JP2011112105A

JP2011112105A - 無段変速装置

Info

Publication number: JP2011112105A
Application number: JP2009267059A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Yoshioka; 宏泰吉岡
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2029-11-25
Also published as: JP5257336B2

Abstract

【課題】トロイダル型無段変速機と、遊星歯車式変速機とを同軸上に備え、入力側ディスクとキャリアとを低コストで一体に回転可能にできる無段変速装置を提供する。
【解決手段】無段変速装置は同軸上に配置されるトロイダル型無段変速機１と遊星歯車式変速機２０とからなる。トロイダル型無段変速機１の後ろ側の入力側ディスク３と、遊星歯車式変速機２０の第１キャリア２１とが一体に回転する。入力側ディスク３の内周側に同心的に嵌合凹部４１が形成され、前側支持板７１に同心的に嵌合凸部４２が形成されている。これら嵌合凹部４１と嵌合凸部４２とを嵌合させることで、入力側ディスク３と前側支持板７１とが同軸上に配置される。この状態で入力側ディスク３と第１キャリア２１の前側支持板７１とが外周部で溶接されている。
【選択図】図１

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で、トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを組み合わせた無段変速装置に関する。

自動車用自動変速装置としてトロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを組み合わせて無段変速装置を構成する事が、従来から提案されている。このような無段変速装置として、主に後輪駆動車（ＦＲ車）向けに、トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを同軸上に並べた同軸タイプのものが開発されている（例えば、特許文献１，２参照）。このような同軸タイプの無段変速装置は、軸方向長さが長くなる代わりに径方向の小型化（幅を狭くしたり、高さを低くしたりすること）が可能となり、ＦＲ車に適した変速機となる。
例えば、特許文献１の無段変速装置は、図５の概略断面図に示すように、トロイダル型無段変速機１と遊星歯車式変速機２０とを備える。

このうちのトロイダル型無段変速機１は、回転トルクが入力される入力軸２と、前記入力軸２に支持され、入力軸２と一体で回転する一対の入力側ディスク３，３と、前記入力側ディスク３，３との間に挟持される複数のパワーローラ４，４を介して入力側ディスク３，３から変更可能な変速比で回転トルクが伝達される出力側ディスク５と、前記パワーローラ４，４を挟持した状態の入力側ディスク３，３および出力側ディスク５に軸方向への押圧力を付与する押圧装置７を備えている。すなわち、トロイダル型無段変速機１は、互いの内側面（凹面３ａ，５ａ）同士を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３，３および出力側ディスク５と、これらの両ディスク３，５間に挟持される複数のパワーローラを有する。

また、入力側ディスク３，３および出力側ディスク５の回転中心に配置される入力軸２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（図示略）を中心に傾転するとともに、各パワーローラ４，４をスラスト軸受（図示略）を介して回転自在に支持する複数のトラニオン（図示略）を備える。また、入力側ディスク３，３および出力側ディスク５の凹面３ａ、５ａは、それぞれパワーローラ４，４の周面４ａ、４ａと油膜を介して接触している。

また、この例では、一対の入力側ディスク３，３の間に出力側ディスク５が配置されるとともに、出力側ディスク５は、一対の出力側ディスク５をそれらの背面同士を重ねるように接合して一体化した状態となっており、１つの出力側ディスク５の両側面にそれぞれ入力側ディスク３，３に対向する凹面５ａ，５ａが設けられている。
また、出力側ディスク５の内周側には、その入力軸２との間にトロイダル型無段変速機１の出力軸となる円筒状の中空軸８が設けられており、当該中空軸８内を入力軸２が貫通した状態となっている。そして、中空軸８と出力側ディスク５とが入力軸２に対して一体に回転自在に構成され、入力軸２に入力された回転トルクは、入力側ディスク３，３からパワーローラ４，４を介して出力側ディスク５，５に伝動されて中空軸８から出力される。なお、同軸上に配置される入力軸２および中空軸８は、トロイダル型無段変速機１の後ろ側（図中右側）に延出し、後述のように遊星歯車式変速機２０に接続されている。

そして、この際に、例えば、パワーローラ４，４の周面４ａが入力側ディスク３，３の外周側に接触するとともに出力側ディスク５，５の内周側に接触した増速状態から中立位置を経て入力側ディスク３，３の内周側に接触するとともに出力側ディスク５，５の外周側に接触した減速状態まで変速比を変更することが可能となっている。

また、遊星歯車式変速機２０は、入力軸２および後ろ側（図中右側）の入力側ディスク３に結合固定された第１キャリア２１を備えている。この第１キャリア２１は、伝達軸２２ａを介して同軸上に前後に一体に回転可能に配置された２つの第１Ａ遊星歯車２２および第２遊星歯車２３を自転自在および公転自在に支持するようになっている。
また、第１キャリア２１には、第１Ａ遊星歯車２２と噛み合うとともに、後述の第１リング歯車２５と噛み合う第１Ｂ遊星歯車２４が支持されている。

