JP3555577B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、入力ディスクと出力ディスクとの間にトルクの伝達を媒介する転動体を挟み込み、その転動体を介して各ディスクの間でトルクを伝達す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。
【０００２】
【従来の技術】
この種の無段変速機は、互いに対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（転動体）を挟み込んだ構成のものである。こ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には、一対のディスクの対向面間に設定された点を中心とした円弧形状の転動面が形成されている。この転動面は、各ディスクの円周方向に連続している。このように、一対のディスクにそれぞれ形成され、かつ、３次元方向に湾曲している転動面がトロイダル面であって、その転動面同士の間に、ローラが回転自在に挟み付けられている。
【０００３】
このローラは、回転軸線を含む平面内において、外周部の厚さ方向に沿う断面形状が、各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、ローラと一方のディスクおよび他方のディスクとの接触半径を調整することにより、接触半径同士の比に応じた変速比が設定される。
【０００４】
このようなトロイダル型無段変速機の一例が、特表２０００−５０７６６７号公報に記載されている。この公報に記載されたトロイダル型無段変速機は、相互に平行に配置された入力シャフトおよび出力シャフトを備えている。入力シャフト側には、２つの入力ディスクおよび２つの出力ディスクが設けられている。２つの入力ディスクは軸線方向に所定間隔をおいて配置されており、２つの入力ディスクの間に、２つの出力ディスクが配置されている。２つの出力ディスクは、その転動面が軸線方向の両側に位置する状態で一体的に構成されている。そして、入力ディスクと出力ディスクとの対向面には、前記転動面がそれぞれ設けられている。
【０００５】
また、一方の入力ディスクと入力シャフトとは、軸線方向に相対移動可能に構成され、かつ、一体回転するように構成されている。これに対して、他方の入力ディスクと入力シャフトとは、軸線方向に相対移動不可能に構成され、かつ、一体回転するように構成されている。一方の入力シャフトはシリンダ内に配置されており、このシリンダ内には油圧室が形成されている。一方、２つの出力ディスクと入力シャフトとは相対回転可能に構成され、２つの出力シャフトのトルクを出力シャフトに伝達するチェーン駆動装置が設けられている。入力ディスクと出力ディスクとの間にはローラが設けられており、各ディスクに形成されている転動面により、ローラが挟み付けられている。
【０００６】
入力シャフトのトルクは、入力ディスクおよびローラを経由して出力ディスクに伝達され、出力ディスクに伝達されたトルクは、チェーン駆動装置を経由して出力シャフトに伝達される。ここで、トルクの伝達原理を具体的に説明すると、ローラと各転動面との接触点の面圧が高圧となり、ローラと各転動面との間に存在する潤滑油のせん断抵抗によりトルクが伝達される、いわゆるトラクション伝動となっている。つまり、入力ディスクと出力ディスクとの間におけるトルク容量は、ローラに対する各ディスクの押し付け力に比例して変化する。そして上記公報に記載されたトロイダル型無段変速機においては、シリンダ内に形成された油圧室の油圧を制御することにより、一方の入力ディスクを軸線方向に移動させ、ローラに作用する各ディスクの押し付け力を制御している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報においては、ローラに作用する各ディスクの挟持力は、油圧室の油圧、この油圧が作用する入力ディスクの背面の油圧作用面積、潤滑油の特性に基づくトラクション係数などの条件により決定される。より具体的には、入力ディスクと出力ディスクとの間で伝達されるトルク、およびローラに作用する各ディスクの押し付け力は、例えば、式（１）および式（２）により求められる。
【０００８】
【０００９】
ここで、Ｔは、ローラ１個あたりの伝達トルクを意味し、μは、トラクション係数を意味し、ｒは、入力シャフトの軸線を中心とするローラと転動面との接触部位の半径（すなわち接触径）を意味し、Ｆは、ローラに作用する各ディスクの押し付け力を意味し、ｎは、１つの入力ディスクと１つの出力ディスクとの間に配置されているローラの数を意味し、θは、入力軸の軸線とローラの軸線とのなす角度（すなわち傾き角）を意味し、Ａは、油圧が作用する入力ディスクの背面の断面積を意味し、Ｒ１は、油圧が作用する入力ディスクの外周の半径を意味し、ｒ１は、油圧が作用する入力ディスクの内周の半径を意味し、Ｐは、油圧室の油圧を意味している。
【００１０】
ところが、油圧室の油圧制御およびトラクション係数の変更には限界があり、油圧室の油圧制御およびトラクション係数を同じ条件とした状態において、入力ディスクと出力ディスクとの間のトルク容量を増加するためには、入力ディスクの背面の油圧作用面積を拡大、すなわち、入力ディスクの外径を大きくすなければならなかった。その結果、変速機全体がディスクの半径方向に大型化し、車両への搭載性が低下するという問題があった。
【００１１】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、ディスク外径を大きくすることなく、入力ディスクと出力ディスクとの間のトルク容量を増加す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を目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するため請求項１の発明は、同一軸線上で互いに対向し、かつ、回転自在に配置された入力ディスクおよび出力ディスクと、この入力ディスクと出力ディスクとにより挟み付けられ、かつ、前記入力ディスクと前記出力ディスクとの間でトルクを伝達する転動体と、前記入力ディスクおよび前記出力ディスクに前記軸線方向の挟持力を与えることにより、前記入力ディスクと前記出力ディスクとの間におけるトルク容量を制御する油圧式のトルク容量制御機構とを備えたトロイダル型無段変速機において、１つの前記ディスクの前記転動体とは反対側に環状ドラムが配置されるとともにその環状ドラムの前記ディスク側の側面に凹部が成形され、その凹部に油圧を受けるピストンが配置され、そのピストンの前記ディスク側の側面に、円周方向に所定の間隔を空けて三つの突出部が形成され、また前記ディスクの前記環状ドラム側の背面に凹部が成形されるとともにその凹部内に、前記環状ドラムの端面に接触したプレートが配置され、前記三つの突出部が前記プレートを液密状態に貫通して前記ディスクの側面に接触しているとともに、前記プレートとディスクとの間に油圧室が形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
上記請求項１において、ピストンが油圧によってディスク側に圧力を受けることにより、ピストンに設けられた三つの突出部を介してディスクに対して押圧力が作用する。また、プレートとディスクとの間の油圧室に油圧を供給することにより、ディスクを転動体側に押圧する押圧力が生じる。さらに、皿バネの弾性力が、ピストンおよび突出部を介してディスクを押圧する押圧力として作用する。
【００１４】
請求項１の発明によれば、転動体に対する入力ディスクおよび出力ディスクの軸線方向の挟持力が高められて、入力ディスクと出力ディスクとの間におけるトルク容量が増加する。また、複数の油圧室の油圧に基づく押圧力が１つのディスクに対して軸線方向に作用するため、１つのディスクの外径を拡大する必要はない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。図２はこの発明の一実施例としての無段変速機１、より具体的には、ダブルキャビティ式であり、かつ、フルトロイダル型の無段変速機１を示している。また図１は、無段変速機１の部分的な断面図である。この無段変速機１の全体は、中空のハウジング（図示せず）の内部に収容されている。無段変速機１は、入力軸２および出力軸３を有しており、入力軸２と出力軸３とは相互に平行に、かつ、水平に配置されている。入力軸２は、ハウジング側に設けられた軸受（図示せず）などにより、回転可能に、かつ、軸線方向に移動不可能に保持されている。この入力軸２には、エンジンなどの駆動力源（図示せず）から出力された動力（言い換えればトルク）が伝達される。また、出力軸３のトルクが、動力伝達装置（図示せず）を経由して車輪（図示せず）に伝達されるように構成されている。
