JP2005214373A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ローディングカム式の押圧装置における転動体の寿命を向上させて良好なトルク伝達性能を得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、エンジンからの回転力が入力される入力軸１と、この入力軸１に結合されて入力軸１と一体で回転する入力側ディスク２と、入力側ディスク２の背面に配置され且つ入力側ディスク２を軸方向へ押圧するローディングカム式の押圧装置１２とを備え、押圧装置１２は、入力軸１と共に回転するローディングカム１２ａと、このローディングカム１２ａのカム面１１３Ａと入力側ディスク２のカム面１１４Ａとの間で転動自在に保持された転動体１２ｂとを有し、ローディングカム１２ａのカム面１１３Ａおよび入力側ディスク２のカム面１１４Ａのうちの少なくとも一方は、径方向内側に向かって転動面１２ｂから離間する方向に傾くテーパ形状に形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動車や各種産業機械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５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、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、入力軸１の軸線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。

また、入力軸１は、ローディングカム式の押圧装置１２を介して、駆動軸２２により回転駆動されるようになっている。具体的には、図中左側に位置する入力側ディスク２と入力軸１との間にローディングカム式の押圧装置１２が設けられており、この押圧装置１２によって、入力側ディスク２を出力側ディスク３に向け弾性的に押圧しつつ、この入力側ディスク２を回転駆動自在としている。また、この押圧装置１２は、入力軸１と共に回転するローディングカム（カム板）１２ａと、保持器７により転動自在に保持された複数個（例えば４個）のローラ（転動体）１２ｂとから構成されている。ローディングカム１２ａの片側面（図５の右側面）には、円周方向に亙る凹凸であるカム面１１３が形成され、入力側ディスク２の外側面（図５の左側面）にも、同様の形状を有するカム面１１４が形成されている。なお、入力軸１の端部とローディングカム１２ａとの間には、スラスト荷重を支承自在なアンギュラ型の玉軸受（アンギュラ軸受）３０が介挿されている。

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６にも示すように、入力側ディスク２，２の内周面（凹面）２ａ，２ａと出力ディスク３，３の内周面（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５中右側に位置する入力側ディスク２は、その背面（図５の右面）が、大きな弾力を有する第１の皿板ばね１０を介して、ローディングナット９に突き当てられており、入力軸１に対する軸方向（図５の左右方向）の変位が実質的に阻止されている。また、図５中左側に位置する入力側ディスク２とローディングカム１２ａとの間には、第２の皿板ばね８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の内周面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６参照）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の回転に伴ってローディングカム１２ａが回転し、カム面１１３が複数個のローラ１２ｂを入力側ディスク２の外側面に形成したカム面１１４に押圧する。これにより、入力側ディスク２が複数のパワーローラ１１に押圧されると同時に、両カム面１１３、１１４と複数のローラ１２ｂとの押し付け合いに基づいて、入力側ディスク２が回転する。そして、この入力側ディスク２の回転が、複数のパワーローラ１１、１１を介して、一定の変速比で、出力側ディスク３に伝達される。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。

ところで、このようなトロイダル型無段変速機において、動力は、入出力側ディスク２，３とパワーローラ１１との間での油のせん断力によって伝達される。そのため、入出力側ディスク２，３とパワーローラ１１との接触点に大きな荷重を与える必要がある。

前記荷重を与える方法として、図５および図６に示した構成では、入力トルクに比例した荷重を機械的に発生させるローディングカム式の押圧装置１２が用いられているが、このような押圧装置１２およびこれに付随して設けられるアンギュラ軸受３０等といったトルク入力側の構成要素は、トロイダル型無段変速機におけるトルク伝達効率、変速性能、耐久性等に大きな影響を及ぼすため、その配置・構成において様々な工夫が成されている。

例えば、特許文献１においては、設計時のアンギュラ軸受３０各部の寸法及び潤滑経路を最適化することにより、アンギュラ軸受３０の耐久性を向上させると共に、駆動損失を低減させて、寿命の延長とトルク伝達効率の向上を図っている。また、特許文献２においては、押圧装置１２の転動体のスピンを抑制することにより、トロイダル型無段変速機のトルク伝達容量と耐久性とを確保するようにしている。

