JP4304657B2 - 無段変速機用トルク伝達装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の変速機として使用される無段変速機のためのトルク伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の変速機には、運動性の向上、変速時の衝撃の除去、駆動力の伝達効率の向上などの理由から、無段変速機を採用する例が増加している。また、無段変速機には、ベルト式無段変速機やトロイダル型無段変速機などの形式がある。
【０００３】
ベルト式無段変速機では、ベルトを支持するプーリの幅を変化させることにより変速比を変えるため、プーリを回転軸に対して回転不能且つ軸方向に移動可能に取り付ける必要があり、スプライン等が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、トロイダル型無段変速機では、ディスクで回転体を挟み動力を伝達するため、ディスクに対して常に軸方向で圧力が加えられており、ディスクを回転軸に対して軸方向に移動可能且つ回転不能に結合するためにスプライン等が用いられる（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】
特開２００２−１６１９６１号公報
【特許文献２】
特開２００１−２７２９８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の無段変速機の回転軸に採用されているスプラインは、隙間を有するため、回転方向に対してガタが生じる。このようなスプラインにより稼動されるディスク／プーリは、ガタのため振れ回りが生じ、変速機の伝達効率の低下、寿命の低下、騒音の原因となる。
【０００６】
本発明は、前記事情に着目してなされたものであり、変速機の伝達効率の低下、寿命の低下、騒音の原因を防止することができる無段変速機用トルク伝達装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、無段変速機の回転軸と、この回転軸の外周に回転不能且つ軸方向に移動可能に取り付けられる取付部材との間に介挿され、前記回転軸と前記取付部材との間でトルクを伝達する無段変速機用トルク伝達装置において、
前記回転軸の外周面と前記取付部材の内周面とに設けられた第１介装部と、該第１介装部に配置され前記回転軸と前記取付部材との軸方向相対移動の際には転動する第１トルク伝達部材と、前記第１トルク伝達部材に隣接して前記第１介装部に配置され、回転の際には前記第１トルク伝達部材を拘束し、非回転の際には前記第１トルク伝達部材を介して前記回転軸と前記取付部材とに予圧を与える弾性体とからなる第１のトルク伝達部と、
前記回転軸の外周面と前記取付部材の内周面とに設けられた第２介装部と、該第２介装部に配置され前記回転軸と前記取付部材との軸方向相対移動の際には摺動し、回転の際にはトルクを伝達する第２トルク伝達部材とからなる第２のトルク伝達部と、
を具備し、
前記第２介装部が前記第１介装部と異なる位置に設けられ、
前記第１介装部が、前記回転軸の外周面に設けられた軸方向溝と、前記取付部材の内周面に設けられた軸方向溝とから形成され、
前記第１トルク伝達部材および前記弾性体は、前記第１介装部を形成する前記回転軸の軸方向溝および前記取付部材の軸方向溝の両方に一部をそれぞれ挿入され、前記回転軸と前記取付部材との軸方向相対移動の際には転動し、回転の際にはトルクを伝達し、非回転の際には前記回転軸と前記取付部材とに予圧を与えるオーバーサイズボール予圧の球状体であり、
前記第２介装部が、前記回転軸の外周面に設けられた軸方向溝と、前記取付部材の内周面に設けられた軸方向溝とから形成され、
前記第２トルク伝達部材は、円柱体またはキーであり、
前記第１のトルク伝達部と前記第２のトルク伝達部とは、前記回転軸の周方向に等しい角度間隔で交互に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載された発明においては、高トルク伝達性を有し、衝撃荷重などの高負荷時に高剛性を持ち、軸方向の摺動荷重を最小に抑え、ガタをなくすことができるため、取付部材の振れ回り、変速機の伝達効率の低下、寿命の低下、騒音の原因を防止することができる。
