JP7459771B2

JP7459771B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP7459771B2
Application number: JP2020195992A
Authority: JP
Inventors: 健西村; 浩文板垣
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2024-04-02
Anticipated expiration: 2040-11-26
Also published as: JP2022084251A

Description

本発明は、自動車、航空機の発電機または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。

従来のトロイダル型無段変速機の一例として特許文献１に記載ものが知られている。
このトロイダル型無段変速機は、図５に示すように、いわゆるダブルキャビティ型のハーフトロイダル型無段変速機であり、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、入力軸１の外周に取り付けられて構成されている。
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がスプライン係合によって連結されている。

入力軸１は、図５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１７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を介して図示しないハウジング内に支持されており、これにより、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、入力側ディスク２，２は、入力軸１と共に回転するように、その入力軸１の両端部にボールスプライン６，６を介して支持されている。また、入力側ディスク２，２の内面（凹面）２ａ，２ａと出力ディスク３，３の内面（凹面）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１が回転自在に挟持されている。

図５中、左側に位置する入力側ディスク２とカム板７との間には第１の皿板ばね８が設けられ、図５中右側に位置する入力側ディスク２とローディングナット９との間には第２の皿ばね１０が設けられている。これらの皿板ばね８，１０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の周面との当接部に押圧力を付与する。

したがって、上記構成のトロイダル型無段変速機では、駆動軸１７から入力軸１に回転力が入力されると、入力軸１と一体で入力側ディスク２，２が回転し、その回転がパワーローラ１１，１１によって出力側ディスク３，３に一定の変速比で伝達される。また、出力側ディスク３，３の回転は、出力歯車４から伝達歯車１５などを介して、図示しない出力軸に伝達される。

上述したようなトロイダル型無段変速機は、トラクションドライブと呼ばれる油のせん断力により動力を伝達する機械である。油のせん断力を発現させるためにはディスクとパワーローラの接触面圧を高め、油をガラス化する必要がある。トラクションドライブするディスクとパワーローラとの間での接触面圧を高めるためにローディングカム式の押圧装置を用いて軸方向荷重を発生させる。その軸方向荷重は、両側のディスクをシャフト（入力軸）とナットではさみこむことで支持している。

特開２００３－４１１４号公報

ところで、トロイダル型無段変速機では、軸方向荷重を支持するシャフト（軸）の強度を確保するとともに、近年軽量化が求められている。軸方向荷重を支持する軸はディスクの大きさおよびトロイダル型無段変速機全体の大きさを決める重要部品であり、ディスクの大きさおよびトロイダル型無段変速機全体の大きさを小さくして軽量化を図るためには、シャフト（軸）の径を細くしていく必要がある。また、軸にはトロイダル型無段変速機内の潤滑油必要部材に潤滑油を供給するための油穴を設けるため、その油穴の発生応力が高くなり軸の破損が懸念される。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、油穴の発生応力に起因する軸の破損を防止できるとともに、軽量化を図れ、さらに潤滑油必要部材に確実に潤滑油を供給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、軸と、この軸に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第１ディスクおよび第２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を備えたトロイダル型無段変速機において、
前記軸は、当該軸の軸方向に延在する油孔と、前記軸の軸本体より径が大きい大径部とを有し、
前記大径部に、前記油孔と連通し、かつ前記大径部の外周面に開口する油穴が設けられ、
前記軸に、前記油穴の開口位置を含み、かつ前記軸の軸方向に延びる円筒部材が外挿固定され、
前記円筒部材の内周面に、前記油穴と連通する油溝が設けられ、
前記円筒部材には、前記軸本体に支持される潤滑油必要部材に潤滑油を供給するための供給穴と、前記油穴と前記供給穴とを連通させる連通空間部が設けられていることを特徴とする。

ここで、潤滑油必要部材としては、軸に設けられる押圧装置のカムローラ等の転動部材や軸受等の摺動部材等が挙げられる。

本発明においては、軸の大径部に油穴が設けられているので、油穴の発生応力が高くなっても、軸の破損を防止できる。また、軸本体は大径部より小径となるので、軸を軽量化でき、その結果、トロイダル型無段変速機の軽量化を図れる。
また、軸に円筒部材が外挿固定され、当該円筒部材に、軸本体に支持される潤滑油必要部材に潤滑油を供給するための供給穴と、油穴と供給穴とを連通させる連通空間部が設けられているので、油穴からの潤滑油は軸の回転にともなう遠心力によって連通空間部を流れ、供給穴から潤滑油必要部材に向けて排出されるので、当該潤滑油必要部材に確実に潤滑油を供給できる。
また、円筒部材の軸方向の長さを調整することによって、潤滑油必要部材が設けられている所望の位置に潤滑油を供給できる。

