JP4947492B2

JP4947492B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP4947492B2
Application number: JP2007209451A
Authority: JP
Inventors: 智博井上; 大樹西井
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: JP2009041715A

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３および図４に示すように構成されている。図３に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸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（ローディングカム）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（中間壁）１３に対しアンギュラ玉軸受１０７を介して支持されるとともに、この仕切壁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；トラクション面とも言う）２ａ，２ａと出力ディスク３，３の内側面（凹面；トラクション面とも言う）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図４参照）が回転自在に挟持されている。

図３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３の右面）は、入力軸１の外周面に形成されたネジ部に螺合された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のＡ−Ａ線に沿う断面図である図４に示すように、ケーシング５０の内側であって、出力側ディスク３，３の側方位置には、両ディスク３，３を両側から挟む状態で一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂが支持されている。これら一対のヨーク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。そして、後述するトラニオン１５の両端部に設けられた枢軸１４を揺動自在に支持するため、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの四隅には、円形の支持孔１８が設けられるとともに、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向の中央部には、円形の係止孔１９が設けられている。

一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂは、ケーシング５０の内面の互いに対向する部分に形成された支持ポスト６４，６８により、支持ポスト６４，６８を支点として揺動できるように支持されている。これらの支持ポスト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２２１および第２キャビティ２２２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、各支持ポスト６４，６８に支持された状態で、その一端部が第１キャビティ２２１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２２２の外周部分に対向している。

第１および第２のキャビティ２２１，２２２は同一構造であるため、以下、第１キャビティ２２１のみについて説明する。

図４に示すように、ケーシング５０の内側において、第１キャビティ２２１には、入力軸１に対し捻れの位置にある一対の枢軸（傾転軸）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４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、その本体部である支持板部１６の長手方向(図４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は、パワーローラ１１を収容するための凹状の収容空間であるポケット部Ｐを形成している。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には支軸としての変位軸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、前述したように、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４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。前述したように、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（傾転軸受）３０を介して揺動自在（傾転自在）に支持されている。また、前述したように、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図３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の内周面は円筒面として、支持ポスト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駆動シリンダ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４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（転動体）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４の下端部)にはそれぞれ駆動ロッド（枢軸１４から延びる軸部）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、駆動軸２２の回転は、押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２および入力軸１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（オフセット）する。例えば、図４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（傾転）する。

その結果、各パワーローラ１１，１１の周面（トラクション面）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においては、トラクションドライブを行なうためにトラクション面を高面圧に保持する必要があり、また、そのような高い面圧を発生させるには、入力側および出力側ディスク２，３とパワーローラ１１とを軸方向に加重して圧接させた状態で固定することが求められる。そのため、従来から、例えば入力軸１の外周にネジを形成し、このネジにボルトを螺合させることにより入力側および出力側ディスク２，３とパワーローラ１１とを軸方向に加重して圧接させるなど、様々な方法が提案されており（例えば、特許文献１ないし特許文献４参照）、また、コスト低減を図るためにそのような固定手段としてコッタを用いることも考えられている。

前記コッタを用いた固定手法の一例を図５に示す。図示のように、従来のコッタは、環状リングを２分割して成る円弧状部材２０２Ａ，２０２Ｂによって形成されており、入力軸１の外周に形成された溝２００内に取り付けられることによりディスク２，３とパワーローラ１１とを軸方向に圧接させた状態で固定する。図示の例では、コッタ２０２Ａ，２０２Ｂが入力側ディスク２の背面に対して直接に当接した状態で配置されている。また、コッタ(円弧状部材)２０２Ａ，２０２Ｂを溝２００内に保持するため、一般に、コッタ２０２Ａ，２０２Ｂの外周に保持リング２０６が取り付けられる。

特表２００２−５３１７９８号公報特開２０００−２０５３６１号公報特開２００３−１３９２０９号公報特開２００３−３４３６７４号公報

しかしながら、従来のコッタ２０２Ａ，２０２Ｂは、環状リングを２分割した比較的大きな円弧状部材から成るため、コッタ２０２Ａ，２０２Ｂのための取り付けスペースを十分に確保できない状況下では取り付けが不可能になる場合がある。すなわち、例えば図５に示すように、溝２００の周囲にコッタ２０２Ａ，２０２Ｂのための十分な取り付けスペースが存在する場合には、溝２００内に問題なく容易にコッタ２０２Ａ，２０２Ｂを装着できるが、例えば図６に示すように、入力軸１の外周に外筒管３００，３０２が配置された同軸構造の場合には、溝２００の周囲が外筒管３０２によって狭められ、溝２００の周囲にコッタ２０２Ａ，２０２Ｂのための十分な取り付けスペースを確保できないため、例えば図７に示すように、コッタ２０２Ａ，２０２Ｂの内側周端縁部分３０５が取り付け時に入力軸１と干渉し、溝２００に対するコッタ２０２Ａ，２０２Ｂの装着が不可能になる。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、ディスクとパワーローラとを軸方向に圧接させた状態で固定する固定手段を狭い取り付けスペースにおいても確実に取り付け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、回転トルクが入力される入力軸と、前記入力軸に支持され入力軸と一体で回転する入力側ディスクと、前記入力側ディスクとの間に挟持されるパワーローラを介して入力側ディスクから所定の変速比で回転トルクが伝達される出力側ディスクとを備えるトロイダル型無段変速機において、
前記入力軸の外周に形成された溝に取り付けられることにより、前記ディスクと前記パワーローラとを軸方向に圧接させた状態で固定する固定手段を備え、
前記固定手段は、
前記入力軸の前記溝内に嵌め付けられる３つ以上の円弧状部材から成り、これらの円弧状部材が協働して前記溝の外周を取り囲むことにより形成される略環状の固定リングと、
前記固定リングの外周に取り付けられ且つ前記円弧状部材を溝内に保持するための保持リングと、
前記固定リングの背面に配置されて前記固定リングおよび前記保持リングの軸方向の移動を規制するストッパ部材とを備え、
前記固定リングの３つ以上の前記円弧状部材は、これら円弧状部材が前記入力軸の周方向に沿って並んで前記入力軸の溝に取り付けられる際に、これら円弧状部材が前記入力軸の周方向に沿って互いに間隔をあけて配置可能な形状に形成されてい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、固定手段が略環状のリングを３分割以上して成る比較的小さな円弧状部材によって形成されているので、固定手段を狭い取り付けスペースにおいても確実に取り付けることができる。また、固定手段を取り付けるために入力軸にネジを形成しなくて済むので、コスト低減を図ることもできる。

