JP4775627B2 - フルトロイダル型無段変速機 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば自動車の変速装置として用いられるフルトロイダル型無段変速機に関するものである。
フルトロイダル型無段変速機の主要部であるバリエータは、凹湾曲状の軌道面を有する入力ディスク及び出力ディスクを、軌道面同士が互いに対向するように配置し、両ディスク間に複数個のローラを配置している。
各ディスクの軸方向にはトラクションオイルの油圧による端末負荷が付与され、これにより、ローラは、各ディスクの軌道面に油膜を介して圧接する。入力ディスクは、エンジン等の車両の駆動源により回転駆動される入力軸に取り付けられており、この入力軸の回転により、入力ディスクからローラを介して出力ディスクにトルクが伝達される。変速は、必要なトルクに応じてローラの回転軸が傾くことにより無段階で行われる。ローラの回転軸は、支持部材であるキャリッジによって支持されており、このキャリッジの進退方向に駆動力を付与し、これによりローラに両ディスクに対する付勢力を調整する油圧シリンダが設けられている。
その油圧シリンダは一対の油室を有し、油圧ポンプからの油が一方の油室に導かれ、他方の油室の油はタンクに排出される。一対の油室間の差圧に基づいて上記進退方向の駆動力が発生する。
上記フルトロイダル型無段変速機において、入力ディスクから出力ディスクにトルクの伝達が行われるとき、ローラと各ディスクとの間ではトラクション力が生じており、これと、キャリッジの駆動力とを一定のトラクション係数の下で均衡させるように端末負荷及びキャリッジの駆動力が設定されている。
特開2001−74114号公報 特開2002−174315号公報
近年、装置の小型化の要請があり、そのためには、ローラ付勢用の油圧ポンプを小型にすることが好ましい。しかし、小型の油圧ポンプを用いた場合、油圧シリンダが急激な変速に見合うように迅速に作動油を供給できず、その結果、変速時の応答性が制限される。 この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、小型で変速時の応答性のよいトロイダル型無段変速機を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、相対向する軌道面(5b,15b)をそれぞれ有し互いに近づく方向に付勢される入力ディスク(5)および出力ディスク(15)と、両ディスク(5,15)の軌道面間に形成されるトロイド状間隙(S1)に配置され両軌道面(5b,15b)に転がり接触しながら両ディスク(5,15)間にトルクを伝達するローラ(17)と、このローラ(17)を回転自在に支持するキャリッジ(18)と、このキャリッジ(18)を介してローラ(17)に両ディスク(5,15)に対する押引力を付与するための差圧を発生させる第1および第2の油室(22,23)を有する油圧シリンダ(20)とを備えるフルトロイダル型無段変速機において、油圧源(25P,25Q)からの作動油を第1および第2の油室(23,24)へそれぞれ導くための第1および第2の供給路(27P,27Q)と、第1および第2の油室(23,24)からの作動油を油タンク(26)にそれぞれ排出するための第1および第2の排出路(28P,28Q)と、第1の油室(23)を第1の供給路(27P)および第1の排出路(28P)に択一的に接続するための第1の方向制御弁(29P)と、第2の油室(24)を第2の供給路(27Q)および第2の排出路(28Q)に択一的に接続するための第2の方向制御弁(29Q)と、第1の供給路(27P)を第2の排出路(28Q)に接続する第1の連通路(32P)と、第2の供給路(27Q)を第1の排出路(28P)に接続する第2の連通路(32Q)と、第1および第2の連通路(32P,32Q)にそれぞれ設けられ当該連通路(32P,32Q)に対応する供給路(27P,27Q)側への作動油の流通のみを許容する第1および第2の逆止弁(33P,33Q)と、第1および第2の排出路(28P,28Q)において対応する連通路(33P,33Q)との接続点(28Pa,28Qa)よりも下流側の部分にそれぞれ設けられた第1および第2の絞り(34P,34Q)とを備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、例えば第2の油室が排出側の油室となった場合、第1の油室に第1の供給路から作動油が供給される一方、第2の油室から第2の排出路を介して排出された作動油が第1の連通路および第1の供給路を介して第1の油室に導かれる。