また、本発明の前記構成において、前記連通空間部は、前記円筒部材の周方向に延びる周方向油溝と、前記円筒部材の軸方向に延び、かつ前記周方向油溝に連通する軸方向油溝とを備え、前記周方向油溝に前記供給穴が設けられていてもよい。

ここで、前記周方向油溝および軸方向油溝は、複数あってもよく、さらに供給穴も複数あってもよい。

このような構成によれば、軸に設けられた油孔から油穴、周方向油溝、軸方向油溝に潤滑油が流入し、供給穴から潤滑油を潤滑油必要部材に確実に供給できる。

また、本発明の前記構成において、前記供給穴は前記潤滑油必要部材に向けて開口しているのが好ましい。

このような構成によれば、供給穴が潤滑油必要部材に向けて開口しているので、潤滑油を潤滑油必要部材に確実かつスムーズに供給できる。

本発明によれば、穴の発生応力に起因する軸の破損を防止できるとともに、軽量化を図れ、さらに潤滑油必要部材に確実に潤滑油を供給できる。

本発明の実施形態に係るトロイダル型無段変速機を示すもので、半平断面図である。同、要部の平断面図である。同、筒状部材の一例を示す半断面斜視図である。同、筒状部材の変形例を示す半断面斜視図である。同、（ａ）は図２におけるＡ－Ａ線矢視図、（ｂ）は（ａ）における要部の拡大図である。従来のトロイダル型無段変速機の一例を示すもので、平断面図である。

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。
図１は、本実施形態に係るトロイダル型無段変速機を示す半平断面図である。なお、本実施形態において図５に示す従来のトロイダル型無段変速機と共通構成には同一符号を付してその説明を省略する場合もある。

本実施形態のトロイダル型無段変速機は、いわゆるダブルキャビティ型のハーフトロイダル型無段変速機であり、２つの入力側ディスク（第１ディスク）２，２と２つの出力側ディスク（第２ディスク）３，３とが、入力軸（軸）１の外周に取り付けられて構成されている。
また、出力側ディスク３，３の背面には、円筒状の出力歯車４Ａ，４Ａが出力側ディスク３，３と同軸かつ一体的に設けられている。
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、入力軸１には、ニードル軸受５に潤滑油を供給する油穴１ｅが軸方向と直交し、かつ周方向に所定間隔で設けられている。この油穴１ｅは後述する油孔１ａと連通しており、入力軸１の大径部１Ｄに設けられている。

また、一方（図１において右方）の入力側ディスク２は、入力軸１と共に回転するように、その入力軸１の一端部にボールスプライン６を介して支持されている。したがって、一方の入力側ディスク２は入力軸１の軸方向（図１において左方）に移動可能となっている。また、入力軸１は軸本体１Ａより径が大きい大径部１Ｆを有している。
ボールスプライン６は、図１および図２に示すように、入力側ディスク２の内径面に、軸方向に延在しかつ周方向に所定間隔で形成された複数のボールスプラインと、入力軸１の大径部１Fの外径面に、軸方向に延在しかつ周方向に所定間隔で形成された複数のボールスプラインと、これらボールスプライン間に転動自在に設けられた複数のボールとを備えている。
また、入力軸１の大径部１Fには、ボールスプライン６に潤滑油を供給する油穴１ｃが軸方向と直交し、かつ周方向に所定間隔で設けられている。油穴１ｃは後述する油孔１ａと連通している。

また、他方（図１において左方）の入力側ディスク２は入力軸１の他端部に外嵌され、入力軸１と共に回転するようになっている。また、他方の入力側ディスク２は、入力軸１の他端部に形成された大径部１ｂに当接され、これによって、入力軸１の軸方向（図１において左方）への移動が規制されている。
また、入力側ディスク２，２の内面（凹面）２ａ，２ａと出力側ディスク３，３の内面（凹面）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１が回転自在に挟持されている。

また、入力軸１は、図１中右側に位置する入力側ディスク２の背面側（図１において右側）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、図示しない駆動軸により回転駆動されるようになっている。

