JP2019019960A - ベルト式無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクカム機構によりベルト推力を発生させるベルト式無段変速機において、過不足なくベルトクランプ力を与えて変速機の伝達効率を向上させる。【解決手段】セカンダリプーリ２０に装備され、プーリ２０に入力されるプーリ入力トルクに応じたベルト推力を両シーブ２２，２３間に発生させると共にプーリ入力トルクを出力側に伝達可能なトルクカム機構４０と、トルクカム機構４０と並列な動力伝達経路を構成し、プーリ入力トルクを、トルクカム機構４０を介することなく出力部材に伝達可能なクラッチ機構５０とを備え、クラッチ機構５０は、トルクカム機構４０に相対回転可能に接し、固定シーブ２２にて回転不能かつ軸方向移動可能で、出力部材５に係合可能な係合部材５１と、出力部材５と係合部材５１とに離隔方向に付勢力を付与する弾性部材６０とを有し、セカンダリプーリ入力トルクに応じて、係合部材５１から出力部材５にトルクを伝達する。【選択図】図１

Description

本発明は、推力を発生するためのトルクカム機構を備えたベルト式無段変速機に関するものである。

ベルト式無段変速機において、トルクカム機構を使ってベルト推力を発生させる技術が知られている。
例えば特許文献１には、ベルト式無段変速機のセカンダリプーリの可動シーブにベルト推力を加えるために、トルクカム機構を油圧ピストン機構と併設したものが記載されている。さらに、トルクカム機構をバイパスするクラッチを設け、ドライブとコーストとの間の切り替え時にクラッチを係合しておき、切り替え時に動力伝達遅れが生じることでショックが生じないようにすることが記載されている。

特開２００８−０６４１２５号公報

ところで、上記のようなトルクカム機構は、一般に、トルクカム機構に入力されたトルクに対して、比例的な推力（スラスト力）が出力される。一方、ベルト式無段変速機においては、ベルトの必要推力は、ベルト式無段変速機への入力トルクのみならず、変速比（プーリ比）でも変化する。このため、変速状態によっては、過推力の運転状態が発生する。その結果、過剰なベルトクランプ力によりベルト＆プーリシステムの伝達効率悪化（内部フリクションの要因）が発生し、車両の燃費が悪化するという課題が発生する。

特許文献１には、動力伝達遅れを回避するためにクラッチを係合することは記載されてはいるものの、過剰な推力が発生することは何ら考慮されておらず、クラッチの係合力に関し、どのように制御するかは記載されていない。

本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、トルクカム機構を使ってベルト推力を発生させるベルト式無段変速機において、過不足なくベルトクランプ力を与えるようにして変速機の伝達効率を向上させることができるようにすることを目的としている。

（１）上記の目的を達成するために、本発明のベルト式無段変速装置は、何れも固定シーブ及び可動シーブを有し、駆動源からトルクが入力されるプライマリプーリ及び出力部材にトルクを出力するセカンダリプーリの２つのプーリと、前記２つのプーリに巻き掛けられて動力を伝達するベルトと、を備えるベルト式無段変速装置であって、前記セカンダリプーリに装備され、当該セカンダリプーリに入力されるトルクであるセカンダリプーリ入力トルクに応じたベルト推力を前記両シーブ間に発生させると共に前記セカンダリプーリ入力トルクを出力部材に伝達可能なトルクカム機構と、前記トルクカム機構と並列な動力伝達経路を構成し、前記セカンダリプーリ入力トルクの一部を、前記トルクカム機構を介することなく前記出力部材に伝達可能なクラッチ機構と、を備え、前記クラッチ機構は、前記トルクカム機構に対し相対回転可能に接するとともに、前記セカンダリプーリの固定シーブに対して相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に設けられ、前記出力部材に係合可能な係合部材と、前記出力部材と前記係合部材との両部材間のいずれか一方の部材に相対回転可能に設けられ、前記両部材に対し互いに離隔する方向に付勢力を付与する弾性部材とを有し、前記セカンダリプーリ入力トルクに応じて、前記係合部材から前記出力部材にトルクを伝達することを特徴としている。

（２）前記トルクカム機構で発生する前記ベルト推力の値である発生ベルト推力は、必要とする前記ベルト推力の値である必要ベルト推力よりも常に大きく、且つ、前記セカンダリプーリ入力トルクが大きいほど前記発生ベルト推力と前記必要ベルト推力との差が拡大する特性を有し、前記弾性部材は、前記発生ベルト推力の増大に応じて軸方向に収縮して収縮量に応じて前記付勢力を発揮し、前記発生ベルト推力が基準推力以下の状態では、前記出力部材と前記係合部材とが離隔するように、収縮ストローク特性が設定されていることが好ましい。

（３）前記基準推力は、前記セカンダリプーリ入力トルクが最大になっても前記発生ベルト推力が前記必要ベルト推力以上確保される値に設定されていることが好ましい。

（４）前記出力部材と前記係合部材との各対向面には、摩擦接触する摩擦面がそれぞれ設けられ、これらの摩擦面の何れか一方に摩擦材が装備され、前記トルクカム機構と前記係合部材との間、及び、前記弾性部材と前記両部材のいずれか一方の部材との間に、スラストベアリングがそれぞれ装備されていることが好ましい。

