JP4605460B2

JP4605460B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP4605460B2
Application number: JP2005133921A
Authority: JP
Inventors: 宏史石川
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2025-05-02
Also published as: JP2006308036A

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２および図３に示すように構成されている。図２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３参照）が回転自在に挟持されている。

図２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２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３は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３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３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３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２の裏表方向、図３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が球面軸受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２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２３Ｂ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、球面ポスト６４，６８はそれぞれ、入力側ディスク２の内側面２ａと出力側ディスク３の内側面３ａとの間にある第１キャビティ１２１および第２キャビティ１２２にそれぞれ対向する状態で設けられている。したがって、ヨーク２３Ａ，２３Ｂは、球面ポスト６４，６８に支持された状態で、その一端部が第１キャビティ１２１の外周部分に対向するとともに、その他端部が第２キャビティ１２２の外周部分に対向している。

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３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（以下、転動体という）２６，２６と、これら各転動体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３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３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、トラニオン１５の枢軸１４を揺動自在に且つ軸方向に変位自在に支持する前述したヨーク２３Ａ，２３Ｂは、従来から様々な構造形態のものが知られている（例えば特許文献１ないし特許文献６参照）が、一般的には、それ自体が球面ポスト６４，６８を中心に揺動することにより、例えば一方のトラニオン１５（例えば図３の右側のトラニオン１５）の上側への変位に伴って他方のトラニオン１５（例えば図３の左側のトラニオン１５）を下側へ変位させるといったように、同一キャビティ内で対向する一対のトラニオン１５の動きをシーソーのように同期させてこれらをそれぞれ逆方向に変位させる機能を有している。

例えば、図３の左側の駆動ピストン３３が同図の下側に変位し且つ右側の駆動ピストン３３が同図の上側に変位すると、これらの駆動ピストン３３に結合されているトラニオン１５，１５が互いに逆方向に変位し（左側のトラニオン１５が下側に変位し、右側のトラニオン１５が上側に変位し）、これにより、第１のヨーク２３Ａは、その右側が上になる方向に、ケーシング５０の固定部材５２に当接したその突起（図示せず）を中心に傾く。同様に、第２のヨーク２３Ｂも、駆動シリンダ３１の上側シリンダボディ６１に当接したその突起（図示せず）を中心に、第１のヨーク２３Ａと同じ方向に傾く。逆に、図３の左側の駆動ピストン３３が同図の上側に変位し且つ右側の駆動ピストン３３が同図の下側に変位すると、第１のヨーク２３Ａは、その左側が上になる方向に、ケーシング５０の固定部材５２に当接した前記突起を中心に傾き、同様に、第２のヨーク２３Ｂも、第１のヨーク２３Ａと同じ方向に傾く。

特開平２−２８３９４９号公報特公平８−２３３８６号公報特開平９−２５０６１６号公報特開平１−２０６１５０号公報特開２００３−２９４０９８号公報特開平６−３４００７号公報

前述したように、ヨーク２３Ａ，２３Ｂは、スラスト荷重を支持し、トラニオン１５の位置決めを行なうとともに、変速時のシーソー運動を可能にする。変速時にトラニオン１５を上下に動かすことにより、パワーローラ１１の回転中心とディスク２，３の回転中心とがずれることで接触面に傾転させる力が発生し、目標変速比になると中立の位置（パワーローラ１１の回転中心とディスク２，３の回転中心とが一致する位置）に戻される。

ここで、問題となるのは、変速時にトラニオン１５が傾転運動する際、トラニオン１５とヨーク２３Ａ，２３Ｂとが接触していると、それが抵抗となって、傾転運動を阻害してしまい、その結果、円滑に変速を行なうことができなくなってしまったり、トラニオン１５の上下運動が妨げられたりするという点である。また、このような事態が生じると、最悪の場合、トラニオン１５とヨーク２３Ａ，２３Ｂとの接触面が破損してしまい、動力伝達が不可能になってしまう。実際に、例えば特許文献５に開示される構成にあっては、ヨーク２３Ａ，２３Ｂとトラニオン１５とが常に接触しているため、傾転運動が阻害される虞がある。また、このようにヨーク２３Ａ，２３Ｂとトラニオン１５とが常に接触していると、摩擦力によりトラニオン１５に作用している荷重が異なる場合があり、荷重不均一が起こり、同期安定性や耐力低下を招いてしまう。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、変速時におけるヨークとトラニオンとの接触を防止して、変速を円滑に行なう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。

