JP2005003100A - ハーフトロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】トラニオンの構成を簡略化する。
【解決手段】トラニオン１１０の背面を球面とし、これをハウジング１１２に設けた球面座１１２ａによって受ける。トラニオン１１０は、リンク１１４によって傾転方向回転自在に支持する。また、リンク１１４は、トラニオン１１０の背面の円弧に従ってオフセット方向に回転可能とする。ハウジング１１２がローラ１２４が飛び出そうとする力を受けるため、各種の機構が簡略化でき、入出力ディスク間のキャビティに４つのローラを配置することも可能になる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
入出力ディスク間にローラを配置し、このローラを介し入力ディスクから出力ディスクに動力を伝達するハーフトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ハーフトロイダル型無段変速機（ＣＶＴ）が知られており、これを採用する車両も増えてきている。このハーフトロイダル型無段変速機では、紡錘形の入出力ディスクで形成されるキャビティ内にローラを挟み込み、入力ディスクの回転をローラを介し、出力ディスクに伝達する。そして、このローラの入力ディスクと出力ディスクとに対する接触位置（傾転角）を制御することで、変速比を制御している。
【０００３】
ここで、変速比を変更する場合には、ローラの回転軸を入出力ディスクの中心を通らない位置へオフセットさせ、これによってローラに傾転力を作用させて傾転角を変更する。
【０００４】
例えば、特許文献１では、トラニオンをディスク上の接点の接線方向に平行移動によってローラをオフセットさせている。
【０００５】
また、特許文献２では、ディスクの中心軸を通る直線上であって、ディスクの中心からずれた位置にある特定点を中心としてトラニオンを回転させてローラをオフセットさせている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５９−１３３８６０号公報
【特許文献２】
特開２００１−１６５２６２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１では、トラニオンのオフセットは並進運動であるため、トラニオン両端部とこのトラニオンの背面を保持するハウジングには、ローラの傾転機構以外にトラニオンがオフセットをするための機構や油圧ピストン等が必要となる。従って、入出力ディスク間の１キャビティ内に２個のローラを配置するのが限界であり、それ以上ローラの個数を増やすことができない。
【０００８】
また、特許文献２では、トラニオンを回転によりオフセットさせることにより、１キャビティに３個のローラを置くことが可能となっている。しかし、オフセット運動の回転とローラの傾転運動の回転中心が径方向にずれており、これら２つの回転を実現するために機構が複雑となる。また、ローラの飛び出し力は、トラニオンや軸受け等を介してハウジングが受け持つため、各構成要素には飛び出し力に見合う剛性が必要となり、形状寸法が特に径方向に大きくなってしまう。
【０００９】
本発明は、比較的簡単な機構で、トラニオンを移動可能に保持できるハーフトロイダル型無段変速機に関する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入出力ディスク間にローラを配置したハーフトロイダル型無段変速機であって、ローラを保持するトラニオンと、このトラニオンの背面を外方から支持する支持部材と、を含み、前記支持部材は、前記ローラの回転軸の旋回方向であるトラニオン傾転方向と、前記トラニオンの傾転軸を、ディスクの回転中心からずれた点を中心に旋回する旋回方向であるトラニオンオフセット方向において、回転可能に支持することを特徴とする。
【００１１】
このように、トラニオンの背面を回転可能に支持することによって、ローラが飛び出そうとする力に対応する力を外方から与えることができ、各種の機構、部材にかかる力を減少することができ、装置を全体として簡略化することができる。そこで、入出力ディスクで形成されるキャビティ内に４つのローラを配置することも可能となる。
【００１２】
また、前記オフセット方向の回転中心軸と、前記傾転方向の回転中心軸は、直交することが好適である。このように、回転中心を一致させることによって、回転の機構を簡略化することができ、全体をコンパクトにすることができる。
【００１３】
また、前記支持部材は、トラニオンの背面を球面とし、これを球面座で支持することが好適である。これによって、トラニオンの背面を十分な強度で支持することが容易となる。
【００１４】
