JP2011105258A - 縦置式無段変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトかつ軽量な縦置式無段変速装置を提供する。
【解決手段】縦置式無段変速装置１を、発進デバイス１０を介してエンジン２の出力軸に接続され、回転中心軸が車両の前後方向にほぼ沿って配置されたプライマリ軸３０と、プライマリ軸と平行配置されたセカンダリ軸４０と、プライマリ軸からセカンダリ軸へ動力を伝達するとともに、変速比を無段階に変更可能な変速機構部５０と、回転中心軸が車幅方向にほぼ沿って配置され、左右車輪に駆動力を伝達するドライブシャフトが接続されるディファレンシャル装置６０と、セカンダリ軸に設けられた第１の歯車７０と、ディファレンシャル装置に設けられ、第１の歯車によって駆動される第２の歯車８０とを備える構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、変速機構部の回転軸が車両の前後方向にほぼ沿った姿勢で車体に縦置搭載される縦置式無段変速装置に関し、特にはコンパクト化及び軽量化を図ったものに関する。

自動車のエンジン、変速装置等の搭載方法には、これらの回転軸が車両の前後方向にほぼ沿って配置される縦置きと、車幅方向にほぼ沿って配置される横置きとがある。縦置き配置とした場合、車両のパワートレーンレイアウトを左右対称に近づけることができるため、車両の重量配分的に有利である。

また、変速装置として、有段自動変速機に対して実用燃費で有利な無段変速機（ＣＶＴ）が普及している。無段変速機は、有効径が変更可能なプライマリプーリ(駆動側プーリ)及びセカンダリプーリ(被駆動側プーリ）を並列に配置し、チェーンやベルト等によって動力伝達を行う変速機構部を備えている。

ベルト式の無段変速装置に関する従来技術として、例えば特許文献１には、メインケース内にロックアップクラッチを備えた発進デバイスであるトルクコンバータを収容し、その後方側の変速機室にはプライマリプーリ及びセカンダリプーリを有する無段変速機を収容するとともに、トルクコンバータ及びプライマリプーリを縦置き搭載されたエンジンのクランク軸と同軸上に配置したものが記載されている。

この従来技術においては、左右前輪へ動力を伝達するとともに、左右前輪の差回転を吸収するディファレンシャル装置が、無段変速機の下方に配置される。ディファレンシャル装置の周囲にはクラウンギヤ（リングギヤ）が設けられる。このクラウンギヤは、セカンダリ軸と平行配置されたフロントドライブ軸の先端に設けられたピニオンギヤによって駆動される。クラウンギヤとピニオンギヤとは、一対のハイポイドギヤを構成している。フロントドライブ軸は、セカンダリプーリの後方側に設けられるリダクションギヤによって駆動される。

特開平７−１８６７４７号公報

上述した従来技術においては、無段変速機の後方にリダクションギヤが配置されるため、変速装置の全長が長くなって車両レイアウトの設計自由度が低くなる。例えば、車室前端部隔壁であるトーボードを、横置パワートレーン搭載車との比較において車室内側へ大きく凹ませる必要があり、さらに、ステアリングギヤボックスやクロスメンバ等の周辺部品の配置にも制約が生ずる。
また、リダクションギヤ及びフロントドライブ軸が存在することによって車両重量が増加し、燃料消費率や走行性能が低下することが懸念される。
本発明の課題は、コンパクトかつ軽量な縦置式無段変速装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、発進デバイスを介してエンジンの出力軸に接続され、回転中心軸が車両の前後方向にほぼ沿って配置されたプライマリ軸と、前記プライマリ軸と平行配置されたセカンダリ軸と、前記プライマリ軸から前記セカンダリ軸へ動力を伝達するとともに、変速比を無段階に変更可能な変速機構部と、回転中心軸が車幅方向にほぼ沿って配置され、左右車輪に駆動力を伝達するドライブシャフトが接続されるディファレンシャル装置と、前記セカンダリ軸に設けられた第１の歯車と、前記ディファレンシャル装置に設けられ、前記第１の歯車によって駆動される第２の歯車とを備えることを特徴とする縦置式無段変速装置である。

