JP3711619B2 - 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、車両等に適用されるトロイダル型無段変速機に関し、特に、２組のトロイダル変速部を同一軸上に配置したダブルキャビティ式のトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トロイダル型無段変速機は、入力ディスク、該入力ディスクに対向して配置される出力ディスク、及び両ディスクに摩擦接触するパワーローラからなるトロイダル変速部を備えており、パワーローラの傾転角度を変えることによって入力ディスクの回転を無段階に変速して出力ディスクに伝達する無段変速機である。上記トロイダル型無段変速機を車両に適用する場合には、一般に、上記トロイダル変速部を同一軸上に２組並べて配置したダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機が適用される。
【０００３】
従来のダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機として、例えば、図３及び図４に示すようなものが知られている（例えば、特公平７−９６９０１号公報参照）。上記トロイダル型無段変速機は、ボールスプライン１２を介して主軸３に取り付けられた入力ディスク４、入力ディスク４に対向して配置され主軸３に対して回転可能に取り付けられた出力ディスク５、及び入力ディスク４から出力ディスク５へトルクを伝達する傾転可能なパワーローラ６を有するトロイダル変速部１と、ボールスプライン２８を介して主軸３に取り付けられた入力ディスク７、入力ディスク７に対向して配置され主軸３に対して回転可能に取り付けられた出力ディスク８、及び入力ディスク７から出力ディスク８へトルクを伝達する傾転可能なパワーローラ９を有するトロイダル変速部２とを備えている。
【０００４】
パワーローラ６は回転支軸３４によってトラニオン３３に回転自在に支持され、また、パワーローラ９は回転支軸３８によってトラニオン３７に回転自在に支持されている。各トラニオン３３，３７は傾転軸１１を有し、傾転軸１１の軸方向に移動し、且つ傾転軸１１を中心として回動できる。
【０００５】
入力ディスク４及び入力ディスク７は、ボールスプライン１２，２８を介して主軸３にそれぞれ連結されているので、主軸３のスラスト方向に摺動自在で且つ主軸３と一体回転することができる。動力は入力軸１３からローディングカム１８を介して入力ディスク４へ伝達され、入力ディスク４と一体回転する主軸３を介して入力ディスク７へも伝達される。この時、ローディングカム１８から入力ディスク４へ動力が伝達される際にカムローラ６１の作用により伝達されるトルクに見合ったスラスト方向の推力が発生する。
【０００６】
主軸３の他端はケーシング２５に軸受２７を介して回転自在に支持されている。入力ディスク７の背面側には皿ばね２９が設けられており、皿ばね２９はスペーサ３０を介在させてナット３１を締め込むことによって取り付けられる。入力ディスク７は皿ばね２９によって出力ディスク８の方へ向けて付勢されている。入力ディスク７から出力ディスク８へ伝達されるトルクが小さいときでも、皿ばね２９は、入力ディスク７を出力ディスク８の方へ向けて付勢して、所定の推力を得ている。
【０００７】
入力ディスク４に伝達された動力はパワーローラ６を介して出力ディスク５に伝達され、入力ディスク７に伝達された動力はパワーローラ９を介して出力ディスク８に伝達される。出力ディスク５，８は、主軸３に嵌合された出力軸２２によって背面同士が相互に連結されているので、出力ディスク５，８に伝達された動力は出力軸２２から取り出される。出力ディスク５，８は、これらが一体回転し得るように相互に連結した出力軸２２を介してラジアル方向及びスラスト方向の荷重を支持するアンギュラボールベアリング２４によってケーシング２５に回転自在に支持されているので、スラスト方向に移動することはできない。従って、スラスト方向推力の発生に伴って、最初にケーシング２５に対する出力ディスク５と出力ディスク８のスラスト方向の位置が決まり、次いで、パワーローラ６とパワーローラ９の位置が決まり、更に、入力ディスク４，７のスラスト方向位置がそれぞれ決まることになる。
【０００８】
ところで、トロイダル変速部１，２において、ローディングカム１８により発生するスラスト方向推力によって入力ディスク４，７と出力ディスク５，８はパワーローラ６，９に強く押し付けられる。入力ディスク４，７から出力ディスク５，８への動力伝達は、スラスト方向推力と両ディスク４，５，７，８とパワーローラ６，９との間に挟まれたオイルの剪断力とにより行われる。しかし、スラスト方向推力により入力ディスク４，７及び出力ディスク５，８は弾性変形するので、パワーローラ６，９、入力ディスク４，７、出力ディスク５，８のスラスト方向位置はスラスト方向推力の大きさ（即ち伝達するトルク値）により変化することになる。例えば、伝達トルクが大きいときには、トロイダル変速部１の入力ディスク４は図の右側へ、トロイダル変速部２の入力ディスク７は図の左側へ移動し、また、皿ばね２９の圧縮変位が大きくなるため、主軸３は図の左側に大きく移動する。
【０００９】
そこで、従来のトロイダル型無段変速機では、スラスト方向位置の変化を吸収するために、図３に示すように、パワーローラ６，９がそれらの回転中心から傾転軸１１方向へオフセットした回転支軸（即ち偏心軸）３４，３８によってトラニオン３３，３７に支持され、パワーローラ６，９がその偏心軸を中心として首振り運動できるように構成されている。即ち、回転支軸３４及び回転支軸３８は、どちらも両端の軸中心がずれた軸即ち偏心軸であり、それぞれの回転支軸３４，３８の一端がトラニオン３３，３７に回転自在に支持され、他端がパワーローラ６，９を回転自在に支持しているので、各回転支軸３４，３８に支持されたパワーローラ６，９は首振り運動をすることができる。パワーローラ６，９の首振り運動によって、各ディスクのスラスト方向位置の変化は吸収される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のトロイダル型無段変速機は、次のような問題点がある。即ち、従来のトロイダル型無段変速機は、主軸３と入力ディスク４，７とを軸方向には摺動自在とし回転方向には拘束する構造として、ボールスプライン１２，２８を用いており、ボールスプライン１２を構成するために主軸３及び入力ディスク４，７の摺動部をスプライン加工する必要があり、加工コストが嵩むという問題点がある。また、伝達トルクが大きくなるほど、入力ディスク７及び出力ディスク８の弾性変形量と皿ばね２９の圧縮撓みによる変形量との総変形量が大きくなり、主軸３の図左方向の移動量が大きくなる。従って、このような大きな移動量を吸収するため、主軸３と、入力軸１３やケーシング２５等の軸方向位置が規制されている部品との間に設けるべきクリアランスを大きくする必要があり、その結果、装置全体の軸長が伸びてしまうという問題点もあった。
【００１１】
更に、ローディングカム１８によって生じるスラスト方向の推力を支持するために、出力ディスク５，８は、ケーシング２５に対して、一体回転し得るように相互に連結した出力軸２２を介してラジアル方向及びスラスト方向の荷重を支持するアンギュラボールベアリング２４によって回転自在に支持されているので、ケーシング２５には高い寸法精度が要求されるとともに、組立時にシム調整等が必要となっていた。また、出力ディスク５，８、ケーシング２５及び出力軸２２は、用いられる材質がそれぞれ異なっているために熱膨張率も異なるので、温度変化に伴ってこれらの構成要素間においてスラスト方向にガタを生じ、ガタを生じた部分では磨耗を生じ、また、クリアランスが少ないトラニオンとディスクとの間では、相互の干渉を生じるという問題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、上記問題を解決し、主軸と一方のトロイダル変速部の第１入力ディスクと摺動可能に取り付け且つ他方のトロイダル変速部の第２入力ディスクとを固定的に連結することにより、主軸と第２入力ディスクとの間の連結に設けられていたボールスプラインを省略して加工コストを低減し、第２パワーローラを第２トラニオンに対して首振り運動不能に構成し、スラスト推力を出力ディスクを介して変速機ケーシングに支持するのではなく元来寸法精度が出せる第２トラニオンで支持し、スラスト推力に基づく主軸の軸方向移動量を第２入力ディスクの変形分のみに制限して、変速機全体のスラスト方向の剛性を向上し且つ軸長を短縮し、更に、伝達トルクが小さいときに推力を確保する皿ばねを一対のトロイダル変速部のうちローディングカムが設けられるトロイダル変速部側に設けて、軸長を更に短縮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である。
