JP3487287B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents
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Description
の間に転動体を挟み込み、一方の回転部材を回転させる
ことにより、その転動体を介して他方の回転部材にトル
クを伝達し、かつその転動体と各回転部材との間でのト
ルクの伝達箇所を半径方向で変位させることにより、変
速比を連続的に変化させるように構成されたトロイダル
型(もしくはトラクション式)の無段変速機に関するも
のである。
向して配置された一対のディスクの間に円盤状のローラ
を挟み込んだ構成であって、その一対のディスクの対向
面のうち所定の半径より外側の部分が、それらの対向面
の中心位置を中心とした円に一致する円弧面をなし、そ
の円弧面が円周方向に連続しており、このように3次元
方向に湾曲している面がトロイダル面であって、そのト
ロイダル面を転動面としてローラが挟み付けられてい
る。そのローラは、外周部の厚さ方向に沿う断面形状
が、ディスクの転動面の円弧形状に一致する円弧面とさ
れた円盤体である。したがって、一方のディスクを回転
させることにより、そのローラが回転し、それに伴って
他方のディスクが回転する。そして、ローラを傾けて、
一方のディスクに対する接触部の半径位置すなわちディ
スクの中心軸線からの半径位置を外側に移動させ、かつ
他方のディスクに対する接触部の半径位置を内周側に移
動させることにより、それぞれの接触部の半径の比に応
じた変速比が設定されるようになっている。
れるトルクの大きさは、ディスクによってローラを挟み
付ける荷重に従って変化し、ディスクがローラを挟み付
けるいわゆる挟圧力が大きいほど、伝達可能なトルクが
大きくなる。一方、例えばフルトロイダル型の無段変速
機では、ディスクの回転中心軸線に平行な平面上でロー
ラを前後動させることにより、ローラに対して傾動力を
作用させ、変速を実行するように構成されている。した
がってこの種のトロイダル型無段変速機では、ディスク
によるローラの挟圧力により、ローラがディスクの間か
ら外れる方向に荷重が作用するので、この荷重に対抗す
る荷重をローラの保持力として作用させてローラをディ
スクの間の所定の位置に保持するようにしている。すな
わち、ディスクによる挟持力とローラの保持力とをバラ
ンスさせて所定のトルク伝達容量を確保するように構成
されている。
ディスクとローラとの接触界面に大きい荷重が作用して
おり、従来では、ディスクとローラとが直接接触するこ
とによる摩耗や変形を防止するために、両者の間に油膜
を形成し、その油膜のせん断力を利用してトルクを伝達
している。しかしながら、その油膜も温度によって機能
の制約を受け、ある程度以上の高温になると油膜が破断
してしまい、ディスクとローラとが直接接触する可能性
がある。
公報に記載されている発明では、油膜を形成するトラク
ション油の温度に基づいてローラの可動範囲を制限する
ように構成している。すなわち、ディスクに対するロー
ラの接触位置の半径が小さい場合には、大きい場合に比
較して油膜に作用するせん断力が大きくなり、油膜切れ
が生じやすくなるので、入力側のディスクおよび出力側
のディスクに対するローラの接触位置の半径が小さくな
らないように、ローラの傾動範囲(可動範囲)を、トラ
クション油の温度に基づいて制限し、こうすることによ
って油膜に作用するせん断力が相対的に過大になった
り、それに起因して油膜が破断したりすることを防止し
ている。
た発明によれば、油膜に作用するせん断力が制限される
ので、無段変速機に入力されるエネルギーが変化しなけ
れば、油温の上昇が抑制される。しかしながら、油温の
上昇が抑制されるとしても、無段変速機で伝達するエネ
ルギーが変化しない場合には、必ずしも油温が低下する
訳ではなく、無段変速機に作用するエネルギーが相対的
に大きい場合には、油温が次第に上昇し、ついには、油
膜切れが生じる可能性がある。上述した従来の無段変速
