JP6766382B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、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として、図１１および図１２に記載されているものが知られている。
このダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機は、図１１および図１２に示すように構成されている。図１１に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸１が回転可能に支持されており、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が回転可能に支持されている。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（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中間壁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。

図１１に示すように、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を中心に回転可能に支持されている。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と出力側ディスク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１２参照）が回転可能に挟持されている。

図１１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１１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との当接部に押圧力（予圧）を付与する。

図１２は、図１１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図１２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１２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１２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（第２の軸部）２３ｂの周囲には、各パワーローラ１１が回転可能に支持されており、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１２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１１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（シリンダボディ）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１２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、ローディングカム式の押圧装置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（転動体）２６、２６と、これら各転動体２６、２６を転動可能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１２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、ローディングカム式の押圧装置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１２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、自動車の変速機として用いられるトロイダル型無段変速機の場合には、例えば高速道路の下り坂を走行する場合、或は高速走行時にエンジンブレーキをかける場合のように、入力軸１が低トルクで高速回転した場合に、パワーローラ１１に加わるスラスト荷重を支承するためのスラスト玉軸受２４の耐久性が損なわれる。

スラスト玉軸受２４を低荷重の下で高速回転させると、玉２６に発生するジャイロモーメントにより、スラスト玉軸受２４の玉２６に滑りが発生する。このような滑りは、摩擦抵抗の増大によりスラスト玉軸受２４の回転トルクや発熱量を増大させて、このスラスト玉軸受２４の耐久性を低下させる。ここで、トロイダル型無段変速では押圧機構としてローディングカムを採用する場合がある。ローディングカム機構の場合は、低トルク領域においてローディングカムによる押圧力は小さくなりすぎてしまう。ローディングカム式の押圧装置１２では、油圧式の押圧装置のように制御により押圧力を高くすることができないが、油圧の供給装置や制御装置を必要とせず、コストの低減と軽量化を図り易い。

このようなローディングカム式の押圧装置１２を用いた場合に、押圧力が入力トルクに応じて変動し、入力トルクが小さいと押圧力が小さくなってしまいパワーローラ１１のスラスト玉軸受２４に上述の滑りを発生させてしまう。それに対して、大きな荷重（入力トルク）の下でスラスト玉軸受２４を高速回転させた場合には、滑りが発生しないことから、皿ばね８による押圧力を強くして、上述のスラスト玉軸受２４の滑りを抑制することが考えられる。ローディングカム式の押圧装置１２を備えるトロイダル型無段変速機に、例えば皿ばね８等の予圧発生機構が必要な理由としては、第１にトラクション面の動力伝達のための面直力の確保と、第２に、パワーローラ１１のスラスト玉軸受２４の上述の滑りによる急激な発熱、破損の防止の2点が挙げられる。

しかし、皿ばね８の付勢力を大きくすると、トロイダル型無段変速機の各部材同士の接触部分に、常に（低回転時にも）大きな面圧が加わることになる。この結果、これら各接触部分の摩擦抵抗が増大し、トロイダル型無段変速機の伝達効率が低下する。そこで、遠心力を利用して、例えば入力軸１が高速回転した場合に、スラスト玉軸受２４にかかる荷重を大きくして、上述の滑りを抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、予圧に使用される皿ばね８の付勢力は、製造上の誤差に基づいてある程度ばらつきが生じることが避けられない。また、皿ばね８が挟持された状態に配置される部分の皿ばね８を挟む間隔もある程度ばらつくことが避けられない。この間隔が異なった場合には、皿ばね８により得られる予圧の大きさが変化し、設計値通りに安定した性能を得られなくなる。そこで、予圧に、油圧を用いることが提案されている（例えば、特許文献２参照）

特開平９−１４４８２５号公報 特開平１０−１９６７５１号公報

ところで、トロイダル型無段変速機を自動車の変速機以外の用途で用いる試みがなされている。その１つとして航空機用発電機への利用が考えられる。交流発電機では、出力される交流電流の周波数を一定にするのに、発電機の回転数（単位時間当たり回転数：回転速度）を一定にすることが行われており、航空機用発電機には、航空機のエンジン（例えば、ターボジェット）のタービンの回転により発電機を駆動する際に、エンジンのタービンの回転軸と発電機との間に変速機を介在させて、回転数が変化するエンジンからの入力に対して発電機への出力の回転数が一定になるように変速している。また、航空機用発電機の一部としてのトロイダル型変速機は、小型軽量であることを求められている。

このような航空機用発電機にトロイダル型無段変速機を用い、トロイダル型無段変速機の上述の押圧装置にローティングカム式のように入力トルクにより押圧力が変化する押圧装置を用いた場合に、パワーローラのスラスト（玉）軸受で上述のジャイロモーメントに基づく滑りの問題が生じる。

