(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動自在な入力軸と、この入力軸と同心に、且つこの入力軸と共に回転自在に支持された入力側ディスクと、ラジアル軸受によりこの入力軸の周囲に、この入力軸に対する回転を自在として、且つその内側面と上記入力側ディスクの内側面とを互いに対向させた状態で設けた出力側ディスクと、これら入力側、出力側両ディスクの中心軸と交差はしないがこれら両ディスクの中心軸の方向に対し直角方向位置である捻れの位置にある枢軸を中心として揺動する複数のトラニオンと、これら各トラニオンの中間部に、これら各トラニオンの内側面から突出する状態で支持された変位軸と、これら各トラニオンの内側面側に配置され且つ上記入力側、出力側両ディスクの間に挟持された状態で、上記各変位軸の周囲に回転自在に支持されたパワーローラとを備え、上記入力側、出力側両ディスクの内側面はそれぞれ断面が円弧形の凹面であり、パワーローラの周面は球面状の凸面であり、この周面と上記両ディスクの内側面とが互いに当接しているトロイダル型無段変速機に於いて、上記ラジアル軸受はニードル軸受であり、このニードル軸受を構成する複数本のニードルは、軸方向両端部にクラウニングが施されており、これら各ニードルのクラウニング量は、これら各ニードルの軸方向端面から軸方向長さの７〜１３％軸方向中央寄り部分で、これら各ニードルの軸方向中央部の外径の０．１〜０．４％である事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】
この発明に係るトロイダル型無段変速機は、例えば自動車用の変速機を構成する変速ユニットとして、或は各種産業機械用の変速機として、それぞれ利用する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車用変速機を構成する変速ユニットとして、図８〜９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、この入力軸１と同心に配置した出力軸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側には、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を設けている。
【０００３】
即ち、上記両ディスク２、４の中心軸から外れた部分に配置したこれら各トラニオン６、６は、それぞれの両端部外面に上記枢軸５、５を、上記両ディスク２、４の中心軸の方向に対し直角方向に、且つ、互いに同心に設けている。又、これら各トラニオン６、６の中間部には変位軸７、７の基端部を支持し、上記枢軸５、５を中心として上記各トラニオン６、６を揺動させる事により、上記各変位軸７、７の傾斜角度の調節を自在としている。上記各トラニオン６、６に支持した変位軸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、互いに対向する内側面２ａ、４ａ同士の間に挟持している。これら各内側面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、上記枢軸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。そして、球状凸面に形成した上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａを、上記内側面２ａ、４ａに当接させている。
【０００４】
上記入力軸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、弾性的に押圧自在としている。この押圧装置９は、入力軸１と共に回転するカム板１０と、保持器１１により転動自在に保持した複数個（例えば４個）のローラ１２、１２とから構成している。上記カム板１０の片側面（図８〜９の右側面）には、円周方向に亙る凹凸面である駆動側カム面１３を形成し、上記入力側ディスク２の外側面（図８〜９の左側面）には、同様の形状を有する被駆動側カム面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の中心に関し放射方向の軸を中心とする回転自在に支持している。
【０００５】
上述の様に構成するトロイダル型無段変速機の使用時、入力軸１の回転に伴ってカム板１０が回転すると、駆動側カム面１３が複数個のローラ１２、１２を、入力側ディスク２の外側面に形成した被駆動側カム面１４に押圧する。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、上記駆動側、被駆動側両カム面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、前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。
【０００６】
