(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面が転走面であるサンローラおよび内周面が転走面であるアウターリングが同軸心上に設けられ、低速側の動力伝達部材とアウターリングとの間および高速側の動力伝達部材とサンローラとの間の少なくとも一方に、トルクを伝達しかつ軸方向に加圧力を発生させる加圧カムを設け、前記サンローラおよびアウターリングと押圧接触する複数個のダブルコーンがキャリアにより回転自在にかつ円周方向等間隔に保持され、入出力軸の軸心まわりの回転を規制されたキャリアを入出力軸方向に移動させることで無段変速が可能となるコーン型無段変速機において、
前記アウターリング外周部の肉厚寸法ｔを、次式の範囲内に設定したことを特徴とするコーン型無段変速機。
【数１】
0004101525.tif 000031
【数２】
0004101525.tif 000032
【請求項２】
外周面が転走面であるサンローラおよび内周面が転走面であるアウターリングが同軸心上に設けられ、低速側の動力伝達部材とアウターリングとの間および高速側の動力伝達部材とサンローラとの間の少なくとも一方に、トルクを伝達しかつ軸方向に加圧力を発生させる加圧カムを設け、前記サンローラおよびアウターリングと押圧接触する複数個のダブルコーンがキャリアにより回転自在にかつ円周方向等間隔に保持され、入出力軸の軸心まわりの回転を規制されたキャリアを入出力軸方向に移動させることで無段変速が可能となるコーン型無段変速機において、
前記アウターリング外周部の肉厚寸法ｔを、次式の範囲内に設定したことを特徴とするコーン型無段変速機。
【数３】
0004101525.tif 000033
【数４】
0004101525.tif 000034
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、産業機械用または車両変速機用に使用されるトラクションドライブ式コーン型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トラクションドライブは摩擦伝動装置の一種であり、滑らかな表面を有する２面間に形成される油膜を介して動力が伝達される。このようなトラクションドライブは、以下の特徴を有する。
▲１▼歯車よりも振動および騒音レベルが低い。
▲２▼無段変速機（Continuously Variable Transmission,CVT）を構築できる
トラクションドライブを用いた変速機は、一定の変速比を持つ固定変速比型と、連続的な変速比を有する無段変速比型とに分類される。一定な変速比を有するトラクションドライブ（固定変速比型）の代表的なものに、遊星ローラ式動力伝達装置がある。これは、遊星歯車を構成する各歯車を滑らかな転走面を有するローラまたはリング状部材に置き換えたものである。
【０００３】
トラクションドライブを構成する動力伝達部材の回転半径（回転軸心から他の動力伝達部材との接触部までの距離）を連続的に変えることによって、無段変速機を実現できる。その回転半径を変える方式によって、さまざまな形式のトラクションドライブ式無段変速機が開発されており、その代表的なものの一つにコーン型無段変速機などがある。
【０００４】
図１にコーン型無段変速機の一例を示す。ケーシング１の一方側端（図示右方）に高速回転軸２が軸受３の支持により回転自在に配置され、この高速回転軸２の内方端部には転走面を有するサンローラ４が形成される。また、ケーシング１の他方側端（図示左方）に低速回転軸５が軸受６の支持により回転自在にかつ高速回転軸２に対し同軸上に配置される。低速回転軸５にはカムディスク７がスプライン８などの動力伝達手段により、また、軸受９を介してアウターリング１０が挿入される。カムディスク７はスプライン８などの動力伝達手段により、低速回転軸５との間で動力が伝達される。一方、アウターリング１０はその内周部にダブルコーンと押圧接触する転走面を有し、低速回転軸５に対して軸受９を介して回転自在に設けられる。なお、カムディスク７と低速回転軸５を一体に成形してもよい。
【０００５】
サンローラ４とアウターリング１０の間には、ダブルコーン１１がキャリア１２によって円周方向等間隔に、かつ、軸受１３によって回転自在に配置される。キャリア１２は２つのフランジ部１２ａ（フランジＡ）、１２ｂ（フランジB）を有し、キャリア１２にはコーン支持軸１４が圧入一体化される。ダブルコーン１１は転走面である２つの円錐面１１ａ，１１ｂを有し、その円錐面１１ａ，１１ｂにおいて各々アウターリング１０およびサンローラ４と押圧接触する。前記キャリア１２にはラック１５が取り付けられており、このラック１５に噛み合いするピニオン歯車１６が設けられている。前記カムディスク７とアウターリング１０との間には、加圧カム１７が設けられている。なお、１８は皿ばねである。
【０００６】
