JP5849643B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Description

この発明は、例えば車両（自動車）用、建設機械用、航空機等で使用される発電機用、ポンプ等の各種産業機械用の自動変速機として利用する、ハーフトロイダル型のトロイダル型無段変速機の改良に関する。

自動車用自動変速装置として使用可能なトロイダル型無段変速機が、従来から広く知られている。又、トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを組み合わせて無段変速装置を構成する事も、特許文献１に記載される等により、従来から広く知られている。この無段変速装置は、図８〜９に示す様に、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機１と、前段、中段、後段の３段階のユニットを備えた遊星歯車式変速機２とを、低速用クラッチ３と高速用クラッチ４とを介して組み合わせて成る。そして、これら両クラッチ３、４の断接状態を切り換えると共に、前記トロイダル型無段変速機１の変速比を調節する事により、入力軸５と出力軸６との間の変速比を無限大に調節可能としている。即ち、前記低速用クラッチ３を接続すると共に前記高速用クラッチ４の接続を断った低速モード状態で、前記トロイダル型無段変速機１の変速比を調節する事により、前記入力軸５を一方向に回転させた状態のまま、前記出力軸６を、停止状態を挟んで、両方向に回転させられる様にしている。これに対して、前記高速用クラッチ４を接続すると共に前記低速用クラッチ３の接続を断った高速モード状態で、前記トロイダル型無段変速機１の変速比を増速側に変化させる程、前記無段変速装置全体としての変速比も増速側に変化させる様にしている。

上述の様な無段変速装置に組み込まれる前記トロイダル型無段変速機１は、互いに同期して回転する１対の入力ディスク７ａ、７ｂと、これら両入力ディスク７ａ、７ｂ同士の間に、これら両入力ディスク７ａ、７ｂに対する相対回転を可能に支持した出力ディスク８と、複数のパワーローラ９、９とを備える。これら各パワーローラ９、９は、それぞれトラニオン１０ａ、１０ｂの内側面に、それぞれ複数個ずつの転がり軸受を介して回転及び前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の軸方向に関する若干の変位を可能に支持した状態で、この出力ディスク８の軸方向両側面と前記両入力ディスク７ａ、７ｂの軸方向片側面との間に、それぞれ複数個ずつ挟持されている。そして、前記各パワーローラ９、９は、前記両入力ディスク７ａ、７ｂの回転に伴って回転する事により、これら両入力ディスク７ａ、７ｂと前記出力ディスク８との間で動力を伝達する。

前記トロイダル型無段変速機１の変速比の調節は、前記各トラニオン１０ａ、１０ｂをそれぞれ油圧式のアクチュエータ１１、１１により、これら各トラニオン１０ａ、１０ｂの両端部に互いに同心に設けた各傾転軸１２、１２の軸方向に変位させる事により行う。前記各トラニオン１０ａ、１０ｂをこれら各傾転軸１２、１２の軸方向に変位させると、これら各トラニオン１０ａ、１０ｂに支持された前記各パワーローラ９、９の周面と、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の軸方向側面との転がり接触部（トラクション部）に作用する接線方向の力の向きが、前記各傾転軸１２、１２の軸方向に対し変化する。具体的には、前記各トラクション部が中立位置（各トラクション部の中心が、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の中心軸を含み、前記各傾転軸１２、１２の中心軸同士を結ぶ仮想直線に対し直交する仮想平面上に存在する状態）からずれると、ずれの方向に応じ、前記各トラニオン１０ａ、１０ｂに、前記各傾転軸１２、１２を中心として、減速側又は増速側に揺動させる方向の力が加わる。そして、前記各トラクション部の位置が、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の径方向に関して変化し、前記変速比が変化する。この変速比が所望の値になった状態で、前記各トラクション部を前記中立位置に戻せば、前記トロイダル型無段変速機１の変速比を、前記所望の値に保持できる。

上述の様に、前記トロイダル型無段変速機１の変速比を所望の値に調節し、調節後の値に保持する為の機構に就いて、特許文献２の記載に基づいて説明する。この機構は、図１０に示す様に、変速比制御弁１３と、ステッピングモータ１４と、プリセスカム１５とにより構成している。このうちの変速比制御弁１３は、スプール１６とスリーブ１７とを、軸方向の相対変位を可能に組み合わせたもので、これらスプール１６とスリーブ１７との相対変位に基づき、油圧源１８と、前記アクチュエータ１１の油圧室１９ａ、１９ｂとの給排状態を切り換える。又、前記スプール１６と前記スリーブ１７とは、前記各トラニオン１０ａ、１０ｂのうちの何れか１個のトラニオン１０ａの動きと前記ステッピングモータ１４とにより、相対変位させる様にしている。又、前記プリセスカム１５は、各トラニオン１０ａの下端部から連続して、前記各アクチュエータ１１、１１のピストン２０、２０に連結したロッド２１ａ、２１ｂのうちの何れか１本（図９の左側）のロッド２１ａの先端部（図９の下端部）に固定している。そして、この何れか１本のロッド２１ａの基端部を結合したトラニオン１０ａの動き、即ち、前記傾転軸１２の軸方向の変位及びこの傾転軸１２を中心とする揺動変位を、前記プリセスカム１５及びリンク腕２２を介して前記スプール１６に伝達してこのスプール１６を軸方向に変位させ、前記ステッピングモータ１４により前記スリーブ１７を軸方向に変位させる様にしている。

