JP2017002958A

JP2017002958A - ベルト式無段変速機における可変速プーリの支持装置

Info

Publication number: JP2017002958A
Application number: JP2015115793A
Authority: JP
Inventors: 辰徳清水; Tatsunori Shimizu
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2017-01-05
Also published as: WO2016199710A1

Abstract

【課題】ベルト式無段変速機の小型、軽量化と、組み付けの容易化を図ることができる可変速プーリの支持装置を提供することである。
【解決手段】プーリ軸２４に設けられた固定シーブ２２に可動シーブ２３を対向配置し、その可動シーブ２３をプーリ軸２４に沿って軸方向に移動させるボールねじ３０のナット３３をケーシング１０に固定し、そのナット３３にねじ係合する筒状のねじ軸３１を軸受要素を介して可動シーブ２３に回転自在に連結する。軸受要素をボール４０とし、ねじ軸３１の内径面および可動シーブ２３のボス部２３ｂの外径面に軌道溝４１、４２を形成し、その軌道溝４１、４２間に上記ボール４０を組み込んでねじ軸３１を可動シーブ２３に回転自在に連結する。
【選択図】図２

Description

この発明は、ベルト式無段変速機における可変速プーリの支持装置に関する。

自動車エンジンの回転を変速して出力する無段変速機として、下記の特許文献１や特許文献２に記載されているように、駆動側の可変速プーリと従動側の可変速プーリ間にＶベルトをかけ渡し、駆動側可変速プーリと従動側可変速プーリのプーリ溝幅を互いに逆方向に変化させて変速比を無段階に可変するＶベルト式無段変速機が従来から知られている。

ここで、特許文献１に記載されたＶベルト式無段変速機の可変速プーリにおいては、プーリ軸に設けられた固定シーブに対して可動シーブを対向配置し、その可動シーブをプーリ軸に沿ってスライド自在に支持し、かつ、プーリ軸に対して回り止めし、上記可動シーブをボールねじにより軸方向に移動させてプーリ溝幅を制御している。

また、特許文献２に記載されたＶベルト式無段変速機の可変速プーリにおいても特許文献１と同様に、ボールねじにより可動シーブを軸方向に移動させてプーリ溝幅を制御している。

ここで、ボールねじは、ねじ軸の外周に形成されたねじ溝とナットの内周に形成されたねじ溝間に多数のボールを循環可能に組込んだものであり、上記特許文献１では、ねじ軸を筒状とし、その筒状ねじ軸を変速機のケーシングに固定し、ナットを可動シーブに回動自在に連結し、そのナットに回転トルクを付与して、ナットと共に可動シーブをプーリ軸の軸方向に移動させるようにしている。

一方、特許文献２においては、ボールねじにおけるナットをケーシングに固定し、筒状ねじ軸を可動シーブに回動自在に連結し、そのねじ軸に回転トルクを付与して、ねじ軸と共に可動シーブをプーリ軸の軸方向に移動させるようにしている。

特開２００５−２２６６６２号公報特開２００３−１５６１１６号公報

ところで、上記特許文献１および２に記載されたいずれのベルト式無段変速機も、ボールねじのナットとねじ軸の内、回転駆動されて軸方向に移動する可動側部品を一対の軌道輪を有する転がり軸受でもって可動シーブに回転自在に連結しているため、ナットまたはねじ軸からなる可動側部品の可動シーブに対する回転連結部を厚肉にして強度を確保する必要が生じ、Ｖベルト式無段変速機の重量が重くなって燃料消費が悪くなり、また、可動側部品の可動シーブに対する回転連結部での径方向寸法が大きなって、レイアウトに制約を受けることが多いという不都合がある。

さらに、転がり軸受を軸方向に固定する止め輪等の固定部品の取り付けを必要とするため、部品点数が多くなって、ケーシング内へのＶベルト式無段変速機の組み付けに手間がかかるという不都合もある。

