JP2012251599A - 摩擦車式無段変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクカムからなる押圧装置は、ボールに作用する遠心力が円弧面のカム溝に作用するため、接触角が変化して正確に設定することが困難である。
【解決手段】カム溝２６，２７又は２９，３０におけるボール２８又は３１が接触する外周面２６ｂ，２７ｂ又は３０ｂを直線形状とする。上記外周面２６ｂ，２７ｂが所定傾斜角なるトルクカム１５は、遠心力に基づき設定された軸力を発生し、上記外周面３０ｂが軸線と平行なトルクカム２０は、遠心力に基づく軸力が０となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、入力側摩擦車と出力側摩擦車との間にオイルを介在して摩擦部材を接触し、該接触位置を変更することにより入力軸と出力軸との間の回転を無段に変速する摩擦車式無段変速装置に係り、好ましくは平行な軸線上に配置された入力軸及び出力軸にそれぞれ円錐形状の摩擦車（コーン）を配置し、軸方向移動可能に配置したリングを介して入力側及び出力側摩擦車の間で回転を伝達する円錐摩擦車リング式無段変速装置に用いて好適であり、詳しくは、コーン等の摩擦車に軸方向の軸力を付与して、リング等の摩擦部材との間にトラクション力を得る押圧装置に関する。

従来、それぞれ円錐形からなる２個の摩擦車（プライマリコーン、セカンダリコーン）の間に、プライマリコーンを取り囲む形で鋼製のリングを介在し、プライマリコーンからリングを介してセカンダリコーンに動力伝達し、かつ上記リングを軸方向に移動することにより該リングが上記２個のコーンの接触位置を変更して、無段変速する円錐摩擦車リング式無段変速装置が知られている。

上記円錐摩擦車リング式無段変速装置の押圧装置として、下記特許文献１に記載のものが提案されている。該押圧装置は、セカンダリコーンとセカンダリシャフトとの間に配置されるトルクカムを基本構成として、３段階の軸力特性を実現している。該トルクカムは、セカンダリコーン及びセカンダリシャフト側にそれぞれ形成されたカム溝と、これら両カム溝に挟持されるボールからなり、セカンダリコーンとセカンダリシャフトの相対回転方向のトルクに応じた軸力をセカンダリコーンに付与して、軸方向に移動不能に支持されているプライマリコーン及び上記軸力を付与されたセカンダリコーンとリングとの間にトラクション力を保持して、上記無段変速を行う。

国際公開公報ＷＯ２０１０／０７３５５７号

上記トルクカムのカム溝は、径方向断面（軸線を含む平面での断面）において、前記ボールはボール径より僅かに大きな半径の円弧面により構成されており、ボールに作用する遠心力によりボールが径方向に移動すると、ボールとカム溝との接触角が変化する。このため、上記セカンダリシャフトに作用するトルクによる軸力の外に、セカンダリコーンの回転数に基づく遠心力により上記軸力が変化するが、該遠心力による軸力は、上記ボールとカム溝との接触角が変化するため、正確に設定することが困難であって、押圧装置の設計を面倒にしている。

そこで、本発明は、上記ボールに作用する遠心力による軸力を容易に把握し得るように構成し、もって上述した課題を解決した摩擦車式無段変速装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、互いに平行な軸線上に配置された入力軸（４）及び出力軸（１１）と、前記入力軸（４）に駆動連結される入力側摩擦車（２）と、前記出力軸（１１）に駆動連結される出力側摩擦車（１０）と、前記入力側摩擦車（２）及び出力側摩擦車（１１）にオイル環境下で圧接してこれら両摩擦車との間で動力伝達する摩擦部材（３）と、を備え、前記摩擦部材（３）を、前記入力側摩擦車（２）及び出力側摩擦車（１１）との接触位置を変更することにより前記入力軸（４）及び出力軸（１１）との間の回転を無段に変速する摩擦車式無段変速装置（１）において、
前記入力軸（４）と前記入力側摩擦車（２）、又は前記出力側摩擦車（１０）と前記出力軸（１１）の間に配置され、前記入力側摩擦車（２）及び前記出力側摩擦車（１０）と前記摩擦部材（３）とを圧接する軸力を付与する押圧装置（１２）を備え、
前記押圧装置（１２）は、前記出力軸（１１）又は入力軸（４）に固定されたフランジ部（１９）と、前記出力軸（１１）又は入力軸（４）と相対的に回転可能で軸方向に移動自在な出力側摩擦車（１０）又は入力側摩擦車（２）に回転不能で軸方向に拘束されている部位（１４，１０）とに、それぞれ対向するように形成されたカム溝（２６，２７）（２９，３０）と、これら両カム溝の間に挟持されたボール（２８）（３１）と、を有するトルクカム（１５）（２０，２０_２）からなり、
前記ボールの外径側が接触する前記カム溝の外周面（２６ｂ，２７ｂ）（２９ｂ，３０ｂ）は、前記軸線（ｌ−ｌ）を含む平面による断面において直線形状からなる、
ことを特徴とする摩擦車式無段変速装置にある。

