JP5573104B2

JP5573104B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP5573104B2
Application number: JP2009249814A
Authority: JP
Inventors: 智巳山口
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: JP2011094718A

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ものである。

自動車用自動変速装置として、図３〜５に示す様なトロイダル型無段変速機を使用する事が研究され、一部で実施されている。このトロイダル型無段変速機は、ダブルキャビティ型と呼ばれるもので、入力軸１の両端部周囲に入力側ディスク２、２を、ボールスプライン３、３を介して支持している。従ってこれら両入力側ディスク２、２は、互いに同心に、且つ、同期した回転を自在に支持されている。又、上記入力軸１の中間部周囲に出力歯車４を、この入力軸１に対する相対回転を自在として支持している。そして、この出力歯車４の中心部に設けた円筒部の両端部に出力側ディスク５、５を、それぞれスプライン係合させている。従ってこれら両出力側ディスク５、５は、上記出力歯車４と共に、同期して回転する。

又、上記各入力側ディスク２、２と上記各出力側ディスク５、５との間には、それぞれ複数個ずつ（通常２〜３個ずつ）のパワーローラ６、６を挟持している。これら各パワーローラ６、６は、それぞれトラニオン７、７の内側面に、支持軸８、８及び複数の転がり軸受を介して、回転自在に支持されている。上記各トラニオン７、７は、それぞれの長さ方向（図３、５の上下方向、図４の表裏方向）両端部にこれら各トラニオン７、７毎に互いに同心に設けられた、枢軸９ａ、９ｂを中心として揺動変位自在である。これら各トラニオン７、７を傾斜させる動作は、油圧式のアクチュエータ１０、１０により、これら各トラニオン７、７を上記枢軸９ａ、９ｂの軸方向に変位させる事により行なうが、総てのトラニオン７、７の傾斜角度は、油圧式及び機械式に互いに同期させる。

即ち、上記入力軸１と出力歯車４との間の変速比を変えるべく、上記各トラニオン７、７の傾斜角度を変える場合には、上記各アクチュエータ１０、１０により上記各トラニオン７、７を、互いに逆方向（上記各ディスク２、５の回転方向に関して同方向）に、例えば、図５の右側のパワーローラ６を同図の下側に、同図の左側のパワーローラ６を同図の上側に、それぞれ変位させる。この結果、これら各パワーローラ６、６の周面と上記各入力側ディスク２、２及び各出力側ディスク５、５の内側面との当接部に作用する、接線方向の力の向きが変化（当接部にサイドスリップが発生）する。そして、この力の向きの変化に伴って上記各トラニオン７、７が、支持板１１、１１に枢支された枢軸９ａ、９ｂを中心として、互いに逆方向に揺動（傾斜）する。この結果、上記各パワーローラ６、６の周面と上記入力側、出力側各ディスク２、５の内側面との当接位置が変化し、上記入力軸１と出力歯車４との間の回転変速比が変化する。

上記各アクチュエータ１０、１０への圧油の給排状態は、これら各アクチュエータ１０、１０の数に関係なく１個の制御弁１２により行ない、何れか１個のトラニオン７の動きをこの制御弁１２にフィードバックする様にしている。この制御弁１２は、ステッピングモータ１３により軸方向（図３の表裏方向、図５の左右方向）に変位させられるスリーブ１４と、このスリーブ１４の内径側に軸方向の変位自在に嵌装されたスプール１５とを有する。又、上記各トラニオン７、７と上記各アクチュエータ１０、１０のピストン１６、１６とを連結する、これら各ピストン１６、１６の動きを上記各トラニオン７、７に伝達する為のロッド１７、１７のうち、何れか１個のトラニオン７に付属のロッド１７の端部にプリセスカム１８を固定している。そして、このプリセスカム１８とリンク腕１９とを介して、上記ロッド１７の動き、即ち、軸方向の変位量と回転方向との変位量との合成値を上記スプール１５に伝達する、フィードバック機構を構成している。又、同一のキャビティ部分（互いに対向する入力側ディスク２と出力側ディスク５との間部分）に設置する１対のトラニオン７、７同士の間には同期ケーブル２０を襷掛けで掛け渡して、これら両トラニオン７、７の傾斜角度を、機械的に同期させている。又、異なるキャビティに設置したトラニオン７、７同士の間にも、図示しない同期ケーブルを掛け渡している。

