JP2005238248A - トロイダル型無段変速機のバリエータ部品の製造方法、トロイダル型無段変速機のバリエータ部品及びトロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】 強度の向上を図りながら、材料の歩留まりを改善し、切削加工時間を短縮することで、製造コストの膨大化を抑制し、低コストなトロイダル型無段変速機のバリエータ部品の製造方法を提供する。
【解決手段】 変位軸４３とスラスト転がり軸受の外輪４４が一体に形成されるトロイダル型無段変速機のバリエータ部品４０の製造方法であって、互いの中心線が一致した、支持軸部４１を成形する為の第１の孔部７１と外輪４４の環状軌道溝４４ａを成形するための環状凸部７２とを有する下金型７３と、第１の孔部７１の中心線から所定量偏心した中心線を備え、枢支軸部４２を成形するための第２の孔部７４を有する上金型７５とを具備し、中実素材を、その中心線が環状凸部７２の中心線と一致するように下金型７３に載置し、上金型７５を下金型７３に向けて押圧して、支持軸部４１、環状軌道溝４４ａを有する外輪４４及び枢支軸部４２を同時に成形する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車部品や産業機械等の変速機として利用されるトロイダル型無段変速機のバリエータ部品の製造方法、トロイダル型無段変速機のバリエータ部品及びトロイダル型無段変速機に関する。

近年、自動車用変速機として、トロイダル型無段変速機を使用することが研究されている（例えば、特許文献１参照。）。トロイダル型無段変速機１では、図３に示されるように、入力軸２の周囲に、互いに同心に、且つ互いに独立して回転自在に支持され、互いの内側面３ａ，４ａが対向した入力ディスク３と出力ディスク４と、入力ディスク３及び出力ディスク４の内側面間に挟持される回転自在なパワーローラ５とを組み合わせたバリエータ部品が設けられている。

入力ディスク３の背面側には、カム板６が入力軸２に対してスプライン係合して設けられている。また、カム板６と入力ディスク３との間にはローラ７が介在されており、入力ディスク３を出力ディスク４側に押し付けるローディングカム式の押圧装置８を構成している。

入力ディスク３と出力ディスク４の間には、入力ディスク３と出力ディスク４の中心軸に対して略直交する方向に沿った枢軸９を中心として揺動するトラニオン１０が設けられている。トラニオン１０は、その略中央に枢軸９に対して略直交する方向に延びる変位軸１１を配しており、パワーローラ５は変位軸１１に回転自在に支持されている。

上述のようなトロイダル型無段変速機１においては、入力軸２の回転を押圧装置８を介して入力ディスク３に伝える。そして、入力ディスク３の回転は、パワーローラ５を介して出力ディスク４に伝達され、さらに、出力ディスク４の回転が、出力ディスク４とキー結合された出力歯車１２によって取り出される。また、トラニオン１０の変位によりパワーローラ５の傾転角を変えることで、パワーローラ５は入力ディスク３と出力ディスク４との当接位置を変え、入力軸２と出力歯車１２間で所望の回転速度比（変速比）が無段階に与えられる。

図４に示されるように、変位軸１１は、トラニオン１０の中間部に形成された円孔１３に支持されている。変位軸１１は、互いに平行で且つ偏心した支持軸部１４と枢支軸部１５とを有している。支持軸部１４は、ラジアルニードルローラ軸受１６を介してトラニオン１０に揺動自在に支持されており、枢支軸部１５は、トラニオン１０の内側面から突出し、ラジアルニードル軸受１７を介してパワーローラ５を回転自在に支持している。

また、パワーローラ５の外側面とトラニオン１０の中間部内側面との間には、パワーローラ５の外側面の側から順に、パワーローラ５に加わるスラスト荷重を支承するためのスラスト玉軸受１８と、スラスト玉軸受１８を構成する外輪１９に加わるスラスト荷重を支承するためのスラストニードルローラ軸受２０とが設けられている。スラスト玉軸受１８は、パワーローラ５に加わるスラスト荷重を支承しつつ、パワーローラ５の回転を許容する。また、スラストニードルローラ軸受２０は、パワーローラ５から外輪１９に加わるスラスト荷重を支承しつつ、枢支軸部１５および外輪１９が支持軸部１４を中心に揺動することを許容している。

