JP4923989B2

JP4923989B2 - トロイダル型無段変速機

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Publication number: JP4923989B2
Application number: JP2006325170A
Authority: JP
Inventors: 祐二下村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2026-12-01
Also published as: JP2008138762A

Description

本発明は、自動車や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。

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は、図４および図５に示すように構成されている。図４に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸１が回転自在に支持されており、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仕切壁（中間壁）１３に対しアンギュラ玉軸受１０７を介して支持されるとともに、この仕切壁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。

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、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と共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５参照）が回転自在に挟持されている。

図４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４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を付与する。

図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である図５に示すように、ケーシング５０の内側であって、出力側ディスク３，３の側方位置には、両ディスク３，３を両側から挟む状態で一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂが支持されている。これら一対のヨーク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。そして、後述するトラニオン１５の両端部に設けられた枢軸１４を揺動自在に支持するため、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの四隅には、円形の支持孔１８が設けられるとともに、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向の中央部には、円形の係止孔１９が設けられている。

一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂは、ケーシング５０の内面の互いに対向する部分に形成された支持ポスト６４，６８により、支持ポスト６４，６８を支点として揺動できるように支持されている。これらの支持ポスト６４，６８はそれぞれ、入力側ディスク２の内側面２ａと出力側ディスク３の内側面３ａとの間にある第１キャビティ２２１および第２キャビティ２２２にそれぞれ対向する状態で設けられている。

したがって、ヨーク２３Ａ，２３Ｂは、各支持ポスト６４，６８に支持された状態で、その一端部が第１キャビティ２２１の外周部分に対向するとともに、その他端部が第２キャビティ２２２の外周部分に対向している。

第１および第２のキャビティ２２１，２２２は同一構造であるため、以下、第１キャビティ２２１のみについて説明する。

図５に示すように、ケーシング５０の内側において、第１キャビティ２２１には、入力軸１に対し捻れの位置にある一対の枢軸（傾転軸）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５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、その本体部である支持板部１６の長手方向(図５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が回転自在に支持されており、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、前述したように、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５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。前述したように、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（傾転軸受）３０を介して揺動自在（傾転自在）に支持されている。また、前述したように、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図５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、支持ポスト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５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、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２６，２６と、これら各玉２６，２６を転動自在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５の下端部)にはそれぞれ駆動ロッド（枢軸１４から延びる軸部）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、駆動軸２２の回転は、押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２および入力軸１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、更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（オフセット）する。例えば、図５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、上記構成のトロイダル型無段変速機において、トラニオン１５の枢軸１４を揺動自在に且つ軸方向に変位自在に支持する前述したヨーク２３Ａ，２３Ｂは、従来から様々な構造形態のものが知られているが、一般的には、変速時、それ自体が球面ポスト６４，６８を中心に揺動することにより、例えば一方のトラニオン１５（例えば図５の右側のトラニオン１５）の上側への変位に伴って他方のトラニオン１５（例えば図５の左側のトラニオン１５）を下側へ変位させるといったように、同一キャビティ内で対向する一対のトラニオン１５の動きをシーソーのように同期させてこれらをそれぞれ逆方向に変位させる機能を有している。

例えば、図５の左側の駆動ピストン３３が同図の下側に変位し且つ右側の駆動ピストン３３が同図の上側に変位すると、これらの駆動ピストン３３に結合されているトラニオン１５，１５が互いに逆方向に変位し（左側のトラニオン１５が下側に変位し、右側のトラニオン１５が上側に変位し）、これにより、上側のヨーク２３Ａは、その右側が上になる方向に傾く。同様に、下側のヨーク２３Ｂも上側のヨーク２３Ａと同じ方向に傾く。逆に、図５の左側の駆動ピストン３３が同図の上側に変位し且つ右側の駆動ピストン３３が同図の下側に変位すると、上側のヨーク２３Ａは、その左側が上になる方向に傾き、同様に、下側のヨーク２３Ｂも上側のヨーク２３Ａと同じ方向に傾く。

