JP2002089644A

JP2002089644A - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP2002089644A
Application number: JP2001062696A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Oshitari; 俊一忍足; Jun Watanabe; 純渡辺; Hirotaka Chiba; 啓貴千葉; Toshikazu Nanbu; 俊和南部; Makoto Kano; 眞加納
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2002-03-27
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: EP1167819B1; DE60136887D1; JP3736619B2; US6527667B2; US20020002098A1; EP1167819A2; EP1167819A3

Abstract

(57)【要約】【課題】入力ディスクと出力ディスクの間にパワーロ
ーラを介装したトロイダル型無段変速機において、パワ
ーローラの転動面が平滑である従来では、転動速度が速
い運転条件下においてディスクとパワーローラとの間の
油膜が過度に厚くなり、トラクション係数が低下すると
いう問題点があった。【解決手段】ディスク１，２およびパワーローラ３の
少なくとも一方の転動面１ａ〜３ａの表面粗さを転動面
の回転軸（Ａ，Ｂ）方向に異ならせたトロイダル型無段
変速機とし、周速画速くなる部分での油膜の増大を防止
して、高いトラクション係数を維持し得るものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車の変
速機に用いられるトロイダル型無段変速機に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】トロイダル型無段変速機は、大径側から
小径側に向けて直径が漸次減少する入力ディスクと同じ
く大径側から小径側に向けて直径が漸次減少する出力デ
ィスクとを互いに小径側を対向させて同軸状に配置する
と共に、両ディスクの間に複数のパワーローラを介装し
た構造になっている。両ディスクとパワーローラの間に
はトラクションオイルが介在している。そして、入力デ
ィスクの回転を各パワーローラを介して出力ディスクに
伝達し、この際、各パワーローラを傾動させて両ディス
クの大径側と小径側の間でパワーローラの接触位置を変
化させることにより、変速比を無段階的に変化させる。

【０００３】このようなトロイダル型無段変速機として
は、例えば特開平１１−１４８５４２号公報に記載され
たものがある。同公報の技術では、パワーローラの転動
面を超仕上げ加工して粗さが０．０５Ｒａ以下の平滑面
とすることにより、スピンによる発熱がもたらす油膜の
形成性の低下や、油膜の形成不良による耐久性の低下を
防止するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したよ
うな従来のトロイダル型無段変速機にあっては、パワー
ローラの転動面を粗さ０．０５Ｒａ以下の平滑面として
いたため、とくに転動速度の速い運転条件下において、
ディスクとパワーローラの間に過度に厚い油膜が形成さ
れてトラクション係数が低下するという問題点があっ
た。

【０００５】ところで、パワーローラは、変速比にかか
わらずディスクに対してほぼ一定幅の周面が接触してい
る。これに対して、ディスクは、変速比によってパワー
ローラとの接触位置が大径側と小径側の間で変化し、入
力回転数は同じでも周速が変化する。また、油膜の厚さ
の変化は、荷重（変速機の場合はトルク）の変化には鈍
感であるが、周速や温度には敏感であることが知られて
いる。これは、Ｈａｍｒｏｃｋ−Ｄｏｗｓｏｎの膜厚計
算式により明らかである。

【０００６】Ｈｍｉｎ＝３．６３Ｕ^0.68 Ｇ^0.49 Ｗ
^−0.073{１−ｅｘｐ(−０．６８ｋ)} Ｕは速度パラメータ（Ｕ＝η０ｕ／ＥＲ）、Ｇは材料パ
ラメータ（Ｇ＝αＥ，α：粘度の圧力係数）、Ｗは荷重
パラメータ（Ｗ＝ｗ／ＥＲ２，ｗ：単位巾あたりの荷
重）である（η０：大気圧下での粘度，Ｒ：等価半径，
ｕ：周速（ｕ１＋ｕ２）／２，Ｅ：等価弾性係数）。

【０００７】ここで、従来の特開平１１−１４８５４２
号公報に記載された技術では、パワーローラの転動面を
０．０５Ｒａ以下の平滑面としており、ディスクの転動
面についてはとくに言及されていないが、耐久性を確保
の観点からディスクの転動面の表面粗さを平滑面の均一
なものにすると、変速のＨＩＧＨ側すなわち入力ディス
クでは大径側、出力ディスクでは小径側のように周速が
高く且つ油膜ができやすい位置において油膜厚さを不要
に増すことになる。また、トラクションオイルが発生す
る剪断力は、簡単には（粘度）×（剪断率）で表され、
油膜を不要に増すことは剪断率を低下させて、トラクシ
ョン係数を低下させるという問題点がある。さらに、温
度が高いとトラクションオイルの粘度が低下し、やはり
トラクション係数を低下させる。したがって、従来にあ
っては、高いトラクション係数を維持するうえで上記問
題点を解決することが課題であった。

【０００８】なお、ディスクとパワーローラの間におい
て、過度に厚い油膜の形成を防止するには、両ディスク
によるパワーローラの挟圧力を増大させることが考えら
れるが、この場合には、材料の強度限界があるため、デ
ィスクやパワーローラを小型化することが非常に困難に
なるほか、変速機内部の軸受け等における損失が増大し
て燃費を悪化させることになる。

【０００９】また、この種のトロイダル型無段変速機で
は、ディスクに対するパワーローラの接触面が楕円形状
を成していて、この接触楕円の中心部は、面圧が高いの
で疲労による剥離が発生しやすく、さらに、パワーロー
ラの傾動方向における接触楕円の両端部は、スピンによ
る滑りが多く、スタート時などのように油膜が薄い状態
において摩耗しやすいという問題点があり、このような
問題点を解決することが耐久性の向上とトラクション係
数向上との両立を図るうえでの課題となっていた。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、上記従来の課題に着目して成
されたもので、入力ディスクと出力ディスクの間にパワ
ーローラを介装したトロイダル型無段変速機において、
ディスクとパワーローラの間に形成される油膜が周速の
変化等で過度に厚くなるような事態を防止し、トラクシ
ョン係数を高く維持することができると共に、耐久性の
向上を実現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している。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係わるトロイダ
ル型無段変速機は、請求項１として、入力ディスクと出
力ディスクの間に回転伝達用のパワーローラを傾動可能
に介装したトロイダル無段変速機において、ディスクお
よびパワーローラの少なくとも一方の転動面の表面粗さ
（微細形状）を転動面の回転軸方向に異ならせた構成と
し、請求項２として、ディスクおよびパワーローラの少
なくとも一方の転動面において、相手側との接触範囲の
みに微細な凹凸を設けた構成とし、請求項３として、パ
ワーローラの転動面に微細な凹凸を設けると共に、ディ
スクとの理論接触位置から回転軸方向の少なくとも一端
側に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増
大させた領域を有する構成とし、請求項４として、入力
ディスクの転動面に微細な凹凸を設けると共に、入力デ
ィスクの小径側から大径側に向けて凹部の深さおよび密
度の少なくとも一方を増大させた構成とし、請求項５と
して、出力ディスクの転動面に微細な凹凸を設けると共
に、出力ディスクの大径側から小径側に向けて凹部の深
さおよび密度の少なくとも一方を増大させた構成とし、
請求項６として、ディスクの転動面において、変速比が
１：１〜１．３：１となるパワーローラとの接触範囲内
に凹凸の深さおよび密度の最大値を有し、その接触位置
から小径側および大径側に向けて凹凸の凹部の深さおよ
び密度の少なくとも一方を減少させた構成とし、請求項
７として、入力ディスクの転動面において、パワーロー
ラとの接触範囲のうちの大径側に、凹凸状の表面微細形
状を形成する凹部を設けた構成とし、請求項８として、
出力ディスクの転動面において、パワーローラとの接触
範囲のうちの小径側に、凹凸状の表面微細形状を形成す
る凹部を設けた構成とし、請求項９として、ディスクの
転動面において、変速比が１：１〜１．３：１となるパ
ワーローラとの接触範囲内に、微細な凹凸のある領域を
設けた構成としており、上記構成をもって従来の課題を
解決するための手段としている。

