JP4513008B2

JP4513008B2 - 無段変速装置

Info

Publication number: JP4513008B2
Application number: JP2005006568A
Authority: JP
Inventors: 寛加藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: JP2006194353A

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の変速機などに利用可能な無段変速装置に関する。

例えば自動車用変速機として用いるダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機は、図３および図４に示すように構成されている。図３に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸（中心軸）１が回転自在に支持されており、この入力軸１の外周には、２つの入力側ディスク２，２と２つの出力側ディスク３，３とが取り付けられている。また、入力軸１の中間部の外周には出力歯車４が回転自在に支持されている。この出力歯車４の中心部に設けられた円筒状のフランジ部４ａ，４ａには、出力側ディスク３，３がスプライン結合によって連結されている。

入力軸１は、図中左側に位置する入力側ディスク２とカム板７との間に設けられたローディングカム式の押圧装置１２を介して、駆動軸２２により回転駆動されるようになっている。また、出力歯車４は、２つの部材の結合によって構成された仕切壁１３を介してケーシング５０内に支持されており、これにより、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転できる一方で、軸線Ｏ方向の変位が阻止されている。

出力側ディスク３，３は、入力軸１との間に介在されたニードル軸受５，５によって、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転自在に支持されている。また、図中左側の入力側ディスク２は、入力軸１にボールスプライン６を介して支持され、図中右側の入力側ディスク２は、入力軸１にスプライン結合されており、これら入力側ディスク２は入力軸１と共に回転するようになっている。また、入力側ディスク２，２の内側面（凹面）２ａ，２ａと出力ディスク３，３の内側面（凹面）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図４参照）が回転自在に挟持されている。

図３中右側に位置する入力側ディスク２の内周面２ｃには、段差部２ｂが設けられ、この段差部２ｂに、入力軸１の外周面１ａに設けられた段差部１ｂが突き当てられるとともに、入力側ディスク２の背面（図３の右面）がローディングナット９に突き当てられている。これによって、入力側ディスク２の入力軸１に対する軸線Ｏ方向の変位が実質的に阻止されている。また、カム板７と入力軸１の鍔部１ｂとの間には、皿ばね８が設けられており、この皿ばね８は、各ディスク２，２，３，３の凹面２ａ，２ａ，３ａ，３ａとパワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａとの当接部に押圧力を付与する。

図４は、図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図４に示すように、ケーシング５０の内側には、入力軸１に対し捻れの位置にある一対の枢軸１４，１４を中心として揺動する一対のトラニオン１５，１５が設けられている。なお、図４においては、入力軸１の図示は省略している。各トラニオン１５，１５は、支持板部１６の長手方向(図４の上下方向)の両端部に、この支持板部１６の内側面側に折れ曲がる状態で形成された一対の折れ曲がり壁部２０，２０を有している。そして、この折れ曲がり壁部２０，２０によって、各トラニオン１５，１５には、パワーローラ１１を収容するための凹状のポケット部Ｐが形成される。また、各折れ曲がり壁部２０，２０の外側面には、各枢軸１４，１４が互いに同心的に設けられている。

支持板部１６の中央部には円孔２１が形成され、この円孔２１には変位軸２３の基端部（第１の軸部）２３ａが支持されている。そして、各枢軸１４，１４を中心として各トラニオン１５，１５を揺動させることにより、これら各トラニオン１５，１５の中央部に支持された変位軸２３の傾斜角度を調節できるようになっている。また、各トラニオン１５，１５の内側面から突出する変位軸２３の先端部（第２の軸部）２３ｂの周囲には、各パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の間に挟持されている。なお、各変位軸２３，２３の基端部２３ａと先端部２３ｂとは、互いに偏心している。