上記の構成を有するコーン型無断変速機において、ピニオン歯車１６を図示しない駆動モータによって回転駆動すると、このピニオン歯車１６に噛み合いしているラック１５を介して、キャリア１２が入出力軸方向に移動することによって、変速比が連続的に変化する。したがって、例えば、本コーン型無段変速機を増速機として使用する場合、低速回転軸５が入力軸に、そして高速回転軸２が出力軸となる。また、本コーン型無段変速機を減速機として使用する場合、高速回転軸２が入力軸に、そして低速回転軸５が出力軸となる。
【０００７】
図２を用いてコーン型無段変速機の変速のしくみを説明する。ダブルコーン１１を円周方向等間隔に保持するキャリア１２は、入出力軸心周りの回転が規制されている。すなわち、ダブルコーン１１は入出力軸周りの公転が規制されており、そのコーン支持軸１４の軸心周りの自転のみが可能である。この場合の変速比ｅ（＝高速回転軸回転数／低速回転軸回転数）は次式（１）で与えられる。
【０００８】
【数５】
0004101525.tif 000002
【０００９】
ここで、Rcx1：ダブルコーン１１の回転中心から円錐母線１１ｃとアウターリング１０との接触点までの半径寸法
Rcx2：ダブルコーン１１の回転中心から円錐母線１１ｄとサンローラ４との接触点までの半径寸法
Rox：アウターリング１０の回転中心からアウターリング１０とダブルコーン１１の円錐母線１１ｃとの接触点までの半径寸法
Rsx：サンローラ４の回転中心からサンローラ４とダブルコーン１１の円錐母線１１ｄとの接触点までの半径寸法
ダブルコーン１１は、アウターリング１０と接する円錐母線１１ｃとサンローラ４と接する円錐母線１１ｄとが平行になるように成形される。このため、図２に示すように、ダブルコーン１１は円錐母線１１ｃ，１１ｄに沿って移動することが可能である。ダブルコーン１１が移動すると、上式（１）における半径寸法Rcx1およびRcx2が変化するため、変速比ｅは連続的に可変となる。
【００１０】
図１および図２では、その移動を示すために、図の上半分ではアウターリング１０とダブルコーン１１の接触部が円錐母線１１ｃの最大半径近傍に位置し、図の下半分ではサンローラ４とダブルコーン１１の接触部が円錐母線１１ｄの最大半径近傍に位置している。
【００１１】
コーン型無段変速機では、ダブルコーン１１を支持するキャリア１２に取り付けたラック１５を変速軸に取り付けたピニオン歯車１６により駆動させることで、キャリア１２を入出力軸方向に移動させる。なお、このキャリア１２を入出力軸方向に移動させることによって、ダブルコーン１１は、コーン支持軸１４の軸心方向に沿ってスライドする。
【００１２】
カムディスク７とアウターリング１０には対抗するカム面が形成されており、このカム面同士（カムの凹部と凸部）が噛み合うことで、カムディスク７とアウターリング１０間で動力が伝達されると共に、伝達トルクに応じた軸方向加圧力がアウターリング１０に作用する加圧カム１７が構成されている。なお、図１に示すコーン型無段変速機の該カム面間には、摩擦を低減して軸方向加圧力の挙動を安定させるために、転動体（鋼球など）１９を介在させている。
【００１３】
図３（ａ）はこの加圧カム１７を模式的に表した無負荷時の要部拡大断面図である。カムディスク７とアウターリング１０とに、対抗する凹部からなるカム面１７ａ，１７ｂが形成され、カム面１７ａ，１７ｂの凹部間に転動体（鋼球）１９が設けられる。この加圧カム１７によって、カムディスク７とアウターリング１０間にトルクが伝達されれば（トルク負荷時）、図３（ｂ）に示すように、伝達トルクに応じた円周方向力Ftが作用し、さらに、円周方向力Ftやカム面形状等に依存する軸方向力Faが作用する。
【００１４】
また、図１に示すコーン型無段変速機では、カムディスク７とアウターリング１０間に皿バネ１８が設けられている。前述した加圧カム１７による軸方向加圧力Faと該皿バネ１８による軸方向力の合力がアウターリング１０に作用し、その結果、動力伝達に必要な法線力をトラクションドライブ接触部に生じさせることが可能となる。
【００１５】
図１に示すコーン型無段変速機のダブルコーン１１では、転走面となる２つの円錐面１１ａ，１１ｂは同一形状であるが、この２つの円錐面を相異なる形状としてもよい。図４に示すような大きな円錐面１１ｅと小さな円錐面１１ｆとを有するダブルコーン１１’形状とすることで、図1に示す対称形状の円錐面１１ａ，１１ｂを有するダブルコーン１１を用いたコーン型無段変速機よりも大きな変速比を得ることができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
トラクションドライブは動力伝達に十分な法線力が接触部に作用しない場合、過大なすべり（グロススリップ）が生じ、負荷を低下させなければ焼付きに至る。また、過大な法線力は接触部における動力損失を増加させ、かつ、転動疲労寿命を低下させる。そのため、適切な法線力を設定することが重要である。
【００１７】
