(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロイダル型無段変速機を構成する入力側ディスクと出力側ディスクとの内側面同士の間に挾持されてこれら両ディスク同士の間での動力の伝達を行なう鋼製のパワーローラと、このパワーローラの軸方向外端面に形成された断面が円弧状で全体が円環状の内輪軌道と、このパワーローラと同心に配置された鋼製の外輪と、この外輪の軸方向内端面でこの内輪軌道と対向する部分に形成された断面が円弧状で全体が円環状の外輪軌道と、それぞれの転動面を上記外輪軌道とこの内輪軌道とに当接させた複数の玉とを備えたトロイダル型無段変速機のパワーローラ用スラスト玉軸受に於いて、上記パワーローラを構成する鋼の破壊靱性値を上記外輪を構成する鋼の破壊靱性値よりも大きくした事を特徴とするトロイダル型無段変速機のパワーローラ用スラスト玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係るトロイダル型無段変速機のパワーローラ用スラスト玉軸受は、トロイダル型無段変速機を構成するパワーローラに加わるスラスト荷重を支承しつつこのパワーローラを回転自在に支持する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車用変速機、或は各種産業機械用の変速機として、図２〜３に略示する様なトロイダル型無段変速機を使用する事が研究されている。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様に、入力軸１と同心に入力側ディスク２を支持し、出力軸３の端部に出力側ディスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシングの内面、或はこのケーシング内に設けられた支持ブラケットには、上記入力軸１並びに出力軸３に対して捻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】
各トラニオン６、６は、両端部外側面に上記枢軸５、５を設けている。又、各トラニオン６、６の中心部には変位軸７、７の基端部を支持し、上記枢軸５、５を中心として各トラニオン６、６を揺動させる事により、各変位軸７、７の傾斜角度の調節を自在としている。各トラニオン６、６に支持された変位軸７、７の周囲には、それぞれパワーローラ８、８を回転自在に支持している。そして、これら各パワーローラ８、８を、上記入力側、出力側両ディスク２、４の間に挟持している。
【０００４】
これら入力側、出力側両ディスク２、４の互いに対向する内側面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、ほぼ上記枢軸５を中心とする円弧形の凹面をなしている。そして、球面状の凸面に形成された各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａは、上記内側面２ａ、４ａに当接させている。
【０００５】
前記入力軸１と入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置９を設け、この押圧装置９によって、上記入力側ディスク２を出力側ディスク４に向け、弾性的に押圧している。この押圧装置９は、上記入力軸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（例えば４個）のローラ１２、１２とから構成されている。上記カム板１０の片側面（図２〜３の左側面）には、円周方向に亙る凹凸面であるカム面１３を形成し、又、上記入力側ディスク２の外側面（図２〜３の右側面）にも、同様のカム面１４を形成している。そして、上記複数個のローラ１２、１２を、上記入力軸１の中心に対して放射状に配置している。
【０００６】
上述の様に構成されるトロイダル型無段変速機の使用時、上記入力軸１の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ーラ１２、１２が、入力側ディスク２の外側面に形成したカム面１４に押圧される。この結果、上記入力側ディスク２が上記複数のパワーローラ８、８に押圧されると同時に、上記１対のカム面１３、１４と複数個のローラ１２、１２との押し付け合いに基づいて、上記入力側ディスク２が回転する。そして、この入力側ディスク２の回転が、上記複数のパワーローラ８、８を介して出力側ディスク４に伝達され、この出力側ディスク４に固定の出力軸３が回転する。
【０００７】
