JP2016080117A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の外輪の加工コストがかかることなく、外輪嵌め合い面のクリープ発生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】内側ディスク３を回転自在に支持する軸受４５の外輪４５ａが内側ディスク３に嵌め込まれ、外輪４５ａの側面と出力歯車４１の内径面との双方に嵌合することで、伝達歯車４１と外輪４５ａとを一体的に回転可能とする嵌合部材４７が出力歯車４１および外輪４５ａと同軸に設けられているので、出力歯車４１とともに回転する内側ディスク３と外輪４５ａとの相対回転を抑えることができる。したがって、内側ディスク３の外輪嵌め合い面および外輪４５ａの外径面のクリープ発生を防止できるとともに、従来と異なり外輪４５ａに径方向へ延びるフランジを形成する必要がないので、この外輪の加工コストがかかることがない。
【選択図】図１

Description

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

例えば自動車用変速機として用いるダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機は、図３および図４に示すように構成されている。図３に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸１が回転自在に支持されており、この入力軸１の外周には、２つの入力側ディスク２，２と２つの出力側ディスク３，３とが取り付けられている。また、入力軸１の中間部の外周には出力歯車（伝達歯車）４が回転自在に支持されている。この出力歯車４の中心部に設けられた円筒状のフランジ部４ａ，４ａには、出力側ディスク３，３がスプライン結合によって連結されている。
入力軸１は、図３中左側に位置する入力側ディスク２とカム板（ローディングカム）７との間に設けられたローディングカム式の押圧装置１２を介して、駆動軸２２により回転駆動されるようになっている。また、出力歯車４は、２つの部材の結合によって構成された仕切壁１３を介してケーシング５０内に支持されており、これにより、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転できる一方で、軸線Ｏ方向の変位が阻止されている。

出力側ディスク３，３は、入力軸１との間に介在されたニードル軸受５，５によって入力軸１の軸線Ｏを中心に回転自在に支持されている。また、図３中左側の入力側ディスク２は、入力軸１にボールスプライン６を介して支持され、図３中右側の入力側ディスク２は、入力軸１にスプライン結合されており、これら入力側ディスク２は入力軸１とともに回転するようになっている。また、入力側ディスク２，２の内側面（凹面；トラクション面とも言う）２ａ，２ａと出力側ディスク３，３の内側面（凹面；トラクション面とも言う）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図４参照）が回転自在に挟持されている。

図３中右側に位置する入力側ディスク２の内周面２ｃには、段差部２ｂが設けられ、この段差部２ｂに、入力軸１の外周面１ａに設けられた段差部１ｂが突き当てられるとともに、入力側ディスク２の背面（図３の右面）は、入力軸１の外周面に形成されたネジ部に螺合されたローディングナット９に突き当てられている。これによって、入力側ディスク２の入力軸１に対する軸線Ｏ方向の変位が実質的に阻止されている。また、カム板７と入力軸１の鍔部１ｄとの間には、皿ばね８が設けられており、この皿ばね８は、各ディスク２，２，３，３の凹面２ａ，２ａ，３ａ，３ａとパワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａとの当接部に押圧力（予圧）を付与する。

図４は、図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図４に示すように、ケーシング５０の内側には、入力軸１に対し捻れの位置にある一対の枢軸１４，１４を中心として揺動する一対のトラニオン１５，１５が設けられている。なお、図４においては、入力軸１の図示は省略している。各トラニオン１５，１５は、支持板部１６の長手方向(図４の上下方向)の両端部に、この支持板部１６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２０，２０を有している。そして、この折れ曲がり壁部２０，２０によって、各トラニオン１５，１５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２０，２０の外側面には、各枢軸１４，１４が互いに同心的に設けられている。

支持板部１６の中央部には円孔２１が形成され、この円孔２１には変位軸２３の基端部２３ａが支持されている。そして、各枢軸１４，１４を中心として各トラニオン１５，１５を揺動させることにより、これら各トラニオン１５，１５の中央部に支持された変位軸２３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１５，１５の内側面から突出する変位軸２３の先端部２３ｂの周囲には、各パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の間に挟持されている。なお、各変位軸２３，２３の基端部２３ａと先端部２３ｂとは、互いに偏心している。