また、各トラニオン１５，１５の枢軸１４，１４はそれぞれ、一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂに対して揺動自在および軸方向(図３の上下方向、図４の上下方向)に変位自在に支持されており、各ヨーク２３Ａ，２３Ｂにより、トラニオン１５，１５はその水平方向の移動を規制されている。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂは鋼等の金属のプレス加工あるいは鍛造加工により矩形状に形成されている。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂの四隅には円形の支持孔１８が４つ設けられており、これら支持孔１８にはそれぞれ、トラニオン１５の両端部に設けた枢軸１４が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、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図３の左右方向）の中央部には、円形の係止孔１９が設けられており、この係止孔１９の内周面は球状凹面として、球面ポスト６４，６８を内嵌している。すなわち、上側のヨーク２３Ａは、ケーシング５０に固定部材５２を介して支持されている球面ポスト６４によって揺動自在に支持されており、下側のヨーク２３Ａは、球面ポスト６８及びこれを支持する駆動シリンダ３１の上側シリンダボディ６１によって揺動自在に支持されている。

なお、各トラニオン１５，１５に設けられた各変位軸２３，２３は、入力軸１に対し、互いに１８０度反対側の位置に設けられている。また、これらの各変位軸２３，２３の先端部２３ｂが基端部２３ａに対して偏心している方向は、両ディスク２，２，３，３の回転方向に対して同方向(図４で上下逆方向)となっている。また、偏心方向は、入力軸１の配設方向に対して略直交する方向となっている。したがって、各パワーローラ１１，１１は、入力軸１の長手方向に若干変位できるように支持される。その結果、押圧装置１２が発生するスラスト荷重に基づく各構成部材の弾性変形等に起因して、各パワーローラ１１，１１が入力軸１の軸方向に変位する傾向となった場合でも、各構成部材に無理な力が加わらず、この変位が吸収される。

また、パワーローラ１１の外側面とトラニオン１５の支持板部１６の内側面との間には、パワーローラ１１の外側面の側から順に、スラスト転がり軸受であるスラスト玉軸受２４と、スラストニードル軸受２５とが設けられている。このうち、スラスト玉軸受２４は、各パワーローラ１１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１１の回転を許容するものである。このようなスラスト玉軸受２４はそれぞれ、複数個ずつの玉２６，２６と、これら各玉２６，２６を転動自在に保持する円環状の保持器２７と、円環状の外輪２８とから構成されている。また、各スラスト玉軸受２４の内輪軌道は各パワーローラ１１の外側面（大端面）に、外輪軌道は各外輪２８の内側面にそれぞれ形成されている。

また、スラストニードル軸受２５は、トラニオン１５の支持板部１６の内側面と外輪２８の外側面との間に挟持されている。このようなスラストニードル軸受２５は、パワーローラ１１から各外輪２８に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これらパワーローラ１１および外輪２８が各変位軸２３の基端部２３ａを中心として揺動することを許容する。

さらに、各トラニオン１５，１５の一端部(図４の下端部)にはそれぞれ駆動ロッド（トラニオン軸）２９，２９が設けられており、各駆動ロッド２９，２９の中間部外周面に駆動ピストン（油圧ピストン）３３，３３が固設されている。そして、これら各駆動ピストン３３，３３はそれぞれ、上側シリンダボディ６１と下側シリンダボディ６２とによって構成された駆動シリンダ３１内に油密に嵌装されている。これら各駆動ピストン３３，３３と駆動シリンダ３１とで、各トラニオン１５，１５を、これらトラニオン１５，１５の枢軸１４，１４の軸方向に変位させる駆動装置３２を構成している。

このように構成されたトロイダル型無段変速機の場合、入力軸１の回転は、押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２に伝えられる。そして、これら入力側ディスク２，２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して各出力側ディスク３，３に伝えられ、更にこれら各出力側ディスク３，３の回転が、出力歯車４より取り出される。

入力軸１と出力歯車４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３３，３３を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３３，３３の変位に伴って、一対のトラニオン１５，１５が互いに逆方向に変位する。例えば、図４の左側のパワーローラ１１が同図の下側に、同図の右側のパワーローラ１１が同図の上側にそれぞれ変位する。その結果、これら各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の内側面２ａ，２ａ，３ａ，３ａ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１５，１５が、ヨーク２３Ａ，２３Ｂに枢支された枢軸１４，１４を中心として、互いに逆方向に揺動する。

