JP2013181627A - 無段変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対称配置された一対のテーパーコーン式無段変速機を備えるとともに、それらの無段変速機間の出力の回転差に起因する滑り量を補正する差動補正機構を有する無段変速装置において、差動補正機構における動力損失を低減することができる無段変速装置を提供する。
【解決手段】変速用ネジ１７を長手方向にスライド可能に構成するとともに、その変速用ネジ１７の回りに回転可能であってフレーム１に対する移動が拘束された第１ピニオンギア２７と、変速用ネジ１７の回りに回転自在であって長手方向への移動が拘束された第２ピニオンギア２８とを、それぞれ一対の出力リング９Ａ、９Ｂと噛合させ、かつそれら第１ピニオンギア２７と第２ピニオンギア２８とを入力軸の回転方向と逆向きの差動補正用ネジ３２により螺着する。
【選択図】図１

Description

本発明は無段変速装置に関し、更に詳しくは、対称配置された一対のテーパーコーン式無段変速機を備えるとともに、それらの無段変速機間の出力の回転差に起因する滑り量を補正する差動補正機構を有する無段変速装置において、差動補正機構における動力損失を低減することができる無段変速装置に関する。

従来より、車両や産業機器の分野において、一定の入力回転数に対して出力回転数を連続的に変化させることができる無段変速機（ＣＶＴ）が広く用いられている。この無段変速機の代表的なものに、小型でかつ変速範囲が広いという特徴を有する摩擦車式無段変速機がある。摩擦車式無段変速機は、部材間の摩擦力により動力伝達を行うものであるが、伝達する動力（トルク）の大きさが一定限度を超えると、部材間に過大な滑りが生じて滑り損傷を起こすおそれがある。また、部材間の摩擦力を確保するために部材に押付力を付加すると、回転する部材にスラスト力が発生して損傷に至る可能性がある。

そのような問題を解決するには、同一構造の摩擦車式無段変速機を、同一の回転軸上に左右対称に配置することが考えられる（例えば、特許文献１を参照）。このようにすることで、同じ大きさのトルクを伝達するのに必要な部材間の摩擦力を半減させ、かつ回転軸に作用するスラスト力を相殺することが可能になる。

しかしながら、左右対称に配置された摩擦車式無段変速機の間には、製造・組付けの誤差や、潤滑状態などの運転条件の相違などがあるため、同一の回転軸からの入力回転数が同じであっても、それぞれの出力回転数には差が生じることになる。この回転数差は、摩擦伝動を行う部材間の滑りにより吸収されるが、時間の経過に伴って滑り量が増大して、過大な発熱や部材の損傷を引き起こすおそれがある。

そこで発明者らは、左右対称に配置されたテーパーコーン式無段変速機の対向する出力部材間に、球状の転動体が挿入された貫通空間部を有する円板状のガイド部材からなる差動補正機構を設置することで、それらの出力部材間に発生する回転数差に起因する滑りを回避することができる無段変速装置を提案した（特許文献２を参照）。

しかしながら、上記の無段変速装置では、差動補正機構が差動する際に若干の駆動力が使われて動力が損失するため、トルクの伝達効率を向上する観点からは必ずしも望ましいものではなかった。

実公昭３９−３３７３４号公報 特開２００９−２８１４０４号公報

本発明の目的は、対称配置された一対のテーパーコーン式無段変速機を備えるとともに、それらの無段変速機間の出力の回転差に起因する滑り量を補正する差動補正機構を有する無段変速装置において、差動補正機構における動力損失を低減することができる無段変速装置を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明の無段変速装置は、ハウジングに回動自在に支持された入力軸の回りに遊星配置された複数の円錐形状の遊星ホイールの一端部を前記入力軸に、他端部を前記入力軸の回りに回転可能な出力リングに、それぞれ転動面を介して圧接するとともに、前記複数の遊星ホイールの円錐面に変速リングを外嵌してなるテーパーコーン式無段変速機を、前記出力リング同士が対向するように同一軸心に沿って前後対称に配置し、前記一対の出力リングに挟持された前記入力軸の回りに回転自在な円板状の出力ギアに、球状の転動体が挿入された貫通空間部を設けるとともに、前記一対の出力リングの対向面に前記転動体を収容可能な径方向外側に傾斜面を有する円周溝をそれぞれ形成してなる作動補正機構を備えてなる構成を有し、前記一対の変速リングを前記入力軸に平行に延びる変速用ネジに沿って互いに逆方向に連動して前記遊星ホイールの円錐面上を移動させることで、前記入力軸からの入力を無段変速して前記出力ギアに出力する無段変速装置において、前記変速用ネジを長手方向にスライド可能に構成し、前記出力リングの一方を前記ハウジングに固定されかつ前記変速用ネジの回りに回転可能な第１ピニオンギアに噛合させるとともに、該出力リングの他方を該変速用ネジの回りに回転可能であってかつ長手方向に拘束された第２ピニオンギアに噛合させ、前記第１ピニオンギアと前記第２ピニオンギアとを、前記入力軸の回転方向と逆向きに形成したネジを介して螺着したことを特徴とするものである。

