JP2005048880A - ダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機及びその出力ディスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄肉部分の急冷に起因する焼き割れ等を生じることなく、軽量化及び小型化を図るとともに、高い加工精度及び回転精度を確保する。
【解決手段】 第１の入力ディスク（１２ａ）、第１の出力ディスク（１３ａ）及び両ディスク間に挟持された第１のパワーローラ（１５）からなる第１の無段変速機構（１１）と、第２の入力ディスク（１２ｂ）、第２の出力ディスク（１３ｂ）及び両ディスク間に挟持された第２のパワーローラ（１５）からなる第２の無段変速機構（１４）と、を備え、前記第１及び第２の出力ディスク（１３ａ，１３ｂ）の背面が互いに対向するように同軸上に配置されたダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機（１０）において、前記第１及び第２の出力ディスク（１３ａ，１３ｂ）は、接合により一体化されており、一体化された前記第１及び第２の出力ディスクの背面（５０ａ，５０ｂ）間には、肉抜き加工により形成された空隙（５６）が設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、主として自動車用や各種産業機械用の変速機として用いられるダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機及びその出力ディスクの製造方法に関する。

近年、自動車等に利用される変速装置として、トロイダル型無段変速機が使用されている。また、より大きな入力トルクに対応するために、２組の無段変速機構が設けられたダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機が使用されている。

従来、この種のトロイダル型無段変速機では、２組の無段変速機構の両出力ディスクが入力軸の周囲に近接して配置されており、入力ディスクの回転がパワーローラを介して出力ディスクに伝達される。また、両出力ディスク間には、両出力ディスクの互いに同期した回転が伝達される出力歯車が連結される。
一方、上記のトロイダル型無段変速機の軽量化を図るため、出力ディスクの外周に出力ギアを設けて出力ディスクから動力を取り出すようにした技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）。

また、一対の出力ディスクを同一材料から構成する一体型出力ディスクとし、一体型出力ディスクの外周に出力ギアを設けて動力を取り出すようにしたダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機が知られている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照。）。

さらに、上述した特許文献２及び特許文献３に記載されるようなトロイダル型無段変速機の出力ディスクの代表的な例として、図６に示すような、同一材料から製作した一体型の出力ディスク１００が挙げられる。このような出力ディスク１００は、両側面に一対のトロイダル面１０１が形成されており、一体型による軽量化とともに、組み付け工数の低減が図られる。
特開平８−１５９２２９号公報（第４〜５頁、第１〜２図） 特開平１１―６３１３９号公報（第５〜７頁、第２図及び第４図） 特開昭６３―２１９９５６号公報（第３頁、第２図）

しかしながら、図６に示されるような出力ディスク１００においては、トロイダル面１０１が対向して設けられているため、トロイダル面１０１の研削工程における加工基準面としてトロイダル面１０１の外周側に平面部１０２を設ける必要がある。

即ち、図７を参照すると、トロイダル面１０１の研削工程においては、出力ディスク１００の平面部１０２が、研削盤主軸１１０に取り付けられた基準座金１１１に当接され、この状態でトロイダル面研削加工用砥石１１２によってトロイダル面１０１が研削加工される。このような研削加工が、出力ディスク１００の表面側及び裏面側でそれぞれ行われ、一体型出力ディスク１００の表裏面にそれぞれトロイダル面１０１が形成される。

したがって、出力ディスク１００の外径が、平面部１０２を設ける分だけ大きくなってしまい、出力ディスク１００の大型化及び重量増加を招くという問題がある。また、トロイダル面１０１の研削加工に際して、出力ディスク１００が基準座金１１１の凹部１１１ａに寸法Ｄ分だけ入り込む状態となるため、基準座金１１１に出力ディスク１００を脱着する時、出力ディスク１００を軸方向（図７中左右方向）に寸法Ｄ以上の距離だけ移動させる必要があり、搬送装置が複雑化してコスト上昇を招くという問題がある。

また、出力ディスク１００の肉厚は中央部で厚いため、熱処理工程において、強い冷却による硬化が必要となる。すなわち、出力ディスク１００におけるトロイダル面１０１との内接円（図６中、符号Ａで示す円）の直径が大きくなり、内接円Ａ内の中央部において十分な硬度を得るためには、冷却能力を大きくする必要がある。このため、出力ディスク１００の薄肉な外周部等では、急冷に起因する焼き割れを起こす可能性がある。