その結果、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各内側面２ａ，３ａとの当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車４との間の回転速度比が変化する。また、これら入力軸１と出力歯車４との間で伝達するトルクが変動し、各構成部材の弾性変形量が変化すると、各パワーローラ１１，１１及びこれら各パワーローラ１１，１１に付属の外輪２８，２８が、各変位軸２３，２３の基端部２３ａ、２３ａを中心として僅かに回動する。これら各外輪２８，２８の外側面と各トラニオン１５，１５を構成する支持板部１６の内側面との間には、それぞれスラストニードル軸受２５，２５が存在するため、前記回動は円滑に行われる。したがって、前述のように各変位軸２３，２３の傾斜角度を変化させるための力が小さくて済む。

ところで、このようなトロイダル型無段変速機に遊星歯車装置を組み合わせて、動力循環や動力分流を行なうと、クラッチレス化や高効率化を図ることができる。図５は、トロイダル型無段変速機に遊星歯車装置を組み合わせた無段変速装置を示している（例えば、特許文献１参照）。この無段変速装置は、前述した図３および図４に示した構造と略同様の構造を成すトロイダル型無段変速ユニット１４７と、第１ないし第３の遊星歯車式変速ユニット（以下、遊星歯車装置という）１４８，１４９，１５０とを組み合わせて成り、入力軸１と出力軸１５１とを有している。また、入力軸１と出力軸１５１との間には、これらの軸１，１５１と同心で且つこれらの軸１，１５１に対して回転可能な伝達軸１５２が設けられている。なお、押圧装置１２Ａは油圧式になっており、また、入出力側ディスク２，３は、入力軸１が貫通する中空軸１５３に対して支持されている。また、入力軸１は、押圧装置１２Ａを介して、駆動軸２２からの回転力を受けるようになっている。

また、このような組み合わせ構造においては、小型化、特に軸方向長さの短縮を狙って、トロイダル型無段変速機のメインシャフトと遊星歯車装置１４８のキャリア１００とを一体化し、トロイダル型無段変速機をトラクションドライブさせるために必要な軸方向の押付け力とトルクとを、メインシャフトから、遊星歯車装置１４８のキャリア１００を介して、外側に配置された入力側ディスク２に伝達する機構が開発されている。そのような機構が図６に示されているが、トロイダル型無段変速機は、トラクションドライブさせるために大きな軸方向の押付け力が必要であり、その力により各部が変形させられる。このことは、図６の構成におけるディスク２およびキャリア１００も例外ではなく、遊星歯車装置のキャリア１００は、ディスク２と共に変形させられる。言い換えれば、ディスク２の変形は、遊星歯車装置のキャリア１００に左右されることになる。

特開２００４−８４７１０号公報

図７に示すように、遊星歯車装置のキャリア１００は、一般に、前後の隔壁１０６，１０８をプラネタリ収納部１０４の間に配置された柱部分１０２によって結合することにより構成される。この柱部分１０２とプラネタリ収納部１０４とは軸方向に剛性差を生じることとなる。特に、トロイダル型無段変速機において、ディスク２は、パワーローラ１１との接触で変形するため、ディスク２の背面のキャリア１００の剛性がディスク２の変形量に及ぼす影響は大きい。この場合、ディスク２はキャリア１００と共に回転するため、パワーローラ１１は、キャリア１００の剛性の高い領域すなわち柱部分１０２が存在する領域と、キャリア１００の剛性の低い領域すなわちプラネタリ収納部１０４が存在する領域とに対して交互に接触する。これに関し、図８および図９には、キャリア１００の剛性の高い領域すなわち柱部分１０２が存在する領域に対してパワーローラ１１が接触した状態が示されている。図９から分かるように、ディスク２およびキャリア１００の軸方向の変形量は小さい（変形した後の状態が破線で示されている）。一方、図１０および図１１には、キャリア１００の剛性の低い領域すなわちプラネタリ収納部１０４が存在する領域に対してパワーローラ１１が接触した状態が示されている。図１１から分かるように、ディスク２およびキャリア１００の軸方向の変形量は大きい（変形した後の状態が破線で示されている）。

