JP2008075792A - ベルト式無段変速機のリターンスプリング設計方法及びその設計方法により設計されたリターンスプリング - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト式無段変速機に備えられるリターンスプリングの外周側への変形を抑制することができるリターンスプリング設計方法及びその設計方法により設計されたリターンスプリングを提供する。
【解決手段】ベルト式無段変速機のセカンダリプーリ３５に装着されるリターンスプリング８の有効巻き数として、ベルト３３に対するシーブ３５ａ，３５ｂの挟圧力としてプーリ３５とベルト３３との間でスリップを生じさせない必要挟圧力以上が得られる有効巻き数であって、下記の式（１）
Ｎ＝（ａ＋０．５）±０．１５ …（１）
（Ｎはリターンスプリングの有効巻き数、ａは１以上の整数）
を満たす有効巻き数に設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車用等のベルト式無段変速機においてベルトに対する挟圧力を得るために備えられるリターンスプリングの設計方法及びその設計方法により設計されたリターンスプリングに係る。特に、本発明は、リターンスプリングの半径方向外側への変形を抑制するための対策に関する。

従来より、例えば下記の特許文献１に開示されているように、自動車用エンジンの出力側に搭載される変速機としてベルト式無段変速機が知られている。このベルト式無段変速機は、互いに平行に配置された２つのシャフトと、各シャフトにそれぞれ個別に設けられたプライマリプーリ及びセカンダリプーリとを有している。これらプライマリプーリ及びセカンダリプーリは、共に、固定シーブと可動シーブとを組み合わせた構成となっていて、これらシーブ間にＶ字形状の溝が形成されている。また、可動シーブは固定シーブに対して接離可能な構成となっている。そして、プライマリプーリのＶ溝及びセカンダリプーリのＶ溝に渡ってＶベルトが巻き掛けられており、可動シーブに軸線方向の挟圧力を発生させるための油圧室が各プーリそれぞれに対応して別個に設けられている。これにより、各油圧室の油圧を個別に制御することで、各プーリの溝幅が変更されてＶベルトの巻き掛け半径が変化し、その変速比が変更されるようになっている。

ところで、自動車の故障時などにおいて車体を牽引する必要が生じた場合（以下、被牽引時と呼ぶ）、自動車の車輪が路面に接した状態で牽引されることになるため、車輪の回転力が差動装置（所謂デファレンシャルギヤユニット）や最終減速機（所謂ファイナルギヤユニット）等を介して無段変速機に入力され、この無段変速機のセカンダリプーリが車輪の回転力を受けて回転する状態となる。つまり、無段変速機が車輪の回転力によって作動された状態となる。

このような被牽引時にあっては、被牽引車両のエンジンは駆動していないため、油圧ポンプも作動しておらず、上記挟圧力を発生させるための油圧室には油圧が作用していない状況である。つまり、油圧による上記挟圧力が得られていない状態で無段変速機が作動した状況となっている。このような状況では、油圧による挟圧力の不足が原因で、プーリとベルトとの間でスリップが発生し、プーリ及びベルトの各当接面に摩耗が生じるなどしてその摩擦係数が変化してしまい、無段変速機の次回の通常作動時（エンジン出力を減速して車輪に伝達するための作動時）における動力伝達性能に悪影響を与えてしまう可能性がある。

この点に鑑み、例えば下記の特許文献２では、上記油圧による挟圧力が得られていない状況であっても、可動シーブに対して挟圧力を与えることができるようにセカンダリプーリにコイルスプリング（以下、リターンスプリングと呼ぶ）を備えさせている。つまり、可動シーブに対し、固定シーブに向かう方向への付勢力をリターンスプリングによって与えておき、上記被牽引時に上記油圧による挟圧力が得られていない状況であっても、リターンスプリングの付勢力によって上記挟圧力が得られ、これにより上記スリップを回避できるようにしている。
特開平９−２１７８１９号公報 実開昭６３−１５２９６２号公報

ところで、上述したようなリターンスプリングを備えたベルト式無段変速機において、Ｖベルトの巻き掛け半径を小さくするべくプーリの溝幅が大きくなるように可動シーブを固定シーブから後退させた状況では、リターンスプリングが圧縮された状態となる。この場合、この圧縮に伴ってリターンスプリングの外径寸法は大きくなる。

