JP2004347071A

JP2004347071A - トロイダル型無段変速機

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Publication number: JP2004347071A
Application number: JP2003146841A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Tanaka; 大記田中; Jun Watanabe; 純渡辺; Yuichi Shibukawa; 祐一渋川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】バリエータ寿命及び伝達効率の向上を図る。
【解決手段】トロイダル型無段変速機において、ローディング手段は、伝達トルクの増大に応じて入力ディスクの押付力を増大するカム機構を用いた第一ローディング手段３４と、前記入力ディスク２０ａと前記出力ディスク２０ｂとの少なくとも一方の背面に設けられ、この入出力ディスクとの間で潤滑油が充填される油室５６を形成し、かつ前記トルク伝達軸の一部の反力を取るピストン５３を備え、前記入出力ディスクの回転速度に応じて生じる遠心力により前記油室内の潤滑油が入出力ディスクの押付力を増大する第二ローディング手段とを備える。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両などに採用されるトロイダル型無段変速機の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
入出力ディスクとパワーローラとの間の摩擦力により駆動力を伝達するトロイダル型無段変速機は、この摩擦力を発生させる為に入力ディスクをパワーローラに押し付けるローディングカム装置を備える。ローディングカム装置は、無段変速機の入力軸と一体に回転するカム板と、このカム板と入力ディスクの背面との間に配置された複数のパワーローラとから構成される。さらにパワーローラが接触するカム板のカム面と入力ディスク背面は凹凸状に形成される。このように構成されて、入力軸が回転することによりカム板が回転し、カム板の凹凸面で形成したカム面がパワーローラを入力ディスク背面に押し付ける。押し付けられた入力ディスクはパワーローラを押し、パワーローラは出力ディスクを押し、各ディスクとパワーローラ間の摩擦により駆動力が入力ディスクから出力ディスクに伝達される。また、ローディングカム装置が入力ディスクを押していない場合には、各ディスクとパワーローラ間の接触を維持するための予圧を付与する皿バネが設置される。
【０００３】
また、入力ディスクを押し付ける方法として、ローディングカム装置の代わりに油圧装置を用いた技術がある（特許文献１参照。）。これは各ディスクとパワーローラ間の押付力をセンサにより検出してコントローラに出力し、コントローラは入力された押付力に基づいて必要な押付力を発生するように油圧制御するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−００４１１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ローディングカム装置による従来例にあっては、押付力は伝達する入力トルク比例する。したがって、低トルク高回転時にはパワーローラを回転支持する玉軸受が、パワーローラのジャイロモーメントによるスピンを生じて焼き付きを発生する恐れがあり、対策として皿バネによる押付力を常に過大に発生させている。この皿バネによる押付力は、入力軸の最大回転速度で生じるジャイロモーメントの最大値以上である必要があり、低回転速度では過剰な押付力を発生することになる。この過剰な押付力によりバリエータ寿命及び伝達効率が低下する恐れがある。
【０００６】
