JP2002243010A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パワーローラ軸受として円すいころ軸受を採
用した場合に特有の転動体及び内外輪軌道面の寿命が短
くなるという課題を解決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。 【解決手段】 パワーローラ内輪９３が入力ディスク１
８ａと出力ディスク１８ｂに押圧されて楕円状に変形
し、その変形によって生じる内輪軌道面９２ａと転動体
９２ｃの接触荷重ｆｃについて、荷重ｆｃのパワーロー
ラ半径方向成分をｆｒ、ｆｃのパワーローラ軸方向成分
をｆｔとしたとき、半径方向成分ｆｒよりも軸方向成分
ｆｔが大きくなるように、円すいころ軸受９２の内輪軌
道面９２ａが軸受回転軸となす角度である内輪軌道面９
２ａの接触角αを、４５°以上１３５°以下の角度に設
定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両等に適用され
るトロイダル型無段変速機の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用無段変速機は、その滑らかさ、
運転のしやすさ及び燃費向上の期待もあって近年研究開
発が進められている。このうち、入出力ディスクとパワ
ーローラとの間に形成される油膜のせん断によって動力
を伝達するものであり、先に実用化されたＶベルト式無
段変速機に比べて大容量かつ応答性のよいトロイダル型
無段変速機（以下、トロイダル型ＣＶＴ）が既に実用化
されるに至っている。

【０００３】トロイダル型ＣＶＴは、その形状から、フ
ルトロイダル型とハーフトロイダル型に分類できるが、
主としてハーフトロイダル型ＣＶＴの方がフルトロイダ
ル型ＣＶＴに比べ、入出力ディスクに対するパワーロー
ラのスピン損失が小さいという理由により、両型のう
ち、ハーフトロイダル型ＣＶＴが選択されている。

【０００４】このハーフトロイダル型ＣＶＴは、同軸に
対向配置される入力ディスク及び出力ディスクと、入出
力ディスクの対向面にそれぞれ形成されたトロイド曲面
に挟持されるパワーローラと、パワーローラが入出力デ
ィスクから受ける荷重を支持すると共に、変速機ケース
に傾転可能に取り付けられるトラニオンとを有する構成
である。

【０００５】そして、パワーローラの傾転角の大きさに
応じた変速比を得る変速動作は、トラニオンをパワーロ
ーラ回転軸と直交する傾転軸方向に僅かに変位させるこ
とにより、パワーローラをディスク回転中心位置からオ
フセットさせ、このオフセットによりパワーローラと入
力ディスクとの接触部で発生するサイドスリップ力によ
りパワーローラを傾転させ、所定の傾転角となった時点
でトラニオンに与えた変位を元のディスク回転中心位置
に戻し、パワーローラの傾転動作を停止することでなさ
れる。

【０００６】この変速動作時にトルクを伝達しながら傾
転運動するパワーローラは、入出力ディスクに摩擦接触
するパワーローラ内輪と、トラニオンに支持されたパワ
ーローラ外輪と、パワーローラ内輪とパワーローラ外輪
との間に介装されたパワーローラ軸受と、を有して構成
され、パワーローラ軸受として、玉軸受を採用するもの
が一般的に広く知られているが、パワーローラ軸受を玉
軸受にするとスピン損失があり、大きな荷重が作用した
ときにフリクションが高くなる。

【０００７】そこで、例えば、実開昭５８−１１２７６
２号公報には、パワーローラ内輪に形成された内輪軌道
面と、パワーローラ外輪に形成された外輪軌道面と、内
外輪軌道面間に挟持された円すい台形状の転動体により
構成された円すいころ軸受をパワーローラ軸受として採
用するものが提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
円すいころ軸受をパワーローラ軸受として採用するトロ
イダル型無段変速機にあっては、実開昭５８−１１２７
６２号公報第２図から明らかなように、円すいころ軸受
の内輪軌道面が軸受回転軸となす角度である内輪軌道面
の接触角が４５°以下である、いわゆる、ラジアル円す
いころ軸受を形成しているため、円すいころ軸受の転動
体及び内外輪軌道面の寿命が短くなるという問題があっ
た。

【０００９】すなわち、トロイダル型無段変速機におい
ては、入出力ディスクとパワーローラのトルク伝達が摩
擦によって行われるため、図１１に示すように、伝達す
るトルクに応じた押付力Ｆｃを必要とする。この押付力
Ｆｃの大きさは、車両に搭載できるよう変速機を小型化
した場合、数１０ｋＮもの大きな荷重となる。

【００１０】押付力Ｆｃはパワーローラの回転軸に対し
て角度を持っており、軸方向成分Ｆｔと半径方向成分Ｆ
ｒに分けられる。軸方向成分Ｆｔはパワーローラ軸受と
パワーローラ外輪を介してトラニオンで支持する。すな
わち、軸方向成分Ｆｔはその大きさ全てが円すいころ軸
受の転動体に働く。

【００１１】一方、図１２に示すように、押付力Ｆｃの
半径方向成分Ｆｒによってパワーローラ内輪は楕円状に
変形し、この変形によってパワーローラ内輪が転動体を
挟み込む。すなわち、半径方向成分Ｆｒは、パワーロー
ラ内輪の変形反力と、転動体と内輪軌道面の接触荷重と
に分担支持される。ただし、後者である転動体と内輪軌
道面の接触荷重の分担が大きいと、内外輪軌道面と転動
体の接触面圧が高くなり、円すいころ軸受の寿命が低下
する。

