JP5532788B2

JP5532788B2 - 動力伝達装置

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Publication number: JP5532788B2
Application number: JP2009219399A
Authority: JP
Inventors: 伸志山根; 照子長岡
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-09-24
Also published as: JP2011069411A

Description

この発明は、自動車等の車両の無段変速機（ＣＶＴ）に好適な動力伝達装置に関する。

自動車用無段変速機（動力伝達装置）として、図６に示すように、固定シーブ(2a)および可動シーブ(2b)を有しエンジン側に設けられたドライブプーリ(2)と、固定シーブ(3b)および可動シーブ(3a)を有し駆動輪側に設けられたドリブンプーリ(3)と、両者間に架け渡された無端状動力伝達チェーン(1)とからなり、油圧アクチュエータによって可動シーブ(2b)(3a)を固定シーブ(2a)(3b)に対して接近・離隔させることにより、油圧でチェーン(1)をクランプし、このクランプ力によりプーリ(2)(3)とチェーン(1)との間に接触荷重を生じさせ、この接触部の摩擦力によりトルクを伝達するものが知られている。

このような動力伝達装置において、一般的なものでは、シーブ面角度は、例えば１１°に設定され、シーブ面の全領域にわたってこの角度とされている。一方、特許文献１には、シーブ面角度を二段にすることが提案されている。

特開２００２−７０９６６号公報

この種の動力伝達装置では、巻き掛け伝動部材（動力伝達チェーンまたはベルト）がプーリのシーブ面に沿って径方向外方または径方向内方に移動することで変速比が変化するようになっている。巻き掛け伝動部材は、変速の過程で、負荷を受けた状態から負荷が緩んだ状態に移行するときがあり、この際、設定された最大径を越えて移動し、場合によっては、プーリから外れる可能性があるため、プーリ径（シーブ面の最大径）は、最大または最小の変速比に対応する最大径よりも所定量大きく設定されている。この所定量（余裕代）は、動力伝達装置を小型化する上で、小さくすることが好ましいが、安全性確保の上から、小さくすることが難しいものとなっており、巻き掛け伝動部材がプーリから外れることを確実に防止することが望まれている。

この発明の目的は、巻き掛け伝動部材がプーリから外れることを確実に防止することができる動力伝達装置を提供することにある。

この発明による動力伝達装置は、円錐面状のシーブ面を有する第１のプーリと、円錐面状のシーブ面を有する第２のプーリと、これら第１および第２のプーリに掛け渡される巻き掛け伝動部材とを備え、プーリのシーブ面の傾斜角度と、通常の使用範囲で前記シーブ面に接する巻き掛け伝動部材の両面の傾斜角度とが等しくなるように形成されている動力伝達装置において、第１および第２のプーリの外径側端部に、それより内径側にあるシーブ面の傾斜角度よりも垂直に近い傾斜角度を有する抜け止め面が形成されており、巻き掛け伝動部材とシーブ面との間の摩擦係数をμとして、０．０８＜μ＜０．１２であり、抜け止め面の傾斜角度θは、０＜θ＜４．６°の範囲に設定されていることを特徴とするものである。

動力伝達装置は、チェーン式（巻き掛け伝動部材がチェーン）とされることがあり、ベルト式（巻き掛け伝動部材がベルト）とされることがある。

巻き掛け伝動部材は、好ましくは、ピンが挿通される前後挿通部を有する複数のリンクと、一のリンクの前挿通部と他のリンクの後挿通部とが対応するようにチェーン幅方向に並ぶリンク同士を連結する前後に並ぶ複数の第１ピンおよび複数の第２ピンとを備え、第１ピンと第２ピンとが相対的に転がり接触移動することにより、リンク同士の長さ方向の屈曲が可能とされている動力伝達チェーンとされる。このような動力伝達チェーンでは、第１ピンおよび第２ピンの少なくとも一方がプーリと接触して摩擦力により動力伝達する。

