JP2007247852A

JP2007247852A - 無段変速装置

Info

Publication number: JP2007247852A
Application number: JP2006074923A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Ito; 雄一伊藤; Ken Yamamoto; 山本　　憲
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-27

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無段変速装置を提供する。
【解決手段】無段変速装置は、ケーシングに回転自在に支持された第一の回転軸と、ケーシングに回転自在に支持された第二の回転軸と、第一の回転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、第二の回転軸回りにリングを移動させるための機構とから構成され、前記機構が、第二の回転軸周りに旋回可能に支持されたアーム40と、前記リングの外周に配置された少なくとも３個のガイドローラ1a,1bとを有し、各ガイドローラ1a,1bがアーム40上の定点に位置し、かつ、アーム40が段付きスペーサ46を介在させた一対の段付き板材42,44で構成してある。
【選択図】図８

Description

この発明は、自動車や各種産業機械において利用される無段変速装置に関する。

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（非特許文献１参照）。最近ではハーフトロイダル方式（図１０）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１１）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。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良くし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。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。

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ものとして、伝達リングとＶプーリの組合せによ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本出願人は先に提案している（特許文献１）。
特開２００５−１７２０６５号公報町田，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

特許文献１に記載された無段変速装置では、出力軸中心を中心として揺動する２つのガイドローラ、リングおよびアームがある。このアームは、揺動する際にプーリの内径側に入り込んでいくことができるように２段階の厚みが設けてあり、さらに、ガイドローラの組立の関係から７ピース構造のアーム機構となっている。従来構造のアーム機構には、ガイドローラおよび出力歯車の穴と位置決めピンが設けられている。このため片側２枚から成るアームを製作する際には、それぞれの穴位置を精度良く加工する必要があり、製造上解決すべき問題点がある。

本発明の目的は、特許文献１に記載されたタイプの無段変速装置における述の問題点を解消することにある。

本発明の無段変速装置は、ケーシングに回転自在に支持された第一の回転軸と、ケーシングに回転自在に支持された第二の回転軸と、第一の回転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、第二の回転軸回りにリングを移動させるための機構とから構成され、前記機構が、第二の回転軸周りに旋回可能に支持されたアームと、前記リングの外周に配置された少なくとも３個のガイドローラとを有し、各ガイドローラがアーム上の定点に位置し、かつ、アームが段付きスペーサを介在させた一対の段付き板材で構成してあることを特徴とするものである。

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。

また、アームを一対の段付き板材と段付きスペーサで構成したことにより、加工性および組立性が向上し、その結果としてコストも低減する。さらに、平板状の板材で構成した場合に比べてアームの剛性がアップする。

以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。なお、説明の便宜上、本発明の開発の過程で製作した比較例について先に述べる。比較例も後に述べる実施例も基本構造は同じで、アームの構造が相違するのみである。

図１は比較例の無段変速装置の正面図、図２は縦断面図である。これらの図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。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、互いに平行な回転軸６と回転軸７がそれぞれ軸受を介して回転自在に支持されている。これらの回転軸６，７は、相互間でトルク伝達を行い、一方の回転軸（６または７）を入力軸とすると、他方の回転軸（７または６）が出力軸となる関係にある。

図２に示すように、第一の回転軸６には小歯車２が固定してあり、小歯車２は歯付きリング３と噛み合っている。歯付きリング３は、小歯車２の歯と噛み合う歯と、平滑な円筒状ガイド面８（図５参照）を有し、そのガイド面８にてガイドローラ１ａ，１ｂ，１ｃ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には３つのガイドローラ１ａ，１ｂ，１ｃが示してあり、図２にはそのうちの２つ、つまり、ガイドローラ１ａとガイドローラ１ｃだけが現れている。

ガイドローラ１ａ，１ｂはそれぞれ軸と軸受を介して回転自在にアーム１４に支持されている。ガイドローラ１ｃは小歯車２の両側に取り付けた一対の円板で構成してある。したがって、ガイドローラ１ａ，１ｂ，１ｃ相互の位置関係は固定的である。言い換えれば、ガイドローラ１ａ，１ｂ，１ｃはアーム１４上の定点に位置している。図１の左端に現れているガイドローラ１ｂは歯付きリング３の振れ防止の役割を持たせる。アーム１４は回転軸６と同軸に、ケーシング１０のスリーブ１８に旋回自在に支持されている。

第二の回転軸７は一対のプーリ４を支持している。各プーリ４はそれぞれボールスプライン１２を介して第二の回転軸７に嵌合させてあるため、各プーリ４は回転軸７の軸方向に移動可能で、回転方向には相対回転不能すなわちトルク伝達可能である。各プーリ４はプーリ幅調節機構３０を備えている。プーリ幅調節機構３０はボールねじタイプで、外周にねじ溝を形成したねじ軸３２と、内周にねじ溝を形成したナット３４と、ねじ軸３２のねじ溝とナット３４のねじ溝とで形成される循環路内を循環走行する複数のボール３６とで構成される。ねじ軸３２は軸受１６を介してプーリ４のボス部に回転自在に支持されている。ここでは、プーリ幅調節機構３０による軸方向力を受けることができるようにアンギュラ玉軸受を採用した場合が例示してある。

ねじ軸３２は歯車３８を備えており、一対の歯車３８が連結軸２０に組み付けられており、したがって、一対の歯車３８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３０におけるねじ軸３２が同じ方向に回転する。ナット３４はケーシング１０に固定してあるため、図示しない外部駆動機構により連結軸２０を介して歯車３８を回転させると、その回転運動がねじ軸３２の軸方向移動に変換され、歯車３８の回転方向によって、軸受１６を介してプーリ４を押す向き、またはプーリ４から離れる向きの軸方向力が発生する。図２の右側のプーリ幅調節機構３０と左側のプーリ幅調節機構３０とでは逆ねじとしてあるため、ねじ軸３２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溝のプーリ幅が変化する。

