JP2591052B2

JP2591052B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP2591052B2
Application number: JP8299288A
Authority: JP
Inventors: 秀雄大越
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1988-04-06
Filing date: 1988-04-06
Publication date: 1997-03-19
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: JPH01255758A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、トロイダル型無段変速機に関し、自動車、
農業用トラクタ、その他各種産業機械に用いられ、入力
側か出力側の何れか一方に加圧装置の設けられたトロイ
ダル型無段変速機、特に加圧装置の改良に関する。

（従来の技術）従来トロイダル型無段変速機は、伝達するトルクに応
じて伝達要素間の加圧力を加減する加圧装置を備え、こ
の加圧装置によって、伝達装置が転がり摩擦面で滑るこ
とを防ぎ、所望の動力伝達機能を維持している。

これらの加圧装置による加圧力は、トルクの向きに関
係なく、単にトルクの絶対値によって決定されているこ
とが普通である。例えば、実開昭62−71465号公報及び
実開昭62−194966号公報は、加圧装置にカムを用い、こ
のカムの形状をトルクの方向に対し非対称として加圧特
性を変えることを開示している。しかしながら、これら
の加圧装置は、あるトルク値を越えるトルクに対してト
ルクと加圧力との関係に差を持たせるものであって、常
用範囲ではトルクの向きに無関係に加圧力を発生させる
ものである。

また、入力軸が駆動源により駆動される場合（本明細
書中では以下「正方向トルク」と称する）と、出力軸が
負荷側から駆動される場合（同じく以下「逆方向トル
ク」と称する）とで、従来においては、カム面のリード
角（傾斜角）が同じになっていた。

（発明が解決しようとする課題）ところが、以上のように、正方向トルクの場合と逆方
向トルクの場合とで、カム面のリード角が同じである
と、例えば次のような問題点がある。

各種の転がり摩擦式無段変速機、とりわけ中でもハー
フトロイダル型無段変速機は、転がり摩擦伝動面のスピ
ンドル摩擦損失が最小の形式であるが、それにも拘らず
適正な加圧力がトルクの正負により15％も変化する。こ
のため、従来は逆方向トルク時でも滑らないような加圧
力を高めに加えているので、逆方向トルク時の滑りは防
ぐことができるが、正方向トルク時には、必要以上の摩
擦力や、軸受荷重が加えられることになって、摩擦損失
を増加させ、伝達効率が低下すると共に各部の寿命の低
下を来す。

従って、本発明の目的は、逆方向トルク時の滑りを防
ぎ、更に正方向トルク時においても、伝達効率、引いて
は寿命を向上させることのできるトロイダル型無段変速
機を提供することである。

（課題を解決するための手段）上述の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、駆動源により駆動される第１の軸（１または２）と、
第２の軸（２または１）と、該第１の軸と第２の軸の間
で動力を伝達する動力伝達手段（５、６、９）と、該動
力伝達手段に所定の加圧力を与えるための加圧手段
（３、４、５）とから成るトロイダル型無段変速機にお
いて、該加圧手段は、該第２の軸が該動力伝達手段を駆動す
る時の加圧力を、該動力伝達手段が該第２の軸を駆動す
る時の加圧力よりも大きくするように作動することを特
徴としている。

（作用）以上のように構成してあるので、本発明のトロイダル
型無段変速機においては、逆方向トルク時の滑りを防
ぎ、更に正方向トルク時においても、伝達効率を向上さ
せることができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説
明する。尚、図面において同一部分は同一符号で説明し
てある。

第４図は、本発明の実施例が適用できるハーフトロイ
ダル形無段変速機の一例である。こゝでは加圧装置とし
てカムを用いている。

ディスク５は、軸１に対してブッシュ10を介して互い
に回転可能に遊嵌し、軸１にはカムディスク３がスプラ
イン1aにより固定され、カムディスク３とディスク５と
の対向面にはローラ５を挟んでそれぞれカム面3a及び5b
が形成されている。ディスク６は軸２にスプライン2aに
より一体に回転するように固定されている。軸１及び軸
２はそれぞれ軸受12および13により外箱に回転可能に支
持されている。

