JP2016161067A - 無段変速機及びアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】加工工程を増やさず、ハウジングの内部に異物が侵入しづらいシール性を保ち、アクチュエータの内部で発生した摩耗粉を外部に排出するアクチュエータ及びそれを用いた無段変速機を提供する。
【解決手段】無段変速機のプーリを任意に移動させるアクチュエータのハウジング１１には、ボールねじ機構２０のねじ軸（出力軸）２４を収容した円筒部材２５が形成され、円筒部材２５の内周面にはねじ軸２４を摺動可能にシールするシール部材５０を固定する固定溝１４ｃが形成される。シール部材５０はＵパッキンが好ましく、その開ロ部５１を円筒部材２５の開口側に向けて固定溝１４ｃに固定される。
【選択図】図３

Description

本発明は、無段変速機、特に車両用のベルト式無段変速機（Ｖベルト式無段変速機とも呼ばれる）及びそれに好適なアクチュエータに関する。

車両用ベルト式無段変速機は、入力側の駆動プーリと出力側の従動プーリにベルト（Ｖベルト）を巻回し、プーリの溝幅を変更することでベルトとプーリの接触半径を変更し、それにより変速比（減速比）を無段階に変更する装置である。
プーリの溝幅を可変とするために、プーリは固定シーブと可動シーブとの組合せで構成され、これらのうち、可動シーブをプーリ軸方向に移動させることでプーリ溝幅を変更する。この可動シーブの移動に電動アクチュエータが用いられている。
しかしながら、電動アクチュエータをエンジンハウジング（変速機ハウジング）内に収納すると、受熱、放熱などの面で問題が多い。そこで、本出願人は特許文献１に示す無段変速機及びアクチュエータを提案した。この無段変速機では、可動シーブに揺動部材の一端を連結し、この揺動部材の他端を電動アクチュエータで直線方向に移動させることで可動シーブを移動し、溝幅を変更するのであるが、これにより電動アクチュエータをエンジンハウジング（変速機ハウジング）の外部に配置することが可能となり、受熱や放熱の問題を回避することができる。

特開２００９−７９７５９号公報

しかしながら、特許文献１に記載される無段変速機及びアクチュエータでは、ハウジングに形成された貫通穴から外部に突出する出力軸の外周面を摺接可能にシールするシール部材が、貫通穴の内径面で固定されて設けられている。
ここで、シール部材の貫通穴への固定構造としては、貫通穴にシール部材を嵌合した後、止め輪でシール部材を軸方向に固定する構造が挙げられる。
しかし、この固定構造では、シール部材を嵌合する穴に加えて、ハウジングに止め輪の溝を加工する必要があり、加工工程が多くなるという課題がある。

また、アクチュエータのシール部材より内側には出力軸の摺動部分があり、長期間使用すると摩耗粉の発生は避けられない。この摩耗粉が出力軸を構成するボールねじのボール転動部に入り込んでしまうと、圧痕や剥離の原因となりやすく、アクチュエータとしての寿命を低下させる恐れがある。よって、アクチュエータの内部に摩耗粉をためておくのは好ましくない。

また、アクチュエータの内部が温度差や出力軸の位置変動によって負圧となった場合に、アクチュエータの外側からダストや水の浸入を許容してしまうと、侵入したダストのかみ込みや、内部部品の錆発生等でよりアクチュエータとしての寿命を低下させる恐れがある。

また、シール部材としてＯリング等を採用した場合、接触面積が大きく、摺動抵抗が大きいため摩耗しやすかったり、出力軸の偏芯量を許容できず、摩耗が促進される結果、摩耗粉が多く生じる可能性がある点で改善の余地があった。

そこで、本発明は上記課題に着目してなされたものであり、加工工程を増やさず、ハウジングの内部に異物が侵入しづらいシール性を保ち、アクチュエータの内部で発生した摩耗粉を外部に排出するアクチュエータ及びそれを用いた無段変速機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するためのアクチュエータのある態様は、ハウジングと、
上記ハウジングに取付けられた電動モータと、
上記電動モータが発生した回転力を伝達する減速機構及びその減速機構を介して上記電動モータの回転力を入力する回転運動要素と、
上記回転運動要素に伝達された回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構と、上記ボールねじ機構を収納するボールねじ機構収納部と、
上記ボールねじ機構収納部に連通する円筒部材とを有し、
上記円筒部材の内周面には、上記ボールねじ機構のねじ軸に摺接するシール部材が固定された円環状の固定溝が形成され、
上記シール部材は、一方の端面に環状溝が形成された円環状をなし、上記環状溝を上記円筒部材の開口側に向けて上記固定溝に設置される。

