JP6908501B2

JP6908501B2 - トロイダル型無段変速機用押圧装置

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Publication number: JP6908501B2
Application number: JP2017220900A
Authority: JP
Inventors: 昌大喜多; 吉平松田; 秀幸今井; 謙一郎田中
Original assignee: NSK Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: NSK Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-11-16
Also published as: US11384818B2; WO2019098105A1; EP3712465A4; US20200271200A1; EP3712465B1; EP3712465A1; JP2019090505A

Description

本発明は、例えば航空機などで使用される発電機用、または、ポンプなどの各種産業機械用の自動変速装置などとして利用する、トロイダル型無段変速機に組み込んで使用する押圧装置に関する。

トロイダル型無段変速機は、互いに同軸に、かつ、相対回転可能に配置された入力ディスクと出力ディスクとの間に複数個のパワーローラを挟持してなる。このようなトロイダル型無段変速機では、前記パワーローラを介して、前記入力ディスクから前記出力ディスクに動力が伝達される。また、前記パワーローラの傾斜角度を変えることにより、前記入力ディスクと前記出力ディスクとの間の変速比が調節可能となっている。トロイダル型無段変速機の運転時に、前記入力ディスクおよび前記出力ディスクの軸方向側面と、前記パワーローラの周面との転がり接触部であるトラクション部には、トラクションオイルの油膜が形成される。エンジンなどの駆動源から前記入力ディスクに入力された動力は、前記油膜を介して、前記出力ディスクに伝達される。トロイダル型無段変速機では、このような油膜を介しての動力伝達が確実に行われるようにするため、すなわち、前記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生じることを防止するため、押圧装置により、前記入力ディスクと前記出力ディスクを互いに近づく方向に押圧している。

実開昭６２−７１４６５号公報には、伝達トルクの大きさに比例した押圧力を機械的に発生するローディングカム式の押圧装置が記載されている。実開昭６２−７１４６５号公報に記載された押圧装置は、ディスクの軸方向側面に形成された第１のカム面と、該第１のカム面に対向するカム板の軸方向側面に形成された第２のカム面との間に、複数個のローラを挟持することにより構成されている。

ローディングカム式の押圧装置の作動時には、前記ローラが、前記第１のカム面および第２のカム面を構成する凸部に乗り上げることにより、前記第１のカム面と前記第２のカム面との軸方向間隔が拡がる。これにより、前記第１のカム面が形成された一方のディスクが、該一方のディスクに対向する他方のディスクに向けて押圧され、前記トラクション部の面圧が確保される。

実開昭６２−７１４６５号公報

ローディングカム式の押圧装置の作動時、すなわち、押圧力の発生時には、前記ローラの転動面は、前記第１のカム面と前記第２のカム面との間で強い力で挟持される。また、トロイダル型無段変速機が一定の変速比で運転されている間は、前記第１のカム面および前記第２のカム面を構成する凸部に対する前記ローラの乗り上げ量が一定となり、該ローラは転動しない。したがって、前記ローラの転動面と、前記第１のカム面および前記第２のカム面との間で微小な滑りが生じると、前記ローラの転動面、並びに前記第１のカム面および前記第２のカム面で、フレッチング摩耗が発生する可能性がある。このようなフレッチング摩耗の発生を防止するためには、前記ローラの転動面と、前記第１のカム面および前記第２のカム面との接触部に、十分量の潤滑油を供給することが重要になる。

前記ローラの転動面と、前記第１のカム面および前記第２のカム面との接触部に十分量の潤滑油を供給するためには、カム板の形状やレイアウトなどによっては、該カム板に潤滑油を通過させるための給油通路を設ける必要がある。前記ディスクや前記カム板を支持する回転軸の内部に設けられた潤滑油流路から供給された潤滑油は、前記給油通路を通じて前記接触部に供給される。