ばねのみを用いた加圧機構は構造が比較的簡単であるという長所を有するが、最大負荷に合わせてばね力が設定されるため、低負荷時には接触部に過大な法線力が作用し、その結果、伝達効率および転動疲労寿命が悪化する。一方、加圧カム１７（トルクカム）は伝達トルクに応じた法線力を各接触部に作用させることができるため、バネ加圧方式と比較して伝達効率および転動疲労寿命を向上させることができる。
【００１８】
本コーン型無段変速機ではダブルコーン１１の円錐母線１１ｃおよび円錐母線１１ｄは、図２に示すように、入出力軸心に対して角度αだけ傾斜している。この傾斜角度αによってアウターリング１０に作用する軸方向力Fa（図３参照）が増幅され、各接触部に大きな法線力FNが作用する。
【００１９】
前記軸方向力Faと法線力FNの関係は次式（２）で表される。ここでｎはダブルコーン１１の個数である。
【００２０】
【数６】
0004101525.tif 000003
【００２１】
また、法線力FNの作用により、アウターリング１０、ダブルコーン１１およびサンローラ４は弾性変形する。これらの弾性変形量の総和（半径分）をδとすれば、アウターリング１０はサンローラ４に対して次式（３）で表されるx1だけ軸方向に変位する。
【００２２】
【数７】
0004101525.tif 000004
【００２３】
法線力FNの要求値に対して傾斜角度αを小さくするほど軸方向力Faを小さくすることができ、その結果、軸方向力Faを受ける入出力軸の軸受３，６，９の耐久性を向上させることができる。その一方、傾斜角度αが小さくなるほど軸方向変位x1が大きくなるという問題が生じる。
【００２４】
図５（ａ）はトルク非負荷時の状態を示し、転動体１９がアウターリング１０およびカムディスク７のカム面１７ａ，１７ｂとの凹部に収まっている。図５（ｂ）はトルク負荷条件時（正常時）の状態を示し、軸方向力Faによってカム面１７ａとカム面１７ｂとがズレを生じてはいるが、転動体１９が未だ凹部に収まっている。図５（ｃ）は軸方向変位x1が許容値を超えた状態を示し、加圧カム１７部において、転動体１９がアウターリング１０またはカムディスク７のカム面１７ａまたは１７ｂの凹部から外れて、平面部に乗り上げてしまう、所謂、カム乗り上げが生じ、コーン型無段変速機は作動不能となる。
【００２５】
したがって、本発明の主たる目的は、コーン型無段変速機において、上記のカム乗り上げの問題点を解決し、安定した変速作動を達成し得るコーン型無段変速機を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載されたコーン型無段変速機は、上記課題を解決するために、外周面が転走面であるサンローラおよび内周面が転走面であるアウターリングが同軸心上に設けられ、低速側の動力伝達部材とアウターリングとの間および高速側の動力伝達部材とサンローラとの間の少なくとも一方に、トルクを伝達しかつ軸方向に加圧力を発生させる加圧カムを設け、前記サンローラおよびアウターリングと押圧接触する複数個のダブルコーンがキャリアにより回転自在にかつ円周方向等間隔に保持され、入出力軸の軸心まわりの回転を規制されたキャリアを入出力軸方向に移動させることで無段変速が可能となるコーン型無段変速機において、前記アウターリング外周部の肉厚寸法ｔを、次式の範囲内に設定したことを特徴とするものである。
【００２７】
【数８】
0004101525.tif 000005
【００２８】
ここで、Ｒox：アウターリングの回転中心からアウターリングとダブルコーンの円錐                  母線との接触点までの半径寸法
Ｂ，Ｃ，Ｄ：それぞれ材料や設計仕様によって決定される定数
【００２９】
【数９】
0004101525.tif 000006
【００３０】
Rsx：サンローラの回転中心からサンローラとダブルコーンとの接触点までの半径寸法（距離）
ｎ：ダブルコーンの個数
hc：加圧カムがカム乗り上げを起こさない軸方向変位の許容値
α：ダブルコーンの円錐母線と入出力軸との傾斜角度
本発明の請求項２に記載されたコーン型無段変速機は、外周面が転走面であるサンローラおよび内周面が転走面であるアウターリングが同軸心上に設けられ、低速側の動力伝達部材とアウターリングとの間および高速側の動力伝達部材とサンローラとの間の少なくとも一方に、トルクを伝達しかつ軸方向に加圧力を発生させる加圧カムを設け、前記サンローラおよびアウターリングと押圧接触する複数個のダブルコーンがキャリアにより回転自在にかつ円周方向等間隔に保持され、入出力軸の軸心まわりの回転を規制されたキャリアを入出力軸方向に移動させることで無段変速が可能となるコーン型無段変速機において、前記アウターリング外周部の肉厚寸法ｔを、次式の範囲内に設定したことを特徴とするものである。
【００３１】
【数１０】
0004101525.tif 000007
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のコーン型無段変速機の実施形態について、その技術思想と共に、図面を参照して説明する。なお、本発明におけるコーン型無段変速機は、アウターリング外周部の肉厚寸法ｔの点を除けば、構成的には図１に示すコーン型無段変速機と同様であるので、前述の図１〜図５に加えて、図６〜図１７を参照して説明する。
