JP2012031878A - 無段変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各構成部材の占有スペースが制限され、エンジンや変速機等のレイアウトが制限される自動二輪車或いは各種産業機械等の小型車両に対しても、ダブルキャビティのトロイダル型無段変速機を搭載できる構造を実現すべく発明したものである。
【解決手段】無段変速装置１００において、一方の出力ディスク１０４ａの外側に、ローディングカム式の押圧装置１２を設け、トロイダル型無段変速機１０６が構成されており、他方の出力ディスク１０４ｂの外側に、後段側に配置した二次減速部１０７とのトルク伝達の断接を行なうクラッチ装置１０８を設け、出力軸１０２とスプライン１０５により回転及び軸方向の変位自在に係合している。
【選択図】図１

Description

本発明の無段変速装置は、自動二輪車或いは各種産業機械等の小型車両の運転速度を調節するための変速装置に関する。

例えば自動二輪車用の変速機として、トロイダル型無段変速機を用いることが、特許文献１に記載されている。図２に示すように、動力伝達装置３００において、アイドル軸３１、ドリブンギア３２、ドライブギア３３、オイルシールＯＳ及びトルクダンパＴＤから成るアイドル機構３０が設けられ、アイドル機構３０のドライブギア３３に係合するように、動力入力軸４１の一端に取り付けられた変速系ドリブンギア４２と係合する。動力入力軸４１の中央部にはシングルキャビティトロイダル型無段変速機５００が取り付けられ、動力入力軸４１の他端には固定変速系ドライブギア４３が取り付けられている。

トロイダル型無段変速機５００は、動力伝達軸に配置された入力ディスク５１０と出力ディスク５２０、入力ディスク５１０と出力ディスク５２０との間に挟持された1対のパワーローラ５３０ａ，５３０ｂ、動力入力軸４１が相対回転可能に挿通される中空出力軸５４０及び中空出力軸５４０に取り付けられたトロイダル型無段変速機用ドライブギア５４１から成り、ドリブンギア５３は、ドライブシャフト２６の中央部に設けられた多板クラッチ５２に一体的に取り付けられている。ドライブシャフト２６の一端には、固定変速系ドライブギア４３のトルクをアイドルギア６２を介して伝達する固定変速系ドリブンギア６１が、ドグクラッチ５１を介して設けられており、ドライブシャフト２６の他端には、後輪ドライブスプロケット１５が設けられている。

しかしながら、トロイダル型無段変速機の場合、入出力ディスク５１０，５２０と1対のパワーローラ５３０ａ，５３０ｂとのトラクション面に押付力を付与するための押圧装置が必要であり、また、シングルキャビティのトロイダル型無段変速機では、その軸力を支持するアンギュラ軸受が必要となるが、その軸受部でのトルク損失が大きかった。

そこで、近年の環境問題の関心の高まり等から、２つのキャビティのディスクを向かい合わせた配置とし、軸力を相殺することでアンギュラ軸受を必要としない、ダブルキャビティのトロイダル型無段変速機を自動二輪車に搭載することが検討されている。

ここで、ダブルキャビティのトロイダル型無段変速機について図３と図４に基づき説明する。図３では、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とが設けられている。また、入力軸１の中間部の外周には出力歯車４がアンギュラ玉軸受を介して、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つの部材により成る中間壁１３を介して、ケーシング５０に支持されており、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る。

出力側ディスク３，３は、入力軸１との間に設けられたニードル軸受５，５により、入力軸１の軸心Ｏを中心に回転自在に支持されている。また、図３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により支持され、図３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、入力側ディスク２，２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２ａ，２ａと出力側ディスク３，３の内側面３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１が回転自在に挟持されている。

図３中右側に位置する入力側ディスクの内周面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、入力側ディスク２の背面には、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が突き当てられており、入力側ディスク２の入力軸１に対する軸線Ｏ方向の変位が阻止される。また、カム板７と入力軸１の端部（図３中左側）に形成された鍔部１ｄとの間には、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皿ばね８が設けられている。