（５）前記トルクカム機構は、前記セカンダリプーリの前記可動シーブに固設され駆動カム面を有する駆動カム部材と、前記セカンダリプーリのプーリ軸に対して相対回転可能で且つ軸方向相対移動不能に連結され前記駆動カム面に対して相対回転する被駆動カム面を有する被駆動カム部材と、を有し、前記係合部材は、前記プーリ軸に対して相対回転不能で且つ軸方向に相対移動可能に連結されている
ことが好ましい。

本発明によれば、トルクカム機構を使ってベルト推力を発生させるベルト式無段変速機において、クラッチ機構を用いて過不足なくベルトクランプ力を与えるように推力調整でき、変速機の伝達効率を向上させることができるようになる。
特に、複雑な制御を要することなくシンプルな機械的な構成によってクラッチ機構を動作させるので、装置の複雑化や大型化やコスト増を抑えながら推力を調整することができる。

一実施形態にかかるベルト式無段変速装置のトルクカム機構及びクラッチ機構を備えたセカンダリプーリの断面構成図である。 一実施形態にかかるベルト式無段変速装置の概略構成図である。 一実施形態にかかるトルクカム機構の動作の概要を示すセカンダリプーリの概略構成図を装備したカム部材の斜視図であり、（ａ）は変速比がローの状態を示し、（ｂ）は変速比がハイの状態を示す。 一実施形態にかかるトルクカム機構の作動態様を説明する模式的な周面図であり、（ａ）は各カム部材が位相を合致させた状態を示し、（ｂ）は駆動カム部材が位相を進ませた状態を示し、（ｃ）は駆動カム部材が位相を遅らせた状態を示す。 一実施形態にかかるトルクカム機構を備えたセカンダリプーリの模式的な構成図であり、（ａ）は最ロー状態を示し、（ｂ）は最ハイ状態を示す。 一実施形態にかかるトルクカム機構の作動態様を説明する模式的な断面図であり、（ａ）は低トルク伝達時の状態を示し、（ｂ）は高トルク伝達時の状態を示す。 一実施形態にかかるベルト式無段変速装置の推力の特性を示す図であり、（ａ）は入力トルクが低トルクで一定の場合のカム発生推力の特性を示し、（ｂ）は入力トルクが高トルクで一定の場合のカム発生推力の特性を示す。なお、図７の（ａ）と（ｂ）とは縦軸及び横軸とも目盛を記していないが、縦軸同士及び横軸同士は互いに比較可能にサイズが統一されている。

以下、図面を参照して本発明にかかるトルクカム機構及びこれを用いたベルト式無段変速装置の実施形態を説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。かかる実施形態を部分的に用いて実施したり、一部を変更して実施したり、同等の機能を有する他の機構や装置に置き換えて実施したりすることができるものである。

本実施形態にかかるベルト式無段変速装置は、車両に装備されるもので、駆動源の出力トルクを入力され、これを変速して駆動輪側に出力する。車両としては、電動モータのみを駆動源として走行する電気自動車（ＥＶ）、電動モータ及びエンジンを駆動源として走行するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、エンジンのみを駆動源として走行するエンジン自動車の何れにも適用できる。

〔ベルト式無段変速装置の構成〕
図１，図２に示すように、このベルト式無段変速装置（以下、ＣＶＴとも言う）１は、駆動源であるエンジン２に動力連結されたプライマリプーリ１０と、図示しない駆動輪側に動力連結されたセカンダリプーリ２０と、プライマリプーリ１０とセカンダリプーリ２０とに巻き掛けられた動力伝達用のベルト３０と、を有している。

プライマリプーリ１０は、プライマリ軸（回転軸）１１に固定的に連結された固定シーブ１２とプライマリ軸１１にスプライン係合等によって軸方向に可動に連結された可動シーブ１３とからなる。可動シーブ１３は図示しない推力発生機構によって、固定シーブ１２に接近する側に推力（ベルト推力）を加えられる。この推力によって、固定シーブ１２のシーブ面１２ａと可動シーブ１３のシーブ面１３ａとによってベルト３０をクランプする。

また、プライマリプーリ１０には、変速（変速比の変更）に必要な推力を発生する変速推力発生機構３が装備されている。この変速推力発生機構３は、図示しない制御装置によって制御され、所要の推力を発生させて可動シーブ１３に加える推力を調整して、目標とする変速比を得られる位置に可動シーブ１３を移動させる。

セカンダリプーリ２０は、セカンダリ軸（回転軸）２１に固定的に連結された固定シーブ２２とセカンダリ軸２１にスプライン係合等によって軸方向に可動に連結された可動シーブ２３とからなる。可動シーブ２３は推力発生機構としてのトルクカム機構４０によって、固定シーブ２２に接近する側に推力（ベルト推力）を加えられる。この推力によって、固定シーブ２２のシーブ面２２ａと可動シーブ２３のシーブ面２３ａとによってベルト３０をクランプする。なお、本装置では、セカンダリ軸２１は駆動輪側と直接的には駆動連結されておらず、トルクカム機構４０及び後述の出力部材５を介して駆動輪側と駆動連結しうるようになっている。

