JP5428949B2 - トロイダル型無段変速機のローラの製造装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、自動車の自動変速機等に用いられるトロイダル型無段変速機のローラの製造装置に関する。

従来、トロイダル型無段変速機としては、入力ディスクと、この入力ディスクに同軸に対向して配置された出力ディスクと、上記入力ディスクと上記出力ディスクとの間でトルクを伝達するローラとを備えたものがある（特許第３７４６６３６号公報：特許文献１参照）。

上記ローラは、一次切削後の研削工程において、砥石によって、研磨される。このとき、図６に示すように、ローラ１１１の外周面１１１ａには、砥石の回転方向に沿って、ローラ１１１の周方向に沿った溝１２０が、形成される。ローラ１１１の周方向を矢印Ｘ方向にて示し、ローラ１１１の軸方向を矢印Ｙ方向にて示す。

しかしながら、上記ローラ１１１では、ローラ１１１の外周面１１１ａに、ローラ１１１の周方向に沿った溝１２０が形成されるので、ローラ１１１の軸１１２方向の粗さが、ローラ１１１の周方向の粗さよりも大きくなる。

ここで、上記ローラ１１１の外周面１１１ａには、上記入力ディスクと上記出力ディスクとの間でトルクを伝達する際、ローラ１１１の周方向と軸方向とに同時に滑りが発生するため、ローラ１１１の周方向と軸方向とにせん断応力が作用する。

そして、上記ローラ１１１の軸方向の粗さが、ローラ１１１の周方向の粗さよりも大きいため、ローラ１１１の軸方向のせん断応力が、ローラ１１１の周方向のせん断応力よりも大きくなる。

このため、上記ローラ１１１の軸方向のせん断応力が、ローラ１１１の材料強度を超えないように、トロイダル型無段変速機を設計する必要が、生じていた。

そして、上記ローラ１１１の周方向に大きなトルクを伝達させたい場合、ローラ１１１の軸方向のせん断力が、ローラ１１１の材料強度を超えるため、ローラ１１１の外周面１１１ａに、ショットピーニング加工によって残留圧縮応力を与えなければならなかった。このショットピーニング加工後は、ローラ１１１に研削加工と超仕上げ加工とを行う必要があり、ローラ１１１の製造コストと製造工数がかかる問題があった。

特許第３７４６６３６号公報

そこで、この発明の課題は、ショットピーニング加工、研削加工および超仕上げ加工を行わなくても大きなトルクを伝達でき、製造コストと製造工数とを削減したトロイダル型無段変速機のローラを製造する装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のトロイダル型無段変速機のローラの製造装置は、
入力ディスクと、この入力ディスクに同軸に対向して配置された出力ディスクとの間で、トルクを伝達するトロイダル型無段変速機のローラの製造装置において、
上記ローラを内部空間に収容し、この内部空間を形成する内面と上記ローラの外周面との間に環状の第１の隙間を設ける容器本体と、
砥粒を含む粘土状のメディアが上記ローラの軸方向の速度成分を有するように、上記メディアを上記第１の隙間に流動させて、上記ローラの外周面に上記ローラの軸方向に沿った溝を形成するメディア流動部と
を備えることを特徴としている。

この発明のトロイダル型無段変速機のローラの製造装置によれば、上記内部空間に収容された上記ローラの外周面との間に環状の第１の隙間を設ける容器本体と、上記メディアが上記ローラの軸方向の速度成分を有するように、上記メディアを上記第１の隙間に流動させて、上記ローラの外周面に上記ローラの軸方向に沿った溝を形成するメディア流動部とを備えるので、メディアは、第１の隙間を通過するとき、ローラの軸方向の速度成分を有して、ローラの外周面に接触する。そして、ローラの外周面には、メディアの流動方向に沿って、ローラの軸方向に沿った溝が、形成される。

このように、上記ローラの外周面にローラの軸方向に沿った溝を形成できるので、ローラの軸方向の粗さを小さくでき、かつ、ローラの周方向の粗さを大きくできる。このため、ローラの周方向のトラクション係数が同じ場合、ローラの軸方向のトラクション係数を小さくできる。

そして、ローラの周方向のせん断応力が同じ場合、ローラの軸方向のせん断応力を小さくできて、ローラの軸方向のせん断応力をローラの材料強度より小さくできる。

したがって、ローラに大きなトルクを伝達させるために、ローラの外周面に、ショットピーニング加工、研削加工および超仕上げ加工を必ずしも行う必要がなく、ローラの製造コストおよび製造工数を削減できる。