図２および図４に示すように、押圧装置１２は、図示しない駆動軸とともに回転するカム板２０と、保持器２１により転動可能に保持された複数個のカムローラ（ころ）２２とを備えている。カム板２０の片側面（図２の左側面）には、円周方向に亙る凹凸（波状部）であるカム面２０ａが形成され、入力側ディスク２の外側面（図２の右側面）にも、同様の形状を有するカム面２ｄが形成されている。

図２に示すように、押圧装置１２において、カムローラ２２はカム面２０ａ，２ｄを転動するため、カムローラ２２とカム面２０ａ，２ｄとの接触面Ｓ１，Ｓ２は潤滑油の供給が必要である。また図４（ｂ）に示すように、カムローラ２２と保持器２１との接触面Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５およびカムローラ２２，２２どうしの接触面Ｓ６はそれぞれ摺動面であるため、潤滑油の供給が必要である。さらに、図２に示すように、保持器２１と後述する円筒部材４０との接触面Ｓ７、およびカム板２０と円筒部材４０との接触面Ｓ８はそれぞれ摺動面であるため、潤滑油の供給が必要である。
このように、押圧装置１２は、潤滑油の供給が必要な接触面Ｓ１～Ｓ８を有しているため、潤滑油必要部材である。

このような押圧装置１２では、入力側ディスク２およびカム板２０の回転トルクが増加すると、カム作用によって入力側ディスク２がカム板２０から離れる向きに押圧される。
そして、入力軸１に回転力が入力されると、入力軸１と一体で入力側ディスク２，２が回転し、その回転がパワーローラ１１，１１によって出力側ディスク３，３に一定の変速比で伝達される。また、出力側ディスク３，３の回転は、出力歯車４Ａ，４Ａから図示しない伝達歯車などを介して、図示しない出力軸に伝達される。

また、入力軸１の一端部（図２において右端部）には、スラスト軸受３１が外嵌されている。スラスト軸受３１は内輪３２と、外輪３３と、内輪３２と外輪３３との間に介在する転動体３４とを有している。内輪３２は、入力軸１に対して軸方向外方（図２において右方）への移動が規制されるように入力軸１に嵌合されている。例えば、内輪３２は、入力軸１の端部に固定されたナット３５によって、軸方向外方への移動が規制されるように入力軸１に位置決め固定されている。

また、入力軸１は軸本体１Ａより径が大きい大径部１Ｇを有しており、この大径部１Ｇには、後述する油孔１ａと連通する油穴１ｄが軸方向と直交し、かつ周方向の所定間で設けられ、内輪３２には油穴３２ｄが軸方向と直交し、かつ周方向の所定間で設けられている。油穴１ｄは大径部１Ｇの外周面に開口しており、内輪３２の内径面には油穴１ｄと油穴３２ｄとを接続する油溝３２ａが設けられている。油穴３２ｄは内輪３２の転動面に開口しており、油孔１ａ、油穴１ｄ、油溝３２ａおよび油穴３２ｄを流通した潤滑油は油穴３２ｄの開口からスラスト軸受３１の転動面および転動体３４に供給されるようになっている。

また、内輪３２とカム板２０との間には、入力側ディスク２に押圧装置１２を介して予圧を付与する皿ばね２８が設けられている。スラスト軸受３１はナット３５によって入力軸１の端部に軸方向外方（図２において右方）への移動が規制された状態で固定されているので、皿ばね２８の付勢力によってカム板２０が軸方向内方（図１において左方）に押圧され、これによって、押圧装置１２を介して入力側ディスク２がパワーローラ１１（図１参照）に押し付けられている。

また、本実施形態では、入力軸１は、当該入力軸１の軸方向に延在する油孔１ａを有している。油孔１ａは、入力軸１の径方向中央部に設けられ、当該油孔１ａに潤滑油が供給されるようになっている。
また、入力軸１は軸本体１Ａより径が大きい大径部１Ｂを有している。この大径部１Ｂは、前記カム板２０の内側（内径側）に位置しており、断面視において、軸方向に対して平行な平行面１Ｂａと、軸方向に対して傾斜する傾斜面１Ｂｂと、軸方向に対して直交する直交面１Ｂｃとを備えている。平行面１Ｂａの一端部（図２において左端部）に傾斜面１Ｂｂが接続され、他端部（図２において右端部）に直交面１Ｂｃが接続されている。傾斜面１Ｂｂおよび直交面１Ｂｃはそれぞれ軸本体１Ａの外周面に接続されている。
なお、入力軸１は、図１に示すように、大径部１Ｂの他にも、軸本体１Ａより大径の大径部１Ｄ，１Ｄおよび大径部１ｂを有している。

