JP2012159115A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】トラニオンに対してパワーローラを回転自在に支持するラジアルニードル軸受に対する潤滑油の効率的な供給、ニードル（コロ）による潤滑油攪拌抵抗の低減、および、ラジアルニードル軸受による潤滑油の排出性向上を効果的に実現する。
【解決手段】トラニオンに支持された軸部２３に対してパワーローラ１１を回転自在に支持するラジアルニードル軸受９９は、円環状の一対のリム部９７ａ，９７ｂを複数の柱９１によって連結して成る保持器９０と、保持器の柱９１同士の間に形成されるそれぞれのポケット９４に転動自在に保持される複数のコロ９２とを備えて成る。保持器９０の内面および外面は平滑面として形成されるとともに、保持器９０の柱９１の肉厚ｄがコロ９２の直径Ｄの半分以上に設定され、また保持器の外面とパワーローラ１１との間の隙間Ｘによる断面積が保持器９０の内面と軸部２３との間の隙間Ｙによる断面積よりも大きい。
【選択図】図１

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６および図７に示すように構成されている。図６に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸（中心軸）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）２ａ，２ａと出力側ディスク３，３の内側面（凹面）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図７参照）が回転自在に挟持されている。

図６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６の右面）が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７は、図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図７に示すように、ケーシング５０の内側には、入力軸１に対し捻れの位置にある一対の枢軸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７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、支持板部１６の長手方向(図７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（軸部）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２３ｂの周囲には、ラジアルニードル軸受９９を介して各パワーローラ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、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７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。各ヨーク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。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３０を介して揺動自在に支持されている。また、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図６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の内周面は球状凹面として、球面ポスト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７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（以下、転動体という）２６，２６と、これら各転動体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７の下端部)にはそれぞれ駆動ロッド（トラニオン軸）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、入力軸１の回転は、押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２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する。例えば、図７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との間の変速比が変化する。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、変位軸２３の先端部２３ｂに対してパワーローラ１１を回転自在に支持するラジアルニードル軸受９９は、複数本のニードル（コロ）と、これらのニードルを転動自在に保持する保持器とを備えて成るが、この場合、ラジアルニードル軸受９９に対する潤滑油の効率的な供給、ニードルによる潤滑油攪拌抵抗の低減、および、ラジアルニードル軸受９９による潤滑油の排出性向上は、パワーローラ１１の回転性能の向上や冷却効率の向上などを図る上で重要である。そのため、従来においては、保持器の形状などを工夫することによりラジアルニードル軸受９９での潤滑油のスムーズな流れを確保するようにしている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００４−３４６９８０号公報 特開２００９−５８０４４号公報 特許第２６２７８８５号公報

しかしながら、従来から提案される手段では、必ずしも十分な効果を得られるとは言い難かった。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、トラニオンに対してパワーローラを回転自在に支持するラジアルニードル軸受に対する潤滑油の効率的な供給、ニードル（コロ）による潤滑油攪拌抵抗の低減、および、ラジアルニードル軸受による潤滑油の排出性向上を効果的に実現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する。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、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且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、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る枢軸を中心に傾転し、かつ、前記パワーローラをラジアルニードル軸受を介して回転自在に支持するトラニオンとを備えるトロイダル型無段変速機において、前記ラジアルニードル軸受は、トラニオンに支持された軸部に対して前記パワーローラを回転自在に支持するとともに、円環状の一対のリム部を複数の柱によって連結して成る保持器と、該保持器の前記柱同士の間に形成されるそれぞれのポケットに転動自在に保持される複数の円柱状のコロとを備えて成り、前記保持器の内面および外面が平滑面として形成されるとともに、前記保持器の前記柱の肉厚が前記コロの直径の半分以上に設定され、前記保持器の外面と前記パワーローラとの間の隙間による断面積が前記保持器の内面と前記軸部との間の隙間による断面積よりも大きいことを特徴とする。

