JP5168857B2

JP5168857B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP5168857B2
Application number: JP2006240013A
Authority: JP
Inventors: 宏史石川; 俊郎豊田; 智巳山口
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2026-09-05
Also published as: JP2008064139A

Description

この発明は、自動車用自動変速装置として、或はポンプ等の各種産業機械の運転速度を調節する為の変速装置として利用する、トロイダル型無段変速機の改良に関し、大型化を防止しつつ、変速比幅の確保と耐久性の確保とを図るものである。

自動車用変速機を構成する変速機の一種としてトロイダル型無段変速機が知られ、一部で実施されている。この様な既に一部で実施されているトロイダル型無段変速機は、入力部から出力部への動力の伝達を互いに平列に設けられた２系統に分けて行なう、所謂ダブルキャビティ型と呼ばれているものである。この様なトロイダル型無段変速機は従来から、特許文献１〜４等、多くの刊行物に記載されて周知である。このうちの特許文献４に記載された構造の場合には、一体型の出力側ディスクを入力側回転軸の中間部周囲に、それぞれ１対ずつのラジアルニードル軸受及びスラストニードル軸受により回転自在に支持している。この様な特許文献４に記載された構造によれば、隔壁部を省略すると共に出力側ディスクの軸方向寸法の短縮化も可能になる為、トロイダル型無段変速機全体としての小型・軽量化を図れる。

更に、特許文献５には、軸方向寸法を短縮して、必要とする性能を確保しつつ、小型・軽量化を可能とし、より小型の車体に組み付け可能にする事を目的として、図３に示す様な構造を有するトロイダル型無段変速機が記載されている。本発明は、この様な特許文献５に記載された構造に改良を加えるものであるから、先ず、この特許文献５に記載された構造に就いて説明する。尚、上記図３は、この特許文献５に記載されている様に、１対のキャビティ同士の間で、断面の位置が、互いに回転方向に９０度ずれている。

上記特許文献５に記載されたトロイダル型無段変速機１は、特許請求の範囲に記載した外側ディスクである１対の入力側ディスク２ａ、２ｂと、同じく内側ディスクである一体型の出力側ディスク３と、複数のパワーローラ４、４とを備える。そして、上記１対の入力側ディスク２ａ、２ｂは、特許請求の範囲に記載した回転軸である入力軸５を介して、互いに同心に、且つ、同期した回転を自在として結合されている。又、上記出力側ディスク３は、上記両入力側ディスク２ａ、２ｂ同士の間に、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂと同心に、且つ、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂに対する相対回転を自在として支持されている。更に、上記各パワーローラ４、４は、上記出力側ディスク３の軸方向両側面と上記両入力側ディスク２ａ、２ｂの軸方向片側面との間に、それぞれ複数個ずつ挟持されている。そして、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂの回転に伴って回転しつつ、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂから上記出力側ディスク３に動力を伝達する。

上記出力側ディスク３は軸方向両端部を、それぞれがスラストアンギュラ型である、１対の玉軸受６、６により、回転自在に支持している。この為に、ケーシング７の内面に固設した、支持ポスト８ａ、８ｂを、特許請求の範囲に記載したケーシングの内面に固定した部材である、円環状の保持環９により連結している。これら各支持ポスト８ａ、８ｂは、上記各パワーローラ４、４を回転自在に支持した、特許請求の範囲に記載した支持部材であるトラニオン１０、１０の両端部を支持する支持板１１ａ、１１ｂを支持する為のもので、上記入力軸５を挟んで径方向反対側に、互いに同心に設けられている。上記特許文献５に記載された構造の場合には、上記１対の支持ポスト８ａ、８ｂを上記保持環９により連結し、この保持環９の内側に上記入力軸５を挿通している。

そして、各キャビティ毎に設けた上記各保持環９、９と、上記出力側ディスク３の軸方向両端面、即ち、この出力側ディスク３の両側面に設けた出力側面１２、１２よりも内径側部分との間に、上記各玉軸受６、６を設けている。又、これら各玉軸受６、６を構成する１対のスラスト軌道輪１３ａ、１３ｂの外側面（互いに反対側の側面）の内径寄り部分に、短円筒状の突条部１４、１４を、全周に亙って形成している。そして、これら各突条部１４、１４を、上記各保持環９、９及び上記出力側ディスク３の端部に内嵌する事により、上記各玉軸受６、６の径方向に関する位置決めを図っている。又、一方のスラスト軌道輪１３ａ、１３ａの外側面と上記各保持環９、９との間にシム板１５、１５を挟持して、上記各玉軸受６、６の軸方向に関する位置決めを図っている。又、この状態で、これら各玉軸受６、６に、所望の予圧を付与している。従って上記出力側ディスク３は、各キャビティ内に１対ずつ設けた上記各支持ポスト８ａ、８ｂ同士の間に、径方向及び軸方向に関する位置決めを図られた状態で、回転自在に支持されている。

