JPH10274303A - 摩擦式無段変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸受が受ける過大なアキシャル荷重を抑制し
て軸受の長寿命化を図ることにある。 【解決手段】 回転自在に保持された複数のコーンが内
接する入力軸と、前記複数のコーンが外接する出力軸１
５と、前記入出力軸と複数のコーンとの間に弾性圧接力
を付与する加圧手段とを備え、前記コーンの回転を介し
て前記入出力軸間で回転動力を伝達しながらその回転数
を無段で変速する摩擦式無段変速機であって、前記出力
軸１５をハウジング１６に対して回転自在に軸支する複
数の転がり軸受１７，１８のうち、対向する転がり軸受
１７，１８間に弾性体３７を介在させ、その一方の転が
り軸受１８に前記弾性体３７による予圧量に相当するア
キシャル荷重を付与し、他方の転がり軸受１７に前記出
力軸１５に作用するアキシャル荷重Ｆａから前記弾性体
３７による予圧量を差し引いた量に相当するアキシャル
荷重を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は摩擦式無段変速機に
関し、例えば遠心送風機、遠心圧縮機、ラジアルタービ
ン等に増速機として使用される摩擦式無段変速機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、遠心送風機、遠心圧縮機、ラジ
アルタービン等に使用される羽根車などの高速回転体を
駆動する出力軸を無段変速し、入力軸の回転数が変動し
ても出力軸を一定回転できるようにするために摩擦式無
段変速機を使用する場合がある。この種の無段変速機に
おいて、高速回転する出力軸をハウジングに対して転が
り軸受で回転自在に支持する場合、二個以上のアンギュ
ラ玉軸受を組合せて使用するのが一般的である。

【０００３】このアンギュラ玉軸受（以下、単に軸受と
称す）の組合せには、背面組合せ（ＤＢ）、正面組合せ
（ＤＦ）及び並列組合せ（ＤＴ）の３形式があるが、並
列組合せは一方向のアキシャル荷重しか受けることがで
きないため、通常、遠心送風機、遠心圧縮機、ラジアル
タービン等の用途では、両方向のアキシャル荷重を支持
できるように背面組合せか或いは正面組合せが採用され
ている。

【０００４】また、高速回転する軸を支持する転がり軸
受は、通常、予圧を付与した状態で使用される。転がり
軸受に予圧を付与することにより、剛性が高まることで
軸振れが抑えられ、回転精度及び位置決め精度が向上
し、振動及び騒音が抑制され、また、転動体の公転滑
り、自転滑り、高速回転させる場合のジャイロモーメン
トによって誘起される滑りが規制されてスミアリングを
軽減できる利点がある。この転がり軸受に予圧を付与す
る一般的な方法としては定位置予圧と定圧予圧とがあ
る。

【０００５】前者の定位置予圧による方式として、図６
（ａ）に示すように出力軸１とハウジング２との間に、
軸方向に対向する二つの軸受３，４を背面組合せで介設
して両軸受３，４の間に間座５を挿入配置した構造が代
表的である。この方式では、対向する二つの軸受３，４
の外輪が間座５によって所定量だけ離隔変位して、軸受
３，４に所定量の予圧が付与される。

【０００６】一方、後者の定圧予圧として、図６（ｂ）
に示すように出力軸１とハウジング２との間に、軸方向
に対向する二つの軸受３，４を背面組合せで介設して両
軸受３，４の間にばね６を挿入配置した構造が代表的で
ある。この方式では、ばね６の弾性力によって軸受３，
４に所定量の予圧が付与される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した定
位置予圧は温度変化によりその予圧量が変化し予圧抜け
が起こり得るという問題がある。これに対して、定圧予
圧は一方向のアキシャル荷重Ｆａしか受けられず定位置
予圧に比べて剛性が低いが、運転中での予圧量が一定で
あるため、定位置予圧に比べて高速回転に適している。

【０００８】ここで、図６（ｂ）に示すような定圧予圧
による軸受支持機構では、ばね６の剛性が一方の軸受３
の剛性に比べてかなり低いので、アキシャル荷重Ｆａの
ほとんどをその軸受３で受けることになる。即ち、 （軸受３の受けるアキシャル荷重）≒（ばね６による予
圧量）＋Ｆａ （軸受４の受けるアキシャル荷重）≒（ばね６による予
圧量） となり、一方の軸受３が受けるアキシャル荷重が大きく
なり寿命上不利となる。ここで、軸受のサイズアップに
より軸受の寿命を延ばすことも可能であるが、高回転さ
せる要求に対しては制約を受けることになって好適な手
段ではない。

