JPH07229546A

JPH07229546A - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JPH07229546A
Application number: JP2104894A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Takemura; 浩道武村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1994-02-18
Filing date: 1994-02-18
Publication date: 1995-08-29

Abstract

(57)【要約】【目的】軽量でしかも断面係数が大きいトラニオン６
を得る事で、軽量でしかも耐久性の優れたトロイダル型
無段変速機を得る。【構成】トラニオン６の断面形状を等脚台形とする。
内側面側の長辺４１の長さ寸法を２Ｒとした場合に、外
側面側の短辺４２の長さ寸法を２Ｒ／√３とし、両辺４
１、４２同志の間隔を√（２／３）・Ｒとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係るトロイダル型無段
変速機は、例えば自動車用の変速機として、或は各種産
業機械用の変速機として、それぞれ利用する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用変速機として、図３〜４に略示
する様なトロイダル型無段変速機を使用する事が、研究
されている。このトロイダル型無段変速機は、例えば実
開昭６２−７１４６５号公報に開示されている様に、入
力軸１と同心に第一のディスクである入力側ディスク２
を支持し、この入力軸１と同心に配置された出力軸３の
端部に、第二のディスクである出力側ディスク４を固定
している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシング
の内側には、前記入力軸１並びに出力軸３に対して捻れ
の位置にある枢軸５、５を中心として揺動するトラニオ
ン６、６が設けられている。

【０００３】各トラニオン６、６は、両端部外側面に前
記枢軸５、５を設けている。又、各トラニオン６、６の
中心部には変位軸７、７の基端部を支持し、前記枢軸
５、５を中心として各トラニオン６、６を揺動させる事
により、各変位軸７、７の傾斜角度の調節を自在として
いる。各トラニオン６、６に支持された変位軸７、７の
周囲には、それぞれパワーローラ８、８を回転自在に支
持している。そして、各パワーローラ８、８を、前記入
力側、出力側両ディスク２、４の間に挟持している。

【０００４】入力側、出力側両ディスク２、４の互いに
対向する内側面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、上記枢
軸５を中心とする円弧を回転させて得られる凹面をなし
ている。そして、球状凸面に形成された各パワーローラ
８、８の周面８ａ、８ａは、前記内側面２ａ、４ａに当
接させている。

【０００５】前記入力軸１と入力側ディスク２との間に
は、ローディングカム式の押圧装置９を設け、この押圧
装置９によって、前記入力側ディスク２を出力側ディス
ク４に向け、弾性的に押圧している。この押圧装置９
は、入力軸１と共に回転するカム板１０と、保持器１１
により保持された複数個（例えば４個）のローラ１２、
１２とから構成されている。前記カム板１０の片側面
（図３〜４の左側面）には、円周方向に亙る凹凸面であ
るカム面１３を形成し、前記入力側ディスク２の外側面
（図３〜４の右側面）にも、同様のカム面１４を形成し
ている。そして、前記複数個のローラ１２、１２を、前
記入力軸１の中心に対して放射方向の軸を中心とする回
転自在に支持している。

【０００６】上述の様に構成されるトロイダル型無段変
速機の使用時、入力軸１の回転に伴ってカム板１０が回
転すると、カム面１３によって複数個のローラ１２、１
２が、入力側ディスク２外側面のカム面１４に押圧され
る。この結果、前記入力側ディスク２が、前記複数のパ
ワーローラ８、８に押圧されると同時に、前記１対のカ
ム面１３、１４と複数個のローラ１２、１２との噛合に
基づいて、前記入力側ディスク２が回転する。そして、
この入力側ディスク２の回転が、前記複数のパワーロー
ラ８、８を介して出力側ディスク４に伝達され、この出
力側ディスク４に固定の出力軸３が回転する。

【０００７】入力軸１と出力軸３との回転速度を変える
場合で、先ず入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう
場合には、枢軸５、５を中心として各トラニオン６、６
を揺動させ、各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが
図３に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの中心
寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部
分とにそれぞれ当接する様に、各変位軸７、７を傾斜さ
せる。