ディスク５とディスク６のそれぞれのトロイダル面、
すなわち転がり伝動面5aおよび6aは共通の円弧をなしト
ロイダルキャビティを形成している。

転がり伝動面5aおよび6aと接触して転がりながら動力
を伝達するパワーローラ９は軸受８と共にパワーローラ
９の支持軸受を形成し、軸受８の固定輪14は摺動座金15
を、軸受８は偏心軸7aを介してトラニオン７に取り付け
られている。トラニオン７はパワーローラ９がトロイダ
ルキャビティ内で転がり伝動面5aおよび6aとの接触位置
を変えて変速できるように傾動可能に支持されている。

こゝで、軸１を駆動源に、軸２を負荷に接続すること
にし、軸１は入力軸、ディスク５は入力ディスク、ディ
スク６は出力ディスク、軸２は出力軸と仮定する。勿
論、軸１及び２は、入出力の関係が逆の場合でも良いこ
とは言うまでもない。

先ず始めに、第４図に示す無段変速機のトロイダルキ
ャビティーを示す第５図を用いて、無段変速機の各部に
かかる力を、詳細に説明する。

第５図において、入力軸１が駆動源により駆動される
場合（正方向トルク時）と、出力軸２が負荷側から駆動
される場合（逆方向トルク時）とに分けて以下説明す
る。尚、出力軸と入力軸とは互いに入れ替わっても良い
ことは言うまでもないであろう。

（ａ）正方向トルクの場合入力軸１にトルクが加わると、カムディスク３のカム
面3aとトロイダル面5aを有する入力ディスク５の背面に
設けられたカム面5bとの相対位相角が変化し、ローラ４
がカム面3a及び5bを乗り上げて矢印で示す推力F_Aを発生
し、入力ディスク５を図中右方向に押し出す。推力F
_Aは、複数のパワーローラ９に分配されて、パワーロー
ラ９を力F_a1で入出力軸１、２の軸方向に押す。転がり
伝動面つまり、トロイダル面5a及び6aは、それぞれ円弧
面であるから殆どの場合パワーローラ９との接触点Ａで
は入出力軸の軸線に対して斜めに傾斜した面になってお
り、従って、接触点Ａには楔作用により力F_a1より大き
な接触力F_c1が働くことになる。

パワーローラ９の回転軸の偏心軸7aはトラニオン７に
片持支持されており、軸受８と摺動座金15間での摺動に
よって、パワーローラ９はトラニオン７の傾動軸（不図
示）を中心として揺動自在となる。従って、接触力F_c1
が加わるとパワーローラ９は出力ディスク６に向かっ
て、トロイダル面6aと接触点Ｂで接触して接触力F_c2を
生じる。

接触力F_c1、F_c2は共にパワーローラ９の軸方向への分
力F_ap1、F_ap2を含んでいるので、軸受８の固定輪14の背
面と摺動座金15との間にはこれらの軸方向分力F_ap1、F
_ap2の和であるF_apが垂直力として作用し、固定輪14が半
径方向に移動する際に摩擦力F_rpが働く。

摩擦力F_rpは接触力F_c1の半径方向分力F_rp1には対抗す
る方向に働くので、接触点Ｂの接触力F_c2の半径方向分
力F_rp2は、F_rp1からF_rpを減じた値に低減され、F_rp2に
より発生する接触力F_c2もF_c1に対し、同様に低減され
る。

カム装置を介して入力軸１から入力ディスク５にトル
クが加わると、接触点Ａに接線力（トラクション力）F
_t1を生じ、F_t1はパワーローラ９を経て出力ディスク６
とパワーローラ９との接触点Ｂに接線力（トラクション
力）F_t2として伝えられる。しかし、接触点Ａから接触
点Ｂに伝えられる過程で軸受８の摩擦トルクによる損失
や、接触点ＡおよびＢにおける転がり伝動面5aおよび6a
とパワーローラ９との間のスピン摩擦損失等によってF
_t2はF_t1よりも低減された値になる。

従って接触力F_c2がF_c1に比べて低減されていても、同
時に接線力F_t2もF_t1に対して低減しているので、接触点
Ａにおけるトラクション係数、 μ_１＝F_t1/F_c1 と接触点Ｂにおけるトラクション係数 μ_２＝F_t2/F_c2 とは大差はない。

