JP4496892B2

JP4496892B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP4496892B2
Application number: JP2004252891A
Authority: JP
Inventors: 尚今西; 祐二下村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2024-08-31
Also published as: JP2006070949A

Description

この発明は、自動車用自動変速装置として利用するトロイダル型無段変速機の改良に関する。具体的には、パワーローラを回転自在に支持したトラニオンと、変速の為のアクチュエータのロッドとの結合を後から行なえる構造で、上記トラニオンを支持する為の支持板と固定の部分との支持部分の支持強度を過剰に大きくする事なく、組立順序の自由度の向上を図ると共に、トラクション部を構成する各面の損傷防止を図るべく発明したものである。

自動車用自動変速装置として、図４〜６に示す様なハーフトロイダル型のトロイダル型無段変速機を使用する事が研究され、一部で実施されている。このトロイダル型無段変速機は、互いに対向する軸方向側面をトロイド曲面とした入力側ディスク１、１と出力側ディスク２、２との間に複数個のパワーローラ３、３を挟持して成る。運転時には、上記入力側ディスク１、１の回転が、これら各パワーローラ３、３を介して上記出力側ディスク２、２に伝達される。これら各パワーローラ３、３は、それぞれトラニオン４、４に回転自在に支持されており、これら各トラニオン４、４は、それぞれ上記両ディスク１、２の中心軸に対し捩れの位置にある枢軸５、５を中心とする揺動変位を自在に支持されている。上記両ディスク１、２同士の間の変速比を変える場合は、油圧式のアクチュエータ６により上記各トラニオン４、４を上記枢軸５、５の軸方向に変位させる。この様なアクチュエータ６への圧油の給排は、制御弁７により制御すると共に、上記トラニオン４の動きを上記アクチュエータ６を構成するロッド８並びにプリセスカム９、リンク腕１０を介して、上記制御弁７にフィードバックする様に構成している。

上記アクチュエータ６、６への圧油の給排に基づき上記各トラニオン４、４を上記枢軸５、５の軸方向に変位させると、上記各パワーローラ３、３の周面と上記入力側、出力側各ディスク１、２の内側面との転がり接触部（トラクション部）に作用する、接線方向の力の向きが変化（転がり接触部にサイドスリップが発生）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４、４が上記枢軸５、５を中心に揺動（傾斜）し、上記各パワーローラ３、３の周面と上記入力側、出力側各ディスク１、２の内側面との接触位置が変化する。上記各パワーローラ３、３の周面を、上記入力側ディスク１、１の内側面の径方向外寄り部分と、上記出力側ディスク２、２の内側面の径方向内寄り部分とに転がり接触させれば、上記両ディスク１、２同士の間の変速比が増速側になる。これに対して、上記各パワーローラ３、３の周面を、上記入力側ディスク１、１の内側面の径方向内寄り部分と、上記出力側ディスク２、２の内側面の径方向外寄り部分とに転がり接触させれば、上記両ディスク１、２同士の間の変速比が減速側になる。

上述の様なトロイダル型無段変速機で、上記各アクチュエータ６、６の動きを上記各トラニオン４、４に伝達する部分の構造に就いては、特許文献１等、多くの刊行物に記載され、或は実施されて、広く知られている。図７は、従来から実施されている構造を示している。この従来構造の場合には、トラニオン４の一端部（下端部）に設けた枢軸５の中心部に形成した支持孔１１に、ロッド８の先半部（上半部）を圧入し、ピン１２により抜け止めを図っている。又、このロッド８の基半部（下半部）に、上記アクチュエータ６、６を構成するピストン１３の中心部に設けた円筒部１４をがたつきなく外嵌し、このロッド８の先端部（下端部）に螺着したナット１５により、上記円筒部１４をこのロッド８及び上記トラニオン４に対し固定している。尚、上記ロッド８の先端部には、必要に応じてプリセスカム９（図６参照）を外嵌固定する。

