特開2016-223574(P2016-223574A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2016-223574(P2016-223574A)
(43)【公開日】2016年12月28日
(54)【発明の名称】トロイダル型無段変速機
(51)【国際特許分類】
   F16H 15/38 20060101AFI20161205BHJP
【FI】
   F16H15/38
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2015-112058(P2015-112058)
(22)【出願日】2015年6月2日
(71)【出願人】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104547
【弁理士】
【氏名又は名称】栗林 三男
(74)【代理人】
【識別番号】100097995
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 悦一
(72)【発明者】
【氏名】島田 貴仁
(72)【発明者】
【氏名】西井 大樹
【テーマコード(参考)】
3J051
【Fターム(参考)】
3J051AA03
3J051BA03
3J051BB02
3J051BE09
3J051CA05
3J051CB07
3J051EA06
3J051EB01
3J051FA02
(57)【要約】
【課題】ディスクの微小変形に起因するフレッチング摩耗を抑制できるトロイダル型無段変速機を提供する。
【解決手段】トロイダル型無段変速機の押圧装置12が、ローディングカム46と、このローディングカム46のカム面46aと入力側ディスク2のカム面2dとの間で保持器47により転動可能に保持されたカムローラ48とを有し、保持器47に複数の前記カムローラ48が入力側ディスク2の径方向に並んで配置され、複数のカムローラ48a,48b,48cは、当該ころの配置位置で直径が異なり、入力側ディスク2側から加わる力が強い外径側のカムローラ48ほど直径を小さく設定されているので、外径側と内径側とにおいて、面圧のかたよりを少なくすることができる。したがって、入力側ディスク2の微小変形に起因するフレッチング摩耗を抑制できる。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項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可能に設けられた第1ディスクおよび第2ディスクと、これら両ディスクの間に挟持されるパワーローラと、前記両ディスクを互いに近づけ合う方向に押圧する押圧装置とを備え、この押圧装置が、ローディングカムと、このローディングカムのカム面と前記第1ディスクのカム面との間で保持器により転動可能に保持されたころとを有するトロイダル型無段変速機において、
前記保持器に複数の前記ころが前記第1ディスクの径方向に並んで配置され、
複数の前記ころは、当該ころの配置位置で直径と表面処理が異なることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項2】
複数の前記ころは、当該ころの配置位置で直径が異なり、前記第1ディスク側から加わる力が強いころほど直径を小さく設定することを特徴とする請求項1に記載のトロイダル型無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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として、図2および図3に記載されているものが知られている。
このダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機は、図2および図3に示すように構成されている。図2に示すように、ケーシング50の内側には入力軸1が回転可能に支持されており、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が回転可能に支持されている。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。
【0003】
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中間壁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。
【0004】
図2に示すように、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を中心に回転可能に支持されている。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ととも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3参照)が回転可能に挟持されている。
【0005】
図2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2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。
【0006】
図3は、図2のA−A線に沿う断面図である。図3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3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3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。
【0007】
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が回転可能に支持されており、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。
【0008】
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3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2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(シリンダボディ)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。
【0009】
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3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、ローディングカム式の押圧装置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。