請求項２の発明は、前記第１の歯車及び前記第２の歯車はほぼ９０度の相対角度を有する食い違い軸を中心軸としたネジ歯車であることを特徴とする請求項１に記載の縦置式無段変速装置である。
請求項３の発明は、前記第１の歯車が円錐歯車であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の縦置式無段変速装置である。
請求項４の発明は、前記第２の歯車が円錐歯車であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の縦置式無段変速装置である。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）セカンダリ軸に設けられた第１の歯車によって、ディファレンシャル装置に設けられた第２の歯車を直接駆動することによって、ディファレンシャル装置を駆動するフロントドライブ軸、リダクションギヤ及びこれらを支持するベアリング等を設ける必要がなく、縦置式無段変速装置の全長を短くしてコンパクト化するとともに、軽量化を計ることができる。
（２）第１及び第２の歯車としてネジ歯車を用いることによって、コンパクトな構成によって回転方向を転換するとともに所望の最終減速比を得ることができ、上述した効果を確実に得ることができる。
（３）第１の歯車を円錐歯車とすることによって、第２の円錐歯車を車両前方側へ配置することができ、ディファレンシャル装置及び前輪車軸位置を車両前方側へ配置することができる。これによって、デザイン自由度の向上、ホイールベース延長による走行性能の向上、ホイールハウス前進による車室内空間の拡大を図ることができる。また、第２の歯車及びディファレンシャル装置とプーリ等の他部品との干渉を防止することができる。
（４）第２の歯車を円錐歯車とすることによって、第２の歯車及びディファレンシャル装置を車幅方向にオフセットして配置することができ、これらとプーリ等の他部品との干渉を防止することができる。

本発明を適用した縦置式無段変速装置の実施例１の構成を示す模式図である。 図１の縦置式無段変速装置（要部）の模式的側面視図である。 本発明の比較例である縦置式無段変速装置の構成を示す模式図である。 図３の縦置式無段変速装置（要部）の模式的側面視図である。 本発明を適用した縦置式無段変速装置の実施例２の構成を示す模式図である。 本発明を適用した縦置式無段変速装置の実施例３の構成を示す模式図である。

本発明は、コンパクトかつ軽量な縦置式無段変速装置を提供する課題を、セカンダリプーリが設けられたセカンダリ軸の前端部と、その下方に設けられたディファレンシャル装置とに１対のネジ歯車をそれぞれ設けて、これらのネジ歯車で駆動力を伝達することによって解決した。

以下、本発明を適用した縦置式無段変速装置の実施例１について説明する。
実施例１の縦置式無段変速装置（以下、「無段変速装置」と称する。）は、エンジンを車両前部に縦置搭載する前輪駆動の小型乗用車等の自動車に搭載されるものである。また、この無段変速装置は、左右前輪に駆動力を伝達する最終減速装置及びディファレンシャル装置を同一のケース内に収容したトランスアクスルとして構成されている。
図１に示すように、無段変速装置１は、エンジン２に接続されるトルクコンバータ１０、前後進切替部２０、プライマリ軸３０、セカンダリ軸４０、変速機構部５０、フロントディファレンシャル６０、ドライブピニオン７０、ドリブンギヤ８０等を備えて構成されている。なお、これらの各構成要素は、例えばアルミニウム系合金の鋳物等によって形成される図示しないトランスミッションケースに収容されている。

トルクコンバータ１０は、縦置搭載されるエンジン２のクランク軸後端部に設けられ、エンジン２の出力を流体継手を介して前後進切替部２０に伝達する発進デバイスである。
トルクコンバータ１０は、エンジン２側に接続されたインペラ、前後進切替部２０側に接続されたタービン、中高速走行時等にインペラとタービンとの差回転を拘束するロックアップクラッチ等を備えている。
前後進切替部２０は、トルクコンバータ１０の出力側（後方側）に設けられ、例えば１組のプラネタリギヤセットを備え、後退時にトルクコンバータ１０の出力回転の方向を逆転させるものである。