上述の様な、特許文献５に記載されたトロイダル型無段変速機１の場合には、特許文献１〜２等に記載された従来構造の場合とは異なり、１対の出力側ディスク３、３同士の間に、転がり軸受、並びに、この転がり軸受を支持する為の隔壁部を設置する必要がなくなる。そして、一体型の出力側ディスク３を使用する等、この出力側ディスク３の設置部分の軸方向寸法を短縮する事ができる。そして、この様に軸方向寸法を短縮した分だけ、トロイダル型無段変速機１の小型・軽量化を図れる。しかも、上記出力側ディスク３を、軸方向両側面を出力側面１２、１２とした一体構造としているので、トロイダル型無段変速機１の運転時に上記各出力側面１２、１２に加わる力が、上記出力側ディスク３内で互いに相殺される。この結果、上記出力側ディスク３は、前記各パワーローラ４、４から加わるモーメント荷重に拘らず、弾性変形を抑えられる。この為、上記出力側ディスク３の軸方向に関する厚さ寸法の短縮化が可能になり、その面からも、トロイダル型無段変速機の小型・軽量化が可能になる。

但し、上述の様な特許文献５に記載されたトロイダル型無段変速機１の場合、軸方向の寸法の拡大を抑えつつ、変速比幅の確保と耐久性の確保とを図る事が難しい。この理由は、前記スラスト軌道輪１３ｂ、１３ｂの外側面の内径寄り部分に形成した突条部１４、１４を、上記出力側ディスク３の端部に内嵌している為である。即ち、これら両スラスト軌道輪１３ｂ、１３ｂの軸方向に関する幅寸法は、上記突条部１４、１４を設けた分、大きくなっている。そして、上記出力側ディスク３の内周面両端部の内径は中間部の内径に比べて、上記突条部１４、１４を内嵌する分だけ大きくしている。従って、上記出力側ディスク３の軸方向両端部の径方向に関する厚さ寸法は、上記突条部１４、１４を内嵌する為に内径を大きくした分だけ小さくなっている。要するに、上記両スラスト軌道輪１３ｂ、１３ｂの一部（突条部１４、１４）と、上記出力側ディスク３の軸方向両側面の一部（軸方向両端部）とが、径方向に関して互いに重畳している。

一方、上記出力側ディスク３の軸方向両側面の軸方向両端部（両端部外周面）は、上記トロイダル型無段変速機１を減速状態で運転する際に、上記各パワーローラ４、４の周面が転がり接触する。そして、この転がり接触部分には大きな面圧が加わる。この為、上述の様な理由で上記出力側ディスク３の軸方向両端部の径方向に関する厚さ寸法が小さくなる事は、次の様な理由から好ましくない。先ず、上記各パワーローラ４、４の周面を上記厚さ寸法が小さくなった部分に迄転がり接触させると、この部分に大きな応力が加わり、上記出力側ディスク３の耐久性確保の面から不利になる。これに対して、上記各パワーローラ４、４の周面を上記厚さ寸法が小さくなった部分に転がり接触させない様に、これら各パワーローラ４、４を支持した前記各トラニオン１０、１０の傾転角度を制限すると、上記トロイダル型無段変速機１の変速比幅が狭くなる。勿論、上記出力側ディスク３（及び前記入力側ディスク２ａ、２ｂ）の径方向に関する寸法や軸方向に関する寸法を大きくすれば、上記耐久性の確保と変速比幅の確保とを両立させられるが、トロイダル型無段変速機の大型化、重量増大を招く為、好ましくない。

特開平２−２８３９４９号公報特開平８−４８６９号公報特開平８−６１４５３号公報特開２００１−１１６０９７号公報特開２００３−３１４６４５号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、大型化、即ち、出力側ディスク等の内側ディスクの軸方向及び径方向の寸法の増大を抑えつつ、変速比幅の確保と耐久性の確保との両立を図れるトロイダル型無段変速機の構造を実現すべく発明したものである。