なお、上記互いに平行な軸線とは、同一軸線も含む。

例えば図２の第１及び第２トルクカム（１５）（２０）を参照して、前記カム溝（２６，２７）（２９，３０）の外周面（２６ｂ，２７ｂ）（２９ｂ，３０ｂ）の直線形状は、前記軸線（ｌ−ｌ）に直交する線（ｖ）に対して所定傾斜角（γ）を有し、
前記ボール（２８，３１）が前記カム溝の外周面に接触する点を含む前記断面において、前記ボールは、該ボールに前記カム溝からトルクを作用する該カム溝の背面（２６ａ，２７ａ）（２９ｂ，３０ｂ）との間に所定間隙（ｄ，ｄ）を存してなる。

例えば図４の第２トルクカム（２０_２）を参照して、前記両カム溝（２９，３０）は、溝の深さが異なり、前記ボール（３１）の外径側が接触する側の前記カム溝（３０）の外周面（３０ｂ）は、前記断面において、前記軸線（ｌ−ｌ）と平行な直線形状からなる。

例えば図２又は図４を参照して、前記押圧装置（１２）は、トルクの伝達経路に対して並列に配置された第１トルクカム（１５）と第２トルクカム（２０）（２０_２）を有し、
前記第１トルクカム（１５）は、前記出力側摩擦車（１０）に回転方向一体でかつ軸方向にスプリング（１３）を介して拘束されている受圧部材（１４）に形成された前記カム溝（２７）と、前記出力軸（１１）に固定された前記フランジ部（１９）に形成された前記カム溝（２７）と、これら両カム溝の間に挟持されたボール（２８）と、を有する前記トルクカムであり、伝達トルクが所定値より小さな領域において該伝達トルクが経由され、該伝達トルクに応じた軸力を発生し、
前記第２トルクカムは、前記出力側摩擦車（１０）に形成された前記カム溝（２９）と、前記出力軸（１１）に固定された前記フランジ部（１９）に形成された前記カム溝（３０）と、これら両カム溝の間に挟持されたボール（３１）と、を有する前記トルクカムであり、伝達トルクが前記所定値より大きな領域において該伝達トルクが経由され、該伝達トルクに応じた軸力を発生してなる。

例えば図１を参照して、前記入力側摩擦車（２）及び出力側摩擦車（１０）は、径大部と径小部とが軸方向逆になるように配置された円錐形摩擦車であり、
前記摩擦部材（３）は、前記入力側摩擦車及び出力側摩擦車のいずれか一方（２）を囲むようにして前記両円錐形摩擦車（２，１０）の対向する傾斜面に挟持されて、軸方向移動可能なリングであり、
前記オイルは、前記摩擦車式無段変速装置を収納するケース（５）内に封入されたトラクション用オイルである。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。

請求項１に係る本発明によると、トルクカムのカム溝におけるボールの外径側が接触する外周面は、軸線を含む平面による断面において直線形状からなるので、ボールに作用する遠心力に基づく軸力を正確かつ容易に設定することができ、伝達トルクに限らず、遠心力をも考慮して軸力を正確に設定した押圧装置を容易に設計することができる。

請求項２に係る本発明によると、上記カム溝外周面の直線形状を、軸線に直交する線に対する所定傾斜角としたので、押圧装置は、該押圧装置を配置した出力側摩擦車又は入力側摩擦車の回転数に応じた軸力を発生することができる。

請求項３に係る本発明によると、上記カム溝のボールの外径側が接触するカム溝の外周面を、上記軸線と平行な直線形状としたので、ボールに作用する遠心力に基づく軸力を０［Ｎ］として、該遠心力による外乱を排除して伝達トルクに応じた正確な軸力を発生する押圧装置を得ることができる。

請求項４に係る本発明によると、押圧装置は、第１及び第２トルクカムを用いて、伝達トルクに対応する軸力を機械的に発生し、油圧を用いる押圧装置に比してエネルギ消費の少ないものでありながら、２個のトルクカムは、伝達経路に並列に配置され、伝達トルクが所定値より小さい領域では、専ら第１トルクカム経由でトルクが伝達されて、上記所定値より大きい領域では、第２トルクカムが伝達トルクを分担して、第１及び第２トルクカムは、それぞれ異なる伝達トルク領域で機能して軸力を発生し、かつ上記第１及び第２トルクカムは、それぞれにボールに作用する遠心力も考慮して軸力を適宜設定することができるので、摩擦車式無段変速装置が必要とする軸力を、各変速域及び各負荷トルクに合せて適正に設定することが可能となり、摩擦車式無段変速装置による確実で信頼性の高い無段変速を可能とし、また過大な軸力を付与することがなく、動力伝達に際してのエネルギロスを減少して伝動効率を向上し、かつ摩擦車式無段変速装置の長寿命化を可能とすると共に、軸力を担持する軸受及びケース等の部品を小型化、軽量化してコンパクト性を向上することができる。

