| 【発明の名称】 |
トロイダル型無段変速機 |
| 【発明者】 |
【氏名】今西 尚
【氏名】後藤 伸夫
【氏名】加藤 寛
【氏名】三田村 宣晶
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| 【要約】 |
【課題】トラニオンの摩耗や塑性変形に対して材質を強固にしたトロイダル型無段変速機を提供する。
【解決手段】トラニオン６に支持され、入力側デイスク及び出力側デイスクの間に挟持されたパワ−ロ−ラとを備え、前記入力側デイスク及び出力側デイスクの互いに対向する内側面を、それぞれ断面が円弧形の凹面とし、前記パワ−ロ−ラの周面を球面状の凸面として、この周面と前記内側面とを当接させて成り、前記トラニオン６は、片面中間部に変位軸の基端部を結合支持する本体部分、及び前記本体部分から離れた縁を先端縁とした１対の板部を有する基部と、互いに反対方向に向いた各板部の外側面から突出した前記１対の枢軸とを備えているトロイダル型無段変速機において、少なくとも前記トラニオンの傾転を支持するラジアルニ−ドル軸受の転走面６１がＨＲＣ５５以上となっており、芯部がＨＲＣ２０以上、ＨＲＣ４５以下となっている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】入力側デイスクと、この入力側デイスクと同心に配置されると共に、前記入力側デイスクに対する回転自在に支持された出力側デイスクと、前記入力側デイスク及び出力側デイスクの両中心軸に対して捩れの位置にある枢軸を中心として揺動するトラニオンと、このトラニオンに支持され、前記入力側デイスク及び出力側デイスクの間に挟持されたパワ−ロ−ラとを備え、前記入力側デイスク及び出力側デイスクの互いに対向する内側面を、それぞれ断面が円弧形の凹面とし、前記パワ−ロ−ラの周面を球面状の凸面として、この周面と前記内側面とを当接させて成り、前記トラニオンは、片面中間部に変位軸の基端部を結合支持する本体部分、及び前記本体部分から離れた縁を先端縁とした１対の板部を有する基部と、互いに反対方向に向いた各板部の外側面から突出した前記１対の枢軸とを備えているトロイダル型無段変速機において、少なくとも前記トラニオンの傾転を支持するラジアルニ−ドル軸受の転走面がＨＲＣ５５以上となっており、芯部がＨＲＣ２０以上、ＨＲＣ４５以下となっていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項２】前記トラニオンの傾転を制限するストッパが前記トラニオンに当接する当たり部が高周波熱処理されていると共に、ＨＲＣ５５以上となっている請求項１に記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項３】前記パワ−ロ−ラをバックアップしつつ、前記パワ−ロ−ラのピボット運動を可能とするスラストニ−ドル軸受の保持器が所定角度以上に揺動しないように設けられた軸受が当たる当接部分が高周波熱処理されていると共に、ＨＲＣ５０以上となっている請求項１に記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項４】入力側デイスクと、この入力側デイスクと同心に配置されると共に、前記入力側デイスクに対する回転自在に支持された出力側デイスクと、前記入力側デイスク及び出力側デイスクの両中心軸に対して捩れの位置にある枢軸を中心として揺動するトラニオンと、このトラニオンに支持され、前記入力側デイスク及び出力側デイスクの間に挟持されたパワ−ロ−ラとを備え、前記入力側デイスク及び出力側デイスクの互いに対向する内側面を、それぞれ断面が円弧形の凹面とし、前記パワ−ロ−ラの周面を球面状の凸面として、この周面と前記内側面とを当接させて成り、前記トラニオンは、片面中間部に前記変位軸の基端部を結合支持する本体部分、及び前記本体部分から離れた縁を先端縁とした１対の板部を有する基部と、互いに反対方向に向いた各板部の外側面から突出した前記１対の枢軸とを備えているトロイダル型無段変速機において、前記トラニオンが炭素含有率０．２５％以下の鉄鋼材料により形成されており、浸炭処理により表面がＨＲＣ５５以上、芯部がＨＲＣ４０以下となっていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はトロイダル型無段変速機に関し、特にトラニオンの材質を強固にし、必要部分の表面を簡易な手法で硬くしたトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば自動車用変速機として、従来図４及び図５に示す様なトロイダル型無段変速機を使用することが研究されている。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ように、入力軸１と同心に入力側デイスク２を支持し、この入力軸１と同心に配置された出力軸３の端部に出力側デイスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケ−シングの内側には、入力軸１及び出力軸３に対して捩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が設けられている。
