JP2011075001A

JP2011075001A - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP2011075001A
Application number: JP2009226235A
Authority: JP
Inventors: Yuji Shimomura; 祐二下村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP5534307B2

Abstract

【課題】押圧装置の押付力の低下を補完するために押圧装置で過押付をしなくとも運転が可能なトロイダル型無段変速機を提供する。
【解決手段】それぞれの内周面同士を互いに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、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、前記入力側ディスクを前記出力側ディスクに向けて押圧する押圧装置を備え、前記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との間の界面であるトラクション面に形成される潤滑油膜を介したトラクション力により、動力が伝達されるトロイダル型無段変速機において、前記トラクション面の油膜温度が、押圧装置側＞反押圧装置側である。
【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ものである。

自動車用変速機として、図４および図５に示すようなトロイダル型無段変速機を使用することが実施されている。
図４に示すように、ケーシング１０１の内側には、入力軸１が回転自在に支持されている。入力軸１の外周には、円管状の伝達軸１０３が支持されている。この場合、伝達軸１０３は、入力軸１と同心的に配設されており、入力軸１に対して回転できる。伝達軸１０３の両端寄り部分には、第１および第２の入力側ディスク２、２がそれぞれ、ボールスプライン９６を介して支持されている。この場合、第１および第２の入力側ディスク２、２は、その内側面２ａ、２ａ同士を互いに対向させた状態で同心的に配置されるとともに、ケーシング１０１の内側で互いに同期して回転できる。

伝達軸１０３の中間部の周囲には、第１および第２の出力側ディスク４、４がスリーブ１０９を介して支持されている。スリーブ１０９の中間部の外周面には、出力歯車１１０が一体に設けられている。この出力歯車１１０は、伝達軸１０３と同心的に配置されるとともに、伝達軸１０３の外径よりも大きな内径を有している。また、出力歯車１１０は、一対の転がり軸受１１２を介して、ケーシング１０１内に設けられた支持壁１１１に回転自在に支持されている。

第１および第２の出力側ディスク４、４は、スリーブ１０９の両端部にスプライン係合されている。この場合、出力側ディスク４、４は、それぞれの内側面４ａ、４ａを互いに反対方向に向けた状態で配置されている。したがって、入力側ディスク２と出力側ディスク４は、その内側面２ａ、４ａ同士が互いに対向している。

図５に示すように、ケーシング１０１の内側であって、出力側ディスク４、４の側方位置には、両ディスク４、４を両側から挟む状態で一対のヨーク１１３ａ、１１３ｂが支持されている。これら一対のヨーク１１３ａ、１１３ｂ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６の両端部に設けられた枢軸５を揺動自在に支持するため、ヨーク１１３ａ、１１３ｂの四隅には、円形の支持孔１１８が設けられるとともに、ヨーク１１３ａ、１１３ｂの幅方向の中央部には、円形の係止孔１１９が設けられている。

一対のヨーク１１３ａ、１１３ｂは、ケーシング１０１の内面の互いに対向する部分に形成された支持ポスト２０ａ、２０ｂ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２０ａ、２０ｂ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４の内側面４ａとの間にある第１キャビティ２１および第２キャビティ２２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１１３ａ、１１３ｂは、各支持ポスト２０ａ、２０ｂに支持された状態で、その一端部が第１キャビティ２１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２２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２１、２２は同一構造であるため、以下、第１キャビティ２１のみについて説明する。第１キャビティ２１には、一対のトラニオン６が設けられている。トラニオン６の両端部には同心的に入力軸１に対し捻れの位置にある枢軸５が設けられており、これらの枢軸５は一対のヨーク１１３ａ、１１３ｂの一端部に揺動且つ軸方向に変位自在に支持されている。すなわち、枢軸５は、ヨーク１１３ａ、１１３ｂの一端部に形成された支持孔１１８の内側に、ラジアルニードル軸受２６によって支持されている。ラジアルニードル軸受２６は、その外周面が球状凸面で且つその内周面が円筒面である外輪２７と、複数本のニードル２８とから構成されている。