前記トロイダル型無段変速機１の変速比を調節する際には、前記ステッピングモータ１４により前記スリーブ１７を所定位置にまで変位させ、前記変速比制御弁１３を所定方向に開く。すると、前記各トラニオン１０ａ、１０ｂに付属の前記各アクチュエータ１１、１１の油圧室１９ａ、１９ｂに対して圧油が所定方向に給排され、これら各アクチュエータ１１、１１により前記各トラニオン１０ａ、１０ｂが、それぞれ前記各傾転軸１２、１２の軸方向に変位する。この結果、これら各トラニオン１０ａ、１０ｂに支持された前記各パワーローラ９、９に関する前記各トラクション部が前記中立位置からずれて、前記変速比が変化し始める。この様にこれら各トラクション部がこの中立位置からずれて変速比が変化し始める瞬間には、前記各トラニオン１０ａ、１０ｂの軸方向変位に伴って、前記変速比制御弁１３の開閉状態が、前記所定方向とは逆方向に切り換わる。従って、前記各トラニオン１０ａ、１０ｂは、変速の為に揺動変位を開始し始めた瞬間から、軸方向に関して中立位置に向け移動し（戻り）始める。そして、前記変速比が前記所望の値になった状態で、前記各トラクション部が前記中立位置に戻ると同時に、前記変速比制御弁１３が閉じられる。この結果、前記トロイダル型無段変速機１の変速比が、前記所望の値に保持される。

ところで、上述の様なトロイダル型無段変速機１により前記両入力ディスク７ａ、７ｂと前記出力ディスク８との間で動力を伝達する為には、前記各トラクション部の面圧を十分に確保する必要がある。この為に、前記図８に示した構造には、油圧式の押圧装置２３を組み込んでいる。前記無段変速装置の運転時には、前記入力軸５により一方（図８の左方）の入力ディスク７ａを、前記押圧装置２３を介して回転駆動する。この結果、入力回転軸２４の両端部に支持された前記両入力ディスク７ａ、７ｂが、互いに近づく方向に押圧されつつ同期して回転する。そして、この回転が、前記各パワーローラ９、９を介して前記出力ディスク８に伝わり、この出力ディスク８から取り出される。

上述の様な無段変速装置に組み込まれているか、単独で使用されるかに拘らず、トロイダル型無段変速機１の運転時には、動力の伝達に供される各部材、即ち、前記入力、出力各ディスク７ａ、７ｂ、８と前記各パワーローラ９、９とが、前記押圧装置２３が発生する押圧力に基づいて弾性変形する。そして、この弾性変形に伴って、前記入力、出力各ディスク７ａ、７ｂ、８が軸方向に変位する。又、前記押圧装置２３が発生する押圧力は、前記トロイダル型無段変速機１により伝達するトルクが大きくなる程大きくなり、それに伴って前記各部材７ａ、７ｂ、８、９の弾性変形量も多くなる。従って、前記トルクの変動に拘らず、前記入力、出力各ディスク７ａ、７ｂ、８の内側面と前記各パワーローラ９、９の周面との接触状態を適正に維持する為に、前記各トラニオン１０ａ、１０ｂに対してこれら各パワーローラ９、９を、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の軸方向に変位させる機構が必要になる。上述した従来構造の第１例の場合には、前記各パワーローラ９、９を支持した各支持軸２５、２５の先半部を、同じく基半部を中心として揺動変位させる事により、前記各パワーローラ９、９を前記軸方向に変位させる様にしている。

上述の様な従来構造の第１例の場合、前記各パワーローラ９、９を前記軸方向に変位させる為の構造が複雑で、部品製作、部品管理、組立作業が何れも面倒になり、コストが嵩む事が避けられない。この様な問題を解決する為の技術として特許文献３には、図１１〜１６に示す様な構造が記載されている。本発明は、この図１１〜１６に示した従来構造の第２例を改良するものであるから、次に、この従来構造の第２例に就いて説明する。この従来構造の第２例の特徴は、トラニオン１０ｃに対してパワーローラ９ａを、入力、出力各ディスク７ａ、７ｂ、８（図８参照）の軸方向の変位を可能に支持する部分の構造にあり、トロイダル型無段変速機全体としての構造及び作用は、前述の図８〜９に示した従来構造の第１例と同様である。

前記従来構造の第２例を構成するトラニオン１０ｃは、両端部に互いに同心に設けられた１対の傾転軸１２ａ、１２ａと、これら両傾転軸１２ａ、１２ａ同士の間に存在し、少なくとも入力、出力各ディスク７ａ、７ｂ、８（図８参照）の径方向（図１２、１４〜１６の上下方向）に関する内側（図１２、１４〜１６の上側）の側面を円筒状凸面２６とした、支持梁部２７とを備える。前記両傾転軸１２ａ、１２ａは、それぞれラジアルニードル軸受４６、４６を介して、支持板２８、２８（図８〜９参照）に、揺動を可能に支持する。

又、前記円筒状凸面２６の中心軸イは、図１２、１５〜１６に示す様に、前記両傾転軸１２ａ、１２ａの中心軸ロと平行で、これら両傾転軸１２ａ、１２ａの中心軸ロよりも、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の径方向に関して外側（図１２、１５〜１６の下側）に存在する。又、前記支持梁部２７とパワーローラ９ａの外側面との間に設けるスラスト玉軸受２９を構成する外輪３０の外側面に、部分円筒面状の凹部３１を、この外側面を径方向に横切る状態で設けている。そして、この凹部３１と、前記支持梁部２７の円筒状凸面２６とを係合させ、前記トラニオン１０ｃに対して前記外輪３０を、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の軸方向に関する揺動変位を可能に支持している。