ローディングカム装置の代わりに油圧装置を用いた場合には、変速速度に伴う押付力を発生するための油圧を生じる油圧ポンプを備える必要があり、装置の大型化や伝達効率の低下を招き、また油圧制御に必要な各種センサ等の設置により装置が複雑になり、コストの上昇を招いた。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、皿バネによる過剰な入力ディスクへの押付力を抑制し、バリエータ寿命及び伝達効率の向上を図るとともに入力トルク及び回転速度に対応する押付力を生じ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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、トロイダル型無段変速機において、前記入力ディスクと前記出力ディスクとの少なくとも一方の背面にピストンを備え、このピストンを備えた入出力ディスクとピストンの間で潤滑油が充填される油室を形成し、入力ディスクを押し付けるローディング手段は、伝達トルクの増大に応じて入力ディスクの押付力を増大するカム機構を用いた第一ローディング手段と、前記入力ディスクと前記出力ディスクとの少なくとも一方の背面に設けられ、この入出力ディスクとの間で潤滑油が充填される油室を形成し、かつ前記トルク伝達軸の一部の反力を取るピストンを備え、前記入出力ディスクの回転速度に応じて生じる遠心力により前記油室内の潤滑油が入出力ディスクの押付力を増大する第二ローディング手段とを備える。
【０００９】
【発明の効果】
したがって、本発明は、入力ディスクの押付力を入力トルクと入力ディスクの回転速度に応じて変化することができる。また、パワーローラの回転速度の上昇により増大するパワーローラのジャイロモーメントを、トルク伝達軸の回転速度の上昇に伴って遠心力により増大する油圧力を用いて抑制することができるため、バリエータ寿命及び伝達効率を向上することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明を適用するトロイダル型無段変速機の概略図を示す。トロイダル型無段変速機１０は、図１において、図示しないエンジンジンの回転が、トルクコンバータ１２を介してトロイダル型無段変速機１０に入力されるようになっている。
【００１２】
トルクコンバータ１２は、ポンプインペラ１２ａ、タービンランナ１２ｂ及びステータ１２ｃに加えて、ロックアップクラッチ１２ｄが設けられている。
【００１３】
そして、トロイダル型無段変速機１０は、トルクコンバータ１２の出力回転軸１４と同軸上に配置されるトルク伝達軸１６が設けられ、このトルク伝達軸１６に第一トロイダル変速部１８と第二トロイダル変速部２０とが同軸上に配置されている。
【００１４】
トルク伝達軸１６は中空に形成されるとともに、ハウジング２２に対し軸方向へ微小量だけ変位可能に取り付けられている。トルク伝達軸１６の中空部には潤滑油が充填されており、後述のボールスプライン２４、２６等の潤滑に用いられる。
【００１５】
第一及び第二トロイダル変速部１８、２０は、それぞれの対向面がトロイダル曲面で形成される一対の第一入力ディスク１８ａ、第一出力ディスク１８ｂ及び第二入力ディスク２０ａ、第二出力ディスク２０ｂと、これらの対向面間に摩擦接触されるパワーローラ１８ｃ、１８ｄ、及び２０ｃ、２０ｄとによって構成される。
【００１６】
第一トロイダル変速部１８は、トルク伝達軸１６の図中左側に配置されるとともに、第二トロイダル変速部２０は、トルク伝達軸１６の図中右側に配置され、かつ、それぞれの第一入力ディスク１８ａ及び第二入力ディスク２０ａは、それぞれトルク伝達軸１６の両端側に配置されるとともに、第一出力ディスク１８ｂ及び第二出力ディスク２０ｂは互いに内側に配置されている。そして、第一及び第二入力ディスク１８ａ、２０ａはボールスプライン２４、２６を介して、トルク伝達軸１６に回転方向で結合する一方、軸方向へ変位可能に支持される。
【００１７】