その結果、迅速に第1の油室に作動油を供給することができる。したがって、ローラの付勢力を瞬時に調整することができ、可及的に変速比を迅速に変更することが可能となる。また、作動油を供給するための油圧源、例えば油圧ポンプを小型にすることができ、ひいてはフルトロイダル型無段変速機の小型化を達成することが可能となる。さらに、絞りよりも上流に位置する排出路の部分の作動油の圧力を高めることができるので、排出路から連通路を介して供給路へ潤沢に作動油を供給することができる。なお、絞りとしては、固定絞りであってもよいし、可変絞りであってもよく、また、圧力制御弁や流量制御弁に内蔵されていてもよい。
本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。図1は本発明の一参考形態によるフルトロイダル型無段変速機のバリエータを示す概略図である。このフルトロイダル型無段変速機において、上記バリエータ1には、車両の動力源により回転駆動される入力軸3が設けられており、その両端近傍にはそれぞれ入力ディスク5が支持されている。
各入力ディスク5の一側面には、凹湾曲状の軌道面5bが形成されており、その内周には複数条の溝を切ったスプライン穴5aが形成されている。入力ディスク5は、そのスプライン穴5aを、入力軸3に設けられたスプライン軸3aに結合させることによって、入力軸3と一体回転可能に組み付けられている。右側の入力ディスク5は、入力軸3に一体に設けられた係止部3bによって図示の状態から右方への移動が規制されている。
また、左側の入力ディスク5の軌道面5bと反対側の背面には、当該背面全体を覆うケーシング6と、ケーシング6の内周に内接したバックアップ板7と、入力軸3に固定され、出力ディスク5及びバックアップ板7が軸方向の左方に移動することを規制する係止リング8及び止め輪9と、係止リング8の外周に装着され、バックアップ板7に予圧を付与するワッシャ10とが設けられている。
上記バックアップ板7の外周にはOリング11が装着されており、ケーシング6の内面と、入力ディスク5の背面と、バックアップ板7とによって囲まれた入力軸3の周りの空間に油室2が形成されている。油室2は、入力軸3の中心軸方向に設けられた油路3c及びその右端部近傍から径方向に設けられた油路3dと連通している。
また、油路3cは、入力軸3の端部に挿入された固定部材2の内部に設けられた油路2aと連通している。この油路2aは、油圧制御装置12と接続されている。このようにして、ケーシング6及びバックアップ板7をシリンダとし、入力ディスク5をピストンとする油圧シリンダ装置が構成されている。
上記入力軸3の軸方向中央部には、バリエータ1の出力部13が入力軸3に対して相対回転自在に支持されている。この出力部13は、出力部材14と、この出力部材14にそれぞれ一体回転可能に支持された一対の出力ディスク15とを備えている。各出力ディスク15の、入力ディスク5の軌道面5bに対向する一側面には、凹湾曲状の軌道面15bが形成されている。また、上記出力部材14の外周には、動力伝達用のチェーン16と噛み合うスプロケットギヤ14aが形成されている。
上記各入力ディスク5の軌道面5bと、これに対向する出力ディスク15の軌道面15bとの間は、トロイド状間隙S1として構成されており、このトロイド状間隙S1には、各軌道面5b,15bと圧接して回転する円盤状のローラ17が円周等配に3個(1個のみ図示)設けられている。従って、ローラ17は左右一対のトロイド状間隙S1に計6個配置されている。各ローラ17はキャリッジ18によって回転軸線17a周りに回転自在に支持されているとともに、当該キャリッジ18によって各軌道面5b,15bとの相対位置を調整できるようになっている。
