JP2013221569A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】押圧装置の推力による外側ディスクの軸方向の弾性変形に基づくフレッチング摩耗を防止する。
【解決手段】係止環１３の軸方向片側面と、この係止環１３の軸方向片側面と対向する外側ディスク２ｂの軸方向外側面とのうちの少なくとも一方の側面に、潤滑油の油膜を保持する為の保油凹部を設けた。更に係止環１３が係止凹溝１２から抜け出るのを防止する抑え環１４の軸方向片側面と、外側ディスク２ｂの軸方向他側面との間にＯリング２１を狭持する事により、潤滑油が径方向外方に流出するのを抑えるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車用変速装置として、或いはポンプ等の各種産業用機械の運転速度を調節する為の変速装置として利用する、トロイダル型無段変速機の改良に関する。具体的には、外側ディスクの軸方向の弾性変形に基づくフレッチング摩耗を防止できる構造の実現を図るものである。

自動車用変速装置としてトロイダル型無段変速機を使用する事が、特許文献１〜４等の多くの刊行物に記載されると共に一部で実施されていて周知である。又、トロイダル型無段変速機と遊星歯車機構とを組み合わせて変速比の調整幅を広くする構造も、特許文献５等、やはり多くの刊行物に記載されて、従来から広く知られている。図４は、これら各特許文献に記載されて従来から広く知られているトロイダル型無段変速機の第１例を示している。この従来構造の第１例の場合、入力回転軸１の両端寄り部分の周囲に１対の入力側ディスク２ａ、２ｂを、それぞれがトロイド曲面である内側面同士を互いに対向させた状態で、前記入力回転軸１と同期した回転を可能に支持している。又、この入力回転軸１の中間部周囲に出力筒３を、この入力回転軸１に対する回転を可能に支持している。又、この出力筒３の外周面には、軸方向中央部に出力歯車４を固設すると共に、軸方向両端部に１対の出力側ディスク５、５を、スプライン係合により、前記出力筒３と同期した回転を可能に支持している。又、この状態で、それぞれがトロイド曲面である、前記両出力側ディスク５、５の内側面を、前記両入力側ディスク２ａ、２ｂの内側面に対向させている。

又、前記両入力側ディスク２ａ、２ｂと前記両出力側ディスク５、５との間に、それぞれの周面を球状凸面とした複数個のパワーローラ６、６を挟持している。これら各パワーローラ６、６は、それぞれトラニオン７、７に回転自在に支持されており、前記両入力側ディスク２ａ、２ｂの回転に伴って回転しつつ、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂから前記両出力側ディスク５、５に動力を伝達する。即ち、トロイダル型無段変速機の運転時には、駆動軸８により一方（図４の左方）の入力側ディスク２ａを、押圧装置９を介して回転駆動する。この結果、前記入力回転軸１の両端部に支持された１対の入力側ディスク２ａ、２ｂが、互いに近づく方向に押圧されつつ同期して回転する。そして、この回転が、前記各パワーローラ６、６を介して前記両出力側ディスク５、５に伝わり、前記出力歯車４から取り出される。

又、前記入力回転軸１の両端部近傍で前記両入力側ディスク２ａ、２ｂを軸方向両側から挟む位置に、それぞれ予圧ばね１０ａ、１０ｂを設けている。そして、前記押圧装置９の非作動時（前記駆動軸８の停止時）にも、前記各パワーローラ６、６の周面と、前記入力側、出力側各ディスク２ａ、２ｂ、５の内側面との転がり接触部（トラクション部）の面圧を、必要最低限だけは確保する様にしている。従って、これら各転がり接触部は、トロイダル型無段変速機の運転開始直後から、過大な滑りを生じる事なく、動力伝達を開始する。尚、前記必要最低限の面圧を確保する為の弾力は、前記押圧装置９の内径側に配置した予圧ばね１０ａにより得る。前記入力側回転軸１の先端部に螺着したローディングナット１１と入力側ディスク２ｂの外側面との間に配置した予圧ばね１０ｂは、前記押圧装置９の急な作動時に加わる衝撃を緩和するものであって、省略する事もできる。設ける場合には、十分に（大きなトルクを伝達する際にも完全に押し潰されない程度に）大きな弾力を持たせる。

