JP2005127491A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】 原動機からの動力伝達軸を入力側ディスクに対して直接に連結することなく、動力の入力部位の軸径を大きく確保して、前後のキャビティでの推力の差を極力小さくすることができるトロイダル型無段変速機を提供する。
【解決手段】 本発明のトロイダル型無段変速機は、エンジン側とは反対側の第１の入力側ディスク２Ａに押圧装置３０が配置されるとともに、互いに一体で回転する第２の入力側ディスク２Ｂおよび入力軸１に対して原動機からの動力を入力するための動力入力部３６ａがローディングナット３２の径方向外側で軸方向に延びている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車用の変速機などに利用可能なトロイダル型無段変速機に関する。

図４には、自動車用変速機として利用可能な従来のトロイダル型無段変速機の一例が示されている。このトロイダル型無段変速機は、いわゆるダブルキャビティ式の高トルク用トロイダル型無段変速機であり、２つの入力側ディスク２，２と２つの出力側ディスク３，３とが、入力軸１の外周に取り付けられて成る。また、入力軸１の中間部の外周には出力歯車４が回転自在に支持されている。この出力歯車４の中心部に設けられた円筒状のフランジ部４ａ，４ａには、出力側ディスク３，３がスプライン係合によって連結されている。

なお、入力軸１は、図中左側に位置する入力側ディスク２とカム板７との間に設けられたローディングカム式の押圧装置１２を介して、エンジン側の駆動軸２２により回転駆動されるようになっている。また、出力歯車４は、２つの部材の結合によって構成された仕切壁１３を介してハウジング１４内に支持されており、これにより、軸線Ｏを中心に回転できる一方で、軸線Ｏ方向の変位が阻止されている。

出力側ディスク３，３は、入力軸１との間に介在されたニードル軸受５，５によって、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転自在に支持されている。また、入力側ディスク２，２は、入力軸１と共に回転するように、その入力軸１の両端部にボールスプライン６，６を介して支持されている。また、図５にも示すように、入力側ディスク２，２の内面（凹面）２ａ，２ａと出力ディスク３，３の内面（凹面）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１が回転自在に挟持されている。

図４中左側に位置する入力側ディスク２とカム板７との間には第１の皿板ばね８が設けられ、図４中右側に位置する入力側ディスク２とローディングナット９との間には第２の皿ばね１０が設けられている。これらの皿板ばね８，１０は、各ディスク２，２，３，３の凹面２ａ，２ａ，３ａ，３ａとパワーローラ１１，１１の周面（トラクション面）１１ａ，１１ａ（図５参照）との当接部に押圧力を付与する。

したがって、上記構成の無段変速機では、駆動軸２２から入力軸１に回転力が入力されると、入力軸１と一体で入力側ディスク２，２が回転し、その回転がパワーローラ１１，１１によって出力側ディスク３，３に一定の変速比で伝達される。また、出力側ディスク３，３の回転は、出力歯車４から伝達歯車１５および伝達軸１６などを介して、出力軸１７に伝達される。

このように、ダブルキャビティ式のトロイダル型無段変速機は、入出力側ディスク２，３を２組配置するとともに、出力側ディスク３の背面を向かい合わせて、その間に出力歯車４を配置することにより、入力側ディスク２と出力側ディスク３との間に挟まれた一対のパワーローラ１１を介して大きな動力を効率的に伝達することができる。

また、トロイダル型無段変速機は、トラクションドライブであるため、接触点に大きな荷重を与える必要があり、そのため、前述したように、押圧装置１２として油圧式を使用するとともに、予圧を付与する皿ばね８，１１を設け、最適な押し付け力を付与するようになっているものもある（例えば、特許文献１〜３参照）。

なお、上記構成では、エンジン側の入力側ディスク２に押圧装置１２が配置され、押圧装置１２と逆側にローディングナット９が締め込まれているが、ローディングの油圧の取り廻しを考えると、エンジン側とは反対側の入力側ディスク２に押圧装置１２を配置することも考えられる（例えば、特許文献４の図２参照）。

