JP2007263285A - 無段変速機用アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじ機構の移動ねじ体が電動モータ側から伝達された回転動力を受けて軸方向に送られ、この移動ねじ体の軸方向推進力を受けて可動シーブが軸方向に移動する無段変速機用アクチュエータにおいて、電動モータの小型化と低消費電力化を可能にする。
【解決手段】電動モータ４とボールねじ機構６のナット９との間の回転伝達経路に、電動モータ４側から可動シーブ３側に向けて入力を伝達し、かつ逆入力を遮断するトルクダイオードクラッチ１６を備え付けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、無段変速機の固定シーブと対でプーリを構成する可動シーブを軸方向に移動させるアクチュエータに関する。

近年、この種の変速機としては、自動車の駆動系に採用されているベルト式無段変速機がある。従来からあるベルト式無段変速機としては、例えば、主動側Ｖ溝プーリと、車輪に動力を伝達する出力軸に連結された従動側Ｖ溝プーリとの間に伝達ベルトが巻き付けられたものがある。

主動側Ｖ溝プーリは、固定シーブと可動シーブとから構成されている。固定シーブは、軸方向に拘束されており、エンジンの回転数に応じて回転される入力軸から回転トルクが伝達される。可動シーブは、軸方向に移動可能となっている。可動シーブが軸方向に移動すると、主動側Ｖ溝プーリの溝幅が無段階で変化し、これに伴い伝達ベルトの巻付け径が変化することにより、無段階で変速比が変化する。

従来から、可動シーブを軸方向に移動させるアクチュエータとしては、電動モータと、ボールねじ機構とを備え、前記ボールねじ機構の移動ねじ体が前記電動モータ側から伝達された回転動力を受けて軸方向に送られ、この移動ねじ体の軸方向推進力を受けて前記可動シーブが軸方向に移動するように構成されたものがある。

例えば、ボールねじ機構のねじ軸は、主動側Ｖ溝プーリと同軸上に配設され、ハウジングに対して軸方向及び回転の運動が拘束されるように設けられる。ボールねじ機構のナットは、電動モータ側から伝達された回転動力を受けるように設けられる。ナット内周の螺旋溝とねじ軸外周の螺旋溝との間に介装されたボールは回転動力を軸方向推進力に変換し、これにより、ナットがハウジングに対して軸方向に移動させられる。前記可動シーブは、前記ナットと軸受を介して軸方向に一体移動が可能となっている。ナットが前記電動モータから伝達された回転動力を受けて軸方向に移動すると、このナットの軸方向移動を受けて前記可動シーブが軸方向に移動させられる（例えば、特許文献１参照）。

特許第２７４４０３８号公報

しかしながら、可動シーブは、ベルトからの軸方向反力により常に固定シーブから離反する側に押されている。このため、ボールねじ機構のナットも押されることになり、そのボールの良好な可逆変換性により回転動力が電動モータ側に伝達されてモータ軸に対する逆入力となる。したがって、可動シーブと固定シーブとの間隔を保持するには、常時、電動モータに保持トルクを生じさせることにより可動シーブの軸方向反力とのバランスを図っており、電動モータの大型化、消費電力の増大を招いていた。

そこで、この発明の課題は、ボールねじ機構の移動ねじ体が電動モータ側から伝達された回転動力を受けて軸方向に送られ、この移動ねじ体の軸方向推進力を受けて可動シーブが軸方向に移動する無段変速機用アクチュエータにおいて、電動モータの小型化と低消費電力化を可能にすることにある。

上記の課題を達成するため、この発明は、固定シーブと対でプーリを構成する可動シーブと、電動モータと、ボールねじ機構とを備え、前記ボールねじ機構の移動ねじ体が前記電動モータ側から伝達された回転動力を受けて軸方向に移動し、この移動ねじ体の軸方向推進力を受けて前記可動シーブが軸方向に移動する無段変速機用アクチュエータにおいて、前記電動モータと前記移動ねじ体との間の回転伝達経路に、前記電動モータ側から前記可動シーブ側に向けて入力を伝達し、かつ逆入力を遮断するクラッチを備えている構成を採用したものである。

