JP3496417B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

トロイダル型無段変速機

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JP3496417B2
JP3496417B2 JP32541096A JP32541096A JP3496417B2 JP 3496417 B2 JP3496417 B2 JP 3496417B2 JP 32541096 A JP32541096 A JP 32541096A JP 32541096 A JP32541096 A JP 32541096A JP 3496417 B2 JP3496417 B2 JP 3496417B2
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H15/00Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members
    • F16H15/02Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members without members having orbital motion
    • F16H15/04Gearings providing a continuous range of gear ratios
    • F16H15/06Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B
    • F16H15/32Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line
    • F16H15/36Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line with concave friction surface, e.g. a hollow toroid surface
    • F16H15/38Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line with concave friction surface, e.g. a hollow toroid surface with two members B having hollow toroid surfaces opposite to each other, the member or members A being adjustably mounted between the surfaces

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両等に用いられ
るトロイダル型無段変速機の入出力軸の軸受の改良に関
する。
【0002】
【従来の技術】トロイダル型無段変速機の入出力軸を支
持する構造としては、特開昭63−130953号公報
に示すようなものが知られている。
【0003】これは、一対の入力ディスクと出力ディス
クとの間に挟持されたパワーローラの傾転角に応じた変
速比で、入力軸から出力軸(又は出力歯車)へ駆動力を
伝達する場合、入出力軸の支持にスラスト方向の挟持圧
力とラジアル荷重を支持するアンギュラボール軸受を採
用したものである。
【0004】トロイダル型無段変速機では、パワーロー
ラの滑りによる伝達トルクの損失を防ぐため、パワーロ
ーラと入出力ディスクを大きな力で押圧して接触面圧
(圧力)を高く保持し、さらに、圧力−粘度指数αの高
いオイル、例えばトラクションオイルを用いているが、
入出力軸の支持を行うアンギュラボール軸受のボール
は、軸受の回転に伴ってスピンが発生し、パワーローラ
を挟持押圧する反力によってアンギュラボール軸受に加
わるスラスト方向の力は非常に大きく、アンギュラボー
ル軸受のボールと溝の接触面圧も非常に高くなって、例
えば1GPaを超え、このような高圧ではトラクションオ
イルが上記したように半固体状となり、ここで、ボール
のスピンが発生すると損失トルクは増大しトロイダル型
無段変速機の効率を低下させるという問題があった。
【0005】そこで、本願出願人は、特願平7−153
442号として、アンギュラボール軸受に代わってテー
パーローラ軸受を採用したトロイダル型無段変速機を提
案した。
【0006】これについて説明すると、図5に示すよう
に、トロイダル状の溝を対向面に備えた入力ディスク1
8、出力ディスク20を入力軸14と同軸上に配設した
もので、入力ディスク18及び出力ディスク20に押圧
される一対のパワーローラ22、22の傾斜角を変更す
ることで任意の変速比を無段階に設定可能とするもので
