JP2013117306A - チェーン式無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】チェーン式無段変速機の３〜５ｋＨｚの騒音を低減する。
【解決手段】チェーンは、チェーンの幅方向の配列される板形状のリンクと、リンクをチェーンの幅方向に貫くピン４２を有するチェーンエレメントを、チェーン周方向に連結して形成される。ピン４２は、プーリ１２の対向する２つの略円錐面２４，２６に挟持される。ピンがプーリに挟持されたときのピン長さの変形率が１．３×１０^-6（１／Ｎ）以上となるようにする。ピンの長さの変形率は、ピンの長さＬ、ピンに係る荷重Ｆ、ピンの変形量ΔＬのとき、（変形率）＝ΔＬ／（Ｆ×Ｌ）で表される。
【選択図】図５

Description

本発明は、チェーン式無段変速機に関し、特にその騒音対策に関する。

対向し、かつ互いの距離が変更可能な円錐面を有するプーリを２個備え、この２個のプーリに可撓性無端部材を巻き渡した無段変速機が知られている。一方のプーリの回転が、可撓性無端部材により他方のプーリに伝えられる。このとき、対向する円錐面の距離を変更することにより可撓性無端部材のプーリに対する巻き掛かり半径が変更され、変速比を変更することができる。無段変速機の可撓性無端部材として用いられるチェーンが下記特許文献１に開示されている。

下記特許文献１に示されるチェーンは、開口を有する板形状のリンクがチェーンの周方向に沿って配置され、かつチェーンの幅方向に複数枚が配列されて構成されたリンクユニットと、リンク両端において前記開口をそれぞれ貫通し、両端が前記円錐面に当接する２本のピンとを有するチェーンエレメントを連結して形成される。チェーンエレメント同士の連結は、隣接するチェーンエレメントの一方のピンを他方のエレメントのリンクの開口に通して成される。

このようなチェーンを用いた無段変速機においては、チェーンのピンがプーリに噛み込むときの衝撃が起振力となって、騒音が発生する。特に、プーリやプーリを支持する軸等の構成部品の伝達系の固有値が存在する３〜５ｋＨｚの起振力が騒音の原因となる。ピンを等間隔に配置した場合、ピンの噛み込み周波数およびその高次周波数にピークを持った振動が発生する。下記特許文献１には、チェーンの周方向におけるピンの配列ピッチを不等ピッチにして、振動ピークを分散させ共鳴振動を抑制する技術が記載されている。

特開平７−１６７２２４号公報

上記特許文献１のように、ピンの配列を不等ピッチとすることによって振動のピークを分散させると、次数成分そのものは低減することができる。しかし、伝達系の固有値が存在する３〜５ｋＨｚの帯域の次数成分以外の部分の振動成分が増加し、これらが音となって、高周波異音（以下、シャーシャー音と記す。）となる。

本発明は、３〜５ｋＨｚの高次成分の騒音およびシャーシャー音を低減することを目的とする。

本発明の無段変速機は、対向し、かつ互いの距離が変更可能な円錐面を有する２個のプーリと、前記２個のプーリに巻き渡され、前記円錐面に挟持されるチェーンと、を有するチェーン式の無段変速機である。ここで、円錐面とは、母線が直線である円錐面、および母線が円弧等の曲線となって若干凸または凹となる略円錐面の双方を含む。前記チェーンは、開口を有する板形状のリンクがチェーンの周方向に沿って配置され、かつチェーンの幅方向に複数枚が配列されて構成されたリンクユニットと、前記リンクの両端において開口をそれぞれ貫通する２本のピンとを有するチェーンエレメントを、チェーン周方向に隣接するチェーンエレメントのうち一方のエレメントのピンを他方のエレメントのリンクの開口に通して連結して形成される。２本のピンの少なくとも一方は、その両端がプーリの円錐面に当接する。ピンがプーリに噛み込まれるときの衝撃を低減するために、ピンがピンの中心軸線方向に変形しやすいようにする。具体的には、ピンの中心軸線方向の荷重に対する同方向のピンの単位荷重当たりの変形率が、１．３×１０^-6（１／Ｎ）以上とする。

