JP4706959B2

JP4706959B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP4706959B2
Application number: JP2005128080A
Authority: JP
Inventors: 宏史石川; 保徳大石
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-04-26
Also published as: JP2006307892A

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５及び図６に示すように構成されている。図５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６参照）が回転自在に挟持されている。

図５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５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を付与する。

図６は、図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図６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６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６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、図６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２３Ａは、球面ポスト６８及びこれを支持するシリンダ３１の上側バルブボディ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６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６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、上側バルブボディ６１と下側バルブボディ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、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、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６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及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は、前述したように、入力側ディスク２と出力側ディスク３との間にパワーローラ１１を配置して動力の伝達を行なうものである。また、これらのディスク２，３とパワーローラ１１との間は油膜の剪断力により動力の伝達（トラクションドライブ）を行なうことができる。このトラクションドライブのためには、接触点の法線方向に押し付け荷重を与える必要がある。その法線方向の荷重を発生させるために、入力軸上にローディングカム（あるいは油圧ローディング）を配置し入力トルク等に応じて推力を発生させることができる押圧装置１２を設けている。そして、前記推力を打ち消すことができるものがダブルキャビティ式であり、推力を受ける軸受が必要なくなるため、効率向上に有利である。

なお、押圧装置１２に伴う構造として、押圧装置１２から離れて位置する入力側ディスク（図５中の右側の入力側ディスク）２と入力軸１との間にボールスプラインを配置した構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。これは、前記入力側ディスク２の背面に配置される皿バネのストローク分だけ移動する必要があり（入力軸１と入力側ディスク２とが相対的に移動するため）、転がり要素が必要になるからである。また、押圧装置１２として油圧ローディングを用いる場合には、押圧装置１２から離れて位置する入力側ディスク（図５中の右側の入力側ディスク）２がインローおよびスプラインにより入力軸１から動力の伝達を受ける構造も知られている（例えば、特許文献２参照）。これは、特許文献１と異なり、前記入力側ディスク２と入力軸２とが相対的に移動しないことによるものである（そのため、転がり機構が不要である）。また、押圧装置１２がローディングカムの場合には、入力側ディスク２と入力軸１とが軸方向に移動不可能に固定される構造も知られている（例えば、特許文献３参照）。

押圧装置１２により発生する前記推力は最大で１０トン程度となることもあり、ディスク２，３とパワーローラ１１との接触点にも大きな押し付け荷重が作用することになる。これにより、ディスク２，３が大きく変形する。この変形の態様は、内径全体が楕円に変形し、ディスクが倒れるような形となる（例えば、特許文献４の図９および特許文献５の図３参照）。そのため、ディスクの背面側の内径が縮まるようになる。

特開平９−３１０７４１号公報特開２００１−１２５７３号公報特開２００３−１３０１６２号公報特開２０００−１９３０５８号公報特開２００３−２１２１１号公報

こうしたことから、通常、ディスクの背面側にスプラインを設け且つ背面から離れて位置する部位にインロー部を設けることが多く、ディスクの変形によりスプライン歯が不均一な荷重を受けてしまう。そのため、スプラインが破損してしまう虞があり、最悪の場合には、動力の伝達が不可能になる。トルクの伝達を目的としていることから、スプラインは長い方が良いが、その場合には、インロー部が短くなってしまい、ディスクの倒れが大きくなってしまう。したがって、スプラインの耐久性はもとより、ディスクのトラクション面等の損傷も問題になる。一方、インロー部とスプライン部とを逆に配置すると、加工性や組立性が悪くなる。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、スプラインの破損を防止できるとともに、ディスクの倒れを効果的に防止でき、ディスクおよびパワーローラの耐久性を上げることが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、動力源からの回転力を伝える駆動軸と、駆動軸から回転力を受ける入力軸に結合され且つ入力軸と一体で回転する一対の入力側ディスクと、これらの各入力側ディスクとの間に設けられたパワーローラを介して入力側ディスクの回転力を所定の変速比で受ける一対の出力側ディスクと、前記一対の入力側ディスクのうちの一方の第１の入力側ディスクと駆動軸との間に配置され且つ駆動軸の回転力に応じて入力側ディスクをパワーローラに対して押圧する押圧装置とを備えて成るトロイダル型無段変速機において、前記押圧装置から離れて位置する第２の入力側ディスクと前記入力軸とにはそれぞれ、これらの相対的な回転を防止し且つ軸方向の相対的な移動を防止するように複数の溝とこれらの溝間に配置されるローラとが設けられているとともに、前記第２の入力側ディスクと前記入力軸との間は、前記溝以外がインロー部となっていることを特徴とする。

この請求項１に記載された発明においては、ローラにより入力軸から第２の入力側ディスクに動力を伝達することができ、前記溝以外がインロー部となるため、入力側ディスクの倒れを規制して、スプライン部が存在する場合には、スプライン部の破損を防止することができる。また、インロー部を長くすることが可能になるため、入力側ディスクの倒れを効果的に防止することができる。したがって、入力側ディスクおよびパワーローラの耐久性を上げることができる。

