JP3687261B2 - 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】
この発明に係るトロイダル型無段変速機は、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５〜６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（第一のディスク）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（第二のディスク）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に対して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。
【０００４】
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。
【０００５】
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５〜６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５〜６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。
【０００６】
上述の様に構成され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。
【０００７】
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５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。
【０００８】
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６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５と図６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。
【０００９】
更に、図７〜８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、回転軸である円管状の入力軸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７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。
【００１０】
１対のトラニオン６、６の両端部に設けた枢軸５、５は１対の支持板２０、２０に、揺動並びに軸方向（図７の表裏方向、図８の左右方向）に亙る変位自在に支持している。そして、上記各トラニオン６、６の中間部に形成した円孔２３、２３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２１、２１と枢支軸部２２、２２とを、それぞれ有する。このうちの各支持軸部２１、２１を上記各円孔２３、２３の内側に、ラジアルニードル軸受２４、２４を介して、揺動自在に支持している。又、上記各枢支軸部２２、２２の周囲にパワーローラ８、８を、ラジアルニードル軸受２５、２５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。
【００１１】
尚、上記１対の変位軸７、７は、上記入力軸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２２、２２が各支持軸部２１、２１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８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７の左右方向、図８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、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７の左右方向、図８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。
【００１２】
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２６、２６等のスラスト転がり軸受と、次述する外輪２８、２８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２７、２７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２６、２６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の回転を許容するものである。又、上記各スラストニードル軸受２７、２７は、上記各パワーローラ８、８から上記各スラスト玉軸受２６、２６の外輪２８、２８に加わるスラスト荷重を支承しつつ、上記枢支軸部２２、２２及び上記外輪２８、２８が上記支持軸部２１、２１を中心に揺動する事を許容する。
【００１３】
又、上記各トラニオン６、６の一端部（図８の左端部）には、それぞれ駆動ロッド２９、２９を結合し、各駆動ロッド２９、２９の中間部外周面に駆動ピストン３０、３０を固設している。そして、これら各駆動ピストン３０、３０を、それぞれ駆動シリンダ３１、３１内に油密に嵌装している。
【００１４】
更に、ケーシング３２内に設けた支持壁３３と前記入力軸１５との間には１対の転がり軸受３４、３４を設けて、上記入力軸１５を上記ケーシング３２内に回転自在に支持している。又、上記各転がり軸受３４、３４を構成する内輪３５、３５のうち、一方（図７の右方）の転がり軸受３４を構成する内輪３５は、上記入力軸１５の外周面に軸方向に亙る変位自在に外嵌したホルダ３６に外嵌している。そして、このホルダ３６の背面（図７の右側面）と、上記入力軸１５の外周面に固定したローディングナット３７との間に皿板ばね３８を挟持している。この皿板ばね３８は、前記押圧装置９の非作動時にも、前記各ディスク２、４の内側面２ａ、４ａと前記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとを弾性的に当接させる、予圧付与の為に設けている。更に、他方（図７の左方）の転がり軸受３４を構成する内輪３５は、前記出力歯車１８の内周縁部に形成した支持円筒部３９に外嵌固定している。
【００１５】
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、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３０、３０を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３０、３０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８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、支持板２０、２０に枢支された枢軸５、５を中心として、図７で互いに逆方向に揺動する。この結果、前述の図５〜６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。
【００１６】
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、上記各支持軸部２１、２１を中心として僅かに揺動する。この揺動の結果、上記各スラスト玉軸受２６、２６の外輪２８、２８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２７、２７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。
【００１７】
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、伝達効率を確保すべく、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との各当接部で滑りが発生しない様にする為には、これら各当接部の当接圧を確保する必要がある。上述した従来構造の場合には、前記押圧装置９と皿板ばね３８とにより、上記当接圧を確保する様にしていた。
【００１８】