ピンが変形しやすいようにするために、例えばピンとプーリの円錐面の接触点の位置を、前記プーリの径方向外側にずらすことができる。このずれ量により、プーリに挟持されたときに、ピンが曲がり、これによりピンの中心軸線方向の変形も大きくなる。

ピンの変形率は、耐久性を考慮して２．３×１０^-6（１／Ｎ）以下とすることが好ましい。

また、本発明の別の態様として、ピンと円錐面の接触点の位置が、プーリの径方向において、ピンのプーリ径方向寸法を１としたときピンの中心から０．１６以上、径方向外側にずらすようにすることができる。また、耐久性を考慮して、ピン中心からのずれ量とピンのプーリ径方向の寸法の比（以下ずれ率と記す。）が０．３８以下とすることが好ましい。

ピンの中心軸線方向において変形しやすくすることにより、ピンがプーリに噛み込む際の衝撃を和らげ、起振力の高次成分が低減される。

チェーン式無段変速機の要部を示す図である。 チェーンの構造を示す側面図である。 チェーンの構造を説明するための斜視図である。 チェーンの構造を示す平面図である。 ピンの変形についての説明図である。 ピンの変形量を変えたときの起振力の周波数分布の変化を示す図である。 ピンとプーリの接触状態の詳細を示す図である。 ピン長さの変形率と３〜５ｋＨｚの音圧（ＯＡ値）の関係を示す図である。 接触点のずれ率とピン長さの変形率の関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１には、チェーン式無段変速機１０の要部が示されている。チェーン式無段変速機１０は２個のプーリ１２，１４とこれらのプーリに巻き渡されたチェーン１６を有する。２個のプーリの一方を入力プーリ１２、他方を出力プーリ１４と記す。入力プーリ１２は、入力軸１８に固定された固定シーブ２０と、入力軸１８上を入力軸に沿ってスライドして移動可能な移動シーブ２２を有する。固定シーブ２０と移動シーブ２２の互いに対向する面は、略円錐側面の形状を有する。この略円錐側面は、図示されるように、円錐の側面に対して凸に形成された面である。これらの面を略円錐面２４，２６と記す。この略円錐面２４，２６によりＶ字形の溝が形成され、この溝内に、略円錐面２４，２６に側面を挟まれるようにしてチェーン１６が位置する。出力プーリ１４も、入力プーリ１２と同様に、出力軸２８に固定された固定シーブ３０と、出力軸２８上を出力軸に沿ってスライドして移動可能な移動シーブ３２を有する。固定シーブ３０と移動シーブ３２の互いに対向する面は、略円錐側面の形状を有する。この略円錐側面は、図示されるように、円錐の側面に対して凸に形成された面である。これらの面を略円錐面３４，３６と記す。この略円錐面３４，３６によりＶ字形の溝が形成され、この溝内に、略円錐面３４，３６に側面を挟まれるようにしてチェーン１６が位置する。

入力プーリ１２と出力プーリ１４の固定シーブと移動シーブの配置は逆となっている。すなわち、入力プーリ１２において移動シーブ２６が図１中、右側であるのに対し、出力プーリ１４において移動シーブ３２は左側に配置される。移動シーブ２２，３２をスライドさせることにより、互いに対向する略円錐面２４，３４、２６，３６の距離が変化し、これらの略円錐面で形成されるＶ字溝の幅が変化する。この溝幅の変化により、チェーンの巻き掛かり半径が変わる。すなわち、移動シーブ２２，３２が固定シーブ２０，３０から離れると溝幅が広がり、チェーン１６は溝の深い位置に移動して、巻き掛かり半径が小さくなる。逆に、移動シーブ２２，３２が固定シーブ２０，３０に近づくと溝幅が狭くなり、チェーン１６は溝の浅い位置に移動して、巻き掛かり半径が大きくなる。巻き掛かり半径の増減を、入力プーリ１２と出力プーリ１４で逆にすることにより、チェーン１６がたるまないようにされている。移動シーブ２２，３２がスライドすることにより、Ｖ字溝の幅は連続的に変化し、巻き掛かり半径も連続的に変化する。これにより、入力軸１８から出力軸２８への伝達における変速比を連続的に変化させることができる。