また、一体型出力ディスク１００を軽量化するため、一対のトロイダル面１０１に挟まれる中央部分において、旋削加工による肉抜き加工を行なうとしても、出力ディスク１００の内径は小さいため、工具が進入し難く大きな肉抜き加工は困難である。このため、一体型出力ディスク１００においては軽量化が難しいという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みて為されたものであり、薄肉部分の急冷に起因する焼き割れ等を生じることなく、軽量化及び小型化を図ることができるとともに、高い加工精度及び回転精度を確保することができるトロイダル型無段変速機及びその出力ディスクの製造方法を提供することを目的としている。

（１）第１の入力ディスク、第１の出力ディスク及び両ディスク間に挟持された第１のパワーローラからなる第１の無段変速機構と、第２の入力ディスク、第２の出力ディスク及び両ディスク間に挟持された第２のパワーローラからなる第２の無段変速機構と、を備え、前記第１及び第２の出力ディスクの背面が互いに対向するように同軸上に配置されたダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機において、
前記第１及び第２の出力ディスクは、接合により一体化されており、
一体化された前記第１及び第２の出力ディスクの背面間には、肉抜き加工により形成された空隙が設けられていることを特徴とするダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機。
（２）一体化された前記第１および第２の出力ディスクの背面間に形成された前記空隙には、樹脂が充填されることを特徴とする（１）に記載のダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機。
（３）前記第１および第２の出力ディスクは、摩擦溶接、レーザービーム溶接、圧入のいずれかによって接合されることを特徴とする（１）又は（２）に記載のダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機。
（４）第１の入力ディスク、第１の出力ディスク及び両ディスク間に挟持された第１のパワーローラからなる第１の無段変速機構と、第２の入力ディスク、第２の出力ディスク及び両ディスク間に挟持された第２のパワーローラからなる第２の無段変速機構と、を備え、前記第１及び第２の出力ディスクの背面が互いに対向するように同軸上に配置されたダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機における前記出力ディスクの製造方法において、
前記第１及び第２の出力ディスクの背面に設けられた平面を加工基準面として、前記第１及び第２の出力ディスクのトロイダル面を研削加工し、
前記第１及び第２の出力ディスクを接合して、一体化することを特徴とするダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機における前記出力ディスクの製造方法。
（５）前記第１及び第２の出力ディスクの背面は、肉抜き加工を施すことを特徴とする（４）に記載のダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機における前記出力ディスクの製造方法。
（６）一体化された前記第１および第２の出力ディスクの背面間に形成された空隙に、樹脂を充填することを特徴とする（５）に記載のダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機における前記出力ディスクの製造方法。

本発明によれば、薄肉部分の急冷に起因する焼き割れ等を生じることなく、軽量化及び小型化を図ることができるとともに、高い加工精度及び回転精度を確保することができる。

以下、図面を参照して、本発明の第1実施形態に係るダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機を示す概略断面図であり、図２は、図１のトロイダル型無段変速機の出力ディスクを示す要部拡大断面図である。また、図３は、図２の出力ディスクの肉抜き加工工程を示す要部概略断面図であり、図４は、図２の出力ディスクのトロイダル面研削工程を示す概略断面図である。

図１を参照すると、トロイダル型無段変速機１０においては、第１の無段変速機構１１を構成する入力ディスク１２ａおよび出力ディスク１３ａと、第２のキャビティ１４を構成する入力ディスク１２ｂおよび出力ディスク１３ｂを備えている。これら入力ディスク１２ａ、１２ｂ及び出力ディスク１３ａ，１３ｂは、互いに対向する内側面がそれぞれ円弧形状の凹断面（トロイダル面）を有している。

また、第１の無段変速機構１１は、第１の入出力ディスク１２ａ，１３ａ間に挟持された一対のパワーローラ１５を備えており、パワーローラ１５の外周面は、各ディスク１２ａ，１３ａの内側面に当接する球状凸面に形成されている。同様に、第２の無段変速機構１４も、第２の入出力ディスク１２ｂ，１３ｂ間に挟持された一対のパワーローラ１５を備えている。これらのパワーローラ１５は、トラニオン１６に支持された変位軸１７の周囲に回転自在に支持されると共に、パワーローラ軸受１８を介してトラニオン１６の内側面側に配置されている。トラニオン１６は、それぞれトラニオン軸１９を中心として揺動自在であり、これにより、変位軸１７の傾斜角度を調整自在としている。

第１の入力ディスク１２ａ、第２の入力ディスク１２ｂは、それぞれ第１のボールスプライン２１、第２のボールスプライン２２によって入力軸２０に回り止めがなされた状態で、入力軸２０の軸方向に相対移動可能に取付けられており、入力軸２０と一体に回転する。入力軸２０は、エンジン等の駆動源によって回転する駆動軸２５に、ベアリング２６を介して相対回転可能に連結されている。

