JP2002323103A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐久性及び製造性を向上できるとともに、変速
比を大きくするのに適したトロイダル型無段変速機を得
ることにある。 【解決手段】トロイダル型ダブルキャビティ無段変速機
を前提とする。一対の入力ディスク１１、１５の外周に
夫々歯車１１ｂ、１５ｂを形成する。両入力ディスク１
１、１５の中央孔を貫通する入力軸１とは別に動力伝達
軸３１を備え、この伝達軸３１が有した一対の歯車３
４、３５を夫々入力ディスク外周の歯車１１ｂ、１５ｂ
に噛合わせる。この伝達軸３１により一対の入力ディス
ク１１、１５を同期回転させて、入力軸１と入力ディス
ク１１、１５との間に動力伝達用のボールスプラインを
設けないようにして、入力軸１の殆どを小径軸部１ｃで
形成し、それに応じて入出力ディスクを小径にしたこと
を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用の
変速機、或は各種産業機械用の変速機として利用される
トロイダル型無段変速機に関わり、特に一対のキャビテ
ィを有するトロイダル型ダブルキャビティ無段変速機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】トロイダル型ダブルキャビティ無段変速
機では、第１キャビティを形成する第１の入出力ディス
クと、第２キャビティを形成する第２の入出力ディスク
とが、互いの出力ディスクを背合わせ状態にして、入力
軸上に同軸的に配置されている。

【０００３】この無段変速機では、第１入力ディスクに
ローディングカム装置により与えられた回転を、入力軸
を介して第２入力ディスクに与えている。そのため、第
１入力ディスクの回転が第１キャビティ内の第１パワー
ローラを介して第１出力ディスクに伝達されることに同
期して、第２入力ディスクの回転が第２キャビティ内の
第２パワーローラを介して第２出力ディスクに伝達され
る。そして、両出力ディスクの回転は、これらのディス
ク間に設けられている出力歯車に伝達されて、この歯車
に連結した出力軸に伝えられる。

【０００４】そして、以上のように入力軸を介して同期
回転する第１、第２の両入力ディスクと入力軸とは、夫
々ボールスプラインで連結されていて、それにより、両
入力ディスクは入力軸の軸方向に変位可能に設けられて
いる。この理由は、入出力ディスクとパワーローラとの
適正な摩擦接触を常に維持させるためである。

【０００５】つまり、パワーローラと入出力ディスクと
の間で油膜を通して動力を伝達するためには、パワーロ
ーラとディスク間に適切な押付力を作用させる必要があ
る。しかし、押付力によりディスクが変形するので、変
形時にもディスク、パワーローラ間に適切な押付力を与
えるために、入力ディスクは軸方向に自由に動くように
する必要がある。そのために、入力ディスクと入力軸と
の間の回転力の伝達を維持しつつ、前記変形を防止する
ために、ボールスプラインを入力ディスクによって入力
軸の軸方向に変位可能に設けている。

【０００６】ボールスプラインは、入力軸が貫通する入
力ディスクの中央孔の内周面及び入力軸の外周面に、夫
々軸方向に延びる互いに平行な数条のスプライン溝を形
成して、入力ディスクと入力軸との相対向するスプライ
ン溝に亘って夫々ボール（鋼球）を複数収容した構成を
主要部としている。それにより、ボールを介して入力デ
ィスクと入力軸との間の回転力の伝達を可能としている
とともに、ボールの回転により入力軸の軸方向への入力
ディスクの変位を円滑ならしめている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記のように入力軸を
動力伝達軸として用いて、これに第１、第２の入力ディ
スクをボールスプラインを介して連結した従来の構成で
は、回転力の伝達の際に入力ディスク及び入力軸のスプ
ライン溝内面に大きな捻り力が作用する。例えば、エン
ジンの定格トルクが３４０Ｎｍの場合に、前記捻り力は
略１７０Ｎｍである。このような捻り力により、入力軸
のスプライン溝が設けられている部分には応力集中を生
じるので、その耐久性が低い。

【０００８】更に、入力軸には、前記捻り力だけではな
く軸方向に沿う引張り力も作用する。例えば、エンジン
の定格トルクが３４０Ｎｍの場合に、前記引張り力によ
る負荷は略６万Ｎｍである。そのため、このような捻り
力と引張り力とを考慮して入力軸は太く設計されてお
り、それに応じて入出力ディスクの外径も大きくなって
いる。