上述のように発電機用のトロイダル型変速機において、図１３に示すように出力回転数（出力側ディスクの回転数Ｎ_ＯＤ）が一定で入力回転数（入力側ディスクの回転数Ｎ_ＩＤ）が変動する場合に、例えば、一定となる出力側ディスクの回転数Ｎ_ＯＤに対して入力側ディスクの回転数Ｎ_ＩＤが相対的に高い場合に減速し、入力側ディスクの回転数Ｎ_ＩＤが相対的に低い場合に増速することになるので、図１３に示すように減速側で入力側ディスクの回転数Ｎ_ＩＤおよびパワーローラの回転数Ｎ_ＰＲが高くなる。なお、図１３以降の各グラフは、各項目の相対関係を示したものであり、実際の数値に基づくグラフではないので、横軸および縦軸に目盛や単位を記載していない。また、横軸に減速比（変速比）として減速側および増速側と記載されているグラフにおいて、例えば、必ずしも最終的な変速比が１となる部分を境に減速側と増速側に分けているわけではない。ここで、図１３においては、変動する入力側ディスクの回転数Ｎ_ＩＤが一定となる出力側ディスクの回転数Ｎ_ＯＤより小さい場合に増速側とし、大きい場合に減速側としているが、他のグラフにおいて、一定となる出力側ディスクの回転数Ｎ_ＯＤを基準として増速側と減速側とに分けているわけではない。

航空機用発電機のトロイダル型変速機は、サイズ、重量低減の目的から高回転数での運用が求められているため、パワーローラが、スラスト荷重が低い状態で高速回転し、上述のパワーローラのスラスト玉軸受の滑り（特にジャイロモーメントに起因する滑り）の抑制が課題となる。図１４に高回転時におけるパワーローラのスラスト軸受のスラスト力（Ｆｐｒ：横軸）とスラスト軸受の発熱量（縦軸）の関係を示す。図１４に示されるように、パワーローラのスラスト軸受（ＰＲ−ＢＲＧ）にかかるスラスト力（荷重）が、ある点（図１４の縦の点線）より小さくなると、滑りに伴う急激な発熱が発生する。よって、設計上パワーローラのスラスト軸受のスラスト力は、滑りによる急激な発熱が発生しない値（図１４の縦の点線の位置より右）とすることが求められており、そのための予圧力設定が必要である。

すなわち、航空機用発電機での使用を考慮すると、巡航速度で飛行中は、スラスト荷重が低い状態でパワーローラが高速回転する状態が長時間継続する虞があり、スラスト軸受の寿命に対する影響が大きいので、スラスト軸受の滑りに伴う急激な発熱等を抑制するために皿ばねなどによる予圧の付与が考えられる。図１５は、減速比と、出力側ディスク（ＯＤ）を押圧する皿ばねに基づくパワーローラのスラスト軸受にかかるスラスト力（破線）Ｂおよび急激な発熱を抑制するのに必要な皿ばねに基づくパワーローラのスラスト軸受にかかるスラスト力（実線）Ａとの相対関係を示すグラフである。図１６は、減速比に係わらず皿ばねによるスラスト力Ｂが必要とされるスラスト力Ａより大きくなるように皿ばねのスラスト力Ｂを設定した場合のスラスト力と減速比のグラフである。

図１６に示すように高回転となる減速時にスラスト軸受で滑りに伴う急激な発熱が発生しないように皿ばねの推力を設定すると、他の減速比条件では過押し付け状態となり、バリエータ（変速機）の動力伝達効率が低下することが懸念される。すなわち、図１５、図１６のグラフにおいて、スラスト軸受で急激な発熱が発生しないために必要とされるスラスト力Ａを示す実線は、増速側から減速側に向かうにつれて大きくなる。それに対して、出力側ディスク（ＯＤ）を押圧する皿ばねに基づくスラスト力Ｂを示す破線は、増速側から減速側に向かうにつれて小さくなる。したがって、図１６に示すように、皿ばねによるスラスト力を必要となるスラスト力より大きくすると、増速側で、必要なスラスト力に対して実際のスラスト力が過大となってしまう。

また、皿ばねが入力側ディスクを出力側ディスクに向かって押す場合と、皿ばねが出力側ディスクを入力側ディスクに向かって押す場合とでは、皿ばねの両ディスクの中心線（回転中心）に沿った推力が同じでも、後述のようにスラスト軸受にかかるスラスト力が異なる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、変動する入力回転数に対して出力回転数を一定とするように変速する場合に、入力回転数が高くなる（変速比が減速側に変化する）につれてパワーローラのスラスト軸受のスラスト荷重を大きくできる押圧装置を備え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互いに同心的にかつ回転可能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、通過トルクに応じた押圧力で前記両ディスクを互いに近づけ合う方向に押圧する第１の押圧装置とを備え、変動する入力回転数に対して出力回転数が一定になるように変速させるためのトロイダル型無段変速機において、
前記入力側ディスクの回転数が高くなるにつれて前記パワーローラに作用するスラスト力が大きくなるように前記両ディスクを互いに近づけ合う方向に押圧する第２の押圧装置を備え、
前記第１の押圧装置が前記出力側ディスクを前記入力側ディスクに向かって押圧するように設けられ、前記第２の押圧装置が前記入力側ディスクを前記出力側ディスクに向かって押圧するように設けられていることを特徴とする。

