JP5488416B2 - トロイダル型無段変速機用外輪の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、自動車用の自動変速機として利用するトロイダル型無段変速機に組み込まれる外輪の製造方法の改良に関する。具体的には、トラニオンに対するパワーローラの変位を円滑に行わせて、高い伝達効率を確保でき、しかも、優れた耐久性を確保できる構造を実現する為の外輪を、能率良く製造できる製造方法を提供するものである。

［従来技術の説明］
自動車用変速装置としてトロイダル型無段変速機を使用する事が多くの刊行物に記載され、且つ、一部で実施されて周知である。特に、特許文献１には、各種構造のトロイダル型無段変速機が記載されている。図１２に、この特許文献１に記載されており、現在実施されているトロイダル型無段変速機の基本構成を示している。先ず、この従来構造の第１例に就いて、簡単に説明する。１対の入力ディスク１ａ、１ｂを入力回転軸２に対し、それぞれがトロイド曲面（断面円弧形の凹面）である入力側内側面３、３同士を互いに対向させた状態で、互いに同心に、且つ、同期した回転を自在に支持している。

又、前記入力回転軸２の中間部周囲に、中間部外周面に出力歯車４を固設した出力筒５を、この入力回転軸２に対する回転を自在に支持している。又、この出力筒５の両端部に出力ディスク６、６を、スプライン係合により、この出力筒５と同期した回転自在に支持している。この状態で、それぞれがトロイド曲面である、前記両出力ディスク６、６の出力側内側面７、７が、前記両入力側内側面３、３に対向する。

又、前記入力回転軸２の周囲で前記入力側、出力側両内側面３、７同士の間部分（キャビティ）に、それぞれの周面を球状凸面としたパワーローラ８、８を、２個ずつ配置している。これら各パワーローラ８、８は、それぞれトラニオン９、９の内側面に、基半部と先半部とが偏心した支持軸１０、１０と複数の転がり軸受とを介して、これら各支持軸１０、１０の先半部周りの回転、及び、これら各支持軸１０、１０の基半部を中心とする若干の揺動変位自在に支持されている。

又、前記各トラニオン９、９は、それぞれの長さ方向（図１２の表裏方向）両端部にこれら各トラニオン９、９毎に互いに同心に設けられた傾転軸を中心として揺動変位自在である。これら各トラニオン９、９を揺動（傾斜）させる動作は、油圧式のアクチュエータにより、これら各トラニオン９、９を前記各傾転軸の軸方向に変位させる事により行う。変速時には、前記各アクチュエータへの圧油の給排により、前記各トラニオン９、９を前記各傾転軸の軸方向に変位させる。この結果、前記各パワーローラ８、８の周面と前記入力側、出力側各内側面３、７との接触部（トラクション部）の接線方向に作用する力の方向が変化する（サイドスリップが発生する）ので、前記各トラニオン９、９が前記各傾転軸を中心として揺動変位する。

上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時には、駆動軸１１により一方（図１２の左方）の入力ディスク１ａを、ローディングカム式の押圧装置１２を介して回転駆動する。この結果、前記入力回転軸２の両端部に支持された１対の入力ディスク１ａ、１ｂが、互いに近づく方向に押圧されつつ同期して回転する。そして、この回転が、前記各パワーローラ８、８を介して前記両出力ディスク６、６に伝わり、前記出力歯車４から取り出される。

前記入力回転軸２と前記出力歯車４との回転速度の比を変える場合で、先ず入力回転軸２と出力歯車４との間で減速を行う場合には、前記各トラニオン９、９を図１２に示す位置に揺動させ、前記各パワーローラ８、８の周面を、前記各入力ディスク１ａ、１ｂの入力側内側面３、３の中心寄り部分と前記両出力ディスク６、６の出力側内側面７、７の外周寄り部分とにそれぞれ当接させる。反対に、増速を行う場合には、前記各トラニオン９、９を図１２と反対方向に揺動させ、前記各パワーローラ８、８の周面を、前記両入力ディスク１ａ、１ｂの入力側内側面３、３の外周寄り部分と前記両出力ディスク６、６の出力側内側面７、７の中心寄り部分とにそれぞれ当接させる。前記各トラニオン９、９の揺動角度を中間にすれば、前記入力回転軸２と前記出力歯車４との間で、中間の速度比（変速比）を得られる。

上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時には、動力の伝達に供される各部材、即ち、入力側、出力側各ディスク１ａ、１ｂ、６と前記各パワーローラ８、８とが、前記押圧装置１２が発生する押圧力（推力）に基づいて弾性変形する。そして、この弾性変形に伴って、前記各ディスク１ａ、１ｂ、６が軸方向に変位する。又、前記押圧装置１２が発生する押圧力は、前記トロイダル型無段変速機により伝達するトルクが大きくなる程大きくなり、それに伴って前記各部材の弾性変形量も多くなる。従って、前記トルクの変動に拘らず、前記入力側、出力側各側面３、７と前記各パワーローラ８、８の周面との接触状態を適正に維持する為に、これら各パワーローラ８、８を前記各トラニオン９、９に対し、前記各ディスク１ａ、１ｂ、６の軸方向に変位させる機構が必要になる。図１２に記載した従来構造の第１例の場合には、前記各パワーローラ８、８を支持した前記各支持軸１０、１０の先半部を、同じく基半部を中心として揺動変位させる事により、前記各パワーローラ８、８を前記軸方向に変位させる様にしている。