プーリのシーブ面の傾斜角度は、８〜１３°が適切であり、通常、１１°とされる。これに対応して、巻き掛け伝動部材の両面（動力伝達チェーンにおけるピンの端面）も傾斜角度が１１°となるように形成される。従来の動力伝達装置では、プーリのシーブ面の傾斜角度は、全領域にわたって同じ（１１°）とされているが、この発明による動力伝達装置では、通常の使用範囲では使用されていないプーリの外径側端部に、巻き掛け伝動部材がプーリから外れることを防止するための抜け止め面として、プーリのシーブ面の傾斜角度が小さい領域が設けられることで、巻き掛け伝動部材の抜け止めが果たされている。

θ＜tan^−１（μ）は、プーリのシーブ面から巻き掛け伝動部材に作用する摩擦力によって、巻き掛け伝動部材が径方向外方へ移動することが防止される条件であり、巻き掛け伝動部材とプーリとの間の摩擦係数μは、０．０８〜０．１２であるので、これを使用すると、θ＜４．６°とすればよいことになる。プーリのシーブ面は、垂直（傾斜角度θ＝０°）であってもよく、θの下限値は０°となる。

抜け止め面の傾斜角度は、シーブ面の傾斜角度には無関係に設定され、通常時のシーブ面の使用領域が例えば１２°と１０°との二段になっている場合には、径方向外方側の段に、三段目としてのθ＜tan^−１（μ）である抜け止め面が形成される。

抜け止め面の長さは、特に限定されないが、１ｍｍ程度あればよいので、従来のものに比べると、余裕部分（通常の使用領域におけるシーブ面の最大径よりもさらに大きい部分）の寸法を小さくすることができる。したがって、プーリを小型化することが可能となり、または、プーリを同じ大きさとして、変速比を大きくすることができる。

リンクは、例えば、ばね鋼や炭素工具鋼製とされる。リンクの材質は、ばね鋼や炭素工具鋼に限られるものではなく、軸受鋼などの他の鋼でももちろんよい。リンクは、前後挿通部がそれぞれ独立の貫通孔（柱有りリンク）とされていてもよく、前後挿通部が１つの貫通孔（柱無しリンク）とされていてもよい。ピンの材質としては、軸受鋼などの適宜な鋼が使用される。第１ピンおよび第２ピンは、例えば、いずれか一方の接触面が平坦面とされ、他方の接触面が相対的に転がり接触移動可能なインボリュート曲面に形成される。

この動力伝達装置は、自動車等の車両の無段変速機としての使用に好適なものとなる。

このような無段変速機では、各プーリは、円錐状のシーブ面を有する固定シーブと、固定シーブのシーブ面に対向する円錐状のシーブ面を有する可動シーブとからなり、両シーブのシーブ面間にチェーンを挟持し、可動シーブを油圧アクチュエータによって移動させることにより、無段変速機のシーブ面間距離したがってチェーンの巻き掛け半径が変化するものとされる。

この発明の動力伝達装置によると、第１および第２のプーリの外径側端部に、それより内径側にあるシーブ面の傾斜角度よりも垂直に近い傾斜角度を有する抜け止め面が形成されているので、巻き掛け伝動部材がプーリから外れることを確実に防止することができる。

図１は、この発明による動力伝達装置で使用されている動力伝達チェーンの一部を示す平面図である。図２は、動力伝達チェーンのリンクの拡大側面図である。図３は、この発明による動力伝達装置の１実施形態を示す正面断面図である。図４は、この発明による動力伝達装置の要部を示す拡大正面断面図である。図５は、巻き掛け部材抜け止めの条件を説明する図である。図６は、従来の動力伝達装置を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。以下の説明において、上下は、図２の上下をいうものとする。

