JP5569724B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Description

この発明は、自動車用の自動変速機として利用するトロイダル型無段変速機の改良に関する。具体的には、トラニオンに対するパワーローラの変位を円滑に行なわせて、高い伝達効率を確保できる構造の実現を図るものである。

自動車用変速装置としてトロイダル型無段変速機を使用する事が、例えば特許文献１、
２等の刊行物に記載され、且つ、一部で実施されて周知である。図８は、現在実施されているトロイダル型無段変速機の基本構成を示している。先ず、この従来構造に就いて、簡単に説明する。１対の入力側ディスク１ａ、１ｂを入力回転軸２に対し、それぞれがトロイド曲面（断面円弧形の凹面）である入力側内側面３、３同士を互いに対向させた状態で、互いに同心に、且つ、同期した回転を自在に支持している。

又、上記入力回転軸２の中間部周囲に、中間部外周面に出力歯車４を固設した出力筒５を、この入力回転軸２に対する回転を自在に支持している。又、この出力筒５の両端部に出力側ディスク６、６を、スプライン係合により、上記出力筒５と同期した回転自在に支持している。この状態で、それぞれがトロイド曲面である、上記両出力側ディスク６、６の出力側内側面７、７が、上記両入力側内側面３、３に対向する。

又、上記入力回転軸２の周囲で上記入力側、出力側両内側面３、７同士の間部分（キャビティ）に、それぞれの周面を球状凸面としたパワーローラ８、８を、２個ずつ配置している。これら各パワーローラ８、８は、それぞれトラニオン９、９の内側面に、基半部と先半部とが偏心した支持軸１０、１０と複数の転がり軸受とを介して、これら各支持軸１０、１０の先半部回りの回転、及び、これら各支持軸１０、１０の基半部を中心とする若干の揺動変位自在に支持されている。

又、上記各トラニオン９、９は、それぞれの長さ方向（図８の表裏方向）両端部にこれら各トラニオン９、９毎に互いに同心に設けられた傾転軸を中心として揺動変位自在である。これら各トラニオン９、９を揺動（傾斜）させる動作は、油圧式のアクチュエータにより、これら各トラニオン９、９を上記各傾転軸の軸方向に変位させる事により行なう。変速時には、上記各アクチュエータへの圧油の給排により、上記各トラニオン９、９を上記各傾転軸の軸方向に変位させる。この結果、上記各パワーローラ８、８の周面と上記入力側、出力側各内側面３、７との接触部（トラクション部）の接線方向に作用する力の方向が変化する（サイドスリップが発生する）ので、上記各トラニオン９、９が上記各傾転軸を中心として揺動変位する。

上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時には、駆動軸１１により一方（図８の左方）の入力側ディスク１ａを、ローディングカム式の押圧装置１２を介して回転駆動する。この結果、前記入力回転軸２の両端部に支持された１対の入力側ディスク１ａ、１ｂが、互いに近づく方向に押圧されつつ同期して回転する。そして、この回転が、上記各パワーローラ８、８を介して前記両出力側ディスク６、６に伝わり、前記出力歯車４から取り出される。

上記入力回転軸２と上記出力歯車４との回転速度の比を変える場合で、先ず入力回転軸２と出力歯車４との間で減速を行なう場合には、上記各トラニオン９、９を図８に示す位置に揺動させ、上記各パワーローラ８、８の周面を、上記各入力側ディスク１ａ、１ｂの入力側内側面３、３の中心寄り部分と上記両出力側ディスク６、６の出力側内側面７、７の外周寄り部分とにそれぞれ当接させる。反対に、増速を行なう場合には、上記各トラニオン９、９を図８と反対方向に揺動させ、上記各パワーローラ８、８の周面を、上記両入力側ディスク１ａ、１ｂの入力側内側面３、３の外周寄り部分と上記両出力側ディスク６、６の出力側内側面７、７の中心寄り部分とにそれぞれ当接させる。上記各トラニオン９、９の揺動角度を中間にすれば、上記入力回転軸２と出力歯車４との間で、中間の速度比（変速比）を得られる。