しかしながら、前記カム板に、外周面と内周面とを連通するように給油通路を設けると、前記カム板に肉厚が小さい薄肉部が形成されてしまう可能性がある。

本発明は、上述のような事情を鑑みて、カム板に給油通路を設けた場合でも、該カム板に肉厚が小さい薄肉部が形成されることを防止できる構造を実現することを目的としている。

本発明のトロイダル型無段変速機は、ディスクと、カム板と、複数個の転動体とを備える。
前記ディスクは、軸方向片側面に断面円弧形のトロイド曲面を有し、かつ、軸方向他側面に円周方向に関する凹凸面である第１のカム面を有する。
前記カム板は、筒状部と、該筒状部の軸方向他端部から径方向外方に折れ曲がり、かつ、前記第１のカム面に対向する軸方向片側面に、円周方向に関する凹凸面である第２のカム面を有する外向フランジ部とから構成される。
前記複数個の転動体は、前記第１のカム面と前記第２のカム面との間に挟持されている。
前記筒状部は、円筒部と、軸方向他方を向いた段差面を有し、かつ、前記円筒部の軸方向片端部内周面から径方向内方に突出するように設けられた突条と、前記筒状部を径方向に貫通する給油通路とを有する。
前記給油通路の径方向内側開口部の少なくとも一部が、前記円筒部の内周面のうち、前記段差面よりも軸方向他側に位置する部分に開口している。

本発明を実施する場合、前記給油通路を、前記円筒部の外周面と内周面とを連通する通油孔と、該通油孔と径方向に連続するように、かつ、前記段差面に軸方向片方に凹むように設けられた通油溝とから構成することができる。

上述のような本発明のトロイダル型無段変速機によれば、カム板に給油通路を設けた場合でも、該カム板に肉厚が小さい薄肉部が形成されることを防止できる。

図１は、本発明の実施の形態の第１例を示す、トロイダル型無段変速機の略断面図である。図２は、図１のＸ部に相当する部分の具体的な構造を示す図である。図３は、本発明の比較例の構造を示す、図２と同様の図である。図４は、本発明の実施の形態の第２例を示す、図２と同様の図である。

［実施の形態の第１例］
図１および図２は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例のトロイダル型無段変速機１は、回転軸２と、それぞれが入力ディスクである１対の外側ディスク３ａ、３ｂと、出力ディスクである内側ディスク４と、複数個のパワーローラ（図示省略）と、押圧装置５とを備える、ダブルキャビティ型である。

回転軸２は、中心部を軸方向に貫通する潤滑油流路６と、回転軸２の外周面と潤滑油流路６とを連通する吐出口７とを有する。すなわち、油源から潤滑油流路６内に供給された潤滑油は、吐出口７から吐出され、後述する給油通路１９と分岐孔を通じて、ローラ１２の転動面と、第１のカム面１３および第２のカム面１５との接触部に供給される。なお、吐出口７は、回転軸２の円周方向１箇所にのみ設けることもできるし、円周方向複数箇所に設けることもできる。また、図示の例では、潤滑油流路６の開口部は、蓋体８により塞がれている。

１対の外側ディスク３ａ、３ｂは、それぞれが断面円弧形のトロイド曲面である軸方向側面同士を互いに対向させた状態で、回転軸２の軸方向両側部に、それぞれボールスプライン９を介して支持されている。したがって、１対の外側ディスク３ａ、３ｂは、互いに遠近動可能であり、かつ、回転軸２と同期して回転する。

内側ディスク４は、それぞれが断面円弧形のトロイド曲面である軸方向両側面を、１対の外側ディスク３ａ、３ｂの軸方向側面に対向させた状態で、回転軸２の軸方向中間部に、回転軸２に対する相対回転を可能に支持されている。また、内側ディスク４は、外周面に歯車１０を有する。

