JP2002340121A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ヨークの形状を左右で異ならせることにより、
トラニオンとヨークの剛性を均一にして変速の安定性を
得るとともに、ヨークの変形を均等にすることで耐久寿
命を延ばすことができるトロイダル型無段変速機を提供
する。 【解決手段】互いに対向して同軸的に配置された入出力
ディスク間に、それぞれパワーローラ１５を備えるトラ
ニオンＬ，Ｒが互いに対向して設けられ、これらトラニ
オンＬ，Ｒの上部の軸部が上部ヨーク５０により、下部
の軸部が下部ヨーク５１によりそれぞれ支持され、負荷
入力時に互いに対向したトラニオンＬ，Ｒにその外側に
向く荷重が加わるトロイダル型無段変速機において、前
記各ヨーク５０，５１は、各トラニオンＬ，Ｒの荷重を
受ける部分の厚さに関する形状が、互いに対向した一方
のトラニオンＬの荷重を受ける側と他方のトラニオンＲ
の荷重を受ける側とで異なっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば自動車等
の変速機構として用いられるトロイダル型無段変速機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の変速機構としてトロイダル型
無段変速機が開発され、実用化されている。

【０００３】図７には、ダブルキャビティ式ハーフトロ
イダル型無段変速機の一例を示してある。このトロイダ
ル型無段変速機１０は、第１のキャビティ１１および第
２のキャビティ１４を備え、これらキャビティ１１，１
４はそれぞれ互いに対向して配置された入力ディスク１
２と出力ディスク１３とにより構成されている。

【０００４】各入出力ディスク１２，１３間つまり各キ
ャビティ１１，１４内にはそれぞれ互いに対向して一対
のパワーローラ１５が設けられ、これらパワーローラ１
５の外周面が各ディスク１２，１３のトラクション面に
接している。

【０００５】これらパワーローラ１５は、各キャビティ
１１，１４内に互いに対向して設けられた各トラニオン
１７にピボットシャフト１９を介して取り付けられ、か
つパワーローラ軸受１６によって回転自在に支持されて
いる。

【０００６】トラニオン１７は入出力ディスク１２，１
３の軸線と直角の方向に延び、その下部に取り付けられ
た枢軸１８を中心としてその軸回り方向に回動する傾転
変位および軸方向に移動する軸方向変位が可能なように
支持されている。各ディスク１２，１３のトラクション
面は枢軸１８を中心とする円弧を、枢軸１８と直角な軸
を中心に回転して得られる凹面形状となっている。

【０００７】各入力ディスク１２は、入力軸２０にそれ
ぞれボールスプライン２１，２２によって回り止めがな
された状態でその軸方向に移動可能に取り付けられてい
る。

【０００８】したがって各入力ディスク１２は入力軸２
０と一体に回転する。この入力軸２０は、エンジン等の
駆動源によって回転する駆動軸２５に、ベアリング２６
を介して回転自在に連結されている。

【０００９】各出力ディスク１３は、入力軸２０にベア
リング３０，３１を介して回転自在に支持されている。
各出力ディスク１３は、連結部材３２によって連結さ
れ、互いに同期して回転する。連結部材３２には出力ギ
ヤ３３が設けられている。

【００１０】第１のキャビティ１１における入力ディス
ク１２の背面側には押圧機構４０が設けられ、この押圧
機構４０はカムディスク４１とローラ４２とを備えてい
る。カムディスク４１は、入力軸２０に対して、スラス
トベアリング４３を介して回動自在に支持されている。
カムディスク４１と入力ディスク１２の互いに対向する
面はそれぞれカム面４４，４５となっており、これらカ
ム面４４，４５間に複数のローラ４２が挟み込まれてい
る。

【００１１】各ローラ４２がカム面４４，４５間に挟ま
れた状態で駆動軸２５が回転すると、駆動軸２５と一体
的にカムディスク４１が回転し、各ローラ４２を介して
第１のキャビティ１１における入力ディスク１２が出力
ディスク１３の配置側に向って押圧されるとともに、入
力ディスク１２がカムディスク４１と一体的に回転す
る。

