JP2000205362A

JP2000205362A - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP2000205362A
Application number: JP11011968A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ito; 裕之伊藤; Seiji Higuchi; 誠二樋口; Nobuo Goto; 伸夫後藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2000-07-25
Anticipated expiration: 2019-01-20
Also published as: JP3870594B2

Abstract

(57)【要約】【課題】運転時に加わる荷重に基づく出力側ディスク
４の弾性変形に拘らず、ニードル軸受１６ａの耐久性を
確保する。【解決手段】ニードル軸受１６ａを構成する各ニード
ル５４ａ、５４ａの軸方向両端部に、適正なクラウニン
グ５９、５９を施す。上記出力側ディスク４の弾性変形
時にも、この出力側ディスク４の内周面に設けた外輪軌
道５７や、入力軸１５の外周面に形成した内輪軌道５６
に、エッジロードが加わらない。これにより、各面に早
期剥離等の損傷が発生する事を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明に係るトロイダル型
無段変速機は、例えば自動車用の変速機を構成する変速
ユニットとして、或は各種産業機械用の変速機として、
それぞれ利用する。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車用変速機を構成する変速ユ
ニットとして、図８〜９に略示する様なトロイダル型無
段変速機を使用する事が研究されている。このトロイダ
ル型無段変速機は、例えば実開昭６２−７１４６５号公
報に開示されている様に、入力軸１と同心に入力側ディ
スク２を支持し、この入力軸１と同心に配置した出力軸
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、上記入
力軸１並びに出力軸３に対して捻れの位置にある枢軸
５、５を中心として揺動するトラニオン６、６を設けて
いる。

【０００３】即ち、上記両ディスク２、４の中心軸から
外れた部分に配置したこれら各トラニオン６、６は、そ
れぞれの両端部外面に上記枢軸５、５を、上記両ディス
ク２、４の中心軸の方向に対し直角方向に、且つ、互い
に同心に設けている。又、これら各トラニオン６、６の
中間部には変位軸７、７の基端部を支持し、上記枢軸
５、５を中心として上記各トラニオン６、６を揺動させ
る事により、上記各変位軸７、７の傾斜角度の調節を自
在としている。上記各トラニオン６、６に支持した変位
軸７、７の周囲には、それぞれパワーローラ８、８を回
転自在に支持している。そして、これら各パワーローラ
８、８を、上記入力側、出力側両ディスク２、４の、互
いに対向する内側面２ａ、４ａ同士の間に挟持してい
る。これら各内側面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、上
記枢軸５を中心とする円弧を回転させて得られる凹面を
なしている。そして、球状凸面に形成した上記各パワー
ローラ８、８の周面８ａ、８ａを、上記内側面２ａ、４
ａに当接させている。

【０００４】上記入力軸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９を設け、この押圧
装置９によって、上記入力側ディスク２を出力側ディス
ク４に向け、弾性的に押圧自在としている。この押圧装
置９は、入力軸１と共に回転するカム板１０と、保持器
１１により転動自在に保持した複数個（例えば４個）の
ローラ１２、１２とから構成している。上記カム板１０
の片側面（図８〜９の左側面）には、円周方向に亙る凹
凸面である駆動側カム面１３を形成し、上記入力側ディ
スク２の外側面（図８〜９の右側面）には、同様の形状
を有する被駆動側カム面１４を形成している。そして、
上記複数個のローラ１２、１２を、上記入力軸１の中心
に関し放射方向の軸を中心とする回転自在に支持してい
る。

【０００５】上述の様に構成するトロイダル型無段変速
機の使用時、入力軸１の回転に伴ってカム板１０が回転
すると、駆動側カム面１３が複数個のローラ１２、１２
を、入力側ディスク２の外側面に形成した被駆動側カム
面１４に押圧する。この結果、上記入力側ディスク２
が、上記複数のパワーローラ８、８に押圧されると同時
に、上記駆動側、被駆動側両カム面１３、１４と複数個
のローラ１２、１２との押し付け合いに基づいて、上記
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、前記複数のパワーローラ８、８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
に固定の出力軸３が回転する。

【０００６】入力軸１と出力軸３との回転速度比（変速
比）を変える場合で、先ず入力軸１と出力軸３との間で
減速を行なう場合には、前記各枢軸５、５を中心として
前記各トラニオン６、６を所定方向に揺動させる。そし
て、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図８
に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの中心寄り
部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分と
にそれぞれ当接する様に、前記各変位軸７、７を傾斜さ
せる。反対に、増速を行なう場合には、上記枢軸５、５
を中心として上記各トラニオン６、６を反対方向に揺動
させる。そして、上記各パワーローラ８、８の周面８
ａ、８ａが図９に示す様に、入力側ディスク２の内側面
２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの
中心寄り部分とに、それぞれ当接する様に、上記各変位
軸７、７を傾斜させる。各変位軸７、７の傾斜角度を図
８と図９との中間にすれば、入力軸１と出力軸３との間
で、中間の変速比を得られる。