上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時には、動力の伝達に供される各部材、即ち、入力側、出力側各ディスク１ａ、１ｂ、６と上記各パワーローラ８、８とが、前記押圧装置１２が発生する押圧力（推力）に基づいて弾性変形する。そして、この弾性変形に伴って、上記各ディスク１ａ、１ｂ、６が軸方向に変位する。又、上記押圧装置１２が発生する押圧力は、上記トロイダル型無段変速機により伝達するトルクが大きくなる程大きくなり、それに伴って上記各部材の弾性変形量も多くなる。従って、上記トルクの変動に拘らず、上記入力側、出力側各側面３、７と上記各パワーローラ８、８の周面との接触状態を適正に維持する為に、これら各パワーローラ８、８を上記各トラニオン９、９に対し、上記各ディスク１ａ、１ｂ、６の軸方向に変位させる機構が必要になる。図８に記載した従来構造の第１例の場合には、上記各パワーローラ８、８を支持した前記各支持軸１０、１０の先半部を、同じく基半部を中心として揺動変位させる事により、上記各パワーローラ８、８を上記軸方向に変位させる様にしている。

一方、特許文献３には、変速比の変更と、入力側、出力側各ディスクの軸方向への各パワーローラの変位とを、全く別の機構により行なわせる様にした、トロイダル型無段変速機が記載されている。この従来構造の第２例のトロイダル型無段変速機は、図９〜１０に示す様な変速機構を備える。この図９〜１０に示した従来構造の第２例の場合、入力回転軸２の周囲で入力側、出力側両ディスク１、６同士の間部分に揺動フレーム１３を、この入力回転軸２を中心とする揺動を可能に設けている。そして、この揺動フレーム１３の径方向外端部に設けた支持板部１４、１４同士の間に、それぞれの内側面にパワーローラ８ａ、８ａを回転自在に支持した３個のトラニオン９ａ、９ａを、それぞれの両端部に設けた傾転軸１５、１５を中心とする揺動のみ可能として支持している。これら各トラニオン９ａ、９ａは、先に述べた図８に示した構造とは異なり、上記揺動フレーム１３に対し傾転軸１５、１５の軸方向に変位する事はない。この状態で上記各パワーローラ８ａ、８ａの中心軸の延長線α、αは、上記両ディスク１、６の中心軸β上で交差する。

又、上記各傾転軸１５、１５のうち、図９〜１０の上端部に位置する２本の傾転軸１５、１５を除く残りの傾転軸１５、１５には、セクター歯車１６、１６ａを固定している。そして、円周方向に隣り合うトラニオン９ａ、９ａに関するセクター歯車１６、１６ａ同士を噛合させている。この構成により、総てのトラニオン９ａ、９ａが、変速比を変える方向に関して同じ方向に、同じ角度だけ傾斜する様にしている。更に、上記各セクター歯車１６、１６ａのうちの何れか１個（図９〜１０の右下部）のセクター歯車１６ａを、カム装置１７及びアクチュエータ１８により、当該セクター歯車１６ａを固定した傾転軸１５を中心として揺動させる様にしている。

上記カム装置１７は、上記１個のセクター歯車１６ａに支持したカムフォロア１９と、トロイダル型無段変速機を収納したハウジング２０の内面に固定したカム部材２１とから成る。そして、このカム部材２１に設けたカム溝２２と上記カムフォロア１９とを係合させている。又、上記アクチュエータ１８は、油圧複動型のもので、ピストン２３に設けた長孔に係合したピン２４の動きを、結合ブラケット２５を介して前記揺動フレーム１３に伝達し、この揺動フレーム１３を、前記入力回転軸２を中心として揺動させる。この揺動フレーム１３の揺動に伴って、上記１個のセクター歯車１６ａに支持したカムフォロア１９と上記カム溝２２との位置関係が変化し、このセクター歯車１６ａが上記傾転軸１５を中心として揺動する。更に、このセクター歯車１６ａの動きが、残りのセクター歯車１６、１６を介して総てのトラニオン９ａ、９ａに伝わる。この結果、これら各トラニオン９ａ、９ａの内側面に支持された、前記各パワーローラ８ａ、８ａが、前記入力側、出力側両ディスク１、６同士の間の変速比を変える方向に関して、同じ方向に同じ角度だけ揺動し、この変速比が所望値に調整される。

上述の様な特許文献３に記載された構造では、変速時に上記各パワーローラ８ａ、８ａは、前記揺動フレーム１３との相対位置関係に関しては、図１０の表裏方向に揺動するのみである。言い換えれば、変速動作の為にこれら各パワーローラ８ａ、８ａが上記揺動フレーム１３に対して、（この揺動フレーム１３と共に上記入力回転軸２の回転方向又は反回転方向に変位する事はあっても）上記各傾転軸１５、１５の軸方向（延長線α、αに対し直角方向）に変位する事はない。又、上記揺動フレーム１３は、上記入力側、出力側両ディスク１、６同士の間位置に、変速の為に必要な角度だけ揺動変位可能に支持されているのみであり、上記両ディスク１、６の軸方向（図１０の表裏方向）に変位する事はない。従って、上記各トラニオン９ａ、９ａも、上記両ディスク１、６の軸方向に変位する事はない。

