JP6347122B2 - 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は、図６および図７に示すように構成されている。図６に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸１が回転自在に支持されており、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が回転自在に支持されている。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仕切壁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。

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を中心に回転自在に支持されている。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と共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７参照）が回転自在に挟持されている。

図６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６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７は、図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図７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７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７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が回転自在に支持されており、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７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６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７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、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を転動自在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７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、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７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。

ところで、ダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機では、図８および図９に示すように、一対の入力側ディスク２，２の間に配置される一対の出力側ディスク３，３の背面同士を接合した状態に、一対の出力側ディスク３，３を一体にするとともに、この一体になった出力側ディスク３，３の外周面に歯４１を設けて出力歯車４とした一体型出力側ディスク３４が用いられている（例えば、特許文献１，２参照）。

このような一体型出力側ディスク３４の製造においては、外周部にギアを切る（ギアの歯を加工する）とともに熱処理をした後で、一体型出力側ディスク３４の内側面３ａ、３ａに行われるトラクション面加工の前に、このトラクション面加工および一体型出力側ディスク３４の貫通孔３４ａの内径研削加工のために、一体型出力側ディスク３４の外周部に基準面４３を形成する。形成された基準面４３の一体型出力側ディスク３４の軸方向に沿った幅は、一体型出力側ディスク３４に形成された歯４１の一体型出力側ディスク３４の軸方向に沿った幅と等しくなっている。また、この歯の幅は、一体型出力側ディスク３４の外周部の幅（一体型出力側ディスク３４の外周部の軸方向に沿った厚さ）と同様の幅となっている。
なお、図８および図９では、一体型出力側ディスク３４の出力歯車部分を簡略図としており、出力歯車部分は、例えば、はすば歯車となっていてもよい。なお、図８に示される簡略化した４つの歯車を示す円は、外側から順に、歯先円、基準円、基礎円、歯底円であり、歯先円の部分に基準面４３が形成される。

特開２０１２−１１２４２５号公報 特開２０１３−１１７２３７号公報

ところで、一体型出力側ディスク３４の外周部に上述のようにギアを切ることによって、一体型出力側ディスク３４の外周部は歯が有るところと、歯が無いところとが繰り返す断続的な構造となっている。このような構造の一体型出力側ディスク３４の外周部に例えば旋盤により基準面を形成する場合に、断続加工となる、すなわち、一体型出力側ディスク３４の旋盤の加工では、バイトのチップに一体型出力側ディスクの歯の部分が順次当たることになる。そのため、旋盤のチップが割れを起す問題があった。この場合にチップの交換が多くなり、コストおよび作業時間の増加を招くことになる。

ここで、基準面の幅を狭くすれば、チップの割れを抑制可能と思われるが、一体型出力側ディスクの外周部に形成された歯の幅全体に基準面を加工しないと、旋盤での加工の際に切削されていない部分が、切削された基準面より外周側に突出してしまい、この外側に突出した部分を取り除かないと、基準面が機能しない虞がある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、ギアとディスクとが一体になった歯車ディスクのギアの歯が形成された外周面にトラクション面加工等の加工のための基準面を形成する加工に際し、旋盤のバイトに取り付けられるチップ等の加工用の工具の刃先が破損するのを抑制可能な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自在に設けられた入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラとを備えるトロイダル型無段変速機において、 前記ディスクのうちの少なくとも１つの前記ディスクは、当該ディスクの外周部に歯が設けられることにより歯車と一体となった歯車ディスクとされ、 前記歯車ディスクの前記外周部の前記歯毎に、当該歯車ディスクの径方向外側に向かって突出し、かつ、前記歯の当該歯車ディスクの軸方向に沿った幅より幅の狭い突部が前記歯の先端面に設けられ、前記突部の先端面が当該歯車ディスクの加工基準とされ、前記歯の先端面から前記突部の先端面までの距離が２ｍｍ以下であることを特徴とする。

このような構成によれば、従来のように歯の先端面（外周面）全体を基準面とする場合に比較して、基準面を機械加工する際の機械加工すべき部分の幅が狭くなる。これにより、加工する際に用いられるチップ等の工具の刃先部分が破損するのを従来に比較して抑制することが可能になる。

また、歯に突部（突起）を設け、この突部の先端部を機械加工することにより基準面を設けることになり、機械加工される部分の幅が歯の幅より狭くとも、歯の先端部に基準面より外側に突出する部分が生じることがない。例えば、突起の先端部を旋盤で切削加工することにより歯車ディスクの最も外側となる部分に基準面を形成することができる。

