JP2006057649A

JP2006057649A - トロイダル型無段変速機

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Publication number: JP2006057649A
Application number: JP2004237313A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishikawa; 宏史石川; Eiji Inoue; 英司井上; Yasunori Oishi; 保徳大石
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2024-08-17
Also published as: JP4605495B2

Abstract

【課題】推力の過度の変化を引き起こすことなく、弾性部材によって所定の予圧を適正に与えることができる油圧式の押圧装置を備えたトロイダル型無段変速機。
【解決手段】押圧装置３０は、入力軸１と一体的な第１のシリンダ部４１と、入力側ディスク２と一体的な第２のシリンダ部５９と、第１のシリンダ部と第２のシリンダ部との間に軸方向に移動可能に配設された第１および第２のピストン部６１、６０とを備え、第１の油圧室７０内への油の導入に伴って、第１のピストン部と第１のシリンダ部とが互いに離間するように軸方向に移動するとともに、第１のピストン部が第２のシリンダ部と当接し、第２の油圧室６７内への油の導入に伴って、第２のピストン部と第２のシリンダ部とが互いに離間するように軸方向に移動するものであり、第１のピストンと第２のシリンダ部との間には、予圧を与えるための弾性部材１００が介挿されている。
【選択図】図１

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３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４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３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３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４参照）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から押圧装置１２を介して左側に位置する入力側ディスク２に回転力が入力されると、入力軸１を介して右側に位置する入力側ディスク２にも回転力が伝わり、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。

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は、入力トルクに比例した荷重を機械的に発生させる前述したローディングカム式の押圧装置１２を用いる場合と、油圧式の押圧装置を用いる場合とがある（例えば、特許文献１参照）。ローディングカム式の押圧装置１２のみを用いた場合、入力トルクだけに比例した推力（入力側ディスクの押し付け力）が発生することになるため、変速比によっては、ディスクとローラとの接触部に過剰な押し付け力が作用し、伝達効率の低下や耐久性の低下に繋がる虞がある。これに対し、油圧式の押圧装置を用いると、変速、オイル温度、回転数などに応じて最適な押し付け力を与えることができるため、ローディングカム式の押圧装置よりも変速機の高効率化が可能となる。

また、トロイダル型無段変速機においては、一定の予圧も必要である。そのため、ローディングカム式の押圧装置では、所定の押し付け力を発生させるために、皿ばねを設ける場合が多い。一方、油圧式の押圧装置では、油圧の最低油圧を決めることにより、最低押し付け力を与えることができるが、エンジンの立ち上がり時などでは、油圧が追いついていかないことも考えられるため、一般に、弾性部材により初期予圧を与えるようにしている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−１２５７３号公報特開２００３−２１２１１号公報

前述したように、油圧式の押圧装置において、弾性部材により初期予圧を与える場合には、押圧装置により発生する推力と弾性部材により発生する推力との間の関係に着目する必要がある。これらの関係が並列の関係を成していると、すなわち、押圧装置への供給圧が大きくなるにつれて弾性部材が伸張するように推力関係が設定されていると、弾性部材による荷重の変化が大きくなってしまう。そのため、その荷重を見越して油圧力を決定しないと、過大荷重による効率低下や過小荷重による滑りが発生することになる。また、弾性部材の撓みの振幅量が大きいため、ばねの疲労破壊も問題となる。更に、弾性部材が伸張しすぎると、弾性部材が取り付け位置から脱落してしまう場合もあり、そうした場合には、押圧装置の推力を減少させた時に、所要の推力設定値を発生させることができなくなってしまう虞がある。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、推力の過度の変化を引き起こすことなく、弾性部材によって所定の予圧を適正に与えることができる油圧式の押圧装置を備えた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、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、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油圧式の押圧装置とを備え、前記押圧装置は、前記入力軸と一体的に設けられた第１のシリンダ部と、前記入力側ディスクと一体的に設けられた第２のシリンダ部と、第１のシリンダ部と第２のシリンダ部との間に軸方向に移動可能に配設された第１および第２のピストン部とを備え、第１のピストン部は、第１のシリンダ部との間に第１の油圧室を形成し、第２のピストン部は、第１のピストン部との間に空気室を形成するとともに第２のシリンダ部との間に第２の油圧室を形成し、第１の油圧室内への油の導入に伴って、第１のピストン部と第１のシリンダ部とが互いに離間するように軸方向に移動するとともに、第１のピストン部が第２のシリンダ部と当接し、第２の油圧室内への油の導入に伴って、第２のピストン部と第２のシリンダ部とが互いに離間するように軸方向に移動するトロイダル型無段変速機であって、前記第１のピストンと前記第２のシリンダ部との間には、予圧を与えるための弾性部材が介挿されていることを特徴とする。

