JP4771120B2

JP4771120B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP4771120B2
Application number: JP2005191663A
Authority: JP
Inventors: 功久小林
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: JP2007010046A

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の変速機として利用可能なトロイダル型無段変速機に関する。

自動車用変速機として、図３および図４に略示するようなトロイダル型無段変速機を使用することが一部で実施されている。このトロイダル型無段変速機は、入力軸１と同心に入力側ディスク２を支持し、入力軸1と同心に配置された出力軸３の端部に、出力側ディスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシングの内側には、入力軸１並びに出力軸３に対し捻れの位置にある枢軸（傾転軸）５，５を中心として揺動するトラニオン６，６が設けられている。

また、各枢軸５，５を中心として各トラニオン６，６を揺動させることにより、これら各トラニオン６，６の中央部に支持された変位軸９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６，６の内側面から突出する変位軸９の先端部の周囲には、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、入力側および出力側の両ディスク２，４の間に挟持されている。なお、各変位軸９，９の基端部と先端部は、互いに偏心している。

入力側および出力側の両ディスク２，４の互いに対向する内側面２ａ，４ａの断面はそれぞれ、枢軸５を中心とする円弧或いはこのような円弧に近い曲線を回転させて得られる凹面を成している。そして、球状の凸面に形成された各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが各内側面２ａ，４ａに当接されている。

入力軸1と入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置１２が設けられている。この押圧装置１２は、入力側ディスク２を出力側ディスク４に向けて弾性的に押圧している。また、押圧装置１２は、入力軸１と共に回転するカム板（ローディングカム）１３と、保持器１４により保持された複数個(例えば４個)のローラ１５，１５とから構成されている。また、カム板１３の片側面(図３および図４の左側面)には、周方向に亙って凹凸面であるカム面１６が形成され、入力側ディスク２の外側面(図３および図４の右側面)にも同様のカム面１７が形成されている。そして、複数個のローラ１５，１５は、入力軸1に対して放射方向に延びる軸を中心に回転できるように、支持されている。

このような構成のトロイダル型無段変速機においては、入力軸１を回転させると、その回転に伴ってカム板１３が回転し、カム面１６によって複数個のローラ１５，１５が、入力側ディスク２の外側面に設けられたカム面１７に押圧される。この結果、入力側ディスク２が複数のパワーローラ１１，１１に押圧されると同時に、1対のカム面１６，１７と複数個のローラ１５，１５の転動面との押し付け合いに基づいて、入力側ディスク２が回転する。そして、この入力側ディスク２の回転が、各パワーローラ１１，１１を介して、出力側ディスク４に伝達され、この出力側ディスク４に固定された出力軸３が回転する。

入力軸１と出力軸３との回転速度を変える場合であって、入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう場合には、枢軸５，５を中心として各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図３に示すように、入力側ディスク２の内側面２ａの中心寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。

反対に、増速を行なう場合には、各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図４に示すように、入力側ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの中心寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。各変位軸９，９の傾斜角度を図３と図４との中間にすれば、入力軸1と出力軸３との間で、中間の変速比が得られる。

更に、図５および図６は、より具体化されたシングルキャビティ型のトロイダル型無段変速機を示している（例えば特許文献１参照）。ケーシング２００内において、入力側ディスク２および出力側ディスク４はそれぞれ、入力軸１８の周囲に、ニードル軸受１９，１９を介して、回転自在および軸方向に変位自在に支持されている。また、ローディングカム式の押圧装置１２を構成するためのカム板１３は、入力軸１８の端部(図５の左端部)の外周面にスプライン係合されている。また、出力側ディスク４には出力歯車２１がキー２２により結合されており、これら出力側ディスク４と出力歯車２１とが同期して回転するようになっている。

入力軸１８に対し捻れの位置にある枢軸（傾転軸）５，５を中心として揺動する各トラニオン６，６は、支持板部７の長手方向(図６の左右方向)の両端部に、この支持板部７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８，８を有している。そして、この折れ曲がり壁部８，８によって、トラニオン６には、後述するパワーローラ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８，８の外側面(支持板部７と反対側の面)には、各枢軸５，５が互いに同心的に設けられている。

