JP6520415B2

JP6520415B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP6520415B2
Application number: JP2015112060A
Authority: JP
Inventors: 保雄伊東
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2035-06-02
Also published as: JP2016223575A

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２および図３に示すように構成されている。図２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（図３参照）が回転自在に挟持されている。

図２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２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の内側面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３は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３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（傾転）する一対のトラニオン１５，１５が設けられている。なお、図３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、パワーローラ１１を支持する支持板部１６の長手方向（図３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の傾斜角度を調整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、ラジアルニードル軸受を介して各パワーローラ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３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鋳造加工により矩形状に形成されている。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂには円形の支持孔１８が２つずつ設けられており、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（傾転）自在に支持されている。また、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図２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、球面状のポスト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、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３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、スラスト玉軸受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３の下端部）にはそれぞれ駆動ロッド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より取り出されて出力軸４０に伝えられる。

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が互いに逆方向に僅かに変位する。例えば、図３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僅かに変位する。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僅かに変化する。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との間の変速比が変化する。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、このようなトロイダル型無段変速機においては、トラクション油が入力側ディスク２の内側面２ａとパワーローラ１１の周面１１ａとの間および出力側ディスク３の内側面３ａとパワーローラ１１の周面１１ａとの間に介在して、動力伝達に使用されるが、−３０℃などの低温時には、トラクション油のトラクション係数が下がる。また、これらの部材の接触面（トラクション面）への給油穴が小さいため、トラクション面への潤滑油（トラクション油）の供給および油量が保障されていない。このため、−３０℃などの低温時に、自動車等において、エンジン（原動機）と同じようにトロイダル型無段変速機を始動させると、油膜が乏しくて、前記接触面（トラクション面）ですべりが発生し、動力伝達ができなくなる虞があるとともに、当該接触面の摩擦、発熱、損傷等が懸念される。

なお、特許文献１には、入力軸からの動力を２分割し、無段変速機構と歯車伝達機構とに並行して動力を伝達させ、２つの動力を２組の遊星歯車機構で合成して出力軸に出力することが記載されているが、これは変速範囲の拡大を図るものである。

特開平１０−２４６３０５号公報

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、低温時に、トラクション面を損傷することなく、確実に動力伝達して始動す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、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を備えたトロイダル型無段変速機において、
低温時のトロイダル型無段変速機の始動時に、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に動力を伝達する始動時動力伝達手段が設けられていることを特徴とする。

本発明においては、３０℃などの低温時に、自動車等においてエンジン（原動機）を始動するときには、入力側ディスクと出力側ディスクのとの動力伝達がパワーローラではなく、始動時動力伝達手段により行われる。このため、パワーローラ、入力側ディスクおよび出力側ディスクの接触面（トラクション面）にすべりが発生したり、あるいは摩擦、発熱、損傷等が生じるのを防止することができる。

本発明の前記構成において、前記始動時動力伝達手段は、歯車であることが好ましい。
このような構成にすると、低温時のトロイダル型無段変速機の始動時に、簡単な構成で確実に入力側ディスクと出力側ディスクのとの動力伝達を行うことができる。

本発明によれば、低温時に、トラクション面を損傷することなく、確実に動力伝達して始動することができる。

本発明の実施の形態に係るトロイダル型無段変速機を示すもので、要部の断面図である。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２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、入力側ディスクと出力側ディスクとの間の始動時動力伝達手段にあり、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２および図３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入力側ディスク２および出力側ディスク３の部分を示す要部断面図である。同図に示すように、入力側ディスク２および出力側ディスク３の外周部にはそれぞれ、かさ歯車（歯車；始動時動力伝達手段）２ｅおよびかさ歯車（歯車；始動時動力伝達手段）３ｅが形成されている。これらのかさ歯車２ｅ、３ｅには、かさ歯車（歯車；始動時動力伝達手段）５０が離脱自在に歯合している。なお、かさ歯車５０とかさ歯車２ｅ、３ｅとの歯数比は問わない。