【０００７】又、図１０〜１１は、実願昭６３−６９２
９３号（実開平１−１７３５５２号）のマイクロフィル
ムに記載された、より具体化されたトロイダル型無段変
速機の１例を示している。入力側ディスク２と出力側デ
ィスク４とは円管状の入力軸１５の周囲に、それぞれ請
求項に記載したラジアル軸受に相当するニードル軸受１
６、１６を介して回転自在に支持している。これら各ニ
ードル軸受１６、１６は、それぞれ図１２〜１４に詳示
する様に、複数本のニードル５４、５４と、これら各ニ
ードル５４、５４を転動自在に支持する為の籠型の保持
器５５とを備える。そして、上記入力軸１５の外周面を
円筒状の内輪軌道５６とし、上記入力側、出力側両ディ
スク２、４の内周面を外輪軌道５７としている。

【０００８】又、カム板１０は上記入力軸１５の端部
（図１０の左端部）外周面にスプライン係合させ、鍔部
１７により上記入力側ディスク２から離れる方向への移
動を阻止している。そして、このカム板１０とローラ１
２、１２とにより、上記入力軸１５の回転に基づいて上
記入力側ディスク２を、上記出力側ディスク４に向け押
圧しつつ回転させる、ローディングカム式の押圧装置９
を構成している。上記出力側ディスク４には出力歯車１
８を、キー１９、１９により結合し、これら出力側ディ
スク４と出力歯車１８とが同期して回転する様にしてい
る。

【０００９】１対のトラニオン６、６の両端部は１対の
支持板２０、２０に、揺動並びに軸方向（図１０の表裏
方向、図１１の左右方向）に亙る変位自在に支持してい
る。そして、上記各トラニオン６、６の中間部に形成し
た円孔２３、２３部分に、変位軸７、７を支持してい
る。これら各変位軸７、７は、互いに平行で且つ偏心し
た支持軸部２１、２１と枢支軸部２２、２２とを、それ
ぞれ有する。このうちの各支持軸部２１、２１を上記各
円孔２３、２３の内側に、ラジアルニードル軸受２４、
２４を介して、回転自在に支持している。又、上記各枢
支軸部２２、２２の周囲にパワーローラ８、８を、別の
ラジアルニードル軸受２５、２５を介して、回転自在に
支持している。

【００１０】尚、上記１対の変位軸７、７は、上記入力
軸１５に対して１８０度反対側位置に設けている。又、
これら各変位軸７、７の各枢支軸部２２、２２が各支持
軸部２１、２１に対し偏心している方向は、上記入力
側、出力側両ディスク２、４の回転方向に関し同方向
（図１１で左右逆方向）としている。又、偏心方向は、
上記入力軸１５の配設方向に対しほぼ直交する方向とし
ている。従って、上記各パワーローラ８、８は、上記入
力軸１５の配設方向に亙る若干の変位自在に支持され
る。この結果、回転力の伝達状態で構成各部材に加わる
大きな荷重に基づく、これら構成各部材の弾性変形に起
因して、上記各パワーローラ８、８が上記入力軸１５の
軸方向（図１０の左右方向、図１１の表裏方向）に変位
する傾向となった場合でも、上記構成各部品に無理な力
を加える事なく、この変位を吸収できる。

【００１１】又、上記各パワーローラ８、８の外側面と
上記各トラニオン６、６の中間部内側面との間には、パ
ワーローラ８、８の外側面の側から順に、スラスト玉軸
受２６、２６とスラストニードル軸受２７、２７とを設
けている。このうちのスラスト玉軸受２６、２６は、上
記各パワーローラ８、８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８、８の回転を許容
するものである。この様なスラスト玉軸受２６、２６は
それぞれ、複数個ずつの玉２９、２９と、これら各玉２
９、２９を転動自在に保持する円環状の保持器２８、２
８と、円環状の外輪３０、３０とから構成している。各
スラスト玉軸受２６、２６の内輪軌道は上記各パワーロ
ーラ８、８の外側面に、外輪軌道は上記各外輪３０、３
０の内側面に、それぞれ形成している。

【００１２】又、上記各スラストニードル軸受２７、２
７は、レース３１と保持器３２とニードル３３、３３と
から構成している。このうちのレース３１と保持器３２
とは、前記支持軸部２１を中心とする回転方向に亙る若
干の変位自在に組み合わせている。この様なスラストニ
ードル軸受２７、２７は、上記各レース３１、３１を上
記各トラニオン６、６の内側面に当接させた状態で、こ
の内側面と上記外輪３０、３０の外側面との間に挟持し
ている。この様なスラストニードル軸受２７、２７は、
上記各パワーローラ８、８から上記各外輪３０、３０に
加わるスラスト荷重を支承しつつ、前記各枢支軸部２
２、２２及び上記外輪３０、３０が、前記支持軸部２
１、２１を中心に揺動する事を許容する。

【００１３】更に、上記各トラニオン６、６の一端部
（図１１の左端部）にはそれぞれ駆動ロッド３６、３６
を結合し、これら各駆動ロッド３６、３６の中間部外周
面に駆動ピストン３７、３７を固設している。そして、
これら各駆動ピストン３７、３７を、それぞれ駆動シリ
ンダ３８、３８内に油密に嵌装している。