ある。
【0007】入力ディスク18は、カムローラ79、カ
ムフランジ77を介して入力軸14とほぼ一体となって
回転し、入力軸14は基端側(図中右側)の端部に設け
たテーパーローラ軸受1と、カムフランジ77側の端部
に設けたニードル軸受66によってケーシング67で回
転自在に支持される。
【0008】一方、出力ディスク20は背面(図中右
側)側に形成した肩部20Aを介して出力歯車26に結
合され、入力軸14と相対回転自在に軸支されるもの
で、出力ディスク20の内周と入力軸14との間に介装
したニードル軸受73と、出力歯車26とケーシング6
7との間に介装されたテーパーローラ軸受2によって回
転自在に支持される。なお、出力ディスク20と出力歯
車26の回転方向での結合は、図示しないキーによって
行われる。
【0009】また、出力ディスク20と出力歯車26の
外周側には間隙27が形成され、出力ディスク20の変
形が出力歯車26へ伝達されるのを抑制する。
【0010】入力軸14を軸支するテーパーローラ軸受
1と、出力軸を構成する出力歯車26を軸支するテーパ
ーローラ軸受2は外輪5、6をスナップリング9を介し
て当接しており、入力軸側のテーパーローラ軸受1はパ
ワーローラ22方向へのスラスト荷重を支持するよう
に、テーパーローラ7の小径部をパワーローラ22へ向
けて配設される一方、出力軸側のテーパーローラ軸受2
は皿バネ70側へ向かうスラスト荷重を支持するよう
に、テーパーローラ8の小径部を皿バネ70へ向けて配
設される。
【0011】パワーローラ22を入力ディスク18と出
力ディスク20で挟持する軸方向の圧力は、入力軸14
の基端側に設けた皿バネ70と、入力軸14の左端側に
設けたカムローラ79によって発生される。
【0012】皿バネ70は、入力軸14を軸支するテー
パーローラ軸受1のスペーサ68と、入力軸14の基端
側に締結されたローディングナット69との間に介装さ
れ、フランジ部68aを介してスペーサ68を図中左方
へ付勢する。
【0013】さらに、スペーサ68と入力軸14は軸方
向の変位を許容されるため、入力軸14は皿バネ70の
反力で図中右側へ付勢されて、パワーローラ22を挟持
する初期荷重を得る。
【0014】そして、入力軸14の図中左端部に設けた
カムフランジ77と入力ディスク18との間には、入力
軸14の回転に応じて入力ディスク18を図中右側へ付
勢する推力を発生するカムローラ79が介装される。
【0015】このため、パワーローラ22は皿バネ70
による初期荷重と、カムローラ79が発生する軸方向の
推力によって入力ディスク18と出力ディスク20に挟
持押圧されて滑ることなく回転し、入力ディスク18か
らのトルクを出力ディスク20へ伝達し、入力軸14及
び出力歯車26を軸支するテーパーローラ軸受1、2
は、スナップリング9を介して外輪5、6同士を相互に
軸方向へ押圧してパワーローラ22の挟持圧力を支持す
るとともに、それぞれラジアル方向の荷重を支持してい
る。
【0016】なお、パワーローラ22は軸回りに回転可
能なトラニオン83に設けた偏心軸80よって回転自在
に支持されており、トラニオン83の軸方向(図中紙面
の貫通方向)の変位に応じて傾転し、入力ディスク18
と出力ディスク20との接触半径を変更することで変速
比を連続的に変更する。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のトロイダル型無段変速機では、図6に示すように、
出力ディスク20及び出力歯車26を軸支するテーパー
ローラ軸受2の内輪4の軌道面40の最外周40a(=
大つば1の基端)の回転半径をR1、内輪4と当接する
出力歯車26の肩部26cの最外周の回転半径をR2と
すると、R2≦R1に設定されており、カムローラ79
で発生した押しつけ力が、入力ディスク18、パワーロ
ーラ22、出力ディスク20、出力歯車26を介してテ
ーパーローラ軸受2へスラスト力として加わる。そし
て、テーパーローラ8が内輪4の大つば41を図6の矢
印の方向へ押す力が発生し、この力によって大つば41
が変形し、テーパーローラ8と大つば41に片当たりが
生じて、焼き付き等が発生する場合があった。なお、テ
ーパーローラ8が大つば41を押す力については、日本
機械学会誌 第62巻 第482号 第80頁「転がり
軸受の予圧について」に開示されるとおりであり、入力
軸14を支持するテーパーローラ軸受1についても同様
の問題が発生する。
【0018】また、出力ディスク20の肩部20Aの最
外周の回転半径をR3とすると、出力歯車26の肩部2
6cの回転半径R2の関係は、R2<R3に設定されて
おり、パワーローラ22の押しつけ力により、出力ディ
スク20が変形すると、外径の大きい出力ディスク20
の肩部20Aが出力歯車26の側面26Bを図7の矢印