【００１０】
また、軸の周方向の力の釣り合いが得られ、滑らかな回転を得ることができる。
請求項１に記載の発明は、例えば、請求項２または請求項３に記載の発明のように、トロイダル型無段変速機またはベルト式無段変速機に用いることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図１および図２は本発明の第１の実施形態を示している。図１は、本実施形態のトルク伝達装置が適用されたダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速機１０の主要部を構成するバリエータ部(Variator)を示している。この変速機１０は、第１のキャビティ１１を構成する入力側ディスク（取付部材）２ａおよび出力側ディスク１３ａと、第２のキャビティ１４を構成する入力側ディスク（取付部材）２ｂおよび出力側ディスク１３ｂを備えている。
【００１２】
第１の入出力側ディスク２ａ，１３ａの間に一対のパワーローラ１５が設けられている。パワーローラ１５の外周面は、各ディスク２ａ，１３ａのトラクション面に接している。第２の入出力側ディスク２ｂ，１３ｂの間にも一対のパワーローラ１５が設けられている。これらのパワーローラ１５は、パワーローラ軸受１６によって、トラニオン１７に回転自在に取り付けられている。トラニオン１７は、それぞれ枢軸１８を中心として揺動自在である。
【００１３】
第１の入力側ディスク２ａおよび第２の入力側ディスク２ｂは、入力軸として機能する回転軸（ＣＶＴ軸）１に対して、後述するトルク伝達装置２１を介して、回り止めがなされた状態で軸線Ｐ方向に相対移動可能に取り付けられている。したがって入力側ディスク２ａ，２ｂは回転軸１と一体に回転する。この回転軸１は、エンジン等の駆動源によって回転する駆動軸２５に、ベアリング２６を介して相対回転可能に連結されている。
【００１４】
出力側ディスク１３ａ，１３ｂは、入力側ディスク２ａ，２ｂの間に設けられている。第１の出力側ディスク１３ａは第１の入力側ディスク２ａに対向し、第２の出力側ディスク１３ｂは第２の入力側ディスク２ｂに対向している。これら出力側ディスク１３ａ，１３ｂは、回転軸１に、ベアリング３０，３１を介して相対回転自在に支持されている。出力側ディスク１３ａ，１３ｂは、連結部材３２によって連結され、互いに同期して回転する。連結部材３２には出力ギヤ３３が設けられている。出力ギヤ３３は出力軸（図示せず）と連動して回転する。
【００１５】
第１の入力側ディスク２ａの背面側に、押圧機構として機能するローディングカム機構４０が設けられている。ローディングカム機構４０は、カムディスク４１とローラ４２とを含んでいる。カムディスク４１は、回転軸１に対して、スラストベアリング４３を介して回動自在に支持されている。カムディスク４１と入力側ディスク２ａとの相互対向部にそれぞれカム面４４，４５が形成され、カム面４４，４５間にローラ４２が挟み込まれている。
【００１６】
これらのローラ４２がカム面４４，４５間に挟まれた状態で駆動軸２５が回転すると、カムディスク４１が回転することにより、第１の入力側ディスク２ａが第１の出力側ディスク１３ａに向って押圧されるとともに、第１の入力側ディスク２ａがカムディスク４１と一緒に回転する。また、カムディスク４１が受ける反力がスラストベアリング４３を介して回転軸１に加わるため、第２の入力側ディスク２ｂが第２の出力側ディスク１３ｂに向って押圧される。こうして駆動軸２５からカムディスク４１に伝達されたエンジンの回転力は入力側ディスク２ａ，２ｂを回転させ、入力側ディスク２ａ，２ｂの回転がパワーローラ１５を介して出力側ディスク１３ａ，１３ｂに伝わることにより、出力ギヤ３３が回転することになる。
【００１７】
