(57)【要約】【課題】ディスクの重量をそれほど増加させなくても、同ディスクのスプライン孔部分の応力集中を有効に防止できるようにして、高燃費高応答性でかつ耐久性に優れたトロイダル型無段変速機を提供する。【解決手段】スプライン軸部３ａに外嵌するスプライン孔５ａが中心部に形成されたディスク本体９よりなり、ローラ７が転動接触する凹湾曲状の軌道面５ｂが当該ディスク本体９の正面に形成されたトロイダル型無段変速機の動力伝達ディスクにおいて、前記ディスク本体９におけるスプライン孔５ａ部分を補強するための補強突条１０を当該ディスク本体９の背面に一体に形成する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプライン軸部に外嵌するスプライン孔が中心部に形成されたディスク本体よりなり、ローラが転動接触する凹湾曲状の軌道面が当該ディスク本体の正面に形成されたトロイダル型無段変速機の動力伝達ディスクにおいて、
前記ディスク本体におけるスプライン孔部分を補強するための補強突条が当該ディスク本体の背面に一体に形成されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機の動力伝達ディスク。
【請求項２】
補強突条は、ディスク本体におけるスプライン孔の縁部から一定の径方向範囲を背面側に厚肉化することによって形成された第一の円環状部分を備えている請求項１に記載のトロイダル型無段変速機の動力伝達ディスク。
【請求項３】
補強突条は、ディスク本体における凹湾曲状の軌道面に対するローラの最外接触点を内部に含むまたは最外接触点より径方向外側の一定の径方向範囲を背面側に厚肉化することによって形成された第二の円環状部分を備えている請求項１又は２に記載のトロイダル型無段変速機の動力伝達ディスク。
【請求項４】
補強突条は、ディスク本体の中心部から径外方向に延びる直線的範囲を背面側に厚肉化することによって形成された複数本の放射状リブを備えている請求項１〜３のいずれかに記載のトロイダル型無段変速機の動力ディスク。
【請求項５】
凹湾曲状の軌道面を有する入力ディスクと、この入力ディスクの軌道面に対向する凹湾曲状の軌道面を有する出力ディスクと、前記入力ディスクと出力ディスクのそれぞれの軌道面に転動接触するように同軌道面間で構成されるトロイド状隙間に配置された複数のローラと、前記入力ディスクの中心部に形成されたスプライン孔に嵌合するスプライン軸部を有する入力軸と、この入力軸に対して相対回転自在に嵌合されかつ前記出力ディスクの中心部に形成されたスプライン孔に嵌合するスプライン軸部を有する出力軸と、前記入力ディスク又は出力ディスクの一方を他方側に押圧する押圧手段と、を備えているトロイダル型無段変速機において、
前記入力ディスク又は出力ディスク若しくはこれらの双方が請求項１〜４のいずれかに記載の動力伝達ディスクよりなることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の無段変速機に用いられるトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、環境問題が大きく取り上げられる中で、高燃費・低公害自動車の実現に寄与すべく、ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）に注目が集まっており、このＣＶＴの一種としてトロイダル型無段変速機が知られている。
【０００３】
