JP2005265192A - Traction drive type continuously variable transmission - Google Patents
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Abstract
Description
この発明のトラクションドライブ式無段変速機は自動車や各種産業機械において利用される。 The traction drive type continuously variable transmission of the present invention is used in automobiles and various industrial machines.
無段変速機(CVT:Continuously Variable Transmission)は昔から多くの考案がなされている。最近ではハーフトロイダル方式(図4)が注目を集めているが、実用化の方向は金属ベルト方式(図5)である。
トラクションドライブ装置の課題は、コンパクトで大きなトルクを効率よく伝達することである。コンパクトで大きな伝達トルクを得るには、大きな接触力を与えればよいが、接触応力が大きすぎると寿命が短くなる。接触応力を下げるために、接触面積が大きくなるように設計すると、接触部のスピン成分が増え、伝達効率が低下する。 The problem of the traction drive device is to transmit a large torque efficiently with a compact size. In order to obtain a compact and large transmission torque, a large contact force may be applied. However, if the contact stress is too large, the life is shortened. If the contact area is designed to be large in order to reduce the contact stress, the spin component of the contact portion increases and the transmission efficiency decreases.
これらの課題をある程度解決しているのが、上述のハーフトロイダル式と金属ベルト方式である。しかし、完全ではなく、それぞれが欠点を持っている。ハーフトロイダル式は、パワーローラが入出力ディスク面に押し付けられた状態で揺動し変速する。ここには大きな接触圧力が作用し、油膜が形成されない場合、焼付きが生じる。これを避けるためには表面粗さを上げなければならないが、大きな球面を高精度に加工するには高コストとならざるを得ない。また、回転方向には凸同士の接触となるため、接触位置によっては大きなスピン成分が生じ、伝達効率が低下する。さらに、構造上軸方向に長く、FF車に搭載するには無理がある。一方、金属ベルト方式は、多くのエレメントを積み重ねて曲がりやすくし、Vプーリに押し付けてトルクを伝達する。基本的にはプーリとベルトは金属接触するため摩耗が避けられない。 The above-mentioned half toroidal type and metal belt type solve these problems to some extent. But not perfect, each has its own drawbacks. In the half toroidal type, the power roller swings and shifts while being pressed against the input / output disk surface. A large contact pressure acts here, and seizure occurs when an oil film is not formed. In order to avoid this, it is necessary to increase the surface roughness. However, in order to process a large spherical surface with high accuracy, the cost must be high. Further, since the projections are in contact with each other in the rotation direction, a large spin component is generated depending on the contact position, and the transmission efficiency is lowered. Furthermore, it is long in the axial direction because of its structure, and it is impossible to mount it on an FF vehicle. On the other hand, in the metal belt system, a large number of elements are stacked to facilitate bending, and the torque is transmitted by being pressed against the V pulley. Basically, wear is inevitable because the pulley and belt are in metal contact.
本発明の目的は、上述の問題点を解消した、コンパクトで大きなトルクを効率よく伝達することのできるトラクションドライブ式無段変速機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a traction drive type continuously variable transmission that solves the above-described problems and can efficiently transmit a large torque.
本発明は、心なし伝達リングとVプーリの組合せによる変速装置であり、心なし伝達リングは外周からガイドローラにより保持される、従来にない構造のトラクションドライブ式無段変速機を提供する。 The present invention provides a transmission with a combination of a centerless transmission ring and a V pulley, and provides a traction drive type continuously variable transmission having an unconventional structure in which the centerless transmission ring is held by a guide roller from the outer periphery.
