自動車用変速装置としてハーフトロイダ� ��型無段変速機を使用する事が、例えば非特� ��文献1、2等の多くの刊行物に記載され、且� �、一部で実施されて周知である。図7は、現� ��実施されているハーフトロイダル型無段変� ��機の基本構成を示している。先ず、この従� ��構造に就いて、簡単に説明する。1対の入力 側ディスク1a、1bを入力回転軸2に対し、それ� ��れがトロイド曲面(断面円弧形の凹面)であ� �て特許請求の範囲に記載した軸方向片側面� �相当する入力側内側面3、3同士を互いに対向 させた状態で、互いに同心に、且つ、同期し た回転を自在に支持している。

 又、上記入力回転軸2の中間部周囲に、中 間部外周面に出力歯車4を固設した出力筒5を� ��この入力回転軸2に対する回転を自在に支持 している。又、この出力筒5の両端部に出力� �ディスク6、6を、スプライン係合により、上 記出力筒5と同期した回転自在に支持してい� �。この状態で、それぞれがトロイド曲面で� �って特許請求の範囲に記載した軸方向片側� �に相当する、上記両出力側ディスク6、6の出 力側内側面7、7が、上記両入力側内側面3、3� �対向する。

 又、上記入力回転軸2の周囲で上記入力側 、出力側両内側面3、7同士の間部分(キャビテ ィ)に、それぞれの周面を球状凸面としたパ� �ーローラ8、8を、2個ずつ配置している。こ� �ら各パワーローラ8、8は、それぞれトラニオ ン9、9の内側面に、基半部と先半部とが偏心� ��た支持軸10、10と複数の転がり軸受とを介し て、これら各支持軸10、10の先半部回りの回� �、及び、これら各支持軸10、10の基半部を中� ��とする若干の揺動変位自在に支持されてい� ��。

 又、上記各トラニオン9、9は、それぞれ� �長さ方向(図7の表裏方向)両端部にこれら各� �ラニオン9、9毎に互いに同心に設けられた枢 軸を中心として揺動変位自在である。これら 各トラニオン9、9を揺動(傾斜)させる動作は� �油圧式のアクチュエータにより、これら各� �ラニオン9、9を上記各枢軸の軸方向に変位さ せる事により行なう。変速時には、上記各ア クチュエータへの圧油の給排により、上記各 トラニオン9、9を上記各枢軸の軸方向に変位� ��せる。この結果、上記各パワーローラ8、8� �周面と上記入力側、出力側各内側面3、7との 接触部(トラクション部)の接線方向に作用す� ��力の方向が変化する(サイドスリップが発生 する)ので、上記各トラニオン9、9が上記各枢 軸を中心として揺動変位する。

 上述の様なトロイダル型無段変速機の運� ��時には、駆動軸11により一方(図7の左方)の� �力側ディスク1aを、ローディングカム式の押 圧装置12を介して回転駆動する。この結果、� ��記入力回転軸2の両端部に支持された1対の� �力側ディスク1a、1bが、互いに近づく方向に� ��圧されつつ同期して回転する。そして、こ� ��回転が、上記各パワーローラ8、8を介して� �記両出力側ディスク6、6に伝わり、前記出力 歯車4から取り出される。

 上記入力回転軸2と上記出力歯車4との回� �速度の比を変える場合で、先ず入力回転軸2� ��出力歯車4との間で減速を行なう場合には、 上記各トラニオン9、9を図7に示す位置に揺動 させ、上記各パワーローラ8、8の周面を、上� ��各入力側ディスク1a、1bの入力側内側面3、3� ��中心寄り部分と上記両出力側ディスク6、6� �出力側内側面7、7の外周寄り部分とにそれぞ れ当接させる。反対に、増速を行なう場合に は、上記各トラニオン9、9を図7と反対方向に 揺動させ、上記各パワーローラ8、8の周面を� ��上記両入力側ディスク1a、1bの入力側内側面 3、3の外周寄り部分と上記両出力側ディスク6 、6の出力側内側面7、7の中心寄り部分とにそ れぞれ当接させる。上記各トラニオン9、9の� ��動角度を中間にすれば、上記入力回転軸2と 出力歯車4との間で、中間の速度比(変速比)を 得られる。