一方、トロイダル型無段変速機の運転時には、上記両ディスク１、６の内側面３、７と上記各パワーローラ８ａ、８ａの周面との転がり接触部（トラクション部）の面圧を確保する為に加える力により、上記各部材１、６、８ａが弾性変形する。そして、このうちの各パワーローラ８ａ、８ａは、図１０の表裏方向に変位する。前述の図８に示した構造の場合には、各パワーローラ８、８を各トラニオン９、９に対し、基半部と先半部とを互いに偏心した支持軸（偏心軸）１０、１０により揺動変位可能に支持する事により、構成各部材の弾性変形に伴う上記各パワーローラ８、８の変位を可能にしていた。但し、図９〜１０に示した構造の場合には、単に偏心軸により上記各パワーローラ８ａ、８ａの揺動変位を許容するだけの構造は、採用できない。

この理由は、単に偏心軸によりこれら各パワーローラ８ａ、８ａを揺動させただけの構造では、偏心量を回転半径とする円弧運動に基づいてこれら各パワーローラ８ａ、８ａが、上記各傾転軸１５、１５の軸方向（延長線α、αに対し直角方向）に、僅かとは言え変位する為である。前述の図８に示した構造部分で説明した通り、上記各パワーローラ８ａ、８ａが上記各傾転軸１５、１５の軸方向に変位すると、上記各トラクション部にサイドスリップが発生し、上記各パワーローラ８ａ、８ａを介して前記各トラニオン９ａ、９ａに、上記各傾転軸１５、１５を中心に揺動させる方向（変速比を変える方向）の力が加わる。この様な力は、上記変位が０．１〜０．２mm程度の場合でも発生する。上述の様なサイドスリップが発生し、上述の様な力が加わったままの状態でトロイダル型無段変速機の運転を継続する事が好ましくないのは当然である。具体的には、上記サイドスリップは伝達効率及び耐久性の低下に、上記力は実際に変速比を変更する際に必要とされる力の増大に、それぞれ結び付く。

この為に前記特許文献３に記載された構造では、図１１〜１３に示した様な構造により、上記各部材１、６、８ａの弾性変形に伴って、このうちの各パワーローラ８ａ、８ａを、入力側、出力側両ディスク１、６の軸方向（図１０の表裏方向）にのみ変位させる様にしている。この構造に使用する、トラニオン９ａに対し上記パワーローラ８ａを回転自在に支持する為の支持軸１０ａは、互いに偏心した基部２６と支持軸部２７とを備える。一方、上記トラニオン９ａの内側面中間部に、円形凹部２８を形成している。そして、この円形凹部２８に円形の（厚肉円盤状の）クランク部材２９を、回転可能に内嵌している。又、このクランク部材２９の一部で、このクランク部材２９の中心から外れた位置に、円孔３０を形成している。これらクランク部材２９の外周面の中心軸Ｘ29と円孔３０の中心軸Ｘ30との偏心量δ2は、上記基部２６の中心軸Ｘ26と支持軸部２７の中心軸Ｘ27との偏心量δ1と等しい（δ2＝δ1）。そして、上記基部２６を、上記円孔３０に、がたつきなく、且つ、揺動可能に内嵌している。従って、上記基部２６の中心軸Ｘ26と上記円孔３０の中心軸Ｘ30とは互いに一致する。

更に、上記トラニオン９ａの一部で、上記円形凹部２８の底部片隅部に整合する部分に、前記傾転軸１５、１５の軸方向に長い長孔３１を、この円形凹部２８の底面と上記トラニオン９ａの外側面とを連通する状態で形成している。そして、前記支持軸１０ａのうちで上記基部２６の基端面｛図１２の（Ｂ）の右端面｝の片隅部に突設したガイドロッド３２を上記長孔３１に、この長孔３１の長さ方向（前記各傾転軸１５、１５の軸方向、図１２の上下方向）の変位を可能に支持している。