上述の様なトロイダル無段変速機の場合、前記必要最低限の面圧を確保する為の前記予圧ばね１０ａの弾力を調整する作業が面倒である。即ち、前記従来構造の第１例の場合、この予圧ばね１０ａの弾力を、前記入力回転軸１の先端部に螺着したローディングナット１１の締め付け量により調整する。これに対し、特許文献６〜７等には、ローディングナットに代えてコッタと呼ばれる係止環を用いた構造が記載されている。図５は、この様な係止環を組み込んだ従来構造の第２例を示している。この従来構造の第２例の場合、入力回転軸１ａの先端部外周面に、全周に亙って係止溝１２を形成し、この係止溝１２に係止環１３を係止している。そして、この係止環１３の内側面（図５の左側面）を入力側ディスク２ｂの外側面に当接させる。押圧装置９の非作動時に、各パワーローラ６、６（図４参照）の周面と、入力、出力側各ディスク２ａ、２ｂ、５ａの内側面との転がり接触部の面圧を必要最低限確保する為の、皿ばね１０ａの弾力の調整は、前記係止環１３として、適正な軸方向の厚さ寸法を有するものを選択する事により図る。又、前記入力回転軸１ａの先端部に断面Ｌ字形の抑え環１４を外嵌し、この抑え環１４の内周面を、前記係止環１３の外周面に当接或いは近接対向させる事により、この係止環１３が前記係止溝１２から抜け出るのを防止している。この様な抑え環１４は、前記入力回転軸１ａの先端部に係止した止め輪１５により軸方向の変位を阻止する。尚、前記従来構造の第２例の場合、出力側ディスク５ａとして一体型のものを使用する事により、トロイダル型無段変速機全体として小型・軽量化を図っている。但し、この部分の構造及び作用に就いては、本発明の要旨とは関係しない為、詳しい説明は省略する。

上述の様な従来構造の第２例に係るトロイダル型無段変速機の場合、運転時に、前記先端側の入力側ディスク２ｂは、前記押圧装置９の発生する推力に基づく前記各パワーローラ６、６から受ける力に基づいて、図６に誇張して示す様に、この入力側ディスク２ｂの外径寄り部分が前記係止環１３側に近付く方向（軸方向）に弾性変形する。即ち、運転時に前記推力に基づき前記入力側ディスク２ｂに加わる力は、トロイダル型無段変速機の運転時に最大で４９ｋＮ（５ｔＦ）程度となり、この様な力に基づく入力側ディスク２ｂの軸方向に関する弾性変形量は、コンマ数ｍｍ（１０分の数ｍｍ）程度と無視できない量となる。そして、この様に前記入力側ディスク２ｂが軸方向に弾性変形すると、この入力側ディスク２ｂの外側面（図５の右側面）の内径寄り部分と前記係止環１３の片側面とが断続的に繰り返し当接する事で互いに擦れ合い、当該部分でフレッチング摩耗が生じる可能性がある。特に、前記入力側ディスク２ｂが弾性変形する円周方向位置は、前記各パワーローラ６、６により押し付けられる部分が変化するのに伴って常に変化する。この為、前記擦れ合いの周波数は相当に高く（例えば百数十Ｈｚに）なり、フレッチング摩耗発生の面からはかなり厳しい条件となる。この様なフレッチング摩耗は、剥離等の損傷の起点となったり、発生した摩耗粉が潤滑油（トラクションオイル）を汚染し、各部の潤滑状態を不良にする可能性がある。
この様な入力側ディスクのフレッチング摩耗を防止する為、特許文献８には、入力側ディスクと、遊星歯車式変速機を構成し、この入力側ディスクに結合されたキャリアの連結板との間部分に、銅系合金製のスペーサを狭持する構造が記載されている。但し、前記特許文献８に記載された構造は、トロイダル型無段変速機を単独で（入力側ディスクの外側面と、遊星歯車式変速機を構成するキャリアの連結板の片側面とを対向させずに）使用する場合には採用できない。

特開２００３−２１４５１６号公報 特開２００７−３１５５９５号公報 特開２００８−２５８２１号公報 特開２００８−２７５０８８号公報 特開２００４−１６９７１９号公報 特開２０００−２０５３６１号公報 特開２００９−０４１７１５号公報 特開２００５−２４９１８４号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、外側ディスクの軸方向の弾性変形に拘らず、この外側ディスクのフレッチング摩耗を防止できる構造を実現すべく発明したものである

