JP2005238360A - トロイダル型無段変速機及びそのトラニオンの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 トラニオンの製造コストの低減を図ったトロイダル型無段変速機のトラニオンの加工方法及びトロイダル型無段変速機を提供する。
【解決手段】 トロイダル型無段変速機１０のトラニオン４０の加工方法において、背面４６を形成する第１の金型５１と内平面４５を構成する第２の金型５２とを用いて、本体部４３と一対の傾転軸４１を鍛造成形し、第１の金型５１によって成形されたトラニオンの一部を加工基準として、トラニオン４０を固定し、固定されたトラニオン４０の背面４６を、所望の背面寸法に沿った形状を有するブローチツール６６をトラニオン４０の軸方向に相対移動させることで、切削加工する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動車用或いは各種産業機械用の変速機構として利用されるトロイダル型無段変速機及びそのトラニオンの加工方法に関する。

従来、自動車等の車両に用いられる無段変速機として、図４及び図５に示されるようなトロイダル型無段変速機１０が知られている。トロイダル型無段変速機１０では、エンジン等の駆動源と連動して回転する入力軸１１の周囲に、入力ディスク１２と出力ディスク１３がニードルローラ軸受１４を介して互いに同心に、且つ互いに独立して回転自在に支持されている。

入力ディスク１２の背面側には、カムディスク１５が入力軸１１に対してスプライン係合されている。また、カムディスク１５と入力ディスク１２との間には複数のローラ１６が介在されており、入力ディスク１２を出力ディスク１３側に押し付けるローディングカム式の押圧機構１７を構成している。出力ディスク１３はキー１８を介して出力歯車１９と係合しており、出力ディスク１３と出力歯車１９とは同期して回転する。

また、入力ディスク１２と出力ディスク１３との間には一対の傾転軸４１、４２を中心として揺動するトラニオン４０が設けられており、トラニオン４０の本体部４３の円孔４４には変位軸２０がニードルローラ軸受２１を介して設けられている。そして、この変位軸２０の先端部の周囲にはパワーローラ２２が回転自在に支持されている。パワーローラ２２の外周面は、円弧形状の凹断面に形成された入力ディスク１２及び出力ディスク１３の各内側面１２ａ、１３ａと当接する球状凸面に形成されたトロイダル面２２ａを備えており、入力ディスク１２と出力ディスク１３との間に傾転自在に転接されている。

また、トラニオン４０の本体部４３の内平面４５とパワーローラ２２の外側面との間にはパワーローラ軸受２３が設けられている。このパワーローラ軸受２３はパワーローラ２２に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、パワーローラ２２の回転を許容するものである。このようなパワーローラ軸受２３の複数の玉２４はトラニオン４０側に設けられた円環状の外輪２５と回転部としてのパワーローラ２２との間に設けられた円環状の保持器２６によって保持されている。

さらに、トラニオン４０の両端の傾転軸４１、４２はニードルローラ軸受２７を介してそれぞれ支持板２８に対して揺動自在に支持されており、トラニオン４０の揺動により、変位軸２０の傾斜角度を調節自在としている。

また、各トラニオン４０の一端部にはそれぞれ駆動ロッド２９が結合され、この駆動ロッド２９の中間部外周面には駆動ピストン３０が設けられており、この駆動ピストン３０は駆動シリンダ３１に内挿されている。

前述のように構成されたトロイダル型無段変速機１０によれば、エンジン等の駆動源から押圧装置１７のカムディスク１５に伝達された回転は、ローラ１６を介して入力ディスク１２に伝達される。入力ディスク１２の回転はパワーローラ２２を介して出力ディスク１３に伝達され、出力ディスク１３の回転は出力歯車１９より取り出される。

入力側と出力側との間の回転速度比を変える場合には、一対の駆動ピストン３０を互いに逆方向に変位させる。各駆動ピストン３０の変位に伴って各トラニオン４０がそれぞれ逆方向に変位する。その結果、各パワーローラ２２のトロイダル面２２ａと入力ディスク１２及び出力ディスク１３の内側面１２ａ，１３ａとの当接部に作用する接線方向の力の向きが変化し、この力の向きの変化に伴ってトラニオン４０が支持板２８に枢支された一対の傾転軸４１、４２を中心として互いに逆方向に揺動する。