また、図２に示すように、大径部１Ｂには、油孔１ａと連通し、かつ大径部１Ｂの外周面に開口する油穴１ｈが設けられている。油穴１ｈは入力軸１の軸方向に対して直角に配置されるとともに、油孔１ａの周方向に所定間隔で複数設けられている。
また、入力軸１には、油穴１ｈの開口位置を含み、かつ入力軸１の軸方向に延びる円筒部材４０が外挿固定されている。円筒部材４０は、大径部１Ｂの直交面１Ｂｃより右方の部位から入力側ディスク２の前記カム面２ｄの位置（軸方向の位置）近傍まで延びている。

円筒部材４０は一端部（図２において右端部）に径方向内側に突出する内フランジ部４０ａを有しており、この内フランジ部４０ａの内面が大径部１Ｂの直交面１Ｂｃに当接されることで、円筒部材４０の軸方向左方への移動が規制されている。また、内フランジ部４０ａの外面（図２において、内フランジ部４０ａの右端面）に内輪３２の端面が当接することで、円筒部材４０の軸方向右方への移動が規制されている。さらに、円筒部材４０の他端部（図２において左端部）は、入力軸１の軸本体１Ａに固定された円板状の部材３８に当接しており、これによっても円筒部材４０の軸方向左方への移動が規制されている。

また、円筒部材４０には、図３（ａ）に示すように、油穴１ｈ（図２参照）と連通する油溝（連通空間部）４１が設けられている。この油溝４１は、油穴１ｈと後述する供給穴４５とを連通させている。
油溝４１は、円筒部材４０の周方向に延びる周方向油溝４２，４２と、円筒部材４０の軸方向に延び、かつ周方向油溝４２，４２に連通する軸方向油溝４３とを備えている。本実施形態では、周方向油溝４２は２つあり、軸方向油溝４３は１つある。なお、周方向油溝４２は、３つ以上あってもよいが、一つの周方向油溝４２は油穴１ｈと連通している必要がある。また、軸方向油溝４３は二つ以上あってもよいが、軸方向に隣り合う周方向油溝４２，４２を接続するように配置するのが好ましい。また、軸方向油溝４３は、軸方向と交差するように配置してもよいが、軸方向に隣り合う周方向油溝４２，４２を接続するように配置する。

２つの周方向油溝４２，４２は円筒部材４０の軸方向に所定間隔で配置されており、これら周方向油溝４２，４２を接続するようにして軸方向油溝４３が配置されている。図２に示すように、右側の周方向油溝４２に油穴１ｈが連通しているので、油孔１ａから油穴１ｈに流入した潤滑油は油穴１ｈから右側の周方向油溝４２に流入し、軸方向油溝４３を通って、左側の周方向油溝４２に流入する。

図２および図３に示すように、左側の周方向油溝４２には複数の供給穴４５が周方向に所定間隔で設けられている。供給穴４５は円筒部材４０の軸方向と直交して配置されており、円筒部材４０の外周面に開口している。供給穴４５の開口は、押圧装置１２のカムローラ２２側に向いており、供給穴４５から流出する潤滑油は上述した接触面Ｓ１～Ｓ７に供給される。
また、右側の周方向油溝４２には複数の供給穴４６が周方向に所定間隔で設けられている。供給穴４６は円筒部材４０の軸方向と直交して配置されており、円筒部材４０の外周面に開口している。供給穴４６の開口は、押圧装置１２のカム板２０側に向いており、供給穴４６から流出する潤滑油は上述した接触面Ｓ８に供給される。

以上のように本実施形態によれば、入力軸１の大径部１Ｂに油穴１ｈが設けられているので、油穴１ｈの発生応力が高くなっても、入力軸１の破損を防止できる。また、軸本体１Ａは大径部１Ｂより小径となるので、入力軸１を軽量化でき、その結果、トロイダル型無段変速機の軽量化を図れる。
また、入力軸１に、潤滑油必要部材である押圧装置１２の接触面Ｓ１～Ｓ７および接触面Ｓ８に潤滑油を供給する供給穴４５および供給穴４６が設けられた円筒部材４０が外挿固定され、当該円筒部材４０の内周面に、油溝４１が設けられ、この油溝４１が供給穴４５と連通しているので、潤滑油は入力軸１の回転にともなう遠心力によって油溝４１に沿って流れ、供給穴４５，４６から潤滑油必要部材に向けて排出されるので、当該潤滑油必要部材に確実に潤滑油を供給できる。

