JP5003140B2

JP5003140B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP5003140B2
Application number: JP2006343856A
Authority: JP
Inventors: 祐二下村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2026-12-21
Also published as: JP2008157285A

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（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（中間壁）１３に対しアンギュラ玉軸受１０７を介して支持されるとともに、この仕切壁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；トラクション面とも言う）２ａ，２ａと出力ディスク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を付与する。

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の内側であって、出力側ディスク３，３の側方位置には、両ディスク３，３を両側から挟む状態で一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂが支持されている。これら一対のヨーク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。そして、後述するトラニオン１５の両端部に設けられた枢軸１４を揺動自在に支持するため、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの四隅には、円形の支持孔１８が設けられるとともに、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向の中央部には、円形の係止孔１９が設けられている。

一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂは、ケーシング５０の内面の互いに対向する部分に形成された支持ポスト６４，６８により、支持ポスト６４，６８を支点として揺動できるように支持されている。これらの支持ポスト６４，６８はそれぞれ、入力側ディスク２の内側面２ａと出力側ディスク３の内側面３ａとの間にある第１キャビティ２２１および第２キャビティ２２２にそれぞれ対向する状態で設けられている。

したがって、ヨーク２３Ａ，２３Ｂは、各支持ポスト６４，６８に支持された状態で、その一端部が第１キャビティ２２１の外周部分に対向するとともに、その他端部が第２キャビティ２２２の外周部分に対向している。

第１および第２のキャビティ２２１，２２２は同一構造であるため、以下、第１キャビティ２２１のみについて説明する。

図４に示すように、ケーシング５０の内側において、第１キャビティ２２１には、入力軸１に対し捻れの位置にある一対の枢軸（傾転軸）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、その本体部である支持板部１６の長手方向(図８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は、パワーローラ１１を収容するための凹状の収容空間であるポケット部Ｐを形成している。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には支軸としての変位軸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、前述したように、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。前述したように、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（傾転軸受）３０を介して揺動自在（傾転自在）に支持されている。また、前述したように、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、支持ポスト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（転動体）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４の下端部)にはそれぞれ駆動ロッド（枢軸１４から延びる軸部）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（オフセット）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（トラクション面）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、上記構成のトロイダル型無段変速機においては、前述したように、パワーローラ１１をバックアップする軸受として、すなわち、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軸受として、スラストニードル軸受２５が、トラニオン１５の支持板部１６の内側面と外輪２８の外側面との間に介挿されている。そして、このようなスラストニードル軸受２５は、一般に、図５に示すように、その保持器２５ａの外周面がポケット部Ｐ側に面するトラニオン１５の内側面の両側に設けられた段差部１５ｓ，１５ｓに当てられてこれら段差部１５ｓ，１５ｓ間に嵌合支持されることによりガイドされている。すなわち、従来のスラストニードル軸受２５はトラニオン１５に対して位置決めされている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３６６６２１６号公報