かかるトロイダル型無段変速機は、通常、凹湾曲状の軌道面を有する入力ディスクと、この入力ディスクの軌道面に対向する凹湾曲状の軌道面を有する出力ディスクと、入力ディスクと出力ディスクのそれぞれの軌道面に転動接触するように同軌道面間で構成されるトロイド状隙間に配置された複数のローラと、入力ディスクの中心部に形成されたスプライン孔に嵌合するスプライン軸部を有する入力軸と、この入力軸に対して相対回転自在に外嵌されかつ出力ディスクの中心部に形成されたスプライン孔に嵌合するスプライン軸部を有する出力軸と、前記入力ディスク又は出力ディスクの一方を他方側に押圧する押圧手段と、を備えている（例えば、特開２００２−９８２０８号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のトロイダル型無段変速機において、押圧手段で入力ディスク又は出力ディスクの一方を他方側に押圧すると、トロイド状隙間内の複数のローラの転動面が入力ディスクの軌道面及び出力ディスクの軌道面と大きな力で接触し、かかる複数のローラを介してトラクションにより両ディスクが連動連結されることで、入力軸から出力軸へのトルク伝達が行われるようになっている。
【０００５】
このようなトルク伝達を行っている最中の複数のローラは、ディスクの中心部より所定距離の位置に設けられる凹湾曲状の軌道面に対して直交した状態で入力ディスクと出力ディスクに強く接触しているので、それらのディスクの周方向だけでなく、同ディスクの回転軸方向にも大きな荷重を作用させており、このため、当該ディスクの中心部にあるスプライン孔の歯元部分にはこれらの荷重に基づくモーメント荷重によって応力集中が発生して、ディスク割れが起きる可能性がある。
【０００６】
一方、かかるスプライン歯元部分の応力集中を緩和するには、ディスク全体を厚肉にして補強すればよいが、これでは、トロイダル型無段変速機の主要部をなすディスクの重量が増大するため、燃費と変速時の応答性を悪化させるという新たな課題が発生する。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑み、ディスクの重量をそれほど増加させなくても、同ディスクのスプライン孔部分の応力集中を有効に防止できるようにして、高燃費高応答性でかつ耐久性に優れたトロイダル型無段変速機とその動力伝達ディスクを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は次の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明は、スプライン軸部に外嵌するスプライン孔が中心部に形成されたディスク本体よりなり、ローラが転動接触する凹湾曲状の軌道面が当該ディスク本体の正面に形成されたトロイダル型無段変速機の動力伝達ディスクにおいて、前記ディスク本体におけるスプライン孔部分を補強するための補強突条が当該ディスク本体の背面に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この場合、ディスク本体の背面に形成された補強突条が当該ディスク本体におけるスプライン孔部分を補強するので、トルク伝達を行っている最中のローラから受ける荷重によって、スプライン孔部分に応力集中が発生するのが有効に防止される。また、かかるスプライン孔部分の補強手段がディスク本体の背面に形成された補強突条より構成されているので、ディスクそのものを全体的に厚肉にする場合に比べて、ディスクの重量がそれほど増加することはない。
【００１０】
上記補強突条の具体的形状としては、ディスク本体におけるスプライン孔の縁部から一定の径方向範囲を背面側に厚肉化することによって形成された第一の円環状部分により構成することができる。この第一の円環状部分を採用した場合、スプライン孔の縁部を含むディスク本体の中心部が厚肉化されるので、スプライン孔部分の応力集中をより直接的に防止することができる。
【００１１】
また、この場合の補強突条は、ディスク本体における凹湾曲状の軌道面に対するローラの最外接触点を内部に含むまたは最外接触点より径方向外側の一定の径方向範囲を背面側に厚肉化することによって形成された第二の円環状部分から構成することもできる。かかる補強突条を採用した場合、スプライン孔部分の応力集中をより緩和できるとともに、ディスク本体における比較的外側の部分が補強されるため、ディスク本体の外周縁部が背面側に変形するのが防止され、ローラの転動接触がより確実になり、トルク伝達が安定するという利点がある。
