| 【発明の名称】 |
トロイダル型無段変速機 |
| 【発明者】 |
【氏名】山崎 淳
【氏名】井上 英司
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| 【要約】 |
【課題】この発明は，入力ディスクを回転軸に支持するボールスプラインのボール同士の擦れ合いを回避してボールスプラインの摺動抵抗を低減したトロイダル型無段変速機を提供する。
【解決手段】ボールスプライン１６は，ボール１７の間に直径の小さいスペーシングボール１８を設ける。入力ディスク４が回転軸３に対して軸方向に移動する時，ボール１７はスプライン溝１９，２０の中で入力ディスク４からの荷重を受けて回転する。一方，スペーシングボール１８はボール１７よりも径が小さいので，入力ディスク４からの荷重を受けずにボール１７の回転に伴って回転する。従って，ボール１７とスペーシングボール１８との擦れ合いを回避でき，ボールスプライン１６の摺動抵抗を低減できる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ケーシングに回転可能に支持された回転軸，前記回転軸にボールスプラインを介して軸方向に移動可能で且つ前記回転軸と一体回転可能に支持された入力ディスク，前記入力ディスクに対向して配置され且つ前記回転軸に相対回転可能に支持された出力ディスク，前記入力ディスクと前記出力ディスクとの間に配置され且つ前記両ディスクに対する傾転角度に応じて前記入力ディスクの回転を無段階に変速して前記出力ディスクに伝達するパワーローラ，入力トルクの大きさに応じたスラスト力を発生して前記入力ディスクを前記出力ディスクに向けて軸方向に移動させるカム機構を具備し，前記ボールスプラインの隣り合うボール同士の間に該ボールよりも直径の若干小さいスペーシングボールを介在させたことから成るトロイダル型無段変速機。
【請求項２】 前記スペーシングボールの材質又は表面処理は前記ボールスプラインのボールの材質又は表面処理と異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。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，自動車等の車両に適用されるトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車等の車両に適用される変速機の一つにトロイダル型無段変速機がある。一般に，トロイダル型無段変速機は，入力軸により駆動される入力ディスク，前記入力ディスクに対向して配置され且つ出力軸に駆動連結された出力ディスク，及び両ディスクに摩擦接触するパワーローラから成るトロイダル変速部を有し，パワーローラの傾転角度を変えることによって入力ディスクの回転を無段階に変速して出力ディスクに伝達することができる。２組のトロイダル変速部を同一軸上にタンデム配置したものを，ダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機と称し，現在では該タイプのものが最も一般的となっている。
【０００３】トロイダル型無段変速機においては，入力ディスクは回転軸に対して相対回転しないように支持され，これにより，入力ディスクに伝達されたトルクは回転軸に伝達される。入力ディスクは回転軸に対して軸方向に移動可能に支持され，入力ディスクに伝達されたトルクはパワーローラを介して出力ディスクに伝達される。トロイダル型無段変速機では，回転軸に対して入力ディスクを相対回転不能で且つ軸方向移動可能に支持する必要があり，そのため回転軸と入力ディスクとの結合手段として，スプライン結合が従来から一般に採用されてきた。しかし，スプライン結合によって入力ディスクと回転軸を結合した場合，スプラインの摺動抵抗により，両ディスク間の押圧力にヒステリシスが発生することになり，該押圧力が不足すると，両ディスクとパワーローラとの間に滑りが発生し，所定のトルクの伝達が行えない状態となる。