このような構成によれば、出力回転数が一定となるように作動させられ、入力側ディスク（パワーローラ）の回転数（回転速度）が高くなった場合（変速比が減速側に変化する場合）に、第１の押圧装置の押圧力に基づいてパワーローラにかかるスラスト力が不足する虞があるが、第２の押圧装置による押圧力に基づいてパワーローラの回転速度が速くなるにつれて大きくなるスラスト力を加えることができる。

これにより、パワーローラの高速回転時に、上述の押圧力に基づいてパワーローラ（そのスラスト軸受）にかかるスラスト力が不足するのを防止できる。したがって、パワーローラの高速回転時にスラスト力の不足によりスラスト軸受の転動体のジャイロモーメントに起因する滑りにより、スラスト軸受が急激に発熱するのを抑制し、パワーローラのスラスト軸受の長寿命化を図ることができる。

なお、第１の押圧装置は、例えば、ローディングカム式の押圧装置であり、パワーローラの減速側での高速回転時に押圧力が十分に大きくならず、パワーローラのスラスト軸受に十分なスラスト力を与えられない可能性がある。それに対して、入力側ディスクを出力側ディスクに向かって押圧する第２の押圧装置は、例えば、押圧力が変速比に係わらず一定でも減速側（パワーローラの高速回転側）でパワーローラのスラスト軸受に作用するスラスト力が大きくできる。これにより、パワーローラの高速回転時に、スラスト軸受に十分なスラスト力を発生させることができる。なお、例えば、第２の押圧装置として、遠心油圧により入力側ディスクの回転数が高くなるにつれて、押圧力が高くなる機構を用いても良い。この場合に、入力側ディスクの低速回転時に第２の押圧装置による押圧力を下げることができ、回転の伝達効率の低下を防止できる。

本発明によれば、出力回転数を一定となるように変速するトロイダル型無段変速において、パワーローラのスラスト軸受のジャイロモーメントに起因する滑りを抑制して長寿命化を図ることができる。

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入力側ディスク部分を示す断面図である。 同、一方の出力側ディスクおよびローディングカム部分を示す断面図である。 同、皿ばねに基づく推力およびパワーローラにかかるスラスト力と、皿ばねの位置と、パワーローラの入力側ディスクおよび出力側ディスクとの接触位置との関係を説明するための図である。 同、スラスト軸受の大きな発熱を抑制するのに必要なスラスト力、出力側ディスクを押圧する皿ばねに基づくスラスト力および入力側ディスクを押圧する遠心油圧に基づくスラスト力と、減速比との相対関係を示すグラフである。 同、スラスト軸受の大きな発熱を抑制するのに必要なスラスト力、入力側ディスクを押圧する皿ばねに基づくスラスト力および入力側ディスクを押圧する遠心油圧に基づくスラスト力と減速比との相対関係を示すグラフである。 同、スラスト軸受の大きな発熱を抑制するのに必要なスラスト力および入力側ディスクを押圧する皿ばねに基づくスラスト力と、減速比との相対関係を示すグラフである。 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入力側ディスク部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入力側ディスク部分を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係るトロイダル型無段変速機の入力側ディスク部分を示す断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係るトロイダル型無段変速機の入力側ディスク部分を示す断面図である。 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１１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。 航空機用発電機で用いられるトロイダル型無段変速機で想定される減速比と入力側ディスク（ＩＤ）、出力側ディスク（ＯＤ）およびパワーローラ（ＰＲ）それぞれの回転数と減速比との相対関係を示すグラフである。 航空機用発電機のトロイダル型無段変速機で想定されるパワーローラのスラスト軸受のスラスト力と発熱量との相対関係を示すグラフである。 航空機用発電機のトロイダル型無段変速機で想定されるパワーローラのスラスト軸受の滑りによる大きな発熱を抑制するのに必要と想定される皿ばねに基づくパワーローラにかかるスラスト力と、減速比との相対関係を示すグラフである。 航空機用発電機のトロイダル型無段変速機でパワーローラのスラスト軸受の滑りによる大きな発熱を抑制するのに必要と想定される皿ばねによるスラスト力およびこのスラスト力より常に大きな皿ばねのスラスト力と減速比との相対関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図１および図２に、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要部を示す。図１には、出力軸１０の中央部に配置される一対の入力側ディスク２、２を示し、図２には、出力軸１０の中央部の一対の入力側ディスク２、２に対向する出力側ディスク３のうちの一方だけを図示している。