特開平１１−２１０７６２号公報 特開平１１−３０３９６２号公報

ところで、前述したローディングカム式の押圧装置１２においては、ローディングカム１２ａのカム面１１３の凹凸形状によって、複数個の転動体１２ｂが入力側ディスク２上のカム面１１４へと押し付けられ、その結果、入力側ディスク２および出力側ディスク３の内周面２ａ，３ａとパワーローラ１１の周面１１ａとが強く押し付け合う。そのため、ローディングカム１２ａは、複数の転動体１２ｂから軸方向に強い力を受けることとなり、図７に破線で示すように入力側ディスク２と逆方向に変形が発生する。そして、この変形は、ローディングカム１２ａの径方向外側ほど大きいため、転動体１２ｂの荷重分布が不均一となり、径方向内側に位置する転動体１２ｂに大きな荷重が作用するようになる。したがって、このような荷重分布を放置しておくと、径方向内側に位置する転動体１２ｂの寿命が低下してしまい、ひいては、トルク伝達性能の悪化をきたすことになる。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、ローディングカム式の押圧装置における転動体の寿命を向上させて良好なトルク伝達性能を得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、エンジンからの回転力が入力される入力軸と、この入力軸に結合されて入力軸と一体で回転する入力側ディスクと、この入力側ディスクとの間に設けられたパワーローラを介して入力側ディスクの回転力を所定の変速比で受ける出力側ディスクと、前記入力側ディスクの背面に配置され且つ前記入力側ディスクを軸方向へ押圧するローディングカム式の押圧装置とを備え、前記押圧装置は、前記入力軸と共に回転するローディングカムと、このローディングカムのカム面と前記入力側ディスクのカム面との間で転動自在に保持された転動体とを有するトロイダル型無段変速機であって、前記ローディングカムの前記カム面および前記入力側ディスクの前記カム面のうちの少なくとも一方は、径方向内側に向かって前記転動面から離間する方向に傾くテーパ形状に形成されていることを特徴とする。

本発明のトロイダル型無段変速機によれば、ローディングカムのカム面および入力側ディスクのカム面のうちの少なくとも一方が、径方向内側に向かって転動面から離間する方向に傾くテーパ形状に形成されているため、負荷が軽い時には、径方向外側の転動体が荷重を負担し、負荷が大きい時には、径方向内側の転動体が荷重を負担する。その結果、常に径方向内側の転動体に負担がかかることがなくなるため、転動体全体の寿命が向上し、ひいては、トルク伝達性能を高めることができる。なお、転動体の寿命を向上させるための他の手段として、転動体の大きさを大きくすることも考えられるが、その場合には、軸方向の寸法が大きくなるため、搭載性が悪くなる。本発明では、カム面をテーパ状にするという簡単な構成により、転動体の寸法を大きくすることなく、転動体の寿命を向上させることができる。また、本発明の構成によれば、軽負荷における高速回転時に、転動体の遠心力によって転動体を保持する保持器にかかる負担を低減することも可能になり、保持器の肉厚を減らすこともできるようになる。

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。なお、本発明の特徴は、ローディングカム式の押圧装置の構造にあり、その他の構成および作用は前述した従来の構成および作用と同様であるため、以下においては、本発明の特徴部分についてのみ言及し、それ以外の部分については、図５〜図７と同一の符号を付してその詳細な説明を省略することにする。

図１には本発明の第１の実施形態が示されている。図示のように、本実施形態において、入力側ディスク２のカム面１１４Ａは、径方向内側に向かって転動面１２ｂから離間する方向に傾くテーパ形状に形成されている（カム面１１４Ａは、径方向外側に肉厚となるテーパ面となっている）。したがって、負荷（伝達トルク）が小さい場合、この負荷は、入力側ディスク２のカム面１１４から離間する径方向内側の転動体１２ｂよりも、むしろ、入力側ディスク２のカム面１１４と接触する径方向外側の転動体１２ｂによって主に負担される。一方、互いに離間する入力側ディスク２のカム面１１４と径方向内側の転動体１２ｂとを接触させるような大きな負荷（トルク）を伝達する場合、その負荷は、主に径方向内側の転動体１２ｂによって負担される。

