JPH11148542A

JPH11148542A - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JPH11148542A
Application number: JP31346497A
Authority: JP
Inventors: Takashi Imanishi; 尚今西; Nobuo Goto; 伸夫後藤; Makoto Fujinami; 誠藤波; Hiroshi Kato; 寛加藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-11-14
Also published as: JP3718973B2

Abstract

(57)【要約】【課題】パワーローラ８及びスラスト玉軸受３２の耐
久性を確保する。【解決手段】パワーローラ８及び外輪３３の各部に所
定の処理及び加工を施す。そして、運転時に加わる大き
なスラスト荷重に拘らず、各部に加わる応力を緩和する
と共に当接部の潤滑性を良好にし、各部に亀裂や早期摩
耗が発生するのを防止する。

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、例えば自動車用の自動変速機として利用
する。特に本発明は、この様なトロイダル型無段変速機
を構成するパワーローラ部分の耐久性向上を図るもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】自動車用変速機として、図５〜６に略示
する様なトロイダル型無段変速機を使用する事が研究さ
れている。このトロイダル型無段変速機は、例えば実開
昭６２−７１４６５号公報に開示されている様に、入力
軸１と同心に入力側ディスク２を支持し、この入力軸１
と同心に配置された出力軸３の端部に出力側ディスク４
を固定している。トロイダル型無段変速機を収めたケー
シングの内側には、枢軸５、５を中心として揺動する複
数個（通常２〜３個）のトラニオン６、６を設けてい
る。尚、これら各枢軸５、５は、上記入力側、出力側両
ディスク２、４の軸方向（図５〜６の左右方向）に関し
てこれら両ディスク２、４の中間部に、これら両ディス
ク２、４の軸方向に対し直角方向で且つこれら両ディス
ク２、４の中心軸に対し捻れの位置に配置している

【０００３】即ち、これら各トラニオン６、６は、それ
ぞれの両端部外側面に上記各枢軸５、５を設けている。
又、これら各トラニオン６、６の中間部には変位軸７、
７の基端部を支持し、上記各枢軸５、５を中心として上
記各トラニオン６、６を揺動させる事により、上記各変
位軸７、７の傾斜角度の調節を自在としている。上記各
トラニオン６、６に支持した変位軸７、７の周囲には、
それぞれパワーローラ８、８を回転自在に支持してい
る。そして、これら各パワーローラ８、８を、上記入力
側、出力側両ディスク２、４の間に挟持している。これ
ら入力側、出力側両ディスク２、４の互いに対向する内
側面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、上記枢軸５上の点
を中心とする円弧を、上記入力軸１及び出力軸３を中心
に回転させた場合に得られる凹面をなしている。そし
て、球状凸面に形成された各パワーローラ８、８の周面
８ａ、８ａを、上記内側面２ａ、４ａに当接させてい
る。

【０００４】上記入力軸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９を設け、この押圧
装置９によって、上記入力側ディスク２を出力側ディス
ク４に向け、弾性的に押圧している。この押圧装置９
は、入力軸１と共に回転するカム板１０と、保持器１１
により保持された複数個（例えば４個）のローラ１２、
１２とから構成している。上記カム板１０の片側面（図
５〜６の左側面）には、円周方向に亙る凹凸面であるカ
ム面１３を形成し、上記入力側ディスク２の外側面（図
５〜６の右側面）にも、同様のカム面１４を形成してい
る。そして、上記複数個のローラ１２、１２を、上記入
力軸１の中心に対して放射方向の軸を中心とする回転自
在に支持している。

【０００５】上述の様に構成されるトロイダル型無段変
速機の使用時、入力軸１の回転に伴ってカム板１０が回
転すると、カム面１３が複数個のローラ１２、１２を、
入力側ディスク２外側面のカム面１４に押圧する。この
結果、上記入力側ディスク２が、上記各パワーローラ
８、８に押圧されると同時に、上記１対のカム面１３、
１４と複数個のローラ１２、１２との押し付け合いに基
づいて、上記入力側ディスク２が回転する。そして、こ
の入力側ディスク２の回転が、上記各パワーローラ８、
８を介して出力側ディスク４に伝わり、この出力側ディ
スク４に固定の出力軸３を回転させる。

【０００６】入力軸１と出力軸３との回転速度比（変速
比）を変える場合で、先ず入力軸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８、８の周面
８ａ、８ａが図５に示す様に、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様に、各変位軸
７、７を傾斜させる。反対に、増速を行なう場合には、
上記枢軸５、５を中心として上記各トラニオン６、６を
揺動させ、各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図
６に示す様に、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、それぞれ当接する様に、各変位軸７、７を傾斜さ
せる。各変位軸７、７の傾斜角度を図５と図６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
を得られる。