【０００８】反対に、増速を行なう場合には、前記トラ
ニオン６、６を揺動させ、各パワーローラ８、８の周面
８ａ、８ａが図４に示す様に、入力側ディスク２の内側
面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａ
の中心寄り部分とに、それぞれ当接する様に、各変位軸
７、７を傾斜させる。各変位軸７、７の傾斜角度を図３
と図４との中間にすれば、入力軸１と出力軸３との間
で、中間の変速比を得られる。

【０００９】更に、図５〜８は、実願昭６３−６９２９
３号（実開平１−１７３５５２号）のマイクロフィルム
に記載された、より具体化されたトロイダル型無段変速
機を示している。入力側ディスク２と出力側ディスク４
とは円管状の入力軸１５の周囲に、それぞれニードル軸
受１６、１６を介して回転自在に支持している。又、カ
ム板１０は前記入力軸１５の端部（図５の左端部）外周
面にスプライン係合し、鍔部１７によって前記入力側デ
ィスク２から離れる方向への移動を阻止されている。そ
して、このカム板１０とローラ１２、１２とにより、前
記入力軸１５の回転に基づいて前記入力側ディスク２
を、出力側ディスク４に向けて押圧しつつ回転させる、
ローディングカム型の押圧装置９を構成している。前記
出力側ディスク４には出力歯車１８を、キー１９、１９
により結合し、これら出力側ディスク４と出力歯車１８
とが同期して回転する様にしている。

【００１０】１対のトラニオン６、６の両端部は１対の
支持板２０、２０に、揺動並びに軸方向（図５の表裏方
向、図６の左右方向）に亙る変位自在に支持している。
そして、前記各トラニオン６、６の中間部に形成した円
孔２３、２３部分に、変位軸７、７を支持している。各
変位軸７、７は、互いに平行で且つ偏心した支持軸部２
１、２１と枢支軸部２２、２２とを、それぞれ有する。
このうちの支持軸部２１、２１を前記各円孔２３、２３
の内側に、ニードル軸受２４、２４を介して、回転自在
に支持している。又、前記各枢支軸部２２、２２の周囲
にパワーローラ８、８を、別のニードル軸受２５、２５
を介して回転自在に支持している。

【００１１】尚、前記１対の変位軸７、７は、前記入力
軸１５に対して１８０度反対側位置に設けている。又、
これら各変位軸７、７の各枢支軸部２２、２２が支持軸
部２１、２１に対し偏心している方向は、前記入力側、
出力側両ディスク２、４の回転方向に対して同方向（図
６で左右逆方向）としている。又、偏心方向は、前記出
力軸１５の配設方向に対してほぼ直行する方向としてい
る。従って前記各パワーローラ８、８は、前記入力軸１
５の配設方向に亙る若干の変位自在に支持される。この
結果、構成部品の寸法精度等に起因して前記各パワーロ
ーラ８、８が前記入力軸１５の軸方向に変位する傾向と
なった場合でも、構成各部品に無理な力を加える事な
く、この変位を吸収できる。

【００１２】又、前記各パワーローラ８、８の外側面と
前記各トラニオン６、６の中間部内側面との間には、パ
ワーローラ８、８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２６、２６とスラストニー
ドル軸受２７、２７とを設けている。このうちのスラス
ト玉軸受２６、２６は、前記各パワーローラ８、８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８、８の回転を許容するものである。この様なス
ラスト玉軸受２６、２６はそれぞれ、複数個ずつの玉２
９、２９と、各玉２９、２９を転動自在に保持する円環
状の保持器２８、２８と、円環状の外輪３０、３０とか
ら構成されている。各スラスト玉軸受２６、２６の内輪
軌道は前記各パワーローラ８、８の外側面に、外輪軌道
は前記各外輪３０、３０の内側面に、それぞれ形成して
いる。