【０００４】そこで，回転軸と入力ディスクとの間の摺動抵抗を減らすために，回転軸と入力ディスクとの間に，ボールスプラインを設けたものが開発された（例えば，実公平６−３７２２２号公報，特開平２−１６３５４９号公報参照）。この種のトロイダル型無段変速機として，具体的には，例えば，図５に示すようなものがある。図５は従来のダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機における一方のトロイダル変速部１のみを図示したものであり，他方のトロイダル変速部２（図１参照）を省略したものである。
【０００５】図５に示すように，入力ディスク４及び出力ディスク５は一本の中空に形成された回転軸３に支持され，回転軸３は変速機のケーシング２５に対して軸方向に若干の移動が可能となるように取り付けられている。入力ディスク４はボールスプライン４０を介して回転軸３に相対回転しないように且つ軸方向に移動できるように取り付けられている。出力ディスク５は，回転軸３に相対回転可能に嵌合されたスプロケットの軸部の連結軸２２にスプライン嵌合され，出力ディスク５に伝達されたトルクはスプロケットを介して取り出される。
【０００６】入力ディスク４の外側（図５中左方）には，カム機構４１が設けられている。カム機構４１は，フランジ状のローディングカム１４と，ローディングカム１４のカム面と，カム面と入力ディスク４の外側面との間に介在するカムローラ１５とによって構成されている。ローディングカム１４は回転軸３に相対回転可能に嵌合されるとともに，スラストベアリング４２を介して回転軸３の左端に形成された鍔部４３に係止され，ローディングカム１４に作用する図中左方への押圧力は，スラストベアリング４２及び鍔部４３を介して回転軸３に伝達されるようになっている。また，入力ディスク４とローディングカム１４との間には，皿ばね４４がニードルベアリング４５を介して介在され，皿ばね４４の付勢力はローディングカム１４で発生される押圧力と並列関係となる。
【０００７】回転軸３の左端には凹部４６が形成されており，凹部４６に入力軸がニードルベアリングを介して回転自在に嵌合・支持され，入力軸のフランジ部が継手３９を介してローディングカム１４に連結される。
【０００８】上記のトロイダル型無段変速機は，エンジンからのトルクは，入力軸から継手３９を介してローディングカム１４に伝達され，ローディングカム１４と入力ディスク４との間で相対回転が生ずることにより，これら両者間にカムローラ１５が圧接され，圧接力で入力ディスク４にトルクが伝達されると共に，その圧接力は入力トルクに比例して増大され，入力ディスク４の図中右方への押圧力としても作用する。入力ディスク４に伝達されたトルクによって，トロイダル変速部１が駆動される。トロイダル変速部１は，入力ディスク４の回転がパワーローラ６に伝達され，更にパワーローラ６の回転が出力ディスク５に伝達されるので，パワーローラ６の傾転角度を変えることによって，入力ディスク４の回転を無段階に変速して出力ディスク５に伝達することができる。入力ディスク４に伝達されたトルクは，ボールスプライン４０を介して回転軸３に伝達され，回転軸３から他方のトロイダル変速部２の入力ディスク７にも伝達され，他方のトロイダル変速部２も駆動される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで，入力ディスク４がボールスプライン４０を介して回転軸３に相対回転不能で且つ軸方向移動可能に取り付けられていることは，上記のとおりであるが，ローディングカム１４と入力ディスク４との間で相対回転が生ずることにより，入力ディスク４は図５の右方向へ移動し，回転軸３は逆に左方向へ移動する。図６に示すように，入力ディスク４と回転軸３との間には，３個のボール１７がスプライン溝１９，２０に嵌め込まれ，ボールスプライン４０を形成している。入力ディスク４と回転軸３とが反対方向に移動すると，ボール１７は図６に矢印Ａで示すように，同一方向に回転する。図７に矢印Ａ，Ｂで示すように，隣り合うボール１７同士はお互いの摩擦力で反対方向に回転しようとする傾向があるにも拘わらず，同一方向Ａに回転することになるので，隣り合うボール１７同士で擦れ合い，摺動抵抗が発生する。該摺動抵抗のため，トロイダル変速部１に加わるべき押圧力が不足し，トロイダル変速部１でスリップが発生する。即ち，両ディスク４，５とパワーローラ６との間に滑りが発生し，所定どおりのトルクの伝達が行えない状態となる。
