JP4587120B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

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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トロイダル型無段変速機に関する。
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5および図6に示すように構成されている。図5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6参照)が回転自在に挟持されている。
図5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5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1d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6は、図5のC−C線に沿う断面図である。図6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6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6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(支持軸)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5の上下方向、図6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5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およびこれを支持するシリンダ31の上側バルブボディ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6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、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、このパワーローラ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、複数個ずつの玉(以下、転動体という)26と、これら各転動体26を転動自在に保持する円環状の保持器27と、内輪としてのパワーローラ11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6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、上側バルブボディ61と下側バルブボディ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6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およ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、前述したように、このようなトロイダル型無段変速機においては、各パワーローラ11に加わるスラスト方向の荷重を支承するためにスラスト玉軸受24が使用されている。パワーローラ11に加わるスラスト力を支持するこのスラスト玉軸受24は、通常のスラスト軸受と比較して非常に厳しい環境下で使用される。すなわち、スラスト玉軸受24は、最大で10000rpmにも及ぶ高い回転数下で使用されるとともに、車両に適用される環境下においては供給油温が130℃にも及ぶ高温に晒される。特にスラスト荷重にあっては、最大で60000Nにも及ぶ高い荷重がスラスト玉軸受24に作用する。そのため、転動体26と内輪(パワーローラ11)および外輪28との当接部に加わる面圧は相当に大きくなり、この当接部での発熱も著しくなる。したがって、一般的には、スラスト玉軸受24内に十分な量の潤滑油を供給して、前記当接部での発熱を抑制するようにしている。例えば、内輪(パワーローラ11)および外輪28と対向する保持器27の両面(前記当接部に係る面)に油溝を設け、前記当接部に十分な量の潤滑油を供給するようにしている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
具体的には、図7に示すように、保持器27は環状の本体27aから成り、この本体27aには、転動体26を転動自在に個別に保持する複数のポケット(貫通孔)120が、周方向に等しい角度間隔をもって形成されているとともに、変位軸23の第2の軸部23Bが貫通する中心孔122が形成されている。そして、保持器27の本体27aは、外輪4と対向する外側対向面125および内輪(パワーローラ11)と対向する内側対向面127を有しており、これらの対向面125,127には、各ポケット120を横切るように保持器27の内周面から外周面に向かって径方向に延びる油溝140が形成されている。すなわち、油溝140は、保持器27の両面で且つ各ポケット120の両側に、内周面から外周面に向かって径方向に延在している。
一方、保持器27の片面だけに油溝を設ける構成も従来から知られている(例えば、特許文献3参照)。具体的には、図9に示すように、保持器27の本体27aにおける内輪(パワーローラ11の大端面)と対向する内側対向面127にのみ、各ポケット120を横切るように保持器27の内周面から外周面に向かって径方向に延びる油溝140が形成されている。
実開平7−35847号公報 特開2000−310308号公報 特開2003−90403号公報
しかしながら、スラスト玉軸受24の内輪はパワーローラ11という動力伝達部であり、パワーローラ11はトラクション面でも発熱が生じることから、スラスト玉軸受24の発熱量は、その外輪側よりも内輪側の方が多く、内輪側の温度上昇が外輪側のそれよりも大きくなる。また、スラスト玉軸受24は、スラスト荷重に加え、動力を伝達するためにラジアル力も受ける。したがって、図7に示すようにスラスト玉軸受24の内輪側および外輪側の両面(両方の対向面125,127)に同様の油溝140を設けてしまうと、図8に矢印で示すようにポケット120の径方向内側の油供給路150を通じて供給される潤滑油の量がスラスト玉軸受24の内輪側と外輪側とで同一となって、結果的に、発熱量が多い(温度上昇が大きい)内輪側で冷却不足となる虞がある。無論、スラスト玉軸受24に供給する潤滑油量全体を増やせば、スラスト玉軸受24の内輪側での冷却不足を補償できる。しかし、潤滑油量を単純に増加させると、ポンプロスの増大やドラグロス等により、効率の低下が懸念される。