この請求項１に記載のトロイダル型無段変速機においては、弾性部材の推力が予圧となるが、第１の油圧室内および第２の油圧室内に油を供給して押圧力を増大した場合でも、第１のピストン部と第２のシリンダ部とが当接することにより、弾性部材の圧縮量が制限される（弾性部材の縮み過ぎが防止される）ため、推力変化を小さく抑えることができる。すなわち、押し付け力の変化を抑えることができ、押圧装置からの推力が過大になったり、あるいは、過小になったりすることを防止できる。その結果、トロイダル型無段変速機の効率低下や耐久性低下を防止することができる。また、弾性部材の振幅が小さくなるため、弾性部材の疲労を抑えることも可能になる。

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に記載のトロイダル型無段変速機において、前記弾性部材は、前記入力側ディスクに常時接触した状態で配置されていることを特徴とする。

この請求項２に記載のトロイダル型無段変速機においては、弾性部材が入力側ディスクに対して常時接触した状態で配置されているため、押圧装置の軸方向寸法を小さく抑えることができ、押圧装置の小型化を図る（押圧装置の大型化を防止する）ことができる。

また、請求項３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、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、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油圧式の押圧装置とを備え、前記押圧装置は、前記入力軸と一体的に設けられた第１のシリンダ部と、前記入力側ディスクと一体的に設けられた第２のシリンダ部と、第１のシリンダ部と第２のシリンダ部との間に軸方向に移動可能に配設された第１および第２のピストン部とを備え、第１のピストン部は、第１のシリンダ部との間に第１の油圧室を形成し、第２のピストン部は、第１のピストン部との間に空気室を形成するとともに第２のシリンダ部との間に第２の油圧室を形成し、第１の油圧室内への油の導入に伴って、第１のピストン部と第１のシリンダ部とが互いに離間するように軸方向に移動するとともに、第１のピストン部が第２のシリンダ部と当接し、第２の油圧室内への油の導入に伴って、第２のピストン部と第２のシリンダ部とが互いに離間するように軸方向に移動するトロイダル型無段変速機であって、前記空気室において前記入力軸と前記第１のピストンとの間には、予圧を与えるための弾性部材が介挿されていることを特徴とする。

この請求項３に記載のトロイダル型無段変速機においては、弾性部材の推力が予圧となるが、第１の油圧室内および第２の油圧室内に油を供給して押圧力を増大した場合でも、第１のピストン部と第２のシリンダ部とが当接することにより、弾性部材の圧縮量が制限される（弾性部材の縮み過ぎが防止される）ため、推力変化を小さく抑えることができる。すなわち、押し付け力の変化を抑えることができ、押圧装置からの推力が過大になったり、あるいは、過小になったりすることを防止できる。その結果、トロイダル型無段変速機の効率低下や耐久性低下を防止することができる。また、弾性部材の振幅が小さくなるため、弾性部材の疲労を抑えることも可能になる。