入力軸１と出力軸３との回転速度を変える場合で、先ず入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう場合には、枢軸５、５を中心として各トラニオン６、６を揺動させ、各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図２に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの中心寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接する様に、各変位軸７、７を傾斜させる。
【０００８】
反対に、増速を行なう場合には、各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図３に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの中心寄り部分とに、それぞれ当接する様に、各変位軸７、７を傾斜させる。各変位軸７、７の傾斜角度を、図２と図３との中間にすれば、入力軸１と出力軸３との間で、中間の変速比を得る事ができる。
【０００９】
図２〜３には、トロイダル型無段変速機の基本構造のみを示しているが、自動車用変速機等としてより具体化した構造も、例えば実願昭６１−８７５２３号（実開昭６２−１９９５５７号）のマイクロフィルムに記載されている様に、従来から種々知られている。
【００１０】
ところで、上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時に上記各パワーローラ８、８は、入力側ディスク２及び出力側ディスク４からのスラスト荷重を受けつつ、高速で回転する。この為、これら各パワーローラ８、８と前記各トラニオン６、６との間には、図４に示す様なスラスト玉軸受１５を設けている。
【００１１】
上記スラスト玉軸受１５は、上記パワーローラ８と、複数の玉１６、１６と、これら複数の玉１６、１６を転動自在に保持する為の保持器２０と、上記パワーローラ８と同じ中心軸αを有する外輪１７とから構成されている。尚、上記パワーローラ８、玉１６、１６、外輪１７は、それぞれ軸受鋼、浸炭鋼等の軸受用鋼により形成されている。又、上記パワーローラ８の軸方向外端面（図４の上面）に内輪軌道１８を、上記外輪１７の軸方向内端面（図４の下面）で上記内輪軌道１８と対向する部分に外輪軌道１９を、それぞれ形成している。これら各軌道１８、１９は、それぞれ断面が円弧形で全体が円環状とされている。尚、従来のスラスト玉軸受１５の場合には、内輪軌道１８の断面の曲率半径Ｒ１８と外輪軌道１９の断面の曲率半径Ｒ１９とは互いに等しく（Ｒ１８＝Ｒ１９）している。上記各玉１６、１６の転動面は、これら内輪軌道１８と外輪軌道１９とに転がり接触する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実際にトロイダル型無段変速機に組み込まれてパワーローラ８を支承するスラスト玉軸受１５の場合には、次に述べる様な解決すべき点がある。即ち、このスラスト玉軸受１５の内輪としての機能を兼ね備えるパワーローラ８には、直径方向反対側に存在する、入力側ディスク２との接触点と出力側ディスク４との接触点との２点から荷重が加わるが、この２点から円周方向に９０度ずれた点では荷重が加わらない。従って上記パワーローラ８の円周方向に亙る荷重分布は不均一になり、このパワーローラ８は、曲げ応力が作用する様な応力場に置かれる。これに対して外輪１７は、円周方向に亙って均等に配置された玉１６、１６により、円周方向に亙ってほぼ均一な荷重を受ける。
【００１３】
又、上記パワーローラ８は、トロイダル型無段変速機の変速比を確保すべくその設置位置を規制する必要上、厚さ寸法Ｔ８  を十分に大きくする必要がある。この為、スラスト玉軸受１５の内輪として機能する上記パワーローラ８の応力拡大係数が大きくなる応力場にあり、このパワーローラ８の寿命に関しては、モード２だけでなくモード１も関与してくる。このうち、面内剪断形のモード２は、一般的なスラスト玉軸受でも疲れ寿命として問題となるフレーキング発生による転がり疲労に関するもので、トロイダル型無段変速機用スラスト玉軸受に限らず、一般の玉軸受でも問題となる。一方、開口形のモード１は、内輪割れに結び付く曲げ疲労に関するものであり、厚さ寸法の大きなパワーローラ８に不均一な荷重を受ける、トロイダル型無段変速機用スラスト玉軸受独特な疲労として問題となる。
【００１４】