機では、このような事態に対処することができず、油膜
切れやそれに起因してディスクやローラが損傷する可能
性があった。
成されたものであり、ディスクなどの回転部材とその回
転部材に挟持されたローラなどの転動体との接触界面で
の温度もしくはその接触界面に油膜を形成する潤滑油の
温度が所定温度以上に上昇することを防止して機械的な
損傷を未然に回避することのできる無段変速機を提供す
ることを目的とするものである。
は、上記の目的を達成するために、検知された温度に基
づいて、無段変速機で伝達するエネルギーを制限するよ
うに構成したことを特徴とするものである。より具体的
には、請求項1の発明は、少なくとも一対の回転部材の
間に、トルクの伝達を媒介する転動体が挟み込まれると
ともに、前記回転部材が前記転動体を挟圧する荷重に対
抗して前記転動体を前記回転部材の間から抜け出ない方
向に保持する保持力が前記転動体に付与されるトロイダ
ル型無段変速機であって、前記回転部材の前記転動体を
挟み込む転動面の温度もしくは前記転動体の温度のいず
かの温度上昇を検出する検出手段と、その検出手段によ
って温度上昇が検出された場合に前記保持力を減じる転
動体制御手段とを備えていることを特徴とする無段変速
機である。
材の転動面の温度もしくは転動体の温度の上昇が検出さ
れると、転動体を回転部材の間に保持するための保持力
が減じられる。その回転部材は転動体を挟み付けてお
り、転動体に作用する保持力は、回転部材が転動体を挟
み付ける荷重に対抗して転動体を回転部材の間に保持す
る力であるから、その保持力を減じれば、回転部材と転
動体との接触圧(もしくは油膜を介した接触圧)が低下
し、その結果、無段変速機で伝達するエネルギー量が低
下し、温度上昇が防止される。
の回転部材の間に、トルクの伝達を媒介する転動体が挟
み込まれるとともに、前記回転部材が前記転動体を挟圧
する荷重に対抗して前記転動体を前記回転部材の間から
抜け出ない方向に保持する保持力が転動体に付与され、
かつ前記回転部材と転動体との間に潤滑油が供給される
トロイダル型無段変速機であって、前記回転部材の前記
転動体を挟み込む転動面の温度もしくは前記転動体の温
度のいずかの温度上昇を検出する検出手段と、その検出
手段によって温度上昇が検出された場合に前記潤滑油の
供給量を増量する潤滑手段と、前記潤滑油の供給量を増
量した後に前記検出手段が前記温度上昇を検出した場合
に前記保持力を減じる転動体制御手段とを備えているこ
とを特徴とする無段変速機である。
材の転動面の温度もしくは転動体の温度の上昇が検出さ
れると、回転部材と転動体との間に対する潤滑油の供給
量が増量される。それに伴って潤滑油による冷却作用が
増大するが、その状態でも更に温度の上昇が検出される
と、転動体を回転部材の間に保持するための保持力が減
じられる。その回転部材は転動体を挟み付けており、転
動体に作用する保持力は、回転部材が転動体を挟み付け
る荷重に対抗して転動体を回転部材の間に保持する力で
あるから、その保持力を減じれば、回転部材と転動体と
の油膜を介した接触圧が低下し、その結果、無段変速機
で伝達するエネルギー量が低下し、温度上昇が防止され
る。
に基づいて説明する。先ず、この発明で対象とするトロ
イダル型無段変速機の一例について説明すると、図3に
ダブルキャビティ式のフルトロイダル型無段変速機1が
模式的に示されており、このトロイダル型無段変速機1
では、一対の入力ディスク2が互いにいわゆる背中合わ
せに配置され、これらの入力ディスク2に対向するよう
に、すなわちこれらの入力ディスク2を挟んだ状態に一
対の出力ディスク3が配置されている。
ダル型無段変速機におけるディスクと同様に、互いに対
向する面のうち所定の半径より外周側の部分の形状が、
中心軸線をとおる平面で切断した断面が一定半径の円弧
面となる形状であって、その円弧面をなす転動面の間
に、アイドル部材もしくは伝動部材に相当するパワーロ
ーラ(転動体)4が挟み込まれている。すなわち、図3
における右側の出力ディスク3が軸線方向に対して固定
され、かつ左側の出力ディスク3の背面側(転動面とは