なお、一体に回転する第１Ａ遊星歯車２２、第１Ｂ遊星歯車２４、第２遊星歯車２３は、第１キャリア２１に複数組が支持されている。
また、上述の中空軸８は、前後に一体に回転可能に配置された２つの第１Ａ遊星歯車２２および第２遊星歯車２３のうちの前側の第１Ａ遊星歯車２２に対応する軸方向位置まで延出して配置され、当該中空軸８の端部に第１太陽歯車２６が一体に回転可能に設けられている。

そして、トロイダル型無段変速機１の中空軸８と一体に回転する第１太陽歯車２６と、第１太陽歯車２６に噛み合うとともに第２遊星歯車２３と一体に回転する第１Ａ遊星歯車２２と、第１Ａ遊星歯車２２と噛み合う第１Ｂ遊星歯車２４と、トロイダル型無段変速機１の入力軸２と一体に回転するとともに第１Ａ遊星歯車２２、第１Ｂ遊星歯車２４および第２遊星歯車２３を自転自在および公転自在に支持する第１キャリア２１と、第１Ｂ遊星歯車２４と噛み合う第１リング歯車２５とから第１遊星歯車機構ユニットが構成されている。

そして、入力軸２および中空軸８よりも後ろ側には、後述の２つの第２および第３太陽歯車２７，２８を前後に間隔をあけて並べた状態で一体に回転可能に支持する伝達軸２９が設けられている。当該伝達軸２９には、前側から順に同軸上で一体に回転可能に第２太陽歯車２７、第３太陽歯車２８が備えられている。なお、これら第２太陽歯車２７、第３太陽歯車２８は、第１太陽歯車２６と同軸上に配置される。

そして、第２遊星歯車２３は、第２太陽歯車２７と噛み合っており、第２太陽歯車２７と第２遊星歯車２３と、第２遊星歯車２３を支持する第１キャリア２１（第１遊星歯車機構ユニットのキャリアと第２遊星歯車機構ユニットのキャリアとを兼ねる）とから、第２遊星歯車機構ユニットが形成されている。なお、第２遊星歯車機構ユニットにはリング歯車が無い構成となっている。

ここで、第１リング歯車２５は、低速用クラッチ３０を介して第３キャリア３１に接続されている。したがって、第３キャリア３１は、低速用クラッチ３０を接続した状態では、第１リング歯車２５と一体に回転する。また、第３キャリア３１は、無段変速装置の出力軸４０と一体に回転可能となっており、第３キャリア３１の回転トルクが無段変速装置の出力として取り出されるようになっている。

第３太陽歯車２８には、上述のように第１リング歯車２５に接続された際に第１リング歯車２５と一体に回転可能な第３キャリア３１に自転自在かつ公転自在に支持される第３Ａ遊星歯車３２が噛み合っている。また、第３Ａ遊星歯車３２には、第３キャリア３１に第３Ａ遊星歯車３２と同様に支持される第３Ｂ遊星歯車３３が噛み合っている。また、第３Ｂ遊星歯車３３には、第３リング歯車３４が噛み合っている。

また、第３リング歯車３４は、高速用クラッチ３５を介してケーシング３７に接続されるようになっており、高速用クラッチ３５が接続された状態で、第３リング歯車３４は固定の歯車となり、高速用クラッチ３５が切断された状態では、フリーの歯車となる。
上記第３太陽歯車２８、第３Ａ遊星歯車３２、第３Ｂ遊星歯車３３、第３キャリア３１、第３リング歯車３４が第３太陽歯車ユニットを構成している。

図６は、特許文献２の無段変速装置を示す概略断面図である。
図６に示す無段変速装置はトロイダル型無段変速機１と遊星歯車式変速機５０とからなっている。トロイダル型無段変速機１は、基本構造が図５に示される例と同様となっている。なお、図６には、上述のトラニオン６およびスラスト軸受９が図示され、押圧装置７の図示が省略されている。

そして、遊星歯車式変速機５０は、入力軸２および後ろ側（図中右側）の入力側ディスク３に結合固定された第１キャリア５１を備えている。この第１キャリア５１は、伝達軸５２ａを介して同軸上に前後に一体に回転可能に配置された第１遊星歯車５２および第２遊星歯車５３を自転自在および公転自在に支持するようになっている。なお、一体に回転する第１遊星歯車５２および第２遊星歯車５３は、第１キャリア５１に複数組が支持されている。
また、上述の中空軸８は、前後に一体に回転可能に配置された２つの第１および第２遊星歯車５２，５３のうちの前側の第１遊星歯車５２に対応する軸方向位置まで延出して配置され、当該中空軸８の端部に第１太陽歯車５４が一体に回転可能に設けられている。

そして、トロイダル型無段変速機１の中空軸８と一体に回転する第１太陽歯車５４と、第１太陽歯車５４に噛み合うとともに第２遊星歯車５３と一体に回転する第１遊星歯車５２と、トロイダル型無段変速機１の入力軸２と一体に回転するとともに第１遊星歯車５２および第２遊星歯車５３を自転自在および公転自在に支持する第１キャリア５１とから第１遊星歯車機構ユニットが構成されている。なお、第１遊星歯車機構ユニットおよび後述の第２遊星歯車機構ユニットには、リング歯車が無い構成となっている。

