JP3951401B2 - トロイダル型無段変速機用ローディングカム - Google Patents
トロイダル型無段変速機用ローディングカム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係るトロイダル型無段変速機用ローディングカムは、例えば自動車用の変速機として、或は各種産業機械用の変速機として、それぞれ利用するトロイダル型無段変速機に組み込むローディングカムの耐久性向上を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用変速機として、図１〜２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、この入力軸１と同心に配置した出力軸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側には、上記入力軸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を設けている。
【０００３】
即ち、これら各トラニオン６、６は、それぞれの両端部外面に上記枢軸５、５を、互いに同心に設けている。又、これら各トラニオン６、６の中間部には変位軸７、７の基端部を支持し、上記枢軸５、５を中心として上記各トラニオン６、６を揺動させる事により、上記各変位軸７、７の傾斜角度の調節を自在としている。上記各トラニオン６、６に支持した変位軸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、これら各パワーローラ８、８を、上記入力側、出力側両ディスク２、４の、互いに対向する内側面２ａ、４ａ同士の間に挟持している。これら各内側面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、上記枢軸５を中心とする円弧を回転させて得られる凹面をなしている。そして、球状凸面に形成した上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａを、上記内側面２ａ、４ａに当接させている。
【０００４】
上記入力軸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、上記入力側ディスク２を出力側ディスク４に向け弾性的に押圧自在としている。この押圧装置９は、入力軸１と共に回転するローディングカム（カム板）１０と、保持器１１により転動自在に保持した複数個（例えば４個）のローラ１２、１２とから構成している。上記ローディングカム１０の片側面（図１〜２の右側面）には、円周方向に亙る凹凸であるカム面１３を形成し、上記入力側ディスク２の外側面（図１〜２の左側面）にも、同様の形状を有するカム面１４を形成している。そして、上記複数個のローラ１２、１２を、上記入力軸１の中心に関し放射方向の軸を中心とする回転自在に支持している。
【０００５】
上述の様に構成するトロイダル型無段変速機の使用時、入力軸１の回転に伴ってローディングカム１０が回転すると、カム面１３が複数個のローラ１２、１２を、入力側ディスク２の外側面に形成したカム面１４に押圧する。この結果、上記入力側ディスク２が、上記複数のパワーローラ８、８に押圧されると同時に、上記両カム面１３、１４と複数個のローラ１２、１２との押し付け合いに基づいて、上記入力側ディスク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。
【０００６】
入力軸１と出力軸３との回転速度比（変速比）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、前記各枢軸５、５を中心として前記各トラニオン６、６を所定方向に揺動させる。そして、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図１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、前記各変位軸７、７を傾斜させる。反対に、増速を行なう場合には、上記枢軸５、５を中心として上記各トラニオン６、６を反対方向に揺動させる。そして、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図２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、上記各変位軸７、７を傾斜させる。各変位軸７、７の傾斜角度を図１と図２との中間にすれば、入力軸１と出力軸３との間で、中間の変速比を得られる。
【０００７】
又、図３〜４は、実願昭６３−６９２９３号（実開平１−１７３５５２号）のマイクロフィルムに記載された、より具体化されたトロイダル型無段変速機の１例を示している。入力側ディスク２と出力側ディスク４とは円管状の入力軸１５の周囲に、それぞれニードル軸受１６、１６を介して、回転自在に支持している。即ち、上記入力側ディスク２及び出力側ディスク４の中心部には断面形状が円形である貫通孔１７、１７を、それぞれ上記各ディスク２、４の内側面と外側面とを軸方向（図３の左右方向）に貫通する状態で形成している。上記各ニードル軸受１６、１６は、上記各貫通孔１７、１７の内周面と上記入力軸１５の中間部外周面との間に設けている。又、上記各貫通孔１７、１７の内側面寄り端部内周面に形成した係止溝１８、１８には止め輪１９、１９を係止して、上記各ニードル軸受１６、１６が上記各貫通孔１７、１７から、上記各ディスク２、４の内側面２ａ、４ａ側に抜け出る事を防止している。又、ローディングカム１０は上記入力軸１５の端部（図３の左端部）外周面にスプライン係合させ、鍔部２０により上記入力側ディスク２から離れる方向への移動を阻止している。そして、このローディングカム１０とローラ１２、１２とにより、上記入力軸１５の回転に基づいて上記入力側ディスク２を、上記出力側ディスク４に向け押圧しつつ回転させる押圧装置９を構成している。上記出力側ディスク４には出力歯車２１を、キー２２、２２により結合し、これら出力側ディスク４と出力歯車２１とが同期して回転する様にしている。
【０００８】
１対のトラニオン６、６の両端部は１対の支持板２３、２３に、揺動並びに軸方向（図３の表裏方向、図４の左右方向）に亙る変位自在に支持している。そして、上記各トラニオン６、６の中間部に形成した円孔２４、２４部分に、変位軸７、７を支持している。これら各変位軸７、７は、互いに平行で且つ偏心した支持軸部２５、２５と枢支軸部２６、２６とを、それぞれ有する。このうちの各支持軸部２５、２５を上記各円孔２４、２４の内側に、ラジアルニードル軸受２７、２７を介して、回転自在に支持している。又、上記各枢支軸部２６、２６の周囲にパワーローラ８、８を、別のラジアルニードル軸受２８、２８を介して、回転自在に支持している。
【０００９】
尚、上記１対の変位軸７、７は、上記入力軸１５に対して１８０度反対側位置に設けている。又、これら各変位軸７、７の各枢支軸部２６、２６が各支持軸部２５、２５に対し偏心している方向は、上記入力側、出力側両ディスク２、４の回転方向に関し同方向（図４で左右逆方向）としている。又、偏心方向は、上記入力軸１５の配設方向に対しほぼ直交する方向としている。従って、上記各パワーローラ８、８は、上記入力軸１５の配設方向に亙る若干の変位自在に支持される。この結果、回転力の伝達状態で構成各部材に加わる大きな荷重に基づく、これら構成各部材の弾性変形に起因して、上記各パワーローラ８、８が上記入力軸１５の軸方向（図３の左右方向、図４の表裏方向）に変位する傾向となった場合でも、上記構成各部品に無理な力を加える事なく、この変位を吸収できる。
【００１０】
