JP2012036962A - 無段変速機のシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト式無断変速機において、可動シーブと可動シーブの背面に油圧室を形成するシリンダとの隙間が変化し、シール部材が周期的に変形するものとしても、シール部材の摩耗を抑制してシール性能を確保する。
【解決手段】可動シーブとシリンダとの隙間を、断面が矩形状のシールリング５０を外周側に、断面が円形状のＯリング５２を内周側にそれぞれ装着することによりシールする。シールリング５０は、４箇所の角のうちＯリング５２が当接している側の２箇所を面取りする。これにより、ベルトによるプーリとシリンダとの変形に伴ってＯリング５２が周期的に押し潰されるものとしても、面取りによりリング溝３８ａの側壁とシールリング５０の側面との間に形成されるＶ字溝にＯリング５２を流動させることができ、Ｏリング５２の引き摺り摩耗の発生を抑制することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、可動シーブと固定シーブとが対向して配置され入力軸と出力軸にそれぞれ連結された２つのプーリと、両プーリ間に掛け渡されたベルトと、前記可動シーブの背面に油圧室を形成するシリンダとを備え、前記シリンダ内に油圧を給排することにより前記可動シーブを移動させて前記プーリの溝幅を変更可能な無段変速機における、前記可動シーブと前記シリンダとの隙間をシールする無段変速機のシール構造に関する。

従来、この種の無段変速機のシール構造としては、ベルト式の無段変速機において、プライマリプーリの可動シーブとハウジング部との間の隙間に密閉構造のシール部材を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この無段変速機では、ハウジング部をシリンダとして可動シーブの背面に配置し、可動シーブとハウジング部との間の隙間をシールすることにより、可動シーブを油圧により背面側から押し付けるための油圧室を形成している。

特開２００９−２７５７１８号公報

ところで、ベルト式の無段変速機は、プーリが半円状にベルトを挟んでいるため、ベルトが噛み込んでいる角度範囲ではベルトによりプーリを開こうとする力とベルトがプーリに接している半径との積による曲げ力が生じる。この曲げ力は、プーリが１回転する毎に１回作用し、可動シーブやハウジング部（シリンダ）を変形させて可動シーブとハウジング部との隙間に設けられたシール部材を周期的に押し潰すため、シール部材が摩耗する場合が生じる。これに対して、シーブやハウジング部の変形を抑えるために、その剛性を高めることも考えられるが、変速機が大型化したり、重量が増加してしまう。

本発明の無段変速機のシール構造は、過剰な剛性のシーブやシリンダを用いることなく、シール部材の摩耗を抑制してシール性能の向上を図ることを主目的とする。

本発明の無段変速機のシール構造は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の無段変速機のシール構造は、
可動シーブと固定シーブとが対向して配置され入力軸と出力軸にそれぞれ連結された２つのプーリと、両プーリ間に掛け渡されたベルトと、前記可動シーブの背面に油圧室を形成するシリンダとを備え、前記シリンダ内に油圧を給排することにより前記可動シーブを移動させて前記プーリの溝幅を変更可能な無段変速機における、前記可動シーブと前記シリンダとの隙間をシールする無段変速機のシール構造であって、
前記可動シーブと前記シリンダの一方に形成された環状の溝に配置される環状の外周側シール部材と、
前記環状の溝に前記外周側シール部材よりも内周側に層状に配置され、前記外周側シール部材よりも高弾性の環状の内周側シール部材と、
を備え、
前記外周側シール部材は、前記内周側シール部材と当接している側が面取りされてなる
ことを要旨とする。

この本発明の無段変速機のシール構造では、可動シーブと可動シーブの背面に油圧室を形成するシリンダとの一方に形成された環状の溝に、断面が矩形状で且つ環状の外周側シール部材と、外周側シール部材よりも高弾性の環状の内周側シール部材とをそれぞれ層状に配置したものにおいて、外周側シール部材の内周側シール部材と当接している側を面取りする。これにより、ベルトの噛み込みによるシーブやシリンダの変形によって、シーブとシリンダとの隙間が変化し内周側シール部材が周期的に変形するものとしても、面取りにより環状の溝の側壁と外周側シール部材との間に形成される空間（逃げ場）に内周側シール部材を流動させることができるから、内周側シール部材の引き摺り摩耗を抑制することができる。この結果、過剰な剛性のシーブやシリンダを用いることなく、シール性能を確保することができる。ここで、「外周側シール部材」は、平面取りにより面取りされてなるものとすることもできる。

