JP2009079707A - 変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高変速比を達成でき、振動、騒音が少ない変速装置を提供すること。
【解決手段】変速比が固定されたシングルキャビティ式のトロイダル型変速部４ａ，４ｂを直列に連結して用いる。入力ディスク７と中間ディスク９との間の第１のトロイド状のキャビティＳ１、および中間ディスク９と出力ディスク８との間の第２のトロイド状のキャビティＳ２のそれぞれに、作動角θ（傾斜角に相当）が固定されたトルク伝達用のローラ１３が介在する。弾性部材１５によって入力ディスク７を中間ディスク９および出力ディスク８側へ付勢し、ディスク７，８，９の軌道面７ａ，９ａ，９ｂ，８ａにローラ１３を押圧する。
【選択図】図１

Description

本発明は、変速装置に関するものである。

環境保全のため、近年、ハイブリッド車が市場に出回っている。ハイブリッドの構成には種々あるが、その一つとして、エンジンおよび／又は電動モータからの動力を遊星ギヤ機構により減速して出力する場合がある。
一方、電気自動車用の駆動装置として、減速装置と差動装置を兼用するトロイダル式の無段変速機を含むものが提案されている（例えば特許文献１）。
特開平１０−１４８２４５号公報

ハイブリッド車ではコストを安くするために、電動モータを小型化することが望まれている。しかし、電動モータを小型化すると、トルクが不足するおそれがある。そこで、電動モータを高回転型とし、遊星ギヤの減速比を例えば６以上と大きくして、必要なトルクを得ることが考えられる。
しかし、上記のような高い減速比を達成しようとすると、遊星ギヤ機構が大型化する。また、遊星ギヤ機構では、高速回転のときの騒音や振動が大きい。

この種の問題は、他の用途の変速機においても存在する。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高変速比を達成でき、振動、騒音が少ない変速装置を提供することを目的とする。

本発明は、変速比が固定されたシングルキャビティ式のトロイダル型変速部（４ａ，４ｂ）が直列に連結されてなることを特徴とするものである（請求項１）。本発明では、油を介するトラクション伝達を達成できるので、ギヤ伝達の場合と比較して振動、騒音が小さい。変速比が固定されたトロイダル型変速部を直列で用いるので、変速比を十分に稼ぐことができ、高トルクを実現することができる。また、変速比を可変するための複雑な機構を廃止できるので、構造が簡単になる。

また、同一軸線上に並ぶ相対回転可能な入力軸（５）および出力軸（６；６Ａ）と、入力軸と同行回転可能に設けられた入力ディスク（７）と、出力軸と同行回転可能に設けられ入力ディスクに対する距離を相対的に変更可能な出力ディスク（８）と、入力ディスクおよび出力ディスクの間に配置され、上記軸線の回りに回転可能に且つ入力ディスクおよび出力ディスクに対する距離を相対的に変更可能な１または複数の中間ディスク（９）と、入力ディスク、中間ディスクおよび出力ディスクのうち隣接するディスク間に形成されたトロイド状のキャビティ（Ｓ１，Ｓ２）に配置され、隣接するディスク間にトルクを伝達する複数のローラ（１３）と、隣接するディスク間に配置された各ローラをそれぞれ回転可能に支持する複数のキャリッジ（１４）と、複数のキャリッジを各ローラの作動角を一定に保持する状態に連結する連結部材（２４；２４Ａ）と、入力ディスクおよび出力ディスクを両ディスクが相対的に近付く方向に付勢する付勢部材（１５）と、を含む場合がある（請求項２）。

この場合、変速比を固定するために、ローラ支持用の複数のキャリッジを連結した連結部材によって、各ローラの作動角を一定に保持している。従来のような変速比可変のためのローラの支持機構のように複雑な構造を採用する必要がない。したがって、構造が簡単な変速比固定の直列バリエータを実現することができる。
また、上記中間ディスクは、入力軸によって回転可能で且つ軸方向移動可能に支持されていてもよい（請求項３）。この場合、入力軸を介して中間ディスクを支持することができ、構造を簡素化することができる。

