JP3377805B2

JP3377805B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP3377805B2
Application number: JP18412992A
Authority: JP
Inventors: 誠司江崎
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 2003-02-17
Anticipated expiration: 2018-02-17
Also published as: JPH0634008A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トロイダル型無段変速
機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用のトロイダル型無段変
速機においては、エンジン側からトルクが入力される入
力ディスクと、駆動輪側にトルクを出力する出力ディス
クとが同軸に配置される一方、両ディスクと接触して両
ディスク間でトルクを伝達するローラとが設けられ、該
ローラの傾転角度に応じた変速比で変速が行われるよう
になっている。そして、かかるトロイダル型無段変速機
では、入・出力ディスクとローラとの間に、滑りが生じ
ないように伝達トルクに応じた適切な接触圧を保持する
必要がある。

【０００３】かかるトロイダル型無段変速機において、
入力ディスク、出力ディスク、ローラ等へのトルク負荷
を余り大きくすると、これらの耐久性が低下するといっ
た問題がある。そこで、例えば、入力ディスク、出力デ
ィスク、ローラ等からなるトロイダル型変速機構を出力
軸軸線方向に２つ並べて配置し、両変速ユニットで並列
的にトルクを伝達させ、各部材へのトルク負荷を小さく
するようにしたトロイダル型無段変速機が提案されてい
る(特開平２−２８３９４９号公報参照)。

【０００４】そして、このようにトロイダル型変速機構
を２つ備えたトロイダル型無段変速機では、普通、出力
軸軸線方向にみて、２つの入力ディスクが背面同士が対
向するようにして内側に配置され、両入力ディスク間に
インプットカムが配置され、さらにインプットカムと各
入力ディスクの間に夫々カムローラが配置される。ここ
で、各カムローラは、変速機への入力トルクに応じて、
入力ディスクを出力ディスク側に押圧し、ディスクとロ
ーラとの間に適切な接触圧を生じさせるようになってい
る。したがって、カムローラは、基本的にはある程度以
上トルクが入力されているときにかぎり機能を発揮す
る。

【０００５】また、かかるトロイダル型無段変速機に
は、普通、両入力ディスクを互いに引き離す方向に常時
付勢して、変速機にトルクが入力されているか否かにか
かわりなく入力ディスクを出力ディスク側に押し付け、
ディスクとローラとの間にある程度接触圧を生じさせ
る、予圧手段としての皿ばねが設けられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そして、このように皿
ばねによって両入力ディスクが常時離間する方向に付勢
されていると、変速機へのトルク入力が０であるか(無
負荷)、あるいは非常に少ない場合には、カムローラが
フリーな状態となってしまう。このため、トルク変動時
に一瞬トルクが抜けたり、あるいはエンジンブレーキ時
のようにトルクが反転した場合、カムローラがフリーに
なったりトルク伝達状態になったりするので、カムロー
ラにがたつきが生じるといった問題がある。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、カムローラによって、入力
トルクに応じて入力ディスクを出力ディスク側に押し付
けるようにしたトロイダル型無段変速機において、無負
荷時あるいはエンジンブレーキ時等にカムローラにがた
つきが生じるのを防止す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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するため
になされた、本願第１の発明にかかるトロイダル型無段
変速機は、（ａ）夫々、入力ディスクと、該入力ディス
クに対して湾曲面同士が対向するように配置される出力
ディスクと、入力ディスクと出力ディスクとに接触して
傾転角度に応じた変速比で一方のディスクから他方のデ
ィスクにトルクを伝達するローラとを備えた、トロイダ
ル型無段変速機において、（ｂ）駆動側からトルクが入
力される一方該トルクをカムローラを介して入力ディス
クに伝達するインプットカムと、カムローラを入力ディ
スク側に押し付ける押付力付与手段とが設けられ、
（ｃ）出力軸軸線方向にみて、２つの入力ディスクが背
面同士が対向するようにして内側に配置され、両入力デ
ィスク間にインプットカムが配置され、かつ該インプッ
トカムが出力軸軸線方向に２分割され、両インプットカ
ム間に、分割されたインプットカムを介してカムローラ
を入力ディスクに押し付ける押付力付与手段が配設さ
れ、（ｄ）分割された各インプットカムの外周部に夫々
ギヤ部が取り付けられ、該ギヤ部と夫々噛み合う２つの
入力ギヤが駆動側に設けられていることを特徴とするも
のである。