方向へ押すため、出力歯車26はテーパーローラ軸受2
と当接する肩部26cを支点に倒れるように変形し、歯
当たりが悪化することにより騒音の増大や、歯車の耐久
性が低下するという問題がある。
【0019】このため、出力歯車26の倒れを防止する
ため、図8のように、肩部26cの外径R2を大つば4
1の外径よりも大きく設定し、かつ出力ディスク20の
肩部20Aの外径R3より大きくなるようR2>R3に
設定すると、大つば41の肉厚は薄いため、出力歯車2
6が倒れる力を支持できずに変形し、図中A部のように
大つば41がテーパーローラ8に片当たりするという問
題があった。
【0020】そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、トロイダル型無段変速機の押しつけ力に起
因するテーパーローラ軸受の片当たりや出力歯車の変形
を防いで、耐久性を向上させることを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、入力軸に
結合された入力ディスクと、出力軸に結合された出力デ
ィスクと、これら入出力ディスクの対向面にそれぞれ形
成されたトロイド状の溝に挟持されるパワーローラと、
前記入力軸及び出力軸をそれぞれ軸支する入力側軸受及
び出力側軸受をテーパーローラ軸受で構成したトロイダ
ル型無段変速機において、前記出力軸が出力ディスクと
結合した歯車で構成され、出力ディスクと歯車が軸方向
で当接する肩部の外径が、出力側のテーパーローラ軸受
を構成する内輪の軌道面最外周の外径以下に設定され
る。
【0022】また第2の発明は、前記第1の発明におい
て、前記出力側のテーパーローラ軸受を構成する内輪の
大つば部が歯車の側面と当接する。
【0023】また第3の発明は、前記第1の発明におい
て、前記出力ディスクと歯車は、スプライン結合され
る。
【0024】
【発明の効果】したがって、第1の発明は、パワーロー
ラの押しつけ力により、出力ディスクが歯車側へ変形す
るが、出力ディスクと歯車を結合する肩部の外径を出力
側のテーパーローラ軸受を構成する内輪の軌道面最外周
の外径以下に設定したため、前記従来例のように、出力
ディスクが変形して歯車の側面をテーパーローラ軸受側
へ押すことがなくなって、歯車の変形を確実に防止で
き、歯車の歯当たりの悪化を防いで騒音の減少及び歯車
の耐久性の向上を図ることが可能となる。
【0025】また、第2の発明は、前記従来例に示した
ように、カムローラで発生した押しつけ力によって、テ
ーパーローラが内輪の大つばを変形させようとするが、
大つば部が歯車の側面と当接するため、大つばの変形を
防止でき、テーパーローラと大つばの片当たりによる焼
き付きを防いで、テーパーローラ軸受の耐久性を向上さ
せることが可能となり、歯車の変形と大つばの変形を同
時に防いで、耐久性及び静粛性に優れたトロイダル型無
段変速機を提供することができる。
【0026】また、第3の発明は、出力ディスクと歯車
の回転方向での結合を、スプライン結合によって行うよ
うにしたため、前記従来例のキーによる結合に比して、
結合剛性を向上させることができる。これにより、スプ
ライン結合した場合には、キー結合に比べて結合部の外
径を小さくすることができ、出力ディスクの肩部の最外
周の回転半径(R3)を小さくする(R3≦R1)こと
が容易となり、また、前記回転半径(R3)を小さくす
ることにより、ディスクの強度低下を防止することがで
きる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。
【0028】図1は前記従来例の図5に示したトロイダ
ル型無段変速機に、本発明を適用した場合を示し、出力
ディスク20の肩部20A及び出力歯車26の一部を変
更したもので、その他は前記従来例とほぼ同様であり、
同一のものに同一の符号を付して重複説明を省略する。
【0029】図1において、出力軸を構成する出力歯車
26は、図中右側に突出した円筒部26aの外周でテー
パーローラ軸受2の内輪4と嵌合する一方、図中左側に
突出したスプライン部26eを介して出力ディスク20
と回転方向で結合する。
【0030】そして、直列的に配列されたテーパーロー
ラ軸受1、2によって入出力ディスク18、20、入力
軸14及び出力歯車26がケーシング67に軸支され
る。
【0031】ここで、テーパーローラ軸受2を構成する
内輪4と当接する出力歯車26の側面に形成された肩部
26cの外径R2は、内輪4の軌道面40の最外周(=
大つば41の基端)の外径R1以下、すなわち、前記従
来例と同じく、R2≦R1に設定される。なお、これら
外径R1、R2は入力軸14の軸線からの半径を示す。
【0032】一方、出力ディスク20に面した出力ディ
スク26の側面26bには、肩部26cの外径R2より