【００１２】ここで、半径方向成分Ｆｒの支持に関す
る、変形反力と転動体接触荷重の分担割合を考える。図
１３に示すように、パワーローラ内輪の楕円状変形によ
り、内輪軌道面が半径方向内側に移動したことによる転
動体への荷重ｆｃは、接触面に垂直となる。この荷重ｆ
ｃの軸方向成分ｆｔと半径方向成分ｆｒは、内輪接触角
をαとすると、下記の式のようになる。 ｆｔ＝ｆｃ・｜ｓｉｎα｜ ｆｒ＝ｆｃ・｜ｃｏｓα｜ ここで、半径方向成分ｆｒは転動体を介してパワーロー
ラ外輪を挟み込む荷重となるが、パワーローラ外輪は中
実であるため剛性が高く、外輪軌道面はほとんど移動し
ない。一方、軸方向成分ｆｔは転動体とパワーローラ外
輪を介してトラニオンを外側に押し出す荷重となるが、
トラニオンは、両端２点で支持されているため、剛性が
低く容易に変形する。

【００１３】したがって、図１４に示すように、軸方向
成分ｆｔによって、外輪軌道面が変速機外径側に移動
し、その結果、荷重ｆｃを低下させる。すなわち、半径
方向成分ｆｒが小さく軸方向成分ｆｔが大きいほど、押
付力Ｆｃの半径方向成分Ｆｒに関する転動体接触荷重の
分担割合が小さくなる。したがって、転動体及び内外輪
軌道面の疲労寿命の観点から考えると、ｆｒ＜ｆｔの関
係が望ましい。

【００１４】ところが、従来のトロイダル型無段変速機
に用いられるパワーローラ軸受は、内輪接触角αが４５
°よりも小さいため、ｆｒ＞ｆｔとなり、軸方向成分ｆ
ｔによる荷重ｆｃ（パワーローラ内輪の楕円状変形によ
って転動体に働く荷重）の低減代が小さくなるため、円
すいころ軸受の転動体及び内外輪軌道面の寿命が短くな
る。

【００１５】本発明は、上記問題点に着目してなされた
もので、その目的とするところは、パワーローラ軸受と
して円すいころ軸受を採用した場合に特有の転動体及び
内外輪軌道面の寿命が短くなるという課題を解決するこ
とができるトロイダル型無段変速機を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、同軸に対向配置される
入力ディスク及び出力ディスクと、前記入出力ディスク
の対向面にそれぞれ形成されたトロイド曲面に挟持され
るパワーローラと、前記入力ディスク、或いは、出力デ
ィスクのうち、一方のディスクを他方のディスクに向け
て押圧する押圧力を発生するローディングカムと、前記
パワーローラが入出力ディスクから受ける荷重を支持す
ると共に、変速機ケースに傾転可能に取り付けられるト
ラニオンとを備え、前記パワーローラは、入出力ディス
クに摩擦接触するパワーローラ内輪と、前記トラニオン
に支持されたパワーローラ外輪と、前記パワーローラ内
輪とパワーローラ外輪との間に介装されたパワーローラ
軸受と、を有して構成され、前記パワーローラ軸受は、
パワーローラ内輪に形成された内輪軌道面と、パワーロ
ーラ外輪に形成された外輪軌道面と、前記内外輪軌道面
間に挟持された円すい台形状の転動体により構成された
円すいころ軸受であるトロイダル型無段変速機におい
て、前記パワーローラ内輪が入力ディスクと出力ディス
クとの押圧によって生じる内輪軌道面と転動体の接触荷
重のパワーローラ半径方向成分を、パワーローラ軸方向
成分よりも小さくなるように、円すいころ軸受の内輪軌
道面が軸受回転軸となす角度である内輪軌道面の接触角
を設定したことを特徴とする。

【００１７】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載のトロイダル型無段変速機において、前記内輪軌道面
の接触角を、４５°以上１３５°以下の角度に設定した
ことを特徴とする。

【００１８】請求項３に記載の発明では、請求項２に記
載のトロイダル型無段変速機において、前記内輪軌道面
の接触角を、９０°以下の角度に設定したことを特徴と
する。

【００１９】請求項４に記載の発明では、請求項２に記
載のトロイダル型無段変速機において、前記内輪軌道面
の接触角を、９０°の角度に設定したことを特徴とす
る。

【００２０】請求項５に記載の発明では、請求項２に記
載のトロイダル型無段変速機において、前記円すいころ
軸受の円すい台形状の転動体を案内する大つばを、パワ
ーローラ外輪に設けたことを特徴とする。

【００２１】請求項６に記載の発明では、請求項２に記
載のトロイダル型無段変速機において、前記円すいころ
軸受の円すい台形状の転動体、若しくは、内外輪軌道面
の少なくともいずれか一方の軸断面形状を、凸曲面とし
たことを特徴とする。

【００２２】請求項７に記載の発明では、請求項２に記
載のトロイダル型無段変速機において、前記パワーロー
ラ内輪を中実形状とし、内輪軌道面の接触角を９０°以
外の角度に設定したことを特徴とする。

【００２３】

【発明の作用および効果】請求項１記載の発明にあって
は、入出力ディスクとパワーローラとの間の伝達トルク
に応じた押付力Ｆｃによって、パワーローラ内輪が入力
ディスクと出力ディスクに押圧されて楕円状に変形し、
その変形によって内輪軌道面が半径方向内側に移動し、
内輪軌道面と転動体の接触面に対し荷重ｆｃが作用す
る。この荷重ｆｃのパワーローラ半径方向成分をｆｒ、
ｆｃのパワーローラ軸方向成分をｆｔとしたとき、半径
方向成分ｆｒよりも軸方向成分ｆｔが大きくなるよう
に、円すいころ軸受の内輪軌道面が軸受回転軸となす角
度である内輪軌道面の接触角が設定される。

【００２４】すなわち、半径方向成分ｆｒは、転動体を
介してパワーローラ外輪を押し拡げる荷重や挟み込む荷
重となるが、パワーローラ外輪は剛性が高く、外輪軌道
面はほとんど移動しない。一方、軸方向成分ｆｔは、転
動体とパワーローラ外輪を介してトラニオンを外側に押
し出す荷重となるが、変速機に両端が支持されているト
ラニオンは、剛性が低く容易に変形するため、この軸方
向成分ｆｔによって、外輪軌道面が変速機外径側に移動
し、その結果、荷重ｆｃを低下させる。言い換えると、
半径方向成分ｆｒが小さく軸方向成分ｆｔが大きいほ
ど、円すいころ軸受の転動体に作用する荷重ｆｃの低減
代が大きくなる。

