JP2001004003A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents
トロイダル型無段変速機Info
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Abstract
を案内でき、耐久性を向上できるトロイダル型無段変速
機を提供することにある。 【解決手段】パワーローラに加わるスラスト方向の荷重
を支承するスラスト転がり軸受を複数の転動体8と、こ
の複数の転動体8を転動自在に保持する保持器9から構
成し、保持器9は、円輪状の主体10と、それぞれがこ
の主体10と直径方向中間部に設けられ転動体8を転動
自在に保持する複数のポケット11とからなり、ポケッ
ト11と転動体8の隙間が、該転動体8の玉径の0.6
〜6.0%としたことを特徴とする。
Description
転動自在に保持する保持器を改良したトロイダル型無段
変速機に関する。
は各種産業機械用の変速機としてトロイダル型無段変速
機が使用されている。このトロイダル型無段変速機は、
例えば、実開平6−16753号公報に示すように、パ
ワーローラ軸受の保持器を合成樹脂により一体成形した
もの、実開平7−35847号公報に示すように、保持
器に油溝を設けて潤滑性を高めたもの、特開平7−17
4146号公報に示すように、保持器に油穴を設けて潤
滑性を高めたもの等が知られている。
に、図7に示すように構成されている。
内周面同士を互いに対向させた入力ディスク2と出力デ
ィスク3がそれぞれ回転自在に支持されている。入力デ
ィスク2と出力ディスク3間には両ディスク2,3の中
心軸に対し捻れの位置にある枢軸(図示しない)を中心
として揺動するトラニオン4が設けられている。このト
ラニオン4には変位軸5が設けられ、この変位軸5の周
囲には入力ディスク2と出力ディスク3の間に挟持され
た状態で回転自在に支持されたパワーローラ6が設けら
れている。さらに、パワーローラ6とトラニオン4との
間には、このパワーローラ6に加わるスラスト方向の荷
重を支承するスラスト転がり軸受7が設けられている。
周面2a,3aはそれぞれ断面が円弧形の凹面であり、
前記パワーローラ6の周面6aは球面状の凸面であり、
この周面6aと前記内周面2a,3aとが互いに当接し
ている。前記スラスト転がり軸受7は、複数の転動体8
と、この複数の転動体8を転動自在に保持する保持器9
を備えている。
れがこの主体10と直径方向中間部に設けられ転動体8
を転動自在に保持する複数のポケット11とから構成さ
れている。さらに、これらポケット11を横切る状態
で、前記主体10の内周縁と外周縁との間に凹溝からな
る潤滑油流路12が設けられている。
ル型無段変速機によれば、スラスト転がり軸受7を構成
する保持器9が軸方向に変位して、この保持器9の片面
とこの片面と対向する面とが密接した場合でも、各転動
体8を保持したポケット11内には十分な量の潤滑油が
潤滑油流路12を通じて流れる。この結果、スラスト転
がり軸受7の一部が著しく摩耗したり、あるいは焼き付
いたりする虞は無い。
ダル型無段変速機のパワーローラ軸受としてのスラスト
転がり軸受7は、トラクション接触を行う構成上、図7
に示すように、スラスト転がり軸受7と入力ディスク2
及び出力ディスク3の接触点(荷重点)は矢印で示す2
箇所のみとなり、しかも接触角αを持っている。このた
め、スラスト転がり軸受7の内輪7aはスラスト方向の
力を受けると同時に、円周上180°の対向位置でラジ
アル方向の分力も発生するので、円環状のスラスト転が
り軸受7をラジアル方向に圧縮する。
楕円形に変形する。また、動力伝達のため、トラクショ
ン接触部には図9に示すような接線方向の力2Ftが生
じる。この力はスラスト転がり軸受7を倒す傾向の力P
となり、力のアンバランスを生じさせる。
り軸受7の転動体8の公転速度は、図10に示すような
分布を示す。つまり、反2Ft方向の転動体8の公転速
度(矢印の長さは公転速度を示す)に対して2Ft方向の
転動体8の公転速度は低くなる。そのため、図11に示
すように、転動体8と保持器9の接触荷重は、反2Ft方
向では矢印(長さは接触荷重の大きさを示す)で示すよ
うに転動体8は保持器9を回転方向に押す形となり、2