前記発明の構成において、前記突部の前記歯車ディスクの軸方向に沿った幅が、前記歯の前記歯車ディスクの軸方向に沿った幅の１／３以上、２／３以下となっていることが好ましい。

このような構成としたのは、基準面としての機能を考慮した場合に、前記突部の前記歯車ディスクの軸方向に沿った幅が前記歯の同方向の幅の１／３以上となっていることが好ましく、機械加工時の工具の刃先の破損を抑制する上では、前記突部の前記歯車ディスクの軸方向に沿った幅が前記歯の同方向の幅の２／３以下となっていることが好ましいからである。

本発明によれば、トロイダル型無段変速機で用いられ、歯車とディスクとが一体となった歯車ディスクの製造において、トラクション面加工や内径研削加工の際の基準面を歯車ディスクの最外周部に形成するための機械加工を行う際に、工具の刃先が破損するのを抑制することができる。例えば、刃先を旋盤のバイトのチップとした場合に、チップの交換回数を減少させることができることになり、コストの低減と作業時間の短縮を図ることができる。

本発明の実施の形態に係るトロイダル型無段変速機の一体型出力側ディスク（歯車ディスク）を示す斜視図である。 同、一体型出力側ディスクを示す側面図である。 図２におけるＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 同、一体型出力側ディスクを示す簡略側面図である。 図４におけるＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 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６におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。 従来のトロイダル型無段変速機の一体型出力側ディスクを示す簡略側面図である。 図８におけるＢ−Ｂ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。
なお、本実施形態のトロイダル型無段変速機の特徴は、一体型出力側ディスク（歯車ディスク）の外周部に備えられた突部（突起）の先端面を機械加工の基準面とした構造にあり、その他の構成および作用は上述した従来の構成および作用と略同様であるため、以下においては、本実施の形態の特徴部分についてのみ言及し、それ以外の部分については、図８、図９と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１〜図５に示すように、本実施の形態のトロイダル型無段変速機の一体型出力側ディスク３５は、上述のように従来の一対の出力側ディスク３，３の背面同士を接合した状態の形状を有するとともに、その外周部に歯４１を形成することにより、一対の出力側ディスクを一体化するだけでなく、さらに出力歯車４を一体化した歯車ディスクである。

また、一体型出力側ディスク３５は、歯車としては、歯４１の歯すじ方向が一体型出力側ディスク３５の軸方向に対して斜めとなったはすば歯車となっている。なお、図４および図５は、一体型出力側ディスク３５の出力歯車４の歯４１の部分を簡略化した簡略図である。図４における一体型出力側ディスク３５の外周の歯車部分を示す各円は、外側から突部４２の先端を示す突部先端円（基準面４４に対応）、歯先円、基準円、基礎円、歯底円である。

突部４２は、一体型出力側ディスク３５のはすば歯車の歯としての各歯４１の一体型出力側ディスク３５の軸方向に沿った幅の略中央部に設けられている。また、突部４２は、当該突部４２が設けられる歯４１の先端面から一体型出力側ディスク３５の半径方向に略沿って外側に突出している。

各歯４１の先端面にそれぞれ設けられた各突部４２は、一体型出力側ディスク３５の軸方向に沿った幅（長さ）が、歯４１の前記軸方向に沿った幅より狭くなっており、例えば、各突部４２の上述の軸方向に沿った幅は、歯４１の上述の軸方向に沿った幅の１／３以上、２／３以下で、例えば、半分程度となっていることが好ましい。また、一体型出力側ディスク３５は、はすば歯車であることから、各歯４１の歯すじは、上述のように前記軸方向に対して斜めとなっており、各歯４１の先端面に設けられた各突部４２も各歯４１の歯すじ方向に沿って設けられている。また、突部４２の歯すじ方向に沿った長さが、各歯４１の歯すじ方向に沿った長さより短くなっている。ここでは、例えば、各歯４１にそれぞれ設けられた各突部４２は、歯すじの方向に沿った長さが、歯４１の歯すじの方向に沿った長さの１／３以上、２／３以下で、例えば、半分程度となっている。

また、一体型出力側ディスク３５としての歯車ディスクの歯４１の形状は、はすば歯車に限られるものではなく、平歯車や、やまば歯車等であってもよく、これらの場合も、各歯４１にそれぞれ設けられた各突部４２は、前記軸方向に沿った幅（または歯すじに沿った長さ）が、歯４１の前記軸方向に沿った幅（または歯すじに沿った長さ）の１／３以上、２／３以下で、例えば、半分程度となっていることが好ましい。