【００１３】
この発明は、入力軸の動力がローディングカムを介して伝達される第１入力ディスク、前記第１入力ディスクを回転方向には一体的に固定し且つ軸方向には移動可能になるように一端に取り付けた主軸、前記主軸の他端に固定された第２入力ディスク、前記両入力ディスクに対向して配置された前記主軸に対して相対回転可能な第１と第２出力ディスク、前記入力ディスクと前記出力ディスクとに対する傾転角度の変化に応じて前記入力ディスクの回転を無段階に変速して前記出力ディスクにそれぞれ伝達する第１と第２パワーローラ、前記両パワーローラをそれぞれ一端で回転自在に支持する第１と第２回転支軸、前記両回転支軸の他端が取り付けられると共に中立位置から傾転軸方向へ変位することによって傾転軸回りに傾転する第１と第２トラニオン、前記第１出力ディスクと前記第２出力ディスクとの間に配置された出力を取り出す出力軸、及び前記両出力ディスクの間に位置する変速機ケーシングに対して各々の前記出力ディスクを支持する軸受を有し、前記第１回転支軸を一端の軸心と他端の軸心とが偏心した偏心軸に構成して前記第１回転支軸の他端を前記第１トラニオンに対して回転自在に支持し、また、前記第２回転支軸を前記第２トラニオンに対して首振り運動不能に固定したトロイダル型無段変速機に関する。
【００１４】
また、このトロイダル型無段変速機では、前記第２回転支軸を一端と他端との軸心が一致した同心軸に構成して前記第２パワーローラを前記第２トラニオンに対して首振り運動不能に構成されている。
【００１５】
また、このトロイダル型無段変速機では、前記第２回転支軸を一端が他端に対して偏心した偏心軸に構成して前記第２パワーローラを前記第２トラニオンに対して首振り運動不能に構成されている。
【００１６】
更に、このトロイダル型無段変速機では、前記ローディングカムと前記主軸との間に、前記ローディングカムを前記第１入力ディスクに向けて付勢する皿ばねを介装したものである。
【００１７】
このトロイダル型無段変速機は、上記のように構成されているので、動力は入力軸からローディングカムを介して第１入力ディスクへ伝達され、それと同時に第１入力ディスクの回転は主軸を介して第２入力ディスクへも伝達される。このとき、ローディングカムから第１入力ディスクへ動力が伝達される際にローディングカムのカム作用により、伝達されるトルクに見合ったスラスト方向の推力が発生する。第１入力ディスクに伝達された動力は第１パワーローラを介して第１出力ディスクに伝達され、それと同時に第２入力ディスクに伝達された動力は第２パワーローラを介して第２出力ディスクに伝達され、両出力ディスクの背面同士を連結する出力軸へ出力される。このような変速動作は、従来のダブルキャビティ式のトロイダル型無段変速機の変速動作と同様である。
【００１８】
ローディングカムの作用で発生するスラスト方向推力によって、第１入力ディスク、第１出力ディスク、及び第２入力ディスクの各ディスクは弾性変形する。第１出力ディスク及び第２出力ディスクは、ケーシングに対してラジアル方向荷重のみを支持するラジアル軸受で支持されているので、ケーシングに対して主軸の軸方向に移動することができる。第１パワーローラは第１トラニオンに対して首振り運動をすることができる。従って、第１入力ディスク、第１出力ディスク及び第１パワーローラを含む第１トロイダル変速部は各ディスクの変形によってスラスト方向の位置が変化する。しかし、第２パワーローラは第２トラニオンに首振り運動不能に支持されている。従って、スラスト推力は、第２出力ディスクを介して変速機ケーシングに支持されず、元来寸法精度が出せる第２トラニオンで支持され、第２トラニオンがトロイダル型無段変速機の主軸方向の位置決めの基準となる。この基準に対して、第２入力ディスク及び第２入力ディスクと固定の関係にある主軸の軸方向の位置が決まり、以下、第２出力ディスク、出力軸、第１出力ディスク、第１パワーローラそして第１入力ディスクの順に主軸方向の位置が決まる。
【００１９】
また、スラスト推力に基づく主軸の軸方向移動量は、第２トラニオンがトロイダル型無段変速機の主軸方向の位置決めの基準となっているため、前記他方のトロイダル変速部の入力ディスクの変形分のみに制限される。その結果、トロイダル型無段変速機全体のスラスト方向の軸長を短縮することができる。また、伝達トルクが小さいときに推力を確保する皿ばねは、一対のトロイダル変速部のうちローディングカムが設けられるトロイダル変速部側に設けられているので、スラスト推力に基づく皿ばねの弾性変形は、主軸の軸方向移動量に影響を与えることがない。更に、スラスト方向の位置基準がケーシングではなくなるので、ケーシングを位置基準とする目的のためだけに、寸法精度を高くしたり或いはシム調整をするという必要もなくなる。そして、材質の熱膨張率が異なるためにケーシングに対して温度変化による不具合を配慮する必要もなくなる。
【００２０】
第２パワーローラを第２トラニオンに対して首振り運動不能に支持するには、前記第２回転支軸の両端の軸中心を同心とするか、或いは前記第２回転支軸の両端の軸中心をずらす即ち偏心させると共に、前記第２回転支軸を第２トラニオンに対して非回転状態即ち回動不能に取り付けられる。第２パワーローラを支持する第２回転支軸の一端と、第２トラニオンに対して支持される第２回転支軸の他端とが同心であれば、第２パワーローラはその同心軸回りに自転するのみであり、第２トラニオンに対して首振り運動不能となる。また、前記第２回転支軸の両端の軸中心を偏心させたとしても、第２回転支軸の他端を第２トラニオンに対して非回転状態即ち回動不能に取り付ければ、第２回転支軸に支持される第２パワーローラは、その偏心した端部に対して軸回りに自転するのみであり、第２トラニオンに対して首振り運動不能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明によるトロイダル型無段変速機の実施例について説明する。図１はこの発明によるトロイダル型無段変速機の一実施例を示す断面図、及び図２は図１のトロイダル型無段変速機の制御装置を含んだ全体構成を示す概略図である。
【００２２】
このトロイダル型無段変速機は、２組のトロイダル変速部１，２を主軸３上に並べて配置したダブルキャビティ式のトロイダル型無段変速機である。トロイダル変速部１は、入力ディスク４と、入力ディスク４に対向して配置された出力ディスク５と、入力ディスク４と出力ディスク５との間に配置され、両ディスク４，５のトロイド（環状面）に摩擦係合するパワーローラ６から構成されている。トロイダル変速部２もトロイダル変速部１と同様に、入力ディスク７と、入力ディスク７に対向して配置された第２出力ディスク８と、入力ディスク７と出力ディスク８との間に配置され、両ディスク７，８のトロイド（環状面）に摩擦係合するパワーローラ９から構成されている。各トロイダル変速部１，２には、パワーローラ６，９がそれぞれ２つずつ設けられている。パワーローラ６及びパワーローラ９は、それぞれ自己の回転軸線１０の周りに回転自在であり、且つ回転軸線１０に直交する傾転軸１１の周りに傾転運動をする。
【００２３】
入力ディスク４は主軸３の軸方向に移動可能で且つ主軸３と一体回転可能となるようにボールスプライン１２を介して主軸３の一端に取り付けられている。エンジンからの動力はトルクコンバータ等を介して入力軸１３に入力される。入力軸１３は主軸３と同一軸線上に配置されている。入力軸１３の先端部１４は、主軸３の一端に形成された中心孔１５に嵌合され、相対回転可能に支持されている。また、入力軸１３の先端に形成されたフランジ部１６には爪１７が設けられ、フランジ部１６と対向して配置されたローディングカム１８には爪１７に噛み合う爪１９が設けられており、互いに噛み合った両爪１７，１９を介して入力軸１３からローディングカム１８へトルクが伝達される。ローディングカム１８と主軸３の先端に形成されたフランジ部２０との間には皿ばね２１が介在されている。皿ばね２１は、入力軸１３からの入力トルクが小さいためにローディングカム１８を介して入力ディスク４を付勢するスラスト力が小さい場合でも、ローディングカム１８を介して入力ディスク４をパワーローラ６に対して押圧するとともに、主軸３を付勢して入力ディスク７をパワーローラ９に対して押圧して、トロイダル変速部１，２の摩擦係合力を確保するものである。
【００２４】
