JP3617258B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係るトロイダル型無段変速機は、例えば自動車用の自動変速機として利用する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用変速機として、図４〜５に略示する様なトロイダル型無段変速機を使用する事が研究されている。このトロイダル型無段変速機は、例えば実開昭６２−７１４６５号公報に開示されている様に、入力軸１と同心に入力側ディスク２を支持し、この入力軸１と同心に配置された出力軸３の端部に出力側ディスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を収めたケーシングの内側には、上記入力軸１並びに出力軸３に対し捻れの位置にある枢軸５、５を中心として揺動するトラニオン６、６を設けている。
【０００３】
これら各トラニオン６、６は、両端部外側面に上記枢軸５、５を設けている。又、これら各トラニオン６、６の中心部には変位軸７、７の基端部を支持し、上記各枢軸５、５を中心として上記各トラニオン６、６を揺動させる事により、上記各変位軸７、７の傾斜角度の調節を自在としている。上記各トラニオン６、６に支持した変位軸７、７の周囲には、それぞれパワーローラ８、８を回転自在に支持している。そして、これら各パワーローラ８、８を、上記入力側、出力側両ディスク２、４の間に挟持している。これら入力側、出力側両ディスク２、４の互いに対向する内側面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、上記枢軸５を中心とする円弧を、上記入力軸１及び出力軸３を中心に回転させて得られる凹面をなしている。そして、球状凸面に形成された各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａは、上記内側面２ａ、４ａに当接させている。
【０００４】
上記入力軸１と入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置９を設け、この押圧装置９によって、上記入力側ディスク２を出力側ディスク４に向け、弾性的に押圧している。この押圧装置９は、入力軸１と共に回転するカム板１０と、保持器１１により保持された複数個（例えば４個）のローラ１２、１２とから構成している。上記カム板１０の片側面（図４〜５の左側面）には、円周方向に亙る凹凸面であるカム面１３を形成し、上記入力側ディスク２の外側面（図４〜５の右側面）にも、同様のカム面１４を形成している。そして、上記複数個のローラ１２、１２を、上記入力軸１の中心に対して放射方向の軸を中心とする回転自在に支持している。
【０００５】
上述の様に構成するトロイダル型無段変速機の使用時、入力軸１の回転に伴ってカム板１０が回転すると、カム面１３が複数個のローラ１２、１２を、入力側ディスク２外側面のカム面１４に押圧する。この結果、上記入力側ディスク２が、上記各パワーローラ８、８に押圧されると同時に、上記１対のカム面１３、１４と複数個のローラ１２、１２との押し付け合いに基づいて、上記入力側ディスク２が回転する。そして、この入力側ディスク２の回転が、上記各パワーローラ８、８を介して出力側ディスク４に伝わり、この出力側ディスク４に固定の出力軸３を回転させる。
【０００６】
入力軸１と出力軸３との回転速度比（変速比）を変える場合で、先ず入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう場合には、枢軸５、５を中心として各トラニオン６、６を揺動させ、各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図４に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの中心寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接する様に、各変位軸７、７を傾斜させる。反対に、増速を行なう場合には、上記枢軸５、５を中心として上記各トラニオン６、６を揺動させ、各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図５に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの中心寄り部分とに、それぞれ当接する様に、各変位軸７、７を傾斜させる。各変位軸７、７の傾斜角度を図４と図５との中間にすれば、入力軸１と出力軸３との間で、中間の変速比を得られる。
