(57)【要約】【課題】摺動抵抗が小さく、押付け力の減少を抑えることができ、トラクション面の滑りを抑え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にある。【解決手段】入力軸３１に支持された入力ディスク３２及び出力ディスク３６と、入力ディスク３２及び出力ディスク３６間に転動自在に転接され摩擦によって動力を伝達する複数個のパワーローラ６０と、入力ディスク３２を押圧しパワーローラ６０を介して出力ディスク３６に回転力を伝達する油圧ローディング装置３４とを備えたトロイダル型無段変速機において、油圧ローディング装置３４は、入力軸３１と一体的に設けられ入力ディスク３２の背面との間に油圧室７０を形成するシリンダ７１と、このシリンダ７１の内部に設けられ油圧によって入力軸３１の軸方向に進退するピストン７５，７６と、入力ディスク３２の外周部とシリンダ７０とに設けられ両者を係合する摺動機構としてのボールスプライン８３とから構成したことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と、この入力軸に互いに同心に、かつ互いに独立して回転自在に支持された入力ディスク及び出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスクの中心軸の方向に対して直角方向となる捩れの位置に存在する枢軸を有し、この枢軸を中心として揺動するトラニオンと、このトラニオンに回転自在に支持され変位軸と、この変位軸に回転自在に支持された状態で、前記入力ディスク及び出力ディスクのトラクション面同士の間に挟持された複数個のパワーローラと、前記入力ディスクを押圧し前記パワーローラを介して前記出力ディスクに回転力を伝達する油圧ローディング機構とを備えたトロイダル型無段変速機において、
前記油圧ローディング機構は、前記入力軸と一体的に設けられ前記入力ディスクの背面との間に油圧室を形成するシリンダと、このシリンダの内部に設けられ油圧によって前記入力軸の軸方向に進退するピストンと、前記入力ディスクと前記シリンダとに設けられ両者を係合する摺動機構とから構成したことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項２】
前記摺動機構は、ボールスプラインであることを特徴とする請求項１記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項３】
前記入力ディスクの外周部に前記油圧室内の潤滑油を前記ボールスプラインに供給する潤滑油供給路を設けたことを特徴とする請求項２記載のトロイダル型無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車用の変速機として用いるトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車用変速機として用いるハーフトロイダル型無段変速機は、入力軸と入力ディスクとの間にメカニカルローディングカム式の押圧機構を設けたものが主流である。この押圧機構は、入力軸の回転に伴ってカム板が回転すると、カム面によってローラが入力ディスクのカム面に押圧され、入力ディスクの回転がパワーローラを介して出力ディスクに伝達されるようになっている。
【０００３】
また、フルトロイダル型無段変速機は、油圧ローディングによる押圧機構を採用したものが主流である。油圧ローディングによる押圧機構は、入力ディスクの背面側に油圧室を構成するシリンダを設け、入力軸にボールスプラインによって結合された入力ディスクをピストン部品として入力ディスクに押し付け力を与えるようになっており、シリンダと入力ディスク（ピストン部品）は入力軸に支持され、入力軸と一体に回転するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
前記メカニカルローディングカムの場合、入力トルクに比例した押し付け力が発生する。また、油圧ローディングは、入力トルクだけではなく、変速比、オイルの温度などの諸々の条件によって押し付け力が変化し、その変化に合わせた押し付け力を発生することができ、無段変速機の効率向上につながる。
【０００５】
また、入力ディスクの内径側と入力軸との間にボールスプラインを設けたトロイダル型無段変速機が知られている（例えば、特許文献２及び３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特表平６−５０２４７６号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−１８２６４５号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２００２−３２３１０３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、トロイダル型無段変速機は、油圧による押し付け力により各部品が大きく変形するが、その変形量によっても入力ディスクとパワーローラとが接触するように、パワーローラは変位軸で支持され、入力ディスクと入力軸とはボールスプラインによって結合され、入力ディスクの軸方向の動きがスムーズに行えるようになっている。
