JPH11201253A

JPH11201253A - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JPH11201253A
Application number: JP679198A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ito; 裕之伊藤; Takashi Imanishi; 尚今西
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】パワーローラ８の傾斜角度が所望値からずれ
る事を防止して、所望通りの変速比を得られる様にす
る。【解決手段】トラニオン６、６に対してパワーローラ
８、８を、それぞれ変位軸７、７により支持する。これ
ら各変位軸７、７は、互いに偏心した支持軸部２２、２
２と枢支軸部２３、２３とから成り、このうちの支持軸
部２２、２２を、上記各トラニオン６、６に枢支する。
又、枢支軸部２３、２３の周囲に、上記各パワーローラ
８、８を枢支する。これら支持軸部２２、２２と枢支軸
部２３、２３との偏心量を、５〜１５mmの範囲に規制す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明に係るトロイダル型
無段変速機は、例えば自動車用変速機として利用する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用変速機として、図１〜２に略示
する様なトロイダル型無段変速機を使用する事が研究さ
れている。このトロイダル型無段変速機は、例えば実開
昭６２−７１４６５号公報に開示されている様に、入力
軸１と同心に入力側ディスク２を支持し、この入力軸１
と同心に配置した出力軸３の端部に出力側ディスク４を
固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシ
ングの内側には、上記入力軸１並びに出力軸３に対して
捻れの位置にある枢軸５、５を中心として揺動するトラ
ニオン６、６を設けている。

【０００３】即ち、これら各トラニオン６、６は、それ
ぞれの両端部外面に、それぞれが上記入力軸１及び出力
軸３の軸方向と直角方向に存在するが、これら両軸１、
３とは交差しない上記枢軸５、５を、互いに同心に設け
ている。又、これら各トラニオン６、６の中間部には変
位軸７、７の基端部を支持し、上記枢軸５、５を中心と
して上記各トラニオン６、６を揺動させる事により、上
記各変位軸７、７の傾斜角度の調節を自在としている。
上記各トラニオン６、６に支持した変位軸７、７の周囲
には、それぞれパワーローラ８、８を回転自在に支持し
ている。そして、これら各パワーローラ８、８を、上記
入力側、出力側両ディスク２、４の、互いに対向する内
側面２ａ、４ａ同士の間に挟持している。これら各内側
面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、上記枢軸５を中心と
する円弧を回転させて得られる凹面をなしている。そし
て、球状凸面に形成した上記各パワーローラ８、８の周
面８ａ、８ａを、上記内側面２ａ、４ａに当接させてい
る。

【０００４】上記入力軸１と入力側ディスク２との間に
は、ローディングカム式の押圧装置９を設け、この押圧
装置９によって、上記入力側ディスク２を出力側ディス
ク４に向け、弾性的に押圧自在としている。この押圧装
置９は、入力軸１と共に回転するカム板１０と、保持器
１１により転動自在に保持した複数個（例えば４個）の
ローラ１２、１２とから構成している。上記カム板１０
の片側面（図１〜２の左側面）には、円周方向に亙る凹
凸面である駆動側カム面１３を形成し、上記入力側ディ
スク２の外側面（図１〜２の右側面）にも、同様の形状
を有する被駆動側カム面１４を形成している。そして、
上記複数個のローラ１２、１２を、上記入力軸１の中心
に関し放射方向の軸を中心とする回転自在に支持してい
る。

【０００５】上述の様に構成するトロイダル型無段変速
機の使用時、入力軸１の回転に伴ってカム板１０が回転
すると、駆動側カム面１３が複数個のローラ１２、１２
を、入力側ディスク２の外側面に形成した被駆動側カム
面１４に押圧する。この結果、上記入力側ディスク２
が、上記複数のパワーローラ８、８に押圧されると同時
に、上記駆動側、被駆動側両カム面１３、１４と複数個
のローラ１２、１２との押し付け合いに基づいて、上記
入力側ディスク２が回転する。そして、この入力側ディ
スク２の回転が、前記複数のパワーローラ８、８を介し
て出力側ディスク４に伝達され、この出力側ディスク４
に固定の出力軸３が回転する。

【０００６】入力軸１と出力軸３との回転速度比（変速
比）を変える場合で、先ず入力軸１と出力軸３との間で
減速を行なう場合には、前記各枢軸５、５を中心として
前記各トラニオン６、６を所定方向に揺動させる。そし
て、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図１
に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの中心寄り
部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分と
にそれぞれ当接する様に、前記各変位軸７、７を傾斜さ
せる。これに対して増速を行なう場合には、上記枢軸
５、５を中心として上記各トラニオン６、６を反対方向
に揺動させる。そして、上記各パワーローラ８、８の周
面８ａ、８ａが図２に示す様に、入力側ディスク２の内
側面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４
ａの中心寄り部分とに、それぞれ当接する様に、上記各
変位軸７、７を傾斜させる。各変位軸７、７の傾斜角度
を図１と図２との中間にすれば、入力軸１と出力軸３と
の間で、中間の変速比を得られる。

【０００７】又、図３〜４は、実願昭６３−６９２９３
号（実開平１−１７３５５２号）のマイクロフィルムに
記載された、より具体化されたトロイダル型無段変速機
の１例を示している。入力側ディスク２と出力側ディス
ク４とは入力軸１５の周囲に、それぞれニードル軸受１
６、１６を介して、回転自在に支持している。又、カム
板１０は上記入力軸１５の端部（図３の左端部）外周面
にスプライン係合させ、鍔部１７により上記入力側ディ
スク２から離れる方向への移動を阻止している。そし
て、このカム板１０とローラ１２、１２とにより、上記
入力軸１５の回転に基づいて上記入力側ディスク２を、
上記出力側ディスク４に向け押圧しつつ回転させる、ロ
ーディングカム式の押圧装置９を構成している。上記出
力側ディスク４には出力歯車１８を、キー１９、１９に
より結合し、これら出力側ディスク４と出力歯車１８と
が同期して回転する様にしている。