 上述の図7に示した従来構造の場合、各キ ャビティ毎にパワーローラ8、8を2個ずつ、合 計4個設けている。これら4個のパワーローラ4 、4は、動力の伝達方向に対し並列に設けら� �ている為、上記入力回転軸2と上記出力歯車4 との間で動力を伝達する際には、上記4個の� �ワーローラ8、8が、この動力を1/4ずつ伝達す る。従って、伝達可能な動力を大きくする為 には、上記各キャビティ毎に設けるパワーロ ーラの数をより多くし、これら各パワーロー ラが伝達する動力を低く抑える事が考えられ る。

 この様な事情に鑑みて特許文献1には、各 キャビティ毎に設けるパワーローラの数を3� �とした、トロイダル型無段変速機に関する� �明が記載されている。この様な特許文献1に� ��載された発明は、変速の為の機構は、上述� ��図7に記載した従来構造と同じである。この 為、各トラニオンを枢軸の軸方向に変位させ る為のアクチュエータが嵩張り、トロイダル 型無段変速機全体としての小型・軽量化を図 りにくい。この様な事情に鑑みて、特許文献 2には、各キャビティ毎に3個ずつ、合計6個設 けられたトラニオンを、それぞれ揺動フレー ムに対し揺動自在に支持すると共に、この揺 動フレームの揺動に基づいて上記各トラニオ ンに変速の為の変位をさせる構造が記載され ている。この様な特許文献2に記載された発� �の構造によれば、上記特許文献1に記載され� ��発明に比べれば、小型・軽量化を図り易い� ��但し、高出力のエンジンを搭載した小型自� ��車用の自動変速機として実施する場合の様� ��、条件によっては、十分な小型・軽量化を� ��れない可能性がある。

 この様な事情に鑑みて考えられた構造に� ��する発明として、特許文献3に記載されたも のが知られている。この特許文献3に記載さ� �たトロイダル型無段変速機は、図8~9に示す� �な変速機構を備える。この図8~9に示した従� �構造の場合、入力回転軸2の周囲で入力側、� ��力側両ディスク1、6同士の間部分に揺動フ� �ーム13を、この入力回転軸2を中心とする揺� �を可能に設けている。そして、この揺動フ� �ーム13の径方向外端部に設けた支持板部14、1 4同士の間に、それぞれの内側面にパワーロ� �ラ8a、8aを回転自在に支持した3個のトラニオ ン9a、9aを、それぞれの両端部に設けた枢軸15 、15を中心とする揺動のみ可能として支持し� ��いる。これら各トラニオン9a、9aは、先に述 べた図7に示した構造とは異なり、上記揺動� �レーム13に対し枢軸15、15の軸方向に変位す� �事はない。この状態で上記各パワーローラ8a 、8aの中心軸の延長線α、αは、上記両ディス ク1、6の中心軸β上で交差する。

 又、上記各枢軸15、15のうち、図8~9の上端 部に位置する2本の枢軸15、15を除く残りの枢� ��15、15には、セクター歯車16、16aを固定して� ��る。そして、円周方向に隣り合うトラニオ� ��9a、9aに関するセクター歯車16、16a同士を噛� ��させている。この構成により、総てのトラ� ��オン9a、9aが、変速比を変える方向に関して 同じ方向に、同じ角度だけ傾斜する様にして いる。更に、上記各セクター歯車16、16aのう� ��の何れか1個(図8~9の右下部)のセクター歯車1 6aを、カム装置17及びアクチュエータ18により 、当該セクター歯車16aを固定した枢軸15を中� ��として揺動させる様にしている。

