JP2011058521A

JP2011058521A - トロイダル型無段変速機

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Publication number: JP2011058521A
Application number: JP2009206659A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Toyoda; 俊郎豊田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2011-03-24

Abstract

【課題】トラニオンに接してパワーローラに働く接線力を伝達するパワーローラ用スラスト玉軸受の外輪の小型軽量化を図ることが可能なトロイダル型無段変速機を提供する。
【解決手段】外輪２８の外周面１１０は、トラニオン１５の接触部１２０に接触し、パワーローラ１１に働く接線力をトラニオン１５に伝達する。外輪２８の内側面２８ｄには、スラスト玉軸受２４の転動体２６用の軌道溝２８ｆが形成されている。外輪２８の外周面１１０には、当該外輪２８の内側面２８ｄと外側面２８ｅとの間を中高とするクラウニング面１１１が設けられている。当該クラウニング面１１１の最も外周側となる頂点位置が、外輪２８の軌道溝２８ｆの最も深い位置よりも、当該外輪２８の外側面２８ｅ側に設けられている。これにより、外輪２８の軌道溝２８ｆにより径方向の肉厚が薄くなった外周面１１０と内側面２８ｄとの角部の応力増大を防止できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の変速機などに利用可能なトロイダル型無段変速機に関する。

例えば自動車用変速機として用いるダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機は、図６および図７に示すように構成されている。図６に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸（中心軸）１が回転自在に支持されており、この入力軸１の外周には、２つの入力側ディスク２，２と２つの出力側ディスク３，３とが取り付けられている。また、入力軸１の中間部の外周には出力歯車４が回転自在に支持されている。この出力歯車４の中心部に設けられた円筒状のフランジ部４ａ，４ａには、出力側ディスク３，３がスプライン結合によって連結されている。

入力軸１は、図中左側に位置する入力側ディスク２とカム板７との間に設けられたローディングカム式の押圧装置１２を介して、駆動軸２２により回転駆動されるようになっている。また、出力歯車４は、２つの部材の結合によって構成された仕切壁１３を介してケーシング５０内に支持されており、これにより、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転できる一方で、軸線Ｏ方向の変位が阻止されている。

出力側ディスク３，３は、入力軸１との間に介在されたニードル軸受５，５によって、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転自在に支持されている。また、図中左側の入力側ディスク２は、入力軸１にボールスプライン６を介して支持され、図中右側の入力側ディスク２は、入力軸１にスプライン結合されており、これら入力側ディスク２は入力軸１と共に回転するようになっている。また、入力側ディスク２，２の内側面（凹面）２ａ，２ａと出力側ディスク３，３の内側面（凹面）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図７参照）が回転自在に挟持されている。

図６中右側に位置する入力側ディスク２の内周面２ｃには、段差部２ｂが設けられ、この段差部２ｂに、入力軸１の外周面１ａに設けられた段差部１ｂが突き当てられるとともに、入力側ディスク２の背面（図６の右面）がローディングナット９に突き当てられている。これによって、入力側ディスク２の入力軸１に対する軸線Ｏ方向の変位が実質的に阻止されている。また、カム板７と入力軸１の鍔部１ｄとの間には、皿ばね８が設けられており、この皿ばね８は、各ディスク２，２，３，３の凹面２ａ，２ａ，３ａ，３ａとパワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａとの当接部に押圧力を付与する。

図７は、図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図７に示すように、ケーシング５０の内側には、入力軸１に対し捻れの位置にある一対の枢軸１４，１４を中心として揺動する一対のトラニオン１５，１５が設けられている。なお、図７においては、入力軸１の図示は省略している。各トラニオン１５，１５は、支持板部１６の長手方向(図７の上下方向)の両端部に、この支持板部１６の内側面側に折れ曲がる状態で形成された一対の折れ曲がり壁部２０，２０を有している。そして、この折れ曲がり壁部２０，２０によって、各トラニオン１５，１５には、パワーローラ１１を収容するための凹状のポケット部Ｐが形成される。また、各折れ曲がり壁部２０，２０の外側面には、各枢軸１４，１４が互いに同心的に設けられている。

支持板部１６の中央部には円孔２１が形成され、この円孔２１には変位軸２３の基端部（第１の軸部）２３ａが支持されている。そして、各枢軸１４，１４を中心として各トラニオン１５，１５を揺動させることにより、これら各トラニオン１５，１５の中央部に支持された変位軸２３の傾斜角度を調節できるようになっている。また、各トラニオン１５，１５の内側面から突出する変位軸２３の先端部（第２の軸部）２３ｂの周囲には、各パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の間に挟持されている。なお、各変位軸２３，２３の基端部２３ａと先端部２３ｂとは、互いに偏心している。