こうした本発明の無段変速機のシール構造において、前記外周側シール部材は、断面が矩形状のシールリングであり、前記内周側シール部材は、断面が円形状のＯリングであるものとすることもできる。

また、本発明の無段変速機のシール構造において、前記可動シーブは、外周部から軸方向に延伸された円筒部が形成され、前記シリンダは、外周部が前記可動シーブの円筒部の内周面手前まで径方向に延伸され、前記シール部材は、前記シリンダの外周縁に全周に亘って形成された溝に装着されてなるものとすることもできる。このタイプの無段変速機では、可動シーブとシリンダとの隙間の変形が比較的大きく、シール部材の変形の振幅が比較的大きなものとなるため、本発明の効果がより顕著なものとなる。

動力伝達装置２０の構成の概略を示す構成図である。 プライマリプーリ３４に対するベルト４０の噛み込み角度を示す説明図である。 実施例のＣＶＴ３０におけるプライマリプーリ３４とプライマリシリンダ３８の変形の様子を説明する説明図である。 実施例のシールリング５０を用いた場合のＯリング５２の変形の様子を説明する説明図である。 比較例のシールリング１５０を用いた場合のＯリング５２の変形の様子を説明する説明図である。 比較例のＣＶＴにおけるプライマリプーリ１３４とプライマリシリンダ１３８の変形の様子を説明する説明図である。 プーリ３４の回転角とＯリング５２の潰し代との関係を示す説明図である 実施例のＣＶＴ３０における変速比とエンジントルクとＯリング５２の潰し代の振幅との関係を説明する説明図である。 比較例のＣＶＴにおける変速機とエンジントルクとＯリング５２の潰し代の振幅との関係を説明する説明図である。 変形例のシールリング５０Ｂの断面図である。 変形例のシールリング５０Ｃの断面図である。

次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、動力伝達装置２０の構成の概略を示す構成図である。動力伝達装置２０は、図１に示すように、クランクシャフトが車軸６４ａ，６４ｂに対して略平行に配置された横置きのエンジン（図示せず）からの動力を車軸６４ａ，６４ｂに伝達するトランスアクスル装置として構成されており、エンジンのクランクシャフトに接続された入力側のポンプインペラ２２ａと出力側のタービンランナ２２ｂとからなるロックアップクラッチ付きのトルクコンバータ２２と、トルクコンバータ２２のタービンランナ２２ｂに接続され入力された動力を正転と逆転との切り換えを伴って出力する前後進切換ユニット２４と、前後進切換ユニット２４に接続されたプライマリシャフト３２とこのプライマリシャフト３２に平行に配置されたセカンダリシャフト４２とを有しプライマリシャフト３２に入力された動力を無段階に変速してセカンダリシャフト４２に出力する無段変速機（以下「ＣＶＴ」という）３０と、を備える。

ＣＶＴ３０は、プライマリシャフト３２に取り付けられたプライマリプーリ３４と、プライマリシャフ３２と平行に配置されたセカンダリシャフト４２に取り付けられたセカンダリプーリ４４と、プライマリプーリ３４の溝とセカンダリプーリ４４の溝とに掛け渡されたベルト４０と、プライマリプーリ３４の溝幅を変更するための油圧式のアクチュエータとしてのプライマリシリンダ３８と、セカンダリプーリ４４の溝幅を変更するための油圧式のアクチュエータとしてのセカンダリシリンダ４８とを備え、プライマリプーリ３４とセカンダリプーリ４４の溝幅を変更することによりプライマリシャフト３２に入力された動力を無段階に変速してセカンダリシャフト４２に出力する。プライマリシリンダ３８内の油圧の給排とセカンダリシリンダ４８内の油圧の給排は、図示しないが、オイルポンプや、オイルポンプからの油圧を調圧するレギュレータバルブ，レギュレータバルブにより調圧した油圧を用いてプライマリシリンダ３８やセカンダリシリンダ４８に対して油圧の給排を行なうための油路の継断を司るコントロールバルブ，コントロールバルブを駆動するソレノイドバルブなどからなる油圧回路により行なわれる。セカンダリシャフト４２は、ギヤ機構６０と、デファレンシャルギヤ６２とを介して左右の車軸６４ａ，６４ｂに連結されているから、エンジンからの動力はトルクコンバータ２２，前後進切換ユニット２４，ＣＶＴ４０，ギヤ機構６０，デファレンシャルギヤ６２を順に介して車軸６４ａ，６４ｂに伝達されることになる。

