JP2004301147A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】過大な負荷が作用した場合でもディスクの負担を軽減することができるトルク伝達機構を備えるトロイダル型無段変速機を提供する。
【解決手段】入力ディスク４に六角形断面の係合穴２１を形成し、入力軸３に六角形断面の柱状部２２を形成する。これら係合穴２１と柱状部２２との間に、ボール又はローラからなる係合子２３を介在した。各係合子２３を係合穴２１の内角部２１ａを挟んだ両側の辺部及び柱状部２２の外周辺部に対して三点接触した状態でこれら各辺部によって挟持する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両等に搭載されるトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両等に搭載されるトロイダル型無段変速機には、例えば特許文献１に示されるように、バリエータが構成されている。図６は前記バリエータを示す概略図である。このバリエータ１１０は、車両の動力源１１２により回転駆動される入力軸１１３を備えており、この入力軸１１３はその両端近傍にそれぞれ入力ディスク１１５を支持している。これら入力ディスク１１５の中心部には、複数条のスプライン溝を切ったスプライン穴１１５ａが形成されており、入力ディスク１１５は前記スプライン穴１１５ａを入力軸１１３のスプライン軸１１３ａに噛合させることにより、入力軸１１３の軸方向への僅かな移動が許容された状態で、入力軸１１３と一体回転可能になっている。すなわち、前記スプライン穴１１５ａとスプライン軸１１３ａとによって、入力軸１１３のトルクを入力ディスク１１５に伝達する第１のトルク伝達機構Ｔ１が構成されている。また、前記入力ディスク１１５の一側面には凹湾曲状の軌道部１１５ｂが形成されている。
【０００３】
前記入力軸１１３の軸方向中央部には、バリエータ１１０の出力部１１８が相対回転自在に支持されている。この出力部１１８は出力部材１１９と、この出力部材１１９にそれぞれ一体回転可能に支持された一対の出力ディスク１２０とを備えており、この出力ディスク１２０の前記入力ディスク１１５の軌道部１１５ｂに対向する一側面には、凹湾曲状の軌道部１２０ｂが形成されている。前記出力部材１１９の両端部外周にはスプライン軸１１９ｃが形成されており、このスプライン軸１１９ｃに出力ディスク１２０に形成されたスプライン穴１２０ｃが噛合されている。これらスプライン軸１１９ｃとスプライン穴１２０ｃとによって、出力ディスク１２０のトルクを出力部材１１９に伝達する第２のトルク伝達機構Ｔ２が構成されている。また、前記出力部材１１９の中央部外周には動力伝達用のチェーン１２３と噛み合うスプロケットギヤ１１９ａが形成されている。さらに、互いに対向する入力ディスク１１５の軌道部１１５ｂと出力ディスク１２０の軌道部１２０ｂとの間には、それぞれ各軌道部１１５ｂ，１２０ｂと転がり接触する３個のトラクションローラ１２１が円周等配に配置されている。各トラクションローラ１２１はキャリッジ１２２によって回転自在に支持されているとともに、当該キャリッジ１２２によって各軌道部１１５ｂ，１２０ｂとの相対位置を調整できるようになっている。
【０００４】
このように前記バリエータ１１０は、入力ディスク１１５、出力ディスク１２０、及びトラクションローラ１２１を１組としてこれを一対設けた、いわゆるダブルキャビティ型に構成されており、入力ディスク１１５から出力ディスク１２０に対して、前記６個のトラクションローラ１２１を介してトルクが伝達される。