Ft方向では保持器9を回転方向とは逆の方向に押す形と
なる。そのため、ポケット11aには圧縮応力が、ポケ
ット11bには引張り応力が加わることになり、保持器
9が1回転する間に1ポケット11が圧縮から引張りの
両振りの応力負荷を1サイクル受けることになる。
ーラ軸受としてのスラスト転がり軸受7は、組立工程に
おいて検査や搬送を楽にし製作コストを下げるために、
中間工程において転動体8と保持器9をサブアッシーと
して取り扱う。このため、保持器9の位置決めを転動体
8により行う所謂「玉案内方式」を採用している。この
方式は、内外輪に対し滑り案内面を持たないで、動トル
ク損失を下げる。これは高い動力伝達効率を要求される
トロイダル型無段変速機では特に重要なことである。玉
案内方式では、ポケット隙間が重要になる。一般の軸受
でもポケット隙間は大きすぎても小さすぎてもいけな
い。特にトロイダル型無段変速機のパワーローラ軸受で
は、通常スラスト玉軸受とは異なる力が作用し、隙間の
設定は一般の軸受と異なる。
公転速度差により保持器9にかかる力が増大傾向とな
り、応力振幅が大きくなって保持器9は繰り返し応力疲
労による破損に至る。隙間が大きすぎると、回転中に保
持器9がばたつくことになり、保持器9と転動体8の衝
突力は増大して保持器9の破損や転動体8の剥離等が発
生する。
軸受7は、通常のスラスト軸受とは異なり、内輪7aは
動力を伝えるためラジアル力であるトラクション力が働
く。このラジアル力は内輪7aと変位軸5間のニードル
軸受が支持する構造になっているが、ニードル軸受は適
当な隙間が必要であり、この隙間分、内輪と外輪がずれ
る傾向となる。このため、転動体8はその位置によって
若干ではあるが、接触角が異なる。
は、 ωc=(1−Da/dm・cosα)・ni/2 Da:玉径 dm:転動体ピッチ径 ni:内輪回
転速度 で表される。転動体8の公転速度は接触角αによって、
すなわちパワーローラ軸受ではその位置によって異な
る。この速度差によって転動体8が保持器9に当たった
り、離れたりして保持器9には力が加わる。
置(方位角)によってその転動体8の位置が円周方向に
ずれる、ずれ量を示している。このずれ量はポケット1
1と転動体8との隙間よりも大きければ、転動体8は保
持器9を押すことになり、保持器9には繰り返しの力が
加わって破損に至る。
は、内輪7aに装備されるパワーローラ6を除けば、外
観上では、スラスト荷重が作用する回転軸1の支承に使
用されるスラス卜玉軸受とほとんど変わらない。そこ
で、既存のスラスト玉軸受用に設計された部品を流用す
ることで、トロイダル型無段変速機用のパワーローラ軸
受を安価に生産することが研究された。
は、スラスト玉軸受に部材構成が酷似するが、内輪7a
の担う機能が一般のスラスト玉軸受とは全く異なってお
り、それに起因して、内輪7a自体に作用する荷重分布
や、内外輪間に介在する転動体8と内外輪との接触挙動
等が一般のスラスト玉軸受とは大きく相違するため、そ
の相違点を配慮した各種の改良が必要不可欠になる。
輪は軸の支持部材であるが、パワーローラ軸受におい
て、内輪7aと一体回転するパワーローラ6は、入力デ
ィスク2から出力ディスク3に回転を伝達する動力伝達
部材で、ギヤ式の多段変速機における変速ギヤに相当す
る。そして、このようなパワーローラ6は、入力ディス
ク2や出力ディスク3から強い押圧力を受けた状態で高
速回転されるため発熱が大きく、このパワーローラ6の
発熱が内輪7aや転動体8を加熱する。そのため、内外
輪間に供給する潤滑油としては、動力伝達することを目
的として開発された高粘度のトラクション油を用いるこ
とが必須となる。
出力ディスク3とに接触するトラクション部は、パワー
ローラ6の外周縁上で互いに180度離れた対向位置と
なり、入力ディスク2や出力ディスク3からの強い押圧
力はこれらの対向位置(トラクション部)にラジアル荷
重として集中作用する。従って、入力ディスク2や出力
ディスク3に接触するトラクション部には、非常に高い
接触面圧が発生する。
pa以下で使用されるのに対し、車両用のトロイダル型
無段変速機に使用されるパワーローラ軸受の場合は、通
常の減速時では接触面圧が2.5〜3.5Gpaとな
り、最大減速時においては接触面圧が4Gpaにも達す
る場合がある。