この様な従来構造の第１例の場合、前記各パワーローラ８、８を前記軸方向に変位させる為の構造が複雑で、部品製作、部品管理、組立作業が何れも面倒になり、コストが嵩む事が避けられない。この様な問題を解決する為の技術として前記特許文献１には、図１３〜１６に示す様な構造が記載されている。この従来構造の第２例の特徴は、トラニオン９ａに対してパワーローラ８ａを、入力側、出力側各ディスク１ａ、１ｂ、６（図１２参照）の軸方向の変位を可能に支持する部分の構造にあり、トロイダル型無段変速機全体としての構造及び作用は、前述の図１２に示した従来構造の第１例と同様である。

前記従来構造の第２例を構成するトラニオン９ａは、両端部に互いに同心に設けられた１対の傾転軸１３、１３と、これら両傾転軸１３、１３同士の間に存在し、少なくとも前記入力側、出力側両ディスク１ａ、１ｂ、６の径方向（図１４〜１６の上下方向）に関する内側（図１４〜１６の上側）の側面を円筒状凸面１４とした、支持梁部１５とを備える。前記両傾転軸１３、１３は、それぞれラジアルニードル軸受１６、１６を介して、ヨーク（周知構造である為、図示せず）或いは揺動フレームの支持板部（特許文献１の図７１、７２の符号１３、１４参照）に、揺動を可能に支持する。

又、前記円筒状凸面１４の中心軸イは、図１４、１５に示す様に、前記両傾転軸１３、１３の中心軸ロと平行で、これら両傾転軸１３、１３の中心軸ロよりも、前記各ディスク１ａ、１ｂ、６の径方向に関して外側（図１４〜１６の下側）に存在する。又、前記支持梁部１５と前記パワーローラ８ａの外側面との間に設けるスラスト玉軸受１７を構成する外輪１８の外側面に、部分円筒面状の凹部１９を、この外側面を径方向に横切る状態で設けている。そして、この凹部１９と、前記支持梁部１５の円筒状凸面１４とを係合させ、前記トラニオン９ａに対して前記外輪１８を、前記各ディスク１ａ、１ｂ、６の軸方向に関する揺動変位を可能に支持している。前記凹部１９の断面形状の曲率半径ｒ₁₉は前記円筒状凸面１４の断面形状の曲率半径ｒ₁₄以上（ｒ₁₉≧ｒ₁₄）として、これら凹部１９と円筒状凸面１４とを、全面若しくはこの凹部１９の底部近傍部分で、直接当接させている。

又、前記外輪１８の内側面中央部に支持軸１０ａを、この外輪１８と一体に固設して、前記パワーローラ８ａをこの支持軸１０ａの周囲に、ラジアルニードル軸受２０を介して、回転自在に支持している。又、前記外輪１８及び前記支持軸１０ａの内部に、前記スラスト玉軸受１７及び前記ラジアルニードル軸受２０に潤滑油を供給する為の下流側給油路２１を、前記支持梁部１５の内部に、この下流側給油路２１に繋がる上流側給油路２２を、それぞれ設けている。尚、この下流側球油路２１が、特許請求の範囲に記載した中心孔に相当する。これら両給油路２１、２２は、前記凹部１９の中央部に形成した凹孔３１を介して、前記外輪１８の揺動変位に拘らず互いに連通する様にし、更に、前記支持梁部１５の外部に、前記上流側給油路２２に繋がる給油パイプ２３を設けている。この給油パイプ２３の上流側端部は、前記トラニオン９ａの端部に設けた、同期ケーブルを架け渡す為のプーリ２４の内径側に開口させ、このプーリ２４の内径側を通じて、潤滑油の供給を可能にしている。

更に、前記トラニオン９ａの内側面のうち、前記支持梁部１５の両端部と前記両傾転軸１３、１３との連続部に、互いに対向する１対の段差面２５、２５を設けている。そして、これら両段差面２５、２５と、前記スラスト玉軸受１７を構成する外輪１８の外周面とを、当接若しくは近接対向させて、前記パワーローラ８ａからこの外輪１８に加わるトラクション力を、前記両段差面２５、２５のうち何れかで支承可能としている。

上述の様に構成する従来構造の第２例のトロイダル型無段変速機によれば、前記パワーローラ８ａを前記各ディスク１ａ、１ｂ、６の軸方向に変位させて、構成各部材の弾性変形量の変化に拘らず、このパワーローラ８ａの周面と前記各ディスク１ａ、１ｂ、６との接触状態を適正に維持できる構造を、簡単で低コストに構成できる。
即ち、トロイダル型無段変速機の運転時に、入力側、出力側各ディスク１ａ、１ｂ、６、各パワーローラ８ａの弾性変形に基づき、これら各パワーローラ８ａをこれら各ディスク１ａ、１ｂ、６の軸方向に変位させる必要が生じると、これら各パワーローラ８ａを回転自在に支持している前記スラスト玉軸受１７の外輪１８が、外側面に設けた部分円筒面状の凹部１９と前記支持梁部１５の円筒状凸面１４との当接面を滑らせつつ、この円筒状凸面１４の中心軸イを中心として揺動変位する。この揺動変位に基づき、前記各パワーローラ８ａの周面のうちで、前記各ディスク１ａ、１ｂ、６の軸方向片側面と転がり接触する部分が、これら各ディスク１ａ、１ｂ、６の軸方向に変位し、前記接触状態を適正に維持する。