【０００８】１対のトラニオン６、６の両端部は１対の
支持板２０、２０に、揺動並びに軸方向（図３の表裏方
向、図４の左右方向）に亙る変位自在に支持している。
そして、上記各トラニオン６、６の中間部に形成した円
孔２１、２１部分に、変位軸７、７を支持している。こ
れら各変位軸７、７は、互いに平行で且つ偏心した支持
軸部２２、２２と枢支軸部２３、２３とを、それぞれ有
する。そして、このうちの各支持軸部２２、２２を上記
各円孔２１、２１の内側に、ラジアルニードル軸受２
４、２４を介して、回転自在に支持している。又、上記
各枢支軸部２３、２３の周囲にパワーローラ８、８を、
別のラジアルニードル軸受２５、２５を介して、回転自
在に支持している。

【０００９】尚、上記１対の変位軸７、７は、上記入力
軸１５に対して１８０度反対側位置に設けている。又、
これら各変位軸７、７の各枢支軸部２３、２３が各支持
軸部２２、２２に対し偏心している方向は、上記入力
側、出力側両ディスク２、４の回転方向に関し同方向
（図４で左右逆方向）としている。又、偏心方向は、上
記入力軸１５の配設方向に対しほぼ直交する方向として
いる。従って、上記各パワーローラ８、８は、上記入力
軸１５の配設方向に亙る若干の変位自在に支持される。
この結果、構成各部材の寸法誤差の積算により、上記入
力軸１５の軸方向（図３の左右方向、図４の表裏方向）
に関する、前記入力側、出力側両ディスク２、４と上記
各トラニオン６、６との位置関係が無視できない程ずれ
た場合でも、これら両ディスク２、４の内側面２ａ、４
ａと上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａとの当
接状態を適正にできる。又、回転力の伝達状態で構成各
部材に加わる大きな荷重に基づく、これら構成各部材の
弾性変形に起因して、上記各パワーローラ８、８が上記
入力軸１５の軸方向に変位する傾向となった場合でも、
上記構成各部材に無理な力を加える事なく、この変位を
吸収できる。

【００１０】又、上記各パワーローラ８、８の外側面と
上記各トラニオン６、６の中間部内側面との間には、パ
ワーローラ８、８の外側面の側から順に、それぞれが請
求項に記載したスラスト軸受に相当する、スラスト玉軸
受２６、２６とスラストニードル軸受２７、２７とを設
けている。このうちのスラスト玉軸受２６、２６は、上
記各パワーローラ８、８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８、８の回転を許容
するものである。又、上記各スラストニードル軸受２
７、２７は、上記各パワーローラ８、８から上記各スラ
スト玉軸受２６、２６を構成する外輪２８、２８に加わ
るスラスト荷重を支承しつつ、前記各枢支軸部２３、２
３及び上記外輪２８、２８が、前記支持軸部２２、２２
を中心に揺動する事を許容する。

【００１１】更に、上記各トラニオン６、６の一端部
（図４の左端部）にはそれぞれ駆動ロッド２９、２９を
結合し、これら各駆動ロッド２９、２９の中間部外周面
に駆動ピストン３０、３０を固設している。そして、こ
れら各駆動ピストン３０、３０を、それぞれ駆動シリン
ダ３１、３１内に油密に嵌装している。尚、これら各駆
動シリンダ３１、３１内への圧油の給排に基づく上記各
トラニオン６、６の変位量は、これら各トラニオン６、
６の他端部に固定した、図示しないプリセスカムを介し
て検出自在としている。

【００１２】上述の様に構成するトロイダル型無段変速
機の場合には、入力軸１５の回転は、押圧装置９を介し
て入力側ディスク２に伝わる。そして、この入力側ディ
スク２の回転が、１対のパワーローラ８、８を介して出
力側ディスク４に伝わり、更にこの出力側ディスク４の
回転が、出力歯車１８より取り出される。入力軸１５と
出力歯車１８との間の回転速度比を変える場合には、上
記１対の駆動ピストン３０、３０を互いに逆方向に変位
させる。これら各駆動ピストン３０、３０の変位に伴っ
て上記１対のトラニオン６、６が、それぞれ逆方向に変
位し、例えば図４の下側のパワーローラ８が同図の右側
に、同図の上側のパワーローラ８が同図の左側に、それ
ぞれ変位する。この結果、これら各パワーローラ８、８
の周面８ａ、８ａと上記入力側ディスク２及び出力側デ
ィスク４の内側面２ａ、４ａ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
変化に伴って上記各トラニオン６、６が、支持板２０、
２０に枢支された枢軸５、５を中心として、互いに逆方
向に揺動する。この結果、前述の図１〜２に示した様
に、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと上記
各内側面２ａ、４ａとの当接位置が変化し、上記入力軸
１５と出力歯車１８との間の回転速度比が変化する。
尚、この回転速度比を所望値に規制するのは、前記各駆
動シリンダ３１、３１内への圧油の給排量を調整し、前
記プリセスカムを介して求められる、前記各枢軸５、５
の軸方向に関する上記各トラニオン６、６の変位量を調
整する事により行なう。

