JP3654425B2

JP3654425B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP3654425B2
Application number: JP2000332607A
Authority: JP
Inventors: 浦吉孝三
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: JP2002139115A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の変速機に用いられる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】
従来のトロイダル型無段変速機としては、例えば特開平９−２９１９９９号公報に開示されたものがある。このトロイダル型無段変速機は、図６に示すように、主軸１０１上に対向配置した入力ディスク１０２および出力ディスク１０３と、両ディスク１０２，１０３の間に介装されて動力を伝達するパワーローラ１０４を主要な構成要素とするトロイダル型無段変速ユニット１０５を備え、パワーローラ１０４の傾転運動により変速比を無段階に変化させるものである。
【０００３】
入力ディスク１０２の背面側には、円環状のカムフランジ１０６が配置してあり、入力ディスク１０２の背面とカムフランジ１０６の相対向面には、複数の傾斜面を円周方向に並べて凹凸を交互に形成したカム面１０７，１０８が設けてある。保持器１０９は、図７に示すように、円周方向に９０度間隔で４つの矩形枠状の保持部１１０を有する環状の部材であって、各保持部１１０において、３個一組としたカムローラ１１１を転動自在に保持している。この保持器１０９は、入力ディスク１０２とカムフランジ１０６との間にてカムフランジ１０６に回転自在に嵌合してあり、この状態で各カムローラ１１１が各カム面１０７，１０８にそれぞれ当接する。
【０００４】
カム面１０７，１０８およびカムローラ１１１等で構成されたローディングカム１１２は、図示しない駆動源により発生される伝達トルクの変化に応じて、各カムローラ１１１をカム面１０７，１０８において転動させ、これにより入力ディスク１０２を出力ディスク１０３に向けて押付け、両ディスク１０２，１０３とパワーローラ１０４との摩擦係合に滑りが生じないようにして、回転伝達が良好に行われるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような従来のトロイダル型無段変速機にあっては、ローディングカム１１２において、回転時の遠心力により、中心側のカムローラ１１１が外側のカムローラ１１１を押付けると共に、最も外側のカムローラ１１１が保持器１０９を押付けることとなって、各カムローラ１１１と保持器１０９に強い摩擦力が働き、これによりトルクの伝達効率が低下するという問題点があるほか、保持器１０９としては、所定の強度を得るために例えば鋳造により成形した肉厚の部材が用いられるので、その分重量増大やコスト高になるなどの問題点があり、これらの問題点を解決することが課題であった。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、ローディングカムにおいて発生する摩擦力を低減してトルクの伝達効率を高めることができると共に、重量軽減や低コスト化などを実現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している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるトロイダル型無段変速機は、請求項１として、一対のディスクの間にパワーローラを介装すると共に、一方のディスクの背面側に、伝達トルクに応じて他方のディスク側への押付力を発生するローディングカムを備えたトロイダル型無段変速機において、ローディングカムは、一方のディスク側の円環状の第１カム面と、第１カム面に相対向する円環状の第２カム面と、第１および第２のカム面に円周方向に沿って形成したカム溝と、第１および第２のカム面の両カム溝に転動自在に係合するカムボールを備えると共に、カム溝とカムボールの組合わせを円周方向に所定間隔で配置してあり、カム溝は、断面半円形を成すとともに長手方向に一定の深さであり、回転時の遠心力に対してカムボールを保持する構成とし、請求項２として、カム溝とカムボールの組合わせをカム面の半径方向に所定間隔で配置した構成とし、請求項３として、複数のカム溝をカム面の円周方向と半径方向に各々所定間隔で形成し、複数のカム溝に対して複数のカムボールを選択的に設けた構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】
