JP2016205456A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】押圧装置を構成するピストン部とディスクとの当接面でのフレッチング摩耗を抑える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】トロイダル型無段変速機の押圧装置８０は、油圧室８５を構成するシリンダ部８１と、このシリンダ部８１に設けられ、かつ入力側ディスク２に設けられた当接部８２に当接するピストン部８３とを有し、ピストン部８３に嵌合部１００が設けられ、この嵌合部１００に当接部８２が嵌合しているので、入力側ディスク２の当接部８２とピストン部８３との当接面でのフレッチング摩耗を抑えることができる。
【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。

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４および図５に示すように構成されている。図４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５参照）が回転自在に挟持されている。

図４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４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（予圧）を付与する。

図５は、図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図５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５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、支持板部１６の長手方向(図５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（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、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５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、この係止孔１９の内周面は円筒面として、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５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（スラスト軸受）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５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５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、上述の押圧装置１２として油圧式の押圧装置が用いられる場合がある。この油圧式の押圧装置の一例として特許文献１〜５に記載されたものや、図６に記載されたものが知られている。
図６は、トロイダル型無段変速機の押圧装置８０を示す半断面図である。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８０が設けられている。
この押圧装置８０は、入力軸１の基端部（図６において右端部）１ｅに結合される第１のシリンダ部８１と、入力側ディスク２に設けられた第２のシリンダ部８２と、環状の第１のピストン部（油圧ピストン）８３と、環状の第２のピストン部（油圧ピストン）８４とを備えている。

第１のシリンダ部８１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８２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８１は、その底部分が入力軸１に形成されたフランジ部１ｆに嵌合されて固定されている。また、第２のシリンダ部８２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のピストン部８３に向けて延びている。

第２のピストン部８４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８２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８３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のシリンダ部８１の内周面に嵌合されており、第２のピストン部８４と第１のシリンダ部８１との間に配されている。

第１のシリンダ部８１の内面と、第１のピストン部８３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８５を構成している。この第１の油圧室８５は、複数のシール部材８６，８７によって流体密に保たれている。
また、第２のシリンダ部８２の内周面と、第２のピストン部８４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）９０を構成している。この第２の油圧室９０は、シール部材９１によって流体密に保たれている。

また、第２のシリンダ部８２の内周側において、第２のピストン部８４と第１のピストン部８３との間に位置する空間９３は空気室となっている。この空気室９３は、複数のシール部材８７，９１によって流体密に保たれている。また、第２のシリンダ部８２は、空気室９３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８３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８３と当接可能となっている。
また、入力軸１の基端部１ｅには、図示しない複数の油路が設けられており、これら油路から各油圧室８５，９０に油が供給されるようになっている。

このような押圧装置８０では、前記第１の油圧室８５と第２の油圧室９０とに、所定圧の圧油を送り込む。そして、これら両油圧室８５，９０内に、これら両油圧室８５，９０の軸方向寸法が増大する方向の力を惹起させる。
第１の油圧室８５に圧油が送り込まれると、第１ピストン部８３が図６中左側（入力側ディスク２側）に押圧され、これによって、入力側ディスク２の背面に一体に形成された第２のシリンダ部８２を介して当該入力側ディスク２が左側に押圧される。
一方、第２の油圧室９０に圧油が送り込まれると、第２のピストン部８４は図６中右側への移動が規制されているので、入力側ディスク２が左側に押圧される。
このように両油圧室８５，９０で発生した力は、何れも、入力側ディスク２を図示しない出力側ディスク側（左側）に向け押圧するとともに、入力軸１を基端側（図６の右側）に引っ張り、他方の図示しない入力側ディスクを図示しない出力側ディスクに押圧する方向の力として加わる。

特開２００７−２９２８号公報 特開２０１１−４３２３９号公報 特開２０１１−１４９４８１号公報 特開２００６−１４４８８０号公報 特開２００６−２４２３１４号公報