本実施の形態のトロイダル型無段変速機は、航空機用発電機で用いられる変速機であり、航空機のエンジンからの回転数が変動する回転を一定の回転数となるように変速して発電機に出力する。また、本実施の形態のトロイダル型無段変速機は、従来のトロイダル型無段変速機と同様の一対の入力側ディスク２、２と一対の出力側ディスク３（図２に１つだけ図示）とを有するダブルキャビティ式のハーフトロイダル型無段変速機であるが、従来のトロイダル型無段変速に対して入力側の構成と出力側の構成が略逆になっている。ただし、基本的な構成は上述の従来の自動車用のトロイダル型無段変速機と同様であり、従来と同様の構成とすることができる部分の説明を一部省略している。

本実施の形態のトロイダル型無段変速機は、ケーシング（図１１に図示）の内側に、出力軸１０が回転可能に支持されており、この出力軸１０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とが取り付けられている。また、出力軸１０の中間部の外周には出力軸１０の中央部分の外周面を覆う円筒状の支持筒部３５が設けられている。

出力軸１０と同心的に配置される支持筒部３５は、その内側に回転自在に出力軸１０が配置され、その外側に一対の入力側ディスク２、２が回転自在に配置されている。また、これら入力側ディスク２、２は、互いに背面側を対向させた状態で配置されるとともに、これら一対の入力側ディスク２、２の間に入力歯車３６が一対の入力側ディスク２、２と一体に回転するように配置されている。入力歯車３６は、従動歯車として、例えば、エンジンのタービンの回転軸から回転力が歯車を介して入力歯車３６に入力される。

一対の出力側ディスク３（図２に一方の出力側ディスク３だけ図示）は、出力軸１０の外周側に中央部の一対の入力側ディスク２、２を鋏むようにこれらの外側にそれぞれ配置され、一方の入力側ディスク２と一方の出力側ディスク３が対向し、他方の入力側ディスク２に他方の出力側ディスク３が対向して配置されている。これら入力側ディスク２、２と出力側ディスク３との間に、それぞれ一対ずつのパワーローラ１１（図１２に図示）が配置されている。

ケーシング側に固定されて支持筒部３５を支持する一対の柱状のポスト３７、３７が設けられている。なお、ポスト３７、３７は、上述の一対のヨーク２３Ａ、２３Ｂを支持するようになっている。

支持筒部３５の内部には、複数のラジアルニードル軸受３８により出力軸１０を回転可能に支持できるようになっている。支持筒部３５は、一対の入力側ディスク２、２の中心に軸方向に沿って設けられた貫通孔を貫通した状態に配置されている。各入力側ディスク２、２は、それらの貫通孔内にそれぞれ軸方向に並んで配置された一対ずつのラジアル軸受により、支持筒部３５に対して回転自在に取り付けられている。すなわち、入力側ディスク２の貫通孔の大径側の内周側にはラジアル玉軸受３９が配置され、小径側にラジアルコロ軸受４０が配置されている。

入力側ディスク２、２の背面側には、入力側ディスク２、２の回転中心を中心とし、この中心方向（軸方向）に沿って背面側に突出する環状凸部４１が設けられている。環状凸部４１は、その外周面および内周面が上述の中心方向と平行になるように形成されている。また、環状凸部４１の背面には、その内周部分から回転中心方向に沿って突出する環状突起４２が設けられている。環状凸部４１の背面は、環状突起４２の背面も含めて回転中心方向に直交する平面となっている。また、一対の入力側ディスク２、２の環状突起４２の外周面には、入力歯車３６の後述する貫通孔８３の内周面が例えばスプライン結合され、一対の入力側ディスク２、２と、入力歯車３６とが一体に回転可能となっている。

また、入力側ディスク２、２の環状凸部４１（環状突起４２）の内周側は、途中に２つの段差を有する貫通孔４３となっており、小径側の段差の背面側には、上述のラジアルコロ軸受４０が配置され、ラジアルコロ軸受４０より背面側の大径の段差のさらに背面側にラジアル玉軸受３９が配置されている。
また、一対の入力側ディスク２、２の間には、上述の入力歯車３６が配置されている。入力側ディスク２、２の背面同士の間の間隔は、環状凸部４１の間が狭く、その外周側で広くなっているのに対応して入力歯車３６は、外周側の軸方向に沿った幅が広く、内周側の軸方向に沿った幅が狭くなっており、その上半分の断面形状が逆凸字状となっている。この幅が広い部分としての外周部８１の外周面に入力歯車３６の歯が設けられている。
また、入力歯車３６の幅が狭くなった部分としての内周部８２のさらに内周側が貫通孔８３となっている。この貫通孔８３の両端の開口から入力側ディスク２、２の環状突起４２が挿入され、貫通孔８３の内周面に上述のように入力側ディスク２、２の環状突起４２の外周面がスプライン結合している。

