JPS63111356A - トロイダル形無段変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、無段変速機、特に減速機を備えたトロイダル
形無段変速１に関するものである。

（従来技術及びその間３点） トロイダル形無波′Ｒ逮機は対向配置された入力ディス
ク及び出力ディスクと両ディスク間に介装された伝動ロ
ーラとを含んで成る。

岡ディスクは加圧機構：Ｃよって伝動ローラに圧接され
、その反力として軸方向の力な伝動ローラから受けるの
で１両ディスクは軸受を介して入力軸又は出力軸上に取
〕付けられる。

出力ディスクは伝動ローラの方向を変えることにより、
その回転数は低速から高速まで又はその逆に漸変する。

この場合、出力ディスクの支持用軸受は、減速時には回
転数は入力側よりも少ないが加わる荷重が大きく、−方
増速時には加わる荷重は小さいが１回転数は入力側よシ
も大きくなる。このように高速口伝、高荷１の条件下に
ンいて使用されるため、寿命を長くするためには、勢い
軸受の寸法を大きくしなければならない（例えば、米国
特許第３．１４２，１９０号参照）。しかし、このよう
に＠受を大形化すると、軸受自体の摩擦トルクが増大す
るばかシでなく、特に増速時における潤滑油の攪拌抵抗
も大きくなる・その結果、変速の全域におｒてディスク
支持用軸受における動力損失が大きく、入力ディスク１
と出力ディスク側軸受の動力損失を合わせば、入力動力
の４〜６憾にも違する。

また、通常出力ディスクは入力ディスクとは逆方向に回
転し、しかも増速時には入力ディスクよ）も高速で回鷲
するため、従来の手動変速機との間で互換性がない０手
動変速機との間で１慢性をもたせるためには、出力ディ
スクの回転方向を反転させかつ（ｇＩ＠速度を減速しな
ければならず、そのために歯車を介装することが行なわ
れている（例えば、特願昭６０−１７５６２６号）。し
かし、出力ディスクの回転速度が速く、上記歯車の周速
が通常の変速機に比べて高速になるので％歯車騒音を生
じ易い。

本発明は、上記従来列におけるｉ！ｆｆ題点な解消する
こと、部も入力ディスク及び／又は出力ディスクの支持
用軸受にシける動力損失が極力小さく抑えられるととも
に、従来の変速績との間で互換性をもたせることのでき
るトロイダル形無段変速機を提供することを目的として
なされたものである。

（問題点を解決するための手段、作用）上記目的を追放
するために、本発明においては、同軸上に配置、された
菖ｌ及び籐２０回転軸と、該第１及び第２の回転軸間に
介装され１両輪の相対回転を許容するとともに、軸方向
の推力を支持し得る手段と、前記第１又はｇ／ｃ２の回
転軸上に取り付けられ、入力ディスク、傾動自在な伝動
ローラ及び環状部材の出力ディスク部から成るトロイダ
ル形無段変速機と、前記環状部材の太陽ローラ部、前記
第２の回転軸に固定された遊星リング及び両者間に介装
された複数の遊星ローラとから成る遊星ローラ機構とを
含み、前記遊星ローラ機構により前記出力ディスクの回
転方向を反転させ、かつ減速して前記出力軸に伝達する
ようにしたものである。

（実施例） 以下１本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図に示すように、！１のケーシング１０には軸受１
２によって入力軸１４が回転可能に支承されてｊＰｐ、
また第２のケーシング１６には後述する軸受４８及び遊
星リング４２を介して出力軸２０が、入力軸１４と同一
直線上Ｋ）いて回転可能に支承されている。出力軸２０
には入力ディスク２１と、出力ディスク及び太陽ローラ
を兼ねる環状部材３０が互いに対向して遊嵌されている
。