又、前記外輪３０の内側面中央部に支持軸２５ａを、この外輪３０と一体に固設して、前記パワーローラ９ａをこの支持軸２５ａの周囲に、ラジアルニードル軸受３２を介して、回転自在に支持している。更に、前記トラニオン１０ｃの内側面のうち、前記支持梁部２７の両端部と１対の傾転軸１２ａ、１２ａとの連続部に、互いに対向する１対の段差面３３、３３を設けている。そして、これら両段差面３３、３３と、前記スラスト玉軸受２９を構成する外輪３０の外周面とを、当接若しくは近接対向させて、前記パワーローラ９ａからこの外輪３０に加わるトラクション力を、何れかの段差面３３、３３で支承可能としている。

上述の様に構成する従来構造の第２例のトロイダル型無段変速機によれば、前記パワーローラ９ａを前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の軸方向に変位させて、構成各部材の弾性変形量の変化に拘らず、前記パワーローラ９ａの周面と前記各ディスク７ａ、７ｂ、８との接触状態を適正に維持できる構造を、簡単で低コストに構成できる。
即ち、トロイダル型無段変速機の運転時に、入力、出力各ディスク７ａ、７ｂ、８、各パワーローラ９ａ等の弾性変形に基づき、これら各パワーローラ９ａをこれら各ディスク７ａ、７ｂ、８の軸方向に変位させる必要が生じると、これら各パワーローラ９ａを回転自在に支持している前記スラスト玉軸受２９の外輪３０が、外側面に設けた部分円筒面状の凹部３１と支持梁部２７の円筒状凸面２６との当接面を滑らせつつ、この円筒状凸面２６の中心軸イを中心として揺動変位する。この揺動変位に基づき、前記各パワーローラ９ａの周面のうちで、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の軸方向片側面と転がり接触する部分が、これら各ディスク７ａ、７ｂ、８の軸方向に変位し、前記接触状態を適正に維持する。

前述した通り、前記円筒状凸面２６の中心軸イは、変速動作の際に各トラニオン１０ｃの揺動中心となる傾転軸１２ａ、１２ａの中心軸ロよりも、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の径方向に関して外側に存在する。従って、前記円筒状凸面２６の中心軸イを中心とする揺動変位の半径は、前記変速動作の際の揺動半径よりも大きく、前記両入力ディスク７ａ、７ｂと前記出力ディスク８との間の変速比の変動に及ぼす影響は少ない（無視できるか、容易に修正できる範囲に留まる）。

図１１〜１６に示した従来構造の第２例の場合、図８〜９に示した同第１例に比べて、部品製作、部品管理、組立作業が何れも容易になり、コスト低廉化を図り易いが、変速動作を安定させる面からは、改良の余地がある。この理由は、前記各支持梁部２７を中心とする前記各外輪３０の揺動変位を円滑に行わせる為、これら各支持梁部２７の両端部分に１対ずつ設けた、前記各段差面３３、３３同士の間隔Ｄを、前記各外輪３０の外径ｄよりも少し大きく（Ｄ＞ｄ）する為である。これら各外輪３０、及び、これら各外輪３０と同心に支持された前記各パワーローラ９ａは、前記間隔Ｄと前記外径ｄとの差（Ｄ−ｄ）分だけ、前記各支持梁部２７の軸方向に変位可能になる。

一方、トロイダル型無段変速機を搭載した車両の運転時、前記各パワーローラ９ａには前記各ディスク７ａ、７ｂ、８から、加速時と減速時（エンジンブレーキの作動時）とで逆方向の力（トロイダル型無段変速機の技術分野で周知の「２Ｆｔ」）が加わる。そして、この力２Ｆｔにより、前記各パワーローラ９ａが、前記各外輪３０と共に、前記各支持梁部２７の軸方向に変位する。この変位の方向は、前述した各アクチュエータ２１、２１による各トラニオン１０ａ、１０ｂ（図９参照）の変位方向と同じであり、変位量が０．１mm程度であっても、変速動作が開始される可能性がある。そして、この様な原因で変速動作が開始された場合には、運転動作とは直接関連しない変速動作となり、何れ修正されるにしても、運転者に違和感を与える。

上述の様にして生じる、運転動作とは直接関連しない変速動作の発生を抑える為には、前記間隔Ｄと前記外径ｄとの差（Ｄ−ｄ）を僅少に（例えば数十μｍ程度に）抑える事が考えられる。但し、ハーフトロイダル型のトロイダル型無段変速機の運転時には、トラクション部から前記各パワーローラ９ａ、前記各外輪３０を介して前記各支持梁部２７に加わるスラスト荷重により、前記各トラニオン１０ｃが、図１７に誇張して示す様に、前記各外輪３０を設置した側が凹となる方向に弾性変形する。そして、この弾性変形の結果、前記各トラニオン１０ｃ毎に１対ずつ設けた段差面３３、３３同士の間隔が縮まる。この様な状態でも、これら各段差面３３、３３同士の間隔Ｄが前記各外輪３０の外径ｄ以下にならない様にする為には、通常状態（前記各トラニオン１０ｃが弾性変形していない状態）での、前記間隔Ｄと前記外径ｄとの差を或る程度確保する必要がある。この結果、上述の様な、運転動作とは直接関連しない変速動作が発生し易くなる。

