JP4088858B2 - 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】
本発明は、自動車の変速機等に使用されるトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用変速機として、従来、例えば、図３および図４に示すようなトロイダル型無段変速機が知られている。
このトロイダル型無段変速機は、入力軸１と中心軸を同じくして入力側ディスク２が設けられるとともに、入力軸１と中心軸を同じくして配置された出力軸３の端部に出力側ディスク４が固定されている。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、枢軸５，５を中心として揺動する複数個（この例では２個）のトラニオン６，６が設けられている。すなわち、各枢軸５，５はそれぞれ、入力側、出力側両ディスク２，４の軸方向（図３および図４において左右方向）に関してこれら両ディスク２，４の中間部に、これら両ディスク２，４の軸方向に対し直交する方向でかつこれら両ディスク２，４の中心軸に対し捻れの位置に配置されて、各トラニオン６，６の両端部外側面に設けられている。
【０００３】
また、各トラニオン６，６の中間部には、変位軸７，７の基端部が支持されており、各枢軸５，５を中心として各トラニオン６，６を揺動させることにより、各変位軸７，７の傾斜角度が変化するようになっている。各変位軸７，７には、それぞれパワーローラ８，８が回転自在に支持されている。これら各パワーローラ８，８は、入力側、出力側両ディスク２，４の間に挟持されている。すなわち、これらの入力側、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、枢軸５を中心とする円弧を、入力軸１及び出力軸３を中心に回転させた場合に得られる凹面に形成され、これらの内側面２ａ，４ａに、球面状の凸面に形成された各パワーローラ８，８の周面８ａ，８ａが当接されている。
【０００４】
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が設けられ、この押圧装置９によって、入力側ディスク２が出力側ディスク４に向けて押圧されている。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とを備えている。カム板１０の片側面（図３および図４において左側面）には、円周方向に亙る凹凸面であるカム面１３が形成され、入力側ディスク２の外側面（図３および図４において右側面）にも、同様のカム面１４が形成されており、これらの間に、複数個のローラ１２が入力軸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されている。
【０００５】
このように構成されたトロイダル型無段変速機においては、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を入力側ディスク２の外側面のカム面１４に押圧する。その結果、入力側ディスク２が、両パワーローラ８，８に押圧されるとともに、一対のカム面１３，１４と複数個のローラ１２との押し付け合いに基づいて入力側ディスク２が回転する。そして、この入力側ディスク２の回転が、両パワーローラ８，８を介して出力側ディスク４に伝達され、この出力側ディスク４に固定された出力軸３が回転する。
【０００６】
入力軸１と出力軸３との回転速度比（変速比）を変える場合であって、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、図３に示すように、各パワーローラ８，８の周面８ａ，８ａが、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ように、各変位軸７，７を傾斜させる。
一方、増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、図４に示すように、各パワーローラ８，８の周面８ａ，８ａが、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ように、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３と図４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】
図５および図６は、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。このトロイダル型無段変速機では、入力側ディスク２と出力側ディスク４とがそれぞれ、入力軸１５の外周部にニードル軸受１６，１６を介して回転自在に支持されている。また、カム板１０が入力軸１５の端部（図５において左端部）の外周面にスプライン係合され、鍔部１７により入力側ディスク２から離間する方向への移動を阻止されている。そして、このカム板１０とローラ１２，１２とにより、入力軸１５の回転に基づいて、入力側ディスク２を出力側ディスク４に向けて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。出力側ディスク４には、出力歯車１８がキー１９，１９により結合され、これら出力側ディスク４と出力歯車１８とが一体的に回転するようになっている。出力歯車１８およびこの出力歯車１８と噛合された図示しない歯車等が、出力側ディスク４の回転を取り出す為の動力取り出し手段を構成している。
【０００８】