図１は、この発明による動力伝達チェーンの一部を示しており、動力伝達チェーン(1)は、チェーン長さ方向に所定間隔をおいて設けられた前後挿通部(12)(13)を有する複数のリンク(11)(21)と、チェーン幅方向に並ぶリンク(11)(21)同士を長さ方向に屈曲可能に連結する複数のピン（第１ピン）(14)およびインターピース（第２ピン）(15)とを備えている。インターピース(15)は、ピン(14)よりも短くなされ、両者は、インターピース(15)が前側に、ピン(14)が後側に配置された状態で対向させられている。

チェーン(1)は、幅方向同位相の複数のリンクで構成されるリンク列を進行方向（前後方向）に３つ並べて１つのリンクユニットとし、この３列のリンク列からなるリンクユニットを進行方向に複数連結して形成されている。この実施形態では、リンク枚数が９枚のリンク列とリンク枚数が８枚のリンク列２つとが１つのリンクユニットとされている。

この発明の動力伝達チェーン(1)では、リンク(11)(21)については、ショートリンク(11)およびロングリンク(21)の２種類が使用されている。ショートリンク(11)とロングリンク(21)とでは、チェーン(1)の直線領域においてピン(14)とインターピース(15)とが接触している線（断面では点）間の距離（図２に符号Ａで示す点とＢで示す点との距離）＝「ピッチ長」が異なっている。

図２に示すように、ショートリンク(11)（ロングリンク(12)も同じ）の前挿通部(12)は、ピン(14)が移動可能に嵌め合わせられるピン可動部(16)およびインターピース(15)が固定されるインターピース固定部(17)からなり、後挿通部(13)は、ピン(14)が固定されるピン固定部(18)およびインターピース(15)が移動可能に嵌め合わせられるインターピース可動部(19)からなる。

各ピン(14)は、インターピース(15)に比べて前後方向の幅が広くなされており、インターピース(15)の上下縁部には、各ピン(14)側にのびる突出縁部(15a)(15b)が設けられている。

チェーン幅方向に並ぶリンク(11)(21)を連結するに際しては、一のリンク(11)(21)の前挿通部(12)と他のリンク(11)(21)の後挿通部(13)とが対応するようにリンク(11)(21)同士が重ねられ、ピン(14)が一のリンク(11)(21)の後挿通部(13)に固定されかつ他のリンク(11)(21)の前挿通部(12)に移動可能に嵌め合わせられ、インターピース(15)が一のリンク(11)(21)の後挿通部(13)に移動可能に嵌め合わせられかつ他のリンク(11)(21)の前挿通部(12)に固定される。そして、このピン(14)とインターピース(15)とが相対的に転がり接触移動することにより、リンク(11)(21)同士の長さ方向（前後方向）の屈曲が可能とされる。

リンク(11)(21)のピン固定部(18)とインターピース可動部(19)との境界部分には、インターピース可動部(19)の上下の凹円弧状案内部(19a)(19b)にそれぞれ連なりピン固定部(18)に固定されているピン(14)を保持する上下の凸円弧状保持部(18a)(18b)が設けられている。同様に、インターピース固定部(17)とピン可動部(16)との境界部分には、ピン可動部(16)の上下の凹円弧状案内部(16a)(16b)にそれぞれ連なりインターピース固定部(17)に固定されているインターピース(15)を保持する上下の凸円弧状保持部(17a)(17b)が設けられている。

ピン(14)を基準としたピン(14)とインターピース(15)との接触位置の軌跡は、円のインボリュートとされており、この実施形態では、ピン(14)の転がり接触面(14a)が、断面において半径Ｒｂ、中心Ｍの基礎円を持つインボリュート曲線とされ、インターピース(15)の転がり接触面(15c)が平坦面（断面形状が直線）とされている。これにより、各リンク(11)(21)がチェーン(1)の直線領域から曲線領域へまたは曲線領域から直線領域へと移行する際、前挿通部(12)においては、ピン(14)が固定状態のインターピース(15)に対してその転がり接触面(14a)がインターピース(15)の転がり接触面(15c)に転がり接触（若干のすべり接触を含む）しながらピン可動部(16)内を移動し、後挿通部(13)においては、インターピース(15)がインターピース可動部(19)内を固定状態のピン(14)に対してその転がり接触面(15c)がピン(14)の転がり接触面(14a)に転がり接触（若干のすべり接触を含む）しながら移動する。