この発明の課題は、ベルト式無段変速機の小型、軽量化と、組み付けの容易化を図ることができる可変速プーリの支持装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、プーリ軸に設けられた固定シーブと、前記プーリ軸にスライド自在に嵌合され、かつ、回り止めされて前記固定シーブに対向配置された可動シーブと、その可動シーブを前記プーリ軸に沿って軸方向に移動させるねじ機構とからなり、前記ねじ機構が筒状のねじ軸と、そのねじ軸にねじ係合されたナットを備え、前記ねじ軸とナットのうちの一方がプーリ支持対象に固定される固定側部品とされ、他方が回転トルクの負荷により軸方向に移動する可動側部品とされ、前記可動側部品がその内部に組み込まれる軸受要素を介して前記可動シーブに回転自在に連結されたベルト式無段変速機における可変速プーリの支持装置において、前記軸受要素が、ボールを有し、前記可動シーブのボス部の外径面と前記可動側部品の内径面の少なくとも一方に前記ボールを転がり案内する軌道溝を形成した構成を採用したのである。

上記のように、ねじ機構における可動側部品と可動シーブを回転自在に支持する軸受要素をボールとし、上記可動シーブの外径面と上記可動側部品の内径面の少なくとも一方に上記ボールを転がり案内する軌道溝を形成することによってボール案内用の軌道輪や、その軌道輪を軸方向に固定する止め輪を不要とすることができる。

その結果、部品点数が少なくなってベルト式無段変速機の小型、軽量化と組み付けの容易化を図ることができる。

ここで、固定側部品の内側にプーリ軸の軸端部を回転自在に支持する軸受要素を組込み、その軸受要素をボールとし、上記固定側部品の内径面と上記プーリ軸の外径面に上記ボールを転がり案内する軌道溝を形成するのがよい。

上記構成を採用すると、プーリ軸を回転自在に支持する軸受部での小型、軽量化を図ることができ、ベルト式無段変速機のさらなる小型、軽量化と組み付けの容易化を図ることができる。

ボール案内用の軌道溝の面形状は、ボールとアンギュラコンタクトする面形状とするのがよい。軌道溝をアンギュラコンタクトする面形状とすると、アキシャル荷重の負荷容量を大きくすることができる。

また、軌道面を焼入れ処理して表面硬さをＨＲＣ５６〜６４とするのがよい。軌道面を焼入れ処理することによって強度を高め、耐久性の向上を図ることができる。

ここで、ねじ機構は、ねじ軸の外径面に形成されたねじ溝とナットの内径面に形成されたねじ溝間にボールを組み込んだボールねじからなるものであってもよく、あるいは、ねじが台形ねじとされた滑りねじからなるものであってもよい。

ボールねじは、滑りねじに比べて回転運動を直線運動に円滑に変換することができ、小さな回転トルクで大きな軸方向荷重を得ることができる。このため、ボールねじを採用するのが好ましい。

この発明においては、上記のように、ねじ機構における可動側部品と可変速プーリの可動シーブを回転自在に連結する軸受要素をボールとし、上記可動側部品の内径面と上記可動シーブの外径面の少なくとも一方に上記ボールを転がり案内する軌道溝を設けたことによって先行技術文献に記載されたボール案内用の軌道輪や、その軌道輪を軸方向に固定する止め輪を不要とすることができ、部品点数が少なくなってベルト式無段変速機の小型、軽量化と組み付けの容易化を図ることができる。

この発明に係るベルト式無段変速機における可変速プーリの支持装置の実施の形態を示す縦断面図図１の一部分を拡大して示す断面図図２に示されるボールねじの一部を拡大して示す断面図ねじ機構の他の例を示す断面図ボールねじの他の例を示す断面図

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、プーリ支持対象としてのケーシング１０内にはＶベルト式無段変速機２０が組み込まれている。Ｖベルト式無段変速機２０は、駆動側の可変速プーリＰ_１と、従動側の可変速プーリＰ_２と、その両プーリＰ_１、Ｐ_２間に掛け渡されたＶベルト２１とからなる。

