JP2004286046A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】半径方向長さを短くして平面視形状をＡＴやＭＴとほぼ同等とし、一種類の車台にＡＴ，ＭＴと混在して搭載可能な無段変速機を提供する。
【解決手段】駆動力が入力される駆動軸１０と、駆動軸上に設けられた駆動プーリ１１と、駆動力が出力される従動軸２０と、従動軸上に設けられた従動プーリ２１と、駆動軸および従動軸と平行に配置されたカウンタ軸３０と、カウンタ軸上に一体回転可能に設けられ、駆動プーリより小径で、駆動プーリとの間に第１Ｖベルト１２が巻きかけられた第１アイドラプーリ３１と、カウンタ軸上に一体回転可能に設けられ、従動プーリより小径で、従動プーリとの間に第２Ｖベルト２２が巻きかけられた第２アイドラプーリ３２とを備える。駆動プーリおよび従動プーリにはそれぞれＶ溝幅を可変とする可変機構１３，２３が設けられ、第１アイドラプーリおよび第２アイドラプーリのＶ溝幅は一定である。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車用変速機などに用いられるＶベルト式の無段変速機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平９−１７７９１５号公報
現在、自動車用変速機としてＶベルト式の無段変速機（ＣＶＴ）の開発が進められ、一部実用化されている。ＣＶＴユニットは、駆動プーリと従動プーリという２個の大型のプーリを有するので、ユニット外形寸法が従来の自動変速機（ＡＴ）や手動変速機（ＭＴ）に比べて大きく異なる。
図８，図９はエンジン横置き式のＦＦ車におけるパワーユニットを示し、図８はエンジンＥとＣＶＴとからなるパワーユニットの平面図および側面図、図９はエンジンＥとＡＴ（またはＭＴ）とからなるパワーユニットの平面図および側面図を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図８，図９から明らかなように、ＣＶＴの場合には、車両前後方向の寸法ＬがＡＴやＭＴに比べて長くなる。そのため、一種類の車台にＡＴ，ＭＴとＣＶＴとを混在して搭載しようとすると、車体側に前後方向の大きな空スペースが必要となるが、軽自動車のような小型自動車の場合にはエンジンルームが小さいので、十分なスペースを確保できない。また、たとえスペースを確保できても、ＡＴ，ＭＴとＣＶＴとでは重心位置が異なるので、マウント位置の変更や、サスペンション機構のセッティング変更などの設計変更を必要とする。その結果、ユーザーの選択肢を制限し、商品の魅力を半減させると同時に、組み付けラインもＣＶＴ専用のラインを必要とするため、コスト上昇を招く欠点がある。
【０００４】
特許文献１には、円錐プーリ対のそれぞれの回転軸線がエンジンのクランク軸に対して予め所定角度傾くように、円錐プーリ対を配置した無段変速機が提案されている。
この場合には、クランク軸の軸線に対する半径方向のスペースを小さくすることが可能である。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の無段変速機では、クランク軸の軸方向寸法が非常に長くなるので、ＦＲ式の自動車にしか適用できず、小型車の主流になっているＦＦ横置き式の車両には適用できない。
また、各プーリの軸が傾いて配置されているので、その重心位置も既存の変速機と大きく異なり、ＣＶＴ専用の設計が必要になるため、コスト上昇を招く。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、半径方向長さを短くして平面視形状をＡＴやＭＴとほぼ同等とし、一種類の車台にＡＴ，ＭＴと混在して搭載可能な無段変速機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、駆動力が入力される駆動軸と、駆動軸上に設けられた駆動プーリと、駆動力が出力される従動軸と、従動軸上に設けられた従動プーリと、上記駆動軸および従動軸と平行に配置されたカウンタ軸と、上記カウンタ軸上に一体回転可能に設けられ、駆動プーリより小径で、駆動プーリとの間に第１Ｖベルトが巻きかけられた第１アイドラプーリと、上記カウンタ軸上に一体回転可能に設けられ、従動プーリより小径で、従動プーリとの間に第２Ｖベルトが巻きかけられた第２アイドラプーリとを備え、上記駆動プーリおよび従動プーリにはそれぞれＶ溝幅を可変とする可変機構が設けられ、上記第１アイドラプーリおよび第２アイドラプーリのＶ溝幅は一定であることを特徴とする無段変速機を提供する。
