JP2009144751A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】無段変速機の変速比の変更の応答性を高め、騒音の発生を抑制する。
【解決手段】本無段変速機１は、変速比を無段階で変更することができる無段変速機である。無段変速機１は、動力伝達チェーン４と、動力伝達チェーン４が巻き掛けられた一対の可変径プーリ２，３とを有する。可変径プーリ２，３は、固定シーブ１０と、可動シーブ１１とを有する。これら両シーブ１０，１１は、プーリ本体２８，３０と、プーリ本体２８，３０に固定された動力伝達面形成部材２９，３１とを有している。動力伝達面形成部材２９，３１は、動力伝達チェーン４に係合する動力伝達面１２を有する。プーリ本体２８，３０の剛性が、動力伝達面形成部材２９，３１の剛性よりも高くされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、無段変速機に関する。

無段変速機は、例えば、一対の可変径プーリと、これらに巻き掛けられた動力伝達チェーンとを有している。可変径プーリは、互いに軸方向に対向する環状の一対のシーブを有している。一対のシーブは、互いに軸方向に相対移動可能とされ且つ互いに同行回転するようにされている。各シーブは、通例、単一部材により形成されている。また、一対の可変径プーリの有効径を変化させることにより、無段変速機の変速比を変化させることができるようにされている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−２２６４５１号公報

ところで、無段変速機の変速比を変更するときの応答性（以下、「変速のときの応答性」ともいう。）を向上することが要請されている。また、無段変速機の騒音の発生を抑制することも要請されている。
そこで、本発明の目的は、変速のときの応答性が良く、しかも、騒音の発生を抑制できる無段変速機を提供することである。

本願発明者は、鋭意研究の結果、プーリの剛性が変速のときの応答性に多大の影響を与えるという知見を得た。すなわち、プーリの剛性が低い場合、変速比を変更するときに、動力伝達チェーンにより押圧されたプーリが変形するので、このときの変形を利用することによって変速のときの応答性が良くなる。逆に、プーリの剛性が高い場合、動力伝達チェーンがプーリに噛み込むときの衝撃によるプーリの変形が小さく抑制されるので、騒音が小さくなる。

本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、変速比を無段階で変更することのできる無段変速機（１）において、動力伝達チェーン（４）と、動力伝達チェーンが巻き掛けられた一対の可変径プーリ（２，３）とを備え、上記一対の可変径プーリの少なくとも一方は、プーリ本体（２８，３０）と、プーリ本体に固定された動力伝達面形成部材（２９，３１）とを含み、この動力伝達面形成部材は、動力伝達チェーンに係合する動力伝達面（１２）を有し、プーリ本体の剛性が、動力伝達面形成部材の剛性よりも高くされていることを特徴とする。

本発明によれば、動力伝達面の剛性を低くしてあるので、変速比を変更するときに、動力伝達チェーンにより押圧されたプーリの動力伝達面が変形し易い。その結果、このときの動力伝達面の変形を利用することによって、変速のときの応答性を向上することができる。変速のときの応答性を向上するために、変速比変更用動力（例えばプーリを軸方向に押す油圧力）を不必要に高くしなくてもよいので、変速比を変更するときの動力効率を高めることができる。また、変速比変更用動力の不足のために、変速のときの応答性が悪くなるようなことがない。

しかも、プーリ本体の剛性を高くすることにより、プーリ全体としては高い剛性を確保できる。その結果、例えば、動力伝達チェーンがプーリに噛み込むときの衝撃によるプーリ全体の変形が小さく抑制される。従って、振動や騒音を低減することができる。
なお、上記括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を示すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、無段変速機が、自動車のドライブトレーンに適用されている場合に則して説明する。なお、本発明の無段変速機は、例えば、自動車以外の用途の動力伝達装置に適用されてもよい。
図１は、本発明の一実施形態の無段変速機が適用されたドライブトレーンの概略構成を示す模式図である。図１を参照して、ドライブトレーン８０は、エンジン８１の出力軸８２にクラッチ８３を介して連結された無段変速機１と、デファレンシャル装置８４と、駆動軸８５と、駆動輪８６とを備えている。

