JP4379076B2

JP4379076B2 - 無段変速機

Info

Publication number: JP4379076B2
Application number: JP2003364134A
Authority: JP
Inventors: 秀明高原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: JP2005127427A

Description

本発明は、固定フランジと可動フランジとの相互の間隔を変更して変速を行なう無段変速機に関し、特に無段変速機のコストダウンを実現する無段変速機に関する。

車両においては、トランスミッションの変速比を車両の走行状況に応じて無段階に調整するベルト式の無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）が搭載されることがある。この無段変速機は、エンジン出力を効率的に引き出すことが可能であり、燃費および走行性能の向上に優れる。実用化された無段変速機の１つとして、金属ベルトと一対のプーリとを用いて、油圧によってプーリの有効径を変化させることで連続的に無段の変速を実現するものがある。無端金属ベルトが、入力軸に取付けられた入力側プーリおよび出力軸に取付けられた出力側プーリに巻き掛けられて使用される。入力側プーリおよび出力側プーリは、溝幅を無段階に変えられる１対のシーブをそれぞれ備え、溝幅を変えることで、無端金属ベルトの入力側プーリおよび出力側プーリに対する巻付け半径が変わり、これにより入力軸と出力軸との間の回転数比、すなわち変速比を連続的に無段階に変化させることができる。

このような無段変速機においては、入力軸プーリおよび出力軸プーリは、それぞれ固定フランジと可動フランジとから構成され、可動フランジを軸に平行な方向に可動とすることにより溝幅を変えている。以下に示す公報に、このような無段変速機の構造について開示されている。

特開平８−１８９５５３号公報（特許文献１）は、スナップリングを組み込む際の、ボ−ルスプラインに起因した可動フランジの必要長さＬの延長を解消する、無段変速機を開示する。この無段変速機は、第一のフランジ面を有し主軸の一端に連なる固定フランジと、この第一のフランジ面に対向する第二のフランジ面を有し、主軸との間に介在するボ−ルスプラインによって該主軸の軸心に沿う進退移動を可能とした可動フランジと、主軸の端部近傍域で可動フランジの軸端を受け止めてその移動を阻止するストッパとを備え、第一のフランジ面と第二のフランジ面との相互間隔を、可動フランジの移動により変更して連続的に変速を行う無段変速機において、主軸の端部近傍域に、可動フランジの行き止まり端にて該可動フランジの軸端を突出させる段差部を設け、この段差部と、可動フランジの移動を阻止するストッパと、可動フランジの軸端の突出部との協動にて、主軸の周りを取り囲む空間部を形成してなることを特徴とする可動フランジを備える。

特許文献１に開示された無段変速機によると、主軸の端部近傍域に、可動フランジの行き止まり端にて該可動フランジの軸端を突出させる段差部を設け、この段差部と、可動フランジの移動を阻止するストッパと、可動フランジの軸端の突出部との協動にて、主軸の周りを取り囲む空間部を形成するようにしたので、スナップリングの装着に要する可動フランジの引出し代は極僅かで済み、従って可動フランジの寸法の短縮化ひいては無段変速機の小型化が可能になる。特に可動フランジの長さを従来のままとしたした場合においては、ボ−ルスプラインのボールの個数を増やすことができるので、可動フランジの接触部分に加わる荷重を分散させることが可能となる。

実開昭６３−１９３１５３号公報（特許文献２）は、Ｖベルト式無段変速機のプーリ、特に回転軸上に可動シーブを軸方向に移動自在に案内するボールスプライン機構を改良した、Ｖベルト式無段変速機のプーリを開示する。このＶベルト式無段変速機のプーリは、回転軸上に可動シーブをボールスプライン機構によって移動自在に支持したＶベルト式無段変速機のプーリにおいて、可動シーブの内径部に、内面にボールスプライン機構を構成するスプライン溝を形成したボス部材を嵌合固定し、そのボス部材の端面と可動シーブの端面との間にボールスプライン機構のボールを抜け止めする環状プレートを挟着固定したものである。

