JP2007107625A

JP2007107625A - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP2007107625A
Application number: JP2005299691A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishikawa; 宏史石川
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2025-10-14
Also published as: JP4706920B2

Abstract

【課題】油溝を設けることなく潤滑油を転動体に対して効率良く確実に供給できるスラスト軸受を備えたトロイダル型無段変速機を提供する。
【解決手段】このトロイダル型無段変速機において、保持器２７は、外輪と対向する外側対向面１２５と、内輪と対向する内側対向面１２７とを有し、外側対向面１２５および内側対向面１２７の少なくとも一方の径方向内側には、隣接するポケット１２０同士の間に位置する複数の第１の突起４００が周方向に沿って互いに離間して設けられ、外側対向面１２５および内側対向面１２７の少なくとも一方の径方向外側には、隣接するポケット１２０同士の間の空間Ｓ１を隔てて離間する複数の第２の突起３００が周方向に沿って設けられている。
【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。

例えば自動車用変速機として用いるダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機は、図２および図３に示すように構成されている。図２に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸（中心軸）１が回転自在に支持されており、この入力軸１の外周には、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とが取り付けられている。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３，３がスプライン結合によって連結されている。

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、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を介してケーシング５０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。

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、図中左側の入力側ディスク２は、入力軸１にボールスプライン６を介して支持され、図中右側の入力側ディスク２は、入力軸１にスプライン結合されており、これら入力側ディスク２は入力軸１と共に回転するようになっている。また、入力側ディスク２，２の内側面（凹面）２ａ，２ａと出力ディスク３，３の内側面（凹面）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図３参照）が回転自在に挟持されている。

図２中右側に位置する入力側ディスク２の内周面２ｃには、段差部２ｂが設けられ、この段差部２ｂに、入力軸１の外周面１ａに設けられた段差部１ｂが突き当てられるとともに、入力側ディスク２の背面（図２の右面）がローディングナット９に突き当てられている。これによって、入力側ディスク２の入力軸１に対する軸線Ｏ方向の変位が実質的に阻止されている。また、カム板７と入力軸１の鍔部１ｄとの間には、皿ばね８が設けられており、この皿ばね８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１１ａ，１１ａとの当接部に押圧力を付与する。

図３は、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図３に示すように、ケーシング５０の内側には、入力軸１に対し捻れの位置にある一対の枢軸１４，１４を中心として揺動する一対のトラニオン１５，１５が設けられている。なお、図３においては、入力軸１の図示は省略している。各トラニオン１５，１５は、支持板部１６の長手方向(図３の上下方向)の両端部に、この支持板部１６の内側面側に折れ曲がる状態で形成された一対の折れ曲がり壁部２０，２０を有している。そして、この折れ曲がり壁部２０，２０によって、各トラニオン１５，１５には、パワーローラ１１を収容するための凹状のポケット部Ｐが形成される。また、各折れ曲がり壁部２０，２０の外側面には、各枢軸１４，１４が互いに同心的に設けられている。

支持板部１６の中央部には円孔２１が形成され、この円孔２１には変位軸２３の基端部（第１の軸部）２３ａが支持されている。そして、各枢軸１４，１４を中心として各トラニオン１５，１５を揺動させることにより、これら各トラニオン１５，１５の中央部に支持された変位軸２３の傾斜角度を調節できるようになっている。また、各トラニオン１５，１５の内側面から突出する変位軸２３の先端部（第２の軸部）２３ｂの周囲には、各パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の間に挟持されている。なお、各変位軸２３，２３の基端部２３ａと先端部２３ｂとは、互いに偏心している。

また、各トラニオン１５，１５の枢軸１４，１４はそれぞれ、一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂに対して揺動自在および軸方向(図３の上下方向)に変位自在に支持されており、各ヨーク２３Ａ，２３Ｂにより、トラニオン１５，１５はその水平方向の移動を規制されている。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂは鋼等の金属のプレス加工あるいは鍛造加工により矩形状に形成されている。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂの四隅には円形の支持孔１８が４つ設けられており、これら支持孔１８にはそれぞれ、トラニオン１５の両端部に設けた枢軸１４がラジアルニードル軸受３０を介して揺動自在に支持されている。また、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図２の左右方向）の中央部には、円形の係止孔１９が設けられており、この係止孔１９の内周面は球状凹面として、球面ポスト６４，６８を内嵌している。すなわち、上側のヨーク２３Ａは、ケーシング５０に固定部材５２を介して支持されている球面ポスト６４によって揺動自在に支持されており、下側のヨーク２３Ｂは、球面ポスト６８およびこれを支持する駆動シリンダ３１の上側シリンダボディ６１によって揺動自在に支持されている。

