JP2004011795A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】トロイダル型無段変速機において、パワーローラが入・出力ディスクに当接する面圧を均一化する。
【解決手段】パワーローラ１９を支持するトラニオン２７に設けたピストン３３は、上側の受圧面積Ａが下側の受圧面積Ｂよりも大きくなっている。左側のピストン３３に作用する上向きの油圧荷重Ｆ１は、Ｆ１＝ＰＨ×Ｂ−ＰＬ×Ａとなり、右側のピストン３３に作用する下向きの油圧荷重Ｆ２は、Ｆ２＝ＰＨ×Ａ−ＰＬ×Ｂとなる。パワーローラ１９が、入・出力ディスク１５から離反する方向に受ける荷重をそれぞれＰ１，Ｐ２とすると、Ｐ１＋Ｆ１×ｍ／Ｌ＝Ｐ２−Ｆ２×ｍ／Ｌとなるように設定すれば、左右のパワーローラ１９と入・出力ディスク１５との面圧を均一化し、トロイダル型無段変速機のトルク伝達容量を増加させることができる。
【選択図】　　　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力ディスクと出力ディスクとの間にパワーローラを揺動自在に配置し、入・出力ディスクに対するパワーローラに当接点を変化させることで変速を行うトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかるトロイダル型無段変速機は、特許第２５６８６８４号公報により公知である。
【０００３】
この種のトロイダル型無段変速機は、第１入力ディスク、第１出力ディスクおよび両ディスクに摩擦接触する一対の第１パワーローラからなる第１無段変速機構と、第２入力ディスク、第２出力ディスクおよび両ディスクに摩擦接触する一対の第２パワーローラからなる第２無段変速機構とを同軸上に配置し、第１、第２入力ディスクを一体に回転するように連結し、第１、第２出力ディスクを一体に回転するように連結したものである。
【０００４】
第１無段変速機構の一対の第１パワーローラは一対の第１トラニオンにそれぞれ支持されており、両第１トラニオンはピストンおよびシリンダにより、その軸線に沿って相互に逆方向に駆動される。同様に、第２無段変速機構の一対の第２パワーローラは一対の第２トラニオンにそれぞれ支持されており、両第２トラニオンはピストンおよびシリンダにより、その軸線に沿って相互に逆方向に駆動される。
【０００５】
一対の第１トラニオンおよび一対の第２トラニオンが相互に同期して移動できるように、４本のトラニオンの下端部が板状の下部トラニオン支持部材の四隅に枢支され、上端部が板状の上部トラニオン支持部材の四隅に枢支される。そしてトラニオンの軸線方向の移動に伴う下部トラニオン支持部材および上部トラニオン支持部材の揺動を許容するために、それらの中央部がそれぞれボールジョイントでケーシングに枢支される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
トロイダル型無段変速機のレシオを変更すべくピストンおよびシリンダでトラニオンを軸線方向に駆動すると、トラニオンに支持したパワーローラが入・出力ディスクに押し付けられて反力荷重を受け、かつパワーローラおよび入・出力ディスクの当接点がトラニオンの軸線に対して偏心しているため、トラニオンに曲げモーメントが発生する。従来は、４本のトラニオンの上端を支持する上部支持部材の中央部がボールジョイントでケーシングに支持されているため、前記曲げモーメントがケーシングに伝達されてトラニオンの撓みが規制されていた。
【０００７】
ところで、上部支持部材の中央部をボールジョイントでケーシングに支持すると組付性が著しく低下するため、そのボールジョイントを廃止することが望まれている。しかしながら、前記ボールジョイントを廃止すると上部支持部材の位置を規制することができなくなるため、トラニオンが撓んで一対のパワーローラの一方の面圧が増加して他方の面圧が低下する事態が発生し、面圧が低下する側のパワーローラによってトロイダル型無段変速機全体のトルク伝達容量が低下する問題がある。
