JP2007170591A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】変速制御のための駆動装置におけるピストンとシリンダとの同軸度を容易に確保できるとともに、ピストンがシリンダに対して傾いても、ピストンに接触するシール部材とシリンダボア内面とのシール状態（接触状態）を確実に確保できる安価な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は、ピストン３３と弾性変形可能に接触する弾性接触手段としての一対の突起１１０ａ，１１０ｂがシール部材１１０に設けられている。そのため、ピストン３３がシリンダ３１に対して傾いても、突起１１０ａ，１１０ｂの弾性変形によってその傾きが補償され（突起１１０ａ，１１０ｂがピストン３３の傾きに追従し）、シール部材１１０の外周面１１０ｂとシリンダボア内面（上側シリンダボディ６１の内面）との接触状態を確実に維持することができる。
【選択図】図２

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４および図５に示すように構成されている。図４に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸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（ローディングカム）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；トラクション面とも言う）２ａ，２ａと出力ディスク３，３の内側面（凹面；トラクション面とも言う）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図５参照）が回転自在に挟持されている。

図４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４の右面）は、入力軸１の外周面に形成されたネジ部１ｅに螺合された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４のＡ−Ａ線に沿う断面図である図５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キャビティ２２１および第２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６４，６８に支持された状態で、その一端部が第１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キャビティ２２１のみについて説明する。

図５に示すように、ケーシング５０の内側において、第１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５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５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５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５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２，２，４，４の回転方向に対して同方向(図５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５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（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５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では、前述したように変速制御において駆動装置３２が重要な役割を果たすが、特に、トラニオン１５に締結される油圧ピストン３３の構造等については従来から様々な提案がなされている。例えば特許文献１には、ピストン３３の長さを小さくするためのレイアウトが開示されている。いずれにしても、ピストン３３は、図６および図７に示すようにシリンダ３１のシリンダボア内にシール１０８を介して装着されており、それにより、油漏れを生じさせること無くシリンダ３１に対する摺動を可能にしている。この場合、シール１０８は、図７に示すように、その内周面側がピストン３３の外周面に形成されたシール装着凹部３３ａ内に挿入された状態でピストン３３に圧接するとともに、その外周面がシリンダボアの内面（図の例では、上側シリンダボディ６１の内面）に圧接している。

特開２００５−３２１０７２号公報

前述したようにピストン３３はトラニオン１５に締結されているため、ピストン３３の位置および姿勢はトラニオン１５の位置および姿勢に従うことになる。また、トラニオン１５はヨーク２３Ａ，２３Ｂの支持孔１８で位置決めされている。一方、シリンダボディ６１，６２はケーシング５０に固定されている。したがって、ピストン３３とシリンダ３１との同軸度を確保するためには、各部品の加工精度を高める必要があり、製造コストが高くなってしまう。

また、トラニオン１５はパワーローラ１１に作用する荷重を支持して弾性変形するため、ピストン３３も図７に矢印で示すようにシリンダ３１に対して傾くことが考えられる。そして、この傾きに伴ってピストン３３とシリンダ３１との同軸度が悪化すると、ピストン３３に装着されたシール１０８とシリンダ３１とがエッジＰで当たるようになり、接触荷重（緊迫力）が増大したり、油圧漏れが発生することが危惧される。これは、変速動作の不安定に繋がる可能性がある。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、変速制御のための駆動装置におけるピストンとシリンダとの同軸度を容易に確保できるとともに、ピストンがシリンダに対して傾いても、ピストンに接触するシール部材とシリンダボア内面とのシール状態（接触状態）を確実に確保できる安価な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、ケーシングと、このケーシングの内側で互いの内側面同士を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、これらの両ディスク間に挟持される複数のパワーローラと、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に揺動するとともに、前記各パワーローラを回転自在に支持する複数のトラニオンと、前記各トラニオンを前記枢軸の軸方向に変位させる駆動装置とを備えるトロイダル型無段変速機であって、前記駆動装置は、前記トラニオンの前記枢軸に締結された油圧ピストンと、シール部材を介して前記油圧ピストンを摺動可能に且つ油密に嵌装して成るシリンダとを備え、前記シール部材は、前記油圧ピストンと弾性変形可能に接触する弾性接触手段を有し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、前記油圧ピストンと弾性変形可能に接触する弾性接触手段（シール部材の本体よりも弾性係数が小さい領域）がシール部材に設けられているため、ピストンがシリンダに対して傾いても、弾性接触手段の弾性変形によってその傾きが補償され（弾性接触手段がピストンの傾きに追従し）、シール部材とシリンダボア内面との接触状態を確実に維持することができる。また、弾性接触手段の存在により、組立段階においても、各部品の加工精度を極端に厳しくせずに、ピストンとシリンダとの間で所望の同軸度を得ることができるため、製造コストの高騰を抑えることができる。

また、請求項２に記載されたトロイダル型無段変速機は、請求項１に記載された発明において、前記弾性接触手段は、前記油圧ピストンと相対する前記シール部材の対向面に形成され且つ前記ピストンの摺動方向に沿って所定の間隙をもって隣り合う一対の突起から成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、ピストンの摺動方向に沿って所定の間隙をもって隣り合う一対の突起によって弾性接触手段が構成されている。したがって、シール部材の本体よりも弾性係数が小さい領域（弾性接触手段）をシール部材に対して簡単且つ効果的に設けることができ、また、弾性変形効果を高めることができる。

また、請求項３に記載されたトロイダル型無段変速機は、請求項１に記載された発明において、前記弾性接触手段は、前記シール部材の本体と前記油圧ピストンとの間に介挿された一対のＯリングから成ることを特徴とする。

