JP5621358B2

JP5621358B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP5621358B2
Application number: JP2010149643A
Authority: JP
Inventors: 智巳山口
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: JP2012013140A

Description

本発明のトロイダル型無段変速機は、単独で、或いは遊星歯車式変速機と組み合わされ、自動車用変速装置として、或いはポンプ等の各種産業機械の運転速度を調節するための変速装置として利用する。

例えば自動車用変速機として使用されるダブルキャビティの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とが設けられている。また、入力軸１の中間部の外周には出力歯車４がアンギュラ玉軸受を介して、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つの部材により成る中間壁１３を介して、ケーシング５０に支持されており、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る。

出力側ディスク３，３は、入力軸１との間に設けられたニードル軸受５，５により、入力軸１の軸心Ｏを中心に回転自在に支持されている。また、図３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により支持され、図３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、入力側ディスク２，２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２ａ，２ａと出力側ディスク３，３の内側面３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１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、入力側ディスク２の背面には、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が突き当てられており、入力側ディスク２の入力軸１に対する軸線Ｏ方向の変位が阻止される。また、カム板７と入力軸１の端部（図３中左側）に形成された鍔部１ｄとの間には、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皿ばね８が設けられている。

パワーローラ１１は、入力軸１に対し捻れの位置にある一対の枢軸１４，１４を中心として揺動する一対のトラニオン１５，１５に回転自在に支持されており、各トラニオン１５，１５は、その本体部である支持板部１６の長手方向の両端部に、パワーローラ１１を支持する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が設けら、パワーローラを収容するための凹状のポケット部Ｐが形成されている。また、各折れ曲がり壁部２０，２０の外側面には、各枢軸が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には変位軸２３の基端部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を揺動させることで、各トラニオン１５，１５の中央部に支持された変位軸２３の傾斜角度を調節する。また、各トラニオン１５，１５から突出する変位軸２３の先端部２３ｂの周囲には、パワーローラがラジアルニードル軸受を介して、回転自在に支持されている。また、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。

各トラニオン１５，１５の枢軸１４，１４は、出力側ディスク３，３の側方位置に、両ディスク３，３を両側から挟む状態で設けられた一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂの四隅に設けた４つの円形の支持孔１８，１８に対して、ラジアルニードル軸受３０を介して揺動自在および軸方向に変位自在に支持されており、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。また、ヨーク２３Ａ，２３Ｂは、鋼等の金属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。

ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図４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、係止孔１９には、その内周面を球状凹面として、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た支持ポスト６４，６８を内嵌しており、ヨーク２３Ａ，２３Ｂが僅かに変位できるように支持されている。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。

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、入力側ディスク２，２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して出力側ディスク３，３に伝えられ、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を互いに逆方向に変位させる。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し、パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと入力側ディスク２，２および出力側ディスク３，３の内周面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。この力の向きの変化に伴って、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し、パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと入力側ディスク２，２および出力側ディスク３，３の内周面２ａ，２ａ，３ａ，３ａとの当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車４との間の回転変速比が変化する。

ところで、上記構成のトロイダル型無段変速機では、入力側ディスク２と出力側ディスク３との間に挟持されたパワーローラ１１により動力を伝達し、また、入力側ディスク２および出力側ディスク３に対するパワーローラ１１の接触角度が動力伝達に大きな影響をおよぼすとともに、入力側ディスク２および出力側ディスク３は、中間壁１３を介してケーシング５０に支持され、パワーローラ１１もヨーク２３Ａ，２３Ｂおよびトラニオン１５等を介してケーシング５０に支持されていることから、設計通りの所望の動力伝達性能を得るためには、ケーシング５０に対して入出力側ディスク２，３およびパワーローラ１１を精度良く位置決めして組み立てることにより、入出力側ディスク２，３とパワーローラ１１との相対的な位置を正確に決めることが重要となる。

