JP2013047534A - ベルト式無段変速機のシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】可動シーブ８と回転軸１１との間を必要十分にシールでき、しかも組み付け性あるいは製造作業性を向上させることができるベルト式無段変速機のシール構造を提供する。
【解決手段】ベルトが巻き掛けられるプーリが、回転軸１１と一体の固定シーブ６と、その固定シーブ６に対して接近し、また離隔するように回転軸１１に嵌合された可動シーブ８とによって構成されたベルト式無段変速機のシール構造において、可動シーブ８の内周面のうち固定シーブ側の内周面が回転軸１１の外周面との間の隙間が狭い封止嵌合部８ｄとされ、その封止嵌合部８ｄとその封止嵌合部８ｄに対向する回転軸の外周部とのうちの少なくともいずれか一方に、封止嵌合部８ｄと回転軸１１との間隔を局部的に増大させて封止嵌合部８ｄと回転軸１１との間に介在する圧油の圧力を低下させる溝１６ａ，１６ｂが形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、伝動ベルトの巻き掛け半径を変化させて変速比を変化させるベルト式無段変速機のシール構造に関し、特に、その伝動ベルトの巻き掛け半径を変化させるために回転軸に沿って移動する可動シーブと回転軸との隙間から、伝動ベルトが巻き掛けられている箇所へのオイルの漏洩を抑制するベルト式無段変速機のシール構造に関するものである。

従来知られているベルト式無段変速機は、エンジンから動力が伝達されて駆動するプライマリプーリと、そのプライマリプーリから動力が伝達されて出力側の部材に動力を出力するセカンダリプーリと、それらのプーリに巻き掛けられてプライマリプーリからセカンダリプーリに動力を伝達する伝動ベルト（以下、単にベルトと記す。）とによって構成されている。また、それぞれのプーリは、回転軸と一体に回転する固定シーブと、固定シーブに対向して配置され、回転軸の軸線方向に摺動することができるように構成された可動シーブとによって構成されている。この可動シーブの背面側には、油圧アクチュエータが設けられており、その油圧アクチュエータに供給される油圧もしくは油量を変化させることにより、固定シーブと可動シーブとの隙間が変化させられ、ベルトの巻き掛け半径が変化させられるように構成されている。つまり、油圧もしくは油量によって変速比を変化させるように構成されている。また、ベルトを介したトルクの伝達は、ベルトと各プーリとの間の摩擦力によって行われるから、上記の油圧アクチュエータによる油圧を要求される伝達トルク容量を設定できる圧力に保持している。

したがって、その油圧アクチュエータからオイルが漏洩してしまうと油圧や油量が低下してしまい変速比の制御性や応答性が低下し、あるいは伝達トルク容量を確保できなくなり、また油圧アクチュエータにオイルを供給するオイルポンプの動力損失もしくはアキュムレータの圧力損失が増加してしまう可能性ある。このような不都合を解消する装置として、特許文献１には、可動シーブと回転軸との隙間からベルト巻き掛け溝にオイルが漏洩することを抑制するためのＯリングが設けられたベルト式無段変速機が記載されている。

特開２００３−２４００７９号公報

上述したようにＯリングを設けることにより、可動シーブと回転軸との隙間からオイルが漏洩すること、すなわち油圧アクチュエータからオイルが漏洩することを抑制することができ、その結果、油圧や油量の制御性あるいは応答性を向上させることや、動力損失や圧力損失による燃費の低下を抑制することができる。このようなベルト式無段変速機は、可動シーブの内周部と回転軸の外周部とのいずれか一方にシール材を組み付けた状態で、可動シーブの内周部に回転軸を挿入して組み付ける。また、シール材は、通常、弾性変形させられて組み付けられることによりシールとして機能するものである。したがって、シール材を可動シーブの内周部と回転軸の外周部とのいずれか一方に組み付けた状態で、回転軸を可動シーブに挿入すると、そのシール材が回転軸を挿入する際の摺動抵抗となり組み付け性が低下してしまったり、シール材が可動シーブや回転軸のエッジ部分に引っかかってしまい、ベルト式無段変速機の製造作業性が損なわれる可能性がある。

