JP6110215B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Description

この発明は、自動車用変速装置として、或いはポンプ等の各種産業用機械の運転速度を調節する為の変速装置として利用する、トロイダル型無段変速機の改良に関する。

自動車用変速装置としてトロイダル型無段変速機を使用する事が、特許文献１〜４等の多くの刊行物に記載されると共に一部で実施されていて周知である。又、トロイダル型無段変速機と遊星歯車機構とを組み合わせて変速比の調整幅を広くする構造も、特許文献５等、やはり多くの刊行物に記載されて、従来から広く知られている。図３は、これら各特許文献に記載されて従来から広く知られているトロイダル型無段変速機の第１例を示している。この従来構造の第１例の場合、入力回転軸１の両端寄り部分の周囲に１対の入力側ディスク２ａ、２ｂを、それぞれがトロイド曲面である内側面同士を互いに対向させた状態で、ボールスプライン２０、２０を介して支持し、遠近動可能に、且つ、前記入力回転軸１と同期して回転する様にしている。又、この入力回転軸１の中間部周囲に出力筒３を、この入力回転軸１に対する相対回転を可能に支持している。又、この出力筒３の外周面には、軸方向中央部に出力歯車４を固設すると共に、軸方向両端部に１対の出力側ディスク５、５を、スプライン係合により、前記出力筒３と同期した回転を可能に支持している。又、この状態で、それぞれがトロイド曲面である、前記両出力側ディスク５、５の内側面を、前記両入力側ディスク２ａ、２ｂの内側面に対向させている。

又、前記両入力側ディスク２ａ、２ｂと前記両出力側ディスク５、５との間に、それぞれの周面を球状凸面とした複数個のパワーローラ６、６を挟持している。これら各パワーローラ６、６は、それぞれトラニオン７、７に回転自在に支持されており、前記両入力側ディスク２ａ、２ｂの回転に伴って回転しつつ、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂから前記両出力側ディスク５、５に動力を伝達する。即ち、トロイダル型無段変速機の運転時には、駆動軸８により一方（図３の左方）の入力側ディスク２ａを、押圧装置９（図示の構造はローディングカム式の押圧装置）を介して回転駆動する。この結果、前記入力回転軸１の両端部に支持された１対の入力側ディスク２ａ、２ｂが、互いに近づく方向に押圧されつつ同期して回転する。そして、この回転が、前記各パワーローラ６、６を介して前記両出力側ディスク５、５に伝わり、前記出力歯車４から取り出される。尚、前記各トラニオン７、７が、特許請求の範囲に記載した支持部材に相当する。

又、前記入力回転軸１の両端部近傍で前記両入力側ディスク２ａ、２ｂを軸方向両側から挟む位置に、それぞれ予圧ばね１０ａ、１０ｂを設けている。そして、前記押圧装置９の非作動時（前記駆動軸８の停止時）にも、前記各パワーローラ６、６の周面と、前記入力側、出力側各ディスク２ａ、２ｂ、５の内側面との転がり接触部（トラクション部）の面圧を、必要最低限だけは確保する様にしている。従って、これら各転がり接触部は、トロイダル型無段変速機の運転開始直後から、過大な滑りを生じる事なく、動力伝達を開始する。尚、前記必要最低限の面圧を確保する為の弾力は、前記押圧装置９の内径側に配置した予圧ばね１０ａにより得る。前記入力回転軸１の先端部に螺着したローディングナット１１と入力側ディスク２ｂの外側面との間に配置した予圧ばね１０ｂは、前記押圧装置９の急な作動時に加わる衝撃を緩和するものであって、省略する事もできる。設ける場合には、十分に（大きなトルクを伝達する際にも完全に押し潰されない程度に）大きな弾力を持たせる。

