(57)【要約】【課題】  入力トルクに対するスピン損失トルクの割合をトルクによらず一定にでき、カム面に対するローラの過押し付けを小さくすることができて、トルク伝達効率が高いローディングカム押圧装置を備えたトロイダル型無段変速機を提供する。【解決手段】  本発明のトロイダル型無段変速機は、入力軸１と入力側ディスク２との間に設けられ且つ入力側ディスク２を出力側ディスク４に向けて押圧するローディングカム式の押圧装置１２を備え、押圧装置１２は、入力軸１と共に回転するカム板１３と、このカム板１３のカム面１６と入力側ディスク２の外側面に形成されたカム面１７との間で保持器１４により保持される複数個のローラ５０とを有し、ローラ５０は、カム面１６，１７と対向する面５０ａが凸の曲面に形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転トルクが入力される入力軸と、それぞれの内側周面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に前記入力軸に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、前記入力軸と前記入力側ディスクとの間に設けられ且つ前記入力側ディスクを前記出力側ディスクに向けて押圧するローディングカム式の押圧装置とを備え、前記押圧装置は、前記入力軸と共に回転するカム板と、このカム板のカム面と前記入力側ディスクの外側面に形成されたカム面との間で保持器により保持される複数個のローラとを有し、前記ローラが前記カム板の回転によって入力側ディスクの前記カム面に押圧されることにより、入力軸からの回転トルクが、入力側ディスクに伝達されるとともに、前記パワーローラを介して所定の変速比で前記出力側ディスクに伝達されるトロイダル型無段変速機において、
前記ローラは、前記カム面と対向する面が凸の曲面に形成されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や各種産業機械の変速機として利用可能なトロイダル型無段変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用変速機として、図３および図４に略示するようなトロイダル型無段変速機を使用することが一部で実施されている。このトロイダル型無段変速機は、入力軸１と同心に入力側ディスク２を支持し、入力軸1と同心に配置された出力軸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、入力軸１並びに出力軸３に対し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が設けられている。
【０００３】
また、各枢軸５，５を中心として各トラニオン６，６を揺動させることにより、これら各トラニオン６，６の中央部に支持された変位軸９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６，６の内側面から突出する変位軸９の先端部の周囲には、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、入力側および出力側の両ディスク２，４の間に挟持されている。なお、各変位軸９，９の基端部と先端部は、互いに偏心している。
【０００４】
入力側および出力側の両ディスク２，４の互いに対向する内側面２ａ，４ａの断面はそれぞれ、枢軸５を中心とする円弧或いはこのような円弧に近い曲線を回転させて得られる凹面を成している。そして、球状の凸面に形成された各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが各内側面２ａ，４ａに当接されている。
【０００５】
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１２が設けられている。この押圧装置１２は、入力側ディスク２を出力側ディスク４に向けて弾性的に押圧している。また、押圧装置１２は、入力軸１と共に回転するカム板１３と、保持器１４により保持された複数個(例えば４個)のローラ１５，１５とから構成されている。また、カム板１３の片側面(図３および図４の左側面)には、周方向に亙って凹凸面であるカム面１６が形成され、入力側ディスク２の外側面(図３および図４の右側面)にも同様のカム面１７が形成されている。そして、複数個のローラ１５，１５は、入力軸1に対して放射方向に延びる軸を中心に回転できるように、支持されている。
【０００６】
このような構成のトロイダル型無段変速機においては、入力軸１を回転させると、その回転に伴ってカム板１３が回転し、カム面１６によって複数個のローラ１５，１５が、入力側ディスク２の外側面に設けられたカム面１７に押圧される。この結果、入力側ディスク２が複数のパワーローラ１１，１１に押圧されると同時に、1対のカム面１６，１７と複数個のローラ１５，１５の転動面との押し付け合いに基づいて、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、各パワーローラ１１，１１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に固定された出力軸３が回転する。
【０００７】