出力ディスク１３ａ，１３ｂは、その背面が互いに対向するようにして入力ディスク１２ａ，１２ｂ間に設けられており、その外周部には出力ギア３０が形成されている。これら出力ディスク１３ａ，１３ｂは、接合により一体化されると共に、入力軸２０にニードル軸受３１を介して相対回転自在に支持されており、互いに同期して回転する。

第１の入力ディスク１２ａの背面側には、弾性部材として環状の皿ばね３２が設けられており、第２の入力ディスク１２ｂの背面を所定の付勢力で軸方向に押圧して、入出力ディスク１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂがパワーローラ１５を挟持する無負荷時の押圧力（プリロード）を付与している。

また、第２の入力ディスク１２ｂの背面側には、押圧機構として機能するローディングカム機構４０が設けられている。ローディングカム機構４０は、カムディスク４１とローラ４２とを含んでおり、カムディスク４１は、ボールベアリング４３を介して入力軸２０に対して回動自在に支持されている。カムディスク４１と入力ディスク１２ｂとの相互対向部には、それぞれカム面４４，４５が形成され、カム面４４，４５間にローラ４２が挟み込まれている。

これらのローラ４２がカム面４４，４５間に挟まれた状態で駆動軸２５が回転すると、カムディスク４１が回転し、第２の入力ディスク１２ｂが第２の出力ディスク１３ｂに向って押圧されるとともに、第２の入力ディスク１２ｂがカムディスク４１と一緒に回転する。また、カムディスク４１が受ける反力がボールベアリング４３を介して入力軸２０に加わるため、第１の入力ディスク１２ａが第１の出力ディスク１３ａに向って押圧される。こうして駆動軸２５からカムディスク４１に伝達されたエンジンの回転力は入力ディスク１２ａ，１２ｂを回転させ、入力ディスク１２ａ，１２ｂの回転がパワーローラ１５を介して出力ディスク１３ａ，１３ｂに伝わることにより、出力ディスク１３ａ，１３ｂの外周に形成された出力ギヤ３０と連動する出力軸（図示なし）に駆動力が伝達される。また、パワーローラ１５の傾転角を変えることで、パワーローラ１５は入力ディスク１２ａ，１２ｂと出力ディスク１３ａ，１３ｂとの当接位置を変え、これにより、入力軸２０と出力軸間で所望の回転速度比（変速比）が無段階に与えられる。

図２を参照すると、上述したように、トロイダル型無段変速機１０の出力ディスク１３ａ，１３ｂは、これらの背面５０ａ，５０ｂ同士を接合することにより一体化されている。各出力ディスク１３ａ，１３ｂは、内側面に円弧形状の凹断面であるトロイダル面５１と、外周部に形成された出力ギア３０（図１参照。）とを備える。また、各出力ディスク１３ａ，１３ｂの内周部側には、ニードル軸受３１の軌道面５２より小径の内周面を構成する強度補助用の梁部５３が背面側に形成されている。

各出力ディスク１３ａ，１３ｂの背面５０ａ，５０ｂには、外周部側に設けえられた平坦な基準平面部５４と、基準平面部５４から梁部５３の外周面に向かって深溝となるようにテーパ状に肉抜き加工された窪み部５５とが形成されている。この肉抜き加工により、各出力ディスク１３ａ，１３ｂの肉厚は、出力ディスクの剛性及び強度に影響を与えない範囲、即ち、必要強度限界程度に薄肉とされる。

また、各出力ディスク１３ａ，１３ｂの基準平面部５４同士を接合し、２枚の出力ディスク１３ａ，１３ｂを一体化することによって、窪み部５５間に空隙５６が構成される。また、空隙５６内には、出力ディスク１３ａ，１３ｂの材料となる鋼よりも比重の小さい樹脂５７が充填される。さらに、梁部５３が形成された各出力ディスク１３ａ，１３ｂの内周面には、樹脂５７を充填するための切り欠き５８が形成されており、一体化することで樹脂充填用の孔５９を構成している。

以下、トロイダル型無段変速機１０の出力ディスク１３ａ，１３ｂの製造方法について説明する。
まず、２枚の出力ディスク１３ａ，１３ｂは、それぞれ、素材の鍛造加工及び切削加工により、熱処理硬化前の粗形状に形成される。また、各出力ディスク１３ａ，１３ｂの背面５０ａ，５０ｂに形成される窪み部５５の肉抜き加工は、旋削加工、又は、上記の鍛造加工によって行われる。図３に示されるように、旋削加工の場合には、外周部を保持部材６０によって保持した状態で、背面５０ａ，５０ｂに対向した旋削バイト６１によって露出した加工面が旋削される。また、切り欠き５８も、熱処理硬化前に各出力ディスク１３ａ，１３ｂの梁部５３の一部に加工される。