このようにしてリターンスプリングの外径寸法が大きくなる状況において、このリターンスプリングの外周側（半径方向外側）への変形量は必ずしも全周囲に亘って均一にはならず、部分的に変形量が大きくなる場合がある。また、リターンスプリングはプーリと共に比較的高い速度で回転しているため、大きな遠心力が作用している。このため、上記外周側への変形量に差が生じてリターンスプリングの重心位置がスプリングの軸心からずれている状況では、そのずれ方向への遠心力が特に大きく作用することになって、そのずれ方向における外周側への変形量がよりいっそう大きくなる。

図５は、セカンダリプーリａに備えられたリターンスプリングｂの外周囲のうち図中下側部分において外周側への変形量が大きくなった状況を示している。尚、この図５におけるｃは固定シーブ、ｄは可動シーブ、ｅはセカンダリシャフト、ｆはセカンダリピストン、ｇはＶベルトである。

このようにしてリターンスプリングｂの外周側への変形量が部分的に極端に大きくなる状況では、この高速回転するリターンスプリングｂの外周面が、その外周側に配設されているセカンダリピストンｆの内周面に当接することになり、リターンスプリングｂの外周面やセカンダリピストンｆの内周面が摩耗するなどといった不具合を招いてしまう可能性がある。

このような不具合を解消する手段として、上記被牽引時には、車輪と無段変速機との間の動力伝達経路を遮断するようにし、これによってリターンスプリングを廃止することが考えられる。例えば、この動力伝達経路中のギヤの噛み合い状態を解除する等といった手法である。

しかし、これでは被牽引作業の前段階で動力伝達経路を遮断させるための作業（ギヤの噛み合いを解除する作業）が必要になり、作業が煩雑であり、且つ牽引により自動車を移動させるまでの時間を長く要してしまうことになる。

また、上記特許文献２では、リターンスプリングを軸方向に複数個備えさせ、個々のスプリングの半径方向の変形量を抑えることが開示されている。

しかし、この特許文献２の構成では、リターンスプリングの配設個数の増加に伴って部品点数や組み付け作業の増加を招くことになるため好ましくない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ベルト式無段変速機に備えられるリターンスプリングとして単一のスプリングを使用した場合であっても、その半径方向外側への変形を抑制することができるリターンスプリング設計方法及びその設計方法により設計されたリターンスプリングを提供することにある。

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、リターンスプリングの有効巻き数を適切に設定することにより、ベルトに対する挟圧力を充分に得ながらも、リターンスプリングの半径方向外側への変形量を外周側の部材に接触しない範囲に抑えることができるようにしている。

−解決手段−
具体的に、本発明は、固定シーブ及びこの固定シーブに向かって進退移動可能な可動シーブをそれぞれ備えた駆動側プーリと従動側プーリとの間にベルトが掛け渡され、駆動側プーリの回転力を、ベルトを介して従動側プーリに伝達可能な構成となっていると共に、上記可動シーブを固定シーブに向かって進退移動させることで各プーリの半径方向におけるベルトの巻き掛け位置を変更して変速比が変更可能な構成とされている一方、駆動側プーリ及び従動側プーリのうち少なくとも一方におけるベルトに対するシーブの挟圧力を確保するためのリターンスプリングが備えられたベルト式無段変速機のリターンスプリング設計方法を前提とする。そして、上記リターンスプリングは軸心方向の両端が移動不能に装着されるものであって且つ有効巻き数部分のピッチが一定である場合に、このリターンスプリングの有効巻き数を、上記ベルトに対するシーブの挟圧力としてプーリとベルトとの間でスリップを生じさせない必要挟圧力以上が得られる有効巻き数であって、且つ、下記の式（１）
Ｎ＝（ａ＋０．５）±０．１５ …（１）
（Ｎはリターンスプリングの有効巻き数、ａは１以上の整数）
を満たす有効巻き数に設定するようにしている。