【０００８】
駆動軸の回転速度は、駆動プーリから第１アイドラプーリに第１Ｖベルトを介して伝達される間に変速され、第２アイドラプーリから第２Ｖベルトを介して従動プーリに伝達される間にさらに変速される。第１アイドラプーリと第２アイドラプーリはＶ溝幅を可変できないプーリであるから、変速制御幅は駆動プーリと従動プーリとのＶ溝幅を相反方向に変化させる一般のＣＶＴと同様である。しかし、駆動軸または従動軸とカウンタ軸との軸間距離は、アイドラプーリの直径を小さくできることから、一般のＣＶＴにおける駆動軸と従動軸との軸間距離に比べて短くできる。つまり、半径方向寸法を短くして平面視形状をＡＴやＭＴとほぼ同等とすることが可能になり、重心位置もＡＴやＭＴとほぼ等しくできる。そのため、一種類の車台にＡＴ，ＭＴと混在してＣＶＴを搭載できるようになる。
また、前段の変速部（駆動プーリと第１アイドラプーリ）と、後段の変速部（従動プーリと第２アイドラプーリ）との変速比を独立に制御することが可能であるため、より広範な変速制御が可能になる。
なお、本発明にかかるＣＶＴは、ＦＦ車に限らず、ＦＲ車にも同様に適用できる。
【０００９】
請求項２では、テンションローラによって第１Ｖベルトの緩み側を押圧してベルト張力を付与する第１テンショナ装置と、テンションローラによって第２Ｖベルトの緩み側を押圧してベルト張力を付与する第２テンショナ装置とを設けたものである。
例えば駆動プーリと第１アイドラプーリとに巻き掛けられたＶベルトについてみると、駆動プーリのＶ溝幅が最小（ベルト巻き掛け径が最大）のときにはＶベルトには殆ど弛みはないが、Ｖ溝幅が最大（ベルト巻き掛け径が最小）のときにはＶベルトに大きな弛みが発生する。この大きな弛みを駆動プーリに設けた推力機構だけで吸収することは困難である。同様のことは、従動プーリと第２アイドラプーリとの間でも起こる。
そこで、本発明ではＶベルトの緩み側を押圧してベルト張力を付与するテンションローラを、駆動プーリと第１アイドラプーリとの間、および従動プーリと第２アイドラプーリとの間にそれぞれ配置し、弛みを吸収して適正な張力を得るようにしている。
なお、テンションローラはＶベルトを内側から押圧する方式と、外側から押圧する方式とがあり、いずれの方式を採用してもよい。
【００１０】
請求項３のように、駆動軸と従動軸とを同一軸線上に配置し、駆動軸と従動軸との間に、両軸を断接するクラッチ手段を設けてもよい。
例えば、第１Ｖベルトあるいは第２Ｖベルトのいずれが破断したりすると、ベルト駆動ができず、車両用ＣＶＴの場合には走行不能になってしまう。
そこで、請求項３では、ベルト破断時には、駆動軸と従動軸とをクラッチ手段を介して機械的に直結することで、緊急脱出を可能としたものである。
【００１１】
請求項４のように、第１アイドラプーリおよび第２アイドラプーリを、カウンタ軸に対して軸方向にスライド可能としてもよい。
すなわち、駆動プーリあるいは従動プーリの可動シーブが軸方向に移動してＶ溝幅が変更されたとき、これに伴ってＶベルトが軸方向に変位するが、アイドラプーリをカウンタ軸に対して固定すると、Ｖベルトが斜行してしまい、Ｖベルトの耐久性を損なう。
そこで、アイドラプーリをカウンタ軸に対して軸方向にスライド可能とすることで、Ｖベルトが軸方向に変位した時、これに追随してアイドラプーリが軸方向にスライドし、Ｖベルトの斜行を防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は本発明にかかるＶベルト無段変速機の第１実施例を示す。