また、上記アクチュエータにおいては、上記シール部材がＵパッキンであることが好ましい。
また、上記アクチュエータにおいては、上記シール部材がニトリルゴムからなることが好ましい。
また、上記アクチュエータにおいては、上記円筒部材は、上記固定溝より上記ハウジングの内側の内径をｄｉとし、上記固定溝より上記ハウジングの外側での内径をｄｏとしたとき、ｄｉ＜ｄｏであることが好ましい。

また、上記目的を達成するための無段変速機のある態様は、プーリ軸に固定され一体的に回転する固定シーブと、
上記プーリ軸に沿って軸線方向に移動可能に支持された可動シーブと、
上記固定シーブと可動シーブとの間に配置されたベルトと、
上記可動シーブを軸線方向に移動させてプーリ溝幅を可変するアクチュエータとを備え、
上記アクチュエータは、電動モータと、上記電動モータが発生した回転力を伝達する減速機構と、上記減速機構を介して上記電動モータの回転力を入力する回転運動要素と、上記回転運動要素の回転量に応じて軸線方向に変位するボールねじ機構と、一端が上記ボールねじ機構に連結され、かつ他端が上記可動シーブに連結し且つ揺動可能な揺動部材と、
上記ボールねじ機構を収納するボールねじ機構収納部と、
上記ボールねじ機構収納部に連通する円筒部材とを有し、
上記円筒部材の内周面には、上記ボールねじ機構のねじ軸に摺接するシール部材が固定された円環状の固定溝が形成され、
上記シール部材は、一方の端面に環状溝が形成された円環状をなし、上記環状溝を上記円筒部材の開口側に向けて上記固定溝に設置される。

また、上記無段変速機においては、上記シール部材がＵパッキンであることが好ましい。
また、上記無段変速機においては、上記シール部材がニトリルゴムからなることが好ましい。
また、上記無段変速機においては、上記円筒部材は、上記固定溝より上記ハウジングの内側の内径をｄｉとし、上記固定溝より上記ハウジングの外側での内径をｄｏとしたとき、ｄｉ＜ｄｏであることが好ましい。

本発明によれば、加工工程を増やさず、ハウジングの内部に異物が侵入しづらいシール性を保ち、アクチュエータの内部で発生した摩耗粉を外部に排出するアクチュエータ及びそれを用いた無段変速機を提供することができる。

アクチュエータの一実施形態を示す正面図である。 アクチュエータの一実施形態を示す側面図である。 図１のIII−III線に沿う断面図である。 図２のIV−IV線に沿う断面図である。 図３の要部拡大図である。 無段変速機の構成を示す概略図である。

以下、本発明のアクチュエータ及び無段変速機の実施形態について図面を参照して説明する。
（アクチュエータ）
図１は、本発明に係るアクチュエータの一実施形態を示す正面図、図２は側面図、図３は図１のIII−III線に沿う断面図、図４は図２のIV−IV線に沿う断面図である。
図１に示すように、アクチュエータ（直動アクチュエータ）１０は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金でダイキャスト成形された主ハウジング１１Ａ及び副ハウジング１１Ｂを有する。

＜主ハウジング＞
主ハウジング１１Ａは、図３に示すように、電動モータ１２を前面側に装着するモータ装着部１３と、このモータ装着部１３と並列に配設されたボールねじ機構２０を背面側に装着するボールねじ機構装着部１４とを有する。これらモータ装着部１３及びボールねじ機構装着部１４は、互いの中心軸が平行となるように形成されている。

＜モータ装着部＞
モータ装着部１３は、前面側に形成された電動モータ１２の取付フランジ１２ａを取付けるフランジ取付部１３ａと、このフランジ取付部１３ａの背面側に形成された電動モータ１２の大径部１２ｂを挿入する大径孔部１３ｂと、この大径孔部１３ｂの背面側に連通する電動モータ１２の小径部１２ｃを挿入する小径孔部１３ｃと、この小径孔部１３ｃの背面側に連通するピニオン収納部１３ｄとを有する。