【００２５】よって、ｆｒ＜ｆｔとなるように内輪軌道
面の接触角を設定することで、パワーローラ軸受として
円すいころ軸受を採用した場合に特有の転動体及び内外
輪軌道面の寿命が短くなるという課題を解決し、円すい
ころ軸受の転動体及び内外輪軌道面の寿命を向上し、パ
ワーローラの耐久信頼性を高めることができる。

【００２６】請求項２記載の発明にあっては、内輪軌道
面の接触角を４５°以上１３５°以下の角度に設定した
ため、パワーローラ内輪の楕円状変形によって転動体に
働く荷重ｆｃの半径方向成分ｆｒと軸方向成分ｆｔは、
ｆｒ＜ｆｔという関係にすることができ、その結果、円
すいころ軸受の転動体及び内外輪軌道面の寿命を向上
し、パワーローラの耐久信頼性を高めることができる。

【００２７】請求項３に記載の発明にあっては、内輪軌
道面の接触角を９０°以下の角度に設定したため、パワ
ーローラ内輪の楕円状変形によって転動体に働く荷重ｆ
ｃの半径方向成分ｆｒと軸方向成分ｆｔは、ｆｒ＜ｆｔ
という関係にすることができ、その結果、円すいころ軸
受の転動体及び内外輪軌道面の寿命を向上し、パワーロ
ーラの耐久信頼性を高めることができるという請求項２
に記載の発明と同じ効果を得ることができる。

【００２８】加えて、内輪軌道面の接触角が９０°以下
であることで、パワーローラ内輪の入出力ディスクとの
接触範囲が大きく確保される。すなわち、押付力Ｆｃ
（法線力）が大きくなり、ヘルツ接触楕円が大きくなっ
ても、接触楕円がはみ出すことがない。よって、内輪軌
道面の接触角が９０°以上にする場合に比べ、より大き
なトルクを伝達することができる。

【００２９】請求項４に記載の発明にあっては、内輪軌
道面の接触角を９０°の角度に設定したため、入出力デ
ィスクとパワーローラとの間の伝達トルクに応じた押付
力Ｆｃの半径方向成分Ｆｒによってパワーローラ内輪が
楕円状に変形しても転動体を挟み込むことがない。

【００３０】すなわち、転動体への荷重は押付力Ｆｃの
軸方向成分Ｆｔによるものだけとなり、半径方向成分Ｆ
ｒによる増加分は発生しない。

【００３１】よって、転動体と内外輪軌道面との接触荷
重は小さくなり、円すいころ軸受の転動体及び内外輪軌
道面の寿命を高レベルで向上させることができる。

【００３２】請求項５に記載の発明にあっては、円すい
ころ軸受の円すい台形状の転動体を案内する大つばが、
パワーローラ外輪に設けられるため、パワーローラ内輪
の楕円状変形によって大つばが半径方向に移動し、転動
体の転がり運動が乱れることを防止することができる。

【００３３】加えて、大つばと転動体端面はすべり接触
しているが、焼き付きを防止するためには潤滑油を十分
に供給する必要がある。これに対し、トラニオンを介し
てパワーローラ外輪に潤滑油を供給することは容易であ
り、簡単な構造で大つばと転動体端面の接触部に潤滑油
を供給することができる。

【００３４】請求項６に記載の発明にあっては、円すい
ころ軸受の円すい台形状の転動体、若しくは、内外輪軌
道面の少なくともいずれか一方の軸断面形状が、凸曲面
とされる。

【００３５】すなわち、トラニオンは両端部の２点支持
であり、荷重によって弓状に変形し、それに伴い、パワ
ーローラ内輪とパワーローラ外輪も同様に変形し、内外
輪軌道面と転動体は斜めに接触する。

【００３６】しかし、転動体、若しくは、内外輪軌道面
の少なくともいずれか一方を凸曲面形状としたため、内
外輪軌道面と転動体との曲面接触が確保されることにな
り、転動体角部が内外輪軌道面と接触することによるエ
ッジロードが発生せず、円すいころ軸受の転動体及び内
外輪軌道面の寿命の低下を防止することができる。

【００３７】請求項７に記載の発明にあっては、パワー
ローラ内輪が中実形状とされ、内輪軌道面の接触角が９
０°以外の角度に設定される。

【００３８】すなわち、パワーローラ内輪を中実形状と
したので、パワーローラ内輪の剛性が高くなり、押付力
Ｆｃの半径方向成分Ｆｒに対するパワーローラ内輪の変
形量が小さくなるため、内輪軌道面が転動体を挟み込む
量を小さくできる。

【００３９】一方、内輪軌道面の接触角として、９０°
を除く設定としているため、ｆｒ＜ｆｔという関係にす
ることができ、パワーローラ内輪の楕円状変形によって
転動体に働く荷重ｆｃが小さくなる。

【００４０】つまり、転動体に働く荷重ｆｃそのものが
低く抑えられるし、荷重ｆｃの低下代も大きくなるとい
う相乗作用により、円すいころ軸受の転動体及び内外輪
軌道面の寿命を大幅に向上させることができる。

【００４１】なお、パワーローラ内輪を中実形状とした
ため、入出力ディスクとパワーローラ内輪が動力を伝達
することによってパワーローラ内輪に働くラジアル力を
支持していたラジアルニードル軸受を配置することがで
きないが、内輪軌道面の接触角が９０°ではないため、
円すいころ軸受でラジアル力を支持することができ、ラ
ジアルニードル軸受は配置する必要が無い。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明におけるトロイダル
型無段変速機を実現する実施の形態を、請求項１及び請
求項２に対応する第１実施例と、請求項３に対応する第
２実施例と、請求項４に対応する第３実施例と、請求項
５に対応する第４実施例と、請求項６に対応する第５実
施例と、請求項７に対応する第４実施例と、に基づいて
説明する。