トルクカム機構４０により発生しセカンダリプーリ２０に加わる推力（発生ベルト推力、以下、カム発生推力という）Ｆｃは、後述のクラッチ機構５０によって制御される。また、推力発生機構によるプライマリプーリ１０の推力も図示しない制御装置によって制御される。
セカンダリプーリ２０の推力Ｆｓはベルト３０をクランプできる大きさに制御される。また、プライマリプーリ１０の推力は、セカンダリプーリ２０の推力Ｆｓに対して差推力を与えることによって変速比（プーリ比）ｒを変更し、セカンダリプーリ２０の推力にバランスさせることによって変速比ｒを保持するように制御される。

〔トルクカム機構の構成〕
ここで、トルクカム機構４０について、セカンダリプーリ２０と共に詳細に説明する。
セカンダリプーリ２０の可動シーブ２３は、セカンダリ軸２１に対して、その軸方向に一定のストローク範囲で可動であって且つその回転方向に一定の回転範囲で可動に係止されている。トルクカム機構４０は、この可動シーブ２３の背面側（即ち、可動シーブ２３のシーブ面２３ａと反対側）に装備される。

トルクカム機構４０は、図１に示すように、可動シーブ２３の背面に固設（即ち、相対回転不能且つ軸方向相対移動不能に結合）された駆動カム部材（ドライブカム部材）４１と、駆動カム部材４１に隣接して配設され、セカンダリ軸２１に対しては相対回転可能且つ軸方向には相対動不能に装備された被駆動カム部材（ドリブンカム部材）４３と、駆動カム部材４１と被駆動カム部材４３との間に同軸に配置されこれらのカム部材４１，４３に対して相対回転可能な中間カム部材４２との３つのカム部材を備えている。そして、被駆動カム部材４３が図示しない駆動輪側にトルクを出力する出力部材５と、相対回転不能且つ軸方向には相対移動可能に駆動連結されている。

なお、ここでは、図２に示すように、出力部材５は、円板状に形成され外周に出力ギア６と噛み合うギア部を備え、出力部材５から出力ギア６を経て図示しない駆動輪の車軸へトルクを伝達するようになっている。
また、駆動カム部材４１は車両のドライブ走行時（駆動走行時）に被駆動カム部材４３を駆動し、被駆動カム部材４３は車両のコースト走行時（被駆動走行時）に駆動カム部材４１を駆動する。図２及び後述する図５，図６においては、トルクカム機構４０を簡略化し中間カム部材４２を省略して示している。

駆動カム部材４１は、図３（ｂ）の斜視図に示すように、円筒状（又は環状）の部材であって、一端側に環状の第１駆動カム面４１ｄを有しており、他端側が可動シーブ２３の背面に固設される。環状の第１駆動カム面４１ｄは、環状全周を２つに等分割されていて、それぞれが所定のカム角度に応じた螺旋状曲面によって構成される。等分割された２つの第１駆動カム面４１ｄの相互間には、それぞれ段状の接続面４１ｊが形成されている。この接続面４１ｊは、それぞれ駆動カム部材４１の回転軸線に沿う方向（回転軸線と平行な方向）に形成されている。

被駆動カム部材４３は、駆動カム部材４１と対称な形状であり、図３（ｂ）の斜視図を反転させた形状である。図３（ｂ）の斜視図を流用して説明すると、一端側に環状の第１被駆動カム面４３ｃを有しており、他端側が図１に示すようにセカンダリ軸２１に相対回転可能で軸方向には相対動不能に支持される。環状の第１被駆動カム面４３ｃは、環状全周を２つに等分割されていて、それぞれが所定のカム角度に応じた螺旋状曲面によって構成される。等分割された２つの第１被駆動カム面４３ｃの相互間には、それぞれ段状の接続面４３ｊが形成されている。この接続面４３ｊは、それぞれ被駆動カム部材４３の回転軸線に沿う方向（回転軸線と平行な方向）に形成されている。この接続面４３ｊも、それぞれ被駆動カム部材４３の回転軸線に沿う方向（回転軸線と平行な方向）に形成されている。

中間カム部材４２は、図３（ａ）の斜視図に示すように、円筒状（又は環状）の部材であって、一端側に前記第１駆動カム面４１ｄに対向する環状の第２駆動カム面４２ｄを有しており、他端側に前記第１被駆動カム面４３ｃに対向する環状の第２被駆動カム面４２ｃを有している。環状の第２駆動カム面４２ｄは、図３（ａ）に示すように、環状全周を２つに等分割されていて、それぞれが所定のカム角度に応じた螺旋状曲面によって構成される。等分割された２つの第１駆動カム面４２ｄの相互間には、それぞれ段状の接続面４２ｊが形成されている。この接続面４２ｊも、それぞれ中間カム部材４２の回転軸線に沿う方向（回転軸線と平行な方向）に形成されている。