本発明のトロイダル型無段変速機は、前述の特許文献５に記載された従来構造と同様に、ケーシングと、回転軸と、１対の外側ディスクと、内側ディスクと、複数の支持部材と、複数のパワーローラとを備える。
このうちのケーシングは、上記トロイダル型無段変速機を収納するものであり、上記回転軸は、このケーシング内に回転自在に支持されている。
又、上記両外側ディスクは、それぞれが断面円弧形である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で上記回転軸の両端部に、この回転軸と同期した回転を自在として支持されている。
又、上記内側ディスクは、上記回転軸の中間部周囲に、断面円弧形である軸方向両側面を上記各外側ディスクの軸方向片側面に対向させた状態で、上記回転軸に対する相対回転を自在に支持されている。
又、上記各支持部材は、軸方向に関してこれら内側ディスクの軸方向両側面と各外側ディスクの軸方向片側面との間位置にそれぞれ複数個ずつ、上記回転軸に対し捩れの位置にある枢軸を中心とする揺動変位を自在に設けられている。
更に、上記各パワーローラは、上記各支持部材に回転自在に支持され、球状凸面としたそれぞれの周面を、上記内側ディスクの軸方向両側面と各外側ディスクの軸方向片側面とに当接させている。
そして、上記内側ディスクの軸方向両端部である小径側端部を上記ケーシングの内面に固定した部材に対し、１対の玉軸受により回転自在に支持している。

特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、上記両玉軸受がスラストアンギュラ玉軸受である。又、上記内側ディスクの小径側端部に存在する軸方向端面の径方向内端部から軸方向に突出する１対の円筒部を、上記内側ディスクと一体に設けている。そして、上記両玉軸受を構成するそれぞれ１対ずつのスラスト軌道輪のうちの一方のスラスト軌道輪を上記両円筒部よりも径方向外側に、上記両玉軸受を構成する一方のスラスト軌道輪をこれら両円筒部に外嵌する事により、これら両玉軸受を構成する一方のスラスト軌道輪とこれら両円筒部とが、径方向に関して重畳する状態で設けている。

上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機によれば、内側ディスクの軸方向及び径方向の寸法の増大を抑えて、大型化及び重量の増大を防止しつつ、変速比幅の確保と耐久性の確保との両立を図れる。
即ち、１対のスラストアンギュラ玉軸受を設置する為に上記内側ディスクの軸方向両端面に設けた１対の円筒部は、この内側ディスクを回転自在に支持する為の上記両スラストアンギュラ玉軸受を構成する一方のスラスト軌道輪と、径方向に関して重畳する。要するに、これら両スラストアンギュラ玉軸受の径方向に関する位置決めを図る部分の軸方向位置が、これら両スラストアンギュラ玉軸受側に偏っている。前述した特許文献５に記載された構造の様に、（突条部１４と出力側ディスク３の両端部内周面との嵌合部が）内側ディスク側に偏っているのとは逆である。従って、この特許文献５に記載された従来構造の様に、この内側ディスクの軸方向両端部で、外周面に各パワーローラの周面を転がり接触させるべき部分の径方向に関する厚さ寸法を小さくする必要がない。

この結果、上記内側ディスクの軸方向に関する寸法や径方向に関する寸法を特に大きくしなくても、上記各パワーローラの周面を上記内側ディスクの軸方向両端部外周面に転がり接触させ、しかも、この内側ディスクの軸方向両端部に過大な応力が加わらない様にできる。上記各パワーローラの周面を上記内側ディスクの軸方向両端部外周面に転がり接触させられる事は、変速比幅の確保に繋がる。又、この内側ディスクの軸方向両端部に過大な応力が加わらない様にできる事は、この内側ディスクの耐久性確保に繋がる。

図１〜２は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例を含めて本発明のトロイダル型無段変速機の特徴は、内側ディスクである一体型の出力側ディスク３ａの軸方向両端部を、ケーシングの内面に固定した部材である保持環９、９に対し、回転自在に支持する部分の構造にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の特許文献５に記載された発明と同様である。そこで、この特許文献５に記載された構造と同様の部分に就いては、図示並びに説明を、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の場合には、内側ディスクである出力側ディスク３ａの軸方向両端部を、それぞれがスラストアンギュラ型であって、それぞれが１対のスラスト軌道輪１３ａ、１３ｃと複数個の玉２０、２０とから成る、１対の玉軸受６ａ、６ａにより上記保持環９、９に対し、回転自在に支持している。上記両玉軸受６ａ、６ａを構成する１対ずつのスラスト軌道輪１３ａ、１３ｃのうち、上記両保持環９、９に支持するスラスト軌道輪１３ａ、１３ａの形状は、上記特許文献５に記載された従来構造と同じであり、これら両スラスト軌道輪１３ａ、１３ａの上記両保持環９、９に対する支持構造に就いても、上記特許文献５に記載された従来構造と同じである。