無段変速機１は、入力軸８７と、出力軸８８との間の変速比としての減速比ｉを、例えば３〜０．７程度の範囲で無段階に変更できるようになっている。
クラッチ８３は、エンジン８１の出力軸８２と入力軸８７との間に介在しており、接続状態、解除状態、および半クラッチ状態を実現する。
出力軸８８は、ギヤ列８９、デファレンシャル装置８４および駆動軸８５を介して、駆動輪８６に、動力伝達可能に連結されている。ギヤ列８９は、出力軸８８と同行回転するギヤ９０とこのギヤ９０に噛み合い、デファレンシャル装置８４のケースと同行回転するギヤ９１とを含んでいる。

図２は図１の無段変速機１の断面図である。図１，図２を参照して、無段変速機１は、駆動側の可変径プーリ２と、従動側の可変径プーリ３と、これらの両可変径プーリ２，３間に巻き掛けられた無端状の動力伝達部材としての動力伝達チェーン４（以下では、単にチェーン４ともいう）とを有している。
可変径プーリ２は、入力軸８７に同行回転するように取り付けられている。入力軸８７は、エンジン８１に動力伝達可能に連結されている。入力軸８７は、ハウジング９２により一対の軸受９３，９４を介して回転可能に支持されている。

図２を参照して、可変径プーリ２は、固定シーブ１０と可動シーブ１１とを備えている。固定シーブ１０および可動シーブ１１は、相対向する一対の動力伝達面１２をそれぞれ有している。各動力伝達面１２は、円錐面状の傾斜面を含んでいる。一対の動力伝達面１２は、互いに逆向きに傾斜するテーパ状をなす。一対の動力伝達面１２の間に、周溝１４が区画されている。固定シーブ１０および可動シーブ１１は、周溝１４にチェーン４を強圧に挟むことにより、チェーン４を保持するようになっている。

また、無段変速機１には、可変径プーリ２の周溝１４の幅を変更するための駆動用アクチュエータとしての油圧シリンダ１５が設けれている。油圧シリンダ１５は、可変径プーリ２の可動シーブ１１に接続されている。具体的には、可動シーブ１１は、油圧シリンダ１５の油室１６の一部を区画するとともに、油圧シリンダ１５の出力部材として機能する。油は、入力軸８７に形成された油路１７を通じて油室１６内に、後述するようにして供給される。入力軸８７の軸方向Ｓ２に可動シーブ１１を移動させることにより、周溝１４の溝幅を変化させるようになっている。その結果、入力軸８７の径方向（図２において軸方向Ｓ２に直交する方向に相当する。）にチェーン４を移動させて、チェーン４に関する可変径プーリ２の有効径Ｒ２を、変更できるようになっている。ここで、有効径は、プーリ（例えば可変径プーリ２）の動力伝達面１２におけるチェーン４との接触部分の回転半径である。

図１，図２を参照して、可変径プーリ３は、出力軸８８に同行回転するように取り付けられている。出力軸８８は、自動車の駆動輪８６に動力伝達可能に連結されている。出力軸８８は、ハウジング９２により一対の軸受９５，９６を介して回転可能に支持されている。
可変径プーリ２と可変径プーリ３とは、入力軸８７と出力軸８８との違いを除いて、互いに同じに構成されている。なお、可変径プーリ３の部分については、可変径プーリ２において同じ機能を有する部分と同じ符号を付してある。以下、可変径プーリ３に関しては、可変径プーリ２との相違点を中心に説明する。

可変径プーリ３の可動シーブ１１には、可変径プーリ３の周溝１４の溝幅を変更するための駆動用アクチュエータとしての油圧シリンダ１５が接続されている。油は、出力軸８８に形成された油路１８を通じて油室１６内に、後述するようにして供給される。出力軸８８の軸方向Ｓ３に可動シーブ１１を移動させることにより、周溝１４の溝幅を変化させるようになっている。溝幅を変化させるのに伴い、出力軸８８の径方向にチェーン４を移動させて、可変径プーリ３のチェーン４に関する有効径Ｒ３を、変更できるようになっている。