このように、本実施形態では、入力側ディスク２のカム面１１４Ａをテーパ形状に形成するとともに、そのテーパ方向を工夫することにより、負荷の大きさに応じて負荷を転動体１２ｂの径方向内側と径方向外側とに振り分けるようにしているため、常に径方向内側の転動体１２ｂに負担がかかることがなくなる。そのため、転動体全体の寿命が向上し、ひいては、トルク伝達性能を高めることができる。また、本実施形態の構成によれば、軽負荷における高速回転時に、転動体１２ｂの遠心力によって保持器７にかかる負担を低減することも可能になり、保持器７の肉厚を減らすこともできるようになる。

図２には本発明の第２の実施形態が示されている。図示のように、本実施形態において、ローディングカム１２ａのカム面１１３Ａは、径方向内側に向かって転動面１２ｂから離間する方向に傾くテーパ形状に形成されている（カム面１１３Ａは、径方向外側に肉厚となるテーパ面となっている）。したがって、負荷（伝達トルク）が小さい場合、この負荷は、ローディングカム１２ａのカム面１１３Ａから離間する径方向内側の転動体１２ｂよりも、むしろ、ローディングカム１２ａのカム面１１３Ａと接触する径方向外側の転動体１２ｂによって主に負担される。一方、互いに離間するローディングカム１２ａのカム面１１３Ａと径方向内側の転動体１２ｂとを接触させるような大きな負荷（トルク）を伝達する場合、その負荷は、主に径方向内側の転動体１２ｂによって負担される。したがって、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

図３には本発明の第３の実施形態が示されている。図示のように、本実施形態においては、入力側ディスク２のカム面１１４Ａおよびローディングカム１２ａのカム面１１３Ａの両方が、径方向内側に向かって転動面１２ｂから離間する方向に傾くテーパ形状に形成されている（カム面１１３Ａ，１１４Ａは、径方向外側に肉厚となるテーパ面となっている）。この場合も、第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることは言うまでもない。例えば、前述した実施形態では、カム面１１３Ａ，１１４Ａをテーパ形状に形成することにより、径方向内側でカム面１１３Ａ，１１４Ａと転動体１２ｂとを離間させているが、転動体１２ｂにテーパ面を形成することにより、径方向内側でカム面１１３Ａ，１１４Ａと転動体１２ｂとを離間させるようにしても良い。また、前述した実施形態において、入力側ディスク２およびローディングカム１２ａのテーパ形状は、カム面１１３Ａ，１１４Ａのみであり、カム面の上面に設けた端面１４０，１５０はストレート形状（テーパが無い）に設定されている（図４参照）。また、前述した実施形態におけるカム面１１３Ａ，１１４Ａのテーパ形状の加工では、砥石を振動させながらカム面に接触させ、カム面の表面粗さを大きくすることが好ましい。

本発明は、シングルキャビティ型やダブルキャビティ型などのハーフトロイダル型無段変速機の他、トラニオンを有さないフルトロイダル型無段変速機にも適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る要部拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る要部拡大断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る要部拡大断面図である。 （ａ）は入力側ディスクの側断面図、（ｂ）はローディングカムの側断面図である。 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。 高負荷時におけるローディングカムの変形を示す概略拡大断面図である。

符号の説明

１ 入力軸
２ 入力側ディスク
１２ 押圧装置
１２ａ ローディングカム
１２ｂ 転動体
１１３Ａ，１１４Ａ カム面

Claims (1)

1. エンジンからの回転力が入力される入力軸と、この入力軸に結合されて入力軸と一体で回転する入力側ディスクと、この入力側ディスクとの間に設けられたパワーローラを介して入力側ディスクの回転力を所定の変速比で受ける出力側ディスクと、前記入力側ディスクの背面に配置され且つ前記入力側ディスクを軸方向へ押圧するローディングカム式の押圧装置とを備え、前記押圧装置は、前記入力軸と共に回転するローディングカムと、このローディングカムのカム面と前記入力側ディスクのカム面との間で転動自在に保持された転動体とを有するトロイダル型無段変速機において、
   前記ローディングカムの前記カム面および前記入力側ディスクの前記カム面のうちの少なくとも一方は、径方向内側に向かって前記転動面から離間する方向に傾くテーパ形状に形成されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。

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