請求項５に係る本発明によると、摩擦車式無段変速装置として、円錐摩擦車及び両円錐摩擦車の対向する傾斜面に挟持されるリングからなる円錐摩擦車リング（コーンリング）式無段変速装置を適用したので、前記押圧装置によりリングと円錐摩擦車との間のトラクション力を保持して、正確で確実な無段変速を素早い応答で行うことができ、自動車のトランスミッションとして最適である。

本発明に係る車輌を示す伝動系統図。 本発明に係る押圧装置を備えた出力側摩擦車を示す断面図。 本発明に係る押圧装置の作動を示す模式図で、（ａ）は第１段階、（ｂ）は第２段階、（ｃ）は第３段階を示す。 押圧装置の異なる実施の形態を示す出力側摩擦車を示す断面図。

自動車等の車輌に搭載される無段変速機Ｕは、図１に示すように、ロックアップクラッチ付きトルクコンバータや多板湿式クラッチ等の発進装置Ｔ、前後進切換え装置３２、本発明に係る円錐摩擦車リング式無段変速装置１、及びディファレンシャル装置３３からなり、これら各装置がケースに組み込まれて構成される。前記円錐摩擦車リング式無段変速装置１は、油密状のケース５内に収納されており、該ケース５内にはトラクション用オイルが封入されて、オイル溜り８となっている。

エンジンＥによって発生した動力は、発進装置Ｔ、該発進装置Ｔの動力伝達経路下流側に配置される前後進切換え装置３２を介して円錐摩擦車リング式無段変速装置１の入力軸（軸）４へ動力伝達され、円錐摩擦車リング式無段変速装置１によって無段変速され、セカンダリシャフト（出力軸）１１へ出力される。さらに、該セカンダリシャフト１１に設けられたセカンダリギヤ３６及びそれと噛合するマウントギヤ３４によりディファレンシャル装置３３へ動力伝達され、左右の駆動輪３５，３５に出力される。

なお、本無段変速機Ｕは、円錐摩擦車リング式無段変速装置１を適用した一例として示すもので、これに限らず、エンジン及びモータを駆動源とするハイブリッド駆動装置等の他の装置に適用してもよい。また、上記円錐摩擦車リング式無段変速装置は、摩擦車式無段変速装置の一例として代表して示すものであり、リングを両円錐摩擦車を囲むように配置したリングコーン式無段変速装置、その外、トロイダル式無段変速装置等、入力側摩擦車と出力側摩擦車との間にオイルを介在して摩擦部材を接触し、該接触位置を変更することにより入力軸と出力軸との間の回転を無段に変速する摩擦車式無段変速装置に適用可能である。また、本摩擦車式無段変速装置１は、トラクション用オイルに一部浸されており、接触部分に掻上げ等により上記トラクション用オイルが介在しており、該オイルの剪断力を介して動力伝達される。なお、上記接触部へのオイルの供給は、掻上げ式に限らず、オイルポンプにより供給する強制式でもよい。

上記円錐摩擦車リング式無段変速装置１は、入力側摩擦車であるプライマリコーン（円錐形摩擦車）２と、出力側摩擦車であるセカンダリコーン（円錐形摩擦車）１０と、プライマリコーン２及びセカンダリコーン１０との間に介在する摩擦部材であるリング３と、上記プライマリコーン２及びセカンダリコーン１０とリング３との間に挟圧力を付与するための軸力を発生する押圧装置１２と、によって構成されている。前記プライマリコーン２及びセカンダリコーン１０を支持するプライマリシャフト（入力軸）４及びセカンダリシャフト（出力軸）１１は、互いに平行な軸線上に配置されている。

プライマリコーン２は、前後進切換え装置３２と連結しているプライマリシャフト（入力軸）４に一体に連結されていると共にケース５に回転自在に支持されており、一定の傾斜角を有した円錐形状をしている。また、該プライマリコーン２には、鋼製のリング３がその外周を取り囲むようにしてセカンダリコーン１０との間に配置されており、該リング３は、両コーン２，１０の対向する傾斜面に挟持されて、軸方向に移動することにより接触部を変更して無段変速がなされる。

セカンダリコーン１０は、プライマリコーン２と同じ傾斜角を有した円錐中空形状をしており、プライマリシャフト４と平行に設けられたセカンダリシャフト１１（出力軸）に、プライマリコーン２とは径大部と径小部とが軸方向逆向きに嵌挿されて、ケース５にベアリング３７，３８により回転自在に支持されている。そして、セカンダリコーン１０は、セカンダリシャフト１１と相対的に回転可能でかつ軸方向に移動自在となっており、上記セカンダリコーン１０とセカンダリシャフト１１との間に本発明に係る押圧装置１２が介在されている。

