JP2001248702A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

トロイダル型無段変速機

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JP2001248702A
JP2001248702A JP2000059163A JP2000059163A JP2001248702A JP 2001248702 A JP2001248702 A JP 2001248702A JP 2000059163 A JP2000059163 A JP 2000059163A JP 2000059163 A JP2000059163 A JP 2000059163A JP 2001248702 A JP2001248702 A JP 2001248702A
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continuously variable
variable transmission
trunnion
thrust
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JP2000059163A
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Hiromichi Takemura
浩道 武村
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NSK Ltd
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H15/00Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members
    • F16H15/02Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members without members having orbital motion
    • F16H15/04Gearings providing a continuous range of gear ratios
    • F16H15/06Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B
    • F16H15/32Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line
    • F16H15/36Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line with concave friction surface, e.g. a hollow toroid surface
    • F16H15/38Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line with concave friction surface, e.g. a hollow toroid surface with two members B having hollow toroid surfaces opposite to each other, the member or members A being adjustably mounted between the surfaces

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量で、しかもパワーローラを支持する為の
スラスト玉軸受の構成部品の転がり疲れ寿命を確保でき
る構造を実現する。 【解決手段】 トラニオン6を構成する支持板部7の断
面積をSとし、長さをLとし、断面係数をZとする。
(S・L)/Zを10〜35、好ましくは15〜30の
範囲に規制する。この結果、上記スラスト玉軸受を構成
する玉の荷重を均一化して、上記課題を解決できる。

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、例えば自動車用の自動変速機の変速ユニ
ットとして、或は各種産業機械用の変速機として、それ
ぞれ利用する。
【0002】
【従来の技術】自動車用変速機として、図3〜4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、一部
で実施されている。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と同心に第一のディスクである入力側ディ
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、第二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、上記入力軸1並びに出力軸3に対し
