JP2006509971A - 無段階変速機 - Google Patents

Abstract

自動車用無段階変速機（１）であって、一次プーリ（２）と二次プーリ（３）とを備え、駆動ベルト（１０）がこれらプーリの周囲に配置され、前記各プーリ（２；３）の２つの円錐形プーリ・ディスク（２１，２２；３１，３２）間に固定され、それによりこのプーリ・ディスクが前記駆動ベルト（１０）に接触している、前記一次プーリ（２）および前記二次プーリ（３）の少なくとも１つのプーリ・ディスク（２１，２２；３１，３２）の走行面が、接線方向に垂直な方向を向いている断面に示すようにある曲率を有し、そのため、前記走行面上の接線と半径方向との間のプーリ角度が、前記走行面上の半径方向の一番内側の位置のところの最小値と、前記走行面上の半径方向の一番外側の位置のところの最大値との間で変化し、前記変速機で、前記一次プーリ（２）の前記走行面の曲率、および前記二次プーリ（３）の前記走行面の曲率が相互に異なっている無段階変速機。

Description

本発明は、エンジンと負荷との間で機械的動力を伝達するための請求項１の前文に記載の無段階変速機に関する。セットした範囲内で、プーリ間のトルク・レベルおよび回転速度の速度伝達比を連続的に変化させることができる。このタイプの変速機は一般的に周知のものであり、特に自動車で使用するのに適している。

周知のように、変速機においては、駆動ベルトが各プーリの２つの円錐形プーリ・ディスク間に取り付けられていて、一次および二次走行半径とも呼ばれる一次および二次プーリの駆動ベルトの半径方向の位置の比率が、変速機の速度伝達比を決める。上記走行半径の大きさは、各プーリのプーリ・ディスクの一方が、軸方向に移動することができるように配置されているために、対向方向に変化させることができる。それ故、速度伝達比が１に等しい場合には、駆動ベルトの上記走行半径は相互に等しい。一方、速度伝達比が１より大きい場合には、一次走行半径は二次走行半径より大きく、逆に速度伝達比が１より小さい場合には、一次走行半径は二次走行半径より小さくなる。

とりわけ、ＥＰ−Ａ−０２９１１２９号から、速度伝達比が変化している場合は、駆動ベルトの中心、すなわちプーリ・ディスク間の軸方向の距離に沿った途中のある位置は、各プーリに対して異なる方法で移動する。それ故、プーリ間の駆動ベルトは、事実上すべての可能な速度伝達比において、プーリ軸に対して垂直方向を向いていない、すなわち軸方向を向いているが、プーリ軸に対して小さい変化する角度を有する。この現象は、駆動ベルトのスキュー走行と呼ばれる。駆動ベルトのスキュー走行は、例えば、ノイズが増大するとか、磨耗が不均一になるという点で、変速機の機能に悪影響がある場合があることが分かっている。この現象の１つの解決方法として、とりわけ、日本特許出願第６３−０５３３５２号、また例えば、ＪＰ−２００２−０３１２１５号は、各プーリの少なくとも１つのプーリ・ディスクの走行面、すなわちこのディスクの駆動ベルトとの接触面を、接線方向に垂直方向を向いている断面で見た場合、ある曲率を持たせることを提案している。上記曲率を適当に選択することにより、確実に駆動ベルトがいつでも、すなわち変速機の瞬間的な速度伝達比が何であれ、プーリ軸に有利にほぼ垂直方向を向いている状態に維持することができる。
また、場合によっては、軸方向に対する駆動ベルトの少なくとも最大角度を小さくすることにより、スキュー走行を部分的に補償するように選択することもできる。さらに、スキュー走行に対する補償の他に、上記文献は、規定の程度に湾曲している駆動面を使用すると有利な場合がある他の現象も開示している。それぞれの場合、各接触面上にある接線と半径方向との間のある角度、ここではプーリ角度と呼ぶ角度は、接触面上の半径方向の一番内側の位置のところの最小値から接触面上の半径方向の一番外側の位置のところの最大値へと変化する。
ＥＰ−Ａ−０２９１１２９号 日本特許出願第６３−０５３３５２号 ＪＰ−２００２−０３１２１５号 欧州特許公報第ＥＰ−Ａ−０ ９３１ ９５９号