また、図５に示す歯４１の先端面から突部４２の先端面までの距離Ｌは、例えば、２ｍｍ程度が好ましいが、これに限られるものではなく、基本的に出力歯車としての一体型出力側ディスク３５が他の歯車と噛み合った状態で回転可能となっていれば、２ｍｍ以上であってもよいし、突部４２が歯４１の先端面より突出していれば、２ｍｍ以下であってもよい。

各突部４２の基準面４４となる先端面は、所定の１つの円筒面上に配置される。すなわち、各突部４２の基準面４４は、所定の１つの仮想の円筒面の一部となる。
また、突部４２の上述の歯すじに直交する方向に沿った断面形状は、略台形状となっており、先端に向かうにつれて薄くなるように設けられている。

このような一体型出力側ディスクの製造においては、外周部にギアを切る（各歯４１を形成する）とともに熱処理をした後で、少なくとも一体型出力側ディスク３４の内側面３ａ、３ａに行われるトラクション面加工と、一体型出力側ディスク３４の貫通孔３４ａで行われる内径研削加工の前に、これらの加工のために、一体型出力側ディスク３５の外周部に基準面４４を形成する。

この際に、本実施の形態の一体型出力側ディスク３５においては、最外周部に突部４２が設けられているので、基準面４４は、例えば、旋盤加工により、突部４２の先端部を切削することにより形成されることになる。

この場合に、従来は、一体型出力側ディスク３４の歯４１の歯すじ方向に沿った長さまたは一体型出力側ディスク３４の軸方向に沿った長さ（幅）の全体を切削していたのに対して、本実施の系値では、突部４２の歯すじ方向または上述の軸方向に沿った長さだけを切削すればいいことになる。

例えば、上述の歯すじ方向に沿った歯４１の長さに対して歯すじ方向に沿った突部４２の長さは、例えば、１／２程度なので、それにより、例えば、旋盤のバイトのチップにかかる負荷が小さくなり、断続的加工であっても、チップの破損を抑制し、チップの寿命が長くなることにより、チップの交換サイクルを長くすることが可能になり、チップの交換にかかるコストと時間の削減を図ることができる。

なお、歯４１と突部４２の長さを、歯すじ方向に沿った長さと、一体型出力側ディスク３の軸方向に沿った長さのいずれかで表すものとしたが、どちらの長さを用いても、同一の一体型出力側ディスクにおいて、歯４１や突部４２の形状は同じものである。
なお、本実施の形態では、歯車ディスクを一対の出力側ディスク３と出力歯車（歯車）４を一体に形成した一体型出力側ディスク３５としたが、例えば、一対の入力側ディスク２と入力歯車（歯車）とを一体に形成した歯車ディスクを用いる構造のトロイダル型無段変速機を設計することが可能であり、この歯車ディスクに本発明を適用することが可能である。

また、歯車ディスクとして、１つの出力側ディスク３または１つの入力側ディスク２の外周部分に出力側ディスク３または入力側ディスク２と一体に歯車を設けた構造のトロイダル型無段変速機を設計することが可能であり、この歯車ディスクに本発明を適用することも可能である。

本発明は、シングルキャビティ式やダブルキャビティ式などの様々なハーフトロイダル型無段変速機のほか、フルトロイダル型無段変速機にも適用することができる。

２ 入力側ディスク
３ 出力側ディスク
１１ パワーローラ
３５ 一体型出力側ディスク（歯車ディスク）
４１ 歯
４２ 突部
４４ 基準面

Claims (1)

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自在に設けられた入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラとを備えるトロイダル型無段変速機において、
   前記ディスクのうちの少なくとも１つの前記ディスクは、当該ディスクの外周部に歯が設けられることにより歯車と一体となった歯車ディスクとされ、
   前記歯車ディスクの前記外周部の前記歯毎に、当該歯車ディスクの径方向外側に向かって突出し、かつ、前記歯の当該歯車ディスクの軸方向に沿った幅より幅の狭い突部が前記歯の先端面に設けられ、前記突部の先端面が当該歯車ディスクの加工基準とされ、前記歯の先端面から前記突部の先端面までの距離が２ｍｍ以下であることを特徴とするトロイダル型無段変速機。

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