出力ディスク５と出力ディスク８は、一体回転できるように背面同士を出力軸２２の両側に設けた筒状部２２Ａにスプライン嵌合等で連結されている。出力軸２２は主軸３に嵌合された中空軸であって、該中空軸の中間部に出力歯車２３が一体的に形成されたものである。出力ディスク５及び出力ディスク８は、出力軸２２を介してラジアル方向の荷重を支持するラジアル軸受即ちローラ軸受２４でケーシング２５の壁２６に支持されている。
【００２５】
主軸３の他端はケーシング２５に軸受２７を介して回転自在に支持されている。入力ディスク７は主軸３の他端に対してねじ等の手段によって軸方向に移動不能に固定されている。従って、主軸３と入力ディスク７との間の連結には、従来のトロイダル型無段変速機において見られたようなボールスプラインが用いられていない。入力ディスク７の背面側は、スペーサ３０を介在させてナット３１を締め込むことによって主軸３とのガタや主軸３からの抜出しを防止している。また、主軸３は軸方向に延びる油路３２を有し、油路３２は潤滑油の通路を構成している。油路３２は、分岐して各トロイダル変速部１，２のトロイド（環状面）、ボールスプライン１２、或いは軸受２４に潤滑油を供給する。
【００２６】
トロイダル変速部１の入力ディスク４のトロイド曲面と出力ディスク５のトロイド曲面とに摩擦接触する一対のパワーローラ６は、図２に示すように、トラニオン３３に固定された回転支軸３４によって回転自在に支持されている。回転支軸３４は両端の軸中心が偏心しており、即ち偏心軸を構成し、一端３６でパワーローラ６を回転自在に支持しており、他端３５がトラニオン３３に固定されている。回転支軸３４はトラニオン３３に回転状態即ち回動可能に固定されているから、パワーローラ６は外力が作用すると首振り運動をすることができる。
【００２７】
従って、入力ディスク４及び出力ディスク５が弾性変形した時、スラスト方向の変位を回転支軸３４で吸収することができる。また、出力ディスク５はケーシング２５の壁２６に軸受２４（ラジアル方向荷重を支持）で支持されているので、出力ディスク５が弾性変形した時には、出力ディスク５は出力ディスク８と共に入力ディスク７の方へ軸方向に移動することができる。
【００２８】
トロイダル変速部２の入力ディスク７のトロイド曲面と出力ディスク８のトロイド曲面とに摩擦接触する一対のパワーローラ９は、トラニオン３７に回動不能に支持された回転支軸６２によって回転自在に支持されている。即ち、回転支軸６２は両端６３，６４の軸中心を偏心させずに真っ直ぐにした軸であって、一端６４でパワーローラ９を回転自在に支持しており、他端６３がトラニオン３７に回動不能に支持されている。従って、入力ディスク７及び出力ディスク８が弾性変形したとしても、回転支軸６２に支持されたパワーローラ９は、首振り運動を行うことがない。
【００２９】
ローディングカム１８の作用で発生するスラスト方向推力によって、入力ディスク４、出力ディスク５、入力ディスク７及び出力ディスク８の各ディスクは弾性変形する。ここで、上記のとおり、トロイダル変速部１の回転支軸３４はその両端の軸中心を偏心した偏心軸であり、回転支軸３４をトラニオン３３に回転状態即ち回動可能に取り付ける一方、トロイダル変速部２の回転支軸６２をトラニオン３７に回動不能に取り付けたので、パワーローラ６はトラニオン３３に対して首振り運動をすることができるが、パワーローラ９はトラニオン３７に対して首振り運動をすることができない。しかし、出力ディスク５及び出力ディスク８はケーシング２５に対してラジアル方向荷重のみを支持する軸受２４で支持されているので、ケーシング２５の壁２６は、各ディスク４，５，７，８の変形に対するスラスト方向位置の基準となり得ない。
【００３０】
このトロイダル型無段変速機においては、出力ディスク５及び出力ディスク８はラジアル方向荷重のみを支持するラジアル軸受２４でケーシング２５に支持されているから、両出力ディスク５，８のケーシング２５に対するスラスト方向位置は変化し得る。その代わり、回転支軸６２がトラニオン３７に固定され、回転支軸６２によって支持されたパワーローラ９が首振り運動をすることができないので、パワーローラ９がケーシング２５に対するスラスト方向位置の位置決めの基準となっている。即ち、ケーシング２５に対する入力ディスク７及び出力ディスク８のスラスト方向位置は両ディスク７，８のトロイド曲面の中心がトラニオン３７の傾転軸１１と一致するように決まり、順次に、出力軸２２、出力ディスク５、パワーローラ６、入力ディスク４のスラスト方向位置が決まる。入力ディスク４，７、出力ディスク５，８及び出力軸２２は一般に鋼材から作製されているが、軽量化のためにケーシング２５をアルミ材から作製する場合、従来のトロイダル型無段変速機のように高い寸法精度でケーシング２５を製作しなくても、このトロイダル型無段変速機においては、各ディスク４，５，７，８のスラスト方向の位置決めを正確に行うことができる。このように元々寸法精度の高い部品即ちパワーローラ６でスラスト方向の位置を決定するように構成しているので、ケーシング２５の特に壁２６の寸法精度が低くてもスラスト方向の位置決めを行うことができ、温度変化による熱膨張差に起因するガタも発生しなくなる。
【００３１】
トラニオン３３は、ケーシング２５に回動可能で且つ軸方向に移動可能に支持されている。トラニオン３３は傾転軸１１を有し、傾転軸１１の軸方向に移動し、且つ傾転軸１１を中心として回動できる。トラニオン３３の傾転軸１１にはピストン４１が設けられ、ピストン４１はケーシング２５に形成された油圧シリンダ４２内を摺動可能に設けられている。油圧シリンダ４２内にはピストン４１によって区画された増速側シリンダ室４３Ｂと減速側シリンダ室４３Ａが形成されている。増速側シリンダ室４３Ｂに油圧が供給されると、増速側に変速し、また、減速側シリンダ室４３Ａに油圧が供給されると、減速側に変速する。
【００３２】
トラニオン３７は、トラニオン３３と同様にケーシング２５に回動可能で且つ軸方向に移動可能に支持されている。トラニオン３７は傾転軸１１を有し、傾転軸１１の軸方向に移動し、且つ傾転軸１１を中心として回動できる。トラニオン３７の傾転軸１１にはピストン４４が固定され、ピストン４４はケーシング２５に形成された油圧シリンダ４５内を摺動可能に設けられている。油圧シリンダ４５内にはピストン４４によって区画された増速側シリンダ室４６Ｂと減速側シリンダ室４６Ａが形成されている。増速側シリンダ室４６Ｂに油圧が供給されると、増速側に変速し、また、減速側シリンダ室４６Ａに油圧が供給されると、減速側に変速する。
【００３３】
油圧シリンダ４２と油圧シリンダ４５は、油路４７Ａ，４７Ｂを介して相互に連通されている。油圧シリンダ４２の増速側シリンダ室４３Ｂは油路４７Ｂを介して油圧シリンダ４５の増速側シリンダ室４６Ｂに連通され、油圧シリンダ４２の減速側シリンダ室４３Ａは油路４７Ａを介して油圧シリンダ４５の減速側シリンダ室４６Ａに連通されている。また、両増速側シリンダ室４３Ｂ，４６Ｂは油路４７Ｂによってスプール弁４８のＢポートに連通し、両減速側シリンダ室４３Ａ，４６Ａは油路４７Ａによってスプール弁４８のＡポートに連通している。
【００３４】
スプール弁４８内にはスプール４９が摺動自在に配設されており、スプール４９は軸方向両端に配置されたスプリング５０によって中立位置に保持されている。スプール弁４８は一端にＳＡポートが形成され、他端にＳＢポートが形成されており、ＳＡポートにはソレノイド弁５１Ａを介してパイロット圧が供給され、ＳＢポートにはソレノイド弁５１Ｂを介してパイロット圧が供給される。また、スプール弁４８は、ライン圧（油圧源）へ連結されるＰＬポート、油路４７Ａを介して減速側シリンダ室４３Ａ，４６Ａへ連結されるＡポート、油路４７Ｂを介して増速側シリンダ室４３Ｂ，４６Ｂへ連結されるＢポート、タンクへ連結されるＴポートを備えている。ソレノイド弁５１Ａ，５１Ｂはコントローラ５２から出力された制御信号に応じて作動するように構成されており、該制御信号を受けてソレノイド弁５１Ａ，５１Ｂはスプール４９を軸方向に変位させる。
【００３５】
トラニオン３３の傾転軸１１の先端にはプリセスカム５３が連結されており、中央部を枢着されたレバー５４の一端がこのプリセスカム５３に当接し、レバー５４の他端がポテンショメータ５５に接続している。ポテンショメータ５５は、トラニオン３３の傾転軸１１の軸方向変位及び傾転角度を合成変位量として検出し、検出信号をコントローラ５２に入力するものである。また、このトロイダル型無段変速機は、車速センサー５６、エンジン回転センサー５７、スロットル開度センサー（ＴＰＳ）５８等の各種センサーを備えており、これらのセンサーで検出された車速、エンジン回転数、スロットル開度等の変速情報信号がコントローラ５２に入力されるように構成されている。コントローラ５２はこれらの変速情報を基にソレノイド弁５１Ａ，５１Ｂへ制御信号を送る。
【００３６】
