JP2009168198A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】高トルク入力時に十分な押し付け力を付与することができるとともに従来よりも小型化することが可能な油圧式押圧装置を有するトロイダル型無段変速機を提供する。
【解決手段】押圧装置３００の油圧シリンダ３１０は傾斜部３１５を有し、油圧シリンダ３１０と中間ピストン３３０との間隔が、回転中心から半径方向外側に行くにしたがって狭くなる。油圧シリンダ３１０と中間ピストン３３０との間に複数の球３４０が配置されている。押圧装置３００においては、油圧の他に、回転により球３４０に生じる遠心力を推力に変換し、中間ピストン３３０を介して入力側ディスク２に対して加えることができる。また、油圧による押圧力と遠心力による押圧力が入力側ディスクに並列に作用する。したがって、回転速度が大きくなるほど押し付け力を大きくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車および自動二輪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（中間壁）１３に対しアンギュラ玉軸受１０７を介して支持されるとともに、この仕切壁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、皿バネ８が設けられており、この皿バネ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、支持ポスト６４，６８を支点として揺動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（傾転軸）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は、パワーローラ１１を収容するための凹状の収容空間であるポケット部Ｐを形成している。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には支軸としての変位軸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（傾転軸受）３０を介して揺動自在（傾転自在）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の内周面は円筒面として、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（転動体）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（オフセット）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（傾転）する。

その結果、各パワーローラ１１，１１の周面（トラクション面）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、このようなトロイダル型無段変速機において、動力は、入出力側ディスク２，３とパワーローラ１１との間での油のせん断力によって伝達される。そのため、入出力側ディスク２，３とパワーローラ１１との接触点に大きな荷重を与える必要がある。

前記荷重を与える方法としては、入力トルクに比例した荷重を機械的に発生させる前述したローディングカム式の押圧装置１２を用いる場合と、油圧式の押圧装置を用いる場合とがある。
ローディングカム式の押圧装置１２のみを用いた場合、簡単な構造で付属設備なしに入力トルクに比例した推力（押し付け力）が発生するというメリットがある。しかし、逆に言えばトルクに比例した押し付け力しか出せないため、変速域の全域で常に最適な押し付け力を発生させることはできず、変速比によっては過剰な押し付け力が発生する。これによりディスクとローラとの接触部に過剰な押し付け力が作用し、伝達効率の低下や耐久性の低下に繋がる虞がある。さらに、これらに対応するためにバリエーター部分などが大型化してしまうという問題がある。
また、例えば、高速走行時にギャップを乗り越える等で駆動輪が浮いた状態（駆動輪へのフリクションが抜けた状態）、高速道路の下り坂を走行する場合、あるいは高速走行時にエンジンブレーキをかける場合のように、入力軸１が低トルクで高速回転する場合は押し付け力が小さいため、パワーローラ１１に加わるスラスト荷重を支承するスラスト玉軸受２４の玉にジャイロモーメントを要因とするスピンが発生し、これを防ぐためには、過剰な予圧が必要である。この問題を解決するため、ローディングカムに加えて遠心力を利用して推力を補う機構を有する押圧装置が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２を参照）。
これら特許文献１および特許文献２においては、遠心力をディスクの推力に変換することで、高回転になればパワーローラに対する押圧力が高くなり、上述のように入力軸が低トルクで高速回転する場合のようにパワーローラのスピンを防止できる。

但し、これら特許文献１および特許文献２においては、入力トルクによりディスクの推力が変化するローディングカム方式の押圧装置と、遠心力をディスクの推力に変換する押圧装置とが直列に配置されているので、例えば、予圧を付与する皿バネが圧縮されて潰れきった状態や、皿バネが圧縮されることにより、皿バネを挟んで配置される部材が近づき、これら部材の少なくとも一方の部材の突出部分が他方の部材の突出部分に接触することでこれら部材同士が直接接触した状態などの皿バネがそれ以上圧縮できない状態となった後に、遠心力に基くディスク推力が、ローディングカムによる推力に対するディスク反力の内力となるため、遠心力に基く推力をさらに増加することができない。

