JP5516859B2

JP5516859B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP5516859B2
Application number: JP2009249832A
Authority: JP
Inventors: 宏泰吉岡
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: JP2011094723A

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ものである。

自動車用自動変速装置として、図４〜５に示す様なトロイダル型無段変速機を使用する事が研究され、一部で実施されている。
このトロイダル型無段変速機は、ダブルキャビティ型と呼ばれるもので、図４に示すように、ケーシング１０１の内側には、入力軸１が回転自在に支持されている。入力軸１の外周には、円管状の伝達軸１０３が支持されている。この場合、伝達軸１０３は、入力軸１と同心的に配設されており、入力軸１に対して回転できる。

伝達軸１０３の両端寄り部分には、入力軸１の軸線（第１の軸線）周りに第１および第２の入力側ディスク２、２がそれぞれ、ボールスプライン９６を介して支持されている。この場合、第１および第２の入力側ディスク２、２は、その内側面２ａ、２ａ同士を互いに対向させた状態で同心的に配置されるとともに、ケーシング１０１の内側で互いに同期して回転できる。

伝達軸１０３の中間部の周囲には、第１および第２の出力側ディスク４、４がスリーブ１０９を介して支持されている。スリーブ１０９の中間部の外周面には、出力歯車１１０が一体に設けられている。この出力歯車１１０は、伝達軸１０３と同心的に配置されるとともに、伝達軸１０３の外径よりも大きな内径を有している。また、出力歯車１１０は、一対の転がり軸受１１２を介して、ケーシング１０１内に設けられた支持壁１１１に回転自在に支持されている。

第１および第２の出力側ディスク４、４は、スリーブ１０９の両端部にスプライン係合されている。この場合、出力側ディスク４、４は、それぞれの内側面４ａ、４ａを互いに反対方向に向けた状態で配置されている。したがって、入力側ディスク２と出力側ディスク４は、その内側面２ａ、４ａ同士が互いに対向している。

図５に示すように、ケーシング１０１の内側であって、出力側ディスク４、４の側方位置には、両ディスク４、４を両側から挟む状態で一対のヨーク１１３ａ、１１３ｂが支持されている。これら一対のヨーク１１３ａ、１１３ｂ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６の両端部に設けられた枢軸５を揺動自在に支持するため、ヨーク１１３ａ、１１３ｂの四隅には、円形の支持孔１１８が設けられるとともに、ヨーク１１３ａ、１１３ｂの幅方向の中央部には、円形の係止孔１１９が設けられている。

一対のヨーク１１３ａ、１１３ｂは、ケーシング１０１の内面の互いに対向する部分に形成された支持ポスト２０ａ、２０ｂにより、僅かに変位できるように支持されている。これらの支持ポスト２０ａ、２０ｂ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４の内側面４ａとの間にある第１キャビティ２１および第２キャビティ２２にそれぞれ対向する状態で設けられている。なお、ポスト２０ａには、トラニオン６の傾転量を規制する傾転ストッパ１５０が設けられている。

したがって、ヨーク１１３ａ、１１３ｂは、各支持ポスト２０ａ、２０ｂに支持された状態で、その一端部が第１キャビティ２１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２２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２１、２２は同一構造であるため、以下、第１キャビティ２１のみについて説明する。

第１キャビティ２１には、一対のトラニオン６が設けられている。トラニオン６は、前記第１の軸線に対して捩れの位置にある第２の軸線と略平行に延びる本体部２２４と、この本体部２２４の両端部（図１において左右方向端部）から第２の軸線に対して傾斜して延びる折れ曲がり壁部２２６と、これらの折れ曲がり壁部２２６から第２の軸線に沿って外方に延びる枢軸５とを備えている。これらの各枢軸５は一対のヨーク１１３ａ、１１３ｂの一端部に揺動且つ軸方向に変位自在に支持されている。すなわち、枢軸５は、ヨーク１１３ａ、１１３ｂの一端部に形成された支持孔１１８の内側に、ラジアルニードル軸受２６によって支持されている。ラジアルニードル軸受２６は、その外周面が球状凸面で且つその内周面が円筒面である外輪２７と、複数本のニードル２８とから構成されている。

トラニオン６の中間部にはそれぞれ、円孔３０が設けられている。また、各円孔３０には変位軸３１が支持されている。変位軸３１はそれぞれ、互いに平行で且つ偏心した支持軸部３３と枢支軸部３４とを有している。このうち、支持軸部３３は、円孔３０の内側に、ラジアルニードル軸受３５を介して支持されている。また、枢支軸部３４の周囲には、別のラジアルニードル軸受３８を介して、パワーローラ１１が支持されている。