【００１２】また、カムディスク４１が受ける反力がス
ラストベアリング４３を介して入力軸２０に加わるた
め、第２のキャビティ１４における入力ディスク１２が
出力ディスク１３に向って押圧される。

【００１３】こうして駆動軸２５からカムディスク４１
を通して負荷が入力されて各入力ディスク１２が回転
し、各入力ディスク１２の回転力がパワーローラ１５を
介して出力ディスク１３に伝わり、出力ギヤ３３を介し
て出力される。

【００１４】各トラニオン１７は、図８に示すように、
主部１７ａと、この主部１７ａの上下部に一体に形成さ
れた軸部１７ｂ，１７ｃとからなる。軸部１７ｂ，１７
ｃは、主部１７ａの一側面側に突出して枢軸１８と同軸
的に配置している。

【００１５】パワーローラ１５は、トラニオン１７の上
部の軸部１７ｂと下部の軸部１７ｃとの間に設けられ、
このパワーローラ１５がトラニオン１７の主部１７ａに
回転自在に取り付けられたピボットシャフト１９により
回転自在に支持されている。

【００１６】各トラニオン１７の上下部の軸部１７ｂ，
１７ｃは、変速機１０のケーシング内の支持部４６，４
７に設けられた上部のヨーク５０および下部のヨーク５
１を介して支持されている。トラニオン１７の軸部１７
ｂ，１７ｃにはそれぞれニードル軸受５３が設けられて
いる。これらニードル軸受５３は外輪５４、およびこの
外輪５４の内周と軸部１７ｂ，１７ｃの内周との間に介
装された転動体としての針状ころ５５とからなる。そし
てこれらニードル軸受５３がヨーク５０，５１に形成さ
れた円形の嵌合孔５６内に嵌合され、これらニードル軸
受５３を介して各トラニオン１７がヨーク５０，５１に
対して回動自在に支持されている。

【００１７】ヨーク５０，５１の中間部には円形の嵌合
孔５７が形成され、この嵌合孔５７が支持部４６，４７
に取り付けられた支軸５８の外周に嵌合されている。

【００１８】図９には上部および下部のヨーク５０，５
１を示してあり、各キャビティ１１，１４内に配置され
た４個のトラニオン１７の上下部の軸部１７ｂ，１７ｃ
がこれら上部および下部のヨーク５０，５１に形成され
た嵌合孔５６によりそれぞれ支持され、これら上部およ
び下部のヨーク５０，５１がその４個のトラニオン１７
の変速状態を安定させる役割を担っている。

【００１９】各トラニオン１７の軸部１７ｃの下部には
プーリ５９が設けられ、これらプーリ５９間に各トラニ
オン１７の相互を同期して傾転させる同期ケーブル６０
が襷掛け状に掛け渡されている。

【００２０】各トラニオン１７の枢軸１８にはそれぞれ
油圧シリンダ機構６１が設けられ、これら油圧シリンダ
機構６１が一つの制御弁（図示せず）を介して駆動され
るようになっている。

【００２１】変速比の切換え時には、制御弁により各シ
リンダ機構６１が駆動され、各トラニオン１７が軸方向
に変位し、この変位に応じて各パワーローラ１５の周面
と入力ディスク１２および出力ディスク１３のトラクシ
ョン面との当接部に作用する接線方向の力の向きが変化
する。そして、この力の向きの変化に伴ってトラニオン
１７が軸回り方向に傾転し、この傾転変位によりパワー
ローラ１５の周面と入力ディスク１２および出力ディス
ク１３のトラクション面との当接位置が変化し、入力軸
２０と出力ギア３３との間の回転速度比が変化する。一
つのトラニオン１７の変位は制御弁に逐次フィードバッ
クされ、このフィードバックに基づいて各トラニオン１
７の変位量が変速指令に応じた量に制御されて変速比が
目標値に定まる。