【0010】
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を転動可能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。
【0011】
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。
【0012】
さらに、各トラニオン15,15の一端部(図3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。
【0013】
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、ローディングカム式の押圧装置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。
【0014】
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3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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
また、ローディングカム式の押圧装置を備えたトロイダル型無段変速機の例として特許文献1および特許文献2に記載されたものが知られている。
特許文献1に記載されているトロイダル型無段変速機では、ローディングカムを構成している保持器に保持されて径方向に並んでいる複数のころを、内径側のころの長さと外径側のころの長さを異なる寸法とすることによって、スキューによるローディングカムの効率低下を防ぎ、発生推力のヒシテリシスを減少させている。
【0018】
また、特許文献2に記載されているトロイダル型無段変速機では、カム板と入力側ディスクに設けられた第一、第二のカム面と、ころの転動面とのうちの少なくとも一方の面に、これら各面どうしの接触部の摩擦を低減させるための表面層を設けることによって、摩擦に基づくヒステリシスを小さくし、トルク変動の方向による推力の差を小さく抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0019】
【特許文献1】特開2002−303357号公報
【特許文献2】特許2003−307261号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0020】
ところで、このようなトロイダル型無段変速機におけるローディングカム式の押圧装置では、ローディングカム部のころとカム面の接触点にてフレッチング摩耗が発生し易い問題がある。
このフレッチング摩耗発生の理由の一つとして、ローディングカムのころに加わる面圧が高く、このような高い面圧は、複数のころの配置位置により異なることが挙げられる。これは、パワーローラによって、(入力側ディスク)側から受ける軸方向の外力によって、(入力側)ディスクが撓んで微小に変形するため、ころの配置位置において、その内径側、中央側、外径側で面圧にかたよりが生じてしまうからである。
このような理由によるフレッチング摩耗の防止策については、前記特許文献1および2のいずれにも記載されていない。
【0021】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、ディスクの微小変形に起因するフレッチング摩耗を抑制できるトロイダル型無段変速機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0022】
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可能に設けられた第1ディスクおよび第2ディスクと、これら両ディスクの間に挟持されるパワーローラと、前記両ディスクを互いに近づけ合う方向に押圧する押圧装置とを備え、この押圧装置が、ローディングカムと、このローディングカムのカム面と前記第1ディスクのカム面との間で保持器により転動可能に保持されたころとを有するトロイダル型無段変速機において、
前記保持器に複数の前記ころが前記第1ディスクの径方向に並んで配置され、
複数の前記ころは、当該ころの配置位置で直径と表面処理が異なることを特徴とする。
【0023】
なお、使用条件やディスク剛性により高面圧化するころは異なるため、想定する使用状況に合わせ直径を変更するころを適宜選択する。
【0024】
ここで、表面処理が異なるようにするとは、ころの表面にそれぞれ異なる特殊な表面処理を施すのは勿論のこと、一のころの表面に特殊な表面処理を施さず、他のころの表面に異なる特殊な表面処理を施すことを含むことを意味する。要は、それぞれのころに、当該ころの配置位置で外見上異なる表面処理を施せばよい。
【0025】
本発明においては、複数のころは、当該ころの配置位置で直径と表面処理が異なるので、例えば、強い力が加わる第1ディスクの外径側に配置されるころの直径を、内径側に配置されるころの直径より小さくすることによって、外径側と内径側とにおいて、面圧のかたよりを少なくすることができる。したがって、ディスクの微小変形に起因するフレッチング摩耗を抑制できる。また、複数のころの配置位置で当該ころの表面処理が異なるので、複数のころの直径の差が微小な場合でも、ころの外見上の判別を容易にし、保持器への組間違いを防止することができる。
【0026】
また、本発明の前記構成において、複数の前記ころは、当該ころの配置位置で直径が異なり、前記第1ディスク側から加わる力が強いころほど直径を小さく設定することが好ましい。
【0027】
このような構成によれば、ころの配置位置で直径が異なり、第1ディスク側から加わる力が強いころほど直径を小さく設定して、面圧を低くすることができるので、例えば、強い力が加わる第1ディスクの外径側に配置されるころの直径を、内径側に配置されるころの直径より小さくすることによって、外径側と内径側とにおいて、面圧のかたよりを少なくすることができる。したがって、ディスクの微小変形に起因するフレッチング摩耗を抑制できる。
【発明の効果】
【0028】
本発明によれば、第1ディスク側から加わる力が強い位置に配置するころほど直径を小さく設定して面圧を低くすることができるので、面圧のかたよりを少なくすることができ、よって、ディスクの微小変形に起因するフレッチング摩耗を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
図1】本発明の実施の形態に係るトロイダル型無段変速機を示すもので、(a)は押圧装置の断面図、(b)は要部の断面図である。
図2】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3図2におけるA−A線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