【００１２】
更に、当該補強突条は、ディスク本体の中心部から径外方向に延びる直線的範囲を背面側に厚肉化することによって形成された複数本の放射状リブから構成することもできる。なお、上記第一の円環状部分、第二の円環状部分及び放射状リブは、それらを選択的に組み合わせてディスク本体の背面に形成するようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係るトロイダル型無段変速機の一種である、フルトロイダル型無段変速機のバリエータ１部分を示す概略図である。このトロイダル型無段変速機において、前記バリエータ１は、車両の動力源２により回転駆動される入力軸３を備え、その両端近傍にはそれぞれ入力ディスク５が支持されている。
【００１４】
各入力ディスク５の一側面には、凹湾曲状の軌道面５ｂが形成されており、その内周には複数条の溝を切ったスプライン孔５ａが形成されている。各入力ディスク５は、前記スプライン孔５ａに入力軸３のスプライン軸部３ａに嵌合させることによって、当該入力軸３に一体回転可能に組み付けられている。また、各入力ディスク５は、入力軸３に固定された係止リング５１によって互いに離反する方向への移動が規制されている。
【００１５】
前記入力軸３の軸方向中央部には、出力部６が当該入力軸３に対して相対回転自在に設けられている。この出力部６は、入力軸３の中央部に相対回転自在に外嵌された出力部材６ａと、この出力部材６ａにそれぞれ一体回転可能に支持された出力ディスク６ｂとを備えている。出力ディスク６ｂの前記入力ディスク５の軌道面５ｂに対向する一側面には、凹湾曲状の軌道面６ｃが形成されている。
【００１６】
また、前記出力部材６ａの外周には、チェーン６ｄと噛み合うスプロケットギヤ６ｅが形成されており、前記チェーン６ｄを介して図示しない出力軸に動力が伝達されるようになっている。前記出力部材６ａの両側部には、出力軸としての筒状のスリーブ６ｊが形成されている。このスリーブ６ｊは、入力軸３の中央部に相対回転自在となるように嵌合されており、その外周にはスプライン軸部６ｋが形成されている。
【００１７】
各出力ディスク６ｂの中心部にはスプライン孔６ｍが形成されており、当該出力ディスク６ｂはそのスプライン孔６ｍを前記スリーブ（出力軸）６ｊのスプライン軸部６ｋに嵌合させることにより、軸方向への微動が許容された状態で出力部材６ａに一体回転可能に組み付けられている。
また、各出力ディスク６ｂの背面側には、隙間６ｇを介してバックアップ板６ｈが配置されている。この背面側の隙間６ｇはケーシング６ｆ及び図示しないシール手段によって密封され、当該隙間６ｇに対して油圧動力源１２から油圧を供給することにより、出力ディスク６ｂを対向する入力ディスク５側へ付勢し、これによって所定の端末負荷が加えられるようになっている。
【００１８】
従って、本実施形態のバリエータ１においては、上記隙間６ｇに油圧を供給する油圧動力源１２により、出力ディスク６ｂを入力ディスク５側へ押圧する押圧手段が構成されている。
互いに対向する入力ディスク５の軌道面５ｂと出力ディスク６ｂの軌道面６ｃとの間は、トロイド状隙間として構成されており、このトロイド状隙間には、それぞれ各軌道面５ｂ，６ｃと転がり接触する、合計３個の円盤状のローラ７が周方向に等間隔おきに配置されている。この各ローラ７はキャリッジ８によって回転自在に支持されているとともに、当該キャリッジ８によって各軌道面５ｂ，６ｃに対する接触位置を調整できるようになっている。
【００１９】
図１に示すように、前記入力ディスク５を構成するディスク本体９の背面側には、当該ディスク本体９におけるスプライン孔５ａ部分を補強するための補強突条１０が一体に形成されており、本実施形態の補強突条１０は、径内側に位置する第一の円環状部分１０ａと、径外側に位置する第二の円環状部分１０ｂとから構成されている。
【００２０】
