JP2004156749A

JP2004156749A - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP2004156749A
Application number: JP2002324610A
Authority: JP
Inventors: Jun Watanabe; 純渡辺
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】従来のトロイダル型無段変速機にあっては、とくにディスクのトラクション特性と耐久性を両立させることが難しかった。
【解決手段】入力ディスクＤ１と出力ディスクＤ２の間にパワーローラＰを傾動可能に介装したトロイダル型無段変速機において、ディスクＤ１，Ｄ２の転動面に微細な凹凸を形成すると共に、転動面の面圧が高い領域ほど凹凸の高低差を小さくしたことにより、転動面に形成する微細な凹凸の高低差が転動面の面圧の大きさに応じて最適に設定されたものとなり、トラクション特性と耐久性の両立を実現した。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の変速機として用いられるトラクションドライブ式のトロイダル型無段変速機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トロイダル型無段変速機としては、例えば特開２００２−８９６４４号公報に記載されているものがある。同公報に記載された無段変速機は、入力ディスク及び出力ディスク等の転動体において、その転動面に微細な凹凸を形成することにより、トラクション特性の向上などを実現したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の無段変速機では、ディスクの転動面のトラクション特性と凹凸の高低差や、ディスクの転動面の耐久性とパワーローラの接触により受ける面圧が互いに密接な関係にある。また、上記の無段変速機では、転動面のトラクション特性を高めるには凹凸の高低差を大きくした方が望ましいが、所定の耐久性を確保するには凹凸の高低差に限度がある。さらに、上記の無段変速機では、変速比によって両ディスクの転動面の面圧が異なっている。
【０００４】
このため、従来の無段変速機では、ディスクの転動面に設けた凹凸の高低差が一定である場合、面圧が高い部分で油膜が薄くなり、これにより金属同士の接触が生じて耐久性が低下する恐れがあった。また、従来の無段変速機では、転動面の凹凸の高低差を設定する場合、比較的面圧が高くなる入力ディスクを基準にしているため、両ディスクの凹凸の高低差を等しくすると、入力ディスクの転動面はトラクション特性と耐久性を両立し得るものとなるが、面圧が低くなる出力ディスクの転動面は耐久性の面で余裕をもったものとなり、換言すれば、出力ディスクにはトラクション特性を高めるうえで改善の余地があった。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、ディスクのトラクション特性と耐久性の両立を実現することが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している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のトロイダル型無段変速機は、入力ディスクと出力ディスクの間にパワーローラを傾動可能に介装したトロイダル型無段変速機において、ディスクの転動面に微細な凹凸を形成すると共に、転動面の面圧が高い領域ほど凹凸の高低差を小さくした構成とし、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００７】
【発明の作用】
本発明のトロイダル型無段変速機では、ディスクの転動面に微細な凹凸を形成することにより転動面のトラクション特性を高める一方で、転動面の面圧が高い領域ほど凹凸の高低差を小さくしているので、とくに面圧が高い領域で油膜が薄くなり過ぎるような事態が防止され、これにより金属同士の接触を防いで転動面の耐久性を確保する。
【０００８】
【発明の効果】
本発明のトロイダル型無段変速機によれば、ディスクの転動面に形成する微細な凹凸の高低差が転動面の面圧の大きさに応じて最適に設定されたものとなり、これによりディスクにおける転動面のトラクション特性の向上と、転動面の耐久性の向上の両方を実現することができ、トロイダル型無段変速機の高効率化や長寿命化に貢献することができる。
【０００９】
【実施例】
以下、図面に基づいて、本発明に係わるトロイダル型無段変速機の一実施例を説明する。
【００１０】
図１に示すトロイダル型無段変速機は、エンジン側に連結される入力軸と車軸側に連結される出力軸を同軸状に備えると共に、入力軸及び出力軸に入力ディスクＤ１及び出力ディスクＤ２を夫々備え、両ディスクＤ１，Ｄ２の間に、複数のパワーローラＰが傾動可能に介装してある。なお、両ディスクＤ１，Ｄ２及びパワーローラＰはトラクションオイルを介して互いに接触する。
【００１１】
