JP3933430B2 - 無段変速機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無段変速機、特に車両用のＶベルト式無段変速機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特許第２５４８２５９号公報に示されるように、駆動プーリと、従動プーリと、駆動プーリと従動プーリとの間に巻きかけられた金属ベルトと、少なくとも一方のプーリに設けられ、伝達トルクに対応した軸力を付与する調圧機構と、駆動プーリおよび従動プーリのそれぞれに設けられ、回転力により可動シーブを軸方向に移動させるストローク機構と、変速操作時にストローク機構を作動させる変速操作装置とを備えた無段変速機が提案されている。
この変速操作装置は、変速用モータと、駆動プーリおよび従動プーリの各ストローク機構に連結される一対のギヤを有する操作軸と、モータと操作軸とを連結する可逆伝動可能なギヤ列からなる減速装置と、変速用モータの非作動時にモータの出力軸を停止状態に保持する電磁ブレーキとを備えたものである。
この場合には、減速装置として可逆回転可能なギヤを用いることができるので、減速装置の伝達効率を向上させ、変速用モータを小型化できるとともに、変速レスポンスを向上させることができる利点がある。
【０００３】
しかし、ベルトとして金属ベルトを使用している関係で、プーリとの摩擦係数μが非常に小さく、そのため所定の伝達トルクを得るために少なくともいずれかのプーリに調圧カム機構などの調圧機構を設ける必要がある。調圧機構はプーリの固定シーブを背後から押圧し、ベルトとプーリとを強く圧接させるものであるが、この押圧力がベルト、可動シーブを介してストローク機構に伝達され、ストローク機構に多大の負荷を掛けることになる。
ストローク機構としては、例えばボールネジ機構などのネジ機構が用いられるが、ネジ機構は大きな軸力が作用した状態で作動させると、摩耗が激しく、寿命を低下させる欠点がある。
また、ストローク機構に大きな軸力がかかることで、その必要回転トルクが大きくなり、変速用モータの大型化や消費電力の増大を招いてしまう。そのため、減速装置の伝達効率を向上させても、変速用モータの小型化、省電力化には必ずしも繋がらない。
【０００４】
一方、上記無段変速機とは異なる方式の無段変速機として、特開平４−４６２４８号公報に記載のように、駆動プーリおよび従動プーリにおける可動シーブを互いに連係して移動させる手段を設けるとともに、ベルト張力を固定・可動シーブ間の軸力ではなく、別のテンション機構によって与えるようにした無段変速機が提案されている。
すなわち、この無段変速機では、駆動プーリおよび従動プーリの各可動シーブをそれぞれ相対する固定シーブとの接離が逆方向になるように移動させる駆動機構として油圧シリンダを設け、両シリンダの油圧室に対し圧油を互いに逆方向に給排することで、両プーリの開閉を連係させるようにしている。そして、テンション機構は、ベルト推力を得るために、プーリ間に巻きかけられたベルトの緩み側を張力よりも大きい張力で押圧している。
【０００５】
ところで、ベルトには上述のような金属ベルト（湿式ベルト）の他に、プーリとの接触面に摩擦面を持つ乾式ベルトとがある。金属ベルトの場合には、油で潤滑されるので、プーリとの摩擦係数μが低く、所定の伝達効率を得るために調圧機構によってベルトを強く挟圧する必要がある。これに対し、乾式ベルトでは油で潤滑されないので、プーリとの摩擦係数μが高く、プーリによってベルトを強く挟圧しなくても高い伝達効率を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような乾式ベルトを用いた無段変速機では、当然ながらベルトに油が付着しないように、最大限の注意を払う必要がある。しかし、前述の特開平４−４６２４８号公報のように、駆動機構として油圧シリンダを用いた場合には、油漏れによるベルトの滑りが発生する懸念がある。