＜ボールねじ機構装着部＞
ボールねじ機構装着部１４は、背面側に形成したモータ装着部１３の小径孔部１３ｃに対応する位置に形成したボールねじ機構収納部１４ａと、このボールねじ機構収納部１４ａに連通して前方に延長する円筒部材１４ｂとを有する。この円筒部材１４ｂの端部にはシール部材５０が設置されている。

＜副ハウジング＞
副ハウジング１１Ｂは、図３に示すように、主ハウジング１１Ａの背面側に形成したピニオン収納部１３ｄ及びボールねじ機構収納部１４ａを覆う形状に構成されている。この副ハウジング１１Ｂは、主ハウジング１１Ａのピニオン収納部１３ｄ及びボールねじ機構収納部１４ａに対応するピニオン収納部１６及びボールねじ機構収納部１７を形成し、さらに下部側にブリーザ１８を形成している。ここで、ボールねじ機構収納部１７には背面側にボールねじ収納部１７ａを形成している。このボールねじ収納部１７ａの後述するボールねじナット２２の軸方向端面と接触する位置にスラストニードル軸受１７ｂを配置している。

＜電動モータ＞
電動モータ１２は、図３に示すように、その出力軸１２ｄの先端にピニオンギヤ１５を装着している。そして、電動モータ１２をモータ装着部１３に装着する。この電動モータ１２の装着は、電動モータ１２をピニオンギヤ１５側からモータ装着部１３に挿入して、ピニオンギヤ１５をピニオン収納部１３ｄに収納した状態で、取付フランジ１２ａをフランジ取付部１３ａに取付けることにより行う。

＜ボールねじ機構＞
ボールねじ機構２０は、主ハウジング１１Ａ及び副ハウジング１１Ｂのボールねじ機構収納部１４ａ及び１７にシール付の転がり軸受２１ａ及び２１ｂによって回転自在に支持した回転運動要素としてのボールねじナット２２と、このボールねじナット２２に多数のボール（図示せず）を介して螺合する直線運動要素としてのボールねじ軸２４とを備えている。

＜ボールねじナット＞
ボールねじナット２２は、例えば、図４に示すように、内周面にボールねじ溝２５ａ及びボール循環溝２５ｂを形成した円筒部材２５で構成している。ここで、ボールねじナット２２のボール循環方式としては、コマ式、一体溝（Ｓ溝）式、チューブ式等が挙げられるがいずれでもよい。

＜円筒部材＞
この円筒部材２５は、外周面における軸方向の両端部側をボールねじ機構収納部１４ａに転がり軸受２１ａ及び２１ｂを介して回転自在に支持されている。そして、円筒部材２５の外周面の転がり軸受２１ａ及び２１ｂの内輪間にインボリュートスプライン軸部２５ｃを形成している。さらに、正面から見て扇状の係止部となるストッパ部２５ｄを円筒部材２５の前面側端面に一体に突出形成している。

ここで、ストッパ部２５ｄは、回転運動要素となるボールねじナット２２のボールねじ溝２５ａ及び循環溝２５ｂの少なくとも一方の溝加工前に成形し、ボールねじ溝２５ａ及び循環溝２５ｂの少なくとも一方の加工基準とすることが好ましい。
また、円筒部材２５は、インボリュートスプライン軸部２５ｃに例えばガラス繊維入り合成樹脂材等を射出成形したドリブンギヤ２６をスプライン結合している。このドリブンギヤ２６は電動モータ１２の出力軸１２ｄに装着されたピニオンギヤ１５に噛合している。ドリブンギヤ２６には、内周面にインボリュートスプライン軸部２５ｃに噛合するインボリュートスプライン孔部２６ａを形成している。

そして、ドリブンギヤ２６を円筒部材２５に装着するには、先ずドリブンギヤ２６のインボリュートスプライン孔部２６ａを円筒部材２５のインボリュートスプライン軸部２５ｃに噛合させる。次いで、ドリブンギヤ２６の内周面側の軸方向端部に転がり軸受２１ａ及び２１ｂの内輪を当接させるように圧入嵌合する。これにより、ドリブンギヤ２６を円筒部材２５に軸方向及び回転方向に移動不可能に固定できる。