入力軸１と出力軸３との回転速度を変える場合であって、入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう場合には、枢軸５，５を中心として各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図３に示すように、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ように、各変位軸９，９を傾斜させる。
【０００８】
反対に、増速を行なう場合には、各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図４に示すように、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４ａの中心寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。各変位軸９，９の傾斜角度を図３と図４との中間にすれば、入力軸1と出力軸３との間で、中間の変速比が得られる。
【０００９】
さらに、図５および図６は、より具体化されたトロイダル型無段変速機を示している。入力側ディスク２および出力側ディスク４はそれぞれ、円管状の入力軸１８の周囲に、ニードル軸受１９，１９を介して、回転自在および軸方向に変位自在に支持されている。また、ローディングカム式の押圧装置１２を構成するためのカム板１３は、入力軸１８の端部(図５の左端部)の外周面にスプライン係合され、鍔部２０によって入力側ディスク２から離れる方向への移動が阻止されている。また、出力側ディスク４には出力歯車２１がキー２２，２２により結合されており、これら出力側ディスク４と出力歯車２１とが同期して回転するようになっている。
【００１０】
入力軸１８に対し捻れの位置にある枢軸５，５を中心として揺動する各トラニオン６，６は、支持板部７の長手方向(図６の左右方向)の両端部に、この支持板部７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８，８を有している。そして、この折れ曲がり壁部８，８によって、トラニオン６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が形成される。また、各折れ曲がり壁部８，８の外側面(支持板部７と反対側の面)には、各枢軸５，５が互いに同心的に設けられている。
【００１１】
トラニオン６，６の両端部はそれぞれ、一対の支持板２３，２３に対して揺動自在および軸方向(図５の表裏方向、図６の左右方向)に変位自在に支持されている。そして、各トラニオン６，６を構成する支持板部７の中央部に形成された円孔１０には、基端部９ａと先端部９ｂとが互いに平行で且つ偏心した変位軸９の基端部９ａが、回転自在に支持されている。また、各支持板部７の内側面から突出する各変位軸９の先端部９ｂの周囲には、パワーローラ１１が回転自在に支持されている。
【００１２】
なお、一対のトラニオン６，６毎に設けられた一対の変位軸９，９は、入力軸１８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９，９の先端部９ｂが基端部９ａに対して偏心している方向は、入力側および出力側の両ディスク２，４の回転方向に対して同方向(図６で左右逆方向)となっている。また、偏心方向は、入力軸１８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１８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１８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。
【００１３】
また、各パワーローラ１１，１１の外側面と各トラニオン６，６を構成する支持板部７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。
【００１４】
さらに、各トラニオン６，６の一端部(図６の左端部)にはそれぞれ駆動ロッド２９が結合されており、各駆動ロッド２９の中間部外周面に駆動ピストン３０が固設されている。そして、これら各駆動ピストン３０はそれぞれ、駆動シリンダ３１内に油密に嵌装されている。
【００１５】
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１８の回転は、押圧装置１２を介して、入力側ディスク２に伝えられる。そして、この入力側ディスク２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して出力側ディスク４に伝えられ、さらにこの出力側ディスク４の回転が、出力歯車２１より取り出される。
【００１６】
入力軸１８と出力歯車２１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、一対のトラニオン６，６が互いに逆方向に変位する。例えば、図６の下側のパワーローラ１１が同図の右側に、同図の上側のパワーローラ１１が同図の左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と入力側ディスク２および出力側ディスク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、各トラニオン６，６が、支持板２３，２３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。
【００１７】
