JP6582564B2 - 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。

例えば自動車用変速機として用いるダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機として、図２および図３に記載されているものが知られている。
このダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機は、図２および図３に示すように構成されている。図２に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸１が回転可能に支持されており、この入力軸１の外周には、２つの入力側ディスク２，２と２つの出力側ディスク３，３とが取り付けられている。また、入力軸１の中間部の外周には出力歯車４が回転可能に支持されている。この出力歯車４の中心部に設けられた円筒状のフランジ部４ａ，４ａには、出力側ディスク３，３がスプライン結合によって連結されている。

入力軸１は、図中左側に位置する入力側ディスク２とカム板（ローディングカム）７との間に設けられたローディングカム式の押圧装置１２を介して、駆動軸２２により回転駆動されるようになっている。また、出力歯車４は、２つの部材の結合によって構成された中間壁１３を介してケーシング５０内に支持されており、これにより、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転できる一方で、軸線Ｏ方向の変位が阻止されている。

図２に示すように、出力側ディスク３，３は、入力軸１との間に介在されたニードル軸受５，５によって、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転可能に支持されている。また、図中左側の入力側ディスク２は、入力軸１にボールスプライン６を介して支持され、図中右側の入力側ディスク２は、入力軸１にスプライン結合されており、これら入力側ディスク２は入力軸１とともに回転するようになっている。また、入力側ディスク２，２の内側面（凹面；トラクション面とも言う）２ａ，２ａと出力ディスク３，３の内側面（凹面；トラクション面とも言う）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図３参照）が回転可能に挟持されている。

図２中右側に位置する入力側ディスク２の内周面２ｃには、段差部２ｂが設けられ、この段差部２ｂに、入力軸１の外周面１ａに設けられた段差部１ｂが突き当てられるとともに、入力側ディスク２の背面（図２の右面）は、入力軸１の外周面に形成されたネジ部に螺合されたローディングナット９に突き当てられている。これによって、入力側ディスク２の入力軸１に対する軸線Ｏ方向の変位が実質的に阻止されている。また、カム板７と入力軸１の鍔部１ｄとの間には、皿ばね８が設けられており、この皿ばね８は、各ディスク２，２，３，３の凹面２ａ，２ａ，３ａ，３ａとパワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａとの当接部に押圧力（予圧）を付与する。

図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３に示すように、ケーシング５０の内側には、入力軸１に対し捻れの位置にある一対の枢軸１４，１４を中心として揺動する一対のトラニオン１５，１５が設けられている。なお、図３においては、入力軸１の図示は省略している。各トラニオン１５，１５は、支持板部１６の長手方向(図３の上下方向)の両端部に、この支持板部１６の内側面側に折れ曲がる状態で形成された一対の折れ曲がり壁部２０，２０を有している。そして、この折れ曲がり壁部２０，２０によって、各トラニオン１５，１５には、パワーローラ１１を収容するための凹状のポケット部Ｐが形成される。また、各折れ曲がり壁部２０，２０の外側面には、各枢軸１４，１４が互いに同心的に設けられている。

支持板部１６の中央部には円孔２１が形成され、この円孔２１には変位軸２３の基端部（第１の軸部）２３ａが支持されている。そして、各枢軸１４，１４を中心として各トラニオン１５，１５を揺動させることにより、これら各トラニオン１５，１５の中央部に支持された変位軸２３の傾斜角度を調節できるようになっている。また、各トラニオン１５，１５の内側面から突出する変位軸２３の先端部（第２の軸部）２３ｂの周囲には、各パワーローラ１１が回転可能に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の間に挟持されている。なお、各変位軸２３，２３の基端部２３ａと先端部２３ｂとは、互いに偏心している。