【００１０】従って，ボールスプラインを介して入力ディスクを回転軸に支持した従来のトロイダル型無段変速機において，ボールスプラインに用いられる隣り合うボール同士の擦れ合いを回避することによってボールスプラインの摺動抵抗を低減することが課題となっている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記課題を解決することであり，ボールスプラインの摺動抵抗を低減し，トロイダル変速部に加わるべき押圧力が十分に得られるようにすることにより，トロイダル変速部でスリップが発生するのを防止し，入力ディスクとパワーローラと出力ディスクとの間に滑りが発生するのを防止し，所定どおりのトルクの伝達が行えるように構成したトロイダル型無段変速機を提供することである。
【００１２】この発明は，ケーシングに回転可能に支持された回転軸，前記回転軸にボールスプラインを介して軸方向に移動可能で且つ前記回転軸と一体回転可能に支持された入力ディスク，前記入力ディスクに対向して配置され且つ前記回転軸に相対回転可能に支持された出力ディスク，前記入力ディスクと前記出力ディスクとの間に配置され且つ前記両ディスクに対する傾転角度に応じて前記入力ディスクの回転を無段階に変速して前記出力ディスクに伝達するパワーローラ，入力トルクの大きさに応じたスラスト力を発生して前記入力ディスクを前記出力ディスクに向けて軸方向に移動させるカム機構を具備し，前記ボールスプラインの隣り合うボール同士の間に該ボールよりも直径の若干小さいスペーシングボールを介在させたことから成るトロイダル型無段変速機に関する。
【００１３】このトロイダル型無段変速機は，上記のように，スペーシングボールの直径をボールスプラインのボールの直径よりも若干小さくしたので，入力ディスク及び回転軸から受ける荷重は全てボールスプラインのボールが受け，スペーシングボールは受けない。しかも，スペーシングボールをボールスプラインの隣り合うボール同士の間に介在させたので，ボールの回転方向とスペーシングボールの回転方向は逆になり，ボールスプラインのボールとスペーシングボールとが互いに擦れ合うことはない。従って，ボールスプラインの隣り合うボール同士の擦れ合いを回避でき，ボールスプラインの摺動抵抗を低減できる。
【００１４】また，上記トロイダル型無段変速機において，前記スペーシングボールの材質又は表面処理は前記ボールスプラインのボールの材質又は表面処理と異なるものである。このように，ボールスプラインのボールとスペーシングボールとで，材質又は表面処理を異ならせたことによって，両者の違いを簡単に識別することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明によるトロイダル型無段変速機の実施例について説明する。図１はこの発明によるトロイダル型無段変速機の一実施例を示す概略図である。このトロイダル型無段変速機を構成する一方のトロイダル変速部１の詳細な構造は，ボールスプラインの構造を除いて，図５で説明した従来のものと基本的には同一構造であるから，同一の部品には同一符号を付し，それらの説明を省略する。
【００１６】このトロイダル型無段変速機は，２組のトロイダル変速部１，２を同一軸上にタンデム配置した，いわゆる，ダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機と称されるものである。一方のトロイダル変速部１は，図５に示したものと基本的に同じ構造であって，入力ディスク４と，入力ディスク４に対向して配置された出力ディスク５と，入力ディスク４と出力ディスク５との間に配置され且つ両ディスク４，５のトロイド曲面に摩擦係合するパワーローラ６から構成されている。他方のトロイダル変速部２もトロイダル変速部１と同様に，入力ディスク７と，入力ディスク７に対向して配置された出力ディスク８と，入力ディスク７と出力ディスク８との間に配置され且つ両ディスク７，８のトロイド曲面に摩擦係合するパワーローラ９とから構成されている。各トロイダル変速部１，２には，パワーローラ６，９がそれぞれ２つずつ設けられている。パワーローラ６，９は，それぞれ自己の回転軸線１０の周りに回転自在であり，且つ回転軸線１０に直交する傾転軸１１（紙面に垂直）の周りに傾転運動をする。