本発明のトロイダル型無段変速機の押圧装置では、押圧力を増大した場合でも、第１のピストン部と第２のシリンダ部とが当接することにより、予圧用の弾性部材の圧縮量が制限される。そのため、推力の過度の変化を引き起こすことなく、弾性部材によって所定の予圧を適正に与えることができる。

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。なお、本発明の特徴は、油圧式の押圧装置における予圧付与構成にあり、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３および図４と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１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（押圧装置周辺部）の断面図を示している。本実施形態に係る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と２つの出力側ディスク（図３参照）とが、入力軸１の外周に取り付けられて成る（図１には、エンジン（原動機）から動力が入力される入力側の入力側ディスク２のみが示されている）。入力側ディスク２と前記出力側ディスクとの間には、入力側ディスク２の回転力を所定の変速比で前記出力側ディスクに伝達するパワーローラが挟持されている。また、入力軸１の中間部の外周には、図３に示された従来の構成と同様に、出力歯車が回転自在に支持されている。前記出力歯車の中心部に設けられた円筒状のフランジ部には、前記出力側ディスクがスプライン係合によって連結されている。なお、動力出力側の構成は、図３の構成と同様であるため、その説明を省略する。

入力軸１と図示しないエンジン側の駆動軸２２（図３参照）との間には、結合部としての動力伝達部５２が設けられている。また、入力軸１の入力側に位置する入力側ディスク２（図１に示す入力側ディスク２）の背面２ｂには、入力側ディスク２を軸方向へ押圧する油圧式の押圧装置３０が設けられている。この押圧装置３０は、入力軸１の入力端部１ａと一体の第１のシリンダ部４１と、入力側ディスク２と一体の第２のシリンダ部５９と、第１の環状体（第１のピストン部）６１と、第２の環状体（第２のピストン部）６０とを備えている。

第１のシリンダ部４１は、第２のシリンダ部５９の外周に係合しており、入力側ディスク２の背面２ｂと対向した状態で配されている。また、第２のシリンダ部５９は、筒状に形成されており、入力側ディスク２の外周縁から第１のシリンダ部４１に向けて延びている。

第２の環状体６０は、その内周面が入力軸１の外周面に嵌合されるとともに、その外周面が第２シリンダ部５９の内周面に嵌合されており、入力側ディスク２の背面２ｂに対向した状態で配されている。また、第１の環状体６１は、その内周面が入力軸１の外周面に嵌合されるとともに、その外周面が第１シリンダ部４１の内周面に嵌合されており、第２の環状体６０と第１のシリンダ部４１との間に配されている。

第１のシリンダ部４１の内面と、第１の環状体６１と、入力軸１の外周面の一部とによって囲まれた空間は、第１の油圧室（油室）７０を構成している。この第１の油圧室７０は、第１の環状体６１の外周部および内周部に装着されたシール部材７１、７２によって、流体密（液密および気密）に保たれている。また、第２のシリンダ部５９の内周面と、第２の環状体６０と、入力側ディスク２の背面２ｂと、入力軸１の外周面の一部とによって囲まれた空間は、第２の油圧室（油室）６７を構成している。この第２の油圧室６７は、第２の環状体６０の外周部に装着されたシール部材６８によって、流体密に保たれている。また、第２のシリンダ部５９の内周側において、第２の環状体６０と第１の環状体６１との間に位置する空間７５は空気室となっている。空気室７５は、複数のシール部材６８，７２によって流体密に保たれている。また、第２のシリンダ５９は、空気室７５を外部に連通させる連通溝としても機能する隙間Ｓを第１の環状体６１との間に有しており、この隙間Ｓを介して第１の環状体６１と当接可能となっている。そして、第１の環状体６１と第２のシリンダ部５９との間には、予圧を付与するための皿バネ１００が介挿されている。この場合、皿バネ１００は、予圧調整用のプレート１０２により、第２のシリンダ部５９と常時接触された状態で配置されている。