ところで、前記押圧装置８０を備えた従来のトロイダル型無段変速機では、ピストン部８３と入力側ディスク２（のシリンダ部８２）との当接面でのフレッチング摩耗が問題となっており、フレッチング摩耗が大きくなると、当該当接面で焼き付きが発生する場合もある。
この主要因は入力側ディスク２がパワーローラとの接触点を通過するたびに起こるディスク変形によって入力側ディスク２とピストン部８３の当接面に発生する微小すべりであると考えられる。
すなわち、運転時に、入力側ディスク２は、パワーローラから受ける力に基づいて、入力側ディスク２の外径寄り部分がその軸側に近付く方向に繰り返し弾性変形する。このように入力側ディスク２が弾性変形すると、この入力側ディスク２のシリンダ部８２の先端面とピストン部８３とが断続的に繰り返し当接することで微小すべりを起こして互いに擦れ合い、当該当接面でフレッチング摩耗が生じる。

このようなフレッチング摩耗は、一般に押付け力と微小すべりに起因しており、このどちらかを低減することで抑制できるものである。
しかし、入力側ディスクとピストン部とでは、図７に示すように、入力側ディスク側の変形量の方が大きいが、これに対処するために入力側ディスクの剛性を上げることは重量増加に繋がるため、近年の軽量化が進む中、簡単に入力側ディスク２の剛性を上げることは困難である。
なお、図７では、入力側ディスクの０度〜９０度の範囲の１／４モデルとして、ピストンとディスクの角度と変位量との関係を示している。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、押圧装置を構成するピストン部とディスクとの当接面でのフレッチング摩耗を抑える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、本発明のトロイダル型無段変速機は、それぞれの内側面どうしを互いに対向させた状態で互いに同心的にかつ回転自在に設けられた入力側ディスクおよび出力側ディスクと、これら両ディスク間に挟持されたパワーローラと、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとのうちの一方のディスクの背面側に油圧室を有し、前記両ディスクおよび前記パワーローラに押し付け力を付与する油圧式の押圧装置とを備えるトロイダル型無段変速機において、
前記押圧装置は、前記油圧室を構成するシリンダ部と、このシリンダ部に設けられて、前記一方のディスクに設けられた当接部に当接するピストン部とを有し、
前記ピストン部に嵌合部が設けられ、この嵌合部に前記当接部が嵌合していることを特徴とする。

本発明においては、押圧装置を構成するピストン部に嵌合部が設けられ、この嵌合部に一方のディスクに設けられた当接部が嵌合しているので、パワーローラから受ける力に基づいて、ディスクの外径寄り部分が軸側に近付く方向に繰り返し弾性変形するのを抑制できる。
したがって、この弾性変形に起因してディスクの当接部とピストン部とが断続的に繰り返し当接するのを抑えて、微小すべりを抑制できるので、ディスクの当接部とピストン部との当接面でのフレッチング摩耗を抑えることができる。

本発明によれば、押圧装置を構成するピストン部に嵌合部が設けられ、この嵌合部に一方のディスクに設けられた当接部が嵌合しているので、ディスクの当接部とピストン部とが断続的に繰り返し当接するのを抑えて、微小すべりを抑制できるので、ディスクの当接部とピストン部との当接面でのフレッチング摩耗を抑えることができる。

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を示すもので、押圧装置の半断面図である。 同、入力側ディスクの斜視図である。 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もので、押圧装置の要部の半断面図である。 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線に沿う断面図である。 従来のトロイダル型無段変速機の押圧装置の一例を示す半断面図である。 押圧装置のピストンとディスクの角度と変位量との関係を示すグラフである。

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、本実施形態のトロイダル型無段変速機の特徴は、押圧装置を構成するピストン部と入力側ディスク２の当接部との構造にあり、その他の構成および作用は上述した従来の構成および作用と略同様であるため、以下においては、本実施の形態の特徴部分について説明し、それ以外の部分については、図６と同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係るトロイダル型無段変速機の第１の実施の形態を示すもので、押圧装置の半断面図、図２は入力側ディスクを示す斜視図である。
図１に示すように、（第１の）ピストン部８３の外周部で、かつ入力側ディスク２側を向く側面には、入力側ディスク２側に向けて突出する突出部（嵌合部）１００が周方向に延在して設けられている。
このような環状の突出部１００には、入力側ディスク２のシリンダ部（当接部）８２の先端部が嵌合している。すなわち、突出部１００のピストン部８３の径方向における外側にシリンダ部８２の先端部が圧入によって嵌合されている。
また、図２に示すように、環状の突出部１００には、４つの溝１０１が周方向に等間隔で設けられている。この溝１０１は、これを通して油を排出する油抜き溝として機能するものである。なお、溝１０１の数は４つに限ることはなく、適宜所定の数だけ設ければよい。