トラニオン６，６の両端部はそれぞれ、一対のリンク（ヨーク）２３，２３に対して揺動自在および軸方向(図６の左右方向)に変位自在に支持されている。また、リンク２３，２３は、支持ポスト９９Ａ，９９Ｂによって支持されている。そして、各トラニオン６，６を構成する支持板部（芯部）７の中央部に形成された円孔１０には、基端部９ａと先端部９ｂとが互いに平行で且つ偏心した変位軸９の基端部９ａが、回転自在に支持されている。また、各支持板部７の内側面から突出する各変位軸９の先端部９ｂの周囲には、パワーローラ１１が回転自在に支持されている。

なお、一対のトラニオン６，６毎に設けられた一対の変位軸９，９は、入力軸１８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９，９の先端部９ｂが基端部９ａに対して偏心している方向は、入力側および出力側の両ディスク２，４の回転方向に対して同方向(図６で左右逆方向)となっている。また、偏心方向は、入力軸１８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１８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１８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、各パワーローラ１１，１１の外側面と各トラニオン６，６を構成する支持板部７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。

更に、各トラニオン６，６の一端部(図６の左端部)にはそれぞれ駆動ロッド２９が結合されており、各駆動ロッド２９の中間部外周面に駆動ピストン３０が固設されている。そして、これら各駆動ピストン３０はそれぞれ、駆動シリンダ３１内に油密に嵌装されている。

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１８の回転は、押圧装置１２を介して、入力側ディスク２に伝えられる。そして、この入力側ディスク２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して出力側ディスク４に伝えられ、更にこの出力側ディスク４の回転が、出力歯車２１より取り出される。

入力軸１８と出力歯車２１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３０，３０を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３０，３０の変位に伴って、一対のトラニオン６，６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が同図の右側に、同図の右側のパワーローラ１１が同図の左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と入力側ディスク２及び出力側ディスク４の内側面２ａ，４ａ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６，６が、リンク２３，２３に枢支された枢軸５，５を中心として、互いに逆方向に揺動する。

その結果、前述の図３および図４に示したように、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各内側面２ａ，４ａとの当接位置が変化し、入力軸１８と出力歯車２１との間の回転速度比が変化する。また、これら入力軸１８と出力歯車２１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に付属の外輪２８が、各変位軸９の基端部９ａを中心として僅かに回動する。これら各外輪２８の外側面と各トラニオン６を構成する支持板部７の内側面との間には、各スラストニードル軸受２５が存在するため、前記回動は円滑に行なれる。したがって、前述のように各変位軸９，９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、上記構成のシングルキャビティ型のトロイダル型無段変速機（例えば特許文献１）において、入力軸１８は、ケーシング２００に対して回転することにより、ローディングカム式の押圧装置１２で発生する軸方向の力に伴って入力側ディスク２に作用する軸方向の力ｆ１（以下、入力側ディスク軸方向力またはローディング反力と称する。）と、トルクとの両方を伝達する。そして、ローディング反力ｆ１は、入力軸１８を介してアンギュラ軸受７０で支持される。
また、例えば特許文献２に開示されるように、トルクを伝達するトルク伝達軸と引張力を伝達する引張力伝達軸とを同軸上に配置し、引張力伝達軸をその中央部でリンクポストを介してケーシング２００に対して支持することにより、押圧装置１２で発生する軸方向力をケーシング２００に対して全く伝達させない構造も知られている。