なお、各トラニオン１５，１５に設けられた各変位軸２３，２３は、入力軸１に対し、互いに１８０度反対側の位置に設けられている。また、これらの各変位軸２３，２３の先端部２３ｂが基端部２３ａに対して偏心している方向は、両ディスク２，２，３，３の回転方向に対して同方向(図３で上下逆方向)となっている。また、偏心方向は、入力軸１の配設方向に対して略直交する方向となっている。したがって、各パワーローラ１１，１１は、入力軸１の長手方向に若干変位できるように支持される。その結果、押圧装置１２が発生するスラスト荷重に基づく各構成部材の弾性変形等に起因して、各パワーローラ１１，１１が入力軸１の軸方向に変位する傾向となった場合でも、各構成部材に無理な力が加わらず、この変位が吸収される。

また、パワーローラ１１の外側面とトラニオン１５の支持板部１６の内側面との間には、パワーローラ１１の外側面の側から順に、スラスト転がり軸受であるスラスト玉軸受２４と、スラストニードル軸受２５とが設けられている。このうち、スラスト玉軸受２４は、各パワーローラ１１に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これら各パワーローラ１１の回転を許容するものである。このようなスラスト玉軸受２４はそれぞれ、複数個ずつの玉（以下、転動体という）２６，２６と、これら各転動体２６，２６を転動自在に保持する円環状の保持器２７と、円環状の外輪２８とから構成されている。また、各スラスト玉軸受２４の内輪軌道は各パワーローラ１１の外側面（大端面）に、外輪軌道は各外輪２８の内側面にそれぞれ形成されている。

また、スラストニードル軸受２５は、トラニオン１５の支持板部１６の内側面と外輪２８の外側面との間に挟持されている。このようなスラストニードル軸受２５は、パワーローラ１１から各外輪２８に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これらパワーローラ１１および外輪２８が各変位軸２３の基端部２３ａを中心として揺動することを許容する。

さらに、各トラニオン１５，１５の一端部(図３の下端部)にはそれぞれ駆動ロッド（トラニオン軸）２９，２９が設けられており、各駆動ロッド２９，２９の中間部外周面に駆動ピストン（油圧ピストン）３３，３３が固設されている。そして、これら各駆動ピストン３３，３３はそれぞれ、上側シリンダボディ６１と下側シリンダボディ６２とによって構成された駆動シリンダ３１内に油密に嵌装されている。これら各駆動ピストン３３，３３と駆動シリンダ３１とで、各トラニオン１５，１５を、これらトラニオン１５，１５の枢軸１４，１４の軸方向に変位させる駆動装置３２を構成している。

このように構成されたトロイダル型無段変速機の場合、入力軸１の回転は、押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２に伝えられる。そして、これら入力側ディスク２，２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して各出力側ディスク３，３に伝えられ、更にこれら各出力側ディスク３，３の回転が、出力歯車４より取り出される。

入力軸１と出力歯車４との間の回転速度比を変える場合には、一対の駆動ピストン３３，３３を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３３，３３の変位に伴って、一対のトラニオン１５，１５が互いに逆方向に変位する。例えば、図３の左側のパワーローラ１１が同図の下側に、同図の右側のパワーローラ１１が同図の上側にそれぞれ変位する。その結果、これら各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の内側面２ａ，２ａ，３ａ，３ａとの当接部に作用する接線方向の力の向きが変化する。そして、この力の向きの変化に伴って、各トラニオン１５，１５が、ヨーク２３Ａ，２３Ｂに枢支された枢軸１４，１４を中心として、互いに逆方向に揺動する。

その結果、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各内側面２ａ，３ａとの当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車４との間の回転速度比が変化する。また、これら入力軸１と出力歯車４との間で伝達するトルクが変動し、各構成部材の弾性変形量が変化すると、各パワーローラ１１，１１およびこれら各パワーローラ１１，１１に付属の外輪２８，２８が、各変位軸２３，２３の基端部２３ａ、２３ａを中心として僅かに回動する。これら各外輪２８，２８の外側面と各トラニオン１５，１５を構成する支持板部１６の内側面との間には、それぞれスラストニードル軸受２５，２５が存在するため、前記回動は円滑に行われる。したがって、前述のように各変位軸２３，２３の傾斜角度を変化させるための力が小さくて済む。