また、各トラニオン１５，１５の枢軸１４，１４はそれぞれ、一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂに対して揺動自在および軸方向(図３の上下方向)に変位自在に支持されており、各ヨーク２３Ａ，２３Ｂにより、トラニオン１５，１５はその水平方向の移動を規制されている。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂ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。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂの四隅には円形の支持孔１８が４つ設けられており、これら支持孔１８にはそれぞれ、トラニオン１５の両端部に設けた枢軸１４がラジアルニードル軸受３０を介して揺動自在に支持されている。また、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図２の左右方向）の中央部には、円形の係止孔１９が設けられており、この係止孔１９の内周面は円筒面として、球面ポスト６４，６８を内嵌している。すなわち、上側のヨーク２３Ａは、ケーシング５０に固定部材５２を介して支持されている球面ポスト６４によって揺動自在に支持されており、下側のヨーク２３Ｂは、球面ポスト６８およびこれを支持する駆動シリンダ（シリンダボディ）３１の上側シリンダボディ６１によって揺動自在に支持されている。

なお、各トラニオン１５，１５に設けられた各変位軸２３，２３は、入力軸１に対し、互いに１８０度反対側の位置に設けられている。また、これらの各変位軸２３，２３の先端部２３ｂが基端部２３ａに対して偏心している方向は、両ディスク２，２，３，３の回転方向に対して同方向(図３で上下逆方向)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、各パワーローラ１１，１１は、入力軸１の長手方向に若干変位できるように支持される。その結果、ローディングカム式の押圧装置１２が発生するスラスト荷重に基づく各構成部材の弾性変形等に起因して、各パワーローラ１１，１１が入力軸１の軸方向に変位する傾向となった場合でも、各構成部材に無理な力が加わらず、この変位が吸収される。

また、パワーローラ１１の外側面とトラニオン１５の支持板部１６の内側面との間には、パワーローラ１１の外側面の側から順に、スラスト転がり軸受であるスラスト玉軸受（スラスト軸受）２４と、スラストニードル軸受２５とが設けられている。このうち、スラスト玉軸受２４は、各パワーローラ１１に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これら各パワーローラ１１の回転を許容するものである。このようなスラスト玉軸受２４はそれぞれ、複数個ずつの玉（以下、転動体という）２６，２６と、これら各転動体２６，２６を転動可能に保持する円環状の保持器２７と、円環状の外輪２８とから構成されている。また、各スラスト玉軸受２４の内輪軌道は各パワーローラ１１の外側面（大端面）に、外輪軌道は各外輪２８の内側面にそれぞれ形成されている。

また、スラストニードル軸受２５は、トラニオン１５の支持板部１６の内側面と外輪２８の外側面との間に挟持されている。このようなスラストニードル軸受２５は、パワーローラ１１から各外輪２８に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これらパワーローラ１１および外輪２８が各変位軸２３の基端部２３ａを中心として揺動することを許容する。

さらに、各トラニオン１５，１５の一端部(図３の下端部)にはそれぞれ駆動ロッド（トラニオン軸）２９，２９が設けられており、各駆動ロッド２９，２９の中間部外周面に駆動ピストン（油圧ピストン）３３，３３が固設されている。そして、これら各駆動ピストン３３，３３はそれぞれ、上側シリンダボディ６１と下側シリンダボディ６２とによって構成された駆動シリンダ３１内に油密に嵌装されている。これら各駆動ピストン３３，３３と駆動シリンダ３１とで、各トラニオン１５，１５を、これらトラニオン１５，１５の枢軸１４，１４の軸方向に変位させる駆動装置３２を構成している。

このように構成されたトロイダル型無段変速機の場合、入力軸１の回転は、ローディングカム式の押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２に伝えられる。そして、これら入力側ディスク２，２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して各出力側ディスク３，３に伝えられ、さらにこれら各出力側ディスク３，３の回転が、出力歯車４より取り出される。

入力軸１と出力歯車４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、一対のトラニオン１５，１５が互いに逆方向に変位する。例えば、図３の左側のパワーローラ１１が同図の下側に、同図の右側のパワーローラ１１が同図の上側にそれぞれ変位する。

その結果、これら各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の内側面２ａ，２ａ，３ａ，３ａ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、各トラニオン１５，１５が、ヨーク２３Ａ，２３Ｂに枢支された枢軸１４，１４を中心として、互いに逆方向に揺動（傾転）する。

