JPS62270856A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明はトロイダル型無段変速機に関するものである。

（従来の技術） この種トロイダル型無段変速機は通常、例えば特開昭５
６−１６０４５３号公報に記載の如くに構成するのが普
通である、即ち第３図に示すように、同軸配置した人出
力コーンディスク１．２と、これらコーンディスクの対
向コーン面１ａ；　２ａにころがり接触するパワーロー
ラー３とを具える。そしてコ−ンディスク対向面１ａ、
　２ａは、コーンディスク軸線■を含む平面上における
点Ｑを中心とした半径ｒｏの円弧をコーンディスク軸線
工の周りに回転させて得られるコーン面とする。又パワ
ーローラー３は、上記と同じ平面内にあって中心Ｑから
コーンディスク軸線Ｉに下ろした垂線■に関し対称で中
心Ｑを通る２線ｓ、、　ｓ２と対向コーン面１ａ、　２
ａとの交点０！、０□を垂線■の周りに回転して得られ
る円Ｃを入出力コーンディスク１．２とのころがり接触
軌跡として有する。

かかる構成において、入力軸４からドライブプレート５
及びローディングカム６を経由し、入力コーンディスク
１に達した動力はパワーローラー３の垂線■周りの回転
を介し出力コーンディスク２に伝わり、出力軸７より取
出すことができる。

この動力伝達中ローディングカム６は伝達トルクに応じ
たスラストＦ、を発生し、ドライブプレート５へのスラ
ストをスラストベアリング８により変速機ケース９で受
止めると共に、人力コーンディスク１へのスラストをパ
ワーローラー３、出力コーンディスク２及びスラストベ
アリング１０を経て変速機ケース９により受止める。か
くて、パワーローラー３はコーンディスク１，２間に挟
圧されてこれらの対向コーン面１ａ、２ａに押付けられ
、上記の動力伝達を可能にする。

更に、中心Ｑを通り上記の平面に垂直な首振り軸線２の
周りにパワーローラー３を首振り回動させると、パワー
ローラー３に対するコーンディスク１．２のころがり接
触円弧径ｒｌ＋　ｒｌ′が連続的に変化し、無段変速が
可能である。

この変速状態を線図的に示すと第４図の如くになり、更
にコーンディスク１（２）とパワーローラー３とはパワ
ーローラー押付力（スラスト）ＦＳにより両者の接面Ｙ
内の第５図の如き楕円領域１１で接していることかヘル
ツの応力理論により知られている。

ところで、接触楕円１１の中心０１からコーンディスク
軸線■及びパワーロー　ラー軸線■への距離ｒＩ＋　ｒ
２、つまり接触楕円中心点のコーンディスク側回転半径
ｒ１及びパワーローラー側回転半径ｒ２は夫々、第４図
に示す中心Ｑからコーンディスク軸線Ｔに至る距離と前
記円弧半径［。との差ｅ。に対する円弧半径ｒ。の比ｅ
。／ｒｏをｋとし、線■及びＳｌ＋　Ｓ２の交角をθと
し、パワーローラー首振り角をｆとすると、 ｒ、＝　　ｒ＋　　ｅｏ　　−ｒｏ　ＣＯ３５７）＝　
ｒｏ（１＋に−ｃｏｓ　５ｐ　）　　　　　　（１）ｒ
２＝　ｒｏｓｉｎ　　θ　　　　　−（２）で表わされ
る。そして接触楕円中心０１でのコーンディスク１及び
パワーローラー３の回転周速は常時等しいから、これら
コーンディスク１及びパワ７０−ラー３の回転速度を夫
々の１．　ω２とすると、 ｒ、・ω１：ｒ２・ω２ で表わされる。

しかして、接触楕円１１の両端（中心０１から距離ａの
点）においては、パワーローラー軸線■とコーンディス
ク軸線Ｉとの交点Ｘが、接面Ｙとコーンディスク軸線■
との交点Ｐに一致しない限り、コーンディスク１の周速
とパワーローラー３の周速とが異なり、両者間にスリッ
プを生じて接触楕円１１に垂直な中心り、を通る軸線周
りに回転ベクトル（スピン）が発生する。