すなわち、本発明のトラクションドライブ式無段変速機は、ケーシング10に回転自在に支持された入力軸又は出力軸となる第一の軸7と、第一の軸7に支持されたプーリ幅が可変のV型プーリ4と、ケーシング10に回転自在に支持された出力軸又は入力軸となる第二の軸6と、V型プーリ4及び第二の軸6にそれぞれ係合して両軸間でトルクを伝達するリング3と、リング3を第二の軸6回りに移動させるための機構とを有し、前記リング3に対する第二の軸6からの力が前記リング3をプーリ4間に押し込む方向に作用するように第二の軸6の位置を設定したことを特徴とするものである。本発明のトラクションドライブ式無段変速機はハーフトロイダル型に比べて次のような利点がある。接触面積を大きくしてもスピン成分が少なく、効率がよい。ハーフトロイダル型のような球面加工が不要である。ハーフトロイダル型より軸方向長さが短く、FF車への適用が容易である。また、金属ベルト式に比べて構造が簡単であり、プーリとの間に油膜ができて金属ベルト式に比べて摩耗がなく、したがって長寿命である。また、伝達トルクの増大に伴いプーリとリングの接触力が自動的に大きくなる。
That is, the traction drive type continuously variable transmission according to the present invention has a
請求項2の発明は、請求項1に記載のトラクションドライブ式無段変速機において、リングを移動させるための機構が、前記第二の軸回りに旋回可能に支持されたアーム13と、リング3の外周に配置された少なくとも3個のガイドローラ1とを有し、各ガイドローラ1がアーム13に回転自在に支持されていることを特徴とするものである。アーム13が旋回すると、すべてのガイドローラ1が相互の位置関係を固定したまま第二の軸回りに旋回する。このガイドローラ1の旋回に伴ってリング3も移動する。
The invention according to
請求項3の発明は、請求項2に記載のトラクションドライブ式無段変速機において、第二の軸に固定された歯車2を有し、リング3が、歯車2の歯と噛み合う歯と、平滑な円筒状ガイド面8を有し、ガイド面8にてガイドローラ1と接することを特徴とするものである。
A third aspect of the present invention is the traction drive type continuously variable transmission according to the second aspect, wherein the traction drive type continuously variable transmission has a
請求項4の発明は、請求項1または2に記載のトラクションドライブ式無段変速機において、ガイドローラ1がリング3と転がり接触することを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the traction drive type continuously variable transmission according to the first or second aspect, the
請求項5の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載のトラクションドライブ式無段変速機において、ガイドローラ1がリング3と滑り接触することを特徴とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the traction drive type continuously variable transmission according to any one of the first to third aspects, the
請求項6の発明は、請求項1ないし5のいずれかに記載のトラクションドライブ式無段変速機において、プーリ幅の移動とリング3の移動が連動することを特徴とするものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the traction drive type continuously variable transmission according to any one of the first to fifth aspects, the movement of the pulley width and the movement of the
請求項7の発明は、請求項2に記載のトラクションドライブ式無段変速機において、第一の軸7と同軸に支持された一対のフェイスカム21,22を含むプーリ幅調節機構9を有し、一方のフェイスカム21は第一の軸7の軸方向に移動可能で、かつ、プーリ4と直接または間接に接しており、他方のフェイスカム22はケーシング10に固定されており、前記可動フェイスカム21が回転すると前記固定フェイスカム22と接近または離反するようになっており、前記可動フェイスカム21がアーム13の旋回と連動して回転することを特徴とするものである。
A seventh aspect of the present invention is the traction drive type continuously variable transmission according to the second aspect, further comprising a pulley
