JP2018021587A - 車両用無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用無段変速機において、プライマリプーリの可動シーブを駆動するアクチュエータのエネルギーロスを軽減する。【解決手段】プライマリプーリ６の可動シーブ１２の背面側に相対回転可能にトルクカム機構３０を配設し、車両の前進走行時におけるプライマリプーリ６からトルクカム機構３０に作用する摩擦トルクが、トルクカム機構３０の全長を増加する方向に作用するようにトルクカム機構３０の２つのカム４０，４６を構成した。【選択図】図３

Description

本発明は、車両に搭載される無段変速機に関するものである。

二つのプーリ間にベルト、チェーン等の無端帯状部材を巻回し、両プーリ間の動力伝達と変速を達成するベルト式無段変速機が周知である。

特許文献１には、ベルト式無段変速機の変速機構として、スライドカムを用いて可動シーブを移動させる技術が開示されている。

特開２０１６−１０１３号公報

ベルト式無段変速機おいては、車両の走行中、即ち、両プーリ間に動力伝達が為されている状態では、常にプーリの２つのシーブ間にベルトによる推力（両シーブを離隔させようとする力）が作用しているため、変速比が一定の走行中でも、その推力に対抗する力を可動シーブに作用させる必要があり、エネルギーロス増加の一因となっている。
特許文献１に開示された技術においても、スライドカムの作動を停止させている状態（変速比一定の状態）でも、アクチュエータに前記ベルト推力に対抗する力を発生させておく必要があり、エネルギーロス増加の一因となる。

本発明は、上記のような課題を解決するために創案されたもので、２つのプーリ間で動力伝達と変速を達成するように構成された無段変速機において、前記プーリの可動シーブを駆動するためのアクチュエータによるエネルギーロスを軽減することを目的とするものである。

（１）上記の目的を達成するため、本発明の車両用無段変速機は、車両の駆動源に連結されたプライマリプーリと駆動輪に連結されたセカンダリプーリとの間に無端帯状部材を巻回して、両プーリ間の動力伝達と変速とを達成する車両用無段変速機において、前記車両用無段変速機のケーシングに固定的に連結された第１カムと、一端が前記第１カムに対向すると共に他端が前記プライマリプーリの可動シーブの背面にスラスト軸受を介して相対回転可能に連接された第２カムとを有し、前記プーリの回転方向に沿う前記第１及び第２カムの相対変位により前記プーリの回転軸方向に沿う全長が変化するように構成されたトルクカム機構を備え、前記車両の前進走行時における前記プライマリプーリから前記スラスト軸受を介して前記トルクカム機構に作用する摩擦トルクが、前記トルクカム機構の全長を増加する方向に作用するように前記第１及び第２カムを構成したことを特徴としている。

（２）前記第１及び第２カムの少なくとも一方は前記プーリの回転方向に沿う斜面で構成されたカム面を備え、前記斜面は前記車両の前進走行時のプライマリプーリの回転方向に沿って前記可動シーブ背面に近づくように形成されていることが好ましい。
（３）前記第１及び第２カムが、互いに対向する環状のカム面が形成されると共に前記プライマリプーリの回転軸に相対回転可能に外嵌された２つの円筒状部材で構成されていることが好ましい。
（４）前記トルクカム機構が、前記２つの環状のカム面の間に複数のボールが介装されたボールカム機構であることが好ましい。

（５）また、前記第２カムを前記プライマリプーリの回転方向に沿って回転駆動する電動アクチュエータが配設されていることが好ましい。
（６）さらに、前記第１カムは、前記第２カムと反対側の端部が前記プライマリプーリの回転軸に固定された環状部材の側面にスラスト軸受を介して連接されていることが好ましい。
（７）さらにまた、前記第１カムは、その外周面側において前記ケーシングに固定連結されていることが好ましい。