周知の変速機は基本的には正しく機能するが、本発明によれば、まだ改善の余地がある。より詳細に説明すると、本発明は、その耐用年数および／または最大負荷負担容量が改善されるような方法で、変速機の動作中に、駆動ベルト上の機械的負荷を低減することに関する。
この目的のために、本発明による変速機は、請求項１を特徴とする。驚くべきことに、このタイプの変速機においては、変速機の動作中、駆動ベルトとプーリとの間に発生する力が考慮の対象になる。本発明は、トルク伝達のためにプーリ・ディスクが駆動ベルトに加える軸方向の締付け力は、プーリ・ディスクと駆動ベルトの間のプーリ角度のために、駆動ベルト上に半径方向の力の分力を加えるという原理をベースとしている。この分力が２つのプーリにかかるために、駆動ベルトの半径方向の位置または走行半径を一定に維持することができるが、それは駆動ベルトの張力を犠牲にしてのことである。この張力は、駆動ベルトに機械的負荷をかけるが、この負荷は原則的には望ましくない。何故なら、この負荷はプーリ間のトルクの伝達にほとんど貢献しないか、全然貢献しないからである。これによる駆動ベルトの上記分力および張力は、プーリ角度が大きくなるにつれて増大する。それ故、この側面から見て、プーリ角度はできるだけ小さくするのが有利であると思われる。
しかし、プーリ角度を小さくすると、締付け力により動作中に発生するプーリ・ディスクの膨張とも呼ばれるプーリ・ディスクが所与の変形を起こすと、駆動ベルトが、理想的なアーチ状の経路輪郭から逸れて、プーリ・ディスク間で半径方向にある程度内側に巻き込まれるという有意な欠点がある。この現象の発生する大きさは、駆動ベルトの半径方向のたるみと呼ばれる。この現象が発生すると、駆動ベルトの一部がプーリ・ディスクに対してスリップし、そのため、変速機の効率は悪影響を受ける。これは基本的に望ましくないことである。幾何学的に考察すると、上記の半径方向のたるみおよび結果としての効率の低下は、プーリ角度が小さくなるにつれて、また駆動ベルトの走行半径が大きくなるにつれて、または締付け力が大きくなるにつれて大きくなる。それ故、この側面から見た場合、確かに比較的大きな走行半径で、できるだけプーリ角度を大きくするのが有利であると思われる。

本発明は、その効率に悪影響を全然与えないか、ほとんど与えないで、周知の変速機の耐用年数および／または強度を向上するように、驚くべき方法で上記の基本的に矛盾する効果を組み合わせる。この目的のために、本発明は、自動車で使用している変速機の結果による特徴的な機能を一部ベースとしている。それにより、動作中、最も小さな速度伝達比の場合、本発明により定義したように、比較的大きいが時間的には短い負荷がかかることになる。一方、最大速度伝達比の場合には、もっと小さいが時間的には長い負荷がかかることになる。例えば、停止状態から負荷、すなわち自動車が加速中は、最小速度伝達比が使用され、一方、例えば、負荷が所望のほぼ一定の速度に達すると、最大速度伝達比が使用される。

それ故、本発明によれば、最小速度伝達比の場合には、上記張力を最小にするために、一次プーリおよび二次プーリ両方上のプーリと駆動ベルトとの間の接触を比較的小さなプーリ角度で行い、最大の速度伝達比の場合には、上記半径方向のたるみを最小にするために反対のことを行うのが有利であると結論づけることができる。一次プーリの走行面の上記曲率は、この性質のプーリ角度の有利なプロファイルと一致するが、本発明によれば、これは二次プーリには当てはまらない。本発明によれば、二次プーリのプーリ角度の最大値が、一次プーリの最大値より小さいと有利である。要するに、張力効果が半径方向のたるみに対して優勢である最小速度伝達比の場合、駆動ベルトと二次プーリとの間の接触を決定するのはこのプーリ角度である。

二次プーリのプーリ角度が変化する、すなわちこの角度に対する最大値と最小値との間の違いが変化しない範囲から出るためには、小さな走行半径でのプーリ角度の最小値はそれに応じてもっと小さいものでなければならない。このことは、最大速度伝達比の場合に、変速機の効率にそれに応じて悪影響を有するものと予想される。しかし、本発明によれば、この性質による悪影響は全然起こらないかほとんど発生しない。何故なら、すでに説明したように、半径方向のたるみは走行半径が小さくなるに比例して、初期近似において３のベキ乗にまで低減するからである。それ故、最小走行半径の近くでは、半径方向のたるみはほとんど発生しないか、全然発生しない。