このようなローディングカム方式の押圧装置に対し、油圧式の押圧装置を用いると、変速、オイル温度、回転数などに応じて全変速域にわたって最適な押し付け力を与えることができるため、バリエーター部分について伝達効率の向上や耐久性を確保するために大型化する必要はないし、低トルク高速回転時の問題なども生じない。

図４は、油圧式の押圧装置を用いたトロイダル型無段変速機の要部断面図を示している。図示のように、入力軸１の入力側に位置する入力側ディスク２の背面２ｄ側には、入力側ディスク２を軸方向へ押圧する油圧式の押圧装置１３０が設けられている。この押圧装置１３０は、入力軸１の基端部（図４において左端部）１ｅに結合される第１のシリンダ部１４１と、入力側ディスク２に設けられた第２のシリンダ部１５９と、環状の第１のピストン部（油圧ピストン）１６１と、環状の第２のピストン部（油圧ピストン）１６０とを備えている。

第１のシリンダ部１４１は、概略有底円筒状に形成され、筒状部分が第２のシリンダ部１５９の外周外側に位置しており、底部分が入力側ディスク２の背面（外側面）２ｄと対向した状態で配されている。また、第１のシリンダ部１４１は、その底部分が入力軸１に外嵌されて固定されている。また、第２のシリンダ部１５９は、筒状に形成されており、入力側ディスク２の外周縁から第１のシリンダ部１４１に向けて延びている。

第２のピストン部１６０は、その内周面が入力軸１の外周面に嵌合されるとともに、その外周面が第２シリンダ部１５９の内周面に嵌合されており、入力側ディスク２の背面２ｄに対向した状態で配されている。また、第１のピストン部１６１は、その内周面が入力軸１の外周面に嵌合されるとともに、その外周面が第１シリンダ部１４１の内周面に嵌合されており、第２のピストン部１６０と第１のシリンダ部１４１との間に配されている。

第１のシリンダ部１４１の内面と、第１のピストン部１６１と、入力軸１の外周面の一部とによって囲まれた空間は、第１の油圧室（油室）１７０を構成している。この第１の油圧室１７０は、複数のシール部材１７１によって流体密に保たれている。また、第２のシリンダ部１５９の内周面と、第２のピストン部１６０と、入力側ディスク２の背面２ｄと、入力軸１の外周面の一部とによって囲まれた空間は、第２の油圧室（油室）１６７を構成している。この第２の油圧室１６７は、複数のシール部材１６８によって流体密に保たれている。また、第２のシリンダ部１５９の内周側において、第２のピストン部１６０と第１のピストン部１６１との間に位置する空間１７５は空気室となっている。この空気室１７５は、複数のシール部材１６８，１７１によって流体密に保たれている。また、第２のシリンダ部１５９は、空気室１７５を外部に連通させる連通溝としても機能する隙間Ｓを第１のピストン部１６１との間に有しており、この隙間Ｓを介して第１のピストン部１６１と当接可能となっている。そして、第１の油圧室１７０を一部利用して、第１のピストン部１６１と第１のシリンダ部１４１との間には、予圧を付与するための皿バネ２００が介挿され、第１のシリンダ部１４１に対して、入力軸１に沿って移動自在な第１のピストン部１６１を入力側ディスク２に向かって付勢している。

各油圧室１６７，１７０に油を供給するため、エンジン側の駆動軸には油路が形成されている。具体的には、入力軸１の基端部１ｅには、軸線Ｏと同軸な内孔１ｆが長手方向に沿って形成されており、この内孔１ｆには入力軸１に結合される前記駆動軸２２の延出部が嵌挿されるようになっている。そして、前記延出部には、その長手方向に沿って延びる油路が形成され、入力軸１には、この油路と接続される油路１ｇ等とこの油路１ｇ等と各油圧室１６７，１７０とを繋ぐ油孔１８０等が形成されている。

