JP3595887B2 - 無段変速装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば、エンジンにより駆動される各種の自動車用補機の伝動系において用いられる無段変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の自動車には、動力舵取装置又は自動変速機に作動油を供給する油圧ポンプ、バッテリの充電用発電機、空調用のコンプレッサ等、種々の補機が搭載されており、これらの多くは、エンジンを駆動源とし、例えばクランクシャフトの端部に設けたクランクプーリを介してのベルト伝動により駆動されている。
【０００３】
ところが、この種の補機にエンジンの回転を直接的に伝達した場合、エンジンの回転数が高い高速運転時に大なる動力損失を招くという問題があり、また、このような動力損失を低く抑えるべく補機の仕様を決定した場合、低速運転時に各補機の能力が不足するという問題がある。そこで従来から、各補機への伝動系の中途に変速装置を介装し、この変速装置の変速比をエンジンからの入力回転数の高低に応じて変更する構成とし、例えば、入力回転数が低いときにはそのまま補機に伝え、入力回転数が高いときには所定の減速を経た後に補機に伝えることにより、前述した問題を解消するようにしている。前記変速装置としては、変速に伴うエンジン負荷の急変を防ぎ、走行安定性の向上を図るべく、無段階の変速が可能な無段変速装置が多く用いられている。
【０００４】
この種の無段変速装置は、特開昭６３−８２８７６号公報及び特開昭６１−２２８１５５号公報に夫々開示されている。特開昭６３−８２８７６号公報に開示された無段変速装置は、動力舵取装置に作動油を供給する油圧ポンプへの適用例として提案されたものであり、エンジンからの入力軸と油圧ポンプへの出力軸とを、有効径の変更により変速比を変える可変ピッチプーリを介して連結する一方、出力軸側の可変ピッチプーリを構成する円錐形の半体の外側に鋼球を配し、該鋼球が出力軸の回転に伴う遠心力の作用により半径方向外向きに移動して、前記半体を内向きに、即ち、他方の半体に近づける向きに押圧する構成となっている。
【０００５】
而して、出力軸側の可変ピッチプーリの有効径が、前記鋼球の移動に応じた半体同士の接近により増す一方、前記鋼球の移動は、出力軸の回転数の増加に伴って生じるから、入力軸から出力軸への変速比が、出力軸の回転数の増加に伴って無段階に減速側に変更されることになる。
【０００６】
ところが、出力軸側の可変ピッチプーリの有効径を増すためには、入力軸側の可変ピッチプーリとの間に巻架された伝動ベルトの張力に抗するための多大の力が必要であり、前記鋼球の移動力では不十分である。即ち、特開昭６３−８２８７６号公報に開示された無段変速装置は、変速動作の実現が困難であり、実用性に欠けるという問題がある。
【０００７】
また、特開昭６１−２２８１５５号公報に開示された無段変速装置は、基本的には、エンジンからの入力側の入力円板と補機への出力側の出力円板とを、両者間に介在する周方向に複数個の遊星コーンに転接させる一方、これらの遊星コーンに入力円板及び出力円板の軸心と平行をなす夫々の円錐母線上にて一括して転接する変速リングを備え、該変速リングの軸長方向への移動により各遊星コーンとの転接位置を変え、入力側から出力側への伝動の際の変速比を無段階に変更できるようにしたリングコーン式の無段変速装置であり、軸心を中心とする所定の円周上に枢支された遠心力駆動ギヤと、これの外側に噛合する内歯ギヤを備えた環状のカム部材とを配し、このカム部材のカム面に前記変速リングに突設されたローラキーを転接せしめた構成となっている。
【０００８】
而して、遠心力駆動ギヤが枢支軸回りに回転した場合、これに内歯ギヤを介して噛合するカム部材が回転して、ローラキーを介して変速リングを押圧し、該変速リングが軸長方向に移動して変速が行われる。遠心力駆動ギヤは、周方向の一か所に枢支軸から偏心したウエイト部を備えており、配設円周上での回転に応じて作用する遠心力により、前記ウエイト部が半径方向の外側となるように枢支軸回りに回転する。従って、入力側から出力側への変速比が、出力側の回転数の増加に伴って減速側に無段階に変更されることになる。
【０００９】
この構成においては、変速のための変速リングの軸長方向の移動には大きい力を必要とせず、前述した変速動作は支障なく行われる。ところが、内歯ギヤを備えるカム部材、このカム部材に噛合する遠心力駆動ギヤ等、高い加工精度を要求される精密な部品が必要であり、これらの加工及び組み立てに多大の工数を要するという問題がある。
【００１０】
また、以上の如き従来の無段変速装置はいずれも、出力側の回転数の増減に応じた変速が行われるようになっており、出力側の回転数の増減が入力側のそれと逆になる特性、即ち、エンジンからの入力回転数の増加に応じて出力回転数が減少する特性を得ることはできないが、このような特性は、適用対象となる自動車用の補機において必要となる場合がある。
【００１１】
例えば、動力舵取装置の作動油を供給するための油圧ポンプにおいては、高速走行時には舵取り用の車輪に作用する路面反力が小さく操舵補助力を殆ど必要としないことから、低速走行時よりも少ない油量を供給すればよい。ところが、従来の無段変速装置を用いた場合、出力側の油圧ポンプの回転数は、入力側のエンジン回転数の増加に伴って減少するのではなく、その増加率を減じるに過ぎず、高速運転時に前記油圧ポンプは、操舵補助のために用いられることのない無為な作動油の供給のために高回転数にて駆動されることになる。一方油圧ポンプの消費動力は、回転数の３乗に略比例することが知られており、前述した無為な作動油の発生のためのエンジンの動力損失は大きく、自動車の走行性能及び燃費の低下を招来する。
【００１２】
即ち、動力舵取装置用の油圧ポンプにおいては、エンジンからの入力回転数が低い領域では、この回転を減速することなく伝え、入力回転数が高い領域では、この回転を十分に減速して伝えることが必要となるが、このような変速は、前述した如き従来の無段変速装置によって実現し得ない。
【００１３】
このような事情に鑑み、本発明者等は既に、前述した要求に簡素な構成にて応え得る無段変速装置を、特願平５−２７９９４７号及び特願平６−１９７０６２号に提案している。図７及び図８は、この無段変速装置の要部を拡大して示す変速機構の動作説明図である。
【００１４】
この無段変速装置は、前記特開昭６１−２２８１５５号公報に開示された無段変速装置と同様、基本的には、リングコーン式の無段変速装置であり、図示しない入力軸及び出力軸に夫々嵌着された入力円板３１及び出力円板３２の外周を、両者間に介在する周方向に複数個（１つのみ図示）の遊星コーン３３に転接させる一方、入力軸及び出力軸と平行に保たれた各遊星コーン３３の円錐母線上に、これらの外側から変速リング３４を一括して転接せしめた構成となっている。
【００１５】
前記変速リング３４は、これの外周に形成されたガイド溝４２をハウジング３０の内周に固設されたガイドキー４１に係合させ、軸長方向への移動が可能に保持させてあり、該変速リング３４の移動により各遊星コーン３３との転接位置を変えて、入力側（入力円板３１）から出力側（出力円板３２）への伝動の際の変速比を無段階に変更できるようになしてある。なおこの変速比（＝出力回転数／入力回転数）は、変速リング３４の転接位置が遊星コーン３３の頂点位置近傍にあるとき最大であり、前記頂点から離れるに従って減少する。
【００１６】
変速リング３４は、一側に弾接する押しばね４３により遊星コーン３３の頂点側に向けて付勢してある。また変速リング３４の他側には、図示の如きテーパ状のカム面４４が形成されており、このカム面４４に臨ませて変速機構７が構成されている。この変速機構７は、図示しない入力軸から半径方向外向きに突設された複数の支持杆７０，７０…（１つのみ図示）の夫々に、押圧体としての鋼球７１，７１…（１つのみ図示）を支持した構成となっている。鋼球７１は、各別の支持杆７０に軸受７２を介して嵌合され、各支持杆７０の軸心回りに抵抗なく回転し得ると共に、各支持杆７０をガイド部材として半径方向に移動し得るように支持されている。
【００１７】
図７は、出力軸が非回転状態にあるときの状態を示しており、このとき変速リング３４は、押しばね４３の付勢力によりガイドキー４１の端面に押し付けられ、遊星コーン３３の頂点位置近傍に転接した状態にある。
【００１８】
この状態で入力軸が回転すると、この回転が入力円板３１及び遊星コーン３３を介して出力円板３２に伝達され、出力円板３２が回転するが、このとき、遊星コーン３３の頂点近傍に変速リング３４が転接していることから、変速比は最大であり、出力円板３２と共に回転する出力軸の回転数は大きい。一方このとき、入力円板３１の回転に伴って鋼球７１に遠心力が作用し、該鋼球７１は半径方向外向きに移動して、図７中に破線により示す如く、この移動域に臨ませた前記変速リング３４のカム面４４に当接する。