図３は、この発明による動力伝達装置を示すもので、上記動力伝達チェーン(1)が図６に示すＶ型プーリ式ＣＶＴに取り付けられたものである。動力伝達装置では、図３に示すように、プーリ軸(2e)を有するプーリ(2)の固定シーブ(2a)および可動シーブ(2b)の各円錐状シーブ面(2c)(2d)にインターピース(15)の端面が接触しない状態で、ドライブピン(14)の端面がプーリ(2)の円錐状シーブ面(2c)(2d)に接触し、この接触による摩擦力により動力が伝達される。

図３に実線で示した位置にあるドライブプーリ(2)の可動シーブ(2b)を固定シーブ(2a)に対して接近・離隔させると、ドライブプーリ(2)における巻き掛け径は、同図に鎖線で示すように、接近時には大きく、離隔時には小さくなる。ドリブンプーリ(3)では、図示省略するが、その可動シーブがドライブプーリ(2)の可動シーブ(2b)とは逆向きに移動し、ドライブプーリ(2)の巻き掛け径が大きくなると、ドリブンプーリ(3)の巻き掛け径が小さくなり、ドライブプーリ(2)の巻き掛け径が小さくなると、ドリブンプーリ(3)の巻き掛け径が大きくなる。この結果、変速比が１：１である状態を基準にして、ドライブプーリ(2)の巻き掛け径が最小で、ドリブンプーリ(3)の巻き掛け径が最大であるＵ／Ｄ（アンダードライブ）状態が得られ、また、ドライブプーリ(2)の巻き掛け径が最大で、ドリブンプーリ(3)の巻き掛け径が最小のＯ／Ｄ（オーバードライブ）状態が得られる。

図３および図３の要部拡大図である図４において、符号(2f)で示す領域は、各プーリ(2)(3)（図示は一方のみ）の外径側端部において通常は使用されない領域であり、この領域(2f)は、それより内径側にあるシーブ面(2c)(2d)の傾斜角度よりも垂直に近い傾斜角度を有するチェーン抜け止め面とされている。

チェーン抜け止め面(2f)の傾斜角度は、動力伝達チェーン(1)とシーブ面(2c)(2d)(2f)との間の摩擦係数をμとして、θ＜tan^−１（μ）とされている。

図５は、上記θ＜tan^−１（μ）という条件を得る際の力の関係を示すもので、同図において、動力伝達チェーンは、プーリのシーブ面(S)から垂直抗力Ｎを受けており、動力伝達チェーンとプーリとの間の摩擦係数をμとすると、シーブ面(S)から動力伝達チェーンに摩擦力μＮが作用する。図５に示すαは、tanα＝μＮ／Ｎ＝μの関係があるので、α＝tan^−１（μ）を満たしている。一方、プーリが動力伝達チェーンをチェーン幅方向（図の左右方向）に押す力をＡＦとし、プーリが動力伝達チェーンを径方向外方（図の上方向）に押す力をＦｒとすると、プーリのシーブ面(S)の角度をθとして、Ｆｒ／ＡＦ＝tan（θ−α）が成り立つ。ここで、ＡＦ＞０であり、Ｆｒに関し、Ｆｒ≧０であれば、動力伝達チェーンはシーブ面(S)に沿って径方向外方に移動可能であり、Ｆｒ＜０であれば、動力伝達チェーンは径方向外方に移動できない。したがって、tan（θ−α）＜０すなわちθ−α＜０がチェーン抜け止めのための条件であり、α＝tan^−１（μ）を使用して、θ＜tan^−１（μ）がその条件となる。μは、動力伝達チェーンおよびプーリの材質および接触面積によって所定の値となり、通常、μ＝０．０８〜０．１２である。この値を使用すると、ある程度のばらつきを考慮して、θ＜４．６とすれば、確実に動力伝達チェーンの抜け止めを防止することができる。