一方、前記特許文献３には、支持梁部側に設けた円筒状凸面の一部に係止したアンカ駒と、外輪側の凹部の内面に形成したアンカ溝とを係合させる事により、前記力２Ｆｔを支承する構造が記載されている。又、円筒状凸面と凹部との互いに整合する部分に形成された、それぞれが断面円弧形である転動溝同士の間に複数個の玉を掛け渡して、前記力２Ｆｔを支承する構造も記載されている。但し、前者の構造の場合には、前記アンカ駒を前記支持梁部に、前記力２Ｆｔを支承できる程度の強度及び剛性を確保して支持固定する事が難しく、低コスト化と十分な信頼性確保とを図りにくい。又、後者の場合には、前記力２Ｆｔが大きくなり、前記各玉の転動面と前記各転動溝との転がり接触部の面圧が上昇すると、これら各転動溝の内面に圧痕が形成され、各トラニオンに対して各外輪が揺動変位する際に振動が発生する可能性がある。

特開２００９−３０７４９号公報 特開２００６−２８３８００号公報 特開２００８−２５８２１号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、部品製作、部品管理、組立作業が何れも容易になり、コスト低廉化を図り易く、しかも変速動作を安定させられる構造を実現すべく発明したものである。

本発明のトロイダル型無段変速機は、少なくとも１対のディスクと、複数のトラニオンと、これら各トラニオンと同数のパワーローラと、同じく同数のスラスト転がり軸受と、押圧装置とを備える。
このうちの各ディスクは、それぞれが断面円弧形のトロイド曲面である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で、互いに同心に、相対回転を自在に支持している。
又、前記各トラニオンは、それぞれ、１対の傾転軸と、支持梁部と、１対の段差面とを備える。このうちの両傾転軸は、前記各トラニオンの両端部に、互いに同心に設けている。又、前記支持梁部は、これら両傾転軸同士の間に存在し、少なくとも前記各ディスクの径方向に関する内側の側面を、これら両傾転軸の中心軸と平行でこの中心軸よりも前記各ディスクの径方向に関して外側に存在する中心軸を有する、円筒状凸面としている。又、前記両段差面は、前記支持梁部の両端部に、互いに対向する状態で設けている。それぞれがこの様な構成を有する、前記各トラニオンは、軸方向に関して前記各ディスクの軸方向側面同士の間位置の周方向に関して複数箇所に、これら各ディスクの中心軸に対し捩れの位置にある前記両傾転軸を中心とする揺動変位を自在に設けている。
又、前記各パワーローラは、前記各トラニオンの内側面に、それぞれスラスト転がり軸受を介して回転自在に支持しており、球状凸面としたそれぞれの周面を、前記各ディスクの軸方向片側面にそれぞれ当接させている。
又、前記各スラスト転がり軸受は、前記各トラニオンの支持梁部と前記各パワーローラの外側面との間に設けている。そして、これら各支持梁部側に設けられた外輪と、これら各外輪の内側面に設けられた外輪軌道と前記各パワーローラの外側面に設けられた内輪軌道との間に転動自在に、それぞれ複数個ずつ設けられた転動体とを備える。
又、前記各スラスト転がり軸受の外輪は、これら各外輪の外側面に設けられた凹部と前記各支持梁部の円筒状凸面とを係合させると共に、これら各支持梁部の両端部に設けられた前記各トラニオン毎に１対ずつの段差面同士の間に配置している。そして、これら各トラニオンに対し、前記各支持梁部の軸方向の変位を規制した状態で、前記各ディスクの軸方向に関する揺動変位を可能に支持している。
更に、前記押圧装置は、前記各パワーローラを挟んだ状態で互いに対向する前記各ディスク同士を、互いに近づく方向に押圧する。

特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、前記各スラスト転がり軸受を構成する外輪のうちの、少なくとも１個の外輪自体、若しくは、この外輪に結合固定されてこの外輪と同期して変位する部材の一部に、前記支持梁部を中心とするこの外輪の揺動方向に対し傾斜した被検出面を設けている。又、運転時にも変位する事のない固定部分に支持したセンサにより、前記支持梁部の軸方向に関する、前記被検出面の変位を検出可能としている。

この様な本発明のトロイダル型無段変速機を実施する場合、具体的には、変速比制御弁の切り換えに基づいて油圧式のアクチュエータへの圧油の給排を行い、前記各トラニオンをそれぞれの両端部に設けた傾転軸の軸方向に変位させる事で、これら各トラニオンをこれら各傾転軸を中心として揺動変位させ、前記各ディスク同士の間の変速比を変更する、変速比制御手段を備える。又、前記変速比制御弁は、スプールとスリーブとの軸方向に関する相対変位に基づいて油圧回路を切り換え、前記各トラニオン毎に設けた油圧式のアクチュエータを構成するピストンを挟んで設けた１対の油圧室に圧油を給排するものとする。そして、前記スプールと前記スリーブとのうちの何れか一方の部材を、変速比設定用の第一電動アクチュエータにより軸方向に変位させ、同じく他方の部材を、前記センサの検出信号に基づいて制御される、フィードバック用の第二電動アクチュエータにより軸方向に変位させる。