【００１９】
この後の変速リング３４には、カム面４４の傾斜に応じた前記遠心力の分力が、押しばね４３による付勢力と逆向きに加わり、該変速リング３４は、両力の力バランスに応じて軸長方向に移動し、図８に示す如く、遊星コーン３３との転接位置を変える。この結果、入力円板３１から出力円板３２への伝動に際しての変速比は、入力軸の回転数の増加に応じて低下することになる。また、押しばね４３のばね力、カム面４４の形状、鋼球７１の重量等の関連量を適宜に設定することにより、入力軸の増速に応じて出力軸が減速する特性、入力軸の増速に拘わらず出力軸の回転数が略一定に保たれる特性等、適宜の変速態様が得られる。
【００２０】
このように、特願平５−２７９９４７号及び特願平６−１９７０６２号に提案された無段変速装置は、入力軸に突設された支持杆７０に沿って移動する鋼球７１を備える変速機構７と、変速リング３４を一側に付勢する押しばね４３と、該変速リング３４の他側に鋼球７１の移動域に臨ませて形成されたカム面４４とを備える簡素な構成により、前述した要求に沿った変速を実現し得ることとなり、自動車用の各種の補機への伝動系での使用に好便な優れたものである。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
さて、前述の如く行われる変速機構７の動作に際し、支持杆７０に支持された鋼球７１は、入力軸の軸心回りに常時公転するのに対し、この鋼球７１により押圧される変速リング３４は、伝動ハウジング３０に回転を拘束されていることから、鋼球７１とカム面４４との当接は、支持杆７０を軸とする鋼球７１の転動（自転）を伴って生じることとなる。
【００２２】
支持杆７０と鋼球７１との間の軸受７２は、以上の如き自転を抵抗なく行わせるべく介装されたものであり、特願平５−２７９９４７号においては滑り軸受が採用されている。ところが、カム面４４と鋼球７１とでは転接周の長さが大きく異なることから、鋼球７１の自転は、入力軸の回転に伴う公転速度の数倍に達する高速度の回転となる一方、前記軸受７２は、入力軸の回転に応じて鋼球７１に装着されているために効果的な潤滑が困難であり、鋼球７１の滑らかな転動状態を安定して維持することが難しく、前述した変速動作が安定して行えなくなる虞れがあった。
【００２３】
このような事情により特願平６−１９７０６２号においては、軸受７２として、潤滑が容易な転がり軸受を採用している。ところが、前記鋼球７１は入力軸の回転速度の数倍に達する高速度にて自転しており、特に、入力軸の回転速度が高い高速走行時に、前記軸受７２による耳障りな転動音が発生するという不都合があった。
【００２４】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、入力回転数の増減に応じた無段階での変速を簡素な構成により確実に実現することができると共に、動作中の発生音を大幅に低減し、静粛な運転が可能となる無段変速装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る無段変速装置は、同軸上に支承された入力軸及び出力軸の他方との対向側端部に入力円板及び出力円板を夫々取り付け、これらの外周を両者間に介在する周方向に複数個の遊星コーンに転接させる一方、入力軸及び出力軸の軸心と平行をなす夫々の円錐母線上にて前記遊星コーンに一括して転接し、軸回りの回転を拘束された変速リングを備え、該変速リングを軸長方向に移動させて各遊星コーンとの転接位置を変更し、入力軸から出力軸への伝動の際の変速比を無段階に変更できるようにしたリングコーン式の無段変速装置において、前記入力軸に取り付けられ、前記変速リングとの対向側にカム面を有するカム板と、該カム板との対向部を有して前記変速リングの一部に固定された押し板と、前記入力軸に軸長方向への移動自在に取り付けられ、前記押し板と前記カム板との間に放射状をなして突設された複数のガイド杆を有するガイド板と、該ガイド板の回転に伴う遠心力の作用により、その一側に当接する前記ガイド杆の夫々に沿って移動し、他側に当接する前記カム面の形状に応じて軸長方向に移動して、前記ガイド板及び前記押し板を介して前記変速リングに押圧力を加える押圧体とを具備することを特徴とする。
【００２６】
更に加えて、前記押圧体は、前記ガイド杆及び前記カム面の夫々と転接するローラであることを特徴とする。
【００２７】
【作用】
本発明においては、入力軸に取り付けたカム板と入力軸に軸長方向への移動自在に取り付けたガイド板との間に配された押圧体が、入力軸の回転に応じた遠心力の作用によりガイド板に突設されたガイド杆に沿って移動する間に、一側に当接する前記カム板のカム面の形状に応じて軸長方向に移動し、ガイド板の他側に当接する押し板を介して変速リングが押圧され、遊星コーンへの転接位置が変わって変速が行われて、入力軸から出力軸への伝動の際の変速比が、出力側の回転数の如何に拘わらず入力側の回転数の増減に応じて変化する所望の変速特性が得られる。このとき変速リングを押圧する押圧体は、入力軸と共に回転するカム板とガイド板との間にて、異音の発生要因となる自転を伴わずに移動し、またこのとき、入力軸に取り付けたガイド板と変速リングに固定された押し板とは相対回転するが、この相対回転は入力軸の回転数に相当する低速度での回転であり、滑り軸受又は転がり軸受により、異音の発生の虞れなく安定して支持できる。
【００２８】
更に、前記押圧体をローラとし、遠心力の作用による押圧体の移動が、カム面とガイド杆とに対する転動により滑らかに行わせる。
【００２９】
【実施例】
以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する。図１は、動力舵取装置に作動油圧を供給するための油圧ポンプへの本発明に係る無段変速装置の適用例を示す縦断面図である。
【００３０】
図示の油圧ポンプ１は、複数枚のベーンを半径方向への進退自在に保持する短寸円筒形のロータ１０と、偏肉環状をなすカムリング１１とを備えたベーンポンプである。カムリング１１は、これの一側に同軸的に位置決めされたプレッシャプレート１２と共にポンプハウジング１４の内部に収納され、該ポンプハウジング１４の他側を閉塞するエンドプレート１３と前記プレッシャプレート１２との間に挾持固定されている。またロータ１０は、カムリング１１の内側に遊嵌されており、プレッシャプレート１２を貫通してカムリング１１の軸心部を通りエンドプレート１３にその先端を支持された伝動軸２に嵌着され、該伝動軸２の回転に応じてカムリング１１の内側にて同軸的に回転するようになしてある。
【００３１】
以上の如き油圧ポンプ１は、ロータ１０の外周とカムリング１１の内周との間に周方向に複数並べて設けたポンプ室内に油圧を発生する動作をなす。これらのポンプ室は、ポンプハウジング１４の上部外側に取り付けた吸込管１５に、エンドプレート１３及びポンプハウジング１４の周壁に形成された吸込油路１６を介して連通させてあり、また図示しない吐出管に、プレッシャプレート１２の背面側に形成された圧力室１７を介して連通させてある。
【００３２】
吸込管１５は、動力舵取装置の作動油を収納する図示しない油タンクに連結してあり、伝動軸２の回転によりロータ１０が回転した場合、該ロータ１０外側の各ポンプ室には、吸込管１５及び吸込油路１６を経て作動油が導入される。ロータ１０に保持された複数のベーンは、夫々の先端をカムリング１１の内周面に押し付け、内周の凹凸に追随して半径方向に進退動作しつつロータ１０と共に回転しており、各ポンプ室に導入された作動油は、相隣するベーン間に封止され、ロータ１０と共に回転せしめられて昇圧し、圧力室１７及び吐出管を経て動力舵取装置に供給される。
【００３３】
ポンプハウジング１４は、エンドプレート１３による閉塞部の逆側に同軸的に突設された円筒状の連結ブラケット１８を備えており、この連結ブラケット１８の端面に同軸的に組み付けられた伝動ハウジング３０の内部に無段変速装置３が構成されている。
【００３４】
無段変速装置３は、入力円板３１と出力円板３２との外周を、これらの間に介在する周方向に複数個（２個のみ図示）の遊星コーン３３，３３…の底面に両側から夫々転接させる一方、これらの外側に周設された円環状の変速リング３４を、入力円板３１及び出力円板３２の軸心と平行をなす各遊星コーン３３，３３…の円錐母線上に一括して転接させてなり、変速リング３４を軸長方向に移動させ、遊星コーン３３，３３…との転接位置を変えることにより変速を行う構成とした公知のリングコーン式の無段変速装置である。
【００３５】
