JP2007298098A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】トロイダル型無段変速機を構成する複数個のパワーローラ１３、１３のうちの何れかで過大な（動力伝達に基づく滑りを上回る）滑りが発生した場合に、この滑りを、素早く（精度良く）検知できる構造を実現する。
【解決手段】上記各パワーローラ１３、１３を支持した各トラニオンの傾斜角度とこれら各パワーローラ１３、１３の回転速度とのうちの少なくとも一方を測定する。比較手段により、上記傾斜角度又はこの回転速度を比較し、何れかのトラニオンの傾斜角度、又は、何れかのパワーローラ１３の回転速度が、他のトラニオンの傾斜角度又は他のパワーローラ１３の回転速度と閾値を越えて異なる場合に、何れかのパワーローラ１３の周面１４と当該パワーローラ１３を挟持している入力側、出力側両ディスク２ａ、２ｂ、１１の各内側面３、１２との接触部に過大な滑りが発生していると判定する。
【選択図】図１

Description

この発明に係るトロイダル型無段変速機は、例えば自動車用自動変速装置を構成する変速ユニットとして、或はポンプ等の各種産業機械の運転速度を調節する為の変速装置として利用する。

例えば特許文献１〜３等に記載されている様に、自動車用自動変速装置の変速ユニットとして、図３〜５に示す様なトロイダル型無段変速機を使用する事が研究され、一部で実施されている。この図３〜５に示したトロイダル型無段変速機は、ダブルキャビティ型と呼ばれるもので、入力回転軸１の両端部に１対の入力側ディスク２ａ、２ｂを支持している。これら両入力側ディスク２ａ、２ｂは上記入力回転軸１に対し、それぞれがトロイド曲面（断面円弧形の凹面）であって特許請求の範囲に記載した軸方向片側面に相当する入力側内側面３、３同士を互いに対向させた状態で、それぞれボールスプライン４、４を介して支持している。従って上記両入力側ディスク２ａ、２ｂは、互いに同心に、且つ、同期した回転を自在に支持されている。

又、上記入力回転軸１の中間部は、トロイダル型無段変速機を収納したケーシング５内に設置した隔壁部６に設けた通孔７を挿通している。この通孔７の内径側には、円筒状の出力筒８を、１対の転がり軸受９、９により回転自在に支持しており、この出力筒８の中間部外周面に出力歯車１０を固設している。又、この出力筒８の両端部で上記隔壁部６の両外側面から突出した部分に１対の出力側ディスク１１、１１を、スプライン係合により、上記出力筒８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って特許請求の範囲に記載した軸方向片側面に相当する、上記両出力側ディスク１１、１１の出力側内側面１２、１２が、上記両入力側内側面３、３に対向する。

又、上記入力回転軸１の周囲で上記入力側、出力側両内側面３、１２同士の間部分（キャビティ）に、それぞれ複数個（一般的には２個又は３個）ずつのパワーローラ１３、１３を配置している。これら各パワーローラ１３、１３はそれぞれ、上記入力側、出力側両内側面３、１２に当接する周面１４、１４を球状凸面としたもので、特許請求の範囲に記載した支持部材に相当するトラニオン１５、１５の内側面に、支持軸１６、１６と、ラジアルニードル軸受１７、１７と、スラスト玉軸受１８、１８と、スラストニードル軸受１９、１９とにより、回転及び若干の揺動変位自在に支持されている。

即ち、上記各支持軸１６、１６は基半部と先半部とが互いに偏心した偏心軸であり、このうちの基半部を上記各トラニオン１５、１５の中間部に、別のラジアルニードル軸受２０、２０により、揺動変位自在に支持している。上記各パワーローラ１３、１３は、この様な支持軸１６、１６の先半部に、上記ラジアルニードル軸受１７、１７と上記スラスト玉軸受１８、１８とにより、回転自在に支持している。又、構成各部材の弾性変形に基づく、上記入力回転軸１の軸方向に関する上記各パワーローラ１３、１３の変位を、上記別のラジアルニードル軸受２０、２０と上記各スラストニードル軸受１９、１９とにより、自在としている。