ところで、前述したように、このようなトロイダル型無段変速機においては、各パワーローラ１１に加わるスラスト方向の荷重を支承するためにスラスト玉軸受２４が使用されている。パワーローラ１１に加わるスラスト力を支持するこのスラスト玉軸受２４は、通常のスラスト軸受と比較して非常に厳しい環境下で使用される。すなわち、スラスト玉軸受２４は、最大で１００００ｒｐｍにも及ぶ高い回転数下で使用されるとともに、車両に適用される環境下においては供給油温が１３０℃にも及ぶ高温に晒される。特にスラスト荷重にあっては、最大で６００００Ｎにも及ぶ高い荷重がスラスト玉軸受２４に作用する。そのため、転動体２６と内輪（トラニオン１１の大端面）および外輪２８との当接部に加わる面圧は相当に大きくなり、この当接部での発熱も著しくなる。したがって、一般的には、スラスト玉軸受２４内に十分な量の潤滑油を供給して、前記当接部での発熱を抑制するようにしている。例えば、内輪（トラニオン１１の大端面）および外輪２８と対向する保持器２７の両面（前記当接部に係る面）に油溝を設け、前記当接部に十分な量の潤滑油を供給するようにしている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

具体的には、図４に示すように、保持器２７は環状の本体２７ａから成り、この本体２７ａには、転動体２６を転動自在に個別に保持する複数のポケット（貫通孔）１２０が、周方向に等しい角度間隔をもって形成されているとともに、変位軸２３の第２の軸部２３ｂが貫通する中心孔１２２が形成されている。そして、保持器２７の本体２７ａは、外輪２８と対向する外側対向面１２５および内輪（トラニオン１１の大端面）と対向する内側対向面１２７を有しており、これらの対向面１２５，１２７には、各ポケット１２０を横切るように保持器２７の内周面から外周面に向かって径方向に延びる油溝１４０が形成されている。すなわち、油溝１４０は、保持器２７の両面で且つ各ポケット１２０の両側に、内周面から外周面に向かって径方向に延在している。

実用新案登録第２６０３５５９号公報特開２０００−３１０３０８号公報

以上から分かるように、スラスト玉軸受２４は、ラジアル軸受と異なり、転動体２６全体で荷重を支持することができるため、大きなキャパシティを持つことができる。しかしながら、保持器２７は、限られた空間に配置されるため、その厚さが限られてしまう。そのため、前述した特許文献１に開示されているように両方の対向面１２５，１２７に油溝１４０を設けてしまうと、保持器２７の肉厚が薄くなってしまう。

また、スラスト玉軸受２４には、ラジアル荷重も作用してしまうため（例えば、特開２００３−１１３９１５号公報の図１２および図１３参照）、転動体２６の遅れや進みが起こり、保持器２７に大きな衝撃荷重が作用してしまう。そのため、保持器２７のポケット１２０の近辺に油溝等の応力集中部位が存在すると強度が低下する。

また、一般に、スラスト玉軸受２４が高負荷および高回転の下で使用されると、転動体２６と油溝１４０との間や転動体２６と保持器２７との間で発熱が大きくなるため、十分な潤滑が必要となる。この場合、重要なことは、潤滑油が転動体２６以外の部位に流れる「潤滑漏れ」が生じないように、潤滑油を転動体２６に対して確実に供給することである。これが確実になされないと、潤滑油の漏れを考慮してポンプからの潤滑油供給量を増やさなければならなくなり、結果的にポンプの大型化を招き、また、変速機全体の効率が低下してしまう。前述した油溝１４０は、潤滑油を転動体２６に対して確実に供給することができる有効な手段であるが、前述したように保持器２７の薄肉化してしまう。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、油溝を設けることなく潤滑油を転動体に対して効率良く確実に供給できるスラスト軸受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、それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、これらの入力側ディスクおよび出力側ディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心として揺動するトラニオンと、このトラニオンに支持された変位軸に回転自在に支持された状態で、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、このパワーローラと前記トラニオンとの間に設けられ、パワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承するスラスト軸受とを備え、前記スラスト軸受は、前記パワーローラによって形成される内輪と、外輪と、これらの内輪および外輪との間で転動する複数の転動体と、これらの複数の転動体を転動自在に個別に保持する複数のポケットが設けられた環状の保持器とを有して成るトロイダル型無段変速機において、前記保持器は、前記外輪と対向する外側対向面と、前記内輪と対向する内側対向面とを有し、前記外側対向面および前記内側対向面の少なくとも一方の径方向内側には、隣接するポケット同士の間に位置する複数の第１の突起が周方向に沿って互いに離間して設けられ、前記外側対向面および前記内側対向面の少なくとも一方の径方向外側には、隣接するポケット同士の間の空間を隔てて離間する複数の第２の突起が周方向に沿って設けら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、前記第１および第２の突起により、潤滑油を確実にポケット内へと案内できるため、潤滑油が転動体以外の部位に流れる「潤滑漏れ」を防止して、潤滑油を転動体に対して確実に供給することができる。また、このように潤滑油の漏れを減らすことができれば、ポンプの吐出量を減らすことも可能になり、ポンプの小型化を図って、変速機全体の効率を向上させることができるようになる。また、保持器に溝を設けていないので、保持器の薄肉化も防止できる。

