JP2012225408A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】バリエータ入力軸方向の小型化およびコスト低減を可能にしつつモータの動力によってトラニオンを傾転させて変速を行なう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】このトロイダル型無段変速機では、トラニオン１５がキャスタ角を伴うキャスタークランクのトラニオン軸２９（Ｏ’）を有するとともに、このトラニオン軸に対して平行に減速機１０２およびモータ１００が配置され、モータ１００の動力が減速機１０２を介してトラニオン軸に伝えられることによりトラニオン１５が傾転されて変速が行なわれる。
【選択図】図２

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５および図６に示すように構成されている（図５に２つのキャビティ２２１，２２２が示される）。図５に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸（中心軸）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、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）２ａ，２ａと出力側ディスク３，３の内側面（凹面）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図６参照）が回転自在に挟持されている。

図５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５の右面）が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の内側面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６は、図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図６に示すように、ケーシング５０の内側には、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６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、パワーローラ１１を支持する支持板部１６の長手方向（図６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（軸部）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２３ｂの周囲には、ラジアルニードル軸受を介して各パワーローラ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、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６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。各ヨーク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。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、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図５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、球面ポスト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６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（以下、転動体という）２６，２６と、これら各転動体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６の下端部）にはそれぞれ駆動ロッド（トラニオン軸）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、入力軸１の回転は、押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２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６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との間の変速比が変化する。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。

このように、前述した構成例のトロイダル型無段変速機は、油圧によりトラニオン１５をオフセットさせることによって変速を行なうが、従来においては、油圧以外の方法により、例えば特許文献１に開示されるように送りねじによってトラニオン１５を機械的に傾転させて変速を行なうものも知られている。

特開２００８−０９５８７４号公報

しかしながら、特許文献１に開示される構成では、送りねじをバリエータの入力軸に対して平行に配置する（更には、モータを送りねじの端部に配置する）必要があるため、トロイダル型無段変速機の入力軸方向に小型化することが困難である。また、高価な送りねじと、構造的に効率の低い送りねじを駆動する大きなモータとを必要とすることから、コストおよびサイズが増大するという問題もある。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、バリエータ入力軸方向の小型化およびコスト低減を可能にしつつモータの動力によってトラニオンを傾転させて変速を行なう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、本発明は、回転力を受ける入力軸に結合され且つ入力軸と一体で回転する入力側ディスクと、入力側ディスクとの間に設けられたパワーローラを介して入力側ディスクの回転力を所定の変速比で受ける出力側ディスクと、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にある枢軸を中心に傾転し且つ前記パワーローラを回転自在に支持するトラニオンとを備えるトロイダル型無段変速機において、前記トラニオンがキャスタ角を伴うキャスタークランクのトラニオン軸を有するとともに、このトラニオン軸に対して平行に減速機およびモータが配置され、モータの動力が減速機を介してトラニオン軸に伝えられることにより前記トラニオンが傾転されて変速が行なわれることを特徴とする。

上記構成によれば、減速機およびモータが、バリエータの入力軸に対して平行に配置されるのではなく、キャスタークランクのトラニオン軸に対して平行に（あるいは、直列に）配置されるため、バリエータ入力軸方向の小型化が可能となる。また、モータによって直接にトラニオンが傾転されることから、変速に油圧を必要とせず、ポンプロスを下げられて、高い効率を得ることができ、また、それに加えて減速機の減速比を大きくすることでモータのサイズを小さくすることもできる。したがって、コストの低減を図ることもできる。特に自動車では、エンジンやトランスミッションのレイアウト上、バリエータ入力軸方向の寸法制限が比較的厳しいため、本発明の上記構成は非常に有効である。

本発明のトロイダル型無段変速機によれば、キャスタークランクのトラニオン軸に対して平行に（あるいは、直列に）変速用の減速機およびモータが配置されるので、バリエータ入力軸方向の小型化およびコスト低減を可能にしつつ可能な限り小さなモータの動力によってトラニオンを傾転させて変速を行なうことができる。

