JP2011043229A - 摩擦式変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サンローラとアウターリングを円錐母線の同じ垂線上に当接させる構造では、ダブルコーンの入力側と出力側に同じ大きさの法線力が作用し出力トルク比に限界が生じる。
【解決手段】 ケーシングに回転自在に支持された入力軸と出力軸とを有し、該入出力軸と同軸上に設けたキャリアの支持軸に摺動可能に支持したダブルコーンと、該入出力軸と同軸上に配設し該入力軸により回転駆動して該ダブルコーンに外周面を当接させる入力リングと、該ダブルコーンに内周面を当接させる出力リングにより構成した摩擦式変速装置において、キャリアに入力リングに当接させる入力ダブルコーンと出力リングに当接させる出力ダブルコーンを周方向にそれぞれ複数設けると共に、これらの当接点を通り該入力ダブルコーンと該出力ダブルコーンのそれぞれの円錐母線に直交する円錐面上に、該入力ダブルコーンと該出力ダブルコーンとの当接点を有する中間リングを配する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用または産業機械用等として使用する変速装置であって、入力軸の駆動トルクを摩擦力によって出力軸に伝達するとともに、出力軸の回転速度を無段階に変速する変速装置の改良に関するものである。

従来より摩擦式変速装置は、自動車をはじめとする多くの駆動系に使用されている。例えば特許文献１に示される摩擦式変速装置がある。この摩擦式変速装置は、変速リングの移動に伴い、速度比が０から比較的大きな値にまでわたって無段階に変化し、この速度比の変化に略反比例してトルク伝達比が変化する。そして、特に、円錐転子の頭部に軌道リングが当接する点を通り円錐転子の中心線に平行な直線と母線もしくはその延長線との交点が、円錐台状部の所定領域から外れた位置となるように設定しているため、所定領域内で速度比が０付近となる位置まで変速リングが移動したときにも、速度比に略反比例する大きなトルク伝達比が確保され、出力トルク性能が良好に保たれることとなる。

特開２００４−０３６８５３ 特開２００３−２２７５５９

このような摩擦式変速装置では、ギアまたはベルトを介して駆動トルクを伝達する変速装置に比べて騒音が小さく、変速比を無段階に調節することができ、入力軸が回転している状態で出力軸が停止するゼロ回転を実現することができる。特許文献１に開示された発明では、速度比が０付近でトルク伝達比が速度比に略反比例して大きくできるものの、円錐転子を軸受で支持して遊星運動させる構造であるため、該円錐転子の各当接面に付与した押付力がこれらの軸受に大きく作用することになる。通常、これらの当接面には少なくとも伝達力の１０倍にも達する法線力が作用し、この法線力を確実に受けなければ、当接面に付与した押付力の損失が大きくなって、伝達トルクの低下などに繋がる。

このため、従来では上記軸受の負荷容量を大きくせざるを得ない理由となっているが、特に遊星機構をもつこの種の摩擦式変速装置においては、内部空間の関係から容量の大きな軸受を設けることは構造上難しく、大型化することや大型化による重量増加の原因となっていた。

この点について、特許文献２に示す所謂Ｋｏｐｐ Ｋ型の無段変速機がある。この無段変速機は、周方向の等間隔に複数のダブルコーンを配した構造であり、ダブルコーンはキャリアの支持軸に摺動可能に設けられている。各ダブルコーンはそれぞれの円錐母線にサンローラとアウターリングが当接されている。入力軸からサンローラ、ダブルコーンを介してアウターリング、出力軸へと動力が伝達される状態において、キャリアを入出力軸方向に移動させることによって、入力軸に対する出力軸の増減速が図られる。

Ｋｏｐｐ Ｋ型の無段変速機は、変速範囲が比較的広く、サンローラとアウターリングがダブルコーンの各円錐母線の同じ垂線上に当接する構造で、ダブルコーンにモーメントが作用しないため軸受に全く無理がかからず、大きな法線力にも影響を受けない利点がある。また、無段変速機の全ての構成要素が自転であり公転要素が全くない。このため、トラクションドライブとして粘度が高くトラクション係数の大きなトラクションオイルを使用することができ、小さな法線力で大きなトルクを得ることができる。

反面、サンローラとアウターリングを円錐母線の同じ垂線上に当接させる構造上、ダブルコーンの入力側と出力側に同じ大きさの法線力が作用することから、出力トルク比に限界が生じる問題がある。これは、大きな法線力を作用させ油膜を介して動力を伝達するトラクションドライブでは、減速時に出力側に法線力から得られる大きな接線力を必要とするが、入力側も同じ大きさの法線力となるため、あまり大きな法線力をかけられないことに起因する。このため、減速するに従ってトルクが増加しなくなったり逆に減少する問題があった。

