JP2007247853A

JP2007247853A - 無段変速装置

Info

Publication number: JP2007247853A
Application number: JP2006074928A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Ito; 雄一伊藤; Ken Yamamoto; 山本　　憲
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-27

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無段変速装置を提供する。
【解決手段】無段変速装置は、ケーシングに回転自在に支持された第一の回転軸と、ケーシングに回転自在に支持された第二の回転軸と、第一の回転軸に支持されたプーリ幅が可変のＶプーリと、Ｖプーリと係合し、外周を支えられたリングと、第二の回転軸回りにリングを移動させるための機構とから構成され、前記機構が、第二の回転軸周りに旋回可能に支持されたアーム14と、前記リングの外周に配置された少なくとも３個のガイドローラ1a,1bとを有し、各ガイドローラ1a,1bがアーム14上の定点に位置し、かつ、ケーシング10内にアーム14を付勢するためのねじりばね24が設けてある。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車や各種産業機械において利用される無段変速装置に関する。

無段変速機（ＣＴ：Continuously ariable Transmission）は昔から多くの考案がなされている（非特許文献１参照）。最近ではハーフトロイダル方式（図５）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６）である。

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良くし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。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、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。

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ものとして、伝達リングとプーリの組合せによる従来にない構造のトラクションドライブ式無段変速機を本出願人は先に提案している（特許文献１）。
特開２００５−１７２０６５号公報町田，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ＣＴとフルトロイダルＣＴの比較−」，NSK Technical Journal No. 670 (2000)，日本精工株式会社

特許文献１に記載された無段変速装置では、出力軸に固定した歯車と噛み合う歯付きリングを、入力軸上にスライド可能に取り付けた一対のプーリで形成される溝内に挟み込み、その歯付きリングを外周から拘束する複数のガイドローラを担持したアームを出力軸を中心として揺動させるようになっている。アームは、ケーシングの外側の静止部材に一端を止着した引張ばねによって、常に減速側（プーリの中心側）に力が働くように一定荷重が加えられている。このように、一部の構成要素がケーシングの外側に突出しているため、スペース性および搭載性において不利である。

本発明の目的は、特許文献１に記載されたタイプの無段変速装置における上述の問題点を解消することにある。

本発明の無段変速装置は、ケーシングに回転自在に支持された第一の回転軸と、ケーシングに回転自在に支持された第二の回転軸と、第一の回転軸に支持されたプーリ幅が可変のＶプーリと、Ｖプーリと係合し、外周を支えられたリングと、第二の回転軸回りにリングを移動させるための機構とから構成され、前記機構が、第二の回転軸周りに旋回可能に支持されたアームと、前記リングの外周に配置された少なくとも３個のガイドローラとを有し、各ガイドローラがアーム上の定点に位置し、かつ、ケーシング内にアームを付勢するねじりばねを設けたことを特徴とするものである。

本発明は、従来の技術と比較して次のような利点がある。ハーフトロイダル型に比べて接触面積を大きくしてもスピン成分が少なく、効率がよい。ハーフトロイダル型のような球面加工が不要であるため低コストである。ハーフトロイダル型より軸方向長さが短く、ＦＦ車への適用が容易である。また、金属ベルト式に比べて構造が簡単であり、低コストである。プーリとの間に油膜ができて金属ベルト式に比べて摩耗がない、したがって長寿命である。

また、ケーシング内にアームを付勢するねじりばねを設けたことにより、ケーシングからの突出部がなくなり、自動車等への搭載性が向上する。

以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。なお、説明の便宜上、本発明の開発の過程で製作した比較例について先に述べる。比較例も後に述べる実施例も基本構造は同じで、アームの構造が相違するのみである。

図１は実施例の無段変速装置の正面図、図２は縦断面図である。これらの図から理解できるように、軸方向に可動な一対のプーリ４で溝を作り、リング３を挟んだ構造である。リング３は外周に歯車のような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、互いに平行な回転軸６と回転軸７がそれぞれ軸受を介して回転自在に支持されている。これらの回転軸６，７は、相互間でトルク伝達を行い、一方の回転軸（６または７）を入力軸とすると、他方の回転軸（７または６）が出力軸となる関係にある。

図２に示すように、第一の回転軸６には小歯車２が固定してあり、小歯車２は歯付きリング３と噛み合っている。歯付きリング３は、小歯車２の歯と噛み合う歯と、平滑な円筒状ガイド面８を有し、そのガイド面８にてガイドローラ１ａ，１ｂ，１ｃ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、歯付きリング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には三つのガイドローラ１ａ，１ｂ，１ｃが示してあり、図２にはそのうちの二つ、つまりガイドローラ１ａとガイドローラ１ｂだけが現れている。

ガイドローラ１ａ，１ｂはそれぞれ軸と軸受を介して回転自在にアーム１４に支持されている。ガイドローラ１ｃは小歯車２の両側に取り付けた一対の円板で構成してある。したがって、ガイドローラ１ａ，１ｂ，１ｃ相互の位置関係は固定的である。言い換えれば、ガイドローラ１ａ，１ｂ，１ｃはアーム１４上の定点に位置している。図１の左端に現れているガイドローラ１ｂは歯付きリング３の振れ防止の役割を持たせる。アーム１４は回転軸６と同軸に、ケーシング１０のスリーブ１８に旋回自在に支持されている。

