JP2004245244A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents
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Abstract
【課題】揺動フレーム２１、２２を円弧運動させる事により変速比を変化させる構造で、製造コストを抑えつつ、安定した変速動作を実現しつつ、効率並びに耐久性の向上を図る。
【解決手段】互いに別体の部品である、揺動フレーム２１と、トラニオン３０と、変位軸３２ａと、パワーローラ４と、複数の軸受４７、４７、５３、５５、５８、６６、６６と、支持軸３４等から成るパワーローラユニット７１を、トロイダル型無段変速機への組み付け以前に、このトロイダル型無段変速機の組立完了後の位置関係に予め組み立てる。
【選択図】 図１
【解決手段】互いに別体の部品である、揺動フレーム２１と、トラニオン３０と、変位軸３２ａと、パワーローラ４と、複数の軸受４７、４７、５３、５５、５８、６６、６６と、支持軸３４等から成るパワーローラユニット７１を、トロイダル型無段変速機への組み付け以前に、このトロイダル型無段変速機の組立完了後の位置関係に予め組み立てる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係るトロイダル型無段変速機は、例えば車両（自動車）用の自動変速装置を構成する変速ユニットとして利用する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の変速機としてトロイダル型無段変速機が研究され、一部で実施されているが、乗用車用としては大型で大きなトルクを発生するエンジンを組み込んだ四輪駆動車用の自動変速装置の変速ユニットとして好適な構造が、例えば特許文献１に記載されて従来から知られている。図４〜７は、この特許文献１に記載された、大排気量の四輪駆動車用のトロイダル型無段変速機を示している。このトロイダル型無段変速機１は、第一入力側ディスク２と第一出力側ディスク３との間に３個の第一パワーローラ４、４を、第二入力側ディスク５と第二出力側ディスク６との間に３個の第二パワーローラ７を、それぞれ設けて、合計６個のパワーローラ４、７により、動力の伝達を行なう様に構成している。
【０００３】
上記自動変速装置を構成する為、動力の伝達方向に関して最も前段部には、発進クラッチであるトルクコンバータ８を設け、このトルクコンバータ８の出力部に、上記トロイダル型無段変速機１を構成する入力軸９の前半部９ａを組み込んでいる。図示しない走行用エンジンの回転に伴ってこの前半部９ａは、上記トルクコンバータ８により回転駆動される。そして、この前半部９ａの後端部に上記入力軸９の後半部９ｂを、互いに同心に且つ相対回転自在に支持している。
【０００４】
そして、上記前半部９ａと後半部９ｂとの間に、前進と後退とを切り換える為の前後進切り換えユニット１０を、動力の伝達方向に関して直列に設けている。遊星歯車機構である、この前後進切り換えユニット１０は、それぞれが湿式多板クラッチである前進用クラッチ１１と後退用クラッチ１２とを選択して断接させる事により、前進状態と後退状態とを切り換える。
【０００５】
動力の伝達方向に関して、上述の様な前後進切り換えユニット１０の後側に、上記トロイダル型無段変速機１を設けている。そして、このトロイダル型無段変速機１の入力部、即ち、上記前後進切り換えユニット１０の出力部につながる部分と、出力部、即ち、前輪用駆動軸１３及び後輪用駆動軸１４につながる部分との間の変速比を連続的に変化させる様にしている。このトロイダル型無段変速機１は、上記後半部９ｂの周囲に設けている。即ち、この後半部９ｂの前後両端部近傍に第一、第二両入力側ディスク２、５を、それぞれが断面円弧状の凹面である内側面同士を対向させた状態で、互いに同心に且つ互いに同期した回転自在に支持している。この為に図示の例では、前側（図４の左側）に設けた第一入力側ディスク２を、前記前後進切り換えユニット１０を構成するキャリア１５の基端部にスプライン係合させると共に、前側への移動を阻止している。これに対して、後側（図４の右側）に設けた第二入力側ディスク５は、上記後半部９ｂの後端部に、ボールスプライン１６を介して支持している。そして、油圧式のローディング装置１７により、上記第二入力側ディスク５を上記第一入力側ディスク２に向け、押圧自在としている。
【０００６】
又、前記後半部９ｂの中間部周囲には支持筒１８を、この後半部９ｂと同心に設けている。この支持筒１８は、ステー１９、１９の内径側端部により、その両端部を支持固定している。尚、これら各ステー１９、１９は、後述する支持環２０、２０にそれぞれの外径側端部を支持固定して、やはり後述する第一、第二各揺動フレーム２１、２２を揺動自在に支持する為の第一、第二各支持フレーム２３、２４を構成する。又、上記支持筒１８の内側に上記後半部９ｂを、この支持筒１８の周囲に前記第一、第二両出力側ディスク３、６を、それぞれ回転及び軸方向に亙る変位自在に支持している。又、これら両出力側ディスク３、６は、間に設けたスラスト軸受により、互いの間に加わるスラスト荷重を支承しつつ、互いの相対回転を自在としている。
【０００７】
又、上記第一出力側ディスク３の外側面側には前輪用出力歯車２５を固定し、この前輪用出力歯車２５と前記前輪用駆動軸１３とを、前輪用従動歯車２６を介して結合し、上記第一出力側ディスク３により上記前輪用駆動軸１３を回転駆動自在としている。又、この前輪用駆動軸１３の回転を、前輪用デファレンシャルギヤ２７を介して、図示しない前輪に伝達自在としている。一方、上記第二出力側ディスク６の外側面側には後輪用出力歯車２８を固定し、この後輪用出力歯車２８と前記後輪用駆動軸１４とを、後輪用従動歯車２９を介して結合し、上記第二出力側ディスク６により上記後輪用駆動軸１４を回転駆動自在としている。又、この後輪用駆動軸１４の回転を、図示しない後輪用デファレンシャルギヤを介して、やはり図示しない後輪に伝達自在としている。
【０００８】
又、前記第一入力側ディスク２の内側面と上記第一出力側ディスク３の内側面との間には前記３個の第一パワーローラ４、４を、前記第二入力側ディスク５の内側面と上記第二出力側ディスク６の内側面との間には前記３個の第二パワーローラ７を、それぞれ挟持している。これら第一、第二各パワーローラ４、７は、それぞれ第一、第二各トラニオン３０、３１の内側面で、この内側面から突出した状態で設けられた各変位軸３２、３２の周囲に回転自在に支持している。これら第一、第二各トラニオン３０、３１は、それぞれの両端部に互いに同心に設けた、上記各ディスク２、５、３、６の中心軸と交差する事はないが、これら各ディスク２、５、３、６の中心軸の方向に対して直角若しくは直角に近い方向となる捻れの位置に存在する、第一、第二各枢軸３３（第二枢軸は図示せず）を中心に揺動する。又、上記第一、第二各トラニオン３０、３１は、それぞれ第一、第二各揺動フレーム２１、２２の両端部に、揺動変位自在に支持している。
【０００９】
そして、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２の中間部を前記第一、第二各支持フレーム２３、２４を構成する前記各支持環２０、２０同士の間に、各ディスク２、５、３、６の中心軸に対し平行な支持軸３４、３４を中心とする揺動変位自在に支持している。上記第一、第二各支持フレーム２３、２４は、互いに平行に配置されたそれぞれ１対ずつの支持環２０、２０を、前記ステー１９を構成する３本の支柱部３５、３５の外径側端部を介して互いに結合して成る。上記各支持軸３４、３４は、上記各支持環２０、２０の円周方向に関して、上記各支柱部３５、３５の中間位置で、上記第一、第二各支持フレーム２３、２４を１対ずつの支持環２０、２０同士の間に掛け渡している。従って、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２は、円周方向に隣り合う支柱部３５、３５同士の間に、揺動自在に支持されている。
【００１０】
更に、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２を、これら各揺動フレーム２１、２２の両端部と上記各支持環２０、２０との間に設けた油圧シリンダ３６ａ、３６ｂにより、揺動変位自在としている。これら各油圧シリンダ３６ａ、３６ｂは、それぞれ上記各支持環２０、２０の一部で上記各揺動フレーム２１、２２の両端部に整合する位置に設けている。一方、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２の両端部で、上記各油圧シリンダ３６ａ、３６ｂに整合する部分にはロッド３７ａ、３７ｂを、上記各支持軸３４、３４と平行に、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２の両端部を貫通する状態で支持固定している。そして、上記各油圧シリンダ３６ａ、３６ｂに嵌装したピストン３８ａ、３８ｂと、上記各ロッド３７ａ、３７ｂを係合させている。
【００１１】