【００１３】尚、上述の様に上記入力軸１５と出力歯車
１８との間で回転力の伝達を行なう際には、構成各部材
の弾性変形に基づいて上記各パワーローラ８、８が、上
記入力軸１５の軸方向に変位し、これら各パワーローラ
８、８を枢支している前記各変位軸７、７が、前記各支
持軸部２２、２２を中心として僅かに回動する。この回
動の結果、前記各スラスト玉軸受２６、２６の外輪２
８、２８の外側面と上記各トラニオン６、６の内側面と
が相対変位する。これら外側面と内側面との間には、前
記各スラストニードル軸受２７、２７が存在する為、こ
の相対変位に要する力は小さい。従って、上述の様に各
変位軸７、７の傾斜角度を変化させる為の力が小さくて
済む。

【００１４】更に、伝達可能なトルクを増大すべく、図
５〜６に示す様に、入力軸１５ａの周囲に入力側ディス
ク２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４とを２個ずつ設
け、これら２個ずつの入力側ディスク２Ａ、２Ｂと出力
側ディスク４、４とを動力の伝達方向に関して互いに並
列に配置する構造も、従来から知られている。これら図
５〜６に示した構造は何れも、上記入力軸１５ａの中間
部周囲に出力歯車１８ａを、この入力軸１５ａに対する
回転を自在として支持し、この出力歯車１８ａの中心部
に設けた円筒状のスリーブ３２の両端部に上記各出力側
ディスク４、４を、スプライン係合させている。そし
て、これら各出力側ディスク４、４の内周面と上記入力
軸１５ａの外周面との間にニードル軸受１６、１６を設
け、これら各出力側ディスク４、４を上記入力軸１５ａ
の周囲に、この入力軸１５ａに対する回転、並びにこの
入力軸１５ａの軸方向に亙る変位を自在に支持してい
る。又、上記各入力側ディスク２Ａ、２Ｂは、上記入力
軸１５ａの両端部に、この入力軸１５ａと共に回転自在
に支持している。この入力軸１５ａは、駆動軸３３によ
り、ローディングカム式の押圧装置９を介して回転駆動
する。尚、この駆動軸３３の先端部（図５〜６の右端
部）外周面と上記入力軸１５ａの基端部（図５〜６の左
端部）内周面との間には、滑り軸受、ニードル軸受等の
ラジアル軸受３４を設けている。従って、上記駆動軸３
３と入力軸１５ａとは、互いに同心に配置された状態の
まま、回転方向に亙る若干の変位自在に組み合わされて
いる。

【００１５】但し、一方（図５〜６の右方）の入力側デ
ィスク２Ａは、背面（図５〜６の右面）をローディング
ナット３５に、直接（図６に示した構造の場合）又は大
きな弾力を有する皿板ばね３６を介して（図５に示した
構造の場合）突き当てて、上記入力軸１５ａに対する軸
方向（図５〜６の左右方向）の変位を実質的に阻止して
いる。これに対して、カム板１０に対向する入力側ディ
スク２Ｂは、ボールスプライン３７により上記入力軸１
５ａに、軸方向に亙る変位自在に支持している。そし
て、この入力側ディスク２Ｂの背面（図５〜６の右面）
とカム板１０の前面（図５〜６の右面）との間に、皿板
ばね３８とスラストニードル軸受３９とを、互いに直列
に設けている。このうちの皿板ばね３８は、上記各ディ
スク２Ａ、２Ｂ、４の内側面２ａ、４ａとパワーローラ
８、８の周面８ａ、８ａとの当接部に予圧を付与する役
目を果たす。又、スラストニードル軸受３９は、押圧装
置９の作動時に、上記入力側ディスク２Ｂとカム板１０
との相対回転を許容する役目を果たす。

【００１６】又、図５に示した構造例の場合、前記出力
歯車１８ａはハウジングの内側に設けた仕切壁４０に、
それぞれがアンギュラ型である１対の玉軸受４１、４１
により、軸方向に亙る変位を阻止した状態で、回転自在
に支持している。これに対して図６に示した構造例の場
合、出力歯車１８ａの軸方向に亙る変位は自在である。
尚、上述した図５〜６に示した様に、それぞれ２個ずつ
の入力側ディスク２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４と
をそれぞれ動力の伝達方向に関して互いに並列に配置す
る、所謂ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機
は、カム板１０に対向する一方又は双方の入力側ディス
ク２Ａ、２Ｂをボールスプライン３７、３７ａにより上
記入力軸１５ａに、軸方向に亙る変位自在に支持してい
る。この理由は、これら両ディスク２Ａ、２Ｂの回転を
完全に同期させつつ、上記押圧装置９の作動に伴う構成
各部材の弾性変形に基づいて上記両ディスク２Ａ、２Ｂ
が、上記入力軸１５ａに対し軸方向に変位する事を許容
する為である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】従来から知られ、或は
考えられているトロイダル型無段変速機では、各トラニ
オン６、６の中間部内側面にパワーローラ８、８を支持
する為の変位軸７、７の偏心量に就いては、十分に考慮
していなかった。即ち、これら各変位軸７、７を構成す
る支持軸部２２、２２と枢支軸部２３、２３とは、互い
に平行で且つＬ₇（後述する図１０、１２、１３参照）
だけ偏心しているが、この偏心量Ｌ₇ に関して定量的な
検討は、従来十分に行なわれてはいなかった。但し、本
発明者の検討により、トロイダル型無段変速機に所期の
性能を発揮させる為には、上記偏心量Ｌ₇ を適正範囲に
収める事が重要である事が分った。この点に就いて、最
も不具合が顕著になる、図７に示した様な、ダブルキャ
ビティ型のトロイダル型無段変速機が最大減速状態とな
る場合を例にして説明する。