入力円板３１は、伝動ハウジング３０の内部に同軸的に支承された入力軸４の一側端部近傍にスプライン結合され、該入力軸４と一体回転するようになしてある。入力軸４の他端は、連結ブラケット１８への組み付け側と逆側から伝動ハウジング３０の外部に適長突出させてあり、この突出端に嵌着されたＶプーリ５、及びこのＶプーリ５に巻装されたＶベルトを介して図示しないエンジンの出力端に連結してある。即ち、入力軸４及びこれに取り付けた入力円板３１は、Ｖプーリ５を介して伝達される前記エンジンの回転に伴って回転する。
【００３６】
入力軸４の先端は、伝動ハウジング３０の内部に突出する前記伝動軸２の先端に突き合わせてあり、前記出力円板３２は、該伝動軸２の先端部に同軸上での回転自在に支持されている。また伝動軸２の突出部には、厚肉円板形をなす押圧ディスク３５がスプライン結合され、該押圧ディスク３５は、前記出力円板３２の背面側、即ち、遊星コーン３３，３３…との転接側と逆側に対向させてある。
【００３７】
出力円板３２と押圧ディスク３５との間隔は、両者間に介装されたコイルばね３６のばね力により一定に保たれている。また出力円板３２及び押圧ディスク３５は、夫々との対向面の所定の円周上に周方向に傾斜するカム面を備えており、これらのカム面間にはカム球３７，３７…が介装されている。カム球３７，３７…は、出力円板３２と押圧ディスク３５とが相対回転しようとするとき夫々のカム面に噛み合い、両者を一体化せしめると共に、出力円板３２を押圧ディスク３５から離反する向き、即ち、遊星コーン３３，３３…への転接を強化する向き押圧する作用をなす。
【００３８】
入力円板３１と出力円板３２とに転接する前記遊星コーン３３，３３…は、夫々の軸心を同側に傾斜せしめた状態で円錐環状をなすキャリア３８に保持させてあり、入力円板３１は各遊星コーン３３，３３…の底面の内径側に、出力円板３２は、同じく底面の外縁部に夫々転接させてある。即ち、油圧ポンプ１への出力軸となる前記伝動軸２と一体回転することになり、入力軸４から伝動軸２への伝動は、各遊星コーン３３，３３…を介して行われる。
【００３９】
図２は、リングコーン式の無段変速装置３における変速原理の説明図である。図示の如く、入力円板３１と遊星コーン３３との転接位置が、入力軸４及び伝動軸２の軸心からａ、遊星コーン３３の回転中心からｂなる距離にあり、また変速リング３４と遊星コーン３３との転接位置が、遊星コーン３３の回転中心からｃ、入力軸４及び伝動軸２の軸心からｄなる距離にあり、更に出力円板３２と遊星コーン３３との転接位置が、遊星コーン３３の回転中心からｅ、入力軸４及び伝動軸２の軸心からｆなる距離にある場合、出力軸たる伝動軸２の回転数Ｎ２ は、変速リング３４の回転が拘束されているという条件下において、入力軸４の回転数Ｎ１ を含む次式により表される。
【００４０】
【数１】
【００４１】
変速リング３４の転接位置は、遊星コーン３３の円錐母線上において変更され、この母線は、入力軸４及び伝動軸２の軸心と平行をなす。従って、変速リング３４の転接位置の変更は、入力軸４及び伝動軸２の軸心からの距離ｄを一定に保って行われ、遊星コーン３３の回転中心からの距離ｃのみが増減する。前記（１）式に明らかな如く、入力軸４の回転数Ｎ１ が一定であるという条件下での伝動軸２の回転数Ｎ２ 、即ち、入力軸４から伝動軸２への伝動に際しての変速比は、距離ｃの減少に伴って増加し、逆に距離ｃの増加に伴って減少する。
【００４２】
例えば、ｃ＝０、即ち、変速リング３４の転接位置が遊星コーン３３の頂点上にある場合、（１）式は、次式の如く簡略化される。
Ｎ２ ＝−（ａｅ／ｂｆ）×Ｎ１ …（２）
【００４３】
この式は、入力円板３１及び出力円板３２と遊星コーン３３との転接関係を示す数値のみを含む式となっており、このとき、即ち、変速リング３４の転接位置が遊星コーン３３の頂点上にあるとき、入力軸４から伝動軸２への伝動に際しての変速比は最大となる。なお、（２）式により得られるＮ２ が負の値となるのは、伝動軸２の回転方向が入力軸４のそれと逆になるためである。
【００４４】
また一方、前記（１）式に明らかな如く、伝動軸２の回転数Ｎ２ は、前記距離ｃが次式を満たす場合に最小（＝０）となる。
ｃ＝ｅｄ／ｆ …（３）
【００４５】
図に明らかな如く、出力円板３２と遊星コーン３３との転接位置は、遊星コーン３３の傾斜が上となる側の周縁近傍に設定されており、入力軸４及び伝動軸２の軸心からの距離ｆは、変速リング３４の転接位置における入力軸４及び伝動軸２の軸心からの距離ｄに略等しい。従って、図２中に破線により示す如く、出力円板３２の転接位置、即ち、遊星コーン３３の周縁近傍に変速リング３４の転接位置を変更した場合、ｃ≒ｅとなって前記（３）式が近似的に成立することになり、伝動軸２の回転が停止した状態を得ることができる。
【００４６】
以上の如く伝動軸２の回転速度Ｎ２ は、変速リング３４の転接位置が遊星コーン３３の頂点に接近するに従って増加し、離反するに従って減少する。即ち、入力軸４から伝動軸２への伝動に際しての変速比（＝Ｎ２ ／Ｎ１ ）は、図１及び図２における右向きの変速リング３４の移動に応じて増大し、左向きの移動に応じて減少することになり、更に、この減少側においては、出力円板３２と共に生じる伝動軸２の回転速度が略零となるまでの無段階の変速が可能である。
【００４７】
図１に示す如く変速リング３４は、外周に形成された複数のガイド溝４２，４２…を伝動ハウジング３０の内側に固設された各別のガイドキー４１，４１…に係合させ、軸回りの回転を拘束されると共に、前記ガイドキー４１，４１…の案内による軸長方向の移動が可能に保持されている。
【００４８】
変速リング３４の一側にはストッパ環４０が固設されており、該ストッパ環４０の端面は、連結ブラケット１８の内側においてポンプハウジング１４の外面に対向し、両面間には周方向に複数個の押しばね４３，４３…が介装されている。これらの押しばね４３，４３…は、前記ストッパ環４０をポンプハウジング１４から離反させる向き（図の右向き）に付勢する作用をなす。この付勢により変速リング３４は、ストッパ環４０の他面をガイドキー４１，４１…の端部に突き当てた状態に拘束され、このとき変速リング３４は、遊星コーン３３，３３…の頂点近傍に転接せしめられ、入力軸４から伝動軸２への伝動に際しての変速比（＝Ｎ２ ／Ｎ１ ）は最大となる。
【００４９】
変速リング３４の他側（入力軸４側）には、該変速リング３４を前記押しばね４３，４３…の付勢に抗して逆向き（図の左向き）に押圧し、遊星コーン３３，３３…との転接位置を変えて、前記変速比（＝Ｎ２ ／Ｎ１ ）を減速側に変更するための変速機構６が、伝動ハウジング３０内側の入力軸４の中途部分を用いて構成されており、本発明装置の特徴は、この変速機構６の構成にある。
【００５０】
図１に示す如く、入力軸４の外周面には、入力円板３１の嵌合固定のために一側端部の近傍に形成されたスプラインが、伝動ハウジング３０の内側に対応する略全域に亘って形成してある。変速機構６は、前記スプラインの形成部分の入力円板３１から離れた側に嵌合するカム板６０と、同じく入力円板３１に近い側に嵌合するガイド板６１とを備え、また前記変速リング３４の他側縁に固定され、ガイド板６１を間に挾んで前記カム板６０と対向する対向面を有する押し板６２とを備えてなる。
【００５１】
図３は、ガイド板６１の外観を示す斜視図である。図示の如くガイド板６１は、円環状をなすボス部６ａの外側に、周方向に等配をなして放射状に突設された複数本（図においては６本）のガイド杆６ｂ，６ｂ…を備えてなる。ガイド杆６ｂ，６ｂ…は、ボス部６ａの外周を盛り上げて形成された所定幅の基部の一側に、半径方向外向きに直線的に立ち上がる態様に連設されており、夫々の先端を補強環６ｃにより相互に連結した構成となっている。
【００５２】
ボス部６ａの軸心部には、内周面にスプラインを有する軸支孔６ｄが貫通形成してあり、入力軸４へのガイド板６１の取り付けは、ボス部６ａを入力軸４に外嵌し、両者のスプラインを相互に係合せしめてなされている。この取り付けによりガイド板６１は、入力軸４との嵌合周におけるスプラインの案内作用により軸方向への移動が可能であり、また前記ガイド杆６ｂ，６ｂ…は、図１に示す如く、カム板６０と押し板６２との間にて伝動ハウジング３０の内周面近くにまで達し、入力軸４の回転に伴って回転する。
【００５３】
また前記カム板６０の入力軸４への取り付けは、ガイド板６１と同様、入力軸４外周のスプラインとの係合によりなされ、ガイド板６１と共に入力軸４と一体回転するようになしてある。該カム板６０と前記ガイド板６１との間には、押圧ローラ６３，６３…が介装されており、カム板６０は、入力軸４の大径部と前記押圧ローラ６３，６３…との間に挾持され、軸長方向の移動を拘束されている。
【００５４】
