トロイダル型無段変速機

【課題】コスト低廉化を図り易く、しかも変速動作を安定させられる構造を実現する。
【解決手段】パワーローラを回転自在に支持する為のスラスト玉軸受を構成する外輪１６ｂを、トラニオン７ｂの支持梁部２３に対して揺動変位を可能に支持する。前記トラニオン７ｂと前記外輪１６ｂとの間であって、支持梁部２３の両端側に、１対のくさび部材２７、２７を設けている。このくさび部材２７、２７には、前記トラニオン７ｂの支持梁部２３の円筒状凸面２２と係合する、外輪と同様の部分円筒面状の凹部２８と、外輪１６ｂの径方向端面に設けた傾斜面２９と当接させる、前記トラニオン７ｂの支持梁部２３の中心側からその両端側に向かうにつれて、支持梁部２３から離れるように傾斜した傾斜面３０と、前記トラニオン７ｂの段差面２６ａと当接する当接面３１が設けられている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば車両（自動車）用の自動変速機、建設機械（建機）用の自動変速機、航空機（固定翼機、回転翼機、飛行船等）等で使用されるジェネレータ（発電機）用の自動変速機、ポンプ等の各種産業機械の運転速度を調節する為の自動変速機として利用する、ハーフトロイダル型のトロイダル型無段変速機の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用変速装置としてハーフトロイダル型のトロイダル型無段変速機を使用する事が、特許文献１〜４等の多くの刊行物に記載されると共に一部で実施されていて周知である。又、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て変速比の調整幅を広くする構造も、特許文献５等、やはり多くの刊行物に記載されて、従来から広く知られている。図７〜８は、これら各特許文献に記載されて従来から広く知られているトロイダル型無段変速機の第１例を示している。この従来構造の第１例の場合、入力回転軸１の両端寄り部分の周囲に１対の入力ディスク２、２を、それぞれがトロイド曲面である内側面同士を互いに対向させた状態で、前記入力回転軸１と同期した回転を自在に支持している。又、この入力回転軸１の中間部周囲に出力筒３を、この入力回転軸１に対する回転を自在に支持している。又、この出力筒３の外周面には、軸方向中央部に出力歯車４を固設すると共に、軸方向両端部に１対の出力ディスク５、５を、スプライン係合により、前記出力筒３と同期した回転を自在に支持している。又、この状態で、それぞれがトロイド曲面である、前記両出力ディスク５、５の内側面を、前記両入力ディスク２、２の内側面に対向させている。
【０００３】
又、前記両入力ディスク２、２と前記両出力ディスク５、５との間に、それぞれの周面を球状凸面とした複数個のパワーローラ６、６を挟持している。これら各パワーローラ６、６は、それぞれトラニオン７、７に回転自在に支持されており、これら各トラニオン７、７は、それぞれ前記各ディスク２、５の中心軸に対し捩れの位置にある傾転軸８、８を中心とする揺動変位自在に支持されている。即ち、これら各トラニオン７、７は、それぞれの軸方向両端部に互いに同心に設けられた１対の傾転軸８、８と、これら各傾転軸８、８同士の間に存在する支持梁部９、９とを備えており、これら各傾転軸８、８が、支持板１０、１０に対し、ラジアルニードル軸受１１、１１を介して枢支されている。
【０００４】
又、前記各パワーローラ６、６は、前記各トラニオン７、７を構成する支持梁部９、９の内側面に、基半部と先半部とが互いに偏心した支持軸１２、１２と、複数の転がり軸受とを介して、これら各支持軸１２、１２の先半部回りの回転、及び、これら各支持軸１２、１２の基半部を中心とする若干の揺動変位自在に支持されている。この様な各パワーローラ６、６の外側面と、前記各トラニオン７、７を構成する支持梁部９、９の内側面との間には、それぞれが前記複数の転がり軸受の一部である、スラスト玉軸受１３、１３と、スラストニードル軸受１４、１４とを、前記各パワーローラ６、６の側から順番に設けている。