【００４３】（第１実施例） ［全体構成について］図１は第１実施例のトロイダル型
無段変速機を示す全体構成図で、１０はトロイダル型無
段変速機を示し、図外のエンジンからの回転駆動力がト
ルクコンバータ１２を介して入力される。トルクコンバ
ータ１２は、ポンプインペラ１２ａ，タービンランナ１
２ｂ，ステータ１２ｃ，ロックアップクラッチ１２ｄ，
アプライ側油室１２ｅ，及びリリース側油室１２ｆ等か
らなり、その中心部をインプットシャフト１４が貫通し
ている。

【００４４】前記インプットシャフト１４は、前後進切
換機構３６と連結され、該機構３６は、遊星歯車機構４
２，前進用クラッチ４４及び後進用ブレーキ４６などを
備える。遊星歯車機構４２は、ダブルピニオンを支持す
るピニオンキャリヤ４２ａとダブルピニオンの夫々と噛
合するリングギヤ４２ｂ，サンギヤ４２ｃを有してな
る。

【００４５】前記遊星歯車機構４２のピニオンキャリヤ
４２ａはトルク伝達軸１６に連結され、該トルク伝達軸
１６には、第一無段変速機構１８及び第二無段変速機構
２０が変速機ケース２２内の下流側にタンデム配置され
る（デュアルキャビティ型）。尚、符号６４で示すベー
スに、コントロールバルブ系のボディを配置する。

【００４６】前記第一無段変速機構１８は、対向面がト
ロイド曲面に形成される一対の入力ディスク１８ａ及び
出力ディスク１８ｂと、これら入出力ディスク１８ａ，
１８ｂの対向面間に挟圧配置されると共にトルク伝達軸
１６に関し対称配置される一対のパワーローラ１８ｃ，
１８ｄと、これらパワーローラ１８ｃ，１８ｄをそれぞ
れ支持するトラニオン１７ａ，１７ｂ（図２）を備え
る。

【００４７】第二無段変速機構２０も同様、対向面がト
ロイド曲面に形成される一対の入力ディスク２０ａ及び
出力ディスク２０ｂと、一対のパワーローラ２０ｃ，２
０ｄと、これらパワーローラ２０ｃ，２０ｄをそれぞれ
支持するトラニオン２７ａ，２７ｂ（図２）を備える。

【００４８】トルク伝達軸１６上において両無段変速機
構１８，２０は、出力ディスク１８ｂ，２０ｂが対向す
るように互いに逆向きに配置され、第一無段変速機構１
８の入力ディスク１８ａは、トルクコンバータ１２を経
た入力トルクに応じた押圧力を発生するローディングカ
ム装置３４によって図中軸方向右側に向かって押圧され
る。

【００４９】前記ローディングカム装置３４は、ローデ
ィングカム３４ａを有し、スライドベアリング３８を介
し軸１６に支持される。第二無段変速機構２０の入力デ
ィスク２０ａは、皿ばね４０により図中軸方向左側に向
かって押圧付勢されている。

【００５０】各入力ディスク１８ａ，２０ａは、ボール
スプライン２４，２６を介して伝達軸１６に回転可能か
つ軸方向に移動可能に支持される。

【００５１】上記機構において、各パワーローラ１８
ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄは後述する作動により変速
比に応じた傾転角が得られるようにそれぞれ傾転され、
入力ディスク１８ａ，２０ａの入力回転を無段階（連続
的）に変速して出力ディスク１８ｂ，２０ｂに伝達す
る。

【００５２】出力ディスク１８ｂ，２０ｂは、トルク伝
達軸１６上に相対回転可能に嵌合された出力ギヤ２８と
スプライン結合され、伝達トルクは該出力ギヤ２８を介
し、出力軸（カウンタシャフト）３０に結合したギヤ３
０ａに伝達され、これらギヤ２８，３０ａはトルク伝達
機構３２を構成する。また、出力軸３０，５０上に設け
たギヤ５２，５６とこれらにそれぞれ噛合するアイドラ
ギヤ５４とよりなる伝達機構４８を設け、出力軸５０は
これをプロペラシャフト６０に連結する。

【００５３】［変速制御系の構成について］上記パワー
ローラ１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄを変速比に応じ
た傾転角が得られるようにそれぞれ傾転させる変速制御
系について、図２に示す概略図により説明する。

【００５４】まず、各パワーローラ１８ｃ，１８ｄ，２
０ｃ，２０ｄは、トラニオン１７ａ，１７ｂ，２７ａ，
２７ｂの一端に支持されていて、パワーローラ回転軸１
５ａ，１５ｂ，２５ａ，２５ｂを中心として回転自在で
ある。このトラニオン１７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂ
は、変速機ケース２２に両端部が傾転可能に支持され、
そのシャフト部には、トラニオン１７ａ，１７ｂ，２７
ａ，２７ｂを傾転軸方向に変位させる油圧アクチュエー
タとしてサーボピストン７０ａ，７０ｂ，７２ａ，７２
ｂが設けられている。

【００５５】前記サーボピストン７０ａ，７０ｂ，７２
ａ，７２ｂを作動制御する油圧制御系として、ハイ側油
室に接続されるハイ側油路７４と、ロー側油室に接続さ
れるロー側油路７６と、ハイ側油路７４を接続するポー
ト７８ａとロー側油路７６を接続するポート７８ｂを有
する変速制御弁７８とが設けられている。

【００５６】前記変速制御弁７８のライン圧ポート７８
ｃには、オイルポンプ８０及びリリーフ弁８２を有する
油圧源からのライン圧が供給される。前記変速制御弁７
８の変速スプール７８ｄは、トラニオン１７ａの軸方向
及び傾転方向を検知し、変速制御弁７８にフィードバッ
クするレバー８４及びプリセスカム８６と連動する。前
記変速制御弁７８の変速スリーブ７８ｅは、ステップモ
ータ８８により軸方向に変位するように駆動される。