反対側)に油圧室5が設けられ、伝達するべきトルクに
応じた油圧をその油圧室5に供給することにより、各入
力ディスク2と出力ディスク3とでパワーローラ4を挟
み付けるようになっている。すなわち各ディスク2,3
でパワーローラ4を挟み付ける挟圧力を、油圧室5に供
給する油圧によって生じさせるように構成されている。
沿って配置された出力軸6によって一体回転するように
連結されており、その出力軸6は各入力ディスク2の中
心部を貫通するとともに、各入力ディスク2と出力軸6
との間に軸受7が配置され、これら入力ディスク2と出
力軸6とが相対回転できるように構成されている。
転自在に配置されている。その入力軸8は無段変速機1
の全長より僅かに長く、その前後両端部と中間部との合
計三箇所に歯車9,10,11が取り付けられている。
その中間部の歯車10が、前記各入力ディスク2と一体
化されている歯車12に噛合している。したがって入力
軸8からこれらの歯車10,12を介して無段変速機1
にトルクを入力するようになっている。
の部材であって、その外周部の断面形状が各ディスク
2,3の転動面の円弧の曲率に一致する曲率の曲面に形
成されており、したがって各ディスク2,3に対してパ
ワーローラ4が傾斜して、そのパワーローラ4とディス
ク2,3との接触部の半径位置が任意に変化するように
なっている。このパワーローラ4は、各入力ディスク2
と出力ディスク3との間に3個、等間隔に配置されてお
り、無段変速機1の全体としては合計6個設けられてい
る。
あるキャリジ13によって回転自在でかつ傾動自在に保
持されている。このキャリジ13には、パワーローラ4
の外周面に潤滑油を供給するための潤滑油路が、後述す
るように形成されている。
9に噛合した入力歯車14が設けられている。そして、
この入力歯車14をエンジンなどの動力源(図示せず)
の動力で回転させるようになっている。
中心軸線(各ディスク2,3の回転中心軸線)に平行な
平面上を、キャリジ13と共に前後動し、かつその前後
動作に伴って回転面が出力軸6の回転中心軸線に対して
傾動するように構成されている。そのための機構の一例
を図4に示してある。前記キャリジ13は、上下二枚の
板状の部材でパワーローラ4を挟み込んで保持するよう
に構成されており、パワーローラ4の中心部に上下両方
向に突出させた設けた軸を回転自在に保持するようにな
っている。このキャリジ13の長手方向の一端部に設け
てある軸部15が、直動型の油圧シリンダ16における
ピストンロッド17に、ボール継手18を介して連結さ
れている。
ピストンロッド17は図4に示すようにピストンと一体
化された中空軸状の部材であって、その内部に前記軸部
15が挿入されるとともに、その軸部15の外周部に嵌
合させたボール継手18を介して軸部15とピストンロ
ッド17とが揺動自在に連結されている。
に沿って潤滑油路19が形成されている。この潤滑油路
19は、パワーローラ4の外周面に対して潤滑油を供給
するためのものであって、前記キャリジ13における前
記パワーローラ4の外周面に対向する箇所に開口してい
る。また、その潤滑油路19の後端部は、ピストンロッ
ド17と同様に、油圧シリンダ16における後端側の中
空部に連通している。そして、この油圧シリンダ16に
おける外壁面の所定箇所に、ピストンを後退させる油圧
を供給する後退用ポート20と、ピストンを前進させる
油圧を供給する前進用ポート21と、前記潤滑油路19
に潤滑油を供給する潤滑ポート22とが形成されてい
る。
油圧を制御する油圧回路について説明すると、図5にお
いて、油圧ポンプ23によって加圧しかつ調圧した油圧
を、油圧シリンダ16における後退用ポート20と前進
用ポート21とに切り換えて供給するための制御弁24
が設けられている。この制御弁24は、電気的に制御さ
れる弁であって、後退用ポート20に供給する油圧と前
進用ポート21に供給する油圧との差圧を調整すること
により、パワーローラ4をキャリジ13と共に前進移動
もしくは移動させ、各ディスク2,3の回転中心軸線に
対して平行な平面上での所定の位置にパワーローラ4を
保持するように構成されている。このようにして油圧シ