図１および図２に示すように、駆動側の可変速プーリＰ_１は、固定シーブ２２と、その固定シーブ２２に対向配置された可動シーブ２３を有し、その固定シーブ２２と可動シーブ２３の対向面には、図２に示すように、テーパ面２２ａ、２３ａが設けられ、そのテーパ面２２ａ、２３ａ間に断面Ｖ字形のプーリ溝Ｇが設けられている。

固定シーブ２２は、プーリ軸２４に一体化されている。一体化に際し、ここでは、プーリ軸２４に固定シーブ２２を一体的に設けているが、プーリ軸２４に固定シーブ２２を嵌合してキー止めし、あるいは、ピン止めしてもよい。また、スプラインやセレーションによる嵌合として回り止めし、止め輪の取り付けにより軸方向に固定してもよい。

可動シーブ２３は、固定シーブ２２に対する対向面の背面側にボス部２３ｂを有し、そのボス部２３ｂがプーリ軸２４にスライド自在に嵌合され、かつ、回り止めされている。回り止めに際し、プーリ軸２４に滑りキー２５を固定し、一方、ボス部２３ｂの内径面には軸方向に延びるキー溝２６を形成し、そのキー溝２６に滑りキー２５をスライド自在に嵌合している。

上記のような滑りキー２５による回り止めに代えて、プーリ軸２４に可動シーブ２３のボス部２３ｂをスプラインによる嵌合あるいはセレーションによる嵌合として、プーリ軸２４に対し、可動シーブ２３をスライド自在とし、かつ、回り止めとしてもよい。

駆動側可変速プーリＰ_１における可動シーブ２３は、ねじ機構３０によって軸方向に移動される。図３に示すように、ねじ機構３０は、筒状ねじ軸３１の外径面に形成されたねじ溝３２とナット３３の内径面に形成されたねじ溝３４間に多数のボール３５を組み込んだボールねじからなり、上記多数のボール３５はナット３３に形成された図示省略の循環路に沿って循環可能とされている。

図２に示すように、ボールねじ３０におけるナット３３はケーシング１０に形成されたナット嵌合孔１１に一端部が圧入されて固定され、そのナット３３の一端部内に組み込まれた軸受要素としてのボール３６を介してプーリ軸２４の一方の端部が回転自在に支持されている。

プーリ軸２４の支持に際し、プーリ軸２４の軸端部に軸受リング３７を取り付け、その軸受リング３７の外径面に形成された軌道溝３８とナット３３の一端部内径面に形成された軌道溝３９間に上記のボール３６を組み込んでいる。

ここで、軸受リング３７はプーリ軸２４の軸端部に設けられた小径軸部２７に嵌合され、その小径軸部２７の端部に設けられたねじ軸２８にナット２９をねじ係合し、そのナット２９の締め付けにより軸受リング３７を小径軸部２７の付け根に設けられた端面に押し付けて固定している。

上記のように、軸受リング３７の外径面とナット３３の内径面のそれぞれに軌道溝３８、３９を設け、その軌道溝３８、３９間に軸受要素としてのボール３６を組み込んでプーリ軸２４を回転自在に支持することにより、一対の軌道輪間にボールを組み込んだ転がり軸受を用いてプーリ軸２４を回転自在に支持する場合に比較して、プーリ軸２４を回転自在に支持する軸受部での小型、軽量化を図ることができる。

また、転がり軸受によってプーリ軸２４を回転自在に支持する場合は、止め輪の取り付けによって転がり軸受を固定する必要があるが、軸受リング３７やナット３３に軌道溝３８、３９を形成してボール３６を組み込むことにより上記止め輪を不要とすることができ、部品点数の低減によって軸受部の組み付けの容易化を図ることができる。

なお、図２においては、ボール３６に対して軌道溝３８、３９をアンギュラコンタクトさせるようにしている。そのアンギュラコンタクトによって、アキシャル荷重の負荷容量の増大化を図ることができる。また、変形や損傷の発生を防止して耐久性の向上を図る目的から、軌道溝３８、３９における軌道面のそれぞれを焼入れ処理されて表面硬さをＨＲＣ５６〜６４としている。