特公平８−２００００号公報 特開平１１−２０１２５４号公報 特開２００２−２０６６０８号公報 特開平１０−２６７１１８号公報

ところで、前述したように、エンジン側とは反対側の入力側ディスク２に押圧装置１２を配置する構成では、一般に、エンジンからの動力が入力軸に直接に入力される。したがって、この入力部位での軸径は小さく、そのため、動力伝達部の軸方向長さを長く確保する必要がある。すなわち、動力の入力部位の軸径が小さいと、その分、スプライン係合部の強度を高める必要があり、その結果、スプライン係合部の軸方向長さが長くなってしまう。

また、動力の入力部位の軸径が小さいと、接線力が大きくなってしまうため、前後のキャビティで推力が大きく異なってしまう。すなわち、一般に、トルクによって各構成部分が変形すると、それに応じて動力の入力部位が軸方向に滑り、その際の抵抗力ｆ（ｆ＝α・Ｔ／ｒ；αは摩擦係数、Ｔはトルク、ｒは入力部位の軸径）の分だけ一方のキャビティにおける入力側ディスク２の押し付け力（推力）が他方のそれに比べて小さくなるが、この抵抗力ｆは、動力の入力部位の軸径に反比例するため、動力の入力部位の軸径が小さくなって抵抗力ｆが大きくなると、前後のキャビティで推力が大きく異なってしまう結果となる。このように、前後のキャビティで推力が大きく異なると、トラクション面で滑りが生じる虞がある。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、原動機からの動力の入力部位の軸径を大きく確保して、前後のキャビティでの推力の差を極力小さく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。

前記目的を達成するために、請求項１に記載のトロイダル型無段変速機は、動力が入力される入力側端部を有する入力軸と、この入力軸に結合されて入力軸と一体で回転する一対の入力側ディスクと、これらの入力側ディスクの間で前記入力軸に回転可能に支持された出力側ディスクと、前記各入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に傾転自在に設けられ且つ前記各入力側ディスクの回転力を前記出力側ディスクに所定の変速比で伝達するパワーローラと、前記一対の入力側ディスクのうち前記入力側端部から相対的に遠く離れて位置する第１の入力側ディスクの背面に配置され且つ一対の入力側ディスクを軸方向へ押圧する押圧装置と、前記一対の入力側ディスクのうち前記入力側端部から相対的に近い第２の入力側ディスクの背面側で前記入力軸に固定されて前記押圧装置が発生する押圧力を支持する支持体とを備えたトロイダル型無段変速機において、互いに一体で回転する前記第２の入力側ディスクおよび前記入力軸に対して原動機からの動力を入力するための動力入力部が前記支持体の径方向外側で軸方向に延びていることを特徴とする。

この請求項１に記載された発明においては、特に、原動機側とは反対側の入力側ディスクに押圧装置を配置する構成において、互いに一体で回転する前記第２の入力側ディスクおよび前記入力軸に対して原動機からの動力を入力するための動力入力部が前記支持体の径方向外側で軸方向に延びているため、前記支持体の径方向外側にある既存の空間を使用して動力入力部を構成することができる。そのため、動力入力部の軸径を大きく確保できる。このように前記支持体の径方向外側にある既存の空間を使用して動力入力部を構成できれば、動力伝達部全体の軸方向長さを短くすることができる。また、このように動力入力部の軸径を大きく確保できれば（原動機側と入力軸側（第２の入力側ディスクの側）とを径の大きい部位で結合できれば）、接線力を小さくすることができ、前後のキャビティでの推力の差を極力小さく抑えることができる。そのため、トラクション面の耐久性を上げることができる。

また、請求項２に記載のトロイダル型無段変速機は、請求項１に記載の発明において、前記動力入力部が前記第２の入力側ディスクと一体であることを特徴とする。

この請求項２に記載された発明においては、前記動力入力部が前記第２の入力側ディスクと一体であるため、軸方向長さを短くでき、その分、入力軸と第２の入力側ディスクとの結合部（特にスプライン結合部）の長さを長く確保することができるとともに、入力軸と動力入力部の回転方向の精度も良くなる。