【００１２】また、本発明に係わるトロイダル型無段変
速機は、転動面の表面微細形状すなわち微細な凹凸に関
して、請求項１０として、表面粗さ計により測定される
断面曲線が凹部と凸部を交互に配列した形状であるとと
もに、断面曲線の中心線よりも上側の凸部の形状が、台
形状、角が丸みを帯びた台形状、角に面取りを施した台
形状、クラウニング形状、楕円弧状、正弦波状、および
頂点が丸みを帯びた三角形状のいずれかであり、微細な
凹凸の最も深い位置における凹部と凸部の高低差が０．
７〜２．５μｍである構成とし、請求項１１として、凹
部の密度が最も高い位置における全体に対する凹部の割
合が１５〜４０％である構成とし、請求項１２として、
隣接する凹部同士の間隔（ピッチ）が４０〜１５０μｍ
である構成とし、請求項１３として、表面粗さ計の縦倍
率と横倍率を等しくして計測した断面曲線における凸部
頂上部の曲率半径が０．８〜１７０ｍｍである構成と
し、請求項１４として、凸部頂上部の表面粗さがＲａ
０．０２μｍ以下である構成とし、請求項１５として、
凹部が転動方向とほぼ平行な螺旋状に連続した溝である
構成とし、請求項１６として、凹部が互いに独立したデ
ィンプルである構成としており、上記の構成をもって従
来の課題を解決するための手段としている。

【００１３】なお、例えば請求項２の構成において、凹
凸状の表面微細形状を形成する凹部には、ディンプルや
溝を採用することができる。

【００１４】

【発明の作用】本発明の請求項１に係わるトロイダル型
無段変速機では、変速の際、ディスクの転動面におい
て、パワーローラの接触位置が大径側と小径側の間すな
わちディスクの回転軸方向に変化し、ディスクとパワー
ローラの間での周速や温度や荷重の変化によって油膜の
厚さが変化する。このとき、周速や温度が高くなる部分
すなわち油膜の厚さが変化する部分がほぼ特定されるこ
とから、その部位に対応してディスクの転動面の表面粗
さを同ディスクの回転軸方向（転動面の回転軸方向）に
異ならせ、例えば該当部位に凹凸状の表面微細形状を形
成することで、油膜が過度に厚くなるような事態を防止
する。

【００１５】また、パワーローラの転動面の表面粗さを
同パワーローラの回転軸方向（転動面の回転軸方向）に
異ならせ、例えば該当部位に凹凸状の表面微細形状を形
成することで、全変速範囲で転動速度が速い運転条件下
であっても、ディスクとパワーローラの間に形成される
油膜が過度に厚くなるのを凹部により防止する。

【００１６】さらに、この種のトロイダル型無段変速機
では、パワーローラの転動面の作動状態が同パワーロー
ラの回転軸方向で変化し、ディスクに対するパワーロー
ラの接触楕円においては、中心部は面圧が高くて剥離が
生じやすく、パワーローラの傾動方向の両端部はスピン
による摩耗が生じやすい。このとき、パワーローラの転
動面は曲面であるため、転動面に対する回転軸方向と傾
動方向は同じである。そこで、当該トロイダル型無段変
速機では、ディスクおよびパワーローラの少なくとも一
方の転動面の表面粗さを転動面の回転軸方向に変化させ
る一例として、例えば、パワーローラの回転軸方向に凹
部の深さおよび密度の少なくとも一方を変化させる。つ
まり、作動状態が異なる接触楕円の中心部と両端部に対
応して、凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を変化
させ、接触楕円の中心部と両端部とで凹部の深さや密度
を異ならせることで、トラクション係数を高く維持しつ
つ中心部の剥離や両端部の摩耗に対処する。そしてさら
に、ディスクとパワーローラの両方の転動面に微細な凹
凸を設けることによって、より広い使用条件下で良好に
油膜厚さを適切に維持できるほか、双方の転動面に施す
ことで片側のみの場合に比べて凹部の深さを低減し、且
つ片側のみの場合に比べて凹部によるひび割れの発生が
より解消される。以上のように、ディスクおよびパワー
ローラの少なくとも一方の転動面の表面微細形状（粗
さ）を転動面の回転軸方向に異ならせることで、被膜の
厚さを調整することができる。

【００１７】本発明の請求項２に係わるトロイダル型無
段変速機では、パワーローラの転動面において、相手側
との接触範囲すなわち接触楕円を周方向に連続させた範
囲のみに微細な凹凸を設けている。ここで、転動面にお
ける接触範囲の幅は、一般的に、回転軸方向の長さの１
／１０から１／３程度の大きさである。このような接触
範囲のみに凹部を設け、接触範囲以外の部分には凹部が
無いことから、凹部を加工する範囲が最小限となり、と
くに大径側および小径側の各端部においては、凹部によ
るひび割れの発生が解消される。ディスクの転動面にお
いても変速時にパワーローラとの接触する範囲は接触楕
円も含めてほぼ特定できるため、その範囲のみに凹部を
設けることで加工範囲が最小限となる。

【００１８】本発明の請求項３に係わるトロイダル型無
段変速機では、パワーローラの転動面において、ディス
クとの理論接触位置から回転軸方向の少なくとも一端側
に向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増大
させた領域を有している。つまり、ディスクとの理論接
触位置に対応する接触楕円の中心部では凹部の深さや密
度が小さいものとなり、接触楕円の少なくとも一端部に
向けて凹部の深さや密度を増大させたものとなる。これ
により、接触楕円の中心部では、面圧が高いことから、
凹部の深さや密度が小さくてもディスクとの間に形成さ
れる油膜が過度に厚くなることがなく、凹部の深さや密
度を小さくすることで剥離が防止される。他方、接触楕
円の端部では、凹部の深さや密度を大きくすることで中
心部からの油の排出が円滑に行われると共に、面圧が低
いことから、凹部の深さや密度を大きくしても耐久性が
損なわれることもなく、油膜厚さが適切に維持される。
また、接触楕円の端部ではスピンによる摩耗が発生しや
すいが、とくに凹部の深さを大きくすることで凹部が長
期にわたって維持される。

【００１９】本発明の請求項４に係わるトロイダル型無
段変速機では、変速の際、入力ディスクの転動面におい
て、パワーローラとの接触位置が大径側と小径側の間で
変化し、接触位置が変速比ＬＯＷ側である小径側からＨ
ＩＧＨ側である大径側に移行するほど周速が高くなると
共に、油膜が厚くなる傾向にあることから、入力ディス
クの転動面に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設
けることで、周速による油膜の増大を防止し、とくに、
入力ディスクの小径側から大径側に向けて凹部の深さお
よび密度の少なくとも一方を増大させることにより、全
体にわたって油膜の厚さを適切なものにする。また、こ
の種のトロイダル型無段変速機では、同じ入力トルクで
も入力ディスクのＬＯＷ側（小径側）が接触部の面圧が
高く、ＨＩＧＨ側（大径側）に行くに従い面圧は低くな
るので、面圧の面からも小径側から大径側に向けて油膜
が厚くなる傾向にあるので、その点でも大径側に向かっ
て凹部の深さを増大させることで油膜の厚さを適切なも
のにする。

【００２０】本発明の請求項５に係わるトロイダル型無
段変速機では、変速の際、出力ディスクの転動面におい
て、パワーローラとの接触位置が大径側と小径側の間で
変化し、接触位置がＬＯＷ側である大径側からＨＩＧＨ
側である小径側に移行するほど周速が高くなると共に、
油膜が厚くなる傾向にある。なお、出力ディスクは、単
体で考えれば当然大径側の方が周速が大きいが、入力デ
ィスクの回転がパワーローラを介して伝達されるので、
パワーローラとの接触位置の周速は小径側に向かうほど
大きくなる。そこで、当該無段変速機では、出力ディス
クの転動面に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設
けることで、周速による油膜の増大を防止し、とくに、
出力ディスクの大径側から小径側に向けて凹部の深さお
よび密度の少なくとも一方を増大させることにより、全
体にわたって油膜の厚さを適切なものにする。

