JP2002106659A - ベルト式無段変速機およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 充分な剛性を確保しつつプーリを有するシャ
フトの重量を低減する。 【解決手段】 ベルト式無段変速機は、駆動側の回転シ
ャフトに設けられたプライマリプーリと、従動側の回転
シャフトに設けられたセカンダリプーリとを有し、両方
のプーリにはベルトが掛け渡されている。回転シャフト
１３は、コーン面２３を有する第１フランジ部２１ａが
一体となった第１シャフト部１３ａと、第１フランジ部
２１ａと一体となって固定プーリ２１を形成する第２フ
ランジ部２１ｂが一体となり中空孔４４を有する第２シ
ャフト部１３ｂとにより形成されている。第１シャフト
部１３ａには第１軸接合端面３７ａが形成され、第２シ
ャフト部１３ｂには第２軸接合端面３７ｂが形成され、
第１フランジ部２１ａには環状接合面３８ａが形成さ
れ、第２フランジ部２１ｂには環状接合面３８ｂが形成
されて、それぞれは摩擦溶接により接合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属製のベルトが掛
け渡されるプーリを有するベルト式無段変速機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車用のベルト式無段変速機（ＣＶ
Ｔ）は、駆動側の回転シャフトであるプライマリ軸に設
けられたプライマリプーリと、プライマリ軸に平行な従
動側の回転シャフトであるセカンダリ軸に設けられたセ
カンダリプーリとを有している。これらのプーリには、
金属製のベルトやチェーンなどの帯状の動力伝達要素が
掛け渡されており、プライマリプーリとセカンダリプー
リに対する動力伝達要素の巻き付け径を変化させること
により、プライマリ軸の回転はセカンダリ軸に無段階に
変化して伝達される。このようなベルト式無段変速機と
しては、たとえば、特開2000-154856 号公報に記載され
るものがある。

【０００３】プライマリプーリはプライマリ軸に固定さ
れる固定プーリと、プライマリ軸に軸方向に摺動自在に
装着されプライマリ軸とともに一体に回転する可動プー
リとを有し、可動プーリが軸方向に摺動することにより
プーリ溝幅が変化する。同様に、セカンダリプーリはセ
カンダリ軸に固定される固定プーリと、セカンダリ軸に
軸方向に摺動自在に装着されセカンダリ軸とともに一体
に回転する可動プーリとを有し、可動プーリが軸方向に
摺動することによりプーリ溝幅が変化する。それぞれの
固定プーリは固定シーブとも言われ、可動プーリは可動
シーブとも言われている。

【０００４】プライマリ軸およびセカンダリ軸は、従
来、中実軸または中空軸となっており、鍛造加工により
軸と固定プーリとを一体に成形したり、たとえば特開昭
61-105368 号公報に開示されるように、軸と固定プーリ
とを別々に形成した後に、固定プーリを軸に嵌合して固
定するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなベルト式無
段変速機にあっては、プーリにはベルトを所定の位置に
保持するための剛性を持たせる必要があり、変速応答性
を向上するにはプーリ自体を軽量化する必要がある。一
方、ベルトとプーリの摩擦抵抗で駆動力を発生させてお
り、駆動力の発生に有利なように接触面積を広くする
と、ベルト接触面に周速度の差が発生して動力伝達損失
を増大させるので、動力伝達のロスを軽減するにはベル
トとプーリとの接触面積を最小化するために耐面圧強度
を高める必要がある。また、接触面に介在する冷却媒体
が摩擦係数を減じる結果、摩擦抵抗を確保するためにも
高い面圧に設定する必要がある。

【０００６】高い面圧に耐える表面強度は、浸炭、窒化
および溶射などの表面硬化処理により得ることができる
が、鋳造品はグラファイト、ガス、および組織の偏析な
どによって安定な組織が得られないので、プーリの素材
としては鋼が使用され、コーン面を表面硬化処理して耐
面圧強度を確保するようにしている。

