JP2715444B2 - トロイダル式無段変速機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、トロイダル式無段変速機に関する。

従来の技術 近年、車両用変速機としてトロイダル式無段変速機を
もちいることが各種提案されている。

このトロイダル式無段変速機は、対向面がそれぞれト
ロイド曲面に形成される１対の入，出力ディスクおよび
これら入，出力ディスク間に圧接されて回転される摩擦
ローラを備え、該摩擦ローラが傾斜、つまり首振り運動
されることにより、入力ディスクから出力ディスクへ無
段階の回転伝達、即ち無段階のトルク伝達が可能となっ
ている。

ところで、トロイダル式無段変速機としては従来、例
えば、特開昭62−283256号に開示されたようなものがあ
り、該トロイダル式無段変速機にあっては、上記摩擦ロ
ーラがローラ支持部材に、それぞれの枢着部が互いに偏
心される傾転軸を介して回転自在に支持されており、該
ローラ支持部材が軸方向移動されることにより自身の軸
廻りの回動を伴って、該摩擦ローラが傾斜される構成と
なっている。

ところで、上記ローラ支持部材の軸方向移動は液圧ア
クチュエータによって行われるようになっており、該液
圧アクチュエータに変速制御弁から制御液圧が供給され
ることによって、該ローラ支持部材の軸方向の移動量、
つまり、摩擦ローラの傾斜量が制御されるようになって
いる。

上記変速制御弁は、ステップモータ等の変速指令手段
により軸方向移動量が制御されるスリーブと、上記ロー
ラ支持部材の回動量が伝達され該スリーブ内に相対移動
可能に嵌合されるスプールとによって構成され、これら
スリーブとスプールとの間の相対移動量が中立位置（変
速比1:1の状態）から増速比または減速比方向に大きく
なる程上記制御液圧が増速比または減速比方向に上昇し
て、ローラ支持部材の中立位置からの移動量が増大され
る。

一方、スプールにはプリセスカムを介してローラ支持
部材の回動量が上記スリーブの移動に対抗する方向に伝
達され、上昇された上記制御液圧を減少する方向に作動
される。

つまり、上記スプールは上記スリーブの移動に遅れを
もって追従して該スリーブの対抗方向に移動され、結果
的に上記摩擦ローラの傾斜量、つまり変速比は上記変速
指令手段から出力される指令値に応じた値に設定され
る。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、かかる従来のトロイダル式無段変速機
にあってはプリセスカムのカム面が一定の傾きをもつ直
線状に形成されていたため、ローラ支持部材の回動量つ
まり摩擦ローラの傾斜量に対して、変速制御弁のスプー
ルの移動量が全変速域で一定になってしまう。

従って、上記変速制御弁で調圧された制御液圧の増，
減割合はローラ支持部材の回動量に対して一定となり、
第７図に示すように変速指令手段の変速指令値、つま
り、ステップモータのステップ数に対して摩擦ローラの
傾斜角φが一定となり、この時に現れる変速比の変化特
性は第８図に示すように、増速比側では上記ステップ数
に対して変速比の変化率が小さく、かつ、減速比側では
該変速比の変化率が大きくなってしまう。このため、ス
テップモータを全ステップ範囲において同じ速度で作動
させると、発進加速時とかキックダウン時にエンジン回
転の変化と変速比の変化率とが合致せず、運転時のフィ
ーリングが悪化されてしまう。

つまり、発進加速時は変速比が減速状態から増速状態
に移行する過程で、最初はエンジン回転は変速に伴い大
きく変動するが、途中からその変動率が低下され、出力
不足が感じられてしまう。

また、キックダウン時には変速比が増速状態から減速
状態になる過程で、最初は変速比の下降速度が遅いため
エンジン回転の変化は小さいが、途中から急に変速が早
くなってエンジン回転数が大きく変化し、大きな加速シ
ョックが発生されてしまう。