【０００９】ところで、トロイダル型無段変速機の変速
比は、図２に示すようにパワーローラＰＲと入力ディス
クＩＤとの接触半径ｒ１と、パワーローラＰＲと出力デ
ィスクＯＤとの接触半径ｒ２との比、つまり、ｒ２／ｒ
１で決定される。そのため、既述のように入力軸の太さ
に応じて外径が大きくなっていて、それに伴い接触半径
ｒ１も大きい従来の構成では、変速比を大きく確保しず
らい。

【００１０】また、既述のように一対の入力ディスクと
入力軸との間に夫々ボールスプラインを設けた構成であ
るため、入力ディスク及び入力軸の夫々にスプライン溝
を形成する必要があり、加工数が多く、特に入力ディス
クの中央孔の内周面にスプライン溝を加工することは手
間が掛かる。しかも、多数のボールやその抜け止めをな
す止め輪などの部品が必要であるので、組立てに手間が
掛かる。したがって、製造性が低く、コスト高でもあ
る。

【００１１】本発明が解決しようとする第１の課題は、
耐久性及び製造性を向上できるトロイダル型無段変速機
を得ることにある。また、本発明が解決しようとする第
２の課題は、前記第１の課題に加えて、コンパクトで変
速比を大きくするのに適したトロイダル型無段変速機を
得ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記第１の課題を解決す
るために、請求項１に係る発明は、トロイダル型ダブル
キャビティ無段変速機において、一対の入力ディスクを
ラジアル軸受を介して入力軸に回転自在に支持するとと
もに、前記両入力ディスクの外周に夫々歯車を形成し、
これらの歯車に噛合う一対の歯車を有した動力伝達軸で
前記両入力ディスク同士を連結したことを特徴とするも
のである。

【００１３】この発明においては、入力軸とは別に設け
た動力伝達軸を用いて一対の入力ディスクを同期回転さ
せるから、入力ディスクは入力軸に対してラジアル軸受
を介して回転自在に支持させるだけで良く、これら入力
ディスクと入力軸との間に回転伝達のために従来設けら
れていたボールスプラインを省略できる。しかも、以上
のように入力軸とは別に設けた動力伝達軸を用いた外伝
達と入力ディスクを入力軸にラジアル軸受を介して回転
自在に支持させたことにより、入力軸には捻り力が作用
することがなくなる。なお、この請求項１の発明におい
て、入力軸を細くするかどうかは問わない。

【００１４】又、前記第２の課題を解決するために、請
求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の入力軸が、
駆動軸との連結軸端部と、この連結軸端部に段部又はテ
ーパ状部からなる繋ぎ部を介して一体に連続するととも
に捻り力が作用しない小径軸部とを有して形成されてい
て、前記小径軸部上に入出力ディスクを同軸的に配置し
たことを特徴としている。

【００１５】ディスクは、耐久性、信頼性を確保するた
めにある程度の肉厚が必要である。この請求項２の発明
が従属する請求項１の発明では、既述のように入力軸に
捻り力が作用することがないから、この請求項２の発明
のように入力軸はその軸径を細くした構成とできる。軸
径が細くなった分、同軸上に配置されるディスク径を小
さくできるので、パワーローラの傾転中心寸法（キャビ
ティ径）を小さくすることが可能となる。その結果、デ
ィスクの径方向の寸法が小さくなり、径方向のコンパク
ト化、軽量化が期待できる。又、トロイダル型無段変速
機の変速比は、図２に示すようにパワーローラと入出力
ディスクの接触半径比（ｒ２／ｒ１）で決まる。そのた
め軸径が細くなって、ディスク内径が細くなった分、キ
ャビティ寸法をより小さくすることができる。これは、
パワーローラとディスクとの接触点と軸中心間距離ｒ１
がより小さくなる方向のため、より大きな変速比が確保
でき、変速比幅が大きいトロイダル型無段変速機が得ら
れる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
トロイダル型ダブルキャビティ無段変速機について図１
を参照して説明する。

【００１７】図１中符号１で示す入力軸は、連結軸端部
１ａと、段部１ｂと、小径軸部１ｃと、ナット取付け軸
端部１ｄとを有している。連結軸端部１ａは入力軸１の
一端部に形成され、その中央部には芯出し凹部を有して
いるとともに外周に鍔部を有している。小径軸部１ｃは
段部１ｂを介して連結軸端部１ａに一体に繋げられてい
る。段部１ｂは小径軸部１ｃを作るための首状の繋ぎ部
の一例であり、この繋ぎ部は段部１ｂに代えて図１中２
点鎖線で示すようにテーパ状部１ｅとしてもよい。小径
軸部１ｃは、入力軸１の大部分の長さを占めた細長い軸
部であり、その連結軸端部１ａと反対側の端部は更に小
径な段付きとなっており、この部分の外周にはナット取
付け軸端部１ｄが螺合して取付けられている。このナッ
ト取付け軸端部１ｄは小径軸部１ｃよりも大径である。