【００３３】
本発明は、加圧カム方式を採用するコーン型無段変速機において、アウターリング外周部の肉厚寸法ｔに代表される剛性、加圧カムの軸方向変位の許容値hcおよびダブルコーンの円錐母線の入出力軸に対する傾斜角度αなどの間に適切な関係を成立させることで、カム乗り上げを生じさせず、コーン型無段変速の安定した作動を達成するものである。
【００３４】
すなわち、ある力を受ける物体の荷重作用点における弾性変形量は、
（ａ）物体の断面の図心を通る軸線の変形量として評価される弾性変形量（以下、これをマクロ弾性変形量と称する）と、
（ｂ）Hertz弾性理論により評価される局部的弾性変形量に分けて考えることができる。
【００３５】
コーン型無段変速機において、法線力FNの作用によるアウターリング１０、ダブルコーン１１およびサンローラ４の弾性変形量の総和（半径分）δは、次式で表される。
【００３６】
【数１１】
0004101525.tif 000008
【００３７】
ダブルコーン１１およびサンローラ４はほぼ中実構造であるため、δ4およびδ5はδ3に比べ無視できる。そのためδは、下記の式で得られると見なすことができる。
【００３８】
【数１２】
0004101525.tif 000009
【００３９】
（１）アウターリングのマクロ弾性変形量δ3
円周方向等間隔なｎヶ所に均等な法線力が作用するアウターリング１０の半径方向弾性変形量をＦＥＭ解析により算出した例を、表１に示す。図６（ａ）は解析モデルNo.1におけるアウターリング１０の要部断面を示し、図６（ｂ）は解析モデルNo.2〜No.4におけるアウターリング１０の要部断面を示す。４つの解析モデルでは、入出力軸心からアウターリング１０とダブルコーン１１との接触点までの半径寸法Roxおよびその接触点に作用する法線力ＦNは一定であり、また、図６（ｂ）に示す解析モデルNo.2〜No.4は、図６（ａ）に示す解析モデルNo.1に対して、２ヶ所の肉厚寸法をそれぞれΔt1およびΔt2だけ増加させて解析を実行している。
【００４０】
【表１】
0004101525.tif 000010
【００４１】
表１に示される結果から、肉厚寸法ｔが増加するほどマクロ弾性変形量δ3は減少すること、また、解析モデルNo.2とNo.4の結果に大きな差が無く、これはアウターリング１０を構成する最大外径円筒部以外の剛性が、マクロ弾性変形量δ3に与える影響が小さいことを示している。
【００４２】
この結果は、図７（ａ）に示すアウターリング１０を、図７（ｂ）に示すような、アウターリング最大外径円筒部と同じ肉厚寸法および長さ寸法を有する円環１００に置き換えても、マクロ弾性変形量δ3を近似的に算出できることを示している。このような近似的な評価は、実際よりもマクロ弾性変形量δ3を幾分大きく評価することになるが、これは設計上、安全側に見積ることになるので、何ら問題になるものではない。
【００４３】
円周方向等間隔なｎヶ所において均等な半径方向荷重が作用する円環１００のマクロ弾性変形量δ3は、円環１００を曲りはりと考えることで算出できる。まず、図８（ａ）に示すように、n=2の場合を考える。n=2の場合のマクロ弾性変形量δ3は次式（４）で得ることができる。
【００４４】
【数１３】
0004101525.tif 000011
【００４５】
ここで、E、AおよびRoは、それぞれ縦弾性係数、横断面積および断面中心軸の曲率半径である。また、κは断面係数であり、図８（ａ）に示すように、肉厚寸法がｔで、長さ寸法がＬの長方形断面形状の場合、κは次式（５）で表される。
【００４６】
【数１４】
0004101525.tif 000012
【００４７】
上式の関係を適用すれば、式（５）は、次式（６）のようになる。
【００４８】
【数１５】
0004101525.tif 000013
【００４９】
また、式（６）からκ≪１と見なせるため、式（４）から次式（７）が得られる。
【００５０】
【数１６】
0004101525.tif 000014
【００５１】
式（６）および式（７）を式（４）に代入すれば、n=2の場合におけるマクロ弾性変形量δ3が、次の近似式（８）で得られる。
【００５２】
【数１７】
0004101525.tif 000015
【００５３】
ここでＢは材料によって決まる定数である。
【００５４】
n≧３の場合においても、曲りはり理論により、円周方向等間隔なｎヶ所において均等な半径方向荷重が作用する円環１００のマクロ弾性変形量δ3を算出できる。ただし、マクロ弾性変形量δ3を、式（４）のように陽的に表現すること、すなわち、厳密解を式（４）のような関数式で表現することが困難である。そのため、式（８）で表されるマクロ弾性変形量δ3に対するRoおよびtの依存性が、図８（ｂ）のようなn≧３の場合にも拡張して適用できると仮定し、n≧３の場合のマクロ弾性変形量δ3が次式（９）によって近似的に表されるとする。