また、前記６個のトラクションローラ１２１の位置をキャリッジ１２２によって調整することにより（図６の二点鎖線参照）、出力ディスク１２０の回転数（変速比）を増減させることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２８８１８号公報（第３頁及び図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記バリエータ１１０においては、入力ディスク１１５と出力ディスク１２０との間のトルク伝達を確実に行わせるために、各トラクションローラ１２１を各ディスク１１５，１２０の軌道部１１５ｂ，１２０ｂに対して高い接触圧で接触させる必要がある。このため、軌道部１１５ｂ，１２０ｂの表面のビッカース硬さ（Ｈｖ）を７００以上として、当該軌道部１１５ｂ，１２０ｂの疲労強度を確保することが行われている。
ところが、前記ディスク１１５，１２０の熱処理においては、そのブランクを加熱炉に投入して全体を高温雰囲気下で加熱し、急冷した後、焼きもどすことが一般的に行われているので、ブランクの表面全体が軌道部１１５ｂ，１２０ｂに要求されるＨｖ７００以上の硬さになっている。このため、特に入力ディスク１１５のスプライン穴１１５ａに偏荷重等にて過大な負荷が作用した場合に、当該スプライン穴１１５ｂの歯底に大きな応力集中が発生して、入力ディスク１１５に大きな負担がかかるおそれがある。このような応力集中の発生を抑制するには、スプライン穴やこれと係合する部材の形状精度や表面仕上げをよくする必要があるので、その加工工数が増えることになる。
この発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、加工工数を増やすことなく、過大な負荷が作用した場合でもディスクの負担を軽減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する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するためのこの発明のトロイダル型無段変速機は、側面に凹湾曲状の軌道部を有する入力ディスクと、側面に前記軌道部に対向する凹湾曲状の軌道部を有する出力ディスクと、各ディスクの軌道部間に転動可能に挟み込まれ、外周部と各ディスクの軌道部との間のトラクションによって各ディスク間のトルク伝達を行うトラクションローラと、各ディスクの中心部を挿通する動力伝達軸と、この動力伝達軸とディスクとの間のトルク伝達を行うトルク伝達機構とを備えるトロイダル型無段変速機であって、前記トルク伝達機構が、前記ディスクに設けられ、前記動力伝達軸が挿通する多角形断面の係合穴と、前記動力伝達軸に設けられた多角形断面の柱状部と、前記柱状部の外周の各辺部と前記係合穴の各内角部を挟んだ両側位置との間で挟持された複数の係合子とを備えることを特徴としている。
【０００８】
このように構成されたトロイダル型無段変速機によれば、前記係合穴と柱状部との間に介在した係合子を介して動力伝達軸とディスクとの間のトルク伝達を行うことができる。ここに、前記トルク伝達機構は、従来のスプライン穴の歯底のような大きな応力集中が発生する部分がないので、過大な負荷が作用した場合でも、通常の形状精度及び表面仕上げでもって、ディスクに負担がかるのを防止することができる。
前記トルク伝達機構は、前記係合穴の各内角部の両側を、半径０．４ｍｍ以上の凹円弧面で連続させているのが好ましい。この場合には、より過大な負荷が作用した場合でも、前記凹円弧面によって当該内角部に大きな応力集中が生じるのを防止することができる。
【０００９】
また、この発明の他のトロイダル型無段変速機は、側面に凹湾曲状の軌道部を有する入力ディスクと、側面に前記軌道部に対向する凹湾曲状の軌道部を有する出力ディスクと、各ディスクの軌道部間に転動可能に挟み込まれ、外周部と各ディスクの軌道部との間のトラクションによって各ディスク間のトルク伝達を行うトラクションローラと、各ディスクの中心部の貫通孔を挿通する動力伝達軸と、この動力伝達軸とディスクとの間のトルク伝達を行うトルク伝達機構とを備えるトロイダル型無段変速機であって、前記トルク伝達機構が、前記ディスクの貫通孔に設けられた軸方向に延びる複数条の第１のＶ溝と、前記動力伝達軸の外周に設けられ、軸方向に延びるとともに前記第１のＶ溝の側壁に対向する側壁を有する複数条の第２のＶ溝と、前記第１のＶ溝の側壁とこの側壁に対向する第２のＶ溝の側壁とによって挟持された係合ローラとを備えることを特徴としている。