【００１８】小径軸部１ｃの軸方向中央部の外周には出
力部としてのスリーブ２が回転自在に嵌合されていて、
このスリーブ２の外周には出力歯車３が一体に形成され
ている。スリーブ２は、ハウジングの内側に設けた仕切
り壁４にアンギュラ型の一対の玉軸受５を介して回転自
在に支持されている。一対の玉軸受５はスリーブ２の軸
方向変位を阻止している。仕切り壁５には出力軸６の端
部がニードル軸受７を介して回転自在に支持され、この
出力軸６に固定された歯車８は出力歯車３に噛合わされ
ている。

【００１９】連結軸端部１ａと仕切り壁４との間には、
第１入力ディスク１１とこれに対する第１出力ディスク
１２とが夫々配置されていて、これら両ディスク１１、
１２間に第１キャビティＡを形成している。第１入力デ
ィスク１１は、連結軸端部１ａ側に配置されて、小径軸
部１ｃの外周にニードル軸受等からなるラジアル軸受１
３を介して回転自在に支持されている。第１出力ディス
ク１２は、仕切り壁４側に位置されて、小径軸部１ｃの
外周にニードル軸受等からなるラジアル軸受１４を介し
て回転自在に支持されている。この第１出力ディスク１
２の内周面はスリーブ２の一端部外周にスプライン係合
されている。

【００２０】同様に、ナット取付け軸端部１ｄと仕切り
壁４との間には、第２入力ディスク１５とこれに対する
第２出力ディスク１６とが夫々配置されていて、これら
両ディスク１５、１６間に第２キャビティＢを形成して
いる。第１入力ディスク１１と同径な第２入力ディスク
１５は、ナット取付け軸端部１ｄ側に配置されて、小径
軸部１ｃの外周にニードル軸受等からなるラジアル軸受
１７を介して回転自在に支持されている。第１出力ディ
スク１５と同径な第２出力ディスク１６は、前記第１出
力ディスク１２と背合わせ状態となるように仕切り壁４
側に位置されて、小径軸部１ｃの外周にニードル軸受等
からなるラジアル軸受１８を介して回転自在に支持され
ている。この第２出力ディスク１６の内周面はスリーブ
２の他端部外周にスプライン係合されている。

【００２１】前記第１キャビティＡには、第１入出力デ
ィスク１１、１２に挟持される一対の第１パワーローラ
１９が配置されている。同様に、第２キャビティＢに
は、第２入出力ディスク１５、１６に挟持される一対の
第２パワーローラ２０が配置されている。これらパワー
ローラ１９、２０は、ぞれぞれ図示しないトラにオンに
回転自在に支持されていて、各ディスク１１、１２、１
５、１６が回転されるに伴ってそのトラクション面１１
ａ、１２ａ、１５ａ、１６ａに転接するようになってい
る。

【００２２】入力軸１の連結軸端部１ａと第１入力ディ
スク１１との間にはローデングカム装置２１が設けられ
ている。このカム装置２１は、第１入力ディスク１１を
第１出力ディスク１２側に向けて押圧しつつ、この第１
入力ディスク１１を回転駆動する。ローデングカム装置
２１のローデングカム（カム板）２２には駆動軸２３が
噛合わされている。駆動軸２３はその中心部に連結軸端
部１ａの芯出し凹部に嵌入する芯出し凸部２３ａを有
し、この外周と前記芯出し凹部の内周との間には滑り軸
受やニードル軸受等のラジアル軸受２４が設けられてい
る。この軸受２４によって、駆動軸２３と入力軸１と
は、互いに同心に配置された状態のまま、回転方向に若
干の変位を可能として組合わされている。