そこで、ステップモータのステップ数を増速比側と減
速比側とで変化させることが考えられるが、この場合
は、ステップモータを駆動する制御回路が複雑になりコ
ストアップが余儀なくされてしまうという問題点があっ
た。

そこで、本発明は従来の問題点に鑑みて、簡単な構成
をもって変速指令手段の変速指令値に対する最適な変速
比の変化特性を得ることができるトロイダル式無段変速
機を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 かかる目的を達成するために本発明は、入力ディスク
および出力ディスクの対向面間に圧接して摩擦接触され
る摩擦ローラと、 該摩擦ローラを傾転軸を介して回転自在に支持し、自
身の回転軸部の軸方向に移動されることにより、該摩擦
ローラの傾斜を伴って該回動軸部を中心として回動され
るローラ支持部材と、 該ローラ支持部材を上記回転軸部の軸方向に移動させ
る液圧アクチュエータと、 変速指令手段により軸方向移動される第１部材と、該
第１部材に対して軸方向の相対移動を可能とし、上記ロ
ーラ支持部材の回動量がプリセスカムを介して該第１部
材とは逆方向の移動量として伝達される第２部材とから
なり、これら第1,第２部材の相対移動量に応じて上記液
圧アクチュエータに供給される制御液圧が調圧される変
速制御弁と、を備えたトロイダル式無段変速機におい
て、 上記プリセスカムのカム面を、減速比位置では上記ロ
ーラ支持部材の回動量に対する上記変速制御弁の第２部
材の移動量の割合を大きくし、かつ、増速比位置では該
ローラ支持部材の回動量に対する該第２部材の移動量の
割合を小さくする形状に形成する。

作用 以上の構成により本発明のトロイダル式無段変速機に
あっては、プリセスカムのカム面形状を単に変化、例え
ば該カム面を湾曲させることにより、減速比位置と増速
比位置で第２部材の移動量の割合が変化されるため、そ
の構成が著しく簡単化される。

そして、上記第２部材の移動量の割合は減速比位置で
大きく、増速比位置で小さく設定されるので、変速指令
手段の指令値に対する変速比の変化率を全変速領域で略
一定とすることができ、この変化率の特性を理想状態に
より近付けることができる。

実施例 以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明す
る。

即ち、第１図から第３図は本発明のトロイダル式無段
変速機10の一実施例を示し、その全体構造を示す第３図
において、図中右側に配置される図外のエンジンの出力
はトルクコンバータ12を介して入力軸14に伝達される。

上記入力軸14には、これを支持軸として入力ディスク
16および出力ディスク18が対向配置され、これら入，出
力ディスク16,18のそれぞれトロイド面に形成された対
向面間には摩擦ローラ20が配置される。尚、摩擦ローラ
20は、入力軸14に対して対称に１対設けられている。

上記入力ディスク16には後述の皿ばね58による予圧力
および後述のローディングカム70による押圧力が作用
し、かつ、該ローディングカム70を介して入力軸14のト
ルクが入力される一方、該入力ディスク16のトルクは、
第２図に示した後述の作動機構を介して上記摩擦ローラ
20が傾斜されることにより無段階に変化されて、上記出
力ディスク18に伝達される。

上記出力ディスク18には歯車22が一体に回転可能に設
けられ、該歯車22はアイドラ軸24と一体の歯車26に噛合
されている。

上記アイドラ軸24には常時これと一体に回転する歯車
28および該アイドラ軸24に対して回転可能に支持される
歯車30が設けられ、これらアイドラ軸24と歯車30との間
には後退用クラッチ32が設けられている。

上記アイドラ軸24はケーシング34に取り付けられたワ
ンウエイクラッチ36によって前進方向のみに回転し、逆
方向の回転は阻止される。

上記アイドラ軸24と平行に配置されたもう１つのアイ
ドラ軸38には、歯車40が一体に形成されると共に、歯車
42が回転可能に支持され、該歯車42とアイドラ軸38との
間には前進用クラッチ44が設けられている。

