JP3851094B2 - トロイダル型無段変速機及びこれに用いるローラの加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、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及びこれに用いるローラの加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トロイダル型無段変速機は、複数の円盤状のローラを入力ディスクと出力ディスクとの間に配置して、各ローラの外周面（軌道面）と両ディスクに設けた各軌道面とを転がり接触させた構成を有している。各ローラは回転自在に軸支され、入力ディスクはエンジンにより回転駆動される入力軸に一体回転可能に取り付けられている。この入力軸の回転により、入力ディスクからローラを介在して出力ディスクにトルクが伝達される。変速は、ローラの回転軸が傾くことにより無段階で行われる。
上記のようなローラは、軸受鋼等の金属製の円盤状素材を所定形状に加工し、熱処理硬化させた後、仕上げ加工するものであり、主として上記の転がり接触によるトルク伝達を安定して行わせるために、特に外径を所望の寸法に高精度に仕上げることが要求されている。
【０００３】
ここで、図３を参照して、従来のトロイダル型無段変速機のローラの加工方法について具体的に説明する。
従来のローラの加工方法では、図３（ａ）に示す断面矩形状の円盤状素材５０に対して、一次旋削、熱処理、二次旋削、幅研削、内・外径研削、及び軌道面ラップを順次行い、所望のローラを形成していた。尚、図３（ｃ）〜（ｆ）に一点鎖線にて示す部分は、上記二次旋削、幅研削、内・外径研削、及び軌道面ラップでの加工部分をそれぞれ示している。
【０００４】
詳細にいえば、図３（ａ）において、円盤状素材５０の外周面５０ａを旋盤のチャック爪（図示せず）によってチャックし、一方の側面５０ｂに対して、例えば外周面５０ａから中心軸Ａの方向に旋削を行って同図（ｂ）に示すボス部５０ｄを形成する。その後、当該円盤状素材５０を反転し上記チャック爪でボス部５０ｄの外周をチャックして、他方の側面５０ｃにも上記の旋削を行い、その側面５０ｃ側にもボス部５０ｅを形成するとともに、円盤状素材５０の中心部分に軸孔５０ｇを形成し、さらに外周面５０ａの角落としを行いその断面形状を円弧状として、一次旋削を終了する。尚、図３（ｂ）に示すように、一方のボス部５０ｄは、少なくとも外周面５０ａに二次旋削を施すために、他方のボス部５０ｅよりも大きい形状に形成されている。その後、その円盤状素材５０をチャック爪から一旦取り外して焼入れ処理等の熱処理を行って硬化させる。
【０００５】
次に、図３（ｃ）に示すように、円盤状素材５０の表面全体に対して二次旋削を行って、上記熱処理による熱膨張や熱歪み等の熱変形した部分が除去される。具体的には、まずボス部５０ｄ（図３（ｂ））の外周をチャックして、外周面５０ａ、側面５０ｃ、ボス部５０ｅ、及び軸孔５０ｇの内周面５０ｇ１を旋削する。続いて、例えば外周面５０ａの外周をチャックした状態で、側面５０ｂを旋削するとともに、ローラの回転バランスを確保するために、上記ボス部５０ｄに旋削を行って他方のボス部５０ｅと対称形状のボス部５０ｆを形成する。
続いて、図３（ｄ）において、例えば平面研削盤によってボス部５０ｆ，５０ｅの各端面５０ｆ１，５０ｅ１を研削することにより、円盤状素材５０の幅を所望の寸法に仕上げる幅研削が行われる。
【０００６】
次に、図３（ｅ）において、外周面５０ａをチャックした状態で、上記端面５０ｅ１を加工基準として内周面５０ｇ１を研削することにより、軸孔５０ｇの内径が所望の寸法に仕上げられる。また、上記内周面５０ｇ１をチャックした状態で、上記側面５０ｃを加工基準として外周面５０ａを研削することにより、円盤状素材５０の外径が所望の寸法に仕上げられる。
続いて、図３（ｆ）において、外周面５０ａにラップ仕上げを施すことにより、当該外周面５０ａがローラの軌道面として好適な表面粗さに仕上げられる。このように、この従来のローラの加工方法では、上述の一連の加工を円盤状素材５０に施し所望のローラを形成していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のローラの加工方法では、少なくとも外周面５０ａを二次旋削するためのボス部５０ｄを一方の側面５０ｂに形成していたので、ローラとして実際に必要な幅寸法（図３（ｆ）に”ｂ”にて図示）よりもかなり大きい幅寸法（図３（ａ）に”Ｂ”にて図示）を有する円環状素材５０からローラを形成する必要があり、円盤状素材（ローラ）５０の素材歩留まりを向上することができず、当該無段変速機の製造コストが高くつくという問題があった。