入力軸１４は７ランク部１６及び円筒部１８を備え、７
ランク部１６と入力ディスク２１との間には加圧装置２
２が配置されでいる。

加圧装置２２は、入力軸１４の回転時に入力ディスク２
１に軸方向力（第１図中右向きの力）を加えるものであ
る。入力ディスク２１及び環状部材３０の湾曲した出力
ディスク部２１は各々トロイダル面２４及び３４を有し
、両トロイダル面間に伝動ローラ２ｓが傾動可能に介装
されている。伝動ロー５２６は、駆動部材３１の軸３３
に＠合されている。出力軸２０Ｆ１円筒部１ｓの中空穴
内まで延びて訃シ、軸受２５によって入力軸１４に支承
されている。

環状部材３０の円筒状の太陽ローラ部３６には傾斜面３
８が形成され、出力軸２０に相対回転不能に嵌合された
遊星リング４２にも傾斜面４３が形成され、両傾斜面は
伝動ロー　′う２６とは反対側で、しかも出力軸２０の
軸總上で交叉するように形成されている。また出力軸２
０からの距ｔａ＜半径）は、傾斜面４３の方が傾斜面３
８よシも相当大きくなってｐす、内傾斜面間に截頭円錐
体状の在数の遊星ローラ４４が傾斜して介装されている
。遊星ローラ４４はハウジング１６に固定されたキャリ
ヤ４６０軸４５に回転可能に弐合されておυ、内傾斜面
３８及び４３を結ぶ方向（第１図中右方向から左下方に
向かって斜め方向）には若干移動できるが、出力軸２０
０回シには移動することはで鎗ない。

前述したように、遊星リング４２は出力軸２０に固定さ
れ、第１のケーシング１０と一体化されたＲ２のケーシ
ング１６に、軸受４８によって回転可能に取り付けられ
ている。

次に本実施例の作動を説明する。

入力軸１４が回転されると、入力ディスク２１がこれと
同方向に回転し、伝動ローラ２６を介して環状部材３０
が入力ディスク２１とは逆方向に回転する。この時伝動
ローラ２Ｂが第１図の状態にあれば、環状部材３０は入
力ディスク２１よシも低速で回転しく減速）、反対方向
に傾動していれば高速で回転する（増速）。環状部材３
００回転は遊星ロー５４４を介して遊星リング４ｚに伝
達され、遊星リング４２は環状部材３０とは逆方向（但
し入力ディスク２１と同方向）に回転され、その回転力
が出力軸２０から出力として取り出される。

ここで太陽ローラ３６、遊星ローラ４４及び遊星リング
４２間に作用する力の関係を調べると、第２図に示すよ
うに、太陽ローラ３８の推力Ｐａ　　と遊星リング４２
の推力Ｆｃａとの間（はＰｅａ　＝＝　ｍＦａの関係が
ある・ここでｎはｔ太陽ローラ３８の平均軌道半径ｒ、
　と遊星リング４ｚの平均軌道半径ｒｌ　との比ｙ　ｓ
　／　、１であシ、従ってキャリヤ４６を固定端とした
ときの太陽ローラ３Ｂと遊星リング４２との間の回転数
比（減速比）である。

詳述すると、ｒ、及びｒｌを上記の通り定め、出力軸２
Ｇの軸線から遊星ローラ４４の平均軌道半径までの距離
をｔとし、遊星ロー５４４の外局面（円１ト４Ｔが出力
・ｉ１！］２０の軸線Ｉｃ対してなす角度ＱＪＩとし、
遊星ローラ４４の両円礒Ｊ４７のなす角度なθ、とする
と、ｒＩ＝ｌｔｈθ１　、　　ｒ３　ｚ　１ｔｔｋ　（
θ１＋θ諺）とな〕、従って ｒｌ−ａｈｉ（０＋十θ、） １−〒ｉ−漬１Ｔ−−−− となる、また、推力Ｆａによる遊星ロー５４４の外周面
と直角方向の成分Ｆａｎは Ｆａｎ　＝ｘ　Ｆａ　／　ｓｋθ、であり、推力Ｆｃｓ
による遊星ローラ４４の外周面と直角方向の成分Ｆｅ。