【０００３】トラニオン６，６は両端部外側面に枢軸５，５を設けており、トラニオン６，６の中心部には変位軸７，７の基端部を支持し、枢軸５，５を中心としてトラニオン６，６を揺動させることにより、変位軸７，７の傾斜角度の調節を自在としている。トラニオン６，６に支持された変位軸７，７の周囲には、それぞれパワ−ロ−ラ８，８が回転自在に支持されている。そして、パワ−ロ−ラ８，８は入力側デイスク２及び出力側デイスク４の間に挟持されており、入力側デイスク２及び出力側デイスク４の互いに対向する内側面２ａ，４ａは、それぞれ断面が枢軸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。球状凸面に形成されたパワ−ロ−ラ８，８は内側面２ａ，４ａに当接されている。
【０００４】入力軸１と入力側デイスク２との間にはロ−デイングカム方式の押圧装置９が設けられ、この押圧装置９によって入力側デイスク２を出力側デイスク４に向けて弾性的に押圧している。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により保持された複数個のロ−ラ１２，１２とから構成されている。カム板１０の片側面には円周方向に亙る凹凸面であるカム面１３が形成され、入力側デイスク２の外側面にも同様のカム面１４が形成されている。複数個のロ−ラ１２，１２を、入力軸１の中心に対して放射方向の軸を中心とする回転自在に支持している。
【０００５】上述のような構成において、入力軸１に回転に伴ってカム板１０が回転すると、カム面１３によって複数個のロ−ラ１２，１２が入力側デイスク２の外側面のカム面１４に押圧される。この結果、入力側デイスク２がパワ−ロ−ラ８，８に押圧されると同時に１対のカム面１３，１４とロ−ラ１２，１２との押し付け合いに基づいて入力側デイスク２が回転する。そして、入力側デイスク２の回転がパワ−ロ−ラ８，８を介して出力側デイスク４に伝達され、出力側デイスク４に固定の出力軸３が回転する。
【０００６】入力軸１と出力軸３との間で減速を行う場合には、枢軸５，５を中心としてトラニオン６，６を揺動させ、パワ−ロ−ラ８，８の周面８ａ，８ａが図４に示すように入力側デイスク２の内側面２ａの中心寄り部分と、出力側デイスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接するように変位軸７，７を傾斜させる。反対に、入力軸１と出力軸３との間で増速を行う場合には、トラニオン６，６を揺動させ、パワ−ロ−ラ８，８の周面８ａ，８ａが図５に示すように入力側デイスク２の内側面２ａの外周寄り部分と、出力側デイスク４の内側面４ａの中心寄り部分とにそれぞれ当接するように変位軸７，７を傾斜させる。変位軸７，７の傾斜角度を図４と図５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】更に図６及び図７に詳細に示すように、入力側デイスク２と出力側デイスク４とは、円管状の入力軸１５の周囲にそれぞれニ−ドル軸受１６、１６を介して回転自在に支持されている。また、カム板１０は入力軸１５の端部の外周面にスプライン係合され、鍔部１７によって入力側デイスク２から離れる方向への移動を阻止されている。そして、カム板１０とロ−ラ１２，１２とにより、ロ−デイングカム型の押圧装置９を構成している。押圧装置９は入力軸１５の回転に基づいて入力側デイスク２を、出力側デイスク４に向け押圧しつつ回転させる。出力側デイスク４には出力歯車１８を、キ−１９，１９により結合し、これら出力側デイスク４と出力歯車１８とが同期して回転するようになっている。
【０００８】１対のトラニオン６，６の両端部は１対の支持板２０，２０に、揺動並びに軸方向に亙る変位自在に支持している。そして、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。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。支持軸部２１，２１を各円孔２３，２３の内側にニ−ドル軸受２４，２４を介して回転自在に支持している。また、枢支軸部２２，２２の周囲にパワ−ロ−ラ８，８を別のニ−ドル軸受２５，２５を介して回転自在に支持している。