各押圧ローラ６３は、図３に示す如く、中央の小径部の両側に同軸をなして連設された大径部を備えてなり、中央の小径部は、前記ガイド板６１に突設されたガイド杆６ｂ，６ｂ…と略等しい幅を有している。カム板６０とガイド板６１との間への押圧ローラ６３，６３…の介装は、夫々の小径部をガイド板６１のガイド杆６ｂ，６ｂ…に転接せしめ、両側の大径部により各ガイド杆６ｂ，６ｂ…を挾持すると共に、これらの大径部を前記カム板６０に転接させてなされている。
【００５５】
従って押圧ローラ６３，６３…は、各別のガイド杆６ｂ，６ｂ…により周方向の移動を拘束され、カム板６０及びガイド板６１と共に入力軸４の回転に伴って回転することになり、この回転に伴う遠心力の作用により、各別のガイド杆６ｂ，６ｂ…に沿って半径方向外向きに移動し、この移動は、ガイド杆６ｂ，６ｂ…及びカム板６０の双方に対する転動を伴って生じる。
【００５６】
カム板６０は、図１に示す如く、外周縁に近付くに従ってガイド板６１側に向けて傾斜するカム面 ６０ａを、ガイド板６１との対向側、即ち、押圧ローラ６３，６３…の当接面に有しており、前述の如く半径方向に移動する押圧ローラ６３，６３…は、前記カム面 ６０ａの傾斜に応じてガイド板６１に向けて移動することになり、この移動によりガイド板６１は、夫々のガイド杆６ｂ，６ｂ…を各押圧ローラ６３，６３…の小径部により押圧されて、入力軸４の外周に沿って軸長方向に移動する。
【００５７】
ガイド板６１の他側には、変速リング３４に固設された前記押し板６２が対向し、これらの対向面間には、両者の相対回転を許容すべく軸受６４が介装されている。従って、前述の如くガイド板６１が軸長方向に移動した場合、軸受６４を介して押し板６２が押圧され、該押し板６２に固設された変速リング３４は、図の左方向、即ち、減速側に押圧される。
【００５８】
図４及び図５は、以上の如く構成された変速機構６の動作説明図である。図４は、出力軸が非回転状態にあるときの状態を示しており、このとき変速リング３４は、押しばね４３の付勢力により、右側に寄った位置に拘束されており、遊星コーン３３の頂点位置近傍に転接した状態にある。
【００５９】
この状態で入力軸４が回転すると、この回転が入力円板３１及び遊星コーン３３を介して出力円板３２に伝達され、出力円板３２が回転し、この回転が伝動軸２を介して油圧ポンプ１に伝達される。このとき、遊星コーン３３の頂点近傍に変速リング３４が転接していることから、入力軸４から伝動軸２への変速比は最大であり、油圧ポンプ１は、入力軸４の回転数に近い速度にて駆動される。
【００６０】
一方、入力軸４が回転すると、カム板６０及びガイド板６１が回転し、図中に白抜矢符にて示す如く両者間に介装された押圧ローラ６３に遠心力が作用し、カム板６０のカム面 ６０ａに押し付けられ、押圧ローラ６３の他側に転接するガイド杆６ｂには、前記カム面 ６０ａからの分力が軸長方向に作用し、この分力は、軸受６４及び押し板６２を介して変速リング３４に加わり、該変速リング３４を、前記押しばね４３の付勢に抗して左向きに押圧する。
【００６１】
この後の変速リング３４は、この押圧力と前記押しばね４３のばね力との力バランスに応じて左向きに移動し、図５に示す如く、遊星コーン３３との転接位置を変える。変速リング３４に加わる押圧力は、前記押圧ローラ６３に作用する遠心力に対応し、この遠心力は、入力軸４の回転数の増加に伴って増大する。なお、図１の上半部は図４の状態を、又下半部は図５の状態を夫々示している。
【００６２】
従って、入力軸４から伝動軸２への変速比は、入力軸４の回転数の増加に応じて低下することになり、この低下の程度は、押しばね４３のばね力、カム面 ６０ａの形状、押圧ローラ６３の重量等、前記力バランスに関連する各値の設定に応じて異なり、入力軸４の増速に応じて伝動軸２が減速する特性、入力軸４の増速に拘わらず伝動軸２の回転数が略一定に保たれる特性等、適宜の変速態様が得られる。特に、後者の特性は、動力舵取装置用の油圧ポンプ１の駆動のために望ましい特性である。
【００６３】
以上の如き動作に際し、遠心力の作用による押圧ローラ６３の移動は、入力軸４と共に回転するカム板６０とガイド板６１との間にて生じるから、この移動に伴って音が発生する虞れはない。また、前記押圧ローラ６３は、カム板６０及びガイド板６１に突設されたガイド杆６ｂ，６ｂ…の夫々に転接するから、遠心力の作用による半径方向の移動は、接触面での滑りを伴うことなく滑らかに生じ、変速リング３４の移動に伴う変速動作が安定して行われる。
【００６４】
なお、ガイド板６１と押し板６２との間には相対回転が存在し、この相対回転を許容すべく軸受６４が介装されているが、この軸受６４に付加される回転は、入力軸４の回転数に相当する低速度の回転であり、軸受６４として転がり軸受を用いた場合においても音の発生は小さい。また前記軸受６４は、入力軸４の中途部外側に全周に亘って配設され潤滑が容易であることから、滑り軸受の採用が可能となり、音の発生をより有効に防止することができる。
【００６５】
図６は、本発明装置による運転音の低減効果を示すグラフである。図中の実線は、本発明装置による運転音の測定結果を、同じく破線は、比較例として用いた特願平６−１９７０６２号に開示された無段変速装置による運転音の測定結果を夫々示しており、この結果から、本発明装置による運転音の低減効果は、特に、入力軸４の回転数が大きい領域において顕著であり、本発明の構成の採用により、静粛な運転が可能となることがわかる。
【００６６】
なお本実施例においては、遠心力の作用により移動し、変速リング３４を押圧する押圧体として、カム板６０及びガイド板６１に夫々転接する押圧ローラ６３，６３…を用いたが、転動を伴うことなく移動する押圧体を用いてもよい。
【００６７】
また本実施例においては、動力舵取装置の作動油供給用の油圧ポンプ１への適用例について述べたが、本発明の適用範囲はこれに限るものではない。更に、本実施例においては、無段変速装置３の減速装置としての使用例について述べたが、無段変速装置３は、増速装置として使用も可能であり、この場合においても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明装置においては、入力軸に夫々回転を拘束されたカム板とガイド板との間に押圧体を配し、この押圧体が、遠心力の作用によりガイド板に突設されたガイド杆に沿って半径方向に移動し、カム板に形成されたカム面の形状に応じて軸長方向に移動して、ガイド板の他側の押し板を介して変速リングを押圧し、遊星コーンとの転接位置を変えて変速が行われるから、入力軸から出力軸への伝動の際の変速比が、出力側の回転数の如何に拘わらず入力側の回転数の増減に応じて変化する所望の変速特性が得られる上、このための前記押圧体の移動が、入力軸と共に回転するカム板とガイド板との間にて生じ、異音の発生を伴うことなく確実な動作が可能となる。
【００６９】
更に、前記押圧体をローラとしたから、遠心力の作用による押圧体の移動がカム面とガイド杆とに対する転動を伴って滑らかに生じ、静粛な運転が安定して実現される等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】動力舵取装置に作動油圧を供給するための油圧ポンプの伝動系における本発明装置の適用例を示す縦断面図である。
【図２】リングコーン式の無段変速装置の変速原理の説明図である。
【図３】本発明装置の特徴部分である変速機構のガイド板の外観斜視図である。
【図４】本発明装置の動作説明図である。
【図５】本発明装置の動作説明図である。
【図６】本発明装置による運転音の低減効果を示すグラフである。
【図７】従来の無段変速装置の動作説明図である。
【図８】従来の無段変速装置の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 油圧ポンプ
２ 伝動軸
３ 無段変速装置
４ 入力軸
６ 変速機構
６ｂ ガイド杆
１０ ロータ
１１ カムリング
３０ 伝動ハウジング
３１ 入力円板
３２ 出力円板
３３ 遊星コーン
３４ 変速リング
４３ 押しばね
６０ カム板
６０ａ カム面
６１ ガイド板
６２ 押し板
６３ 押圧ローラ
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば、エンジンにより駆動される各種の自動車用補機の伝動系において用いられる無段変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の自動車には、動力舵取装置又は自動変速機に作動油を供給する油圧ポンプ、バッテリの充電用発電機、空調用のコンプレッサ等、種々の補機が搭載されており、これらの多くは、エンジンを駆動源とし、例えばクランクシャフトの端部に設けたクランクプーリを介してのベルト伝動により駆動されている。
【０００３】
