JP5982326B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Description

この発明は、自動車用変速装置として、或いはポンプ等の各種産業用機械の運転速度を調節する為の変速装置として利用する、トロイダル型無段変速機の改良に関する。

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、特許文献１〜４等の多くの刊行物に記載されると共に一部で実施されていて周知である。又、トロイダル型無段変速機と遊星歯車機構とを組み合わせて変速比の調整幅を広くする構造も、特許文献５等、やはり多くの刊行物に記載されて、従来から広く知られている。図２は、これら各特許文献に記載されて従来から広く知られているトロイダル型無段変速機の第１例を示している。この従来構造の第１例の場合、入力回転軸１の両端寄り部分の周囲に１対の入力側ディスク２ａ、２ｂを、それぞれがトロイド曲面である内側面同士を互いに対向させた状態で、前記入力回転軸１と同期した回転を可能に支持している。又、この入力回転軸１の中間部周囲に出力筒３を、この入力回転軸１に対する回転を可能に支持している。又、この出力筒３の外周面には、軸方向中央部に出力歯車４を固設すると共に、軸方向両端部に１対の出力側ディスク５、５を、スプライン係合により、前記出力筒３と同期した回転を可能に支持している。又、この状態で、それぞれがトロイド曲面である、前記両出力側ディスク５、５の内側面を、前記両入力側ディスク２ａ、２ｂの内側面に対向させている。

又、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂと前記両出力側ディスク５、５との間に、それぞれの周面を球状凸面とした複数個のパワーローラ６、６を挟持している。これら各パワーローラ６、６は、それぞれトラニオン７、７に回転自在に支持されており、前記両入力側ディスク２ａ、２ｂの回転に伴って回転しつつ、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂから前記両出力側ディスク５、５に動力を伝達する。即ち、トロイダル型無段変速機の運転時には、駆動軸８により一方（図２の左方）の入力側ディスク２ａを、押圧装置９を介して回転駆動する。この結果、前記入力回転軸１の両端部に支持された１対の入力側ディスク２ａ、２ｂ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、前記各パワーローラ６、６を介して前記両出力側ディスク５、５に伝わり、前記出力歯車４から取り出される。

又、前記入力回転軸１の両端部近傍で前記両入力側ディスク２ａ、２ｂを軸方向両側から挟む位置に、それぞれ予圧ばね１０ａ、１０ｂを設けている。そして、前記押圧装置９の非作動時（前記駆動軸８の停止時）にも、前記各パワーローラ６、６の周面と、前記入力側、出力側各ディスク２ａ、２ｂ、５の内側面との転がり接触部（トラクション部）の面圧を、必要最低限だけは確保する様にしている。従って、これら各転がり接触部は、トロイダル型無段変速機の運転開始直後から、過大な滑りを生じる事なく、動力伝達を開始する。尚、前記必要最低限の面圧を確保する為の弾力は、前記押圧装置９の内径側に配置した予圧ばね１０ａにより得る。前記入力側回転軸１の先端部に螺着したローディングナット１１と入力側ディスク２ｂの外側面との間に配置した予圧ばね１０ｂは、前記押圧装置９の急な作動時に加わる衝撃を緩和するものであって、省略する事もできる。設ける場合には、十分に（大きなトルクを伝達する際にも完全に押し潰されない程度に）大きな弾力を持たせる。

