JP2014098400A

JP2014098400A - ベルト式無段変速機のプーリ構造

Info

Publication number: JP2014098400A
Application number: JP2012248963A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Harima; 和典播磨; Michio Yoshida; 倫生吉田; Takehito Hattori; 勇仁服部; Daisuke Kobayashi; 大介小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2014-05-29

Abstract

【課題】固定シーブが倒れたりその固定シーブと一体化された回転軸がたわみ変形してしまったりすることを抑制もしくは防止することができるベルト式無段変速機のプーリ構造を提供する。
【解決手段】回転軸５と一体化された固定シーブ６と、回転軸５の軸線方向に沿って固定シーブ６に接近または離隔するように設けられた可動シーブとによって構成されたプーリと、プーリに巻き掛けられたベルトと、固定シーブ６側への推力を可動シーブに作用させる推力発生手段とを備えたベルト式無段変速機のプーリ構造において、回転軸５の外周面と、回転軸５の軸線方向における可動シーブ側に向けて形成された固定シーブ６のシーブ面６ａとの間に、曲率半径が大きい大径部１０と、回転軸５の軸線方向における大径部１０よりシーブ面６ａ側に形成されかつ大径部１０より曲率半径が小さく形成された小径部１１とを有するＲ部９を備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、ベルトの巻き掛け半径を変更することによって変速比を変化させるベルト式無段変速機のプーリ構造に関し、特に、回転軸と一体化された固定シーブの構造に関するものである。

従来知られたベルト式無段変速機は、入力軸と一体化された固定シーブと、その固定シーブに向けて接近あるいは離隔することができかつ入力軸と共に回転する可動シーブとを備えたプライマリプーリと、入力軸の回転軸と平行に配置された出力軸と一体化された他の固定シーブと、他の固定シーブに向けて接近あるいは離隔することができかつ出力軸と共に回転する他の可動シーブとを備えたセカンダリプーリと、それら各プーリに巻き掛けられた無端状のベルトとによって構成されている。また、それぞれの可動シーブに軸線方向の荷重を作用させるアクチュエータが設けられている。このように構成されたベルト式無段変速機は、アクチュエータによって可動シーブを軸線方向に押圧して移動させることによってベルトの巻き掛け半径を変化させて変速比を変更する。また、ベルトと各プーリとは、摩擦力によってトルクを伝達するため、アクチュエータによって可動シーブを押圧する押圧力を制御することによって、伝達トルク容量を変化させる。そのため、アクチュエータによって可動シーブを押圧してベルトを挟み付ける挟圧力を作用させると、固定シーブはベルトから上記挟圧力に対する反力を受けるので、固定シーブと可動シーブとによって形成されたＶ溝が広がるように固定シーブが倒れる方向の荷重を受ける。

上記のように固定シーブがベルトから反力を受けると、固定シーブと回転軸との境界部分に応力集中が生じてしまい、ベルト式無段変速機の耐久性が低下してしまう可能性がある。そのため、特許文献１には、固定シーブと回転軸との境界部分に所定の曲率半径を有するＲ部を形成している。このように回転軸と固定シーブとの境界部分にＲ部を形成することによって、言い換えると、回転軸と固定シーブとをＲ部によって連結すると、その境界部分の断面積が急激に変化することがなく、応力集中を低減することができる。

特開２００３−１９４１９１号公報

上述したように固定シーブと回転軸との境界部分にＲ部を形成することによって応力集中を低減することができる。特に、そのＲ部の曲率半径を大きくすることによって、より一層応力集中を低減することができる。しかしながら、応力集中を低減するためにＲ部の曲率半径を大きくすると、回転軸の軸線方向に垂直な平面上での回転軸の断面積が小さくなってしまう場合があり、その場合には、断面二次モーメントが低下するため、ベルトの巻き掛け半径が小さくなるように、言い換えると、固定シーブと可動シーブとによって形成されたＶ溝が広がるように、回転軸がたわみ変形したり固定シーブが倒れたりしてしまう可能性がある。そのように回転軸がたわみ変形したり固定シーブが倒れたりしてしまうと、ベルトの巻き掛け半径が小さくなるので、変速比が変化してしまう可能性がある。また、ベルトの巻き掛け半径が変化するときにおけるベルトと各シーブとの摩擦によって動力損失が増大してしまう可能性がある。