また、この従来のローラの加工方法では、円盤状素材５０の熱処理硬化後に、少なくともボス部５０ｄに対して、上記の二次旋削を実施する必要があり、この二次旋削に時間及び手間を要するとともに旋削用工具の寿命が短く、生産性を高めることが困難であった。
【０００８】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、ローラの素材歩留まりを向上して、製造コストを削減す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を目的とする。
また、本発明は、製造コストを削減することができるとともに、生産性を高めることができるトロイダル型無段変速機に用いるローラの加工方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のトロイダル型無段変速機は、回転自在に軸支された円盤状のローラを介在して入力ディスクと出力ディスクとの間のトルク伝達を行うトロイダル型無段変速機であって、
前記ローラの一側面の中心軸回りに、当該ローラをその加工時にチャックするための環状の凹部を形成し、当該ローラの回転バランスを確保するための凹部を他側面に形成し、当該ローラの両側面を面一に形成したことを特徴としている（請求項１）。
【００１０】
上記のように構成されたトロイダル型無段変速機では、ローラをチャックするための環状の凹部を当該ローラの一側面の中心軸回りに形成し、当該ローラの回転バランスを確保するための凹部を他側面に形成し、当該ローラの両側面を面一に形成したことにより、その加工時においてローラの素材の幅寸法を大きくすることなく当該ローラをチャックすることができる。
【００１１】
また、この発明のトロイダル型無段変速機のローラの加工方法は、請求項１に記載のトロイダル型無段変速機のローラの加工方法において、
断面矩形状の円盤状素材の一側面の中心軸回りに、当該ローラをその加工時にチャックするための環状の凹部を旋削にて形成するとともに、当該ローラの回転バランスを確保するための凹部を他側面に旋削にて形成する工程と、
前記一側面に形成された前記凹部の周壁をチャックして、外周面を一次旋削する工程と、
前記凹部を形成した円盤状素材を熱処理硬化する工程と、
前記凹部の周壁をチャックして、少なくとも前記外周面を二次旋削により仕上げる工程と、
両側面を平面研削して幅寸法を仕上げる工程と、
前記凹部の周壁をチャックした状態で、前記両側面の一方を加工基準として中心軸の軸孔と前記外周面とを研削する工程とを備えたことを特徴としている（請求項２）。
【００１２】
上記のように構成されたトロイダル型無段変速機のローラの加工方法では、断面矩形状の円盤状素材の一側面の中心軸回りに、当該ローラをその加工時にチャックするための環状の凹部を旋削にて形成するとともに、当該ローラの回転バランスを確保するための凹部を他側面に旋削にて形成する工程を行い、前記一側面に形成した凹部の周壁をチャックして、外周面を一次旋削する工程を行い、その形成した凹部の周壁をチャックして、少なくとも前記外周面を二次旋削により仕上げているので、円盤状素材の幅寸法を大きくすることなく当該円盤状素材を所望のローラに形成することができる。また、熱処理硬化する工程の前に、環状の凹部を形成しているので、当該凹部を形成する工程を容易に行うことができる。さらに、上記凹部は旋削等による仕上げ工程を実施する必要がないので、ローラの製造工数を削減することができる。
【００１４】
入力ディスク１及び出力ディスク２の一側面には、凹湾曲状の軌道面１ａ及び２ａがそれぞれ形成されており、各軌道面１ａ，２ａが互いに対向するよう配置されている。また、これらの軌道面１ａ，２ａ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おいて、上記ローラ３の軌道面である外周面３ａと各軌道面１ａ，２ａとが転がり接触することにより、入力ディスク１からローラ３を介して出力ディスク２にトルクを伝達している。尚、上記外周面３ａと各軌道面１ａ，２ａとの間には、潤滑剤として例えば潤滑油が供給されている。
【００１５】
ローラ３は、軸受鋼等の金属により構成されたものであり、キャリッジ４によって回転自在に支持されている。具体的にいえば、ローラ３には、その中心部分に軸孔３ｆが形成されており、この軸孔３ｆに回転軸５が挿嵌されている。この回転軸５は、上記キャリッジ４に固定された玉軸受６，７によって回転自在に支持されたものであり、ローラ３とともに一体回転可能にキャリッジ４に取り付けられている。
また、ローラ３は、上記キャリッジ４によって各軌道面１ａ，２ａとの相対位置を調整できるようになっている。このように、ローラ３の相対位置をキャリッジ４によって調整することにより、出力ディスク２の回転数（変速比）を増減させることができる。