【００１８】
一方、ハウジング側には、図１に示すエンドプレート４が固定されており、エンドプレート４の内周に設けられた軸受５およびその他の部材（図示せず）などにより、出力軸３とハウジングとが相対回転可能に、かつ、出力軸３とハウジングとが軸線方向に相対移動不可能に構成されている。
【００１９】
入力軸２における軸線方向のほぼ中央には、スプロケット６が設けられている。この入力軸２とスプロケット６とは一体回転する構成になっている。一方、出力軸３における軸線方向のほぼ中央には、スプロケット７が設けられている。スプロケット６およびスプロケット７には、チェーン３８が巻き掛けられている。この出力軸３とスプロケット７とは相対回転可能に連結されている。そして、スプロケット７における軸線方向の両側には、入力ディスク８，９が固定されている。すなわち、一対の入力ディスク８，９が互いに背中合わせに配置されている。この一対の入力ディスク８，９とスプロケット７とは一体回転する。
【００２０】
また、出力軸３の軸線方向において、一対の入力ディスク８，９に対向する位置には、出力ディスク１０，１１が設けられている。すなわち、一対の出力ディスク１０，１１の間に、一対の入力ディスク８，９が配置されている。言い換えれば、出力軸３の軸線方向に、入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１が直列に配置されている。出力ディスク１１における入力ディスク９とは反対側の側面は、出力軸３に設けられたフランジ３９に接触している。
【００２１】
上記の入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１は、従来のフルトロイダル型無段変速機におけるディスクと同様に、互いに対向する転動面１２，１３がフルトロイダル面として形成されたディスクである。この転動面１２，１３は、出力軸３の軸線Ａ１を中心として環状に形成されている。そして、各転動面１２，１３は具体的には、以下のような形状を備えている。
【００２２】
すなわち、出力軸３の軸線Ａ１を含む平面内における転動面１２，１３の断面形状は、入力ディスク９と出力ディスク１１との間、および入力ディスク８と出力ディスク１０との間に別個に設定された点（図示せず）を曲率中心として湾曲する一定半径の円弧となる形状に構成されている。すなわち、各ディスク８，９，１０，１１の半径方向において、各転動面１２，１３は、その最内周部と最外周部との中間が最も窪んだ（後退した）形状を備えている。言い換えれば、互いに対向する入力ディスク８の転動面１２と出力ディスク１０の転動面１３との間隔、および入力ディスク９の転動面１２と出力ディスク１１の転動面１３との間隔が、最内周部と最外周部との中間の部分で最も広くなっている。
【００２３】
そして、入力ディスク８と出力ディスク１０との間、すなわち、転動面１２と転動面１３との間には、軸線Ａ１を中心とする円周方向に所定間隔をあけて、パワーローラ１４が複数配置されている。また、入力ディスク９と出力ディスク１１との間、すなわち、転動面１２と転動面１３との間には、軸線Ａ１を中心とする円周方向に所定間隔をあけて、パワーローラ１５が複数配置されている。
【００２４】
これらのパワーローラ１４，１５は、円盤状の部材であって、各パワーローラ１４，１５は、軸線Ｂ１を中心として回転可能に保持されている。また、軸線Ａ１を含む平面内において、軸線Ａ１と軸線Ｂ１とのなす角度が変更な状態で、各パワーローラ１４，１５が保持されている。さらに、パワーローラ１４，１５を、軸線Ａ１および軸線Ｂ１に直交する方向に前後動させるアクチュエータ（図示せず）が設けられている。
【００２５】
さらに、各パワーローラ１４，１５は、軸線Ｂ１を含む平面内において、その外周断面形状が各転動面１２，１３の曲率に一致する曲率の曲面に形成されている。そして、パワーローラ１４の外周面と、入力ディスク８の転動面１２および出力ディスク１０の転動面１３とが接触している。また、パワーローラ１５の外周面と、入力ディスク９の転動面１２および出力ディスク１１の転動面１３とが接触している。したがって、アクチュエータによりパワーローラ１４，１５を軸線Ｂ１に直交して前後動させると、転動面１２，１３とパワーローラ１４，１５との接触部位に作用するベクトルにより、パワーローラ１４，１５の軸線Ｂ１の傾きが変位して、軸線Ｂ１と軸線Ａ１とのなす角度が変化し、パワーローラ１４，１５と転動面１２，１３との接触部位の半径が調整される。
【００２６】
つぎに、各パワーローラ１４，１５と各転動面１２，１３との接触圧力を調整するトルク容量制御機構の一具体例を、図１および図３に基づいて説明する。なお、各転動面１２，１３とパワーローラ１４，１５の外周面との間には、潤滑油が存在するため、各転動面１２，１３とパワーローラ１４，１５の外周面とが直接接触しない場合もあるが、この具体例においては、便宜上、「接触」と記載する。
【００２７】
図１に示すように、出力軸３の外周であって、エンドプレート４と出力ディスク１０との間には、環状のドラム１６が取り付けられている。また、出力軸３の外周にはフランジ部３Ａが形成されており、ドラム１６における出力ディスク１０とは反対側の側面と、フランジ部３Ａとが接触することにより、ドラム１６が軸線方向、具体的には出力ディスク１０から離れる方向に移動することが規制される。このドラム１６における出力ディスク１０側の側面には、軸線Ａ１を中心とする環状の凹部１７が形成されている。この凹部１７には、環状の皿ばね１８が配置されている。一方、出力軸３の外周におけるドラム１６と出力ディスク１０との間には、環状のプレート１９が取り付けられている。出力軸３の外周におけるドラム１６と出力ディスク１０との間には段部３４が形成されている。
【００２８】
そして、プレート１９におけるドラム１６側の側面と、段部３４とが接触することにより、プレート１９がドラム１６側に向けて軸線方向に移動することが規制される。前記出力ディスク１０におけるドラム１６側の側面には環状の凹部２４が形成されており、この凹部２４内にプレート１９が配置されている。出力ディスク１０におけるドラム１６側の背面には、凹部２４に臨み、かつ、軸線Ａ１に直交する環状の側面２４Ｂが形成されている。また、プレート１９には、軸線Ａ１を中心とする円周上に、所定間隔おきに孔２０が３箇所形成されている。各孔２０は、プレート１９を軸線方向に貫通している。なお、プレート１９の端面とドラム１６の端面とは接触している。
【００２９】
一方、前記ドラム１６における凹部１７よりもプレート１９寄りの位置には、凹部１７よりも外径の大きい環状の凹部２１が形成されている。この凹部２１には、環状のピストン２２が配置されている。このピストン２２における出力ディスク１０側の側面には、図３に示すように、同一円周上に所定間隔おきに突出部２３が３つ形成されている。各突出部２３の軸線方向の長さは、プレート１９の軸線方向の厚さよりも長く設定されている。各突出部２３は円柱形状に構成されている。各突出部２３の先端面は、出力ディスク１０の側面２４Ｂに接触する。さらに、各突出部２３はプレート１９の各孔２０内に挿入されている。なお、軸線Ａ１を中心とする各突出部２３の外接円（図示せず）は、プレート１９の外径未満に設定されている。さらにまた、ピストン２２における凹部１７側の背面には、軸線Ａ１に直交する受圧面２２Ａが形成されている。
【００３０】