なお、第１および第２キャビティ２１、２２毎に一対ずつ設けられた変位軸３１は、第１および第２キャビティ２１、２２毎に、入力軸１および伝達軸１０３に対して１８０度反対側に位置して設けられている。また、変位軸３１の各枢支軸部３４が各支持軸部３３に対して偏心している方向は、入力ディスク２、２と出力ディスク４、４の回転方向に関して同方向となっている。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、パワーローラ１１は、入力軸１および伝達軸１０３の長手方向に沿って僅かに変位できるように支持されている。その結果、トロイダル型無段変速機により伝達されるトルクの変動に基づく構成部材の弾性変形量の変動等に起因して、パワーローラ１１が入力軸１および伝達軸１０３の軸方向に変位する傾向となった場合でも、構成部材に無理な力が加わることがなく、その変位を吸収することができる。

また、パワーローラ１１の外周面とトラニオン６の中間部内周面との間には、パワーローラ１１の外側面から順に、スラスト転がり軸受３９と、ニードル軸受４０とが設けられている。このうち、スラスト転がり軸受３９は、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、これらパワーローラ１１の回転を許容する。また、ニードル軸受４０は、パワーローラ１１からスラスト転がり軸受３９の外輪４１に加わるスラスト荷重を支承しつつ、枢支軸部３４および外輪４１が支持軸部３３を中心に揺動することを許容する。

トラニオン６の一端部にはそれぞれ、駆動ロッド４２が結合されている。また、これらの駆動ロッド４２の中間部外周面には、駆動ピストン４３が固着されている。この駆動ピストン４３は、駆動シリンダ４４内に油密に嵌装されている。そして、駆動ピストン４３がトラニオン５を軸方向に変位させるためのアクチュエータを構成している。

図４に示すように、入力軸１と一方の入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置４５が設けられている。この押圧装置４５は、カム板４６と複数のローラ４８とを備えており、入力軸１の回転に基づいて一方の入力側ディスク２を他方の入力側ディスク２に向け押圧しつつ回転させる。この場合、カム板４６は、入力軸１の中間部にスプライン係合されるとともに、軸方向に亘る変位を阻止された状態で支持されており、入力軸１と共に回転する。また、複数のローラ４８は、保持器４７に転動自在に保持されている。

このように構成されたトロイダル型無段変速機の運転時、入力軸１の回転は、押圧装置４５を介して、一方の入力側ディスク２に伝えられ、この入力側ディスク２と他方の入力側ディスク２とが互いに同期して回転する。入力側ディスク２、２の回転は、パワーローラ１１を介して、出力側ディスク４、４に伝えられる。出力側ディスク４、４の回転は、出力歯車１１０により取り出される。

入力軸１と出力歯車１１０との間の回転速度比を変える場合には、制御弁（図示しない）の切換えに基づいて、第１および第２のキャビティ２１、２２に対応してそれぞれ一対ずつ設けられた駆動ピストン４３を、各キャビティ２１、２２毎に互いに逆方向に同じ距離だけ変位させる。これらの駆動ピストン４３の変位に伴って、一対ずつ合計４個のトラニオン６がそれぞれ逆方向に変位し、一方のパワーローラ１１が下側に、他方のパワーローラ１１が上側にそれぞれ変位する。その結果、各パワーローラ１１の周面１１ａ、１１ａと、入力側ディスク２、２の内側面２ａ、２ａ、出力側ディスク４、４の内側面４ａ、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、その力の向きの変化に伴って、トラニオン６がヨーク１１３ａ、１１３ｂに枢支された枢軸５を中心として逆方向に揺動する。この結果、パワーローラ１１の周面１１ａ、１１ａと、入力側ディスク２、２、出力側ディスク４、４との当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車１１０との間の回転速度比が変化する。

ところで、上記の様に構成されるトロイダル型無段変速機の場合、ニードル軸受４０は、パワーローラ１１からスラスト転がり軸受３９の外輪４１に加わるスラスト荷重を支承しつつ、枢支軸部３４および外輪４１が支持軸部３３を中心に揺動することを許容するスライド機構として機能するが、部品点数が多く、コストが高くなる可能性がある。

この様な事情に鑑みて、特許文献１（特開２００１−２２７６１１号公報）には、パワーローラを回転自在に支持するスラスト転がり軸受を、アンギュラコンタクト玉軸受とし、その外輪の転動溝をパワーローラの円形転動溝の上下方向とは異なる上下方向径を持つ楕円形転動溝とし、前後方向に対する接触角を上下方向で大きく左右方向で小さくすることで、ラジアル方向の支持剛性を上下で高く、かつ、左右方向で低く設定することで、スライド機構を有しない構造が記載されている。