環状の第２被駆動カム面４２ｃは、第２駆動カム面４２ｄと対称な形状であり、図３（ａ）の斜視図を反転させた形状である。この第２被駆動カム面４２ｃも、環状全周を２つに等分割されていて、それぞれが所定のカム角度に応じた螺旋状曲面によって構成される。等分割された２つの第１被駆動カム面４２ｃの相互間には、それぞれ段状の接続面４２ｊが形成されている。この接続面４２ｊも、それぞれ中間カム部材４２の回転軸線に沿う方向（回転軸線と平行な方向）に形成されている。

したがって、仮に第１駆動カム面４１ｄ及び第２駆動カム面４２ｄの各螺旋状曲面を右ネジ状の螺旋とすれば、第１被駆動カム面４３ｃ及び第２被駆動カム面４２ｃの各螺旋状曲面は左ネジ状の螺旋となる。

また、中間カム部材４２の第２駆動カム面４２ｄと第２被駆動カム面４２ｃとは、回転方向へ位相ずれして形成されている。つまり、２つの第２駆動カム面４２ｄを接続する接続面４２ｊと、２つの第２被駆動カム面４２ｃを接続する接続面４２ｊとが、回転方向へ位相をずらせて配置形成されている。両カム面４２ｄ，４２ｃの位相ずれは、最大９０度とすることができる。これにより、中間カム部材４２の軸方向長さを短縮することができる。

ここでは、各カム面４１ｄ，４３ｃ，４２ｄ及び４２ｃは、全て同一のカム角度に設定されている。
中間カム部材４２の第２駆動カム面４２ｄは、駆動カム部材４１の第１駆動カム面４１ｄに接触可能であって、中間カム部材４２の第２被駆動カム面４２ｃは、被駆動カム部材４３の第１被駆動カム面４３ｃに接触可能である。ただし、両駆動カム面４１ｄ，４２ｄ間、及び、両被駆動カム面４３ｃ，４２ｃ間には、図１に示すように、ボール（鋼球）４５が介装され、トルクカム機構４０は、ボールトルクカム装置として構成される。

このため、図３（ａ），（ｂ）に示すように、駆動カム部材４１の第１駆動カム面４１ｄ、中間カム部材４２の第２駆動カム面４２ｄ及び第２被駆動カム面４２ｃ、被駆動カム部材４３の第１被駆動カム面４３ｃには、ボール４５を内装する溝４１ｇ，４２ｇ，４３がそれぞれ形成されている。これにより、各駆動カム面４１ｄ，４２ｄ間、及び、各被駆動カム面４３ｃ，４２ｃ間は、ボール４５による点接触により滑らかに摺動する。

このトルクカム機構４０の作動メカニズムを詳細に説明する。
駆動カム部材４１と被駆動カム部材４３とが位相ずれを生じていなければ、図４（ａ）に示すように、駆動カム部材４１の第１駆動カム面４１ｄと中間カム部材４２の第２駆動カム面４２ｄとが噛み込むと共に、被駆動カム部材４３の第１被駆動カム面４３ｃと中間カム部材４２の第２被駆動カム面４２ｃとが噛み込んで、駆動カム部材４１と中間カム部材４２と被駆動カム部材４３とのトータル軸長、つまり、トルクカム機構４０の全長は最小となる。この場合、セカンダリプーリ２０のＶ溝の溝幅は最大になり、ＣＶＴ１の変速比ｒは最ハイ（最も小さい値）となる。

ＣＶＴ１では、車両のドライブ走行時に、ベルト３０からセカンダリプーリ２０に伝達される入力トルクが強まると、セカンダリプーリ２０のベルト挟圧力（推力）が不足し、セカンダリプーリ２０の固定シーブ２２がベルト３０に対して滑りを生じる。ただし、セカンダリ軸２１と相対動可能な可動シーブ２３はベルト３０に追従するので、固定シーブ２２は可動シーブ２３に対して回転位相遅れ（僅かな差回転）を生じる。

このときには、可動シーブ２３に固設された駆動カム部材４１は、ボール４５を介して両駆動カム面４１ｄ，４２ｄ間をスライドさせながら、図４（ｂ）に示すように、中間カム部材４２及び駆動輪側と駆動連結された被駆動カム部材４３よりも先行するように相対回転しつつ、被駆動カム部材４３及び中間カム部材４２に対して軸方向に離隔するように移動して可動シーブ２３を固定シーブ２２に接近させる。この結果、トルクカム機構４０によって、セカンダリプーリ２０のＶ溝の溝幅が狭まる方向の力（セカンダリプーリ２０の推力）が強められるため、ベルトクランプ力（ベルト挟圧力）が強まり、固定シーブ２２の滑りが解消される。

逆に、車両のコースト走行時に、駆動源が負の入力トルク（制動トルク）を発生する状態では、固定シーブ２２の回転位相遅れは解消され、駆動輪側から被駆動カム部材４３に入力される被駆動トルク（負の入力トルク）に対してセカンダリプーリ２０のベルト挟圧力が不足すると、駆動輪側が駆動源側の可動シーブ２３に対して回転位相進みを生じる（逆に言えば、可動シーブ２３が固定シーブ２２に対して回転位相遅れを生じる）。