また、各プーリの背圧を変速切換シリンダの２つの油室に接続し、このシリンダのピストンを操作して各プーリの可動シーブを作動させるので、ピストンの僅かな動きで変速比は大きく変化してしまう。つまり、ある所望の変速比へ制御しようとしても、両プーリの油圧変化によって変速比を精度よく制御できないという問題が生じる。
また、乾式ベルトの場合、ベルトとの摩擦熱によって駆動プーリおよび従動プーリが発熱する。両プーリが同一温度であればよいが、両プーリ間で温度差がある場合、その温度差により油の体積変化が発生し、変速比が自然に変化してしまい、安定した変速比が取れない。
さらに、油圧シリンダを使用しているので、ピストンのシール部の摺動抵抗が大きく、変速レスポンスが悪い。特に、急停止時のＬｏｗ戻り性能はＶベルト式無段変速機の大きな問題であるが、上記のような油圧シリンダを用いた無段変速機では、急停止時にＬｏｗまで戻れず、円滑な発進ができない問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、乾式ベルトを用いた無段変速機において、ベルト滑りを発生させる懸念がなく、変速比を精度よくかつ安定して制御でき、変速レスポンスを向上させるとともに、変速用モータの小型化、省電力化を図ることができる無段変速機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、駆動軸に固定された固定シーブと駆動軸に軸方向移動可能に支持された可動シーブとを有する駆動プーリと、従動軸に固定された固定シーブと従動軸に軸方向移動可能に支持された可動シーブとを有する従動プーリと、駆動プーリと従動プーリとの間に巻きかけられた無端状の乾式ベルトと、駆動プーリと従動プーリの中間部に配置され、ベルトの緩み側を押圧してベルト張力を得るテンショナ装置と、駆動プーリおよび従動プーリのそれぞれに設けられ、回転力が入力される変速ギヤを有し、上記回転力により上記可動シーブを軸方向に移動させるボールネジ機構と、ボールネジ機構と可動シーブとの間に設けられたベアリングと、変速用モータと、この変速用モータの回転力を上記両ボールネジ機構の変速ギヤへ伝達するとともに、両方のプーリの可動シーブが同期して軸方向に移動するよう両ボールネジ機構を機械的に連結するギヤ機構と、を備え、上記変速ギヤはプーリとは共に回転せず、変速時のみ変速用モータによって回転させられることを特徴とする無段変速機を提供する。
【０００９】
変速用モータの回転力は、ギヤ機構を介して両プーリのストローク機構に伝達され、両プーリのプーリ溝幅を相反方向に変化させる。変速用モータの回転量はそのままストローク機構を介して可動シーブの軸方向移動量に変換されるので、所望の変速比へ高精度に制御できる。
乾式ベルトを用いているので、ベルトに油などが付着するのを防止する必要があるが、油圧シリンダとは違い、ギヤ機構および変速用モータは油漏れを起こす恐れがないので、ベルトに油が付着する懸念を解消できる。
本発明では、ベルト張力を得るために、プーリに軸方向の挟圧力を与えるのではなく、テンショナ装置を用いてベルトの緩み側を押圧している。そのため、ストローク機構には余計な軸力が作用せず、ストローク機構が円滑に作動できる。つまり、変速用モータの回転力はギヤ機構およびストローク機構を介して可動シーブの軸方向移動に無駄なく変換される。そのため、変速レスポンスが向上し、急減速時のＬｏｗ戻り性能を向上させることができる。また、同様の理由から、変速用モータを小型化できるとともに、その消費電力も低減できる。
【００１０】