【００２１】本発明の請求項６に係わるトロイダル型無
段変速機では、入力および出力のディスクの転動面にお
いて、変速比が１：１付近となるパワーローラとの接触
位置でスピン量が最大となり、スピンによる発熱で油膜
の温度が上昇してトラクションオイルの粘度が低下し、
トラクション係数が低下する。また、同じトルクを伝え
る場合でも変速比に応じて必要な狭圧力は多少異なり、
パワーローラ半頂角６０°の一般的なハーフトロイダル
型変速機では変速比１．３：１付近（１：１よりも少し
ＬＯＷ側）が最も大きな狭圧力を必要とするが、実際は
狭圧力発生機構としてローディングカムを用いた場合は
トルクに比例した狭圧力しか発生しないので、変速比
１．３：１付近のトルク伝達能力が低くなる（コロナ
社、田中裕久著「トロイダルＣＶＴ」ｐ．２９参照）。
そこで、両者を加味して変速比が１：１〜１．３：１と
なるパワーローラとの接触範囲内に凹凸の深さおよび密
度の最大値を持ち、その位置から小径側および大径側に
向けて凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を減少さ
せ、逆に言えば、変速比が１：１〜１．３：１となるパ
ワーローラとの接触範囲内で凹部の深さおよび密度の少
なくとも一方を最大にすることで、油膜厚さを適切なも
のにして剪断率をかせぎ、同接触位置での温度によるト
ラクション係数の低下を防止し、全体にわたって油膜の
厚さを適切なものにする。

【００２２】本発明の請求項７に係わるトロイダル型無
段変速機では、請求項４の作用に記載したように、入力
ディスクの転動面では、パワーローラの接触位置が大径
側に移行するほど周速とともに油膜が増大することか
ら、最も周速が大きくなる部分すなわちパワーローラと
の接触範囲のうちの大径側に凹凸状の表面微細形状を形
成する凹部を設けることで、大径側での周速による油膜
の増大を防止する。

【００２３】本発明の請求項８に係わるトロイダル型無
段変速機では、請求項５の作用に記載したように、出力
ディスクの転動面では、パワーローラの接触位置が小径
側に移行するほど周速とともに油膜が増大することか
ら、最も周速が大きくなる部分すなわちパワーローラと
の接触範囲のうちの小径側に凹凸状の表面微細形状を形
成する凹部を設けることで、小径側での周速による油膜
の増大を防止する。

【００２４】本発明の請求項９に係わるトロイダル型無
段変速機では、請求項６の作用に記載したように、入力
および出力のディスクの転動面では、変速比が１：１付
近となるパワーローラとの接触位置でスピン量が最大と
なって油の温度が高くなり、１．３：１付近でトルク伝
達能力が低下することから、ディスクの転動面におい
て、変速比が１：１〜１．３：１となるパワーローラと
の接触範囲内に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部の
ある領域を設けることで、同接触位置での温度によるト
ラクション係数の低下を防止する。

【００２５】ここで、転動面に微細な凹凸を設けること
によるトラクション係数への作用について、改めて説明
する。転動面の表面に微細な凹凸を設けると、接触範囲
の中でオイルが排出されやすくなるので、高周速化を図
っても従来の平滑面に比べて油膜が薄くなって膜厚比が
小さくなりやすく、また、凹凸の先端部では、局部的に
油膜厚さが薄くなることによる局部的な剪断率の増大や
圧力の増大が考えられる。その効果により、前述のトラ
クションオイルの発生剪断力｛≒（粘度）×（剪断
率）｝が接触部内で局所的に増大し、接触部内トータル
としての発生剪断力も増大することで金属接触がなくて
もトラクション係数を高く維持することが可能となる。
金属接触を避ける意味において、微細な凹凸は、平坦平
滑面に切削で溝を形成したような形状や、平坦平滑面に
ショットピーニングを施してディンプルを形成したよう
な形状が望ましい。

【００２６】本発明の請求項１０に係わるトロイダル型
無段変速機では、微細な凹凸に関して、表面粗さ計によ
り測定される断面曲線が凹部と凸部を交互に配列した形
状であるとともに、断面曲線の中心線よりも上側の凸部
の形状が、台形状、角が丸みを帯びた台形状、角に面取
りを施した台形状、クラウニング形状、楕円弧状、正弦
波状、および頂点が丸みを帯びた三角形状のいずれかで
あり、微細な凹凸が最も深い位置における凹部と凸部の
高低差が０．７〜２．５μｍであるものとしたので、金
属接触を防止しながら高いトラクション係数を得ること
が可能となる。この場合、凹凸の高低差が０．７μｍよ
り大きいと、トラクション係数が飛躍的に向上する結果
となり、２．５μｍより小さい方が金属接触が生ずる可
能性が下がり耐久性が飛躍的に向上する。

【００２７】本発明の請求項１１に係わるトロイダル型
無段変速機では、微細な凹凸に関して、凹部の密度が最
も高い位置における全体に対する凹部の割合を１５〜４
５％の範囲としたため、大きなトラクションをより安定
して発揮することが可能となる。この場合、凹部の割合
を１５％よりも大きくすると、トラクション係数が飛躍
的に向上する結果となり、凹部の割合を４５％よりも小
さくすると金属接触が生ずる可能性が下がり耐久性が飛
躍的に向上する。

【００２８】本発明の請求項１２に係わるトロイダル型
無段変速機では、微細な凹凸に関して、隣接する凹部同
士の間隔（ピッチ）を４０〜１５０μｍの範囲としたた
め、大きなトラクションをより安定して発揮することが
可能となる。この場合、凹部のピッチを１５０μｍより
も小さくするとトラクション係数が飛躍的に向上する結
果となり、凹部のピッチを４０μｍよりも大きくする
と、金属接触が生ずる可能性が下がり耐久性が飛躍的に
向上する。

【００２９】本発明の請求項１３に係わるトロイダル型
無段変速機では、微細な凹凸に関して、表面粗さ計の縦
倍率と横倍率を等しくして計測した断面曲線における凸
部頂上部の曲率半径を０．８〜１７０ｍｍの範囲とした
ため、大きなトラクションをより安定して発揮すること
が可能となる。この場合、凸部頂上部の曲率半径を１７
０ｍｍよりも小さくするとトラクション係数が飛躍的に
向上する結果となり、凸部頂上部の曲率半径を０．８ｍ
ｍよりも大きくすると、金属接触が生ずる可能性が下が
り耐久性が飛躍的に向上する。

【００３０】本発明の請求項１４に係わるトロイダル型
無段変速機では、微細な凹凸に関して、凸部頂上部の表
面粗さをＲａ０．０２μｍ以下としたため、金属接触が
生ずる可能性が下がり耐久性が飛躍的に向上できる。

【００３１】本発明の請求項１５に係わるトロイダル型
無段変速機では、微細な凹凸に関して、凹部が転動方向
とほぼ平行（転がり方向にほぼ平行）に連続した溝であ
るものとしたため、大きなトラクション係数を安定的に
発揮することが可能となる。また、転動方向とほぼ平行
な螺旋状に連続しているので、凹部を連続的に形成し得
ることとなり、凹部を短時間で効率良く製造することが
可能となる。

【００３２】本発明の請求項１６に係わるトロイダル型
無段変速機では、微細な凹凸に関して、凹部が互いに独
立したディンプルであるものとしたため、大きなトラク
ション係数を安定的に発揮することが可能となる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の請求項１に係わるトロイダル型
無段変速機によれば、入力ディスクと出力ディスクの間
にパワーローラを介装したトロイダル型無段変速機にお
いて、ディスクとパワーローラの間での周速や温度や荷
重の変化により油膜の厚さが変化するのに対して、ディ
スクおよびパワーローラの少なくとも一方の転動面の表
面粗さを転動面の回転軸方向に異ならせたことにより、
油膜の厚さを調整して過度に厚くなるような事態を防止
することが可能になり、トラクション係数を調整して高
く維持することもできる。例えば、パワーローラの転動
面に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けること
により、転動速度が速い運転条件下であっても、全変速
域でディスクとパワーローラの間に形成される油膜が過
度に厚くなるのを凹部により防止して油膜を適切な厚さ
に保つことができ、これにより高いトラクション係数を
維持することができる。ここで、パワーローラの回転軸
方向に凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を変化さ
せれば、パワーローラの転動面の接触楕円において作動
状態が異なる中心部や両端部を各々最適な表面微細形状
にすることが可能になり、面圧が大きい中心部で発生し
やすい剥離や両端部で発生するスピンによる摩耗に対処
することができ、高いトラクション係数を維持しながら
耐久性の向上をも実現することができる。さらに、従来
では、両ディスクによるパワーローラの挟圧力を増大さ
せることで油膜の厚さを適切にすることが考えられ、こ
の場合、材料の強度限界によりディスクやパワーローラ
の小型化を図ることが困難であったが、当該トロイダル
型無段変速機によれば、両ディスクによるパワーローラ
の挟圧力を増大させることなく油膜の厚さを適切に調整
し得るので、トラクション係数を調整して高く維持する
ことができ、ディスクやパワーローラの小型化を実現す
ることもできると共に、狭圧力の増大による変速機内部
の軸受けなどの損失増大による燃費の悪化を防止するこ
とが出来る。