トラニオン６の中間部にはそれぞれ、円孔３０が設けられている。また、各円孔３０には変位軸３１が支持されている。変位軸３１はそれぞれ、互いに平行で且つ偏心した支持軸部３３と枢支軸部３４とを有している。このうち、支持軸部３３は、円孔３０の内側に、ラジアルニードル軸受３５を介して支持されている。また、枢支軸部３４の周囲には、別のラジアルニードル軸受３８を介して、パワーローラ１１が支持され、入力側および出力側の両ディスク２、４の間に挟持（転接）されている。

入力側および出力側の両ディスク２、４の互いに対向する内側面２ａ、４ａの断面はそれぞれ、枢軸５を中心とする円弧或いはこのような円弧に近い曲線を回転させて得られる凹面を成している。そして、球状の凸面に形成された各パワーローラ１１、１１の周面１１ａ、１１ａが各内側面２ａ、４ａに当接されている。

なお、第１および第２キャビティ２１、２２毎に一対ずつ設けられた変位軸３１は、第１および第２キャビティ２１、２２毎に、入力軸１および伝達軸１０３に対して１８０度反対側に位置して設けられている。また、変位軸３１の各枢支軸部３４が各支持軸部３３に対して偏心している方向は、入力ディスク２、２と出力ディスク４、４の回転方向に関して同方向となっている。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、パワーローラ１１は、入力軸１および伝達軸１０３の長手方向に沿って僅かに変位できるように支持されている。

その結果、トロイダル型無段変速機により伝達されるトルクの変動に基づく構成部材の弾性変形量の変動等に起因して、パワーローラ１１が入力軸１および伝達軸１０３の軸方向に変位する傾向となった場合でも、構成部材に無理な力が加わることがなく、その変位を吸収することができる。

また、パワーローラ１１の外周面とトラニオン６の中間部内周面との間には、パワーローラ１１の外側面から順に、スラスト玉軸受３９と、滑り軸受あるいはニードル軸受等のスラスト軸受４０とが設けられている。このうち、スラスト玉軸受３９は、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、これらパワーローラ１１の回転を許容する。
また、スラスト軸受４０は、パワーローラ１１からスラスト玉軸受３９の外輪４１に加わるスラスト荷重を支承しつつ、枢支軸部３４および外輪４１が支持軸部３３を中心に揺動することを許容する。

トラニオン６の一端部にはそれぞれ、駆動ロッド４２が結合されている。また、これらの駆動ロッド４２の中間部外周面には、駆動ピストン４３が固着されている。この駆動ピストン４３は、駆動シリンダ４４内に油密に嵌装されている。そして、駆動ピストン４３がトラニオン５を軸方向に変位させるためのアクチュエータを構成している。
なお、ポスト２０ａには、トラニオン６の傾転量を規制する傾転ストッパ１５０が設けられている。

図４に示すように、入力軸１と一方の入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置４５が設けられている。この押圧装置４５は、カム板４６と複数のローラ４８とを備えており、入力軸１の回転に基づいて一方の入力側ディスク２を他方の入力側ディスク２に向け押圧しつつ回転させる。この場合、カム板４６は、入力軸１の中間部にスプライン係合されるとともに、軸方向に亘る変位を阻止された状態で支持されており、入力軸１と共に回転する。また、複数のローラ４８は、保持器４７に転動自在に保持されている。

このように構成されたトロイダル型無段変速機の運転時、入力軸１の回転は、押圧装置４５を介して、一方の入力側ディスク２に伝えられ、この入力側ディスク２と他方の入力側ディスク２とが互いに同期して回転する。入力側ディスク２、２の回転は、パワーローラ１１を介して、出力側ディスク４、４に伝えられる。出力側ディスク４、４の回転は、出力歯車１１０により取り出される。

入力軸１と出力歯車１１０との間の回転速度比を変える場合には、制御弁（図示しない）の切換えに基づいて、第１および第２のキャビティ２１、２２に対応してそれぞれ一対ずつ設けられた駆動ピストン４３を、各キャビティ２１、２２毎に互いに逆方向に同じ距離だけ変位させる。これらの駆動ピストン４３の変位に伴って、一対ずつ合計４個のトラニオン６がそれぞれ逆方向に変位し、一方のパワーローラ１１が下側に、他方のパワーローラ１１が上側にそれぞれ変位する。