て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】即ち、上記各トラニオン6は、図5に示す
様に、支持板部7の長さ方向(図5の左右方向)両端部
に1対の折れ曲がり壁部8、8を、この支持板部7の内
側面側(図5の下側)に折れ曲がる状態で形成してい
る。そして、上記各折れ曲がり壁部8、8の外側面(上
記支持板部7と反対側の面)に上記各枢軸5、5を、互
いに同心に設けている。又、上記支持板部7の中間部に
は、次述する変位軸9の基半部を支持する為の円孔10
を形成している。
【0004】それぞれがこの様な構成を有する各トラニ
オン6、6を構成する支持板部7の中間部に形成した上
記円孔10には、変位軸9の基半部を支持している。そ
して、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、これら各トラニオン6、
6の中間部に支持した変位軸9の傾斜角度の調節を自在
としている。又、これら各トラニオン6、6にそれぞれ
の基半部を支持された変位軸9のうちで、これら各トラ
ニオン6、6の内側面から突出した先半部の周囲に、そ
れぞれパワーローラ11を回転自在に支持している。そ
して、各パワーローラ11を、前記入力側、出力側両デ
ィスク2、4の間に挟持している。
【0005】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を中心とする円弧若しくはこの様な円弧に近
い曲線を回転させて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11、11の
周面11a、11aを、上記各内側面2a、4aに当接
させている。
【0006】前記入力軸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12を設け、この押
圧装置12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。上記押圧装置
12は、前記入力軸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とから構成している。そして、上記カム板
13の片側面(図3〜4の左側面)には、円周方向に亙
る凹凸面であるカム面16を形成し、前記入力側ディス
ク2の外側面(図3〜4の右側面)にも、同様のカム面
17を形成している。そして、上記複数個のローラ1
5、15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。
【0007】上述の様に構成するトロイダル型無段変速
機の使用時、上記入力軸1の回転に伴ってカム板13が
回転すると、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の外側面に設けたカム面17
に押圧される。この結果、前記入力側ディスク2が、前
記複数のパワーローラ11、11に押圧されると同時
に、前記1対のカム面16、17と複数個のローラ1
5、15の転動面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11、11を介して
前記出力側ディスク4に伝達され、この出力側ディスク
4に固定の出力軸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、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11、11の周面11a、
11aが図3に示す様に、入力側ディスク2の内側面2
a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9、9
を傾斜させる。
【0009】反対に、増速を行なう場合には、上記各ト
ラニオン6、6を揺動させ、上記各パワーローラ11、
11の周面11a、11aが図4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、中間の変速比を得られる。
【0010】更に、図6〜7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
とは円管状の入力軸18の周囲に、それぞれニードル軸
受19、19を介して、回転及び軸方向の変位自在に支
持している。又、ローディングカム型の押圧装置12を
構成する為のカム板13は上記入力軸18の端部(図6
の左端部)外周面にスプライン係合し、鍔部20によっ
て上記入力側ディスク2から離れる方向への移動を阻止
されている。又、上記出力側ディスク4には出力歯車2
1を、キー22、22により結合し、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様にしてい
る。
【0011】それぞれが前述の図5に示す様な構成を有
する1対のトラニオン6、6の両端部は、それぞれ1対
の支持板23、23に、揺動並びに軸方向(図6の表裏
方向、図7の左右方向)の変位自在に支持している。そ