入力軸１と出力軸３との回転速度比（変速比）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、前記各枢軸５、５を中心として前記各トラニオン６、６を所定方向に揺動させる。そして、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図８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、前記各変位軸７、７を傾斜させる。反対に、増速を行なう場合には、上記枢軸５、５を中心として上記各トラニオン６、６を反対方向に揺動させる。そして、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図９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、上記各変位軸７、７を傾斜させる。各変位軸７、７の傾斜角度を図８と図９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】
又、図１０〜１１は、実願昭６３−６９２９３号（実開平１−１７３５５２号）のマイクロフィルムに記載された、より具体化されたトロイダル型無段変速機の１例を示している。入力側ディスク２と出力側ディスク４とは円管状の入力軸１５の周囲に、それぞれ請求項に記載したラジアル軸受に相当するニードル軸受１６、１６を介して回転自在に支持している。これら各ニードル軸受１６、１６は、それぞれ図１２〜１４に詳示する様に、複数本のニードル５４、５４と、これら各ニードル５４、５４を転動自在に支持する為の籠型の保持器５５とを備える。そして、上記入力軸１５の外周面を円筒状の内輪軌道５６とし、上記入力側、出力側両ディスク２、４の内周面を外輪軌道５７としている。
【０００８】
又、カム板１０は上記入力軸１５の端部（図１０の左端部）外周面にスプライン係合させ、鍔部１７により上記入力側ディスク２から離れる方向への移動を阻止している。そして、このカム板１０とローラ１２、１２とにより、上記入力軸１５の回転に基づいて上記入力側ディスク２を、上記出力側ディスク４に向け押圧しつつ回転させる、ローディングカム式の押圧装置９を構成している。上記出力側ディスク４には出力歯車１８を、キー１９、１９により結合し、これら出力側ディスク４と出力歯車１８とが同期して回転する様にしている。
【０００９】
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（図１０の表裏方向、図１１の左右方向）に亙る変位自在に支持している。そして、上記各トラニオン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。これら各変位軸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。このうちの各支持軸部２１、２１を上記各円孔２３、２３の内側に、ラジアルニードル軸受２４、２４を介して、回転自在に支持している。又、上記各枢支軸部２２、２２の周囲にパワーローラ８、８を、別のラジアルニードル軸受２５、２５を介して、回転自在に支持している。
【００１０】
尚、上記１対の変位軸７、７は、上記入力軸１５に対して１８０度反対側位置に設けている。又、これら各変位軸７、７の各枢支軸部２２、２２が各支持軸部２１、２１に対し偏心している方向は、上記入力側、出力側両ディスク２、４の回転方向に関し同方向（図１１で左右逆方向）としている。又、偏心方向は、上記入力軸１５の配設方向に対しほぼ直交する方向としている。従って、上記各パワーローラ８、８は、上記入力軸１５の配設方向に亙る若干の変位自在に支持される。この結果、回転力の伝達状態で構成各部材に加わる大きな荷重に基づく、これら構成各部材の弾性変形に起因して、上記各パワーローラ８、８が上記入力軸１５の軸方向（図１０の左右方向、図１１の表裏方向）に変位する傾向となった場合でも、上記構成各部品に無理な力を加える事なく、この変位を吸収できる。
【００１１】
又、上記各パワーローラ８、８の外側面と上記各トラニオン６、６の中間部内側面との間には、パワーローラ８、８の外側面の側から順に、スラスト玉軸受２６、２６とスラストニードル軸受２７、２７とを設けている。このうちのスラスト玉軸受２６、２６は、上記各パワーローラ８、８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８、８の回転を許容するものである。この様なスラスト玉軸受２６、２６はそれぞれ、複数個ずつの玉２９、２９と、これら各玉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とから構成している。各スラスト玉軸受２６、２６の内輪軌道は上記各パワーローラ８、８の外側面に、外輪軌道は上記各外輪３０、３０の内側面に、それぞれ形成している。
【００１２】
又、上記各スラストニードル軸受２７、２７は、レース３１と保持器３２とニードル３３、３３とから構成している。このうちのレース３１と保持器３２とは、前記支持軸部２１を中心とする回転方向に亙る若干の変位自在に組み合わせている。この様なスラストニードル軸受２７、２７は、上記各レース３１、３１を上記各トラニオン６、６の内側面に当接させた状態で、この内側面と上記外輪３０、３０の外側面との間に挟持している。この様なスラストニードル軸受２７、２７は、上記各パワーローラ８、８から上記各外輪３０、３０に加わるスラスト荷重を支承しつつ、前記各枢支軸部２２、２２及び上記外輪３０、３０が、前記支持軸部２１、２１を中心に揺動する事を許容する。
【００１３】