このように構成されるトロイダル型無段変速機１０では、大きなトルクが繰り返し入力されると、パワーローラ２２に過大なスラスト荷重が入力され、これをバックアップしているトラニオン４０にも、大きな繰り返し過大荷重が作用する。この大きな繰り返し荷重により、トラニオン４０は、その傾転軸４１，４２を両端支持しながら本体部４３の内平面４５が繰り返し曲げられる。このため、トラニオン４０はこうした曲げに対する耐久性を必要とする。

また、トラニオン４０は、変速動作時に、トラニオン４０の本体部４３の背面４６と入力ディスク１２と出力ディスク１３の外径が近づくため、干渉することが懸念される。このため、トラニオン４０は、この干渉を防止するために、本体部４３の背面４６の形状・寸法を高精度とすることが要求される（例えば、特許文献１参照。）。

上述のようなトラニオン４０を加工する方法としては、次のようなものが知られている。

例えば、トラニオン４０の一対の傾転軸４１，４２と本体部４３を成形する際、トラニオン４０の耐久性を向上するため、トラニオン素材を鍛造加工する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特許文献２に記載のトラニオン４０の鍛造加工では、図６に示されるように、一対の傾転軸４１，４２の中心を通る水平面を分割面として金型が上下に分割されている。鍛造成形が過不足なくできる体積に切断された丸棒素材５０は、上下金型５１，５２間に載置され、上下金型５１，５２をプレス機械やハンマー機械等を利用して加圧する。これにより、丸棒素材５０は塑性変形し、概トラニオン形状に成形される。

また、このように鍛造されたトラニオン４０の背面４６を切削加工する方法としては、従来、図７に示すような転削加工が行なわれていた。トラニオン４０は、上金型５２で成形された内平面４５を加工基準として基準座金５３上に置かれ、両傾転軸４１，４２を一対のクランプ５４，５５を用いてクランプする。この状態で、切れ刃５６を有するフライスカッター５７を回転駆動しながら、背面４６の正面４６ａや側面４６ｂ、４６ｃの加工すべき平面に対峙させ、トラニオンの軸方向に切削送りして、切削加工を行なっていた。

また、トラニオン４０の背面４６を加工する他の方法として、切削加工せずに冷間塑性加工することが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特開平０８−１７８００７号公報（第４−５頁、第６図） 特開２００２−３３６９２８号公報（第２−３頁、第１−４図） 特開２０００−２３０６１５号公報（第３−４頁、第２図）

ところで、トラニオン４０の背面４６の加工において、図７に示されたフライスカッター５７を使用して加工する場合、本体部４３の厚みＴ１は、鍛造による切削代（Ｔ０−Ｔ１，Ｔ０：鍛造素材の肉厚）を加工することで与えられる。
しかしながら、鍛造素材の肉厚Ｔ０にばらつきがあると、それに伴って切削代がばらつき、工具寿命が不安定になった。このような鍛造によって得られるトラニオンの肉厚Ｔ０の精度は、加圧したときの上下金型の距離Wの精度に依存する（図６参照。）。ＪＩＳ記載の熱間鍛造品の精度表によれば、材料や形状等で違いはあるが、距離Ｗは一般に少なくとも１〜２ｍｍ程度でばらつくことが知られている。

また、フライスカッター５７による切削加工では、切削送り１回当たり１平面の加工しかできないため、複数の平面を切削加工する場合には、複数回の切削送りを要するため切削加工時間が長くなるという問題があった。さらに、特許文献３に記載の塑性加工では、具体的な加工方法について開示されていない。