【００１０】
このように構成されたトロイダル型無段変速機によれば、前記第１のＶ溝の側壁とこの側壁に対向する第２のＶ溝の側壁とによって挟持された係合ローラを介して、動力伝達軸とディスクとの間のトルク伝達を行うことができる。ここに、前記トルク伝達機構は、従来のスプライン穴の歯底のような大きな応力集中が発生する部分がないので、過大な負荷が作用した場合でも、通常の形状精度及び表面仕上げでもって、ディスクに負担がかるのを防止することができる。
【００１１】
前記トルク伝達機構は、各Ｖ溝内において互いに隣接する係合ローラのうちの一方の係合ローラの両端部が、前記第１のＶ溝の一側壁とこの一側壁に対向する第２のＶ溝の一側壁とによって挟持され、他方の係合ローラの両端部が、前記第１のＶ溝の他側壁とこの他側壁に対向する第２のＶ溝の他側壁とによって挟持されているのが好ましい。
この場合には、各Ｖ溝内において複数の係合ローラの両端部が、当該Ｖ溝の一側壁と他側壁とに交互に面接触することになるので、動力伝達軸及びディスクの正転時と逆転時の双方において、動力伝達軸とディスクとの間のトルク伝達を、少ない面圧で前記係合ローラを介して行うことができる。このため、動力伝達軸及びディスクの正転時と逆転時の双方において、高トルクを支障なく伝達することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次いで、この発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の一実施の形態に係るトロイダル型無段変速機の一種であるフルトロイダル型無段変速機の概略図である。このトロイダル型無段変速機は車両用のものであり、その主要部をなすバリエータ１には、エンジンの出力軸（図示せず）により回転駆動される動力伝達軸としての入力軸３が設けられている。入力軸３の両端近傍のそれぞれには、入力ディスク４がトルク伝達機構２を介して入力軸３と一体回転可能に配置されている。各入力ディスク４の一側面には、凹湾曲状の軌道部４ａが形成されている。また、各入力ディスク４は、入力軸３に固定された係止リング５によって互いに離反する方向への移動が規制されている。
【００１３】
前記トルク伝達機構２は、図２に示すように、前記入力ディスク４に設けられた多角形断面の係合穴２１と、前記入力軸３に設けられた多角形断面の柱状部２２と、前記係合穴２１と柱状部２２との間に介在した係合子２３とを備えている。
前記係合穴２１は入力ディスク４の中心部を貫通しており、その断面形状は六角形である。また、前記係合穴２１の各内角部２１ａを挟んだ両側の辺部は、半径０．４ｍｍ以上、より好ましくは半径１．０ｍｍ以上の凹円弧面２４ａを介して連続している。
【００１４】
前記柱状部２２は係合穴２１の断面形状と同じく六角形であり、その外接円の直径は、前記係合子２３を配置できるように係合穴２１の内接円の直径よりも小さくなっている。この柱状部２２は、その軸方向長さが係合穴２１の軸方向長さとほぼ等しくなっており、その外角部２２ａが係合穴２１の内角部２１ａに対して位相が３０度ずれている。
前記係合子２３は図の場合鋼製のボールからなるものであり、係合穴２１の内角部２１ａ毎に軸方向に沿って複数個設けられている。各係合子２３は係合穴２１の内角部２１ａを挟んだ両側の辺部及び柱状部２２の外周辺部に対して三点接触した状態でこれら各辺部によって挟持されている。したがって、エンジンの出力軸によって入力軸３が回転駆動されると、そのトルクを前記係合子２３を介して入力ディスク４に伝達することができる。