また、各トラニオン１５，１５の枢軸１４，１４はそれぞれ、一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂに対して揺動自在および軸方向(図７の上下方向)に変位自在に支持されており、各ヨーク２３Ａ，２３Ｂにより、トラニオン１５，１５はその水平方向の移動を規制されている。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂは鋼等の金属のプレス加工あるいは鍛造加工により矩形状に形成されている。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂの四隅には円形の支持孔１８が４つ設けられており、これら支持孔１８にはそれぞれ、トラニオン１５の両端部に設けた枢軸１４がラジアルニードル軸受３０を介して揺動自在に支持されている。また、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図６の左右方向）の中央部には、円形の係止孔１９が設けられており、この係止孔１９の内周面は球状凹面として、球面ポスト６４，６８を内嵌している。すなわち、上側のヨーク２３Ａは、ケーシング５０に固定部材５２を介して支持されている球面ポスト６４によって揺動自在に支持されており、下側のヨーク２３Ｂは、球面ポスト６８およびこれを支持する駆動シリンダ３１の上側シリンダボディ６１によって揺動自在に支持されている。

なお、各トラニオン１５，１５に設けられた各変位軸２３，２３は、入力軸１に対し、互いに１８０度反対側の位置に設けられている。また、これらの各変位軸２３，２３の先端部２３ｂが基端部２３ａに対して偏心している方向は、両ディスク２，２，３，３の回転方向に対して同方向(図７で上下逆方向)となっている。また、偏心方向は、入力軸１の配設方向に対して略直交する方向となっている。したがって、各パワーローラ１１，１１は、入力軸１の長手方向に若干変位できるように支持される。その結果、押圧装置１２が発生するスラスト荷重に基づく各構成部材の弾性変形等に起因して、各パワーローラ１１，１１が入力軸１の軸方向に変位する傾向となった場合でも、各構成部材に無理な力が加わらず、この変位が吸収される。

また、パワーローラ１１の外側面とトラニオン１５の支持板部１６の内側面との間には、パワーローラ１１の外側面の側から順に、スラスト転がり軸受であるスラスト玉軸受（スラスト軸受）２４と、スラストニードル軸受２５とが設けられている。このうち、スラスト玉軸受２４は、各パワーローラ１１に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これら各パワーローラ１１の回転を許容するものである。このようなスラスト玉軸受２４はそれぞれ、複数個ずつの玉（以下、転動体という）２６，２６と、これら各転動体２６，２６を転動自在に保持する円環状の保持器２７と、円環状の外輪２８とから構成されている。また、各スラスト玉軸受２４の内輪軌道は各パワーローラ１１の外側面（大端面）に、外輪軌道は各外輪２８の内側面にそれぞれ形成されている。

また、スラストニードル軸受２５は、トラニオン１５の支持板部１６の内側面と外輪２８の外側面との間に挟持されている。このようなスラストニードル軸受２５は、パワーローラ１１から各外輪２８に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これらパワーローラ１１および外輪２８が各変位軸２３の基端部２３ａを中心として揺動することを許容する。

さらに、各トラニオン１５，１５の一端部(図７の下端部)にはそれぞれ駆動ロッド（トラニオン軸）２９，２９が設けられており、各駆動ロッド２９，２９の中間部外周面に駆動ピストン（油圧ピストン）３３，３３が固設されている。そして、これら各駆動ピストン３３，３３はそれぞれ、上側シリンダボディ６１と下側シリンダボディ６２とによって構成された駆動シリンダ３１内に油密に嵌装されている。これら各駆動ピストン３３，３３と駆動シリンダ３１とで、各トラニオン１５，１５を、これらトラニオン１５，１５の枢軸１４，１４の軸方向に変位させる駆動装置３２を構成している。

このように構成されたトロイダル型無段変速機の場合、入力軸１の回転は、押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２に伝えられる。そして、これら入力側ディスク２，２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して各出力側ディスク３，３に伝えられ、更にこれら各出力側ディスク３，３の回転が、出力歯車４より取り出される。

入力軸１と出力歯車４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３３，３３を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３３，３３の変位に伴って、一対のトラニオン１５，１５が互いに逆方向に変位する。例えば、図７の左側のパワーローラ１１が同図の下側に、同図の右側のパワーローラ１１が同図の上側にそれぞれ変位する。その結果、これら各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の内側面２ａ，２ａ，３ａ，３ａとの当接部に作用する接線方向の力の向きが変化する。そして、この力の向きの変化に伴って、各トラニオン１５，１５が、ヨーク２３Ａ，２３Ｂに枢支された枢軸１４，１４を中心として、互いに逆方向に揺動する。

その結果、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各内側面２ａ，３ａとの当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車４との間の回転速度比が変化する。また、これら入力軸１と出力歯車４との間で伝達するトルクが変動し、各構成部材の弾性変形量が変化すると、各パワーローラ１１，１１およびこれら各パワーローラ１１，１１に付属の外輪２８，２８が、各変位軸２３，２３の基端部２３ａ、２３ａを中心として僅かに回動する。これら各外輪２８，２８の外側面と各トラニオン１５，１５を構成する支持板部１６の内側面との間には、それぞれスラストニードル軸受２５，２５が存在するため、前記回動は円滑に行われる。したがって、前述のように各変位軸２３，２３の傾斜角度を変化させるための力が小さくて済む。