上記歯車28および42は常時噛合されると共に、上記歯
車30および40はディファレンシヤルギヤ46と一体のファ
イナルギヤ48に常時噛合される。

従って、上記構成になる回転伝達機構では、前進用ク
ラッチ44を締結させることにより、歯車22の回転は、歯
車26,アイドル軸24,歯車28および42,前進用クラッチ44,
アイドル軸38そして歯車40を介して上記ファイナルギヤ
48に伝達され、ディファレンシャルギヤ46を正転させて
図外の駆動輪を前進駆動する。

一方、上記前進用クラッチを解放して後進用クラッチ
32を締結することにより、歯車22の回転は、歯車26,後
進用クラッチ32および歯車30を介してファイナルギヤ48
に伝達され、ディファレンシャルギヤ46を逆転させて図
外の駆動輪を後進駆動する。

第１図は上記入力軸14と上記入，出力ディスク16,18
との関係を詳細に示し、同図にも示すように入力軸14は
ボールベアリング50およびニードルベアリング52を介し
て上記ケーシング34に回転自在に支持されている。

上記入力軸14とボールベアリング50との間にはスペー
サ54が設けられると共に、該スペーサ54と入力軸14に螺
合されるローディングナット56との間には皿ばね58が設
けられており、該皿ばね58の付勢力が該ローディングナ
ット56を介して入力軸14を図中右方向に押圧する。

上記ローディングナット56は、先端が入力軸14の溝14
aに入り込むピン60によって緩み止めされる。

尚、上記ピン60が挿入される穴56aおよび上記溝14aは
それぞれ複数設けられ、両者の組み合わせによりローデ
ィングナット56の取り付け位置を微調整出来るようにな
っており、また、ピン60はビス64によって抜け止めされ
ている。

上記入，出力ディスク16,18はそれぞれ入力軸14にニ
ードルベアリング66,68を介して回転可能に取り付けら
れ、一方の入力ディスク16と入力軸14との間にはローデ
ィングカム70が設けられると共に、他方の出力ディスク
18はボールベアリング72を介してケーシング34に回転自
在に支持された上記出力用の歯車22に、キー74を介して
一体に取り付けられる。尚、入力ディスク16は若干の軸
方向移動が許容される。

上記ローディングカム70は、入力軸14にスプライン結
合されるカムフランジ76と、該カムフランジ76と入力デ
ィスク16の対向面にそれぞれ形成されるカム面76a,16a
間に配置されるカムローラ78とによって構成される。
尚、カムフランジ76は入力軸14に形成された鍔部80によ
って図中左側への移動が阻止されている。

そして、上記入力ディスク16には上記ローディングカ
ム70を介して入力軸14のトルクが伝達されると共に、該
ローディングカム70はカムフランジ76と入力ディスク16
が相対回転されることにより、これら両者を互いに引き
離そうとする力、即ち、入力ディスク16を出力ディスク
18方向に押圧しようとする力が作用する。

上記摩擦ローラ20は、傾転軸82およびボールベアリン
グ84を介して、ローラ支持部材86に傾転（この傾転と
は、傾斜かつ回転される状態を現すものとする。）可能
に支持されている。

上記傾転軸82は、第２図にも示すように摩擦ローラ20
の支持部分82aとローラ支持部材86に支持される部分82b
とが偏心されており、ローラ支持部材86が第１図中紙面
直角方向の移動を伴って傾転軸82が回転されることによ
り、摩擦ローラ20は首振り運動、つまり傾斜される。

尚、上記傾転軸82は同図に示すように、左右のものが
互いに逆方向に偏心されている。

上記ボールベアリング84は、摩擦ローラ20と上記傾転
軸82に形成された鍔部88との間に配置され、該ボールベ
アリング84と傾転軸82の嵌合部にも設けられたベアリン
グ90を介して該摩擦ローラ20は自由に回転される。