このときには、駆動輪側と駆動連結された被駆動カム部材４３は、ボール４５を介して両被駆動カム面４３ｃ，４２ｃ間をスライドさせながら、図４（ｃ）に示すように、中間カム部材４２及び可動シーブ２３に固設された可動カム部材４１よりも先行するように相対回転しつつ、駆動カム部材４１及び中間カム部材４２に対して軸方向に離隔するように移動して可動シーブ２３を固定シーブ２２に接近させる。この結果、トルクカム機構４０によって、セカンダリプーリ２０のＶ溝の溝幅が狭まってプーリ２０の推力が強められるため、ベルトクランプ力が強まり、固定シーブ２２の滑りが解消される。

なお、車両の停止時等には、駆動トルクも制動トルクも作用しないため、トルクカム機構４０により推力は加えられない。そこで、車両の発進時等の初期駆動時にも、ベルト滑りを防止してベルト３０を確実にクランプすることができるように、予め可動シーブ２３を固定シーブ２２に接近する方向に付勢して所定の推力を与えるコイルスプリング（弾性部材）４４が装備されている。したがって、セカンダリプーリ２０の推力Ｆｓは、トルクカム機構４０によるカム発生推力Ｆｃとコイルスプリング４４の付勢力による推力との合計推力になる。

このように、セカンダリプーリ２０の推力Ｆｓを強めるには、トルクカム機構４０は、駆動カム部材４１側（可動シーブ２３側）と被駆動カム部材４３側（固定シーブ２２側）とのトルク差に応じて、両シーブ２２，２３を接近させる方向の力であるカム発生推力Ｆｃを発生するが、可動シーブ２３と固定シーブ２２との相対距離自体、即ち、変速比ｒは、プライマリプーリ１０の推力調整によって制御される。つまり、カム発生推力Ｆｃは、セカンダリプーリ２０が図５（ａ）に示す最ロー（変速比ｒが最大値）から図５（ｂ）に最ハイ（変速比ｒが最小値）までの間にトルク差に応じて発生する。

上記のように、被駆動カム部材４３は、駆動輪側の出力部材５に対して、スプライン係合等によって相対回転不能且つ軸方向には相対移動可能に駆動連結されているので、セカンダリプーリ２０に入力されたトルクは可動シーブ２３から駆動カム部材４１，中間カム部材４２及び被駆動カム部材４３を経て出力部材５に伝達される。
一方、セカンダリプーリ２０と出力部材５との間のトルク伝達経路として、このトルクカム機構４０と並列にクラッチ機構５０が設けられている。

〔クラッチ機構の構成〕
ここで、クラッチ機構５０について説明する。
セカンダリ軸２１には、被駆動カム部材４３の背面４３ａ側に隣接して環状プレート部材（係合部材）５１がスプライン係合等によって軸方向に相対移動可能で且つ相対回転不能に連結されている。
環状プレート部材５１は、環状プレート部５１ａと環状プレート部５１ａの軸心側に設けられセカンダリ軸２１とスプライン結合する中空軸部５１ｂとを備えている。環状プレート部５１ａの一面（図１中、右面）５１ｃは被駆動カム部材４３の背面４３ａと対向し、環状プレート部５１ａの他面（図１中、左面）５１ｄは出力部材５の内側面５ａと対向している。

環状プレート部材５１の一面５１ｃと被駆動カム部材４３の背面４３ａとの間には、スラストベアリング７１が介装され、環状プレート部材５１は、被駆動カム部材４３から受ける軸方向の力（カム発生推力）Ｆｃによって軸方向に移動し、且つ、被駆動カム部材４３に対して円滑に相対回転するようになっている。

環状プレート部材５１の他面５１ｄには、摩擦材５２が固設されている。摩擦材５２は出力部材５の内側面５ａと対向しており、摩擦材５２の対向面５２ａ及び出力部材５の内側面５ａの対応箇所は互いに摩擦接触しうる摩擦面となっている。
また、環状プレート部材５１の他面５１ｄと出力部材５の内側面５ａとの間には、両部材５１，に対し互いに離隔する方向に付勢力を付与するスプリング（弾性部材）６０が介装されている。ここでは、スプリング６０は、環状プレート部材５１の他面５１ｄに固定され、出力部材５の内側面５ａにスラストベアリング７２を介して摺接している。スプリング６０にはウェイブスプリング，ダイヤフラムスプリング，コイルスプリング等を適用することができる。

したがって、環状プレート部材５１は、一面５１ｃ側で被駆動カム部材４３からカム発生推力Ｆｃを受け、他面５１ｄ側でスプリング６０の付勢力を受ける。被駆動カム部材４３からのカム発生推力Ｆｃが大きくなると、摩擦材５２の対向面５２ａが出力部材５の内側面５ａに接近する方向（図１中、左方向）に移動し、被駆動カム部材４３からのカム発生推力Ｆｃが小さくなると、摩擦材５２の対向面５２ａが出力部材５の内側面５ａから離隔する方向（図１中、右方向）に移動するようになっている。