上記押圧装置１２は、図２に示すように、セカンダリコーン１０の中空部内に配置されており、セカンダリシャフト１１（該シャフトに連結するスプライン貫通孔１９ｅを示す）に対して固定されるフランジ部１９と、受圧部材１４と、スプリング１３と、受圧部材１４及びフランジ部１９の間に配置された第１トルクカム１５と、セカンダリコーン１０及びフランジ部１９の間に配置された第２トルクカム２０とによって構成されている。

上記フランジ部１９は、段付きのフランジ状に形成された部材で、セカンダリシャフト１１とスプライン１９ｅによって相対回転不能に配置されると共に、段差部１９ｆによってセカンダリシャフト１１に対して軸方向（Ｘ２方向）への移動が規制されている。即ち、詳しくは後述する第１及び第２トルクカム１５，２０によってセカンダリコーン１０から離れる方向（Ｘ２方向）に力を受けるフランジ部１９は、セカンダリシャフト１１に対して固定されている。また、セカンダリシャフト１１は、ケース５に対して円錐コロ軸受け３９（図１参照）により回転自在、かつ軸方向、特にセカンダリコーン１０から離れる方向（Ｘ２方向）のスラスト力を担持して一体に支持されている。さらに、セカンダリシャフト１１は、段差部とスナップリング２５によってセカンダリコーン１０に対して軸方向移動が規制された支持部材２４を嵌挿している。なお、押圧装置１２は、入力側摩擦車２と入力軸４との間に配置されてもよい。

上記受圧部材１４は、セカンダリコーン１０の小径側（Ｘ１方向側）の内周面において、セカンダリコーン１０に対してスプラインｇによって相対回転不能かつ軸方向移動可能に配置されている。また、上記スプリング１３は、上記受圧部材１４と上記セカンダリコーン１０の間に縮設されており、軸方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に複数枚並べて配置された皿ばね１３ａとその間に配置された所定肉厚のシム１３ｂからなり、厚さの異なるシム１３ｂを介在することによりスプリング１３の長さを調整し得る。即ち、セカンダリシャフト１１に対して段差部１９ｆにて軸方向移動が規制されると共にスプライン１９ｅにより相対回転を阻止されて固定されているフランジ部１９と、セカンダリコーン１０の段差部１０ａとの間に、前記第１トルクカム１５、受圧部材１４、スプリング１３は、軸方向に直列状に配置されている。

上記受圧部材１４は、セカンダリコーン１０とスプラインｇにより一体に回転するように連結され、かつスプリング１３を介してセカンダリコーン１０と軸方向に拘束されて連結されている。なお、スプリング１３は、皿ばねが望ましいが、例えばコイルスプリングであってもよく、つまりセカンダリコーン１０に予圧を付与し得るスプリングであればどのようなスプリングであってもよい。

上記第１トルクカム１５は、上記受圧部材１４と上記フランジ部１９との対向する部分にそれぞれ形成されたカム溝２６，２７と、これらカム溝２６，２７の間に挟持されてそれぞれ配置された複数の第１ボール２８と、で構成されている。前記カム溝２６，２７は、それぞれ軸線方向に凹凸する波状の背面２６ａ，２７ａを有すると共に、前記ボール２８の外径側が接触する外周面２６ｂ，２７ｂは、前記軸線ｌ−ｌを含む平面による断面（図２参照）において直線形状からなる。図２に示す実施の形態にあっては、上記直線形状が、軸線ｌ−ｌに直交する線ｖに対して所定傾斜角（０°及び９０°を含まない）γからなり、該角度γからなる外周面２６ｂ，２７ｂは、鏡面対称にて受圧部材１４側のカム溝２６及びフランジ部１９側のカム溝２７に形成されている。セカンダリコーン１０の内周先端側（Ｘ１方向側）から、スプリング１３、受圧部材１４のカム溝２６、第１ボール２８、及びフランジ部１９のカム溝２７は、軸方向に直列状に配置されている。

そして、上記カム溝２６，２７の間に配置される複数の第１ボール１８を有する第１トルクカム１５は、受圧部材１４とフランジ部１９との相対回転により一方の部材に対して他方の部材が軸方向に沿って互いが離反する方向に移動するように構成されている。即ち、上述のようにフランジ部１９のＸ２方向への移動は規制されており、受圧部材１４がＸ１方向側に移動し、スプリング１３を圧縮するように構成されている。

上記第２トルクカム２０は、上記セカンダリコーン１０とフランジ部１９とが対向した対向部にそれぞれ形成されたカム溝２９及び３０と、これら両カム溝の間に挟持されてそれぞれ配置された複数の第２ボール３１と、で構成されている。上記１対のカム溝２９，３０は、それぞれ軸線方向に凹凸する波状の背面２９ａ，３０ａを有しており、これら背面形状は、周方向に延びる長溝形状からなり、これらカム溝２９，３０の所定回転量では第２ボール３１がカム対の底面を遊転する所定遊びｌを形成している（図３参照）。第２トルクカム２０は、上記第１トルクカム１５よりも外周側に配置されており、これら第１トルクカム１５及び第２トルクカム２０は、トルク伝達経路に対して並列して配置されている。