一方、上述したように回転軸の断面積が小さくなってしまうことを抑制もしくは防止するために、Ｒ部の中心位置を回転軸の外周側とすると、固定シーブにおける可動シーブ側のシーブ面とＲ部との境界位置が回転軸の外周側となる。そのような場合には、ベルトの巻き掛け半径が小さくなってシーブ面とＲ部との境界位置にベルトが位置すると、ベルトとシーブ面との接触面積が低下してベルトの押圧力が低下してしまったり、ベルトとシーブ面とが片当たりとなってしまったりする可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、ベルトから固定シーブに作用する反力によって固定シーブが倒れたり回転軸がたわみ変形したりすることを抑制もしくは防止するとともに、固定シーブと回転軸との境界位置に作用する応力集中を低減することができるベルト式無段変速機のプーリ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、回転軸と一体化された固定シーブと、前記回転軸の軸線方向に沿って前記固定シーブに接近または離隔するように設けられた可動シーブとによって構成されたプーリと、該プーリに巻き掛けられたベルトと、前記固定シーブ側への推力を前記可動シーブに作用させる推力発生手段とを備えたベルト式無段変速機のプーリ構造において、前記回転軸の外周面と、前記回転軸の軸線方向における前記可動シーブ側に向けて形成された前記固定シーブのシーブ面との間に、曲率半径が大きい大径部と、前記回転軸の軸線方向における前記大径部より前記シーブ面側に形成されかつ前記大径部より曲率半径が小さく形成された小径部とを有するＲ部を備え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Ｒ部は、曲率半径が徐変して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プーリ構造である。

この発明によれば、回転軸の外周面と、その回転軸と一体化された固定シーブのシーブ面との間に、曲率半径が大きい大径部を有するＲ部が形成されている。そのため、固定シーブがベルトから荷重を受けた場合に、固定シーブと回転軸との境界部分に作用する応力集中を低減することができる。また、回転軸の外径が小さくなることを抑制もしくは防止するために大径部を回転軸の外周側に形成したとしても、回転軸の軸線方向における大径部よりシーブ面側に曲率半径が小さい小径部を備えているため、Ｒ部とシーブ面との境界位置が回転軸の半径方向における外周側となってしまうことを抑制もしくは防止することができる。言い換えれば、Ｒ部を形成することによって回転軸の外径が小さくなってしまうことを抑制もしくは防止することができる。その結果、回転軸の断面積が小さくなることによって回転軸がたわみ変形したり固定シーブが倒れたりすること、言い換えるとベルトの巻き掛け半径が変化することを抑制もしくは防止することができる。したがって、ベルト式無段変速機の変速比が変化したり、ベルトの巻き掛け半径が変化することに伴う動力損失が増大したりすることを抑制もしくは防止することができる。また、Ｒ部とシーブ面との境界位置を回転軸の半径方向における内周側とすることができるので、Ｒ部とシーブ面との境界位置とベルトの位置とが一致して、ベルトとシーブ面との接触面積が低下してベルトを挟む挟圧力が低下してしまったり、ベルトとシーブ面とが片当たりとなってしまったりする事態を抑制もしくは防止することができる。

この発明に係るベルト式無段変速機のプーリ構造におけるＲ部の構成の一例を説明するための拡大図である。Ｒ部の他の構成を説明するための拡大図である。楕円状に形成されたＲ部を説明するための拡大図である。この発明におけるベルト式無段変速機の構成の一例を説明するための概略図である。図４に示すベルト式無段変速機におけるプライマリプーリの構成を説明するための断面図である。

つぎにこの発明に係るベルト式無段変速機のプーリ構造の一例について説明する。図４は、車両に搭載されたベルト式無段変速機１の構成の一例を示す概略図である。図４に示すベルト式無段変速機１は、図示しないエンジンや電動機などの動力源と動力伝達可能に連結されたプライマリプーリ２と、図示しないギヤトレーンなどを介して駆動輪と動力伝達可能に連結されたセカンダリプーリ３と、それら各プーリ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。