リンダ16によって生じる推力が、パワーローラ4の保
持力であって、入力ディスク2と出力ディスク3とによ
る挟持力によって生じる荷重に対抗する大きさの推力に
維持される。
装置(ECU)25が設けられている。この電子制御装
置25は、マイクロコンピュータを主体として構成され
たものであって、入力されたデータおよび予め記憶して
いるデータならびにプログラムに従って演算をおこなう
ことにより、前記後退用ポート20と前進用ポート21
とに供給する油圧の差圧を求め、その演算結果に基づい
て制御弁24を制御するようになっている。より具体的
には、パワーローラ4を前進移動もしくは後退移動さ
せ、それに伴ってパワーローラ4が傾動することによ
り、変速比を所定の値に設定するようになっている。
スク2,3によるパワーローラ4の挟持力に基づく荷重
に対抗する力であるから、その保持力が低下すれば、各
ディスク2,3とパワーローラ4との間の面圧が低下し
て、伝達可能なトルクが低下する。そこで、電子制御装
置24は、許容される伝達トルクを制限するために、制
御弁24を制御するように構成されている。すなわち、
電子制御装置24には、温度検知手段26からの信号が
入力されている。
の転動面2B,3Bの温度を検知するためのものであっ
て、転動面2B,3Bの温度を直接検出する手段以外に
演算して温度を求める手段を採用することができる。例
えば、オイルリザーバなどの潤滑油溜め(図示せず)に
戻った潤滑油の温度を検出し、その温度に基づいて転動
面2B,3Bの温度を演算する手段や、無段変速機1に
入力されたエネルギーを、動力源であるエンジンの回転
数や吸入空気量あるいは回転数などに基づいて演算し、
また出力軸6の回転数や出力トルクなどに基づいて無段
変速機1の出力エネルギーを演算し、これらの入力エネ
ルギーと出力エネルギーとの差から無段変速機1で熱に
変換されたエネルギーを求め、その熱エネルギーと放熱
量や無段変速機1の熱容量などに基づいて転動面2B,
3Bの温度を演算する手段を採用することができる。
段26で検出された温度が高い場合に、パワーローラ4
の保持力を低下させて、無段変速機1での伝達トルク
(伝達エネルギー)を低下させるように構成されてい
る。
から吐出させかつ所定の圧力に調圧した油圧を、油圧シ
リンダ16における潤滑ポート22に供給するように構
成されている。その油路27の途中に、潤滑油の流量を
調整する電磁弁28が介装されている。そして、この電
磁弁28は、前記電子制御装置25によって制御される
ようになっている。
図示しない動力源で入力歯車14を回転させることによ
り、これに噛合している歯車9および入力軸8を介して
入力ディスク2にトルクが伝達される。入力ディスク2
が回転すると、その転動面2Bに油膜を介して接触して
いるパワーローラ4が回転し、さらにこのパワーローラ
4が油膜を介して出力ディスク3の転動面3Bに接触し
ているので、出力ディスク3が回転する。そして、その
出力ディスク3と一体化されている出力軸6が回転す
る。
力ディスク2の回転数およびその転動面2Bとの接触箇
所の回転中心から半径によって決まる。また、出力ディ
スク3の回転数は、パワーローラ4の回転数およびその
パワーローラ4が転動面3Bに接触している箇所の回転
中心からの半径によって決まる。したがって入力ディス
ク2に対する出力ディスク3の相対回転数は、パワーロ
ーラ4がそれぞれの転動面2B,3Bに接触する箇所の
半径位置によって決まり、パワーローラ4を出力軸6の
中心軸線に対して傾動させて転動面2B,3Bに対する
接触箇所を変化させることにより、変速比が連続的に変
化する。
との間のトルクの伝達は、両者の間に形成される油膜の
せん断力を介しておこなわれ、その油膜を形成するため
の潤滑油が前述したキャリジ13から各ディスク2,3
の外周面に供給される。また、そのパワーローラ4は、
伝達するべきトルクに応じてディスク2,3に付与して
いるスラスト力によって挟み付けられている。したがっ
て油膜には、強い圧縮力とせん断力とが作用するので、
トルクを伝達することに伴って熱が発生する。その熱