その結果、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各内側面２ａ，３ａとの当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車４との間の回転速度比が変化する。また、これら入力軸１と出力歯車４との間で伝達するトルクが変動し、各構成部材の弾性変形量が変化すると、各パワーローラ１１，１１およびこれら各パワーローラ１１，１１に付属の外輪２８，２８が、各変位軸２３，２３の基端部２３ａ、２３ａを中心として僅かに回動する。これら各外輪２８，２８の外側面と各トラニオン１５，１５を構成する支持板部１６の内側面との間には、それぞれスラストニードル軸受２５，２５が存在するため、前記回動は円滑に行われる。したがって、前述のように各変位軸２３，２３の傾斜角度を変化させるための力が小さくて済む。

また、ローディングカム式の押圧装置を備えたトロイダル型無段変速機の例として特許文献１および特許文献２に記載されたものが知られている。
特許文献１に記載されているトロイダル型無段変速機では、ローディングカムを構成している保持器に保持されて径方向に並んでいる複数のころを、内径側のころの長さと外径側のころの長さを異なる寸法とすることによって、スキューによるローディングカムの効率低下を防ぎ、発生推力のヒシテリシスを減少させている。

また、特許文献２に記載されているトロイダル型無段変速機では、カム板と入力側ディスクに設けられた第一、第二のカム面と、ころの転動面とのうちの少なくとも一方の面に、これら各面どうしの接触部の摩擦を低減させるための表面層を設けることによって、摩擦に基づくヒステリシスを小さくし、トルク変動の方向による推力の差を小さく抑えている。

特開２００２−３０３３５７号公報 特許２００３−３０７２６１号公報

ところで、このようなトロイダル型無段変速機におけるローディングカム式の押圧装置では、ローディングカム部のころとカム面の接触点にてフレッチング摩耗が発生し易い問題がある。
このフレッチング摩耗発生の理由の一つとして、ローディングカムのころに加わる面圧が高く、このような高い面圧は、複数のころの配置位置により異なることが挙げられる。これは、パワーローラによって、（入力側ディスク）側から受ける軸方向の外力によって、（入力側）ディスクが撓んで微小に変形するため、ころの配置位置において、その内径側、中央側、外径側で面圧にかたよりが生じてしまうからである。
このような理由によるフレッチング摩耗の防止策については、前記特許文献１および２のいずれにも記載されていない。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、ディスクの微小変形に起因するフレッチング摩耗を抑制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、本発明のトロイダル型無段変速機は、それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的にかつ回転可能に設けられた第１ディスクおよび第２ディスクと、これら両ディスクの間に挟持されるパワーローラと、前記両ディスクを互いに近づけ合う方向に押圧する押圧装置とを備え、この押圧装置が、ローディングカムと、このローディングカムのカム面と前記第１ディスクのカム面との間で保持器により転動可能に保持されたころとを有するトロイダル型無段変速機において、
前記保持器に複数の前記ころが前記第１ディスクの径方向に並んで配置され、
複数の前記ころは、当該ころの配置位置で直径と表面処理が異なり、径方向内側のころほど直径が大きいことを特徴とする。

なお、使用条件やディスク剛性により高面圧化するころは異なるため、想定する使用状況に合わせ直径を変更するころを適宜選択する。

ここで、表面処理が異なるようにするとは、ころの表面にそれぞれ異なる特殊な表面処理を施すのは勿論のこと、一のころの表面に特殊な表面処理を施さず、他のころの表面に異なる特殊な表面処理を施すことを含むことを意味する。要は、それぞれのころに、当該ころの配置位置で外見上異なる表面処理を施せばよい。

本発明においては、複数のころは、当該ころの配置位置で直径と表面処理が異なり、強い力が加わる第１ディスクの外径側に配置されるころの直径を、内径側に配置されるころの直径より小さくしているため、言い換えると、径方向内側のころほど直径が大きくなっているため、外径側と内径側とにおいて、面圧のかたよりを少なくすることができる。したがって、ディスクの微小変形に起因するフレッチング摩耗を抑制できる。また、複数のころの配置位置で当該ころの表面処理が異なるので、複数のころの直径の差が微小な場合でも、ころの外見上の判別を容易にし、保持器への組間違いを防止することができる。