このため、スラスト玉軸受１８の内輪を構成するパワーローラ５の外側面の環状軌道溝５ａと外輪１９の環状軌道溝１９ａとの間でボール２１を介して行われる相対回転運動による高面圧が、外輪１９の環状軌道溝１９ａに発生しており、環状軌道溝１９ａには繰り返し応力が発生している。このため、スラスト玉軸受１８の外輪１９の環状軌道溝１９ａにおいて、メタルフローをその軌道溝１９ａに沿わせて形成することが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特許文献２に記載された成形方法では、軸方向にメタルフローが延びる中実の円柱状素材を圧鍛することで、外径が広がったディスク状素材とし、表面におけるメタルフローを外周方向に延ばしている。さらに、図５に示されるように、鍛造により環状軌道溝１９ａを形成することで、メタルフローは環状軌道溝１９ａに沿って形成されている。従って、環状軌道溝１９ａにエンドフローが生じることがなく、高寿命なスラスト玉軸受１８の外輪１９を形成している。

また、変位軸１１とスラスト玉軸受１８の外輪１９とを一体的に形成することで、スラスト玉軸受１８の外輪１９で変位軸１１を拘束して、変位軸１１の傾きを抑制し変速性能の向上を図った構造が知られている（例えば、特許文献３，４参照。）。特許文献４に記載されたトロイダル型無段変速機では、図６に示されたように、変位軸１１とスラスト玉軸受１８の外輪１９とが一体化されており、また、この一体化されたバリエータ部品３０の耐久性を向上するために、応力集中が発生する支持軸部１４と外輪１９との間の隅部、外輪１９と枢支軸部１５との間の隅部、枢支軸部１５の大径部と小径部との間の隅部に、ショットピーニング等を施して圧縮残留応力を付与している。
特開平１１−２１０８５４号公報（第５−７図） 特開平１１−２１０７６０号公報（第２−７頁、第７−９図） 特開平１１−５１１４０号公報（第５−６頁、第３図） 特開平２００２−１８１１５１号公報（第４−６頁、第６図）

ところで、従来、このような一体化されたバリエータ部品３０を製造するに際しては、図７（ａ）に示されるように、枢支軸部１５に対して偏心した支持軸部１４は、枢支軸部１５と同軸に成形していた。このため、成形後の鍛造素材Ｗから支持軸部１４の所望の外径Ｄａを旋削加工で削りだす場合、支持軸部１４の加工回転中心Ｃａ周りにワークを回転させながら加工する。この場合、旋削バイトで削り取る半径寸法Ｒａは、Ｒａ≧２Ｅ＋ａで表される（Ｅ：支持軸部１４と枢支軸部１５との偏心量、ａ：最小削り代）。このため、切削取代が多く、材料の歩留まりが悪い上、切削加工における加工時間も長くなるという問題があった。