ストローク機構とは、回転入力を可動シーブの軸方向移動に変換する機構のことであり、例えばボールネジ機構などのネジ機構を用いることができる。ボールネジ機構にも種々の形式があるが、例えば可動シーブにベアリングを介して相対回転自在にかつ軸方向に移動不能に取り付けられた雌ねじ部材と、変速機ケースなどの固定部材に固定された雄ねじ部材と、両部材の間に配置されたボールとで構成できる。この場合には、雌ねじ部材に設けられたギヤに回転力を伝えることにより、雌ねじ部材が雄ねじ部材に対して回転しながら軸方向に移動し、この軸方向移動のみを可動シーブに伝えることができる。そのため、可動シーブが軸方向にのみ移動でき、固定シーブとの間で相対捩れが発生しない。
【００１１】
好ましい実施態様によれば、ギヤ機構は、駆動プーリと同軸に設けられた駆動プーリ側変速ギヤと、変速用モータの回転力を駆動プーリ側変速ギヤへ伝達するギヤ列と、従動プーリと同軸に設けられた従動プーリ側変速ギヤと、駆動プーリ側変速ギヤの回転力を従動プーリ側変速ギヤへ伝達するアイドラ軸に設けられたアイドラギヤとで構成するのがよい。
すなわち、変速用モータの回転力は、先に駆動プーリのボールネジ機構に設けられた駆動側変速ギヤへ伝達され、この変速ギヤからアイドラ軸に設けられたアイドラギヤを介して従動プーリのボールネジ機構に設けられた従動側変速ギヤに伝達される。そのため、ギヤ機構などのガタや撓みによって駆動プーリの動作に比べて従動プーリの動作に若干の遅れが生じる。急減速時には車両停止までにＬｏｗ位置へ戻すため、駆動プーリが開き方向に、従動プーリが閉じ方向に移動するが、上記のように駆動プーリが先に開き始めるので、従動プーリの閉じ動作が容易になる。そのため、変速用モータ〜従動側変速ギヤ〜アイドラギヤ〜駆動側変速ギヤへと伝達する場合や、変速用モータの回転力を分岐させて駆動側変速ギヤと従動側変速ギヤとに伝達する場合に比べて、Ｌｏｗ戻りを早くすることができる。
【００１２】
好ましい実施態様によれば、アイドラ軸に設けられるアイドラギヤを、駆動プーリ側変速ギヤと噛み合う第１のアイドラギヤと、従動プーリ側変速ギヤと噛み合う第２のアイドラギヤとで構成し、第１のアイドラギヤと第２のアイドラギヤを、それぞれ駆動プーリのボールネジ機構のストローク長および従動プーリのボールネジ機構のストローク長に対応した長さのギヤとし、駆動プーリ側変速ギヤおよび従動プーリ側変速ギヤを樹脂製ギヤで構成し、第１，第２のアイドラギヤを金属製ギヤで構成するのがよい。
本発明では乾式ベルトを用いるので、油で潤滑することができない。つまり、プーリを収容した室は無潤滑空間であるから、このプーリ室に配置されるギヤ機構も無潤滑となる。そこで、駆動プーリ側変速ギヤおよび従動プーリ側変速ギヤを樹脂製ギヤで構成することで、無潤滑駆動を可能としている。この場合、第１，第２のアイドラギヤも樹脂製ギヤとしてもよいが、これらアイドラギヤは変速比によって噛合位置が変化するので、アイドラギヤが偏磨耗を起こし易くなる。そこで、第１，第２のアイドラギヤを樹脂製ギヤより高強度の金属製ギヤで構成している。
なお、ギヤ機構の中に樹脂製ギヤを配置することで、樹脂製ギヤの弾性により、駆動プーリの動作に対する従動プーリの遅れを大きくでき、急減速時におけるＬｏｗ戻り性能が一層向上する。
【００１３】
好ましい実施態様によれば、上記ギヤ機構を円形の可逆ギヤ列で構成するのが望ましい。可逆ギヤとしては、平歯車やはすば歯車などがある。
ギヤ機構として可逆ギヤを使用すれば、高い伝達効率でトルクを伝達するので、小型の変速用モータでも高いレスポンスで変速できる。但し、可逆ギヤの場合には、可動シーブに働く軸力によってボールネジ機構が逆回転し、さらにギヤ機構を介してモータ軸を逆回転させる可能性がある。つまり、モータへの非通電時に変速比が変化してしまう可能性があるため、モータ軸の逆回転を防止するブレーキ手段を別に設ける必要がある。しかし、高い摩擦係数μを持つ乾式ベルトを用いた無段変速機の場合、可動シーブに働く軸力そのものが小さいので、専用のブレーキ手段を設けなくても、モータ内のマグネットによる起動抵抗（非通電時のみ発生）のみで変速比を保持することが可能である。但し、安全のためにブレーキ手段を設けてもよいことは勿論である。