また、Ｋｏｐｐ Ｋ型の無段変速機は、増減速が可能であることから、法線力を付与するための調圧機構が入力側と出力側のいずれにも設ける必要がある。このため、入力側の調圧機構と出力側の調圧機構が相互に作用し、安定した法線力が得られない問題があった。

そこで本発明者は上記問題に鑑み鋭意研究の結果、本発明を成し得たものであり、その特徴とするところは、ケーシングに回転自在に支持された入力軸と出力軸とを有し、該入出力軸と同軸上に設けたキャリアの支持軸に摺動可能に支持したダブルコーンと、該入出力軸と同軸上に配設し該入力軸により回転駆動して該ダブルコーンに外周面を当接させる入力リングと、該ダブルコーンに内周面を当接させる出力リングと、該キャリアを該入出力軸の軸方向にスライド変位させる変速手段とにより構成し、該変速手段による入力リングと出力リングが当接するダブルコーンの半径比の変位で増減速させる摩擦式変速装置において、キャリアに入力リングに当接させる入力ダブルコーンと出力リングに当接させる出力ダブルコーンを周方向にそれぞれ複数設けると共に、これらの当接点を通り該入力ダブルコーンと該出力ダブルコーンのそれぞれの円錐母線に直交する円錐面上に、該入力ダブルコーンと該出力ダブルコーンとの当接点を有する中間リングを配したことにある。

ここで、本明細書中でいう「ダブルコーン」とは、入出力軸と同軸に設けたキャリアの支持軸に可回転及び摺動可能に支持するもので、円錐台の底面同士を重ねた形状である。基本的には同じ形状の円錐台を重ねた形状とするが、頂角が同じであれば大小の組み合わせでもよい。

本発明においては、入力リングの軸線を中心として２つの同心円上にそれぞれ複数のダブルコーンを配する。一方を入力ダブルコーンとして入力リングに当接させ、他方を出力ダブルコーンとして出力リングに当接させる。各ダブルコーンは従来と同様にキャリアに設けた支持軸に摺動可能に支持する。各ダブルコーンの周方向に設ける数や相対的な大きさは特に限定するものではないが、スペースの点から入力ダブルコーンに対しその外周側に配される出力ダブルコーンを大きくしたり、数を多く配する。また、入力ダブルコーンと出力ダブルコーンは，必ずしも放射方向の直線上に設ける必要はなく、ズラした位置に配してもよい。

「中間リング」とは、入力ダブルコーンと出力ダブルコーンとの間に介在させ、動力を伝達させる部材をいう。中間リングを設ける位置は、基本的に入力ダブルコーンと出力ダブルコーンが入力リングと出力リングと当接する当接点を結ぶ線上に、当接点を有する位置に設け、この位置で回転可能に支持する。実際には、各ダブルコーンは入出力軸に対して円錐母線が傾斜するように配されることと、入力ダブルコーンと出力ダブルコーンを放射方向の直線上に設けない場合もある。このため、入力ダブルコーンと出力ダブルコーンが入力リングと出力リングと当接する当接点を通り、該入力ダブルコーンと該出力ダブルコーンのそれぞれの円錐母線に直交する円錐面上に、該入力ダブルコーンと該出力ダブルコーンとの当接点を有する位置に中間リングを配する。変速手段による増減速は、従来と同様にキャリアを入出力軸方向に移動させるだけでよく、入力リング、出力リング、中間リングに対して当接する入力ダブルコーンと出力ダブルコーンの半径比を変えて増減速する。

本発明に係る摩擦式変速装置は、入力リングに当接する入力ダブルコーンと出力リングに当接する出力ダブルコーンを周方向に複数配し、入力ダブルコーンと出力ダブルコーンとの間に介在させる中間リングを回転可能に設けたことにより、変速範囲を極めて大きくすることが可能となった。

また、入力リングと出力リングとの間に中間リングを介在させたことにより、上述した問題点が解消されることになる。これは、入力ダブルコーンが中間リングの内周側に当接し、出力ダブルコーンが中間リングの外周側に当接する構造となって、入力側と出力側が分離独立されるためである。従って、入力側の法線力と出力側の法線力が中間リングの内周側と外周側に作用し、入力側と出力側のそれぞれの調圧機構により互いに影響することなく任意に設定することができる。

本発明に係る摩擦式変速装置の一実施例であり、増速位置を示す縦断面図である。 本発明に係る摩擦式変速装置の一実施例であり、減速位置を示す縦断面図である。 入力ダブルコーンと出力ダブルコーンの配置状態を示す横部分断面図である。 中間リングを介して入力ダブルコーンと出力ダブルコーンに作用する法線力を示す部分側面図である。 本発明に係る摩擦式変速装置の減速比を算出する半径寸法を示した部分側面図である。

本発明は、摩擦伝動式の変速装置において入力リングに当接する入力ダブルコーンと出力リングに当接する出力ダブルコーンを周方向に複数配し、入力ダブルコーンと出力ダブルコーンとの間に中間リングを配したことにより、上述課題を解決した。