上記鍔部88とローラ支持部材86との間にはメタルプレ
ート92が介在され、該メタルプレート92を介して摩擦ロ
ーラ20の首振り時に傾転軸82とローラ支持部材86との相
対回動が行われ、かつ、摩擦ローラ20に作用するスラス
ト方向の荷重は、上記ボールベアリング84,上記鍔部88
および上記メタルプレート92を介してローラ支持部材86
で支持される。

第２図は第１図中のII−II線断面を示し、同図を用い
て上記ローラ支持部材86の作動機構を以下説明する。

上記ローラ支持部材86は、図中上下に設けられる回転
軸部86b,86cにおいて、球面軸受96,98を介してリンク部
材100,102に回転可能かつ上下移動可能に支持されてお
り、かつ、該リンク部材100,102はケーシング34に装着
されるリンクポスト104および後述する変速制御弁120の
バルブボディ110に装着されるリンクポスト106によって
支持されている。

ローラ支持部材86には回転軸部86cと同軸上に延長軸
部86dが設けられ、該延長軸部86dには油圧式の液圧エク
チュエータ108のピストン108aが取り付けられている。

上記ピストン108aは上記バルブボディ110に設けられ
たシリンダ108b内に嵌合され、該ピストン108aの上方お
よび下方には、油室108cおよび108dが形成されている。

上記ピストン108aの上端はスペーサ112を介してロー
ラ支持部材86と接触され、また、該ピストン108aの下端
はスペーサ114を介して、延長軸部86dに一体に固定され
るプリセスカム116と接触されている。

尚、上記プリセスカム116が取り付けられているの
は、第２図中右側の延長軸部86dであり、左側には設け
られてはいない。尚、これ以外の点については入力軸14
を境として左右の構造は、基本的には対称となってい
る。

上記プリセスカム116にはリンク118が連動されてお
り、ローラ支持部材86の回動に伴ってプリセスカム116
が回転されるとリンク118が揺動され、この揺動量が後
述されるスプール128に伝達される。

即ち、上記リンク118は図中逆Ｌ字状に形成され、そ
の中間部がピン118aを介して回動可能に取り付けられる
と共に、その先端部に設けられたローラ118bは上記プリ
セスカム116のカム面116aに摺接されている。

上記バルブボディ110には上記液圧アクチュエータ108
に制御油圧を供給するための変速制御弁120が設けら
れ、該変速制御弁120は変速指令手段としてのステップ
モータ122によって回転駆動される駆動ロッド124と、バ
ルブボディ110に対し軸方向移動は許容されるが回転方
向には阻止される第１部材としてのスリーブ126と、該
スリーブ126内に摺動可能に嵌合される第２部材として
のスプール128と、該スプール128を図中右方向に押圧す
るスプリング130とを有している。

上記駆動ロッド124は先端に雄ねじ部124aが形成さ
れ、該雄ねじ部124aがスリーブ126の雌ねじ部126aに螺
合されており、駆動ロッド124が回転されることにより
該スリーブ126は軸方向に移動される。

尚、上記ステップモータ122は増速比方向または減速
比方向により正，逆回転され、これに伴って上記スリー
ブ126も図示する中立位置から図中左右方向に位置可動
となっている。

上記スプール128のスプリング130が配置された側とは
反対側の端部は、上記リンク118に係合され、該スプリ
ング130の付勢力はリンク118が常時プリセスカム116の
カム面116aと接触されるように作用する。

上記スプール128はランド部128a,128bを有しており、
これらランド部により油路132,134と連通される各ポー
トの開度が調節され、油路136から供給されるライン圧
をこれら油路132,134に適宜分配する。

尚、上記油路132は図中右側の油室108dおよび図中左
側の油室108cに連通されると共に、上記油路134は図中
右側の油室108cおよび図中左側の油室108dに連通され、
上記変速制御弁120から油路132,134を介して左右の液圧
アクチュエータ108に制御油圧が供給されると、該左右
の液圧アクチュエータ108は左右のローラ支持部材86
を、それぞれ上下逆方向に移動させるように作動され
る。