しかし、本発明によれば、変速機の好ましい実施形態の場合、二次プーリのプーリ角度の範囲が、一次プーリのプーリ角度の範囲より小さくなるように、二次プーリのプーリ角度の最小値が、それに応じてもっと小さくならないと有利である。何故なら、変速機の速度伝達比を変化させることができるように、また半径方向のプーリと駆動ベルトとの間の摩擦に打ち勝つことができるようにするために、十分な大きさの半径方向の締付け力の分力を発生するには、一般的に、プーリ角度の値の低い方を制限する必要があるからである。さらに、少なくとも１つの連続している柔軟なリングを含むプッシュ・ベルトと呼ばれるベルトとして設計した駆動ベルトであって、その周辺部上に、少なくともその縦方向に上記リング上を自由に移動することができる一連の横要素が配置されている駆動ベルトの場合には、供給されたトルクが、横要素間の押す力により、プーリ間を伝達することができるように、リング内に十分な張力を発生しなければならない。この態様については、欧州特許公報第ＥＰ−Ａ−０ ９３１ ９５９号に記載されている。変速機の特定の実施形態の場合には、上記の理由で両方のプーリのプーリ角度の最小値は同じである。

二次プーリのプーリ角度の範囲がもっと狭くても、一次および二次曲率が等しい従来技術による接触面の曲率により達成することが望ましい効果を維持するためには、実際には、多くの場合、例えば、その最小値を小さくすることにより、またはその最大値を大きくすることにより、それに応じて一次プーリのプーリ角度の範囲を広くすることが望ましい。前者の場合には、本発明によれば、変速機の効率は、全然悪影響を受けないか、またはほとんど悪影響を受けない。何故なら、すでに説明したように、ディスクは、最低走行半径の付近ではほとんど膨張しないからである。後者の場合には、本発明によれば、変速機の動作の改善を期待することができる。何故なら、最大速度伝達比の場合、半径方向のたるみが有利に低減するからである。
図面および図面に示す例示としての実施形態を参照しながら、本発明について以下にさらに詳細に説明する。

（図面の簡単な説明）
図１は、周知のタイプの無段階変速機の略断面図である。
図２は、周知の変速機のプーリ・ディスク、特にその接触面の詳細図である。
図３は、図１の変速機の略側面図である。
図４は、従来技術による一次プーリおよび二次プーリ用の駆動ベルトの走行半径の関数としてのプーリ角度のグラフである。
図５は、プーリ角度を本発明のある実施形態により決定する、図４に対応するグラフである。

図１は、周知の無段階変速機１の略断面図である。変速機１は、エンジン（図示せず）により駆動することができる一次プーリ２、および負荷（図示せず）を駆動する二次プーリ３を備える。これら両方のプーリは、各プーリ軸２０、３０に固定されているプーリ・ディスク２１、３１を備えていて、また上記軸２０、３０に対して軸方向に移動することができるプーリ・ディスク２２、３２を備える。駆動ベルト１０は、プーリ・ディスク２１、２２、３１、３２間に固定されていて、そのため機械的動力を摩擦により２本の軸２０および３０間で伝達することができる。この場合、変速機１の速度伝達比は、駆動ベルト１０の一次走行半径Ｒ_ｐおよび二次走行半径Ｒ_ｓ、すなわち、各プーリ１０および２０のプーリ・ディスク２１、２２、３１、３２間のその実効半径方向位置の比率により決定される。変速機１の走行半径Ｒ_ｐおよびＲ_ｓ、それ故、速度伝達比Ｒ_ｐ／Ｒ_ｓは、変位することができるディスク２２、３２を各プーリ軸２０、３０に沿って対向軸方向に移動させることにより変えることができる。この図の場合、変速機１は高い速度伝達比になっているが、すなわち一次走行半径Ｒ_ｐが比較的大きく、二次走行半径Ｒ_ｓが比較的小さくなっているが、これは単に例示としてのものに過ぎない。

図２は、接線方向に見た断面をベースとする任意のプーリ・ディスク４３のより詳細な図面である。プーリ・ディスク４３の走行面４０、すなわち接触面４０は、ある曲率を有し、この場合、接触面４０上の点Ｒのところの接線４１と半径方向４２との間のプーリ角度αは、この半径方向に見た場合増大している。

図３は、周知の変速機１の側面図である。この図の場合、一次プーリ２は、図面の左側に一次軸２０を有し、二次プーリ３は図面の右側に二次軸３０を有する。ラインＬ、ＭおよびＨは、変速機の３つの速度伝達比の場合の駆動ベルト１０の位置を示す。鎖線Ｌは、変速機１に、例えば、負荷すなわち自動車が停止状態から加速している場合のような通常の動作中、時間的には比較的短いが、重い負荷がかかる最小速度伝達比を示す。点線Ｈは、変速機１に、例えば、自動車が所望の速度に達した後の場合のような通常の動作中に、時間的には比較的長いがもっと軽い負荷がかかる最大速度伝達比を示す。点線Ｍは、追加の例として、一次走行半径Ｒ_ｐが二次走行半径Ｒ_ｓと等しく、一次軸２０および二次軸３０が同じ回転速度である１に等しい速度伝達比を示す。