そして、入力軸２の中空軸８よりも後ろ側となる部分の外周には、後述の３つの第２から第４太陽歯車５５，５６，５７を前後に間隔をあけて並べた状態で一体に回転可能に支持する円筒状の伝達軸５８が設けられている。当該伝達軸５８には、前側から順に同軸上で一体に回転可能に第２太陽歯車５５、第３太陽歯車５６、第４太陽歯車５７が備えられている。なお、これら第２太陽歯車５５、第３太陽歯車５６、第４太陽歯車５７は、第１太陽歯車５４と同軸上に配置される。また、伝達軸５８内を入力軸２が貫通し、入力軸２の先端部は、後述の第４リング歯車６６と一体に回転可能となるように第４リング歯車６６に接合されている。

そして、第２遊星歯車５３は、第２太陽歯車５５と噛み合っており、第２太陽歯車５５と第２遊星歯車５３と、第２遊星歯車５３を支持する第１キャリア５１（第１遊星歯車機構ユニットのキャリアと第２遊星歯車機構ユニットのキャリアとを兼ねる）とから、第２遊星歯車機構ユニットが形成されている。

また、第３太陽歯車５６には、無段変速装置のケーシング６８に固定された状態の第３キャリア５９に支持された複数の第３遊星歯車６０が噛み合っている。また、第３遊星歯車６０には、第３リング歯車６１が噛み合っている。そして、これら第３太陽歯車５６、第３キャリア５９、第３遊星歯車６０および第３リング歯車６１により、第３遊星歯車機構ユニットが構成されている。

また、第３リング歯車６１は、高速用クラッチ６２を介して無段変速装置の出力軸６３に接続され、高速用クラッチ６２が接続状態となっていると（なお、後述の低速用クラッチ６７は切断状態）、第３リング歯車６１と出力軸６３とが一体に回転可能となる。

また、第４太陽歯車５７には、第４キャリア６４に自転自在および公転自在に支持された第４遊星歯車６５が噛み合っている。また、第４遊星歯車６５には、トロイダル型無段変速機１の入力軸２と一体に回転可能な第４リング歯車６６が噛み合っている。そして、これら第４太陽歯車５７、第４キャリア６４、第４遊星歯車６５および第４リング歯車６６により、第４遊星歯車機構ユニットが構成されている。
そして、第４キャリア６４は、低速用クラッチ６７を介して出力軸６３に接続され、低速用クラッチ６７が接続状態で、高速用クラッチ６２が切断状態となっていると、第４キャリア６４と出力軸６３とが一体に回転可能となる。

これらのような構成の無段変速装置においては、低速用クラッチ３０，６７を接続するとともに高速用クラッチ３５，６２の接続を断った、所謂低速モード状態では、トロイダル型無段変速機１の変速比を変える事により、無段変速装置全体としての変速比、すなわち、入力軸２と出力軸４０，６３との間の変速比が変化する。このような低速モード状態では、無段変速装置全体としての変速比は、無限大に変化する。すなわち、トロイダル型無段変速機１の変速比を調節する事により、入力軸２を一方向に回転させた状態のまま出力軸４０，６３の回転状態を、停止状態を挟んで、正転、逆転の両方に変換自在となる。このようなモードをギアードニュートラルモードと称する。

これに対して、低速用クラッチ３０の接続を断ち、高速用クラッチ３５を接続した、所謂高速モード状態では、トロイダル型無段変速機１の変速比を変える事により、無段変速装置全体としての変速比が変化するが、この場合には、トロイダル型無段変速機１の変速比を大きくする程、無段変速装置全体としての変速比が大きくなる。このようなモードをパワースプリットモードと称する。

これら変速比無限大状態を実現可能なギアードニュートラルモードとトロイダル型無段変速機への入力動力を小さくできるパワースプリットモードとを備える無段変速装置においては、無段変速装置のワイドレンジ化とトロイダル型無段変速機部分の小型化を図っている。なお、高速モード（パワースプリットモード）に代えて、トロイダル型無段変速機の出力をダイレクトに出力する直結モードを有する無段変速装置も知られている。

ところで、上述のようにトロイダル型無段変速機１の入力軸２と同軸上に遊星歯車式変速機２０，５０が配置される無段変速装置においては、後ろ側の入力側ディスク３と第１キャリア２１，５１とが一体に回転可能に接合されることになる。
なお、第１キャリア２１，５１は、同軸上で一体に回転する第１Ａ遊星歯車２２（第１遊星歯車５２）と第２遊星歯車２３，５３とを支持する２枚の円環板状の支持板を供えており、これらの支持板間に架け渡される軸周りに第１Ａ遊星歯車２２（第１遊星歯車５２）と第２遊星歯車２３，５３とが回転自在に支持されている。

また、第１キャリア２１，５１の前側の支持板と、後ろ側の入力側ディスク３とが一体に回転可能に接合される。また、第１キャリアは、後ろ側の入力側ディスク３を介して押圧装置７の押圧力を受けることになるが、第１キャリア２１，５１は、入力軸２に対してコッタやローディングナットで軸方向後ろ側への移動が規制されている。