本発明によれば、プライマリプーリの背面側に同プーリの回転方向に沿う相対変位に応じて全長が変化するトルクカム機構を配設し、車両の前進走行時における前記プライマリプーリから前記トルクカム機構に作用する摩擦トルクが、前記トルクカム機構の全長を増加する方向に作用するように構成したので、前進走行時において前記トルクカム機構の作用により、プライマリプーリに前記ベルト推力に対抗する力を常時付加することが可能となるので、可動シーブを駆動させるためのアクチュエータにおけるエネルギーロスを軽減することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用無段変速機の構成を模式的に示す構成図である。 本発明の一実施形態に係る車両用無段変速機のプライマリプーリの構造を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態に適用されるトルクカムの構成を模式的に示す構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することや適宜組み合わせることが可能である。

図１は本実施形態にかかる車両用無段変速機を模式的に示す構成図であり、図１に示すように、車両を走行させるための内燃機関、電動モータ等からなる駆動源２には、遊星歯車機構等で構成された前後進切換機構４を介して、プライマリプーリ６の固定シーブ８に結合された回転軸１０が連結されている。同回転軸１０には、固定シーブ８のシーブ面に対向してプーリのＶ字状溝を形成するシーブ面を有する可動シーブ１２が、軸方向に摺動可能且つ相対回転不能に配設されている。

また、セカンダリプーリ１４の固定シーブ１６に結合された駆動軸１８には、差動機構等を介して図示しない駆動輪が連結され、前記駆動軸１８には固定シーブ１６のシーブ面に対向してプーリのＶ字状溝を形成するシーブ面を有する可動シーブ２０が、軸方向に摺動可能且つ相対回転不能に配設されている。

さらに、セカンダリプーリ１４の両シーブ１６，２０間にはＶ字状溝を狭める方向に付勢力を付加するスプリング２２とカム機構２４が介装されている。
また、両プーリ６，１４間には、ベルト（無端帯状部材）２６が巻き掛けられている。

なお、図１には、プライマリプーリ６，セカンダリプーリ１４及びベルト２６について、変速比がロー側の状態とハイ側の状態とを示している。プライマリプーリ６，セカンダリプーリ１４の各外側の半部にロー側の状態を示し、各内側の半部にハイ側の状態を示している。ベルト２６については、ロー側の状態を実線で示し、ハイ側の状態を破線で示している。但し、破線で示したハイ状態は、プーリとベルトの半径方向の位置関係を示すのみであり、実際のベルト位置がプーリの内側半部に現れることはない。

前記プライマリプーリ６の可動シーブ１２の背面（シーブ面と反対側の面）１３側には、スラスト軸受２８を介して後述するトルクカム機構３０が配設されている。

前記トルクカム機構３０は、図２で詳細を示す通り、外周側が、ケーシング３２（図１では図示略）にボルト３４で固定された環状支持部材３６の内周面に、スプライン３８を介して相対回転不能に連結固定された第１カム４０と、一端（図中左方）に前記第１カム４０に形成された第１カム面４２に対向する第２カム面４４が形成され、他端（図中右方）が前記スラスト軸受２８を介して可動プーリ１２の背面１３に連接された第２カム４６を備えている。また、前記両カム面４２，４４間には複数のボール４８が介装されている。

前記第１及び第２カム４０，４６は、回転軸１０の外周側で、さらに可動シーブ１２を回転軸１０に支持するための円筒軸１２ａの外周側に、プライマリプーリ６（即ち、両シーブ８，１２）に対して相対回転可能に外嵌された略円筒状の部材で構成されている。

前記第１及び第２カム面４２，４４は、円筒状の各カム４０，４６の互いに対向する端面に形成されており、その形状は、図３に示すように、回転軸１０の軸線ＳＣに対して傾斜した斜面に形成され、同斜面（即ち、第１及び第２カム面４２，４４）は、図３に矢印Ａで示す車両の前進走行時におけるプライマリプーリ６の回転方向に沿って可動プーリ１２の背面１３に近づくような傾斜で形成されている。

図１に示すように、前記第２カム４６の外周には、ボールスプライン５０を介して、円環状の駆動リング５２の内周が相対回転不能且つ軸方向相対変位可能に連結されている。駆動リング５２は、モータ等の電動アクチュエータ５４によって回転軸１０の軸線ＳＣを中心に回転駆動される。