また、図７（ｂ）に示されるように、同軸に成形された鍛造素材Ｗでは、図７（ｃ）に示されるように、支持軸部１４の根元部１４ａにおいて、支持軸部１４を切削加工するとメタルフローが切削加工によりカットされていることが分かる。即ち、従来の鍛造素材Ｗの支持軸部１４周りのメタルフローは、ほぼ全周に亘ってエンドフローとなっており、強度が低下してしまうという問題があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、強度の向上を図りながら、材料の歩留まりを改善し、切削加工時間を短縮することで、製造コストの膨大化を抑制し、低コストな、変位軸とスラスト転がり軸受の外輪が一体化されたトロイダル型無段変速機のバリエータ部品の製造方法、トロイダル型無段変速機のバリエータ部品およびトロイダル型無段変速機を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） トラニオンに揺動自在に支持される支持軸部と、この支持軸部と互いに平行で且つ偏心しているとともにパワーローラを回転自在に支持する枢支軸部とを備えた変位軸と、前記パワーローラの回転を許容しつつ、前記パワーローラのスラスト荷重を支承するスラスト転がり軸受の外輪が一体に形成される、トロイダル型無段変速機のバリエータ部品の製造方法であって、
互いの中心線が一致した、前記枢支軸部を成形する為の第１の孔部と前記外輪の環状軌道溝を成形するための環状凸部とを有する下金型と、前記第１の孔部の中心線から所定量偏心した中心線を備え、前記支持軸部を成形するための第２の孔部を有する上金型とを具備し、
中実素材を、その中心線が前記環状凸部の中心線と一致するように前記下金型に載置し、
前記上金型を前記下金型に向けて押圧して、前記支持軸部、前記環状軌道溝を有する前記外輪及び前記枢支軸部を同時に成形することを特徴とするトロイダル型無段変速機のバリエータ部品の製造方法。
（２） 前記中実素材は、前記成形工程より前に、前記環状軌道溝の内径より小径の円柱状の中実素材を鍛造することで与えられることを特徴とする（１）に記載のトロイダル型無段変速機のバリエータ部品の製造方法。
（３） （１）に記載の製造方法によって製作されたトロイダル型無段変速機のバリエータ部品。
（４） 互いに同心に、且つ互いに独立して回転自在に支持された入力ディスクと出力ディスクと、
前記入力ディスクと出力ディスクの中心軸に対して直交する方向に沿った枢軸を有し、該枢軸を中心として揺動するトラニオンと、
互いに平行で且つ偏心した支持軸部および枢支軸部を有し、該支持軸部を前記トラニオンに揺動自在に支持させて前記枢支軸部を前記トラニオンの内側面から突出させた変位軸と、
該枢支軸部に回転自在に支持された状態で、前記入力ディスクおよび出力ディスクの内側面間に挟持された複数のパワーローラと、
該パワーローラの外側面と前記トラニオンの内側面との間に設けられたスラスト転がり軸受とを備えたトロイダル型無段変速機であって、
前記変位軸と前記スラスト転がり軸受の外輪が一体化されており、前記外輪の環状軌道溝と、前記支持軸部の根元部におけるメタルフローがこれらの表面に沿って延びることを特徴とするトロイダル型無段変速機。

本発明の無段変速機用ディスクの製造方法によれば、環状軌道溝と反対側に形成される支持軸部を、下金型の中心線から所定量だけ偏心した位置に中心線を有する上金型の第２の孔部によって鍛造成形するので、所望の製品形状に沿った鍛造素材を得ることができる。これにより、支持軸部の旋削加工における切削代を必要最小限とすることができるとともに、切削加工時間を短縮することができる。

さらに、上記のように鍛造成形することで、支持軸部が枢支軸部に対して偏心している方向にある支持軸部の根元部では、メタルフローが表面に沿って形成される。従って、外輪の変形により支持軸部に応力が作用したとしても、支持軸部の根元部における強度低下を防止することができる。

また、中実素材の外径を外輪の環状軌道溝の内径より小さくして、中実素材の中心線と環状軌道溝を形成する環状凸部の中心線とを一致させて鍛造成形を行うので、中実素材の端面のエンドフローが環状軌道溝内にはみ出すことがなく、環状軌道溝の表面に沿ったメタルフローを得ることができる。従って、スラスト玉軸受の相対回転運動により繰り返し応力が作用しても、環状軌道溝における強度低下を防止することができる。

また、本発明のトロイダル型無段変速機によれば、前記変位軸と前記スラスト転がり軸受の外輪が一体化されており、前記外輪の環状軌道溝と、前記支持軸部の根元部におけるメタルフローがこれらの表面に沿って延びるようにしたので、スラスト玉軸受の相対回転運動により繰り返し応力が作用しても、環状軌道溝における強度低下を防止できるとともに、外輪の変形により支持軸部に応力が作用したとしても、支持軸部の根元部における強度低下を防止することができる。