また、上記中間ディスクの外周が軸受によって回転可能に支持されていてもよい（請求項４）。
また、上記付勢部材は、入力ディスクおよび出力ディスクの少なくとも一方を他方側へ付勢する弾性部材を含む場合がある（請求項５）。この場合、付勢部材としての弾性部材によって、ローラを一定の押圧力で各ディスクに押圧することができる。付勢部材として従来の油圧を用いる場合と比較して、構造を簡素化することができる。

また、上記付勢部材は、出力ディスクを中間ディスク側へ付勢する第１の弾性部材（１５Ａ）と、入力ディスクを中間ディスク側へ付勢する第２の弾性部材（１５Ｂ）と、を含み、第１の弾性部材の付勢力（Ｆ１）が第２の弾性部材の付勢力（Ｆ２）よりも大きくされており、上記中間ディスクの外周（９１）が、上記第１および第２の弾性部材の付勢力の合力（Ｇ）によって予圧を受けた円すいころ軸受（３１）またはアンギュラ型玉軸受（３３）によって回転可能に支持されていてもよい（請求項６）。

この場合、第１の弾性部材の付勢力が相対的に大きくされているので、第１および第２の弾性部材の付勢力の合力は、中間ディスクを入力ディスク側へ付勢するが、これを円すいころ軸受またはアンギュラ型玉軸受が軸方向に受けることになる。これにより、円すいころ軸受またはアンギュラ型玉軸受を用いた簡便な構造で中間ディスクを回転可能に支持でき、且つ第１および第２の弾性部材の付勢力の合力によって中間ディスクを軸方向の定位置に固定することができる。

また、トルイダル型変速部を直列に連結しているため、入力ディスクおよび中間ディスクの間の伝達トルクよりも、中間ディスクと出力ディスクの間の伝達トルクのほうが大きくなるが、これに対して、出力ディスクを付勢する第１の弾性部材の付勢力を相対的に大きくしてあるので、各ローラをその伝達トルクに応じた押圧力で対応するディスクに押圧することができる。

また、入力ディスクおよび中間ディスクの間の伝達トルクよりも、中間ディスクと出力ディスクの間の伝達トルクのほうが大きいという事情に鑑み、上記第１のキャビティに配置されるローラの外径が、第２のキャビティに配置されるローラの外径よりも小さくされていてもよいし（請求項７）、また、上記第１のキャビティに配置されるローラの個数が、第２のキャビティに配置されるローラの個数よりも少なくされていてもよい（請求項８）。

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る変速装置および電動モータを示す概略図である。
図１を参照して、電動モータ１の回転軸２と同軸上に、変速装置３が設けられている。変速装置３は、変速比が固定されたシングルキャビティ式のトロイダル型変速部４ａ，４ｂが２段の直列に連結されてなる。

電動モータ１の回転軸２の同軸上に並び相対回転可能な入力軸５および出力軸６と、入力軸５とは同行回転可能に設けられた入力ディスク７と、出力軸６とは同行回転可能に設けられた出力ディスク８と、入力ディスク７および出力ディスク８の間に介在した中間ディスク９とを備えている。本実施の形態では、中間ディスク９が単一の場合に則して説明するが、複数の中間ディスクを設けて、バリエータの直列の段数を増加させてもよい。

入力軸５は電動モータ１によって駆動される。具体的には、入力軸５および電動モータ１の回転軸２は、単一の材料で一体に形成されている。入力軸５は、第１の端部５ａおよび第２の端部５ｂを有している。入力軸５の第１の端部５ａに設けられた大径部１０が、車体１１に保持された転がり軸受１２によって回転可能に支持されている。
入力ディスク７の一側面に凹湾曲状の軌道面７ａが形成され、出力ディスク８の一側面に凹湾曲状の軌道面８ａが形成されている。中間ディスク９は、その両側面に軌道面９ａ，９ｂを有している。入力ディスク７の軌道面７ａと中間ディスク９の軌道面９ａとの間に、第１のトロイド状のキャビティＳ１が区画されており、また、出力ディスク８の軌道面８ａと中間ディスク９の軌道面９ｂとの間に、第２のトロイド状のキャビティＳ２が区画されている。