ところで、このようなトロイダル型無段変速機において、トロイダル型無段変速機のパワーローラ１１，１１では、ディスク２，３との接触点で当該接触点に垂直な法線力（トラクションドライブに必要な押し付け力に起因して発生する力）とパワーローラ内輪の回転方向に平行な接線力（＝トラクション力）が働いている。これら２つの力を、パワーローラ１１，１１を介してトラニオン１５，１５も支持している。例えば、前記法線力はパワーローラ１１，１１を内輪とするスラスト玉軸受２４の外輪２８の外側面（内輪の反対側、すなわちパワーローラ１１側の側面の反対側となる側面）と、トラニオン１５の支持板部１６の内側面（パワーローラ１１側の側面）との間に配置されたスラストニードル軸受２５を介してトラニオン１５，１５に伝えられる。

また、トラニオン１５では、上述のように前記変位軸２３の基端部２３ａが挿入される円孔２１が設けられ、当該円孔２１に前記基端部２３ａを回転自在に支持するラジアルニードル軸受が設けられており、前記接線力は、変位軸２３からラジアルニードル軸受を介してトラニオン１５，１５に伝えられる。
したがって、トラニオン１５，１５には、変位軸２３とラジアルニードル軸受を内包する円孔２１（貫通孔もしくは袋穴）を設ける必要があった。

そのため、トラニオン１５，１５の支持板部１６に円孔２１を形成したことにより、トラニオン１５，１５の剛性が下がり、例えばパワーローラ１１側からの前記法線力等による変形が大きくなったり、応力が増大したりという問題があった。
また、トラニオン１５，１５の変形が大きくなると、ディスク２，３とパワーローラ１１，１１の接触点位置が設計値からずれて当該接触点位置における面圧が増大したり、変速比がずれたりするという問題を引き起こす虞があった。また、プリセスカムを用いて変速制御する場合、プリセスカムの位置がトラニオン１５，１５の変形によりずれるため、これも変速比のずれの大きな要因となっていた。

これらの問題や、上述の応力の増大によるトラニオン１５の損傷を防止するために、円孔２１が形成されたトラニオン１５，１５に十分な剛性を持たせるべく、トラニオン１５，１５の各部の肉厚を厚くしていくとトラニオン１５，１５の重量が増加するとともに変速機全体の重量増となり、これにより燃費低下、コスト増など別の問題も生じてしまう。
このような問題に対し、トラニオンに穴（円孔２１）をあけずとも接線力を支持できる構造が提案されている。

例えば、外輪２８の外周面と、トラニオン１５の外輪２８の外周面と対向する部分（例えば、折れ曲がり壁部２０，２０の基端部）との間にころ軸受を配置し、当該ころ軸受けを介してパワーローラ１１からトラニオン１５に接線力に伝えて、トラニオン１５で接線力を支持するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
これにより、変位軸２３の基端部２３ａをトラニオン１５の円孔２１に設けられたラジアルニードル軸受で支持する必要がなくなり、構造的には、トラニオン１５の円孔２１およびラジアルニードル軸受がなくなるとともに、変位軸２３の基端部がなくなり、例えば、外輪と一体の軸部（変位軸２３の先端部２３ｂに相当）があればよいことになる。

しかし、この場合に、外輪２８の外周面にころ軸受の軌道面を設ける必要があることから、加工コストが高くなる虞がある。
そこで、外輪２８の外周面と、当該外周面と対向するトラニオン１５の部分とを直接接触させる構造とし、この接触部分により上述の接線力を伝えるものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この場合に、前記ころ軸受を設けることがないことから、外輪２８の外周面に軌道面を設ける必要がなくなり、コストダウンを図ることができる。

特開２００１−１２５７４号公報特開２００８−２５８２１号公報

とこで、上述の特許文献１，２に示される例においては、トラニオンの剛性向上の面で優れた効果を奏するが、以下のような問題を有していた。
すなわち、トラニオンに直接的もしくはころ軸受等の部材を介して間接的に外周面が接触する外輪には、その内側面（パワーローラ側側面）の外周面に近い側に周方向にそってスラスト玉軸受の転動体（玉）用のボール溝（軌道溝）が設けられていることから、外輪の外周部分の外側面から内側面までの厚みのうちのパワーローラ側となる内側面側の部分の剛性が低くなっている。

すなわち、外輪の内側面から外側面までの厚みの範囲のうちの内側面の軌道溝の深さの範囲内までにおいては、外輪の外周面から軌道溝までしか径方向に沿った肉厚がなく、外輪の外周面をトラニオンに接触させて接線力を伝達する構成の場合に、この外輪外周部の内側面側部分（外輪の外周面と内側面との角部分）で応力が増大する。
また、上述のようにトラニオンの剛性が高くなっても、トラニオンが僅かに変形する虞があり、この場合にトラニオンから外輪の外周面に向かって力が作用し、外輪外周部の内側面側部分で、さらに応力が増大する。