【００２２】各キャビティ１１，１４内に挿入されたト
ラニオン１７は、一対ずつが左右に離間して互いに対向
している。ここで、その一方の左側のトラニオンをＬ、
他方の右側のトラニオンをＲとすると、図１０に示すよ
うに、その左側のトラニオンＬと右側のトラニオンＲと
では形状が異なっている。すなわち、一方のトラニオン
Ｌと他方のトラニオンＲとでは、ピボットシャフト１９
を挿入する挿入口１９ａの位置が異なっている。これは
負荷入力時に左右のパワーローラ１５に生じるサイドス
リップの発生方向が左右で同一変速側となるようにする
ためである（図の場合は増速側）。

【００２３】負荷入力時にパワーローラ１５はピボット
シャフト１９を中心に回動して首を振るが、トラニオン
Ｌ，Ｒの挿入口１９ａの位置がその左右のトラニオン
Ｌ，Ｒごとで異なるため、図１１に破線で示すように左
右のパワーローラ１５は互いに逆向き(トラニオンＬで
は下側、トラニオンＲでは上側)に移動する。

【００２４】したがって、左右のトラニオンＬ，Ｒがパ
ワーローラ１５から受ける荷重点の位置が異なり、トラ
ニオンＬ，Ｒの中心を基準として、トラニオンLでは荷
重点の位置が下側寄りに、トラニオンＲでは上側寄りに
なる。

【００２５】各キャビティ１１，１４における４個のト
ラニオンはヨーク５０，５１により、図１２（Ａ）に示
すＳ点とＴ点で支えられるが、左右のトラニオンＬ，Ｒ
のパワーローラ１５から受ける荷重点の位置が異なるた
め、ヨーク５０，５１が受ける荷重の大きさは当然Ｓ点
とＴ点では異なってくる。

【００２６】図１２（Ｂ）に示すようにトラニオンＬで
は荷重点が中心より下側になるためＳ点よりＴ点の方に
大きな荷重がかかり、トラニオンＲでは逆にＴ点よりＳ
点の方に大きな荷重がかかる。すなわち、ヨーク５０，
５１に加わる荷重は左右で異なる。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】このようにヨークに加
わる荷重は左右で異なるにもかかわらず、従来のトロイ
ダル型無段変速機におけるヨークとしては例えば特開平
11-173393号に示されているように、左右の形状が同じ
となっている。

【００２８】このためヨークの変形が左右で不均一とな
り、これに伴いトラニオンとヨークの剛性が不均一とな
り、変速の安定性が低下し、またヨークが破損したりパ
ワーローラの軸受に偏荷重が加わって耐久寿命が低下す
るという問題がある。

【００２９】この発明はこのような点に着目してなされ
たもので、その目的とするところは、ヨークの形状を左
右で異ならせることにより、トラニオンとヨークの剛性
を均一にして変速の安定性を得るとともに、ヨークの変
形を均等にすることで耐久寿命を延ばすことができるト
ロイダル型無段変速機を提供することにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、互いに対向して同軸的に配置さ
れた入出力ディスク間に、それぞれパワーローラを備え
るトラニオンが互いに対向して設けられ、これらトラニ
オンの上部の軸部が上部ヨークにより、下部の軸部が下
部ヨークによりそれぞれ支持され、負荷入力時に互いに
対向したトラニオンにその外側に向く荷重が加わるトロ
イダル型無段変速機において、前記各ヨークの、各トラ
ニオンの荷重を受ける部分の厚さや幅に関する形状を、
互いに対向した一方のトラニオンの荷重を受ける側と他
方のトラニオンの荷重を受ける側とで異なるようにした
ものである。

【００３１】そして、請求項２の発明においては、各ヨ
ークの組み付け時の向きを所定の向きに規定するための
位置決め手段を設けたことを特徴としている。

【００３２】

【発明の実施の形態】この発明においては、上部および
下部のヨーク５０，５１の各トラニオンＬ，Ｒの荷重を
受ける部分の形状を、その一方のトラニオンＬの荷重を
受ける部分と他方のトラニオンＲの荷重を受ける部分と
で異なるようにする。