第１のキャビティＳ１には、軌道面７ａ，９ａと圧接して回転することにより入力ディスク７および中間ディスク９の間にトルクを伝達する円盤状の例えば３個のローラ１３（図１では１個のみを示してある）が設けられている。また、第２のキャビティＳ２には、軌道面８ａ，９ｂと圧接して回転することにより中間ディスク９および入力ディスク７の間にトルクを伝達する円盤状の例えば３個のローラ１３が（図１では１個のみを示してある）が設けられている。

トロイダル型変速部４ａは、入力ディスク７および中間ディスク９と、両ディスク７，９間に介在するローラ１３とによって構成されている。トロイダル型変速部４ｂは、中間ディスク９と出力ディスク８と、両ディスク９，８間に介在するローラ１３とによって構成されている。
各キャビティＳ１，Ｓ２に配置された複数のローラ１３は、それぞれ対応するキャリッジ１４によって、回転軸線１３ａの回りに回転可能に支持されている。

入力ディスク７は、入力軸５とは同行回転可能であって且つ軸方向移動可能に連結されている。具体的には、入力ディスク７と入力軸５とがスプライン嵌合されている。入力軸５の大径部１０と入力ディスク７の背面７ｂとの間には、入力ディスク７を中間ディスク９側へ付勢する付勢部材としての弾性部材１５が介在している。弾性部材１５としては、例えば皿ばねが用いられる。

出力ディスク８は、転がり軸受１６を介して入力軸５に回転可能に支持されており、また、中間ディスク９は、転がり軸受１７を介して入力軸５に回転可能に支持されている。各転がり軸受１６，１７としては、例えば針状ころ軸受、円筒ころ軸受が用いられる。
中間ディスク９を支持する転がり軸受１６は、入力軸５および中間ディスク９の何れか一方に対してルーズフィットで連結されており、したがって、入力軸５に対する中間ディスク９の軸方向移動が許容されている。

出力軸６は、車体１０に保持された転がり軸受１８によって回転可能に支持されている。具体的には、出力軸６に設けられた大径部１９が転がり軸受１８によって回転可能に支持されている。
出力軸６の大径部１９には、連結筒２０が同行回転可能に設けられている。連結筒２０は、出力軸６と出力ディスク８とを同行回転可能に連結する機能を有している。具体的には、出力ディスク８の背面８ｂに形成された係合部としての係合突起２１と、連結筒２０の端部に形成された係合部としての係合凹部２２とが係合することにより、出力軸６と出力ディスク８とが同行回転可能に連結されている。係合突起２１は出力ディスク８の周方向に等間隔に配置されている。

また、連結筒２０によって保持された転がり軸受２３によって、入力軸５の第２の端部５ｂが回転可能に支持されている。
本実施の形態では、入力軸５の軸方向に関して、出力ディスク８の位置が不変とされ（具体的には、図１において、出力ディスク８の右方への移動が規制されている。）、且つ入力ディスク７および中間ディスク９の位置が可変とされ、弾性部材１５によって入力ディスク７が中間ディスク９側へ付勢される例に則して説明するが、ディスク７，８，９間の距離を相対的に変更できる構成であればよい。

例えば、入力ディスク７の軸方向位置を不変とし、出力ディスク８および中間ディスク９の軸方向位置を可変とし、出力ディスク８を対応する弾性部材によって中間ディスク９側へ付勢するようにしてもよい。また、中間ディスク９の軸方向位置を不変とし、入力ディスク７および出力ディスク８の軸方向位置を可変とし、入力ディスク７および出力ディスク８をそれぞれ対応する弾性部材によって、中間ディスク９側へ付勢するようにしてもよい。