又、上記各パワーローラ８、８の外側面と上記各トラニオン６、６の中間部内側面との間には、パワーローラ８、８の外側面の側から順に、スラスト玉軸受２９、２９とスラストニードル軸受３０、３０とを設けている。このうちのスラスト玉軸受２９、２９は、上記各パワーローラ８、８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８、８の回転を許容するものである。又、上記各スラストニードル軸受３０、３０は、上記各パワーローラ８、８から上記各スラスト玉軸受２９、２９を構成する外輪３１、３１に加わるスラスト荷重を支承しつつ、前記各枢支軸部２６、２６及び上記外輪３１、３１が、前記支持軸部２５、２５を中心に揺動する事を許容する。
【００１１】
更に、上記各トラニオン６、６の一端部（図４の左端部）にはそれぞれ駆動ロッド３２、３２を結合し、これら各駆動ロッド３２、３２の中間部外周面に駆動ピストン３３、３３を固設している。そして、これら各駆動ピストン３３、３３を、それぞれ駆動シリンダ３４、３４内に油密に嵌装している。
【００１２】
上述の様に構成するトロイダル型無段変速機の場合には、入力軸１５の回転は、押圧装置９を介して入力側ディスク２に伝わる。そして、この入力側ディスク２の回転が、１対のパワーローラ８、８を介して出力側ディスク４に伝わり、更にこの出力側ディスク４の回転が、出力歯車２１より取り出される。入力軸１５と出力歯車２１との間の回転速度比を変える場合には、上記１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の変位に伴って上記１対のトラニオン６、６が、それぞれ逆方向に変位し、例えば図４の下側のパワーローラ８が同図の右側に、同図の上側のパワーローラ８が同図の左側に、それぞれ変位する。この結果、これら各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと上記入力側ディスク２及び出力側ディスク４の内側面２ａ、４ａ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上記各トラニオン６、６が、支持板２３、２３に枢支された枢軸５、５を中心として、互いに逆方向に揺動する。この結果、前述の図１〜２に示した様に、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと上記各内側面２ａ、４ａとの当接位置が変化し、上記入力軸１５と出力歯車２１との間の回転速度比が変化する。
【００１３】
尚、この様に上記入力軸１５と出力歯車２１との間で回転力の伝達を行なう際には、構成各部材の弾性変形に基づいて上記各パワーローラ８、８が、上記入力軸１５の軸方向に変位し、これら各パワーローラ８、８を枢支している前記各変位軸７、７が、前記各支持軸部２５、２５を中心として僅かに回動する。この回動の結果、前記各スラスト玉軸受２９、２９の外輪３１、３１の外側面と上記各トラニオン６、６の内側面とが相対変位する。これら外側面と内側面との間には、前記各スラストニードル軸受３０、３０が存在する為、この相対変位に要する力は小さい。従って、上述の様に各変位軸７、７の傾斜角度を変化させる為の力が小さくて済む。
【００１４】
更に、伝達可能なトルクを増大すべく、図５〜６に示す様に、入力軸１５ａの周囲に入力側ディスク２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４とを２個ずつ設け、これら２個ずつの入力側ディスク２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４とを動力の伝達方向に関して互いに並列に配置する、所謂ダブルキャビティ型の構造も、従来から知られている。これら図５〜６に示した構造は、上記入力軸１５ａの中間部周囲に出力歯車２１ａを、この入力軸１５ａに対する回転を自在として支持し、この出力歯車２１ａの中心部に設けた円筒部の両端部に上記各出力側ディスク４、４を、スプライン係合させている。そして、これら各出力側ディスク４、４に設けた貫通孔１７、１７の内周面と上記入力軸１５ａの外周面との間にニードル軸受１６、１６を設け、これら各出力側ディスク４、４を上記入力軸１５ａの周囲に、この入力軸１５ａに対する回転、並びにこの入力軸１５ａの軸方向に亙る変位を自在に支持している。又、上記各入力側ディスク２Ａ、２Ｂは、上記入力軸１５ａの両端部に、この入力軸１５ａと共に回転自在に支持している。この入力軸１５ａは、駆動軸３５により、ローディングカム式の押圧装置９を介して回転駆動する。尚、この駆動軸３５の先端部（図５〜６の右端部）外周面と上記入力軸１５ａの基端部（図５〜６の左端部）内周面との間には、滑り軸受、ニードル軸受等のラジアル軸受３６を設けている。従って、上記駆動軸３５と入力軸１５ａとは、互いに同心に配置された状態のまま、回転方向に亙る若干の変位自在に組み合わされている。
【００１５】
但し、一方（図５〜６の右方）の入力側ディスク２Ａは、背面（図５〜６の右面）をローディングナット３７に、大きな弾力を有する皿板ばね３８を介して突き当てて、上記入力軸１５ａに対する軸方向（図５〜６の左右方向）の変位を実質的に阻止している。これに対して、ローディングカム１０に対向する入力側ディスク２Ｂは、ボールスプライン３９により上記入力軸１５ａに、軸方向に亙る変位自在に支持している。そして、この入力側ディスク２Ｂの外側面（図５〜６の左面）と上記入力軸１５ａの中間部外周面に形成した係止段部４０との間に、皿板ばね４１を設けている。この皿板ばね４１は、上記皿板ばね３８に比べて小さな弾力を有し、上記各ディスク２Ａ、２Ｂ、４の内側面２ａ、４ａとパワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとの当接部に予圧を付与する役目を果たす。
【００１６】
又、前記出力歯車２１ａはハウジングの内側に設けた仕切壁４２に、それぞれがアンギュラ型である１対の玉軸受４３、４３により、軸方向に亙る変位を阻止した状態で、回転自在に支持している。尚、上述の図５〜６に示した様に、２個ずつの入力側ディスク２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４とを動力の伝達方向に関して互いに並列に配置する、所謂ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機が、ローディングカム１０に対向する一方又は双方の入力側ディスク２Ａ、２Ｂをボールスプライン３９、３９により上記入力軸１５ａに、軸方向に亙る変位自在に支持している理由は、これら両ディスク２Ａ、２Ｂの回転を同期させつつ、上記押圧装置９の作動に伴う構成各部材の弾性変形に基づいて上記両ディスク２Ａ、２Ｂが、上記入力軸１５ａに対し軸方向に変位する事を許容する為である。
【００１７】
次に、本発明の対象であるローディングカム１０を組み込んだ押圧装置９部分の、より具体的な構成に就いて、本発明の実施の形態を合わせて示した、図７〜８により詳細に説明する。このローディングカム１０は、高炭素クロム軸受鋼、クロムモリブデン鋼等の硬質金属材料に鍛造加工を施す事により、断面クランク形で全体を円輪状に形成した後、所望の熱処理を施して成る。この様なローディングカム１０は、外径側半部に形成した円輪部４４の片面（図７の右側面）に、円周方向に亙る凹凸であるカム面１３を形成している。即ち、円周方向４個所位置に、それぞれ平坦な凸部４５、４５を形成し、円周方向に隣り合う凸部４５、４５同士の間を、それぞれＶ字形に凹んだ凹部４６、４６としている。尚、上記カム面１３の形状及び寸法に関する公差は、トロイダル型無段変速機の運転時に、上記押圧装置９が発生する押し付け力（推力）を大きくする方向に設定する事が好ましい。
【００１８】
又、上記ローディングカム１０の内径側半部には、上記円輪部４４の内周縁部から上記片面側に折れ曲がった短円筒部４７と、この短円筒部４７の先端縁から直径方向内方に折れ曲がった内向鍔部４８とを設けている。そして、この内向鍔部４８の他面（図７の左面）側に、アンギュラ型の外輪軌道４９を形成している。そして、この外輪軌道４９を利用して、上記ローディングカム１０を入力軸１５ａの端部に回転自在に支持すると共に、このローディングカム１０に加わるスラスト荷重を上記入力軸１５ａに支承させる為の、アンギュラ型の玉軸受５０を構成している。この為に、上記入力軸１５ａの端部外周面に形成した鍔部２０ａの片面（図７の右面）には、アンギュラ型の内輪軌道５１を形成し、この内輪軌道５１と上記外輪軌道４９との間に、複数個の玉５２を転動自在に設けている。