そのため、特許文献１では、出力ディスクと出力歯車の側面に設けたアンギュラボール軸受の内輪の間に位置決め調整シムを介装し、位置決め調整シムの厚さを調整することで、出力ディスクの位置決めを行なっている。また、特許文献２では、入力回転軸を挟んで径方向反対側に、互いに同心に設けられた１対の支持ポスト部を、円環状の支持環部により連結して成る１対の支柱をケーシングに設け、円環状の支持環部に設けた１対のスラストアンギュラ玉軸受により、出力側ディスクの軸方向両端部を回転自在に支持し、位置決めを行なっている。また、特許文献３では、出力ディスクの両端部に位置決め部材を設け、これら位置決め部材の先端を主軸に嵌合すると共に、基端を変速機ケース本体に取着し、出力ディスクの両端部と位置決め部材との間にそれぞれスラスト軸受を介在させ、出力ディスクの軸方向変位を規制することで、位置決めを行なっている。また、特許文献４では、一対の内側ディスクのうちの少なくとも一方の内側ディスクの外周面とケーシングの内面との間に玉軸受を設置し、この転がり軸受により一対の内側ディスクの軸方向位置を規制し、位置決めを行なっている。

特開平１１−１０８１３９号公報特開２００４−０８４７１１号公報特開２００２−０８１５１９号公報特開２００３−２２７５５３号公報

しかしながら、特許文献１〜３では、ディスクの位置決めを行なっている部材（特許文献１では、位置決め調整シム、特許文献２では、１対のスラストアンギュラ玉軸受、特許文献３では、スラスト軸受等）が変速機のケーシングの中心部に配置されている為、一度変速機を組み立ててしまうと、その調整をする際に手間を要してしまう。また、特許文献４では、玉軸受を設けるスペースをディスクの外周に確保する必要がある為、ディスクの軸方向幅が大きくなり、重量が増大してしまう。

本発明は、上述の様な事情に鑑み、ディスクとパワーローラとの相対的な位置を容易に且つ正確に位置決めをすることができる構造を実現すべく発明したものである。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の無段変速機は、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、この回転軸の中間部に、この回転軸に対する相対回転を自在に支持された、一体の内側ディスクと、前記回転軸の中間部周囲に、この回転軸と同期した回転及びこの回転軸の軸方向の変位自在に支持された１対の外側ディスクと、これらの両ディスク間に挟持される複数のパワーローラと、前記内側ディスク及び外側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた１対の枢軸を中心に揺動するとともに、前記各パワーローラを回転自在に支持する複数のトラニオンと、前記各トラニオンの前記各枢軸をそれぞれ揺動自在に且つ軸方向に変位自在に支持するとともに、前記ケーシングに支持されたポストに揺動可能に結合される１対のヨークと、を備えるトロイダル型無段変速機にであって、
前記内側ディスクの両内側面の外周側平面部にディスクの軸方向変位を規制するプレート状のすべり軸受を設け、前記外周側平面部の前記内側ディスクの径方向における幅は、前記すべり軸受の前記内側ディスクの径方向における幅よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、ディスクの軸方向変位を規制するプレート状のすべり軸受をディスクの両内側面の外周側平面部に設けるため、その部材の厚さを容易に変更でき、ディスクの軸方向の位置決めの調整が容易となる。また、ディスクの外周側からの位置規制であるため、内側のディスクを一体とすることも可能であり、中間壁を設けた場合や上下のポストを一体にした場合等に比べ、変速機の重量の軽減も容易となる。

本発明の実施の形態の断面図である。プレート形状を示す図である。従来の無段変速機の断面図である。図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の特徴は、内側ディスクである出力側ディスクの位置決めが容易に行なえる構造であり、変速機構としての構造及び作用は、前述の図３と図４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、本発明の実施の形態の特徴部分を中心に説明する。

図１と図２に示すように、本発明の実施の形態に係るトロイダル型無段変速機では、内側ディスクである出力側ディスク３を一体型とし、回転軸である入力軸１に対し、入力軸１の中央部に設けたラジアルニードル軸受５により、回転自在に支持している。

また、上記出力ディスク３の外側に、1対の外側ディスクである入力ディスク２を、入力軸１に対し、スプライン１０により、この入力軸１と同期した回転を自在に、かつ、軸方向の変位自在に支持している。