上記の請求項１において、ローディングカムは、一方のディスクとして例えば入力ディスクの背面側に円環状の第１カム面を設けると共に、入力ディスクの背面側に円環状のカムフランジ等の部材を配置して、この部材に第１カム面に相対向する円環状の第２カム面を設ける。第１カム面を有する入力ディスクは、主軸に対して軸線方向に所定範囲だけ移動可能であり且つ主軸とともに回転する。他方、第２カム面を有する部材は、主軸に対して軸線方向に不動であり且つ主軸に対して回転自在である。
【０００９】
第１および第２のカム面は、互いに同数の傾斜面（円周方向に傾斜した面）を円周方向に並べて凹凸を交互に形成したもので、円周方向に沿って湾曲した断面半円形のカム溝が形成してある。このとき、カム溝は、複数の傾斜面のうちの少なくとも一つおきの傾斜面で且つ第１および第２のカム面を相対向させたときに互いに略平行関係になる傾斜面同士に形成してあり、いずれも一定の深さで形成してある。そして、第１および第２のカム面の両カム溝にカムボールを転動自在に係合させ、これらのカム溝とカムボールの組合わせを円周方向に所定間隔で配置した構成としている。
【００１０】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わるトロイダル型無段変速機では、入力ディスクの回転をパワーローラを介して出力ディスクに伝達すると共に、パワーローラを傾転運動させて変速比を無段階に変化させ、この際、ローディングカムにより一方のディスク（例えば入力ディスク）を他方のディスク（例えば出力ディスク）に押付けることにより、両ディスクとパワーローラとの摩擦係合に滑りが生じないようにして、回転伝達が良好に行われるようにする。
【００１１】
すなわち、ローディングカムは、無負荷時には、一方のディスク側の第１カム面の凹部側と第２のカム面の凹部側との間にカムボールが介在した状態にあり、一方のディスクが回転すると、第１および第２のカム面が互いに円周方向にずれると同時にカムボールが両カム面の凸部側に向けて向けてカム溝内を転動し、これにより第１および第２のカム面の間が押し広げられ、その結果、一方のディスクを他方のディスクに向けて押付ける。
【００１２】
この際、当該トロイダル型無段変速機では、ローディングカムに断面半円形のカム溝とカムボールを用いると共に、これらの組合わせを円周方向に所定間隔で配置しているので、一方のディスクから他方のディスクへの押付け力が主軸を中心にして均等に働くと共に、カム面とカムボールとの接触面積が少ないものとなって摩擦力が低減され、しかも、回転時の遠心力に対して、断面半円形を成すとともに長手方向に一定の深さのカム溝により保持器を用いることなくカムボールを保持し得ることとなる。
【００１３】
本発明の請求項２に係わるトロイダル型無段変速機では、カム溝とカムボールの組合わせをカム面の半径方向に所定間隔で配置しているので、一方のディスクから他方のディスクへの押付け力に対する強度がより充分なものとなる。
【００１４】
本発明の請求項３に係わるトロイダル型無段変速機では、複数のカム溝をカム面の円周方向と半径方向に各々所定間隔で形成し、複数のカム溝に対して複数のカムボールを選択的に設けることから、例えばトロイダル型無段変速機の型式の相違により伝達トルクの大きさ等が異なる場合、その要求に応じて一方のディスクから他方のディスクへの押付け力に対する強度を適切に設定し得る。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わるトロイダル型無段変速機によれば、ローディングカムとして、第１および第２のカム面に形成した断面半円形のカム溝と両カム溝に係合するカムボールを採用したことにより、カムローラを使用していた従来のものに比べて、一方のディスクから他方のディスクへの押付け力に対する強度を充分に確保したうえで、ローディングカムにおいて発生する摩擦力ならびに熱エネルギー損失を大幅に低減してトルクの伝達効率を高めることができる。また、回転時の遠心力に対しては、断面半円形を成すとともに長手方向に一定の深さのカム溝によってカムボールを確実に保持することができるので、従来のカムローラに対して必要であった保持器が不要になり、これにより部品点数の削減、重量軽減および低コスト化などを実現することができる。さらに、断面半円形のカム溝とカムボールの構成を採用して保持器を廃止したことにより、カムボールの直径を従来のカムローラの直径と同等とした場合には、少なくとも対向するカム溝の深さの合計分だけ主軸の軸線方向の寸法を短縮することができ、これによりさらなる軽量化や小型化をも実現することができる。
【００１６】
本発明の請求項２に係わるトロイダル型無段変速機によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、カム溝とカムボールの組合わせをカム面の半径方向に所定間隔で配置したことにより、一方のディスクから他方のディスクへの押付け力に対する強度をより一層高めることができる。
【００１７】
