(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ディスクと、この入力ディスクと同軸的に配置された出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスクの両中心軸に対して捩れの位置にある枢軸部を中心として揺動するトラニオンと、このトラニオンに支持され、前記入力ディスクと出力ディスクとの間に傾転自在に転接されたパワーローラとを備えたトロイダル型無段変速機において、
前記トラニオンは、前記パワーローラを回転自在に支持する変位軸を保持する本体平面部と、この本体平面部の両端に一体に設けられた一対の枢軸部とからなり、前記本体平面部と枢軸部とのつながり部分が、連続的なメタルフローを形成しており、
前記つながり部分は略直角な角部で、トラニオン軸中心に対して略平行な第１の面と略直角な第２の面を有しており、つながり部分の角部に最も近いメタルフローと第１の面とが成す傾角をθ１とし、つながり部の角部に最も近いメタルフローと第２の面とが成す傾角をθ２とし、θ１とθ２のうち大きい方を支障のない許容角度θｍａｘとしたとき、０＜θｍａｘ≦３０°であることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項２】
前記つながり部分の角部に最も近いメタルフローと第１の面とが成す傾角をθ１とし、つながり部の角部に最も近いメタルフローと第２の面とが成す傾角をθ２とし、θ１とθ２のうち大きい方を支障のない許容角度θｍａｘとしたとき、０＜θｍａｘ≦２０°であることを特徴とする請求項１記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項３】
前記トラニオンは、素材をトラニオン軸心方向にそのメタルフローが平行となるように鍛造型に配置した後、前記素材の軸心方向と直角方向に押圧する鍛造加工により製造することを特徴とする請求項１記載の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】
この発明は、例えば自動車用の無段変速機として用いるトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トロイダル型無段変速機は、例えば、実開昭６２−７１４６５号公報で知られている。すなわち、図４及び図５に示すように、シャフト１には入力ディスク２と出力ディスク３がニードル軸受４を介して回転自在に支持されている。入力ディスク２の背面側にはカム板５がシャフト１に対してスプライン係合しており、カム板５と入力ディスク２との間には複数個のローラ６が介在され、入力ディスク２を出力ディスク３側に押し付けるローディングカム式の押圧機構７が設けられている。出力ディスク３はキー８を介して出力歯車９と係合しており、出力ディスク３と出力歯車９とが同期して回転するようになっている。
【０００３】
入力ディスク２と出力ディスク３との間には枢軸部１０を中心として揺動するトラニオン１１が設けられ、トラニオン１１の中心部には変位軸１２が設けられている。そして、この変位軸１２にはパワーローラ１３が回転自在に支持され、このパワーローラ１３は入力ディスク２及び出力ディスク３と接するトラクション部を有し、入力ディスク２と出力ディスク３との間に傾転自在に転接されている。
【０００４】
また、トラニオン１１とパワーローラ１３との間にはパワーローラ軸受１４が設けられている。このパワーローラ軸受１４はパワーローラ１３に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、パワーローラ１３の回転を許容するものである。このようなパワーローラ軸受１４の複数個の玉１５はトラニオン１１側に設けられた円環状の外輪１６と回転部としてのパワーローラ１３との間に設けられた円環状の保持器１７によって保持されている。
【０００５】
さらに、トラニオン１１は、本体平面部１８と、この本体平面部１８の両端部に一体に設けられた前記枢軸部１０とからなり、本体平面部１８には円孔１９が設けられている。この円孔１９にはニードル軸受２０が設けられ、前記変位軸１２を回転自在に支持している。また、トラニオン１１の両端の枢軸部１０はそれぞれ支持板２１に対して揺動自在に支持されており、トラニオン１１の揺動により、変位軸１２の傾斜角度の調節を自在としている。
【０００６】