そこで、上述のように発生する応力を基準値以下（許容範囲以下）にするには、外輪の肉厚を厚くすることが考えられるが、この場合に外輪の重量および設置スペースの増大等の問題が生じるため、これらの問題が生じない別の解決方法が求められていた。
また、外輪外周面で前記接線力を支持する構造にすることで、上述のように外輪外周部の内側面側部分で応力が増大すると、外輪の軌道溝部分の変形が大きくなってしまうという問題がある。この場合に、軌道溝の変形が大きくなることで、ボール（転動体）の回転の抵抗も大きくなってしまう。そして、この回転抵抗により変速機全体の伝達効率の低下を招く虞がある。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、パワーローラに作用する接線力を、当該パワーローラのスラスト玉軸受けの外輪の外周面から当該外周面に直接的もしくは間接的に接する接触部を有するトラニオンに伝達する際に、外輪の外周部分での応力の増大を防止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する。

前記目的を達成するために、請求項１に記載のトロイダル型無段変速機は、それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの回転中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に揺動するとともに、前記各パワーローラを回転自在に支持するトラニオンと、前記パワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承するスラスト軸受とを備え、前記スラスト軸受は、前記パワーローラによって形成される内輪と、外輪と、これらの内輪と外輪との間で転動する転動体とを有し、前記外輪の前記パワーローラ側を向く内側面に前記転動体が転動する軌道溝が形成され、前記トラニオンに前記外輪の外周面と直接的もしくは間接的に接触することで前記パワーローラに働く接線力を当該トラニオンに伝達する接触部が形成されて成るトロイダル型無段変速機において、
前記外輪の外周面に、前記トラニオンの前記接触部に直接的もしくは間接的に接触するとともに、当該外輪の内側面と当該内側面の反対となる外側面との間を中高とするクラウニング面が設けられ、当該クラウニング面の最も外周側となる頂点位置が、前記外輪の内側面に設けられた前記軌道溝の最も深い位置よりも、前記外輪の外側面側に設けられていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明においては、外輪の外周面に設けられたクラウニング面の頂点位置部分およびその周囲で、上述の接線力がトラニオンの接触部に伝達されることになるが、クラウニング面の頂点位置が、外輪の軌道溝の最も深い位置より外輪の外側面側にあるので、外輪の外周部分で軌道溝により径方向の厚みが薄くなった部分（軌道溝の深さ範囲で外輪外周面と軌道溝との間となる部分）での応力の増大を防止できる。

例えば、クラウニング面の頂点位置を軌道溝の深さ範囲内に設けた場合、すなわち、軌道溝の最も深い位置より外輪の内側面側に設けた場合には、外輪の外周部分の軌道溝により径方向の厚みが薄くなった部分に直接的に力が作用し、この部分で応力が増大してしまうが、本発明では、クラウニング面の頂点位置が外輪の軌道溝の最も深い位置より外輪の外側面側にあるので、外輪外周の軌道溝により径方向の厚みが薄くなった部分に作用する力を低減することができる。

また、トラニオンがパワーローラに働く法線力により変形した場合に、トラニオンのパワーローラの外周面に対向して接触部が形成される部分がパワーローラの中心側に向かって変形し、外輪の外周面を中心側に押す状態となるが、この場合も、クラウニング面の頂点位置を外輪の軌道溝の最も深い位置より外輪の外側面側とすることで、パワーローラ外周部分の軌道溝により径方向の厚みが薄くなった部分での応力の増大を防止できる。
これにより、従来のように外輪外周部の内側面側での応力の増大に対応するために、外輪の肉厚を厚くする必要がなく、外輪の軽量小型化およびそれに基づくコストダウンを図ることが可能となる。

また、外輪の小型軽量化によりトラニオンの小型軽量化を図ることが可能となり、最終的に変速機全体の小型軽量化を図ることが可能となる。これにより、例えば、車両等への搭載性が向上する。
また、外輪外周部の内側面側部分の応力の増大を防止することで、外輪内側面の軌道溝部分の変形を防止することができ、これにより転動体の回転抵抗が大きくなるのを防止することができる。したがって、転動体の回転抵抗の増大による変速機全体の伝達効率の低下を防止することができる。

請求項２に記載のトロイダル型無段変速機は、それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの回転中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に揺動するとともに、前記各パワーローラを回転自在に支持するトラニオンと、前記パワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承するスラスト軸受とを備え、前記スラスト軸受は、前記パワーローラによって形成される内輪と、外輪と、これらの内輪と外輪との間で転動する転動体とを有し、前記外輪の前記パワーローラ側を向く内側面に前記転動体が転動する軌道溝が形成され、前記トラニオンに前記外輪の外周面と直接的もしくは間接的に接触することで前記パワーローラに働く接線力を当該トラニオンに伝達する接触部が形成されて成るトロイダル型無段変速機において、
前記外輪の外周面に、前記トラニオンの前記接触部に直接的もしくは間接的に接触する外輪側接触面が備えられ、当該外輪側接触面が前記外輪の内側面に設けられた前記軌道溝の最も深い位置よりも、前記外輪の内側面の反対側となる外側面側に設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明においては、外輪の外周面に設けられた外輪側接触面で、上述の接線力がトラニオンの接触部に伝達されることになるが、外輪側接触面が、外輪の軌道溝の最も深い位置より外輪の外側面側にあるので、外輪の外周部分で軌道溝により径方向の厚みが薄くなった部分での応力の増大を防止できる。