更に、上記各トラニオン６、６の一端部（図１１の左端部）にはそれぞれ駆動ロッド３６、３６を結合し、これら各駆動ロッド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、これら各駆動ピストン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。
【００１４】
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を介して入力側ディスク２に伝わる。そして、この入力側ディスク２の回転が、１対のパワーローラ８、８を介して出力側ディスク４に伝わり、更にこの出力側ディスク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、上記１対の駆動ピストン３７、３７を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３７、３７の変位に伴って上記１対のトラニオン６、６が、それぞれ逆方向に変位し、例えば図１１の下側のパワーローラ８が同図の右側に、同図の上側のパワーローラ８が同図の左側に、それぞれ変位する。この結果、これら各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと上記入力側ディスク２及び出力側ディスク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。そして、この力の向きの変化に伴って上記各トラニオン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。この結果、前述の図８〜９に示した様に、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと上記各内側面２ａ、４ａとの当接位置が変化し、上記入力軸１５と出力歯車１８との間の回転速度比が変化する。
【００１５】
尚、この様に上記入力軸１５と出力歯車１８との間で回転力の伝達を行なう際には、構成各部材の弾性変形に基づいて上記各パワーローラ８、８が、上記入力軸１５の軸方向に変位し、これら各パワーローラ８、８を枢支している前記各変位軸７、７が、前記各支持軸部２１、２１を中心として僅かに回動する。この回動の結果、前記各スラスト玉軸受２６、２６の外輪３０、３０の外側面と上記各トラニオン６、６の内側面とが相対変位する。これら外側面と内側面との間には、前記各スラストニードル軸受２７、２７が存在する為、この相対変位に要する力は小さい。従って、上述の様に各変位軸７、７の傾斜角度を変化させる為の力が小さくて済む。
【００１６】
更に、伝達可能なトルクを増大すべく、図１５〜１６に示す様に、入力軸１５ａの周囲に入力側ディスク２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４とを２個ずつ設け、これら２個ずつの入力側ディスク２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４とを動力の伝達方向に関して互いに並列に配置する構造も、従来から知られている。これら図１５〜１６に示した構造は何れも、上記入力軸１５ａの中間部周囲に出力歯車１８ａを、この入力軸１５ａに対する回転を自在として支持し、この出力歯車１８ａの中心部に設けた円筒部の両端部に上記各出力側ディスク４、４を、スプライン係合させている。そして、これら各出力側ディスク４、４の内周面と上記入力軸１５ａの外周面との間にニードル軸受１６、１６を設け、これら各出力側ディスク４、４を上記入力軸１５ａの周囲に、この入力軸１５ａに対する回転、並びにこの入力軸１５ａの軸方向に亙る変位を自在に支持している。又、上記各入力側ディスク２Ａ、２Ｂは、上記入力軸１５ａの両端部に、この入力軸１５ａと共に回転自在に支持している。この入力軸１５ａは、駆動軸５１により、ローディングカム式の押圧装置９を介して回転駆動する。尚、この駆動軸５１の先端部（図１５〜１６の左端部）外周面と上記入力軸１５ａの基端部（図１５〜１６の右端部）内周面との間には、滑り軸受、ニードル軸受等のラジアル軸受５２を設けている。従って、上記駆動軸５１と入力軸１５ａとは、互いに同心に配置された状態のまま、回転方向に亙る若干の変位自在に組み合わされている。
【００１７】
但し、一方（図１５〜１６の左方）の入力側ディスク２Ａは、背面（図１５〜１６の左面）をローディングナット３９に、直接（図１６に示した構造の場合）又は大きな弾力を有する皿板ばね４５を介し（図１５に示した構造の場合）突き当てて、上記入力軸１５ａに対する軸方向（図１５〜１６の左右方向）の変位を実質的に阻止している。これに対して、カム板１０に対向する入力側ディスク２Ｂは、ボールスプライン４０により上記入力軸１５ａに、軸方向に亙る変位自在に支持している。そして、この入力側ディスク２Ｂの背面（図１５〜１６の右面）とカム板１０の前面（図１５〜１６の左面）との間に皿板ばね４１とスラストニードル軸受４２とを、互いに直列に設けている。このうちの皿板ばね４１は、上記各ディスク２Ａ、２Ｂ、４の内側面２ａ、４ａとパワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとの当接部に予圧を付与する役目を果たす。又、スラストニードル軸受４２は、押圧装置９の作動時に、上記入力側ディスク２Ｂとカム板１０との相対回転を許容する役目を果たす。