【０００７】
更に、図６〜７は、実願昭６３−６９２９３号（実開平１−１７３５５２号）のマイクロフィルムに記載された、より具体化されたトロイダル型無段変速機を示している。入力側ディスク２と出力側ディスク４とは入力軸１５の周囲に、それぞれニードル軸受１６、１６を介して回転自在に支持している。又、カム板１０は上記入力軸１５の端部（図６の左端部）外周面にスプライン係合し、鍔部１７により、上記入力側ディスク２から離れる方向への移動を阻止している。そして、このカム板１０とローラ１２、１２とにより、上記入力軸１５の回転に基づいて上記入力側ディスク２を、出力側ディスク４に向け押圧しつつ回転させる、ローディングカム式の押圧装置９を構成している。上記出力側ディスク４には出力歯車１８を、キー１９、１９により結合し、これら出力側ディスク４と出力歯車１８とが同期して回転する様にしている。この出力歯車１８、並びにこの出力歯車１８と噛合した図示しない歯車等が、請求項１に記載した、出力ディスクの回転を取り出す為の動力取り出し手段を構成する。
【０００８】
１対のトラニオン６、６の両端部に設けた枢軸５、５は１対の支持ポスト２０、２０に、揺動並びに軸方向（図６の表裏方向、図７の左右方向）に亙る変位自在に支持している。上記１対の支持ポスト２０、２０は、十分な剛性を有する金属板状で、中央部に形成した円孔２１を、ケーシング２２の内面若しくはこのケーシング２２内に設けたシリンダケース２３の側面に固設した支持ピン２４ａ、２４ｂに外嵌する事により、上記ケーシング２２の内側に、揺動並びに上記各枢軸５、５の軸方向に亙る変位自在に支持している。又、上記各支持ポスト２０、２０の両端部には、それぞれ円形の支持孔２５、２５を形成しており、これら各支持孔２５、２５に、それぞれ上記各枢軸５、５を、それぞれが外輪２６、２６を備えたラジアルニードル軸受２７、２７により、支持している。これらの構成に基づいて上記各トラニオン６、６を、上記各枢軸５、５を中心とする揺動並びにこれら各枢軸５、５の軸方向に亙る変位を自在として、上記ケーシング２２内に支持している。
【０００９】
上述の様にして上記ケーシング２２内に支持した、上記各トラニオン６、６の中間部に形成した円孔５２、５２部分に、変位軸７、７を支持している。これら各変位軸７、７は、互いに平行で且つ偏心した支持軸部２８、２８と枢支軸部２９、２９とを、それぞれ有する。このうちの各支持軸部２８、２８を上記各円孔５２、５２の内側に、ラジアルニードル軸受３０、３０を介して、揺動自在に支持している。又、上記各枢支軸部２９、２９の周囲にパワーローラ８、８を、ラジアルニードル軸受３１、３１等のラジアル転がり軸受を介して、回転自在に支持している。
【００１０】
尚、上記１対の変位軸７、７は、前記入力軸１５を中心として、１８０度反対側位置に設けている。又、これら各変位軸７、７の各枢支軸部２９、２９が各支持軸部２８、２８に対し偏心している方向は、上記入力側、出力側両ディスク２、４の回転方向に関し同方向（図７で左右逆方向）としている。又、偏心方向は、上記入力軸１５の配設方向（図６の左右方向、図７の表裏方向）に対しほぼ直交する方向としている。従って上記各パワーローラ８、８は、上記入力軸１５の配設方向に亙る若干の変位自在に支持される。この結果、構成各部品の寸法精度のばらつき、或は動力伝達時の弾性変形等に起因して、上記各パワーローラ８、８が上記入力軸１５の軸方向（図６の左右方向、図７の表裏方向）に変位する傾向となった場合でも、構成各部品に無理な力を加える事なく、この変位を吸収できる。
【００１１】
