JP4748370B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の変速機などに利用可能なトロイダル型無段変速機に関する。

自動車用変速機として、図３および図４に略示するようなトロイダル型無段変速機を使用することが一部で実施されている。このトロイダル型無段変速機は、入力軸１と同心に入力側ディスク２を支持し、入力軸1と同心に配置された出力軸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、入力軸１並びに出力軸３に対し捻れの位置にある枢軸（傾転軸）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。各トラニオン６，６には、パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、入力側および出力側の両ディスク２，４の間に挟持（転接）されている。

入力側および出力側の両ディスク２，４の互いに対向する内周面２ａ，４ａの断面はそれぞれ、枢軸５を中心とする円弧或いはこのような円弧に近い曲線を回転させて得られる凹面を成している。そして、球状の凸面に形成された各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが各内周面２ａ，４ａに当接されている。

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（以下、ローディング機構という）１２が設けられている。このローディング機構１２は、入力側ディスク２を出力側ディスク４に向けて弾性的に押圧している。また、ローディング機構１２は、入力軸１と共に回転するカム板１３（ローディングカム）と、保持器１４により保持された複数個(例えば４個)のローラ１５（転動体）とから構成されている。また、カム板１３の片側面(図３および図４の左側面)には、周方向に亙って凹凸面（波状面）であるカム面１６が形成され、入力側ディスク２の外側面(背面、図３および図４の右側面)にも同様のカム面１７が形成されている。そして、複数個のローラ１５は、入力軸1に対して放射方向に延びる軸を中心に回転できるように、支持されている。

このような構成のトロイダル型無段変速機においては、入力軸１を回転させると、その回転に伴ってカム板１３が回転し、カム面１６によって複数個のローラ１５，１５が、入力側ディスク２の外側面に設けられたカム面１７に押圧される。この結果、入力側ディスク２が複数のパワーローラ１１，１１に押圧されると同時に、一対のカム面１６，１７と複数個のローラ１５，１５の転動面との押し付け合いに基づいて、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、各パワーローラ１１，１１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に固定された出力軸３が回転する。

入力軸１と出力軸３との回転速度を変える場合であって、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１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図３に示すように、入力側ディスク２の内周面２ａの中心寄り部分と出力側ディスク４の内周面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。

反対に、増速を行なう場合には、各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図４に示すように、入力側ディスク２の内周面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内周面４ａの中心寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。各変位軸９，９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、中間の変速比が得られる。

図５および図６には、より具体化されたダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機の一例が示されている。なお、図３および図４と共通する構成部材に関しては、以下、同一符号を付して、その詳細な説明または図示を省略する。

これらの図に示すように、ケーシング１０１の内側には、入力軸１が回転自在に支持されている。入力軸１の両端寄り部分には、第１および第２の入力側ディスク２，２がそれぞれ、ボールスプライン９６を介して支持されている。この場合、第１および第２の入力側ディスク２，２は、その内周面２ａ，２ａ同士を互いに対向させた状態で同心的に配置されるとともに、ケーシング１０１の内側で互いに同期して回転できる。

入力軸１の中間部の周囲には、第１および第２の出力側ディスク４，４がスリーブ１０９を介して支持されている。スリーブ１０９の中間部の外周面には、出力歯車１１０が一体に設けられている。この出力歯車１１０は、入力軸１と同心的に配置されるとともに、入力軸１の外径よりも大きな内径を有している。また、出力歯車１１０は、一対の転がり軸受１１２を介して、ケーシング１０１内に設けられた支持壁１１１に回転自在に支持されている。

第１および第２の出力側ディスク４，４は、スリーブ１０９の両端部にスプライン係合されている。この場合、出力側ディスク４，４は、それぞれの内周面４ａ，４ａを互いに反対方向に向けた状態で配置されている。したがって、入力側ディスク２と出力側ディスク４は、その内周面２ａ，４ａ同士が互いに対向している。

図６に示すように、ケーシング１０１の内側であって、出力側ディスク４，４の側方位置には、両ディスク４，４を両側から挟む状態で一対のヨーク１１３ａ，１１３ｂが支持されている。これら一対のヨーク１１３ａ，１１３ｂは、鋼等の金属のプレス加工あるいは鍛造加工により矩形状に形成されている。そして、後述するトラニオン６の両端部に設けられた枢軸５を揺動自在に支持するため、ヨーク１１３ａ，１１３ｂの四隅には、円形の支持孔１１８が設けられるとともに、ヨーク１１３ａ，１１３ｂの幅方向の中央部には、円形の係止孔１１９が設けられている。