【００３３】いま、図１（Ａ）に示すように、互いに対
向した一対のトラニオンＬ，Ｒのヨーク５０，５１に対
する支持点間距離を２Ｙとしたときに、負荷入力時には
前述のようにパワーローラが首振りの動作をするため
に、トラニオンＬ，Ｒがパワーローラから受ける荷重点
はトラニオンＬ，Ｒの中心Ｏよりｙだけシフトする。こ
のときのモーメントの釣り合いから考えると、上下のヨ
ーク５０，５１がそのトラニオンＬ，Ｒから受ける荷重
Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂの比は、Ｒ_Ａ：Ｒ_Ｂ＝（Ｙ−ｙ）：（Ｙ＋
ｙ）となる。

【００３４】そこで、このような荷重差を受けるヨーク
５０，５１を均等に変形させるために、図１（Ｂ）に示
すようにヨーク５０，５１のトラニオンＬ，Ｒからの荷
重を受ける部分(ヨークの外側部)だけを取り出して、そ
の厚さおよび幅に関する形状を変えるようにする。

【００３５】まず、厚さのみを変える場合について述べ
る。

【００３６】上部のヨーク５０について考えると、上部
のヨーク５０にはトラニオンＬからＲ_Ａの荷重が加わ
り、トラニオンＲからＲ_Ｂの荷重が加わる。このときの
ヨーク５０の左右部分[図１（Ｂ）の直方体]の最大曲げ
応力が等しくなるような厚さｈを各々求める。

【００３７】

【数１】

【００３８】下部のヨーク５１についても同様に考える
と、下部のヨーク５１は上部のヨーク５０とは左右逆の
関係となる。

【００３９】このようなことから、この発明の第１の実
施形態として、図２に示すように、上部のヨーク５０に
ついては、トラニオンＬの荷重を受ける部分（図に平行
斜線で示すＡ部）の厚さを薄く（ｈ_１）し、トラニオン
Ｒの荷重を受ける部分（図に平行斜線で示すＢ部）の厚
さを厚く（ｈ_２）する。

【００４０】下部のヨーク５１については、トラニオン
Ｌの荷重を受ける部分（図に平行斜線で示すＣ部）の厚
さを厚く（ｈ_２）し、トラニオンＲの荷重を受ける部分
（図に平行斜線で示すＤ部）の厚さを薄く（ｈ_１）す
る。

【００４１】このようにヨーク５０，５１の左右での厚
さに関する形状を異ならせることにより、ヨーク５０，
５１の左右の荷重差を吸収することができる。これによ
り、トラニオンＬ，Ｒとヨーク５０，５１の剛性が均一
になり、変速の安定性が得られる。また、トラニオン
Ｌ，Ｒの変形を均等にすることができるため、ヨーク５
０，５１等の寿命を延ばすことができる。

【００４２】次に、幅のみを変える場合について述べ
る。

【００４３】ヨーク５０，５１の左右部分[図１（Ｂ）
の直方体]の最大曲げ応力が等しくなるような幅ｂを各
々求める。

【００４４】

【数２】

【００４５】下部のヨーク５１についても同様に考える
と、下部のヨーク５１は上部のヨーク５０と左右逆の関
係となる。

【００４６】このようなことから、この発明の第２の実
施形態として、図３に示すように、上部のヨーク５０に
ついては、トラニオンＬの荷重を受ける部分（図に平行
斜線で示すＡ部）の幅を狭く（ｂ_１）し、トラニオンＲ
の荷重を受ける部分（図に平行斜線で示すＢ部）の幅を
広く（ｂ_２）する。

【００４７】また、下部のヨーク５１については、トラ
ニオンＬの荷重を受ける部分（図に平行斜線で示すＣ
部）の幅を広く（ｂ_２）し、トラニオンＲの荷重を受け
る部分（図に平行斜線で示すＤ部）の幅を狭く（ｂ_１）
する。

【００４８】このようにヨーク５０，５１の左右での幅
に関する形状を異ならせることにより、ヨーク５０，５
１の左右の荷重差を吸収することができる。これによ
り、トラニオンＬ，Ｒとヨーク５０，５１の剛性が均一
になり、変速の安定性が得られる。また、トラニオン
Ｌ，Ｒの変形を均等にすることができるため、ヨーク５
０，５１等の寿命を延ばすことができる。

