JP5772017B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、自動車や各種産業機械向けの変速機のうち、変速機を駆動する原動機の回転方向が可変（不定）であるトロイダル型無段変速機に関する。

例えば自動車用変速機として使用されるトロイダル型無段変速機として、特許文献１に示すものが知られている。このトロイダル型無段変速機においては、図４および図５に示すように、互いに対向する内側面をトロイド曲面とした入力側ディスク３、３と出力側ディスク５、５との間に複数個のパワーローラ４、４が挟持されている。各パワーローラ４、４はそれぞれ、トラニオン７、７の内側面に、支持軸８、８および複数の転がり軸受を介して、回転自在に支持されている。また、各トラニオン７、７は、それぞれの長さ方向（図５の上下方向）両端部に、各トラニオン７、７毎に互いに同心に設けられた、それぞれ一対ずつの枢軸９、９を中心として、揺動変位自在となっている。また、各トラニオン７、７はそれぞれ、油圧式のアクチュエータ１０、１０により、各枢軸９、９の軸方向に変位自在となっている。

このトロイダル型無段変速機の運転時には、内燃機関（エンジン）１等の原動機を動力源として、駆動軸１１、一方（図４の左方）の入力側ディスク３および押圧装置１２を介して回転駆動される。この押圧装置１２は、ローディングカム機構式のものや、この例のような油圧式のものが用いられ、スプライン係合部等を介して、回転力の伝達を行いつつ入力側ディスク３を押圧自在となっている。また、他方（図４の右方）の入力側ディスク３は、入力軸２の端部に結合されて、押圧装置１２の作動時（押圧力の発生時）に、一方の入力側ディスク３に向けて引っ張られる様になっている。

これら一対の入力側ディスク３、３が、互いに近づく方向に押圧されつつ同期して回転すると、この回転が、各パワーローラ４、４を介して各出力側ディスク５、５に伝わり、出力歯車６から取り出される。この際に、各トラニオン７、７に支持したパワーローラ４、４の周面と各ディスク３、５の内側面との転がり接触部（トラクション部）で発生したスラスト荷重が、各パワーローラ４、４を介して各トラニオン７、７に加わる。

入力軸２と出力歯車６との回転速度の比を変える場合には、各アクチュエータ１０、１０への圧油の給排により、各トラニオン７、７を各枢軸９、９の軸方向に変位させる。この結果、各パワーローラ４、４の周面と入力側、出力側各ディスク３、５の内側面との接触部の接線方向に作用する力の方向が変化するので、各トラニオン７、７が各枢軸９、９を中心として揺動変位する。すなわち、各パワーローラの周面を、入力側ディスクの側面の径方向外寄り部分と、出力側ディスクの側面の径方向内寄り部分とに転がり接触させれば、両ディスク同士の間の変速比が増速側に変化する。これに対して、各パワーローラの周面を、入力側ディスクの側面の径方向内寄り部分と、出力側ディスクの側面の径方向外寄り部分とに転がり接触させれば、両ディスク同士の間の変速比が減速側に変化する。

上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時、すなわち、入力側ディスク３、３から出力側ディスク５、５に動力を伝達する際には、これら両ディスク３、５の内側面と各パワーローラ４、４の周面とが転がり接触する部分（トラクション部）の面圧を適切にする事が必要である。この部分の面圧が過小の場合には、このトラクション部でグロススリップと呼ばれる著しい滑りが発生し、入力側ディスク３、３から出力側ディスク５、５に動力を伝達できなくなるだけでなく、動力伝達に供する各面に、著しい摩耗が発生する原因となる。反対に、トラクション部の面圧が過大である場合にはこの部分における転がり摩擦が大きくなり、トロイダル型無段変速機の伝達効率が悪化する他、各面の転がり疲れ寿命が低下する。そこで、このトラクション部には、トラクションオイルと呼ばれるオイルが供給され、このオイルは装置の他の摩擦部位にも潤滑油として供給される。このような潤滑油を供給するために、ポンプ２０と、給油配管およびノズル等からなる潤滑油供給系が備えられており、通常、このポンプ２０は、例えば図６に示すように、トルクコンバータ２１と前後進切替機構２２の間等に設置され、駆動軸１１に連動して駆動されるようになっている。

ところで、近年、駆動源の全部または一部を電動モータとする電気自動車やハイブリッド車が開発されており、また他の多くの用途においても原動機として電動モータの使用が考えられる。したがって、電動モータとトロイダル型無段変速機とが組み合わされて使用される場合も多くなると思われる。その場合、出力軸の回転が正逆双方向に切り替えられるように運転されるので、潤滑油供給系を図６の構成のままとしたのでは、逆転の際に潤滑油供給系へ潤滑油が供給されなくなってしまう。