一対のヨーク１１３ａ，１１３ｂは、ケーシング１０１の内面の互いに対向する部分に形成された支持ポスト２０ａ，２０ｂにより、僅かに変位できるように支持されている。これらの支持ポスト２０ａ，２０ｂはそれぞれ、入力側ディスク２の内周面２ａと出力側ディスク４の内周面４ａとの間にある第１キャビティ２１および第２キャビティ２２にそれぞれ対向する状態で設けられている。なお、ポスト２０ａには、トラニオン６の傾転量を規制する傾転ストッパ１５０が設けられている。

したがって、ヨーク１１３ａ，１１３ｂは、各支持ポスト２０ａ，２０ｂに支持された状態で、その一端部が第１キャビティ２１の外周部分に対向するとともに、その他端部が第２キャビティ２２の外周部分に対向している。

第１および第２のキャビティ２１，２２は同一構造であるため、以下、第１キャビティ２１のみについて説明する。

第１キャビティ２１には、一対のトラニオン６が設けられている。トラニオン６の両端部には同心的に枢軸５が設けられており、これらの枢軸５は一対のヨーク１１３ａ，１１３ｂの一端部に揺動且つ軸方向に変位自在に支持されている。すなわち、枢軸５は、ヨーク１１３ａ，１１３ｂの一端部に形成された支持孔１１８の内側に、ラジアルニードル軸受２６によって支持されている。ラジアルニードル軸受２６は、その外周面が球状凸面で且つその内周面が円筒面である外輪２７と、複数本のニードル２８とから構成されている。

トラニオン６の中間部にはそれぞれ、円孔３０が設けられている。また、各円孔３０には変位軸３１が支持されている。変位軸３１はそれぞれ、互いに平行で且つ偏心した第１の軸部３３と第２の軸部３４とを有している。このうち、第１の軸部３３は、円孔３０の内側に、ラジアルニードル軸受３５を介して支持されている。また、第２の軸部３４の周囲には、別のラジアルニードル軸受３８を介して、パワーローラ１１が支持されている。

なお、第１および第２キャビティ２１，２２毎に一対ずつ設けられた変位軸３１は、第１および第２キャビティ２１，２２毎に、入力軸１に対して１８０度反対側に位置して設けられている。また、変位軸３１の各第２の軸部３４が各第１の軸部３３に対して偏心している方向は、入力側ディスク２，２と出力側ディスク４，４の回転方向に関して同方向となっている。また、偏心方向は入力軸１の配設方向に対して略直交する方向となっている。したがって、パワーローラ１１は、入力軸１の長手方向に沿って僅かに変位できるように支持されている。その結果、トロイダル型無段変速機により伝達されるトルクの変動に基づく構成部材の弾性変形量の変動等に起因して、パワーローラ１１が入力軸１の軸方向に変位する傾向となった場合でも、構成部材に無理な力が加わることがなく、その変位を吸収することができる。

また、パワーローラ１１の外周面とトラニオン６の中間部内周面との間には、パワーローラ１１の外側面から順に、スラスト玉軸受３９と、滑り軸受あるいはニードル軸受等のスラスト軸受４０とが設けられている。このうち、スラスト玉軸受３９は、パワーローラ１１に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これらパワーローラ１１の回転を許容する。また、スラスト軸受４０は、パワーローラ１１からスラスト玉軸受３９の外輪４１に加わるスラスト荷重を支承しつつ、第２の軸部３４および外輪４１が第１の軸部３３を中心に揺動することを許容する。

トラニオン６の一端部にはそれぞれ、駆動ロッド４２が結合されている。また、これらの駆動ロッド４２の中間部外周面には、駆動ピストン４３が固着されている。この駆動ピストン４３は、駆動シリンダ４４内に油密に嵌装されている。そして、駆動ピストン４３がトラニオン６を軸方向に変位させるためのアクチュエータを構成している。