本発明によれば、第１ディスク側から加わる力が強い位置に配置するころほど直径を小さく設定して面圧を低くすることができるので、面圧のかたよりを少なくすることができ、よって、ディスクの微小変形に起因するフレッチング摩耗を抑制できる。

本発明の実施の形態に係るトロイダル型無段変速機を示すもので、（ａ）は押圧装置の断面図、（ｂ）は要部の断面図である。 従来のトロイダル型無段変速機の一例を示す断面図である。 図２におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。

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。
図１は本実施の形態に係るトロイダル型無段変速機におけるローディングカム式の押圧装置１２を示すもので（ａ）は断面図、（ｂ）要部の断面図である。
本発明のトロイダル型無段変速機は、押圧装置１２に特徴を有し、当該押圧装置１２以外の構成は従来と同様であるので、図示とその説明を省略し、以下では押圧装置１２について説明する。

押圧装置１２は、図１に示すように、図示しない駆動軸とともに回転するローディングカム４６と、保持器４７により転動可能に保持された複数個のカムローラ（ころ）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１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１の左側面）にも、同様の形状を有するカム面２ｄが形成されている。
また、ローディングカム４６の底部近傍に油穴２２４が設けられ、この油穴２２４は、入力軸１の軸方向穴２２０およびこれと垂直な油孔２２２を通じて玉軸受２１０に供給される潤滑油を、入力軸１の回転に伴う遠心力によりカムローラ４８へと供給するべく作用する。

ローディングカム４６は、円板状に形成されており、カム面４６ａを有する円板状のカム板４６ｂと、このカム板４６ｂの中央部に設けられた円筒状の軸部４６ｃとを備えており、軸部４６ｃに入力軸１の左端部が挿通されている。軸部４６ｃの内周面と入力軸１の外周面との間には、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、図示しない駆動軸に結合している。この駆動軸の回転によってローディングカム４６が回転されるようになっている。

保持器４７は、ドーナツ板状に形成され、その中央部の孔にローディングカム４６の軸部４６ｃが挿通されている。
また、保持器４７の側面には、カムローラ４８が転動可能に収容されるポケット４７ａが周方向に沿って所定間隔で４箇所設けられている。
各ポケット４７ａには、複数（本実施の形態では３個）のカムローラ４８が入力側ディスク２の径方向に並んで配置されている。これら３個のカムローラ４８のうち、入力側ディスク２の外径側に配置されているカムローラ４８をカムローラ４８ａ、中央側に配置されているカムローラ４８をカムローラ４８ｂ、内径側に配置されているカムローラ４８をカムローラ４８ｃとする。

このような３つのカムローラ４８ａ，４８ｂ，４８ｃは、それらの配置位置で直径が異なっており、パワーローラにより入力側ディスク２側から加わる力が最も強い外径側に配置されたカムローラ４８ａが最も直径が小さく、入力側ディスク２側から加わる力が最も弱い内径側に配置されたカムローラ４８ｃが最も直径が大きく、中央側に配置されたカムローラ４８ｂの直径はカムローラ４８ａより大きく、カムローラ４８ｃより小さくなっている。
本実施の形態では、最も直径が大きいカムローラ４８ｃの直径をＤとすると、カムローラ４８ｂの直径はＤより僅かに小さく例えば、Ｄの９９．８％から９９．７％になっており、カムローラ４８ａの直径はＤの９９．６％から９９．５％になっている。このように、３つのカムローラ４８ａ，４８ｂ，４８ｃの直径の差は微小となっている。

また、本実施の形態では、複数のカムローラ４８ａ，４８ｂ，４８ｃは、当該カムローラ４８ａ，４８ｂ，４８ｃの配置位置で表面処理が異なっている。
すなわち、図１（ｂ）に示すように、外径側に配置されているカムローラ４８ａの表面には、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の皮膜処理が施され、中央側に配置されているカムローラ４８ｂの表面にはＷＰＣ処理（４０〜２００ミクロンの粒子を、材料に対して１００ｍ／ｓｅｃ以上の高速で投射し、表面を加工する処理）が施され、内径側に配置されているカムローラ４８ｃの表面には特殊な処理は施されていない。