上記バリエータ1において、油圧制御装置12から油室2に、端末負荷としての油圧が付与されると、左側の入力ディスク5が右方に付勢され、ローラ17を介して左側の出力ディスク15が右方に付勢される。これにより、左側の出力ディスク15から出力部材14を介して、右側の出力ディスク15が右方に付勢される。さらに、右側の出力ディスク15からローラ17を介して右側の入力ディスク5が押圧されるが、この入力ディスク5は係止部3bにより止められているため、上記端末負荷がバリエータ1全体に付与され、左右の各ローラ17が両ディスク5,15間に所定の圧力で挟持された状態となる。
この状態において、入力軸3に動力が付与されると、入力ディスク5から出力ディスク15に対して、上記6個のローラ17を介してトルクが伝達される。キャリッジ18に支持されたローラ17は、トルクを伝達することによりキャリッジ18に生じるリアクション力と、出力ディスク15を駆動するのに必要なトルクとのアンバランスを解消すべく、キャリッジ18の軸線周りにローラ17の回転軸線17aを揺動角度A1を生ずるように傾斜させる。これにより、ローラ17の位置が図の二点鎖線に示すように変化し、両ディスク5,15間の速度比が連続的に変化する。なお、左右各3個のローラ17は、左右対称になるように同期して回転軸線17aを傾斜させ、それらの傾斜角度は6個のローラすべてについて一致している。
図2は油圧制御装置12においてローラの付勢に関わる構成を示す模式図である。説明の簡略化のため、1個のローラ17に関しての油圧回路構成を示しているが、実際には、各ローラ17ごとにキャリッジ18、継手19および油圧回路が設けられている。
図2を参照して、油圧シリンダ20は、キャリッジ18をその軸線回りに揺動可能に支持し且つキャリッジ18を介してローラ17に両ディスク5,15に対する押引力を付与するように機能する。
具体的には、油圧シリンダ20は、固定部としての円筒状のシリンダ本体21と、このシリンダ本体21内に摺動自在に収容された可動部としてのピストン22とを備える。ピストン22は、シリンダ本体21内に上記押引力を発生するための第1および第2の油室23,24を区画し、これらを互いに仕切っている。
継手19はキャリッジ18の端部とピストン22とを連結する球面継手からなる。油圧シリンダ20の発生する押引力が継手19およびキャリッジ18を介してローラ17に伝達されるようになっている。すなわち、油圧シリンダ20の第1の油室23および第2の油室24にそれぞれ供給される油圧の差圧により、キャリッジ18には、前進又は後退方向に駆動力が付与され、この駆動力がローラ17を両ディスク5,15に向けて押したり引いたりする力(押引力)として働く。
油圧シリンダ20と油圧源としての油圧ポンプ25および油タンク26との間には、油圧ポンプ25からの供給路27および油タンク26への排出路28をそれぞれ油圧シリンダ20の第1および第2の油室23,24に択一的に接続するとともに、後述する制御部40からの制御信号に応じて油圧を制御する電磁比例式減圧弁29(電磁比例式方向制御弁ともいう。圧力制御と方向制御を司る弁である)が設けられている。
具体的には、第1の油室23には第1の通油ポート23aが開口しており、第2の油室24には第2の通油ポート24aが開口している。第1の通油ポート23aに連通する一端301を有する第1の通油路30が設けられているとともに、第2の通油ポート24aに連通する一端311を有する第2の通油路31が設けられている。方向制御も司る電磁比例式減圧弁29は、第1の通油路30の他端302および第2の通油路31の他端312を図2に示すように供給路27の一端271および排出路28の一端281にそれぞれ接続する第1の状態と、第1の通油路30の他端302および第2の通油路31の他端312を図3に示すように排出路28の一端281および供給路27の一端271にそれぞれ接続する第2の状態とに切り換える方向制御も司る電磁弁からなる。