【００１８】
又、図１５に示した構造例の場合、前記出力歯車１８ａはハウジング５３（図１１）の内側に設けた仕切壁４４に、１対のアンギュラ型玉軸受４３、４３により、軸方向に亙る変位を阻止した状態で、回転自在に支持している。これに対して図１６に示した構造例の場合、出力歯車１８ａの軸方向に亙る変位は自在である。尚、上述の図１５〜１６に示した様に、２個ずつの入力側ディスク２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４とを動力の伝達方向に関して互いに並列に配置する、所謂ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機が、カム板１０に対向する一方又は双方の入力側ディスク２Ａ、２Ｂをボールスプライン４０、４０ａにより上記入力軸１５ａに、軸方向に亙る変位自在に支持している理由は、これら両ディスク２Ａ、２Ｂの回転を完全に同期させつつ、上記押圧装置９の作動に伴う構成各部材の弾性変形に基づいて上記両ディスク２Ａ、２Ｂが上記入力軸１５ａに対し軸方向に変位する事を許容する為である。
【００１９】
上述の様な目的で設置するボールスプライン４０、４０ａは、上記入力側ディスク２Ａ、２Ｂの内周面に形成した内径側ボールスプライン溝４６と、上記入力軸１５ａの中間部外周面に形成した外径側ボールスプライン溝４７と、これら両ボールスプライン溝４６、４７同士の間に転動自在に設けられた複数個のボール４８、４８とを備える。又、上記押圧装置９側の入力側ディスク２Ｂを支持する為のボールスプライン４０に関しては、上記入力側ディスク２Ｂの内周面の内側面２ａ寄り部分に形成した係止溝４９に係止環５０を係止して、上記複数個のボール４８、４８が上記入力側ディスク２Ｂの内側面２ａ側に変位するのを制限している。そして、上記各ボール４８、４８が上記内径側、外径側両ボールスプライン溝４６、４７同士の間から抜け出る事を防止している。尚、図１５の構造で、上記押圧装置９から離れた側の入力側ディスク２Ａを支持する為のボールスプライン４０ａに関しては、前記入力軸１５ａの先端寄り部分（図１５の左端寄り部分）外周面に形成した係止溝４９ａに係止環５０ａを係止して、複数個のボール４８、４８が上記入力側ディスク２Ａの内側面２ａ側に変位するのを制限している。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様に構成され作用する従来のトロイダル型無段変速機の場合、入力軸１５、１５ａの周囲に出力側ディスク４、４を回転及び軸方向に亙る変位自在に支持する為のニードル軸受１６、１６の耐久性が必ずしも十分ではなかった。この理由に就いて、以下に説明する。
【００２１】
トロイダル型無段変速機を自動車用の変速機の変速ユニットとして利用する場合、エンジンから入力軸１５、１５ａに伝えられた動力は、入力側ディスク２、２Ａ、２Ｂから各パワーローラ８、８を経て出力側ディスク４、４に伝達される。これら各パワーローラ８、８と出力側ディスク４、４との間で動力を伝達するトラクション部、即ち、これら各出力側ディスク４、４の内側面４ａ、４ａと上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとの当接部は、円周方向等間隔の複数個所に存在する。この為、動力伝達に基づいて上記各出力側ディスク４、４の内側面４ａ、４ａに加えられる荷重のうちのラジアル成分は、これら各出力側ディスク４、４内で相殺される。従って、上記各ニードル軸受１６、１６に加わるラジアル荷重は、上記各出力側ディスク４、４及びこれら各出力側ディスク４、４に結合固定された出力歯車１８、１８ａ等の重量のみとなる。
【００２２】
これに対して、上記各ニードル軸受１６、１６のうち、上記各出力側ディスク４、４を支持する為のニードル軸受１６、１６の運転速度は、これら各出力側ディスク４、４と上記入力軸１５、１５ａとの相対回転速度となる。これら各出力側ディスク４、４と上記入力軸１５、１５ａとの回転方向は互いに逆であるから、例えば入力軸１５、１５ａの回転速度が４０００r.p.m.で、変速比が１である場合には、上記各ニードル軸受１６、１６の運転速度は８０００r.p.m.（＝４０００r.p.m.＋４０００r.p.m.）となる。又、減速比が０．５（２倍に増速）の場合には上記各ニードル軸受１６、１６の運転速度は１２０００r.p.m.（＝４０００r.p.m.＋８０００r.p.m.）となり、同じく２．０（１／２に減速）の場合には６０００r.p.m.（＝４０００r.p.m.＋２０００r.p.m.）となる。
【００２３】
上記各ニードル軸受１６、１６に加わる荷重が上述の様な重量に見合う程度のものであれば、上述の程度の運転速度であっても、これら各ニードル軸受１６、１６の転がり疲れ寿命が問題になる事はない。ところが、本発明者等の実験により、入力トルク（上記入力軸１５、１５ａの駆動トルク）が大きい場合で、しかも前記入力側ディスク２、２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４との間の変速状態が減速状態のまま長時間運転すると、この出力ディスク４、４の内周面と上記入力軸１５、１５ａの外周面との間に設けたニードル軸受１６、１６に、早期剥離が発生した。