【０００７】成形の自由度が高い鋳造に比較して、鋼製
品の成形には鍛造、板金プレスなどのように金型を用い
て加圧、塑性変形させて製品化せざるを得ず、金型を用
いた加圧成形では中空形状ないし空洞形状のプーリを製
造することは困難である。したがって、プーリの軽量化
のためにプーリを皿状としたり、コーン面の反対側の面
に放射状に複数本のリブを設けるようにしている。しか
しながら、リブを設けた場合には、外周になる程リブ相
互間隔が広くなってリブの存在しない面積が広くなる。

【０００８】一方、プーリにはその外周部側にベルトが
位置する時の締め付け力に対して最も剛性を持たせる必
要があるため、リブの本数を増加すると、プーリの内周
部ではリブの本数が過剰となり軽量化に反することにな
る。また、リブの支持のない領域とリブの支持のある領
域で変形に差を生じ、ベルトとプーリの接触状態を変化
させることになる。これを防止するために外周部ではプ
ーリの厚みを大きくして変形を防止せざるを得ず、リブ
の効果は減少する。

【０００９】本発明の目的は、充分な剛性を確保しつ
つ、プーリを有するシャフトの重量を低減することにあ
る。

【００１０】本発明の他の目的は、内部が中空部となっ
た固定プーリを有するシャフトを製造し得るようにする
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のベルト式無段変
速機は、コーン面が形成され回転シャフトに一体になっ
た固定プーリと、前記コーン面に対向するコーン面が形
成され前記回転シャフトに軸方向に摺動自在に装着され
る可動プーリとを有するベルト式無段変速機であって、
コーン面が形成された第１フランジ部を備え第１接合軸
端面が形成された第１シャフト部と、前記第１フランジ
部に接合されて固定プーリを形成する第２フランジ部を
備え前記第１接合軸端面に接合される第２接合軸端面が
形成された第２シャフト部とにより前記回転シャフトを
形成し、それぞれの前記フランジ部を環状接合面で接合
し、それぞれの前記シャフト部を前記接合軸端面で接合
することにより、前記固定プーリの内部に環状の中空部
を形成したことを特徴とする。

【００１２】本発明のベルト式無段変速機は、それぞれ
の前記フランジ部を相互に径が相違する複数の環状接合
面で接合し、前記固定プーリの内部に複数の環状の中空
部を形成したことを特徴とする。

【００１３】本発明のベルト式無段変速機の製造方法
は、コーン面が形成され回転シャフトに一体になった固
定プーリと、前記コーン面に対向するコーン面が形成さ
れ前記回転シャフトに軸方向に摺動自在に装着される可
動プーリとを有するベルト式無段変速機の製造方法であ
って、前記コーン面の反対側に第１環状接合面が形成さ
れた第１フランジ部を備え第１接合軸端面が形成された
第１シャフト部と、前記第１環状接合面に接合される第
２環状接合面が形成された第２フランジ部を備え前記第
１接合軸端面に接合される第２接合軸端面が形成された
第２シャフト部とを、それぞれ接合軸端面と環状接合面
とを摩擦溶接により接合し、それぞれの前記フランジ部
により形成される固定プーリの内部に環状の中空部を形
成したことを特徴とする。

【００１４】本発明にあっては、固定プーリが一体とな
った回転シャフトは第１フランジ部を備えた第１シャフ
ト部と第２フランジ部を備えた第２シャフトとにより形
成されており、それぞれのシャフト部を接合軸端面で接
合するとともに、それぞれのフランジ部を環状接合面で
接合するようにしたので、固定プーリの内部には環状の
中空部が形成される。これにより、固定プーリを備えた
回転シャフトを所望の剛性を確保しつつ軽量化すること
ができる。

【００１５】それぞれの接合軸端面と環状接合面を摩擦
溶接により接合するようにしたので、外部から遮蔽され
る隠れ部をも溶接することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１７】図１は本発明の一実施の形態であるベルト
式無段変速機を示す断面図であり、図２はセカンダリプ
ーリを示す断面図である。

【００１８】ベルト式無段変速機は、プライマリ軸つま
り駆動側の回転シャフト１１に設けられたプライマリプ
ーリ１２と、セカンダリ軸つまり従動側の回転シャフト
１３に設けられたセカンダリプーリ１４とを有し、両方
のプーリ１２，１４には金属製のベルト１５が掛け渡さ
れている。このベルト１５は多数のスチール製のコマと
これらを挟持する複数枚のスチールバンドとにより形成
されており、ベルトはチェーンなどと同様に無端状の動
力伝達要素となっている。

