JP4626883B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

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４および図５に示すように構成されている。図４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（第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５参照）が回転自在に挟持されている。

図４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４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５は、図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図５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（この枢軸１４の中心軸Ｏ’が第２の軸線）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５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５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１１，１１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５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５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５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５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と入力側ディスク２および出力側ディスク３の各内側面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、このようなトロイダル型無段変速機において、パワーローラ１１と入出力側ディスク２，３との動力伝達は、これらの部材表面の損傷を防止するべく、油膜を介したトラクション力により非接触で行なわれる（油膜によって形成されるパワーローラ１１と入出力側ディスク２，３との間の界面をトラクション面という）。そのため、パワーローラ１１と入出力側ディスク２，３との間に形成されるトラクション面には、トルクを非接触で伝達するための油膜を形成できる十分な量の潤滑油（トラクション油）を供給する必要がある。

また、このようなトロイダル型無段変速機においては、変位軸２３の加工が難しく、部品コストが高くなるとともに、支持剛性を確保するためにトラニオン１５が大型化、重量化するという問題がある。そこで、例えば、特許文献１には、パワーローラ１１をトラニオン１５に対して揺動軸線Oと直交する方向に平行移動可能に支持することにより、パワーローラ１１の両ディスク２，３に対する位置を調整する直動式の支持機構が開示されている。

これは、図６に示すように、トラニオン１５のパワーローラ１１を収納するポケットＰ側の面に、トラニオン１５の長手方向において互いに傾斜が逆向きとなる一対の斜面２１５ａ，２１５ａを形成し、一方、パワーローラ１１を回転自在に支持する外輪２８の背面にも、これらの斜面２１５ａ，２１５ａと平行な一対の斜面２１５ｂ，２１５ｂを形成し、これらの対向する斜面間に転動体（ころ）２１７を配置して（すなわち、トラニオンの折れ曲がり壁部２０と外輪２８との間に転動体２１７を配置して）、一対の直動軸受２１８を構成している。これにより、パワーローラ１１はトラニオン１５の幅方向（紙面に直交する方向）に移動自在となり、トラニオン１５の傾転に伴う構成部品の相対変位や部品の弾性変形に伴うパワーローラ１１と両ディスク２，３間の位置ずれが調整される。また、互いに逆向きに傾斜した一対の直動軸受２１８により、入力側および出力側ディスク２，３からパワーローラ１１に負荷されるスラスト方向（図において上下方向）およびトラニオン１５の長手方向（図において左右方向）に作用する力の両方を受けることができる。

特開２００１−１２５７４号公報

前記直動軸受２１８は、パワーローラ１１に生じるスラスト力のみならず、トラクション力も保持する。このトラクション力は、パワーローラ１１を傾転軸（枢軸１４）方向にずらすように作用し、このずれが生じると、パワーローラ１１が中心軸からずれ、サイドスリップが発生し、設定した変速比がずれてしまうという問題が生じる（これを一般にトルクシフトという）。この結果、変速制御が難しくなるだけでなく、操縦性にも悪影響が及ぶことが懸念されるが、直動軸受２１８を設けたものは、従来からあるピボットシャフト型に対して軸受の隙間がないため、トルクシフトに対して有利である。しかしながら、この直動軸受タイプのパワーローラユニットでは、その本体部に隙間ができると、図７に示すように、トラクション力によってモーメントMが発生して、パワーローラ１１が倒れてしまい、パワーローラ１１が中心軸からずれて、トルクシフトが発生してしまう。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、パワーローラの倒れを防止してトルクシフトを抑制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、第１の軸線に同軸に且つ該第１の軸線方向に対向して配置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の間に挟持された複数のパワーローラと、前記両ディスクの間において前記第１の軸線に対して捩れの位置にある第２の軸線を中心に揺動自在に設けられたトラニオンと、該トラニオンの前記第２の軸線方向中央部に設けられたポケット部に収容されるとともに、前記パワーローラを回転自在に支持する外輪と、前記トラニオンと前記外輪との間に設けられ、前記外輪を前記第２の軸線と直交する方向に移動自在に支持する直動軸受とを備えたトロイダル型無段変速機であって、前記直動軸受を前記トラニオンに対して位置決め保持するための第１の位置決め保持手段と、前記外輪を前記直動軸受に対して位置決め保持するための第２の位置決め保持手段とを備え、前記第１の位置決め保持手段は、前記直動軸受と前記トラニオンとの間に介挿され且つ前記第２の軸線方向で前記トラニオンと前記直動軸受の転動体とに当接するレース部材から成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、第１の位置決め保持手段によって直動軸受がトラニオンに対して位置決め保持されるとともに、第２の位置決め保持手段によって、外輪が直動軸受に対して位置決め保持されるため、結果的に、外輪がトラニオンに対して位置決め保持され、外輪によって支持されるパワーローラの倒れが防止される。したがって、トルクシフトを防止でき、所望の変速比を正確に得ることができる。