また、この設計方法により設計されたリターンスプリングも本発明の技術的思想の範疇である。つまり、固定シーブ及びこの固定シーブに向かって進退移動可能な可動シーブをそれぞれ備えた駆動側プーリと従動側プーリとの間にベルトが掛け渡され、駆動側プーリの回転力を、ベルトを介して従動側プーリに伝達可能な構成となっていると共に、上記可動シーブを固定シーブに向かって進退移動させることで各プーリの半径方向におけるベルトの巻き掛け位置を変更して変速比が変更可能な構成とされたベルト式無段変速機に対し、駆動側プーリ及び従動側プーリのうち少なくとも一方におけるベルトに対するシーブの挟圧力を確保するために備えられたリターンスプリングを前提とする。このリターンスプリングに対し、スプリング軸心方向の両端が移動不能に装着されるものであり且つ有効巻き数部分のピッチが一定であると共に、上記ベルトに対するシーブの挟圧力としてプーリとベルトとの間でスリップを生じさせない必要挟圧力以上が得られる有効巻き数であって、且つ、下記の式（１）
Ｎ＝（ａ＋０．５）±０．１５ …（１）
（Ｎはリターンスプリングの有効巻き数、ａは１以上の整数）
を満たす有効巻き数をもって形成している。

このようにしてリターンスプリングの有効巻き数を設定すれば、このリターンスプリングが圧縮された状態での外周側への変形量（上述した如く部分的に外周側への変形量が大きくなる状況におけるその部分の変形量；最大変形領域での変形量）を小さくできる。これは、リターンスプリングの有効巻き数とリターンスプリングの外周側への変形量（上記最大変形領域での変形量）との間に相関があることに起因する。つまり、リターンスプリングの有効巻き数を多くしていくにしたがって、同一圧縮量であっても、リターンスプリングの半径方向外側への変形量（上記最大変形領域での変形量）の増減が周期的に繰り返され（図３参照）、上記式（１）の条件を満たす場合には、この変形量の増減周期の極小値（図３において「本発明の有効巻き数設計値」とした変曲点部分）を迎えることになるからである。

このため、リターンスプリングの重心位置がスプリングの軸心から大きくずれてしまうこともなくなり、このリターンスプリングがプーリと共に回転して大きな遠心力が作用したとしても、このリターンスプリングの外周側への変形量が部分的に極端に大きくなるといった状況は生じない。その結果、リターンスプリングの外周面が、その外周側に配設されている部材（例えばピストン部材）の内周面に当接したりすることがなく、リターンスプリングの外周面やその外周側に配設されている部材の内周面の摩耗を回避することができる。

また、リターンスプリングの有効巻き数として、より具体的には以下のように設定される。つまり、上記有効巻き数を、ベルトの巻き掛け位置が最も内周側に位置してリターンスプリングが可動シーブによって圧縮された状態となっても未だ密着限界に達することのない有効巻き数に設定している。ここでいう「密着限界」とは、コイルスプリングで成るリターンスプリングが圧縮され、軸心方向で互いに隣り合うスプリング線材同士が当接し、それ以上の圧縮が行えなくなる圧縮状態をいう。

これにより、ベルトの巻き掛け位置を内周側に向かって移動させる際に、その途中でリターンスプリングが密着限界に達してしまってベルトの巻き掛け位置をそれ以上に内周側へ移動させることが不能になるといった状況を回避することができ、ベルト式無段変速機に所望の変速比を得ることが可能になる。

また、上記各解決手段により設計されたリターンスプリングの適用形態として、従動側プーリとベルトとの間でスリップを生じさせない挟圧力を得るものとして適用することが挙げられる。上記リターンスプリングは、上述した如く自動車の被牽引時に機能を発揮するものであり、この際、車輪の回転力が無段変速機に入力されることになる。つまり、無段変速機にあっては、車輪の回転力は、先ず従動側プーリに入力される。この従動側プーリに対して上述の如く設計されたリターンスプリングを適用することにより、従動側プーリでのスリップを防止し、その結果、駆動側プーリにおいてもスリップが防止されることになる。