特開平９−１４４８２５号公報 特開２００４−３４７０７１号公報

ところで、以上のような油圧式押圧装置の従来構造では、高圧の油圧を作り出す油圧ポンプや制御機構が必要になるため、複雑で大型になり、排気量の小さい小型の四輪車や二輪車への適用は難しいという問題があった。
そこで、上述の特許文献１および特許文献２に示すような遠心力をディスク推力に変換する押圧装置を油圧式押圧装置と組み合わせ、必要な押圧力の一部を遠心力を用いた押圧装置に負担させることで、油圧式押圧装置で必要とされる圧力を低減して小型化し、排気量の小さい二輪車や小型の乗用車に適用することが考えられるが、上述のように皿バネがそれ以上圧縮できなくなった後にディスク推力を増加させることが困難なので、例えば、高トルク高回転時に必要な押圧力を遠心力を用いた押圧装置に負担させることができず、必ずしも油圧式押圧装置の小型化を図ることができない。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、高トルク入力時に低い油圧で押し付け力を付与することができることにより、小型の四輪車や二輪車などにも適用できるよう従来よりも小型化することが可能である油圧式押圧装置を有す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的に且つ回転自在に支持された少なくとも一対の入力側ディスクおよび出力側ディスクと、一対の前記ディスク間に挟持されるとともに入力側ディスクから出力側ディスクに回転速度比を変更可能に回転力を伝達する複数のパワーローラと、一対以上の前記ディスクが当該ディスクの回転中心軸方向に並んだ状態で、前記ディスクと前記パワーローラとの間に押圧力を付与するように前記ディスクのうちの少なくとも１つのディスクを前記回転中心軸方向に沿って前記パワーローラに向けて押圧する押圧装置とを備えたトロイダル型無段変速機において、
前記押圧装置には、前記一対以上のディスクの少なくとも１つのディスクの外側面に対向して設けられ、当該ディスクの外側面との間に、油圧により当該ディスクを前記パワーローラ側に押圧する油圧室を形成し、当該ディスクと一体に回転する油圧シリンダと、
前記油圧室内で、前記油圧シリンダと当該油圧シリンダに対向する前記ディスクとの間に配置され、当該油圧シリンダおよび当該ディスクとともに回転することによって生じる遠心力により回転中心側から半径方向外側へ移動可能な遠心移動部材とが設けられ、
前記油圧室内には、前記遠心移動部材に作用する遠心力を、前記油圧シリンダに対向する前記ディスクをパワーローラ側に押圧する押圧力に変換するために前記半径方向外側に移動する前記遠心移動部材に接触し、かつ、前記回転中心軸方向に対して斜めとなる斜面が形成され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、油圧式の押圧装置を備えるとともに、その油圧室内には、回転によって生じる遠心力をディスク推力に変換する押圧装置が形成されているので、ディスクと油圧シリンダが高速で回転することにより遠心移動部材に遠心力が発生し、半径方向外側に移動していくと、前記斜面に接触し、当該斜面により遠心移動部材の前記半径方向外側に作用する遠心力が前記回転中心軸方向に変換され遠心移動部材はディスクを軸方向に直接または間接的に押すようになる。つまり、油圧力とは別に並列で、油圧室内の形状を利用して遠心力を推力に変換しディスクに対して加えることから、回転速度が大きくなるほど押し付け力を大きくすることができる。
すなわち、従来のように皿バネが圧縮できなくなった後の遠心力によるディスク推力の増加が行なえない状態となることがなく、高トルク入力時も遠心力によりディスク推力の増加が行なわれる。
したがって、高トルク高回転時に、油圧ポンプのみで押し付け力を得る場合に比べて、遠心移動部材の推力が加わる分油圧を下げることができるので、小型の油圧ポンプを採用することができ、従来よりも小型化することが可能である。
また、一般的に小型乗用車や二輪車においては、高速回転型エンジンが用いられ、高いトルクを必要とする際にエンジンを高回転させるようになっているので、高トルク時に高回転となる。したがって、高トルク入力時の遠心力によるディスク推力が必然的に高くなる構成とすることが可能となり、油圧式押圧装置（油圧ポンプ等の油圧供給機構を含む）の小型化と合わせて、小型乗用車や二輪車に好適に用いられるトロイダル型無段変速機の押圧装置とすることができる。

