JP4258979B2

JP4258979B2 - トロイダル型無段変速装置

Info

Publication number: JP4258979B2
Application number: JP2001021916A
Authority: JP
Inventors: 尚今西; 正美田中; 山下　　智史; 宏史石川; 伸夫後藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2021-01-30
Also published as: JP2002227951A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車用の変速機として用いるトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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５及び図６に示すように構成されている。すなわち、ケーシング１の内側には入力軸２が回転自在に支持されている。入力軸２の外周には円管状の伝達軸３が入力軸２を同心に入力軸２に対する相対回転を自在に支持されている。
【０００３】
伝達軸３の両端寄り部分には第１と第２の入力ディスク４，５が互いに内側面４ａ，５ａを対向させた状態で、それぞれボールスプライン６を介して支持されている。従って、第１と第２の入力ディスク４，５はケーシング１の内側に互いに同心にかつ互いに同期して回転自在に支持されている。
【０００４】
伝達軸３の中間部の周囲には第１と第２の出力ディスク７，８がスリーブ９を介して支持されている。スリーブ９は中間部の外周面に出力歯車１０を一体に設けたもので、伝達軸３の外径よりも大きな内径を有し、ケーシング１内に設けた支持壁１１に一対の転がり軸受１２により伝達軸３と同心に回転自在に支持されている。
【０００５】
第１と第２の出力ディスク７，８はスリーブ９の両端部にそれぞれの内側面７ａ，８ａを互いに反対に向けた状態にスプライン係合されている。従って、第１の入力ディスク４と第１の出力ディスク７は互いに内側面４ａ，７ａを対向させ、第２の入力ディスク５と第２の出力ディスク８は互いに内側面５ａ，８ａを対向させた状態に回転自在に支持されている。
【０００６】
ケーシング１の内面で第１と第２の出力ディスク７，８の側方位置には、両ディスク７，８を両側から挟む状態で一対のヨーク１３ａ，１３ｂが支持されている。一対のヨーク１３ａ，１３ｂ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。そして、ヨーク１３ａ，１３ｂの四隅には後述するトラニオン１４の両端部に設けた枢軸１６を揺動自在に支持するため、円形の支持孔１８が、幅方向の中央部に円形の係止孔１９が設けられている。
【０００７】
一対のヨーク１３ａ，１３ｂはケーシング１の内面で互いに対向する部分に形成した支持ポスト２０ａ，２０ｂに若干の変位自在に支持されている。これら支持ポスト２０ａ，２０ｂはそれぞれ第１の入力ディスク４の内側面４ａと第１の出力ディスク７の内側面７ａとの間部分である第１キャビティ２１、第２の入力ディスク５の内側面５ａと第２の出力ディスク８の内側面８ａとの間部分である第２キャビティ２２にそれぞれ対向する状態に設けられている。
【０００８】
従って、前記ヨーク１３ａ，１３ｂは各支持ポスト２０ａ，２０ｂに支持した状態で、各ヨーク１３ａ，１３ｂの一端部は第１キャビティ２１の外周部分に、他端部は第２キャビティ２２の外周部分にそれぞれ対向している。
【０００９】
第１と第２のキャビティ２１，２２は同一構造であるため、第１キャビティ２１のみについて説明すると、一対のトラニオン１４が設けられている。トラニオン１４の両端部には同心的に枢軸１６が設けられ、これら枢軸１６は一対のヨーク１３ａ，１３ｂの一端部に揺動及び軸方向に亘って変位自在に支持されている。すなわち、ヨーク１３ａ，１３ｂの一端部に形成した支持孔１８の内側にラジアルニードル軸受２６によって支持されている。ラジアルニードル軸受２６は外周面が球状凸面であり、内周面が円筒面である外輪２７と複数本のニードル２８とから構成されている。
【００１０】