上述の様なトロイダル無段変速機の場合、前記必要最低限の面圧を確保する為の前記予圧ばね１０ａの弾力を調整する作業が面倒である。即ち、前記従来構造の第１例の場合、この予圧ばね１０ａの弾力を、前記入力回転軸１の先端部に螺着したローディングナット１１の締め付け量により調整する。これに対し、特許文献６〜７等には、ローディングナットに代えて、周方向に関して複数個（２〜４個）に分割された、それぞれが部分円弧状の素子を組み合わせて成る、コッタと呼ばれる係止環を用いた構造が記載されている。図３〜４は、この様な係止環を組み込んだ従来構造の第２例を示している。この従来構造の第２例の場合、入力回転軸１ａの先端部外周面に、全周に亙って係止溝１２を形成し、この係止溝１２に係止環１３を係止している。そして、この係止環１３の内側面（図３〜４の左側面）を入力側ディスク２ｂの外側面に当接させている。油圧式の押圧装置９ａの非作動時に、各パワーローラ６、６（図２参照）の周面と、入力、出力側各ディスク２ａ、２ｂ、５ａの内側面との転がり接触部の面圧を必要最低限確保する為の、皿ばね１０ａの弾力の調整は、前記係止環１３として、適切な軸方向の厚さ寸法を有するものを選択する事により図る。又、前記入力回転軸１ａの先端部に設けた抑え環１４により、前記係止環１３が前記係止溝１２から抜け出るのを防止している。即ち、この係止環１４は、円輪部１５と円筒部１６とを備え、この円輪部１５を前記入力回転軸１ａの先端部に外嵌し、この円筒部１６の内周面を、前記係止環１３の外周面に当接乃至近接対向させる。この様な抑え環１４は、前記入力回転軸１ａの先端部に係止した止め輪１７により軸方向の変位を阻止する。尚、前記従来構造の第２例の場合、出力側ディスク５ａとして一体型のものを使用する事により、トロイダル型無段変速機全体として小型・軽量化を図っている。但し、この部分の構造及び作用に就いては、本発明の要旨とは関係しない為、詳しい説明は省略する。

上述の様な従来構造の第２例の場合、運転時に、前記先端側の入力側ディスク２ｂは、前記押圧装置９ａの発生する推力に基づいて前記各パワーローラ６、６から力を受ける。前記トロイダル型無段変速機の運転時に、前記推力に基づき前記入力側ディスク２ｂに加わる力は、最大で数十ｋＮ〜百数十ｋＮ（数ｔＦ〜十数ｔＦ）程度となる。この様な入力側ディスク２ｂに加わる力は、この入力側ディスク２ｂの外側面（図３〜４の右側面）と、前記係止環１３の内側面（図３〜４の左側面）との当接部からこの係止環１３に加わる。この係止環１３に加わる力によって、この係止環１３が倒れる傾向となる。又、前記入力側ディスク２ｂのうちで前記各パワーローラ６、６から力を受ける部分は、この入力側ディスク２ｂの回転に伴って、周方向に、絶えず移動する為、前記係止環１３のうちでこの入力側ディスク２ｂから力を受ける部分も、周方向に絶えず移動する。従って、入力回転軸１ａ（係止溝１２）の外周面と前記係止環１３の内周面との当接部は、フレッチング摩耗が発生し易い、厳しい使用条件となる。この為、この係止環１３の厚さ（軸方向寸法）を厚くし、この係止環１３の強度をより向上させる事が望まれる。

しかし、上述の様な従来構造の第２例の場合、前記係止環１３の厚さを厚くし難い。即ち、前記入力回転軸１ａの先端部（前記入力側ディスク２ｂの外側面から突出する部分）には、この入力回転軸１ａをケーシング内に回転自在に支持する為のラジアルニードル軸受２４（図２参照）の内輪を設ける為、小径部１８を設けている。又、前記入力回転軸１ａの軸方向寸法は、トロイダル型無段変速機の小型・軽量化の為、できる限り短くする事が好ましい。特に、このトロイダル型無段変速機をＦＦ車用の自動変速機として用いる様な場合には、操舵輪の舵角を確保する為、前記入力回転軸１ａの軸方向寸法をできるだけ短くする必要がある。従って、この入力回転軸１ａの先端部のうち、前記入力側ディスク２ｂの外側面と、前記小径部１８及びこの入力回転軸１ａの中間寄り部分を連続する段差部１９との間の軸方向寸法を長くする事が難しい。更に、前記従来構造の第２例の場合、前記入力回転軸１ａの先端部に、前記係止環１３が前記係止溝１２から抜け出るのを防止する為、前記抑え環１４を、この抑え環１４の軸方向変位を阻止する為、前記止め輪１７を、それぞれ設けている。これら抑え環１４及び止め輪１７の厚さに関しても、前記係止環１３の前記係止溝１２からの脱落を防止する為に、或る程度の厚さが必要となり、この点からも前記係止環１３の厚さを厚くし難い。