なお、請求項３に記載されるように、前記動力入力部は、前記第２の入力側ディスクと別体であっても構わない。その場合、請求項４に記載されるように、前記入力軸の前記入力側端部には、前記第２の入力側ディスクと前記支持体との間に位置して、前記入力軸と一体に回転可能な動力伝達部材が設けられ、この動力伝達部材が前記動力入力部を有していることが好ましい。

また、請求項５に記載のトロイダル型無段変速機は、請求項４に記載の発明において、前記入力軸には、前記第１の入力側ディスクと前記押圧装置との間に位置するとともに、前記押圧装置が発生する押圧力を支持しつつ無負荷時の押圧力である予圧を付与する予圧付与手段が設けられ、前記動力伝達部材は、前記予圧付与手段の予圧力を調節する調節部材を兼ねていることを特徴とする。

この請求項５に記載された発明においては、前記動力伝達部材が前記予圧付与手段の予圧力を調節する調節部材を兼ねているため、別途、予圧調整部材を設ける必要がなく、そのため、部品点数を削減することができるとともに、予圧調整部材が不要となる分だけ動力伝達部全体の軸方向長さを短くすることができる。

また、請求項６に記載のトロイダル型無段変速機は、請求項４に記載の発明において、前記動力伝達部材の外周面に沿って前記第２の入力側ディスクの内周面が軸方向に延びていることを特徴とする。

この請求項６に記載された発明においては、前記動力伝達部材の外周面に沿って前記第２の入力側ディスクの内周面が軸方向に延びているため、動力伝達部材と前記第２の入力側ディスクとが軸方向で重なり合い、結果として、動力伝達部材および第２の入力側ディスクの必要な軸長を確保しつつ、動力伝達部全体の軸方向長さを短くすることができる。

本発明のトロイダル型無段変速機によれば、動力の入力部位の軸径を大きく確保して、前後のキャビティでの推力の差を極力小さくすることができるため、トラクション面の耐久性を上げることができ、また、動力伝達部全体の軸方向長さを短くすることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図１および図２は、本発明の実施形態に係るトロイダル型無段変速機の要部を示している。図示のように、本実施形態のトロイダル型無段変速機は、いわゆるダブルキャビティ式の高トルク用トロイダル型無段変速機であり、２つの入力側ディスク２Ａ，２Ｂと２つの出力側ディスク３Ａ，３Ｂとが、入力軸１の外周に取り付けられて成る。入力軸１は、入力側端部１ａを有している。また、出力側ディスク３Ａ，３Ｂは、２つの入力側ディスク２Ａ，２Ｂの間に位置されている。

出力側ディスク３Ａ，３Ｂは、入力軸１との間に介在されたニードル軸受５，５によって、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転自在に支持されている。また、入力側ディスク２Ａ，２Ｂは、入力軸１と共に回転するように、その入力軸１の両端部に支持されている。また、入力側ディスク２Ａ，２Ｂの内面（凹面）２ａ，２ａと出力ディスク３Ａ，３Ｂの内面（凹面）３ａ，３ａとの間には、各入力側ディスク２Ａ，２Ｂの回転力を出力側ディスク３Ａ，３Ｂに所定の変速比で伝達するパワーローラ１１が回転自在（傾転自在）に挟持されている。

また、入力軸１の中間部の外周には出力歯車４が回転自在に支持されている。この出力歯車４の中心部に設けられた円筒状のフランジ部４ａ，４ａには、出力側ディスク３Ａ，３Ｂがスプライン係合によって連結されている。出力歯車４は、２つの部材の結合によって構成された仕切壁１３を介してハウジング１４内に支持されており、これにより、軸線Ｏを中心に回転できる一方で、軸線Ｏ方向の変位が阻止されている。