【００３４】本発明の請求項２に係わるトロイダル型無
段変速機によれば、請求項１と同様の効果を得ることが
できるうえに、ディスクおよびパワーローラの少なくと
も一方の転動面において、相手側との接触範囲のみに凹
部を設けたことから、凹部を加工する範囲を最小限にし
て、ディスクおよびパワーローラの製造に関する手間や
時間およびコストを大幅に節減することができると共
に、ディスクおよびパワーローラの端部においては、凹
部によるひび割れの発生が確実に解消され、ディスクお
よびパワーローラの耐久性のさらなる向上を実現するこ
とができる。

【００３５】本発明の請求項３に係わるトロイダル型無
段変速機によれば、請求項１および２と同様の効果を得
ることができ、とくに、パワーローラの転動面におい
て、ディスクとの理論接触位置から回転軸方向の少なく
とも一端側に向けて凹部の深さや密度を増大させた領域
を有することから、理論接触位置に対応する接触楕円の
中心部では、油膜を適切な厚さにして高いトラクション
係数を維持することができると共に、高い面圧に対して
充分な耐久性を確保することができる。また、接触楕円
の両端部では、中心部からの油の排出を円滑にして、中
心部での良好な油膜形成に貢献することができると共
に、低い面圧に対して充分な耐久性を確保することがで
き、スピンによる摩耗に対しては、とくに凹部の深さを
大きくすることで充分な耐用期間を得ることができる。

【００３６】本発明の請求項４に係わるトロイダル型無
段変速機によれば、請求項１〜３と同様の効果を得るこ
とができ、とくに、入力ディスクの転動面に凹凸状の表
面微細形状を形成する凹部を設けると共に、入力ディス
クの小径側から大径側に向けて凹部の深さおよび密度の
少なくとも一方を増大させたことから、入力ディスクに
おいて、周速による油膜の増大を防止することができ、
全体にわたって油膜の厚さを適切にして広い範囲で高い
トラクション係数を得ることができる。

【００３７】本発明の請求項５に係わるトロイダル型無
段変速機によれば、請求項１〜４と同様の効果を得るこ
とができ、とくに、出力ディスクの転動面に凹凸状の表
面微細形状を形成する凹部を設けると共に、出力ディス
クの大径側から小径側に向けて凹部の深さおよび密度の
少なくとも一方を増大させたことから、出力ディスクに
おいて、周速による油膜の増大を防止することができ、
全体にわたって油膜の厚さを適切にして広い範囲で高い
トラクション係数を得ることができる。

【００３８】本発明の請求項６に係わるトロイダル型無
段変速機によれば、請求項１〜３と同様の効果を得るこ
とができ、とくに、ディスクの転動面において、変速比
が１：１〜１．３：１となるパワーローラとの接触範囲
すなわちスピン量が多くて発熱する位置およびローディ
ングカムの発生する狭圧力の関係からトルク伝達能力の
低下する位置から小径側および大径側に向けて凹部の深
さおよび密度の少なくとも一方を減少させたことから、
スピン発熱によるオイルの粘度の低下がもたらす剪断応
力の低下（＝トラクション係数の低下）を防止し、凹部
の深い全体にわたって油膜の厚さを適切にして広い範囲
で高いトラクション係数を得ることができる。

【００３９】本発明の請求項７に係わるトロイダル型無
段変速機によれば、請求項１〜３と同様の効果を得るこ
とができ、とくに、入力ディスクの転動面において、パ
ワーローラとの接触範囲のうちの大径側に凹凸状の表面
微細形状を形成する凹部を設けたことから、変速時に周
速が高くなる入力ディスクの大径側での油膜の増大を防
止することができ、高いトラクション係数を得ることが
できる。また、入力ディスクの転動面において、凹部を
設ける範囲を大径側としたことから、それ以外の部分に
凹部を設ける必要がなく、凹部を加工する範囲が最小限
となり、入力ディスクの製造に関する手間や時間および
コストを節減することができると共に、入力ディスクの
端部において凹部によるひび割れが発生しにくいため、
入力ディスクの耐久性のさらなる向上を実現することが
できる。

【００４０】本発明の請求項８に係わるトロイダル型無
段変速機によれば、請求項１〜３および７と同様の効果
を得ることができ、とくに、出力ディスクの転動面にお
いて、パワーローラとの接触範囲のうちの小径側に凹凸
状の表面微細形状を形成する凹部を設けたことから、変
速時に周速が高くなる出力ディスクの小径側での油膜の
増大を防止することができ、高いトラクション係数を得
ることができる。また、出力ディスクの転動面におい
て、凹部を設ける範囲を小径側としたことから、それ以
外の部分に凹部を設ける必要がなく、凹部を加工する範
囲が最小限となり、出力ディスクの製造に関する手間や
時間およびコストを節減することができると共に、出力
ディスクの端部において凹部によるひび割れが発生しに
くいため、出力ディスクの耐久性のさらなる向上を実現
することができる。

【００４１】本発明の請求項９に係わるトロイダル型無
段変速機によれば、請求項１〜３と同様の効果を得るこ
とができ、とくに、ディスクの転動面において、変速比
が１：１〜１．３：１となるパワーローラとの接触範囲
すなわちスピン量が多くて発熱する位置およびローディ
ングカムの発生する狭圧力の関係からトルク伝達能力の
低下する位置に凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を
設けたことから、高いトラクション係数を得ることがで
きる。また、凹部を設ける範囲を変速比が１：１〜１．
３：１となるパワーローラとの接触位置としたことか
ら、それ以外の部分に凹部を設ける必要がなく、凹部を
加工する範囲が最小限となり、ディスクの製造に関する
手間や時間およびコストを節減することができると共
に、ディスクの端部において凹部によるひび割れが発生
しにくいため、ディスクの耐久性のさらなる向上を実現
することができる。

【００４２】本発明の請求項１０に係わるトロイダル型
無段変速機によれば、請求項１〜９と同様の効果を得る
ことができるうえに、とくに、転動面に設ける微細な凹
凸に関して、表面粗さ計により測定される断面曲線が凹
部と凸部を交互に配列した形状であるとともに、断面曲
線の中心線よりも上側の凸部の形状が、台形状、角が丸
みを帯びた台形状、角に面取りを施した台形状、クラウ
ニング形状、楕円弧状、正弦波状、および頂点が丸みを
帯びた三角形状のいずれかであり、微細凹凸が最も深い
位置における凹部と凸部の高低差が０．７〜２．５μｍ
である微細凹凸を設けたことにより、金属接触を防止し
ながら高いトラクション係数を得ることが可能となる。

【００４３】本発明の請求項１１に係わるトロイダル型
無段変速機によれば、請求項１０と同様の効果を得るこ
とができるうえに、とくに、転動面に設ける微細な凹凸
に関して、凹部の密度が最も高い位置における、全体に
対する凹部の割合が１５〜４５％である微細凹凸を設け
たことにより、金属接触を防止しながら高いトラクショ
ン係数を得ることが可能となる。

【００４４】本発明の請求項１２に係わるトロイダル型
無段変速機によれば、請求項１０おとび１１と同様の効
果を得ることができるうえに、とくに、転動面に設ける
微細な凹凸に関して、隣接する凹部同士の間隔（ピッ
チ）を４０〜１５０μｍである微細凹凸を設けたことに
より、金属接触を防止しながら高いトラクション係数を
得ることが可能となる。

【００４５】本発明の請求項１３に係わるトロイダル型
無段変速機によれば、請求項１０〜１２と同様の効果を
得ることができるうえに、とくに、転動面に設ける微細
な凹凸に関して、表面粗さ計の縦倍率と横倍率を等しく
して計測した断面曲線における凸部頂上部の曲率半径
が、０．８〜１７０ｍｍである微細凹凸を設けたことに
より、金属接触を防止しながら高いトラクション係数を
得ることが可能となる。