【０００９】そこで、本発明は上記問題点に鑑みて提案
されたもので、その目的とするところは、軸受が受ける
過大なアキシャル荷重を抑制して軸受の長寿命化を図り
得る摩擦式無段変速機を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の技術的手段として、本発明は、回転自在に保持された
複数のコーンが内接する入力軸と、前記複数のコーンが
外接する出力軸と、前記入出力軸と複数のコーンとの間
に弾性圧接力を付与する加圧手段とを備え、前記コーン
の回転を介して前記入出力軸間で回転動力を伝達しなが
らその回転数を無段で変速する摩擦式無段変速機であっ
て、前記出力軸をハウジングに対して回転自在に軸支す
る複数の転がり軸受のうち、対向する転がり軸受間に弾
性体を介在させ、その一方の転がり軸受に前記弾性体に
よる予圧量に相当するアキシャル荷重を付与し、他方の
転がり軸受に前記出力軸に作用するアキシャル荷重から
前記弾性体による予圧量を差し引いた量に相当するアキ
シャル荷重を付与することを特徴とする。

【００１１】尚、本発明においては、前記転がり軸受を
アンギュラ玉軸受とし、二つのアンギュラ軸受を並列組
合せで配置し、前記アンギュラ玉軸受の外輪間に弾性体
を、その内輪間に間座をそれぞれ配置することが望まし
い。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図１乃至図５
に示して以下に詳述する。尚、以下の実施形態は、遠心
送風機の羽根車等の高速回転体を駆動する出力軸を無段
変速する３Ｋ形トラクションドライブ式無段変速機に適
用したものである。

【００１３】このトラクションドライブ式無段変速機
は、図３に示すような全体構造を有する。まず、入力軸
１１をハウジング本体１２に軸受１３，１４により回転
自在に軸支し、かつ、出力軸１５をフロントハウジング
１６に軸受１７，１８により回転自在に軸支し、ハウジ
ング本体１２とフロントハウジング１６とを結合一体化
することにより、入力軸１１と出力軸１５とをそれぞれ
の軸線が同一直線上となるように配置する。尚、入力軸
１１を軸支する軸受１３，１４には、ハウジング本体１
２との間に加圧手段である加圧用ばね１９を介設し、こ
の加圧用ばね１９により軸受１３，１４を介して入力軸
１１を押圧しその弾性力を出力軸方向へ向けて作用させ
るようにしている。

【００１４】入力軸１１の内側軸端は一体的に拡径した
中空形状を有し、その先端内径面にコーン２７（後述）
の入力側接触部３３が内接する入力軸トラクション部２
０を有する。また、出力軸１５の内側軸端は一体的に縮
径した円錐形状を有し、その先端外径面にコーン２７の
出力側接触部３４，３５が外接する出力軸トラクション
部２１を有する。また、出力軸１５の外側軸端には羽根
車２２が軸支固定されている。尚、出力軸１５には、コ
ーン２７の軸方向位置を規制するための円筒状の円環部
材２３が外挿されている。

【００１５】一方、ハウジング本体１２に入出力軸１
１，１５と平行して例えばボールネジ２４を架設し、そ
のボールネジ２４に螺合したボールブッシュ２５を介し
て変速リング２６が取り付けられ、その変速リング２６
の内径面にコーン２７の変速側接触部３６が内接し、ま
た、ボールネジ２４の回転により入出力軸方向の移動を
可能としている。

【００１６】入力軸トラクション部２０、出力軸トラク
ション部２１及び変速リング２６の三者相互間に複数の
コーン２７が介在し、これら複数のコーン２７は、コー
ンホルダ２８により自転及び公転可能な状態で円周等間
隔に保持される。コーンホルダ２８はホルダ本体２９と
コーン支持軸３０とからなり、ホルダ本体２９が軸受３
１を介して入力軸１１に同軸的に回転自在に内挿され、
このホルダ本体２９に円周等間隔に立設された複数本の
コーン支持軸３０に軸受３２を介してコーン２７が回転
自在に軸支される。