これに対して、特開昭６２−２５８２５４号公報、並びに特開平５−３９８４８号公報には、油圧式の第二の押圧装置を、ローディングカム式の第一の押圧装置と並列に設ける構造が記載されている。この様な従来構造の場合に上記第二の押圧装置は、パワーローラの傾斜角度に応じて押圧力（＝推力）を制御したり（特開昭６２−２５８２５４号公報の場合）、或はエンジンブレーキの作動時等、エンジン側からトロイダル型無段変速機に入力される駆動力が負になって上記第一の押圧装置が押圧力を発生させなくなった状態で押圧力を発生させる。
【００１９】
【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従来のトロイダル型無段変速機の場合には、伝達効率の向上と耐久性の確保とを高次元で両立させる事が難しい。先ず、ローディングカム式の如く、機械式の押圧装置のみを設けた構造の場合には、エンジン側からトロイダル型無段変速機に入力される駆動力が零又は負になると、押圧装置により各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと入力側、出力側各ディスク２、４の内側面２ａ、４ａとの当接圧を確保できなくなる。この為、機械式の押圧装置のみを設けた場合には、これら各周面８ａ、８ａと各内側面２ａ、４ａとの当接部で滑りが発生し、これら各面８ａ、２ａ、４ａに著しい摩耗や焼き付き等の損傷が発生する可能性がある。押圧装置９を構成する為のカム面１３、１４を円周方向に関して対称な形状にすれば、上記駆動力が負になった場合でも上記当接圧を得られるが、この駆動力が正から負（或は負から正）に変換する前後で、上記押圧力が喪失若しくは著しく低くなる事は避けられず、上記滑りが発生する可能性をなくす事はできない。
【００２０】
図７に示した従来構造の場合には、皿板ばね３８の弾力により、トロイダル型無段変速機に入力される駆動力が零又は負になった場合でも上記当接圧を確保し、上記滑りの発生を防止している。但し、例えば高速走行時に急にアクセルを戻し、大きなエンジンブレーキを発生させた場合の如く、上記各パワーローラ８、８と入力側、出力側各ディスク２、４とが高速回転している状態で上記機械式の押圧装置による押圧力が完全に喪失した場合でも十分な当接圧を確保する為には、上記皿板ばね３８の弾力を相当に大きくする必要がある。この結果、定速走行時に於ける上記当接圧が過大になり、上記各周面８ａ、８ａ並びに各内側面２ａ、４ａの転がり疲れ寿命を低下させる可能性がある。
【００２１】
この様な状況は、例えば特開平１−１６９１６９号公報に記載されている様に、自動車の走行時にクラッチを断接させる事により、トロイダル型無段変速機を２種類のモードで使用する場合にも発生する。即ち、この特開平１−１６９１６９号公報に記載された構造の場合には、エンジンからトロイダル型無段変速機に入力される動力が大きくは変化しない場合でも、クラッチの断接に伴ってローディングカム式の押圧装置に入力される回転力の方向が変化する。この為、上記クラッチの断接に伴って上記押圧装置が発生する押圧力が非常に小さくなる領域が発生し、上述の様な著しい摩耗や焼き付き等の損傷の原因となるものと考えられる。即ち、ローディングカム式の如き機械式の押圧装置では、クラッチの断接時に生じる急激なトルク変動に対応して上記当接圧を確保する事が難しく、上述の様な損傷が発生し易くなるものと考えられる。
【００２２】
これに対して、特開昭６２−２５８２５４号公報、並びに特開平５−３９８４８号公報に記載された構造の場合には、単にパワーローラの傾斜角度に応じて押圧力を制御したり、或はトロイダル型無段変速機に入力される駆動力が負になった場合にのみ油圧式の押圧装置に押圧力を発生させる様にしている為、必ずしも各パワーローラの周面と入力側、出力側各ディスクの内側面との当接圧を最適値に制御できない。この結果、エンジンの出力変動等によりトロイダル型無段変速機に入力される駆動力が変化したり、或は温度変化により上記パワーローラの周面と上記入力側、出力側両ディスクの内側面との当接部に送り込まれるトラクション油の粘度が変化した場合に、必ずしも最適な押圧力を得られず、伝達効率が低下したり、或は耐久性を確保できなくなる可能性がある。
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何れも解消すべく発明したものである。
【００２３】
【課題を解決する為の手段】
本発明のトロイダル型無段変速機は、前述した従来のトロイダル型無段変速機と同様に、自動車の走行用エンジンにより回転駆動される回転軸と、互いの内側面同士を対向させた状態でこの回転軸の周囲に支持された第一、第二のディスクと、このうちの第一のディスクの外側面と上記回転軸との間に設けられ、この第一のディスクを、この回転軸に対し相対回転自在に支持された上記第二のディスクに向け押圧しつつ、この回転軸と共に回転させる押圧装置と、上記第一、第二のディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心として揺動するトラニオンと、このトラニオンの内側面に回転自在に支持された状態で、上記第一、第二の両ディスク同士の間に挟持されたパワーローラとを備える。
【００２４】
特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、上記押圧装置は、機械的に作動して、上記第一、第二のディスク同士の間で伝達すべき動力のトルクの大きさに応じて押圧力（＝推力）を増大させると共に、このトルクが一定となる定速走行時には、上記第一、第二のディスク同士の間での動力伝達に必要とされる大きさの押圧力を発生させる第一の押圧装置と、圧油源から供給される圧油に基づき、この圧油の圧力に応じた押圧力を発生させる第二の押圧装置とを互いに並列に設けたものである。そして、この第二の押圧装置を構成する油圧シリンダと上記圧油を供給する為の圧油源との間には、この油圧シリンダに送り込む圧油の圧力を制御する為の制御弁を設けている。更に、この制御弁は、上記エンジンの回転数を表わす信号と、アクセル開度を表わす信号と、上記自動車の車速を表わす信号とに基づいて、その瞬間の入力トルクに加えて、変動が予想される直後の入力トルクに応じた最適な押圧力を得るべく上記圧力を調整する、フィードフォワード制御される。
【００２５】
【作用】
上述の様に構成される本発明のトロイダル型無段変速機は、前述した従来のトロイダル型無段変速機と同様の作用に基づき、第一のディスクと第二のディスクとの間で回転力の伝達を行ない、更にトラニオンの傾斜角度を変える事により、これら両ディスク同士の間の回転速度比を変える。
又、本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、第一、第二の両ディスクの内側面とパワーローラの周面との当接部の当接圧を、運転状況の変化に拘らず、常に最適値に維持できる。特に、駆動力が正から負（或は負から正）に変換する前後に、上記当接圧が喪失若しくは著しく低くなる事を防止して、上記当接部で滑りが発生する事を防止できる。この為、伝達効率の維持と耐久性の確保とを高次元で両立させる事ができる。
更に、定速走行時等、上記第一、第二の両ディスク同士の間で伝達するトルクが一定となる状態では、第二の押圧装置に圧油を送り込む必要がない為、この第二の押圧装置を設ける事に伴う動力損失を最小限に抑える事ができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１〜２は、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本発明の特徴は、伝達効率の維持と耐久性の確保とを高次元で両立させるべく、入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａとパワーローラ８、８の周面８ａ、８ａ（出力側ディスク４及びパワーローラ８に関しては、前述の図５〜７参照）との当接部の当接圧を、運転状況の変化に拘らず、常に最適値に維持する為の構造にある。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。
【００２７】
本発明のトロイダル型無段変速機を構成する押圧装置４０は、第一の押圧装置４１と第二の押圧装置４２とを、回転軸である入力軸１５ａと第一のディスクである入力側ディスク２との間に互いに並列に設けて成る。このうちの第一の押圧装置４１は、機械的に作動して、伝達すべき動力のトルクの大きさに応じて押圧力（＝推力）を増大させると共に、このトルクが一定となる定速走行時には、上記入力側、出力側両ディスク２、４同士の間での動力伝達に必要とされる大きさの押圧力を発生させるもので、前述した従来構造に組み込んだ押圧装置９と同様のローディングカム式のものを使用している。この様な第一の押圧装置４１を構成すべく、上記入力軸１５ａの入力側端部（図１の左端部）にはカム板１０ａを、スラスト転がり軸受４３により、上記入力軸１５ａに対する相対回転自在に支持している。そして、このカム板１０ａの片側面（図１の右側面）に形成したカム面１３と、上記入力側ディスク２の外側面（図１の左側面）に形成したカム面１４との間に、保持器１１により保持された複数個のローラ１２、１２を、上記入力軸１５ａの中心に対して放射方向の軸を中心とする転動自在に支持する事により、上記ローディングカム式の第一の押圧装置４１を構成している。