【００４６】本発明の請求項１４に係わるトロイダル型
無段変速機によれば、請求項１０〜１４と同様の効果を
得ることができるうえに、とくに、転動面に設ける微細
な凹凸に関して、凸部頂上部の表面粗さが、Ｒａ０．０
２μｍ以下であるである微細凹凸を設けたことにより、
金属接触が生ずる可能性が下がり耐久性を向上すること
が可能となる。

【００４７】本発明の請求項１５に係わるトロイダル型
無段変速機によれば、請求項１０〜１４と同様の効果を
得ることができるうえに、とくに、転動面に設ける微細
な凹凸に関して、凹部が転動方向とほぼ平行に連続した
溝であることにより、大きなトラクション係数を安定的
に発揮することが可能となる。また、転動方向とほぼ平
行に螺旋状に連続した溝としたから、凹部を連続的に形
成できるので、短時間で効率よく製造することが可能と
なる。

【００４８】本発明の請求項１６に係わるトロイダル型
無段変速機によれば、請求項１０〜１４と同様の効果を
得ることができるうえに、とくに、転動面に設ける微細
な凹凸に関して、凹部が互いに独立したディンプルであ
ることにより、大きなトラクション係数を安定的に発揮
することが可能となる。

【００４９】

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明に係わるトロ
イダル型無段変速機の実施例を説明する。

【００５０】まず、パワーローラの転動面における実施
例について説明する。

【００５１】図１（ａ）に片側半分を示すトロイダル型
無段変速機は、自動車の変速機に用いられるものであっ
て、動力伝達系を介してエンジン側に連結される入力デ
ィスク１と、別の動力伝達系を介して車軸側に連結され
る出力ディスク２と、両ディスク１，２の間に介装され
る複数（図では１個のみ示す）のパワーローラ３を備え
ている。

【００５２】入力ディスク１および出力ディスク２は、
いずれも大径側から小径側に向けて直径が漸次減少する
概略円錐状を成すと共に、周方向にわたって凹曲面状の
転動面１ａ，２ａを有しており、小径側を互いに対向さ
せた状態にして同軸状に配置されている。

【００５３】パワーローラ３は、図１（ｂ）にも示すよ
うに、周方向にわたって凸曲面状の転動面３ａを有する
と共に、中心の連結孔４の位置で図示しない支持部材に
取付けられる。パワーローラ３は、各ディスク１，２の
回転軸Ａに交差する方向の回転軸Ｂ回りに回転自在であ
ると共に、この回転軸Ｂ上の傾動中心Ｃにより支持部材
とともに両ディスク１，２の方向（図１左右方向）に傾
動可能であり、図示しない駆動手段によって傾動動作が
行われる。

【００５４】両ディスク１，２およびパワーローラ３
は、ディスク１，２を回転軸Ａ方向に押圧する手段やパ
ワーローラ３を回転軸Ｂ方向に押圧する手段により、両
ディスク１，２に対してパワーローラ３を所定の圧力で
接触させる。この際、両ディスク１，２とパワーローラ
３はトラクションオイルを介して接触する。

【００５５】そして、上記パワーローラ３には、その転
動面３ａに、凹凸状の表面微細形状を形成するディンプ
ルあるいは溝である凹部が設けてある。このとき、凹部
は、両ディスク１，２との接触範囲Ｄのみに設けてある
と共に、パワーローラ３の回転軸Ｂ方向に凹部の深さお
よび密度の少なくとも一方を変化させており、より詳し
くは、両ディスク１，２との理論接触位置Ｅから上側の
接触範囲Ｄ１では、回転軸Ｂ方向の一端側（上端側）に
向けて凹部の深さを漸次増大させ、理論接触位置Ｅから
下側の接触範囲Ｄ２では、回転軸Ｂ方向の他端側（下端
側）に向けて凹部の深さを漸次増大させている。

【００５６】なお、図２には、片側の接触範囲Ｄ１にお
ける理論接触位置Ｅからの距離と凹部の深さとの関係の
３例を示す。図示の場合、理論接触位置Ｅから離れた接
触範囲Ｄ１の末端部分では、凹部の無い部分に連続させ
る都合上、凹部の深さが減少したものとなっているが、
本発明の基本的構成は理論接触位置Ｅから末端部分に向
けて凹部の深さを漸次増大させている点である。

【００５７】図３は、パワーローラ３の両ディスク１，
２に対する理論接触位置Ｅを説明する図である。パワー
ローラ３の転動面３ａは、所定の曲率半径Ｒｐで形成さ
れる円弧を当該パワーローラ３の回転軸Ｂ回りに回転さ
せてできる環状の凸曲面である。すなわち、曲率半径Ｒ
ｐの長さと、その曲率中心から回転軸Ｂまでの距離によ
り決定される。両ディスク１，２の転動面１ａ，２ａ
は、所定の曲率半径Ｒｄで形成される円弧を当該ディス
ク１，２の回転軸Ａ回りに回転させてできる環状の凹曲
面である。パワーローラ３と両ディスク１，２との理論
接触位置Ｅは、両ディスク１，２の曲率半径Ｒｄが形成
する球面の内部にパワーローラ３の転動面３ａの全周を
内接させたときの接触位置である。

【００５８】また、パワーローラ３は、楕円形状の接触
面で両ディスク１，２に常に接触している。つまり、先
の接触範囲Ｄは接触楕円が周方向に連続した範囲であ
り、理論接触位置Ｅは接触楕円のほぼ中心を通る位置で
ある。なお、パワーローラ３の転動面３ａにおける接触
範囲Ｄの幅は、一般的に、回転軸Ｂ方向の長さの１／１
０ないし１／３程度の大きさである。

【００５９】上記構成を備えたトロイダル型無段変速機
は、入力ディスク１の回転を複数のパワーローラ３を介
して出力ディスク２に伝達し、この際、パワーローラ３
を傾動させて両ディスク１，２の大径側と小径側の間で
パワーローラ３の接触位置を変化させることにより、変
速比を無段階的に変化させる。

【００６０】ここで、パワーローラ３の転動面３ａが従
来のように平滑面であると、転動速度が速い運転条件下
において、両ディスク１，２とパワーローラの間に形成
される油膜が過度に厚くなることがある。これに対し
て、当該無段変速機では、パワーローラ３の転動面３ａ
の接触範囲Ｄに、凹凸状の表面微細形状を形成する凹部
を設けているので、転動速度が速い運転条件下であって
も凹部によって全変速域で油膜が過度に厚くなるのが防
止され、油膜の厚さが適切なものとなる。これにより、
高いトラクション係数が維持されることとなる。

【００６１】また、この種の無段変速機では、パワーロ
ーラ３の転動面３ａの作動状態が同パワーローラ３の回
転軸Ｂ方向で変化し、両ディスク１，２に対するパワー
ローラ３の接触楕円においては、中心部は面圧が高くて
剥離が生じやすく、パワーローラ３の傾動方向の両端部
は中心部に比べて面圧が低いもののスピンが多く、この
スピンによる摩耗が生じやすい。なお、パワーローラ３
の転動面３ａは曲面であるため、転動面３ａに対する回
転軸Ｂ方向と傾動方向は同じである。

【００６２】これに対して、当該無段変速機では、パワ
ーローラ３の転動面３ａにおいて、両ディスク１，２と
の理論接触位置Ｅに対応する接触楕円の中心部では凹部
の深さを小さくし、接触楕円の傾動方向の両端部（回転
軸Ｂ方向の両端部）に向かう各接触範囲Ｄ１，Ｄ２で凹
部の深さを漸次増大させたものとしている。

【００６３】つまり、接触楕円の中心部では、面圧が高
いことから、凹部の深さが小さくても両ディスク１，２
との間に形成される油膜が過度に厚くなることがなく、
凹部の深さを小さくすることで剥離が防止される。他
方、接触楕円の両端部では、凹部の深さを大きくするこ
とで中心部からの油の排出が円滑に行われ、これにより
中心部での油膜形成がより良好になると共に、面圧が低
いことから、凹部の深さを大きくしても耐久性が損なわ
れる心配がなく、また、スピンによる摩耗に対しては、
凹部の深さを大きくすることで充分な耐用期間が得られ
ることとなる。このように、当該無段変速機は、高いト
ラクション係数を維持しながら、接触楕円の中心部の剥
離や両端部の摩耗に対処して、充分な耐久性を確保した
ものとなっている。