後ろ側の入力側ディスク３と、第１キャリア２１，５１の前側の支持板との接合、すなわち、一体に回転するように入力側ディスクから支持板へ動力伝達する構造は、これら入力側ディスク３と支持板とのそれぞれに設けられた爪（突出部）を噛み合わせることにより行われる（例えば、特許文献３参照）。

特開２０００−２２０７１９号公報米国特許５６０７３７２号明細書特開２００４−３０８８１４号公報

ところで、入力側ディスクと第１キャリアとの間で爪を噛み合わせて、これら入力側ディスクと第１キャリアとを一体に回転させる構成とした場合に、爪を形成するための高い加工コストが問題となる。
また、第１キャリアの前後の支持板の内周側には、それぞれ第１太陽歯車と第２太陽歯車が挿入されるため、第１キャリアの内周側に配置される構成部材が少なく剛性が乏しいため変形が大きくなる。この大きな変形により爪が破損することが懸念され、第１キャリアが剛性確保のために重くなる。

また、トロイダル型無段変速機において、ディスクとパワーローラの接触点には、押圧装置の押圧力に基づく、大きな押し付け力が作用しているとともに、ディスクとパワーローラとがほぼ点で接触するため、ディスクは均一に変形しない。すなわち、ディスク同士の間に配置されるパワーローラ部分が強く押されるため、ディスクが１回転する毎に、これらディスクの間に配置されているパワーローラの数だけ変形量の増減が繰り返される。
特に、ディスクの外周側は剛性が低く変形が大きくなるため、キャリアとディスクの接触部分ではフレッチングが発生する虞があり、剛性確保のために入力側ディスクが厚くなって重くなる。

また、押圧装置によるローディング力の付与に伴なってディスクの外周が大きく変形した場合、実変速比が変形の無い場合より小さくなる。これよりレシオカバレッジが小さくなるが、レシオカバレッジが大きい方が燃費向上に有利なため、ディスクの変形は極力小さく抑えることが好ましい。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、入力側ディスクと第１キャリアとの間の動力伝達に際し、低コストで製造でき、かつ、フレッチングの発生を防止できる構造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に記載の無段変速装置は、互いの内側面同士を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、これらの両ディスク間に挟持される複数のパワーローラとを有するトロイダル型無段変速機と、
少なくとも太陽歯車と遊星歯車と当該遊星歯車を支持するキャリアとを備える遊星歯車式変速機とを備え、
トロイダル型無段変速機のディスクと遊星歯車式変速機のキャリアとが同軸上に並んで配置されるとともに、１つのディスクと１つのキャリアとが一体に回転自在に連結される無段変速装置において、
互いに一体に回転自在な前記ディスクと前記キャリアとには、当該ディスクと当該キャリアとが同軸上に配置された状態で、前記ディスクの内周部と前記キャリアとの内周部を互いに嵌合させる嵌合部が形成され、
当該ディスクの外周部と当該キャリアの外周部とが溶接さ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、ディスクとキャリアとの間で動力伝達を行うために、これらディスクとキャリアとに爪を設ける必要がなく、これらディスクとキャリアとの製造コストの低減を図ることができる。また、キャリアの変形により爪が破損するようなことがない。

ディスクの外周部とキャリアの外周部とが溶接されて一体に回転可能となっているので、内周側に比較して剛性が低いディスクの外周部を補強した状態とすることが可能となり、ディスク外周部の変形を抑制することができる。これにより、ディスク回転時の外周部で、変形量の増減が繰り返されるのを抑制し、ディスクとキャリアとの接触部分でのフレッチングの発生を抑制できる。

ディスクの変形により実変速比が小さくなるのを防止することができ、これに伴ないレシオカバレッジが小さくなるのを防止できる。これによりレシオカバレッジが大きくなり燃費の向上を図ることができる。
また、例えば、ディスクと、当該ディスクとは独立して回転する軸とを同軸上に配置し、ディスクの中央部を前記軸が貫通した状態で、ディスクの内周側にラジアル軸受を設ける場合に、ディスクとキャリアとを溶接するものとすると、ディスクの回転を円滑にするためにラジアル隙間を設ける必要がある。

この場合に、ディスクおよびキャリアが無段変速装置に組み込まれた状態で溶接すると、ディスクがラジアル隙間により僅かに径方向に移動可能な状態でキャリアと溶接されるため、ディスクとキャリアとの回転軸心が僅かにずれた状態で溶接されることが懸念される。ディスクとキャリアとの回転軸心にずれが生じてしまうと、無段変速装置における動力伝達効率の低下や、耐久寿命の低下を招く虞がある。

そこで、ディスクとキャリアとが同軸上に配置された状態で嵌合する嵌合部を設け、嵌合部によりディスクとキャリアとが同軸上に保持された状態で溶接することで、溶接されるキャリアとディスクとの回転軸心のずれを防止することができ、回転軸心のずれによる問題の発生を防止できる。なお、嵌合部は動力伝達のためではなく、位置合わせのためのもので、キャリアおよびディスクと同心的な円形状の凹凸を用いることが可能であり、動力伝達の爪に比較して低コストに加工することができる。