また、各トラニオン１５，１５の枢軸１４，１４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４の上下方向)に変位自在に支持されており、各ヨーク２３Ａ，２３Ｂにより、トラニオン１５，１５はその水平方向の移動を規制されている。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂは鋼等の金属のプレス加工あるいは鍛造加工により矩形状に形成されている。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂの四隅には円形の支持孔１８が４つ設けられており、これら支持孔１８にはそれぞれ、トラニオン１５の両端部に設けた枢軸１４がラジアルニードル軸受３０を介して揺動自在に支持されている。また、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図４の左右方向）の中央部には、円形の係止孔１９が設けられており、この係止孔１９の内周面は円筒面として、球面ポスト６４，６８を内嵌している。すなわち、上側のヨーク２３Ａは、ケーシング５０に固定部材５２を介して支持されている球面ポスト６４によって揺動自在に支持されており、下側のヨーク２３Ｂは、球面ポスト６８およびこれを支持する駆動シリンダ３１の上側シリンダボディ５６によって揺動自在に支持されている。

なお、各トラニオン１５，１５に設けられた各変位軸２３，２３は、入力軸１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２３，２３の先端部２３ｂが基端部２３ａに対して偏心している方向は、両ディスク２，２，３，３の回転方向に対して同方向(図４で上下逆方向)となっている。また、偏心方向は、入力軸１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１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１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、パワーローラ１１の外側面とトラニオン１５の支持板部１６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（スラスト軸受）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（以下、転動体という）２６，２６と、これら各転動体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（大端面）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、トラニオン１５の支持板部１６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、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、これらパワーローラ１１および外輪２８が各変位軸２３の基端部２３ａを中心として揺動することを許容する。

さらに、各トラニオン１５，１５の一端部(図４の下端部)にはそれぞれ駆動ロッド（トラニオン軸）２９，２９が設けられており、各駆動ロッド２９，２９の中間部外周面に駆動ピストン（油圧ピストン）３３，３３が固設されている。そして、これら各駆動ピストン３３，３３はそれぞれ、上側シリンダボディ５６と下側シリンダボディ５７とによって構成された駆動シリンダ３１内に油密に嵌装されている。これら各駆動ピストン３３，３３と駆動シリンダ３１とで、各トラニオン１５，１５を、これらトラニオン１５，１５の枢軸１４，１４の軸方向に変位させる駆動装置３２を構成している。

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１の回転は、押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２に伝えられる。そして、これら入力側ディスク２，２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して各出力側ディスク３，３に伝えられ、さらにこれら各出力側ディスク３，３の回転が、出力歯車４より取り出される。

入力軸１と出力歯車４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３３，３３を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３３，３３の変位に伴って、一対のトラニオン１５，１５が互いに逆方向に変位する。例えば、図４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と各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の内側面２ａ，２ａ，３ａ，３ａ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１５，１５が、ヨーク２３Ａ，２３Ｂに枢支された枢軸１４，１４を中心として、互いに逆方向に揺動（傾転）する。

その結果、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各内側面２ａ，３ａとの当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車４との間の回転速度比が変化する。また、これら入力軸１と出力歯車４との間で伝達するトルクが変動し、各構成部材の弾性変形量が変化すると、各パワーローラ１１，１１およびこれら各パワーローラ１１，１１に付属の外輪２８，２８が、各変位軸２３，２３の基端部２３ａ、２３ａを中心として僅かに回動する。これら各外輪２８，２８の外側面と各トラニオン１５，１５を構成する支持板部１６の内側面との間には、それぞれスラストニードル軸受２５，２５が存在するため、前記回動は円滑に行われる。したがって、前述のように各変位軸２３，２３の傾斜角度を変化させるための力が小さくて済む。