 上記カム装置17は、上記1個のセクター歯� ��16aに支持したカムフォロア19と、トロイダ� �型無段変速機を収納したハウジング20の内面 に固定したカム部材21とから成る。そして、� ��のカム部材21に設けたカム溝22と上記カムフ ォロア19とを係合させている。又、上記アク� ��ュエータ18は、油圧複動型のもので、ピス� �ン23に設けた長孔に係合したピン24の動きを� ��結合ブラケット25を介して前記揺動フレー� �13に伝達し、この揺動フレーム13を、前記入� ��回転軸2を中心として揺動させる。この揺動 フレーム13の揺動に伴って、上記1個のセクタ ー歯車16aに支持したカムフォロア19と上記カ� ��溝22との位置関係が変化し、このセクター� �車16aが上記枢軸15を中心として揺動する。更 に、このセクター歯車16aの動きが、残りのセ クター歯車16、16を介して総てのトラニオン9a 、9aに伝わる。この結果、これら各トラニオ� ��9a、9aの内側面に支持された、前記各パワー ローラ8a、8aが、前記入力側、出力側両ディ� �ク1、6同士の間の変速比を変える方向に関し て、同じ方向に同じ角度だけ揺動し、この変 速比が所望値に調整される。

 上述の様な特許文献3に記載された構造で は、変速時に上記各パワーローラ8a、8aは、� �記揺動フレーム13との相対位置関係に関して は、図9の表裏方向に揺動するのみである。� �い換えれば、変速動作の為にこれら各パワ� �ローラ8a、8aが上記揺動フレーム13に対して� �(この揺動フレーム13と共に上記入力回転軸2� ��回転方向又は反回転方向に変位する事はあ� ��ても)上記各枢軸15、15の軸方向(延長線α、α に対し直角方向)に変位する事はない。又、� �記揺動フレーム13は、上記入力側、出力側両 ディスク1、6同士の間位置に、変速の為に必� ��な角度だけ揺動変位可能に支持されている� ��みであり、上記両ディスク1、6の軸方向(図9 の表裏方向)に変位する事はない。従って、� �記各トラニオン9a、9aも、上記両ディスク1、 6の軸方向に変位する事はない。

 一方、トロイダル型無段変速機の運転時� ��は、上記両ディスク1、6の内側面3、7と上記 各パワーローラ8a、8aの周面との転がり接触� �(トラクション部)の面圧を確保する為に加え る力により、上記各部材1、6、8aが弾性変形� �る。そして、このうちの各パワーローラ8a、 8aは、図9の表裏方向に変位する。前述の図7� �示した構造の場合には、各パワーローラ8、8 を各トラニオン9、9に対し、基半部と先半部� ��を互いに偏心した支持軸(偏心軸)10、10によ� ��揺動変位可能に支持する事により、構成各� ��材の弾性変形に伴う上記各パワーローラ8、 8の変位を可能にしていた。但し、図8~9に示� �た構造の場合には、単に偏心軸により上記� �パワーローラ8a、8aの揺動変位を許容するだ� ��の構造は、採用できない。

 この理由は、単に偏心軸によりこれら各� ��ワーローラ8a、8aを揺動させただけの構造で は、偏心量を回転半径とする円弧運動に基づ いてこれら各パワーローラ8a、8aが、上記各� �軸15、15の軸方向(延長線α、αに対し直角方� �)に、僅かとは言え変位する為である。前述� ��図7に示した構造部分で説明した通り、上記 各パワーローラ8a、8aが上記各枢軸15、15の軸� ��向に変位すると、上記各トラクション部に� ��イドスリップが発生し、上記各パワーロー� ��8a、8aを介して前記各トラニオン9a、9aに、� �記各枢軸15、15を中心に揺動させる方向(変速 比を変える方向)の力が加わる。この様な力� �、上記変位が0.1~0.2mm程度の場合でも発生す� �。上述の様なサイドスリップが発生し、上� �の様な力が加わったままの状態でトロイダ� �型無段変速機の運転を継続する事が好まし� �ないのは当然である。具体的には、上記サ� �ドスリップは伝達効率及び耐久性の低下に� �上記力は実際に変速比を変更する際に必要� �される力の増大に、それぞれ結び付く。