又、上記各パワーローラ８、８の外側面と上記各トラニオン６、６の中間部内側面との間には、パワーローラ８、８の外側面の側から順に、スラスト玉軸受３２、３２等のスラスト転がり軸受と、次述する外輪３３、３３に加わるスラスト荷重を支承するスラストニードル軸受３４、３４等のスラスト軸受とを設けている。このうちのスラスト玉軸受３２、３２は、上記各パワーローラ８、８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８、８の回転を許容する。又、上記各スラストニードル軸受３４、３４は、上記各パワーローラ８、８から上記各スラスト玉軸受３２、３２の外輪３３、３３に加わるスラスト荷重を支承しつつ、上記枢支軸部２９、２９及び上記外輪３３、３３が上記支持軸部２８、２８を中心に揺動する事を許容する。
【００１２】
又、上記各トラニオン６、６の一端部（図７の左端部）には、それぞれ駆動ロッド３５、３５を結合し、各駆動ロッド３５、３５の中間部外周面に駆動ピストン３６、３６を固設している。そして、これら各駆動ピストン３６、３６をそれぞれ、前記シリンダケース２３内に設けた駆動シリンダ３７、３７内に油密に嵌装している。更に、前記ケーシング２２内に設けた支持壁３８と前記入力軸１５との間には１対の転がり軸受３９、３９を設けて、上記入力軸１５を上記ケーシング２２内に回転自在に支持している。
【００１３】
上述の様に構成するトロイダル型無段変速機の場合には、入力軸１５の回転を押圧装置９を介して入力側ディスク２に伝える。そして、この入力側ディスク２の回転を、１対のパワーローラ８、８を介して出力側ディスク４に伝達し、更にこの出力側ディスク４の回転を、前記出力歯車１８より取り出す。上記入力軸１５と出力歯車１８との間の回転速度比を変える場合には、前記１対の駆動ピストン３６、３６を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３６、３６の変位に伴って上記１対のトラニオン６、６が、それぞれ逆方向に変位し、例えば図７の下側のパワーローラ８が同図の右側に、同図の上側のパワーローラ８が同図の左側に、それぞれ変位する。この結果、これら各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと上記入力側ディスク２及び出力側ディスク４の内側面２ａ、４ａ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上記各トラニオン６、６が、支持ポスト２０、２０に枢支された枢軸５、５を中心として、図６で互いに逆方向に揺動する。この結果、前述の図４〜５に示した様に、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと上記各内側面２ａ、４ａとの当接位置が変化し、上記入力軸１５と出力歯車１８との間の回転速度比が変化する。
【００１４】
尚、動力伝達時に構成各部品が弾性変形する結果、上記各パワーローラ８、８が上記入力軸１５の軸方向に変位すると、これら各パワーローラ８、８を枢支している上記各変位軸７、７が、前記各支持軸部２８、２８を中心として僅かに揺動する。この揺動の結果、前記各スラスト玉軸受３２、３２の外輪３３、３３の外側面と上記各トラニオン６、６の内側面とが相対変位する。これら外側面と内側面との間には、前記各スラストニードル軸受３４、３４が存在する為、この相対変位に要する力は小さい。従って、上述の様に各変位軸７、７の傾斜角度を変化させる為の力が小さくて済む。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様に構成され作用するトロイダル型無段変速機の場合、伝達すべきトルクが過大になると、各トラニオン６、６の弾性変形に基づき、各スラスト玉軸受３２、３２を構成する外輪３３、３３の耐久性を確保できない可能性がある。即ち、トロイダル型無段変速機の運転時に上記各トラニオン６、６の中間部内側面（上記入力軸１５に対向する面）には、各トラニオン６、６に支持した各パワーローラ８、８から大きなスラスト荷重が加わる。そして、トロイダル型無段変速機の運転時にこのスラスト荷重に基づいて上記各トラニオン６、６が、図８に誇張して示す様に、それぞれの内側面側が凹面となる方向に湾曲する。