【００４９】さらに厚さと幅を変えることも可能であ
り、この場合について述べる。

【００５０】ヨーク５０，５１の左右部分[図１（Ｂ）
の直方体]の最大曲げ応力が等しくなるような厚さｈと
幅ｂの関係を求める。

【００５１】

【数３】

【００５２】このようにヨーク５０，５１の左右での厚
さおよび幅に関する形状を異ならせることにより、ヨー
ク５０，５１の左右の荷重差を吸収することができる。
これにより、トラニオンＬ，Ｒとヨーク５０，５１の剛
性が均一になり、変速の安定性が得られる。また、トラ
ニオンＬ，Ｒの変形を均等にすることができるため、ヨ
ーク５０，５１等の寿命を延ばすことができる。

【００５３】ところで、図１に示すＹとｙの値がＹ＝10
0ｍｍ、ｙ＝0.5ｍｍのとき、 （Ｙ−ｙ）：（Ｙ＋ｙ）＝99.5：100.5≒99：100 となり、ヨーク５０，５１の左右では約１％の荷重差が
生じることになる。したがって、この場合には、式
（1）によりヨーク５０，５１の厚さ（ｈ）に関しては
左右で約１％の寸法差が生じるようにし、また式（2）
により幅（ｂ）に関しては約0.5％の寸法差が生じるよ
うにする。

【００５４】以上述べたようにヨーク５０，５１の左右
の厚みや幅に関する形状を変えることにより、変速の安
定性が得られ、またヨーク５０，５１等の寿命を延ばす
ことができる。

【００５５】ここで、もし誤ってヨーク５０，５１の左
右の方向を間違えてヨーク５０，５１を組み付けたよう
な場合には逆に変速の安定性が失われ、またヨーク５
０，５１等の寿命も短くなってしまう。

【００５６】そこで、図４には、ヨーク５０，５１の左
右の方向を間違えることなく、ヨーク５０，５１を所定
の方向に向けて組み付けることが可能な位置決め手段を
備えるトロイダル型無段変速機を示してある。

【００５７】このトロイダル型無段変速においては、上
部のヨーク５０の片面でその中心に対して左右のいずれ
か一方側に偏位した位置にピン穴状の凹部５０ａが形成
され、また支持部４６にその凹部５０ａに対応するピン
状の凸部４６ａが形成されている。そしてそのヨーク５
０の凹部５０ａが支持部４６の凸部４６ａに嵌合したと
きに、ヨーク５０が所定の方向を向くようになってい
る。

【００５８】下部のヨーク５１の片面には、その中心に
対して左右のいずれか一方側に偏位し、かつ上部のヨー
ク５０の凹部５０ａとは点対称となる関係位置にピン穴
状の凹部５１ａが形成され、また支持部４７にその凹部
５１ａに対応するピン状の凸部４７ａが形成されてい
る。そしてそのヨーク５１の凹部５１ａが支持部４７の
凸部４７ａに嵌合したときに、ヨーク５１が所定の方向
を向くようになっている。

【００５９】このような構成によれば、ヨーク５０，５
１を組み付ける際に、凹部５０ａ，５１ａとこれに対応
する凸部４６ａ，４７ａとが嵌合しない限り、ヨーク５
０，５１が凸部４６ａ，４７ａと干渉してその組み付け
が達成できず、したがって凹部５０ａ，５１ａと凸部４
６ａ，４７ａとが嵌合するようにヨーク５０，５１を所
定の方向に向けて組み付けることになり、これによりヨ
ーク５０，５１の組み付けの間違いを確実に防止するこ
とができる。そしてこの場合、上部のヨーク５０を同一
平面状で180°回転させると凹部５０ａの位置が下部の
ヨーク５１の凹部５１ａの位置と合致する関係にあるか
ら、上部および下部のヨーク５０，５１として同一の共
通のヨークを用いることが可能となる。