本発明では、リターンスプリングの有効巻き数を適切に設定することにより、ベルトに対する挟圧力を充分に得ながらも、リターンスプリングの外周側への変形量を抑えることができる。このため、リターンスプリングの外周面やその外周側に配設されている部材の内周面の摩耗を回避することができ、ベルト式無段変速機の耐久性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用のベルト式無段変速機（所謂ＣＶＴ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）に備えられたリターンスプリングに本発明を適用した場合について説明する。また、以下の実施形態では、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）車両に搭載されたベルト式無段変速機について説明する。

（トランスアクスルの全体構成）
先ず、ベルト式無段変速機が搭載されたトランスアクスルの全体構成について説明する。

図１は、本実施形態におけるトランスアクスルのスケルトン図である。この図１に示すように、エンジン１のクランクシャフト１ａの回転動力は動力伝達系２を介して車輪３に伝達されるようになっている。また、エンジン１及び動力伝達系２は、エンジン制御装置（ＥＣＵ）４により制御される。

上記動力伝達系２は、クラッチとしてのトルクコンバータ１０、前後進切り替え機構２０、ベルト式無段変速機３０、最終減速機４０、差動装置５０を有しており、これらの構成は基本的に例えば特開２００４−３６０７３６号公報に示された構成と同様であるので、以下で簡単に説明する。

上記トルクコンバータ１０は、ポンプインペラ１３ａとタービンランナ１３ｂとの回転速度差が大きいときにトルク増幅機として機能し、両者の回転速度差が小さくなると、流体継手として機能する。

このトルクコンバータ１０の動作としては、エンジン１のクランクシャフト１ａの回転に伴い、ドライブプレート１１及びフロントカバー１２を介してポンプインペラ１３ａが回転し、オイルポンプ１４から供給される作動液の流れによりタービンランナ１３ｂが引きずられるようにして回転し始める。ポンプインペラ１３ａとタービンランナ１３ｂとの回転速度差が大きい時に、ステータ１３ｃが作動液の流れをポンプインペラ１３ａの回転を助ける方向に変換する。

そして、車両の発進後、車速が所定速度に達すると、ロックアップクラッチ１５が作動され、エンジン１からフロントカバー１２に伝えられた動力が入力シャフト１６に機械的且つ直接に伝達されるようになる。また、フロントカバー１２から入力シャフト１６に伝達されるトルクの変動は、ダンパ機構１７によって吸収される。

前後進切り替え機構２０は、ダブルピニオン形式の遊星歯車機構２１と、フォワードクラッチ２２と、リバースブレーキ２３とを有している。

遊星歯車機構２１のサンギヤ２１ａが上記入力シャフト１６に、また、遊星歯車機構２１のキャリア２１ｂがベルト式無段変速機３０のプライマリシャフト３１にそれぞれ連結されており、フォワードクラッチ２２及びリバースブレーキ２３を制御することにより動力伝達経路を変更して前進回転動力（正回転方向）や後進回転動力（逆回転方向）に切り替える。

ベルト式無段変速機３０は、プライマリシャフト３１のプライマリプーリ（駆動側プーリ）３４とセカンダリシャフト３２のセカンダリプーリ（従動側プーリ）３５とにベルト３３を巻き掛け、プライマリプーリ３４及びセカンダリプーリ３５のＶ溝幅を油圧アクチュエータ（駆動手段）３６，３７で調整することにより、ベルト３３の巻き掛け径を変更して無段変速機３０による変速比を制御する構成となっている。上記ベルト３３は、多数の金属製の駒及び複数本のスチールリングを有して構成されている。

プライマリシャフト３１は、トルクコンバータ１０の入力シャフト１６と略同軸となるように転がり軸受６１，６２を介してフロントケース５及びリヤケース６に支持されている。一方のセカンダリシャフト３２は、プライマリシャフト３１と平行となるように転がり軸受６３，６４を介してフロントケース５及びリヤケース６に支持されている。

プライマリプーリ３４は、プライマリシャフト３１の外周に一体に形成される固定シーブ３４ａと、プライマリシャフト３１の外周に軸方向変位可能に装着される可動シーブ３４ｂとからなり、可動シーブ３４ｂを油圧アクチュエータ３６で駆動することにより両シーブ３４ａ，３４ｂ間のＶ溝幅が変更される。