上述の様な図７に示した構造の場合、上記各トラニオン４と各ロッド８との連結作業は、上記ピン１２の圧入作業を行なう必要上、固定の部分であるケーシング１７に支持された１対の支持板１６、１６（図４、６参照）に上記各トラニオン４を支持する以前に行なう必要がある。これに対して、トロイダル型無段変速機を搭載する車両側の構造（ボディー形状）等、このトロイダル型無段変速機自体の構造以外の理由で、各トラニオン４と各アクチュエータ６との組み合わせ作業を、これら各トラニオン４を上記支持板１６、１６に支持した後に行なう必要が生じる場合がある。この様な場合には、例えば特許文献２、３に記載された構造の様に、各アクチュエータに付属のロッドの先端部に雄ねじを、各トラニオンの端部に設けた枢軸の中心部にねじ孔を、それぞれ形成しておけば、これら各トラニオンを支持板に支持した後に、これら各トラニオンと各アクチュエータとの組み合わせ作業を行なえる。

ところで、上述の様なロッドの先端部並びに枢軸の中心部にそれぞれ雄ねじとねじ孔とを設けた構造の場合、これら雄ねじとねじ孔とが緩まない様に確実に螺合し更に締め付ける必要がある。この理由は、これら雄ねじとねじ孔との螺合部には、パワーローラ並びにトラニオンを介して所謂２Ｆｔに基づく力｛最大で７．８４ｋＮ（８００Kgf ）以上の力｝が加わり、この力に基づき上記雄ねじとねじ孔とが緩み易くなる為である。そして、これら雄ねじとねじ孔とが緩んだ場合には、上記ロッドとトラニオンとが相対回転する（同期して揺動しなくなる）と共に、このトラニオンとアクチュエータとが軸方向に相対変位して（同期して軸方向に変位しなくなり）、変速動作が不安定になる可能性がある。前述の図７に示した様な、ロッド８の先端部でシリンダボディー３１（図４、６参照）から突出した部分にナット１５を締め付ける構造の場合には、このロッド８を回転不能に支持した状態でこのナット１５を螺合し更に締め付けられる為、これらナット１５とロッド８とを緩みにくく締め付けられる。

これに対して、上述の様なロッドの先端部並びに枢軸の中心部にそれぞれ雄ねじとねじ孔とを設けた構造の場合、これら雄ねじとねじ孔とを緩みにくく締め付ける為には、上記トラニオンを回転不能に支持した状態で、このトラニオンと上記ロッドとを螺合し更に締め付ける必要がある。この様にトラニオンを回転不能に支持した状態で螺合及び締め付けを行なう為には、このトラニオンを支持する支持板に設けた、このトラニオンがそれ以上揺動するのを阻止する為のストッパにこのトラニオンを係合させた状態で、このトラニオンと上記ロッドとの螺合及び締め付けを行なう事が考えられる。但し、この様にして螺合及び締め付けを行なう場合、上記トラニオン並びに上記ストッパを介して上記支持板に、上記雄ねじとねじ孔とを螺合し更に締め付ける為の大きな力（雄ねじとねじ孔とに２Ｆｔに基づく力が加わっても緩まない様にする為の大きな力）に基づく力が加わる。

そして、この様な力は、上記支持板と固定の部分であるケーシングとの支持部分を支点に、この支持板を回転させる大きなモーメントとして加わる。この為、これら支持板とケーシングとの支持部分の構造を、この様なモーメントに十分耐え得る支持強度を有するものとする必要がある。一方、運転時には、上述の様な雄ねじとねじ孔とを螺合し更に締め付ける際に加わる程の大きなモーメントが上記支持板とケーシングとの支持部分に加わる事はない。この為、上述の様に支持板とケーシングとの支持強度を確保する事は、運転時に必要でない強度を確保する事となり（組立時にのみ必要な強度を確保する事となり）、コスト並びに重量低減を図る上から、好ましくない。