本発明の請求項３に係わるトロイダル型無段変速機によれば、請求項１および２と同様の効果を得ることができるうえに、複数のカム溝をカム面の円周方向と半径方向に各々所定間隔で形成し、複数のカム溝に対して複数のカムボールを選択的に設けることにより、例えばトロイダル型無段変速機の型式の相違により伝達トルクの大きさ等が異なる場合、その要求に応じて一方のディスクから他方のディスクへの押付け力に対する強度を自由に且つ適切に設定することができ、少なくとも１種類のローディングカムで複数の型式のトロイダル型無段変速機に対応することが可能となり、部品の共通化ならびにさらなる低コスト化を実現することができる。
【００１８】
【実施例】
図１〜図４は、本発明に係わるトロイダル型無段変速機の一実施例を説明する図である。
【００１９】
図１に一部を示すトロイダル型無段変速機は、自動車の変速機に用いるものであって、主軸１上に対向配置した入力ディスク（一方のディスク）２および出力ディスク（他方のディスク）３と、両ディスク２，３の間に介装されて動力を伝達するパワーローラ４を主要な構成要素とするトロイダル型無段変速ユニット５を備え、パワーローラ４の傾転運動により変速比を無段階に変化させる。
【００２０】
主軸１は、図示しないトルクコンバータの出力軸に連結してある。入力ディスク２は、主軸１にボールスプライン６を介して装着してあり、主軸１に対して軸線方向に所定範囲だけ往復動可能であると共に、主軸１とともに回転する。出力ディスク３は、主軸１にボス７を介して回転自在に装着してあると共に、主軸１の軸線方向には不動である。この出力ディスク３のボス７には、車軸側への回転伝達機構を構成する歯車類が設けられる。さらに、入力ディスク２の背面側（図１中左側）には、伝達トルクに応じて入力ディスク２を出力ディスク３側へ押付けるためのローディングカム８が設けてある。
【００２１】
ローディングカム８は、入力ディスク２の背面側に、円環状のカムフランジ９を備えている。このカムフランジ９は、主軸１に軸受け１０を介して装着してあり、主軸１に対して回転自在であると共に、主軸１の軸線方向に不動である。入力ディスク２の背面には、円環状の第１カム面１１が形成してあり、カムフランジ９には、第１カム面１１に相対向する第２カム面１２が形成してある。
【００２２】
第１および第２のカム面１１，１２は、図２に一方を示すように、互いに同数（この実施例では８面）の傾斜面を円周方向に並べて各々４つの凸部Ａと凹部Ｂを交互に形成したものであって、円周方向に沿って湾曲状のカム溝１３が形成してある。このとき、カム溝１３は、複数の傾斜面のうちの一つおきの傾斜面に形成してあると共に、図３に直線的に示すように、第１および第２のカム面１１，１２を相対向させたときに互いに略平行関係になる傾斜面同士に形成してあり、いずれも断面半円形を成すとともに長手方向に一定の深さである。また、この実施例では、カム面１１，１２の半径方向に３つのカム溝１３を等間隔で形成している。そして、第１および第２のカム面１１，１２の間で対向するカム溝１３同士にカムボール１４を転動自在に係合させてある。これにより、カム溝１３とカムボール１４との組合わせを円周方向および半径方向に所定間隔で配置した構成になっている。
【００２３】
上記のローディングカム８を備えたトロイダル型無段変速機は、主軸１および入力ディスク２の回転をパワーローラ４を介して出力ディスク３に伝達し、この際、ローディングカム８により入力ディスク２を出力ディスク３側に向けて押付け、両ディスク２，３とパワーローラ４との摩擦係合に滑りが生じないようにして、回転伝達が良好に行われるようにする。
【００２４】
すなわち、ローディングカム８は、無負荷時には、図３に示すように、入力ディスク２の第１カム面１１の凹部Ｂ側とカムフランジ９の第２カム面１２凹部Ｂ側との間にカムボール１４が介在した状態にある。なお、図３はカム溝１３を直線的に示しているが、カム溝１３は図２に示す如く湾曲している。
【００２５】
そして、主軸１および入力ディスク２が回転すると、カムボール１４を介してカムフランジ９が回転し、図４に示す如く力の伝達が行われる。例えば、図４中のカムフランジ９にトルクによる力Ｆ１が作用した場合、第２カム面１２が傾斜面であるから、第２カム面１２に接触するカムボール１４には、トルクＦ１による力Ｆ１と同方向の力Ｆ２とこれに直交する方向の力Ｆ３および反力Ｆ４が作用し、且つトルクの力Ｆ１と同方向の力Ｆ２とこれに直交する力Ｆ３との合力Ｆ５が作用する。同様にしてカムボール１４と第１カム面１１との接触点、および入力ディスク２とパワーローラ４との接触点にも同様の力（Ｆ２，Ｆ３，Ｆ５）が作用し、パワーローラ１４から出力ディスク３への押付け力となる。
【００２６】
具体的には、主軸１、入力ディスク２およびカムフランジ９が回転すると、カムフランジ９は主軸１に対して回転自在であるから、第１および第２のカム面１１，１２の間に円周方向のずれが発生すると同時に、図３および図４中の矢印で示すように、カムボール１４が両カム面１１，１２の凸部Ａ側に向けてカム溝１３内を転動し、これにより第１および第２のカム面１１，１２の間が押し広げられる。この際、カムフランジ９は主軸１に対して軸線方向に不動であり、且つ入力ディスク２は主軸１に対して軸線方向に所定範囲だけ往復動自在であるから、入力ディスク２が出力ディスク３側に僅かに移動することとなり、その押付け力により両ディスク２，３とパワーローラ４との摩擦係合が維持される。また、伝達トルクが増大すれば、カムボール１４がさらにカム面１１，１２の凸部Ａ側に転動して押付け力が増大し、逆に、伝達トルクが減少すれば、カムボール１４がカム面１１，１２の凹部Ｂ側に転動して押付け力も減少する。