次に、このトロイダル型無段変速機の作動について説明する。エンジンの駆動に伴って、エンジンからの動力がトルクコンバータを介して入力軸１３に入力され、入力軸１３に入力されたトルクは、フランジ部１６の爪１７、ローディングカム１８の爪１９及びカムローラ６１を介してトロイダル変速部１の入力ディスク４に伝達される。入力ディスク４の回転に伴ってパワーローラ６が回転し、その回転が出力ディスク５に伝達する。これと同時に、入力ディスク４に入力されたトルクは主軸３に伝達され、更に主軸３と一体回転するトロイダル変速部２の入力ディスクへ７と伝達される。そして、入力ディスク７の回転はパワーローラ９を介して出力ディスク８に伝達される。
【００３７】
通常、トラニオン３３，３７は、ある変速比において中立位置にある。即ち、トラニオン３３，３７は入力ディスク４，７及び出力ディスク５，８の回転中心線Ａ−Ａとパワーローラ６，９の回転中心Ｏが交叉する位置即ち中立位置にある。変速はトラニオン３３，３７を中立位置から傾転軸１１の軸方向に変位させることによって行われる。トルク伝達中に、トラニオン３３，３７が傾転軸方向に変位すると、それに伴ってトラニオン３３，３７はその変位方向と変位量に応じた向きと速さで傾転軸１１周りに傾転し、入力ディスク４，７とパワーローラ６，９との摩擦接触点が描く半径と出力ディスク５，８とパワーローラ６，９との摩擦接触点が描く半径との比が変化することによって無段変速が行われる。
【００３８】
コントローラ５２は、パワーローラ６，９の傾転を次のようにして制御する。まず、コントローラ５２はポテンショメータ５５で検出したトラニオン３３，３７の合成変位量から実際の変速比を算出し、目標変速比と変速比との偏差に応じてトラニオン３３，３７の目標変位を設定し、ソレノイド弁５１Ａ，５１Ｂへ制御信号を出力する。これに伴って、ソレノイド弁５１Ａ，５１Ｂからスプール弁４８の両端に油圧ＳＢ，ＳＡが供給される。その際、スプール弁４８に供給される油圧ＳＢと油圧ＳＡの関係がＳＡ＜ＳＢである場合には、スプール４９は図２において左側へシフトし、油路４７ＢはＰＬポートを介して圧力源へ連通し、油路４７ＡはＴポートを介してタンクへ連通して、油路４７Ｂの圧力Ｐｕｐが油路４７Ａの圧力Ｐｄｏｗｎよりも大きくなる（Ｐｕｐ＞Ｐｄｏｗｎ）。その結果、シリンダ室４３Ａ，４３Ｂの圧力差により、図２に示したトロイダル変速部１における右側のトラニオン３３は下方へ変位し、左側のトラニオン３３は上方へ変位する。同様に、トロイダル変速部２における右側のトラニオン３７は下方へ変位し、左側のトラニオン３７は上方へ変位する。この変位に伴って、トラニオン３３及びトラニオン３７は傾転軸１１を中心としてその周りにそれぞれ傾転し、増速側へ変速動作が開始される。実際の変速比が目標変速比に近づくように、コントローラ５２によってフィードバック制御が行われる。実際の変速比が目標変速比に近づくにつれ、各トラニオン３３，３７の目標変位はゼロに近づき、実際の変速比が目標変速比に一致した時には、トラニオン３３，３７の目標変位はゼロとなって、パワーローラ６，９は中立位置に戻り、変速動作は終了する。
【００３９】
入力トルクの大きさが大きくなるに応じて、ローディングカム１８とトロイダル変速部１の入力ディスク４との間のカム作用によって両者の間隔が増加する。入力ディスク４が主軸３の軸方向に押圧される力は、パワーローラ６、出力ディスク５、出力軸２２及びトロイダル変速部１の出力ディスク８へと変形を伴いながら伝達され、パワーローラ９及びトラニオン３７にて軸方向に位置決め支持される。一方、ローディングカム１８の上記変位は、主軸３の一端との間に介装された皿ばね２１を介して主軸３に伝わり、主軸３の他端において固定した入力ディスク４をパワーローラ９に付勢し、やはりパワーローラ９及びトラニオン３７にて軸方向に位置決め支持される。皿ばね２１の設置位置は、主軸３の他端（トロイダル変速部２側）ではなく、主軸３の一端（トロイダル変速部１側）であるので、主軸３の他端における変位は、皿ばね２１の変形に影響されず、小さな値に留まる。そのため、トロイダル型無段変速機の軸長を抑えることができる。
【００４０】
また、図２に示す実施例では、回転支軸６２の一端６３がトラニオン３７に非回転状態即ち回動不能に取り付けられた実施例について説明したが、回転支軸６２は両端６３，６４の軸中心が偏心していないので、トラニオン３７に対して回動可能に取り付けることもできる。逆に、回転支軸６２の両端の軸心を偏心させたときにも、トラニオン３７に対して回転不能に支持すれば、パワーローラ９を自転可能であるが振り運動不能に支持することができる。
【００４１】
【発明の効果】
この発明によるトロイダル型無段変速機は、上記のように構成されているので、次のような効果を有する。即ち、このトロイダル型無段変速機は、各トロイダル変速部を構成する入力ディスク及び出力ディスクのスラスト方向の位置が元々寸法精度の高い部品であるところの一方のパワーローラを基準にして決まるので、従来のようにケーシングの軸受を取り付ける部分の加工精度を上げなくても済み、組立時のシム選択も不要となり、コストを低減することができる。
【００４２】
また、軽量化のためにケーシングをアルミ製とした場合、鋼製の入力ディスク、出力ディスク及び出力軸との間に熱膨張率の差があるため、従来のトロイダル型無段変速機では温度変化に伴うガタの発生は避けられなかったが、このトロイダル型無段変速機は、入力ディスク及び出力ディスクのスラスト方向の位置が元々寸法精度の高い部品である第２トロイダル変速部のパワーローラを基準にして決まるので、温度変化によるガタも発生しなくなり、ガタに伴う摩耗の問題やクリアランスの少ないトラニオンとディスク間に生じていた干渉等の問題もなくなり、安定した性能が得られるようになる。
【００４３】
また、過少の入力トルクでもパワーローラと入出力ディスクとの間に所定の摩擦接触を確保するための皿ばねを、第１トロイダル変速部側に設けているので、トロイダル変速部２における主軸と入力ディスクとの間との連結に安価な固定連結を用いることができ、高価なボールスプラインを用いる必要がなく、主軸と第２入力ディスクとの加工コストを低減することができる。
【００４４】
更に、主軸の軸方向の移動量が、従来のトロイダル型無段変速機では第２入力ディスク及び第２出力ディスクの両変形分と皿ばねの変形分との合計であったのに比べて、この発明によれば、第２入力ディスクの変形分にのみ抑えることができるので、軸方向位置が規制されている入力軸やケーシング等の部品とのクリアランスを小さくすることができ、引いては装置全体の軸長を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるトロイダル型無段変速機の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１のトロイダル型無段変速機の制御装置を含んだ全体構成を示す概略図である。
【図３】従来のトロイダル型無段変速機を示す断面図である。
【図４】図３のトロイダル型無段変速機を含んだ全体構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１，２ トロイダル変速部
３ 主軸
４ 第１入力ディスク
５ 第１出力ディスク
６ 第１パワーローラ
７ 第２入力ディスク
８ 第２出力ディスク
９ 第２パワーローラ
１１ 傾転軸
１３ 入力軸
１８ ローディングカム
２１ 皿ばね
２２ 出力軸
２４ 軸受
２５ ケーシング
２６ ケーシングの壁
３３ 第１トラニオン
３４ 第１回転支軸
３５ 第１回転支軸の一端
３６ 第１回転支軸の他端
３７ 第２トラニオン
６２ 第２回転支軸
６３ 第２回転支軸の一端
６４ 第２回転支軸の他端
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両等に適用されるトロイダル型無段変速機に関し、特に、２組のトロイダル変速部を同一軸上に配置したダブルキャビティ式のトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トロイダル型無段変速機は、入力ディスク、該入力ディスクに対向して配置される出力ディスク、及び両ディスクに摩擦接触するパワーローラからなるトロイダル変速部を備えており、パワーローラの傾転角度を変えることによって入力ディスクの回転を無段階に変速して出力ディスクに伝達する無段変速機である。上記トロイダル型無段変速機を車両に適用する場合には、一般に、上記トロイダル変速部を同一軸上に２組並べて配置したダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機が適用される。