図２〜４は、チェーン１６の構造の詳細を示す図である。以降の説明において、チェーン１６が延びる方向に沿う方向を周方向、周方向に直交し、かつ入力軸１８および出力軸２８に平行な方向を幅方向、周方向と幅方向に直交する方向を厚さ方向と記す。図２は、チェーン１６の一部を幅方向より視た図、図３は一部を抜き出して分解して示す図、図４はチェーン１６の一部を外周側から厚さ方向に視た図である。

図２において、左右方向が周方向であり、上下方向が厚さ方向である。チェーン１６は、開口３８を有する板形状のリンク４０と、棒形状のピン４２ａ，４２ｂを組み合わせて形成される。個々のリンク４０は厚さも含めて同一形状であり、棒形状のピン４２ａおよびピン４２ｂは、それぞれに同一形状である。リンク４０は、幅方向に所定パターンで配列され（図４参照）、２本のピン４２ａ，４２ｂがリンクの両端において開口を貫通している。２本のピン４２ａ，４２ｂの両端、またはいずれか１本のピンの両端が入力および出力プーリ１２，１４の略円錐面２４，２６、３４，３６に当接する。この２本のピン４２ａ，４２ｂとピンに貫通されたリンクの組をチェーンエレメント４４と記す。図３には、二つのチェーンエレメント４４-1，４４-2が示されている。添え字「-1」「-2」「-3」は、チェーンエレメントおよびチェーンエレメントに属するリンク、ピンを他のエレメントから区別する場合に用いる。チェーンエレメント４４-1は、複数のリンク４０-1とこれらを貫く２本のピン４２ａ-1，４２ｂ-1から構成される。２本のピン４２ａ-1，４２ｂ-1は、リンク４０-1の両端において、それぞれ開口３８-1に圧入、または位置固定されて結合されている。チェーンエレメント４４-2も同様に、複数のリンク４０-2とこれらを貫く２本のピン４２ａ-2，４２ｂ-2から構成される。また、一つのチェーンエレメントに属するリンク４０の全体をリンクユニット４６と記す。リンクユニット４６においても、属するチェーンエレメントを区別する必要がある場合には、前述の添え字「-1」「-2」「-3」を用いて説明する。

隣接するチェーンエレメント４４-1，４４-2の連結は、ピン４２を、互いに相手側のリンク４０の開口３８に通すことにより達成される。図３に示すように、左側のチェーンエレメント４４-1のピン４２ｂ-1は、右側のチェーンエレメント４４-2のピン４２ａ-2の右側に位置するように、開口３８-2内に配置される。逆に、右側のチェーンエレメント４４-2のピン４２ａ-2は、左側のチェーンエレメント４４-1のピン４２ｂ-1の左側に位置するように、開口３８-1内に配置される。この２本のピン４２ｂ-1，４２ａ-2が係合し、これらの間でチェーン１６の張力が伝達される。チェーン１６が曲がるときには、隣接するピン、例えばピン４２ｂ-1，４２ａ-2同士が互いの接触面において転がるように動き、曲げが許容される。一つのチェーンエレメントのピン４２ａ，４２ｂの間隔は、数種類が用意され、これらがランダムに配列され、連結されている。この結果、チェーン周方向におけるピンの配列ピッチはランダムピッチとなっている。

図４には、３個のチェーンエレメント４４に属するリンク４０およびピン４２ａ，４２ｂが示され、これら３個のチェーンエレメントに隣接するエレメントについては、省略されている。リンク４０は、幅方向（図４中、左右方向）に複数枚が配列され、周方向にも適宜ずらして配置されている。これにより、チェーンエレメント４４が周方向に連なり一つのチェーンを構成している。図示する、リンク４０の配置は一例であり、他の配置を採ることも可能である。