【００１４】
前述の特許第２５４８２５９号公報の場合、減速装置を構成するギヤのうち、操作軸と駆動プーリのストローク機構との間には円形ギヤが用いられているが、操作軸と従動プーリのストローク機構との間には非円形ギヤが用いられている。この非円形ギヤは、ストローク機構の移動と、ベルトにより規定される可動シーブの移動量との差、つまりベルトアライメント変化を吸収するためであるが、非円形ギヤを用いると、１回転以上の回転ができないので、低回転高トルク型のモータ、つまり大型のモータを使用しなければならない。
これに対し、本発明ではベルトアライメント変化をテンショナ装置で吸収するので、非円形ギヤを使用する必要がない。そのため、Ｈｉｇｈ〜Ｌｏｗの間で円形ギヤを複数回転させることができ、高回転低トルク型のモータ、換言すれば小型のモータを使用できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１〜図７は本発明にかかる無段変速機の一例の具体的構造を示し、図８はその骨格構造を示す。
この無段変速機はＦＦ横置き式の変速機であり、大略、エンジン出力軸１により発進機構２を介して駆動される入力軸３、カウンタ軸４、駆動プーリ１１を支持する駆動軸１０、従動プーリ２１を支持する従動軸２０、駆動プーリ１１と従動プーリ２１に巻き掛けられた乾式のＶベルト１５、減速軸３０、車輪と連結された出力軸３２、変速用モータ４０、テンショナ装置５０などで構成されている。入力軸３，カウンタ軸４，駆動軸１０，従動軸２０，減速軸３０および出力軸３２はいずれも非同軸で、かつ平行に配置されている。
【００１６】
この実施例の発進機構２はクラッチやトルクコンバータなどで構成される。入力軸３は軸受を介して変速機ケース６によって回転自在に支持され、入力軸３には相対回転する前進用ギヤ３ａと一体回転する後進用ギヤ３ｂとが設けられ、前進用ギヤ３ａはシンクロ式の前進切替機構５によって入力軸３に固定されたクラッチハブ３ｃに対して選択的に連結される。この前進切替機構５は、フォーク７によって前進位置Ｄと中立位置Ｎと後退位置Ｒの３位置に切替可能である。
【００１７】
カウンタ軸４には、前進用ギヤ３ａと噛み合うギヤ４ａと、駆動軸１０のエンジン側端部に固定されたギヤ１０ａと噛み合うギヤ４ｂとが一体回転可能に設けられている。カウンタ軸４のギヤ４ａ，４ｂの減速比を適切に設定することで、入力軸３から駆動軸１０へ駆動力をベルト駆動に適した減速比で伝達している。
【００１８】
駆動プーリ１１は、駆動軸１０上に固定された固定シーブ１１ａと、駆動軸１０上に軸方向移動自在に支持された可動シーブ１１ｂと、可動シーブ１１ｂの背後に設けられたストローク機構１４とを備え、ストローク機構１４はＶベルト１５よりエンジン側に配置されている。この実施例のストローク機構１４は、変速用モータ４０によって可動シーブ１１ｂを軸方向に移動させるボールネジ機構であり、可動シーブ１１ｂに軸受１４ａを介して相対回転自在に支持された雌ねじ部材１４ｂと、変速機ケース６に固定された雄ねじ部材１４ｃと、その間に配置されたボールとを備え、雌ねじ部材１４ｂの外周部には変速ギヤ１４ｄが固定されている。変速ギヤ１４ｄは駆動プーリ１１を構成する可動シーブ１１ｂより大径で、かつ薄肉な樹脂製ギヤである。
【００１９】
従動プーリ２１は、従動軸２０上に固定された固定シーブ２１ａと、従動軸２０上に軸方向移動自在に支持された可動シーブ２１ｂと、可動シーブ２１ｂの背後に設けられたストローク機構２２とを備え、ストローク機構２２はＶベルト１５より反エンジン側に配置されている。このストローク機構２２も駆動プーリ１１のストローク機構１４と同様の構成を有するボールネジ機構であり、可動シーブ２１ｂに軸受２２ａを介して相対回転自在に支持された雌ねじ部材２２ｂと、変速機ケース６に固定された雄ねじ部材２２ｃと、その間に配置されたボールとを備え、雌ねじ部材２２ｂの外周部には変速ギヤ２２ｄが固定されている。この変速ギヤ２２ｄも従動プーリ２１を構成する可動シーブ２１ｂより大径で、かつ薄肉な樹脂製ギヤである。