【０００３】
従来のダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機として、例えば、図３及び図４に示すようなものが知られている（例えば、特公平７−９６９０１号公報参照）。上記トロイダル型無段変速機は、ボールスプライン１２を介して主軸３に取り付けられた入力ディスク４、入力ディスク４に対向して配置され主軸３に対して回転可能に取り付けられた出力ディスク５、及び入力ディスク４から出力ディスク５へトルクを伝達する傾転可能なパワーローラ６を有するトロイダル変速部１と、ボールスプライン２８を介して主軸３に取り付けられた入力ディスク７、入力ディスク７に対向して配置され主軸３に対して回転可能に取り付けられた出力ディスク８、及び入力ディスク７から出力ディスク８へトルクを伝達する傾転可能なパワーローラ９を有するトロイダル変速部２とを備えている。
【０００４】
パワーローラ６は回転支軸３４によってトラニオン３３に回転自在に支持され、また、パワーローラ９は回転支軸３８によってトラニオン３７に回転自在に支持されている。各トラニオン３３，３７は傾転軸１１を有し、傾転軸１１の軸方向に移動し、且つ傾転軸１１を中心として回動できる。
【０００５】
入力ディスク４及び入力ディスク７は、ボールスプライン１２，２８を介して主軸３にそれぞれ連結されているので、主軸３のスラスト方向に摺動自在で且つ主軸３と一体回転することができる。動力は入力軸１３からローディングカム１８を介して入力ディスク４へ伝達され、入力ディスク４と一体回転する主軸３を介して入力ディスク７へも伝達される。この時、ローディングカム１８から入力ディスク４へ動力が伝達される際にカムローラ６１の作用により伝達されるトルクに見合ったスラスト方向の推力が発生する。
【０００６】
主軸３の他端はケーシング２５に軸受２７を介して回転自在に支持されている。入力ディスク７の背面側には皿ばね２９が設けられており、皿ばね２９はスペーサ３０を介在させてナット３１を締め込むことによって取り付けられる。入力ディスク７は皿ばね２９によって出力ディスク８の方へ向けて付勢されている。入力ディスク７から出力ディスク８へ伝達されるトルクが小さいときでも、皿ばね２９は、入力ディスク７を出力ディスク８の方へ向けて付勢して、所定の推力を得ている。
【０００７】
入力ディスク４に伝達された動力はパワーローラ６を介して出力ディスク５に伝達され、入力ディスク７に伝達された動力はパワーローラ９を介して出力ディスク８に伝達される。出力ディスク５，８は、主軸３に嵌合された出力軸２２によって背面同士が相互に連結されているので、出力ディスク５，８に伝達された動力は出力軸２２から取り出される。出力ディスク５，８は、これらが一体回転し得るように相互に連結した出力軸２２を介してラジアル方向及びスラスト方向の荷重を支持するアンギュラボールベアリング２４によってケーシング２５に回転自在に支持されているので、スラスト方向に移動することはできない。従って、スラスト方向推力の発生に伴って、最初にケーシング２５に対する出力ディスク５と出力ディスク８のスラスト方向の位置が決まり、次いで、パワーローラ６とパワーローラ９の位置が決まり、更に、入力ディスク４，７のスラスト方向位置がそれぞれ決まることになる。
【０００８】
ところで、トロイダル変速部１，２において、ローディングカム１８により発生するスラスト方向推力によって入力ディスク４，７と出力ディスク５，８はパワーローラ６，９に強く押し付けられる。入力ディスク４，７から出力ディスク５，８への動力伝達は、スラスト方向推力と両ディスク４，５，７，８とパワーローラ６，９との間に挟まれたオイルの剪断力とにより行われる。しかし、スラスト方向推力により入力ディスク４，７及び出力ディスク５，８は弾性変形するので、パワーローラ６，９、入力ディスク４，７、出力ディスク５，８のスラスト方向位置はスラスト方向推力の大きさ（即ち伝達するトルク値）により変化することになる。例えば、伝達トルクが大きいときには、トロイダル変速部１の入力ディスク４は図の右側へ、トロイダル変速部２の入力ディスク７は図の左側へ移動し、また、皿ばね２９の圧縮変位が大きくなるため、主軸３は図の左側に大きく移動する。
【０００９】
そこで、従来のトロイダル型無段変速機では、スラスト方向位置の変化を吸収するために、図３に示すように、パワーローラ６，９がそれらの回転中心から傾転軸１１方向へオフセットした回転支軸（即ち偏心軸）３４，３８によってトラニオン３３，３７に支持され、パワーローラ６，９がその偏心軸を中心として首振り運動できるように構成されている。即ち、回転支軸３４及び回転支軸３８は、どちらも両端の軸中心がずれた軸即ち偏心軸であり、それぞれの回転支軸３４，３８の一端がトラニオン３３，３７に回転自在に支持され、他端がパワーローラ６，９を回転自在に支持しているので、各回転支軸３４，３８に支持されたパワーローラ６，９は首振り運動をすることができる。パワーローラ６，９の首振り運動によって、各ディスクのスラスト方向位置の変化は吸収される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のトロイダル型無段変速機は、次のような問題点がある。即ち、従来のトロイダル型無段変速機は、主軸３と入力ディスク４，７とを軸方向には摺動自在とし回転方向には拘束する構造として、ボールスプライン１２，２８を用いており、ボールスプライン１２を構成するために主軸３及び入力ディスク４，７の摺動部をスプライン加工する必要があり、加工コストが嵩むという問題点がある。また、伝達トルクが大きくなるほど、入力ディスク７及び出力ディスク８の弾性変形量と皿ばね２９の圧縮撓みによる変形量との総変形量が大きくなり、主軸３の図左方向の移動量が大きくなる。従って、このような大きな移動量を吸収するため、主軸３と、入力軸１３やケーシング２５等の軸方向位置が規制されている部品との間に設けるべきクリアランスを大きくする必要があり、その結果、装置全体の軸長が伸びてしまうという問題点もあった。
【００１１】
更に、ローディングカム１８によって生じるスラスト方向の推力を支持するために、出力ディスク５，８は、ケーシング２５に対して、一体回転し得るように相互に連結した出力軸２２を介してラジアル方向及びスラスト方向の荷重を支持するアンギュラボールベアリング２４によって回転自在に支持されているので、ケーシング２５には高い寸法精度が要求されるとともに、組立時にシム調整等が必要となっていた。また、出力ディスク５，８、ケーシング２５及び出力軸２２は、用いられる材質がそれぞれ異なっているために熱膨張率も異なるので、温度変化に伴ってこれらの構成要素間においてスラスト方向にガタを生じ、ガタを生じた部分では磨耗を生じ、また、クリアランスが少ないトラニオンとディスクとの間では、相互の干渉を生じるという問題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、上記問題を解決し、主軸と一方のトロイダル変速部の第１入力ディスクと摺動可能に取り付け且つ他方のトロイダル変速部の第２入力ディスクとを固定的に連結することにより、主軸と第２入力ディスクとの間の連結に設けられていたボールスプラインを省略して加工コストを低減し、第２パワーローラを第２トラニオンに対して首振り運動不能に構成し、スラスト推力を出力ディスクを介して変速機ケーシングに支持するのではなく元来寸法精度が出せる第２トラニオンで支持し、スラスト推力に基づく主軸の軸方向移動量を第２入力ディスクの変形分のみに制限して、変速機全体のスラスト方向の剛性を向上し且つ軸長を短縮し、更に、伝達トルクが小さいときに推力を確保する皿ばねを一対のトロイダル変速部のうちローディングカムが設けられるトロイダル変速部側に設けて、軸長を更に短縮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である。
【００１３】
この発明は、入力軸の動力がローディングカムを介して伝達される第１入力ディスク、前記第１入力ディスクを回転方向には一体的に固定し且つ軸方向には移動可能になるように一端に取り付けた主軸、前記主軸の他端に固定された第２入力ディスク、前記両入力ディスクに対向して配置された前記主軸に対して相対回転可能な第１と第２出力ディスク、前記入力ディスクと前記出力ディスクとに対する傾転角度の変化に応じて前記入力ディスクの回転を無段階に変速して前記出力ディスクにそれぞれ伝達する第１と第２パワーローラ、前記両パワーローラをそれぞれ一端で回転自在に支持する第１と第２回転支軸、前記両回転支軸の他端が取り付けられると共に中立位置から傾転軸方向へ変位することによって傾転軸回りに傾転する第１と第２トラニオン、前記第１出力ディスクと前記第２出力ディスクとの間に配置された出力を取り出す出力軸、及び前記両出力ディスクの間に位置する変速機ケーシングに対して各々の前記出力ディスクを支持する軸受を有し、前記第１回転支軸を一端の軸心と他端の軸心とが偏心した偏心軸に構成して前記第１回転支軸の他端を前記第１トラニオンに対して回転自在に支持し、また、前記第２回転支軸を前記第２トラニオンに対して首振り運動不能に固定したトロイダル型無段変速機に関する。