【０００９】本願第２の発明にかかるトロイダル型無段
変速機は、上記第１の発明にかかるトロイダル型無段変
速機において、両入力ギヤがヘリカルギヤであって、両
入力ギヤのヘリカルが互いに逆方向に設定されているこ
とを特徴とするものである。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図３に示すように、自動車の変速装置ＴＭには、第１〜
第４気筒＃１〜＃４を備えたエンジン１の出力トルク
を、トルコン２(トルクコンバータ２)と、プラネタリギ
ヤシステムからなる歯車減速機構３及び前後進切替機構
４とを介して変速機出力軸５に出力する第１の変速部が
設けられている。さらに、エンジン１の出力トルクを、
切替クラッチ６と、第１トロイダル型変速機構７及び第
２トロイダル型変速機構８を備えたトロイダル型無段変
速機Ｃとを介して変速機出力軸５に出力する第２の変速
部が設けられている。そして、切替クラッチ６がオフ状
態にあるときには上記第１の変速部を介してトルクが伝
達され、オン状態にあるときには第２の変速部を介して
トルクが伝達されるようになっている。

【００１３】第１の変速部は、トルコン２が強力なトル
ク増大機能を有するので、主として発進時、加速時等の
比較的大きな変速比(トルク比)を必要とする場合に用い
られ、第２の変速部は、主として高速走行時等の比較的
小さな変速比で運転が行なわれる場合に用いられる。

【００１４】以下、変速装置ＴＭの具体的な構造を説明
する。まず、第１の変速部について説明する。トルコン
２は、実質的に、ポンプインペラ１２とタービンライナ
１３とステータ１４とで構成されている。ポンプインペ
ラ１２は、ポンプカバー１５を介してエンジン出力軸１
１と連結され、エンジン出力軸１１と一体回転するよう
になっている。さらに、ポンプインペラ１２には、第１
中空シャフト１６が同軸に連結され、この第１中空シャ
フト１６の後端部(図３では右端部)にオイルポンプ１７
が連結されている。タービンライナ１３はトルコン出力
軸１８(タービンシャフト)に同軸に連結されている。ま
た、ステータ１４はワンウェイクラッチ１９を介して第
２中空シャフト２１に連結されている。なお、第２中空
シャフト２１は変速機ケース２２に固定されている。

【００１５】トルコン２は、ポンプインペラ１２から吐
出されるオイルでタービンライナ１３を回転駆動し、タ
ービンライナ１３ではね返るオイルをステータ１４で整
流し、この整流されたオイルでポンプインペラ１２の回
転を高めるといったプロセスを繰り返し、トルコン出力
軸１８に、エンジン出力軸１１のトルクより大きなトル
クを出力するようになっている。

【００１６】歯車減速機構３は、実質的に、サンギヤ２
５と第１ピニオン２６と後進用リングギヤ２７と第２ピ
ニオン２８と前進用リングギヤ２９とキャリア３０とで
構成されている。ここで、サンギヤ２５にはトルコン出
力軸１８のトルクが入力されるようになっている。ま
た、第１,第２ピニオン２６,２８はキャリア３０によっ
て回転自在に支持されている。なお、キャリア３０は、
変速機ケース２２に固定された第２中空シャフト２１に
固定されている。