又、好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、前記外輪を揺動変位可能に支持した前記支持梁部を緩く（この支持梁部を中心とするこの外輪の揺動変位を可能として）跨ぐ状態でこの外輪に、アーチ状の被検出ブラケットを支持固定する。そして、この支持梁部の軸方向に関して、この被検出ブラケットの片側面に、前記被検出面を設ける。

上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機によれば、部品製作、部品管理、組立作業が何れも容易になり、コスト低廉化を図り易く、しかも変速動作を安定させられる構造を実現できる。
このうちのコスト低廉化は、前述の図１１〜１６に示した従来構造の第２例と同様の理由により、図り易い。

又、変速動作の安定化は、外輪自体若しくはこの外輪に結合固定された部材の一部に設けた被検出面の変位を検出する事により図れる。この外輪は、トラニオンの支持梁部の軸方向に関し、パワーローラと同期して変位する為、この外輪がこの支持梁部の軸方向に変位しても、この軸方向に関する、前記パワーローラの位置を正しく検出できる。言い換えれば、従来構造の様に、トラニオンを介してパワーローラの位置を測定する場合の様に、これらトラニオンとパワーローラとの間に存在する隙間が、このパワーローラの位置測定に関する誤差に結び付く事はない。

この為、センサにより検出した前記外輪の姿勢を表す信号に基づいて、変速比制御弁の切り換えを行えば、前記トラニオンと前記パワーローラとの間に存在する隙間に拘らず、トロイダル型無段変速機の変速比を精度良く調節できる。
更に、請求項２に記載した発明の様に、アーチ状の被検出ブラケットを前記外輪に対し、支持梁部を跨ぐ状態で支持固定すれば、比較的簡単で、しかもセンサを設置し易い構造で、前記外輪の変位を求められる構造を実現できる。しかも、トロイダル型無段変速機を組み立てる以前の状態でも、前記トラニオンと前記外輪とが分離する事を防止できる。この為、これらトラニオン及び外輪を含む部分をサブアッセンブリユニットとして取り扱う事ができて、トロイダル型無段変速機の組立性の向上を図れる。

本発明の実施の形態の第１例を示す、トラニオンとスラスト玉軸受とパワーローラとを取り出して、各ディスクの径方向外側から見た斜視図。 同じく周方向且つ径方向に関して少し内方から見た斜視図。 同じく径方向外方から見た正投影図。 同じく周方向から見た正投影図。 同じくスラスト玉軸受とパワーローラとを取り出して、各ディスクの径方向外側から見た斜視図。 同じく異なる角度から見た斜視図。 スラスト玉軸受を構成する外輪と被検出ブラケットとを結合する前の状態を、図６と円周方向に関して異なる方向から見た状態で示す斜視図。 従来構造の第１例を示す断面図。 図８のＸ−Ｘ断面図。 変速比制御の為の油圧制御装置部分の略断面図。 従来構造の第２例を示す、スラスト玉軸受を介してパワーローラを支持したトラニオンを、各ディスクの径方向外側から見た斜視図。 同じく、ディスクの周方向から見た状態で示す正投影図。 図１２の上方から見た平面図。 図１２の右方から見た側面図。 図１３のＹ−Ｙ断面図。 図１２のＺ−Ｚ断面図。 パワーローラから加わるスラスト荷重に基づいてトラニオンが弾性変形した状態を誇張して示す、図１５と同方向から見た断面図。

図１〜７は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例の特徴は、トラニオン１０ｄに対してパワーローラ９ａを、スラスト荷重を支承しつつ回転自在に支持する為のスラスト玉軸受２９ａを介して、前記トラニオン１０ｄの支持梁部２７ａに対し揺動変位可能に支持した構造で、前記パワーローラ９ａの変位を、前記スラスト玉軸受２９ａを構成する外輪３０ａの変位として測定する点にある。トロイダル型無段変速機全体としての構成は、前述の図８〜９に示した構造を含めて、従来から広く知られているトロイダル型無段変速機と同様である。又、前記トラニオン１０ｄの支持梁部２７ａに対して前記スラスト玉軸受２９ａを構成する外輪３０ａを揺動変位可能に支持する為の構造は、基本的には、前述の図１１〜１６に示した従来構造の第２例と同様である。就いては、前述した、或いは特許文献１〜３に記載される等により従来から広く知られている部分の構造及び作用に就いては、図示並びに説明を、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

トロイダル型無段変速機は、それぞれがトラニオン１０ｄとパワーローラ９ａとをスラスト玉軸受２９ａを介して組み合わせて成る、複数組のパワーローラユニット３４を備える。これら各パワーローラユニット３４の仕様は、前記トラニオン１０ｄと前記パワーローラ９ａとの相対変位に結び付く仕様に関する限り、各組で同じとする。具体的には、少なくとも次述する(1)〜(3)の仕様を同じとし、前記トロイダル型無段変速機の運転時に、前記トラニオン１０ｄと前記パワーローラ９ａとを、総てのパワーローラユニット３４同士の間で、同じだけ相対変位させる。この理由は、何れか１個のトラニオン１０ｄの動き（軸方向の変位量と傾転角度との合成値）をフィードバックして、総てのトラニオン１０ｄの動きを制御する為である。この点は、前述した従来構造の場合に、複数のトラニオン１０ａ、１０ｂのうちの何れか１個のトラニオン１０ａにのみプリセスカム１５（図９参照）を設置し、この何れか１個のトラニオン１０ａの動きを変速比制御弁１３（図１０参照）にフィードバックして、総てのトラニオン１０ａ、１０ｂの動きを制御するのと同様である。