上述の様なトロイダル型無段変速機の場合、前記必要最低限の面圧を確保する為の前記予圧ばね１０ａの弾力を調整する作業が面倒である。即ち、前記従来構造の第１例の場合、この予圧ばね１０ａの弾力を、前記入力回転軸１の先端部に螺着したローディングナット１１の締め付け量を変更する事により調整する必要があり、面倒である。これに対し、特許文献６〜７等には、ローディングナットに代えてコッタと呼ばれる係止環を用いた構造が記載されている。図４〜７は、この様な係止環を組み込んだ従来構造の第２例を示している。この従来構造の第２例の場合、入力側ディスク２ｂの中心部にスプライン孔１２を形成し、このスプライン孔１２と、入力回転軸１ａの先端寄り部分の外周面に形成したスプライン軸部１３とを係合している。又、この入力回転軸１ａの先端部外周面で、このスプライン軸部１３から軸方向に外れた部分に、全周に亙って係止溝１４を形成し、この係止溝１４に、複数（２〜４個）の部分円弧状の素子から成る係止環１５の径方向内半部を係止している。そして、この係止環１５の内側面（図４〜５の左側面）のうちの径方向外端寄り部分を、入力側ディスク２ｂの外側面のうちの径方向内端部に当接させる。押圧装置９（図示の構造は油圧式の押圧装置）の非作動時に、各パワーローラ６、６（図３参照）の周面と、入力、出力側各ディスク２ａ、２ｂ、５ａの内側面との転がり接触部の面圧を必要最低限確保する為の、皿ばね１０ａの弾力の調整は、前記係止環１５として、適正な軸方向の厚さ寸法を有するものを選択する事により図る。又、前記入力回転軸１ａの先端部に断面Ｌ字形の抑え環１６を外嵌し、この抑え環１６の内周面を、前記係止環１５の外周面に当接或いは近接対向させる事により、この係止環１５（を構成する各素子）が前記係止溝１４から抜け出るのを防止している。この様な抑え環１６は、前記入力回転軸１ａの先端部に係止した止め輪１７により軸方向の変位を阻止する。以上の様な構成により、前記入力側ディスク２ｂを前記入力回転軸１ａに、この入力回転軸１ａと同期した回転を可能に支持している。尚、前記従来構造の第２例の場合、出力側ディスク５ａとして一体型のものを使用する事により、トロイダル型無段変速機全体として小型・軽量化を図っている。但し、この部分の構造及び作用に就いては、本発明の要旨とは関係しない為、詳しい説明は省略する。

上述の様な従来構造の第２例に係るトロイダル型無段変速機の場合、運転時に、前記先端側の入力側ディスク２ｂは、前記押圧装置９の発生する推力に基づく前記各パワーローラ６、６から受ける力に基づいて、図８に誇張して示す様に、この入力側ディスク２ｂの外径寄り部分が前記係止環１５側に近付く方向（軸方向）に弾性変形する。即ち、運転時に前記推力に基づき前記入力側ディスク２ｂに加わる力は、トロイダル型無段変速機の運転時に最大で数十ｋＮ〜百数十ｋＮ（数ｔＦ〜十数ｔＦ）程度となり、この様な力に基づく入力側ディスク２ｂの軸方向に関する弾性変形量は、コンマ数ｍｍ（１０分の数ｍｍ）程度と無視できない量となる。そして、この様に前記入力側ディスク２ｂが軸方向に弾性変形すると、この入力側ディスク２ｂの外側面と前記係止環１５の内側面とが断続的に繰り返し当接する可能性がある。前記従来構造の第２例の場合には、前記入力側ディスク２ｂの中心部にスプライン孔１２を設けている為、このスプライン孔１２の各雌スプライン溝の外端縁（図４、５の右端縁）と、前記係止環１５の内側面（図４、５の左側面）とが断続的に繰り返し当接して互いに擦れ合い、これら各雌スプライン溝の外端縁が前記係止環１５の内側面に食い込む傾向となって、当該部分でフレッチング摩耗が生じる可能性がある。特に、前記入力側ディスク２ｂが弾性変形する円周方向位置は、前記各パワーローラ６、６により押し付けられる部分が変化するのに伴って常に変化する。この為、前記擦れ合いの周波数は相当に高く（例えば百数十Ｈｚに）なり、フレッチング摩耗発生の面からはかなり厳しい条件となる。この様なフレッチング摩耗は、剥離等の損傷の起点となったり、発生した摩耗粉が潤滑油（トラクションオイル）を汚染し、各部の潤滑状態を不良にする可能性がある。