は、大気中に放散させられ、また潤滑油が運び去り、こ
うして無段変速機1が冷却されるが、その冷却作用以上
に熱が発生した場合には、以下に述べるように制御され
る。
度が演算される(ステップS1)。これは、前述した温
度検知手段26によっておこなわれ、あるいは温度検知
手段26による検出信号に基づいて電子制御装置25に
よっておこなわれる。そしてその演算は、一例として、
前述したように無段変速機1に対する入力エネルギーと
無段変速機1から出力されるエネルギーとの差から無段
変速機1で生じる熱量が求められ、その熱量に基づいて
温度が演算される。
より高いか否かが判断される(ステップS2)。その判
定値Tは、無段変速機1の機械的な損傷が生じさせない
範囲の温度であって、例えば油膜切れが生じる上限温度
より僅か低い程度の温度であり、予め実験などで求めて
おくことができる。
合には、特に制御をおこなうことなくリターンし、また
反対に肯定的に判断された場合には、パワーローラ4の
保持力が低下させられる(ステップS3)。具体的に
は、パワーローラ4を各ディスク2,3の間に保持する
ように油圧シリンダ16が押圧力を発生している場合に
は、その押圧力を低下させ、また油圧シリンダ16が引
き戻し力を発生している場合には、その引き戻し力を低
下させるように、前記各ポート20,21に供給される
油圧の差圧が設定される。
低下させると、各ディスク2,3とパワーローラ4との
油膜を介した接触箇所での面圧が低下し、それに応じて
伝達トルクが低下する。そのため、油膜に対するせん断
作用が軽減されるなどのことによって熱に変換されるエ
ネルギー量が低下し、発熱が抑制される。その状態の下
で検出された温度が判定値Tより高いか否かが再度判断
される(ステップS4)。
合には、伝達トルクを低下させても未だ発熱量が多く、
温度が上昇していることになるので、ステップS3に戻
って、パワーローラ4の保持力が更に低下させられる。
これとは反対にステップS4で否定的に判断された場合
には、熱に変換されるエネルギー量が低下して温度が下
がり始めていることになるので、その場合はリターンす
る。
が上昇した場合、冷却能力を増大させる替わりに、発熱
量を低下させるので、温度の上昇を確実に防止すること
ができる。その結果、油膜切れやそれに起因するディス
ク2,3とパワーローラ4との直接的な接触を未然に回
避してこれらディスク2,3やパワーローラ4の摩耗や
変形などの機械的な損傷を未然に防止することができ
る。
を低下させることに加えて、冷却能力を増大させる操作
を併用することとしてもよい。その一例を図2にフロー
チャートで示してあり、ここに示す例は、パワーローラ
4の保持力を低下させることに先立って、潤滑油の供給
量を増大させるように構成した例である。すなわち、ス
テップS1で演算した温度が判定値Tより高いことがス
テップS2で判断された場合、潤滑油の供給量が増大さ
せられる(ステップS21)。これは、具体的には、前
記電磁弁28が電子制御装置25によって制御されて、
油路27を流通する潤滑油の量が増大させれる。その結
果、キャリジ13からパワーローラ4とディスク2,3
との間に供給される潤滑油の量が多くなってその潤滑油
により熱が奪われ、積極的な冷却作用が生じる。
演算された温度が判定値Tより高いか否かが判断され
(ステップS22)、否定的に判断された場合には特に
制御をおこなうことなくリターンする。したがってこの
場合は、パワーローラ4の保持力が従前のままに維持さ
れるので、トルクの伝達容量が低下することがなく、必
要十分な出力トルクを維持できる。
高いことによりステップS22で肯定的に判断された場
合には、ステップS3に進んで、パワーローラ4の保持
力が低下させられる。それ以降の制御は、上述した図1
に示す制御と同様である。
が上昇した場合、先ずは冷却作用を増大させるので、直
ちに出力トルクが低下することがなく、また冷却により
温度を低下させられない状態となれば、発熱量を低下さ
せるので、無段変速機1の機械的な損傷を未然に防止す
ることができる。