出力軸１０の内部には、軸方向に沿う油路７０が設けられており、潤滑油は、出力軸１０に設けられた油路７０から出力軸１０の径方向に沿って潤滑油を外周側へ排出させる油路７１により、支持筒部３５のラジアルニードル軸受３８に潤滑油が供給される。ラジアルニードル軸受３８から支持筒部３５の油路７２により入力側ディスク２、２のラジアルコロ軸受４０およびラジアル玉軸受３９に潤滑油が供給される。この潤滑油は、入力側ディスク２、２の環状突起４２の内側の貫通孔４３に供給された状態となり、この状態の潤滑油は、入力歯車３６の貫通孔８３の内周面の内側で、一対の入力側ディスク２、２の環状突起４２、４２の背面同士の間に形成された第１の油圧室７３に流入するとともに、入力歯車３６の内周部８２の側面と入力側ディスク２、２の環状凸部４１の背面との間の第２の油圧室７４に流入する。第１の油圧室７３および第２の油圧室７４に流入する潤滑油（油）は、潤滑油用のポンプにより供給されたものであり、潤滑油の供給用の圧しか作用していないが、入力側ディスク２、２が回転するので入力側ディスク２、２の貫通孔４３内に流入した潤滑油は、遠心力に貫通孔４３から第１の油圧室７３および第２の油圧室７４内に押し込まれる状態となる。したがって、第１の油圧室７３および第２の油圧室７４において、入力側ディスク２、２が回転することにより生じる遠心油圧により、入力側ディスク２、２をその軸方向に沿って出力側ディスク３、３に向かって押圧する推力が生じる。したがって、入力側ディスク２、２の回転速度が速くなるにつれて、遠心油圧に基づく推力が大きくなる。したがって、第１の油圧室７３および第２の油圧室７４は、入力側ディスクの回転数が高くなるにつれてパワーローラ１１に作用するスラスト力が大きくなるように両ディスク２、３を互いに近づけ合う方向に押圧する第２の押圧装置である。

また、一対の入力側ディスク２、２の環状凸部４１の外周面には、シール溝が形成され、このシール溝に環状のシール４５が設けられている。すなわち、入力歯車３６の外周部８１の内側は、内周部８２の側面まで円柱状の孔であり、外周部８１の左右の内周側には、それぞれ入力側ディスク２、２の環状凸部４１が挿入された状態で、環状凸部４１の外周面と、入力歯車３６の外周部８１の内周面が当接した状態となっており、この環状凸部４１の外周面と、外周部８１の内周面との間に上述のシール４５が設けられている。このシール４５により、第１の油圧室７３および第２の油圧室７４の潤滑油の漏出を防止している。

また、入力歯車３６の側面の外周側の角部分には、外周側と側面側に開放する円環状の溝（切欠部）が設けられ、この溝内には、入力歯車３６の外周部８１の側面と、入力側ディスク２、２の環状凸部４１より外周側の背面との間に挟まれた状態の環状の皿ばね７５が配置されている。

この皿ばね７５は、エンジンの作動非作動に係わらず、常時、入力側ディスク２、２を出力側ディスク３に向かって軸方向に沿って押圧し、入力側ディスク２、２と出力側ディスク３との間にパワーローラ１１を挟持した状態とするとともに、上述の遠心油圧と合わせてパワーローラ１１およびそのスラスト玉軸受２４にスラスト力を作用させる。なお、入力側ディスク２を押圧する皿ばね７５は、後述するように減速側でパワーローラ１１に対するスラスト力が大きくなり、出力回転数を一定とすると回転速度が高速側でスラスト力が大きくなり、入力側ディスク２、２の回転数が高くなるにつれてパワーローラ１１に作用するスラスト力が大きくなるように両ディスク２、３を互いに近づけ合う方向に押圧する第２の押圧装置の一部となる。

図２に示すように一方の出力側ディスク３は、出力軸１０の一方の端部（図中右側）にボールスプライン７６を介して、出力軸１０と一体に回転するとともに軸方向に移動可能に接合されている。また、図示しない他方の出力側ディスク３は、出力軸１０の他方の端部にスプライン結合され、出力軸１０と一体に回転可能で、かつ、軸方向に移動しないようにされている。

一方の出力側ディスク３の背面側には、ローディングカム式の押圧装置１２が設けられている。出力軸１０の一方の端部には、径が大きくされた拡径部が設けられ、拡径部７８とそれより出力軸１０の内側に配置される出力側ディスク３との間にローディングカム式の押圧装置１２のカム板７７が配置され、カム板７７と拡径部７８との間には、アンギュラ軸受７９が配置され、出力軸１０を回転中心としてカム板７７が回転可能とされるとともに、押圧に際し、カム板７７にかかるスラスト力をアンギュラ軸受７９で受けている。
出力側ディスク３の背面とカム板７７のカム面との間には、複数のコロ８５が配置されている。
押圧装置１２は、押圧装置１２を通過する通過トルクに応じた出力軸方向に沿う推力を発生するようになっており、通過トルクが大きいほど、押圧装置１２で生じる押圧力（推力）が大きくなる。

