JP4491729B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

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４および図５に示すように構成されている。図４に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸（中心軸）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、図中左側に位置する入力側ディスク２とカム板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と共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）２ａ，２ａと出力ディスク３，３の内側面（凹面）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図５参照）が回転自在に挟持されている。

図４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４の右面）が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１ｂ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を付与する。

図５は、図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図５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５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、その本体部である支持板部１６の長手方向(図５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（第１の軸部）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（第２の軸部）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５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５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の内周面は球状凹面として、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シリンダ３１の上側シリンダボディ６１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５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（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５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６１と下側シリンダボディ６２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、駆動軸２２の回転は、押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２および入力軸１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、更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、このようなトロイダル型無段変速機において、パワーローラ１１と入出力側ディスク２，３との動力伝達は、これらの部材表面の損傷を防止するべく、油膜を介したトラクション力により非接触で行なわれる（油膜によって形成されるパワーローラ１１と入出力側ディスク２，３との間の界面をトラクション面という）。そのため、パワーローラ１１と入出力側ディスク２，３との間に形成されるトラクション面には、トルクを非接触で伝達するための油膜を形成できる十分な量の潤滑油（トラクション油）を供給する必要がある。

また、このようなトロイダル型無段変速機においては、変位軸２３の加工が難しく、部品コストが高くなるとともに、支持剛性を確保するためにトラニオン１５が大型化、重量化するという問題がある。そこで、例えば、特許文献１ないし特許文献３には、パワーローラ１１をトラニオン１５に対して揺動軸線O’（枢軸１４の中心軸）と直交する方向に平行移動可能に支持することにより、パワーローラ１１の両ディスク２，３に対する位置を調整する直動式の支持機構が開示されている。

これは、図６に示すように、トラニオン１５のパワーローラ１１を収納するポケットＰ側の面（すなわち、内側面）に、トラニオン１５の長手方向において互いに傾斜が逆向きとなる一対の斜面２１５ａ，２１５ａを形成し、一方、パワーローラ１１を回転自在に支持する外輪２８の背面にも、これらの斜面２１５ａ，２１５ａと平行な一対の斜面２１５ｂ，２１５ｂを形成し、これらの対向する斜面間に転動体（ころ）２１７を配置して（すなわち、トラニオンの折れ曲がり壁部２０と外輪２８との間に転動体２１７を配置して）、一対の直動軸受２１８を構成している。これにより、パワーローラ１１はトラニオン１５の幅方向（紙面に直交する方向）に移動自在となり、トラニオン１５の傾転に伴う構成部品の相対変位や部品の弾性変形に伴うパワーローラ１１と両ディスク２，４間の位置ずれが調整される。また、互いに逆向きに傾斜した一対の直動軸受２１８により、入力側および出力側ディスク２，３からパワーローラ１１に負荷されるスラスト方向（図において上下方向）およびトラニオン１５の長手方向（図において左右方向）に作用する力の両方を受けることができる。

特開２００１−１２５７４号公報 特開２００３−２９４０９９号公報 特開２００４−１３８２４９号公報

前記直動軸受２１８は、パワーローラ１１に生じるスラスト力のみならず、トラクション力も支持する。そのため、前記トラクション力によって、パワーローラ１１が傾転軸（枢軸１４）方向に変位して中心軸からずれるといった特有の問題が生じる。また、パワーローラ１１が中心軸からずれると、サイドスリップが発生し、設定した変速比がずれてしまうという問題も生じる（これを一般にトルクシフトという。）。これにより、変速制御が難しくなるだけでなく、操縦性にも悪影響が及ぶ。

また、直動軸受２１８を有するタイプのパワーローラユニットでは、図７に示すように、外輪２８とトラニオン１５の支持板部１６との間に隙間Ｓがあると、トラクション力によってモーメントMが発生して、パワーローラ１１が倒れてしまい、パワーローラ１１が中心軸からずれて、トルクシフトが発生してしまう。なお、このような倒れを直動軸受２１８の配置角度によって調整することも考えられるが、直動軸受２１８の配置角度によっては、スラスト荷重を支える能力（スラスト負荷能力）が著しく低下し、剥離・圧痕を生じる虞がある。

そのため、図８に示すように、外輪２８の背面（外輪２８と支持板部１６との間）に１組以上の別個の直動軸受２１８Ａ，２１８Ａを更に設け、それによって、外輪２８とトラニオン１５の支持板部１６との間の隙間Ｓを埋めると共に、これらの別個の直動軸受２１８Ａ，２１８Ａによって主にスララスト荷重を支持することにより、スラスト負荷能力を向上させることが提案されている。