ところで、前記従来のトロイダル型無段変速機では、上述したように、出力歯車（伝達歯車）４を、仕切壁１３を介してケーシング５０内に支持するために、仕切壁１３に設けられた孔に軸受（の外輪）を嵌め込み、この軸受の内輪によって出力歯車４を回転自在に支持している。
しかし、この軸受の外輪は仕切壁１３に設けられた孔に嵌め込まれることで、仕切壁１３と結合されているので、仕切壁１３に対する軸受の固定強度を十分に確保することが困難である。
このため、軸受の外輪が仕切壁１３の孔の内壁面、つまり外輪嵌め合い面に対して回転する虞がある。軸受の外輪が外輪嵌め合い面に対して回転すると、外輪嵌め合い面にクリープが発生する虞がある。

このような事情に鑑みて、特許文献１に記載のトロイダル型無段変速機では、軸受の外輪にトルク入力軸の径方向へ延びるフランジを形成し、当該フランジの外縁をトロイダル型無段変速機のケーシングに直接固定することによって、外輪の固定強度を高め、外輪嵌め合い面のクリープ発生を防止している。

特開平１１−２１０７７３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のトロイダル型無段変速機では、軸受の外輪にトルク入力軸の径方向へ延びるフランジを形成しているので、この外輪の加工コストがかかるという問題があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、軸受の外輪の加工コストがかかることなく、外輪嵌め合い面のクリープ発生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している。

前記目的を達成するために、本発明のトロイダル型無段変速機は、互いの内側面どうしを対向させた状態で回転自在に支持された一対のディスクと、当該一対のディスク間に挟持されたパワーローラと、一方の前記ディスクに嵌合された動力伝達用の伝達歯車とを備えたトロイダル型無段変速機において、
一方の前記ディスクを回転自在に支持する軸受の外輪が一方の前記ディスクに嵌め込まれ、
前記外輪の側面と前記伝達歯車の内径面との双方に嵌合することで、前記伝達歯車と前記外輪とを一体的に回転可能とする嵌合部材が前記伝達歯車および前記外輪と同軸に設けられていることを特徴とする。

本発明においては、一方のディスクに嵌め込まれた軸受の外輪の側面と、伝達歯車の内径面との双方に嵌合部材が嵌合することで、伝達歯車と外輪とを一体的に回転可能とするので、伝達歯車とともに回転する内側ディスクと外輪との相対回転を抑えることができる。したがって、一方のディスクの外輪嵌め合い面および外輪の外径面のクリープ発生を防止できるとともに、従来と異なり外輪に径方向へ延びるフランジを形成する必要がないので、この外輪の加工コストがかかることがない。

本発明によれば、ディスクと外輪との相対回転を抑えることができるので、ディスクの外輪嵌め合い面および外輪の外径面のクリープ発生を防止できるとともに、従来と異なり外輪に径方向へ延びるフランジを形成する必要がないので、この外輪の加工コストがかかることがない。

本発明の実施の形態のトロイダル型無段変速機の要部を示すもので、その側断面図である。 同、分解斜視図である。 従来のトロイダル型無段変速機の一例を示す断面図である。 図３におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。

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。
図１は本発明の実施の形態のトロイダル型無段変速機の要部を示す側断面図、図２は同分解斜視図である。
なお、本実施の形態のトロイダル型無段変速機は、図１および図２に示す要部以外の部分は、前記図３および図４に示す従来のトロイダル型無段変速機と共通であるので、当該共通部分の図示および説明は省略する。また、図１および図２において、従来のトロイダル型無段変速機と共通部分には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

図１および図２に示すように、本実施の形態のトロイダル型無段変速機では、左右一対の内側ディスク３，３が出力側ディスク３，３を構成している。
出力側ディスク３の大端面には、当該大端面により小径の円筒部４０が出力側ディスク３と同軸かつ一体的に設けられており、この円筒部４０の外径面にスプライン凸条とスプライン溝とを有するスプライン部４０ａが形成されている。
円筒部４０の内径は出力側ディスク３の内径より大きく設定されており、これによって、円筒部４０の内径面と出力側ディスク３の内径面との間には所定の段差面３ｄが設けられている。この段差面３ｄには、後述する軸受４５の外輪４５ａの一方の側面が当接されるようになっている。