【００２８】
上記入力側ディスク２は上記入力軸１５ａの中間部一端寄り部分に、ボールスプライン４４により、上記入力軸１５ａの軸方向に関する相対変位自在に、且つ、この入力軸１５ａと同期した回転自在に支持している。又、上記カム板１０ａの他側面（図１の左側面）には係止突片４５、４５を形成しており、これら各係止突片４５、４５と、駆動軸４６の先端部に固設した駆動腕４７、４７の先端部とを係合させている。上記駆動軸４６は、図示しない自動車の走行用エンジンにより回転駆動自在としている。従って、この走行用エンジンの駆動時には、上記駆動軸４６により上記カム板１０ａが回転駆動され、上記各ローラ１２、１２と上記両カム面１３、１４との係合に基づき上記入力側ディスク２が、出力側ディスク４に向け、図１の右方に押されつつ回転駆動される。
【００２９】
一方、前記第二の押圧装置４２は、圧油源である圧油ポンプ４８から供給される圧油に基づき、この圧油の圧力に応じた押圧力（＝推力）を発生させる。この為に図示の例の場合には、上記カム板１０ａの外周面に円筒壁４９を、上記入力側ディスク２に向けて形成している。勿論、この円筒壁４９の内周面は、上記入力軸１５ａ及び入力側ディスク２の外周面と同心である。又、この円筒壁４９の内径は、この入力側ディスク２の外径よりも少し大きく、この円筒壁４９の先端部内周面と上記入力側ディスク２の外周面とを全周に亙り対向させている。そして、これら円筒壁４９の先端部内周面と上記入力側ディスク２の外周面との間に外径側シールリング５０を設けて、上記各ローラ１２、１２を設けた空間５１の外径側を油密に塞いでいる。又、上記カム板１０ａの内周面と上記入力軸１５ａの外周面との間、並びに上記入力側ディスク２の内周面と上記入力軸１５ａの外周面との間には、それぞれ内径側シールリング５２、５２を設けて、上記空間５１の内径側を油密に塞いでいる。尚、上記入力側ディスク２の内外両周面と上記円筒壁４９の先端部内周面及び上記入力軸１５ａの中間部外周面との間に設けた内径側、外径側両シールリング５０、５２は、前記押圧装置４０の作動全範囲に亙り、互いに対向する周面同士の間に挟持されたままの状態となる。従って、上記空間５１は、次述する給排路５３を除き、外部からは油密に遮断された状態となり、上記第二の押圧装置４２を構成する油圧シリンダとして機能する。
【００３０】
更に、上記空間５１内には、上記駆動軸４６及び入力軸１５ａの内側に設けた給排路５３を通じて、圧油を給排自在としている。この為に、上記入力軸１５ａの一端部内側には、この入力軸１５ａの一端面（図１の左端面）に開口する凹孔５４を、上記入力軸１５ａと同心に形成している。そして、この凹孔５４の奥部から上記入力軸１５ａの直径方向外方に向け分岐した分岐孔５５、５５の外径側端部を、上記入力軸１５ａの中間部外周面で、上記１対の内径側シールリング５２、５２の間部分に開口させている。又、上記駆動軸４６の先端面（図１の右端面）中央部には、給排管５６を、上記入力軸１５ａと同心に突設し、この給排管５６の内側を、上記駆動軸４６の内側に設けた基給排路５７に通じさせている。この給排管５６の外径は、上記凹孔５４の開口側部分の内径よりも少し小さい。そして、上記給排管５６の外周面と上記凹孔５４の内周面開口寄り部分との間にシールリング５８を設けて、上記給排管５６の外周面と上記凹孔５４の内周面との間を油密に塞いでいる。
【００３１】
上記基給排路５７は、制御弁５９を介して、前記圧油ポンプ４８に通じている。この制御弁５９は、上記油圧シリンダとして機能する空間５１内に送り込む圧油の圧力を制御する為のもので、次述する制御器６０からの指令信号に基づいて、上記基給排路５７に吐出する圧油の圧力を制御する。この様な制御弁５９に指令信号を発する制御器６０は、マイクロコンピュータを内蔵して成り、図示しないセンサから送り込まれる各種状態を表わす検出信号に基づいて異なる指令信号を送り出し、上記圧力を制御する。上記検出信号として本例の場合には、自動車の走行用エンジンの回転数を表わす信号と、アクセル開度を表わす信号と、自動車の車速を表わす信号と、前記入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａと前記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとの当接部に送り込まれるトラクション油の温度を表わす信号とを使用している。
【００３２】
上述の様に構成される本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、上記入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａと上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとの当接部の当接圧を、運転状況の変化に拘らず、常に最適値に維持できる。即ち、自動車の運転状況に応じて上記制御弁５９の作動状態を切り替え、上記空間５１内に送り込む圧油の圧力を調整する事により、上記当接圧を調整して、上記当接部で滑りが発生したり、或はこの当接部に過大な面圧が作用する事を防止できる。この為、伝達効率の維持と耐久性の確保とを高次元で両立させる事ができる。上述の様な圧力の制御は、各センサから制御器６０に送り込まれる各検出信号の組み合わせを考慮しつつ多種類に亙り行なう。この様な制御は、多くの事態を想定しつつ、各場合に付与すべき圧力を上記マイクロコンピュータに記憶させる事により行なう。これら総ての場合に就いて説明するのは、徒に冗長になるので、ここでは、各検出信号毎に、各状態値と圧力との凡その関係に就いて説明する。
【００３３】
先ず、走行用エンジンの回転数を表わす信号の場合には、アクセル開度を表わす信号との組み合わせにより、前記駆動軸４６を通じてトロイダル型無段変速機に送り込まれる回転力のトルク（入力トルク）の大きさを知り、この入力トルクの大きさに応じた当接圧を得るべく、上記圧力を制御する。即ち、回転数とトルクの大きさとの関係は、エンジンの特性曲線として予め分っているので、この関係を上記制御器に記憶させておけば、上記圧力を入力トルクの大きさに応じて調整できる。尚、トルクは、回転数が同じでも、アクセル開度により変わる為、アクセル開度を表わす信号も考慮する。図２は、この様な入力トルクの大きさに応じて、前記押圧装置４０が上記入力側ディスク２を前記出力側ディスク４に押圧する力（推力）を調整する状態を示している。この図２で、実線αは、本発明のトロイダル型無段変速機を構成する押圧装置４０による入力トルクと推力との関係を、破線βはローディングカム式の押圧装置のみを設けた場合の入力トルクと推力との関係を、鎖線γ及び上記破線βの一部でこの鎖線γよりも上方に位置する部分は、ローディングカム式の押圧装置と皿板ばね３８（図７参照）等の予圧ばねを設けた場合の入力トルクと推力との関係を、それぞれ示している。
【００３４】
破線βから明らかな通り、ローディングカム式の押圧装置のみを設けた場合は、入力トルクが小さい場合（零の場合も含む）には、推力が極端に小さくなり（或は完全に喪失し）、前述の様な損傷の原因となる。これに対して、予圧ばねを付加した場合には、入力トルクが小さい場合でも必要とする推力を得て上記損傷の防止を図れる反面、その瞬間に於ける入力トルクが小さい場合に、推力を大きくできない。従って、急加速時等、入力トルクが急に増大した場合に上記推力が不足し（推力上昇がトルク上昇に追い付かず）、前記入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａと上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとの当接部に滑りが発生して、伝達効率が低下するだけでなく、これら各面２ａ、４ａ、８ａに損傷が発生し易くなる。これに対して本発明の場合には、その瞬間の入力トルクだけでなく、変動が予想される直後の入力トルクに応じて最適な推力を得られる（フィードフォワード制御を行なう）。即ち、この入力トルクが小さく、前記第一の押圧装置４１により得られる推力が小さい場合には、前記空間５１に送り込む圧油の圧力を高めて、前記第二の押圧装置４２により、必要とする推力を得る。これに対して、上記入力トルクが大きくなり、上記第一の押圧装置４１により得られる推力が十分に大きくなった場合には、前記空間５１に送り込む圧油の圧力を低くして、上記入力側ディスク２に必要以上の推力が加わる事を防止する。これらの制御を、その瞬間に於けるトルクの大きさだけでなく、予想される変動に対応して行なえる。
