JP4362883B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車用の無段変速機として用いるトロイダル型無段変速機に関する。
【0002】
【従来の技術】
トロイダル型無段変速機は、例えば、実開昭62−71465号公報で知られている。すなわち、図4及び図5に示すように、シャフト1には入力ディスク2と出力ディスク3がニードル軸受4を介して回転自在に支持されている。入力ディスク2の背面側にはカム板5がシャフト1に対してスプライン係合しており、カム板5と入力ディスク2との間には複数個のローラ6が介在され、入力ディスク2を出力ディスク3側に押し付けるローディングカム式の押圧機構7が設けられている。出力ディスク3はキー8を介して出力歯車9と係合しており、出力ディスク3と出力歯車9とが同期して回転するようになっている。
【0003】
入力ディスク2と出力ディスク3との間には枢軸部10を中心として揺動するトラニオン11が設けられ、トラニオン11の中心部には変位軸12が設けられている。そして、この変位軸12にはパワーローラ13が回転自在に支持され、このパワーローラ13は入力ディスク2及び出力ディスク3と接するトラクション部を有し、入力ディスク2と出力ディスク3との間に傾転自在に転接されている。
【0004】
また、トラニオン11とパワーローラ13との間にはパワーローラ軸受14が設けられている。このパワーローラ軸受14はパワーローラ13に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、パワーローラ13の回転を許容するものである。このようなパワーローラ軸受14の複数個の玉15はトラニオン11側に設けられた円環状の外輪16と回転部としてのパワーローラ13との間に設けられた円環状の保持器17によって保持されている。
【0005】
さらに、トラニオン11は、本体平面部18と、この本体平面部18の両端部に一体に設けられた前記枢軸部10とからなり、本体平面部18には円孔19が設けられている。この円孔19にはニードル軸受20が設けられ、前記変位軸12を回転自在に支持している。また、トラニオン11の両端の枢軸部10はそれぞれ支持板21に対して揺動自在に支持されており、トラニオン11の揺動により、変位軸12の傾斜角度の調節を自在としている。
【0006】
さらに、各トラニオン11の一端部にはそれぞれ駆動ロッド22が結合され、この駆動ロッド22の中間部外周面には駆動ピストン23が設けられ、この駆動ピストン23は駆動シリンダ24に内挿されている。
【0007】
前述のように構成されたトロイダル型無段変速機によれば、エンジン等の駆動源から押圧装置7のカム板5に伝達された回転は、ローラ6を介して入力ディスク2に伝達される。入力ディスク2の回転はパワーローラ13を介して出力ディスク3に伝達され、出力ディスク3の回転は出力歯車9より取り出される。
【0008】
入力側と出力側との間の回転速度比を変える場合には、一対の駆動ピストン23を互いに逆方向に変位させる。各駆動ピストン23の変位に伴って各トラニオン11がそれぞれ逆方向に変位する。その結果、各パワーローラ13の周面13aと入力ディスク2及び出力ディスク3の内周面2a,3aとの当接部に作用する接線方向の力の向きが変化し、この力の向きの変化に伴ってトラニオン11が支持板21に枢支された枢軸部10を中心として互いに逆方向に揺動する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のトラニオン11は、丸棒からなる素材を切削加工によって、図6に示すように製作していた。そして、前記トラニオン11を試験的にトロイダル型無段変速機に組み込み、大きなトルクをトロイダル型無段変速機に繰り返し入力すると、パワーローラ13に過大なスラスト荷重が入力されるので、結果的にそれをバックアップしているトラニオン11も繰り返し過大荷重を受けることになる。
【0010】
一方、トロイダル型無段変速機は、車に搭載するため、トラニオン11も必要最小限の寸法であらなければならず、大きな繰り返し荷重によりトラニオン11は、その枢軸部10を両端支持しながら本体平面部18の中央部が繰り返し曲げられる。すなわち、トラニオン11には排気量が大きいものでは最大減速で最大負荷時には4t以上の力Fがかかるため、トラニオン11には図6の破線で示すように大きな曲げ応力が作用する。