【００１４】
また、このトロイダル型無段変速機では、前記第２回転支軸を一端と他端との軸心が一致した同心軸に構成して前記第２パワーローラを前記第２トラニオンに対して首振り運動不能に構成されている。
【００１５】
また、このトロイダル型無段変速機では、前記第２回転支軸を一端が他端に対して偏心した偏心軸に構成して前記第２パワーローラを前記第２トラニオンに対して首振り運動不能に構成されている。
【００１６】
更に、このトロイダル型無段変速機では、前記ローディングカムと前記主軸との間に、前記ローディングカムを前記第１入力ディスクに向けて付勢する皿ばねを介装したものである。
【００１７】
このトロイダル型無段変速機は、上記のように構成されているので、動力は入力軸からローディングカムを介して第１入力ディスクへ伝達され、それと同時に第１入力ディスクの回転は主軸を介して第２入力ディスクへも伝達される。このとき、ローディングカムから第１入力ディスクへ動力が伝達される際にローディングカムのカム作用により、伝達されるトルクに見合ったスラスト方向の推力が発生する。第１入力ディスクに伝達された動力は第１パワーローラを介して第１出力ディスクに伝達され、それと同時に第２入力ディスクに伝達された動力は第２パワーローラを介して第２出力ディスクに伝達され、両出力ディスクの背面同士を連結する出力軸へ出力される。このような変速動作は、従来のダブルキャビティ式のトロイダル型無段変速機の変速動作と同様である。
【００１８】
ローディングカムの作用で発生するスラスト方向推力によって、第１入力ディスク、第１出力ディスク、及び第２入力ディスクの各ディスクは弾性変形する。第１出力ディスク及び第２出力ディスクは、ケーシングに対してラジアル方向荷重のみを支持するラジアル軸受で支持されているので、ケーシングに対して主軸の軸方向に移動することができる。第１パワーローラは第１トラニオンに対して首振り運動をすることができる。従って、第１入力ディスク、第１出力ディスク及び第１パワーローラを含む第１トロイダル変速部は各ディスクの変形によってスラスト方向の位置が変化する。しかし、第２パワーローラは第２トラニオンに首振り運動不能に支持されている。従って、スラスト推力は、第２出力ディスクを介して変速機ケーシングに支持されず、元来寸法精度が出せる第２トラニオンで支持され、第２トラニオンがトロイダル型無段変速機の主軸方向の位置決めの基準となる。この基準に対して、第２入力ディスク及び第２入力ディスクと固定の関係にある主軸の軸方向の位置が決まり、以下、第２出力ディスク、出力軸、第１出力ディスク、第１パワーローラそして第１入力ディスクの順に主軸方向の位置が決まる。
【００１９】
また、スラスト推力に基づく主軸の軸方向移動量は、第２トラニオンがトロイダル型無段変速機の主軸方向の位置決めの基準となっているため、前記他方のトロイダル変速部の入力ディスクの変形分のみに制限される。その結果、トロイダル型無段変速機全体のスラスト方向の軸長を短縮することができる。また、伝達トルクが小さいときに推力を確保する皿ばねは、一対のトロイダル変速部のうちローディングカムが設けられるトロイダル変速部側に設けられているので、スラスト推力に基づく皿ばねの弾性変形は、主軸の軸方向移動量に影響を与えることがない。更に、スラスト方向の位置基準がケーシングではなくなるので、ケーシングを位置基準とする目的のためだけに、寸法精度を高くしたり或いはシム調整をするという必要もなくなる。そして、材質の熱膨張率が異なるためにケーシングに対して温度変化による不具合を配慮する必要もなくなる。
【００２０】
第２パワーローラを第２トラニオンに対して首振り運動不能に支持するには、前記第２回転支軸の両端の軸中心を同心とするか、或いは前記第２回転支軸の両端の軸中心をずらす即ち偏心させると共に、前記第２回転支軸を第２トラニオンに対して非回転状態即ち回動不能に取り付けられる。第２パワーローラを支持する第２回転支軸の一端と、第２トラニオンに対して支持される第２回転支軸の他端とが同心であれば、第２パワーローラはその同心軸回りに自転するのみであり、第２トラニオンに対して首振り運動不能となる。また、前記第２回転支軸の両端の軸中心を偏心させたとしても、第２回転支軸の他端を第２トラニオンに対して非回転状態即ち回動不能に取り付ければ、第２回転支軸に支持される第２パワーローラは、その偏心した端部に対して軸回りに自転するのみであり、第２トラニオンに対して首振り運動不能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明によるトロイダル型無段変速機の実施例について説明する。図１はこの発明によるトロイダル型無段変速機の一実施例を示す断面図、及び図２は図１のトロイダル型無段変速機の制御装置を含んだ全体構成を示す概略図である。
【００２２】
このトロイダル型無段変速機は、２組のトロイダル変速部１，２を主軸３上に並べて配置したダブルキャビティ式のトロイダル型無段変速機である。トロイダル変速部１は、入力ディスク４と、入力ディスク４に対向して配置された出力ディスク５と、入力ディスク４と出力ディスク５との間に配置され、両ディスク４，５のトロイド（環状面）に摩擦係合するパワーローラ６から構成されている。トロイダル変速部２もトロイダル変速部１と同様に、入力ディスク７と、入力ディスク７に対向して配置された第２出力ディスク８と、入力ディスク７と出力ディスク８との間に配置され、両ディスク７，８のトロイド（環状面）に摩擦係合するパワーローラ９から構成されている。各トロイダル変速部１，２には、パワーローラ６，９がそれぞれ２つずつ設けられている。パワーローラ６及びパワーローラ９は、それぞれ自己の回転軸線１０の周りに回転自在であり、且つ回転軸線１０に直交する傾転軸１１の周りに傾転運動をする。
【００２３】
入力ディスク４は主軸３の軸方向に移動可能で且つ主軸３と一体回転可能となるようにボールスプライン１２を介して主軸３の一端に取り付けられている。エンジンからの動力はトルクコンバータ等を介して入力軸１３に入力される。入力軸１３は主軸３と同一軸線上に配置されている。入力軸１３の先端部１４は、主軸３の一端に形成された中心孔１５に嵌合され、相対回転可能に支持されている。また、入力軸１３の先端に形成されたフランジ部１６には爪１７が設けられ、フランジ部１６と対向して配置されたローディングカム１８には爪１７に噛み合う爪１９が設けられており、互いに噛み合った両爪１７，１９を介して入力軸１３からローディングカム１８へトルクが伝達される。ローディングカム１８と主軸３の先端に形成されたフランジ部２０との間には皿ばね２１が介在されている。皿ばね２１は、入力軸１３からの入力トルクが小さいためにローディングカム１８を介して入力ディスク４を付勢するスラスト力が小さい場合でも、ローディングカム１８を介して入力ディスク４をパワーローラ６に対して押圧するとともに、主軸３を付勢して入力ディスク７をパワーローラ９に対して押圧して、トロイダル変速部１，２の摩擦係合力を確保するものである。
【００２４】
出力ディスク５と出力ディスク８は、一体回転できるように背面同士を出力軸２２の両側に設けた筒状部２２Ａにスプライン嵌合等で連結されている。出力軸２２は主軸３に嵌合された中空軸であって、該中空軸の中間部に出力歯車２３が一体的に形成されたものである。出力ディスク５及び出力ディスク８は、出力軸２２を介してラジアル方向の荷重を支持するラジアル軸受即ちローラ軸受２４でケーシング２５の壁２６に支持されている。
【００２５】
主軸３の他端はケーシング２５に軸受２７を介して回転自在に支持されている。入力ディスク７は主軸３の他端に対してねじ等の手段によって軸方向に移動不能に固定されている。従って、主軸３と入力ディスク７との間の連結には、従来のトロイダル型無段変速機において見られたようなボールスプラインが用いられていない。入力ディスク７の背面側は、スペーサ３０を介在させてナット３１を締め込むことによって主軸３とのガタや主軸３からの抜出しを防止している。また、主軸３は軸方向に延びる油路３２を有し、油路３２は潤滑油の通路を構成している。油路３２は、分岐して各トロイダル変速部１，２のトロイド（環状面）、ボールスプライン１２、或いは軸受２４に潤滑油を供給する。