又、前記従来構造の第２例の場合、前記係止環１３が前記係止溝１２内でがたつくのを防止する為に、この係止環１３の内周面とこの係止溝１２の底面との間部分、及び、この係止環１３の外周面と前記抑え環１４の円筒部１６の内周面との間部分の隙間をできる限り小さくしている。しかし、これら両隙間を完全に無くす事は難しく、前記係止環１３が前記係止溝１２内でがたつく可能性がある。この結果、この係止環１３の内周面とこの係止溝１２の底面とが断続的に繰り返し当接する事で互いに擦れ合い、当該部分でフレッチング摩耗が生じる可能性がある。そして、この様なフレッチング摩耗は、剥離、亀裂等の損傷の起点となったり、発生した摩耗粉が潤滑油（トラクションオイル）を汚染し、各部の潤滑状態を不良にする可能性がある。

特開２００３−２１４５１６号公報 特開２００７−３１５５９５号公報 特開２００８−０２５８２１号公報 特開２００８−２７５０８８号公報 特開２００４−１６９７１９号公報 特開２０００−２０５３６１号公報 特開２００９−０４１７１５号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、小型・軽量化を図りつつ、係止環の強度をより向上させられるトロイダル型無段変速機を実現すべく発明したものである

本発明のトロイダル型無段変速機は、回転軸と、１対の外側ディスクと、内側ディスクと、複数個の支持部材と、これら各支持部材と同数のパワーローラと、押圧装置と、係止環とを備える。
このうちの１対の外側ディスクは、それぞれが断面円弧形である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で前記回転軸の両端部に、この回転軸と同期した回転を自在として支持されている。
又、前記内側ディスクは、前記回転軸の中間部周囲に、断面円弧形である軸方向両側面を前記両外側ディスクの軸方向片側面に対向させた状態で、前記回転軸に対する相対回転を自在に支持されたもので、一体、若しくは１対の素子を結合して成る。
又、前記各支持部材は、軸方向に関して前記内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面との間位置にそれぞれ複数個ずつ、前記回転軸に対し捩れの位置にある枢軸を中心とする揺動変位を自在に設けられている。
又、前記各パワーローラは、前記各支持部材に回転自在に支持されもので、球状凸面としたそれぞれの周面を、前記内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面とに当接させている。
又、前記押圧装置は、前記回転軸と、前記両外側ディスクのうちの一方の外側ディスクとの間に設けられ、この一方の外側ディスクを、これら両外側ディスクのうちの他方の外側ディスクに向け押圧する。
又、前記係止環は、円周方向に複数に分割された複数の素子を組み合わせて全体を円環状としたもので、前記回転軸の外周面に形成した係止凹溝に係止されている。そして、前記係止環の軸方向片側面を、前記他方の外側ディスクの軸方向他側面に当接させる事により、この他方の外側ディスクが前記一方の外側ディスクから離れる方向に変位するのを阻止する。

特に本発明のトロイダル型無段変速機の場合は、前記係止環を、前記係止凹溝に係止される係止部と、この係止部の軸方向端面から軸方向に突出した状態で設けられた嵌合筒部とから構成する。そして、この嵌合筒部の外周面に、単一円筒状の抑えリングを、締り嵌めで外嵌する事により、この嵌合筒部の内周面を前記回転軸の外周面に強く押し付けて、前記係止環をこの回転軸に支持固定する。

上述の様な本発明を実施する場合、好ましくは請求項２に記載した発明の様に、前記係止環の係止部の内周面と、前記係止凹溝の底面との間に、径方向隙間を設ける。
又、好ましくは請求項３に記載した発明の様に、前記抑えリングの外周面に、軸受の内輪軌道を設ける。