図４は、図３におけるＡ−Ａ断面を示すものであり、パワーローラ１１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１０，１０に回転自在に支持されており、各トラニオン１０，１０は、その本体部である支持板部１６の長手方向の両端部に、パワーローラ１１を支持する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が設けら、パワーローラを収容するための凹状のポケット部Ｐが形成されている。また、各折れ曲がり壁部２０，２０の外側面には、各枢軸が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１０，１０を揺動させることで、各トラニオン１０，１０の中央部に支持された変位軸２３の傾斜角度を調節する。また、各トラニオン１０，１０から突出する変位軸２３の先端部２３ｂの周囲には、パワーローラがラジアルニードル軸受を介して、回転自在に支持されている。また、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。

各トラニオン１０，１０の枢軸１４，１４は、出力側ディスク３，３の側方位置に、両ディスク３，３を両側から挟む状態で設けられた一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂの四隅に設けた４つの円形の支持孔１８，１８に対して、ラジアルニードル軸受２９を介して揺動自在および軸方向に変位自在に支持されており、トラニオン１０，１０はその水平方向の移動を規制されている。また、ヨーク２３Ａ，２３Ｂは、鋼等の金属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。

ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図４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、係止孔１９には、その内周面を球状凹面として、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た支持ポスト６４，６８を内嵌しており、ヨーク２３Ａ，２３Ｂが僅かに変位できるように支持されている。すなわち、上側のヨーク２３Ａは、ケーシング５０に固定部材５３を介して支持される球面の支持ポスト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、球面の支持ポスト６８およびこれを支持する駆動シリンダ６３によって揺動自在に支持されている。

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、入力側ディスク２，２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して出力側ディスク３，３に伝えられ、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。駆動ピストン３３，３３の変位に伴って、一対のトラニオン１０，１０が互いに逆方向に変位し、パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと入力側ディスク２，２および出力側ディスク３，３の内周面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。この力の向きの変化に伴って、トラニオン１０，１０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し、パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと入力側ディスク２，２および出力側ディスク３，３の内周面２ａ，２ａ，３ａ，３ａとの当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車４との間の回転変速比が変化する。

これまで、このようなダブルキャビティのトロイダル型無段変速機を、各構成部材の占有スペースが制限されている自動二輪車或いは各種産業機械等の小型車両に搭載する場合には、特許文献１にも記載されているように、そのレイアウトが制限され、非常に困難であると考えられていた。

特開２００７−１９８４４６号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、各構成部材の占有スペースが制限され、エンジンや変速機等のレイアウトが制限される自動二輪車或いは各種産業機械等の小型車両に対しても、ダブルキャビティのトロイダル型無段変速機を搭載できる構造を実現すべく発明したものである。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の無段変速機は、トロイダル型無段変速機と、クラッチ装置とを備え、トロイダル型無段変速機は、ケーシングと、このケーシング内に回転自在に支持された回転軸と、この回転軸の中間部に、この回転軸に対する相対回転を自在に支持された、一体の、或いは１対の素子を結合して成る内側ディスクと、前記回転軸の中間部周囲に、この回転軸と同期した回転及びこの回転軸の軸方向の変位自在に支持された１対の外側ディスクと、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、前記内側ディスク及び外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１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、前記外側ディスクを前記内側ディスクに向けて押圧する押圧装置とから成る無段変速装置であって、
前記内側ディスクを入力側ディスクとし、前記外側ディスクを出力側ディスクとし、前記押圧装置が設けられた前記外側ディスクのもう一方の外側ディスク側に前記クラッチ装置を設け、前記回転軸と前記クラッチ装置とをスプラインにより同期した回転及び軸方向の変位自在に係合したことを特徴とする。

請求項２に記載の無段変速機は、請求項１において、前記トロイダル型無段変速機と前記クラッチ装置との間に、隔壁を設け、前記トロイダル型無段変速機の設置空間と前記クラッチ装置の設置空間とを分離したことを特徴とする。

本発明によれば、内側ディスクを入力ディスクとし、外側ディスクを出力ディスクとし、外側ディスクの一方に押圧装置を、他方にクラッチ装置を配置するレイアウトとしており、無段変速装置の長さ方向の寸法を小さくすることができる。そのため、無段変速装置の小型化が実現でき、ダブルキャビティのトロイダル型無段変速機の自動二輪車或いは各種産業機械等の小型車両への搭載が実現される。