前述した通り、前記円筒状凸面１４の中心軸イは、変速動作の際に前記各トラニオン９ａの揺動中心となる前記両傾転軸１３、１３の中心軸ロよりも、前記各ディスク１ａ、１ｂ、６の径方向に関して外側に存在する。従って、前記円筒状凸面１４の中心軸イを中心とする揺動変位の揺動半径は、前記変速動作の際の揺動半径よりも大きく、前記入力ディスク１ａ、１ｂと前記出力ディスク６との間の変速比の変動に及ぼす影響は少ない（無視できるか、容易に修正できる範囲に留まる）。

上述の様な従来構造の第２例を実施する場合に、図１６の（Ａ）に示す様に、前記凹部１９の断面形状の曲率半径ｒ₁₉を、前記円筒状凸面１４の断面形状の曲率半径ｒ₁₄よりも大きく（ｒ₁₉＞ｒ₁₄）する事が一般的である。この理由は、これら両曲率半径ｒ₁₉、ｒ₁₄を互いに等しく（ｒ₁₉＝ｒ₁₄）すると、前記凹部１９の内面と前記円筒状凸面１４とが、互いに対向する部分の全面に亙り当接し、この当接部に潤滑油を送り込み難くなる為である。前記凹部１９の内面と前記円筒状凸面１４とは、大きな面圧で当接した状態のまま、互いに揺動変位する為、前記当接部への潤滑油の送り込みが不良になると、金属接触に基づく過大な摩耗を発生し易くなる。

但し、前記円筒状凸面１４の断面形状の曲率半径ｒ₁₄よりも大きく（ｒ₁₉＞ｒ₁₄）した場合にも、次の(1)(2)の様な問題を生じる。
(1) 前記凹部１９の内面と前記円筒状凸面１４とが局部的に摩耗し易い。
(2) 前記スラスト玉軸受１７の耐久性を確保しにくい。
このうちの(1) の問題が生じる理由は、前記凹部１９の内面と前記円筒状凸面１４とが、図１６の（Ａ）に示す様に、この凹部１９の底部若しくは底部近傍のみで、ほぼ線接触に近い状態で接触し、接触部の面圧が高くなる為である。

又、前記(2) の問題が生じる理由は、前記パワーローラ８ａから前記スラスト玉軸受１７に加わる大きなスラスト荷重に基づき、前記外輪１８が、その内側面側を部分凸円筒とする方向に弾性変形する為である。トロイダル型無段変速機の技術分野で周知の様に、本発明の対象となるハーフトロイダル型のトロイダル型無段変速機の運転時に前記スラスト玉軸受１７には、前記パワーローラ８ａから大きなスラスト荷重が加わる。そして、このスラスト荷重に基づいて前記スラスト玉軸受１７を構成する外輪１８が、図１６の（Ｂ）に誇張して示す様に、前記凹部１９の内面を前記円筒状凸面１４に倣わせる（これら両面をほぼ全面に亙り当接させる）方向に弾性変形する。そして、この弾性変形に伴って、前記外輪１８の内側面に設けた外輪軌道２８と、前記パワーローラ８ａの外側面に設けた内輪軌道２７との距離が、前記外輪１８の円周方向に関して不同になる。そして、これら両軌道２８、２７の距離の相違に伴って、これら両軌道２８、２７と各玉２６、２６（図１２参照）の転動面との転がり接触部の面圧が、前記外輪１８の円周方向に関して著しく不同になる。具体的には、前記トラニオン９ａの長さ方向（前記支持梁部１５の軸方向）反対側２箇所位置で、前記両軌道２８、２７と前記各玉２６、２６の転動面との転がり接触部の面圧が過大になる。この結果、これら両軌道２８、２７の転がり疲れ寿命が、前記長さ方向反対側２箇所位置で著しく短くなり、トロイダル型無段変速機の耐久性確保の上で障害になる。

［先発明の説明］
上述の様な事情に鑑みて、スラスト玉軸受を構成する外輪の外側面に形成した凹部の内面と、トラニオンを構成する支持梁部に設けた円筒状凸面との接触面積を確保して、これら両面の摩耗を抑え、しかも、前記外輪の弾性変形を抑えて、前記スラスト玉軸受の耐久性を確保し、トロイダル型無段変速機全体としての耐久性を向上させる構造として、特願２００９−２６７１７７に開示された発明がある。本発明の製造方法は、この先発明に係るトロイダル型無段変速機に組み込む外輪の製造方法に関するものであるから、先ず、前記先発明に係るトロイダル型無段変速機の構造及び作用に就いて、図１７〜２０により説明する。

前記先発明に係る構造では、外輪１８ａの外側面に、この外輪１８ａの径方向に貫通する（両端部がこの外輪１８ａの外周面の径方向反対位置に開口する）状態で形成した凹部１９ａの内面を、単一円筒面ではなく、１対の側方凹曲面部２９、２９と中央凹曲面部３０とを滑らかに連続させた、ゴシックアーチ状の断面形状を有するものとしている。このうち、前記両側方凹曲面部２９、２９は、前記凹部１９ａの幅方向両側部分に設けられており、断面形状の曲率半径ｒ₂₉が、トラニオン９ａを構成する支持梁部１５の円筒状凸面１４の外周面の曲率半径ｒ₁₄よりも大きい（ｒ₂₉＞ｒ₁₄）。これに対して、前記中央凹曲面部３０は、前記凹部１９ａの幅方向中央部に設けられており、断面形状の曲率半径ｒ₃₀が、前記円筒状凸面１４の外周面の曲率半径ｒ₁₄よりも小さい（ｒ₃₀＜ｒ₁₄）。それぞれが上述の様な曲率半径ｒ₂₉、ｒ₃₀を有する、前記両側方凹曲面部２９、２９と前記中央凹曲面部３０とは、これら両側方凹曲面部２９、２９のこの中央側端縁とこの中央凹曲面部の両側縁３０とで互いの接線を共有する状態により、滑らかに連続している。