変速時には、上記各揺動フレーム２１、２２毎に２対ずつ（各揺動フレーム毎に４個ずつ、トロイダル型無段変速機１全体として合計２４個）設けた油圧シリンダ３６ａ、３６ｂのうちの、上記各揺動フレーム２１、２２の長さ方向一端側に設けた一方の油圧シリンダ３６ａ（３６ｂ）を伸長させると共に他方の油圧シリンダ３６ｂ（３６ａ）を収縮させて、上記各揺動フレーム２１、２２を所定方向に所定量だけ揺動変位させる。
【００１２】
又、上記各油圧シリンダ３６ａ、３６ｂへの圧油の給排を制御する為の制御弁３９は、前記各支持環２０、２０に支持している。上記各油圧シリンダ３６ａ、３６ｂへの圧油の給排により上記各揺動フレーム２１、２２が揺動変位すると、これら各揺動フレーム２１、２２に支持したトラニオン３０、３１の外側面に設けたカム面４０が、上記制御弁３９に付属のプランジャ４１を介してこの制御弁３９のスプール４２を変位させ、上記制御弁３９の切り換えを行なう。このスプール４２と共にこの制御弁３９を構成するスリーブ４３は、変速時には所望の変速比を実現できる様に、制御モータ４４により、所定位置に変位させておく。この様な制御弁３９及び制御モータ４４は、前記第一入力側ディスク２及び第一出力側ディスク３を含んで構成する第一キャビティ４５側に１個、前記第二入力側ディスク５及び第二出力側ディスク６を含んで構成する第二キャビティ４６側に１個、トロイダル型無段変速機１全体で２個設けている。そして、第一キャビティ４５側の制御モータ４４によりこの第一キャビティ４５側の制御弁３９を、第二キャビティ４６側の制御モータ４４によりこの第二キャビティ４６側の制御弁３９を、マイクロコンピュータを内蔵した図示しない制御器からの指令信号に基づき、互いに同期して（直進状態の場合）、或は互いに独立して（旋回状態の場合）制御する。
【００１３】
この様に構成する為、変速時には、上記各油圧シリンダ３６ａ、３６ｂへの圧油の給排に基づき、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２が、前記各支持軸３４、３４を中心に、所定方向に所定量だけ揺動変位する。この結果、これら各揺動フレーム２１、２２に支持された上記第一、第二各トラニオン３０、３１が、後述する本発明の実施の形態の１例を示す図３の（Ａ）、（Ｂ）に示す様に、上記各支持軸３４、３４を中心として円弧運動（スイベル運動）をする。そして、この円弧運動に基づく上記第一、第二各トラニオン３０、３１の上記第一、第二枢軸３３の軸方向に関する変位により、前記各パワーローラ４、７の周面と上記各ディスク２、５、３、６の内側面との転がり接触部に作用する、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上記第一、第二各トラニオン３０、３１が、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２に枢支された第一、第二各枢軸３３を中心として、互いに逆方向に揺動し、上記第一、第二各パワーローラ４、７の周面と上記各内側面との当接位置が変化して、第一、第二各入力側ディスク２、５と第一、第二各出力側ディスク３、６との間の回転速度比が変化する。
【００１４】
上述の様に構成する従来のトロイダル型無段変速機１の運転時には、前記入力軸９の後半部９ｂと共に互いに同期して回転する第一、第二両入力側ディスク２、５のうち、第一入力側ディスク２から上記各第一パワーローラ４、４を介して前記第一出力側ディスク３に伝わった動力により、前記前輪用駆動軸１３を回転駆動する。又、第二入力側ディスク５から上記各第二パワーローラ７を介して前記第二出力側ディスク６に伝わった動力により、後輪用駆動軸１４を回転駆動する。
【００１５】
又、特許文献２には、トロイダル型無段変速機を構成する為のパワーローラユニットに関する発明が記載されている。この特許文献２に記載された構造の場合には、トラニオンの軸方向両端部に設けた枢軸にアクチュエータを構成するロッドを、この枢軸の軸方向に固定している。そして、このアクチュエータで上記トラニオンを上記枢軸の軸方向に変位させる事により、このトラニオンに支持したパワーローラを傾斜させ、変速比を変化させる。上記特許文献２は、この様なトロイダル型無段変速機の組立作業の容易化を図るべく、上記パワーローラを含むパワーローラユニットを、トロイダル型無段変速機に組み込む以前に予め組立完了後の状態に組み付ける発明が記載されている。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００１−１６５２６２号公報
【特許文献２】
特開平１１−１５３２０３号公報
【００１７】
【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効率並びに耐久性を確保する為には、構成各部品同士の位置関係を高精度に規制しなければならない。特に前述の図４〜７に示した様な、第一、第二各揺動フレーム２１、２２を円弧運動させる事により変速比を変える構造の場合、前記特許文献２に記載された構造に比べて、上記構成各部品同士の僅かなずれが、第一、第二各パワーローラ４、７に関する変速比の同期不良に結び付き易い。そして、この様な変速比の同期不良に基づいて、変速比制御が不安定になったり、効率並びに耐久性が低下する可能性がある。
【００１８】
即ち、上記特許文献２に記載された構造の場合には、トラニオンの端部に設けた枢軸にアクチュエータを構成するロッドを直接固定している。そして、このロッドにより上記トラニオンを上記枢軸の軸方向に直接変位させる事により変速比を変える。これに対して、上述の様な第一、第二各揺動フレーム２１、２２を円弧運動させる構造の場合には、これら第一、第二各揺動フレーム２１、２２により第一、第二各トラニオン３０、３１を支持している。そして、変速比を変える際に、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２をアクチュエータを構成するロッド３７ａ、３７ｂにより円弧運動させる事で、上記第一、第二各トラニオン３０、３１を枢軸の軸方向に（間接的に）変位させる。この為、これら第一、第二各トラニオン３０、３１が上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２に対して軸方向に必要以上に変位したり（がたついたり）、同じくこれら第一、第二各トラニオン３０、３１の組み付け位置が軸方向にずれていると、変速比を変える際に、これら第一、第二各トラニオン３０、３１毎に軸方向変位量が異なる可能性がある。
【００１９】
更には、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２の揺動中心である支持軸３４の中心から、上記第一、第二各パワーローラ４、７の周面と第一、第二各入力側、出力側ディスク２、３、５、６の側面との転がり接触部（トラクション部）までの距離が、上記第一、第二各パワーローラ４、７毎にずれていると、これら各パワーローラ４、７毎に揺動半径が異なる事になる。そして、この様に揺動半径が異なったり、上述の様な第一、第二各トラニオン３０、３１毎の軸方向変位量が異なると、変速比を変える際に、上記第一、第二各パワーローラ４、７毎に、枢軸３３、３３を中心とする傾きが異なる事になる。
【００２０】
そして、この様に第一、第二各パワーローラ４、７毎に傾きが異なると、これら第一、第二各パワーローラ４、７に関する変速比の同期不良が生じる。そしてこの様な同期不良に基づいて、変速比制御が不安定になったり、上記第一、第二各パワーローラ４、７の周面と上記各ディスク２、３、５、６の側面との転がり接触部で過大な滑りが生じ、伝達効率や耐久性が低下する可能性がある。
尚、前記特許文献２は、上述の様な揺動フレームを円弧運動させる事により変速比を変える構造に関しては、特に言及していない。
本発明のトロイダル型無段変速機は、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００２１】
【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、前述した従来から知られているトロイダル型無段変速機と同様に、入力側ディスクと、出力側ディスクと、複数のトラニオンと、複数の変位軸と、複数のパワーローラと、転がり軸受とを備える。
このうちの入力側ディスクは、回転自在に支持されている。
又、上記出力側ディスクは、その内側面を上記入力側ディスクの内側面に対向させた状態で、この入力側ディスクと同心に配置されている。
又、上記各トラニオンは、上記入力側ディスクと出力側ディスクとの間に設けられ、これら両ディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心として揺動する。
又、上記各変位軸は、上記各トラニオンの内側面から突出している。
又、上記各パワーローラは、上記各変位軸に回転自在に支持された状態で、上記入力側ディスクと出力側ディスクとの内側面同士の間に挟持されている。
又、上記転がり軸受は、これら各パワーローラの外側面と上記各トラニオンの内側面との間に設けられ、これら各パワーローラに加わる荷重を支承している。