からの強い押圧力は、パワーローラ6のトラクション部
上の180度離間した対向位置にラジアル荷重として集
中作用して、パワーローラ6やパワーローラ6が装備さ
れる内輪7aに半径方向の圧縮変形を生じさせる。この
圧縮変形によって内輪7aに反りを生じるため、パワー
ローラ6から内輪7aに作用するスラスト荷重を、内輪
7aと外輪との間に介在する複数個の転動体8に均等に
分担させることは、ほとんど不可能になる。すなわち、
スラスト荷重は、対局位置に位置する一部の転動体8に
集中して作用し、その結果、転動体8の軌道溝に対する
接触面圧にばらつきが生じ、一部の転動体8は極めて高
い接触圧で軌道溝を転動することになる。
に接触するトラクション部や、転動体8が接触する内外
輪の軌道溝は、高い接触面圧の局部的な作用に対する寿
命低下を防止するために、材質や、表面の硬度、表面粗
さの特別な調整が不可欠となる。
圧の局部的に作用に対する耐久性を向上させて軸受寿命
を向上させることから、転動体8を中炭素鋼や高炭素鋼
で形成すると共に、浸炭窒化処埋や焼入れ及び焼戻し処
埋により転動体の表面の硬度、強度を調整する技術を提
案している(特開平7−208568号公報参照)。
力ディスク3と、これらに接触するパワーローラ6や内
輪7aとに、浸炭処理を施した後に研削仕上げ処理を施
したり、あるいは、浸炭窒化処理を施した後に研削仕上
げ処理を施して、これらの部材の表面の硬度や有効硬化
層深さを、局部的な接触面圧の作用に耐える適性値(2
mm以上で4mm以下)に調整する技術を提案している
(特開平7−71555号公報参照)。
滑油として専用のトラクション油の採用や、材質の選択
や表面処理によるパワーローラ6及び内輪7aと転動体
8の硬度や有効硬化層深さや表面粗さの適正化などを実
施しても、それだけでは、十分ではない。
的であるから、軸受内での動トルク損失をできる限り低
減して、トルクの伝達効率を向上を図ることが重要にな
るが、前述した改良だけでは、例えば、内外輪上の軌道
溝や転動体8の寸法設定によっては、軸受内での動トル
ク損失の増大が発生して、トルク伝達効率の低下という
問題が発生する場合があった。
の表面の硬度や有効硬化層探さの調整を行っていても、
時には・軌道溝の縁や転動体8の早期破損や、軌道溝と
転動体8との接触面の傷付き等によって、軸受寿命の低
下という問題が発生する場合があった。
もので、その目的とするところは、保持器として必要な
強度を持ち、最適に転動体を案内でき、耐久性を向上で
きるトロイダル型無段変速機を提供することにある。
達成するために、回転軸と、この回転軸の周囲にそれぞ
れ回転自在に支持され、それぞれの内周面同士を互いに
対向させた第1と第2のディスクと、前記第1と第2の
ディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心と
して揺動するトラニオンと、このトラニオンに設けられ
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と第2のディスクの間に挟持されたパ
ワーローラと、このパワーローラと前記トラニオンとの
間に設けられ、このパワーローラに加わるスラスト方向
の荷重を支承するスラスト転がり軸受とを備え、前記第
1及び第2のディスクの内周面はそれぞれ断面が円弧形
の凹面であり、前記パワーローラの周面は球面状の凸面
であり、この周面と前記内周面とが互いに当接してお
り、前記スラスト転がり軸受は、複数の転動体と、この
複数の転動体を転動自在に保持する保持器を備えたトロ
イダル型無段変速機において、前記保持器は、円輪状の
主体と、それぞれがこの主体と直径方向中間部に設けら
れ前記転動体を転動自在に保持する複数のポケットとか
らなり、前記ポケットと転動体の隙間が、該転動体の玉
径の0.6〜6.0%であることを特徴とする。
トラクション面と干渉しない範囲で外径を大きく設計す
る。ばたつきは保持器の外径とトラクション面の接触を
引き起こし、高い動力を伝達しているトラクション面の
破損を引き起こす。約15mmの転動体を使用した確認
実験では、0.1mm以下の隙間では保持器が短時間で
破損し、0.9mm以上では転動体に顕著な傷が認めら
れた。従って、ポケットと転動体の玉径の0.6〜6.