そして、ピストン２２と出力軸３およびドラム１６ならびにプレート１９とが、軸線方向に相対移動可能に構成されている。このピストン２２は、皿ばね１８の弾性力により、出力ディスク１０側に向けて軸線方向に押圧されている。上記のように構成された出力軸３の外周面とドラム１６とピストン２２とにより取り囲まれた空間（主として、凹部１７）により、油圧室２５が形成されている。
【００３１】
出力軸３の外周とドラム１６の内周との間にはＯリング２６が設けられており、ドラム１６の凹部２１の内周とピストン２２の外周との間にはＯリング２７が設けられており、出力軸３の外周とピストン２２の内周との間にはＯリング２８が設けられている。これらのＯリング２６，２７，２８により、油圧室２５が液密にシールされている。
【００３２】
一方、出力軸３の外周とプレート１９の側面と出力ディスク１０の凹部２４の内壁面とにより取り囲まれた空間により、油圧室２９が形成されている。また、出力ディスク１０の内周と出力軸３の外周との間にはＯリング３０が設けられており、プレート１９の内周と出力軸３の外周との間にはＯリング３１が設けられており、プレート１９の外周と出力ディスク１０の凹部２４の内周との間にはＯリング３２が設けられており、各突出部２３の外周と各孔２０の内周との間にはＯリング３３が設けられている。これらのＯリング３０，３１，３２，３３により、油圧室２９が液密にシールされている。
【００３３】
出力軸３の中心部には、軸線方向に沿って油路３５が形成されている。この油路３５は、電磁弁（図示せず）などを経由してオイルポンプ（図示せず）の吐出側に接続されている。このオイルポンプは前述の駆動力源により駆動される。また、油路３５に連通する油路３６，３７が形成されている。この油路３６は油圧室２５に連通され、油路３７は油圧室２９に連通されている。なお、前述した駆動力源およびアクチュエータならびに電磁弁などを制御する電子制御装置（図示せず）が設けられている。この電子制御装置には、各種の信号が入力され、この信号および電子制御装置に記憶されているデータに基づいて、駆動力源およびアクチュエータならびに電磁弁などが制御される。
【００３４】
つぎに、図１および図３の具体例を、図２の無段変速機１に適用した場合の動作および制御を説明する。駆動力源から入力軸２にトルクが伝達されると、そのトルクはスプロケット６、チェーン３８、スプロケット７を経由して入力ディスク８，９に伝達される。一方、電子制御装置に入力される信号に基づいて車両の走行状態が判断され、その判断結果に基づいて無段変速機１の目標変速比が算出される。この目標変速比の算出結果に基づいて、アクチュエータが制御される。すると、軸線Ａ１と各ディスク１４，１５の軸線Ｂ１とのなす角度が制御されるとともに、軸線Ａ１を中心として、パワーローラ１４，１５と転動面１２，１３との接触部位の半径が制御される。このようにして、無段変速機１の変速比が制御される。
【００３５】
一方、入力ディスク８，９に伝達されるトルクに応じて電磁弁が制御され、油圧室２５，２９の油圧が制御される。まず、油圧室２９の油圧が、側面２４Ｂの一部、具体的には各突出部２３が接触している領域を除く受圧面２４Ａに作用して、出力ディスク１０を入力ディスク８側に向けて出力軸３の軸線方向に押圧する押圧力を生じさせる。また、皿ばね１８の押圧力および油圧室２５の油圧により、ピストン２２が出力ディスク１０側に向けて、出力軸３の軸線方向に押圧される。このピストン２２の動作により、突出部２３から、出力ディスク１０を入力ディスク８側に向けて、出力軸３の軸線方向に押圧する方向の押圧力が生じる。
【００３６】
上記のように、出力ディスク１０が、入力ディスク８側に向けて、出力軸３の軸線方向に押圧されると、その押圧力はパワーローラ１４を経由して入力ディスク８，９に伝達されるとともに、入力ディスク９からパワーローラ１５に伝達される。パワーローラ１５に伝達された押圧力が、出力ディスク１１に伝達されると、その押圧力がフランジ３９により受け止められる。その結果、出力ディスク１１は、入力ディスク９から離れる方向に移動することが、フランジ３９により規制される。上記の作用により、各パワーローラ１４，１５が、入力ディスク８，９と出力ディスク１０，１１とにより軸線方向に挟持されて、各転動面１２，１３との接触部位の面圧が高圧になるとともに、各パワーローラ１４，１５と各転動面１２，１３との間に存在する潤滑油のせん断抵抗により、入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１と、パワーローラ１４，１５との間でトルクの伝達がおこなわれる。出力ディスク１０，１１に伝達されたトルクは、出力軸３を経由して車輪に伝達される。
【００３７】
ここで、図１および図３の具体例を図２の無段変速機１に適用した場合において、入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１と、パワーローラ１４，１５との間におけるトルク容量を、主としてパワーローラ１４に基づき説明する。まず、油圧室２９の油圧に基づいて、出力ディスク１０の受圧面２４Ａに作用する押圧力Ｆ１は、以下の式（３）により求められる。また、油圧室２５の油圧に基づいて、ピストン２２を介して出力ディスク１０の側面２４Ｂに作用する押圧力Ｆ２は、以下の式（４）により求められる。そして、出力ディスク１０からパワーローラ１４に作用する押圧力Ｆ３は、式（５）により求められる。
【００３８】
【００３９】
ここで、Ｐは、油圧室２５，２９の油圧を意味し、Ａ１は、軸線Ａ１に直交する平面内において、油圧室２５の油圧が作用する受圧面２２Ａの面積、Ａ２は、出力ディスク１０の側面２４Ｂ全体の面積を意味し、Ａ３は、軸線Ａ１に直交する平面内において、１つの突出部２３の先端の面積を意味し、ｎ１は突出部２３の数を意味し、Ｒ２は、側面２４Ｂの外周の半径を意味し、ｒ２は、側面２４Ｂの内周の半径を意味し、Ｒ３は、受圧面２２Ａの外周の半径を意味し、ｒ３は、受圧面２２Ａの内周の半径を意味し、ｒ４は、突出部２３の半径を意味している。なお、油圧室２５，２９の油圧は同じに制御されている。さらに、皿ばね１８からもピストン２２に押圧力が作用するが、式（５）においては、この押圧力を便宜上省略している。
【００４０】
このように、図１および図３の具体例を、図２の無段変速機１に適用した場合は、油圧室２９の油圧に対応する押圧力Ｆ１と、油圧室２５の油圧に対応する押圧力Ｆ２との合成である押圧力Ｆ３が、出力ディスク１０に作用する。すなわち、押圧力Ｆ３に関与する受圧面積が可及的に増加している。この押圧力Ｆ３は、入力ディスク８，９およびパワーローラ１５にも伝達される。したがって、入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１と、パワーローラ１４，１５との間におけるトルク容量を、可及的に増加することができる。
【００４１】
そして、２つの油圧室２５，２９の油圧に基づく押圧力が合成されて、出力ディスク１０に作用している。言い換えれば、軸線方向に配置された２つの受圧面２２Ａ，２４Ａに作用する油圧に相当する押圧力が、出力ディスク１０に作用している。そして、受圧面２２Ａ，２４Ａの面積は、出力ディスク１０の側面の面積よりも広い。つまり、出力ディスク１０の側面２４Ｂの面積、すなわち、出力ディスク１０の外径を大きくすることなく、入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１と、パワーローラ１４，１５との間におけるトルク容量を増加することができる。したがって、無段変速機１が出力軸３の半径方向に大型化することを抑制でき、無段変速機１の車載性が向上する。
【００４２】
ここで、図１ないし図３の具体例の構成と、この発明の構成との対応関係を説明すれば、パワーローラ１４，１５がこの発明の転動体に相当し、ドラム１６、凹部１７，２１，２４、皿ばね１８、油圧室２５，２９、ピストン２２、受圧面２２Ａ，２４Ａ、突出部２３、側面２４Ｂ、プレート１９、孔２０などの構成が、この発明のトルク容量制御機構に相当する。
【００４３】
図４は、図１の無段変速機１に適用するトルク容量制御機構の他の具体例を示す断面図である。図４においては、出力ディスク１０であって、転動面１３とは反対側の側面に、図５に示す環状の突出部４０が形成されている。この突出部４０は、軸線Ａ１を中心として配置されている。また、出力軸３の外周には環状のドラム４１が固定されている。ドラム４１と、出力ディスク１０における転動面１３とは反対側の側面とが対向している。ドラム４１には、出力ディスク１０側に向けて軸線方向に延ばされた円筒部４２が形成されている。この円筒部４２の内側に出力ディスク１０が配置されている。