図１は、本発明に係る摩擦式変速装置１の一実施例を示す断面図である。この摩擦式変速装置１は、エンジンまたは電動モータ等からなる駆動源により回転駆動される入力軸２と、該入力軸２に調圧機構３を介して接続した入力リング４、該入力リング４に対向して出力リング５と調圧機構３を介して出力軸６を設けている。そして、入力リング４に当接する入力ダブルコーン４１と、出力リング５に当接する出力ダブルコーン５１を、キャリア７に設けた支持軸７１に摺動可能に設けている。入力ダブルコーン４１と出力ダブルコーン５１は、それぞれ入出力軸２、６の放射方向に配して、それぞれ周方向に複数等間隔に設けている。そして、各入力ダブルコーン４１と各出力ダブルコーン５１の間に設けてこれらに当接させる中間リング８を回転可能に支持している。

本例は増速位置にあり、入力リング４が入力ダブルコーン４１の小径部に当接し、中間リング８が入力ダブルコーン４１の大径部と出力ダブルコーン５１の小径部に当接すると共に、出力リング５が出力ダブルコーン５１の大径部に当接している。この状態から、図２に示すように変速手段９でキャリア７に螺合した変速軸９１を変速ギア９２で回転させてキャリア７を出力リング５方向に移動させると減速する。

入力ダブルコーン４１と出力ダブルコーン５１の数や配置位置は、特に限定するものではないが、例えば図３に示すように入力ダブルコーン４１を４個、出力ダブルコーン５１を８個設ける。本例では、各入力ダブルコーン４１の放射方向の直線上に出力ダブルコーン５１を配しているが、中間位置に配することも可能である。

ダブルコーンによる変速装置では増速も可能となるため、出力側だけに調圧機構３を設けた場合、増速時に入力側の法線力が減少して滑りが発生しやすくなる。本発明に係る摩擦式変速装置１は、入力ダブルコーン４１と出力ダブルコーン５１との間に中間リング８を介在した構造であることから、図４に示すように入力側にかける法線力Ｗｐと出力側にかける法線力Ｗｓを中間リング８で分離することができ、入力側と出力側にそれぞれ調圧機構３による独立した法線力を付与することができる。

図５に示す入力ダブルコーン４１と出力ダブルコーン５１、これらに当接する入力リング４、出力リング５、中間リング８のそれぞれの半径寸法と、これら当接部の入出力軸中心からの半径寸法により、減速比は次式となる。

このように本発明に係る摩擦式変速装置１は、極めて大きな減速比を達成することができ、変速範囲での出力トルクと入力トルクの比の最大値をトルク倍率とした場合、５０倍以上のトルク倍率を得ることができる。これまでのゼロ回転が得られる無段変速は、変速範囲が無限大であるものの、トルク倍率は精々１０倍程度でしかない。このため、本発明に係る摩擦式変速装置１では、ゼロ回転を求めずに格段に大きなトルク倍率を実現する無段変速装置を目的としている。従来の無段変速装置のトルク倍率を下記に示す。本発明者による電気自動車でのテストでは、トルク倍率が３０倍程度得ることができれば、ゼロ回転を求めなくともクラッチ等を設けることなく始動できることが判明している。

機種名 トルク倍率
バイエルＢ型 ３．８倍
ディスコＢ型 ３．４倍
Ｋｏｐｐ Ｋ型 ６．５倍
シンポＲＸ型 ６．０倍
ハーフトロイダル型 ５．５倍

１ 摩擦式変速装置
２ 入力軸
３ 調圧機構
４ 入力リング
４１ 入力ダブルコーン
５ 出力リング
５１ 出力ダブルコーン
６ 出力軸
７ キャリア
７１ 支持軸
８ 中間リング
９ 変速手段
９１ 変速軸
９２ 変速ギア

Claims (1)

1. ケーシングに回転自在に支持された入力軸と出力軸とを有し、該入出力軸と同軸上に設けたキャリアの支持軸に摺動可能に支持したダブルコーンと、該入出力軸と同軸上に配設し該入力軸により回転駆動して該ダブルコーンに外周面を当接させる入力リングと、該ダブルコーンに内周面を当接させる出力リングと、該キャリアを該入出力軸の軸方向にスライド変位させる変速手段とにより構成し、該変速手段による入力リングと出力リングが当接するダブルコーンの半径比の変位で増減速させる摩擦式変速装置において、キャリアに入力リングに当接させる入力ダブルコーンと出力リングに当接させる出力ダブルコーンを周方向にそれぞれ複数設けると共に、これらの当接点を通り該入力ダブルコーンと該出力ダブルコーンのそれぞれの円錐母線に直交する円錐面上に、該入力ダブルコーンと該出力ダブルコーンとの当接点を有する中間リングを配したことを特徴とする摩擦式変速装置。

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