【０００９】尚、１対の変位軸７，７は入力軸１５に対して１８０度反対側の位置に設けられている。また、変位軸７，７の各枢支軸部２２，２２が支持軸部２１，２１に対し偏心している方向は、入力側デイスク２及び出力側デイスク４の回転方向に対して同方向としており、偏心方向は出力軸１５の配設方向に対してほぼ直交する方向としている。従って、パワ−ロ−ラ８，８は入力軸１５の配設方向に亙って若干の変位自在に支持される。この結果、構成部品の寸法精度や弾性変形等に起因して、パワ−ロ−ラ８，８が入力軸１５の軸方向に変位する傾向となった場合でも、構成各部品に無理な力を加えることなく、この変位を吸収できる。
【００１０】また、パワ−ロ−ラ８，８の外側面とトラニオン６，６の中間部内側面との間には、パワ−ロ−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−ドル軸受２７，２７とを設けている。スラスト玉軸受２６，２６はパワ−ロ−ラ８，８に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、各パワ−ロ−ラ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２６，２６はそれぞれ複数個ずつの玉２９，２９と、各玉２９，２９を転動自在に保持する円環状の保持器２８，２８と、円環状の外輪３０，３０とから構成されている。
【００１１】スラストニ−ドル軸受２７，２７は図８及び図９に詳細に示すようなレ−ス３１と保持器３２とニ−ドル３３，３３とから構成される。レ−ス３１と保持器３２とは、回転方向に亙る若干の変位自在に組み合わされている。スラストニ−ドル軸受２７，２７はレ−ス３１，３１をトラニオン６，６の内側面に当接させた状態で、この内側面と外輪３０，３０の外側面との間に挟持している。更に、各トラニオン６，６の一端部にはそれぞれ駆動ロッド３６，３６を結合し、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、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。
【００１２】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を介して入力側デイスク２に伝えられる。そして、入力側デイスク２の回転が１対のパワ−ロ−ラ８，８を介して出力側デイスク４に伝えられ、更に出力側デイスク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、１対の駆動ピストン３７，３７を互いに逆方向に変位させる。各駆動ピストン３７，３７の変位に伴って１対のトラニオン６，６がそれぞれ逆方向に変位する。その結果、各パワ−ロ−ラ８，８の周面８ａ，８ａと入力側デイスク２及び出力側デイスク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。この力の向きの変化に伴ってトラニオン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。
【００１３】また、図１０は変速時に各トラニオン６，６を枢軸５，５を中心に傾斜させるための機構として、米国特許第４，９２８，５４２号明細書に開示されたものを示している。枢軸５，５はニードル軸受１６，１６によりハウジング１７に対して、回転及び軸方向にわたる若干の変位を自在に支持されている。変速時にはハウジング１７に支持された油圧シリンダ１８内に圧油を送り込み、トラニオン６を軸方向に変位させる。この変位に基づいて、パワーローラ９の外周面９ａと入力側デイスク７２及び出力側デイスク４の各内側面２ａ及び４ａとの接触位置関係が変化し、トラニオン６が枢軸５，５を中心としていずれかの方向に揺動する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上述のようなトロイダル型無段変速機、更には本出願人による実開平６−４３４０４号及び特開平８−２４０２５２号で示されるトロイダル型無段変速機では、内臓したトラニオンには硬さを要求される機能面がいくつかあるが、硬さが必ず必要となるのは、傾転を持軸するラジアルニ−ドル軸受の転送表面部と、傾転ストッパの当たり部である。転送表面部は軸受と同様な硬さが必要であり、ＨＲＣ５５以上が必要である。傾転ストッパの当たり部は摩耗や塑性変形すると、設計上の所定変速範囲を保持できないので、かなりの硬さが必要である。また、パワ−ロ−ラをバックアップしつつ、パワ−ロ−ラのピボット運動を可能とするスラストニ−ドル軸受の保持器が所定角度以上に揺動しないように設けられたストッパ部材の当接部にも所定の硬さが必要である。しかしながら、従来のトロイダル型無段変速機ではいずれも上記各部の材料、熱処理、硬さについては何ら言及していない。高負荷時においても耐磨耗性や耐久性に優れたトロイダル型無段変速機の出現が望まれていた。