また、一実施形態のトロイダル型無段変速機のローラの製造装置では、
上記メディア流動部は、
上記容器本体の内部空間に配置され、上記ローラを上記ローラの軸方向から挟んで支持する２つの支持棒と、
上記容器本体の内部空間に配置され、上記各支持棒の外周側に往復動可能に嵌め込まれる２つのパイプ状のピストンと
を有し、
上記容器本体の上記内部空間を形成する内面と上記支持棒の外周面との間に、上記第１の隙間に上記ローラの軸方向にて連通する環状の第２の隙間を有し、
上記ピストンは、上記第２の隙間内を移動して、上記メディアに圧力を加えながら上記メディアを上記第１の隙間および上記第２の隙間に流動させる。

この実施形態のトロイダル型無段変速機のローラの製造装置によれば、上記メディア流動部は、上記２つの支持棒と上記２つのパイプ状のピストンとを有し、上記容器本体の上記内部空間を形成する内面と上記支持棒の外周面との間に、上記第１の隙間に上記ローラの軸方向にて連通する環状の第２の隙間を有し、上記ピストンは、上記第２の隙間内を移動して、上記メディアに圧力を加えながら上記メディアを上記第１の隙間および上記第２の隙間に流動させるので、メディアは、第１の隙間を通過するとき、ほぼローラの軸方向の速度成分のみを有した状態で、ローラの外周面に接触する。このため、ローラの外周面に、ほぼローラの軸方向に沿った溝のみを、形成できる。

また、一実施形態のトロイダル型無段変速機のローラの製造装置では、上記ローラの外周面に対向する上記容器本体の内面の形状は、上記ローラの外周面に沿った形状である。

この実施形態のトロイダル型無段変速機のローラの製造装置によれば、上記ローラの外周面に対向する上記容器本体の内面の形状は、上記ローラの外周面に沿った形状であるので、容器本体の内面とローラの外周面との距離を一定に保つことができ、メディアが、第１の隙間を、円滑に流動できる。

また、一実施形態のトロイダル型無段変速機のローラの製造装置では、
上記容器本体は、
上記ローラを上記ローラの軸方向から挟んで支持する２つの支持部と、
上記第１の隙間に上記ローラの軸方向にて連通する環状の第３の隙間と
を有し、
上記メディア流動部は、
上記第３の隙間に連通して、上記メディアに圧力を加えながら上記メディアを上記第１の隙間および上記第３の隙間に流動させるメディア圧送部を有する。

この実施形態のトロイダル型無段変速機のローラの製造装置によれば、上記容器本体は、上記２つの支持部と上記第３の隙間とを有し、上記メディア流動部は、上記第３の隙間に連通して、上記メディアに圧力を加えながら上記メディアを上記第１の隙間および上記第３の隙間に流動させるメディア圧送部を有するので、メディアは、第１の隙間を通過するとき、ほぼローラの軸方向の速度成分のみを有した状態で、ローラの外周面に接触する。このため、ローラの外周面に、ほぼローラの軸方向に沿った溝のみを、形成できる。

この発明のトロイダル型無段変速機のローラの製造方法によれば、上記内部空間に収容された上記ローラの外周面との間に環状の第１の隙間を設ける容器本体と、上記メディアが上記ローラの軸方向の速度成分を有するように、上記メディアを上記第１の隙間に流動させて、上記ローラの外周面に上記ローラの軸方向に沿った溝を形成するメディア流動部とを備えるので、ローラの外周面にローラの軸方向に沿った溝を形成でき、この結果、ショットピーニング加工、研削加工および超仕上げ加工を行わなくても大きなトルクを伝達でき、製造コストと製造工数とを削減できる。

本発明のトロイダル型無段変速機の一実施形態を示す簡略構成図である。 本発明のトロイダル型無段変速機のローラの正面図である。 本発明のトロイダル型無段変速機のローラの製造装置の第１実施形態を示す簡略断面図である。 本発明のメディアの流れを説明する説明図である。 比較例としてのメディアの流れを説明する説明図である。 本発明のトロイダル型無段変速機のローラの製造装置の第２実施形態を示す簡略断面図である。 従来のトロイダル型無段変速機のローラの正面図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、この発明のトロイダル型無段変速機の一実施形態である簡略構成図を示している。このトロイダル型無段変速機は、入力軸３に固定された第１入力ディスク１および第２入力ディスク２と、この第１入力ディスク１と第２入力ディスク２との間に配置され、第１、第２入力ディスク１，２と同軸にかつ独立に回転できるようになっている出力ディスク５とを備えている。

上記出力ディスク５は、入力軸３に対して（図示しない）軸受で回転自在に支持されており、出力ディスク５のギア部５Ａに巻回された歯付ベルト６で出力側に動力を取り出すようになっている。