一方、上記第一及び第二出力ディスク１８ｂ、２０ｂは、トルク伝達軸１６に対して相対回転可能に軸支された出力ギア２８にスプライン結合され、第一及び第二出力ディスク１８ｂ、２０ｂへ伝達された回転力は、出力ギア２８及びこれに噛み合いされる入力ギア３０ａを介してカウンターシャフト３０に伝達され、さらに、回転力出力経路を介して図示しない出力軸へ伝達される。
【００１８】
ところで、第一入力ディスク１８ａの外側には、ローディングカム装置（第一ローディング手段）３４が設けられ、このローディングカム装置３４には、図示しないエンジンからの回転が入力され、入力トルクに応じた押付力を図中右方向へ向けて発生し、第一入力ディスク１８ａを第二入力ディスク２０ａへ向けて押し付ける。
【００１９】
ローディングカム装置３４のローディングカム３４ａは、スラストベアリング３６を介してトルク伝達軸１６上で相対回転可能に軸支される。
【００２０】
また、第二入力ディスク２０ａとトルク伝達軸１６の図中右側端部との間には、予圧力を発生する皿バネ３８が設けられている。
【００２１】
したがって、ローディングカム装置３４で発生される押付力は、第一入力ディスク１８ａに作用するとともに、トルク伝達軸１６及び上記皿バネ３８を介して第二入力ディスク２０ａにも作用し、かつ、皿バネ３８によって発生される予圧力は、第二入力ディスク２０ａに作用するとともに、トルク伝達軸１６及びローディングカム装置３４を介して第一入力ディスク１８ａにも作用するようになっている。
【００２２】
なお、ローディングカム装置３４とトルクコンバータ１２との間の回転力入力経路には、車両の前進時と後進時の回転方向を切り換える前後進切換装置４０が設けられる。
【００２３】
前後進切換装置４０は、ダブルプラネタリー方式の遊星歯車機構４２と、遊星歯車機構４２のキャリア４２ａを上記出力回転軸１４に締結可能なフォワードクラッチ４４と、遊星歯車機構４２のリングギア４２ｂを上記ハウジング２２に締結可能なリバースブレーキ４６とによって構成される。
【００２４】
そして、前後進切換装置４０では、フォワードクラッチ４４を締結するとともに、リバースブレーキ４６を解放することにより、エンジン回転と同方向の回転がローディングカム装置３４へ入力され、かつ、フォワードクラッチ４４を解放してリバースブレーキ４６を締結することにより、逆方向の回転が入力されるようになっている。なお、遊星歯車機構４２で、４２ｃはサンギア、４２ｄ、４２ｅは互いに噛み合いされるプラネタリギアである。
【００２５】
第一トロイダル変速部１８及び第二トロイダル変速部２０に設けられたパワーローラ１８ｃ、１８ｄ及び２０ｃ、２０ｄは、中心軸ｃを挟んで対向配置され、これらパワーローラは、図示しない変速制御装置としての変速制御弁及び油圧アクチュエータを介して、車両の運転条件に応じて傾斜（傾転）され、第一及び第二入力ディスク１８ａ、２０ａの回転を無段階に変速して第一及び第二出力ディスク１８ｂ、２０ｂに伝達するようになっている。
【００２６】
すなわち、パワーローラ１８ｃ、１８ｄ及び２０ｃ、２０ｄは、それぞれのパワーローラ１８ｃ、１８ａ及び２０ｃ、２０ｄに対応して設けられた図示しない油圧アクチュエータによって上下移動されるトラニオンに、ピボットシャフトを介して回転自在に装着され、トラニオンが上下移動されることによって、パワーローラ１８ｃ、１８ｄ及び２０ｃ、２０ｄは傾転（トラニオンの軸回りの運動）できるようになっている。
【００２７】
したがって、パワーローラ１８ｃ、１８ｄ及び２０ｃ、２０ａの傾転量、すなわち、これらトラニオンの回転量は、油圧アクチュエータの軸方向変位量によって決定されることになる。
【００２８】
図２と図３は、本発明の特徴的な構成を含む第二入力ディスク２０ａ部の詳細形状を説明するための断面図である。
【００２９】
トルク伝達軸１６の外径部と螺合するナット５０が設けられ、ナット５０とスプライン２６との間にカラー５１が設置され、スプライン２６のボールの位置が規制される。またナット５０と第二入力ディスク２０ａとの間にはストッパ５２が設置されており、前述のローディングカム装置３４の作用により生じた押付力は、ナット５１、ストッパ５２を介して第二入力ディスク２０ａに伝達される。さらに第二入力ディスク２０ａとナット５０との間にはピストン５３と、ピストン５３を第二入力ディスク２０ａ側に付勢する皿バネ３８が共締めされる。