ところが、この種の補機にエンジンの回転を直接的に伝達した場合、エンジンの回転数が高い高速運転時に大なる動力損失を招くという問題があり、また、このような動力損失を低く抑えるべく補機の仕様を決定した場合、低速運転時に各補機の能力が不足するという問題がある。そこで従来から、各補機への伝動系の中途に変速装置を介装し、この変速装置の変速比をエンジンからの入力回転数の高低に応じて変更する構成とし、例えば、入力回転数が低いときにはそのまま補機に伝え、入力回転数が高いときには所定の減速を経た後に補機に伝えることにより、前述した問題を解消するようにしている。前記変速装置としては、変速に伴うエンジン負荷の急変を防ぎ、走行安定性の向上を図るべく、無段階の変速が可能な無段変速装置が多く用いられている。
【０００４】
この種の無段変速装置は、特開昭６３−８２８７６号公報及び特開昭６１−２２８１５５号公報に夫々開示されている。特開昭６３−８２８７６号公報に開示された無段変速装置は、動力舵取装置に作動油を供給する油圧ポンプへの適用例として提案されたものであり、エンジンからの入力軸と油圧ポンプへの出力軸とを、有効径の変更により変速比を変える可変ピッチプーリを介して連結する一方、出力軸側の可変ピッチプーリを構成する円錐形の半体の外側に鋼球を配し、該鋼球が出力軸の回転に伴う遠心力の作用により半径方向外向きに移動して、前記半体を内向きに、即ち、他方の半体に近づける向きに押圧する構成となっている。
【０００５】
而して、出力軸側の可変ピッチプーリの有効径が、前記鋼球の移動に応じた半体同士の接近により増す一方、前記鋼球の移動は、出力軸の回転数の増加に伴って生じるから、入力軸から出力軸への変速比が、出力軸の回転数の増加に伴って無段階に減速側に変更されることになる。
【０００６】
ところが、出力軸側の可変ピッチプーリの有効径を増すためには、入力軸側の可変ピッチプーリとの間に巻架された伝動ベルトの張力に抗するための多大の力が必要であり、前記鋼球の移動力では不十分である。即ち、特開昭６３−８２８７６号公報に開示された無段変速装置は、変速動作の実現が困難であり、実用性に欠けるという問題がある。
【０００７】
また、特開昭６１−２２８１５５号公報に開示された無段変速装置は、基本的には、エンジンからの入力側の入力円板と補機への出力側の出力円板とを、両者間に介在する周方向に複数個の遊星コーンに転接させる一方、これらの遊星コーンに入力円板及び出力円板の軸心と平行をなす夫々の円錐母線上にて一括して転接する変速リングを備え、該変速リングの軸長方向への移動により各遊星コーンとの転接位置を変え、入力側から出力側への伝動の際の変速比を無段階に変更できるようにしたリングコーン式の無段変速装置であり、軸心を中心とする所定の円周上に枢支された遠心力駆動ギヤと、これの外側に噛合する内歯ギヤを備えた環状のカム部材とを配し、このカム部材のカム面に前記変速リングに突設されたローラキーを転接せしめた構成となっている。
【０００８】
而して、遠心力駆動ギヤが枢支軸回りに回転した場合、これに内歯ギヤを介して噛合するカム部材が回転して、ローラキーを介して変速リングを押圧し、該変速リングが軸長方向に移動して変速が行われる。遠心力駆動ギヤは、周方向の一か所に枢支軸から偏心したウエイト部を備えており、配設円周上での回転に応じて作用する遠心力により、前記ウエイト部が半径方向の外側となるように枢支軸回りに回転する。従って、入力側から出力側への変速比が、出力側の回転数の増加に伴って減速側に無段階に変更されることになる。
【０００９】
この構成においては、変速のための変速リングの軸長方向の移動には大きい力を必要とせず、前述した変速動作は支障なく行われる。ところが、内歯ギヤを備えるカム部材、このカム部材に噛合する遠心力駆動ギヤ等、高い加工精度を要求される精密な部品が必要であり、これらの加工及び組み立てに多大の工数を要するという問題がある。
【００１０】
また、以上の如き従来の無段変速装置はいずれも、出力側の回転数の増減に応じた変速が行われるようになっており、出力側の回転数の増減が入力側のそれと逆になる特性、即ち、エンジンからの入力回転数の増加に応じて出力回転数が減少する特性を得ることはできないが、このような特性は、適用対象となる自動車用の補機において必要となる場合がある。
【００１１】
例えば、動力舵取装置の作動油を供給するための油圧ポンプにおいては、高速走行時には舵取り用の車輪に作用する路面反力が小さく操舵補助力を殆ど必要としないことから、低速走行時よりも少ない油量を供給すればよい。ところが、従来の無段変速装置を用いた場合、出力側の油圧ポンプの回転数は、入力側のエンジン回転数の増加に伴って減少するのではなく、その増加率を減じるに過ぎず、高速運転時に前記油圧ポンプは、操舵補助のために用いられることのない無為な作動油の供給のために高回転数にて駆動されることになる。一方油圧ポンプの消費動力は、回転数の３乗に略比例することが知られており、前述した無為な作動油の発生のためのエンジンの動力損失は大きく、自動車の走行性能及び燃費の低下を招来する。
【００１２】
即ち、動力舵取装置用の油圧ポンプにおいては、エンジンからの入力回転数が低い領域では、この回転を減速することなく伝え、入力回転数が高い領域では、この回転を十分に減速して伝えることが必要となるが、このような変速は、前述した如き従来の無段変速装置によって実現し得ない。
【００１３】
このような事情に鑑み、本発明者等は既に、前述した要求に簡素な構成にて応え得る無段変速装置を、特願平５−２７９９４７号及び特願平６−１９７０６２号に提案している。図７及び図８は、この無段変速装置の要部を拡大して示す変速機構の動作説明図である。
【００１４】
この無段変速装置は、前記特開昭６１−２２８１５５号公報に開示された無段変速装置と同様、基本的には、リングコーン式の無段変速装置であり、図示しない入力軸及び出力軸に夫々嵌着された入力円板３１及び出力円板３２の外周を、両者間に介在する周方向に複数個（１つのみ図示）の遊星コーン３３に転接させる一方、入力軸及び出力軸と平行に保たれた各遊星コーン３３の円錐母線上に、これらの外側から変速リング３４を一括して転接せしめた構成となっている。
【００１５】
前記変速リング３４は、これの外周に形成されたガイド溝４２をハウジング３０の内周に固設されたガイドキー４１に係合させ、軸長方向への移動が可能に保持させてあり、該変速リング３４の移動により各遊星コーン３３との転接位置を変えて、入力側（入力円板３１）から出力側（出力円板３２）への伝動の際の変速比を無段階に変更できるようになしてある。なおこの変速比（＝出力回転数／入力回転数）は、変速リング３４の転接位置が遊星コーン３３の頂点位置近傍にあるとき最大であり、前記頂点から離れるに従って減少する。
【００１６】
変速リング３４は、一側に弾接する押しばね４３により遊星コーン３３の頂点側に向けて付勢してある。また変速リング３４の他側には、図示の如きテーパ状のカム面４４が形成されており、このカム面４４に臨ませて変速機構７が構成されている。この変速機構７は、図示しない入力軸から半径方向外向きに突設された複数の支持杆７０，７０…（１つのみ図示）の夫々に、押圧体としての鋼球７１，７１…（１つのみ図示）を支持した構成となっている。鋼球７１は、各別の支持杆７０に軸受７２を介して嵌合され、各支持杆７０の軸心回りに抵抗なく回転し得ると共に、各支持杆７０をガイド部材として半径方向に移動し得るように支持されている。
【００１７】
図７は、出力軸が非回転状態にあるときの状態を示しており、このとき変速リング３４は、押しばね４３の付勢力によりガイドキー４１の端面に押し付けられ、遊星コーン３３の頂点位置近傍に転接した状態にある。
【００１８】
この状態で入力軸が回転すると、この回転が入力円板３１及び遊星コーン３３を介して出力円板３２に伝達され、出力円板３２が回転するが、このとき、遊星コーン３３の頂点近傍に変速リング３４が転接していることから、変速比は最大であり、出力円板３２と共に回転する出力軸の回転数は大きい。一方このとき、入力円板３１の回転に伴って鋼球７１に遠心力が作用し、該鋼球７１は半径方向外向きに移動して、図７中に破線により示す如く、この移動域に臨ませた前記変速リング３４のカム面４４に当接する。
【００１９】
この後の変速リング３４には、カム面４４の傾斜に応じた前記遠心力の分力が、押しばね４３による付勢力と逆向きに加わり、該変速リング３４は、両力の力バランスに応じて軸長方向に移動し、図８に示す如く、遊星コーン３３との転接位置を変える。この結果、入力円板３１から出力円板３２への伝動に際しての変速比は、入力軸の回転数の増加に応じて低下することになる。また、押しばね４３のばね力、カム面４４の形状、鋼球７１の重量等の関連量を適宜に設定することにより、入力軸の増速に応じて出力軸が減速する特性、入力軸の増速に拘わらず出力軸の回転数が略一定に保たれる特性等、適宜の変速態様が得られる。
