WO2002053946A1 - Transmission a variation continue toroidale - Google Patents

Description

明 細 書 トロイダル型無段変速機 技 術 分 野

この発明は、 互いに対向させて配置した入力用回転部材と出力用回転 部材とによって転動体を挟み込み、 その転動体を介して各回転部材の間 でトルクを伝達し、 かつそれそれの回転部材に対する転動体のトルク伝 達位置の半径を、 転動体を傾動させることにより変化させて、 変速比を 連続的に変化させることのできるトロイダル型無段変速機に関し、 特に 上記の各回転部材および転動体からなる複数組の変速部を有するトロイ ダル型無段変速機に関するものである。 背 景 技 術

この種のトロイダル型無段変速機におけるトルクの伝達は、 入力用回 転部材に相当する入力ディスクおよび出力用回転部材に相当する出力用 ディスクと、 これらの間に挟み込まれた転動部材に相当する円盤状のパ ヮ一ローラとの油膜を介した接触部で生じる。 そのディスクとパワー口 ーラとの接触圧力を、 油膜の破断が生じない範囲で高くすれば、 伝達可 能なトルクが増大する。 しかしながらディスクとパワーローラとの接触 圧を高くすると、 トルクの伝達効率が低下するうえに、 無段変速機の耐 久性の点でも不利になる。

このような不都合を解消するために、 従来では、 入出力の各ディスク およびそのディスクとの間に挟み込んだパワーローラからなるトロイダ ル変速部を複数組並列的に使用し、 それそれのトロイダル変速部で受け 持つトルクを抑制しつつ全体としてのトルク容量を増大させたいわゆる ダブルキヤビティ式のトロイダル型無段変速機が開発されている。 この 種の無段変速機では、 入力軸などの入力要素と出力軸などの出力要素は それそれ単一であるから、各トロイダル変速部（すなわち各キヤビティ） で設定される変速比は常時同一であることが好ましい。 しかしながら、 各ディスクによってパワー口一ラを挟み付ける挟圧力を変化させる場合 や、 変速比を変更するなどの場合に、 各キヤビティでの変速比が相違す ることがあり、 これが原因となって各ディスクとパワーローラとの間に 滑りが生じることがある。

各ディスクとパワーローラとの間に滑りが生じると、 油膜が破断して ディスクとパワーローラとが直接接触するなどの可能性がある。そこで、 特閧平 6— 1 7 4 0 3 4号公報ゃ特開平 8— 2 3 3 0 5 4号公報に記載 された発明では、 各出力ディスクと出力軸との間で差動回転を生じさせ るように構成している。 すなわち、 これらの公報に記載された無段変速 機は、 出力ディスクをいわゆる背中合わせに配置するとともに、 これら の出力ディスクを挟みかつそれそれの出力ディスクに対向させて入力デ イスクを配置し、 それそれの出力ディスクと入力ディスクとの間にパヮ 一口一ラを挟み込んで配置したいわゆるダブルキヤビティ式のトロイダ ル型無段変速機である。 そして、 前者の特閧平 6— 1 7 4 0 3 4号公報 に記載された無段変速機では、 各出力ディスクと出力軸とが差動機構を 介して連結されている。 また後者の特開平 8— 2 3 3 0 5 4号公報に記 載された無段変速機では、 各出力ディスクと出力軸とがビスカスカップ リング （ビスカスクラッチ） を介して連結されている。

上記の特開平 6— 1 7 4 0 3 4号公報に記載されている差動機構は、 一対のサイ ドギヤをデフキヤリャで保持し、 そのサイ ドギヤを各出力デ イスクに連結するとともにデフキヤリャを出力軸に連結した機構もしく はダブルピニオン型の遊星歯車機構である。 また、 特開平 8— 2 3 3 0 5 4号公報に記載されたビスカスクラッチは、 複数の入力ディスクと出 力ディスクとの間に粘性流体を封入し、 これらのディスクの間で差動回 転が生じることにより トルクの伝達が生じるクラッチであって、 無段変 速機における出力ディスクの間に同軸上に配置されている。

したがってこれらいずれの公報に記載された無段変速機においても、 いわゆる背中合わせに配置した出力ディスクの間に、 差動歯車機構やビ スカスカヅプリングを介在させて配置することになる。 そのため、 同一 軸線上に並んで配置される構成部材の数が多くなるので、 全長が長くな り、 車両用の変速装置として使用する場合には、 車載性が悪くなる不都 合がある。