一方、この様にケーシングと支持板との支持強度を確保する事なく、上記雄ねじとねじ孔との螺合及び締め付けを確実に行なう為に、ローディングカム式の押圧装置１９が作動しない状態で、各パワーローラ３、３の周面と入力側、出力側各ディスク１、２の内側面との転がり接触部の面圧を確保する為の、予圧ばね１８（図４〜５参照）の弾性力を大きくする事が考えられる。即ち、この予圧ばね１８の弾性力を大きくした場合には、入力軸２０にローディングナット２１（図４〜５参照）を締め付けた状態で、上記各パワーローラ３、３を上記入力側、出力側各ディスク１、２により強く挟持する事ができる。そして、この様に各パワーローラ３、３を強く挟持した状態で、これら各パワーローラ３、３を支持する各トラニオン４、４とロッド８、８とを螺合し更に締め付ければ、上記ケーシング１７と支持板１６、１６との支持強度を確保する事なく、雄ねじとねじ孔とを緩みにくく締め付ける事ができる。但し、この場合には、上記ローディングナット２１の締め付けを行なった後でないと、上記トラニオン４、４とロッド８、８との螺合及び締め付けを行なえなくなり、組立順序が制限される事が避けられない。又、静止状態では、上記各パワーローラ３、３の周面と上記各ディスク１、２の内側面との当接部に十分な油膜が形成されていない（金属同士が接触している）。この状態で上記各トラニオン４、４とロッド８、８とを螺合し更に締め付けると、接触面に傷が付いて、トロイダル型無段変速機の耐久性が損なわれる可能性がある。従って、組立順序の点を考慮しなくても、上述の様な組立方法は好ましくない。

特開２０００−１８３５５号公報特許第３０２２１１１号公報特開２００３−１４８５７８号公報

本発明のトロイダル型無段変速機は、上述の様な事情に鑑みて、アクチュエータに付属のロッドとトラニオンとをねじ止めにより結合する構造で、このトラニオンを支持する為の支持板と固定の部分との支持部分の支持強度を過剰に大きくしなくても、組立順序の自由度を確保し、且つ、パワーローラの周面や各ディスクの内側面を傷付けずに組み立てられる構造を実現すべく発明したものである。

本発明のトロイダル型無段変速機は、前述した従来から知られているトロイダル型無段変速機と同様に、入力側ディスク及び出力側ディスクと、複数のパワーローラと、複数のトラニオンと、支持板と、複数のアクチュエータと、複数本のロッドとを備える。
このうちの入力側ディスク及び出力側ディスクは、相対回転を自在として互いに同心に支持されている。
又、上記各パワーローラは、上記両ディスク同士の間に挟持されている。
又、上記各トラニオンは、上記各パワーローラを回転自在に支持した状態で、それぞれの両端部に互いに同心に設けた枢軸を中心とする揺動変位を自在とされている。
又、上記支持板は、上記各トラニオンを固定の部分に、上記枢軸の軸方向の変位を可能に支持する為のものである。
又、上記各アクチュエータは、上記各トラニオンを上記各枢軸の軸方向に変位させる為のものである。
又、上記各ロッドは、上記各アクチュエータの動きを上記各トラニオンに伝達する為のものである。
又、互いに同期した回転を自在に設けられた１対の外側ディスクと、これら両外側ディスク同士の間にこれら両外側ディスクと同心に且つこれら両外側ディスクとは独立した回転を自在として設けられた内側ディスクとを、それぞれ上記入力側ディスク及び上記出力側ディスクとしている。
更に、上記両外側ディスクとこの内側ディスクとの間にそれぞれ２個ずつ、合計４個のパワーローラを挟持し、１対の支持板により、４組のトラニオン及びロッドを支持している。
そして、上記各ロッドの先端部分と上記各トラニオンの一端部で上記枢軸の中心部とにそれぞれ設けた雄、雌各ねじ部を螺合する事により、これら各トラニオンと上記各ロッドとを結合している。
特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、上記両支持板に幅方向及び長さ方向に振り分けて支持される上記４組のトラニオン及びロッドの、同一の支持板に関する前記雄、雌両ねじ部の螺合方向を、当該支持板の幅方向並びに長さ方向にそれぞれ隣り合う、上記トラニオン及びロッド同士の間で、互いに逆にしている。