ここで、遠心移動部材はディスクを直接押してもよいし、遠心移動部材とディスクとの間に１つあるいは複数の中間部材が設けられ、この中間部材を介して間接的に押してもよい。油圧室内の傾斜面を構成するものとしては、例えば油圧シリンダが半径方向外側に行くにしたがってディスクに向かって傾斜している形状であってもよいし、ディスクの背面を半径方向外側にいくほど張り出す形状にしてもよい。中間部材を設ける場合には、この中間部材自体を油圧シリンダ側に傾斜する形状に形成してもよい。
また、遠心移動部材としては、例えば、鋼製の球や円柱状のころなどが挙げられる。

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、前記油圧室内には、前記遠心移動部材と、外側面が前記油圧シリンダに対向する前記ディスクとの間に、当該ディスクと一体に回転するとともに当該ディスクの回転中心軸方向に沿って移動可能な中間ピストンが設けられ、
前記遠心移動部材は、当該遠心移動部材に作用する遠心力に基いて前記中間ピストンを介して前記油圧シリンダに対向する前記ディスクをパワーローラ側に押圧し、
当該ディスクの外側面と前記中間ピストンとの間に、当該ディスクをパワーローラ側へ押圧するバネ部材が設けられてい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、油圧室内の遠心移動部材とディスクの間には、入力軸に対して軸方向に移動可能な中間ピストンが設けられ、ディスクの外側面（背面）と中間ピストンとの間に、ディスクを軸方向へ押圧するバネ部材が設けられているので、遠心移動部材に遠心力が作用し半径方向外側に移動すると、中間ピストンを押し、これにより中間ピストンが皿バネを押すことで皿バネの弾性力が増し、入力側ディスクに加えられる押し付け力が増大する。また、皿バネがそれ以上圧縮されない状態となった後も、遠心移動部材の遠心力の増加に伴ない遠心力に基く押圧力（ディスク推力）が増加する。

なお、皿バネは、従来と同様に、例えば、前記ディスクが停止しているような場合に油圧を作用させなくても、１対のディスク間にパワーローラをがたつくことなく挟持した状態に保持するものであるが、前記ディスクの回転時には、油圧によるディスク推力と、遠心力から変換されたディスク推力とにより１対のディスクとパワーローラ間に十分な押圧力を付与可能であるので、皿バネによる押圧力は小さなものでよい。
また、遠心移動部材によって中間ピストンが押されるとき、皿バネが所定分だけ圧縮された後に中間ピストンが直接入力側ディスクを押すように構成されていてもよい。

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２に記載された発明において、前記中間ピストンおよび前記油圧シリンダのうちの少なくとも一方には、当該中間ピストンおよび当該油圧シリンダのうちの少なくとも一方の回転中心側から半径方向外側に向かって、前記遠心移動部材の移動をガイドするための移動ガイドが設けられてい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、中間ピストンもしくは油圧シリンダには、回転中心側から半径方向外側に向かって、遠心移動部材の移動をガイドするための移動ガイドが設けられているので、遠心移動部材が油圧室内で暴れまわることなく、半径方向にのみ移動することができる。

本発明によれば、油圧式の押圧装置を備え、その油圧室内には、回転によって生じる遠心力により移動することによりディスクをパワーローラ側に押圧する遠心移動部材が設けられているので、入力軸が高速で回転することにより、遠心移動部材に遠心力が発生し半径方向外側に移動していくと、やがて、さらに移動するために遠心移動部材は、入力側ディスクを軸方向に直接または間接的に押す。つまり、油圧力と並列に、遠心力を推力に変換しディスクに対して加えることができることから、回転速度が大きくなるほど押し付け力を大きくすることができる。
また、油圧ポンプのみで押し付け力を得る場合に比べて、遠心移動部材の推力が加わる分、油圧を下げることができるので、小型の油圧ポンプを採用して従来よりも小型化することが可能であり、小型の四輪車や二輪車などにも適用できる。