本発明の実施の形態の構成及びレイアウトを示す概略図 従来のトロイダル型無段変速機の自動二輪車へのレイアウトを示す概略図 従来のダブルキャビティの無段変速機の断面図 図３のＡ−Ａ線に沿う断面図

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、トロイダル型無段変速機とクラッチ装置のレイアウトにあり、変速機構としての構造及び作用は、前述の図３と図４に示した構造を含め、従来から知られている構造と同様である。このため、従来と同様に構成する部分については、図示並びに説明を省力若しくは簡略にし、本発明の実施の形態の特徴部分を中心に説明する。

図１に概略図として示すように、本発明の実施の形態に係る無段変速装置１００では、内側ディスクである１対の入力ディスク１０１を、回転軸である出力軸１０２に対し、出力軸１０２の中央部に、回転自在に支持しており、１対の入力ディスク１０１の間に入力歯車１０３が入力ディスク１０１と同期した回転自在に支持されている。

また、入力ディスク１０１の外側に、1対の外側ディスクである出力ディスク１０４を、出力軸１０２に対し、スプライン１０５により、この出力軸１０２と同期した回転を自在に、かつ、軸方向の変位自在に支持している。

また、入力ディスク１０１と出力ディスク１０４に間に挟持された複数のパワーローラ１１を回転自在に支持している。

そして、本発明の実施の形態においては、前記一方の出力ディスク１０４ａの外側に、ローディングカム式の押圧装置１２を設け、トロイダル型無段変速機１０６が構成されており、他方の出力ディスク１０４ｂの外側に、後段側に配置した二次減速部１０７とのトルク伝達の断接を行なうクラッチ装置１０８を設け、出力軸１０２とスプライン１０５により回転及び軸方向の変位自在に係合している。

また、無段変速装置１００のクラッチ装置１０８の後段側に二次減速部１０７が設けられており、二次減速部１０７は二次減速軸１０７ａの両端に設けられた二次減速入力歯車１０７ｂと二次減速出力歯車１０７ｃとから構成されている。

また、二次減速部１０７のさらに後段に後輪駆動スプロケット１１０が設けられており、後輪駆動スプロケット１１０は、図示しないチェーンを介して、後輪に連結されている。

上記した本発明の実施の形態では、駆動源１１１からの回転を、駆動歯車１１２を介して入力歯車１０３に伝達し、入力歯車１０３を回転させる。これにより、入力歯車１０３と同期して回転する入力ディスク１０１が回転し、パワーローラ１１を介して、出力ディスク１０４を回転させる。出力ディスク１０４が回転することで出力軸１０２が回転され、クラッチ装置１０８が接続状態の場合には、クラッチ歯車１０８ａを介して、二次減速部１０７に回転が伝達され、後輪駆動スプロケット１１０を回転させる。そして、チェーンを介して、後輪が回転する。その結果、駆動源１１１からの動力が後輪に伝達される。

また、駆動源１１１のある部屋１１３と、駆動歯車１１２とトロイダル型無段変速機１０６のある部屋１１４と、クラッチ装置１０８と二次減速部１０７のある部屋１１５とが、それぞれ隔壁１１６にて隔てられている。

上記したように、外側ディスクの一方に押圧装置１２を、他方にクラッチ装置１０８を配置するレイアウトとすることで、出力軸１０２上にクラッチ装置１０８を配置することになり、軸が増えない構成にでき、無段変速装置１００の長さ方向の寸法を小さくすることができる。

また、入力歯車１０３を各キャビティの間に配置することで、エンジン、本変速機、クラッチ装置のレイアウトの自由度が向上し、特に、車体幅方向左右のバランス等が重視される自動二輪車において、ダブルキャビティのトロイダル型無段変速機を好適に使用可能とすることができる。

また、クラッチ装置１０８をトロイダル型無段変速機１０６の後段に配置し、出力軸１０２とスプライン１０５により係合しており、クラッチ装置１０８の交換が行い易くなっている。

また、駆動源１１１のある部屋１１３と、駆動歯車１１２とトロイダル型無段変速機１０６のある部屋１１４と、クラッチ装置１０８と二次減速部１０７のある部屋１１５とが、それぞれ隔壁１１６にて隔てられており、各部屋に適した潤滑油を使用できる。