【００６０】図５には他の位置決め手段を示してあり、
ヨーク５０，５１の前後方向に並ぶ一方の嵌合孔５７と
他方の嵌合孔５７との内径の大きさ、およびその一方の
嵌合孔５７が嵌合する支軸５８と他方の嵌合孔５７が嵌
合する支軸５８のそれぞれの外径の大きさがその嵌合孔
５７に対応する大きさとなっている。そして上部のヨー
ク５０と下部のヨーク５１とではその前後の関係が逆と
なっている。そして互いに対応する嵌合孔５７と支軸５
８とが嵌合したときに、ヨーク５０，５１が所定の方向
を向くようになっている。

【００６１】このような場合においても、互いに対応す
る嵌合孔５７と支軸５８とが嵌合しない限り、ヨーク５
０，５１が支軸５８と干渉してその組み付けが達成でき
ず、したがって互いに対応する嵌合孔５７と支軸５８と
が嵌合するようにヨーク５０，５１を所定の方向に向け
て組み付けることになり、これによりヨークの組み付け
の間違いを防止することができる。

【００６２】ただこの場合、ヨーク５０，５１を上下反
転して取り付けてしまうと、ヨーク５０，５１の左右が
逆となってしまう。このため少なくとも一方の嵌合孔５
７の周縁に、図６に示すように、ヨーク５０，５１の片
面側に偏位して突起５７ａを設け、この突起５７ａによ
りヨーク５０，５１の反転状態での取り付けを防止する
ことができるようにすればよい。

【００６３】また、この例の場合においても、上部のヨ
ーク５０を同一平面状で180°回転させると大きさの異
なる嵌合孔５７の位置が下部のヨーク５１の嵌合孔５７
の位置と合致する関係にあるから、上部および下部のヨ
ーク５０，５１として同一の共通のヨークを用いること
が可能である。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
ヨークの左右での荷重差を吸収してその変形を均等化さ
せることができ、これによりトラニオンとヨークの剛性
を均一にして変速の安定性が得られ、またヨークやパワ
ーローラ等の耐久寿命を延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の理論を説明するための説明図。

【図２】この発明の第１の実施形態を説明するための説
明図。

【図３】この発明の第２の実施形態を説明するための説
明図。

【図４】ヨークの向きを規定する位置決め手段の構成を
示す説明図。

【図５】ヨークの向きを規定する位置決め手段の他の構
成を示す説明図。

【図６】その位置決め手段の構成の一部を拡大して示す
断面図。

【図７】トロイダル型無段変速機の構造を示す断面図。

【図８】そのトロイダル型無段変速機のトラニオンの配
置部分の構造を示す断面図。

【図９】そのトラニオンを支持する上部および下部のヨ
ークを示す平面図。

【図１０】対をなすトラニオンの形状の違いを説明する
ための断面図。

【図１１】そのトラニオンに設けられたパワーローラの
移動の違いを説明するための説明図。

【図１２】ヨークが受ける荷重の違いを説明するための
説明図。

【符号の説明】

１０…トロイダル型無段変速機 １１，１４…キャビティ １２…入力ディスク １３…出力ディスク １５…パワーローラ １７…トラニオン（Ｌ，Ｒ） １７ｂ，１７ｃ…軸部 １９…ピボットシャフト ５６，５７…嵌合孔 ５８…支軸 ２０…入力軸 ５０，５１…ヨーク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに対向して同軸的に配置された入出力
   ディスク間に、それぞれパワーローラを備えるトラニオ
   ンが互いに対向して設けられ、これらトラニオンの上部
   の軸部が上部ヨークにより、下部の軸部が下部ヨークに
   よりそれぞれ支持され、負荷入力時に互いに対向したト
   ラニオンにその外側に向く荷重が加わるトロイダル型無
   段変速機において、 前記各ヨークは、各トラニオンの荷重を受ける部分の形
   状が、互いに対向した一方のトラニオンの荷重を受ける
   側と他方のトラニオンの荷重を受ける側とで異なってい
   ることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 【請求項２】請求項１に記載のトロイダル型無段変速機
   において、各ヨークの組み付け時の向きを所定の向きに
   規定するための位置決め手段を備えていることを特徴と
   するトロイダル型無段変速機。