回転軸１の他端側にねじ部６０が形成されている。このねじ部６０にローディングナット６１が螺合される。入力側ディスク２ｂは、皿ばね等の弾性部材６５によって、カムディスク４１の方向に付勢されている。弾性部材６５はローディングナット６１によって固定される。
【００１８】
図２には、トルク伝達装置２１の詳細が示されている。図示のように、回転軸１の外周面には、周方向に１２０度間隔で等配した３個の凹陥状の第１の軸方向溝７０が延在して形成してある。また、回転軸１の外周面には、第１の軸方向溝７０と６０度の角度間隔をもった状態で互いに周方向に１２０度間隔で等配した３個の略円弧状の第２の軸方向溝７２が延在して形成してある。更に、入力側ディスク２ａ，２ｂの内周面には、第１および第２の軸方向溝７０，７２と対向するように、周方向に６０度間隔で等配した６個の略円弧状の第３の軸方向溝７４が延在して形成してある。そして、軸方向溝７０，７４で第１介装部が、軸方向溝７２，７４で第２介装部が形成される。
【００１９】
トルク伝達装置２１の第１のトルク伝達部は、回転軸１の凹陥状の第１の軸方向溝７０と、入力側ディスク２ａ，２ｂの略円弧状の第３の軸方向溝７４との間に、予圧用の略波形状の弾性体（板バネ）４を介して、回転軸１と入力側ディスク２ａ，２ｂとの軸方向に相対移動の際には転動し、回転の際には板バネ４に拘束されてトルクを伝達する複数個の第１トルク伝達部材（球状体）３が転動自在に介装して構成されている。
【００２０】
また、トルク伝達装置２１の第２のトルク伝達部は、回転軸１の略円弧状の第２の軸方向溝７２と、入力側ディスク２ａ，２ｂの略円弧状の第３の軸方向溝７４との間に、夫々、回転軸１と入力側ディスク２ａ，２ｂとの軸方向の相対移動を許し、回転の際にはトルクを伝達するための第２トルク伝達部材（円柱体…円周方向に軸のねじりに対して隙間を有する）６が摺動自在に介装して構成されている。
【００２１】
板バネ４は、トルク非伝達時には、球状体３を入力側ディスク２ａ，２ｂに対してガタ付きのない程度に予圧する一方、トルク伝達時には、弾性変形して球状体３を回転軸１と入力側ディスク２ａ，２ｂとの間で周方向に拘束する働きをするようになっている。
【００２２】
以上のように、本実施形態では、回転軸１と入力側ディスク２ａ，２ｂとの間に球状体３および円柱体６を介装し、板バネ４により、球状体３を入力側ディスク２ａ，２ｂに対してガタ付きのない程度に予圧してあるため、トルク非伝達時は、回転軸１と入力側ディスク２ａ，２ｂとの間のガタ付きを確実に防止することができると共に、回転軸１と入力側ディスク２ａ，２ｂが軸方向に相対移動する際には、ガタ付きのない安定した摺動荷重で回転軸１と入力側ディスク２ａ，２ｂとを軸方向に摺動することができる。
【００２３】
なお、従来技術であるスプラインでは、摺動面が純粋な滑りによるものであれば、ガタつき防止のための予圧荷重をある程度の荷重で留めておくことしかできなかった。それは、摺動荷重は、摩擦係数に予圧荷重を乗じたものであり、ガタつき防止や剛性を向上させたいと願って予圧荷重を上げてしまうと摺動荷重が増大してしまうという悪循環に陥ってしまっていたのである。
【００２４】
その点、本実施形態では一部に転がりによる機構を採用しているために著しい摺動荷重の増大を招くことなく予圧荷重を上げることができた。これにより、従来なし得なかったガタつきの防止と剛性の向上を摺動荷重の増大を招くことなく達成することができた。
【００２５】
トルク伝達時には、板バネ４が弾性変形して球状体３を回転軸１と入力側ディスク２ａ，２ｂとの間で周方向に拘束すると共に、回転軸１と入力側ディスク２ａ，２ｂとの間に介装されている円柱体６が主なトルク伝達の役割を果たす。
【００２６】
例えば、回転軸１からトルクが入力された場合、初期の段階では、板バネ４の予圧がかかっているため、ガタ付きはなく、板バネ４がトルクに対する反力を発生させてトルクを伝達する。この時は、回転軸１、板バネ４、球状体３、入力側ディスク２ａ，２ｂ間のトルク伝達荷重によって全体的なトルク伝達がされる。すなわち、軽荷重時には、第１トルク伝達部材３によってトルクの伝達を行う。予圧があるために、ガタがなく、ディスク２ａ，２ｂの振れ回りの低減が可能である。転がり運動のため、軸方向の揺動に関しても安定した動作で、揺動荷重が小さいために、滑らかな変速と安定したトルク伝達が可能である（予圧を受けながら転動できる第１トルク伝達部材３によりガタを抑制し、軽荷重時の摺動力を軽減する）。