なお、トラニオンの背面を前記オフセット方向および前記傾転方向に回転可能に支持するユニバーサルジョイントで支持部材を構成することも可能である。
【００１５】
また、オフセット方向に回転可能であって、前記トラニオンを傾転方向において回転可能に支持するリンクを有することが好適である。これによって、トラニオンのオフセットを容易に行うことができる。また、ローラの飛び出しは、トラニオンの外方からの支持手段がもつため、リンク自体は比較的簡単な構成でよい。
【００１６】
また、前記リンクの移動をオフセット方向の回転に限定するガイドをさらに有することが好適である。これによって、トラニオンの移動方向を確実に規定することができる。
【００１７】
また、前記ローラおよびこれを支持するトラニオンは一対の入出力ディスク間に複数設けられており、かつ、各リンクの内側端部には、入出力ディスクの回転中心を中心として回転するギアとかみ合うギア部が設けられており、１つのリンクのオフセットが前記ギアを介し他のリンクに伝達されることが好適である。
【００１８】
これによって、１つのトラニオンについてオフセットを与えれば、これを他のトラニオンに伝達される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、実施形態の構成を示す図であり、１つのトラニオンと、ローラを示している。
【００２１】
トラニオン１１０は、その背面が球面になっている。そして、この背面がハウジング１１２の球面座１１２ａに移動可能に収容されており、球面軸受けが構成されている。この球面軸受けは、摩擦を軽減できれば、油圧で受けても、ボールベアリングとしてもよい。なお、変速時以外はトラニオン１１０の位置は変動しないため、この球面軸受けは比較的簡単なものでよい。ただし、ローラが外方に向けて飛び出そうとする力に対向する必要があり、十分な強度を持つ必要がある。
【００２２】
トラニオン１１０は、全体として球の側部を切り取った形状（輪切りの側端部）であり、内側は円形の平面となっており、かつ２本のトラニオン軸支持部１１０ａが下方に向けて伸び、そこから側方に向けて一対のトラニオン軸１１０ｂが伸びている。このトラニオン軸１１０ｂは、リンク１１４の転がり軸受け１１４ａによって回転自在に支持されている。そこで、トラニオン１１０は、このトラニオン軸１１０ｂを中心として、揺動回転可能である。
【００２３】
また、リンク１１４は、全体としてコ字（半円弧）型をしており、その上両端部にトラニオン軸１１０ｂを軸支する転がり軸受け１１４ａが設けられ、下端の中央下側には、ギア部１１４ｂが設けられている。そして、このギア部１１４ｂは、入出力ディスクの中心を回転中心とするギア１１６とかみ合っている。
【００２４】
ここで、ギア部１１４ｂは、トラニオン１１０の背面の球面と同一の円の円弧を構成しており、リンク１１４およびトラニオン１１０は、リンク１１４がギア１１６に支持され、トラニオン１１０がハウジング１１２に支持されながら回転する。さらに、トラニオン１１０のトラニオン軸１１０ｂを結んだ線は、トラニオン１１０の背面が描く円の中心を通るように設定してある。
【００２５】
そして、トラニオン１１０は、その背面の球面の中心を軸として入出力ディスクの回転面に平行な面内において回転する。これがトラニオン１１０のオフセット方向の回転となる。また、トラニオン１１０はそのトラニオン軸１１０ｂを中心に回転し、これがトラニオンの傾転方向の回転となる。
【００２６】
なお、リンク１１４には、その移動方向を入出力ディスクの回転面に平行な１面内に規制するためのガイド１１８が設けられており、これによってトラニオン１１０の移動方向が２方向に規制されている。
【００２７】
トラニオン１１０の中心部には、ディスク中心側（下方）に向けて軸１２２が固定され、この軸１２２にローラ１２４が回転可能に接続されている。また、トラニオン１１０の下面と、ローラ１２４の上面の間には、円形のベアリング支持板１２６ｂと複数のボール１２６ａからなるスラストベアリング１２６がもうけられ、これによってローラ１２４がトラニオン１１０に対し高速回転可能に保持される。
【００２８】
なお、ローラ１２４は、球体の一部を平行な面で切り取った形（球体を分厚く輪切りにした中間の一枚）になっており、その側面がディスクと接触回転する。
【００２９】
そして、変速時には、図に太矢印で示すように、１つのトラニオン軸支持部１１０ａにリンク１１４が回転するようにオフセット力をかける。これは、油圧などどのような方式でもよい。また、一対のトラニオン軸支持部１１０ａに相補的な力をかけてもよい。これによってトラニオン１１０がオフセット方向に回転し、トラニオン１１０に傾転力が働き、トラニオン１１０が傾転して変速が行われる。
【００３０】
