JP4734892B2

JP4734892B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP4734892B2
Application number: JP2004318071A
Authority: JP
Inventors: 将司横山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-11-01
Filing date: 2004-11-01
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2024-11-01
Also published as: JP2006125603A

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７および図８に示すように構成されている。図７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にアンギュラ玉軸受４Ａを介して支持されており、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８参照）が回転自在に挟持されている。

図７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７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８は、図７のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図８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８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８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８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８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８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８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８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、このようなトロイダル型無段変速機は、前述したように、入出力側ディスク２，３や出力歯車４を支持するための軸受５，６，・・・が入力軸１の周囲に多数存在している。従来、これらの軸受５，６，・・・の潤滑は、入力軸１に油穴を設け、軸受５，６，・・・の近傍に潤滑油を排出することにより行なわれている。

また、一般に、トロイダル型無段変速機は、ディスク２，３とパワーローラ１１との押付け合いに基づく接線力の伝達により動力を伝達するため、入力軸１には引張りと捩じれが作用する。従来、この引張りと捩じれとに起因して入力軸１に設けた前記油穴の周辺に発生する応力集中が問題となっており、この問題を解決するために、入力軸１の径を大きく設定したり、あるいは、油穴の周辺に面取りを施すなどの工夫を行なっていた。また、入力軸１に油穴を設けると、入力軸１の内部でバリが発生し、その除去が困難になるという問題もある。そのため、バリエータ部品の小型化が難しいと同時に、製造コストも高くなっていた。

そこで、このような問題を解決するため、特許文献１では、入出力側ディスクを1本の中空軸で支持し、中空軸と入力軸との間の隙間を潤滑油路として使用することにより、入力軸１に油穴を設けないようにしている。

特開２００２−１４７５５８号公報

しかしながら、潤滑油路を形成するために中空軸を新たに設けることは、部品点数を増やし、製造コストの増大を招くことになる。また、軸全体の外径も大きくなり、バリエータ部品の小型化も難しくなる。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、入力軸に油穴を形成することなく、また、部品点数を増やすことなく、入力軸の周囲の軸受への潤滑を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、エンジンからの回転力が入力される入力軸と、この入力軸に対しボールスプラインを介して結合されるとともに入力軸と一体で回転する入力側ディスクと、この入力側ディスクとの間に設けられたパワーローラを介して入力側ディスクの回転力を所定の変速比で受けるとともに入力軸に対し回転可能に支持された出力側ディスクと、前記パワーローラを支持するトラニオンと、トラニオンを変位自在に支持するヨークと、ヨークを揺動自在に支持する支持部材とを備えたトロイダル型無段変速機において、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間から、前記支持部材を介して、入力軸と前記支持部材と間の隙間に潤滑油を供給するとともに、この供給した潤滑油を、入力軸と前記入出力側ディスクとの間の隙間に供給し、当該隙間を通じて、入力軸の外周面に沿って入力軸の周囲に設けられた軸受へと流すことを特徴とする。

本発明のトロイダル型無段変速機においては、入力軸の周囲の軸受のための潤滑油を、入力側ディスクと出力側ディスクとの間から、前記支持部材を介して、入力軸と入出力側ディスクとの間の隙間に供給することができるため、入力軸に油穴を形成しないで済み（そのため、加工が容易になる）、したがって、応力集中およびバリの発生に関する問題を解消できるとともに、中空軸等の部品を新たに設ける（部品点数を増やす）必要もなく、その結果、製造コストを低減でき、また、軸全体の外径を抑えてバリエータ部品の小型化を図ることができる。

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、軸受に対する潤滑油の供給形態にあり、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７および図８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。図示のように、本実施形態では、入力側ディスク２と出力側ディスク３との間から、支持部材としての球面ポスト６４（無論、球面ポスト６８であっても良い）を介して、入力軸１と入出力側ディスク２，３との間の隙間１０２に潤滑油を供給できるようになっている。具体的には、球面ポスト６４は、ディスク２，３間の口元部Ｂ（軸受５およびボールスプライン６が介挿されている入力軸１に近いディスク２，３間の部位）を横切って入力軸１と入出力側ディスク２，３との間の隙間１０２へと延びる延在部６４ａを有している。また、球面ポスト６４には、その軸方向の全長にわたって油路６４ｃが貫通して形成されている。また、油路６４ｃを通じて隙間１０２内に供給された潤滑油が隙間１０２から外部に漏れることを防止するため、延在部６４ａの端部には、延在部６４ａと入出力側ディスク２，３との間の隙間１００を所定の寸法に調整するフランジ部６４ｂが、入力軸１の軸方向に所定幅で張り出して形成されている。

このような構成では、所定の油源から球面ポスト６４に供給される潤滑油は、図２に矢印で示されるように、油路６４ｃを通じて隙間１０２内に供給されるとともに、この隙間１０２から殆ど漏れ出すことなく、隙間１０２を通じて、入力軸１の周囲に設けられたボールスプライン６、ニードル軸受５、アンギュラ玉軸受４Ａへと流れ、これらを潤滑する。すなわち、本実施形態では、入力軸と入出力側ディスクとの間の隙間１０２が潤滑油路として形成されているものである。