このような課題に対して、図７に示すように、ポンプ２０を別置きのモータ２３と接続して原動機のモータ１Ａとは独立に制御することが考えられる。さらに、特許文献２においては、図８および図９に示すように、複数のチェック弁２４を組み合わせた吸込口切替機構により当該ポンプ２０の回転を一定方向に保ち、モータ１Ａの回転方向にかかわらずポンプ２０を動作させ、油圧を保つ技術が開示されている。

特開２００７−１０７６２６号公報 特開２００３−２８７１１５号公報

しかしながら、図７の技術においては、モータ１Ａを別に用意するために余分なコストが掛かり、また設置のために余分なスペースが必要となって、設計上の選択肢を狭めてしまうという不具合がある。また、特許文献２に開示された技術のように、油圧回路を複雑にすることも、メンテナンスの便宜を図るあるいは装置の安定な稼働を確保するという面からは好ましくない。

本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、電動モータのような回転方向が可変な原動機を用いる場合でも、安定して潤滑油を供給することができ、かつ構成が簡単でコストやメンテナンスの手間を省くことができるトロイダル型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に、請求項１に記載のトロイダル型無段変速機は、それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、所定部に潤滑油を供給するポンプとを備えるトロイダル型無段変速機において、
前記入力側ディスクには回転方向が選択可能な原動機が接続されるようになっており、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクのいずれかの回転を前記ポンプに選択的に伝達する選択的回転伝達機構が設けられていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明においては、入力側ディスクと出力側ディスクはパワーローラを介して回転を伝達するため、互いに逆方向に回転する。選択的回転伝達機構はこれらの回転の内、ポンプが加圧状態となる方向の回転のみを選択してこれをポンプの駆動に伝え、これにより原動機の回転方向にかかわらずポンプを加圧運転状態に維持する。したがって、回転方向が可変な原動機を用いる場合でも、安定して潤滑油を供給することができる。選択的回転伝達機構として、各種のクラッチを用途に応じて採用することで、コストやメンテナンスの手間を省くことができる。

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、前記ポンプは、少なくとも前記パワーローラと前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクとが接触する面であるトラクション面に潤滑油を供給するものであることを特徴とする。

請求項２に記載の発明においては、回転方向が可変な原動機を用いる場合でも、トラクション部に安定してトラクションオイルを供給することができる。

請求項３に記載の変速機またはトロイダル型無段変速機は、請求項１または２に記載の発明において、前記選択的回転伝達機構は、前記原動機の回転方向に応じていずれか一方が前記ポンプに動力を伝達する２つのワンウェイクラッチを有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明においては、互いに逆方向にポンプを駆動する２つのワンウェイクラッチが常時接続され、この内の原動機の回転方向に適合する方向のクラッチのみが作動して、その回転を伝達する。したがって、複雑な制御機構を必要とせず、構成が簡単で低コストで製造可能である。

請求項４に記載のトロイダル型無段変速機は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記選択的回転伝達機構は、前記原動機の回転方向を検出する検出手段と、前記原動機の回転を互いに逆方向に前記ポンプに伝達可能な２つのクラッチと、前記検出手段の検出信号に基づいて前記２つのクラッチの一方を前記ポンプの被駆動軸に選択的に接続する制御手段とを有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明においては、検出手段が原動機の回転方向を検出し、制御手段がこの検出信号に基づいて２つのクラッチの一方をポンプの被駆動軸に選択的に接続する。これにより、原動機の回転方向に応じたポンプの駆動が確実かつ効率良く行われる。検出手段としては、原動機のオン・オフを指示する信号を検出するもの、原動機自体から信号を得るもの、あるいは原動機の出力軸の回転方向を検出するもの等を適宜に用いることができる。

本発明のトロイダル型無段変速機によれば、回転方向が可変な原動機を用いる場合でも、安定して潤滑油を供給することができるので、変速機を用いる装置の安定な稼働を図るとともに、その利用範囲を広げることができる。