【００１３】又、前記スラストニードル軸受２７、２７
は、レース３１と保持器３２とニードル３３、３３とか
ら構成される。このうちのレース３１と保持器３２と
は、回転方向に亙る若干の変位自在に組み合わされてい
る。このスラストニードル軸受２７、２７は、前記レー
ス３１、３１を前記各トラニオン６、６の内側面に当接
させた状態で、この内側面と前記外輪３０、３０の外側
面との間に挟持している。この様なスラストニードル軸
受２７、２７は、前記各パワーローラ８、８から前記各
外輪３０、３０に加わるスラスト荷重を支承しつつ、前
記枢支軸部２２、２２及び前記外輪３０、３０が前記支
持軸部２１、２１を中心として揺動する事を許容する。

【００１４】更に、前記各トラニオン６、６の一端部
（図６の下端部）にはそれぞれ駆動ロッド３６、３６を
結合し、各駆動ロッド３６、３６の中間部外周面に駆動
ピストン３７、３７を固設している。そして、これら各
駆動ピストン３７、３７を、それぞれ駆動シリンダ３
８、３８内に油密に嵌装している。

【００１５】上述の様に構成されるトロイダル型無段変
速機の場合には、入力軸１５の回転は押圧装置９を介し
て入力側ディスク２に伝えられる。そして、この入力側
ディスク２の回転が、１対のパワーローラ８、８を介し
て出力側ディスク４に伝えられ、更にこの出力側ディス
ク４の回転が、出力歯車１８より取り出される。

【００１６】入力軸１５と出力歯車１８との間の回転速
度比を変える場合には、前記１対の駆動ピストン３７、
３７を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピスト
ン３７、３７の変位に伴って前記１対のトラニオン６、
６が、それぞれ逆方向に変位し、例えば図６の右側のパ
ワーローラ８が同図の上側に、同図の左側のパワーロー
ラ８が同図の下側に、それぞれ変位する。この結果、こ
れら各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと前記入力
側ディスク２及び出力側ディスク４の内側面２ａ、４ａ
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前記各トラニ
オン６、６が、支持板２０、２０に枢支された枢軸５、
５を中心として、互いに逆方向に揺動する。

【００１７】この結果、前述の図３〜４に示した様に、
前記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと前記各内
側面２ａ、４ａとの当接位置が変化し、前記入力軸１５
と出力歯車１８との間の回転速度比が変化する。この様
に前記入力軸１５と出力歯車１８との間の回転速度比を
変化させるべく、前記変位軸７、７の傾斜角度を変化さ
せる際には、これら各変位軸７、７が前記各支持軸部２
１、２１を中心として僅かに回動する。この回動の結
果、前記各スラスト玉軸受２６、２６の外輪３０、３０
の外側面と前記各トラニオン６、６の内側面とが相対変
位する。これら外側面と内側面との間には、前記各スラ
ストニードル軸受２７、２７が存在する為、この相対変
位に要する力は小さい。従って、上述の様に各変位軸
７、７の傾斜角度を変化させる為の力が小さくて済む。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明のトロイダル型
無段変速機は、トラニオン６、６の軽量化を図る事で全
体の軽量化を図り、トロイダル型無段変速機を設けた自
動車等の動力性能並びに燃料消費率の向上を図るもので
ある。

【００１９】前記各トラニオン６、６は、図７に示す様
に、変位軸７の支持軸部２１（図５〜６）を支持する為
の支持板部３９を備える。この支持板部３９の長さ方向
両端部にはそれぞれ、この支持板部３０の内側面側に向
け直角に折れ曲がった折り曲げ板部４０、４０を形成し
ている。そして、これら各折り曲げ板部４０、４０の外
面に、枢軸５、５を固設している。

