JP5348038B2 - 無段変速機 - Google Patents

Description

この発明は、無段変速機に関し、さらに詳しくは、運転開始時におけるトラクション油による動力伝達部の油膜切れ状態を改善できる無段変速機に関する。

近年では、トラクションドライブ方式の無段変速機が採用されている。かかる無段変速機は、伝動部材と入力側回転部材および出力側回転部材との間にトラクション油を介在させて油膜のせん断力により、駆動トルクを入力側回転部材から出力側回転部材に伝達させる構成を有している。

ここで、上記の無段変速機では、長時間の運転停止期間があると、その運転開始時にて、伝動部材と入力側回転部材および出力側回転部材との間のトラクション油の油膜切れが生じるおそれがある。すると、油膜形成が不十分な状態にて伝動部材と入力側回転部材および出力側回転部材との間のトルク伝達が行われる、あるいは、トルク伝達が行われない等の問題が生じ得る。このような課題に関する従来の駆動装置として、特許文献１に記載される技術が知られている。

特開２００２−１９５３７９号公報

この発明は、運転開始時におけるトラクション油による動力伝達部の油膜切れ状態を改善できる無段変速機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる無段変速機は、伝動部材と入力側回転部材および出力側回転部材との間にトラクション油を介在させて油膜のせん断力により、駆動トルクを前記入力側回転部材から前記出力側回転部材に伝達させるトラクションドライブ方式の無段変速機であって、軸方向に進退変位して前記伝動部材を駆動するシフト軸を有すると共に前記シフト軸により前記伝動部材の自転軸の傾斜角を変化させて変速比を変更する変速機構と、作動油を用いた油圧制御により前記シフト軸を進退変位させる油圧機構と、前記作動油を前記トラクション油として供給するための油路を有する作動油供給機構とを備え、且つ、前記作動油供給機構が、前記シフト軸および前記出力側回転部材に形成された前記油路と、前記油路の閉止および開放を切り替える油路開閉構造とを有し、前記シフト軸が、前記油圧機構による前記変速機構の油圧制御に伴って進退変位したときに、前記油路開閉構造が、前記シフト軸側に形成された前記油路と前記出力側回転部材に形成された前記油路との連通状態を切り替えて前記油路の閉止および開放を切り替え、運転開始時にて、前記作動油の一部が前記トラクション油として前記油路を介して供給されることを特徴とする。

この無段変速機は、供給された作動油により、伝動部材、入力側回転部材および出力側回転部材の間にトラクション油の油膜が形成される。これにより、トラクション油の油膜形成が適正に行われて、運転開始時におけるトラクション油による動力伝達部の油膜切れ状態を改善できる利点がある。
また、この無段変速機では、トラクション油の供給が不要なときに油路を閉止することにより、作動油（トラクション油）の流出を遮断できる。これにより、油圧機構における作動油の減少を抑制できる利点がある。

この発明にかかる無段変速機は、供給された作動油により、伝動部材、入力側回転部材および出力側回転部材の間にトラクション油の油膜が形成される。これにより、トラクション油の油膜形成が適正に行われる利点がある。

図１は、この発明の実施の形態にかかる無段変速機を示す構成図である。 図２は、図１に記載した無段変速機の作動油供給機構を示す拡大図である。 図３は、図１に記載した無段変速機の作用を示す説明図である。 図４は、図１に記載した無段変速機の変形例を示す構成図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施の形態に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

［無段変速機］
図１は、この発明の実施の形態にかかる無段変速機を示す構成図である。この無段変速機１は、例えば、トラクションドライブ方式を採用するトロイダル型ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）、ＣＶＰ（Continuously Variable Planetary）などに適用される。この実施の形態では、一例として、無段変速機１がＣＶＰである場合について説明する。

この無段変速機１は、入力部２と、出力部３と、伝動部材４と、変速機構５と、油圧機構６とを備える（図１参照）。また、無段変速機１は、例えば、車両のＥＣＵ（Electronic Control Unit）から成る制御装置（図示省略）により駆動制御される。