なお、出力軸１０の他方の端部には、上述のように図示しない他方の出力側ディスク３が取り付けられているので、押圧装置１２により、一方の出力側ディスク３が中央側の入力側ディスク２に向かって押された状態となるとともに、押圧装置１２が出力軸１０を引っ張った状態となり、出力軸１０に固定されている他方の出力側ディスク３を入力側ディスク２に押し付ける状態となる。
なお、本実施の形態のトロイダル型無段変速機の図１および図２に図示していないトラニオン、ヨーク等の部材は、従来と同様の部材を用いることが可能であるが、本実施の形態では、入力側の部材の配置と、出力側の部材の配置とが入れ替わっている部分があり、例えば、入力軸１に代えて出力軸１０が設けられ、出力歯車に代えて入力歯車３６が設けられるように、従来と本実施の形態とで、入力側の部材と、出力側の部材とが入れ替わる場合がある。

また、本実施の形態において、皿ばね７５は、入力側ディスク２を押圧するものであることが好ましいが、出力側ディスク３を押圧するものであってもよい。また、皿ばね７５を一対の入力側ディスク２、２のそれぞれと、入力歯車３６との間に設けたが、一方の入力側ディスク２と入力歯車３６との間にだけ、皿ばね７５を設けるものとしてもよい。
また、第１の油圧室７３と第２の油圧室７４を設けたが、第１の油圧室７３または第２の油圧室７４だけを設けるものとしてもよい。また、第２の油圧室７４を設ける場合に、第２の油圧室７４を一対の入力側ディスク２、２の両方に設けたが、片方だけに設ける構成としてもよい。

本実施の形態のトロイダル型無段変速機においては、航空機用発電機で用いられ、例えば、タービンを有するジェットエンジンのタービンの回転軸から回転力が入力歯車３６に伝達される。入力歯車３６は一対の入力側ディスク２、２と一体に回転可能となっており、入力歯車３６が回転した際に一対の入力側ディスク２、２が回転することになる。これら入力側ディスク２、２の回転は、パワ-ローラ１１を介し出力側ディスク３に伝達されるとともに、この際に変速（減速）されることになり、エンジンの回転数が変化しても、トロイダル型無段変速機を介して発電機に出力される回転数は一定とされる。

この際には、各入力側ディスク２、２と各出力側ディスク３との間に、押圧装置１２による出力軸１０方向に沿った押圧力（推力）Ｆａと、入力側ディスク２、２の回転に基づく第１の油圧室７３および第２の油圧室７４で生じる遠心油圧による出力軸１０方向に沿った押圧力Ｆａと、皿ばね７５による出力軸１０方向に沿った押圧力Ｆａとが作用する。

これら押圧力に基づきパワーローラ１１およびそのスラスト玉軸受２４にスラスト力Ｆｐｒ（接触力Ｆｃ）が作用することになる。ここで、皿ばね７５による押圧力を例に取って図３を参照して押圧力である出力軸方向に沿った推力Ｆａと、接触力Ｆｃ（スラスト力Ｆｐｒ）との関係を説明する。

ここで、皿ばね７５を出力側ディスク３に設けたと仮定した場合に、パワーローラ１１と出力側ディスク３の内側面３ａとの接触点で押圧力Ｆａが作用し、スラスト力Ｆｃは、例えば、押圧力Ｆａの内側面３ａの法線方向に沿った成分の力となる。
この場合に、皿ばね７５の推力Ｆａが変速比（減速比）に係わらず一定とした場合に、出力側ディスク３の内側面３ａと、パワーローラ１１の接触位置が出力側ディスク３の外周側に配置されている減速側の場合より、出力側ディスク３の内周側に配置されている増速側の方が、スラスト力Ｆｃが大きくなる。

また、本実施の形態のように皿ばね７５を入力側ディスク２に設けた場合に、パワーローラ１１と入力側ディスク２の内側面２ａとの接触位置で押圧力Ｆａが作用し、スラスト力Ｆｃは、例えば、押圧力Ｆａの内側面２ａの法線方向に沿った成分の力となる。
この場合に、皿ばね７５の推力Ｆａが変速比（減速比）に係わらず一定とした場合に、入力側ディスク２の内側面２ａと、パワーローラ１１の接触位置が入力側ディスク２の外周側に配置されている増速側の場合より、入力側ディスク２の内周側に配置されている減速側の方が、スラスト力Ｆｃが大きくなる。すなわち、出力側ディスク３を入力側ディスク２に向けて押圧する場合は、パワーローラ１１にかかるスラスト力は、減速側で小さく、増速側で大きくなる。この場合に出力回転数一定とすると、スラスト力は、入力回転数が遅くなると大きくなり、速くなると小さくなる。また、入力側ディスク２を出力側ディスク３に向けて押圧する場合は、パワーローラ１１にかかるスラスト力は、増速側で小さく、減速側で大きくなる。この場合に出力回転数が一定とすると、スラスト力は、入力回転数が遅くなると小さくなり、速くなると大きくなる。