交点Ｐから遠い接触楕円１１の端部についてスピンを求
めるに、この端部におけるコーンディスク回転半径ｒい
及びパワーローラー回転半径ｒ２１　は夫々 ｒ、、＝　ｒ、＋ａｓｉｎ　ｙ′（３）π ｒ、、＝　　ｒ２＋ａｓｉｎ（−一　〇　）、−（４）
で表わされ、又当該接触楕円端部におけるコーンディス
クの周速ｒｌｌ　　・ω１及びパワーローラー周速ｒ２
＋・ω２は夫々 ｒｌ＋　　・　ω、＝（ｒ、＋ａｓｉｎ９’）　　ω＋
　　　　　、、、、（５）ｒ２＋　６ｗ２＝　（ｒ２＋
ａ　５ｉｎ（−−θ刀　ω２で表わされる。

そして、上記接触楕円端部におけるコーンディスク及び
パワーローラー間のスリップｖｓは上記周速ｒ口・ω１
とｒ２１・ω２との差であるから、で表わされる。ここ
で、スピンは接触楕円に垂直ｓ な軸線周りの回転ω、＝−に対する入力回転ω宜 より次の如くに求めることができる。

なお、点Ｘ、Ｐが一致するパワーローラー首振り角　（
変速比）で三角形の比例の法則から上記スリップＶ、は
０になる。そして、例えば上記（７）式を設計上可能と
されるパワーローラー首振り角チ＝２０°〜（２θ−２
０）°の範囲につき特性図で表わＵｌ　　　　ｗａｘ （７）式に上記ゾ＝２０°又は？＝（２θ−２０）°を
代入して１尋られる次式から求めることができる。

一方、コーンディスク及びパワーローラー間のトラクシ
ョンカＦｔ、従ってトラクション係数μは第７図に示す
ように、両者間のスリップ量ＩＵが成る値になるまでは
上昇して伝動効率が良くな一す、それ以上のスリップ量
ではトラクション係数μが低下することが知られている
。加えて、前記スピンがない時は同図に実線で示す如く
スピンが大きい時の点線特性より全域に亘りトラクショ
ンが大きくなり、又最大トラクションを発生する理想ス
リップ量Ａ　Ｕｌ、　　Ｊ　Ｕ２　はスピンがない時の
ＪＬＩ。

の方がスピンが大きい時のΔＵ２より低いことも知られ
ている。

従って従来は、この観点からトロイダル型無段変速機を
スピンができるだけ小さくなるよう構成することを狙っ
て、前記のθ及びｋを小さくするのが常套であった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしかかる従来の構成では、前記押付力Ｆｓ（第３図
参照）にともなってパワーローラー３にその回転軸線（
Ｖ）方向へ加わるスラスト分力が極めて大きくなり、こ
れに耐え得るようパワーローラー３を回転自在に支持す
るスラストベアリングを十分大きくせざるをえなかった
。

ところで、パワーローラー３を回転自在に支持する場所
はスペース上の制約が大きく、スラストベアリングの大
型化には限界かった。結果としてスラストベアリングの
十分な大型化がかなわず、その耐久性が悪いという問題
を生じていた。又、たとえスラストベアリングの大型化
が可能になったとしても、これにかかる大きなスラスト
はスラストベアリングの摩擦力を増して、スピンを小さ
くしたことによる効率の向上を相殺してしまい、狙い通
りの目的を十分達し得ていないのが実情であった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、パワーローラーへのスラスト荷重許容限界値
からθを５０度以上、又ｋを０．６以上にすべきであり
、更にスピンは０．３程度迄許容し得るとの事実認識に
基づき、前記円弧中心からコーンディスク軸線に至る距
離と該円弧の半径との差に対する該半径の比を０．６以
上とし、前記垂線と、前記２線とのなす角度を５０度以
上とし、前記交点におけるパワーローラーとコーンディ
スクとの接触面に生ずる該接触面に垂直な軸線周りの回
転に対するコーンディスクの回転の比で表わされるスピ
ンの最大絶対値が０．３以下となるよう構成したもので
ある。