その結果、前述の図３および図４に示したように、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各内側面２ａ，４ａとの当接位置が変化し、入力軸１８と出力歯車２１との間の回転速度比が変化する。また、これら入力軸１８と出力歯車２１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に付属の外輪２８が、各変位軸９の基端部９ａを中心として僅かに回動する。これら各外輪２８の外側面と各トラニオン６を構成する支持板部７の内側面との間には、各スラストニードル軸受２５が存在するため、前記回動は円滑に行なれる。したがって、前述のように各変位軸９，９の傾斜角度を変化させるための力が小さくて済む。
【００１８】
ところで、上記構成のトロイダル型無段変速機では、ローディングカム式の押圧装置１２におけるローラ１５の転動が円滑に行なわれることが必要である。しかしながら、従来にあっては、ローラ１５の転動面であるカム面１６，１７にローラ１５が食い込み、エッジロードによる圧痕等がカム面１６，１７に生じることにより、ローラ１５の円滑な転動が妨げられるという問題が生じていた。そのため、これを解決するべく、例えば、カム面１６，１７と転接するローラ１５の端面にクラウニングを施し、エッジロードによる圧痕等がカム面１６，１７に生じないようにする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１９】
具体的には、図７に示すように、ローラ１５は全体が円柱状に形成されており、カム面１６，１７と対向するローラ１５の対向面は、ローラ１５の軸方向（図７の左右方向）に対して垂直な方向に延在する平坦な端面１５ａと、この平坦な端面１５ａからローラ１５の外周面１５ｃに向かってローラ外径を徐々に増大させるべく傾斜する傾斜面としてのクラウニング部１５ｂとを有している。このような形状によれば、クラウニング部１５ｂの存在により、ローラ１５が傾斜した場合であっても、ローラ１５の一部によりカム面１６，１７に圧痕が付くことが防止される。
【００２０】
また、一方で、ローラ１５の代わりにボールを用いることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００２１】
【特許文献１】実開平４−１２１５６７号公報
【特許文献２】特開２００２−１４７５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ところで、ローディングカム式の押圧装置１２における前記ローラ１５は、カム面１６，１７を乗り上げる際には、スラストコロ軸受と同様の運動を行ない、ローラ１５とカム面１６，１７との接触部でスピンが発生する。そして、このスピンによるロスが押圧装置１２の効率を下げる要因になっている。
【００２３】
スピンによる損失は、図８に示すように、ローラ１５とカム面１６，１７との間の接触長さＬに応じて大きくなる。すなわち、図中にＡで示す低トルク伝達時においては、ローラ１５とカム面１６，１７との間の接触長さＬａが短いため、スピン損失量（図中に黒く塗り潰してある面積がスピン損失量に相当する）は少ないが、図中にＢで示す高トルク伝達時においては、ローラ１５とカム面１６，１７との間の接触長さＬｂが長いため、スピン損失量は大きくなる。
【００２４】
この点に関し、図７に示すようなクラウニング部１５ｂを有する従来のローラ１５について考えると、この従来のローラ１５においては、図９に示すように、トルクの大小で接触長さが殆ど変わらない。すなわち、低トルク伝達時おけるローラ１５とカム面１６，１７との間の接触長さＬ１と、高トルク伝達時おけるローラ１５とカム面１６，１７との間の接触長さＬ２との間で大きな差はない。そのため、入力トルクに対するスピン損失トルクの割合は、低トルク側でかなり大きくなる傾向にある。
【００２５】
一般に、ローディングカム式の押圧装置１２は、入力トルクに対応して、一定の割合でスラスト力（軸方向押し付け力）を発生させるという性質であるため、入力トルクに対するスピン損失トルクの割合がトルクによって一定しない図７のようなローラ１５の場合には、スピン損失割合の大きい低トルクに合わせて設計しなければならない。そのため、高トルク領域では、ローラ１５がカム面１６，１７に対して過押し付けとなり、押圧装置１２のみならず、トロイダル型無段変速機全体の効率が低下するという問題があった（図１０参照）。
【００２６】
一方、特許文献２に開示されるように、ローラ１５の代わりにボールを用いると、ローラ１５を用いた場合と同荷重で耐久性を同等にしたい場合は、面圧を下げるため接触楕円が大きくなってしまい、効率が低下してしまう。また、接触楕円を小さくしようとすると、ボールの外径が大きくなり、軸方向長さが大きくなって、車載性が悪くなる。
【００２７】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、入力トルクに対するスピン損失トルクの割合をトルクによらず一定にでき、カム面に対するローラの過押し付けを小さくすることができて、トルク伝達効率が高いローディングカム押圧装置を備えたトロイダル型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】
【００２８】