又、上記各トラニオン１５、１５は、それぞれの長さ方向（図４の表裏方向、図３、５の上下方向）両端部にこれら各トラニオン１５、１５毎に互いに同心に設けられた枢軸２１、２１を中心として揺動変位自在である。これら各トラニオン１５、１５を揺動（傾斜）させる動作は、油圧式のアクチュエータ２２、２２によりこれら各トラニオン１５、１５を上記各枢軸２１、２１の軸方向に変位させる事により行なう。変速時には、上記各アクチュエータ２２、２２への圧油の給排により、上記各トラニオン１５、１５を上記各枢軸２１、２１の軸方向に変位させる。この結果、上記各パワーローラ１３、１３の周面１４、１４と上記入力側、出力側各ディスク２ａ、２ｂ、１１の入力側、出力側各内側面３、１２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ので、上記各トラニオン１５、１５が上記各枢軸２１、２１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、エンジン等の動力源に繋がる駆動軸２３により一方（図３〜４の左方）の入力側ディスク２ａを、ローディングカム式の押圧装置２４を介して回転駆動する。この結果、前記入力回転軸１の両端部に支持された１対の入力側ディスク２ａ、２ｂ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、上記各パワーローラ１３、１３を介して上記両出力側ディスク１１、１１に伝わり、前記出力歯車１０から取り出される。尚、特許文献２には、油圧式の押圧装置を組み込んだトロイダル型無段変速機が記載されている。ローディングカムの如き機械式の押圧装置の場合、押圧装置が発生する押圧力は、トロイダル型無段変速機が伝達するトルクに比例する。これに対して油圧式の押圧装置の場合には、発生する押圧力を、このトルクとは独立して調節できる。

上記入力回転軸１と出力歯車１０との回転速度の比を変える場合で、先ず入力回転軸１と出力歯車１０との間で減速を行なう場合には、上記各トラニオン１５、１５を図４に示す位置に揺動させ、上記各パワーローラ１３、１３の周面１４、１４をこの図４に示す様に、上記各入力側ディスク２ａ、２ｂの入力側内側面３、３の中心寄り部分と上記両出力側ディスク１１、１１の出力側内側面１２、１２の外周寄り部分とにそれぞれ当接させる。反対に、増速を行なう場合には、上記各トラニオン１５、１５を図４と反対方向に揺動させ、上記各パワーローラ１３、１３の周面１４、１４を、図４に示した状態とは逆に、上記両入力側ディスク２ａ、２ｂの入力側内側面３、３の外周寄り部分と上記両出力側ディスク１１、１１の出力側内側面１２、１２の中心寄り部分とにそれぞれ当接させる。上記各トラニオン１５、１５の揺動角度を中間にすれば、上記入力回転軸１と出力歯車１０との間で、中間の速度比（変速比）を得られる。

上述の様に構成され作用するトロイダル型無段変速機の伝達効率及び耐久性を確保する為には、上記各パワーローラ１３、１３の周面１４、１４と上記両入力側ディスク２ａ、２ｂの入力側内側面３、３及び上記両出力側ディスク１１、１１の出力側内側面１２、１２との転がり接触部（トラクション部）に過大な滑りが発生しない様にする必要がある。即ち、これら各転がり接触部には、トロイダル型無段変速機の技術分野で広く知られている様に、接触楕円が存在し、この接触楕円の長径方向は、上記両入力側ディスク２ａ、２ｂ及び上記両出力側ディスク１１、１１の回転に伴って変化する（接触楕円がスピンする）。但し、上記各転がり接触部で、この様な、不可避的な滑りであるスピンを越えた滑りが発生すると、伝達効率が悪化する。

特に、上記各転がり接触部で、グロススリップと呼ばれる著しい滑りが発生すると、上記各周面１４、１４と、上記入力側内側面３、３又は上記出力側内側面１２、１２とが、潤滑油（トラクションオイル）の膜を介さずに当接する、金属接触を発生する。金属接触が発生した場合には、上記各周面１４、１４と、上記入力側内側面３、３又は上記出力側内側面１２、１２との損傷が進み、トロイダル型無段変速機の耐久性が損なわれるだけでなく、著しい場合には焼き付き等の重大な故障の原因となる。尚、総てのトラニオン１５、１５の揺動角度は、油圧式及び機械式に互いに同期させるが、油圧式の同期は故障の可能性を否定できない。又、油圧式、機械式、何れの場合も、完全に同期させる事は難しく、各パワーローラ１３、１３毎に、それぞれの周面１４、１４と、入力側内側面３、３及び出力側内側面１２、１２との接触位置に（これら各内側面３、１２の径方向に関して）多少のずれを生じる可能性は否定できない。