上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機によれば、支持板と固定の部分（例えばケーシング）との支持部分の支持強度を過剰に大きくする事なく、組立順序の自由度の向上を図れる。又、トラクション部を構成する各面の損傷防止を図れる。
即ち、各支持板の幅方向並びに長さ方向にそれぞれ隣り合う、上記トラニオン及びロッド同士で螺合方向が互いに逆である為、これら隣り合う組のトラニオン及びロッドの雄、雌両ねじ部を同時に螺合し更に締め付ければ、上記支持板に加わる締め付け力に基づく力を互いに相殺させる事ができる。この為、この支持板と固定の部分との支持部分に、この支持板を回転させる大きなモーメントが加わる事がなくなり、この支持部分の支持強度を過剰に大きくする必要がなくなる。しかも、前述した様な、ローディングナットを締め付けた後に上記雄、雌両ねじ部の螺合及び締め付けを行なわなくてはならない等の、組立順序が制限される事もない。更に、パワーローラの周面と各ディスクの内側面とを強く当接させたまま、このパワーローラを支持したトラニオンに、揺動方向の力を加える必要がない。この為、上記両ねじ部の螺合及び締め付けに伴って、トラクション部を構成する上記各面を傷付ける事がなくなり、組み立てられたトロイダル型無段変速機の耐久性低下を防止できる。

図１〜３は、本発明の実施例を示している。尚、本発明の特徴は、トラニオン４を支持する為の１対の支持板１６、１６と固定の部分であるケーシング１７（図４、６参照）との支持部分の支持強度を過剰に大きくする事なく、組立順序の自由度の向上を図ると共に、トラクション部を構成する各面の損傷防止を図るべく、上記トラニオン４の一端部（図１〜２の下端部）に設けた枢軸５と、アクチュエータ６に付属のロッド８との結合部の構造を工夫する点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図４〜６に示した構造を含め、従来から広く知られているトロイダル型無段変速機と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略し、以下、本発明の特徴部分及び先に説明しなかった部分を中心に説明する。

内側面（図１の右側面）にパワーローラ３を回転自在に支持したトラニオン４の両端部に互いに同心に設けた枢軸５、５を、１対の支持板１６、１６に設けた支持孔２２、２２内に、ラジアルニードル軸受２３、２３により支持している。従って上記トラニオン４は、上記各枢軸５、５の軸方向（図１〜２の上下方向）移動及びこれら各枢軸５、５を中心とする揺動変位自在である。そして、油圧式のアクチュエータ６により上記トラニオン４を、ロッド８を介して、上記各枢軸５、５の軸方向に駆動自在としている。

この為に、このロッド８の先端部中間寄り部分に設けた雄ねじ部２４を、上記トラニオン４の一端部（図１〜２の下端部）で上記枢軸５の中心部に設けた雌ねじ部２５に螺合する事により、上記トラニオン４と上記ロッド８とを結合している。この為に、上記枢軸５の中心部に有底の円孔２６を、上記トラニオン４の一端部を軸方向に貫通しない状態で設けている。即ち、このトラニオン４は、上記パワーローラ３を支持する為の支持板部２７の両端部に、それぞれがこの支持板部２７の内側面側（図１の右側）に向け突出した、１対の枢支壁部２８、２８を形成している。上記各枢軸５、５は、これら両枢支壁部２８、２８の外側面（互いに反対側の側面）に、互いに同心に設けている。上記円孔２６は、上記一端部側の枢軸５の先端面（図１〜２の下端面）にのみ開口し、上記枢支壁部２８の内側面側に開口しない状態で形成している。