この発明の無段変速機用アクチュエータでは、前記電動モータと前記移動ねじ体との間の回転伝達経路に、前記電動モータ側から前記可動シーブ側に向けて入力を伝達し、かつ逆入力を遮断するクラッチを備えている構成の採用により、前記入力軸からの入力回転動力は、前記クラッチを介して前記出力軸に伝達される一方、前記出力軸からの逆入力回転動力は、前記クラッチにより遮断される。
したがって、この発明の無段変速機用アクチュエータは、電動モータに保持トルクを生じさせることにより可動シーブの軸方向反力とのバランスを図る必要がなくなり、従来例に比して電動モータの小型化と低消費電力化が可能となる。

具体的には、前記クラッチが、電動モータ側から回転動力を受ける入力軸と、前記入力軸よりも移動ねじ体側に位置すると共に前記入力軸と同軸に設けられた出力軸との間に設けられており、そのクラッチは、前記入力軸の軸線と同一中心を有する円筒内周面が形成された静止部材と、前記円筒内周面との間で周方向両側に狭小な楔空間を形成するカム面を外周に有する前記出力軸と、前記楔空間に周方向一対で収まるローラと、前記一対のローラを前記楔空間に保持した状態で前記入力軸と一体回転する保持器と、前記一対のローラの間に介在してこれらを前記楔空間に係合する向きに付勢する弾性部材とから構成されており、前記保持器は、前記電動モータ側から回転動力を受けた前記入力軸の回転によりその一体回転方向後側のローラを押して前記楔空間との係合を解除し、前記出力軸と回転方向に係合する構成を採用することができる。
この構成によれば、前記電動モータと前記可動シーブとが停止している状態で前記一対のローラが前記弾性部材の付勢により前記楔空間に係合しており、前記出力軸が逆入力を受けて自ら回転しようとしても瞬時に回転を拘束されるため、前記クラッチの係合に伴う振動の発生を防止することができ、前記楔空間を形成する面の微動磨耗を防止することができる。

以下、この発明の最良の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に全体構成を概略図示するように、この実施形態に係る無段変速機用アクチュエータは、ベルト式無段変速機に適用されており、伝達ベルト１が巻き付けられる主動側Ｖ溝プーリを固定シーブ２と対で構成する可動シーブ３と、電動モータ４と、電動モータ４が固定されるハウジング５と、ハウジング５内に組み付けられたボールねじ機構６とを備えたものである。

固定シーブ２は、ハウジング５に対して軸方向に拘束されており、その軸部２ａにはエンジン（図示省略）の回転数に応じて回転される入力軸（図示省略）から回転トルクが伝達される。

可動シーブ３は、固定シーブ２と同軸上に配置されている。可動シーブ３の軸部３ａは、ボールスプラインにより固定シーブ２の軸部２ａに対して軸方向に摺動自在に嵌合されている。これにより、可動シーブ３は、固定シーブ２に対して軸方向移動可能かつ一体回転可能になっている。

電動モータ４は、モータ軸が固定シーブ２の軸線と平行に配置され、ハウジング５に固定されている。

ボールねじ機構６のねじ軸７は、固定シーブ２と同軸上に配設される環状体から構成されており、その外周に螺旋溝が形成されている。ねじ軸７は、固定シーブ２の軸部２ａの一端側を支持する軸受８の固定輪に取り付けられており、ハウジング５に対して軸方向及び回転の運動が拘束されている。なお、図示省略するが、固定シーブ２の軸部２ａの他端側は、軸受８と対をなす固定側の軸受で支持されている。

ボールねじ機構６のナット９は、その内周にねじ軸７の螺旋溝に対応する螺旋溝を有する。

前記電動モータ４と前記ナット９との間には、電動モータ４のモータ軸に設けられた駆動ギヤ１０の回転動力をナット９の外周に設けられた従動ギヤ１１に伝達する回転伝達経路が設けられている。

この実施形態では、回転伝達経路が、電動モータ４側から回転動力を受ける入力軸１２と、入力軸１２よりもナット９側に位置し、入力軸１２と同軸に設けられた出力軸１３とを有する。

入力軸１２は、ハウジング５に対し一対の軸受１４ａ、１４ｂにより回動自在に支持されており、その外周に駆動ギヤ１０と噛合う第１中間ギヤ１２ａを有する。

出力軸１３は、ハウジング５に対し一対の軸受１５ａ、１５ｂにより回動自在に支持されており、その外周に前記従動ギヤ１１と噛合う第２中間ギヤ１３ａを有する。

入力軸１２と出力軸１３とは、固定シーブ２の軸線と平行に設けられており、両軸１２、１３の間に、前記電動モータ４側から前記可動シーブ３側に向けて入力を伝達し、かつ逆入力を遮断するクラッチ１６が備えられている。