この発明は上記の技術的課題に着目して成されたものであり、 全長を 短くすることの可能なトロイダル型無段変速機を提供することを目的と するものである。 発 明 の 開 示

この発明は、 上記の目的を達成するために、 無段変速機に対して動力 を伝達する伝動機構あるいは無段変速機から動力を出力するための伝動 機構に、 各キヤビティ （トロイダル変速部） の差動を吸収する機能を付 与したことを特徴とするものである。 より具体的には、 この発明は、 入 力用回転部材と出力用回転部材との互いに対向する面の間に、 これらの 面とのトルク伝達部位が変化するように傾動する動力伝達用の転動体を 挟み込んだ変速部が複数組設けられるとともに、 各変速部における入力 用回転部材が単一の入力部材に連結され、 かつ各出力用回転部材が単一 の出力部材に連結されたトロイダル型無段変速機であって、 前記入力用 回転部材同士もしくは出力用回転部材同士が相互に相対回転可能に保持 されるとともに、 各入力用回転部材がそれそれ個別の卷掛け伝動機構を 介して前記入力部材にトルク伝達可能に連結され、 もしくは前記各出力 用回転部材がそれそれ個別の卷掛け伝動機構を介して前記出力部材にト ルク伝達可能に連結されていることを特徴としている。

この発明の無段変速機は、 入力用回転部材と出力用回転部材との間に 転動体を挟み込んだいわゆる変速部が複数組設けられており、 それそれ の入両用回転部材に入力部材からトルクが入力され、 またそれそれの出 力用回転部材から出力部材にトルクが出力される。 その入力用回転部材 同士が相対回転可能であり、 かつそれらの入力用回転部材に対して卷掛 け伝動機構を介してトルクが伝達され、 あるいは出力用回転部材同士が 相対回転可能であり、 かつそれらの出力用回転部材から卷掛け伝動機構 を介してトルクが出力される。 そして、 入力用回転部材と出力用回転部 材との間で転動体がトルクを伝達し、 かつその転動体が傾動して各回転 部材に対するトルクの伝達部位の半径が変化することにより、 変速比が 連続的に変化させられる。

各変速部での変速比は基本的に同一に設定されるが、 各変速部で設定 される変速比が過渡的に異なる場合がある。 その場合、 入力用回転部材 同士もしくは出力用回転部材同士が相対回転可能であり、 しかもその相 対回転が卷掛け伝動機構におけるバヅクラッシュあるいはガ夕によって 許容されているから、 各転動体の傾動角度が過渡的に異なることによる 変速比の相違およびそれに伴う回転数の相違が許容され、 その結果、 各 変速部での変速比が過渡的に異なっても、 各回転部材と転動体との間で スリップが生じることはない。 また、 入力用あるいは出力用の伝動機構 が、 上記のように相対回転を許容する機構を兼ねているので、 構成部材 が少なくなり、 かつ軸線方向に直列に並ぶ構成部材の数が少なくなるの で、 無段変速機の全長を短縮化することができる。 図面の簡単な説明

Fig. 1は、 この発明に係る無段変速機の一例を示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態 つぎにこの発明を図に示す具体例に基づいて説明する。 Fig. 1にこの 発明に係るダブルキヤビティ式のフルトロイダル型無段変速機の一例を 示してある。 ハウジング 1の内部に出力軸 2が回転自在に保持されてお り、 その出力軸 2の一端部がハウジング 1から外部に突出している。 そ の出力軸 2の外周に一対のキヤビティ （変速部） 3 , 4が、 出力軸 2の 軸線方向に並んで配置されている。

Fig. 1における左側の変速部 3は、 出力軸 2に固定された出力用回転 部材に相当する出力ディスク 6と、 その出力ディスク 6に対向して配置 された入力用回転部材に相当する入力ディスク 5と、 これらのディスク 5， 6の間に挟み込まれた転動体に相当するパヮ一ローラ 7とから構成 されている。 これらのディスク 5， 6は、 従来のトロイダル型無段変速 機におけるディスクと同様に、 互いに対向する面のうち所定の半径より 外周側の部分の形状が、 中心軸線を通る面で切断した断面が一定半径の 円弧面となる形状 （トロイダル面） であって、 その円弧面を成す転動面 5 a， 6 aの間にパワーローラ 7が挟み込まれている。 なお、 入力ディ スク 5は、 出力軸 2に対して回転自在かつ軸線方向に移動可能に係合し ている。