【００１９】
又、上記円輪部４４の片面で上記カム面１３の内周縁と上記短円筒部４７の基部外周面とを仕切る部分には環状の逃げ溝５３を、全周に亙って形成している。この逃げ溝５３は、上記カム面１３を形成する為に必要である。又、上記短円筒部４７の基部には潤滑油（トラクションオイル）を流す為の油孔５４を、この短円筒部４７の内径側から外径側に向けて形成している。更に、上記円輪部４４の他面内径寄り部分には複数の突片５５を、上記短円筒部４７と反対側に突出する状態で形成している。これら各突片５５には、駆動軸３５の先端部に固設した駆動片５６の先端部を係合させて、この駆動軸３５の回転を上記ローディングカム１０に対し伝達自在としている。尚、これら突片５５と駆動片５６との互いに対向する面は、トロイダル型無段変速機の運転時に多少摺動するので、平滑面である事が好ましい。上記円輪部４４の一部で前記各凸部４５、４５に整合する部分に形成した通孔５７、５７は、トロイダル型無段変速機の組立時に、組み立て用治具を構成するねじを挿通する為のものである。
【００２０】
上述の様なローディングカム１０を含んで構成する押圧装置９を組み込んだトロイダル型無段変速機の作動時には、上記カム面１３と入力側ディスク２Ｂの外側面に形成したカム面１４との間に挟持したローラ１２をこれら両カム面１３、１４同士の間で強く挟持する。そして、上記カム面１４を介して上記入力側ディスク２Ｂを回転させる。この結果、この入力側ディスク２Ｂは、この入力側ディスク２Ｂが対向する出力側ディスク４（図５〜６）に、前記各パワーローラ８、８を介して押し付けられる。上記ローディングカム１０の円輪部４４は、この様に入力側ディスク２Ｂを押し付ける反作用として、この入力側ディスク２Ｂと反対向きのスラスト荷重を受ける。実際の押圧装置９の場合には、上記各ローラ１２を、軸方向に分割された複数個（図示の例では３個）のローラ素子５８、５８により構成しており、これら各ローラ素子５８、５８の外周面にはクラウニングを施しているので、上記カム面１３と上記各ローラ１２の外周面との接触面圧の分布は、図９に斜格子で示す様な大きさになる。又、上記各ローラ１２から受けるスラスト荷重に基づいて上記円輪部４４には、外周縁に向かう程上記入力側ディスク２Ｂから離れる方向のモーメント荷重が加わり、前記逃げ溝５３部分に、図９に斜格子で示す様な大きさの引っ張り応力が加わる。更に、前記外輪軌道４９部分の接触面圧の分布は、やはり図９に斜格子で示す様な大きさになる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
トロイダル型無段変速機の運転時にローディングカム１０の各部には、大きな接触面圧や引っ張り荷重が加わる為、適正な対策を施さないと、十分な耐久性を得る事ができない。例えば、カム面１３や外輪軌道４９部分の性状が適正でないと、これらカム面１３や外輪軌道４９の表面の転がり疲れ寿命を確保できず、早期剥離等の損傷を発生して、これらカム面１３や外輪軌道４９の表面が荒れる原因となる。これらカム面１３や外輪軌道４９の表面が荒れると、ローラ１２或は玉５２の転がり抵抗が増大し、トロイダル型無段変速機の伝達効率が低下する。
【００２２】
又、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機の場合には、玉５２の転がり抵抗の増大は、一方の入力側ディスク２Ｂを通じて伝達されるトルクと他方の入力側ディスク２Ａ（図５〜６）を通じて伝達されるトルクとの間に差が生じる原因となる。そして、この様なトルクの差が生じた場合には、一方の入力側ディスク２Ｂに当接しているパワーローラ８、８（図５）と他方の入力側ディスク２Ａに接触しているパワーローラ８、８との間でハンチングや振動等の異常動作が発生する原因となり、これら各パワーローラ８、８の変速同期性に支障を来し、やはりトロイダル型無段変速機の伝達効率が低下する原因となる。又、伝達するトルクに差が生じる事は、何れかの入力側ディスクを通じて伝達されるトルクが設計値以上になる事を意味する。この様な場合には、動力伝達部でスリップが生じ易くなり、やはりトロイダル型無段変速機の伝達効率が低下する原因となる。
【００２３】
又、逃げ溝５３部分の性状が適正でないと、この逃げ溝５３部分から亀裂等の損傷を発生する原因となる。
本発明はこの様な事情に鑑みて、上記ローディングカム１０の各部の性状を適正にして、このローディングカム１０を組み込んだトロイダル型無段変速機の耐久性向上を図るべく発明したものである。
【００２４】
【課題を解決する為の手段】
本発明のトロイダル型無段変速機用ローディングカムは、前述した従来から知られているトロイダル型無段変速機用ローディングカムと同様に、互いに同心に且つ相対回転自在に配置された少なくとも１対のディスク同士の間に複数個のパワーローラを挟持し、これら各パワーローラを介して一方のディスクから他方のディスクに回転伝達を行なうと共に、これら各パワーローラの傾斜角度を変える事により、上記１対のディスク同士の間での変速比の変更を行なうトロイダル型無段変速機に組み込み、回転伝達時に上記１対のディスク同士を互いに近づける方向に押圧する押圧装置を構成する為、全体を円輪状とし、片側面の外周側半部に円周方向に亙る凹凸であるカム面を、このカム面の内周縁側に位置する上記片側面の直径方向中間部には円環状の逃げ溝を、他側面の内周縁部にアンギュラ型の外輪軌道を、それぞれ形成している。
特に、本発明のトロイダル型無段変速機用ローディングカムに於いては、直径方向中間部に内径側から外径側に向けて潤滑油を流す為の油孔を、上記カム面の凹部の数と同じ数だけ形成すると共に、これら各油孔の外径側をこのカム面の凹部の底部近傍に整合する部分に開口させている。又、このカム面と上記逃げ溝と上記外輪軌道との表面硬度は、それぞれ HRc５８以上であり、内部硬度は HRc５５以下である。更に、上記逃げ溝の表面にショット・ピーニングを施している。
【００２５】
【作用】
上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機用ローディングカムの場合には、カム面や外輪軌道部分の転がり疲れ寿命を確保して、これらカム面や外輪軌道の表面を荒れにくくできる。この結果、このカム面を含んで構成する押圧装置や外輪軌道を含んで構成する玉軸受の転がり抵抗の増大を防止して、トロイダル型無段変速機の伝達効率の確保と安定した運転状態とを、長期間に亙って維持できる。
又、逃げ溝部分に亀裂等の損傷が発生するのを有効に防止できる他、ローディングカム全体の靱性を確保して、このローディングカムの破損防止を図れる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図面を参照しつつ、本発明のトロイダル型無段変速機用ローディングカムの実施の形態に就いて説明する。尚、本発明を実施する上での特徴点の主要部は、次述する油孔５４、５４を除き、図面上に表れない硬度や残留応力、表面粗さにある。図面に表れるローディングカム１０の形状は、前述の図７〜８に示した様に、従来から知られているものとほぼ同様である。但し、押圧装置９の内部に潤滑油を流す為の、上記油孔５４、５４を、カム面１３を構成する凹部４６、４６の数と同じ数だけ形成すると共に、これら各油孔５４、５４の外径側を上記カム面１３を構成する凹部４６、４６の中央部でこれら各凹部４６、４６の底部近傍に整合する部分に開口させている。この様に各凹部４６、４６毎に油孔５４、５４を形成する事により、上記押圧装置９への潤滑油の供給量を確保し、各カム面１３、１４及びローラ１２の転動面の耐久性確保を図っている。
【００２７】