【００１９】プライマリプーリ１２は駆動側の回転シャ
フト１１に一体となった固定プーリ１６と、回転シャフ
ト１１に軸方向に摺動自在に装着された可動プーリ１７
とを有し、固定プーリ１６の表面側に形成された円錐面
つまりコーン面１８と可動プーリ１７の表面側に形成さ
れたコーン面１９とが相互に対向し合っている。可動プ
ーリ１７の内周面と回転シャフト１１の外周面とにより
形成されるボールスプライン溝にはボール２０が組み込
まれ、可動プーリ１７は軸方向に摺動するとともにボー
ル２０を介して回転シャフト１１とともに一体に回転す
る。

【００２０】セカンダリプーリ１４は従動側の回転シャ
フト１３に一体となった固定プーリ２１と、回転シャフ
ト１３に軸方向に摺動自在に装着された可動プーリ２２
とを有し、固定プーリ２１の表面側に形成されたコーン
面２３と可動プーリ２２の表面側に形成されたコーン面
２４とが相互に対向し合っている。可動プーリ２２の内
周面と回転シャフト１１の外周面とにより形成されるボ
ールスプライン溝にはプライマリプーリ１２と同様にボ
ール２０が組み込まれ、可動プーリ２２は軸方向に摺動
するとともにボール２０を介して回転シャフト１１とと
もに一体に回転する。

【００２１】プライマリ側の可動プーリ１７を軸方向に
駆動するために、可動プーリ１７の背面側にはシリンダ
２５が取り付けられ、回転シャフト１１に固定されたプ
ランジャつまりピストン２６がシリンダ２５の内周面に
摺動自在に接触している。このピストン２６とシリンダ
２５とによりプライマリ油室２７が形成され、このプラ
イマリ油室２７内に供給される作動油によって固定プー
リ１６と可動プーリ１７との間の溝幅が調整される。

【００２２】セカンダリ側の可動プーリ２２を軸方向に
駆動するために、可動プーリ２２の背面側にはシリンダ
３１が取り付けられ、回転シャフト１３に固定されたピ
ストン３２がシリンダ３１の内周面に摺動自在に接触し
ている。このピストン３２とシリンダ３１とによりセカ
ンダリ油室３３が形成され、このセカンダリ油室３３内
に供給される作動油によって固定プーリ２１と可動プー
リ２２との間の溝幅が調整される。

【００２３】それぞれのシリンダ２５，３１は底壁部で
ボルト３４によってそれぞれの可動プーリ１７，２２に
取り付けられているが、シリンダ２５，３１の開口端部
で可動プーリ１７，２２にかしめにより取り付けるよう
にすることもできる。また、シリンダ２５，３１をそれ
ぞれの回転シャフト１１，１３に取り付け、ピストン２
６，３２を可動プーリ１７，２２に取り付けるようにし
ても良い。

【００２４】駆動側の回転シャフト１１は、コーン面１
８を有する第１フランジ部１６ａが一体となった第１シ
ャフト部１１ａと、第２フランジ部１６ｂが一体となっ
た第２シャフト部１１ｂとにより形成されている。第１
シャフト１１ａの軸端面には第１接合軸端面３５ａが形
成され、第２シャフト１１ｂの軸端面には第１接合軸端
面３５ａに接合される第２接合軸端面３５ｂが形成さ
れ、第１フランジ部１６ａの外周部には第１環状接合面
３６ａが形成され、第２フランジ部１６ｂの外周部には
第１環状接合面３６ａに接合される第２環状接合面３６
ｂが形成されている。両方のシャフト部１１ａ，１１ｂ
はそれぞれの環状接合面３６ａ，３６ｂの部分と、接合
軸端面３５ａ，３５ｂの部分とで接合されて一体となっ
た固定プーリ１６を有する回転シャフト１１が形成され
ている。