本発明は、上記の問題点を鑑み、トラニオンの製造コストの低減を図ったトロイダル型無段変速機のトラニオンの加工方法及びトロイダル型無段変速機を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
（１） 内平面と背面とを有する本体部と該本体部の両側に形成された一対の傾転軸とを備え、入力ディスクと出力ディスクとの間に傾転自在に転接するパワーローラを回転自在に支持する、トロイダル型無段変速機のトラニオンの加工方法において、
前記背面を形成する第１の金型と前記内平面を構成する第２の金型とを用いて、前記本体部と前記一対の傾転軸を鍛造成形し、
前記第１の金型によって成形された前記トラニオンの一部を加工基準として、前記トラニオンを固定し、
固定された前記トラニオンの前記背面を切削加工することを特徴とするトロイダル型無段変速機のトラニオンの加工方法。
（２） 前記トラニオンの前記背面は、所望の背面寸法に沿った形状を有するブローチツールを前記トラニオンの軸方向に相対移動させることで、切削加工さ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トラニオンの加工方法。
（３） 前記ブローチツールは、複数のブローチツール片をツールホルダーで固定することで、前記所望の背面寸法に沿った形状を有することを特徴とする（２）に記載のトロイダル型無段変速機のトラニオンの加工方法。
（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及び出力ディスクと、
前記入力ディスクと前記出力ディスクとの間に傾転自在に転接するパワーローラと、
（１）〜（３）のいずれかに記載の加工方法によって製造され、前記パワーローラを回転自在に支持するトラニオンと、を備えたことを特徴とするトロイダル型無段変速機。

本発明におけるトロイダル型無段変速機のトラニオンの加工方法によれば、切削加工する背面と同一の第１の金型によって成形された部位を加工基準として位置決めすることにより、鍛造素材肉厚Ｔ０のばらつきの影響を受けなくなり、切削代のばらつきを小さくでき、工具寿命が安定して、機械の安定稼動が可能となり、製造コストの低減を図ることができる。また、トラニオンの完成状態において、鍛造肌を残す部位は、鍛造工程において、背面と同一の第１の金型によって成形されており、背面の切削加工は、第１の金型を加工基準として切削するので、その切削される背面との位置精度や距離精度が向上する。

また、本発明におけるトロイダル型無段変速機のトラニオンの加工方法によれば、切削送り速度の速いブローチツールを用いて切削加工を行なうので、従来のフライス加工と比べて、１切削送りあたりの加工時間を短縮することができる。さらに、複数の平面に切削加工を行なう場合、従来のフライス加工では、１つの平面につき一回の切削送りが必要であるが、ブローチ加工では、各平面の切削加工を担う切れ刃を具備したブローチツールを使用することで、一回の切削送りで全平面の加工が可能となり、加工時間を短縮することができ、製造コストの低減を図ることができる。

さらに、本発明のおけるトロイダル型無段変速機によれば、上記の加工方法で製造されるトラニオンを用いることで、変速機全体の製造コストを低減することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るトロイダル型無段変速機のトラニオンの加工方法及びトロイダル型無段変速機について詳細に説明する。なお、本発明のトロイダル型無段変速機は、背景技術に記載されたトロイダル型無段変速機に、以下の加工工程で製造されるトラニオンを適用したものである。また、トラニオンの形状及び機能については、背景技術において説明されたトラニオン４０と同等である。従って、背景技術と同等部分については同一の符号を付して、重複する説明は省略若しくは簡略化する。

本実施形態のトラニオン４０は、内平面４５と背面４６とを有する本体部４３と本体部４３の両側に形成された一対の傾転軸４１，４２とを備え、入力ディスク１２と出力ディスク１３との間に傾転自在に転接するパワーローラ２２（図４参照。）を回転自在に支持する。なお、本実施形態におけるトラニオン４０の背面４６とは、図１（ｂ）に示されるように、３つの平面４６ａ，４６ｂ、４６ｃを含む、パワーローラ２２を支持する内平面４５と反対側の本体部４３の外面全てとする。また、本体部４３と傾転軸の一方４１との間には、背面４６に隣接して、背面円錐部４７が設けられており、本体部４３と傾転軸の他方４２との間には、ワイヤー掛け部４８が設けられている。