本発明の第１実施形態に係るトロイダル型無段変速機を示す概略図である。 図１のトロイダル型無段変速機の動作を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係るトロイダル型無段変速機を示す概略図である。 従来のトロイダル型無段変速機の一例を示す概略断面図である。 図４のトロイダル型無段変速機の概略断面図である。 従来のトロイダル型無段変速機の他の構成を示す概略図である。 従来のトロイダル型無段変速機の構成を示す概略図である。 従来のトロイダル型無段変速機の他の一例の構成を示す概略図である。 図８の要部の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示している。この実施形態のトロイダル型無段変速機（変速機）は、原動機として電動モータ（モータ）１Ａが設置されている点、および、潤滑油を供給するポンプ部分の構成を除けば、図４および図５に示す従来の構造と同じである。すなわち、互いに同心に、且つ相対回転自在に配置された第１、第２のディスク（入力側および出力側ディスク３、５）と、互いに対向するこれら入力側および出力側ディスク３、５の内側面同士の間に挟持されてこれら入力側および出力側ディスク３、５同士の間で動力を伝達する複数のパワーローラ（図示略）と、入力側ディスク３を出力側ディスク５に向け押圧する油圧式の押圧装置１２とを備えている。

原動機として用いられている電動モータ１Ａは、例えば、電気自動車やハイブリッドカーの電動モータ等が挙げられ、回転速度のほか回転方向の制御が可能である。電動モータ１Ａの駆動軸１１は、従来と同様にスプライン部を介して入力側ディスク３、３および押圧装置１２に係合して、押圧時にはこれらを一体に回転駆動する。

また、トラクション面その他の必要箇所（所定部）に潤滑油を供給するポンプ２０は、その被駆動軸２５がポンプ本体の両側に突出するように設けられている。この被駆動軸２５の２つの先端部の先にそれぞれ、これらと同軸にかつ対向するように、第１の伝達軸（軸）２６および第２の伝達軸（軸）２７が設けられている。第１の伝達軸２６および第２の伝達軸２７と、それぞれが対向する被駆動軸２５との間には、それぞれ第１のワンウェイクラッチ２８および第２のワンウェイクラッチ２９が設けられている。ワンウェイクラッチ２８、２９は、対向する２つの部材が常時接触し、これらが１つの方向では互いに係合して回転を伝え、他の方向ではスリップして回転を伝えないように構成されているもので、例えば外輪と内輪の間に可動式の歯を設けた構造を有する。いずれのワンウェイクラッチ２８、２９も伝達軸の同じ方向の回転、すなわち、ポンプ２０が圧油を吐出する方向（以下、「正方向」という。）への回転のみを被駆動軸２５に伝達するようになっている。

第１および第２の伝達軸２６、２７には、これらの伝達軸２６、２７と一体に回転する第１の従動歯車３０および第２の従動歯車３１がそれぞれ設けられている。図１において右側にある第１の従動歯車３０は、出力側ディスク５、５と一体に回転する出力歯車（第１のポンプ駆動歯車）６と噛合している。すなわち、第１の伝達軸２６はこのトロイダル型無段変速機が変速後の回転出力を被駆動側（自動車の車輪等）に出力するために従来から設けられている出力軸を兼用している。一方、図１において左側の第２の従動歯車３１は、原動機の駆動軸１１に設けた第２のポンプ駆動歯車３２に噛合している。

以上のように構成されたトロイダル型無段変速機においては、運転時に互いに逆方向の回転出力が各ワンウェイクラッチ２８、２９に入力され、その一方のみがポンプ２０の被駆動軸２５に伝達される。これを図２を参照して説明する。図２は、原動機であるモータ１Ａが正方向（この実施形態ではポンプ２０の回転の「正方向」と同じ。）に回転している場合を示しており、この回転は駆動軸１１から入力側ディスク３、３に伝わり、これらを正方向に回転させる。この回転は、さらに、入力側ディスク３、３からパワーローラ４、４を介して出力側ディスク５、５に伝わり、これを逆方向に回転させる。出力側ディスク５、５の逆方向回転は出力歯車６を介して第１の従動歯車３０に伝わり、第１の従動歯車３０と第１の伝達軸２６（出力軸）とを正方向に回転させる。第１の伝達軸２６の正方向の回転はトロイダル型無段変速機の被駆動側に出力され、例えば自動車を前進させるが、それとともに、第１のワンウェイクラッチ２８を介してポンプ２０の被駆動軸２５を正方向に回転させる。これにより、ポンプ２０が駆動され、油溜まりから潤滑油を吸い上げられて潤滑油供給系に必要な潤滑油が供給され、そしてトラクション面その他の所定部に潤滑油が供給される。一方、モータ１Ａの正方向回転は、駆動軸１１および第２のポンプ駆動歯車３２を介して第２の従動歯車３１に伝わり、これと第２の伝達軸２７および第２のワンウェイクラッチ２９を逆方向に回転させる。しかし、第２のワンウェイクラッチ２９は逆方向回転を被駆動軸２５には伝達しないので、ポンプ２０の油圧発生動作には影響しない。

