JP2012172685A

JP2012172685A - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP2012172685A
Application number: JP2011031822A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Fukuda; 晃大福田; Hirotaka Kishida; 寛孝岸田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-09-10
Also published as: WO2012111562A1; US20130053211A1; CN103109108A; EP2677199A1

Abstract

【課題】遠心油圧で過押付けになる問題を回避して、ローディング圧を低圧にすることが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は、回転力を受ける入力軸１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、出力回転数およびトルクが一定で動作される。また、出力側ディスク３の背面には、出力側ディスク３を軸方向へ押圧する油圧式の押圧装置１２Ａが配置される。
【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３および図４に示すように構成されている。図３に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸（中心軸）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と出力側ディスク３，３の内側面（凹面）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図４参照）が回転自在に挟持されている。

図３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３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４は、図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図４に示すように、ケーシング５０の内側には、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４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、支持板部１６の長手方向(図４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（軸部）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２３ｂの周囲には、ラジアルニードル軸受９９を介して各パワーローラ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、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４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。各ヨーク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。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、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、球面ポスト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４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（以下、転動体という）２６，２６と、これら各転動体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４の下端部)にはそれぞれ駆動ロッド（トラニオン軸）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、入力軸１の回転は、押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２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４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（傾転）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との間の変速比が変化する。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、一定回転数で駆動される産業機械用（例えば、発電機械用）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（例えば、特許文献１参照）には、該変速機に一定の動力（トルク）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５の破線参照）。そのため、図５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。

特開平１１−２１０８６９号公報

しかしながら、図５に示される適用形態で、前述したように入力側ディスク２の側に押圧装置１２が設けられていると、図６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；入力回転数Ｎinが最高のとき）に近づくにつれ、遠心油圧による推力Ｆ２が増大して遠心油圧による推力Ｆ２と必要推力Ｆ１との間の差が大きくなる。すなわち、遠心油圧で過押付けになる（図６中、遠心油圧で過押付けとなる範囲が斜線Ｓで示されている）。また、この場合、バリエータ減速比が最小のとき（入力回転が低速になるとき）に、必要油圧Ｐが高くなる（高油圧が必要になる）といった問題も生じる。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、遠心油圧で過押付けになる問題を回避して、ローディング圧を低圧にする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、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、出力回転数およびトルクが一定のトロイダル型無段変速機において、前記出力側ディスクの背面に配置され且つ前記出力側ディスクを軸方向へ押圧する油圧式の押圧装置を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、押圧装置が入力側ディスクの側ではなく出力側ディスクの側に設けられているため、図２のグラフからも明らかなように、（出力回転により発生する遠心油圧による押圧力）＋（各ディスクの凹面とパワーローラの周面との当接部に押圧力を付与するばねによるばね力）から成る軸力を最減速時（バリエータ減速比が最大のとき）の必要推力とでき、ローディング圧を低圧にすることができる。これにより、ローディングピストン面積を小さくできるなど、軽量化や油圧ロスの低減などにより、高効率化等を図ることができる。また、押圧装置が油圧ローディング形態であるため、高回転で遠心油圧が大きくなる。

本発明のトロイダル型無段変速機によれば、遠心油圧で過押付けになる問題を回避して、ローディング圧を低圧にすることができる。

本発明の実施形態に係るハーフ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１のごとく出力側ディスクの側に油圧式の押圧装置が設けられる場合におけるバリエータ減速比と必要推力・油圧および遠心油圧による推力との間の関係を示すグラフ図である。従来から知られているハーフ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３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。入力側ディスクの側に油圧式の押圧装置が設けられる場合におけるバリエータ減速比と必要推力・油圧および遠心油圧による推力との間の関係を示すグラフ図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
なお、本発明の特徴は、押圧装置の配置形態にあり、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３および図４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、出力回転数およびトルクが一定の例えば産業機械用の変速機として、特に発電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１に結合され且つ入力軸１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とを備えるが、出力側ディスク３と入力側ディスク２の配置形態が前述した図３および図４の構造と逆になっている。この場合、入力から出力へ至るトルク（回転力）の伝達原理は前述した図３および図４の構造と同じである。

また、本実施形態のトロイダル型無段変速機では、一方側の出力側ディスク３の背面に、出力側ディスク３を軸方向へ押圧する油圧式の押圧装置１２Ａが配置されている。そして、出力回転により発生する遠心油圧による押圧力と皿ばね８によるばね力との和から成る軸力が必要とするローディング圧となるように設定されている。