具体的には、クラッチ１６は、図１、図２に示すように、前記入力軸１２の軸線と同一中心を有する円筒内周面５ａが形成されたハウジング５と、円筒内周面５ａとの間で周方向両側に狭小な楔空間を形成するカム面１３ｂを外周に有する前記出力軸１３と、前記楔空間に周方向一対で収まるローラ１７ａ、１７ｂと、前記一対のローラ１７ａ、１７ｂを前記楔空間に保持した状態で前記入力軸１２と一体回転する保持器１８と、前記一対のローラ１７ａ、１７ｂの間に介在してこれらを前記楔空間に係合する向きに付勢する弾性部材１９とから構成されている、いわゆるトルクダイオードタイプとなっている。

出力軸１３の外周は断面略六角状に形成されており、面取りされた各角部の両側がカム面１３ｂとなっている。これにより、前記円筒内周面５ａと前記出力軸１３の外周との間には、前記楔空間が周方向等配で形成されている。

保持器１８は、前記入力軸１２の出力軸１３側の端部としてカップ状で一体に設けられている。このため、入力軸１２が回転すると保持器１８も一体回転する。

また、保持器１８の出力軸１３側の端面から軸方向に突出するように一対の係合突起部１８ａ、１８ａが設けられている。

係合突起部１８ａ、１８ａは、図３（ａ）に示すように、出力軸１３の入力軸１２側の端面に形成された係合穴１３ｃ、１３ｃに径方向隙間をもって軸方向に嵌合されている。

また、保持器１８には、それぞれ円筒ころからなる一対のローラ１７ａ、１７ｂを前記楔空間に保持する複数のポケット１８ｂが周方向等配に形成されている。

弾性部材１９は、板ばねからなり、各ポケット１８ｂに装着されているが、コイルばねなどの他の弾性部材を用いることもできる。この弾性部材１９は、一対のローラ１７ａ、１７ｂのそれぞれを前記楔空間の対応するカム面１３ｂ側に向けて付勢している。

なお、図３（ａ）では、前記電動モータ４と前記可動シーブ３とが停止する状態を示している。この状態では、弾性部材１９の弾性力により保持器１８が中立状態に決まるため、保持器１８の係合突起部１８ａ、１８ａと出力軸１３の係合穴１３ｃ、１３ｃとの間に設けられた径方向隙間は係合突起部１８ａ、１８ａの全周に均一で生じ、また、各ポケット１８ｂと一対のローラ１７ａ、１７ｂとの間の周方向ポケット隙間は一対のローラ１７ａ、１７ｂの周方向両側に生じる。このとき、前記径方向隙間は、前記周方向ポケット隙間よりも大きく設定されている。

そして、図３（ａ）の状態から、電動モータ４が正逆いずれか一方に回転し、駆動ギヤ１０から第１中間ギヤ１２ａを介して減速伝達された回転動力を受けた入力軸１２が回転すると、図３（ｂ）に示すように、入力軸１２と一体の保持器１８が図中矢示の方向に一体回転する。やがて、保持器１８は、前記周方向ポケット隙間を超えた周長を回転すると、回転方向後側のローラ１７ａを前記楔空間から押し出し、その係合を解除する。

さらに、図３（ｃ）に示すように、保持器１８が周方向に前記径方向隙間を超えた周長を回転すると、係合突起部１８ａ、１８ａが係合穴１３ｃ、１３ｃと係合し、入力軸１２、保持器１８、出力軸１３が同方向に一体回転し、出力軸１３に回転動力が伝達される。

従って、前記ナット９の従動ギヤ１１は、出力軸１３の第２中間ギヤ１３ａから減速伝達された回転動力を受けて回転する。ねじ軸７とナット９の螺旋溝の間に介装されたボール２０は、上記回転動力を軸方向推進力に変換し、これにより、ナット９がハウジング５に対して軸方向に移動させられる。

ナット９の内周には、軸受２１の外輪が軸方向に移動不可能に嵌合されている。この軸受２１の内輪は、前記可動シーブ３の軸部３ａの外周に軸方向に移動不可能に嵌合されている。ナット９が軸方向に移動すると、可動シーブ３は軸受２１を介してその移動方向に推進力を受け、軸方向に一体移動することができる。なお、電動モータ４が上記と逆回転された場合、上記の一連の動作が逆向きになるだけなので、説明を省略する。図１では、可動シーブ３、ナット９が最も軸方向右側に位置する状態を実線で示し、最も軸方向左側に位置する状態を一点鎖線で示した。