チェーン式無段変速機の運転中は、ピン４２ａ，４２ｂの両方、またはピン４２ａ，４２ｂのいずれかは、入力プーリ１２または出力プーリ１４に挟まれた状態と、プーリから開放された状態を繰り返す。プーリ１２，１４に挟まれると、挟まれたピンは、プーリ１２，１４からの荷重により、ピン中心軸線方向において変形する。この変形が大きいと、ピンがプーリ１２，１４に噛み込まれるときの衝撃が小さくなり、起振力の高次成分を低減する効果がある。簡略化のために、以降の説明において、ピン４２ａ，４２ｂについて符号４２を用い、プーリは入力プーリ１２に関して説明する。

図５は、ピン４２の変形についての説明図である。ピン４２が入力プーリ１２の二つのシーブ２０，２２から力を受けていない状態において、ピン４２の中心線上の長さ（自由長）はＬである（図５（ａ）参照）。シーブ２０，２２に荷重Ｆで挟持されると、図５（ｂ）に示すように、プーリの径方向内側に向けて撓んで、ピン中心軸方向の長さが短くなる。このときのピン４２の長さの変化をΔＬとする。長さの変化ΔＬを荷重およびピンの自由長Ｌで割った値をピン長さの変形率と定義し、ピンの変形量を正規化する。
（ピン長さの変形率）＝ΔＬ／（Ｆ×Ｌ）

図６は、ピンの変形量の差を設けた場合の起振力の周波数特性を比較した計算結果を示す図である。同一の回転速度の時の周波数分布が示されている。実線で表されたグラフは、破線で表されたものに対してピンの変形量が２倍の場合である。ピンの変形量を大きくすることにより、高次成分、特に３次以上の高次成分を低減する効果があるとともに、シャーシャー音に影響する３ｋＨｚ以上、特に３〜５ｋＨｚの帯域で効果が認められる。

本実施形態においては、ピンの変形率を変化させるために、ピン４２とシーブの略円錐面２４，２６の接触点の位置をピンの中心からずらしている。ピン４２の端面は、わずかに湾曲しており、この湾曲形状の頂点の位置をずらすことにより、接触点の位置を変更することができる。図７に示すように、ピン４２とシーブ２２との接触点Ｃの位置は、ピン４２のプーリ径方向の寸法ｂの中心を通る中心軸線ｓからの距離ｄで定義される。また、ずれ量ｄを寸法ｂで割った値をずれ率と記す。
（ずれ率）＝ｄ／ｂ
なお、図７のピンの中心線から図中上側のずれをプラス、下側のずれをマイナスとする。

図８は、ピン長さの変形率と、３〜５ｋＨｚ帯域のオーバーオール（ＯＡ）の音圧値の関係を示した図である。白丸「○」は、実測値であり、破線はその一次近似を表す。実測値においても、ピン長さの変形率を大きくすると音圧値が低くなっていることが理解できる。基準となる変形率の場合が点Ａ１で示されており、このときの音圧を３ｄＢ低下させた点Ｂ１とするためには、ピンの変形率を約１．５倍の、約１．３×１０^-6（１／Ｎ）とすることが必要である。３ｄＢは、聴感上、改善効果を感じることができる値である。なお、騒音の実測値は、変速比が１、無負荷、入力回転速度を７００〜３０００ｒｐｍ、低負荷相当のプーリ挟持力を付与した時のものである。

ピン４２を長さ方向に変形させる場合、その変形量が大きくなると、ピン４２に生じる応力も高くなる。図５（ｂ）で示すようにピン４２を曲げて、長さ方向の変形を生じさせる場合、ピン４２の中央部の、プーリの径方向内側の部分（図５中、Ｄで示す。）において、変形時の応力が高くなる。ピン４２は、入力および出力プーリ１２，１４に挟持されるときに変形する一方、入力プーリと出力プーリの間にある場合には、荷重が作用せず、変形しない。したがって、ピンに作用する応力は、繰り返し応力となり、疲労強度が問題となる。疲労強度が限度上限となるピン長さの変形率が２．３×１０^-6（１／Ｎ）である。図８中の点Ｅ１が疲労強度を考慮した上限値である。