も小さい外径の肩部26dが形成され、出力ディスク2
0の背面に形成された肩部20Aがこの肩部26dと当
接する。
【0033】そして、出力ディスク20の肩部20Aの
外径R3は、テーパーローラ軸受2の内輪4の軌道面4
0の最外周(=大つば41の基端)の外径R1以下に設
定され、かつ、出力歯車26の肩部26cの回転半径R
2よりも小さく設定され、これら外径の関係は、 R3<R2≦R1 となる。
【0034】また、入力軸14を軸支するテーパーロー
ラ軸受1側のスペーサ68のフランジ部68aには、内
輪3の大つば31の基端の外径、すなわち、内輪3の軌
道面30の最外周の半径よりも大きな外径の肩部68c
が形成されて、この肩部68cと内輪3が当接すること
でテーパーローラ軸受1をスラスト方向で支持する。
【0035】以上のように構成され、次に作用について
説明する。
【0036】パワーローラ22を挟持、押圧するスラス
ト荷重の反力を受ける入出力軸は、内輪3、4を介して
直列的に配列されたテーパーローラ軸受1、2によって
支持される。
【0037】ここで、パワーローラ22の押しつけ力に
より、出力ディスク20が変形すると、図2に示すよう
に、出力ディスク20は出力歯車26へ向けて変形する
が、外周側の変形は前記従来例と同様に間隙27によっ
て吸収され、内周側では出力ディスク20と出力歯車2
6を結合する肩部20Aが、その外径R3をテーパーロ
ーラ軸受2を構成する内輪4の大つば41の基端の外径
R1よりも小さく設定し、さらに、出力歯車26が内輪
4と当接する肩部26cの外径R2よりも小さく設定さ
れたため、前記従来例のように、出力ディスク20の肩
部20Aが出力歯車26の側面26Bをテーパーローラ
軸受2側へ押すことがなくなって、出力歯車26の変形
を確実に防止でき、出力歯車26の歯当たりの悪化を防
いで騒音の減少及び歯車の耐久性の向上を図ることが可
能となる。
【0038】また、入力軸14を軸支するテーパーロー
ラ軸受1側のスペーサ68のフランジ部68aに形成し
た肩部68cの外径を、内輪3の大つば31の基端の外
径よりも大きく設定したため、前記従来例の図6に示し
たように、カムローラ79で発生した押しつけ力によっ
て、テーパーローラ7が内輪3の大つば31を図1の右
側へ変形させようとするが、外径の大きな肩部68cが
この変形を規制して大つば31の変形を防止でき、テー
パーローラ7と大つば31の片当たりによる焼き付きを
防いで、テーパーローラ軸受1の耐久性を向上させるこ
とができるのである。
【0039】さらに、出力ディスク20と出力歯車26
の回転方向での結合を、スプライン部26eによって行
うようにしたため、前記従来例のキーによる結合に比し
て、結合剛性を向上させることができるのである。
【0040】スプライン結合とした場合には、前記キー
結合に比べて結合部の外径を小さくすることができ、出
力ディスク20の肩部20Aの最外周の回転半径(R
3)を小さくする(R3≦R1)ことが容易となり、ま
た、前記回転半径(R3)を小さくすることにより、出
力ディスク20の強度低下を防止することができる。
【0041】図3は第2の実施形態を示し、前記第1実
施形態の出力ディスク20が出力歯車26と当接する肩
部20Aの外径R3を、テーパーローラ軸受2の内輪4
の軌道面40の最外周(=大つば41の基端)の外径R
1に等しく設定したもので、その他の構成は前記第1実
施形態と同様である。
【0042】この場合、出力歯車26がテーパーローラ
軸受2と当接する肩部26cの外径R2も内輪4の軌道
面40の最外周の外径R1に等しく設定され、各外径の
関係は、 R3=R2=R1 となる。
【0043】前記第1実施形態と同様に、出力ディスク
20の変形によって肩部20Aが出力歯車26の側面2
6Bをテーパーローラ軸受2側へ押すことを防いで出力
歯車26の変形を確実に防止できるのに加えて、出力デ
ィスク20と出力歯車26は、肩部20Aと側面26b
によって当接し、肩部20Aの外径R3を前記第1実施
形態よりも大きく設定することで、パワーローラ22が
出力ディスク20を押す点と、出力ディスク20を支持
する肩部20Aとの距離を短くすることができるため、
すなわち、荷重点と支点との距離を短くすることができ
るため、前記第1実施形態に比して、出力ディスク20
の変形量を低減して最小限に抑制することが可能となる
のである。
【0044】図4は第3の実施形態を示し、前記第1実
施形態の出力歯車26がテーパーローラ軸受2の内輪4
と当接する肩部26cの外径R2を、内輪4の軌道面4
0の最外周(=大つば41の基端)の外径R1よりも大
きく設定するとともに、出力ディスク20が出力歯車2
6と当接する肩部20Aの外径R3を、テーパーローラ
軸受2の内輪4の軌道面40の最外周(=大つば41の