【００１４】上述の様に構成されるトロイダル型無段変
速機の場合には、入力軸１５の回転は、押圧装置９を介
して入力側ディスク２に伝わる。そして、この入力側デ
ィスク２の回転が、１対のパワーローラ８、８を介して
出力側ディスク４に伝わり、更にこの出力側ディスク４
の回転が、出力歯車１８より取り出される。入力軸１５
と出力歯車１８との間の回転速度比を変える場合には、
上記１対の駆動ピストン３７、３７を互いに逆方向に変
位させる。これら各駆動ピストン３７、３７の変位に伴
って上記１対のトラニオン６、６が、それぞれ逆方向に
変位し、例えば図１１の下側のパワーローラ８が同図の
右側に、同図の上側のパワーローラ８が同図の左側に、
それぞれ変位する。この結果、これら各パワーローラ
８、８の周面８ａ、８ａと上記入力側ディスク２及び出
力側ディスク４の内側面２ａ、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、この力の
向きの変化に伴って上記各トラニオン６、６が、支持板
２０、２０に枢支された枢軸５、５を中心として、互い
に逆方向に揺動する。この結果、前述の図８〜９に示し
た様に、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと
上記各内側面２ａ、４ａとの当接位置が変化し、上記入
力軸１５と出力歯車１８との間の回転速度比が変化す
る。

【００１５】尚、この様に上記入力軸１５と出力歯車１
８との間で回転力の伝達を行なう際には、構成各部材の
弾性変形に基づいて上記各パワーローラ８、８が、上記
入力軸１５の軸方向に変位し、これら各パワーローラ
８、８を枢支している前記各変位軸７、７が、前記各支
持軸部２１、２１を中心として僅かに回動する。この回
動の結果、前記各スラスト玉軸受２６、２６の外輪３
０、３０の外側面と上記各トラニオン６、６の内側面と
が相対変位する。これら外側面と内側面との間には、前
記各スラストニードル軸受２７、２７が存在する為、こ
の相対変位に要する力は小さい。従って、上述の様に各
変位軸７、７の傾斜角度を変化させる為の力が小さくて
済む。

【００１６】更に、伝達可能なトルクを増大すべく、図
１５〜１６に示す様に、入力軸１５ａの周囲に入力側デ
ィスク２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４とを２個ずつ
設け、これら２個ずつの入力側ディスク２Ａ、２Ｂと出
力側ディスク４、４とを動力の伝達方向に関して互いに
並列に配置する構造も、従来から知られている。これら
図１５〜１６に示した構造は何れも、上記入力軸１５ａ
の中間部周囲に出力歯車１８ａを、この入力軸１５ａに
対する回転を自在として支持し、この出力歯車１８ａの
中心部に設けた円筒部の両端部に上記各出力側ディスク
４、４を、スプライン係合させている。そして、これら
各出力側ディスク４、４の内周面と上記入力軸１５ａの
外周面との間にニードル軸受１６、１６を設け、これら
各出力側ディスク４、４を上記入力軸１５ａの周囲に、
この入力軸１５ａに対する回転、並びにこの入力軸１５
ａの軸方向に亙る変位を自在に支持している。又、上記
各入力側ディスク２Ａ、２Ｂは、上記入力軸１５ａの両
端部に、この入力軸１５ａと共に回転自在に支持してい
る。この入力軸１５ａは、駆動軸５１により、ローディ
ングカム式の押圧装置９を介して回転駆動する。尚、こ
の駆動軸５１の先端部（図１５〜１６の左端部）外周面
と上記入力軸１５ａの基端部（図１５〜１６の右端部）
内周面との間には、滑り軸受、ニードル軸受等のラジア
ル軸受５２を設けている。従って、上記駆動軸５１と入
力軸１５ａとは、互いに同心に配置された状態のまま、
回転方向に亙る若干の変位自在に組み合わされている。

【００１７】但し、一方（図１５〜１６の左方）の入力
側ディスク２Ａは、背面（図１５〜１６の左面）をロー
ディングナット３９に、直接（図１６に示した構造の場
合）又は大きな弾力を有する皿板ばね４５を介し（図１
５に示した構造の場合）突き当てて、上記入力軸１５ａ
に対する軸方向（図１５〜１６の左右方向）の変位を実
質的に阻止している。これに対して、カム板１０に対向
する入力側ディスク２Ｂは、ボールスプライン４０によ
り上記入力軸１５ａに、軸方向に亙る変位自在に支持し
ている。そして、この入力側ディスク２Ｂの背面（図１
５〜１６の右面）とカム板１０の前面（図１５〜１６の
左面）との間に皿板ばね４１とスラストニードル軸受４
２とを、互いに直列に設けている。このうちの皿板ばね
４１は、上記各ディスク２Ａ、２Ｂ、４の内側面２ａ、
４ａとパワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとの当接部
に予圧を付与する役目を果たす。又、スラストニードル
軸受４２は、押圧装置９の作動時に、上記入力側ディス
ク２Ｂとカム板１０との相対回転を許容する役目を果た
す。

【００１８】又、図１５に示した構造例の場合、前記出
力側歯車１８ａはハウジング５３（図１１）の内側に設
けた仕切壁４４に、１対のアンギュラ型玉軸受４３、４
３により、軸方向に亙る変位を阻止した状態で、回転自
在に支持している。これに対して図１６に示した構造例
の場合、出力歯車１８ａの軸方向に亙る変位は自在であ
る。尚、上述の図１５〜１６に示した様に、２個ずつの
入力側ディスク２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４とを
動力の伝達方向に関して互いに並列に配置する、所謂ダ
ブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機が、カム板
１０に対向する一方又は双方の入力側ディスク２Ａ、２
Ｂをボールスプライン４０、４０ａにより上記入力軸１
５ａに、軸方向に亙る変位自在に支持している理由は、
これら両ディスク２Ａ、２Ｂの回転を完全に同期させつ
つ、上記押圧装置９の作動に伴う構成各部材の弾性変形
に基づいて上記両ディスク２Ａ、２Ｂが上記入力軸１５
ａに対し軸方向に変位する事を許容する為である。