本発明のトロイダル型無段変速機は、回転軸と、１対の外側ディスクと、内側ディスクと、複数個の支持部材と、これら各支持部材と同数のパワーローラと、押圧装置と、係止環とを備える。
このうちの１対の外側ディスクは、それぞれが断面円弧形である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で前記回転軸の両端部に、この回転軸と同期した回転を自在として支持されている。
又、前記内側ディスクは、前記回転軸の中間部周囲に、断面円弧形である軸方向両側面を前記両外側ディスクの軸方向片側面に対向させた状態で、前記回転軸に対する相対回転を自在に支持されたもので、一体、若しくは１対の素子を結合して成る。
又、前記各支持部材は、軸方向に関して前記内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面との間位置にそれぞれ複数個ずつ、前記回転軸に対し捩れの位置にある枢軸を中心とする揺動変位を自在に設けられている。
又、前記各パワーローラは、前記各支持部材に回転自在に支持されもので、球状凸面としたそれぞれの周面を、前記内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面とに当接させている。
又、前記押圧装置は、前記回転軸と、前記両外側ディスクのうちの一方の外側ディスクとの間に設けられ、この一方の外側ディスクを、これら両外側ディスクのうちの他方の外側ディスクに向け押圧する。
又、前記係止環は、前記回転軸の外周面に形成した係止凹溝に係止され、この係止環の軸方向片側面を、前記他方の外側ディスクの軸方向他側面に当接する。これにより、この他方の外側ディスクが前記一方の外側ディスクから離れる方向に変位するのを阻止する。

特に本発明のトロイダル型無段変速機の場合は、互いに対向する、前記他方の外側ディスクの軸方向他側面と前記係止環の軸方向片側面とのうちの少なくとも一方の側面に、潤滑油を保持する為の保油凹部を設ける。

上述の様な本発明を実施する場合、好ましくは請求項２に記載した発明の様に、前記係止環が前記係止凹溝から抜け出るのを防止する抑え環の軸方向片側面と、前記他方の外側ディスクの軸方向他側面との間にＯリングを狭持する。これにより、この他方の外側ディスクの軸方向他側面と前記係止環の軸方向片側面とを潤滑する潤滑油が、径方向外方に流出するのを抑える。
又、好ましくは請求項３に記載した発明の様に、前記他方の外側ディスクの軸方向他側面と前記係止環の軸方向片側面とのうちの少なくとも一方の側面に、フレッチング摩耗防止の為の表面処理を施す。

上述の様に構成する、本発明のトロイダル型無段変速機によれば、外側ディスクの軸方向の弾性変形に拘らず、この外側ディスクのフレッチング摩耗を防止する事ができる。即ち、係止環の軸方向片側面と、この係止環の軸方向片側面に対向する前記外側ディスクの軸方向外側面とのうちの少なくとも一方の側面に保油凹部を設ける事により、これら両側面同士の間に潤滑油の油膜を、効果的に（十分且つ強固な油膜を）形成する事ができる。この結果、前記外側ディスクの軸方向の弾性変形に伴って前記両側面同士が擦れ合った場合でも、これら両側面に著しいフレッチング摩耗が発生するのを防止できる。

本発明の実施の形態の１例を示す、図５のＸ部拡大図に相当する図。 係止環の片側面に形成する、保油凹部の５例を示す斜視図。 外側ディスクに就いて、表面処理を施す部分を示す斜視図。 従来構造の第１例を示す断面図。 同第２例を示す断面図。 入力側ディスクの弾性変形を誇張して示す模式図。

図１〜３は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例を含めて、本発明のトロイダル型無段変速機及び無段変速装置の特徴は、押圧装置９（図５参照）の発生する推力に基づく入力側ディスク２ｂの弾性変形に拘らず、この入力側ディスク２ｂの外側面（図１、５の右側面）と係止環１３の片側面（図１、５の左側面）との間でフレッチング摩耗が発生するのを抑えられる構造を実現する点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図５に示した構造を含め、従来から知られているトロイダル型無段変速機と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の場合、前記入力側ディスク２ｂの外側面と前記係止環１３の片側面とのうちの少なくとも一方の側面に、潤滑油（トラクションオイル）を保持する為の保油凹部を形成している。
この様な保油凹部のうち、前記係止環１３の片側面に形成するものとしては、例えば図２に示す様な構造が使用可能である。このうちの（Ａ）に示した構造は、前記片側面に複数の放射状凹溝１６、１６を形成したもの、（Ｂ）に示した構造は、放射状凹溝１６、１６に加え、周方向凹溝１７を形成したもの、（Ｃ）に示した構造は、複数の螺旋状凹溝１８、１８を形成したもの、（Ｄ）に示した構造は、多数の微小凹部１９、１９を形成したものである。又、（Ｅ）に示した構造は、周方向凹溝１７の内周縁の複数箇所から径方向内方に向かう放射状凹溝１６ａ、１６ａを形成したものである。
又、前記入力側ディスク２ｂの外側面と前記係止環１３の片側面とのうちの少なくとも一方の面で、互いに当接する部分（図２〜３に斜線で示した部分）に潤滑性向上の為の表面処理を施している。この様な表面処理としては、二硫化モリブデン、ＰＴＦＥ等の固体潤滑剤のコーティング層を形成するもの、リン酸マンガン、リン酸亜鉛若しくはリン酸亜鉛カルシウム等のリン酸塩処理を施すもの、又は、無電解ニッケルめっき処理を施すもの等が採用可能である。