 この為に前記特許文献3に記載された構造で は、図10~12に示した様な構造により、上記各� ��材1、6、8aの弾性変形に伴って、このうちの 各パワーローラ8a、8aを、入力側、出力側両� �ィスク1、6の軸方向(図9の表裏方向)にのみ変 位させる様にしている。この構造に使用する 、トラニオン9aに対し上記パワーローラ8aを� �転自在に支持する為の支持軸10aは、互いに� �心した基部26と支持軸部27とを備える。これ� ��基部26の中心軸X ₂₆ と支持軸部27の中心軸X ₂₇ との偏心量は、δ ₁  である。このう
ちの基部26は、この支持軸10aを上記トラニオ� ��9aに対し揺動自在に支持する部分である。� �、上記支持軸部27は、周囲に上記パワーロー ラ8aを、ラジアルニードル軸受28を介して回� �自在に支持する部分である。尚、図示の例� �は、上記基部26と上記支持軸部27との間部分� ��、スラスト軸受用外輪29を、一体に設けて� �る。このスラスト軸受用外輪29は、保持器30� ��保持された玉31、31と組み合わされて、上記 パワーローラ8aに加わるスラスト荷重を支承� ��つつこのパワーローラ8aを回転自在に支持� �る、スラスト玉軸受32を構成する。

 一方、上記トラニオン9aの内側面中間部に� �円形凹部33を形成している。そして、この円 形凹部33に円形の(厚肉円盤状の)クランク部� �34を、回転可能に内嵌している。又、このク ランク部材34の一部で、このクランク部材34� �中心から外れた位置に、円孔35を形成してい る。これらクランク部材34の外周面の中心軸X ₃₄ と円孔35の中心軸X ₃₅ との偏心量δ ₂  は、上記基部26の中心軸X ₂₆ と支持軸部27の中心軸X ₂₇ との偏心量δ ₁ と等しい(δ ₂  =δ ₁  )。そして、上記基部26を、上記円孔35に、� �たつきなく、且つ、揺動可能に内嵌してい� �。従って、上記基部26の中心軸X ₂₆ と上記円孔35の中心軸X ₃₅ とは互いに一致する。又、好ましくは、中立 状態、即ち、上記トラニオン9aの幅方向{図11� ��(A)の左右方向}に関して、上記パワーローラ 8aが中央位置に存在する状態で、上記支持軸� ��27の中心軸X ₂₇ と上記クランク部材34の外周面の中心軸X ₃₄ とを、ほぼ一致させる(但し、必ずしも一致� �せる必要はない)。

 更に、上記トラニオン9aの一部で、上記� �形凹部33の底部片隅部に整合する部分に、前 記枢軸15、15の軸方向に長い長孔36を、この円 形凹部33の底面と上記トラニオン9aの外側面� �を連通する状態で形成している。そして、� �記支持軸10aのうちで上記基部26の基端面{図11 の(B)の右端面}の片隅部に突設したガイドロ� �ド37を上記長孔36に、この長孔36の長さ方向(� ��記各枢軸15、15の軸方向、図11の上下方向)の 変位を可能に支持している。上記ガイドロッ ド37の外径は、上記長孔36の内寸(幅)よりも僅 かに小さいだけである。従って、実質的には 、このガイドロッド37がこの長孔36の幅方向� �変位する事はない。

 前記特許文献3に記載された構造の場合、上 述の様な構成により、前記入力側、出力側両 ディスク1、6の軸方向片側面である、入力側� ��出力側両内側面3、7の軸方向変位に伴って� �上記パワーローラ8aを、図12の(A)に矢印aで示 す様に、この軸方向にのみ変位させる。この パワーローラ8aがこの矢印a方向に変位する際 、上記ガイドロッド37は、図12の(B)に示す様� �、上記長孔36の内側で、上記各枢軸15、15の� �方向に変位する。この際、上記支持軸10aと� �記円形凹部33と上記クランク部材34とは、図1 3に示したリンク機構の如く作用して、上記� �ワーローラ8aの中心軸X ₈  (前記支持軸部27の中心軸X ₂₇ )を、上記軸方向にのみ変位させる。図13は、 機構学上単純なリンク機構であるから、図10~ 12の構造に対応する部分に、この図10~12に記� �した符号を付して、詳しい説明は省略する� �要するに、図14に示す様に、クランク部材34� ��外周面の中心軸X ₃₄ を中心とする円孔35の中心軸X ₃₅ の偏心量δ ₂  に基づく、同図に鎖線で示す円弧運動と、� ��部26の中心軸X ₂₆ と支持軸部27の中心軸X ₂₇ との偏心量δ ₁ に基づく、同図に破線で示す円弧運動とを相 殺して、同図に実線で示す様に、上記支持軸 部27に直線運動させるものである。