前記ボール３１の外径側が接触する前記両カム溝２９，３０の外周面２９ｂ，３０ｂは、前記軸線ｌ−ｌを含む平面による断面において直線形状からなる。本図２に示す実施の形態にあっては、第１トルクカム１５と同様に、上記直線形状が、軸線ｌ−ｌに直交する線ｖに対して所定傾斜角γからなり、該角度γからなる外周面２９ｂ，３０ｂは、鏡面対称にてセカンダリコーン１０側のカム溝２９及びフランジ部１９側のカム溝３０に形成されている。

そして、上記第２トルクカム２０は、セカンダリコーン１０とフランジ部１９との上記所定遊びを越えた相対回転により一方の部材に対して他方の部材が軸方向に沿って互いが離反する方向に移動するように構成されている。即ち、上述のようにフランジ部１９のＸ２方向への移動は規制されており、セカンダリコーン１０がＸ１方向側に押圧されるように構成されている。なお、第１トルクカム１５の一方のカム溝２６が形成されている受圧部材１４は、セカンダリコーン１０と回転方向一体にかつスプリング１３により軸方向が拘束され、第２トルクカム２０の一方のカム溝２９は、セカンダリコーン１０に直接形成されているが、第１及び第２トルクカム１５，２０の上記カム溝２６，２９は、出力側摩擦車であるセカンダリコーン１０に回転不能で軸方向に拘束されている部位である点で同一であり、かつトルクカム１５，２０の軸力をセカンダリコーン１０に作用する機能において同一である。

上記第１トルクカム１５及び第２トルクカム２０の両カム溝２６，２７、２９，３０は、ボール２８，３１が上記外周面２６ｂ，２７ｂ、２９ｂ，３０ｂに当接している点を含む上記軸線平面の断面にあっては、それぞれボールと背面２６ａ，２７ａ、２９ａ，３０ａとの間に所定間隙ｄ，ｄを存している。従って、第１トルクカム１５又は第２トルクカム２０は、出力軸（セカンダリシャフト）１１に作用するトルクに応じた軸力が、上記各カム溝２６，２７又は２９，３０の互いに周方向にズレた背面２６ａ，２７ａ又は２９ａ，３０ａにより発生すると共に、セカンダリシャフト１１の回転数に応じた各ボール２８，３０の遠心力に基づく軸力が、上記カム溝の外周面２６ｂ，２７ｂ又は２９ｂ、３０ｂにより発生する。

図３に示すように、第１トルクカム１５は、セカンダリコーン１０からセカンダリシャフト１１（と一体のフランジ部１９）に作用する出力トルクに応じて直ちに軸力を発生するが、第２トルクカム２０は、セカンダリコーン１０とセカンダリシャフト１１との間に所定相対回転（遊び）をした後、出力トルクに応じた軸力を発生する。また、第２トルクカム２０のカム角度εが第１トルクカム１５のカム角度δより大きく設定されている。なお、図３の各トルクカム１５，２０のカム溝は、周方向で断面した展開図である。

以上のように構成された押圧装置１２は、まず、スプリング１３が軸方向に固定されているセカンダリシャフト１１に対してセカンダリコーン１０をＸ１方向側に常時（つまり、円錐摩擦車リング式無段変速装置１による動力伝達が行われない非作動時でも）付勢することで、リング３をプライマリコーン２及びセカンダリコーン１０に押付ける（圧接させる）軸力の予圧として作用する（第１段階）。

次に、押圧装置１２は、セカンダリコーン１０からセカンダリシャフト１１にトルクが伝達される作動時となる際に、セカンダリシャフト１１に作用する負荷トルクに対応して（順じて）第１トルクカム１５が相対回転する。該第１トルクカム１５の相対回転に基づき、軸方向に固定されているセカンダリシャフト１１（フランジ部１９）に対してセカンダリコーン１０（受圧部材１４）は、該負荷トルクに対して軸力の増加率の大きいＸ１方向の軸力が付与される（第２段階）。

このとき、プライマリコーン２から伝達されたトルクは、セカンダリコーン１０、受圧部材１４、第１トルクカム１５、及びフランジ部１９を介してセカンダリシャフト１１に伝達される。そして、第１トルクカム１５は、上記セカンダリコーン１０とセカンダリシャフト１１との間に作用する出力（負荷）トルクに対応した軸力を発生し、該軸力はスプリング１３を介してセカンダリコーン１０に作用する。第１トルクカム１５の作用を受けた受圧部材１４は、図３（ｂ）に示すように、Ｘ１方向側にＸだけ移動し、スプリング１３は、上記第１段階の軸方向長さＡから、Ａ−Ｘに縮められる。