この請求項３に記載された発明においては、シール部材の本体と油圧ピストンとの間に介挿された一対のＯリングによって弾性接触手段が構成されている。したがって、シール部材に加工を施すこと無く弾性接触手段をシール部材に対して簡単且つ安価に設けることができる。

本発明のトロイダル型無段変速機によれば、前記油圧ピストンと弾性変形可能に接触する弾性接触手段がシール部材に設けられているため、ピストンとシリンダとの同軸度を容易に確保できるとともに、ピストンがシリンダに対して傾いても、シール部材とシリンダボア内面との接触状態を確実に維持することができる。

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、トラニオンに締結された変速制御用の油圧ピストンとシリンダとの間のシール構造にあり、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４〜図７と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１および図２は本発明の第１の実施形態を示している。図１に示すように、各トラニオン１５，１５の一端部(図１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の中間部外周面には駆動ピストン（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（シリンダ）３１内に油密に嵌装されている。また、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。

具体的に、ピストン３３は、シリンダ３１のシリンダボア内に環状のシール部材１１０を介して装着されており、それにより、油漏れを生じさせること無くシリンダ３１に対する摺動を可能にしている。更に具体的には、図２に拡大して示すように、シール部材１１０は、その内周面側がピストン３３の外周面に形成されたシール装着凹部３３ａ内に挿入された状態でピストン３３に圧接するとともに、その外周面がシリンダボアの内面（図の例では、上側シリンダボディ６１の内面）に圧接している。

また、シール部材１１０は、ピストン３３と弾性変形可能に接触する弾性接触手段を有している。本実施形態において、この弾性接触手段は、シール部材の本体よりも弾性係数が小さい領域として形成されており、ピストン３３と相対するシール部材１１０の対向面に形成された一対の突起１１０ａ，１１０ｂから成る。これらの突起１１０ａ，１１０ｂは、ピストン３３の摺動方向に沿って所定の間隙をもって並設されている。

したがって、このような構成では、ピストン３３と弾性変形可能に接触する弾性接触手段としての一対の突起１１０ａ，１１０ｂがシール部材１１０に設けられているため、図２に矢印で示すようにピストン３３がシリンダ３１に対して傾いても、突起１１０ａ，１１０ｂの弾性変形によってその傾きが補償され（突起１１０ａ，１１０ｂがピストン３３の傾きに追従し）、シール部材１１０の外周面１１０ｂとシリンダボア内面（図の例では、上側シリンダボディ６１の内面）との接触状態を確実に維持することができる。また、突起１１０ａ，１１０ｂの存在により、組立段階においても、各部品の加工精度を極端に厳しくせずに、ピストン３３とシリンダ３１との間で所望の同軸度を得ることができるため、製造コストの高騰を抑えることができる。また、上記構成では、ピストン３３の摺動方向に沿って所定の間隙をもって隣り合う一対の突起１１０ａ，１１０ｂによって弾性接触手段が構成されている。したがって、シール部材１１０の本体よりも弾性係数が小さい領域をシール部材１１０に対して簡単且つ効果的に設けることができ、また、弾性変形効果を高めることができる。

図３は本発明の第２の実施形態を示している。図示のように、本実施形態では、前記弾性接触手段が一対のＯリング１２２，１２３によって形成されている。具体的には、本実施形態の場合、シール部材は、略矩形断面のシール本体１２０と、シール本体１２０とピストン３３との間に介挿された一対のＯリング１２２，１２３とから成る。

したがって、このような構成であっても、ピストン３３がシリンダ３１に対して傾いた場合、Ｏリング１２２，１２３の弾性変形によってその傾きが補償され（Ｏリング１２２，１２３がピストン３３の傾きに追従し）、シール本体１２０の外周面１２０ａとシリンダボア内面（図の例では、上側シリンダボディ６１の内面）との接触状態を確実に維持することができる。シール本体１２０とピストン３３との間に介挿された一対のＯリング１２２，１２３によって弾性接触手段が構成されているため、シール部材に加工を施すこと無く弾性接触手段をシール部材に対して簡単且つ安価に設けることができる。

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に適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係るトロイダル無段変速機の要部断面図である。 図１のトロイダル無段変速機の要部拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るトロイダル無段変速機の要部拡大断面図である。 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４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 従来の駆動装置のシール構造を示す要部断面図である。 図６のトロイダル無段変速機の要部拡大断面図である。

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
１４ 枢軸
１５ トラニオン
３１ シリンダ
３２ 駆動装置
３３ 油圧ピストン
５０ ケーシング
１１０ シール部材
１１０ａ，１１０ｂ 突起
１２０ シール本体
１２２，１２３ Ｏリング

Claims (3)

1. ケーシングと、このケーシングの内側で互いの内側面同士を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、これらの両ディスク間に挟持される複数のパワーローラと、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に揺動するとともに、前記各パワーローラを回転自在に支持する複数のトラニオンと、前記各トラニオンを前記枢軸の軸方向に変位させる駆動装置とを備えるトロイダル型無段変速機において、
   前記駆動装置は、前記トラニオンの前記枢軸に締結された油圧ピストンと、シール部材を介して前記油圧ピストンを摺動可能に且つ油密に嵌装して成るシリンダとを備え、
   前記シール部材は、前記油圧ピストンと弾性変形可能に接触する弾性接触手段を有していることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 前記弾性接触手段は、前記油圧ピストンと相対する前記シール部材の対向面に形成され且つ前記ピストンの摺動方向に沿って所定の間隙をもって隣り合う一対の突起から成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. 前記弾性接触手段は、前記シール部材の本体と前記油圧ピストンとの間に介挿された一対のＯリングから成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。

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