特開２００３−２１４５１６号公報 特開２００７−３１５５９５号公報 特開２００８−２５８２１号公報 特開２００８−２７５０８８号公報 特開２００４−１６９７１９号公報 特開２０００−２０５３６１号公報 特開２００９−０４１７１５号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、外側ディスクの軸方向の弾性変形に拘らず、この外側ディスクの中心部に設けられたスプライン孔の雌スプライン溝の端縁と、係止環の片側面との間でフレッチング摩耗が発生するのを防止できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明のトロイダル型無段変速機は、回転軸と、１対の外側ディスクと、内側ディスクと、複数個の支持部材と、これら各支持部材と同数のパワーローラと、押圧装置と、係止環とを備える。
このうちの前記回転軸は、先端部外周面に係止凹溝を、この係止凹溝と軸方向に隣接する部分にスプライン軸部を、それぞれ設けている。
又、前記両外側ディスクは、それぞれが断面円弧形である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で前記回転軸の両端部に、この回転軸と同期した回転を自在に、且つ、前記両外側ディスクのうちの一方の外側ディスクは、この回転軸に対する軸方向の相対変位を可能に、同じく他方の外側ディスクは、この他方の外側ディスクの中心部に形成したスプライン孔と前記スプライン軸部とを係合する事で、それぞれ支持されている。
又、前記内側ディスクは、前記回転軸の中間部周囲に、断面円弧形である軸方向両側面を前記両外側ディスクの軸方向片側面に対向させた状態で、前記回転軸に対する相対回転を自在に支持されたもので、一体、若しくは１対の素子を結合して成る。
又、前記各支持部材は、軸方向に関して前記内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面との間位置にそれぞれ複数個ずつ、前記回転軸に対し捩れの位置にある枢軸を中心とする揺動変位を自在に設けられている。
又、前記各パワーローラは、前記各支持部材に回転自在に支持されたもので、球状凸面としたそれぞれの周面を、前記内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面とに当接させている。
又、前記押圧装置は、前記回転軸と、前記両外側ディスクのうちの一方の外側ディスクとの間に設けられ、この一方の外側ディスクを、これら両外側ディスクのうちの他方の外側ディスクに向け押圧する。この様な押圧装置としては、ローディングカム式或いは油圧式の押圧装置を使用する事ができる。
又、前記係止環は、複数（例えば２〜４個）の部分円弧状の素子を組み合わせる事により、全体を円環状に構成したものであって、前記回転軸の外周面に形成した係止凹溝に係止され、この係止環の軸方向片側面（のうち係止凹溝から露出した部分）を、軸方向に関して対向する、前記他方の外側ディスクの軸方向他側面に当接する。これにより、この他方の外側ディスクが前記一方の外側ディスクから離れる方向に変位するのを阻止する。

特に本発明のトロイダル型無段変速機の場合は、前記係止環の軸方向片側面と、前記他方の外側ディスクの軸方向他側面のうちで前記スプライン孔の開口部の径方向外側に隣接する部分との間に、この係止環の軸方向片側面と、このスプライン孔を構成する各雌スプライン溝の端縁とが当接する事を防止する為の隙間を設ける。

この場合に、例えば、前記隙間を、前記スプライン孔の端縁に面取り部を形成する事により設ける。この場合に好ましくは、この面取り部の径方向長さを、前記スプライン孔の各雌スプライン溝の深さ｛歯底（溝底）面の内接円の直径と、歯先面の内接円の直径との差の１／２｝よりも大きくする。

或いは、本発明の様に、前記隙間を、前記係止環の軸方向片端部の径方向中間部乃至内端部に亙る範囲に除肉部を形成する事により設ける。これにより、この係止環の軸方向片端面の内接円（内周縁）の直径を、前記雌スプライン溝の歯底面の内接円の直径よりも大きくする。
上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、前記係止環の外径を、断面円弧形のトロイド曲面である、前記他方の外側ディスクの軸方向片側面の小径側端縁の直径よりも小さくする。

上述の様に構成する、本発明のトロイダル型無段変速機によれば、外側ディスクの軸方向の弾性変形に拘らず、この外側ディスクのスプライン孔の雌スプライン溝の端縁と、係止環の片側面との間でフレッチング摩耗が発生するのを防止できる。即ち、係止環の軸方向片側面と、前記外側ディスクの軸方向他側面のうちで前記スプライン孔の開口部の径方向外側に隣接する部分との間に隙間を設けている。これにより、押圧装置の発生する推力に基づいて前記外側ディスクが軸方向に弾性変形した場合にも、前記係止環の軸方向片側面と前記雌スプライン溝の端縁とが擦れ合い、この端縁がこの軸方向片側面に食い込む傾向となる事を防止して、当該部分に著しいフレッチング摩耗が発生するのを防止できる。