して、上記各トラニオン6、6を構成する支持板部7の
中間部に形成した円孔10部分に、基半部と先半部とを
互いに平行で且つ偏心させた、変位軸9の基半部を、回
転自在に支持している。又、上記各支持板部7の内側面
から突出した、上記各変位軸9の先半部の周囲にパワー
ローラ11を、回転自在に支持している。
【0012】尚、上記1対のトラニオン6、6毎に設け
た1対の変位軸9、9は、上記入力軸18に関し、18
0度反対側位置に設けている。又、これら各変位軸9、
9の先半部が基半部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の回転方向に関して同方
向(図7で左右逆方向)としている。又、偏心方向は、
前記入力軸18の配設方向に対してほぼ直行する方向と
している。従って前記各パワーローラ11、11は、上
記入力軸18の配設方向に若干の変位自在に支持され
る。この結果、前記押圧装置12が発生するスラスト荷
重に基づく構成各部材の弾性変形等に起因して、上記各
パワーローラ11、11が上記入力軸18の軸方向に変
位する傾向となった場合でも、構成各部材に無理な力を
加える事なく、この変位を吸収できる。
【0013】又、上記各パワーローラ11、11の外側
面と上記各トラニオン6、6を構成する支持板部7の中
間部内側面との間には、上記パワーローラ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とを設けている。こ
のうちのスラスト玉軸受24は、上記各パワーローラ1
1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。この様
なスラスト玉軸受24はそれぞれ、複数個ずつの玉2
6、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
している。又、上記各スラスト玉軸受24の内輪軌道は
上記各パワーローラ11の外側面に、外輪軌道は上記各
外輪28の内側面に、それぞれ形成している。
【0014】又、上記スラストニードル軸受25は、上
記各トラニオン6、6を構成する支持板部7の内側面と
上記外輪28の外側面との間に挟持している。この様な
スラストニードル軸受25は、上記各パワーローラ11
から上記各外輪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及び外輪28が、前記各
変位軸9の基半部を中心として揺動変位する事を許容す
る。
【0015】更に、上記各トラニオン6、6の一端部
(図7の左端部)にはそれぞれ駆動ロッド29を結合
し、各駆動ロッド29の中間部外周面に駆動ピストン3
0を固設している。そして、これら各駆動ピストン30
を、それぞれ駆動シリンダ31内に油密に嵌装してい
る。
【0016】上述の様に構成する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、1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。
【0017】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、上記1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の変位に伴って前記1対のトラニオン6、
6が、互いに逆方向に変位し、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。この結果、
これら各パワーローラ11、11の周面11a、11a
と前記入力側ディスク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前記
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。
【0018】この結果、前述の図3〜4に示した様に、
上記各パワーローラ11、11の周面11a、11aと
上記各内側面2a、4aとの当接位置が変化し、前記入
力軸18と出力歯車21との間の回転速度比が変化す
る。この様にしてこれら入力軸18と出力歯車21との
間で伝達するトルクが変動し、構成各部材の弾性変形量
が変化すると、上記各パワーローラ11、11及びこれ
ら各パワーローラ11に付属の外輪28が、前記各変位
軸9の基半部を中心として僅かに回動する。これら各外
輪28の外側面と上記各トラニオン6を構成する支持板
部7の内側面との間には、前記各スラストニードル軸受
25が存在する為、上記回動は円滑に行なわれる。従っ
て、上述の様に各変位軸9、9の傾斜角度を変化させる
為の力が小さくて済む。
【0019】上述の様なトロイダル型無段変速機の運転
時に、上記各トラニオン6、6の内側面側に回転自在に
支持されたパワーローラ11には、入力側、出力側、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2
4及びスラストニードル軸受25を介して上記各トラニ
