JP2007271042A - 無段変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変速機構部（プーリ幅調整機構）の強度アップまたはアクチュエータ容量アップのための大型化、変速レスポンスの低下、といった不具合を除去する。
【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入力軸12と、ケーシングに回転自在に支持された出力軸28と、入力軸12に軸方向変位およびトルク伝達可能に支持された一対のプーリ部材14で構成したＶプーリと、Ｖプーリにクランプされ外周を複数のガイドローラ22a,22b,22c,22dで支持された歯付きリング18と、出力軸28に固定され歯付きリング18の外周に設けた歯車と噛み合う出力歯車26と、複数のガイドローラ22a,22b,22cを回転自在に支持し出力軸28の軸芯周りに旋回可能なアーム24とを有し、アーム24に出力軸28の軸芯周りのモーメントを作用させるアクチュエータ46が設けてある。
【選択図】図１

Description

この発明は無段変速装置に関するもので、自動車や各種産業機械において利用することができる。

自動車用無段変速機には、主に金属ベルト式ＣＶＴおよびハーフトロイダル式ＣＶＴ（トラクションドライブ式）が実用化されている。本出願人は、従来の無段変速機の諸課題（小型軽量化、効率向上）を解決する新機構の無段変速機として、一対のプーリ間に歯付きリングがクランプされ、プーリと歯付きリングとの間で動力伝達および無段変速を可能とした無段変速装置を提案している（特許文献１、２）。

特許文献１、２に記載されている無段変速装置の主要構造は図６および図７に示すとおりである。入力軸１に対し一対のプーリ部材２が軸方向変位可能な動力伝達手段（ボールスプライン等）で係合して同軸上に配置してある。外周に歯車および円筒転走面を有する歯付きリング３がプーリ部材２間にクランプされ、プーリ部材２と歯付きリング３の側面との接触における摩擦により、歯付きリング３に動力が伝達される。歯付きリング３の回転は出力歯車６を介して歯車伝動により出力軸４に伝達される。歯付きリング３の外周転走面と接する複数のガイドローラ５が歯付きリング３の外周に配置され、これらのガイドローラ５は出力歯車６（出力軸４）の軸芯周りに回転可能なアーム７に回転自在に支持される。これらガイドローラ３およびアーム７を含む機構により、歯付きリング３は支持軸受無しの回転が可能となり、その回転中心Ｏは変速に伴い出力軸４の軸芯まわりに旋回する。そして、カムまたは送りねじ等を用いてプーリ幅を変化させることで変速比を連続的に変化させるようになっている。プーリ部材２と歯付リング３との接触部を図７に符号Ｐで指してある。
特開２００４−２６３８５７号公報 特開２００５−２２６８４０号公報

摩擦伝動に必要な法線力は、歯付きリングに作用する歯車からの反力およびプーリにより形成されるくさび効果によって得られ、プーリ傾斜角θ（図６参照）が小さいほど大きな法線力が得られる。一方、変速比を増加させる変速を行う場合、言い換えれば歯付きリングを半径方向外側に変位させる場合、この法線力に打ち勝つだけの軸方向荷重をプーリに作用させることが必要となる。このため、変速機構部（プーリ幅調整機構）の強度アップまたはアクチュエータ容量アップのための大型化、変速レスポンスの低下、といった不具合を招く。

この発明の目的は、上述の問題点すなわち、変速機構部（プーリ幅調整機構）の強度アップまたはアクチュエータ容量アップのための大型化、変速レスポンスの低下、といった不具合を除去した無段変速装置を提供することにある。

この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、第一の回転軸に軸方向変位およびトルク伝達可能に支持された一対のプーリ部材で構成したＶプーリと、Ｖプーリにクランプされ外周を複数のガイドローラで支持さ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外周に設けた歯車と噛み合う小歯車と、複数のガイドローラを回転自在に支持し第二の回転軸の軸芯周りに旋回可能なアームとを有し、前記アームに第二の回転軸の軸芯周りのモーメントを作用させるアクチュエータを設けたことを特徴とするものである。

アクチュエータとしては、たとえば、油圧または空気圧による直動アクチュエータ（請求項２）もしくはモータとボールねじの組み合わせによる直動アクチュエータ（請求項３）、または、アームに固定したピッチ円中心が出力軸の軸芯と一致する大歯車と、前記大歯車と噛み合うピニオンと、前記ピニオンを回転駆動するモータとにより構成される回転アクチュエータ（請求項４）を採用することができる。

