JP2005233276A - トラクションドライブ式無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトで大きなトルクを効率よく伝達することのできるトラクションドライブ式無段変速機を提供する。
【解決手段】溝幅調整機構を持ったＶプーリ４と、Ｖプーリ４の溝に挟まれてトラクション力を伝達する歯付きリング３と、歯付きリング３の歯とかみ合う出力歯車２と、出力歯車２の中心周りに歯付きリング３を回転させるアーム機構13とを有するトラクションドライブ式無段変速装置であって、トラクションドライブによるトルク伝達経路と並列にワンウエイクラッチOCを介した歯車Z1，Z2によるトルク伝達経路を持っている。
【選択図】 図１

Description

この発明は自動車や各種産業機械における動力伝達に利用されるトラクションドライブ式無段変速機に関する。

無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）は昔から多くの考案がなされている。最近ではハーフトロイダル方式（図７）が注目を集めているが、実用化の方向は金属ベルト方式（図８）である。
町田，今西，「トラクションドライブ式無段変速機パワートロスユニットの開発 第２報−ハーフトロイダルＣＶＴとフルトロイダルＣＶＴの比較−」，NSK Technical Journal No. 670 (2000)，日本精工株式会社

トラクションドライブ装置の課題は、コンパクトで大きなトルクを効率よく伝達することである。コンパクトで大きな伝達トルクを得るには、大きな接触力を与えればよいが、接触応力が大きすぎると寿命が短くなる。接触応力を下げるために、接触面積が大きくなるように設計すると、接触部のスピン成分が増え、伝達効率が低下する。

これらの課題をある程度解決しているのが、上述のハーフトロイダル式と金属ベルト方式である。しかし、完全ではなく、それぞれが欠点を持っている。ハーフトロイダル式は、パワーローラが入出力ディスク面に押し付けられた状態で揺動し変速する。ここには大きな接触圧力が作用し、油膜が形成されない場合、焼付きが生じる。これを避けるためには表面粗さを上げなければならないが、大きな球面を高精度に加工するには高コストとならざるを得ない。また、回転方向には凸同士の接触となるため、接触位置によっては大きなスピン成分が生じ、伝達効率が低下する。さらに、構造上軸方向に長く、ＦＦ車に搭載するには無理がある。一方、金属ベルト方式は、多くのエレメントを積み重ねて曲がりやすくし、Ｖプーリに押し付けてトルクを伝達する。基本的にはプーリとベルトは金属接触するため摩耗が避けられない。

本発明の目的は、上述の問題点を解消した、コンパクトで大きなトルクを効率よく伝達することのできるトラクションドライブ式無段変速機を提供することにある。

本発明のトラクションドライブ式無段変速装置は、溝幅調整機構を持ったＶプーリ４と、Ｖプーリ４の溝に挟まれてトラクション力を伝達する歯付きリング３と、歯付きリング３の歯とかみ合う出力歯車２と、出力歯車２の中心周りに歯付きリング３を回転させるアーム機構１３とを有し、トラクションドライブによるトルク伝達経路と並列にワンウエイクラッチＯＣを介した歯車によるトルク伝達経路を持つことを特徴とするものである。

前記Ｖプーリ４を入力軸７に取り付け、前記出力歯車２を出力軸６に取り付け、前記歯車によるトルク伝達経路を、前記入力軸７に固定した第一の歯車Ｚ１と、前記出力軸６に固定した第二の歯車Ｚ２と、いずれかの歯車Ｚ１またはＺ２にワンウエイクラッチＯＣを内蔵させた構成にすることができる（請求項２）。

前記歯車によるトルク伝達経路の減速比が前記トラクションドライブによるトルク伝達経路の最大減速比よりも大きい（請求項３）。

自動車用のトラクションドライブ式無段変速装置の場合、自動車の発進時は前記歯車によるトルク伝達経路を利用し、発進後は前記トラクションドライブによるトルク伝達経路を利用することができる（請求項４）。