本発明のローディングカム１０の場合には、前述の図９に示した様に、トロイダル型無段変速機の運転時に大きな面圧が加わる、カム面１３及び外輪軌道４９の表面硬度を HRc５８以上としている。又、このカム面１３の内周縁部分で円輪部４４と短円筒部４７との折れ曲がり部分に形成した逃げ溝５３の表面硬度も、 HRc５８以上としている。これに対して、上記ローディングカム１０の内部硬度は HRc５５以下としている。更に、上記逃げ溝５３の表面にショット・ピーニングを施す事により、この逃げ溝５３部分に、残留圧縮応力を存在させている。
【００２８】
上記各部１３、４９、５３の性状を上述の様に規制した、本発明のローディングカム１０の場合には、カム面１３や外輪軌道４９部分の転がり疲れ寿命を確保して、これらカム面１３や外輪軌道４９の表面を荒れにくくできる。即ち、それぞれが軸受鋼等の硬質金属により造られたローラ１２或は玉５２の転動面と当接する上記カム面１３や外輪軌道４９の表面の硬度が低いと、この表面に摩耗や剥離等の損傷が進行し易い。そして、この様な損傷が進行すると、前述した様な各種不都合が生じる。これに対して本発明の場合には、上記カム面１３や外輪軌道４９の表面の硬度を HRc５８以上と高くしているので、上記ローラ１２或は玉５２の転動面と当接するこれらカム面１３や外輪軌道４９の表面に摩耗や剥離等の損傷が進行するのを抑えて、これらカム面１３や外輪軌道４９の表面を荒れにくくできる。又、上記逃げ溝５３部分の硬度が低いと、前述した様にこの逃げ溝５３部分に加わる引っ張り応力に基づき、この逃げ溝５３部分から割れ等の損傷が発生する可能性がある。これに対して本発明の場合には、上記逃げ溝５３の表面の硬度を HRc５８以上と高くしているので、上記割れ等の損傷を防止できる。
【００２９】
尚、上記逃げ溝５３部分を、表面だけでなく内部（芯部）まで硬くすると、仮に表面の硬度を HRc５８以上と高くしても、やはり割れ等の損傷が発生し易くなる。又、上記カム面１３や外輪軌道４９に関しても、表面の硬度を高くするだけでなく、芯部まで硬くすると、ローディングカム１０全体としての靱性が乏しくなり、やはり割れ等の損傷を発生し易くなる。具体的には、ローディングカム１０全体を加熱・冷却する、所謂ずぶ焼きと呼ばれる熱処理を施し、このローディングカム１０全体の硬度を高くした場合には、本来硬度を高くする必要がある表面だけでなく、芯部まで硬くなり、上述の様に割れ等の損傷が発生し易くなる。これに対して本発明の場合には、内部硬度を HRc５５以下に抑えたので、必要とする靱性を確保して、上記損傷の発生を抑える事ができる。
【００３０】
尚、より優れた耐久性を得る為に本発明の場合には、上記逃げ溝５３の表面にショット・ピーニングを施している。この様にショット・ピーニングを施す事により、上記逃げ溝５３の表面部分に残留圧縮応力が存在する状態となる。この残留圧縮応力は、トロイダル型無段変速機の運転時に上記逃げ溝５３部分に加わる引っ張り応力を相殺して、この逃げ溝５３部分に亀裂等の損傷が発生する事を防止できる。
【００３１】
以上に述べた様に、上記各部１３、４９、５３の表面硬度を高くする事の効果を知る為に行なった実験（変速耐久試験）の結果を次の表１に、ローディングカム１０の芯部の硬度を抑えると共に上記逃げ溝５３の表面にショット・ピーニングを施す事の効果を知る為に行なった実験（最大負荷入力耐久試験）の結果を同じく表２に、それぞれ示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
これら表１、２のうち、表１から、前記各部１３、４９、５３の表面硬度を高くする事により、これら各部の耐摩耗性及び耐剥離性が向上する事が分る。又、表２から、内部の硬度を抑える事により、破損に結ぶ就く亀裂の発生を抑えられる事、逃げ溝５３の表面にショット・ピーニングを施す事でこの亀裂の発生をより抑えられる事が分る。尚、表１、２中の各試験結果の欄に記載したＨは、時間（ｈｏｕｒ）を表わしている。
【００３５】
尚、上記逃げ溝５３の断面形状は、曲率半径が１mm以上である円弧面とする事が好ましい。この理由は、応力の集中を避けて、亀裂等の損傷を防止する為である。同様の理由で、上記逃げ溝５３の表面粗さは、２５Ｓ以下の平滑面にする事が好ましい。そして、この逃げ溝５３の表面粗さを悪化させないように、ショット・ピーニングに使用するメディアの径は、１mm以下である事が好ましい。
【００３６】
更に、前記カム面１３は、表面の硬度を HRc５８以上と高くするだけでなく、表面粗さが良好である（平滑面である）事が好ましい。この為に、上記カム面１３には、必要に応じて研磨処理を施す。又、このカム面１３の凹凸のピッチを正確に等しくする事、方向を放射方向に対して厳密に一致させる事も、トロイダル型無段変速機の構成各部に無理な応力を生じさせず、良好な伝達効率並びに耐久性を確保する上から好ましい。この様な考慮が必要な事は、ローディングカム１０側に設けるカム面１３に限らず、入力側ディスク２Ｂの外側面側に設けるカム面１４の場合でも同様である。又、前記外輪軌道４９の表面の硬度を確保する事と同様に、この外輪軌道４９と対向して前記玉軸受５０を構成する内輪軌道５１の表面の硬度を確保する事が、この玉軸受５０全体としての耐久性確保の為には必要である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のトロイダル型無段変速機用ローディングカムは、以上に述べた通り構成され作用する為、各部の耐久性を向上させて、トロイダル型無段変速機の性能向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来から知られている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２】同じく最大増速時の状態で示す側面図。
【図３】トロイダル型無段変速機の具体的構造の第１例を示す断面図。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図。
【図５】トロイダル型無段変速機の具体的構造の第２例を示す部分断面図。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図。
【図７】図６のＣ部拡大図。
【図８】ローディングカムを取り出して図７の右方から見た図。
【図９】トロイダル型無段変速機の運転時に各部に加わる面圧及び応力の大きさを示す、図７と同様の図。
【符号の説明】
１ 入力軸
２、２Ａ、２Ｂ 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 ローディングカム
１１ 保持器
１２ ローラ
１３、１４ カム面
１５、１５ａ 入力軸
１６ ニードル軸受
１７ 貫通孔
１８ 係止溝
１９ 止め輪
２０、２０ａ 鍔部
２１、２１ａ 出力歯車
２２ キー
２３ 支持板
２４ 円孔
２５ 支持軸部
２６ 枢支軸部
２７ ラジアルニードル軸受
２８ ラジアルニードル軸受
２９ スラスト玉軸受
３０ スラストニードル軸受
３１ 外輪
３２ 駆動ロッド
３３ 駆動ピストン
３４ 駆動シリンダ
３５ 駆動軸
３６ ラジアル軸受
３７ ローディングナット
３８ 皿板ばね
３９ ボールスプライン
４０ 係止段部
４１ 皿板ばね
４２ 仕切壁
４３ 玉軸受
４４ 円輪部
４５ 凸部
４６ 凹部
４７ 短円筒部
４８ 内向鍔部
４９ 外輪軌道
５０ 玉軸受
５１ 内輪軌道
５２ 玉
５３ 逃げ溝
５４ 油孔
５５ 突片
５６ 駆動片
５７ 通孔
５８ ローラ素子
【発明の属する技術分野】
この発明に係るトロイダル型無段変速機用ローディングカムは、例えば自動車用の変速機として、或は各種産業機械用の変速機として、それぞれ利用するトロイダル型無段変速機に組み込むローディングカムの耐久性向上を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用変速機として、図１〜２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、この入力軸１と同心に配置した出力軸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側には、上記入力軸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を設けている。