特許第３５０３３４８号公報特開２００１−１０８０４３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるような構造では、入力軸１８がトルクおよび入力側ディスク軸方向力ｆ１の両方を伝達し、入力軸１８に発生する応力が高くなるため、ディスク２，４やパワーローラ１１等から構成されるバリエータの許容伝達トルクの増大が制限されてしまう。無論、入力軸１８の外径Ｒを大きくすることにより入力軸１８に発生する応力を下げることは可能であるが、そうした場合には、ディスク２，４の内周面部位の肉厚Ｔが薄くなってしまう。図７（入力側ディスク２の内側面２ａと出力側ディスク４の内側面４ａとの間に形成されるキャビティ１つ当たりのパワーローラ数が２個の場合）および図８（キャビティ１つ当たりのパワーローラ数が３個の場合）に示すように、ディスク２，４は押圧装置１２で発生する軸方向の力によって楕円状に変形し、ディスク２，４の内周面部位Ａ，Ｂ（図８の場合には、Ａ，Ｂ，Ｃ）には高い応力（引張力）が発生する（図７のＳ１，Ｓ２および図８のＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、ディスク２，４とパワーローラ１１との接触点を示している。）ため、ディスク２，４の内周面部位における肉厚Ｔが薄くなると、ディスク２，４の強度が低下し、結果として、許容伝達トルクの増大はあまり見込めない。また、トルク伝達の高密度化を図るために１キャビティ当たりのパワーローラ１１の数を増やした場合（例えば図７における２個から図８における３個へと増大した場合）には、１接触点当たりの押付け力は同じであるため、軸力が増大し、この問題が顕著になる。

また、入力軸１８が必ずどちらか一方のディスク２，４と逆方向に回転する（例えば、入力側ディスク２が入力軸１８と同じ方向に回転し、出力側ディスク４が入力軸１８と逆方向に回転する。）ため、入力軸１８と逆方向に回転しているディスクの内周面部位に設けられた軸受１９の転動体の自転速度が非常に高くなる。また、これに加え、前述したようにディスク２，４の内周面部位は押圧装置１２で発生する軸方向の力によって楕円状に変形するため、前記軸受１９の耐久性の悪化は避けられない。

また、特許文献２に開示される構造では、前記引張力伝達軸をその中央部で前記リンクポストを介してケーシング２００に対して支持することにより押圧装置１２で発生する軸方向の力をケーシング２００に伝達しないようにしているため、引張力伝達軸は、必ず、前記リンクポストよりも入力側ディスク２側で入力側ディスク軸方向力（ローディング反力）ｆ１を受けるだけでなく、前記リンクポストよりも出力側ディスク４側で、出力側ディスク軸方向力（入力側ディスク軸方向力ｆ１に伴って出力側ディスク４に作用する軸方向の力）ｆ２を受けることになる。このディスク２，４に作用する軸方向力ｆ１、ｆ２は等速状態では互いに等しいが、減速側では、入力側ディスク軸方向力ｆ１よりも出力側ディスク軸方向力ｆ２の方が大きく、増速側では、出力側ディスク軸方向力ｆ２よりも入力側ディスク軸方向力ｆ１の方が大きくなり、最減速時の出力側ディスク軸方向力ｆ２が最大となってしまう。

いずれにしても、特許文献２に開示された構成では、出力側ディスク軸方向力ｆ２が作用するため、大きな引張力を考慮した設計を行なう必要があり、特許文献１の場合同様、バリエータの許容伝達トルクの増大が制限される。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、入力軸で発生する応力を下げることができ、バリエータの許容伝達トルクを増大させる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、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入力軸に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力側ディスクに回転トルクを入力する駆動軸と、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に設けられ且つ前記入力側ディスクの回転力を所定の変速比で前記出力側ディスクに伝達する複数のパワーローラとから成るバリエータ部をケーシングに組み込んで成るトロイダル型無段変速機において、前記入力軸は、前記入力側ディスクに作用する軸方向の引張力のみを受けるように、前記出力側ディスクの側に位置するその端部が前記ケーシングに対して回転不能に支持されていることを特徴とする。