プライマリ軸３０は、前後進切替部２０の出力部に接続された回転軸であって、前後進切替部２０から後方側へ伸びて配置されている。プライマリ軸３０は、エンジン２のクランク軸と同心に配置されている。
セカンダリ軸４０は、プライマリ軸３０と平行に配置され、プライマリ軸３０によって駆動される回転軸である。
図２に示すように、セカンダリ軸４０は、プライマリ軸３０に対して側方（実施例１の場合は左側）に配置されている。また、セカンダリ軸４０の前端部はトルクコンバータ１０の後端部と隣接して配置され、セカンダリ軸４０の後端部はプライマリ軸３０の後端部よりも、車両前後方向における位置が前方側に配置されている。
プライマリ軸３０及びセカンダリ軸４０は、それぞれ軸の両端部近傍において、転がり軸受によって回転可能に支持されている。

変速機構部５０は、プライマリ軸３０からセカンダリ軸４０へ動力を伝達するとともに、これらの間の変速比を無段階に変化可能な無段変速機である。
変速機構部５０は、プライマリ軸３０に設けられたプライマリプーリ５１、セカンダリ軸４０に設けられたセカンダリプーリ５２、各プーリ５１，５２の間で動力伝達を行うベルト５３等を備えて構成されている。
プライマリプーリ５１及びセカンダリプーリ５２は、図示しない変速制御ユニットによって制御される油圧を用いて、ベルト５３を挟持するテーパ面間距離（シーブ間距離）を変更可能となっており、これによって有効径を変更可能となっている。
ベルト５３は、各プーリによって挟持される金属小片であるエレメントを、金属薄板を層状に重ねて構成した帯状のリングに嵌め込んで構成されている。ベルト５３は、各プーリ５１，５２に巻きかけられ、エレメント間に作用する圧縮力によってプライマリプーリ５１側からセカンダリプーリ５２側への動力伝達を行う。

フロントディファレンシャル６０は、セカンダリ軸４０からの駆動力を左右の前輪に接続された図示しないドライブシャフトに伝達するとともに、左右前輪の差回転を吸収するものである。
フロントディファレンシャル６０の回転中心軸は、車幅方向に沿って配置されるとともに、この回転中心軸はドライブピニオン７０の直下に配置されている。

ドライブピニオン７０は、セカンダリ軸４０の前端部に設けられたヘリカルギヤである。
ドリブンギヤ８０は、フロントディファレンシャル６０の外径側に固定されたリング状のヘリカルギヤであって、ドライブピニオン７０と噛み合うものである。
ドライブピニオン７０及びドリブンギヤ８０は、食い違いとなった回転軸を有する１対のネジ歯車からなる最終減速機構を構成している。

ドライブピニオン７０及びドリブンギヤ８０の諸元は、一例として以下示す表１の通りである。

また、自動変速装置１の下方には、図２に示すように、ステアリングギヤボックスＳが配置されている。ステアリングギヤボックスＳは、図示しないステアリングホイールからステアリングシャフトを介して入力される回転動作を、車幅方向の往復運動に変換するラックアンドピニオン機構を備えている。このラックの両端部にはタイロッドが接続されている。タイロッドは、左右前輪を支持する図示しないフロントアクスルハウジングを操向する軸状の部品である。
ステアリングギヤボックスＳは、プライマリ軸３０後端部の下方でありかつフロントディファレンシャル６０の後方側に配置されている。

次に、上述した実施例１の効果を、以下説明する本発明の比較例と対比して説明する。なお、この比較例及び後述する実施例２、３において、上述した実施例１と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図３及び図４に示す比較例の無段変速装置１Ｄにおいては、実施例１のドライブピニオン７０及びドリブンギヤ８０に代えて、以下説明するフロントドライブ軸９０、リングギヤ１００、リダクションギヤ１１０を設けている。