本実施の形態によれば、押圧装置８０を構成するピストン部８３に突出部（嵌合部）１００が設けられ、この突出部（嵌合部）１００の外側に、入力側ディスク２に設けられたシリンダ部（当接部）８２の先端部が嵌合しているので、パワーローラから受ける力に基づいて、入力ディスク２の外径寄り部分が軸側に近付く方向に繰り返し弾性変形するのを抑制できる。
したがって、この弾性変形に起因して入力側ディスク２のシリンダ部（当接部）８２とピストン部８３とが断続的に繰り返し当接するのを抑えて、図１において矢印Ａで示す方向の微小すべりを抑制できるので、入力側ディスク２のシリンダ部（当接部）８２とピストン部８３との当接面でのフレッチング摩耗を抑えることができる。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明に係るトロイダル型無段変速機の第２の実施の形態の要部を示す半断面図である。
図３においては、図１に示す入力軸１、第１のシリンダ部８１、第２のピストン部８４等は図示を省略している。

本実施の形態では、（第１の）ピストン部８３の外周部で、かつ入力側ディスク２側を向く側面に、凹溝（嵌合部）１０２が周方向に延在して設けられている。
また、入力側ディスク２のシリンダ部（当接部）８２Ａは、図１に示すシリンダ部（当接部）８２より軸方向の長さが長くなっている。また、凹溝１０２の溝幅は、シリンダ部（当接部）８２Ａの胴部の厚さとほぼ等しいか、若干小さくなっている。
このような環状の凹溝１０２には、入力側ディスク２のシリンダ部（当接部）８２の先端部が嵌合している。すなわち、凹溝１０２にシリンダ部８２の先端部が圧入によって嵌合されている。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、押圧装置８０を構成するピストン部８３に凹溝（嵌合部）１０２が設けられ、この凹溝（嵌合部）１０２に、入力側ディスク２に設けられたシリンダ部（当接部）８２Ａが嵌合しているので、パワーローラから受ける力に基づいて、入力ディスク２の外径寄り部分が軸側に近付く方向に繰り返し弾性変形するのを抑制できる。
したがって、この弾性変形に起因して入力側ディスク２のシリンダ部（当接部）８２Ａとピストン部８３とが断続的に繰り返し当接するのを抑えて、微小すべりを抑制できるので、入力側ディスク２のシリンダ部（当接部）８２とピストン部８３との当接面でのフレッチング摩耗を抑えることができる。

なお、第１および第２の実施の形態では、第１シリンダ部８１および第２シリンダ部８２を有するダブルシリンダ型の押圧装置８０を備えたトロイダル型無段変速を例にとって説明したが、本発明は、第１シリンダ部８１のみを有するシングルシリンダ型の押圧装置を備えたトロイダル型無段変速に適用してもよい。
この場合、入力側ディスク２の背面側に当接部を設け、この当接部をピストン部８３に設けられた嵌合部に嵌合させるように構成すればよい。

本発明は、シングルキャビティ式やダブルキャビティ式などの様々なハーフトロイダル型無段変速機のほか、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。

２ 入力側ディスク
３ 出力側ディスク
１１ パワーローラ
８０ 押圧装置
８１ シリンダ部
８２，８２Ａ シリンダ部（当接部）
８３ ピストン部
８５ 油圧室
１００ 突出部（嵌合部）
１０２ 凹溝（嵌合部）

Claims (1)

1. それぞれの内側面どうしを互いに対向させた状態で互いに同心的にかつ回転自在に設けられた入力側ディスクおよび出力側ディスクと、これら両ディスク間に挟持されたパワーローラと、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとのうちの一方のディスクの背面側に油圧室を有し、前記両ディスクおよび前記パワーローラに押し付け力を付与する油圧式の押圧装置とを備えるトロイダル型無段変速機において、
   前記押圧装置は、前記油圧室を構成するシリンダ部と、このシリンダ部に設けられて、前記一方のディスクに設けられた当接部に当接するピストン部とを有し、
   前記ピストン部に嵌合部が設けられ、この嵌合部に前記当接部が嵌合していることを特徴とするトロイダル型無段変速機。

Images