プライマリプーリ３４は、プライマリシャフト３２と一体に形成された固定シーブ３５と、プライマリシャフト３２にボールスプラインを介して軸方向に摺動自在に支持される可動シーブ３６とにより構成されている。また、セカンダリプーリ４４は、セカンダリシャフト４２と一体に形成された固定シーブ４５と、セカンダリシャフト４２にボールスプラインを介して軸方向に摺動自在に支持される可動シーブ４６と、により構成されている。なお、セカンダリプーリ４４の可動シーブ４６は、リターンスプリング４７によりセカンダリプーリ４４の溝幅を狭める方向に付勢されている。

プライマリプーリ３４の可動シーブ３６は、ピストンが一体化されると共に外周部からシリンダ３８側の軸方向に延伸するよう円筒部３６ａが形成されている。一方、プライマリシリンダ３８は、外周部が可動シーブ３６の円筒部３６ａの内周面付近まで径方向に延伸され、その外周縁と可動シーブ３６（ピストン）の円筒部３６ａの内周面との間の隙間がシールされている。これにより、油圧室３９を形成する。また、セカンダリプーリ４４の可動シーブ４６も、ピストンが一体化されると共に外周部からセカンダリシリンダ４８側の軸方向に延伸するよう円筒部が形成されている。一方、セカンダリシリンダ４８は、外周部が可動シーブ４６の円筒部の内周面付近まで径方向に延伸され、その外周縁と可動シーブ４６（ピストン）の円筒部の内周面との間の隙間がシールされている。これにより、油圧室４９を形成する。

プライマリシリンダ３８の外周縁には、全周に亘ってリング溝３８ａが形成されており、このリング溝３８ａには、外周側にシールリング５０が、内周側にＯリング５２がそれぞれ層をなすように装着されている。シールリング５０は、樹脂（例えば、フッ素樹脂など）系の材料により断面が矩形状に形成され、Ｏリング５２は、シールリング５０よりも弾性率が高いゴム（例えば、フッ素ゴムなど）系の材料により断面が円形状に形成されている。シールリング５０は、４箇所の角のうちＯリング５２が当接している側の２箇所が面取りされている。本実施例では、略４５度の面取り角度をもって平面取りにより面取りするものとした。シールリング５０を面取りする理由については後述する。

図２は、プライマリプーリ３４に対するベルト４０の噛み込みの様子を示す説明図である。図２に示すように、プライマリプーリ３４は半円状にベルト４０を挟んでいるため、ベルト４０の噛み込みが生じている噛み込み角度θの範囲ではプライマリプーリ３４にはベルト４０により片側に開こうとする力とベルト４０がプライマリプーリ３４に接する半径の積による曲げ力が作用する。この曲げ力は、プライマリプーリ３４が１回転する毎に１回作用するため、プライマリプーリ３４とプライマリシリンダ３８とを１回転毎に１回の周期をもって変形させる。図３に、実施例のＣＶＴ３０におけるプライマリプーリ３４とプライマリシリンダ３８の変形の様子を示す。なお、図３の破線は変形前の状態を示し、実線は変形後の状態を示す。図示するように、プライマリプーリ３４（可動シーブ３６）は、ベルト４０が噛み込んでいる区間では円筒部３６ａが軸中心に近づく方向に変形し、ベルト４０が噛み込んでいない区間では円筒部３６ａが軸中心から離れる方向に変形する。一方、プライマリシリンダ３８は、全周に亘ってプライマリプーリ３４とは反対側の軸方向に変形する。こうしたプライマリプーリ３４とプライマリシリンダ３８の変形により、プライマリシリンダ３８のリング溝３８ａの底面と可動シーブ３６の内周面（摺動面）との間隔が１回転毎に１回の周期をもって変化するため、シールリング５０よりも弾性率の高いＯリング５２が径方向に押し潰される。油圧室３９内に油圧が生じていることを考えると、Ｏリング５２は、油圧室３９の油圧によってシールリング５０と共にプライマリシリンダ３８のリング溝３８ａの側壁に軸方向に押し付けられた状態で径方向に押し潰されるものとなる。