前記特許文献３に記載された構造の場合、上述の様な構成により、前記入力側、出力側両ディスク１、６の軸方向片側面である、入力側、出力側両内側面３、７の軸方向変位に伴って、上記パワーローラ８ａを、図１３の（Ａ）に矢印ａで示す様に、この軸方向にのみ変位させる。このパワーローラ８ａがこの矢印ａ方向に変位する際、上記ガイドロッド３２は、図１３の（Ｂ）に矢印ｂで示す様に、上記長孔３１の内側で、上記各傾転軸１５、１５の軸方向に変位する。この際、クランク部材２９の外周面の中心軸Ｘ29を中心とする円孔３０の中心軸Ｘ30の偏心量δ2に基づく円弧運動と、基部２６の中心軸Ｘ26と支持軸部２７の中心軸Ｘ27との偏心量δ1に基づく円弧運動とを相殺して、上記支持軸部２７に直線運動させる。

図８に示した従来構造の第１例にしても、図９〜１３に示した従来構造の第２例にしても、各パワーローラ８、８ａを各ディスク１、１ａ、１ｂ、６の軸方向に変位させて、構成各部材の弾性変形量の変化に拘らず、これら各ディスク１、１ａ、１ｂ、６と上記各パワーローラ８、８の周面との接触状態を適正に維持できる。但し、何れの構造の場合も、これら各パワーローラ８、８を上記軸方向に変位させる為の構造が複雑で、部品製作、部品管理、組立作業が何れも面倒になり、コストが嵩む事が避けられない。特許文献４には、トラニオンの内側面と、パワーローラを回転自在に支持する為のスラスト玉軸受の外輪との間に直動型の転がり軸受を設ける事で、上記パワーローラの各ディスクの軸方向の変位を許容する構造が記載されている。この様な特許文献４に記載された構造にしても、同様の問題を生じる。

特開平３−７４６６７号公報 特開２００１−１６５２６２号公報 独国特許出願公開第１０２４６４３２号明細書（DE10246432A1） 特開２００３−２９４０９９号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、各パワーローラを各ディスクの軸方向に変位させて、構成各部材の弾性変形量の変化に拘らず、これら各パワーローラの周面とこれら各ディスクとの接触状態を適正に維持できる、簡単で低コストに構成できる構造を実現すべく発明したものである。

それぞれが断面円弧形のトロイド曲面である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で、互いに同心に相対回転を自在に支持された少なくとも１対のディスクと、軸方向に関してこれら各ディスクの軸方向片側面同士の間位置の円周方向に関して複数個所に、これら各ディスクの中心軸に対し捩れの位置にある傾転軸を中心とする揺動変位を自在に設けられた複数のトラニオンと、これら各トラニオンの内側面に、それぞれスラスト転がり軸受を介して回転自在に支持され、球状凸面とした周面を、上記両ディスクの軸方向片側面にそれぞれ当接させた複数のパワーローラとを備えたトロイダル型無段変速機において、
トラニオンの支持梁部内側に前記傾転軸の軸方向と直交する方向に円弧状に延びる凸部及び、パワーローラ外輪に前記凸部に沿って延びる溝をそれぞれ形成し、前記凸部と前記溝とを嵌合させ、前記凸部の両外側面と前記溝の間に、それぞれスラスト軸受およびレースを設け、前記パワーローラ外輪の背面に、前記スラスト軸受およびレースの脱落防止用のストッパーを設けたことを特徴とする。

本発明によれば、トラニオンの支持梁部内側に設けた凸部とパワーローラ外側に設けた溝との間にニードルベアリングを設けたことにより、トラニオンに対するパワーローラの軸方向の位置決めを容易にし、パワーローラの揺動抵抗を小さくできる。

本発明の実施の形態の断面図である。 図１のＡ部を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態の斜視図である。 ストッパーを設けた場合の斜視図である。 図４のＢ部の拡大した斜視図である。 図４のトラニオン凸部を設けた部分の断面図である。 図４のニードルベアリングを設けた部分の断面図である。 従来構造の第１例を示す断面図である。 従来構造の第２例を示す断面図である。 図９の一部を取り出して各ディスクの軸方向から見た図である。 トラニオンとパワーローラとを取り出した状態で示す分解斜視図である。 組み立て状態で、（Ａ）はトラニオンの内側面側から見た図、（Ｂ）は断面図である。 同じ状態で、（Ａ）はトラニオンの内側面側から見た斜視図、（Ｂ）は一部を切断した状態で外側面側から見た斜視図である。

図１〜３は、本発明の実施の形態を示している。本発明のトロイダル型無段変速機の特徴は、トラニオン１０９に対しパワーローラ１０７を入力側、出力側ディスクの軸方向の変位を可能に支持する部分の構造にある。トロイダル型無段変速機全体としての構造及び作用は、前述の図８〜１０に示した構造を含め、従来から知られている構造と同様である。このため、従来と同様に構成する部分については、図示並びに説明を省力若しくは簡略にし、以下、本発明の実施の形態の特徴部分を中心に説明する。