【００５７】前記ステップモータ８８を駆動制御する電
子制御系として、ＣＶＴコントローラ１１０が設けら
れ、このＣＶＴコントローラ１１０には、スロットル開
度センサ１１２、エンジン回転センサ１１４、入力軸回
転センサ１１６、出力軸回転センサ（車速センサ）１１
８等からの入力情報が取り込まれる。

【００５８】［パワーローラ構造について］上記各パワ
ーローラ１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄから代表とし
て選んだパワーローラ１８ｃの構造について、図３によ
りその構成を説明する。尚、他のパワーローラ１８ｄ，
２０ｃ，２０ｄについても同様の構造を採用する。

【００５９】同軸に対向配置される入力ディスク１８ａ
及び出力ディスク１８ｂの対向面にそれぞれ形成された
トロイド曲面に挟持される前記パワーローラ１８ｃは、
入出力ディスク１８ａ，１８ｂに摩擦接触するパワーロ
ーラ内輪９３と、前記トラニオン１７ａに支持されたパ
ワーローラ外輪９４と、前記パワーローラ内輪９３とパ
ワーローラ外輪９４との間に介装された円すいころ軸受
９２（パワーローラ軸受）とを有して構成されている。

【００６０】前記円すいころ軸受９２は、パワーローラ
内輪９３に形成された内輪軌道面９２ａと、パワーロー
ラ外輪９４に形成された外輪軌道面９２ｂと、前記内外
輪軌道面９２ａ，９２ｂ間に挟持された円すい台形状の
転動体９２ｃにより構成されている。

【００６１】前記パワーローラ内輪９３は、パワーロー
ラ外輪９４の軸部９４ａに対しラジアルニードル軸受９
５を介して回転可能に支持されている。

【００６２】前記パワーローラ内輪９３が入力ディスク
１８ａと出力ディスク１８ｂに押圧されて楕円状に変形
し、その変形によって生じる内輪軌道面９２ａと転動体
９２ｃの接触荷重ｆｃについて、荷重ｆｃのパワーロー
ラ半径方向成分をｆｒ、ｆｃのパワーローラ軸方向成分
をｆｔとしたとき、半径方向成分ｆｒよりも軸方向成分
ｆｔが大きくなるように、円すいころ軸受９２の内輪軌
道面９２ａが軸受回転軸（＝パワーローラ回転軸１５
ａ）となす角度である内輪軌道面９２ａの接触角α（以
下、内輪接触角αという。）を、９０°以上１３５°以
下の角度に設定している。

【００６３】次に、作用を説明する。

【００６４】［変速比制御作用］トロイダル型ＣＶＴ
は、トラニオン１７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂを傾転
軸１９ａの方向に変位し、パワーローラ１８ｃ，１８
ｄ，２０ｃ，２０ｄを傾転させることによって変速比を
変える。

【００６５】つまり、ＣＶＴコントローラ９０からの目
標変速比が得られる駆動指令によりステップモータ８８
を回転させるとによって変速スリーブ７８ｅが変位する
と、サーボピストン７０ａ，７０ｂ，７２ａ，７２ｂの
一方のサーボピストン室に作動油が導かれ、他方のサー
ボピストン室から作動油が排出され、トラニオン１７
ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂが傾転軸１９ａの方向に変
位する。

【００６６】これにより、パワーローラ１８ｃ，１８
ｄ，２０ｃ，２０ｄの回転中心がディスク回転中心位置
に対してオフセットする。このオフセットによりパワー
ローラ１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄと入出力ディス
ク１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂとの接触部で発生す
るサイドスリップ力によりパワーローラ１８ｃ，１８
ｄ，２０ｃ，２０ｄが傾転する。

【００６７】この傾転運動およびオフセットは、プリセ
スカム８６及びレバー８４を介して変速スプール７８ｄ
に伝達され、ステップモータ８８により変位している変
速スリーブ７８ｅとの釣り合い位置で静止し、所定の傾
転角となった時点でトラニオントラニオン１７ａ，１７
ｂ，２７ａ，２７ｂに与えた変位が元のディスク回転中
心位置に戻され、パワーローラ１８ｃ，１８ｄ，２０
ｃ，２０ｄの傾転動作を停止することでなされる。変速
比は、パワーローラ１８ｃ，１８ｄ，２０ｃ，２０ｄの
傾転角により決まる。

【００６８】［円すいころ軸受の転動体に作用する荷重
について］パワーローラ１８ｃを代表例として、パワー
ローラ１８ｃのパワーローラ内輪９３のスライド作用に
ついて説明する。なお、他のパワーローラ１８ｄ，２０
ｃ，２０ｄも同様の作用を示す。

【００６９】トロイダル型無段変速機は、入出力ディス
ク１８ａ，１８ｂとパワーローラ１８ｃのトルク伝達が
摩擦によって行われるため、図３に示すように、伝達す
るトルクに応じた押付力Ｆｃを必要とする。

【００７０】この押付力Ｆｃは、パワーローラ１８ｃの
回転軸に対して角度を持っており、軸方向成分Ｆｔと半
径方向成分Ｆｒに分けられる。軸方向成分Ｆｔは円すい
ころ軸受９２とパワーローラ外輪９４を介してトラニオ
ン１７ａで支持する。すなわち、軸方向成分Ｆｔはその
大きさ全てが円すいころ軸受９２の転動体９２ｃに働
く。