変速状態を切り換える際には、上記ステッピングモータ１３により上記スリーブ１４を、得ようとする変速比に見合う所定位置にまで変位させて、上記制御弁１２の所定方向の流路を開く。この結果、上記各アクチュエータ１０、１０に圧油が、所定方向に送り込まれて、これら各アクチュエータ１０、１０が上記各トラニオン７、７を所定方向に変位させる。即ち、上記圧油の送り込みに伴ってこれら各トラニオン７、７が、前記各枢軸９ａ、９ｂの軸方向に変位しつつ、これら各枢軸９ａ、９ｂを中心に揺動する。そして、上記何れか１個のトラニオン７の動き（軸方向及び揺動変位）が、上記ロッド１７の端部に固定したプリセスカム１８とリンク腕１９とを介して上記スプール１５に伝達され、このスプール１５を軸方向に変位させる。この結果、上記トラニオン７が所定量変位した状態で、上記制御弁１２の流路が閉じられ、上記各アクチュエータ１０、１０への圧油の給排が停止される。

上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時には、エンジン等の動力源に繋がる駆動軸２１により一方（図３、４の左方）の入力側ディスク２を、図示の様なローディングカム式の、或は油圧式の押圧装置２２を介して回転駆動する。この結果、前記入力軸１の両端部に支持された１対の入力側ディスク２、２が、互いに近づく方向に押圧されつつ同期して回転する。そして、この回転が、上記各パワーローラ６、６を介して上記各出力側ディスク５、５に伝わり、前記出力歯車４から取り出される。

上記入力軸１と出力歯車４との回転速度を変える場合で、先ず入力軸１と出力歯車４との間で減速を行なう場合には、上記各アクチュエータ１０、１０により上記各トラニオン７、７を上記各枢軸９ａ、９ｂの軸方向に移動させ、これら各トラニオン７、７を揺動させる。そして、上記各パワーローラ６、６の周面を、上記各入力側ディスク２、２の内側面の中心寄り部分と上記各出力側ディスク５、５の内側面の外周寄り部分とにそれぞれ当接させる。反対に、増速を行なう場合には、上記各トラニオン７、７を逆方向に揺動させ、上記各パワーローラ６、６の周面を、上記各入力側ディスク２、２の内側面の外周寄り部分と上記各出力側ディスク５、５の内側面の中心寄り部分とに、それぞれ当接する様に、上記各トラニオン７、７を傾斜させる。これら各トラニオン７、７の傾斜角度を中間にすれば、図４に示した様な等速伝達状態を含め、入力軸１と出力歯車４との間で、中間の変速比（速度比）を得られる。

ところで、上記の様に構成されたトロイダル型無段変速機の運転時に、入力側ディスクを出力側ディスクに押し付ける為、押圧装置に要求される押圧力の大きさは、伝達すべきトルクの大きさにより変わるだけでなく、変速比によっても変化する。つまり、変速比を変えるべく枢軸を中心としてトラニオンを揺動変位させると、各パワーローラの周面と上記各ディスクの内側面との当接点であるトラクション部の位置が変化する。そして、このトラクション部の位置変化に伴って、このトラクション部に必要な押付力を付与する為に必要な押圧力が変化する。具体的には、伝達すべきトルクが一定であると仮定すると、図６に実線αで示す様に、上記入力側ディスクと上記出力側ディスクとの間で回転力をほぼ等速で伝達する（変速比が１の近傍である）場合に、上記必要とされる押圧力が最も大きくなる。一方、上記トラニオンを傾斜させて、上記入力側ディスクと上記出力側ディスクとの間にの減速比又は増速比が大きくなる程、上記必要とされる押圧力が小さくなる。