図２には、定常時と変速時におけるローラとディスクの関係を示してある。定常時は、ローラ回転軸は、ディスクの半径方向に位置している。この場合には、ローラ接線速度方向と、ディスク接線速度方向は一致しており、ローラ１２４に傾転力は働かない。一方、変速時には、ローラ１２４がオフセット方向に回転し、これによって、ディスク接線速度方向と、ローラ接線速度方向に差ができる。そこで、この差のベクトルがローラ１２４に傾転力として作用し、ローラ１２４の傾転角が変更される。
【００３１】
なお、本実施形態では、傾転中心と、オフセット中心を一致させたが、従来のように、両者をディスクの半径方向で異なる位置に配置しても構わない。
【００３２】
図３には、入出力ディスク間に４つのトラニオンを配置した構成を示してある。本実施形態では、トラニオン１１０の背面をハウジング１１２の球面座１１２ａにより保持する構成とした（図示省略）ため、入出力ディスク３０、４０の押しつけ力によりローラが飛び出そうとする力はハウジングがすべて受け持つ。従って、リンク１１４や、トラニオン軸受けなどの各構成要素は、わずかな力を受けるだけの強度があればよく、形状を大幅に小型化簡略化できる。そこで、４つのトラニオン１１０およびローラ１２４の組を入出力ディスク３０、４０間に配置することができる。
【００３３】
また、４つのリンク１１４のディスク中心側にはトラニオン１１０の傾転中心（＝オフセット中心）を中心とした曲率を持つギア部を取り付け、入出力軸側にもこれに対応するギア１１６を取り付けている。このことにより、一つのローラ１２４にオフセット力を加えるだけで、このオフセットがギア１１６を介して１キャビティ内の全ローラ１２４に伝達される。そこで、全ローラのオフセット方向の回転を同期させることができる。
【００３４】
次に、図４には、実施形態に係るハーフトロイダル型無段変速機の全体構成が模式的に示されている。図において、各部材の寸法は、図を見やすくするために、適宜変更している。
【００３５】
このように、エンジンの回転に基づいて回転される入力軸１０には、２つの入力ディスク３０が結合されている。この２つの入力ディスク３０は、中央に開口が形成され、外側から中央側に向け徐々に突出する紡錘形状を有しており、斜面はその軸方向の断面がほぼ円弧状になっている。また、２つの入力ディスク３０のそれぞれには、同一形状の２つの出力ディスク４０がそれぞれ対向するように配置されている。従って、軸方向の断面では、入力ディスク３０と出力ディスク４０の斜面は、それぞれ一対の半円を形成している。
【００３６】
入出力ディスク３０、４０の間には４つのローラ１２４が配置されているが、図においてはその内の２つのみを示してある。ローラ１２４は一方側が入力ディスク３０に接触し、他方側が出力ディスク４０に接触し、入力ディスク３０の回転トルクを出力ディスク４０に伝達する。また、ローラ１２４は、それぞれトラニオン１１０によって支持されている。このトラニオン１１０は、その背面側が球面に形成されており、ハウジング１１２の球面座１１２ａに支持されている。
【００３７】
また、トラニオン１１０は、図１のようにトラニオン軸を中心に傾転方向に回転可能であり、また、トラニオン軸は、リンク１１４によって支持され、このリンク１１４は、ギア１１６とかみ合い、紙面に直角な方向であるオフセット方向に回転可能となっている。
【００３８】
入力軸１０は、油圧押圧（エンドロード）機構２０に接続される。このエンドロード機構２０は、内部に油圧を受け、入力ディスク３０をそれぞれ出力ディスク４０側に押圧することで、入出力ディスク３０、４０間に狭圧力を生じさせ、これによってローラ１２４をそれぞれ所定の圧力で入出力ディスク３０、４０間に挟み込む。これによって、入出力ディスク３０、４０とローラ１２４間のスリップを防ぎ、トラクション状態を維持する。なお、軸２５は入力軸１０と同一の回転をするものであり、この軸２５によって入力ディスク３０が回転される。また、入力ディスク３０は、軸２５にボールスプラインを介し連結されており、軸２５の軸方向に移動可能になっている。
【００３９】
出力ディスク４０は、軸２５にベアリングを介し回転可能に支持されている。この出力ディスク４０の間には、出力ギア４５が連結されており、出力ディスク４０ａ、４０ｂと一緒に回転する。出力ギア４５には、カウンターギア６０がかみ合わされており、このカウンターギア６０に出力軸７０が連結されている。従って、出力ディスク４０ａ、４０ｂの回転に伴い、出力軸７０が回転する。
【００４０】
なお、図示は省略したがギア１１６は、ベアリングなどを介し、軸２５に支持されている。さらに、図においては、ガイド１１８を省略したが、ガイド１１８は、軸２５にベアリングなどを介し支持してもよいし、ハウジング１１２によって支持してもよい。
【００４１】
