JP5768400B2 - 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と出力側ディスク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５は、図４のＢ−Ｂ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、パワーローラ１１を支持する支持板部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（軸部）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２３ｂの周囲には、ラジアルニードル軸受９９を介して各パワーローラ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、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駆動シリンダ３１の上側バルブボディ（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（以下、転動体という）２６，２６と、これら各転動体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、上側バルブボディ（シリンダボディ）６１と下側バルブボディ（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、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（傾転）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との間の変速比が変化する。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、トラニオン１５の枢軸１４を揺動自在に且つ軸方向に変位自在に支持する前述したヨーク２３Ａ，２３Ｂは、従来から様々な構造形態のものが知られているが、一般的には、変速時、それ自体が球面ポスト６４，６８を中心に揺動することにより、例えば一方のトラニオン１５（例えば図５の右側のトラニオン１５）の上側への変位に伴って他方のトラニオン１５（例えば図５の左側のトラニオン１５）を下側へ変位させるといったように、同一キャビティ内で対向する一対のトラニオン１５の動きをシーソーのように同期させてこれらをそれぞれ逆方向に変位させる機能を有している。

例えば、図５の左側の駆動ピストン３３が同図の下側に変位し且つ右側の駆動ピストン３３が同図の上側に変位すると、これらの駆動ピストン３３に結合されているトラニオン１５，１５が互いに逆方向に変位し（左側のトラニオン１５が下側に変位し、右側のトラニオン１５が上側に変位し）、これにより、上側のヨーク２３Ａは、その右側が上になる方向に傾く（揺動する）。同様に、下側のヨーク２３Ｂも上側のヨーク２３Ａと同じ方向に傾く（揺動する）。逆に、図５の左側の駆動ピストン３３が同図の上側に変位し且つ右側の駆動ピストン３３が同図の下側に変位すると、上側のヨーク２３Ａは、その左側が上になる方向に傾き（揺動し）、同様に、下側のヨーク２３Ｂも上側のヨーク２３Ａと同じ方向に傾く（揺動する）。

ここで問題となるのは、駆動ピストン３３の油圧制御によっては上記変速時に駆動ピストン３３の端面３３ａと駆動シリンダ３１（６１）の端面６１ａとが接触することが考えられ、その場合には、両者が接触しながらトラニオン１５およびパワーローラ１１と共に駆動ピストン３３が傾転してしまうということである。このような事態が生じると、端面３３ａ，６１ａ同士の接触部に摩耗が発生したり、また、接触による摩擦抵抗によって駆動ピストン３３を固定するためのボルトが緩むことが懸念される。そのため、例えば特許文献１および特許文献２では、ヨーク２３Ａ，２３Ｂが傾転軸方向に変位することを規制する（したがって、トラニオンの軸方向変位を規制する）変位規制手段を設けることが提案されている。具体的には、特許文献１では、前記変位規制手段として立方体形状のストッパがバルブボディ６１に一体に設けられている。また、特許文献２では、前記変位規制手段としてのストッパ面がヨーク支持部材に設けられている。

特開２００４−８４７１２号公報 特開２００８−１３８７６２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるようにバルブボディ６１にストッパを一体に設ける場合には、バルブボディ６１（６２）の軽量化を図ることが難しくなる。すなわち、一般に、変位が規制されるべきヨーク２３Ａ，２３Ｂの形成素材は鉄であるため、変位規制手段たるストッパは鉄の素材と当接してその動きを規制できる硬質な素材で形成されなければならず、したがって、ストッパと一体のバルブボディ６１（６２）もそのような硬質素材で形成される必要があり、結果として、バルブボディ６１（６２）の軽量化が必然的に難しくなる。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、バルブボディの軽量化を図りつつヨークの傾転変位（揺動）を規制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に記載の発明は、それぞれの内側面同士を互いに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、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、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る枢軸を中心に傾転し且つ前記パワーローラを回転自在に支持するトラニオンと、前記各トラニオンを前記枢軸の軸方向に変位させる油圧作動の駆動装置と、前記各トラニオンの前記各枢軸をそれぞれ傾転自在且つ軸方向に変位自在に支持するとともに、前記トラニオンの変位により揺動する一対のヨークと、前記駆動装置の油圧シリンダを構成するバルブボディとを備えるトロイダル型無段変速機において、前記バルブボディには、前記トラニオンの軸方向変位に伴う前記ヨークの揺動を規制するストッパがバルブボディとは別体で設けられ、前記ストッパを形成する材料が前記バルブボディを形成する材料よりも硬質であり、
前記ストッパが円柱形状を成し、
前記ストッパを前記バルブボディに対して支持するための支持部材を更に備え、前記円柱形状のストッパが前記バルブボディの円形の取り付け穴に同軸的に挿入され、前記支持部材は、前記ストッパの中心軸から偏心した位置で前記ストッパを支持することを特徴とする。