このうちのスラスト玉軸受１３、１３は、前記各パワーローラ６、６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６、６の回転を許容するものである。これら各スラスト玉軸受１３、１３は、前記各パワーローラ６、６の外側面に形成された内輪軌道１５と、外輪１６の内側面に形成された外輪軌道１７との間に複数個の玉１８、１８を、転動自在に設けて成る。又、前記各スラストニードル軸受１４、１４は、前記各パワーローラ６、６から前記各スラスト玉軸受１３、１３を構成する外輪１６、１６に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これら各外輪１６、１６及び前記各支持軸１２、１２の先半部が、これら各支持軸１２、１２の基半部を中心に揺動する事を許容するものである。
【０００５】
上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時には、駆動軸１９により一方（図７の左方）の入力ディスク２を、押圧装置２０を介して回転駆動する。この結果、前記入力回転軸１の両端部に支持された１対の入力ディスク２、２が、互いに近づく方向に押圧されつつ同期して回転する。そして、この回転が、前記各パワーローラ６、６を介して前記両出力ディスク５、５に伝わり、前記出力歯車４から取り出される。前記入力回転軸１と前記出力歯車４との間の変速比を変える場合は、油圧式のアクチュエータ２１、２１により前記各トラニオン７、７を前記各傾転軸８、８の軸方向に変位させる。この結果、前記各パワーローラ６、６の周面と前記各ディスク２、５の内側面との転がり接触部（トラクション部）に作用する、接線方向の力の向きが変化する（転がり接触部にサイドスリップが発生する）。そして、この力の向きの変化に伴って前記各トラニオン７、７が、自身の傾転軸８、８を中心に揺動し、前記各パワーローラ６、６の周面と前記各ディスク２、５の内側面との接触位置が変化する。これら各パワーローラ６、６の周面を、前記両入力ディスク２、２の内側面の径方向外寄り部分と、前記両出力ディスク５、５の内側面の径方向内寄り部分とに転がり接触させれば、前記入力回転軸１と前記出力歯車４との間の変速比が増速側になる。これに対して、前記各パワーローラ６、６の周面を、前記両入力ディスク２、２の内側面の径方向内寄り部分と、前記両出力ディスク５、５の内側面の径方向外寄り部分とに転がり接触させれば、前記入力回転軸１と前記出力歯車４との間の変速比が減速側になる。
【０００６】
上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時には、動力の伝達に供される各部材、即ち、前記入力、出力各ディスク２、５と前記各パワーローラ６、６とが、前記押圧装置２０が発生する押圧力に基づいて弾性変形する。そして、この弾性変形に伴って、前記入力、出力各ディスク２、５が軸方向に変位する。又、前記押圧装置２０が発生する押圧力は、前記トロイダル型無段変速機により伝達するトルクが大きくなる程大きくなり、それに伴って前記各部材２、５、６の弾性変形量も多くなる。従って、前記トルクの変動に拘らず、前記入力、出力各ディスク２、５の内側面と前記各パワーローラ６、６の周面との接触状態を適正に維持する為に、前記各トラニオン７、７に対して前記各パワーローラ６、６を、前記各ディスク２、５の軸方向に変位させる機構が必要になる。上述した従来構造の第１例の場合には、前記各パワーローラ６、６を支持した前記各支持軸１２、１２の先半部を、同じく基半部を中心として揺動変位させる事により、前記各パワーローラ６、６を前記軸方向に変位させる様にしている。
【０００７】