【００４４】
また、ドラム４１における出力ディスク１０側の面には、軸線Ａ１を中心とする環状の凹部４３が形成されている。この凹部４３には、環状のピストン４４が軸線方向に移動自在に配置されている。そして、ピストン４４の内周面および外周円筒部５４と、凹部４３の内周壁および外周壁との間には、Ｏリング４５，４６が設けられている。このようにして、凹部４３の壁面とピストン４４の側面とにより取り囲まれた空間に油圧室４７が形成され、Ｏリング４５，４６により油圧室４７が液密にシールされている。出力軸３の内部にはその軸線方向に沿って油路４８が設けられている。油路４８は、電磁弁（図示せず）を介してオイルポンプの吐出側に接続されている。また、ドラム４１には油圧室４７に連通する油路４９が形成され、油路４７と油路４９とが油路５０により接続されている。
【００４５】
前記ドラム４１には、軸線Ａ１と直交する環状の保持面５１が形成されている。また、円筒部４２の内周にはスナップリング５２が取り付けられており、円筒部４２内には環状の皿ばね５３が設けられている。この皿ばね５３の外周端が、保持面５１とスナップリング５２との間に配置されて、皿ばね５３の外周端の一方の側面（出力ディスク１０とは反対側の側面）と、保持面５１とが接触して接触部Ｃ１を形成する。この皿ばね５３の内径は、ピストン４４の外周円筒部５４の外径Ｒ５よりも小さく設定されている。つまり、皿ばね５３の内周側の一方の側面と、外周円筒部５４の端面とが接触して、接触部Ｄ１を形成する。また、皿ばね５３の他方の側面（出力ディスク１０の側面）と、出力ディスク１０の突出部４０とが接触して、接触部Ｅ１を形成する。このようにして、接触部Ｄ１よりも外周側に接触部Ｅ１が形成され、接触部Ｅ１よりも外周側に接触部Ｃ１が形成される。なお、図４において、ａは、半径方向における接触部Ｅ１と接触部Ｃ１との距離を意味し、ｂは、半径方向における接触部Ｄ１と接触部Ｃ１との距離を意味している。ここで、距離ａと距離ｂとの対応関係は、
ｂ−ａ＞ａ
に設定されている。なお、外周円筒部５４を含むピストン４４であって、油圧室４７に臨む背面が、受圧面４４Ａを形成している。
【００４６】
図４および図５の具体例を、図２の無段変速機１に適用した場合の動作を説明する。まず、入力ディスク８，９に伝達されるトルクに応じて電磁弁が制御され、油圧室４７の油圧が調整される。そして、油圧室４７の油圧の上昇により、ピストン４４が出力ディスク１０側に向けて軸線方向に押圧される。すると、この押圧力は皿ばね５３を介して出力ディスク１０に伝達される。具体的に説明すると、ピストン４４が軸線方向に押圧されると、外周側円筒部５４が皿ばね５３の内周端を出力ディスク１０側に向けて軸線方向に押圧する。このため、接触部Ｄ１に入力された押圧力が、接触部Ｃ１を支点とし、接触部Ｄ１を力点とし、接触部Ｅ１を作用点とする梃子の原理により増幅されて、出力ディスク１０に伝達される。すなわち、油圧室４７の油圧によりピストン４４に作用する推力（押圧力）Ｆ４は、式（６）により求められ、皿ばね５３から出力ディスク１０に伝達される押圧力Ｆ５は、式（７）により求められる。
【００４７】
【００４８】
ここで、Ｐは、油圧室４７の油圧を意味し、Ａ４は、油圧室４７の油圧が作用するピストン４４の受圧面４４Ａの面積を意味し、Ｒ５は、ピストン４４（外周円筒部５４）の外周面の半径を意味し、ｒ５は、ピストン４４の内周面の半径を意味し、αは、梃子の原理による増倍比（＝ｂ／ａ）を意味している。
【００４９】
このように、図４および図５の具体例を、図１の無段変速機１に適用すれば、油圧室４７の油圧に基づいてピストン４４に作用する押圧力を、梃子の原理により増幅して出力ディスク１０に伝達することにより、入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１と、パワーローラ１４，１５との間におけるトルク容量を、可及的に増加することができる。したがって、油圧室４７の油圧が作用するピストン４４の受圧面が半径方向に大型化することを抑制でき、車両に対する無段変速機１の搭載性が向上する。
【００５０】
ここで、図４および図５に示す具体例の構成と、この発明の構成との対応関係を説明すれば、油圧室４７、ピストン４４、受圧面４４Ａ、外周円筒部５４、皿ばね５３、スナップリング５２、突起４０、保持面５１などの構成が、この発明のトルク容量制御機構に相当し、ピストン４４、外周円筒部５４がこの発明の受圧部材に相当し、皿ばね５３、スナップリング５２、突起４０、保持面５１などの構成が、倍力機構に相当する。
【００５１】
また、図１ないし図５の具体例においては、入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１と、パワーローラ１４，１５との間におけるトルク容量を増加する場合に、油圧室２５，２９または油圧室４７の油圧への依存程度を少なくすることができる。したがって、油圧室２５，２９，４７の油圧の元圧を発生させる電磁弁に接続されたオイルポンプの吐出量の増加を抑制することができ、このオイルポンプを駆動する駆動力源の燃費を向上させることができる。
【００５２】
なお、図２に示された無段変速機１は、２個のパワーローラ１４，１５を収容する空間であるキャビティを備えたダブルキャビティ式の無段変速機であるが、キャビティを１つ備えたシングルキャビティ式の無段変速機に対して、この発明を適用することもできる。さらに、ハーフトロイダル式の無段変速機に対して、この発明を適用することもできる。また、図２に示す無段変速機１において、入力軸と出力軸との間のトルク伝達を、チェーンに代えてギヤでおこなう構成とすることもできる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明および請求項２の発明によれば、転動体に対する入力ディスクおよび出力ディスクの軸線方向の挟持力が高められて、入力ディスクと出力ディスクとの間におけるトルク容量が増加する。また、複数の油圧室の油圧に基づく押圧力が合成され、合成された押圧力が１つのディスクに対して軸線方向に作用するため、１つのディスクの外径を拡大する必要がない。したがって、軸線の半径方向にディスクが大型化することを抑制でき、トロイダル型無段変速機の車載性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るトロイダル型無段変速機に適用されるトルク容量制御機構を示す側面図である。
【図２】この発明に係るトロイダル型無段変速機の構成を示す略示的な断面図である。
【図３】図１のピストンを示す側面図である。
【図４】図２のトロイダル型無段変速機に適用されるトルク容量制御機構の他の具体例を示す側面図である。
【図５】図４の出力ディスクを示す側面図である。
【符号の説明】
１…トロイダル型無段変速機、 ８，９…入力ディスク、 １０，１１…出力ディスク、 １４，１５…パワーローラ、 １６…ドラム、 １７，２１，２４…凹部、 １８，５３…皿ばね、 １９…プレート、 ２０…孔、 ２２，４４…ピストン、 ２２Ａ，２４Ａ，４４Ａ…受圧面、 ２３…突出部、 ２４Ｂ…側面、 ２５，２９，４７…油圧室、 ４０…突起、 ５１…保持面、 ５２…スナップリング、 ５４…外周円筒部、 Ａ１…軸線。
【発明の属する技術分野】
この発明は、入力ディスクと出力ディスクとの間にトルクの伝達を媒介する転動体を挟み込み、その転動体を介して各ディスクの間でトルクを伝達す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。
【０００２】
【従来の技術】