各油圧室６７，７０に油を供給するため、エンジン側の前記駆動軸２２には油路が形成されている。具体的には、入力軸１の入力端部１ａには、軸線Ｏと同軸な内孔１ｂが長手方向に沿って形成されており、この内孔１ｂには入力軸１に結合される駆動軸２２の延出部が嵌挿されるようになっている。また、前記延出部には、その長手方向に沿って延びる油路と、この油路と直交するように径方向に延びる油孔とが形成されている。また、入力軸１には、前記油孔と各油圧室６７，７０とをそれぞれ繋ぐ油孔８２，８０が形成されている。

第１の油圧室７０に通じる第１の油孔８０は、入力軸１の軸線Ｏと直交するように径方向に延びており、また、第２の油圧室６７に通じる第２の油孔８２は、入力軸１の軸線Ｏに対して斜めに延びている。

このような構成では、第２の油圧室６７内に圧油が供給されると、この圧油は、第２の環状体６０と入力側ディスク２の背面２ｂとが互いに離れる方向に入力側ディスク２ａを移動させる。これにより、入力側ディスク２が出力側ディスクに向かって押圧される。一方、第１の油圧室７０内に圧油が供給されると、この圧油は、第１の円環状６１と第１のシリンダ部４１とが離れる方向に第１のシリンダ部４１を移動させる。これにより、第１のシリンダ部４１と一体を成す入力軸１がエンジン側へと移動し、ローディングナット９（図３参照）を介して、エンジンから遠くに位置する反対側の入力側ディスク２が出力側ディスクに向かって押圧される。こうして、それぞれのパワーローラのトラクション部が入出力側ディスク２，３の双方に転接し、入力側ディスク２の回転駆動力を所望の減速比で出力側ディスク３に伝達する。

また、このような押圧作動時（第１の油圧室７０内および第２の油圧室６７内に圧油が供給された際）、第１の環状体６１は、隙間Ｓを埋めるように第２のシリンダ部５９と当接し、第２のシリンダ部５９との間に介挿された皿バネ１００を圧縮させるが、第１の環状体６１と第２のシリンダ部５９とが当接するため、皿バネ１００の圧縮量は隙間Ｓ分の長さだけに留まる。

以上説明したように、本実施形態では、第１の環状体６１と第２のシリンダ部５９との間に予圧を付与する弾性部材としての皿バネ１００が介挿されているが、第１の油圧室７０内および第２の油圧室６７内に油を供給して押圧力を増大した場合でも、第１の環状体６１と第２のシリンダ部５９とが当接することにより、皿バネ１００の圧縮量が制限される（皿バネ１００の縮み過ぎが防止される）ため、推力変化を小さく抑えることができる。すなわち、押し付け力の変化を抑えることができ、押圧装置からの推力が過大になったり、あるいは、過小になったりすることを防止できる。その結果、トロイダル型無段変速機の効率低下や耐久性低下を防止することができる。また、皿バネ１００の振幅が小さくなるため、皿バネ１００の疲労を抑えることも可能になる。

また、本実施形態では、皿バネ１００が入力側ディスク２（第２のシリンダ部５９）に対して常時接触した状態で配置されているため、押圧装置の軸方向寸法を小さく抑えることができ、押圧装置の小型化を図る（押圧装置の大型化を防止する）ことができる。

図２は、本発明の他の実施形態に係るトロイダル型無段変速機の要部（押圧装置周辺部）の断面図を示している。
前述の図１の実施の形態においては、第１の環状体６１と第２のシリンダ部５９との間に、予圧を付与するための皿バネ１００と予圧調整用のプレート１０２とが介挿されていたが、本実施の形態では、これに代えて、空気室７５において、入力軸１の段部と第２の環状体６０との間に、予圧を付与するための皿バネ１００と予圧調整用のプレート１０２とが介挿されている。本実施の形態のその他の構成は、図１の実施の形態の構成と同様であるため、その説明を省略する。

