JP6390187B2 - 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。

例えば自動車用変速機として用いるダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機は、図６および図７に示すように構成されている。図６に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸(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とが取り付けられている。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がスプライン結合によって連結されている。

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つの部材の結合によって構成された仕切壁１３を介してケーシング５０内に支持されており、これにより、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ている。

出力側ディスク３，３は、入力軸１との間に介在されたニードル軸受５，５によって、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転自在に支持されている。また、図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を介して支持され、図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、これら入力側ディスク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（凹面）２ａ，２ａと出力側ディスク３，３の内側面（凹面）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図７参照）が回転自在に挟持されている。

図６中右側に位置する入力側ディスク２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が突き当てられるとともに、入力側ディスク２の背面（図６の右面）がローディングナット９に突き当てられている。これによって、入力側ディスク２の入力軸１に対する軸線Ｏ方向の変位が実質的に阻止されている。また、カム板７と入力軸１の鍔部１ｄとの間には、皿ばね８が設けられており、この皿ばね８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。

図７は、図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図７に示すように、ケーシング５０の内側には、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が設けられている。なお、図７においては、入力軸１の図示は省略している。各トラニオン１５，１５は、支持板部１６の長手方向(図７の上下方向)の両端部に、この支持板部１６の内側面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を有している。そして、この折れ曲がり壁部２０，２０によって、各トラニオン１５，１５には、パワーローラ１１を収容するための凹状のポケット部Ｐが形成される。また、各折れ曲がり壁部２０，２０の外側面には、各枢軸１４，１４が互いに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（第１の軸部）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を揺動させることにより、これら各トラニオン１５，１５の中央部に支持された変位軸２３の傾斜角度を調節できるようになっている。また、各トラニオン１５，１５の内側面から突出する変位軸２３の先端部２３ｂの周囲には、各パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の間に挟持されている。なお、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。

また、各トラニオン１５，１５の枢軸１４，１４はそれぞれ、一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂに対して揺動自在および軸方向(図７の上下方向)に変位自在に支持されており、各ヨーク２３Ａ，２３Ｂにより、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。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂ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。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂの四隅には円形の支持孔１８が４つ設けられており、これら支持孔１８にはそれぞれ、トラニオン１５の両端部に設けた枢軸１４がラジアルニードル軸受３０を介して揺動自在に支持されている。また、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図６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、この係止孔１９の内周面は円筒面として、球面ポスト６４，６８を内嵌している。すなわち、上側のヨーク２３Ａは、ケーシング５０に固定部材５２を介して支持されている球面ポスト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。

なお、各トラニオン１５，１５に設けられた各変位軸２３，２３は、入力軸１に対し、互いに１８０度反対側の位置に設けられている。また、これらの各変位軸２３，２３の先端部２３ｂが基端部２３ａに対して偏心している方向は、両ディスク２，２，３，３の回転方向に対して同方向(図７で上下逆方向)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、各パワーローラ１１，１１は、入力軸１の長手方向に若干変位できるように支持される。その結果、押圧装置１２が発生するスラスト荷重に基づく各構成部材の弾性変形等に起因して、各パワーローラ１１，１１が入力軸１の軸方向に変位する傾向となった場合でも、各構成部材に無理な力が加わらず、この変位が吸収される。

また、パワーローラ１１の外側面とトラニオン１５の支持板部１６の内側面との間には、パワーローラ１１の外側面の側から順に、スラスト転がり軸受であるスラスト玉軸受（スラスト軸受）２４と、スラストニードル軸受２５とが設けられている。このうち、スラスト玉軸受２４は、各パワーローラ１１に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これら各パワーローラ１１の回転を許容するものである。このようなスラスト玉軸受２４はそれぞれ、複数個ずつの玉（以下、転動体という）２６，２６と、これら各転動体２６，２６を転動自在に保持する円環状の保持器２７と、円環状の外輪２８とから構成されている。また、各スラスト玉軸受２４の内輪軌道は各パワーローラ１１の外側面（大端面）に、外輪軌道は各外輪２８の内側面にそれぞれ形成されている。

また、スラストニードル軸受２５は、トラニオン１５の支持板部１６の内側面と外輪２８の外側面との間に挟持されている。このようなスラストニードル軸受２５は、パワーローラ１１から各外輪２８に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これらパワーローラ１１および外輪２８が各変位軸２３の基端部２３ａを中心として揺動することを許容する。

さらに、各トラニオン１５，１５の一端部(図７の下端部)にはそれぞれ駆動ロッド（トラニオン軸）２９，２９が設けられており、各駆動ロッド２９，２９の中間部外周面に駆動ピストン（油圧ピストン）３３，３３が固設されている。そして、これら各駆動ピストン３３，３３はそれぞれ、上側シリンダボディ６１と下側シリンダボディ６２とによって構成された駆動シリンダ３１内に油密に嵌装されている。これら各駆動ピストン３３，３３と駆動シリンダ３１とで、各トラニオン１５，１５を、これらトラニオン１５，１５の枢軸１４，１４の軸方向に変位させる駆動装置３２を構成している。