【００１７】そして、サンギヤ２５と第１ピニオン２６
の前部とが噛み合い、さらに第１ピニオン２６と後進用
リングギヤ２７とが噛み合い、これらは逆転減速機能を
有するプラネタリギヤシステムをなしている。このプラ
ネタリギヤシステムでは、サンギヤ２５に入力されるト
ルクより大きい逆回転方向のトルクが後進用リングギヤ
２７から出力されるようになっている。

【００１８】また、サンギヤ２５と噛み合っている第１
ピニオン２６の後部と第２ピニオン２８とが噛み合い、
さらに第２ピニオン２８と前進用リングギヤ２９とが噛
み合い、これらは正転減速機能を有するプラネタリギヤ
システムをなしている。このプラネタリギヤシステムで
は、サンギヤ２５に入力されるトルクより大きい順回転
方向のトルクが前進用リングギヤ２９から出力されるよ
うになっている。

【００１９】前後進切替機構４は、実質的に、リバース
クラッチ３１とクラッチケース３２とフォワードクラッ
チ３３とワンウェイクラッチ３４とで構成されている。
そして、クラッチケース３２は、後で説明する第１トロ
イダル型変速機構７の出力ディスク４４fを介して、変
速機出力軸５に連結されている。ここで、リバースクラ
ッチ３１が締結されたときには、後進用リングギヤ２７
とクラッチケース３２とが接続され、後進用リングギヤ
２７のトルクが変速機出力軸５に伝達される。他方、フ
ォワードクラッチ３３が締結されたときには、前進用リ
ングギヤ２９のトルクが変速機出力軸５に伝達される。
なお、ワンウェイクラッチ３４は、変速機出力軸５の回
転数が前進用リングギヤ２９の回転数より大きいときに
は空転して、前進用リングギヤ２９が変速機出力軸５に
よって逆駆動されるのを防止するために設けられてい
る。

【００２０】次に、第２の変速部について説明する。第
２の変速部は、実質的に、該第２の変速部へのトルクの
入力を継・断する切替クラッチ６と、第１,第２トロイ
ダル型変速機構７,８を備えたトロイダル型無段変速機
Ｃと、切替クラッチ６からトロイダル型無段変速機Ｃへ
トルク伝達する歯車機構３５とで構成されている。ここ
で、歯車機構３５は、切替クラッチ６が締結されている
ときには、第１中空シャフト１６のトルクすなわちエン
ジン出力軸１１のトルクを、順次噛み合っている、ドラ
イブギヤ３７とアイドルギヤ３８とドリブンギヤ３９と
を介してバイパスシャフト４０に伝達し、さらにバイパ
スシャフト４０のトルクを、互いに噛み合っている駆動
ギヤ４１と被駆動ギヤ４２とを介してトロイダル型無段
変速機Ｃに伝達するようになっている。

【００２１】トロイダル型無段変速機Ｃは、変速機出力
軸５を取り囲むようにして前側(図３では左側)に配置さ
れた第１トロイダル型変速機構７と、後側に配置された
第２トロイダル型変速機構８とで構成されている。ここ
で、第１,第２トロイダル型変速機構７,８は、前後に対
称となるように配置されているが、両者の構成と機能は
基本的には同一であるので、対応する部材には同一番号
を付し、原則として第１トロイダル型変速機構７の各部
材には添字fを付し、第２トロイダル型変速機構８の各
部材には添字rを付している。ただし、ローラ等、各ト
ロイダル型変速機構７,８に２つづつ配設されている部
材については、添字f,rのみでは区別できないので、第
１トロイダル型変速機構７の左右に配置された各部材に
夫々添字a,bを付し、第２トロイダル型変速機構８の左
右に配置された各部材に夫々添字c,dを付している。し
たがって、以下では、ある部材についてなされた説明
は、原則として、番号が同一で添字のみ異なる他の部材
にも当てはまることになる。