しかしながら、図８に示すような構成では、折れ曲がり壁部２０に配置されている直動軸受２１８が組立時においてトラニオン１５および外輪２８に対して接触していると、トラニオン１５がパワーローラ１１からスラスト荷重を受けた際（負荷を受けた際）に、その負荷が小さい場合であっても、図９に示すようにトラニオン１５が変形し、外輪２８とトラニオン１５の支持板部１６との間の距離Ｌが容易に広がって隙間を生じる。そのため、図７に示すようなパワーローラ１１の倒れ現象が生じ易くなる。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、パワーローラの倒れを防止してトルクシフトを低減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。

前記目的を達成するために、請求項１に記載のトロイダル型無段変速機は、第１の軸線に同軸に且つ該第１の軸線方向に対向して配置された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、これらの両ディスクの間に挟持された複数のパワーローラと、前記両ディスクの間において前記第１の軸線に対して捩れの位置にある第２の軸線を中心に揺動自在に設けられたトラニオンと、該トラニオンの前記第２の軸線方向中央部に設けられたポケット部に収容されるとともに、前記パワーローラを回転自在に支持する外輪とを備えたトロイダル型無段変速機において、前記トラニオンは、前記第２の軸線と略平行に延びる本体部と、この本体部の両端部から第２の軸線に対して傾斜して延びる折れ曲がり壁部と、これらの折れ曲がり壁部から前記第２の軸線に沿って外方に延びる枢軸とから成り、前記トラニオンの前記本体部と前記外輪との間には、前記外輪を前記第２の軸線と直交する方向に移動自在に支持可能な第１の直動軸受が設けられ、前記トラニオンの前記折れ曲がり壁部と前記外輪との間には、前記外輪を前記第２の軸線と直交する方向に移動自在に支持する第２の直動軸受が設けられ、組立状態においては、前記第１の直動軸受が前記トラニオンおよび前記外輪と接触し且つ前記第２の直動軸受が前記トラニオンまたは前記外輪との間に隙間を形成し、前記第２の直動軸受は、前記隙間を消失させる所定以上の負荷が作用した時点でその負荷を支えることができることを特徴とする。

本発明のトロイダル型無段変速機においては、組立状態において第２の直動軸受がトラニオンまたは外輪との間に隙間を形成しているため、トラニオンがパワーローラからスラスト荷重を受けた際（負荷を受けた際）には、その負荷が比較的小さい場合、図９に示すようにトラニオンが変形して外輪とトラニオンの本体部との間に隙間が生じることが防止される。そのため、図７に示すようなパワーローラの倒れ現象を防止できる。このような作用効果は、特にトラニオンの剛性が比較的低い小型のトロイダル型無段変速機において有益である。

また、上記構成においては、前記隙間を消失させる所定以上の負荷が作用した時点で第２の直動軸受もその負荷を支えることができる。したがって、それ以降は、第1および第２の直動軸受で負荷を支持するようになる。

また、上記構成では、第２の直動軸受と外輪およびトラニオンとの間に隙間が生じないように高精度に加工する必要がなくなるため、コストを低減することもできる。

なお、通常、トロイダル型無段変速機では、皿ばね等によって予圧が付与されるようになっている。上記構成においても、このような皿ばねの予圧を利用して第２の直動軸受と外輪およびトラニオンとが接触するような隙間設定にしても良い。また、高負荷時には、図９に示すようにトラニオンが変形して外輪とトラニオンの本体部との間に隙間が生じることも考えられるが、変速比ずれが最も生じ易い時点は、トルクがプラスとマイナスとの間で切り換わる時点であるため、この時点、すなわち、低負荷時においてこの負荷を第1および第２の直動軸受で支持できれば良い。

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、直動軸受の配置形態にあり、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４〜図９と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１〜図３は本発明の実施形態を示している。図示のように、トラニオン１５の支持板部（本体部）１６と外輪２８との間には、入力軸１の中心軸である第１の軸線Ｏに対して捩れの位置にある第２の軸線（枢軸１４の軸線）Ｏ’と直交する方向（紙面に直交する方向）に外輪２８を移動自在に支持可能な２つの第１の直動軸受２１８Ａが設けられ、トラニオン１５の折れ曲がり壁部２０と外輪２８との間には、外輪２８を第２の軸線Ｏ’と直交する方向に移動自在に支持する２つの第２の直動軸受２１８が設けられている。この場合、図１に示す組立状態（無負荷状態）では、図２に拡大して示すように、第１の直動軸受２１８Ａは、トラニオン１５および外輪２８と接触しており、一方、第２の直動軸受２１８は、トラニオン１５または外輪２８との間に隙間Ｓを形成している。また、第２の直動軸受２１８は、図３に示すように隙間Ｓを消失させる所定以上の負荷が作用した時点で、トラニオン１５および外輪２８と接触し、その負荷を支えることができるようになっている。すなわち、本実施形態では、組立時に、第２の直動軸受２１８とトラニオン１５または外輪２８との間に隙間Ｓを形成し、実質的に第１の直動軸受２１８Ａのみが機能し、隙間Ｓを消失させる所定以上の負荷が作用した時点で第２の直動軸受２１８もその負荷を支えることができ、以降、第1および第２の直動軸受２１８Ａ，２１８で負荷を支持するようになっている。