一方、ボールねじ３０における筒状ねじ軸３１は、その内部に組み込まれた軸受要素としてのボール４０を介して可動シーブ２３に対して相対回転可能に連結されている。その回転可能な連結に際し、ねじ軸３１の他端部内径面に軌道溝４１を設け、可動シーブ２３のボス部２３ｂにおける外径面にも軌道溝４２を設け、その軌道溝４１、４２間にボール４０を組み込んでいる。

また、アキシャル荷重の負荷容量の増大化を図るため、ボール４０に対して軌道溝４１、４２のそれぞれをアンギュラコンタクトさせるようにしている。また、変形や損傷の発生を防止して耐久性の向上を図る目的から、前述の軌道溝３８、３９と同様に、軌道溝４１、４２における軌道面のそれぞれを焼入れ処理して表面硬さをＨＲＣ５６〜６４としている。

図１に示すように、ねじ軸３１の端部外周には変速ギヤ４３が嵌合されている。変速ギヤ４３はねじ軸３１に対して回り止めされ、そのねじ軸３１の端部に形成されたフランジ４４と、ねじ軸３１の端部に取り付けられた止め輪４５によって軸方向に固定されている。

変速ギヤ４３は駆動ギヤ４６と噛合している。駆動ギヤ４６は図示省略したモータによって回転駆動される。その駆動ギヤ４６の回転を変速ギヤ４３に伝達することにより、変速ギヤ４３と共にねじ軸３１が回転する。

このとき、ねじ軸３１はボール３５を介して固定されたナット３３とねじ係合しているため、ねじ軸３１が回転しつつ軸方向に移動すると共に、変速ギヤ４３は駆動ギヤ４６に噛合する状態を保持してねじ軸３１と軸方向に共に移動する。変速ギヤ４３の軸方向への移動を可能とするため、その変速ギヤ４３および駆動ギヤ４６のそれぞれを平歯車としている。

変速ギヤ４３は駆動側可変速プーリＰ_１と従動側変速プーリＰ_２間に組み込まれた変速軸５０の一端部上に設けられた平歯車からなる入力ギヤ５１と噛合して、ねじ軸３１の回転を変速軸５０に伝達しており、その変速軸５０の回転は他端部に設けられた出力ギヤ５２から出力される。

上記変速軸５０においては、両端部がケーシング１０に支持された転がり軸受５３によって回転自在に支持されている。

図１に示すように、従動側の可変速プーリＰ_２は、前述の駆動側可変速プーリＰ_１と同様に、固定シーブ２２と、その固定シーブ２２に対向配置された可動シーブ２３からなる。これらの固定シーブ２２および可動シーブ２３は駆動側可変速プーリＰ_１の固定シーブ２２および可動シーブ２３に対して左右逆の配置とされている点で駆動側可変速プーリＰ_１と相違しており、上記固定シーブ２２に設けられたプーリ軸２４で可動シーブ２３を回転自在に、かつ、スライド自在に支持している。その可動シーブ２３の支持構造については、駆動側の可変速プーリＰ_１の可動シーブ２３と同一とされている。このため、同一部品には同一の符号を付して説明を省略する。

また、可動シーブ２３をボールねじ３０で移動させる点、そのボールねじ３０を形成するナット３３をケーシング１０で支持する支持構造、プーリ軸２４のボールねじ３０側の他端部をケーシング１０で回転自在に支持する支持構造についても駆動側の可変速プーリＰ_１と同一であるため、同一部品には同一の符号を付して説明を省略する。

ここで、プーリ軸２４の一端部においては、ケーシング１０に形成された軸受嵌合孔１２内に軌道輪５４およびボール５５からなる軸受要素を組込み、一方、プーリ軸２４の一端部に嵌合された軸受リング５６の外径面に軌道溝５７を設け、その軌道溝５７に上記ボール５５を転動自在に組み込んでプーリ軸２４の一端部を回転自在に支持している。