このように構成されたトロイダル型無段変速機の場合、入力軸１の回転は、押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２に伝えられる。そして、これら入力側ディスク２，２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して各出力側ディスク３，３に伝えられ、更にこれら各出力側ディスク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３３，３３を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン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する。例えば、図７の左側のパワーローラ１１が同図の下側に、同図の右側のパワーローラ１１が同図の上側にそれぞれ変位する。

その結果、これら各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の内側面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。そして、この力の向きの変化に伴って、各トラニオン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する。

その結果、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各内側面２ａ，３ａとの当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車４との間の回転速度比が変化する。また、これら入力軸１と出力歯車４との間で伝達するトルクが変動し、各構成部材の弾性変形量が変化すると、各パワーローラ１１，１１およびこれら各パワーローラ１１，１１に付属の外輪２８，２８が、各変位軸２３，２３の基端部２３ａ、２３ａを中心として僅かに回動する。これら各外輪２８，２８の外側面と各トラニオン１５，１５を構成する支持板部１６の内側面との間には、それぞれスラストニードル軸受２５，２５が存在するため、前記回動は円滑に行われる。したがって、前述のように各変位軸２３，２３の傾斜角度を変化させるための力が小さくて済む。

ところで、トロイダル型無段変速機に用いる入力側ディスクや出力側ディスクについては、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、入力側ディスクと出力側ディスクとの少なくとも一方の外側面に、複数の補強リブを放射方向に形成すると共に、上記補強リブを形成していない部分の放射方向に亙る断面形状を略円弧形とする事により、上記入力側ディスクと出力側ディスクとの少なくとも一方の軽量化を図ったトロイダル型無段変速機が記載されている。

また、特許文献２には、入力側ディスクおよび／または出力側ディスクの背面である非トラクション面に、小径側から外径側に繋る螺旋状或は同心円状の溝を形成し、これによりディスクの冷却性を向上させて、トラクションの性能を向上させることができるトロイダル型無段変速機が記載されている。

また、特許文献３には、入力側ディスク、出力側ディスクの少なくとも一方のディスクの反トラクション面に、半径方向に放射状に複数の補強リブを設け、この補強リブ間の空間部に潤滑油を供給する油路を設けたことにより、ディスクの回転に伴う遠心力によって潤滑油がディスク内径側からディスク外径側に継続的に流れ、ディスク全体を効果的に冷却できるトロイダル型無段変速機が記載されている。

また、特許文献４には、入力側または出力側ディスクの背面に円環状や放射状に凹状の溝を設けることにより、ディスクの重量をそれほど増加させなくても、同ディスクのスプライン孔部分の応力集中を有効に防止できるトロイダル型無段変速機が記載されている。

しかしながら、これら特許文献１〜４には、パワーローラの接触点に発生する押付力により発生する接触点直下の背面部分の応力やトラクション面の応力の緩和について検討されておらず、この二つの高応力部位の応力緩和を図ろうとするとトロイダル型無段変速機の重量が増加してしまうという問題点がある。

実用新案登録第２５４３３１４号公報 特開平１１−１３２３０４号公報 特開２００４−１５６７５８号公報 特開２００４−４４６５６号公報

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、出力側ディスクの強度を確保しつつ、軽量化を図る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。

前記目的を達成するために、本発明のトロイダル型無段変速機は、入力軸に取り付けられてそれぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で同心的にかつ回転自在に設けら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出力側ディスクとの間に挟持された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、前記出力側ディスクは、前記入力軸に取り付けられるその取付部を除く前記パワーローラとの接触領域において、前記パワーローラとの接触点に発生する押圧力に応じてその軸線方向の厚さが変化して外径側に行くほど厚くなっており、前記入力側ディスクは、前記入力軸に取り付けられるその取付部を除く前記パワーローラとの接触領域において、前記パワーローラとの接触点に発生する押圧力に応じてその軸線方向の厚さが変化して前記入力側ディスクの軸線から遠い側に行くほど薄くなっていることを特徴とする。