【0011】
このため、結果的に一番応力が高くなる枢軸部10と本体平面部18とのつながり部Aが引っ張られたり、元に戻ったりを繰り返し、曲げ応力が集中して加わるため、ついにはつながり部Aにクラックが入って破断に至ってしまった。
【0012】
これは、従来のトラニオン11は丸棒からの切削加工であり、図7に示すように、応力が高い部位でのメタルフロー11aが切れてしまうためであると考えられ、丸棒に代わって平板の素材でも同様の結果であった。
【0013】
この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、トラニオンが繰り返し過大荷重を受けても、破損することなく、耐久性の向上を図ることができるトロイダル型無段変速機を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記目的を達成するために、請求項1は、入力ディスクと、この入力ディスクと同軸的に配置された出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスクの両中心軸に対して捩れの位置にある枢軸部を中心として揺動するトラニオンと、このトラニオンに支持され、前記入力ディスクと出力ディスクとの間に傾転自在に転接されたパワーローラとを備えたトロイダル型無段変速機において、前記トラニオンは、前記パワーローラを回転自在に支持する変位軸を保持する本体平面部と、この本体平面部の両端に一体に設けられた一対の枢軸部とからなり、前記本体平面部と枢軸部とのつながり部分が、連続的なメタルフローを形成しており、前記つながり部分は略直角な角部で、トラニオン軸中心に対して略平行な第1の面と略直角な第2の面を有しており、つながり部分の角部に最も近いメタルフローと第1の面とが成す傾角をθ1とし、つながり部の角部に最も近いメタルフローと第2の面とが成す傾角をθ2とし、θ1とθ2のうち大きい方を支障のない許容角度θmaxとしたとき、0<θmax≦30°であることを特徴とする。
請求項2は、請求項1のつながり部分の角部に最も近いメタルフローと第1の面とが成す傾角をθ1とし、つながり部の角部に最も近いメタルフローと第2の面とが成す傾角をθ2とし、θ1とθ2のうち大きい方を支障のない許容角度θmaxとしたとき、0<θmax≦20°であることを特徴とする。
【0015】
請求項3は、請求項1の前記トラニオンは、素材をトラニオン軸心方向にそのメタルフローが平行となるように鍛造型に配置した後、前記素材の軸心方向と直角方向に押圧する鍛造加工により製造することを特徴とする。
【0016】
前記構成によれば、トラニオンは、本体平面部と枢軸部とのつながり部に過大な応力が集中するが、前記つながり部にかけて材料のメタルフローが沿うようにすることにより、応力が集中する部分でメタルフローが切れないため、強度が向上し、繰り返し荷重が入力されてもクラックが入ることはなく、耐久性を向上できる。
【0017】
前記つながり部にかけてメタルフローが沿うようにするために鍛造加工によってトラニオンを製造する。まず、素材をトラニオン軸心方向にメタルフローが平行となるように鍛造型に配置し、素材の軸心方向と直角方向に挟み込む方向に鍛造すると、トラニオンの本体平面部と枢軸部とのつながり部にメタルフローが沿うため、つながり部の強度が向上する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0019】
図1〜図3は第1の実施形態を示し、従来と同一構成部分は同一番号を付して説明する。図1はトロイダル型無段変速機のトラニオン11を示し、このトラニオン11は、本体平面部18と、この本体平面部18の両端部に一体に設けられた枢軸部10とからなり、本体平面部18には変位軸10をニードル軸受20を介して回転自在に保持する円孔19が設けられている。また、トラニオン11の両端の枢軸部10はそれぞれ支持板21に対して揺動自在に支持されるようになっており、トラニオン11の揺動により、変位軸12の傾斜角度の調節を自在としている。
【0020】