従って、変速比を変化させるため上記ステップモータ
122を駆動してスリーブ126とスプール128間を軸方向に
相対変位させると、この相対変位量に応じた制御油圧が
油路132,134に発生され、上記液圧アクチュエータ108を
介して上記ローラ支持部材86が軸方向移動されることに
より、摩擦ローラ20は該ローラ支持部材86の回動を伴い
つつ傾斜される。

そして、このようにローラ支持部材86が回転されると
プリセスカム116も回転され、リンク118を介して上記ス
プール128は上記スリーブ126との相対変位量を無くす方
向、つまり、スプール128の移動方向に対抗する方向に
移動される。

また、ステップモータ122の駆動によるスリープ126の
移動と、プリセスカム116を介したスプール128の移動と
の間には、液圧アクチュエータ108の作動対応が介在さ
れるため、該スプール128の移動はスリーブ126の移動に
対して遅れることになる。

従って、上記ステップモータ122の駆動量（変速指令
値）に対応して発生される制御液圧で液圧アクチュエー
タ108が稼働され、これに伴って摩擦ローラ20が傾斜さ
れると、これに追従してスプール128は移動され、該摩
擦ローラ20が変速指令値に対応した傾斜角、つまり所定
の変速比となったときに、該スプール128は上記スリー
ブ126に対して相対的に中立位置を設定される。

尚、上記変速制御弁120,上記液圧アクチュエータ108
は図示状態ではそれぞれ中立位置となっている。

ここで、本実施例にあっては、上記プリセスカム116
のカム面116aを、減速比位置ではローラ支持部材86の回
動量に対する上記スプール128の移動量の割合を大きく
し、かつ、増速比位置ではローラ支持部材86の回動量に
対するスプール128の移動量の割合を小さくする形状と
して形成する。

即ち、上記カム面116aでスプール128のかかる移動量
の割合を作り出すためには、図示したように該カム面11
6aを突出方向になだらかに湾曲される曲面として形成す
れば良く、著しく簡単なカム形状として得られる。

以上の構成により本実施例の作用を以下述べる。

即ち、本実施例のトロイダル式無段変速機10にあって
は、入力軸14にトルクコンバータ12を介して伝達された
エンジントルクは、ローディングカム70を介して入力デ
ィスク16に伝達され、該入力ディスク16の回転は摩擦ロ
ーラ20を介して出力ディスク18に伝達される。

そして、上記入，出力ディスク16,18間での回転伝達
時、摩擦ローラ20が連続して傾斜されることにより、伝
達される回線が無段階に変化される。

即ち、上記摩擦ローラ20の傾斜、つまり首振り運動
は、傾転軸82が偏心されていることと、ローラ支持部材
86が回動可能に軸（回転軸86b,86c）方向移動されるこ
とにより行われる。

ところで、上記ローラ支持部材86の回動量は摩擦ロー
ラ20の傾斜角と等しく、この傾斜角は第４図に示すよう
に、傾転中心Ｏを通る中心線Ｃと、該摩擦ローラ20が入
力ディスク16に接触される点と該傾転中心Ｃとを結ぶ直
線C₀となす角度φで現される。

尚、この場合の変速比ｉは、同図に示すように各値
（r₀,r₁,r₃,θ）を設定した場合次の式によって表さ
れる。

一方、本実施例にあっては、上記プリセスカム116の
カム面116aを湾曲させて、減速比（Low指令）位置では
ローラ支持部材86の回動量に対する上記スプール128の
移動量の割合が大きくされ、かつ、増速比（High指令）
位置ではローラ支持部材86の回動量に対するスプール12
8の移動量の割合が小さくされるので、この時のステッ
プモータ122のステップ数に対する摩擦ローラ20の傾斜
角φ特性は第５図のようになる。

従って、上記第５図のφ特性を上記式にあてはめて
変速比ｉの変化特性を求めると第６図のようになり、ス
テップモータ122の全ステップ数範囲において変速比の
変化率を一定にすることができる。

