JP6421647B2 - 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４および図５に示すように構成されている。図４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（伝達歯車）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４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４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４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ととも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；トラクション面とも言う）２ａ，２ａと出力ディスク３，３の内側面（凹面；トラクション面とも言う）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図５参照）が回転自在に挟持されている。

図４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４の右面）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との当接部に押付力（予圧）を付与する。

図５は、図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図５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５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５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５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５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５６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５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５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５６と下側シリンダボディ５７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、さら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５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（傾転）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、上述したようなトロイダル型無段変速機の耐久性を確保するためには、ディスク２，３とパワーローラ１１との当接部であるトラクション部で、グロススリップと呼ばれる過大な滑りが発生しないようにする必要がある。このグロススリップの発生を防止するためには、トラクション部の面圧を確保する必要がある。

グロススリップを防止するための方法として、上述のトロイダル型無段変速機では、皿ばね８によって、ディスク２，３とパワーローラ１１との当接部に押付力（予圧）を付与している。
また、特許文献１に記載のトロイダル型無段変速機でも皿ばねによりディスク背面に押付力を与え、常にディスクとパワーローラの間に押付力を発生させている。
すなわち、低温時のエンジン始動時は，トラクション油の特性変化（最大トラクション係数の低下）により、押付力不足でグロススリップが発生し易いため、皿ばねにより押付力を与え、トラクション部の面圧を確保している。

特許第２７４３６４６号公報

しかしながら、皿ばねの押付力が過大になると、トラクション部の転がり抵抗が増大し、エンジン始動時のトルクが大きくなる一方、皿ばねの押付力が不足すると、押付力不足によるグロススリップが発生してしまうという問題がある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、エンジン始動時の押付力不足によるグロススリップの発生を防止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している。

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、それぞれの内側面どうしを互いに対向させた状態で互いに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、これら両ディスクの間に挟持されるパワーローラと、前記入力側ディスクを前記パワーローラに押し付ける押圧装置とを備えたトロイダル型無段変速機において、
前記入力側ディスクと前記パワーローラとの間に隙間を形成する隙間形成手段を備えていることを特徴とする。

本発明においては、エンジン始動時に、隙間形成手段によって入力側ディスクとパワーローラとの間に隙間を形成することによって、エンジン始動時の押付力不足によるグロススリップの発生を防止できる。つまり、エンジン始動時に、入力側ディスクはパワーローラから離間しており、入力側ディスクがパワーローラに押し付けられることがないので、押付力不足によるグロススリップの発生を防止できる。
また、エンジン始動時は、前記隙間によって入力側ディスクとパワーローラとが切り離されている（離間している）ことから、イナーシャが低減し、エンジンの始動性が向上する。

本発明によれば、エンジン始動時に、隙間形成手段によって入力側ディスクとパワーローラとの間に隙間を形成することによって、エンジン始動時の押付力不足によるグロススリップの発生を防止できる。

本発明の第１の実施形態に係るトロイダル型無段変速機の概略構成を示すもので、その半側断面図である 同、半平断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るトロイダル型無段変速機の概略構成を示す半側断面図である。 従来のトロイダル型無段変速機の一例を示す断面図である。 図４における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、本実施の形態のトロイダル型無段変速機と、図４および図５に示す従来のトロイダル型無段変速機と共通部分には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
（第１の実施の形態）
図１および図２は、第１の実施の形態のトロイダル型無段変速機の概略構成を示すもので、図１はトロイダル型無段変速機の半側断面図、図２は同、半平断面図である。
この第１の実施の形態のトロイダル型無段変速機は、例えば、ケーシングに収容する前の段階で、入力軸１、入力側ディスク２，２、出力側ディスク３Ａ、上下のヨーク（図示略）、トラニオン（図示略）、パワーローラ１１、トラニオンを軸方向に駆動させる駆動装置（図示略）、油圧式の押圧装置４０、アッパープレート（図示略）等が一体に組み立てられてバリエータモジュール４３とされ、このバリエータモジュール４３をケーシング内に収容して取り付けるようになっている。

このようなバリエータモジュール４３においては、駆動装置の駆動シリンダを構成する上側シリンダボディおよび下側シリンダボディに固定される下側の球面ポスト（図示略）と、アッパープレートに固定される上側の球面ポスト６４とが上下に一体に接合された柱状ポスト６９とされ、バリエータモジュール４３において一対の柱状ポスト６９がアッパープレートと、駆動シリンダのシリンダボディを接続した状態となっている。

また、柱状ポスト６９の上下の中央部分を入力軸１が貫通した状態となっている。この入力軸１に一対の入力側ディスク２，２、出力側ディスク３Ａ、押圧装置４０等が支持されている。
出力側ディスク３Ａは、ラジアルニードル軸受３５を介して入力軸１に相対回転自在に支持されている。
また、前記一対の柱状ポスト６９の間に、出力側ディスク３Ａが配置され、この出力側ディスク３Ａの軸方向両端に出力側ディスク３Ａを軸方向に位置決めするとともに軸回りに回転可能に支持するスラスト軸受５５が設けられている。すなわち、柱状ポスト６９と、出力側ディスク３Ａの小径側端部との間にスラスト玉軸受（スラスト軸受）５５が配置され、出力側ディスク３Ａの入力軸１の軸方向に沿った位置が規制されるとともに、出力側ディスク３Ａの軸回りの回転を許容している。