さらに、各トラニオン１１の一端部にはそれぞれ駆動ロッド２２が結合され、この駆動ロッド２２の中間部外周面には駆動ピストン２３が設けられ、この駆動ピストン２３は駆動シリンダ２４に内挿されている。
【０００７】
前述のように構成されたトロイダル型無段変速機によれば、エンジン等の駆動源から押圧装置７のカム板５に伝達された回転は、ローラ６を介して入力ディスク２に伝達される。入力ディスク２の回転はパワーローラ１３を介して出力ディスク３に伝達され、出力ディスク３の回転は出力歯車９より取り出される。
【０００８】
入力側と出力側との間の回転速度比を変える場合には、一対の駆動ピストン２３を互いに逆方向に変位させる。各駆動ピストン２３の変位に伴って各トラニオン１１がそれぞれ逆方向に変位する。その結果、各パワーローラ１３の周面１３ａと入力ディスク２及び出力ディスク３の内周面２ａ，３ａとの当接部に作用する接線方向の力の向きが変化し、この力の向きの変化に伴ってトラニオン１１が支持板２１に枢支された枢軸部１０を中心として互いに逆方向に揺動する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のトラニオン１１は、丸棒からなる素材を切削加工によって、図６に示すように製作していた。そして、前記トラニオン１１を試験的にトロイダル型無段変速機に組み込み、大きなトルクをトロイダル型無段変速機に繰り返し入力すると、パワーローラ１３に過大なスラスト荷重が入力されるので、結果的にそれをバックアップしているトラニオン１１も繰り返し過大荷重を受けることになる。
【００１０】
一方、トロイダル型無段変速機は、車に搭載するため、トラニオン１１も必要最小限の寸法であらなければならず、大きな繰り返し荷重によりトラニオン１１は、その枢軸部１０を両端支持しながら本体平面部１８の中央部が繰り返し曲げられる。すなわち、トラニオン１１には排気量が大きいものでは最大減速で最大負荷時には４ｔ以上の力Ｆがかかるため、トラニオン１１には図６の破線で示すように大きな曲げ応力が作用する。
【００１１】
このため、結果的に一番応力が高くなる枢軸部１０と本体平面部１８とのつながり部Ａが引っ張られたり、元に戻ったりを繰り返し、曲げ応力が集中して加わるため、ついにはつながり部Ａにクラックが入って破断に至ってしまった。
【００１２】
これは、従来のトラニオン１１は丸棒からの切削加工であり、図７に示すように、応力が高い部位でのメタルフロー１１ａが切れてしまうためであると考えられ、丸棒に代わって平板の素材でも同様の結果であった。
【００１３】
この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、トラニオンが繰り返し過大荷重を受けても、破損することなく、耐久性の向上を図ることができるトロイダル型無段変速機を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記目的を達成するために、請求項１は、入力ディスクと、この入力ディスクと同軸的に配置された出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスクの両中心軸に対して捩れの位置にある枢軸部を中心として揺動するトラニオンと、このトラニオンに支持され、前記入力ディスクと出力ディスクとの間に傾転自在に転接されたパワーローラとを備えたトロイダル型無段変速機において、前記トラニオンは、前記パワーローラを回転自在に支持する変位軸を保持する本体平面部と、この本体平面部の両端に一体に設けられた一対の枢軸部とからなり、前記本体平面部と枢軸部とのつながり部分が、連続的なメタルフローを形成しており、前記つながり部分は略直角な角部で、トラニオン軸中心に対して略平行な第１の面と略直角な第２の面を有しており、つながり部分の角部に最も近いメタルフローと第１の面とが成す傾角をθ１とし、つながり部の角部に最も近いメタルフローと第２の面とが成す傾角をθ２とし、θ１とθ２のうち大きい方を支障のない許容角度θｍａｘとしたとき、０＜θｍａｘ≦３０°であることを特徴とする。
請求項２は、請求項１のつながり部分の角部に最も近いメタルフローと第１の面とが成す傾角をθ１とし、つながり部の角部に最も近いメタルフローと第２の面とが成す傾角をθ２とし、θ１とθ２のうち大きい方を支障のない許容角度θｍａｘとしたとき、０＜θｍａｘ≦２０°であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３は、請求項１の前記トラニオンは、素材をトラニオン軸心方向にそのメタルフローが平行となるように鍛造型に配置した後、前記素材の軸心方向と直角方向に押圧する鍛造加工により製造することを特徴とする。