トラクションドライブの伝達トルクは、Ｖプーリ４との接触半径と接触力とトラクション係数の掛け算で求められる。よって、高減速時（発進時）の伝達トルクが最も小さい。このため、発進時には歯車によるトルク伝達経路を利用することにより、トラクションドライブ装置の伝達容量を大きくすることができる。また、自動車を発進させようとしている状態は、トラクションドライブ部は大きな接触力が作用しながら回転はしていない状態である。このような状態では接触部に油膜の生成がなく、フレッティングと呼ばれる摩耗が生じることがある。そこで、自動車が発進を完了するまでは歯車によるトルク伝達を利用することが、フレッティング防止に有効である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。

図１は本発明によるトラクションドライブ式無段変速機の構想図であり、図２は本発明の実施の形態を示すトラクションドライブ式無段変速機の断面図である。図１および図２から理解できるように、このトラクションドライブ式無段変速機は軸方向に可動の一対のプーリ部材４ａ，４ｂからなるＶプーリ４の溝にリング３を挟んだ構造である。この実施の形態ではリング３は外周に歯車の歯をもっているため、以下では歯付きリングと呼ぶこととする。図２に示すように、ケーシング１０内に、互いに平行な入出力軸６と入出力軸７がそれぞれ軸受を介して回転自在に支持されている。この実施の形態では、これらの両軸６，７間でトルク伝達を行い、一方の軸（６または７）を入力軸とすると、他方の軸（７または６）が出力軸となる関係にある。

第一の入出力軸６には入出力歯車２が固定してある。入出力歯車２は歯付きリング３と噛み合っている。歯付きリング３の側面の断面形状はＶ型プーリ４の溝の断面形状と実質的に一致している。歯付きリング３は、入出力歯車２の歯と噛み合う歯と、平滑な円筒状ガイド面８を有し、前記ガイド面８にてガイドローラ１と接する。歯付きリング３のガイドには、図示するように歯付きリング３の外周面と接して転動するガイドローラ１を採用するほか、歯付きリング３との接触荷重は小さいため、歯着きリング３と滑り接触する滑り軸受（シュー）を採用してもよい。図１に示すように、この実施の形態では三つのガイドローラ１を設けてあり、図２にそのうちの二つ、つまり、入出力歯車２の両側に配置た一対の円板で構成されるガイドローラと図１において最上部のガイドローラの断面を示してある。入出力歯車２の両側に配置した一対の円板で構成されるガイドローラは入出力軸６に回転自在に固定されている。それ以外のすべてのガイドローラ１はそれぞれ回転自在にアーム１３に支持されている。したがって、ガイドローラ１相互の位置関係は固定的である。これらのガイドローラ１のうち、図１の左端に現れているガイドローラ１は歯着きリング３の軸方向の振れ防止の役割も持たせる。アーム１３は入出力軸６と同軸に、ケーシング１０のスリーブ１７に旋回自在に支持されている。

第二の入出力軸７はスプライン軸部１２を有し、このスプライン軸部１２に一対のプーリ部材４をスプライン嵌合させてある。プーリ部材４は入出力軸７の軸方向に移動可能である。各プーリ部材４は溝幅調節機構９を備えている。溝幅調節機構９は、入出力軸と同軸に支持された一対のフェイスカム２１，２２と、スラスト軸受１５とを含む。一対のフェイスカムのうち、可動フェイスカム２１は入出力軸の軸方向に移動可能で、かつ、スラスト軸受を介してプーリ部材４と接している。固定フェイスカム２２はケーシング１０に固定されている。

一対のフェイスカムは、相対回転により、接近または離反するように、斜面で接触している。この斜面間にボールを介在させることにより移動が滑らかとなる。図３に例示したフェイスカム２１，２２はらせん状の斜面にて接触しており、可動フェイスカム２１が回転すると固定フェイスカム２２と接近または離反する。したがって、可動フェイスカム２１の回転に伴い、その回転方向によって、スラスト軸受１５を介してプーリ部材４を相互に接近する向きに移動させ、または、プーリ部材４が相互に離反する向きに移動するのを許容する。