図５に示すように、エンジン（駆動源）からの動力を伝達する駆動軸２００と一方の入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置４５が設けられており、この押圧装置４５によって、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つつ、この入力側ディスク２を回転駆動自在としている。また、この押圧装置４５は、駆動軸２００と共に回転するローディングカム（カム板）４６と、保持器４７により転動自在に保持された複数個（例えば４個）のローラ（転動体）４８とから構成されている。ローディングカム４６の片側面（図５の右側面）には、円周方向に亙る凹凸（波状部）であるカム面４６ａが形成され、入力側ディスク２の外側面（図５の左側面）にも、同様の形状を有するカム面２ｂが形成されている。なお、入力軸１の端部とローディングカム４６との間には、スラスト荷重を支承自在なアンギュラ型の玉軸受（アンギュラ軸受）２１０が介挿されている。また、ローディングカム４６は、その爪部４６ｂが駆動軸２００の嵌合部２００ａと嵌合状態で結合している。

このように構成されたトロイダル型無段変速機の運転時、駆動軸２００の回転は、押圧装置４５を介して、一方の入力側ディスク２に伝えられ、この入力側ディスク２と他方の入力側ディスク２とが互いに同期して入力軸１と共に回転する。入力側ディスク２，２の回転は、パワーローラ１１を介して、出力側ディスク４，４に伝えられる。出力側ディスク４，４の回転は、出力歯車１１０により取り出される。

入力軸１と出力歯車１１０との間の回転速度比を変える場合には、制御弁（図示しない）の切換えに基づいて、第１および第２のキャビティ２１，２２に対応してそれぞれ一対ずつ設けられた駆動ピストン４３を、各キャビティ２１，２２毎に互いに逆方向に同じ距離だけ変位させる。これらの駆動ピストン４３の変位に伴って、一対ずつ合計４個のトラニオン６がそれぞれ逆方向に変位し、一方のパワーローラ１１が下側に、他方のパワーローラ１１が上側にそれぞれ変位する。その結果、各パワーローラ１１の周面１１ａ，１１ａと、入力側ディスク２，２の内周面２ａ，２ａ、出力側ディスク４，４の内周面４ａ，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、その力の向きの変化に伴って、トラニオン６がヨーク１１３ａ，１１３ｂに枢支された枢軸５を中心として逆方向に揺動する。この結果、パワーローラ１１の周面と、入力側ディスク２，２、出力側ディスク４，４との当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車１１０との間の回転速度比が変化する。

このようなトロイダル型無段変速機において、図５中右側に位置する入力側ディスク２は、その背面（図５の右面）が、大きな弾力を有する第１の皿ばね（予圧ばね）３１０を介して、ローディングナット３１４に突き当てられており、入力軸１に対する軸方向（図５の左右方向）の変位が実質的に阻止されている。また、図５中左側に位置する入力側ディスク２とローディングカム４６との間には、第２の皿ばね（予圧ばね）３１２が設けられている。これらの皿ばね３１０，３１２は、各ディスク２，２，４，４の内周面２ａ，２ａ，４ａ，４ａとパワーローラ１１，１１の周面（トラクション面）１１ａ，１１ａとの当接部に押圧力（予圧）を付与する。このように、従来においては、ローディングカム４６に対して直列または並列に配置された皿ばね３１０，３１２によって予圧を発生させている。

ところで、ローディングカム式の押圧装置４５のローディングカム４６のカム面４６ａおよび入力側ディスク２のカム面２ｂは、以下のように形成されている。なお、ローディングカム４６のカム面４６ａおよび入力側ディスク２のカム面２ｂは同様の形状に形成されているので、ここでは、ローディングカム４６のカム面４６ａの形状を図７を参照して説明し、カム面２ｂの説明を省略する。
カム面は、中央部を除くドーナッツ状の円形に形成され、カム面を均等に四分割するように周方向に沿って等間隔に放射状（十字状）に平坦部４６ｂ，…が形成されている。これら平坦部４６ｂ，４６ｂ同士の間に２つの斜面４６ｅ，４６ｅからなるとともに、入力軸の軸回りとなる周方向の中間部が最も低くなったＶ字状の凹部４６ｃが形成されている。２つの斜面が付き合わされて前記凹部４６の最深部４６ｄとなる入隅部には、ローラ（転動体）４８の半径と同じ曲率半径Ｒの円弧面が形成されている。すなわち、ローラ４８の半径と同じＲが付けられている（例えば、特許文献１参照）。