この無段変速機は、エンジントルク（駆動力）が入力される駆動軸１０と、駆動軸１０上に設けられた駆動プーリ１１と、車輪に動力を伝える従動軸２０と、従動軸２０上に設けられた従動プーリ２１と、駆動軸１０および従動軸２０と平行に配置されたカウンタ軸３０と、カウンタ軸３０上に一体回転可能に設けられ、駆動プーリ１１より小径で、駆動プーリ１１との間に第１Ｖベルト１２が巻きかけられた第１アイドラプーリ３１と、カウンタ軸３０上に一体回転可能に設けられ、従動プーリ２１より小径で、従動ーリ２１との間に第２Ｖベルト２２が巻きかけられた第２アイドラプーリ３２とを備えている。この実施例では、駆動軸１０と従動軸２０とが同軸上に配置されている。
駆動プーリ１１と、第１アイドラプーリ３１と、その間に巻きかけられた第１Ｖベルト１２とで前段の第１変速部１が構成され、従動プーリ２１と、第２アイドラプーリ３２と、その間に巻きかけられた第２Ｖベルト２２とで後段の第２変速部２が構成されている。
【００１３】
駆動プーリ１１は、駆動軸１０に対して固定された固定シーブ１１ａと、駆動軸１０に対して軸方向に移動可能な可動シーブ１１ｂと、可動シーブ１１ｂを軸方向に作動させてＶ溝幅を可変とする可変機構１３とが設けられている。この可変機構１３としては、従来公知の油圧サーボやトルクカム機構などからなる推力機構のほか、電動モータと回転入力を軸方向変位に変換するストローク機構（例えば特許第３２６７５９６号公報参照）などを用いることができる。
【００１４】
従動プーリ２１も駆動プーリ１１と同様の構成を有し、従動軸２０に対して固定された固定シーブ２１ａと、従動軸２０に対して軸方向に移動可能な可動シーブ２１ｂと、可動シーブ２１ｂを軸方向に作動させてＶ溝幅を可変とする可変機構２３とが設けられている。
第１アイドラプーリ３１および第２アイドラプーリ３２は、公知の一定ベルト巻き掛け径を有する固定プーリであり、そのＶ溝幅は一定である。これらアイドラプーリ３１，３２の直径は、駆動プーリ１１および従動プーリ２１の直径より小さい。
【００１５】
駆動軸１０の端部、特に駆動プーリ１１の固定シーブ１１ａの背後には、第１テンショナ装置１４が設けられている。このテンショナ装置１４は、駆動軸１０を中心として回転自在なテンショナアーム１５と、テンショナアーム１５の一端部に回転自在に取り付けられ、Ｖベルト１２の弛み側に接するテンションローラ１６と、テンションローラ１６がＶベルト１２に圧接する方向にテンショナアーム１５を回動付勢するスプリング１７とで構成されている。
図３の（ａ）に示すように、駆動プーリ１１のＶ溝幅が最小（ベルト巻き掛け径が最大）のときには、Ｖベルト１２の弛みが少ないので、テンションローラ１６がＶベルト１２を外側へ大きく変位させる必要はないが、（ｂ）のようにＶ溝幅が最大（ベルト巻き掛け径が最小）のときにはＶベルト１２に大きな弛みが発生するので、テンションローラ１６がＶベルト１２を外側へ大きく変位させる必要がある。テンショナ装置１４はこのようなＶベルト１２の大きな弛みを吸収できるので、滑りを発生させない適正なベルト張力を付与することができる。
【００１６】
従動軸２０の端部にも、第１テンショナ装置１４と同様な第２テンショナ装置２４が設けられている。すなわち、第２テンショナ装置２４は、従動プーリ２１の固定シーブ２１ａの背後に突出する従動軸２０上に、従動軸２０を中心として回転自在に取り付けられたテンショナアーム２５と、テンショナアーム２５の一端部に回転自在に取り付けられ、Ｖベルト２２の弛み側に接するテンションローラ２６と、テンションローラ２６がＶベルト２２に圧接する方向にテンショナアーム２５を回動付勢するスプリング２７とで構成されている。なお、Ｖベルト２２の弛み側を押圧する必要があるので、図２に示すように、第２テンショナ装置２４のテンションローラ２６は第１テンショナ装置１４のテンションローラ１６に対して、上下反対位置に配置されている。
【００１７】
この実施例では、テンショナアーム１５，２５の回動中心を駆動軸１０および従動軸２０としたが、駆動軸１０および従動軸２０とは異なる軸を回動中心としてもよい。
また、スプリング１７，２７は引張りバネである必要はなく、圧縮バネあるいは捩りバネであってもよい。さらに、ばね力に加えて、あるいはばね力に代えて、油圧シリンダやアシストモータなどの別のアクチュエータによってテンショナアーム１５，２５を回動付勢してもよい。
Ｖベルト１２，２２としては、公知のブロック式Ｖベルトを使用できる。油で潤滑する湿式ベルトでもよいし、乾式ベルトでもよい。