【００５５】
【数１８】
0004101525.tif 000016
【００５６】
上式（９）においてBは定数であり、また、式（８）から式（９）を導出する際、RoをRoxに置き換えている。
【００５７】
次に式（９）の妥当性を検討する。図９はアウターリング内径寸法−マクロ弾性変形量δ3の特性図、図１０はアウターリング肉厚寸法−マクロ弾性変形量δ3の特性図、図１１はダブルコーン個数−マクロ弾性変形量δ3の特性図である。図９〜図１１における各プロット点は、軸方向力Faが一定、すなわち法線力nFNが一定であるという条件の下で、曲りはり理論によって算出したマクロ弾性変形量δ3である。
【００５８】
また、図９における曲線は、マクロ弾性変形量δ3＝cRox3に基づくカーブフィッティング（最小自乗法）により得られた曲線であり、また、図１０における曲線は、マクロ弾性変形量δ3＝c／t3に基づくカーブフィッティング（最小自乗法）により得られた曲線である。ここで、cは定数である。図９および図１０ではプロット点とカーブフィッティング曲線は良く一致しており、マクロ弾性変形量δ3∝Rox3かつマクロ弾性変形量δ3∝1／t3が成立すると評価できる。
【００５９】
また、図１１における曲線は、マクロ弾性変形量δ3＝c／n3に基づくカーブフィッティング（最小自乗法）により得られた曲線である。図１１においてもプロット点とカーブフィッティング曲線は良く一致している。これらの結果から、式（９）においてp=3とすることで、n≧３の場合における円環１００のマクロ弾性変形量δ3を、十分な精度で評価できると見なすことが可能である。なお、定数Bは円環１００の形状などによって多少差が生じ、式（９）中の長さに関するパラメータの単位が［m］の場合、1.0×10-11〜1.67×10-11であるが、より安全側に考えるため、B=1.67×10-11とする。
（２）２物体の接触におけるHertz弾性変形量
図１２に示すように、２物体Ａ，Ｂ間に押し付け荷重が作用する場合、２物体Ａ，Ｂは接触部Ｃにおける局部的弾性変形量だけ近接する。この局部的弾性変形量δmは、Hertz理論により次式（１０）で与えられる。
【００６０】
【数１９】
0004101525.tif 000017
【００６１】
また、k=a/bであり、RおよびE'は等価曲率半径および等価縦弾性係数であり、それぞれ次式で与えられる。
【００６２】
【数２０】
0004101525.tif 000018
【００６３】
ここで、νはポアソン比である。また、記号に添えられた下小文字において、１および２は物体Ａおよび物体Ｂを、xおよびyはx方向およびy方向を意味する。
【００６４】
同じ等価曲率半径および接触荷重であっても、線接触状態よりも点接触状態の方が局部的弾性変形量δmは大きい（図１３参照）。コーン型無段変速機では変速比の変化に伴いkは変化するが、より安全側すなわち局部的弾性変形量δmを大きめに評価するために、k=1として局部的弾性変形量δmの評価を進める。k=1の場合、IF=IE=π／２であり、局部的弾性変形量δmは次式（１１）で与えられる。
【００６５】
【数２１】
0004101525.tif 000019
【００６６】
ここで、Cは材料によって決まる定数であり、鉄鋼（E=2.1×1011［Pa］、ν=0.3）の場合、法線力FNの単位を［N］、局部的弾性変形量δmおよびRの単位を［m］とすると、C=2.76×10-8となる。
【００６７】
式（９）および式（１１）より、弾性変形量の総和δは、次式（１２）で与えられる。
【００６８】
【数２２】
0004101525.tif 000020
【００６９】
式（１２）において、R1およびR2はそれぞれ、接触部２０ａ（アウターリング１０とダブルコーン１１との接触部）および接触部２０ｂ（サンローラ４とダブルコーン１１との接触部）における等価曲率半径である。R1およびR2はそれぞれ次式で表される（図１４参照）。
【００７０】
【数２３】
0004101525.tif 000021
【００７１】
コーン型無段変速機ではRcy1＝Rcy2＝∞であり、さらに簡単のためにRox*＝Roy、Rsx*＝Rsyとする。変速比の変化に伴いRcx1*およびRcx2*は変化するが、本考察ではその代表値として、Rcx1*＝Rcx2*＝Rcx*とし、さらに簡単のためにRsx*＝Rcx*とする。これらの仮定を用いれば、R1およびR2はそれぞれ次式（１３）によって与えられる。
【００７２】
【数２４】
0004101525.tif 000022
【００７３】
次に、コーン型無段変速機の接触部において作用する法線力FNの限界許容値について検討する。Hertz理論により、k=1の場合の最大ヘルツ接触面圧Ｐmaxは、次式で与えられる。
【００７４】
【数２５】
0004101525.tif 000023
【００７５】