また、上記１対の入力ディスク２と出力ディスク３に間に挟持された複数のパワーローラ１１を回転自在に支持したトラニオン１５の両端部に互いに同心に設けた枢軸１４を、1対のヨーク２３に設けた支持孔内に支持している。また、1対のヨーク２３はケーシング５０内の互いに対向する部分に形成された支持ポスト６４により、僅かに変位できるように支持されている。そして、上側の支持ポストは６４、連結板１７を介して、ボルト２４により、ケーシング５０に固定されており、下側の支持ポスト６８は、連結板１７を介して、ボルト２４によりシリンダボディ６１に固定されている。

そして、本発明の実施の形態においては、出力側ディスク３の外径側平坦面３ｂと連結板１７との間に、出力側ディスク３の入力軸１に対する位置決めを行なうすべり軸受等のプレート２５を、それぞれ４つ配置している。ここで、プレート２５は図２のように、半月形をしており、その両端にネジで連結板に固定するためのザグリ穴２６が設けてある。

上述したように、出力ディスク３をプレート２５で挟むことで、位置決めを行い、位置決めを行なう位置については、プレート２５の厚さを変更したり、プレート背面にシム板を配置して、そのシム板の厚さを変更したりすることで調整する。

また、プレート２５をディスク３の外周側に配置しており、ディスク３にモーメントが作用しても、モーメントの半径が大きいので、プレート２５が受ける荷重を小さくできる。そして、プレート２５（すべり軸受）は、許容ＰＶ値（Ｐ：面圧、Ｖ：すべり速度）を満たす必要があり、ディスク３の回転数が高速になると、プレート接触部の周速が大きくなるので、小型のトロイダル型変速機に適用することが好ましい。また、ディスク外周の歯車４は、平歯とすることでスラスト荷重が発生せず面圧が小さいので、外周を平歯のものに適用することが好ましい。

また、上述した実施の形態では、プレート２５をネジにより連結板１７に固定したが、プレート２５を取り付ける相手部材にプレート２５の形状のザグリ溝を設け、そこに嵌め込む構造としてもよい。そうすることで、固定にする場合に、ネジが不要となり、組み立てが容易となる。また、プレート２５を固定する相手部材は、連結板１７でなく、ケース５０に直接固定してもよく、シリンダボディ６１に固定してもよい。

本発明は、自動車や各種産業機械の変速機として利用できる。

１入力軸
１ａ入力軸の外周面
１ｂ入力軸の外周面に設けられた段差部
２入力側ディスク
２ａ入力側ディスクの内側面
２ｂ入力側ディスクの内周面の段差部
２ｃ入力側ディスクの内周面
３出力側ディスク
３ａ，３ａ出力側ディスクの内側面
４出力歯車
４ａフランジ部
５ニードル軸受
６ボールスプライン
７カム板
８皿ばね
９ローディングナット
１０スプライン
１１パワーローラ
１２押圧装置
１３中間壁
１４枢軸
１５トラニオン
１６支持板部
１７連結板
１８支持孔
１９係止孔
２０折れ曲がり壁
２１円孔
２２駆動軸
２３変位軸
２３ａ基端部
２３Ａ，２３Ｂヨーク
２４ボルト
２５プレート
２６ザグリ穴
３０ラジアルニードル軸受
３１駆動シリンダ
３３駆動ピストン
５０ケーシング
６１シリンダボディ
６４支持ポスト
６８支持ポスト
２２１第１キャビティ
２２２第２キャビティ

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、この回転軸の中間部に、この回転軸に対する相対回転を自在に支持された、一体の内側ディスクと、前記回転軸の中間部周囲に、この回転軸と同期した回転及びこの回転軸の軸方向の変位自在に支持された１対の外側ディスクと、これらの両ディスク間に挟持される複数のパワーローラと、前記内側ディスク及び外側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた１対の枢軸を中心に揺動するとともに、前記各パワーローラを回転自在に支持する複数のトラニオンと、前記各トラニオンの前記各枢軸をそれぞれ揺動自在に且つ軸方向に変位自在に支持するとともに、前記ケーシングに支持されたポストに揺動可能に結合される１対のヨークと、を備えるトロイダル型無段変速機において、
前記内側ディスクの両内側面の外周側平面部にディスクの軸方向変位を規制するプレート状のすべり軸受を設け、前記外周側平面部の前記内側ディスクの径方向における幅は、前記すべり軸受の前記内側ディスクの径方向における幅よりも大きいことを特徴とするトロイダル型無段変速機。