前記外輪１８ａと前記トラニオン９ａとは、この外輪１８ａ側の凹部１９ａにこのトラニオン９ａ側の支持梁部１５を内嵌する状態に組み合わせる。この様に組み合わせた状態で、この支持梁部１５の円筒状凸面１４と前記両側方凹曲面部２９、２９とが、この支持梁部１５の外周面に関する円周方向２箇所位置で当接する。これら両当接部に関する中心角θは、前記各曲率半径ｒ₂₉、ｒ₃₀、ｒ₁₄の比に基づいて任意に調節できる。この中心角θが大きくなる程、前記外輪１８ａが前述の図１６の（Ｂ）に示す様に弾性変形するのを阻止する効果が大きくなる。但し、前記中心角θが大きくなる程、前記両側方凹曲面部２９、２９同士の間隔を拡げる方向に加わる力が大きくなり、前記凹部１９ａの底部乃至はその近傍部分に加わる引っ張り応力が大きくなる。逆に、前記中心角θを小さくする程、前記両側方凹曲面部２９、２９同士の間隔を拡げる方向に加わる力を抑え、前記凹部１９ａの底部乃至はその近傍部分に加わる引っ張り応力を小さくできる。但し、前記中心角θを小さくする程、前記外輪１８ａが前述の図１６の（Ｂ）に示す様に弾性変形するのを阻止する効果が小さくなる。そこで、前記中心角θを、前記外輪１８ａの弾性変形を抑え、前記凹部１９ａの底部乃至はその近傍部分に加わる引っ張り応力が過大にならない範囲で、適正に規制する。具体的には、前記中心角θが９０度±３０度の範囲に収まる様に、前記各曲率半径ｒ₂₉、ｒ₃₀、ｒ₁₄の比を定める。

上述の様に構成する先発明に係る構造によれば、十分な耐久性を有するトロイダル型無段変速機を実現できる。
即ち、先発明のトロイダル型無段変速機の場合には、スラスト玉軸受１７ａを構成する前記外輪１８ａの外側面に形成した凹部１９ａの内面と前記支持梁部１５に設けた円筒状凸面１４とを、これら両面の円周方向に関して２箇所位置で当接させている。この為、前記凹部１９ａの内面と前記円筒状凸面１４との接触面積を確保して、これら両面の接触部の面圧を低く抑え、これら両面の摩耗を抑える事ができる。

又、前記凹部１９ａの内面と前記円筒状凸面１４とを、前記支持梁部１５の円周方向に離隔した２箇所位置で当接させている為、前記外輪１８ａに大きなスラスト荷重が加わった場合にも、この外輪１８ａが、前述の図１６の（Ｂ）に示す様に、内側面側が凸円筒面となる様に弾性変形する事を抑えられる。言い換えれば、前記外輪１８ａの内側面の高さが、周方向に関して変化しない状態にできる。従って、この外輪１８ａの内側面に設けた外輪軌道２８と、前記パワーローラ８ａの外側面に設けた内輪軌道２７との間隔を、これら両軌道２８、２７の円周方向に関して、実質的に一定にできる（不同になる程度を抑えられる）。この為、前記両軌道２８、２７と前記各玉２６、２６の転動面との転がり接触部の面圧が、部分的に過大になる事を防止できる。この結果、前記スラスト玉軸受１７ａの耐久性、延いてはこのスラスト玉軸受１７ａを組み込んだトロイダル型無段変速機の耐久性を確保できる。

更に、先発明に係る構造の場合には、前記両側方凹曲面部２９、２９の中央側端縁と前記中央凹曲面部３０の両側縁とを滑らかに連続させているので、前記支持梁部１５の円筒状凸面１４との押し付け合いに伴って、前記両側方凹曲面部２９、２９同士の間に互いに離れる方向の大きな力が加わった場合でも、前記凹部１９ａの底部若しくはその近傍に加わる引っ張り応力を低減できる。この結果、前記外輪１８ａに亀裂等の損傷が発生する事を防止できる。又、前記中央凹曲面部３０を設ける事で、前記凹部１９ａの底部若しくはその近傍に加わる引っ張り応力を低減できる分、前記外輪１８ａの損傷防止性能を同じとした場合に、前記中心角θを大きくする事が可能になる。そして、この中心角θを大きくする事により、前記外輪１８ａの弾性変形を抑える効果を大きくできる。

上述の様に、先発明に係る構造は、トラニオンに対するパワーローラの変位を円滑に行わせて、高い伝達効率を確保でき、しかも、優れた耐久性を確保する面から、大きな効果がある。但し、この為の構造を構成する、前記外輪１８ａの製造コストを抑える面から、問題がある。即ち、前述の図１６の（Ａ）に示した従来構造の様に、外輪１８の外側面に、全幅に亙って曲率半径が一定である、内面が部分凹円筒面状である凹部１９を形成するのであれば、一般的な回転工具を使用する事で、工業的手法によりこの凹部１９を容易に形成できる。一方、ゴシックアーチ状の断面形状を有する前記凹部１９ａを形成するのは、外周面の断面形状を同形状とした（母線形状が同じで凹凸が逆である）砥石による研削加工によったり、或は、ワイヤカット放電加工による事が一般的手法としては考えられる。但し、これらの方法は、何れも加工能率が悪く、前記外輪１８ａの製造コストが嵩む原因となる。