駆動軸からの回転力が入力する前は、ローディングカム４６のカム面４６ａおよび入力側ディスク２のカム面２ｂが同位相で配置され、最深部４６ｄが同じ角度位置に配置された状態となり、この最深部４６ｄにローラ４８が配置された状態となる。そして、回転力が入力されるとローディングカム４６のカム面４６ａと入力側ディスク２のカム面２ｂとに位相差が生じ、一方のカム面２ｂに対して他方のカム面４６ａが相対的に回転した状態となり、この回転に基づいてローラ４８が転動して凹部４６ｃの斜面４６ｅ，４６ｅを上ることにより、ローディングカム４６のカム面４６ａと入力側ディスク２のカム面２とが離されるように押圧力が発生する。この際に、最深部４６ｄの円弧面の曲率半径Ｒがローラ４８の半径と同じだと、回転力が入力する前の状態では、ローラ４８が極めて安定した状態となるとともに、ローラ４８が転動開始した時点で、ローラ４８の凹部４６ｃ内面との接触位置は、最深部４６ｄの曲率半径Ｒの円弧面の範囲から出て直線状の斜面４６ｅ，４６ｅとなり、前記斜面の傾斜角に基づいて押圧装置が入力した回転力（回転トルク）に応じた押圧力を発生可能となる。

特開平８−６１４５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているように、前記カム面４６ａ，２ｂを形成する主な方法として、マシニングセンターを使用して回転工具により切削加工する方法が知られているが、この場合に、前記カム面４６ａの凹部４６ｃの最深部４６ｄにつけたＲ（曲率半径）をローラ４８の半径と同じにする必要があることにより、以下のような問題が発生する。
すなわち、最深部４６ｄに形成した円弧面の曲率半径Ｒをローラ４８の半径と同程度に加工するには、回転工具の外周面の径をローラ４８の直径とほぼ同程度にする必要があるが、例えば、自動車の変速機として搭載される程度の大きさのトロイダル型無段変速機におけるローラ４８の外径は、回転工具の外径としては、それほど大きなものではなく、加工時に弾性変形する可能性があり、回転工具を被加工面に押圧する力を大きくできない。
この場合に、加工に長い時間がかかることになる。
また、加工時間の短縮を図るために、回転工具を被加工面に押圧する力を大きくすると回転工具が弾性変形して加工精度が低下してしまう。回転工具を被加工面に押圧する力を小さくしても回転工具に多少の弾性変形が生じ、その分の加工精度は低下してしまう。
特許文献１では、加工方法を工夫することで、上記問題の一部を解決し、加工時間の短縮と加工精度の向上を図っているが、さらなる加工時間の短縮と加工精度の向上が望まれていた。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、前記カム面の形状を工夫することで加工時間の短縮と加工精度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を目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、駆動源からの回転力を伝える駆動軸と、当該駆動軸から回転力を受ける入力軸に結合され且つ前記入力軸と一体で回転する入力側ディスクと、当該入力側ディスクとの間に設けられたパワーローラを介して前記入力側ディスクの回転力を前記パワーローラの状態に基づいた変速比で受ける出力側ディスクと、前記入力側ディスクと前記駆動軸との間に配置され且つ前記駆動軸の回転力に応じて前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクと前記パワーローラとの間に押圧力を付与するとともに、前記駆動軸の回転力を前記入力側ディスクに伝達するローディングカム式の押圧装置と、前記入力側ディスクおよび出力側ディスクと前記パワーローラとの間に予圧を付与する予圧ばねとを備え、
前記押圧装置は、前記入力側ディスクの前記パワーローラが接触する面の反対となる背面に形成されたカム面と、前記駆動軸と共に回転するとともに、前記入力側ディスクのカム面に対向するカム面を備えたカム板と、このカム板のカム面と前記入力側ディスクのカム面との間で転動自在に保持される複数の転動体とを有するトロイダル型無段変速機において、
前記入力側ディスクのカム面および前記カム板のカム面には、前記転動体が転動する位置にそれぞれ入力軸の軸回りとなる周方向の中間部が最も低くなるＶ字状の凹部が形成され、
当該凹部の最深部となる入隅部は、曲率半径Ｒの円弧面とされるとともに、前記曲率半径Ｒが前記転動体の半径より大きくされ、
かつ、前記転動体が、前記凹部の最深部からＶ字状の凹部を構成する左右の斜面側のいずれかに、前記凹部の前記入隅部に形成された曲率半径Ｒの円弧面の範囲内で乗り上げた際に、前記転動体の前記入力軸の軸方向に沿った最大乗り上げ量が、前記回転力が入力する前から前記回転力の入力に基づく前記押圧装置の押圧力が前記予圧ばねによる予圧を超えるまでの予圧ばねの前記入力軸の軸方向に沿った変位量以下とされていることを特徴とする。