こうして、この発明の動力伝達装置によると、プーリの外径側端部にチェーン抜け止め面(2f)が形成されていることによって、動力伝達チェーン(1)がそれ以上径方向外方へ移動することが防止されている。したがって、例えば、動力伝達チェーン(1)がハウジングカバーに干渉することが防止され、また、プーリよりピン(14)がはみ出して、局部接触によりピン(14)端面が早期摩耗することも防止される。また、動力伝達チェーン(1)がプーリから外れて、トルク伝達不可によって発進不能や変速不能となるというような事象に対するフェールセーフ機能が付与される。

この動力伝達チェーン(1)は、必要な数のドライブピン(14)およびインターピース(15)を組立て治具上に垂直状に保持した後、リンク(11)を１つずつあるいは数枚まとめて圧入していくことにより製造される。この圧入は、ドライブピン(14)およびインターピース(15)の上下縁部とドライブピン固定部(18)およびインターピース固定部(17)の上下縁部との間において行われており、その圧入代は０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍとされている。こうして、組み立てられたチェーン(1)には張力が付与（予張）される。

上記の動力伝達チェーン(1)では、ピンの上下移動の繰り返しにより、多角形振動が生じ、これが騒音の要因となるが、ドライブピン(14)とインターピース(15)とが相対的に転がり接触移動しかつドライブピン(14)を基準としたドライブピン(14)とインターピース(15)との接触位置の軌跡が円のインボリュートとされていることにより、ドライブピンおよびインターピースの接触面がともに円弧面である場合などと比べて、振動を小さくすることができ、騒音を低減することができる。

そして、ＣＶＴで使用された場合、ドライブピン(14)とインターピース(15)とは、上述のように、各可動部(16)(19)に案内されて転がり接触移動するので、プーリ(2)のシーブ面(2c)(2d)に対してドライブピン(14)はほとんど回転しないことになり、摩擦損失が低減し、高い動力伝達率が確保される。

なお、図５に示した関係は、チェーンでなくベルトでも成り立つものであり、巻き掛け伝動部材がベルトであるベルト式の動力伝達装置（無段変速機）でも、θ＜tan^−１（μ）の抜け止め面を設けることで、ベルトがプーリから外れることを防止することができる。

(1) 動力伝達チェーン（巻き掛け伝動部材）
(2)(3) プーリ
(2a)(3b) 固定シーブ
(2b)(3a) 可動シーブ
(2c)(2d) 円錐状シーブ面
(2f) チェーン抜け止め面

Claims

円錐面状のシーブ面を有する第１のプーリと、円錐面状のシーブ面を有する第２のプーリと、これら第１および第２のプーリに掛け渡される巻き掛け伝動部材とを備え、プーリのシーブ面の傾斜角度と、通常の使用範囲で前記シーブ面に接する巻き掛け伝動部材の両面の傾斜角度とが等しくなるように形成されている動力伝達装置において、
第１および第２のプーリの外径側端部に、それより内径側にあるシーブ面の傾斜角度よりも垂直に近い傾斜角度を有する抜け止め面が形成されており、巻き掛け伝動部材とシーブ面との間の摩擦係数をμとして、０．０８＜μ＜０．１２であり、抜け止め面の傾斜角度θは、０＜θ＜４．６°の範囲に設定されていることを特徴とする動力伝達装置。
巻き掛け伝動部材は、ピンが挿通される前後挿通部を有する複数のリンクと、一のリンクの前挿通部と他のリンクの後挿通部とが対応するようにチェーン幅方向に並ぶリンク同士を連結する前後に並ぶ複数の第１ピンおよび複数の第２ピンとを備え、第１ピンと第２ピンとが相対的に転がり接触移動することにより、リンク同士の長さ方向の屈曲が可能とされている動力伝達チェーンである請求項１の動力伝達装置。