【００２０】
このように、特願平５−２７９９４７号及び特願平６−１９７０６２号に提案された無段変速装置は、入力軸に突設された支持杆７０に沿って移動する鋼球７１を備える変速機構７と、変速リング３４を一側に付勢する押しばね４３と、該変速リング３４の他側に鋼球７１の移動域に臨ませて形成されたカム面４４とを備える簡素な構成により、前述した要求に沿った変速を実現し得ることとなり、自動車用の各種の補機への伝動系での使用に好便な優れたものである。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
さて、前述の如く行われる変速機構７の動作に際し、支持杆７０に支持された鋼球７１は、入力軸の軸心回りに常時公転するのに対し、この鋼球７１により押圧される変速リング３４は、伝動ハウジング３０に回転を拘束されていることから、鋼球７１とカム面４４との当接は、支持杆７０を軸とする鋼球７１の転動（自転）を伴って生じることとなる。
【００２２】
支持杆７０と鋼球７１との間の軸受７２は、以上の如き自転を抵抗なく行わせるべく介装されたものであり、特願平５−２７９９４７号においては滑り軸受が採用されている。ところが、カム面４４と鋼球７１とでは転接周の長さが大きく異なることから、鋼球７１の自転は、入力軸の回転に伴う公転速度の数倍に達する高速度の回転となる一方、前記軸受７２は、入力軸の回転に応じて鋼球７１に装着されているために効果的な潤滑が困難であり、鋼球７１の滑らかな転動状態を安定して維持することが難しく、前述した変速動作が安定して行えなくなる虞れがあった。
【００２３】
このような事情により特願平６−１９７０６２号においては、軸受７２として、潤滑が容易な転がり軸受を採用している。ところが、前記鋼球７１は入力軸の回転速度の数倍に達する高速度にて自転しており、特に、入力軸の回転速度が高い高速走行時に、前記軸受７２による耳障りな転動音が発生するという不都合があった。
【００２４】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、入力回転数の増減に応じた無段階での変速を簡素な構成により確実に実現することができると共に、動作中の発生音を大幅に低減し、静粛な運転が可能となる無段変速装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る無段変速装置は、同軸上に支承された入力軸及び出力軸の他方との対向側端部に入力円板及び出力円板を夫々取り付け、これらの外周を両者間に介在する周方向に複数個の遊星コーンに転接させる一方、入力軸及び出力軸の軸心と平行をなす夫々の円錐母線上にて前記遊星コーンに一括して転接し、軸回りの回転を拘束された変速リングを備え、該変速リングを軸長方向に移動させて各遊星コーンとの転接位置を変更し、入力軸から出力軸への伝動の際の変速比を無段階に変更できるようにしたリングコーン式の無段変速装置において、前記入力軸に取り付けられ、前記変速リングとの対向側にカム面を有するカム板と、該カム板との対向部を有して前記変速リングの一部に固定された押し板と、前記入力軸に軸長方向への移動自在に取り付けられ、前記押し板と前記カム板との間に放射状をなして突設された複数のガイド杆を有するガイド板と、該ガイド板の回転に伴う遠心力の作用により、その一側に当接する前記ガイド杆の夫々に沿って移動し、他側に当接する前記カム面の形状に応じて軸長方向に移動して、前記ガイド板及び前記押し板を介して前記変速リングに押圧力を加える押圧体とを具備することを特徴とする。
【００２６】
更に加えて、前記押圧体は、前記ガイド杆及び前記カム面の夫々と転接するローラであることを特徴とする。
【００２７】
【作用】
本発明においては、入力軸に取り付けたカム板と入力軸に軸長方向への移動自在に取り付けたガイド板との間に配された押圧体が、入力軸の回転に応じた遠心力の作用によりガイド板に突設されたガイド杆に沿って移動する間に、一側に当接する前記カム板のカム面の形状に応じて軸長方向に移動し、ガイド板の他側に当接する押し板を介して変速リングが押圧され、遊星コーンへの転接位置が変わって変速が行われて、入力軸から出力軸への伝動の際の変速比が、出力側の回転数の如何に拘わらず入力側の回転数の増減に応じて変化する所望の変速特性が得られる。このとき変速リングを押圧する押圧体は、入力軸と共に回転するカム板とガイド板との間にて、異音の発生要因となる自転を伴わずに移動し、またこのとき、入力軸に取り付けたガイド板と変速リングに固定された押し板とは相対回転するが、この相対回転は入力軸の回転数に相当する低速度での回転であり、滑り軸受又は転がり軸受により、異音の発生の虞れなく安定して支持できる。
【００２８】
更に、前記押圧体をローラとし、遠心力の作用による押圧体の移動が、カム面とガイド杆とに対する転動により滑らかに行わせる。
【００２９】
【実施例】
以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する。図１は、動力舵取装置に作動油圧を供給するための油圧ポンプへの本発明に係る無段変速装置の適用例を示す縦断面図である。
【００３０】
図示の油圧ポンプ１は、複数枚のベーンを半径方向への進退自在に保持する短寸円筒形のロータ１０と、偏肉環状をなすカムリング１１とを備えたベーンポンプである。カムリング１１は、これの一側に同軸的に位置決めされたプレッシャプレート１２と共にポンプハウジング１４の内部に収納され、該ポンプハウジング１４の他側を閉塞するエンドプレート１３と前記プレッシャプレート１２との間に挾持固定されている。またロータ１０は、カムリング１１の内側に遊嵌されており、プレッシャプレート１２を貫通してカムリング１１の軸心部を通りエンドプレート１３にその先端を支持された伝動軸２に嵌着され、該伝動軸２の回転に応じてカムリング１１の内側にて同軸的に回転するようになしてある。
【００３１】
以上の如き油圧ポンプ１は、ロータ１０の外周とカムリング１１の内周との間に周方向に複数並べて設けたポンプ室内に油圧を発生する動作をなす。これらのポンプ室は、ポンプハウジング１４の上部外側に取り付けた吸込管１５に、エンドプレート１３及びポンプハウジング１４の周壁に形成された吸込油路１６を介して連通させてあり、また図示しない吐出管に、プレッシャプレート１２の背面側に形成された圧力室１７を介して連通させてある。
【００３２】
吸込管１５は、動力舵取装置の作動油を収納する図示しない油タンクに連結してあり、伝動軸２の回転によりロータ１０が回転した場合、該ロータ１０外側の各ポンプ室には、吸込管１５及び吸込油路１６を経て作動油が導入される。ロータ１０に保持された複数のベーンは、夫々の先端をカムリング１１の内周面に押し付け、内周の凹凸に追随して半径方向に進退動作しつつロータ１０と共に回転しており、各ポンプ室に導入された作動油は、相隣するベーン間に封止され、ロータ１０と共に回転せしめられて昇圧し、圧力室１７及び吐出管を経て動力舵取装置に供給される。
【００３３】
ポンプハウジング１４は、エンドプレート１３による閉塞部の逆側に同軸的に突設された円筒状の連結ブラケット１８を備えており、この連結ブラケット１８の端面に同軸的に組み付けられた伝動ハウジング３０の内部に無段変速装置３が構成されている。
【００３４】
無段変速装置３は、入力円板３１と出力円板３２との外周を、これらの間に介在する周方向に複数個（２個のみ図示）の遊星コーン３３，３３…の底面に両側から夫々転接させる一方、これらの外側に周設された円環状の変速リング３４を、入力円板３１及び出力円板３２の軸心と平行をなす各遊星コーン３３，３３…の円錐母線上に一括して転接させてなり、変速リング３４を軸長方向に移動させ、遊星コーン３３，３３…との転接位置を変えることにより変速を行う構成とした公知のリングコーン式の無段変速装置である。
【００３５】
入力円板３１は、伝動ハウジング３０の内部に同軸的に支承された入力軸４の一側端部近傍にスプライン結合され、該入力軸４と一体回転するようになしてある。入力軸４の他端は、連結ブラケット１８への組み付け側と逆側から伝動ハウジング３０の外部に適長突出させてあり、この突出端に嵌着されたＶプーリ５、及びこのＶプーリ５に巻装されたＶベルトを介して図示しないエンジンの出力端に連結してある。即ち、入力軸４及びこれに取り付けた入力円板３１は、Ｖプーリ５を介して伝達される前記エンジンの回転に伴って回転する。
【００３６】
入力軸４の先端は、伝動ハウジング３０の内部に突出する前記伝動軸２の先端に突き合わせてあり、前記出力円板３２は、該伝動軸２の先端部に同軸上での回転自在に支持されている。また伝動軸２の突出部には、厚肉円板形をなす押圧ディスク３５がスプライン結合され、該押圧ディスク３５は、前記出力円板３２の背面側、即ち、遊星コーン３３，３３…との転接側と逆側に対向させてある。