請求項１に記載の発明においては、保持器の内面および外面が平滑面として形成されるとともに、保持器の柱の肉厚がコロの直径の半分以上に設定されているので、すなわち、潤滑油の流通路となる保持器の表面が滑らかになるとともに、保持器の柱によってコロが大きく覆われることになるので、保持器およびコロによる潤滑油攪拌抵抗を効果的に低減することができ、また、保持器の外面とパワーローラとの間の隙間による断面積が保持器の内面と軸部との間の隙間による断面積よりも大きいため、ラジアルニードル軸受による潤滑油の排出性を効果的に向上させることができる（潤滑油の排出性が悪いと、軸受内部が油で満たされ、油の攪拌抵抗の増大に繋がる）。また、運転中のパワーローラと軸部との温度を比較すると、トラクション面を有するパワーローラの方が高いので、保持器の外面とパワーローラとの間の隙間による断面積を保持器の内面と軸部との間の隙間による断面積よりも大きくすることで、パワーローラをより積極的に冷却することができ、耐久寿命の向上やトラクション係数の向上とそれによる冷却効率の向上をもたらすことができる。したがって、ラジアルニードル軸受に対する潤滑油の効率的な供給を実現できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記保持器の柱の外面にはスパイラル状の溝が形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明においては、保持器の柱の外面にスパイラル状の溝が形成されているため、ラジアルニードル軸受による潤滑油の排出性をより効果的に向上させることができる。なお、スパイラル溝の形成方向（傾き方向）は、保持器が回転した際に潤滑油が保持器の外部に排出され易くなるような方向に向けられていることが好ましい。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記保持器のリム部の表面にスパイラル状の溝が形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明においては、保持器のリム部の表面にスパイラル状の溝が形成されているため、ラジアルニードル軸受による潤滑油の排出性をより効果的に向上させることができる。特に、請求項２に記載の発明のように保持器の柱の外面にスパイラル溝が形成されている場合には、僅かながら保持器が潤滑油から反力を受けるため、保持器のリム部がその対向部材と接触して摩擦損失が増大する場合もあるが、リム部の表面にスパイラル状の溝が形成されていれば、そのような摩擦損失の増大を抑制できる。

本発明のトロイダル型無段変速機によれば、トラニオンに対してパワーローラを回転自在に支持するラジアルニードル軸受に対する潤滑油の効率的な供給、ニードル（コロ）による潤滑油攪拌抵抗の低減、および、ラジアルニードル軸受による潤滑油の排出性向上を効果的に実現できる。

本発明の第１の実施形態を示す図であって、（ａ）はトラニオンの変位軸にラジアルニードル軸受を介してパワーローラが回転可能に支持される構造部分の断面図、（ｂ）はラジアルニードル軸受の斜視図、（ｃ）は（ａ）と同様の断面図である。 本発明の第２の実施形態を示し、（ａ）はラジアルニードル軸受の斜視図、（ｂ）はラジアルニードル軸受の側面図である、 図２の構成における潤滑油の流れ方向を説明するための断面図である。 図２の構成における保持器の組み込み方向を説明するための側面図である。 本発明の第３の実施形態における保持器の組み込み方向を説明するための図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 従来から知られているハーフ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６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
なお、本発明の特徴は、トラニオンに対してパワーローラを回転自在に支持するラジアルニードル軸受の構造にあり、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５および図６と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１は本発明の第１の実施形態を示している。図１の（ａ）および（ｃ）に示すように、本実施形態では、変位軸２３が外輪２８と一体になっており、変位軸２３の先端部２３ｂがパワーローラ１１を貫通することなくパワーローラ１１の内側で終端している。また、トラニオン１５の変位軸（軸部）２３に対してパワーローラ１１を回転自在に支持するラジアルニードル軸受９９は、図１の（ｂ）に示すように、円環状の一対のリム部９７ａ，９７ｂを複数の柱９１によって連結して成る保持器９０と、保持器９０の柱９１同士の間に形成されるそれぞれのポケット９４に転動自在に保持される複数の円柱状のコロ（ニードル）９２とを備えて成る。ここで、保持器９０は例えば黄銅や樹脂などの材料によって形成される。

また、本実施形態では、保持器９０の内面および外面が平滑面として形成されるとともに、保持器９０の柱９１の肉厚ｄがコロ９２の直径Ｄの半分以上に設定されている。また、保持器９０の外面とパワーローラ１１との間の隙間Ｘにより形成される断面積が保持器９０の内面と変位軸２３の先端部２３ｂとの間の隙間Ｙにより形成される断面積よりも大きく設定されている。

このように、本実施形態によれば、保持器９０の内面および外面が平滑面として形成されるとともに、保持器９０の柱９１の肉厚ｄがコロ９２の直径Ｄの半分以上に設定されているため、すなわち、潤滑油の流通路となる保持器９０の表面が滑らかになるとともに、保持器９０の柱９１によってコロ９２が大きく覆われることになるため、保持器９０およびコロ９２による潤滑油攪拌抵抗を効果的に低減することができる。また、保持器９０の外面とパワーローラ１１との間の隙間Ｘによる断面積が保持器９０の内面と変位軸２３との間の隙間Ｙによる断面積よりも大きいため、ラジアルニードル軸受９９による潤滑油の排出性を効果的に向上させることができる（潤滑油の排出性が悪いと、軸受９９の内部が油で満たされ、油の攪拌抵抗の増大に繋がる）。また、運転中のパワーローラ１１と変位軸２３との温度を比較すると、トラクション面を有するパワーローラ１１の方が高いので、保持器９０の外面とパワーローラ１１との間の隙間Ｘによる断面積を保持器９０の内面と変位軸２３との間の隙間Ｙによる断面積よりも大きくすることにより、パワーローラ１１をより積極的に冷却することができ、耐久寿命の向上やトラクション係数の向上とそれによる冷却効率の向上を図ることができる。したがって、ラジアルニードル軸受９９に対する潤滑油の効率的な供給を実現できる。