かさ歯車５０は、油圧シリンダ５２により移動自在に設けられており、これにより入力側ディスク２のかさ歯車２ｅおよび出力側ディスク３のかさ歯車３ｅに歯合し、またこれらのかさ歯車２ｅおよびかさ歯車３ｅから離脱できるようになっている。具体的には、油圧シリンダ５２のシリンダ部材５３にピストン５４が伸縮自在に挿入されており、このピストン５３の先端部に、軸受５５により回転自在に固定されている。ピストン５４は、シリンダ部材５３内のばね５６の付勢力により、シリンダ部材５３から伸長し、これにより歯車５０が入力側ディスク２のかさ歯車２ｅおよび出力側ディスク３のかさ歯車３ｅに歯合する。一方、油圧ポンプ５７からの油圧によってシリンダ部材５３内に縮み、これにより歯車５０が入力側ディスク２のかさ歯車２ｅおよび出力側ディスク３のかさ歯車３ｅから離れる。油圧ポンプ５７と油圧シリンダ５２との油路５８には、リリーフ弁５９が設けられている。かさ歯車５０は、ピストン５４の先端部に回転自在に固定されている。

本実施の形態においては、−３０℃などの低温時に、自動車等においてエンジン（原動機）を始動するときには、油圧シリンダ５２のピストン５３がばね５６の付勢力によりシリンダ部材５３から伸長し、かさ歯車５０が入力側ディスク２のかさ歯車２ｅおよび出力側ディスク３のかさ歯車３ｅに歯合しており、これにより入力側ディスク２と出力側ディスク３との動力伝達がかさ歯車５０により行われる。なお、このとき、パワーローラ１１の周面１１ａと入力側ディスク２の内側面２ａおよび出力側ディスク３の内側面３ａとの接触面（トラクション面）に、皿ばね８により予圧が付与されている（図２参照）ので、パワーローラ１１が入力側ディスク２および出力側ディスク３の回転に伴って回転する。

エンジンの始動から若干のアイドリング時間が経過すると、トラクション油が動力伝達可能な状態になり、また駆動装置３２（図３参照；駆動ピストン３３と駆動シリンダ３１からなり、トラニオン１５を枢軸１４の軸方向に変位させる。）内の圧力（ポンプライン圧）が安定するので、油圧ポンプ５７からの油圧によってピストン５３がシリンダ部材５３内に縮んで（後退して）、かさ歯車５０が入力側ディスク２のかさ歯車２ｅおよび出力側ディスク３のかさ歯車３ｅから離脱し、これにより入力側ディスク２と出力側ディスク３との動力伝達がパワーローラ１１により行われて、変速機構として機能する。

本実施の形態にあっては、−３０℃などの低温時に、自動車等においてエンジン（原動機）を始動するときには、入力側ディスク２と出力側ディスク３のとの動力伝達がパワーローラ１１ではなく、かさ歯車２ｅ、かさ歯車３ｅおよびかさ歯車５０により行われる。したがって、パワーローラ１１、入力側ディスク２および出力側ディスク３の接触面（トラクション面）にすべりが発生したり、あるいは摩擦、発熱、損傷等が生じることがない。

なお、前述の実施の形態では、油圧シリンダ５２により、かさ歯車５０を入力側ディスク２のかさ歯車２ｅおよび出力側ディスク３のかさ歯車３ｅに歯合したり、またこれらのかさ歯車２ｅおよびかさ歯車３ｅから離脱できるようにしたが、ラックとピニオン等の他の手段を用いてもよい。
また、前述の実施の形態では、始動時動力伝達手段として、かさ歯車５０、かさ歯車２ｅおよびかさ歯車３ｅを用いたが、他の手段を用いてもよい。

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
２ｅかさ歯車（歯車；始動時動力伝達手段）
３出力側ディスク
３ｅかさ歯車（歯車；始動時動力伝達手段）
１１パワーローラ
５０かさ歯車（歯車；始動時動力伝達手段）

Claims

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を備えたトロイダル型無段変速機において、
低温時のトロイダル型無段変速機の始動時に、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に動力を伝達する始動時動力伝達手段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。
前記始動時動力伝達手段は、歯車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。