ボールねじ軸２４は、図３及び図４に示すように、主ハウジング１１Ａに形成した円筒部材１４ｂ及び副ハウジング１１Ｂに形成したボールねじ収納部１７ａに装着されている。このボールねじ軸２４は、軸方向の中央部より後端側に形成されたボールねじ部３１と、このボールねじ部３１の前端側に連接するボールねじ部３１より小径のインボリュートスプライン軸部３２と、このインボリュートスプライン軸部３２の前端に連接するインボリュートスプライン軸部３２より小径で、先端に二面幅３３ａを形成した連結軸部３３とで構成されている。

＜シール部材＞
図３及び図４に示すように、円筒部材２５の開口側端部の内周面には、円環状の固定溝１４ｃが形成されている。この固定溝１４ｃには、ボールねじ機構２０のねじ軸（ボールねじ軸）２４に摺接するシール部材５０が固定されている。

ここで、固定溝１４ｃが形成されている円筒部材２５は、固定溝１４ｃより主ハウジング１１Ａの内側の内径をｄｉ、固定溝１４ｃより主ハウジング１１Ａの外側の内径をｄｏとしたとき、ｄｉ＜ｄｏとなっていることが好ましい。これにより、シール部材５０の円筒部材２５への挿入が行いやすくなる。

また、シール部材５０は、一方の端面に環状溝５１が形成された円環状をなし、環状溝５１を円筒部材２５の開口側に向けて固定溝１４ｃに設置される。
このシール部材５０は、環状をなす基部５０Ａと、軸方向の一方の端部に内周リップ５２及び外周リップ５３を一体に備える形状をなす、いわゆる「Ｕパッキン」や「Ｖパッキン」であることが好ましい。
また、シール部材５０の材料としては、ニトリルゴムが好ましい。

このような構成をなすことにより、シール部材５０を円筒部材２５に固定する止め輪を廃することができ、加工コストを低減できる。
また、シール部材５０の環状溝５１の開口する向き（シール部材５０の内周リップ５２及び外周リップ５３がそれぞれ突出する向き）を主ハウジング１１Ａの外側、すなわち円筒部材２５の開口側に向けてシール部材５０を配置することにより、主ハウジング１１Ａ内部が外部に対して負圧となったときにシール部材５０の接触面圧が上昇する。従って、主ハウジング１１Ａの内部が負圧となった場合に主ハウジング１１Ａの外部の異物が侵入することを防止できる。

また、シール部材５０のリップ５２，５３が外側（円筒部材２５の開口側）に向いているため、主ハウジング１１Ａの内部の摩耗粉等は外側に掻き出されやすいという効果を奏する。
また、シール部材５０は、許容できる軸の偏芯量が大きく、かつ一方の端部にリップ５２，５３が形成されているため、摺動抵抗が小さく摩耗しにくいという効果も奏する。

（無段変速機）
次に、本発明の無段変速機の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図５は、本実施形態の無段変速機の構成を示す概要図である。図５に示すように、本実施形態の無段変速機は、エンジン１のクランクシャフト２から無段変速機内の駆動プーリ３に伝達された車両駆動力は、ベルト（Ｖベルト）４を介して従動プーリ５に伝達され、更にファイナルギヤ６から駆動輪に伝達される。

駆動プーリ３も従動プーリ５も、共に固定シーブ３ａ、５ａと可動シーブ３ｂ、５ｂの組合せで構成されており、本実施形態では駆動プーリ３の可動シーブ３ｂをアクチュエータ１０でプーリ軸方向に移動させて溝幅を変更する。

従動プーリ５の可動シーブ５ｂにはバネ２０１とダンパ２０２が取付けられており、駆動プーリ３の溝幅の変更に伴ってベルト４の接触半径が変化すると、そのベルト４の移動に伴って可動シーブ５ｂがプーリ軸方向に移動して自動的に溝幅が変更される。

また、駆動プーリ３の可動シーブ３ｂにもリターンスプリング２０３が取付けられている。なお、シーブ（sheave）は、それ自体がロープをかけるプーリの意味を有するが、本実施形態では、プーリの溝を形成する何れか一方の円錐体を意味する。