フロントドライブ軸９０は、セカンダリ軸４０の下方にセカンダリ軸４０と平行に配置された回転軸である。
フロントドライブ軸９０の前端部には、リングギヤ１００を駆動するドライブピニオン９１が形成されている。
リングギヤ１００は、フロントディファレンシャル６０の外径側に固定され、ドライブピニオン９１と協働して１対のハイポイドギヤからなる最終減速機構を構成している。

リダクションギヤ１１０は、セカンダリ軸４０の回転出力を減速しながらフロントドライブ軸９０に伝達するギヤ列である。リダクションギヤ１１０は、例えば１対の斜歯歯車であるドライブギヤ１１１及びドリブンギヤ１１２を備えている。
ドライブギヤ１１１は、セカンダリ軸４０を実施例１に対して後方へ延伸した後端部に設けられている。
ドリブンギヤ１１２は、フロントドライブ軸９０の後端部に設けられ、ドライブギヤ１１１によって駆動される。

上述した比較例においては、リダクションギヤ１１０を変速機構部５０の後方側へ設ける必要があることから、無段変速装置１Ｄの全長が長くなり、トーボードの中央部を実施例に対して大きく凹ませる必要がある。このため、車室内の前席足元部の空間が狭くなってしまう。
また、実施例１では存在しないフロントドライブ軸９０やリダクションギヤ１１０が存在することによって、重量が増加し、車両の燃料消費率や走行性能が悪化してしまう。
さらに、トランスミッションケースの下面部が実施例１に対して張り出すことから、ステアリングギヤボックスＳを実施例１と同じ場所に配置することは、干渉や搭載時作業性の面から困難である。

これに対し、実施例１においては、以下の効果を得ることができる。
（１）セカンダリ軸４０に設けられたドライブピニオン７０によって、フロントディファレンシャル６０に設けられたドリブンギヤ８０を直接駆動することによって、比較例におけるフロントドライブ軸９０、リダクションギヤ１１０等が不要となり、無段変速装置１の全長を短縮しかつ軽量化を図ることができる。
これによって、トーボード部に形成されるフロアトンネルの深さを小さくするとともに、トランスミッションケースとトーボードとの間隔を確保して衝突時における変速装置の車室内側への侵入を抑制することができる。
また、軽量化によって燃料消費率や、操縦安定性、加減速性等の走行性能も向上する。
（２）ドライブピニオン７０及びドリブンギヤ８０が１対のネジ歯車を構成することによって、コンパクトな構成によって回転方向を変換しかつ所望の最終減速比を得ることができる。
（３）フロントドライブ軸９０及びリダクションギヤ１１０等がないことによって、トランスミッションケース下面の張り出しが抑制されることから、その下部にステアリングギヤボックスＳや、図示しないクロスメンバ等の他部品を配置することが容易である。また、上述した全長短縮と相まって、横置パワートレーンを搭載する車両と実質的に同様のプラットフォーム構成をとることが可能となり、車両の設計自由度が向上する。

次に、本発明を適用した縦置用無段変速装置の実施例２について説明する。
図５に示す無段変速装置１Ｂは、実施例１におけるドライブピニオン７０を、以下説明する円錐歯車であるドライブピニオン７０Ｂにすることによって、実施例１に対して、フロントディファレンシャル６０の回転中心軸位置を、組立距離Ｊ１だけ前進させたものである。
ドライブピニオン７０Ｂは、前端部側がすぼまったテーパ状に形成されている。
ドライブピニオン７０Ｂ及びドリブンギヤ８０の諸元の一例を表２に示す。

以上説明した実施例２によれば、上述した実施例１の効果と同様の効果に加えて、フロントディファレンシャル６０を、組立距離Ｊ１（約１５ｍｍ）だけ車両前方側へ配置することが可能となる。これによって、前輪車軸位置を車両前方側へ配置することができ、車両デザインの自由度向上、ホイールベース延長による走行性能の向上、ホイールハウス前進による車室内空間の拡大を図ることができる。また、ドリブンギヤ８０及びフロントディファレンシャル６０等と各プーリ５１，５２等の他部品との干渉を防止することができる。