一方、モータ１Ａの回転方向が切り替えられて逆方向に回転する場合は、上記の場合とすべての回転が逆になる。したがって、図示あるいは過程の詳細な説明は省くが、結果として、第１の伝達軸２６（出力軸）は逆方向に回転し、自動車等を後進させるが、第１のワンウェイクラッチ２８は滑り、回転を伝達しないのでポンプ２０の駆動には影響しない。一方、第２の伝達軸２７は正方向に回転し、この回転は第２のワンウェイクラッチ２９を介してポンプ２０の被駆動軸２５に伝達されてポンプ２０を駆動する。したがって、この場合も潤滑油供給系に必要な潤滑油が供給される。

このように、この実施形態のトロイダル型無段変速機では、運転時にはいずれかのワンウェイクラッチ２８、２９から回転がポンプ２０の被駆動軸２５に伝達されるので、制御機構が無い簡単な構成でありながら、潤滑油供給系に安定的に潤滑油が供給される。

図３は、この発明の第２実施形態のトロイダル型無段変速機を示すものである。全体的な構成は、図１実施形態と同じものであるので、以下に相違点についてのみ説明する。
この実施形態においては、ワンウェイクラッチ２８、２９の替わりに電磁力で接離動作を行なうオン・オフ式クラッチ３３、３４が設けられている。そして、モータ１Ａの駆動軸１１には、回転方向を検出する回転方向検出センサ３５が設けられており、この検出された信号はＣＰＵ等の制御装置３６に入力される。制御装置３６はこの検出信号に基づいていずれかのオン・オフ式クラッチ３３、３４のアクチュエータ（図示略）に動作信号を出力してこれを接続させ、伝達軸２６、２７から被駆動軸２５への回転の伝達を可能とする。

この実施形態のトロイダル型無段変速機の制御動作の考え方は、第１実施形態と同じである。すなわち、正方向に回転するオン・オフ式クラッチ３３、３４を接続し、他方は切り離した状態とすればよい。この実施形態では、制御装置３６を用いてポンプ２０の動作を確実に制御することで、潤滑油供給系に安定的に潤滑油が供給される。なお、回転方向検出センサ３５や制御装置３６は、多くの場合、トロイダル型無段変速機に既に設置されているものを応用できるので、大きなコスト負担にはならない。

なお、上述の各実施の形態では、ポンプ２０が潤滑油をトラクション面を含めた所定部に供給するようにしたが、トラクション面以外の各部に潤滑油を供給するポンプにも本発明を適用することができる。
また、上述の実施の形態では、本発明をハーフトロイダル型無段変速機に適用した場合を説明したが、本発明は、トラニオンが無いフルトロイダル型無段変速機にも適用することができる。
さらには、本発明は、トロイダル型無段変速機以外の変速機にも適用することができる。

１Ａ 電動モータ（原動機）
３ 入力側ディスク
４ パワーローラ
５ 出力側ディスク
７ トラニオン
２０ ポンプ
２５ 被駆動軸
２６ 第１の伝達軸（軸）
２７ 第２の伝達軸（軸）
２８、２９ ワンウェイクラッチ（選択的回転伝達機構）

Claims (4)

1. それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、所定部に潤滑油を供給するポンプとを備えるトロイダル型無段変速機において、
   前記入力側ディスクには回転方向が選択可能な原動機が接続されるようになっており、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクのいずれかの回転を前記ポンプに選択的に伝達する選択的回転伝達機構が設けられていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 前記ポンプは、少なくとも前記パワーローラと前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクとが接触する面であるトラクション面に潤滑油を供給するものであ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。
3. 前記選択的回転伝達機構は、前記原動機の回転方向に応じていずれか一方が前記ポンプに動力を伝達する２つのワンウェイクラッチを有することを特徴とする請求項１または２に記載のトロイダル型無段変速機。
4. 前記選択的回転伝達機構は、前記原動機の回転方向を検出する検出手段と、前記原動機の回転を互いに逆方向に前記ポンプに伝達可能な２つのクラッチと、前記検出手段の検出信号に基づいて前記２つのクラッチの一方を前記ポンプの被駆動軸に選択的に接続する制御手段とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のトロイダル型無段変速機。

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