【００７１】一方、半径方向成分Ｆｒによってパワーロ
ーラ内輪９３は楕円状に変形し（図１２参照）、このパ
ワーローラ内輪９３の楕円状変形により、内輪軌道面９
２ａが半径方向内側に移動したことによる転動体９２ｃ
への荷重ｆｃは、接触面に垂直となる。この荷重ｆｃの
軸方向成分ｆｔと半径方向成分ｆｒは、内輪接触角をα
とすると、下記の式のようになる。 ｆｔ＝ｆｃ・｜ｓｉｎα｜ ｆｒ＝ｆｃ・｜ｃｏｓα｜ ここで、半径方向成分ｆｒは転動体９２ｃを介してパワ
ーローラ外輪９４を押し拡げる荷重となるが、パワーロ
ーラ外輪９４は中実であるため剛性が高く、外輪軌道面
９２ｂはほとんど移動しない。一方、軸方向成分ｆｔは
転動体９２ｃとパワーローラ外輪９４を介してトラニオ
ン１７ａを外側に押し出す荷重となるが、トラニオン１
７ａは、変速機ケース２２に対し両端２点で支持されて
いるため、剛性が低く容易に変形する。

【００７２】したがって、軸方向成分ｆｔによって、外
輪軌道面９２ｂが変速機外径側に移動し（図１４参
照）、その結果、荷重ｆｃを低下させる。言い換える
と、半径方向成分ｆｒが小さく軸方向成分ｆｔが大きい
ほど、円すいころ軸受９２の転動体９２ｃに作用する荷
重ｆｃの低減代が大きくなる。

【００７３】これに対し、第１実施例では、内輪接触角
αを、９０°以上１３５°以下の角度に設定しているた
め、｜ｃｏｓα｜＜｜ｓｉｎα｜となり、よって、半径
方向成分ｆｒと軸方向成分ｆｔとの関係は、ｆｒ＜ｆｔ
となり、荷重ｆｃの低減代を大きくすることができる。

【００７４】次に、効果を説明する。

【００７５】第１実施例のトロイダル型無段変速機にあ
っては、内輪接触角αを、９０°以上１３５°以下の角
度に設定したため、パワーローラ内輪９３の楕円状変形
によって転動体９２ｃに働く荷重ｆｃの半径方向成分ｆ
ｒと軸方向成分ｆｔは、ｆｒ＜ｆｔという関係にするこ
とができ、その結果、円すいころ軸受９２の転動体９２
ｃ及び内外輪軌道面９２ａ，９２ｂの寿命を向上し、パ
ワーローラ１８ｃの耐久信頼性を高めることができる。

【００７６】（第２実施例）この第２実施例は、図４に
示すように、パワーローラ内輪９３が入力ディスク１８
ａと出力ディスク１８ｂに押圧されて楕円状に変形し、
その変形によって生じる内輪軌道面９２ａと転動体９２
ｃの接触荷重ｆｃについて、荷重ｆｃのパワーローラ半
径方向成分をｆｒ、ｆｃのパワーローラ軸方向成分をｆ
ｔとしたとき、半径方向成分ｆｒよりも軸方向成分ｆｔ
が大きくなるように、円すいころ軸受９２の内輪軌道面
９２ａが軸受回転軸となす角度である内輪接触角αを、
４５°以上９０°以下の角度に設定した例である。

【００７７】なお、他の構成は図３に示す第１実施例と
同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明
を省略する。

【００７８】次に、作用を説明する。

【００７９】円すいころ軸受９２の転動体９２ｃに作用
する荷重に関しては、第１実施例と同様に、作用半径方
向成分ｆｒが小さく軸方向成分ｆｔが大きいほど、円す
いころ軸受９２の転動体９２ｃに作用する荷重ｆｃの低
減代が大きくなる。

【００８０】これに対し、第２実施例では、内輪接触角
αを、４５°以上９０°以下の角度に設定しているた
め、｜ｃｏｓα｜＜｜ｓｉｎα｜となり、よって、半径
方向成分ｆｒと軸方向成分ｆｔとの関係は、ｆｒ＜ｆｔ
となり、荷重ｆｃの低減代が大きくすることができる。

【００８１】次に、効果を説明する。

【００８２】第２実施例のトロイダル型無段変速機にあ
っては、内輪接触角αを、４５°以上９０°以下の角度
に設定したため、パワーローラ内輪９３の楕円状変形に
よって転動体９２ｃに働く荷重ｆｃの半径方向成分ｆｒ
と軸方向成分ｆｔは、ｆｒ＜ｆｔという関係にすること
ができ、その結果、円すいころ軸受９２の転動体９２ｃ
及び内外輪軌道面９２ａ，９２ｂの寿命を向上し、パワ
ーローラ１８ｃの耐久信頼性を高めることができる。

【００８３】加えて、この第２実施例では、パワーロー
ラ内輪９３と入出力ディスク１８ａ，１８ｂとが接触す
る部分の範囲を大きくすることができる。すなわち、押
付力Ｆｃ（法線力）が大きくなり、ヘルツ接触楕円が大
きくなっても、接触楕円がはみ出すことがない。よっ
て、内輪接触角αを、９０°以上１３５°以下の角度に
設定した第１実施例に比べ、より大きなトルクを伝達す
ることができる。

【００８４】（第３実施例）この第３実施例は、図５に
示すように、円すいころ軸受９２の内輪軌道面９２ａが
軸受回転軸となす角度である内輪接触角αを９０°の角
度に設定した例である。

【００８５】なお、他の構成は図３に示す第１実施例と
同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明
を省略する。

【００８６】次に、作用を説明する。

【００８７】この第２実施例では、内輪接触角αを９０
°の角度に設定したため、図６に示すように、入出力デ
ィスク１８ａ，１８ｂとパワーローラ１８ｃとの間の伝
達トルクに応じた押付力Ｆｃの半径方向成分Ｆｒによっ
てパワーローラ内輪９３が楕円状に変形しても転動体９
２ｃを挟み込むことがない。