はＦａｎと等しく　（Ｆａｎ　＝　Ｆａｎ　）なる、従
って。

となる。

次に、遊星ローラ４４の推力Ｆｔ、は、太陽ローラ３６
及び遊星リング４２の推力Ｆａ及びＦｅａによって各々
その軌道面４７に生ずる直角方向の荷重Ｆａｎ及びＦａ
ｎの合力の反力であり、この推力Ｆ’ｔｔを複数の遊星
ローラ４４で負担することになる。即ち推力ｒｂは、と
なる、そして推力Ｆｂの軸方向成分Ｆｂａ　ｔｉｔ、Ｆ
ｂａ　ｘ　Ｆｂ　ｃｍ　（θ＋＋　”）−（ｎ　　ｌ　
）　Ｆ＠となる。

次に入力ディスク２１に生ずる推力Ｆａ、と出力ディス
ク２Ｔに生ずる推力Ｆａｌについて第３図をもとに説明
する。伝動ローラ２６が特定の状態にある時の入力ディ
スク２１及び出力ディスク２Ｔとの接触点Ｃ，及びＣ１
における半径を各々Ｒ１及びＲ１とじ、Ｒ鵞と８、との
比即ち減速比を（Ｒ１／Ｒ１）をｍとする。また、上記
接触点Ｃ１及びＣ８にンける法線方向の力をＦｎとし、
伝動ローラ２６の軸４Ｓが接触点を通る法線となす角度
なθとし、軸４Ｓが中立位置となす角度なφとすると、
ＦＨ−７ｇ、　／（２）（θ＋φ）となり、Ｆａｎ　１
ｍ　Ｆｎｆｔｍ（θ−φ） −Ｆｍｔｃａｓ（＄−φ）／（２）（θ＋φ）−ｎＦａ
ｌとなる。

ここで、出力ディスク２７と太陽ローラ３８とは背中合
せに一体化されて環状部材３０とされているので、 Ｆａｎ　＃ｆｆｌ　ｒａ　ｌ−Ｆａ となる（第４図参照）、従って、遊星リング４２の推力
Ｆ軸は Ｆｓａ＃　！ｎｎＦ１１ となる（第５図参照）拳 ここで、トロイダル形変速機の最大増速位ば、１！ｌｍ
１ｎ　ｎ　＝　１となｊｌ）　％ｍｎ≧１となる。最大
減速位置における減速比をｍｍ５ｘとすれば、ｍｍｔｎ
≦ｍ≦ｍｍａｘにおいて！１に−ｎＦａｌｚＦａａ≧Ｆ
ａｌとなる。

一方、遊星リング４２即ち出力軸２０の回転数Ｎ４は、
入力軸１４の回転数をＮ、とすれば、Ｎ４　＝ＮＢ／ｍ
ｍとなる。ここで前述した如＜　ａｎ≧１であるから、
一般にＮ、ＦｉＮ。

よ）小さくｓｍｎ干ｌのときＮ１に等しくＣＮ＆二Ｎｔ
）なる。また、入力ディスク１８と遊星リング４２即ち
出力軸２０の回転方向は同じなので、軸受２５の相対回
転数Ｎ、はＮａｘＮ＠　　Ｎ４　ｗ　（１−１）Ｎｌ　
となる。

ｍｎ 次にトロイダル変速機における変速比重の変化時（遊晶
ローラ機構３６．４４及び４２ＫｓＰける減速比論は一
定なのでｍ＋ａの変化になる）における軸受１２．２５
．４４及び４ａにおける摩擦損失にりいて検討する。

一般に大荷重時の軸受の摩擦損失りは、軸受の寸法（ｄ
ｍで代表させる）、荷重又は推力のα乗及び回転数Ｎに
比例して変化する（Ｌ■ａｍ　−Ｆ”・Ｎ）と考えられ
る。

始めにｍｆｆ１ｎ嫉ｌのとぎは、第５図に示すように、
軸受１２は入力軸１４と等しい回転数Ｎ１で回転するが
、推力は作用しないので、この軸受１２における摩擦損
失は零である。