そして、上記各トラニオンの周囲に設けた支持フレームに、支持軸によりそれぞれの中間部を枢支した、上記各トラニオンと同数の揺動フレームを、アクチュエータにより揺動変位自在とすると共に、上記各トラニオンの両端部に設けた上記各枢軸を、上記各揺動フレームの両端部内側面にラジアル軸受により回転自在に支持している。
特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、互いに別体の部品である、上記トラニオンと変位軸とパワーローラとスラスト軸受と揺動フレームと支持軸とラジアル軸受とから成るパワーローラユニットを、組立完了後の位置関係に予め組み立てた状態で組み付けている。
【００２２】
【作用】
上述の様に本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、互いに別体である複数の部品により構成されるパワーローラユニットを、組立完了後の位置関係に予め組み立てた状態で組み付ける。この為、構成各部品の寸法誤差の積算に基づく各部の位置関係のずれや、構成各部品が正しく機能するか否かを、これら構成各部品をハウジング内に組み付ける以前に確認できる。従って、トロイダル型無段変速機全体を分解、再組立する等の面倒な作業を要する事なく、構成各部品同士の位置関係を高精度に規制できる。この結果、製造コストが嵩む事なく、変速比の同期不良や変速比制御が不安定になる事を防止して、効率並びに耐久性の向上を図れる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１〜２は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、第一、第二支持フレーム２３、２４（図４〜７参照）に揺動自在に支持される第一、第二揺動フレーム２１、２２に、第一、第二トラニオン３０、３１、変位軸３２ａ、第一、第二パワーローラ４、７、複数の軸受４７、５３、５５、５８、６６、支持軸３４等を組み付けてユニット化する点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図４〜７に示した従来構造と同様であるから、重複する図示及び説明を省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
又、以下、キャビティーが別である事を表す第一、第二各部材は、第一、第二を省略して説明をする。
【００２４】
トラニオン３０、３１の両端面に１対の枢軸３３、３３を、互いに同心に形成しており、これら両枢軸３３、３３の周囲に、それぞれが請求項１に記載したラジアル軸受に相当する、１対の第一のラジアルニードル軸受４７、４７を設けている。これら各第一のラジアルニードル軸受４７、４７は、外周面に円筒状の内輪軌道を有し、上記各枢軸３３、３３に外嵌する内輪４８と、内周面に円筒状の外輪軌道を有し、後述する揺動フレーム２１、２２に支持環４９を介して支持される外輪５０と、上記内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数本のニードル５１、５１とから成る。
【００２５】
又、上記トラニオン３０、３１の中間部内側面に、変位軸３２ａを支持する為の有底円筒状の凹孔５２を形成している。この凹孔５２の中心軸の方向は、上記各枢軸３３、３３の軸方向に対し直角方向若しくは直角に近い方向としている。そして、この凹孔５２内に、後述するアンギュラ型の玉軸受５３を構成する外輪５４と一体に形成した上記変位軸３２ａを、第二のラジアルニードル軸受５５により、回転自在に支持している。この第二のラジアルニードル軸受５５は、内周面に外輪軌道を有し、上記凹孔５４に内嵌自在のレース５６と、複数本のニードル５７、５７とから成る。
【００２６】
又、上記トラニオン３０、３１の中間部内側面とパワーローラ４、７の外側面との間には、請求項１に記載した転がり軸受に相当する上記アンギュラ型の玉軸受５３と、請求項４に記載した第二のスラスト軸受に相当する第二のスラストニードル軸受５８とを、スラスト荷重の作用方向（図１、２の上下方向）に関して互いに直列に設けている。このうちの玉軸受５３は、上記パワーローラ４、７の外側面に形成した内輪軌道と、上記外輪５４の内側面に形成した外輪軌道との間に、保持器５９により転動自在に保持した複数の玉６０、６０を配置して成る。又、上記第二のスラストニードル軸受５８は、上記トラニオン３０、３１の内側面に設けたレース６１と、複数本のニードル６２、６２とから成る。尚、上述の様に上記玉軸受５３を構成する外輪５４と前記変位軸３２ａとを一体に形成する事により、前述の図４〜７に示した従来構造に比べ、上記玉軸受５３並びにパワーローラ４、７の剛性向上を図っている。
【００２７】
又、前記揺動フレーム２１、２２の中間部に、入力軸９及び入力側、出力側各ディスク２、５、３、６（図４等参照）の中心軸に平行な貫通孔６３を設け、この貫通孔６３に内嵌した支持軸３４により、上記揺動フレーム２１、２２を前記支持フレーム２３、２４に揺動変位自在に支持する様にしている。そして、上記揺動フレーム２１、２２の両端部にそれぞれ設けた１対の支持筒６４、６４内に上記トラニオン３０、３１を、前述の様に支持環４９、４９を介して第一のラジアルニードル軸受４７、４７により回転自在に支持している。
【００２８】
又、上記トラニオン３０、３１の軸方向両端部に設けた各枢軸３３、３３の軸方向端面と、上記揺動フレーム２１、２２の軸方向両端面に固定した１対の端板６５、６５の内側面との間に、それぞれが請求項３に記載した第一のスラスト軸受に相当する、１対の第一のスラストニードル軸受６６、６６を設けている。これら第一のスラストニードル軸受６６、６６はそれぞれ、１対のレース６７ａ、６７ｂの間に複数本のニードル６８、６８を挟持して成る。又、上記各端板６５、６５は、上記支持フレーム２３、２４に設けたアクチュエータを構成するロッド３７ａ、３７ｂ（図５〜６参照）と整合する位置に、上記支持軸３４と平行な貫通孔６９、６９をそれぞれ形成しており、これら各貫通孔６９、６９に上記ロッド３７ａ、３７ｂを、がたつきなく内嵌自在としている。そして、上記端板６５、６５の内側面と上記各枢軸３３、３３の両端部に外嵌した座金７０、７０との間に上記第一のスラストニードル軸受６６、６６を設ける事により、上記各端板６５、６５に対し上記トラニオン３０、３１を、上記各枢軸３３、３３を中心とする揺動変位を許容しつつ、このトラニオン３０、３１が必要以上に軸方向に変位するのを阻止する様にしている。
【００２９】
尚、トロイダル型無段変速機の変速比を変える際には、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す様に、上記揺動フレーム２１、２２を上記各ロッド３７ａ、３７ｂにより、前記支持軸３４を中心に所定方向に所定量だけ揺動変位させる。この結果、これら各揺動フレーム２１、２２に支持された上記各トラニオン３０、３１が、上記支持軸３４を中心として円弧運動（スイベル運動）をする。そして、この円弧運動に基づく上記トラニオン３０、３１の前記枢軸３３、３３の軸方向に関する変位により、前記パワーローラ４、７の周面と前記入力側、出力側各ディスク２、５、３、６の側面との転がり接触部に作用する、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上記トラニオン３０、３１が、上記揺動フレーム２１、２２に枢支された上記各枢軸３３、３３を中心として、互いに逆方向に揺動し、上記パワーローラ４、７の周面と上記各ディスク２、５、３、６の側面との当接位置が変化して、これら入力側ディスク２、５と出力側ディスク３、６との間の回転速度比が変化する。
【００３０】
本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、互いに別体の部品である、上記揺動フレーム２１（２２）と、トラニオン３０（３１）と、変位軸３２ａと、パワーローラ４（７）と、複数の軸受４７、４７、５３、５５、５８、６６、６６と、支持軸３４と、支持環４９、４９と、カバー６５、６５と、座金７０とから成るパワーローラユニット７１を、前述の図４〜７に示した様なトロイダル型無段変速機への組み付け以前に、このトロイダル型無段変速機の組立完了後の位置関係に予め組み立ている。この様にこれら各部品２１（２２）、３０（３１）、３２ａ、４（７）、４７、４７、５３、５５、５８、６６、６６、３４、４９、４９、６５、６５、７０を組み立てるには、上記揺動フレーム２１（２２）に、支持環４９、４９及び第一のラジアルニードル軸受４７、４７、トラニオン３０（３１）、カバー６９、６９、第一のスラストニードル軸受６６、６６、座金７０、７０を組み付ける。そして、上記トラニオン３０（３１）に、上記パワーローラ４（７）及び玉軸受５３、第二のスラストニードル軸受５８を組み付けて、図１〜２に示す様なパワーローラユニット７１とする。
【００３１】