その結果、各パワーローラ１１の周面と、入力側ディスク２、２の内側面２ａ、２ａ、出力側ディスク４、４の内側面４ａ、４ａ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、その力の向きの変化に伴って、トラニオン６がヨーク１１３ａ、１１３ｂに枢支された枢軸５を中心として逆方向に揺動する。この結果、パワーローラ１１の周面と、入力側ディスク２、２、出力側ディスク４、４との当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車１１０との間の回転速度比が変化する。

ところで、このようなトロイダル型無段変速機において、パワーローラ１１と入出力側ディスク２、４との動力伝達は、これらの部材表面の損傷を防止するべく、油膜を介したトラクション力により非接触行われる（以下、油膜によって形成されるパワーローラ１１と入出力側ディスク２、４との間の界面をトラクション面と称する。）。そのため、パワーローラ１１と入出力側ディスク２、４との間に形成されるトラクション面には、トルクを非接触で伝達するための油膜を形成できる十分な量の潤滑油（トラクション油）を供給する必要がある。

トロイダル型無段変速機の潤滑構造としては、特許文献１（特開２００５−１６３８５４号公報）や特許文献２（特開２００８−０３２０８４号公報）に記載のトロイダル型無段変速機がある。

特許文献１（特開２００５−１６３８５４号公報）に記載のトロイダル型無段変速機は、トロイダル型無段変速機のケーシングの内面に固定した、トラニオン支持用のヨークの中間部を、揺動並びに枢軸の軸方向に亙る変位自在に支持する支持ポストの先端部に設けた潤滑ポストから、入力側ディスクおよび出力側ディスクのトラクション面の略全面に対して潤滑油を供給するというものである。

特許文献２（特開２００８−０３２０８４号公報）に記載のトロイダル型無段変速機は、出力側ディスクの両側に設けられて出力側ディスクを位置決め支持する位置決め部材と出力側ディスクとの間に介挿されて出力側ディスクを支持する支持プレートを備え、支持プレートに設けられた油路により、入力軸を通じて供給される潤滑油を出力側ディスクのトラクション面へと導くというものである。

また、トロイダル型無段変速機では、トラクション力Ｆtと押付力Ｆｃとの関係はＦt＝μ・Ｆｃと表される。ここでμはトラクション係数であり、押付力が一定であれば、トラクション力が高いほど、伝えられるトラクション力は大きくなる。そして、効率良く動力を伝達するためには、押付力Ｆｃはできるだけ小さくして、μを大きく設定する必要がある。また、Ｆｃが大きくなるとトラクション接触部のスピン損失の増大および押付力のパワーローラ軸方向分力を支持する軸受の負荷荷重が大きくなるため、動力損失が発生する。

ところで、トラクション係数は、最大トラクション係数と呼ばれる限界値を有しており、その最大トラクション係数は油の温度が高くなるに従い低下する。一方、油の温度を下げるため、ラジエータの容量を大きくすること、あるいは、ポンプを大きくし、冷却流量を多くすることが考えられるが、この場合、油圧系の損失が大きくなるために、結果として、機器の動力伝達効率は低下してしまう。
したがって、動力伝達効率を高めるには、少ない流量で効率良く冷却することが必要となり、トロイダル型無段変速機の冷却方法としては、特許文献３（特開２００７−１５４９５２号公報）に記載されているトロイダル型無段変速機がある。

特許文献３（特開２００７−１５４９５２号公報）に記載のトロイダル型無段変速機は、トラニオンに、トラニオン内に潤滑油を供給する第１の油路と、トラニオンに形成されて、第１の油路内の潤滑油を、入力側ディスクおよび出力側ディスクとパワーローラとの間に形成されるトラクション面に対して供給する第２の油路と、トラニオンおよび変位軸に形成されて、第１の油路内の潤滑油を、パワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承する軸受に対して供給する第３の油路を備え、第２の油路に設けた吐出口から、入力側ディスクおよび出力側ディスクと接するパワーローラの接触点の周方向の延長線上に向かって潤滑油を吐出するというものである。