無段変速機の動力伝達部での滑りを検知する技術として従来から、特許文献４に記載された構造が知られている。この特許文献４に記載された構造の場合、ベルト式の無段変速機で、プーリとベルトとの接触部の滑りを検知する事を目的としている。この為に、入力回転数と出力回転数とを変速比を介して比較し、閾値を越えた差が生じた場合に滑りが発生していると判定する。この様にして滑りを検知する事は、ベルト式の無段変速機の場合には有効であるが、トロイダル型無段変速機の場合には適用できない。この理由は、ベルト式の無段変速機の場合には動力の伝達経路が１系統（１本のベルトのみ）であるのに対して、トロイダル型無段変速機の場合には、動力の伝達経路が複数存在する為である。例えば、図３〜５に記載した構造の場合には、４個のパワーローラ１３、１３が、動力の伝達方向に関して互いに並列に配置されている。従って、このうちの１個のパワーローラ１３のトラクション部で過大な滑りが発生しても、他の３個のパワーローラ１３、１３が適正に動力伝達を行なっていると、前記両入力側ディスク２ａ、２ｂの回転速度と前記両出力側ディスク１１、１１の回転速度との比が、変速比に見合った適正な値になる。この為、上記１個のパワーローラ１３のトラクション部での過大な滑りを検知できない。

又、仮に１個のパワーローラ１３のトラクション部での過大な滑りが、上記両入力側ディスク２ａ、２ｂの回転速度と上記両出力側ディスク１１、１１の回転速度との比に影響を及ぼすとしても、上記滑りを十分に精度良く検知する事はできない。特に、トロイダル型無段変速機の運転速度が低い場合には、上記滑りを検知する事は非常に難しい。しかも、上記トラクション部で発生するミクロ的な現象である滑りを、マクロ的な現象である変速比のずれで検知しようとしても、滑りが発生してからこの滑りを検知するまでに相当の時間的遅れが発生する事が避けられず、この滑りがグロススリップに迄成長する事を抑える事は難しい。

特開平７−２０８５６９号公報 特開平１１−６３１４６号公報 特開平１１−１６６６０５号公報 特開２００５−４２８８４号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、トロイダル型無段変速機を構成する複数個のパワーローラのうちの何れかで過大な｛動力伝達に基づく滑り（Creep ）を上回る｝滑りが発生した場合に、この滑りを、素早く（精度良く）検知できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明のトロイダル型無段変速機は、従来から知られているトロイダル型無段変速機と同様に、少なくとも１対の入力側ディスク及び出力側ディスクと、複数個の支持部材と、複数個のパワーローラと、押圧装置とを備える。
このうちの入力側ディスク及び出力側ディスクは、それぞれがトロイド曲面である軸方向片側面同士を対向させた状態で、互いに同心に、且つ、相対回転を自在に支持されている。
又、上記各支持部材は、軸方向に関して上記両ディスク同士の間位置に、これら両ディスクの中心軸に対し捩れの位置にある枢軸を中心とする揺動変位を自在に設けられている。
又、上記各パワーローラは、上記各支持部材に回転自在に支持され、球状凸面としたそれぞれの周面を、上記両ディスクの軸方向片側面に当接させている。
更に、上記押圧装置は、これら両ディスクを互いに近付ける方向に押圧する。