(1) 各トラニオン１０ｄにそれぞれ１対ずつ形成した段差面３３ａ、３３ａ同士の間隔Ｄと、前記外輪３０ａのうちでこれら両段差面３３ａ、３３ａ同士の間に配置される部分の、前記支持梁部２７ａの軸方向に関する寸法ｄとの差「Ｄ−ｄ」
この差「Ｄ−ｄ」を同じにする事は、トロイダル型無段変速機の運転時に、総てのパワーローラユニット３４で、前記各トラニオン１０ｄに対して前記各パワーローラ９ａ（を支持したスラスト玉軸受２９ａの外輪３０ａ）を、前記支持梁部２７ａの軸方向に関して同じだけ変位させる為に重要である。図示の例では、前記外輪３０ａの外周面形状を単なる円形としているので、この外輪３０ａの外径が、前記軸方向に関する寸法ｄとなる。これに対して、この外輪３０ａの外周面の径方向反対側２個所位置に、前記両段差面３３ａ、３３ａとの当接部の面圧を低く抑える為に、これら両段差面３３ａ、３３ａと対向する、互いに平行な１対の平坦面を形成する場合がある。この様な場合には、これら両平坦面同士の間隔が、前記軸方向に関する寸法ｄとなる。

(2) 前記各トラニオン１０ｄの支持梁部２７ａの剛性
前述の図１７により説明した様に、トロイダル型無段変速機の運転時に前記各トラニオン１０ｄは、前記各支持梁部２７ａの内側面側が凹となる方向に弾性変形し、前記両段差面３３ａ、３３ａ同士の間隔Ｄが縮まる。前記各パワーローラユニット３４同士の間で、前記各支持梁部２７ａの弾性変形量、延いては、前記間隔Ｄの変化量が異なると、前記各パワーローラユニット３４同士の間で、前記各トラニオン１０ｄに対する前記各パワーローラ９ａの変位量に差が生じる。この様な差が生じない様にする為に、前記各支持梁部２７ａの剛性、特に、各ディスクの径方向に関する曲げ剛性を同じとする事が重要になる。

(3) 前記各スラスト玉軸受２９ａのラジアル剛性
トロイダル型無段変速機の運転時に前記各パワーローラ９ａには、前述した様に、２Ｆｔと呼ばれる力が加わる。この力２Ｆｔは、前記各スラスト玉軸受２９ａを介して前記各トラニオン１０ｄに設けた何れかの段差面３３ａにより支承する。この際、前記力２Ｆｔは前記各スラスト玉軸受２９ａに対し、ラジアル方向に加わる。これら各スラスト玉軸受２９ａは、スラストアンギュラ型の玉軸受であり、スラスト荷重に加えてラジアル荷重も支承できる。但し、ラジアル荷重に基づいて、前記各パワーローラ９ａと前記各外輪３０ａとがラジアル方向（各ディスクの回転方向）に、僅かとは言え変位する事は避けられない。後述する様に、本例の構造で変速比制御の為にフィードバックするのは、前記各外輪３０ａのうちの何れか１個の外輪３０ａの変位量であるのに対して、実際に変速に関係する変位は、前記各パワーローラ９ａの変位量である。そこで、前記各スラスト玉軸受２９ａを構成する玉の数、直径、接触角を、これら各スラスト玉軸受２９ａ同士の間で互いに同じとして、これら各スラスト玉軸受２９ａのラジアル剛性を互いに同じとする。

上述の様に、前記トラニオン１０ｄと前記パワーローラ９ａとの相対変位に結び付く仕様を互いに同じとした複数組のパワーローラユニット３４のうち、何れか１個のパワーローラユニット３４に組み込んだスラスト玉軸受２９ａを構成する外輪３０ａに、アーチ状の被検出ブラケット３５を支持固定している。この被検出ブラケット３５は、被検出部３６と、この被検出部３６の両端部から互いに同じ方向に折れ曲がった１対の脚部３７ａ、３７ｂとから成る。この被検出部３６は、前記被検出ブラケット３５を前記外輪３０ａに支持固定した状態で、前記トラニオン１０ｄの両端部に互いに同心に設けた傾転軸１２ａの中心軸と同心の部分円弧状であり、片側面を被検出面３８としている。この被検出面３８は、前記傾転軸１２ａの中心軸をその中心とする円周方向に関し傾斜した傾斜面であり、前記パワーローラユニット３４を組み立てた状態で、円周方向に関する位置変化に伴って、前記支持梁部２７ａの軸方向位置が変化する。

上述の様な被検出ブラケット３５は、前記両脚部３７ａ、３７ｂの先端面に突設した円柱状の突起３９、３９を、前記外輪３０ａの外側面のうちの凹部３１の両側部分に存在する肩部４０、４０に形成した、円形の凹孔４１、４１に圧入する事で、前記外輪３０ａの外側面の所定位置に支持固定している。尚、この外輪３０ａに前記被検出ブラケット３５を支持固定するのに先立って、この外輪３０ａの凹部３１と前記支持梁部２７ａの円筒状凸面２６ａとを係合させておく（この外輪３０ａと前記トラニオン１０ｄとを組み合わせておく）。又、この外輪３０ａに前記被検出ブラケット３５を支持固定した状態で、この被検出ブラケット３５と前記支持梁部２７ａとの間には、前記トロイダル型無段変速機の運転時に各部材の弾性変形に基づく、この支持梁部２７ａに対する前記外輪３０ａの揺動変位を許容できるだけの隙間を介在させる。