特開２００５−１６３８５４号公報特開２００８−０３２０８４号公報特開２００７−１５４９５２号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３では、潤滑（冷却）手段について様々提案されているが、潤滑（冷却）油量については、言及されていない。

また、押付力発生装置（油圧ピストンや機械式カム機構など）により発生した軸力は、押付力発生装置側のディスクを通り、パワーローラに入力され、反対側のディスクへと伝わる。このとき図６に示すように、パワーローラの軸方向の分力に伴う摩擦力が発生して、押付力は下記の式（数１）で表されるように、反押付力発生装置側の押付力Ｆｃｏは押付力発生装置側の押付力Ｆｃｉよりも小さくなる。

そして、入出力ディスクそれぞれのトラクション係数が同じ値であれば、押付力が減少する反押付力発生装置側で必要な押付力を確保すると、反対側の押付力発生装置側では押付力が過剰になってしまい、このような過押付の状態では動力伝達効率の低下招いてしまう。
本発明は、トロイダル型無段変速機の動力伝達性能を高めるために潤滑油分配量等を調整することによりトラクション面の潤滑油膜温度を変え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、それぞれの内周面同士を互いに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、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、前記入力側ディスクを前記出力側ディスクに向けて押圧する押圧装置を備え、前記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との間の界面であるトラクション面に形成される潤滑油膜を介したトラクション力により、動力が伝達されるトロイダル型無段変速機において、前記トラクション面の油膜温度が、押圧装置側＞反押圧装置側であ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、請求項１に記載の発明において、トラクション面の潤滑手段が、トラクション面の油膜温度を押圧装置側＞反押圧装置側となるように構成されている。

本発明によれば、押付力発生装置側での過押付がなくとも運転できるので、トラクション接触部のスピン損失および押付力のパワーローラ軸方向分力を支持する軸受の負荷荷重を小さくでき、動力損失低減が可能となり、さらに、潤滑供給量に関してもトラクション伝達性能を各部で最大限に発揮できるような分配となるため、効率良くトータルの潤滑流量を削減することができ、油圧系による動力損失低減も可能となる。

本発明の実施例１に係る要部断面図である。本発明の実施例２に係る要部断面図である。本発明の実施例３に係る要部断面図である。従来のトロイダル型無段変速機の一例を示す断面図である。図４におけるＡ−Ａ断面図である。押付力を説明する機構図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態を示している。トロイダル型無段変速機を納めるケーシング１０１（図５参照）の内面には、トラニオン支持用のヨーク１１３ａの中間部を、揺動並びに枢軸５、５の軸方向に亙る変位自在に支持する為の、支持ポスト２０ａを固定している。そして、この支持ポスト２０ａの先端部でヨーク１１３ａの内面中央部に潤滑ポスト２００を、結合ねじ２０２により結合固定している。又、潤滑ポスト２００の先端部には、基端寄り部分に比べて外径が大きくなった、外向フランジ状の抑え鍔部２３６を形成している。

結合ねじ２０２は、支持ポスト２０ａおよび潤滑ポスト２００を貫通した状態で、先端部をケーシング１０１の内面に固定した支持プレート２３７に螺合締結し、頭部２３８を抑え鍔部２３６に当接させている。この状態で支持ポスト２０ａおよび潤滑ポスト２００は、支持プレート２３７と頭部２３８との間で挟持し、支持プレート２３７を介してケーシング１０１の内面に固定している。

抑え鍔部２３６の外周面の円周方向等間隔４個所位置には、それぞれノズル孔２３９の下流端を開口させている。これら４個のノズル孔２３９のうち、２個のノズル孔２３９は、互いに直径方向反対側にそれぞれの下流端を開口させている。そして、これら２個のノズル孔２３９のうち、一方のノズル孔２３９の下流端は、入力側ディスク２の内側面２ａに向けて開口している。これに対して、他方のノズル孔２３９の下流端は、出力側ディスク４の内側面４ａに向けて開口している。また、残る２個のノズル孔２３９の下流端は、各パワーローラ１１の周面１１ａに向けて開口している。