さらに、 上記のパワーローラ 7は、 円盤状の部材であって、 その外周 部の断面形状が各ディスク 5， 6の転動面 5 a , 6 aの円弧の曲率に一 致する曲率の曲面に形成されており、 したがって各ディスク 5， 6に対 してパワーローラ 7が傾斜して、 そのパワーローラ 7とディスク 5 , 6 との接触部の半径位置が任意に変化するようになっている。 このパワー ローラ 7は、 各入力ディスク 5と出力ディスク 6との間に 3個、 等間隔 に配置されている。

そして、 各パワーローラ 7は、 保持部材であるキヤリジ （図示せず） によって回転自在でかつ傾動自在に保持されている。このキヤリジには、 パワーローラ 7の外周面に潤滑油を供給するための潤滑油路が形成され ている。

Fig. 1における右側の変速部 4は、 上記の第一の変速部 3を左右反転 させて出力軸 2に組み付けた構成に類似する構成である。 すなわち、 前 記の入力ディスク 5と同一構成の入力ディスク 8が、 前記入力ディスク 5に対していわゆる背中合わせに配置され、 出力軸 2に対して回転自在 かつ軸線方向に移動可能に係合している。 この入力ディスク 8に対向し て出力ディスク 9が配置されている。 これらのディスク 8 , 9の対向面 がトロイダル形状の転動面 8 a， 9 aを成していて、 その転動面 8 a， 9 aの間に、 前述したパワーローラ 7と同一構造のパワーローラ 1 0が 挟み込まれている。

なお、 この第二の変速部 4における出力ディスク 9は、 出力軸 2に対 して一体に回転しかつ軸線方向に移動可能に係合しており、 その背面側 (Mg. 1での右側） と外周側とを覆うホルダー 1 1に収容されており、 そのホルダー 1 1との間に油圧室 1 2が形成されている。 この油圧室 1 2には、 出力軸 2に形成した油路 （図示せず） から油圧を給排するよう に構成されている。

いわゆる背中合わせに配置されている各入力ディスク 5 , 8の互いに 対向する背面には、 スプロケヅト 1 3 , 1 4が取り付けられている。 そ して、 これらのスプロケッ ト 1 3， 1 4の間には、 各入力ディスク 5 , 8の相対回転を可能にするための軸受（具体的にはスラストベアリング） 1 5が介在されている。 したがって、 前記の油圧室 1 2に油圧を供給す ることにより、 出力ディスク 9が軸線方向に押圧され、 それに伴って第 二の変速部 4におけるパワーローラ 1 0の挟持力が調整されるとともに、 第一の変速部 3の入力デイスク 5が軸線方向に押圧されることにより、 この第一の変速部 3におけるパワーローラ 7の挟持力が調整されるよう になっている。

上記の出力軸 2と平行に入力部材に相当する入力軸 1 6が配置されて おり、 その一端部がハウジング 1の外部に突出している。 その入力軸 1 6のうち前記スプロケッ ト 1 3， 1 4の外周側に相当する位置、 言い換 えれば軸線方向での位置が前記スプロケッ ト 1 3， 1 4と一致する位置 に、スプロケヅ ト 1 7が取り付けられている。このスプロケッ ト 1 7は、 図に示すように、 同一仕様の歯を、 二列、 形成したものであって、 入力 ディスク 5 , 8に取り付けられたスプロケッ ト 1 3 , 1 4に卷掛けたチ ェ一ン 1 8 , 1 9が、 入力軸 1 6側のスプロケッ ト 1 Ίにそれそれ卷掛 けられている。 すなわち、 各入力ディスク 5 , 8は相互に相対回転が可 能であるものの、 巻掛け伝動機構であるチェ一ン 1 8 , 1 9によって単 一の入力部材である入力軸 1 6に連結されている。 そして、 このチェ一 ン 1 8 , 1 9自体が可撓性を有しているうえに、 スプロケッ ト 1 3 , 1 4 , 1 7との間にガ夕もしくはバックラッシュがあるから、 その撓みも しくはガ夕あるいはバックラッシュなどの範囲で、 各入力ディスク 5， 8が相対回転するようになっている。

つぎに上記の無段変速機の作用について説明する。 入力軸 1 6をェン ジンなどの動力源 （図示せず） に連結してこれを回転させると、 この入 力軸 1 6に一体に取り付けられているスプロケヅ ト 1 7が回転する。 こ のスプロケッ ト 1 7は、 各入力ディスク 5 , 8に取り付けたスプロケヅ ト 1 3 , 1 4およびこれらに卷掛けたチェーン 1 8 , 1 9と共に卷掛け 伝動機構を構成しており、したがって入力軸 1 6から各入力ディスク 5， 8にトルクが伝達される。