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。
図1は本実施の形態に係るトロイダル型無段変速機におけるローディングカム式の押圧装置12を示すもので(a)は断面図、(b)要部の断面図である。
本発明のトロイダル型無段変速機は、押圧装置12に特徴を有し、当該押圧装置12以外の構成は従来と同様であるので、図示とその説明を省略し、以下では押圧装置12について説明する。
【0031】
押圧装置12は、図1に示すように、図示しない駆動軸とともに回転するローディングカム46と、保持器47により転動可能に保持された複数個のカムローラ(ころ)48とから構成されている。ローディングカム46の片側面(図1の右側面)には、円周方向に亙る凹凸(波状部)であるカム面46aが形成され、入力側ディスク2の外側面(図1の左側面)にも、同様の形状を有するカム面2dが形成されている。
また、ローディングカム46の底部近傍に油穴224が設けられ、この油穴224は、入力軸1の軸方向穴220およびこれと垂直な油孔222を通じて玉軸受210に供給される潤滑油を、入力軸1の回転に伴う遠心力によりカムローラ48へと供給するべく作用する。
【0032】
ローディングカム46は、円板状に形成されており、カム面46aを有する円板状のカム板46bと、このカム板46bの中央部に設けられた円筒状の軸部46cとを備えており、軸部46cに入力軸1の左端部が挿通されている。軸部46cの内周面と入力軸1の外周面との間には、アンギュラ型の玉軸受(アンギュラ軸受)210が介挿されている。また、ローディングカム46は、図示しない駆動軸に結合している。この駆動軸の回転によってローディングカム46が回転されるようになっている。
【0033】
保持器47は、ドーナツ板状に形成され、その中央部の孔にローディングカム46の軸部46cが挿通されている。
また、保持器47の側面には、カムローラ48が転動可能に収容されるポケット47aが周方向に沿って所定間隔で4箇所設けられている。
各ポケット47aには、複数(本実施の形態では3個)のカムローラ48が入力側ディスク2の径方向に並んで配置されている。これら3個のカムローラ48のうち、入力側ディスク2の外径側に配置されているカムローラ48をカムローラ48a、中央側に配置されているカムローラ48をカムローラ48b、内径側に配置されているカムローラ48をカムローラ48cとする。
【0034】
このような3つのカムローラ48a,48b,48cは、それらの配置位置で直径が異なっており、パワーローラにより入力側ディスク2側から加わる力が最も強い外径側に配置されたカムローラ48aが最も直径が小さく、入力側ディスク2側から加わる力が最も弱い内径側に配置されたカムローラ48cが最も直径が大きく、中央側に配置されたカムローラ48bの直径はカムローラ48aより大きく、カムローラ48cより小さくなっている。
本実施の形態では、最も直径が大きいカムローラ48cの直径をDとすると、カムローラ48bの直径はDより僅かに小さく例えば、Dの99.8%から99.7%になっており、カムローラ48aの直径はDの99.6%から99.5%になっている。このように、3つのカムローラ48a,48b,48cの直径の差は微小となっている。
【0035】
また、本実施の形態では、複数のカムローラ48a,48b,48cは、当該カムローラ48a,48b,48cの配置位置で表面処理が異なっている。
すなわち、図1(b)に示すように、外径側に配置されているカムローラ48aの表面には、ダイアモンドライクカーボン(DLC)の皮膜処理が施され、中央側に配置されているカムローラ48bの表面にはWPC処理(40〜200ミクロンの粒子を、材料に対して100m/sec以上の高速で投射し、表面を加工する処理)が施され、内径側に配置されているカムローラ48cの表面には特殊な処理は施されていない。
【0036】
DLC処理が施されたカムローラ48aの表面は黒色を呈し、WPC処理が施されたカムローラ48bの表面は白色を呈し、特殊な処理が施されていないカムローラ48cの表面はカムローラ48cの材料のもつ色(図示の都合上、図1(b)では灰色としている。)を呈している。
カムローラ48に施す表面処理は上述した処理に限らず、例えば、燐酸処理皮膜、燐酸マンガン処理皮膜、二硫化モリブデンのコーティング層、窒化浴ベースの塩浴処理による浸硫化処理皮膜、炭化物コーティング層、(CVD、PVD等の)蒸着・反応蒸着皮膜形成法により形成した、TiN、CrN等の金属の窒化物皮膜等であってもよい。
要は3つのカムローラ48a,48b,48cそれぞれに、当該カムローラ48a,48b,48の配置位置で外見上異なる表面処理を施せばよい。
【0037】
本実施の形態によれば、3個のカムローラ48a,48b,48cは、当該カムローラ48a,48b,48cの配置位置で直径が異なり、入力側ディスク2側から加わる力が最も強い外径側のカムローラ48aの直径を最も小さく設定し、入力側ディスク2側から加わる力が最も弱い内径側のカムローラ48cの直径を最も大きく設定し、前記加わる力が中程度の中央側のカムローラ48bの直径を、カムローラ48aより大きく、カムローラ48cより小さく設定したので、カムローラ48a,48b,48cにそれぞれ加わる面圧のかたよりを少なくすることができる。したがって、入力側ディスク2の微小変形に起因するフレッチング摩耗を抑制できる。
また、カムローラ48a,48b,48cの表面処理が異なるので、当該カムローラ48a,48b,48cの直径の差が微小であっても、外見上の判別を容易に行える。したがって、これらカムローラ48a,48b,48cの、保持器47への組間違いを防止することができる。
さらに、上述したいずれの表面処理においても摩擦抵抗を低減させる効果を期待できるので、カムローラ48a,48b,48cのフレッチング摩耗やその他の摩耗を抑制できる。
【0038】
なお、本実施の形態では、入力側ディスク2を押圧装置12によって押圧する場合を例にとって説明したが、トロイダル型無段変速機では、入力側ディスクと出力側ディスクの入出力関係を逆にする場合もある。したがって、本発明は出力側ディスクを押圧装置120によって押圧する場合にも適用できる。
【0039】
さらに、本実施の形態では本発明を、ダブルキャビティ式ハーフトロイダル型無段変速機に適用する場合を例にとって説明したが、これに限ることなく、本発明はダブルキャビティ式フルトロイダル型無段変速機にも適用でき、さらに、シングルキャビティ式のハーフトロイダル型やフルトロイダル型のトロイダル型無段変速機にも適用できる。
【符号の説明】
【0040】
2 入力側ディスク(第1ディスク)
2d カム面
3 出力側ディスク(第2ディスク)
11 パワーローラ
12 押圧装置
46 ローディングカム
46a カム面
47 保持器
48,48a,48b,48c カムローラ(ころ)
図1
図2
図3