この様に各部品２１（２２）、３０（３１）、３２ａ、４（７）、４７、４７、５３、５５、５８、６６、６６、３４、４９、４９、６５、６５、７０を組み立ててパワーローラユニット７１としたならば、各部の寸法並びに作動状態を確認する。即ち、図２に示す様に、上記パワーローラ４、７の中心ｘと支持軸３４の中心ｙとの、前記枢軸３３、３３の軸方向に関する距離ｄを測定する。又、これと共に、上記トラニオン３０、３１の枢軸３３、３３の軸方向に関する変位量（がたつき量）を測定する。そして、これら変位量及び距離ｄが所望の値でない場合には、上記各第一のスラストニードル軸受６６、６６の軸方向厚さＴ６６、Ｔ６６を調節する。即ち、これら第一のスラストニードル軸受６６の構成部品６７ａ、６７ａ、６８のうちの、例えばレース６７ａ、６７ｂ（の何れか一方、好ましくは６７ａ）の厚さを変える事により、所望の値に調節する。この様にレース６７ａ、６７ｂの厚さを変える事により所望の値に調節する場合には、このレース６７ａ、６７ｂとして、厚さが少しずつ異なるものを複数種類用意し、上述の測定作業の後、適宜のレース６７ａ、６７ｂを組み付ければ、上記変位量及び距離ｄを所定値に規制できる。
【００３２】
尚、上記トラニオン３０（３１）の枢軸３３、３３の軸方向に関する変位量は、０．１ｍｍ以下（より好ましくは０〜０．０５ｍｍの範囲）となる様に調節する。この様に０．１ｍｍ以下としたのは、本発明者が、前述の図４〜７に示す様なトロイダル型無段変速機を使用し、上記変位量毎の変速状態を調べた結果、上記変位量を０．１ｍｍ以下に抑えれば、上記パワーローラ４（７）の周面と各入力側、出力側ディスク２、３、５、６の側面との転がり接触部（トラクション部）に作用する力の方向が、無用な変速動作を惹起する程変化しない様にして、このトラクション部で過大な滑りが発生する事を防止すると共に、ハンチング等の変速比制御を不安定にする状態が発生しない様にして、変速状態を良好に維持できる事が分かった為である。
【００３３】
又、上記変位量及び距離ｄと共に、上記パワーローラ４（７）の周面と前記支持軸３４の中心ｙとの、変位軸３２ａの軸方向距離に関する値である、パワーローラユニット７１の組み立て高さｈも測定する。そして、この組み立て高さｈが所望の値でない場合には、前記第二のスラストニードル軸受５８の軸方向厚さＴ５８を調節する。即ち、この第二のスラストニードル軸受５８の構成部品６１、６２のうちの、例えばレース６１の厚さを変える事により、所望の値に調節する。尚、この様に高さｈを所定値に規制するのは、前記玉軸受５３を構成する外輪５４の厚さを変える事でも行なえるが、厚さの異なる複数種類の外輪５４を用意する事は、現実的ではない。
【００３４】
そして、この様にパワーローラユニット７１の組み立て高さｈを所望の値に調節すると共に、前述の様に上記トラニオン３０（３１）の枢軸３３、３３の軸方向に関する変位量、並びに、パワーローラ４（７）の中心ｘと支持軸３４の中心ｙとの上記枢軸３３、３３の軸方向に関する距離ｄを所望の値に調節したら、上記パワーローラユニット７１の作動状態を確認する。即ち、上記パワーローラ４（７）の周面８ａの振れ、このパワーローラ４（７）や上記トラニオン３０（３１）の平行度等の機能確認作業を行なう。
【００３５】
そして、上記トラニオン３０（３１）の軸方向変位量、並びに上記距離ｄ、組み立て高さｈが適正の値であり、上記機能確認作業により各部の機能が適正であると判定したパワーローラユニット７１は、適宜の治具により仮止めする。一方、上記各値或は機能が不適正であれば、これら各部材を分解して、異なる部品と再組立する。即ち、前述の様に第二のスラストニードル軸受５８を構成するレース６１の厚さを変えたり、各第一のスラストニードル軸受６６、６６を構成する各レース６７ａ、６７ｂの厚さを変える等により、上記各値並びに各部の機能が適正になる様にする。
【００３６】
上述の様な本例のトロイダル型無段変速機によれば、構成各部品の寸法誤差の積算に基づく各部の位置関係のずれ、延いては構成各部品が正しく機能するか否かを、これら構成各部品をハウジング内に組み付ける以前に確認できる。従って、トロイダル型無段変速機全体を分解、再組立する等の面倒な作業を要する事なく、構成各部材同士の位置関係を高精度に規制できる。この結果、製造コストが嵩む事なく、変速比の同期不良や変速比制御が不安定になる事を防止して、効率並びに耐久性の向上を図れる。
【００３７】
尚、上述の様にして上記各部品２１（２２）、３０（３１）、３２ａ、４（７）、４７、４７、５３、５５、５８、６６、６６、３４、４９、４９、６５、６５、７０を組み立てて成るパワーローラユニット７１は、前記支持フレーム２３、２４に組み付けると共に、やはり複数の部品を予め組み立てて成る、入力側ディスクユニット、出力側ディスクユニット等と共にハウジング内に組み付けて、トロイダル型無段変速機を構成する。これら入力側、出力側ディスクユニット等も、上述したパワーローラユニット７１と同様に、複数の部品を組み立てた後、ハウジング内に組み付ける以前に、各部の寸法並びに作動状態を確認し、これら寸法並びに作動状態が適正であれば、適宜の治具により上記各部品を仮止めしておく。従って、上記各ユニットを組み合わせてトロイダル型無段変速機とした状態では、構成各部の作動状態を適正にできる。尚、上記各ユニットを構成する各部材の表面には防錆油を付着させておくが、この防錆油としては、トロイダル型無段変速機内に充填するトラクションオイル中に混入した場合にもこのトラクションオイルを劣化させにくい、指定防錆油を使用する事が好ましい。
【００３８】
尚、本例は、本発明のトロイダル型無段変速機を、大型で大きなトルクを発生するエンジンを組み込んだ四輪駆動車用の自動変速装置用の変速ユニットとして組み込む場合に就いて説明した。但し、図示の様な四輪駆動車用に限らず、一般的な二輪駆動車の為の自動変速装置用の変速ユニットとしても使用できる。この場合には、１対の出力側ディスクを互いに同期した回転を自在に結合し、これら両出力側ディスクから１本の出力軸に出力を取り出す。更には、あまり大きなトルクを発生しない、小型の自動車の為の自動変速装置用の変速ユニットとして使用する場合には、入力側ディスクと出力側ディスクとを１個ずつ設けた、所謂シングルキャビティ型のトロイダル型無段変速機として構成する事もできる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明のトロイダル型無段変速機は、以上に述べた通り構成され作用するので、揺動フレームを円弧運動させる事により変速比を変化させる構造で、製造コストが嵩む事なく、安定した変速動作を実現しつつ、効率並びに耐久性の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を、パワーローラユニットを取り出して、図６と同方向に切断して示す断面図。
【図２】パワーローラユニットの測定状態を説明する為の、図１と同様の断面図
【図３】運転時のパワーローラユニットの作動状態を説明する為の図で、（Ａ）は中立状態を示す断面図、（Ｂ）は変速比を変える際の状態を示す断面図。
【図４】従来構造の１例を示す要部断面図。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図。
【図６】同Ｂ−Ｂ断面図。
【図７】図６とほぼ同じ部分を、第一トラニオンの両端部に設けた第一枢軸の中心軸を含む平面で切断した状態で示す断面図。
【符号の説明】
１ トロイダル型無段変速機
２ 第一入力側ディスク
３ 第一出力側ディスク
４ 第一パワーローラ
５ 第二入力側ディスク
６ 第二出力側ディスク
７ 第二パワーローラ
８ トルクコンバータ
９ 入力軸
９ａ 前半部
９ｂ 後半部
１０ 前後進切り換えユニット
１１ 前進用クラッチ
１２ 後退用クラッチ
１３ 前輪用駆動軸
１４ 後輪用駆動輪
１５ キャリア
１６ ボールスプライン
１７ ローディング装置
１８ 支持筒
１９ ステー
２０ 支持環
２１ 第一揺動フレーム
２２ 第二揺動フレーム
２３ 第一支持フレーム
２４ 第二支持フレーム
２５ 前輪用出力歯車
２６ 前輪用従動歯車
２７ 前輪用デファレンシャルギヤ
２８ 後輪用出力歯車
２９ 後輪用従動歯車
３０ 第一トラニオン
３１ 第二トラニオン
３２、３２ａ 変位軸
３３ 第一枢軸
３４ 支持軸
３５ 支柱部
３６ａ、３６ｂ 油圧シリンダ
３７ａ、３７ｂ ロッド
３８ａ、３８ｂ ピストン
３９ 制御弁
４０ カム面
４１ プランジャ
４２ スプール
４３ スリーブ
４４ 制御モータ
４５ 第一キャビティ
４６ 第二キャビティ
４７ 第一のラジアルニードル軸受
４８ 内輪
４９ 支持環
５０ 外輪
５１ ニードル
５２ 凹孔
５３ 玉軸受
５４ 外輪
５５ 第二のラジアルニードル軸受
５６ レース
５７ ニードル
５８ 第二のスラストニードル軸受
５９ 保持器
６０ 玉
６１ レース
６２ ニードル
６３ 貫通孔
６４ 支持筒
６５ 端板
６６ 第一のスラストニードル軸受
６７ａ、６７ｂ レース
６８ ニードル
６９ 貫通孔
７０ 座金
７１ パワーローラユニット
【産業上の利用分野】
この発明に係るトロイダル型無段変速機は、例えば車両（自動車）用の自動変速装置を構成する変速ユニットとして利用する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の変速機としてトロイダル型無段変速機が研究され、一部で実施されているが、乗用車用としては大型で大きなトルクを発生するエンジンを組み込んだ四輪駆動車用の自動変速装置の変速ユニットとして好適な構造が、例えば特許文献１に記載されて従来から知られている。図４〜７は、この特許文献１に記載された、大排気量の四輪駆動車用のトロイダル型無段変速機を示している。このトロイダル型無段変速機１は、第一入力側ディスク２と第一出力側ディスク３との間に３個の第一パワーローラ４、４を、第二入力側ディスク５と第二出力側ディスク６との間に３個の第二パワーローラ７を、それぞれ設けて、合計６個のパワーローラ４、７により、動力の伝達を行なう様に構成している。