本発明に関する参考例の１例を示す、図４のＸ部拡大図に相当する図（Ａ）と、（Ａ）のＹ部拡大図（Ｂ）。 本発明の実施の形態の１例を示す、図１と同様の図。 従来構造の第１例を示す断面図。 同第２例を示す断面図。 同じく図４のＸ部拡大図（Ａ）と、（Ａ）のＺ部拡大図（Ｂ）。 先端側の入力側ディスクを取り出して示す斜視図。 この先端側の入力側ディスクと入力回転軸との係合部の状態を示す断面図。 この先端側の入力側ディスクの弾性変形を誇張して示す模式図。

［参考例の１例］
図１は、本発明に関する参考例の１例を示している。尚、本参考例を含め、後述する本発明のトロイダル型無段変速機及び無段変速装置の特徴は、押圧装置９（図３、４参照）の発生する推力に基づく入力側ディスク２ｃの弾性変形に拘らず、この入力側ディスク２ｃの中心部に形成したスプライン孔１２ａの雌スプライン溝の外端縁（図１の右端縁）と、係止環１５の内側面（図１の左側面）との間でフレッチング摩耗が発生するのを抑える為の構造にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図４〜７に示した構造を含め、従来から知られているトロイダル型無段変速機と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本参考例の特徴部分を中心に説明する。

本参考例の場合、前記入力側ディスク２ｃのスプライン孔１２ａの外端縁（軸方向外側の開口縁）に削り加工（面取り）を施して、この外端縁に面取り部１８を形成している。この面取り部１８の径方向長さＬは、前記スプライン孔１２ａを構成する各雌スプライン溝の深さｄよりも大きくする（Ｌ＞ｄ）事で、前記係止環１５の内側面と、前記入力側ディスク２ｃの外側面のうちで前記スプライン孔１２ａの開口部の径方向外側に隣接する部分との間に、断面形状が三角形で円環状の隙間２１を設けている。これにより、押圧装置９（図５参照）の発生する推力に基づいて前記入力側ディスク２ｃが軸方向に弾性変形した場合にも、前記スプライン孔１２ａの雌スプライン溝の外端縁と前記係止環１５の内側面とが擦れ合い、この外端縁がこの内側面に食い込む傾向となる事を防止している。尚、図示の例では、前記スプライン孔１２ａの外端縁に施す面取りを、断面形状が直線状であるＣ面取りとしている。但し、面取り部の径方向長さがスプライン孔１２ａを構成する各雌スプライン溝の深さよりも大きければ、前記面取りを、断面形状が部分円弧状であるＲ面取りとする事もできる。又、前記入力側ディスク２ｃの外側面のうちで、前記面取り部１８の外周縁とこの面取り部１８の径方向外側に隣接する部分との間部分は、角部がなくなる様に滑らかに連続させる事が好ましい。

上述の様に構成する本参考例のトロイダル型無段変速機によれば、前記スプライン孔１２ａの雌スプライン溝の外端縁と前記係止環１５の内側面との間でフレッチング摩耗が発生するのを抑えられる。即ち、前記スプライン孔１２ａの外端縁に前記面取り部１８を設け、前記係止環１５の内側面と、前記入力側ディスク２ｃの外側面のうちで前記スプライン孔１２ａの開口部の径方向外側に隣接する部分との間に前記隙間２１を設けている。従って、前記外側ディスク２ｃが軸方向に弾性変形した場合にも、係止環１５の内側面と前記スプライン孔１２ａの雌スプライン溝の外端縁とが擦れ合い、この外端縁がこの内側面に食い込む傾向となる事を防止できる。この結果、当該部分でフレッチング摩耗が発生する事を防止できる。

［実施の形態の１例］
図２は、請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の１例を示している。本例の場合、係止環１５ａの内端部（図２の左端部）の径方向中間部乃至内端部に亙る範囲に、特許請求の範囲に記載した除肉部を形成し、この係止環１５ａの軸方向片側面に、径方向内方に向かう程軸方向他側（図２の右側）に向かう方向に傾斜した傾斜面部１９を設けている。そして、前記係止環１５ａの軸方向片側面の内接円（内周縁）の直径Ｄ_１５を、入力側ディスク２ｂのスプライン孔１２を構成する各雌スプライン溝の歯底面（歯溝底面）の内接円の直径Ｄ_１２よりも大きくしている（Ｄ_１５＞Ｄ_１２）。これにより、前記外側ディスク２ｂの外側面のうちで前記スプライン孔１２の開口部の径方向外側に隣接する部分と、前記係止環１５ａの内側面との間に、断面形状が三角形で円環状の隙間２１ａを設けている。