一対の入力側ディスク２Ａ，２Ｂのうち入力軸１の入力側端部１ａから相対的に遠く離れて位置する第１の入力側ディスク２Ａの背面には、一対の入力側ディスク２Ａ，２Ｂを軸方向へ押圧する油圧式の押圧装置３０が配置されている。また、一対の入力側ディスク２Ａ，２Ｂのうち入力軸１の入力側端部１ａから相対的に近い第２の入力側ディスク２Ｂの背面側には、入力軸１に固定され且つ押圧装置３０が発生する押圧力を支持するローディングナット（支持体）３２が設けられている。また、入力軸１には、第１の入力側ディスク２Ａと押圧装置３０との間に位置して、皿バネ（予圧付与手段）３４が設けられている。この皿バネ３４は、押圧装置３０が発生する押圧力を支持しつつ、無負荷時において各ディスク２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂの凹面２ａ，２ａ，３ａ，３ａとパワーローラ１１，１１の周面（トラクション面）１１ａ，１１ａ（図５参照）との当接部に押圧力（予圧）を付与する。

また、入力軸１の入力側端部１ａには、第２の入力側ディスク２Ｂとローディングナット３２との間に位置して、入力軸１と一体に回転可能な動力伝達部材３６がスプライン結合部４９を介して取り付けられている。この動力伝達部材３６は、ローディングナット３２の径方向外側で軸方向に延びる動力入力部３６ａを有している。また、動力入力部３６ａには、エンジンからの動力が入力されるようになっている。具体的には、エンジンからの動力伝達軸４５が動力入力部３６ａに結合されている。

なお、動力伝達部材３６とローディングナット３２との間には、初期組立時の皿バネ３４の縮量を調整する（予圧付与手段としての皿バネ３４の予圧力を調節する）調節部材４０が介挿されている。また、本実施形態において、第２の入力側ディスク２Ｂの内周面は、動力伝達部材３６の外周面に沿って軸方向に延びており、動力伝達部材３６に支持されている。また、本実施形態において、入力軸１と動力伝達部材３６との間のスプライン結合部４９の軸方向長さは、入力軸１と第２の入力側ディスク２Ｂとの間の結合部６の軸方向長さの２倍に設定されている。

このような構成の無段変速機では、エンジンから伝わる動力伝達軸４５の回転力は、動力伝達軸４５に結合された動力伝達部材３６に入力され、この動力伝達部材３６を介して入力軸１に入力される。これにより、入力軸１と一体で入力側ディスク２，２が回転し、その回転がパワーローラ１１，１１によって出力側ディスク３，３に一定の変速比で伝達される。また、出力側ディスク３，３の回転は、出力歯車４から伝達歯車１５および伝達軸１６などを介して、出力軸に伝達される。

以上説明したように、本実施形態のトロイダル型無段変速機は、エンジン側とは反対側の第１の入力側ディスク２Ａに押圧装置３０が配置されるとともに、入力軸１と一体に回転可能な動力伝達部材３６が第２の入力側ディスク２Ｂとローディングナット３２との間に設けられ、ローディングナット３２の径方向外側で軸方向に延びる動力伝達部材３６の動力入力部３６ａにエンジンからの動力が入力されるようになっている。そのため、ローディングナット３２の径方向外側にある既存の空間を使用して動力入力部を構成することができる。その結果、動力入力部３６ａの軸径を大きく確保できる。

また、このようにローディングナット３２の径方向外側にある既存の空間を使用して動力入力部３６ａを構成できれば、動力伝達部全体の軸方向長さを短くすることができる。また、動力入力部３６ａの軸径を大きく確保できれば、接線力を小さくすることができ、前後のキャビティでの推力の差を極力小さく抑えることができる。そのため、トラクション面の耐久性を上げることができる。

また、本実施形態のトロイダル型無段変速機では、動力伝達部材３６の外周面に沿って第２の入力側ディスク２Ｂの内周面が軸方向に延びており、動力伝達部材３６と第２の入力側ディスク２Ｂとが軸方向で重なり合っている。そのため、動力伝達部材３６および第２の入力側ディスク２Ｂの必要な軸長を確保しつつ、動力伝達部全体の軸方向長さを短くすることができる。

なお、前述した実施形態では、動力伝達部材３６とローディングナット３２との間に、初期組立時の皿バネ３４の縮量を調整する調節部材４０が別個に介挿されているが、図３に示されるように、動力伝達部材３６を所定の幅（軸方向長さ）をもってローディングナット３２に直接に当接させることにより、動力伝達部材３６が調節部材４０を兼ねるようにしても良い。この場合、別途、調整部材４０を設ける必要がなくなるため、部品点数を削減することができるとともに、調整部材４０が不要となる分だけ動力伝達部全体の軸方向長さを短くすることも可能になる。