【００１８】先ず、上記偏芯量Ｌ₇ が過小である場合に
は、次の様な理由で、トロイダル型無段変速機の変速比
が所望値からずれる。前述した様な構成各部材の寸法の
ずれ、或は動力伝達時に於けるこれら構成各部材の弾性
変形を吸収する際には、上記各変位軸７、７を構成する
上記各枢支軸部２３、２３が、上記各支持軸部２２、２
２を中心に旋回運動する。例えば、動力伝達時に、押圧
装置９が発生するスラスト荷重に基づいて出力側ディス
ク４が、図８の鎖線位置から実線位置に弾性変位し、入
力側ディスク２Ｂはこの出力側ディスク４側（図８の右
側）に変位する。そして、この変位に伴って、これら両
ディスク２Ｂ、４の内側面２ａ、４ａ同士の間に挟持さ
れたパワーローラ８が、入力軸１５ａの軸方向（説明の
便宜上、この方向をｘ方向とする）に移動する。この移
動の際、上記トラニオン６と変位軸７とパワーローラ８
との関係は、図９の（Ａ）に示した状態から（Ｂ）に示
した状態にまで変化する。この変化は、上記枢支軸部２
３が上記支持軸部２２を中心に旋回する事により実現さ
せるのであるから、この枢支軸部２３及びパワーローラ
８は、図１０に示す様に、上記ｘ方向だけでなく、この
ｘ方向と直角な、トラニオン６を枢支している枢軸５、
５の軸方向（説明の便宜上、この方向をｙ方向とする）
にも移動する。

【００１９】この様にして生じるｙ方向の移動は、前述
の説明から明らかな通り、上記入力側ディスク２Ｂと出
力側ディスク４との間の回転速度比を変化させるべく、
パワーローラ８の傾斜角度を変える為に、前記駆動ロッ
ド２９、２９（図４参照）を押し引きして、上記トラニ
オン６を上記枢軸５、５の軸方向に変位させる場合と同
じ動作である。従って、上記パワーローラ８がｘ方向に
変位する際には、同時に行われるｙ方向の変位に基づ
き、上記トラニオン６自体はｙ方向に変位していないに
も拘らず上記パワーローラ８が、上記旋回運動に基づく
ｙ方向への変位分だけ、自ら変位する事になる。この様
な変位に基づいて行なわれる変速の程度（変速量）が僅
かであれば、特に問題とはならないが、この変速量が大
きすぎると、所望の変速制御を行なえなくなる。

【００２０】即ち、トロイダル型無段変速機の変速比を
制御する為には、アクセル開度、エンジン回転数、走行
速度等を表す入力信号を基に制御器が最適目標変速比を
決定して、電気モータへ変速信号を出力し、油圧制御弁
の切り換え制御を図る事によって前述した駆動ピストン
３０、３０（図４）を作動させる。そして、入力側ディ
スク２（２Ａ、２Ｂ）及び出力側ディスク４の内側面２
ａ、４ａとパワーローラ８の周面８ａとの当接位置をず
らせる事により、上記パワーローラ８の傾斜角度を変化
させて変速する。ところが、上記旋回運動に基づいて発
生する、ｙ方向に亙るパワーローラ８の変位量ｙ₈ が大
きくなると、上記駆動ピストン３０、３０から加えられ
る変速の為の動作の他に、上記各入力信号に基づかない
余計な動作が加わり、この余計な動作に基づいて、トロ
イダル型無段変速機の変速比が変化する。そして、目標
変速比に対して実際の変速位置が大きくずれて、トロイ
ダル型無段変速機が、高燃費、高出力を実現すべく、エ
ンジンの最適な特性を引き出せる範囲から外れた部分
で、このトロイダル型無段変速機を運転する事になる
為、好ましくない。

【００２１】この様な点を考慮して従来は、前記各変位
軸７、７を構成する支持軸部２２、２２と枢支軸部２
３、２３との偏心量Ｌ₇ をできるだけ大きくする事が、
上記パワーローラ８をｘ方向に移動させる際にｙ方向へ
の移動量を抑えられる為に好ましいと考えていた。これ
に対して、上記偏心量Ｌ₇ が大き過ぎると、上記各変位
軸７、７を構成する支持軸部２２、２２と枢支軸部２
３、２３とのつなぎ部分の断面積が小さくなり、このつ
なぎ部分に加わる応力が大きくなって、上記各変位軸
７、７の耐久性を確保する事が難しくなる。従って、上
記偏心量Ｌ₇ の上限値にも或る程度の制約があると考
え、作図上で適当に釣り合いを考慮しつつ、上記偏心量
Ｌ₇ を決定していた。

【００２２】上記に記述した様に、今までは上記各変位
軸７、７を構成する支持軸部２２、２２と枢支軸部２
３、２３との偏心量Ｌ₇ の設計を、トロイダル型無段変
速機の変速性能の面から特に決まった考え方で行なって
はいなかった。これに対して、本発明者の研究により、
上記偏心量Ｌ₇ とトロイダル型無段変速機の変速性能と
の関係には、特有の傾向があり、この変速性能を確保す
る為には、上記偏芯量Ｌ₇ そのものに一定の範囲を設け
られる事が分った。本発明はこの様な事情に鑑みて、上
記偏心量Ｌ₇ を最適値に規制する事により、良好な変速
性能を得られるトロイダル型無段変速機を実現すべく発
明したものである。