図４は、実施例のシールリング５０を用いた場合のＯリング５２の変形の様子を示し、図５は、比較例のシールリング１５０を用いた場合のＯリング５２の変形の様子を示す。ここで、図４では断面が矩形状の４箇所の角のうちＯリング５２に当接している側の２箇所を面取りした実施例のシールリング５０を用いるものとし、図５では面取りされていないシールリング１５０を用いるものとした。実施例では、図４に示すように、シールリング５０はＯリング５２と当接している側の２箇所の角を面取りしているから、リング溝３８ａの側壁とシールリング５０の側面との間にＶ字溝を形成し（図４中のＡ部分参照）、Ｏリング５２が押し潰されたときにＶ字溝内に流動する。一方、比較例では、シールリング１５０は面取りされていないから、Ｏリング５２が押し潰されても、Ｏリング５２が流動する逃げ場がなく（図５中のＢ部分参照）、Ｏリング５２の１回転毎に１回の周期的な押し潰しにより、引き摺り摩耗が生じる。断面が矩形状のシールリング５０を４箇所の角のうちＯリング５２に当接している側の２箇所を面取りするのは、プライマリプーリ３４とプライマリシリンダ３８の変形に伴ってＯリング５２が周期的に押し潰されたときにＯリング５２が流動する逃げ場を設けることにより、Ｏリング５２に引き摺り摩耗が発生するのを抑制するためである。

図６は、比較例のＣＶＴにおけるプライマリプーリ１３４とプライマリシリンダ１３８の変形の様子を説明する説明図である。なお、図６の破線は変形前の状態を示し、実線は変形後の状態を示す。この比較例では、図示するように、プライマリシリンダ１３８は、その外周部１３８ａが円筒状に形成されている。一方、可動シーブ１３６は、その外周部がプライマリシリンダの外周部１３８ａの内周面付近まで径方向に延伸され、外周縁に全周に亘って形成されたリング溝１３６ａにシールリング５０とＯリング５２とがそれぞれ外周側と内周側とに層状に装着されて、油圧室１３９を形成している。こうして構成された比較例のＣＶＴでは、プライマリプーリ１３４（可動シーブ１３６）は、プライマリシリンダ１３８にベルト４０が噛み込んでいる区間ではプライマリシリンダ１３８側の軸方向に変形し、ベルト４０が噛み込んでいない区間では外周部が軸中心から離れる方向に変形する。一方、プライマリシリンダ１３８は、外周部１３８ａが全周に亘って軸中心から離れる方向に変形する。図７に、プーリ３４の回転角とＯリング５２の潰し代との関係を示し、図８に、実施例のＣＶＴ３０における変速比とエンジントルクとＯリング５２の潰し代の振幅との関係を示し、図９に、比較例の無段変速機における変速機とエンジントルクとＯリング５２の潰し代の振幅との関係を示す。なお、図７の実線は実施例におけるＯリング５２の潰し代を示し、一点鎖線は比較例におけるＯリング５２の潰し代を示す。プライマリプーリ３４とプライマリシリンダ３８との変形に基づくＯリング５２の潰し代の振幅は、図７〜図９に示すように、実施例の方が比較例よりも大きくなる傾向にある。即ち、実施例では、比較例に比して、Ｏリング５２の引き摺り摩耗が発生し易くなるから、本発明を適用する意義がより大きなものとなる。

以上説明した実施例の無段変速機のシール構造によれば、可動シーブ３６と可動シーブ３６の背面に油圧室３９を形成するプライマリシリンダ３８との間の隙間に、断面が矩形状のシールリング５０を外周側に、断面が円形状のＯリング５２を内周側にそれぞれ層状に装着することによりシールするものにおいて、シールリング５０を４箇所の角のうちＯリング５２が当接している側の２箇所を面取りするから、ベルト４０によるプライマリプーリ３４（可動シーブ３６）とプライマリシリンダ３８の変形により、Ｏリング５２が周期的に押し潰されるものとしても、面取りによりリング溝３８ａの側壁とシールリング５０の側面との間に形成されるＶ字溝にＯリング５２を流動させることができ、Ｏリング５２の引き摺り摩耗の発生を抑制することができる。この結果、過剰な剛性の可動シーブ３６やプライマリシリンダ３８を用いることなく、シール性能を確保することができる。

実施例の無段変速機のシール構造では、可動シーブ３６の外周部から軸方向に延伸した円筒部３６ａを形成し、プライマリシリンダ３８の外周部を円筒部３６ａの内周面付近まで径方向に延伸させ、プライマリシリンダ３８の外周縁に全周に亘ってリング溝３８ａを形成し、このリング溝３８ａにシールリング５０とＯリング５２とをそれぞれ外周側と内周側に層状に装着することにより、油圧室３９を形成するものとしたが、図６に示すように、プライマリシリンダ１３８の外周部１３８ａを円筒状に形成し、可動シーブ１３６の外周部をプライマリシリンダ１３８の外周部１３８ａの内周面付近まで径方向に延伸させ、可動シーブ１３６の外周縁に全周に亘ってリング溝１３６ａを形成し、このリング溝１３６ａにシールリング５０とＯリング５２とをそれぞれ外周側と内周側に層状に装着することにより、油圧室１３９を形成するものとしてもよい。この場合、前述したように、プーリ１３２の回転に伴うＯリング５２の潰し代の振幅は、実施例に比して、小さくなるから、本発明を適用する意義は若干小さなものとなる。