無断変速機１が適用された自動車には、シフティングポンプとしての第１の油圧ポンプ１９と、クランピングポンプとしての第２の油圧ポンプ２０とが設けられている。第１および第２の油圧ポンプ１９，２０は、サーボポンプからなり、電動モータにより駆動される。駆動側の可変径プーリ２に設けられた油圧シリンダ１５の油室１６には、第１の油圧ポンプ１９の吐出する流量の油が供給される。従動側の可変径プーリ３に設けられた油圧シリンダ１５の油室１６には、第２の油圧ポンプ２０の吐出する流量から第１の油圧ポンプ１９の吐出する流量を減じた流量の油が供給されるようになっている。

図１，図２を参照して、変速比を変更しようとするときには、油は、制御部の制御のもとで、可変径プーリ２および可変径プーリ３に流通するようになっている。例えば、可変径プーリ２の油室１６内に高圧の油が供給され且つ可変径プーリ３の油室１６内の油が排出されることで、可変径プーリ２の有効径Ｒ２が拡大すると共に可変径プーリ３の有効径Ｒ３が縮小する。その結果、入力軸８７の回転数に対して出力軸８８の回転数が相対的に大きくなる。

逆に、可変径プーリ３の油室１６内に高圧の油が供給され且つ可変径プーリ２の油室１６内の油が排出される場合には、入力軸８７の回転数に対して出力軸８８の回転数が相対的に小さくなる。
図３は、チェーン４の斜視図である。図４は、図２の可変径プーリ２およびチェーン４の要部の断面図である。図３、図４を参照して、チェーン４は、複数のリンク２３と、これらのリンク２３を相互に屈曲可能に連結する複数の第１のピン２４および複数の第２のピン２５とを有している。第１および第２のピン２４，２５は、複数のリンク２３を相互に屈曲可能に連結する連結部材として機能する。第１および第２のピン２４，２５は、互いに対をなす。チェーン４全体で複数対の第１および第２のピン２４，２５が設けられている。第１および第２のピン２４，２５は、互いに転がり摺動接触する。転がり摺動接触とは、転がり接触および摺動接触の少なくとも一方を含む接触のことをいう。第１のピン２４は第２のピン２５よりも長くされており、第１のピン２４の一対の端部には、動力伝達面２６がそれぞれ設けられている。第１のピン２４の一対の端部の動力伝達面２６が、対応するシーブ１０，１１の動力伝達面１２に接触状態で係合する。

図２，図４を参照して、可変径プーリ２の固定シーブ１０は、当該固定シーブ１０の環状の主体部からなるプーリ本体２８と、動力伝達面１２を形成する動力伝達面形成部材２９とを有している。動力伝達面形成部材２９は、プーリ本体２８に固定されている。また、固定シーブ１０は、入力軸８７に同行回転し、且つ入力軸８７に対する軸方向移動が規制されている。プーリ本体２８が、入力軸８７に固定されている。例えば、プーリ本体２８と入力軸８７とが一体に単一部材により形成されている。

図２を参照して、可変径プーリ２の可動シーブ１１は、当該可動シーブ１１の環状の主体部からなるプーリ本体３０と、動力伝達面１２を形成する動力伝達面形成部材３１とを有している。動力伝達面形成部材３１は、プーリ本体３０に固定されている。また、可動シーブ１１は、入力軸８７に同行回転し且つ軸方向Ｓ２に移動可能に係合されている。具体的には、プーリ本体３０の内周と入力軸８７の外周とが互いに嵌合しており、プーリ本体３０の内周と入力軸８７の外周との間はシール部材により封止されている。