このうち、第一の円環状部分１０ａは、ディスク本体９におけるスプライン孔５ａの縁部から一定の径方向範囲を背面側に厚肉化することによって形成されている。他方、第二の円環状部分１０ｂは、ディスク本体９における凹湾曲状の軌道面６ｃに対するローラ７の最外接触点Ｐ（図２（ａ）参照）を内部に含む一定の径方向範囲を背面側に厚肉化することによって形成されている。
なお、上記補強突条１０の厚さとディスク本体９の厚さの比は、０．１〜０．３程度に設定することが好ましい。その理由は、その比が０．１より小さいと、スプライン歯元部の応力が十分に緩和されず、また、その比が０．３より大きいと、重量が徒に増大することになるからである。
【００２１】
上記構成に係るバリエータ１においては、油圧動力源１２で出力ディスク６ｂを入力ディスク５側に押圧すると、トロイド状隙間内の各々３つずつのローラ７が入力ディスク５の軌道面５ｂと出力ディスク６ｂの軌道面６ｃに対して大きな荷重で接触し、これらのローラ７を介して両ディスク５，６ｂが連動連結されることで、入力軸３から出力軸６ｊへのトルク伝達が行われる。なお、このさい、上記３個のローラ７の位置をキャリッジ８によって調整すれば（図１の二点鎖線参照）、出力ディスク６ｂの回転数（変速比）を増減することができる。
【００２２】
そして、本実施形態のバリエータ１では、入力ディスク５を構成するディスク本体９の背面に形成された補強突条１０によって当該ディスク本体９におけるスプライン孔５ａ部分が補強されているので、上記のようにしてトルク伝達を行っている最中のローラ７から受ける荷重でスプライン孔５ａ部分に応力集中が発生するのが有効に防止され、バリエータ１の耐久性が向上する。
また、かかるスプライン孔５ａ部分の補強手段がディスク本体９の背面に形成された補強突条１０より構成されているので、ディスク本体９そのものを全体的に厚肉にする場合に比べて、ディスク９の重量がそれほど増加することがなく、バリエータ１の燃費の低下を防止するとともに、変速時の応答性の低下も抑制することができる。なお、図例では、入力ディスク５だけに補強突条１０を形成しているが、出力ディスク６ｂに対しても上記と同様の補強突条１０を形成することにしてもよい。
【００２３】
【実施例】
次に、本発明の有効性を実証するために行った数値実験について説明する。
すなわち、この数値実験は、図２に示すように、ディスク本体９の軌道面５ｂにおける３つの最外接触点Ｐに、各ローラ７から一定の荷重Ｆが作用した場合のスプライン歯元部に生じる応力を、ＦＥＭ（有限要素解析）を用いて数値計算することによって行ったものである。
なお、ディスク本体９の外径は２１０ｍｍ、厚さｔ２は３０ｍｍ、ｒ２は９０ｍｍ、ｒ１は４８ｍｍ、スプラインはＤＩＮ５４８０−Ｎ１規格に基づく形状とした。また、荷重Ｆは３１３５５Ｎとした。
また、ディスク本体９の背面に形成される補強突条１０の形状は、図２（ａ）に示す基本形状と、図３（ａ）〜（ｄ）に示す改良形状とした。
【００２４】
このうち、図２（ａ）の基本形状においては、補強突条１０は、スプライン孔５ａの周囲を取り巻く第一の円環状部分１０ａよりなり、その幅Ｗは、０．１７×有効半径Ｒに設定されている。
なお、この場合の有効半径Ｒとは、ディスク中心からスプライン孔５ｂの谷までの径方向距離をｒ１、ディスク中心からローラ７の最外接触点Ｐまでの径方向距離をｒ２とした場合に、Ｒ＝ｒ２−ｒ１で定義されるものである。
【００２５】
一方、図３（ａ）の改良形状１においても、補強突条１０は、スプライン孔５ａの周囲を取り巻く第一の円環状部分１０ａより構成されているが、その幅Ｗ１は、０．６４×有効半径Ｒに設定されている。また、図３（ｂ）の改良形状２においては、補強突条１０は、ディスク本体９の中心部から径外方向に延びる直線的範囲を背面側に厚肉化することによって形成された合計９本の放射状リブ１０ｃより構成されている。
【００２６】