なお、回転軸の外周面と可動シーブの内周面との間の隙間（クリアランス）を微小とすることにより、両者の間からの油圧の漏洩を防止もしくは抑制することも従来行われている。しかしながら、このような構造では、可動シーブの内周部や回転軸の外周部の加工精度を向上させなければならないので、生産コストが不可避的に増大してしまう可能性がある。

この発明は上述した事情を背景としてなされたものであって、可動シーブと回転軸との間を必要十分にシールでき、しかも組み付け性あるいは製造作業性を向上させることができるベルト式無段変速機のシール構造を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために請求項１の発明は、ベルトが巻き掛けられるプーリが、回転軸と一体の固定シーブと、その固定シーブに対して接近し、また離隔するように前記回転軸に嵌合された可動シーブとによって構成されたベルト式無段変速機のシール構造において、前記可動シーブの内周面のうち前記固定シーブ側の内周面が前記回転軸の外周面との間の隙間が狭い封止嵌合部とされ、その封止嵌合部とその封止嵌合部に対向する前記回転軸の外周部とのうちの少なくともいずれか一方に、前記封止嵌合部と前記回転軸との間隔を局部的に増大させて前記封止嵌合部と前記回転軸との間に介在する圧油の圧力を低下させる溝が形成されていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記溝は、前記ベルトが巻き掛けられている状態で前記可動シーブが前記固定シーブから最も離隔した状態での前記封止嵌合部と、該封止嵌合部と対向する前記回転軸の外周部との少なくともいずれか一方に形成された溝を含むことを特徴とするベルト式無段変速機のシール構造である。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記溝は、前記封止嵌合部と前記回転軸の外周面とのそれぞれに複数条、軸線方向に並んで形成され、これら封止嵌合部における溝同士の間隔と前記回転軸の外周面の溝同士の間隔とは、封止嵌合部のいずれか一つの溝と回転軸の外周面のいずれか一つの溝とが軸線方向で一致した状態で、封止嵌合部の他の少なくともいずれか一つの溝と回転軸の外周面の他のいずれか一つの溝とが軸線方向で一致しないように構成されていること特徴とするベルト式無段変速機のシール構造である。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記封止嵌合部における溝同士の間隔と前記回転軸の外周面の溝同士の間隔とは互いに異なっていることを特徴とするベルト式無段変速機のシール構造である。

請求項１の発明によれば、可動シーブの内周面のうち固定シーブ側の内周面が回転軸の外周面との間の隙間が狭い封止嵌合部とされている。そのため、その隙間からベルトが巻き掛けられている箇所に圧油が漏洩してしまうことを抑制することができる。また、封止嵌合部とその封止嵌合部と対向する回転軸の外周部とのうちの少なくともいずれか一方に、封止嵌合部と回転軸との間隔を局部的に増大させて封止嵌合部と回転軸との間に介在する圧油の圧力を低下させる溝が形成されているので、溝が形成されている箇所まで圧油が漏洩した場合であっても、その溝により圧油の圧力が低下させられて、ベルトが巻き掛けられている箇所に圧油が漏洩してしまうことを抑制することができる。さらに、圧油は、常時、溝および封止嵌合部と回転軸との隙間に滞留もしくは流動するので、油膜保持性能を向上させることができ、その結果、可動シーブおよび回転軸の耐久性を向上させることができる。また、オイルの漏洩を抑制するためのシール材を設けることがなく、あるいは封止嵌合部と回転軸との隙間を狭く形成するための過剰な加工精度を要求されることがないので、生産コストを削減することができる。

また、請求項２の発明によれば、ベルトが巻き掛けられている状態で可動シーブが固定シーブから最も離隔した状態での封止嵌合部と、その封止嵌合部と対向する回転軸の外周部との少なくともいずれか一方に溝が形成されているので、封止嵌合部と回転軸とが嵌合している領域が最も少ない状態であっても必ず圧油の圧力を低下させて、圧油の漏洩を抑制することができる。