この場合に、前記出力側ディスクは、トラクション面に発生する応力が高い部位よりも内径側から厚さが厚くなり、外径側に行くほど厚さが薄くなっていることが好ましい。

また、本発明のトロイダル型無段変速機は、入力軸に取り付けられてそれぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で同心的にかつ回転自在に設けら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出力側ディスクとの間に挟持された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、前記出力側ディスクは、前記入力軸に取り付けられるその取付部を除く前記パワーローラとの接触領域において、前記パワーローラとの接触点に発生する押圧力に応じてその軸線方向の厚さが変化して外径側に行くほど厚くなっているとともに、背面にリブが設けられており、前記リブは、周方向に間隔をおいて放射状に複数個が設けられ、各リブは内径側に行くほど高さが高くなっており、前記リブの有る部分は前記出力側ディスクの軸線から遠い外径側に行くほど前記出力側ディスクの軸線方向の厚さが薄くなっていることを特徴とする。
この場合に、前記入力側ディスクは、外径側に行くほど厚さが薄くなっていることが好ましい。

本発明によれば、出力側ディスクの強度を確保しつつ、軽量化を図ることができるトロイダル型無段変速機を提供することができ、具体的には下記の効果を奏する。
請求項１に係る発明によれば、出力側ディスクは、外径側に行くほど厚さが厚くなっている。これにより、外径側の接触点近傍の背面７４に発生する応力を緩和することができる。
請求項２に係る発明によれば、出力側ディスクは、トラクション面に発生する応力が高い部位よりも内径側から厚さが厚くなり、外径側に行くほど厚さが薄くなっている。これにより、断面係数を稼ぐことで、トラクション面の応力を緩和するとともに、ディスクの軽量化を図ることができる。
請求項３に係る発明によれば、出力側ディスクは、外径側に行くほど厚さが厚くなっているとともに、背面にリブが設けられている。これにより、曲げモーメントによってトラクション面に発生する応力を緩和させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るトロイダル型無段変速機の出力側ディスクを示す図であって、上半分を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るトロイダル型無段変速機の出力側ディスクを示す図であって、上半分を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るトロイダル型無段変速機の出力側ディスクを示す図であって、上半分を示す断面図である。 図３に示す出力側ディスクの斜視図である。 本発明をトロイダル型無段変速機の入力側ディスクに適用した図であって、上半分を示す断面図である。 従来から知られているハーフトロイダル型無段変速機の具体的構造の一例を示す断面図である。 図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本実施形態のトロイダル型無段変速機の特徴は、入力側ディスクや出力側ディスクの形状にあり、その他の構成および作用は前述した従来の構成および作用と同様であるため、以下においては、この実施の形態の特徴部分についてのみ言及し、それ以外の部分については、図６および図７と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１は、本発明の第１の実施の形態のトロイダル型無段変速機の出力側ディスク３を示す半断面図である。図１に示すように、出力側ディスク３のパワーローラ１１との接触点に発生する押付力Ｆ２は、同一入力トルクの場合、接触点が外径側（図１において上側）の方が大きく、内径側（図１において下側）の方が小さくなる。このため、出力側ディスク３の場合、入力側ディスク２とは逆に、外径側の接触点近傍の背面７４に大きな応力が発生する。そこで、本実施の形態においては、接触点に発生する押付力Ｆ２に応じて出力側ディスクの厚さＴ２を変化させることにより、外径側の接触点近傍の背面７４に発生する応力を緩和する。具体的には、押付力Ｆ２の小さい内径側のディスク厚さＴ２を薄くし、押付力Ｆ２の大きくなる外径側外径側（ディスクの軸線から遠い側）に行くほどディスク厚さＴ２を厚くする。これにより、その結果出力側ディスク３の強度を確保しつつ、軽量化を図ることができる。ここで、ディスク厚さＴ２は、ディスクの軸線方向の厚さをいう。また、ディスク厚さＴ２に関する寸法設定は、この出力側ディスク３を取り付けるために、出力側ディスク３の基端部に形成された円筒状の取付部には適用されない。このことは、後述の他の実施の形態でも同様である。

図２は、本発明の第２の実施の形態のトロイダル型無段変速機の出力側ディスク３を示す半断面図である。トロイダル型無段変速機のレンジ幅を大きくしようとして、出力側ディスク３のパワーローラ１１との接触点Ｘがディスクの軸線から遠い側（図２において上側）になると、出力側ディスク３に曲げモーメントがかかり、トラクション面に大きな応力が発生してしまう。そこで、トラクション面に発生する応力が高い部位Ｙの高さＨよりも少し内径側である半径Ｒから厚さＴ２が厚くなり、ディスクの軸線から遠い側（図２において上側）に行くほど厚さが薄くなっている。これにより、断面係数を稼ぐことで、トラクション面の応力を緩和するとともに、ディスクの軽量化を図っている。なお、前記半径Ｒ、は出力側ディスク３の内周面と同じになるまで小さくすると、ディスクの重量が増加してしまうので、トラクション面に発生する応力が緩和できる最小の値にしている。