【００１５】本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、トラニオンの摩耗や塑性変形に対して材質を強固にし、容易な手法でコストアップを伴うことなく耐久性を増したトロイダル型無段変速機を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、入力側デイスクと、この入力側デイスクと同心に配置されると共に、前記入力側デイスクに対する回転自在に支持された出力側デイスクと、前記入力側デイスク及び出力側デイスクの両中心軸に対して捩れの位置にある枢軸を中心として揺動するトラニオンと、このトラニオンに支持され、前記入力側デイスク及び出力側デイスクの間に挟持されたパワ−ロ−ラとを備え、前記入力側デイスク及び出力側デイスクの互いに対向する内側面を、それぞれ断面が円弧形の凹面とし、前記パワ−ロ−ラの周面を球面状の凸面として、この周面と前記内側面とを当接させて成り、前記トラニオンは、片面中間部に変位軸の基端部を結合支持する本体部分、及び前記本体部分から離れた縁を先端縁とした１対の板部を有する基部と、互いに反対方向に向いた各板部の外側面から突出した前記１対の枢軸とを備えているトロイダル型無段変速機に関し、本発明の上記目的は、少なくとも前記トラニオンの傾転を支持するラジアルニ−ドル軸受の転走面がＨＲＣ５５以上とし、芯部がＨＲＣ２０以上、ＨＲＣ４５以下とすることによって達成される。
【００１７】また、前記トラニオンの傾転を制限するストッパが前記トラニオンに当接する当たり部を高周波熱処理してＨＲＣ５５以上とすることにより、更に前記パワ−ロ−ラをバックアップしつつ、前記パワ−ロ−ラのピボット運動を可能とするスラストニ−ドル軸受の保持器が所定角度以上に揺動しないように設けられた軸受の当接部を高周波熱処理してＨＲＣ５５以上とすることにより、より有効に達成される。
【００１８】一方、前記トラニオンを、炭素含有率０．２５％以下の鉄鋼材料により形成すると共に、浸炭処理により表面をＨＲＣ５５以上、芯部をＨＲＣ４５以下とすることによっても達成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明のトロイダル型無段変速機は、前記従来の技術で説明し、また、コストを高くすることなく、トラニオンの軽量化を図ると共に、トラニオンの傾斜角度を確実に制限するようにした実開平６−４３４０４号公報に述べられているトロイダル型無段変速機にも適用できる。更に、特開平８−２４０２５２号公報に述べられているような、スラストニ−ドル軸受を構成するニ−ドルの転動面に過大な面圧が作用することを防止し、保持器のポケットからニ−ドルが脱落することを防止するようにしたトロイダル型無段変速機にも適用できる。
【００２０】本発明では図１に示すように、トラニオン６を炭素含有率０．３〜０．６％の鉄鋼材料で形成すると共に、トラニオン６の傾転を持軸するラジアルニ−ドル軸受の転送表面部６１と、傾転ストッパの当たり部６２と、バックアップ軸受が飛び出さないようにするための軸受が当たる当接部分６３とを高周波熱処理して、ＨＲＣ５５以上としている。そして、その他の部分は、調質熱処理によりＨＲＣ４５以下としている。すぶ焼きにして芯部まだ硬くしてしまうと靭性がなくなって脆く、疲労破壊強度がなくなり、トラニオンが折れてしまう。そのため、芯部はある程度の靭性が必要であり、また、加工が容易な高周波熱処理を利用するためにトラニオン６の材質を炭素含有率０．４％以上の鉄鋼材料としており、硬さが必要な表面部分を高周波熱処理して、必要な硬さであるＨＲＣ５０以上を得ている。硬さが必要な表面部分６１，６２，６３は、高周波熱処理の他に浸炭処理としても、ＨＲＣ５５以上の硬さが得られる。浸炭処理の場合には、トラニオン６は炭素含有率０．２５％以下の鉄鋼材料により形成されることが望ましい。
【００２１】トラニオン６には、次に述べるようなトロイダル型無段変速機に特有な機能が要求される。即ち、トラニオン６には、最大負荷時には４ｔ以上もの力がかかり、その上円滑な変速をするために、トラニオン６が滑らかに傾転する必要がある。先ず４ｔ以上もの力が支持するときには図２のように力がかかるため、トラニオン６には大きな曲げ応力が作用し、この応力下でもトラニオン６が破壊しないように靭性が要求される。また、４ｔ以上の力の下で円滑な傾転をするため、トラニオン６の首部（軸受の転送表面部６１）にはラジアルニードル軸受が嵌合され（図１０参照）、この部分は軸受の転送面としての強度が必要になる。この要求を満たす条件を、種々の硬さをもったトラニオンで実験して確認した。実験には一例としてトラニオンの全高さ（図２の寸法Ｈ）が１４０ｍｍのものを使用した。実験結果は表１の通りである。
【００２２】
【表１】
