JP3303503B2 - パワーローラ用スラスト玉軸受 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係るパワーローラ用ス
ラスト玉軸受は、例えばトロイダル型無段変速機を構成
するパワーローラに加わるスラスト荷重を支承するのに
利用する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用変速機、或は各種産業機械用の
変速機として、図３〜４に略示する様なトロイダル型無
段変速機を使用する事が研究されている。このトロイダ
ル型無段変速機は、例えば実開昭６２−７１４６５号公
報に開示されている様に、入力軸１と同心に入力側ディ
スク２を支持し、出力軸３の端部に出力側ディスク４を
固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシ
ングの内面、或はこのケーシング内に設けられた支持ブ
ラケットには、前記入力軸１並びに出力軸３に対して捻
れの位置にある枢軸５、５を中心として揺動するトラニ
オン６、６が設けられている。

【０００３】各トラニオン６、６は、両端部外側面に前
記枢軸５、５を設けている。又、各トラニオン６、６の
中心部には変位軸７、７の基端部を支持し、上記枢軸
５、５を中心として各トラニオン６、６を揺動させる事
により、各変位軸７、７の傾斜角度の調節を自在として
いる。各トラニオン６、６に支持された変位軸７、７の
周囲には、それぞれパワーローラ８、８を回転自在に支
持している。そして、各パワーローラ８、８を、前記入
力側、出力側両ディスク２、４の間に挟持している。

【０００４】入力側、出力側両ディスク２、４の互いに
対向する内側面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、ほぼ上
記枢軸５を中心とする円弧形の凹面をなしている。そし
て、球面状の凸面に形成された各パワーローラ８、８の
周面８ａ、８ａは、前記内側面２ａ、４ａに当接させて
いる。

【０００５】前記入力軸１と入力側ディスク２との間に
は、ローディングカム式の押圧装置９を設け、この押圧
装置９によって、前記入力側ディスク２を出力側ディス
ク４に向け、弾性的に押圧している。この押圧装置９
は、入力軸１と共に回転するカム板１０と、保持器１１
により保持された複数個（例えば４個）のローラ１２、
１２とから構成されている。前記カム板１０の片側面
（図３〜４の左側面）には、円周方向に亙る凹凸面であ
るカム面１３を形成し、又、前記入力側ディスク２の外
側面（図３〜４の右側面）にも、同様のカム面１４を形
成している。そして、前記入力軸１の中心に対して放射
方向の軸を中心とする複数個のローラ１２、１２を、回
転自在に支持している。

【０００６】上述の様に構成されるトロイダル型無段変
速機の使用時、入力軸１の回転に伴ってカム板１０が回
転すると、カム面１３によって複数個のローラ１２、１
２が、入力側ディスク２の外側面に形成したカム面１４
に押圧される。この結果、前記入力側ディスク２が前記
複数のパワーローラ８、８に押圧されると同時に、前記
１対のカム面１３、１４と複数個のローラ１２、１２と
の噛合に基づいて、前記入力側ディスク２が回転する。
そして、この入力側ディスク２の回転が、前記複数のパ
ワーローラ８、８を介して出力側ディスク４に伝達さ
れ、この出力側ディスク４に固定の出力軸３が回転す
る。

【０００７】入力軸１と出力軸３との回転速度を変える
場合で、先ず入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう
場合には、枢軸５、５を中心として各トラニオン６、６
を揺動させ、各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが
図３に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの中心
寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部
分とにそれぞれ当接する様に、各変位軸７、７を傾斜さ
せる。

【０００８】反対に、増速を行なう場合には、各パワー
ローラ８、８の周面８ａ、８ａが図４に示す様に、入力
側ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力側ディ
スク４の内側面４ａの中心寄り部分とに、それぞれ当接
する様に、各変位軸７、７を傾斜させる。各変位軸７、
７の傾斜角度を、図３と図４との中間にすれば、入力軸
１と出力軸３との間で、中間の変速比を得る事ができ
る。