入力部２は、駆動トルクの入力側の機構であり、入力軸２１および入力側回転部材２２から成る。入力軸２１は、円筒形状の回転軸であり、一方の端部にて動力源側の出力軸（例えば、車両のクラッチ機構の出力軸）１０に連結され、また、他方の端部にフランジ部２１１を有する。入力側回転部材２２は、無段変速機１の入力側ディスクであり、入力軸２１のフランジ部２１１に連結される。

出力部３は、無段変速機１の出力側の機構であり、出力軸３１および出力側回転部材３２から成る。出力軸３１は、一方の端部にフランジ部３１１を有する円筒形状の回転軸であり、このフランジ部３１１にて出力側の歯車機構（例えば、車両の減速機構。図示省略。）に連結される。出力側回転部材３２は、無段変速機１の出力側ディスクであり、出力軸３１の他方の端部（フランジ部３１１を有さない側の端部）にスプライン結合にて嵌め合わされて連結される。

例えば、この実施の形態では、入力軸２１、入力側回転部材２２および出力側回転部材３２が出力軸３１の内部に収容されて、この順に配置されている。また、入力軸２１が出力軸３１のフランジ部３１１の中心に挿入され、そのフランジ部２１１を出力軸３１の内部に位置させて配置されている。また、入力軸２１のフランジ部２１１と入力側回転部材２２とがカム機構２３を介して連結されている。また、入力側回転部材２２および出力側回転部材３２が環状のディスク部を一方の端部（片側面）にそれぞれ有し、各ディスク部を相互に対向させて配置されている。また、出力側回転部材３２が出力軸３１の端部にスプライン結合にて嵌め合わされて出力軸３１の開口部を塞いでいる。また、入力軸２１、入力側回転部材２２、出力軸３１および出力側回転部材３２が同軸上かつ回転可能に配置されている。

伝動部材４は、入力側回転部材２２と出力側回転部材３２との間に介在して動力を伝達する部品である。例えば、この実施の形態では、伝動部材４が球状の転動体（遊星ボール）から成り、また、複数の伝動部材４が環状に配置されて入力側回転部材２２と出力側回転部材３２との間に配置されている。そして、これらの伝動部材４と、入力側回転部材２２のディスク部および出力側回転部材３２のディスク部との間にトラクション油が供給されて油膜が形成されている。

変速機構５は、変速比（入力側回転部材２２の回転速度と出力側回転部材３２の回転速度との比）を制御する機構である。この変速機構５は、シフト軸５１、ローラ５２および傾転用アーム部５３とから成る。

シフト軸５１は、伝動部材４を駆動するための軸である。例えば、この実施の形態では、入力側回転部材２２および出力側回転部材３２の中心部（回転軸上）に中空部が形成され、この中空部にシフト軸５１が挿入されている。また、シフト軸５１が、一方の端部を入力軸２１の内部に配置された軸受に挿入し、他方の端部（ピストン部５１１）を出力側回転部材３２の中心部（シリンダ部３２１）に挿入して、回転可能かつ軸方向にスライド可能に支持されている。これにより、シフト軸５１が、軸方向に進退変位可能であり、また、入力側回転部材２２および出力側回転部材３２に対して独立して回転可能となっている。

ローラ５２は、伝動部材４を支持するためのローラである。例えば、この実施の形態では、ローラ５２が、円筒部材から成り、シフト軸５１の中央部に回転可能に嵌め合わされて設置されている。また、ローラ５２がシフト軸５１と共に軸方向に進退変位可能となっている。また、ローラ５２の外周面上に複数の伝動部材４が環状に配置されている。また、これらの伝動部材４が後述する傾転用アーム部５３により相互に非接触状態にて配置されている。そして、無段変速機１の軸方向断面視にて、各伝動部材４が、ローラ５２と入力側回転部材２２のディスク部および出力側回転部材３２のディスク部とにより三点支持されて回転可能に配置されている。