首部の硬さがＨＲＣ５５未満では、この部分が破損する問題を生じ、また、芯部の硬さがＨＲＣ４５を越える場合にもトラニオン６が破壊するなどの問題を生じた。この結果から、トラニオンには本発明（請求項１）に示すような条件が必要である。尚、芯部の硬さがＨＲＣ２０より小さい場合にはトラニオンが塑性変形し、図２の破線のように変速に不調が生じるなどの不具合が生じる。表１において、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３は本発明の表面部硬さ及び芯部硬さを全て満たしているので、軸受転走部の剥離も折れ曲り部の破損も生じなかった。Ｎｏ．５及びＮｏ．６はＣ％濃度が０．６％を越えているので、芯部の硬さが本発明のＨＲＣ４５を越えたため、折れ曲り部１００が破損した。また、Ｎｏ．７及びＮｏ．８は芯部硬さが低い（調質時の焼戻し温度を高くして製作しているので）ため、Ｘ−Ｘ中心線に対して外湾（図２の破線のように）状の塑性変形が大となった。Ｎｏ．４は素材のＣ濃度％が０．３％を下回っているため、ニードル軸受との転走面となる軸受転走部が剥離した。
【００２３】尚、表１の芯部硬さの定義はＡ点での定義である。即ち、断面においてバックアップ面側にあるコーナＲが終了した点と、背面側１０４の面取りが終了したバクアップ面と、背面が平行となった付近を結ぶ垂線のほぼ１／２の位置で芯部硬さを測定した。表１の実験結果は、パワーローラ９の外周面に４ｔの荷重をかけ、その状態で枢軸５を±２０°揺動させ、１０７揺動回後の軸受転走表面部の剥離の有無、背面１０４の曲り寸法（試験前後の寸法変化）を確認した。折れ曲り部１００の破損は１０７揺動回までに破損したか又はしなかったかの結果を示している。
【００２４】また、本発明のようなトラニオンを製作する方法として、コストや生産性を考えると、図３に示すように焼入れ→焼戻しでトラニオン全体を調質した後、硬さの必要な部位に９００℃程度の高周波熱処理を行なうことが望ましい。材料としてはＣ濃度が０．３％以上から０．６％以下程度のものが望ましい。Ｃ濃度が０．６％以上では芯部に硬さが入り易くなり、目標でありＨＲＣ４５以下を保持するには、調質時の焼戻し温度をかなり高温にせざるを得ないため熱処理変形が大きくなったり、熱処理コストが嵩むなどの不具合を生じる。また、表面硬さＨＲＣ５５以上を得るためのＣ濃度は最低０．２％であるが（例えば「鉄鋼材料便覧」３．１節，Ｐ８５）、焼き入れ時の質量効果等を考えると、余裕をみて０．３％以上としておくことが望ましい。
【００２５】高周波焼入れ部の有効硬化層深さとしては、軸受の転動体（ころ）接触によって材料内部に生じるせん断応力が最大となる深さの２倍程度があれば良い。しかし、この部位はせん断応力が最大となる深さは比較的浅く、それほど深い硬化層深さは必要ないが、高周波焼入れでは硬化層深さを浅めに制御することはコストアップになるため、トロイダル型無段変速機のトラニオンでは硬化層深さを０．５〜２．０ｍｍ程度にすることが望ましい。
【００２６】本発明のようなトラニオンを製作できれば調質、高周波加熱でなくても良い。例えば浸炭鋼に浸炭や浸炭窒化を施すなどの方法でも構わない。
【００２７】尚、図１の実施例では転送表面部６１、傾転ストッパの当たり部６２、バックアップ軸受の当接部分６３の３カ所を高周波熱処理してＨＲＣ５０以上としているが、少なくとも転送表面部６１を高周波熱処理してＨＲＣ５５以上とすれば、低速用のトロイダル型無段変速機には適用可能である。また、本発明は、特開平８−１４３５０号公報に開示されているような３ローラ式のトロイダル型無段変速機についても同様なトラニオンを用いることができる。
【００２８】
【発明の効果】以上のように本発明のトロイダル型無段変速機によれば、トラニオンの材質を炭素含有率０．３〜０．６％の鉄鋼材料としているので、トラニオンそのものに靭性があり、折れることなく疲労破壊に対する強度を高くすることができる。また、硬さを要求される機能面を加工容易な高周波熱処理ないしは浸炭処理としているので、必要部分の表面の硬さを保持でき、自動車の部品として要求される耐摩耗性や耐久性を確保することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２０４
【氏名又は名称】日本精工株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月３０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】安形 雄三 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１３２３０２ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）５月２１日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２９７９９８ |
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