【０００８】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、トロイダル型無段変速機のパワーローラが入・出力ディスクに当接する面圧を均一化することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、駆動源により駆動されるインプットシャフトと、インプットシャフトと共に回転する入力ディスクと、インプットシャフトに相対回転自在に支持された出力ディスクと、入力ディスクおよび出力ディスク間に揺動自在に配置された一対のパワーローラと、一対のパワーローラをそれぞれ支持する一対のトラニオンと、トラニオンの軸線方向一端側に設けられたピストンと、ピストンが摺動自在に嵌合するシリンダとを備え、ピストンおよびシリンダにより一対のトラニオンをそれぞれ軸線方向一方側および他方側に駆動して入力ディスクの回転数に対する出力ディスクの回転数を変速するトロイダル型無段変速機において、ピストンはパワーローラ側の第１受圧面およびパワーローラと反対側の第２受圧面を備え、第１、第２受圧面の面積を異ならせたことを特徴とするトロイダル型無段変速機が提案される。
【００１０】
上記構成によれば、パワーローラを支持するトラニオンを駆動するピストンのパワーローラ側の第１受圧面およびパワーローラと反対側の第２受圧面の面積を異ならせたので、一対のパワーローラが入・出力ディスクに当接する面圧を均一化することができ、これによりトロイダル型無段変速機全体のトルク伝達容量を増加させることができる。
【００１１】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、入・出力ディスクに当接する一対のパワーローラの面圧が等しくなるように、第１受圧面の面積を第２受圧面の面積よりも大きく設定したことを特徴とするトロイダル型無段変速機が提案される。
【００１２】
上記構成によれば、ピストンの第１受圧面の面積を第２受圧面の面積よりも大きく設定したことにより、入・出力ディスクに当接する一対のパワーローラの面圧を等しくしてトロイダル型無段変速機のトルク伝達容量を増加させることができる。
【００１３】
尚、実施例のエンジンＥは本発明の駆動源に対応する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１５】
図１〜図６は本発明の一実施例を示すもので、図１はトロイダル型無段変速機のスケルトン図、図２はトロイダル型無段変速機の縦断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図３の４−４線断面図、図５は図３の５−５線断面図、図６はパワーローラ作用する荷重の釣り合いを説明する図である。
【００１６】
図１および図２に示すように、本実施例のトロイダル型無段変速機Ｔは自動車用の無段変速装置に設けられるもので、エンジンＥのクランクシャフト１１にダンパー１２を介して接続されたインプットシャフト１３には、実質的に同一構造の第１無段変速機構１４Ｆおよび第２無段変速機構１４Ｒが支持される。第１無段変速機構１４Ｆは、インプットシャフト１３に固定された概略コーン状の入力ディスク１５と、インプットシャフト１３に相対回転自在に支持された概略コーン状の出力ディスク１６と、ローラ軸１７まわりに回転自在に支持されるとともにトラニオン軸１８，１８まわりに傾転自在に支持されて前記入力ディスク１５および出力ディスク１６に当接可能な一対のパワーローラ１９，１９とを備える。入力ディスク１５および出力ディスク１６の対向面はトロイダル曲面から構成されており、パワーローラ１９，１９がトラニオン軸１８，１８まわりに傾転すると、入力ディスク１５および出力ディスク１６に対するパワーローラ１９，１９の接触点が変化する。