特許文献２に開示されたＶベルト式無段変速機のプーリによると、可動シーブの内径部に、内面にボールスプライン溝を形成したボス部材を嵌合固定し、そのボス部材の端面と可動シーブの端面との間にボールを抜け止めする環状プレートを挟着固定するので、スナップリングを使用した場合のように合い口部からのボールの脱落を確実に防止できる。また、スプライン溝が可動シーブとは別体のボス部材に形成されているので、スプライン溝などの加工や焼入れが容易になり、生産性が向上する。
特開平８−１８９５５３号公報実開昭６３−１９３１５３号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された無段変速機においては、可動シーブ１個あたりボールスプライン機構のボールの脱落を防止するために、２ヶ所のスナップリングが必要になる。特許文献２に開示された無段変速機においては、可動シーブ１個あたりボールスプライン機構のボールの脱落を防止するために、１ヶ所のスナップリングと環状プレートが必要になる。

特許文献１の無段変速機においては、２ヶ所のスナップリングを設けることがコストアップの要因となり、また、特許文献２の無段変速機においては、スナップリングを１ヶ所に減らすことができても、環状プレートが別途必要になる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、無段変速機の可動シーブ（可動フランジ）を回転軸とを一体的に回転させつつ、回転軸に平行な方向の移動を規制する構造を簡易に実現して、コストダウンを実現することができる無段変速機を提供することである。

第１の発明に係る無段変速機は、溝幅が可変な一対のプーリとこれら両プーリに巻き掛けられる無端金属ベルトとを備える。この無段変速機における各プーリは、第一のフランジ面を有し回転軸と一体的に形成され、回転軸に平行な方向に摺動しない固定フランジと、第一のフランジ面に対向する第二のフランジ面を有し、回転軸との間に介在するスライド機構によって回転軸に平行な方向に摺動可能に設けられた可動フランジとを含む。スライド機構は、可動フランジと回転軸とに設けられた溝部と、溝部に嵌合して、回転軸に沿って摺動可能なローラスプラインの部材とで構成される。ローラスプラインの回転軸方向の長さは、可動フランジの可動長よりも長く、ローラスプラインの回転軸方向における第１の端部は、回転軸に配設され回転軸に平行な方向に移動しない規制部材に当接する。ローラスプラインの第１の端部とは反対側の第２の端部は、規制部材とは回転軸方向の反対側に設けられたストッパ部材に当接する。

第１の発明によると、溝幅が可変なプーリは、固定フランジと可動フランジとして構成される。可動フランジは、スライド機構によって回転軸に平行な方向に摺動可能に設けられる。このスライド機構は、たとえばキー溝に嵌合された円筒形状や直方体形状のキーであって、その回転軸方向の長さは可動フランジの可動長（ストローク）よりも長くしてある。このスライド機構の第１の端部は、可動フランジに関する部材であって回転軸に平行な方向に移動しない規制部材（たとえば油圧作用室の壁面）に当接させて、回転軸に平行な方向の摺動を規制する。ストロークよりもスライド機構の長さが長いので、最大のストロークに対してもスライド機構は規制部材に当接することができる。スライド機構の第２の端部は、規制部材の回転軸方向の逆側に設けたストッパ部材により回転軸に平行な方向の摺動を規制する。このストッパ部材としてスナップリングを用いるとしても、従来は１つの可動フランジに２つ必要であったスナップリングが１つで済むことになる。さらに、このストッパ部材を回転軸や可動フランジに設けた回転軸に垂直な方向の壁面を有する突き当て部により構成すると、スナップリングは必要なくなる。このように、新たな部材を設けることなく、スナップリングの個数を従来よりも少なくすることができる。その結果、無段変速機の可動フランジを回転軸と一体的に回転させつつ、回転軸に平行な方向の移動を規制する構造を簡易に実現して、コストダウンを実現することができる。

第２の発明に係る無段変速機においては、第１の発明の構成に加えて、ストッパ部材は、回転軸に設けられたスナップリングである。

第２の発明によると、１つの可動フランジに２つ必要であった（１組の２つのプーリに４つ必要であった）スナップリングを１つに削減（１組の２つのプーリあたり２つ削減）することができる。

第３の発明に係る無段変速機においては、第１の発明の構成に加えて、ストッパ部材は、回転軸に設けられた、回転軸に垂直な方向の壁面を有する突き当て部である。

第３の発明によると、スナップリングの代わりに回転軸に設けられた、回転軸に垂直な方向の壁面を有する突き当て部で可動フランジの摺動を規制した。このため、１つの可動フランジに２つ必要であった（１組の２つのプーリに４つ必要であった）スナップリングをなくすることができる。

