JP4894178B2

JP4894178B2 - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP4894178B2
Application number: JP2005187764A
Authority: JP
Inventors: 祐二下村; 英司井上
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2025-06-28
Also published as: JP2007009933A

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、僅かに変位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７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、その本体部である支持板部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（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。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３０を介して揺動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７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、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２３Ａは、球面ポスト６８およ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２，２，４，４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７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は、入力軸１と入力側ディスク２との間に、軸方向の抵抗を減少させるベアリング手段が設けられている（例えば、特許文献１参照）。ローディングカム式の押圧装置１２を用いる図６に示す構成では、ベアリング手段としてボールスプライン６が設けられているが、図８に示すように押圧装置１２Ａが油圧式であり且つ入力軸１と出力軸とが同軸のトロイダル型無段変速機においても、ベアリング手段６として、図９に示すようなボールを配置したものが考えられる。

実開平１−１２２５５０号公報

トロイダル型無段変速機では、パワーローラ１１からの２点押し荷重により発生するディスク２，３の弾性変形が大きい。特にディスク２，３の径方向内側がパワーローラ１１と接触する場合（入力ディスク２では低速側）には、接触点における軸直角方向の力が大きくなり、図１０に示すように、ディスク２の内周面２ｂと入力軸１の外周面１ｅとの間に配置したベアリング手段（ボールを配置したもの）６に変形による荷重が負荷され、面圧が高くなる虞がある。面圧を下げるためには、図１１および図１２に示すように、ベアリング手段６を構成する円環状の保持器６ａに支持される転動体６ｂの数を増やすことが必要であるが、保持器６ａの周方向に配置できる転動体６ｂの数には限界があり、ベアリング手段６のサイズを大きくせざるを得なくなるなど、装置の小型化を阻害する結果となる場合がある。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、入力軸と入力側ディスクとの間に介挿されるベアリング手段を大型化させることなく、当該ベアリング手段を構成する転動体の数を増やすことが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、駆動源からの回転力を伝える駆動軸と、この駆動軸から回転力を受ける入力軸に結合され且つ該入力軸と一体で回転する入力側ディスクと、入力側ディスクとの間に設けられたパワーローラを介して入力側ディスクの回転力を所定の変速比で受ける出力側ディスクと、前記入力軸と前記入力側ディスクとの間に介挿されたベアリング手段とを備えて成るトロイダル型無段変速機において、
前記ベアリング手段は、円環状の保持器と、保持器に回転自在に支持された複数の転動体とから成り、
前記転動体は、ボールの前記保持器の周方向の両側の２面を円弧状にカットしたものであって、前記保持器の周方向の両側に外側に突出する凸面部を有する略円板形状を成しており、前記凸面部の曲率半径は、該転動体の半径よりも大きく設定さ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よれば、前記ベアリング手段を構成する転動体が、保持器の周方向の両側の部分が削除され、略円板形状を成しているので、転動体の保持器の周方向の幅が小さくなり、円環状の保持器に支持できる転動体の数が従来よりも多くなる。そのため、転動体１個当たりの荷重分布を小さくすることができ、結果として、過大な面圧を抑制することができる。

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、入力軸と入力側ディスクとの間に介挿されるベアリング手段の構造にあり、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〜図１１と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１および図２は本発明の第１の実施形態を示している。図示のように、本実施形態のベアリング（ベアリング手段）６Ａは、入力軸１と入力側ディスク２との間に介挿されるもの（図５のボールスプライン６に対応するもの）であり、円環状の保持器２００と、保持器２００に回転自在に支持された複数の転動体２０２とから成る。

図２の（ａ）に示すように、ベアリング６Ａは、転動体２０２が入力軸１の外周面１ｅと入力側ディスク２の内周面２ｂとに接触するように入力軸１と入力側ディスク２との間に介挿されている。また、図２の（ｂ）に示すように、転動体２０２は、ボールの２面を直線的にカットしたものであって、保持器２００の周方向の両側に平坦部２０２ａ，２０２ａを有する略円板形状を成しており、平坦部２０２ａを介して保持器２００に支持されるとともに、円板の周面を形成する円弧状部２０２ｂ，２０２ｂを介して入力軸１および入力側ディスク２と接触される。また、互いに隣接する転動体２０２同士は、その平坦部２０２ａを対向させた状態で保持器２００の周方向に沿って配列されている。