以下、本発明に係るトロイダル型無段変速機のバリエータ部品の製造方法、トロイダル型無段変速機のバリエータ部品及びトロイダル型無段変速機について図面を参照して詳細に説明する。尚、本発明の特徴は、変位軸とスラスト転がり軸受の外輪が一体化されたバリエータ部品の製造方法およびバリエータ部品にある。その他の構造及び作用は、前述した従来構造を含め、従来から知られたトロイダル型無段変速機と同様である。従って、従来構造と同等部分については説明を省略或いは簡略化し、本発明の特徴部分を中心に説明する。

図１は、図６の従来の変位軸とスラスト玉軸受の外輪とが一体化されたバリエータ部品に適用される、本発明の製造方法によって製作されたトロイダル型無段変速機のバリエータ部品を示す。なお、図１のバリエータ部品は、鍛造後の素材形状を示しており、斜線で示す部分は切削代を表している。従って、二点鎖線で示す部分がバリエータ部品の製品形状を示している。

本実施形態のバリエータ部品４０は、トラニオン１０（図６参照。）に揺動自在に支持される支持軸部４１と、この支持軸部４１と互いに平行で且つ偏心しているとともに、パワーローラ５（図６参照。）を回転自在に支持する枢支軸部４２とを備えた変位軸４３と、パワーローラ５の回転を許容しつつ、パワーローラ５のスラスト荷重を支承するスラスト玉軸受（スラスト転がり軸受）の外輪４４が一体に形成されている。この外輪４４の枢支軸部側には、パワーローラ５の外側面に形成された環状軌道溝５ａ（図６参照。）とともに、複数のボール２１（図６参照。）を支持する環状軌道溝４４ａが形成されている。図１から分かるように、鍛造素材Ｗは、ほぼ製品形状に沿った形で切削代分だけ大きく成形されている。

次に、このように構成されるバリエータ部品４０の製造方法について図２を参照して説明する。

まず、外径寸法がφｄ０である長尺な円柱状の中実素材を、図２（ａ）に示されるように、鋸盤やビレットシャーを使用して所定の長さＬ０に切断する。ここで中実素材の外径φｄ０は、成形完了後の軌道溝内径φｄａよりも内側となるように、φｄ０＜φｄａに設定される。また、切断された中実素材Ｗ０の外径φｄ０と所定の長さＬ０は、製品形状を得る上で過不足のない体積を確保しながら、Ｌ０／φｄ０≦２．５となるように設定される。なお、Ｌ０／φｄ０≦２．５は、後の据え込み工程において、中実素材Ｗ０が座屈するのを防止するために設定している。例えば、φｄ０に対してＬ０が長すぎると、据え込み途中で中実素材Ｗ０が曲がり易く座屈してしまい、メタルフローＪａが曲がってしまう可能性がある。

次に、上記のように切断された中実素材Ｗ０を鍛造に適した温度に加熱する。そして、図２（ｂ）に示されるように、加熱した中実素材Ｗ０を、その軸方向の両側に配置した下金型５０と上金型５１で潰し、次の荒地工程の金型内に挿入可能な据え込み外径φｄ１を限度として、据え込み加工を行う。ここで、据え込みを強くして、Ｌ１／Ｌ０を小さくすると、座屈してメタルフローＪａが曲がってしまったり、後の工程での枢支軸部４２の前方押し出し変形ができなくなる可能性がある。このため、据え込み加工後の中実素材Ｗ１における長さＬ１は、Ｌ１／Ｌ０≧０．７となるように設定される。なお、据え込み加工用の金型は、中実素材Ｗ１の倒れ防止や端面外径φｄ０の拡大を防止するために、上金型５０と下金型５１の少なくとも一方に、円状の凹部５２を設置することが望ましい。ここで、据え込み加工におけるエンドフローＪｂの範囲ａ−ｂは凹部５２の範囲内に位置している。

次に、図２（ｃ）に示されるように、枢支軸部４２の前方押し出しと軌道溝を有するフランジ状の外輪４４の予備成形を目的とした荒地鍛造を行う。このとき、下金型６０は、中実素材Ｗ１の外径φｄ１より大径の円筒部６２と、円筒部６２と連通して枢支軸部４２の予備成形のための外径φｄ２の孔部６３とを備えており、中実素材Ｗ１の中心線と下金型６０及び上金型６１の中心線が概ね一致した状態で鍛造する。