上述の様に構成する、本発明のトロイダル型無段変速機によれば、小型・軽量化を図りつつ、係止環の強度をより向上させられる。即ち、この係止環は、係止部を係止凹溝に係止すると共に、この係止部から軸方向に突出した状態で設けられた嵌合筒部に、単一円筒状の抑えリングを締め嵌めで外嵌する事により、回転軸に支持固定している。従って、前述の図３〜４に示した従来構造の第２例に係る構造の様に、係止環に隣接する部分に、抑え環や止め輪を設ける必要がない。又、前記嵌合筒部に前記抑えリングを外嵌固定している為、例えばこの抑えリングの外周面に、前記回転軸をケーシング内に回転自在に支持する為の軸受の内輪を外嵌固定したり、前記抑えリングの外周面自体を内輪軌道とする事ができる。この結果、前記係止環の係止部の軸方向寸法を厚くでき、小型・軽量化を図りつつ、係止環の強度をより向上させられる。

本発明の実施の形態の１例を示す、図４と同様の図。 従来構造の第１例を示す断面図。 同第２例を示す断面図。 一部を省略して示す、図３のＸ部拡大図。

図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例を含めて、本発明のトロイダル型無段変速機の特徴は、小型・軽量化を図りつつ、係止環１３ａの強度をより向上させられる構造を実現する点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図２〜４に示した構造を含め、従来から知られているトロイダル型無段変速機と同様であるから、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、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の場合、前記係止環１３ａは、それぞれが部分円弧状である複数の素子を組み合わせて全体を円環状としている。この様な係止環１３ａは、これら各素子を組み合わせた状態で、入力回転軸１ｂの先端部外周面に形成した係止溝１２に係止される係止部２０と、この係止部２０の軸方向端面（図１の右側面）から軸方向に突出した状態で形成した嵌合筒部２１とを備える。この様な係止環１３ａをトロイダル型無段変速機に組み付ける際は、前記各素子を径方向内方に変位させつつ、前記係止溝１２に前記係止部２０を係止すると共に、この係止部２０の内側面（図１の左側面）を入力側ディスク２ｂの外側面に当接させる。この状態で、前記嵌合筒部２１の内周面は、前記入力回転軸１ｂの先端部外周面に形成した雄スプラインを構成する各スプライン歯の頂部に、当接乃至近接対向する。尚、前記嵌合筒部２１の内周面は、単なる円筒面でも良いが、前記雄スプラインとスプライン係合する、雌スプラインとする事もできる。何れにしても、前記入力軸１ｂの先端部に外嵌した、前記嵌合筒部２１を、単一円筒状の抑えリング２２により強く抑え付ける（この抑えリング２２の内径側に、前記嵌合筒部２１を圧入する）。これにより、前記各素子が径方向外方に変位するのを阻止して、前記嵌合筒部２１を、前記入力回転軸１ｂの先端部に外嵌固定し、前記係止環１３ａをこの入力回転軸１ｂに支持固定する。
尚、本例の場合、押圧装置９（図２〜３参照）の非作動時に、各パワーローラ６、６（図２参照）の周面と、入力、出力側各ディスク２ａ、２ｂ、５ａの内側面との転がり接触部の面圧を必要最低限確保する為の、皿ばね１０ａ（図３参照）の弾力の調整は、前記係止環１３ａとして、係止部２０の厚さが適切なものを選択する事により図る。

又、前記係止環１３ａを前記入力回転軸１ｂの先端部に支持固定した状態で、前記係止部２０の内周面と、前記係止溝１２の底面との間部分には、径方向隙間２３を設けている。更に、本例の場合、前記抑えリング２２の外周面を、前記入力回転軸１ｂをケーシング内に回転自在に支持する為のラジアルニードル軸受の内輪軌道としている。

上述の様に構成する本例のトロイダル型無段変速機によれば、小型・軽量化を図りつつ、前記係止環１３ａの強度をより向上させられる。即ち、この係止環１３ａを、前記嵌合筒部２１の外周面を前記抑えリング２２により強く抑え付ける事で、前記入力回転軸１ｂの先端部に支持固定している。従って、前述の図３〜４に示した従来構造の第２例の様に、係止環１３と軸方向に隣接する部分に、抑え環１４や止め輪１７を設ける必要がない。更に、前記抑えリング２２の外周面に、前記入力回転軸１ｂをケーシング内に回転自在に支持する為のラジアルニードル軸受の内輪軌道を直接形成している。この為、前記従来構造の第２例の様に、入力回転軸１ａの先端部に、転がり軸受の内輪を外嵌支持する為の小径部１８を設ける必要がない。従って、本例の場合、前記係止環１３ａの係止部２０の厚さを厚くでき、この係止環１３ａの強度を、前記従来構造の第２例の場合と比較してより向上させられる。