尚、上述の様に、前記外輪３０ａと前記トラニオン１０ｄとを組み合わせると共に、この外輪３０ａに前記被検出ブラケット３５を支持固定した状態では、トロイダル型無段変速機を組み立てる以前の状態でも、前記トラニオン１０ｄと前記外輪３０ａとが分離する事を防止できる。又、この外輪３０ａと、前記スラスト玉軸受２９ａの他の構成部材及び前記パワーローラ９ａとは、この外輪３０ａと一体の支持軸２５ｂの先端部に係止した止め輪４４及びワッシャ４５により非分離に組み合わされている。この為、前記トラニオン１０ｄ及び前記外輪３０ａを含む、前記パワーローラユニット３４部分を、非分離に組み合わされたサブアッセンブリユニットとして取り扱う事ができて、トロイダル型無段変速機の組立性の向上を図れる。

上述の様な被検出ブラケット３５を組み込んだ、前記パワーローラユニット３４は、この様な被検出ブラケット３５を備えていない、他のパワーローラユニットと共に、例えば前述の図８〜９に示す様に、入力ディスク７ａ、７ｂと出力ディスク８との間に組み込んで、トロイダル型無段変速機１を構成する。そして、前記被検出ブラケット３５とセンサ４２との組み合わせにより、前記パワーローラユニット３４を構成する前記外輪３０ａの変位量を求め、この変位量を表す信号に基づいて、前記トロイダル型無段変速機１の変速比を、フィードバック制御により規制する様にしている。このフィードバック制御により、前記トロイダル型無段変速機１の構成各部材の弾性変形に基づいてこのトロイダル型無段変速機１の変速比が目標値からずれる、所謂トルクシフトを補正できる等、高精度の変速比制御を行える。尚、前記センサ４２は、前記トロイダル型無段変速機１を収納したケーシング４３（図８、９参照）の内面、或いはこのケーシング４３内に支持固定されたブラケット等、前記トロイダル型無段変速機１の運転時にも変位する事のない部分に支持している。

前記センサ４２の検出信号は、例えば前述の図１０に示した変速比制御の為の油圧制御装置で、変速比制御弁１３のスプール１６を軸方向に所定量（前記外輪３０ａの変位量に見合う分だけ）変位させる為に利用する。即ち、前記図１０に示した従来構造の場合には、パワーローラを支持したトラニオンの変位を機械的に前記スプール１６に伝達する様にしていた。この様な構造では、前述の図１１〜１６に示した構造の場合に、変速比制御が不安定になる事は、前述した通りである。これに対して、本例の場合には、前記トラニオン１０ｄの変位ではなく、前記外輪３０ａの変位を測定している。この外輪３０ａの変位量と前記パワーローラ９ａとの変位量は、全く同じではないが、その差は無視できる程に僅かである。従って、前記外輪３０ａの変位に基づいて前記変速比制御弁１３のスプール１６を変位させれば、前記トロイダル型無段変速機１の変速比制御を安定して行える。この変速比制御が、段差面３３ａ、３３ａ同士の間隔Ｄと、前記外輪３０ａのうちでこれら両段差面３３ａ、３３ａ同士の間に配置される部分の寸法ｄとの差「Ｄ−ｄ」の大小に影響される事はない。但し、総てのパワーローラユニット３４同士の間で、この差「Ｄ−ｄ」が等しい必要がある。

尚、前記センサ４２の出力信号に基づいて前記スプール１６を変位させる為には、前記図１０に示した構造で、変速比設定用のステッピングモータ１４と別に、フィードバック制御用のステッピングモータを設ける。そして、この変速比設定用のステッピングモータ１４が、送りねじ機構等の直動機構により前記変速比制御弁１３のスリーブ１７を軸方向に変位させるのと同様に、前記フィードバック制御用のステッピングモータにより、前記スプール１６を軸方向に変位させる。

センサの出力信号に基づいてトロイダル型無段変速機の変速比を制御する構造は、図示の様な構造に限定されない。又、図示の構造の様に、変速比設定用のステッピングモータ１４とフィードバック制御用のステッピングモータとにより、変速比制御弁１３のスプール１６とスリーブ１７とをそれぞれの軸方向に変位させる構造に於いて、各ステッピングモータにより変位させる部材１６、１７を逆にする事もできる。

又、外輪３０ａの変位を測定する為の被検出ブラケット３５の設置位置に関しても、図示の様にこの外輪３０ａの中央位置に限らず、上端位置や下端位置としても良いし、センサの設置が可能であれば、外輪の一部に、直接被検出面を設ける事もできる。
更に、センサの構造は、変位量を精度良く測定できるものであれば、非接触式、接触式の何れも採用可能である。前記外輪３０ａの揺動変位に拘らず、十分な耐久性を確保する為には、非接触式のセンサが好ましい。一方、トロイダル型無段変速機の運転時には、センサの設置部分に、トラクションオイルの飛沫が多量に浮遊する状態となるので、光電式、静電容量式等の非接触式のセンサでは、測定値の信頼性を確保できない可能性がある。この様な場合には、接触式のセンサを利用する事が好ましい。

