JP2007255595A - 無段変速装置 - Google Patents

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10に回転自在に支持された第一の回転軸7と、ケーシング10に回転自在に支持された第二の回転軸6と、第一の回転軸7に支持された溝幅が可変のＶプーリ4と、Ｖプーリ4と係合し、外周を支えられた歯付きリング3と、第二の回転軸6に固定され、歯付きリング3の歯と噛み合う小歯車2と、第二の回転軸6回りに歯付きリング3を移動させるための機構とから構成され、歯付きリング3および前記小歯車2がやまば歯車で、かつ、境目がやまばの頂点を結ぶように分割された二つ割り構造である。
【選択図】図３

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。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２００４−２６３８５７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、歯付きリングと小歯車の歯車の種類について明示の記載はない。動力伝達する歯車において、平歯車を用いると騒音および振動が問題となる。はすば歯車は噛み合い率の増加による騒音および振動レベルの低下および負荷容量向上に効果がある。しかしながら、はすば歯車では軸方向力が作用するため、無段変速機の歯付きリングをはすば歯車とした場合に両側プーリと歯付きリングの接触部における左右の法線力に差異が生じるため耐久性または伝達効率の点から好ましくない。

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上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溝幅が可変のＶプーリと、Ｖプーリと係合し、外周を支えられた歯付きリングと、第二の回転軸に固定され、歯付きリングの歯と噛み合う小歯車と、第二の回転軸回りに歯付きリングを移動させるための機構とから構成され、前記歯付きリングおよび前記小歯車がやまば歯車で、かつ、境目がやまばの頂点を結ぶように分割された構造で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、歯付きリングと小歯車をやまば歯車としたことにより、当該歯車伝達部での騒音が低減し、負荷容量も増大する。さらに、歯付きリングと小歯車のやまば歯車が、境目がやまばの頂点を結ぶように分割された構造であるため、加工性が向上する。すなわち、これらの部材のやまばを成形する際、やまば（「く」の字）の一方の片を形成するために加工工具を当てると、やまば（「く」の字）の他方の片にも当たってしまうという問題が解消する。

以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の実施の形態を示す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、軸方向に可動の一対のプーリ４でＶ溝を作り、歯付きリング３を挟み込んだ構造である。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。この実施の形態では、これらの回転軸６，７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。

第一の回転軸６には小歯車２が固定してある。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を有し、前記ガイド面８にてガイドローラ１ａ，１ｂならびに小歯車２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にガイドローラ１ａ，１ｂが示してあり、図２にはそのうちのガイドローラ１ａだけが現れている。なお、小歯車２はガイドローラの機能を兼ね備えている。したがって、この実施の形態では、実質的に３つのガイドローラが歯付リング３の外周に配置してある。

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。したがって、ガイドローラ１ａ，１ｂならびに小歯車２の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ならびに小歯車２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３４と、内周にねじ溝を形成したナット３２と、ねじ軸３４のねじ溝とナット３２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３４は軸受１６の外輪端面で接触しながら回転運動を行う。ここでは、軸受１６として、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３４は歯車３８を備えており、一対の歯車３８が図示しない連結軸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３４が同じ方向に回転する。ナット３２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を介して歯車３８を回転させると、その回転運動がねじ軸３４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３４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溝の幅が変化する。

歯車３８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はガイドローラ１ａ，１ｂならびに小歯車２によって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と常に噛み合った状態にある。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。

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に力が作用し、ほぼ同じ大きさの力が小歯車２へ作用する。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。

歯付きリング３と小歯車２のように動力伝達する歯車において平歯車を用いると、騒音および振動が問題となる。はすば歯車ならば噛み合い率の増加による騒音および振動レベルの低下および負荷容量向上に効果がある。しかしながら、はすば歯車では軸方向分力が発生するため、歯付きリング３をはすば歯車とした場合、プーリ４と歯付きリング３との接触部における法線力が図の左側のプーリ４と右側のプーリ４とで差異が生じるため、耐久性または伝達効率の点から好ましくない。そこで、歯付きリング３の歯を、図３に示すように、２列に配置したはすば歯車とし、それぞれの歯のねじれ角を逆向きにしたやまば歯車とする。また、歯付きリング３と噛み合う小歯車２も同様にやまば歯車とすることにより、各はすば歯車の軸方向の分力を打ち消し合う。この場合、二つ割り構造の歯付きリング３のふらつきを抑えるため、図３の上部に現れているガイドローラ１ａも二つ割り構造のやまば歯車とし、歯付きリング３のはすば歯車と噛み合わせてある。二つ割り構造とは、境目がやまばの頂点を結ぶように分割された構造を意味する。

本発明の実施の形態を示す無段変速装置の正面図 図１のＡＯＣ断面図 図２におけるガイドローラと歯付きリングと小歯車の側面図 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

１ａ，１ｂ 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
３０ プーリ幅調節機構
３２ ナット
３４ ねじ軸
３６ ボール
３８ 歯車

Claims (1)

1. 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溝幅が可変のＶプーリと、Ｖプーリと係合し、外周を支えられた歯付きリングと、第二の回転軸に固定され、歯付きリングの歯と噛み合う小歯車と、第二の回転軸回りに歯付きリングを移動させるための機構とから構成され、前記歯付きリングおよび前記小歯車がやまば歯車で、かつ、境目がやまばの頂点を結ぶように分割された構造である無段変速装置。

Images