押圧装置４０は、入力軸１の入力端部１ｃに固定された第１シリンダ部４１と、入力側ディスク２と一体の第２シリンダ部５９と、第１ピストン部６１と、第２ピストン部６０とを備えている。第１シリンダ部４１は、第２シリンダ部５９の外周に係合しており、入力側ディスク２の背面と対向した状態で配されている。また、第２シリンダ部５９は、筒状に形成されており、入力側ディスク２の外周縁から第１シリンダ部４１に向けて延びている。

第２ピストン部６０は、その内周面が入力軸１の外周面に嵌合されるとともに、その外周面が第２シリンダ部５９の内周面に摺動自在に嵌合されており、入力側ディスク２の背面に対向した状態で配されている。また、第１ピストン部６１は、その内周面が入力軸１の外周面に嵌合されるとともに、その外周面が第１シリンダ部４１の内周面に摺動自在に嵌合されており、第２ピストン部６０と第１シリンダ部４１との間に配されている。

第１シリンダ部４１の内面と、第１ピストン部６１と、入力軸１の外周面の一部とによって囲まれた空間は、第１油圧室７０を構成している。また、第２シリンダ部５９の内周面と、第２ピストン部６０と、入力側ディスク２の背面と、入力軸１の外周面の一部とによって囲まれた空間は、第２油圧室６７を構成している。
また、第２シリンダ部５９の内周側において、第２ピストン部６０と第１ピストン部６１との間に位置する空間７５は空気室となっている。また、第２シリンダ部５９は、空間７５を外部に連通させる連通溝としても機能する隙間を第１ピストン部６１との間に有しており、この隙間を介して第１ピストン部６１と当接可能となっている。

このような構成の押圧装置４０では、第２油圧室６７内に圧油が供給されると、この圧油は、第２ピストン部６０と入力側ディスク２の背面とが互いに離れる方向に入力側ディスク２を移動させる。これにより、入力側ディスク２が出力側ディスク３Ａに向かって押圧される。一方、第１油圧室７０内に圧油が供給されると、この圧油は、第１ピストン部６１と第１シリンダ部４１とが離れる方向に第１シリンダ部４１を移動させる。これにより、第１シリンダ部４１に固定された入力軸１がエンジン側へと移動し、エンジンから遠くに位置し、かつ入力軸１に軸方向外側への移動がコッタ３６によって規制されて設けられた入力側ディスク２が出力側ディスク３Ａに向かって押圧される。こうして、それぞれのパワーローラ１１のトラクション部が入出力側ディスク２，３Ａの双方に転接し、入力側ディスク２の回転駆動力を所望の減速比で出力側ディスク３Ａに伝達する。

また、本実施の形態のトロイダル型無段変速は、入力側ディスク２とパワーローラ１１との間に隙間Ｓを形成する隙間形成手段８０を備えている。
すなわち、この隙間形成手段８０は、図１および図２において左側の入力側ディスク２に、当該入力側ディスク２をパワーローラ１１から引き離す方向に荷重を加える予圧機構であり、皿バネ８１と２つの止め輪８２，８３とを備えている。

皿バネ８１は、第１ピストン部６１と第２シリンダ部５９との間の空間７５に設けられている。
入力軸１の入力端部１ｃには、周方向に沿って溝が形成されており、この溝に止め輪８２が嵌め込まれて固定されている。この止め輪８２は空間７５に位置している。
また、入力側ディスク２と一体の第２シリンダ部５９の内周面には、周方向に沿って溝が形成されており、この溝に止め輪８３が嵌め込まれて固定されている。この止め輪８３が空間７５に位置するとともに、止め輪８２より入力軸１の軸方向外側（図１および２において左側）に位置している。

そして、皿バネ８１はその内周部が止め輪８２の入力軸１の軸方向外側を向く面に当接され、外周部が止め輪８３の入力軸１の軸方向内側を向く面に当接されている。この状態において、皿バネ８１はその外周部によって止め輪８３を、矢印で示すように、入力軸１の軸方向外側に向けて押圧しており、内周部によって止め輪８２を、矢印で示すように、入力軸１の軸方向内側に向けて押圧している。
したがって、左側の入力側ディスク２は、止め輪８３を介して皿バネ８１の押圧力によって、パワーローラ１１から引き離す方向に荷重を加えられて、パワーローラ１１から離間し、入力側ディスク２とパワーローラ１１との間に隙間Ｓが形成される。
また、入力軸１は、止め輪８２を介して皿バネ８１の押圧力によって、図１および図２において右側方向へ力を受けるため、反ローディング側（図１および図２において右側）の入力側ディスク２とパワーローラ１１との間にも隙間Ｓが形成される。