請求項２に記載の無段変速装置は、請求項１に記載の発明において、前記ディスクは、浸炭処理もしくは浸炭窒化処理が施されることにより表層部の炭素濃度が高められ、
前記ディスクの前記キャリアが溶接される部分の少なくとも表層部が除去加工され、前記ディスクの表層部より炭素濃度が低い除去加工部分に前記キャリアが溶接さ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、溶接時にディスクの浸炭処理もしくは浸炭窒化処理された部分が焼入れ硬化するのを防止することができる。ディスクの表面硬度を高めるために、ディスクには、浸炭処理や浸炭窒化処理が施される場合があるが、このようなディスクに溶接を行った場合に、これら処理により炭素濃度の高くなった表層部が溶接の熱により焼き入れ硬化してしまい問題が生じる虞がある。
そこで、浸炭処理や浸炭窒化処理により炭素濃度が高くなったディスクの表層部のうちのキャリアとの溶接部分を溶接の前に例えば切削加工などで除去することにより、ディスクの溶接部分への熱の影響を低減することができる。

請求項３に記載の無段変速装置は、請求項２に記載の無段変速装置において、前記ディスクの少なくとも表層部を除去加工する部分が、高周波熱処理により焼鈍しまたは焼戻しされた後に除去加工されていることを特徴とする。

請求項３に記載の無段変速装置においては、上述のように浸炭処理や浸炭窒化処理が施されることで、ディスク表面の硬度が高くなることから、切削などにより表層部の除去加工が困難になったり、切削工具などの摩耗が早まるなどにより加工コストが高くなる問題が発生する虞があるが、除去加工を行う部分に対して高周波熱処理による焼鈍しまたは焼戻し加工を施すことで、除去加工を容易なものとすることができる。なお、高周波熱処理とすることで、部分的に狭い範囲を焼鈍したり、焼戻したりすることができる。

本発明の無段変速装置によれば、低コストにディスクとキャリアとを一体に回転自在に軸心を合わせて接合することができるとともに、フレッチングの発生を防止することができる。

本発明の第１実施形態の無段変速装置を示す要部断面図である。前記無段変速装置の入力側ディスクの除去加工を説明するための図である。前記無段変速装置の入力側ディスクの除去加工の変形例を説明するための図である。前記無段変速装置の入力側ディスクの除去加工の変形例を説明するための図である。従来の無段変速装置を示す概略断面図である。図５に示す無段変速装置と構成が異なる従来の無段変速装置を示す概略断面図である。

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実施形態の無段変速機の特徴は、無段変速装置の後ろ側の入力側ディスクと、第１キャリアの前側支持板との接合構造にあり、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、この実施の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５および図６と同１の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１は本発明の実施の形態の無段変速機を示す要部断面図である。
図１に示すように、この例の無段変速装置は、図５に示す従来の無段変速装置と同様の基本構造を有するものであり、図１には、トロイダル型無段変速機１の後端部と、遊星歯車式変速機２０の前端部が図示されている。
トロイダル型無段変速機１においては、後ろ側の入力側ディスク３の中央部に設けられた貫通孔の内部に入力軸２が貫通した状態の中空軸８が貫通している。

入力側ディスク３、中空軸８、入力軸２が同軸上に配置されるとともに、それぞれ、独立して別々に回転可能となっている。入力側ディスク３と中空軸８との間には、ラジアル軸受が配置されている。入力側ディスク３は入力軸２に対して相対的に軸方向に僅かに移動可能となっている。入力側ディスク３の前面側がパワーローラ４と油膜を介して当接する凹面３ａとなっている。

また、入力側ディスク３の凹面３ａの反対側となる背面（外側面）には、その中央部に、後述の前側支持板７１の円筒状の嵌合凸部４２と嵌合する円筒状の内周面を有する嵌合凹部４１が形成されている。当該円筒状内周面を有する円柱状の嵌合凹部４１は、入力側ディスク３と同軸上に形成されている。すなわち、入力側ディスク３に同心的に嵌合凹部４１が形成されている。

第１キャリア２１は、トロイダル型無段変速機１の後側の入力側ディスク３と一体に回転可能に接続されるとともに、円環板状の前側支持板７１と、当該前側支持板７１の後側で、当該前側支持板７１と平行でかつ同軸上に配置されるとともに円環板状の後側支持板７２と、これら前側支持板７１と後側支持板７２との間で、これら前側支持板７１および後側支持板７２と平行でかつ同軸上に配置されるとともに円環板状の中間支持板７３とを備える。

また、これら前側支持板７１と中間支持板７３とを接続する接続壁部（図示略）と、中間支持板７３と後側支持板７２とを接続する接続壁部（図示略）とが備えられ、これら接続壁部同士は、軸方向に沿って連続した状態に設けられている。また、これら接続壁部は、前側支持板７１と後側支持板７２との間で、かつこれら前側支持板７１および後側支持板７２の開口がある中央部分を除く部分を三分割するようにそれぞれ三つ設けられている。また、接続壁部は、これら３つの支持板７１，７２，７３の径方向に沿って配置されている。