【００１５】
前記入力軸３の軸方向中央部には、外周にスプロケットギヤが形成された出力部材６と、この出力部材６にそれぞれ一体回転可能に支持された出力ディスク７とを備える出力部８が、当該入力軸３に対して相対回転自在に設けられている。入力ディスク４の軌道部４ａに対向する出力ディスク７の一側面には、凹湾曲状の軌道部７ａが形成されている。駆動輪に動力を伝達するバリエータ１の出力軸１０は、入力軸３と平行に設けられ、出力部材６に対応する位置に一対のスプロケットホイール１０ａを備えている。出力部材６及びスプロケットホイール１０ａにはチェーン９が装着され、出力軸１０へ動力が取り出されるようになっている。
【００１６】
前記出力ディスク７は、出力部材６に対して軸方向への微動が許容された状態で、第２のトルク伝達機構としてのスプライン７１を介して一体回転可能に連結されており、その背面には隙間を設けてバックアップ板１１が配置されている。前記隙間はケーシング１２及び図示しないシールによって密封されており、この隙間に油圧を供給することにより、出力ディスク７を、対向する入力ディスク４方向へ付勢して、所定の端末負荷が加えられている。
【００１７】
互いに対向する入力ディスク４の軌道部４ａと出力ディスク７の軌道部７ａとの間は、トロイド状隙間として構成されており、このトロイド状隙間には、それぞれ各軌道部４ａ，７ａと圧接して回転する３個（２個のみ図示）の円盤状のトラクションローラ１３が円周等配に配置されている。各トラクションローラ１３はキャリッジ１４によって回転自在に、且つ、その回転軸が傾動可能に支持されている。キャリッジ１４には、トラクションローラ１３を押し引きする方向に、油圧による駆動力が付与される。
【００１８】
前記バリエータ１においては、入力軸３のトルクがトルク伝達機構２を介して一対の入力ディスク４に伝達され、この伝達されたトルクが各出力ディスク７に対して、６個のトラクションローラ１３を介して伝達される。トルクを伝達するとき、トラクションローラ１３には反力が生じており、この反力を支えているのが、キャリッジ１４に付与される駆動力である。当該反力と出力ディスク７を駆動するのに必要なトルクとの間に不均衡が生じると、トラクションローラ１３は軸角度を変えてこの不均衡を解消する。例えば、走行負荷の変動やアクセルペダルの加減により、キャリッジ１４が油圧による駆動力に抗して押し戻されるか又は引き出されるような力が発生すると、トラクションローラ１３の軸角度が変化して（図１の二点鎖線参照）変速比のアップ又はダウンが行われ、バリエータ１の出力するトルクが変化する。すなわち、バリエータ１におけるレシオの変化は、キャリッジ１４に付与される駆動力の加減と、外部抵抗に対する応答のみで達成される。トラクションローラ１３と各ディスク４，７との間に油膜を形成する作動油は、キャリッジ１４の内部通路（図示せず）を経由してトラクションローラ１３の表面に供給される。
【００１９】
前記バリエータ１においては、トルク伝達機構２が入力軸３のトルクを係合穴２１と柱状部２２との間に介在した係合子２３を介して入力ディスク４に伝達するものであるので、当該トルク伝達機構２に過大な負荷が作用した場合でも、入力ディスク４の内周に大きな応力集中が生じ難く、この応力集中に起因して入力ディスク４に過大な負担がかかるのを防止することができる。
特に、前記係合穴２１の各内角部２１ａを挟んだ両側の辺部が、半径０．４ｍｍ以上の凹円弧面２４ａを介して連続しているので、当該内角部２１ａ部分に生じる応力集中を緩和することができる。このため、より大きい負荷に耐えることができる。また、前記トルク伝達機構２は、係合穴２１の内角部２１ａの数が、従来のスプラインの数（２０〜４０程度）よりも大幅に少ないので、前記凹円弧面２４ａの半径を容易に１．０ｍｍ以上にすることができ、このように前記半径を１．０ｍｍ以上にした場合には、応力集中が極めて少なく、形状精度や表面仕上げを考慮する必要がほとんどなくなる。