また、請求項２に記載のトロイダル型無段変速機は、請求項１に記載の発明において、前記ローラの両端にクラウニングが施されていることを特徴とする。

この請求項２に記載された発明においては、溝間にローラが配置されることにより、動力伝達部分を長く確保することができるため、溝全体で荷重を受けることができ、過大面圧を抑えることができる。また、ローラの両端にクラウニングが施されているため、入力側ディスクの変形により倒れが生じても、ローラの所謂「かじり」を防止することができ、結果的に、ローラや入力側ディスク等の破損を防ぐことができる。

本発明のトロイダル型無段変速機によれば、押圧装置から離れて位置する第２の入力側ディスクと入力軸とにそれぞれ、これらの相対的な回転を防止し且つ軸方向の相対的な移動を防止するように複数の溝とこれらの溝間に配置される転動可能な動力伝達部材とが設けられているので、転動可能な動力伝達部材により入力軸から第２の入力側ディスクに動力を伝達することができ、また、前記溝以外がインロー部となるので、入力側ディスクの倒れを規制して、スプライン部が存在する場合には、スプライン部の破損を防止することができる。また、インロー部を長くすることが可能になるので、入力側ディスクの倒れを効果的に防止することができる。したがって、入力側ディスクおよびパワーローラの耐久性を上げることができる。

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。なお、本発明の特徴は、入力軸と入力側ディスクとの動力伝達構造にあり、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５および図６と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１に示すように、本実施形態のトロイダル型無段変速機は、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のものであり、ケーシング５０の内側に入力軸１が回転自在に支持されている。この入力軸１の外周には、２つの入力側ディスク２Ａ，２Ｂ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が連結されている。

入力軸１は、図中左側に位置する第１の入力側ディスク２Ａ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、図中左側の第１の入力側ディスク２Ａは、入力軸１にボールスプライン６を介して支持され、図中右側の第２の入力側ディスク２Ｂは、入力軸１にローラ（動力伝達部材）２０４を介して結合されており、これら入力側ディスク２Ａ，２Ｂ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２Ａ，２Ｂ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が回転自在に挟持されている。

第２の入力側ディスク２Ｂの背面は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を付与する。

入力軸１と第２の入力側ディスク２Ｂとの動力伝達構造について詳しく説明すると、押圧装置１２から離れて位置する第２の入力側ディスク２Ｂと入力軸１とにはそれぞれ、これらの相対的な回転を防止し且つ軸方向の相対的な移動を防止するように複数の溝２０２（図３参照）とこれらの溝２０２間に配置される転動可能な動力伝達部材２０４とが設けられている。転動可能な動力伝達部材２０４としては、図１に示すようなローラ以外に、図２に示すようなボール（球）を挙げることができる。また、動力伝達部材２０４としてローラを用いる場合には、図４に示すようにローラ２０４の両端にクラウニング２１０が施される。

このように、本実施形態においては、転動可能な動力伝達部材２０４により入力軸１から第２の入力側ディスク２Ｂに動力を伝達することができ、溝２０２以外がインロー部となるため、入力側ディスク２Ｂの倒れを規制して、スプライン部が存在する場合には、スプライン部の破損を防止することができる。また、インロー部を長くすることが可能になるため、入力側ディスク２Ｂの倒れを効果的に防止することができる。したがって、入力側ディスク２Ｂおよびパワーローラ１１の耐久性を上げることができる。

また、本実施形態においては、溝２０２間にローラ２０４が配置されることにより、動力伝達部分を長く確保することができるため、溝２０２全体で荷重を受けることができ、過大面圧を抑えることができる。また、ローラ２０４の両端にクラウニング２１０が施されているため、入力側ディスク２Ｂの変形により倒れが生じても、ローラ２０４の所謂「かじり」を防止することができ、結果的に、ローラ２０４や入力側ディスク２Ｂ等の破損を防ぐことができる。

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。

本発明の実施の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。図１の変形例に係るトロイダル型無段変速機の要部断面図である。第２の入力側ディスクと入力軸との結合部の拡大断面図である。動力伝達部材としてのローラの側面図である。従来から知られているトロイダル型無段変速機の具体的構造の一例を示す断面図である。図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

符号の説明

１入力軸
２Ａ，２Ｂ入力側ディスク
３出力側ディスク
１１パワーローラ
１２押圧装置
２０２溝
２０４動力伝達部材

Claims

動力源からの回転力を伝える駆動軸と、駆動軸から回転力を受ける入力軸に結合され且つ入力軸と一体で回転する一対の入力側ディスクと、これらの各入力側ディスクとの間に設けられたパワーローラを介して入力側ディスクの回転力を所定の変速比で受ける一対の出力側ディスクと、前記一対の入力側ディスクのうちの一方の第１の入力側ディスクと駆動軸との間に配置され且つ駆動軸の回転力に応じて入力側ディスクをパワーローラに対して押圧する押圧装置とを備えて成るトロイダル型無段変速機において、
前記押圧装置から離れて位置する第２の入力側ディスクと前記入力軸とにはそれぞれ、これらの相対的な回転を防止し且つ軸方向の相対的な移動を防止するように複数の溝とこれらの溝間に配置されるローラとが設けられているとともに、前記第２の入力側ディスクと前記入力軸との間は、前記溝以外がインロー部となっていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
前記ローラの両端にクラウニングが施されていることを特徴とする請求項１に記載のトロイダル型無段変速機。