(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク入力軸外周面と入力ディスク中央に設けられた取付穴の内壁面とにそれぞれ前記トルク入力軸方向に沿って対向形成される複数条のスプライン溝と、前記対向する各組のスプライン溝が構成するスプライン隙間内にそれぞれ直列配置される複数個のボールとから構成され、前記スプライン隙間と前記ボールとの当接によって前記入力ディスクの前記トルク入力軸方向への移動を許容しつつ前記トルク入力軸と前記入力ディスクとを駆動結合するトロイダル型無段変速機のボールスプラインにおいて、
前記入力ディスクと出力ディスクの間で回転トルクの伝達を行うために両ディスクと当接した状態で両ディスクに挟持されるパワーローラを備え、
該パワーローラの個数と前記スプライン隙間の条数の最大公約数が１であることを特徴とするトロイダル型無段変速機のボールスプライン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の変速機として使用されるトロイダル型無段変速機において、トルク入力軸と入力ディスクとの接合部分に設けられてこれらを駆動結合するボールスプラインに関する。
【０００２】
【従来の技術】
主に自動車用の変速機として従来より研究が進められているトロイダル型無段変速機は、互いに対向する面がそれぞれ円弧形状の凹断面を有する入力ディスク及び出力ディスクと、これらのディスク間に挟持される回転自在な複数個のパワーローラとを組み合わせた構造のトロイダル変速機構を少なくとも１組備えている。入力ディスクは、トルク入力軸に対して一体的に回転可能かつトルク入力軸方向への移動が制限されるように係止されて取り付けられ、一方出力ディスクは、トルク入力軸に対して相対的に回転可能かつ入力ディスクから離れる方向への移動が制限されるように入力ディスクと対向して取り付けられる。
【０００３】
上述のようなトロイダル型変速機構においては、入力ディスクが回転するとパワーローラを介して出力ディスクが逆回転するため、トルク入力軸に入力される回転運動は、逆方向の回転運動として出力ディスクへと伝達され取り出される。この際、パワーローラの周面が入力ディスクの外周付近と出力ディスクの中心付近とにそれぞれ当接するようにパワーローラの回転軸の傾斜角度を変化させることでトルク入力軸から出力ギアへの増速が行なわれ、これとは逆に、パワーローラの周面が入力ディスクの中心付近と出力ディスクの外周付近とにそれぞれ当接するようにパワーローラの回転軸の傾斜角度を変化させることでトルク入力軸から出力ギアへの減速が行なわれる。さらに両者の中間の変速比についても、パワーローラの回転軸の傾斜角度を適当に調節することにより、ほぼ無段階に得ることができる。
【０００４】
また、トルク入力軸の入力ディスク方向端部と入力ディスクの間には、入力トルクの大きさに応じてトルク入力軸方向への押圧力を増減させることができるローディングカム装置が配置され、入力ディスクとパワーローラの間及びパワーローラと出力ディスクの間に発生する摩擦力が常に適切な大きさになるよう調節している。さらに入力ディスクは、ローディングカム装置を有効に動作させるために、トルク入力軸方向への移動が許容された状態でトルク入力軸に対して駆動結合される。
【０００５】
このような駆動結合は、例えば複数条のスプライン隙間とこれらのスプライン隙間内にそれぞれ直列配置される複数個のボールとから構成されるボールスプラインを入力ディスクとトルク入力軸との接合面に設けることによって実現されている。スプライン隙間は、入力ディスク中心に穿設されている取付穴の内壁面とトルク入力軸の外周面とに、それぞれトルク入力軸方向に沿って対向形成されている複数条のスプライン溝によって構成され、対向する１組のスプライン溝が、ボール１列分のスプライン隙間として機能する。また各スプライン溝は、半円形の断面を有する直線状の凹部となっていて、トルク入力軸断面においては円周方向に亘って等配置される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
入力ディスクがパワーローラと当接して回転する際には、ローディングカム装置から作用する強い押圧力により入力ディスクに部分的な変形が生じ、この変形の方向や割合はパワーローラの円周方向に沿った位置に応じて変化する。例えば入力ディスクは、パワーローラと同位相にある部分（すなわち各パワーローラの当接点）では外形方向に向かって膨脹する一方で、２個の隣接したパワーローラの当接点の中間位相にあたる部分では内径方向に向かって収縮する。
【０００７】
図３は、２個のパワーローラを備えたトロイダル型無段変速機に組み込まれる入力ディスクの一例を示している。この図は、入力ディスク１をパワーローラとの当接面側から見たものであり、中心部にはトルク入力軸を貫通させるための取付穴２が穿設されている。また入力ディスク１は、図中でそれぞれ丸囲みの＋記号により示された左側及び右側の２か所の当接点３、３において、各パワーローラと当接する。このような入力ディスク１に対してローディングカム装置から強い押圧力が作用すると、２個のパワーローラとの各当接点３、３の周辺にかかる荷重が部分的に増大するため、図中で実線により示されるように真円形状であった変形前の入力ディスク１の輪郭が、左方向及び右方向へと引き伸ばされ、破線で示すような横長の楕円形状へと変形される。