【０００３】
即ち、これら各トラニオン６、６は、それぞれの両端部外面に上記枢軸５、５を、互いに同心に設けている。又、これら各トラニオン６、６の中間部には変位軸７、７の基端部を支持し、上記枢軸５、５を中心として上記各トラニオン６、６を揺動させる事により、上記各変位軸７、７の傾斜角度の調節を自在としている。上記各トラニオン６、６に支持した変位軸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、これら各パワーローラ８、８を、上記入力側、出力側両ディスク２、４の、互いに対向する内側面２ａ、４ａ同士の間に挟持している。これら各内側面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、上記枢軸５を中心とする円弧を回転させて得られる凹面をなしている。そして、球状凸面に形成した上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａを、上記内側面２ａ、４ａに当接させている。
【０００４】
上記入力軸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、上記入力側ディスク２を出力側ディスク４に向け弾性的に押圧自在としている。この押圧装置９は、入力軸１と共に回転するローディングカム（カム板）１０と、保持器１１により転動自在に保持した複数個（例えば４個）のローラ１２、１２とから構成している。上記ローディングカム１０の片側面（図１〜２の右側面）には、円周方向に亙る凹凸であるカム面１３を形成し、上記入力側ディスク２の外側面（図１〜２の左側面）にも、同様の形状を有するカム面１４を形成している。そして、上記複数個のローラ１２、１２を、上記入力軸１の中心に関し放射方向の軸を中心とする回転自在に支持している。
【０００５】
上述の様に構成するトロイダル型無段変速機の使用時、入力軸１の回転に伴ってローディングカム１０が回転すると、カム面１３が複数個のローラ１２、１２を、入力側ディスク２の外側面に形成したカム面１４に押圧する。この結果、上記入力側ディスク２が、上記複数のパワーローラ８、８に押圧されると同時に、上記両カム面１３、１４と複数個のローラ１２、１２との押し付け合いに基づいて、上記入力側ディスク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。
【０００６】
入力軸１と出力軸３との回転速度比（変速比）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、前記各枢軸５、５を中心として前記各トラニオン６、６を所定方向に揺動させる。そして、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図１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、前記各変位軸７、７を傾斜させる。反対に、増速を行なう場合には、上記枢軸５、５を中心として上記各トラニオン６、６を反対方向に揺動させる。そして、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図２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、上記各変位軸７、７を傾斜させる。各変位軸７、７の傾斜角度を図１と図２との中間にすれば、入力軸１と出力軸３との間で、中間の変速比を得られる。
【０００７】
又、図３〜４は、実願昭６３−６９２９３号（実開平１−１７３５５２号）のマイクロフィルムに記載された、より具体化されたトロイダル型無段変速機の１例を示している。入力側ディスク２と出力側ディスク４とは円管状の入力軸１５の周囲に、それぞれニードル軸受１６、１６を介して、回転自在に支持している。即ち、上記入力側ディスク２及び出力側ディスク４の中心部には断面形状が円形である貫通孔１７、１７を、それぞれ上記各ディスク２、４の内側面と外側面とを軸方向（図３の左右方向）に貫通する状態で形成している。上記各ニードル軸受１６、１６は、上記各貫通孔１７、１７の内周面と上記入力軸１５の中間部外周面との間に設けている。又、上記各貫通孔１７、１７の内側面寄り端部内周面に形成した係止溝１８、１８には止め輪１９、１９を係止して、上記各ニードル軸受１６、１６が上記各貫通孔１７、１７から、上記各ディスク２、４の内側面２ａ、４ａ側に抜け出る事を防止している。又、ローディングカム１０は上記入力軸１５の端部（図３の左端部）外周面にスプライン係合させ、鍔部２０により上記入力側ディスク２から離れる方向への移動を阻止している。そして、このローディングカム１０とローラ１２、１２とにより、上記入力軸１５の回転に基づいて上記入力側ディスク２を、上記出力側ディスク４に向け押圧しつつ回転させる押圧装置９を構成している。上記出力側ディスク４には出力歯車２１を、キー２２、２２により結合し、これら出力側ディスク４と出力歯車２１とが同期して回転する様にしている。
【０００８】
１対のトラニオン６、６の両端部は１対の支持板２３、２３に、揺動並びに軸方向（図３の表裏方向、図４の左右方向）に亙る変位自在に支持している。そして、上記各トラニオン６、６の中間部に形成した円孔２４、２４部分に、変位軸７、７を支持している。これら各変位軸７、７は、互いに平行で且つ偏心した支持軸部２５、２５と枢支軸部２６、２６とを、それぞれ有する。このうちの各支持軸部２５、２５を上記各円孔２４、２４の内側に、ラジアルニードル軸受２７、２７を介して、回転自在に支持している。又、上記各枢支軸部２６、２６の周囲にパワーローラ８、８を、別のラジアルニードル軸受２８、２８を介して、回転自在に支持している。
【０００９】
尚、上記１対の変位軸７、７は、上記入力軸１５に対して１８０度反対側位置に設けている。又、これら各変位軸７、７の各枢支軸部２６、２６が各支持軸部２５、２５に対し偏心している方向は、上記入力側、出力側両ディスク２、４の回転方向に関し同方向（図４で左右逆方向）としている。又、偏心方向は、上記入力軸１５の配設方向に対しほぼ直交する方向としている。従って、上記各パワーローラ８、８は、上記入力軸１５の配設方向に亙る若干の変位自在に支持される。この結果、回転力の伝達状態で構成各部材に加わる大きな荷重に基づく、これら構成各部材の弾性変形に起因して、上記各パワーローラ８、８が上記入力軸１５の軸方向（図３の左右方向、図４の表裏方向）に変位する傾向となった場合でも、上記構成各部品に無理な力を加える事なく、この変位を吸収できる。
【００１０】
又、上記各パワーローラ８、８の外側面と上記各トラニオン６、６の中間部内側面との間には、パワーローラ８、８の外側面の側から順に、スラスト玉軸受２９、２９とスラストニードル軸受３０、３０とを設けている。このうちのスラスト玉軸受２９、２９は、上記各パワーローラ８、８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８、８の回転を許容するものである。又、上記各スラストニードル軸受３０、３０は、上記各パワーローラ８、８から上記各スラスト玉軸受２９、２９を構成する外輪３１、３１に加わるスラスト荷重を支承しつつ、前記各枢支軸部２６、２６及び上記外輪３１、３１が、前記支持軸部２５、２５を中心に揺動する事を許容する。
【００１１】
更に、上記各トラニオン６、６の一端部（図４の左端部）にはそれぞれ駆動ロッド３２、３２を結合し、これら各駆動ロッド３２、３２の中間部外周面に駆動ピストン３３、３３を固設している。そして、これら各駆動ピストン３３、３３を、それぞれ駆動シリンダ３４、３４内に油密に嵌装している。