軸受２５に加わる推力はＦａｌであ）、軸受２Ｓの回転
ａＮ１は前述した通り。

Ｎ−（１−”　）Ｎｌである。軸受４４の回転ｎ ａＮ、　ｎ　Ｎｌ！Ｌ−３−ｔ−テアＤ、　コノ軸受ａ
　４に―　　諺 加ワル推力Ｐａ　ｕ　Ｆｓ　＝　Ｆｂ／　Ｚ　（Ｚはロ
ーラ４４の個数）である、ｔた。リング４２の回転ａ　
Ｎ４７６　Ｎ４ｍ　？’ｌ／、、　ｉ’あシ、コノ軸受
４１１に加わる推力Ｆ４はＦ　ａ　＝　（ｍｎ−１）Ｆ
ａｌである。従って、軸受２！、４４及び４８に訃いて
はある８度の摩擦損失はある。

次にｍｎｗｌのときは、ｇ６図に示すように、軸受１２
の回転数はＮ１であり、推力は零であるため、この軸受
１２における摩擦損失は零である。軸受２５の回転数Ｎ
、は零であシ、推力も零であるので、この軸受に訃ける
摩擦損失は零である。ｔた、軸受４８の回転数Ｎ４は入
力軸１４の回転ａＮＩＫ等し匹（Ｎ４りＮｌ）が、推力
は零であるので、この軸受４８における摩擦損失はない
。

一方、軸受４４の回転ａ　Ｎ　ａ　ＦｉＮ＠　ｗａｘ　
　であシ、推力はＦｂ／Ｚである０回転数Ｎ、は小さく
はないが、推力Ｐｂ／Ｚはそれ程大餘な値にはならず、
またｄｍも小さいので、この軸受４４には＊＊損失はあ
るが、その値はそれ程大きいものではない。

軸受の負荷容量及び寸法（ａｍ　）を、従来方式におけ
るのと同じ軸受寿命になるように仮定し、無段変速機の
全域について軸受１２．２５．４２及び４８の摩擦損失
を計算した結果の一例を第７図に示す。このグラフにお
いて破線が従来例を示し、実線が本発明を示すが、グラ
フから明らかなように１ｍ！１ζ１であっても、ｍが相
当大きい減速時を除ぎ、変速の大手の領域において本発
明の方が、！９′ｓ損失が小さく、特にｍｎり１のとき
には摩擦損失は従来の約１／ｓになっている。

なお、＊述した如（ｍｎＷ　１のとき軸受４４において
はある程度の摩擦損失があるが、軸受１２．２５及び４
８における摩擦損失が何れも零とされているので、入力
軸１４から出力軸２０までの変速様全体としてみれば、
その摩擦損失は従来例におけるものよルも小さい。

付言すれば、本実施例では大荷重かつ高速回転の軸受が
なく、従って従来例において問題となっていた潤滑油の
攪拌損失は小さくなる。なお遊星ローラ４４は回転ａＮ
Ｉは比較的大きいが、寸法（ｄｍ）が小さく周速がそれ
穆大きくないため、この軸受４４における潤滑油の攪拌
損失も小さいものである。

また１本実施例では、入力軸１４と出力軸２０とが同一
直線上に配置され、全体的に出力軸２０１７３回転速度
は入力軸１４の回転速度よシも小さくされ（出力軸２０
の回転速度の最大値が入力軸１４０回転速度に等しい）
、かつ出力軸２０は入力軸１４と同方向に回転するよう
になっている。そのため、従来から車両等において使用
されている変速機との互換性を得る場合に必要とされた
減速歯車装置が不要となり、従って力すかる歯車装置に
おける損失がなくなり、その公吏に効率が改善されるこ
とになる。