【０００９】図３〜４には、トロイダル型無段変速機の
基本構造のみを示しているが、自動車用変速機等として
より具体化した構造も、例えば実願昭６１−８７５２３
号（実開昭６２−１９９５５７号）のマイクロフィルム
に記載されている様に、従来から種々知られている。

【００１０】ところで、上述の様なトロイダル型無段変
速機の運転時に上記各パワーローラ８、８は、入力側デ
ィスク２及び出力側ディスク４からのスラスト荷重を受
けつつ、高速で回転する。この為、これら各パワーロー
ラ８、８と前記各トラニオン６、６との間には、図５に
示す様にスラスト玉軸受１５を設けている。

【００１１】上記スラスト玉軸受１５は、内輪として機
能する上記パワーローラ８と、複数の玉１６、１６と、
これら複数の玉１６、１６を転動自在に保持する為の保
持器２０と、外輪１７とから構成されている。尚、上記
パワーローラ８、玉１６、１６、外輪１７は、それぞれ
軸受用鋼、或はセラミックにより形成されている。又、
上記パワーローラ８の軸方向片面（図５の上面）には内
輪軌道１８を、上記外輪１７の軸方向片面（図５の下
面）で上記内輪軌道１８と対向する部分には外輪軌道１
９を、それぞれ形成している。これら各軌道１８、１９
は、それぞれ断面が円弧形で全体が円環状とされてい
る。上記各玉１６、１６の転動面は、これら内輪軌道１
８と外輪軌道１９とに転接する。

【００１２】又、前記保持器２０は、金属或は合成樹脂
により円輪状に造られた主体２１を有する。この主体２
１の直径方向中間部で円周方向等間隔位置には、円形の
ポケット２２、２２を形成し、これら各ポケット２２、
２２に上記玉１６、１６を、１個ずつ、転動自在に保持
している。更に、外輪１７は、ニードル軸受、滑り軸受
等のスラスト軸受２３を介して、前記各トラニオン６の
内側面に突き当てられている。このスラスト軸受２３
は、上記外輪１７が前記トラニオン６に対し変位する事
を許容する。即ち、前記入力側、出力側両ディスク２、
４の振れ等に対して前記パワーローラ８を追従させるべ
く、前記変位軸７は基端部を上記トラニオン６に回転自
在に支持すると共に、その先端部をこの基端部に対し偏
心させ、この先端部に上記パワーローラ８を回転自在に
支持している。そして、上記追従の際には上記外輪１７
がトラニオン６に対し変位するので、この変位に要する
力を低減し、パワーローラ８の相手部材に対する追従性
を向上させるべく、上記スラスト軸受２３を設けてい
る。

【００１３】トロイダル型無段変速機の運転時に、前記
スラスト玉軸受１５は、前記各パワーローラ８、８に加
わるスラスト荷重を支承しつつ、高速で回転する。この
為、従来から考えられていたトロイダル型無段変速機用
のスラスト玉軸受１５の接触角（玉１６、１６から各軌
道に加わる荷重の方向とスラスト軸受１５の中心軸に垂
直な平面とのなす角度）は、図６に示す様に、９０度と
していた。尚、２４は、スラスト玉軸受１５に潤滑油を
供給する給油孔である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、実際にトロ
イダル型無段変速機に組み込まれてパワーローラ８を支
承するスラスト玉軸受の場合には、次のの様な解決
すべき点がある。

【００１５】 入力側ディスク２及び出力側ディスク
４からパワーローラ８に加わる荷重の作用点と、各玉１
６、１６の転動面と内輪軌道１８との接触点とのラジア
ル方向に亙る距離が必ずしも短くない。この為、上記作
用点からパワーローラ８に加わる荷重によって、このパ
ワーローラ８に大きな曲げ応力が加わり易い。即ち、ト
ロイダル型無段変速機の運転時には、パワーローラ８の
周面８ａの一部で上記各ディスク２、４の内側面２ａ、
４ａとの当接部に荷重Ｆ₀ が、この周面８ａに対し垂直
方向に加わる。そして、この荷重Ｆ₀ のうちのスラスト
方向の分力Ｆ₁ に基づき上記パワーローラ８に、上記接
触点を中心とする曲げ応力が加わる。