接触部Cにおいて過大な荷重が作用して大きな圧痕が生じれば、トラクションドライブは円滑な運転が不能となる。転がり軸受では転動体と軌道輪との接触部において転動体直径の1/10,000となる永久変形が生じる荷重を限界荷重とし、この荷重を基本静定格荷重と定義している。一般には、最大ヘルツ接触面圧Ｐmaxが許容面圧Pcとなる荷重として評価される（玉軸受ではPc=4.2GPa、ころ軸受ではPc=4.0GPa）。
【００７６】
この考えを本コーン型無段変速機に適用すれば、許容される法線力FNの上限値FN,maxは、次式（１４）で与えられる。
【００７７】
【数２６】
0004101525.tif 000024
【００７８】
なお、Ｄは材料によってきまる定数で、材料が鉄鋼の場合、Ｐc＝４．２ＧＰａとすると、Ｄ＝１．１５×１０8である。ただし、法線力ＦNの上限値ＦN,maxおよびＲの単位はそれぞれ、［Ｎ］および［ｍ］である。
【００７９】
本コーン型無段変速機では接触部１と接触部２での法線力FNは等しく、さらに式（１３）に示されるように、R1＞R2である。そのため、接触部２０ｂの方がより高面圧であり、法線力FNの上限値FN,maxは接触部２０ｂでの接触面圧によって決まると言える。よって、法線力FNの上限値FN,maxは、式（１４’）で与えられる。
【００８０】
【数２７】
0004101525.tif 000025
【００８１】
式（１３）と(１４’)を式（１２）に代入すれば、法線力FNの上限値FN,maxが作用する場合の弾性変形量δの最大値δmaxが、次式（１５）で得られる。
【００８２】
【数２８】
0004101525.tif 000026
【００８３】
上記の半径方向弾性変形δmaxによるアウターリング１０の軸方向変位δmax/tanαを、加圧カム１７の形状によって決まるカム乗り上げを起こさない許容値ｈc以下にすることが必要となる（δmax＜ｈctanα）。これを満たす肉厚寸法ｔは、次式（１６）で与えられる。すなわち、式（１５）を式δmax＜ｈctanαに代入し、ｔに関して開くと、式（１６）が得られる。
【００８４】
【数２９】
0004101525.tif 000027
【００８５】
簡単のためL≒Rcx*とすると、
【００８６】
【数３０】
0004101525.tif 000028
【００８７】
ここでＣ1およびＣ2は、式（１７）中の長さに関する次元のパラメータの単位が［ｍ］である場合、それぞれＣ1＝２．２１×１０-4、Ｃ2＝３．８２×１０-3である。
【００８８】
上式（１７）を満たすアウターリング１０の肉厚寸法ｔを設定することで、図５（ｃ）に示すような、加圧カム１７における転動体１９の乗り上げを防止でき、コーン型無段変速機を安定に変速作動させることが可能となる。さらに、式（１７）によってアウターリング１０の肉厚寸法ｔの下限値が設定できるが、大きすぎるｔは加工コストの上昇および重量の増加を招くため、上限値を設定するのが好ましい。また、式（１７）の導出の際、L≒Rcx*としたが、Lは設計上ある程度変化する。これらの理由より、より良いアウターリング１０の肉厚寸法ｔの値を設定する式として、次式（１８）を導入する。
【００８９】
【数３１】
0004101525.tif 000029
【００９０】
前述のように、アウターリング１０の肉厚寸法ｔの値を、上式（１８）の範囲内に設定するコーン型無段変速機が、本発明の請求項２に記載されたコーン型無段変速機に該当する。
【００９１】
次に、アウターリング１０の肉厚寸法ｔおよび加圧カム１７の形状によって決まるカム乗り上げを起こさない許容値hcに関して、説明の補足を行なう。図１５（ａ）に示すように、アウターリング１０の肉厚寸法ｔはダブルコーン１１との接触部２０ａを通る軸方向垂直断面における肉厚寸法と定義する。図１５（ｂ）に示すように、この断面におけるアウターリング外周形状が円形状である場合は、ｔ=（外径半径）−（内径半径）である。また、図１５（ｃ）に示すように、この断面におけるアウターリング１０’の外周形状が非円形状の場合は、この肉厚寸法の円周方向にわたった平均値をｔとする。
【００９２】
アウターリング１０（またはカムディスク７）に設けられた加圧カム１７部の軸方向矢視図を図１６（ａ）に示す。この図では円周方向等間隔な６ヶ所にカム面（凹部）１７ａ，１７ｂが設けられ、さらに転動体としてローラ１９ａが設けられている。図１６（ｂ）は図１６（ａ）におけるＰＣＤ線Ａ−Ａ線上の断面図（ＰＣＤ線上展開図）である。カム面１７ａ，１７ｂは一定な角度θcを有するカム作動面１７ｃから成る。カム乗り上げを起こさない許容値hcは、単にカム凹部の深さ（カム底部１７ｄまでの深さ）ではなく、トルク非負荷状態，すなわち転動体１９ａがカム面１７ａ（１７ｂ）に最も深く押し込まれた状態での、転動体１９ａとカム作動面１７ｃの接触部からカム面終端部までの距離として定義する。
【００９３】