さらに、上述の実施形態では、トラニオン１１０の背面を球面として、球面座に保持したが、これに代えてオフセット回転方向および傾転方向の２方向に移動可能なユニバーサルジョイントによって、トラニオンの背面を支持してもよい。このように、ユニバーサルジョイントを用いれば、トラニオン１１０が２方向にしか移動できないため、ガイド１１８が不要になる。
【００４２】
図５〜図９には、本実施形態にかかるハーフトロイダル型無段変速機の特性について示している。図５に示すように、入力回転数Ｎｉｎを一定として、出力回転数Ｎｏｕｔを変動させた。図６は、入力側の力Ｆｉｎ（Ｎ）と出力トルクＴｏｕｔ（Ｎｍｍ）を示している。このように、Ｆｉｎ（Ｎ）、Ｔｏｕｔは、図５のＮｉｎ、Ｎｏｕｔに対応した特性になっている。図７には、傾転角θおよび目標傾転角θｃｔｒｌを示している。このように、目標通りに傾転角が制御されている。図８には、オフセット角、図９にはオフセット力を示してある。
【００４３】
図５、６に示すような入力の変化に対し、図８に示したようなオフセット角となるように、図９に示したオフセット力を図１に示したオフセット力として作用させることによって、図７のような傾転角制御を行うことができ、これによって出力トルクを一定にできる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、トラニオンの背面を回転可能に支持することによって、ローラが飛び出そうとする力を外方から与えることができ、各種の機構、部材にかかる力を減少することができ、装置を全体として簡略化することができる。そこで、入出力ディスクで形成されるキャビティ内に４つのローラを配置することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のトラニオン、ローラの構成を示す図である。
【図２】変速時のオフセット、傾転方向を示す図である。
【図３】４つのトラニオン（ローラ）を設けた場合の構成を示す図である。
【図４】変速機の全体構成を示す模式図である。
【図５】入力回転数Ｎｉｎと出力回転数Ｎｏｕｔの時間変化を示した図である。
【図６】入力側の力Ｆｉｎ（Ｎ）と出力トルクＴｏｕｔ（Ｎｍｍ）の時間変化を示した図である。
【図７】傾転角θおよび目標傾転角θｃｔｒｌの時間変化を示した図である。
【図８】オフセット角の時間変化を示した図である。
【図９】オフセット力の時間変化を示した図である。
【符号の説明】
１１０ トラニオン、１１０ａ トラニオン軸支持部、１１０ｂ トラニオン軸、１１２ ハウジング、１１２ａ 球面座、１１４ リンク、１１４ａ 軸受け、１１４ｂ ギア部、１１６ ギア、１１８ ガイド、１２２ 軸、１２４ ローラ、１２６ スラストベアリング、１２６ａ ボール、１２６ｂ ベアリング支持板。

Claims (6)

1. 入出力ディスク間にローラを配置し、このローラを介し入力ディスクから出力ディスクに動力を伝達するハーフトロイダル型無段変速機であって、
   ローラを保持するトラニオンと、
   このトラニオンの背面を外方から支持する支持部材と、
   を含み、
   前記支持部材は、前記ローラの回転軸の旋回方向であるトラニオン傾転方向と、前記トラニオンの傾転軸を、ディスクの回転中心からずれた点を中心に旋回する旋回方向であるトラニオンオフセット方向において、回転可能に支持することを特徴とするハーフトロイダル型無段変速機。
2. 請求項１に記載のハーフトロイダル型無段変速機において、前記オフセット方向の回転中心軸と、前記傾転方向の回転中心軸は、直交することを特徴とするハーフトロイダル型無段変速機。
3. 請求項１または２に記載のハーフトロイダル型無段変速機において、
   前記支持部材は、トラニオンの背面を球面とし、これを球面座で支持することを特徴とするハーフトロイダル型無段変速機。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のハーフトロイダル型無段変速機において、
   オフセット方向に回転可能であって、前記トラニオンを傾転方向において回転可能に支持するリンクを有することを特徴とするハーフトロイダル型無段変速機。
5. 請求項４に記載のハーフトロイダル型無段変速機において、前記リンクの移動をオフセット方向の回転に限定するガイドをさらに有することを特徴とするハーフトロイダル型無段変速機。
6. 請求項４または５に記載のハーフトロイダル型無段変速機において、
   前記ローラおよびこれを支持するトラニオンは一対の入出力ディスク間に複数設けられており、
   かつ、各リンクの内側端部には、入出力ディスクの回転中心を中心として回転するギアとかみ合うギア部が設けられており、１つのリンクのオフセットが他のリンクに前記ギアを介し伝達されることを特徴とするハーフトロイダル型無段変速機。

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