傾転用アーム部５３は、伝動部材４の自転軸を回転可能に支持すると共にその傾斜により伝動部材４の自転軸の傾斜角を調整する部材である。例えば、この実施の形態では、伝動部材４の中心を貫通する支持軸５４が設けられ、傾転用アーム部５３がこの支持軸５４を回転可能に支持している。これにより、伝動部材４の自転軸が支持軸５４により規定されている。また、傾転用アーム部５３が、シフト軸５１に連結され、シフト軸５１の進退変位により揺動可能となっている。そして、傾転用アーム部５３の揺動により、伝動部材４の自転軸の傾斜角が入力側回転部材２２のディスク部および出力側回転部材３２のディスク部に対して変化するようになっている。これにより、伝動部材４の自転軸の傾斜角の調整が可能となっている。また、傾転用アーム部５３の位置が固定されることにより、伝動部材４の公転が禁止されている。

油圧機構６は、作動油を用いた油圧制御により変速機構５を駆動する機構である。例えば、この実施の形態では、油圧機構６が、油圧制御により変速機構５のシフト軸５１を進退変位させている。また、油圧機構６が容器状のケース部材６１と、出力側回転部材３２の背面部（図１中の出力側回転部材４２２の左側面）と、油圧制御部（図示省略）とから成り、出力軸３１の片側端部に構成されている（図１参照）。また、ケース部材６１が出力側回転部材３２の背面部に嵌め合わされて、油圧室Ｓが区画されている。この油圧室Ｓには、作動油が充填され、また、この油圧室Ｓの油圧が油圧制御部により制御可能となっている。また、この油圧室Ｓには、シフト軸５１のピストン部５１１が面している。そして、油圧室Ｓの油圧制御により、シフト軸５１が軸方向に進退変位する構成となっている。

この無段変速機１では、駆動トルクが入力部２の入力軸２１に伝達されると、この入力軸２１と共に入力側回転部材２２が回転する（図１参照）。すると、この駆動トルクが入力側回転部材２２から伝動部材４を介して出力部３の出力側回転部材３２に伝達される。そして、この駆動トルクが出力側回転部材３２から出力軸３１に伝達されて後段の歯車機構に出力される。このとき、伝動部材４と入力側回転部材２２および出力側回転部材３２との間に形成されたトラクション油のせん断力により、駆動トルクが入力側回転部材２２から出力側回転部材３２に伝達される。

また、このとき、油圧機構６の油圧制御部が油圧室Ｓの油圧を制御する。すると、油圧機構６のケース部材６１が駆動されて、変速機構５のシフト軸５１が進退変位する。すると、変速機構５の傾転用アーム部５３が揺動変位して、伝動部材４の自転軸の傾斜角が調整されることにより、変速比が制御される。また、この変速比の制御が連続的に行われることにより、変速比の無段階制御が実現される。

［作動油供給機構］
ここで、トラクションドライブ方式を採用する無段変速機では、長時間の運転停止期間があると、その運転開始時にて、伝動部材と入力側回転部材および出力側回転部材との間のトラクション油の油膜切れが生じるおそれがある。すると、油膜形成が不十分な状態にて伝動部材と入力側回転部材および出力側回転部材との間のトルク伝達が行われる、あるいは、トルク伝達が行われない等の問題が生じ得る。

そこで、この無段変速機１では、伝動部材４と入力側回転部材２２および出力側回転部材３２との間にトラクション油の油膜を形成するために、油圧室Ｓの作動油の一部をトラクション油として伝動部材４に供給する作動油供給機構７を備える（図１および図２参照）。

この作動油供給機構７は、シフト軸５１に形成された油路７１、７２と、出力側回転部材３２に形成された油路７３とから構成される（図１および図２参照）。シフト軸５１側の油路７１は、シフト軸５１のピストン部５１１に軸方向から開けられた穴であり、油圧機構６の油圧室Ｓに開口する。また、油路７２は、この油路７１からピストン部５１１の外周面に開口する孔である。また、出力側回転部材３２の油路７３は、出力側回転部材３２のシリンダ部３２１から伝動部材４側のディスク面に開口する孔である。