トラニオン１４の中間部にはそれぞれ円孔３０が設けられている。各円孔３０部分には変位軸３１が支持されている。変位軸３１はそれぞれ互いに平行でかつ偏心した支持軸部３３と枢支軸部３４を有している。このうちの支持軸部３３は円孔３０の内側にラジアルニードル軸受３５を介して支持されている。また、枢支軸部３４は周囲にパワーローラ３６が別のラジアルニードル軸受３８を介して支持されている。
【００１１】
なお、第１と第２のキャビティ２１，２２毎に一対ずつ設けた変位軸３１は第１と第２のキャビティ２１，２２毎に、入力軸２及び伝達軸３に対して１８０度反対側に位置して設けられている。また、変位軸３１の各支持軸部３４が各支持軸部３３に対して偏心している方向は、第１と第２の入力ディスク４，５及び第１と第２の出力ディスク７，８の回転方向に関して同方向としている。また、偏心方向は入力軸２の配設方向に対して略直交する方向としている。従って、パワーローラ３６は入力軸２及び伝達軸３の配設方向に亘る若干の変位自在に支持される。この結果、トロイダル型無段変速機により伝達するトルクの変動に基づく、構成部材の弾性変形量の変動等に起因して、パワーローラ３６が入力軸２及び伝達軸３の軸方向に変位する傾向となった場合でも構成部材に無理な力を加えることなく、変位を吸収できる。
【００１２】
さらに、前記パワーローラ３６の外周面とトラニオン１４の中間部内周面との間にはパワーローラ３６の外側面から順に、スラスト玉軸受３９と滑り軸受あるいはニードル軸受等のスラスト軸受４０とが設けられている。このうちのスラスト玉軸受３９はパワーローラ３６に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これらパワーローラ３６の回転を許容する。また、スラスト軸受４０はパワーローラ３６からスラスト玉軸受３９の外輪４１に加わるスラスト荷重を支承しつつ、枢支軸部３４及び外輪４１が前記支持軸部３３を中心に揺動することを許容する。
【００１３】
さらに、トラニオン１４の一端部にはそれぞれ駆動ロッド４２が結合され、これら駆動ロッド４２の中間部外周面に駆動ピストン４３が固着されている。この駆動ピストン４３は駆動シリンダ４４内に油密に嵌装されている。そして、駆動ピストン４３がトラニオン１４を軸方向に変位させるためのアクチュエータを構成している。
【００１４】
また、入力軸２と第１の入力ディスク４との間にはローディングカム式の押圧装置４５が設けられている。この押圧装置４５は入力軸２の中間部にスプライン係合すると共に軸方向に亘る変位を阻止された状態で支持されて、入力軸２と共に回転するカム板４６と、保持器４７に転動自在に保持された複数のローラ４８とを含んで構成している。そして、入力軸２の回転に基づいて第１の入力ディスク４を第２の入力ディスク５に向け押圧しつつ回転させる。
【００１５】
前述のように構成されたトロイダル型無段変速機の運転時、入力軸２の回転は押圧装置４５を介して第１の入力ディスク４に伝えられ、第１の入力ディスク４と第２の入力ディスク５とが互いに同期して回転する。第１の入力ディスク４及び第２の入力ディスク５の回転はパワーローラ３６を介して第１と第２の出力ディスク７，８に伝えられる。第１と第２の出力ディスク７，８の回転は出力歯車１０により取り出される。
【００１６】
入力軸２と出力歯車１０との間の回転速度比を変える場合には、制御弁（図示しない）の切替に基づいて第１と第２のキャビティ２１，２２に対応してそれぞれ一対ずつ設けられて駆動ピストン４３を各キャビティ２１，２２毎に互いに逆方向に同じ距離だけ変位させる。
【００１７】
これら駆動ピストン４３の変位に伴って一対ずつ合計４個のトラニオン１４がそれぞれ逆方向に変位し、一方のパワーローラ３６が下側に、他方のパワーローラ３６が上側にそれぞれ変位する。この結果、各パワーローラ３６の周面と第１と第２の入力ディスク４，５の内側面４ａ，５ａ及び第１と第２の出力ディスク７，８の内側面７ａ，８ａ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、その力の向きの変化に伴ってトラニオン１４がヨーク１３ａ，１３ｂに枢支した枢軸１６を中心として逆方向に揺動する。この結果、パワーローラ３６の周面と第１と第２の入力ディスク４，５及び第１と第２の出力ディスク７，８との当接位置が変化し、入力軸２と出力歯車１０の間の回転速度比が変化する。