【００１９】上述の様な目的で設置するボールスプライ
ン４０、４０ａは、上記入力側ディスク２Ａ、２Ｂの内
周面に形成した内径側ボールスプライン溝４６と、上記
入力軸１５ａの中間部外周面に形成した外径側ボールス
プライン溝４７と、これら両ボールスプライン溝４６、
４７同士の間に転動自在に設けられた複数個のボール４
８、４８とを備える。又、上記押圧装置９側の入力側デ
ィスク２Ｂを支持する為のボールスプライン４０に関し
ては、上記入力側ディスク２Ｂの内周面の内側面２ａ寄
り部分に形成した係止溝４９に係止環５０を係止して、
上記複数個のボール４８、４８が上記入力側ディスク２
Ｂの内側面２ａ側に変位するのを制限している。そし
て、上記各ボール４８、４８が上記内径側、外径側両ボ
ールスプライン溝４６、４７同士の間から抜け出る事を
防止している。尚、図１５の構造で、上記押圧装置９か
ら離れた側の入力側ディスク２Ａを支持する為のボール
スプライン４０ａに関しては、前記入力軸１５ａの先端
寄り部分（図１５の左端寄り部分）外周面に形成した係
止溝４９ａに係止環５０ａを係止して、複数個のボール
４８、４８が上記入力側ディスク２Ａの内側面２ａ側に
変位するのを制限している。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述の様に構成され作
用する従来のトロイダル型無段変速機の場合、入力軸１
５、１５ａの周囲に出力側ディスク４、４を回転及び軸
方向に亙る変位自在に支持する為のニードル軸受１６、
１６の耐久性が必ずしも十分ではなかった。この理由に
就いて、以下に説明する。

【００２１】トロイダル型無段変速機を自動車用の変速
機の変速ユニットとして利用する場合、エンジンから入
力軸１５、１５ａに伝えられた動力は、入力側ディスク
２、２Ａ、２Ｂから各パワーローラ８、８を経て出力側
ディスク４、４に伝達される。これら各パワーローラ
８、８と出力側ディスク４、４との間で動力を伝達する
トラクション部、即ち、これら各出力側ディスク４、４
の内側面４ａ、４ａと上記各パワーローラ８、８の周面
８ａ、８ａとの当接部は、円周方向等間隔の複数個所に
存在する。この為、動力伝達に基づいて上記各出力側デ
ィスク４、４の内側面４ａ、４ａに加えられる荷重のう
ちのラジアル成分は、これら各出力側ディスク４、４内
で相殺される。従って、上記各ニードル軸受１６、１６
に加わるラジアル荷重は、上記各出力側ディスク４、４
及びこれら各出力側ディスク４、４に結合固定された出
力歯車１８、１８ａ等の重量のみとなる。

【００２２】これに対して、上記各ニードル軸受１６、
１６のうち、上記各出力側ディスク４、４を支持する為
のニードル軸受１６、１６の運転速度は、これら各出力
側ディスク４、４と上記入力軸１５、１５ａとの相対回
転速度となる。これら各出力側ディスク４、４と上記入
力軸１５、１５ａとの回転方向は互いに逆であるから、
例えば入力軸１５、１５ａの回転速度が４０００r.p.m.
で、変速比が１である場合には、上記各ニードル軸受１
６、１６の運転速度は８０００r.p.m.（＝４０００r.p.
m.＋４０００r.p.m.）となる。又、減速比が０．５（２
倍に増速）の場合には上記各ニードル軸受１６、１６の
運転速度は１２０００r.p.m.（＝４０００r.p.m.＋８０
００r.p.m.）となり、同じく２．０（１／２に減速）の
場合には６０００r.p.m.（＝４０００r.p.m.＋２０００
r.p.m.）となる。

【００２３】上記各ニードル軸受１６、１６に加わる荷
重が上述の様な重量に見合う程度のものであれば、上述
の程度の運転速度であっても、これら各ニードル軸受１
６、１６の転がり疲れ寿命が問題になる事はない。とこ
ろが、本発明者等の実験により、入力トルク（上記入力
軸１５、１５ａの駆動トルク）が大きい場合で、しかも
前記入力側ディスク２、２Ａ、２Ｂと出力側ディスク
４、４との間の変速状態が減速状態のまま長時間運転す
ると、この出力ディスク４、４の内周面と上記入力軸１
５、１５ａの外周面との間に設けたニードル軸受１６、
１６に、早期剥離が発生した。

【００２４】この様な早期剥離の原因に就いて本発明者
等が研究したところ、動力伝達に伴う、上記出力側ディ
スク４、４の繰り返しの弾性変形による事が分った。即
ち、各キャピティ毎にパワーローラ８、８を２個設ける
構造の場合、上記出力ディスク４、４の内側面４ａ、４
ａはパワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと、円周方向
反対側２個所位置で当接する。そして、動力伝達時に押
圧装置９が発生する大きなスラスト荷重により、上記２
個所位置が軸方向に強く押される。この結果、上記出力
側ディスク４、４が弾性変形する。特に、図１７〜１８
に示す様に、上記入力側ディスク２、２Ａ、２Ｂと出力
側ディスク４、４との間で減速を行なうべく、上記各パ
ワーローラ８、８の周面８ａ、８ａをこの出力側ディス
ク４、４の内側面４ａ、４ａの外径寄り部分に当接させ
た状態では、この出力側ディスク４、４に、図１９に矢
印で示す様に、大きなモーメントが加わる。