上述の様な従来構造の第１例の場合、前記各パワーローラ６、６を前記軸方向に変位させる為の構造が複雑で、部品製作、部品管理、組立作業が何れも面倒になり、コストが嵩む事が避けられない。この様な問題を解決する為の技術として前記特許文献３には、図９〜１４に示す様な構造が記載されている。本発明は、この図９〜１４に示した従来構造の第２例を改良するものであるから、次に、この従来構造の第２例に就いて説明する。この従来構造の第２例の特徴は、トラニオン７ａに対してパワーローラ６ａを、入力、出力各ディスク２、５（図７参照）の軸方向の変位を可能に支持する部分の構造にあり、トロイダル型無段変速機全体としての構造及び作用は、前述の図８〜９に示した従来構造の第１例と同様である。
【０００８】
前記従来構造の第２例を構成するトラニオン７ａは、両端部に互いに同心に設けられた１対の傾転軸８ａ、８ｂと、これら両傾転軸８ａ、８ｂ同士の間に存在し、少なくとも入力、出力各ディスク２、５（図７参照）の径方向（図１０、１３〜１４の上下方向）に関する内側（図１０、１３〜１４の上側）の側面を円筒状凸面２２とした、支持梁部２３とを備える。前記両傾転軸８ａ、８ｂは、それぞれラジアルニードル軸受１１ａ、１１ａを介して、支持板１０、１０（図８参照）に、揺動を可能に支持する。
【０００９】
又、前記円筒状凸面２２の中心軸イは、図１０、１３に示す様に、前記両傾転軸８ａ、８ｂの中心軸ロと平行で、これら両傾転軸８ａ、８ｂの中心軸ロよりも、前記各ディスク２、５の径方向に関して外側（図１０、１３〜１４の下側）に存在する。又、前記支持梁部２３とパワーローラ６ａの外側面との間に設けるスラスト玉軸受１３ａを構成する外輪１６ａの外側面に、部分円筒面状の凹部２４を、この外側面を径方向に横切る状態で設けている。そして、この凹部２４と、前記支持梁部２３の円筒状凸面２２とを係合させ、前記トラニオン７ａに対して前記外輪１６ａを、前記各ディスク２、５の軸方向に関する揺動変位を可能に支持している。
【００１０】
又、前記外輪１６ａの内側面中央部に支持軸１２ａを、この外輪１６ａと一体に固設して、前記パワーローラ６ａをこの支持軸１２ａの周囲に、ラジアルニードル軸受２５を介して、回転自在に支持している。更に、前記トラニオン７ａの内側面のうち、前記支持梁部２３の両端部と１対の傾転軸８ａ、８ｂとの連続部に、互いに対向する１対の段差面２６、２６を設けている。そして、これら両段差面２６、２６と、前記スラスト玉軸受１３ａを構成する外輪１６ａの外周面とを、当接若しくは近接対向させて、前記パワーローラ６ａからこの外輪１６ａに加わるトラクション力を、何れかの段差面２６、２６で支承可能としている。
【００１１】
上述の様に構成する従来構造の第２例のトロイダル型無段変速機によれば、前記パワーローラ６ａを前記各ディスク２、５の軸方向に変位させて、構成各部材の弾性変形量の変化に拘らず、このパワーローラ６ａの周面と前記各ディスク２、５との接触状態を適正に維持できる構造を、簡単で低コストに構成できる。
即ち、トロイダル型無段変速機の運転時に、入力、出力各ディスク２、５、各パワーローラ６ａ等の弾性変形に基づき、これら各パワーローラ６ａをこれら各ディスク２、５の軸方向に変位させる必要が生じると、これら各パワーローラ６ａを回転自在に支持している前記スラスト玉軸受１３ａの外輪１６ａが、外側面に設けた部分円筒面状の凹部２４と支持梁部２３の円筒状凸面２２との当接面を滑らせつつ、この円筒状凸面２２の中心軸イを中心として揺動変位する。この揺動変位に基づき、前記各パワーローラ６ａの周面のうちで、前記各ディスク２、５の軸方向片側面と転がり接触する部分が、これら各ディスク２、５の軸方向に変位し、前記接触状態を適正に維持する。
【００１２】
前述した通り、前記円筒状凸面２２の中心軸イは、変速動作の際に各トラニオン７ａの揺動中心となる傾転軸８ａ、８ｂの中心軸ロよりも、前記各ディスク２、５の径方向に関して外側に存在する。従って、前記円筒状凸面２２の中心軸イを中心とする揺動変位の半径は、前記変速動作の際の揺動半径よりも大きく、前記両入力ディスク２、２と前記両出力ディスク５、５との間の変速比の変動に及ぼす影響は少ない（無視できるか、容易に修正できる範囲に留まる）。
【００１３】