第３図は、パワーローラ９の軸受８の摩擦トルクや、
接触点Ａ、Ｂでのスピン摩擦損失等の実測値に基いてμ
_１、μ_２を計算した例である。横軸はパワーローラの軸
中心の傾動角θであり、入出力軸と直交する速度比1:1
の場合を０゜、パワーローラ９が時計方向に傾動した増
速側を（＋）、反時計方向の減速側を（−）で表わし
た。この例ではパワーローラ９が10〜13゜減速側に傾動
した場合に縦軸に表わしたトラクション係数C_Tが最大に
なり、最も滑り易い状態にあることが判る。

（ｂ）逆方向トルクの場合正方向トルクの場合と同一回転方向で回転しながら負
荷側から駆動されるブレーキングの場合、無段変速機に
は正方向トルクとは逆向きのトルクが加わり、カム面3a
および5bは正方向トルクの場合とは反対の傾斜角をもっ
た斜面上にローラ４が乗り上げて推力F_Aを発生する。カ
ム面3aおよび5bの傾斜角が正方向、逆方向共同じであれ
ば、カムにより発生する推力F_Aもトルクの方向の正逆に
対して同じ関係になる。従って入力ディスク５に加わる
トルクの大きさを正方向トルクの場合と同じとすれば、
接触点ABに生ずる接触力F_c1、F_c2も正方向トルクの場合
と同じである。

しかし、この場合の接触点Ｂに作用する接線力F_t2′
は軸受８の摩擦トルクによる損失や、接触点ＡおよびＢ
におけるスピン摩擦損失等により失われる分だけF_t1よ
りも大きくなる。入力ディスク５に加わるトルクが正方
向トルクと同じ大きさであれば接線力F_t1も同じなの
で、逆方向トルク時の接触点Ｂにおけるトラクション係
数は μ_２′＝F_t2′/F_c2 ＝μ_２＋（F_t2′−F_t2）/F_c2 となり、F_t2′がF_t2より増大した分だけトランション係
数も正方向トルク時よりも増大する。

μ_２′の計算値は第３図に示すように、μ_２と同様に
10〜13゜減速側に傾動した位置で最大値を示し、μ_２よ
りも15％程度大きい。

従って使用する潤滑油（トラクション油）のトラクシ
ョン係数の最大値がμ_２の最大値より大きくμ_２′の最
大値より小さければ正方向トルクの伝達時には異常なく
運転できても、逆方向トルク時にはμ_２′の大きい傾動
角の領域では接触点Ｂで滑り、トルク伝達が不能になる
と言う問題点を生ずる。

通常はこの逆方向トルク時での滑りの原因が不明のま
ゝ、軸受の摩擦トルク損失や、転がり伝動面の接触点で
のスピン摩擦損失等を考慮しないで求めた所要加圧力に
対し、或る安全率を掛けて大きめの推力F_Aを生ずるよう
にカム面3aおよび5bのリード角（傾斜角）を正逆方向共
小さい目に設定する手段がとられている。その結果、逆
方向トルク時の滑りの問題は解消されるが正方向トルク
時には必要以上の摩擦力や、軸受荷重が加えられること
になって、摩擦損失を増加させ、伝達効率が低下すると
共に各部の寿命の低下を来す欠点があったのである。

従って、本発明の実施例においては、加圧装置を有し
ない側の動力伝達要素とパワーローラとの間の接触力を
加圧装置のない動力伝達要素側からトルクが加わる逆方
向トルク時よりも加圧装置のある動力伝達要素側からト
ルクが加わる正方向トルク時に小さくし、正方向トルク
時のトラクション係数μ_２と逆方向トルク時のトラクシ
ョン係数μ_２′とを同程度の値にしている。

以下、具体的に実施例を説明する。

第１図は、加圧手段としてカム装置を用いた例であ
る。軸の回転方向が常に同一であれば正方向トルクT_Fに
対応するカム面、例えば、カム面3a1に、逆方向トルクT
_Rに対応するカム面、例えば、カム面3a2とは互いに反対
の傾斜角をもった面になるので、正方向トルクT_Fに対応
するカム面のリード角α_１を逆方向トルクT_Rに対応する
面のリード角α_２より大きくする。このように、リード
角を設けたカム面を有するカム装置を第４図に示す変速
機に用いれば、本発明の初期の目的が達成できる。