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、保持器の潤滑構造にあり、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２〜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を示している。図１に示すように、保持器２７は、外輪２８（図３参照）と対向する外側対向面１２５と、内輪（パワーローラ１１）と対向する内側対向面１２７とを有している。また、外側対向面１２５および内側対向面１２７の両方の径方向内側には、隣接するポケット１２０，１２０同士の間に位置する複数の第１の突起４００が周方向に沿って互いに離間して設けられている。また、外側対向面１２５および内側対向面１２７の両方の径方向外側には、隣接するポケット１２０，１２０同士の間の隙間（空間）Ｓ１を隔てて離間する複数の第２の突起３００が周方向に沿って設けられている。

したがって、このような構成では、図１の（ａ）に矢印で示すように、ポケット１２０の径方向内側の図示しない油供給路を通じて潤滑油が供給されると、この潤滑油は、第１の突起４００同士の間の隙間Ｓ２を通じてポケット１２０へと向かい、そこから両側に位置する第２の突起３００同士の間の隙間Ｓ１を通じて径方向外側へと流出する。

以上のように、本実施形態では、第１および第２の突起４００，３００により、潤滑油を確実にポケット１２０内へと案内できるため、潤滑油がポケット１２０（転動体２６）以外の部位に流れる「潤滑漏れ」を防止して、潤滑油を転動体２６に対して確実に供給することができる。また、このように潤滑油の漏れを減らすことができれば、ポンプの吐出量を減らすことも可能になり、ポンプの小型化を図って、変速機全体の効率を向上させることができるようになる。また、本実施形態では、保持器２７に溝を設けていないため、保持器２７の薄肉化も防止できる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されず、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、保持器２７の材質は任意に設定することができる。例えば、通常において使用される銅合金、樹脂、鋼等を保持器２７の材質として使用しても良い。また、本発明は、純粋なスラスト軸のみならず、転動体が接触角をもったアンギュラ型スラスト軸受にも適用できる。また、前述した実施形態では、外側対向面１２５および内側対向面１２７の両方に第１および第２の突起４００，３００が設けられているが、第１および第２の突起４００，３００は、外側対向面１２５または内側対向面１２７の一方だけに設けられていても良い。

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様々なハーフトロイダル型無段変速機に適用することができる。

（ａ）は本発明の実施形態に係る保持器の外輪側平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。従来から知られているハーフトロイダル型無段変速機の具体的構造の一例を示す断面図である。図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。（ａ）は従来の保持器の内輪側平面図、（ｂ）は保持器の横断面図、（ｃ）は保持器の外輪側平面図、（ｄ）は（ｃ）のＣ方向矢視図である。

符号の説明

２入力側ディスク
３出力側ディスク
１１パワーローラ（内輪）
１５トラニオン
２４スラスト玉軸受
２６転動体
２７保持器
２８外輪
１２０ポケット
１２５外側対向面
１２７内側対向面
３００第２の突起
４００第１の突起

Claims

それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、これらの入力側ディスクおよび出力側ディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心として揺動するトラニオンと、このトラニオンに支持された変位軸に回転自在に支持された状態で、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、このパワーローラと前記トラニオンとの間に設けられ、パワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承するスラスト軸受とを備え、前記スラスト軸受は、前記パワーローラによって形成される内輪と、外輪と、これらの内輪および外輪との間で転動する複数の転動体と、これらの複数の転動体を転動自在に個別に保持する複数のポケットが設けられた環状の保持器とを有して成るトロイダル型無段変速機において、
前記保持器は、前記外輪と対向する外側対向面と、前記内輪と対向する内側対向面とを有し、
前記外側対向面および前記内側対向面の少なくとも一方の径方向内側には、隣接するポケット同士の間に位置する複数の第１の突起が周方向に沿って互いに離間して設けられ、
前記外側対向面および前記内側対向面の少なくとも一方の径方向外側には、隣接するポケット同士の間の空間を隔てて離間する複数の第２の突起が周方向に沿って設けられていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。