１ トロイダル型無段変速機
２ 遊星歯車式変速機
３ 低速用クラッチ
４ 高速用クラッチ
５ 入力軸
６ 出力軸
７ａ、７ｂ 入力ディスク
８ 出力ディスク
９、９ａ パワーローラ
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ トラニオン
１１ アクチュエータ
１２、１２ａ 傾転軸
１３ 変速比制御弁
１４ ステッピングモータ
１５ プリンセスカム
１６ スプール
１７ スリーブ
１８ 油圧源
１９ａ、１９ｂ 油圧室
２０ ピストン
２１ａ、２１ｂ ロッド
２２ リンク腕
２３ 押圧装置
２４ 入力回転軸
２５、２５ａ、２５ｂ 支持軸
２６、２６ａ 円筒状凸面
２７、２７ａ 支持梁部
２８ 支持板
２９、２９ａ スラスト玉軸受
３０、３０ａ 外輪
３１ 凹部
３２ ラジアルニードル軸受
３３、３３ａ 段差面
３４ パワーローラユニット
３５ 被検出ブラケット
３６ 被検出部
３７ａ、３７ｂ 脚部
３８ 被検出面
３９ 突起
４０ 肩部
４１ 凹孔
４２ センサ
４３ ケーシング
４４ 止め輪
４５ ワッシャ
４６ ラジアルニードル軸受

Claims (2)

1. 少なくとも１対のディスクと、複数のトラニオンと、これら各トラニオンと同数のパワーローラと、同じく同数のスラスト転がり軸受と、押圧装置と、変速比制御手段とを備え、
   このうちの各ディスクは、それぞれが断面円弧形のトロイド曲面である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で、互いに同心に、相対回転を自在に支持されたものであり、
   前記各トラニオンは、それぞれの両端部に互いに同心に設けられた１対の傾転軸と、これら両傾転軸同士の間に存在し、少なくとも前記各ディスクの径方向に関する内側の側面を、これら両傾転軸の中心軸と平行でこの中心軸よりも前記各ディスクの径方向に関して外側に存在する中心軸を有する、円筒状凸面とした支持梁部と、この支持梁部の両端部に互いに対向する状態で設けられた、前記各トラニオン毎に１対ずつの段差面とを備えたもので、軸方向に関して前記各ディスクの軸方向側面同士の間位置の周方向に関して複数箇所に、これら各ディスクの中心軸に対し捩れの位置にある前記両傾転軸を中心とする揺動変位を自在に設けられており、
   前記各パワーローラは、前記各トラニオンの内側面に、それぞれスラスト転がり軸受を介して回転自在に支持され、球状凸面としたそれぞれの周面を、前記各ディスクの軸方向片側面にそれぞれ当接させており、
   前記各スラスト転がり軸受は、前記各トラニオンの支持梁部と前記各パワーローラの外側面との間に設けられたもので、これら各支持梁部側に設けられた外輪と、これら各外輪の内側面に設けられた外輪軌道と前記各パワーローラの外側面に設けられた内輪軌道との間に転動自在に、それぞれ複数個ずつ設けられた転動体とを備えたものであり、
   前記各スラスト転がり軸受の外輪は、これら各外輪の外側面に設けられた凹部と前記各支持梁部の円筒状凸面とを係合させると共に、これら各支持梁部の両端部に設けられた前記各トラニオン毎に１対ずつの段差面同士の間に配置する事により、これら各トラニオンに対し、前記各支持梁部の軸方向の変位を規制した状態で、前記各ディスクの軸方向に関する揺動変位を可能に支持されており、
   前記押圧装置は、前記各パワーローラを挟んだ状態で互いに対向する前記各ディスク同士を、互いに近づく方向に押圧するものであり、
   前記変速比制御手段は、変速比制御弁を構成するスプールとスリーブとの軸方向に関する相対変位に基づいて油圧回路を切り換え、前記各トラニオン毎に設けた油圧式のアクチュエータを構成するピストンを挟んで設けた１対の油圧室に圧油を給排し、これら各アクチュエータにより前記各トラニオンをそれぞれの両端部に設けた傾転軸の軸方向に変位させる事で、これら各トラニオンをこれら各傾転軸を中心として揺動変位させ、前記各ディスク同士の間の変速比を変更するものであるトロイダル型無段変速機であって、
   前記各スラスト転がり軸受を構成する外輪のうちの少なくとも１個の外輪自体若しくはこの外輪に結合固定されてこの外輪と同期して変位する部材の一部に、前記支持梁部を中心とするこの外輪の揺動方向に対し傾斜した被検出面を設けると共に、運転時にも変位する事のない固定部分に支持したセンサにより、前記支持梁部の軸方向に関する、前記被検出面の変位を検出可能としており、
   前記スプールと前記スリーブとのうちの何れか一方の部材を、変速比設定用の第一電動アクチュエータにより軸方向に変位させ、同じく他方の部材を、前記センサの検出信号に基づいて制御される、フィードバック用の第二電動アクチュエータにより軸方向に変位させる事を特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 前記外輪を揺動変位可能に支持した前記支持梁部を緩く跨ぐ状態でこの外輪に対し、アーチ状の被検出ブラケットが支持固定されており、この支持梁部の軸方向に関して、この被検出ブラケットの片側面に、前記被検出面が設けられている、請求項１に記載したトロイダル型無段変速機。

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