【０００８】
また、図４は、同様に３個のパワーローラを備えたトロイダル型無段変速機に組み込まれる入力ディスクの一例を示しており、図中でそれぞれ丸囲みの＋記号により示された上側、右下側、及び左下側の３か所の当接点３、３、３において、入力ディスク１が各パワーローラと当接する。このような入力ディスク１に対してローディングカム装置から強い押圧力が作用した場合には、３個のパワーローラとの各当接点３、３、３の周辺にかかる荷重が部分的に増大して、図中で実線により示されるように真円形状であった変形前の入力ディスク１の輪郭が、上方向、右下方向、及び左下方向へと引き伸ばされた結果、破線で示すような形状へと変形される。
【０００９】
このようにして入力ディスク１の変形が生じると、トルク入力軸の外周面と入力ディスク１の取付穴２内壁面との隙間の間隔が部分的に増減する。したがって、トルク入力軸と入力ディスク１の接合面に備わるボールスプラインと、ローディングカム装置による入力ディスク１の変形領域とが重なった場合には、複数条のスプライン溝によって構成されるスプライン隙間の中に、平常時の適正な間隔から外れるものが出てくる。例えば、パワーローラと同位相（すなわち各パワーローラの当接点）にあって入力ディスク１の膨脹が生じる部分ではスプライン隙間の間隔が適正値よりも拡大され、２個の隣接したパワーローラの当接点の中間位相にあって入力ディスク１の収縮が生じる部分ではスプライン隙間の間隔が適正値よりも縮小される。
【００１０】
入力ディスク１の収縮が生じた結果、スプライン隙間内に直列配置されているボールの直径よりもスプライン隙間の間隔が小さくなると、このスプライン隙間内の各ボールにかかる荷重が増加して面圧が過大になる。この結果、増大するボールの回転負荷によりボールスプラインのトルク入力軸方向への移動が妨げられて、トロイダル型無段変速機全体の伝達効率が低下するばかりでなく、圧こんや乗り上げ等が引き起こされてボールスプラインの破損が生じやすくなる。特に、ボールスプラインのスプライン隙間の条数Ｎがパワーローラの個数Ｎｐの整数倍であるような場合には、ＮとＮｐの最大公約数であるパワーローラの個数Ｎｐと同じ条数のスプライン隙間が、入力ディスク１の最大収縮部分（すなわち２個のパワーローラの当接点の中間位相部分）に同時に位置するようになるため、上述の伝達効率低下や破損率上昇の傾向がより強くなる。
【００１１】
例えば、図３で示した２個のパワーローラが当接する入力ディスク１に６条のスプライン溝４が形成されている場合の例を示す図５では、図中の実線で示される形状から点線で示される形状へと入力ディスク１が変形したために、６等配されたスプライン溝４のうち上側及び下側に位置する４ａ、４ａの２条について、それぞれ取付穴２の内径が最も大きく縮小されている。その結果、これら上側及び下側のスプライン溝４ａ、４ａが構成するスプライン隙間の間隔が狭まり、これらのスプライン溝内に配置されたボール列にかかる荷重が共に増大する。また、図４で示した３個のパワーローラが当接する入力ディスク１に６条のスプライン溝４が設けられている場合の例を示す図６でも、やはり入力ディスクの変形に応じて、６等配されたスプライン溝のうち左上側、右上側、及び下側に位置する３条のスプライン溝４ｂ、４ｂ、４ｂ周辺の取付穴２の内径が最も大きく縮小されている。その結果、これら左上側、右上側、及び下側のスプライン溝４ｂ、４ｂ、４ｂが構成するスプライン隙間の間隔が狭まって、これらのスプライン溝内に配置されたボール列にかかる荷重が共に増大する。
【００１２】
本発明は、上述の事情に応じてなされたものであり、パワーローラからの押圧力によって入力ディスクが変形された場合に、ボール列に最大の荷重をかけるスプライン隙間の条数をできるだけ少なくすることで、面圧過大によって生じるボールスプラインのトラブルや伝達損失を減少させることができるトロイダル型無段変速機のボールスプラインの提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、トルク入力軸外周面と入力ディスク中央に設けられた取付穴の内壁面とにそれぞれ前記トルク入力軸方向に沿って対向形成される複数条のスプライン溝と、前記対向する各組のスプライン溝が構成するスプライン隙間内にそれぞれ直列配置される複数個のボールとから構成され、前記スプライン隙間と前記ボールとの当接によって前記入力ディスクの前記トルク入力軸方向への移動を許容しつつ前記トルク入力軸と前記入力ディスクとを駆動結合するトロイダル型無段変速機のボールスプラインに関するものであり、本発明の上記目的は、前記入力ディスクと出力ディスクの間で回転トルクの伝達を行うために両ディスクと当接した状態で両ディスクに挟持されるパワーローラを備え、該パワーローラの個数と前記スプライン隙間の条数の最大公約数が１になるようにしたことにより効果的に達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のボールスプラインでは、スプライン隙間の条数Ｎが入力ディスクに当接するパワーローラの個数Ｎｐの整数倍にならないように両者の数を設定している。この結果、パワーローラから押圧力が加わって入力ディスクに部分的な変形が生じる状況においても、入力ディスクの変形領域の位相とスプライン溝が形成されている位置とが、常にＮとＮｐの最大公約数と同じ個数の点でしか重ならなくなるため、適正値から最も大きく間隔が縮小されるスプライン隙間の条数は少なくともＮｐの半分以下となる。こうして、最大の荷重がかかるボール列の数が従来のボールスプラインよりも大幅に減少するため、面圧過大によって生じるボールスプラインのトラブルや伝達損失を最小限に抑えることができる。また、最大荷重がかかるボール列数の減少によって、各スプライン溝にかかる負荷が均等化されるため、ボールスプラインの耐荷重上限を従来よりも低く設定することができる。