以上のように、本実施形態では、入力軸１の周囲の軸受６，５，４Ａのための潤滑油を、入力側ディスク２と出力側ディスク３との間から、球面ポスト６４を介して、入力軸１と入出力側ディスク２，３との間の隙間１０２に供給することができるため、入力軸１に油穴を形成しないで済み（そのため、加工が容易になる）、したがって、応力集中およびバリの発生に関する問題を解消できる。また、中空軸等の部品を新たに設ける（部品点数を増やす）必要がないため、製造コストを低減でき、また、軸全体の外径を抑えてバリエータ部品の小型化を図ることができる。

なお、本実施形態においては、隙間１０２内に供給された潤滑油が隙間１０２から外部に漏れることを防止するため、延在部６４ａと入出力側ディスク２，３との間の隙間１００をフランジ部６４ｂによって調整しているが、延在部６４ａと入出力側ディスク２，３との間の隙間１００にシール部材を介挿して潤滑油の漏れを完全に防止しても良い。

図３は第１の実施形態の変形例を示している。この変形例では、口元部Ｂ付近において入力軸１に螺旋状の止め輪１１０が取り付けられており、隙間１０２内に供給された潤滑油を、この螺旋状の止め輪１１０に沿って仕切壁１３へと強制的に供給できるようになっている。これにより、潤滑油を確実に入力軸１の周囲に設けられたボールスプライン６、ニードル軸受５、アンギュラ玉軸受４Ａへと供給することができる。

ところで、前述した第１の実施形態の構成によれば、特許文献１に開示されているような中空軸を設けることなく潤滑油を入力軸１の周辺の各軸受に供給することができるが、第１の実施形態の構成は、中空軸を有する構造に対しても適用できることは言うまでもない。そのような一例が図４および図５に示されている。

図４および図５は、前述した構造のトロイダル型無段変速機をギヤード・ニュートラル型の無段変速装置に組み込んだ第２の実施形態を示している。この無段変速装置は、前述した第１の実施形態に係る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、これらの入力軸１、出力軸１５１と同心で且つこれらの入力軸１、出力軸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、リア側の入力側ディスク２、および２つの出力側ディスクが一体になっている出力側ディスク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。リア側の入力側ディスク２は、中空軸１５３に対して回転可能であり、一方出力側ディスク３は中空軸１５３と一体的に回転するようになっている。

これらの図から分かるように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様、入力側ディスク２と出力側ディスク３との間から、支持部材としての球面ポスト６４（無論、球面ポスト６８であっても良い）を介して、入力軸１と入出力側ディスク２，３との間の隙間１０２に潤滑油を供給できるようになっている。その潤滑油供給機構は第１の実施形態と同一であるが、この実施形態では、フロント側の球面ポスト６４からのみ潤滑油を隙間１０２内に供給し、中空軸１５３と入力軸１との間の隙間を通じてリア側の軸受１３０，１３２に潤滑油を流すようになっている。したがって、このような構成によっても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

図６は、第２の実施形態の変形例を示している。図示のように、この変形例では、口元部Ｂ付近において入力軸１に螺旋状の止め輪１１０が取り付けられており、隙間１０２内に供給された潤滑油を、この螺旋状の止め輪１１０に沿ってリア側の軸受へと強制的に供給でき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。図１のトロイダル型無段変速機の要部拡大断面図である。第１の実施形態の変形例に係る要部拡大断面図である。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。図４のトロイダル型無段変速機の要部拡大断面図である。第２の実施形態の変形例に係る要部拡大断面図である。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７のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

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
４Ａアンギュラ玉軸受
５ニードル軸受
６ボールスプライン
１１パワーローラ
１５トラニオン
２３Ａ，２３Ｂヨーク
６４，６８球面ポスト（支持部材）
６４ａ油路
１０２隙間

Claims

エンジンからの回転力が入力される入力軸と、この入力軸に対しボールスプラインを介して結合されるとともに入力軸と一体で回転する入力側ディスクと、この入力側ディスクとの間に設けられたパワーローラを介して入力側ディスクの回転力を所定の変速比で受けるとともに入力軸に対し回転可能に支持された出力側ディスクと、前記パワーローラを支持するトラニオンと、トラニオンを変位自在に支持するヨークと、ヨークを揺動自在に支持する支持部材とを備えたトロイダル型無段変速機において、
前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間から、前記支持部材を介して、入力軸と前記支持部材と間の隙間に潤滑油を供給するとともに、この供給した潤滑油を、前記隙間を通じて、入力軸と前記入出力側ディスクとの間の隙間に供給し、当該隙間を通じて、入力軸の周囲に設けられた軸受へと流すことを特徴とするトロイダル型無段変速機。