また、トラニオンがパワーローラに働く法線力により変形した場合に、外輪に作用する力によって、パワーローラ外周部分の軌道溝により径方向の厚みが薄くなった部分で応力が増大するのを防止できる。
これにより、従来のように外輪外周部の内側面側での応力の増大に対応するために、外輪の肉厚を厚くする必要がなく、外輪の軽量小型化およびそれに基づくコストダウンを図ることが可能となる。

本発明のトロイダル型無段変速機によれば、パワーローラに作用する接線力を、当該パワーローラのスラスト玉軸受けの外輪の外周面と、トラニオンの当該外周面に対向して当該外周面に接触する接触部とで伝達することで、トラニオンに円孔を形成する必要をなくしてトラニオンの剛性を高める構造において、外輪の内側面に形成された軌道溝の深さの範囲で、外輪外周面と軌道溝の間となる部分での応力の増大を防止できる。

本発明の第１実施形態のトロイダル型無段変速のパワーローラを備えたトラニオンを示す正面図である。図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図２の矩形部分Ｃの拡大図である。本発明の第２実施形態のトロイダル型無段変速のパワーローラを備えたトラニオンを示す断面図である。図４の矩形部分Ｄの拡大図である。従来から知られているハーフトロイダル型無段変速機の具体的構造の一例を示す断面図である。図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態について説明する。なお、第１実施形態のトロイダル型無段変速機の特徴は、外輪の外周面とトラニオンの当該外輪の外周面に接触する接触部とでパワーローラに働く接線力を伝達する構造にあり、その他の構成および作用は前述した従来の構成および作用と同様であるため、以下においては、第１実施形態の特徴部分についてのみ言及し、それ以外の部分については、図６および図７と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１は本発明の第１の実施の形態のトロイダル型無段変速機のパワーローラを備えるトラニオンを示す正面図、図２は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図３は図２の矩形部分Ｃの拡大図である。
図１〜図３に示すように、この例のトロイダル型無段変速機においては、外輪２８の外周面１１０とトラニオン１５の当該外輪２８の外周面１１０に接触する接触部１２０とでパワーローラ１１に働く接線力を伝達する構造を用いたことにより、図６および図７で示されるパワーローラ１１の変位軸２３の基端部２３ａ、トラニオン１５の前記基端部２３ａを挿入する円孔２１およびこれらの間のラジアルニードル軸受が無い構造となっている。

そして、外輪２８は、スラスト玉軸受２４の外輪を形成する概略円板状の外輪本体部２８ａと、この外輪本体部２８ａの内側面の中心から垂直に延び、パワーローラ１１を回転可能に支持する軸部２８ｂとから成っている（前述した従来構造の外輪２８と変位軸２３の先端部２３ｂとが一体となって、変位軸２３の基端部２３ａを取り除いた構造を成している）。外輪本体部２８ａは、パワーローラ１１の回転中心軸すなわち軸部２８ｂの回転中心軸と同心の外周面１１０を有している。

外輪２８は、トラニオン１５の内側の凹状のポケット部Ｐ内に収容されており、トラニオン１５には、この外輪本体部２８ａの外周面１１０に対向する位置に、互いに対向しかつパワーローラ１１の回転中心軸（回転軸）と直交捩れ方向に沿って延びる平面状の一対の接触部（トラニオン側接触面）１２０，１２０が形成されている。より詳しく説明すると、一対の接触部１２０，１２０は、パワーローラ１１の回転中心軸（回転軸）と直交するとともに枢軸１４と直交する方向に延びている。各接触部１２０は、トラニオン１５の折れ曲がり壁部２０の基端部の内側面から内側に向かってほぼ四角板状に少し突出している突出部のほぼ四角形の平面からなる先端面（前面）により形成されている。

各接触部１２０は、トラニオン１５の折れ曲がり壁部２０において、ディスク２，３の回転中心軸に沿う方向のほぼ中央部に形成されている。各接触部１２０は、例えば高周波焼入れなどにより硬度が高められ、また研削加工により面粗度が高められている。これらの接触部１２０，１２０の間の距離は、外輪本体部２８ａの外径寸法よりも僅かに大きく設定されている。
また、接触部１２０，１２０および外輪２８の外輪本体部２８ａの外周面１１０の少なくとも一方に、摩擦係数低減処理が施されていることが好ましい。摩擦係数低減処理としては、例えば、接触部１２０，１２０および外輪本体部２８ａの外周面１１０の少なくとも一方に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）あるいは二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）などの皮膜を形成する。