そして、これら接続壁部に仕切られた３つの空間にそれぞれ一体の第１Ａ遊星歯車２２および第２遊星歯車２３が１つずつ配置されるとともに、第１Ａ遊星歯車２２に噛み合うとともに、第１リング歯車２５に噛み合う第１Ｂ遊星歯車２４が配置される。また、この第１Ｂ遊星歯車２４は、第１Ａ遊星歯車２２と噛み合うように、前側支持板７１と中間支持板７３との間に配置されている。

また、中間支持板７３の中央部は、中空軸８と一体で円筒状の第１太陽歯車２６の内周側に延出する概略円筒状に形成され、かつ、入力軸２が貫通し、当該入力軸２と一体に回転自在となるように接合されている。また、中間支持板７３の後ろ側には、円筒状の第２太陽歯車２７の内側でローディングナット７５が入力軸２に螺合して中間支持板７３を締結した状態となっている。このローディングナット７５により第１キャリア２１を入力軸２に固定するとともに第１キャリア２１を介して入力側ディスク３を入力軸２に固定している。

第１キャリア２１の前側支持板７１の中央部には、後ろ側の入力側ディスク３の上述の嵌合凹部４１に嵌合する嵌合凸部４２が同心的に形成されている。すなわち、嵌合凸部４２と、前側支持板７１とは、同軸上に配置されている。嵌合凸部４２は、嵌合凹部４１の円筒状の内周面に対応する円筒状に形成されるとともに、嵌合凹部４１の内径が嵌合凸部４２の外径にほぼ等しいものとなっている。

入力側ディスク３の嵌合凹部４１に前側支持板７１の嵌合凸部４２が挿入された状態で、嵌合凹部４１の内周面と、嵌合凸部４２の外周面とが当接した状態に嵌合凹部４１と嵌合凸部４２が嵌合している。また、円筒状の内周面を有する嵌合凹部４１が入力側ディスク３と同軸上に形成され、円筒状の嵌合凸部４２が前側支持板７１（第１キャリア２１）と同軸上に形成されているので、入力側ディスク３の嵌合凹部４１に前側支持板７１の嵌合凸部４２を嵌合させた状態で、入力側ディスク３と前側支持板７１を備える第１キャリア２１とが同軸上に配置されている。

したがって、嵌合凹部４１と嵌合凸部４２は、入力側ディスク３と第１キャリア２１とが同軸上に配置された状態で、入力側ディスクの内周部と第１キャリア２１の前側支持板７１との内周部を互いに嵌合させる嵌合部となっている。

また、嵌合凹部４１と嵌合凸部４２とを嵌合させた状態で、入力側ディスク３の背面と、前側支持板７１の前面とが前記嵌合凹部４１より外周側で当接した状態となっている。
また、入力側ディスク３に対して前側支持板７１は、僅かに小径に形成されており、入力側ディスク３の外周面より僅かに内側に前側支持板７１の外周面が配置されている。したがって、入力側ディスク３の背面の最外周部と、前側支持板７１の外周面とで入隅の角部が形成され、この入隅の角部で、入力側ディスク３の外周部と前側支持板７１の外周部とが溶接されている。

これにより、入力側ディスク３と前側支持板７１を備える第１キャリア２１が一体に回転可能に接合されている。このような構成により、従来のように入力側ディスク３と前側支持板７１とにそれぞれ爪を形成する必要がなく、コストの低減を図ることができる。また、入力側ディスク３や前側支持板７１の変形により爪が破損することもない。
さらに、入力側ディスク３のパワーローラ４が押し付けられた際に最も変形量が大きくなる外周部が前側支持板７１と溶接されることにより補強された状態となり、変形量を減少させることができるとともに、変形量の増減幅も減少させることができる。

これにより、入力側ディスク３と前側支持板７１との当接部分でのフレッチングを防止できる。入力側ディスク３の変形量を減少させることで、変形量が多いことにより実変速比が小さくなってしまうのを防止できる。そして、実変速比が小さくなるのを防止することで、レシオカバレッジの減少を抑制し、燃費の向上を図ることができる。

上述のように入力側ディスク３が前側支持板７１と溶接されて補強されることで、入力側ディスク３の強度を高めることができるので、入力側ディスク３の軽量化を測ることができる。また、前側支持板７１も溶接されることで補強された状態となることから軽量化が可能となり、前側支持板７１を備える第１キャリア２１の軽量化を図ることもできる。

また、入力側ディスク３のパワーローラ４が当接する部分が主に変形する不均一変形が少なくなることで、無段変速装置の動力伝達効率の向上と耐久性の向上を図ることができる。
また、上述のように嵌合部となる嵌合凹部４１と嵌合凸部４２を嵌合させることで、入力側ディスク３が前側支持板７１と同軸上に配置される。