また、特許文献２（特開２００２−２７６７５１号公報）には、パワーローラと枢支軸部との間にカラー部材を設け、パワーローラを枢支軸部に対して左右方向のみに相対移動可能に支持するスライド構造を、カラー部材と枢支軸部とを、上下方向の二つの平行面が互いに接触嵌合し、左右方向にはスライド許容隙間を介在させた二面幅形状によるスライド嵌合構造とすることで、ニードル軸受を不要とする構造が記載されている。

一方で、トロイダル型無段変速機は、動力伝達量が大きくなるにしたがって、ディスク及びパワーローラのトラクション面やパワーローラのベアリング部における発熱量が大きくなる。これらの部位での発熱量が大きくなると、運転時のトラクション係数の設定値を下げざるを得なくなり、動力伝達効率及び耐久寿命が低下する。また、冷却が不十分な場合、ディスク及びパワーローラが長時間高温状態に晒されるため、耐久寿命が低下するという問題が発生する。

長時間の高温使用による耐久寿命の低下を防ぐために、ディスク及びパワーローラの発熱源の熱を取り去ることを目的として潤滑油の供給量を増やすことが考えられる。しかしながら、単純に潤滑流量を増やすと、ディスク及びパワーローラを始めとする回転部材における潤滑油の撹拌抵抗が増加し、動力伝達効率が低下するという別の問題が発生する。高い動力伝達効率と耐久寿命を確保するためには、冷却効率を向上させることが重要である。

特開２００１−２２７６１１号公報特開２００２−２７６７５１号公報

しかしながら、上記特許文献に記載された構造の場合、従来品よりも低コストで製造することは可能であるが、動力伝達力が大きくなった場合に発生する熱を積極的に外部に逃がす構造については考慮されていないため、動力伝達効率向上及び寿命確保のためには、さらなる改善の余地があると言える。本願発明では低コストで、動力伝達効率及び耐久寿命を十分に確保したトロイダル型無段変速機を得る事を目的とする。

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、相対回転を自在として互いに同心に支持された入力側ディスク及び出力側ディスクと、これら両ディスク同士の間に挟持された複数のパワーローラと、これら各パワーローラを回転自在に支持した状態でそれぞれの両端部に互いに同心に設けた枢軸を中心とする揺動変位を自在とされた複数のトラニオンと、前記パワーローラの外側面に設けられ、このパワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、このパワーローラの回転を許容するスラスト転がり軸受と、このスラスト転がり軸受を構成する外輪の外側面とトラニオンの内側面との間に設けられ、前記パワーローラから前記外輪に加わるスラスト荷重を支承するスラスト滑り軸受とを備えたトロイダル型無段変速機において、前記スラスト滑り軸受の材料は、前記パワーローラ及び前記トラニオンを構成している材料のうち、熱伝導率が低い方と同等以上の熱伝導率を有する材料であり、
前記スラスト滑り軸受は前記トラニオン側の軸方向端部に傾斜面を有し、この傾斜面が球面であることを特徴とする。

また、請求項２に記載のトロイダル型無段変速機は、請求項１に記載の発明において、前記スラスト滑り軸受の前記トラニオンの軸方向に対向する位置に、前記トラニオンに対する位置決めを行う平面状の位置決め部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、トロイダル型無段変速機のトラニオンとスラスト転がり軸受との間に滑り軸受を設ける構造において、運転中のスラスト転がり軸受の外輪の温度を低下させ、耐久性を向上させることができる。また、冷却効果が向上することにより、潤滑流量を低減させることができるため、動力伝達効率を向上させることもできる。

本発明の実施の形態の第１例を示す図。本発明の実施の形態の第１例の滑り軸受の断面図と斜視図実施の形態の第１例の変形例の滑り軸受の断面図と斜視図従来のトロイダル型無段変速機の１例を示す断面図。図４のＡ−Ａ断面図。

本発明の実施の形態について説明する。本発明の特徴は、パワーローラ１１を回転自在に支持したトラニオン６と、前記パワーローラの外側面に設けられ、このパワーローラ１１に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、このパワーローラ１１の回転を許容するスラスト転がり軸受と、このスラスト転がり軸受を構成する外輪の外側面とトラニオン６の内側面との間に設けられ、前記パワーローラ１１から前記外輪に加わるスラスト荷重を支承するスラスト滑り軸受の構造にある。その他の部位の構造及び作用は、前述した図４〜５に記載した構造を含め、従来から広く知られているトロイダル型無段変速機と同様である。そこで、従来構造と同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。