肉抜き加工を施した各出力ディスク１３ａ，１３ｂには、熱処理加工が施され、硬化処理される。この際、各出力ディスク１３ａ，１３ｂの肉厚は、上述した肉抜き加工により十分に小さいので、冷却能力を大きくし過ぎることなく、焼入れ可能である。
熱処理後、各出力ディスク１３ａ，１３ｂの基準平面部５４には、仕上げ加工が施される。そして、図４に示されるように、加工基準となる基準平面部５４が、研削盤主軸７０に取付けられた基準座金７１に当接され、この状態でトロイダル面研削加工用砥石７２によってトロイダル面５１が研削加工される。

その後、２枚の出力ディスク１３ａ，１３ｂは、これら背面同士の平面部をレーザー溶接、摩擦溶接等の溶接加工や圧入等の機械的結合加工により接合することで一体化される。これにより、内部に大きな空隙５６を持った軽量な一体型出力ディスクが構成される。

また、一体化された２枚の出力ディスク１３ａ，１３ｂに設けられた空隙５６に、図２に示すように、樹脂５７を充填することにより、トロイダル面５１にかかる荷重を補助することができる。樹脂５７の充填は、各出力ディスクの梁部５３に形成された切り欠き５８を対向させることで構成された樹脂充填用孔５９を介して行われる。
なお、樹脂５７の融点は３００℃以下で、出力ディスク１３ａ，１３ｂの予熱も１５０℃以下であり、いずれの温度も鋼の変態点より十分に低い温度である。従って、熱処理硬化されたトロイダル面５１の本来の性能を損なうことなく、樹脂５７は充填可能である。

以上のように本実施形態によれば、出力ディスク１３ａ，１３ｂの背面５０ａ，５０ｂに鍛造あるいは旋削等による肉抜き加工を施し、その後、背面同士を接合により一体化して、背面間に空隙を設けるように構成している。従って、同一形状の２枚の出力ディスク１３ａ，１３ｂを別々に加工することが可能であり、特に、加工面である背面５０ａ，５０ｂが露出しているため、鍛造や旋削による肉抜き加工を容易に行うことができる。

また、本実施形態によれば、トロイダル面５１を研削加工する際の、各出力ディスク１３ａ，１３ｂの基準平面部５４がトロイダル面５１の反対側で、トロイダル面５１の外周部より内周側に配置することができる。これにより、図６に示す従来の一体型出力ディスクのように、出力ディスクの外径が基準平面部の分だけ大きくなるようなことはなく、大型化及び重量増加を回避することができる。

また、トロイダル面５１の研削加工に際しては、図７に示す従来の出力ディスク１００のように、出力ディスク１００が基準座金１１１の凹部１１１ａに寸法Ｄ分だけ入り込む状態となるような問題を回避することができる。したがって、基準座金１１１への各出力ディスク１３ａ，１３ｂの脱着時、軸方向（図４中左右方向）への出力ディスク１３ａ，１３ｂの移動距離を短縮することができる。これにより、搬送装置（図示しない）の簡略化及びコスト低減を図ることができる。

また、剛性及び強度に影響を与えない範囲で最大限の肉抜き加工を、各出力ディスク１３ａ，１３ｂにそれぞれ別々に施すことができる。これにより、出力ディスク１３ａ，１３ｂにおけるトロイダル面５１との内接円（図２中、符号Ａで示す円）の直径を小さくすることができる。したがって、内接円Ａ内の中央部に十分な硬度を得るための冷却能力の増大を不要とすることができ、緩やかな冷却によっても、出力ディスク１３ａ，１３ｂの内接円Ａ内の中央部に十分な硬度を得ることができる。これにより、出力ディスク１３ａ，１３ｂの薄肉の外周部等での急冷に起因する焼き割れを防止することができる。

更に、一体化される前の各出力ディスク１３ａ，１３ｂの背面５０ａ，５０ｂはそれぞれ、露出した状態にあるので、各出力ディスク１３ａ、１３ｂの機械加工後の測定等を容易に行うことができ、高精度な背面形状を得ることができる。これにより、回転バランスの高い出力ディスク１３ａ，１３ｂを得ることができる。

また、一体化された出力ディスク１３ａ，１３ｂ間の空隙５６に比重の軽い樹脂５７を充填することにより、トロイダル面５１にかかる荷重を補助することができ、比重が重い鋼部分の薄肉化を促進することができる。また、樹脂５７を充填することで、大きく肉抜きされた体積分が軽い樹脂に置き換えられ、従来の一体型の出力ディスクと比較して軽量化することができる。