このように、パワーローラ１１が、キャリア１００の剛性の高い領域と、キャリア１００の剛性の低い領域とに対して交互に接触すると、ディスク２とキャリア１００とが細かく軸方向に振動しながら回転することとなり、各部にフレッチングコロージョンを発生させる可能性がある。また、図３に示すダブルキャビティ式の構造の場合には、一方のキャビティとのトルク分配の不均等による、バリエータ内動力循環による効率の悪化、制御の不安定等を誘発する可能性がある。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、キャリアにおける剛性差を少なくして、パワーローラとディスクの軸方向の移動量を小さくできる無段変速装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の無段変速装置は、ディスクとパワーローラとの間の油膜を介したトラクション力により力が伝達されるトロイダル型無段変速機と遊星歯車装置とを組み合わせて成り、トラクションドライブに必要な軸方向押付け力が、互いに隣接して配置された遊星歯車装置のキャリアとディスクとの間で伝達されるとともに、前記キャリアは、前後の隔壁同士を複数の支柱によって連結することにより支柱間に開口が形成された構造を成し、互いに隣接する前記ディスクおよび前記キャリアの接触面の少なくとも一方には、前記開口と対向する部位に、軸方向に突出する凸部が形成されていることを特徴とする。

この請求項１に記載された発明において、互いに隣接するディスクおよびキャリアの接触面の少なくとも一方には、開口と対向する部位に、軸方向に突出する凸部が形成されているため、開口と対向するキャリアの部位の剛性の弱さが凸部によって補われ、パワーローラとディスクの軸方向移動量を小さくできる。したがって、フレッチングコロージョン（フレッチング摩耗）が発生し難く、また、ダブルキャビティ式の構造の場合には、一方のキャビティとのトルク分配の不均等による、バリエータ内動力循環による効率の悪化、制御の不安定等を誘発させないで済む。

また、請求項２に記載の無段変速装置は、ディスクとパワーローラとの間の油膜を介したトラクション力により力が伝達されるトロイダル型無段変速機と遊星歯車装置とを組み合わせて成り、トラクションドライブに必要な軸方向押付け力が、互いに隣接して配置された遊星歯車装置のキャリアとディスクとの間で伝達されるとともに、前記キャリアは、前後の隔壁同士を複数の支柱によって連結することにより支柱間に開口が形成された構造を成し、前記キャリアと前記ディスクとの間にはこれらと別個の部材が介挿され、この部材における前記キャリアおよび前記ディスクとの接触面の少なくとも一方、あるいは、前記部材と接触する前記ディスクおよび前記キャリアの接触面の少なくとも一方には、前記開口と対向する部位に、軸方向に突出する凸部が形成されていることを特徴とする。

この請求項２に記載された発明において、キャリアとディスクとの間にはこれらと別個の部材が介挿され、この部材におけるキャリアおよびディスクとの接触面の少なくとも一方、あるいは、この部材と接触するディスクおよびキャリアの接触面の少なくとも一方には、開口と対向する部位に、軸方向に突出する凸部が形成されている。そのため、請求項１と同様に、開口と対向するキャリアの部位の剛性の弱さが凸部によって補われ、パワーローラとディスクの軸方向移動量を小さくできる。その結果、請求項１と同様の作用効果を得ることができる。

本発明の無段変速装置によれば、開口と対向するキャリアの部位の剛性の弱さが凸部によって補われるため、パワーローラとディスクの軸方向移動量を小さくできる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明の特徴は、遊星歯車装置のキャリアとトロイダル型無段変速機のディスクとの接触面構造にあり、その他の構成および作用は前述した従来の構成および作用と同様であるため、以下においては、本発明の特徴部分についてのみ言及し、それ以外の部分については、図３ないし図１１と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１は本発明の第１の実施形態を示している。図示のように、キャリア１００は、前後の隔壁１０６，１０８同士を複数の支柱１０２によって連結することにより支柱１０２間に開口１０４が形成された構造を成している。開口１０４は、本実施形態の場合、プラネタリ収納部として形成されている。無論、開口であれば、これがどのように使用されても良い。

また、本実施形態において、ディスク２と接触するキャリア１００の接触面には、開口１０４と対向する部位に、軸方向に突出する凸部１２０が形成されている。なお、この凸部１２０は、キャリア１００と接触するディスク２の接触面に設けられていても良い。