【００６４】また、当該無段変速機では、両ディスク
１，２との接触範囲Ｄのみに凹部を設けており、接触範
囲Ｄ以外の部分には凹部が無いことから、凹部を加工す
る範囲が最小限のものとなり、製造に関する時間や手間
およびコストが節減されることとなり、しかも、とくに
大径側および小径側の各端部においては、凹部によるひ
び割れの発生が解消されるという優れた利点がある。な
お、上記実施例では、凹部の深さを変化させた場合を説
明したが、凹部の密度あるいは深さと密度の両方を変化
させても上記実施例と同様の作用効果を得ることができ
る。

【００６５】また、凹部の実際の形状と効果の例につい
て説明する。図１０〜１２は、パワーローラ３、ディス
ク１，２の転動面１ａ〜３ａに形成した微細な凹部およ
び微細な凸部の形状例を示す断面説明図である。すなわ
ち、各図において断面曲線の中心線Ｃよりも上側の凸部
の形状としては、図１０（ａ）に示す台形状、図１０
（ｂ）に示す角に丸みを帯びた台形状、図１０（ｃ）に
示す楕円弧状または正弦波状、図１１（ａ）に示す頂上
部が丸みを帯びた三角形状にすることができる。なお、
凹部の底部の形状が特に限定されることはなく、図１１
（ｂ）に示すようにさらに微細な凹凸を有するものであ
っても何ら問題はない。また、凸部の形状としては、図
１２（ａ）に示す角に面取りを施した台形状、図１２
（ｂ）に示すクラウニング形状にすることができる。ま
た、図１２（ｃ）に示すようにラッピングによって、片
側がクラウニング形状を成すものにすることもできる。

【００６６】ディスク１，２は、素材としてＳＣＭ４３
５Ｈ鋼を浸炭窒化焼入れ焼き戻ししたもの（表面硬さ７
５０Ｈｖ）を用い、転動面１ａ，２ａは、通常の超仕上
げとした。このディスクの粗さ断面曲線（粗さフィルタ
をかけていないもの）を図１３に示す。

【００６７】パワーローラ３は、素材としてＳＣＭ４２
０Ｈ鋼を浸炭窒化焼入れしたもの（表面硬さ７５０Ｈ
ｖ）を用い、転動面３ａには以下の仕上げを行った。刃
先の先端Ｒが５０μｍ、角度が９０度の多結晶ｃ−ＢＮ
工具を用いて凹部を超精密切削加工することで、凹部を
等間隔で且つ転動方向に沿って螺旋状に形成し、その
後、テープラップによって凸部を削り落として平坦部を
形成した。このパワーローラ３の転動面３ａの粗さ断面
曲線を図１４に示す。

【００６８】断面曲線の中心線より上の部分の形状は、
角が丸みを帯びた台形状であり、凹凸の高低差が２．４
μｍ、凹部のピッチが１２０μｍ（これは凹部の密度に
相当する）、断面曲線の中心線における凹部の幅は３０
〜３５μｍ程度であり、凹部が占める割合は２５〜２９
％である。また表面粗さ計により、縦倍率と横倍率を等
しくして測定した凸部頂上部の曲率半径は１０ｍｍであ
る。また、凸部頂上部の表面粗さはＲａ０．００５μｍ
程度である。

【００６９】このディスク１，２とパワーローラ３の組
合せでトロイダル型無段変速機の性能試験を行い、その
トルク伝達能力を試験確認した。試験条件として油温１
１０℃、入力回転数４０００ｒｐｍ、変速比１：１にお
いて（この時周速は２０ｍ／ｓ）、狭圧力を固定し、そ
の状態でグロススリップを起こさずに伝えられる最大ト
ルクを計測した。数点の狭圧力について運転時に伝えら
れる最大トルクを従来の平滑面の組合せと比較したとこ
ろ、ディスク１，２およびパワーローラ３の転動面が通
常の超仕上げの場合に比べて、上記実施例では約１．０
５〜１．３倍のトルクを伝えることが可能であった。狭
圧力を固定しているので、この効果代はトラクション係
数の向上代と同義であることは言うまでもない。

【００７０】また、同様な試験の中で上記溝の深さやピ
ッチ（密度）を変えると、その効果代が変化することも
確認している。図１５〜図２１は、上記と同様に凹凸を
形成し、深さ、ピッチ、凹部の割合等を変化させた例で
ある。

【００７１】これらの表面微細形状は、図１０〜図１２
に示したように、断面曲線の中心線より上の部分の形状
は、角が丸みを帯びた台形状、角が面取りをされた台形
状、楕円弧状もしくは正弦波状もしくはクラウニング形
状、および頂点が丸みを帯びた三角形状のいずれかであ
り、凹凸の高低差が０．８〜２．４μｍ、凹部のピッチ
が４０〜１５０μｍ、断面曲線の中心線における凹部の
幅は１３〜３５μｍ程度であり、凹部が占める割合は１
５〜４０％である。また、表面粗さ計により、縦倍率と
横倍率を等しくして測定した凸部頂上部の曲率半径は
０．８〜１７０ｍｍである。さらに、凸部頂上部の表面
粗さはＲａ０．００５〜０．０２μｍ程度である。これ
らの実施例においても、約１．０５〜１．３倍のトルク
を伝えることが可能であった。

【００７２】そしてさらに、平滑面にショットピーニン
グを施すことで約２μｍ程度のディンプルを形成し、最
表面の凸部をラッピングにより平坦に形成した加工法に
ついても上記のような評価試験を行い、同様な効果があ
ることを確認している。

【００７３】次に、ディスクの転動面における実施例に
ついて説明する。

【００７４】図４に示すトロイダル型無段変速機は、自
動車の変速機に用いられるものであって、動力伝達系を
介してエンジン側に連結される入力ディスク１と、別の
動力伝達系を介して車軸側に連結される出力ディスク２
と、両ディスク１，２の間に介装される複数のパワーロ
ーラ３を備えている。

【００７５】入力ディスク１および出力ディスク２は、
いずれも大径側から小径側に向けて直径が漸次減少する
概略円錐状を成すと共に、周方向にわたって凹曲面状の
転動面１ａ，２ａを有しており、小径側を互いに対向さ
せた状態にして同軸状に配置されている。

【００７６】パワーローラ３は、周方向にわたって凸曲
面状の転動面３ａを有し、中心位置で図示しない支持部
材に取付けてある。パワーローラ３は、各ディスク１，
２の回転軸Ａに交差する方向の回転軸Ｂ回りに回転自在
であると共に、この回転軸Ｂ上の傾動中心Ｃにより支持
部材とともに両ディスク１，２の方向（図４左右方向）
に傾動可能であり、図示しない駆動手段により傾動動作
が行われる。

【００７７】両ディスク１，２およびパワーローラ３
は、ディスク１，２を回転軸Ａ方向に押圧する手段やパ
ワーローラ３を回転軸Ｂ方向に支持する手段により、両
ディスク１，２に対してパワーローラ３を所定の圧力で
接触させる。この際、両ディスク１，２とパワーローラ
３はトラクションオイルを介して接触する。

【００７８】そして、入力ディスク１は、転動面１ａの
表面微細形状を同ディスクの回転軸Ａ方向に異ならせて
あり、この実施例では、転動面１ａに凹凸状の表面微細
形状を形成するディンプルあるいは連続溝である凹部を
設けると共に、図中の矢印Ｄで示す如く小径側から大径
側に向けて凹部の深さを漸次増大させたものとなってい
る。

【００７９】他方、出力ディスク２は、同じく転動面２
ａの表面微細形状を同ディスクの回転軸Ａ方向に異なら
せてあり、この実施例では、転動面２ａに凹凸状の表面
微細形状を形成するディンプルあるいは連続溝である凹
部を設けると共に、図中の矢印Ｅで示す如く大径側から
小径側に向けて凹部の深さを漸次増大させたものとなっ
ている。

【００８０】上記構成を備えたトロイダル型無段変速機
は、入力ディスク１の回転を各パワーローラ３を介して
出力ディスク２に伝達し、この際、パワーローラ３を傾
動させて両ディスク１，２の大径側と小径側の間でパワ
ーローラ３の接触位置を変化させることにより、変速比
を無段階的に変化させる。