特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、状態量測定手段と比較手段とを備える。
このうちの状態量測定手段は、上記各枢軸を中心とする上記各支持部材の傾斜角度と、上記各パワーローラの回転速度とのうちの少なくとも一方を測定するものである。
又、上記比較手段は、上記状態量測定手段が測定した、上記各支持部材毎の傾斜角度と上記各パワーローラ毎の回転速度とのうちの少なくとも一方を状態量を比較する。
そして、この比較手段は、何れかの支持部材の傾斜角度が他の支持部材の傾斜角度と閾値を越えて異なる場合、又は、何れかのパワーローラの回転速度が他のパワーローラの回転速度と閾値を越えて異なる場合に、何れかのパワーローラの周面と当該パワーローラを挟持している入力側ディスク及び出力側ディスクの軸方向片側面との接触部に過大な滑りが発生していると判定する機能を有する。
又、本発明を実施する場合に、例えば請求項２に記載した様に、上記押圧装置を、油圧室内に油圧を導入する事により両ディスクを互いに近づける方向の押圧力を発生させる油圧式のものとする。そして、上記比較手段が過大な滑りが発生していると判定した場合に、上記押圧装置が発生する押圧力を大きくする。

上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機によれば、複数個のパワーローラのうちの何れかで過大な｛動力伝達に基づく滑り（Creep ）を上回る｝滑りが発生した場合に、この滑りを、素早く（精度良く）検知できる。そして、押圧装置が発生する押圧力を直ちに大きくして、上記過大な滑りをなくし、この滑りがグロススリップに迄成長する事を確実に防止できる。この為、トロイダル型無段変速機の伝達効率及び耐久性を十分に確保できる。

図１〜２により、本発明の実施の形態の１例に就いて説明する。尚、本例の特徴は、図１に示す様なダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機を構成する、フロント側左右２個ずつ（ＦＬ、ＦＲ）、リヤ側左右２個ずつ（ＲＬ、ＲＲ）、合計４個のパワーローラ１３、１３を回転自在に支持したトラニオン１５、１５の、枢軸２１、２１（図４〜５参照）を中心とする傾斜角度（傾転角度）を、これら各トラニオン１５、１５毎に測定する事で、上記各パワーローラ１３、１３のうちの何れかのパワーローラ１３に関するトラクション部に過大な滑りが発生した場合に、これを検知する点にある。トロイダル型無段変速機の基本的な構造及び作用に就いては、前述の図３〜５に示した構造等、従来から知られているトロイダル型無段変速機と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

本例の場合には、上記各トラニオン１５、１５の端部に設けた枢軸２１、２１と、これら各枢軸２１、２１を支持した、回転しない部分との間に、エンコーダを設ける事により、上記各トラニオン１５、１５の傾斜角度を測定する。これら各トラニオン１５、１５の傾斜角度は、図２に示す様に、トロイダル型無段変速機の運転中、連続的に測定し、測定値を表す信号を図示しない制御器の比較回路に入力する。尚、上記図２には、明りょう化の為、上記各トラニオン１５、１５の傾斜角度を上下に異ならせて記載してあるが、実際の場合には、上記各パワーローラ１３、１３に関するトラクション部に過大な滑りが発生していない限り、上記各トラニオン１５、１５の傾斜角度は互いに一致する（図２の各線の左半部は互いに重なり合う）。

上記各トラニオン１５、１５の傾斜角度を表す信号を入力した、上記比較回路は、絶えずこれら各トラニオン１５、１５の傾斜角度を比較する。そして、何れか（少なくとも１個）のトラニオン１５の傾斜角度と他のトラニオン１５、１５の傾斜角度との間に、予め設定しておいた閾値（例えば０．５度）を越えた差を生じた場合に、何れかのトラニオン１５に支持したパワーローラ１３のトラクション部で、過大な滑りが発生したと判定する。例えば、図２に示す様に、リヤ側右（ＲＲ）のパワーローラ１３を支持したトラニオン１５の傾斜角度が、他の（ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ）パワーローラ１３、１３を支持したトラニオン１５、１５の傾斜角度と異なり始めた場合には、上記リヤ側右（ＲＲ）のパワーローラ１３のトラクション部の滑りが大きくなり始めたと判定する。そして、油圧式の押圧装置の油圧室内に導入する油圧を高くして、この押圧装置が発生する押圧力を直ちに大きくする。この様にして、上記各パワーローラ１３、１３に関するトラクション部の面圧を上昇させれば、上記過大な滑りを解消し、この滑りがグロススリップに迄成長する事を確実に防止できる。この為、トロイダル型無段変速機の伝達効率及び耐久性を十分に確保できる。尚、本発明を実施する場合には、何れかの部分で過大な滑りが発生した事を検知できれば良く、特に、過大な滑りを発生させたパワーローラ１３を特定する必要はない。