【００１７】前述の各コーン２７は、一つの入力側接触
部３３で入力軸トラクション部２０と摩擦接触し、ま
た、二つの出力側接触部３４，３５で出力軸トラクショ
ン部２１と摩擦接触し、更に、先端へ向けて縮径した変
速側接触部３６で変速リング２６と摩擦接触する。出力
軸トラクション部２１と接するコーン２７の出力側接触
部３４，３５は同一の円錐面の母線を持ち、入力軸トラ
クション部２０と接するコーン２７の入力側接触部３３
における母線とともに、両者とも出力軸１５及び入力軸
１１に対して僅かな角度だけ傾けて設定する。このよう
な入出力軸トラクション部２０，２１とコーン２７との
接触部形状及び加圧用ばね１９によって生じる軸方向力
により、入出力軸トラクション部２０，２１及び変速リ
ング２６とコーン２７との接触部３３〜３６に動力伝達
に必要な法線力を発生させている。

【００１８】尚、高速回転する出力軸１５の慣性モーメ
ント低減及び周速度低減のため、出力軸トラクション部
２１の回転半径を小さくし、また、出力軸トラクション
部２１の円錐面での母線と出力軸１５の軸線とコーン２
７の自転軸が一点で交差する構造とし、コーン２７と出
力軸１５間の接触部においてスピンが発生しないように
している。

【００１９】このトラクションドライブ式無段変速機で
は、入力軸１１から入力軸トラクション部２０を介して
コーン２７の入力側接触部３３に動力が伝達され、その
動力はコーン２７の自転運動と公転運動として分配さ
れ、コーン２７の出力側接触部３４，３５から出力軸ト
ラクション部２１を介して出力軸１５に伝達される。こ
の時、変速リング２６がコーン２７の変速側接触部３６
と接する位置によってコーン２７の自転と公転の比が決
定され、この比によって全体の変速比が決定され、更
に、この変速リング２６をボールネジ２４により入出力
軸方向に移動させることで変速比を無段で変えることが
できる。これにより、羽根車２２を高速回転で駆動する
出力軸１５を無段変速し、入力軸１１の回転数が変動し
ても出力軸１５が一定回転できるようにしている。

【００２０】ここで、この無段変速機では、加圧用ばね
１９により軸受１３，１４を介して入力軸１１を押圧し
その弾性力を出力軸方向へ向けて作用させ、この加圧用
ばね１９により生じる軸方向力と共に、入出力軸トラク
ション部２０，２１と接するコーン２７の入出力側接触
部３３〜３５における母線を出力軸１５及び入力軸１１
に対して僅かな角度だけ傾けていることから、コーン２
７との入出力側接触部３３〜３５に動力伝達に十分大き
な法線力を発生させている。従って、出力軸１５の軸受
１７，１８は常に一方向のアキシャル荷重を受けること
になる。

【００２１】本発明の特徴は出力軸１５の支持構造にあ
る。即ち、図１及び図２に示すように出力軸１５を回転
自在にフロントハウジング１６に軸支する軸受１７，１
８に二つのアンギュラ玉軸受を並列組合せ（ＤＴ）で使
用し、弾性体３７により定圧予圧を付与する構造とす
る。同図に示すようにフロントハウジング１６と出力軸
１５間に並列組合せで配置された二つの軸受１７，１８
の外輪間にばね等の弾性体３７を、かつ、その内輪間に
間座３８を介挿する。図１は弾性体３７としてコイルば
ねを使用し、図２は弾性体３７として皿ばねを使用した
場合を示す（尚、図中、３９は軸受１７，１８の外輪と
皿ばね間に配置された間座である）。軸受１７，１８の
内輪間に配置された間座３８は弾性体３７による予圧量
を設定し、この出力軸１５の支持構造に作用するアキシ
ャル荷重Ｆａを二つの軸受１７，１８に分配する機能を
有する。

【００２２】二つの軸受１７，１８に対して、一方の軸
受１８から他方の軸受１７へ向けて一方向（図中矢印）
にアキシャル荷重Ｆａが作用する場合、他方の軸受１７
の外輪をアキシャル荷重Ｆａの作用方向に位置規制して
フロントハウジング１６に係止させ、その他方の軸受１
７と一方の軸受１８との間に配置された弾性体３７によ
る弾性力を他方の軸受１７から一方の軸受１８へ向けて
アキシャル荷重Ｆａの作用方向と反対方向へ作用させ
る。この結果、弾性体３７の剛性が軸受１７，１８の剛
性に比べ十分に小さく、軸受１７，１８の外輪とフロン
トハウジング１６の間に摩擦力が生じないとすると、 （軸受１７の受けるアキシャル荷重）≒Ｆａ−（ばねに
よる予圧量） （軸受１８の受けるアキシャル荷重）≒（ばねによる予
圧量） となり、従来の場合と比べて軸受１７に作用するアキシ
ャル荷重を小さくすることができる。

