JP4623365B2

JP4623365B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP4623365B2
Application number: JP2004311392A
Authority: JP
Inventors: 大樹西井
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2024-10-26
Also published as: JP2006125443A

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３及び図４に示すように構成されている。図３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４参照）が回転自在に挟持されている。

図３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３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１ｂ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は、図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図４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４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４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１１，１１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３の裏表方向、図４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３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２３Ａは、球面ポスト６８及びこれを支持するシリンダ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４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４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４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及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、このようなトロイダル型無段変速機において、動力は、入出力側ディスク２，３とパワーローラ１１との間（トラクション面（転動面）間）での油（トラクション油）のせん断力によって伝達される（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。トラクション油の摩擦係数は決まっているため、高トルクを伝達するためには、入出力側ディスク２，３とパワーローラ１１との接触点に大きな荷重（押し付け力）を与える必要がある。

前記荷重を与える方法としては、入力トルクに比例した荷重を機械的に発生させる前述したローディングカム式の押圧装置１２を用いる場合と、油圧式の押圧装置を用いる場合とがある。ローディングカム式の押圧装置１２のみを用いた場合、入力トルクだけに比例した推力（入力側ディスクの押し付け力）が発生することになるため、変速比によっては、ディスクとローラとの接触部に過剰な押し付け力が作用し、伝達効率の低下や耐久性の低下に繋がる虞がある。これに対し、油圧式の押圧装置を用いると、変速、オイル温度、回転数などに応じて最適な押し付け力を与えることができるため、ローディングカム式の押圧装置よりも変速機の高効率化および耐久性の向上が可能となる。

一方、ワイドレンジ化および発進デバイスの廃止化等を目的として、トロイダル型無段変速機と遊星歯車機構とを組み合わせた速度モード切換が可能な（複数の速度モードを有する）変速装置が知られている。

特開２００３−３４３６７５号公報特開２００３−２７８８６９号公報

遊星歯車機構を有する前記変速装置においては、モードの切り換えポイントでトルクの反転が起こるため、トルクシフト（パワーローラ１１が中心軸からずれ、サイドスリップが発生し、設定した変速比がずれてしまう現象）が起き易い。このトルクシフトは、押し付け力の変動による変形の違いやトラクション力の変動によるトラニオンとパワーローラのガタ・剛性不足により発生する。このトルクシフトが生じると、モード切換時に衝撃を受け、乗り心地が低下してしまう。また、急激なトルクシフトが発生すると、グロススリップ等の不具合が発生する可能性もある。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、変速比により最適な押し付け力を付与することができるとともに、従来よりも低い押し付け力で所望の変速比が得られ、結果としてトルクシフトを緩和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軸と、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前記入力軸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、前記入出力側ディスクと前記パワーローラとの間に所定の押し付け力を付与する油圧式の押圧装置とを備え、複数段の遊星歯車機構に組み合わされることにより各遊星歯車から動力を取り出す複数の速度モードを有するトロイダル型無段変速機であって、少なくとも前記速度モードの切り換えポイントで前記パワーローラと接触する前記入出力側ディスクの内側面領域もしくはその近傍に微細溝が設けられることにより設計トラクション係数が上がることに基づいて、前記速度モードの切り替え時に前記押圧装置により前記入出力側ディスクと前記パワーローラとの間に付与される押し付け力が、前記微細溝が設けられていない場合に適した押し付け力より低くされていることを特徴とする。

また、請求項２に記載のトロイダル型無段変速機は、請求項１に記載の発明において、前記微細溝は、前記入力側ディスクの内側面の径方向外側部位および前記出力側ディスクの内側面の径方向内側部位にそれぞれ設けられていることを特徴とする。

本発明のトロイダル型無段変速機においては、油圧式の押圧装置を用いているため、変速比により最適な押し付け力を付与することができるとともに、少なくとも前記速度モードの切り換えポイントで前記パワーローラと接触する前記入出力側ディスクの内側面領域もしくはその近傍に微細溝が設けられているため、設計トラクション係数を上げることができ、そのため、押し付け力を下げることができる。したがって、速度モードの切り換えポイント周辺の押し付け力を低くすることにより、トルクシフトを緩和することができ、あるいは、速度モードの切り換えポイントでグロススリップに対する余裕代を確保することが可能になる。

なお、前記微細溝は、深さが１〜１０μｍ程度、ピッチが１００〜３００μｍ程度であることが好ましい。また、微細溝の粗さが大きい場合には、転動寿命が短くなる可能性があるため、トラクション面の全面に微細溝を設けず、速度モードの切り換えポイントのみに微細溝を設けることが好ましい。これは、加工上においても有利である。すなわち、微細溝ではその頭部または角部を丸めることが必要であり、そのための仕上げ工程を別に行なうことになるが、速度モードの切り換えポイントのみに微細溝を設けて仕上げ範囲を狭めれば、加工コストを下げることができるようになる。

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、押圧装置による押し付け力の低減を図るためのディスク面構造にあり、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３および図４と同一の符
号を付して簡潔に説明するに留める。

図１は、トロイダル型無段変速機をギヤード・ニュートラル型の無段変速装置に組み込んだ構造を示している。この無段変速装置は、前述した図３に示した構造と略同様の構造を成すトロイダル型無段変速ユニット１４７と、第１ないし第３の遊星歯車式変速ユニット１４８，１４９，１５０とを組み合わせて成り、入力軸１と出力軸１５１とを有している。また、入力軸１と出力軸１５１との間には、これらの軸１，１５１と同心で且つこれらの軸１，１５１に対して回転可能な伝達軸１５２が設けられている。なお、押圧装置１２Ａは油圧式になっており、また、入出力側ディスク２，３は、入力軸１が貫通する中空軸１５３に対して支持されている。また、入力軸１は、押圧装置１２Ａを介して、駆動軸２２からの回転力を受けるようになっている。周知のように、この構造によれば、各遊星歯車式変速ユニットから動力を取り出すことにより、複数の速度モード（例えば、低速モードおよび高速モード）間で変速を行なうことができる。