ついで、押圧装置１２は、上記第２段階の場合よりも強いトルクが伝達されて、第２トルクカム２０の遊びｌを越えてセカンダリコーン１０とセカンダリシャフト１１（フランジ部１９）とが相対回転すると、セカンダリシャフト１１に作用する負荷トルクに対応して第２トルクカム２０のカム部分が作動する。該第２トルクカム２０の相対回転に基づき、軸方向に固定されているセカンダリシャフト１１（フランジ部１９）に対してセカンダリコーン１０は、第２段階の軸力よりも増加率の小さいＸ１方向の軸力が付与される（第３段階；図３参照）。このとき、プライマリコーン２から伝達されたトルクは、上記第１トルクカム１５を経由するトルクに加えて、セカンダリコーン１０、第２トルクカム２０、及びフランジ部１９を介してセカンダリシャフト１１に伝達される。従って、軸方向Ｘ２に対して固定状態にあるセカンダリシャフト１１（フランジ部１９）に対して、第２トルクカム２０は、上記出力トルクに対応したＸ１方向の軸力をセカンダリコーン１０に作用し、該セカンダリコーン１０には、直列状の第１トルクカム１５及びスプリング１３に基づく第２段階の最大軸力（一定）に加えて、上記第２トルクカム２０による軸力が作用する（第３段階）。

このように、上記スプリング１３、第１トルクカム１５、及び第２トルクカム２０によりセカンダリコーン１０に作用するＸ１方向の軸力は、軸方向へ移動が規制されているプライマリコーン２に対して、リング３を両コーン２，１０に押付ける狭圧力として作用し、トラクション用オイルの中でリング３と両コーン２，１０との間でトルク伝達に必要とするトラクションを付与し、両コーン２，１０の間で動力伝達がなされる。また、押圧装置１２によって付与される軸力は、図３に示すように、第１段階、第２段階、及び第３段階の３段階となっており、伝動効率の向上を図ることができる。

なお、上記説明は、セカンダリコーン１０からセカンダリシャフト１１へトルク伝達する正トルクについて述べたが、エンジンブレーキ等で、セカンダリシャフト１１からセカンダリコーン１０へトルク伝達する逆トルク（逆駆動）にあっても、第１及び第２端面カム対１７，２２の端面カムの形状が波状からなるため、同様にＸ１方向の軸力が発生する。

図３は、第１段階、第２段階、第３段階からなる押圧装置の軸力特性と、各段階における押圧装置１２の作動状態を模式的に示した図である。第１段階は、スプリング１３に基づき軸力が付勢されている状況で、出力トルクに関係なく軸力（Ｆ１）が発生している。即ち、図３（ａ）に示すように、スプリング１３は、該一定の軸力が発生するように予め圧縮された状態（予圧）でセカンダリコーン１０と受圧部材１４との間に配設されている。この状態では、セカンダリコーン１０からセカンダリシャフト１１（フランジ部１９）への出力トルクが０であって、第１トルクカム１５及び第２トルクカム２０がボールを端面カムの最深部に保持する場合でもスプリング１３の予圧に基づく一定軸力Ｆ１が発生しており、所定出力トルクａが第１トルクカム１５に作用しても、該第１トルクカムが上記スプリング予圧を超える軸力を発生するまでは、受圧部材１４はスプリング予圧に基づき上記最深部である所定位置（スプリング１３の予圧長さＡ位置）に止まり、一定軸力状態にある。

ついで、図３（ｂ）に示す第２段階にあっては、上記所定出力トルクａ以上のトルクが作用し、受圧部材１４とフランジ部１９との間で相対回転を生じて、第１トルクカム１５が上記スプリング予圧以上の軸力を発生する。すると、フランジ部１９はセカンダリシャフト１１により軸方向位置が一定に保持されているので、受圧部材１４が軸方向Ｘ１方向に移動し、スプリング１３を圧縮しつつセカンダリコーン１０に軸力を作用する。該第２段階にあっては、第１トルクカム１５に基づき、比較的急な勾配αにより出力トルクの増加に対応して増加する軸力を発生する。なおこの際、受圧部材１４と回転方向一体のセカンダリコーン１０とセカンダリシャフトと一体のフランジ部１９との間で相対回転を生ずるが、第２トルクカム２０は、対向するカム溝２９，３０に周方向に延びる長溝状の所定遊びｌが形成されており、ボールがカム対の底面を転がるだけでトルク伝達並びに軸力を発生することがない。この状態は、前記第２トルクカム２０の所定遊びｌがなくなり、ボールがカム溝２９，３０の傾斜面に当接するまで続く。該第２段階は、伝達トルクが所定値ａ以上でかつ所定値ｂより小さい領域で機能する。