図２を参照して、各ローラ１３を支持するキャリッジ１４は、ローラ１３の両側面にそれぞれ所定の隙間を設けて対向する一対の側板２５，２６と、ローラ１３の転動面である周面の一部に所定の隙間を設けて対向し、両側板２５，２６の対応する端部間を連結する一対の端板２７とを有する四角環状をなしている。一対の側板２５，２６によって、各ローラ１３を支持するための支軸２８が支持されている。

図３を参照して、各ローラ１３を支持するキャリッジ１４は、連結部材２４によって互いに連結されている。連結部材２４は、各ローラ１３の作動角θ（図１を参照）を一定に保持する状態に複数のキャリッジ１４を連結している。ローラ１３の作動角θとは、ディスク７，８，９の軸方向に対してのローラ１３の傾斜角であり、全ローラ１３の作動角θが等しくされている。

図３に示すように、連結部材２４は、隣接するキャリッジ１４の隣接する端板２７間を連結する略溝形のフレームからなり、溶接またはねじにより、端板２７に固定されている。また、少なくとも１つの連結部材２４は、アーム２９を介して車体１１に固定されている。
本実施の形態によれば、変速比が固定されたシングルキャビティ式のトロイダル型変速部４ａ，４ｂを直列に連結して用いるので、下記の利点がある。すなわち、油を介するトラクション伝達を達成できるので、ギヤ伝達の場合と比較して振動、騒音を格段に小さくすることができる。また、変速比を十分に稼ぐことができ、高トルクを実現することができる。

さらに、変速比を可変するための複雑な機構を廃止できるので、構造が簡単になる。
具体的には、変速比を固定するために、ローラ１３支持用の複数のキャリッジ１４を連結した連結部材２４によって、各ローラ１３の作動角を一定に保持しているので、従来のような変速比可変のためのローラの支持機構のように複雑な構造を採用する必要がない。したがって、構造が簡単な変速比固定のトロイダル型変速部４ａ，４ｂの直列構造を実現することができる。

また、入力ディスク７を中間ディスク９および出力ディスク８側へ付勢する付勢部材として、弾性部材１５を用いており、これにより、ローラ１３を一定の押圧力で各ディスク７，８，９に押圧することができる。付勢部材として従来の油圧を用いる場合と比較して、構造を簡素化することができる。また、単一の弾性部材１５によって入力ディスク７を付勢する構造、すなわち両トロイダル型変速部４ａ，４ｂの片側から付勢する構造であるので、この点からも構造が簡単である。

なお、図１の実施の形態において、入力側と出力側とを入れ替えた構成とするようにしてもよい。すなわち、出力軸６を入力軸として、その入力軸に電動モータ１の回転軸２を連結し、入力軸５を出力軸とする。入力ディスク７が出力ディスクとなり、出力ディスク８が入力ディスクとなる。この場合、バリエータの片側から付勢する構造で、付勢部材としての弾性部材が出力ディスクを中間ディスク側へ付勢することになる。

次いで、図４は本発明の別の実施の形態を示している。図４を参照して、本実施の形態が図１の実施の形態と異なるのは、下記である。すなわち、出力軸６Ａの連結筒２０Ａは、入力軸５の端部と相対回転可能に嵌合されている。連結筒２０Ａの外周が出力ディスク８の内周とスプライン嵌合されており、出力ディスク８は出力軸６Ａに対して、同行回転可能に且つ軸方向相対移動可能に連結されている。

また、両トロイダル型変速部４ａ，４ｂを両側から付勢する構造となっている。すなわち、連結筒２０Ａのフランジ３０と出力ディスク８の背面８ｂとの間に、出力ディスク８を中間ディスク９側へ付勢する付勢部材としての第１の弾性部材１５Ａが介在している。また、出力ディスク８を付勢する第１の弾性部材１５Ａの付勢力Ｆ１が、入力ディスク７を中間ディスク９側へ付勢する第２の弾性部材１５Ｂの付勢力Ｆ２よりも大きくされている（Ｆ１＞Ｆ２）。