第1および第2の通油路30には第1の圧力センサ41が配置され、第2の通油路31には第2の圧力センサ42が配置されている。
上記供給路27の中途の接続部27aと排出路28の中途の接続点27aとを接続する連通路32が設けられており、その連通路32には、供給路27側への作動油の流通のみを許容する逆止弁33が配置されている。
上記排出路28には、連通路30との接続点28aよりも下流側の部分に、絞り34が設けられている。
上記供給路27には、連通路32との接続点27aよりも下流側の分岐点27bから分岐して油タンク26に至るリリーフ油路35が設けられており、リリーフ油路35にはリリーフ弁36が配置されている。
電磁比例式減圧弁29は、電子制御ユニット(ECU)からなる制御部40からの指令により制御される。電磁比例式減圧弁29を制御することにより、第1および第2の油室23,24の圧力を制御して、キャリッジ18に前進又は後退方向の駆動力を付与することができるようになっている。
制御部40では、上記第1および第2の圧力センサ41,42による検出圧力、車両の駆動源の負荷、駆動源の回転数、最終出力速度の他、トラクションオイルの検出温度や、ローラ17の揺動角度A1(図1参照。傾斜角に相当)に基づいて、各油室23,24間に最適となる差圧を与え、ローラ17のトラクション力とキャリッジ18の駆動力(押引力)とを常に釣り合わせる。従って、力のバランスを最適な状態に保って、ローラ17におけるスピンロスやスリップロスの発生を抑制することができる。
本実施の形態によれば、方向制御も司る電磁比例式減圧弁29の切り換えにより、図2に示すように第2の油室24から作動油を排出する状態に切り換えられたときに、油圧ポンプ25からの作動油が、供給路27、電磁比例式減圧弁29の内部油路、第1の通油路30を順次に介して第1の油室23に供給される一方、第2の油室24から第2の通油ポート24aを通して排出される作動油も、第2の通油路31、第2の通油路31の他端312、電磁比例式減圧弁29の内部油路、排出路28の一端281、排出路28、(接続点28a)、逆止弁33を介する連通路32、(接続点27a)、供給路27、供給路27の一端271、電磁比例式減圧弁29の内部油路、第1の通油路30の他端302、および第1の通油路30を順次に介して第1の油室23に供給される。
また、方向制御も司る電磁比例式減圧弁29の切り換えにより、図3に示すように第1の油室23から作動油を排出する状態に切り換えられたときに、油圧ポンプ25からの作動油が、供給路27、電磁比例式減圧弁29の内部油路および第2の通油路31を順次に介して第2の油室24に供給される一方、第1の油室23から第1の通油ポート2aを通して排出される作動油も、第1の通油路30、第1の通油路30の他端302、電磁比例式減圧弁29の内部油路、排出路28の一端281、排出路28、(接続点28a)、逆止弁33を介する連通路32、(接続点27a)、供給路27、供給路27の一端271、電磁比例式減圧弁29の内部油路、第2の通油路31の他端312、および第2の通油路31を順次に介して第2の油室24に供給される。
このように排出側となる油室から排出される作動油を供給側の油室に供給することができるので、供給側の油室の圧力を迅速に立ち上げることができ、ローラ17の付勢力を瞬時に調整することができ、可及的に変速比を迅速に変更することが可能となる。また、作動油を供給するための油圧ポンプ25を小型にすることができ、ひいてはフルトロイダル型無段変速機の小型化を達成することが可能となる。さらに、絞り34よりも上流に位置する排出路28の部分の作動油の圧力を高めることができるので、排出路28から連通路32を介して供給路27へ潤沢に作動油を供給することができる。