【０００３】
上記自動変速装置を構成する為、動力の伝達方向に関して最も前段部には、発進クラッチであるトルクコンバータ８を設け、このトルクコンバータ８の出力部に、上記トロイダル型無段変速機１を構成する入力軸９の前半部９ａを組み込んでいる。図示しない走行用エンジンの回転に伴ってこの前半部９ａは、上記トルクコンバータ８により回転駆動される。そして、この前半部９ａの後端部に上記入力軸９の後半部９ｂを、互いに同心に且つ相対回転自在に支持している。
【０００４】
そして、上記前半部９ａと後半部９ｂとの間に、前進と後退とを切り換える為の前後進切り換えユニット１０を、動力の伝達方向に関して直列に設けている。遊星歯車機構である、この前後進切り換えユニット１０は、それぞれが湿式多板クラッチである前進用クラッチ１１と後退用クラッチ１２とを選択して断接させる事により、前進状態と後退状態とを切り換える。
【０００５】
動力の伝達方向に関して、上述の様な前後進切り換えユニット１０の後側に、上記トロイダル型無段変速機１を設けている。そして、このトロイダル型無段変速機１の入力部、即ち、上記前後進切り換えユニット１０の出力部につながる部分と、出力部、即ち、前輪用駆動軸１３及び後輪用駆動軸１４につながる部分との間の変速比を連続的に変化させる様にしている。このトロイダル型無段変速機１は、上記後半部９ｂの周囲に設けている。即ち、この後半部９ｂの前後両端部近傍に第一、第二両入力側ディスク２、５を、それぞれが断面円弧状の凹面である内側面同士を対向させた状態で、互いに同心に且つ互いに同期した回転自在に支持している。この為に図示の例では、前側（図４の左側）に設けた第一入力側ディスク２を、前記前後進切り換えユニット１０を構成するキャリア１５の基端部にスプライン係合させると共に、前側への移動を阻止している。これに対して、後側（図４の右側）に設けた第二入力側ディスク５は、上記後半部９ｂの後端部に、ボールスプライン１６を介して支持している。そして、油圧式のローディング装置１７により、上記第二入力側ディスク５を上記第一入力側ディスク２に向け、押圧自在としている。
【０００６】
又、前記後半部９ｂの中間部周囲には支持筒１８を、この後半部９ｂと同心に設けている。この支持筒１８は、ステー１９、１９の内径側端部により、その両端部を支持固定している。尚、これら各ステー１９、１９は、後述する支持環２０、２０にそれぞれの外径側端部を支持固定して、やはり後述する第一、第二各揺動フレーム２１、２２を揺動自在に支持する為の第一、第二各支持フレーム２３、２４を構成する。又、上記支持筒１８の内側に上記後半部９ｂを、この支持筒１８の周囲に前記第一、第二両出力側ディスク３、６を、それぞれ回転及び軸方向に亙る変位自在に支持している。又、これら両出力側ディスク３、６は、間に設けたスラスト軸受により、互いの間に加わるスラスト荷重を支承しつつ、互いの相対回転を自在としている。
【０００７】
又、上記第一出力側ディスク３の外側面側には前輪用出力歯車２５を固定し、この前輪用出力歯車２５と前記前輪用駆動軸１３とを、前輪用従動歯車２６を介して結合し、上記第一出力側ディスク３により上記前輪用駆動軸１３を回転駆動自在としている。又、この前輪用駆動軸１３の回転を、前輪用デファレンシャルギヤ２７を介して、図示しない前輪に伝達自在としている。一方、上記第二出力側ディスク６の外側面側には後輪用出力歯車２８を固定し、この後輪用出力歯車２８と前記後輪用駆動軸１４とを、後輪用従動歯車２９を介して結合し、上記第二出力側ディスク６により上記後輪用駆動軸１４を回転駆動自在としている。又、この後輪用駆動軸１４の回転を、図示しない後輪用デファレンシャルギヤを介して、やはり図示しない後輪に伝達自在としている。
【０００８】
又、前記第一入力側ディスク２の内側面と上記第一出力側ディスク３の内側面との間には前記３個の第一パワーローラ４、４を、前記第二入力側ディスク５の内側面と上記第二出力側ディスク６の内側面との間には前記３個の第二パワーローラ７を、それぞれ挟持している。これら第一、第二各パワーローラ４、７は、それぞれ第一、第二各トラニオン３０、３１の内側面で、この内側面から突出した状態で設けられた各変位軸３２、３２の周囲に回転自在に支持している。これら第一、第二各トラニオン３０、３１は、それぞれの両端部に互いに同心に設けた、上記各ディスク２、５、３、６の中心軸と交差する事はないが、これら各ディスク２、５、３、６の中心軸の方向に対して直角若しくは直角に近い方向となる捻れの位置に存在する、第一、第二各枢軸３３（第二枢軸は図示せず）を中心に揺動する。又、上記第一、第二各トラニオン３０、３１は、それぞれ第一、第二各揺動フレーム２１、２２の両端部に、揺動変位自在に支持している。
【０００９】
そして、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２の中間部を前記第一、第二各支持フレーム２３、２４を構成する前記各支持環２０、２０同士の間に、各ディスク２、５、３、６の中心軸に対し平行な支持軸３４、３４を中心とする揺動変位自在に支持している。上記第一、第二各支持フレーム２３、２４は、互いに平行に配置されたそれぞれ１対ずつの支持環２０、２０を、前記ステー１９を構成する３本の支柱部３５、３５の外径側端部を介して互いに結合して成る。上記各支持軸３４、３４は、上記各支持環２０、２０の円周方向に関して、上記各支柱部３５、３５の中間位置で、上記第一、第二各支持フレーム２３、２４を１対ずつの支持環２０、２０同士の間に掛け渡している。従って、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２は、円周方向に隣り合う支柱部３５、３５同士の間に、揺動自在に支持されている。
【００１０】
更に、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２を、これら各揺動フレーム２１、２２の両端部と上記各支持環２０、２０との間に設けた油圧シリンダ３６ａ、３６ｂにより、揺動変位自在としている。これら各油圧シリンダ３６ａ、３６ｂは、それぞれ上記各支持環２０、２０の一部で上記各揺動フレーム２１、２２の両端部に整合する位置に設けている。一方、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２の両端部で、上記各油圧シリンダ３６ａ、３６ｂに整合する部分にはロッド３７ａ、３７ｂを、上記各支持軸３４、３４と平行に、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２の両端部を貫通する状態で支持固定している。そして、上記各油圧シリンダ３６ａ、３６ｂに嵌装したピストン３８ａ、３８ｂと、上記各ロッド３７ａ、３７ｂを係合させている。
【００１１】
変速時には、上記各揺動フレーム２１、２２毎に２対ずつ（各揺動フレーム毎に４個ずつ、トロイダル型無段変速機１全体として合計２４個）設けた油圧シリンダ３６ａ、３６ｂのうちの、上記各揺動フレーム２１、２２の長さ方向一端側に設けた一方の油圧シリンダ３６ａ（３６ｂ）を伸長させると共に他方の油圧シリンダ３６ｂ（３６ａ）を収縮させて、上記各揺動フレーム２１、２２を所定方向に所定量だけ揺動変位させる。
【００１２】
又、上記各油圧シリンダ３６ａ、３６ｂへの圧油の給排を制御する為の制御弁３９は、前記各支持環２０、２０に支持している。上記各油圧シリンダ３６ａ、３６ｂへの圧油の給排により上記各揺動フレーム２１、２２が揺動変位すると、これら各揺動フレーム２１、２２に支持したトラニオン３０、３１の外側面に設けたカム面４０が、上記制御弁３９に付属のプランジャ４１を介してこの制御弁３９のスプール４２を変位させ、上記制御弁３９の切り換えを行なう。このスプール４２と共にこの制御弁３９を構成するスリーブ４３は、変速時には所望の変速比を実現できる様に、制御モータ４４により、所定位置に変位させておく。この様な制御弁３９及び制御モータ４４は、前記第一入力側ディスク２及び第一出力側ディスク３を含んで構成する第一キャビティ４５側に１個、前記第二入力側ディスク５及び第二出力側ディスク６を含んで構成する第二キャビティ４６側に１個、トロイダル型無段変速機１全体で２個設けている。そして、第一キャビティ４５側の制御モータ４４によりこの第一キャビティ４５側の制御弁３９を、第二キャビティ４６側の制御モータ４４によりこの第二キャビティ４６側の制御弁３９を、マイクロコンピュータを内蔵した図示しない制御器からの指令信号に基づき、互いに同期して（直進状態の場合）、或は互いに独立して（旋回状態の場合）制御する。
【００１３】
