JP2006300089A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】 入出力側ディスクの推力の違いによって発生する差分力によってポストが移動することを防止できるトロイダル型無段変速機を提供する。
【解決手段】 各トラニオンの変位により揺動する一対のヨークと、これらのヨークを揺動自在に支持するポスト１００とを備え、この（球面）ポスト１００を、シリンダボディ６０と一体に形成された支柱６０ｂに、外側から圧入固定する。入出力側ディスク２，４の推力の違いによって発生する差分力は、はめあい部を介して直接支柱６０ｂに伝えられるため、球面ポスト１００が差分力によって移動するのを防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の変速機として利用可能なトロイダル型無段変速機に関する。

トロイダル型無段変速機の一例として特許文献１〜３に記載のものが知られている。これらに開示されているトロイダル型無段変速機は、例えば図２および図３に示すように、入力軸１と同心に第１のディスクである入力側ディスク２を支持し、入力軸1と同心に配置された出力軸３の端部に、第２のディスクである出力側ディスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシングの内側には、入力軸１並びに出力軸３に対し捻れの位置にある枢軸５，５を中心として揺動するトラニオン６，６が設けられている。各トラニオン６，６には、パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、入力側および出力側の両ディスク２，４の間に挟持されている。

入力側および出力側の両ディスク２，４の互いに対向する内側面２ａ，４ａの断面はそれぞれ、枢軸５を中心とする円弧或いはこのような円弧に近い曲線を回転させて得られる凹面を成している。そして、球状の凸面に形成された各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが各内側面２ａ，４ａに当接されている。

入力軸1と入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置１２が設けられている。この押圧装置１２は、入力側ディスク２を出力側ディスク４に向けて弾性的に押圧している。また、押圧装置１２は、入力軸１と共に回転するカム板１３と、保持器１４により保持された複数個(例えば４個)のローラ１５，１５とから構成されている。また、カム板１３の片側面(図２および図３の左側面)には、周方向に亙って凹凸面であるカム面１６が形成され、入力側ディスク２の外側面(図２および図３の右側面)にも同様のカム面１７が形成されている。そして、複数個のローラ１５，１５は、入力軸1に対して放射方向に延びる軸を中心に回転できるように、支持されている。

このような構成のトロイダル型無段変速機においては、入力軸１を回転させると、その回転に伴ってカム板１３が回転し、カム面１６によって複数個のローラ１５，１５が、入力側ディスク２の外側面に設けられたカム面１７に押圧される。この結果、入力側ディスク２が複数のパワーローラ１１，１１に押圧されると同時に、1対のカム面１６，１７と複数個のローラ１５，１５の転動面との押し付け合いに基づいて、入力側ディスク２が回転する。そして、この入力側ディスク２の回転が、各パワーローラ１１，１１を介して、出力側ディスク４に伝達され、この出力側ディスク４に固定された出力軸３が回転する。

入力軸１と出力軸３との回転速度を変える場合であって、入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう場合には、枢軸５，５を中心として各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図２に示すように、入力側ディスク２の内側面２ａの中心寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。

反対に、増速を行なう場合には、各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図３に示すように、入力側ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの中心寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。各変位軸９，９の傾斜角度を図２と図３との中間にすれば、入力軸1と出力軸３との間で、中間の変速比が得られる。

更に、図４および図５は、具体化されたトロイダル型無段変速機を示している。入力側ディスク２および出力側ディスク４はそれぞれ、円管状の入力軸１８の周囲に、ニードル軸受１９，１９を介して、回転自在および軸方向に変位自在に支持されている。また、ローディングカム式の押圧装置１２を構成するためのカム板１３は、入力軸１８の端部(図９の左端部)の外周面にスプライン係合され、鍔部２０によって入力側ディスク２から離れる方向への移動が阻止されている。また、出力側ディスク４には出力歯車２１がキー２２，２２により結合されており、これら出力側ディスク４と出力歯車２１とが同期して回転するようになっている。