図2は、トラニオン11を製造する工程を示し、図2(a)は、丸棒からなる素材31であり、この素材31は、例えば、SCM445、炭素含有率0.45%、表面部硬さHRC61程度、芯部硬さHRC36程度とする。又はSCM435の場合は、炭素含有率0.35%を用い、熱処理を行ない表面部硬さHRC59程度、芯部硬さHRC32程度である。またはS45C、炭素含有率0.45%を用い、熱処理を行ない表面部硬さHRC59程度、芯部硬さHRC38とする。これら素材31の軸方向にメタルフロー32を有している。
【0021】
図2(b)は、素材31を鍛造金型33にセットした状態を示し、上型部34と下型部35とからなり、型割れライン36(図2(c)参照)は、トラニオン11の枢軸部10の中心線上付近で、本体平面部18はその肉厚の中央付近で分割されるように両端部と中央部とでは段差を有している。そして、素材31をトラニオン11の軸心方向にそのメタルフロー32が平行になるように鍛造型33に配置する。
【0022】
図2(c)は、素材31を鍛造金型33の上型部34と下型部35とで挟み込み、素材31の軸心方向と直角方向に押圧する鍛造加工を行なった状態を示し、素材31は上型部34と下型部35の形状に倣った形状の鍛造素材31aが出来上がり、枢軸部10の端面にはバリ31bができる。
【0023】
図2(d)は、鍛造素材31aを鍛造金型33から取り出した状態を示し、鍛造素材31aの外周面には荒粗面31cが残る。
【0024】
次に、鍛造素材31aのバリ31b及び荒粗面31cをフライス加工等の機械加工によって施削し、熱処理後、研削等の仕上げ加工を行ない、図1(a)に示すようなトラニオン11が完成する。
【0025】
このように鍛造加工によって得られたトラニオン11は、本体平面部18と枢軸部10とのつながり部Aに沿ってメタルフロー32が連続しており、このつながり部Aを拡大すると、図1(b)に示すようになっている。
【0026】
すなわち、トラニオン11を鍛造加工によって製造しても、切削、研削加工等の後加工によって仕上げるため、鍛造で形成したメタルフロー32を完成品でそのまま残すことは難しく、つながり部Aの切削加工時にメタルフロー32を切断することが現実に生じる。
【0027】
このため、曲げ疲労強度上の観点からつながり部Aにおけるメタルフロー32の傾角θの大小がトラニオン強度に影響するか、実験を行なった。つながり部Aは略直角な角部で、トラニオン軸中心Sに対して略平行な第1の面Xと略直角な第2の面Yを有している。そして、つながり部Aの角部に最も近いメタルフロー32aと第1の面Xとが成す傾角をθ1 とし、つながり部Aの角部に最も近いメタルフロー32aと第2の面Yとが成す傾角をθ2 とし、θ1 ,θ2 のうち大きい方を支障のない許容角度θmaxとし、この許容角度θmaxを種々実験し、θ≦30゜、好ましくはθ≦20゜であることを見い出した。
【0028】
実験は、トロイダルキャビティ径130mmのダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機で、入力条件は発進繰り返しに相当する、最大減速比2.2で入力トルク340Nmを、1×106 回を繰り返し入力することを目標とした。実験結果は、表1及び図3の通りであり、それぞれのメタルフロー角度のトラニオンを製作し、2回ずつ実験を行なった。なお、図3のグラフにおいて黒丸は第1回目の結果であり、黒三角は第2回目の結果である。
【0029】
【表1】
【0030】
表1に示す、比較例1〜4に示すように、θが40゜以上になると、早期につながり部Aの角部にクラックが発生したが、実施例1〜3に示すように、θが30゜以下になると、顕著に耐久強度が延びることがわかる。そして、θが20゜以下にすれば、さらに強度が上がり、試験時間が目標の5倍経過しても破損しなく、5×106 で試験を打ち切った。
【0031】
このように、トラニオン11は、本体平面部18と枢軸部10とのつながり部Aに過大な応力が集中するが、つながり部Aにかけて材料のメタルフロー32が沿うようにすることにより、応力が集中する部分でメタルフロー32が切れないため、トラニオン11の強度が向上し、繰り返し荷重が入力されてもクラックが入ることはなく、トロイダル型無段変速機の耐久性を向上できる。
【0032】