また、前記第１カム４０の第１カム面４２と反対側の端部（即ち、第２カム４６に対して反対側となる端部。図中左方端）は、スラスト軸受６０を介して、回転軸１０に螺着された固定ナット６２の側面に連接されており、同固定ナット６２によって軸方向左方への移動が阻止されている。

従って、電動アクチュエータ５４により駆動リング５２を回転すると、第２カム４６が第１カム４０に対して回転し、第１及び第２カム面４２，４４の相対動によってトルクカム機構３０の全長が変化する。トルクカム機構３０の全長が増加すれば、可動シーブ１２は固定シーブ８に接近して変速比がＨＩＧＨ側へ変化し、トルクカム機構３０の全長が減少すれば、可動シーブ１２は固定シーブ８から離隔して変速比がＬＯＷ側へ変化する。また、トルクカム機構３０の全長を一定に保持すれば、変速比が一定に保持される。

なお、回転軸１０の両端は、夫々軸受６４，６６を介してケーシング３２に支持されている。

また、前記環状支持部材３６のケーシング３２側端部には、内方へ突出するフランジ部６６が一体形成されており、同フランジ部６６は軸受６４のリテーナとして機能するものである。

本発明の一実施形態に係る車両用無段変速機は、上述のように構成されるので、以下のような作用及び効果を得ることができる。

車両の前進走行中において、電動アクチュエータ５４により、駆動リング５２を介して第２カム４６を強制的に回転軸１０周りに回転させると、第１及び第２カム面４２，４４の作用により、トルクカム機構３０の軸方向に沿う全長（図２における第１カム４０の左端から第２カム４６の右端までの長さ）が変化し、それに伴い可動シーブ１２が回転軸１０上を図中の左右方向に移動して、両プーリ６，１４間での変速が達成される。また、トルクカム機構３０の全長を一定に保持すれば、変速比が一定に保持される。

ベルト２６の推力は、各プーリ６，１４において、固定シーブ８，１６と可動シーブ１２，２０との間が離隔する方向（即ち、Ｖ字状溝が拡幅する方向）へ作用する。プライマリプーリ６においては、ベルト２６の推力は、両シーブ８，１２間が離隔し、変速比がＬＯＷ側へ変化する方向（即ち、トルクカム機構３０の全長を減少させる方向）に作用する。

従って、プライマリプーリ６の両シーブ８，１２が離隔する方向（即ち、変速比がＬＯＷ側へ変化する方向）へ可動シーブ１２を移動させるときには、ベルト２６の推力が可動シーブ１２の移動方向と同方向に作用するため、電動アクチュエータ５４は比較的低い負荷（エネルギー消費）で変速を達成することが可能となる。

一方、両シーブ８，１２が接近する方向（即ち、変速比がＨＩＧＨ側へ変化する方向）へ可動シーブ１２を移動させるときには、ベルト２６の推力が可動シーブ１２の移動方向と逆方向に作用するため、電動アクチュエータ５４には、単に可動シーブ１２単体を移動させる負荷以上の大きな負荷が掛かることとなる。

本実施形態によれば、図３に矢印Ａで示す方向への可動シーブ１２の回転により、スラスト軸受２８を介して第２カム４６に伝達される摩擦トルクが矢印Ｂで示す方向に作用し、同摩擦トルクが第２カム４６をトルクカム機構３０の全長を増加させる方向へ回転させる（または回転させようとする）ので、トルクカム機構３０から可動シーブ１２に対して矢印Ｃで示す方向に推力が付加される。
従って、前記トルクカム機構３０による推力の付加によって、同トルクカム機構３０を備えていない場合に比較して、電動アクチュエータ５４の負荷が軽減され、エネルギーロスが低減される。

また、車両の前進走行中に変速比を一定に維持する場合でも、ベルト２６からは両シーブ８，１２を離隔させる方向（可動シーブ１２を図中左方へ移動させる方向）へ推力が加わっているので、可動シーブ１２の位置を維持するために前記ベルト推力に対抗する力を電動アクチュエータ５４で発生させておく必要がある。