【００１２】
上述の様に構成するトロイダル型無段変速機の場合には、入力軸１５の回転は、押圧装置９を介して入力側ディスク２に伝わる。そして、この入力側ディスク２の回転が、１対のパワーローラ８、８を介して出力側ディスク４に伝わり、更にこの出力側ディスク４の回転が、出力歯車２１より取り出される。入力軸１５と出力歯車２１との間の回転速度比を変える場合には、上記１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の変位に伴って上記１対のトラニオン６、６が、それぞれ逆方向に変位し、例えば図４の下側のパワーローラ８が同図の右側に、同図の上側のパワーローラ８が同図の左側に、それぞれ変位する。この結果、これら各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと上記入力側ディスク２及び出力側ディスク４の内側面２ａ、４ａ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上記各トラニオン６、６が、支持板２３、２３に枢支された枢軸５、５を中心として、互いに逆方向に揺動する。この結果、前述の図１〜２に示した様に、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと上記各内側面２ａ、４ａとの当接位置が変化し、上記入力軸１５と出力歯車２１との間の回転速度比が変化する。
【００１３】
尚、この様に上記入力軸１５と出力歯車２１との間で回転力の伝達を行なう際には、構成各部材の弾性変形に基づいて上記各パワーローラ８、８が、上記入力軸１５の軸方向に変位し、これら各パワーローラ８、８を枢支している前記各変位軸７、７が、前記各支持軸部２５、２５を中心として僅かに回動する。この回動の結果、前記各スラスト玉軸受２９、２９の外輪３１、３１の外側面と上記各トラニオン６、６の内側面とが相対変位する。これら外側面と内側面との間には、前記各スラストニードル軸受３０、３０が存在する為、この相対変位に要する力は小さい。従って、上述の様に各変位軸７、７の傾斜角度を変化させる為の力が小さくて済む。
【００１４】
更に、伝達可能なトルクを増大すべく、図５〜６に示す様に、入力軸１５ａの周囲に入力側ディスク２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４とを２個ずつ設け、これら２個ずつの入力側ディスク２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４とを動力の伝達方向に関して互いに並列に配置する、所謂ダブルキャビティ型の構造も、従来から知られている。これら図５〜６に示した構造は、上記入力軸１５ａの中間部周囲に出力歯車２１ａを、この入力軸１５ａに対する回転を自在として支持し、この出力歯車２１ａの中心部に設けた円筒部の両端部に上記各出力側ディスク４、４を、スプライン係合させている。そして、これら各出力側ディスク４、４に設けた貫通孔１７、１７の内周面と上記入力軸１５ａの外周面との間にニードル軸受１６、１６を設け、これら各出力側ディスク４、４を上記入力軸１５ａの周囲に、この入力軸１５ａに対する回転、並びにこの入力軸１５ａの軸方向に亙る変位を自在に支持している。又、上記各入力側ディスク２Ａ、２Ｂは、上記入力軸１５ａの両端部に、この入力軸１５ａと共に回転自在に支持している。この入力軸１５ａは、駆動軸３５により、ローディングカム式の押圧装置９を介して回転駆動する。尚、この駆動軸３５の先端部（図５〜６の右端部）外周面と上記入力軸１５ａの基端部（図５〜６の左端部）内周面との間には、滑り軸受、ニードル軸受等のラジアル軸受３６を設けている。従って、上記駆動軸３５と入力軸１５ａとは、互いに同心に配置された状態のまま、回転方向に亙る若干の変位自在に組み合わされている。
【００１５】
但し、一方（図５〜６の右方）の入力側ディスク２Ａは、背面（図５〜６の右面）をローディングナット３７に、大きな弾力を有する皿板ばね３８を介して突き当てて、上記入力軸１５ａに対する軸方向（図５〜６の左右方向）の変位を実質的に阻止している。これに対して、ローディングカム１０に対向する入力側ディスク２Ｂは、ボールスプライン３９により上記入力軸１５ａに、軸方向に亙る変位自在に支持している。そして、この入力側ディスク２Ｂの外側面（図５〜６の左面）と上記入力軸１５ａの中間部外周面に形成した係止段部４０との間に、皿板ばね４１を設けている。この皿板ばね４１は、上記皿板ばね３８に比べて小さな弾力を有し、上記各ディスク２Ａ、２Ｂ、４の内側面２ａ、４ａとパワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとの当接部に予圧を付与する役目を果たす。
【００１６】
又、前記出力歯車２１ａはハウジングの内側に設けた仕切壁４２に、それぞれがアンギュラ型である１対の玉軸受４３、４３により、軸方向に亙る変位を阻止した状態で、回転自在に支持している。尚、上述の図５〜６に示した様に、２個ずつの入力側ディスク２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４とを動力の伝達方向に関して互いに並列に配置する、所謂ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機が、ローディングカム１０に対向する一方又は双方の入力側ディスク２Ａ、２Ｂをボールスプライン３９、３９により上記入力軸１５ａに、軸方向に亙る変位自在に支持している理由は、これら両ディスク２Ａ、２Ｂの回転を同期させつつ、上記押圧装置９の作動に伴う構成各部材の弾性変形に基づいて上記両ディスク２Ａ、２Ｂが、上記入力軸１５ａに対し軸方向に変位する事を許容する為である。
【００１７】
次に、本発明の対象であるローディングカム１０を組み込んだ押圧装置９部分の、より具体的な構成に就いて、本発明の実施の形態を合わせて示した、図７〜８により詳細に説明する。このローディングカム１０は、高炭素クロム軸受鋼、クロムモリブデン鋼等の硬質金属材料に鍛造加工を施す事により、断面クランク形で全体を円輪状に形成した後、所望の熱処理を施して成る。この様なローディングカム１０は、外径側半部に形成した円輪部４４の片面（図７の右側面）に、円周方向に亙る凹凸であるカム面１３を形成している。即ち、円周方向４個所位置に、それぞれ平坦な凸部４５、４５を形成し、円周方向に隣り合う凸部４５、４５同士の間を、それぞれＶ字形に凹んだ凹部４６、４６としている。尚、上記カム面１３の形状及び寸法に関する公差は、トロイダル型無段変速機の運転時に、上記押圧装置９が発生する押し付け力（推力）を大きくする方向に設定する事が好ましい。
【００１８】
又、上記ローディングカム１０の内径側半部には、上記円輪部４４の内周縁部から上記片面側に折れ曲がった短円筒部４７と、この短円筒部４７の先端縁から直径方向内方に折れ曲がった内向鍔部４８とを設けている。そして、この内向鍔部４８の他面（図７の左面）側に、アンギュラ型の外輪軌道４９を形成している。そして、この外輪軌道４９を利用して、上記ローディングカム１０を入力軸１５ａの端部に回転自在に支持すると共に、このローディングカム１０に加わるスラスト荷重を上記入力軸１５ａに支承させる為の、アンギュラ型の玉軸受５０を構成している。この為に、上記入力軸１５ａの端部外周面に形成した鍔部２０ａの片面（図７の右面）には、アンギュラ型の内輪軌道５１を形成し、この内輪軌道５１と上記外輪軌道４９との間に、複数個の玉５２を転動自在に設けている。
【００１９】