【００８８】すなわち、転動体への荷重は押付力Ｆｃの
軸方向成分Ｆｔによるものだけとなり、半径方向成分Ｆ
ｒによる増加分は発生しない。

【００８９】次に、効果を説明する。

【００９０】第３実施例のトロイダル型無段変速機にあ
っては、内輪接触角αを９０°の角度に設定したため、
転動体９２ｃと内外輪軌道面９２ａ，９２ｂとの接触荷
重は小さくなり、円すいころ軸受９２の転動体９２ｃ及
び内外輪軌道面９２ａ，９２ｂの寿命を高レベルで向上
させることができる。

【００９１】（第４実施例）この第４実施例は、図７に
示すように、基本的な構成は第３実施例と同様であり、
円すいころ軸受９２の円すい台形状の転動体９２ｃを案
内する大つば９２ｄを、パワーローラ外輪９４に設けて
いる。また、大つば９２ｄの根元部に開通する潤滑穴９
６をパワーローラ外輪９４に形成し、トラニオン１７ａ
に形成された潤滑油路９７と潤滑穴９６とを連通し、ト
ラニオン１７ａ内より潤滑油を供給できる構造とした例
である。

【００９２】なお、他の構成は図５に示す第３実施例と
同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明
を省略する。

【００９３】次に、作用を説明する。

【００９４】この第４実施例では、パワーローラ外輪９
４は中実であるため、転動体９２ｃからの荷重による半
径方向の変形はほとんど無い。したがって、大つば９２
ｄが半径方向に移動することがないので、これに案内さ
れる転動体９２ｃは円周上で安定した転がり運動を実現
することができる。

【００９５】さらに、大つば９２ｄと転動体９２ｃの端
面はすべり接触しているが、焼き付きを防止するために
は潤滑油を十分に供給する必要があり、そのためには、
大つば９２ｄの根元部に潤滑穴９６を設けることが有効
である。トロイダル型無段変速機において、パワーロー
ラ外輪９４は回転しておらず、トラニオン１７ａに支持
されているので、トラニオン１７ａを介してパワーロー
ラ外輪９４に潤滑油を供給することは容易である。

【００９６】次に、効果を説明する。

【００９７】第４実施例のトロイダル型無段変速機にあ
っては、円すいころ軸受９２の円すい台形状の転動体９
２ｃを案内する大つば９２ｄを、剛性が高いパワーロー
ラ外輪９４に設けたため、転動体９２ｃの安定した転が
り運動を実現することができる。

【００９８】加えて、大つば９２ｄの根元部に潤滑穴９
６を設け、かつ、該潤滑穴９６をトラニオン１７ａに形
成された潤滑油路９７に連通させたため、簡単な構造で
大つば９２ｄと転動体９２ｃの端面のすべり接触部に十
分な潤滑油を供給することができる。

【００９９】（第５実施例）この第５実施例は、図８に
示すように、円すいころ軸受９２の転動体を、曲率半径
ｒによる凸曲面の軸断面形状を有する転動体９２ｃ’と
した例である。

【０１００】なお、他の構成は図５に示す第３実施例と
同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明
を省略する。

【０１０１】次に、作用を説明する。

【０１０２】トラニオン１７ａは両端部の２点支持であ
り、図９に示すように、荷重によって弓状に変形し、そ
れに伴い、パワーローラ内輪９３とパワーローラ外輪９
４も同様に変形する。

【０１０３】したがって、内外輪軌道面９２ａ，９２ｂ
と転動体は斜めに接触しようとするが、第５実施例で
は、転動体を、凸曲面を有する転動体９２ｃ’としたた
め、内外輪軌道面９２ａ，９２ｂと転動体９２ｃ’との
曲面接触が確保される。

【０１０４】次に、効果を説明する。

【０１０５】第５実施例のトロイダル型無段変速機にあ
っては、円すいころ軸受９２の転動体を、曲率半径ｒに
よる凸曲面の軸断面形状を有する転動体９２ｃ’とした
ため、転動体９２’の角部が内外輪軌道面９２ａ，９２
ｂと接触することによるエッジロードが発生せず、円す
いころ軸受９２の転動体９２ｃ’及び内外輪軌道面９２
ａ，９２ｂの寿命の低下を防止することができる。

【０１０６】（第６実施例）この第６実施例は、図１０
に示すように、パワーローラ内輪を、内径部に配置され
ていたラジアルニードル軸受９５を廃止し、中実形状の
パワーローラ内輪９３’とし、内輪接触角αを、４５°
以上９０°未満（９０°を除く）の角度に設定した例で
ある。

【０１０７】なお、他の構成は図４に示す第２実施例と
同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明
を省略する。

【０１０８】次に、作用を説明する。

【０１０９】パワーローラ内輪９３’を中実形状とした
ので、パワーローラ内輪９３’の剛性が高くなり、押付
力Ｆｃの半径方向成分Ｆｒに対するパワーローラ内輪９
３’の変形量が小さくなるため、内輪軌道面９２ａが転
動体９２ｃを挟み込む量を小さくすることができる。

【０１１０】一方、内輪接触角αを４５°以上９０°未
満に設定しているため、ｆｒ＜ｆｔという関係にするこ
とができ、第２実施例と同様に、パワーローラ内輪９
３’の楕円状変形によって転動体９２ｃに働く荷重ｆｃ
が小さくなる。

【０１１１】つまり、パワーローラ内輪９３’の剛性ア
ップにより転動体９２ｃに働く荷重ｆｃそのものが低く
抑えられるし、内輪接触角αの４５°以上９０°未満の
設定により、荷重ｆｃの低下代も大きくなるという相乗
作用を示す。

【０１１２】次に、効果を説明する。

【０１１３】第６実施例のトロイダル型無段変速機にあ
っては、パワーローラ内輪を中実形状のパワーローラ内
輪９３’とし、内輪接触角αを、４５°以上９０°未満
の角度に設定したため、第２実施例に比べ、円すいころ
軸受９２の転動体９２ｃ及び内外輪軌道面９２ａ，９２
ｂの寿命を向上させることができる。