被駆動カム部材４３からのカム発生推力Ｆｃが所定推力（基準推力）Ｆ０未満の場合は、図１の上半部及び図６（ａ）に示すように、摩擦材５２の対向面５２ａは出力部材５の内側面５ａと離隔していて、環状プレート部材５１と出力部材５との間では摩擦材５２を介したトルク伝達はなされない。
一方、被駆動カム部材４３からのカム発生推力Ｆｃが大きくなって所定推力（基準推力）Ｆ０に達すると、図１の下半部及び図６（ｂ）に示すように、摩擦材５２の対向面５２ａが出力部材５の内側面５ａと接触し、互いに摩擦接触することによって摩擦材５２を介して環状プレート部材５１と出力部材５との間でトルクが伝達される。

このように、クラッチ機構５０を通じてセカンダリ軸２１から出力部材５にトルクが伝達されるようになると、セカンダリプーリ２０から出力部材５に伝達されるトルクは、可動プーリ２３からトルクカム機構４０を通じて出力部材５に伝達される第１ルートと、セカンダリ軸２１からクラッチ機構５０を通じて出力部材５に伝達され、前記第１ルートと並列な動力伝達経路を構成する第２ルートとに分散されるようになる。

したがって、セカンダリプーリ２０への入力トルクが増大して、カム発生推力Ｆｃが基準推力Ｆ０以上になると、第２ルートでトルクが伝達されることにより第１ルートで伝達されるトルクの増加が抑制され、第１ルートで伝達されるトルクに応じてトルクカム機構４０で発生するカム発生推力Ｆｃの増加も抑制される。ただし、このようにクラッチ機構５０を通じてトルクカム機構４０で発生する推力の増加が抑制されても、セカンダリプーリに必要な推力Ｆｓｔ（以下、目標推力Ｆｓｔという）は確保されるように、基準推力Ｆ０等が設定されている。

図７はセカンダリプーリ２０におけるカム発生推力Ｆｃの特性を示す図であり、図７（ａ）はＣＶＴ１への入力トルクが所定の低トルクで一定の場合において変速比が最ハイから最ローまでの間のカム発生推力Ｆｃの特性を示し、図７（ｂ）はＣＶＴ１への入力トルクが所定の高トルクで一定の場合において変速比が最ハイから最ローまでの間のカム発生推力Ｆｃの特性を示す。図７（ａ），図７（ｂ）では、縦軸にカム発生推力をとり、横軸に変速比をとっている。これら図７（ａ），図７（ｂ）の何れのグラフの縦軸，横軸にも目盛を記していないが、縦軸同士及び横軸同士は互いに比較可能にサイズが統一されている。

また、図７（ａ），図７（ｂ）において、実線は本クラッチ機構５０を装備した場合のトルクカム機構４０により発生する推力特性を示し、一点鎖線は本クラッチ機構５０を装備しない場合のトルクカム機構４０により発生する推力特性を示し、破線はトルクカム機構４０に必要な推力（必要ベルト推力）Ｆｃｔ（以下、必要推力Ｆｃｔという）を示している。なお、トルクカム機構４０の目標推力Ｆｃｔとは、セカンダリプーリ２０の目標推力Ｆｓｔからスプリング４４の付勢力による推力分を減算したものである（図２参照）。

セカンダリプーリ２０の目標推力Ｆｓｔは、セカンダリプーリ２０で伝達すべきトルクに比例する。セカンダリプーリ２０で伝達すべきトルクは、ＣＶＴ１への入力トルク（即ち、プライマリプーリ１０への入力トルク）に比例すると共に、ＣＶＴ１の変速比に比例する。つまり、変速比が大きいほどセカンダリプーリ２０へのベルト３０の巻き付き径が大きくなり、セカンダリプーリ２０で伝達すべきトルクが増大する。
このため、ＣＶＴ１への入力トルクが一定であれば、セカンダリプーリ２０の目標推力Ｆｓｔは、ＣＶＴ１の変速比の大きさに比例して増減し、最ハイから最ローに向けて線形に増加する。トルクカム機構４０の目標推力Ｆｃｔも同様に、ＣＶＴ１への入力トルクが一定であれば、ＣＶＴ１の変速比の大きさに比例して増減し、最ハイから最ローに向けて線形に増加する。

したがって、図７（ａ），図７（ｂ）に示すように、ＣＶＴ１への入力トルクが、図７（ａ）に示すように低トルクの状態でも、図７（ｂ）に示すように高トルクの状態でも、ＣＶＴ１の変速比の増大に応じて目標推力Ｆｃｔは増大するが、低トルク状態のときには、変速比の増加に対する目標推力Ｆｃｔの増加率は小さくなり、高トルク状態のときには、変速比の増加に対する目標推力Ｆｃｔの増加率は大きくなる。

これに対して、トルクカム機構４０により発生するカム発生推力の特性（一点鎖線及び実線）は、何れの変速比状態でも何れの入力トルク状態でも目標推力Ｆｃｔを上回る推力が得られるように、目標推力Ｆｃｔの増加率よりも大きな増加率になるように設定することが必要になる。この結果、本クラッチ機構５０を装備しない場合のカム発生推力Ｆｃ（一点鎖線）は、図７（ａ）に示す低トルク状態では、目標推力Ｆｃｔを僅かに上回る程度であるが、図７（ｂ）に示す高トルク状態では、変速比が高まるほど目標推力Ｆｃｔに対して過剰に上回るようになる。