このように、本実施形態では、互いに隣接するディスク２およびキャリア１００の接触面の少なくとも一方における開口１０４と対向する部位に、軸方向に突出する凸部１２０が形成されているため、開口１０４と対向するキャリア１００の部位の剛性の弱さが凸部１２０によって補われ、パワーローラ１１と接触するキャリア１００における剛性差が少なくなって、パワーローラ１１およびディスク２の軸方向の移動量を小さくできる。したがって、フレッチングコロージョンが発生し難く、また、ダブルキャビティ式の構造の場合には、一方のキャビティとのトルク分配の不均等による、バリエータ内動力循環による効率の悪化、制御の不安定等を誘発させないで済む。

図２は本発明の第２の実施形態を示している。図示のように、本実施形態においては、キャリア１００とディスク２との間に、これらと別個の部材２００が介挿されている。また、ディスク２と接触する部材２００の接触面には、キャリア１００の開口１０４と対向する部位に、軸方向に突出する凸部２００ａが形成されている。なお、この凸部は、キャリアと接触する部材２００の接触面に設けられていても良く、あるいは、部材２００と接触するディスク２の接触面または部材２００と接触するキャリア１００の接触面に設けられていても良い。

このように、本実施形態の場合も、第１の実施形態と同様に、開口１０４と対向するキャリア１００の部位の剛性の弱さが凸部２００ａによって補われ、パワーローラ１１と接触するキャリア１００における剛性差が少なくなるため、パワーローラ１１およびディスク２の軸方向の移動量を小さくでき、結果的に、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

本発明は、シングルキャビティ型やダブルキャビティ型などの様々なハーフトロイダル型無段変速機の他、トラニオンが無いフルトロイダル型無段変速機を用いた無段変速装置に適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る無段変速装置の要部の平面図である。本発明の第２の実施形態に係る無段変速装置の要部の平面図である。従来から知られているハーフトロイダル型無段変速機の具体的構造の一例を示す断面図である。図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。トロイダル型無段変速機と遊星歯車装置とを組み合わせた無段変速装置の要部断面図である。遊星歯車装置のキャリアとディスクとの接触部分の側面図である。遊星歯車装置のキャリアの斜視図である。キャリアの高剛性領域とパワーローラとが対向した際におけるキャリアとディスクとの接触部分の平面図である。キャリアの高剛性領域とパワーローラとが対向した際におけるキャリアとディスクとの接触部分の平面図である。キャリアの低剛性領域とパワーローラとが対向した際におけるキャリアとディスクとの接触部分の平面図である。キャリアの低剛性領域とパワーローラとが対向した際におけるキャリアとディスクとの接触部分の平面図である。

符号の説明

１入力軸
２入力側ディスク
３出力側ディスク
１１パワーローラ
１００キャリア
１０２支柱
１０４開口
１０６，１０８隔壁
１２０凸部

Claims

ディスクとパワーローラとの間の油膜を介したトラクション力により力が伝達されるトロイダル型無段変速機と遊星歯車装置とを組み合わせて成る無段変速装置であって、トラクションドライブに必要な軸方向押付け力が、互いに隣接して配置された遊星歯車装置のキャリアとディスクとの間で伝達される無段変速装置において、
前記キャリアは、前後の隔壁同士を複数の支柱によって連結することにより支柱間に開口が形成された構造を成し、
互いに隣接する前記ディスクおよび前記キャリアの接触面の少なくとも一方には、前記開口と対向する部位に、軸方向に突出する凸部が形成されていることを特徴とする無段変速装置。
ディスクとパワーローラとの間の油膜を介したトラクション力により力が伝達されるトロイダル型無段変速機と遊星歯車装置とを組み合わせて成る無段変速装置であって、トラクションドライブに必要な軸方向押付け力が、互いに隣接して配置された遊星歯車装置のキャリアとディスクとの間で伝達される無段変速装置において、
前記キャリアは、前後の隔壁同士を複数の支柱によって連結することにより支柱間に開口が形成された構造を成し、
前記キャリアと前記ディスクとの間にはこれらと別個の部材が介挿され、この部材における前記キャリアおよび前記ディスクとの接触面の少なくとも一方、あるいは、前記部材と接触する前記ディスクおよび前記キャリアの接触面の少なくとも一方には、前記開口と対向する部位に、軸方向に突出する凸部が形成されていることを特徴とする無段変速装置。