一対のトラニオン６，６の両端部に設けた枢軸５，５は、一対の支持板２０，２０に、揺動自在および軸方向（図５において表裏方向、図６において左右方向）に変位自在に支持されている。一対の支持板２０，２０は、十分な剛性を有する板状に形成されており、各支持板２０，２０の中央部に形成された円孔２１，２１がそれぞれ、ケーシング２２の内面およびケーシング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に外嵌されることにより、ケーシング２２の内側に、揺動自在および各枢軸５，５の軸方向に変位自在に支持されている。また、各支持板２０，２０の両端部にはそれぞれ、円形の支持孔２５，２５が形成されており、これらの各支持孔２５，２５にそれぞれ、トラニオン６，６の両端部に設けた各枢軸５，５が、外輪２６，２６を備えたラジアルニードル軸受２７，２７により支持されている。これらの構成により、各トラニオン６，６が、各枢軸５，５を中心として揺動自在およびこれら各枢軸５，５の軸方向に変位自在に、ケーシング２２内に支持されている。
【０００９】
各トラニオン６，６の中間部に形成された円孔４０，４０にはそれぞれ、変位軸７，７が支持されている。各変位軸７は、互いに平行でかつ偏心した支持軸部２８と枢支軸部２９とを備えている。各支持軸部２８は、各円孔４０の内側に、ラジアルニードル軸受３０を介して揺動自在に支持されている。また、各枢支軸部２９の外周部には、パワーローラ８がラジアルニードル軸受３１を介して回転自在に支持されている。
【００１０】
なお、上記一対の変位軸７，７は、入力軸１５を中心として、点対象の位置（１８０度反対側の位置）になるように配置されている。また、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、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６において左右逆方向）とされている。また、各枢支軸部２９，２９の軸方向は、入力軸１５の軸方向（図５において左右方向、図６において表裏方向）に対しほぼ直交する方向とされている。したがって、各パワーローラ８，８は、入力軸１５の軸方向に亙る若干の変位が許容されて支持されている。その結果、構成各部品の寸法精度のばらつき、あるいは動力伝達時の弾性変形等に起因して、各パワーローラ８，８が入力軸１５の軸方向に多少変位しても、この変位を吸収でき、構成各部品に無理な力が加わることがない。
【００１１】
また、各パワーローラ８，８の外側面と各トラニオン６，６の中間部内側面との間にはそれぞれ、パワーローラ８，８の外側面の側から順に、スラスト玉軸受等のスラスト転がり軸受３２，３２と、後述する外輪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等のスラスト軸受３４，３４とが設けられている。このうちのスラスト転がり軸受３２，３２は、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、各パワーローラ８，８の回転を許容している。また、各スラスト軸受３４，３４は、各パワーローラ８，８から各スラスト転がり軸受３２，３２の外輪３３，３３に加わるスラスト荷重を支承しつつ、枢支軸部２９，２９および外輪３３，３３が支持軸部２８，２８を中心に揺動することを許容している。
【００１２】
また、各トラニオン６，６の一端部（図６において左端部）にはそれぞれ、駆動ロッド３５，３５が結合され、各駆動ロッド３５，３５の中間部外周面には、駆動ピストン３６が固設されている。各駆動ピストン３６，３６はそれぞれ、シリンダケース２３内に設けた駆動シリンダ３７，３７内に油密に嵌装されている。さらに、ケーシング２２内に設けた支持壁３８と入力軸１５との間には、一対の転がり軸受３９，３９が設けられて、入力軸１５がケーシング２２内に回転自在に支持されている。
【００１３】
このように構成されたトロイダル型無段変速機においては、入力軸１５の回転が押圧装置９を介して入力側ディスク２に伝えられる。そして、この入力側ディスク２の回転が、一対のパワーローラ８，８を介して出力側ディスク４に伝達され、さらにこの出力側ディスク４の回転が、出力歯車１８より取り出される。
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、一対の駆動ピストン３６，３６を互いに逆方向に変位させる。そうすると、これら各駆動ピストン３６，３６の変位に伴って一対のトラニオン６，６がそれぞれ、逆方向に変位する。例えば、図６において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。その結果、これら各パワーローラ８，８の周面８ａ，８ａと入力側ディスク２および出力側ディスク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５において互いに逆方向に揺動する。その結果、上述の図３および図４に示したように、各パワーローラ８，８の周面８ａ，８ａと各内側面２ａ，４ａとの当接位置が変化し、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】