また、トラニオン１５の支持板部１６の内側面と一対の折れ曲がり壁部２０，２０とにより形成された凹状のポケット部Ｐは、外輪２８およびパワーローラ１１を収容する収容空間となっており、この収容空間のうち、外輪２８を収容する外輪収容空間の枢軸に沿う方向の寸法（一対の折れ曲がり壁部２０，２０の基端部側の互いに対向する内側面同士の間）がパワーローラ１１を収容するパワーローラ収容空間の枢軸に沿う方向の寸法（一対の折れ曲がり壁部２０，２０の基端部より先端側の互いに対向する内側面同士の間）よりも小さく設定されている。すなわち、上述のように一対の折れ曲がり壁部２０の基端部の内側面が内側に突出することにより、外輪本体部２８ａの外周面１１０に極めて近接した状態となっており、この部分がほぼ平面状の接触部１２０となる。

また、トラニオン１５と外輪本体部２８ａとの間には、パワーローラ１１に加わるスラスト方向（パワーローラ１１の小端面側から大端面側に向かう方向）の荷重を支承するスラスト転がり軸受１３０が介挿されている。
また、軸部２８ｂとパワーローラ１１との間には、ラジアル転がり軸受１４０が介挿されている。
また、一対の折れ曲がり壁部２０，２０の先端部どうしの間には、これらに架け渡されるように、ビーム（連結片）１５ａが形成されている。ビーム１５ａは、パワーローラ１１に働く法線力に基づいて、トラニオン１５の支持板部１６がその中央部をパワーローラ１１の反対側に凸となるように変形し、折れ曲がり壁部２０，２０同士の先端側が互いに近づくように変形するのを防止するものである。ビーム１５ａによりトラニオン１５に円孔２１を形成しないことと合わせてトラニオン１５の変形をより確実に防止することができるが、ビーム１５ａを設けない構成としてもよい。

したがって、上記構成では、パワーローラ１１に対してラジアル方向（トラニオン１５の枢軸１４に沿う方向）の接線力が作用すると、パワーローラ１１が枢軸１４，１４の一方側（図中）に変位し、これに伴い外輪本体部２８ａの外周面１１０がトラニオン１５の接触部１２０，１２０の一方に押し付けられる。そして、外輪本体部２８ａはこの接触部１２０上を転がることができる。すなわち、外輪本体部２８ａ（パワーローラ１１）は、トラニオン１５に対してパワーローラ１１の回転中心軸と直交するとともに枢軸１４と直交する方向（ディスク２，３の回転中心軸に沿う方向）に移動することができる。

そして、図３に示すように、トラニオン１５の折れ曲がり壁部２０の基端部の内側面に形成された平面状の接触部１２０に接触する外輪本体部２８ａの外周面１１０は、外輪本体部２８ａ（外輪２８）のパワーローラ１１側（スラスト玉軸受２４の内輪側）となる内側面２８ｄと、パワーローラ１１の反対側となる外側面２８ｅとの間を中高とするクラウニング面１１１が形成されている。
そして、このクラウニング面１１１の最も外周側となる頂点位置、すなわち、最も接触部１２０に近い位置が、前記外輪本体部２８ａ（外輪２８）の内側面２８ｄに設けられた軌道溝（ボール溝）２８ｆの最も深い位置よりも外側面２８ｅ側に設けられている。

なお、一点鎖線Ｌは、軌道溝２８ｆの最も深い位置のパワーローラ１１の回転軸方向に沿った位置を示し、一点鎖線Ｍは、前記頂点位置のパワーローラ１１の回転軸方向に沿った位置を示す。また、クラウニング面１１１の頂点位置は、点を示すものではなく、クラウニング面１１１が外輪本体部２８ａの外周面１１０の全周に渡って存在し、当該クラウニング面１１１の頂点位置もクラウニング面の全周に渡って存在する環状の線となる。
これら一点鎖線Ｌおよび一点鎖線Ｍに示すように、軌道溝２８ｆのパワーローラ１１の回転軸方向に沿って最も深い位置よりクラウニング面１１１の頂点位置が外輪本体部２８ａの外側面２８ｅ側となっており、パワーローラ１１の回転軸方向に沿った配置において、軌道溝２８ｆが占める部分と、クラウニング面１１１の頂点位置とが重ならないようになっている。

そして、トラニオン１５の接触部１２０と、外輪本体部２８ａの外周面１１０のクラウニング面１１１とは、前記頂点位置とその周囲部分とが接触する可能性のある範囲となり、
接触部１２０とクラウニング面１１１の接触位置とが、パワーローラ１１の回転軸方向に沿った配置で、前記軌道溝２８ｆの最も深い位置よりも外側面側となる可能性が高くなる。
また、接触部１２０とクラウニング面１１１の接触位置とが、パワーローラ１１の回転軸方向に沿った配置で、前記軌道溝２８ｆの最も深い位置よりも内側面側となっても、前記接触位置は軌道溝２８ｆの深い位置に対応し、軌道溝２８ｆの浅い位置に対応することがない。