又、上記円輪部４４の片面で上記カム面１３の内周縁と上記短円筒部４７の基部外周面とを仕切る部分には環状の逃げ溝５３を、全周に亙って形成している。この逃げ溝５３は、上記カム面１３を形成する為に必要である。又、上記短円筒部４７の基部には潤滑油（トラクションオイル）を流す為の油孔５４を、この短円筒部４７の内径側から外径側に向けて形成している。更に、上記円輪部４４の他面内径寄り部分には複数の突片５５を、上記短円筒部４７と反対側に突出する状態で形成している。これら各突片５５には、駆動軸３５の先端部に固設した駆動片５６の先端部を係合させて、この駆動軸３５の回転を上記ローディングカム１０に対し伝達自在としている。尚、これら突片５５と駆動片５６との互いに対向する面は、トロイダル型無段変速機の運転時に多少摺動するので、平滑面である事が好ましい。上記円輪部４４の一部で前記各凸部４５、４５に整合する部分に形成した通孔５７、５７は、トロイダル型無段変速機の組立時に、組み立て用治具を構成するねじを挿通する為のものである。
【００２０】
上述の様なローディングカム１０を含んで構成する押圧装置９を組み込んだトロイダル型無段変速機の作動時には、上記カム面１３と入力側ディスク２Ｂの外側面に形成したカム面１４との間に挟持したローラ１２をこれら両カム面１３、１４同士の間で強く挟持する。そして、上記カム面１４を介して上記入力側ディスク２Ｂを回転させる。この結果、この入力側ディスク２Ｂは、この入力側ディスク２Ｂが対向する出力側ディスク４（図５〜６）に、前記各パワーローラ８、８を介して押し付けられる。上記ローディングカム１０の円輪部４４は、この様に入力側ディスク２Ｂを押し付ける反作用として、この入力側ディスク２Ｂと反対向きのスラスト荷重を受ける。実際の押圧装置９の場合には、上記各ローラ１２を、軸方向に分割された複数個（図示の例では３個）のローラ素子５８、５８により構成しており、これら各ローラ素子５８、５８の外周面にはクラウニングを施しているので、上記カム面１３と上記各ローラ１２の外周面との接触面圧の分布は、図９に斜格子で示す様な大きさになる。又、上記各ローラ１２から受けるスラスト荷重に基づいて上記円輪部４４には、外周縁に向かう程上記入力側ディスク２Ｂから離れる方向のモーメント荷重が加わり、前記逃げ溝５３部分に、図９に斜格子で示す様な大きさの引っ張り応力が加わる。更に、前記外輪軌道４９部分の接触面圧の分布は、やはり図９に斜格子で示す様な大きさになる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
トロイダル型無段変速機の運転時にローディングカム１０の各部には、大きな接触面圧や引っ張り荷重が加わる為、適正な対策を施さないと、十分な耐久性を得る事ができない。例えば、カム面１３や外輪軌道４９部分の性状が適正でないと、これらカム面１３や外輪軌道４９の表面の転がり疲れ寿命を確保できず、早期剥離等の損傷を発生して、これらカム面１３や外輪軌道４９の表面が荒れる原因となる。これらカム面１３や外輪軌道４９の表面が荒れると、ローラ１２或は玉５２の転がり抵抗が増大し、トロイダル型無段変速機の伝達効率が低下する。
【００２２】
又、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機の場合には、玉５２の転がり抵抗の増大は、一方の入力側ディスク２Ｂを通じて伝達されるトルクと他方の入力側ディスク２Ａ（図５〜６）を通じて伝達されるトルクとの間に差が生じる原因となる。そして、この様なトルクの差が生じた場合には、一方の入力側ディスク２Ｂに当接しているパワーローラ８、８（図５）と他方の入力側ディスク２Ａに接触しているパワーローラ８、８との間でハンチングや振動等の異常動作が発生する原因となり、これら各パワーローラ８、８の変速同期性に支障を来し、やはりトロイダル型無段変速機の伝達効率が低下する原因となる。又、伝達するトルクに差が生じる事は、何れかの入力側ディスクを通じて伝達されるトルクが設計値以上になる事を意味する。この様な場合には、動力伝達部でスリップが生じ易くなり、やはりトロイダル型無段変速機の伝達効率が低下する原因となる。
【００２３】
又、逃げ溝５３部分の性状が適正でないと、この逃げ溝５３部分から亀裂等の損傷を発生する原因となる。
本発明はこの様な事情に鑑みて、上記ローディングカム１０の各部の性状を適正にして、このローディングカム１０を組み込んだトロイダル型無段変速機の耐久性向上を図るべく発明したものである。
【００２４】
【課題を解決する為の手段】
本発明のトロイダル型無段変速機用ローディングカムは、前述した従来から知られているトロイダル型無段変速機用ローディングカムと同様に、互いに同心に且つ相対回転自在に配置された少なくとも１対のディスク同士の間に複数個のパワーローラを挟持し、これら各パワーローラを介して一方のディスクから他方のディスクに回転伝達を行なうと共に、これら各パワーローラの傾斜角度を変える事により、上記１対のディスク同士の間での変速比の変更を行なうトロイダル型無段変速機に組み込み、回転伝達時に上記１対のディスク同士を互いに近づける方向に押圧する押圧装置を構成する為、全体を円輪状とし、片側面の外周側半部に円周方向に亙る凹凸であるカム面を、このカム面の内周縁側に位置する上記片側面の直径方向中間部には円環状の逃げ溝を、他側面の内周縁部にアンギュラ型の外輪軌道を、それぞれ形成している。
特に、本発明のトロイダル型無段変速機用ローディングカムに於いては、直径方向中間部に内径側から外径側に向けて潤滑油を流す為の油孔を、上記カム面の凹部の数と同じ数だけ形成すると共に、これら各油孔の外径側をこのカム面の凹部の底部近傍に整合する部分に開口させている。又、このカム面と上記逃げ溝と上記外輪軌道との表面硬度は、それぞれ HRc５８以上であり、内部硬度は HRc５５以下である。更に、上記逃げ溝の表面にショット・ピーニングを施している。
【００２５】
【作用】
上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機用ローディングカムの場合には、カム面や外輪軌道部分の転がり疲れ寿命を確保して、これらカム面や外輪軌道の表面を荒れにくくできる。この結果、このカム面を含んで構成する押圧装置や外輪軌道を含んで構成する玉軸受の転がり抵抗の増大を防止して、トロイダル型無段変速機の伝達効率の確保と安定した運転状態とを、長期間に亙って維持できる。
又、逃げ溝部分に亀裂等の損傷が発生するのを有効に防止できる他、ローディングカム全体の靱性を確保して、このローディングカムの破損防止を図れる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図面を参照しつつ、本発明のトロイダル型無段変速機用ローディングカムの実施の形態に就いて説明する。尚、本発明を実施する上での特徴点の主要部は、次述する油孔５４、５４を除き、図面上に表れない硬度や残留応力、表面粗さにある。図面に表れるローディングカム１０の形状は、前述の図７〜８に示した様に、従来から知られているものとほぼ同様である。但し、押圧装置９の内部に潤滑油を流す為の、上記油孔５４、５４を、カム面１３を構成する凹部４６、４６の数と同じ数だけ形成すると共に、これら各油孔５４、５４の外径側を上記カム面１３を構成する凹部４６、４６の中央部でこれら各凹部４６、４６の底部近傍に整合する部分に開口させている。この様に各凹部４６、４６毎に油孔５４、５４を形成する事により、上記押圧装置９への潤滑油の供給量を確保し、各カム面１３、１４及びローラ１２の転動面の耐久性確保を図っている。
【００２７】
本発明のローディングカム１０の場合には、前述の図９に示した様に、トロイダル型無段変速機の運転時に大きな面圧が加わる、カム面１３及び外輪軌道４９の表面硬度を HRc５８以上としている。又、このカム面１３の内周縁部分で円輪部４４と短円筒部４７との折れ曲がり部分に形成した逃げ溝５３の表面硬度も、 HRc５８以上としている。これに対して、上記ローディングカム１０の内部硬度は HRc５５以下としている。更に、上記逃げ溝５３の表面にショット・ピーニングを施す事により、この逃げ溝５３部分に、残留圧縮応力を存在させている。
【００２８】