【００１７】トロイダル変速部１，２における入力ディスク４，７は，回転軸３にボールスプライン１６を介してそれぞれ取り付けられ（図５参照），回転軸３の軸方向に変位可能で且つ回転軸３と一体回転可能である。ボールスプライン１６は，図２及び図３に示すように，隣り合うボール１７同士の間にボール１７よりも直径の若干小さいスペーシングボール１８，１８が設けられたものである。ここで，「若干小さい」とは，入力ディスク４，７にかかる荷重をボール１７で受け，スペーシングボール１８では受けないような大きさという意味である。具体的には，スペーシングボール１８の直径は，ボール１７及びスプライン溝１９，２０の弾性変形分だけボール１７の直径よりも小さく形成すれば，スペーシングボール１８が荷重を分担することはないので，その程度の大きさで十分である。
【００１８】エンジンからの動力は，トルクコンバータ１２を介して回転軸３と同一軸線上に配置されている入力軸１３に入力される。入力軸１３の先端は継手（図示せず）を介してローディングカム１４に係合しており，ローディングカム１４やカムローラ１５等からなるカム機構４１のカム作用によって，入力トルクの大きさに応じて，入力ディスク４，７をパワーローラ６，９に押し付けるスラスト力が発生し，入力ディスク４と，更に回転軸３を介して入力ディスク７とが回転する。従って，回転軸３は，入力ディスク４，７に対して入力軸となっている。上記スラスト力は，入力ディスク４，７と出力ディスク５，８との間でパワーローラ６，９を挟み付け，伝達トルクの大きさに応じた摩擦係合力を与える。
【００１９】各トロイダル変速部１，２において，パワーローラ６，９は傾転軸１１の周りに傾転可能であり，入力ディスク４，７の回転はそれぞれパワーローラ６，９を介して出力ディスク５，８に無段階に変速されて伝達される。パワーローラ６，９は，トラニオン（図示せず）に対して回転自在に且つ揺動自在に支持されている。
【００２０】パワーローラ６，９の回転軸線１０が回転軸３の軸線と一致している，即ち，両軸線が同一平面上にある中立位置では，パワーローラ６，９の傾転角はその時の状態を維持しており，変速比はその時の値を保持している。トルク伝達中に，トラニオンを傾転軸１１の軸方向に移動させると，それに伴ってパワーローラ６，９も傾転軸方向に変位し，パワーローラ６，９と入力ディスク４，７及び出力ディスク５，８との接触位置が，上記中立位置における接触位置から変位する。その結果，パワーローラ６，９は，両ディスクから傾転力を受け，傾転軸１１における移動方向と移動量に応じた方向と速さで傾転軸１１を中心とした傾転が生じる。このような傾転が生じると，入力ディスク４，７におけるパワーローラ６，９との摩擦接触点が描く半径と，出力ディスク５，８におけるパワーローラ６，９との摩擦接触点が描く半径との比が変化し，これによって無段変速が行われる。パワーローラ６，９の傾転制御は，例えば，コントローラによって，目標変速比が達成されるように，アクチュエータの作動を介してトラニオンの傾転軸方向変位が制御される。
【００２１】出力ディスク５，８は，一体回転できるように背面同士を連結軸２２上にスプライン嵌合によって連結されている。連結軸２２は回転軸３に相対回転可能に嵌合された中空軸であって，連結軸２２の中間部にスプロケット２４が一体的に形成されている。出力ディスク５，８は，連結軸２２を介してスラスト方向及びラジアル方向の荷重を支持する軸受（図示せず）によってケーシング２５に支持されている。出力ディスク５，８に伝達された動力は第１伝動手段であるチェーン伝動装置２３，即ち，スプロケット２４からチェーン２６及び中間スプロケット２７を経て，一端側に中間スプロケット２７が取付けられたカウンタ軸２８に取り出される。