上記第１入力ディスク１の一面には、トロイダル状の凹湾曲面の円周軌道１ａを有する。上記第２入力ディスク２の一面には、トロイダル状の凹湾曲面の円周軌道２ａを有する。上記出力ディスク５の両面には、トロイダル状の凹湾曲面の円周軌道５ａ，５ｂを有する。

上記第１入力ディスク１の円周軌道１ａと上記出力ディスク５の一方の円周軌道５ａとは、対向して配置される。上記第２入力ディスク２の円周軌道２ａと上記出力ディスク５の他方の円周軌道５ｂとは、対向して配置される。

上記第１入力ディスク１の円周軌道１ａと上記出力ディスク５の一方の円周軌道５ａとの間、および、上記第２入力ディスク２の円周軌道２ａと上記出力ディスク５の他方の円周軌道５ｂとの間のそれぞれに、円板状のローラ１１が配置されている。

上記ローラ１１は、入力軸３に対して交差する軸部１２を設けている。ローラ１１は、図示しないキャリッジにより、軸部１２を介して回転自在かつ揺動可能に支持されている。

一方のローラ１１の周面と第１入力ディスク１の円周軌道１ａとの間、および、一方のローラ１１の周面と出力ディスク５の円周軌道５ａとの間に、潤滑油の油膜が介在し、他方のローラ１１の周面と第２入力ディスク２の円周軌道２ａとの間、および、他方のローラ１１の周面と出力ディスク５の円周軌道５ｂとの間に、潤滑油の油膜が介在している。ローラ１１は、潤滑油の油膜を介して、第１、第２入力ディスク１，２と出力ディスク５との間でトルクを伝達する。

なお、潤滑油は、（図示しない）ポンプによって、ローラ１１の軸部１２付近からローラ１１の側面に供給されると共に、ローラ１１の外周面の径方向外側からローラ１１の外周面に供給される。

そして、入力軸３が回転すると、第１、第２入力ディスク１，２が一緒に回転し、この第１、第２入力ディスク１，２の回転に追従してローラ１１が回転し、このローラ１１の回転に追従して出力ディスク５が回転する。

上記ローラ１１の軸部１２は、出力ディスク５を挟んで配置された一対のローラ１１，１１の傾斜角度θ１，θ２が、出力ディスク５を挟んで左右対称になるように、制御される。

上記入力軸３と平行な方向に対するローラ１の傾斜角度について、ローラ１１の周面が出力ディスク５の外周側および入力ディスク１の内周側に対向するときの傾斜角度θ１が大きいほど、減速比が大きくなる一方、ローラ１１の周面が出力ディスク５の内周側および入力ディスク１の外周側に対向するときの傾斜角度θ２が大きいほど、増速比が大きくなる。

図２に示すように、上記ローラ１１の外周面１１ａに、ローラ１１の軸方向に沿った溝２０を設けている。この溝２０は、ローラ１１の一次切削後の研削工程において、砥粒を含む粘土状のメディアの研磨によって、形成される。ローラ１１の周方向を矢印Ｘ方向にて示し、ローラ１１の軸方向を矢印Ｙ方向にて示す。

このように、上記ローラ１１の外周面１１ａに、ローラ１１の軸方向に沿った溝２０を設けているので、ローラ１１の軸方向の粗さを小さくでき、かつ、ローラ１１の周方向の粗さを大きくできる。このため、ローラ１１の周方向のトラクション係数が同じ場合、ローラ１１の軸方向のトラクション係数を小さくできる。

ここで、トラクション係数とは、転がり接触面に発生するトラクションを垂直荷重で割った値をいう。また、上記トラクションとは、転がり接触特有の高い面圧条件下の、潤滑下の転がり面において、相対する２面の微少な速度差により生じる摩擦力をいう。

この結果、ローラ１１の周方向のせん断応力が同じ場合、ローラ１１の軸方向のせん断応力を小さくできて、ローラ１１の軸方向のせん断応力をローラ１１の材料強度より小さくできる。

したがって、ローラ１１に大きなトルクを伝達させるために、ローラ１１の外周面１１ａに、ショットピーニング加工、研削加工および超仕上げ加工を必ずしも行う必要がなく、ローラ１１の製造コストおよび製造工数を削減できる。

次に、上記構成のローラ１１を製造する装置について説明する。図３に示すように、この製造装置は、容器本体５０とメディア流動部６０とを有する。

上記容器本体５０は、上記ローラ１１を内部空間に収容し、この内部空間を形成する内面とローラ１１の外周面１１ａとの間に環状の第１の隙間Ｓ１を設ける。

上記メディア流動部６０は、砥粒を含む粘土状のメディアが上記ローラ１１の軸方向の速度成分を有するように、メディアを第１の隙間Ｓ１に流動させて、ローラ１１の外周面１１ａにローラ１１の軸方向に沿った溝２０を形成する。