この種の無段変速機は、互いに対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（転動体）を挟み込んだ構成のものである。こ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には、一対のディスクの対向面間に設定された点を中心とした円弧形状の転動面が形成されている。この転動面は、各ディスクの円周方向に連続している。このように、一対のディスクにそれぞれ形成され、かつ、３次元方向に湾曲している転動面がトロイダル面であって、その転動面同士の間に、ローラが回転自在に挟み付けられている。
【０００３】
このローラは、回転軸線を含む平面内において、外周部の厚さ方向に沿う断面形状が、各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、ローラと一方のディスクおよび他方のディスクとの接触半径を調整することにより、接触半径同士の比に応じた変速比が設定される。
【０００４】
このようなトロイダル型無段変速機の一例が、特表２０００−５０７６６７号公報に記載されている。この公報に記載されたトロイダル型無段変速機は、相互に平行に配置された入力シャフトおよび出力シャフトを備えている。入力シャフト側には、２つの入力ディスクおよび２つの出力ディスクが設けられている。２つの入力ディスクは軸線方向に所定間隔をおいて配置されており、２つの入力ディスクの間に、２つの出力ディスクが配置されている。２つの出力ディスクは、その転動面が軸線方向の両側に位置する状態で一体的に構成されている。そして、入力ディスクと出力ディスクとの対向面には、前記転動面がそれぞれ設けられている。
【０００５】
また、一方の入力ディスクと入力シャフトとは、軸線方向に相対移動可能に構成され、かつ、一体回転するように構成されている。これに対して、他方の入力ディスクと入力シャフトとは、軸線方向に相対移動不可能に構成され、かつ、一体回転するように構成されている。一方の入力シャフトはシリンダ内に配置されており、このシリンダ内には油圧室が形成されている。一方、２つの出力ディスクと入力シャフトとは相対回転可能に構成され、２つの出力シャフトのトルクを出力シャフトに伝達するチェーン駆動装置が設けられている。入力ディスクと出力ディスクとの間にはローラが設けられており、各ディスクに形成されている転動面により、ローラが挟み付けられている。
【０００６】
入力シャフトのトルクは、入力ディスクおよびローラを経由して出力ディスクに伝達され、出力ディスクに伝達されたトルクは、チェーン駆動装置を経由して出力シャフトに伝達される。ここで、トルクの伝達原理を具体的に説明すると、ローラと各転動面との接触点の面圧が高圧となり、ローラと各転動面との間に存在する潤滑油のせん断抵抗によりトルクが伝達される、いわゆるトラクション伝動となっている。つまり、入力ディスクと出力ディスクとの間におけるトルク容量は、ローラに対する各ディスクの押し付け力に比例して変化する。そして上記公報に記載されたトロイダル型無段変速機においては、シリンダ内に形成された油圧室の油圧を制御することにより、一方の入力ディスクを軸線方向に移動させ、ローラに作用する各ディスクの押し付け力を制御している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報においては、ローラに作用する各ディスクの挟持力は、油圧室の油圧、この油圧が作用する入力ディスクの背面の油圧作用面積、潤滑油の特性に基づくトラクション係数などの条件により決定される。より具体的には、入力ディスクと出力ディスクとの間で伝達されるトルク、およびローラに作用する各ディスクの押し付け力は、例えば、式（１）および式（２）により求められる。
【０００８】
ここで、Ｔは、ローラ１個あたりの伝達トルクを意味し、μは、トラクション係数を意味し、ｒは、入力シャフトの軸線を中心とするローラと転動面との接触部位の半径（すなわち接触径）を意味し、Ｆは、ローラに作用する各ディスクの押し付け力を意味し、ｎは、１つの入力ディスクと１つの出力ディスクとの間に配置されているローラの数を意味し、θは、入力軸の軸線とローラの軸線とのなす角度（すなわち傾き角）を意味し、Ａは、油圧が作用する入力ディスクの背面の断面積を意味し、Ｒ１は、油圧が作用する入力ディスクの外周の半径を意味し、ｒ１は、油圧が作用する入力ディスクの内周の半径を意味し、Ｐは、油圧室の油圧を意味している。
【００１０】
ところが、油圧室の油圧制御およびトラクション係数の変更には限界があり、油圧室の油圧制御およびトラクション係数を同じ条件とした状態において、入力ディスクと出力ディスクとの間のトルク容量を増加するためには、入力ディスクの背面の油圧作用面積を拡大、すなわち、入力ディスクの外径を大きくすなければならなかった。その結果、変速機全体がディスクの半径方向に大型化し、車両への搭載性が低下するという問題があった。
【００１１】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、ディスク外径を大きくすることなく、入力ディスクと出力ディスクとの間のトルク容量を増加す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を目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するため請求項１の発明は、同一軸線上で互いに対向し、かつ、回転自在に配置された入力ディスクおよび出力ディスクと、この入力ディスクと出力ディスクとにより挟み付けられ、かつ、前記入力ディスクと前記出力ディスクとの間でトルクを伝達する転動体と、前記入力ディスクおよび前記出力ディスクに前記軸線方向の挟持力を与えることにより、前記入力ディスクと前記出力ディスクとの間におけるトルク容量を制御する油圧式のトルク容量制御機構とを備えたトロイダル型無段変速機において、１つの前記ディスクの前記転動体とは反対側に環状ドラムが配置されるとともにその環状ドラムの前記ディスク側の側面に凹部が成形され、その凹部に油圧を受けるピストンが配置され、そのピストンの前記ディスク側の側面に、円周方向に所定の間隔を空けて三つの突出部が形成され、また前記ディスクの前記環状ドラム側の背面に凹部が成形されるとともにその凹部内に、前記環状ドラムの端面に接触したプレートが配置され、前記三つの突出部が前記プレートを液密状態に貫通して前記ディスクの側面に接触しているとともに、前記プレートとディスクとの間に油圧室が形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
上記請求項１において、ピストンが油圧によってディスク側に圧力を受けることにより、ピストンに設けられた三つの突出部を介してディスクに対して押圧力が作用する。また、プレートとディスクとの間の油圧室に油圧を供給することにより、ディスクを転動体側に押圧する押圧力が生じる。さらに、皿バネの弾性力が、ピストンおよび突出部を介してディスクを押圧する押圧力として作用する。
【００１４】
請求項１の発明によれば、転動体に対する入力ディスクおよび出力ディスクの軸線方向の挟持力が高められて、入力ディスクと出力ディスクとの間におけるトルク容量が増加する。また、複数の油圧室の油圧に基づく押圧力が１つのディスクに対して軸線方向に作用するため、１つのディスクの外径を拡大する必要はない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。図２はこの発明の一実施例としての無段変速機１、より具体的には、ダブルキャビティ式であり、かつ、フルトロイダル型の無段変速機１を示している。また図１は、無段変速機１の部分的な断面図である。この無段変速機１の全体は、中空のハウジング（図示せず）の内部に収容されている。無段変速機１は、入力軸２および出力軸３を有しており、入力軸２と出力軸３とは相互に平行に、かつ、水平に配置されている。入力軸２は、ハウジング側に設けられた軸受（図示せず）などにより、回転可能に、かつ、軸線方向に移動不可能に保持されている。この入力軸２には、エンジンなどの駆動力源（図示せず）から出力された動力（言い換えればトルク）が伝達される。また、出力軸３のトルクが、動力伝達装置（図示せず）を経由して車輪（図示せず）に伝達されるように構成されている。
【００１８】