皿バネ８１の押圧力は、エンジンアイドル回転数よりやや高い１０００ｒｐｍ程度の遠心油圧力程度に設定する。皿バネ８１の押圧力が強すぎると、押圧装置４０による入力側ディスク２の押付力が不足することや、油圧をより多く発生させなければならなくなるからであり、逆に皿バネ８１の押圧力が弱すぎると低温エンジン始動時の回転上昇による遠心油圧力で入力側ディスク２とパワーローラ１１との間の隙間Ｓがなくなり、入力側ディスク２がパワーローラ１１を押圧してしまうことで、グロススリップが生じる虞があるからである。
なお、エンジン始動後は、押圧装置４０によって、入力側ディスク２がパワーローラ１１に、前記皿バネ８１の押圧力より大きい所定の押圧力で押し付けられ、トラクション部の面圧を確保する。

また、図示は省略するが、各パワーローラ１１を支持する各トラニオンの端部外周面にトラニオンの枢軸と同心の円弧面を形成し、これら両円弧面どうしの間にケーブルを掛けてもよい。このようにすることで、各トラニオンを互いに同期して揺動させることができるので、入力側ディスク２と出力側ディスク３Ａとに挟まれた複数のパワーローラ１１の傾斜方向がばらばらになることがない。この結果、ディスク２、３Ａとパワーローラ１１との間に過大な摩擦力が作用するのを防止できる。

以上のように、本実施形態によれば、エンジン始動時に、隙間形成手段８０によって入力側ディスク２とパワーローラ１１との間に隙間Ｓを形成することによって、エンジン始動時の押付力不足によるグロススリップの発生を防止できる。つまり、エンジン始動時に、入力側ディスク２はパワーローラ１１から離間しており、入力側ディスク２がパワーローラ１１に押し付けられることがないので、押付力不足によるグロススリップの発生を防止できる。
また、エンジン始動時は前記隙間Ｓによって、入力側ディスク２とパワーローラ１１とが切り離されている（離間している）ことから、イナーシャが低減し、エンジンの始動性が向上する。

（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態のトロイダル型無段変速機の概略構成を示す半側断面図である。
本実施の形態のトロイダル型無段変速機が第１の実施の形態のトロイダル型無段変速機と異なる点は、隙間形成手段の構成であるので、以下ではこの点について説明し、第１の実施の形態と共通部分には同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態における隙間形成手段８５は以下のように構成されている。
すなわち、柱状ポスト６９と、２つの入力側ディスク２，２の小径側端部との間には、それぞれスプリング８６と軸受８７とが直列に配置されており、このようなスプリング８６と軸受８７とによって隙間形成手段８５が構成されている。
スプリング８６は例えば皿バネによって構成してもよいし、その他のバネによって構成してもよい。また、軸受８７は入力側ディスク２の軸方向の力を支持して当該入力側ディスク２を回転自在とするスラスト軸受が好適に使用される。

スプリング８６は、柱状ポスト６９と軸受８７との間に圧縮された状態で設けられており、柱状ポスト６９から反力をとって軸受８７を介して、入力側ディスク２に、当該入力側ディスク２をパワーローラ１１から引き離す方向に荷重を加えるようになっている。これによって、入力側ディスク２はパワーローラ１１から離間し、入力側ディスク２とパワーローラ１１との間に隙間が形成される。

本実施形態によれば、第１の実施の形態と同様に、エンジン始動時に、隙間形成手段８５によって入力側ディスク２とパワーローラ１１との間に隙間を形成することによって、エンジン始動時の押付力不足によるグロススリップの発生を防止できる。
また、エンジン始動時は前記隙間によって、入力側ディスク２とパワーローラ１１とが切り離されている（離間している）ことから、イナーシャが低減し、エンジンの始動性が向上する。
なお、本実施の形態では、スプリング８６を柱状ポスト６９側に配置し、軸受８７を入力側ディスク２側に配置したが、この配置は逆であってもよい。

なお、上述の第１および第２の実施の形態では、隙間形成手段８０，８５を、皿バネ８１やスプリング８６の弾性力を利用することで、入力側ディスク２とパワーローラ１１との間に隙間Ｓを形成する構成としたが、隙間形成手段は入力側ディスク２とパワーローラ１１との間に隙間Ｓを形成できるものであれば、どのような構成であってもよい。
また、押圧装置は、油圧式の押圧装置４０に限ることなく、ローディングカム式の押圧装置等であってもよい。
また、本発明は、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できる。

２ 入力側ディスク
３Ａ 出力側ディスク
１１ パワーローラ
４０ 押圧装置
８０，８５ 隙間形成手段
Ｓ 隙間

Claims (1)

1. それぞれの内側面どうしを互いに対向させた状態で互いに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、これら両ディスクの間に挟持されるパワーローラと、前記入力側ディスクを前記パワーローラに押し付ける押圧装置とを備えたトロイダル型無段変速機において、
   前記入力側ディスクと前記パワーローラとの間に隙間を形成する隙間形成手段を備え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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