上記構成において、前記予圧ばねが圧縮ばねとされ、
前記予圧ばねの変位量が、前記回転力が入力する前の予圧ばねの状態から回転力が入力した後にさらに圧縮されてつぶれるように設定された予圧ばねのつぶれ代となる変位量であるものとしてもよい。

本発明によれば、カム面の凹部の最深部となる入隅部に形成された円弧面の曲率半径Ｒを転動体の半径より大きくしたことで、カム面を切削加工する際に、転動体の直径より太い回転工具を使うことが可能となり、回転工具を弾性変形しずらいものとすることができる。これにより、被加工面への回転工具の押圧力を大きくして加工時間の短縮を図ることができるとともに、回転工具の弾性変形量を従来より小さくして、精度の向上を図ることができる。
また、凹部の最深部の前記Ｒを転動体の径よりも大きくした場合に、転動体が転動開始した際に、凹部の直線状（平面状）の斜面ではなく曲線状（曲面状）のＲ部分（円弧部分）を転動することで、転動開始してから転動体が円弧部分から斜面側に移動するまで、押圧装置において、入力する回転トルクに対する押圧力が比例した状態とならない。しかし、凹部の底に付けられた曲率半径Ｒの円弧面の範囲内での凹部の最深部から斜面側への転動体の最大乗り上げ量が前記回転力が入力する前から前記回転力の入力に基づく押圧装置の押圧力が予圧ばねによる予圧を超えるまでの予圧ばねの前記入力軸の軸方向に沿った変位量（予圧ばねのつぶれ代）より小さくされているので、転動体がＲ部分を転動する際の入力側ディスクおよび出力側ディスクとパワーローラとの間に作用する押圧力は、主に予圧ばねの予圧力に対応するものとなり、押圧装置による未だ小さな状態の押圧力が入力する回転トルクと比例していなくても特に問題がない。
すなわち、押圧装置の押圧力に問題を生じることなく、凹部の最深部の円弧面の曲率半径Ｒを大きくすることで、大きなＲの２倍となる径の太い回転工具を使って、カム面の加工時間の短縮と加工精度の向上を図ることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明の特徴は、入力側ディスクおよびカム板（ローディングカム）のカム面の構造にあり、その他の構成および作用は前述した従来の構成および作用と同様であるため、以下においては、本発明の特徴部分についてのみ言及し、それ以外の部分については、図３〜図７と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１は本発明の実施形態を示している。
ここで、図１（Ａ）は、この例のトロイダル型無段変速機のローディングカム式の押圧装置におけるカム推力（入力軸の軸方向に沿った押圧力）と、駆動軸から入力軸および入力側ディスクに入力されるトルク（回転トルク）との関係を示すグラフである。
また、図１（Ｂ）は、前記押圧装置の入力側ディスクの背面と、カム板（ローディングカム）とにそれぞれ形成されるカム面４６ａのＶ字状の凹部４６ｃと前記ローラ（転動体）４８を示すものである。

図１（Ｂ）に示すように、押圧装置のカム面４６ａに設けられたＶ字状の凹部４６ｃの最深部４６ｄである角部には曲率半径Ｒの円弧面とされ、いわゆるＲが付けられた状態となっている。そして、Ｒ（円弧面の曲率半径）は、ローラ４８の半径（Ｄ／２）より大きなものとなっており、例えば、ローラ４８の直径の２倍弱程度となっている。
なお、図１（Ｂ）の最深部４６ｄ部分の下側の破線は、従来のローラ４８の半径と同じ曲率半径Ｒの円弧面を示すものである。
そして、凹部４６ｃの最深部４６ｄのＲが付けられた範囲（円弧面の左右幅）は、例えば、ローラ４８の直径より僅かに広い範囲となっている。そして、Ｒが付けられた範囲の外側は、直線状の斜面４６ｅ，４６ｅとなっている。