図２から図４は本発明の第２の実施形態を示している。図２に示すように、本実施形態では、保持器９０の柱９１の外面にスパイラル状の溝１０５が形成されている。この場合、スパイラル溝１０５の形成方向（傾き方向）は、保持器９０が回転した際に潤滑油が保持器９０の外部に排出され易くなるような方向に向けられている。具体的には、ラジアルニードル軸受９９は、図４に示されるように、その第１のリム部９７ａがスラスト玉軸受２４の保持器２７と対向するように組み込まれており、したがって図３の（ａ）に矢印で示すように、変位軸２３の中心を貫通する油路１０９を通じて外輪２８側からからパワーローラ１１側へ向けて流入する潤滑油が変位軸２３の先端部２３ｂの端面とパワーローラ１１との間の隙間を通じてラジアルニードル軸受９９内を流入方向とは反対の方向（油を排出させたい方向Ｐ）に流れてスラスト玉軸受２４を介してスムーズに水平に抜け出るように、スパイラル溝１０５は第２のリム部９７ｂから第１のリム部９７ａへ向けて保持器９０の回転方向Ｑとは反対の方向へ向かうように斜めに延びている。なお、図３の（ｂ）は図３の（ａ）とは異なり、変位軸２３がパワーローラ１１を貫通して突出しその突出開口部にワッシャ１１９が取り付けられた変形構造を示しているが、スパイラル溝１０５の形態および油の流れ方向に変わりはない。

このように、本実施形態によれば、保持器９０の柱９１の外面にスパイラル状の溝１０５が形成されているため、ラジアルニードル軸受９９による潤滑油の排出性をより効果的に向上させることができる。なお、スパイラル状の溝１０５が柱９１の内面に形成されていても構わない。

図５は本発明の第３実施形態を示している。図示のように、本実施形態では、第２の実施形態の構成に加えて更に、保持器９０の第２のリム部９７ｂの表面にスパイラル状の溝１２９が形成されている。第２の実施形態のように保持器９０の柱９１の外面にスパイラル溝１０５が形成されている場合には、僅かながら保持器９０が潤滑油から反力Ｆを受けるため、保持器９０のリム部（本実施形態では、第２のリム部９７ｂ）がその対向部材（図３の（ａ）の構成ではパワーローラ１１、図３の（ｂ）の構成ではワッシャ１０９）と接触して摩擦損失が増大する場合もあるが、リム部（本実施形態では第２のリム部９７ｂ）の表面にスパイラル状の溝１２９が形成されていれば、そのような摩擦損失の増大を抑制でき、ラジアルニードル軸受９９による潤滑油の排出性をより効果的に向上させることができる。

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。

２ 入力側ディスク
３ 出力側ディスク
１１ パワーローラ
１５，１５ トラニオン
２３ 変位軸（軸部）
９０ 保持器
９１ 柱
９２ コロ
９４ ポケット
９７ａ，９７ｂ リム部
９９ ラジアルニードル軸受
１０５，１２９ スパイラル状の溝

Claims (3)

1. 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且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、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る枢軸を中心に傾転し、かつ、前記パワーローラをラジアルニードル軸受を介して回転自在に支持するトラニオンとを備えるトロイダル型無段変速機において、
   前記ラジアルニードル軸受は、トラニオンに支持された軸部に対して前記パワーローラを回転自在に支持するとともに、円環状の一対のリム部を複数の柱によって連結して成る保持器と、該保持器の前記柱同士の間に形成されるそれぞれのポケットに転動自在に保持される複数の円柱状のコロとを備えて成り、
   前記保持器の内面および外面が平滑面として形成されるとともに、前記保持器の前記柱の肉厚が前記コロの直径の半分以上に設定され、前記保持器の外面と前記パワーローラとの間の隙間による断面積が前記保持器の内面と前記軸部との間の隙間による断面積よりも大きいことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 前記保持器の柱の外面にはスパイラル状の溝が形成さ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。
3. 前記保持器のリム部の表面にスパイラル状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトロイダル型無段変速機。

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