図３は、本発明の第３の実施の形態のトロイダル型無段変速機の出力側ディスク３を示す半断面図であり、図４は、図３に示す出力側ディスク３の斜視図である。この実施の形態は、図１に示す出力側ディスク３と同様に、押付力の小さい内径側（図３において下側）のディスク厚さＴ２を薄くし、押付力が大きくなる外径側（図３において上側）のディスク厚さＴ２を厚くして、背面に発生する応力を緩和させる。さらに、出力側ディスク３の背面には、内径側（図３において下側）に行くほど軸方向に厚さのあるリブ７７が形成されている。これにより、曲げモーメントによってトラクション面に発生する応力を緩和させる。また、各リブ７７の基端部は、出力側ディスク３の背面に形成された円環部７８の外周面に接続されている。円環部７８は、出力側ディスク３の軸線Ｏと同軸に円筒状に形成されている。円環部７８の内周面の半径Ｒは、図２の場合と同様に設定されている。すなわち、トラクション面に発生する応力が高い部位Ｙの径方向寸法Ｈよりも少し内径側に位置する寸法に設定されている。

本実施の形態では、前述の第２の実施形態と同様の効果が得られるうえ、更なる軽量化を図ることができる。すなわち、リブ７７の無い部分は出力側ディスク３の軸線Ｏから遠い外径側に行くほどディスク厚さＴ２が厚くなるとともに、リブ７７の有る部分は出力側ディスク３の軸線Ｏから遠い外径側に行くほどディスク厚さＴ２が薄くなっており、これにより強度確保と軽量化を図ることができる。
なお、円環部７８は、設けなくても良い。

図５は、本発明をトロイダル型無段変速機の入力側ディスク２に適用した場合の半断面図である。図５に示すように、入力側ディスク２のパワーローラ１１との接触点に発生する押付力Ｆ１は、同一入力トルクの場合、接触点が内径側（図５において下側）の方が大きく、外径側（図５において上側）の方が小さくなる。このため、入力側ディスク２の場合、内径側の接触点近傍の背面７２に大きな応力が発生する。そこで、本実施の形態においては、接触点に発生する押付力Ｆ１に応じて入力側ディスク２の厚さＴ１を変化させることにより、内径側の接触点近傍の背面７２に発生する応力を緩和する。具体的には、押付力Ｆ１の大きい内径側のディスク厚さＴ１を厚くし、押付力Ｆ１の小さくなる外径側（ディスクの軸線から遠い側）に行くほどディスク厚さＴ１を薄くする。これにより、入力側ディスク２の強度を確保しつつ、軽量化を図ることができる。ここで、ディスク厚さＴ１は、ディスクの軸線方向の厚さをいう。また、ディスク厚さＴ１に関する寸法設定は、この入力側ディスク２を取り付けるために、入力側ディスク２の基端部に形成された円筒状の取付部には適用されない。

なお、上述の各実施の形態に係る入力側ディスク２と出力側ディスク３を併用することにより、更なる、強度確保と軽量化効果を奏することができる。

本発明は、シングルキャビティ型やダブルキャビティ型などの様々なハーフトロイダル型無段変速機の他、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。

２ 入力側ディスク
３ 出力側ディスク
１１ パワーローラ
７２ 背面
７４ 背面
Ｆ１ 押圧力
Ｆ２ 押圧力
Ｒ 切欠き部の半径
Ｈ 応力が高い部位の高さ
Ｔ１ ディスク厚さ
Ｔ２ ディスク厚さ
Ｘ 接触点
Ｙ 応力が高い部位

Claims (2)

1. 入力軸に取り付けられてそれぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で同心的にかつ回転自在に設けら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出力側ディスクとの間に挟持された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、
   前記出力側ディスクは、前記入力軸に取り付けられるその取付部を除く前記パワーローラとの接触領域において、前記パワーローラとの接触点に発生する押圧力に応じてその軸線方向の厚さが変化して外径側に行くほど厚くなっており、前記入力側ディスクは、前記入力軸に取り付けられるその取付部を除く前記パワーローラとの接触領域において、前記パワーローラとの接触点に発生する押圧力に応じてその軸線方向の厚さが変化して前記入力側ディスクの軸線から遠い側に行くほど薄くなっていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 入力軸に取り付けられてそれぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で同心的にかつ回転自在に設けら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出力側ディスクとの間に挟持された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、
   前記出力側ディスクは、前記入力軸に取り付けられるその取付部を除く前記パワーローラとの接触領域において、前記パワーローラとの接触点に発生する押圧力に応じてその軸線方向の厚さが変化して外径側に行くほど厚くなっているとともに、背面にリブが設けられており、
   前記リブは、周方向に間隔をおいて放射状に複数個が設けられ、各リブは内径側に行くほど高さが高くなっており、前記リブの有る部分は前記出力側ディスクの軸線から遠い外径側に行くほど前記出力側ディスクの軸線方向の厚さが薄くなっていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。

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