ここで、各プーリ２，３の具体的な構成について説明する。なお、プライマリプーリ２とセカンダリプーリ３との構成は同様の構成とすることができるので、以下の説明ではプライマリプーリ２を例に挙げて説明する。図５は、そのプライマリプーリ２の構成を説明するための断面図であり、また回転軸線の上方側のみを示している。図５に示すプライマリプーリ２は、動力源と動力伝達可能に形成された入力軸５と、その入力軸５と一体化され円錐状に形成された固定シーブ６と、スプラインやキーなどによって入力軸５と共に回転しかつ入力軸５の軸線方向に沿って摺動して固定シーブ６側に接近あるいは離隔するように連結された円錐状の可動シーブ７とによって構成されている。また、可動シーブ７の背面には、図４に示すように可動シーブ７を軸線方向に押圧するアクチュエータ８が付設されている。そして、固定シーブ６と可動シーブ７とのそれぞれに形成されたテーパ状のシーブ面６ａ，７ａとの間のＶ溝には、図４に示すように無端状のベルト４が巻き掛けられている。なお、入力軸５と固定シーブ６とが一体化されていればよく、したがって、入力軸５と固定シーブ６とをそれぞれ形成した後に、それら入力軸５と固定シーブ６とを溶接などによって一体化してもよく、鋳造などによって入力軸５と固定シーブ６とを一体に形成したものであってもよい。また、図５に示す例では、固定シーブ６と可動シーブ７との双方にテーパ状のシーブ面６ａ，７ａを形成しているが、いずれか一方のシーブ６（７）にのみテーパ状のシーブ面６ａ（７ａ）を形成したものであってもよい。

このように構成されたベルト式無段変速機１は、アクチュエータ８によって可動シーブ７が軸線方向に押圧されて、可動シーブ７が固定シーブ６側に移動することによってベルト４の巻き掛け半径を増大させ、それとは反対に可動シーブ７を固定シーブ６から離隔する方向に移動させることによってベルト４の巻き掛け半径を減少させる。また、アクチュエータ８は、可動シーブ７を固定シーブ６側に押圧してベルト４を挟み付ける押圧力を制御することによってベルト４と各シーブ面６ａ，７ａとの摩擦力を制御して、ベルト４と各プーリ２，３とのトルクの伝達容量を変化させることができる。なお、そのアクチュエータ８は、油圧によって駆動する油圧アクチュエータや電力によって駆動する電磁アクチュエータなどを使用することができる。

一方、ベルト４を挟み付ける押圧力を増大させると、ベルト４から固定シーブ６が反力を受けるため、固定シーブ６と入力軸５との境界部分、より具体的には、入力軸５の外周面と固定シーブ６におけるシーブ面６ａとの境界部分に応力集中が生じる。そのため、図５に示す例では、応力集中を低減するために、固定シーブ６と入力軸５との境界部分に、所定の曲率を有したＲ部９が形成されている。

ここで、Ｒ部の構成について具体的に説明する。図１は、Ｒ部９の構成を説明するための図５におけるＩ部の拡大図である。図１に示すＲ部９は、曲率半径が大きい大径部１０と、曲率半径が比較的小さい小径部１１とを有している。具体的には、入力軸５の外周面からシーブ面６ａに向けて大径部１０、小径部１１の順に形成されている。また、図１に示す大径部１０は、入力軸５の外径が最も小さくなる位置９ａを含むように形成されている。さらに、その大径部１０を形成することによって入力軸５の外径が小さくならないように、言い換えると、入力軸５の半径方向において大径部１０の最も回転軸５の軸線方向の位置が外周側となるように形成されている。そして、その大径部１０とシーブ面６ａとの間に比較的曲率半径が小さい小径部１１が形成されている。