駆動プーリ３の可動シーブ３ｂには、揺動部材８の一端が連結されている。揺動部材８の中央部は、例えばピンなどの揺動結合構造９によって、例えば変速機ハウジングに揺動可能に連結されている。従って、本実施形態では、揺動部材８の他端をアクチュエータ１０によってプーリ軸と平行に直線方向に移動すれば、駆動プーリ３の可動シーブ３ｂをプーリ軸方向に移動して当該駆動プーリ３の溝幅を変更することができる。なお、駆動プーリ３の可動シーブ３ｂも、従動プーリ５の可動シーブ５ｂも軸受２０４及び軸受ホルダ２０５を介してリターンスプリング２０３や揺動部材８、或いはバネ２０１やダンパ２０２に連結されている。具体的には、軸受２０４の内輪が可動シーブ３ｂ、５ｂに嵌合され、外輪が軸受ホルダ２０５に嵌合される。
従って、軸受２０４の内輪は可動シーブ３ｂ、５ｂと一緒に回転するが、外輪及び軸受ホルダ２０５は回転しない。

このように構成されることによって、本実施形態の無段変速機は、アクチュエータ１０の直動運動によって可動プーリを左右に自在に位置を制御することで、ベルトの張力を自在に制御する。ここで、アクチュエータ１０のみでなく、アシストバネを用いれば、アクチュエータ１０の小型化・フェール時に必要な逆作動力も低く設定できる。
そして、加工工程を増やさず、ハウジングの内部に異物が侵入しづらいシール性を保ち、アクチュエータの内部で発生した摩耗粉を外部に排出するアクチュエータ１０を用いることによって、長寿命の無段変速機を提供することができる。

以上、アクチュエータ及び無段変速機の各実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。

１０…アクチュエータ、１１Ａ…主ハウジング、１１Ｂ…副ハウジング、１２…電動モータ、１４ｃ…固定溝、２０…ボールねじ機構、２４…ボールねじ軸、２５…円筒部材、５０…シール部材、５１…環状溝

Claims (5)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに取付けられた電動モータと、
   前記電動モータが発生した回転力を伝達する減速機構及びその減速機構を介して前記電動モータの回転力を入力する回転運動要素と、
   前記回転運動要素に伝達された回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構と、前記ボールねじ機構を収納するボールねじ機構収納部と、
   前記ボールねじ機構収納部に連通する円筒部材とを有し、
   前記円筒部材の内周面には、前記ボールねじ機構のねじ軸に摺接するシール部材が固定された円環状の固定溝が形成され、
   前記シール部材は、一方の端面に環状溝が形成された円環状をなし、前記環状溝を前記円筒部材の開口側に向けて前記固定溝に設置されたことを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記シール部材がＵパッキンである請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記シール部材がニトリルゴムからなる請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
4. 前記円筒部材は、前記固定溝より前記ハウジングの内側の内径をｄｉとし、前記固定溝より前記ハウジングの外側での内径をｄｏとしたとき、ｄｉ＜ｄｏである請求項１〜３の何れか一項に記載のアクチュエータ。
5. プーリ軸に固定され一体的に回転する固定シーブと、
   前記プーリ軸に沿って軸線方向に移動可能に支持された可動シーブと、
   前記固定シーブと可動シーブとの間に配置されたベルトと、
   前記可動シーブを軸線方向に移動させてプーリ溝幅を可変するアクチュエータとを備え、
   前記アクチュエータは、電動モータと、前記電動モータが発生した回転力を伝達する減速機構と、前記減速機構を介して前記電動モータの回転力を入力する回転運動要素と、前記回転運動要素の回転量に応じて軸線方向に変位するボールねじ機構と、一端が前記ボールねじ機構に連結され、かつ他端が前記可動シーブに連結し且つ揺動可能な揺動部材と、
   前記ボールねじ機構を収納するボールねじ機構収納部と、
   前記ボールねじ機構収納部に連通する円筒部材とを有し、
   前記円筒部材の内周面には、前記ボールねじ機構のねじ軸に摺接するシール部材が固定された円環状の固定溝が形成され、
   前記シール部材は、一方の端面に環状溝が形成された円環状をなし、前記環状溝を前記円筒部材の開口側に向けて前記固定溝に設置されたことを特徴とする無段変速機。

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