また、上述のように駆動軸側から入力軸側に回転トルクが入力した場合に、カム板のカム面４６ａと入力側ディスクのカム面４６ａとの間に位相差が生じ、ローラ４８が凹部４６ｃの最深部４６ｄから斜面４６ｅ，４６ｅを上るように転動することになる。この際に、この例では、従来と異なり、前記最深部４６ｄの円弧面の曲率半径Ｒがローラ４８の半径より大きいことから、ローラ４８が直線状の斜面４６ｅ，４６ｅを転動する前に曲率半径Ｒの円弧面範囲内を転動することになる。

ここで、図１（Ａ）に示すように、回転トルクが入力され、回転トルクに応じて斜面４６ｅ，４６ｅをローラ４８が登った状態となることにより、入力した回転トルクに応じた押圧力（カム推力）が発生することになる。そして、ローラの転がり滑り運動による摩擦力を考慮していない計算値では、回転トルクの値に比例して直線的にカム推力が変化することになり、回転トルクの回転方向の正逆（正負）に対応してＶ字状のグラフ（破線で示されるＶ字状のライン）となる。
なお、この例では、上述のようにローラ４８が転動開始した際に、Ｒの範囲内を転動した後に斜面４６ｅ、４６ｅに至るので、破線で示されるＶ字状のラインのうちの入隅部近傍においては完全な直線（比例関係）とはならない。
また、実際には、上述のローラの転がり滑り運動により発生する摩擦力によりヒステリシス現象が発生し、回転トルクの変化に対するカム推力の実測値は、実線で示すグラフとなる。

ここで、図２（Ａ）は従来のカム面形状とローラ４８の軌跡を示し、図２（Ｂ）は本発明のカム面形状とローラ４８の軌跡を示している。ここで、図２（Ｂ）は、図１（Ｂ）に示されるカム面４６ａの凹部４６ｃの最深部４６ｄとローラ４８との拡大図となっている。
図２に示されるように、従来においては、カム面４６ａの凹部４６ｃの最深部４６ｄに設けられた曲率半径Ｒの円弧面のＲがローラ４８の半径に等しいことから、ローラ４８の回転中心の軌跡がＶ字状となり、これに基づき回転トルクに対するカム推力のローラ４８の上述の摩擦を無視した計算値も直線からなるＶ字状となる。なお、実際の推力は、上述のように摩擦によりヒステリシス現象が発生しローラ４８が凹部４６ｃの斜面４６ｅを上るときと下るときでカム推力にずれが生じる。
一方、図２（Ｂ）に示す本発明では、カム面４６ａの凹部４６ｃの最深部４６ｄに設けられた曲率半径Ｒの円弧面のＲがローラ４８の半径より大きいことから、ローラ４８の回転中心の軌跡が円弧面に対応する部分で直線とならず、円弧に沿った曲線となり、この部分で回転トルクに対してカム推力が比例した状態とならない。しかし、後述するようにローラ４８がカム面４６ａの凹部４６ｃの最深部４６ｄの円弧面を転動している間のカム推力は、予圧ばねによる予圧力以下なのでカム推力が入力される回転トルクに比例しなくても機能上問題が発生しない。すなわち、カム面４６ａのローラ４８の半径より大きな曲率半径Ｒの円弧面をローラ４８が転動する範囲において発生するカム推力が予圧ばねの予圧力より低くなるように、円弧面の範囲が設定されていればよい。