（作　用） 入力コーンディスクへの動力はそのコーン面にころがり
接触するパワーローラーの回転を介し出力コーンディス
クに伝わり、これから取出すことができる。この動力伝
達中、パワーローラーを首振り軸線の周りに回動させる
と、両コーンディスクのパワーローラーに対するころが
り接触軌跡の半径が連続的に変化し、無段変速させるこ
とができる。

ところで、前記円弧中心からコーンディスク軸線に至る
距離と前記円弧半径との差に対する円弧半径の比を０．
６以上とし、且つ前記垂線と前記２線とのなす角度を５
０度以上としたから、パワーローラー押付力に起因して
このパワーローラーに加わるスラスト荷重を許容範囲内
の値とすることができ、これを回転自在に支持するスラ
ストベアリングを制約されたスペースに納まる大きさに
してもその耐久性が問題になることはない。

又、パワーローラーとコーンディスクの接触面に生ずる
該接触面に垂直な軸線周りの回転に対するコーンディス
クの回転の比で表わされるスピンの最大絶対値が０．３
以下となるよう構成したから、無段変速機の伝動効率を
高く保ち得ると共に、この高い伝動効率を大きな変速比
幅範囲内に亘って維持することができる。

（実施例） 以下、図示の実施例に基づき本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明により定めた領域を示す線図で、先ずこ
の線図の求め方について説明する。

第３図乃至第５図に示すトロイダル型無段変速機におい
て、変速比はパワーローラー３に対する出力コーンディ
スク２のころがり接触円半径ｒ　、　／と、パワーロー
ラー３に対する人力コーンディスク１のころがり接触円
半径ｒ、との比ｒ、　’　／ｒ、であり、ｒｌ’＋ｒｌ
は夫々前記（１）式に照らしてｒ、　’＝　ｒ、　（ｌ
＋に−ＣＯ３（２θ−′ｆ））ｒ、　＝　ｒｏ　（１＋
　ｋ−ｃｏｓｙ）であることが判る。ところで、設計上
デは２０°が許容限界であることから、この許容限界に
対応する一方向の最大変速比Ｊ□８は で表わされ、従って変速比幅ｊｍａｘ２はとなる。

この式から明らかなように、変速比幅ｊ　ｍａｘ２は第
１図に実線で示す如くｋをパラメータとしたθの関数で
表わされ、ｋの増大につれ大きくなり、θの増大につれ
大きくなる。ところで本発明においては、パワーローラ
ー３に加わるスラストを許容範囲内に結続るよう特に、
ｋを０．６以上とし、θを５０度以上とする。加えて本
発明においては、無段変速機の伝動効率を許容範囲内に
納めるため、（第６図参照）が０．３以下となるように
する。

ωｌ　　　　ＩＲａ）１ となる点を第１図上に示して結ぶと点線で示す如くにな
り、結果として従来は第１図中人１点に対応するように
、θ、＋（−）ｍａｘｉを定めていたのωｌ に対し、本発明においては同図中斜線領域Ａ２内に存在
するように、θ、＋（−）、、、ｌを定める。

ωＩ なお、第１図をｋとθの座標系で表わすと第２図の如く
になり、この図中Ａ１が従来の設定、斜線領域Ａ２が本
発明の設定域を示す。

次に、具体的に第１図及び第２図中Ａ３点の数値を当て
はめて本発明の第１実施例及び第２実施例とするに、こ
れらを従来の場合（八〇と共に表で示すと以下の如くに
なる。

先ず第１実施例について説明する。従来と条件を同じに
すべく変速機の大きさ、つまり両パワーローラー（パワ
ーローラーの数２）の首振り軸線間間隔（ピッチ）を同
じ１４６ｍｍにした状態で、ｋを０．８２４に設定し、
θを６５度に設定する。ｋの増大によりｒｏが４Ｑｍｍ
に減少してヘルツ応力が増大する傾向にあるが、この例
ではパワーローラーのコーン面曲率半径を大きくするこ
とでヘルツ応力を従来と同じにして比較する。この場合
同じ人力トルク１７ｋｇ−ｍ、同じ最大トラクション係
数　０゜０６５及び同じ変速比幅６に対して、ローディ
ングカム６の発生力Ｆ、が減少し、出力コーンディスら
伝動効率へほとんど影響することが、なく、変速機の伝
動効率の悪化はほとんど見られなかった。