本例のトロイダル型無段変速機を構成する滑り軸受５０の場合、その滑り軸受５０の材料を、パワーローラ１１及びトラニオン６を構成している材料のうち、熱伝導率が低い方と同等以上の熱伝導率を有する材料とする。この様に、熱伝導率を高くすると、スラスト転がり軸受３９からトラニオン６へ伝達される熱量が増大し、スラスト転がり軸受３９の温度を低くすることができるので、パワーローラ１１の転がり耐久寿命を確保することができる。具体的には、スラスト転がり軸３９受やトラニオン６は従来では、ＪＩＳ記載の軸受鋼やクロム鋼やクロムモリブデン鋼等の鉄鋼材料で構成される場合が多いが、この場合、滑り軸受５０の材料としては、そられの鉄鋼材料よりも熱伝導率の高い黄銅やアルミニウム合金が挙げられる。

次に、図１と図２は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の場合には、円盤状の滑り軸受５０のトラニオン側の端部に断面が矩形の環状の段部５１を設けている。また、中央部に油穴５２を設けている。この様な構成とすることで、パワーローラ１１が発生する熱が伝達動力に応じて高くなり、パワーローラ１１がディスク２、４との接触点から大きな力を受けることにより、トラニオン６に作用する力も大きくなり、トラニオン６が弓なり状に弾性変形したとしても、段部５１を設けることで、滑り軸受５０は、そのトラニオン６の弾性変形に追従が可能とり、トラニオン６が弾性変形したときの滑り軸受５０への接触による発熱を防止できる。また、平面部５３を確保しているので、パワーローラ１１の傾転角同期性を確保でき、かつ、トラニオン６と滑り軸受５０との間の接触面積が大きくなるので、伝達できる熱容量を大きくできる。また、段部５１の形状については、パワーローラ１１の発熱量が最大になる条件でのトラニオン６の変形量に追従できる形状にしておくことが好ましい。

図３は、前記実施の形態の第１例の変形例を示している。本例の場合には、円盤状の滑り軸受５０のトラニオン側の軸方向端部に傾斜面５４を設けている。また、トラニオン６に対する位置決めとして、滑り軸受５０の円筒面のトラニオン６の軸方向に対向する位置に、平面状の位置決め部５５を設けている。また、傾斜面５４を球面とすると、トラニオン６の弾性変形に好適に追従できる為、好ましい。

次に、本発明の実施の形態の第２例について説明する。本例の場合には、滑り軸受５０は、パワーローラ１１及びスラスト転がり軸受３９のスライド時のフリクション低減させるために、摩擦係数を低下させるための皮膜処理が施されている。皮膜の材質は、スラスト転がり軸受３９及びトラニオン１１を構成している材料のうち、熱伝導率が低い方と同等以上の熱伝導率を有するものであることが好ましい。

1 入力軸
2 入力側ディスク
2a 入力側ディスクの内側面
4 出力側ディスク
4a 出力側ディスクの内側面
5 枢軸
6 トラニオン
11 パワーローラ
11a パワーローラの周面
20a、b 支持ポスト
21 第１キャビティ
26 ラジアルニードル軸受
27 外輪
28 ニードル
30 円孔
31 変位軸
33 支持軸部
34 枢支軸部
35 ラジアルニードル軸受
38 ラジアルニードル軸受
39 スラスト転がり軸受
40 ニードル軸受
41 外輪
42 駆動ロッド
43 駆動ピストン
44 駆動シリンダ
45 押圧装置
46 カム板
47 保持器
48 ローラ
50 滑り軸受
51 段部
52 油孔
53 平面部
54 傾斜面
55 位置きめ部
96 ボールスプライン
101 ケーシング
103 伝達軸
109 スリーブ
110 出力歯車
111 支持壁
112 転がり軸受
113a、b ヨーク
118 支持孔
119 係止孔
150 傾転ストッパ
224 本体部
226 折れ曲がり壁部

Claims

相対回転を自在として互いに同心に支持された入力側ディスク及び出力側ディスクと、これら両ディスク同士の間に挟持された複数のパワーローラと、これら各パワーローラを回転自在に支持した状態でそれぞれの両端部に互いに同心に設けた枢軸を中心とする揺動変位を自在とされた複数のトラニオンと、前記パワーローラの外側面に設けられ、このパワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、このパワーローラの回転を許容するスラスト転がり軸受と、このスラスト転がり軸受を構成する外輪の外側面とトラニオンの内側面との間に設けられ、前記パワーローラから前記外輪に加わるスラスト荷重を支承するスラスト滑り軸受とを備えたトロイダル型無段変速機において、
前記スラスト滑り軸受の材料は、前記パワーローラ及び前記トラニオンを構成している材料のうち、熱伝導率が低い方と同等以上の熱伝導率を有する材料であり、
前記スラスト滑り軸受は前記トラニオン側の軸方向端部に傾斜面を有し、この傾斜面が球面であることを特徴とする特徴とするトロイダル型無段変速機。
前記スラスト滑り軸受の前記トラニオンの軸方向に対向する位置に、前記トラニオンに対する位置決めを行う平面状の位置決め部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のトロイダル型無段変速機。