【００１６】この曲げ応力の大きさは、上記作用点と接
触点とのラジアル方向に亙る距離Ｌ₀ に比例する。従来
のパワーローラ用玉軸受の場合には、この距離Ｌ₀ が必
ずしも小さくなかった。この為、上記曲げ応力が比較的
大きくなり、長期間に亙る使用に伴って上記パワーロー
ラ８に、亀裂等の損傷を発生する可能性がある。

【００１７】 トロイダル型無段変速機の運転時に上
記パワーローラ８にラジアル方向の荷重が加わると、こ
のパワーローラ８がラジアル方向に変位し易い。即ち、
パワーローラ８の周面８ａには、変速に伴う変位軸７の
変位、或は組立精度や自重に基づいて、スラスト方向の
荷重だけでなくラジアル方向の荷重が加わる。そして、
このラジアル荷重に基づいて上記パワーローラ８が、ラ
ジアル方向に変位する。特に、従来の様に玉１６、１６
の接触角が９０度であると、上記ラジアル荷重に基づく
パワーローラ８の変位を阻止する力が弱く、図７に示す
様にこのパワーローラ８が、外輪１７に対してラジアル
方向に変位してしまう。

【００１８】この結果、上記玉１６、１６の接触角θ
が、円周方向の或る位置（図７の右側位置）では９０度
を越え、別の位置（同左側位置）では９０度未満となっ
てしまう。この様に、玉の接触角θが９０度を境に変化
すると、玉が自転しつつ公転する通常の運動だけでな
く、接触角θを連続的に変化させる為に非常に複雑な運
動をする。そして、この様な複雑な運動に、玉のジャイ
ロモーメントやスピンによる影響が加わり、玉１６、１
６や内輪軌道１８及び外輪軌道１９の摩耗や疲れ寿命に
悪影響を及ぼし、スラスト玉軸受の耐久性が損なわれて
しまう。本発明のパワーローラ用スラスト玉軸受は、こ
の様な事情に鑑みて発明したものである。

【００１９】

【課題を解決する為の手段】本発明のパワーローラ用ス
ラスト玉軸受は、トロイダル型無段変速機に組み込まれ
たパワーローラの軸方向片面に形成された、断面が円弧
状で全体が円環状の内輪軌道と、上記パワーローラと同
心に配置された外輪と、この外輪の軸方向片面で上記内
輪軌道と対向する部分に形成された、断面が円弧状で全
体が円環状の外輪軌道と、それぞれの転動面を上記内輪
軌道及び外輪軌道に当接させた複数の玉とを備え、次の
の条件を満たす。 上記複数の玉の接触角が９０度から外れている。 上記接触角が９０度から外れる方向は、パワーロー
ラの周面に加わる荷重の作用点と、上記玉の転動面と上
記内輪軌道との接触点との距離が、上記接触角が９０度
である場合に比べて短くなる方向である。

【００２０】

【作用】上述の様に構成される本発明のパワーローラ用
スラスト玉軸受の場合には、パワーローラがラジアル荷
重に基づいてラジアル方向に変位しにくくなる。従っ
て、玉の運動が複雑になりにくく、玉や外輪、内輪両軌
道の摩耗や疲れ寿命に悪影響を及ぼしにくい。

【００２１】又、パワーローラに加わる荷重の作用点
と、各玉の転動面と内輪軌道との接触点との距離が短く
なる為、パワーローラとディスクとの当接部に加わる荷
重に基づく上記パワーローラに加わる曲げ応力が小さく
なる。この結果、上記パワーローラの耐久性向上を図れ
る。

【００２２】

【実施例】図１は、本発明の第一実施例を示している。
尚、本発明のパワーローラ用スラスト玉軸受の特徴は、
玉の接触角を９０度からずらせる事で、耐久性を向上さ
せる点にあり、その他の構成及び作用は、前述したトロ
イダル型無段変速機に組み込まれている、従来から知ら
れたパワーローラ用スラスト玉軸受と同様である。よっ
て、重複する説明を省略し、本発明の特徴部分を中心に
説明する。