【００３７】
出力円板３２と押圧ディスク３５との間隔は、両者間に介装されたコイルばね３６のばね力により一定に保たれている。また出力円板３２及び押圧ディスク３５は、夫々との対向面の所定の円周上に周方向に傾斜するカム面を備えており、これらのカム面間にはカム球３７，３７…が介装されている。カム球３７，３７…は、出力円板３２と押圧ディスク３５とが相対回転しようとするとき夫々のカム面に噛み合い、両者を一体化せしめると共に、出力円板３２を押圧ディスク３５から離反する向き、即ち、遊星コーン３３，３３…への転接を強化する向き押圧する作用をなす。
【００３８】
入力円板３１と出力円板３２とに転接する前記遊星コーン３３，３３…は、夫々の軸心を同側に傾斜せしめた状態で円錐環状をなすキャリア３８に保持させてあり、入力円板３１は各遊星コーン３３，３３…の底面の内径側に、出力円板３２は、同じく底面の外縁部に夫々転接させてある。即ち、油圧ポンプ１への出力軸となる前記伝動軸２と一体回転することになり、入力軸４から伝動軸２への伝動は、各遊星コーン３３，３３…を介して行われる。
【００３９】
図２は、リングコーン式の無段変速装置３における変速原理の説明図である。図示の如く、入力円板３１と遊星コーン３３との転接位置が、入力軸４及び伝動軸２の軸心からａ、遊星コーン３３の回転中心からｂなる距離にあり、また変速リング３４と遊星コーン３３との転接位置が、遊星コーン３３の回転中心からｃ、入力軸４及び伝動軸２の軸心からｄなる距離にあり、更に出力円板３２と遊星コーン３３との転接位置が、遊星コーン３３の回転中心からｅ、入力軸４及び伝動軸２の軸心からｆなる距離にある場合、出力軸たる伝動軸２の回転数Ｎ２ は、変速リング３４の回転が拘束されているという条件下において、入力軸４の回転数Ｎ１ を含む次式により表される。
【００４０】
【数１】
変速リング３４の転接位置は、遊星コーン３３の円錐母線上において変更され、この母線は、入力軸４及び伝動軸２の軸心と平行をなす。従って、変速リング３４の転接位置の変更は、入力軸４及び伝動軸２の軸心からの距離ｄを一定に保って行われ、遊星コーン３３の回転中心からの距離ｃのみが増減する。前記（１）式に明らかな如く、入力軸４の回転数Ｎ１ が一定であるという条件下での伝動軸２の回転数Ｎ２ 、即ち、入力軸４から伝動軸２への伝動に際しての変速比は、距離ｃの減少に伴って増加し、逆に距離ｃの増加に伴って減少する。
【００４２】
例えば、ｃ＝０、即ち、変速リング３４の転接位置が遊星コーン３３の頂点上にある場合、（１）式は、次式の如く簡略化される。
Ｎ２ ＝−（ａｅ／ｂｆ）×Ｎ１ …（２）
【００４３】
この式は、入力円板３１及び出力円板３２と遊星コーン３３との転接関係を示す数値のみを含む式となっており、このとき、即ち、変速リング３４の転接位置が遊星コーン３３の頂点上にあるとき、入力軸４から伝動軸２への伝動に際しての変速比は最大となる。なお、（２）式により得られるＮ２ が負の値となるのは、伝動軸２の回転方向が入力軸４のそれと逆になるためである。
【００４４】
また一方、前記（１）式に明らかな如く、伝動軸２の回転数Ｎ２ は、前記距離ｃが次式を満たす場合に最小（＝０）となる。
ｃ＝ｅｄ／ｆ …（３）
【００４５】
図に明らかな如く、出力円板３２と遊星コーン３３との転接位置は、遊星コーン３３の傾斜が上となる側の周縁近傍に設定されており、入力軸４及び伝動軸２の軸心からの距離ｆは、変速リング３４の転接位置における入力軸４及び伝動軸２の軸心からの距離ｄに略等しい。従って、図２中に破線により示す如く、出力円板３２の転接位置、即ち、遊星コーン３３の周縁近傍に変速リング３４の転接位置を変更した場合、ｃ≒ｅとなって前記（３）式が近似的に成立することになり、伝動軸２の回転が停止した状態を得ることができる。
【００４６】
以上の如く伝動軸２の回転速度Ｎ２ は、変速リング３４の転接位置が遊星コーン３３の頂点に接近するに従って増加し、離反するに従って減少する。即ち、入力軸４から伝動軸２への伝動に際しての変速比（＝Ｎ２ ／Ｎ１ ）は、図１及び図２における右向きの変速リング３４の移動に応じて増大し、左向きの移動に応じて減少することになり、更に、この減少側においては、出力円板３２と共に生じる伝動軸２の回転速度が略零となるまでの無段階の変速が可能である。
【００４７】
図１に示す如く変速リング３４は、外周に形成された複数のガイド溝４２，４２…を伝動ハウジング３０の内側に固設された各別のガイドキー４１，４１…に係合させ、軸回りの回転を拘束されると共に、前記ガイドキー４１，４１…の案内による軸長方向の移動が可能に保持されている。
【００４８】
変速リング３４の一側にはストッパ環４０が固設されており、該ストッパ環４０の端面は、連結ブラケット１８の内側においてポンプハウジング１４の外面に対向し、両面間には周方向に複数個の押しばね４３，４３…が介装されている。これらの押しばね４３，４３…は、前記ストッパ環４０をポンプハウジング１４から離反させる向き（図の右向き）に付勢する作用をなす。この付勢により変速リング３４は、ストッパ環４０の他面をガイドキー４１，４１…の端部に突き当てた状態に拘束され、このとき変速リング３４は、遊星コーン３３，３３…の頂点近傍に転接せしめられ、入力軸４から伝動軸２への伝動に際しての変速比（＝Ｎ２ ／Ｎ１ ）は最大となる。
【００４９】
変速リング３４の他側（入力軸４側）には、該変速リング３４を前記押しばね４３，４３…の付勢に抗して逆向き（図の左向き）に押圧し、遊星コーン３３，３３…との転接位置を変えて、前記変速比（＝Ｎ２ ／Ｎ１ ）を減速側に変更するための変速機構６が、伝動ハウジング３０内側の入力軸４の中途部分を用いて構成されており、本発明装置の特徴は、この変速機構６の構成にある。
【００５０】
図１に示す如く、入力軸４の外周面には、入力円板３１の嵌合固定のために一側端部の近傍に形成されたスプラインが、伝動ハウジング３０の内側に対応する略全域に亘って形成してある。変速機構６は、前記スプラインの形成部分の入力円板３１から離れた側に嵌合するカム板６０と、同じく入力円板３１に近い側に嵌合するガイド板６１とを備え、また前記変速リング３４の他側縁に固定され、ガイド板６１を間に挾んで前記カム板６０と対向する対向面を有する押し板６２とを備えてなる。
【００５１】
図３は、ガイド板６１の外観を示す斜視図である。図示の如くガイド板６１は、円環状をなすボス部６ａの外側に、周方向に等配をなして放射状に突設された複数本（図においては６本）のガイド杆６ｂ，６ｂ…を備えてなる。ガイド杆６ｂ，６ｂ…は、ボス部６ａの外周を盛り上げて形成された所定幅の基部の一側に、半径方向外向きに直線的に立ち上がる態様に連設されており、夫々の先端を補強環６ｃにより相互に連結した構成となっている。
【００５２】
ボス部６ａの軸心部には、内周面にスプラインを有する軸支孔６ｄが貫通形成してあり、入力軸４へのガイド板６１の取り付けは、ボス部６ａを入力軸４に外嵌し、両者のスプラインを相互に係合せしめてなされている。この取り付けによりガイド板６１は、入力軸４との嵌合周におけるスプラインの案内作用により軸方向への移動が可能であり、また前記ガイド杆６ｂ，６ｂ…は、図１に示す如く、カム板６０と押し板６２との間にて伝動ハウジング３０の内周面近くにまで達し、入力軸４の回転に伴って回転する。
【００５３】
また前記カム板６０の入力軸４への取り付けは、ガイド板６１と同様、入力軸４外周のスプラインとの係合によりなされ、ガイド板６１と共に入力軸４と一体回転するようになしてある。該カム板６０と前記ガイド板６１との間には、押圧ローラ６３，６３…が介装されており、カム板６０は、入力軸４の大径部と前記押圧ローラ６３，６３…との間に挾持され、軸長方向の移動を拘束されている。
【００５４】
各押圧ローラ６３は、図３に示す如く、中央の小径部の両側に同軸をなして連設された大径部を備えてなり、中央の小径部は、前記ガイド板６１に突設されたガイド杆６ｂ，６ｂ…と略等しい幅を有している。カム板６０とガイド板６１との間への押圧ローラ６３，６３…の介装は、夫々の小径部をガイド板６１のガイド杆６ｂ，６ｂ…に転接せしめ、両側の大径部により各ガイド杆６ｂ，６ｂ…を挾持すると共に、これらの大径部を前記カム板６０に転接させてなされている。
【００５５】
従って押圧ローラ６３，６３…は、各別のガイド杆６ｂ，６ｂ…により周方向の移動を拘束され、カム板６０及びガイド板６１と共に入力軸４の回転に伴って回転することになり、この回転に伴う遠心力の作用により、各別のガイド杆６ｂ，６ｂ…に沿って半径方向外向きに移動し、この移動は、ガイド杆６ｂ，６ｂ…及びカム板６０の双方に対する転動を伴って生じる。