【００２５】そして、この出力側ディスク４、４が、上
記ニードル軸受１６、１６を支点として、図１９〜２１
に誇張して示す様に、大きく弾性変形する。この様な機
構で発生する弾性変形の変形量は、上記出力側ディスク
４、４の内径側で、特に肉厚が小さい小径側端部（内側
面４ａ側開口端部）が特に大きくなる。そして、この出
力側ディスク４、４の中心孔５８の断面形状が、上記２
個所位置を結ぶ直線方向が長径方向となる、楕円形にな
る。これに伴って、この長径方向に対して円周方向に関
する位置が９０度ずれた部分が上記楕円形の短径方向と
なり、上記出力側ディスク４、４の中心孔５８、５８の
内周面により構成した外輪軌道５７と、前記入力軸１
５、１５ａの外周面に設けた内輪軌道５６との距離が短
くなる。しかも、これら両軌道５７、５６同士の間隔
は、図２２に誇張して示す様に、軸方向に亙り不同にな
る。即ち、上記各出力側ディスク４、４の内側面４ａ、
４ａに寄った部分（図２２の左側部分）で狭くなる。そ
して、この様に上記両軌道５７、５６同士の間隔が狭く
なった部分では、上記ニードル軸受１６、１６を構成す
るニードル５４、５４が、上記内輪軌道５６と外輪軌道
５７との間で強く押し潰される状態となる。この結果、
これら内輪軌道５６及び外輪軌道５７の一部で上記各ニ
ードル５４、５４の転動面の軸方向端部に対向する部分
に、エッジロードに基づく過大な面圧が加わり、当該部
分に早期剥離等の損傷を発生する原因となる。

【００２６】この様な損傷が発生すると、上記ニードル
軸受１６部分で発生する音や振動が大きくなって、この
ニードル軸受１６を組み込んだトロイダル型無段変速機
自体だけでなく、このトロイダル型無段変速機を組み込
んだトランスミッション全体の音や振動が大きくなる。
そして、このトランスミッションを搭載した自動車の乗
り心地性能に悪影響を及ぼす。又、軌道面の剥離に基づ
いて生じた細片が動力を伝達しているトラクション部に
巻き込まれると、当該部分で面圧が過大になり、このト
ラクション部を構成する入力側、出力側両ディスク２、
２Ａ、２Ｂ、４の内側面２ａ、４ａやパワーローラ８、
８の周面８ａ、８ａに早期剥離等の損傷を発生する原因
ともなる。更には、上記小片がストレーナーやフィルタ
ーの目詰まりを引き起こし、潤滑油を供給する為のポン
プの吐出流量の低下を招き、潤滑不良になり、他部品の
短寿命化にもつながる可能性もある。本発明のトロイダ
ル型無段変速機用入力側ディスクユニットは、この様な
事情に鑑みて、発明したものである。

【００２７】

【課題を解決する為の手段】本発明のトロイダル型無段
変速機用入力側ディスクユニットは、前述した従来のト
ロイダル型無段変速機と同様に、回転駆動自在な入力軸
と、この入力軸と同心に、且つこの入力軸と共に回転自
在に支持された入力側ディスクと、ラジアル軸受により
この入力軸の周囲に、この入力軸に対する回転を自在と
して、且つその内側面と上記入力側ディスクの内側面と
を互いに対向させた状態で設けた出力側ディスクと、こ
れら入力側、出力側両ディスクの中心軸と交差はしない
がこれら両ディスクの中心軸の方向に対し直角方向位置
である捻れの位置にある枢軸を中心として揺動する複数
のトラニオンと、これら各トラニオンの中間部に、これ
ら各トラニオンの内側面から突出する状態で支持された
変位軸と、これら各トラニオンの内側面側に配置され且
つ上記入力側、出力側両ディスクの間に挟持された状態
で、上記各変位軸の周囲に回転自在に支持されたパワー
ローラとを備える。そして、上記入力側、出力側両ディ
スクの内側面はそれぞれ断面が円弧形の凹面であり、パ
ワーローラの周面は球面状の凸面であり、この周面と上
記両ディスクの内側面とが互いに当接している。

【００２８】特に、本発明のトロイダル型無段変速機に
於いては、上記ラジアル軸受はニードル軸受であり、こ
のニードル軸受を構成する複数本のニードルは、軸方向
両端部にクラウニングが施されている。そして、これら
各ニードルのクラウニング量は、これら各ニードルの軸
方向端面から軸方向長さの７〜１３％軸方向中央寄り部
分で、これら各ニードルの軸方向中央部の外径の０．１
〜０．４％である。

【００２９】

【作用】上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段
変速機は、前述した従来のトロイダル型無段変速機と同
様の作用に基づき、入力側ディスクと出力側ディスクと
の間で回転力の伝達を行ない、更にトラニオンの傾斜角
度を変える事により、これら両ディスク同士の間の回転
速度比を変える。

