JP2005291444A - トラクションドライブ式無段変速装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 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装置を提供する。
【解決手段】 溝幅調整機構を持ったVプーリ4と、Vプーリ4の溝に挟まれてトラクション力を伝達する歯付きリング3と、歯付きリング3の歯とかみ合う出力歯車2と、出力歯車2の中心OOUT周りに歯付きリング3を回転させるアーム機構13とを有するトラクションドライブ式無段変速装置において、Vプーリ4の斜面の傾斜角θを径が大きくなるに従って大きくする。
【選択図】 図1
【解決手段】 溝幅調整機構を持ったVプーリ4と、Vプーリ4の溝に挟まれてトラクション力を伝達する歯付きリング3と、歯付きリング3の歯とかみ合う出力歯車2と、出力歯車2の中心OOUT周りに歯付きリング3を回転させるアーム機構13とを有するトラクションドライブ式無段変速装置において、Vプーリ4の斜面の傾斜角θを径が大きくなるに従って大きくする。
【選択図】 図1
Description
この発明は自動車の動力伝達に利用されるトラクションドライブ式無段変速機装置に関する。
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9)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10)である。
町田,今西,「トラクションドライブ式無段変速機パワートロスユニットの開発 第2報−ハーフトロイダルCVTとフルトロイダルCVTの比較−」,NSK Technical Journal No. 670 (2000),日本精工株式会社
町田,今西,「トラクションドライブ式無段変速機パワートロスユニットの開発 第2報−ハーフトロイダルCVTとフルトロイダルCVTの比較−」,NSK Technical Journal No. 670 (2000),日本精工株式会社
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。
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。
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。
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。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第一の入出力軸7と、ケーシング10に回転自在に支持された第二の入出力軸6と、第一の入出力軸7に支持されたプーリ幅が可変のVプーリ4と、Vプーリ4と係合し、外周を支えられたリング3と、第二の入出力軸6周りにリング3を移動させるための機構とを有し、Vプーリ4の斜面の傾斜角θを径が大きくなるに従って大きく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。
Vプーリ4の斜面の半径に対する傾斜角は、第一の入出力軸中心と第二の入出力軸中心とリング中心の相対位置より求めることができる。前記傾斜角は、より具体的には、(1)〜(6)式より算出することができる。
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。
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。
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
自動車の燃費向上や加速感の向上に向け、AT(オートマチックトランスミッション)からCVTに動力伝達機構が変わろうとしている。CVT化に際しての課題は、低コストであることと伝達効率の向上である。この技術課題に対し、本発明者は、トラクションドライブ点が1箇所であるCVTを先に提案した(特願2003−032704)。この機構は、図1乃至図3に示すように、外径に歯車が切られたリング3を軸方向に移動可能なVプーリ4で挟み、出力軸周りに移動させることを基本としている。出力軸周りに移動することにより、Vプーリ4の接触半径Rtが変化し、連続的に変速することが可能となる。
自動車の燃費向上や加速感の向上に向け、AT(オートマチックトランスミッション)からCVTに動力伝達機構が変わろうとしている。CVT化に際しての課題は、低コストであることと伝達効率の向上である。この技術課題に対し、本発明者は、トラクションドライブ点が1箇所であるCVTを先に提案した(特願2003−032704)。この機構は、図1乃至図3に示すように、外径に歯車が切られたリング3を軸方向に移動可能なVプーリ4で挟み、出力軸周りに移動させることを基本としている。出力軸周りに移動することにより、Vプーリ4の接触半径Rtが変化し、連続的に変速することが可能となる。
図2はトラクションドライブ式無段変速装置の縦断面図である。同図から理解できるように、軸方向に可動な一対のプーリ部材4a,4bでV溝をもったVプーリ4を形成し、このV溝にリング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、互いに平行な入出力軸6,7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、これらの入出力軸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。
第一の入出力軸6には入出力歯車2が固定してある。入出力歯車2は歯付きリング3とかみあっている。歯付きリング3の側面の断面形状はVプーリ4のV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、入出力歯車2の歯とかみあう歯と、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1,1a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1,1a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三つのガイドローラ1,1aを設けてあり、そのうちの二つ、つまり、入出力歯車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、図1の上部のガイドローラ1とが図2に現れている。ガイドローラ1aは入出力軸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。アーム13は入出力軸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。したがって、ガイドローラ相互の位置関係は固定的である。
第二の入出力軸7はスプライン軸部12を有し、このスプライン軸部12にVプーリ4をスプライン嵌合させてある。Vプーリ4は入出力軸7の軸方向に移動可能である。各プーリ部材4a,4b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、入出力軸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は入出力軸7の軸方向に移動可能で、かつ、スラスト軸受を介してV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。
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8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を介してプーリ部材4a,4bを相互に接近する向きに移動させ、または、プーリ部材4a,4bが相互に離反する向きに移動するのを許容する。