基端)の外径R1以下に設定したもので、その他の構成
は前記第1実施形態と同様である。
【0045】出力歯車26がテーパーローラ軸受2と当
接する肩部26cの外径R2は、内輪4の軌道面40の
最外周の外径R1よりも大きく設定され、各外径の関係
は、 R3≦R1かつR2>R1 となり、例えば、肩部26cの外径R2は、図示のよう
に、内輪4の大つば41の外径にほぼ等しく設定され
る。
【0046】まず、R3≦R1とすることで、前記第
1、第2実施形態と同様に、前記第1実施形態と同様
に、出力ディスク20の変形によって肩部20Aが出力
歯車26の側面26Bをテーパーローラ軸受2側へ押す
ことを防いで、出力歯車26の変形を確実に防止できる
のに加えて、出力歯車26が内輪4と当接する肩部26
cの外径を、内輪4の大つば41の基端の外径R1より
も大きく設定したため、前記従来例の図6に示したよう
に、カムローラ79で発生した押しつけ力によって、テ
ーパーローラ8が内輪4の大つば41を図中左側へ変形
させようとするが、外径の大きな肩部26cがこの変形
を規制して大つば41の変形を防止でき、テーパーロー
ラ8と大つば41の片当たりによる焼き付きを防いで、
テーパーローラ軸受2の耐久性を向上させることができ
るのであり、出力歯車26の変形と大つば41及び31
の変形を同時に防いで、耐久性及び静粛性に優れたトロ
イダル型無段変速機を提供することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すトロイダル型無段変
速機の要部断面図。
【図2】同じくトロイダル型無段変速機の要部断面図
で、出力ディスクの変形の様子を示す。
【図3】第2の実施形態を示すトロイダル型無段変速機
の要部断面図。
【図4】第3の実施形態を示すトロイダル型無段変速機
の要部断面図。
【図5】従来例のトロイダル型無段変速機の断面図。
【図6】同じく、トロイダル型無段変速機の入出力軸受
部を示す要部断面図。
【図7】同じく、入力ディスク及び出力歯車が変形した
場合を示すトロイダル型無段変速機の要部断面図。
【図8】同じく、入力ディスク及び出力歯車の変形によ
って、テーパーローラ軸受の大つばが変型した場合を示
すトロイダル型無段変速機の要部断面図。
【符号の説明】
1 テーパーローラ軸受 2 テーパーローラ軸受 3、4 内輪 5、6 外輪 7、8 テーパーローラ 14 入力軸 18 入力ディスク 20 出力ディスク 20A 肩部 22 パワーローラ 26 出力歯車 26a 円筒部 26b 側面 26c、26d 肩部 26e スプライン部 30、40 軌道面 31、41 大つば 67 ケーシング 68 スペーサ 68a フランジ部 68b 円筒部 68c 肩部 70 皿バネ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−190158(JP,A) 特開 平7−167241(JP,A) 特開 平8−145137(JP,A) 特開 平9−4688(JP,A) 特開 平9−324841(JP,A) 特開 平10−47448(JP,A) 実開 昭58−228347(JP,U) 特許154152(JP,C2) 西独国特許出願公開3002034(DE, A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16H 15/00 - 15/56 F16C 35/00 - 43/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力軸に結合された入力ディスクと、出
    力軸に結合された出力ディスクと、これら入出力ディス
    クの対向面にそれぞれ形成されたトロイド状の溝に挟持
    されるパワーローラと、前記入力軸及び出力軸をそれぞ
    れ軸支する入力側軸受及び出力側軸受をテーパーローラ
    軸受で構成したトロイダル型無段変速機において、前記
    出力軸が出力ディスクと結合した歯車で構成され、出力
    ディスクと歯車が軸方向で当接する肩部の外径が、出力
    側のテーパーローラ軸受を構成する内輪の軌道面最外周
    の外径以下に設定されたことを特徴とするトロイダル型
    無段変速機。
  2. 【請求項2】 前記出力側のテーパーローラ軸受を構成
    する内輪の大つば部が歯車の側面と当接することを特徴
    とする請求項1に記載のトロイダル型無段変速機。
  3. 【請求項3】 前記出力ディスクと歯車は、スプライン
    結合された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。
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