それぞれのパワーローラは、球状凸面である周面を、１対の外側ディスク３ａ、３ｂの軸方向側面と内側ディスク４の軸方向両側面とに転がり接触させた状態で、１対の外側ディスク３ａ、３ｂの軸方向側面と内側ディスク４の軸方向両側面との間に挟持されている。なお、それぞれのパワーローラは、回転軸２に対し捩れの位置にある枢軸を中心とする揺動を可能に支持された支持部材に、回転可能に支持されている。

押圧装置５は、１対の外側ディスク３ａ、３ｂのうちの一方であって、被押圧ディスクである第１の外側ディスク３ａを、他方である第２の外側ディスク３ｂに向けて押圧するためのものである。本例では、押圧装置５は、第１の外側ディスク３ａと、カム板１１と、それぞれが転動体である複数個のローラ１２と、保持器２９とを備える、ローディングカム式である。

第１の外側ディスク３ａは、軸方向片側面（図１および図２の左側面）に、断面円弧形のトロイド曲面を有し、かつ、軸方向他側面（図１および図２の右側面）に、円周方向に関する凹凸面である第１のカム面１３を有する。このような第１の外側ディスク３ａは、回転軸２の周囲に、ボールスプライン９を介して、回転軸２に対する軸方向の相対変位を可能に、かつ、回転軸２と同期して回転するように支持されている。

カム板１１は、断面略Ｌ字形で、筒状部１４と、該筒状部１４の軸方向他端部から径方向外方に折れ曲がり、かつ、第１のカム面１３に対向する軸方向片側面に第２のカム面１５を有する外向フランジ部１６とを備える。

筒状部１４は、円筒部１７と、突条１８と、給油通路１９とを備える。突条１８は、円筒部１７の軸方向片端部内周面から径方向内方に突出するように、全周にわたって設けられている。このような突条１８の軸方向他側面は、軸方向他方を向いた段差面３８となっている。換言すれば、円筒部１７の軸方向中間部内周面と突条１８の内周面とは、段差面３８により接続されている。また、突条１８は、軸方向片端部に、軸方向他側に隣接する部分よりも径方向内方に突出した内向フランジ部２０を有する。なお、このような突条１８を、必ずしも全周にわたって設ける必要はない。すなわち、突条を、不連続部を有する構成としたり、円周方向複数箇所に設けられた突片から構成することもできる。

給油通路１９は、筒状部１４の軸方向中間部の円周方向の少なくとも１箇所（好ましくは複数箇所）に、筒状部１４を径方向に貫通するように、放射状に設けられている。給油通路１９のそれぞれは、円筒部１７の外周面と内周面とを連通する通油孔２１と、該通油孔２１と径方向に連続するように、かつ、段差面３８に軸方向片方に凹むように設けられた通油溝２２とから構成される。本例では、それぞれの給油通路１９を構成する通油孔２１と通油溝２２とが、同一円筒面上に存在している。すなわち、通油孔２１を円孔とするとともに、通油溝２２を断面円弧形としている。

なお、給油通路は、上述のような構成に限らず、種々の構成を採用することができる。具体的には、例えば、給油通路を構成する通油孔と通油溝とを、径方向外方に向かうほど内径が大きくなる同一円すい面上に存在させることもできる。あるいは、例えば、給油通路を構成する通油孔を矩形孔とし、通油溝を断面矩形とすることもできる。また、本例では、給油通路１９を、径方向に設けているが、給油通路を、径方向外方に向かうほど軸方向片方または他方に向かう方向に傾斜する方向に設けることもできる。

カム板１１は、回転軸２の端部に、サポート軸受２３を介して、回転軸２に対する回転を可能に支持されている。本例では、サポート軸受２３は、アンギュラ型で、回転軸２の端部外周面に形成された内輪軌道２４と、外輪２５の内周面に形成された外輪軌道２６との間に、複数個の玉２７を転動自在に配置してなる。外輪２５は、カム板１１を構成する筒状部１４の軸方向他端部に、動力伝達および軸方向の相対変位を可能に外嵌されている。具体的には、例えば、外輪２５の内周面と、筒状部１４の軸方向他端部外周面とをスプライン係合させている。