従って、トロイダル型無段変速機のパワーローラ用スラスト玉軸受の耐久性を確保する為には、一般的なモード２の転がり疲労だけでなく、モード１の曲げ疲労に就いても考慮しなければならない。モード１の曲げ疲労による割れの発生を防止し、軌道輪の長寿命化を図る為には、破壊靱性値Ｋ1cが大きな鋼によりこの軌道輪を造れば良い。ところが、この破壊靱性値Ｋ1cが大きな鋼が、モード２の転がり疲労を防止するのに有効であるとは限らず、モード２による転がり疲れ寿命を長くできない場合がある。例えば、浸炭SCr 材を用いてこの転がり疲れ寿命を長くする為には、上記鋼の炭素含有率（Ｃ％）を或る程度高く、且つ、浸炭深さを或る程度深くする必要がある。ところが、Ｃ％を高くしたり、或は浸炭深さを深くしたりすると、上記破壊靱性値Ｋ1cが小さくなってしまう。この事から明らかな通り、同一材質に異なる組成と熱処理とを施した２種類の鋼材Ａ、Ｂを考慮した場合には、鋼材Ａの方が鋼材Ｂよりもモード１による曲げ疲労に対しては強いが、鋼材Ｂの方が鋼材Ａよりもモード２による転がり疲労に対しては強いと言う事があり、鋼材の選定に大きな影響力を及ぼす。
【００１５】
破壊靱性値Ｋ1cを大きくするには、例えば、
(1) 鋼材の組織の結晶粒径を小さくする。
(2) 微細炭化物を結晶粒内に分布させる。
(3) 焼き戻し温度を高くして硬さを小さくする。
(4) 浸炭、窒化、高周波焼き入れ等の表面硬化鋼では、表面硬化深さを浅くしたり、芯部の硬さを小さくする。
等が考えられる。
このうちの(4) から明らかな通り、表面硬化鋼は完全焼き入れ鋼よりは破壊靱性値が大きくなる。又、形状、使用条件等に就いては、逆に、(a) 部材寸法の増加、(b) 環境温度の低下、(c) 荷重速度の増加、は同一材質の部品では破壊靱性値の低下を招く。
本発明のトロイダル型無段変速機のパワーローラ用スラスト玉軸受は、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００１６】
【課題を解決する為の手段】
本発明のトロイダル型無段変速機のパワーローラ用スラスト玉軸受は、前述した従来から知られているトロイダル型無段変速機のパワーローラ用スラスト玉軸受と同様に、トロイダル型無段変速機を構成する入力側ディスクと出力側ディスクとの内側面同士の間に挾持されてこれら両ディスク同士の間での動力の伝達を行なう鋼製のパワーローラと、このパワーローラの軸方向外端面に形成された断面が円弧状で全体が円環状の内輪軌道と、このパワーローラと同心に配置された鋼製の外輪と、この外輪の軸方向内端面でこの内輪軌道と対向する部分に形成された断面が円弧状で全体が円環状の外輪軌道と、それぞれの転動面を上記外輪軌道とこの内輪軌道とに当接させた複数の玉とを備える。
特に、本発明のトロイダル型無段変速機のパワーローラ用スラスト玉軸受に於いては、上記パワーローラを構成する鋼の破壊靱性値を上記外輪を構成する鋼の破壊靱性値よりも大きくしている。
【００１７】
【作用】
上述の様に構成される本発明のトロイダル型無段変速機のパワーローラ用スラスト玉軸受の場合には、パワーローラを破壊靱性値の大きな鋼により造っている為、このパワーローラにモード１の曲げ疲労による割れが発生しにくくなる。
これに対して、モード１による曲げ疲労をあまり考慮する必要のない外輪は、破壊靱性値の大きな鋼により造る必要がなく、モード２による転がり疲労に対して強い鋼により造れる。
これらにより、上記トロイダル型無段変速機のパワーローラ用スラスト玉軸受の耐久性向上を図れる。
尚、曲げ疲労や転がり疲労に対する強度を確保すべく、破壊靱性値を適正値にする為には、各軌道輪を構成する鋼に施す熱処理として、例えば浸炭処理、浸炭窒化処理、高周波焼き入れ処理等の表面硬化処理を行なう。
【００１８】
【実施例】
図１は、本発明の実施例を示している。このスラスト玉軸受１５ａは、前述の図４に示した従来から知られたスラスト玉軸受１５と同様に、パワーローラ８Ａの軸方向外端面（図１の上面）に、断面が円弧状で全体が円環状の内輪軌道１８ａを形成している。この様なパワーローラ８Ａと同心に、外輪１７ａを配置している。この外輪１７ａの軸方向内端面（図１の下面）で、上記内輪軌道１８ａと対向する部分に、断面が円弧状で全体が円環状の外輪軌道１９ａを形成している。そして、これら外輪軌道１９ａと内輪軌道１８ａとの間に複数個の玉１６、１６を設け、各玉１６、１６の転動面を、上記外輪軌道１９ａ及び内輪軌道１８ａに当接させている。これら各玉１６、１６は、保持器２０により転動自在に保持している。
【００１９】
この様に構成するトロイダル型無段変速機のパワーローラ支持用のスラスト玉軸受１５ａの場合には、パワーローラ８Ａの厚さ寸法Ｔ８Ａが外輪１７ａの厚さ寸法Ｔ１７ａ  よりも大きい事に伴って、使用時に上記パワーローラ８Ａの応力拡大係数Ｋ１  が上記外輪１７ａの応力拡大係数Ｋ１  ´よりも大きく（Ｋ１  ＞Ｋ１  ´）なる。