左右一対の出力側ディスク３，３間には、動力伝達用の出力歯車（伝達歯車）４１が出力側ディスク３，３と同軸に設けられている。この出力歯車４１は、外筒部４２とこの外筒部４２の内側に同軸に設けられた内筒部４３と、外筒部４２と内筒部４３との間に設けられて、これらを接続するリング部４４とから構成されている。
外筒部４２は内筒部４３より軸方向の長さが短くなっており、外筒部４２の外径面に歯車部４２ａが形成されている。
また、内筒部４３の内径面にはスプライン凸条とスプライン溝とからなるスプライン部４３ａが形成されている。

そして、左右一対の出力側ディスク３，３の円筒部４０，４０のスプライン部４０ａ，４０ａに、出力歯車４１のスプライン部４３ａがスプライン結合することによって、出力側ディスク３，３に出力歯車４１が嵌合されている。これによって、出力歯車４１と出力側ディスク３，３とは、周方向に滑ることなく、同期して軸回りに回転するようになっている。
また、前記円筒部４０，４０間には軸方向に所定の隙間が設けられており、この隙間に後述する嵌合部材４７のスプライン部４７ｃが配置されるようになっている。

また、出力側ディスク３の円筒部４０には、当該出力側ディスク３を回転自在に支持する軸受４５の外輪４５ａが嵌め込まれている。つまり、円筒部４０の内径面に外輪４５ａの外径面が密接しているとともに、前記段差面３ｄに外輪４５ａの一方の側面が当接している。
軸受４５は外輪４５ａと、内輪４５ｂと、これら外輪４５ａと内輪４５ｂとの間に設けられた球状の転動体４５ｃとを有している。

軸受４５の内輪４５ｂは出力側ディスク３の内径面より内側に位置しており、この内輪４５ｂは出力側ディスク３，３の内径側に挿通された入力軸１に嵌め込まれている。これによって、出力側ディスク３は入力軸１によって軸受４５を介して回転自在に支持されている。
また、出力側ディスク３の小端面側の内径面と入力軸１との間にはニードル軸受５が設けられている。このニードル軸受５を介しても、出力側ディスク３が入力軸１によって回転自在に支持されている。

また、外輪４５ａの他方の側面には軸方向に沿って突出する凸部４６ａ，４６ａが外輪４５ａの周方向の２ヶ所に径方向に対向して形成されている。この凸部４６ａは略矩形板状に形成されており、その外面および内面は外輪４５ａの外径面および内径面とほぼ面一に形成されている。
また、出力側ディスク３，３間には嵌合部材４７，４７が設けられている。嵌合部材４７は、外輪４５ａの側面と出力歯車４１の内径面との双方に嵌合することで、出力歯車４１と外輪４５ａとを一体的に回転可能とするものであり、円筒部４７ａとこの円筒部４７ａの端部に当該円筒部４７ａと同軸に形成されたリング部４７ｂとを有している。
円筒部４７ａは前記外輪４５ａと外径と内径が等しくなっており、当該円筒部４７ａの軸方向の端縁部には、前記凸部４６ａ，４６ａに凹凸嵌合する凹部４６ｂ，４６ｂが周方向の２ヶ所に径方向に対向して形成されている。
リング部４７ｂは円筒部４７ａより大径に形成されており、その外周部には凹凸部からなるスプライン部４７ｃが形成されている。

このような構成の嵌合部材４７では、その円筒部４７ａが出力歯車４１の内筒部４３の内側に当該内筒部４３および外輪４５ａと同軸に挿入され、リング部４７ｂが前記円筒部４０，４０間の隙間に設けられている。この状態において、リング部４７ｂの外周部のスプライン部４７ｃが内筒部４３の内径面に形成されているスプライン部４３ａとスプライン結合している。
また、左右一対の嵌合部材４７，４７はそれらのリング部４７ｂ，４７ｂを背中合わせに互いに当接するようにして、出力歯車４１の内筒部４３の内側において当該内筒部４３の軸方向中央部に配置されている。
さらに、嵌合部材４７が出力歯車４１の内筒部４３の内側に挿入され、スプライン部４７ｃがスプライン部４３ａとスプライン結合している状態において、外輪４５ａの凸部４６ａと嵌合部材４７の凹部４６ｂとが凹凸嵌合している。これによって、出力歯車４１と外輪４５ａとが嵌合部材４７を介して一体的に回転するようになっている。