一方、ハウジング側には、図１に示すエンドプレート４が固定されており、エンドプレート４の内周に設けられた軸受５およびその他の部材（図示せず）などにより、出力軸３とハウジングとが相対回転可能に、かつ、出力軸３とハウジングとが軸線方向に相対移動不可能に構成されている。
【００１９】
入力軸２における軸線方向のほぼ中央には、スプロケット６が設けられている。この入力軸２とスプロケット６とは一体回転する構成になっている。一方、出力軸３における軸線方向のほぼ中央には、スプロケット７が設けられている。スプロケット６およびスプロケット７には、チェーン３８が巻き掛けられている。この出力軸３とスプロケット７とは相対回転可能に連結されている。そして、スプロケット７における軸線方向の両側には、入力ディスク８，９が固定されている。すなわち、一対の入力ディスク８，９が互いに背中合わせに配置されている。この一対の入力ディスク８，９とスプロケット７とは一体回転する。
【００２０】
また、出力軸３の軸線方向において、一対の入力ディスク８，９に対向する位置には、出力ディスク１０，１１が設けられている。すなわち、一対の出力ディスク１０，１１の間に、一対の入力ディスク８，９が配置されている。言い換えれば、出力軸３の軸線方向に、入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１が直列に配置されている。出力ディスク１１における入力ディスク９とは反対側の側面は、出力軸３に設けられたフランジ３９に接触している。
【００２１】
上記の入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１は、従来のフルトロイダル型無段変速機におけるディスクと同様に、互いに対向する転動面１２，１３がフルトロイダル面として形成されたディスクである。この転動面１２，１３は、出力軸３の軸線Ａ１を中心として環状に形成されている。そして、各転動面１２，１３は具体的には、以下のような形状を備えている。
【００２２】
すなわち、出力軸３の軸線Ａ１を含む平面内における転動面１２，１３の断面形状は、入力ディスク９と出力ディスク１１との間、および入力ディスク８と出力ディスク１０との間に別個に設定された点（図示せず）を曲率中心として湾曲する一定半径の円弧となる形状に構成されている。すなわち、各ディスク８，９，１０，１１の半径方向において、各転動面１２，１３は、その最内周部と最外周部との中間が最も窪んだ（後退した）形状を備えている。言い換えれば、互いに対向する入力ディスク８の転動面１２と出力ディスク１０の転動面１３との間隔、および入力ディスク９の転動面１２と出力ディスク１１の転動面１３との間隔が、最内周部と最外周部との中間の部分で最も広くなっている。
【００２３】
そして、入力ディスク８と出力ディスク１０との間、すなわち、転動面１２と転動面１３との間には、軸線Ａ１を中心とする円周方向に所定間隔をあけて、パワーローラ１４が複数配置されている。また、入力ディスク９と出力ディスク１１との間、すなわち、転動面１２と転動面１３との間には、軸線Ａ１を中心とする円周方向に所定間隔をあけて、パワーローラ１５が複数配置されている。
【００２４】
これらのパワーローラ１４，１５は、円盤状の部材であって、各パワーローラ１４，１５は、軸線Ｂ１を中心として回転可能に保持されている。また、軸線Ａ１を含む平面内において、軸線Ａ１と軸線Ｂ１とのなす角度が変更な状態で、各パワーローラ１４，１５が保持されている。さらに、パワーローラ１４，１５を、軸線Ａ１および軸線Ｂ１に直交する方向に前後動させるアクチュエータ（図示せず）が設けられている。
【００２５】
さらに、各パワーローラ１４，１５は、軸線Ｂ１を含む平面内において、その外周断面形状が各転動面１２，１３の曲率に一致する曲率の曲面に形成されている。そして、パワーローラ１４の外周面と、入力ディスク８の転動面１２および出力ディスク１０の転動面１３とが接触している。また、パワーローラ１５の外周面と、入力ディスク９の転動面１２および出力ディスク１１の転動面１３とが接触している。したがって、アクチュエータによりパワーローラ１４，１５を軸線Ｂ１に直交して前後動させると、転動面１２，１３とパワーローラ１４，１５との接触部位に作用するベクトルにより、パワーローラ１４，１５の軸線Ｂ１の傾きが変位して、軸線Ｂ１と軸線Ａ１とのなす角度が変化し、パワーローラ１４，１５と転動面１２，１３との接触部位の半径が調整される。
【００２６】
つぎに、各パワーローラ１４，１５と各転動面１２，１３との接触圧力を調整するトルク容量制御機構の一具体例を、図１および図３に基づいて説明する。なお、各転動面１２，１３とパワーローラ１４，１５の外周面との間には、潤滑油が存在するため、各転動面１２，１３とパワーローラ１４，１５の外周面とが直接接触しない場合もあるが、この具体例においては、便宜上、「接触」と記載する。
【００２７】
図１に示すように、出力軸３の外周であって、エンドプレート４と出力ディスク１０との間には、環状のドラム１６が取り付けられている。また、出力軸３の外周にはフランジ部３Ａが形成されており、ドラム１６における出力ディスク１０とは反対側の側面と、フランジ部３Ａとが接触することにより、ドラム１６が軸線方向、具体的には出力ディスク１０から離れる方向に移動することが規制される。このドラム１６における出力ディスク１０側の側面には、軸線Ａ１を中心とする環状の凹部１７が形成されている。この凹部１７には、環状の皿ばね１８が配置されている。一方、出力軸３の外周におけるドラム１６と出力ディスク１０との間には、環状のプレート１９が取り付けられている。出力軸３の外周におけるドラム１６と出力ディスク１０との間には段部３４が形成されている。
【００２８】
そして、プレート１９におけるドラム１６側の側面と、段部３４とが接触することにより、プレート１９がドラム１６側に向けて軸線方向に移動することが規制される。前記出力ディスク１０におけるドラム１６側の側面には環状の凹部２４が形成されており、この凹部２４内にプレート１９が配置されている。出力ディスク１０におけるドラム１６側の背面には、凹部２４に臨み、かつ、軸線Ａ１に直交する環状の側面２４Ｂが形成されている。また、プレート１９には、軸線Ａ１を中心とする円周上に、所定間隔おきに孔２０が３箇所形成されている。各孔２０は、プレート１９を軸線方向に貫通している。なお、プレート１９の端面とドラム１６の端面とは接触している。
【００２９】
一方、前記ドラム１６における凹部１７よりもプレート１９寄りの位置には、凹部１７よりも外径の大きい環状の凹部２１が形成されている。この凹部２１には、環状のピストン２２が配置されている。このピストン２２における出力ディスク１０側の側面には、図３に示すように、同一円周上に所定間隔おきに突出部２３が３つ形成されている。各突出部２３の軸線方向の長さは、プレート１９の軸線方向の厚さよりも長く設定されている。各突出部２３は円柱形状に構成されている。各突出部２３の先端面は、出力ディスク１０の側面２４Ｂに接触する。さらに、各突出部２３はプレート１９の各孔２０内に挿入されている。なお、軸線Ａ１を中心とする各突出部２３の外接円（図示せず）は、プレート１９の外径未満に設定されている。さらにまた、ピストン２２における凹部１７側の背面には、軸線Ａ１に直交する受圧面２２Ａが形成されている。
【００３０】
そして、ピストン２２と出力軸３およびドラム１６ならびにプレート１９とが、軸線方向に相対移動可能に構成されている。このピストン２２は、皿ばね１８の弾性力により、出力ディスク１０側に向けて軸線方向に押圧されている。上記のように構成された出力軸３の外周面とドラム１６とピストン２２とにより取り囲まれた空間（主として、凹部１７）により、油圧室２５が形成されている。
【００３１】
出力軸３の外周とドラム１６の内周との間にはＯリング２６が設けられており、ドラム１６の凹部２１の内周とピストン２２の外周との間にはＯリング２７が設けられており、出力軸３の外周とピストン２２の内周との間にはＯリング２８が設けられている。これらのＯリング２６，２７，２８により、油圧室２５が液密にシールされている。
【００３２】