【００２４】
この様な早期剥離の原因に就いて本発明者等が研究したところ、動力伝達に伴う、上記出力側ディスク４、４の繰り返しの弾性変形による事が分った。即ち、各キャピティ毎にパワーローラ８、８を２個設ける構造の場合、上記出力ディスク４、４の内側面４ａ、４ａはパワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと、円周方向反対側２個所位置で当接する。そして、動力伝達時に押圧装置９が発生する大きなスラスト荷重により、上記２個所位置が軸方向に強く押される。この結果、上記出力側ディスク４、４が弾性変形する。特に、図１７〜１８に示す様に、上記入力側ディスク２、２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４との間で減速を行なうべく、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａをこの出力側ディスク４、４の内側面４ａ、４ａの外径寄り部分に当接させた状態では、この出力側ディスク４、４に、図１９に矢印で示す様に、大きなモーメントが加わる。
【００２５】
そして、この出力側ディスク４、４が、上記ニードル軸受１６、１６を支点として、図１９〜２１に誇張して示す様に、大きく弾性変形する。この様な機構で発生する弾性変形の変形量は、上記出力側ディスク４、４の内径側で、特に肉厚が小さい小径側端部（内側面４ａ側開口端部）が特に大きくなる。そして、この出力側ディスク４、４の中心孔５８の断面形状が、上記２個所位置を結ぶ直線方向が長径方向となる、楕円形になる。これに伴って、この長径方向に対して円周方向に関する位置が９０度ずれた部分が上記楕円形の短径方向となり、上記出力側ディスク４、４の中心孔５８、５８の内周面により構成した外輪軌道５７と、前記入力軸１５、１５ａの外周面に設けた内輪軌道５６との距離が短くなる。しかも、これら両軌道５７、５６同士の間隔は、図２２に誇張して示す様に、軸方向に亙り不同になる。即ち、上記各出力側ディスク４、４の内側面４ａ、４ａに寄った部分（図２２の左側部分）で狭くなる。そして、この様に上記両軌道５７、５６同士の間隔が狭くなった部分では、上記ニードル軸受１６、１６を構成するニードル５４、５４が、上記内輪軌道５６と外輪軌道５７との間で強く押し潰される状態となる。この結果、これら内輪軌道５６及び外輪軌道５７の一部で上記各ニードル５４、５４の転動面の軸方向端部に対向する部分に、エッジロードに基づく過大な面圧が加わり、当該部分に早期剥離等の損傷を発生する原因となる。
【００２６】
この様な損傷が発生すると、上記ニードル軸受１６部分で発生する音や振動が大きくなって、このニードル軸受１６を組み込んだトロイダル型無段変速機自体だけでなく、このトロイダル型無段変速機を組み込んだトランスミッション全体の音や振動が大きくなる。そして、このトランスミッションを搭載した自動車の乗り心地性能に悪影響を及ぼす。又、軌道面の剥離に基づいて生じた細片が動力を伝達しているトラクション部に巻き込まれると、当該部分で面圧が過大になり、このトラクション部を構成する入力側、出力側両ディスク２、２Ａ、２Ｂ、４の内側面２ａ、４ａやパワーローラ８、８の周面８ａ、８ａに早期剥離等の損傷を発生する原因ともなる。更には、上記小片がストレーナーやフィルターの目詰まりを引き起こし、潤滑油を供給する為のポンプの吐出流量の低下を招き、潤滑不良になり、他部品の短寿命化にもつながる可能性もある。
本発明のトロイダル型無段変速機用入力側ディスクユニットは、この様な事情に鑑みて、発明したものである。
【００２７】
【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用入力側ディスクユニットは、前述した従来のトロイダル型無段変速機と同様に、回転駆動自在な入力軸と、この入力軸と同心に、且つこの入力軸と共に回転自在に支持された入力側ディスクと、ラジアル軸受によりこの入力軸の周囲に、この入力軸に対する回転を自在として、且つその内側面と上記入力側ディスクの内側面とを互いに対向させた状態で設けた出力側ディスクと、これら入力側、出力側両ディスクの中心軸と交差はしないがこれら両ディスクの中心軸の方向に対し直角方向位置である捻れの位置にある枢軸を中心として揺動する複数のトラニオンと、これら各トラニオンの中間部に、これら各トラニオンの内側面から突出する状態で支持された変位軸と、これら各トラニオンの内側面側に配置され且つ上記入力側、出力側両ディスクの間に挟持された状態で、上記各変位軸の周囲に回転自在に支持されたパワーローラとを備える。そして、上記入力側、出力側両ディスクの内側面はそれぞれ断面が円弧形の凹面であり、パワーローラの周面は球面状の凸面であり、この周面と上記両ディスクの内側面とが互いに当接している。
【００２８】
特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、上記ラジアル軸受はニードル軸受であり、このニードル軸受を構成する複数本のニードルは、軸方向両端部にクラウニングが施されている。そして、これら各ニードルのクラウニング量は、これら各ニードルの軸方向端面から軸方向長さの７〜１３％軸方向中央寄り部分で、これら各ニードルの軸方向中央部の外径の０．１〜０．４％である。
【００２９】
【作用】