ここで問題となるのは、駆動ピストン３３の油圧制御によっては上記変速時に駆動ピストン３３の端面３３ａと駆動シリンダ３１（６１）の端面６１ａとが接触することが考えられ、その場合には、両者が接触しながらトラニオン１５およびパワーローラ１１と共に駆動ピストン３３が傾転してしまうということである。このような事態が生じると、端面３３ａ，６１ａ同士の接触部に摩耗が発生したり、また、接触による摩擦抵抗によって駆動ピストン３３を固定するためのボルトが緩むことが懸念される。そのため、例えば特許文献１では、ヨーク２３Ａ，２３Ｂが傾転軸方向に変位することを規制する別個の変位規制部材をトラニオン１５の端部に取り付けることが提案されている。

特開２００３−２２２２１７号公報

しかしながら、変位規制部材を別個に設けてこれをトラニオン１５の端部に取り付けることは、部品点数および組立工数の増大や重量の増加を招き、ひいては製造コストの増大を引き起こしてしまうこととなる。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、簡単な構成によりトラニオンの軸方向変位を規制して駆動装置におけるピストン−シリンダ間の接触を防止できる安価な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、請求項１に記載のトロイダル型無段変速機は、回転トルクが入力される入力側ディスクと、前記入力側ディスクとの間に挟持されるパワーローラを介して入力側ディスクから所定の変速比で回転トルクが伝達される出力側ディスクと、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に傾転するとともに、前記各パワーローラを回転自在に支持する複数のトラニオンと、前記各トラニオンを前記枢軸の軸方向に変位させる駆動装置と、前記各トラニオンの前記各枢軸をそれぞれ傾転自在且つ軸方向に変位自在に支持するとともに、前記トラニオンの変位により揺動する一対のヨークと、一対のヨークを揺動可能に支持する支持部材とを備えるトロイダル型無段変速機であって、前記支持部材および前記ヨークの少なくとも一方には、前記トラニオンの軸方向変位に伴う前記ヨークの揺動を規制する規制手段が形成されており、前記規制手段は、前記トラニオンの軸方向変位に伴う前記ヨークの揺動により前記ヨークまたは前記支持部材と当接してヨークのそれ以上の揺動を規制するストッパ面から成ることを特徴とする。

この請求項１に記載された発明においては、トラニオンの軸方向変位に伴うヨークの揺動を規制する規制手段が支持部材およびヨークの少なくとも一方に形成されているので、ヨークの揺動規制によりトラニオンの軸方向変位を規制することができ、それにより、トラニオンを軸方向に変位させる駆動装置のピストン−シリンダ間の接触を防止することが可能になる。また、規制手段がポスト自体及び／又はヨーク自体に形成されているため、変位規制のために新たに部品を用意する必要がなく、したがって、安価に製造することができる。また、このように規制手段がポスト自体及び／又はヨーク自体に設けられていれば、これらをケーシングの外側で仮組立した時点で規制変位を検査できるので、装置の信頼性を確保することができる。

また、規制手段がポストまたはヨークの面（ストッパ面）として形成されているので、製造の簡略化およびコスト低減を更に促進することが可能になる。

本発明によれば、簡単且つ安価な構成によりトラニオンの軸方向変位を規制して駆動装置におけるピストン−シリンダ間の接触を防止できる。

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。なお、本発明の特徴は、トラニオンの傾転軸方向の変位を規制するための構造にあり、その他の構成および作用は前述した従来の構成および作用と同様であるため、以下においては、本発明の特徴部分についてのみ言及し、それ以外の部分については、図４および図５と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１〜図３に示すように、本発明の実施形態に係るトロイダル型無段変速機は、図５に示した従来構造の支持ポスト６４，６８を一体に形成して成る支持部材（ポスト部材）３００を備えており、この支持部材３００により一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂが軸受３０２を介して揺動可能に支持されている。また、支持部材３００は、ヨーク２３Ａ，２３Ｂ間で延びる大径な本体軸部３００ａと、本体軸部３００ａの両端に形成され且つ各ヨーク２３Ａ，２３Ｂの円形の係止孔１９に軸受３０２を介して嵌挿される小径軸部３００ｂとから成り、小径軸部３００ｂと本体軸部３００ａとの段差部が、トラニオン１５の軸方向変位に伴うヨーク２３Ａ，２３Ｂの揺動を規制する規制手段として形成されている。特に、本実施形態において、前記規制手段は、小径軸部３００ｂの外周面と本体軸部３００ａの外周面とを接続する傾斜状のストッパ面３１０として形成されている。