アクチュエータはアームを第二の回転軸の軸芯周りの時計方向・反時計方向のどちらにも駆動させるようにする。変速機構部によりプーリ幅を広げて変速比を大から小に変化させる場合，プーリの軸方向移動に必要な力は小さいため，変速性に関わる問題は生じない．ただし、歯付きリングをプーリ半径方向内側に加圧することで，プーリと歯付きリングとの接触部における過大すべり（グロススリップ）を防ぎ，伝達トルク容量を向上させることができる。変速比を小から大に変化させる場合は，アクチュエータによりアームに旋回荷重を作用させ、歯付きリングをプーリ半径方向外側に加圧させる．これにより、変速比を小から大に変化させる場合の変速性を向上させる。

以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。

まず、無段変速装置の基本構造は、図５に示すように、軸方向に可動の一対のプーリ部材１４からなるＶプーリの溝にリング１８を挟んだ構造である。リング１８は外周に歯車の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。ケーシング１０内に、互いに平行な回転軸１２，２８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１２，２８間でトルク伝達を行い、一方の回転軸（１２または２８）を入力軸とすると、他方の回転軸（２８または１２）が出力軸となる関係にある。

回転軸１２は一対のプーリ部材１４で構成されたＶプーリを支持している。各プーリ部材１４はボールスプライン１６によって回転軸１２の軸方向に移動可能であり、かつ、回転方向にはロックされてトルク伝達可能である。各プーリ部材１４はプーリ幅調節機構３４を備えている。図５に例示したプーリ幅調節機構３４はボールねじタイプで、ナット３６の内周に形成したらせん溝とねじ軸３８の外周に形成したらせん溝とで循環通路を形成し、複数のボールを循環走行させるようになっている。ナット３６はケーシング１０等の静止部材に固定してある。したがって、ねじ軸３８が自身の回転に伴って軸方向に変位する。ねじ軸３８は、プーリ部材１４のボス部に嵌合させた軸受３２の外輪に先端を当ててある。

ねじ軸３８には歯車４０が固定してある。この歯車４０は、ケーシング１０に回転自在に支持された変速軸４２に固定した歯車４４と噛み合っている。変速軸４２が回転すると、ねじ軸３８が回転すると同時に、その回転方向によって図の右向きまたは左向きに、軸方向に移動する。図５の左右のプーリ幅調節機構３４におけるボールねじが互いに逆ねじになっているため、変速軸４２の、したがってまた歯車４４の回転に伴い、ねじ軸３８が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１４が接近または離反する方向に移動し、Ｖプーリの溝幅が変化する。

回転軸２８には小歯車２６が固定してある。小歯車２６は歯付きリング１８と噛み合っている。歯付きリング１８は、小歯車２６の歯と噛み合う歯と、平滑な円筒状ガイド面２０を有し、このガイド面２０にてガイドローラと接する。図１に示すように、４つのガイドローラ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが設けてあり、図５にはそのうちの２つ、つまり、ガイドローラ２２ａとガイドローラ２２ｄとが現れている。ガイドローラ２２ａ，２２ｂ，２２ｃはそれぞれピンと軸受を介して回転自在にアーム２４に取り付けてある。ガイドローラ２２ｄは、小歯車２６の両側に配置した一対の円板で構成されている。

アーム２４は、図１に示すように輪状で、ほぼ９０°間隔でガイドローラ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが配置してある。これらのガイドローラ相互の位置関係は固定的である。少なくとも１つのガイドローラはプーリ部材と歯付きリングとの接触部Ｐの歯付きリング中心周り１８０°付近で歯付きリングと接するように配置するのが望ましい。アーム２４は、図５に示すように２枚の板材で構成され、回転軸２８と同軸にケーシング１０のスリーブ３０に旋回自在に支持されている。