【００１０】
しかし、特許文献１に示すように、入力軸にボールスプラインを設けると、軸径の小さい所に設けられるため、大きな接線力をボールで伝達させる必要がある。そのために、ボールを多くしたり、スプライン溝を多くする必要があり、加工及び組立てが困難であった。また、スプライン溝は、加工上貫通溝であることが望まれるため、入力ディスクの前面から背面まで貫通した溝となる。また、入力ディスクの背面がピストン部品となるため、油漏れを防止するためにシール部品が必要となる。
【００１１】
さらに、ボールスプラインの潤滑のために、入力軸にその軸方向及び径方向に油路を形成するための穴加工しているため、穴が応力集中部位となり、破損する虞がある。
【００１２】
また、特許文献２及び３のように、入力ディスクの内径側と入力軸との間にボールスプラインを設けたものは、入力ディスクの内径側は接線力が大きく、ボールスプラインの動力伝達能力を高くする必要がある。また、入力軸のスプライン溝が設けられている部分に応力集中が生じ、耐久性が低いという問題がある。
【００１３】
この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、油圧ローディング機構を有するトロイダル型無段変速機において、入力ディスクとシリンダとを軸方向に摺動可能に係合することにより、両者を径が大きなところで伝達することができ接線力を小さく抑えることができ、トラクション面に適切な押付け力を与え滑りを抑制し、また、この摺動部をボールスプラインとすることにより、更なる接線力の減少になり、ボールスプラインのボール、溝数を少なくすることができ、加工、組立ての容易化と、応力低下により、耐久性を向上できるトロイダル型無段変速機を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記目的を達成するために、請求項１は、入力軸と、この入力軸に互いに同心に、かつ互いに独立して回転自在に支持された入力ディスク及び出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスクの中心軸の方向に対して直角方向となる捩れの位置に存在する枢軸を有し、この枢軸を中心として揺動するトラニオンと、このトラニオンに回転自在に支持された変位軸と、この変位軸に回転自在に支持された状態で、前記入力ディスク及び出力ディスクのトラクション面同士の間に挟持された複数個のパワーローラと、前記入力ディスクを押圧し前記パワーローラを介して前記出力ディスクに回転力を伝達する油圧ローディング機構とを備えたトロイダル型無段変速機において、前記油圧ローディング機構は、前記入力軸と一体的に設けられ前記入力ディスクの背面との間に油圧室を形成するシリンダと、このシリンダの内部に設けられ油圧によって前記入力軸の軸方向に進退するピストンと、前記入力ディスクと前記シリンダとに設けられ両者を係合する摺動機構とから構成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項２は、請求項１の前記摺動機構は、ボールスプラインであることを特徴とする。請求項３は、請求項２の前記入力ディスクの外周部に前記油圧室内の潤滑油を前記ボールスプラインに供給する潤滑油供給路を設けたことを特徴とする。
【００１６】
前記構成によれば、入力ディスクとシリンダとを摺動機構で係合することにより、入力軸と入力ディスクとの間に係合機構を設ける必要がなく、接線力が小さく抑えることができ、トラクション面に適切な押付け力を与え滑りを抑制できる。
【００１７】
また、この摺動部をボールスプラインとすることにより、更なる接線力の減少になり、ボールスプラインのボール、溝数を少なくすることができる。また、ボールスプラインの潤滑は油圧室からの油漏れによって行うことができ、入力軸に油路のための穴加工を行う必要がなく、応力低下につながり、トロイダル型無段変速機の小型化、軽量化を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１及び図２は第１の実施形態を示すもので、図１はダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機の縦断側面図、図２は同じく縦断正面図である。
【００２０】