また、供給路27および排出路28を両油室23,24で共用することができ、しかも、供給路27および排出路28と各油室23,24との接続の切り換えを単一の電磁比例式減圧弁(電磁比例式方向制御弁)29で行えるので、構造を簡素化することができる。 次いで、図4および図5は本発明の実施の形態を示している。本実施の形態が、図2の参考形態と異なるのは、下記である。すなわち、油圧シリンダ20の第1の油室23に対応して、第1の供給路27P、第1の排出路28P、第1の電磁比例式減圧弁29P、第1の絞り34P、第1の油圧ポンプ25P、第1のリリーフ路35P、第1のリリーフ弁36Pを設け、また、第2の油室24に対応して、第2の供給路27Q、第2の排出路28Q、第2の電磁比例式減圧弁29Q、第2の絞り34Q、第2の油圧ポンプ25Q、第2のリリーフ路35Q、第1のリリーフ弁36Qを設けた。
また、第1の供給路27Pの中途の接続点27Paと第2の排出路28Qの中途の接続点28Qaとを接続する第1の連通路32Pを設け、この第1の連通路32Pに、第1の供給路27P側への作動油の流通のみを許容する第1の逆止弁33Pを設けた。また、第2の供給路27Qの中途の接続点27Qaと第1の排出路2Pの中途の接続点2Paに接続する第2の連通路32Qを設け、この第2の連通路32Qaに、第2の供給路27Q側への作動油の流通のみを許容する第2の逆止弁33Qを設けた。
第1の電磁比例式減圧弁29Pは、第1の通油路30の他端302を第1の供給路27Pの一端27P1に接続する第1の状態(図4参照)と、上記他端302を第1の排出路28Pの一端28P1に接続する第2の状態(図5参照)とに択一的に切り換えることのできる方向制御も司る電磁弁からなる。
また、第2の電磁比例式減圧弁29Qは、第2の通油路31の他端312を第2の排出路28Qの一端28Q1に接続する第1の状態(図4参照)と、上記他端312を第2の供給路27Qの一端27Q1に接続する第2の状態(図5参照)とに択一的に切り換えることのできる方向制御も司る電磁弁からなる。
本実施の形態によれば、第1および第2の電磁比例式減圧弁29P,29Qが図4に示すように、ともに第1の状態に切り換えられた状態で、すなわち、第2の油室24が排出側の油室となったときに、第1の油圧ポンプ25Pからの作動油が、第1の供給路27P、第1の電磁比例式減圧弁29Pの内部油路、第1の通油路30を順次に介して第1の油室23に供給される一方、第2の油室24から第2の通油ポート24aを通して排出される作動油も、第2の通油路31、第2の通油路31の他端312、第2の電磁比例式減圧弁29Qの内部油路、第2の排出路28Qの一端28Q1、第2の排出路28Q、(接続点28Qa)、第1の逆止弁33Pを介する第1の連通路32P、(接続点27Pa)、第1の供給路27P、第1の供給路27Pの一端27P1、第1の電磁比例式減圧弁29Pの内部油路、第1の通油路30の他端302、および第1の通油路30を順次に介して第1の油室23に供給される。
また、第1および第2の電磁比例式減圧弁29P,29Qが図5に示すように、ともに第2の状態に切り換えられた状態で、すなわち、第1の油室23が排出側の油室となったときに、第2の油圧ポンプ25Qからの作動油が、第2の供給路27Q、第2の電磁比例式減圧弁29Qの内部油路、第2の通油路31を順次に介して第2の油室24に供給される一方、第1の油室23から第1の通油ポート23aを通して排出される作動油も、第1の通油路30、第1の通油路30の他端302、第1の電磁比例式減圧弁29Pの内部油路、第1の排出路28Pの一端28P1、第1の排出路28P、(接続点28Pa)、第2の逆止弁33Qを介する第2の連通路32Q、(接続点27Qa)、第2の供給路27Q、第2の供給路27Qの一端27Q1、第2の電磁比例式減圧弁29Qの内部油路、第2の通油路31の他端312、および第2の通油路31を順次に介して第2の油室24に供給される。
本実施の形態においても、排出側となる油室から排出される作動油を供給側の油室に供給するので、供給側の油室の圧力を迅速に立ち上げることができ、ローラ17の付勢力を瞬時に調整することができ、可及的に変速比を迅速に変更することが可能となる。また、作動油を供給するための油圧ポンプ25を小型にすることができ、ひいてはフルトロイダル型無段変速機の小型化を達成することが可能となる。さらに、各絞り34P,34Qよりも上流に位置する各排出路28P,28Qの部分の作動油の圧力を高めることができるので、各排出路28P,28Qから対応する連通路32P,32Qを介して対応する供給路27P,27Qへ潤沢に作動油を供給することができる。