これに対して、図３〜５に示した従来構造に押圧装置として組み込んだローディングカム装置は、伝達すべきトルクの大きさに応じた押圧力を発生させるが、変速比を含め、トルクの変動以外の要素が変化しても、発生さえる押圧力は変わらない。この為、押圧装置としてローディングカム装置のみを有する従来構造の場合、このローディングカム装置が発生する押圧力を、図６に破線βで示す様に、最も大きな押圧力が必要とされる変速比が１の近傍である場合に合わせて設定している。従って、この様な従来構造の場合には、変速比が１の近傍以外の場合には、上記ローディングカム装置が発生する押圧力が過剰になり、しかも過剰となる程度は、上記減速比又は増速比が大きくなる程著しくなる。押圧力が過剰となり、上記トラクション部の押付力が過大になると、このトラクション部での伝達効率が悪化するだけでなく、このトラクション部を構成する前記各面の転がり疲れ寿命が短くなる。

この様な事情に鑑みて特許文献１（特開２００３−０２８２５７号公報）には、トロイダル型無段変速機に組み込んで押圧力を発生させる押圧装置をローディングカム装置と油圧アクチュエータとで構成し、ローディングカム装置は、上記入力側ディスクと上記出力側ディスクとを互いに近づけ合う方向の押圧力を発生させるもので、油圧アクチュエータは、上記入力側ディスクと上記出力側ディスクとを互いに遠ざける方向の押圧力を発生させるものとした構造が記載されている。

特開２００３−０２８２５７号公報

上述した、特許文献に記載された様な構造の場合、油圧アクチュエータを入力側ディスクとローディングカム装置との間に設けているため、ディスク外径にスプラインを形成する必要があり、軸方向の寸法が長くなってしまう。また、油圧アクチュエータが、入力軸と共に回転するため、高速で回転する場合には、遠心油圧の影響を受ける可能性があった。本発明は、この様な事情に鑑みて、軸寸法を短くする事ができ、しかも高速回転条件でも遠心油圧の影響を受けずに最適な押圧力を与えることができる構造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、それぞれが断面円弧形の凹面である互いの内側面同士を対向させた状態で、互いに同心に、且つ回転自在に支持された入力側ディスク及び出力側ディスクと、これら入力側ディスク及び出力側ディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心として揺動する複数のトラニオンと、これら各トラニオンの中間部に、これら各トラニオンの内側面から突出する状態で支持された変位軸と、これら各トラニオンの内側面側に配置され且つ上記入力側ディスク及び出力側ディスクの間に挟持された状態で、上記各変位軸の周囲に回転自在に支持された、その周面を球状凸面としたパワーローラと、上記入力側ディスクと上記出力側ディスクとを互いに近づけ合う方向の力を付与する押圧装置とを備えたトロイダル型無段変速機において、
入力側ディスクと出力側ディスクとの間でかつ、前記トラニオンの枢軸が枢支される支持板を支持するポストに、入力側ディスクとポストの間に作用して、押圧装置による入力側ディスクと出力側ディスクとを互いに近づけ合う方向の力をキャンセルさせる油圧室が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、トロイダル型無段変速機の軸寸法を短くする事ができ、しかも高速回転条件でも遠心油圧の影響を受けずに最適な押圧力を与えることができる。

本発明の実施の形態の第１例を示す図。本発明の実施の形態の第２例を示す図。従来のトロイダル型無段変速機の１例を示す断面図。図３Ａ−Ａ断面図。図３Ｂ−Ｂ断面図。従来から知られている押圧装置が発生する押圧力大きさと変速比との関係を示す線図。