なお、動力伝達時に構成各部品が弾性変形する結果、各パワーローラ８，８が入力軸１５の軸方向に変位すると、これら各パワーローラ８，８を枢支している各変位軸７，７が、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、各スラスト転がり軸受３２，３２の外輪３３，３３の外側面と各トラニオン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、各スラスト軸受３４，３４が存在するため、この相対変位に要する力は小さい。したがって、上述のように各変位軸７，７の傾斜角度を変化させるための力が小さくて済む。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パワーローラ８は、従来、図７に示すように、外側面８ｂが平面に形成されており、この平面の外側面８ｂにスラスト転がり軸受３２の内輪の転走面が形成されているので、スラスト転がり軸受３２が周面（トラクション面）８ａより外側（図７において上側）に突出して配置されている。その結果、図８に示すように、パワーローラ８を支持しているトラニオン５１が外側に突出しているとともに、両側部のクランク状の枢軸５２のオフセット量が大きくなっている。特に、半頂角が大きい場合、周面（トラクション面）８ａの有効範囲が外側に寄るため、よりこれらの傾向が強くなる。また、周面（トラクション面）８ａの加工精度を向上させるには、シュー（研削治具）を受けるために、図７に示すように、周面８ａの外側面８ｂ側の端部に高さｔが３〜５ｍｍ程度の円柱の側面形状をした加工用面８ｃが必要になるので、これらの傾向が顕著となる。
【００１６】
このように、トラニオン５１が外側に突出すると、これを覆うケースとの干渉が生じるので、これを回避するためにキャビティ径を小さくせざるを得なくなり、その結果無段変速機のキャパシティ（容量）が小さくなってしまうという問題がある。
また、トラニオン５１のクランク状の枢軸５２のオフセット量が大きくなると、屈曲部の応力集中が大きくなるので、トラニオン５１の強度を上げる必要が生じ、このためトラニオン５１が大型化し、無段変速機の重量が大きくなってしまうという問題がある。
【００１７】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、トラニオンをより内側に配置することができて、無段変速機の容量を大きくすることができるとともに、トラニオンの軽量化を図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する。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のトロイダル型無段変速機は、回転自在に支持された入力軸と、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中心軸を同じくして配置され、かつこの入力側ディスクに対して回転自在に支持された出力側ディスクと、これら入力側、出力側両ディスクの軸方向に関してこれら両ディスクの中間部に、これら両ディスクの軸方向に対し直交する方向でかつこれら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両側部のクランク状の枢軸を中心に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個のパワーローラと、これら各パワーローラの外側面と前記各トラニオンの内側面との間に設けたスラスト転がり軸受とを備え、前記スラスト転がり軸受は、内輪を形成する前記パワーローラと、前記パワーローラの外側面と前記トラニオンの内側面との間に設けられた外輪と、これらのパラーローラと外輪との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、これらの転動体を保持する保持器とを備えているとともに、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、前記各パワーローラの周面を外側面側の端部に円柱の側面形状をした加工用面を備えた球面状の凸面として、この周面と前記内側面とを当接させているトロイダル型無段変速機において、前記パワーローラの外側面に凹部が形成され、この凹部に前記スラスト転がり軸受の内輪の転走面が形成されているとともに、この凹部内に前記保持器が挿入されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１に記載の発明においては、パワーローラ外側面とトラニオン内側面との間に配設されるスラスト転がり軸受がより内側に配置されるので、トラニオンがより内側に配置される。したがって、従来と同様のレイアウトに対してキャビティ径を大きくすることができるので、無段変速機の容量を大きくすることができる。また、トラニオンの枢軸のオフセット量が小さくなるので、その分トラニオンが軽量化する。さらに、オフセット量が小さくなることから枢軸の屈曲部に生じる応力集中が緩和され、枢軸の強度が向上するので、枢軸を小型化することができる。これらにより、トラニオンの軽量化を図ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１および図２は、本実施の形態に係るトロイダル型無段変速機のパワーローラの部分を示す断面図である。本実施の形態では、図１および図２に示す以外の部分の構造は、図５および図６に示す従来の構造と同じである。
本実施の形態に係るパワーローラ７１の周面７１ａが球面状の凸面に形成され、この周面７１ａの外側面７１ｂ側の端部には、高さｔが３〜５ｍｍ程度の円柱の側面形状をした加工用面７１ｃが形成されている。また、パワーローラ７１の外側面７１ｂには、皿状の凹部７１ｄが形成されている。凹部７１ｄの底面には、スラスト転がり軸受（スラスト玉軸受）３２の内輪軌道４２が形成されている。内輪軌道４２と、外輪３３の内側面に形成された外輪軌道４３との間には、円環状の保持器４４に保持された複数個の玉４１が転動自在に配設されている。外輪３３の外側（図１および図２において上側）には、スラスト軸受３４を介してトラニオン７２が設けられており、このトラニオン７２の両側部のクランク状の枢軸７３，７３は、パワーローラ７１の上端部外側に配置されている。