第４の発明に係る無段変速機においては、第１の発明の構成に加えて、ストッパ部材は、可動フランジに設けられた、回転軸に垂直な方向の壁面を有する突き当て部である。

第４の発明によると、スナップリングの代わりに可動フランジに設けられた、回転軸に垂直な方向の壁面を有する突き当て部で可動フランジの摺動を規制した。このため、１つの可動フランジに２つ必要であった（１組の２つのプーリに４つ必要であった）スナップリングをなくすることができる。

第５の発明に係る無段変速機においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、スライド機構は、可動フランジと回転軸とに設けられた溝部と、溝部に嵌合して、回転軸に沿って摺動可能な円筒形状の部材とで構成されるものである。

第５の発明によると、円筒形状のキーおよび回転軸と可動フランジとに設けられたキー溝を用いて、スナップリングが削減された無段変速機を実現できる。

第６の発明に係る無段変速機においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、スライド機構は、可動フランジと回転軸とに設けられた溝部と、溝部に嵌合して、回転軸に沿って摺動可能な直方体形状の部材とで構成されるものである。

第６の発明によると、直方体形状のキーおよび回転軸と可動フランジとに設けられたキー溝を用いて、スナップリングが削減された無段変速機を実現できる。

第７の発明に係る無段変速機においては、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、規制部材は、可動フランジの油圧作用室壁面であるものである。

第７の発明によると、可動フランジの油圧作用室の壁面にスライド部材の第１の端面を当接させて、可動フランジをストロークさせることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に、本実施の形態に係る無段変速機を含むパワートレーン１０００の断面図を示す。図１に示すように、このパワートレーン１０００は、エンジンからの回転トルクをパワートレーン１０００に伝達するインプットシャフト１１００と、エンジンと変速装置とのトルク伝達を制御する流体継手であるロックアップクラッチ付きトルクコンバータ１２００と、オイルポンプ１３００と、前後進切換え機構１４００と、プライマリプーリ１５００とセカンダリプーリ１６００と、プライマリプーリ１５００およびセカンダリプーリ１６００に巻掛けられた金属ベルト１５５０と、減速歯車であるリダクションギヤ１８００と、ディファレンシャルギヤ１９００とを含む。図１の矢印で示すように、エンジントルクが駆動輪に伝達される。

入力側であるプライマリプーリ１５００および出力側であるセカンダリプーリ１６００は、溝幅を無段階に変えられる１対のシーブをそれぞれ備え、車両の走行状態に応じて制御される油圧回路により溝幅を変えることで、無端の金属ベルト１５５０のプライマリプーリ１５００およびセカンダリプーリ１６００に対する巻付け半径が変わり、これによりプライマリプーリ１５００の回転軸とセカンダリプーリの回転軸との間の回転数比、すなわち変速比を連続的に無段階に変化させることができる。

金属ベルト１５５０は、多数のエレメント１７００が互いに板厚方向に環状に並べて配置され、その左右のサドル部に環状の金属帯であるフープを通して各エレメント１７００が結束されて、全体として、無端状の金属ベルト１５５０が構成されている。

図２および図３を参照して、プライマリプーリ１５００について詳細に説明する。なお、本発明の無段変速機においてはプライマリプーリ１５００もセカンダリプーリ１６００も、本発明の特徴においてその構成は同じである。したがって、以下においてはプライマリプーリ１５００のみについて説明する。

図２にプライマリプーリ１５００の溝幅が広い場合を、図３にプライマリプーリ１５００の溝幅が狭い場合を、それぞれ示す。いずれの図においても、プライマリプーリ１５００に金属ベルト１５５０が巻き付けられている。

図２および図３に示すように、プライマリプーリ１５００は、インプットシャフト１１００に接続されたプライマリプーリ回転軸に平行な方向に摺動しない固定フランジ１５１０と、プライマリプーリ回転軸に平行な方向に摺動する可動フランジ１５２０とから構成される。固定フランジ１５１０と、プライマリプーリ回転軸とは一体化されている。