なお、固定シーブ１０のプーリ本体２８と、可動シーブ１１のプーリ本体３０とは、入力軸８７に対する移動が規制されるか許容されるかの点を除いて同じに構成されている。また、固定シーブ１０の動力伝達面形成部材２９と、可動シーブ１１の動力伝達面形成部材３１とは、互いに同じに構成されている。固定シーブ１０のプーリ本体２８および動力伝達面形成部材２９については、可動シーブ１１において同じ機能を有する構成と同じ符号を付しておき、以下では、可動シーブ１１を中心に説明する。

図４を参照して、本実施形態では、プーリ本体３０の剛性が、動力伝達面形成部材３１の剛性よりも高くされている。これにより、無段変速機１において変速比を変更するために要する動力を低減することができて、しかも、騒音の発生を抑制できる。
ここで、剛性としては、例えば、プーリ本体３０および動力伝達面形成部材３１の曲げ剛性およびねじれ剛性を含む。また、曲げ剛性およびねじれ剛性の比較には、プーリ本体３０および動力伝達面形成部材３１の材料の硬さを用いてもよい。この硬さとしては、プーリ本体３０および動力伝達面形成部材３１の材料の表面における予め定めた測定法に基づく硬さや、プーリ本体３０および動力伝達面形成部材３１の材料の縦弾性係数を例示できる。硬さと剛性とは、通例、互いに比例する。

具体的には、プーリ本体３０は、相対的に高い硬さを有する部材、例えば硬さが相対的に高い鋼からなる。また、動力伝達面形成部材３１は、相対的に低い硬さを有する部材、例えば硬さが相対的に低い鋼からなる。これにより、プーリ本体３０の剛性を動力伝達面形成部材３１の剛性よりも高くできる。また、プーリ本体３０および動力伝達面形成部材３１に、鋼を含む部材を用いることで、プーリ本体３０および動力伝達面形成部材３１の強度を確保できる。

図４を参照して、プーリ本体３０は、対向面３２を形成している。可動シーブ１１のプーリ本体３０の対向面３２と、固定シーブ１０のプーリ本体２８の対向面３２とが、軸方向Ｓ２に相対向しており、また、これら両対向面３２は、軸方向Ｓ２に対して互いに逆向きに傾斜している。径方向内方に向かうにしたがって、両対向面３２の間隔（軸方向Ｓ２に関する寸法）が狭くなっている。両対向面３２は、テーパ状をなしている。各対向面３２は、例えば円錐面に形成されている。プーリ本体２８の対向面３２に、動力伝達面形成部材２９が固定されている。プーリ本体３０の対向面３２に、動力伝達面形成部材３１が固定されている。テーパ状の両対向面３２により、動力伝達面形成部材２９，３１を安定して受けることができる。その結果、騒音抑制に寄与する。

また、対向面３２が軸方向Ｓ２に対して傾斜する傾斜角度Ｄ１は、動力伝達面１２が軸方向Ｓ２に対して傾斜する傾斜角度Ｄ２と等しくされている。この場合、動力伝達面形成部材３１の肉厚を一定にしたときに、動力伝達面形成部材３１を安定して受けることができる。
図４を参照して、動力伝達面形成部材３１は、環状をなしている。動力伝達面形成部材３１は、チェーン４と係合可能な動力伝達面１２と、動力伝達面１２の背面に設けられた固定面３３とを有している。固定面３３が、プーリ本体３０の対向面３２に固定されている。動力伝達面形成部材３１の肉厚（動力伝達面１２と固定面３３との間隔）は、一定とされている。これにより、動力伝達面形成部材３１を容易に形成できる。

動力伝達面形成部材３１の軸方向寸法Ｌ１は、径方向に関する同じ位置において比較したときに、プーリ本体３０の軸方向寸法Ｌ２よりも小さい（Ｌ１＜Ｌ２）。このような軸方向寸法Ｌ１，Ｌ２の関係（Ｌ１＜Ｌ２）は、動力伝達面１２の全域において成り立っている。これにより、プーリ本体３０の剛性が、動力伝達面形成部材３１の剛性よりも確実に高くなる。