図１６（ｃ）および図１６（ｄ）は転動体（１９ａ）を設けず、アウターリング１０およびカムディスク７のいずれか一方に設けたカム面凹部と、他方に設けたカム面凸部とが直接に接触する異なった実施形態の加圧カム（フェイスカム）を示し、図１６（ｃ）はカム面凹部１７ａに接する半球状または半円柱状のカム面凸部１７ｅの場合を、また、図１６（ｄ）は截頭円錐形状または台形状のカム面凸部１７ｆの場合を示している。このような加圧カム（フェイスカム）でも同様に、トルク非負荷状態，すなわちカム面凸部１７ｅ，１７ｆがカム面凹部１７ａに最も深く押し込まれた状態で、カム面凸部１７ｅ，１７ｆとカム面凹部１７ａの作動面との接触部の最奥部からカム面凹部の終端部までの距離を、カム乗り上げを起こさない許容値hcとして定義する。
［実施例］
t*の算出の実施例を表２に示す。
【００９４】
【表２】
0004101525.tif 000030
【００９５】
表２から、ダブルコーン１１の円錐母線１１ｃ（１１ｄ）の傾斜角度αが小さくなるほど、また、ダブルコーン１１の個数ｎが少なくなるほど、アウターリング１０の肉厚寸法ｔを大きくすることが必要であることが分かる。表２のNo.1の条件の場合、アウターリング１０の肉厚寸法はt＞16.2mmを満たすことが必要である。さらに式（１８）を適用すれば、ｔ=16.2〜35.6mmとするのが望ましい。
【００９６】
図１に示すコーン型無段変速機では、加圧カム１７はアウターリング１０とカムディスク（低速側）７との間にのみ設けられているが、本発明はこの構造のコーン型無段変速機に限定されるものではない。例えば図１７に示すように、アウターリング３０と低速側カムディスク２７との間およびサンローラ２４と高速側カムディスク４０との間の両方に、加圧カム３７，４１が設けられても良い。
【００９７】
なお、この図１７においては、図面の簡易化のためにケーシングを省略している。また、上記のアウターリング３０、低速側カムディスク２７、サンローラ２４、高速側カムディスク４０、加圧カム３７，４１のほかの、高速回転軸２２、軸受２３、低速回転軸２５、ダブルコーン３１、キャリア３２、コーン支持軸３４、ラック３５、ピニオン歯車３６は、いずれも、図１のそれぞれ対応する構成要素における符号の１０位の桁に２０を加算して示しており（例えば、図１のダブルコーン１１に対して、図１７ではダブルコーン３１）、その説明を省略する。
【００９８】
図１および図１７において、低速回転軸５およびカムディスク７との間、高速回転軸２２とカムディスク４０との間、および低速回転軸２５とカムディスク２７との間の動力伝達は、キーまたはスプライン等の動力伝達手段によってなされるか、または、低速回転軸５とカムディスク７、高速回転軸２２とカムディスク４０、および低速回転軸２５とカムディスク２７は一体に成形される。本発明はアウターリングと低速側カムディスクとの間、またはサンローラと高速側カムディスクとの間の少なくともどちらかに加圧カムが設けられているコーン型無段変速機に適用できる。高速側および低速側の両側に加圧カムが設けられている場合は、両方の加圧カムのカム乗り上げを起こさない許容値hcのうち、小さい方を許容値hcとしてアウターリングの肉厚寸法tを決定すればよい。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載された発明は、以上のように、外周面が転走面であるサンローラおよび内周面が転走面であるアウターリングが同軸心上に設けられ、低速側の動力伝達部材とアウターリングとの間および高速側の動力伝達部材とサンローラとの間の少なくとも一方に、トルクを伝達しかつ軸方向に加圧力を発生させる加圧カムを設け、前記サンローラおよびアウターリングと押圧接触する複数個のダブルコーンがキャリアにより回転自在にかつ円周方向等間隔に保持され、入出力軸の軸心まわりの回転を規制されたキャリアを入出力軸方向に移動させることで無段変速が可能となるコーン型無段変速機において、前記アウターリング外周部の肉厚寸法ｔを前述の式（１７）で設定される範囲内に設定したことを特徴とするコーン型無段変速機であるから、トルク負荷時に加圧カムの凹部に収容された転動体が凹部から外れて凹部の周辺部に乗り上げてコーン型変速機の動作不能になる、カム乗り上げを防止することができる。
【０１００】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、コーン型無段変速機において、アウターリング外周部の肉厚寸法ｔを前述の式（１８）を満足する範囲内に設定したことを特徴とするコーン型無段変速機であるから、トルク負荷時に加圧カムの凹部に収容された転動体が凹部から外れて凹部の周辺部に乗り上げてコーン型変速機の動作不能になる、カム乗り上げを防止することができるのみならず、特に、アウターリングの円筒部の長さ寸法Ｌに応じて、アウターリングのより良い肉厚寸法を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】典型的なダブルコーンを有するコーン型無段変速機の断面図である。
【図２】図１のコーン型無段変速機における無段変速の動作を説明する要部断面図である。