【００２１】
このように構成されたトロイダル型無段変速機にあっては、パワーローラ７１の外側面７１ｂに形成された凹部７１ｄの底面がスラスト転がり軸受３２の内輪の転走面を構成しているので、スラスト転がり軸受３２を従来よりも内側（トラニオン７２と反対側）に位置させることができる。その結果、トラクション面の加工精度を維持することができるように、パワーローラ７１の周面（トラクション面）７１ａの外側面７１ｂ側端部に円柱の側面形状をした加工用面７１ｃを設けつつ、トラニオン７２の外側への突出量を小さくできるので、従来と同様のレイアウトに対してその分キャビティ径を大きくでき、無段変速機の容量を大きくすることができる。
【００２２】
また、スラスト転がり軸受３２を従来よりも内側（トラニオン７２と反対側）に位置させることができるので、トラニオン７２の両側部のクランク状の両枢軸７３，７３のオフセット量を小さくすることができる。その結果、両枢軸７３，７３の屈曲部に生じる応力集中を緩和することができるので、トラニオン７２の強度が大きくなる。したがって、両枢軸７３，７３のオフセット量が小さくなったことによるトラニオン７２の軽量化に加えて、強度が向上したことによる小型化に伴う軽量化を図ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パワーローラ外側面とトラニオン内側面との間に配設されるスラスト転がり軸受をより内側に配置することができるので、トラニオンをより内側に配置することができる。したがって、従来と同様のレイアウトに対してキャビティ径を大きくできるので、無段変速機の容量を大きくすることができる。さらに、トラニオンの枢軸のオフセット量を小さくすることができるので、トラニオンを軽量化することができることに加え、枢軸の屈曲部に生じる応力集中を緩和することができることから、枢軸の強度を向上させることができるので、枢軸を小型化することができ、これらによりトラニオンの軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るトロイダル型無段変速機のパワーローラの部分を示す断面図である。
【図２】同じくパワーローラおよびトラニオンの部分を示す断面図である。
【図３】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側面図である。
【図４】同じく最大減速時の状態で示す側面図である。
【図５】従来から知られているトロイダル型無段変速機の具体的構造の一例を示す要部断面図である。
【図６】図４のX−X線断面図である。
【図７】従来のパワーローラの部分を示す断面図である。
【図８】同じくパワーローラおよびトラニオンの部分を示す断面図である。
【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 出力ディスク
４ａ 内側面
７ 変位軸
９ 押圧装置
１５ 入力軸
２８ 支持軸部
２９ 枢支軸部
３０ ラジアルニードル軸受
３１ ラジアルニードル軸受
３２ スラスト転がり軸受
３３ 外輪
３４ スラスト軸受
４１ 玉
４２ 内輪軌道
４３ 外輪軌道
４４ 保持器
７１ パワーローラ
７１ａ 周面（トラクション面）
７１ｂ 外側面
７１ｃ 加工用面
７１ｄ 凹部
７２ トラニオン
７３ 枢軸

Claims (1)

1. 回転自在に支持された入力軸と、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中心軸を同じくして配置され、かつこの入力側ディスクに対して回転自在に支持された出力側ディスクと、これら入力側、出力側両ディスクの軸方向に関してこれら両ディスクの中間部に、これら両ディスクの軸方向に対し直交する方向でかつこれら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両側部のクランク状の枢軸を中心に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個のパワーローラと、これら各パワーローラの外側面と前記各トラニオンの内側面との間に設けたスラスト転がり軸受とを備え、前記スラスト転がり軸受は、内輪を形成する前記パワーローラと、前記パワーローラの外側面と前記トラニオンの内側面との間に設けられた外輪と、これらのパラーローラと外輪との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、これらの転動体を保持する保持器とを備えているとともに、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、前記各パワーローラの周面を外側面側の端部に円柱の側面形状をした加工用面を備えた球面状の凸面として、この周面と前記内側面とを当接させているトロイダル型無段変速機において、
   前記パワーローラの外側面に凹部が形成され、この凹部に前記スラスト転がり軸受の内輪の転走面が形成されているとともに、この凹部内に前記保持器が挿入されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。

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