【００２３】又、前記第１、第２の入力ディスク１１、
１５は、入力軸１を用いることなく、この軸１とは別に
設置された動力伝達軸３１により連結されている。すな
わち、両入力ディスク１１、１５の外周には夫々歯車１
１ｂ、１５ｂが形成されている。歯車１１ｂ、１５ｂは
平歯車である。そして、ハウジングの内側には両入力デ
ィスク１１、１５間よりも広い間隔を置いて軸受サポー
ト部３２が設けられ、これらサポート部３２に亘って動
力伝達軸３１が、玉軸受３３を介して回転自在に支持さ
れている。動力伝達軸３１は、入力軸１と平行であり、
その軸方向両端部に夫々同一径の歯車３４、３５を有し
ている。なお、歯車３４、３５は動力伝達軸３１と一体
に形成することもできる。歯車３４、３５は平歯車であ
る。一方の歯車３４は第１入力ディスク１１の歯車１１
ｂに噛合わされ、他方の歯車３５は第２入力ディスク１
５の歯車１１ｂに噛合わされている。

【００２４】前記構成の無段変速機において、駆動軸２
３の回転はローデングカム装置２１を介して第１入力デ
ィスク１１に伝えられて、このディスク１１を回転させ
る。そして、第１入力ディスク１１はその歯車１１ｂと
噛合っている歯車３４を介して動力伝達軸３１を回転さ
せるので、この伝達軸３１がその歯車３５と噛合ってい
る第２入力ディスク１５の歯車１５ｂを介して第２入力
ディスク１５を回転させる。つまり、第１、第２の入力
ディスク１１、１５は、入力軸１とは別の動力伝達軸３
１により同期して同方向に回転される。この場合、第
１、第２の入力ディスク１１、１５は入力軸１に対して
ラジアル軸受１３、１７によって空回りする。

【００２５】そのため、図示しないトラニオンを動作さ
せて第１、第２のパワーローラ１９、２０を傾動させる
ことによって、その傾動に応じた変速比で、第１、第２
の入力ディスク１１、１５の回転が第１、第２のパワー
ローラ１９、２０を介して第１、第２の出力ディスク１
２、１６に伝えられ、これら出力ディスク１２、１６の
回転はこれらにスプライン係合しているスリーブ２を介
して出力歯車３に伝えられるので、歯車８を介して出力
軸３が回転される。

【００２６】そして、以上のトラクションドライブにお
いて、トラクション面１１ａ、１２ａと第１パワーロー
ラ１９との接触、及びトラクション面１５ａ、１６ａと
第２パワーローラ２０との接触を常時維持するために、
第１、第２の入力ディスク１１、１５が入力軸１の軸方
向に僅かに移動することがあるが、この移動は、歯車１
１ｂ、１５ｂが動力伝達軸３１の歯車３４、３５を軸方
向に滑ることで許される。

【００２７】以上のように前記構成の無段変速機は、入
力軸１とは別に設けた動力伝達軸３１を用いて第１、第
２の入力ディスク１１、１５を同期回転させる構成を備
えている。そのため、両入力ディスク１１、１５は入力
軸１に対してラジアル軸受１３、１７を介して回転自在
に支持させるだけで良く、これら入力ディスク１１、１
５と入力軸１との間に回転力を伝達するために従来設け
られていたボールスプラインを省略できる。それに伴
い、両入力ディスク１１、１５の中央孔内周にボールス
プライン用のスプライン溝を加工する面倒な手間がな
く、かつ、多数のボールを両入力ディスク１１、１５の
中央孔内に組込んで、それを止め輪等で移動止めする面
倒な手間を要しない。そして、こうした加工に比較し
て、両入力ディスク１１、１５の外周に歯車１１ｂ、１
５ｂを形成する加工、及びこれらの歯車１１ｂ、１５ｂ
に動力伝達軸３１の歯車３４、３５を噛合わせて動力伝
達軸３１を配置する作業は、制約が少なく容易に実施で
きる。したがって、製造及び組立てが容易になるので、
製造性が高く、コストを低減できる。

【００２８】そして、以上のように入力軸１を用いるこ
となく両入力ディスク１１、１５を同期回転させるとと
もに、入力ディスク１１、１５を入力軸１に対してラジ
アル軸受１３、１７を介して回転自在に支持させたこと
により、入力軸１には回転力伝達に伴う捻り力が作用す
ることがなくなる。そのため、入力軸１の外周と両入力
ディスク１１、１５の内周に捻り力による負荷が作用し
て応力集中することがないから、入力軸１及び両入力デ
ィスク１１、１５の耐久性を向上できる。

【００２９】更に、以上のように入力軸１には捻り力が
作用しないので、この軸１に作用する力は軸方向引張り
力だけとなるに伴い、この引張り力に耐えるだけの軸径
に入力軸１を作ることができ、したがって、入力軸１に
従来よりも細い小径軸部１ｃを設けることができる。