本発明のトロイダル型無段変速機では、入力軸がケーシングに対して回転せず、したがって、入力軸がトルクを伝達しない。そのため、入力軸には引張力（入力側ディスク軸方向力）しか作用せず（大きな引張力を引き起こす出力側ディスク軸方向力が作用せず）、結果的に、入力軸に発生する応力を下げることができる（入力軸は入力側ディスク軸方向力のみに耐え得れば良い。）。また、このように入力軸に発生する応力を下げることができれば、入力軸の径を大きくしてディスクの内周面部位の肉厚を薄くする必要も無くなり、バリエータ部の許容伝達トルクを増大させることができるようになる。また、入力軸が回転しないことから、ディスクの内周部に設けられる軸受における転動体の自転数も下がるため、この軸受の耐久性も十分確保することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の特徴は、入力軸１８の取付構造にあり、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〜図８と同一の符号を付してその詳細な説明を省略することにする。

図１は本発明の実施の形態を示している。図示のように、本実施形態において、入力軸１８は、入力側ディスク２に作用する軸方向の引張力ｆ１のみを受けるように、出力側ディスク４の側に位置するその端部がケーシング２００に対して回転不能に支持されている。具体的には、入力軸１８は、出力歯車２１が配置される側のその端部が、ナット９３によりケーシング２００に対して支持されている。この場合、ナット９３とケーシング２００との間には、皿バネ９０および介挿部材９２が配置されている。なお、図中、符号７２は、動力を入力するための駆動軸である。

このような構成において、駆動軸７２により入力された動力（トルク）は、押圧装置１２のカム板１３とローラ１５とを介して入力側ディスク２に伝達された後、パワーローラ１１を介して出力側ディスク４および出力歯車２１へと伝えられる。すなわち、入力軸１８にトルクが伝達されることはない。また、入力軸１８は入力側ディスク軸方向力ｆ１のみを受け、出力側ディスク軸方向力ｆ２は、出力歯車２１およびアンギュラ軸受７０を介して、ケーシング２００に支持される。

以上のように、本実施形態では、入力軸１８がケーシング２００に対して回転せず、したがって、入力軸１８がトルクを伝達しない。そのため、入力軸１８には引張力（入力側ディスク軸方向力ｆ１）しか作用せず（大きな引張力を引き起こす出力側ディスク軸方向力ｆ２が作用せず）、結果的に、入力軸１８に発生する応力を下げることができる（入力軸１８は入力側ディスク軸方向力ｆ１のみに耐え得れば良い。）。また、このように入力軸１８に発生する応力を下げることができれば、入力軸１８の径を大きくしてディスク２，４の内周面部位の肉厚Ｔを薄くする必要も無くなり、バリエータ部の許容伝達トルクを増大させることができるようになる。また、入力軸１８が回転しないことから、ディスク２，４の内周部に設けられる軸受１９における転動体の自転数も下がるため、この軸受１９の耐久性も十分確保することができる。

図２は本発明の他の実施の形態を示している。図示のように、この実施形態では、入力軸１８がナット９３によりケーシング２００に対して完全に固定されている。なお、図中、符号７２Ａは入力歯車である。
このような構成でも、前述した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の様々な構成の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。本発明の他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基本的構成を最大減速時の状態で示す側面図である。従来から知られているトロイダル型無段変速機の基本的構成を最大増速時の状態で示す側面図である。従来の具体的構造の一例を示す断面図である。図５のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。ローディング力によるディスクの変形状態（１キャビティ当たりのパワーローラ数が２個の場合）を示す概略図である。ローディング力によるディスクの変形状態（１キャビティ当たりのパワーローラ数が３個の場合）を示す概略図である。

符号の説明

２入力側ディスク
４出力側ディスク
１１パワーローラ
１８入力軸
２００ケーシング

Claims

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入力軸に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力側ディスクに回転トルクを入力する駆動軸と、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に設けられ且つ前記入力側ディスクの回転力を所定の変速比で前記出力側ディスクに伝達する複数のパワーローラとから成るバリエータ部をケーシングに組み込んで成るトロイダル型無段変速機において、
前記入力軸は、前記入力側ディスクに作用する軸方向の引張力のみを受けるように、前記出力側ディスクの側に位置するその端部が前記ケーシングに対して回転不能に支持されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。