【００２２】第１トロイダル型変速機構７には、変速機
出力軸５まわりに遊嵌された第１入力ディスク４３f
と、変速機出力軸５に固定された第１出力ディスク４４
fと、第１入力ディスク４３fのトルクを第１出力ディス
ク４４fに伝達する第１,第２ローラ４５a,４５bとが設
けられている。そして、後で説明するように、第１入力
ディスク４３fへは、被駆動ギヤ４２が取り付けられた
インプットカムセットＨから、第１カムローラ４９fを
介してトルクが入力されるようになっている。

【００２３】第１,第２ローラ４５a,４５bは、夫々、軸
線Ｙまわりに回転できるようになっていて、その周面を
第１入力ディスク４３fの湾曲面と第１出力ディスク４
４fの湾曲面とに当接させている。このため、第１入力
ディスク４３fのトルク(回転)が、第１,第２ローラ４５
a,４５bを介して第１出力ディスク４４fに伝達されるよ
うになっている。ここで、第１入力ディスク４３fから
第１出力ディスク４４ｆへのトルク伝達における変速比
（トルク比)は、第１,第２ローラ４５a,４５bと当接し
ている位置における、第１出力ディスク４４fの半径Ｒ₂
と、第１入力ディスク４３fの半径Ｒ₁の比Ｒ₂／Ｒ₁によ
って決定される。

【００２４】そして、第１,第２ローラ４５a,４５bと両
ディスク４３f,４４fとの当接位置は、第１,第２ローラ
４５a,４５bの傾転角度によって決まるようになってお
り、油圧機構によって、この傾転角度を変えることによ
って、変速比を所定の範囲内で任意に設定できるように
なっている。なお、第２トロイダル型変速機構８も、基
本的には第１トロイダル型変速機構７と同様であるのは
もちろんである。

【００２５】以下、本発明の特徴部分を説明する前に、
まず前記従来の問題に対する、実施例ではない１つの対
応案としての、バイパスシャフト４０から第１,第２入
力ディスク４３f,４３rへのトルク伝達機構を説明す
る。図１に示すように、バイパスシャフト４０から第
１,第２入力ディスク４３f,４３rへのトルク伝達機構に
おいては、バイパスシャフト４０のトルクが、互いに噛
み合う駆動ギヤ４１と被駆動ギヤ４２とを介して、第
１,第２インプットカム５２,５３からなるインプットカ
ムセットＨに入力され、このインプットカムセットＨに
入力されたトルクのほぼ半分が、第１カムローラ４９f
を介して第１入力ディスク４３fに伝達され、もう半分
のトルクが、第２カムローラ４９rを介して第２入力デ
ィスク４３rに伝達されるようになっている。

【００２６】第１カムローラ４９fは、普通のカムロー
ラであって、第１インプットカム５２と第１入力ディス
ク４３fとが相対回転したときに、第１入力ディスク４
３fを第１出力ディスク４４f側(図３参照)に押し付ける
押圧力を発生させる機能を有しており、第１入力ディス
ク４３fへの入力トルクが大きいときほど、第１カムロ
ーラ４９fによる第１入力ディスク４３fへの押圧力が増
加するようになっている。これによって、ローラ４５a,
４５bと各ディスク４３f、４４fとの間の接触圧が調整
される。同様に、第２カムローラ４９rも、第２インプ
ットカム５３と第２入力ディスク４３rとが相対回転し
たときに、第２入力ディスク４３rを第２出力ディスク
４４r側(図３参照)に押し付ける押圧力を発生させる機
能を有しており、第２入力ディスク４３rへの入力トル
クが大きいときほど、第２カムローラ４９rによる第２
入力ディスク４３rへの押圧力が増加するようになって
いる。なお、第１,第２入力ディスク４３f,４３rは、夫
々、ベアリング６１,６２を介して変速機出力軸５に遊
嵌されている。