【００１５】
特に、スプライン隙間の条数Ｎと入力ディスクに当接するパワーローラの個数Ｎｐとが互いに素であるように両者を選択した場合には、ＮとＮｐの最大公約数が常に１となることから、入力ディスクの変形領域の位相とスプライン溝が形成されている位置とが重なる点は必ず１点となり、したがって最大の荷重がかかるボール列の数も１列となる。このため、面圧過大によって生じるボールスプラインのトラブルや伝達損失が従来のボールスプラインと比べて飛躍的に小さくなる。
【００１６】
図１は、本発明のトロイダル型無段変速機のボールスプラインにおいてスプライン隙間を構成するスプライン隙間が形成された入力ディスクの一実施例を示しており、スプライン溝の条数以外の各要素は、従来のスプライン溝が形成された入力ディスクと同様に構成されている。この図の入力ディスク１に対しても、図３と同様に左側及び右側の当接点３、３において２個のパワーローラがそれぞれ当接する。また、入力ディスク１の取付穴２内壁面に等配置となるよう形成されているスプライン溝４は３条である。このため、パワーローラからの押圧力によって入力ディスクが実線の真円形状から破線のような横長の楕円形状へと変形された場合にも、取付穴２の内径が最も大きく縮小される位相と重なるスプライン隙間は、上側にある１条のスプライン溝４ａによって構成されるもののみとなる。
【００１７】
また、図２は、本発明のトロイダル型無段変速機のボールスプラインにおいてスプライン隙間を構成するスプライン隙間が形成された入力ディスクの他の実施例を示しており、図４と同様に３個のパワーローラが上側、左下側、及び右下側の各当接点３にそれぞれ当接している。また、入力ディスク１の取付穴２内壁面には４条のスプライン溝４が等配置となるよう設けられている。この例の場合にも、パワーローラからの押圧力によって入力ディスクが実線の真円形状から破線のような横長の楕円形状へと変形された際に取付穴２の内径が最も大きく縮小される位相と重なるスプライン隙間は、下側にある１条のスプライン溝４ｂによって構成されるもののみとなる。
【００１８】
なお、ここでは２個のパワーローラと３条のスプライン溝との組み合わせ例、及び３個のパワーローラと４条のスプライン溝との組み合わせ例について説明したが、本発明は必ずしもこれらの数の組み合わせに限定されない。例えば、２個、３個、または４個のパワーローラに対して５条のスプライン溝を組み合わせることによっても、本発明のトロイダル型無段変速機のボールスプラインを構成することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のトロイダル型無段変速機のボールスプラインによれば、パワーローラからの押圧力によって入力ディスクに変形が生じるような場合にも、ボール列に最大の荷重をかけるスプライン隙間の条数が従来よりも少なくなり、トロイダル型無段変速機全体の伝達効率を高く維持することができる。また、圧こんや乗り上げ等が生じにくくなるため、ボールスプラインの破損率を低下させられる。
【００２０】
さらに、本発明のトロイダル型無段変速機のボールスプラインでは、各スプライン溝にかかる負荷が均等化されることから、スプライン隙間の条数の削減や１条のスプライン隙間内に配置するボールの個数の削減などを図ることができる。このため、トロイダル型無段変速機全体の小型化・軽量化が可能になると共に、製造時及び保守時のコストダウンにも効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトロイダル型無段変速機のボールスプラインにおいてスプライン隙間を構成するスプライン溝が形成された入力ディスクの一実施例を示した正面図である。
【図２】本発明のトロイダル型無段変速機のボールスプラインにおいてスプライン隙間を構成するスプライン溝が形成された入力ディスクの他の実施例を示した正面図である。
【図３】２個のパワーローラを備えたトロイダル型無段変速機に組み込まれる入力ディスクが変形する例を示した正面図である。
【図４】３個のパワーローラを備えたトロイダル型無段変速機に組み込まれる入力ディスクが変形する例を示した正面図である。
【図５】図３で示した２個のパワーローラが当接する入力ディスクに６条のスプライン溝が形成されている場合の例を示した正面図である。
【図６】図４で示した３個のパワーローラが当接する入力ディスクに６条のスプライン溝が設けられている場合の例を示した正面図である。
【符号の説明】
１    入力ディスク
２    取付穴
３    パワーローラ当接点
４    スプライン溝
４ａ、４ｂ    内径が最も大きく縮小される位相と重なるスプライン溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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