この請求項１に記載の発明においては、ストッパがバルブボディと別体に設けられているので、バルブボディの形成材料をストッパの形成材料と異ならせ且つヨークの形成材料に依存させないで済む。すなわち、ストッパを形成する材料をバルブボディを形成する材料よりも硬質にし、バルブボディを軽量素材で形成することができる。つまり、上記構成によれば、バルブボディの軽量化を図りつつヨークの傾転変位（揺動）を規制できる。

また、ストッパが円柱形状を成しているので、バルブボディの取り付け穴にストッパを挿入する場合には、取り付け穴の形状に合わせてストッパを位置決めせずに済み（前述した特許文献１のようにストッパが立方体形状を成していると、挿入の際に、取り付け穴の形状に合わせてストッパを位置決めする必要がある）、また、取り付け穴の加工も円形加工となるため高精度で容易な加工を実施できる。

また、円柱形状のストッパがバルブボディの円形の取り付け穴に同軸的に挿入され、ストッパをバルブボディに対して支持する支持部材がストッパの中心軸から偏心した位置でストッパを支持するので、ストッパの回転を規制する別個の手段を設けることなく簡単にストッパの回転規制を実現できる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記バルブボディがアルミニウムによって形成され、前記ストッパが鉄によって形成されることを特徴とする。

この請求項２に記載の発明においては、バルブボディの軽量化を図りつつヨークの傾転変位（揺動）を規制するという目的を安価に且つ効果的に達成できる。

本発明のトロイダル型無段変速機によれば、ヨークの揺動を規制するストッパがバルブボディとは別体で設けられ、前記ストッパを形成する材料が前記バルブボディを形成する材料よりも硬質であるので、バルブボディの軽量化を図りつつヨークの傾転変位（揺動）を規制できる。

（ａ）は本発明の実施形態に係る別体のストッパを有するバルブボディの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 （ａ）は傾転（揺動）前の状態のヨークとバルブボディの断面図、（ｂ）は傾転（揺動）後の状態のヨークとバルブボディの断面図である。 （ａ）は第１の変形例に係るストッパを有するバルブボディの断面図、（ｂ）は第２の変形例に係るストッパを有するバルブボディの断面図である。 従来から知られているハーフ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。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の特徴は、トラニオンの傾転軸方向の変位を規制するための構造にあり、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４および図５と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１および図２は本発明の実施形態を示している。これらの図に示すように、油圧作動の駆動装置３２（図５参照）の油圧シリンダを構成するバルブボディ６１（６２）には、トラニオン１５（図５参照）の軸方向変位に伴うヨーク２３Ｂの揺動を規制する少なくとも１つ（図では、互いに対向して２つ）のストッパ２００がバルブボディ６１（６２）とは別体で設けられている。

各ストッパ２００は、円柱形状を成しており、その一部がバルブボディ６１（６２）の円形の取り付け穴２１５内に同軸的に挿入されている。また、ストッパ２００をバルブボディ６１（６２）に対して支持するため、ボルト等から成る支持部材２１０がバルブボディ６１（６２）の貫通穴２０５に挿通されている。貫通穴２０５は、取り付け穴２１５に通じており、その中心軸が取り付け穴２１５の中心軸に対して偏心している。また、取り付け穴２１５に同軸的に挿入されるストッパ２００には、取り付け穴２１５に対する貫通穴２０５の偏心度に対応する偏心度でストッパ２００の中心軸から偏心して位置される支持孔２００ａが形成されている。したがって、貫通穴２０５に挿通される支持部材２１０をストッパ２００の支持孔２００ａに挿入することにより、ストッパ２００は、その中心軸から偏心した位置で支持部材２１０により支持され、同時に、バルブボディ６１（６２）に対する回転が規制される。なお、支持部材２１０は、バルブボディ６１（６２）に対して螺合固定されてもよく、あるいは、ストッパ２００に対して螺合固定されてもよい。