【００２０】
前記係合穴２１及び柱状部２２の断面形状については、図２に示す六角形以外に四角形（図３参照）、五角形、八角形等の種々の多角形状で実施することができる。また、係合子２３についても、前記ボール以外に母線が軸線と平行なローラを用いることもでき、この場合には、係合穴２１の内角部２１ａ毎に１個のローラを配置してもよい。前記ローラはボールよりも接触面積が大きくなるため、高トルクの伝達に特に適する。
【００２１】
図４はトルク伝達機構２のさらに他の実施の形態を示す断面図である。このトルク伝達機構２は、前記入力ディスク４の中心部に形成された貫通孔２４と、この貫通孔２４の内周に形成された第１のＶ溝２５と、前記入力軸３の外周に形成された第２のＶ溝２６と、各Ｖ溝２５，２６の相互間に介在した係合ローラ２７とを備えている。
前記貫通孔２４は円形断面のものであり、その内部を円形断面の入力軸３が隙間を有して挿通している。また、前記第１のＶ溝２５の断面形状は直角二等辺三角形であり、その内角部（溝底部）を貫通孔２４の法線Ｌ１上に配置した状態で軸方向に延びている。この第１のＶ溝２５は貫通孔２４の周方向に沿って所定間隔毎に複数条形成されている。
【００２２】
前記第２のＶ溝２６の断面形状も直角二等辺三角形であり、その内角部を入力軸３の法線Ｌ２上に配置した状態で軸方向に延びている。この第２のＶ溝２６は第１のＶ溝２５と位相を合わせた状態で、入力軸３の周方向に沿って所定間隔毎に複数条形成されている。したがって、前記第１のＶ溝２５と第２のＶ溝２６との間には四角形断面の空間２８が形成されている。
【００２３】
前記係合ローラ２７は前記第１のＶ溝２５と第２のＶ溝２６とで構成される空間２８毎に複数個ずつ配置されている。また、各空間２８内において互いに隣接する係合ローラ２７のうちの一方の係合ローラ２７の両端部は、第１のＶ溝２５の一側壁２５ａと、この一側壁２５ａに対向する第２のＶ溝２６の一側壁２６ａとによって挟持され（図５（ａ）参照）、他方の係合ローラ２７の両端部は、第１のＶ溝２５の他側壁２５ｂと、この他側壁２５ｂに対向する第２のＶ溝２６の他側壁２６ｂとによって挟持されている（図５（ｂ）参照）。すなわち、各空間２８内の各係合ローラ２７の軸線Ｑは、法線Ｌ１（Ｌ２）を挟んで交互に対称になるように配置されている。したがって、各空間２８内において互いに隣接する前記係合ローラ２７は、各Ｖ溝２５，２６の一側壁２５ａ，２６ａ及び他側壁２５ｂ，２６ｂに対して、その両端面が交互に面接触することになる。
【００２４】
この実施の形態においては、入力軸２１のトルクを各Ｖ溝２５，２６の相互間に配置した係合ローラ２７を介して入力ディスク４に伝達することができる。このため、トルク伝達機構２に過大な負荷が作用した場合でも、入力ディスク４の内周に応力集中が生じ難く、この応力集中に起因して入力ディスク４に過大な負担がかかるのを防止することができる。また、各空間２８内において互いに隣接する前記係合ローラ２７の両端面が、各Ｖ溝２５，２６の一側壁２５ａ，２６ａ及び他側壁２５ｂ，２６ｂに対して交互に面接触しているので、入力軸３の正転時と逆転時の双方において、当該入力軸３のトルクを少ない面圧で前記係合ローラ２７を介して入力ディスク４に伝達することができる。このため、入力軸３の正転時と逆転時の双方において、高トルクを支障なく伝達することができる。
なお、この実施の形態においても、各Ｖ溝２５，２６の内角部を挟んだ両辺部を、半径０．４ｍｍ以上、より好ましくは半径１．０ｍｍ以上の凹円弧面を介して連続させて、当該内角部に生ずる応力集中を緩和するようにしてもよい。また、前記実施の形態ではＶ溝２５，２６の断面形状として直角三角形の例を示したが、他の三角形や多角形でもよい。