特に、この外輪１８ａは、内側面のうちで前記支持軸１０ａを囲む部分に形成した前記外輪軌道２８を、焼き入れ硬化させる必要がある。そして、この焼き入れ硬化の為の熱処理に伴って、前記外輪１８ａの外径寄り部分が、図２１に矢印α、αで示す方向に変形する傾向になる。この変形の方向及び量は、焼き入れ条件等、種々の条件で異なり、仕上加工時の取り代のばらつきが多くなる為、上述の様な砥石による研削加工やワイヤカット放電加工では、加工能率の低下、延いては製造コストの増大が著しくなり易い。

特開２００８−２５８２１号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、トラニオンに対するパワーローラの変位を円滑に行わせて、高い伝達効率を確保でき、しかも、優れた耐久性を確保できる構造を実現する為の外輪を、能率良く製造できる製造方法を実現すべく発明したものである。

本発明の製造方法の対象となるトロイダル型無段変速機用外輪は、支持梁部の円筒状凸面と係合させる事によりトラニオンに対し、揺動変位を可能に支持すると共にパワーローラを回転自在に支持すべく、外側面に径方向に貫通する凹部を、内側面の中央部に支持軸を、この支持軸の中心部に外側面側に開口する中心孔を、それぞれ設けて成る。前記凹部は、幅方向両側部分に設けられ、断面形状の曲率半径が前記円筒状凸面の曲率半径よりも大きな１対の側方凹曲面部を備えたゴシックアーチ状の断面形状を有する。そして、前記支持軸の周囲にラジアル軸受を介して配置されるパワーローラの内側面に形成したスラスト内輪軌道と、内側面に形成したスラスト外輪軌道との間に、複数の転動体を設置した状態で使用される。

この様なトロイダル型無段変速機用外輪を造る為の本発明の製造方法は、前記凹部のうちで前記支持梁部の円筒状凸面と当接する、断面形状がゴシックアーチ状の部分のうちの、少なくとも前記支持梁部の円筒状凸面と当接する部分を、金型の加工面の表面形状を転写する塑性加工により形成する。
これと同時に、前記凹部の内面に位置して前記外側面の中心となる、前記中心孔の開口部に中央部基準面を、前記ゴシックアーチ状の部分を加工する金型のうちの他の部分に設けた第二の加工面を押し付けてこの第二の加工面の形状を転写する塑性加工により形成する。
その後、前記ゴシックアーチ状の部分と前記中央部基準面とを基準として、前記外輪軌道及び前記支持軸の外周面に仕上加工を施す。

上述の様な本発明のトロイダル型無段変速機用外輪の製造方法を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、前記凹部の内面のうちで、前記支持梁部の円筒状凸面と当接する部分を他の部分よりも突出させた中間素材を形成した後、この他の部分よりも突出した部分、及び、前記中心孔の開口部にのみ、前記金型の加工面を押し付ける。

上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機用外輪の製造方法によれば、トラニオンに対するパワーローラの変位を円滑に行わせて、高い伝達効率を確保でき、しかも、優れた耐久性を確保できる構造を実現する為の外輪を、能率良く製造できる。
即ち、凹部のうちで前記支持梁部の円筒状凸面と当接する部分、及び、中心孔の開口部の中央部基準面の塑性加工は、金型の加工面を中間素材のうちの加工すべき部分に押し付けてこの加工面の形状をこれら加工すべき部分に転写する事により、容易且つ迅速に行える。前記金型の加工面は高精度に加工する必要があるが、１個の金型を造れば、多数の外輪を加工できる為、この加工面の加工が面倒であっても、トロイダル型無段変速機用外輪を製造する事に関する能率が低下し、このトロイダル型無段変速機用外輪の製造コストが嵩む事にはならない。

又、前記凹部のうちで前記支持梁部の円筒状凸面と当接する部分、及び、中心孔の開口部の中央部基準面部分を塑性加工により仕上げた状態では、これら両部分の表面精度及び互いの位置関係の精度が十分に高くなる。この為、これら両部分を基準として、外輪軌道及び支持軸の外周面に仕上加工を施せば、これら外輪軌道及び支持軸の外周面を十分な精度で、能率良く仕上げられる。
又、請求項２に記載した様に、前記凹部の内面のうちで、他の部分よりも突出した部分にのみ、前記金型の加工面を押し付ければ、加工面積を小さく抑えて、この金型やプレス装置の負荷を軽減できるだけでなく、被加工物である前記外輪中の残留応力を低減できる。

本発明の実施の形態の第１例を説明する為、外輪を外側面から見た状態で示す斜視図。 同じく外輪単体で示す断面図。 同じくトラニオンと組み合わせた状態で示す断面図。 凹部のうちで支持梁部の円筒状凸面と当接する部分、及び、中心孔の開口部の中央部基準面部分を塑性加工した後、外輪軌道及び支持軸の外周面に仕上げ加工を施す為、加工装置の保持部に装着する途中の状態を示す斜視図。 同じく装着した状態を示す断面図。 装着後、支持軸の外周面に仕上加工を施す状態を示す斜視図。 同じく外輪軌道に仕上加工を施す状態を示す斜視図。 これら仕上加工を精度良く行う為に考慮すべき寸法を説明する為の断面図。 仕上加工後の外輪をトラニオンに組み付けてパワーローラユニットとした状態を示す斜視図。 更にパワーローラを組み付けた状態を示す斜視図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、図１と同様の図。 従来構造の第１例を示す断面図。 従来構造の第２例を示す、スラスト玉軸受を介してパワーローラを支持したトラニオンを、各ディスクの径方向外側から見た斜視図。 同じく、ディスクの周方向から見た状態で示す正面図。 同じく断面図。 パワーローラからスラスト玉軸受にスラスト荷重が加わる前の状態を示す状態（Ａ）と、スラスト荷重が加わった後の状態（Ｂ）とを示す、図１４のＸ−Ｘ断面図。 先発明に係る構造の１例を示す、スラスト玉軸受を介してパワーローラを支持したトラニオンを、各ディスクの径方向内側から見た斜視図。 図１７の拡大Ｙ−Ｙ断面図。 スラスト玉軸受を構成する外輪を取り出し、図１７と反対側から見た状態で示す斜視図。 図１８からスラスト玉軸受を構成する外輪を取り出した状態で示す断面図。 外輪軌道の熱処理に伴って外輪が変形する状態を説明する為の断面図。