また、油溝４１は、円筒部材４０の周方向に延びる周方向油溝４２，４２と、円筒部材４０の軸方向に延び、かつ周方向油溝４２，４２に連通する軸方向油溝４３とを備え、周方向油溝４２，４２に供給穴４５，４６が設けられているので、入力軸１の大径部１Ｂに設けられた油穴１ｈから周方向油溝４２、軸方向油溝４３に潤滑油が流入し、供給穴４５，４６から潤滑油を潤滑油必要部材に確実に供給できる。
さらに、供給穴４５，４６は潤滑油必要部材（押圧装置１２）に向けて開口しているので、潤滑油を潤滑油必要部材（押圧装置１２）にスムーズに供給できる。

なお、本実施形態では、図３（ａ）に示すような円筒部材４０を使用したが、図３（ｂ）に示すような円筒部材４０Ａを使用してもよい。
この円筒部材４０Ａには、軸本体１Ａに支持される潤滑油必要部材１２に潤滑油を供給するための供給穴４５，４６と、入力軸１の大径部１Ｂに設けられた油穴１ｈと供給穴４５，４６とを連通させる連通空間部４１が設けられている。この連通空間部４１は、図３（ａ）に示す円筒部材４０の右側の周方向油溝４２の深さを維持しまま、当該周方向油溝４２を筒状部材４０の左端までそのまま延長することで形成されたものである。
なお、円筒部材４０Ａにおいて、供給穴４５，４６の周方向、径方向および軸方向（円筒部材４０Ａの周方向、径方向および軸方向）の位置は、円筒部材４０の供給穴４５，４６の位置（周方向、径方向および軸方向の位置）と等しくなっている。
このような円筒部材４０Ａは、周方向油溝４２，４２および軸方向油溝４３を設ける必要がないため、円筒部材４０に比して加工コストを軽減できるという利点がある。

また、本実施形態では、入力側ディスク２を押圧装置１２によって押圧する場合を例にとって説明したが、トロイダル型無段変速機では、入力側ディスクと出力側ディスクの入出力関係を逆にする場合もある。したがって、本発明は出力側ディスクを押圧装置１２によって押圧する場合にも適用できる。つまり、出力軸と、この出力軸にボールスプラインによってスプライン結合されて前記出力軸と一体で回転する出力側ディスクと、前記出力側ディスクに対向して設けられた入力側ディスクと、出力側ディスクと入力側ディスクに挟持されるパワーローラとを備えたトロイダル型無段変速機にも適用できる。

さらに、本実施形態では本発明を、ダブルキャビティ型の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、本発明はダブルキャビティ型のフルトロイダル型無段変速機にも適用でき、さらに、シングルキャビティ型のハーフトロイダル型無段変速機や、シングルキャビティ型のフルトロイダル型無段変速機にも適用できる。

１入力軸（軸）
１Ａ軸本体
１Ｂ大径部
１ａ油孔１ｈ油穴
２入力側ディスク（第１ディスク）
３出力側ディスク（第２ディスク）
１２押圧装置（潤滑油必要部材）
４０，４０Ａ円筒部材
４１油溝（連通空間部）
４２周方向油溝
４３軸方向油溝
４５，４６供給穴

Claims

軸と、この軸に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第１ディスクおよび第２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を備えたトロイダル型無段変速機において、
前記軸は、当該軸の軸方向に延在する油孔と、前記軸の軸本体より径が大きい大径部とを有し、
前記大径部に、前記油孔と連通し、かつ前記大径部の外周面に開口する油穴が設けられ、
前記軸に、前記油穴の開口位置を含み、かつ軸の軸方向に延びる円筒部材が外挿固定され、
前記円筒部材には、前記軸本体に支持される潤滑油必要部材に潤滑油を供給するための供給穴と、前記油穴と前記供給穴とを連通させる連通空間部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。
前記連通空間部は、前記円筒部材の周方向に延びる周方向油溝と、前記円筒部材の軸方向に延び、かつ前記周方向油溝に連通する軸方向油溝とを備え、
前記周方向油溝に前記供給穴が設けられてい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。
前記供給穴は前記潤滑油必要部材に向けて開口していることを特徴とする請求項２に記載のトロイダル型無段変速機。