トロイダル型無段変速機を納めたケーシングの内側には、入力軸１８に対し捻れの位置にある枢軸（傾転軸）５，５を中心として揺動する一対のトラニオン６，６が設けられている。各トラニオン６，６は、図５に示すように、支持板部７の長手方向(図５の上下方向)の両端部に、この支持板部７の内側面側に折れ曲がる状態で形成された一対の折れ曲がり壁部８，８を有している。そして、この折れ曲がり壁部８，８によって、トラニオン６には、パワーローラ１１を収容するための凹状のポケット部Ｐが形成される。また、各折れ曲がり壁部８，８の外側面(支持板部７と反対側の面)には、各枢軸５，５が互いに同心的に設けられている。

支持板部７の中央部には円孔１０が形成され、この円孔１０には変位軸９の基端部が支持されている。そして、各枢軸５，５を中心として各トラニオン６，６を揺動させることにより、これら各トラニオン６，６の中央部に支持された変位軸９の傾斜角度を調節できるようになっている。また、各トラニオン６，６の内側面から突出する変位軸９の先端部の周囲には、パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、入力側および出力側の両ディスク２，４の間に挟持されている。なお、各変位軸９，９の基端部と先端部は、互いに偏心している。

前記一対の変位軸９，９は、入力軸１８に対し、互いに１８０度反対側の位置に設けられている。また、これらの各変位軸９，９の先端部９ｂが基端部９ａに対して偏心している方向は、入力側および出力側の両ディスク２，４の回転方向に対して同方向(図５で上下逆方向)となっている。また、偏心方向は、入力軸１８の配設方向に対して略直交する方向となっている。したがって、各パワーローラ１１，１１は、入力軸１８の長手方向に若干変位できるように支持される。その結果、押圧装置１２が発生するスラスト荷重に基づく各構成部材の弾性変形等に起因して、各パワーローラ１１，１１が入力軸１８の軸方向に変位する傾向となった場合でも、各構成部材に無理な力が加わらず、この変位が吸収される。

また、各パワーローラ１１，１１の外側面と各トラニオン６，６を構成する支持板部７の内側面との間には、パワーローラ１１の外側面の側から順に、スラスト転がり軸受であるスラスト玉軸受２４と、スラストニードル軸受２５とが設けられている。このうち、スラスト玉軸受２４は、各パワーローラ１１に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これら各パワーローラ１１の回転を許容するものである。このようなスラスト玉軸受２４はそれぞれ、複数個ずつの玉２６，２６と、これら各玉２６，２６を転動自在に保持する円環状の保持器２７と、円環状の外輪２８とから構成されている。また、各スラスト玉軸受２４の内輪軌道は各パワーローラ１１の外側面に、外輪軌道は各外輪２８の内側面にそれぞれ形成されている。

また、スラストニードル軸受２５は、各トラニオン６，６を構成する支持板部７の内側面と外輪２８の外側面との間に挟持されている。このようなスラストニードル軸受２５は、各パワーローラ１１から各外輪２８に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これら各パワーローラ１１および外輪２８が各変位軸９の基端部９ａを中心として揺動変位することを許容する。

図５に示すように、一対のトラニオン６，６の両端部はそれぞれ、一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂに対して揺動自在および軸方向(図５の上下方向)に変位自在に支持されている。上側のヨーク２３Ａは、球面ポスト６４およびこれを支持する上側ポスト６６によって変位自在に支持されている。また、下側のヨーク２３Ｂは、球面ポスト６８およびこれを支持する上側シリンダボディ６０によって変位自在に支持されている。
球面ポスト６８は、外周面が球面の一部、つまり円弧面を構成するものであり、外周が円弧面となっている球面ポスト本体６８ａと、この球面ポスト８６ａに一体的にかつ同軸に形成された軸部８６ｂとによって構成されている。一方、上側シリンダボディ６０には、凹部６０ａが形成されており、この凹部６０ａに球面ポスト６８の軸部６８ｂが挿入されている。そして、球面ポスト６８は、この球面ポスト６８を軸方向に貫通されたボルト６８ｃを凹部６０ａの底面に形成されたねじ穴に螺合して締め付けることによって上側シリンダボディ６０に固定されている。つまり、球面ポスト６８は球面ポスト本体６８ａの下面を、凹部６０ａの開口外周面に形成された座面６０ｅにボルト６８ｃの締め付け力によって押圧し、この座面６０ｅとの摩擦力によって上側シリンダボディ６０に固定されている。