アーム１３に歯車２３を固定し、アーム１３の旋回軸と同軸に支持させてある。また、可動フェイスカム２１は外周に歯を有し、図２に符号２０で示す噛み合い部にて歯車２３と噛み合っている。したがって、可動フェイスカム２１はアーム１３の旋回と連動して回転する。ケーシング１０内のスリーブ１７上にあり、アーム１３の旋回に連動して回転する歯車２３が、噛み合い部２０を介して回転力を左右にある可動フェイスカム２１に伝える。この動作により、プーリ部材４の軸方向移動に連動して、ガイドローラ１群が中心Ｏ₁周りに旋回し、歯付きリング３をプーリ部材４に接触させながら接触点を移動させるこ
とができる。

一対の歯車２３が連結部１８によって互いに一体化しており、したがって、一対の歯車２３は同期してのみ回転する。その結果、図２の左右の溝幅調節機構９における可動フェイスカム２１が同じ方向に回転する。図２の右側の溝幅調節機構９と左側の溝幅調節機構９とではフェイスカム２１，２２の配置が逆になっているため、可動フェイスカム２１が同じ方向に回転すると、それらは互いに逆方向に移動することになる。このようにして、一対のプーリ部材４が接近または離反する方向に移動し、溝幅が変化する。

歯付きリング３は三つ以上のガイドローラ１で外周から拘束されているため、中心軸がなくても回転が可能である（心なしローラ）。ガイドローラ１はアーム１３で連結されており、アーム１３を旋回させることによって中心Ｏ₁回りに歯付きリング３の回転中心を
移動させることができる。したがって、歯付きリング３の外周に切られた歯は入出力歯車２と常に噛みあった状態にある。歯付きリング３とプーリ部材４間のすきまが生じないようにプーリ部材４とアーム１３を制御すれば、歯付きリング３が中心Ｏ₁回りに移動する
ことにより、プーリ部材４との接触点が変化し、一定の入出力歯車２の回転数に対し、プーリ部材４の速度を連続的に変えることができる。このようにして、いわゆるＣＶＴが構成される。

プーリ部材４を支持する入出力軸７を入力側とすると、歯付きリング３を押し込んだ状態が減速状態となる。伝達トルクが同じであれば、歯付きリング３を押し込んだときのプーリ部材４による挟みつけ力は大きくすべきで、逆に歯付きリング３とプーリ部材４との接触点大径側にあるときは小さくてもよい。挟み込み力によるプーリ部材４の曲げ応力を考えた場合、大径接触時の挟み込み力を軽減できる、プーリ部材４を入力とするこの方法が、出力とするよりもベターである。

図１に矢印で示す方向にプーリ部材４から回転力が入力されると、プーリ部材４から歯付きリング３に力Ｆが作用し、ほぼ同じ大きさの力が入出力歯車２から作用する。入出力歯車２からの反力が歯付きリング３をプーリ部材４間に押し込む方向に働くため、伝達トルクの増大に伴い自動的に接触力が大きくなる。

図４に示す実施の形態は、図１および図２に従って上に述べたトラクションドライブ式無段変速機のトラクションドライブ系に、歯車Ｚ１，Ｚ２とワンウエイクラッチＯＣを直列に接続した歯車伝達系を並列に付加したものである。ここで、ワンウエイクラッチＯＣは周知のように転がり軸受に似た構造で、内輪に対して外輪が一方向へは自由に回転するが、逆方向へは自由な回転を阻止して共回りするようにしたもので、種々のタイプが知られている。したがって、ワンウエイクラッチＯＣの具体的な構成としては、周知のもののなかから適宜選択して採用することができる。なお、ここでは歯車Ｚ２にワンウエイクラッチＯＣを内蔵させた例を示したが、歯車Ｚ１に内蔵させることもできる。