なお、上記構成において、前記第２の位置決め保持手段は、請求項２に記載されるように、前記外輪に形成され且つ前記直動軸受の転動体に係止する鍔部から成っていても良い。

本発明のトロイダル型無段変速機によれば、第１の位置決め保持手段によって直動軸受がトラニオンに対して位置決め保持されるとともに、第２の位置決め保持手段によって、外輪が直動軸受に対して位置決め保持されるため、結果的に、外輪がトラニオンに対して位置決め保持される。そのため、パワーローラの倒れを防止してトルクシフトを抑制できる。

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、直動軸受の配置形態にあり、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４〜図７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、トラニオン１５と外輪２８との間には、外輪２８を第２の軸線Ｏ’と直交する方向（トラニオン１５の幅方向）に移動自在に支持する直動軸受２１８Ａが設けられている。具体的には、直動軸受２１８Ａは、トラニオン１５と外輪２８とに転動自在に摺接する転動体（ころ；ニードル）２１７と、この転動体２１７を保持する保持器２５４とを備えている。そして、本実施形態においては、トラニオン１５のパワーローラ１１を収納するポケットＰ側の面に、トラニオン１５の長手方向において互いに傾斜が逆向きとなる一対の斜面２１５ａ，２１５ａを形成し、一方、パワーローラ１１を回転自在に支持する外輪２８の背面にも、これらの斜面２１５ａ，２１５ａと平行な一対の斜面２１５ｂ，２１５ｂを形成し、これらの対向する斜面間に直動軸受２１８Ａの転動体２１７を配置している（すなわち、トラニオン１５の折れ曲がり壁部２０と外輪２８との間に転動体２１７を配置している）。また、トラニオン１５の支持板部１６と外輪２８との間にも、保持器２５４に保持された転動体２１７Ｂを配置し、一対の直動軸受部を設けており、したがってこの直動軸受２１８Ａには、合計２対の直動軸受部が設けられている。

また、本実施形態においては、直動軸受２１８Ａをトラニオン１５に対して位置決め保持するための第１の位置決め保持手段と、外輪２８を直動軸受２１８Ａに対して位置決め保持するための第２の位置決め保持手段とが設けられている。具体的には、前記第１の位置決め保持手段は、転動体２１７を保持する直動軸受２１８Ａの保持器２５４から成る。この保持器２５４の内周端面２５４ａは、トラニオン１５の支持板部１６の内側面の中央部に設けられた油供給管２５５の外周面に嵌合されており、これにより第２の軸線Ｏ’方向でトラニオン１５に対して位置決めされている。また、前記第２の位置決め保持手段は、外輪２８に形成され且つ直動軸受２１８Ａの外側の転動体２１７に対して外側から係止する第１の鍔部２５０から成る。なお、直動軸受２１８Ａとトラニオン１５との間には、スラストレース部材２５２が設けられており、このスラストレース部材２５２の厚みを調整することにより、直動軸受２１８Ａの隙間を調整するようになっている。このスラストレース部材２５２の内周端面２５２ａは、油供給管２５５の外周面に嵌合されている。

このように、本実施形態においては、第２の軸線Ｏ’方向において、保持器２５４によって転動体２１７がトラニオン１５に対して位置決め保持されるとともに、外輪２８の第１の鍔部２５０によって、外輪２８が転動体２１７に対して位置決め保持される。すなわち、保持器２５４によって直動軸受２１８Ａがトラニオン１５に対して位置決め保持されるとともに、第１の鍔部２５０によって、外輪２８が直動軸受２１８Ａに対して位置決め保持される。そのため、外輪２８がトラニオン１５に対して位置決め保持され、外輪２８によって支持されるパワーローラ１１の倒れが防止される。したがって、トルクシフトを防止でき、所望の変速比を正確に得ることができる。

図２は本発明の第２の実施形態を示している。本実施形態において、前記第１の位置決め保持手段は、トラニオン１５に形成され且つ直動軸受２１８Ａの転動体２１７に対して内側から係止する第２の鍔部２５９から成る。本実施の形態では、保持器２５４の内周端面２５４ａと油供給管２５５の外周面との間に隙間があってもよい。すなわち、保持器２５４によって転動体２１７をトラニオン１５に対して位置決め保持する必要はない。なお、本実施の形態のそれ以外の構成は第１の実施形態と同様である。