上記メディア流動部６０は、２つの支持棒６１，６１と２つのパイプ状のピストン６２，６２とを有する。

上記支持棒６１は、上記容器本体５０の内部空間に配置され、上記ローラ１１の軸が上記容器本体５０の内部空間の中心軸に一致するようにローラ１１をローラ１１の軸方向から挟んで支持する。

上記支持棒６１は、上記容器本体５０の内部空間の中心軸に沿って延在している。２つの支持棒６１，６１は、複数のローラ１１を挟持する。この複数のローラ１１は、同心状に重ね合わされ、心棒１３により一体に固定されている。

上記ピストン６２は、上記容器本体５０の内部空間に配置され、上記各支持棒６１の外周側に往復動可能に嵌め込まれる。ピストン６２は、容器本体５０の内部空間の中心軸に沿って、矢印に示すように移動する。

上記容器本体５０の内部空間を形成する内面と上記支持棒６１の外周面との間に、環状の第２の隙間Ｓ２を有する。この第２の隙間Ｓ２は、上記第１の隙間Ｓ１に、ローラ１１の軸方向（つまり、容器本体５０の内部空間の中心軸の方向）にて連通する。

上記２つのピストン６２，６２は、上記第２の隙間Ｓ２内を移動して、上記メディアに圧力を加えながらメディアを上記第１の隙間Ｓ１および上記第２の隙間Ｓ２に流動させる。

上記ローラ１１の外周面１１ａに対向する上記容器本体５０の内面の形状は、上記ローラ１１の外周面１１ａに沿った形状である。つまり、ローラ１１の外周面１１ａの形状は、凸曲面であるため、容器本体５０の内面の形状は、凹曲面となる。このため、容器本体５０の内面の断面形状は、波形となる。

そして、上記ローラ１１の一次切削後の研削工程において、上記構成の製造装置によって上記ローラ１１を製造するとき、上記２つの支持棒６１，６１によって複数のローラ１１を挟持し、上記２つのピストン６２，６２によってメディアを上記第１の隙間Ｓ１に流動させる。メディアは、第１の隙間Ｓ１を通過するとき、ほぼローラ１１の軸方向の速度成分のみを有した状態で、ローラ１１の外周面１１ａに接触する。このため、ローラ１１の外周面１１ａに、ほぼローラ１１の軸方向に沿った溝２０のみを、形成できる。

このとき、図４Ａに示すように、上記容器本体５０の内面の形状は、上記ローラ１１の外周面１１ａに沿った形状であり、容器本体５０の内面とローラ１１の外周面との距離は、一定であるため、メディアの流れは、矢印に示すように層流となり、メディアは、第１の隙間Ｓ１を円滑に流動できる。なお、メディアは、図中の矢印方向と、図中の矢印とは逆方向とに、交互に、流れる。

比較例として、図４Ｂに示すように、容器本体５０Ａの内面が平坦な場合、容器本体５０Ａの内面とローラ１１の外周面１１ａとの距離において、隣り合うローラ１１，１１の間の部分が、容器本体５０Ａの内面から最も離れており、この部分で、メディアの流れは、矢印に示すように乱流となり、メディアは、第１の隙間Ｓ１を円滑に流動できない。

（第２の実施形態）
図５は、この発明のトロイダル型無段変速機のローラの製造装置の第２の実施形態を示している。なお、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

図５に示すように、この製造装置は、容器本体７０とメディア流動部８０とを有する。容器本体７０は、ローラ１１を内部空間に収容し、この内部空間を形成する内面とローラ１１の外周面１１ａとの間に環状の第１の隙間Ｓ１を設ける。メディア流動部８０は、砥粒を含む粘土状のメディアが上記ローラ１１の軸方向の速度成分を有するように、メディアを第１の隙間Ｓ１に流動させて、ローラ１１の外周面１１ａにローラ１１の軸方向に沿った溝２０を形成する。

上記容器本体７０は、２つの支持部７１，７１を有する。この２つの支持部７１，７１は、複数のローラ１１の軸が容器本体７０の内部空間の中心軸に一致するように、複数のローラ１１をローラ１１の軸方向から挟んで支持する。