請求項8の発明は、請求項7に記載のトラクションドライブ式無段変速機において、アーム13の旋回軸と同軸に歯車23を支持させ、可動フェイスカム21に形成した歯と噛み合わせたことを特徴とするものである。
According to an eighth aspect of the present invention, in the traction drive type continuously variable transmission according to the seventh aspect, the
請求項9の発明は、請求項1ないし8のいずれかに記載のトラクションドライブ式無段変速機において、第一の軸7を入力軸とし、第二の軸6を出力軸としたことを特徴とするものである。
The invention of
本発明は、従来の技術と比較して次のような利点がある。ハーフトロイダル型に比べて接触面積を大きくしてもスピン成分が少なく、効率がよい。ハーフトロイダル型のような球面加工が不要であるため低コストである。ハーフトロイダル型より軸方向長さが短く、FF車への適用が容易である。また、金属ベルト式に比べて構造が簡単であり、低コストである。プーリとの間に油膜ができて金属ベルト式に比べて摩耗がない、したがって長寿命である。また、伝達トルクの増大に伴いプーリとリングの接触力が自動的に大きくなる。 The present invention has the following advantages over the prior art. Compared to the half toroidal type, even if the contact area is increased, the spin component is small and the efficiency is good. Since spherical processing like the half toroidal type is unnecessary, the cost is low. The axial length is shorter than that of the half toroidal type, and it is easy to apply to FF vehicles. In addition, the structure is simpler and lower in cost than the metal belt type. An oil film is formed between the pulleys and there is no wear compared to the metal belt type, and therefore the life is long. Further, the contact force between the pulley and the ring automatically increases as the transmission torque increases.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図2は本発明の実施の形態を示すトラクションドライブ式無段変速機の断面図である。図面から理解できるように、軸方向に可動な一対のプーリ4でV溝を作り、リング3を挟んだ構造である。この実施の形態ではリング3は外周に歯車のような歯をもっているため、以下では歯付きリングと呼ぶこととする。図2に示すように、ケーシング10内に、互いに平行な入力軸又は出力軸となる第一の軸7と第二の軸6がそれぞれ軸受を介して回転自在に支持されている。この実施の形態では、これらの両軸6,7間でトルク伝達を行い、一方の軸(6または7)を入力軸とすると、他方の軸(7または6)が出力軸となる関係にある。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a traction drive type continuously variable transmission showing an embodiment of the present invention. As can be understood from the drawings, a V-groove is formed by a pair of
第二の軸6には入力側又は出力側となる歯車2が固定してある。歯車2は歯付きリング3と噛み合っている。歯付きリング3の側面の断面形状はプーリ4のV型溝の断面形状と実質的に一致している。歯付きリング3は、歯車2の歯と噛み合う歯と、平滑な円筒状ガイド面8を有し、前記ガイド面8にてガイドローラ1と接する。歯付きリング3のガイドには、図示するように歯付きリング3の外周面と接して転動するガイドローラ1を採用するほか、歯付きリング3との接触荷重は小さいため、歯付きリング3と滑り接触する滑り軸受(シュー)を採用してもよい。図1に示すように、この実施の形態では四つのガイドローラ1,1aを設けてあり、図2にそのうちの二つ、つまり、歯車2の両側に配置した一対の円板1bで構成されるガイドローラ1aと、同図の上部に現れているガイドローラ1の断面を示してある。ガイドローラ1aは第二の軸6に回転自在に固定されている。それ以外のすべてのガイドローラ1はそれぞれ回転自在にアーム13に支持されている。したがって、ガイドローラ1相互の位置関係は固定的である。これらのガイドローラ1のうち、図1の左端に現れているガイドローラ1は歯付きリング3の振れ防止の役割を持たせる。アーム13は第二の軸6と同軸に、ケーシング10のスリーブ17に旋回自在に支持されている。