この作動油供給機構７では、シフト軸５１のピストン部５１１が出力側回転部材３２のシリンダ部３２１に挿入されて組み付けられた状態にて、シフト軸５１の位置が所定の範囲（変速比の切り替えに通常用いられる範囲）内にある場合には、シフト軸５１の油路７２と出力側回転部材３２の油路７３とが位置ズレして不通となる（図２参照）。したがって、この状態では、油圧室Ｓから伝動部材４への作動油の通路が閉止される。一方、シフト軸５１が所定の位置にある場合には、シフト軸５１の油路７２と出力側回転部材３２の油路７３とが連通して、油圧室Ｓから伝動部材４への作動油の通路が開通する（図３参照）。

この無段変速機１では、運転開始時にて、油圧機構６がシフト軸５１を所定位置まで変位させて、油圧室Ｓから伝動部材４への作動油の油路７１〜７３を開通状態とする（図３参照）。すると、油圧室Ｓの油圧により、作動油の一部トラクション油として出力側回転部材３２の油路７３から伝動部材４側に噴射される。これにより、伝動部材４と入力側回転部材２２および出力側回転部材３２との間にトラクション油の油膜が形成される。

ここで、このトラクション油の油膜形成は、運転開始時にて、駆動トルクが動力伝達部（トラクション油の油膜による動力伝達部）に伝達される前に実施されることが好ましいが、駆動トルクの伝達と略同時に行われても良い。これにより、運転開始時におけるトラクション油の油膜切れ状態が効果的に改善される。

一方、運転開始後の通常運転時にて、シフト軸５１の位置が所定の範囲内にある場合には、作動油の油路７１〜７３が閉止されて、伝動部材４への作動油の供給が遮断される（図２参照）。これにより、油圧室Ｓ内にあるシフト軸５１の作動油の無用な流出が防止される。

［変形例］
図４は、図１に記載した無段変速機の変形例を示す構成図である。同図は、この無段変速機１がトラクションドライブ方式を採用するトロイダル型ＣＶＴである場合について示している。

この変形例にかかる無段変速機１では、伝動部材４がパワーローラから構成され、また、入力側回転部材２２および出力側回転部材３２がトロイダル状のディスクから構成されている（図４参照）。そして、伝動部材４が入力側回転部材２２および出力側回転部材３２の間に配置されている。また、入力側回転部材２２が入力軸２１の外周に軸方向に進退変位可能に嵌め合わされて設置されている。また、出力側回転部材３２が出力軸３１にスプライン結合されて連結されている。

また、変速機構５が、環状のピストン５５により構成されている。そして、このピストン５５が入力軸２１の外周に軸方向に進退変位可能に嵌め合わされている。また、このピストン５５が入力側回転部材２２に連結されており、ピストン５５の進退変位により、入力側回転部材２２が入力軸２１の軸方向に進退変位する構成となっている。

また、この変速機構５を駆動する油圧機構６として、入力軸２１の外周にフランジ部２１１が形成され、このフランジ部２１１とピストン５５との間に油圧室Ｓが形成されている。また、この油圧室Ｓに作動油が充填され、外部の油圧制御部がこの作動油の油圧を制御している。そして、油圧室Ｓの油圧制御により、ピストン５５が駆動されて入力軸２１の軸方向に進退変位する構成となっている。

この無段変速機１では、駆動トルクが入力部２の入力軸２１に伝達されると、この入力軸２１と共に入力側回転部材２２が回転する（図４参照）。すると、この駆動トルクが入力側回転部材２２から伝動部材４を介して出力部３の出力側回転部材３２に伝達される。そして、この駆動トルクが出力側回転部材３２から出力軸３１に伝達されて後段の歯車機構に出力される。このとき、伝動部材４と入力側回転部材２２および出力側回転部材３２との間に形成されたトラクション油のせん断力により、駆動トルクが入力側回転部材２２から出力側回転部材３２に伝達される。