さらに、請求項３の発明によれば、溝は、封止嵌合部と回転軸の外周面とのそれぞれに複数条、軸線方向に並んで形成され、封止嵌合部における溝同士の嵌合部と回転軸の外周面の溝同士の間隔とは、封止嵌合部のいずれか一つの溝と回転軸の外周面のいずれか一つの溝とが軸線方向で一致した状態で、封止嵌合部の他の少なくともいずれか一つの溝と回転軸の外周面の他のいずれか一つの溝とが軸線方向で一致しないように構成されている。また、請求項４の発明によれば、封止嵌合部における溝同士の間隔と回転軸の外周面の溝同士の間隔とは互いに異なっている。したがって、請求項３および請求項４の発明は、回転軸の軸線方向において、より多くの箇所で圧油の圧力を低下させて、圧油の漏洩を抑制する効果を向上させることができる。

この発明に係るベルト式無段変速機のシール構造を説明するための拡大断面図である。 この発明で対象とすることのできるベルト式無段変速機の構成を説明するための模式図である。 そのベルト式無段変速機におけるセカンダリプーリの断面図である。 環状溝の断面図であり、その環状溝を流動するオイルの流れを説明するための図である。 第１封止嵌合部に形成された環状溝同士の間隔と、回転軸に形成された環状溝同士の間隔との関係を説明するための図である。

つぎに、この発明に係るベルト式無段変速機のシール構造の構成例を図を参照しつつ説明する。図２は、この発明の対象とすることのできるベルト式無段変速機１の構成を示したものである。なお、図２に示すベルト式無段変速機１の基本的な構成は、従来知られたベルト式無段変速機の構成と同様である。まず、図に示すベルト式無段変速機１は、図示しない内燃機関や電動機などの動力源から伝達された動力によって駆動するプライマリプーリ２と、そのプライマリプーリ２から伝達された動力によって駆動するセカンダリプーリ３と、それらプーリ２，３に巻き掛けられたベルト４とによって構成されている。また、それぞれのプーリ２，３は、互いに対向した面がテーパ状に形成された固定シーブ５，６と、可動シーブ７，８とにより構成されている。可動シーブ７，８は、固定シーブ５，６に接近・離隔することができるように構成されている。すなわち、固定シーブ５，６と可動シーブ７，８との間隔を変化させることによりベルト４の巻き掛け半径を変化させて、変速比を変化させることができるように構成されている。さらに、可動シーブ７，８を、固定シーブ５，６側に押圧して変速比や伝達トルク容量を制御する油圧アクチュエータ９，１０が可動シーブ７，８の背面側に配置されている。

図３は、図２におけるセカンダリプーリ３の構成をより具体的に説明するための断面図である。なお、プライマリプーリ２の構成はセカンダリプーリ３の構成と同様の構成であるので、以下の説明ではセカンダリプーリ３の構成を例に挙げて説明する。図に示すセカンダリプーリ３は、両端を軸受１２により保持された出力軸１１と、その出力軸１１の一方の端部側に一体に形成された円錐状の固定シーブ６と、出力軸１１の出力側、すなわち図に示す右側に配置され、固定シーブ６に接近・離隔することができるように出力軸１１に嵌合した可動シーブ８とによって構成されている。可動シーブ８の構成を具体的に説明すると、可動シーブ８は、円錐状に形成されたテーパ部８ａと、そのテーパ部８ａの内周側から背面に向けて、すなわち出力側に向けて突出したボス部８ｂとにより構成されていて、そのテーパ部８ａとボス部８ｂとの内周部分が中空状に形成されている。このように可動シーブ８を形成することにより、出力軸１１を可動シーブ８に挿入して組み付けることができ、また可動シーブ８が出力軸１１の軸線方向に移動することができる。また、可動シーブ８の内周面、具体的には、ボス部８ｂの内周面と出力軸１１の外周面とがボールスプラインなどにより係合されており、可動シーブ８と出力軸１１とが回転方向において動力伝達可能に形成されている。