しかしながら、このようにスラストニードル軸受２５がトラニオン１５側に対して位置決めされていると、押し付け力を入力側ディスク２から出力側ディスク３へ伝達するためにパワーローラ１１が変位軸２３を中心に揺動してパワーローラ１１がトラニオン１５に対してオフセットする際に、トラニオン１５に対して位置決めされたスラストニードル軸受２５とパワーローラ１１との位置もオフセットしてしまう。これにより、スラストニードル軸受２５のパワーローラ１１に対するバックアップが不十分になり、スラスト玉軸受２４の軌道面が変形して荷重分担が変化したり、接触角が変化してしまい、スラスト玉軸受２４やパワーローラ１１などの寿命が低下してしまう虞がある。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、支軸を中心とするパワーローラの揺動に伴って軸受によるパワーローラのバックアップが不十分になることを防止し、バックアップ不良に伴う寿命低下を回避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、互いの内側面同士を対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持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間に挟持されるパワーローラと、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に傾転するとともに、前記パワーローラを支軸を介して回転自在に支持するトラニオンと、前記パワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承する第１の軸受とを備え、前記第１の軸受は、前記パワーローラによって形成される内輪と、外輪と、これらの内輪および外輪との間で転動する複数の転動体とから成り、前記外輪と前記トラニオンとの間には、前記パワーローラから前記外輪に加わるスラスト荷重を支承しつつ前記パワーローラおよび前記外輪が前記支軸を中心として揺動することを許容する第２の軸受が配設されて成るトロイダル型無段変速機において、前記第２の軸受は、円環状の保持器を有するニードル軸受であり、前記保持器の内周面が前記外輪に設けられた段部に前記保持器の内周面が当該段部の外面の段差部に当接した状態で嵌合保持され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、パワーローラおよび外輪が前記支軸を中心として揺動することを許容する前記第２の軸受が前記外輪に嵌合保持されているので、押し付け力を入力側ディスクから出力側ディスクへ伝達するためにパワーローラが支軸を中心に揺動してパワーローラがトラニオンに対してオフセットする際に、第２の軸受もパワーローラとともに移動し、したがって、第１の軸受の軌道面に対する第２の軸受のバックアップ状態が変化することがない（支軸を中心とするパワーローラの揺動に伴って第２の軸受によるパワーローラのバックアップ（支持）が不十分になることを防止できる）。すなわち、パワーローラが支軸を中心に揺動してパワーローラがトラニオンに対してオフセットする際に、第１の軸受の位置に対するスラストニードル軸受２５の位置が変化しない。そのため、第２の軸受のバックアップ不良に伴う第１の軸受等の寿命低下を回避することができる。

また、第２の軸受の保持器の内周面が外輪に設けられた段部に保持器の内周面が当該段部の外面の段差部に当接した状態で嵌合保持されてガイドされているので、パワーローラ側に対する第２の軸受の保持状態が良好になり、オフセット時における第２の軸受とパワーローラとの一体移動を確実に実現してバックアップ状態の変動を確実に防止することができる。

本発明によれば、第２の軸受が外輪に嵌合保持されることによりパワーローラ側に位置決めされているため、変位軸を中心とするパワーローラの揺動に伴って軸受によるパワーローラのバックアップが不十分になることを防止でき、また、バックアップ不良に伴う寿命低下を回避できる。

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、パワーローラに対する軸受の位置決め構造にあり、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３ないし図５と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１は本発明の第１の実施形態を示している。図示のように、本実施形態では、パワーローラ１１に加わるスラスト方向の荷重を支承する第１の軸受としてスラスト玉軸受２４が設けられ、このスラスト玉軸受２４の外輪２８が変位軸２３と一体になっている。また、外輪２８とトラニオン１５との間には、パワーローラ１１から外輪２８に加わるスラスト荷重を支承しつつパワーローラ１１および外輪２８が支軸としての変位軸２３の基端部２３ａを中心として揺動することを許容する第２の軸受としてのスラストニードル軸受２５が配設されている。

また、図示のように、スラストニードル軸受２５は外輪２８に嵌合保持されている。具体的には、スラストニードル軸受２５は、円環状の保持器２５ａとニードル（転動体）２５ｂとレース２５ｃとを備えており、保持器２５ａの内周面が外輪２８に設けられた段部２８ａに嵌合保持されている。この場合、保持器２５ａの内周面は段部２８ａの外面の段差部１３０に当接した状態でガイドされる。ニードル２５ｂは保持器２５ａに回転自在に保持されている。また、これらの保持器１５ａおよびニードル２５ｂとトラニオン１５の内側面との間に、レース２５ｃが配置されている。このレース２５ｃは、トラニオン１５の内側面の両側に設けられた段差部１５ｓ，１５ｓに嵌合されている。レース２５ｃの厚さ寸法は、段差部１５ｓの段差寸法より若干大きく形成されている。