無段変速機は、両ディスクＤ１，Ｄ２の間に設けた揺動軸１を中心にして揺動するトラニオン２と、トラニオン２に回転自在に設けたピボットシャフト３を備えると共に、ピボットシャフト３に、外輪４及びパワーローラＰが回転自在に取付けてあり、外輪４とパワーローラＰの間には、保持器５とともにベアリングを構成する複数のボール６が介装してある。さらに、両ディスクＤ１，Ｄ２は、少なくとも一方が軸線方向に移動可能であり、ローディングカム機構の働きにより軸線方向に移動してパワーローラＰを所定圧力で挟むようになっている。
【００１２】
上記したような無段変速機では、パワーローラＰの半頂角（パワーローラの揺動中心と各ディスクに対する理論接点とを結ぶ２本の線が成す角度の半角）θｏが、ハーフトロイダル型無段変速機の代表的な値である６２．５度であり、キャビティ径が１３２ｍｍ、ディスク半径が４０ｍｍである場合、傾転角（パワーローラの傾き角）φと各ディスクＤ１，Ｄ２の転動面の面圧との関係は図２に示すものとなる。
【００１３】
すなわち、傾転角φが小さいＬＯＷ側では、図２中の線Ｓ１で示すように入力ディスクＤ１における面圧が高くなると共に、線Ｓ２で示すように出力ディスクＤ２における面圧が低くなる。また、傾転角φが先の半頂角θｏと一致する位置つまり変速比が１：１となる位置では、両ディスクＤ１，Ｄ２の面圧が等しくなり、さらに、半頂角θｏよりも傾転角φが大きくなるＨＩＧＨ側では、同じく線Ｓ１で示すように入力ディスクＤ１における面圧が低くなると共に、同じく線Ｓ２で示すように出力ディスクＤ２における面圧が高くなる。
【００１４】
ここで、無段変速機では、先述したように、転動面のトラクション特性と凹凸の高低差や、転動面の耐久性と面圧が互いに密接な関係にあり、例えば凹凸の高低差を一定にすると、転動面の面圧が高い部分で油膜が薄くなり、これにより金属同士の接触が生じて耐久性が低下する恐れがある。
【００１５】
そこで、当該無段変速機では、ディスクＤ１，Ｄ２の転動面に微細な凹凸を形成することで転動面のトラクション特性を高めるようにする一方で、転動面の面圧が高い領域ほど凹凸の高低差を小さくするようにしている。
【００１６】
より具体的には、変速比がＬＯＷ〜１：１の使用領域においては、図２中の線Ｓ３及び線Ｓ４で示すように、入力ディスクＤ１の転動面における凹凸の高低差を、出力ディスクＤ２の転動面における凹凸の高低差よりも小さくし、また、変速比が１：１〜ＨＩＧＨの使用領域においては、同じく線Ｓ３及びＳ４で示すように、入力ディスクＤ１の転動面における凹凸の高低差を、出力ディスクＤ２の転動面における凹凸の高低差よりも大きくしている。この場合、転動面における凹凸の高低差は、変速比が１：１となる位置を基準にして次第に変化させることがより望ましい。
【００１７】
このようにして、両ディスクＤ１，Ｄ２の転動面に形成した凹凸は、図２中の線Ｓ１〜Ｓ４で示すように、その高低差が転動面の面圧の大きさに応じた最適なものとなり、両ディスクＤ１，Ｄ２においてトラクション特性と耐久性の両立を実現することができる。
【００１８】
つまり、変速比がＬＯＷ〜１：１の使用領域においては、面圧が高い入力ディスクＤ１の転動面では、凹凸の高低差を小さく設定することにより、油膜が薄くなり過ぎるような事態を防止し、これにより金属同士の接触を防いで耐久性を確保することができる。これに対して、面圧が低い出力ディスクＤ２の転動面では、耐久性の面で余裕があるので、凹凸の高低差を大きく設定することにより、トラクション特性が高められることとなる。
【００１９】
また、変速比が１：１〜ＨＩＧＨの使用領域においては、上記の関係が逆になり、面圧が低い入力ディスクＤ１の転動面では、凹凸の高低差を大きく設定することでトラクション特性が高められ、面圧が高い出力ディスクＤ２の転動面では、凹凸の高低差を小さく設定することで耐久性を確保することができる。
【００２０】
ところで、上記の実施例では、転動面の凹凸の高低差を面圧の大きさに応じて設定した場合を説明したが、無段変速機においては、ローディングカム機構の働きにより両ディスクＤ１，Ｄ２の軸線方向に作用する軸力もトラクション特性に関与している。
【００２１】
図３は、変速比を変えた場合に必要となる軸力の特性を示すグラフであって、軸力の特性は、パワーローラＰの半頂角θｏにより図示の如く変化する。また、図３に示すデータは、一定のトラクション特性を仮定した場合に必要となる軸力を計算したものであり、これは、軸力が最大となる変速比の位置でトラクション特性を向上させれば、軸力を全体的に低減し得ることを意味している。
【００２２】
この軸力の低減は、ディスクＤ１，Ｄ２とパワーローラＰとの接触面圧の低減や、パワーローラＰのベアリングにおけるスラスト力の低減を実現することができ、転動面の耐久性の向上や運転効率の向上をもたらすものとなる。
【００２３】
したがって、上記軸力が最大となる変速比の位置を基準にして転動面に凹凸を形成すれば、トラクション特性が向上し、これにより軸力が全体的に低減され、転動面の耐久性の向上や運転効率の向上を実現し得ることとなる。
【００２４】
図３を参照すると、パワーローラＰの半頂角θｏが６０度又は６２．５度の付近であるハーフトロイダル型無段変速機の場合、変速比が１．２：１〜１．３：１の付近で軸力が最大となる。また、図４に示すように、変速比によるスピンロス（スピン量）の大きさは、変速比が１：１の位置で最大となり、この際、スピンロスに伴う発熱によってトラクションオイルの粘度が低下し、その結果、トラクション特性が低下する。
【００２５】