このように回転軸５の外周面と固定シーブ６のシーブ面６ａとの間に比較的曲率半径が大きい大径部１０を有したＲ部９を形成することによって、回転軸５の断面積が急激に変化するなどによって生じる応力集中を低減することができる。また、大径部１０における最も回転軸５の軸線方向の位置を外周側とすることによって、回転軸５の断面積が低下してしまうことを抑制もしくは防止することができる。その結果、回転軸５の断面積が低下することによって断面二次モーメントが低下することを抑制もしくは防止することができるから、回転軸５がたわみ変形したり固定シーブ６が倒れたりすることを抑制もしくは防止することができる。したがって、固定シーブ６と可動シーブ７とのそれぞれのシーブ面６ａ，７ａによって形成されるＶ溝が広がってしまうこと、すなわちベルト４の巻き掛け半径が変化してしまうことを抑制もしくは防止することができ、変速比が変化したりベルト４の巻き掛け半径が変化することに伴う動力損失が増大したりすることを抑制もしくは防止することができる。

また、大径部１０と固定シーブ６におけるシーブ面６ａとの間に比較的曲率半径が小さい小径部１１を形成することによって、シーブ面６ａとＲ部９との境界位置が、回転軸５の半径方向における内周側とすることができる。その結果、ベルト４の巻き掛け半径が最も小さくなるようにベルト４の位置が回転軸５の半径方向における内周側に位置したとしても、シーブ面６ａとＲ部９との境界位置とベルト４の位置とが一致してしまうことを抑制もしくは防止することができるため、ベルト４とシーブ面６ａとの接触面積が低下することに伴ってベルト４を押圧する荷重が低下したり、ベルト４が片当たりとなってしまったりすることを抑制もしくは防止することができる。

図１に示す例では、Ｒ部９を２つに区分して、大径部１０と小径部１１とを形成するように構成されているが、この発明に係るベルト式無段変速機のプーリ構造では、曲率半径の大きい大径部１０と、その大径部１０よりシーブ面側に形成された曲率半径が小さい小径部１１とを備えていればよく、したがって、Ｒ部９を複数に区分して形成していてもよい。具体的には、図２に示すようにＲ部９を３つに区分して、曲率半径が大きい大径部１０と、曲率半径が小さい小径部１１との間に、大径部１０より曲率半径が小さくかつ小径部１１より曲率半径が大きい中間部１２を設けていてもよい。

さらに、入力軸５の軸線方向における入力軸５の外周面からシーブ面６ａ側に向けて曲率半径が連続的に小さくなるように曲率半径が徐変して形成されていてもよく、図３にはその一例を示している。図３に示す例では、Ｒ部９が楕円状に形成されている。具体的には、楕円の長軸方向と入力軸５の軸線方向とが平行となるように、Ｒ部９が形成されている。このように楕円状にＲ部９を形成することによって、入力軸５の外径が小さくなる部分９ａの範囲の曲率半径が大きく、シーブ面６ａ側に向けてその曲率半径が小さくなる。その結果、上記図１に示す例と同様の効果を奏することができる。

なお、この発明に係るベルト式無段変速機のプーリ構造は、ベルトとシーブ面との間に潤滑油を介在させるいわゆる湿式のベルト式無段変速機であってもよく、それら潤滑油を介在させずドライ状態でベルトとシーブ面とが接触するいわゆる乾式のベルト式無段変速機であってもよい。また、複数のエレメントを無段状のリングによって結束して形成されたベルトを使用したベルト式無段変速機であってもよく、ゴムなどの樹脂材料によって一体に形成された無端状のベルトであってもよい。

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…入力軸、６…固定シーブ、７…可動シーブ、６ａ，７ａ…シーブ面、８…アクチュエータ、９…Ｒ部、１０…大径部、１１…小径部、１２…中間部。

Claims

回転軸と一体化された固定シーブと、前記回転軸の軸線方向に沿って前記固定シーブに接近または離隔するように設けられた可動シーブとによって構成されたプーリと、該プーリに巻き掛けられたベルトと、前記固定シーブ側への推力を前記可動シーブに作用させる推力発生手段とを備えたベルト式無段変速機のプーリ構造において、
前記回転軸の外周面と、前記回転軸の軸線方向における前記可動シーブ側に向けて形成された前記固定シーブのシーブ面との間に、曲率半径が大きい大径部と、前記回転軸の軸線方向における前記大径部より前記シーブ面側に形成されかつ前記大径部より曲率半径が小さく形成された小径部とを有するＲ部を備えていることを特徴とするベルト式無段変速機のプーリ構造。
前記Ｒ部は、曲率半径が徐変して形成されている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プーリ構造。