又、前記係止環１３が、入力回転軸１ａに形成した係止溝１２から抜け出ない様に支持した抑え環１４の片側面（図１の左側面）に、全周に亙り係止凹溝２０を形成し、この係止凹溝２０にＯリング２１を係止している。そして、このＯリング２１を、対向する前記入力側ディスク２ｂの外側面に、全周に亙り当接させている。

本例の場合、各摺動部に潤滑油（トラクションオイル）を供給する為に、前記入力回転軸１ａの内部に軸方向の潤滑油流路２２（図５参照）を、この潤滑油流路２２から各摺動部に向かう方向に給油通路２３ａ〜２３ｃを、それぞれ設けている。前記入力回転軸１ａの基端側開口に設けた給油口２４から送り込まれた潤滑油は、前記潤滑油流路２２を通って前記各摺動部に送り込まれる。即ち、この潤滑油の一部は、前記各給油通路２３ａ〜２３ｃのうち、一方の入力側ディスク２ａ（図５の左側）の内径側に設けた給油通路２３ａを介して、この一方の入力側ディスク２ａを前記入力回転軸１ａに対し軸方向の変位を可能に支持するボールスプライン２５を、同じく出力側ディスク５ａの内径側に設けた給油通路２３ｂを介して、この出力側ディスク５ａを前記入力回転軸１ａに対し回転自在に支持するラジアルニードル軸受２６、２６を、それぞれ潤滑する。同様にして、前記潤滑油の一部は、前記各給油通路２３ａ〜２３ｃのうち、他方の入力側ディスク２ｂ（図５の右側）の内径側に設けた給油通路２３ｃを介して、この入力側ディスク２ｂの内周面と前記入力回転軸１ａの先端部外周面とのスプライン係合部を潤滑する。

上述の様に構成する本例の場合、前記入力側ディスク２ｂの外側面と前記係止環１３の片側面とのうちの少なくとも一方の側面に、保油凹部を形成している為、これら両側面同士の間に潤滑油を効果的に送り込める。即ち、前記潤滑油流路２２から前記給油通路２３ｃを介して、前記入力側ディスク２ｂの内周面と前記入力回転軸１ａの先端部外周面とのスプライン係合部に送り込まれ、このスプライン係合部を潤滑する。そして、このスプライン係合部を潤滑した潤滑油の一部が、前記入力側ディスク２ｂの外側面と前記係止環１３の片側面との間部分に送り込まれ、前記保油凹部に捕集される。この様な保油凹部内に捕集された潤滑油は、前記入力側ディスク２ｂの軸方向の弾性変形に伴って、互いに対向する前記両側面同士の間に染み出す。この結果、これら互いに対向する両側面同士の当接部で、フレッチング摩耗に結びつく油膜切れが発生するのを有効に防止できる（十分且つ強固な油膜を形成できる）。

上述の様な保油凹部を、前記図２の（Ａ）に示した放射状凹溝１６、１６とした場合、前記互いに対向する両側面同士の当接部に於いて、径方向全体に亙り油膜を形成し易くできる。同じく（Ｂ）に示した構造とした場合、径方向の放射状凹溝１６、１６に加え、周方向にも周方向凹溝１７を形成している為、径方向だけでなく、周方向に就いても油膜を形成し易くできる。同じく（Ｃ）に示した螺旋状凹溝１８、１８とした場合にも、前記（Ｂ）に示した構造の場合と同様に、径方向及び周方向に就いても油膜を形成し易くでき、更に、前記入力側ディスク２ｂの外側面と当接する部分の面積を広くして、単位面積当たりの面圧を抑えられる。又、同じく（Ｄ）に示した微小凹部１９、１９とした場合、前記互いに対向する両側面同士の当接部全体に均一に油膜を形成し易くできる。又、同じく（Ｅ）に示した構造の場合、前記各放射状凹溝１６ａ、１６ａが、前記係止環１３の片側面の外周縁に開口していないので、これら各凹溝１６ａ、１７に捕集された潤滑油が徒に径方向外方に流出するのを抑えられる。