【００１８】
しかしながら、前述のように構成された従来のトロイダル型無段変速機は、トラニオン１４をケーシング１の内側に支持ポスト２０ａ，２０ｂ及びヨーク１３ａ，１３ｂを介して支持している。従って、部品点数が増大して部品製作、部品管理、組立作業が面倒になるだけでなく、トロイダル型無段変速機の高さ寸法が嵩み、小型、軽量化が図れないという問題がある。
【００１９】
そこで、例えば、特開２０００−９２００号公報の図４に示すように、ヨークをケーシングの内側に直接固定するとともに、トラニオンの両端部に設けられた枢軸をボールスプラインを介して前記ヨークに上下方向に移動自在に支持した構成のものが開発された。
【００２０】
前記構成によれば、ヨークをケーシングに直接固定しているために、部品点数の低減が図られ、部品製作、部品管理、組立作業の簡略化が図れると共に、トロイダル型無段変速機の高さ寸法を小さく、小型、軽量化が図れる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した特開２０００−９２００号公報のトロイダル型無段変速機は、トラニオンの枢軸にボールスプラインがあり、上下方向に動くことが可能な構造である。また、ボールスプラインの外輪が球面になっており、トラニオンが弾性変形した際にこじられないようになっている。さらに、ボールスプラインの内輪のニードルベアリングでトラニオンが枢軸を中心に傾転できるようになっている。
【００２２】
従って、トラニオンの支持構造が複雑であり、部品点数も多くなっている。また、上部のボールスプラインにボールを組み込む際、ケーシングに穴を開けなければならず、ケーシングの剛性を低下させるという問題がある。さらに、トラニオンを上下方向に移動可能にするボールスプラインは、組立ての際のボールの位置によりボールの運動は滑りと転がりが共存することになる。一般に転がり運動と滑り運動では摩擦係数が少なくとも一桁違い、上下方向の移動に滑りが共存することになれば、各トラニオンで上下方向の力が不均一となる。
【００２３】
この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、トラニオンからボールスプラインをなくし、部品点数の減少及び組立ての容易化を図ると共に、各トラニオンの上下方向の動きを均一化できるトロイダル型無段変速機を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記目的を達成するために、請求項１は、ケーシングと、このケーシングの内側に互いに同心に、かつ互いに独立して回転自在に支持された入力ディスク及び出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスクの中心軸の方向に対して直角方向となる捩れの位置に存在する、互いに同心もしくは平行な偶数本の枢軸を有し、この枢軸を中心として揺動する複数個のトラニオンと、これらトラニオンの内側面から突出する変位軸と、これら変位軸に回転自在に支持された状態で、前記入力ディスク及び出力ディスクの内側面同士の間に挟持された複数個のパワーローラと、これら各パワーローラの側方に位置する前記ケーシングに直接固定され前記枢軸を支持する支持手段とを備えたトロイダル型無段変速機において、前記支持手段に、前記トラニオンの枢軸を軸方向及び傾転方向に変位自在に支持し、前記トラニオンの枢軸は、前記支持手段にニードルベアリングを介して支持し、このニードルベアリングは内輪及び外輪が球面形状の球面ベアリングで支持したことを特徴とする。
【００２６】
請求項２は、請求項 1の前記球面ベアリングの外輪は、その球面の一部に切欠部を有し、この切欠部から前記内輪が圧入されて内外輪が一体に形成されていることを特徴とする。
【００２７】
前記構成によれば、各トラニオンの上下方向の動きが円滑であり、力を各トラニオンで均一化することが可能となる。さらに、トラニオンの枢軸が上下方向に変位するときには同時にトラニオンの枢軸を中心に回転するため、若干の滑りがあるが、転がり運動となる。よって、単純な滑り運動より摩擦力は大幅に低減することとなり、変速の際に同期・安定性が向上する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態を図面に基づいて説明するが、従来と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。