一方、図9に示すように、スラスト玉軸受24の内輪側(対向面127)だけに油溝140を設けてしまうと、内輪側にかなりの量の潤滑油が供給され、内輪側の冷却は十分となるが、保持器27が外輪28に接触した場合に、スラスト玉軸受24の外輪側の冷却(潤滑)が不足がちになる虞がある(図10参照)
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、最適な潤滑・冷却が可能なスラスト軸受を備えたトロイダル型無段変速機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に記載のトロイダル型無段変速機は、それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、これらの入力側ディスクおよび出力側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、このトラニオンに回転自在に支持された状態で、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、このパワーローラと前記トラニオンとの間に設けられ、パワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承するスラスト軸受とを備え、前記スラスト軸受は、前記パワーローラによって形成される内輪と、外輪と、これらの内輪および外輪との間で転動する複数の転動体と、これらの複数の転動体を転動自在に個別に保持する複数のポケットが設けられた保持器とを有し、前記ポケットよりも径方向内側で潤滑油が前記スラスト軸受に対して供給され、前記ポケットよりも径方向外側で潤滑油が前記スラスト軸受から排出されるトロイダル型無段変速機であって、前記保持器は、前記外輪と対向する外側対向面と、前記内輪と対向する内側対向面とを有し、潤滑油供給側では前記内側対向面に対して供給される潤滑油の量が前記外側対向面に対して供給される潤滑油の量よりも多くなり且つ潤滑油排出側では前記外側対向面に対して供給される潤滑油の量が前記内側対向面に対して供給される潤滑油の量よりも多くなるように、前記ポケットに連なる油溝が前記外側対向面および前記内側対向面に設けられていることを特徴とする。
また、請求項2に記載のトロイダル型無段変速機は、請求項1に記載の発明において、前記内側対向面には前記ポケットよりも径方向内側にのみ前記油溝が設けられ、前記外側対向面には前記ポケットよりも径方向外側にのみ前記油溝が設けられていることを特徴とする。
また、請求項3に記載のトロイダル型無段変速機は、請求項1に記載の発明において、前記油溝は、前記外側対向面および前記内側対向面の両面にそれぞれ前記ポケットを横切って径方向に延びるように形成され、前記ポケットよりも径方向内側では、前記内側対向面の油溝の断面積が前記外側対向面の油溝の断面積よりも大きく、前記ポケットよりも径方向外側では、前記外側対向面の油溝の断面積が前記内側対向面の油溝の断面積よりも大きいことを特徴とする。
本発明のトロイダル型無段変速機においては、潤滑油供給側では保持器の内側対向面に対して供給される潤滑油の量が保持器の外側対向面に対して供給される潤滑油の量よりも多くなり且つ潤滑油排出側では保持器の外側対向面に対して供給される潤滑油の量が保持器の内側対向面に対して供給される潤滑油の量よりも多くなるように、保持器の外側対向面および内側対向面に油溝が設けられているので、トラクション面で発熱し且つ外輪よりも温度上昇が大きいパワーローラ側(内輪側)から潤滑油が入り易くなり、したがって、内輪側に対して先に多くの潤滑油を流すことができ、内輪側での温度上昇を避けることができ、その一方で、排出側では外輪へ多くの潤滑油が流れるため、外輪側の潤滑も十分に行なうことができる。よって、保持器を最適に潤滑・冷却することができる。
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、保持器の潤滑構造にあり、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5〜図10と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。
図1および図2は本発明の第1の実施形態を示している。これらの図に示すように、スラスト玉軸受(スラスト軸受)24の保持器27は、外輪28と対向する外側対向面125と、内輪(パワーローラ11)と対向する内側対向面127とを有している。また、この保持器27には、ポケット120に連なる油溝140が外側対向面125および内側対向面127に設けられている。この場合、油溝140は、ポケット120の径方向内側における潤滑油供給側では内側対向面127に対して供給される潤滑油の量が外側対向面125に対して供給される潤滑油の量よりも多くなり且つポケット120の径方向外側における潤滑油排出側では外側対向面125に対して供給される潤滑油の量が内側対向面127に対して供給される潤滑油の量よりも多くなるように、形成されている。特に本実施形態では、具体的には、内側対向面127においてはポケット120よりも径方向内側にのみ油溝140が設けられ、外側対向125面においてはポケット120よりも径方向外側にのみ油溝140が設けられている。
したがって、このような構成では、図2に矢印で示すように、ポケット120の径方向内側の油供給路150を通じて潤滑油が供給されると、この潤滑油は、トラクション面で発熱し且つ外輪28よりも温度上昇が大きいパワーローラ11側(内側対向面127側)に多く流れ、したがって、内側対向面127側(内輪側)を十分に冷却する。これは、ポケット120よりも径方向内側では内側対向面127にしか油溝140が設けられていないからである。一方、排出側(ポケット120よりも径方向外側)では、外輪28へ多くの潤滑油が流れ、外輪側の潤滑が十分に行なわれる。これは、ポケット120よりも径方向外側では外側対向面125にしか油溝140が設けられていないからである。このように、本実施形態では、保持器27に対する油溝140の位置を内側対向面127と外側対向面125とで異ならせることにより、保持器の潤滑・冷却を最適に行なえるようになっている。