ＤＬＣ処理が施されたカムローラ４８ａの表面は黒色を呈し、ＷＰＣ処理が施されたカムローラ４８ｂの表面は白色を呈し、特殊な処理が施されていないカムローラ４８ｃの表面はカムローラ４８ｃの材料のもつ色（図示の都合上、図１（ｂ）では灰色としている。）を呈している。
カムローラ４８に施す表面処理は上述した処理に限らず、例えば、燐酸処理皮膜、燐酸マンガン処理皮膜、二硫化モリブデンのコーティング層、窒化浴ベースの塩浴処理による浸硫化処理皮膜、炭化物コーティング層、（ＣＶＤ、ＰＶＤ等の）蒸着・反応蒸着皮膜形成法により形成した、ＴｉＮ、ＣｒＮ等の金属の窒化物皮膜等であってもよい。
要は３つのカムローラ４８ａ，４８ｂ，４８ｃそれぞれに、当該カムローラ４８ａ，４８ｂ，４８の配置位置で外見上異なる表面処理を施せばよい。

本実施の形態によれば、３個のカムローラ４８ａ，４８ｂ，４８ｃは、当該カムローラ４８ａ，４８ｂ，４８ｃの配置位置で直径が異なり、入力側ディスク２側から加わる力が最も強い外径側のカムローラ４８ａの直径を最も小さく設定し、入力側ディスク２側から加わる力が最も弱い内径側のカムローラ４８ｃの直径を最も大きく設定し、前記加わる力が中程度の中央側のカムローラ４８ｂの直径を、カムローラ４８ａより大きく、カムローラ４８ｃより小さく設定したので、カムローラ４８ａ，４８ｂ，４８ｃにそれぞれ加わる面圧のかたよりを少なくすることができる。したがって、入力側ディスク２の微小変形に起因するフレッチング摩耗を抑制できる。
また、カムローラ４８ａ，４８ｂ，４８ｃの表面処理が異なるので、当該カムローラ４８ａ，４８ｂ，４８ｃの直径の差が微小であっても、外見上の判別を容易に行える。したがって、これらカムローラ４８ａ，４８ｂ，４８ｃの、保持器４７への組間違いを防止することができる。
さらに、上述したいずれの表面処理においても摩擦抵抗を低減させる効果を期待できるので、カムローラ４８ａ，４８ｂ，４８ｃのフレッチング摩耗やその他の摩耗を抑制できる。

なお、本実施の形態では、入力側ディスク２を押圧装置１２によって押圧する場合を例にとって説明したが、トロイダル型無段変速機では、入力側ディスクと出力側ディスクの入出力関係を逆にする場合もある。したがって、本発明は出力側ディスクを押圧装置１２０によって押圧する場合にも適用できる。

さらに、本実施の形態では本発明を、ダブルキャビティ式ハーフトロイダル型無段変速機に適用する場合を例にとって説明したが、これに限ることなく、本発明はダブルキャビティ式フルトロイダル型無段変速機にも適用でき、さらに、シングルキャビティ式のハーフトロイダル型やフルトロイダル型のトロイダル型無段変速機にも適用できる。

２ 入力側ディスク（第１ディスク）
２ｄ カム面
３ 出力側ディスク（第２ディスク）
１１ パワーローラ
１２ 押圧装置
４６ ローディングカム
４６ａ カム面
４７ 保持器
４８，４８ａ，４８ｂ，４８ｃ カムローラ（ころ）

Claims (2)

1. それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的にかつ回転可能に設けられた第１ディスクおよび第２ディスクと、これら両ディスクの間に挟持されるパワーローラと、前記両ディスクを互いに近づけ合う方向に押圧する押圧装置とを備え、この押圧装置が、ローディングカムと、このローディングカムのカム面と前記第１ディスクのカム面との間で保持器により転動可能に保持されたころとを有するトロイダル型無段変速機において、
   前記保持器に複数の前記ころが前記第１ディスクの径方向に並んで配置され、
   複数の前記ころは、当該ころの配置位置で直径と表面処理が異なり、径方向内側のころほど直径が大きいことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 前記表面処理が摩耗抵抗を低減させ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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