JP2007113593A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】必要以上の加工精度等を要求することなく、効率的に且つ安価にディスクのアンバランス量を低減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においては、入力側ディスク２および／または出力側ディスク３の径方向外側の外周面Ｐが、ディスク２，３のアンバランス量を所定の範囲内に抑えるためのバランス修正面として形成されている。すなわち、高い応力が発生せず且つ回転中心からの距離が長いディスク２，３の径方向外側の外周面Ｐをバランス修正面として機能させているため、修正量が少なくて済むとともに、必要以上の加工精度等を要求することなく、効率的に且つ安価にディスクのアンバランス量を低減することができる。
【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２のＡ−Ａ線に沿う断面図である図３に示すように、ケーシング５０の内側であって、出力側ディスク３，３の側方位置には、両ディスク３，３を両側から挟む状態で一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂが支持されている。これら一対のヨーク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。そして、後述するトラニオン１５の両端部に設けられた枢軸１４を揺動自在に支持するため、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの四隅には、円形の支持孔１８が設けられるとともに、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向の中央部には、円形の係止孔１９が設けられている。

一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂは、ケーシング５０の内面の互いに対向する部分に形成された支持ポスト６４，６８により、僅かに変位できるように支持されている。これらの支持ポスト６４，６８はそれぞれ、入力側ディスク２の内側面２ａと出力側ディスク３の内側面３ａとの間にある第１のキャビティ２２１および第２のキャビティ２２２にそれぞれ対向する状態で設けられている。

したがって、ヨーク２３Ａ，２３Ｂは、各支持ポスト５４，６８に支持された状態で、その一端部が第１のキャビティ２２１の外周部分に対向するとともに、その他端部が第２のキャビティ２２２の外周部分に対向している。

第１および第２のキャビティ２２１，２２２は同一構造であるため、以下、第１のキャビティ２２１のみについて説明する。

図３に示すように、ケーシング５０の内側において、第１のキャビティ２２１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、その本体部である支持板部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、前述したように、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。前述したように、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、前述したように、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、支持ポスト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２６，２６と、これら各玉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（枢軸１４から延びる軸部）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、駆動軸２２の回転は、押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２および入力軸１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、上記構成のトロイダル型無段変速機においては、入力軸１、入力側ディスク２、出力側ディスク３といった回転体が存在するが、一般に、回転体にアンバランスがあると、回転に伴って遠心力が発生する。そして、このアンバランス量による遠心力が大きいほど、振動、騒音の増加、荷重変動増加による軸受への負担が増加し、耐久性の低下に繋がる。また、遠心力は回転数の２乗に比例するため、高速回転であるほど上記のような影響が顕著に現れる。

このような問題点に対し、高速回転する工作機械の主軸などにあっては、例えば特許文献１に開示されるように、アンバランスの修正面を設け、上記のような問題を解決する手法がとられている。

特開２００３−１２７０４１号公報

前述したように、上記構成のトロイダル型無段変速機においては、入力側ディスク２および出力側ディスク３が軸受やスプライン等を介して入力軸１に支持されているため、ディスク２，３のアンバランス量がトロイダル型無段変速機全体の振動や騒音、軸受の耐久性に寄与している。また、ディスク２，３とパワーローラ１１とが接触しているため、前記アンバランス量が変速制御機構であるパワーローラ傾転制御の安定性にも影響を及ぼす。したがって、高速回転用トロイダル型無段変速機においては、入力軸１のみならず、ディスク２，３のアンバランス量を低減する必要がある。また、入力軸１に軸受等により支持されているローディングカム式の押圧装置１２のカム板７についても、同様のことが言える。

しかしながら、アンバランス量を規定値内に抑えるためには、機能上、必要以上の加工精度が要求される場合があり、また、加工が不必要な部分を敢えて加工するといった場合も生じ、これが加工コストのアップや不良率の増加に繋がっていた。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、必要以上の加工精度等を要求することなく、効率的に且つ安価にディスクのアンバランス量を低減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。
また、本発明は、必要以上の加工精度等を要求することなく、効率的に且つ安価にローディングカム式の押圧装置のカム板のアンバランス量を低減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、入力軸に結合され且つ該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前記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を備えて成るトロイダル型無段変速機において、
前記入力側ディスクおよび／または前記出力側ディスクの径方向外側の外周面は、当該ディスクのアンバランス量を所定の範囲内に抑えるためのバランス修正面として形成されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載のトロイダル型無段変速機は、入力軸に結合され且つ該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前記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と前記出力側ディスクとの回転伝達時に、何れか一方のディスクを他方のディスクに向け押圧するローディングカム式の押圧装置とを備えて成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式の押圧装置のカム板の径方向外側の外周面は、当該カム板のアンバランス量を所定の範囲内に抑えるためのバランス修正面として形成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においては、高い応力が発生せず且つ回転中心からの距離が長いディスクの径方向外側の外周面をバランス修正面として機能させているため、修正量が少なくて済むとともに、必要以上の加工精度等を要求することなく、効率的に且つ安価にディスクのアンバランス量を低減することができる。