上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機は、前述した従来のトロイダル型無段変速機と同様の作用に基づき、入力側ディスクと出力側ディスクとの間で回転力の伝達を行ない、更にトラニオンの傾斜角度を変える事により、これら両ディスク同士の間の回転速度比を変える。
【００３０】
特に、本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、入力軸に対して出力側ディスクを回転自在に支持する為のニードル軸受を構成する各ニードルに、適正量のクラウニングを施している為、上記出力側ディスクの弾性変形に拘らず、上記ニードル軸受の構成部品に過大面圧が加わる事を有効に防止できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１〜５は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、入力軸１５の中間部周囲に出力側ディスク４を回転自在に支持する為のニードル軸受１６ａ部分にある。その他の部分の構造及び作用に就いては、前述した従来構造と同様である為、重複する図示及び説明を省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００３２】
上記ニードル軸受１６ａは、前述した従来のトロイダル型無段変速機に組み込まれているニードル軸受と同様に、複数本のニードル５４ａ、５４ａと、これら各ニードル５４ａ、５４ａを転動自在に支持する為の籠型の保持器５５とを備える。そして、上記入力軸１５の中間部外周面を円筒状の内輪軌道５６とし、上記出力側ディスク４の中心孔５８の内周面を外輪軌道５７としている。
【００３３】
特に、本発明のトロイダル型無段変速機の場合、上記複数本のニードル５４ａ、５４ａは、図５に詳示する様に、軸方向両端部にクラウニング５９、５９を施している。これら各ニードル５４ａ、５４ａのクラウニング量δ59、即ち、上記各クラウニング５９、５９の外周面が、本来の（軸方向中央部の円筒部６０をそのまま延長したと仮定した場合の）円筒面から直径方向内方に変位した距離は、次の様に規制している。先ず、前提として、これら各ニードル５４ａ、５４ａの軸方向長さをＬ54a 、上記円筒部６０の外径をＤ60とし、これら各ニードル５４ａ、５４ａの端面から上記クラウニング量δ59の測定位置までの距離をＬ59とする。そして、この測定位置までの距離Ｌ59を、上記軸方向長さＬ54a の７〜１３％とする｛Ｌ59＝（０．０７〜０．１３）Ｌ54a ｝。この様な条件下で、上記クラウニング量δ59を、上記円筒部６０の外径Ｄ60の０．１〜０．４％とする｛δ59＝（０．００１〜０．００４）Ｄ60｝。
【００３４】
上述の様に本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、上記入力軸１５の中間部に上記出力側ディスク４を回転自在に支持する為のニードル軸受１６ａを構成する各ニードル５４ａ、５４ａに、適正量のクラウニング５９、５９を施している。この為、トロイダル型無段変速機の運転時に発生する大きな荷重による上記出力側ディスク４の弾性変形に基づく、上記ニードル軸受１６ａを構成する内輪軌道５６と外輪軌道５７との距離の不均一に拘らず、上記ニードル軸受１６ａの構成部品に過大面圧が加わる事を有効に防止できる。
【００３５】
即ち、トロイダル型無段変速機の運転時に上記出力側ディスク４は、パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａ（図８〜１１、図１５〜１８）から直径方向反対側２個所位置に加えられる大きな荷重に基づき、図１〜４に誇張して示す様に弾性変形する。この様に上記出力側ディスク４が弾性変形し、上記内輪軌道５６と外輪軌道５７との距離の不均一になった場合でも、上記各ニードル５４ａ、５４ａの軸方向端部と上記内輪軌道５６及び外輪軌道５７とが当接する事がなく、エッジロードに基づく早期剥離の発生を防止できる。
【００３６】
この様に本発明の場合には、上記ニードル軸受１６ａを構成する各ニードル５４ａ、５４ａの軸方向両端部に適正なクラウニング５９、５９を施す事により、上記エッジロードの発生を防止して、上記ニードル軸受１６ａの耐久性向上を図れる。即ち、本発明の場合には、上記各ニードル５４ａ、５４ａに適正量のクラウニング５９、５９を施している為、上記出力側ディスク４の内周面が構成する外輪軌道５７が弾性変形すると、保持器５５に保持された上記各ニードル５４ａ、５４ａが若干姿勢を変えて、これら各ニードル５４ａ、５４ａの転動面が上記外輪軌道５７及び内輪軌道５６を倣う。そして、これら各ニードル５４ａ、５４ａの転動面と上記内輪軌道５６及び外輪軌道５７との接触状態を適正な接触状態として、接触部の面圧が過度に上昇する事を防止する。
【００３７】