【００２５】同様に、従動側の回転シャフト１３は、コ
ーン面２３を有する第１フランジ部２１ａが一体となっ
た第１シャフト部１３ａと、第２フランジ部２１ｂが一
体となった第２シャフト部１３ｂとにより形成されてい
る。第１シャフト１３ａの軸端面には第１接合軸端面３
７ａが形成され、第２シャフト１３ｂの軸端面には第１
接合軸端面３７ａに接合される第２接合軸端面３７ｂが
形成され、第１フランジ部２１ａの外周部には第１環状
接合面３８ａが形成され、第２フランジ部２１ｂの外周
部には第２環状接合面３８ａに接合される第２環状接合
面３８ｂが形成されている。両方のシャフト部１３ａ，
１３ｂはそれぞれの環状接合面３８ａ，３８ｂの部分
と、接合軸端面３７ａ，３７ｂの部分とで接合されて一
体となった固定プーリ２１を有する回転シャフト１３が
形成されている。

【００２６】このように、それぞれの固定プーリ１６，
２１の内部には、接合軸端面の径方向外方に位置させて
環状の空洞部ないし中空部４１，４２が形成されてお
り、固定プーリ１６，２１は軽量構造となっている。な
お、シャフト１１，１３の中心部には潤滑油を案内する
ための中空孔４３，４４が形成されているので、それぞ
れの接合軸端面は環状となっている。

【００２７】図２はシリンダ３１がその開口端部でかし
めにより取り付けられた可動プーリ２２を有するセカン
ダリプーリ１４を示す拡大断面図であり、図１に示す場
合と同様に、回転シャフト１３はそれぞれのフランジ部
２１ａ，２１ｂが一体となって形成された固定プーリ２
１を有し、その内部には環状の中空部４２が形成されて
いる。

【００２８】図３は図２に示した回転シャフト１３の製
造方法を示す断面図であり、第１フランジ部２１ａが一
体となった第１シャフト部１３ａと、第２フランジ部２
１ｂが一体となった第２シャフト部１３ｂとをそれぞれ
鍛造加工などにより図３（Ａ）に示す形状に予め成形し
てそれぞれのシャフト部１３ａ，１３ｂを準備してお
く。鍛造加工などによってそれぞれのシャフト部１３
ａ，１３ｂの軸端面には接合軸端面３７ａ，３７ｂが形
成され、フランジ部２１ａ，２１ｂの外周部に設けられ
た環状の突起部により環状接合面３８ａ，３８ｂが形成
される。

【００２９】次いで、図３（Ｂ）に示すように、それぞ
れのフランジ部２１ａ，２１ｂを環状接合面３８ａ，３
８ｂの部分で接触させるとともにそれぞれの接合軸端面
３７ａ，３７ｂの部分で接触させた状態とし、それぞれ
のシャフト部１３ａ，１３ｂを押し付けるように軸方向
に加圧しながら回転させる。これにより、それぞれの接
触面が摩擦熱によって発熱して軟化し、それぞれの接触
面の部分は金属組織的に一体となって固相状態で接合さ
れ、図２に示すように、内部に環状の中空部４２が形成
された固定プーリ２１が形成されることになる。

【００３０】摩擦溶接つまり摩擦圧接は、外部から熱を
加えることなく、素材自体の摩擦によって発生する自己
発熱により得られる熱によって接合する技術であり、接
合軸端面３７ａ，３７ｂのようにフランジ部２１ａ，２
１ｂにより覆われてしまう隠れ部をも接合することがで
きる。摩擦圧接による入熱量は、押し付け力、回転速
度、摩擦係数および摩擦時間により制御することがで
き、入熱結果である発熱量は、摩擦発熱中に素材が軟化
して寄り代と呼ばれる軟化による縮み代により製品毎に
高精度で把握することができる。

【００３１】２つのシャフト部を電子ビーム溶接やレー
ザー溶接などの他の溶接技術によって溶接することは、
これらの溶接技術が外部からの入熱で溶融、合金化して
結合するために、隠れ部の溶接は原理的に不可能であ
る。しかも、レーザー溶接では被溶接部材を真空状態に
するために高価な装置を用いる必要があるだけでなく、
溶接の可能深度が10〜20mm程度であって、必要な接合が
できない。また、電子ビーム溶接ではビーム放射後の製
品発熱状態が不明である。これに対して、摩擦溶接によ
り圧接接合することにより他の溶接手段による欠点を回
避して隠れ部の溶接が可能となる。