そして、上記円孔２６の内周面の開口寄り部分に、上記雌ねじ部２５を形成している。これに対して、この円孔２６の一部でこの雌ねじ部２５よりも奥側部分に、内径側円筒面部２９を形成している。この内径側円筒面部２９は、この雌ねじ部２５の山径よりも小さな内径で、この雌ねじ部２５と同心に形成されている。一方、上記ロッド８の先端部で上記雄ねじ部２４よりも突出した部分に、外径側円筒面部３０を形成している。この外径側円筒面部３０は、上記雄ねじ部２４と同心で、上記内径側円筒面部２９にがたつきなく内嵌自在である。この為に、上記外径側円筒面部３０の自由状態での外径を、上記内径側円筒面部２９の自由状態での内径と同じか、この内径よりも僅かに大きくしている。又、上記雌ねじ部２５の軸方向長さＬ₂₅よりも、上記外径側円筒面部３０の軸方向長さＬ₃₀を長く（Ｌ₂₅＜Ｌ₃₀）している。この為、上記ロッド８とトラニオン４とを結合する場合、図２に示す様に、上記雌ねじ部２５に上記雄ねじ部２４が螺合し始めるよりも先に、上記外径側円筒面部３０が上記内径側円筒面部２９に嵌合し始める。

一方、前記アクチュエータ６は、ケーシング１７内に固定したシリンダボディー３１（図４、６参照）に設けたシリンダ３２（図６参照）内にピストン１３を、軸方向（図１〜２の上下方向）の移動を自在に、油密に嵌装する事で構成している。上記アクチュエータ６は、上記シリンダ３２内で上記ピストン１３により仕切られた１対の油圧室３３ａ、３３ｂ（図６参照）内への油圧の給排によりこのピストン１３を軸方向に変位させ、上記ロッド８を押し引きする様に構成している。このピストン１３の動きをこのロッド８に伝達する為に、このピストン１３の中心部に円筒部３４を設け、この円筒部３４にこのロッド８を挿通している。そして、上記雄ねじ部２４と上記雌ねじ部２５とを螺合し更に締め付けた状態で上記円筒部３４を、上記ロッド８の基端部に設けられた外向フランジ状の鍔部３５と、前記一端側の枢軸５の端面との間で、軸方向両側から挟持している。本実施例の場合には、この枢軸５の端面と上記円筒部３４の端面との間に、ワッシャ３６を挟持している。又、前記トラニオン４の内部と上記ロッド８の中心部とに潤滑油通路３７を設けて、前記パワーローラ３の回転支持部に、潤滑油を供給自在としている。

更に、本実施例の場合には、図３に模式的に示す様に、前記１対の支持板１６、１６に支持される４組のトラニオン４、４及びロッド８、８のうちで２組のトラニオン４、４及びロッド８、８の雄、雌両ねじ部２４、２５の螺合方向を、他の２組のトラニオン４、４及びロッド８、８の雄、雌両ねじ部２４、２５の螺合方向と逆にしている。即ち、図３に、上記各支持板１６、１６に支持された、それぞれのトラニオン４、４及びロッド８、８の雄、雌両ねじ部２４、２５の螺合方向を矢印で示す様に、矩形状の上記支持板１６の幅方向（図３の上下方向）並びに長さ方向（図３の左右方向）にそれぞれ隣り合う雄、雌両ねじ部２４、２５の螺合方向を互いに逆にしている。又、上記各トラニオン４、４と各ロッド８、８と螺合及び締め付けは、上記各支持板１６、１６に設けた、上記各トラニオン４、４がそれ以上揺動するのを阻止する為のストッパ（図示省略）に、これら各トラニオン４、４を係合させた（突き当てた）状態で行なう。

上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機によれば、上記支持板１６、１６とケーシング１７との支持部分の支持強度を過剰に大きくする事なく、組立順序の自由度の向上を図れる。又、各ディスク１、２の内側面と各パワーローラ３、３の周面とを（図５参照）強く当接させたまま、上記雄、雌両ねじ部２４、２５を締め付ける必要がないので、トラクション部を構成する上記各面に、擦傷等の損傷が生じる事を防止できる。
即ち、螺合方向を逆（例えば、左ねじ、逆ねじ）にした組のトラニオン４、４及びロッド８、８の雄、雌両ねじ部２４、２５と、逆にしていない（例えば、右ねじ、順ねじの）組のトラニオン４、４及びロッド８、８の雄、雌両ねじ部２４、２５とを同時に螺合し更に締め付ければ、上記支持板１６、１６に加わる締め付け力に基づく力を互いに相殺させる事ができる。この為、上記支持板１６、１６とケーシング１７との支持部分に、この支持板１６、１６を回転させる大きなモーメントが加わる事がなくなり、この支持部分の支持強度を過剰に大きくする必要がなくなる。しかも、前述した様なローディングナット２１（図４、５参照）を締め付けた後に上記雄、雌両ねじ部２４、２５の螺合及び締め付けを行なわなくてはならない等の、組立順序が制限される事もない。又、上記各面を損傷する事もなくなる。