このように、本実施形態では、ベアリング６Ａを構成する転動体２０２が、ボールの保持器２００の周方向両側の部分を削除した略円板形状を成し、転動体２０２の両側に平坦部２０２ａ，２０２ａが設けられているため、転動体２０２の保持器２００の周方向の幅が小さくなり、円環状の保持器２００に支持できる転動体２０２の数が従来よりも多くなる。そのため、転動体１個当たりの荷重分布を小さくすることができ、結果として、過大な面圧を抑制することができる。なお、入力側ディスク２と入力軸１とは相対回転せずに軸方向にのみ摺動するため、本実施形態のような構成の転動体２０２を使用することに伴う弊害はない。

図３は、図１および図２の第１の実施形態の変形例を示す図である。この例では、転動体２０２’が、ボールの保持器２００の周方向の両側の２面を円弧状にカットしたものであって、保持器２００の周方向の両側に外側に突出する凸面部２０２ｃ，２０２ｃを有する略円板形状を成しており、凸面部２０２ｃを介して保持器２００に支持されるとともに、円板の周面を形成する円弧状部２０２ｂ，２０２ｂを介して入力軸１および入力側ディスク２と接触される。すなわち、転動体２０２’は、転動体２０２とは、平坦部２０２ａ，２０２ａに代えて凸面部２０２ｃ，２０２ｃとしたことのみ相違している。なお、凸面部２０２ｃの曲率半径Ｒ_２は、円弧状部２０２ｂの曲率半径（すなわち、ボールの半径）Ｒ_０よりもかなり大きく設定されている。

この変形例では、ベアリング６Ａを構成する転動体２０２’が、ボールの保持器２００の周方向両側の部分を削除した略円板形状を成し、転動体２０２の両側に凸面部２０２ｃ，２０２ｃが設けられているため、転動体２０２’の保持器２００の周方向の幅が小さくなり、円環状の保持器２００に支持できる転動体２０２の数が従来よりも多くなる。そのため、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

図４および図５は本発明の第２の実施形態を示している。図示のように、本実施形態のベアリング（ベアリング手段）６Ｂも、円環状の保持器２００と、保持器２００に回転自在に支持された複数の転動体２０４とから成るが、転動体２０４の形状が第１の実施形態と若干異なる。すなわち、本実施形態の転動体２０４は、特に図４の（ｂ）に示すように、保持器２００に支持される平坦部２０４ａ，２０４ａを両側に有するとともに、その間に入力軸１および入力側ディスク２と接触される円弧状部２０４ｂ，２０４ｂを有しているが、母線形状が曲率半径Ｒ_１を成しており、いわゆる単一円弧のクラウニングが施されたころ形状となっている。具体的には、入力側ディスク２の内径をＤ、入力軸１の外径をｄとすると、（Ｄ−ｄ）／４≦Ｒ_１≦Ｄ／２となるようにＲ_１が設定されている。したがって、このような構成によれば、転動体２０４の曲率半径を大きくすることができ、接触面圧を更に下げることができる（Ｒ_１がＤ／２に近いほど面圧が小さくなる）。

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、トラニオンが無いフルトロイダル型無段変速機などに適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係るトロイダル型無段変速機のベアリングの斜視図である。（ａ）は図１のベアリングの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大断面図である。本発明の第１の実施形態の変形例を示す拡大断面図である。本発明の第２の実施形態に係るトロイダル型無段変速機のベアリングの斜視図である。（ａ）は図３のベアリングの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部の拡大断面図である。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６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。従来から知られているトロイダル型無段変速機の他の具体的構造の一例を示す断面図である。図８の要部拡大断面図である。パワーローラからの２点押し荷重により発生する入力側ディスクの弾性変形によってベアリングに荷重が負荷される様子を示す図である。図１０に示される従来のベアリングの斜視図である。図１１のベアリングの縦断面図である。

符号の説明

１入力軸
２入力側ディスク
４出力側ディスク
１１パワーローラ
２２駆動軸
６Ａ，６Ｂベアリング（ベアリング手段）
２００保持器
２０２ａ，２０４ａ平坦部
２０２ｃ，２０４ｃ凸面部
２０２，２０４転動体

Claims

駆動源からの回転力を伝える駆動軸と、この駆動軸から回転力を受ける入力軸に結合され且つ該入力軸と一体で回転する入力側ディスクと、入力側ディスクとの間に設けられたパワーローラを介して入力側ディスクの回転力を所定の変速比で受ける出力側ディスクと、前記入力軸と前記入力側ディスクとの間に介挿されたベアリング手段とを備えて成るトロイダル型無段変速機において、
前記ベアリング手段は、円環状の保持器と、保持器に回転自在に支持された複数の転動体とから成り、
前記転動体は、ボールの前記保持器の周方向の両側の２面を円弧状にカットしたものであって、前記保持器の周方向の両側に外側に突出する凸面部を有する略円板形状を成しており、前記凸面部の曲率半径は、該転動体の半径よりも大きく設定されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。