次に、本発明を適用した縦置用無段変速装置の実施例３について説明する。
図６に示す無段変速装置１Ｃは、実施例２におけるドリブンギヤ８０を、車幅方向における一方がすぼまった円錐歯車であるドリブンギヤ８０Ｃにすることによって、フロントディファレンシャル６０を実施例１に対して車幅方向にオフセットしたものである。
以上説明した実施例３によれば、上述した実施例１と同様の効果に加えて、フロントディファレンシャル６０を車幅方向にオフセットして配置することが可能となり、フロントディファレンシャル６０、ドリブンギヤ８０Ｃ等と、各プーリ５１，５２等の他部品との干渉を防止することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した各実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）縦置式無段変速装置の構成は、上述した各実施例の構成に限定されず、適宜変更することができる。例えば、各実施例においては、プーリ間の動力伝達をベルトによって行っているが、本発明はチェーン式の無段変速機にも適用することができる。
（２）各実施例において、発進デバイスとしてトルクコンバータを用いているが、これに限らず例えば油圧式、電磁式等のクラッチを用いてもよい。
（３）各実施例の無段変速装置は、前輪駆動車のトランスアクスルとして用いられるものであったが、これに後輪側への動力を伝達するトランスファを付与して四輪駆動車に適用してもよい。
（４）各実施例において、第１及び第２の歯車は例えばネジ歯車であったが、本発明はこれに限らず、他の種類の歯車（例えばウォームギヤ等）を用いてもよい。
（５）実施例２では第１の歯車のみを円錐歯車とし、実施例３では第２の歯車のみを円錐歯車としているが、第１、第２の歯車をともに円錐歯車としてもよい。
（６）各実施例ではエンジンの出力軸とプライマリ軸とは同心に配置されているが、エンジン出力軸とプライマリ軸との間に減速装置を設けてエンジン出力軸とプライマリ軸とをずらして配置した構成の無段変速装置にも本発明を適用することができる。

１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 無段変速装置 ２ エンジン
１０ トルクコンバータ ２０ 前後進切替部
３０ プライマリ軸 ４０ セカンダリ軸
５０ 変速機構部 ５１ プライマリプーリ
５２ セカンダリプーリ ５３ ベルト
６０ フロントディファレンシャル ７０ ドライブピニオン
８０ ドリブンギヤ ９０ フロントドライブ軸
９１ ドライブピニオン １００ リングギヤ
１１０ リダクションギヤ １１１ ドライブギヤ
１１２ ドリブンギヤ Ｓ ステアリングギヤボックス

Claims (4)

1. 発進デバイスを介してエンジンの出力軸に接続され、回転中心軸が車両の前後方向にほぼ沿って配置されたプライマリ軸と、
   前記プライマリ軸と平行配置されたセカンダリ軸と、
   前記プライマリ軸から前記セカンダリ軸へ動力を伝達するとともに、変速比を無段階に変更可能な変速機構部と、
   回転中心軸が車幅方向にほぼ沿って配置され、左右車輪に駆動力を伝達するドライブシャフトが接続されるディファレンシャル装置と、
   前記セカンダリ軸に設けられた第１の歯車と、
   前記ディファレンシャル装置に設けられ、前記第１の歯車によって駆動される第２の歯車と
   を備えることを特徴とする縦置式無段変速装置。
2. 前記第１の歯車及び前記第２の歯車はほぼ９０度の相対角度を有する食い違い軸を中心軸としたネジ歯車であること
   を特徴とする請求項１に記載の縦置式無段変速装置。
3. 前記第１の歯車が円錐歯車であること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の縦置式無段変速装置。
4. 前記第２の歯車が円錐歯車であること
   を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の縦置式無段変速装置。

Images