【００２０】一方、トロイダル型無段変速機の運転時に
この様なトラニオン６、６の内側面側に回転自在に支持
されたパワーローラ８、８には、入力側、出力側、両デ
ィスク２、４の内側面２ａ、４ａからスラスト荷重が加
わる。そしてこのスラスト荷重は、スラスト玉軸受２６
及びスラストニードル軸受２７を介して前記各トラニオ
ン６、６の内側面に伝達される。従って、トロイダル型
無段変速機の運転時にこれら各トラニオン６、６は、内
側面側が凹面となる方向に、僅かとは言え弾性変形す
る。

【００２１】そして、この弾性変形量が多くなると、前
記スラスト玉軸受２６及びスラストニードル軸受２７を
構成する転動体である玉２９、２９及びニードル３３、
３３に加わるスラスト荷重が不均一になる。即ち、前記
各トラニオン６、６の弾性変形の結果、これら各トラニ
オン６、６の内側面と前記各パワーローラ８、８の外側
面との距離が不均一になる。そして、これら両面同士の
距離が大きくなった部分に存在する転動体に加わるスラ
スト荷重が小さくなる代わりに、この距離が小さくなっ
た部分に存在する転動体に加わるスラスト荷重が大きく
なる。

【００２２】この結果、一部の転動体に過大なスラスト
荷重が加わり、この一部の転動体と当該転動体の転動面
が当接している軌道面との当接圧が過大となり、これら
転動面及び軌道面の疲れ寿命が著しく短くなる。

【００２３】この様な寿命短縮に結び付く前記トラニオ
ン６、６の弾性変形を防止する為にには、これら各トラ
ニオン６、６の曲げ剛性、特に長さ方向に亙る曲げ剛性
を高めるべく、これら各トラニオン６、６の断面係数Ｚ
を大きくする必要がある。即ち、前記スラスト荷重に基
づいてこれらトラニオン６、６にＭなる大きさの曲げモ
ーメントが加わった場合に各トラニオン６、６に加わる
曲げ応力σは、σ＝Ｍ／Ｚで表わされる。従って、前記
断面係数Ｚを大きくする事で、前記曲げ応力σを小さく
し、前記弾性変形を小さくできる。

【００２４】勿論、トラニオン６、６を（長さ方向に対
して直角な面で）幅方向に切断した場合に得られる断面
積を大きくすれば、前記断面係数Ｚを大きくして前記長
さ方向に亙る曲げ剛性を大きくできる。但し、単に断面
積を大きくする事で断面係数Ｚを大きくした場合には、
トラニオン６、６の容積が増大し、このトラニオン６、
６並びにこのトラニオン６、６を組み込んだトロイダル
型無段変速機の重量が増大する原因となる為、好ましく
ない。

【００２５】例えば、前記支持板部３９の断面形状を、
図８に示す様に、半径がＲの半円形とした場合に、この
支持板部３９の、中心軸が図心を通るとした場合の断面
係数Ｚ₁ は、０．１９０Ｒ³ となる。これに対して支持
板部３９の断面積Ｓ₁ は、１．５７Ｒ² となる（但しπ
＝３．１４として計算）。そして、これら断面係数Ｚ₁
と断面積Ｓ₁ との比Ｚ₁ ／Ｓ₁ は０．１２１Ｒとなる。
この比（Ｚ／Ｓ）が大きい程、小さな断面積、言い換え
れば軽量にも拘らず大きな断面係数を得られる事になる
が、断面が半円形の場合の比Ｚ₁ ／Ｓ₁ （＝０．１２１
Ｒ）は、必ずしも大きな数値とは言えない。

【００２６】又、前記支持板部３９の断面形状が、図９
に示す様に、半径がＲである半円に内接する、長辺の長
さが２Ｒ／√３、短辺の長さが√（２／３）Ｒである長
方形の場合には、支持板部３９の断面係数Ｚ₂ は、０．
１２８Ｒ³ 断面積Ｓ₂ は、０．９４Ｒ² となる。そし
て、これら断面係数Ｚ₂ と断面積Ｓ₂ との比Ｚ₂ ／Ｓ₂
は０．１３６Ｒとなる。この数値（０．１３６Ｒ）も、
必ずしも十分に大きなものとは言えない。本発明のトロ
イダル形無段変速機は、上述の様な事情に鑑みて発明し
たものである。