ついで、図３（ｃ）に基づき第３段階について説明する。第１トルクカム１５は、出力トルクの増加に応じて受圧部材１４をスプリング１３を圧縮しつつ軸力を増大する。出力トルクが所定値ｂを超えて受圧部材１４が軸方向Ｘ１方向に所定量Ｘストロークする。即ち、スプリング１３が予圧状態である長さＡから上記ストロークＸ分だけ圧縮され（Ａ−Ｘ）、フランジ部１９に対して受圧部材１４が所定量Ｘ軸方向に移動すると共に所定量回転し、かつスプラインで一体に回転するセカンダリコーン１０もフランジ部１９に対して上記所定量回転すると、第２トルクカム２０は上記所定遊びｌがなくなり、ボールが端面カム対の傾斜面に当接する。すると、セカンダリコーン１０からフランジ部１９に第２トルクカム２０を介してトルクが直接作用し、第２トルクカム２０は、上記トルクに基づき軸力を発生する。

この際、第２トルクカム２０のカム溝のカム角度εは、第１トルクカム１５のカム溝のカム角度δより大きく設定されている。これにより、出力トルクに基づくフランジ部１９に対するセカンダリコーン１０の相対回転量は、第１トルクカム１５に比して第２トルクカム２０の方が小さく、上記セカンダリコーン１０からフランジ部（セカンダリシャフト）１９に伝達されるトルクは、専ら第２トルクカム２０を経由して伝達されることになる。従って、第１トルクカム１５は、スプリング１３をＡ−Ｘ圧縮した圧縮位置にあって、出力トルクｂに対応する軸力Ｆ２を発生する状態に保持され、第２トルクカム２０が上記一定値からなる軸力Ｆ２に加えて、勾配βによる出力トルクに対応して増大する軸力を発生する。第２トルクカム２０は、カム角εが第１トルクカム１５のカム角δより大きいので、斜面の原理によって出力トルクに対する軸力の増加が小さく、第３段階は、第２段階に比してなだらかな勾配（β＜α）となり、第３段階は、伝達トルクが所定値ｂより大きな領域において機能する。

第１及び第２トルクカム１５，２０は、上述した伝達トルクに応じた、カム溝２６，２７，２９，３０の背面２６ａ，２７ａ，２９ａ，３０ａに基づく軸力の外に、セカンダリコーン１０の回転数に応じた各ボール２８，３１に作用する遠心力に基づく軸力が作用する。上記各ボール２８，３１は、カム溝の外周面２６ｂ，２７ｂ，２９ｂ，３０ｂに接触しており、該外周面の直線形状の傾斜角をγ、上記各ボールに作用する遠心力をＦωとすると、遠心力により生じる軸力Ｆｂは、
Ｆｂ＝Ｆω／ｔａｎγとなる。

上記カム溝外周面の傾斜角γは、任意に設定することができ、各ボール２８，３１の質量及び各ボールが位置する半径が定まっているので、上記傾斜角γを適正に設定することにより、セカンダリシャフト１１の回転数に応じた軸力Ｆｂが容易に把握でき、上記伝達トルクに応じた軸力に、該遠心力による軸力Ｆｂを加えて、正確な軸力を設定することができる。

例えば、上記遠心力Ｆω＝６００Ｎ、傾斜角γ＝６０°とすると、上記軸力Ｆｂは、
Ｆｂ＝６００／ｔａｎ６０°＝３４６Ｎ
となる。β＝９０°とすると、Ｆｂ＝０［Ｎ］となる。

図４は、第２トルクカム２０のみを一部変更した実施の形態を示すもので、先の実施の形態と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。

第２トルクカム２０_２は、ボール３１の接触するカム溝３０の直線形状外周面３０ｂを軸線ｌ−ｌと平行にしたもの、即ち上記傾斜角βを９０°に設定したものである。該第２トルクカム２０_２は、受圧部材１４側のカム溝２９がボール３１の半径より小さい深さからなる溝からなり、フランジ部１９側のカム溝３０がボール半径より大きい深さからなる。従って、ボール３１の外径側は、深い溝からなるフランジ部側カム溝３０の外周面３０ｂにのみ接触して、浅い溝からなる受圧部材側カム溝２９には接触しない。対向する両カム溝２９，３０全体で、ボール３１を遊転する大きさの４隅が面取りされた矩形状からなる。

従って、上記第２トルクカム２０_２は、ボールに作用する遠心力による軸力Ｆｂは０［Ｎ］となり、伝達トルクに応じた軸力のみを設計で考慮すればよい。

本実施の形態では、第１トルクカム１５は、所定傾斜角γからなる外周面を有するカム溝を採用し、第２トルクカム２０が、傾斜角γ＝９０°からなるカム溝を用いたので、第１トルクカム１５は、遠心力による軸力Ｆｂが作用するが、これを逆にして、第１トルクカム１５を傾斜角γ＝９０°とし、第２トルクカム２０を所定傾斜角γとしてもよく、また第１及び第２トルクカム１５，２０の両方を傾斜角γ＝９０°からなるカム溝を採用してもよい。また、各トルクカム１５，２０の傾斜角γは、それぞれ任意に設定可能である。