また、保持リングにより円弧状部材を入力軸の溝内に確実に保持することができ、したがってディスクとパワーローラとの軸方向圧接状態を安定して確実に保持することができる。

また、固定リングおよび保持リングの軸方向の移動を規制するストッパ部材が設けられているので、特に円弧状部材を保持する保持リングの移動を防止でき、したがってディスクとパワーローラとの軸方向圧接状態を安定して確実に保持することができる。

本発明によれば、略環状のリングを３分割以上して成る比較的小さな円弧状部材によって固定手段が形成されている。そのため、狭い取り付けスペースにおいても固定手段を確実に取り付けることができる。

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、ディスクとパワーローラとを軸方向に圧接させた状態で固定する固定手段の取り付け構造にあり、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ないし図７と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１および図２は本発明の実施形態を示している。図示のように、本実施形態では、ディスク２，３とパワーローラ１１とを軸方向に圧接させた状態で固定するための固定手段が入力軸１の外周に形成された溝２００に取り付けられている。このような固定手段は、より具体的には、入力軸１の溝２００内に嵌め付けられる３つ以上の円弧状部材から成る。特に、本実施形態では、固定手段が３つの円弧状部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃから成っているが、４つ以上の円弧部材から成っていても構わない。また、これらの円弧状部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃは協働して溝２００の外周を取り囲むことにより略環状の固定リング２５０を形成している。

また、前記固定手段は、円弧状部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃを溝２００内に保持するために固定リング２５０の外周に取り付けられる保持リング２０６と、固定リング２５０および保持リング２０６の軸方向の移動を規制するために固定リング２５０の背面に配置されるストッパ部材３２０とを更に備えている。

このように、本実施形態では、固定手段が略環状のリングを３分割以上して成る比較的小さな円弧状部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃによって形成されているため、固定手段を狭い取り付けスペースにおいても確実に取り付けることができる。また、固定手段を取り付けるために入力軸１にネジを形成しなくて済むため、コスト低減を図ることもできる。また、本実施形態では、保持リング２０６により円弧状部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃを入力軸１の溝２００内に確実に保持することができるため、ディスク２，３とパワーローラ１１との軸方向圧接状態を安定して確実に保持することができる。更に、そのような作用効果は、円弧状部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃを保持する保持リング２０６の軸方向移動を規制するストッパ部材３２０によって促進される。

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の他、トラニオンが無いフルトロイダル型無段変速機にも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における要部断面図である。（ａ）は３つの円弧状部材を入力軸の溝に配置する前の取り付け途中の状態を示す正面図、（ｂ）は３つの円弧状部材を入力軸の溝内に配置した取り付け状態を示す正面図である。従来のトロイダル型無段変速機における要部断面図である。図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。コッタを用いた固定手段の取り付け構造の一例を示す概略図であり、（ａ）は取り付け状態の断面図、（ｂ）はコッタの斜視図、（ｃ）は保持リングの斜視図である。固定手段の取り付けスペースが狭い同軸構造の一例を示す断面図である。図６の状況において生じるコッタと入力軸との干渉を概念的に示す図である。

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
１１パワーローラ
２００溝
２０６保持リング
２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃ円弧状部材
２５０固定リング
３２０ストッパ部材

Claims

回転トルクが入力される入力軸と、前記入力軸に支持され入力軸と一体で回転する入力側ディスクと、前記入力側ディスクとの間に挟持されるパワーローラを介して入力側ディスクから所定の変速比で回転トルクが伝達される出力側ディスクとを備えるトロイダル型無段変速機において、
前記入力軸の外周に形成された溝に取り付けられることにより、前記ディスクと前記パワーローラとを軸方向に圧接させた状態で固定する固定手段を備え、
前記固定手段は、
前記入力軸の前記溝内に嵌め付けられる３つ以上の円弧状部材から成り、これらの円弧状部材が協働して前記溝の外周を取り囲むことにより形成される略環状の固定リングと、
前記固定リングの外周に取り付けられ且つ前記円弧状部材を溝内に保持するための保持リングと、
前記固定リングの背面に配置されて前記固定リングおよび前記保持リングの軸方向の移動を規制するストッパ部材とを備え、
前記固定リングの３つ以上の前記円弧状部材は、これら円弧状部材が前記入力軸の周方向に沿って並んで前記入力軸の溝に取り付けられる際に、これら円弧状部材が前記入力軸の周方向に沿って互いに間隔をあけて配置可能な形状に形成されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。