一方のセカンダリプーリ３５は、セカンダリシャフト３２の外周に一体に形成される固定シーブ３５ａと、セカンダリシャフト３２の外周に軸方向変位可能に装着される可動シーブ３５ｂとからなり、可動シーブ３５ｂを油圧アクチュエータ３７で駆動することにより両シーブ３５ａ，３５ｂ間のＶ溝幅が変更される。

尚、セカンダリプーリ３５の側方には、パーキングギヤ３８が設けられている。

最終減速機４０は、互いに噛合する二つのカウンタドリブンギヤ４１，４２と、ファイナルドライブギヤ４３とを有している。

第１のカウンタドリブンギヤ４１は、ベルト式無段変速機３０のセカンダリシャフト３２と連結されるシャフト４４に固定されている。

第２のカウンタドリブンギヤ４２及びファイナルドライブギヤ４３は、セカンダリシャフト３２と略平行に配置されたインターミディエートシャフト４５にそれぞれ軸方向に離隔して固定されている。

尚、シャフト４４は、転がり軸受６５，６６を介して、また、インターミディエートシャフト４５は、転がり軸受６７，６８を介してそれぞれ支持されている。

差動装置５０は、最終減速機４０から受ける回転動力を左右一対のアクスルシャフト５１，５２に連結される車輪３に適宜の比率で分配して伝達するものであり、デフケース５３内に配置されている。

（セカンダリプーリ３５の構成）
次に、本形態の特徴とする部材であるリターンスプリングが装着されているセカンダリプーリ３５の構成について説明する。

図２は、セカンダリプーリ３５及び周辺部の構成を示す断面図である。この図２に示すように、セカンダリプーリ３５は、セカンダリシャフト３２の外周における転がり軸受６３と転がり軸受６４との間に配置されている。また、セカンダリシャフト３２は、軸線Ｂ１を中心として回転可能であり、その内部には軸線方向に延びる２つの油路７１，７２が形成されている。これら油路７１，７２は図示しない油圧制御装置の油圧回路に連通されている。一方の油路７１には、セカンダリシャフト３２の半径方向に延びてセカンダリシャフト３２の外周面に開口する２系統の油路７３，７４が連通されている。

また、セカンダリシャフト３２の外周における一方（図中右側）の油路７４の開口部分と転がり軸受６３との間には、段部３２ａが形成されている。

上記セカンダリプーリ３５の可動シーブ３５ｂは、厚肉の筒部３５ｃと、この筒部３５ｃにおける固定シーブ３５ａ側の端部に連続形成されて固定シーブ３５ａとの間でＶ溝を形成する半径方向部３５ｄとを備えている。

また、上記段部３２ａと転がり軸受６３との間には環状のピストン部材７５が装着されている。このピストン部材７５は、上記段部３２ａに嵌め込まれ且つ半径方向外側に延びる第１半径方向部７５ａと、この第１半径方向部７５ａの外周端から可動シーブ３５ｂの半径方向部３５ｄ側に向けて延びる円筒部７５ｂと、この円筒部７５ｂにおける端部から外周側に向けて湾曲しつつ延びる第２半径方向部７５ｃとを有している。そして、上記円筒部７５ｂと第２半径方向部７５ｃとの間の境界部分には後述するリターンスプリング８の一端を支持するためのスプリング座７５ｄが形成されている。

また、可動シーブ３５ｂの筒部３５ｃの内周面には軸線方向に延びる溝３５ｅが形成されている一方、セカンダリシャフト３２の外周面には軸線方向に延びる溝３２ｂが形成されている。これら溝３５ｅ及び溝３２ｂは、円周方向に所定間隔をおいて複数形成されている。そして、可動シーブ３５ｂ側の溝３５ｅとセカンダリシャフト３２側の溝３２ｂとが円周方向で同一の位相となるように、セカンダリシャフト３２と可動シーブ３５ｂとが位置決めされ、両溝３５ｅ，３２ｂに跨る複数のボール（不図示）が配置されている。つまり、上記溝３５ｅ，３２ｂ及びボールにより、セカンダリシャフト３２と可動シーブ３５ｂとは軸線方向に滑らかに相対移動可能であるが、円周方向には相対移動が不可能な状態とされている。