【００３５】
上記第二の押圧装置４２により得られる推力は、任意に調節自在であるから、上記押圧装置４０により得られる推力は、上記第一の押圧装置４１により得られる推力よりも大きい限り、運転状況に応じて任意に設定可能である。従って、上記第一の押圧装置４１の特性を、入力トルクが最大となった場合でも、過度の推力を発生しない様に規制しておけば、上記入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａと上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとの当接部の当接圧を、運転状況の変化に拘らず、常に最適値に維持できる。又、上述の説明から明らかな通り、本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、皿板ばね３８等の予圧ばねを省略する事もできる。従って、予圧ばねの省略に基づく部品点数並びに組み立て工数の低減を図れる。又、入力トルクが大きくなって第一の押圧装置４１のみで必要とする推力を得られる状態となった場合には、前記空間５１内に圧油を送り込む必要がなくなる。従って、定速走行時等、上記入力側、出力側両ディスク２、４同士の間で伝達するトルクが一定となる状態では、前記圧油ポンプ４８から前記空間５１内に圧油を送り込む必要はない。この為、油圧式の第二の押圧装置４２を設ける事に伴う動力損失を最小限に抑える事ができる。
【００３６】
次に、アクセル開度を表わす信号と自動車の車速を表わす信号とは、上記入力トルク自体、及びこの入力トルクの変動を予測すると共に、この変動に基づいて次の瞬間に必要とする推力を求める為に利用する。例えば、高速走行時にアクセル開度を急に小さくし、大きなエンジンブレーキを作動させる際には、第一の押圧装置４１が発生している推力が急激に減少し、零点を通過してから、再びこの第一の押圧装置４１が発生する推力が増加する。又、上記アクセル開度を急に大きくした場合には、次の瞬間に、上記第一の押圧装置により惹起される推力が急上昇する。そこで、これらの場合には、上記アクセル開度を表わす信号と自動車の車速を表わす信号とに基づいて上記空間５１内に送り込む圧油の圧力を調節し、必要とする推力を確保したり、或はこの推力が過度に上昇する事を防止する。
【００３８】
次に、図３は、本発明の実施の形態の第２例を示している。上述の第１例の場合、第二の押圧装置４２を構成する為の円筒壁４９をカム板１０ａと一体に設けていたのに対して、本例の場合には、円筒壁４９ａをカム板１０ａと別体に形成している。即ち、一端部に内向フランジ状の鍔部６１を有する円筒体６２を上記カム板１０ａに外嵌すると共に、このカム板１０ａの片面（図３の左面）と上記鍔部６１の内周縁とを、全周に亙り油密に溶接している。この様な本例の場合には、上述の第１例の場合に比べて、上記円筒壁４９ａを有するカム板１０ａの製造作業が容易になる。その他の構成及び作用は、上述した第１例の場合と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。
【００３９】
次に、図４は、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、大きな動力を伝達自在とすべく、入力軸１５ｂの両端部に１対の入力側ディスク２、２を、それぞれの内側面２ａ、２ａを互いに対向させた状態で、ボールスプライン４４、４４により支持している。これと共に、上記入力軸１５ｂの中間部に１対の出力側ディスク４、４を、それぞれの内側面４ａ、４ａを上記各入力側ディスク２、２の内側面２ａ、２ａに対向させた状態で、上記入力軸１５ｂに対する回転自在に支持している。そして、これら両出力側ディスク４、４同士の間に、出力歯車１８ａを、これら両出力側ディスク４、４と共に回転自在に支持している。
【００４０】
上述の様な、入力側ディスク２、２と出力側ディスク４、４とを１対ずつ、動力の伝達方向に関して互いに並列に設けた、所謂ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機にも、本発明は適用可能である。この場合に押圧装置４０は、一方（図４の左方）の入力側ディスク２の背面側（図４の左側）に設ける。尚、入力軸１５ｂの内部に設けた潤滑油流路６３は、上記ボールスプライン４４、４４等の可能部分に潤滑油を供給する為のものである。本発明の特徴部分である押圧装置４０の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。
【００４１】
【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為、伝達効率を高めて、例えばトロイダル型無段変速機を組み込んだ自動車の走行性能、燃費性能を向上できる。又、転がり軸受の疲れ寿命を向上させて、耐久性を向上させる事もできる。又、第一、第二の両ディスクの内側面と各パワーローラの周面との当接部で滑りが発生する事を防止して、耐久性の確保を図れる。更に、定速走行時等、上記第一、第二の両ディスク同士の間で伝達するトルクが一定となる状態では、第二の押圧装置に圧油を送り込む必要がない為、この第二の押圧装置を設ける事に伴う動力損失を最小限に抑える事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す部分断面図。
【図２】押圧装置により入力側ディスクに付与する押圧力と入力トルクとの関係を示す線図。
【図３】本発明の実施の形態の第２例を示す、図１と同様の図。
【図４】同第３例を示す、一部を省略した状態で示す断面図。
【図５】従来から知られたトロイダル型無段変速機の基本的構成を、最大減速時の状態で示す側面図。
【図６】同じく最大増速時の状態で示す側面図。
【図７】従来の具体的構造の１例を示す断面図。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図。
【符号の説明】
１ 入力軸
２ 入力側ディスク（第一のディスク）
２ａ 内側面
３ 出力軸
４ 出力側ディスク（第二のディスク）
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、１０ａ カム板
１１ 保持器
１２ ローラ
１３、１４ カム面
１５、１５ａ、１５ｂ 入力軸
１６ ニードル軸受
１７ 鍔部
１８、１８ａ 出力歯車
１９ キー
２０ 支持板
２１ 支持軸部
２２ 枢支軸部
２３ 円孔
２４、２５ ラジアルニードル軸受
２６ スラスト玉軸受
２７ スラストニードル軸受
２８ 外輪
２９ 駆動ロッド
３０ 駆動ピストン
３１ 駆動シリンダ
３２ ケーシング
３３ 支持壁
３４ 転がり軸受
３５ 内輪
３６ ホルダ
３７ ローディングナット
３８ 皿板ばね
３９ 支持円筒部
４０ 押圧装置
４１ 第一の押圧装置
４２ 第二の押圧装置
４３ スラスト転がり軸受
４４ ボールスプライン
４５ 係止突片
４６ 駆動軸
４７ 駆動腕
４８ 圧油ポンプ
４９、４９ａ 円筒壁
５０ 外径側シールリング
５１ 空間
５２ 内径側シールリング
５３ 給排路
５４ 凹孔
５５ 分岐孔
５６ 給排管
５７ 基給排路
５８ シールリング
５９ 制御弁
６０ 制御器
６１ 鍔部
６２ 円筒体
６３ 潤滑油流路
【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、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５〜６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（第一のディスク）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（第二のディスク）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に対して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。
【０００４】
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。
【０００５】