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で示すかみあい部にて歯車23とかみあっている。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上にあって、アーム13の旋回に連動して回転する歯車23が、かみあい部20を介して可動フェイスカム21に回転力を伝える。この動作により、プーリ部材4a,4bの軸方向移動に連動して、ガイドローラ群が中心OOUT周りに旋回し(図1)、歯付きリング3をVプーリ4に接触させながら接触点すなわちトラクションドライブ点Pを移動させることができる。
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、一対のプーリ部材4a,4bが接近または離反する方向に移動し、V溝の幅つまりプーリ幅が変化する。
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OOUT周りに歯付きリング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入出力歯車2と常にかみあった状態にある。歯付きリング3とVプーリ4間のすきまが生じないようにV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OOUT周りに移動することにより、Vプーリ4との接触点(トラクションドライブ点P)が変化し、一定の入出力歯車2の回転数に対し、V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。
Vプーリ4を支持する入出力軸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V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Vプーリ4との接触点(トラクションドライブ点P)よりも大径側にあるときは小さくてもよい。挟み込み力によるV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、V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。
入出力軸7が図1に矢印で示すように反時計方向に回転すると、Vプーリ4から歯付きリング3に力F1が作用し、ほぼ同じ大きさの力が入出力歯車2から作用する。入出力歯車2からの反力F3が歯付きリング3をVプーリ4のV溝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。
トラクションドライブ点Pに作用する接線力F1は歯車を介して出力されるために、歯車伝達部の力F3はおよそ、(1)式で表される。正確には歯車の圧力角を考慮しなければならないが、以降の計算においても、簡単のため圧力角を0として扱うことにする。
図4は低減速(トップギヤ位置)になるようにリング3が移動した場合を示す。トラクション力F1によりリング3をVプーリ4に押し込む成分F4が発生する。したがって、リング3をVプーリ4に押し込む合力F5はF3+F4である。図5は高減速側での力の関係を示し、この場合F5=F3−F4である。
線分OgOOUTと線分OgOINのなす角を図4のように90°+ψととると、これらの図より、押し込み力F5による接触力Qは(4)式で表される。
線分OgOOUTと線分OgOINのなす角を図4のように90°+ψととると、これらの図より、押し込み力F5による接触力Qは(4)式で表される。
なお、角度ψ、リング3の中心Ogから入出力歯車2の中心OOUTまでの距離a、リング3の中心Ogからトラクションドライブ点Pまでの距離Rt、入出力歯車2の中心OOUTからVプーリ4の中心OINまでの距離b、Vプーリ4の中心OINからトラクションドライブ点Pまでの距離rの関係は余弦定理を用いて(6)式で表される。つまり、ψはCVTの設計緒元から求まる。
このような複雑な形状は必ずしも必要ではなく、単一の円弧(球面)で近似させたり、円弧と直線(円すい面)との組み合わせで近似させたりすることが可能である。図7はVプーリ4の断面を示し、左半分は斜面の母線を曲率半径Rの単一の円弧とした場合、右半分は斜面の母線を曲率半径Rの円弧と直線との組合せとした場合である。
1 ガイドローラ
2 入出力歯車
3 歯付きリング
4 Vプーリ
4a,4b プーリ部材
5 接触部
6 入出力軸
7 入出力軸
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 かみあい部
21 可動フェイスカム
22 固定フェイスカム
23 歯車
2 入出力歯車
3 歯付きリング
4 Vプーリ
4a,4b プーリ部材
5 接触部
6 入出力軸
7 入出力軸
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 かみあい部
21 可動フェイスカム
22 固定フェイスカム
23 歯車
Claims (4)
- ケーシングに回転自在に支持された第一の入出力軸と、ケーシングに回転自在に支持された第二の入出力軸と、第一の入出力軸に支持されたプーリ幅が可変のVプーリと、Vプーリと係合し、外周を支えられたリングと、第二の入出力軸周りにリングを移動させるための機構とを有し、Vプーリの斜面の傾斜角を径が大きくなるに従って大きくしたことを特徴とするトラクションドライブ式無段変速装置。
- Vプーリの斜面の半径に対する傾斜角を、第一の入出力軸中心と第二の入出力軸中心とリング中心の相対位置より求めたことを特徴とする請求項1のトラクションドライブ式無段変速装置。
- 前記傾斜角が(1)〜(6)式より算出されることを特徴とする請求項1または2のトラクションドライブ式無段変速装置。
- Vプーリの斜面の断面形状を円弧と直線の組合せとしたことを特徴とする請求項1のいずれかのトラクションドライブ式無段変速装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004110282A JP2005291444A (ja) | 2004-04-02 | 2004-04-02 | トラクションドライブ式無段変速装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004110282A JP2005291444A (ja) | 2004-04-02 | 2004-04-02 | トラクションドライブ式無段変速装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005291444A true JP2005291444A (ja) | 2005-10-20 |
Family
ID=35324591
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004110282A Withdrawn JP2005291444A (ja) | 2004-04-02 | 2004-04-02 | トラクションドライブ式無段変速装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005291444A (ja) |
-
2004
- 2004-04-02 JP JP2004110282A patent/JP2005291444A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070329 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Effective date: 20080110 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 |