また、請求項２に記載のトロイダル型無段変速機においては、高い応力が発生せず且つ回転中心からの距離が長いディスクの径方向外側の外周面をバランス修正面として機能させているため、修正量が少なくて済むとともに、必要以上の加工精度等を要求することなく、効率的に且つ安価にローディングカム式の押圧装置のカム板のアンバランス量を低減することができる。

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。なお、本発明の特徴は、ディスクのバランス修正に関する構造にあり、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および図３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。本実施形態は、機能上使用しないディスクの部位を修正することにより、アンバランス量を規定値内に抑えようとするものである。具体的には、図示のように、入力側ディスク２および／または出力側ディスク３の径方向外側の外周面Ｐが、ディスク２，３のアンバランス量を所定の範囲内に抑えるためのバランス修正面として形成されているものである。

機能上使用しないディスク２，３の部位としては、ディスク２，３の径方向外側の外周面Ｐ以外に、ディスク２，３の前面２ｄ，３ｄおよびディスク２，３の背面２ｅ，３ｅを挙げることができる。ディスク２，３の前面２ｄ，３ｄは、修正可能な面積が少ないが、回転中心からの距離が短いため、修正量（削り代）が多くなってしまうといった欠点がある。一方、ディスク２，３の背面２ｅ，３ｅは、パワーローラ１１との接触点となるトラクション面に大きな荷重がかかるため、その背面部位を修正すると、トラクション面から背面に至る肉厚が薄くなり、強度が低下してしまう。また、修正箇所に応力集中が生じる可能性もある。特に入力側ディスク２の場合には、ローディングカム７のカム面やローディングナット９との合わせ面を避ける必要がある。これに対し、ディスク２，３の径方向外側の外周面Ｐは、高い応力が発生する部位ではなく、また、回転中心からの距離が長いため、修正量が少なくて済み、バランス修正面としては好適である。

また、本実施形態におけるバランス修正面の形態は、周知の形態を採用することができる。例えば、振動低減のためにディスク２，３の径方向外側の外周面Ｐに対して穿孔するなどといった修正バランスを施す。また、外周面Ｐにバランスリングを固定するといった形態であっても良い。なお、ネジを備えたバランス用オモリを、修正面Ｐのネジ孔に螺合させるのが最も作業性が良いが、修正面Ｐを直接に削っても良く、また、アンバランスを持つ２つのリングの位相を組み合わせて修正することも可能である。

また、本実施形態では、バランス修正を行なうためのバランシングマシン(アンバランス修正装置)が使用される。そのようなバランシングマシンは、従来から様々な形態のものが知られている。基本的に、バランシングマシンは、回転体（本実施形態では、ディスク２，３）のアンバランス量を計測・修正して回転時の振れやうなり音を低減させるものであり、通常、計測工程、位置決め工程、修正工程の３つの工程で構成される。計測工程では、実際にワーク（加工対象物・・・本実施形態ではディスク２，３）を回転させてワークの振れ回りを電磁ピックアップで計測し、影響係数法と呼ばれる方法でアンバランス量を算出する。影響係数法とは、ワークのアンバランスが振れ回りに及ぼす影響度合いを予め求めておき、これをもとに計測した振れ回りからアンバランス量を求めるものである。計測が終わったワークは、位置決め工程にてアンバランスの存在する位置に位置決めし、修正工程にてドリルやカッタでアンバランスを除去する。アンバランス量の単位は、ｇ・ｃｍやｇ・ｍｍを使用することが多く、本実施形態では、アンバランス量が２０．０ｇ・ｍｍ以下に設定されることが好ましい。

以上のように、本実施形態においては、高い応力が発生せず且つ回転中心からの距離が長いディスク２，３の径方向外側の外周面Ｐをバランス修正面として機能させているため、修正量が少なくて済むとともに、必要以上の加工精度等を要求することなく、効率的に且つ安価にディスク２，３のアンバランス量を低減することができる。

なお、ローディングカム式の押圧装置１２のカム板７についても、入力側ディスクや出力側ディスク３の場合と同様に、カム板７の径方向外側の外周面を、該カム板７のアンバランス量を所定の範囲内に抑えるためのバランス修正面として形成するようにすると、入力側ディスクや出力側ディスク３の場合と同様の作用効果を得ることができる。

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の他、トラニオンが無いフルトロイダル型無段変速機に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断面図である。 従来から知られている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Ａ−Ａ線に沿う断面図である。

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
７ カム板
１１ パワーローラ
１２ ローディングカム式の押圧装置
Ｐ バランス修正面

Claims (2)

1. 入力軸に結合され且つ該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前記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を備えて成るトロイダル型無段変速機において、
   前記入力側ディスクおよび／または前記出力側ディスクの径方向外側の外周面は、当該ディスクのアンバランス量を所定の範囲内に抑えるためのバランス修正面として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。
2. 入力軸に結合され且つ該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前記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と前記出力側ディスクとの回転伝達時に、何れか一方のディスクを他方のディスクに向け押圧するローディングカム式の押圧装置とを備えて成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式の押圧装置のカム板の径方向外側の外周面は、当該カム板のアンバランス量を所定の範囲内に抑えるためのバランス修正面として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。

Images