0%が好ましい。
面に基づいて説明する。
1は保持器を示し、(a)は平面図、(b)は縦断側面
図、図2はポケットを拡大して示し、(a)は転動体の
運動を示す図、(b)はポケットの断面図である。
のパワーローラ軸受としてのスラスト転がり軸受7は、
組立工程において検査や搬送を楽にし製作コストを下げ
るために、中間工程において転動体8と保持器9をサブ
アッシーとして取り扱う。このため、保持器9の位置決
めを転動体8により行う所謂「玉案内方式」を採用して
いる。この方式は、内外輪に対し滑り案内面を持たない
で、動トルク損失を下げる。これは高い動力伝達効率を
要求されるトロイダル型無段変速機では特に重要なこと
である。
と転動体8とのポケット隙間が重要であり、大きすぎて
も小さすぎてもいけない。特にトロイダル型無段変速機
のパワーローラ軸受では、通常のスラスト玉軸受とは異
なる力が作用し、隙間の設定は一般の軸受と異なる。
公転速度差により保持器9にかかる力が増大傾向とな
り、応力振幅が大きくなって保持器9は繰り返し応力疲
労による破損にいたる。隙間が大きすぎると、回転中に
保持器9がばたつくことになり、保持器9と転動体8の
衝突力は増大して保持器9の破損や転動体8の剥離等が
発生する。
ション面と干渉しない範囲で外径を大きく設計する。ば
たつきは保持器9の外径とトラクション面の接触を引き
起こし、高い動力を伝達しているトラクション面の破損
を引き起こす。約15mmの転動体8を使用した確認実
験では、0.1mm以下の隙間では保持器9が短時間で
破損し、0.9mm以上では転動体8に顕著な傷が認め
られた。従って、ポケット11と転動体8との隙間が転
動体8の玉径の0.6〜6.0%が好ましい。
機に特有の力が加わる。また、保持器9の内外径寸法に
は他部品との干渉からくる制約があるので、半径方向の
肉厚の増大は転動体8が小さくなることを意味する。転
動体8が小さいと軸受の負荷容量が下がり、自動車用と
して十分な耐久力が得られない。そこで、保持器9の半
径方向の肉厚(図1に示すt1 ,t2 )を転動体8
の玉径の約10%以上とすることで、軸受軌道面の耐久
性を保ちつつ、保持器9の破損を防ぐことができる。な
お、保持器9をHBSC1などの高強度の材料が使える
ときは7%程度でも使用できる。
は当然一致するが、この保持器9は玉案内方式であるた
め、精度が必要であり、軌道輪のPCDに対して0.1
mm以下の誤差に設定している。さらに、保持器9の表
面粗さは、ある程度の平滑面でなければ転動体8や内外
輪との接触時に破損の原因となるため、転動体8や内外
輪と接触する部分は6.3Ra以下の粗さにしている。
ケット11は転動体8が転がり出ないようになってお
り、ポケット11の穴形状は円筒部11xと球面11r
の組合せであり、球面11r側に転動体8が嵌合して転
動体8の転がり出るのを防止し、反対側はかしめ等の加
工により転動体8の脱落を防止している。なお、この場
合、かしめ加工は転動体8の運動を拘束しないように、
かしめた状態で転動体8が若干保持器9の軸方向に動く
ことが重要であり、転動体8が保持器9の端面から出っ
張る量aは、内外輪に形成した軌道溝の深さよりも大き
くなっている。なお、図2において、上側のaは転動体
8が上に寄ったときを示し、下側のaは転動体8が下に
寄ったときを示す。
20〜40%程度であり、保持器9の軸方向の肉厚h
は、転動体8の玉径の30〜60%程度、保持器9と内
外輪の間にはそれぞれ隙間が必要であり、1mmに設定
している。
02の高力黄銅などの材料を用いる。少なくとも400
N/mm2 以上の引張り強さを持ち、衝突時に転動体
8や内外輪に比べて柔らかい鉄板でもよい。
ポケット13は長穴であり、保持器9の半径方向の長さ
より、円周方向の長さの方が長く、その比は1.03以
上としている。ポケット13を円周方向の長穴とするこ
とで、転動体8がポケット13の端面を押す力が小さく
なり、保持器9にかかる力も小さくなって保持器9の破
損を防止できる。転動体8は保持器9に対して速く公転
するだけでなく、180度反対位置では保持器9より公
転速度が遅くなる部分もあり、転動体8は長穴からなる
ポケット13の長手方向に行き来しながら回転する。
する転動体8が保持器9を押す力を示している。長穴比
が大きくなると荷重は下がる。特に、半径方向の長さよ
り、円周方向の長さを1.03以上では長穴比の増大に
対して荷重は下がり量(傾き)は小さくなっており、
1.03以上とすれば、十分な効果が発揮することが解
る。長穴比を大きくしすぎると、保持器9、ポケット1