【００３０】特に、本発明のトロイダル型無段変速機の
場合には、入力軸に対して出力側ディスクを回転自在に
支持する為のニードル軸受を構成する各ニードルに、適
正量のクラウニングを施している為、上記出力側ディス
クの弾性変形に拘らず、上記ニードル軸受の構成部品に
過大面圧が加わる事を有効に防止できる。

【００３１】

【発明の実施の形態】図１〜５は、本発明の実施の形態
の１例を示している。尚、本発明の特徴は、入力軸１５
の中間部周囲に出力側ディスク４を回転自在に支持する
為のニードル軸受１６ａ部分にある。その他の部分の構
造及び作用に就いては、前述した従来構造と同様である
為、重複する図示及び説明を省略若しくは簡略にし、以
下、本発明の特徴部分を中心に説明する。

【００３２】上記ニードル軸受１６ａは、前述した従来
のトロイダル型無段変速機に組み込まれているニードル
軸受と同様に、複数本のニードル５４ａ、５４ａと、こ
れら各ニードル５４ａ、５４ａを転動自在に支持する為
の籠型の保持器５５とを備える。そして、上記入力軸１
５の中間部外周面を円筒状の内輪軌道５６とし、上記出
力側ディスク４の中心孔５８の内周面を外輪軌道５７と
している。

【００３３】特に、本発明のトロイダル型無段変速機の
場合、上記複数本のニードル５４ａ、５４ａは、図５に
詳示する様に、軸方向両端部にクラウニング５９、５９
を施している。これら各ニードル５４ａ、５４ａのクラ
ウニング量δ₅₉、即ち、上記各クラウニング５９、５９
の外周面が、本来の（軸方向中央部の円筒部６０をその
まま延長したと仮定した場合の）円筒面から直径方向内
方に変位した距離は、次の様に規制している。先ず、前
提として、これら各ニードル５４ａ、５４ａの軸方向長
さをＬ_54a 、上記円筒部６０の外径をＤ₆₀とし、これら
各ニードル５４ａ、５４ａの端面から上記クラウニング
量δ₅₉の測定位置までの距離をＬ₅₉とする。そして、こ
の測定位置までの距離Ｌ₅₉を、上記軸方向長さＬ_54a の
７〜１３％とする｛Ｌ₅₉＝（０．０７〜０．１３）Ｌ
_54a ｝。この様な条件下で、上記クラウニング量δ
₅₉を、上記円筒部６０の外径Ｄ₆₀の０．１〜０．４％と
する｛δ₅₉＝（０．００１〜０．００４）Ｄ₆₀｝。

【００３４】上述の様に本発明のトロイダル型無段変速
機の場合には、上記入力軸１５の中間部に上記出力側デ
ィスク４を回転自在に支持する為のニードル軸受１６ａ
を構成する各ニードル５４ａ、５４ａに、適正量のクラ
ウニング５９、５９を施している。この為、トロイダル
型無段変速機の運転時に発生する大きな荷重による上記
出力側ディスク４の弾性変形に基づく、上記ニードル軸
受１６ａを構成する内輪軌道５６と外輪軌道５７との距
離の不均一に拘らず、上記ニードル軸受１６ａの構成部
品に過大面圧が加わる事を有効に防止できる。

【００３５】即ち、トロイダル型無段変速機の運転時に
上記出力側ディスク４は、パワーローラ８、８の周面８
ａ、８ａ（図８〜１１、図１５〜１８）から直径方向反
対側２個所位置に加えられる大きな荷重に基づき、図１
〜４に誇張して示す様に弾性変形する。この様に上記出
力側ディスク４が弾性変形し、上記内輪軌道５６と外輪
軌道５７との距離の不均一になった場合でも、上記各ニ
ードル５４ａ、５４ａの軸方向端部と上記内輪軌道５６
及び外輪軌道５７とが当接する事がなく、エッジロード
に基づく早期剥離の発生を防止できる。

【００３６】この様に本発明の場合には、上記ニードル
軸受１６ａを構成する各ニードル５４ａ、５４ａの軸方
向両端部に適正なクラウニング５９、５９を施す事によ
り、上記エッジロードの発生を防止して、上記ニードル
軸受１６ａの耐久性向上を図れる。即ち、本発明の場合
には、上記各ニードル５４ａ、５４ａに適正量のクラウ
ニング５９、５９を施している為、上記パワーローラ８
の内周面が構成する外輪軌道５７が弾性変形すると、保
持器５５に保持された上記各ニードル５４ａ、５４ａが
若干姿勢を変えて、これら各ニードル５４ａ、５４ａの
転動面が上記外輪軌道５７及び内輪軌道５６を倣う。そ
して、これら各ニードル５４ａ、５４ａの転動面と上記
内輪軌道５６及び外輪軌道５７との接触状態を適正な接
触状態として、接触部の面圧が過度に上昇する事を防止
する。