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、油圧ローディング機構の構造形態にあり、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ないし図４と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１に示すように、入力軸１の入力側に位置する入力側ディスク２の背面には、入力側ディスク２を軸方向へ押圧する油圧式の押圧装置３００が設けられている。
この押圧装置３００は、入力軸１の基端部１ｅに設けられた油圧シリンダ３１０と、回転中心側から半径方向外側へ移動する複数の球３４０と、複数の球３４０と入力側ディスク２との間に設けられている中間ピストン３３０と皿バネ３５０とを備えている。
油圧シリンダ３１０は、概略有底円筒状に形成され、入力軸１と一体に回転するように、その底部３１３が入力軸１の外側に嵌合されて固定されており、入力軸１の軸方向（ディスク２，３の回転中心軸方向）に移動できないようになっている。また、油圧シリンダ３１０の筒部分にあたる外壁部３１１の内周面に、入力側ディスク２の径方向外端（外周面）が入力軸１の軸方向に移動可能に嵌合されている。油圧シリンダ３１０は、入力側ディスク２の背面２ｄと対向し、これにより油圧シリンダ３１０および入力側ディスク２の背面２ｄとに囲まれて油圧室３２０が形成されている。油圧室３２０は、入力側ディスク２の径方向外端にはめ込まれているシール部材４０１と、中間ピストン３３０にはめ込まれているシール部材４００によって流体密に保たれている。
油圧シリンダ３１０の底部３１３には、屈曲部３１４を境にして、半径方向外側に行くにしたがって入力側ディスク２方向に傾斜している傾斜部３１５（傾斜面）が連続して形成されている。この傾斜部３１５の形状により、油圧室３２０は半径方向外側に行くにしたがって狭くなっている。
また、油圧シリンダ３１０は、入力軸１に対して当該入力軸方向に沿った移動を完全に規制された状態で入力軸１と一体的に回転可能に固定され、さらに、入力軸１の径が広くなった基端部１ｅの前側の段差により入力軸１に対して基端側への移動が強固に規制されている。

前記中間ピストン３３０は、入力側ディスク２の背面２ｄの隣に設けられ、入力軸１に対して垂直な面を有する円板状の円板部３３１と、その中央に形成された円筒部３３２とから構成されている。この中間ピストン３３０は、入力軸１と一体に回転するように、かつ、軸方向に移動（摺動）自在に、円筒部３３２の内周面が入力軸１の外周面に嵌合されている。但し、入力軸１の油圧シリンダ３１０と中間ピストン３３０との間は、それよりパワーローラ１１側の部分に対して径が大きくされることにより、段差１ｊが形成され、中間ピストン３３０の円筒部３３２が段差１ｊより後方（入力軸１の基端側）へ移動するのが規制されている。
なお、入力側ディスク２の入力軸１側の内周面２ｆは、円筒部３３２の外周面に摺動自在に嵌合されている。また、入力側ディスク２は、上述のようにボールスプライン６により入力軸１と一体に回転可能で、かつ、入力軸方向に移動自在となっているが、中間ピストン３３０が段差１ｊに当接した状態で、入力側ディスク２の外側面（背面）の後方に突出する後述の内側周縁部２ｅが中間ピストン３３０に当接することで、入力軸１の基端側への入力側ディスク２の移動が規制される。
円板部３３１は、対向する油圧シリンダ３１０の底部３１３を超えて傾斜部３１５に向かい合う高さに形成されている。したがって、油圧シリンダ３１０と中間ピストン３３０との間隔は、半径方向外側にいくほど狭まり、傾斜部３１５と円板部３３１の外端３３６との間隔は、球３４０の半径方向外側への移動が妨げられるほど、狭くなっている。

また、入力側ディスク２の背面２ｄの回転中心寄りの内側周縁部２ｅは、中間ピストン３３０に向かって張り出している。このトロイダル無段変速機の動作前の初期状態において、内側周縁部２ｅに対して、中間ピストン３３０の円板部３３１は所定長さ離れた位置にある。そして動作時に、中間ピストン３３０の背面３３３が球３４０によって押されると、円板部３３１が入力側ディスク２の内側周縁部２ｅに当接し、入力側ディスク２を軸方向（図１の右方向）に押すようになっている。
なお、図１は、中間ピストン３３０の円板部３３１が入力側ディスク２の内側周縁部２ｅに当接した状態を示している。円板部３３１と内側周縁部２ｅとが当接したとき、内側周縁部２ｅが張り出している分に対応して、円板部３３１と背面２ｄとの間には隙間Ａが形成される。なお、隙間Ａの入力軸方向に沿った長さは、後述の皿バネ３５０が潰れきった状態の入力軸方向に沿った長さより長くされ、かつ、皿バネ３５０が延びきった長さより短くされている。
円板部３３１の背面３３３の球３４０と接触する部分には、回転中心側から半径方向外側に向かって長い溝からなるガイドスリット（移動ガイド）３３４が設けられている。ガイドスリット３３４は、球３４０の個数と配設位置に合わせて円板部３３１に放射状に複数個形成されている。これらガイドスリット３３４により、各球３４０は、半径方向のみに移動がガイドされるようになっている。