【００２６】
トロイダル変速部１の入力ディスク４のトロイド曲面と出力ディスク５のトロイド曲面とに摩擦接触する一対のパワーローラ６は、図２に示すように、トラニオン３３に固定された回転支軸３４によって回転自在に支持されている。回転支軸３４は両端の軸中心が偏心しており、即ち偏心軸を構成し、一端３６でパワーローラ６を回転自在に支持しており、他端３５がトラニオン３３に固定されている。回転支軸３４はトラニオン３３に回転状態即ち回動可能に固定されているから、パワーローラ６は外力が作用すると首振り運動をすることができる。
【００２７】
従って、入力ディスク４及び出力ディスク５が弾性変形した時、スラスト方向の変位を回転支軸３４で吸収することができる。また、出力ディスク５はケーシング２５の壁２６に軸受２４（ラジアル方向荷重を支持）で支持されているので、出力ディスク５が弾性変形した時には、出力ディスク５は出力ディスク８と共に入力ディスク７の方へ軸方向に移動することができる。
【００２８】
トロイダル変速部２の入力ディスク７のトロイド曲面と出力ディスク８のトロイド曲面とに摩擦接触する一対のパワーローラ９は、トラニオン３７に回動不能に支持された回転支軸６２によって回転自在に支持されている。即ち、回転支軸６２は両端６３，６４の軸中心を偏心させずに真っ直ぐにした軸であって、一端６４でパワーローラ９を回転自在に支持しており、他端６３がトラニオン３７に回動不能に支持されている。従って、入力ディスク７及び出力ディスク８が弾性変形したとしても、回転支軸６２に支持されたパワーローラ９は、首振り運動を行うことがない。
【００２９】
ローディングカム１８の作用で発生するスラスト方向推力によって、入力ディスク４、出力ディスク５、入力ディスク７及び出力ディスク８の各ディスクは弾性変形する。ここで、上記のとおり、トロイダル変速部１の回転支軸３４はその両端の軸中心を偏心した偏心軸であり、回転支軸３４をトラニオン３３に回転状態即ち回動可能に取り付ける一方、トロイダル変速部２の回転支軸６２をトラニオン３７に回動不能に取り付けたので、パワーローラ６はトラニオン３３に対して首振り運動をすることができるが、パワーローラ９はトラニオン３７に対して首振り運動をすることができない。しかし、出力ディスク５及び出力ディスク８はケーシング２５に対してラジアル方向荷重のみを支持する軸受２４で支持されているので、ケーシング２５の壁２６は、各ディスク４，５，７，８の変形に対するスラスト方向位置の基準となり得ない。
【００３０】
このトロイダル型無段変速機においては、出力ディスク５及び出力ディスク８はラジアル方向荷重のみを支持するラジアル軸受２４でケーシング２５に支持されているから、両出力ディスク５，８のケーシング２５に対するスラスト方向位置は変化し得る。その代わり、回転支軸６２がトラニオン３７に固定され、回転支軸６２によって支持されたパワーローラ９が首振り運動をすることができないので、パワーローラ９がケーシング２５に対するスラスト方向位置の位置決めの基準となっている。即ち、ケーシング２５に対する入力ディスク７及び出力ディスク８のスラスト方向位置は両ディスク７，８のトロイド曲面の中心がトラニオン３７の傾転軸１１と一致するように決まり、順次に、出力軸２２、出力ディスク５、パワーローラ６、入力ディスク４のスラスト方向位置が決まる。入力ディスク４，７、出力ディスク５，８及び出力軸２２は一般に鋼材から作製されているが、軽量化のためにケーシング２５をアルミ材から作製する場合、従来のトロイダル型無段変速機のように高い寸法精度でケーシング２５を製作しなくても、このトロイダル型無段変速機においては、各ディスク４，５，７，８のスラスト方向の位置決めを正確に行うことができる。このように元々寸法精度の高い部品即ちパワーローラ６でスラスト方向の位置を決定するように構成しているので、ケーシング２５の特に壁２６の寸法精度が低くてもスラスト方向の位置決めを行うことができ、温度変化による熱膨張差に起因するガタも発生しなくなる。
【００３１】
トラニオン３３は、ケーシング２５に回動可能で且つ軸方向に移動可能に支持されている。トラニオン３３は傾転軸１１を有し、傾転軸１１の軸方向に移動し、且つ傾転軸１１を中心として回動できる。トラニオン３３の傾転軸１１にはピストン４１が設けられ、ピストン４１はケーシング２５に形成された油圧シリンダ４２内を摺動可能に設けられている。油圧シリンダ４２内にはピストン４１によって区画された増速側シリンダ室４３Ｂと減速側シリンダ室４３Ａが形成されている。増速側シリンダ室４３Ｂに油圧が供給されると、増速側に変速し、また、減速側シリンダ室４３Ａに油圧が供給されると、減速側に変速する。
【００３２】
トラニオン３７は、トラニオン３３と同様にケーシング２５に回動可能で且つ軸方向に移動可能に支持されている。トラニオン３７は傾転軸１１を有し、傾転軸１１の軸方向に移動し、且つ傾転軸１１を中心として回動できる。トラニオン３７の傾転軸１１にはピストン４４が固定され、ピストン４４はケーシング２５に形成された油圧シリンダ４５内を摺動可能に設けられている。油圧シリンダ４５内にはピストン４４によって区画された増速側シリンダ室４６Ｂと減速側シリンダ室４６Ａが形成されている。増速側シリンダ室４６Ｂに油圧が供給されると、増速側に変速し、また、減速側シリンダ室４６Ａに油圧が供給されると、減速側に変速する。
【００３３】
油圧シリンダ４２と油圧シリンダ４５は、油路４７Ａ，４７Ｂを介して相互に連通されている。油圧シリンダ４２の増速側シリンダ室４３Ｂは油路４７Ｂを介して油圧シリンダ４５の増速側シリンダ室４６Ｂに連通され、油圧シリンダ４２の減速側シリンダ室４３Ａは油路４７Ａを介して油圧シリンダ４５の減速側シリンダ室４６Ａに連通されている。また、両増速側シリンダ室４３Ｂ，４６Ｂは油路４７Ｂによってスプール弁４８のＢポートに連通し、両減速側シリンダ室４３Ａ，４６Ａは油路４７Ａによってスプール弁４８のＡポートに連通している。
【００３４】
スプール弁４８内にはスプール４９が摺動自在に配設されており、スプール４９は軸方向両端に配置されたスプリング５０によって中立位置に保持されている。スプール弁４８は一端にＳＡポートが形成され、他端にＳＢポートが形成されており、ＳＡポートにはソレノイド弁５１Ａを介してパイロット圧が供給され、ＳＢポートにはソレノイド弁５１Ｂを介してパイロット圧が供給される。また、スプール弁４８は、ライン圧（油圧源）へ連結されるＰＬポート、油路４７Ａを介して減速側シリンダ室４３Ａ，４６Ａへ連結されるＡポート、油路４７Ｂを介して増速側シリンダ室４３Ｂ，４６Ｂへ連結されるＢポート、タンクへ連結されるＴポートを備えている。ソレノイド弁５１Ａ，５１Ｂはコントローラ５２から出力された制御信号に応じて作動するように構成されており、該制御信号を受けてソレノイド弁５１Ａ，５１Ｂはスプール４９を軸方向に変位させる。
【００３５】
トラニオン３３の傾転軸１１の先端にはプリセスカム５３が連結されており、中央部を枢着されたレバー５４の一端がこのプリセスカム５３に当接し、レバー５４の他端がポテンショメータ５５に接続している。ポテンショメータ５５は、トラニオン３３の傾転軸１１の軸方向変位及び傾転角度を合成変位量として検出し、検出信号をコントローラ５２に入力するものである。また、このトロイダル型無段変速機は、車速センサー５６、エンジン回転センサー５７、スロットル開度センサー（ＴＰＳ）５８等の各種センサーを備えており、これらのセンサーで検出された車速、エンジン回転数、スロットル開度等の変速情報信号がコントローラ５２に入力されるように構成されている。コントローラ５２はこれらの変速情報を基にソレノイド弁５１Ａ，５１Ｂへ制御信号を送る。
【００３６】
次に、このトロイダル型無段変速機の作動について説明する。エンジンの駆動に伴って、エンジンからの動力がトルクコンバータを介して入力軸１３に入力され、入力軸１３に入力されたトルクは、フランジ部１６の爪１７、ローディングカム１８の爪１９及びカムローラ６１を介してトロイダル変速部１の入力ディスク４に伝達される。入力ディスク４の回転に伴ってパワーローラ６が回転し、その回転が出力ディスク５に伝達する。これと同時に、入力ディスク４に入力されたトルクは主軸３に伝達され、更に主軸３と一体回転するトロイダル変速部２の入力ディスクへ７と伝達される。そして、入力ディスク７の回転はパワーローラ９を介して出力ディスク８に伝達される。
【００３７】