【００３０】そのため、この小径軸部１ｃ上に同軸的に
配置された第１、第２の入出力ディスク１１、１２、１
５、１６及び出力歯車３等のディスク状部品の外径を小
さくできる。それに伴い、バリエータ部、つまり、図１
に示した無段変速機を、コンパクトに作ることができる
とともに、軽量化することができる。

【００３１】しかも、以上のように第１、第２の入出力
ディスク１１、１２、１５、１６を小径とできることに
より、図２を用いて既に説明したパワーローラＰＲ（本
実施形態では１９、２０）と入力ディスクＩＤ（本実施
形態では１１、１５）との接触半径ｒ１が小さくなり、
この接触半径ｒ１と、パワーローラＰＲと出力ディスク
ＯＤ（本実施形態では１２、１６）との接触半径ｒ２と
の比を大きくできる。したがって、大きな変速比幅を確
保できる。

【００３２】又、前記構成の無段変速機は、既述のよう
に動力伝達軸３１を備えているので、この軸３１のいず
れか一方の歯車の近傍に、その歯を光学的、磁気的に検
出する歯車センサを配置するとともに、このセンサの出
力信号を処理する処理回路を設けることにより、検出し
た歯の数に基づいて両入力ディスク１１、１５の同期回
転数を測定することもできる。

【００３３】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、一対の入
力ディスクと入力軸との間に回転伝達のために従来設け
られていたボールスプラインを省略できることに伴い、
入力軸及び入力ディスクに対する加工及び組立てが簡単
になるので、製造性を向上できるとともに、入力軸の外
周及び入力ディスクの内周に捻り力が作用することがな
いので、耐久性を向上できるトロイダル型無段変速機を
提供できる。

【００３４】又、請求項２に係る発明によれば、入力軸
が小径軸部を有した構成であるから、この小径軸部と同
軸的に配置される入出力ディスク等をコンパクトに形成
できるとともに、入力ディスクとパワーローラとの接触
半径が小さくなり変速比幅を大きくするのに好適なトロ
イダル型無段変速機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るトロイダル型ダブル
キャビティ無段変速機の構成を示す断面図。

【図２】トロイダル型ダブルキャビティ無段変速機の入
出力ディスクとこれらに対するパワーローラの接触半径
との関係を示す側面図。

【符号の説明】

１…入力軸 １ａ…連結軸端部 １ｃ…段部（繋ぎ部） １ｄ…小径軸部 １ｅ…テーパ状部（繋ぎ部） ３…出力歯車（出力部） １１…第１入力ディスク １１ｂ…第１入力ディスクの歯車 １２…第１出力ディスク １３…ラジアル軸受 Ａ…第１キャビティ １５…第２入力ディスク １５ｂ…第２入力ディスクの歯車 １６…第２出力ディスク １７…ラジアル軸受 Ｂ…第２キャビティ １９…第１パワーローラ ２０…第２パワーローラ ２３…駆動軸 ３１…動力伝達軸 ３４、３５…動力伝達軸の歯車 ｒ１…入力ディスクとパワーローラとの接触点までの接
触半径 ｒ２…出力ディスクとパワーローラとの接触点までの接
触半径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J051 AA03 AA08 BA03 BD02 BE09 CB07 EC01 EC02 EC10 ED15 FA02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相互間に第１キャビティを形成する第１
   入力ディスク及び第１出力ディスクと、前記第１キャビ
   ティに並設される第２キャビティを相互間に形成する第
   ２入力ディスク及び第２出力ディスクとを、互いの出力
   ディスクを背合わせ状態にして入力軸上に同軸的に配置
   し、前記第１の入出力ディスクで挟持される第１パワー
   ローラを前記第１キャビティに配置し、前記第２の入出
   力ディスクに挟持される第２パワーローラを前記第２キ
   ャビティに配置し、前記両出力ディスク間に出力部を設
   けたトロイダル型無段変速機において、 前記両入力ディスクをラジアル軸受を介して前記入力軸
   に回転自在に支持するとともに、前記両入力ディスクの
   外周に夫々歯車を形成し、これらの歯車に噛合う一対の
   歯車を有した動力伝達軸で前記両入力ディスク同士を連
   結したことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 【請求項２】 前記入力軸が、駆動軸との連結軸端部
   と、この連結軸端部に段部又はテーパ状部からなる繋ぎ
   部を介して一体に連続するとともに捻り力が作用しない
   小径軸部とを有して形成されていて、前記小径軸部上に
   前記入出力ディスクを同軸的に配置したことを特徴とす
   る請求項１に記載のトロイダル型無段変速機。