上記各部１３、４９、５３の性状を上述の様に規制した、本発明のローディングカム１０の場合には、カム面１３や外輪軌道４９部分の転がり疲れ寿命を確保して、これらカム面１３や外輪軌道４９の表面を荒れにくくできる。即ち、それぞれが軸受鋼等の硬質金属により造られたローラ１２或は玉５２の転動面と当接する上記カム面１３や外輪軌道４９の表面の硬度が低いと、この表面に摩耗や剥離等の損傷が進行し易い。そして、この様な損傷が進行すると、前述した様な各種不都合が生じる。これに対して本発明の場合には、上記カム面１３や外輪軌道４９の表面の硬度を HRc５８以上と高くしているので、上記ローラ１２或は玉５２の転動面と当接するこれらカム面１３や外輪軌道４９の表面に摩耗や剥離等の損傷が進行するのを抑えて、これらカム面１３や外輪軌道４９の表面を荒れにくくできる。又、上記逃げ溝５３部分の硬度が低いと、前述した様にこの逃げ溝５３部分に加わる引っ張り応力に基づき、この逃げ溝５３部分から割れ等の損傷が発生する可能性がある。これに対して本発明の場合には、上記逃げ溝５３の表面の硬度を HRc５８以上と高くしているので、上記割れ等の損傷を防止できる。
【００２９】
尚、上記逃げ溝５３部分を、表面だけでなく内部（芯部）まで硬くすると、仮に表面の硬度を HRc５８以上と高くしても、やはり割れ等の損傷が発生し易くなる。又、上記カム面１３や外輪軌道４９に関しても、表面の硬度を高くするだけでなく、芯部まで硬くすると、ローディングカム１０全体としての靱性が乏しくなり、やはり割れ等の損傷を発生し易くなる。具体的には、ローディングカム１０全体を加熱・冷却する、所謂ずぶ焼きと呼ばれる熱処理を施し、このローディングカム１０全体の硬度を高くした場合には、本来硬度を高くする必要がある表面だけでなく、芯部まで硬くなり、上述の様に割れ等の損傷が発生し易くなる。これに対して本発明の場合には、内部硬度を HRc５５以下に抑えたので、必要とする靱性を確保して、上記損傷の発生を抑える事ができる。
【００３０】
尚、より優れた耐久性を得る為に本発明の場合には、上記逃げ溝５３の表面にショット・ピーニングを施している。この様にショット・ピーニングを施す事により、上記逃げ溝５３の表面部分に残留圧縮応力が存在する状態となる。この残留圧縮応力は、トロイダル型無段変速機の運転時に上記逃げ溝５３部分に加わる引っ張り応力を相殺して、この逃げ溝５３部分に亀裂等の損傷が発生する事を防止できる。
【００３１】
以上に述べた様に、上記各部１３、４９、５３の表面硬度を高くする事の効果を知る為に行なった実験（変速耐久試験）の結果を次の表１に、ローディングカム１０の芯部の硬度を抑えると共に上記逃げ溝５３の表面にショット・ピーニングを施す事の効果を知る為に行なった実験（最大負荷入力耐久試験）の結果を同じく表２に、それぞれ示す。
【００３２】
【表１】
【表２】
これら表１、２のうち、表１から、前記各部１３、４９、５３の表面硬度を高くする事により、これら各部の耐摩耗性及び耐剥離性が向上する事が分る。又、表２から、内部の硬度を抑える事により、破損に結ぶ就く亀裂の発生を抑えられる事、逃げ溝５３の表面にショット・ピーニングを施す事でこの亀裂の発生をより抑えられる事が分る。尚、表１、２中の各試験結果の欄に記載したＨは、時間（ｈｏｕｒ）を表わしている。
【００３５】
尚、上記逃げ溝５３の断面形状は、曲率半径が１mm以上である円弧面とする事が好ましい。この理由は、応力の集中を避けて、亀裂等の損傷を防止する為である。同様の理由で、上記逃げ溝５３の表面粗さは、２５Ｓ以下の平滑面にする事が好ましい。そして、この逃げ溝５３の表面粗さを悪化させないように、ショット・ピーニングに使用するメディアの径は、１mm以下である事が好ましい。
【００３６】
更に、前記カム面１３は、表面の硬度を HRc５８以上と高くするだけでなく、表面粗さが良好である（平滑面である）事が好ましい。この為に、上記カム面１３には、必要に応じて研磨処理を施す。又、このカム面１３の凹凸のピッチを正確に等しくする事、方向を放射方向に対して厳密に一致させる事も、トロイダル型無段変速機の構成各部に無理な応力を生じさせず、良好な伝達効率並びに耐久性を確保する上から好ましい。この様な考慮が必要な事は、ローディングカム１０側に設けるカム面１３に限らず、入力側ディスク２Ｂの外側面側に設けるカム面１４の場合でも同様である。又、前記外輪軌道４９の表面の硬度を確保する事と同様に、この外輪軌道４９と対向して前記玉軸受５０を構成する内輪軌道５１の表面の硬度を確保する事が、この玉軸受５０全体としての耐久性確保の為には必要である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のトロイダル型無段変速機用ローディングカムは、以上に述べた通り構成され作用する為、各部の耐久性を向上させて、トロイダル型無段変速機の性能向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来から知られている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２】同じく最大増速時の状態で示す側面図。
【図３】トロイダル型無段変速機の具体的構造の第１例を示す断面図。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図。
【図５】トロイダル型無段変速機の具体的構造の第２例を示す部分断面図。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図。
【図７】図６のＣ部拡大図。
【図８】ローディングカムを取り出して図７の右方から見た図。
【図９】トロイダル型無段変速機の運転時に各部に加わる面圧及び応力の大きさを示す、図７と同様の図。
【符号の説明】
１ 入力軸
２、２Ａ、２Ｂ 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 ローディングカム
１１ 保持器
１２ ローラ
１３、１４ カム面
１５、１５ａ 入力軸
１６ ニードル軸受
１７ 貫通孔
１８ 係止溝
１９ 止め輪
２０、２０ａ 鍔部
２１、２１ａ 出力歯車
２２ キー
２３ 支持板
２４ 円孔
２５ 支持軸部
２６ 枢支軸部
２７ ラジアルニードル軸受
２８ ラジアルニードル軸受
２９ スラスト玉軸受
３０ スラストニードル軸受
３１ 外輪
３２ 駆動ロッド
３３ 駆動ピストン
３４ 駆動シリンダ
３５ 駆動軸
３６ ラジアル軸受
３７ ローディングナット
３８ 皿板ばね
３９ ボールスプライン
４０ 係止段部
４１ 皿板ばね
４２ 仕切壁
４３ 玉軸受
４４ 円輪部
４５ 凸部
４６ 凹部
４７ 短円筒部
４８ 内向鍔部
４９ 外輪軌道
５０ 玉軸受
５１ 内輪軌道
５２ 玉
５３ 逃げ溝
５４ 油孔
５５ 突片
５６ 駆動片
５７ 通孔
５８ ローラ素子
Claims (1)
- 互いに同心に且つ相対回転自在に配置された少なくとも１対のディスク同士の間に複数個のパワーローラを挟持し、これら各パワーローラを介して一方のディスクから他方のディスクに回転伝達を行なうと共に、これら各パワーローラの傾斜角度を変える事により、上記１対のディスク同士の間での変速比の変更を行なうトロイダル型無段変速機に組み込み、回転伝達時に上記１対のディスク同士を互いに近づける方向に押圧する押圧装置を構成する為、全体を円輪状とし、片側面の外周側半部に円周方向に亙る凹凸であるカム面を、このカム面の内周縁側に位置する上記片側面の直径方向中間部には円環状の逃げ溝を、他側面の内周縁部にアンギュラ型の外輪軌道を、それぞれ形成したトロイダル型無段変速機用ローディングカムに於いて、直径方向中間部に内径側から外径側に向けて潤滑油を流す為の油孔を、上記カム面の凹部の数と同じ数だけ形成すると共に、これら各油孔の外径側をこのカム面の凹部の底部近傍に整合する部分に開口させており、このカム面と上記逃げ溝と上記外輪軌道との表面硬度は、それぞれ HRc５８以上であり、内部硬度は HRc５５以下であり、上記逃げ溝の表面にショット・ピーニングを施している事を特徴とするトロイダル型無段変速機用ローディングカム。
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