［実施の形態の第１例］
図１〜１０は、本発明の実施の形態の第１例を示しており、このうちの図１〜２は、本発明の製造方法により造られるトロイダル型無段変速機用の外輪１８ｂを示している。この外輪１８ｂは、前述の先発明に係るトロイダル型無段変速機に組み込まれる外輪１８ａ（図１９〜２０参照）と同様、外側面に、前記外輪１８ｂの径方向に貫通する状態で形成した凹部１９ｂの内面を、単一円筒面ではなく、１対の側方凹曲面部２９ａ、２９ａと中央凹曲面部３０ａとを連続させた、ゴシックアーチ状の断面形状を有するものとしている。これら各凹曲面２９ａ、３０ａの断面形状に関する曲率半径と、前記外輪１８ｂを組み付けるべき、図３、９、１０に示したトラニオン９ｂの支持梁部１５ａの円筒状凸面１４ａの断面形状の曲率半径との関係は、前記先発明の場合と同様である。

特に、本発明の製造方法により造られる前記外輪１８ｂの場合には、トロイダル型無段変速機を組み立てた状態で前記円筒状凸面１４ａと当接する、前記両側方凹曲面部２９ａ、２９ａ部分を、他の部分、即ち、前記中央凹曲面部３０ａよりも、少しだけ突出させている。従って、これら各凹曲面部２９ａ、３０ａ同士の間には、それぞれ段差部３２、３２が存在する。これら両段差部３２、３２の高さ、即ち、前記両側方凹曲面部２９ａ、２９ａが前記中央凹曲面部３０ａよりも突出している量は、次述するこれら両側方凹曲面部２９ａ、２９ａを、前記ゴシックアーチ形状を構成する非同心の部分円筒面形状とすべく、これら両側方凹曲面部２９ａ、２９ａを金型で押圧して塑性変形させる際に、この金型がこれら両側方凹曲面部２９ａ、２９ａ以外の部分と干渉しない範囲で、できるだけ小さくする。一般的な乗用車用のトロイダル型無段変速機に組み込む、前記外輪１８ｂの場合、前記両段差部３２、３２の高さは、例えば０．５〜２mm程度確保すれば足りる。

上述の様な各凹曲面部２９ａ、３０ａを含む、前記外輪１８ｂの外面形状は、素材となる金属材料（炭素鋼）製の素材を、鍛造加工により順次変形させ、図１〜２に記載した形状に近付ける事により得る。そして、本発明の特徴である、前記両側方凹曲面部２９ａ、２９ａを、ゴシックアーチ形状を構成する非同心の部分円筒面形状とする直前の、中間素材とする。この中間素材を得るまでの工程は、金型による鍛造加工の分野で広く知られている方法と、基本的には同じである。各工程で使用する金型（パンチ及びダイス）の形状を、得るべき前記外輪１８ｂに合わせて規制する事は勿論である。又、特許請求の範囲に記載した中心孔である、下流側給油路２１は、前記中間素材を鍛造加工により形成した後、ボール盤等を使用した切削加工（ドリル加工）により形成する。尚、前記中間素材のうちで外輪軌道２８となるべき部分は、高周波焼き入れ等の部分焼き入れにより、熱処理硬化させておく。

上述の様な中間素材を、前記素材に鍛造加工と一部切削加工とを施す事により得た後、この中間素材の外側面側に仕上加工用の金型を押し付ける。この金型の加工面、即ち、この中間素材の一部に押し付けて表面形状をこの中間素材に転写する部分の形状は、次の(1)〜(3)の特徴を有する。
(1) 前記両側方凹曲面部２９ａ、２９ａ（図２の破線ハ、ハに沿った部分）を、ゴシックアーチ形状を構成する非同心の部分凹円筒面形状とすべく、この部分凹円筒面形状と凹凸が逆転した部分凸円筒面形状を、前記両側方凹曲面部２９ａ、２９ａとなるべき部分に突き当てられる部分に設けている。
(2) 前記部分凸円筒面形状部分が、前記両側方凹曲面部２９ａ、２９ａとなるべき部分に突き当てられた状態で、前記下流側給油路２１の開口部（図２の破線ニに沿った部分）に突き当てられる部分に、この部分を部分円すい状凹面に塑性変形させる、外周面を円すい状若しくは部分円すい状の凸面とした凸部を設けている。
(3) 前記(2)に記載した凸部の中心軸と、前記(1)に記載した１対の部分凸円筒面形状部分との位置関係を、完成後の前記外輪１８ｂに於ける、前記支持軸１０ａの中心軸と前記両側方凹曲面部２９ａ、２９ａとの位置関係に一致させている。