このように、本実施形態では、組立状態において第２の直動軸受２１８がトラニオン１５または外輪２８との間に隙間Ｓを形成しているため、トラニオン１５がパワーローラ１１からスラスト荷重を受けた際（負荷を受けた際）には、その負荷が比較的小さい場合、図９に示すようにトラニオン１５が変形して外輪２８とトラニオン１５の支持板部１６との間に隙間Ｓが生じることが防止される。そのため、図７に示すようなパワーローラ１５の倒れ現象を防止できる。このような作用効果は、特にトラニオン１５の剛性が比較的低い小型のトロイダル型無段変速機において有益である。また、上記構成では、第２の直動軸受２１８と外輪２８およびトラニオン１５との間に隙間Ｓが生じないように高精度に加工する必要がなくなるため、コストを低減することもできる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることは言うまでもない。例えば、前述した実施形態では、１つのトラニオン１５に対して第１の直動軸受２１８Ａが２つ設けられるとともに、第２の直動軸受２１８が２つ設けられているが、これらの直動軸受２１８，２１８Ａの数は任意である。例えば、１つのトラニオン１５に対して、第２の直動軸受２１８が２つ設けられ、第１の直動軸受２１８Ａが１つ設けられていても良い。

本発明は、シングルキャビティ型やダブルキャビティ型などの様々なトロイダル型無段変速機に適用することができる。

本発明の実施形態に係るトロイダル型無段変速機の要部断面図である。 組立時における第１および第２の直動軸受の取り付け状態を示す拡大断面図である。 所定の負荷が作用した場合における第１および第２の直動軸受とトラニオンおよび外輪との接触状態を示す拡大断面図である。 従来から知られているトロイダル型無段変速機の具体的構造の一例を示す断面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 直動軸受を有するトロイダル型無段変速機の要部断面図であり、直動軸受の中心からの法線同士の交点が、パワーローラがトラクション力を受ける面から大きく離れている従来の構成を示す要部断面図である。 図６の構成においてトルクシフトが生じた状態を示す要部断面図である。 折れ曲がり壁部および支持板部の領域の両方に直動軸受を有するトロイダル型無段変速機の一例を示す断面図である。 トラニオンがパワーローラからスラスト荷重を受けて変形し、外輪とトラニオンの支持板部との間の距離が広がった状態（外輪は図示せず）を示す断面図である。

符号の説明

２ 入力側ディスク
３ 出力側ディスク
１１ パワーローラ
１５ トラニオン
１６ 支持板部（本体部）
２０ 折れ曲がり壁部
２８ 外輪
２１８ 第１の直動軸受
２１８Ａ 第２の直動軸受
Ｏ 第１の軸線
Ｏ’ 第２の軸線
Ｐ ポケット部

Claims (1)

1. 第１の軸線に同軸に且つ該第１の軸線方向に対向して配置された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、これらの両ディスクの間に挟持された複数のパワーローラと、前記両ディスクの間において前記第１の軸線に対して捩れの位置にある第２の軸線を中心に揺動自在に設けられたトラニオンと、該トラニオンの前記第２の軸線方向中央部に設けられたポケット部に収容されるとともに、前記パワーローラを回転自在に支持する外輪とを備えたトロイダル型無段変速機において、
   前記トラニオンは、前記第２の軸線と略平行に延びる本体部と、この本体部の両端部から第２の軸線に対して傾斜して延びる折れ曲がり壁部と、これらの折れ曲がり壁部から前記第２の軸線に沿って外方に延びる枢軸とから成り、
   前記トラニオンの前記本体部と前記外輪との間には、前記外輪を前記第２の軸線と直交する方向に移動自在に支持可能な第１の直動軸受が設けられ、
   前記トラニオンの前記折れ曲がり壁部と前記外輪との間には、前記外輪を前記第２の軸線と直交する方向に移動自在に支持する第２の直動軸受が設けられ、
   組立状態においては、前記第１の直動軸受が前記トラニオンおよび前記外輪と接触し且つ前記第２の直動軸受が前記トラニオンまたは前記外輪との間に隙間を形成し、
   前記第２の直動軸受は、前記隙間を消失させる所定以上の負荷が作用した時点でその負荷を支えることができることを特徴とするトロイダル型無段変速機。

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