上記の無段変速装置においては、遊星ホイールを、円錐形状の本体の少なくとも頂部に形成された転動面を介して入力軸に圧接させるとともに、その本体の裾部に形成された転動面を介して出力リングに圧接させる。

本発明の無段変速装置によれば、新たな差動補正機構を追加して、従来の差動補正機構の機能の少なくとも一部を分担させるようにしたので、従来の差動補正機構における動力損失を低減することができる。

本発明の実施形態からなる無段変速装置の構成図である。 図１中にＸで示された新たな作動補正機構の構成図である。 第１及び第２ピニオンギアの組立図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態からなる無段変速装置の構成を示す。

この無段変速装置は、ハウジング１に回転自在に支持された入力軸２からの入力を、同一軸心上に前後対称（図面上は左右対称）に配置された一対のテーパーコーン式無段変速機３Ａ、３Ｂと、それらの無段変速機３Ａ、３Ｂ間の出力の回転差に起因する滑り量を補正する差動補正機構４とを通じて、入力軸と平行に延びる出力軸５に無段変速して出力するものである。

テーパーコーン式無段変速機３Ａ、３Ｂについて、前段（図面上は右側）のテーパーコーン式無段変速機３Ａを例にして説明する。

テーパーコーン式無段変速機３Ａは、入力軸２の回りに遊星配置された複数の遊星ホイール６Ａと、それら複数の遊星ホイール６Ａを外嵌する変速リング７Ａと、内周を空回りしつつ、スプリングＳの軸力により内側（図面上は左向き）に押し込まれて遊星ホイール６Ａを外側へ押し出す予圧ディスク８Ａと、入力軸２の回りに回転可能な出力リング９Ａとから主に構成されている。

複数の遊星ホイール６Ａは、入力軸２の回りに回転自在なキャリア１０に、それぞれ保持器１１Ａを介して回転可能に固定されており、入力軸２の回りを自転しつつ公転するようになっている。遊星ホイール６Ａの円錐状の本体１２Ａの頂部１３Ａ及び底部１４Ａには、それぞれ円錐状の転動面１５Ａが形成されており、２枚の予圧ディスク８Ａの外周に形成された円錐状の接触面１６Ａにそれぞれ対向している。遊星ホイール６Ａは、本体１２Ａの円錐面の外側が入力軸と平行になるように傾けられており、その外側の面には変速リング７Ａが外嵌している。この変速リング７Ａの上部は、入力軸２と平行な変速用ネジ１７に螺着するとともに、下部には変速用ネジ１７と平行な変速用ガイド１８が貫通している。従って、変速リング７Ａは、入力軸２の長手方向に移動可能であって、かつ回転方向に拘束された状態にある。この変速リング７Ａの入力軸２の長手方向への移動は、変速用ネジ１７を変速用モータ１９により回転駆動させることにより行われる。また、遊星ホイール６Ａの裾部２０Ａに形成された円錐状の転動面１５Ａには、入力軸２の回りに回転可能な出力リング９Ａが外側から圧接している。

このテーパーコーン式無段変速機３Ａにおいて、入力軸２に回転（トルク）を加えると、予圧ディスク８Ａにより外側へ予圧された遊星ホイール６Ａに初期ローディングが発生し、キャリア１０からトルクが伝達されて遊星ホイール６Ａが自転する。このとき、それぞれの遊星ホイール６Ａは、変速リング７Ａにより外嵌されているため、変速リング７Ａと本体１２Ａの円錐面との接触点において入力軸２の回りを公転する。この遊星ホイール６Ａの公転が、出力リング９Ａへ伝達されて回転出力となる。従って、変速リング７Ａを前後に移動させて遊星ホイール６Ａと円錐面との接触点を連続的に変化させることで、入力回転数を無段変速させて出力リング９Ａの出力回転数とすることができる。

一対のテーパーコーン式無段変速機３Ａ、３Ｂは前後対称に配置されているため、変速リング７Ａ、７Ｂは互いに逆方向へ連動して同じ距離だけ移動させる必要がある。そのため、それぞれの変速リング７Ａ、７Ｂがそれぞれ螺着する変速用ネジ１７のネジ部１７ａ、１７ｂは、互いに逆ネジの関係になっている。