【００２２】カウンタ軸２８の他端には，前進用クラッチ２９が配設されている。前進用クラッチ２９の出力側は歯車３０に連結され，歯車３０は変速機全体の出力軸３２に取付けられた歯車３１と噛み合い，減速機構を構成している。従って，前進用クラッチ２９はカウンタ軸２８と歯車３０とを空転状態又はトルク伝達状態に切り換え可能である。歯車３０，３１は，第２伝動手段を構成しており，第２伝動手段は，カウンタ軸２８の回転を出力軸３２に逆転して伝達する逆転伝動手段となっている。第１伝動手段であるチェーン伝動装置２３から，カウンタ軸２８，第２伝動手段である歯車３０，３１までの機構は，出力ディスク５，８の回転を逆転して出力軸３２に伝達する逆転機構を構成している。
【００２３】回転軸３と出力軸３２との間には，遊星歯車機構３３が配設されている。遊星歯車機構３３は，回転軸３に連結されたサンギヤ３４，サンギヤ３４と噛み合と共にキャリヤ３５を備えたピニオン３６，及びピニオン３６と噛み合い且つ出力軸３２に連結されたリングギヤ３７から成る。キャリヤ３５と変速機のケーシング２５との間には，キャリヤ３５をケーシング２５に対して空転状態又は固定状態に切り換える後進用クラッチ３８が組み込まれている。
【００２４】次に，このトロイダル型無段変速機の作動について説明する。エンジンの駆動に伴って，エンジンからの動力がトルクコンバータ１２を介して入力軸１３に入力され，入力軸１３に入力されたトルクは，ローディングカム１４及びカムローラ１５を介してトロイダル変速部１の入力ディスク４に伝達される。入力ディスク４はローディングカム１４等のカム作用で出力ディスク５に向かって移動してパワーローラ６に押し付けられる。入力ディスク４の回転に伴ってパワーローラ６が回転し，その回転が出力ディスク５に伝達する。これと同時に，ローディングカム１４等のカム作用によって回転軸３は入力ディスク４の移動方向と反対方向に移動し，入力軸１３からのトルクは回転軸３を介してトロイダル変速部２の入力ディスク７に入力される。入力ディスク７の回転はパワーローラ９を介して出力ディスク８に伝達される。
【００２５】ボールスプライン１６によって支持された入力ディスク４，７が回転軸３に対して軸方向に相対的に移動するとき，図３に示すように，ボール１７はスプライン溝１９，２０の中で入力ディスク４，７からの荷重を受けながら矢印Ａ方向に回転する。一方，スペーシングボール１８はボール１７よりも径が小さいので，入力ディスク４，７からの荷重を受けないため，ボール１７の回転に伴ってボール１７と反対方向Ｂに回転する。従って，ボール１７とスペーシングボール１８とがお互いに擦れ合うことを回避することができるので，ボールスプライン１６の摺動抵抗は大幅に低減される。
【００２６】ボール１７とスペーシングボール１８との大きさが異なると，回転軸３の回転に伴って，スペーシングボール１８は遠心力で外側即ちスプライン溝１９の底面に押し付けられ，ボール１７の中心点とスペーシングボール１８の中心点とがずれるが，中心点が多少ずれても，スペーシングボール１８は荷重を受けていないので，入力ディスク４，７の軸方向移動によって回転力を受けることはない。
【００２７】前進走行時には，前進用クラッチ２９を接続し，後進用クラッチ３８の接続を解除する。この状態では，カウンタ軸２８は歯車３０に対してトルク伝達状態となっており，遊星歯車機構３３のキャリヤ３５はケーシング２５に対して空転状態となっている。従って，出力ディスク５，８の回転は，連結軸２２からチェーン伝動装置２３を介し，更に，カウンタ軸２８，前進用クラッチ２９，歯車３０，歯車３１を経て，出力軸３２に出力される。入力軸１３の回転方向を正転とすると，カウンタ軸２８は逆回転し，歯車３０と歯車３１とで更に反転されて，出力軸３２には正転回転が得られる。一方，後進用クラッチ３８は接続されていないので，キャリヤ３５はケーシング２５に対して空転状態にあり，回転軸３に連結されたサンギヤ３４が回転しても，出力軸３２と共に回転するリングギヤ３７との間の回転差は，ピニオン３６が遊星運動をして吸収する。