また、前述したように、各トラニオン６，６を構成する支持板部７の中央部に形成された円孔１０には、基端部９ａと先端部９ｂとが互いに平行で且つ偏心した変位軸９の基端部９ａが、回転自在に支持されている。また、各支持板部７の内側面から突出する各変位軸９の先端部９ｂの周囲には、パワーローラ１１が回転自在に支持されている。
更に、各トラニオン６，６の一端部(図５の下端部)にはそれぞれ駆動ロッド（トラニオン軸）２９が設けられており、各駆動ロッド２９の中間部外周面に駆動ピストン（油圧ピストン）３０が固設されている。そして、これら各駆動ピストン３０はそれぞれ、駆動シリンダ３１内に油密に嵌装されている。この場合、シリンダ３１は、上側シリンダボディ６０と下側シリンダボディ６２とによって形成されている。

このように構成されたトロイダル
型無段変速機の場合、入力軸１８の回転は、押圧装置１２を介して、入力側ディスク２に伝えられる。そして、この入力側ディスク２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して出力側ディスク４に伝えられ、更にこの出力側ディスク４の回転が、出力歯車２１より取り出される。

入力軸１８と出力歯車２１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３０，３０を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３０，３０の変位に伴って、一対のトラニオン６，６が互いに逆方向に変位する。例えば、図５の左側のパワーローラ１１が同図の下側に、同図の右側のパワーローラ１１が同図の上側にそれぞれ変位する。その結果、これら各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと入力側ディスク２および出力側ディスク４の内側面２ａ，４ａ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、各トラニオン６，６が、ヨーク２３Ａ，２３Ｂに枢支された枢軸５，５を中心として、互いに逆方向に揺動する。
その結果、前述の図２および図３に示したように、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各内側面２ａ，４ａとの当接位置が変化し、入力軸１８と出力歯車２１との間の回転速度比が変化する。

特開２００３−２９４０９８号公報 特開昭６３−３３６１号公報 特公平８−１９９８号公報

ところで、上記のようなトロイダル型無段変速機においては、等速状態以外では、入出力側ディスク２，４に発生する推力は等しくないため、その差分力はヨーク２３Ｂを介してポスト６８で受けることになる。この差分力は、減速側では出力側ディスク４から入力側ディスク２の向きに、増速側では、入力側ディスク２から出力側ディスク４の向きに作用する。つまり、変速比によって変化する。これにより、運転が繰り返されると、ポスト６８を固定しているボルト６８ｃが緩み易いという問題がある。

さらに、この差分力は、例えば、乗用車用のシングルキャビティ式トロイダル型無段変速機で最大約８トンと大きな力である。その力に耐え得る座面圧を確保するために、ボルト６８ｃは太い方が好ましいが、レイアウトの制約（制御ピストンとの干渉等）で十分太くできないという問題もある。座面圧が不足すると、ポスト６８は差分力によってはめあいスキマ分移動し、ポスト６８とシリンダボディ６０ははめあい部（ポスト６８の軸部６８ｂとシリンダボディ６０に形成された凹部６０ａとのはめあい部）で線接触する。同様に、凹部６０ａがケーシングに形成されている場合、ポスト６８とケーシングのはめあい部で線接触する。