【００２７】
さらにトルクが増大していくと、円柱体６を介した回転軸１、入力側ディスク２ａ，２ｂの回転方向のすきまの方が、球状体３を介した回転軸１、板バネ４、球状体３、入力側ディスク２ａ，２ｂ間のすきまより小さいすきまの設定としてあるため、円柱体６の方が球状体３より反力を強く受け、円柱体６が主にトルクを入力側ディスク２ａ，２ｂに伝える。そのため、回転軸１と入力側ディスク２ａ，２ｂの回転方向ガタを確実に防止するとともに、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。すなわち、重荷重時には、第２トルク伝達部材６が有効となり、大きなトルクの伝達を行うことができる（大荷重が負荷された際には、隙間を有する第２トルク伝達部材６により軸を支持する）。また、ディスク２ａ，２ｂに対する軸方向の偏荷重の増大時にも、第２トルク伝達部材が有効となり、ディスク２ａ，２ｂは高いモーメント剛性を持つ。
【００２８】
このように、無段変速機の回転軸１と軸方向可動であるディスク２ａ，２ｂの結合部において、高トルク伝達性を有し、衝撃荷重などの高負荷時に高剛性を持ち、軸方向の摺動荷重を最小に抑え、ガタをなくすことができるため、ディスク２ａ，２ｂの振れ回り、変速機の伝達効率の低下、寿命の低下、騒音の原因を防止することができる。従来技術であるボールスプラインでは、大荷重時には球と軌道面間の面圧が高くなる。そのため、圧痕が付くなどの問題が生じ易く、許容荷重が低いといった問題がある。許容荷重を高くするには、列数や球の数を増やさなければならずサイズが大きくなってしまう。
【００２９】
図３には、トルク伝達装置２１の第１の変形例が示されている。この変形例では、第２トルク伝達部材としてスプライン７が使用されている。なお、それ以外の構成は、第１の実施形態と同一であるため、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
図４には、トルク伝達装置２１の第２の変形例が示されている。この変形例では、第２トルク伝達部材として（滑り）キー８およびキー溝が使用されている。なお、それ以外の構成は、第１の実施形態と同一であるため、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
図５には、トルク伝達装置２１の第３の変形例が示されている。この変形例では、第１のトルク伝達部材としてオーバサイズボール予圧の球状体５が使用され、第２トルク伝達部材として円柱体６が使用されている。なお、それ以外の構成は、第１の実施形態と同一であるため、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
図６には、トルク伝達装置２１の第４の変形例が示されている。この変形例では、第１のトルク伝達部材としてオーバサイズボール予圧の球状体５が使用され、第２トルク伝達部材としてスプライン７が使用されている。なお、それ以外の構成は、第１の実施形態と同一であるため、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
図７には、トルク伝達装置２１の第５の変形例が示されている。この変形例では、第１のトルク伝達部材としてオーバサイズボール予圧の球状体５が使用され、第２トルク伝達部材として（滑り）キー８およびキー溝が使用されている。なお、それ以外の構成は、第１の実施形態と同一であるため、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
図８は本発明の第２の実施形態を示している。本実施形態では、ベルト式無段変速機に前述したトルク伝達装置２１が適用されている。具体的には、ベルト式無段変速機を構成する入力軸（第１の実施形態の回転軸１に対応する）８１と可動フランジ（第１の実施形態の入力側ディスク２ａ，２ｂに対応する）８３Ｂとの間にトルク伝達装置２１が採用されている。