更に、対向する一対の出力リング９Ａ、９Ｂの間の回転差を補正するための差動補正機構４が設けられている。この差動補正機構４は、出力リング９Ａ、９Ｂに挟持されるようにして、キャリア１０上に回転自在に設置された円板状の出力ギア２１から主に構成される。この出力ギア２１には、球状の転動体２２が挿入された貫通空間部２３が形成されている。貫通空間部２３は、入力軸２の長手方向から見ると、径方向外側が弧状でかつ内側が直線となった略矩形状になっている。また、一対の出力リング９Ａ、９Ｂの対向面には、転動体２２を収容可能な径方向外側に傾斜面を有する円周溝２４Ａ、２４Ｂがそれぞれ形成されている。

この差動補正機構４は、一対の出力リング９Ａ、９Ｂ間に回転差が生じると、転動体２２が径方向の軸を中心に回転することで、その回転差を吸収するものである。また、転動体２２は、径方向外側に移動することで、両方の出力リング９Ａ、９Ｂの傾斜部２５Ａ、２５Ｂを押圧して、出力リング９Ａ、９Ｂ間に押圧力を発生させることもできる。そのため、一対の出力リング９Ａ、９Ｂと出力ギア２１とは、ほぼ同じ回転数で回転するようになり、出力リング９Ａ、９Ｂのトルク、出力ギア２１と噛合するカウンターギア２６を介して出力軸５に伝達される。

本発明は、上記の差動補正機構４における一対の出力リング９Ａ、９Ｂ間の回転差を補正する機能の少なくとも一部を、新たな差動補正機構Ｘに分担して行わせるようにするものである。

その新たな差動補正機構Ｘは、図２に示すように、長手方向にスライド可能にされた変速用ネジ１７と、その変速用ネジ１７に外嵌し、かつ一対の出力リング９Ａ、９Ｂにそれぞれ噛合する第１ピニオンギア２７及び第２ピニオンギア２８から主に構成される。

第１ピニオンギア２７及び第２ピニオンギア２８は、図３に示すように、出力リング９Ａ、９Ｂの外周の突出部２９Ａ、２９Ｂと噛合する太径の歯車部２７ａ、２８ａをそれぞれ一端部に有する円筒体から形成されている。第１ピニオンギア２７は、ハウジング１にベアリング部３０を介して固定された状態で変速用ネジ１７に外嵌している。そのため、第１ピニオンギア２７は、変速用ネジ１７の回りに回転可能であって、かつフレーム１に対する移動が拘束された状態にある。

一方、第２ピニオンギア２８は、変速用ネジ１７の周方向溝に嵌合する小ベアリング３１を介して変速用ネジ１７に外嵌している。そのため、変速用ネジ１７の回りに回転自在ではあるが、長手方向への移動が拘束された状態にある。

更に、第１ピニオンギア２７と第２ピニオンギア２８の他端部２７ｂ、２８ｂ同士は、それぞれの外面及び内面に形成された作動補正用ネジ３２を介して螺着している。この作動補正用ネジ３２は、入力軸２の回転方向に対して逆向きになるように形成されている。つまり、図１、２に示す構成では、例えば入力軸２が右回転である場合には、差動補正用ネジ３２は入力側（図面右側）から見て左向きになる。

このような構成を有する新たな差動補正機構Ｘの機能は次のようになる。まず、一対の出力リング９Ａ、９Ｂ間に回転差がない場合には、第１ピニオンギア２７と第２ピニオンギア２８とは同じ回転数で回転するため、両者の間の距離が変化することはない。そして、一対の出力リング９Ａ、９Ｂ間に回転差が生じると、第１ピニオンギア２７と第２ピニオンギア２８とは、変速用ネジ１７の回りを異なる速度で相対的に回転するようになる。このとき、第１ピニオンギア２７はハウジング１に対して固定されているため、両者の間の回転差の大小により、第２ピニオンギア２８が第１ピニオンギア２７に対して作動補正用ネジ３２の作用により、ねじ込む方向か又は抜かれる方向に移動する。この第２ピニオンギア２８は変速用ネジ１７の長手方向に拘束されているので、第２ピニオンギア２８の移動に伴って変速用ネジ１７は前後（図面上は左右）にスライドすることになる。それにより、変速用ネジ１７に螺着している一対の変速リング７Ａ、７Ｂが、同じ方向に連動して同距離を移動するようになる。

一対のテーパコーン式無段変速機３Ａ、３Ｂは、前後対称に配置されているため、一対の変速リング７Ａ、７Ｂの両方が同方向に移動すると、例えば前段の無段変速機３Ａの出力リング９Ａでは回転数が増加し、後段の無段変速機３Ｂの出力リング９Ｂでは回転数が減少することになる。その結果、一対の出力リング９Ａ、９Ｂ間の回転差が補正されるのである。