したがって、このような構成では、第２の軸線Ｏ’方向において、トラニオン１５の第２の鍔部２５９によって転動体２１７がトラニオン１５に対して位置決め保持されるとともに、外輪２８の第１の鍔部２５０によって、外輪２８が転動体２１７に対して位置決め保持される。すなわち、第２の鍔部２５９によって直動軸受２１８Ａがトラニオン１５に対して位置決め保持されるとともに、鍔部２５０によって、外輪２８が直動軸受２１８Ａに対して位置決め保持される。そのため、外輪２８がトラニオン１５に対して位置決め保持され、外輪２８によって支持されるパワーローラ１１の倒れが防止される。したがって、トルクシフトを防止でき、所望の変速比を正確に得ることができる。

図３は本発明の第３の実施形態を示している。本実施形態において、前記第１の位置決め保持手段は、第２の軸線Ｏ’方向でトラニオン１５と直動軸受２１８Ａの転動体２１７とに当接するスラストレース部材２５２から成る。この場合、スラストレース部材２５２の内周端面２５２ａは、油供給管２５５の外周面に嵌合されており、これにより第２の軸線Ｏ’方向でトラニオン１５に対して位置決めされているとともに、スラストレース部材２５２の外周端面２５２ｂは、第２の軸線Ｏ’方向で、直動軸受２１８Ａの転動体２１７の内側への移動を阻止している。本実施の形態では、保持器２５４の内周端面２５４ａと油供給管２５５の外周面との間に隙間があってもよく、保持器２５４によって転動体２１７をトラニオン１５に対して位置決め保持する必要はない。なお、本実施の形態のそれ以外の構成は第１の実施形態と同様である。

したがって、このような構成では、第２の軸線Ｏ’方向において、スラストレース部材２５２によって転動体２１７がトラニオン１５に対して位置決め保持されるとともに、外輪２８の第１の鍔部２５０によって、外輪２８が転動体２１７に対して位置決め保持される。すなわち、スラストレース部材２５２によって直動軸受２１８Ａがトラニオン１５に対して位置決め保持されるとともに、鍔部２５０によって、外輪２８が直動軸受２１８Ａに対して位置決め保持される。そのため、外輪２８がトラニオン１５に対して位置決め保持され、外輪２８によって支持されるパワーローラ１１の倒れが防止される。したがって、トルクシフトを防止でき、所望の変速比を正確に得ることができる。

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。

本発明の第１の実施形態に係るトロイダル型無段変速機の要部断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るトロイダル型無段変速機の要部断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るトロイダル型無段変速機の要部断面図である。 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断面図である。 図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 直動軸受を有するトロイダル型無段変速機の要部断面図である。 図６の構成においてトルクシフトが生じた状態を示す要部断面図である。

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
１５ トラニオン
２０ 折れ曲がり壁部
２８ 外輪
２１８Ａ 直動軸受
２５２ スラストレース部材（第１の位置決め保持手段）
２５４ 保持器（第１の位置決め保持手段）
２５０ 第１の鍔部（第２の位置決め保持手段）
２５９ 第２の鍔部（第１の位置決め保持手段）

Claims (2)

1. 第１の軸線に同軸に且つ該第１の軸線方向に対向して配置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の間に挟持された複数のパワーローラと、前記両ディスクの間において前記第１の軸線に対して捩れの位置にある第２の軸線を中心に揺動自在に設けられたトラニオンと、該トラニオンの前記第２の軸線方向中央部に設けられたポケット部に収容されるとともに、前記パワーローラを回転自在に支持する外輪と、前記トラニオンと前記外輪との間に設けられ、前記外輪を前記第２の軸線と直交する方向に移動自在に支持する直動軸受とを備えたトロイダル型無段変速機において、
   前記直動軸受を前記トラニオンに対して位置決め保持するための第１の位置決め保持手段と、前記外輪を前記直動軸受に対して位置決め保持するための第２の位置決め保持手段とを備え、
   前記第１の位置決め保持手段は、前記直動軸受と前記トラニオンとの間に介挿され且つ前記第２の軸線方向で前記トラニオンと前記直動軸受の転動体とに当接するレース部材から成ることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 前記第２の位置決め保持手段は、前記外輪に形成され且つ前記直動軸受の転動体に係止する鍔部から成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。

Images