【００１６】
この様な湾曲が生じると、上記各スラスト玉軸受３２、３２を構成するそれぞれ複数個ずつの玉４０、４０の転動面と、上記各外輪３３、３３の内側面に形成した外輪軌道４１、４１及び上記各パワーローラ８、８の外側面に形成した内輪軌道４２、４２との接触圧が不均一になる。具体的には、上記各トラニオン６、６の長さ方向両端寄り部分に存在する、図７〜８の左右両側部分に存在する玉４０、４０の転動面と上記外輪軌道４１、４１及び内輪軌道４２、４２との接触圧が大きくなる。反対に、上記各トラニオン６、６の幅方向両端寄り部分に存在する、図６の左右両側部分に存在する玉４０、４０の転動面と上記外輪軌道４１、４１及び内輪軌道４２、４２との接触圧が小さくなる。
【００１７】
上記各パワーローラ８、８及び玉４０、４０は、トロイダル型無段変速機の運転に伴って回転若しくは公転する為、上記転動面及び内輪軌道４２、４２は、ほぼまんべんなく荷重を受ける。従って、これら転動面及び内輪軌道４２、４２の疲労が局部的に進む事はない。これに対して上記各外輪３３、３３は、変位軸７の中間部で支持軸部２８と枢支軸部２９との連続部分に外嵌固定して回転しない。この為、上記各外輪軌道４１、４１は、常に同じ部分（図７〜８の左右両端近傍部分）に大きな接触圧が加わり、当該部分の疲労が局部的に進行する。この結果、上記各スラスト玉軸受３２、３２の転がり疲れ寿命が短くなり、トロイダル型無段変速機の耐久性を確保する上で好ましくない。
本発明のトロイダル型無段変速機は、上述の様な不都合を解消すべく発明したものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のトロイダル型無段変速機は、前述した従来から知られているトロイダル型無段変速機と同様に、入力軸と、この入力軸と共に回転自在な入力側ディスクと、この入力側ディスクと同心に配置され、且つこの入力側ディスクに対する回転自在に支持された出力側ディスクと、この出力側ディスクの回転を取り出す為の動力取り出し手段と、上記入力側、出力側両ディスクの中心軸に対し捻れの位置に配置されて当該位置で揺動する複数のトラニオンと、これら各トラニオンに支持された変位軸に回転自在に支持され、入力側、出力側両ディスクの間に挟持された複数のパワーローラと、これら各パワーローラの外側面と上記各トラニオンの内側面との間に設けられて上記各パワーローラに加わるスラスト荷重を支承しつつこれら各パワーローラの回転を許容するスラスト転がり軸受とから構成する。そして、入力側、出力側両ディスクの互いに対向する内側面を、それぞれ断面が円弧形の凹面とし、上記各パワーローラの周面を球面状の凸面として、これら各周面と上記内側面とを当接させている。
特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、上記各スラスト転がり軸受を構成する円環状の外輪を上記各変位軸の中間部周囲に、これら各変位軸を中心とする回転自在に支持している。
【００１９】
【作用】
上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機により、入力側ディスクと出力側ディスクとの間で回転力の伝達を行なう際の作用、並びにこれら両ディスク同士の間での変速比を変える際の作用は、前述した従来のトロイダル型無段変速機の場合と同様である。
特に、本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、各スラスト転がり軸受を構成する外輪を、変位軸の周囲に回転自在に支持している為、外輪軌道のうち、転動体から大きなスラスト荷重を受ける部分（転動面との接触圧が大きな部分）が常に変化する。この結果、上記外輪軌道が局部的に疲労する事がなくなり（外輪軌道の疲労が全周に亙ってまんべんなく進行し）、上記外輪軌道の転がり疲れ寿命の延長を図れる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１〜３は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、それぞれがスラスト転がり軸受であるスラスト玉軸受３２、３２（図６〜８参照）を構成する外輪３３を変位軸７に対して回転自在に支持する事により、この外輪３３の内側面（図１の上面）に形成した外輪軌道４１の転がり疲れ寿命の延長を図る点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述した従来構造の場合と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００２１】