【００３２】摩擦溶接は素材が溶融状態とならない固相
接合であるので、他の溶接技術におけるような溶融に伴
う気泡や割れの発生がない。溶融に伴うこのような欠陥
は製造管理が困難で検査を慎重に行う必要があるが、摩
擦溶接ではこのような製造管理の困難さがなくなる。

【００３３】摩擦圧接では接合面つまり圧接面からフラ
ッシュと言われるバリＦが、図３（Ｂ）に示すように、
圧接面の径方向両側に生成され、このフラッシュの部分
でも接合が達成されることになる。フランジ部の外周に
生成されたフラッシュは摩擦圧接加工の後に除去され
る。

【００３４】無段変速機が作動しているときには、図２
に示すように、回転シャフト１３には径方向の負荷つま
りラジアル力Ｒが加わり、固定プーリ２１には軸方向の
負荷つまりスラスト力Ｓが加わることになるが、フラン
ジ部２１ａ，２１ｂの外周部とシャフト部１３ａ，１３
ｂの端面とが接合されて、固定プーリ２１は袋構造とな
っているので、スラスト力が加わってもコーン面２３の
倒れを少なくすることができる。また、固定プーリ２１
の内部には中空部４２が形成されているので、固定プー
リ２１を含めた回転シャフト１３の重量を軽減すること
ができる。

【００３５】しかも、固定プーリ２１の製造は、それぞ
れ別部品となった２つのシャフト部１３ａ，１３ｂを鍛
造などにより予め成形した後に、摩擦溶接技術によって
それぞれのシャフト部１３ａ，１３ｂを接合するように
したので、中空部４２を有する形状の固定プーリ２１を
容易に低コストで製造することができる。また、摩擦溶
接によって接合するようにしたので、２つのシャフト部
１３ａ，１３ｂの素材を相互に相違させることができ、
アルミニウム、鋳物および鋼などのように素材が相違す
るものを接合することができる。たとえば、コーン面２
３を有するシャフト部１３ａを鍛造製品とし、他のシャ
フト部１３ｂを鋳造品としたり、アルミニウム製とする
ことも可能である。これにより、固定プーリが一体とな
ったシャフトの各部位について最適な特性を持たせるこ
とができる。

【００３６】このように、本発明にあっては、固定プー
リ２１を含めた回転シャフト１３の重量を、充分な剛性
を確保しつつ低減することができるとともに、固定プー
リ２１は２つの部材を接合して成形するようにしたの
で、加工コストおよび材料コストの低減を図ることがで
きる。

【００３７】図４は本発明の他の実施の形態であるベル
ト式無段変速機の回転シャフト１３を示す断面図であ
り、この場合には、それぞれのフランジ部２１ａ，２１
ｂの径方向中央部分には環状突起部が形成されており、
それぞれの環状突起部の先端面が環状接合面３９ａ，３
９ｂとなっている。したがって、このタイプの回転シャ
フト１３にあっては、環状突起部の径方向両側にそれぞ
れ中空部４２ａ，４２ｂが形成されることになる。

【００３８】図５は他の実施の形態であるベルト式無段
変速機の回転シャフト１３を示す断面図であり、このシ
ャフト１３は固定プーリ２１に対応する部分が中実とな
っている。

【００３９】図２から図５はセカンダリ軸つまり従動側
の回転シャフト１３を示すが、プライマリ軸つまり駆動
側の回転シャフト１１についても同様の構造とすること
ができ、いずれか一方のシャフトを図示する形状として
も良い。

【００４０】本発明は前記実施の形態に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
あることはいうまでもない。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、固定プーリが一体とな
ったシャフトはそれぞれのシャフト部を接合軸端面で摩
擦圧接し、フランジ部の環状接合面で摩擦圧接するよう
にしたので、固定プーリの内部には中空部が形成された
袋状となる。これにより、必要な強度を確保しつつシャ
フト重量を低減することが可能となる。