したがって、中間ディスク９には、第１の弾性部材１５Ａの付勢力Ｆ１から第２の弾性部材１５の付勢力Ｆ２を差し引いた合力Ｇ（Ｇ＝Ｆ１−Ｆ２）が、入力ディスク７側への付勢力として働くことになる。
一方、入力軸５が、中間ディスク９の中心孔を遊びを有して貫通しており、中間ディスク９は入力軸５によっては支持されていない。中間ディスク９の外周９１が、転がり軸受としての円すいころ軸受（テーパローラベアリング）３１によって回転可能に支持されている。円すいころ軸受３１は、中間ディスク９の外周９１に嵌合された内輪３２を含み、その内輪３２は、付勢力が相対的に大きい第１の弾性部材１５Ａに相対的に近い大端３２ａを有している。

本実施の形態では、図１の実施の形態と同じく、高変速比を達成でき、振動、騒音が少ない変速装置を実現することができる。また、円すいころ軸受３１を用いた簡便な構造で中間ディスク９を回転可能に支持でき、また、上記弾性部材１５Ａ，１５Ｂの付勢力Ｆ１，Ｆ２の合力Ｇによって、円すいころ軸受３１に予圧を与え、中間ディスク９を軸方向の定位置に固定することができる。

特に、出力ディスク８を付勢する第１の弾性部材１５Ａの付勢力Ｆ１を、入力ディスク７を付勢する第２の弾性部材１５Ｂの付勢力Ｆ２よりも大きく（Ｆ１＞Ｆ２）している理由は下記である。
すなわち、トロイダル型変速部４ａ，４ｂを直列に連結している関係上、入力ディスク７と中間ディスク９との間の伝達トルクと、中間ディスク９と出力ディスク８との間の伝達トルクとでは、後者の伝達トルクのほうが大きくなる。したがって、仮に、第１および第２の弾性部材１５Ａ，１５Ｂの付勢力Ｆ１，Ｆ２を等しくしていると、入力ディスク７の軌道面７ａおよび中間ディスク９の軌道面９ａに対してローラ１３が不必要に強く押圧されることになってしまう。

これに対して、本実施の形態では、伝達トルクが相対的に大きい側の出力ディスク８を付勢する第１の弾性部材１５Ａの付勢力Ｆ１を相対的に大きくし、伝達トルクが相対的に小さい側の入力ディスク７を付勢する第２の弾性部材１５Ｂの付勢力Ｆ２を相対的に小さくしているので、伝達トルクに応じた押圧力でローラ１３を対応するディスク７，８，９の軌道面に押圧することができる。

なお、図４の実施の形態の円すいころ軸受３１に代えて、図５に示すようにアンギュラ型の玉軸受３３を用いるようにしてもよい。
また、図１、図４および図５の実施の形態では、キャリッジ１４の隣接する端部間を個別に連結部材２４によって連結していたが、これに限らず、図６に示すように、環状をなす連結部材２４Ａの円周の等間隔にキャリッジ１４を固定するようにしてもよい。

また、上述したように、入力ディスク７および中間ディスク９の間の伝達トルクよりも、中間ディスク９と出力ディスク８の間の伝達トルクのほうが大きいので、第１のキャビティＳ１に配置されるローラ１３と第２のキャビティＳ２に配置されるローラ１３とで、ローラ外径、ローラ数等の仕様を異ならせてもよい。具体的には、第２のキャビティＳ２のローラ１３のローラ外径を相対的に大きくしたり、第２のキャビティＳ２のローラ１３のローラ数を相対的に多くしたりする。ただし、例えばローラ外径を小さくした場合には、それに応じて変速比は小さくなる。