また、トロイダル型無段変速機１０６の後段側にクラッチ装置１０８を配置しており、自動二輪車のような、手押しで車両を移動する際のフリクションを少なくでき、さらに、車輪の駆動力によりトロイダル型変速機１０６が駆動してしまうことがないので、パワーローラ１１が勝手に傾転して、変速比が変わってしまうことがなく、スムーズな発進が可能となる。

本発明は、自動二輪車或いは各種産業機械等の小型車両の変速装置として利用できる。

１ 入力軸
１ａ 外周面
１ｂ 段差部
２ 入力側ディスク
２ａ 凹面
２ｂ 段差部
２ｃ 内周面
３ 出力側ディスク
３ａ 凹面
４ 出力歯車
４ａ フランジ部
５ ニードル軸受
６ ボールスプライン
７ カム板
８ 皿ばね
９ ローディングナット
１０ トラニオン
１１ パワーローラ
１１ａ 周面
１２ 押圧装置
１３ 中間壁
１４ 枢軸
１５ 後輪ドライブスプロケット
１６ 支持板部
１８ 支持孔
１９ 係止孔
２０ 折れ曲がり壁部
２２ 駆動軸
２３ 変位軸
２３ａ 基端部
２３ｂ 先端部
２３Ａ ヨーク
２３Ｂ ヨーク
２６ ドライブシャフト
２９ ラジアルニードル軸受
３０ アイドル機構
３１ アイドル軸
３２ ドリブンギア
３３ ドライブギア
４１ 動力入力軸
４２ 変速系ドリブンギア
４３ 固定変速系ドライブギア
５０ ケーシング
５１ ドグクラッチ
５２ 多板クラッチ
５３ 固定部材
６１ 固定変速系ドリブンギア
６２ アイドルギア
６３ 駆動シリンダ
６４ 支持ポスト
６８ 支持ポスト
１００ 無段変速装置
１０１ 入力ディスク
１０２ 出力軸
１０３ 入力歯車
１０４ 出力ディスク
１０４ａ 出力ディスク
１０４ｂ 出力ディスク
１０５ スプライン
１０６ トロイダル型無段変速機
１０７ 二次減速部
１０７ａ 二次減速軸
１０７ｂ 二次減速入力歯車
１０７ｃ 二次減速出力歯車
１０８ クラッチ装置
１０８ａ クラッチ歯車
１０９ スプライン
１１０ 後輪駆動スプロケット
１１１ 駆動源
１１２ 駆動歯車
１１３ 部屋
１１４ 部屋
１１５ 部屋
１１６ 隔壁
２２１ 第１キャビティ
２２２ 第２キャビティ
３００ 動力伝達装置
５００ トロイダル型無段変速機
５１０ 入力ディスク
５２０ 出力ディスク
５３０ａ パワーローラ
５３０ｂ パワーローラ
５４０ 中空出力軸
５４１ トロイダル型無段変速機用ドライブギア
ＯＳ オイルシール
ＴＤ トルクダンパ

Claims (2)

1. トロイダル型無段変速機と、クラッチ装置とを備え、トロイダル型無段変速機は、ケーシングと、このケーシング内に回転自在に支持された回転軸と、この回転軸の中間部に、この回転軸に対する相対回転を自在に支持された、一体の、或いは１対の素子を結合して成る内側ディスクと、前記回転軸の中間部周囲に、この回転軸と同期した回転及びこの回転軸の軸方向の変位自在に支持された１対の外側ディスクと、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、前記内側ディスク及び外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１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、前記外側ディスクを前記内側ディスクに向けて押圧する押圧装置とから成る無段変速装置において、
   前記内側ディスクを入力側ディスクとし、前記外側ディスクを出力側ディスクとし、前記押圧装置が設けられた前記外側ディスクのもう一方の外側ディスク側に前記クラッチ装置を設け、前記回転軸と前記クラッチ装置とをスプラインにより同期した回転及び軸方向の変位自在に係合したことを特徴とする無段変速装置。
2. 前記トロイダル型無段変速機と前記クラッチ装置との間に、隔壁を設け、前記トロイダル型無段変速機の設置空間と前記クラッチ装置の設置空間とを分離したことを特徴とする請求項１に記載の無段変速装置。

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