このように、本実施形態では、パワーローラ１１および外輪２８が変位軸２３を中心として揺動することを許容するスラストニードル軸受２５が外輪２８に嵌合保持されているため、押し付け力を入力側ディスク２から出力側ディスク３へ伝達するためにパワーローラ１１が変位軸２３を中心に揺動してパワーローラ１１がトラニオン１５に対してオフセットする際に、スラストニードル軸受２５もパワーローラ１１とともに移動し、したがって、スラスト玉軸受２４の軌道面に対するスラストニードル軸受２５のバックアップ状態が変化することがない（変位軸２３を中心とするパワーローラ１１の揺動に伴ってスラストニードル軸受２５によるパワーローラ１１のバックアップが不十分になることを防止できる）。すなわち、パワーローラ１１が変位軸２３を中心に揺動してパワーローラ１１がトラニオン１５に対してオフセットする際に、スラスト玉軸受２４の位置に対して適切に位置決めされたスラストニードル軸受２５の位置が変化しない。適切な位置とは、例えば、スラストニードル軸受２５のニードル２５ｂがスラスト玉軸受２４の軌道面（Ｐ．Ｃ．Ｄ：ピッチ円直径）に対応する位置にある場合などである。そのため、スラストニードル軸受２５のバックアップ不良に伴うスラスト玉軸受２４やパワーローラ１１などの寿命低下を回避することができる。

また、本実施形態では、スラストニードル軸受２５の保持器２５ａの内周面が外輪２８に設けられた段部２８ａに嵌合保持されてガイドされているため、パワーローラ１１側に対するスラストニードル軸受２５の保持状態が良好になり、オフセット時におけるスラストニードル軸受２５とパワーローラ１１との一体移動を確実に実現してバックアップ状態の変動を確実に防止することができる。

図２は本発明の第２の実施形態を示している。図示のように、本実施形態では、パワーローラ１１のオフセット方式が第１の実施形態と異なっている。すなわち、パワーローラ１１は、軸部（支軸）２３’によりトラニオン１５側に支持されるとともに、トラニオン１５に設けられた案内面１５０を転がるようにして変速機主軸方向に移動する。なお、それ以外の構成は第１の実施形態と同一である。すなわち、スラストニードル軸受２５は、円環状の保持器２５ａを有しており、この保持器２５ａの内周面が外輪２８に設けられた段部２８ａに嵌合保持されている。したがって、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

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ハーフトロイダル型無段変速機に適用することができる。

（ａ）本発明の第１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、（ｂ）は（ａ）のＸ２部の拡大断面図である。（ａ）本発明の第２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、（ｂ）は（ａ）のＸ３部の拡大断面図である。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３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。（ａ）は従来のトロイダル型無段変速機の要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１部の拡大断面図である。

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
１４枢軸
１５トラニオン
２３変位軸（支軸）
２３’ 軸部（支軸）
２４スラスト玉軸受（第１の軸受）
２５スラストニードル軸受（第２の軸受）
２５ａ保持器
２８外輪
２８ａ段部

Claims

互いの内側面同士を対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持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間に挟持されるパワーローラと、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に傾転するとともに、前記パワーローラを支軸を介して回転自在に支持するトラニオンと、前記パワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承する第１の軸受とを備え、前記第１の軸受は、前記パワーローラによって形成される内輪と、外輪と、これらの内輪および外輪との間で転動する複数の転動体とから成り、前記外輪と前記トラニオンとの間には、前記パワーローラから前記外輪に加わるスラスト荷重を支承しつつ前記パワーローラおよび前記外輪が前記支軸を中心として揺動することを許容する第２の軸受が配設されて成るトロイダル型無段変速機において、前記第２の軸受は、円環状の保持器を有するニードル軸受であり、前記保持器の内周面が前記外輪に設けられた段部に前記保持器の内周面が当該段部の外面の段差部に当接した状態で嵌合保持されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。