これに対して、本クラッチ機構５０を装備した場合のカム発生推力Ｆｃ（実線）は、図７（ａ）に示す低トルク状態では、変速比に対する増加率が本クラッチ機構５０を装備しない場合のカム発生推力Ｆｃ（一点鎖線）よりも僅かに低くなる。これは、摩擦材５２を通じた環状プレート部材５１と出力部材５との間のトルク伝達はないが、スプリング６０の付勢力がスラストベアリング７１を通じて被駆動カム部材４３に加わる摩擦抵抗による減少分である。なお、図７には実線で示す推力と一点鎖線で示す推力との差を誇張しているが、この摩擦抵抗による減少分は僅かである。

一方、高トルク状態では、セカンダリプーリ２０への入力トルクが大きくなり、カム発生推力Ｆｃ（実線）も大きくなるため、図７（ｂ）に示すように、変速比が大きくなって、これに伴ってカム発生推力Ｆｃ（実線）が大きくなって所定推力（基準推力）Ｆ０に達すると、摩擦材５２の対向面５２ａが出力部材５の内側面５ａと接触し、互いに摩擦接触することによって摩擦材５２を介して環状プレート部材５１と出力部材５との間でトルクが伝達されるようになる。この結果、ＣＶＴ１への入力トルク増に対するカム発生推力Ｆｃ（実線）の増加が抑制されて、カム発生推力Ｆｃと目標推力Ｆｃｔとの差が減少するようになる。

〔作用及び効果〕
本発明の一実施形態に係る無段変速装置は、上述のように構成されているので、以下のような作用及び効果を得ることができる。
つまり、トルクカム機構のみをセカンダリプーリに適用すると、変速比が大きくなる、および／または、ＣＶＴ１への入力トルクが大きくなると、トルクカム機構４０により発生するカム発生推力Ｆｃが大きくなって、カム発生推力Ｆｃと目標推力Ｆｃｔとの差が大きくなってしまうが、本無段変速装置によれば、この場合に、クラッチ機構５０を通じてセカンダリ軸２１から出力部材５にトルクが伝達されるようになるため、図７（ｂ）に実線で示すように、カム発生推力Ｆｃと目標推力Ｆｃｔとの差が減少するようになる。

図７（ｂ）に一点鎖線で示すように、カム発生推力Ｆｃが目標推力Ｆｃｔに対して過剰に大きくなると、ベルトクランプ力が過剰に大きくなるため、これによってセカンダリプーリ２０とベルト３０との間のフリクションが増加して、プーリシステムの伝達効率低下を招き、車両の燃費悪化を招くという課題が発生する。

本装置では、カム発生推力Ｆｃが大きくなって目標推力Ｆｃｔから大きく乖離しようとする状況では、クラッチ機構５０を通じて出力部材５にトルクが伝達されるようになるため、駆動輪側へのトルクの伝達量を確保しつつトルクカム機構４０によるカム発生推力Ｆｃの増加を抑制し、カム発生推力Ｆｃと目標推力Ｆｃｔとの乖離を抑制することができる。これにより、セカンダリプーリ２０とベルト３０との間のフリクションの増加を抑制し、プーリシステムの伝達効率低下を回避し、車両の燃費悪化を回避することができる。また、カム発生推力Ｆｃが目標推力Ｆｃｔを下回ることがないように設定されているので、セカンダリプーリ２０における推力不足が回避され、ベルトスリップの発生も回避される。

なお、トルクカム機構４０の駆動カム部材４１と被駆動カム部材４３とが相対回転すると、これに応じて、環状プレート部材５１と被駆動カム部材４３とが相対回転し、環状プレート部材５１側のスプリング６０と出力部材５とが相対回転する。この環状プレート部材５１と被駆動カム部材４３及びスプリング６０と出力部材５とはそれぞれが互いに圧接しているため、相対回転部分にフリクションが発生する。

しかし、これらの箇所にはスラストベアリング７１，７２が介装されているので、相対回転によるフリクションの発生が抑制される。スラストベアリング７１，７２を介装してもフリクションの発生を皆無にすることはできないが、駆動カム部材４１と被駆動カム部材４３との相対回転は常時生じるわけでなくしかも相対回転量は僅かなので、スラストベアリング７１，７２によるフリクション発生も極めて僅かなものになり、かかるフリクションによる燃費への影響も無視できる程度となる。

また、クラッチ機構５０の断接を制御装置によって電気的に制御すればきめの細かい制御ができるが、装置の複雑化や大型化やコスト増を招くおそれがある。これに対して、本装置では、複雑な制御を要することなくシンプルな機械的な構成によってクラッチ機構を動作させるので、装置の複雑化や大型化やコスト増を抑えながら推力を過不足ない状態に調整し、上記の各効果を得ることができる。

