JP2007309402A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents
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Abstract
【課題】スラスト転がり軸受を構成するパワーローラの倒れを抑えて、スラスト転がり軸受の耐久性を向上させ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】外輪128の外側面の中心部から外れた位置に第1の軸部123aが突設され、この第1の軸部123aがトラニオンに回転自在に支持されているとともに、パワーローラ111の大端面111cの中心部に第2の軸部123bがこのパワーローラ111と同心に突設され、この第2の軸部123bが外輪128の中心部にこの第2の軸部123bの外周に配置された軸受141aにより回転自在に支持されているトロイダル型無段変速機において、第2の軸部123bは、その基端の位置P1が大端面111cの位置よりも小端面111d側に位置している。
【選択図】図1
【解決手段】外輪128の外側面の中心部から外れた位置に第1の軸部123aが突設され、この第1の軸部123aがトラニオンに回転自在に支持されているとともに、パワーローラ111の大端面111cの中心部に第2の軸部123bがこのパワーローラ111と同心に突設され、この第2の軸部123bが外輪128の中心部にこの第2の軸部123bの外周に配置された軸受141aにより回転自在に支持されているトロイダル型無段変速機において、第2の軸部123bは、その基端の位置P1が大端面111cの位置よりも小端面111d側に位置している。
【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(例えば、特許文献1参照)、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)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3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がラジアルニードル軸受40により支持されている。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がラジアルニードル軸受41により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3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、トロイダル型無段変速機においては、入力側ディスク2と出力側ディスク3との間に挟まれたパワーローラ11により動力を伝達するものであり、両ディスク2,3とパワーローラ11の接触点には大きな押し付け力を与える必要がある。そのため、パワーローラ11のように、内側に穴が形成され、この穴に変位軸23の先端部23bを挿入する構造であると、パワーローラ11およびこの穴の内周面の横断面形状が両ディスク2,3の軸方向を短径方向とし、トラニオン15の長さ方向(図3の上下方向)を長径方向とする楕円形に弾性変形する。
この対策として、特許文献1には、変位軸を支持するパワーローラの穴を無くし、パワーローラの剛性を高めるものが提案されている。すなわち、このトロイダル型無段変速機では、図4に示すように、パワーローラ111に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、このパワーローラ111の回転を許容するスラスト玉軸受24を構成する外輪128およびパワーローラ(内輪)111と、図2よび図3の変位軸23に代わる軸部123a,123bの構成に関して、外輪128の外側面の中心から外れた位置に第1の軸部123aを突設し、この第1の軸部123aを、図2および図3と同様に、トラニオン15の円孔21にラジアルニードル軸受40により回転自在に支持している。また、パワーローラ111の大端面111cの中心部に第2の軸部123bをこのパワーローラ111と同心に突設する。また、外輪128の内側面には、該外輪128の中心部に、有底の円形穴128aを形成するとともに、この円形穴128aの開口部周囲に、パワーローラ111側に向かって第2の軸部123bと同軸にかつ該第2の軸部123bの外側に突出している円筒部128bを形成する。円筒部128bは転がり玉軸受24の内側に位置している。円形穴128aと円筒部128bの内周面とは連続しており、これらの円形穴128aおよび円筒部128bの内周面と第2の軸部123bの外周面との間にラジアルニードル軸受141を設けて、このラジアルニードル軸受141により外輪128に対しパワーローラ111を第2の軸部123bを中心に回転自在に支持している。
なお、パワーローラの剛性を高めるものとしては、このほかにも、例えば、パワーローラの変位軸を支持する穴の小端面(内側面)側を塞ぐもの(例えば、特許文献2参照)や、あるいはパワーローラのこの穴の大端面側に小径部を設けるもの(例えば、特許文献3参照)が提案されているが、いずれもパワーローラに変位軸を挿入する穴が形成されているものであり、本発明のものとは要部の構造が大きく異なる。