尚、上記各ニードル５４ａ、５４ａの軸方向両端部に施すクラウニング５９、５９のクラウニング量δ59が小さ過ぎた場合には、エッジロードの発生を十分に防止できず、上記ニードル軸受１６ａの耐久性を十分に向上させる事はできない。反対に、上記クラウニング量δ59が大き過ぎた場合には、上記ニードル軸受１６ａを構成する各ニードル５４ａ、５４ａ及びこのニードル軸受１６ａにより支持された出力側ディスク４の傾きを生じる。この結果、却ってエッジロードを発生し易い状態になり、早期剥離等の損傷を招き易くなる。しかも、前記出力側ディスク４が本来の位置に比べて傾斜した状態で高速回転し、動力伝達を行なう為、トロイダル型無段変速機の運転時に発生する音や振動が大きくなる。この結果、このトロイダル型無段変速機が構成する変速ユニット部分からトランスミッション全体が、大きな音や振動を発生する事になり、このトランスミッションを搭載した自動車の乗り心地性能に悪影響を及ぼす。
これに対して本発明の場合には、上記クラウニング量δ59を前記範囲に規制したので、エッジロードの発生を有効に防止すると共に、運転時に於けるパワーローラ８の傾斜を防止できる。
【００３８】
【実施例】
上記クラウニング量δ59を前述した範囲に規制する為に、本発明者が行なった実験に就いて説明する。実験は、モータダイナモを用いての減速耐久試験を、大型用、小型用のトロイダル型無段変速機の２機種に就いて行なった。
このうち、大型用のトロイダル型無段変速機としては、キャビティ径Ｄ0 （トラニオン６、６の両端部に設けた枢軸５、５の中心軸同士の間隔。図１１参照。）が１３０mmのダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機を使用した。試験時に於ける運転条件は、入力側ディスク２Ａ、２Ｂの回転速度を４０００r.p.m.、入力トルクを３００Nm、減速比を２．０（出力側ディスク４の回転速度が入力側ディスク２Ａ、２Ｂの回転速度の１／２）とした。又、ニードル軸受１６ａの寸法は、各ニードル５４ａ、５４ａの内接円の直径を２８mm、外接円の直径を３６mm（各ニードル５４ａの円筒部６０の外径＝４mm）、軸方向長さＬ54a を７．８mmとした。
【００３９】
上述の様な条件の下で、上記各ころ５４ａのクラウニング量δ59を各種変え（クラウニング量δ59をパラメータにして）、当該ニードル軸受１６ａの耐久性を知る為の実験を行ない、上記クラウニング量δ59として適正な数値を把握した。尚、この様な減速耐久試験を行なうのに先立って、ＦＥＭ計算により、トロイダル型無段変速機の運転時にパワーローラ８、８から出力側ディスク４に加わる荷重の大きさから、この出力側ディスク４の変形量を求め、この変形量を上記クラウニング量δ59に反映させた。又、減速耐久試験の目標時間を２０時間とした。この、２０時間なる値は、自動車用トランスミッションの変速ユニットの寿命として、耐久性の一つの基準になる数値である。
この様にして行なった実験の結果を、次の表１及び図６に示す。
【００４０】
【表１】
0003870594.tif 000002
【００４１】
又、キャビティ径Ｄ0 が１０４mmである、小型シングルキャビティ式のトロイダル型無段変速機の場合に就いても、同様の減速耐久試験を行なった。この場合、入力側ディスク２の回転速度を４０００r.p.m.、入力トルクを６０Nm、減速比を２．０とした。又、ニードル軸受１６ａの寸法は、各ニードル５４ａの内接円の直径を２０mm、外接円の直径を２６mm（ニードル５４ａの円筒部６０の外径＝３mm）、軸方向長さＬ54a を１３．８mmとした。尚、小型の場合の軸方向長さが大型の場合の軸方向長さよりも大きいのは、大型の場合には、出力歯車１８ａと出力側ディスク４、４との結合部に設けるスプライン部といんろう嵌合部との存在に基づき、各ニードル軸受１６ａの長さを大きくできない為である。
この様にして行なった実験の結果を、次の表２及び図７に示す。
【００４２】
【表２】
0003870594.tif 000003
【００４３】
これらの実験の結果から、ニードル５４ａの円筒部６０の外径が４mmの場合は、クラウニング量δ59が０．００４mmから０．０１６mmの場合に、同じく３mmの場合は、クラウニング量δ59が０．００３mmから０．０１２mmの場合に、それぞれ目標とする耐久性を得られる事が分った。これら各場合に於ける、十分な耐久性を得られるクラウニング量δ59が、ニードル５４ａの円筒部６０の外径Ｄ60に対する割合は、０．１％以上０．４％以下である。この場合に於ける上記クラウニング量δ59の測定位置は、上記各ニードル５４ａの軸方向長さＬ54a に関して、これら各ニードル５４ａの端面から７〜１３％だけ、軸方向中央に寄った位置とした。前述した実際の減速耐久試験での測定点は、上記軸方向長さＬ54a が７．８mm（外径＝４mm）の場合には、端面から０．８mmの位置（１０．３％）とし、上記軸方向長さＬ54a が１３．８mm（外径＝３mm）の場合には、端面から１．４mmの位置（１０．１％）とした。
【００４４】
尚、上記軸方向長さＬ54a が７．８mm（外径＝４mm）のもののうち、実験Ｎｏ．Ｄのものは、各ニードル５４ａの端面から１．０mmの位置（１２．８％）でのクラウニング量δ59は０．００８mm（０．２％）であり、各ニードル５４ａの端面から０．５５mmの位置（７．１％）でのクラウニング量δ59は０．０１１mm（０．２８％）であり、何れの部分でも特許請求の範囲に規定した条件を満たした。又、軸方向長さＬ54a が１３．８mm（外径＝３mm）のもののうち、実験Ｎｏ．Ｄのものは、各ニードル５４ａの端面から１．８mmの位置（１３．０％）でのクラウニング量δ59は０．００６mm（０．２％）であり、各ニードル５４ａの端面から１．０mmの位置（７．２％）でのクラウニング量δ59は０．００８mm（０．２７％）であり、何れの部分でも特許請求の範囲に規定した条件を満たした。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用する為、トロイダル型無段変速機に優れた耐久性を持たせて、このトロイダル型無段変速機の実用化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を、出力側ディスクが弾性変形した状態で示す要部断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図２の中央部拡大図。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図。