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５〜６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５〜６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。
【０００６】
上述の様に構成され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。
【０００７】
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５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。
【０００８】
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６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５と図６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。
【０００９】
更に、図７〜８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、回転軸である円管状の入力軸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７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。
【００１０】
１対のトラニオン６、６の両端部に設けた枢軸５、５は１対の支持板２０、２０に、揺動並びに軸方向（図７の表裏方向、図８の左右方向）に亙る変位自在に支持している。そして、上記各トラニオン６、６の中間部に形成した円孔２３、２３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２１、２１と枢支軸部２２、２２とを、それぞれ有する。このうちの各支持軸部２１、２１を上記各円孔２３、２３の内側に、ラジアルニードル軸受２４、２４を介して、揺動自在に支持している。又、上記各枢支軸部２２、２２の周囲にパワーローラ８、８を、ラジアルニードル軸受２５、２５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。
【００１１】
尚、上記１対の変位軸７、７は、上記入力軸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２２、２２が各支持軸部２１、２１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８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７の左右方向、図８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、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７の左右方向、図８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。
【００１２】
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２６、２６等のスラスト転がり軸受と、次述する外輪２８、２８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２７、２７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２６、２６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の回転を許容するものである。又、上記各スラストニードル軸受２７、２７は、上記各パワーローラ８、８から上記各スラスト玉軸受２６、２６の外輪２８、２８に加わるスラスト荷重を支承しつつ、上記枢支軸部２２、２２及び上記外輪２８、２８が上記支持軸部２１、２１を中心に揺動する事を許容する。
【００１３】
又、上記各トラニオン６、６の一端部（図８の左端部）には、それぞれ駆動ロッド２９、２９を結合し、各駆動ロッド２９、２９の中間部外周面に駆動ピストン３０、３０を固設している。そして、これら各駆動ピストン３０、３０を、それぞれ駆動シリンダ３１、３１内に油密に嵌装している。
【００１４】
更に、ケーシング３２内に設けた支持壁３３と前記入力軸１５との間には１対の転がり軸受３４、３４を設けて、上記入力軸１５を上記ケーシング３２内に回転自在に支持している。又、上記各転がり軸受３４、３４を構成する内輪３５、３５のうち、一方（図７の右方）の転がり軸受３４を構成する内輪３５は、上記入力軸１５の外周面に軸方向に亙る変位自在に外嵌したホルダ３６に外嵌している。そして、このホルダ３６の背面（図７の右側面）と、上記入力軸１５の外周面に固定したローディングナット３７との間に皿板ばね３８を挟持している。この皿板ばね３８は、前記押圧装置９の非作動時にも、前記各ディスク２、４の内側面２ａ、４ａと前記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとを弾性的に当接させる、予圧付与の為に設けている。更に、他方（図７の左方）の転がり軸受３４を構成する内輪３５は、前記出力歯車１８の内周縁部に形成した支持円筒部３９に外嵌固定している。
【００１５】
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、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３０、３０を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３０、３０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８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、支持板２０、２０に枢支された枢軸５、５を中心として、図７で互いに逆方向に揺動する。この結果、前述の図５〜６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。
【００１６】
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、上記各支持軸部２１、２１を中心として僅かに揺動する。この揺動の結果、上記各スラスト玉軸受２６、２６の外輪２８、２８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２７、２７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。
【００１７】
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、伝達効率を確保すべく、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との各当接部で滑りが発生しない様にする為には、これら各当接部の当接圧を確保する必要がある。上述した従来構造の場合には、前記押圧装置９と皿板ばね３８とにより、上記当接圧を確保する様にしていた。
【００１８】
これに対して、特開昭６２−２５８２５４号公報、並びに特開平５−３９８４８号公報には、油圧式の第二の押圧装置を、ローディングカム式の第一の押圧装置と並列に設ける構造が記載されている。この様な従来構造の場合に上記第二の押圧装置は、パワーローラの傾斜角度に応じて押圧力（＝推力）を制御したり（特開昭６２−２５８２５４号公報の場合）、或はエンジンブレーキの作動時等、エンジン側からトロイダル型無段変速機に入力される駆動力が負になって上記第一の押圧装置が押圧力を発生させなくなった状態で押圧力を発生させる。
【００１９】
【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従来のトロイダル型無段変速機の場合には、伝達効率の向上と耐久性の確保とを高次元で両立させる事が難しい。先ず、ローディングカム式の如く、機械式の押圧装置のみを設けた構造の場合には、エンジン側からトロイダル型無段変速機に入力される駆動力が零又は負になると、押圧装置により各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと入力側、出力側各ディスク２、４の内側面２ａ、４ａとの当接圧を確保できなくなる。この為、機械式の押圧装置のみを設けた場合には、これら各周面８ａ、８ａと各内側面２ａ、４ａとの当接部で滑りが発生し、これら各面８ａ、２ａ、４ａに著しい摩耗や焼き付き等の損傷が発生する可能性がある。押圧装置９を構成する為のカム面１３、１４を円周方向に関して対称な形状にすれば、上記駆動力が負になった場合でも上記当接圧を得られるが、この駆動力が正から負（或は負から正）に変換する前後で、上記押圧力が喪失若しくは著しく低くなる事は避けられず、上記滑りが発生する可能性をなくす事はできない。