図５は、本発明の第２実施形態であるダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機の出力ディスクを示す要部拡大断面図である。なお、第２実施形態において、既に説明した部材等と同様な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。

図５を参照すると、本実施形態の第１の出力ディスク１３ａ、第２の出力ディスク１３ｂでは、基準平面部５４から内周部に向かって深溝となるように肉抜き加工された窪み部８０が、強度補助用の梁部５３（図２参照）を形成することなく、縮径せずに内周面に開口している。
また、各出力ディスク１３ａ，１３ｂの背面５０ａ，５０ｂ間に形成された空隙５６には、軸方向から挿脱されるインジェクションノズル８１によって、噴射孔８２を介して樹脂５７が充填される。
その他の構成及び作用については、上記第１実施例と同様である。

本実施形態によれば、各出力ディスク１３ａ，１３ｂが十分な強度を確保できる程度の厚さを有している場合には、各出力ディスク１３ａ，１３ｂの内周部に梁部５３を設ける必要が無く、さらに、トロイダル型無段変速機の軽量化を図ることができる。

なお、本発明は、以上に説明した各実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
本実施形態においては、空隙５６には樹脂５７が充填されているが、出力ディスク１３ａ，１３ｂが十分な強度を持っていれば、空隙５６は空きスペースであってもよい。
また、各出力ディスク１３ａ，１３ｂはそれぞれ、基本的には同一形状品であるが、必要によっては異形状であってもよい。

本発明の第１実施例であるダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機を示す概略断面図である。 図１のトロイダル型無段変速機の出力ディスクを示す要部拡大断面図である。 図２の出力ディスクの肉抜き加工工程を示す要部概略断面図である。 図２の出力ディスクのトロイダル面研削工程を示す概略断面図である。 本発明の第２実施例であるダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機の出力ディスクを示す要部拡大断面図である。 従来の一体型出力ディスクを示す要部拡大断面図である。 図６の一体型出力ディスクのトロイダル面研削工程を示す概略断面図である。

符号の説明

１０ トロイダル型無段変速機
１２ａ，１２ｂ 入力ディスク
１３ａ，１３ｂ 出力ディスク
１５ パワーローラ
２０ 入力軸
２１，２２ ボールスプライン
３０ 出力ギア
５０ａ，５０ｂ 背面
５１ トロイダル面
５３ 梁部
５４ 基準平面部
５６ 空隙
５７ 樹脂
５９ 樹脂充填用孔

Claims (6)

1. 第１の入力ディスク、第１の出力ディスク及び両ディスク間に挟持された第１のパワーローラからなる第１の無段変速機構と、第２の入力ディスク、第２の出力ディスク及び両ディスク間に挟持された第２のパワーローラからなる第２の無段変速機構と、を備え、前記第１及び第２の出力ディスクの背面が互いに対向するように同軸上に配置されたダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機において、
   前記第１及び第２の出力ディスクは、接合により一体化されており、
   一体化された前記第１及び第２の出力ディスクの背面間には、肉抜き加工により形成された空隙が設けられていることを特徴とするダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機。
2. 一体化された前記第１および第２の出力ディスクの背面間に形成された前記空隙には、樹脂が充填されることを特徴とする請求項１に記載のダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機。
3. 前記第１および第２の出力ディスクは、摩擦溶接、レーザービーム溶接、圧入のいずれかによって接合されることを特徴とする請求項１又は２に記載のダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機。
4. 第１の入力ディスク、第１の出力ディスク及び両ディスク間に挟持された第１のパワーローラからなる第１の無段変速機構と、第２の入力ディスク、第２の出力ディスク及び両ディスク間に挟持された第２のパワーローラからなる第２の無段変速機構と、を備え、前記第１及び第２の出力ディスクの背面が互いに対向するように同軸上に配置されたダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機における前記出力ディスクの製造方法において、
   前記第１及び第２の出力ディスクの背面に設けられた平面を加工基準面として、前記第１及び第２の出力ディスクのトロイダル面を研削加工し、
   前記第１及び第２の出力ディスクを接合して、一体化することを特徴とするダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機における前記出力ディスクの製造方法。
5. 前記第１及び第２の出力ディスクの背面は、肉抜き加工を施すことを特徴とする請求項４に記載のダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機における前記出力ディスクの製造方法。
6. 一体化された前記第１および第２の出力ディスクの背面間に形成された空隙に、樹脂を充填することを特徴とする請求項５に記載のダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機における前記出力ディスクの製造方法。

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