本実施形態のトラニオン４０は、まず、従来と同様に、図２に示される本発明の第１の金型である下金型５１と本発明の第２の金型である上金型５２を用いて鍛造成形を行なう。下金型５１は、トラニオン４０の背面４６を形成する背面形成部５１ａと傾転軸４１，４２の背面側部分４１ａ，４２ａを形成する傾転軸背面側形成部５１ｂ、５１ｃとを有する。上金型５２は、トラニオン４０の内平面４５を形成する内平面形成部５２ａと傾転軸４１，４２の内平面側部分４１ｂ、４２ｂを形成する傾転軸内平面側形成部５２ｂ、５２ｃとを有する。また、下金型５１と上金型５２は、一対の傾転軸４１，４２の中心を通る水平面を分割面として形成されている。これらの下金型５１と上金型５２との間に、丸棒素材を配置して、加熱鍛造することで、切削代が付与された概トラニオン形状の鍛造素材が成形される。

次に、背面４６と同じ下金型５１によって成形された傾転軸４１，４２の背面側部分４１ａ，４２ａを加工基準として、トラニオン４０の背面４６を切削加工する。
図３に示されるように、切削加工機６０は、固定ベッド６１上に、一対の傾転軸４１，４２と軸方向で対応する位置に固定された一対の逆Ｖ字形の基準座金６２，６３を備える。また、これらの基準座金６２，６３と軸方向において対応する位置には、油圧駆動等でクランプ力を発生する一対のクランプ６４，６５が、固定ベッド６１から基準座金６２，６３の内側面６３ａに向けて進退可能に設けられている。

また、切削加工機６０は、トラニオン４０の背面４６を切削加工するブローチツール６６を備える。ブローチツール６６は、３つの平面４６ａ，４６ｂ，４６ｃより加工幅の広い３つの切れ刃６７ａ，６８ａ，６９ａをそれぞれ備えた３つのブローチツール片６７，６８，６９からなり、ブローチツールホルダー７０で組み合わせて使用される。また、ブローチツール６６は、図示しないボールねじや油圧シリンダ等によって駆動され、トラニオン４０の軸方向に相対移動可能に設けられている。

トラニオン４０の背面４６の切削加工に際して、まず、鍛造されたトラニオン４０を傾転軸４１，４２の背面側部分４１ａ、４２ａを基準座金６２，６３の内側面６２ａ，６３ａに向けた状態で、この基準座金６２，６３と固定ベッド６１との間に挿入する。そして、挿入されたトラニオン４０は、一対のクランプ６４，６５により、傾転軸４１，４２の背面側部分４１ｂ，４２ｂを基準座金６２，６３の内側面６２ａ，６３ａに向けて傾転軸４１，４２を挟み込んで固定される。これにより、傾転軸４１，４２の背面側部分４１ａ、４２ａが切削加工の際の加工基準となる。なお、クランプ力は、切削加工により発生した背分力により、トラニオン４０が基準座金６２，６３から離れないだけの十分な力で挟み込む必要がある。

さらに、このように固定されたトラニオン４０に対して、ブローチツール６６を用いて背面４６を切削加工する。これにより、ブローチツール６６の一回の切削送りで、３つの平面４６ａ，４６ｂ，４６ｃを同時に切削加工することができる。

従って、本実施形態におけるトロイダル型無段変速機１０のトラニオン４０の加工方法によれば、切削加工する背面４６と同一の下金型５１によって成形された部位である、傾転軸４１，４２の背面側部分４１ａ，４２ａを加工基準として位置決めすることにより、上下金型５１，５２の距離Ｗの精度に基づく鍛造素材肉厚Ｔ０のばらつきの影響を受けなくなり、切削代のばらつきを小さくできる。

具体的に、同一金型内の距離寸法（例えば、図２のＨ０寸法）のばらつきの範囲は、経験上、０．５ｍｍ程度の範囲となり、従来の上金型５２によって成形される内平面４５を加工基準とした切削加工における１〜２ｍｍのばらつきに対して、半分以下のばらつきとなり、工具寿命が安定して、機械の安定稼動が可能となる。

また、トラニオン４０の完成状態において、図１の背面円錐部４７やワイヤー掛け部４８等のような鍛造肌を残す部位は、鍛造工程において、背面４６と同一の下金型５１によって成形されており、背面４６の切削加工は、下金型５１を加工基準として切削するので、その切削された背面４６との位置精度や距離精度が向上する。