一方、可動シーブ３５ｂには、上記半径方向部３５ｄの外周側端部近傍位置からピストン部材７５の外周部分に向かって延びる円筒形状のガイド部材３５ｆが一体形成されている。このガイド部材３５ｆの内周面は上記ピストン部材７５の外周側端部である第２半径方向部７５ｃの先端に当接している。この第２半径方向部７５ｃの先端には樹脂製のシールリング７５ｅが取り付けられている。これにより、上記可動シーブ３５ｂの半径方向部３５ｄ及びガイド部材３５ｆと上記ピストン部材７５とにより囲まれた空間が油圧室９として形成されている。そして、この油圧室９には上記油路７４が連通されており、上記油路７１，７４を経て油圧室９に油圧が作用した場合には、図２の下側半分に示すように、可動シーブ３５ｂが固定シーブ３５ａに向かってセカンダリシャフト３２上を移動し、Ｖ溝の溝幅を狭くしてベルト３３の巻き掛け径を大きくするようになっている。尚、図２の上側半分は、可動シーブ３５ｂが固定シーブ３５ａから後退（離間）し、Ｖ溝の溝幅を広くしてベルト３３の巻き掛け径を小さくした状態を示している。

そして、上記可動シーブ３５ｂとピストン部材７５との間にはリターンスプリング８が圧縮状態で介在されている。詳しくは、上述した如く、ピストン部材７５における円筒部７５ｂと第２半径方向部７５ｃとの間にはスプリング座７５ｄが形成されている。また、可動シーブ３５ｂの背面側（油圧室９に臨む側）の面であって、上記スプリング座７５ｄに対向する部分にはスプリング固定リング８１が装着されている。そして、これらスプリング座７５ｄとスプリング固定リング８１との間にリターンスプリング８が装着され、可動シーブ３５ｂに対して固定シーブ３５ａに向かう方向への付勢力を付与している。また、このリターンスプリング８の装着状態では、このリターンスプリング８の両端は移動不能に固定された状態にある。更に、このリターンスプリング８は、有効巻き数部分では線材のピッチが一定（等ピッチ）に設定されている。

このようなリターンスプリング８が備えられていることにより、自動車の被牽引時、つまり、油圧室９に油圧が作用しておらず、且つ車輪３の回転力によって無段変速機３０が作動している状態となっても、リターンスプリング８の付勢力によってベルト３３に対するシーブ３５ａ，３５ｂの挟圧力が充分に得られ、セカンダリプーリ３５とベルト３３との間でスリップが発生しないようになっている。

（リターンスプリング８の設計）
次に、本実施形態の特徴とするリターンスプリング８の設計方法について説明する。このリターンスプリング８は、バネ鋼等の金属で成るコイルスプリングで成っており、線径が例えば５ｍｍ、スプリング外径が例えば５０ｍｍに設定されている。これら材料及び各寸法はこれに限るものではなく、例えば線径が３ｍｍ、スプリング外径が４０ｍｍといったものであってもよい。

本実施形態の特徴は、このリターンスプリング８の有効巻き数の設定にある。以下に具体的に説明する。

このリターンスプリング８の設計段階において有効巻き数を設定するにあたっては、以下の条件を満たすように設計される。

つまり、上記ベルト３３に対するシーブの挟圧力（固定シーブ３５ａと可動シーブ３５ｂとの間で得られるベルト３３に対する挟圧力）として、各シーブ３５ａ，３５ｂとベルト３３との間で上記被牽引時にスリップを生じさせない必要挟圧力（例えば１０Ｎ程度の力）以上が得られる有効巻き数であって、下記の式（１）
Ｎ＝（ａ＋０．５）±０．１５ …（１）
（Ｎはリターンスプリングの有効巻き数、ａは１以上の整数）
を満たす有効巻き数に設定される。