【００２３】尚、以上の実施形態では、出力軸１５を軸
支する軸受１７，１８に、並列組合せのアンギュラ玉軸
受を使用した場合について説明したが、本発明はこれに
限定されることなく、出力軸１５を軸支する軸受として
深溝玉軸受を使用することも可能である。

【００２４】また、出力軸１５を軸支する軸受１７，１
８をフロントハウジング１６に直接的に嵌合させた構造
であるが、図４に示すように軸受１７，１８の外輪とフ
ロントハウジング１６との間にスリーブ４０を介挿し、
そのスリーブ４０を介して出力軸１５を軸受１７，１８
でフロントハウジング１６に支持させる構造とすること
が可能である。このスリーブ４０の外周に油溝４１を刻
設し、この油溝４１に多量の油を流すことにより出力軸
１５の軸受１７，１８の冷却効果を発揮させることがで
きる。

【００２５】前述したスリーブ４０の外周に刻設された
油溝４１は、例えば、図５（ａ）に示すような格子状
や、同図（ｂ）に示すような螺旋状とすることが可能
で、更に、同図（ｃ）に示す格子状の油溝４１や同図
（ｄ）に示す螺旋状の油溝４１を刻設したスリーブ４０
にその径方向に貫通穴４２を形成すれば、油溝４１を流
れる油の一部が貫通穴４２を介して軸受１７，１８にも
流入させることが可能である。

【００２６】フロントハウジング１６内に形成された油
路４３から供給される多量の油は、スリーブ４０の油溝
４１を流れて出力軸１５の軸受１７，１８を冷却する機
能を発揮する。一方、油溝４１に貫通穴４２を形成して
おけば、油溝４１を流れる多量の油の一部がその貫通穴
４２を通って軸受１７，１８内にも流入するので、その
貫通穴４２を通った少量の油で持って潤滑機能を発揮さ
せることができる。このように冷却を主な目的として油
溝４１を流れる多量の油を利用して、その一部の少量の
油でもって潤滑を主な目的とする油をできるだけ少なく
供給できる。このようにして高い冷却効果を保ちつつ軸
受１７，１８の攪拌抵抗を低減し、装置の効率を向上さ
せることができる。

【００２７】尚、以上の実施形態では、加圧用ばね１９
により入力軸１１を出力軸方向に押圧する構成とした
が、これとは逆に、加圧用ばね等により出力軸１５を入
力軸方向に押圧する構成としてもよい。この場合、入力
軸１１をハウジング本体１２に軸支する軸受部を以上の
実施形態に準じた構成とすればよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、回転自在に保持された
複数のコーンが内接する入力軸と、前記複数のコーンが
外接する出力軸と、前記入出力軸と複数のコーンとの間
に弾性圧接力を付与する加圧手段とを備え、前記コーン
の回転を介して前記入出力軸間で回転動力を伝達しなが
らその回転数を無段で変速する摩擦式無段変速機であっ
て、前記出力軸をハウジングに対して回転自在に軸支す
る複数の転がり軸受のうち、対向する転がり軸受間に弾
性体を介在させ、その一方の転がり軸受に前記弾性体に
よる予圧量に相当するアキシャル荷重を付与し、他方の
転がり軸受に前記出力軸に作用するアキシャル荷重から
前記弾性体による予圧量を差し引いた量に相当するアキ
シャル荷重を付与することにより、転がり軸受が受ける
過大なアキシャル荷重を大幅に低減することができ、寿
命の向上及び動力損失の低減を容易に実現することがで
きてその実用的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を説明するためのもので、弾
性体にコイルばねを使用した出力軸の軸受支持構造を示
す要部拡大断面図

【図２】弾性体に皿ばねを使用した出力軸の軸受支持構
造を示す要部拡大断面図

【図３】本発明を適用したトラクションドライブ式無段
変速機の全体構造を示す断面図

【図４】出力軸の軸受支持構造に油による冷却機能を付
加した構造を示す要部拡大断面図

【図５】（ａ）は格子状の油溝を刻設したスリーブ外周
を示す部分外観図 （ｂ）は螺旋状の油溝を刻設したスリーブ外周を示す部
分外観図 （ｃ）は（ａ）の油溝に貫通穴を形成したスリーブ外周
を示す部分外観図 （ｄ）は（ｂ）の油溝に貫通穴を形成したスリーブ外周
を示す部分外観図