図９〜１４に示した従来構造の第２例の場合、図７〜８に示した同第１例に比べて、部品製作、部品管理、組立作業が何れも容易になり、コスト低廉化を図り易いが、変速動作を安定させる面からは、改良の余地がある。この理由は、前記各支持梁部２３を中心とする前記各外輪１６ａの揺動変位を円滑に行わせる為、これら各支持梁部２３の両端部分に１対ずつ設けた、前記各段差面２６、２６同士の間隔Ｄを、前記各外輪１６ａの外径ｄよりも少し大きく（Ｄ＞ｄ）する為である。これら各外輪１６ａ、及び、この外輪１６ａと同心に支持された前記各パワーローラ６ａは、前記間隔Ｄと前記外径ｄとの差（Ｄ−ｄ）分だけ、前記各支持梁部２３の軸方向に変位可能になる。
【００１４】
一方、トロイダル型無段変速機を搭載した車両の運転時、前記各パワーローラ６ａには前記各ディスク２、５から、加速時と減速時（エンジンブレーキの作動時）とで逆方向の力（トロイダル型無段変速機の技術分野で周知の「２Ｆｔ」）が加わる。そして、この力２Ｆｔにより、前記各パワーローラ６ａが、前記各外輪１６ａと共に、前記各支持梁部２３の軸方向に変位する。この変位の方向は、前述した各アクチュエータ２１、２１による各トラニオン７、７（図８参照）の変位方向と同じであり、変位量が０．１mm程度であっても、変速動作が開始される可能性を生じる。そして、この様な原因で変速動作が開始された場合には、運転動作とは直接関連しない変速動作となり、何れ修正されるにしても、運転者に違和感を与える。特に、トロイダル型無段変速機が伝達するトルクが低い状態で、上述の様な、運転者が意図しない変速が行われると、運転者に与える違和感が大きくなり易い。
【００１５】
上述の様にして生じる、運転動作とは直接関連しない変速動作の発生を抑える為には、前記間隔Ｄと前記外径ｄとの差（Ｄ−ｄ）を僅少に（例えば数十μｍ程度に）抑える事が考えられる。但し、ハーフトロイダル型のトロイダル型無段変速機の運転時には、トラクション部から前記各パワーローラ６ａ、前記各外輪１６ａを介して前記各支持梁部２３に加わるスラスト荷重により、前記各トラニオン７ａが、図１５に誇張して示す様に、前記各外輪１６ａを設置した側が凹となる方向に弾性変形する。そして、この弾性変形の結果、前記各トラニオン７ａ毎に１対ずつ設けた段差面２６、２６同士の間隔が縮まる。この様な状態でも、これら両段差面２６、２６同士の間隔Ｄが前記各外輪１６ａの外径ｄ以下にならない様にする為には、通常状態（前記各トラニオン７ａが弾性変形していない状態）での、前記間隔Ｄと前記外径ｄとの差を、図１６（ａ）に示す様に、或る程度確保する必要があるが、加工精度等により、図１６（ｂ）に示す様なトラニオン７ａによるパワーローラ６ａの挟み込みが発生する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００３−２１４５１６号公報
【特許文献２】特開２００７−３１５５９５号公報
【特許文献３】特開２００８−２５８２１号公報
【特許文献４】特開２００８−２７５０８８号公報
【特許文献５】特開２００４−１６９７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、コスト低廉化を図り易く、しかも変速動作を安定させられる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のトロイダル型無段変速機は、少なくとも１対のディスクと、複数のトラニオンと、これら各トラニオンと同数のパワーローラと、同じく同数のスラスト転がり軸受とを備える。
特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、前記トラニオンと前記外輪との間に、くさび型部材を設けている。そして、前記トラニオンが弾性変形しても、前記トラニオンが前記外輪を挟み込むことなく支承可能としている。
【発明の効果】
【００１９】
上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機によれば、コスト低廉化を図り易く、しかも変速動作を安定させられる構造を実現できる。
このうちのコスト低廉化は、前述の図９〜１４に示した従来構造の第２例と同様の理由により、図り易い。