【００３０】
ピストン５３は円盤状に形成され、第二入力ディスク２０ａとの間に所定の油室５６が生じるように隙間を持って形成される。またピストン５３は、その外周部５３ａが第二入力ディスク２０ａ側に曲折して第二入力ディスク２０ａの外周部に接触するように形成される。そしてピストン５３の外周部５３ａと第二入力ディスク２０ａの外周部との間にはシール材５４が設置される。
【００３１】
トルク伝達軸１６、カラー５１、ストッパ５２およびピストン５３には、ピストン５３と第二入力ディスク２０ａとの間の油室５６にトルク伝達軸１６内の潤滑油が流通するように油路１６ａ、５５ａ、５５ｂ、５５ｃが形成される。なお、これら油路１６ａ、５５ａ、５５ｂ、５５ｃは、トルク伝達軸１６、カラー５１及びストッパ５２間に相対変位が生じた場合であっても潤滑油が油室５６に流通されるように形状を設定する。
【００３２】
なお、油室５６に流通した潤滑油はピストン５３の外周側からはシール材５４の作用により外部に漏出することはない。また、ピストン５３の内周とストッパ５２の外周との間にはわずかな隙間が形成されており、この隙間から潤滑油が外部に漏出される。
【００３３】
次に作用を説明する。
【００３４】
トルク伝達軸１６が回転を開始すると、遠心力によりトルク伝達軸１６内部の潤滑油が前述の油路１６ａ、５５ａ、５５ｂ、５５ｃを通じて油室５６に流入する。
【００３５】
油室５６に溜まった潤滑油は、第二入力ディスク２０ａの回転による遠心力で油室５６の外周方向に移動しようとし、これにより第二入力ディスク２０ａをトルク伝達軸１６の軸方向への押し付ける力が発生する。この押付力を発生する遠心油圧力は第二入力ディスク２０ａの回転速度の二乗で増大して第二入力ディスク２０ａを介してパワーローラ２０ｃに作用し、同様に回転速度の二乗で増大するパワーローラ２０ｃのジャイロモーメントを抑制する効果を発揮する。また、ピストン５３とストッパー５２との間には前述のように微小の隙間が設けてあり、トルク伝達軸１６の回転速度が低下して遠心力が低下した場合には、この隙間から潤滑油が抜けてゆくことによって、押付力を低下する。また、高トルク・高回転時において、ローディングカム装置３４による押付力が、遠心力により生じる遠心油圧力を上回る場合には、油室５６がピストン５３によって押し付けられるため、潤滑油は前述の隙間から外部へと排出される。この時、ピストン５３は第二入力ディスク２０ａに接触するまで変位し、直接第二入力ディスク２０ａを押し付ける。
【００３６】
したがって本発明では、パワーローラの回転速度の上昇により増大するパワーローラ２０ｃの玉軸受のジャイロモーメントを、トルク伝達軸１６の回転速度の上昇に伴って遠心力により増大する遠心油圧力を用いて抑制することができる一方、ローディングカム装置３４を備えたため、入力トルクに応じた押付力を生じることができる。
【００３７】
ジャイロモーメントを抑制することができるため、皿バネ３８による予圧を低減し、バリエータ寿命及び伝達効率を向上することができる。さらにローディングカム装置の代わりに油圧装置を用いた場合の油圧ポンプやセンサ類を必要としないので、変速機が複雑になることがなく、コストの低減を可能とする。
【００３８】
また、皿バネ３８がピストン５３を第二入力ディスク２０ａ側に付勢するように皿バネ３８を配置したので、油室５６内に配置することがなく、皿バネ３８が潤滑油の流れを滞らせることがない。
【００３９】
なお、高トルク時には、ローディングカム装置３４により、入力ディスク２０ａに作用する押付力は入力トルクに比例して大きくなり、第二入力ディスク２０ａの弾性変形が生じる。この変形により、ピストン５３と第二入力ディスク２０ａの背面２０ｅとの油室５６が大きくなり、シール材５４から潤滑油が漏洩する可能性が考えられるが、これは以下の理由で構造上生じることはない。