また、外輪２５の軸方向片側面と、突条１８の軸方向他側面との間には、皿ばね２８およびスペーサ３９が挟持されている。そして、皿ばね２８により、カム板１１、ローラ１２および第１の外側ディスク３ａを軸方向片方に向けて押圧すると同時に、回転軸２および第２の外側ディスク３ｂを軸方向他方に向けて引っ張っている。このような構成により、回転軸２の停止時にも、パワーローラの周面と、１対の外側ディスク３ａ、３ｂの軸方向片側面および内側ディスク４の軸方向両側面との転がり接触部であるトラクション部の面圧が、必要最低限だけは確保できるようにしている。このため、トラクション部は、トロイダル型無段変速機１の運転開始直後から、過大な滑りを生じることなく、動力伝達を開始することができる。

それぞれのローラ１２は、直径寸法に比べて軸方向寸法が短い短円柱状である。それぞれのローラ１２は、外周面である転動面を、第１のカム面１３と第２のカム面１５とに転がり接触させており、第１のカム面１３と第２のカム面１５との間に挟持されている。本例では、ローラ１２は、複数個ずつ（図示の例では３個ずつ）、それぞれ直列に組み合わされた状態で、保持器２９の円周方向複数箇所に配置されたポケット３０内に、転動自在に配置されている。直列に組み合わせされたローラ１２のそれぞれは、独立して回転することができるため、第１のカム面１３および第２のカム面１５の内径側と外径側との速度差を吸収することができる。

保持器２９は、全体が円輪状で、互いに同軸に配置されたそれぞれが円環状の１対のリム部３１ａ、３１ｂと、該１対のリム部３１ａ、３１ｂ同士の間にかけ渡された複数本の柱部３２とを備える。そして、１対のリム部３１ａ、３１ｂと、円周方向に隣り合う１対の柱部３２とにより四周を囲まれる部分のそれぞれを、ローラ１２を転動自在に保持するためのポケット３０としている。

１対のリム部３１ａ、３１ｂのうちの外径側のリム部３１ａは、柱部３２よりも軸方向片側に向け全周にわたって突出した突出部３３ａを有する。これに対し、１対のリム部３１ａ、３１ｂのうちの内径側のリム部３１ｂは、柱部３２よりも軸方向他側に向け全周にわたって突出した突出部３３ｂと、柱部３２よりも軸方向片側に向け全周にわたって突出した張り出し部４０とを有する。本例では、外径側の突出部３３ａを第１のカム面１３に係合させるとともに、内径側の突出部３３ｂを第２のカム面１５に係合させることにより、保持器２９の軸方向に関する位置決めが図られている。一方、内径側のリム部３１ｂを、カム板１１を構成する筒状部１４に隙間嵌で外嵌し、内径側のリム部３１ｂの内周面と、筒状部１４の外周面とを近接対向させることにより、保持器２９の径方向に関する位置決めが図られている。

また、内径側のリム部３１ｂは、外径側の保油凹部３４と、複数個の供給孔３５ａ、３５ｂとを備える。外径側の保油凹部３４は、内径側リム部３１ｂのうち、柱部３２の内径側に存在する軸方向中間部から張り出し部４０にかけての部分の内周面に、円筒部１７の外周面に開口した通油孔２１の外径側開口に対向するように、全周にわたり設けられている。なお、外径側の保油凹部３４は、ローラ１２の第１のカム面１３および第２のカム面１５への乗り上げ位置にかかわらず、通油孔２１の外径側開口と常に径方向に対向できるだけの幅寸法を有している。