【０００７】更に、図７〜８は、実願昭６３−６９２９
３号（実開平１−１７３５５２号）のマイクロフィルム
に記載された、より具体化されたトロイダル型無段変速
機を示している。入力側ディスク２と出力側ディスク４
とは入力軸１５の周囲に、それぞれニードル軸受１６、
１６を介して回転自在に支持している。又、カム板１０
は上記入力軸１５の端部（図７の左端部）外周面にスプ
ライン係合し、鍔部１７により、上記入力側ディスク２
から離れる方向への移動を阻止している。そして、この
カム板１０とローラ１２、１２とにより、上記入力軸１
５の回転に基づいて上記入力側ディスク２を、出力側デ
ィスク４に向け押圧しつつ回転させる、ローディングカ
ム式の押圧装置９を構成している。上記出力側ディスク
４には出力歯車１８を、キー１９、１９により結合し、
これら出力側ディスク４と出力歯車１８とが同期して回
転する様にしている。この出力歯車１８、並びにこの出
力歯車１８と噛合した図示しない歯車等が、出力ディス
クの回転を取り出す為の動力取り出し手段を構成する。

【０００８】１対のトラニオン６、６の両端部に設けた
枢軸５、５は１対の支持ポスト２０、２０に、揺動並び
に軸方向（図７の表裏方向、図８の左右方向）に亙る変
位自在に支持している。上記１対の支持ポスト２０、２
０は、十分な剛性を有する金属板状で、中央部に形成し
た円孔２１を、ケーシング２２の内面若しくはこのケー
シング２２内に設けたシリンダケース２３の側面に固設
した支持ピン２４ａ、２４ｂに外嵌する事により、上記
ケーシング２２の内側に、揺動並びに上記各枢軸５、５
の軸方向に亙る変位自在に支持している。又、上記各支
持ポスト２０、２０の両端部には、それぞれ円形の支持
孔２５、２５を形成しており、これら各支持孔２５、２
５に、それぞれ上記各枢軸５、５を、それぞれが外輪２
６、２６を備えたラジアルニードル軸受２７、２７によ
り、支持している。これらの構成に基づいて上記各トラ
ニオン６、６を、上記各枢軸５、５を中心とする揺動並
びにこれら各枢軸５、５の軸方向に亙る変位を自在とし
て、上記ケーシング２２内に支持している。

【０００９】上述の様にして上記ケーシング２２内に支
持した、上記各トラニオン６、６の中間部に形成した円
孔４０、４０部分に、変位軸７、７を支持している。こ
れら各変位軸７、７は、互いに平行で且つ偏心した支持
軸部２８、２８と枢支軸部２９、２９とを、それぞれ有
する。このうちの各支持軸部２８、２８を上記各円孔４
０、４０の内側に、ラジアルニードル軸受３０、３０を
介して、揺動自在に支持している。又、上記各枢支軸部
２９、２９の周囲にパワーローラ８、８を、ラジアルニ
ードル軸受３１、３１を介して、回転自在に支持してい
る。

【００１０】尚、上記１対の変位軸７、７は、前記入力
軸１５を中心として、１８０度反対側位置に設けてい
る。又、これら各変位軸７、７の各枢支軸部２９、２９
が各支持軸部２８、２８に対し偏心している方向は、上
記入力側、出力側両ディスク２、４の回転方向に関し同
方向（図８で左右逆方向）としている。又、偏心方向
は、上記入力軸１５の配設方向（図７の左右方向、図８
の表裏方向）に対しほぼ直交する方向としている。従っ
て上記各パワーローラ８、８は、上記入力軸１５の配設
方向に亙る若干の変位自在に支持される。この結果、構
成各部品の寸法精度のばらつき、或は動力伝達時の弾性
変形等に起因して、上記各パワーローラ８、８が上記入
力軸１５の軸方向（図７の左右方向、図８の表裏方向）
に変位する傾向となった場合でも、構成各部品に無理な
力を加える事なく、この変位を吸収できる。

【００１１】又、上記各パワーローラ８、８の外側面と
上記各トラニオン６、６の中間部内側面との間には、パ
ワーローラ８、８の外側面の側から順に、スラスト玉軸
受３２、３２等のスラスト転がり軸受と、次述する外輪
３３、３３に加わるスラスト荷重を支承するスラストニ
ードル軸受３４、３４等のスラスト軸受とを設けてい
る。このうちのスラスト玉軸受３２、３２は、請求項１
に記載したスラスト転がり軸受に相当するもので、上記
各パワーローラ８、８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８、８の回転を許容す
る。又、上記各スラストニードル軸受３４、３４は、上
記各パワーローラ８、８から上記各スラスト玉軸受３
２、３２の外輪３３、３３に加わるスラスト荷重を支承
しつつ、上記枢支軸部２９、２９及び上記外輪３３、３
３が上記支持軸部２８、２８を中心に揺動する事を許容
する。