ところで、パワーローラ111には、両ディスク2,3とパワーローラ111の接触点Sにトラクション力(接線力)Fが作用する。スラスト玉軸受24は基本的にはスラスト荷重を受けるものであるため、トラクション力Fの支持点はラジアルニードル軸受141である。特許文献1の場合のように、第2の軸部123bの基端がパワーローラ111の大端面111cとパワーローラ111の軸線方向において同じ位置にあり、ラジアルニードル軸受141と接触点Sとの距離L1が大きくなると、パワーローラ111にトラクション力Fによる大きなモーメントM1が働き、パワーローラ111が外輪128側に倒れるため、スラスト玉軸受24の内輪(パワーローラ)111と外輪128との距離が短くなる位置と長くなる位置が存在するようになり、スラスト玉軸受24の各玉26に作用する荷重が変わってしまい、そのためスラスト玉軸受24の耐久性が低下する虞がある。
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、スラスト転がり軸受を構成するパワーローラの倒れを抑えて、スラスト転がり軸受の耐久性を向上させ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、互いの内側面同士を対向させた状態で、互いに同心に、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、このトラニオンの内側面側に回転自在に支持された状態で、前記入力側ディスクおよび出力側ディスクの間に挟持されたパワーローラと、このパワーローラの大端面と前記トラニオンの内側面との間に設けられ、このパワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、このパワーローラの回転を許容するスラスト転がり軸受とを備え、
前記スラスト転がり軸受は、前記パワーローラの大端面に形成された内輪軌道と、前記トラニオンの内側面に設けられた外輪の内側面に形成された外輪軌道と、これらの内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、これらの転動体を保持する保持器とを備え、
前記外輪の外側面の中心部から外れた位置に第1の軸部が突設され、この第1の軸部が前記トラニオンに回転自在に支持されているとともに、前記パワーローラの大端面の中心部に第2の軸部がこのパワーローラと同心に突設され、この第2の軸部が前記外輪の中心部にこの第2の軸部の外周に配置された軸受により回転自在に支持されているトロイダル型無段変速機において、
前記第2の軸部は、その基端の位置が前記パワーローラの大端面の位置よりも小端面側に位置していることを特徴とする。
なお、第2の軸部の基端とは、勿論、第2の軸部の先端側の端ではなく、第2の軸部の根本側の端を意味する。
前記スラスト転がり軸受は、前記パワーローラの大端面に形成された内輪軌道と、前記トラニオンの内側面に設けられた外輪の内側面に形成された外輪軌道と、これらの内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、これらの転動体を保持する保持器とを備え、
前記外輪の外側面の中心部から外れた位置に第1の軸部が突設され、この第1の軸部が前記トラニオンに回転自在に支持されているとともに、前記パワーローラの大端面の中心部に第2の軸部がこのパワーローラと同心に突設され、この第2の軸部が前記外輪の中心部にこの第2の軸部の外周に配置された軸受により回転自在に支持されているトロイダル型無段変速機において、
前記第2の軸部は、その基端の位置が前記パワーローラの大端面の位置よりも小端面側に位置していることを特徴とする。
なお、第2の軸部の基端とは、勿論、第2の軸部の先端側の端ではなく、第2の軸部の根本側の端を意味する。
本発明のトロイダル型無段変速機によれば、第2の軸部の基端の位置がパワーローラの大端面の位置よりも小端面側に位置しているので、この第2の軸部の周囲に配置する軸受のパワーローラ側の端部を、両ディスクとパワーローラの接触点に近づけることができるため、軸受と前記接触点との距離を小さくすることができる。したがって、パワーローラに働くトラクション力によるモーメントを小さくすることができ、パワーローラが外輪側に倒れるのを抑えることができる。よって、スラスト転がり軸受の転動体の受ける荷重を均一化でき、スラスト転がり軸受の耐久性を向上させることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の特徴は、スラスト転がり軸受を構成する外輪およびパワーローラ(内輪)と従来の変位軸に代わる軸部の構成にあり、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。図示のように、本実施の形態においても、図4の従来の場合と同様に、パワーローラ111に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、このパワーローラ111の回転を許容するスラスト玉軸受(スラスト転がり軸受)24を構成する外輪128およびパワーローラ(内輪)111と、図2および図3の変位軸23に代わる軸部123a,123bの構成に関して、外輪128の外側面の中心から外れた位置に第1の軸部123aを突設し、この第1の軸部123aを、図2よび図3と同様に、トラニオン15の円孔21にラジアルニードル軸受40により回転自在に支持している。