なお、上記第2の供給路27Qの作動油を入、出力ディスク5,15を互いに近接する方向に付勢するための油室2に導くための油路を設けてもよい。
また、上記実施の形態において、絞り34P,34Qは可変絞りであってもよい。また、該可変絞りや逆止弁33P,33Qは制御部40で適宜制御されてもよ。さらに、これらの弁は、圧力制御弁や流量制御弁に内蔵されていてもよい。
また、ピストン22を固定部とし、シリンダ本体21を可動部とし、可動部としてのシリンダ本体21に継手19を介してキャリッジ18を連結するようにしてもよい。
本発明の一参考形態のフルトロイダル型無段変速機の概略構成を示す模式的断面図である。 ローラの付勢に関わる油圧回路の概略構成を示す模式図であり、第2の油室から作動油が排出される場合を示している。 ローラの付勢に関わる油圧回路の概略構成を示す模式図であり、第1の油室から作動油が排出される場合を示している。 本発明の実施の形態のローラの付勢に関わる油圧回路の概略構成を示す模式図であり、第2の油室から作動油が排出される場合を示している。 図4の実施の形態において、ローラの付勢に関わる油圧回路の概略構成を示す模式図であり、第1の油室から作動油が排出される場合を示している。
符号の説明
1…バリエータ、5…入力ディスク、5b…軌道面、12…油圧制御装置、15…出力ディスク、15b…軌道面、S1…トロイド状間隙、17…ローラ、18…キャリッジ、19…継手、20…油圧シリンダ、23…第1の油室、23a…第1の通油ポート、24…第2の油室、24a…第2の通油ポート、25…油圧ポンプ(油圧源)、26…油タンク、27…供給路、27P…第1の供給路、27Q…第2の供給路、28…排出路、28P…第1の排出路、28Q…第2の排出路、28a,28Pa,27Qa…(連通路との)接続点、29…電磁比例式減圧弁(電磁比例式方向制御弁)、29P…第1の電磁比例式減圧弁(電磁比例式方向制御弁)、29Q…第2の電磁比例式減圧弁(電磁比例式方向制御弁)、30…第1の通油路、31…第2の通油路、32…連通路、32P…第1の連通路、32Q…第2の連通路、33…逆止弁、33P…第1の逆止弁、33Q…第2の逆止弁、34…絞り、34P…第1の絞り、34Q…第2の絞り。

Claims (1)

  1. 相対向する軌道面をそれぞれ有し互いに近づく方向に付勢される入力ディスクおよび出力ディスクと、両ディスクの軌道面間に形成されるトロイド状間隙に配置され両軌道面に転がり接触しながら両ディスク間にトルクを伝達するローラと、このローラを回転自在に支持するキャリッジと、このキャリッジを介してローラに両ディスクに対する押引力を付与するための差圧を発生させる第1および第2の油室を有する油圧シリンダとを備えるフルトロイダル型無段変速機において、
    油圧源からの作動油を第1および第2の油室へそれぞれ導くための第1および第2の供給路と、
    第1および第2の油室からの作動油を油タンクにそれぞれ排出するための第1および第2の排出路と、
    第1の油室を第1の供給路および第1の排出路に択一的に接続するための第1の方向制御弁と、
    第2の油室を第2の供給路および第2の排出路に択一的に接続するための第2の方向制御弁と、
    第1の供給路を第2の排出路に接続する第1の連通路と、
    第2の供給路を第1の排出路に接続する第2の連通路と、
    第1および第2の連通路にそれぞれ設けられ当該連通路に対応する供給路側への作動油の流通のみを許容する第1および第2の逆止弁と、
    第1および第2の排出路において対応する連通路との接続点よりも下流側の部分にそれぞれ設けられた第1および第2の絞りとを備えることを特徴とするフルトロイダル型無段変速機。
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