【００２３】パワーローラ８の片面（図１の上面）に形
成した内輪軌道１８の直径は、外輪１７の片面（図１の
下面）に形成した外輪軌道１９の直径よりも少し小さく
している。従って、これら内輪軌道１８と外輪軌道１９
との間に転動自在に設けた複数の玉１６、１６の接触角
θは、９０度よりも大きくなっている。この結果、接触
角θが９０度（図６参照）である場合と比較した場合、
各玉１６、１６の転動面と上記内輪軌道１８との当接位
置Ｔ₁₈、Ｔ₁₈は直径方向外側に、転動面と上記外輪軌道
１９との当接位置Ｔ₁₉、Ｔ₁₉は直径方向内側に、それぞ
れ位置する。

【００２４】尚、本実施例の場合には、入力側、出力
側、両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａ（図３〜４）
とパワーローラ８の周面８ａとの当接位置Ｔ_F は、上記
各玉１６、１６の転動面と上記内輪軌道１８との当接位
置Ｔ₁₈よりも直径方向外方に存在する。従って、この当
接位置Ｔ_F と一致する荷重の作用点と、上記当接位置Ｔ
₁₈とのラジアル方向に亙る距離Ｌ₁ は、上記接触角θが
９０度である場合の距離Ｌ₀ よりも小さい（Ｌ₁ ＜Ｌ
₀ ）。又、上記転動面と上記外輪軌道１９との複数の当
接位置Ｔ₁₉、Ｔ₁₉同士を結ぶ円弧の半径ｒ₁₉は、上記接
触角θが９０度である場合の半径Ｒ₁₉よりも小さい（ｒ
₁₉＜Ｒ₁₉）。

【００２５】上述の様に構成される本発明のパワーロー
ラ用スラスト玉軸受の場合には、パワーローラ８がラジ
アル荷重に基づいてラジアル方向に変位しにくくなる。
即ち、上記接触角θが９０度を越えている為、何れの方
向のラジアル荷重を受けた場合でも、一部の玉１６がこ
のラジアル荷重を支承し、上記パワーローラ８がラジア
ル方向に変位する事を阻止する。例えば、図１で左から
右に向いたラジアル荷重が作用した場合には、同図で左
側の玉１６がこのラジアル荷重を支承する。この結果、
各玉１６、１６の運動が複雑になりにくく、玉１６や外
輪、内輪両軌道１９、１８の摩耗や疲れ寿命に悪影響を
及ぼしにくい。

【００２６】又、パワーローラ８に加わる荷重の作用点
（Ｔ_F ）と、各玉１６、１６の転動面と内輪軌道１８と
の接触点（Ｔ₁₈）とのラジアル方向に亙る距離Ｌ₁ が上
記接触角θが９０度である場合のラジアル方向に亙る距
離Ｌ₀ よりも短くなる為、上記パワーローラ８の周面８
ａと前記各ディスク２、４の内側面２ａ、４ａとの当接
部に加わる荷重Ｆ₀ に基づき上記パワーローラ８に加わ
る曲げ応力が小さくなる。この結果、上記パワーローラ
８の耐久性向上を図れる。

【００２７】更に、図示の実施例の場合には、上記各玉
１６、１６の転動面と上記外輪軌道１９との複数の当接
位置Ｔ₁₉、Ｔ₁₉同士を結ぶ円弧の半径ｒ₁₉が、上記接触
角θが９０度である場合の半径Ｒ₁₉よりも小さい（ｒ₁₉
＜Ｒ₁₉）為、上記各玉１６、１６から外輪１７に加わっ
たスラスト荷重に拘らず、この外輪１７に加わる曲げ応
力を小さくできる。即ち、トロイダル型無段変速機のパ
ワーローラ８を支承する為の玉軸受の場合、外輪１７の
中央寄り部分を支承して外周寄り部分を支承しない場合
がある。この場合でも、上記当接位置Ｔ₁₉、Ｔ₁₉が直径
方向内側によっているので、上記曲げ応力を小さくし
て、外輪１７の耐久性向上を図れる。

