸体に形成された鍔部に当接し、前記円弧面の曲率は前記鍔部の付け根に形成された隅アール部の曲率半径より大きく設定されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、皿ばねの端面の角部に円弧面が形成されているので、装置の運転の際に両者が互いに摺動しても、これらの接触部に応力集中が起こりにくい。したがって、皿ばねの角部自体、およびこれに接触するばね受け部材のいずれも、摩擦による摩耗や傷付きが防止される。したがって、入力側ディスクおよび出力側ディスクの内側面に対してパワーローラの外周面を押し付けるという皿ばねの作用が安定に保たれ、また、皿ばねを受ける側の入力軸等の摩耗や傷も防止され、トロイダル型無段変速機の効率的かつ安定な運転が維持される。また、摩耗による異物の発生を防止できるので、異物が入力側ディスクおよび出力側ディスクの内側面やパワーローラの外周面に付着してこれらを傷付けることも防止され、これら部品の寿命の長期化と装置の安定な稼働とを図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、円弧面の曲率が、鍔部の付け根に形成された隅アール部の曲率半径より大きく設定されているので、隅アール部に皿ばねの円弧面が接触することが防止される。したがって、動力伝達時において応力が集中しやすい隅アール部が摩擦によって摩耗したり傷付いたりすることが防止され、寿命の長期化を図ることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図１は、この発明の実施の形態のトロイダル型無段変速機を示すものである。この実施の形態の基本的な構成および機能は、先に説明した図７乃至図８と、図７中右側に位置する入力側ディスク２の内周面２ｃの段差部２ｂ、入力軸（軸体）１の外周面１ａに設けられた段差部１ｂが無い以外は同様であるので、各構成要素に同一の符号を付してその説明を省略する。

図２は、この発明の要部である皿ばね８Ａおよびそれを収容する部分の構造を示すもので、入力軸１の鍔部１ｄの付け根部分には、従来と同様に凹円弧面状の隅アール部１ｅが形成されている。一方、皿ばね８Ａは、周知の通り、中央に孔が形成され、内周面と外周面の位置が軸方向に少しずれた傘状の環状部材である。この実施の形態では、２枚を同じ向きに重ね、その大径側を突き合わせることにより、４枚が組み合わせられて用いられている。各皿ばね８Ａの内周面の小径側および外周面の大径側の角部には、円弧面４０が形成されている（図においては、内径側のみが示されている。）。円弧面４０の形成方法は、皿ばね８Ａを製造する際に塑性加工しても、製造後に面取り加工してもよい。

この実施の形態においては、皿ばね８Ａの円弧面４０の曲率半径（Ｒ２）は、鍔部１ｄの付け根部分の隅アール部１ｅの曲率半径（Ｒ１）よりも大きく設定されている（Ｒ２＞Ｒ１）。したがって、皿ばね８Ａは隅アール部１ｅではなく、必ず鍔部１ｄの平坦面に接触する（図２）。これにより、応力集中が起こりやすい隅アール部１ｅが、皿ばね８Ａの接触、および装置の運転に伴う摩擦によって損傷することが防止され、入力軸１の破損等の事故を減少させることができる。

なお、この実施の形態では、４つの皿ばね８Ａの全てに、内周面の小径側および外周面の大径側の角部に円弧面４０を形成したが、外部と当接する角部に、すなわち、軸方向両端の皿ばね８Ａの内周面の小径側の角部にのみ円弧面４０を形成すれば、当接部における応力集中の緩和という目的を達成することができる。
また、皿ばね８Ａの円弧面４０の曲率半径（Ｒ２）を、隅アール部１ｅ側の曲率半径（Ｒ１）の２倍以上とすると、接触点が２点となり、さらに摩耗防止に効果がある。寸法の例としては以下のような値が推奨される。
Ｒ２：１ｍｍ〜２ｍｍ
Ｒ１：０．５ｍｍ〜１ｍｍ
これは、皿ばねの厚みはその機能上２mm〜４mm程度となっている場合が多いので、その約１／２を曲率半径としたものである。