このような構成のトロイダル型無段変速機では、出力側ディスク３の円筒部４０に嵌め込まれた軸受４５の外輪４５ａの側面と、出力歯車４１の内筒部４３の内径面との双方に嵌合部材４７が嵌合することで、つまり、外輪４５ａの側面に設けられた凸部４６ａと嵌合部材４７に設けられた凹部４６ｂが凹凸嵌合し、出力歯車４１の内筒部４３の内径面に設けられたスプライン部４３ａと、嵌合部材４７に設けられたスプライン部４７ｃがスプライン結合することによって嵌合することで、嵌合部材４７が出力歯車４１と外輪４５ａとを一体的に回転可能とするので、出力歯車４１とともに回転する出力側ディスク３の円筒部４０と外輪４５ａとの相対回転を抑えることができる。したがって、出力側ディスク３の円筒部４０の外輪嵌め合い面（円筒部４０の内径面）および外輪４５ａの外径面のクリープ発生を防止できるとともに、従来と異なり外輪４５ａに径方向へ延びるフランジを形成する必要がないので、この外輪４５ａの加工コストがかかることがない。

また、嵌合部材４７は出力側ディスク３と非接触であるため、出力側ディスク３の弾性変形に起因するフレッチング摩耗を防止できる。
さらに、出力側ディスク３の円筒部４０のスプライン部４０ａに出力歯車４１のスプライン部４３ａをスプライン結合し、このスプライン部４３ａに嵌合部材４７のスプライン部４７ｃをスプライン結合したので、出力歯車４１に嵌合部材４７と嵌合する部分を追加加工する必要がなく、コスト面でも有利である。

なお、トロイダル型無段変速機では、入力側ディスクと出力側ディスクの入出力関係を逆にする場合もある。したがって、本発明は、入力側ディスク２と出力側ディスク３とを入れ替えた場合にも適用できる。
また、本実施の形態では、外輪４５ａの側面と嵌合部材４７とを嵌合するために、外輪４５ａに凸部４６ａを設け、嵌合部材４７に凸部４６ａに凹凸嵌合する凹部４６ｂを設けたが、これら凸部４６ａと凹部４６ｂとは逆に形成してもよい。また、外輪４５ａの側面と嵌合部材４７とを嵌合する手段は凹凸嵌合に限ることはなく、外輪４５ａと嵌合部材４７が周方向に滑ることなく同期して回転可能であれば、どのような嵌合手段でもよい。
また、本発明は、ダブルキャビティ式ハーフトロイダル型無段変速機の他、シングルキャビティ式ハーフトロイダル型無段変速機や、シングルキャビティ式フルトロイダル型無段変速機、ダブルキャビティ式フルトロイダル型無段変速機にも適用することができる。

２ 入力側ディスク（ディスク）
３ 出力側ディスク（ディスク）
１１ パワーローラ
４１ 出力歯車（伝達歯車）
４３ａ スプライン部
４５ 軸受
４５ａ 外輪
４６ａ 凸部
４６ｂ 凹部
４７ 嵌合部材
４７ｃ スプライン部

Claims (1)

1. 互いの内側面どうしを対向させた状態で回転自在に支持された一対のディスクと、当該一対のディスク間に挟持されたパワーローラと、一方の前記ディスクに嵌合された動力伝達用の伝達歯車とを備えたトロイダル型無段変速機において、
   一方の前記ディスクを回転自在に支持する軸受の外輪が一方の前記ディスクに嵌め込まれ、
   前記外輪の側面と前記伝達歯車の内径面との双方に嵌合することで、前記伝達歯車と前記外輪とを一体的に回転可能とする嵌合部材が前記伝達歯車および前記外輪と同軸に設けられていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。

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