【００２０】
この様な応力拡大係数Ｋ1 、Ｋ1 ´の相違に伴って、本実施例のスラスト玉軸受１５ａに於いては、上記パワーローラ８Ａを構成する鋼材の破壊靱性値Ｋ1cを、上記外輪１７ａを構成する鋼材の破壊靱性値Ｋ1c´よりも大きく（Ｋ1c＞Ｋ1c´）している。これと共に図示の例では、上記内輪軌道１８ａと上記各玉１６、１６との最大接触面圧Ｐmax を、上記外輪軌道１９ａと上記各玉１６、１６との最大接触面圧Ｐmax ´よりも小さく（Ｐmax ＜Ｐmax ´）している。この為に本実施例の場合には、上記内輪軌道１８ａの断面の曲率半径Ｒ18a を、上記外輪軌道１９ａの曲率半径Ｒ19a よりも小さく（Ｒ18a ＜Ｒ19a ）している。
【００２１】
上記パワーローラ８Ａの破壊靱性値Ｋ１ｃを外輪１７ａより大きくした組み合わせとしては、前述の様に破壊靱性値を大きくする方法で述べた事から、
（１）  パワーローラ８Ａを表面硬化鋼とし、外輪１７ａを完全硬化鋼とする。
（２）  パワーローラ８Ａの浸炭深さを外輪１７ａよりも浅くするか、パワーローラ８Ａの芯部硬さを外輪１７ａより小さくする。
（３）  パワーローラ８Ａの硬さを外輪１７ａより小さくする。
等が考えられる。
【００２２】
上述の様に構成する本発明のパワーローラ用スラスト玉軸受の場合には、入力側ディスク及び出力側ディスクとの接触部で円周方向に亙って不均一な荷重を受け、しかも厚さ寸法Ｔ8Aが大きい為に応力拡大係数Ｋ1 が大きい応力場にあるパワーローラ８Ａを、破壊靱性値の大きな鋼材により造っている。この為、応力拡大係数Ｋ1 が大きいにも拘らず、このパワーローラ８Ａにモード１の曲げ疲労による割れが発生しにくくなる。又、このパワーローラ８Ａに形成した内輪軌道１８ａと玉１６、１６との最大接触面圧Ｐmax が小さい事に基づき、この内輪軌道１８ａに、モード２の転がり疲労によるフレーキングが発生しにくくなる。
【００２３】
一方、外輪１７ａは、上記各ディスクとは直接接触せず、均等に配置された玉により円周方向に亙りほぼ均一な荷重を受け、しかも厚さ寸法Ｔ17a があまり大きくない為、応力拡大係数Ｋ1 ´が上記パワーローラ８Ａ（内輪）よりも小さい応力場にある。従って、この外輪１７ａに関しては、モード１による曲げ疲労をあまり考慮する必要がない。即ち、この外輪１７ａは、破壊靱性値Ｋ1c´の大きな鋼材により造る必要がなく、破壊靱性値Ｋ1c´が小さくても、モード２による転がり疲労に対して強い鋼材により造れる。従って、この外輪１７ａに形成した外輪軌道１９ａと玉１６、１６との最大接触面圧Ｐmax ´を小さくする必要がない。より具体的には、この外輪軌道１９ａの断面の曲率半径Ｒ19a を、上記内輪軌道１８ａよりも大きくして、各玉１６、１６の転動面と上記外輪軌道１９ａとの接触面積を小さくできる。従って、この外輪軌道１９ａと玉１６、１６との転がり抵抗の増大を防止できる。この結果、玉軸受全体としての転がり抵抗の増大も少なく抑える事ができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のトロイダル型無段変速機のパワーローラ用スラスト玉軸受は、以上に述べた通り構成され作用する為、コスト上昇を抑えつつ、何れの軌道輪の寿命も必要とする分確保できる。従って、上記パワーローラ用スラスト玉軸受を組み込んだトロイダル型無段変速機の耐久性向上を低コストで図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す断面図。
【図２】スラスト玉軸受を組み込んだトロイダル型無段変速機の基本的構成を、最大減速時の状態で示す側面図。
【図３】同じく最大増速時の状態で示す側面図。
【図４】トロイダル型無段変速機に組み込まれたパワーローラ用スラスト玉軸受の断面図。
【符号の説明】
１    入力軸
２    入力側ディスク
２ａ  内側面
３    出力軸
４    出力側ディスク
４ａ  内側面
５    枢軸
６    トラニオン
７    変位軸
８、８Ａ  パワーローラ
８ａ  周面
９    押圧装置
１０    カム板
１１    保持器
１２    ローラ
１３、１４  カム面
１５、１５ａ  スラスト玉軸受
１６    玉
１７、１７ａ  外輪
１８、１８ａ  内輪軌道
１９、１９ａ  外輪軌道
２０    保持器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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