【００１８】
図４に示すように、アイドラプーリ３１，３２が駆動プーリ１１や従動プーリ２１に比べて小径なプーリであるから、駆動軸１０とカウンタ軸３０との軸間距離、および従動軸２０とカウンタ軸３０との軸間距離を一般のＣＶＴにおける駆動軸と従動軸との軸間距離に比べて短くできる。つまり、第１，第２の変速部１，２の半径方向寸法Ｌ１を既存のＣＶＴにおける半径方向寸法Ｌ２に比べて短縮できる。
例えばＦＦエンジン横置き式自動車の場合、駆動軸１０，従動軸２０およびカウンタ軸３０は車幅方向に配置されるが、上記のように半径方向寸法Ｌ１を短縮できることから、その車体前後方向の長さを短縮できる。一方、軸方向寸法は増大するが、その分だけ既存のＡＴやＭＴに近づけることができる。その結果、外形形状だけでなく、重心位置もＡＴ，ＭＴとほぼ同様に設定できるので、ＡＴまたはＭＴ用の車台にＣＶＴを混在使用可能となる。
また、軽自動車のようなエンジンルームのスペースが小さい車両にも格別な設計変更なしで搭載することが可能である。
【００１９】
駆動軸１０の回転速度は、駆動プーリ１１から第１アイドラプーリ３１に第１Ｖベルト１２を介して伝達される間に変速され、第２アイドラプーリ３２から第２Ｖベルト２２を介して従動プーリ２１に伝達される間にさらに変速される。例えば、図１のように駆動プーリ１１のＶ溝幅が最大で、従動プーリ２１のＶ溝幅が最小の場合、変速比は最大（Ｌｏｗ）となる。逆に、駆動プーリ１１のＶ溝幅が最小で、従動プーリ２１のＶ溝幅が最大の場合、変速比は最小（Ｈｉｇｈ）となる。
第１アイドラプーリ３１と第２アイドラプーリ３２はＶ溝幅を可変できないプーリであるから、変速比の可変幅は一般のＣＶＴと同様であるが、駆動プーリ１１および従動プーリ２１のＶ溝幅は独立して可変可能であるから、変速制御の自由度を増大させることができる。例えば、一方の変速部の変速比を固定しながら、他方の変速部の変速比だけを制御することで、細やかな変速制御が可能である。
【００２０】
図５，図６は本発明にかかるＶベルト無段変速機の第２実施例を示す。
この実施例は、第１アイドラプーリ３１および第２アイドラプーリ３２を、カウンタ軸３０に対して軸方向にスライド可能としたものである。そのため、カウンタ軸３０にスプライン溝３３を設け、これに対応して第１アイドラプーリ３１および第２アイドラプーリ３２にはスプライン穴（図示せず）が設けられている。図５は最低速比（Ｌｏｗ）、図６は最高速比（Ｈｉｇｈ）を示す。図から明らかなように、駆動プーリ１１および従動プーリ２１の可動シーブが軸方向に移動してＶ溝幅が変更されたとき、これに伴ってＶベルト１２，２２が軸方向に変位する。アイドラプーリ３１，３２がカウンタ軸３０に対して固定されていると、Ｖベルト１２，２２が斜行してしまい、Ｖベルトの耐久性を損なう。
この実施例では、アイドラプーリ３１，３２をカウンタ軸３０に対して軸方向にスライド可能としてあるので、Ｖベルト１２，２２が軸方向に変位するにつれてアイドラプーリ３１，３２も軸方向にスライドし、Ｖベルト１２，２２の斜行を防止できる。
【００２１】
図７は本発明にかかるＶベルト無段変速機の第３実施例を示す。
この実施例では、駆動軸１０と従動軸２０とを同一軸線上に配置するとともに、駆動軸１０と従動軸２０との間に、両軸を断接するクラッチ手段４０を設けたものである。クラッチ手段としては、湿式多板クラッチ、乾式単板クラッチ、電磁粉式クラッチなど如何なるクラッチを用いてもよい。
例えば、第１Ｖベルト１２あるいは第２Ｖベルト２２のいずれが破断したりすると、ベルト駆動ができず、車両用ＣＶＴの場合には走行不能になってしまう。そのような場合には、クラッチ手段４０を締結し、駆動軸１０と従動軸２０とを機械的に直結することで、緊急脱出が可能になる。
但し、この場合には、駆動軸１０とエンジンとの間、あるいは従動軸２０と車輪との間に最低速比（Ｌｏｗ）付近のギヤ比を設けることで、発進から低速走行を行うことができる。
【００２２】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。
上記実施例では、ＦＦ横置き式車両に適用する例を示したが、ＦＲ車にも適用可能であることは言うまでもない。