差動補正用ネジ３２の向きについては次のようにして定められる。図１、２の構成において、例えば入力軸２を入力側からみて右方向に回転した場合には、前段のテーパーコーン式変速機３Ａでは、変速リング７Ａを右側に移動させると出力リング９Ａは左方向に回転するので、第１ピニオンギア２７は右方向に回転する。第１ピニオンギア２７が第２ピニオンギア２８に対して右方向に回転することは、右側のテーパーコーン式変速機３Ａの出力リング９Ａの方が回転数が大きいことになるので、この回転差を補正するためには、一対の変速リング７Ａ、７Ｂの両方を左側に移動させる必要がある。従って、差動補正用ネジ３２の向きは、入力軸２が右回転する場合には、第２ピニオンギア２８が抜かれるように移動する方向である左向きに形成される必要がある。なお、入力軸２が左回転する場合には、差動補正用ネジ３２の向きは入力側から見て右向きに形成されることになるのは言うまでもない。

このように、無段変速装置に新たな差動補正機構Ｘを追加することで、従来の差動補正機構４における機能の少なくとも一部が分担されるようになるため、従来の差動補正機構４における動力損失を低減することができる。なお、新たな差動補正機構Ｘの作動時における実際の変速用ネジ１７のスライド量は１〜２ｍｍ程度になるので、この作動補正機構Ｘでの動力損失は無視できるとしてよい。

また、従来の差動補正機構４の動作機会が少なくなるので、その耐久性を向上することができる。更には、簡易な構成からなる新たな差動補正機構Ｘを追加するだけで良いため、無段変速装置におけるトルクの伝達効率の向上を確実かつ低コストで達成することが可能になる。

１ ハウジング
２ 入力軸
３Ａ、３Ｂ テーパーコーン式無段変速機
４ 作動補正機構
５ 出力軸
６Ａ、６Ｂ 遊星ホイール
７Ａ、７Ｂ 変速リング
８Ａ、８Ｂ 予圧ディスク
９Ａ、９Ｂ 出力リング
１０ キャリア
１１Ａ 保持器
１２Ａ 本体
１３Ａ 頂部
１４Ａ 底部
１５Ａ 転動面
１６Ａ 接触面
１７ 変速用ネジ
１８ 変速用ガイド
１９ 変速用モータ
２０Ａ 裾部
２１ 出力ギア
２２ 転動体
２３ 貫通空間部
２４Ａ 円周溝
２５Ａ 傾斜部
２６ カウンターギア
２７ 第１ピニオンギア
２８ 第２ピニオンギア
２９Ａ、２９Ｂ 突出部
３０ ベアリング部
３１ 小ベアリング
３２ 作動補正用ネジ

Claims (2)

1. ハウジングに回動自在に支持された入力軸の回りに遊星配置された複数の円錐形状の遊星ホイールの一端部を前記入力軸に、他端部を前記入力軸の回りに回転可能な出力リングに、それぞれ転動面を介して圧接するとともに、前記複数の遊星ホイールの円錐面に変速リングを外嵌してなるテーパーコーン式無段変速機を、前記出力リング同士が対向するように同一軸心に沿って前後対称に配置し、
   前記一対の出力リングに挟持された前記入力軸の回りに回転自在な円板状の出力ギアに、球状の転動体が挿入された貫通空間部を設けるとともに、前記一対の出力リングの対向面に前記転動体を収容可能な径方向外側に傾斜面を有する円周溝をそれぞれ形成してなる作動補正機構を備えてなる構成を有し、
   前記一対の変速リングを前記入力軸に平行に延びる変速用ネジに沿って互いに逆方向に連動して前記遊星ホイールの円錐面上を移動させることで、前記入力軸からの入力を無段変速して前記出力ギアに出力する無段変速装置において、
   前記変速用ネジを長手方向にスライド可能に構成し、前記出力リングの一方を前記ハウジングに固定されかつ前記変速用ネジの回りに回転可能な第１ピニオンギアに噛合させるとともに、該出力リングの他方を該変速用ネジの回りに回転可能であってかつ長手方向に拘束された第２ピニオンギアに噛合させ、
   前記第１ピニオンギアと前記第２ピニオンギアとを、前記入力軸の回転方向と逆向きに形成したネジを介して螺着したことを特徴とする無段変速装置。
2. 前記遊星ホイールは、円錐形状の本体の少なくとも頂部に形成された転動面を介して前記入力軸に圧接するとともに、該本体の裾部に形成された転動面を介して前記出力リングに圧接する請求項１に記載の無段変速装置。

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