ボールねじ３０のねじ軸３１に支持された変速ギヤ４３は変速軸５０に設けられた出力ギヤ５２に噛合して、駆動側可変速プーリＰ₁の可動シーブ２３と従動側可変速プーリＰ_２の可動シーブ２３は連動回転するようになっている。

実施の形態で示すＶベルト式無段変速機は上記の構造からなり、図１に示す駆動ギヤ４６を駆動すると、その駆動ギヤ４６の回転は変速ギヤ４３に伝達され、駆動側可変速プーリＰ_１のボールねじ３０におけるねじ軸３１が回転する。

このとき、ねじ軸３１は固定されたナット３３に対してボール３５を介してねじ係合しているため、ねじ軸３１は回転しつつ軸方向に移動し、そのねじ軸３１に回転自在に連結された可動シーブ２３がプーリ軸２４に沿って軸方向に移動し、固定シーブ２２との対向部間に形成されたプーリ溝の溝幅が変化する。

また、駆動側可変速プーリＰ_１のねじ軸３１の回転は変速ギヤ４３からこれに噛合する入力ギヤ５１に伝達されて変速軸５０が回転し、その変速軸５０の回転は出力ギヤ５２から従動側可変速プーリＰ_２の変速ギヤ４３に伝達されるため、従動側可変速プーリＰ_２におけるボールねじ３０のねじ軸３１が回転する。

このとき、従動側可変速プーリＰ_２におけるねじ軸３１も駆動側可変速プーリＰ_１のねじ軸３１と同様に、固定されたナット３３に対してボール３５を介してねじ係合しているため、ねじ軸３１は回転しつつ軸方向に移動し、そのねじ軸３１に回転自在に連結された可動シーブ２３がプーリ軸２４に沿って軸方向に移動し、固定シーブ２２との対向部間に形成されたプーリ溝の溝幅が変化する。

この場合、駆動側可変速プーリＰ_１と従動側可変速プーリＰ_２とは固定シーブ２２と可動シーブ２３が左右逆の配置とされているため、駆動側可変速プーリＰ_１と従動側可変速プーリＰ_２とはプーリ溝幅が互いに逆方向に変化する。すなわち、駆動側可変速プーリＰ_１のプーリ溝幅が広くなると従動側可変速プーリＰ_２のプーリ溝幅が狭くなり、逆に、駆動側可変速プーリＰ_１のプーリ溝幅が狭くなると従動側可変速プーリＰ_２のプーリ溝幅が広くなる。そのプーリ溝幅の変化によって駆動側可変速プーリＰ_１から従動側可変速プーリＰ_２への変速比が変化する。

実施の形態で示すように、ボールねじ３０における筒状ねじ軸３１の端部内径面および可変速プーリＰ_１、Ｐ_２における可動シーブ２３のボス部２３ｂの外径面のそれぞれに軌道溝４１、４２を設け、その軌道溝４１、４２間に軸受要素としてのボール４０を組み込んで、可動シーブ２３とねじ軸３１とを回転自在に連結することにより、可動シーブ２３とねじ軸３１とを一対の軌道輪間にボールを組み込んだ転がり軸受で回転自在に支持する場合に比較して、回転連結部での径方向寸法の縮径化を図ることができ、レイアウトに制約を受けることの少ない可変速プーリＰ_１、Ｐ_２の支持構造を得ることができる。

また、上記のように、転がり軸受の一対の軌道輪を不要とし得ると同時に、転がり軸受を軸方向に固定する止め輪の取付けも不要とすることができるため、軽量化を図ることができ、燃料消費を軽減し、組み付けの容易化を図ることができる。

図１および図２においては、可動シーブ２３をプーリ軸２４に沿って軸方向に移動させるねじ機構としてボールねじ３０を採用したが、ねじ機構はボールねじ３０に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、筒状ねじ軸３１の外径面およびナット３３の内径面のそれぞれに台形ねじ６０、６１を形成した滑りねじであってもよい。