さらに、前述した如く、ｔ！ＩＢ　Ｗ　１の時即ち変速
機の最高速度状態で効率が高いが、一般に車両では変速
機の最高速度の使用頻度が高いので、本実施例によれば
燃費が向上する。

まに、入力軸と出力軸とが同じ回転速度であるときは、
無段変速機及び遊星ローラ機構を経由せずに入力軸１４
と出力軸２０とを直結する機構を設けることができ、こ
のようにすれば更に摩擦損失を減少させて車両の燃費を
向上改善することができる。さらＫは、ｍｍｉｍ（−！
−即ちｍＨｌｎｎ（１とすれば、オーバドライブの効果
を得ることもできる。

なか、ａｔ８図は、出力軸（貫通＠）２０と遊星リング
４２とを結合し、入力ディスク２１を貫通軸２０に対し
て回転自在にするとともく、貫通軸２０と入力軸１４と
の間及び入力軸１４と入力ディスク２１との間に回転断
読機構６０及び６２を設けて、入力軸１４と出力軸２０
とを直結可能にした例である。

第９図には本発明の別の実施例が示されておシ、入力軸
１４及び出力軸２０の細部構造が上記実施例とは異なる
。詳述すると、入力軸即ち貫通軸１４がハウジング１０
及び１６内を長く延びておシ、その上に入力ディスク２
１、出力ディスクと太陽ローラとを兼ねる環状部材３０
が取り付けられている。一方、出力軸２０には遊星リン
グ４２が取り付けられ、遊星リング４２と入力軸１４の
自由端との間には前記軸受２５に対応する軸受６８が介
装されている。その他の構成は基本的には上記実施例と
同じであシ、従って上記実施例と同様の効果が得られる
。

第９図に示した実施例の変形例が第１０図に示されてお
シ、入力軸１４と入力ディスク２１とが結合され、遊星
リング４２が入力軸２０に対して回転可能とされるとと
もに、入力軸１４と出力軸２０との間及び遊星リング４
２と出力軸２０との間には各々回転断続機構７０及び７
２が設けられている。

なお１本発明はこの他にも、その趣旨を損ねない範囲内
において適宜変更、改良が可能であることは勿論である
。

（発明の効果） 以上述べてきたように１本発明によれば、入力ディスク
及び／又は出力ディスクの支持用軸受の推力の減少また
は回転数の低減がもたらされ、軸受にｐける動力損失が
抑制され。

また、他の変速機との間で互換性をもたせることができ
る。しかもこれらのことが、従来の無段変速機の構造を
実質的に変更することなく達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、ｇｚ図、第
３図％第４図、第５図、第６図、及び第７図は何れも上
記実施例の作動を説明するための図又はグラフ、第８図
は上記実施例の変形例を示す説明図１ｇ９図は本発明の
別の実施例を示す縦断面図、第１０図はその変形例を示
す説明】である。 〔主要部分の符号の説明〕 １４・・・入力軸 ２０・・・出力軸 ２１・・・入力ディスク ２５・・・軸受 ３０　・・・環゛大部材 ４２・・・遊星リング ４４・・・遊星ローラ 第４図 （風送）　　　　　（湯送） 第８図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 同軸上に配置された第１及び第２の回転軸 と、 該第１及び第２の回転軸間に介装され、両 軸の相対回転を許容するとともに、軸方向の推力を支持
   し得る手段と、 前記第１又は第２の回転軸上に取り付けら れ、入力ディスク、傾動自在な伝動ローラ及び環状部材
   の出力ディスク部から成るトロイダル形無段変速機と、 前記環状部材の太陽ローラ部、前記第２の 回転軸に固定された遊星リング及び両者間に介装された
   遊星ローラとから成る遊星ローラ機構と を含み、前記遊星ローラ機構により前記出力ディスク部
   の回転方向を反転させ、かつ減速して前記出力軸に伝達
   することを特徴とするトロイダル形無段変速機。