したがって、接触部１２０とクラウニング面１１１とが接触して、パワーローラ１１に働く接線力がトラニオンに伝達される際に、外輪本体部２８ａの外周面と軌道溝２８ｆの間でパワーローラ１１の回転軸方向に沿った軌道溝２８ｆの深さ範囲内となる部分（外輪本体部２８ａと内側面２８ｄとの角部２８ｇ）における応力増大を防止することができる。
これにより、外輪２８の軽量小型化を図ることができるとともに、外輪２８の軽量小型化に基づいてトラニオン１５の軽量小型化を図ることが可能となる。そして、これらのことから変速機全体の軽量小型化を図ることが可能となる。

さらに、外輪本体部２８ａの軌道溝２８ｆに隣接する角部２８ｇにおける応力増大を防止することで、軌道溝２８ｆの変形を防止することができる。これによって、軌道溝２８ｆの変形による転動体２６の回転抵抗の増大を防止し、変速機全体の伝達効率低下を防ぐことができる。

図４および図５は、本発明の第２実施形態を示すものであり、図４は第２実施形態のトロイダル型無段変速機のパワーローラを備えたトラニオンを示す断面図、図５は図４の矩形部分Ｄの拡大図である。
なお、第２実施形態のトロイダル型無段変速機は、第１実施形態に対して外輪の外周面の形状と、トラニオンの当該外輪の外周面と接触する接触部の形状とを変更したものであり、それ以外の構成は第１実施形態と同様となっており、図１〜図３と同一の符号を付して説明を省略する。

第２実施形態においては、外輪本体部２８ａの外周面１１２と接触するトラニオン１５の接触部１２１のパワーローラ１１の回転軸方向に沿った幅、すなわち、外輪本体部２８ａの内側面２８ｄから外側面２８ｅに至る厚み方向の幅が第１実施形態の接触部１２０より狭くなるように形成されている。
すなわち、第１の実施形態では、接触部１２０が外輪本体部２８ａの外周面１１０の厚み方向の幅の全面に渡るように形成されていたのに対して、第２の実施形態では、接触部１２１が外輪本体部２８ａの外周面１１２の外側面２８ｅと内側面２８ｄとの間の中央部分より少し内側面２８ｄ側から外側面２８ｅに至る部分にだけ形成され、外輪本体部２８ａの外周面１１２の内側面側の部分に対向する位置に接触部１２１がない構造となっている。

そして、トラニオン１５の互いに対向する一対の折れ曲がり壁部２０，２０の内側面同士の間隔は、折れ曲がり壁部２０，２０の基端部の接触部１２１の位置で狭く、接触部１２１より先端側で接触部１２１における間隔より広くなっている。
これにより、接触部１２１より折れ曲がり壁部２０の先端側は、外輪本体部２８ａの外周面１１２より離れた位置に配置されており、外輪本体部２８ａの外周面１１２の内側面側部分は、物理的にトラニオン１５の折れ曲がり壁部２０の内側面に接触できない形状となっている。なお、一対の折れ曲がり壁部２０，２０の内側面同士の間隔が狭い接触部１２１とそれより先端側で、一対の折れ曲がり壁部２０，２０の内側面同士の間隔が広い部分との間には、段差１２２が形成されている。

そして、トラニオン１５の前記接触部１２１と接触する外輪本体部２８ａの外周面１１２には、当該外周面１１２の接触部１２１に接触する外輪側接触面１１３が形成されている。
当該外輪側接触面１１３および接触部１２１のパワーローラ１１の回転軸方向に沿った位置は、外輪本体部２８ａに形成された軌道溝２８ｆの最も深い位置よりも、外輪本体部２８ａの外側面２８ｅ側となっている。
すなわち、外輪側接触面１１３および当該外輪側接触面１１３に接触する接触部１２１と、外輪本体部２８ａの内側面２８ｄ側に形成された軌道溝２８ｆの深さ範囲とは、パワーローラ１１の回転軸方向に沿った位置が互いに重ならず、軌道溝２８ｆの深さの範囲に対して、外輪側接触面１１３および接触部１２１が軌道溝２８ｆの深さ方向に、軌道溝２８ｆより深い側に配置されている。

また、前記外輪本体２８ａの外周面１１２は、内側面２８ｄと外側面２８ｅとの間が中高となるクラウニング面とされている。そして、クラウニング面となる外周面１１２の最も外周側となる頂点位置は、外周面１１２のうちの上述のように軌道溝２８ｆの深さ位置よりも外側面２８ｅ側とされた外輪側接触面１１３のパワーローラ１１の回転軸方向のほぼ中央部とされている。
なお、一点鎖線Ｌは、第１実施形態と同様に、パワーローラ１１の回転軸方向に沿った軌道溝２８ｆの深さ位置を示し、一点鎖線Ｎは、パワーローラ１１の回転軸方向に沿ったクラウニング面の頂点位置を示す。なお、クラウニング面は外周面１１２の全周に渡って形成され、クラウニング面の頂点位置は外周面１１２の全周に渡る環状の線部分である。
そして、接触部１２１と外輪側接触面１１３は、クラウニング面の頂点部分とその周囲とで主に接触することになる。