それぞれの供給孔３５ａ、３５ｂは、内径側のリム部３１ｂのうちで、円周方向に関する位相がポケット３０と一致する部分に、１対ずつ形成されている。１対ずつの供給孔３５ａ、３５ｂのうち、それぞれの一方の供給孔３５ａは、径方向外方に向かうほど軸方向片方に向かう方向に形成されており、内径側開口が外径側の保油凹部３４の底面に開口し、かつ、外径側開口が、張り出し部４０の外周面に開口している。これに対し、それぞれの他方の供給孔３５ｂは、径方向外方に向かうほど軸方向他方に向かう方向に形成されており、内径側開口が外径側の保油凹部３４の底面に開口し、かつ、外径側開口が、内径側の突出部３３ｂの外周面に開口している。

以上のような構成を有するトロイダル型無段変速機１の運転時に、押圧装置５を構成するカム板１１は、エンジンやモータなどの駆動源により、駆動軸３６を介して回転駆動される。カム板１１が回転駆動されると、それぞれのローラ１２は、第１のカム面１３および第２のカム面１５を構成する凸部に乗り上げることにより、第１のカム面１３と第２のカム面１５との間で強く挟持される。また、カム板１１の回転は、それぞれのローラ１２の転動面と、第１のカム面１３および第２のカム面１５との係合部を介して第１の外側ディスク３ａに伝達される。この結果、１対の外側ディスク３ａ、３ｂが、互いに近づく方向に押圧されつつ同期して回転する。１対の外側ディスク３ａ、３ｂの回転は、それぞれのパワーローラを介して内側ディスク４に伝達され、この内側ディスク４の回転が、歯車１０から取り出される。

なお、１対の外側ディスク３ａ、３ｂと内側ディスク４との間の変速比を変更する場合には、それぞれのパワーローラを支持する支持部材を枢軸の軸方向に変位させる。これにより、トラクション部に作用する接線方向の力の向きを変化させる。トラクション部に作用する接線方向の力の向きが変化すると、支持部材が枢軸を中心に揺動し、パワーローラの周面と、１対の外側ディスク３ａ、３ｂの軸方向片側面および内側ディスク４の軸方向両側面との接触位置が変化する。本例では、それぞれのパワーローラの周面を、１対の外側ディスク３ａ、３ｂの径方向外側部と、内側ディスク４の径方向内側部とに転がり接触させた場合、トロイダル型無段変速機１の変速比が増速側となる。これに対して、それぞれのパワーローラの周面を、１対の外側ディスク３ａ、３ｂの径方向内側部と、内側ディスク４の径方向外側部とに転がり接触させた場合、トロイダル型無段変速機１の変速比が減速側となる。

また、回転軸２の潤滑油流路６内に供給された潤滑油は、回転軸２の回転に伴う遠心力により、吐出口７から吐出される。吐出口７から吐出された潤滑油は、突条１８の軸方向他側部内周面と、内向フランジ部２０の軸方向他側面と、皿ばね２８の軸方向片側面とにより画成された内径側の保油凹部３７内に保持される。内径側の保油凹部３７内の潤滑油は、通油溝２２から給油通路１９内に取り込まれ、通油孔２１の外径側開口から保持器２９の外径側の保油凹部３４に向け吐出されて、外径側の保油凹部３４内に保持される。そして、外径側の保油凹部３４内の潤滑油は、供給孔３５ａ、３５ｂを介して、ローラ１２の転動面と、第１のカム面１３および第２のカム面１５との接触部に向けて吐出され、それぞれの接触部を潤滑する。これにより、ローラ１２の転動面、並びに、第１のカム面１３および第２のカム面１５での、フレッチング摩耗の発生が防止される。