この中間ピストン３３０の外端３３６には、円周方向に沿って断面Ｌ字状に段差３３５が形成され、この段差３３５と入力側ディスク２の背面２ｄとの間に皿バネ（バネ部材）３５０が設けられている。この皿バネ３５０は、平面から見た形状が円環状をなし、中間ピストン３３０の段差３３５の外周に嵌められ、その外周縁が入力側ディスク２の背面２ｄに当接している。この皿バネ３５０により入力側ディスク２に対して予圧が付与されている。
また、前述したように中間ピストン３３０と入力側ディスク２との間には、両者が当接した状態で所定の隙間Ａが形成される。この隙間Ａが形成されていることにより、ここに介装されている皿バネ３５０がつぶれることはない。

油圧室３２０内において、油圧シリンダ３１０の底部３１３と、中間ピストン３３０の背面３３３と、それらの間の入力軸１の外周面とによって画成された空間には、前述の鋼製の球（遠心移動部材）３４０が入力軸１の周方向に沿って複数個配置されている。球３４０の直径は、油圧シリンダ３１０の底部３１３と中間ピストン３３０の背面３３３との間隔よりもわずかに大きく、その周面の一部が前記背面３３３のガイドスリット３３４に入り込んでいる。なお、中間ピストン３３０の油圧シリンダ３１０方向への移動は、入力軸の段差１ｊにより規制されているので、油圧シリンダ３１０の底部３１３と中間ピストン３３０の背面３３３との間隔は、中間ピストン３３０が段差１ｊに接触した状態より狭くなることがなく、前記間隔が最も狭い状態で、球３４０の一部がガイドスリット３３４に入り込んだ状態となるが、この状態でも、油圧シリンダ３１０の底部３１３と中間ピストン３３０のガイドスリット３３４部分との間に、球３４０のガイドスリット３３４に沿った方向への移動を容易に可能とする程度の長さが確保されている。
入力軸１が高速で回転すると、球３４０には遠心力が発生し、回転中心側から、油圧シリンダ３１０と中間ピストン３３０に沿って、半径方向外側に向かって移動するようになっている（図１の上方向）。球３４０が油圧シリンダ３１０の傾斜部３１５に接するようになると、傾斜部３１５と中間ピストン３３０との間隔は球３４０の移動を妨げるほど狭くなっているので、球３４０はさらに移動するため中間ピストン３３０の背面３３３を押すことになる。なお、油圧シリンダ３１０は、上述のように入力軸１の軸方向に沿った移動が規制されており、中間ピストン３３０がパワーローラ１１側に押されることなる。

油圧室３２０に油を供給するため、入力軸１にはその軸方向に沿って油穴１ｈが形成されており、この油穴１ｈは径方向に延びる油通路１ｉに連通している。この油通路１ｉは、油圧室３２０内に通じている。
加えて、図示上は略しているが、このトロイダル無段変速機には、油穴１ｈを介して油圧室３２０に油を供給するために、油圧ポンプおよび制御弁が設けられている。油圧室３２０の油圧は、入力軸１（ディスク２，３）の回転トルク、変速比および回転速度などに応じて、所定の値になるように制御弁を介して制御されるようになっている。