トロイダル型無段変速機の運転時に上述の様な４個のノズル孔２３９には、図示しない送油ポンプにより、ケーシング１０１の内面に形成した潤滑油供給溝、結合ねじ２０２内に設け且つこの結合ねじ２０２の先端面と頭部２３８寄りの外周面とに開口した給油通路２４２、およびノズル孔２３９を通じて、トラクション油を送り込む。この場合、ノズル孔２３９に絞りを設けて、入力側ディスク２および出力側ディスク４のトラクション面に対して潤滑油を供給する。そして、絞りとして、軸方向に貫通孔を設けたねじをノズル孔２３９に螺合する。また、この時、潤滑油の流量を反押付力発生装置側＞押付力発生装置側となるように、入力側ディスクに向いた絞り２４２の貫通孔の大きさを出力側ディスクに向いた絞り２４１の貫通孔の大きさより小さくする。

図２は、本発明の第２の実施の形態を示している。図示のように、本実施の形態では、抑え鍔部２３６の外周面の反押付力発生装置、つまり出力側ディスクとパワーローラの位置には、ノズル孔２３９の下流端を開口させ、抑え鍔部２３６の外周面の押圧力発生装置、つまり入力ディスクの位置には、ノズル孔を開口させない。

また、図３は、第３の実施の形態を示している。抑え鍔部２３６の外周面の円周方向等間隔４個所位置に、それぞれノズル孔２３９の下流端を開口させ、入力側ディスク２に向けて開口させたノズル孔２３９の下流端のみに、円筒状の絞り２４３を設けてもよい。

また、反押付力発生装置側への潤滑供給ラインに設置するラジエータの容量を押付力発生装置側の潤滑供給ラインに設置するラジエータの容量より大きくし、潤滑油温を反押付力発生装置側＜押付力発生装置側としてもよい。

なお、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることは言うまでもなく、トラクション面の油膜温度が、押圧装置側＞反押圧装置側となるような構成、そして潤滑油供給手段を用いることが肝要であり、実施例に挙げた構成に特に限定されるものではない。

本発明は、トロイダル型無段変速機であって、その冷却方法として使用できる。

1 入力軸
2 入力側ディスク
2a 入力側ディスクの内側面
4 出力側ディスク
4a 出力側ディスクの内側面
5 枢軸
6 トラニオン
8 トラニオン
9 枢軸
11 パワーローラ
11a パワーローラの周面
20a 支持ポスト
20b 支持ポスト
21 第１のキャビティ
22 第２のキャビティ
26 ラジアルニードル軸受
27 外輪
28 ニードル
30 円孔
31 変位軸
33 支持軸部
34 枢支軸部
35 ラジアルニードル
38 ラジアルニードル
39 スラスト玉軸受
40 スラスト軸受
41 外輪
42 駆動ロッド
43 駆動ピストン
44 駆動シリンダ
45 押圧装置
46 カム板
47 保持器
48 ローラ
96 ボールスプライン
101 ケーシング
103 伝達軸
109 スリーブ
110 出力歯車
111 支持壁
112 転がり軸受
113a ヨーク
113b ヨーク
118 支持孔
119 係止孔
150 傾転ストッパ
200 潤滑ポスト
202 結合ねじ
236 抑え鍔部
237 支持プレート
238 頭部
239 ノズル孔
241 絞り
242 絞り
243 絞り

Claims

それぞれの内周面同士を互いに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、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、前記入力側ディスクを前記出力側ディスクに向けて押圧する押圧装置を備え、前記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との間の界面であるトラクション面に形成される潤滑油膜を介したトラクション力により、動力が伝達されるトロイダル型無段変速機において、
前記トラクション面の油膜温度が、押圧装置側が反押圧装置側より高いことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
トラクション面の潤滑手段が、トラクション面の油膜温度を押圧装置側が反押圧装置側より高くなるように構成されている請求項１に記載のトロイダル型無段変速機。