【００３５】
図８において、８１は入力軸（回転軸）、８２は出力軸、８３は主動側Ｖ溝プーリ、８４は従動側Ｖ溝プーリ、８５はベルト、８６は操作ユニットである。入力軸８１と出力軸８２は、互いに平行に配置されており、入力軸８１には主動側Ｖ溝プーリ８３が、出力軸８２には従動側Ｖ溝プーリ８４がそれぞれ連結されており、これら両プーリ８３，８４間には、複合ベルト８５が巻き掛けられている。そして、両プーリ８３，８４に対するベルト８５の巻き掛け径を操作ユニット８６で変更することにより、入力軸８１から入力されるエンジン動力を無段階に変速して出力軸８２に伝達する。
【００３６】
主動側Ｖ溝プーリ８３は、入力軸８１に固定された固定フランジ８３Ａと、トルク伝達装置２１を介して入力軸８１に同軸状に配設された可動フランジ（取付部材）８３Ｂとを有する。両フランジ８３Ａ，８３Ｂは互いの対向面が円錐面になっていて、両対向面間がＶ溝となる。
【００３７】
従動側Ｖ溝プーリ８４は、出力軸８２に固定された固定フランジ８４Ａと、出力軸８２に同軸状に配設されてスプライン嵌合された可動フランジ８４Ｂとを有する。両フランジ８４Ａ，８４Ｂは互いの対向面が円錐面になっていて、両対向面間がＶ溝となる。可動フランジ８４Ｂは、図示しないバネ部材で固定フランジ８４Ａに向けて常時付勢されている。
【００３８】
操作ユニット８６は、ＤＣモータ８７と、変速用アクチュエータ歯車列８８と、送り装置８９とを含む。変速用アクチュエータ歯車列８８は、入力ギヤ８８ａと、出力ギヤ８８ｂと、中間ギヤ８８ｃとを備えている。出力ギヤ８８ｂは、中間ギヤ８８ｃに噛合する大径ギヤ部８８ｄと、この大径ギヤ部８８ｄから軸方向に離れた位置に設けられる軸方向に長い小径ギヤ部８８ｅとを一体に有している。
【００３９】
送り装置８９は例えばボールねじ装置である。具体的には、ボールねじ装置におけるナット１０１は、主動側Ｖ溝プーリ８３における可動フランジ８３Ｂの外周に対して転がり軸受９１を介して相対回転可能かつ軸方向不動に取り付けられる。また、ボールねじ装置におけるねじ軸１０２は、ハウジング９０に対して非回転かつ軸方向不動に取り付けられる。このねじ軸１０２は、中空に形成されており、その中空孔に対して入力軸８１が転がり軸受９２を介して支持されている。そして、ナット１０１のフランジ１１２の外周には、ギヤ１１４を設ける必要がある。このギヤ１１４は、変速用アクチュエータ歯車列８８の出力ギヤ８８ｂの小径ギヤ部８８ｅと噛合される。
【００４０】
このようなベルト式無段変速機に第１の実施形態で説明したようなトルク伝達装置２１を用いても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４１】
なお、本発明は、前述した各実施形態および変形例に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは言うまでもない。例えば、前述した変形例では、スプライン７が角型スプラインになっているが、スプライン７は、他の形状のもの、例えばインボリュートスプライン等であっても良い。また、軸方向溝７２，７４が略円弧状溝に形成されているが、ゴシックアーチ、Ｖ溝、角溝等であっても良い。また、弾性体４は、板ばねでなくても良い。また、前述した実施形態では、トルク伝達部材が周方向に１２０度、６０度間隔で配置されているが、配置角度はこれに限らない。ただし、軸の周方向の力の釣り合いと滑らかな回転のため、第１および第２トルク伝達部材は、周方向に均等に配置することが好ましい。また、球状体（玉）３、円柱体（ころ）６の個数、列数は限定されず、適宜所要数に設定することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１から請求項３に記載された無段変速機用トルク伝達装置によれば、高トルク伝達性を有し、衝撃荷重などの高負荷時に高剛性を持ち、軸方向の摺動荷重を最小に抑え、ガタをなくすことができるため、取付部材の振れ回り、変速機の伝達効率の低下、寿命の低下、騒音の原因を防止することができる。