図４は、図２により定義した、駆動ベルト１０の各走行半径Ｒ_ｐ、Ｒ_ｓに関する一次プーリ２および二次プーリ３のプーリ角度αのグラフである。この例の場合、走行半径α（Ｒ_ｐ）、α（Ｒ_ｓ）に関するプーリ角度は、すべての可能な速度伝達比Ｒ_ｐ／Ｒ_ｓにおいて、駆動ベルト１０がプーリ軸２０および３０にほぼ垂直方向を向いている既知の要件により決まる。両方のプーリ２、３の場合には、プーリ角度αは、約７．５度〜１０．８度の範囲内で変化する。

図５は、各走行半径α（Ｒ_ｐ）、α（Ｒ_ｓ）に関するプーリ角度の類似のグラフであるが、本発明の可能な実施形態によるものである。本発明によれば、二次プーリのプーリ角度の最高の値（±８．８度）は、一次プーリのプーリ角度の最高の値（±１１度）より小さい方が有利である。一方、その各最小値（±７度）は、ほぼ相互に対応する。図４のグラフと比較すると、本発明による変速機の場合には、二次プーリ３に対するプーリ角度αの範囲はもっと狭くなっている。しかし、また本発明による変速機はほぼ上記要件と一致する。
上記説明の他に、本発明は、図に示すすべての詳細、少なくとも当業者が直接およびはっきりと認識できる程度に関連し、下記の特許請求の範囲に記載する特徴に関連する。

周知のタイプの無段階変速機の略断面図である。 周知の変速機のプーリ・ディスク、特にその接触面の詳細図である。 図１の変速機の略側面図である。 従来技術による一次プーリおよび二次プーリ用の駆動ベルトの走行半径の関数としてのプーリ角度のグラフである。 プーリ角度を本発明のある実施形態により決定する、図４に対応するグラフである。

符号の説明

１ 自動車用無段階変速機 ２ 一次プーリ ３ 二次プーリ
１０ 駆動ベルト ２１，２２；３１，３２ プーリ・ディスク
４０ 走行面 ４１ 接線 ４２ 半径方向 ４４ プーリ・ディスク

Claims (5)

1. 自動車用無段階変速機（１）であって、一次プーリ（２）と二次プーリ（３）とを備え、駆動ベルト（１０）が、これらプーリの周囲に配置され、前記各プーリ（２；３）の２つの円錐形プーリ・ディスク（２１，２２；３１，３２）の間に固定され、それによりこのプーリ・ディスクが前記駆動ベルト（１０）に接触している前記一次プーリ（２）および前記二次プーリ（３）の少なくとも１つのプーリ・ディスク（４４）の走行面（４０）が、接線方向に垂直な方向を向いている断面に示すようにある曲率を有し、そのため、前記走行面（４０）上の接線（４１）と半径方向（４２）との間のプーリ角度（α）が、前記走行面（４０）上の半径方向の一番内側の位置のところの最小値と、前記走行面（４０）上の半径方向の一番外側の位置のところの最大値との間で変化することを特徴とする無段階変速機。
2. 前記一次プーリ（２）の前記走行面（４０）の曲率および前記二次プーリ（３）の前記走行面（４０）の曲率が、前記二次プーリ（３）の前記プーリ角度（α）の前記最大値が、前記一次プーリ（２）の前記プーリ角度（α）の前記最大値より小さくなる特徴により、相互に異なること請求項１に記載の変速機（１）
3. 前記二次プーリ（３）の前記プーリ角度（α）の前記最大値および前記最小値の間のある角度が、前記一次プーリ（２）の前記プーリ角度（α）の対応する角度より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の変速機（１）。
4. 前記二次プーリ（３）の前記プーリ角度（α）の前記最小値が、前記一次プーリ（２）の前記プーリ角度（α）の最小値と等しい請求項１、２または３に記載の変速機（１）。
5. エンジンと駆動される負荷とを有する自動車であって、これらエンジンと負荷との間に前記請求項のいずれか１項に記載の変速機（１）が位置し、前記エンジンが発生する動力が、前記一次プーリ（２）から前記二次プーリ（３）へ前記駆動ベルト（１０）により伝達され、前記二次プーリ（３）により前記負荷に加えられる自動車。
   

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