上述の説明では、各トラニオンの傾斜角度の相違により過大な滑りを検知する様にしているが、この滑りは、各パワーローラの回転速度の相違によっても検知できる。
又、本発明は、図示の様な、入力側ディスクと出力側ディスクとを２個ずつ設けた、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機に限らず、例えば特許文献１に記載された様な、入力側ディスクと出力側ディスクとを１個ずつ設けた、シングルキャビティ型のトロイダル型無段変速機でも実施できる。シングルキャビティ型のトロイダル型無段変速機で実施する場合には、１対のパワーローラの回転速度同士の間、或いは、これら両パワーローラを支持したトラニオンの傾斜角度同士の間に閾値を越える差が生じた場合に、少なくとも何れか一方のパワーローラに関するトラクション部で、過大な滑りが発生したと判定する。
更に、本発明は、ダブルキャビティ型、シングルキャビティ型とを問わず、ハーフトロイダル型のトロイダル型無段変速機だけでなく、フルトロイダル型のトロイダル型無段変速機でも実施できる。

本発明を説明する為のトロイダル型無段変速機の模式図。 各トラニオンの傾斜角度と経過時間との関係を示す線図。 本発明の対象となるトロイダル型無段変速機の１例を示す断面図。 図３のＡ−Ａ断面図。 同Ｂ−Ｂ断面図。

符号の説明

１ 入力回転軸
２ａ、２ｂ 入力側ディスク
３ 入力側内側面
４ ボールスプライン
５ ケーシング
６ 隔壁部
７ 通孔
８ 出力筒
９ 転がり軸受
１０ 出力歯車
１１ 出力側ディスク
１２ 出力側内側面
１３ パワーローラ
１４ 周面
１５ トラニオン
１６ 支持軸
１７ ラジアルニードル軸受
１８ スラスト玉軸受
１９ スラストニードル軸受
２０ ラジアルニードル軸受
２１ 枢軸
２２ アクチェータ
２３ 駆動軸
２４ 押圧装置

Claims (2)

1. それぞれがトロイド曲面である軸方向片側面同士を対向させた状態で、互いに同心に、且つ、相対回転を自在に支持された、少なくとも１対の入力側ディスク及び出力側ディスクと、軸方向に関してこれら両ディスク同士の間位置に、これら両ディスクの中心軸に対し捩れの位置にある枢軸を中心とする揺動変位を自在に設けられた複数個の支持部材と、これら各支持部材に回転自在に支持され、球状凸面としたそれぞれの周面を、上記両ディスクの軸方向片側面に当接させたパワーローラと、これら両ディスクを互いに近付ける方向に押圧する押圧装置とを備えたトロイダル型無段変速機に於いて、上記各枢軸を中心とする上記各支持部材の傾斜角度と上記各パワーローラの回転速度とのうちの少なくとも一方を測定する状態量測定手段と、この状態量測定手段が測定した、上記各支持部材毎の傾斜角度と上記各パワーローラ毎の回転速度とのうちの少なくとも一方を状態量を比較する比較手段とを備え、この比較手段は、何れかの支持部材の傾斜角度が他の支持部材の傾斜角度と閾値を越えて異なる場合、又は、何れかのパワーローラの回転速度が他のパワーローラの回転速度と閾値を越えて異なる場合に、何れかのパワーローラの周面と当該パワーローラを挟持している入力側ディスク及び出力側ディスクの軸方向片側面との接触部に過大な滑りが発生していると判定する機能を有する事を特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 押圧装置が、油圧室内に油圧を導入する事により両ディスクを互いに近づける方向の押圧力を発生させる油圧式のものであり、比較手段が過大な滑りが発生していると判定した場合に、上記押圧装置が発生する押圧力を大きくする、請求項１に記載したトロイダル型無段変速機。

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