本実施の形態のトロイダル型無段変速機を構成するトラニオン１０９は、両端部に互いに同心に設けられた１対の傾転軸１１１、１１１と、これら両傾転軸１１１、１１１同士の間に存在し、少なくとも入力側、出力側両ディスクの径方向に関する内側の側面を円筒状凸面とした支持梁部１０８とを備える。上記両傾転軸１１１、１１１は、それぞれラジアルニードル軸受１１２、１１２を介して、ヨーク（図示せず）或いは揺動フレーム１３の支持板部１４、１４（図９〜１０参照）に、揺動を可能に支持する。

図１〜３に示すように、本発明のトラニオン１０９は、支持梁部１０８の内側に凸部１０１を設けている。凸部１０１は、図３に示すように支持梁部１０８のパワーローラ側である内側に半円状の凸部１０１を設けている。また、パワーローラ１０７の外輪１１３には、トラニオン１０９の凸部１０１が挿入可能な溝１０２が形成されている。さらに、トラニオン１０９の凸部１０１とパワーローラ外輪１１３の溝１０２の間には、ニードルベアリング１０５が設置されている。ニードルベアリング１０５は、ニードルローラ１０３とニードルローラ１０３を転動自在に保持する保持器１０４とレース１０６を有し、トラニオン１０９の凸部１０１の外側面もレース面とされる。このように、トラニオン１０９の凸部１０１とパワーローラ外輪１１３の溝１０２の間にニードルベアリング１０５を設けることによりパワーローラの揺動抵抗を小さくすることができ、トロイダル型無段変速機のトラクション係数を向上することができる。

また、パワーローラに伝達される接線力をトラニオン１０９の凸部１０１で受けるため、トラニオン１０９の変形によるパワーローラ外輪外周の挟み込みを低減することができる。さらに、レース１０６の厚みを調節することで、トラニオン１０９に対するパワーローラ１０７の位置を容易に調整することができる。

さらに、図４〜７に示すように、ニードルベアリング１０５とレース１０６が脱落しないように、ストッパー１１０を設けてもよい。ニードルベアリング１０５及びレース１０６とストッパー１１０との間は揺動できるようにクリアランスを設ける。また、ストッパー１１０はパワーローラ１０７のトラニオン１０９からの脱落防止も兼ねる。

トロイダル無段変速機として利用できる。

1a、1b 入力側ディスク
2 入力回転軸
3 入力側内側面
4 出力歯車
5 出力筒
6 出力側ディスク
7 出力側内側面
8、8a パワーローラ
9、9a トラニオン
10、10a支持軸
11 駆動軸
12 押圧装置
13 揺動フレーム
14 支持板部
15 傾転軸
16、16a セクター歯車
17 カム装置
18 アクチェータ
19 カムフォロア
20 ハウジング
21 カム部材
22 カム溝
23 ピストン
24 ピン
25 結合ブラケット
26 基部
27 支持軸部
28 円形凹部
29 クランク部材
30 円孔
31 長孔
32 ガイドロッド
101 凸部
102 溝
103 ニードルローラ
104 保持器
105 ニードルベアリング
106 レース
107 パワーローラ
108 トラニオン凸部端面
109 トラニオン
110 ストッパー
111 傾転軸
112 ラジアルニードル軸受
113 パワーローラ外輪

Claims (1)

1. それぞれが断面円弧形のトロイド曲面である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で、互いに同心に相対回転を自在に支持された少なくとも１対のディスクと、軸方向に関してこれら各ディスクの軸方向片側面同士の間位置の円周方向に関して複数個所に、これら各ディスクの中心軸に対し捩れの位置にある傾転軸を中心とする揺動変位を自在に設けられた複数のトラニオンと、これら各トラニオンの内側面に、それぞれスラスト転がり軸受を介して回転自在に支持され、球状凸面とした周面を、上記両ディスクの軸方向片側面にそれぞれ当接させた複数のパワーローラとを備えたトロイダル型無段変速機において、
   トラニオンの支持梁部内側に前記傾転軸の軸方向と直交する方向に円弧状に延びる凸部及び、パワーローラ外輪に前記凸部に沿って延びる溝をそれぞれ形成し、前記凸部と前記溝とを嵌合させ、前記凸部の両外側面と前記溝の間に、それぞれスラスト軸受およびレースを設け、
   前記パワーローラ外輪の背面に、前記スラスト軸受およびレースの脱落防止用のストッパーを設けたことを特徴とするトロイダル型無段変速機。