すなわち、図１に示す、入力する回転トルクとカム推力の実測値のグラフにおいて、予圧ばねによる予圧を含む押圧力は、トロイダル型無段変速機に入力する回転トルクが０であるか僅かな値であるときに、ほとんどが予圧ばねによるものとなっている。この例では、実測値の符号ａで示される勾配が緩い部分が予圧ばねによる予圧が押圧力の主となる部分で、カム推力が０から回転トルクの値に対応した所定の勾配となるまでの間が予圧ばね領域となる。
この予圧ばね（例えば、皿ばね）により主に押圧力が発生している状態においては、押圧装置により発生するカム推力は予圧ばねによる予圧より小さく押圧力に対する影響が小さなものとなっている。特に、この際に予圧ばねが変位している場合、例えば、圧縮するように変位している場合には、押圧装置において、ローラ４８が斜面もしくは曲率半径Ｒの円弧面の範囲を上るように転動し、カム板と入力側ディスクが離れるように移動していても、押圧力が主に予圧ばねの予圧により決まるため、押圧装置による押圧力を無視しても機能上問題ない。

なお、トロイダル型無段変速機においては、入力側ディスクおよび出力側ディスクとパワーローラとの間の動力の伝達は、これらの間に介在するトラクション油のせん断力によるため、入力側ディスクおよび出力側ディスクとパワーローラとの接触部であるトラクション接触部の面圧をトラクション油のガラス点遷移圧力以上に保持する必要がある。したがって、入力する回転トルクが低く押圧装置による押圧力が低い場合に、予圧ばねによりトラクション接触部の面圧をトラクション油のガラス点遷移圧力以上に保持している。

また、入力側ディスクおよび出力側ディスクとパワーローラとの接触部位置は、多数の寸法（複数の部品それぞれの複数の寸法）の積み上げによって決まるとともに、各部品の寸法には公差が存在するため、完全に理想的な位置に配置することは現実的には困難となる。そこで、予圧ばねにおいては、セット状態からつぶれ代を設置することにより、公差積み上げ分の差を吸収し、滑らかな変速を確保している。

この予圧ばね領域では、回転トルクの変化に応じてローラ４８がカム面４６ａの凹部４６ｃの円弧面部分および斜面４６ｅ，４６ｅを乗り上げ、カム板に対して入力側ディスクが離れるように移動することになる。この際に予圧ばねがつぶれ代分だけつぶれきるまでは押圧力が予圧ばねによって決まる。したがって、予圧ばね領域におけるローラ４８が乗り上げるカム面４６ａの形状は、斜面４６ｅ，４６ｅにおけるように規定された傾斜角度の斜面となっている必要はなく、上述の曲率半径Ｒの円弧面となっていてもよい。

すなわち、前記入力側ディスクのカム面４６ａおよび前記カム板のカム面４６ａには、前記転動体が転動する位置にそれぞれ入力軸の軸回りとなる周方向の中間部が最も低くなるＶ字状の凹部４６ｃが形成され、当該凹部４６ｃの最深部４６ｄとなる入隅部は、曲率半径Ｒの円弧面とされるとともに、前記曲率半径Ｒがローラ４８の半径より大きくされ、かつ、ローラ４８が、前記凹部４６ｃの最深部４６ｄからＶ字状の凹部４６ｃを構成する左右の斜面４６ｅ，４６ｅ側のいずれかに、凹部４６ｃの入隅部に形成された曲率半径Ｒの円弧面の範囲内で乗り上げた際に、ローラ４８の前記入力軸の軸方向に沿った最大乗り上げ量が、前記回転力が入力する前から前記回転力の入力に基づく前記押圧装置の押圧力が前記予圧ばねによる予圧を超えるまでの予圧ばねの前記入力軸の軸方向に沿った変位量以下とされていることになる。
また、前記予圧ばねが圧縮ばねとされ、前記予圧ばねの変位量が、前記回転力が入力する前の予圧ばねの状態から回転力が入力した後にさらに圧縮されてつぶれるように設定された予圧ばねのつぶれ代となる変位量であることになる。

なお、予圧ばね領域より上の領域は、ローディングカム式の押圧装置によって押圧力が決定されるローディングカム領域となる。
また、予圧ばねの前記変位量を予圧ばねのつぶれ代とする場合に、予圧ばねは圧縮ばねであり、例えば、前記皿ばねとなる。また、押圧装置において、ローラ４８が凹部４６ｃにおいて、最深部４６ｄから転動して曲率半径Ｒの円弧面もしくは斜面４６ｅ，４６ｅに乗り上げる場合に、つぶれ代分圧縮されることから、主な予圧ばねは、押圧装置と直列の関係で配置される。