この状態で入力側ディスク３と前側支持板７１とを溶接するものとすれば、ラジアル隙間を有するラジアル軸受により入力側ディスク３が回転自在に支持されることにより、入力側ディスク３が径方向に僅かに移動可能な状態としても、入力軸２に中心位置を固定された状態の前側支持板７１と、入力側ディスク３との軸心を合わせた状態で溶接が可能となる。

これにより、溶接される入力側ディスク３と前側支持板７１との軸心がずれることによる動力伝達効率の低下や耐久性の低下を防止することができる。
また、入力側ディスク３と前側支持板７１の溶接は、変形量の大きい入力側ディスク３の外周側で行われ、入力側ディスク３と前側支持板７１との嵌合は、剛性が高く変形量の小さい入力側ディスク３の内周側で行われることになる。

これにより、嵌合凹部４１と嵌合凸部４２との嵌合部分では、変形が小さく、上述のような変形量の増減の繰返しにおける、変形量の変化が小さいことになる。
そして、嵌合部分において変形量の変化が小さいことから、嵌合凹部４１と嵌合凸部４２との間にフレッチングが生じるのを抑制することができる。

なお、この例では、入力側ディスク３に嵌合凹部４１を形成し、前側支持板７１に嵌合凸部４２を形成したが、互いに嵌合する凹凸ならば、入力側ディスク３に凸部を形成し、前側支持板７１に凹部を形成するものとしてもよい。すなわち、どちらに凹部を形成してもよいし、どちらに凸部を形成してもよい。
また、入力側ディスク３と前側支持板７１との溶接方法としては、レーザ溶接を使用することが好ましい。レーザ溶接では局部的に精度良く溶接ができるため、レーザ溶接には、溶接される部材の熱影響部を少なく抑えることができるという特徴があり、それに伴い被溶接部材の変形も少なくすることができる。

また、溶接した後には、入力側ディスク３から第１キャリア２１を取り外すことができなくなるので、トロイダル型無段変速機１が組み立てられた後に、その後ろ側に遊星歯車式変速機２０を組み立てる場合に、第１キャリア２１に組み付けられる部品を全て組み付けておくことが好ましい。なお、一体の第１Ａ遊星歯車２２および第２遊星歯車２３と、第１Ｂ遊星歯車２４とは、第１キャリア２１の組み立て時に第１キャリア２１に取り付けられている。また、第１キャリア２１をトロイダル型無段変速機１側に組み付ける際に、既に中空軸８に一体に形成される第１太陽歯車２６が存在することになり、第１キャリア２１を取り付ける際に、これら遊星歯車と太陽歯車が存在することになる。
なお、溶接時にさらに第２太陽歯車が第１キャリア２１に支持される第２遊星歯車２３に噛み合わされて取り付けられていることが好ましい。

そして、以上のような無段変速装置の組み立てにおいて、入力側ディスク３の製造時に、熱処理と、浸炭処理もしくは浸炭窒化処理とが行われ、パワーローラ４が強い押し付け力で押し付けられる入力側ディスク３の表面硬度が高められることになる。
ここで、浸炭処理もしくは浸炭窒化処理により入力側ディスク３の表層の炭素濃度が高められた状態で、溶接を行うと、炭素濃度の高い表層に溶接時の熱で焼き入れ硬化が起こってしまう。

そこで、この例では、図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、入力側ディスク３の前側支持板７１が溶接される部分では、炭素の濃度の高い表層部３ｃを除去するようになっている。
この例では、上述のように入力側ディスク３より前側支持板７１の方が僅かに径が小さく、入力側ディスク３の背面の外周部に前側支持板７１が溶接されることになる。

そこで、図２（ａ）等に示す入力側ディスク３の外周部の断面図において、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、入力側ディスク３の外周部の背面側を除去加工する。
この除去加工で生じた入力側ディスク３の背面の円環状の切欠部３では、炭素濃度の高い表層部３ｃよりも炭素濃度の低い深層側が露出し、この深層側が露出した切欠部３において、図２（ｄ）に示すように、第１キャリア２１の前側支持板７１の外周面が溶接部（ビード）３ｅで入力側ディスク３の背面の外周部に溶接されることになる。

なお、入力側ディスク３に切欠部３ｄを設けたことで、入力側ディスク３の背面には、外周部に円環状に段差が生じており、この段差に対応して前側支持板７１の前面の外周には、円環状の突出部７１ａが形成されることになる。
また、入力側ディスク３の炭素濃度の高められた表層部の除去位置は、図２に示されるものに限られるわけではなく、例えば、図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、入力側ディスク３の外周部を前面（凹面３ａ）から背面まで除去するものとしもよい。

すなわち、図３（ａ）等に示す入力側ディスク３の外周部の断面図において、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、入力側ディスク３の外周部全体を除去加工する。
この除去加工で生じた切欠部３ｆにより、入力側ディスク３の径が少し小さくなり、入力側ディスク３より前側支持板７１の径が僅かに大きくなる。
また、図２に示す場合と同様に、前側支持板７１の前面の外周部には、円環状の突出部７１ｂが形成されており、この突出部７１ｂが、図３（ｄ）に示すように、入力側ディスク３の除去加工で形成された外周面に沿って配置され、当該外周面の炭素濃度が最も低いと思われる中央部の溶接部（ビード）３ｇで当該突出部７１ｂの先端部が溶接されている。