【００１７】
第２無段変速機構１４Ｒは、ドライブギヤ６１を挟んで前記第１無段変速機構１４Ｆと実質的に面対称に配置される。
【００１８】
しかして、パワーローラ１９，１９が矢印ａ方向に傾転すると、入力ディスク１５との接触点がインプットシャフト１３に対して半径方向外側に移動するとともに、出力ディスク１６との接触点がインプットシャフト１３に対して半径方向内側に移動するため、入力ディスク１５の回転が増速して出力ディスク１６に伝達され、トロイダル型無段変速機Ｔのレシオが連続的にＯＤ側に変化する。一方、パワーローラ１９，１９が矢印ｂ方向に傾転すると、入力ディスク１５との接触点がインプットシャフト１３に対して半径方向内側に移動するとともに、出力ディスク１６との接触点がインプットシャフト１３に対して半径方向外側に移動するため、入力ディスク１５の回転が減速して出力ディスク１６に伝達され、トロイダル型無段変速機Ｔのレシオが連続的にＬＯＷ側に変化する。
【００１９】
次に、図３〜図５を参照しながらトロイダル型無段変速機Ｔの構造を更に説明する。
【００２０】
第１無段変速機構１４Ｆの入力ディスク１５は、一対のベアリング２１，２２でケーシングに支持されたインプットシャフト１３と一体に形成される。第１、第２無段変速機構１４Ｆ，１４Ｒの出力ディスク１６，１６は一体に形成されており、インプットシャフト１３にベアリング２３，２３を介して相対回転可能かつ軸方向摺動可能に支持される。第２無段変速機構１４Ｒの入力ディスク１５は、インプットシャフト１３にローラスプライン２４を介して相対回転不能かつ軸方向摺動可能に支持される。インプットシャフト１３の左端にシリンダ２５が同軸に設けられており、このシリンダ２５の内部に摺動自在に嵌合する第２無段変速機構１４Ｒの入力ディスク１５との間に油室２６が形成される。従って、油室２６に油圧を供給すると、第２無段変速機構１４Ｒの入力ディスク１５と、第１、第２無段変速機構１４Ｆ，１４Ｒの出力ディスク１６，１６とが、第１無段変速機構１４Ｆの入力ディスク１５に向けて押圧され、入力ディスク１５，１５および出力ディスク１６，１６とパワーローラ１９…との間のスリップを抑制する荷重を発生させることができる。
【００２１】
一対のパワーローラ１９，１９を支持する左右のトラニオン２７，２７がインプットシャフト１３を挟むように配置されており、油圧制御ブロック２８，２９に設けた左右の油圧アクチュエータ３０，３０のピストンロッド３１，３１が前記トラニオン２７，２７の下端にそれぞれ一体に形成される。油圧アクチュエータ３０，３０は、油圧制御ブロック２８に形成された段付きのシリンダ３２，３２と、このシリンダ３２，３２に摺動自在に嵌合して前記ピストンロッド３１，３１に結合された段付きのピストン３３，３３と、ピストン３３，３３の上側に区画された上部油室３４，３４と、ピストン３３，３３の下側に区画された下部油室３５，３５とから構成される。ピストン３３，３３はピストンロッド３１，３１の外周に嵌合してナット３８，３８で固定されており、上部油室３４，３４に臨む上側の第１受圧面３３ａ，３３ａの面積Ａは、下部油室３５，３５に臨む下側の第２受圧面３３ｂ，３３ｂの面積Ｂよりも大きく設定されている。
【００２２】
図３および図４から明らかなように、油圧制御ブロック２８の上面に概略正方形の下部支持板３９がボルト４０，４０で固定される。下部支持部材３９の４個の開口３９ａ…には、断面半円形の下部トラニオン支持部２７ａと、それにローラ４１…を介して対向する断面半円形のスペーサ４２…と、下部トラニオン支持部２７ａおよびスペーサ４２を回転自在に支持するベアリング４３…とが配置される。
【００２３】