本実施形態では、押圧作動時（第１の油圧室７０内および第２の油圧室６７内に圧油が供給された際）、入力軸１と第２の環状体６０との間に介挿された皿バネ１００を圧縮させるが、第１の環状体６１と第２のシリンダ部５９とが当接するため、皿バネ１００の圧縮量はこれらの第１の環状体６１と第２のシリンダ５９との間の隙間Ｓ分の長さだけに留まる。
このように本実施の形態では、入力軸１と第２の環状体６０との間に予圧を付与する弾性部材としての皿バネ１００が介挿されているが、第１の油圧室７０内および第２の油圧室６７内に油を供給して押圧力を増大した場合でも、第１の環状体６１と第２のシリンダ部５９とが当接することにより、皿バネ１００の圧縮量が制限される（皿バネ１００の縮み過ぎが防止される）ため、推力変化を小さく抑えることができるという効果を奏する。また、本実施の形態では、皿バネ１００の設計の自由度が高くなる。

本発明は、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。

本発明の実施形態に係るトロイダル型無段変速機の要部拡大断面図である。本発明の他の実施形態に係るトロイダル型無段変速機の要部拡大断面図である。従来のダブルキャビティ式のトロイダル型無段変速機の断面図である。入力側ディスクと出力側ディスクとの間にパワーローラが設けられた状態を拡大して明確に示した図２のトロイダル型無段変速機の拡大断面図である。

符号の説明

１入力軸
２入力側ディスク
３出力側ディスク
１１パワーローラ
３０押圧装置
４１第１のシリンダ部
５９第２のシリンダ部
６０第２の環状体（第２のピストン部）
６１第１の環状体（第１のピストン部）
６７第２の油圧室
７０第１の油圧室
１００皿バネ（弾性部材）

Claims

エンジンからの回転力が入力される入力軸と、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、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油圧式の押圧装置とを備え、前記押圧装置は、前記入力軸と一体的に設けられた第１のシリンダ部と、前記入力側ディスクと一体的に設けられた第２のシリンダ部と、第１のシリンダ部と第２のシリンダ部との間に軸方向に移動可能に配設された第１および第２のピストン部とを備え、第１のピストン部は、第１のシリンダ部との間に第１の油圧室を形成し、第２のピストン部は、第１のピストン部との間に空気室を形成するとともに第２のシリンダ部との間に第２の油圧室を形成し、第１の油圧室内への油の導入に伴って、第１のピストン部と第１のシリンダ部とが互いに離間するように軸方向に移動するとともに、第１のピストン部が第２のシリンダ部と当接し、第２の油圧室内への油の導入に伴って、第２のピストン部と第２のシリンダ部とが互いに離間するように軸方向に移動するトロイダル型無段変速機であって、前記第１のピストンと前記第２のシリンダ部との間には、予圧を与えるための弾性部材が介挿されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
前記弾性部材は、前記入力側ディスクに常時接触した状態で配置されてい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。
エンジンからの回転力が入力される入力軸と、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、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油圧式の押圧装置とを備え、前記押圧装置は、前記入力軸と一体的に設けられた第１のシリンダ部と、前記入力側ディスクと一体的に設けられた第２のシリンダ部と、第１のシリンダ部と第２のシリンダ部との間に軸方向に移動可能に配設された第１および第２のピストン部とを備え、第１のピストン部は、第１のシリンダ部との間に第１の油圧室を形成し、第２のピストン部は、第１のピストン部との間に空気室を形成するとともに第２のシリンダ部との間に第２の油圧室を形成し、第１の油圧室内への油の導入に伴って、第１のピストン部と第１のシリンダ部とが互いに離間するように軸方向に移動するとともに、第１のピストン部が第２のシリンダ部と当接し、第２の油圧室内への油の導入に伴って、第２のピストン部と第２のシリンダ部とが互いに離間するように軸方向に移動するトロイダル型無段変速機であって、前記空気室において前記入力軸と前記第１のピストンとの間には、予圧を与えるための弾性部材が介挿されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。