プーリ本体３０は、動力伝達面形成部材３１を面当たり状態で受けている。プーリ本体３０の対向面３２と、動力伝達面形成部材３１の固定面３３の全体とが、互いに面当たり状態で接触している。これにより、振動の減衰作用を確実に得ることができる。
図４を参照して、動力伝達面形成部材３１の外周縁部３４には、プーリ本体３０に固定するために軸方向Ｓ２に延設された延設部３５が設けられている。延設部３５は、動力伝達面形成部材３１と一体に単一部材により形成されている。延設部３５を設けることにより、動力伝達面１２に影響することなく、動力伝達面形成部材３１をプーリ本体３０に固定できる。

延設部３５は、断面円形の筒状をなし、プーリ本体３０の外周３６に圧入状態で嵌合されている。嵌合することにより、振動の減衰作用を確実に得ることができる。これに加えて、圧入状態とされることにより、プーリ本体３０および動力伝達面形成部材３１を互いに固定できる。
延設部３５は、圧入状態とされることに加えて、プーリ本体３０の外周３０において、周方向に均等に配置された複数カ所でねじ止めされている。例えば、固定ボルト３７が、延設部３５の挿通孔３８を通して、プーリ本体３０の外周３６に形成されたねじ孔３９にねじ嵌合されている。ねじ止めにより、プーリ本体３０および動力伝達面形成部材３１を互いに簡便且つ確実に固定できる。

図２を参照して、可動シーブ１１のプーリ本体３０の外周縁部には、動力伝達面１２とは反対側へ向けて軸方向Ｓ２に延びる筒状部４２が固定されている。筒状部４２と入力軸８７との間には、環状の隔壁部材４３が介在している。この隔壁部材４３は、入力軸８７の軸方向Ｓ２に、入力軸８７に対して相対移動を規制されている。可動シーブ１１の筒状部４２の内周と入力軸８７の外周との間に形成される環状の室を、可動シーブ１１のプーリ本体３０の壁面４４とこれに対向する隔壁部材４３の壁面とによって軸方向Ｓ２に仕切ることにより、上述の油圧シリンダ１５の油室１６が形成されている。

図２を参照して、以上説明したように、本実施形態の無段変速機１は、変速比を無段階で変更することのできる無段変速機１において、動力伝達チェーン４と、動力伝達チェーン４が巻き掛けられた一対の可変径プーリ２，３とを備えている。上記一対の可変径プーリ２，３の少なくとも一方、例えば本実施形態では両方は、プーリ本体２８，３０と、プーリ本体２８，３０に固定された動力伝達面形成部材２９，３１とを含んでいる。これら動力伝達面形成部材２９，３１は、動力伝達チェーン４に係合する動力伝達面１２を有している。プーリ本体２８，３０の剛性が、動力伝達面形成部材２９，３１の剛性よりも高くされていることを特徴としている。

本実施形態によれば、動力伝達面１２の剛性を低くしてあるので、変速比を変更するときに、動力伝達チェーン４により押圧された可変径プーリ２，３の動力伝達面１２が変形し易い。その結果、このときの動力伝達面１２の変形を利用することによって、変速のときの応答性を向上することができる。変速のときの応答性を向上するために、変速比変更用動力（例えばプーリ２，３の可動シーブ１１を軸方向Ｓ２，Ｓ３に押す油圧力）を不必要に高くしなくてもよいので、変速比を変更するときの動力効率を高めることができる。また、変速比変更用動力の不足のために、変速のときの応答性が悪くなるようなことがない。

しかも、プーリ本体２８，３０の曲げ剛性を相対的に高くすることにより、可変径プーリ２，３の全体としては高い曲げ剛性を確保できる。その結果、動力伝達チェーン４が可変径プーリ２，３に噛み込むときの衝撃によるプーリ２，３の全体の変形が小さく抑制される。従って、振動や騒音を低減することができる。
また、プーリ本体２８，３０の捩じり剛性を相対的に高くすることにより、可変径プーリ２，３の全体としては高い捩じり剛性を確保できる。その結果、例えば、エンジン側からのトルク変動その他の外乱によって可変径プーリ２，３がねじれ振動を起こすことが抑制される。従って、振動や騒音を低減することができる。