一般に、リターンスプリング８は、使用時の圧縮状態の発生応力を上げずにシーブの挟圧力を大きくするには有効巻き数を多くしていく必要があるが、上記式（１）によって得られる有効巻き数の複数の値（約１．５、約２．５、約３．５、約４．５、…；何れも±０．１５の製造バラツキを含む値）のうち必要最小値となる巻き数、つまり、上記必要挟圧力以上の挟圧力が得られる有効巻き数以上の巻き数のうち、上記式（１）の条件を満たす最小の値をリターンスプリング８の有効巻き数として設定する。

例えば必要挟圧力以上が得られる有効巻き数が「３．２」であった場合には、リターンスプリング８の有効巻き数としては「約３．５」に設定されることになる。また、必要挟圧力以上が得られる有効巻き数が「３．８」であった場合には、リターンスプリング８の有効巻き数としては「約４．５」に設定されることになる。

図３は、リターンスプリング８の有効巻き数と半径方向外側への変形量（上記最大変形領域での変形量）との関係を示す図である。このように、リターンスプリング８の有効巻き数を変化させていくと、リターンスプリング８の半径方向外側への変形量（最大変形領域での変形量）の増減が周期的に繰り返される。

従来では、必要挟圧力が得られる有効巻き数でリターンスプリングが形成されていた。つまり、必要挟圧力以上が得られ且つ最小限の有効巻き数とするいった技術的思想の基でリターンスプリングが形成されていた（図３における破線Ａの巻き数）。

これに対し、本発明では、上述した如くリターンスプリング８の有効巻き数を変化させていくに伴って増減が周期的に繰り返されるリターンスプリング８の半径方向外側への変形量に着目し、リターンスプリング８の有効巻き数を増加させていった際に、必要挟圧力が得られる有効巻き数を超えた後、リターンスプリング８の半径方向外側への変形量の極小値（変曲点）を最初に迎える有効巻き数の値（図３における破線Ｂの巻き数）をリターンスプリング８の有効巻き数として設定するものである。

尚、図３における破線Ｃは、リターンスプリング８が圧縮されて、軸心方向で互いに隣り合うスプリング線材同士が当接して、それ以上の圧縮が行えなくなる圧縮状態である「密着限界」を迎える有効巻き数である。つまり、この値よりも大きいな有効巻き数に設定したのでは、可動シーブ３５ｂが最も後退する位置に達する前に（ベルト３３の巻き掛け径を最も小さくする前に）「密着限界」を迎えてしまうことになる。

以上のようにしてリターンスプリング８の有効巻き数を設定し、この有効巻き数で形成されたリターンスプリング８をベルト式無段変速機３０に適用している。これによれば、図４に示すように、リターンスプリング８が可動シーブ３５ｂとピストン部材７５との間で圧縮された状態であっても外周側への変形量を小さくできる。このため、リターンスプリング８の重心位置がスプリング８の軸心から大きくずれてしまうこともなくなり、このリターンスプリング８がセカンダリプーリ３５と共に回転して大きな遠心力が作用したとしても、このリターンスプリング８の外周側への変形量が部分的に極端に大きくなるといった状況は生じない。その結果、リターンスプリング８の外周面が、その外周側に配設されているピストン部材７５の内周面に当接したりすることがなく、リターンスプリング８の外周面やピストン部材７５の内周面の摩耗を回避することができる。

−その他の実施形態−
以上説明した実施形態は、セカンダリプーリ３５に装着されているリターンスプリング８の設計に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、プライマリプーリ３４にもリターンスプリングが装着されている場合には、このプライマリプーリ３４側のリターンスプリングの設計に適用することも可能である。

尚、上述した実施形態では、ベルト３３に対するシーブの挟圧力として各シーブ３５ａ，３５ｂとベルト３３との間でスリップを生じさせない必要挟圧力以上が得られる有効巻き数であって、上記式（１）を満たす有効巻き数の複数の値のうちの最小値をリターンスプリング８の有効巻き数とするように設計していた。本発明は、これに限らず、上記必要挟圧力以上が得られる有効巻き数であって、上記式（１）を満たす有効巻き数の値のうちの最小値とは異なる値（この最小値よりも大きな値であって上記条件を満たす値；上記実施形態の場合には例えば「４．５」をリターンスプリング８の有効巻き数とするように設計してもよい。また、本発明にあっては、上記式（１）によって得られる有効巻き数の値のうちの最小値の有効巻き数に設定した場合にリターンスプリング８が密着限界を超えている場合には、有効巻き数は、この密着限界を迎える巻き数に設定されることになる。