次に第２実施例を説明するに、この例は変速機の大きさ
を従来と同じに設定して比較するに光り、ディスク径を
従来と同じ１６０ｍｍにしたもので、本例でも第１実施
例に合せてｋ　＝０．８２４　　・θ＝６５度に設定し
た。この場合もｒｏがピッチと共に小さくなるが、ヘル
ツ応力が第１実施例と同じ工夫により大きくならないよ
うにして比較を行なった。

本例では、同じ入力トルク１７ｋｇ−ｍ、同じ最大トラ
クション係数０．０６５及び同じ変速比幅６に対して、
ローディングカム６の発生力Ｆ、及び出力コーンディス
ク２へのスラストが大きくなるが、パワーローラー３へ
のスラストを第１実施例と同様に小さくすることができ
る。なお、スピン最大値ω１　　　　訓ｌ 上昇するが、変速機の伝動効率をほとんど悪化させるよ
うなものでなく、問題はない。

（発明の効果） かくして本発明トロイダル型無段変速機は上述の如く、
円弧中心Ｑからコーンディスク軸線■に至る距離ｒｏ　
＋　ｅｏ’と円弧半径ｒ。との差ｅｏに対する円弧半径
ｒ０の比ｅ。／ｒａを０．６以上とし、垂線■と２線Ｓ
、、　Ｓ２とのなす角度θを５０度以上としだから、パ
ワーローラー３へのスラストを許容範囲内の小さな値と
することができ、これを回転自在に支持するスラストベ
アリングを制約されたスペースに納まる大きさにしても
その耐久性が問題になることはない。

又、パワーローラー３とコーンディスク１．２との接触
面１１に生ずる該接触面に垂直な軸線周りの回転ω、に
対するコーンディスクの回転ω１のから、無段変速機の
伝動効率を高く保ち得ると共に、この高い伝動効率を大
きな変速比幅（前記の表では６）に亘って維持すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々本発明により設定した領域を示
す線図、 第３図は一般的なトロイダル型無段変速機の路線図、 第４図及び第５図は夫々間じくその主要部寸法説明図、 第６図はスピンの変化特性図、 第７図はトラクション係数の変化特性図である。 １・・・人力コーンディスク ２・・・出力コーンディスク ｌａ、　２ａ・・・対向コーン面　３・・・パワーロー
ラー４・・・人力軸　　　　　　５・・・ドライブプレ
ート６・・・ローディングカム ７・・・出力軸 ８．１０・・・スラストベアリング 第１図 θ（漫） 第２図 θ（劃 第３図 ：）ｂｌｌａ　　　　　　　　　　　２ａ２第４図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、同軸配置した入出力コーンディスクと、これらコー
   ンディスクの対向コーン面にころがり接触するパワーロ
   ーラーとを具え、前記両コーンディスクの対向コーン面
   が、これらコーンディスクの軸線を含む平面上における
   円弧をコーンディスク軸線の周りに回転させて得られる
   面であり、前記パワーローラーが、前記平面内にあり前
   記円弧の中心からコーンディスク軸線に下ろした垂線に
   関し対称で前記円弧の中心を通る２線と前記対向コーン
   面との交点を前記垂線の周りに回転させて得られる円を
   入出力コーンディスクとのころがり接触軌跡として有し
   、前記円弧中心を通り前記平面に垂直な首振り軸線の周
   りで前記パワーローラーを回動させて無段変速を行なう
   ようにしたトロイダル型無段変速機において、 前記円弧中心からコーンディスク軸線に至る距離と前記
   円弧の半径との差に対する該半径の比を０．６以上とし
   、 前記垂線と前記２線とのなす角度を５０度以上とし 前記交点におけるパワーローラーとコーンディスクとの
   接触面に生ずる該接触面に垂直な軸線周りの回転に対す
   るコーンディスクの回転の比で表わされるスピンの最大
   絶対値が０．３以下となるよう構成したことを特徴とす
   るトロイダル型無段変速機。