本例のトロイダル型無段変速機１では、カム板１１に形成された給油通路１９のそれぞれを、円筒部１７の外周面と内周面とを連通する通油孔２１と、該通油孔２１と径方向に連続するように、かつ、段差面３８に軸方向片方に凹むように設けられた通油溝２２とから構成し、給油通路１９を設けることに伴って、カム板１１に肉厚が小さい薄肉部が存在しないようにしている。これに対し、図３に示す比較例では、給油通路１９ａを、径方向内端部が突条１８の内周面に開口し、かつ、径方向外端部が円筒部１７の外周面に開口する通孔としている。このため、カム板１１を構成する突条１８のうちで、給油通路１９ａよりも軸方向他側に存在する部分は、肉厚が小さい薄肉部４１となっている。本例では、カム板１１に、肉厚が小さい薄肉部が存在しないようにしているため、カム板１１の強度を、図３に示す比較例の構造と比べて高くすることができる。

なお、本例では、１対の外側ディスク３ａ、３ｂを、駆動源により回転駆動される入力ディスクとし、内側ディスク４を、出力ディスクとした場合について説明したが、本発明を実施する場合には、内側ディスクを入力ディスクとし、１対の外側ディスクを出力ディスクとすることもできる。また、本発明の押圧装置を組み込むトロイダル型無段変速機は、ハーフトロイダル型とフルトロイダル型との何れの構造も採用することができる。さらに、本発明の押圧装置を組み込むトロイダル型無段変速機は、ダブルキャビティ型に限らず、シングルキャビティ型とすることもできる。

［実施の形態の第２例］
図４は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例では、給油通路１９ｂの径方向内側開口部全体を、筒状部１４の円筒部１７のうち、段差面３８よりも軸方向他側（図４の右側）に位置する部分に開口させている。すなわち、給油通路１９ｂは、円筒部１７のうち、段差面３８よりも軸方向他側に位置する部分を径方向に貫通するように設けられている。本例の場合も、カム板１１に肉厚が小さい薄肉部が存在しないようにできて、カム板１１の強度を、図３に示す比較例の構造と比べて高くすることができる。その他の部分の構成および作用効果は、実施の形態の第１例と同様である。

１トロイダル型無段変速機
２回転軸
３ａ、３ｂ外側ディスク
４内側ディスク
５押圧装置
６潤滑油流路
７吐出口
８蓋体
９ボールスプライン
１０歯車
１１カム板
１２ローラ
１３第１のカム面
１４筒状部
１５第２のカム面
１６外向フランジ部
１７円筒部
１８突条
１９、１９ａ、１９ｂ給油通路
２０内向フランジ部
２１通油孔
２２通油溝
２３サポート軸受
２４内輪軌道
２５外輪
２６外輪軌道
２７玉
２８皿ばね
２９保持器
３０ポケット
３１ａ、３１ｂリム部
３２柱部
３３ａ、３３ｂ突出部
３４外径側の保油凹部
３５ａ、３５ｂ供給孔
３６駆動軸
３７内径側の保油凹部
３８段差面
３９スペーサ
４０張り出し部
４１薄肉部

Claims

軸方向片側面に断面円弧形のトロイド曲面を有し、かつ、軸方向他側面に円周方向に関する凹凸面である第１のカム面を有するディスクと、
筒状部と、該筒状部の軸方向他端部から径方向外方に折れ曲がり、かつ、前記第１のカム面に対向する軸方向片側面に、円周方向に関する凹凸面である第２のカム面を有する外向フランジ部とからなるカム板と、
前記第１のカム面と前記第２のカム面との間に挟持された複数個の転動体とを備え、
前記筒状部が、円筒部と、軸方向他方を向いた段差面を有し、かつ、前記円筒部の軸方向片端部内周面から径方向内方に突出するように設けられた突条と、前記筒状部を径方向に貫通する給油通路とを有し、
前記給油通路の径方向内側開口部の少なくとも一部が、前記円筒部の内周面のうち、前記段差面よりも軸方向他側に位置する部分に開口している、
トロイダル型無段変速機用押圧装置。
前記給油通路が、前記円筒部の外周面と内周面とを連通する通油孔と、該通油孔と径方向に連続するように、かつ、前記段差面に軸方向片方に凹むように設けられた通油溝とから構成されている、請求項１に記載のトロイダル型無段変速機用押圧装置。