図２に示すように、前記押圧装置１２Ａは、入力軸１の入力端部１ａに結合される第１のシリンダ部１４１と、入力側ディスク２と一体の第２のシリンダ部１５９と、第１の環状体１６１と、第２の環状体１６０とを備えている。

第１のシリンダ部１４１は、第２のシリンダ部１５９の外周外側に位置しており、入力側ディスク２の背面２ｄと対向した状態で配されている。また、第２のシリンダ部１５９は、筒状に形成されており、入力側ディスク２の外周縁から第１のシリンダ部１４１に向けて延びている。

第２の環状体１６０は、その内周面が入力軸１の外周面に嵌合されるとともに、その外周面が第２シリンダ部１５９の内周面に嵌合されており、入力側ディスク２の背面２ｄに対向した状態で配されている。また、第１の環状体１６１は、その内周面が入力軸１の外周面に嵌合されるとともに、その外周面が第１のシリンダ部１４１の内周面に嵌合されており、第２の環状体１６０と第１のシリンダ部１４１との間に配されている。

第１のシリンダ部１４１と環状体１６１との間の空間は、第１の油圧室（油室）１７０を構成している。この第１の油圧室１７０は、複数のシール部材１７１によって、流体密に保たれている。また、第２のシリンダ部１５９と第２の環状体１６０との間の空間は、第２の油圧室（油室）１６７を構成している。この第２の油圧室１６７は、複数のシール部材１６８によって、流体密に保たれている。また、第２の環状体１６０と第１の環状体１６１との間に位置する空間１７５は空気室となっている。空気室１７５は、複数のシール部材１６８，１７１によって流体密に保たれている。また、第２のシリンダ１５９は、空気室１７５を外部に連通させる連通溝としても機能する隙間ｓを第１の環状体１６１との間に有しており、この隙間ｓを介して第１の環状体１６１と当接可能となっている。なお、各油圧室１６７，１７０に油を供給するため、駆動軸２２および入力軸１には油路が形成されている。

また、入力側ディスク２の内側面２ａの径方向外側部位（外周寄り部分）および出力側ディスク３の内側面３ａの径方向内側部位（中心寄り部分）、すなわち、前記速度モードの切り換えポイントでパワーローラ１１と接触する入出力側ディスク２，３の内側面領域もしくはその近傍には、微細溝２００が設けられている。この微細溝２００は、その深さＤが１〜１０μｍ程度、そのピッチＰ１が１００〜３００μｍ程度に設定されている（図２の（ｂ）参照）。なお、微細溝２００は、別の仕上げ工程において、その頭部２０２または角部２０４に丸みが付けられる。また、微細溝２００は、図２に示す以外のディスク内側面領域（例えば、ディスク内側面の全領域）に設けられていても良い。

このように、本実施形態のトロイダル型無段変速機においては、油圧式の押圧装置１２Ａが用いられているため、変速比により最適な押し付け力を付与することができる。また、本実施形態においては、少なくとも前記速度モードの切り換えポイントでパワーローラ１１と接触する入出力側ディスク２，３の内側面領域もしくはその近傍に微細溝２００が設けられているため、設計トラクション係数を上げることができ、そのため、押し付け力を下げることができる。したがって、速度モードの切り換えポイント周辺の押し付け力を低くすることにより、トルクシフトを緩和することができ、あるいは、速度モードの切り換えポイントでグロススリップに対する余裕代を確保することが可能になる。

なお、微細溝２００の粗さが大きい場合には、転動寿命が短くなる可能性があるため、トラクション面の全面に微細溝２００を設けず、本実施形態のように、速度モードの切り換えポイントのみに微細溝２００を設けることが好ましい。これは、加工上においても有利である。すなわち、微細溝２００では前述したようにその頭部２０２または角部２０４を丸めることが必要であり、そのための仕上げ工程を別に行なうことになるが、速度モードの切り換えポイントのみに微細溝２００を設けて仕上げ範囲を狭めれば、加工コストを下げることができるようになる。

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の他、トラニオンを有さないフルトロイダル型無段変速機にも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である。図２のトロイダル型無段変速機の要部拡大断面図である。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３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

符号の説明

１入力軸
２入力側ディスク
２ａ内側面
３出力側ディスク
３ａ内側面
１１パワーローラ
１２Ａ押圧装置
１４８，１４９，１５０遊星歯車式変速ユニット
２００微細溝

Claims

回転トルクが入力される入力軸と、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前記入力軸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、前記入出力側ディスクと前記パワーローラとの間に所定の押し付け力を付与する油圧式の押圧装置とを備え、複数段の遊星歯車機構に組み合わされることにより各遊星歯車から動力を取り出す複数の速度モードを有するトロイダル型無段変速機において、
少なくとも前記速度モードの切り換えポイントで前記パワーローラと接触する前記入出力側ディスクの内側面領域もしくはその近傍に微細溝が設けられることにより設計トラクション係数が上がることに基づいて、前記速度モードの切り替え時に前記押圧装置により前記入出力側ディスクと前記パワーローラとの間に付与される押し付け力が、前記微細溝が設けられていない場合に適した押し付け力より低くされていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
前記微細溝は、前記入力側ディスクの内側面の径方向外側部位および前記出力側ディスクの内側面の径方向内側部位にそれぞれ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。