特に、本例の場合には、上記出力側ディスク３ａ側に支持するスラスト軌道輪１３ｃ、１３ｃとして、一般的なスラスト玉軸受用のものと同様に、単なる円輪状のものを使用している。一方、上記出力側ディスク３ａの軸方向両端面の内径側端部に円筒部１６、１６を、これら両端面の全周に亙り、上記保持環９、９側に突出する状態で形成している。これら両円筒部１６、１６の軸方向に関する幅寸法は、上記出力側ディスク３ａ側に支持するスラスト軌道輪１３ｃ、１３ｃの軸方向厚さとほぼ同じとしている。そして、これら両スラスト軌道輪１３ｃ、１３ｃを、上記両円筒部１６、１６に外嵌している。この構成により、上記出力側ディスク３ａの軸方向両端部を上記両保持環９、９同士の間に、上記両玉軸受６ａ、６ａにより、回転自在に支持している。

上述の様に構成する本例のトロイダル型無段変速機の場合、上記出力側ディスク３ａの軸方向両端面に設けた上記両円筒部１６、１６は、この出力側ディスク３ａを回転自在に支持する為の１対の玉軸受６ａ、６ａを構成する上記両スラスト軌道輪１３ｃ、１３ｃと、径方向に関して重畳する。従って、１対の保持環９、９同士の間隔を同じとすれば、本例の構造での、上記出力側ディスク３ａのうちで上記両円筒部１６、１６を除いた部分の軸方向長さＬ_３ａと、前記特許文献５に記載された従来構造での出力側ディスク３の軸方向長さＬ_３（図３参照）とを同じにできる。そして、本例の場合には、上記軸方向長さＬ_３ａの範囲のうちで、外径が小さくなる事で径方向に関する厚さが小さくなった両端部で、内径を大きくする必要がない。

この結果、上記出力側ディスク３ａの軸方向に関する寸法Ｌ_３ａや径方向に関する寸法を特に大きくしなくても、各パワーローラ４、４（図３参照）の周面を上記出力側ディスク３ａの軸方向両端部外周面に転がり接触させ、しかも、この出力側ディスク３ａの軸方向両端部に過大な応力が加わらない様にできる。そして、大型化、重量の増大を防止しつつ、変速比幅の確保とこの出力側ディスク３ａの耐久性確保との両立を図れる。

本発明の実施の形態の１例を示す要部断面図。図１のＡ部拡大図。従来構造の１例を示す要部断面図。

１トロイダル型無段変速機
２ａ、２ｂ入力側ディスク
３、３ａ出力側ディスク
４パワーローラ
５入力軸
６、６ａ玉軸受
７ケーシング
８ａ、８ｂ支持ポスト
９保持環
１０トラニオン
１１ａ、１１ｂ支持板
１２出力側面
１３ａ、１３ｂ、１３ｃスラスト軌道輪
１４突条部
１５シム板
１６円筒部
２０玉

Claims

ケーシングと、このケーシング内に回転自在に支持された回転軸と、それぞれが断面円弧形である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態でこの回転軸の両端部に、この回転軸と同期した回転を自在として支持された１対の外側ディスクと、この回転軸の中間部周囲に、断面円弧形である軸方向両側面を上記各外側ディスクの軸方向片側面に対向させた状態で、上記回転軸に対する相対回転を自在に支持された内側ディスクと、軸方向に関してこれら内側ディスクの軸方向両側面と各外側ディスクの軸方向片側面との間位置にそれぞれ複数個ずつ、上記回転軸に対し捩れの位置にある枢軸を中心とする揺動変位を自在に設けられた支持部材と、これら各支持部材に回転自在に支持され、球状凸面としたそれぞれの周面を、上記内側ディスクの軸方向両側面と各外側ディスクの軸方向片側面とに当接させたパワーローラとを備え、上記内側ディスクの軸方向両端部である小径側端部を上記ケーシングの内面に固定した部材に対し、１対の玉軸受により回転自在に支持したトロイダル型無段変速機に於いて、これら両玉軸受がスラストアンギュラ玉軸受であり、上記内側ディスクの小径側端部に存在する軸方向端面の径方向内端部から軸方向に突出する１対の円筒部を、上記内側ディスクと一体に設け、上記両玉軸受を構成するそれぞれ１対ずつのスラスト軌道輪のうちの一方のスラスト軌道輪を上記両円筒部よりも径方向外側に、上記両玉軸受を構成する一方のスラスト軌道輪をこれら両円筒部に外嵌する事により、これら両玉軸受を構成する一方のスラスト軌道輪とこれら両円筒部とが、径方向に関して重畳する状態で設けた事を特徴とするトロイダル型無段変速機。