可動フランジ１５２０には、可動フランジ側キー溝１５７０が設けられ、回転軸には、可動フランジ１５２０が設けられた位置に対応して、回転軸側キー溝１５８０が設けられる。その２つのキー溝（可動フランジ側キー溝１５７０および回転軸側キー溝１５８０）に嵌合するようにスライド部材としてローラスプライン１５４０が設けられる。このローラスプライン１５４０は、その外形形状が円筒形状であって、断面が円形状である。なお、スライド部材は、このようなローラスプラインではなく、その外形形状が直方体形状であって、断面が方形形状（キー）でもよい。

図２および図３に示すように、この可動フランジ１５２０のストローク長Ｌ（１）はスライド部材であるローラスプライン１５４０の長さＬ（２）よりも短い。すなわち、可動フランジ１５２０のストローク長Ｌ（１）よりも長くなるようにローラスプライン１５４０の長さＬ（２）が定められている。

図２に示すように、最も溝幅が広い時には、このローラスプライン１５４０は、スナップリング１５６０に当接することより回転軸に平行な方向の摺動が規制される。また、図３に示すように、最も溝幅が狭い時には、このローラスプライン１５４０は、油圧作用室壁面１５３０に当接（図３のＡ部）することにより回転軸に平行な方向の摺動が規制される。ローラスプライン１５４０の長さＬ（２）が、可動フランジ１５２０のストローク長Ｌ（１）よりも長いので、ローラスプライン１５４０の一方をスナップリング１５６０に当接するようにして、他方を油圧作用室壁面１５３０に当接するようにしても、所望のストローク長Ｌ（１）を実現することができる。

このような構造について、従来の無段変速機における可動フランジの構造を説明することにより、より明確にする。図４および図５に、図２および図３に対応する、従来の無段変速機の構造を示す。

図４にプライマリプーリ２５００の溝幅が広い場合を、図５にプライマリプーリ２５００の溝幅が狭い場合を、それぞれ示す。いずれの図においても、プライマリプーリ２５００に金属ベルト２５５０が巻き付けられている。

図４および図５に示すように、プライマリプーリ２５００は、インプットシャフト１１００に接続されたプライマリプーリ回転軸に平行な方向に摺動しない固定フランジ２５１０と、プライマリプーリ回転軸に平行な方向に摺動する可動フランジ２５２０とから構成される。固定フランジ２５１０と、プライマリプーリ回転軸とは一体化されている。

可動フランジ２５２０には、可動フランジ側キー溝２５７０が設けられ、回転軸には、可動フランジ２５２０が設けられた位置に対応して、回転軸側キー溝２５８０が設けられる。その２つのキー溝（可動フランジ側キー溝２５７０および回転軸側キー溝２５８０）に嵌合するようにスライド部材としてローラスプライン２５４０が設けられる。

図４および図５に示すように、この可動フランジ２５２０のストローク長Ｌ（１）はスライド部材であるローラスプライン２５４０の長さＬ（３）よりも長い。すなわち、可動フランジ２５２０のストローク長Ｌ（１）よりも長くなるようには、ローラスプライン２５４０の長さＬ（３）が定められていない。また、従来は、このローラスプライン２５４０の位置に、ローラスプライン２５４０に代えて２〜３個のボール（鋼球）が封入されていた（特許文献１および特許文献２を参照）。２〜３個のボール（鋼球）が封入されている場合には、当然ながら、２〜３個のボール（鋼球）は、可動フランジ２５２０のストローク長Ｌ（１）よりも短い。

図４および図５に示すように、このローラスプライン２５４０は、２ヶ所に設けられたスナップリング２５６０およびスナップリング２５６２に当接することより回転軸に平行な方向の摺動が規制されるものであって、可動フランジに２つのスナップリングを必要としていた。

これに対して、本実施の形態においては、可動フランジ１５１０に１つのスナップリングを必要とするのみである。

以上のような構造を有する無段変速機の作用について説明する。

無段変速機を制御するコンピュータにより変速比が算出され、その変速比を実現するようにプライマリプーリ１５００とセカンダリプーリ１６００との半径の比率が決定され、それぞれのプーリ径（金属ベルト１５００が巻掛けられる径）になるように油圧回路が制御される。