The second shaft 6 is fixed with a
第一の軸7はスプライン軸部12を有し、このスプライン軸部12に一対のプーリ4をスプライン嵌合させてある。プーリ4は第一の軸7の軸方向に移動可能である。各プーリ4はプーリ幅調節機構9を備えている。プーリ幅調節機構9は、第一の軸7と同軸に支持された一対のフェイスカム21,22と、スラスト軸受15とを含む。一対のフェイスカムのうち、可動フェイスカム21は第一の軸7の軸方向に移動可能で、かつ、スラスト軸受を介してプーリ4と接している。固定フェイスカム22はケーシング10に固定されている。
The
一対のフェイスカムは、相対回転により、接近または離反するように、斜面で接触している。この斜面間にボールを介在させることにより移動が滑らかとなる。図3に例示したフェイスカム21,22はらせん状の斜面にて接触しており、可動フェイスカム21が回転すると固定フェイスカム22と接近または離反する。したがって、可動フェイスカム21の回転に伴い、その回転方向によって、スラスト軸受15を介してプーリ4を相互に接近する向きに移動させ、または、プーリ4が相互に離反する向きに移動するのを許容する。
The pair of face cams are in contact with each other so as to approach or separate from each other by relative rotation. Movement is smooth by interposing a ball between the slopes. The
アーム13に歯車23を固定し、アーム13の旋回軸と同軸に支持させてある。また、可動フェイスカム21は外周に歯を有し、図2に符号20で示す噛み合い部にて歯車23と噛み合っている。したがって、可動フェイスカム21はアーム13の旋回と連動して回転する。ケーシング10内のスリーブ17上にあり、アーム13の旋回に連動して回転する歯車23が、噛み合い部20を介して回転力を左右にある可動フェイスカム21に伝える。この動作により、プーリ4の軸方向移動に連動して、ガイドローラ1群が中心O1周りに旋回し、歯付きリング3をプーリ4に接触させながら接触点を移動させることができる。
A
一対の歯車23が連結部18によって互いに一体化しており、したがって、一対の歯車23は同期してのみ回転する。その結果、図2の左右のプーリ幅調節機構9における可動フェイスカム21が同じ方向に回転する。図2の右側のプーリ幅調節機構9と左側のプーリ幅調節機構9とではフェイスカム21,22の配置が逆になっているため、可動フェイスカム21が同じ方向に回転すると、それらは互いに逆方向に移動することになる。このようにして、一対のプーリ4が接近または離反する方向に移動し、V型溝のプーリ幅が変化する。
The pair of
歯付きリング3は三つ以上のガイドローラ1,1aで外周から拘束されているため、中心軸がなくても回転が可能である(心なしローラ)。ガイドローラ1はアーム13で連結されており、アーム13を旋回させることによって中心O1回りに歯付きリング3の回転中心を移動させることができる。したがって、歯付きリング3の外周に切られた歯は歯車2と常に噛みあった状態にある。歯付きリング3とプーリ4間のすきまが生じないようにプーリ4とアーム13を制御すれば、歯付きリング3が中心O1回りに移動することにより、プーリ4との接触点が変化し、一定の歯車2の回転数に対し、プーリ4の速度を連続的に変えることができる。このようにして、いわゆるCVTが構成される。
Since the
プーリ4を支持する第一の軸7を入力側とすると、歯付きリング3を押し込んだ状態が減速状態となる。伝達トルクが同じであれば、歯付きリング3を押し込んだときのプーリ4による挟みつけ力は大きくすべきで、逆に歯付きリング3とプーリ4との接触点が大径側にあるときは小さくてもよい。挟み込み力によるプーリ4の曲げ応力を考えた場合、大径接触時の挟み込み力を軽減できる、プーリ4を入力とするこの方法が、出力とするよりもベターである。
When the
図1に矢印で示す方向にプーリ4から回転力が入力されると、プーリ4から歯付きリング3に力Fが作用し、ほぼ同じ大きさの力が歯車2から作用する。歯車2からの反力が歯付きリング3をプーリ4間に押し込む方向に働くため、伝達トルクの増大に伴い自動的に接触力が大きくなる。すなわち、リング3に対する第二の軸6からの反力がリング3をプーリ4間に押し込む方向に作用するように第二の軸6の位置が設定されている。
When a rotational force is input from the
1,1a ガイドローラ
2 歯車
3 歯付きリング
4 プーリ
5 接触部
6 第二の軸
7 第一の軸
8 ガイド面
9 プーリ幅調節機構
10 ケーシング
12 スプライン
13 アーム
15 スラスト軸受
17 スリーブ
18 連結部
20 噛み合い部
21 可動フェイスカム
22 固定フェイスカム
23 歯車
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