【００２８】次に、図２は本発明の第二実施例を示して
いる。本実施例の場合には、入力側、出力側、両ディス
ク２、４の内側面２ａ、４ａ（図３〜４）とパワーロー
ラ８の周面８ａとの当接位置Ｔ_F ´は、上記各玉１６、
１６の転動面と上記内輪軌道１８との当接位置Ｔ₁₈´よ
りも直径方向内方に存在する。これに合わせて本実施例
の場合には、パワーローラ８の片面（図２の上面）に形
成した内輪軌道１８の直径は、外輪１７の片面（図２の
下面）に形成した外輪軌道１９の直径よりも少し大きく
している。従って、これら内輪軌道１８と外輪軌道１９
との間に転動自在に設けた複数の玉１６、１６の接触角
θは、９０度よりも小さくなっている。

【００２９】本実施例の場合も、上述した第一実施例と
同様に、パワーローラ８がラジアル荷重に基づいてラジ
アル方向に変位しにくくなって、玉１６、１６の運動が
複雑になりにくく、玉１６や外輪、内輪両軌道１９、１
８の摩耗や疲れ寿命に悪影響を及ぼしにくくなる。又、
パワーローラ８に加わる荷重の作用点と、各玉１６、１
６の転動面と内輪軌道１８との接触点とのラジアル方向
に亙る距離が短くなる。この為、パワーローラ８と入力
側、出力側各ディスク２、４の内側面２ａ、４ａとの当
接部に加わる荷重Ｆ₀ に基づき上記パワーローラ８に加
わる曲げ応力が小さくなり、上記パワーローラ８の耐久
性向上を図れる。

【００３０】

【発明の効果】本発明のパワーローラ用スラスト玉軸受
は、以上に述べた通り構成され作用する為、構成各部品
の摩耗低減、疲れ寿命の延長、並びに曲げモーメントの
低減を図り、スラスト玉軸受全体としての信頼性、耐久
性向上を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す断面図。

【図２】同第二実施例を示す断面図。

【図３】スラスト玉軸受を組み込んだトロイダル型無段
変速機の基本的構成を、最大減速時の状態で示す側面
図。

【図４】同じく最大増速時の状態で示す側面図。

【図５】スラスト玉軸受並びにその潤滑装置部分の断面
図。

【図６】スラスト玉軸受のみを取り出して示す断面図。

【図７】ラジアル荷重を受けた状態で示す、図６と同様
の図。

【符号の説明】

１ 入力軸 ２ 入力側ディスク ２ａ 内側面 ３ 出力軸 ４ 出力側ディスク ４ａ 内側面 ５ 枢軸 ６ トラニオン ７ 変位軸 ８ パワーローラ ８ａ 周面 ９ 押圧装置 １０ カム板 １１ 保持器 １２ ローラ １３、１４ カム面 １５ スラスト玉軸受 １６ 玉 １７ 外輪 １８ 内輪軌道 １９ 外輪軌道 ２０ 保持器 ２１ 主体 ２２ ポケット ２３ スラスト軸受 ２４ 給油孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16H 15/38 F16C 19/00 - 19/56 F16C 33/30 - 33/66

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トロイダル型無段変速機に組み込まれた
   パワーローラの軸方向片面に形成された、断面が円弧状
   で全体が円環状の内輪軌道と、上記パワーローラと同心
   に配置された外輪と、この外輪の軸方向片面で上記内輪
   軌道と対向する部分に形成された、断面が円弧状で全体
   が円環状の外輪軌道と、それぞれの転動面を上記内輪軌
   道及び外輪軌道に当接させた複数の玉とを備え、次の
   の条件を満たすスラスト玉軸受。 上記複数の玉の接触角が９０度から外れている。 上記接触角が９０度から外れる方向は、パワーロー
   ラの周面に加わる荷重の作用点と、上記玉の転動面と上
   記内輪軌道との接触点との距離が、上記接触角が９０度
   である場合に比べて短くなる方向である。