オン6を構成する支持板部7の内側面に伝達される。従
って、トロイダル型無段変速機の運転時に上記各トラニ
オン6、6は、図5に鎖線で誇張して示す様に、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。
【0020】そして、この弾性変形量が多くなると、上
記スラスト玉軸受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。即ち、上記各ト
ラニオン6の弾性変形の結果、これら各トラニオン6の
内側面と上記各パワーローラ11の外側面との距離が不
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。
【0021】この様な原因での転動面及び軌道面の疲れ
寿命の低下を防止する為に、特開平7−229546号
公報には、図8に示す様に、トラニオン6を構成する支
持板部7の断面形状を、内側面側(図8の上側)を長辺
とし、外側面側(図8の下側)を短辺とする等脚台形と
する技術が記載されている。そして、この外側面側の長
辺の長さ寸法を2Rとした場合に、上記内側面側の短辺
の長さ寸法を2・R/√3とし、上記長辺と短辺との間
隔、即ちこれら両辺同士を結ぶ線分の長さを√(2/
3)・Rにするとしている。
【0022】この様に断面形状が等脚台形である支持板
部7の場合、その断面係数Zは0.188・R3 、断面
積Sは1.29R2 、となる。そして、これら断面係数
Zと断面積Sとの比Z/Sは0.146Rとなる。この
数値(0.146R)は、断面形状が半円形又は長方形
である場合に比べて大きい。従って、図7に示す様な断
面形状を有する支持板部7は、比較的小さな断面積、言
い換えれば比較的軽量であるにも拘らず、十分な断面係
数を得て、曲げ剛性の大きなトラニオン6を実現でき
る。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】上述した実開平7−2
29546号公報に記載された技術は、限られた条件の
下でトラニオン6の弾性変形を抑える面からは優れてい
る。但し、前述した転動面及び軌道面の疲れ寿命を確保
する事を考慮した場合、必ずしも上記トラニオン6の弾
性変形を少なくするだけでは十分な効果を得られない可
能性がある事が、その後の研究により分かった。
【0024】即ち、上記トラニオン6を構成する支持板
部7の変形を完全に抑え(支持板部7が全く変形しない
様にし)ても、この支持板部7の内側面と対向する、ス
ラスト玉軸受24を構成する外輪28が円周方向に関し
て不均一に弾性変形する事は避けられない。この理由
は、次の通りである。即ち、トロイダル型無段変速機の
運転時に、上記スラスト玉軸受24の内輪として機能す
るパワーローラ11には、入力側、出力側両ディスク
2、4の内側面2a、4aとの当接部である、直径方向
反対側2個所位置から、大きなスラスト荷重及びラジア
ル荷重が加わる。従って、上記パワーローラ11から上
記スラスト玉軸受24を構成する複数個の玉26、26
に加わるスラスト荷重は、円周方向に関して不均一にな
る。
【0025】一方、上記外輪28の軸方向に関する厚さ
は、軽量化を考慮した場合にはあまり大きくできない。
従って、トロイダル型無段変速機の運転時に上記外輪2
8は、円周方向に関して不均一に弾性変形する傾向にな
り、その結果、上記支持板部7の剛性によっては、一部
の玉26、26の転動面と相手軌道面との接触圧が過大
になる可能性がある。この点に就いて、図2により説明
する。尚、図2(A)〜(D)は、トラニオン6の支持
板部7とスラスト玉軸受24を構成する外輪28との関
係を、これら両部材7、28同士の間に存在するスラス
トニードル軸受25(図6〜7)を省略した状態で、模
式的に示している。
【0026】上記パワーローラ11にスラスト荷重が加
わらず、或は円周方向に関して均等にスラスト荷重が加
わる結果、上記支持板部7と外輪28とが何れも変形し
ていない状態では、図2(A)に示す様に、これら支持
板部7の内側面と外輪28の外側面とは互いに平行であ
る。これに対して、上記パワーローラ11から上記各玉
26、26に加わるスラスト荷重が、円周方向に関して
不均一になると、上記外輪28が、図2(B)(C)或
は(D)に示す様に弾性変形する。
【0027】この様に外輪28が弾性変形する場合に、
上記支持板部7の剛性が高いと、図2(B)に示す様
に、この外輪28のみが弾性変形して上記支持板部7が
弾性変形しないか、或は外輪28の弾性変形量に比べて
支持板部7の弾性変形量が著しく小さくなる傾向にな
る。この様な場合には、上記各玉26、26の転動面
と、上記パワーローラ11の外側面に設けた内輪軌道及
び上記外輪28の内側面に設けた外輪軌道との当接部の
面圧が一部で過大となり、上記転動面及び各軌道の転が
り疲れ寿命が著しく損なわれる可能性がある。
【0028】上記パワーローラ11から上記各玉26、
26に加わるスラスト荷重が、円周方向に関して不均一
である場合にも、上記各玉26、26の転動面と上記各