また、図１および図２においては、ボールねじ３０のナット３３をケーシング１０に固定し、筒状ねじ軸３１を可動シーブ２３のボス部２３ｂに回転自在に連結したが、図５に示すように、ねじ軸３１の一端部をケーシング１０に形成されたねじ軸嵌合孔１３に圧入して固定し、ナット３３の他端部を可動シーブ２３のボス部２３ｂに嵌め合せ、そのナット３３の他端部内径面に軌道溝６２を設け、その軌道溝６２と可動シーブ２３のボス部２３ｂの外径面に形成された軌道溝４２間に軸受要素としてのボール４０を組み込んで、ナット３３を可動シーブ２３に回転自在に連結してもよい。

図５に示すように、ナット３３を可動シーブ２３に回転自在に連結する場合は、ナット３３の他端部外径面に変速ギヤ４３を取り付け、変速比の変更に際し、その変速ギヤ４３に回転トルクを伝達する。

また、筒状ねじ軸３１の一端部内径面に軌道溝６３を形成し、その軌道溝６３とプーリ軸２４の軸端部に取り付けられた軸受リング３７の外径面の軌道溝３８間にボール３６を組み込んで、プーリ軸２４の軸端部を回転自在に支持する。

１０ケーシング（プーリ支持対象）
２２固定シーブ
２３可動シーブ
２３ｂボス部
２４プーリ軸
３０ボールねじ（ねじ機構）
３１ねじ軸
３２ねじ溝
３３ナット
３４ねじ溝
３５ボール
３６ボール
３８軌道溝
３９軌道溝
４０ボール
４１軌道溝
４２軌道溝
６０台形ねじ
６１台形ねじ

Claims

プーリ軸（２４）に設けられた固定シーブ（２２）と、前記プーリ軸（２４）にスライド自在に嵌合され、かつ、回り止めされて前記固定シーブ（２２）に対向配置された可動シーブ（２３）と、その可動シーブ（２３）を前記プーリ軸（２４）に沿って軸方向に移動させるねじ機構（３０）とからなり、前記ねじ機構（３０）が筒状のねじ軸（３１）と、そのねじ軸（３１）にねじ係合されたナット（３３）を備え、前記ねじ軸（３１）とナット（３３）のうちの一方がプーリ支持対象（１０）に固定される固定側部品とされ、他方が回転トルクの負荷により軸方向に移動する可動側部品とされ、前記可動側部品がその内部に組み込まれる軸受要素を介して前記可動シーブ（２３）に回転自在に連結されたベルト式無段変速機における可変速プーリの支持装置において、
前記軸受要素が、ボール（４０）を有し、前記可動シーブ（２３）のボス部（２３ｂ）の外径面と前記可動側部品の内径面の少なくとも一方に前記ボール（４０）を転がり案内する軌道溝（４１、４２）を形成したことを特徴とするベルト式無段変速機における可変速プーリの支持装置。
前記固定側部品の内側に前記プーリ軸（２４）の軸端部を回転自在に支持する軸受要素を組込み、その軸受要素がボール（３６）を有し、前記固定側部品の内径面と前記プーリ軸（２４）の外径面に前記ボール（３６）を転がり案内する軌道溝（３８、３９）を形成した請求項1に記載のベルト式無段変速機における可変速プーリの支持装置。
前記軌道溝（４１、４２）が、前記ボール（４０）とアンギュラコンタクトする軌道面を有してなる請求項1又は２に記載のベルト式無段変速機における可変速プーリの支持装置。
前記軌道面を焼入れ処理して表面硬さをＨＲＣ５６〜６４とした請求項３に記載のベルト式無段変速機における可変速プーリの支持装置。
前記ねじ機構（３０）が、ねじ軸（３１）の外径面に形成されたねじ溝（３２）とナット（３３）の内径面に形成されたねじ溝（３４）間にボール（３５）を組み込んだボールねじからなる請求項１乃至４のいずれか１項に記載のベルト式無段変速機における可変速プーリの支持装置。
前記ねじ機構（３０）が、ねじが台形ねじ（６０、６１）とされた滑りねじからなる請求項１乃至４のいずれか１項に記載のベルト式無段変速機における可変速プーリの支持装置。