このような構成では、例えば、図５に示す左側の駆動ピストン３３が同図の上側に変位し且つ右側の駆動ピストン３３が同図の下側に変位すると、これらの駆動ピストン３３に結合されているトラニオン１５，１５が互いに逆方向に変位（オフセット）し（左側のトラニオン１５が上側に変位し、右側のトラニオン１５が下側に変位し）、これにより、ヨーク２３Ａ，２３Ｂが図１に示される中立の状態から図２に示される状態へと揺動する。すなわち、上側のヨーク２３Ａはその左側が上になる方向に傾き、同様に、下側のヨーク２３Ｂも上側のヨーク２３Ａと同じ方向に傾く。このとき、図３に拡大して示すように、支持部材３００に形成された前記ストッパ面３１０とヨーク２３Ａ（２３Ｂ）とが接触し、ヨークのそれ以上の揺動が規制される（ヨークがそれ以上傾かない）。つまり、トラニオン１５はこれ以上オフセットすることができない。したがって、この規制状態で駆動ピストン３３と駆動シリンダ３１との間に依然として隙間が形成されるように各部の寸法を設定しておけば、変速時における駆動ピストン３３と駆動シリンダ３１との接触を防止できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、トラニオン１５の軸方向変位に伴うヨーク２３Ａ，２３Ｂの揺動を規制する規制手段（ストッパ面３１０）が支持部材３００に形成されているため、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの揺動規制によりトラニオン１５の軸方向変位を規制することができ、それにより、トラニオン１５を軸方向に変位させる駆動装置３２の駆動ピストン３３と駆動シリンダ３１との間の接触を防止することが可能になる。また、規制手段が支持部材３００自体に形成されているため、変位規制のために新たに部品を用意する必要がなく、したがって、安価に製造することができる。特に、本実施形態のように規制手段が支持部材３００の面（ストッパ面）として形成されていれば、製造の簡略化およびコスト低減を更に促進することが可能になる。また、このように規制手段が支持部材３００自体に設けられていれば、バリエータ部をケーシング５０の外側で仮組立した時点で規制手段による変位規制を検査できるため、装置の信頼性を確保することができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることは言うまでもない。例えば、前述した実施形態では、規制手段が支持部材３００に形成されているが、規制手段は、ヨーク２３Ａ，２３Ｂに形成されていても良く、あるいは、ヨーク２３Ａ，２３Ｂおよび支持部材３００の両方に形成されていても良い。また、前述した実施形態では、規制手段が支持部材３００の面（ストッパ面）として形成されているが、規制手段は、面に限らず、ヨーク２３Ａ，２３Ｂまたは支持部材３００と当接してヨークの揺動を規制できるものであれば、突起などの他の形態のものであっても構わない。

本発明は、シングルキャビティ型やダブルキャビティ型などの様々なハーフトロイダル型無段変速機に適用することができる。

本発明の実施形態に係るトロイダル型無段変速機の要部断面図（ヨーク中立時）である。本発明の実施形態に係るトロイダル型無段変速機の要部断面図（ヨーク揺動時）である。図２のＡ部拡大図である。従来から知られているトロイダル型無段変速機の具体的構造の一例を示す断面図である。図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

符号の説明

２入力側ディスク
３出力側ディスク
１１パワーローラ
１４枢軸
１５トラニオン
２３Ａ，２３Ｂヨーク
３２駆動装置
３００支持部材
３１０ストッパ面（規制手段）

Claims

回転トルクが入力される入力側ディスクと、前記入力側ディスクとの間に挟持されるパワーローラを介して入力側ディスクから所定の変速比で回転トルクが伝達される出力側ディスクと、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に傾転するとともに、前記各パワーローラを回転自在に支持する複数のトラニオンと、前記各トラニオンを前記枢軸の軸方向に変位させる駆動装置と、前記各トラニオンの前記各枢軸をそれぞれ傾転自在且つ軸方向に変位自在に支持するとともに、前記トラニオンの変位により揺動する一対のヨークと、一対のヨークを揺動可能に支持する支持部材とを備えるトロイダル型無段変速機において、
前記支持部材および前記ヨークの少なくとも一方には、前記トラニオンの軸方向変位に伴う前記ヨークの揺動を規制する規制手段が形成されており、
前記規制手段は、前記トラニオンの軸方向変位に伴う前記ヨークの揺動により前記ヨークまたは前記支持部材と当接してヨークのそれ以上の揺動を規制するストッパ面から成ることを特徴とするトロイダル型無段変速機。