【００２７】インプットカムセットＨは、位置決め部材
５０によって設定される所定の間隔で変速機出力軸軸線
方向(前後方向)に並べられた第１,第２入力ディスク４
３f,４３rのほぼ中央位置に配置され、第１,第２の２つ
のインプットカム５２,５３で構成されている(分割され
ている)。ここで、第１インプットカム５２の外周部に
は被駆動ギヤ４２が取り付けられている。そして、第１
インプットカム５２内に形成された略円柱形の空間部５
６に、第２インプットカム５３が収容されている。第２
インプットカム５３の外周部は外側スプライン嵌合部５
４で第１インプットカム５２とスプライン嵌合し、内周
部は内側スプライン嵌合部５５で第１インプットカム５
２とスプライン嵌合している。したがって、第２インプ
ットカム５３は空間部５６内で前後方向に摺動できるよ
うになっている。なお、第１インプットカム５２は、ベ
アリング６３を介して位置決め部材５０に遊嵌され、第
１,第２インプットカム５２,５３は、変速機出力軸５回
りに一体的に回転できるようになっている。ここで、第
１,第２インプットカム５２,５３間の各スプライン嵌合
部５４,５５は、第１インプットカム５２から第２イン
プットカム５３へのトルクの伝達経路となるので、両イ
ンプットカム５２,５３は、相対変位時の摺動抵抗がや
や大きくなるが、両スプライン嵌合部５４,５５にボー
ルスプラインを用いれば、摺動抵抗が大幅に低減され、
適切な押圧力が得られる。

【００２８】ここで、空間部５６内において、第１イン
プットカム５２と第２インプットカム５３との間には、
両インプットカム５２,５３を互いに前後方向に離間さ
せるような付勢力を与える皿ばね５７が配設されてい
る。この皿ばね５７の付勢力によって、第１インプット
カム５２は、常時第１カムローラ４９fを第１入力ディ
スク４３f側に押圧する。このため、第１入力ディスク
４３fにトルクが入力されない場合(無負荷)、あるいは
エンジンブレーキ等によってトルクが逆転する場合で
も、第１カムローラ４９fはフリー状態にはならない。
つまり、皿ばね５７は、第１カムローラ４９fを介して
第１入力ディスク４３fを予圧(プリロード)する機能を
有する。同様に、皿ばね５７は、第２カムローラ４９r
を介して第２入力ディスク４３rをも予圧する機能を有
する。かかる構成によれば、無負荷時、あるいはエンジ
ンブレーキ時(トルク反転時)でも第１,第２カムローラ
４９f,４９rにがたつきが発生せず、ショックや騒音が
生じない。

【００２９】図２は、本発明の特徴部分を示す図であ
る。図２に示すように、この実施例では、バイパスシャ
フト４０に、第１,第２の２つの駆動ギヤ７１,７２が取
り付けられている。そして、第１インプットカム７４の
外周部に第１被駆動ギヤ７３が取り付けられ、第２イン
プットカム７６の外周部に第２被駆動ギヤ７５が取り付
けられている。ここで、第１駆動ギヤ７１と第１被駆動
ギヤ７３とが噛み合い、第２駆動ギヤ７２と第２被駆動
ギヤ７５とが噛み合っている。そして、第１,第２イン
プットカム７４,７６間の空間部７８内に皿ばね７９が
介設されている。また、第１,第２インプットカム７４,
７６の位相を合わせるためのピン部材７７が設けられて
いる。ここにおいて、第１駆動ギヤ７１と第１被駆動ギ
ヤ７３からなるギヤセットのヘリカル方向と、第２駆動
ギヤ７２と第２被駆動ギヤ７５とからなるギヤセットの
ヘリカル方向とは互いに逆方向に設定されている。