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、ケーシングと、このケーシングの内側で互いの内側面同士を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、これらの両ディスク間に挟持される複数のパワーローラと、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に揺動するとともに、前記各パワーローラを回転自在に支持する複数のトラニオンと、前記各トラニオンを前記枢軸の軸方向に変位させる駆動装置と、前記各トラニオンの前記各枢軸をそれぞれ揺動自在且つ軸方向に変位自在に支持するとともに、前記トラニオンの変位により揺動する一対のヨークと、を備えるトロイダル型無段変速機であって、互いに対向する前記一対のヨーク間には、これらを互いに離間させる方向で付勢力を作用させる第１の付勢手段が介挿されるとともに、前記第１の付勢手段から付勢力を受ける前記各ヨークの面と反対側の面には、前記第１の付勢手段の付勢力に抗する付勢力が第２の付勢手段によって作用され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は、ヨークの両面に互いに相反する付勢力が作用するため、これらの付勢力を所望の値に設定することにより、変速時におけるヨークとトラニオンとの接触を回避することが可能になる。そのため、変速応答性および変速安定性を向上させることができるとともに、耐久性を向上させることもできるようになる。

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、前記第１の付勢手段による付勢力と前記第２の付勢手段による付勢力とが釣り合った状態では前記ヨークと前記トラニオンとの間に所定の隙間が形成され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は、第１の付勢手段による付勢力と第２の付勢手段による付勢力とが釣り合った状態でヨークとトラニオンとの間に所定の隙間が形成されるため、変速時におけるヨークとトラニオンとの接触を確実に回避することができ、請求項１の作用効果を常に発揮させることができる。

本発明のトロイダル型無段変速機においては、ヨークの両面に互いに相反する付勢力が作用するため、これらの付勢力を所望の値に設定することにより、変速時におけるヨークとトラニオンとの接触を防止して、変速を円滑に行なうことができる。

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、ヨークおよびトラニオンの支持構造にあり、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２および図３と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１は本発明の実施形態を示している。図示のように、本実施形態にあっては、互いに対向する一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂ間に第１の付勢手段としての一対の第１のバネ部材（弾性部材）２０２が介挿されている。これらの第１のバネ部材２０２は、各ヨーク２３Ａ，２３Ｂに対しこれらを互いに離間させる方向で付勢力を作用させている。

また、第１のバネ部材２０２から付勢力を受ける各ヨーク２３Ａ，２３Ｂの面３００と反対側の面３０２には、バネ部材２０２の付勢力に抗する付勢力が第２の付勢手段としての一対の第２のバネ部材（弾性部材）２００によって作用されている。これらの第２のバネ部材２００は、例えばケーシング５０の固定部材５２により支持されている。

また、本実施形態では、第１のバネ部材２０２による付勢力と第２のバネ部材２００による付勢力とが釣り合った状態で、ヨーク２３Ａ，２３Ｂとトラニオン１５との間に所定の隙間ｓが形成されるようになっている。

このように、本実施形態では、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの両面に互いに相反する付勢力が作用するため、これらの付勢力を所望の値に設定することにより、第１のバネ部材２０２による付勢力と第２のバネ部材２００による付勢力とが釣り合った状態でヨーク２３Ａ，２３Ｂとトラニオン１５との間に所定の隙間ｓが形成されるようにすれば、変速時におけるヨークとトラニオンとの接触を確実に回避することが可能になる。したがって、変速応答性および変速安定性を向上させることができるとともに、耐久性を向上させることもできるようになる。なお、ヨーク２３Ａ，２３Ｂとトラニオン１５との間にこのように隙間ｓが形成されている場合でも、球面軸受３０とヨーク２３Ａ，２３Ｂとの摩擦で上下のシーソー（同期）運動を行なうことができる。

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に適用することができる。

本発明の実施形態の要部断面図である。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２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

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
２３Ａ，２３Ｂヨーク
２００第２のバネ部材（第２の付勢手段）
２０２第１のバネ部材（第２の付勢手段）
３００，３０２面
ｓ隙間

Claims

ケーシングと、このケーシングの内側で互いの内側面同士を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、これらの両ディスク間に挟持される複数のパワーローラと、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に揺動するとともに、前記各パワーローラを回転自在に支持する複数のトラニオンと、前記各トラニオンを前記枢軸の軸方向に変位させる駆動装置と、前記各トラニオンの前記各枢軸をそれぞれ揺動自在且つ軸方向に変位自在に支持するとともに、前記トラニオンの変位により揺動する一対のヨークと、を備えるトロイダル型無段変速機において、
互いに対向する前記一対のヨーク間には、これらを互いに離間させる方向で付勢力を作用させる第１の付勢手段が介挿されるとともに、前記第１の付勢手段から付勢力を受ける前記各ヨークの面と反対側の面には、前記第１の付勢手段の付勢力に抗する付勢力が第２の付勢手段によって作用されることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
前記第１の付勢手段による付勢力と前記第２の付勢手段による付勢力とが釣り合った状態では前記ヨークと前記トラニオンとの間に所定の隙間が形成され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。