歯付きリング１８は４つのガイドローラ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ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２２ａ，２２ｂ，２２ｃを担持したアーム２４を旋回させることによって、回転軸２８の軸芯周りに歯付きリング１８の回転中心Ｏを移動させることができる。歯付きリング１８の外周の歯は小歯車２６と常に噛みあった状態にある。歯付きリング１８とプーリ部材１４との間にすきまが生じないようにプーリ部材１４とアーム２４を制御すれば、歯付きリング１８が回転軸２８の軸芯周りに移動するのに伴ってプーリ部材１４との接触点が変化し、一定の小歯車２６の回転数に対しプーリ部材１４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。

たとえば回転軸１２を入力側とすると、図３に示すように、歯付きリング１８をプーリ部材１４の半径方向内側に押し込んだ状態が減速状態となる。そして、プーリ部材１４から回転力が入力されると、プーリ部材１４から歯付きリング１８に力が作用し、ほぼ同じ大きさの力が小歯車２６へ作用する。小歯車２６からの反力が歯付きリング１８をプーリ部材１４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。

ガイドローラ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを担持したアーム２４を旋回させ、回転軸２８の軸芯周りに歯付きリング１８の回転中心Ｏを移動させるためのアクチュエータを設ける。図１ないし図３に示す実施の形態は、アクチュエータとして直動アクチュエータを採用した例である。直動アクチュエータの具体例としては、油圧シリンダ、空気圧シリンダ、モータとボールねじの組み合わせ、などが挙げられる。ここでは、アクチュエータ４６はケーシング１０に固定してあり、アーム２４には、アクチュエータ４６からの荷重をアーム２４に伝達するための継手５２が設けてある。この継手５２にはアクチュエータ４６の直線運動とアーム２４の旋回運動との差異を吸収する機能が必要である。その一例として、図２に、アクチュエータロッド４８の先端にクロス軸を設けてローラ５０を回転自在に取り付け、Ｕ字形断面の継手５２のＵ字溝内でローラ５０を転動させるようにした構造が示してある。

図４に、アクチュエータとして回転アクチュエータを採用した実施例を示す。ここでは歯車伝動の場合が例示してある。すなわち、アーム２４にピッチ円中心が出力軸２８の軸芯と一致する大歯車（の一部分）５４が固定してあり、この大歯車５４と噛み合うピニオン５６を回転させることで、アーム２４に旋回モーメントを作用させるようにしてある。ピニオン５６を駆動するモータ（図示省略）はケーシング１０に固定される。

アクチュエータは、その種類に拘らず、変速比、変速指令および伝達トルク等に応じ、加圧方向および加圧力を制御することができる。

実施の形態を示す無段変速装置の側面略図 図１のII矢視図 変速比小の状態の状態を示す図１と類似の側面略図 別の実施の形態を示す無段変速装置の側面略図 無段変速装置の縦断面図 従来の技術を示す無段変速装置の要部断面図 従来の技術を示す無段変速装置の側面略図

符号の説明

１０ ケーシング
１２ 回転軸
１４ プーリ部材
１６ ボールスプライン
１８ 歯付きリング
２０ ガイド面
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ ガイドローラ
２４ アーム
２６ 小歯車
２８ 回転軸
３０ スリーブ
３２ 軸受
３４ プーリ幅調節機構
３６ ナット
３８ ねじ軸
４０ 歯車
４２ 変速軸
４４ 歯車
４６ アクチュエータ
４８ ロッド
５０ ローラ
５２ 継手
５４ 大歯車
５６ ピニオン

Claims (4)

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、
   第一の回転軸に軸方向変位およびトルク伝達可能に支持された一対のプーリ部材で構成したＶプーリと、
   Ｖプーリにクランプされ外周を複数のガイドローラで支持さ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外周に設けた歯車と噛み合う小歯車と、
   複数のガイドローラを回転自在に支持し第二の回転軸の軸芯周りに旋回可能なアームとを有し、前記アームに第二の回転軸の軸芯周りのモーメントを作用させるアクチュエータを設けた無段変速装置。
2. 前記アクチュエータが油圧または空気圧による直動アクチュエータである請求項１の無段変速装置。
3. 前記アクチュエータがモータとボールねじの組み合わせによる直動アクチュエータである請求項１の無段変速装置。
4. 前記アクチュエータが、アームに固定したピッチ円中心が第二の回転軸の軸芯と一致する大歯車と、前記大歯車と噛み合うピニオンと、前記ピニオンを回転駆動するモータとにより構成される回転アクチュエータである請求項１の無段変速装置。

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