【００２３】

【課題を解決する為の手段】本発明のトロイダル型無段
変速機は、前述した従来のトロイダル型無段変速機と同
様に、それぞれの軸方向片面を断面が円弧形の凹面と
し、この凹面同士を互いに対向させた状態で互いに同心
に、且つ互いに独立して回転自在に支持した少なくとも
１対のディスクと、これら両ディスクの回転中心に対し
捩れの位置にある枢軸を中心として揺動するトラニオン
と、このトラニオンの中間部に、上記枢軸の軸方向に対
し直角方向に形成した円孔と、互いに平行で且つ偏心し
ている支持軸部及び枢支軸部から成り、このうちの支持
軸部を上記円孔の内側にラジアル軸受により回転自在に
支持すると共に上記枢支軸部を上記トラニオンの中間部
内側面から突出させた変位軸と、外周面を回転円弧面状
の凸面とし、上記枢支軸部の周囲に回転自在に支持され
て、上記両ディスクの凹面同士の間に挟持されたパワー
ローラと、このパワーローラと上記トラニオンの中間部
内側面との間に設けたスラスト軸受とを備える。特に、
本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、上記支持
軸部と枢支軸部との距離である、上記変位軸の偏心量
を、５〜１５mmとしている。

【００２４】

【作用】上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段
変速機は、前述した従来のトロイダル型無段変速機と同
様の作用に基づき、入力側ディスクと出力側ディスクと
の間で回転力の伝達を行ない、更にトラニオンの傾斜角
度を変える事により、これら両ディスク同士の間の回転
速度比を変える。特に、本発明のトロイダル型無段変速
機の場合には、トラニオンに対してパワーローラを支持
する為の変位軸の偏心量を規制している為、枢軸を中心
とする上記トラニオン及びパワーローラの傾斜角度を、
この枢軸の軸方向に亙るこのトラニオンの変位量に合わ
せて、正確に調節できる。この結果、対となるディスク
同士の間の回転速度比を所望値通り正確に調節して、ト
ロイダル型無段変速機の変速性能の向上を図れる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図面を参照しつつ、本発明のトロ
イダル型無段変速機の構造及び作用に就いて説明する。
尚、本発明の特徴は、トラニオン６に対してパワーロー
ラ８を支持する為の変位軸７を構成する支持軸部２２と
枢支軸部２３との偏心量Ｌ₇ を所定範囲に規制する事に
より、入力側ディスク２（２Ａ、２Ｂ）と出力側ディス
ク４との間の回転速度比を所望値通り正確に調節自在と
する点にある。それ以外の、トロイダル型無段変速機の
全体構成に就いては、図３〜６に記載した様な、従来か
ら知られ、或は考えられているトロイダル型無段変速機
と同様であるから、重複する図示並びに説明は、省略若
しくは簡略にする。そして、以下、上記変位軸７を構成
する支持軸部２２と枢支軸部２３との偏心量Ｌ₇ を５〜
１５mmとする事により、回転速度比を所望値通り正確に
調節自在にできる事を知得した過程を中心に説明する。

【００２６】尚、上記偏心量Ｌ₇ を５〜１５mmとする事
により、回転速度比を所望値通り正確に調節自在にでき
るのは、一般的な自動車用の変速機として使用可能なト
ロイダル型無段変速機で、構成各部材の大きさが、凡そ
次の範囲にあるものが対象になる。入力側、出力側両ディスク２（２Ａ、２Ｂ）、４の外径
：８０〜２００mm パワーローラ８の外径：５０〜１２０mm 支持軸部２２の外径：１０〜４０mm 枢支軸部２３の外径：１０〜４０mm 枢支軸部２３によるパワーローラ８の支持長さ（後述す
る図１３に示したＬ₂₃）：１０〜４０mm トロイダル型無段変速機に入力するトルク：３〜７
０kg・m

【００２７】先ず、上記偏心量Ｌ₇ の大小が、上記回転
速度比に結び付く、上記パワーローラ８の傾斜角度に及
ぼす影響に着目した。前述した様な構成各部材の寸法の
ずれ、或は動力伝達時に於けるこれら構成各部材の弾性
変形を吸収する際には、上記変位軸７を構成する枢支軸
部２３が支持軸部２２を中心に、図１０（Ａ）に示す様
に旋回運動し、この枢支軸部２３の中心がこの図１０
（Ａ）の点から点に変位する。尚、上記支持軸部２
２の中心は、図１０（Ａ）の点に留まる。この様に変
位軸７を構成する枢支軸部２３が支持軸部２２を中心
に、図１０（Ａ）に示す様に旋回運動する際に於ける枢
支軸部２３の変位に就いて、図１０（Ｂ）に示す様に考
える。偏芯量をＬ₇ 、パワーローラ８の出力ディスク４
側への変位量をｘ₈ 、この様にパワーローラ８が出力デ
ィスク４側に変位する事に伴い、このパワーローラ８が
トラニオン６を枢支した枢軸５、５方向に移動する変位
量をｙ₈ とすると、Ｌ₇ ²＝（Ｌ₇ −ｙ₈ ）² ＋ｘ₈ ² であるから、ｙ₈ ² −２Ｌ₇ ｙ₈ ＋ｘ₈ ² ＝０になり、
上記枢軸５、５方向の移動量ｙ₈ は、ｙ₈ ＝Ｌ₇ −√（Ｌ₇ ² −ｘ₈ ² ）で表せる。