また、動力伝達面形成部材２９，３１とプーリ本体２８，３０との間において、振動が減衰するので、騒音の発生がより一層抑制される。また、動力伝達チェーン４が可変径プーリ２，３に噛み込むときに生じる振動が、相対的に低剛性の動力伝達面形成部材２９，３１から、相対的に高剛性のプーリ本体２８，３０へ伝わるときに、振動の減衰が大きいので、振動や騒音を低減するのに好ましい。

また、プーリ本体２８，３０の剛性が動力伝達面形成部材２９，３１の剛性よりも高いことが、両可変径プーリ２，３において実現されているので、変速比変更用動力の低減効果を確実に得ることができる。
図１を参照して、無段変速機１は、以下の車両用動力伝達装置９７に適用されている。この車両用動力伝達装置９７は、車両の駆動源としてのエンジン８１の動力を駆動輪８６に伝達する。車両用動力伝達装置９７は、上記無段変速機１と、この無段変速機１の上記一対の可変径プーリ２，３の一方である可変径プーリ２と同行回転し車両の駆動源であるエンジン８１の出力軸８２に連結された入力軸８７と、一対の可変径プーリ２，３の他方である可変径プーリ３と同行回転し駆動輪８６に連結された出力軸８８とを備えている。このように無段変速機１が車両用動力伝達装置９７に適用されることにより、車両用動力伝達装置９７における、ひいては自動車における消費エネルギーの低減に寄与し、また、騒音の発生の抑制に寄与することができる。

また、本実施形態の無段変速機１が適用された車両としての自動車には、可変径プーリ２，３の有効径Ｒ２，Ｒ３を変化させるための駆動用アクチュエータとしての油圧シリンダ１５が設けられている。無段変速機１は、変速比を変更するための油圧シリンダ１５に必要な動力を低減できるので、無段変速機１が適用された車両用動力伝達装置９７や、自動車の消費エネルギーを低減できる。また、車両用動力伝達装置９７や自動車の振動や騒音の発生を抑制することができる。

なお、上述の実施形態において、プーリ本体２８，３０の剛性が動力伝達面形成部材２９，３１の剛性よりも高いことが、可変径プーリ２，３の一方のみにおいて実現されることも考えられる。
また、延設部３５は、動力伝達面形成部材３１とは別体で形成されて動力伝達面形成部材３１に固定されてもよい。延設部３５を設けることにより、動力伝達面１２に影響することなく、動力伝達面形成部材３１をプーリ本体３０に固定できる。延設部３５は、圧入状態とされることと、ねじ止めされることとの何れか一方により固定されてもよい。

また、上述の実施形態において、駆動用アクチュエータとしては、上述の油圧シリンダ１５に限らず、電動モータにより駆動されるボールねじ装置を用いてもよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の変更を施すことができる。

本発明の一実施形態の無段変速機が適用されたドライブトレーンの概略構成を示す模式図である。 図１の無段変速機の断面図である。 図２のチェーンの斜視図である。 図２の可変径プーリおよびチェーンの要部の断面図である。

符号の説明

１…無段変速機、２，３…可変径プーリ、４…動力伝達チェーン、１２…動力伝達面、２８，３０…プーリ本体、２９，３１…動力伝達面形成部材

Claims (1)

1. 変速比を無段階で変更することのできる無段変速機において、
   動力伝達チェーンと、動力伝達チェーンが巻き掛けられた一対の可変径プーリとを備え、
   上記一対の可変径プーリの少なくとも一方は、プーリ本体と、プーリ本体に固定された動力伝達面形成部材とを含み、
   この動力伝達面形成部材は、動力伝達チェーンに係合する動力伝達面を有し、
   プーリ本体の剛性が、動力伝達面形成部材の剛性よりも高くされていることを特徴とする無段変速機。

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