また、上記ローラ３の両側面３ｂ，３ｃには、環状の凹部３ｄ，３ｅがそれぞれ形成されている。これらの凹部３ｄ，３ｅは、対応する側面３ｂ，３ｃを対称形状に旋削して中心軸回りに設けられたものであり、その加工時において旋盤のチャック爪等により当該ローラ３をチャック可能に構成されている。
【００１６】
ここで、上記ローラ３の加工方法について、図２を参照して具体的に説明する。
本実施形態のローラの加工方法では、図２（ａ）に示す断面矩形状の円盤状素材３０に対して、一次旋削、熱処理、二次旋削、幅研削、内・外径研削、及び軌道面ラップを順次行い、所望のローラ３を形成する。上記円盤状素材３０は、その幅寸法が上記ローラ３とほぼ同じ幅寸法のものが用いられている。尚、図２（ｃ）〜（ｆ）に一点鎖線にて示す部分は、上記二次旋削、幅研削、内・外径研削、及び軌道面ラップでの加工部分をそれぞれ示している。
【００１７】
詳細にいえば、図２（ａ）において、円盤状素材３０の外周面３０ａを旋盤のチャック爪（図示せず）によってチャックし、一側面３０ｂに対して、図示を省略した切削バイトを用いて中心軸Ａ回りに旋削処理を行い同図（ｂ）に示す凹部３０ｄを形成する。これにより、中心軸Ａの回りにボス部３０ｇが形成される。尚、この凹部３０ｄの具体的な深さ（上記チャック爪のチャック代）は、例えば５ｍｍであり、その大径側は、ローラ３の外周付近に達している。
その後、この凹部３０ｄの小径側の周壁（ボス部３０ｇの外周）をチャック爪でチャックして、他側面３０ｃにも上記の旋削を行い、その側面３０ｃ側にも凹部３０ｅを形成する。これらの凹部３０ｄ，３０ｅは上記ローラ３の凹部３ｄ，３ｅをそれぞれ構成するものであり、対称形状に形成されているのでローラ３の回転バランスを確保することができる。
続いて、例えば凹部３０ｄの小径側の周壁をチャックした状態で、旋削によって外周面３０ａの角落としを行いその断面形状を円弧状とし、さらに円盤状素材３０の中心部分に軸孔３０ｆを旋削にて形成し、一次旋削を終了する。その後、その円盤状素材３０をチャック爪から一旦取り外して焼入れ処理等の熱処理を行って硬化させる。尚、上記説明以外に、外周面３０ａをチャックして軸孔３０ｆを形成し、その軸孔３０ｆの内周面３０ｆ１をチャックして外周面３０ａの角落としを行ってもよい。
【００１８】
次に、図２（ｃ）に示すように、凹部３０ｄ，３０ｅを除いた側面３０ｂ，３０ｃと軸孔３０ｆの内周面３０ｆ１に対して二次旋削を行って、上記熱処理による熱膨張や熱歪み等の熱変形した部分が除去される。具体的には、まず一方の凹部３０ｄ（図２（ｂ））の小径側の周壁をチャックして、外周面３０ａ、側面３０ｃ、及び軸孔３０ｆの内周面３０ｆ１を旋削する。続いて、例えば他方の凹部３０ｅの小径側の周壁をチャックした状態で、側面３０ｂを旋削する。尚、上記熱処理による熱変形量が少なければ、両側面３０ｂ，３０ｃに対する二次旋削を省略して、後続の幅研削で当該両側面３０ｂ，３０ｃにおける熱変形した部分を除去してもよい。
続いて、図２（ｄ）において、例えば平面研削盤を用いて側面３０ｃ，３０ｂをそれぞれ研削することにより、円盤状素材３０の幅を所望の寸法に仕上げる幅研削が行われる。
【００１９】
次に、図２（ｅ）において、外周面３０ａと内周面３０ｆ１とを選択的にチャックした状態で、側面３０ｃを加工基準として内周面３０ｆ１及び外周面３０ａを研削することにより、軸孔３０ｆの内径及び円盤状素材３０の外径がそれぞれ所望の寸法に仕上げられる。
続いて、図２（ｆ）において、例えば凹部３０ｄの小径側の周壁をチャックした状態で、外周面３０ａにラップ仕上げを施すことにより、当該外周面３０ａがローラ３の外周面（軌道面）３ａとして好適な表面粗さに仕上げられる。
【００２０】
上記のように構成されたトロイダル型無段変速機及びローラの加工方法では、円盤状素材３０の両側面３０ｂ，３０ｃを対称形状に旋削して環状の凹部３０ｄ，３０ｅを中心軸回りに形成している。そして、一側面３０ｂに形成した凹部３０ｄの小径側の周壁をチャックして、少なくとも上記外周面３０ａを二次旋削により仕上げている。これにより、円盤状素材３０の幅寸法を大きくすることなく当該円盤状素材３０を所望のローラ３に形成することができる。従って、ローラ３の素材歩留まりを向上して、製造コストを削減することができる。
【００２１】