このため、発進加速時とかキックダウン時等にあっ
て、変速比の変化率が減速状態から増速状態または、増
速状態から減速状態に大きく変化される場合にあって
も、該変速比の変化率をエンジン回転の変化に、より最
適状態で対応させる事ができ、出力不足とか加速ショッ
クを大幅に低減することができる。

また、本実施例にあっては上記第６図の変化率特性を
得るにあたって、プリセスカム116のカム面116a形状を
単に変化させることにより達成することができるので、
その構成を著しく簡単化することができる。

尚、本発明で得ようとする変速比の変化率特性は、上
記第６図のように変化率が一定となるものに限ることな
く、例えば、該第６図中で上方に湾曲される特性として
表される変化率に設定されるように、上記カム面116a形
状を形成することもできる。

発明の効果 以上説明したように本発明のトロイダル式無段変速機
にあっては、摩擦ローラの傾斜に伴って回動されるロー
ラ支持部材の該回動量が、プリセスカムを介して変速制
御弁に伝達される構成にあって、該プリセスカムのカム
面形状を単に変化させることにより、変速指令手段の変
速指令値に対する変速比の変化率を理想的な状態に設定
される構成となっている。

従って、上記変速比の変化率とエンジンの回転変化と
をより理想的な状態で合致させることができ、運転時の
フィーリングを著しく向上させると共に、かかる理想的
な状態に変速比の変化率を設定するための手段が単なる
カム面形状の変化であるため、その構成をも著しく簡単
化することができるという各種優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部拡大断面図、第２
図は第１図のII−II線断面図、第３図は本発明の一実施
例の全体構造を示す断面図、第４図は入，出力ディスク
と摩擦ローラとの関係を示す説明図、第５図は本発明で
達成される変速指令値と摩擦ローラの傾斜角との関係を
示す特性図、第６図は本発明で達成される変速指令値と
変速比との関係を示す特性図、第７図は従来のトロイダ
ル式無段変速機にあって変速指令値と摩擦ローラの傾斜
角との関係を示す特性図、第８図は従来のトロイダル式
無段変速機にあって変速指令値と変速比との関係を示す
特性図である。 10……トロイダル式無段変速機、14……入力軸、16……
入力ディスク、18……出力ディスク、20……摩擦ロー
ラ、82……傾転軸、86……ローラ支持部材、86b,86c…
…回転軸部、 108……液圧アクチュエータ、116……プリセスカム、11
6a……カム面、120……変速制御弁、122……ステップモ
ータ（変速指令手段）、126……スリーブ（第１部
材）、128……スプール（第２部材）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力ディスクおよび出力ディスクの対向面
   間に圧接して摩擦接触される摩擦ローラと、 該摩擦ローラを傾転軸を介して回転自在に支持し、自身
   の回転軸部の軸方向に移動されることにより、該摩擦ロ
   ーラの傾斜を伴って該回動軸部を中心として回動される
   ローラ支持部材と、 該ローラ支持部材を上記回転軸部の軸方向に移動させる
   液圧アクチュエータと、 変速指令手段により軸方向移動される第１部材と、該第
   １部材に対して軸方向の相対移動を可能とし、上記ロー
   ラ支持部材の回動量がプリセスカムを介して該第１部材
   とは逆方向の移動量として伝達される第２部材とからな
   り、これら第1,第２部材の相対移動量に応じて上記液圧
   アクチュエータに供給される制御液圧が調圧される変速
   制御弁と、を備えたトロイダル式無段変速機において、 上記プリセスカムのカム面を、減速比位置では上記ロー
   ラ支持部材の回動量に対する上記変速制御弁の第２部材
   の移動量の割合を大きくし、かつ、増速比位置では該ロ
   ーラ支持部材の回動量に対する該第２部材の移動量の割
   合を小さくする形状にしたことを特徴とするトロイダル
   式無段変速機。