また、他の実施例としては、第２図に示すように加圧
装置としてカム手段を用いずにその他の加圧装置を用い
る場合がある。不図示の駆動源からの駆動力を受ける入
力軸21には、加圧装置24が設けられており、この加圧装
置24は、例えば、第４図に示すような動力伝達機構25に
所定の加圧力を与える様に構成されている。動力伝達機
構25は更に出力軸22を介して負荷側に接続されている。
勿論、この入力軸21と出力軸22とは、逆になるように構
成することができることは言うまでもない。

入力軸21には例えば、トルクの方向と大きさを検出す
るセンサ23が設けられており、入力軸21の回転に応じて
トルクの大きさ及び方向を検出して、その検出結果に応
じて電気的信号を発する。勿論、上記のように一部材で
トルクの大きさを検出し、かつトルクの方向を検出する
ことをしなくても良く、別部材で行なっても良い。セン
サ23からのトルクの大きさに関する信号S_Mと、トルクの
方向に関する信号S_Dは、それぞれ制御器26に入力され
る。

制御器26は、センサ23からの信号に応じて、加圧装置
24を制御して、最適の加圧力を動力伝達機構25に与え
る。

（発明の効果）以上、詳細に述べた本発明のトロイダル型無段変速機
によれば、次のような効果が得られる。

加圧手段により、動力伝達手段に加える加圧力を、正
方向トルクの場合よりも逆方向トルクの場合に大きくす
ることによって、加圧手段のない側の動力伝達手段に生
じる接触力を正方向トルク時に小さく、逆方向トルク時
に大きくする。その結果、接触力の働く接触点にトルク
によって作用する接線力が接触点におけるスピン摩擦損
失や、伝動ローラの支持軸受の摩擦トルク損失等によっ
て、正方向トルク時には小さく、逆方向トルク時には大
きくなっても、接触点での正方向トルクおよび逆方向ト
ルク時のトラクション係数を同程度にすることができ
る。すなわち、正逆両方向のトルクに対して必要十分、
かつ、過大にならない加圧力を与えられ、逆方向トルク
時の滑りを防ぎ、正方向トルク時の効率および耐久性を
高めることができる。

特に、本発明をハーフトロイダル型無段変速機に適用
した場合は、転がり伝動面のスピン摩擦損失が最小の形
式であるにも拘らず、適正な加圧力がトルクの正負によ
り15％も変化する。これに対して従来は、逆方向トルク
時でも滑らないように加圧力を高目に加えているので、
正方向トルク時に逆方向トルク時と同じトラクション係
数になる迄加圧力を減じることは可能であり、その結果
転がり伝動面や、軸受の寿命は1.5倍位に延長されるこ
とになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すカム装置を示す図で
あり、第２図は、他の実施例を示す概略図であり、第３図は、ハーフトロイダル型無段変速機におけるパワ
ーローラの傾動角と、トラクション係数との関係を示す
グラフであり、第４図は、本発明の実施例が適用可能なトロイダル型無
段変速機の縦断面図であり、第５図は、第４図に示すトロイダル型無段変速機のトロ
イダルキャビティーにおいて、パワーローラ、入力ディ
スク及び出力ディスクにかかる力の関係を説明するため
の図である。［主要部分の符号の説明］１……入力軸２……出力軸３……カムディスク５……入力ディスク６……出力ディスク９……パワーローラ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動源により駆動される第１の軸と、第２
の軸と、該第１の軸と第２の軸との間で動力を伝達する
動力伝達手段と、該動力伝達手段に所定の加圧力を与え
るための加圧手段とから成るトロイダル型無段変速機に
おいて、該加圧手段は、該第２の軸が該動力伝達手段を駆動する
時の加圧力を、該動力伝達手段が該第２の軸を駆動する
時の加圧力よりも大きくするように作動することを特徴
とするトロイダル型無段変速機。
【請求項２】前記加圧手段は、トルクの方向を検出する
第１検出手段と、トルクの大きさを検出する第２検出手
段と、該第１及び第２検出手段により検出結果に応じて
所定の加圧力を発生するため、該第１の軸と該動力伝達
手段との間に設けられた加圧力発生手段とから成ること
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。
【請求項３】前記加圧手段は、カム装置により構成さ
れ、前記第１の軸がカムを介して前記動力伝達手段を駆
動する時に用いられるカム面のリード角が、該動力伝達
手段が該第１の軸を駆動する時に用いられるカム面のリ
ード角よりも大きくさ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。