【０１１４】なお、パワーローラ内輪９３’を中実形状
としたため、入出力ディスク１８ａ，１８ｂとパワーロ
ーラ内輪９３’が動力を伝達することによってパワーロ
ーラ内輪９３’に働くラジアル力を支持していたラジア
ルニードル軸受９５を配置することができないが、内輪
接触角αが９０°ではないため、円すいころ軸受９２で
ラジアル力を支持することができ、ラジアルニードル軸
受９５は配置する必要が無い。

【０１１５】（他の実施例）以上、本発明のトロイダル
型無段変速機を第１実施例〜第６実施例に基づき説明し
てきたが、具体的な構成については、これらの実施例に
限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に記
載された本発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や
追加等は許容される。

【０１１６】例えば、第５実施例では、円すいころ軸受
の転動体の軸断面形状を凸曲面とする例を示したが、円
すいころ軸受の内外輪軌道面の軸断面形状を凸曲面とし
ても良いし、また、円すいころ軸受の転動体と内外輪軌
道面の軸断面形状をいずれも凸曲面としても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のトロイダル型無段変速機を示す全
体システム図である。

【図２】第１実施例のトロイダル型無段変速機を示す変
速制御系システム図である。

【図３】第１実施例のトロイダル型無段変速機における
パワーローラ構造を示す断面図である。

【図４】第２実施例のトロイダル型無段変速機における
パワーローラ構造を示す断面図である。

【図５】第３実施例のトロイダル型無段変速機における
パワーローラ構造を示す断面図である。

【図６】第３実施例のパワーローラ構造において押付力
の半径方向成分によるパワーローラ内輪の変形状態を示
す図である。

【図７】第４実施例のトロイダル型無段変速機における
パワーローラ構造を示す断面図である。

【図８】第５実施例のトロイダル型無段変速機における
パワーローラ構造を示す断面図である。

【図９】第５実施例のパワーローラ構造においてパワー
ローラ内外輪の変形状態を示す図である。

【図１０】第６実施例のトロイダル型無段変速機におけ
るパワーローラ構造を示す断面図である。

【図１１】従来のトロイダル型無段変速機において円す
いころ軸受をパワーローラ軸受として用いたパワーロー
ラに働く荷重を示す図である。

【図１２】従来の円すいころ軸受を備えたパワーローラ
でのパワーローラ内輪の楕円状変形を示す図である。

【図１３】従来の円すいころ軸受を備えたパワーローラ
での転動体に働く荷重を示す図である。

【図１４】従来の円すいころ軸受を備えたパワーローラ
でトラニオンの変形による転動体の移動を示す図であ
る。

【符号の説明】

１５ａ パワーローラ回転軸 １７ａ トラニオン １８ａ 入力ディスク １８ｂ 出力ディスク １８ｃ パワーローラ １９ａ 傾転軸 ９２ 円すいころ軸受 ９２ａ 内輪軌道面 ９２ｂ 外輪軌道面 ９２ｃ 転動体 ９２ｄ 大つば ９３ パワーローラ内輪 ９４ パワーローラ外輪 ９４ａ 軸部 ９５ ラジアルスラスト軸受

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同軸に対向配置される入力ディスク及び
   出力ディスクと、 前記入出力ディスクの対向面にそれぞれ形成されたトロ
   イド曲面に挟持されるパワーローラと、 前記入力ディスク、或いは、出力ディスクのうち、一方
   のディスクを他方のディスクに向けて押圧する押圧力を
   発生するローディングカムと、 前記パワーローラが入出力ディスクから受ける荷重を支
   持すると共に、変速機ケースに傾転可能に取り付けられ
   るトラニオンとを備え、 前記パワーローラは、入出力ディスクに摩擦接触するパ
   ワーローラ内輪と、前記トラニオンに支持されたパワー
   ローラ外輪と、前記パワーローラ内輪とパワーローラ外
   輪との間に介装されたパワーローラ軸受と、を有して構
   成され、 前記パワーローラ軸受は、パワーローラ内輪に形成され
   た内輪軌道面と、パワーローラ外輪に形成された外輪軌
   道面と、前記内外輪軌道面間に挟持された円すい台形状
   の転動体により構成された円すいころ軸受であるトロイ
   ダル型無段変速機において、 前記パワーローラ内輪が入力ディスクと出力ディスクと
   の押圧によって生じる内輪軌道面と転動体の接触荷重の
   パワーローラ半径方向成分を、パワーローラ軸方向成分
   よりも小さくなるように、円すいころ軸受の内輪軌道面
   が軸受回転軸となす角度である内輪軌道面の接触角を設
   定したことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のトロイダル型無段変速
   機において、 前記内輪軌道面の接触角を、４５°以上１３５°以下の
   角度に設定したことを特徴とするトロイダル型無段変速
   機。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のトロイダル型無段変速
   機において、 前記内輪軌道面の接触角を、９０°以下の角度に設定し
   たことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
4. 【請求項４】 請求項２に記載のトロイダル型無段変速
   機において、 前記内輪軌道面の接触角を、９０°の角度に設定したこ
   とを特徴とするトロイダル型無段変速機。
5. 【請求項５】 請求項２に記載のトロイダル型無段変速
   機において、 前記円すいころ軸受の円すい台形状の転動体を案内する
   大つばを、パワーローラ外輪に設けたことを特徴とする
   トロイダル型無段変速機。
6. 【請求項６】 請求項２に記載のトロイダル型無段変速
   機において、 前記円すいころ軸受の円すい台形状の転動体、若しく
   は、内外輪軌道面の少なくともいずれか一方の軸断面形
   状を、凸曲面としたことを特徴とするトロイダル型無段
   変速機。
7. 【請求項７】 請求項２に記載のトロイダル型無段変速
   機において、 前記パワーローラ内輪を中実形状とし、内輪軌道面の接
   触角を９０°以外の角度に設定したことを特徴とするト
   ロイダル型無段変速機。