〔その他〕
以上、実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態を適宜変更して実施しうるものである。
例えば、上記実施形態では、予め可動シーブ２３を固定シーブ２２に接近する方向に付勢して所定の推力を与えるコイルスプリング（弾性部材）４４が装備されているが、この弾性部材がないものに本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、トルクカム機構４０を駆動カム部材４１と中間カム部材４２と被駆動カム部材４３とからなる３ピース構造としているが、トルクカム機構４０は中間カム部材４２を備えない２ピース構造であってもよい。

１ ベルト式無段変速装置（ＣＶＴ）
５ 出力部材
５ａ 出力部材５の内側面（摩擦面）
１０ プライマリプーリ
１１ プライマリ軸（回転軸）
１２ プライマリプーリ１０の固定シーブ
１３ プライマリプーリ１０の可動シーブ
２０ セカンダリプーリ
２１ セカンダリ軸（回転軸）
２２ セカンダリプーリ２０の固定シーブ
２３ セカンダリプーリ２０の可動シーブ
３０ ベルト
４０ トルクカム機構（トルクカム装置）
４１ 駆動カム部材（ドライブカム部材）
４１ｄ 第１駆動カム面
４２ 中間カム部材
４２ｃ 第２被駆動カム面
４２ｄ 第２駆動カム面
４３ 被駆動カム部材（ドリブンカム部材）
４３ｃ 第１被駆動カム面
４４ コイルスプリング（弾性部材）
４５ ボール
５０ クラッチ機構
５１ 環状プレート部材
５１ａ 環状プレート部
５１ｂ 中空軸部
５２ 摩擦材
５２ａ 摩擦材５２の対向面（摩擦面）
６０ スプリング（弾性部材）
７１，７２ スラストベアリング
Ｆｃ カム発生推力（発生ベルト推力、トルクカム機構４０による推力）
Ｆｃｔ トルクカム機構４０の目標推力（必要ベルト推力）
Ｆｓ セカンダリプーリ２０の推力
Ｆｓｔ セカンダリプーリ２０の目標推力

Claims (5)

1. 何れも固定シーブ及び可動シーブを有し、駆動源からトルクが入力されるプライマリプーリ及び出力部材にトルクを出力するセカンダリプーリの２つのプーリと、
   前記２つのプーリに巻き掛けられて動力を伝達するベルトと、
   を備えるベルト式無段変速装置であって、
   前記セカンダリプーリに装備され、当該セカンダリプーリに入力されるトルクであるセカンダリプーリ入力トルクに応じたベルト推力を前記両シーブ間に発生させると共に前記セカンダリプーリ入力トルクを出力部材に伝達可能なトルクカム機構と、
   前記トルクカム機構と並列な動力伝達経路を構成し、前記セカンダリプーリ入力トルクの一部を、前記トルクカム機構を介することなく前記出力部材に伝達可能なクラッチ機構と、を備え、
   前記クラッチ機構は、
   前記トルクカム機構に対し相対回転可能に接するとともに、前記セカンダリプーリの固定シーブに対して相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に設けられ、前記出力部材に係合可能な係合部材と、
   前記出力部材と前記係合部材との両部材間のいずれか一方の部材に相対回転可能に設けられ、前記両部材に対し互いに離隔する方向に付勢力を付与する弾性部材とを有し、
   前記セカンダリプーリ入力トルクに応じて、前記係合部材から前記出力部材にトルクを伝達する
   ことを特徴とする、ベルト式無段変速装置。
2. 前記トルクカム機構で発生する前記ベルト推力の値である発生ベルト推力は、必要とする前記ベルト推力の値である必要ベルト推力よりも常に大きく、且つ、前記セカンダリプーリ入力トルクが大きいほど前記発生ベルト推力と前記必要ベルト推力との差が拡大する特性を有し、
   前記弾性部材は、前記発生ベルト推力の増大に応じて軸方向に収縮して収縮量に応じて前記付勢力を発揮し、前記発生ベルト推力が基準推力以下の状態では、前記出力部材と前記係合部材とが離隔するように、収縮ストローク特性が設定されている
   ことを特徴とする、請求項１に記載のベルト式無段変速装置。
3. 前記基準推力は、前記セカンダリプーリ入力トルクが最大になっても前記発生ベルト推力が前記必要ベルト推力以上確保される値に設定されている
   ことを特徴とする、請求項２に記載のベルト式無段変速装置。
4. 前記出力部材と前記係合部材との各対向面には、摩擦接触する摩擦面がそれぞれ設けられ、これらの摩擦面の何れか一方に摩擦材が装備され、
   前記トルクカム機構と前記係合部材との間、及び、前記弾性部材と前記両部材のいずれか一方の部材との間に、スラストベアリングがそれぞれ装備されている
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のベルト式無段変速装置。
5. 前記トルクカム機構は、前記セカンダリプーリの前記可動シーブに固設され駆動カム面を有する駆動カム部材と、前記セカンダリプーリのプーリ軸に対して相対回転可能で且つ軸方向相対移動不能に連結され前記駆動カム面に対して相対回転する被駆動カム面を有する被駆動カム部材と、を有し、
   前記係合部材は、前記プーリ軸に対して相対回転不能で且つ軸方向に相対移動可能に連結されている
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のベルト式無段変速装置。

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