図１に示すように、入力軸３１の両端寄り部分には第１と第２の入力ディスク３２，３３が互いにトラクション面３２ａ，３３ａを対向させた状態で配置されている。第１の入力ディスク３２の背面側には後述する油圧ローディング装置３４が設けられ、第２の入力ディスク３３はローディングナット３５によって入力軸３１に固定されている。従って、第１と第２の入力ディスク３２，３３は互いに同心にかつ互いに同期して回転するようになっている。
【００２１】
入力軸３２の中間部の周囲には第１と第２の出力ディスク３６，３７が配置され、第１と第２の出力ディスク３６，３７の一側部はスリーブ３８を介して支持されている。スリーブ３８は中間部の外周面に出力歯車３９を一体に設けたもので、入力軸３１の外径よりも大きな内径を有し、ケース内に設けたギアハウジング４０に一対の玉軸受４１により入力軸３１と同心に回転自在に支持されている。
【００２２】
スリーブ３８の両端近傍で、入力軸３１の外周面には周方向に帯状の環状溝４２が設けられている。この環状溝４２にはニードル軸受４３が軸方向に移動不能に収納され、このニードル軸受４３によって第１及び第２の出力ディスク３６，３７の他側部が回転自在に支持されている。
【００２３】
従って、第１及び第２の出力ディスク３６，３７が後述するパワーローラから動力伝達により、大きな押し付け荷重が作用しても、第１及び第２の出力ディスク３６，３７を入力軸３１の環状溝４２に軸方向に移動不能に収納されたニードル軸受４３によって支持しているため、第１及び第２の出力ディスク３６，３７の応力が小さくなり、局所的な応力集中を避けることができる。
【００２４】
前記第１と第２の出力ディスク３６，３７はスリーブ３８の両端部にそれぞれのトラクション面３６ａ，３７ａを互いに反対に向けた状態にスプライン係合されている。従って、第１の入力ディスク３２と第１の出力ディスク３６は互いにトラクション面３２ａ，３６ａを対向させ、第２の入力ディスク３３と第２の出力ディスク３７は互いにトラクション面３３ａ，３７ａを対向させた状態に回転自在に支持されている。
【００２５】
第１の入力ディスク３２のトラクション面３２ａと第１の出力ディスク３６のトラクション面３６ａとの間には第１キャビティ４６が、第２の入力ディスク３３のトラクション面３３ａと第２の出力ディスク３７のトラクション面３７ａとの間部分である第２キャビティ４７が設けられている。
【００２６】
第１と第２キャビティ４６，４７にはケース（図示しない）に対して固定された支持部材４８が突出して設けられている。支持部材４８には互いに離間して一対の支持脚４９が設けられ、これら支持脚４９にはピン５０の両端部を固定する貫通孔５１が設けられている。そして、一対の支持脚４９の間には上部ヨーク５２ａ及び下部ヨーク５２ｂの中間部がピン５０に対して回動自在に枢支されている。
【００２７】
図２に示すように、上部ヨーク５２ａ及び下部ヨーク５２ｂには端部には一対のトラニオン５４の上下枢軸５５が揺動及び軸方向に亘って変位自在に支持されている。
【００２８】
トラニオン５４の中間部にはそれぞれ変位軸５６が支持されている。変位軸５６はそれぞれ互いに平行でかつ偏心した支持軸部５７と枢支軸部５８を有している。このうちの支持軸部５７はトラニオン５４にラジアルニードル軸受５９を介して支持されている。また、枢支軸部５８の周囲にはパワーローラ６０がラジアル軸受６０ａを介して支持されている。さらに、パワーローラ６０はスラスト玉軸受６１によって支持されている。このスラスト玉軸受６１はパワーローラ６０に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、パワーローラ６０の回転を許容するものである。
【００２９】
また、スラスト玉軸受６１の複数個の玉６１ａはトラニオン５４側に設けられた円環状の外輪６２と回転部としてのパワーローラ６０との間に設けられた円環状の保持器６３によって保持されている。
【００３０】
そして、パワーローラ６０は第１及び第２の入力ディスク３２，３３及び第１及び第２の出力ディスク３６，３７と接するトラクション部を有し、第１及び第２の入力ディスク３２，３３と第１及び第２の出力ディスク３６，３７との間に傾転自在に転接されている。
【００３１】
さらに、前記トラニオン５４の下部枢軸５５には２条のワイヤ溝６４ａ，６４ｂを有するワイヤプーリー６５が設けられ、ワイヤ溝６４ａ，６４ｂには左右及び前後間を連結する同期ワイヤ６６ａ，６６ｂが８の字状に交叉して掛け渡されている。この同期ワイヤ６６ａ，６６ｂは、トラニオン５４の傾動（枢軸５５中心として揺動）を互いに同期させる役目をしている。
【００３２】
また、トラニオン５４の下部には油圧ピストン６７が設けられ、油圧ピストン６７に圧力差を与えることによりトラニオン５４を上下させることができる。すなわち、トラニオン５４を上部ヨーク５２ａと下部ヨーク５２ｂによる案内下で、パワーローラ６０の軸線Ｏ１と直交する首振り軸線Ｏ２方向へストロークさせ、首振り軸線Ｏ２回りにおけるパワーローラ６０及びトラニオン５４を傾転させる。これによる入力ディスク３２，３３と出力ディスク３６，３７間の伝動比を無段階に変化させて変速を行っている。