【００２９】
図１及び図２は第１の実施形態を示し、図１は図５のＡ−Ａ線に相当する断面図、図２はニードルベアリングの外輪を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【００３０】
図１に示すように、ケーシング１の内側で互いに対向する部分には支持手段としての上部ヨーク５１と下部ヨーク５２がそれぞれ直接固定されている。上部ヨーク５１及び下部ヨーク５２にはニードルベアリング５３が設けられ、このニードルベアリング５３は球面ベアリング５０に支持され、トラニオン１４の枢軸１６を軸方向（上下方向）と傾転方向に変位自在に支持している。
【００３１】
すなわち、球面ベアリング５０は、内輪５４と外輪５５を有しており、内外輪５４，５５には互いに球面接合する球面５４ａ，５５ａが設けられている。外輪５５の両端部には、図２にも示すように、複数個のボルト穴５６が設けられ、外輪５５はボルト穴５６に挿通したボルト５７によってそれぞれ上部ヨーク５１及び下部ヨーク５２に固定されている。本実施形態では、上部ヨーク５１及び下部ヨーク５２の穴と球面ベアリング５０の外輪５５とは中間バメ程度の嵌め合いによりケーシング１に対して精度良く位置決めされている。なお、球面ベアリング５０の位置が各トラニオン１４の位置を決めるので、球面ベアリング５０は上部ヨーク５１及び下部ヨーク５２に対して位置決めピン等によって正確に位置決めすることも可能である。外輪５５の内周面の２箇所には切欠部５８が設けられ、この切欠部５８から内輪５４を圧入することにより、内外輪５４，５５が一体化されている。
【００３２】
そして、球面ベアリング５０の内輪５４にはトラニオン１４の枢軸１６が支持されている。枢軸１６はニードルベアリング５３の転動面となっているため、高周波焼入れ等の熱処理によって硬度を上げている。さらに、上部ヨーク５１及び下部ヨーク５２には潤滑油通路５９が設けられ、この潤滑油通路５９は球面ベアリング５０、ニードルベアリング５３に連通しており、外輪５５及び枢軸１６には油穴が設けられ、球面ベアリング５０、ニードルベアリング５３に十分な潤滑油が供給されるようになっている。また、潤滑油通路５９はトラニオン１４のラジアルニードル軸受３５まで連通している。
【００３３】
さらに、トラニオン１４は上下方向に変位自在であるため、外輪５５の下面とトラニオン１４の上面との間Ａ部、外輪５５の上面とトラニオン１４の下面との間Ｂ部、外輪５５の下面とセーフティケーブル用滑車６０の上面との間Ｃ部及びセーフティケーブル用滑車６０と下部ヨーク５２との間Ｄ部にはトラニオン１４の上下ストローク分の隙間が設けられている。トラニオン１４のストローク量は駆動ピストン４３のストローク量できめるため、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ部の隙間は駆動ピストン４３のストロークＥ、Ｆより若干大きめに設計され、トラニオン１４の上下方向の変位時の干渉を防止している。
【００３４】
このように構成されたトロイダル型無段変速機のトラニオン１４部分の組立て順序について説明すると、上部ヨーク５１と球面ベアリング５０の内外輪５４，５５は一体でケーシング１に組み込まれる。次に、パワーローラ３６を備えたトラニオン１４の枢軸１６が球面ベアリング５０の内輪５４に組み込まれる。最後に、球面ベアリング５０の内外輪５４，５５と一体化した下部ヨーク５２がケーシング１の下方から組み込まれる。従って、従来のようにケーシング１に穴を開けることなく、組立てが可能となり、ケーシング１の剛性を低下させることがない。
【００３５】
また、従来、トラニオンを上下方向に移動可能にするボールスプラインは、組立ての際のボールの位置によりボールの運動は滑りと転がりが共存することになる。トラニオンを上下方向に移動可能にするボールスプラインは、組立ての際のボールの位置によりボールの運動は滑りと転がりが共存することになり、各トラニオンで上下方向の力が不均一であったが、前述のように構成されたトロイダル型無段変速機によれば、各トラニオン１４の上下方向の動きが一つの運動だけであり、力を各トラニオン１４で均一化することが可能となる。さらに、トラニオン１４の枢軸１６が上下方向に変位するときには同時にトラニオン１４の枢軸１６を中心に回転するため、若干の滑りがあるが、転がり運動となる。よって、単純な滑り運動より摩擦力は大幅に低減することとなり、変速の際に同期・安定性が向上する。
