JP3654425B2 - 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】
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 (3)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
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