【００１２】又、上記各トラニオン６、６の一端部（図
８の左端部）には、それぞれ駆動ロッド３５、３５を結
合し、これら各駆動ロッド３５、３５の中間部外周面に
駆動ピストン３６、３６を固設している。そして、これ
ら各駆動ピストン３６、３６をそれぞれ、前記シリンダ
ケース２３内に設けた駆動シリンダ３７、３７内に油密
に嵌装している。更に、前記ケーシング２２内に設けた
支持壁３８と前記入力軸１５との間には１対の転がり軸
受３９、３９を設けて、上記入力軸１５を上記ケーシン
グ２２内に回転自在に支持している。

【００１３】上述の様に構成するトロイダル型無段変速
機の場合には、入力軸１５の回転を押圧装置９を介して
入力側ディスク２に伝える。そして、この入力側ディス
ク２の回転を、１対のパワーローラ８、８を介して出力
側ディスク４に伝達し、更にこの出力側ディスク４の回
転を、前記出力歯車１８より取り出す。上記入力軸１５
と出力歯車１８との間の回転速度比を変える場合には、
前記１対の駆動ピストン３６、３６を互いに逆方向に変
位させる。これら各駆動ピストン３６、３６の変位に伴
って上記１対のトラニオン６、６が、それぞれ逆方向に
変位し、例えば図８の下側のパワーローラ８が同図の右
側に、同図の上側のパワーローラ８が同図の左側に、そ
れぞれ変位する。この結果、これら各パワーローラ８、
８の周面８ａ、８ａと上記入力側ディスク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
の変化に伴って上記各トラニオン６、６が、支持ポスト
２０、２０に枢支された枢軸５、５を中心として、図７
で互いに逆方向に揺動する。この結果、前述の図５〜６
に示した様に、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、
８ａと上記各内側面２ａ、４ａとの当接位置が変化し、
上記入力軸１５と出力歯車１８との間の回転速度比が変
化する。

【００１４】尚、動力伝達時に構成各部品が弾性変形す
る結果、上記各パワーローラ８、８が上記入力軸１５の
軸方向に変位すると、これら各パワーローラ８、８を枢
支している上記各変位軸７、７が、前記各支持軸部２
８、２８を中心として僅かに揺動する。この揺動の結
果、前記各スラスト玉軸受３２、３２の外輪３３、３３
の外側面と上記各トラニオン６、６の内側面とが相対変
位する。これら外側面と内側面との間には、前記各スラ
ストニードル軸受３４、３４が存在する為、この相対変
位に要する力は小さい。従って、上述の様に各変位軸
７、７の傾斜角度を変化させる為の力が小さくて済む。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述の様に構成され作
用するトロイダル型無段変速機に組み込む各パワーロー
ラ８、８及びスラスト玉軸受３２、３２の基本構成自体
は、これら各パワーローラ８、８を内輪とし、これら各
パワーローラ８、８と外輪３３、３３との間に加わるス
ラスト荷重を玉４１、４１により支承するスラスト玉軸
受と考える事ができる。ところが、トロイダル型無段変
速機に組み込む上記各パワーローラ８、８及びスラスト
玉軸受３２、３２は、使用形態の特殊性から、一般的な
スラスト玉軸受に比べて、耐久性確保が難しい。この理
由は、次の（１）〜（３）の通りである。

【００１６】（１）上記各パワーローラ８、８及び外輪
３３、３３に加わる曲げ応力が非常に大きくなる。即
ち、一般的なスラスト転がり軸受の場合には、例えば１
０個程度存在する玉等の転動体が均等にスラスト荷重を
受ける構造であり、内外輪には殆ど曲げ応力が加わる事
はない為、これら内外輪の曲げ応力に対する強度はあま
り重要ではない。これに対してトロイダル型無段変速機
に組み込む各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａは、
円周方向反対側２個所位置で、入力側ディスク２及び出
力側ディスク４の内側面２ａ、４ａと強く当接する。こ
の為、これら両ディスク２、４から上記各パワーローラ
８、８に加わるスラスト荷重は、円周方向に亙って不均
一になり、これら各パワーローラ８、８及びこれら各パ
ワーローラ８、８から玉４１、４１を介してスラスト荷
重を受ける上記各外輪３３、３３に、大きな曲げ応力が
加わる。この様にして各パワーローラ８、８及び各外輪
３３、３３に加わる曲げ応力は、トロイダル型無段変速
機の運転状況、伝達トルク、上記各部材８、３３の肉厚
等により大きく異なるが、最大で１００kgf/mm² 程度に
も達する。この様に大きな曲げ応力が加わる上記各パワ
ーローラ８、８や各外輪３３、３３に、何らの対策も施
さないと、これら各部材８、３３が早期破損を起こし易
くなる等、十分な耐久性を確保できなくなる。