【００２０】
図７に示した従来構造の場合には、皿板ばね３８の弾力により、トロイダル型無段変速機に入力される駆動力が零又は負になった場合でも上記当接圧を確保し、上記滑りの発生を防止している。但し、例えば高速走行時に急にアクセルを戻し、大きなエンジンブレーキを発生させた場合の如く、上記各パワーローラ８、８と入力側、出力側各ディスク２、４とが高速回転している状態で上記機械式の押圧装置による押圧力が完全に喪失した場合でも十分な当接圧を確保する為には、上記皿板ばね３８の弾力を相当に大きくする必要がある。この結果、定速走行時に於ける上記当接圧が過大になり、上記各周面８ａ、８ａ並びに各内側面２ａ、４ａの転がり疲れ寿命を低下させる可能性がある。
【００２１】
この様な状況は、例えば特開平１−１６９１６９号公報に記載されている様に、自動車の走行時にクラッチを断接させる事により、トロイダル型無段変速機を２種類のモードで使用する場合にも発生する。即ち、この特開平１−１６９１６９号公報に記載された構造の場合には、エンジンからトロイダル型無段変速機に入力される動力が大きくは変化しない場合でも、クラッチの断接に伴ってローディングカム式の押圧装置に入力される回転力の方向が変化する。この為、上記クラッチの断接に伴って上記押圧装置が発生する押圧力が非常に小さくなる領域が発生し、上述の様な著しい摩耗や焼き付き等の損傷の原因となるものと考えられる。即ち、ローディングカム式の如き機械式の押圧装置では、クラッチの断接時に生じる急激なトルク変動に対応して上記当接圧を確保する事が難しく、上述の様な損傷が発生し易くなるものと考えられる。
【００２２】
これに対して、特開昭６２−２５８２５４号公報、並びに特開平５−３９８４８号公報に記載された構造の場合には、単にパワーローラの傾斜角度に応じて押圧力を制御したり、或はトロイダル型無段変速機に入力される駆動力が負になった場合にのみ油圧式の押圧装置に押圧力を発生させる様にしている為、必ずしも各パワーローラの周面と入力側、出力側各ディスクの内側面との当接圧を最適値に制御できない。この結果、エンジンの出力変動等によりトロイダル型無段変速機に入力される駆動力が変化したり、或は温度変化により上記パワーローラの周面と上記入力側、出力側両ディスクの内側面との当接部に送り込まれるトラクション油の粘度が変化した場合に、必ずしも最適な押圧力を得られず、伝達効率が低下したり、或は耐久性を確保できなくなる可能性がある。
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何れも解消すべく発明したものである。
【００２３】
【課題を解決する為の手段】
本発明のトロイダル型無段変速機は、前述した従来のトロイダル型無段変速機と同様に、自動車の走行用エンジンにより回転駆動される回転軸と、互いの内側面同士を対向させた状態でこの回転軸の周囲に支持された第一、第二のディスクと、このうちの第一のディスクの外側面と上記回転軸との間に設けられ、この第一のディスクを、この回転軸に対し相対回転自在に支持された上記第二のディスクに向け押圧しつつ、この回転軸と共に回転させる押圧装置と、上記第一、第二のディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心として揺動するトラニオンと、このトラニオンの内側面に回転自在に支持された状態で、上記第一、第二の両ディスク同士の間に挟持されたパワーローラとを備える。
【００２４】
特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、上記押圧装置は、機械的に作動して、上記第一、第二のディスク同士の間で伝達すべき動力のトルクの大きさに応じて押圧力（＝推力）を増大させると共に、このトルクが一定となる定速走行時には、上記第一、第二のディスク同士の間での動力伝達に必要とされる大きさの押圧力を発生させる第一の押圧装置と、圧油源から供給される圧油に基づき、この圧油の圧力に応じた押圧力を発生させる第二の押圧装置とを互いに並列に設けたものである。そして、この第二の押圧装置を構成する油圧シリンダと上記圧油を供給する為の圧油源との間には、この油圧シリンダに送り込む圧油の圧力を制御する為の制御弁を設けている。更に、この制御弁は、上記エンジンの回転数を表わす信号と、アクセル開度を表わす信号と、上記自動車の車速を表わす信号とに基づいて、その瞬間の入力トルクに加えて、変動が予想される直後の入力トルクに応じた最適な押圧力を得るべく上記圧力を調整する、フィードフォワード制御される。
【００２５】
【作用】
上述の様に構成される本発明のトロイダル型無段変速機は、前述した従来のトロイダル型無段変速機と同様の作用に基づき、第一のディスクと第二のディスクとの間で回転力の伝達を行ない、更にトラニオンの傾斜角度を変える事により、これら両ディスク同士の間の回転速度比を変える。
又、本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、第一、第二の両ディスクの内側面とパワーローラの周面との当接部の当接圧を、運転状況の変化に拘らず、常に最適値に維持できる。特に、駆動力が正から負（或は負から正）に変換する前後に、上記当接圧が喪失若しくは著しく低くなる事を防止して、上記当接部で滑りが発生する事を防止できる。この為、伝達効率の維持と耐久性の確保とを高次元で両立させる事ができる。
更に、定速走行時等、上記第一、第二の両ディスク同士の間で伝達するトルクが一定となる状態では、第二の押圧装置に圧油を送り込む必要がない為、この第二の押圧装置を設ける事に伴う動力損失を最小限に抑える事ができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１〜２は、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本発明の特徴は、伝達効率の維持と耐久性の確保とを高次元で両立させるべく、入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａとパワーローラ８、８の周面８ａ、８ａ（出力側ディスク４及びパワーローラ８に関しては、前述の図５〜７参照）との当接部の当接圧を、運転状況の変化に拘らず、常に最適値に維持する為の構造にある。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。
【００２７】
本発明のトロイダル型無段変速機を構成する押圧装置４０は、第一の押圧装置４１と第二の押圧装置４２とを、回転軸である入力軸１５ａと第一のディスクである入力側ディスク２との間に互いに並列に設けて成る。このうちの第一の押圧装置４１は、機械的に作動して、伝達すべき動力のトルクの大きさに応じて押圧力（＝推力）を増大させると共に、このトルクが一定となる定速走行時には、上記入力側、出力側両ディスク２、４同士の間での動力伝達に必要とされる大きさの押圧力を発生させるもので、前述した従来構造に組み込んだ押圧装置９と同様のローディングカム式のものを使用している。この様な第一の押圧装置４１を構成すべく、上記入力軸１５ａの入力側端部（図１の左端部）にはカム板１０ａを、スラスト転がり軸受４３により、上記入力軸１５ａに対する相対回転自在に支持している。そして、このカム板１０ａの片側面（図１の右側面）に形成したカム面１３と、上記入力側ディスク２の外側面（図１の左側面）に形成したカム面１４との間に、保持器１１により保持された複数個のローラ１２、１２を、上記入力軸１５ａの中心に対して放射方向の軸を中心とする転動自在に支持する事により、上記ローディングカム式の第一の押圧装置４１を構成している。
【００２８】
上記入力側ディスク２は上記入力軸１５ａの中間部一端寄り部分に、ボールスプライン４４により、上記入力軸１５ａの軸方向に関する相対変位自在に、且つ、この入力軸１５ａと同期した回転自在に支持している。又、上記カム板１０ａの他側面（図１の左側面）には係止突片４５、４５を形成しており、これら各係止突片４５、４５と、駆動軸４６の先端部に固設した駆動腕４７、４７の先端部とを係合させている。上記駆動軸４６は、図示しない自動車の走行用エンジンにより回転駆動自在としている。従って、この走行用エンジンの駆動時には、上記駆動軸４６により上記カム板１０ａが回転駆動され、上記各ローラ１２、１２と上記両カム面１３、１４との係合に基づき上記入力側ディスク２が、出力側ディスク４に向け、図１の右方に押されつつ回転駆動される。