つまり、上記無段変速機では、変速比が１：１〜１．３：１の範囲において軸力とスピンロスの両方の影響を大きく受けるので、同範囲がトラクション特性の面で最弱部であると言える。また、図３に示す軸力の特性から、ＬＯＷ側（減速側）とＨＩＧＨ側（増速側）の両端側の範囲では、必要とする軸力が小さくなるので、この範囲に凹凸を形成してトラクション特性を向上させようとしても、得られる効果は小さい。
【００２６】
そこで、本発明の無段変速機では、両ディスクＤ１，Ｄ２の転動面に、軸力が最大となる位置として変速比が１．２：１となる位置を中心とする所定の範囲に微細な凹凸を形成し、この凹凸によりトラクション特性を向上させて軸力の低減を実現するとともに耐久性の向上等を実現し、最大の性能向上効果を得るようにしている。
【００２７】
そして、転動面において凹凸を形成する範囲は、以下のように決定する。例えば、ハーフトロイダル型無段変速機を極低温環境で使用する場合、トラクションオイルは低温流動性を確保するために低粘度化する必要がある。また、トラクションオイルの粘度とトラクション特性がトレードオフの関係にあることは一般的に知られており、低粘度のトラクションオイルを用いた場合のトラクション特性は５〜１０％低下する。
【００２８】
ここで、図５は、パワーローラＰの傾転角φと軸力との関係を示すグラフであって、軸力がほぼ最大となる位置は、傾転角φが約５５度の位置であり、先述したように変速比が１．２：１になる位置である。また、トラクション特性の低下は軸力の増大を意味することから、トラクション特性が５〜１０％低下すると、軸力は図中の実線で示す状態から破線で示す状態に全体的に増大する。
【００２９】
この図５において上記のトラクション特性の低下分を転動面の凹凸で補う場合を考えると、トラクション特性の低下分（５〜１０％）を改善するには、最大軸力が図中のレベルＡまで下がるように、最大軸力の位置すなわち変速比が１．２：１となる位置を中心とする所定範囲に凹凸を形成すれば良い。
【００３０】
具体的には、図中のレベルＡの位置で見ると、軸力が最大となる傾転角φが５５度の位置を中心にして±１５度の範囲、すなわち入力ディスクＤ１では、転動面において、回転軸に直交する線（図１中の符号Ｃ）に対して４０〜７０度の範囲に凹凸を形成すれば、トラクション特性の向上と共に、軸力が図中の実線で示す状態まで全体的に低下することとなる。
【００３１】
また、出力ディスクＤ２では、出力ディスクＤ１に対して、パワーローラとの接点が半頂角θｏ（６２．５度）の２倍である１２５度分ずれた位置となるので、図１に示すように、転動面において変速比が１．２：１の位置は回転軸に直交する線（Ｃ）に対して７０度であり、これを中心とする±１５度の範囲は５５〜８５度であって、この範囲に凹凸を形成すれば良い。
【００３２】
このように、当該無段変速機では、ディスクＤ１，Ｄ２の転動面において、上記の範囲に凹凸を形成することにより、低粘度のトラクションオイルを用いた場合でも、良好なトラクション特性を確保し得ると共に、軸力の低減が可能となり、軸力増大による耐久性の低下を防止することができる。
【００３３】
また、上記範囲に凹凸を形成する際には、図２に基づいて説明したように、凹凸の高低差を変化させてトラクション特性と耐久性の両立を図ることも当然可能である。さらに、上記の如く転動面において凹凸を形成する範囲を限定すれば、凹凸を形成する加工時間が短くなり、生産性の向上や低コスト化を実現し得るものとなる。
【００３４】
なお、本発明の無段変速機は、その構成が上記実施例のみに限定されるものではなく、パワーローラやディスク等の各転動体及びその他の構成部位の諸元によって構成を適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトロイダル型無段変速機の一実施例を説明する断面図である。
【図２】パワーローラの傾転角とディスクにおける面圧及び凹凸の高低差との関係を示すグラフである。
【図３】変速比を変えた場合に必要となる軸力の特性を表すグラフである。
【図４】変速比に対するスピン量を示すグラフである。
【図５】パワーローラの傾転角と軸力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｄ１入力ディスク
Ｄ２出力ディスク
Ｐパワーローラ

Claims

入力ディスクと出力ディスクの間にパワーローラを傾動可能に介装したトロイダル型無段変速機において、ディスクの転動面に微細な凹凸を形成すると共に、転動面の面圧が高い領域ほど凹凸の高低差を小さくしたことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
変速比がＬＯＷ〜１：１の使用領域において、入力ディスクの凹凸の高低差を出力ディスクの凹凸の高低差よりも小さく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。
変速比が１：１〜ＨＩＧＨの使用領域において、入力ディスクの凹凸の高低差を出力ディスクの凹凸の高低差よりも大きく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。
入力及び出力ディスクの転動面に、変速比が１．２：１となる位置を中心とする所定範囲に凹凸を形成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。