この様に構成する為、変速時には、上記各油圧シリンダ３６ａ、３６ｂへの圧油の給排に基づき、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２が、前記各支持軸３４、３４を中心に、所定方向に所定量だけ揺動変位する。この結果、これら各揺動フレーム２１、２２に支持された上記第一、第二各トラニオン３０、３１が、後述する本発明の実施の形態の１例を示す図３の（Ａ）、（Ｂ）に示す様に、上記各支持軸３４、３４を中心として円弧運動（スイベル運動）をする。そして、この円弧運動に基づく上記第一、第二各トラニオン３０、３１の上記第一、第二枢軸３３の軸方向に関する変位により、前記各パワーローラ４、７の周面と上記各ディスク２、５、３、６の内側面との転がり接触部に作用する、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上記第一、第二各トラニオン３０、３１が、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２に枢支された第一、第二各枢軸３３を中心として、互いに逆方向に揺動し、上記第一、第二各パワーローラ４、７の周面と上記各内側面との当接位置が変化して、第一、第二各入力側ディスク２、５と第一、第二各出力側ディスク３、６との間の回転速度比が変化する。
【００１４】
上述の様に構成する従来のトロイダル型無段変速機１の運転時には、前記入力軸９の後半部９ｂと共に互いに同期して回転する第一、第二両入力側ディスク２、５のうち、第一入力側ディスク２から上記各第一パワーローラ４、４を介して前記第一出力側ディスク３に伝わった動力により、前記前輪用駆動軸１３を回転駆動する。又、第二入力側ディスク５から上記各第二パワーローラ７を介して前記第二出力側ディスク６に伝わった動力により、後輪用駆動軸１４を回転駆動する。
【００１５】
又、特許文献２には、トロイダル型無段変速機を構成する為のパワーローラユニットに関する発明が記載されている。この特許文献２に記載された構造の場合には、トラニオンの軸方向両端部に設けた枢軸にアクチュエータを構成するロッドを、この枢軸の軸方向に固定している。そして、このアクチュエータで上記トラニオンを上記枢軸の軸方向に変位させる事により、このトラニオンに支持したパワーローラを傾斜させ、変速比を変化させる。上記特許文献２は、この様なトロイダル型無段変速機の組立作業の容易化を図るべく、上記パワーローラを含むパワーローラユニットを、トロイダル型無段変速機に組み込む以前に予め組立完了後の状態に組み付ける発明が記載されている。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００１−１６５２６２号公報
【特許文献２】
特開平１１−１５３２０３号公報
【００１７】
【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効率並びに耐久性を確保する為には、構成各部品同士の位置関係を高精度に規制しなければならない。特に前述の図４〜７に示した様な、第一、第二各揺動フレーム２１、２２を円弧運動させる事により変速比を変える構造の場合、前記特許文献２に記載された構造に比べて、上記構成各部品同士の僅かなずれが、第一、第二各パワーローラ４、７に関する変速比の同期不良に結び付き易い。そして、この様な変速比の同期不良に基づいて、変速比制御が不安定になったり、効率並びに耐久性が低下する可能性がある。
【００１８】
即ち、上記特許文献２に記載された構造の場合には、トラニオンの端部に設けた枢軸にアクチュエータを構成するロッドを直接固定している。そして、このロッドにより上記トラニオンを上記枢軸の軸方向に直接変位させる事により変速比を変える。これに対して、上述の様な第一、第二各揺動フレーム２１、２２を円弧運動させる構造の場合には、これら第一、第二各揺動フレーム２１、２２により第一、第二各トラニオン３０、３１を支持している。そして、変速比を変える際に、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２をアクチュエータを構成するロッド３７ａ、３７ｂにより円弧運動させる事で、上記第一、第二各トラニオン３０、３１を枢軸の軸方向に（間接的に）変位させる。この為、これら第一、第二各トラニオン３０、３１が上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２に対して軸方向に必要以上に変位したり（がたついたり）、同じくこれら第一、第二各トラニオン３０、３１の組み付け位置が軸方向にずれていると、変速比を変える際に、これら第一、第二各トラニオン３０、３１毎に軸方向変位量が異なる可能性がある。
【００１９】
更には、上記第一、第二各揺動フレーム２１、２２の揺動中心である支持軸３４の中心から、上記第一、第二各パワーローラ４、７の周面と第一、第二各入力側、出力側ディスク２、３、５、６の側面との転がり接触部（トラクション部）までの距離が、上記第一、第二各パワーローラ４、７毎にずれていると、これら各パワーローラ４、７毎に揺動半径が異なる事になる。そして、この様に揺動半径が異なったり、上述の様な第一、第二各トラニオン３０、３１毎の軸方向変位量が異なると、変速比を変える際に、上記第一、第二各パワーローラ４、７毎に、枢軸３３、３３を中心とする傾きが異なる事になる。
【００２０】
そして、この様に第一、第二各パワーローラ４、７毎に傾きが異なると、これら第一、第二各パワーローラ４、７に関する変速比の同期不良が生じる。そしてこの様な同期不良に基づいて、変速比制御が不安定になったり、上記第一、第二各パワーローラ４、７の周面と上記各ディスク２、３、５、６の側面との転がり接触部で過大な滑りが生じ、伝達効率や耐久性が低下する可能性がある。
尚、前記特許文献２は、上述の様な揺動フレームを円弧運動させる事により変速比を変える構造に関しては、特に言及していない。
本発明のトロイダル型無段変速機は、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００２１】
【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、前述した従来から知られているトロイダル型無段変速機と同様に、入力側ディスクと、出力側ディスクと、複数のトラニオンと、複数の変位軸と、複数のパワーローラと、転がり軸受とを備える。
このうちの入力側ディスクは、回転自在に支持されている。
又、上記出力側ディスクは、その内側面を上記入力側ディスクの内側面に対向させた状態で、この入力側ディスクと同心に配置されている。
又、上記各トラニオンは、上記入力側ディスクと出力側ディスクとの間に設けられ、これら両ディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心として揺動する。
又、上記各変位軸は、上記各トラニオンの内側面から突出している。
又、上記各パワーローラは、上記各変位軸に回転自在に支持された状態で、上記入力側ディスクと出力側ディスクとの内側面同士の間に挟持されている。
又、上記転がり軸受は、これら各パワーローラの外側面と上記各トラニオンの内側面との間に設けられ、これら各パワーローラに加わる荷重を支承している。
そして、上記各トラニオンの周囲に設けた支持フレームに、支持軸によりそれぞれの中間部を枢支した、上記各トラニオンと同数の揺動フレームを、アクチュエータにより揺動変位自在とすると共に、上記各トラニオンの両端部に設けた上記各枢軸を、上記各揺動フレームの両端部内側面にラジアル軸受により回転自在に支持している。
特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、互いに別体の部品である、上記トラニオンと変位軸とパワーローラとスラスト軸受と揺動フレームと支持軸とラジアル軸受とから成るパワーローラユニットを、組立完了後の位置関係に予め組み立てた状態で組み付けている。
【００２２】
【作用】
上述の様に本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、互いに別体である複数の部品により構成されるパワーローラユニットを、組立完了後の位置関係に予め組み立てた状態で組み付ける。この為、構成各部品の寸法誤差の積算に基づく各部の位置関係のずれや、構成各部品が正しく機能するか否かを、これら構成各部品をハウジング内に組み付ける以前に確認できる。従って、トロイダル型無段変速機全体を分解、再組立する等の面倒な作業を要する事なく、構成各部品同士の位置関係を高精度に規制できる。この結果、製造コストが嵩む事なく、変速比の同期不良や変速比制御が不安定になる事を防止して、効率並びに耐久性の向上を図れる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１〜２は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、第一、第二支持フレーム２３、２４（図４〜７参照）に揺動自在に支持される第一、第二揺動フレーム２１、２２に、第一、第二トラニオン３０、３１、変位軸３２ａ、第一、第二パワーローラ４、７、複数の軸受４７、５３、５５、５８、６６、支持軸３４等を組み付けてユニット化する点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図４〜７に示した従来構造と同様であるから、重複する図示及び説明を省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