【００１７】（２）図５〜８に示す様な、ハーフトロイ
ダル型の無段変速機の場合、各玉４１、４１の転動面と
内輪軌道及び外輪軌道との当接部に加わる接触面圧が非
常に高くなる。即ち、一般的なスラスト転がり軸受の場
合、各転動体の転動面と各軌道輪の軌道面との当接部の
接触面圧Ｐ_max は２〜３GPa 程度である。これに対し
て、トロイダル型無段変速機に組み込むスラスト玉軸受
３２、３２の場合、上記各玉４１、４１の転動面と内輪
軌道及び外輪軌道との当接部の接触面圧Ｐ_max は、２．
５〜３．５GPa 程度に達する。特に、図６に示す様な最
大減速時には、上記接触面圧Ｐ_max が４GPa 程度にまで
達する場合がある。そして、この様に上記接触面圧Ｐ
_max が大きくなると、上記各玉４１、４１の転動面と内
輪軌道及び外輪軌道との当接部に存在する接触楕円の径
が大きくなる。例えば、外径が２００mm以下の一般的な
スラスト玉軸受の場合、接触楕円の短径は１mmに満たな
いのに対して、トロイダル型無段変速機に組み込むスラ
スト玉軸受３２、３２の場合には１．５mm程度にも達す
る。この様に接触楕円の径が大きくなると、最大剪断応
力が達する深度が深くなり、上記内輪軌道及び外輪軌道
の表面部分に形成する硬化層の厚さを大きくしないと、
これら各軌道部分の転がり疲れ寿命を確保できなくな
る。一方、単にこれら各軌道部分の硬化層の厚さを大き
くすると、トロイダル型無段変速機の小型化と構成各部
材の靱性確保とを両立させる事ができなくなる。

【００１８】（３）上記各入力側、出力側両ディスク
２、４の内側面２ａ、４ａと上記各パワーローラ８、８
の周面８ａ、８ａとの当接部が、スピンしながら非常に
大きな動力の伝達を行なう。即ち、トラクションドライ
ブ変速機であるトロイダル型無段変速機の場合、上記当
接部に存在する、径が僅か数mmの接触楕円部分で、大き
なものは５０kw程度もの動力を伝達する。しかも、この
接触楕円部分でスピンが生じる為、この接触楕円部分に
大きな剪断応力並びに発熱が生じる。この為、上記各周
面８ａ、８ａの強度を高くしない限り、上記各パワーロ
ーラ８、８の耐久性を十分に確保できない。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、前述の従来から知られているトロイダル型
無段変速機と同様に、回転自在に支持された入力軸と、
この入力軸と共に回転自在な入力側ディスクと、この入
力側ディスクと同心に配置され、且つこの入力側ディス
クに対する回転自在に支持された出力側ディスクと、こ
れら入力側、出力側両ディスクの軸方向に関してこれら
両ディスクの中間部に、これら両ディスクの軸方向に対
し直角方向で且つこれら両ディスクの中心軸に対し捻れ
の位置に配置されて当該位置で揺動する複数のトラニオ
ンと、これら各トラニオンに支持された変位軸に回転自
在に支持され、入力側、出力側両ディスクの間に挟持さ
れた複数個のパワーローラと、これら各パワーローラの
外側面と上記各トラニオンの内側面との間に設けたスラ
スト転がり軸受とから構成され、入力側、出力側両ディ
スクの互いに対向する内側面を、それぞれ断面が円弧形
の凹面とし、上記各パワーローラの周面を球面状の凸面
として、この周面と上記内側面とを当接させている。

【００２０】特に、本発明のトロイダル型無段変速機に
於いては、次の〜のうちの少なくとも一つの条件を
満たす。上記各パワーローラの表面に熱処理による硬化層を
形成しており、これら各パワーローラの内周面と内側面
との連続部には、これら各パワーローラの軸方向に亙る
寸法が、これら各パワーローラ全体の軸方向寸法の１５
％以下の面取り部が、上記硬化層を形成した後に形成さ
れており、上記硬化層のうちの熱処理異常層はこの面取
り部で除去されている。上記パワーローラの表面に熱処理による硬化層を形
成しており、このパワーローラの内周面と内側面との連
続部には、上記硬化層を形成した後にショット・ピーニ
ングが施されており、上記連続部にはこのショット・ピ
ーニングに基づく圧縮残留応力が存在する。上記各パワーローラの周面を、超仕上により粗さが
０．０５Ra以下の平滑面としている。上記各パワーローラの外側面に形成した上記スラス
ト転がり軸受の内輪軌道及び上記各トラニオンの内側面
に添設した外輪の内側面に形成した外輪軌道を、超仕上
により粗さが０．０５Ra以下の平滑面としている。上記スラスト転がり軸受の外輪を上記各トラニオン
の内側面に添設しており、上記各パワーローラの周面及
びこれら各パワーローラの外側面に形成した内輪軌道部
分に、硬度がHv５５０以上である硬化層を、これら各面
の表面から２〜４mmの範囲まで形成しており、上記外輪
の内側面に形成した外輪軌道部分に同様の硬化層を、表
面から０．７〜１．５mmの範囲まで形成している。