【００１６】
前記構成によれば、トラニオンは、本体平面部と枢軸部とのつながり部に過大な応力が集中するが、前記つながり部にかけて材料のメタルフローが沿うようにすることにより、応力が集中する部分でメタルフローが切れないため、強度が向上し、繰り返し荷重が入力されてもクラックが入ることはなく、耐久性を向上できる。
【００１７】
前記つながり部にかけてメタルフローが沿うようにするために鍛造加工によってトラニオンを製造する。まず、素材をトラニオン軸心方向にメタルフローが平行となるように鍛造型に配置し、素材の軸心方向と直角方向に挟み込む方向に鍛造すると、トラニオンの本体平面部と枢軸部とのつながり部にメタルフローが沿うため、つながり部の強度が向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１〜図３は第１の実施形態を示し、従来と同一構成部分は同一番号を付して説明する。図１はトロイダル型無段変速機のトラニオン１１を示し、このトラニオン１１は、本体平面部１８と、この本体平面部１８の両端部に一体に設けられた枢軸部１０とからなり、本体平面部１８には変位軸１０をニードル軸受２０を介して回転自在に保持する円孔１９が設けられている。また、トラニオン１１の両端の枢軸部１０はそれぞれ支持板２１に対して揺動自在に支持されるようになっており、トラニオン１１の揺動により、変位軸１２の傾斜角度の調節を自在としている。
【００２０】
図２は、トラニオン１１を製造する工程を示し、図２（ａ）は、丸棒からなる素材３１であり、この素材３１は、例えば、ＳＣＭ４４５、炭素含有率０．４５％、表面部硬さＨＲＣ６１程度、芯部硬さＨＲＣ３６程度とする。又はＳＣＭ４３５の場合は、炭素含有率０．３５％を用い、熱処理を行ない表面部硬さＨＲＣ５９程度、芯部硬さＨＲＣ３２程度である。またはＳ４５Ｃ、炭素含有率０．４５％を用い、熱処理を行ない表面部硬さＨＲＣ５９程度、芯部硬さＨＲＣ３８とする。これら素材３１の軸方向にメタルフロー３２を有している。
【００２１】
図２（ｂ）は、素材３１を鍛造金型３３にセットした状態を示し、上型部３４と下型部３５とからなり、型割れライン３６（図２（ｃ）参照）は、トラニオン１１の枢軸部１０の中心線上付近で、本体平面部１８はその肉厚の中央付近で分割されるように両端部と中央部とでは段差を有している。そして、素材３１をトラニオン１１の軸心方向にそのメタルフロー３２が平行になるように鍛造型３３に配置する。
【００２２】
図２（ｃ）は、素材３１を鍛造金型３３の上型部３４と下型部３５とで挟み込み、素材３１の軸心方向と直角方向に押圧する鍛造加工を行なった状態を示し、素材３１は上型部３４と下型部３５の形状に倣った形状の鍛造素材３１ａが出来上がり、枢軸部１０の端面にはバリ３１ｂができる。
【００２３】
図２（ｄ）は、鍛造素材３１ａを鍛造金型３３から取り出した状態を示し、鍛造素材３１ａの外周面には荒粗面３１ｃが残る。
【００２４】
次に、鍛造素材３１ａのバリ３１ｂ及び荒粗面３１ｃをフライス加工等の機械加工によって施削し、熱処理後、研削等の仕上げ加工を行ない、図１（ａ）に示すようなトラニオン１１が完成する。
【００２５】
このように鍛造加工によって得られたトラニオン１１は、本体平面部１８と枢軸部１０とのつながり部Ａに沿ってメタルフロー３２が連続しており、このつながり部Ａを拡大すると、図１（ｂ）に示すようになっている。
【００２６】
すなわち、トラニオン１１を鍛造加工によって製造しても、切削、研削加工等の後加工によって仕上げるため、鍛造で形成したメタルフロー３２を完成品でそのまま残すことは難しく、つながり部Ａの切削加工時にメタルフロー３２を切断することが現実に生じる。
【００２７】
このため、曲げ疲労強度上の観点からつながり部Ａにおけるメタルフロー３２の傾角θの大小がトラニオン強度に影響するか、実験を行なった。つながり部Ａは略直角な角部で、トラニオン軸中心Ｓに対して略平行な第１の面Ｘと略直角な第２の面Ｙを有している。そして、つながり部Ａの角部に最も近いメタルフロー３２ａと第１の面Ｘとが成す傾角をθ１  とし、つながり部Ａの角部に最も近いメタルフロー３２ａと第２の面Ｙとが成す傾角をθ２  とし、θ１  ，θ２  のうち大きい方を支障のない許容角度θｍａｘとし、この許容角度θｍａｘを種々実験し、θ≦３０゜、好ましくはθ≦２０゜であることを見い出した。