図３および図５から明らかなように、上部トラニオン支持部２７ｂ…の外周にベアリング４４…を介して球面継ぎ手４５…が支持されており、概略正方形の上部支持板４６の四隅に形成した開口４６ａ…にそれぞれ球面継ぎ手４５…が支持される。但し、４個の上部トラニオン支持部２７ｂ…のうちの３個は断面円形であるが残りの１個は断面半円形であり、それにローラ４７を介して断面半円形のスペーサ４８が対向する。そして協働して円形断面を構成する上部トラニオン支持部２７ｂおよびスペーサ４８の外周にベアリング４４を介して１個の球面継ぎ手４５が支持される。
【００２４】
ピストンロッド３１，３１はトラニオン軸１８，１８と同軸上に設けられており、従ってトラニオン２７，２７はピストンロッド３１，３１を支軸としてトラニオン軸１８，１８まわりに傾転可能である。また左側の油圧アクチュエータ３０の下部油室３５に油圧が供給されると、右側の油圧アクチュエータ３０の上部油室３４に油圧が供給され、逆に左側の油圧アクチュエータ３０の上部油室３４に油圧が供給されると、右側の油圧アクチュエータ３０の下部油室３５に油圧が供給される。従って、左右のピストンロッド３１，３１は相互に逆方向に駆動され、左右のトラニオン２７，２７は、その一方がトラニオン軸１８に沿って上動すると、その他方がトラニオン軸１８に沿って下動する。このとき、下部支持板３９および上部支持板４６の作用で、左右のトラニオン２７，２７の上下動を同期させることができる。
【００２５】
このとき、下部支持板３９を油圧制御ブロック２８にボルト４０，４０で固定しているので、それをボールジョイントで揺動自在に支持する場合に比べて組付性が大幅に向上する。しかも下部支持板３９の四隅にそれぞれ支持される下部トラニオン支持部２７ａは、断面半円形のスペーサ４２との間に配置したローラ４１…によって自由に上下動することができ、かつ下部トラニオン支持部２７ａおよびスペーサ４２の外周に配置したベアリング４３によって自由に回転することができるので、下部支持板３９を固定しても４本のトラニオン３７の上下動および回転が阻害されることはない。
【００２６】
また上部支持板４６は４本のトラニオン２７…の上端に支持されているだけなので、それをボールジョイントでケーシングに揺動自在に支持する場合に比べて組付性が大幅に向上する。しかも４本のトラニオン２７…のうちの１本が、断面半円形の上部トラニオン支持部２７ｂと断面半円形のスペーサ４８との間に配置したローラ４７…によって自由に上下動することができるので、トラニオン２７…のスムーズな上下動が可能になる。なぜならば、上部支持板４６の傾斜姿勢は３本のトラニオン２７…の上端の位置によって一義的に決まるため、残りの１本のトラニオン２７の上端の上下位置が少しでもずれると、上部支持板４６に無理な荷重が加わることになるが、残りの１本のトラニオン２７の上端を上部支持板４６に対して上下動可能にすることで、上記無理な荷重の発生を防止することができるからである。
【００２７】
トラニオン２７，２７にパワーローラ１９，１９を支持するピボットシャフト５１，５１は、トラニオン２７，２７にベアリング５２，５２を介して回転自在に支持されたトラニオン支持部５３，５３と、パワーローラ１９，１９をベアリング５４，５４を介して回転自在に支持するパワーローラ支持部５５，５５とを備えており、一方のピボットシャフト５１はパワーローラ支持部５５に対してトラニオン支持部５３が下方に偏心しており、他方のピボットシャフト５１はパワーローラ支持部５５に対してトラニオン支持部５３が上方に偏心している。そしてパワーローラ１９，１９とトラニオン２７，２７との間に、トラニオン２７，２７に対するパワーローラ１９，１９のスムーズな相対移動を許容すべくベアリング５６，５６が配置される。しかして、左右のトラニオン２７，２７が相互に逆方向に移動すると、入力ディスク１５および出力ディスク１６から受ける反力によってパワーローラ１９，１９がトラニオン２７，２７と共にトラニオン軸１８，１８まわりに図１に矢印ａ，ｂで示す方向に傾転し、第１、第２無段変速機構１４Ｆ，１４Ｒのレシオが相互に同期して連続的に変化する。
【００２８】