通常、トラニオン３３，３７は、ある変速比において中立位置にある。即ち、トラニオン３３，３７は入力ディスク４，７及び出力ディスク５，８の回転中心線Ａ−Ａとパワーローラ６，９の回転中心Ｏが交叉する位置即ち中立位置にある。変速はトラニオン３３，３７を中立位置から傾転軸１１の軸方向に変位させることによって行われる。トルク伝達中に、トラニオン３３，３７が傾転軸方向に変位すると、それに伴ってトラニオン３３，３７はその変位方向と変位量に応じた向きと速さで傾転軸１１周りに傾転し、入力ディスク４，７とパワーローラ６，９との摩擦接触点が描く半径と出力ディスク５，８とパワーローラ６，９との摩擦接触点が描く半径との比が変化することによって無段変速が行われる。
【００３８】
コントローラ５２は、パワーローラ６，９の傾転を次のようにして制御する。まず、コントローラ５２はポテンショメータ５５で検出したトラニオン３３，３７の合成変位量から実際の変速比を算出し、目標変速比と変速比との偏差に応じてトラニオン３３，３７の目標変位を設定し、ソレノイド弁５１Ａ，５１Ｂへ制御信号を出力する。これに伴って、ソレノイド弁５１Ａ，５１Ｂからスプール弁４８の両端に油圧ＳＢ，ＳＡが供給される。その際、スプール弁４８に供給される油圧ＳＢと油圧ＳＡの関係がＳＡ＜ＳＢである場合には、スプール４９は図２において左側へシフトし、油路４７ＢはＰＬポートを介して圧力源へ連通し、油路４７ＡはＴポートを介してタンクへ連通して、油路４７Ｂの圧力Ｐｕｐが油路４７Ａの圧力Ｐｄｏｗｎよりも大きくなる（Ｐｕｐ＞Ｐｄｏｗｎ）。その結果、シリンダ室４３Ａ，４３Ｂの圧力差により、図２に示したトロイダル変速部１における右側のトラニオン３３は下方へ変位し、左側のトラニオン３３は上方へ変位する。同様に、トロイダル変速部２における右側のトラニオン３７は下方へ変位し、左側のトラニオン３７は上方へ変位する。この変位に伴って、トラニオン３３及びトラニオン３７は傾転軸１１を中心としてその周りにそれぞれ傾転し、増速側へ変速動作が開始される。実際の変速比が目標変速比に近づくように、コントローラ５２によってフィードバック制御が行われる。実際の変速比が目標変速比に近づくにつれ、各トラニオン３３，３７の目標変位はゼロに近づき、実際の変速比が目標変速比に一致した時には、トラニオン３３，３７の目標変位はゼロとなって、パワーローラ６，９は中立位置に戻り、変速動作は終了する。
【００３９】
入力トルクの大きさが大きくなるに応じて、ローディングカム１８とトロイダル変速部１の入力ディスク４との間のカム作用によって両者の間隔が増加する。入力ディスク４が主軸３の軸方向に押圧される力は、パワーローラ６、出力ディスク５、出力軸２２及びトロイダル変速部１の出力ディスク８へと変形を伴いながら伝達され、パワーローラ９及びトラニオン３７にて軸方向に位置決め支持される。一方、ローディングカム１８の上記変位は、主軸３の一端との間に介装された皿ばね２１を介して主軸３に伝わり、主軸３の他端において固定した入力ディスク４をパワーローラ９に付勢し、やはりパワーローラ９及びトラニオン３７にて軸方向に位置決め支持される。皿ばね２１の設置位置は、主軸３の他端（トロイダル変速部２側）ではなく、主軸３の一端（トロイダル変速部１側）であるので、主軸３の他端における変位は、皿ばね２１の変形に影響されず、小さな値に留まる。そのため、トロイダル型無段変速機の軸長を抑えることができる。
【００４０】
また、図２に示す実施例では、回転支軸６２の一端６３がトラニオン３７に非回転状態即ち回動不能に取り付けられた実施例について説明したが、回転支軸６２は両端６３，６４の軸中心が偏心していないので、トラニオン３７に対して回動可能に取り付けることもできる。逆に、回転支軸６２の両端の軸心を偏心させたときにも、トラニオン３７に対して回転不能に支持すれば、パワーローラ９を自転可能であるが振り運動不能に支持することができる。
【００４１】
【発明の効果】
この発明によるトロイダル型無段変速機は、上記のように構成されているので、次のような効果を有する。即ち、このトロイダル型無段変速機は、各トロイダル変速部を構成する入力ディスク及び出力ディスクのスラスト方向の位置が元々寸法精度の高い部品であるところの一方のパワーローラを基準にして決まるので、従来のようにケーシングの軸受を取り付ける部分の加工精度を上げなくても済み、組立時のシム選択も不要となり、コストを低減することができる。
【００４２】
また、軽量化のためにケーシングをアルミ製とした場合、鋼製の入力ディスク、出力ディスク及び出力軸との間に熱膨張率の差があるため、従来のトロイダル型無段変速機では温度変化に伴うガタの発生は避けられなかったが、このトロイダル型無段変速機は、入力ディスク及び出力ディスクのスラスト方向の位置が元々寸法精度の高い部品である第２トロイダル変速部のパワーローラを基準にして決まるので、温度変化によるガタも発生しなくなり、ガタに伴う摩耗の問題やクリアランスの少ないトラニオンとディスク間に生じていた干渉等の問題もなくなり、安定した性能が得られるようになる。
【００４３】
また、過少の入力トルクでもパワーローラと入出力ディスクとの間に所定の摩擦接触を確保するための皿ばねを、第１トロイダル変速部側に設けているので、トロイダル変速部２における主軸と入力ディスクとの間との連結に安価な固定連結を用いることができ、高価なボールスプラインを用いる必要がなく、主軸と第２入力ディスクとの加工コストを低減することができる。
【００４４】
更に、主軸の軸方向の移動量が、従来のトロイダル型無段変速機では第２入力ディスク及び第２出力ディスクの両変形分と皿ばねの変形分との合計であったのに比べて、この発明によれば、第２入力ディスクの変形分にのみ抑えることができるので、軸方向位置が規制されている入力軸やケーシング等の部品とのクリアランスを小さくすることができ、引いては装置全体の軸長を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるトロイダル型無段変速機の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１のトロイダル型無段変速機の制御装置を含んだ全体構成を示す概略図である。
【図３】従来のトロイダル型無段変速機を示す断面図である。
【図４】図３のトロイダル型無段変速機を含んだ全体構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１，２ トロイダル変速部
３ 主軸
４ 第１入力ディスク
５ 第１出力ディスク
６ 第１パワーローラ
７ 第２入力ディスク
８ 第２出力ディスク
９ 第２パワーローラ
１１ 傾転軸
１３ 入力軸
１８ ローディングカム
２１ 皿ばね
２２ 出力軸
２４ 軸受
２５ ケーシング
２６ ケーシングの壁
３３ 第１トラニオン
３４ 第１回転支軸
３５ 第１回転支軸の一端
３６ 第１回転支軸の他端
３７ 第２トラニオン
６２ 第２回転支軸
６３ 第２回転支軸の一端
６４ 第２回転支軸の他端
Claims (4)
- 入力軸の動力がローディングカムを介して伝達される第１入力ディスク、前記第１入力ディスクを回転方向には一体的に固定し且つ軸方向には移動可能になるように一端に取り付けた主軸、前記主軸の他端に固定された第２入力ディスク、前記両入力ディスクに対向して配置された前記主軸に対して相対回転可能な第１と第２出力ディスク、前記入力ディスクと前記出力ディスクとに対する傾転角度の変化に応じて前記入力ディスクの回転を無段階に変速して前記出力ディスクにそれぞれ伝達する第１と第２パワーローラ、前記両パワーローラをそれぞれ一端で回転自在に支持する第１と第２回転支軸、前記両回転支軸の他端が取り付けられると共に中立位置から傾転軸方向へ変位することによって傾転軸回りに傾転する第１と第２トラニオン、前記第１出力ディスクと前記第２出力ディスクとの間に配置された出力を取り出す出力軸、及び前記両出力ディスクの間に位置する変速機ケーシングに対して各々の前記出力ディスクを支持する軸受を有し、前記第１回転支軸を一端の軸心と他端の軸心とが偏心した偏心軸に構成して前記第１回転支軸の他端を前記第１トラニオンに対して回転自在に支持し、また、前記第２回転支軸を前記第２トラニオンに対して首振り運動不能に固定したトロイダル型無段変速機。
- 前記第２回転支軸を一端と他端との軸心が一致した同心軸に構成して前記第２パワーローラを前記第２トラニオンに対して首振り運動不能とした請求項１に記載のトロイダル型無段変速機。
- 前記第２回転支軸を一端が他端に対して偏心した偏心軸に構成して前記第２パワーローラを前記第２トラニオンに対して首振り運動不能とした請求項１に記載のトロイダル型無段変速機。
- 前記ローディングカムと前記主軸との間に、前記ローディングカムを前記第１入力ディスクに向けて付勢する皿ばねを介装した請求項１に記載のトロイダル型無段変速機。
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