【００２１】

【作用】上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段
変速機が入力側ディスクと出力側ディスクとの間で回転
力を伝達する際の作用、並びにこれら入力側ディスクと
出力側ディスクとの間の変速比を変える際の作用は、前
述した従来構造の場合と同様である。特に、本発明のト
ロイダル型無段変速機の場合には、パワーローラとこの
パワーローラに加わるスラスト荷重を支承するスラスト
転がり軸受とに関して、〜の要件を備えさせる事に
より、これらパワーローラ又はスラスト転がり軸受の耐
久性向上を図れる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のトロイダル型無
段変速機の要部である、パワーローラ８と、このパワー
ローラ８に加わるスラスト荷重を支承するスラスト転が
り軸受であるスラスト玉軸受３２とを示している。この
スラスト玉軸受３２は、上記パワーローラ８の外側面
（図１の上面）に形成した内輪軌道４２と、トラニオン
６（図５〜８）の内側面に添設した外輪３３の内側面
（図１の下面）に形成した外輪軌道４３との間に、円輪
状の保持器４４に保持された複数個の玉４１、４１を、
転動自在に設けて成る。そして、上記パワーローラ８の
周面８ａを球面状の凸面として、この周面８ａと入力
側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａ（図５
〜７）とを当接させて、これら両ディスク２、４同士の
間での動力伝達を自在とする。

【００２３】上記パワーローラ８の表面は、熱処理によ
る硬化層を形成している（前述のの点）。又、このパ
ワーローラ８の内周面４５と内側面４６との連続部に
は、断面形状が四分の一円弧状の面取り部４７を形成し
ている。この面取り部４７の、上記パワーローラ８の軸
方向に亙る寸法Ｌ₄₇は、このパワーローラ８全体の軸方
向寸法Ｌ₈ の１５％以下（Ｌ₄₇≦０．１５Ｌ₈ ）として
いる。又、この面取り部４７は、上記パワーローラ８の
表面に、上記硬化層を形成した後に形成している。そし
て、この硬化層のうちの熱処理異常層は、上記面取り部
４７で除去されている。尚、上記内周面４５は、表面粗
さが０．２Ra以下の平滑面としている。

【００２４】上記パワーローラ８の内側面内周縁部に、
上述の様な条件を満たす面取り部４７を形成する事によ
り、トロイダル型無段変速機の運転時に上記パワーロー
ラ８に大きな曲げ応力が加わった場合でも、このパワー
ローラ８の内側面内周縁部に亀裂等の損傷を発生する事
を抑えられる。即ち、上記周面８ａ側２個所位置に加わ
る大きな押し付け力Ｆ_c に基づき、上記パワーローラ８
に曲げ応力が加わると、上記内側面内周縁部に大きな応
力（引っ張り応力）が集中する。一方、上記パワーロー
ラ８の表面を硬化させる為、高周波焼き入れ、浸炭焼き
入れ等の熱処理を施すと、上記内側面内周縁部に、内部
歪みを残したままの熱処理異常層が存在したままにな
る。この様な熱処理異常層が存在すると、上記曲げ応力
に伴う応力集中により、上記内側面内周縁部に亀裂等の
損傷が発生し、上記パワーローラ８が破断等の損傷を受
ける。

【００２５】これに対して、上述の様に上記パワーロー
ラ８に熱処理を施した後、上記面取り部４７を形成し
て、上記内側面内周縁部に存在する硬化層を除去し、こ
の硬化層部分に存在する上記熱処理異常層を除去してお
けば、上述の様な原因で上記パワーローラ８が破断等の
損傷を受ける事を防止できる。但し、上記面取り部４７
を大きくし過ぎると、その分上記パワーローラ８の容積
が減少し、上記曲げ応力を受ける容積が小さくなって、
残り部分に加わる応力が大きくなり、やはり上記パワー
ローラ８の耐久性が損なわれる。本発明者が、上記パワ
ーローラ８全体の軸方向寸法Ｌ₈ に対する上記面取り部
４７の寸法Ｌ₄₇を種々変える事により、この寸法Ｌ₄₇が
このパワーローラ８の耐久性に及ぼす影響を調べる実験
を行なったところ、次の表１及び図２に示す様な結果を
得た。この実験は、上記パワーローラ８全体の軸方向寸
法Ｌ₈ を２２mmとし、上記面取り部４７の寸法Ｌ₄₇を
０．５〜５mmの範囲で変える事により、上記パワーロー
ラ８の破損に至るまでの時間を測定したものである。