ケーシングに一対のボールベアリング５７，５８を介してミッションシャフト５９が回転自在に支持されており、このミッションシャフト５９に設けたドリブンギヤ６０が出力ディスク１６，１６と一体に設けたドライブギヤ６１に噛合する。またインプットシャフト１３に設けたドライブスプロケット６２とオイルポンプ６３に設けたドリブンスプロケット６４とが無端チェーン６５で接続され、インプットシャフト１３に設けたドライブスプロケット６６と図示せぬミッションシャフトに設けたドリブンスプロケットとが無端チェーン６７で接続される。
【００２９】
次に、上記構成を備えた実施例の作用について説明する。
【００３０】
図６に示すように、パワーローラ１９，１９が傾転していないレシオ＝１のとき、左側のトラニオン２７のシリンダ３２の下部油室３５と、右側のトラニオン２７のシリンダ３２の上部油室３４とに高圧ＰＨが作用し、左側のトラニオン２７のシリンダ３２の上部油室３４と、右側のトラニオン２７のシリンダ３２の下部油室３５とに低圧ＰＬが作用すると、左側のピストン３３が上向きに付勢され、右側のピストン３３が下向きに付勢される。
【００３１】
左側のピストン３３に作用する上向きの荷重Ｆ１は、ピストン３３の上側の第１受圧面３３ａの面積Ａと下側の第２受圧面３３ｂの面積Ｂが異なることから、Ｆ１＝ＰＨ×Ｂ−ＰＬ×Ａとなる。左側のピストン３３が荷重Ｆ１で押し上げられると、パワーローラ１９が入・出力ディスク１５，１６に押し付けられて下向きの反力荷重Ｆ１を受ける。入・出力ディスク１５，１６およびパワーローラ１９の当接点からトラニオン軸１８までの距離をｍとすると、前記下向きの反力荷重Ｆ１によって、トラニオン２７を下部支持板３９に支持する支点Ｏまわりに時計方向の曲げモーメントＦ１×ｍが作用する。前記当接点と支点Ｏとの距離をＬとすると、前記時計方向の曲げモーメントＦ１×ｍに対抗するように、パワーローラ１９にＦ１×ｍ／Ｌの左向きの荷重が作用する。また入・出力ディスク１５，１６に挟まれたパワーローラ１９は、入・出力ディスク１５，１６から離反する方向である左向きの荷重Ｐ１を受けるため、パワーローラ１９が受けるトータルの左向きの荷重Ｐは、Ｐ＝Ｐ１＋Ｆ１×ｍ／Ｌとなる。
【００３２】
右側のピストン３３に作用する下向きの荷重Ｆ２は、ピストン３３の上側の第１受圧面３３ａの面積Ａと下側の第２受圧面３３ｂの面積が異なることから、Ｆ２＝ＰＨ×Ａ−ＰＬ×Ｂとなる。右側のピストン３３が荷重Ｆ２で押し下げられると、パワーローラ１９が入・出力ディスク１５，１６に押し付けられて上向きの反力荷重Ｆ２を受ける。入・出力ディスク１５，１６およびパワーローラ１９の当接点からトラニオン軸１８までの距離をｍとすると、前記上向きの反力荷重Ｆ２によって、トラニオン２７を下部支持板３９に支持する支点Ｏまわりに時計方向の曲げモーメントＦ２×ｍが作用する。前記当接点と支点Ｏとの距離をＬとすると、前記時計方向の曲げモーメントＦ２×ｍに対抗するように、パワーローラ１９にＦ２×ｍ／Ｌの左向きの荷重が作用する。また入・出力ディスク１５，１６に挟まれたパワーローラ１９は、入・出力ディスク１５，１６から離反する方向である右向きの荷重Ｐ２を受けるため、パワーローラ１９が受けるトータルの右向きの荷重Ｐは、Ｐ＝Ｐ２−Ｆ２×ｍ／Ｌとなる。
【００３３】
従って、左側のパワーローラ１９に作用する左向きの荷重と、右側のパワーローラ１９に作用する右向きの荷重とが等しくなるように設定すれば、つまり、
Ｐ１＋Ｆ１×ｍ／Ｌ＝Ｐ２−Ｆ２×ｍ／Ｌ　　　　　　…（１）
但し、Ｆ１＝ＰＨ×Ｂ−ＰＬ×Ａ
Ｆ２＝ＰＨ×Ａ−ＰＬ×Ｂ
となるように設定すれば、左右のパワーローラ１９，１９と入・出力ディスク１５，１６との面圧を均一化し、トロイダル型無段変速機Ｔのトルク伝達容量を増加させることができる。
【００３４】
以上、トロイダル型無段変速機Ｔのレシオ＝１の場合について説明したが、パワーローラ１９，１９は変速により傾転するので、特に荷重条件が厳しくなるＬＯＷ端の近傍で前記（１）式が成立するように設定すれば、トロイダル型無段変速機Ｔのトルク伝達容量を更に効果的に増加させることができる。