【００２７】
このように、この実施例のトロイダル型無段変速機では、ローディングカム８にカム溝１３とカムボール１４を採用し、これらの組合わせをカム面１１，１２の円周方向および半径方向に所定間隔で配置しているので、入力ディスク２から出力ディスク３への押付け力が主軸１を中心にして均等に働くと共に、その押付け力に対する強度も充分なものとなっており、しかも、カムローラを用いていた従来のもの（図６および図７参照）と比較すると、カム面１１，１２とカムボール１４との接触面積が少ないので、摩擦力ならびに熱エネルギの損失が大幅に低減されてトルクの伝達効率が向上する。
【００２８】
また、回転時の遠心力に対しては、カム溝１３によってカムボール１４を確実に保持しているので、従来のカムローラに対して必要であった保持器が不要になり、これにより部品点数の削減、重量軽減および低コスト化を実現し得るほか、カム溝１３とカムボール１４の構成を採用して保持器を廃止したので、例えばカムボール１４の直径を従来のカムローラの直径と同等とした場合には、少なくとも対向するカム溝１３の深さＤの合計分（Ｄ×２）だけ主軸１の軸線方向の寸法を短縮できる。
【００２９】
図５は、本発明に係わるトロイダル型無段変速機の他の実施例におけるカム面を説明する図である。
【００３０】
図示のカム面１１は、１６の傾斜面を円周方向に並べて各々８つの凸部Ａと凹部Ｂを交互に形成したものである。カム溝１３は、１つおきの８つの傾斜面に形成してあると共に、カム面１１の半径方向に各々３列形成してある。カムボール１４は、図示ではすべてのカム溝１３に設けてあるが、例えばトロイダル型無段変速機の型式の相違により伝達トルクの大きさ等が異なる場合、入力ディスク２から出力ディスク３への押付け力に対する強度を適切に設定するために、その要求に応じて数と配置を適宜選択することができる。
【００３１】
このようにすれば、少なくとも１種類のローディングカムで複数の型式のトロイダル型無段変速機に対応することが可能となり、部品の共通化ならびにさらなる低コスト化が実現される。
【００３２】
なお、上記の各実施例では、第１および第２のカム面１１，１２に対して、１つおきの傾斜面にカム溝１３を設けた構成としたが、図２および図５に仮想線で一部を示す如くカム溝１３を円周方向に連続して形成することも可能である。また、カム溝１３を有するディスク２やカムフランジ９は、例えば鍛造などにより成形することができるが、その製造方法が限定されることはなく、詳細な構造にあっても上記各実施例のみに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるトロイダル型無段変速機の一実施例を説明する変速機の要部の断面図である。
【図２】カム面を説明する平面図である。
【図３】カム溝とカムボールとの関係を直線的に示して説明する分解斜視図である。
【図４】カム面とカムボールとの間に作用する力を説明する断面図である。
【図５】本発明に係わるトロイダル型無段変速機の他の実施例を説明するカム面の平面図である。
【図６】従来のトロイダル型無段変速機を説明する要部の断面図である。
【図７】図６中の保持器を説明する斜視図である。
【符号の説明】
２入力ディスク（一方のディスク）
３出力ディスク（他方のディスク）
４パワーローラ
８ローディングカム
１１第１カム面
１２第２カム面
１３カム溝
１４カムボール

Claims

一対のディスクの間にパワーローラを介装すると共に、一方のディスクの背面側に、伝達トルクに応じて他方のディスク側への押付力を発生するローディングカムを備えたトロイダル型無段変速機において、ローディングカムは、一方のディスク側の円環状の第１カム面と、第１カム面に相対向する円環状の第２カム面と、第１および第２のカム面に円周方向に沿って形成したカム溝と、第１および第２のカム面の両カム溝に転動自在に係合するカムボールを備えると共に、カム溝とカムボールの組合わせを円周方向に所定間隔で配置してあり、カム溝は、断面半円形を成すとともに長手方向に一定の深さであり、回転時の遠心力に対してカムボールを保持することを特徴とするトロイダル型無段変速機。
カム溝とカムボールの組合わせをカム面の半径方向に所定間隔で配置した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。
複数のカム溝をカム面の円周方向と半径方向に各々所定間隔で形成し、複数のカム溝に対して複数のカムボールを選択的に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のトロイダル型無段変速機。