駆動軸１０と従動軸２０とは同一軸線上に配置する必要は必ずしもなく、例えば駆動軸１０をエンジントルクを入力し易い位置に配置し、従動軸２０を車輪にトルクを伝達しやすい位置に配置することも可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に係る発明によれば、駆動プーリと第１アイドラプーリとからなる前段の変速部と、第２アイドラプーリと従動プーリとからなる後段の変速部とを設け、第１アイドラプーリと第２アイドラプーリとを同軸上に配置するとともに、アイドラプーリを駆動プーリおよび従動プーリに比べて小径なプーリとしたので、前後段の各変速部の半径方向寸法を既存のＣＶＴにおける半径方向寸法に比べて短縮できる。一方、軸方向寸法は増大するが、それだけ、外形形状および重心位置をＡＴ，ＭＴに近づけることができ、ＡＴまたはＭＴ用の車台にＣＶＴを混在使用可能となる。ユーザーの選択肢が広がり、商品の魅力を向上させると同時に、組み付けラインもＣＶＴ専用のラインを必要としないので、コストを低減することができる。
また、前段の変速部（駆動プーリと第１アイドラプーリ）と、後段の変速部（従動プーリと第２アイドラプーリ）との変速比を独立に制御することが可能であるため、より細やかな変速制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる無段変速機の第１実施例の平面図である。
【図２】図１に示す無段変速機の正面図である。
【図３】図１の無段変速機における最低速比および最高速比のＡ−Ａ線矢視図である。
【図４】図１に示す無段変速機と既存の無段変速機との寸法比較図である。
【図５】本発明にかかる無段変速機の第２実施例の最低速比における平面図である。
【図６】図５に示す無段変速機の最高速比における平面図である。
【図７】本発明にかかる無段変速機の第３実施例の平面図である。
【図８】一般的なエンジン横置き式のＦＦ車におけるＣＶＴパワーユニットの平面図および側面図である。
【図９】一般的なエンジン横置き式のＦＦ車におけるＡＴ（またはＭＴ）パワーユニットの平面図および側面図である。
【符号の説明】
１ 前段の変速部
２ 後段の変速部
１０ 駆動軸
１１ 駆動プーリ
１２ 第１Ｖベルト
１３ 可変機構
１４ 第１テンショナ装置
２０ 従動軸
２１ 従動プーリ
２２ 第２Ｖベルト
２３ 可変機構
２４ 第２テンショナ装置
３０ カウンタ軸
３１ 第１アイドラプーリ
３２ 第２アイドラプーリ

Claims (4)

1. 駆動力が入力される駆動軸と、駆動軸上に設けられた駆動プーリと、駆動力が出力される従動軸と、従動軸上に設けられた従動プーリと、上記駆動軸および従動軸と平行に配置されたカウンタ軸と、上記カウンタ軸上に一体回転可能に設けられ、駆動プーリより小径で、駆動プーリとの間に第１Ｖベルトが巻きかけられた第１アイドラプーリと、上記カウンタ軸上に一体回転可能に設けられ、従動プーリより小径で、従動プーリとの間に第２Ｖベルトが巻きかけられた第２アイドラプーリとを備え、
   上記駆動プーリおよび従動プーリにはそれぞれＶ溝幅を可変とする可変機構が設けられ、
   上記第１アイドラプーリおよび第２アイドラプーリのＶ溝幅は一定であることを特徴とする無段変速機。
2. テンションローラによって第１Ｖベルトの緩み側を押圧してベルト張力を付与する第１テンショナ装置と、テンションローラによって第２Ｖベルトの緩み側を押圧してベルト張力を付与する第２テンショナ装置とが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機。
3. 上記駆動軸と従動軸とが同一軸線上に配置されており、
   上記駆動軸と従動軸との間に、両軸を断接するクラッチ手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の無段変速機。
4. 上記第１アイドラプーリおよび第２アイドラプーリは、上記カウンタ軸に対して軸方向にスライド可能に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の無段変速機。

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