実施例の無段変速機のシール構造では、断面が矩形状のシールリング５０の面取りを略４５度の面取り角度をもって平面取りにより行なうものとしたが、プライマリプーリ３４（可動シーブ３６）とプライマリシリンダ３８との隙間の変化によってＯリング５２が押し潰されたときに、プライマリシリンダ３８のリング溝３８ａの側壁とシールリング５０の側面との間にＯリング５２が流動するための隙間（逃げ場）が形成されていればよいから、平面取り角度は４５度のものに限られず、３０度や４０度，５０度，６０度などの他の面取り角度としてもよく、また、面取り形状も平面取りに限られず、図１０の変形例のシールリング５０Ｂに示すように丸面取り（Ｒ面取り）としたり、図１１の変形例のシールリング５０Ｃに示すようにＬ型のＬ面取りとしたりするなど如何なる面取り形状とするものとしてもよい。

実施例の無段変速機のシール構造では、断面が矩形状に形成されたシールリング５０の４箇所の角のうちＯリング５２が当接する側の２箇所を面取りするものとしたが、これに限られず、Ｏリング５２が当接している側の２箇所のうち油圧室３９とは反対側（油圧室３９の油圧によりシールリング５０とＯリング５２とがプライマリシリンダ３８のリング溝３８ａの側壁に押し付けられる側）の１箇所だけを面取りするものとしても構わない。

ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、シールリング５０が「外周側シール部材」に相当し、Ｏリング５２が「内周側シール部材」に相当する。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、無段変速機の製造産業に利用可能である。

２０ 動力伝達装置、２２ トルクコンバータ、２２ａ ポンプインペラ、２２ｂ タービンランナ、２４ 前後進切換ユニット、３０ 無段変速機（ＣＶＴ）、３２ プライマリシャフト、３４，１３４ プライマリプーリ、３５ 固定シーブ、３６，１３６ 可動シーブ、３８，１３８ プライマリシリンダ、３８ａ，１３６ａ リング溝、３９，１３９ 油圧室、４０ ベルト、４２ セカンダリシャフト、４４ セカンダリプーリ、４５ 固定シーブ、４６ 可動シーブ、４７ リターンスプリング、４８ セカンダリシリンダ、４９ 油圧室、５０，５０Ｂ，５０Ｃ，１５０ シールリング、５２ Ｏリング、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６４ａ，６４ｂ 車軸。

Claims (4)

1. 可動シーブと固定シーブとが対向して配置され入力軸と出力軸にそれぞれ連結された２つのプーリと、両プーリ間に掛け渡されたベルトと、前記可動シーブの背面に油圧室を形成するシリンダとを備え、前記シリンダ内に油圧を給排することにより前記可動シーブを移動させて前記プーリの溝幅を変更可能な無段変速機における、前記可動シーブと前記シリンダとの隙間をシールする無段変速機のシール構造であって、
   前記可動シーブと前記シリンダの一方に形成された環状の溝に配置される環状の外周側シール部材と、
   前記環状の溝に前記外周側シール部材よりも内周側に層状に配置され、前記外周側シール部材よりも高弾性の環状の内周側シール部材と、
   を備え、
   前記外周側シール部材は、前記内周側シール部材と当接している側が面取りされてなる
   ことを特徴とする無段変速機のシール構造。
2. 請求項１記載のシール構造であって、
   前記外周側シール部材は、平面取りにより面取りされてなる
   ことを特徴とする無段変速機のシール構造。
3. 請求項１または２記載のシール構造であって、
   前記外周側シール部材は、断面が矩形状のシールリングであり、
   前記内周側シール部材は、断面が円形状のＯリングである
   無段変速機のシール構造。
4. 請求項１ないし３いずれか１項に記載のシール構造であって、
   前記可動シーブは、外周部から軸方向に延伸された円筒部が形成され、
   前記シリンダは、外周部が前記可動シーブの円筒部の内周面手前まで径方向に延伸され、
   前記シール部材は、前記シリンダの外周縁に全周に亘って形成された溝に装着されてなる
   無段変速機のシール構造。

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