また、このとき、油圧機構６の油圧制御部が油圧室Ｓの油圧を制御する。すると、ピストン５５が駆動されて入力軸２１の軸方向に進退変位する。すると、このピストン５５により入力側回転部材２２が駆動されて入力軸２１の軸方向に進退変位する。すると、パワーローラの傾斜角が変化して、変速比が変化する。また、この変速比の制御が連続的に行われることにより、変速比の無段階制御が実現される。

また、作動油供給機構７が、ピストン５５に形成された油路７４と、入力軸２１に形成された油路７５と、入力側回転部材２２に形成された油路７６とから構成されている。ピストン５５の油路７４は、一方の開口部にて油圧室Ｓに開口し、他方の開口部にてピストン５５と入力軸２１との嵌合面（摺動面）に開口している。入力軸２１の油路７５は、一方の開口部にてピストン５５と入力軸２１との嵌合面に開口し、入力軸２１の内部を通って、他方の開口部にて入力軸２１と入力側回転部材２２との嵌合面に開口している。入力側回転部材２２の油路７６は、一方の開口部にて入力軸２１と入力側回転部材２２との嵌合面に開口し、入力側回転部材２２の内部を通って、トロイダル面の底部から伝動部材４側に向かって開口している。

この作動油供給機構７では、ピストン５５の位置が所定の範囲（変速比の切り替えに通常用いられる範囲）内にある場合には、ピストン５５の油路７４と入力軸２１の油路７５とが位置ズレして不通となる（図示省略）。したがって、この状態では、油圧室Ｓから伝動部材４への作動油の通路が閉止される。一方、ピストン５５が所定の位置にある場合には、ピストン５５の油路７４と入力軸２１の油路７５とが連通して、油圧室Ｓから伝動部材４への作動油の油路７４〜７６が開通する（図４参照）。そして、運転開始時にて、油圧室Ｓの油圧制御によりピストン５５が所定の位置まで変位し、油圧室Ｓから伝動部材４への作動油の油路７４〜７６が開放されることにより、油圧室Ｓの作動油の一部が伝動部材４の作動油として用いられている。

［効果］
以上説明したように、この無段変速機１は、伝動部材４の自転軸の傾斜角を変化させて変速比を変更する変速機構５と、作動油を用いた油圧制御により変速機構５を駆動する油圧機構６と、この作動油をトラクション油として供給するための油路７１〜７３（油路７４〜７６）を有する作動油供給機構７とを備える（図１および図４参照）。そして、運転開始時にて、作動油の一部が伝動部材４、入力側回転部材２２および出力側回転部材３２のトラクション油として油路７１〜７３（油路７４〜７６）を介して供給される（図３参照。図４については図示省略。）。かかる構成では、供給された作動油により、伝動部材４、入力側回転部材２２および出力側回転部材３２の間にトラクション油の油膜が形成される。これにより、トラクション油の油膜形成が適正に行われて、運転開始時におけるトラクション油による動力伝達部の油膜切れ状態を改善できる利点がある。

また、かかる構成では、変速機構５の作動油の一部が伝動部材４、入力側回転部材２２および出力側回転部材３２のトラクション油として流用されるので、伝動部材を潤滑するための外部機構が個別に設置される構成（図示省略）と比較して、無段変速機１の製造コストや外形寸法を縮小できる利点がある。

また、この無段変速機１では、運転開始時にて、変速機構５の作動油の一部が伝動部材４と入力側回転部材２２および出力側回転部材３２との間の動力伝達部に噴射されて供給される（図３および図４参照）。かかる構成では、トラクション油を供給する必要性が高い（油膜切れ状態が生じやすい）位置に作動油の一部がトラクション油として供給されるので、無段変速機１の変速動作が適正に確保される（油膜切れ状態が改善される）利点がある。

また、この無段変速機１では、作動油供給機構７が変速機構５の油圧室Ｓから伝動部材４の動力伝達部（トラクション油の油膜を用いた動力伝達部）に至る油路７１〜７３（油路７４〜７６）を有し、この油路７１〜７３（油路７４〜７６）を介して油圧室Ｓ内の作動油が伝動部材４の動力伝達部に供給される（図１、図３および図４参照）。かかる構成では、作動油をトラクション油として供給するための作動油供給機構７を簡易に構成できる利点がある。