前記した各トルク伝達機構２は、出力ディスク７のトルクを出力部材６に伝達する第２のトルク伝達機構７１に適用して実施することも勿論できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、この発明のトロイダル型無段変速機によれば、トルク伝達機構に過大な負荷が作用した場合でもディスクの内周に応力集中が生じ難く、この応力集中に起因してディスクに過大な負担がかかるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のトロイダル型無段変速機のバリエータ部分を示す概略図である。
【図２】前図の要部断面図である。
【図３】トルク伝達機構の他の実施の形態を示す断面図である。
【図４】トルク伝達機構のさらに他の実施の形態を示す断面図である。
【図５】前図の実施の形態の他の切断位置における断面図である。
【図６】従来のトロイダル型無段変速機を示す概略図である。
【符号の説明】
１ バリエータ
１３ 係合ローラ
２ トルク伝達機構
２１ 係合穴
２１ａ 内角部
２２ 柱状部
２３ 係合子
２４ 貫通孔
２４ａ 凹円弧面
２４ 貫通孔
２５ 第１のＶ溝
２５ａ 一側壁
２５ｂ 他側壁
２６ 第２のＶ溝
２６ａ 一側壁
２６ｂ 他側壁
２７ 係合ローラ
２８ 空間
３ 入力軸
４ 入力ディスク
４ａ 軌道部
７ 出力ディスク
７ａ 軌道部

Claims (4)

1. 側面に凹湾曲状の軌道部を有する入力ディスクと、側面に前記軌道部に対向する凹湾曲状の軌道部を有する出力ディスクと、各ディスクの軌道部間に転動可能に挟み込まれ、外周部と各ディスクの軌道部との間のトラクションによって各ディスク間のトルク伝達を行うトラクションローラと、各ディスクの中心部を挿通する動力伝達軸と、この動力伝達軸とディスクとの間のトルク伝達を行うトルク伝達機構とを備えるトロイダル型無段変速機であって、
   前記トルク伝達機構が、
   前記ディスクに設けられ、前記動力伝達軸が挿通する多角形断面の係合穴と、
   前記動力伝達軸に設けられた多角形断面の柱状部と、
   前記柱状部の外周の各辺部と前記係合穴の各内角部を挟んだ両側位置との間で挟持された複数の係合子とを備えることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 前記係合穴の各内角部の両側を、半径０．４ｍｍ以上の凹円弧面で連続させている請求項１記載のトロイダル型無段変速機。
3. 側面に凹湾曲状の軌道部を有する入力ディスクと、側面に前記軌道部に対向する凹湾曲状の軌道部を有する出力ディスクと、各ディスクの軌道部間に転動可能に挟み込まれ、外周部と各ディスクの軌道部との間のトラクションによって各ディスク間のトルク伝達を行うトラクションローラと、各ディスクの中心部の貫通孔を挿通する動力伝達軸と、この動力伝達軸とディスクとの間のトルク伝達を行うトルク伝達機構とを備えるトロイダル型無段変速機であって、
   前記トルク伝達機構が、
   前記ディスクの貫通孔に設けられた軸方向に延びる複数条の第１のＶ溝と、
   前記動力伝達軸の外周に設けられ、軸方向に延びるとともに前記第１のＶ溝の側壁に対向する側壁を有する複数条の第２のＶ溝と、
   前記第１のＶ溝の側壁とこの側壁に対向する第２のＶ溝の側壁とによって挟持された係合ローラとを備えることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
4. 各Ｖ溝内において互いに隣接する係合ローラのうちの一方の係合ローラの両端部が、前記第１のＶ溝の一側壁とこの一側壁に対向する第２のＶ溝の一側壁とによって挟持され、他方の係合ローラの両端部が、前記第１のＶ溝の他側壁とこの他側壁に対向する第２のＶ溝の他側壁とによって挟持されている請求項３記載のトロイダル型無段変速機。

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