また、第１トルクカム及び第２トルクカムの２種類のトルクカムを用いずに、１種類のトルクカムのものにも同様に適用し得、また２種類以上のトルクカムを用いたものにも同様に適用可能である。また、スプリング１３を省いたものにも適用可能である。

本発明に係る押圧装置を有する摩擦車式無段変速装置は、円錐形摩擦車リング式無段変速装置として好適であり、産業機械、運輸機械等のあらゆる分野の動力伝達装置として利用可能であり、特に自動車に搭載されてトランスミッションに用いて好適である。

１ 摩擦車式無段変速装置（円錐摩擦車リング式無段変速装置）
２ 入力側摩擦車（円錐形摩擦車、プライマリコーン）
３ 摩擦部材（リング）
４ 入力軸（プライマリシャフト）
１０ 出力側摩擦車（円錐形摩擦車、セカンダリコーン）
１１ 出力軸（セカンダリシャフト）
１２ 押圧装置
１３ スプリング（皿ばね）
１４ 部位（受圧部材）
１５ トルクカム（第１トルクカム）
１９ フランジ部
２０，２０_２ 第２トルクカム
２６，２７ カム溝
２６ａ，２７ａ 背面
２６ｂ，２７ｂ 外周面
２８ ボール
２９，３０ カム溝
２９ａ，３０ａ 背面
２９ｂ，３０ｂ 外周面
３１ ボール
ｌ−ｌ 軸線
γ 傾斜角
ｄ 所定隙間

Claims (5)

1. 互いに平行な軸線上に配置された入力軸及び出力軸と、前記入力軸に駆動連結される入力側摩擦車と、前記出力軸に駆動連結される出力側摩擦車と、前記入力側摩擦車及び出力側摩擦車にオイル環境下で圧接してこれら両摩擦車との間で動力伝達する摩擦部材と、を備え、前記摩擦部材を、前記入力側摩擦車及び出力側摩擦車との接触位置を変更することにより前記入力軸及び出力軸との間の回転を無段に変速する摩擦車式無段変速装置において、
   前記入力軸と前記入力側摩擦車、又は前記出力側摩擦車と前記出力軸の間に配置され、前記入力側摩擦車及び前記出力側摩擦車と前記摩擦部材とを圧接する軸力を付与する押圧装置を備え、
   前記押圧装置は、前記出力軸又は入力軸に固定されたフランジ部と、前記出力軸又は入力軸と相対的に回転可能で軸方向に移動自在な出力側摩擦車又は入力側摩擦車に回転不能で軸方向に拘束されている部位とに、それぞれ対向するように形成されたカム溝と、これら両カム溝の間に挟持されたボールと、を有するトルクカムからなり、
   前記ボールの外径側が接触する前記カム溝の外周面は、前記軸線を含む平面による断面において直線形状からなる、
   ことを特徴とする摩擦車式無段変速装置。
2. 前記カム溝の外周面の直線形状は、前記軸線に直交する線に対して所定傾斜角を有し、
   前記ボールが前記カム溝の外周面に接触する点を含む前記断面において、前記ボールは、該ボールに前記カム溝からトルクを作用する該カム溝の背面との間に所定間隙を存してなる、
   請求項１記載の摩擦車式無段変速装置。
3. 前記両カム溝は、溝の深さが異なり、前記ボールの外径側が接触する側の前記カム溝の外周面は、前記断面において、前記軸線と平行な直線形状からなる、
   請求項１記載の摩擦車式無段変速装置。
4. 前記押圧装置は、トルクの伝達経路に対して並列に配置された第１トルクカムと第２トルクカムを有し、
   前記第１トルクカムは、前記出力側摩擦車に回転方向一体でかつ軸方向にスプリングを介して拘束されている受圧部材に形成された前記カム溝と、前記出力軸に固定された前記フランジ部に形成された前記カム溝と、これら両カム溝の間に挟持されたボールと、を有する前記トルクカムであり、伝達トルクが所定値より小さな領域において該伝達トルクが経由され、該伝達トルクに応じた軸力を発生し、
   前記第２トルクカムは、前記出力側摩擦車に形成された前記カム溝と、前記出力軸に固定された前記フランジ部に形成された前記カム溝と、これら両カム溝の間に挟持されたボールと、を有する前記トルクカムであり、伝達トルクが前記所定値より大きな領域において該伝達トルクが経由され、該伝達トルクに応じた軸力を発生してなる、
   請求項１ないし３のいずれか記載の摩擦車式無段変速装置。
5. 前記入力側摩擦車及び出力側摩擦車は、径大部と径小部とが軸方向逆になるように配置された円錐形摩擦車であり、
   前記摩擦部材は、前記入力側摩擦車及び出力側摩擦車のいずれか一方を囲むようにして前記両円錐形摩擦車の対向する傾斜面に挟持されて、軸方向移動可能なリングであり、
   前記オイルは、前記摩擦車式無段変速装置を収納するケース内に封入されたトラクション用オイルである、
   請求項１ないし４のいずれか記載の摩擦車式無段変速装置。

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