【００２７】

【課題を解決する為の手段】本発明のトロイダル型無段
変速機は、前述の従来から知られたトロイダル型無段変
速機と同様に、互いの内側面同士を対向させた状態で、
互いに同心に、且つ回転自在に支持された第一、第二の
ディスクと、これら第一、第二のディスクの中心軸に対
し捻れの位置にある枢軸を中心として揺動するトラニオ
ンと、このトラニオンの内側面から突出した変位軸と、
この変位軸の周囲に回転自在に支持された状態で、前記
第一、第二の両ディスクの間に挟持されたパワーローラ
と、このパワーローラの外側面に添設して設けられ、こ
のパワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承しつ
つ、このパワーローラの回転を許容するスラスト転がり
軸受とを備える。そして、前記トラニオンは前記変位軸
を支持する為の支持板部を備える。

【００２８】特に、本発明のトロイダル型無段変速機の
場合には、この支持板部の断面形状が次のの条件を
満たす。内側面を区画する長辺と、外側面を区画する短辺
と、これら長辺の両端と短辺の両端とを連続させる傾斜
辺とで四周を囲まれており、前記長辺の中央位置と前記
短辺の中央位置とを結ぶ線分とこれら長辺及び短辺との
なす角度は９０度である。前記長辺の長さ寸法を２Ｒとした場合に、前記下辺
の長さ寸法は２・Ｒ／√３であり、前記長辺と短辺との
間隔は√（２／３）・Ｒである。

【００２９】

【作用】上述の様に構成される本発明のトロイダル型無
段変速機は、前述した従来のトロイダル型無段変速機と
同様の作用に基づき、第一のディスクと第二のディスク
との間で回転力の伝達を行ない、更にトラニオンの傾斜
角度を変える事で、これら両ディスクの回転速度比を変
える。

【００３０】特に、本発明のトロイダル型無段変速機の
場合には、トラニオンの断面係数Ｚと断面積Ｓとの比Ｚ
／Ｓを大きくできるので、比較的軽量でしかも曲げ剛性
が大きなトラニオンを得られる。従って、軽量且つ耐久
性の優れたトロイダル型無段変速機を実現できる。

【００３１】

【実施例】図１は、本発明の第一実施例を示している。
尚、本発明の特徴は、トラニオン６の断面形状を工夫す
る事で、重量増加を抑えつつこのトラニオン６の曲げ剛
性を高める点に特徴がある。その他の部分の構造及び作
用は、例えば前述した様な、従来から知られたトロイダ
ル型無段変速機と同様である。よって、従来構造と同等
部分に関する説明は省略し、以下、本発明の特徴部分を
中心に説明する。

【００３２】トラニオン６の支持板部３９の断面形状
は、変位軸７（図３〜６）を突出させる内側面側を長辺
とする等脚台形となっている。即ち、この断面形状は、
この内側面を区画する長辺４１と、反対側の外側面を区
画する短辺４２と、これら長辺４１の両端と短辺４２の
両端とを連続させる傾斜辺４３、４３とで四周を囲まれ
ている。従って、前記長辺４１の中央位置と前記短辺４
２の中央位置とを結ぶ線分とこれら長辺４１及び短辺４
２とのなす角度は９０度である。

【００３３】そして、前記長辺４１の長さ寸法を２Ｒと
した場合に、前記短辺４２の長さ寸法は２・Ｒ／√３で
あり、前記長辺４１と短辺４２との間隔、即ちこれら両
辺４１、４２同士を結ぶ線分４４の長さは√（２／３）
・Ｒである。