自動車の発進時のように高減速状態では、図６に示すように、Ｖプーリ４は歯付きリング３から離れているか、歯付きリング３を挟む力が小さくなっている。よって、トラクションドライブによるトルク伝達は行われない。一方、歯車Ｚ２の内径に挿入したワンウエイクラッチＯＣは歯車Ｚ１から歯車Ｚ２へのトルクを伝達するが、逆向きにはフリーとなっている。よって、図６のような発進時には入力軸のトルクは歯車Ｚ１→歯車Ｚ２→ワンウエイクラッチＯＣの順に出力軸に伝えられる。

自動車が発進をした後は、減速比を小さくするように、図示していない手段によってＶプーリ４の溝幅が狭められる。この状態を示すのが図５である。歯車Ｚ１と歯車Ｚ２の歯数で決まる減速比よりもトラクションドライブによる減速比が小さくなると、入力軸からのトルクはトラクションドライブによって伝達され、歯車Ｚ２に組み込んだワンウエイクラッチＯＣは空転状態となる。

図１に示すトラクションドライブの伝達トルクは、Ｖプーリ４との接触半径と接触力とトラクション係数の掛け算で求められる。よって、高減速時（発進時）の伝達トルクが最も小さい。この発進時を歯車伝達に変えることはトラクションドライブ装置の伝達容量を大きくすることになる。自動車を発進させようとしている場合、トラクションドライブ部は大きな接触力が作用しながら回転はしていない状態である。この場合には、接触部に油膜の生成がなく、フレッティングと呼ばれる摩耗が生じる。自動車が発進を完了するまでは、歯車によるトルク伝達に切り替えることは、この摩耗防止に有効である。

トラクションドライブ式無段変速機の構想図である。 トラクションドライブ式無段変速機の縦断面図である。 ａはフェイスクラッチを例示する分解斜視図、ｂはフェイスクラッチの作動要領を示す側面図である。 本発明の実施の形態を示す線図である。 発進時の状態を示す図４と類似の線図である。 通常走行時の状態を示す図４と類似の線図である。 従来の技術を示す断面図である。 ａは従来の技術を示す断面図、ｂは斜視図である。

符号の説明

１ ガイドローラ
１ａ 円板
２ 出力歯車
３ 歯付きリング
４ Ｖプーリ
４ａ，４ｂ プーリ部材
５ 接触部
６ 出力軸
７ 入力軸
８ ガイド面
９ 溝幅調節機構
１０ ケーシング
１３ アーム

Claims (4)

1. 溝幅調整機構を持ったＶプーリと、Ｖプーリの溝に挟まれてトラクション力を伝達する歯付きリングと、歯付きリングの歯とかみ合う出力歯車と、出力歯車の中心周りに歯付きリングを回転させるアーム機構とを有し、トラクションドライブによるトルク伝達経路と並列にワンウエイクラッチを介した歯車によるトルク伝達経路を持つことを特徴とするトラクションドライブ式無段変速装置。
2. 前記Ｖプーリを入力軸に取り付け、前記出力歯車を出力軸に取り付け、前記歯車によるトルク伝達経路を、前記入力軸に固定した第一の歯車と、前記出力軸に固定した第二の歯車と、第一の歯車または第二の歯車に内蔵させたワンウエイクラッチとで構成したことを特徴とする請求項１のトラクションドライブ式無段変速装置。
3. 前記歯車によるトルク伝達経路の減速比が前記トラクションドライブによるトルク伝達経路の最大減速比よりも大きいことを特徴とする請求項１または２のトラクションドライブ式無段変速装置。
4. 自動車用のトラクションドライブ式無段変速装置であって、自動車の発進時は前記歯車によるトルク伝達経路を利用し、発進後は前記トラクションドライブによるトルク伝達経路を利用することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかのトラクションドライブ式無段変速機。

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