【００２８】後進走行時には，前進用クラッチ２９の接続を解除し，後進用クラッチ３８を接続する。遊星歯車機構３３のキャリヤ３５はケーシング２５に固定状態となるので，ピニオン３６は公転不能となる。回転軸３の回転は，トロイダル変速部１，２を介さず，遊星歯車機構３３に直接に伝達される。遊星歯車機構３３では，サンギヤ３４，自転のみが可能なピニオン３６及びリングギヤ３７を介して出力軸３２に出力される。出力軸３２と共に歯車３１及び歯車３０が回転しても，前進用クラッチ２９はカウンタ軸２８と歯車３０とを空転状態としているので，出力ディスク５，８，チェーン伝動装置２３，及びカウンタ軸２８の回転と干渉することはない。入力軸１３，即ち，回転軸３の回転方向を正転とすると，サンギヤ３４の回転は正転であるが，キャリヤ３５が非回転であるためにリングギヤ３７は逆回転し，従って出力軸３２は逆回転となる。
【００２９】次に，図４に示したこの発明によるトロイダル型無段変速機の他の実施例について説明する。この実施例では，スペーシングボール２１は，その材質又は表面処理をボールスプラインのボール１７の材質又は表面処理と異ならせたものである。自動車用変速機は，ステアリングユニット（ボールスプラインを備えている）等の他の装置と異なり，修理工場で分解・組立を行うことが多い。従って，スペーシングボール２１の材質又は表面処理をボール１７のそれと異ならせることによって，例えば，スペーシングボール２１に着色することによって，両者を簡単に識別することができるので，変速機を組み立てる際に，誤組立を防止することができる。また，材質又は表面処理を異ならせる別の例として，スペーシングボール２１の表面の摩擦係数を小さくするようにしてもよい。その場合には，スペーシングボール２１がより転がり易くなるという効果がある。
【００３０】上記実施例では，２組のトロイダル変速部を同一軸上にタンデム配置したダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機とした例を示したが，これに限らず，本発明は単一のトロイダル変速部を有するシングルキャビティ式のトロイダル型無段変速機にも適用可能であることは明らかである。また，逆転機構に用いられる第１及び第２伝動手段として，チェーン伝動装置と歯車伝動装置を用いた例を示したが，ベルト伝動装置等の他の伝動装置を用いても良く，また，カウンタ軸の両端での組み合わせにおいても，出力ディスクの回転を逆転して出力軸に伝達するものであれば，任意である。
【００３１】
【発明の効果】この発明によるトロイダル型無段変速機は，上記のとおり，ボールスプラインの隣り合うボール同士の間にスペーシングボールを介在させ，しかも，スペーシングボールの直径をボールスプラインのボールの直径よりも若干小さくしたので，ボールスプラインの隣り合うボール同士の擦れ合いを回避することができる。従って，ボールスプラインの摺動抵抗は従来のものに比べて大幅に低減し，トロイダル変速部に加わるべき押圧力が十分に得られるようになり，トロイダル変速部でスリップが発生するのを防止でき，即ち入力ディスクとパワーローラと出力ディスクとの間に滑りが発生するのを防止でき，所定どおりのトルクの伝達が行えるようになり，トロイダル型無段変速機のトルク伝達効率が向上する。また，ボールスプラインのボールとスペーシングボールとで，材質又は表面処理を異ならせることによって，両者の違いを見た目で区別することができるようになるので，修理工場などで分解・組立を行う際に，両者を識別することができ，誤組立を防止することができるという利点がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００１７０
【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）２月１８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】尾仲 一宗 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２３０２９２ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）８月２７日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−５１２９７ |
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