【００２６】

【表１】

【００２７】この実験から、この面取り部４７の、上記
パワーローラ８の軸方向に亙る寸法Ｌ₄₇を、このパワー
ローラ８全体の軸方向寸法Ｌ₈ の１５％以下にすれば、
上記内側面内周縁部から生じる損傷に関して、上記パワ
ーローラ８の耐久性を十分に向上させられる事が分る。
但し、上記面取り部４７の寸法Ｌ₄₇は、上記硬化層のう
ち、少なくとも熱処理異常層を除去できるだけのもので
なければならない。

【００２８】又は、上記パワーローラ８の表面に熱処理
による硬化層を形成しており、このパワーローラ８の内
周面４５と内側面４６との連続部（＝上記内側面内周縁
部）に、上記硬化層を形成した後にショット・ピーニン
グを施している。そして、上記連続部に、このショット
・ピーニングに基づく圧縮残留応力を存在させている
（前述のの点）。

【００２９】上述の様に、パワーローラ８の内周面４５
と内側面４６との連続部に圧縮残留応力を存在させる
と、トロイダル型無段変速機の運転時に、上記パワーロ
ーラ８に曲げ応力が加わっても、上記連続部から亀裂等
の損傷を発生する事がない。即ち、上記パワーローラ８
が上記連続部から破損する場合には、この連続部の一部
に大きな引っ張り応力が加わる事になる。これに対し
て、上述の様に上記連続部に圧縮残留応力を存在させれ
ば、この圧縮残留応力が上記引っ張り応力を相殺して、
上記亀裂等の損傷を発生しにくくできる。尚、ショット
・ピーニングにより上記連続部に残留させる圧縮応力
は、好ましくは２０〜７０kgf/mm² 程度、更に好ましく
は１００kgf/mm² 程度にする。又、ショット・ピーニン
グを施すのは、トロイダル型無段変速機の運転時に（引
っ張り）応力が集中する上記連続部のみで良い。但し、
この連続部にショット・ピーニングを施すと、ラジアル
ニードル軸受３１（図７〜８）の外輪軌道としての役目
を有する、上記内周面４５が荒れる可能性がある。但
し、この内周面は、上記ショット・ピーニング処理後に
研削による仕上加工を施すので、ショット・ピーニング
により、上記ラジアルニードル軸受３１の耐久性が損な
われる事はない。又、この様にショット・ピーニングに
より上記連続部に圧縮残留応力を存在させる場合には、
この連続部に上記熱処理後に上述の様な面取り部４７を
形成する必要はない。但し、面取り部４７の形成とショ
ット・ピーニングによる残留圧縮応力の付与との両方を
行なわせれば、より優れた耐久性を確保できる。

【００３０】又、上記パワーローラ８の周面８ａを、超
仕上により粗さが０．０５Ra以下の平滑面としている
（前述のの点）。前述した通り上記周面８ａは、入力
側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａとの当
接部で、スピンしながら非常に大きな動力の伝達を行な
う。そして、この様なスピンに基づき、上記当接部が発
熱すると共にこの当接部に油膜が形成されにくくなる。
上記周面８ａの転がり疲れ寿命を確保する為には、この
様な発熱を抑え、上記当接部に油膜が形成され易くする
必要がある。上述の様に、上記周面８ａを平滑面とすれ
ば、上記油膜を形成し易くして、この周面８ａの転がり
疲れ寿命を確保できる。

【００３１】本発明者が、上記周面８ａの表面粗さを種
々変える事により、この表面粗さが上記パワーローラ８
の耐久性に及ぼす影響を調べる実験を行なったところ、
次の表２及び図３に示す様な結果を得た。この実験は、
上記周面８ａの表面粗さを０．０１〜１．５Raの範囲で
変える事により、この周面８ａが剥離するに至るまでの
時間を測定したものである。尚、上記表面粗さが０．０
１〜０．０５Raのものは超仕上によるものを、同じく
０．７〜１．５Raのものは超仕上によらないものを、そ
れぞれ示している。

【００３２】

【表２】

【００３３】この実験から、上記周面の表面粗さを、超
仕上により０．０５Ra以下にすれば、この周面８ａが剥
離するまでに要する時間を長くして、上記パワーローラ
８の耐久性を十分に確保できる事が分る。