そして、図２（ｄ）に示すような仕上げ金型により、最終仕上げ鍛造を行う。この工程では、枢支軸部４２の前方押し出し成形と環状軌道溝４４ａの成形と支持軸部４１の成形とを同時に行う。仕上げ金型は、互いの中心線が一致した、枢支軸部４２を成形する為の第１の孔部７１と外輪４４の環状軌道溝４４ａを成形するための環状凸部７２とを有する下金型７３と、第１の孔部７１と環状凸部７２の中心線Ｏ１から所定量Ｅだけ偏心した中心線Ｏ２を備え、支持軸部４１を成形するための第２の孔部７４を有する上金型７５とを具備している。

荒地工程で押し出された外径φｄ２の中実素材Ｗ２の一部を、第１の孔部７１に挿入することで、中実素材Ｗ２の中心線と下金型７３の中心線Ｏ１とを合わせた状態で中実素材Ｗ２を下金型７３に載置する。そして、上金型７５を下金型７３に向けて押圧して加圧することにより、支持軸部４１、環状軌道溝４４ａを有する外輪４４及び枢支軸部４２を同時に成形する。

その後、仕上げ鍛造によりはみ出した余分なバリ部分を、打ち抜き除去するトリミング加工を行う。

このようにして得られた鍛造素材Ｗでは、エンドフローＪｂが存在する範囲は、点ａとｂの範囲で与えられる外周の下側に位置することになり、図２（ｅ）に示されるように、外輪４４の環状軌道溝４４ａにおけるメタルフローＪａは表面に沿って形成されている。従って、スラスト玉軸受の相対回転運動により繰り返し応力が作用しても強度低下を防止することができる。また、支持軸部４１が枢支軸部４２に対して偏心している方向にある支持軸部４１の根元部４１ａにおいても、メタルフローＪａが表面に沿って形成されており、この部位に入力される曲げ応力に対して、少なくとも従来の鍛造方法によるものより強度低下を防止することができる。

さらに、得られた鍛造素材Ｗは、必要な部位に仕上げ加工代を付与した概形状に切削加工を行う。なお、支持軸部４１を旋削加工で削る場合には、旋盤の主軸中心に支持軸部４１の中心Ｃａを一致させて、鍛造素材Ｗを回転させ、切削工具を移動させることにより、所望の概形状に削りだしている。従って、支持軸部４１の旋削加工における切削代ＲａはＲａ≧ａとなり、従来の旋削加工に比べ２Ｅ分の加工量を減少できる。

そして、熱処理により所望の表面硬度や機械的強度を増し、機能的に必要な部位に切削や研削や研磨加工を行ない、最終的なバリエータ部品４０の製品形状を得る。

上述したように、本実施形態によれば、中実素材の外径φｄ０を外輪４４の環状軌道溝４４ａの内径φｄａより小さくして、中実素材の中心線と環状軌道溝を形成する環状凸部７２の中心線Ｏ１とを一致させて鍛造成形を行うので、中実素材の端面のエンドフローＪｂが環状軌道溝４４ａ内にはみ出すことがなく、環状軌道溝４４ａの表面に沿ったメタルフローＪａを得ることができる。従って、スラスト玉軸受の相対回転運動により繰り返し応力が作用しても、環状軌道溝４４ａにおける強度低下を防止することができる。

また、環状軌道溝４４ａと反対側に形成される支持軸部４１を、下金型７３の中心線Ｏ１から所定量Ｅだけ偏心した位置に中心線Ｏ２を有する上金型７５の第２の孔部７４によって鍛造成形するので、所望の製品形状に沿った鍛造素材Ｗを得ることができる。これにより、支持軸部４１の旋削加工における切削代Ｒａを必要最小限とすることができるとともに、切削加工時間を短縮することができる。