上記各スラスト玉軸受３２を構成する円環状（円輪状）の外輪３３は上記変位軸７の中間部で支持軸部２８と枢支軸部２９との連続部の周囲に、この変位軸７を中心とする回転自在に支持している。この為、上記外輪３３の中心部に、大径部４３と小径部４４とを段部４５で連続させた、円形の中心孔４６を形成している。そして、この中心孔４６の大径部４３を、上記変位軸７の中間部に形成した外向フランジ状で円形の鍔部４７に、隙間嵌で外嵌している。この為、上記大径部４３の内径を上記鍔部４７の外径よりも僅かに大きくしている。又、上記小径部４４の内径は、上記枢支軸部２９の基端部（図１の下端部）の外径よりも十分に大きくし、この枢支軸部２９の基端部の外周面と上記小径部４４の内周面との間に、ラジアルニードル軸受４８、或は銅系合金を使用したラジアル滑り軸受等のラジアル軸受を設けている。
【００２２】
尚、上記外輪３３の外側面（図１〜２の下面）とトラニオン６（図６〜８参照）の内側面との間にはスラストニードル軸受３４（図３及び図６〜８参照）を設けているので、上記外輪３３に加わるスラスト荷重に拘らず、上記変位軸７の周囲での上記外輪３３の回転が円滑に行なわれる。尚、この回転を円滑に行なわせる為には、図３に示す様に、上記スラストニードル軸受３４を構成する複数本のニードル４９、４９のうち、上記外輪３３の外側面に当接するニードル４９、４９を、上記支持軸部２８を中心とする放射方向に配置する事が好ましい。この様に上記各ニードル４９、４９を配置すれば、上記支持軸部２８を中心とする外輪３３の回転時にこれら各ニードル４９、４９が円滑に転動し、上記変位軸７の周囲での上記外輪３３の回転を円滑に行わせる事ができる。尚、上記各ニードル４９、４９の配列方向と上記支持軸部２８を中心とする放射方向とは、上記変位軸７が中立位置（図３に示した位置）に存在する状態で一致すれば良い。
【００２３】
又、前記ラジアルニードル軸受４８と上記スラストニードル軸受３４とにより、上記変位軸７の中間部周囲に上記外輪３３を回転自在に支持した状態で、上記段部４５と上記鍔部４７の片側面（図１〜２の上面）とは当接若しくは近接する。これら両面並びに上記大径部４３の内周面と上記鍔部４７の外周面とは平滑にして、これら互いに対向する面同士が当接した場合でも、上記変位軸７の周囲での上記外輪３３の回転が円滑に行なわれる様にする。但し、上記変位軸７に対する外輪３３の回転速度が速くなり過ぎると、上記段部４５と上記鍔部４７の片側面との当接部の摩耗が進行し易くなる等、耐久性の面から問題が生じる。即ち、本発明は、上記変位軸７に対して外輪３３を回転させる事により、この外輪３３の内側面に設けた外輪軌道４１の耐久性増大を図るものであるが、上記変位軸７に対する外輪３３の回転速度は、回転が安定して行なわれる限り、なるべく遅い（例えば１〜数ｒ．ｐ．ｍ．程度）事が好ましい。そこで、上記段部４５と上記鍔部４７の片側面との当接部、更に必要とすれば上記大径部４３の内周面と上記鍔部４７の外周面との当接部に、適当な摩擦抵抗を与えて、上記変位軸７に対する外輪３３の回転速度を調整する。尚、必要とすれば、上記各当接部の一方又は双方に、所望の摩擦係数を有する摩擦調整部材を挟持しても良い。
【００２４】
又、上記段部４５と上記鍔部４７の片側面との当接部、更に必要とすれば上記大径部４３の内周面と上記鍔部４７の外周面との当接部には、これら各当接部を構成する各面の摩耗を防止する為の処理を施す事が好ましい。この様な処理としては、上記変位軸７（のうち特に鍔部４７）や外輪３３（のうち特に内径側部分）を優れた耐摩耗性を有する材料で構成したり、或は当接部を構成する表面に、窒化処理等、耐摩耗性を有する表面処理を施す事が考えられる。