【図３】（ａ）は図１のコーン型無段変速機における加圧カムのトルク非負荷時の要部断面図、
（ｂ）はトルク負荷時の要部断面図である。
【図４】コーン型無段変速機における異なる形態のダブルコーンの側面図である。
【図５】（ａ）は図１のコーン型無段変速機における加圧カムのトルク非負荷時の要部断面図、
（ｂ）はトルク負荷条件時（正常負荷時）の要部断面図、
（ｃ）はカム乗り上げ時の要部断面図である。
【図６】（ａ）はアウターリングの解析モデルNo.1の要部断面図、
（ｂ）はアウターリングの解析モデルNo.2〜No.4の要部断面図である。
【図７】（ａ）はアウターリングの断面図、
（ｂ）はアウターリングの円筒部を円環とみなした場合の断面図である。
【図８】（ａ）は図7の円環が２点で変形する場合を示した変形説明図、
（ｂ）は図7の円環が４点で変形する場合を示した変形説明図である。
【図９】アウターリング内径寸法−マクロ弾性変形量δ3の特性図である。
【図１０】アウターリング肉厚寸法−マクロ弾性変形量δ3の特性図である。
【図１１】ダブルコーン個数−マクロ弾性変形量δ3の特性図である。
【図１２】（ａ）は半球状の２物体が接触する場合について説明する概略斜視図、
（ｂ）は２物体の接触部が変形した場合について説明する概略正面図、
（ｃ）は２物体の接触面の形状について説明する接触部の拡大平面図である。
【図１３】２物体の接触部の接触楕円半径比−弾性変形量の特性図である。
【図１４】ダブルコーンの円錐母線とアウターリングおよびサンローラとの接触部の動作を説明する要部の一部断面図である。
【図１５】（ａ）はアウターリングの接触部を示す縦断面図、
（ｂ）は円形状アウターリングにおける（ａ）の接触部を通るＡ−Ａ線に沿った断面図、
（ｃ）は非円形状アウターリングにおける（ａ）の接触部を通るＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１６】（ａ）はコーン型無断変速機における加圧カム面の正面図、
（ｂ）は円柱状の転動体を有する加圧カム面の（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、
（ｃ）は加圧カム面の一方がカム凹部を有し他方が半球状または半円柱状のカム凸部を有する加圧カム面の（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、
（ｄ）は加圧カム面の一方がカム凹部を有し他方が截頭円錐状または台形状のカム凸部を有する加圧カム面の（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１７】低速側カムディスクとアウターリングとの間、およびサンローラと高速側カムディスクグとの間の２箇所に加圧カムを有するコーン型無段変速機の断面図である。
【符号の説明】
１  ケーシング
２，２２  高速回転軸
３，６，９，１３，２３  軸受
４，２４  サンローラ
５，２５  低速回転軸
７，２７  低速側カムディスク
８  スプライン
１０，３０  アウターリング
１０’  非円形状のアウターリング
１１，３１  ダブルコーン
１１ａ，１１ｂ，１１ｅ，１１ｆ  円錐面
１１ｃ，１１ｄ  円錐母線
１２，３２  キャリア
１４，３４  コーン支持軸
１５，３５  ラック
１６，３６  ピニオン歯車
１７，３７，４１  加圧カム
１７ａ，１７ｂ  カム面（凹部）
１７ｃ  カム作動面
１７ｄ  カム底部
１７ｅ  カム面凸部（半球状または半円柱状）
１７ｆ  カム面凸部（截頭円錐状または台形状）
１８  皿ばね
１９，１９ａ  転動体
２０ａ，２０ｂ  接触部
４０  高速側カムディスク
１００  円環
Ａ  物体１
Ｂ  物体２
Ｃ  接触面
Ｌ  アウターリングの最大外径円筒部の長さ寸法
ｔ  アウターリング外周部の肉厚寸法
【図１】
0004101525.tif 000035
【図２】
0004101525.tif 000036
【図３】
0004101525.tif 000037
【図４】
0004101525.tif 000038
【図５】
0004101525.tif 000039
【図６】
0004101525.tif 000040
【図７】
0004101525.tif 000041
【図８】
0004101525.tif 000042
【図９】
0004101525.tif 000043
【図１０】
0004101525.tif 000044
【図１１】
0004101525.tif 000045
【図１２】
0004101525.tif 000046
【図１３】
0004101525.tif 000047
【図１４】
0004101525.tif 000048
【図１５】
0004101525.tif 000049
【図１６】
0004101525.tif 000050
【図１７】
0004101525.tif 000051