また、本実施形態のローラの加工方法では、上記の熱処理を行って円盤状素材３０を硬化する前に、凹部３０ｄ，３０ｅを円盤状素材３０に形成しているので、それらの凹部３０ｄ，３０ｅを容易に形成することができ、当該トロイダル型無段変速機の生産性を高めることができる。また、図２（ｃ）及び（ｄ）にそれぞれ示したように、二次旋削や幅研削を凹部３０ｄ，３０ｅに施す必要がないので、円盤状素材３０の加工工数（ローラ３の製造工数）を削減することができる。さらに、これらの凹部３０ｄ，３０ｅは対称形状に形成しているので、ローラ３の回転バランスを確保することができる。
また、円盤状素材３０の幅寸法が完成品のローラ３の幅寸法とほぼ同じ寸法であるので、上記ローラ３の歩留まりを向上して、当該ローラ３及びこれを用いたトロイダル型無段変速機の製造コストをより削減することができる。
【００２２】
尚、上記の説明では、両側面３ｂ，３ｃに対称形状の環状の凹部３ｄ，３ｅをそれぞれ設けた構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ローラ３をチャックするための環状の凹部３ｄをローラ３の一側面３ｂの中心軸回りに形成し、かつ当該ローラ３の回転バランスを確保するための凹部３ｅを他側面３ｃに形成したものであれば何等限定されない。具体的には、上記環状の凹部３ｅの代わりに、例えば複数の凹部を他側面３ｃに同心状にて一定間隔に設けて、ローラ３の回転バランスを確保する構成でもよい。
また、上記の説明では、チャック爪により凹部３０ｄ，３０ｅの小径側の周壁をチャックして、二次旋削等の加工を施す場合について説明したが、凹部３０ｄ，３０ｅの大径側の周壁をチャックして、上記の加工を行ってもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は次の効果を奏する。
請求項１のトロイダル型無段変速機によれば、加工時においてローラの素材の幅寸法を大きくすることなくローラをチャックすることができるので、そのチャックした状態で一方の側面を加工基準として当該ローラの外径を所望の寸法に高精度に仕上げることができる。従って、ローラの素材歩留まりを向上して、製造コストを削減することができる。
【００２４】
請求項２のトロイダル型無段変速機のローラの加工方法によれば、円盤状素材の幅寸法を大きくすることなく当該円盤状素材を所望のローラに形成することができるので、当該トロイダル型無段変速機の製造コストを削減することができる。上記凹部を形成する工程を容易に行うことができるので、当該トロイダル型無段変速機の生産性を高めることができる。さらに、上記凹部は旋削等による仕上げ工程を実施する必要がないので、ローラの製造工数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態であるトロイダル型無段変速機の要部構成を示す概略図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における拡大断面図である。
【図２】本発明の一実施形態であるトロイダル型無段変速機のローラの加工方法を示す説明図である。
【図３】従来のトロイダル型無段変速機のローラの加工方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 入力ディスク
２ 出力ディスク
３ ローラ
３ａ 外周面
３ｄ，３ｅ 凹部
３０ 円盤状素材
３０ａ 外周面
３０ｄ，３０ｅ 凹部

Claims (2)

1. 回転自在に軸支された円盤状のローラを介在して入力ディスクと出力ディスクとの間のトルク伝達を行うトロイダル型無段変速機であって、
   前記ローラの一側面の中心軸回りに、当該ローラをその加工時にチャックするための環状の凹部を形成し、当該ローラの回転バランスを確保するための凹部を他側面に形成し、当該ローラの両側面を面一に形成したことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 請求項１に記載のトロイダル型無段変速機のローラの加工方法において、
   断面矩形状の円盤状素材の一側面の中心軸回りに、当該ローラをその加工時にチャックするための環状の凹部を旋削にて形成するとともに、当該ローラの回転バランスを確保するための凹部を他側面に旋削にて形成する工程と、
   前記一側面に形成された前記凹部の周壁をチャックして、外周面を一次旋削する工程と、
   前記凹部を形成した円盤状素材を熱処理硬化する工程と、
   前記凹部の周壁をチャックして、少なくとも前記外周面を二次旋削により仕上げる工程と、
   両側面を平面研削して幅寸法を仕上げる工程と、
   前記凹部の周壁をチャックした状態で、前記両側面の一方を加工基準として中心軸の軸孔と前記外周面とを研削する工程と
   を備えたことを特徴とするトロイダル型無段変速機のローラの加工方法。

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