本発明の第１の実施形態に係るトロイダル型無段変速機の概念を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るトロイダル型無段変速機を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るトロイダル型無段変速機を示す概略構成図である。 本発明の第３の実施形態に係るトロイダル型無段変速機を示す概略構成図である。 従来から知られているハーフトロイダル型無段変速機の具体的構造の一例を示す断面図である。 図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係るトロイダル型無段変速機を説明する。
なお、本発明の特徴は、バリエータ入力軸方向の小型化およびコスト低減を可能にしつつモータの動力によってトラニオンを傾転させて変速を行なう点にあり、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５および図６と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１は本発明の第１の実施形態を概念的に示している、図示のように、本実施形態では、トラニオン１５がキャスタ角を伴うキャスタークランクのトラニオン軸２９（その中心軸が参照符号Ｏ’で示されている）を有しており、このトラニオン軸２９に対して平行に変速用の減速機１０２およびモータ１００が配置されている。そして、本実施形態では、モータ１００の動力が減速機１０２を介してトラニオン軸２９に伝えられることにより、従来技術で前述したようにトラニオン１５が傾転されて変速が行なわれるようになっている。特に、本実施形態では、図示のようにトラニオン軸２９に対して直列に減速機１０２およびモータ１００が配置される。

また、本実施形態では、減速機１０２およびモータ１００が各トラニオン１５毎に設けられている。これが図２に明確に示されている。図中、符号２は入力側ディスクであり、符号３は出力側ディスクである。

このように、本実施形態によれば、減速機１０２およびモータ１００が、バリエータの入力軸１に対して平行に配置されるのではなく、キャスタークランクのトラニオン軸２９に対して平行に（あるいは、直列に）配置されるため、バリエータ入力軸１方向の小型化が可能となる。また、モータ１００によって直接にトラニオン１５が傾転されることから、変速に油圧を必要とせず、ポンプロスを下げられて、高い効率を得ることができ、また、それに加えて減速機１０２の減速比を大きくすることでモータ１００のサイズを小さくすることもできる。したがって、コストの低減を図ることもできる。特に自動車では、エンジンやトランスミッションのレイアウト上、バリエータ入力軸１方向の寸法制限が比較的厳しいので、本実施形態の上記構成は非常に有効である。

図３は本発明の第２の実施形態を示している。図示のように、本実施形態では、各キャビティ２２１，２２２毎に１つの変速用モータ１００が設けられている（すなわち、１つのモータ１００が複数のトラニオン１５において共有される）。なお、減速機１０２は各トラニオン１５毎に設けられる。ここで、モータ１００と減速機１０２との間には、モータ１００の駆動ギア１００ａおよび減速機１０２の被駆動ギア１０２ａと噛み合う反転用ギア１１０が配置されている。このような構成では、モータ１００の動力が、反転ギア１１０を介して減速機１０２に伝わり、この減速機１０２を介してトラニオン軸２９に伝わることにより、従来技術で前述したようにトラニオン１５が傾転されて変速が行なわれる。したがって、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、部品点数の削減により第１の実施形態よりも更に小型化を図ることができる。

図４は本発明の第３の実施形態を示している。図示のように、本実施形態では、２つのキャビティ２２１，２２２に共通に変速用モータ１００が設けられている（すなわち、１つのモータ１００が複数のトラニオン１５およびキャビティ２２１，２２２において共有される）。なお、減速機１０２は各トラニオン１５毎に設けられる。このような構成でも第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができ、また、第２の実施形態よりも更に部品点数が削減されるため、第２の実施形態よりも更に小型化を図ることができる。

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に適用することができる。

１ 入力軸
２ 入力側ディスク
３ 出力側ディスク
１１ パワーローラ
１５ トラニオン
２９ トラニオン軸
１００ モータ
１０２ 減速機

Claims (4)

1. 回転力を受ける入力軸に結合され且つ入力軸と一体で回転する入力側ディスクと、入力側ディスクとの間に設けられたパワーローラを介して入力側ディスクの回転力を所定の変速比で受ける出力側ディスクと、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にある枢軸を中心に傾転し且つ前記パワーローラを回転自在に支持するトラニオンとを備えるトロイダル型無段変速機において、
   前記トラニオンがキャスタ角を伴うキャスタークランクのトラニオン軸を有するとともに、このトラニオン軸に対して平行に減速機およびモータが配置され、モータの動力が減速機を介してトラニオン軸に伝えられることにより前記トラニオンが傾転されて変速が行なわれることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. トラニオン軸に対して直列に減速機およびモータが配置され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. 減速機およびモータが各トラニオン毎に設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトロイダル型無段変速機。
4. １つのモータが複数のトラニオンにおいて共有されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトロイダル型無段変速機。

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