一般的にケーシングやシリンダボディ６０は軽量化のためにアルミでできており、ポスト６８はヨーク２３Ｂが押し付けられつつ、揺動の支点となるため、熱処理によって硬化された鉄でできている。したがって、上記のような線接触では、上述のような大きさ差分力を支持することはできず、相対的に軟らかいケーシングやシリンダボディが塑性変形し、ポスト６８の移動量は増大する。これにより、ディスクとパワーローラのトラクション接触点の位置が設計値からずれてしまい、効率低下や、最悪、非同期による走行不能といった懸念がある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、入出力側ディスクの推力の違いによって発生する差分力によってポストが移動することを防止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。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ケーシング内に、それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、これらの入力側ディスクおよび出力側ディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心として傾転する一対のトラニオンと、該一対のトラニオンにそれぞれ支持された変位軸に回転自在に支持された状態で、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持された一対のパワーローラと、前記各トラニオンの前記各枢軸をそれぞれ揺動自在かつ軸方向に変位自在に支持するとともに、前記各トラニオンの変位により揺動する一対のヨークと、これらのヨークを揺動自在に支持するポストとを備えるトロイダル型無段変速機において、前記ポストは、前記ケーシングまたはこのケーシング内に設けられたシリンダボディと一体に形成された支柱に圧入固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、トロイダル無段変速機のケーシングまたはこのケーシング内に設けられたシリンダボディと一体に形成された支柱に、ポストを圧入固定しているため、支柱とポストとのはめあい部には隙間はない。したがって、入出力側ディスクの推力の違いによって発生する差分力は、はめあい部を介して直接支柱に伝えられる（面接触）ため、ポストが差分力によって移動するのを防止できる。
また、ポストを支柱に圧入固定するとともに、ボルトで締め付け固定する場合でも、ボルトには直接、差分力が作用しないため、ボルト太さが問題となることもないし、繰り返し運転を行ってもボルトが緩むこともない。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明の特徴は、ヨークを揺動自在に支持するポストであり、その他の構成および作用は前述した従来の構成および作用と同様であるため、以下においては、本発明の特徴部分についてのみ言及し、それ以外の部分については、図２〜図５と同一の符号を付してその詳細な説明を省略することにする。

図１は、本実施の形態を示すものである。この図に示すように、上側のシリンダボディ６０には、支柱６０ｂが一体的に形成されている。この支柱６０ｂはヨーク２３Ｂの長手方向中央部に形成された孔２３ｃに対向して形成されており、この孔２３ｃより小径になっている。そして、支柱６０ｂはヨーク２３Ｂの孔２３ｃに下方から挿入された状態となっている。
また、支柱６０ｂの下端部には座面６０ｃが形成されている。この座面６０ｃは支柱６０ｂより大径に形成されている。さらに、支柱６０ｂには、その上面から下方に向けて延在するねじ穴６０ｄが形成されており、このねじ穴６０ｄは支柱６０の軸心に沿って、下方に延び、シリンダボディ６０の下面に開口している。

前記支柱６０ｂには、球面ポスト（ポスト）１００が外側から圧入固定されている。
すなわち、球面ポスト１００は、外周面が球面の一部（円弧面）とされたもので、熱処理によって硬化された鉄製のものである。また、球面ポスト１００の最大外径は、ヨーク２３Ｂの孔２３ｃとほぼ等しくなっている。
また、球面ポスト１００の下面には、前記支柱６０ｂに外側から圧入される圧入孔１０１が形成されている。この圧入孔１０１の直径は、支柱６０ｂの直径より若干小さめに設定されており、深さは支柱６０ｂの高さより若干浅めかほぼ等しく設定されている。また、球面ポスト１００の上面には、座掘面１０２が形成されており、この座掘面１０２には、貫通孔１０３が形成されており、この貫通孔１０３は圧入孔１０１に開口している。