また、パワーローラ111の大端面111cの中心部に第2の軸部123bをこのパワーローラ111と同心に突設する。また、外輪128の内側面には、該外輪128の中心部に、有底の円形穴128aを形成するとともに、この円形穴128aの開口部周囲に、パワーローラ111側に向かって第2の軸部123bと同軸にかつ該第2の軸部123bの外側に突出している円筒部128bを形成する。円筒部128bは転がり玉軸受24の内側に位置している。円形穴128aと円筒部128bの内周面とは連続しており、これらの円形穴128aおよび円筒部128bの内周面と第2の軸部123bの外周面との間にラジアルニードル軸受(軸受)141aを設けて、このラジアルニードル軸受141aにより外輪128に対しパワーローラ111を第2の軸部123bを中心に回転自在に支持している。
そして、本実施の形態では、パワーローラ111の大端面111cには、第2の軸部123bの基部の周囲に、環状の凹部150が形成されており、これにより第2の軸部123bの基端の位置P1がパワーローラ111の大端面111cの位置よりも小端面111d側に位置している。この例では、第2の軸部123bの基端の位置P1は、スラスト玉軸受24の内輪軌道111eの溝底の位置P2よりもパワーローラ111の小端面111d側に位置している。また、第2の軸部123bと転がり玉軸受24との間において、外輪128の内側面からパワーローラ111側に向かって突出している円筒部128bは、その先端がパワーローラ111の凹部150の底面近くまで延びている。円形穴128aおよび円筒部128bの内周面と第2の軸部123bの外周面との間に設けられたラジアルニードル軸受141aは、第2の軸部123bの軸方向において先端から基部に渡って設けられている。
このように構成されたトロイダル型無段変速機にあっては、第2の軸部123bの基端の位置P1がスラスト玉軸受24の内輪軌道111eの溝底の位置P2よりもパワーローラ111の小端面111d側に位置しているので、この第2の軸部123bの周囲に配置されたラジアルニードル軸受141aのパワーローラ111側の端部が、両ディスク2,3とパワーローラ111の接触点Sに近づき、ラジアルニードル軸受141aと接触点Sとの距離L2(L1>L2)が小さくなる。その結果、パワーローラ111に働くトラクション力FによるモーメントM2(M1>M2)が小さくなり、パワーローラ111が外輪128側へ倒れるのを抑えることができるので、スラスト玉軸受24の玉(転動体)26の受ける荷重を均一化でき、スラスト玉軸受24の耐久性を向上させることができる。
なお、前述の実施の形態おいては、パワーローラ111の第2の軸部123bを、外輪128の有底の円形穴128aに支持させるようにしたが、外輪128を貫通する穴に支持させるようにしてもよい。
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トロイダル型無段変速機に適用することができる。
2 入力側ディスク
3 出力側ディスク
14 枢軸
15 トラニオン
24 スラスト玉軸受(スラスト転がり軸受)
26 玉(転動体)
27 保持器
111 パワーローラ
111c 大端面
111d 小端面
111e 内輪軌道
123a 第1の軸部
123b 第2の軸部
141a ラジアルニードル軸受(軸受)
3 出力側ディスク
14 枢軸
15 トラニオン
24 スラスト玉軸受(スラスト転がり軸受)
26 玉(転動体)
27 保持器
111 パワーローラ
111c 大端面
111d 小端面
111e 内輪軌道
123a 第1の軸部
123b 第2の軸部
141a ラジアルニードル軸受(軸受)
Claims (1)
- 互いの内側面同士を対向させた状態で、互いに同心に、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、このトラニオンの内側面側に回転自在に支持された状態で、前記入力側ディスクおよび出力側ディスクの間に挟持されたパワーローラと、このパワーローラの大端面と前記トラニオンの内側面との間に設けられ、このパワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、このパワーローラの回転を許容するスラスト転がり軸受とを備え、
前記スラスト転がり軸受は、前記パワーローラの大端面に形成された内輪軌道と、前記トラニオンの内側面に設けられた外輪の内側面に形成された外輪軌道と、これらの内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、これらの転動体を保持する保持器とを備え、
前記外輪の外側面の中心部から外れた位置に第1の軸部が突設され、この第1の軸部が前記トラニオンに回転自在に支持されているとともに、前記パワーローラの大端面の中心部に第2の軸部がこのパワーローラと同心に突設され、この第2の軸部が前記外輪の中心部にこの第2の軸部の外周に配置された軸受により回転自在に支持されているトロイダル型無段変速機において、
前記第2の軸部は、その基端の位置が大端面の位置よりも小端面側に位置し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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