【００２９】
一方、前記第二の押圧装置４２は、圧油源である圧油ポンプ４８から供給される圧油に基づき、この圧油の圧力に応じた押圧力（＝推力）を発生させる。この為に図示の例の場合には、上記カム板１０ａの外周面に円筒壁４９を、上記入力側ディスク２に向けて形成している。勿論、この円筒壁４９の内周面は、上記入力軸１５ａ及び入力側ディスク２の外周面と同心である。又、この円筒壁４９の内径は、この入力側ディスク２の外径よりも少し大きく、この円筒壁４９の先端部内周面と上記入力側ディスク２の外周面とを全周に亙り対向させている。そして、これら円筒壁４９の先端部内周面と上記入力側ディスク２の外周面との間に外径側シールリング５０を設けて、上記各ローラ１２、１２を設けた空間５１の外径側を油密に塞いでいる。又、上記カム板１０ａの内周面と上記入力軸１５ａの外周面との間、並びに上記入力側ディスク２の内周面と上記入力軸１５ａの外周面との間には、それぞれ内径側シールリング５２、５２を設けて、上記空間５１の内径側を油密に塞いでいる。尚、上記入力側ディスク２の内外両周面と上記円筒壁４９の先端部内周面及び上記入力軸１５ａの中間部外周面との間に設けた内径側、外径側両シールリング５０、５２は、前記押圧装置４０の作動全範囲に亙り、互いに対向する周面同士の間に挟持されたままの状態となる。従って、上記空間５１は、次述する給排路５３を除き、外部からは油密に遮断された状態となり、上記第二の押圧装置４２を構成する油圧シリンダとして機能する。
【００３０】
更に、上記空間５１内には、上記駆動軸４６及び入力軸１５ａの内側に設けた給排路５３を通じて、圧油を給排自在としている。この為に、上記入力軸１５ａの一端部内側には、この入力軸１５ａの一端面（図１の左端面）に開口する凹孔５４を、上記入力軸１５ａと同心に形成している。そして、この凹孔５４の奥部から上記入力軸１５ａの直径方向外方に向け分岐した分岐孔５５、５５の外径側端部を、上記入力軸１５ａの中間部外周面で、上記１対の内径側シールリング５２、５２の間部分に開口させている。又、上記駆動軸４６の先端面（図１の右端面）中央部には、給排管５６を、上記入力軸１５ａと同心に突設し、この給排管５６の内側を、上記駆動軸４６の内側に設けた基給排路５７に通じさせている。この給排管５６の外径は、上記凹孔５４の開口側部分の内径よりも少し小さい。そして、上記給排管５６の外周面と上記凹孔５４の内周面開口寄り部分との間にシールリング５８を設けて、上記給排管５６の外周面と上記凹孔５４の内周面との間を油密に塞いでいる。
【００３１】
上記基給排路５７は、制御弁５９を介して、前記圧油ポンプ４８に通じている。この制御弁５９は、上記油圧シリンダとして機能する空間５１内に送り込む圧油の圧力を制御する為のもので、次述する制御器６０からの指令信号に基づいて、上記基給排路５７に吐出する圧油の圧力を制御する。この様な制御弁５９に指令信号を発する制御器６０は、マイクロコンピュータを内蔵して成り、図示しないセンサから送り込まれる各種状態を表わす検出信号に基づいて異なる指令信号を送り出し、上記圧力を制御する。上記検出信号として本例の場合には、自動車の走行用エンジンの回転数を表わす信号と、アクセル開度を表わす信号と、自動車の車速を表わす信号と、前記入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａと前記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとの当接部に送り込まれるトラクション油の温度を表わす信号とを使用している。
【００３２】
上述の様に構成される本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、上記入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａと上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとの当接部の当接圧を、運転状況の変化に拘らず、常に最適値に維持できる。即ち、自動車の運転状況に応じて上記制御弁５９の作動状態を切り替え、上記空間５１内に送り込む圧油の圧力を調整する事により、上記当接圧を調整して、上記当接部で滑りが発生したり、或はこの当接部に過大な面圧が作用する事を防止できる。この為、伝達効率の維持と耐久性の確保とを高次元で両立させる事ができる。上述の様な圧力の制御は、各センサから制御器６０に送り込まれる各検出信号の組み合わせを考慮しつつ多種類に亙り行なう。この様な制御は、多くの事態を想定しつつ、各場合に付与すべき圧力を上記マイクロコンピュータに記憶させる事により行なう。これら総ての場合に就いて説明するのは、徒に冗長になるので、ここでは、各検出信号毎に、各状態値と圧力との凡その関係に就いて説明する。
【００３３】
先ず、走行用エンジンの回転数を表わす信号の場合には、アクセル開度を表わす信号との組み合わせにより、前記駆動軸４６を通じてトロイダル型無段変速機に送り込まれる回転力のトルク（入力トルク）の大きさを知り、この入力トルクの大きさに応じた当接圧を得るべく、上記圧力を制御する。即ち、回転数とトルクの大きさとの関係は、エンジンの特性曲線として予め分っているので、この関係を上記制御器に記憶させておけば、上記圧力を入力トルクの大きさに応じて調整できる。尚、トルクは、回転数が同じでも、アクセル開度により変わる為、アクセル開度を表わす信号も考慮する。図２は、この様な入力トルクの大きさに応じて、前記押圧装置４０が上記入力側ディスク２を前記出力側ディスク４に押圧する力（推力）を調整する状態を示している。この図２で、実線αは、本発明のトロイダル型無段変速機を構成する押圧装置４０による入力トルクと推力との関係を、破線βはローディングカム式の押圧装置のみを設けた場合の入力トルクと推力との関係を、鎖線γ及び上記破線βの一部でこの鎖線γよりも上方に位置する部分は、ローディングカム式の押圧装置と皿板ばね３８（図７参照）等の予圧ばねを設けた場合の入力トルクと推力との関係を、それぞれ示している。
【００３４】
破線βから明らかな通り、ローディングカム式の押圧装置のみを設けた場合は、入力トルクが小さい場合（零の場合も含む）には、推力が極端に小さくなり（或は完全に喪失し）、前述の様な損傷の原因となる。これに対して、予圧ばねを付加した場合には、入力トルクが小さい場合でも必要とする推力を得て上記損傷の防止を図れる反面、その瞬間に於ける入力トルクが小さい場合に、推力を大きくできない。従って、急加速時等、入力トルクが急に増大した場合に上記推力が不足し（推力上昇がトルク上昇に追い付かず）、前記入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａと上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとの当接部に滑りが発生して、伝達効率が低下するだけでなく、これら各面２ａ、４ａ、８ａに損傷が発生し易くなる。これに対して本発明の場合には、その瞬間の入力トルクだけでなく、変動が予想される直後の入力トルクに応じて最適な推力を得られる（フィードフォワード制御を行なう）。即ち、この入力トルクが小さく、前記第一の押圧装置４１により得られる推力が小さい場合には、前記空間５１に送り込む圧油の圧力を高めて、前記第二の押圧装置４２により、必要とする推力を得る。これに対して、上記入力トルクが大きくなり、上記第一の押圧装置４１により得られる推力が十分に大きくなった場合には、前記空間５１に送り込む圧油の圧力を低くして、上記入力側ディスク２に必要以上の推力が加わる事を防止する。これらの制御を、その瞬間に於けるトルクの大きさだけでなく、予想される変動に対応して行なえる。
【００３５】