又、本例の場合、前記互いに対向する両側面の当接部の径方向外方で、前記入力側ディスク２ｂの外側面と前記抑え環１４の片側面との間部分に、前記Ｏリング２１を狭持している。これにより、前記互いに対向する入力側ディスク２ｂの外側面と係止環１３の片側面との当接部を潤滑する潤滑油が、径方向外方に徒に流出するのを防止する事ができる。この結果、前記互いに対向する両側面同士の当接部に潤滑油を十分に供給して、前記保油凹部内に潤滑油が捕集され易くできる。
更に、本例の場合、前記互いに対向する入力側ディスク２ｂの外側面と係止環１３の片側面とのうちの少なくとも一方の側面に、潤滑性向上の為の表面処理を施している。これによって、これら互いに対向する両側面同士の当接部で、（仮に一時的な潤滑油不足が生じても）フレッチング摩耗が発生するのを、より有効に防止できる。

本発明は、図示の様なハーフトロイダル型のトロイダル型無段変速機に限らず、フルトロイダル型のトロイダル型無段変速機にも適用できる。
又、係止環（コッタ）に就いても、図示の様な３個に分割されているものに限らず、２個或いは４個以上に分割されているものにも適用できる。

１、１ａ 入力回転軸
２ａ、２ｂ 入力側ディスク
３ 出力筒
４ 出力歯車
５、５ａ 出力側ディスク
６ パワーローラ
７ トラニオン
８ 駆動軸
９ 押圧装置
１０ａ、１０ｂ 予圧ばね
１１ ローディングナット
１２ 係止溝
１３ 係止環
１４ 抑え環
１５ 止め輪
１６、１６ａ 放射状凹溝
１７ 周方向凹溝
１８ 螺旋状凹溝
１９ 微小凹部
２０ 係止凹溝
２１ Ｏリング
２２ 潤滑油流路
２３ａ〜２３ｃ 給油通路
２４ 給油口
２５ ボールスプライン
２６ ラジアルニードル軸受

Claims (3)

1. 回転軸と、
   それぞれが断面円弧形である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で、前記回転軸と同期した回転を自在として支持された１対の外側ディスクと、
   前記回転軸の中間部周囲に、断面円弧形である軸方向両側面をこれら両外側ディスクの軸方向片側面に対向させた状態で、前記回転軸に対する相対回転を自在に支持された一体の、若しくは１対の素子を結合して成る内側ディスクと、
   軸方向に関してこの内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面との間位置にそれぞれ複数個ずつ、前記回転軸に対し捩れの位置にある枢軸を中心とする揺動変位を自在に設けられた支持部材と、
   これら各支持部材に回転自在に支持され、球状凸面としたそれぞれの周面を、前記内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面とに当接させたパワーローラと、
   前記回転軸と、前記両外側ディスクとのうちの一方の外側ディスクとの間に設けられ、この一方の外側ディスクを、これら両外側ディスクのうちの他方の外側ディスクに向け押圧する押圧装置と、
   前記回転軸の外周面に形成した係止凹溝に係止され、その軸方向片側面を、前記他方の外側ディスクの軸方向他側面に当接させる事で、この他方の外側ディスクが前記一方の外側ディスクから離れる方向に変位するのを阻止した、係止環とを備えたトロイダル型無段変速機に於いて、
   互いに対向する、前記他方の外側ディスクの軸方向他側面と前記係止環の軸方向片側面とのうちの少なくとも一方の側面に、潤滑油を保持する為の保油凹部を設けている事を特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 前記係止環が前記係止凹溝から抜け出るのを防止する抑え環の軸方向片側面と、前記他方の外側ディスクの軸方向他側面との間にＯリングを狭持する事により、この他方の外側ディスクの軸方向他側面と前記係止環の軸方向片側面とを潤滑する潤滑油が、径方向外方に流出するのを抑える、請求項１に記載したトロイダル型無段変速機。
3. 前記他方の外側ディスクの軸方向他側面と前記係止環の軸方向片側面とのうちの少なくとも一方の側面に、フレッチング摩耗防止の為の表面処理を施している、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載したトロイダル型無段変速機。

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