【００２８】過去に出願人は、実際に小馬力用から大馬
力用迄、数多くのトロイダル型無段変速機の設計及び試
作を行なってきた。その際に於ける検討によれば、自動
車用のトロイダル型無段変速機の場合、前述の図７に示
した様な最大減速状態且つ最大トルク入力状態で上記変
位量ｘ₈ は構成各部材の寸法誤差分、弾性変形分を合計
して、１．５〜２．５mm程度である。即ち上記変位量ｘ
₈ は、小馬力用のトロイダル型無段変速機の場合には
１．５mm程度、大馬力用のトロイダル型無段変速機の場
合に２．５mm程度になる。この様な変位量ｘ₈ の値は、
ＦＥＭ解析により構成各部材の弾性変形量を求めて算出
し、更に、実際に組み立てたトロイダル型無段変速機に
より測定して確認した。尚、この測定作業は、スラスト
玉軸受２６、２６を構成する外輪２８、２８（図３〜
８）の外側面（パワーローラ８と反対側の面）を黒染め
処理をしてから、試作したトロイダル型無段変速機を実
際に運転し、この外側面に残る、スラストニードル軸受
２７、２７（図３、４、７、８）の接触跡から確認し
た。

【００２９】パワーローラ８の出力ディスク４側への変
位量ｘ₈ は、上述の様に１．５〜２．５mmであるが、こ
の様な変位量ｘ₈ に基づく前記変位量ｙ₈ を、前記計算
式により求めると、図１１に示す様になる。この図１１
には、上記変位量ｘ₈ が１．５mm、２．０mm、２．５mm
の場合に於ける変位量ｙ₈ を示したが、変位量ｘ₈ が
１．５〜２．５mmの範囲にある場合には、この変位量ｘ
₈ の大小に拘らず、偏心量Ｌ₇ が７mmより小さくなる
と、上記変位量ｙ₈ が大きくなる事が分る。特に、この
偏心量Ｌ₇ が５mmよりも小さくなると、上記変位量ｙ₈
が非常に大きくなる事が分る。この事から、この変位量
ｙ₈ を小さく抑える為には、上記偏心量Ｌ_７を５ｍｍ以
上、より好ましくは７mm以上にすれば良い事が分る。

【００３０】又、上記偏心量Ｌ₇ が、実際のトロイダル
型無段変速機の寸法諸元との関係で、前記入力側ディス
ク２（２Ａ、２Ｂ）と出力側ディスク４との間の回転速
度比に及ぼす影響を計算してみる。尚、計算の前提とし
て、構成各部材の寸法誤差並びに運転時に於ける弾性変
形に基づき、上記パワーローラ８が出力ディスク４側に
変位する変位量ｘ₈ を２mmとし、最大増速状態と最大減
速状態との間で（図１に示した状態と図２に示した状
態）との間での上記パワーローラ８の回動角度である全
変速角度を６０°、この回動角度との関係でプリセスカ
ムのカムリードを４５mm／３６０°とする。尚、上記パ
ワーローラ８の回動角度（全変速角度）は、変速比幅に
もよるが、５０〜７０°の範囲に規制するのが一般的で
ある。又、上記カムリードに就いては、出願人会社で行
った実験の結果から、４０〜６０mm／３６０°程度にす
る事が好ましい。

【００３１】この様な条件で、上記偏心量Ｌ₇ の大小が
変速比に及ぼす影響を計算してみる。先ず、上記偏心量
Ｌ₇ を３mmと仮定する。上記パワーローラ８がｘ方向に
２mm変位した場合には、支持軸部２２を中心とする枢支
軸部２３の旋回運動に伴って上記パワーローラ８が、ｙ
方向に０．７６４mm変位する。そして、この場合にこの
ｙ方向への移動に基づく、トラニオン６の回動角度、即
ち、上記パワーローラ８の変速角度は、（０．７６４／
４５）×３６０°＝６．１１２°になる。この値と上記
全変速角度である６０°とを比較すると、６．１１２°
／６０°＝０．１０２となる。即ち、上記旋回運動に伴
うｙ方向への変位に基づいて上記パワーローラ８の変速
角度が、全変速角度の１０．２％分動く事になる。この
１０．２％なる値は極めて大きく、所望の変速性能を得
られるとは言えない。

【００３２】これに対して、上記偏心量Ｌ₇ を１０mmと
仮定すると、同じ条件で上記パワーローラ８が、ｙ方向
に０．２０２mm移動し、この移動に伴うパワーローラ８
の変速角度は、（０．２０２／４５）×３６０°＝１．
６１６°になる。この値と前記全変速角度とを比較する
と、１．６１６°／６０°＝０．０２７となる。即ち、
偏芯量Ｌ₇ が３mmである場合に比較して格段に小さい、
２．７％の変速角度分の変速のずれで済み、ほぼ所望の
変速性能を得られる。更に、上記偏心量Ｌ₇ が１５mmで
ある場合及び２０mmである場合を計算すると、上記ｙ方
向への変位量ｙ₈ は、それぞれ０．１３４mm、０．１０
０mmとなり、変速角度の変化率は、それぞれ１．８％、
１．３％になる。この様に、偏心量Ｌ₇ が１５mmである
場合と２０mmである場合との間には、あまり差は認めら
れない。この事は、偏心量Ｌ₇ を１５mmを越えて大きく
しても、上記ｙ方向への変位量ｙ₈ を抑えて変速性能の
維持を図る面からは、あまり意味のない事になる。