そして、球面ポスト１００は、その圧入孔１０１を支柱６０ｂに外側から圧入することによって、該支柱６０ｂに圧入固定されている。圧入固定する場合、例えば、圧入孔１０１の下端開口を支柱６０ｂの上端に臨ませたうえで、例えば木槌等の叩き手段によって、球面ポスト１００の上面を叩くことによって行う。球面ポスト１００の上面を叩くと、圧入孔１０１が支柱６０ｂに圧入されていき（相対的には、支柱６０ｂが圧入孔１０１に圧入されていき）、圧入孔１０１の上面が支柱６０ｂの上端面に当接した位置で圧入を完了する。このとき、球面ポスト１００の下面が前記座面６０ｃに当接するか若干の隙間をもって近接する。したがって、球面ポスト１００の下面が座面６０ｃに当接するか若干の隙間をもって近接した位置で、球面ポスト１００の上面の叩きを終了すればよい。

球面ポスト１００を圧入固定すると、球面ポスト１００の貫通孔１０３と、支柱６０ｂに形成されているねじ穴６０ｄが同軸に配置されるので、貫通孔１０３からボルト１０５を挿入して、ねじ穴６０ｄにねじ込んでいき、ボルト１０５の頭部を球面ポスト１００の座掘面１０２に圧接するとによって、球面ポスト１００が支柱６０ｂに締め付け固定される。

上記のようなトロイダル無段変速機では、等速状態以外では、入出力側ディスク２，４に発生する推力は等しくないため、その差分力はヨーク２３Ｂを介して球面ポスト１００で受けることになるが、シリンダボディ６０と一体に形成された支柱６０ｂに、球面ポスト１００を外側から圧入固定しているため、支柱６０ｂと球面ポスト１００とのはめあい部、つまり、支柱６０ｂの外周面と球面ポスト１００の圧入孔１０１の内周面との当接部には隙間はない。
したがって、入出力側ディスク２，４の推力の違いによって発生する差分力は、はめあい部を介して直接支柱６０ｂに伝えられる（面接触）ため、球面ポスト１００が差分力によって移動するのを防止できる。
また、球面ポスト１００を支柱６０ｂに圧入固定するとともに、ボルト１０５で締め付け固定しているが、ボルト１０５には直接、差分力が作用しないため、ボルト太さが問題となることもないし、繰り返し運転を行ってもボルト１０５が緩むこともない。
よって、入出力側ディス２，４とパワーローラ１１のトラクション接触点の位置が設計値からずれるのを防止でき、効率低下や走行不能といった懸念を払拭できる。

なお、本実施の形態では、支柱６０ｂをシリンダボディ６０に一体形成した場合を例にとって説明したが、トロイダル変速機構部を納めるケーシングに支柱を一体形成してもよい。

本発明に係るトロイダル型無段変速機の要部の断面図である。 従来から知られているトロイダル型無段変速機の基本的構成を最大減速時の状態で示す側面図である。 従来から知られているトロイダル型無段変速機の基本的構成を最大増速時の状態で示す側面図である。 従来のロイダル型無段変速機の具体的構造の一例を示す断面図である。 図４のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

符号の説明

１，１８ 入力軸
２ 入力側ディスク
３ 出力軸
４ 出力側ディスク
５ 枢軸
６ トラニオン
９ 変位軸
１１ パワーローラ
２３Ａ，２３Ｂ ヨーク
６０ シリンダボディ
６０ｂ 支柱
１００ 球面ポスト（ポスト）
１０１ 圧入孔
１０５ ボルト

Claims (1)

1. ケーシング内に、それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、これらの入力側ディスクおよび出力側ディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心として傾転する一対のトラニオンと、該一対のトラニオンにそれぞれ支持された変位軸に回転自在に支持された状態で、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持された一対のパワーローラと、前記各トラニオンの前記各枢軸をそれぞれ揺動自在かつ軸方向に変位自在に支持するとともに、前記各トラニオンの変位により揺動する一対のヨークと、これらのヨークを揺動自在に支持するポストとを備えるトロイダル型無段変速機において、
   前記ポストは、前記ケーシングまたはこのケーシング内に設けられたシリンダボディと一体に形成された支柱に圧入固定されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。

Images