【００８１】ここで、トロイダル型無段変速機では、図
４（ｂ）に示すＬＯＷの状態から図４（ｄ）に示すＨＩ
ＧＨの状態への変速が行われる場合、入力ディスク１で
は、パワーローラ３との接触位置が小径側から大径側に
移行し、大径側に移行するほど周速が高くなり、これに
より油膜が増大する。他方、出力ディスク２では、パワ
ーローラ３との接触位置が大径側から小径側に移行し、
小径側に移行するほど周速が高くなり、これにより油膜
が増大する。なお、出力ディスク２は、単体で考えれば
当然大径側の方が周速が大きいが、図４（ａ）および
（ｃ）に示すように、入力ディスク１におけるパワーロ
ーラ３との接触位置の周速と、出力ディスク２における
パワーローラ３との接触位置の周速とがほぼ等しくなる
ことから、ＬＯＷ側からＨＩＧＨ側に至る変速時には、
パワーローラ３との接触位置の周速は小径側に向かうほ
ど大きくなる。

【００８２】これに対して、当該無段変速機では、両デ
ィスク１，２の転動面１ａ，２ａに凹凸状の表面微細形
状を形成する凹部を設け、入力ディスク１では、周速の
増大とともに油膜が増大する大径側に向かうほど凹部の
深さを増大させ、出力ディスク２では、周速の増大とと
もに油膜が増大する小径側に向かうほど凹部の深さを増
大させているので、入力ディスク１および出力ディスク
２のいずれにおいても周速による油膜の増大が防止さ
れ、全体にわたって油膜の厚さが適切なものとなる。こ
れにより、入力ディスク１および出力ディスク２の全体
にわたって高いトラクション係数が確保される。

【００８３】図５および図６は、ディスクの転動面の他
の実施例を説明する図である。

【００８４】図５に示す無段変速機は、入力ディスク１
および出力ディスク２において、転動面１ａ，２ａの表
面微細形状を回転軸Ａ方向に異ならせており、変速比が
１：１〜１．３：１内となるパワーローラ３との所定の
接触位置Ｆ，Ｆから、図中の各矢印Ｇで示す如く小径側
および大径側に向けて凹部の深さを減少させたものとな
っている。

【００８５】図６は、変速比と、両ディスク１，２とパ
ワーローラ３の間の転動部で生じるスピンの量との関係
を示すグラフである。これによると、変速比が１：１付
近の位置においてスピン量が最大となる。そして、スピ
ン量が最大となる位置では、発熱により油の温度が上昇
してトラクションオイルの粘度が低下し、トラクション
係数が低下する傾向にある。

【００８６】また、図９は、同じトルクを伝達する場合
に必要となる狭圧力の変速比による変化を示したグラフ
である。これによると、変速比１．３：１付近が一番大
きな狭圧力を必要としている。しかし、ローディングカ
ムはトルクに比例した狭圧力を発生するため、実質的に
はこの１．３：１付近においてトルク伝達能力が低くな
ることを意味する。すなわち、他の変速比に比べ高いト
ラクション係数でないと他の変速比の場合と同様のトル
クが伝達できない。

【００８７】これに対して、この実施例の無段変速機で
は、入力ディスク１および出力ディスク２において、変
速比が１：１〜１．３：１となるパワーローラ３との接
触範囲すなわちスピン量が多くて発熱する位置およびロ
ーディングカムの発生する狭圧力の関係からトルク伝達
能力の低下する位置から小径側および大径側に向けて凹
部の深さを減少させ、逆に言えば、変速比が１：１〜
１．３：１となるパワーローラ３との接触位置で凹部の
深さを最大にしているので、油膜厚さが適切になり同接
触位置での温度によるトラクションオイルの粘度低下が
剪断率の増大でカバーされる。これにより、入力ディス
ク１および出力ディスク２の全体にわたって高いトラク
ション係数が確保される。また、上記実施例では、一般
的な半頂角６０°のハーフトロイダルについて説明した
が、この半頂角の設定によって上記の最弱位置が変わっ
てくるので、それに合わせた凹部の位置設定を当然行う
こととなる。

【００８８】図７は、ディスク転動面のさらに他の実施
例を説明する図である。

【００８９】図示のトロイダル型無段変速機では、入力
ディスク１および出力ディスク２において、転動面１
ａ，２ａの表面微細形状を回転軸Ａ方向に異ならせてお
り、とくに、入力ディスク１には、パワーローラ３との
接触範囲のうちの大径側の円周領域Ｐ１に、凹凸状の表
面微細形状を形成する凹部を設けると共に、出力ディス
ク２には、パワーローラ３との接触範囲のうちの小径側
の円周領域Ｐ２に、凹凸状の表面微細形状を形成する凹
部を設けている。

【００９０】つまり、当該無段変速機では、図４に示す
実施例で述べたように、ＬＯＷ側からＨＩＧＨ側への変
速時において、入力ディスク１の大径側および出力ディ
スク２の小径側で周速が大きくなり、周速による油膜の
増大が発生することから、最も周速が大きくなる部分す
なわち上記各円周領域Ｐ１，Ｐ２に凹部を設けること
で、入力ディスク１の大径側および出力ディスク２の小
径側での周速による油膜の増大を防止する。

【００９１】また、この実施例による無段変速機では、
各円周領域Ｐ１，Ｐ２のみに凹部を設けており、それ以
外の部分には凹部が無いことから、凹部を加工する範囲
が最小限のものとなり、製造に関する時間や手間および
コストが節減されることとなり、しかも、とくに大径側
および小径側の各端部においては、凹部によるひび割れ
が発生しにくいという優れた利点がある。

【００９２】図８は、ディスク転動面のさらに他の実施
例を説明する図である。

【００９３】図示のトロイダル型無段変速機では、入力
ディスク１および出力ディスク２において、転動面１
ａ，２ａの表面微細形状を回転軸Ａ方向に異ならせてお
り、とくに、変速比が１：１〜１．３：１となるパワー
ローラ３との接触範囲に対応する円周領域Ｐ３，Ｐ４
に、凹凸状の表面微細形状を形成する凹部を設けてい
る。

【００９４】つまり、当該無段変速機では、図５に示す
実施例で述べたように、変速比が１：１付近の位置にお
いてスピン量が最大となり、その位置では発熱により油
の温度が上昇して粘度が低下することから、上記の円周
領域Ｐ３，Ｐ４に凹部を設けることで、入力ディスク１
および出力ディスク２のいずれにおいても温度によるト
ラクション係数の低下を防止する。変速比１．３：１付
近ではローディングカムによる狭圧力との関係から低下
するトルク伝達能力を凹部の付加によって補う。両者を
考慮して１：１〜１．３：１の範囲内に最弱部があると
して、その最弱部付近のみに凹部を付加することも可能
である。

【００９５】また、この実施例による無段変速機にあっ
ても、凹部を設ける円周領域Ｐ３，Ｐ４を設定したこと
により、図７に示す実施例と同様に、製造に関する時間
や手間およびコストが節減されることとなり、大径側お
よび小径側の各端部においては、凹部によるひび割れが
発生しにくいという優れた利点がある。

【００９６】なお、上記各実施例では、主に凹部の深さ
を変化させた場合を説明したが、凹部の密度あるいは深
さと密度の両方を変化させても上記各実施例と同様の作
用効果を得ることができる。また、入力ディスク１およ
び出力ディスク２の片側に凹部を設けたり、両ディスク
１，２に上記各実施例から選択した異なる構成を設けた
りすることが可能である。さらに、表面微細形状は、金
属接触による耐久性の低下が生じないように、使用条件
を考慮して凹部の形状、深さあるいは密度等を設定する
ほか、トラクション係数が低下しやすい温度条件や変速
比に対応して、粗さとの関係で一般に言われる膜厚比Λ
を一定に保つように設定することも当然考えられる。特
に高温時のトラクション係数の低下は大きく、その環境
下で上記実施例を用いた高いトラクション係数の確保が
できるような粗さ設定が有効である。

【００９７】次に、ディスク１，２とパワーローラ３の
双方の転動面１ａ〜３ａに表面微細形状を形成する凹凸
を設けた場合について説明する。

【００９８】この場合は、図１に示したようなパワーロ
ーラ３の転動面３ａへの実施と、図４に示したようなデ
ィスク１，２の転動面１ａ，２ａへの実施とを同時に行
い、各面に微細な凹凸を設けた場合であり、パワーロー
ラ３の接触楕円内での面圧を考慮した油膜厚さの最適化
およびディスク１，２の周速を考慮した油膜厚さの最適
化を同時に図ることが可能であり、より油膜厚さを適切
に維持することが可能で、耐久性を確保しつつ高いトラ
クション係数を維持できる。