軌道との当接部の面圧を均一にし、これら転動面及び各
軌道の転がり疲れ寿命を確保する為には、図2(C)又
は(D)に示す様に、支持板部7を外輪28と同方向に
弾性変形させる事が考えられる。例えば、上記外輪28
に加わるスラスト荷重が、上記支持板部7の幅方向(図
2の左右方向)に関して両側部分で大きく中央部で小さ
い場合には、上記支持板部7の剛性を幅方向両側部分で
弱くする事により、図2(C)に示す様にこの支持板部
7を、上記外輪28に合わせて弾性変形させる事によ
り、上記転がり疲れ寿命の確保を図れる。又、上記外輪
28に加わるスラスト荷重が、上記支持板部7の幅方向
に関して中央部分で大きく両側部分で小さい場合には、
上記支持板部7の剛性を幅方向中央部分で弱くする事に
より、図2(D)に示す様にこの支持板部7を、上記外
輪28に合わせて弾性変形させる事により、上記転がり
疲れ寿命の確保を図れる。
【0029】更に、上述の様な支持板部7と外輪28と
の弾性変形は、この支持板部7の幅方向だけでなく、長
さ方向に関しても考慮しなければならない。即ち、トロ
イダル型無段変速機の運転時に上記支持板部7は、前述
の図5に鎖線で示した様に、内側面の長さ方向中央部が
凹面となる方向に弾性変形する。従って、上記各玉2
6、26の転動面と上記各軌道との当接部の面圧を均一
にする為には、上記長さ方向に関する弾性変形も考慮す
る必要がある。本発明は、この様な事情に鑑みて、トラ
ニオンを構成する支持板部の断面形状と長さとの関係を
規定し、この支持板部を適切に弾性変形させて、上記ス
ラスト玉軸受24を構成する各玉26、26の転動面と
各軌道との当接部の面圧を極力均一にできる構造を実現
するものである。
【0030】
【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、前述した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、互いの内側面同士を対向させた
状態で、互いに同心に、且つ回転自在に支持された第
一、第二のディスクと、これら第一、第二のディスクの
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、このトラニオンを構成する支持板部の
中間部に、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、上記第一、第二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外側面に添
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
するスラスト転がり軸受とを備える。そして、上記トラ
ニオンは、上記支持板部の長さ方向両端部に1対の折れ
曲がり壁部を、この支持板部の内側面側に折れ曲がる状
態で形成し、これら各折れ曲がり壁部の外側面に上記各
枢軸を、互いに同心に設けたものである。特に、本発明
のトロイダル型無段変速機に於いては、上記支持板部の
断面積をSとし、この支持板部のうちで上記1対の折れ
曲がり壁部の内側面同士の間に存在する部分の長さをL
とし、上記支持板部の断面係数をZとした場合に、(S
・L)/Zが10〜35(更に好ましくは15〜30)
である。
【0031】
【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、前述した従来のトロイダル型無段変
速機と同様の作用により、第一、第二の両ディスク同士
の間で回転力の伝達を行ない、又、これら両ディスクの
回転速度の比を調節する。特に、本発明のトロイダル型
無段変速機の場合には、各トラニオンを構成する支持板
部の断面積Sとこの支持板部の長さLとの積S・Lと、
この支持板部の断面係数Zとの比(S・L)/Zを適正
範囲に規制した事により、パワーローラの回転を許容す
る為のスラスト転がり軸受の構成各部材の転がり疲れ寿
命を確保できる。即ち、本発明のトロイダル型無段変速
機の場合には、上記比(S・L)/Zを10〜35(更
に好ましくは15〜30)の範囲に規制する事により、
上記支持板部を、上記スラスト転がり軸受を構成する外
輪が受けるスラスト荷重に応じて弾性変形させる。この
為、このスラスト転がり軸受を構成する複数の転動体
と、パワーローラの外側面に設けた内輪軌道及び外輪の
内側面に設けた外輪軌道との当接部の面圧に、上記各転
動体毎に大きな差が生じない様にできる。この為、これ
ら各転動体の転動面と上記内輪軌道及び外輪軌道の転が
り疲れ寿命の確保を図れる。
【0032】
【実施例】本発明の効果を確認する為に、本発明者が行
なった実験に就いて説明する。尚、本発明の特徴は、ト
ロイダル型無段変速機に組み込むトラニオン6を構成す
る支持板部7の形状及び寸法を工夫する事により、この
支持板部7の内側面とパワーローラ11との間に設ける
スラスト玉軸受24(図6〜7参照)の構成部材の転が
り疲れ寿命を確保する点にある。その他の部分の構造及
び作用に就いては、例えば前述の図6〜7に示したもの