【００５６】
カム板６０は、図１に示す如く、外周縁に近付くに従ってガイド板６１側に向けて傾斜するカム面 ６０ａを、ガイド板６１との対向側、即ち、押圧ローラ６３，６３…の当接面に有しており、前述の如く半径方向に移動する押圧ローラ６３，６３…は、前記カム面 ６０ａの傾斜に応じてガイド板６１に向けて移動することになり、この移動によりガイド板６１は、夫々のガイド杆６ｂ，６ｂ…を各押圧ローラ６３，６３…の小径部により押圧されて、入力軸４の外周に沿って軸長方向に移動する。
【００５７】
ガイド板６１の他側には、変速リング３４に固設された前記押し板６２が対向し、これらの対向面間には、両者の相対回転を許容すべく軸受６４が介装されている。従って、前述の如くガイド板６１が軸長方向に移動した場合、軸受６４を介して押し板６２が押圧され、該押し板６２に固設された変速リング３４は、図の左方向、即ち、減速側に押圧される。
【００５８】
図４及び図５は、以上の如く構成された変速機構６の動作説明図である。図４は、出力軸が非回転状態にあるときの状態を示しており、このとき変速リング３４は、押しばね４３の付勢力により、右側に寄った位置に拘束されており、遊星コーン３３の頂点位置近傍に転接した状態にある。
【００５９】
この状態で入力軸４が回転すると、この回転が入力円板３１及び遊星コーン３３を介して出力円板３２に伝達され、出力円板３２が回転し、この回転が伝動軸２を介して油圧ポンプ１に伝達される。このとき、遊星コーン３３の頂点近傍に変速リング３４が転接していることから、入力軸４から伝動軸２への変速比は最大であり、油圧ポンプ１は、入力軸４の回転数に近い速度にて駆動される。
【００６０】
一方、入力軸４が回転すると、カム板６０及びガイド板６１が回転し、図中に白抜矢符にて示す如く両者間に介装された押圧ローラ６３に遠心力が作用し、カム板６０のカム面 ６０ａに押し付けられ、押圧ローラ６３の他側に転接するガイド杆６ｂには、前記カム面 ６０ａからの分力が軸長方向に作用し、この分力は、軸受６４及び押し板６２を介して変速リング３４に加わり、該変速リング３４を、前記押しばね４３の付勢に抗して左向きに押圧する。
【００６１】
この後の変速リング３４は、この押圧力と前記押しばね４３のばね力との力バランスに応じて左向きに移動し、図５に示す如く、遊星コーン３３との転接位置を変える。変速リング３４に加わる押圧力は、前記押圧ローラ６３に作用する遠心力に対応し、この遠心力は、入力軸４の回転数の増加に伴って増大する。なお、図１の上半部は図４の状態を、又下半部は図５の状態を夫々示している。
【００６２】
従って、入力軸４から伝動軸２への変速比は、入力軸４の回転数の増加に応じて低下することになり、この低下の程度は、押しばね４３のばね力、カム面 ６０ａの形状、押圧ローラ６３の重量等、前記力バランスに関連する各値の設定に応じて異なり、入力軸４の増速に応じて伝動軸２が減速する特性、入力軸４の増速に拘わらず伝動軸２の回転数が略一定に保たれる特性等、適宜の変速態様が得られる。特に、後者の特性は、動力舵取装置用の油圧ポンプ１の駆動のために望ましい特性である。
【００６３】
以上の如き動作に際し、遠心力の作用による押圧ローラ６３の移動は、入力軸４と共に回転するカム板６０とガイド板６１との間にて生じるから、この移動に伴って音が発生する虞れはない。また、前記押圧ローラ６３は、カム板６０及びガイド板６１に突設されたガイド杆６ｂ，６ｂ…の夫々に転接するから、遠心力の作用による半径方向の移動は、接触面での滑りを伴うことなく滑らかに生じ、変速リング３４の移動に伴う変速動作が安定して行われる。
【００６４】
なお、ガイド板６１と押し板６２との間には相対回転が存在し、この相対回転を許容すべく軸受６４が介装されているが、この軸受６４に付加される回転は、入力軸４の回転数に相当する低速度の回転であり、軸受６４として転がり軸受を用いた場合においても音の発生は小さい。また前記軸受６４は、入力軸４の中途部外側に全周に亘って配設され潤滑が容易であることから、滑り軸受の採用が可能となり、音の発生をより有効に防止することができる。
【００６５】
図６は、本発明装置による運転音の低減効果を示すグラフである。図中の実線は、本発明装置による運転音の測定結果を、同じく破線は、比較例として用いた特願平６−１９７０６２号に開示された無段変速装置による運転音の測定結果を夫々示しており、この結果から、本発明装置による運転音の低減効果は、特に、入力軸４の回転数が大きい領域において顕著であり、本発明の構成の採用により、静粛な運転が可能となることがわかる。
【００６６】
なお本実施例においては、遠心力の作用により移動し、変速リング３４を押圧する押圧体として、カム板６０及びガイド板６１に夫々転接する押圧ローラ６３，６３…を用いたが、転動を伴うことなく移動する押圧体を用いてもよい。
【００６７】
また本実施例においては、動力舵取装置の作動油供給用の油圧ポンプ１への適用例について述べたが、本発明の適用範囲はこれに限るものではない。更に、本実施例においては、無段変速装置３の減速装置としての使用例について述べたが、無段変速装置３は、増速装置として使用も可能であり、この場合においても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明装置においては、入力軸に夫々回転を拘束されたカム板とガイド板との間に押圧体を配し、この押圧体が、遠心力の作用によりガイド板に突設されたガイド杆に沿って半径方向に移動し、カム板に形成されたカム面の形状に応じて軸長方向に移動して、ガイド板の他側の押し板を介して変速リングを押圧し、遊星コーンとの転接位置を変えて変速が行われるから、入力軸から出力軸への伝動の際の変速比が、出力側の回転数の如何に拘わらず入力側の回転数の増減に応じて変化する所望の変速特性が得られる上、このための前記押圧体の移動が、入力軸と共に回転するカム板とガイド板との間にて生じ、異音の発生を伴うことなく確実な動作が可能となる。
【００６９】
更に、前記押圧体をローラとしたから、遠心力の作用による押圧体の移動がカム面とガイド杆とに対する転動を伴って滑らかに生じ、静粛な運転が安定して実現される等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】動力舵取装置に作動油圧を供給するための油圧ポンプの伝動系における本発明装置の適用例を示す縦断面図である。
【図２】リングコーン式の無段変速装置の変速原理の説明図である。
【図３】本発明装置の特徴部分である変速機構のガイド板の外観斜視図である。
【図４】本発明装置の動作説明図である。
【図５】本発明装置の動作説明図である。
【図６】本発明装置による運転音の低減効果を示すグラフである。
【図７】従来の無段変速装置の動作説明図である。
【図８】従来の無段変速装置の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 油圧ポンプ
２ 伝動軸
３ 無段変速装置
４ 入力軸
６ 変速機構
６ｂ ガイド杆
１０ ロータ
１１ カムリング
３０ 伝動ハウジング
３１ 入力円板
３２ 出力円板
３３ 遊星コーン
３４ 変速リング
４３ 押しばね
６０ カム板
６０ａ カム面
６１ ガイド板
６２ 押し板
６３ 押圧ローラ
Claims (2)
- 同軸上に支承された入力軸及び出力軸の他方との対向側端部に入力円板及び出力円板を夫々取り付け、これらの外周を両者間に介在する周方向に複数個の遊星コーンに転接させる一方、入力軸及び出力軸の軸心と平行をなす夫々の円錐母線上にて前記遊星コーンに一括して転接し、軸回りの回転を拘束された変速リングを備え、該変速リングを軸長方向に移動させて各遊星コーンとの転接位置を変更し、入力軸から出力軸への伝動の際の変速比を無段階に変更できるようにしたリングコーン式の無段変速装置において、前記入力軸に取り付けられ、前記変速リングとの対向側にカム面を有するカム板と、該カム板との対向部を有して前記変速リングの一部に固定された押し板と、前記入力軸に軸長方向への移動自在に取り付けられ、前記押し板と前記カム板との間に放射状をなして突設された複数のガイド杆を有するガイド板と、該ガイド板の回転に伴う遠心力の作用により、その一側に当接する前記ガイド杆の夫々に沿って移動し、他側に当接する前記カム面の形状に応じて軸長方向に移動して、前記ガイド板及び前記押し板を介して前記変速リングに押圧力を加える押圧体とを具備することを特徴とする無段変速装置。
- 前記押圧体は、前記ガイド杆及び前記カム面の夫々と転接するローラである請求項１記載の無段変速装置。
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