【００３７】尚、上記各ニードル５４ａ、５４ａの軸方
向両端部に施すクラウニング５９、５９のクラウニング
量δ₅₉が小さ過ぎた場合には、エッジロードの発生を十
分に防止できず、上記ニードル軸受１６ａの耐久性を十
分に向上させる事はできない。反対に、上記クラウニン
グ量δ₅₉が大き過ぎた場合には、上記ニードル軸受１６
ａを構成する各ニードル５４ａ、５４ａ及びこのニード
ル軸受１６ａにより支持されたパワーローラ８の傾きを
生じる。この結果、却ってエッジロードを発生し易い状
態になり、早期剥離等の損傷を招き易くなる。しかも、
前記出力側ディスク４が本来の位置に比べて傾斜した状
態で高速回転し、動力伝達を行なう為、トロイダル型無
段変速機の運転時に発生する音や振動が大きくなる。こ
の結果、このトロイダル型無段変速機が構成する変速ユ
ニット部分からトランスミッション全体が、大きな音や
振動を発生する事になり、このトランスミッションを搭
載した自動車の乗り心地性能に悪影響を及ぼす。これに
対して本発明の場合には、上記クラウニング量δ₅₉を前
記範囲に規制したので、エッジロードの発生を有効に防
止すると共に、運転時に於けるパワーローラ８の傾斜を
防止できる。

【００３８】

【実施例】上記クラウニング量δ₅₉を前述した範囲に規
制する為に、本発明者が行なった実験に就いて説明す
る。実験は、モータダイナモを用いての減速耐久試験
を、大型用、小型用のトロイダル型無段変速機の２機種
に就いて行なった。このうち、大型用のトロイダル型無
段変速機としては、キャビティ径Ｄ₀ （トラニオン６、
６の両端部に設けた枢軸５、５の中心軸同士の間隔。図
１１参照。）が１３０mmのダブルキャビティ型のトロイ
ダル型無段変速機を使用した。試験時に於ける運転条件
は、入力側ディスク２Ａ、２Ｂの回転速度を４０００r.
p.m.、入力トルクを３００Nm、減速比を２．０（出力側
ディスク４の回転速度が入力側ディスク２Ａ、２Ｂの回
転速度の１／２）とした。又、ニードル軸受１６ａの寸
法は、各ニードル５４ａ、５４ａの内接円の直径を２８
mm、外接円の直径を３６mm（各ニードル５４ａの円筒部
６０の外径＝４mm）、軸方向長さＬ_54a を７．８mmとし
た。

【００３９】上述の様な条件の下で、上記各ころ５４ａ
のクラウニング量δ₅₉を各種変え（クラウニング量δ₅₉
をパラメータにして）、当該ニードル軸受１６ａの耐久
性を知る為の実験を行ない、上記クラウニング量δ₅₉と
して適正な数値を把握した。尚、この様な減速耐久試験
を行なうのに先立って、ＦＥＭ計算により、トロイダル
型無段変速機の運転時にパワーローラ８、８から出力側
ディスク４に加わる荷重の大きさから、この出力側ディ
スク４の変形量を求め、この変形量を上記クラウニング
量δ₅₉に反映させた。又、減速耐久試験の目標時間を２
０時間とした。この、２０時間なる値は、自動車用トラ
ンスミッションの変速ユニットの寿命として、耐久性の
一つの基準になる数値である。この様にして行なった実
験の結果を、次の表１及び図６に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】又、キャビティ径Ｄ₀ が１０４mmである、
小型シングルキャビティ式のトロイダル型無段変速機の
場合に就いても、同様の減速耐久試験を行なった。この
場合、入力側ディスク２の回転速度を４０００r.p.m.、
入力トルクを６０Nm、減速比を２．０とした。又、ニー
ドル軸受１６ａの寸法は、各ニードル５４ａの内接円の
直径を２０mm、外接円の直径を２６mm（ニードル５４ａ
の円筒部６０の外径＝３mm）、軸方向長さＬ_54a を１
３．８mmとした。尚、小型の場合の軸方向長さが大型の
場合の軸方向長さよりも大きいのは、大型の場合には、
出力歯車１８ａと出力側ディスク４、４との結合部に設
けるスプライン部といんろう嵌合部との存在に基づき、
各ニードル軸受１６ａの長さを大きくできない為であ
る。この様にして行なった実験の結果を、次の表２及び
図７に示す。

【００４２】

【表２】

【００４３】これらの実験の結果から、ニードル５４ａ
の円筒部６０の外径が４mmの場合は、クラウニング量δ
₅₉が０．００４mmから０．０１６mmの場合に、同じく３
mmの場合は、クラウニング量δ₅₉が０．００３mmから
０．０１２mmの場合に、それぞれ目標とする耐久性を得
られる事が分った。これら各場合に於ける、十分な耐久
性を得られるクラウニング量δ₅₉が、ニードル５４ａの
円筒部６０の外径Ｄ₆₀に対する割合は、０．１％以上
０．４％以下である。この場合に於ける上記クラウニン
グ量δ₅₉の測定位置は、上記各ニードル５４ａの軸方向
長さＬ_54a に関して、これら各ニードル５４ａの端面か
ら７〜１３％だけ、軸方向中央に寄った位置とした。前
述した実際の減速耐久試験での測定点は、上記軸方向長
さＬ_54a が７．８mm（外径＝４mm）の場合には、端面か
ら０．８mmの位置（１０．３％）とし、上記軸方向長さ
Ｌ_54a が１３．８mm（外径＝３mm）の場合には、端面か
ら１．４mmの位置（１０．１％）とした。