【００４０】
第二入力ディスク２０ａの変形モードには変速比により２パターン考えられ、第１パターンの図４、図５に示す変速比がローの状態では、第二入力ディスク２０ａはディスク背面２０ｅの中央部で、ナット５０により第二出力ディスク２０ｂ方向に押し付けられる。また、パワーローラ２０ｃは第二入力ディスク２０ａの軸心付近に接触して第二入力ディスク２０ａを押し付ける。このとき第二入力ディスク２０ａの弾性変形により、入力ディスク背面２０ｅは、パワーローラ２０ｃの方向へと変形し、ピストン５３との距離が開くことになるが、モーメントアームが短いため、少量のモーメントしか発生せず、結果として、第二入力ディスク２０ａの背面２０ｅの変形も少量となる。すなわち、変速比がローの場合には、第二入力ディスク２０ａの変形によるシール材５４からの潤滑油漏れは発生しない。
【００４１】
第２のパターンとして図６、図７に示す変速比がハイの場合、第二入力ディスク２０ａは前述の変速比がローの場合と同様に、第二入力ディスク２０ａの背面２０ｅの中央で押し付けられるが、パワーローラ２０ｃは第二入力ディスク２０ａの外周側を押し付ける。図６にしめすように、ローディングカム装置３４による押付力が働く力点と、パワーローラ２０ｃの押付力の反力が働く力点との距離が離れているため、第二入力ディスク２０ａには大きなモーメントが働き、変速比ローの状態よりも大きい弾性変形をする。しかし、この場合では、第二入力ディスク２０ａはパワーローラ２０ｃから離れる方向へと変形すると同時にピストン５３も同じ方向に変形するため、第二入力ディスク２０ａの背面２０ｅとピストン５３の間が広がることはない。したがって、この場合においても、入力ディスク変形によるシール材５４からの潤滑油漏れは起こらない。
【００４２】
また、油室を第１入力ディスク１８ａの背面、または、ローディングカム装置３４を構成するカム板の背面に設けることも可能である。また、本発明は前述のように皿バネ３８の作用を低減する作用があるため、機能上では皿バネ３８、カラー５１及びストッパ５２を取り除くことも可能であり、これは変速機の軸長の短縮や構造の簡素化などに効果がある。
【００４３】
なお、請求項１の第二ローディング手段は、第二入力ディスク２０ａと、ピストン５３と、油室５６に潤滑油を供給する油路１６ａ、５５ａ、５５ｂ、５５ｃとから構成される。
【００４４】
図８、図９に第２の実施形態の構成を示す。この実施形態は、第１実施の形態に対して油室の構成を変更したものである。具体的には第１の実施形態では、ピストン５３を第二入力ディスク２０ａの径より大きく設定して油室５６を形成したが、この実施形態では、第二入力ディスク２０ａよりピストンが大きいため、変速機の寸法が大きくなってしまうという問題があるが、第２の実施形態では、第二入力ディスク２０ａの背面２０ｅに環状の凹部２０ｆを形成し、この凹部２０ｆにピストン５７を嵌め込み、油室５８を形成するようにした。なお、油室５８からの潤滑油の漏洩を防止するためのシール材５９がピストン５７の外周部に設置される。このような構成により変速機の径方向の寸法を大型化することなく、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
なお、本実施形態の潤滑油を油室に導く油路は、第二入力ディスク２０ａとトルク伝達軸１６のスプライン２６の溝部でない部位とに形成される。
【００４６】
図１０と図１１は第３の実施形態の構成を示す。この実施形態は、第一、第二出力ディスク１８ｂ、２０ｂの背面１８ｇ、２０ｇに第２実施形態と同様の構成により油室６０を形成したものである。この実施形態では、トルク伝達軸１６から油室６０に潤滑油を流通させる油路をトルク伝達軸１６と出力ギア２８とピストン６２とに形成する（図１１中、それぞれ６１ａ、６１ｂ、６１ｃで示す。）。なお、油圧発生時にはトルク伝達軸１６と出力ディスクとの間に軸方向の相対移動が生じるため各油路間に軸方向のずれが生じ潤滑油の流れが滞ることが考えられるため、トルク伝達軸１６の外周と出力ギア２６の外周に油路より幅広の油溝６３ａ、６３ｂを形成し、油路への潤滑油の流通を容易にしている。