前記目的を達成するために、請求項１に記載のトロイダル型無段変速機は、回転トルクが入力される入力軸と、それぞれの内側周面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に前記入力軸に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されたパワーローラと、前記入力軸と前記入力側ディスクとの間に設けられ且つ前記入力側ディスクを前記出力側ディスクに向けて押圧するローディングカム式の押圧装置とを備え、前記押圧装置は、前記入力軸と共に回転するカム板と、このカム板のカム面と前記入力側ディスクの外側面に形成されたカム面との間で保持器により保持される複数個のローラとを有し、前記ローラが前記カム板の回転によって入力側ディスクの前記カム面に押圧されることにより、入力軸からの回転トルクが、入力側ディスクに伝達されるとともに、前記パワーローラを介して所定の変速比で前記出力側ディスクに伝達されるトロイダル型無段変速機であって、前記ローラは、前記カム面と対向する面が凸の曲面に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のトロイダル型無段変速機によれば、カム面と対向するローラの面が凸の曲面に形成されているので、ローラとカム面との間の接触長さをトルクの変化に伴って大きく変化させることができる（トルクの大小で接触長さを変化させることができる）。そのため、入力トルクに対するスピン損失トルクの割合をトルクによらず略一定にすることができ、その結果、高トルク伝達時に合せてカムを設計でき、高トルク伝達時におけるカム面に対するローラの過押し付けを小さくすることができる。したがって、押圧装置のみならず、変速機全体のトルク伝達効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の特徴は、ローディングカム式の押圧装置におけるローラの形状を改良した点にあり、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〜図９と同一の符号を付してその詳細な説明を省略することにする。
【００３１】
図１には、本発明の実施形態に係るローディングカム式の押圧装置におけるローラ５０が示されている。図示のように、ローラ５０は、全体が略円柱状に形成されており、カム板１３のカム面１６および入力側ディスク２の外側面に設けられたカム面１７と対向する対向面５０ａが凸の曲面に形成されている。特に、本実施形態において、対向面５０ａは、その断面形状がローラ５０内部の任意の点を中心とする曲率半径がＲの円弧状に形成されている。
【００３２】
このように、カム面１６，１７と対向するローラ５０の対向面５０ａを凸の曲面に形成すると、ローラ５０とカム面１６，１７との間の接触長さをトルクの変化に伴って大きく変化させることができる。すなわち、図２に示すように、低トルク伝達時おけるローラ５０とカム面１６，１７との間の接触長さＬ１と、高トルク伝達時おけるローラ５０とカム面１６，１７との間の接触長さＬ２との間の差を大きくすることができる。そのため、入力トルクに対するスピン損失トルクの割合をトルクによらず略一定にすることができて、高トルク伝達時におけるカム面１６，１７に対するローラ５０の過押し付けを小さくすることができる。したがって、押圧装置１２のみならず、変速機全体のトルク伝達効率を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、シングルキャビティ式あるいはダブルキャビティ式など、様々なタイプのトロイダル型無段変速機に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係るローディングカム式の押圧装置におけるローラの端部の側面図である。
【図２】図１のローラとカム面との接触長さを低トルク伝達時と高トルク伝達時とで比較した図である。
【図３】従来から知られているの基本的構成を最大減速時の状態で示す側面図である
【図４】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増速時の状態で示す側面図である。
【図５】従来の具体的構造の一例を示す断面図である。
【図６】図５のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図７】従来のローディングカム式の押圧装置におけるローラの端部の側面図である。
【図８】ローラとカム面との接触部でのスピンによる損失トルクを接触長さとの関係で示した図である。
【図９】図７のローラとカム面との接触長さを低トルク伝達時と高トルク伝達時とで比較した図である。
【図１０】入力トルクと押し付け力との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３５】
１，１８  入力軸
２    入力側ディスク
４    出力側ディスク
１１    パワーローラ
１２    押圧装置
１３    カム板
１４    保持器
１６，１７    カム面
５０    ローラ
５０ａ    対向面
【図１】
2005163889.tif 000003
【図２】
2005163889.tif 000004
【図３】
2005163889.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005163889.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005163889.tif 000011
【図１０】
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