図３は、この発明の他の実施の形態を示すもので、円弧面４０の曲率半径（Ｒ２）が隅アール部１ｅの曲率半径（Ｒ１）よりも小さく設定されている（Ｒ１＞Ｒ２）。この場合、皿ばね８Ａの内径（Ｄ１）と入力軸の外径（Ｄ２）の差が隅アール部１ｅの曲率半径（Ｒ１）の２倍よりも小さい、すなわち、
（Ｄ１−Ｄ２）／２＜Ｒ１
であるときは、皿ばね８Ａの内端部は隅アール部１ｅに接触する。この場合でも、皿ばね８Ａの内端部には円弧面４０が形成されているので、接触部における応力集中が防止され、双方における摩耗、剥離等の発生が防止、または軽減される。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、この発明の他の実施の形態を示すものである。先の実施の形態においては、皿ばね８Ａの端部を成形することによって滑らかな曲面を形成したが、この実施の形態では、皿ばね８Ｂの端部（縁部）を曲げ加工することによって円弧面４０を形成している。図４（ａ）は、円弧面４０の曲率半径（Ｒ２）が隅アール部１ｅの曲率半径（Ｒ１）よりも大きく設定されている（Ｒ２＞Ｒ１）場合であり、図２に対応する。図４（ｂ）は、円弧面４０の曲率半径（Ｒ２）が隅アール部１ｅの曲率半径（Ｒ１）よりも小さく設定されている（Ｒ１＞Ｒ２）場合であり、図３に対応する。これらの実施の形態においても、先の実施の形態と同様の作用・効果を奏することは言うまでもない。

図５および図６は、この発明の他の実施の形態を示すものである。先の実施の形態においては、皿ばね８Ａ、８Ｂは、いずれも入力側ディスク２，２および出力側ディスク３，３に対してローディングカム式の押圧装置１２と同じ側に、入力軸１に形成された鍔部１ｄに接するように設けられていた。一方、この実施の形態では、皿ばね８Ｃは入力側ディスク２，２および出力側ディスク３，３に対して押圧装置１２とは反対側に、かつ入力軸１に固定したローディングナット９に接するように取り付けられている。この実施の形態では、円弧面４０の曲率半径（Ｒ２）はローディングナット９の付け根部の隅アール部１ｅの曲率半径（Ｒ１）よりも小さく設定されている（Ｒ１＞Ｒ２）が、逆の場合（Ｒ２＞Ｒ１）であってもよい。この実施の形態においても、先の実施の形態と同様の作用・効果を奏することは言うまでもない。

なお、この発明は、機械式の押圧装置に設けた皿ばねに用いたが、油圧式の押圧装置のシリンダ内に設けた皿ばねについても、同様に用いることができる。
また、この発明は、ハーフトロイダル型無段変速機において説明したが、フルトロイダル型無段変速機にも同様に用いることができる。

この発明の実施の形態に係るトロイダル型無段変速機の縦断面図である。 図１の要部を拡大して示す図である。 この発明の他の実施の形態の要部を拡大して示す図である。 （ａ），（ｂ）は、この発明のさらに他の実施の形態の要部を拡大して示す図である。 この発明のさらに他の実施の形態の要部の断面を示す図である。 図５の要部を拡大して示す図である。 従来のトロイダル型無段変速機の縦断面図である。 図７のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図７の要部を拡大して示す図である。

符号の説明

１ 入力軸（軸体）
１ｄ 鍔部
１ｅ 隅アール部
２ 入力側ディスク
２ａ 内側面
３ 出力側ディスク
３ａ 内側面
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ 皿ばね
１１ パワーローラ
１１ａ 外周面
１４ 枢軸
１５ トラニオン
４０ 円弧面
Ｒ１ 隅アール部の曲率半径
Ｒ２ 円弧面の曲率半径

Claims (2)

1. 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入力側ディスクおよび出力側ディスクと、これらの入力側ディスクおよび出力側ディスク間に挟持された複数のパワーローラと、前記入力側ディスクおよび出力側ディスクの内側面に対して前記複数のパワーローラの外周面を押し付ける皿ばねとを備えるトロイダル型無段変速機において、
   前記皿ばねの内周面および／または外周面には、外部と当接する角部に円弧面が形成されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 前記角部は、軸体に形成された鍔部に当接し、前記円弧面の曲率は前記鍔部の付け根に形成された隅アール部の曲率半径より大きく設定されてい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。

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