【００２５】
上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、各スラスト玉軸受３２、３２を構成する外輪３３を、変位軸７の中間部周囲に回転自在に支持している為、上記外輪３３が、スラスト玉軸受３２、３２の転がり抵抗に基づいて回転する。この為上記外輪３３の内側面に設けた外輪軌道４１のうち、転動体である玉４０、４０（図６〜８参照）から大きなスラスト荷重を受ける部分（転動面との接触圧が大きな部分）が常に変化する。従って、上記外輪軌道４１が局部的に疲労する事がなくなる。言い換えれば、上記外輪軌道４１の疲労が全周に亙ってまんべんなく進行する。この結果、上記外輪軌道４１全体としての転がり疲れ寿命の延長を図れる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、スラスト転がり軸受の外輪の耐久性を向上させて、この外輪を組み込んだトロイダル型無段変速機の信頼性及び耐久性の向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す、変位軸と外輪とを取り出して示す部分切断面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】スラスト玉軸受及びスラストニードル軸受を組み込んだトラニオンの内側面部分の透視図。
【図４】トロイダル型無段変速機の基本構成を、最大減速時の状態で示す略側面図。
【図５】同じく最大増速時の状態で示す略側面図。
【図６】従来から知られている具体的構造の１例を示す要部断面図。
【図７】図６のＢ−Ｂ断面図。
【図８】運転時に作用するスラスト荷重に基づいてトラニオンが弾性変形した状態を誇張して示す、図７と同方向から見た略側面図。
【符号の説明】
１ 入力軸
２ 入力側ディスク
２ａ 内側面
３ 出力軸
４ 出力側ディスク
４ａ 内側面
５ 枢軸
６ トラニオン
７ 変位軸
８ パワーローラ
８ａ 周面
９ 押圧装置
１０ カム板
１１ 保持器
１２ ローラ
１３、１４ カム面
１５ 入力軸
１６ ニードル軸受
１７ 鍔部
１８ 出力歯車
１９ キー
２０ 支持ポスト
２１ 円孔
２２ ケーシング
２３ シリンダケース
２４ａ、２４ｂ 支持ピン
２５ 支持孔
２６ 外輪
２７ ラジアルニードル軸受
２８ 支持軸部
２９ 枢支軸部
３０、３１ ラジアルニードル軸受
３２ スラスト玉軸受
３３ 外輪
３４ スラストニードル軸受
３５ 駆動ロッド
３６ 駆動ピストン
３７ 駆動シリンダ
３８ 支持壁
３９ 転がり軸受
４０ 玉
４１ 外輪軌道
４２ 内輪軌道
４３ 大径部
４４ 小径部
４５ 段部
４６ 中心孔
４７ 鍔部
４８ ラジアルニードル軸受
４９ ニードル

Claims (1)

1. 入力軸と、この入力軸と共に回転自在な入力側ディスクと、この入力側ディスクと同心に配置され、且つこの入力側ディスクに対する回転自在に支持された出力側ディスクと、この出力側ディスクの回転を取り出す為の動力取り出し手段と、上記入力側、出力側両ディスクの中心軸に対し捻れの位置に配置されて当該位置で揺動する複数のトラニオンと、これら各トラニオンに支持された変位軸に回転自在に支持され、入力側、出力側両ディスクの間に挟持された複数のパワーローラと、これら各パワーローラの外側面と上記各トラニオンの内側面との間に設けられて上記各パワーローラに加わるスラスト荷重を支承しつつこれら各パワーローラの回転を許容するスラスト転がり軸受とから構成し、入力側、出力側両ディスクの互いに対向する内側面を、それぞれ断面が円弧形の凹面とし、上記各パワーローラの周面を球面状の凸面として、これら各周面と上記内側面とを当接させたトロイダル型無段変速機に於いて、上記各スラスト転がり軸受を構成する円環状の外輪を上記各変位軸の中間部周囲に、これら各変位軸を中心とする回転自在に支持した事を特徴とするトロイダル型無段変速機。

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