さらに、上記のように鍛造成形することで、支持軸部４１が枢支軸部４２に対して偏心している方向にある支持軸部４１の根元部４１ａでは、メタルフローＪａが表面に沿って形成される。従って、外輪４４の変形により支持軸部４１に応力が作用したとしても、支持軸部４１の根元部４１ａにおける強度低下を防止することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
本発明のトロイダル型無段変速機のバリエータ部品は、シングルキャビティタイプのトロイダル型無段変速機に限らず、ダブルキャビティタイプのものにも適用可能である。また、本実施形態では、バリエータ部品は、ハーフトロイダル型無段変速機について適用されているが、フルトロイダル型無段変速機にも適用可能である。

本実施形態のトロイダル型無段変速機のバリエータ部品を示す図である。 図１のバリエータ部品の鍛造成形の工程を説明するための図である。 トロイダル型無段変速機の具体構成を示す要部断面図である。 従来のパワーローラが取り付けられたトラニオンを示す断面図である。 従来スラスト転がり軸受の外輪の打ち抜き成形工程を示す図である。 従来の変位軸とスラスト転がり軸受の外輪が一体化されたバリエータ部品の断面図である。 （ａ）は、従来の一体化されたバリエータ部品の鍛造成形後の素材を示す図であり、（ｂ）は鍛造成形後のバリエータ部品のメタルフローを示す図であり、（ｃ）は（ｂ）のＣ部拡大図である。

符号の説明

１ トロイダル型無段変速機
３ 入力ディスク
４ 出力ディスク
５ パワーローラ
９ 枢軸
１０ トラニオン
１８ スラスト転がり軸受
４０ バリエータ部品
４１ 支持軸部
４１ａ 根元部
４２ 枢支軸部
４３ 変位軸
４４ スラスト転がり軸受の外輪
４４ａ 環状軌道溝
７１ 第１の孔部
７２ 環状凸部
７３ 下金型
７４ 第２の孔部
７５ 上金型

Claims (4)

1. トラニオンに揺動自在に支持される支持軸部と、この支持軸部と互いに平行で且つ偏心しているとともにパワーローラを回転自在に支持する枢支軸部とを備えた変位軸と、前記パワーローラの回転を許容しつつ、前記パワーローラのスラスト荷重を支承するスラスト転がり軸受の外輪が一体に形成される、トロイダル型無段変速機のバリエータ部品の製造方法であって、
   互いの中心線が一致した、前記枢支軸部を成形する為の第１の孔部と前記外輪の環状軌道溝を成形するための環状凸部とを有する下金型と、前記第１の孔部の中心線から所定量偏心した中心線を備え、前記支持軸部を成形するための第２の孔部を有する上金型とを具備し、
   中実素材を、その中心線が前記環状凸部の中心線と一致するように前記下金型に載置し、
   前記上金型を前記下金型に向けて押圧して、前記支持軸部、前記環状軌道溝を有する前記外輪及び前記枢支軸部を同時に成形することを特徴とするトロイダル型無段変速機のバリエータ部品の製造方法。
2. 前記中実素材は、前記成形工程より前に、前記環状軌道溝の内径より小径の円柱状の中実素材を鍛造することで与えられる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のバリエータ部品の製造方法。
3. 請求項１に記載の製造方法によって製作されたトロイダル型無段変速機のバリエータ部品。
4. 互いに同心に、且つ互いに独立して回転自在に支持された入力ディスクと出力ディスクと、
   前記入力ディスクと出力ディスクの中心軸に対して直交する方向に沿った枢軸を有し、該枢軸を中心として揺動するトラニオンと、
   互いに平行で且つ偏心した支持軸部および枢支軸部を有し、該支持軸部を前記トラニオンに揺動自在に支持させて前記枢支軸部を前記トラニオンの内側面から突出させた変位軸と、
   該枢支軸部に回転自在に支持された状態で、前記入力ディスクおよび出力ディスクの内側面間に挟持された複数のパワーローラと、
   該パワーローラの外側面と前記トラニオンの内側面との間に設けられたスラスト転がり軸受とを備えたトロイダル型無段変速機であって、
   前記変位軸と前記スラスト転がり軸受の外輪が一体化されており、前記外輪の環状軌道溝と、前記支持軸部の根元部におけるメタルフローがこれらの表面に沿って延びることを特徴とするトロイダル型無段変速機。

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