尚、本実施例の場合は、ロッド８の先端部中間寄り部分に雄ねじ部２４を設けると共に、トラニオン４の枢軸５の中心部に雌ねじ部２５を設けているが、ロッドの先端部に雌ねじ部を設けると共に、トラニオンの枢軸の中心部に雄ねじ部を設けても良い。

本発明の実施例を示す、図６の左部に相当する断面図。ロッドとトラニオンとの結合工程を示す、図１のＡ部に相当する図。ロッド及びトラニオンの螺合方向の配置を示す、図６の下から見た模式図。従来から知られているトロイダル型無段変速機の１例を示す断面図。図４のＢ−Ｂ断面図。同Ｃ−Ｃ断面図。図６の左側のトラニオン及びこのトラニオンに付属の部品を取り出して示す断面図。

１入力側ディスク
２出力側ディスク
３パワーローラ
４トラニオン
５枢軸
６アクチュエータ
７制御弁
８ロッド
９プリセスカム
１０リンク腕
１１支持孔
１２ピン
１３ピストン
１４円筒部
１５ナット
１６支持板
１７ケーシング
１８予圧ばね
１９押圧装置
２０入力軸
２１ローディングナット
２２支持孔
２３ラジアルニードル軸受
２４雄ねじ部
２５雌ねじ部
２６円孔
２７支持板部
２８枢支壁部
２９内径側円筒面部
３０外径側円筒面部
３１シリンダボディー
３２シリンダ
３３ａ、３３ｂ油圧室
３４円筒部
３５鍔部
３６ワッシャ
３７潤滑油通路

Claims

相対回転を自在として互いに同心に支持された入力側ディスク及び出力側ディスクと、これら両ディスク同士の間に挟持された複数のパワーローラと、これら各パワーローラを回転自在に支持した状態でそれぞれの両端部に互いに同心に設けた枢軸を中心とする揺動変位を自在とされた複数のトラニオンと、これら各トラニオンを固定の部分に、上記枢軸の軸方向の変位を可能に支持する為の支持板と、上記各トラニオンを上記各枢軸の軸方向に変位させる為の複数のアクチュエータと、これら各アクチュエータの動きを上記各トラニオンに伝達する為の複数本のロッドとを備え、互いに同期した回転を自在に設けられた１対の外側ディスクと、これら両外側ディスク同士の間にこれら両外側ディスクと同心に且つこれら両外側ディスクとは独立した回転を自在として設けられた内側ディスクとを、それぞれ上記入力側ディスク及び上記出力側ディスクとし、上記両外側ディスクと上記内側ディスクとの間にそれぞれ２個ずつ、合計４個のパワーローラを挟持し、１対の支持板により４組のトラニオン及びロッドを支持すると共に、上記各ロッドの先端部分と上記各トラニオンの一端部で上記枢軸の中心部とにそれぞれ設けた雄、雌両ねじ部を螺合する事により、これら各トラニオンと上記各ロッドとを結合したトロイダル型無段変速機に於いて、上記両支持板に幅方向及び長さ方向に振り分けて支持される上記４組の上記トラニオン及びロッドの、同一の支持板に関する前記雄、雌両ねじ部の螺合方向を、当該支持板の幅方向並びに長さ方向にそれぞれ隣り合う、上記トラニオン及びロッド同士の間で、互いに逆にした事を特徴とするトロイダル型無段変速機。