ピン長さの変形率を１．３〜２．３×１０^-6（１／Ｎ）とすることで、３〜５ｋＨｚ帯域の騒音の低減および疲労強度の要件を満足させることができる。

図９は、接触点Ｃの位置（ずれ率）と３〜５ｋＨｚ帯域のオーバーオール（ＯＡ）の音圧値の関係を示した図である。白丸「○」は、実測値である。破線は、近似曲線である。接触点Ｃがピンの中心線ｓ上に位置する場合が点Ａ２で示されており、このときの音圧を３ｄＢ低下させた点Ｂ２とするためには、ずれ率を０．１６とすることが必要である。騒音の実測値は、変速比が１、無負荷、入力回転速度を７００〜３０００ｒｐｍ、低負荷相当のプーリ挟持力を付与した時のものである。点Ｂ２より右側の範囲、つまりずれ率を約０．１６以上とすることにより、接触点Ｃがピンの中心線上にある場合に比して、３〜５ｋＨｚ帯域のＯＡにおいて、３ｄＢ以上の改善効果が期待できる。

ずれ率を大きくすると、入力および出力プーリ１２，１４に挟持されたとき、ピン４２の変形が大きくなるため、疲労強度が問題となる。疲労強度が限度上限となるずれ率が約０．３８ある。図９中の点Ｅ２が疲労強度を考慮した上限値である。

接触点Ｃのずれ率を０．１６〜０．３８とすることで、３〜５ｋＨｚ帯域の騒音の低減および疲労強度の要件を満足させることができる。

以上、ピンをチェーンの周方向にランダムなピッチで配置した例を示したが、ピンを変形しやすくすることにより、等ピッチで配置した場合においても、３〜５ｋＨｚの帯域内の高次成分のピークを低減することができ、騒音低減の効果がある。

１０ チェーン式無段変速機、１２ 入力プーリ、１４ 出力プーリ、１６ チェーン、２０，３０ 固定シーブ、２２，３２ 移動シーブ、４２，４２ａ，４２ｂ ピン。

Claims (6)

1. 対向し、かつ互いの距離が変更可能な円錐面を有する２個のプーリと、
   前記２個のプーリに巻き渡され、前記円錐面に挟持されるチェーンと、
   を有する無段変速機であって、
   前記チェーンは、開口を有する板形状のリンクがチェーンの周方向に沿って配置され、かつチェーンの幅方向に複数枚が配列されて構成されたリンクユニットと、前記リンクの両端において開口をそれぞれ貫通し、少なくとも一方が両端が前記円錐面に当接する２本のピンとを有するチェーンエレメントを、チェーン周方向に隣接するチェーンエレメントのうち一方のエレメントのピンを他方のエレメントのリンクの開口に通して連結して形成され、
   ピンの中心線方向の荷重に対する同方向のピンの単位荷重当たりの変形率が、１．３×１０^-6（１／Ｎ）以上である、
   無段変速機。
2. 請求項１に記載の無段変速機であって、前記ピンがチェーンの周方向においてランダムに配列されている、無段変速機。
3. 請求項１または２に記載の無段変速機であって、前記ピンの単位荷重当たりの変形率が、２．３×１０^-6（１／Ｎ）以下である、無段変速機。
4. 対向し、かつ互いの距離が変更可能な円錐面を有する２個のプーリと、
   前記２個のプーリに巻き渡され、前記円錐面に挟持されるチェーンと、
   を有する無段変速機であって、
   前記チェーンは、開口を有する板形状のリンクがチェーンの周方向に沿って配置され、かつチェーンの幅方向に複数枚が配列されて構成されたリンクユニットと、前記リンクの両端において開口をそれぞれ貫通し、少なくとも一方が両端が前記円錐面に当接する２本のピンとを有するチェーンエレメントを、チェーン周方向に隣接するチェーンエレメントのうち一方のエレメントのピンを他方のエレメントのリンクの開口に通して連結して形成され、
   前記ピンと前記円錐面の接触点の位置が、前記プーリの径方向において、ピンの径方向寸法を１としたときピンの中心線から０．１６以上、径方向外側にずれている、
   無段変速機。
5. 請求項４に記載の無段変速機であって、前記ピンがチェーンの周方向においてランダムに配列されている、無段変速機。
6. 請求項４または５に記載の無段変速機であって、前記ずれが０．３８以下である、無段変速機。

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