一方、出力軸３の外周とプレート１９の側面と出力ディスク１０の凹部２４の内壁面とにより取り囲まれた空間により、油圧室２９が形成されている。また、出力ディスク１０の内周と出力軸３の外周との間にはＯリング３０が設けられており、プレート１９の内周と出力軸３の外周との間にはＯリング３１が設けられており、プレート１９の外周と出力ディスク１０の凹部２４の内周との間にはＯリング３２が設けられており、各突出部２３の外周と各孔２０の内周との間にはＯリング３３が設けられている。これらのＯリング３０，３１，３２，３３により、油圧室２９が液密にシールされている。
【００３３】
出力軸３の中心部には、軸線方向に沿って油路３５が形成されている。この油路３５は、電磁弁（図示せず）などを経由してオイルポンプ（図示せず）の吐出側に接続されている。このオイルポンプは前述の駆動力源により駆動される。また、油路３５に連通する油路３６，３７が形成されている。この油路３６は油圧室２５に連通され、油路３７は油圧室２９に連通されている。なお、前述した駆動力源およびアクチュエータならびに電磁弁などを制御する電子制御装置（図示せず）が設けられている。この電子制御装置には、各種の信号が入力され、この信号および電子制御装置に記憶されているデータに基づいて、駆動力源およびアクチュエータならびに電磁弁などが制御される。
【００３４】
つぎに、図１および図３の具体例を、図２の無段変速機１に適用した場合の動作および制御を説明する。駆動力源から入力軸２にトルクが伝達されると、そのトルクはスプロケット６、チェーン３８、スプロケット７を経由して入力ディスク８，９に伝達される。一方、電子制御装置に入力される信号に基づいて車両の走行状態が判断され、その判断結果に基づいて無段変速機１の目標変速比が算出される。この目標変速比の算出結果に基づいて、アクチュエータが制御される。すると、軸線Ａ１と各ディスク１４，１５の軸線Ｂ１とのなす角度が制御されるとともに、軸線Ａ１を中心として、パワーローラ１４，１５と転動面１２，１３との接触部位の半径が制御される。このようにして、無段変速機１の変速比が制御される。
【００３５】
一方、入力ディスク８，９に伝達されるトルクに応じて電磁弁が制御され、油圧室２５，２９の油圧が制御される。まず、油圧室２９の油圧が、側面２４Ｂの一部、具体的には各突出部２３が接触している領域を除く受圧面２４Ａに作用して、出力ディスク１０を入力ディスク８側に向けて出力軸３の軸線方向に押圧する押圧力を生じさせる。また、皿ばね１８の押圧力および油圧室２５の油圧により、ピストン２２が出力ディスク１０側に向けて、出力軸３の軸線方向に押圧される。このピストン２２の動作により、突出部２３から、出力ディスク１０を入力ディスク８側に向けて、出力軸３の軸線方向に押圧する方向の押圧力が生じる。
【００３６】
上記のように、出力ディスク１０が、入力ディスク８側に向けて、出力軸３の軸線方向に押圧されると、その押圧力はパワーローラ１４を経由して入力ディスク８，９に伝達されるとともに、入力ディスク９からパワーローラ１５に伝達される。パワーローラ１５に伝達された押圧力が、出力ディスク１１に伝達されると、その押圧力がフランジ３９により受け止められる。その結果、出力ディスク１１は、入力ディスク９から離れる方向に移動することが、フランジ３９により規制される。上記の作用により、各パワーローラ１４，１５が、入力ディスク８，９と出力ディスク１０，１１とにより軸線方向に挟持されて、各転動面１２，１３との接触部位の面圧が高圧になるとともに、各パワーローラ１４，１５と各転動面１２，１３との間に存在する潤滑油のせん断抵抗により、入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１と、パワーローラ１４，１５との間でトルクの伝達がおこなわれる。出力ディスク１０，１１に伝達されたトルクは、出力軸３を経由して車輪に伝達される。
【００３７】
ここで、図１および図３の具体例を図２の無段変速機１に適用した場合において、入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１と、パワーローラ１４，１５との間におけるトルク容量を、主としてパワーローラ１４に基づき説明する。まず、油圧室２９の油圧に基づいて、出力ディスク１０の受圧面２４Ａに作用する押圧力Ｆ１は、以下の式（３）により求められる。また、油圧室２５の油圧に基づいて、ピストン２２を介して出力ディスク１０の側面２４Ｂに作用する押圧力Ｆ２は、以下の式（４）により求められる。そして、出力ディスク１０からパワーローラ１４に作用する押圧力Ｆ３は、式（５）により求められる。
【００３８】
ここで、Ｐは、油圧室２５，２９の油圧を意味し、Ａ１は、軸線Ａ１に直交する平面内において、油圧室２５の油圧が作用する受圧面２２Ａの面積、Ａ２は、出力ディスク１０の側面２４Ｂ全体の面積を意味し、Ａ３は、軸線Ａ１に直交する平面内において、１つの突出部２３の先端の面積を意味し、ｎ１は突出部２３の数を意味し、Ｒ２は、側面２４Ｂの外周の半径を意味し、ｒ２は、側面２４Ｂの内周の半径を意味し、Ｒ３は、受圧面２２Ａの外周の半径を意味し、ｒ３は、受圧面２２Ａの内周の半径を意味し、ｒ４は、突出部２３の半径を意味している。なお、油圧室２５，２９の油圧は同じに制御されている。さらに、皿ばね１８からもピストン２２に押圧力が作用するが、式（５）においては、この押圧力を便宜上省略している。
【００４０】
このように、図１および図３の具体例を、図２の無段変速機１に適用した場合は、油圧室２９の油圧に対応する押圧力Ｆ１と、油圧室２５の油圧に対応する押圧力Ｆ２との合成である押圧力Ｆ３が、出力ディスク１０に作用する。すなわち、押圧力Ｆ３に関与する受圧面積が可及的に増加している。この押圧力Ｆ３は、入力ディスク８，９およびパワーローラ１５にも伝達される。したがって、入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１と、パワーローラ１４，１５との間におけるトルク容量を、可及的に増加することができる。
【００４１】
そして、２つの油圧室２５，２９の油圧に基づく押圧力が合成されて、出力ディスク１０に作用している。言い換えれば、軸線方向に配置された２つの受圧面２２Ａ，２４Ａに作用する油圧に相当する押圧力が、出力ディスク１０に作用している。そして、受圧面２２Ａ，２４Ａの面積は、出力ディスク１０の側面の面積よりも広い。つまり、出力ディスク１０の側面２４Ｂの面積、すなわち、出力ディスク１０の外径を大きくすることなく、入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１と、パワーローラ１４，１５との間におけるトルク容量を増加することができる。したがって、無段変速機１が出力軸３の半径方向に大型化することを抑制でき、無段変速機１の車載性が向上する。
【００４２】
ここで、図１ないし図３の具体例の構成と、この発明の構成との対応関係を説明すれば、パワーローラ１４，１５がこの発明の転動体に相当し、ドラム１６、凹部１７，２１，２４、皿ばね１８、油圧室２５，２９、ピストン２２、受圧面２２Ａ，２４Ａ、突出部２３、側面２４Ｂ、プレート１９、孔２０などの構成が、この発明のトルク容量制御機構に相当する。
【００４３】
図４は、図１の無段変速機１に適用するトルク容量制御機構の他の具体例を示す断面図である。図４においては、出力ディスク１０であって、転動面１３とは反対側の側面に、図５に示す環状の突出部４０が形成されている。この突出部４０は、軸線Ａ１を中心として配置されている。また、出力軸３の外周には環状のドラム４１が固定されている。ドラム４１と、出力ディスク１０における転動面１３とは反対側の側面とが対向している。ドラム４１には、出力ディスク１０側に向けて軸線方向に延ばされた円筒部４２が形成されている。この円筒部４２の内側に出力ディスク１０が配置されている。
【００４４】
また、ドラム４１における出力ディスク１０側の面には、軸線Ａ１を中心とする環状の凹部４３が形成されている。この凹部４３には、環状のピストン４４が軸線方向に移動自在に配置されている。そして、ピストン４４の内周面および外周円筒部５４と、凹部４３の内周壁および外周壁との間には、Ｏリング４５，４６が設けられている。このようにして、凹部４３の壁面とピストン４４の側面とにより取り囲まれた空間に油圧室４７が形成され、Ｏリング４５，４６により油圧室４７が液密にシールされている。出力軸３の内部にはその軸線方向に沿って油路４８が設けられている。油路４８は、電磁弁（図示せず）を介してオイルポンプの吐出側に接続されている。また、ドラム４１には油圧室４７に連通する油路４９が形成され、油路４７と油路４９とが油路５０により接続されている。