また、この実施形態では、ピストン６２の内周と出力ギア２８の外周との間及び出力ディスク１８ｂ、２０ｂの内周と出力ギア２８の外周との間に隙間が形成されており、出力ディスクの低回転となり遠心力が低下したときに、この隙間から油室６０内の潤滑油が流出される。また、高トルク・高回転の場合においてローディングカム装置３４による押付力が遠心油圧力を上回る場合には、油室６０がピストン６２により押され、潤滑油が隙間から外部に流出する。このとき出力ディスク２０ｂはピストン６２に接触し、ピストン６２を押す。このようにして第１の実施形態と同様に、入力回転速度及び変速比に応じて変化するパワーローラの玉軸受に作用するジャイロモーメントを遠心油圧力により抑制することができる。
【００４７】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するトロイダル型無段変速機の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の全体構成図である。
【図３】第二入力ディスク部の拡大図である。
【図４】入力ディスク変形モードを説明する概念図である（変速比ローの場合）。
【図５】入力ディスク変形モードを説明する図である（変速比ローの場合）。
【図６】入力ディスク変形モードを説明する概念図である（変速比ハイの場合）。
【図７】入力ディスク変形モードを説明する図である（変速比ハイの場合）。
【図８】第２の実施形態の全体構成図である。
【図９】第二入力ディスク部の拡大図である。
【図１０】第３の実施形態の全体構成図である。
【図１１】第二出力ディスク部の拡大図である。
【符号の説明】
１０無段変速機
１６トルク伝達軸
１８ａ第一入力ディスク
１８ｂ第一出力ディスク
１８ｃ、１８ｄ、２０ｃ、２０ｄパワーローラ
２０ａ第二入力ディスク
２０ｂ第二出力ディスク
２６スプライン
２８出力ギア
５０ナット
５１カラー
５２ストッパ
５３、５７ピストン
５４シール材
５５ａ、５５ｂ、５５ｃ油路
５６、５８油室

Claims

トルク伝達軸に支持された入力ディスク及び出力ディスクとの対向面に挟持されて傾転自在な一対のパワーローラと、
前記パワーローラをそれぞれ傾転可能に軸支するとともに、入出力ディスクの回転接線方向及び該接線回りに変位可能な一対のトラニオンと、
前記入力ディスクを前記パワーローラを介して前記出力ディスクに押し付けつつ、トルク伝達軸とともに回転させるローディング手段と、
を備えたトロイダル型無段変速機において、
前記ローディング手段は、
伝達トルクの増大に応じて入力ディスクの押付力を増大するカム機構を用いた第一ローディング手段と、
前記入力ディスクと前記出力ディスクとの少なくとも一方の背面に設けられ、この入出力ディスクとの間で潤滑油が充填される油室を形成し、かつ前記トルク伝達軸の一部の反力を取るピストンを備え、
前記入出力ディスクの回転速度に応じて生じる遠心力により前記油室内の潤滑油が入出力ディスクの押付力を増大する第二ローディング手段と、
を備えたことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
前記トルク伝達軸の内部に潤滑油が充填される中空部を設け、この中空部から前記油室に潤滑油を供給する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。
前記ピストンの直径を前記入出力ディスクの直径より小さ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。
前記ピストンと前記ピストンを設けた入出力ディスク間にシール材を設けたことを特徴とする請求項１または３に記載のトロイダル型無段変速機。
前記ピストンを前記ピストンを設けた入出力ディスク側に押し付けるバネ部材を設けたことを特徴とする請求項１と３と４のいずれか一つに記載のトロイダル型無段変速機。