第二の回転軸７は一対のプーリ４を支持している。各プーリ４はそれぞれボールスプライン１２を介して第二の回転軸７に嵌合させてあるため、各プーリ４は回転軸７の軸方向に移動可能で、回転方向には相対回転不能すなわちトルク伝達可能である。各プーリ４はプーリ幅調節機構３０を備えている。プーリ幅調節機構３０はボールねじタイプで、外周にねじ溝を形成したねじ軸３４と、内周にねじ溝を形成したナット３２と、ねじ軸３４のねじ溝とナット３２のねじ溝とで形成される循環路内を循環走行する複数のボール３６とで構成される。ねじ軸３４は軸受１６の外輪端面で接触しながら回転運動を行う。ここでは、軸受１６として、プーリ幅調節機構３０による軸方向力を受けることができるようにアンギュラ玉軸受を採用した場合が例示してある。

ねじ軸３４は歯車３８を備えており、一対の歯車３８が連結軸２０に組み付けられており、したがって、一対の歯車３８は同期してのみ回転する。その結果、図２の左右のプーリ幅調節機構３０におけるねじ軸３４が同じ方向に回転する。ナット３４はケーシング１０に固定してあるため、図示しない外部駆動機構により歯車３８を回転させると、その回転運動がねじ軸３４の軸方向移動に変換され、歯車３８の回転方向によって、軸受１６を介してプーリ４を押す向き、またはプーリ４から離れる向きの軸方向力が発生する。図２の右側のプーリ幅調節機構３０と左側のプーリ幅調節機構３０とでは逆ねじとしてあるため、ねじ軸３４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４が接近または離反する方向に移動し、型溝のプーリ幅が変化する。

歯車３８がアーム１４の旋回に連動して回転するように制御することで、プーリ４の軸方向移動に連動して、ガイドローラ群が回転軸６の中心周りに旋回し、歯付きリング３をプーリ４に接触させながら両者間の接触点を移動させることができる。

歯付きリング３は三つのガイドローラ１ａ，１ｂ，１ｃ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（芯なしローラ）。ガイドローラ１ａ，１ｂ，１ｃはアーム１４で連結されており、アーム１４を旋回させることによって回転軸６の中心周りに歯付きリング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小歯車２と常に噛み合った状態にある。歯付きリング３とプーリ４間のすきまが生じないようにプーリ４とアーム１４を制御すれば、歯付きリング３が回転軸の中心周りに移動することにより、プーリ４との接触点が変化し、一定のプーリ４の回転数に対し、小歯車２の回転数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４を支持する回転軸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４による挟み付け力は大きくすべきで、逆に歯付きリング３とプーリ４との接触点が大径側にあるときは小さくてもよい。挟み付け力によるプーリ４の曲げ応力を考えた場合、大径接触時の挟み付け力を軽減できる、プーリ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。そして、図４に示すように、入力軸すなわち回転軸７から矢印の方向に回転力が入力されると、プーリ４から歯付きリング３に力が作用し、ほぼ同じ大きさの力が小歯車２へ作用する。小歯車２からの反力が歯付きリング３をプーリ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１に示すように、ケーシング１０は横断面が円形で、下部に半円形の突出部をもっている。アーム１４も概ね円形に近い不整形の無端状で、回転軸６を中心として揺動可能である。図１はアーム１４が図の右側に揺動して歯付きリング３がプーリ４の最も内径側まで進入した状態を示している。このとき、歯付きリング３とプーリ４との接触部はプーリ４の最も内径側に位置している。一方、図４は、アーム１４が図の左側に揺動して歯付きリング３がプーリ４の最も外径側まで脱した状態を示している。このとき、歯付きリング３とプーリ４との接触部はプーリ４の最も外径側に位置している。

ケーシング１０の内周に沿ってねじりばね２４が配置してある。ねじりばね２４は図３に示すような形状で、ばね鋼線を円形に約１周半巻いて、一端にアイ２６、他端にフック２８が形成してある。アイ２６は環状で、ケーシング１０に固定した静止ピン４０に嵌めてある。フック２８はアーム１４に固定した可動ピン４２に引っ掛けてある。ねじりばね２４のばね力は、図１に示すように、フック２８で可動ピン４２を押し、歯付きリング３をプーリ４の内径側に押す向きにアーム１４に負荷を与える。

無段変速装置の正面図図１の変速機の縦断面図（Ａ）はねじりばねの正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は部分側面図図１と類似の正面図従来の技術を示す断面図（Ａ）は従来の技術を示す断面図、（Ｂ）は斜視図

符号の説明

１ガイドローラ
２小歯車
３歯付きリング
４プーリ
６回転軸
７回転軸
８ガイド面
１０ケーシング
１２スプライン
１４アーム
１６軸受
１８スリーブ
２０連結軸
２４ねじりばね
２６アイ
２８フック
３０プーリ幅調節機構
３２ナット
３４ねじ軸
３６ボール
３８歯車
４０静止ピン
４２可動ピン

Claims

ケーシングに回転自在に支持された第一の回転軸と、ケーシングに回転自在に支持された第二の回転軸と、第一の回転軸に支持されたプーリ幅が可変のＶプーリと、Ｖプーリと係合し、外周を支えられたリングと、第二の回転軸回りにリングを移動させるための機構とから構成され、前記機構が、第二の回転軸周りに旋回可能に支持されたアームと、前記リングの外周に配置された少なくとも３個のガイドローラとを有し、各ガイドローラがアーム上の定点に位置し、かつ、ケーシング内にアームを付勢するねじりばねを設けた無段変速装置。