尚、図示の例の場合、前記傾斜面部１９の断面形状を直線状としている。但し、前記係止環１５ａに設ける傾斜面部（除肉部）は、内接円の直径が、前記スプライン孔１２の各雌スプライン溝の歯底面の内接円の直径よりも大きければ、断面形状が部分円弧状の凸曲面若しくは凹曲面としたり、複数の傾斜面から成る複合曲面とする事もできる。
その他の部分の構成及び作用は、上述した参考例の１例と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略する。

１、１ａ 入力回転軸
２ａ、２ｂ、２ｃ 入力側ディスク
３ 出力筒
４ 出力歯車
５、５ａ 出力側ディスク
６ パワーローラ
７ トラニオン
８ 駆動軸
９ 押圧装置
１０ａ、１０ｂ 予圧ばね
１１ ローディングナット
１２、１２ａ スプライン孔
１３ スプライン軸部
１４ 係止溝
１５ 係止環
１６ 抑え環
１７ 止め輪
１８ 面取り部
１９ 傾斜面部
２０ ボールスプライン
２１、２１ａ 隙間

Claims (2)

1. 回転軸と、１対の外側ディスクと、内側ディスクと、複数の支持部材と、これら各支持部材と同数のパワーローラと、押圧装置と、係止環とを備え、
   このうちの回転軸は、先端部外周面に係止凹溝を、この係止凹溝と軸方向に隣接する部分にスプライン軸部を、それぞれ設けたものであり、
   前記両外側ディスクは、それぞれが断面円弧形である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で、前記回転軸と同期した回転を自在に、且つ、前記両外側ディスクのうちの一方の外側ディスクは、この回転軸に対する軸方向の相対変位を可能に、同じく他方の外側ディスクは、この他方の外側ディスクの中心部に形成したスプライン孔と前記スプライン軸部とを係合する事で、この回転軸にそれぞれ支持されており、
   前記内側ディスクは、前記回転軸の中間部周囲に、断面円弧形である軸方向両側面を前記両外側ディスクの軸方向片側面に対向させた状態で、前記回転軸に対する相対回転を自在に支持された一体の、若しくは１対の素子を結合して成るものであり、
   前記各支持部材は、軸方向に関して前記内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面との間位置にそれぞれ複数個ずつ、前記回転軸に対し捩れの位置にある枢軸を中心とする揺動変位を自在に設けられており、
   前記各パワーローラは、前記各支持部材に回転自在に支持され、球状凸面としたそれぞれの周面を、前記内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面とに当接させており、
   前記押圧装置は、前記回転軸と、前記一方の外側ディスクとの間に設けられ、この一方の外側ディスクを、前記他方の外側ディスクに向け押圧するものであり、
   前記係止環は、前記係止凹溝に係止され、その軸方向片側面を、軸方向に関して対向する前記他方の外側ディスクの軸方向他側面に当接させる事で、この他方の外側ディスクが前記一方の外側ディスクから離れる方向に変位するのを阻止するものであるトロイダル型無段変速機に於いて、
   前記係止環の軸方向片側面と、前記他方の外側ディスクの軸方向他側面のうちで前記スプライン孔の開口部の径方向外側に隣接する部分との間に、この係止環の軸方向片側面とこのスプライン孔を構成する各雌スプライン溝の端縁とが当接する事を防止する為の隙間を設けており、
   前記隙間が、前記係止環の軸方向片端部の径方向中間部乃至内端部に亙る範囲に除肉部を形成する事により設けられており、この係止環の軸方向片端面の内接円の直径を、前記スプライン孔の各雌スプライン溝の歯底面の内接円の直径よりも大きくしている事を特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 前記係止環の外径が、断面円弧形のトロイド曲面である、前記他方の外側ディスクの軸方向片側面の小径側端縁の直径よりも小さい、請求項１に記載したトロイダル型無段変速機。

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