 上述の様に、上記特許文献3に記載された 発明の構造によれば、構成各部材の弾性変形 時に上記パワーローラ8aを、上記入力側、出� ��側両ディスク1、6の軸方向にのみ変位させ� �、各トラクション部に有害なサイドスリッ� �が発生する事を防止できる。但し、大きな� �ルクを伝達する際にも上記軸方向の変位を� �り円滑に行なわせる為には、上記円形凹部33 の内周面と上記クランク部材34の外周面との� ��に作用する摩擦を、低く抑える為の考慮が� ��要になる。この点に就いて、図15を参照し� �つ説明する。

 トロイダル型無段変速機の技術分野で広� ��知られている様に、トロイダル型無段変速� ��の運転時には、上記パワーローラ8aを前記� �ラニオン9aの内側面に向けて押圧する、大き なスラスト荷重が加わる。尚、この様なスラ スト荷重は、上記パワーローラ8aの傾転中心� ��ある上記各枢軸15、15が、上記入力側、出力 側両ディスク1、6の軸方向片側面である、入� ��側、出力側両内側面3、7の曲率中心よりも� �れら両ディスク1、6の径方向外方に存在する 、ハーフトロイダル型無段変速機の場合に発 生する。上記傾転中心位置と上記曲率中心位 置とが一致する、フルトロイダル型無段変速 機の場合には発生しない。

 上記ハーフトロイダル型無段変速機の場� ��は運転時に、上記大きなスラスト荷重によ� ��上記トラニオン9aが、図15に誇張して示す様 に、内側面を凹面とする方向に弾性変形する 。そして、この弾性変形に基づいて、上記円 形凹部33が、その開口部の内径が小さくなる� ��向に変形し、この円形凹部33の内周面と上� �クランク部材34の外周面とが、円周方向の一 部で強く当接し合う(この円形凹部33がこのク ランク部材34を噛み込む)。この結果、このク ランク部材34を上記円形凹部33内で回転させ� �為に要する力(摺動抵抗)が大きくなり、構成 各部材が弾性変形した場合にも、上記パワー ローラ8aが上記入力側、出力側両ディスク1、 6の軸方向に変位しにくくなる。大きな摺動� �抗に拘らず、上記パワーローラ8aをこの軸方 向に変位させる為には、上記入力側ディスク 1を上記出力側ディスク6に向けて押圧する力� ��大きくする必要がある。この力を大きくす� ��事は、押圧装置の大型化や、この押圧装置� ��導入する油圧の上昇(油圧式の押圧装置を使 用する場合)に繋がり、小型・軽量化の妨げ� �なったり、圧油を送り出すポンプを駆動す� �動力の増大に基づく動力損失が大きくなる� �、好ましくない。更に、上記摺動抵抗の増� �が著しい場合には、前記揺動フレーム13に無 理な力が加わったり、各パワーローラ8aに関� ��るトラクション部の面圧の絶対値が部分的� ��過大になるだけでなく、この面圧が、入力� ��内側面3と出力側内側面7とで大きく異なっ� �りする。これらは、耐久性や伝達効率の低� �の原因となる為、やはり好ましくない。

 上記円形凹部33の内径を上記クランク部� �34の外径よりも大きくすれば、上述の様な原 因での摺動抵抗の増大は防止できる。但し、 この場合には、上記クランク部材34が上記円� ��凹部33の内側で、前記各枢軸15、15の軸方向� ��、不用意に変位する可能性を生じる。上記� ��ランク部材34が上記各枢軸15、15の軸方向に� ��位し、その結果、前記支持軸10aを介してこ� ��クランク部材34に支持した上記パワーロー� �8aが同方向に変位すると、前述した様に各ト ラクション部にサイドスリップが発生し、意 図しない変速動作が開始される為、採用でき ない。

特開平3-74667号公報

特開2001-165262号公報

独国特許出願公開第10246432号明細書(DE1024 6432A1) 青山元男著、「別冊ベストカー 赤バッ� ��シリーズ245/クルマの最新メカがわかる本」 、株式会社三雄社/株式会社講談社、平成13年 12月20日、p.92-93 田中裕久著、「トロイダルCVT」、株式会 社コロナ社、2000年7月13日