【００３６】
図３はこの発明の第２の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。本実施形態は、上部ヨーク５１及び下部ヨーク５２と球面ベアリング５０の外輪５５を一体に形成したものであり、外輪５５をボルト５７によって上部ヨーク５１及び下部ヨーク５２に固定する手間が省けると共に、部品点数の減少が図れる。
【００３７】
図４はこの発明の第３の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。第１の実施形態においては、トラニオン１４の上下方向の変位の際にはトラニオン１４の枢軸１６とニードルベアリング５３との間で摺動するようにしたが、本実施形態は、トラニオン１４の上下方向の変位をニードルベアリング５３と球面ベアリング５０の内輪５４との間で摺動するようにしたものである。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、支持手段にトラニオンの枢軸を軸方向及び傾転方向に変位自在に支持したことを特徴とする。従って、部品点数の減少及び組立ての容易化を図ることができる。また、トラニオンが上下方向に動く際には同時にトラニオン軸を中心に回転する、転がり運動となり、摩擦力が大幅に低減され、各トラニオンの上下方向の動きを均一化でき、変速の際に同期・安定性が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態におけるトロイダル型無段変速機を示し、図５のＡ−Ａ線に相当する断面図。
【図２】同実施形態における球面ベアリングの外輪を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図３】この発明の第２の実施形態におけるトロイダル型無段変速機を示し、図のＡ−Ａ線に相当する断面図。
【図４】この発明の第３の実施形態におけるトラニオンの枢軸の支持構造を示す断面図。
【図５】従来のダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機の縦断側面図。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【符号の説明】
１…ケーシング
２…入力軸
４，５…入力ディスク
７，８…出力ディスク
１４…トラニオン
１６…枢軸
３６…パワーローラ
５０…球面ベアリング
５１…上部ヨーク
５２…下部ヨーク
５３…ニードルベアリング
５４…内輪
５５…外輪

Claims

ケーシングと、このケーシングの内側に互いに同心に、かつ互いに独立して回転自在に支持された入力ディスク及び出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスクの中心軸の方向に対して直角方向となる捩れの位置に存在する、互いに同心もしくは平行な偶数本の枢軸を有し、この枢軸を中心として揺動する複数個のトラニオンと、これらトラニオンの内側面から突出する変位軸と、これら変位軸に回転自在に支持された状態で、前記入力ディスク及び出力ディスクの内側面同士の間に挟持された複数個のパワーローラと、これら各パワーローラの側方に位置する前記ケーシングに直接固定され前記枢軸を支持する支持手段とを備えたトロイダル型無段変速機において、
前記支持手段に、前記トラニオンの枢軸を軸方向及び傾転方向に変位自在に支持し、
前記トラニオンの枢軸は、前記支持手段にニードルベアリングを介して支持し、このニードルベアリングは内輪及び外輪が球面形状の球面ベアリングで支持したことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
前記球面ベアリングの外輪は、その球面の一部に切欠部を有し、この切欠部から前記内輪が圧入されて内外輪が一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載のトロイダル型無段変速機。