【００２８】
実験は、トロイダルキャビティ径１３０ｍｍのダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機で、入力条件は発進繰り返しに相当する、最大減速比２．２で入力トルク３４０Ｎｍを、１×１０６  回を繰り返し入力することを目標とした。実験結果は、表１及び図３の通りであり、それぞれのメタルフロー角度のトラニオンを製作し、２回ずつ実験を行なった。なお、図３のグラフにおいて黒丸は第１回目の結果であり、黒三角は第２回目の結果である。
【００２９】
【表１】
0004362883.tif 000002
【００３０】
表１に示す、比較例１〜４に示すように、θが４０゜以上になると、早期につながり部Ａの角部にクラックが発生したが、実施例１〜３に示すように、θが３０゜以下になると、顕著に耐久強度が延びることがわかる。そして、θが２０゜以下にすれば、さらに強度が上がり、試験時間が目標の５倍経過しても破損しなく、５×１０６  で試験を打ち切った。
【００３１】
このように、トラニオン１１は、本体平面部１８と枢軸部１０とのつながり部Ａに過大な応力が集中するが、つながり部Ａにかけて材料のメタルフロー３２が沿うようにすることにより、応力が集中する部分でメタルフロー３２が切れないため、トラニオン１１の強度が向上し、繰り返し荷重が入力されてもクラックが入ることはなく、トロイダル型無段変速機の耐久性を向上できる。
【００３２】
つながり部Ａにかけてメタルフロー３２が沿うようにするために鍛造加工によってトラニオン１１を製造することにより、切削加工を大幅に削減することができる。
【００３３】
なお、前記実施形態においては、トラニオン１１の本体平面部１８に変位軸１０をニードル軸受２０を介して回転自在に保持する円孔１９を切削加工によって形成したが、円孔１９の回りにメタルフロー３２が沿うように鍛造加工することによりさらに強度アップを図ることができる。
【００３４】
また、この発明は、シングルキャビティに限定されず、ダブルキャビティのハーフトロイダル型無段変速機のパワーローラの大きなスラスト荷重を受けなければならないトラニオンに適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、トラニオンの本体平面部と枢軸部とのつながり部分が、連続的なメタルフローを形成しており、前記つながり部分は略直角な角部で、トラニオン軸中心に対して略平行な第１の面と略直角な第２の面を有しており、つながり部分の角部に最も近いメタルフローと第１の面とが成す傾角をθ１とし、つながり部の角部に最も近いメタルフローと第２の面とが成す傾角をθ２とし、θ１とθ２のうち大きい方を支障のない許容角度θｍａｘとしたとき、０＜θｍａｘ≦３０°、好ましくは０＜θｍａｘ≦２０°である。したがって、トラニオンが繰り返し過大荷重を受けても、破損することはなく、耐久性の向上を図ることができる。
【００３６】
さらに、この発明によれば、前記トラニオンを鍛造加工することにより、機械加工を大幅に削減できるとともに、つながり部に連続的なメタルフローを形成することができ、トラニオンが繰り返し過大荷重を受けても、破損することはなく、耐久性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態におけるトロイダル型無段変速機のトラニオンを示し、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は枢軸部と本体平面部とのつながり部を拡大して示す縦断側面図。
【図２】同実施形態のトラニオンの製造工程を示す縦断側面図。
【図３】同実施形態の実験結果を示すグラフ。
【図４】従来のトロイダル型無段変速機の縦断側面図。
【図５】図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図６】従来のトラニオンの縦断側面図。
【図７】従来のトラニオンの縦断側面図。
【符号の説明】
２…入力ディスク
３…出力ディスク
１０…枢軸部
１１…トラニオン
１３…パワーローラ
１８…本体平面部
３２…メタルフロー
【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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【図７】
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