第２実施形態においても、接触部１２１と外輪側接触面１１３とが接触して、パワーローラ１１に働く接線力がトラニオンに伝達される際に、第１実施形態とほぼ同様に、外輪本体部２８ａの外周面と軌道溝２８ｆの間でパワーローラ１１の回転軸方向に沿った軌道溝２８ｆの深さ範囲内となる部分（外輪本体部２８ａと内側面２８ｄとの角部２８ｇ）における応力増大を防止することができる。なお、第２実施形態の方が、第１実施形態の場合よりも、接触部１２１と外輪２８の外周面１１２との接触可能範囲がより外輪２８の外側面側に限定されるので、より確実に上述の応力増大を防止できる。
これにより、外輪２８の軽量小型化を図ることができるとともに、外輪２８の軽量小型化に基づいてトラニオン１５の軽量小型化を図ることが可能となる。そして、これらのことから変速機全体の軽量小型化を図ることが可能となる。

なお、第２実施形態においてもビーム１５ａを設けない構成としてもよい。また、第２実施形態において、外輪本体部２８ａの外周面１１２と、トラニオン１５の接触部１２１とが接触する範囲を、外輪本体部２８ａの内側面に形成された軌道溝２８ｆより外側面側となるように狭める際に、トラニオン１５の一対の折れ曲がり壁部２０，２０の基端部側の内側面の形状により接触部１２１のパワーローラ１１の軸方向に沿った幅を狭めるものとしたが、外輪本体部２８ａの外周面１１２側において、外側面側の径に対して内側面側の径を小さくして、外側面側と内側面側との間に段差部分を設けることで、外輪２８の外周面１１２とトラニオン１５の接触部１２１とが接触する範囲を狭めるものとしてもよい。

また、第１実施形態および第２実施形態において、トラニオン１５の接触部１２０，１２１と外輪本体部２８ａの外周面１１０，１１２とが直接接触する構成としたが、これらの間に例えばころ軸受け等の別部材を配置し、当該別部材を介してトラニオン１５の接触部１２０，１２１と外輪本体部２８ａの外周面１１０，１１２とが間接的に接触する構成としてもよい。なお、この際に別部材に接触する外輪本体部２８ａの外周面１１０においては、主にクラウニング面１１１の頂点位置とその周囲が別部材に接触する構成とし、外輪本体部２８ａの外周面１１２においては、外輪側接触面１１３が別部材に接触する構成とし、外周面１１０，１１２の他の分が別部材と接触しない構成となっている必要がある。

本発明は、シングルキャビティ型やダブルキャビティ型などの様々なハーフトロイダル型無段変速機に適用することができる。

１入力軸（回転中心軸）
２入力側ディスク
２ａ内側面
３出力側ディスク
３ａ内側面
１１パワーローラ（内輪）
１５トラニオン
２４スラスト玉軸受（スラスト軸受）
２６転動体
２７保持器
２８外輪
２８ａ外輪本体部（外輪）
２８ｂ軸部
２８ｄ内側面
２８ｅ外側面
２８ｆ軌道溝
１１０外輪の外周面
１１１クラウニング面
１１２外輪の外周面
１１３外輪側接触面

Claims

それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの回転中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に揺動するとともに、前記各パワーローラを回転自在に支持するトラニオンと、前記パワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承するスラスト軸受とを備え、前記スラスト軸受は、前記パワーローラによって形成される内輪と、外輪と、これらの内輪と外輪との間で転動する転動体とを有し、前記外輪の前記パワーローラ側を向く内側面に前記転動体が転動する軌道溝が形成され、前記トラニオンに前記外輪の外周面と直接的もしくは間接的に接触することで前記パワーローラに働く接線力を当該トラニオンに伝達する接触部が形成されて成るトロイダル型無段変速機において、
前記外輪の外周面に、前記トラニオンの前記接触部に直接的もしくは間接的に接触するとともに、当該外輪の内側面と当該内側面の反対となる外側面との間を中高とするクラウニング面が設けられ、当該クラウニング面の最も外周側となる頂点位置が、前記外輪の内側面に設けられた前記軌道溝の最も深い位置よりも、前記外輪の外側面側に設けられていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの回転中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に揺動するとともに、前記各パワーローラを回転自在に支持するトラニオンと、前記パワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承するスラスト軸受とを備え、前記スラスト軸受は、前記パワーローラによって形成される内輪と、外輪と、これらの内輪と外輪との間で転動する転動体とを有し、前記外輪の前記パワーローラ側を向く内側面に前記転動体が転動する軌道溝が形成され、前記トラニオンに前記外輪の外周面と直接的もしくは間接的に接触することで前記パワーローラに働く接線力を当該トラニオンに伝達する接触部が形成されて成るトロイダル型無段変速機において、
前記外輪の外周面に、前記トラニオンの前記接触部に直接的もしくは間接的に接触する外輪側接触面が備えられ、当該外輪側接触面が前記外輪の内側面に設けられた前記軌道溝の最も深い位置よりも、前記外輪の内側面の反対側となる外側面側に設けられていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。