また、本実施形態では、ストッパ２００がバルブボディ６１（６２）と別体で設けられることに関連して、ストッパ２００を形成する材料がバルブボディ６１（６２）を形成する材料よりも硬質に設定されている。具体的には、例えば、バルブボディ６１（６２）がアルミニウムによって形成され、ストッパ２００が鉄によって形成される。無論、ストッパ２００を形成する材料がバルブボディ６１（６２）を形成する材料よりも硬質に設定されていさえすれば、任意の材料を選択できる。

図２の（ａ）は傾転（揺動）前の状態のヨークとバルブボディの断面図を、図２の（ｂ）は傾転（揺動）後の状態のヨークとバルブボディの断面図をそれぞれ示している。図示のように、ストッパ２００は、バルブボディ６１（６２）に安定的に支持された状態でヨーク２３Ｂの揺動を規制できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ストッパ２００がバルブボディ６１（６２）と別体に設けられているため、バルブボディ６１（６２）の形成材料をストッパ２００の形成材料と異ならせ且つヨーク２３Ｂの形成材料に依存させないで済む。すなわち、ストッパ２００を形成する材料をバルブボディ６１（６２）を形成する材料よりも硬質にし、バルブボディ６１（６２）を軽量素材で形成することができる。つまり、本実施形態によれば、バルブボディ６１（６２）の軽量化を図りつつヨーク２３Ｂの傾転変位（揺動）を規制できる。

また、本実施形態によれば、ストッパ２００が円柱形状を成しているため、バルブボディ６１（６２）の取り付け穴２１５にストッパ２００を挿入する場合に、取り付け穴２１５の形状に合わせてストッパ２００を位置決めせずに済む。また、取り付け穴２１５の加工も円形加工となるため高精度で容易な加工を実施できる。

また、本実施形態によれば、円柱形状のストッパ２００がバルブボディ６１（６２）の円形の取り付け穴２１５に同軸的に挿入され、支持部材２１０がストッパ２００の中心軸から偏心した位置でストッパ２００を支持するため、ストッパ２００の回転を規制する別個の手段を設けることなく簡単にストッパ２００の回転規制を実現できる。

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。例えば、前述した実施形態では、ストッパ２００が円柱形状を成しているが、ストッパ２００は、立方体、直方体、球状など、任意の形状を成すことができる。すなわち、ストッパ２００は、図３の（ａ）に示すようにヨーク２３Ｂと接触する面が球面として形成されていてもよく、あるいは、図３の（ｂ）に示すようにその全体が球状に形成されてもよい。

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。

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
２３Ａ，２３Ｂ ヨーク
３２ 駆動装置
６１，６２ バルブボディ
２００ ストッパ
２１０ 支持部材
２１５ 取り付け穴

Claims (2)

1. それぞれの内側面同士を互いに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、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、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る枢軸を中心に傾転し且つ前記パワーローラを回転自在に支持するトラニオンと、前記各トラニオンを前記枢軸の軸方向に変位させる油圧作動の駆動装置と、前記各トラニオンの前記各枢軸をそれぞれ傾転自在且つ軸方向に変位自在に支持するとともに、前記トラニオンの変位により揺動する一対のヨークと、前記駆動装置の油圧シリンダを構成するバルブボディとを備えるトロイダル型無段変速機において、
   前記バルブボディには、前記トラニオンの軸方向変位に伴う前記ヨークの揺動を規制するストッパがバルブボディとは別体で設けられ、前記ストッパを形成する材料が前記バルブボディを形成する材料よりも硬質であり、
   前記ストッパが円柱形状を成し、
   前記ストッパを前記バルブボディに対して支持するための支持部材を更に備え、前記円柱形状のストッパが前記バルブボディの円形の取り付け穴に同軸的に挿入され、前記支持部材は、前記ストッパの中心軸から偏心した位置で前記ストッパを支持することを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 前記バルブボディがアルミニウムによって形成され、前記ストッパが鉄によって形成され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。

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