3間が細くなり、強度が落ちて破損に至り、実験によれ
ば、ポケット13相互間は少なくともポケット13の短
径(保持器の半径方向の長さ)の0.1倍より太くない
と破損する。
13を保持器9の円周方向に長い長穴としたが、ポケッ
ト9を真円としてもよい。しかし、この場合は、転動体
8の円周方向のずれ量を考慮してポケット13の径を転
動体8の玉径よりも大きくする必要がある。その大きさ
は、少なくとも玉径の1.03倍以上必要である。この
ときは、保持器9が転動体8で案内されないため、保持
器9がばたついてその衝撃で破損に至る可能性がある。
これを防止するために、図5に示すように、保持器9の
内径9aを変位軸5で案内して保持器9のばたつきを抑
えることで解消される。
よれば、保持器を、円輪状の主体と、それぞれがこの主
体と直径方向中間部に設けられ転動体を転動自在に保持
する複数のポケットとからなり、前記ポケットと転動体
の隙間が、該転動体の玉径の0.6〜6.0%としたこ
とを特徴とする。従って、保持器として必要な強度を持
ち、最適に転動体を案内でき、耐久性を向上できるとい
う効果がある。
持器の平面図、(b)は縦断側面図。
の動きを示す図、(b)は縦断側面図。
持器の平面図、(b)は縦断側面図、(c)はポケット
を拡大した平面図。
る転動体が保持器を押す力を示すグラフ。
速機のスラスト転がり軸受を示す縦断側面図。
よってその転動体の位置が円周方向にずれる、ずれ量を
示すグラフ。
り軸受及び潤滑装置を示す縦断側面図。
説明図。
の力を示す説明図。
度を示す説明図。
の接触荷重を示す説明図。
Claims (1)
- 【請求項1】 回転軸と、この回転軸の周囲にそれぞれ
回転自在に支持され、それぞれの内周面同士を互いに対
向させた第1と第2のディスクと、前記第1と第2のデ
ィスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心とし
て揺動するトラニオンと、このトラニオンに設けられた
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と第2のディスクの間に挟持されたパワ
ーローラと、このパワーローラと前記トラニオンとの間
に設けられ、このパワーローラに加わるスラスト方向の
荷重を支承するスラスト転がり軸受とを備え、前記第1
及び第2のディスクの内周面はそれぞれ断面が円弧形の
凹面であり、前記パワーローラの周面は球面状の凸面で
あり、この周面と前記内周面とが互いに当接しており、
前記スラスト転がり軸受は、複数の転動体と、この複数
の転動体を転動自在に保持する保持器を備えたトロイダ
ル型無段変速機において、 前記保持器は、円輪状の主体と、それぞれがこの主体と
直径方向中間部に設けられ前記転動体を転動自在に保持
する複数のポケットとからなり、前記ポケットと転動体
の隙間が、該転動体の玉径の0.6〜6.0%であるこ
とを特徴とするトロイダル型無段変速機。
Priority Applications (3)
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JP11175392A JP2001004003A (ja) | 1999-06-22 | 1999-06-22 | トロイダル型無段変速機 |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP11175392A JP2001004003A (ja) | 1999-06-22 | 1999-06-22 | トロイダル型無段変速機 |
Publications (2)
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JP2001004003A true JP2001004003A (ja) | 2001-01-09 |
JP2001004003A5 JP2001004003A5 (ja) | 2005-09-02 |
Family
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Family Applications (1)
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JP11175392A Pending JP2001004003A (ja) | 1999-04-26 | 1999-06-22 | トロイダル型無段変速機 |
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