又、変速動作の安定化は、前記トラニオンと前記外輪との間に設けたくさび型部材により、前記トラニオンの弾性変形による前記外輪の挟み込みを防止する事により図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す、斜視図。
【図２】図１において、トラニオンからパワーローラユニットを分離した斜視図。
【図３】図２の正面図。
【図４】図２のパワーローラを分離したトラニオンを上方から見た平面図。
【図５】くさび部材の斜視図。
【図６】くさび部材の動作を示す図。（ａ）は動作前、（ｂ）は動作後を示す。
【図７】従来構造の第１例を示す断面図。
【図８】図７のｃ−ｃ断面図。
【図９】従来構造の第２例を示す、スラスト玉軸受を介してパワーローラを支持したトラニオンを、各ディスクの径方向外側から見た斜視図。
【図１０】従来構造の第２例において、ディスクの周方向から見た状態で示す正面図。
【図１１】図１０の上方から見た平面図。
【図１２】図１０の右方から見た側面図。
【図１３】図１１のｄ−ｄ断面図。
【図１４】図１０のｅ−ｅ断面図。
【図１５】パワーローラから加わるスラスト荷重に基づいてトラニオンが弾性変形した状態を誇張して示す、図１１と同方向から見た断面図。
【図１６】トラニオンによるパワーローラの挟み込みを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１〜５は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例の特徴は、変速動作を安定させるべく、各トラニオン７ｂの支持梁部２３に対し、スラスト玉軸受１３ａ（図９〜１４参照）を構成する外輪１６ｂを、これら各支持梁部２３に対する揺動変位を可能に支持しつつ、トラニオンが弾性変形しても、トラニオンが外輪を挟み込まない様にする為の構造にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図９〜１４に示した従来構造の第２例と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
【００２２】
本例の構造の場合、前記トラニオン７ｂと前記外輪１６ｂとの間であって、支持梁部２３の両端側に、１対のくさび部材２７、２７を設けている。また図５に示す様に、このくさび部材２７、２７には、前記トラニオン７ｂの支持梁部２３の円筒状凸面２２と係合する、外輪と同様の部分円筒面状の凹部２８と、外輪１６ｂの径方向端面に設けた傾斜面２９と当接させる、前記トラニオン７ｂの支持梁部２３の中心側からその両端側に向かうにつれて、支持梁部２３から離れるように傾斜した傾斜面３０と、前記トラニオン７ｂの段差面２６ａと当接する当接面３１が設けられている。
【００２３】
このようにくさび部材２７、２７を設けることで、本例のトロイダル型無段変速機の運転時に、前述した図１６に示す様にトラニオンが弾性変形したとしても、図６（ｂ）に示す様にそれぞれのくさび部材２７、２７の当接面３１、３１が、前記トラニオン７ｂの段差面２６ａ、２６ａに押されることにより、前記トラニオン７ｂの中心側にスライド移動し、外輪１６ｂをパワーローラ６ａ側に押し出すので、前記トラニオン７ｂによる前記外輪１６ｂの挟み込みを防止することができる。また、パワーローラ６ａが押し出される移動量と、トラニオン７ｂが弾性変形による外輪１６ｂの反対側への移動量とが、ある程度相殺されるため、パワーローラ６ａとディスクとの接触部の移動量は、従来構造の第１例のトラニオンと比較して少なくなる。
【００２４】
また、くさび型部材２７の当接面３０には、摩擦係数を低減させる表面処理を施してもよいし、くざび型部材を固体潤滑材により形成してもよい。
【００２５】
また、くざび型部材２７の凹部２８は、ゴシックアーチ形状としてもよく、このようにすることで、この凹部２８の内面とトラニオン７ｂの支持梁部２３に設けた円筒状凸面２２とが、これら両面の円周方向に関して２箇所位置で当接する為、これら両面の接触面積を確保して、これら両面の摩耗を抑える事ができる。