更に、図３（ｃ）の改良形状３においては、図３（ａ）に示す第一の円環状部分１０ａと、図３（ｂ）に示す放射状リブ１０ｃの双方を形成したものになっている。また、図３（ｄ）の改良形状４においては、図３（ａ）に示す第一の円環状部分１０ａに加えて、前記第二の円環状部分１０ｂを付加的に形成したものとなっている。この第二の円環状部分１０ｂは、負荷点Ｐを含み、かつ、幅Ｗは０．０８×ｒ２以上であることが好ましい。
なお、今回の数値実験においては、補強突条１０の厚さｔ１とディスク本体９の厚さｔ２の比ｔ１／ｔ２は、すべて、０．１１に設定した。
その結果が次の〔表１〕である。
【００２７】
【表１】
2004044656.tif 000003
【００２８】
この表１から明らかな通り、改良形状１〜４のすべてにおいて、スプライン歯元部の最大応力は、基本形状（図２）の場合に比べて概ね４分の１に低下した。
なお、図３（ａ）の場合において、第二の円環状部分１０ｂは、負荷点Ｐを含むか、その負荷点Ｐよりも径方向外側になるように形成することが好ましい。また、その幅Ｗ２は０．０８×ｒ２以上とするのが好ましい。
また、上記円環状部分には、例えば円環のごく一部を欠損させる場合等の、実質的に円環状と等しい形状のものも含まれるものとする。
【００２９】
図４は、本発明に係るトロイダル型無段変速機１の他の実施形態を示す要部概略図である。
図１に示す実施の形態においては、軸方向中央部に配置された一対の出力ディスク６ｂを、その軸方向外側で対向する入力ディスク５側に付勢することにより端末負荷を加えるようにしているのに対して、この実施の形態においては、一方の入力ディスク５を他方の入力ディスク５側に付勢することにより端末負荷を加えるようにしている。
【００３０】
すなわち、この図４に示す実施形態においては、図において右側の入力ディスク５が左側の入力ディスク５側へ微動可能となっており、この右側の入力ディスク５を油圧動力源１２に接続された油圧シリンダ１２ａで左側の入力ディスク５側へ付勢することにより、バリエータ１に所要の端末負荷を加えるようにしている。
【００３１】
そして、かかる図４に示すバリエータ１においても、その入力ディスク５又は出力ディスク６ｂ若しくはこれらの双方に、前記補強突条１０を形成した動力伝達ディスク９を採用することができる。
なお、その他の構成及び作用は図１の場合と同様であるから、図面に同一符号を付することにより、その詳細説明を省略する。
なお、上記実施の形態では、フルトロイダル型無段変速機について説明したが、ハーフトロイダル型等の他のトロイダル型無段変速機にも本発明を適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ディスクの重量をそれほど増加させなくても、同ディスクのスプライン孔部分の応力集中を有効に防止することができるので、低燃費でかつ耐久性に優れたトロイダル型無段変速機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトロイダル型無段変速機の要部断面図である。
【図２】（ａ）は動力伝達ディスクの背面図であり、（ｂ）はその側面図である。
【図３】本発明で採用し得る補強突条のバリエーションを示すための、動力伝達ディスクの背面図である。
【図４】本発明に係る他の実施形態を示すためのトロイダル型無段変速機の要部断面図である。
【符号の説明】
１　　　バリエータ
３　　　入力軸
３ａ　　スプライン軸部
５　　　入力ディスク
５ａ　　スプライン孔
５ｂ　　軌道面
６　　　出力部
６ｂ　　出力ディスク
６ｃ　　軌道面
６ｊ　　スリーブ（出力軸）
６ｋ　　スプライン軸部
６ｍ　　スプライン孔
７　　　ローラ
９　　　ディスク本体
１０　　　補強突条
１０ａ　　第一の円環状部分
１０ｂ　　第二の円環状部分
１０ｃ　　放射状リブ
１２　　　油圧駆動源（押圧手段）
Ｐ　　　最外接触点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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