JP2012163159A - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】出力側ディスクの面圧および潤滑油の膜厚を最適化して、トラクション面でのスリップの発生を防止できるトロイダル型無段変速機を提供する。
【解決手段】このトロイダル型無段変速機では、油膜を介して互いに対向するパワーローラ１１および出力側ディスク３のうちの少なくとも一方の表面の少なくとも一部Ａに、面圧の低下を抑制するためのテクスチャ加工が施されている。この場合、例えば、テクスチャ加工が出力側ディスクの表面（パワーローラ１１と対向する外面）に施される。また、このようなテクスチャ加工は、出力側ディスク３の表面（凹面）３ａに微細溝またはディンプルを形成することにより成されてもよい。あるいは、出力側ディスク３と同様のテクスチャ加工がパワーローラ１１の周面１１ａに施されてもよい。
【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２および図３に示すように構成されている。図２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（ローディングカム）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；トラクション面とも言う）２ａ，２ａと出力側ディスク３，３の内側面（凹面；トラクション面とも言う）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図３参照）が回転自在に挟持されている。

図２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２の右面）は、入力軸１の外周面に形成されたネジ部１ｅに螺合された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２のＡ−Ａ線に沿う断面図である図３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３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３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３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３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、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３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３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３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。

また、上記構成のトロイダル型無段変速機において、パワーローラ１１と入出力側ディスク２，３との間の動力伝達は、これらの部材表面の損傷を防止するべく、油膜を介したトラクション力により非接触で行なわれる（本明細書では、油膜によって形成されるパワーローラ１１と入出力側ディスク２，３との間の界面、あるいは、パワーローラ１１の周面１１ａ自体をトラクション面と称する）。そのため、パワーローラ１１と入出力側ディスクとの間に形成されるトラクション面には、トルクを非接触で伝達するための油膜を形成できる十分な量の潤滑油（トラクション油）を供給する必要がある。

また、このような油膜を介したディスク２，３とパワーローラ１１との間の動力伝達では、ディスク２，３とパワーローラ１１との接触部やパワーローラ１１のベアリング部（例えば、スラスト玉軸受２４等）で滑りが生じるため、熱が発生する。そのため、パワーローラ１１のベアリング部にも潤滑油を十分に供給する必要がある。

ところで、このような油膜を介して動力が伝達されるトロイダル型無段変速機は、例えば一定回転数で駆動される産業機械用の変速機としても使用される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１５８４００号公報

一定回転数で駆動される産業機械用の変速機としてトロイダル型無段変速機が使用される場合には、該変速機に一定の動力が入力され、出力回転数Ｎoutが一定となるように制御される（図４の破線参照）。そのため、図４に示されるように、最減速時（バリエータ減速比が最大のとき）に、入力回転数Ｎinが最高になるとともに、入力トルクＴinが低くなる。また、このとき、図５に示されるように、出力側ディスク３の面圧（図５の点線参照）が低く周速が速くなるため、潤滑油の膜厚（図５の一点鎖線参照）が大きくなる。したがって、トラクション面でスリップが発生し易くなる。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、出力側ディスクの面圧および潤滑油の膜厚を最適化して、トラクション面でのスリップの発生を防止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。

前記課題を解決するために、本発明は、回転力を受ける入力軸に結合され且つ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を備え、前記パワーローラと前記ディスクとの間の動力伝達が油膜を介して行なわれる、一定回転数で駆動されるトロイダル型無段変速機において、油膜を介して互いに対向する前記パワーローラおよび前記出力側ディスクのうちの少なくとも一方の表面には、その少なくとも一部に、面圧の低下を抑制するためのテクスチャ加工が施されていることを特徴とする。

この構成によれば、油膜を介して互いに対向するパワーローラおよび出力側ディスクのうちの少なくとも一方の表面（対向面）の少なくとも一部（特に、（出力側ディスクの）面圧が低く周速が速くなる部位）に面圧の低下を抑制するためのテクスチャ加工が施されているため、出力側ディスクの面圧および潤滑油の膜厚を最適化でき、トロイダル型無段変速機が一定の回転数で駆動される場合にトラクション面で生じ得るスリップを防止できる。

なお、上記構成では、テクスチャ加工が出力側ディスクに施されることが効果的であり、また、テクスチャ加工が微細溝またはディンプルの形成を含むことが望ましい。

本発明によれば、油膜を介して互いに対向するパワーローラおよび出力側ディスクのうちの少なくとも一方の表面の少なくとも一部に面圧の低下を抑制するためのテクスチャ加工が施されているため、出力側ディスクの面圧および潤滑油の膜厚を最適化して、トラクション面でのスリップの発生を防止できる。

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の概略図である。 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２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 一定回転数で駆動される産業機械用の変速機としてトロイダル型無段変速機が使用される場合におけるバリエータ減速比と入出力回転数および入力トルクとの間の関係を示すグラフ図である。 一定回転数で駆動される産業機械用の変速機としてトロイダル型無段変速機が使用される場合におけるバリエータ減速比とディスク面圧および潤滑油膜厚との間の関係を示すグラフ図である。

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、出力側ディスクの面圧および潤滑油の膜厚を最適化するためのディスク形態にあり、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２および図３と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１には、本発明の一実施形態に係るトロイダル型無段変速機の要部構造が概略的に示されている。図示のように、このトロイダル型無段変速機は、一定回転数で駆動される例えば産業機械用の変速機として使用されるものであり、回転力を受ける入力軸に結合され且つ入力軸と一体で回転する入力側ディスク２と、入力側ディスク２との間に設けられたパワーローラ１１を介して入力側ディスク２の回転力を所定の変速比で受ける出力側ディスク３とを備え、その他の一般的構造が前述した図２および図３の構造と同じである。パワーローラ１１とディスク２，３との間の動力伝達は油膜を介して行なわれる。

また、本実施形態において、油膜を介して互いに対向するパワーローラ１１および出力側ディスク３のうちの少なくとも一方の表面（対向面；外面）には、その少なくとも一部に、具体的には（出力側ディスクの）面圧が低く周速が速くなる部位Ａに、面圧の低下を抑制するためのテクスチャ加工が施されている。この場合、例えば、テクスチャ加工が出力側ディスクの表面（パワーローラ１１と対向する外面）に施される。また、このようなテクスチャ加工は、出力側ディスク３の表面（凹面）３ａに微細溝またはディンプルを形成することにより成されてもよい。あるいは、出力側ディスク３と同様のテクスチャ加工がパワーローラ１１の周面１１ａに施されてもよい。

このように、本実施形態では、油膜を介して互いに対向するパワーローラ１１および出力側ディスク３のうちの少なくとも一方の表面の少なくとも一部に面圧の低下を抑制するためのテクスチャ加工が施されているため、出力側ディスク３の面圧および潤滑油の膜厚を最適化でき、トロイダル型無段変速機が一定の回転数で駆動される場合にトラクション面で生じ得るスリップを防止できる。

本発明は、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にも適用することができる。

１ 入力軸
２ 入力側ディスク
３ 出力側ディスク
１１ パワーローラ

Claims (3)

1. 回転力を受ける入力軸に結合され且つ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を備え、前記パワーローラと前記ディスクとの間の動力伝達が油膜を介して行なわれる、一定回転数で駆動されるトロイダル型無段変速機において、
   油膜を介して互いに対向する前記パワーローラおよび前記出力側ディスクのうちの少なくとも一方の表面には、その少なくとも一部に、面圧の低下を抑制するためのテクスチャ加工が施されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 前記テクスチャ加工が前記出力側ディスクに施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. 前記テクスチャ加工が微細溝またはディンプルの形成を含む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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