【００３４】又、上記パワーローラ８の外側面に形成し
た前記上記スラスト転がり軸受の内輪軌道４２及び前記
外輪３３の内側面に形成した外輪軌道４３を、超仕上に
より粗さが０．０５Ra以下の平滑面としている。この様
に上記各軌道４２、４３を平滑面にする事により、これ
ら各軌道４２、４３と前記各玉４１、４１の転動面との
当接部に油膜が形成され易くして、これら各軌道４２、
４３と転動面との転がり疲れ寿命を確保する様にしてい
る。特に、本発明の対象となる様なハーフトロイダル型
のトロイダル型無段変速機の場合には、パワーローラ８
の周面８ａに、図１に矢印で示す様な法線方向の押し付
け力Ｆ_c が加わり、この押し付け力Ｆ_ｃのうちで上記パ
ワーローラ８の軸方向の分力が、上記パワーローラ８に
スラスト荷重として加わる。しかも、上記パワーローラ
８の回転速度は、トロイダル型無段変速機が増速側の場
合にはエンジンの回転速度よりも速くなり、１００００
ｒ．ｐ．ｍ．若しくはそれ以上に達する。従って、上記
各軌道４２、４３と前記各玉４１、４１の転動面との当
接部の潤滑条件は非常に厳しくなる。この様なハーフト
ロイダル型のトロイダル型無段変速機に組み込むスラス
ト玉軸受３２特有の問題を解決する為、上述の様に上記
各軌道４２、４３を平滑にして上記各当接部に油膜を形
成し易くしている。そして、上記スラスト玉軸受３２の
耐久性確保を図っている。

【００３５】本発明者が、上記各軌道４２、４３の表面
粗さを種々変える事により、この表面粗さが上記スラス
ト玉軸受３２の耐久性に及ぼす影響を調べる実験を行な
ったところ、次の表３及び図４に示す様な結果を得た。
この実験は、上記各軌道４２、４３の表面粗さを種々変
える事により、上記各軌道４２、４３が剥離するに至る
までの時間を測定したものである。尚、上記各軌道４
２、４３を超仕上により加工したものは表面粗さが０．
０１〜０．０５Raであるが、超仕上によらないものは表
面粗さが０．７〜１．５Raと、超仕上によるものよりも
１桁程度粗かった。尚、上記スラスト玉軸受３２の接触
角は９０度とした。

【００３６】

【表３】

【００３７】この実験から、上記各軌道４２、４３の表
面粗さを、超仕上により０．０５Ra以下にすれば、これ
ら各軌道が剥離するまでに要する時間を長くして、上記
スラスト玉軸受３２の耐久性を十分に向上させられる事
が分る。

【００３８】又、前記パワーローラ８の周面８ａ及びこ
のパワーローラ８の外側面に形成した内輪軌道４２部分
に、硬度がHv５５０以上である硬化層を、これら各面の
表面から２〜４mmの範囲まで形成している。これに対し
て、上記スラスト玉軸受３２を構成する外輪３３の内側
面に形成した外輪軌道４３部分に同様の硬化層を、表面
から０．７〜１．５mmの範囲まで形成している。前述し
た通り、本発明の対象となるハーフトロイダル型の無段
変速機の場合、各玉４１、４１の転動面と内輪軌道及び
外輪軌道との当接部に加わる接触面圧が非常に高くな
り、上記各玉４１、４１の転動面と内輪軌道及び外輪軌
道との当接部に存在する接触楕円の径が大きくなって、
最大剪断応力が達する深度が深くなる。又、前記各入力
側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａと上記
パワーローラ８の周面８ａとの当接部に存在する、径が
僅か数mmの接触楕円部分が、スピンしながら非常に大き
な動力の伝達を行なう。従って、上記各軌道４２、４３
及び周面８ａ部分の転がり疲れ寿命（剥離寿命）を確保
する為には、これら各軌道４２、４３及び周面８ａの表
面部分の硬化層の厚さを、一般的なスラスト転がり軸受
に比べて大きくする必要がある。

【００３９】一方、上記各接触楕円のうち、上記各玉４
１、４１の転動面と内輪軌道及び外輪軌道との当接部に
存在する接触楕円の長径は３〜４mm程度であり、内側面
２ａ、４ａと上記パワーローラ８の周面８ａとの当接部
に存在する接触楕円の長径は１０mm程度である。上記最
大剪断応力が達する深度は、接触楕円の径が大きくなる
程深くなる為、上記各軌道４２、４３及び周面８ａ部分
の転がり疲れ寿命を同程度にする為には、上記周面８ａ
の表面部分の硬化層を、上記各軌道４２、４３の表面部
分の硬化層よりも厚くする必要がある。このうち、周面
８ａと内輪軌道４２とは何れもパワーローラ８の表面に
存在する為、上記硬化層の厚さを変える事は面倒で現実
的ではない。これに対して、上記パワーローラ８に比べ
て薄肉の外輪３３の内面に形成する外輪軌道４３部分の
硬化層の厚さを大きくし過ぎると、硬化層以外の生の部
分の厚さが薄くなり、この外輪３３の靱性を確保できな
くなって、この外輪３３の疲労破壊強度が低下する。そ
こで、前述した通り、周面８ａ及び内輪軌道４２部分の
硬化層の厚さを２〜４mmとし、外輪軌道４３部分の硬化
層を０．７〜１．５mmとした。これにより、上記周面８
ａ及び内外両軌道４２、４３部分の転がり疲れ寿命の確
保と、上記外輪３３の疲労破壊強度の確保とを両立させ
る事ができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明のトロイダル型無段変速機は、以
上に述べた通り構成され作用するので、パワーローラ又
はスラスト転がり軸受の耐久性を向上させて、これらパ
ワーローラ及びスラスト転がり軸受を組み込んだトロイ
ダル型無段変速機の耐久性向上を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトロイダル型無段変速機に組み込むパ
ワーローラとスラスト玉軸受とを示す断面図。