簡単に説明すると、上述した温度検知手段26あるいは
図1および図2に示すステップS1の機能的手段が、こ
の発明の検出手段に相当する。また、上記の油圧シリン
ダ16および制御弁24ならびに電子制御装置25、さ
らに図1および図2に示すステップS3の機能的手段
が、この発明の転動体制御手段に相当する。そして、上
記の電磁弁27および図2に示すステップS21の機能
的手段が、請求項2における潤滑手段に相当する。
れないのであって、フルトロイダル型無段変速機に限ら
ずハーフトロイダル型無段変速機にも適用することがで
きる。したがって、転動体の保持力の低下は、要は、転
動体がディスクなどの回転部材の間から抜け出る方向に
保持力を低下させるものであればよい。また、冷却のた
めの潤滑油の供給は、キャリジからおこなう以外に、転
動面に直接潤滑油を供給するように構成してもよい。さ
らに、保持力を制御する制御弁は、単一のバルブによっ
て構成する替わりに、複数のバルブにより調圧機構とし
て構成してもよい。
よれば、回転部材の転動面の温度もしくは転動体の温度
の上昇が検出されると、転動体を回転部材の間に保持す
るための保持力が減じられるから、回転部材と転動体と
の接触圧(もしくは油膜を介した接触圧)が低下し、そ
の結果、無段変速機での発熱量が低下して温度上昇が防
止されるので、油膜の破断やそれに起因して回転部材と
転動体とが直接接触して摩耗や変形が生じるなどの事態
が回避され、無段変速機の機械的な損傷を防止すること
ができる。
の転動面の温度もしくは転動体の温度の上昇が検出され
ると、回転部材と転動体との間に対する潤滑油の供給量
が増量され、それに伴って潤滑油による冷却作用が増大
するので、伝達可能なトルクの低下を抑制することがで
きる。また、その状態でも更に温度の上昇が検出される
と、転動体を回転部材の間に保持するための保持力が減
じられるから、回転部材と転動体との油膜を介した接触
圧が低下し、その結果、無段変速機での発熱量が低下し
て温度上昇が防止されるので、油膜の破断やそれに起因
して回転部材と転動体とが直接接触して摩耗や変形が生
じるなどの事態が回避され、無段変速機の機械的な損傷
を防止することができる。
説明するためのフローチャートである。
例を説明するためのフローチャートである。
一例を示す模式的な縦断側面図である。
を示す部分断面図である。
を供給するための油圧回路の一例を示す模式図である。
スク、 2B,3B…転動面、 4…パワーローラ、
16…油圧シリンダ、 24…制御弁、 25…電子制
御装置、 28…電磁弁。
Claims (2)
- 【請求項1】 少なくとも一対の回転部材の間に、トル
クの伝達を媒介する転動体が挟み込まれるとともに、前
記回転部材が前記転動体を挟圧する荷重に対抗して前記
転動体を前記回転部材の間から抜け出ない方向に保持す
る保持力が前記転動体に付与されるトロイダル型無段変
速機において、 前記回転部材の前記転動体を挟み込む転動面の温度もし
くは前記転動体の温度のいずかの温度上昇を検出する検
出手段と、 その検出手段によって温度上昇が検出された場合に前記
保持力を減じる転動体制御手段とを備えていることを特
徴とするトロイダル型無段変速機。 - 【請求項2】 少なくとも一対の回転部材の間に、トル
クの伝達を媒介する転動体が挟み込まれるとともに、前
記回転部材が前記転動体を挟圧する荷重に対抗して前記
転動体を前記回転部材の間から抜け出ない方向に保持す
る保持力が転動体に付与され、かつ前記回転部材と転動
体との間に潤滑油が供給されるトロイダル型無段変速機
において、 前記回転部材の前記転動体を挟み込む転動面の温度もし
くは前記転動体の温度のいずかの温度上昇を検出する検
出手段と、 その検出手段によって温度上昇が検出された場合に前記
潤滑油の供給量を増量する潤滑手段と、 前記潤滑油の供給量を増量した後に前記検出手段が前記
温度上昇を検出した場合に前記保持力を減じる転動体制
御手段とを備えていることを特徴とするトロイダル型無
段変速機。
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