さらに、可動シーブ８の出力側には、ボス部８ｂを覆うように形成されたシリンダ１３が設けられている。このシリンダ１３は、内部にオイルを供給することにより、固定シーブ６側に押圧する荷重を可動シーブ８に作用させるものである。すなわち、シリンダ１３は、内周部分を出力軸１１と連結し、外周部分を可動シーブ８の外周側から背面側に突出して形成された突出部８ｃとシール材１４を介して液密状に当接することにより、シリンダ１３の内部の空間が液密状となるように構成されている。したがって、シリンダ１３に供給する油圧あるいは油量を制御することにより、可動シーブ８を押圧する荷重を制御して、固定シーブ６と可動シーブ８との隙間、すなわちベルト巻き掛け溝の幅を制御することやベルト４を挟みつける挟圧力を制御することができる。つまり、変速比や伝達トルク容量を制御することができる。なお、シリンダ１３の内部には、可動シーブ８に軸線方向の付勢力を作用させるリターンスプリング１５が設けられている。

そして、シリンダ１３にオイルを供給もしくは排出するための油路１１ａ，１１ｂが出力軸１１に形成されている。具体的には、出力軸１１の端部に開口した中空部１１ａが出力軸１１に形成され、その中空部１１ａから可動シーブ８のボス部８ｂの内周面と出力軸１１の外周面との隙間に連通した油路１１ｂが形成され、その出力軸１１の開口端に図示しないオイルポンプやアキュムレータなどの油圧源からオイルが供給されるように構成されている。また、油路１１ｂの開口部は、ボールスプラインなどにより係合している部分（以下、スプライン係合部１７と記す。）を流通してシリンダ１３にオイルが供給されるように、スプライン係合部１７の図に示す左側に形成されている。このように油路１１ａ，１１ｂを形成することにより、スプライン係合部１７にオイルを流動させて潤滑性を向上させることができる。

一方、可動シーブ８に出力軸１１を挿入して組み付けることから、可動シーブ８のテーパ部８ａの内周面と、出力軸１１の外周面とには不可避的な隙間１８が形成される。そのため、その隙間１８からオイルがベルト巻き掛け溝に漏洩してしまうと、シリンダ１３の内部の油圧あるいは油量の制御性や応答性が低下してしまったり、そのオイルを供給するための図示しないオイルポンプの駆動頻度が増大して動力損失が増加してしまったりする可能性がある。したがって、この発明は、可動シーブ８の内周面と出力軸１１の外周面とからベルト巻き掛け溝にオイルが漏洩してしまうことを抑制することができる構造となっている。図１は、その構造の一例を示した図であり、図３におけるＩ部の拡大図である。また、図１は、可動シーブ８が最も固定シーブ６から離れた状態を示している。図に示す例では、スプライン係合部１７側からベルト巻き掛け溝にオイルが漏洩してしまうことを抑制するために、可動シーブ８のうち固定シーブ６側の内周面と出力軸１１の外周面との隙間が狭くなるように構成されている。具体的には、可動シーブ８の内周部、より具体的には、テーパ部８ａの内周部と出力軸１１の外周部との隙間が、ボス部８ｂの内周部と出力軸１１の外周部より狭くなるように形成されている。すなわち、テーパ部８ａと対向する箇所の出力軸１１の外径が、ボス部８ｂと対向する箇所の出力軸１１の外径より大きく形成されている。なお、以下の説明では、テーパ部８ａの内周部を第１封止嵌合部８ｄ、出力軸１１の外径が大きく形成されている箇所を第２封止嵌合部１１ｃと記す。

また、第１封止嵌合部８ｄの内周面と第２封止嵌合部１１ｃの外周面とには、それぞれ断面形状が矩形の環状溝１６ａ，１６ｂが、軸線方向に複数形成されている。なお、図に示す例では、第１封止嵌合部８ｄの内周面に２つの環状溝１６ａが形成され、第２封止嵌合部１１ｃの外周面に３つの環状溝１６ｂが形成されている。また、これら環状溝１６ａ，１６ｂは、第１封止嵌合部８ｄが移動する範囲内に形成されている。すなわち、可動シーブ８が固定シーブ６から最も離れた状態であっても、軸線方向における第１封止嵌合部８ｄと第２封止嵌合部１１ｃとが重なり合う部分Ｌに、第１封止嵌合部８ｄの内周面に形成された環状溝１６ａと、第２封止嵌合部１１ｃの外周面に形成された環状溝１６ｂとの少なくとも一つの環状溝１６ａ（１６ｂ）があるように形成されている。なお、図１に示す例では、第２封止嵌合部１１ｃの外周面に形成された一つの環状溝１６ｂが、軸線方向における第１封止嵌合部８ｄと第２封止嵌合部１１ｃとが重なり合う部分Ｌにあるように形成されている。