【図２】面取り部の寸法がパワーローラの耐久性に及ぼ
す影響を知る為に行なった実験の結果を示す棒グラフ。

【図３】パワーローラの周面の粗さがこの周面の寿命に
及ぼす影響を知る為に行なった実験の結果を示す棒グラ
フ。

【図４】スラスト玉軸受の軌道面の粗さがこの周面の寿
命に及ぼす影響を知る為に行なった実験の結果を示す棒
グラフ。

【図５】トロイダル型無段変速機の基本構成を、最大減
速時の状態で示す略側面図。

【図６】同じく最大増速時の状態で示す略側面図。

【図７】従来から知られている具体的構造の１例を示す
要部断面図。

【図８】図７のＡ−Ａ断面図。

【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変位軸８パワーローラ８ａ周面９押圧装置１０カム板１１保持器１２ローラ１３、１４カム面１５入力軸１６ニードル軸受１７鍔部１８出力歯車１９キー２０支持ポスト２１円孔２２ケーシング２３シリンダケース２４ａ、２４ｂ支持ピン２５支持孔２６外輪２７ラジアルニードル軸受２８支持軸部２９枢支軸部３０ラジアルニードル軸受３１ラジアルニードル軸受３２スラスト玉軸受３３外輪３４スラストニードル軸受３５駆動ロッド３６駆動ピストン３７駆動シリンダ３８支持壁３９転がり軸受４０円孔４１玉４２内輪軌道４３外輪軌道４４保持器４５内周面４６内側面４７面取り部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤寛神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転自在に支持された入力軸と、この入
力軸と共に回転自在な入力側ディスクと、この入力側デ
ィスクと同心に配置され、且つこの入力側ディスクに対
する回転自在に支持された出力側ディスクと、これら入
力側、出力側両ディスクの軸方向に関してこれら両ディ
スクの中間部に、これら両ディスクの軸方向に対し直角
方向で且つこれら両ディスクの中心軸に対し捻れの位置
に配置されて当該位置で揺動する複数のトラニオンと、
これら各トラニオンに支持された変位軸に回転自在に支
持され、入力側、出力側両ディスクの間に挟持された複
数個のパワーローラと、これら各パワーローラの外側面
と上記各トラニオンの内側面との間に設けたスラスト転
がり軸受とから構成され、入力側、出力側両ディスクの
互いに対向する内側面を、それぞれ断面が円弧形の凹面
とし、上記各パワーローラの周面を球面状の凸面とし
て、この周面と上記内側面とを当接させたトロイダル型
無段変速機に於いて、次の〜のうちの少なくとも一
つの条件を満たす事を特徴とするトロイダル型無段変速
機。上記各パワーローラの表面に熱処理による硬化層を
形成しており、これら各パワーローラの内周面と内側面
との連続部には、これら各パワーローラの軸方向に亙る
寸法が、これら各パワーローラ全体の軸方向寸法の１５
％以下の面取り部が、上記硬化層を形成した後に形成さ
れており、上記硬化層のうちの熱処理異常層はこの面取
り部で除去されている。上記パワーローラの表面に熱処理による硬化層を形
成しており、このパワーローラの内周面と内側面との連
続部には、上記硬化層を形成した後にショット・ピーニ
ングが施されており、上記連続部にはこのショット・ピ
ーニングに基づく圧縮残留応力が存在する。上記各パワーローラの周面を、超仕上により粗さが
０．０５Ra以下の平滑面としている。上記各パワーローラの外側面に形成した上記スラス
ト転がり軸受の内輪軌道及び上記各トラニオンの内側面
に添設した外輪の内側面に形成した外輪軌道を、超仕上
により粗さが０．０５Ra以下の平滑面としている。上記スラスト転がり軸受の外輪を上記各トラニオン
の内側面に添設しており、上記各パワーローラの周面及
びこれら各パワーローラの外側面に形成した内輪軌道部
分に、硬度がHv５５０以上である硬化層を、これら各面
の表面から２〜４mmの範囲まで形成しており、上記外輪
の内側面に形成した外輪軌道部分に同様の硬化層を、表
面から０．７〜１．５mmの範囲まで形成している。