表面形状が上述の(1)〜(3)の特徴を有するものである、前記金型を前記中間素材に押し付けて、前記両側方凹曲面部２９ａ、２９ａを、ゴシックアーチ形状を構成する非同心の部分凹円筒面形状に塑性加工すると共に、前記下流側給油路２１の開口部を部分円すい状凹面である、中央部基準面３３に塑性変形させる。前記金型の各部の形状及び位置関係は、厳密に規制されているので、この金型の各部の形状を転写された、前記中間素材に関しても、前記両側方凹曲面部２９ａ、２９ａと前記中央部基準面３３との形状及び位置関係は、所望通り厳密に規制されたものとなる。この様にして得られたものが、外輪軌道２８及び支持軸１０ａの外周面を除き、完成後の前記外輪１８ｂと同じ表面性状及び寸法を有する、最終中間素材となる。尚、この最終中間素材のうち、前記支持軸１０ａの先端面の中央部には、例えば図１、４、５に示す様な円すい凹面状の受凹部３９を、切削加工等により形成する。この受凹部３９の形成作業は、例えば前記支持軸１０ａを旋盤等の回転高速機械のチャックに把持した状態で切削工具をこの支持軸１０ａの先端面に突き当てる事により行う。何れにしても、前記受凹部３９は、厳密に、この支持軸１０ａの先端面中央部に位置させる。

以上の準備が完了した後、前記両側方凹曲面部２９ａ、２９ａと前記中央部基準面３３とを基準として、前記外輪軌道２８、及び、前記支持軸１０ａの外周面に仕上加工を施す。本例の場合、この仕上加工は、図４〜７の様にして行う。
先ず、図４→図５に示す様にして、前記最終中間素材を、工作機械の主軸の先端部に設けたチャック３４に組み付ける。この際、前記両側方凹曲面部２９ａ、２９ａと前記中央部基準面３３とを基準として利用する事により、前記最終中間素材の位置決めを図る。具体的には、前記支持軸１０ａの中心軸と前記主軸の回転中心とを一致させると共に、この支持軸１０ａの軸方向に関する、前記最終中間素材の位置決めを図る。

この為に、前記チャック３４の前面の径方向反対側２個所位置に配置した１対のＶブロック３５、３５同士の間に、外径を厳密に規制した円柱状のスペーサ３６を掛け渡す。又、このスペーサ３６の中央部を径方向に貫通する状態で形成したスライド孔３７にがたつきなく挿通した位置決め用受ピン３８の先端部に設けたテーパ面を、前記中央部基準面３３に係合させる。又、前記主軸と同心に配置された位置決め用押ピン４０の先端に形成したテーパ面を、前記受凹部３９に係合させる。前記位置決め用受ピン３８は、前記主軸及び前記位置決め用押ピン４０と同心に配置されており、圧縮ばね４１等の弾性部材により、或は流体圧式のアクチュエータ（図示せず）により、前記位置決め用押ピン４０に向かう方向の弾力を付与されている。従って、この位置決め用押ピン４０の先端面と前記受凹部３９とを係合させ、更にこの位置決め用押ピン４０により前記最終中間素材を、前記位置決め用受ピン３８を押し込めつつ前記チャック３４の先端面に向け押圧すれば、前記支持軸１０ａの中心軸と前記主軸の回転中心とを一致させると共に、この支持軸１０ａの軸方向に関する、前記最終中間素材の位置決めを図れる。この状態で、前記塑性加工によりこの最終中間素材に形成された、前記両側方凹曲面部２９ａ、２９ａと前記スペーサ３６の外周面とが当接する。

そこで、図６〜７に示す様にして、前記外輪軌道２８、及び、前記支持軸１０ａの外周面に仕上加工を施す。このうち、この支持軸１０ａの外周面の仕上加工は、前記主軸と共に前記最終中間素材を回転させつつ、図６に示す様に、切削工具４２により前記支持軸１０ａの外周面を削り取る事により行う。又、前記外輪軌道２８の仕上加工は、前記主軸と共に前記最終中間素材を回転させつつ、図７に示す様に、外周面の母線形状を、完成後の前記外輪軌道２８の母線形状に一致させた（凹凸が逆である）砥石４３を、この砥石４３の中心軸周りに回転させつつ、この外輪軌道２８とすべき部分に押し付ける事により行う。

上述の様に構成する本例の製造方法の場合には、前記凹部１９ｂのうちで前記支持梁部１５ａの円筒状凸面１４ａと当接する前記両側方凹曲面部２９ａ、２９ａ部分、及び、前記下流側給油路２１の開口部の中央部基準面３３部分の塑性加工を、金型の加工面を中間素材のうちの加工すべき部分に押し付ける事により、容易且つ迅速に行える。この為、前記トラニオン９ｂに対するパワーローラの変位を円滑に行わせて、高い伝達効率を確保でき、しかも、優れた耐久性を確保できる構造を実現する為の前記外輪１８ｂを、能率良く製造できる。この結果、優れた性能を有するトロイダル型無段変速機の低廉化に寄与できる。