図１は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本発明の特徴は、各入力側ディスク２、２及び出力側ディスク５、５の内側面と各パワーローラ６、６の周面との当接部であるトラクション面の押付力を確保する為、一方の入力側ディスクを他方の入力側ディスクに向けて押圧する、押圧装置の構造にある。その他の部位の構造及び作用は、前述した図３〜５に記載した構造を含め、従来から広く知られているトロイダル型無段変速機と同様である。そこで、従来構造と同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。

本例のトロイダル型無段変速機を構成する押圧装置の場合、ローディングカム装置２３と共に押圧装置を構成する油圧室２４を、入力側ディスク２、２と出力側ディスク５、５との間に設けている。

具体的には、支持板１１（図示せず）を支持するポスト２５の中心部に入力側ディスク側が開口した環状の凹部２６を設け、開口した側に環状のピストン板２７を配置して、油圧室２４を構成する。このピストン板２７の内周面と凹部の外周面との間、並びに、ピストン板２７の外周面と凹部の内周面との間は、それぞれシールリングにより油密に塞いでいる。また、油圧は、ポストに形成された油路２９により供給される。

また、入力側ディスク２とピストン板２７との間に、入力側ディスクの回転を阻害しように、軸受（滑り軸受やスラストニードル軸受）２８を設けている。

この様な構成とすることで、ローディングカム装置２３による変速比が異なった場合の過剰な押付力や皿バネによる過剰な押付力を油圧室２４によりキャンセルすることで、最適な押付力を与えることができる。そして、最良な伝達効率が得られ、トラクション面の転がり寿命低下を防ぐことができ、耐久性も向上する。また、油圧室は回転しないので遠心油圧による影響を考慮する必要がないので、制御が簡単となる。

図２は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、実施の形態の第１例のローディングカム装置２３に換えて、油圧アクチュエータ３０を用いている。その他の構成は実施の形態の第１例と同様である。

この様な構成とすることで、高速回転時に油圧アクチュエータ３０に発生する遠心油圧による過剰な押付力や皿バネによる過剰な押付力を油圧室２４によりキャンセルすることで、最適な押付力を与えることができる。そして、最良な伝達効率が得られ、トラクション面の転がり寿命低下を防ぐことができ、耐久性も向上する。また、油圧室は回転しないので遠心油圧による影響を考慮する必要がないので、制御が簡単となる。

1 入力軸
2 入力側ディスク
3 ボールスプライン
4 出力歯車
5 出力側ディスク
6 パワーローラ
7 トラニオン
8 支持軸
9、9a、9b 枢軸
10 油圧式のアクチュエータ
11 支持板
12 制御弁
13 ステッピングモータ
14 スリーブ
15 スプール
16 ピストン
17 ロッド
18 プリセスカム
19 リンク腕
20 同期ケーブル
21 駆動軸
22 押圧装置
23 ローディングカム装置
24 油圧室
25 ポスト
26 凹部
27 ピストン板
28 軸受
29 油路
30 油圧アクチュエータ

Claims

それぞれが断面円弧形の凹面である互いの内側面同士を対向させた状態で、互いに同心に、且つ回転自在に支持された入力側ディスク及び出力側ディスクと、これら入力側ディスク及び出力側ディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心として揺動する複数のトラニオンと、これら各トラニオンの中間部に、これら各トラニオンの内側面から突出する状態で支持された変位軸と、これら各トラニオンの内側面側に配置され且つ上記入力側ディスク及び出力側ディスクの間に挟持された状態で、上記各変位軸の周囲に回転自在に支持された、その周面を球状凸面としたパワーローラと、上記入力側ディスクと上記出力側ディスクとを互いに近づけ合う方向の力を付与する押圧装置とを備えたトロイダル型無段変速機において、
入力側ディスクと出力側ディスクとの間でかつ、前記トラニオンの枢軸が枢支される支持板を支持するポストに、入力側ディスクとポストの間に作用して、押圧装置による入力側ディスクと出力側ディスクとを互いに近づけ合う方向の力をキャンセルさせる油圧室が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。