【００４３】
また、軸の周方向の力の釣り合いを得ることができ、滑らかな回転を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るトルク伝達装置が適用されたダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速機１０の主要部を構成するバリエータ部の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るトルク伝達装置の要部拡大断面図である。
【図３】第１の変形例に係るトルク伝達装置の要部拡大断面図である。
【図４】第２の変形例に係るトルク伝達装置の要部拡大断面図である。
【図５】第３の変形例に係るトルク伝達装置の要部拡大断面図である。
【図６】第４の変形例に係るトルク伝達装置の要部拡大断面図である。
【図７】第５の変形例に係るトルク伝達装置の要部拡大断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るトルク伝達装置が適用されたベルト式無段変速機の要部の断面図である。
【符号の説明】
１ 回転軸
２ａ，２ｂ 入力側ディスク（取付部材）
３ 球状体（第１トルク伝達部材）
４ 板バネ（弾性体）
６ 円柱体（第２トルク伝達部材）
２１ トルク伝達装置
８１ 入力軸(回転軸)
８３Ｂ 可動フランジ（取付部材）

Claims (3)

1. 無段変速機の回転軸と、この回転軸の外周に回転不能且つ軸方向に移動可能に取り付けられる取付部材との間に介挿され、前記回転軸と前記取付部材との間でトルクを伝達する無段変速機用トルク伝達装置において、
   前記回転軸の外周面と前記取付部材の内周面とに設けられた第１介装部と、該第１介装部に配置され前記回転軸と前記取付部材との軸方向相対移動の際には転動する第１トルク伝達部材と、前記第１トルク伝達部材に隣接して前記第１介装部に配置され、回転の際には前記第１トルク伝達部材を拘束し、非回転の際には前記第１トルク伝達部材を介して前記回転軸と前記取付部材とに予圧を与える弾性体とからなる第１のトルク伝達部と、
   前記回転軸の外周面と前記取付部材の内周面とに設けられた第２介装部と、該第２介装部に配置され前記回転軸と前記取付部材との軸方向相対移動の際には摺動し、回転の際にはトルクを伝達する第２トルク伝達部材とからなる第２のトルク伝達部と、
   を具備し、
   前記第２介装部が前記第１介装部と異なる位置に設けられ、
   前記第１介装部が、前記回転軸の外周面に設けられた軸方向溝と、前記取付部材の内周面に設けられた軸方向溝とから形成され、
   前記第１トルク伝達部材および前記弾性体は、前記第１介装部を形成する前記回転軸の軸方向溝および前記取付部材の軸方向溝の両方に一部をそれぞれ挿入され、前記回転軸と前記取付部材との軸方向相対移動の際には転動し、回転の際にはトルクを伝達し、非回転の際には前記回転軸と前記取付部材とに予圧を与えるオーバーサイズボール予圧の球状体であり、
   前記第２介装部が、前記回転軸の外周面に設けられた軸方向溝と、前記取付部材の内周面に設けられた軸方向溝とから形成され、
   前記第２トルク伝達部材は、円柱体またはキーであり、
   前記第１のトルク伝達部と前記第２のトルク伝達部とは、前記回転軸の周方向に等しい角度間隔で交互に配置されていることを特徴とする無段変速機用トルク伝達装置。
2. 前記無段変速機は、トロイダル型無段変速機であることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機用トルク伝達装置。
3. 前記無段変速機は、ベルト式無段変速機であることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機用トルク伝達装置。

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