【００２６】
また、トラニオン７ｂの支持梁部２３と外輪１６ｂとの間にパイプ部材３２を設けている。パイプ部材３２は長円形で、中心部に潤滑油を通過させる為の通孔３３を形成している。そして、トラニオン７ｂの支持梁部２３の一部で上流側給油路３４の下流端開口部分に、上記パイプ部材３２の一方の片半部を嵌合させる為の凹部３５を形成しており、外輪１６ｂの下流側給油路３６の上流端開口部分に、上記パイプ部材３２の他方の片半部を係合させる為の凹部３７を形成している。この様なパイプ部材３２の一方の片半部を上流側給油路３４の下流端開口部分に形成した凹部３５に嵌合させた状態で、他方の片半部を下流側給油路３６の上流端開口部分に形成した凹部３７に、ディスク２、５の弾性変形によりパワーローラ６ａが揺動する範囲の変位を可能に、パイプ部材３２と凹部３７との間に隙間をもたせ係合させている。この様にして、上流側給油路３４から下流側給油路３６への潤滑供給をパイプ部材３２の通孔３３を通じて行う。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、トロイダル型無段変速機単独で実施できる他、特許文献５に記載されている様な、遊星歯車機構と組み合わせた無段変速装置として実施する事もできる。
【符号の説明】
【００２８】
１入力回転軸
２入力ディスク
３出力筒
４出力歯車
５出力ディスク
６、６ａパワーローラ
７、７ａ、７ｂトラニオン
８、８ａ、８ｂ傾転軸
９支持梁部
１０支持板
１１ラジアルニードル軸受
１２支持軸
１３スラスト玉軸受
１４スラストニードル軸受
１５内輪軌道
１６、１６ａ、１６ｂ外輪
１７外輪軌道
１８玉
１９駆動軸
２０押圧装置
２１アクチュエータ
２２円筒状凸面
２３支持梁部
２４凹部
２５ラジアルニードル軸受
２６、２６ａ段差面
２７くさび部材
２８凹部
２９傾斜面
３０傾斜面
３１当接面
３２パイプ部材
３３通孔
３４上流側給油路
３５凹部
３６下流側給油路
３７凹部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１対のディスクと、複数のトラニオンと、これら各トラニオンと同数のパワーローラと、同じく同数のスラスト転がり軸受とを備え、このうちの各ディスクは、それぞれが断面円弧形のトロイド曲面である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で、互いに同心に、相対回転を自在に支持されたものであり、前記各トラニオンは、それぞれの両端部に互いに同心に設けられた１対の傾転軸と、これら両傾転軸同士の間に存在し、少なくとも前記各ディスクの径方向に関する内側の側面を、前記両傾転軸の中心軸と平行でこの傾転軸の中心軸よりも前記各ディスクの径方向に関して外側に存在する中心軸を有する、円筒状凸面とした支持梁部とを備えたもので、軸方向に関して前記各ディスクの軸方向側面同士の間位置の周方向に関して複数箇所に、これら各ディスクの中心軸に対し捩れの位置にある傾転軸を中心とする揺動変位を自在に設けられており、前記各パワーローラは、前記各トラニオンの内側面に、それぞれスラスト転がり軸受を介して回転自在に支持され、球状凸面としたそれぞれの周面を、前記各ディスクの軸方向片側面にそれぞれ当接させており、前記各スラスト転がり軸受は、前記各トラニオンの支持梁部と前記各パワーローラの外側面との間に設けられたもので、これら各支持梁部側に設けられた外輪と、これら各外輪の内側面に設けられた外輪軌道と前記各パワーローラの外側面に設けられた内輪軌道との間に転動自在に、それぞれ複数個ずつ設けられた転動体とを備えたものであり、前記各スラスト転がり軸受の外輪は、これら各外輪の外側面に設けられた凹部と前記各支持梁部の円筒状凸面とを係合させる事により、これら各トラニオンに対し、前記各ディスクの軸方向に関する揺動変位を可能に支持されているトロイダル型無段変速機に於いて、前記トラニオンと前記外輪との間に、くさび型部材を設けている事を特徴とするトロイダル型無段変速機。

【図１】