【図５】ニードル軸受の部分拡大断面図。
【図６】クラウニング量とラジアルニードル軸受の耐久性との関係を知る為に行なった第一の実験の結果を示す線図。
【図７】同じく第二の実験の結果を示す線図。
【図８】従来から知られている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９】同じく最大増速時の状態で示す側面図。
【図１０】従来の具体的構造の第１例を示す断面図。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ断面図。
【図１２】従来構造を示す、図１と同様の図。
【図１３】図１２のＤ−Ｄ断面図。
【図１４】図１３の中央部拡大図。
【図１５】従来の具体的構造の第２例を示す部分断面図。
【図１６】同第３例を示す部分断面図。
【図１７】図１０に示した構造と類似する構造の運転時に各パワーローラに加わる荷重を説明する為の断面図。
【図１８】図１５に示した構造と類似する構造の運転時に各パワーローラに加わる荷重を説明する為の断面図。
【図１９】図１２に示した従来構造を、パワーローラが弾性変形した状態で示す要部断面図。
【図２０】図１９のＥ−Ｅ断面図。
【図２１】図２０の中央部拡大図。
【図２２】図２０のＦ−Ｆ断面図。
【符号の説明】
１    入力軸
２、２Ａ、２Ｂ  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    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    駆動側カム面
１４    被駆動側カム面
１５、１５ａ  入力軸
１６、１６ａ  ニードル軸受
１７、１７ａ  鍔部
１８、１８ａ  出力歯車
１９    キー
２０    支持板
２１    支持軸部
２２    枢支軸部
２３    円孔
２４    ラジアルニードル軸受
２６    スラスト玉軸受
２７    スラストニードル軸受
２８    保持器
２９    玉
３０    外輪
３１    レース
３２    保持器
３３    ニードル
３４    組み付け用治具
３５    通孔
３６    駆動ロッド
３７    駆動ピストン
３８    駆動シリンダ
３９    ローディングナット
４０、４０ａ  ボールスプライン
４１    皿板ばね
４２    スラストニードル軸受
４３    アンギュラ型玉軸受
４４    仕切壁
４５    皿板ばね
４６    内径側ボールスプライン溝
４７    外径側ボールスプライン溝
４８    ボール
４９、４９ａ  係止溝
５０、５０ａ  係止環
５１    駆動軸
５２    ラジアル軸受
５３    ハウジング
５４、５４ａ  ニードル
５５    保持器
５６    内輪軌道
５７    外輪軌道
５８    中心孔
５９    クラウニング
６０    円筒部
【図１】
0003870594.tif 000004
【図２】
0003870594.tif 000005
【図３】
0003870594.tif 000006
【図４】
0003870594.tif 000007
【図５】
0003870594.tif 000008
【図６】
0003870594.tif 000009
【図７】
0003870594.tif 000010
【図８】
0003870594.tif 000011
【図９】
0003870594.tif 000012
【図１０】
0003870594.tif 000013
【図１１】
0003870594.tif 000014
【図１２】
0003870594.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
0003870594.tif 000017
【図１５】
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【図１６】
0003870594.tif 000019
【図１７】
0003870594.tif 000020
【図１８】
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【図１９】
0003870594.tif 000022
【図２０】
0003870594.tif 000023
【図２１】
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【図２２】
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