また、図４（ａ）等に示すように、入力側ディスク３の背面の外周部に円環状の突出部３ｈを形成した状態で浸炭処理もしくは浸炭窒化処理を行い、この突出部３ｈを、４（ｂ），（ｃ）に示すように、除去加工して切欠部３ｉを形成する。突出部３ｈは、炭素濃度の高い表層部３ｃの厚さの２倍より径方向の幅が広く、かつ、入力側ディスク３の背面からの突出量が表層部３ｃの厚さより長い必要がある。なお、図示されている表層部３ｃは、仮想のものであり、実際には、例えば、元の材料の炭素濃度より炭素濃度が所定量以上高い部分を表層部３ｃとしてもよい。
なお、所定量は、元の材料の炭素濃度より高ければ任意に決定可能であるが、焼入れによる硬化の度合い等によって決定される。

また、入力側ディスク３の突出部３ｈの除去は、入力側ディスク３の背面に沿って行われ、除去加工後に、入力側ディスク３の背面と除去加工により生じた切欠部３ｉとで段差がない平面となっていることが好ましい。
そして、切欠部３ｉの径方向の略中央部で、第１キャリア２１の前側支持板７１が溶接部（ビート）３ｊで溶接される。

以上のように入力側ディスク３の前側支持板７１が溶接される部位において、炭素濃度の高い表層部を除去することで、溶接部位が溶接時の熱で焼き入れ硬化するのを防止できる。なお、除去加工は、例えば、浸炭処理もしくは浸炭処理後の２次焼入れ前、２次焼入れ後の研削加工前、研削加工中（入力側ディスク３の従来と同様の研削加工の際に表装部の除去加工も研削加工として一緒に行う）、研削加工後のいずれの工程で行ってもよい。

また、上述のように入力側ディスク３の表層部を除去する際に、入力側ディスク３の表層部は、浸炭処理や浸炭窒化処理や、各種熱処理によりかなり硬化されている可能性があり、切削などによる除去加工が困難であったり、除去加工に時間がかかったり、工具の摩耗が早く加工コストが高くなったりする可能性がある。
そこで、入力側ディスク３の除去加工を行うべき部分を、高周波熱処理により部分的に焼鈍しもしくは焼戻しを行うことにより、軟化させ、除去加工を容易とすることができる。

なお、上記例では、従来の図５に示される基本構造を有する無段変速装置に本発明を適用したが、図５に示される無段変速装置と同様に入力側ディスクと第１キャリアとが一体に回転する図６に示す基本構造を有する無段変速装置にも本発明を適用することができる。さらに、トロイダル型無段変速機と、遊星歯車式無段変速機とが同軸上に配置され、かつ、入力側ディスクとキャリアとが一体に回転する無段変速装置ならば図５および図６に示す基本構造以外の構造を有する無段変速装置にも本発明を適用することができる。

本発明は、遊星歯車式変速機とハーフトロイダル型無段変速機を用いた無段変速装置の他、遊星歯車式変速機とトラニオンが無いフルトロイダル型無段変速機を用いた無段変速装置にも適用することができる。

１トロイダル型変速機
２入力軸
３入力側ディスク
４パワーローラ
５出力側ディスク
２０遊星歯車式変速機
２１第１キャリア（キャリア）
２２第１Ａ遊星歯車（遊星歯車）
２３第２遊星歯車（遊星歯車）
２４第１Ｂ遊星歯車（遊星歯車）
２６第１太陽歯車（太陽歯車）
２７第２太陽歯車（太陽歯車）
４１嵌合凸部（嵌合部）
４２嵌合凹部（嵌合部）
７１前側支持板

Claims

互いの内側面同士を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、これらの両ディスク間に挟持される複数のパワーローラとを有するトロイダル型無段変速機と、
少なくとも太陽歯車と遊星歯車と当該遊星歯車を支持するキャリアとを備える遊星歯車式変速機とを備え、
トロイダル型無段変速機のディスクと遊星歯車式変速機のキャリアとが同軸上に並んで配置されるとともに、１つのディスクと１つのキャリアとが一体に回転自在に連結される無段変速装置において、
互いに一体に回転自在な前記ディスクと前記キャリアとには、当該ディスクと当該キャリアとが同軸上に配置された状態で、前記ディスクの内周部と前記キャリアとの内周部を互いに嵌合させる嵌合部が形成され、
当該ディスクの外周部と当該キャリアの外周部とが溶接されていることを特徴とする無段変速装置。
前記ディスクは、浸炭処理もしくは浸炭窒化処理が施されることにより表層部の炭素濃度が高められ、
前記ディスクの前記キャリアが溶接される部分の少なくとも表層部が除去加工され、前記ディスクの表層部より炭素濃度が低い除去加工部分に前記キャリアが溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の無段変速装置。
前記ディスクの少なくとも表層部を除去加工する部分が、高周波熱処理により焼鈍しまたは焼戻しされた後に除去加工されていることを特徴とする請求項２に記載の無段変速装置。