図3および図4は本発明の第2の実施形態を示している。図3に示すように、本実施形態の保持器27には、ポケット120を横切って径方向に延びる断面積が異なる2種類の油溝140A,140Bが外側対向面125および内側対向面127に設けられている。この場合、油溝140A,140Bは、ポケット120の径方向内側における潤滑油供給側では内側対向面127に対して供給される潤滑油の量が外側対向面125に対して供給される潤滑油の量よりも多くなり且つポケット120の径方向外側における潤滑油排出側では外側対向面125に対して供給される潤滑油の量が内側対向面127に対して供給される潤滑油の量よりも多くなるように、形成されている。具体的には、ポケット120よりも径方向内側では、内側対向面127の油溝140Aの断面積が外側対向面125の油溝140Bの断面積よりも大きく、ポケット120よりも径方向外側では、外側対向面125の油溝140Aの断面積が内側対向面127の油溝140Bの断面積よりも大きくなっている。
したがって、このような構成では、図4に矢印で示すようにポケット120の径方向内側の油供給路150を通じて潤滑油が供給されると、この潤滑油は、内側対向面127側の油溝140Aを通じて、トラクション面で発熱し且つ外輪28よりも温度上昇が大きいパワーローラ11側(内輪側)に多く流れ(潤滑油の一部は、破線で示すように、外側対向面125の油溝140Bを通じて外輪側にも流れる)、したがって、内側対向面127側(内輪側)を十分に冷却する。これは、ポケット120よりも径方向内側では内側対向面127の油溝140Aの断面積が外側対向面125の油溝140Bの断面積よりも大きいからである。一方、排出側(ポケット120よりも径方向外側)では、外側対向面125側の油溝140Aを通じて、外輪28へ多くの潤滑油が流れ(潤滑油の一部は、破線で示すように、内側対向面127の油溝140Bを通じて排出される)、外輪側の潤滑が十分に行なわれる。これは、ポケット120よりも径方向外側では外側対向面125の油溝140Aの断面積が内側対向面127の油溝140Bの断面積よりも大きいからである。このように、本実施形態では、ポケット120の両側における油溝140の断面積の大小関係を内側対向面127と外側対向面125とで異ならせることにより、保持器の潤滑・冷却を最適に行なえるようになっている。
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に適用することができる。
(a)は本発明の第1の実施形態に係る保持器の内輪側平面図、(b)は保持器の横断面図、(c)は保持器の外輪側平面図、(d)は(c)のA矢視図である。 (a)は図1の構成における潤滑油の流れ方向を示す断面図、(b)は(a)の要部拡大図である。 (a)は本発明の第2の実施形態に係る保持器の内輪側平面図、(b)は保持器の横断面図、(c)は保持器の外輪側平面図、(d)は(c)のB方向矢視図である。 (a)は図3の構成における潤滑油の流れ方向を示す断面図、(b)は(a)の要部拡大図である。 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5のC−C線に沿う断面図である。 (a)は従来の第1の例に係る保持器の内輪側平面図、(b)は保持器の横断面図、(c)は保持器の外輪側平面図、(d)は(c)のD方向矢視図である。 (a)は図7の構成における潤滑油の流れ方向を示す断面図、(b)は(a)の要部拡大図である。 (a)は従来の第2の例に係る保持器の内輪側平面図、(b)は保持器の横断面図、(c)は保持器の外輪側平面図、(d)は(c)のE方向矢視図である。 (a)は図9の構成における潤滑油の流れ方向を示す断面図、(b)は(a)の要部拡大図である。
符号の説明
2 入力側ディスク
3 出力側ディスク
11 パワーローラ(内輪)
15 トラニオン
24 スラスト玉軸受(スラスト軸受)
26 転動体
27 保持器
28 外輪
120 ポケット
125 外側対向面
127 内側対向面
140,140A,140B 油溝

Claims (3)

  1. それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、これらの入力側ディスクおよび出力側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、このトラニオンに回転自在に支持された状態で、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、このパワーローラと前記トラニオンとの間に設けられ、パワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承するスラスト軸受とを備え、前記スラスト軸受は、前記パワーローラによって形成される内輪と、外輪と、これらの内輪および外輪との間で転動する複数の転動体と、これらの複数の転動体を転動自在に個別に保持する複数のポケットが設けられた保持器とを有し、前記ポケットよりも径方向内側で潤滑油が前記スラスト軸受に対して供給され、前記ポケットよりも径方向外側で潤滑油が前記スラスト軸受から排出されるトロイダル型無段変速機において、
    前記保持器は、前記外輪と対向する外側対向面と、前記内輪と対向する内側対向面とを有し、
    潤滑油供給側では前記内側対向面に対して供給される潤滑油の量が前記外側対向面に対して供給される潤滑油の量よりも多くなり且つ潤滑油排出側では前記外側対向面に対して供給される潤滑油の量が前記内側対向面に対して供給される潤滑油の量よりも多くなるように、前記ポケットに連なる油溝が前記外側対向面および前記内側対向面に設けられていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
  2. 前記内側対向面には前記ポケットよりも径方向内側にのみ前記油溝が設けられ、前記外側対向面には前記ポケットよりも径方向外側にのみ前記油溝が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のトロイダル型無段変速機。
  3. 前記油溝は、前記外側対向面および前記内側対向面の両面にそれぞれ前記ポケットを横切って径方向に延びるように形成され、
    前記ポケットよりも径方向内側では、前記内側対向面の油溝の断面積が前記外側対向面の油溝の断面積よりも大きく、前記ポケットよりも径方向外側では、前記外側対向面の油溝の断面積が前記内側対向面の油溝の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載のトロイダル型無段変速機。
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