最も径の小さな場合とは、溝幅が最も広くなる場合であって、図２に示す場合である。最も径の大きな場合とは、溝幅が最も狭くなる場合であって、図３に示す場合である。溝幅が最も広くなる場合には、ローラスプライン１５４０は、スナップリング１５６０により摺動が規制される。溝幅が最も狭くなる場合には、ローラスプライン１５４０は、油圧作用室壁面１５３０により摺動が規制される。このとき、可動フランジ１５２０の必要ストローク長Ｌ（１）は、ローラスプライン１５４０の長さＬ（２）よりも短いので、所望のストローク長Ｌ（１）を確保することができる。

以上のようにして、本実施の形態に係る無段変速機によると、プライマリプーリおよびセカンダリプーリのいずれにおいても、スプラインの長さを長くしたり、ボールからローラスプラインに変更して、スプラインの長さを可動フランジのストローク長よりも長くした。さらに、スプラインの摺動を規制する部材として、スナップリングと油圧作用室壁面を用いた。そのため、１つのプーリあたり２ヶ所必要としていたスナップリングを１ヶ所に削減して、コストダウンを図ることができる。

なお、上述した実施の形態においては、スプラインの摺動を規制する部材の一方をスナップリングとして説明したが、本発明はこれに限定されない。スナップリングの代わりに、回転軸および可動フランジの少なくとも一方に、回転軸に垂直な壁面を有するように加工して、その壁面にスプラインの端面を当接せしめて、スプラインの摺動を規制するようにしてもよい。このようにすると、１つのプーリあたり２ヶ所必要としていたスナップリングをなくして、コストダウンを図ることができる。

さらに、本発明は、以下のような場合により大きな効果を発現し得ることを付け加えておく。

本発明においては、可動フランジのストローク長よりもスプラインの長さを長くする必要があるが、固定フランジや可動フランジの傾斜面をさらに立てるようにすると、スプラインを延長する長さを短くすることができる。このため、スナップリングを削減するためのスプラインの延長長さを短くすることができるので、無段変速機の回転軸方向の長さが長くなることを回避できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る無段変速機を含むパワートレーンの構造図である。図１のプライマリプーリの詳細を示す断面図（その１）である。図１のプライマリプーリの詳細を示す断面図（その２）である。従来のプライマリプーリの詳細を示す断面図（その１）である。従来のプライマリプーリの詳細を示す断面図（その２）である。

符号の説明

１０００パワートレーン、１１００インプットシャフト、１２００ロックアップクラッチ付きトルクコンバータ、１３００オイルポンプ、１４００前後進切換え機構、１５００，２５００プライマリプーリ、１５１０，２５１０固定フランジ、１５２０，２５２０可動フランジ、１５３０，２５３０油圧作動室壁面、１５４０，２５４０ローラスプライン、１５５０，２５５０金属ベルト、１５６０，２５６０，２５６２スナップリング、１５７０，２５７０可動フランジ側キー溝、１５８０，２５８０回転軸側キー溝、１６００セカンダリプーリ、１７００エレメント、１８００リダクションギヤ、１９００ディファレンシャルギヤ。

Claims

溝幅が可変な一対のプーリとこれら両プーリに巻き掛けられる無端金属ベルトとを備えた無段変速機であって、
各前記プーリは、
第一のフランジ面を有し回転軸と一体的に形成され、前記回転軸に平行な方向に摺動しない固定フランジと、
前記第一のフランジ面に対向する第二のフランジ面を有し、前記回転軸との間に介在するスライド機構によって前記回転軸に平行な方向に摺動可能に設けられた可動フランジとを含み、
前記スライド機構は、
前記可動フランジと前記回転軸とに設けられた溝部と、
前記溝部に嵌合して、前記回転軸に沿って摺動可能なローラスプラインの部材とで構成され、
前記ローラスプラインの回転軸方向の長さは、前記可動フランジの可動長よりも長く、
前記ローラスプラインの回転軸方向における第１の端部は、前記回転軸に配設され前記回転軸に平行な方向に移動しない、前記可動フランジの油圧作用室壁面に当接し、
前記ローラスプラインの前記第１の端部とは反対側の第２の端部は、前記油圧作用室壁面とは回転軸方向の反対側において、前記回転軸および前記可動フランジのいずれか一方に設けられたストッパ部材に当接する、無段変速機。
前記ストッパ部材は、前記可動フランジに設けられたスナップリングである、請求項１に記載の無段変速機。