特に、前記外輪１８ｂは、単一のトロイダル型無段変速機に複数個設けられて、それぞれがパワーローラを回転自在に支持すると共に、変速比の変更時にこれら各パワーローラの傾転角を一致させる（同期安定性を確保する）為、各部の寸法を厳密に一致させる必要がある。例えば、図８に示した、スラスト玉軸受１７（図１２参照）を構成する前記外輪軌道２８のピッチ円直径Ｄ、前記外輪１８ｂの傾転中心から前記スラスト玉軸受１７を構成する各玉２６、２６の中心までの高さＨ、前記支持軸１０ａの外径ｄ、各部の対称性等は、厳密に規制する必要がある。本例の製造方法によれば、これら各寸法Ｄ、Ｈ、ｄ及び各部の対称性を、比較的容易に、且つ、高精度に規制できる。尚、これら各部の対称性とは、前記ピッチ円直径Ｄの中心と、前記支持軸１０ａの外径ｄの中心と、前記両側方凹曲面部２９ａ、２９ａと係合したスペーサ３６の中心（支持梁部１５ａの中心軸、或いは、これら両側方凹曲面部２９ａ、２９ａの幅方向中央位置でも同じ）とが一致する程度を言う。言い換えれば、前記支持軸１０ａの外周面に関する中心軸の延長線上から、前記ピッチ円直径Ｄの中心及び前記スペーサ３６の中心がずれている程度を言う。これら各中心が一致するほど、言い換えれば前記対称性が良好であるほど、前記各パワーローラの同期安定性を良好にできる。

尚、上述の様にして造った前記外輪１８ｂは、図９に示す様に前記トラニオン９ａの支持梁部１５ａと組み合わせ、更に、前記外輪軌道２８上に、複数個の玉２６、２６（図１２参照）を介してパワーローラ８ａを配置する事により、前記スラスト玉軸受１７を構成する。そして、図１０に示す様なパワーローラユニットとする。

［実施の形態の第２例］
図１１は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、外輪１８ｃの外側面に形成した凹部１９ｃの両側部分にそれぞれ形成した１対の側方凹曲面部２９ｂ、２９ｂのうち、前記外輪１８ｃの径方向中間部のみを、中央凹曲面部３０ｂ及びこれら両側方凹曲面部２９ｂ、２９ｂのこの外輪１８ｃの径方向両端部よりも突出させている。
この為本例の場合には、前記両側方凹曲面部２９ｂ、２９ｂのうちで支持梁部１５ａの円筒状凸面１４ａ（図３参照）と当接する部分を、ゴシックアーチ形状を構成する部分凹円筒面状に加工する際に要する力を、上述した実施の形態の第１例の場合に比べても、より一層低減できる。
その他の部分の構成及び作用は、上述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略する。

１ａ、１ｂ 入力ディスク
２ 入力回転軸
３ 入力側内側面
４ 出力歯車
５ 出力筒
６ 出力ディスク
７ 出力側内側面
８、８ａ パワーローラ
９、９ａ トラニオン
１０、１０ａ 支持軸
１１ 駆動軸
１２ 押圧装置
１３ 傾転軸
１４、１４ａ 円筒状凸面
１５、１５ａ 支持梁部
１６ ラジアルニードル軸受
１７、１７ａ スラスト玉軸受
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ 外輪
１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ 凹部
２０ ラジアルニードル軸受
２１ 下流側給油路
２２ 上流側給油路
２３ 給油パイプ
２４ プーリ
２５ 段差面
２６ 玉
２７ 内輪軌道
２８ 外輪軌道
２９、２９ａ、２９ｂ 側方凹曲面部
３０、３０ａ、３０ｂ 中央凹曲面部
３１ 凹孔
３２ 段差部
３３ 中央部基準面
３４ チャック
３５ Ｖブロック
３６ スペーサ
３７ スライド孔
３８ 位置決め用受ピン
３９ 受凹部
４０ 位置決め用押ピン
４１ 圧縮ばね
４２ 切削工具
４３ 砥石

Claims (2)

1. 支持梁部の円筒状凸面と係合させる事によりトラニオンに対し揺動変位を可能に支持すと共にパワーローラを回転自在に支持すべく、外側面に径方向に貫通する凹部を、内側面の中央部に支持軸を、この支持軸の中心部に外側面側に開口する中心孔を、それぞれ設けて成り、前記凹部は、幅方向両側部分に設けられ、断面形状の曲率半径が前記円筒状凸面の曲率半径よりも大きな１対の側方凹曲面部を備えたゴシックアーチ状の断面形状を有するものであり、前記支持軸の周囲にラジアル軸受を介して配置されるパワーローラの内側面に形成したスラスト内輪軌道と、内側面に形成したスラスト外輪軌道との間に転動体を設置した状態で使用されるトロイダル型無段変速機用外輪の製造方法であって、前記凹部のうちで前記支持梁部の円筒状凸面と当接する、断面形状がゴシックアーチ状の部分のうちの、少なくとも前記支持梁部の円筒状凸面と当接する部分を、金型の加工面の表面形状を転写する塑性加工により加工すると同時に、前記凹部の内面に位置して前記外側面の中心となる、前記中心孔の開口部に中央部基準面を、前記ゴシックアーチ状の部分を加工する金型のうちの他の部分に設けた第二の加工面を押し付けてこの第二の加工面の形状を転写する塑性加工により形成した後、前記ゴシックアーチ状の部分と前記中央部基準面とを基準として、前記外輪軌道及び前記支持軸の外周面に仕上加工を施す事を特徴とする、トロイダル型無段変速機用外輪の製造方法。
2. 前記凹部の内面のうちで、前記支持梁部の円筒状凸面と当接する部分を他の部分よりも突出させた中間素材を形成した後、この他の部分よりも突出した部分、及び、前記中心孔の開口部にのみ、前記金型の加工面を押し付ける、請求項１に記載したトロイダル型無段変速機用外輪の製造方法。

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