【００３０】この実施例では、基本的には図１に示す案
と同様の作用・効果が得られるが、第１,第２インプッ
トカム７４,７６間ではトルクの伝達が起こらないの
で、両者間の摺動抵抗が非常に小さくなる。このため、
高価なボールスプライン等を用いなくても適切な押圧力
が得られる。また、第１駆動ギヤ７１側のギヤセットの
ヘリカル方向と、第２駆動ギヤ７２側のギヤセットのヘ
リカル方向が、互いに逆方向に設定されている。このた
め、両ギヤセット間でギヤスラスト力が打ち消し合う。
したがって、第１,第２入力ギヤ４３f,４３rにスラスト
力が作用せず、第１入力ディスク４３fと第２入力ディ
スク４３rとへの押圧力が均等化される。

【００３１】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、押付力付与
手段によって、カムローラが常時入力ディスク側に押し
付けられるので、入力ディスクにトルクが入力されない
場合、あるいはエンジンブレーキ時等においてトルクが
反転する場合でもカムローラがフリーな状態にならず、
カムローラでのがたつき、ショック、騒音等が抑制され
る。また、２つのインプットカム間に皿ばね等の押付力
付与手段を介設するだけの簡素な構成で、カムローラを
介して入力ディスクを予圧することができる。さらに、
両インプットカムには個別的にトルクが入力され、両イ
ンプットカム間でトルク伝達が生じないので、両インプ
ットカム間の摺動抵抗が低減され、両入力ディスクへの
押付力が均等化される。

【００３２】第２の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、両入力ギヤ
のヘリカル方向が互いに逆方向に設定されるので、両ト
ロイダル型変速機構へのスラスト力が打ち消し合い、両
入力ディスクへの押付力が均等化される。

【００３３】

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の問題に対する１つの対応案にかかるト
ロイダル型無段変速機のインプットカムまわりの側面立
面断面説明図である。

【図２】本発明の実施例にかかるトロイダル型無段変
速機のインプットカムまわりの側面立面断面説明図であ
る。

【図３】本発明にかかるトロイダル型無段変速機を備
えた変速装置のシステム構成図である。

【符号の説明】

Ｃ…トロイダル型無段変速機Ｈ,Ｈ'…インプットカムセット５…変速機出力軸７…第１トロイダル型変速機構８…第２トロイダル型変速機構４１…駆動ギヤ４２…被駆動ギヤ４３f,４３r…第１,第２入力ディスク４４f,４４r…第１,第２出力ディスク４５a〜４５d…第１〜第４ローラ４９f,４９r…第１,第２カムローラ５２,５３…第１,第２インプットカム５７…皿ばね７１,７２…第１,第２駆動ギヤ７３,７５…第１,第２被駆動ギヤ７４,７６…第１,第２インプットカム７９…皿ばね

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】夫々、入力ディスクと、該入力ディスク
に対して湾曲面同士が対向するように配置される出力デ
ィスクと、入力ディスクと出力ディスクとに接触して傾
転角度に応じた変速比で一方のディスクから他方のディ
スクにトルクを伝達するローラとを備えた、トロイダル
型無段変速機において、駆動側からトルクが入力される一方該トルクをカムロー
ラを介して入力ディスクに伝達するインプットカムと、
カムローラを入力ディスク側に押し付ける押付力付与手
段とが設けられ、出力軸軸線方向にみて、２つの入力ディスクが背面同士
が対向するようにして内側に配置され、両入力ディスク
間にインプットカムが配置され、かつ該インプットカム
が出力軸軸線方向に２分割され、両インプットカム間
に、分割されたインプットカムを介してカムローラを入
力ディスクに押し付ける押付力付与手段が配設され、分割された各インプットカムの外周部に夫々ギヤ部が取
り付けられ、該ギヤ部と夫々噛み合う２つの入力ギヤが
駆動側に設けられていることを特徴とするトロイダル型
無段変速機。
【請求項２】請求項１に記載されたトロイダル型無段
変速機において、両入力ギヤがヘリカルギヤであって、両入力ギヤのヘリ
カルが互いに逆方向に設定されていることを特徴とする
トロイダル型無段変速機。