歯車３８と噛み合った歯車２２を取り付けた連結軸２０がアーム１４の旋回に連動して回転するように制御することで、プーリ４の軸方向移動に連動して、ガイドローラ群が回転軸６の中心周りに旋回し、歯付きリング３をプーリ４に接触させながら両者間の接触点を移動させることができる。

歯付きリング３は三つのガイドローラ１ａ，１ｂ，１ｃ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（芯なしローラ）。ガイドローラ１ａ，１ｂ，１ｃはアーム１４で連結されており、アーム１４を旋回させることによって回転軸６の中心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小歯車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１４を制御すれば、歯付きリング３が回転軸６の中心周りに移動することにより、プーリ４との接触点が変化し、一定のプーリ４の回転数に対し、小歯車２の回転数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。

プーリ４を支持する回転軸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による挟み付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。挟み付け力によるプーリ４の曲げ応力を考えた場合、大径接触時の挟み付け力を軽減できる、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。そして、入力軸すなわち回転軸７から図６に示す矢印の方向に回転力が入力されると、プーリ４から歯付きリング３に力が作用し、ほぼ同じ大きさの力が小歯車２から作用する。小歯車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。

アーム１４は、図３および図４に示すように、４枚の板材２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂと、３枚のスペーサ２８ａ，２８ｂ，２８ｃを組み合わせて構成されている。すなわち、内側の一対の板材２６ａ，２６ｂはスペーサ２８ｂを介して狭い間隔に保持され、その外側にスペーサ２８ａ，２８ｂを介して外側の一対の板材２４ａ，２４ｂが広い間隔に保持されている。板材２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂは平板状で、スペーサ２８ａ，２８ｂ，２８ｃとはねじで締結してある。また、位置決めピンを貫通させることによって全部の板材２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂが相互に精度良く位置決めしてある。

図２に示すように、ガイドローラ１ａはプーリ４から離間した位置にある。そして、図１から理解できるように、アーム１４は回転軸６を中心として揺動することから、同図の上部に示されているガイドローラ１ａがプーリ４間に入り込むことはない。一方、図１の左側に示されているガイドローラ１ｂは、アーム１４の揺動に伴ってプーリ４間に進入することができなければならない。図５は、歯付きリング３がガイドローラ１ｂと共にプーリ４間の最も内径側まで進入した状態を示している。そのために、上述の板材２６ａ，２６ｂで構成される狭い間隔の部分にこのガイドローラ１ｂは配置してある。

次に、図６に示す実施例について述べる。無段変速装置としての基本的構成は上述の比較例と同じで、主な相違点はアームの構造にあるため、以下ではアームについて述べる。図７および図８に示すように、２枚の段付き板材４２，４４と、１つの段付きスペーサ４６とで、アーム４０が構成されている。各段付き板材４２，４４は図６に示すように概ね円形に近い不整形の無端状で、図７および図８に示すように、段付きスペーサ４６を介してボルト４８で締結することにより、相互の間隔が広い部分と狭い部分を創出している。そして、その広い間隔部分には軸５０と軸受５２を介してガイドローラ１ａが回転自在に取り付けてあり、狭い間隔部分には軸５４と軸受５６を介してガイドローラ１ｂが回転自在に取り付けてある。

スペーサ４６が図９（Ａ）のような構造では、図６に示すアーム４０がプーリ４に食い込む場合に段付き板材４２，４４は、図９（Ｂ）の矢印に示すように荷重を受けて伸びてしまう可能性がある。一対の段付き板材４２，４４の間に段付きスペーサ４６を用いることで、図９に矢印で示すようにアーム４０に荷重がかかった際の剛性不足を補うことができる。

無段変速装置の正面図図１の変速機の部分断面図図１のIII−III断面図図１の装置におけるアーム機構の縦断面図図２の装置におけるプーリと歯付きリングとガイドローラを含む部分拡大図本発明の実施の形態を示す無段変速装置の正面図図６のVII−VII断面図アームの縦断面図剛性アップを説明するための図８と類似の縦断面図従来の技術を示す断面図（Ａ）は従来の技術を示す断面図、（Ｂ）は斜視図

符号の説明

１ガイドローラ
２小歯車
３歯付きリング
４プーリ
６回転軸
７回転軸
８ガイド面
１０ケーシング
１２ボールスプライン
１４アーム
１６軸受
１８スリーブ
２０連結軸
２２歯車
２４ａ，２４ｂ板材
２６ａ，２６ｂ板材
２８ａ，２８ｂスペーサ
３０プーリ幅調節機構
３２ねじ軸
３４ナット
３６ボール
３８歯車
４０アーム
４２，４４段付き板材
４６段付きスペーサ
４８ボルト
５０，５４軸
５２，５６軸受

Claims

ケーシングに回転自在に支持された第一の回転軸と、ケーシングに回転自在に支持された第二の回転軸と、第一の回転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、第二の回転軸回りにリングを移動させるための機構とから構成され、前記機構が、第二の回転軸周りに旋回可能に支持されたアームと、前記リングの外周に配置された少なくとも３個のガイドローラとを有し、各ガイドローラがアーム上の定点に位置し、かつ、アームが段付きスペーサを介在させた一対の段付き板材で構成してある無段変速装置。