上述したように環状溝１６ａ，１６ｂを形成することによる作用を説明する。まず、ボス部８ｂと出力軸１１との隙間に供給されたオイルは、第１封止嵌合部８ｄと第２封止嵌合部１１ｃとの隙間に流入する。ついで、その流入したオイルは、相対的に圧力の低い固定シーブ側に流動して環状溝１６ａ，１６ｂに流入される。環状溝１６ａ，１６ｂの断面積は、第１封止嵌合部８ｄと第２封止嵌合部１１ｃとの隙間の断面積より大きいため、環状溝１６ａ，１６ｂに流入したオイルは、環状溝１６ａ，１６ｂの内部で断熱膨張する。すなわち、オイルの温度を一定とした状態で膨張することにより、オイルの圧力が低下する。言い換えれば、オイルの運動エネルギが熱エネルギに変換されることによりオイルの圧力が低下する。そのため、環状溝１６ａ，１６ｂの内部の圧力を低下させることにより、固定シーブ６側へ掛かる油圧を低下させることができるので、環状溝１６ａ，１６ｂから固定シーブ６側にオイルが漏洩することを抑制することができる。また、環状溝１６ａ，１６ｂの内部に漏洩したオイルの流れは、図４に示すように渦流Ｒとなる。そのため、そのオイルの渦流Ｒによる粘性摩擦抵抗などによってオイルのエネルギを低下させて、上記効果と同様に油圧を低下させることができる。したがって、環状溝１６ａ，１６ｂの内部の油圧を低下させることにより、環状溝１６ａ，１６ｂからベルト巻き掛け溝側にオイルが流動する流速や圧力差を低下させることができ、その結果、ベルト巻き掛け溝側へのオイルの漏洩を抑制することができる。さらに、環状溝１６ａ，１６ｂを軸線方向に複数形成することにより、各環状溝１６ａ，１６ｂで油圧を低下させることができる、すなわち、徐々に油圧を低下させることができるので、よりオイルの漏洩を抑制することができる。

また、上述したように可動シーブ８が固定シーブ６から最も離れた状態であっても、軸線方向における第１封止嵌合部８ｄと第２封止嵌合部１１ｃとがその状態で重なり合う部分Ｌに、第１封止嵌合部８ｄの内周面に形成された環状溝１６ａと、第２封止嵌合部１１ｃの外周面に形成された環状溝１６ｂとの少なくとも一つの環状溝１６ａ（１６ｂ）があるように形成されているので、第１封止嵌合部８ｄと第２封止嵌合部１１ｃとの隙間からベルト巻き掛け溝に至る過程で、必ず油圧を低下させる箇所を設けることができる。そのため、オイルの漏洩を抑制することができる。

一方、上述したように環状溝１６ａ，１６ｂを形成した場合であっても、第１封止嵌合部８ｄの内周面に形成された環状溝１６ａ，１６ａ同士の間隔と、第２封止嵌合部１１ｃの外周面に形成された環状溝１６ｂ，１６ｂ同士の間隔とが同一である場合には、各環状溝１６ａ，１６ｂ同士が軸線方向において一致した部分で油圧を低下させることができるものの、各環状溝１６ａ，１６ｂが形成されていない部分同士が一致する箇所では、油圧を低下させる効果を得ることができない。そのため、図５に示すように第１封止嵌合部８ｄの内周面に形成された環状溝１６ａ，１６ａ同士の間隔Ａと、第２封止嵌合部１１ｃの外周面に形成された環状溝１６ｂ，１６ｂ同士の間隔Ｂとが異なるように形成することが好ましい。つまり、各環状溝１６ａ，１６ｂ同士が軸線方向において一箇所で一致したとしても、他の箇所で必ず一致しない環状溝１６ａ（１６ｂ）があるように形成する。このように環状溝１６ａ，１６ａ（１６ｂ，１６ｂ）同士の間隔を設定することにより、軸線方向において複数箇所で油圧を低下させることができる。つまり、オイルの漏洩をより低下させることができる。