図４には、動力入力部を第２の入力側ディスク２Ｂに設けた変形例が示されている。この変形例では、第２の入力側ディスク２Ｂの背面に、ローディングナット３２の径方向外側で軸方向に延びる動力入力部２ｂが一体に形成されている。また、この動力入力部２ｂには、エンジンからの動力が入力されるようになっている。具体的には、エンジンからの動力伝達軸４５が動力入力部２ｂに結合されている。

このように、動力入力部２ｂが第２の入力側ディスク２Ｂと一体であると、軸方向長さを短くでき、その分、入力軸１と第２の入力側ディスク２Ｂとの結合部６（スプライン結合部であても良い）の長さを長く確保することができるとともに、入力軸１と動力入力部２ｂの回転方向の精度も良くなる。

本発明は、自動車や産業機械などの変速機に適用でき、原動機側とは反対側の入力側ディスクに押圧装置が配置されるダブルキャビティ式の高トルク用トロイダル型無段変速機に適用されると、特に有益である。

本発明の実施形態に係るダブルキャビティ式の高トルク用トロイダル型無段変速機の断面図である。 図１のトロイダル型無段変速機の要部拡大断面図である。 第１の変形例に係る要部拡大断面図である。 第２の変形例に係る要部拡大断面図である。 従来のトロイダル型無段変速機の断面図である。 従来のトロイダル型無段変速機における入力側ディスクと出力側ディスクとの間に挟持されるパワーローラを示す断面図である。

符号の説明

１ 入力軸
２Ａ 第１の入力側ディスク
２Ｂ 第２の入力側ディスク
３Ａ，３Ｂ 出力側ディスク
３０ 押圧装置
３２ ローディングナット（支持体）
３４ 皿バネ（予圧付与手段）
３６ 動力伝達部材
２ｂ，３６ａ 動力入力部
４０ 調節部材

Claims (6)

1. 動力が入力される入力側端部を有する入力軸と、この入力軸に結合されて入力軸と一体で回転する一対の入力側ディスクと、これらの入力側ディスクの間で前記入力軸に回転可能に支持された出力側ディスクと、前記各入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に傾転自在に設けられ且つ前記各入力側ディスクの回転力を前記出力側ディスクに所定の変速比で伝達するパワーローラと、前記一対の入力側ディスクのうち前記入力側端部から相対的に遠く離れて位置する第１の入力側ディスクの背面に配置され且つ一対の入力側ディスクを軸方向へ押圧する押圧装置と、前記一対の入力側ディスクのうち前記入力側端部から相対的に近い第２の入力側ディスクの背面側で前記入力軸に固定されて前記押圧装置が発生する押圧力を支持する支持体とを備えたトロイダル型無段変速機において、
   互いに一体で回転する前記第２の入力側ディスクおよび前記入力軸に対して原動機からの動力を入力するための動力入力部が前記支持体の径方向外側で軸方向に延びていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 前記動力入力部が前記第２の入力側ディスクと一体であ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。
3. 前記動力入力部が前記第２の入力側ディスクと別体であ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。
4. 前記入力軸の前記入力側端部には、前記第２の入力側ディスクと前記支持体との間に位置して、前記入力軸と一体に回転可能な動力伝達部材が設けられ、この動力伝達部材が前記動力入力部を有していることを特徴とする請求項３に記載のトロイダル型無段変速機。
5. 前記入力軸には、前記第１の入力側ディスクと前記押圧装置との間に位置するとともに、前記押圧装置が発生する押圧力を支持しつつ無負荷時の押圧力である予圧を付与する予圧付与手段が設けられ、
   前記動力伝達部材は、前記予圧付与手段の予圧力を調節する調節部材を兼ねていることを特徴とする請求項４に記載のトロイダル型無段変速機。
6. 前記動力伝達部材の外周面に沿って前記第２の入力側ディスクの内周面が軸方向に延びていることを特徴とする請求項４に記載のトロイダル型無段変速機。

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