その他、本発明は、上記請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

本発明の一実施の形態の変速装置を含む駆動装置の概略構成を示す模式的断面図である。 ローラおよびキャリッジの模式図である。 ローラ支持構造の要部の斜視図である。 本発明の別の実施の形態の変速装置を含む駆動装置の模式的断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態の変速装置を含む駆動装置の模式的断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態におけるローラ支持構造の模式図である。

符号の説明

１…電動モータ、２…回転軸、３…変速装置、４ａ，４ｂ…トロイダル型変速部、５…入力軸、６，６Ａ…出力軸、７…入力ディスク、８…出力ディスク、９…中間ディスク、９１…外周、７ａ，８ａ，９ａ，９ｂ…軌道面、７ｂ，８ｂ…背面、Ｓ１…第１のキャビティ、Ｓ２…第２のキャビティ、１３…ローラ、θ…作動角、１４…キャリッジ、１５…弾性部材（付勢部材）、１５Ａ…第１の弾性部材（付勢部材）、１５Ｂ…第２の弾性部材（付勢部材）、Ｆ１…第１の弾性部材の付勢力、Ｆ２…第２の弾性部材の付勢力、Ｇ…合力、２０，２０Ａ…連結筒、２１…係合突起、２２…係合凹部、２４，２４Ａ…連結部材、２５，２６…側板、２７…端板、２８…支軸、２９…アーム、３１…円すいころ軸受、３２…内輪、３２ａ…大端、３３…アンギュラ型玉軸受

Claims (8)

1. 変速比が固定されたシングルキャビティ式のトロイダル型変速部が直列に連結されてなることを特徴とする変速装置。
2. 請求項１において、同一軸線上に並ぶ相対回転可能な入力軸および出力軸と、
   入力軸と同行回転可能に設けられた入力ディスクと、
   出力軸と同行回転可能に設けられ入力ディスクに対する距離を相対的に変更可能な出力ディスクと、
   入力ディスクおよび出力ディスクの間に配置され、上記軸線の回りに回転可能に且つ入力ディスクおよび出力ディスクに対する距離を相対的に変更可能な１または複数の中間ディスクと、
   入力ディスク、中間ディスクおよび出力ディスクのうち隣接するディスク間に形成されたトロイド状のキャビティに配置され、隣接するディスク間にトルクを伝達する複数のローラと、
   隣接するディスク間に配置された各ローラをそれぞれ回転可能に支持する複数のキャリッジと、
   複数のキャリッジを各ローラの作動角を一定に保持する状態に連結する連結部材と、 入力ディスクおよび出力ディスクを両ディスクが相対的に近付く方向に付勢する付勢部材と、を備えることを特徴とする変速装置。
3. 請求項２において、上記中間ディスクは、入力軸によって回転可能で且つ軸方向移動可能に支持されていることを特徴とする変速装置。
4. 請求項２において、上記中間ディスクの外周が軸受によって回転可能に支持されていることを特徴とする変速装置。
5. 請求項２から４の何れか１項において、上記付勢部材は、入力ディスクおよび出力ディスクの少なくとも一方を他方側へ付勢する弾性部材を含むことを特徴とする変速装置。
6. 請求項２において、上記付勢部材は、出力ディスクを中間ディスク側へ付勢する第１の弾性部材と、入力ディスクを中間ディスク側へ付勢する第２の弾性部材と、を含み、第１の弾性部材の付勢力が第２の弾性部材の付勢力よりも大きくされており、
   上記中間ディスクの外周が、上記第１および第２の弾性部材の付勢力の合力によって予圧を受けた円すいころ軸受またはアンギュラ型玉軸受によって回転可能に支持されていることを特徴とする変速装置。
7. 請求項２から６の何れか１項において、上記第１のキャビティに配置されるローラの外径が、第２のキャビティに配置されるローラの外径よりも小さくされていることを特徴とする変速装置。
8. 請求項２から７の何れか１項において、上記第１のキャビティに配置されるローラの個数が、第２のキャビティに配置されるローラの個数よりも少なくされていることを特徴とする変速装置。

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