又、本例の場合、前記嵌合筒部２１の外周面を前記抑えリング２２により強く抑え付ける事により、前記係止環１３を前記入力回転軸１ｂの先端部に支持固定している。この為、この係止環１３の係止部２０が、前記係止溝１２内でがたつくのを防止でき、この係止部２０の内周面とこの係止溝１２の底面との間部分で、これら両面が断続的に繰り返し当接する事によりフレッチング摩耗が発生するのを防止できる。更に、本例の場合、前記係止部２０の内周面と前記係止溝１２の底面との間部分に、前記径方向隙間２３を設けている為、この点からも当該部分にフレッチング摩耗が発生するのを防止できる。
又、本例の場合、前記抑えリング２２の外周面を、前記入力回転軸１ｂをケーシング内に回転自在に支持する為のラジアルニードル軸受の内輪軌道としている。この為、部品点数を削減して、トロイダル型無段変速機の製造コストの低減を図れる。

本発明は、図示の様なハーフトロイダル型のトロイダル型無段変速機に限らず、フルトロイダル型のトロイダル型無段変速機にも適用できる。

１、１ａ、１ｂ 入力回転軸
２ａ、２ｂ 入力側ディスク
３ 出力筒
４ 出力歯車
５、５ａ 出力側ディスク
６ パワーローラ
７ トラニオン
８ 駆動軸
９、９ａ 押圧装置
１０ａ、１０ｂ 予圧ばね
１１ ローディングナット
１２ 係止溝
１３、１３ａ 係止環
１４ 抑え環
１５ 円輪部
１６ 円筒部
１７ 止め輪
１８ 小径部
１９ 段差部
２０ 係止部
２１ 嵌合筒部
２２ 抑えリング
２３ 径方向隙間
２４ ラジアルニードル軸受

Claims (3)

1. 回転軸と、
   それぞれが断面円弧形である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で、前記回転軸と同期した回転を自在として支持された１対の外側ディスクと、
   前記回転軸の中間部周囲に、断面円弧形である軸方向両側面を前記両外側ディスクの軸方向片側面に対向させた状態で、前記回転軸に対する相対回転を自在に支持された一体の、若しくは１対の素子を結合して成る内側ディスクと、
   軸方向に関してこの内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面との間位置にそれぞれ複数個ずつ、前記回転軸に対し捩れの位置にある枢軸を中心とする揺動変位を自在に設けられた支持部材と、
   これら各支持部材に回転自在に支持され、球状凸面としたそれぞれの周面を、前記内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面とに当接させたパワーローラと、
   前記回転軸と、前記両外側ディスクとのうちの一方の外側ディスクとの間に設けられ、この一方の外側ディスクを、これら両外側ディスクのうちの他方の外側ディスクに向け押圧する押圧装置と、
   それぞれが部分円弧形である複数の素子を組み合わせて全体を円環状として成り、前記回転軸の外周面に形成した係止凹溝に係止され、その軸方向片側面を、前記他方の外側ディスクの軸方向他側面に当接させる事で、この他方の外側ディスクが前記一方の外側ディスクから離れる方向に変位するのを阻止した、係止環とを備えたトロイダル型無段変速機に於いて、
   前記係止環は、前記係止凹溝に係止される係止部と、この係止部の軸方向他側面から軸方向に突出した状態で設けられた嵌合筒部とから成り、この嵌合筒部の外周面を、単一円筒状の抑えリングにより抑え付けて、前記各素子が径方向外方に変位するのを阻止する事により、この嵌合筒部を前記回転軸の外周面に支持固定している事を特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 前記係止環の係止部の内周面と、前記係止凹溝の底面との間に、径方向隙間を設けている、請求項１に記載したトロイダル型無段変速機。
3. 前記抑えリングの外周面に、軸受の内輪軌道を設けている、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載したトロイダル型無段変速機。

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