これらの入力ディスク 5 , 8とこれに対向する出力ディスク 6， 9と の間にパワーローラ 7 , 1 0がそれそれは挟み付けられ、 かつその挟持 力が前記油圧室 1 2に供給した油圧によって、 伝達するべきトルクに応 じた大きさに設定されているので、 各入力ディスク 5 , 8が回転するこ とにより、 その転動面 5 a， 8 aの油膜を介してパワーローラ 7 , 1 0 にトルクが伝達され、 さらにこのパワーローラ 7 , 1 0から各出力ディ スク 6 , 9にトルクが伝達される。 その場合、 パワーローラ 7， 1 0の 回転数は、 入力ディスク 5 , 8に対する油膜を介した接触点の入力ディ スク 5 , 8での周速に応じた回転数となり、 また出力ディスク 6， 9の 回転数は、 パワーローラ 7， 1 0が接触している点での周速に応じた回 転数となる。 したがって、 パワーローラ 7， 1 0を、 出力軸 2の中心軸 線に対して傾動させることにより、 各ディスク 5， 6 , 8， 9に対する 接触点の半径を変化させることにより、 入力ディスク 5， 8と出力ディ スク 6 , 9との回転数の比すなわち変速比が連続的に変化する。

上記の無段変速機は、 全体としてのトルク伝達容量を大きくするため に、 ダブルキヤビティ構造を採用しているのであり、 したがって左右の 変速部 3 , 4で設定される変速比は、 基本的に同一である。 すなわち各 出力ディスク 6 , 9は、 単一の出力軸 2に取り付けられているので同一 回転数で回転することは勿論のこと、 各入力ディスク 5， 8が同一の回 転数で回転する。

しかしながら、 例えば変速開始から終了までの過渡状態あるいはパヮ —ローラ 7， 1 0の挟持力を変化させる過渡状態などでは、各変速部 3， 4でのパワーローラ 7 , 1 0の動作が完全には同期しないなどのことが 原因となって、 各変速部 3， 4での変速比に僅かな相違が生じることが ある。 その場合、 上記の無段変速機では、 出力ディスク 6 , 9が単一の 出力軸 2に回転方向で実質的に一体化されていて相対回転が生じないよ うになつているので、 各入力ディスク 5 , 8に対してこれらの相対回転 を生じさせるようにトルクが作用する。

この発明に係る上記の無段変速機では、 入力部材である入力軸 1 6が 単一であっても、 これと各入力ディスク 5 , 8を連結している伝動機構 が、 撓みやガ夕あるいはバックラヅシュなどのあるチェ一ン伝動機構で あり、 しかも各入力ディスク 5， 8がスラストペアリング 1 5を介して 接触していて相対回転可能であるから、 各変速部 3 , 4での過渡的な変 速比の相違に起因する トルクによって各入力ディスク 5， 8の相対回転 が生じる。 その結果、 各変速部 3 , 4における入力ディスク 5 , 8と出 力ディスク 6 , 9とは、 それそれの変速部 3 , 4での変速比に応じた回 転数で回転するから、 パワーローラ 7 , 1 0との間でスリップ （滑り） が生じることはない。 あるいはスリヅプが抑制される。

また、 Fig. 1に示す無段変速機では、 入力ディスク 5， 8に対してト ルクを伝達するチェーン伝動機構が、 各入力ディスク 5 , 8の相対回転 を可能にするための機構を兼ねている。 したがって入力ディスク 5 , 8 にトルクを伝達するための機構と各入力ディスク 5 , 8の相対回転を可 能にする機構とを別個に設ける必要がないので、 構成部材の数を少なく し、 小型軽量化を図ることができ、 また各変速部 3， 4と同一軸線上に 配列する必要のある部材が少なくなるので、 無段変速機の全長を短縮化 することができる。

なお、 この発明は上記の具体例に限定されないのであって、 卷掛け伝 動機構は、 上述したチェーン伝動機構以外にベルトやワイヤーなどを使 用した機構を使用することができ、 要は、 可撓性あるいはガ夕もしくは バックラッシュなどによって回転位相差を生じさせることのできる機構 であればよい。 また、 この発明は、 いずれかのキヤビティ （変速部） と 他のキヤビティ （変速部） での変速比のズレを、 入力用回転部材同士の 相対回転もしくは出力用回転部材同士の相対回転によって吸収すること ができればよいのであり、 したがって、 上述した具体例とは反対に、 出 力ディスク同士を相対回転可能に構成し、 かつその出力ディスクと出力 軸などの単一の出力部材との間に巻掛け伝動機構を設けた構成としても よい。