押圧装置３００において、動作前、予圧として、皿バネ３５０の弾性力が入力側ディスク２に付与されている。トロイダル無段変速機が動作すると、制御された油圧により入力側ディスク２が入力軸方向に沿ってパワーローラ１１側に押圧されるとともに、入力軸１の回転速度の上昇に伴い、球３４０は遠心力で油圧シリンダ３１０内を半径方向外側に移動する。油圧シリンダ３１０と中間ピストン３３０の間隔が半径方向外側に行くほど狭く、傾斜部３１５（斜面）付近で球３４０の半径方向外側への移動が妨げられるほど狭くなっているので、それ以上移動するために球３４０は中間ピストン３３０の背面３３３を押す。押された中間ピストン３３０は軸方向において入力側ディスク２側に摺動する。これにより、皿バネ３５０が押されて弾性力が増し、入力側ディスク２をより強く押す。また、皿バネ３５０が圧縮した状態に変形すると円板部３３１も入力側ディスク２の内側周縁部２ｅに当接しこれを押す。そして、回転速度が大きくなるほど、球３４０に生じる遠心力は大きくなり、球３４０が中間ピストン３３０を介して入力側ディスク２を押す推力も増大する。この際には、油圧と球３４０による推力が並列に入力側ディスク２に作用している。

さらに、前記油圧ポンプと制御弁を制御することにより、必要に応じて、油圧の大きさも変える。
また、高速回転状態から急激に回転数が低下した場合には、球３４０に作用する遠心力は急激に減少するが、回転数に対応して油圧を下げるために前記制御弁を介して油圧室３２０から油が排出される。このときの排出抵抗があることから球３４０が中間ピストン３３０と油圧シリンダ３１０の傾斜部３１５との間に挟みこまれて動けなくなるといったことは起こらず、元の位置（図１の状態）に戻るようになっている。

以上のように、本実施の形態においては、油圧シリンダ３１０と中間ピストン３３０との間に球３４０が配置され、油圧シリンダ３１０が傾斜部３１５を有し、油圧シリンダ３１０と中間ピストン３３０との間隔が回転中心から半径方向外側に行くにしたがって狭くなっているので、球３４０は遠心力によって外側に移動するために中間ピストン３３０を押し、その結果、皿バネ３５０の入力側ディスク２に対する弾性力が大きくなるとともに、中間ピストン３３０も入力側ディスク２を押す。つまり、油圧シリンダ３１０内に、油圧力とは別で並列に遠心力を推力に変換する機構が設けられていることから、回転速度が大きくなるほど、押圧装置３００としての押し付け力を大きくすることができる。この機構であれば、中間ピストン３３０が入力側ディスク２に突き当たった後（皿バネ３５０がそれ以上圧縮できない状態となって）も、さらに押し付け力を増大させることができる。
これにより、油圧ポンプのみで押し付け力を得る場合に比べて、球３４０の推力が加わる分、油圧を下げることができ、小型の油圧ポンプを採用することができ、従来よりも小型化することが可能であり、小型の四輪車や二輪車などにも適用できる。
さらに、大きな油圧が得られる油圧ポンプはロスも大きく、変速機全体としても効率が低下するが、本実施の形態では小型の油圧ポンプで済むことから、ポンプのロスの低減だけではなく変速機そのものの効率を上げることができる。

加えて、排気量の小さい小型の四輪車や二輪車は、エンジンの発生トルクが小さくローディングカム式の押圧装置（図２）を採用しても高い押圧力を発生させにくいが、高い押圧力を必要とするような場合とは、すなわち、小型の高速回転型エンジンにおいて、エンジンを高速回転で用いるときであり、本実施の形態であれば、高トルク入力時に高速回転に対応した押し付け力が得られるため、この点からも小型車や二輪車に有用である。
低トルク高速回転時にも、遠心力により十分な押し付け力が得られ、パワーローラ１１のスラスト玉軸受２４のジャイロモーメントに起因するスピンを防止できる。なお、球３４０の大きさなどを最適化することにより、油圧にほとんど頼ることなく球３４０の遠心力を利用した推力だけで、低トルク高速回転時などに十分な押し付け力を得ることも可能である。
さらに、中間ピストン３３０にガイドスリット３３４が半径方向に設けられているので、球３４０が油圧室３２０内で暴れまわることなく、半径方向のみに移動することができる。
また、動作時には、中間ピストン３３０によって皿バネ３５０が押され押圧力が増大するので、初期の皿バネ３５０の弾性力は、各部材のがたつきを防止する程度で済む。したがって、過剰な予圧によって生じる伝達効率の低下を防ぐことができる。また、過剰な予圧に対応するために各部材を大型化する必要もなく、その分小型化を図ることができる。
加えて、中間ピストン３３０と入力側ディスク２との間には隙間Ａが設けられているので、皿バネ３５０がつぶれてしまうことを防ぎ、皿バネ３５０の寿命が長くなる。