また、図４のグラフでは、横軸が変速比（減速比）、縦軸がスラスト力となっており、スラスト玉軸受２４でジャイロモーメントに起因する滑りを防止する際に、押圧装置１２の押圧力に基づくスラスト力に加えて必要となるスラスト力Ａと、出力側ディスク３に設けられた皿ばね７５によるスラスト力Ｂと、上述の遠心油圧に基づくスラスト力Ｃとを示す。
上述の滑りを防止するためには、スラスト力Ａよりスラスト力Ｂとスラスト力Ｃとの和であるスラスト力Ｂ＋Ｃが大きくなっている必要がある。

なお、皿ばね７５を、出力側ディスク３を押圧するように設けた場合に、スラスト力Ｂが、増速側で大きく減速側で小さくなるが、逆に必要とされるスラスト力Ａが増速側で小さく減速側で大きくなると、変速機の伝達効率が悪くなる虞がある。ただし、入力側ディスク２を押圧する遠心油圧は、入力側ディスク２を押圧することから増速側より減速側でスラスト力が大きくなるとともに、増速側で入力側ディスクの回転が速くなって遠心油圧が大きくなることから、遠心油圧によるスラスト力は、減速側となるにしたがって、押圧力が大きくなるので、効率的に、スラスト力Ｂ＋Ｃがスラスト力Ａより大きくなるようにできる。

図５のグラフは、図４のグラフの出力側ディスク３側の皿ばね７５のスラスト力Ｂに代えて、入力側ディスク側の皿ばね７５によるスラスト力Ｄを図示したものである。
この場合にも、必要とされるスラスト力Ａに対してスラスト力Ｃとスラスト力Ｄの和であるスラスト力Ｃ＋Ｄが大きければ、上述のスラスト玉軸受２４の滑りを防止することができる。

この場合には、入力側ディスク２を押圧するように設けられた皿ばね７５のスラスト力が増速側より減速側で大きくなるので、図４に示す場合より効率的にスラスト力をパワーローラ１１に作用させることができるので、皿ばね７５による押圧力や、遠心油圧による押圧力を少し下げることができ、図４に示す場合よりも伝達効率を向上することができる。

図６のグラフは、図５のグラフにおける入力側ディスク２を押圧する皿ばね７５の押圧力を大きくして、皿ばね７５によるスラスト力Ｄを大きくしたものであり、遠心油圧によるスラスト力Ｃが無くとも、必要とされるスラスト力Ａよりスラスト力Ｃを大きくしたものであり、遠心油圧なしで、皿ばね７５によるスラスト力により上述の滑りを防止可能である。ただし、入力側ディスク２等が低速で回転している場合も、予圧としての押圧力が大きくなり、伝達効率が悪くなる虞がある。なお、遠心油圧を用いない例を後述の第５の実施の形態で説明する。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図７に示すように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態の一対の入力側ディスク２、２と入力歯車３６の嵌合部（例えば、スプライン結合部）を、軸方向移動を許容し、かつ動力伝達可能な構成とするために、例えばボールスプライン８０を設けたものである。なお、第２の実施の形態で、一対の入力側ディスク２、２と入力歯車３６とのスプライン結合をボールスプライン結合とした以外は、第２の実施の形態のトロイダル型無段変速機と、第１の実施の形態のトロイダル型無段変速機は同様の構成となっている。
第２の実施の形態では、第２の油圧室７４に遠心油圧が作用した場合に、入力歯車３６から一対の入力側ディスク２、２が離れる方向に力がかかることになる。
この場合に、入力歯車３６に対して、入力側ディスク２、２が軸方向に円滑に移動可能となり、遠心油圧により入力側ディスク２、２が軸方向に移動するときの押圧力の損失が少なくなる。その結果、適切な押圧力を付与することが可能となり、伝達効率の向上を図ることができる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
図８に示すように、第３の実施の形態では、第１の実施の形態の皿ばね７５、７５の配置位置を第２の油圧室７４、７４内に変更したものである。なお、皿ばね７５、７５の位置以外の構成は、第２の実施の形態のトロイダル型無段変速機と第１の実施の形態とで同様である。
このような構成とすることにより、皿ばね７５、７５の部分の潤滑性が向上するため、皿ばね７５、７５と、入力側ディスク２、２との接触位置および皿ばね７５、７５との接触位置とにおけるフレッチングを抑制することができる。
なお、皿ばね７５を一方の入力側ディスク２と入力歯車３６との間の第２の油圧室７４内だけに設けるものとしてもよい。また、一対の第２の油圧室７４、７４のうちの一方の第２の油圧室７４だけを設け、この第２の油圧室７４に皿ばね７５を配置するものとしてもよい。