【００４２】本発明によれば、摩擦圧接により２つのシ
ャフト部を接合するようにしたので、それぞれのシャフ
ト部の接合軸端面のように外部から遮蔽される隠れ部を
も接合することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるベルト式無段変速
機を示す断面図である。

【図２】ベルト式無段変速機のセカンダリプーリを示す
断面図である。

【図３】（Ａ），（Ｂ）は図２に示した回転シャフトの
製造方法を示す断面図である。

【図４】本発明の他の実施の形態であるベルト式無段変
速機における回転シャフトの一部を示す断面図である。

【図５】本発明の他の実施の形態であるベルト式無段変
速機における回転シャフトの一部を示す断面図である。

【符号の説明】

１１ 回転シャフト（プライマリ軸） １１ａ 第１シャフト部 １１ｂ 第２シャフト部 １２ プライマリプーリ １３ 回転シャフト（セカンダリ軸） １３ａ 第１シャフト部 １３ｂ 第２シャフト部 １４ セカンダリプーリ １５ ベルト １６ 固定プーリ １６ａ 第１フランジ部 １６ｂ 第２フランジ部 １７ 可動プーリ １８，１９ コーン面 ２１ 固定プーリ ２１ａ 第１フランジ部 ２１ｂ 第２フランジ部 ２２ 可動プーリ ２３，２４ コーン面 ３５ａ，３５ｂ 接合軸端面 ３６ａ，３６ｂ 環状接合面 ３７ａ，３７ｂ 接合軸端面 ３８ａ，３８ｂ 環状接合面 ４１，４２ 中空部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新谷 昌平 東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富士 重工業株式会社内 (72)発明者 本田 米一 群馬県前橋市元総社町395番地の３ 理研 鍛造株式会社内 (72)発明者 小泉 幹夫 群馬県前橋市元総社町395番地の３ 理研 鍛造株式会社内 (72)発明者 河原 隆幸 群馬県前橋市元総社町395番地の３ 理研 鍛造株式会社内 Ｆターム(参考） 3J031 AB03 BA04 BC02 BC10 CA02 3J050 AA03 BA03 CD02 CD06 DA02 4E067 BG00 EA07 EB00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コーン面が形成され回転シャフトに一体
   になった固定プーリと、前記コーン面に対向するコーン
   面が形成され前記回転シャフトに軸方向に摺動自在に装
   着される可動プーリとを有するベルト式無段変速機であ
   って、 コーン面が形成された第１フランジ部を備え第１接合軸
   端面が形成された第１シャフト部と、前記第１フランジ
   部に接合されて固定プーリを形成する第２フランジ部を
   備え前記第１接合軸端面に接合される第２接合軸端面が
   形成された第２シャフト部とにより前記回転シャフトを
   形成し、 それぞれの前記フランジ部を環状接合面で接合し、それ
   ぞれの前記シャフト部を前記接合軸端面で接合すること
   により、前記固定プーリの内部に環状の中空部を形成し
   たことを特徴とするベルト式無段変速機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のベルト式無段変速機にお
   いて、それぞれの前記フランジ部を相互に径が相違する
   複数の環状接合面で接合し、前記固定プーリの内部に複
   数の環状の中空部を形成したことを特徴とするベルト式
   無段変速機。
3. 【請求項３】 コーン面が形成され回転シャフトに一体
   になった固定プーリと、前記コーン面に対向するコーン
   面が形成され前記回転シャフトに軸方向に摺動自在に装
   着される可動プーリとを有するベルト式無段変速機の製
   造方法であって、 前記コーン面の反対側に第１環状接合面が形成された第
   １フランジ部を備え第１接合軸端面が形成された第１シ
   ャフト部と、前記第１環状接合面に接合される第２環状
   接合面が形成された第２フランジ部を備え前記第１接合
   軸端面に接合される第２接合軸端面が形成された第２シ
   ャフト部とを、それぞれ接合軸端面と環状接合面とを摩
   擦溶接により接合し、 それぞれの前記フランジ部により形成される固定プーリ
   の内部に環状の中空部を形成したことを特徴とするベル
   ト式無段変速機の製造方法。