【００４５】
前記ドラム４１には、軸線Ａ１と直交する環状の保持面５１が形成されている。また、円筒部４２の内周にはスナップリング５２が取り付けられており、円筒部４２内には環状の皿ばね５３が設けられている。この皿ばね５３の外周端が、保持面５１とスナップリング５２との間に配置されて、皿ばね５３の外周端の一方の側面（出力ディスク１０とは反対側の側面）と、保持面５１とが接触して接触部Ｃ１を形成する。この皿ばね５３の内径は、ピストン４４の外周円筒部５４の外径Ｒ５よりも小さく設定されている。つまり、皿ばね５３の内周側の一方の側面と、外周円筒部５４の端面とが接触して、接触部Ｄ１を形成する。また、皿ばね５３の他方の側面（出力ディスク１０の側面）と、出力ディスク１０の突出部４０とが接触して、接触部Ｅ１を形成する。このようにして、接触部Ｄ１よりも外周側に接触部Ｅ１が形成され、接触部Ｅ１よりも外周側に接触部Ｃ１が形成される。なお、図４において、ａは、半径方向における接触部Ｅ１と接触部Ｃ１との距離を意味し、ｂは、半径方向における接触部Ｄ１と接触部Ｃ１との距離を意味している。ここで、距離ａと距離ｂとの対応関係は、
ｂ−ａ＞ａ
に設定されている。なお、外周円筒部５４を含むピストン４４であって、油圧室４７に臨む背面が、受圧面４４Ａを形成している。
【００４６】
図４および図５の具体例を、図２の無段変速機１に適用した場合の動作を説明する。まず、入力ディスク８，９に伝達されるトルクに応じて電磁弁が制御され、油圧室４７の油圧が調整される。そして、油圧室４７の油圧の上昇により、ピストン４４が出力ディスク１０側に向けて軸線方向に押圧される。すると、この押圧力は皿ばね５３を介して出力ディスク１０に伝達される。具体的に説明すると、ピストン４４が軸線方向に押圧されると、外周側円筒部５４が皿ばね５３の内周端を出力ディスク１０側に向けて軸線方向に押圧する。このため、接触部Ｄ１に入力された押圧力が、接触部Ｃ１を支点とし、接触部Ｄ１を力点とし、接触部Ｅ１を作用点とする梃子の原理により増幅されて、出力ディスク１０に伝達される。すなわち、油圧室４７の油圧によりピストン４４に作用する推力（押圧力）Ｆ４は、式（６）により求められ、皿ばね５３から出力ディスク１０に伝達される押圧力Ｆ５は、式（７）により求められる。
【００４７】
ここで、Ｐは、油圧室４７の油圧を意味し、Ａ４は、油圧室４７の油圧が作用するピストン４４の受圧面４４Ａの面積を意味し、Ｒ５は、ピストン４４（外周円筒部５４）の外周面の半径を意味し、ｒ５は、ピストン４４の内周面の半径を意味し、αは、梃子の原理による増倍比（＝ｂ／ａ）を意味している。
【００４９】
このように、図４および図５の具体例を、図１の無段変速機１に適用すれば、油圧室４７の油圧に基づいてピストン４４に作用する押圧力を、梃子の原理により増幅して出力ディスク１０に伝達することにより、入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１と、パワーローラ１４，１５との間におけるトルク容量を、可及的に増加することができる。したがって、油圧室４７の油圧が作用するピストン４４の受圧面が半径方向に大型化することを抑制でき、車両に対する無段変速機１の搭載性が向上する。
【００５０】
ここで、図４および図５に示す具体例の構成と、この発明の構成との対応関係を説明すれば、油圧室４７、ピストン４４、受圧面４４Ａ、外周円筒部５４、皿ばね５３、スナップリング５２、突起４０、保持面５１などの構成が、この発明のトルク容量制御機構に相当し、ピストン４４、外周円筒部５４がこの発明の受圧部材に相当し、皿ばね５３、スナップリング５２、突起４０、保持面５１などの構成が、倍力機構に相当する。
【００５１】
また、図１ないし図５の具体例においては、入力ディスク８，９および出力ディスク１０，１１と、パワーローラ１４，１５との間におけるトルク容量を増加する場合に、油圧室２５，２９または油圧室４７の油圧への依存程度を少なくすることができる。したがって、油圧室２５，２９，４７の油圧の元圧を発生させる電磁弁に接続されたオイルポンプの吐出量の増加を抑制することができ、このオイルポンプを駆動する駆動力源の燃費を向上させることができる。
【００５２】
なお、図２に示された無段変速機１は、２個のパワーローラ１４，１５を収容する空間であるキャビティを備えたダブルキャビティ式の無段変速機であるが、キャビティを１つ備えたシングルキャビティ式の無段変速機に対して、この発明を適用することもできる。さらに、ハーフトロイダル式の無段変速機に対して、この発明を適用することもできる。また、図２に示す無段変速機１において、入力軸と出力軸との間のトルク伝達を、チェーンに代えてギヤでおこなう構成とすることもできる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明および請求項２の発明によれば、転動体に対する入力ディスクおよび出力ディスクの軸線方向の挟持力が高められて、入力ディスクと出力ディスクとの間におけるトルク容量が増加する。また、複数の油圧室の油圧に基づく押圧力が合成され、合成された押圧力が１つのディスクに対して軸線方向に作用するため、１つのディスクの外径を拡大する必要がない。したがって、軸線の半径方向にディスクが大型化することを抑制でき、トロイダル型無段変速機の車載性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るトロイダル型無段変速機に適用されるトルク容量制御機構を示す側面図である。
【図２】この発明に係るトロイダル型無段変速機の構成を示す略示的な断面図である。
【図３】図１のピストンを示す側面図である。
【図４】図２のトロイダル型無段変速機に適用されるトルク容量制御機構の他の具体例を示す側面図である。
【図５】図４の出力ディスクを示す側面図である。
【符号の説明】
１…トロイダル型無段変速機、 ８，９…入力ディスク、 １０，１１…出力ディスク、 １４，１５…パワーローラ、 １６…ドラム、 １７，２１，２４…凹部、 １８，５３…皿ばね、 １９…プレート、 ２０…孔、 ２２，４４…ピストン、 ２２Ａ，２４Ａ，４４Ａ…受圧面、 ２３…突出部、 ２４Ｂ…側面、 ２５，２９，４７…油圧室、 ４０…突起、 ５１…保持面、 ５２…スナップリング、 ５４…外周円筒部、 Ａ１…軸線。
Claims (2)
- 同一軸線上で互いに対向し、かつ、回転自在に配置された入力ディスクおよび出力ディスクと、この入力ディスクと出力ディスクとにより挟み付けられ、かつ、前記入力ディスクと前記出力ディスクとの間でトルクを伝達する転動体と、前記入力ディスクおよび前記出力ディスクに前記軸線方向の挟持力を与えることにより、前記入力ディスクと前記出力ディスクとの間におけるトルク容量を制御する油圧式のトルク容量制御機構とを備えたトロイダル型無段変速機において、
１つの前記ディスクの前記転動体とは反対側に環状ドラムが配置されるとともにその環状ドラムの前記ディスク側の側面に凹部が成形され、その凹部に油圧を受けるピストンが配置され、そのピストンの前記ディスク側の側面に、円周方向に所定の間隔を空けて三つの突出部が形成され、また前記ディスクの前記環状ドラム側の背面に凹部が成形されるとともにその凹部内に、前記環状ドラムの端面に接触したプレートが配置され、前記三つの突出部が前記プレートを液密状態に貫通して前記ディスクの側面に接触しているとともに、前記プレートとディスクとの間に油圧室が形成されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。 - 前記ピストンを前記ディスク側に押圧する皿バネが設けら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。
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