【図６】（ａ）は定位置予圧による軸受支持構造を示す
断面図 （ｂ）は定圧予圧による軸受支持構造を示す断面図

【符号の説明】

１１ 入力軸 １５ 出力軸 １６ ハウジング（フロントハウジング） １７ 転がり軸受 １８ 転がり軸受 １９ 加圧手段（加圧用ばね） ２７ コーン ３７ 弾性体 ３８ 間座

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【手続補正書】

【提出日】平成９年４月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】ここで、図６（ｂ）に示すような定圧予圧
による軸受支持機構では、ばね６の剛性が一方の軸受３
の剛性に比べてかなり低いので、アキシャル荷重Ｆａの
ほとんどをその軸受３で受けることになる。従って、軸
受３，４の予圧量は、 （軸受３の受ける予圧量）≒（ばね６による弾性力）＋
Ｆａ （軸受４の受ける予圧量）≒（ばね６による弾性力） となり、一方の軸受３が受ける予圧量が過大になり寿命
上不利となる。ここで、軸受のサイズアップにより軸受
の寿命を延ばすことも可能であるが、高回転させる要求
に対しては制約を受けることになって好適な手段ではな
い。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】そこで、本発明は上記問題点に鑑みて提案
されたもので、その目的とするところは、軸受が受ける
過大な予圧を抑制して軸受の長寿命化を図り得る摩擦式
無段変速機を提供することにある。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の技術的手段として、本発明は、回転自在に保持された
複数のコーンが内接する入力軸と、前記複数のコーンが
外接する出力軸と、前記入出力軸と複数のコーンとの間
に弾性圧接力を付与する加圧手段とを備え、前記コーン
の回転を介して前記入出力軸間で回転動力を伝達しなが
らその回転数を無段で変速する摩擦式無段変速機であっ
て、前記出力軸をハウジングに対して回転自在に軸支す
る複数の転がり軸受のうち、対向する転がり軸受間に弾
性体を介在させ、その対向する転がり軸受のうち、前記
コーンの反対側に位置する転がり軸受が、前記出力軸に
作用するアキシャル荷重から前記弾性体による弾性力を
差し引いた量に相当する予圧量を付与されていることを
特徴とする。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】二つの軸受１７，１８に対して、一方の軸
受１８から他方の軸受１７へ向けて一方向（図中矢印）
にアキシャル荷重Ｆａが作用する場合、他方の軸受１７
の外輪をアキシャル荷重Ｆａの作用方向に位置規制して
フロントハウジング１６に係止させ、その他方の軸受１
７と一方の軸受１８との間に配置された弾性体３７によ
る弾性力を他方の軸受１７から一方の軸受１８へ向けて
アキシャル荷重Ｆａの作用方向と反対方向へ作用させ
る。この結果、弾性体３７の剛性が軸受１７，１８の剛
性に比べ十分に小さく、軸受１７，１８の外輪とフロン
トハウジング１６の間に摩擦力が生じないとすると、 （軸受１７の受ける予圧量）≒Ｆａ−（ばねによる弾性
力） （軸受１８の受ける予圧量）≒（ばねによる弾性力） となり、従来の場合と比べて軸受１７に作用する過大な
予圧を抑制することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転自在に保持された複数のコーンが内
   接する入力軸と、前記複数のコーンが外接する出力軸
   と、前記入出力軸と複数のコーンとの間に弾性圧接力を
   付与する加圧手段とを備え、前記コーンの回転を介して
   前記入出力軸間で回転動力を伝達しながらその回転数を
   無段で変速する摩擦式無段変速機であって、前記出力軸
   をハウジングに対して回転自在に軸支する複数の転がり
   軸受のうち、対向する転がり軸受間に弾性体を介在さ
   せ、その一方の転がり軸受に前記弾性体による予圧量に
   相当するアキシャル荷重を付与し、他方の転がり軸受に
   前記出力軸に作用するアキシャル荷重から前記弾性体に
   よる予圧量を差し引いた量に相当するアキシャル荷重を
   付与することを特徴とする摩擦式無段変速機。
2. 【請求項２】 前記転がり軸受をアンギュラ玉軸受と
   し、二つのアンギュラ軸受を並列組合せで配置し、前記
   アンギュラ玉軸受の外輪間に弾性体を、その内輪間に間
   座をそれぞれ配置したことを特徴とする請求項１記載の
   摩擦式無段変速機。