又、以下、キャビティーが別である事を表す第一、第二各部材は、第一、第二を省略して説明をする。
【００２４】
トラニオン３０、３１の両端面に１対の枢軸３３、３３を、互いに同心に形成しており、これら両枢軸３３、３３の周囲に、それぞれが請求項１に記載したラジアル軸受に相当する、１対の第一のラジアルニードル軸受４７、４７を設けている。これら各第一のラジアルニードル軸受４７、４７は、外周面に円筒状の内輪軌道を有し、上記各枢軸３３、３３に外嵌する内輪４８と、内周面に円筒状の外輪軌道を有し、後述する揺動フレーム２１、２２に支持環４９を介して支持される外輪５０と、上記内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数本のニードル５１、５１とから成る。
【００２５】
又、上記トラニオン３０、３１の中間部内側面に、変位軸３２ａを支持する為の有底円筒状の凹孔５２を形成している。この凹孔５２の中心軸の方向は、上記各枢軸３３、３３の軸方向に対し直角方向若しくは直角に近い方向としている。そして、この凹孔５２内に、後述するアンギュラ型の玉軸受５３を構成する外輪５４と一体に形成した上記変位軸３２ａを、第二のラジアルニードル軸受５５により、回転自在に支持している。この第二のラジアルニードル軸受５５は、内周面に外輪軌道を有し、上記凹孔５４に内嵌自在のレース５６と、複数本のニードル５７、５７とから成る。
【００２６】
又、上記トラニオン３０、３１の中間部内側面とパワーローラ４、７の外側面との間には、請求項１に記載した転がり軸受に相当する上記アンギュラ型の玉軸受５３と、請求項４に記載した第二のスラスト軸受に相当する第二のスラストニードル軸受５８とを、スラスト荷重の作用方向（図１、２の上下方向）に関して互いに直列に設けている。このうちの玉軸受５３は、上記パワーローラ４、７の外側面に形成した内輪軌道と、上記外輪５４の内側面に形成した外輪軌道との間に、保持器５９により転動自在に保持した複数の玉６０、６０を配置して成る。又、上記第二のスラストニードル軸受５８は、上記トラニオン３０、３１の内側面に設けたレース６１と、複数本のニードル６２、６２とから成る。尚、上述の様に上記玉軸受５３を構成する外輪５４と前記変位軸３２ａとを一体に形成する事により、前述の図４〜７に示した従来構造に比べ、上記玉軸受５３並びにパワーローラ４、７の剛性向上を図っている。
【００２７】
又、前記揺動フレーム２１、２２の中間部に、入力軸９及び入力側、出力側各ディスク２、５、３、６（図４等参照）の中心軸に平行な貫通孔６３を設け、この貫通孔６３に内嵌した支持軸３４により、上記揺動フレーム２１、２２を前記支持フレーム２３、２４に揺動変位自在に支持する様にしている。そして、上記揺動フレーム２１、２２の両端部にそれぞれ設けた１対の支持筒６４、６４内に上記トラニオン３０、３１を、前述の様に支持環４９、４９を介して第一のラジアルニードル軸受４７、４７により回転自在に支持している。
【００２８】
又、上記トラニオン３０、３１の軸方向両端部に設けた各枢軸３３、３３の軸方向端面と、上記揺動フレーム２１、２２の軸方向両端面に固定した１対の端板６５、６５の内側面との間に、それぞれが請求項３に記載した第一のスラスト軸受に相当する、１対の第一のスラストニードル軸受６６、６６を設けている。これら第一のスラストニードル軸受６６、６６はそれぞれ、１対のレース６７ａ、６７ｂの間に複数本のニードル６８、６８を挟持して成る。又、上記各端板６５、６５は、上記支持フレーム２３、２４に設けたアクチュエータを構成するロッド３７ａ、３７ｂ（図５〜６参照）と整合する位置に、上記支持軸３４と平行な貫通孔６９、６９をそれぞれ形成しており、これら各貫通孔６９、６９に上記ロッド３７ａ、３７ｂを、がたつきなく内嵌自在としている。そして、上記端板６５、６５の内側面と上記各枢軸３３、３３の両端部に外嵌した座金７０、７０との間に上記第一のスラストニードル軸受６６、６６を設ける事により、上記各端板６５、６５に対し上記トラニオン３０、３１を、上記各枢軸３３、３３を中心とする揺動変位を許容しつつ、このトラニオン３０、３１が必要以上に軸方向に変位するのを阻止する様にしている。
【００２９】
尚、トロイダル型無段変速機の変速比を変える際には、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す様に、上記揺動フレーム２１、２２を上記各ロッド３７ａ、３７ｂにより、前記支持軸３４を中心に所定方向に所定量だけ揺動変位させる。この結果、これら各揺動フレーム２１、２２に支持された上記各トラニオン３０、３１が、上記支持軸３４を中心として円弧運動（スイベル運動）をする。そして、この円弧運動に基づく上記トラニオン３０、３１の前記枢軸３３、３３の軸方向に関する変位により、前記パワーローラ４、７の周面と前記入力側、出力側各ディスク２、５、３、６の側面との転がり接触部に作用する、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上記トラニオン３０、３１が、上記揺動フレーム２１、２２に枢支された上記各枢軸３３、３３を中心として、互いに逆方向に揺動し、上記パワーローラ４、７の周面と上記各ディスク２、５、３、６の側面との当接位置が変化して、これら入力側ディスク２、５と出力側ディスク３、６との間の回転速度比が変化する。
【００３０】
本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、互いに別体の部品である、上記揺動フレーム２１（２２）と、トラニオン３０（３１）と、変位軸３２ａと、パワーローラ４（７）と、複数の軸受４７、４７、５３、５５、５８、６６、６６と、支持軸３４と、支持環４９、４９と、カバー６５、６５と、座金７０とから成るパワーローラユニット７１を、前述の図４〜７に示した様なトロイダル型無段変速機への組み付け以前に、このトロイダル型無段変速機の組立完了後の位置関係に予め組み立ている。この様にこれら各部品２１（２２）、３０（３１）、３２ａ、４（７）、４７、４７、５３、５５、５８、６６、６６、３４、４９、４９、６５、６５、７０を組み立てるには、上記揺動フレーム２１（２２）に、支持環４９、４９及び第一のラジアルニードル軸受４７、４７、トラニオン３０（３１）、カバー６９、６９、第一のスラストニードル軸受６６、６６、座金７０、７０を組み付ける。そして、上記トラニオン３０（３１）に、上記パワーローラ４（７）及び玉軸受５３、第二のスラストニードル軸受５８を組み付けて、図１〜２に示す様なパワーローラユニット７１とする。
【００３１】
この様に各部品２１（２２）、３０（３１）、３２ａ、４（７）、４７、４７、５３、５５、５８、６６、６６、３４、４９、４９、６５、６５、７０を組み立ててパワーローラユニット７１としたならば、各部の寸法並びに作動状態を確認する。即ち、図２に示す様に、上記パワーローラ４、７の中心ｘと支持軸３４の中心ｙとの、前記枢軸３３、３３の軸方向に関する距離ｄを測定する。又、これと共に、上記トラニオン３０、３１の枢軸３３、３３の軸方向に関する変位量（がたつき量）を測定する。そして、これら変位量及び距離ｄが所望の値でない場合には、上記各第一のスラストニードル軸受６６、６６の軸方向厚さＴ６６、Ｔ６６を調節する。即ち、これら第一のスラストニードル軸受６６の構成部品６７ａ、６７ａ、６８のうちの、例えばレース６７ａ、６７ｂ（の何れか一方、好ましくは６７ａ）の厚さを変える事により、所望の値に調節する。この様にレース６７ａ、６７ｂの厚さを変える事により所望の値に調節する場合には、このレース６７ａ、６７ｂとして、厚さが少しずつ異なるものを複数種類用意し、上述の測定作業の後、適宜のレース６７ａ、６７ｂを組み付ければ、上記変位量及び距離ｄを所定値に規制できる。
【００３２】
尚、上記トラニオン３０（３１）の枢軸３３、３３の軸方向に関する変位量は、０．１ｍｍ以下（より好ましくは０〜０．０５ｍｍの範囲）となる様に調節する。この様に０．１ｍｍ以下としたのは、本発明者が、前述の図４〜７に示す様なトロイダル型無段変速機を使用し、上記変位量毎の変速状態を調べた結果、上記変位量を０．１ｍｍ以下に抑えれば、上記パワーローラ４（７）の周面と各入力側、出力側ディスク２、３、５、６の側面との転がり接触部（トラクション部）に作用する力の方向が、無用な変速動作を惹起する程変化しない様にして、このトラクション部で過大な滑りが発生する事を防止すると共に、ハンチング等の変速比制御を不安定にする状態が発生しない様にして、変速状態を良好に維持できる事が分かった為である。
【００３３】
又、上記変位量及び距離ｄと共に、上記パワーローラ４（７）の周面と前記支持軸３４の中心ｙとの、変位軸３２ａの軸方向距離に関する値である、パワーローラユニット７１の組み立て高さｈも測定する。そして、この組み立て高さｈが所望の値でない場合には、前記第二のスラストニードル軸受５８の軸方向厚さＴ５８を調節する。即ち、この第二のスラストニードル軸受５８の構成部品６１、６２のうちの、例えばレース６１の厚さを変える事により、所望の値に調節する。尚、この様に高さｈを所定値に規制するのは、前記玉軸受５３を構成する外輪５４の厚さを変える事でも行なえるが、厚さの異なる複数種類の外輪５４を用意する事は、現実的ではない。