【００９９】これをディスク側について図５に示した実
施例を適用すれば、パワーローラの接触楕円内での面圧
を考慮した油膜厚さの最適化及び変速比に応じたディス
クのスピンや狭圧力の影響を考慮した油膜厚さの最適化
を同時に図ることが可能である。

【０１００】また、常時ディスク１，２と接触して転動
しているパワーローラ３の転動面３ａに凹部を設けるこ
とで、使用条件全般の油膜厚さの調整をある程度行い、
細かい調整はディスク側に凹部を設けることで行うとい
う使い方も可能である。この場合、接触部の両面に凹部
があることから、凹部の深さは片面にのみある場合に比
べて浅い状態で同様の効果を得ることができるので、凹
部の深さによるひび割れに対してはより一層有利であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるトロイダル型無段変速機の一実
施例を説明する片側省略の断面図（ａ）およびパワーロ
ーラの底面図（ｂ）である。

【図２】理論接触位置からの距離と凹部の深さとの関係
を示すグラフである。

【図３】パワーローラの理論接触位置を説明する断面図
である。

【図４】本発明に係わるトロイダル型無段変速機の一実
施例において、ＬＯＷ側での各ディスクの周速の分布を
示すグラフ（ａ）、ＬＯＷの状態の断面図（ｂ）、ＨＩ
ＧＨ側での各ディスクの周速の分布を示すグラフ
（ｃ）、およびＨＩＧＨの状態の断面図（ｄ）である。

【図５】本発明に係わるトロイダル型無段変速機の他の
実施例を示す断面図である。

【図６】変速比とスピン量との関係を示すグラフであ
る。

【図７】本発明に係わるトロイダル型無段変速機のさら
に他の実施例において、ＬＯＷの状態の断面図（ａ）、
およびＨＩＧＨの状態の断面図（ｂ）である。

【図８】本発明に係わるトロイダル型無段変速機のさら
に他の実施例を示す断面図である。

【図９】変速比と必要狭圧力との関係を示すグラフであ
る。

【図１０】転動面の異なる表面形状を示す断面説明図
（ａ）〜（ｃ）である。

【図１１】図１０に加えて転動面の異なる表面形状を示
す断面説明図（ａ）および（ｂ）である。

【図１２】図１１に加えて転動面の異なる表面形状を示
す断面説明図（ａ）〜（ｃ）である。

【図１３】ディスクの転動面の表面粗さ断面曲線を示す
グラフである。

【図１４】パワーローラの転動面の表面粗さ断面曲線を
示すグラフである。

【図１５】転動面における凹凸の深さ、ピッチおよび凹
部の割合を変化させた場合の表面粗さ断面曲線を示すグ
ラフである。

【図１６】同じく転動面における凹凸の深さ、ピッチお
よび凹部の割合を変化させた場合の表面粗さ断面曲線を
示すグラフである。

【図１７】同じく転動面における凹凸の深さ、ピッチお
よび凹部の割合を変化させた場合の表面粗さ断面曲線を
示すグラフである。

【図１８】同じく転動面における凹凸の深さ、ピッチお
よび凹部の割合を変化させた場合の表面粗さ断面曲線を
示すグラフである。

【図１９】同じく転動面における凹凸の深さ、ピッチお
よび凹部の割合を変化させた場合の表面粗さ断面曲線を
示すグラフである。

【図２０】同じく転動面における凹凸の深さ、ピッチお
よび凹部の割合を変化させた場合の表面粗さ断面曲線を
示すグラフである。

【図２１】同じく転動面における凹凸の深さ、ピッチお
よび凹部の割合を変化させた場合の表面粗さ断面曲線を
示すグラフである。

【符号の説明】

１入力ディスク１ａ入力ディスクの転動面２出力ディスク２ａ出力ディスクの転動面３パワーローラ３ａパワーローラの転動面Ａ両ディスクの回転軸Ｂパワーローラの回転軸Ｄ接触範囲Ｅ理論接触位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者千葉啓貴神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者南部俊和神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者加納眞神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3J051 AA03 BA03 BB01 BD02 BE09 CB06 EC03 EC07 EC08 ED12 FA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力ディスクと出力ディスクの間に回転
伝達用のパワーローラを傾動可能に介装したトロイダル
型無段変速機において、ディスクおよびパワーローラの
少なくとも一方の転動面の表面粗さを転動面の回転軸方
向に異ならせたことを特徴とするトロイダル型無段変速
機。
【請求項２】ディスクおよびパワーローラの少なくと
も一方の転動面において、相手側との接触範囲のみに微
細な凹凸を設けた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。
【請求項３】パワーローラの転動面に微細な凹凸を設
けると共に、ディスクとの理論接触位置から回転軸方向
の少なくとも一端側に向けて凹部の深さおよび密度の少
なくとも一方を増大させた領域を有することを特徴とす
る請求項１または２に記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項４】入力ディスクの転動面に微細な凹凸を設
けると共に、入力ディスクの小径側から大径側に向けて
凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増大させたこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトロイ
ダル型無段変速機。
【請求項５】出力ディスクの転動面に微細な凹凸を設
けると共に、出力ディスクの大径側から小径側に向けて
凹部の深さおよび密度の少なくとも一方を増大させたこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のトロイ
ダル型無段変速機。
【請求項６】ディスクの転動面において、変速比が
１：１〜１．３：１となるパワーローラとの接触範囲内
に凹凸の深さおよび密度の最大値を有し、その位置から
小径側および大径側に向けて凹凸の深さおよび密度の少
なくとも一方を減少させたことを特徴とする請求項１〜
３のいずれかに記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項７】入力ディスクの転動面において、パワー
ローラとの接触範囲のうちの大径側に、微細な凹凸を設
けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
トロイダル型無段変速機。
【請求項８】出力ディスクの転動面において、パワー
ローラとの接触範囲のうちの小径側に、微細な凹凸を設
けたことを特徴とする請求項１〜３および７のいずれか
に記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項９】ディスクの転動面において、変速比が
１：１〜１．３：１となるパワーローラとの接触範囲内
に、微細な凹凸のある領域を設けたことを特徴とする請
求項１〜３のいずれかに記載のトロイダル型無段変速
機。
【請求項１０】微細な凹凸に関して、表面粗さ計によ
り測定される断面曲線が凹部と凸部を交互に配列した形
状であるとともに、断面曲線の中心線よりも上側の凸部
の形状が、台形状、角が丸みを帯びた台形状、角に面取
りを施した台形状、クラウニング形状、楕円弧状、正弦
波状、および頂点が丸みを帯びた三角形状のいずれかで
あり、微細な凹凸の最も深い位置における凹部と凸部の
高低差が０．７〜２．５μｍであることを特徴とする請
求項１〜９のいずれかに記載のトロイダル型無段変速
機。
【請求項１１】微細な凹凸に関して、凹部の密度が最
も高い位置における全体に対する凹部の割合が１５〜４
５％であることを特徴とする請求項１０に記載のトロイ
ダル型無段変速機。
【請求項１２】微細な凹凸に関して、隣接する凹部同
士の間隔が４０〜１５０μｍであることを特徴とする請
求項１０または１１に記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項１３】微細な凹凸に関して、表面粗さ計の縦
倍率と横倍率を等しくして計測した断面曲線における凸
部頂上部の曲率半径が０．８〜１７０ｍｍであることを
特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載のトロイ
ダル型無段変速機。
【請求項１４】微細な凹凸に関して、凸部頂上部の表
面粗さがＲａ０．０２μｍ以下であることを特徴とする
請求項１０〜１３のいずれかに記載のトロイダル型無段
変速機。
【請求項１５】微細な凹凸に関して、凹部が転動方向
とほぼ平行な螺旋状に連続した溝であることを特徴とす
る請求項１０〜１４のいずれかに記載のトロイダル型無
段変速機。
【請求項１６】微細な凹凸に関して、凹部が互いに独
立したディンプルであることを特徴とする請求項１０〜
１４のいずれかに記載のトロイダル型無段変速機。