上記容器本体７０には、第１の隙間Ｓ１を挟んで容器本体７０の内部空間の中心軸の方向の両側に、環状の第３の隙間Ｓ３を設けている。この第３の隙間Ｓ３は、第１の隙間Ｓ１にローラ１１の軸方向（つまり、容器本体７０の内部空間の中心軸の方向）にて連通する。

上記メディア流動部８０は、上記第３の隙間Ｓ３に連通する２つのメディア圧送部８１，８１を有する。このメディア圧送部８１は、内部のピストン構造によって、メディアに圧力を加えながらメディアを上記第１の隙間Ｓ１および上記第３の隙間Ｓ３に流動させる。

そして、上記ローラ１１の一次切削後の研削工程において、上記構成の製造装置によって上記ローラ１１を製造するとき、上記２つの支持部７１，７１によって複数のローラ１１を挟持し、上記２つのメディア圧送部８１，８１によってメディアを上記第１の隙間Ｓ１に流動させる。メディアは、第１の隙間Ｓ１を通過するとき、ほぼローラ１１の軸方向の速度成分のみを有した状態で、ローラ１１の外周面１１ａに接触する。このため、ローラ１１の外周面１１ａに、ほぼローラ１１の軸方向に沿った溝２０のみを、形成できる。なお、メディアは、実線の矢印方向と、点線の矢印方向とに、交互に、流れる。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記ローラの製造装置において、複数のローラ１１を加工しているが、一つのローラ１１を加工するようにしてもよい。また、上記ローラの製造装置の容器本体５０，７０において、ローラ１１の外周面１１ａに対向する内面の形状は、ローラ１１の外周面１１ａに沿った形状でなくてもよい。また、上記ローラの製造装置の構成は、メディアがローラ１１の軸方向の速度成分を有するようにメディアを第１の隙間Ｓ１に流動させるような構成であれば、設計変更可能である。また、ローラ１１の外周面１１ａに、ショットピーニング加工を行ってもよい。

１ 第１入力ディスク
２ 第２入力ディスク
３ 入力軸
５ 出力ディスク
６ 歯付ベルト
１１ ローラ
１１ａ 外周面
１２ 軸部
２０ 溝
５０ 容器本体
６０ メディア流動部
６１ 支持棒
６２ ピストン
７０ 容器本体
７１ 支持部
８０ メディア流動部
８１ メディア圧送部
Ｓ１ 第１の隙間
Ｓ２ 第２の隙間
Ｓ３ 第３の隙間

Claims (4)

1. 入力ディスクと、この入力ディスクに同軸に対向して配置された出力ディスクとの間で、トルクを伝達するトロイダル型無段変速機のローラの製造装置において、
   上記ローラを内部空間に収容し、この内部空間を形成する内面と上記ローラの外周面との間に環状の第１の隙間を設ける容器本体と、
   砥粒を含む粘土状のメディアが上記ローラの軸方向の速度成分を有するように、上記メディアを上記第１の隙間に流動させて、上記ローラの外周面に上記ローラの軸方向に沿った溝を形成するメディア流動部と
   を備えることを特徴とするトロイダル型無段変速機のローラの製造装置。
2. 請求項１に記載のトロイダル型無段変速機のローラの製造装置において、
   上記メディア流動部は、
   上記容器本体の内部空間に配置され、上記ローラを上記ローラの軸方向から挟んで支持する２つの支持棒と、
   上記容器本体の内部空間に配置され、上記各支持棒の外周側に往復動可能に嵌め込まれる２つのパイプ状のピストンと
   を有し、
   上記容器本体の上記内部空間を形成する内面と上記支持棒の外周面との間に、上記第１の隙間に上記ローラの軸方向にて連通する環状の第２の隙間を有し、
   上記ピストンは、上記第２の隙間内を移動して、上記メディアに圧力を加えながら上記メディアを上記第１の隙間および上記第２の隙間に流動させることを特徴とするトロイダル型無段変速機のローラの製造装置。
3. 請求項１または２に記載のトロイダル型無段変速機のローラの製造装置において、
   上記ローラの外周面に対向する上記容器本体の内面の形状は、上記ローラの外周面に沿った形状であることを特徴とするトロイダル型無段変速機のローラの製造装置。
4. 請求項１に記載のトロイダル型無段変速機のローラの製造装置において、
   上記容器本体は、
   上記ローラを上記ローラの軸方向から挟んで支持する２つの支持部と、
   上記第１の隙間に上記ローラの軸方向にて連通する環状の第３の隙間と
   を有し、
   上記メディア流動部は、
   上記第３の隙間に連通して、上記メディアに圧力を加えながら上記メディアを上記第１の隙間および上記第３の隙間に流動させるメディア圧送部を有することを特徴とするトロイダル型無段変速機のローラの製造装置。

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