【００３４】この様に断面形状が等脚台形である支持板
部３９の断面係数Ｚ₃ は、０．１８８Ｒ³ 断面積Ｓ₃
は、１．２９Ｒ² となる。そして、これら断面係数Ｚ₃
と断面積Ｓ₃ との比Ｚ₃ ／Ｓ₃ は０．１４６Ｒとなる。
この数値（０．１４６Ｒ）は、前述した様に断面形状が
半円形又は長方形である場合に比べて大きい。この事か
ら、本発明によれば、比較的小さな断面積、言い換えれ
ば比較的軽量であるにも拘らず、十分な断面係数を得
て、曲げ剛性の大きなトラニオン６を得られる事が解
る。

【００３５】次に、図２は本発明の第二実施例を示して
いる。本実施例の場合には、半径がＲである半円形の一
部を、半円形の直線部と平行に平削して、長さが２Ｒ／
√３である短辺４２とした如き形状としている。上述し
た第一実施例と同様に、長辺４１の長さは２Ｒ、これら
長辺４１と短辺４２との間隔は√（２／３）・Ｒであ
る。本実施例の場合も、断面係数と断面積との比（Ｚ／
Ｓ）は、上述した第一実施例とほぼ同様に大きくでき
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明のトロイダル型無段変速機は、以
上に述べた通り構成され作用する為、比較的軽量でしか
も曲げ剛性が大きなトラニオンを使用する事により、軽
量且つ耐久性の優れたトロイダル型無段変速機を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す、トラニオンの支持
板部の断面図。

【図２】本発明の第二実施例を示す、図１と同様の図。

【図３】従来から知られたトロイダル型無段変速機の基
本的構成を、最大減速時の状態で示す側面図。

【図４】同じく最大増速時の状態で示す側面図。

【図５】従来の具体的構造の１例を示す断面図。

【図６】図５のＡ−Ａ断面図。

【図７】トラニオンの斜視図。

【図８】トラニオンの断面形状の第１例を示す断面図。

【図９】同第２例を示す断面図。

【符号の説明】

１入力軸２入力側ディスク２ａ内側面３出力軸４出力側ディスク４ａ内側面５枢軸６トラニオン７変位軸８パワーローラ８ａ周面９押圧装置１０カム板１１保持器１２ローラ１３、１４カム面１５入力軸１６ニードル軸受１７鍔部１８出力歯車１９キー２０支持板２１支持軸部２２枢支軸部２３円孔２４、２５ニードル軸受２６スラスト玉軸受２７スラストニードル軸受２８保持器２９玉３０外輪３１レース３２保持器３３ニードル３４ａ、３４ｂ円環部３５ａ、３５ｂ突出部３６駆動ロッド３７駆動ピストン３８駆動シリンダ３９支持板部４０折り曲げ板部４１長辺４２短辺４３傾斜辺４４線分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いの内側面同士を対向させた状態で、
互いに同心に、且つ回転自在に支持された第一、第二の
ディスクと、これら第一、第二のディスクの中心軸に対
し捻れの位置にある枢軸を中心として揺動するトラニオ
ンと、このトラニオンの内側面から突出した変位軸と、
この変位軸の周囲に回転自在に支持された状態で、前記
第一、第二の両ディスクの間に挟持されたパワーローラ
と、このパワーローラの外側面に添設して設けられ、こ
のパワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承しつ
つ、このパワーローラの回転を許容するスラスト転がり
軸受とを備え、前記トラニオンは前記変位軸を支持する
為の支持板部を備え、この支持板部の断面形状が次の
の条件を満たすトロイダル型無段変速機。内側面を区画する長辺と、外側面を区画する短辺
と、これら長辺の両端と短辺の両端とを連続させる傾斜
辺とで四周を囲まれており、前記長辺の中央位置と前記
短辺の中央位置とを結ぶ線分とこれら長辺及び短辺との
なす角度は９０度である。前記長辺の長さ寸法を２Ｒとした場合に、前記下辺
の長さ寸法は２・Ｒ／√３であり、前記長辺と短辺との
間隔は√（２／３）・Ｒである。