実施形態におけるトランスアクスルの全体構成を示すスケルトン図である。 実施形態におけるセカンダリプーリ及び周辺部の構成を示す断面図である。 リターンスプリングの有効巻き数と最大変形領域での変形量との関係を示す図である。 実施形態におけるセカンダリプーリの高速回転時におけるリターンスプリングの状態を示す断面図である。 従来例におけるセカンダリプーリの高速回転時におけるリターンスプリングの状態を示す断面図である。

符号の説明

３０ ベルト式無段変速機
３３ ベルト
３４ プライマリプーリ（駆動側プーリ）
３５ セカンダリプーリ（従動側プーリ）
３５ａ 固定シーブ
３５ｂ 可動シーブ
８ リターンスプリング

Claims (4)

1. 固定シーブ及びこの固定シーブに向かって進退移動可能な可動シーブをそれぞれ備えた駆動側プーリと従動側プーリとの間にベルトが掛け渡され、駆動側プーリの回転力を、ベルトを介して従動側プーリに伝達可能な構成となっていると共に、上記可動シーブを固定シーブに向かって進退移動させることで各プーリの半径方向におけるベルトの巻き掛け位置を変更して変速比が変更可能な構成とされている一方、駆動側プーリ及び従動側プーリのうち少なくとも一方におけるベルトに対するシーブの挟圧力を確保するためのリターンスプリングが備えられたベルト式無段変速機のリターンスプリング設計方法であって、
   上記リターンスプリングは軸心方向の両端が移動不能に装着されるものであって且つ有効巻き数部分のピッチが一定である場合に、このリターンスプリングの有効巻き数を、上記ベルトに対するシーブの挟圧力としてプーリとベルトとの間でスリップを生じさせない必要挟圧力以上が得られる有効巻き数であって、且つ、下記の式（１）
   Ｎ＝（ａ＋０．５）±０．１５ …（１）
   （Ｎはリターンスプリングの有効巻き数、ａは１以上の整数）
   を満たす有効巻き数に設定することを特徴とするベルト式無段変速機のリターンスプリング設計方法。
2. 固定シーブ及びこの固定シーブに向かって進退移動可能な可動シーブをそれぞれ備えた駆動側プーリと従動側プーリとの間にベルトが掛け渡され、駆動側プーリの回転力を、ベルトを介して従動側プーリに伝達可能な構成となっていると共に、上記可動シーブを固定シーブに向かって進退移動させることで各プーリの半径方向におけるベルトの巻き掛け位置を変更して変速比が変更可能な構成とされたベルト式無段変速機に対し、駆動側プーリ及び従動側プーリのうち少なくとも一方におけるベルトに対するシーブの挟圧力を確保するために備えられたリターンスプリングにおいて、
   スプリング軸心方向の両端が移動不能に装着されるものであり且つ有効巻き数部分のピッチが一定であると共に、上記ベルトに対するシーブの挟圧力としてプーリとベルトとの間でスリップを生じさせない必要挟圧力以上が得られる有効巻き数であって、且つ、下記の式（１）
   Ｎ＝（ａ＋０．５）±０．１５ …（１）
   （Ｎはリターンスプリングの有効巻き数、ａは１以上の整数）
   を満たす有効巻き数をもって形成されていることを特徴とするベルト式無段変速機のリターンスプリング。
3. 上記請求項２記載のベルト式無段変速機のリターンスプリングにおいて、
   上記有効巻き数は、ベルトの巻き掛け位置が最も内周側に位置してリターンスプリングが可動シーブによって圧縮された状態となっても未だ密着限界に達することのない有効巻き数に設定されていることを特徴とするベルト式無段変速機のリターンスプリング。
4. 上記請求項２または３記載のベルト式無段変速機のリターンスプリングにおいて、
   従動側プーリとベルトとの間でスリップを生じさせない挟圧力を得るものとして適用されることを特徴とするベルト式無段変速機のリターンスプリング。

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