【００３３】
また、前記油圧ローディング装置３４は、図１に示すように構成されている。すなわち、入力軸３１の駆動軸側の端部には第１の入力ディスク３２の背面側に油圧室７０を形成するシリンダ７１が一体的に設けられている。油圧室７０の内部に位置する入力軸３１の第１の入力ディスク３２寄りには小径部７２が設けられ、シリンダ７１の背面寄りには大径部７３が設けられ、両者間に段差７４が形成されている。
【００３４】
そして、小径部７２には円板状で、外周面にシール材７５ａを設けた第１のピストン７５が軸方向に移動自在に嵌合され、第１の入力ディスク３２の背面との間に第１の油圧室７０ａが形成されている。大径部７３には円板状で、外周面にシール材７６ａを設けた第２のピストン７６が軸方向に移動自在に嵌合され、シリンダ７１の背面との間に第２の油圧室７０ｂが形成されている。
【００３５】
さらに、シリンダ７１の背面と第２のピストン７６との間には皿ばね７７が設けられている。また、第１のピストン７５と第２のピストン７６との間には大気に連通する空気室７０ｃが形成されている。
【００３６】
第１の入力ディスク３２の外周部には円環状で、大径筒部７８ａと小径筒部７８ｂを有する可動シリンダ７８が設けられている。そして、可動シリンダ７８の大径筒部７８ａは第１の入力ディスク３２の外周部に嵌合され、この嵌合部における大径筒部７８ａの内周面と第１の入力ディスク３２の外周面との間には可動シリンダ７８が軸方向に移動自在で、周方向に移動不能な凹凸溝７９が設けられている。
【００３７】
また、可動シリンダ７８の小径筒部７８ｂの内周面には第１のピストン７５のシール材７５ａが接触して第１の油圧室７０ａがシールされ、小径筒部７８ｂの端面は第２のピストン７６の外周側面に当接している。第２のピストン７６のシール材７６ａはシリンダ７１の内周面に接触して第２の油圧室７０ｂがシールされている。
【００３８】
さらに、可動シリンダ７８の外周面には周方向に等間隔に複数のスプライン溝８０が軸方向に貫通して設けられている。シリンダ７１の内周面には可動シリンダ７８のスプライン溝８０と対応してスプライン溝８１が設けられている。スプライン溝８０と８１との間には複数個のボール８２が介在され、摺動機構であるボールスプライン８３が構成されている。
【００３９】
また、入力軸３１の軸心部には軸方向に油路８４が設けられている。この油路８４は径方向に貫通する分岐油路８５を介して第１の油圧室７０ａと第２の油圧室７０ｂとに連通している。
【００４０】
前述のように構成されたダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機の運転時、油圧供給源から油圧を供給すると、油路８４及び分岐油路８５を介して第１の油圧室７０ａ及び第２の油圧室７０ｂに同時に油圧が加わる。従って、第１の油圧室７０ａの油圧によって第１の入力ディスク３２が前進（第１の出力ディスク６側へ押圧）されるとともに、第１のピストン７５が、第１の油圧室７０ａの油圧によって第２のピストン７６方向に後退する。第１のピストン７５の後退によって第１のピストン７５は段差７４を押圧するため、入力軸３１が後退し、第２の入力ディスク３３が第２の出力ディスク３７方向に移動する。
【００４１】
また、第２のピストン７６は第２の油圧室７０ｂの油圧によって前進（第１のピストン７５方向へ押圧）されるため、可動シリンダ７８を介して第１の入力ディスク３２を前進（第１の出力ディスク６側へ押圧）する。このとき、可動シリンダ７８はボールスプライン８３を介してシリンダ７１に支持されているため、スムーズに前進する。
【００４２】
従って、入力軸３１の回転は第１の入力ディスク３２に伝えられ、第１の入力ディスク３２と第２の入力ディスク３３とが互いに同期して回転する。第１の入力ディスク３２及び第２の入力ディスク３３の回転はパワーローラ６０を介して第１と第２の出力ディスク３６，３７に伝えられる。第１と第２の出力ディスク３６，３７の回転は出力歯車３９に伝達され、伝動歯車を介して出力軸（図示しない）により取り出される。
【００４３】
入力軸３１と出力歯車３９との間の回転速度比を変える場合には、制御弁（図示しない）の切替に基づいて第１と第２キャビティ４６，４７に対応してそれぞれ一対ずつ設けられて油圧ピストン６７を各キャビティ４６，４７毎に互いに逆方向に同じ距離だけ変位させる。
【００４４】