上記第二の押圧装置４２により得られる推力は、任意に調節自在であるから、上記押圧装置４０により得られる推力は、上記第一の押圧装置４１により得られる推力よりも大きい限り、運転状況に応じて任意に設定可能である。従って、上記第一の押圧装置４１の特性を、入力トルクが最大となった場合でも、過度の推力を発生しない様に規制しておけば、上記入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａと上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとの当接部の当接圧を、運転状況の変化に拘らず、常に最適値に維持できる。又、上述の説明から明らかな通り、本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、皿板ばね３８等の予圧ばねを省略する事もできる。従って、予圧ばねの省略に基づく部品点数並びに組み立て工数の低減を図れる。又、入力トルクが大きくなって第一の押圧装置４１のみで必要とする推力を得られる状態となった場合には、前記空間５１内に圧油を送り込む必要がなくなる。従って、定速走行時等、上記入力側、出力側両ディスク２、４同士の間で伝達するトルクが一定となる状態では、前記圧油ポンプ４８から前記空間５１内に圧油を送り込む必要はない。この為、油圧式の第二の押圧装置４２を設ける事に伴う動力損失を最小限に抑える事ができる。
【００３６】
次に、アクセル開度を表わす信号と自動車の車速を表わす信号とは、上記入力トルク自体、及びこの入力トルクの変動を予測すると共に、この変動に基づいて次の瞬間に必要とする推力を求める為に利用する。例えば、高速走行時にアクセル開度を急に小さくし、大きなエンジンブレーキを作動させる際には、第一の押圧装置４１が発生している推力が急激に減少し、零点を通過してから、再びこの第一の押圧装置４１が発生する推力が増加する。又、上記アクセル開度を急に大きくした場合には、次の瞬間に、上記第一の押圧装置により惹起される推力が急上昇する。そこで、これらの場合には、上記アクセル開度を表わす信号と自動車の車速を表わす信号とに基づいて上記空間５１内に送り込む圧油の圧力を調節し、必要とする推力を確保したり、或はこの推力が過度に上昇する事を防止する。
【００３８】
次に、図３は、本発明の実施の形態の第２例を示している。上述の第１例の場合、第二の押圧装置４２を構成する為の円筒壁４９をカム板１０ａと一体に設けていたのに対して、本例の場合には、円筒壁４９ａをカム板１０ａと別体に形成している。即ち、一端部に内向フランジ状の鍔部６１を有する円筒体６２を上記カム板１０ａに外嵌すると共に、このカム板１０ａの片面（図３の左面）と上記鍔部６１の内周縁とを、全周に亙り油密に溶接している。この様な本例の場合には、上述の第１例の場合に比べて、上記円筒壁４９ａを有するカム板１０ａの製造作業が容易になる。その他の構成及び作用は、上述した第１例の場合と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。
【００３９】
次に、図４は、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、大きな動力を伝達自在とすべく、入力軸１５ｂの両端部に１対の入力側ディスク２、２を、それぞれの内側面２ａ、２ａを互いに対向させた状態で、ボールスプライン４４、４４により支持している。これと共に、上記入力軸１５ｂの中間部に１対の出力側ディスク４、４を、それぞれの内側面４ａ、４ａを上記各入力側ディスク２、２の内側面２ａ、２ａに対向させた状態で、上記入力軸１５ｂに対する回転自在に支持している。そして、これら両出力側ディスク４、４同士の間に、出力歯車１８ａを、これら両出力側ディスク４、４と共に回転自在に支持している。
【００４０】
上述の様な、入力側ディスク２、２と出力側ディスク４、４とを１対ずつ、動力の伝達方向に関して互いに並列に設けた、所謂ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機にも、本発明は適用可能である。この場合に押圧装置４０は、一方（図４の左方）の入力側ディスク２の背面側（図４の左側）に設ける。尚、入力軸１５ｂの内部に設けた潤滑油流路６３は、上記ボールスプライン４４、４４等の可能部分に潤滑油を供給する為のものである。本発明の特徴部分である押圧装置４０の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。
【００４１】
【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為、伝達効率を高めて、例えばトロイダル型無段変速機を組み込んだ自動車の走行性能、燃費性能を向上できる。又、転がり軸受の疲れ寿命を向上させて、耐久性を向上させる事もできる。又、第一、第二の両ディスクの内側面と各パワーローラの周面との当接部で滑りが発生する事を防止して、耐久性の確保を図れる。更に、定速走行時等、上記第一、第二の両ディスク同士の間で伝達するトルクが一定となる状態では、第二の押圧装置に圧油を送り込む必要がない為、この第二の押圧装置を設ける事に伴う動力損失を最小限に抑える事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す部分断面図。
【図２】押圧装置により入力側ディスクに付与する押圧力と入力トルクとの関係を示す線図。
【図３】本発明の実施の形態の第２例を示す、図１と同様の図。
【図４】同第３例を示す、一部を省略した状態で示す断面図。
【図５】従来から知られたトロイダル型無段変速機の基本的構成を、最大減速時の状態で示す側面図。
【図６】同じく最大増速時の状態で示す側面図。
【図７】従来の具体的構造の１例を示す断面図。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図。
【符号の説明】
１ 入力軸
２ 入力側ディスク（第一のディスク）
２ａ 内側面
３ 出力軸
４ 出力側ディスク（第二のディスク）
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、１０ａ カム板
１１ 保持器
１２ ローラ
１３、１４ カム面
１５、１５ａ、１５ｂ 入力軸
１６ ニードル軸受
１７ 鍔部
１８、１８ａ 出力歯車
１９ キー
２０ 支持板
２１ 支持軸部
２２ 枢支軸部
２３ 円孔
２４、２５ ラジアルニードル軸受
２６ スラスト玉軸受
２７ スラストニードル軸受
２８ 外輪
２９ 駆動ロッド
３０ 駆動ピストン
３１ 駆動シリンダ
３２ ケーシング
３３ 支持壁
３４ 転がり軸受
３５ 内輪
３６ ホルダ
３７ ローディングナット
３８ 皿板ばね
３９ 支持円筒部
４０ 押圧装置
４１ 第一の押圧装置
４２ 第二の押圧装置
４３ スラスト転がり軸受
４４ ボールスプライン
４５ 係止突片
４６ 駆動軸
４７ 駆動腕
４８ 圧油ポンプ
４９、４９ａ 円筒壁
５０ 外径側シールリング
５１ 空間
５２ 内径側シールリング
５３ 給排路
５４ 凹孔
５５ 分岐孔
５６ 給排管
５７ 基給排路
５８ シールリング
５９ 制御弁
６０ 制御器
６１ 鍔部
６２ 円筒体
６３ 潤滑油流路
Claims (2)
- 自動車の走行用エンジンにより回転駆動される回転軸と、互いの内側面同士を対向させた状態でこの回転軸の周囲に支持された第一、第二のディスクと、このうちの第一のディスクの外側面と上記回転軸との間に設けられ、この第一のディスクを、この回転軸に対し相対回転自在に支持された上記第二のディスクに向け押圧しつつ、この回転軸と共に回転させる押圧装置と、上記第一、第二のディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心として揺動するトラニオンと、このトラニオンの内側面に回転自在に支持された状態で、上記第一、第二の両ディスク同士の間に挟持されたパワーローラとを備えたトロイダル型無段変速機に於いて、上記押圧装置は、機械的に作動して、上記第一、第二のディスク同士の間で伝達すべき動力のトルクの大きさに応じて押圧力を増大させると共に、このトルクが一定となる定速走行時には、上記第一、第二のディスク同士の間での動力伝達に必要とされる大きさの押圧力を発生させる第一の押圧装置と、圧油源から供給される圧油に基づき、この圧油の油圧に応じた押圧力を発生させる第二の押圧装置とを、互いに並列に設けたものであり、この第二の押圧装置を構成する油圧シリンダと上記圧油を供給する為の圧油源との間には、この油圧シリンダに送り込む圧油の圧力を制御する為の制御弁が設けられており、この制御弁は、上記エンジンの回転数を表わす信号と、アクセル開度を表わす信号と、上記自動車の車速を表わす信号とに基づいて、その瞬間の入力トルクに加えて、変動が予想される直後の入力トルクに応じた最適な押圧力を得るべく上記圧力を調整する、フィードフォワード制御されるものである事を特徴とするトロイダル型無段変速機。
- 自動車の走行時にクラッチの断接に基づいて切り換わる、互いに回転力の方向が異なる２種類のモードで使用される、請求項１に記載したトロイダル型無段変速機。
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