ここで、保持器１８と出力軸１３とが係合されている間、一体回転方向後側のローラ１７ａが前記楔空間に係合しようとしても保持器１８が先に当ってそれを許さず、ローラ１７ａと前記楔空間とが繰り返し係合・係合解除することがなく、前記ナット９への振動入力が防止される。

一方、前記電動モータ４及び前記可動シーブ３が停止している状態では、図３（ａ）に示すように、前記一対のローラ１７ａ、１７ｂが前記楔空間に係合しており、出力軸１３が逆入力を受けて自ら回転しようとしても瞬時に回転を拘束される。このため、出力軸１３の逆入力回転トルクは、入力軸１２に伝達されず、電動モータ４に達する前に遮断される。

したがって、この実施形態では、電動モータ４に保持トルクを発生させてナット９の回転を防止する必要がなく、電動モータ４の小型化、低消費電力化が可能である。

なお、この実施形態では、前記ナット９を固定側とし、前記ねじ軸７を電動モータ４の回転動力を受ける移動側とすることもできる。また、逆入力を遮断することができる限り、前記楔空間の形成数は適宜に変更することができる。

また、この実施形態では、電動モータ４のモータ軸とナット９との間の回転伝達経路中、入力軸１２と出力軸１３との間にクラッチ１６を設けたが、このクラッチ１６は、電動モータ４に対する逆入力を遮断することが可能な位置にあればよい。例えば、クラッチを小型にするとその制動能力が落ちるが、回転トルクがより小さい位置、例えば、モータ軸（図中では駆動ギヤ１０内に隠れている）と入力軸１２との間にクラッチを設けることにより逆入力トルクを遮断することができる。

実施形態に係る無段変速機用アクチュエータの概略縦断面図 図１のクラッチの拡大断面図 （ａ）図１のクラッチの係合状態を拡大横断面視で示す作用図、（ｂ）図１のクラッチが係合解除されたときを拡大横断面視で示す作用図、（ｃ）図１のクラッチの非係合状態を拡大横断面視で示す作用図

符号の説明

１ 伝達ベルト
２ 固定シーブ
３ 可動シーブ
３ａ 軸部
４ 電動モータ
５ ハウジング（静止部材）
５ａ 円筒内周面
６ ボールねじ機構
７ ねじ軸
８、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、２１ 軸受
９ ナット（移動ねじ体）
１０ 駆動ギヤ
１１ 従動ギヤ
１２ 入力軸
１３ 出力軸
１３ｂ カム面
１３ｃ 係合穴
１６ クラッチ
１７ａ、１７ｂ 一対のローラ
１８ 保持器
１８ａ 係合突起部
１９ 弾性部材
２０ ボール

Claims (2)

1. 固定シーブと対でプーリを構成する可動シーブと、電動モータと、ボールねじ機構とを備え、前記ボールねじ機構の移動ねじ体が前記電動モータ側から伝達された回転動力を受けて軸方向に移動し、この移動ねじ体の軸方向推進力を受けて前記可動シーブが軸方向に移動する無段変速機用アクチュエータにおいて、
   前記電動モータと前記移動ねじ体との間の回転伝達経路に、前記電動モータ側から前記可動シーブ側に向けて入力を伝達し、かつ逆入力を遮断するクラッチを備えていることを特徴とする無段変速機用アクチュエータ。
2. 前記クラッチが、電動モータ側から回転動力を受ける入力軸と、前記入力軸よりも移動ねじ体側に位置すると共に前記入力軸と同軸に設けられた出力軸との間に設けられており、
   そのクラッチは、前記入力軸の軸線と同一中心を有する円筒内周面が形成された静止部材と、前記円筒内周面との間で周方向両側に狭小な楔空間を形成するカム面を外周に有する前記出力軸と、前記楔空間に周方向一対で収まるローラと、前記一対のローラを前記楔空間に保持した状態で前記入力軸と一体回転する保持器と、前記一対のローラの間に介在してこれらを前記楔空間に係合する向きに付勢する弾性部材とから構成されており、
   前記保持器は、前記電動モータ側から回転動力を受けた前記入力軸の回転によりその一体回転方向後側のローラを押して前記楔空間との係合を解除し、前記出力軸と回転方向に係合する請求項１に記載の無段変速機用アクチュエータ。

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