なお、上記実施形態では、中間ピストン３３０にガイドスリット３３４を設けたが、油圧シリンダ３１０に設けてもよいし、あるいは中間ピストン３３０および油圧シリンダ３１０の双方に設けてもよい。
また、遠心移動部材としては、球３４０の代わりに円柱形状のころであってもよい。この場合に油圧シリンダ３１および中間ピストン３３０の円柱が配置される部分の円柱の長さの範囲部分が円柱が線接触可能な形状となっている必要がある。
また、例えばシングルキャビティ側のトロイダル型無段変速機等などにおいて、入力側ディスクの外側面側ではなく、出力側ディスクの外側面側に押圧装置３００を配置するもものとしてもよいし、両端にそれぞれ入力側ディスクが配置されるダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機において、両方の入力側ディスクにそれぞれ押圧装置を配置してもよい。

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も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に設けられる押圧装置の断面図である。 従来のトロイダル型無段変速機における要部断面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 従来のトロイダル型無段変速機に設けられる油圧式の押圧装置の断面図である。

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
３００ 押圧装置
３１０ 油圧シリンダ
３１５ 傾斜部
３２０ 油圧室
３３０ 中間ピストン
３４０ 球
３５０ 皿バネ

Claims (3)

1. 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少なくとも一対の入力側ディスクおよび出力側ディスクと、一対の前記ディスク間に挟持されるとともに入力側ディスクから出力側ディスクに回転速度比を変更可能に回転力を伝達する複数のパワーローラと、一対以上の前記ディスクが当該ディスクの回転中心軸方向に並んだ状態で、前記ディスクと前記パワーローラとの間に押圧力を付与するように前記ディスクのうちの少なくとも１つのディスクを前記回転中心軸方向に沿って前記パワーローラに向けて押圧する押圧装置とを備えたトロイダル型無段変速機において、
   前記押圧装置には、前記一対以上のディスクの少なくとも１つのディスクの外側面に対向して設けられ、当該ディスクの外側面との間に、油圧により当該ディスクを前記パワーローラ側に押圧する油圧室を形成し、当該ディスクと一体に回転する油圧シリンダと、
   前記油圧室内で、前記油圧シリンダと当該油圧シリンダに対向する前記ディスクとの間に配置され、当該油圧シリンダおよび当該ディスクとともに回転することによって生じる遠心力により回転中心側から半径方向外側へ移動可能な遠心移動部材とが設けられ、
   前記油圧室内には、前記遠心移動部材に作用する遠心力を、前記油圧シリンダに対向する前記ディスクをパワーローラ側に押圧する押圧力に変換するために前記半径方向外側に移動する前記遠心移動部材に接触し、かつ、前記回転中心軸方向に対して斜めとなる斜面が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. 前記油圧室内には、前記遠心移動部材と、外側面が前記油圧シリンダに対向する前記ディスクとの間に、当該ディスクと一体に回転するとともに当該ディスクの回転中心軸方向に沿って移動可能な中間ピストンが設けられ、
   前記遠心移動部材は、当該遠心移動部材に作用する遠心力に基いて前記中間ピストンを介して前記油圧シリンダに対向する前記ディスクをパワーローラ側に押圧し、
   当該ディスクの外側面と前記中間ピストンとの間に、当該ディスクをパワーローラ側へ押圧するバネ部材が設けら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。
3. 前記中間ピストンおよび前記油圧シリンダのうちの少なくとも一方には、当該中間ピストンおよび当該油圧シリンダのうちの少なくとも一方の回転中心側から半径方向外側に向かって、前記遠心移動部材の移動をガイドするための移動ガイドが設けられていることを特徴とする請求項２に記載のトロイダル型無段変速機。

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