を含む従来構造と同様であるから、重複する図示並びに
説明は省略し、以下、本発明の特徴部分を中心に説明す
る。
【0033】上記実験に使用するトラニオン6は、図1
(A)に示す様に、上記支持板部7の長さ方向{図1
(A)の左右方向}両端部に1対の折れ曲がり壁部8、
8を、上記支持板部7の内側面側{図1(A)の上側}
に折れ曲がる状態で形成している。そして、上記各折れ
曲がり壁部8、8の外側面に枢軸5、5を、互いに同心
に設けている。又、上記支持板部7の断面形状は、内側
面側{図1(B)の上側}を長さがaである長辺32と
し、外側面側{図1(B)の下側}を長さがbである短
辺33とし、高さがhである等脚台形としている。実験
は、上記長辺32の長さa、短辺33の長さb、高さ
h、並びに上記支持板部7自体の長さL{図1(A)}
の組み合わせを次の表1に示す様に変え、それぞれに就
いて図6〜7に示す様な、入力側ディスク2と出力側デ
ィスク4とをそれぞれ1個ずつ有する、所謂シングルキ
ャビティ型のトロイダル型無段変速機に組み込み、上記
スラスト玉軸受24の耐久性を求めた。
【0034】
【表1】
【0035】上記表1に示した条件から、支持板部7の
断面積S、重心周りの断面二次モーメントIX 、重心位
置e、断面係数Z、断面積Sと長さLとの積S・Lと断
面係数Zとの比(S・L)/Zを求めると、次の表2の
様になる。
【0036】
【表2】
【0037】試験条件は、次の通りである。 入力軸18の回転速度 :4000min-1 (r.p.m.) 入力トルク : 370N・m(≒37.8kg・m) 使用オイル : 合成潤滑油 オイル温度 : 100℃ 尚、この条件は、入力トルクの面から見た場合に、シン
グルキャビティ型のトロイダル型無段変速機としては過
酷で、加速試験に相当するものである。即ち、上記の様
な大きなトルクを伝達するトロイダル型無段変速機は、
一般的には、入力側ディスクと出力側ディスクとを2個
ずつ、動力の伝達方向に関して互いに並列に配置した、
所謂ダブルキャビティ型とする。
【0038】この様な条件で行なった実験の結果を、次
の表3に示す。尚、実験は100時間経過した時点で終
了した。表3で寿命時間が100時間以上であるとは、
終了時点でスラスト玉軸受24の構成部材に損傷が発生
していなかった事を示す。又、外輪剥離とは、このスラ
スト玉軸受24を構成する外輪28の内側面に形成した
外輪軌道に剥離が生じた事を示している。更に、外輪2
8の変形状態を表す符号B〜Dとは、この外輪28とト
ラニオン6の支持板部7との弾性変形の状態が、前述の
図2(B)〜(D)の何れかに対応するものである事を
示している。
【0039】
【表3】
【0040】上述の様な条件で行なった実験の結果を示
す、この表3の記載から、次の事が分かる。先ず、本発
明に属し、断面積Sと長さLとの積S・Lと、断面係数
Zとの比(S×L)/Zが、16.0〜29.1の範囲
である実施例1〜4は、前記スラスト玉軸受24を構成
する外輪28をバックアップするトラニオン6の支持板
部7が、図2(C)の様に、トロイダル型無段変速機の
運転時に生じるパワーローラ11の弾性変形の方向と同
じ方向に変形する。そして、上記スラスト玉軸受24を
構成する複数個の玉26、26の荷重分布がほぼ均一と
なり、局所的な過大荷重を防止できる。この結果、上記
実施例1〜4は、何れも、100時間経過した時点でも
剥離を生じなかった。この事から、上記比(S×L)/
Zを15〜30の範囲に規制すれば、上記スラスト玉軸
受24の耐久性を十分に確保できる事が分かる。
【0041】次に、トラニオン6の支持板部7の長さL
が長く、断面積Sと長さLとの積S・Lと、断面係数Z
との比(S×L)/Zが、34.6と少し大きい、実施
例5の場合には、図2(D)の様にトラニオン6の支持
板部7が変形する傾向になる。この為、上記スラスト玉
軸受24を構成する外輪28も同じ方向に少し弾性変形
する傾向になり、このスラスト玉軸受24を構成する複
数個の玉26、26の荷重分布が多少不均一になる。こ
の結果、上記外輪28の内側面に形成した外輪軌道に、
71時間で剥離を生じた。
【0042】又、実施例6は、トラニオン6の支持板部
7の剛性を高めた為、断面積Sと長さLとの積S・L
と、断面係数Zとの比(S×L)/Zが、10.0と、
少し小さくなり、図2(B)の様に、上記スラスト玉軸
受24を構成する外輪28のみが弾性変形する傾向にな
る。但し、この場合でも、上記支持板部7が少しは弾性
変形する。この為、このスラスト玉軸受24を構成する
複数個の玉26、26の荷重分布が多少不均一になる。
この結果、上記外輪28の内側面に形成した外輪軌道
に、84時間で剥離を生じた。しかしながら、実施例
5、6に就いても、次述する、比較例1〜4と比較した
場合には、3倍以上寿命が向上している。この事から、
上記比(S×L)/Zを10〜35の範囲に規制すれ
ば、上記スラスト玉軸受24の寿命を、従来に比べて長
くできる事がわかる。
【0043】一方、断面積Sと長さLとの積S・Lと、
断面係数Zとの比(S×L)/Zが、48.6、36.