（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
図９に示すように、第４の実施の形態のトロイダル型無段変速機では、第１の実施の形態で、入力歯車３６と、２つの入力側ディスク２、２とが別体となっていたのに対して、一方の入力側ディスク２と入力歯車３６とを一体とし、他方の入力側ディスク２と入力歯車３６とを別体としている。他方の入力側ディスク２と入力歯車３６と一体となった一方の入力側ディスク２との間に上述の第１の油圧室７３が設けられ、他方の入力側ディスク２と入力歯車３６との間に上述の第２の油圧室７４が設けられている。皿ばね７５は、例えば、出力側ディスク３を押圧するように設けられるが、他方の入力側ディスク２と入力歯車３６との間に設けられていてもよい。

また、一方の入力側ディスク２と一体となった入力歯車３６の他方の入力側ディスク２側の側部において、入力歯車３６の外周部８１の内周側は、内周部８２の側面まで円柱状の孔であり、外周部８１の内周側には、他方の入力側ディスク２の環状凸部４１が挿入された状態で、環状凸部４１の外周面と、入力歯車３６の外周部８１の内周面がスプライン結合している。これにより、一体となった入力歯車３６および一方の入力側ディスク２と、他方の入力側ディスク２とが一体に回転する。

本実施の形態のトロイダル型無段変速機によれば、一方の入力側ディスク２と入力歯車３６とが一体となっているので、これら一方の入力側ディスク２と入力歯車３６との間のスプライン嵌合部、シール部がなくなり、入力側ディスク２の移動による押圧力損失が低減できる。
なお、入力歯車３６と一方の入力側ディスク２が製造時に一体ではなく、それぞれ別部品として製造された後に、溶接や圧入などで一体化するものとしてもよい。

（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。
図１０に示すように、第５の実施の形態では、第１の実施の形態等の油圧室を設けないものとして、遠心油圧を用いることなく、皿ばね７５の付勢力により、スラスト玉軸受２４の上述の滑りを防止するようになっている。
すなわち、入力側ディスク２、２同士の間に第１の油圧室７３がなく、入力側ディスク２、２と入力歯車３６との間に第２の油圧室７４がなく、入力側ディスク２、２と入力歯車３６との間に皿ばね７５が配置されている。この皿ばね７５は、第１の実施の形態より付勢力が強いものとなっており、上述の図６に示すように、パワーローラ１１のスラスト玉軸受２４の滑りを防止するのに必要なスラスト力Ａと入力側ディスク２を押圧する皿ばね７５のスラスト力Ｄの両方とも変速比が減速側に向かうにつれてスラスト力が高くなるので、スラスト玉軸受２４の滑りを防止することができる。

なお、本実施の形態では、上述の各実施の形態と同様に、航空機用発電機に、コンパクトに配置するためのスペース効率を考慮して従来の自動車用のダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機で出力側ディスク３を内側に配置し、入力側ディスク２を外側に配置しているのに対して、入力側ディスク２を内側に配置し、出力側ディスク３を外側に配置しているので押圧装置１２が外側の出力側ディスク３を内側の入力側ディスク２、２に押し付けるようになっており、押圧装置１２によるパワーローラ１１へのスラスト力が減速時に上述のようにパワーローラ１１のスラスト方向への押圧力の分力が小さくなるとともに低トルクでスラスト力が小さくなる。それに対して皿ばね７５を入力側ディスク２に設けることで、遠心油圧を用いなくとも、スラスト玉軸受２４の滑りによる発熱を防止できる。

上述の各実施の形態では、本発明を、ダブルキャビティ式ハーフトロイダル型無段変速機に適用する場合を例にとって説明したが、これに限ることなく、本発明は、シングルキャビティ式のハーフトロイダル型や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。

２ 入力側ディスク
３ 出力側ディスク
１１ パワーローラ
１２ 押圧装置（第１の押圧装置）
７３ 第１の油圧室（第２の押圧装置）
７４ 第２の油圧室（第２の押圧装置）
７５ 皿ばね（第２の押圧装置）

Claims (1)

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かつ回転可能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、通過トルクに応じた押圧力で前記両ディスクを互いに近づけ合う方向に押圧する押圧装置とを備え、変動する入力回転数に対して出力回転数が一定になるように
   変速させるためのトロイダル型無段変速機において、
   前記入力側ディスクが回転することにより生じる遠心油圧により、前記入力側ディスクの回転数が高くなるにつれて前記パワーローラに作用するスラスト力が大きくなるように、かつ前記パワーローラのスラスト玉軸受に、前記パワーローラの高速回転時のジャイロモーメントに起因する滑りが発生しないように、前記両ディスクを互いに近づけ合う方向に押圧する第１の油圧室および第２の油圧室と、
   前記入力側ディスクを前記出力側ディスクに向かって軸方向に沿って押圧され、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に前記パワーローラを挟持された状態とするとともに、前記遠心油圧と合わせて前記パワーローラおよび前記スラスト玉軸受にスラスト力を作用させる皿ばねを備え、
   前記押圧装置が前記出力側ディスクを前記入力側ディスクに向かって押圧するように設けられ、前記皿ばねが前記入力側ディスクを前記出力側ディスクに向かって押圧するように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。

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