また、本実施形態では、切削送り速度の速いブローチツール６６を用いて切削加工を行なうので、従来のフライス加工と比べて、１切削送りあたりの加工時間を短縮することができる。一般に、トラニオン素材が鋼である場合、フライス加工による切削送りは、１００〜２０００ｍｍ／分程度であるのに対して、ブローチ加工における切削送りは、５０００〜６００００ｍｍ／分であり、加工時間は大幅に短縮される。

また、複数の平面に切削加工を行なう場合、従来のフライス加工では、１つの平面につき一回の切削送りが必要であるが、ブローチツール６６による切削加工では、各平面４６ａ，４６ｂ，４６ｃの切削加工を担う切れ刃６７ａ，６８ａ，６９ａを具備したブローチツール６６を使用することで、一回の切削送りで全平面の加工が可能となり、加工時間を短縮することができる。

さらに、複数の平面４６ａ，４６ｂ，４６ｃを同時に切削加工する場合、各平面の切削加工を担う切れ刃６７ａ，６８ａ，６９ａを備えたブローチツール片６７，６８，６９はツールホルダー７０で固定されているので、各切れ刃６７ａ，６８ａ，６９ａの位置関係は、切削されるトラニオン素材に転写され、複数の平面の位置関係精度は良好となる。

なお、本発明は、上述した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。
本実施形態の切削加工では、背面と同一金型内で成形された傾転軸を加工基準として説明したが、加工基準は傾転軸に限定されず、背面と同一金型内で成形された部分であればよい。
また、本実施形態の切削加工では、背面の３つの平面を同時に加工するものとしたが、加工する平面が１ヶ所の場合は、１つの切れ刃を有するブローチツールを使用すればよい。
さらに、本発明のトロイダル型無段変速機のトラニオンは、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、トラニオンは、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トラニオンを示す図であり、（ａ）はその側面図で、（ｂ）は、（ａ）のI−I線に沿った断面図である。 （ａ）は、本実施形態のトラニオンが鍛造成形される状態を示す図であり、（ｂ）は、鍛造後のトラニオンの断面図である。 本実施形態のトラニオンの背面が切削加工される状態を示す図で、（ａ）はその正面図であり、（ｂ）はその側面図である。 一般的なトロイダル型無段変速機の構成を示す断面図である。 図４のV−V線に沿った断面図である。 従来のトラニオンが鍛造成形される状態を示す図である。 従来のトラニオンが切削加工される状態を示す模式図で、（ａ）はその正面図で、（ｂ）はその側面図である。

符号の説明

１０ トロイダル型無段変速機
１２ 入力ディスク
１３ 出力ディスク
２２ パワーローラ
４０ トラニオン
４１，４２ 傾転軸
４３ 本体部
４５ 内平面
４６ 背面
５１ 下金型（第１の金型）
５２ 上金型（第２の金型）
６３ 基準座金
６６ ブローチツール

Claims (4)

1. 内平面と背面とを有する本体部と該本体部の両側に形成された一対の傾転軸とを備え、入力ディスクと出力ディスクとの間に傾転自在に転接するパワーローラを回転自在に支持する、トロイダル型無段変速機のトラニオンの加工方法において、
   前記背面を形成する第１の金型と前記内平面を構成する第２の金型とを用いて、前記本体部と前記一対の傾転軸を鍛造成形し、
   前記第１の金型によって成形された前記トラニオンの一部を加工基準として、前記トラニオンを固定し、
   固定された前記トラニオンの前記背面を切削加工することを特徴とするトロイダル型無段変速機のトラニオンの加工方法。
2. 前記トラニオンの前記背面は、所望の背面寸法に沿った形状を有するブローチツールを前記トラニオンの軸方向に相対移動させることで、切削加工さ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トラニオンの加工方法。
3. 前記ブローチツールは、複数のブローチツール片をツールホルダーで固定することで、前記所望の背面寸法に沿った形状を有することを特徴とする請求項２に記載のトロイダル型無段変速機のトラニオンの加工方法。
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及び出力ディスクと、
   前記入力ディスクと前記出力ディスクとの間に傾転自在に転接するパワーローラと、
   請求項１から３のいずれかに記載の加工方法によって製造され、前記パワーローラを回転自在に支持するトラニオンと、を備えたことを特徴とするトロイダル型無段変速機。

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