7と大きい、比較例1、3の場合には、トラニオン6を
構成する支持板部7が、図2(D)の様に、内側面の幅
方向中央部が凹面となる方向に弾性変形し易く、弾性変
形量は大きくなる。この為、上記スラスト玉軸受24を
構成する外輪28も同じ方向に大きく弾性変形する傾向
になり、このスラスト玉軸受24を構成する複数個の玉
26、26の荷重分布が著しく不均一になる。この結
果、上記外輪28の内側面に形成した外輪軌道に、8時
間、12時間で剥離を生じた。
【0044】更に、断面積Sと長さLとの積S・Lと、
断面係数Zとの比(S×L)/Zが、9.7、9.0と
小さい比較例2、4の場合には、トラニオン6を構成す
る支持板部7の剛性が高い為、この支持板部7が殆ど変
形しない。この為、トロイダル型無段変速機の運転時に
パワーローラ11の直径方向反対側2個所位置に作用す
る荷重に基づくスラスト荷重により、スラスト玉軸受2
4を構成する外輪28が図2(B)の様に変形した場合
に、このスラスト玉軸受24を構成する複数個の玉2
6、26の荷重分布が著しく不均一になる。この結果、
上記外輪28の内側面に形成した外輪軌道に、23時
間、19時間で剥離を生じた。
【0045】以上の結果から明らかな通り、断面積Sと
長さLとの積S・Lと、断面係数Zとの比(S×L)/
Zを、10〜35、更に好ましくは15〜30の範囲に
規制する事により、比較的軽量であるにも拘らず、十分
な断面係数を有して曲げ剛性の大きなトラニオン6を得
られ、しかもこのトラニオン6を適切に弾性変形させる
事により、パワーローラ11を支持する為のスラスト玉
軸受24を構成する玉26、26の荷重分布を均一にで
きる。そして、このスラスト玉軸受24の耐久性向上を
図れる。
【0046】
【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為、軽量且つ耐久性の
優れた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】トラニオンの基本構成を示しており、(A)は
略側面図、(B)は(A)のX−X断面図。
【図2】トラニオンの変形状態の4例を示す、図1
(B)と同方向から見た断面図。
【図3】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、最大減速時の状態で示す側面図。
【図4】同じく最大増速時の状態で示す側面図。
【図5】トラニオンの具体的形状を示す断面図。
【図6】従来の具体的構造の1例を示す断面図。
【図7】図6のY−Y断面図。
【図8】トラニオンの好ましい断面形状の1例を示す、
図1(B)と同様の図。
【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 支持板部 8 折れ曲がり部 9 変位軸 10 円孔 11 パワーローラ 12 押圧装置 13 カム板 14 保持器 15 ローラ 16 カム面 17 カム面 18 入力軸 19 ニードル軸受 20 鍔部 21 出力歯車 22 キー 23 支持板 24 スラスト玉軸受 25 スラストニードル軸受 26 玉 27 保持器 28 外輪 29 駆動ロッド 30 駆動ピストン 31 駆動シリンダ 32 長辺 33 短辺

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いの内側面同士を対向させた状態で、
    互いに同心に、且つ回転自在に支持された第一、第二の
    ディスクと、これら第一、第二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、このトラニオンを構成する支持板部の中間部に、
    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、上記第一、第二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外側面に添設して設け
    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スラス
    ト転がり軸受とを備え、上記トラニオンは、上記支持板
    部の長さ方向両端部に1対の折れ曲がり壁部を、この支
    持板部の内側面側に折れ曲がる状態で形成し、これら各
    折れ曲がり壁部の外側面に上記各枢軸を、互いに同心に
    設けたものであるトロイダル型無段変速機に於いて、上
    記支持板部の断面積をSとし、この支持板部のうちで上
    記1対の折れ曲がり壁部の内側面同士の間に存在する部
    分の長さをLとし、上記支持板部の断面係数をZとした
    場合に、(S・L)/Zが10〜35である事を特徴と
    するトロイダル型無段変速機。
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