これら油圧ピストン６７の変位に伴って一対ずつ合計４個のトラニオン５４がそれぞれ逆方向に変位し、一方のパワーローラ６０が下側に、他方のパワーローラ６０が上側にそれぞれ変位する。この結果、各パワーローラ６０の周面と第１と第２の入力ディスク３２，３３のトラクション面３２ａ，３３ａ及び第１と第２の出力ディスク３６，３７のトラクション面３６ａ，３７ａ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、その力の向きの変化に伴ってトラニオン５４が上部ヨーク５２ａ及び下部ヨーク５２ｂに枢支した枢軸５５を中心として逆方向に揺動する。この結果、パワーローラ６０の周面と第１と第２の入力ディスク３２，３３及び第１と第２の出力ディスク３６，３７との当接位置が変化し、入力軸３１と出力歯車３９の間の回転速度比が変化する。
【００４５】
このように、第１の入力ディスク３２の外周部とシリンダ７１とをボールスプライン８３で係合することにより、入力軸３１と第１の入力ディスク３２との間にボールスプラインを設ける必要がなく、接線力が小さく、ボールスプライン８３のボール、溝数を少なくすることができる。
【００４６】
また、入力軸３１にボールスプラインを設ける必要がないため、第１の入力ディスク３２の内径部や入力軸３１の応力集中がなくなり、小型化が可能となる。また、ディスクの内径は、特開平１１−１４１５６４号公報に示されるように楕円形に変形してしまう。このため、従来のようにディスクの内径部にボールスプラインを設けると、片当り等が発生して玉の剥離などを考慮する必要があるが、この発明は変形の少ない部分であるため、玉が均等に荷重を受けることができ、片当り等が発生及び玉の剥離などの心配はない。
【００４７】
また、油圧ローディング装置３４の油圧室７０より外周にボールスプライン８３を設けることにより、シールを設ける必要がなく、潤滑は油圧室７０からの油漏れによって行うことができる。さらに、入力軸３１に油路のための穴加工を行う必要がなく、応力低下につながり、入力軸３１が細径化でき、トロイダル型無段変速機の小型化、軽量化を図ることができる。
【００４８】
図３は第２の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。本実施形態の油圧ローディング装置３４は、第１の入力ディスク３２の外周部にはシリンダ７１の内周面に設けられたスプライン溝８１と対応してスプライン溝８７が直接設けられている。そして、スプライン溝８１と８７との間には複数個のボール８２が介在され、ボールスプライン８８が構成されている。
【００４９】
さらに、第１の入力ディスク３２の外周部における背面で、スプライン溝８７に対応した位置には潤滑油供給路としての凹溝８６が径方向に貫通して設けられている。従って、空気室７０ｃとボールスプライン８８とは凹溝８６を介して連通しており、凹溝８６は第１と第２のピストン７５，７６の前進・後退時における圧力変動によって空気室７０ｃ内の潤滑油がボールスプライン８８に供給されるようになっている。
【００５０】
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、第１の入力ディスク３２の外周部にスプライン溝８７を直接設けることにより、油圧ローディング装置３４に可動シリンダが不要となり、一層小型化、軽量化を図ることができる。
【００５１】
なお、前記実施形態においては、油圧ローディング装置をダブルピストンにして油圧を下げることができるようにしたが、シングルピストンでも同様な作用がある。また、ダブルキャビティ式について説明したが、シングルキャビティ式トロイダル型無段変速機にも適用できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、入力ディスクへの動力を行い、かつ摺動する部品同士の結合を径が大きなところで伝達することができるため、接線力が小さくなり、摺動抵抗が小さくなり、押付け力の減少を抑えることができ、トラクション面の滑りを抑えることができる。
【００５３】
さらに、請求項２の発明によれば、請求項１の摺動部にボールスプラインを配置することにより、摺動抵抗を小さくでき、またボールスプラインのボール、溝数を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態におけるダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機の縦断側面図。
【図２】同実施形態におけるダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機の縦断正面図。
【図３】この発明の第２の実施形態を示し、油圧ローディング装置の一部を示す縦断側面図。
【符号の説明】
３１…入力軸、３２，３３…入力ディスク、３４…油圧ローディング装置、３６，３７…出力ディスク、５４…トラニオン、６０…パワーローラ、７０…油圧室、７１…シリンダ、７５，７６…ピストン、８３，８５…ボールスプライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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