この場合でも、本実施形態によれば、矢印Ａで示す方向への可動シーブ１２の回転により、スラスト軸受２８を介して第２カム４６に伝達される摩擦トルクが矢印Ｂで示す方向に作用し、同摩擦トルクが第２カム４６をトルクカム機構３０の全長を増加させる方向へ回転させる（または回転させようとする）ので、トルクカム機構３０から可動シーブ１２に対して矢印Ｃで示す方向に推力が付加される。
従って、前記トルクカム機構３０による推力の付加によって、同トルクカム機構３０を備えていない場合に比較して、電動アクチュエータ５４の負荷が軽減され、エネルギーロスが低減される。

特に、電動アクチュエータ５４としてモータを用いた場合、モータに回転停止状態でトルクを発生させる電流を付加することとなるので、モータの回転による放熱ができない分だけモータが発熱し易くなってモータの耐久性を低下させる要因となるが、本実施形態によれば、モータに付加する電流量を低減できるので発熱量を低減して耐久性を維持できる。

以上のように、本発明の一実施形態に係る車両用無段変速機は、トルクカム機構によって車両の前進走行時にベルト推力に対抗する方向の力を発生させることができるので、可動シーブの位置を制御するためのアクチュエータに要する負荷を軽減して、エネルギーロスを低減することができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態を本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して適用することが可能である。

例えば、上記実施形態では、直列に並べた２つの円筒状部材の互いに対向する端面にカム面を形成してトルクカム機構を構成したが、２つのカムの内の一方を、他方のカムのカム面に当接して転動するローラカムで構成しても良い。但し、この構成でも、他方カムのカム面は、上記実施形態のカム面と同様に、車両前進走行時のプーリの回転方向に沿って可動シーブの背面に近づくような斜面で構成することが必要である。

また、上記実施形態では、トルクカム機構を可動シーブを駆動するための駆動機構の一部として用いたが、トルクカム機構は可動シーブの駆動機構とは別体で構成しても良く、別体で構成しても構造の複雑化を除いて、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

２ 駆動源
６ プライマリプーリ
８ 固定シーブ
１２ 可動シーブ
１４ セカンダリプーリ
３０ トルクカム機構
４０ 第１カム
４６ 第２カム

Claims (7)

1. 車両の駆動源に連結されたプライマリプーリと駆動輪に連結されたセカンダリプーリとの間に無端帯状部材を巻回して、両プーリ間の動力伝達と変速とを達成する車両用無段変速機において、
   前記車両用無段変速機のケーシングに固定的に連結された第１カムと、一端が前記第１カムに対向すると共に他端が前記プライマリプーリの可動シーブの背面にスラスト軸受を介して相対回転可能に連接された第２カムとを有し、前記プーリの回転方向に沿う前記第１及び第２カムの相対変位により前記プーリの回転軸方向に沿う全長が変化するように構成されたトルクカム機構を備え、
   前記車両の前進走行時における前記プライマリプーリから前記スラスト軸受を介して前記トルクカム機構に作用する摩擦トルクが、前記トルクカム機構の全長を増加する方向に作用するように前記第１及び第２カムを構成した
   ことを特徴とする車両用無段変速機。
2. 前記第１及び第２カムの少なくとも一方は前記プーリの回転方向に沿う斜面で構成されたカム面を備え、前記斜面は前記車両の前進走行時のプライマリプーリの回転方向に沿って前記可動シーブ背面に近づくように形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の車両用無段変速機。
3. 前記第１及び第２カムが、互いに対向する環状のカム面が形成されると共に前記プライマリプーリの回転軸に相対回転可能に外嵌された２つの円筒状部材で構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至２の何れか１項に記載の車両用無段変速機。
4. 前記トルクカム機構が、前記２つのカム面の間に複数のボールが介装されたボールカム機構である
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両用無段変速機。
5. 前記第２カムを前記プライマリプーリの回転方向に沿って回転駆動する電動アクチュエータが配設されている
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両用無段変速機。
6. 前記第１カムは、前記第２カムと反対側の端部が前記プライマリプーリの回転軸に固定された環状部材の側面にスラスト軸受を介して連接されている
   ことを特徴とする請求項１乃至５記載の何れか１項に記載の車両用無段変速機。
7. 前記第１カムは、その外周面側において前記ケーシングに固定連結されている
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の車両用無段変速機。

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