【００３３】上記偏心量Ｌ₇ の下限値を５mm、更に好ま
しくは７mmとする理由は、上述の通りであるが、上限値
に就いては、次の通り考える。変位軸７を構成する支持
軸部２２はトラニオン６の中間部に設けた円孔２１の内
側に、ラジアルニードル軸受２４によって支持してお
り、上記変位軸７は上記トラニオン６に、図１２（Ａ）
に示す様に、一種の片持ち状態で支持している。又、ト
ロイダル型無段変速機の運転時に、この変位軸７の枢支
軸部２３にラジアルニードル軸受２５を介して回転自在
に支持したパワーローラ８、８には、図１２（Ａ）及び
図１３に矢印αで示す方向の大きな力が加わる。即ち、
入力側ディスク２（２Ａ、２Ｂ）の内側面２ａとパワー
ローラ８の周面８ａとの当接部には、入力側ディスク２
（２Ａ、２Ｂ）の回転方向の力が、出力側ディスク４の
内側面４ａとパワーローラ８の周面８ａとの当接部に
は、この出力側ディスク４の回転方向と逆方向（＝入力
側ディスク２の回転方向）の力が、それぞれ加わる。こ
の力は、枢支軸部２３の中心軸上で上記ラジアルニード
ル軸受２５の軸方向中央位置に、図１２（Ｂ）に矢印β
で示す様に、上記変位軸７を曲げる方向の力として加わ
る。従って、上記変位軸７の剛性が低いと、この変位軸
７の変形も大きくなり、この変位軸７に支持したパワー
ローラ８が上記矢印α方向（＝前述のｙ方向にほぼ一致
する）に変位し易くなる。

【００３４】一方、上記変位軸７のうちで最も剛性が低
いのは、上記支持軸部２２と枢支軸部２３とのつなぎ部
分である。そして、これら支持軸部２２と枢支軸部２３
との偏心量Ｌ₇ が大きくなる事は、上記つなぎ部分の断
面積が減少し、このつなぎ部分の剛性が低くなる事に結
び付く。見方を変えれば、上記つなぎ部分の断面形状
は、上記偏心量Ｌ₇ が小さい場合に正円又は正円に近い
形状であるが、この偏心量Ｌ₇ が大きくなるに従って楕
円若しくはラグビーボール状になる。この様に上記偏心
量Ｌ₇ が大きくなって、上記つなぎ部分の断面形状が正
円から楕円若しくはラグビーボール状に変化する結果、
このつなぎ部分の断面二次モーメントが変化して、上記
矢印α、β方向の力に基づく、上記変位軸７の変形量が
大きくなる。この変位軸７の矢印α、β方向の変形量が
大きい事は、上記パワーローラ８の周面８ａと入力側、
出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａとの接触点
がｙ方向に移動する量が大きくなる事につながる。従っ
て、上記矢印α、β方向の変形量も、前述した偏心量Ｌ
₇ に基づくｙ方向の変位と同様に、できる限り小さい方
が望ましい。

【００３５】上記変位軸７の具体的な形状及び寸法に関
して、比較的小馬力用のトロイダル型無段変速機に組み
込むものと、比較的大馬力用のトロイダル型無段変速機
に組み込むものとの２種類を、図１４の（Ａ）（Ｂ）に
示す。尚、図１４に示した数値は、寸法線を引き出した
部分の外径をmmで表している。又、図１５に、これら２
例の変位軸のそれぞれに就いて、支持軸部２２と枢支軸
部２３との偏心量Ｌ₇を３通りに異ならせた場合に於け
る、上記つなぎ部分の断面積Ｓ(mm²）と、断面二次モー
メントＩと、枢軸の軸方向（ｙ方向）に亙る変位軸７の
変形量λ(mm)との値を示している。尚、上記変位軸７の
変形量λは、λ＝ＰＬ₂₃ ³ ／（３ＥＩ）で表される。こ
の式中のＰは、上記変位軸７に加わる荷重で、前記パワ
ーローラ８を介して伝達される動力、即ち、トラクショ
ン力に相当する。又、Ｌ₂₃は、上記Ｐなる力の力点から
始点までの距離、言い換えれば腕の長さで、上記支持軸
部２２と枢支軸部２３とのつなぎ部分から、前記ラジア
ルニードル軸受２５の軸方向中央位置迄の長さに相当す
る。Ｅは、上記変位軸７を構成する軸受鋼等の硬質金属
のヤング率で、具体的には２１０００kgf/mm² である。
又、上記力点から始点までの距離Ｌ₂₃及び力Ｐは、図１
４〜１５（Ａ）の小馬力用の変位軸７に関してはそれぞ
れ２５mm、２５０kgf とし、図１４〜１５（Ｂ）の大馬
力用の変位軸に関しては、それぞれ３０mm、６００kgf
とした。

【００３６】上述の様な前提で、上記偏心量Ｌ₇ の大小
が変位軸７の変形量λに及ぼす影響を計算した。その結
果を、図１６〜１７に示す。尚、図１６は、図１４〜１
５（Ａ）に示した、小馬力用のトロイダル型無段変速機
に組み込む変位軸７の偏心量Ｌ₇ と変形量λとの関係
を、図１７は、図１４〜１５（Ｂ）に示した、大馬力用
のトロイダル型無段変速機に組み込む変位軸７の偏心量
Ｌ₇ と変形量λとの関係を、それぞれ示している。この
様な図１６〜１７に示した偏心量Ｌ₇ と変形量λとの関
係から明らかな通り、上記変位軸７の大きさの大小に拘
らず、変位軸７を構成する支持軸部２２と枢支軸部２３
との偏心量Ｌ₇ が１２mmを越えると、上記変位軸７の変
形量λが大きくなる。そして、この偏心量Ｌ₇ が１５mm
を越えると、上記変位軸７の変形量λが極端に大きくな
る。この事から、上記偏心量Ｌ₇ の上限値は、１５mm以
下、更に好ましくは１２mm以下にする。