以上のことから、押圧装置におけるカム面４６ａの凹部４６ｃにおいて、その最深部４６ｄの角部に形成された円弧面の曲率半径Ｒをローラ４８の半径より大きくしてもこの押圧装置が備えられたトロイダル型無段変速機においてカム面４６ａに形成した円弧面により問題が発生することはない。
そして、カム面４６ａの凹部４６ｃにおいて、その最深部４６ｄの入隅部に形成された円弧面の曲率半径Ｒをローラ４８の半径より大きくしたことにより、切削加工によりカム面４６ａを形成する際の回転工具にローラ４８の径より大きな径の回転工具を使用することが可能となり、このローラ４８より径の大きな回転工具を用いることで、加工中における回転工具の弾性変形を防止することができる。
これにより、回転工具の被加工面への押圧力を高めても回転工具の弾性変形量が低減される。そして、回転工具の被加工面への押圧力を高めることでカム面４６ａの加工時間の短縮を図るとともに精度の向上を図ることができる。

本発明は、シングルキャビティ型やダブルキャビティ型などの様々なハーフトロイダル型無段変速機の他、トラニオンが無いフルトロイダル型無段変速機にも適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係るトロイダル型無段変速機のローディングカム式の押圧装置のカム面形状を説明するための図である。 従来と本発明のカム面形状とローラの軌跡における相違を示す図である。 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である。 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増速時の状態で示す側面図である。 ダブルキャビティ型無段変速機の具体的構造の一例を示す断面図である。 図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 ローディングカム式の押圧装置のカム面を示す平面図である。

符号の説明

１ 入力軸
２ 入力側ディスク
２ｂ カム面
４ 出力側ディスク
１１ パワーローラ
４５ 押圧装置
４６ ローディングカム（カム板）
４６ａ カム面
４６ｃ 凹部
４６ｄ 最深部
４６ｅ 斜面
２００ 駆動軸
３１０ 皿ばね（予圧ばね）
３１２ 皿ばね（予圧ばね）

Claims (2)

1. 駆動源からの回転力を伝える駆動軸と、当該駆動軸から回転力を受ける入力軸に結合され且つ前記入力軸と一体で回転する入力側ディスクと、当該入力側ディスクとの間に設けられたパワーローラを介して前記入力側ディスクの回転力を前記パワーローラの状態に基づいた変速比で受ける出力側ディスクと、前記入力側ディスクと前記駆動軸との間に配置され且つ前記駆動軸の回転力に応じて前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクと前記パワーローラとの間に押圧力を付与するとともに、前記駆動軸の回転力を前記入力側ディスクに伝達するローディングカム式の押圧装置と、前記入力側ディスクおよび出力側ディスクと前記パワーローラとの間に予圧を付与する予圧ばねとを備え、
   前記押圧装置は、前記入力側ディスクの前記パワーローラが接触する面の反対となる背面に形成されたカム面と、前記駆動軸と共に回転するとともに、前記入力側ディスクのカム面に対向するカム面を備えたカム板と、このカム板のカム面と前記入力側ディスクのカム面との間で転動自在に保持される複数の転動体とを有するトロイダル型無段変速機において、
   前記入力側ディスクのカム面および前記カム板のカム面には、前記転動体が転動する位置にそれぞれ入力軸の軸回りとなる周方向の中間部が最も低くなるＶ字状の凹部が形成され、
   当該凹部の最深部となる入隅部は、曲率半径Ｒの円弧面とされるとともに、前記曲率半径Ｒが前記転動体の半径より大きくされ、
   かつ、前記転動体が、前記凹部の最深部からＶ字状の凹部を構成する左右の斜面側のいずれかに、前記凹部の前記入隅部に形成された曲率半径Ｒの円弧面の範囲内で乗り上げた際に、前記転動体の前記入力軸の軸方向に沿った最大乗り上げ量が、前記回転力が入力する前から前記回転力の入力に基づく前記押圧装置の押圧力が前記予圧ばねによる予圧を超えるまでの予圧ばねの前記入力軸の軸方向に沿った変位量以下とされていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 前記予圧ばねが圧縮ばねとされ、
   前記予圧ばねの変位量が、前記回転力が入力する前の予圧ばねの状態から回転力が入力した後にさらに圧縮されてつぶれるように設定された予圧ばねのつぶれ代となる変位量であ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。

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