また、この無段変速機１では、作動油供給機構７が油圧機構６による変速機構５の油圧制御に伴って油路７１〜７３（油路７４〜７６）の閉止および開放を切り替える油路開閉構造を有する（図２および図３参照。図４については図示省略。）。かかる構成では、トラクション油の供給が不要なときに油路７１〜７３（油路７４〜７６）を閉止することにより、作動油（トラクション油）の流出を遮断できる。これにより、油圧機構６における作動油の減少を抑制できる利点がある。

例えば、図１〜図３に示す無段変速機１では、シフト軸５１の油路７２の一方の開口部がシフト軸５１のピストン部５１１の周面に開口し、出力側回転部材３２の油路７３が出力側回転部材３２のシリンダ部３２１の内周面に開口している。そして、シフト軸５１のピストン部５１１が出力側回転部材３２のシリンダ部３２１に挿入されることにより、これらの油路７２、７３が連通可能となり、作動油供給機構７が構成されている。そして、シフト軸５１のピストン部５１１が出力側回転部材３２のシリンダ部３２１を軸方向に変位することにより、これらの油路７２、７３の接続および遮断が切り替え可能となっている（油路開閉構造）。かかる構成では、油路開閉構造を既存の構成要素（シフト軸５１および出力側回転部材３２）により構成できるので、別途に部品を設ける必要がない点で好ましい。

また、図４に示す無段変速機１では、ピストン５５側の油路７４と入力軸２１側の油路７５とがピストン５５と入力軸２１との摺動面にそれぞれ開口している。そして、ピストン５５が入力軸２１に嵌合うことにより、油路７４、７５が連通可能となり、作動油供給機構７が構成されている。そして、ピストン５５が入力軸２１の軸方向に変位することにより、これらの油路７４、７５の接続および遮断が切り替え可能となっている（油路開閉構造）。かかる構成としても、油路開閉構造を既存の構成要素（ピストン５５および入力軸２１）により構成できるので、別途に部品を設ける必要がない点で好ましい。

以上のように、この発明にかかる無段変速機は、運転開始時におけるトラクション油による動力伝達部の油膜切れ状態を改善できる点で有用である。

１ 無段変速機、２ 入力部、２１ 入力軸、２１１ フランジ部、２２ 入力側回転部材、２３ カム機構、３ 出力部、３１ 出力軸、３１１ フランジ部、３２ 出力側回転部材、３２１ シリンダ部、４ 伝動部材、５ 変速機構、５１ シフト軸、５１１ ピストン部、５２ ローラ、５３ 傾転用アーム部、５４ 支持軸、５５ ピストン、６ 油圧機構、６１ ケース部材、７ 作動油供給機構、７１〜７６ 油路、Ｓ 油圧室

Claims (1)

1. 伝動部材と入力側回転部材および出力側回転部材との間にトラクション油を介在させて油膜のせん断力により、駆動トルクを前記入力側回転部材から前記出力側回転部材に伝達させるトラクションドライブ方式の無段変速機であって、
   軸方向に進退変位して前記伝動部材を駆動するシフト軸を有すると共に前記シフト軸により前記伝動部材の自転軸の傾斜角を変化させて変速比を変更する変速機構と、作動油を用いた油圧制御により前記シフト軸を進退変位させる油圧機構と、前記作動油を前記トラクション油として供給するための油路を有する作動油供給機構とを備え、且つ、
   前記作動油供給機構が、前記シフト軸および前記出力側回転部材に形成された前記油路と、前記油路の閉止および開放を切り替える油路開閉構造とを有し、
   前記シフト軸が、前記油圧機構による前記変速機構の油圧制御に伴って進退変位したときに、前記油路開閉構造が、前記シフト軸側に形成された前記油路と前記出力側回転部材に形成された前記油路との連通状態を切り替えて前記油路の閉止および開放を切り替え、
   運転開始時にて、前記作動油の一部が前記トラクション油として前記油路を介して供給されることを特徴とする無段変速機。

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