【００３７】以上の検討結果を総合すれば、トロイダル
型無段変速機の諸元が前記範囲に収まる限り、このトロ
イダル型無段変速機により伝達する動力（特にトルク）
の大小や変位軸７の大きさに関らず、この変位軸７を構
成する支持軸部２２と枢支軸部２３との偏心量Ｌ₇ を５
mm以上１５mm以下（更に好ましくは７mm以上１２mm以
下）に規制すれば、構成各部材の寸法誤差や動力伝達時
に加わるスラスト荷重に基づく弾性変形による変速比の
変動を、実用上問題ない程度に小さく抑えられる事が分
る。

【００３８】

【発明の効果】本発明のトロイダル型無段変速機は、以
上に述べた通り構成され作用する為、所望通りの変速比
を実現して、組み込んだ自動車の走行性能及び燃費性能
を良好にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来から知られているトロイダル型無段変速機
の基本的構成を、最大減速時の状態で示す側面図。

【図２】同じく最大増速時の状態で示す側面図。

【図３】従来から知られており、本発明の対象となるト
ロイダル型無段変速機の具体的構造の第１例を示す部分
断面図。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図。

【図５】従来から考えられており、本発明の対象となる
トロイダル型無段変速機の具体的構造の第２例を示す部
分断面図。

【図６】同第３例を示す部分断面図。

【図７】図５に示した構造と同様の構造に就いて、最大
減速時の状態で示す断面図。

【図８】図７の左上部拡大図。

【図９】トラニオン及びパワーローラ部分を取り出して
図８のＢ矢印方向から見た図で、（Ａ）は動力を伝達し
ない状態を、（Ｂ）は大きな動力を伝達する状態を、そ
れぞれ表している。

【図１０】大きな動力を伝達する状態でのパワーローラ
の回転中心の変位を説明する為の模式図。

【図１１】変位軸の偏心量に基づく旋回運動が枢軸の軸
方向に亙るパワーローラの変位量に及ぼす影響を示す線
図。

【図１２】動力の伝達時に変位軸に加わる力を説明する
為、変位軸を入力側、出力側両ディスクの軸方向から見
た図。

【図１３】同じく図５のＣ−Ｃ断面図。

【図１４】変位軸の具体例の２例を示す、図１２と同様
の図。

【図１５】図１４に示した変位軸の２例に就いて、偏心
量がつなぎ部分の断面積と断面二次モーメントと枢軸の
軸方向に亙る変位軸の変形量とに及ぼす影響を示した
図。

【図１６】図１４（Ａ）に示した変位軸に就いて、変位
軸の偏心量の相違に基づく弾性変形が枢軸の軸方向に亙
る変位軸の変形量に及ぼす影響を示す線図。

【図１７】図１４（Ｂ）に示した変位軸に就いて、変位
軸の偏心量の相違に基づく弾性変形が枢軸の軸方向に亙
る変位軸の変形量に及ぼす影響を示す線図。

【符号の説明】

１入力軸２ａ内側面２、２Ａ、２Ｂ入力側ディスク３出力軸４出力側ディスク４ａ内側面５枢軸６トラニオン７変位軸８パワーローラ８ａ周面９押圧装置１０カム板１１保持器１２ローラ１３駆動側カム面１４被駆動側カム面１５、１５ａ入力軸１６ニードル軸受１７鍔部１８、１８ａ出力歯車１９キー２０支持板２１円孔２２支持軸部２３枢支軸部２４、２５ラジアルニードル軸受２６スラスト玉軸受２７スラストニードル軸受２８外輪２９駆動ロッド３０駆動ピストン３１駆動シリンダ３２スリーブ３３駆動軸３４ラジアル軸受３５ローディングナット３６皿板ばね３７、３７ａボールスプライン３８皿板ばね３９スラストニードル軸受４０仕切壁４１玉軸受

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれの軸方向片面を断面が円弧形の
凹面とし、この凹面同士を互いに対向させた状態で互い
に同心に、且つ互いに独立して回転自在に支持した少な
くとも１対のディスクと、これら両ディスクの回転中心
に対し捩れの位置にある枢軸を中心として揺動するトラ
ニオンと、このトラニオンの中間部に、上記枢軸の軸方
向に対し直角方向に形成した円孔と、互いに平行で且つ
偏心している支持軸部及び枢支軸部から成り、このうち
の支持軸部を上記円孔の内側にラジアル軸受により回転
自在に支持すると共に上記枢支軸部を上記トラニオンの
中間部内側面から突出させた変位軸と、外周面を回転円
弧面状の凸面とし、上記枢支軸部の周囲に回転自在に支
持されて、上記両ディスクの凹面同士の間に挟持された
パワーローラと、このパワーローラと上記トラニオンの
中間部内側面との間に設けたスラスト軸受とを備えるト
ロイダル型無段変速機に於いて、上記支持軸部と枢支軸
部との距離である、上記変位軸の偏心量を、５〜１５mm
とした事を特徴とするトロイダル型無段変速機。