つながり部Aにかけてメタルフロー32が沿うようにするために鍛造加工によってトラニオン11を製造することにより、切削加工を大幅に削減することができる。
【0033】
なお、前記実施形態においては、トラニオン11の本体平面部18に変位軸10をニードル軸受20を介して回転自在に保持する円孔19を切削加工によって形成したが、円孔19の回りにメタルフロー32が沿うように鍛造加工することによりさらに強度アップを図ることができる。
【0034】
また、この発明は、シングルキャビティに限定されず、ダブルキャビティのハーフトロイダル型無段変速機のパワーローラの大きなスラスト荷重を受けなければならないトラニオンに適用できる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、トラニオンの本体平面部と枢軸部とのつながり部分が、連続的なメタルフローを形成しており、前記つながり部分は略直角な角部で、トラニオン軸中心に対して略平行な第1の面と略直角な第2の面を有しており、つながり部分の角部に最も近いメタルフローと第1の面とが成す傾角をθ1とし、つながり部の角部に最も近いメタルフローと第2の面とが成す傾角をθ2とし、θ1とθ2のうち大きい方を支障のない許容角度θmaxとしたとき、0<θmax≦30°、好ましくは0<θmax≦20°である。したがって、トラニオンが繰り返し過大荷重を受けても、破損することはなく、耐久性の向上を図ることができる。
【0036】
さらに、この発明によれば、前記トラニオンを鍛造加工することにより、機械加工を大幅に削減できるとともに、つながり部に連続的なメタルフローを形成することができ、トラニオンが繰り返し過大荷重を受けても、破損することはなく、耐久性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施形態におけるトロイダル型無段変速機のトラニオンを示し、(a)は縦断側面図、(b)は枢軸部と本体平面部とのつながり部を拡大して示す縦断側面図。
【図2】同実施形態のトラニオンの製造工程を示す縦断側面図。
【図3】同実施形態の実験結果を示すグラフ。
【図4】従来のトロイダル型無段変速機の縦断側面図。
【図5】図5のB−B線に沿う断面図。
【図6】従来のトラニオンの縦断側面図。
【図7】従来のトラニオンの縦断側面図。
【符号の説明】
2…入力ディスク
3…出力ディスク
10…枢軸部
11…トラニオン
13…パワーローラ
18…本体平面部
32…メタルフロー
Claims (3)
- 入力ディスクと、この入力ディスクと同軸的に配置された出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスクの両中心軸に対して捩れの位置にある枢軸部を中心として揺動するトラニオンと、このトラニオンに支持され、前記入力ディスクと出力ディスクとの間に傾転自在に転接されたパワーローラとを備えたトロイダル型無段変速機において、
前記トラニオンは、前記パワーローラを回転自在に支持する変位軸を保持する本体平面部と、この本体平面部の両端に一体に設けられた一対の枢軸部とからなり、前記本体平面部と枢軸部とのつながり部分が、連続的なメタルフローを形成しており、
前記つながり部分は略直角な角部で、トラニオン軸中心に対して略平行な第1の面と略直角な第2の面を有しており、つながり部分の角部に最も近いメタルフローと第1の面とが成す傾角をθ1とし、つながり部の角部に最も近いメタルフローと第2の面とが成す傾角をθ2とし、θ1とθ2のうち大きい方を支障のない許容角度θmaxとしたとき、0<θmax≦30°であることを特徴とするトロイダル型無段変速機。 - 前記つながり部分の角部に最も近いメタルフローと第1の面とが成す傾角をθ1とし、つながり部の角部に最も近いメタルフローと第2の面とが成す傾角をθ2とし、θ1とθ2のうち大きい方を支障のない許容角度θmaxとしたとき、0<θmax≦20°であることを特徴とする請求項1記載のトロイダル型無段変速機。
- 前記トラニオンは、素材をトラニオン軸心方向にそのメタルフローが平行となるように鍛造型に配置した後、前記素材の軸心方向と直角方向に押圧する鍛造加工により製造することを特徴とする請求項1記載のトロイダル型無段変速機。
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