上述したようにシール材などを設けず、かつテーパ部８ａの内周面と出力軸１１の外周面とに隙間を空けた状態でオイルの漏洩を抑制することができるので、可動シーブ８に出力軸１１を挿入する際の組み付け性を向上させることができる。また、第１封止嵌合部８ｄの内周面と第２封止嵌合部１１ｃの外周面とにはオイルが常時滞留もしくは流動するので、油膜保持性能を向上させることができる。したがって、可動シーブ８や出力軸１１の耐久性を向上させることができる。

なお、この発明は、可動シーブ８の内周面と出力軸１１の外周面との隙間を狭く形成し、かつその隙間が狭く形成された箇所に溝が形成されていればよいので、上述したように出力軸１１の外径を大きくして隙間を狭くするように構成されたものに限らず、可動シーブ８のうち固定シーブ６側の内径を小さく形成したものや、可動シーブ８の内径を小さく形成し出力軸１１の外径を大きく形成したものであってもよい。また、テーパ部８ａの内周面に限らず、ボス部８ｂの固定シーブ６側の部分を含んで封止嵌合部を形成してあってもよい。さらに、第１封止嵌合部８ｄと第２封止嵌合部１１ｃとのいずれか一方に溝を形成したものであってもよい。また、溝を形成することにより断面積が増大させてオイルを断熱膨張させることができればよいので、溝の断面形状が矩形でなくてもよい。さらに、その溝は、第１封止嵌合部８ｄの内周面および第２封止嵌合部１１ｃの外周面の全周に形成されていてもよく、所定の領域に形成された溝を円周方向に複数形成したものであってもよい。また、上述した例では、油圧アクチュエータ９，１０のオイルが漏洩することを抑制するように構成しているが、単に可動シーブ８の摺動負荷を抑制するために流動させられる潤滑油の漏洩を抑制するために同様の構成を適用することができる。

１…ベルト式無段変速機、 ２…プライマリプーリ、 ３…セカンダリプーリ、 ４…ベルト、 ５，６…固定シーブ ７，８…可動シーブ、 ８ａ…テーパ部、 ８ｂ…ボス部、８ｄ…第１封止嵌合部、 １１…出力軸、 １１ｃ…第２封止嵌合部、 １６ａ，１６ｂ…環状溝。

Claims (4)

1. ベルトが巻き掛けられるプーリが、回転軸と一体の固定シーブと、その固定シーブに対して接近し、また離隔するように前記回転軸に嵌合された可動シーブとによって構成されたベルト式無段変速機のシール構造において、
   前記可動シーブの内周面のうち前記固定シーブ側の内周面が前記回転軸の外周面との間の隙間が狭い封止嵌合部とされ、
   その封止嵌合部とその封止嵌合部に対向する前記回転軸の外周部とのうちの少なくともいずれか一方に、前記封止嵌合部と前記回転軸との間隔を局部的に増大させて前記封止嵌合部と前記回転軸との間に介在する圧油の圧力を低下させる溝が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シール構造。
2. 前記溝は、前記ベルトが巻き掛けられている状態で前記可動シーブが前記固定シーブから最も離隔した状態での前記封止嵌合部と、該封止嵌合部と対向する前記回転軸の外周部との少なくともいずれか一方に形成された溝を含むことを特徴とする請求項１に記載のベルト式無段変速機のシール構造。
3. 前記溝は、前記封止嵌合部と前記回転軸の外周面とのそれぞれに複数条、軸線方向に並んで形成され、
   これら封止嵌合部における溝同士の間隔と前記回転軸の外周面の溝同士の間隔とは、封止嵌合部のいずれか一つの溝と回転軸の外周面のいずれか一つの溝とが軸線方向で一致した状態で、封止嵌合部の他の少なくともいずれか一つの溝と回転軸の外周面の他のいずれか一つの溝とが軸線方向で一致しないように構成されている
   こと特徴とする請求項１または２に記載のベルト式無段変速機のシール構造。
4. 前記封止嵌合部における溝同士の間隔と前記回転軸の外周面の溝同士の間隔とは互いに異なっていることを特徴とする請求項３に記載のベルト式無段変速機のシール構造。

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