【００３５】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３６】
例えば、実施例ではダブルキャビティのトロイダル型無段変速機Ｔを例示したが、本発明はシングルキャビティのトロイダル型無段変速機に対しても適用することがでる。
【００３７】
また実施例のトロイダル型無段変速機Ｔは上部支持板４６からボールジョイントを廃止して組付性を高めているが、本発明はボールジョイントを持つタイプのものにも適用することができる。この場合には、本発明によってボールジョイントに作用する荷重を軽減することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、パワーローラを支持するトラニオンを駆動するピストンのパワーローラ側の第１受圧面およびパワーローラと反対側の第２受圧面の面積を異ならせたので、一対のパワーローラが入・出力ディスクに当接する面圧を均一化することができ、これによりトロイダル型無段変速機全体のトルク伝達容量を増加させることができる。
【００３９】
また請求項２に記載された発明によれば、ピストンの第１受圧面の面積を第２受圧面の面積よりも大きく設定したことにより、入・出力ディスクに当接する一対のパワーローラの面圧を等しくしてトロイダル型無段変速機のトルク伝達容量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トロイダル型無段変速機のスケルトン図
【図２】トロイダル型無段変速機の縦断面図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】図３の５−５線断面図
【図６】パワーローラ作用する荷重の釣り合いを説明する図
【符号の説明】
Ｅ　　　　　エンジン（駆動源）
１３　　　　インプットシャフト
１５　　　　入力ディスク
１６　　　　出力ディスク
１９　　　　パワーローラ
２７　　　　トラニオン
３２　　　　シリンダ
３３　　　　ピストン
３３ａ　　　第１受圧面
３３ｂ　　　第２受圧面

Claims (2)

1. 駆動源（Ｅ）により駆動されるインプットシャフト（１３）と、
   インプットシャフト（１３）と共に回転する入力ディスク（１５）と、
   インプットシャフト（１３）に相対回転自在に支持された出力ディスク（１６）と、
   入力ディスク（１５）および出力ディスク（１６）間に揺動自在に配置された一対のパワーローラ（１９）と、
   一対のパワーローラ（１９）をそれぞれ支持する一対のトラニオン（２７）と、
   トラニオン（２７）の軸線方向一端側に設けられたピストン（３３）と、
   ピストン（３３）が摺動自在に嵌合するシリンダ（３２）と、
   を備え、ピストン（３３）およびシリンダ（３２）により一対のトラニオン（２７）をそれぞれ軸線方向一方側および他方側に駆動して入力ディスク（１５）の回転数に対する出力ディスク（１６）の回転数を変速するトロイダル型無段変速機において、
   ピストン（３３）はパワーローラ（１９）側の第１受圧面（３３ａ）およびパワーローラ（１９）と反対側の第２受圧面（３３ｂ）を備え、第１、第２受圧面（３３ａ，３３ｂ）の面積を異ならせたことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 入・出力ディスク（１５，１６）に当接する一対のパワーローラ（１９）の面圧が等しくなるように、第１受圧面（３３ａ）の面積を第２受圧面（３３ｂ）の面積よりも大きく設定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。

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