JP2004156749A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents
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Abstract
【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
【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 (4)
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002324610A JP2004156749A (ja) | 2002-11-08 | 2002-11-08 | トロイダル型無段変速機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002324610A JP2004156749A (ja) | 2002-11-08 | 2002-11-08 | トロイダル型無段変速機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004156749A true JP2004156749A (ja) | 2004-06-03 |
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ID=32804101
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2002324610A Pending JP2004156749A (ja) | 2002-11-08 | 2002-11-08 | トロイダル型無段変速機 |
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Cited By (2)
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JP2012117576A (ja) * | 2010-11-30 | 2012-06-21 | Nsk Ltd | トロイダル型無段変速機 |
US9649016B2 (en) | 2011-03-10 | 2017-05-16 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Endoscopic camera and endoscopic device |
-
2002
- 2002-11-08 JP JP2002324610A patent/JP2004156749A/ja active Pending
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