【００３４】
そして、この様にパワーローラユニット７１の組み立て高さｈを所望の値に調節すると共に、前述の様に上記トラニオン３０（３１）の枢軸３３、３３の軸方向に関する変位量、並びに、パワーローラ４（７）の中心ｘと支持軸３４の中心ｙとの上記枢軸３３、３３の軸方向に関する距離ｄを所望の値に調節したら、上記パワーローラユニット７１の作動状態を確認する。即ち、上記パワーローラ４（７）の周面８ａの振れ、このパワーローラ４（７）や上記トラニオン３０（３１）の平行度等の機能確認作業を行なう。
【００３５】
そして、上記トラニオン３０（３１）の軸方向変位量、並びに上記距離ｄ、組み立て高さｈが適正の値であり、上記機能確認作業により各部の機能が適正であると判定したパワーローラユニット７１は、適宜の治具により仮止めする。一方、上記各値或は機能が不適正であれば、これら各部材を分解して、異なる部品と再組立する。即ち、前述の様に第二のスラストニードル軸受５８を構成するレース６１の厚さを変えたり、各第一のスラストニードル軸受６６、６６を構成する各レース６７ａ、６７ｂの厚さを変える等により、上記各値並びに各部の機能が適正になる様にする。
【００３６】
上述の様な本例のトロイダル型無段変速機によれば、構成各部品の寸法誤差の積算に基づく各部の位置関係のずれ、延いては構成各部品が正しく機能するか否かを、これら構成各部品をハウジング内に組み付ける以前に確認できる。従って、トロイダル型無段変速機全体を分解、再組立する等の面倒な作業を要する事なく、構成各部材同士の位置関係を高精度に規制できる。この結果、製造コストが嵩む事なく、変速比の同期不良や変速比制御が不安定になる事を防止して、効率並びに耐久性の向上を図れる。
【００３７】
尚、上述の様にして上記各部品２１（２２）、３０（３１）、３２ａ、４（７）、４７、４７、５３、５５、５８、６６、６６、３４、４９、４９、６５、６５、７０を組み立てて成るパワーローラユニット７１は、前記支持フレーム２３、２４に組み付けると共に、やはり複数の部品を予め組み立てて成る、入力側ディスクユニット、出力側ディスクユニット等と共にハウジング内に組み付けて、トロイダル型無段変速機を構成する。これら入力側、出力側ディスクユニット等も、上述したパワーローラユニット７１と同様に、複数の部品を組み立てた後、ハウジング内に組み付ける以前に、各部の寸法並びに作動状態を確認し、これら寸法並びに作動状態が適正であれば、適宜の治具により上記各部品を仮止めしておく。従って、上記各ユニットを組み合わせてトロイダル型無段変速機とした状態では、構成各部の作動状態を適正にできる。尚、上記各ユニットを構成する各部材の表面には防錆油を付着させておくが、この防錆油としては、トロイダル型無段変速機内に充填するトラクションオイル中に混入した場合にもこのトラクションオイルを劣化させにくい、指定防錆油を使用する事が好ましい。
【００３８】
尚、本例は、本発明のトロイダル型無段変速機を、大型で大きなトルクを発生するエンジンを組み込んだ四輪駆動車用の自動変速装置用の変速ユニットとして組み込む場合に就いて説明した。但し、図示の様な四輪駆動車用に限らず、一般的な二輪駆動車の為の自動変速装置用の変速ユニットとしても使用できる。この場合には、１対の出力側ディスクを互いに同期した回転を自在に結合し、これら両出力側ディスクから１本の出力軸に出力を取り出す。更には、あまり大きなトルクを発生しない、小型の自動車の為の自動変速装置用の変速ユニットとして使用する場合には、入力側ディスクと出力側ディスクとを１個ずつ設けた、所謂シングルキャビティ型のトロイダル型無段変速機として構成する事もできる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明のトロイダル型無段変速機は、以上に述べた通り構成され作用するので、揺動フレームを円弧運動させる事により変速比を変化させる構造で、製造コストが嵩む事なく、安定した変速動作を実現しつつ、効率並びに耐久性の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を、パワーローラユニットを取り出して、図６と同方向に切断して示す断面図。
【図２】パワーローラユニットの測定状態を説明する為の、図１と同様の断面図
【図３】運転時のパワーローラユニットの作動状態を説明する為の図で、（Ａ）は中立状態を示す断面図、（Ｂ）は変速比を変える際の状態を示す断面図。
【図４】従来構造の１例を示す要部断面図。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図。
【図６】同Ｂ−Ｂ断面図。
【図７】図６とほぼ同じ部分を、第一トラニオンの両端部に設けた第一枢軸の中心軸を含む平面で切断した状態で示す断面図。
【符号の説明】
１ トロイダル型無段変速機
２ 第一入力側ディスク
３ 第一出力側ディスク
４ 第一パワーローラ
５ 第二入力側ディスク
６ 第二出力側ディスク
７ 第二パワーローラ
８ トルクコンバータ
９ 入力軸
９ａ 前半部
９ｂ 後半部
１０ 前後進切り換えユニット
１１ 前進用クラッチ
１２ 後退用クラッチ
１３ 前輪用駆動軸
１４ 後輪用駆動輪
１５ キャリア
１６ ボールスプライン
１７ ローディング装置
１８ 支持筒
１９ ステー
２０ 支持環
２１ 第一揺動フレーム
２２ 第二揺動フレーム
２３ 第一支持フレーム
２４ 第二支持フレーム
２５ 前輪用出力歯車
２６ 前輪用従動歯車
２７ 前輪用デファレンシャルギヤ
２８ 後輪用出力歯車
２９ 後輪用従動歯車
３０ 第一トラニオン
３１ 第二トラニオン
３２、３２ａ 変位軸
３３ 第一枢軸
３４ 支持軸
３５ 支柱部
３６ａ、３６ｂ 油圧シリンダ
３７ａ、３７ｂ ロッド
３８ａ、３８ｂ ピストン
３９ 制御弁
４０ カム面
４１ プランジャ
４２ スプール
４３ スリーブ
４４ 制御モータ
４５ 第一キャビティ
４６ 第二キャビティ
４７ 第一のラジアルニードル軸受
４８ 内輪
４９ 支持環
５０ 外輪
５１ ニードル
５２ 凹孔
５３ 玉軸受
５４ 外輪
５５ 第二のラジアルニードル軸受
５６ レース
５７ ニードル
５８ 第二のスラストニードル軸受
５９ 保持器
６０ 玉
６１ レース
６２ ニードル
６３ 貫通孔
６４ 支持筒
６５ 端板
６６ 第一のスラストニードル軸受
６７ａ、６７ｂ レース
６８ ニードル
６９ 貫通孔
７０ 座金
７１ パワーローラユニット
Claims (4)
- 回転自在に支持された入力側ディスクと、その内側面をこの入力側ディスクの内側面に対向させた状態でこの入力側ディスクと同心に配置された出力側ディスクと、これら入力側ディスクと出力側ディスクとの間に設けられ、これら両ディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心として揺動する複数のトラニオンと、これら各トラニオンの内側面から突出した複数の変位軸と、これら各変位軸に回転自在に支持された状態で、上記入力側ディスクと出力側ディスクとの内側面同士の間に挟持された複数のパワーローラと、これら各パワーローラの外側面と上記各トラニオンの内側面との間に設けられ、これら各パワーローラに加わる荷重を支承する転がり軸受とを備え、上記各トラニオンの周囲に設けた支持フレームに、支持軸によりそれぞれの中間部を枢支した、上記各トラニオンと同数の揺動フレームを、アクチュエータにより揺動変位自在とすると共に、上記各トラニオンの両端部に設けた上記各枢軸を、上記各揺動フレームの両端部内側面に、ラジアル軸受により回転自在に支持したトロイダル型無段変速機に於いて、互いに別体の部品である、上記トラニオンと変位軸とパワーローラと転がり軸受と揺動フレームと支持軸とラジアル軸受とから成るパワーローラユニットを、組立完了後の位置関係に予め組み立てた状態で組み付けた事を特徴とするトロイダル型無段変速機。
- 変位軸と転がり軸受を構成する外輪とを一体に形成した、請求項１に記載したトロイダル型無段変速機。
- パワーローラユニットは、トラニオンの両端部に設けた枢軸の端面と、これら各端面と対向する、揺動フレームに固定の部材の内側面との間に第一のスラスト軸受を設けており、上記揺動フレームに対する上記トラニオンの上記枢軸の軸方向に関する変位量並びにパワーローラの中心と支持軸の中心との上記枢軸の軸方向に関する距離を、上記第一のスラスト軸受の構成部品のうちの何れかの厚さを変える事により調節する、請求項１〜２の何れかに記載したトロイダル型無段変速機。
- パワーローラユニットは、トラニオンの内側面と転がり軸受を構成する外輪の外側面との間に第二のスラスト軸受を設けており、パワーローラの周面と支持軸の中心との距離に関する値である、上記パワーローラユニットの組み立て高さを、上記第二のスラスト軸受の構成部品のうちの何れかの厚さを変える事により調節する、請求項１〜３の何れかに記載したトロイダル型無段変速機。
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