ここで、油圧式の押圧装置１２Ａは、出力軸４０の端部４０ａと一体の第１のシリンダ部１４１と、入力側ディスク２と一体の第２のシリンダ部１５９と、第１の環状体（第１のピストン部）１６１と、第２の環状体（第２のピストン部）１６０とを備えている。

第１のシリンダ部１４１は、第２のシリンダ部１５９の外周に係合しており、出力側ディスク３の背面３ｂと対向した状態で配されている。また、第２のシリンダ部１５９は、筒状に形成されており、出力側ディスク３の外周縁から第１のシリンダ部１４１に向けて延びている。

第２の環状体１６０は、その内周面が出力軸４０の外周面に嵌合されるとともに、その外周面が第２シリンダ部１５９の内周面に嵌合されており、出力側ディスク３の背面３ｂに対向した状態で配されている。また、第１の環状体１６１は、その内周面が出力軸４０の外周面に嵌合されるとともに、その外周面が第１シリンダ部１４１の内周面に嵌合されており、第２の環状体１６０と第１のシリンダ部１４１との間に配されている。

第１のシリンダ部１４１の内面と、第１の環状体１６１と、出力軸４０の外周面の一部とによって囲まれた空間は、第１の油圧室（油室）１７０を構成している。この第１の油圧室１７０は、複数のシール部材１７１によって、流体密に保たれている。また、第２のシリンダ部１５９の内周面と、第２の環状体１６０と、出力側ディスク３の背面３ｂと、出力軸４０の外周面の一部とによって囲まれた空間は、第２の油圧室（油室）１６７を構成している。この第２の油圧室１６７は、複数のシール部材１６８によって、流体密に保たれている。また、第２のシリンダ部１５９の内周側において、第２の環状体１６０と第１の環状体１６１との間に位置する空間１７５は空気室となっている。空気室１７５は、複数のシール部材１６８，１７１によって流体密に保たれている。また、第２のシリンダ１５９は、空気室１７５を外部に連通させる連通溝としても機能する隙間ｓを第１の環状体１６１との間に有しており、この隙間ｓを介して第１の環状体１６１と当接可能となっている。そして、この隙間ｓを一部利用して、第１の環状体１６１と第２のシリンダ部１５９との間には、予圧を付与するための皿バネ８が介挿されている。

出力軸４０の端部４０ａには内孔４０ｂが出力軸４０の長手方向に沿って形成されており、この内孔４０ｂには出力軸４０の径方向に延びる油孔１８０が接続されている。この油孔１８０は、内孔４０ｂと油圧室１６７等とを繋いでいる。

上記構成によれば、押圧装置１２Ａが入力側ディスク２の側ではなく出力側ディスク３の側に設けられているため、図２のグラフからも明らかなように、（出力回転により発生する遠心油圧による押圧力）＋（各ディスクの凹面とパワーローラの周面との当接部に押圧力を付与するばね８によるばね力）から成る軸力を最減速時（バリエータ減速比が最大のとき）の必要推力とでき、ローディング圧を低圧にすることができる。これにより、ローディングピストン面積を小さくできるなど、軽量化や油圧ロスの低減などにより、高効率化等を図ることができる。また、押圧装置１２Ａが油圧ローディング形態であるため、高回転で遠心油圧が大きくなる。

なお、前述の実施の形態では、入力側ディスク２の外側に出力側ディスク３を設け、この外側の出力側ディスク３を油圧式の押圧装置１２Ａで押圧するようにしたが、一対の入力側ディスク２の内側に一対の出力側ディスク３を設け、この一対の出力側ディスク３の間に油圧式の押圧装置１２Ａを設けて、出力側ディスク３を押圧するようにしてもよい。

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に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
８皿ばね
１１パワーローラ
１２，１２Ａ押圧装置

Claims

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、出力回転数およびトルクが一定のトロイダル型無段変速機において、
前記出力側ディスクの背面に配置され且つ前記出力側ディスクを軸方向へ押圧する油圧式の押圧装置を備えることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
前記各ディスクの凹面と前記パワーローラの周面との当接部に押圧力を付与するばねを更に備え、
出力回転により発生する遠心油圧による押圧力と前記ばねによるばね力との和から成る軸力が必要とするローディング圧とな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。
発電機械用の変速機である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。