さらに、 上記の具体例では、 入力ディスクの間にスプロケットを設け た構成としたが、 この発明では、 入力用回転部材もしくは出力用回転部 材の外周側にスプロケッ トなどの卷掛け伝動用の部材を設けた構成とす ることができる。 このような構成であれば、 軸線方向に配列される部材 の数を更に少なくして全長を短縮化することができる。 またさらに、 こ の発明では、 「ハーモニックドライブ」 （商標） と称される差動装置な どの差動機能のある他の機構を併用してもよい。 そして、 この発明は、 フルトロイダル型無段変速機に限らず、 ハーフ トロイダル型の無段変速 機にも適用することができる。

この発明で得られる利点を総括的に述べる。 以上説明したように、 こ の発明によれば、 入力用回転部材同士もしくは出力用回転部材同士が相 対回転可能であり、 しかもその相対回転が卷掛け伝動機構におけるバッ クラッシュあるいはガ夕などによって許容されているから、 各変速部で の過渡的な変速比の相違およびそれに伴う回転数の相違が許容され、 そ の結果、 各変速部での変速比が過渡的に異なっても、 各回転部材と転動 体との間でスリップが生じることを防止もしくは抑制でき、 また、 入力 用あるいは出力用の伝動機構が、 上記のように相対回転を許容する機構 を兼ねているので、 構成部材が少なくなり、 かつ軸線方向に直列に並ぶ 構成部材の数が少なくなるので、 無段変速機の全長を短縮化することが できる。 産業上の利用可能性

この発明は、 無段変速機を製造する分野やその無段変速機を使用する 分野で利用できる。 特に、 無段変速機を搭載する自動車に関連する分野 で利用可能である。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 入力用回転部材と出力用回転部材との互いに対向する面の間に、 これらの面とのトルク伝達部位が変化するように傾動する動力伝達用の 転動体を挟み込んだ変速部が複数組設けられるとともに、 各変速部にお ける入力用回転部材が単一の入力部材に連結され、 かつ各出力用回転部 材が単一の出力部材に連結されたトロイダル型無段変速機において、 前記入力用回転部材同士もしくは出力用回転部材同士を相互に相対回 転可能に保持する保持機構と、

前記入力部材と各入力用回転部材とを個別にトルク伝達可能に連結し、 もしくは前記出力部材と前記出力用回転部材とを個別にトルク伝達可能 に連結する卷掛け伝動機構と

を備えていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。

2 . 前記入力部材が入力軸を含み、

前記出力部材が前記入力軸に対して平行に配置された出力軸を含み、 前記各入力用回転部材が前記出力軸に回転自在に取り付けられるととも に、 前記各出力用回転部材が前記出力軸に一体となって回転するように取 り付けられ、

前記卷掛け伝動機構は、 前記入力軸と前記入力用回転部材との間でトル クを伝達するように配置されていることを特徴とする請求の範囲第 1項に 記載のト口ィダル型無段変速機。

3 . 前記卷掛け伝動機構が、 いずれか一つの入力用回転部材と一体と なって回転する第 1のスプロケットと、 他の入力部材と一体となって回転 する第 2のスプロケットと、 第 1のスプロケヅトに卷掛けられた第 1のチ ェ一ンと、 第 2のスプロケヅトに卷掛けられた第 2のチェーンと、 これら 第 1および第 2のチェーンが卷掛けられかつ前記入力軸と一体となって回 転する第 3のスプロケットとを備えていることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のトロイダル型無段変速機。

4 . 前記各入力用回転部材が、 前記転動体を挟み付ける面とは反対側の 面を対向させた状態で互いに隣接して配置され、 前記第 1および第 2のス プロケットが、 これらの入力用回転部材の間に配置されていることを特徴 とする請求の範囲第 3項に記載のトロイダル型無段変速機。

5 . 前記第 1のスプロケッ 卜が前記いずれかの入力用回転部材の外周部 に設けられ、 かつ前記第 2のスプロケットが前記の入力用回転部材の外周 部に設けられていることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載のトロイダ ル型無段変速機。 ·