【００４４】尚、上記軸方向長さＬ_54a が７．８mm（外
径＝４mm）のもののうち、実験Ｎｏ．Ｄのものは、各ニ
ードル５４ａの端面から１．０mmの位置（１２．８％）
でのクラウニング量δ₅₉は０．００８mm（０．２％）で
あり、各ニードル５４ａの端面から０．５５mmの位置
（７．１％）でのクラウニング量δ₅₉は０．０１１mm
（０．２８％）であり、何れの部分でも特許請求の範囲
に規定した条件を満たした。又、軸方向長さＬ_54a が１
３．８mm（外径＝３mm）のもののうち、実験Ｎｏ．Ｄの
ものは、各ニードル５４ａの端面から１．８mmの位置
（１３．０％）でのクラウニング量δ₅₉は０．００６mm
（０．２％）であり、各ニードル５４ａの端面から１．
０mmの位置（７．２％）でのクラウニング量δ₅₉は０．
００８mm（０．２７％）であり、何れの部分でも特許請
求の範囲に規定した条件を満たした。

【００４５】

【発明の効果】本発明は、以上に述べた通り構成され作
用する為、トロイダル型無段変速機に優れた耐久性を持
たせて、このトロイダル型無段変速機の実用化に寄与で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例を、出力側ディスク
が弾性変形した状態で示す要部断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】図２の中央部拡大図。

【図４】図２のＢ−Ｂ断面図。

【図５】ニードル軸受の部分拡大断面図。

【図６】クラウニング量とラジアルニードル軸受の耐久
性との関係を知る為に行なった第一の実験の結果を示す
線図。

【図７】同じく第二の実験の結果を示す線図。

【図８】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。

【図９】同じく最大増速時の状態で示す側面図。

【図１０】従来の具体的構造の第１例を示す断面図。

【図１１】図１０のＣ−Ｃ断面図。

【図１２】従来構造を示す、図１と同様の図。

【図１３】図１２のＤ−Ｄ断面図。

【図１４】図１３の中央部拡大図。

【図１５】従来の具体的構造の第２例を示す部分断面
図。

【図１６】同第３例を示す部分断面図。

【図１７】図１０に示した構造と類似する構造の運転時
に各パワーローラに加わる荷重を説明する為の断面図。

【図１８】図１５に示した構造と類似する構造の運転時
に各パワーローラに加わる荷重を説明する為の断面図。

【図１９】図１２に示した従来構造を、パワーローラが
弾性変形した状態で示す要部断面図。

【図２０】図１９のＥ−Ｅ断面図。

【図２１】図２０の中央部拡大図。

【図２２】図２０のＦ−Ｆ断面図。

【符号の説明】

１入力軸２、２Ａ、２Ｂ入力側ディスク２ａ内側面３出力軸４出力側ディスク４ａ内側面５枢軸６トラニオン７変位軸８パワーローラ８ａ周面９押圧装置１０カム板１１保持器１２ローラ１３駆動側カム面１４被駆動側カム面１５、１５ａ入力軸１６、１６ａニードル軸受１７、１７ａ鍔部１８、１８ａ出力歯車１９キー２０支持板２１支持軸部２２枢支軸部２３円孔２４ラジアルニードル軸受２６スラスト玉軸受２７スラストニードル軸受２８保持器２９玉３０外輪３１レース３２保持器３３ニードル３４組み付け用治具３５通孔３６駆動ロッド３７駆動ピストン３８駆動シリンダ３９ローディングナット４０、４０ａボールスプライン４１皿板ばね４２スラストニードル軸受４３アンギュラ型玉軸受４４仕切壁４５皿板ばね４６内径側ボールスプライン溝４７外径側ボールスプライン溝４８ボール４９、４９ａ係止溝５０、５０ａ係止環５１駆動軸５２ラジアル軸受５３ハウジング５４、５４ａニードル５５保持器５６内輪軌道５７外輪軌道５８中心孔５９クラウニング６０円筒部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤伸夫神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内Ｆターム(参考） 3J051 AA03 BA03 BB01 BD02 BE08 ED20 FA02 3J101 AA14 AA24 AA32 AA42 AA52 AA62 AA72 BA02 FA31 GA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動自在な入力軸と、この入力軸と
同心に、且つこの入力軸と共に回転自在に支持された入
力側ディスクと、ラジアル軸受によりこの入力軸の周囲
に、この入力軸に対する回転を自在として、且つその内
側面と上記入力側ディスクの内側面とを互いに対向させ
た状態で設けた出力側ディスクと、これら入力側、出力
側両ディスクの中心軸と交差はしないがこれら両ディス
クの中心軸の方向に対し直角方向位置である捻れの位置
にある枢軸を中心として揺動する複数のトラニオンと、
これら各トラニオンの中間部に、これら各トラニオンの
内側面から突出する状態で支持された変位軸と、これら
各トラニオンの内側面側に配置され且つ上記入力側、出
力側両ディスクの間に挟持された状態で、上記各変位軸
の周囲に回転自在に支持されたパワーローラとを備え、
上記入力側、出力側両ディスクの内側面はそれぞれ断面
が円弧形の凹面であり、パワーローラの周面は球面状の
凸面であり、この周面と上記両ディスクの内側面とが互
いに当接しているトロイダル型無段変速機に於いて、上
記ラジアル軸受はニードル軸受であり、このニードル軸
受を構成する複数本のニードルは、軸方向両端部にクラ
ウニングが施されており、これら各ニードルのクラウニ
ング量は、これら各ニードルの軸方向端面から軸方向長
さの７〜１３％軸方向中央寄り部分で、これら各ニード
ルの軸方向中央部の外径の０．１〜０．４％である事を
特徴とするトロイダル型無段変速機。