【００２０】
従動軸２０の従動プーリ２１よりエンジン側の部位には、後進用ギヤ２４が回転自在に支持されており、このギヤ２４は入力軸３に固定された後進用ギヤ３ｂと噛み合っている。ギヤ２４は後進切替機構２５によって従動軸２０に固定されたクラッチハブ２６に対して選択的に連結される。後進切替機構２５には、上述の前進切替機構５を操作するフォーク７が係合しており、フォーク７を操作することで両方の切替機構５，２５を同時に切り替えることができる。
つまり、フォーク７を図８の右側にシフトすると、前進切替機構５がクラッチハブ３ｃと前進用ギヤ３ａとを連結し、後進切替機構２５は後進用ギヤ２４から離れており、Ｄ位置となる。中間位置では、前進切替機構５および後進切替機構２５がそれぞれ前進用ギヤ３ａ、後進用ギヤ２４と離れており、Ｎ状態となる。フォーク７を図８の左側にシフトすると、後進切替機構２５がクラッチハブ２６と後進用ギヤ３ｂとを連結し、前進切替機構５は前進用ギヤ３ａと離れているため、Ｒ位置となる。
このように、１本のフォーク７で前進切替機構５および後進切替機構２５を操作するので、前進切替機構５がＤ位置の時に後進切替機構２５がＲ位置になるいった不具合を解消できる。
【００２１】
従動軸２０のエンジン側端部には、減速ギヤ２７が一体に形成されており、この減速ギヤ２７は減速軸３０に固定されたギヤ３０ａと噛み合い、さらに減速軸３０に一体に形成されたギヤ３０ｂを介して差動装置３１のリングギヤ３１ａに噛み合っている。そして、差動装置３１に設けられた出力軸３２を介して車輪が駆動される。
【００２２】
上記入力軸３の前進用ギヤ３ａ、後進用ギヤ３ｂ、前進切替機構５、カウンタ軸４のギヤ４ａ，４ｂ、駆動軸１０のギヤ１０ａ、従動軸２０に設けられた後進用ギヤ２４、後進切替機構２５、減速ギヤ２７、減速軸３０のギヤ３０ａ，３０ｂおよび差動装置３１は、変速機ケース６のエンジン側に形成されたギヤ室６ａ内に収容されている。このギヤ室６ａは油で潤滑されている。
一方、駆動プーリ１１と従動プーリ２１は、ギヤ室６ａと隔壁６ｃで仕切られた変速機ケース６のプーリ室６ｂ内に配置されている。プーリ室６ｂは無潤滑空間である。
【００２３】
上記構成よりなる無段変速機の前進時および後進時の動力伝達経路は次の通りである。
前進時には、フォーク７を操作して前進切替機構５を前進位置Ｄへ切り替える。発進機構２から入力軸３に入力されたエンジン動力は、前進用ギヤ３ａ、カウンタ軸４、駆動軸１０、駆動プーリ１１、Ｖベルト１５、従動プーリ２１、従動軸２０、減速軸３０、差動装置３１を介して出力軸３２に伝達される。
一方、後進時には、フォーク７を操作して後進切替機構２５を後進位置Ｒへ切り替える。発進機構２から入力軸３に入力されたエンジン動力は、後進用ギヤ３ｂ，２４、従動軸２０、減速軸３０、差動装置３１を介して出力軸３２に伝達される。つまり、後退時にはＶベルト１５を経由せずに動力が伝達される。
【００２４】
後述するように、Ｖベルト１５の緩み側を押し付けてベルト張力を与えるテンショナ装置５０が設けられているが、後進時にはＶベルト１５が逆回転し、その緩み側も逆転するので、テンショナ装置５０が緊張側を押しつけることになり、Ｖベルト１５に過大な負荷がかかる。しかしながら、この実施例では、前進時のみＶベルト１５にトルクが伝達され、後退時にはＶベルト１５にトルクが伝達されないので、テンショナ装置５０は常にＶベルト１５の緩み側を押し付けることになり、Ｖベルト１５の負担を軽減し、ベルトの寿命向上を実現できる。
【００２５】
次に、この無段変速機における変速比可変機構について説明する。
変速機ケース６の外側部、特に駆動プーリ１１より斜め上方の部位に変速用モータ４０が取り付けられている。変速用モータ４０はブレーキ４１付きのサーボモータであり、その出力ギヤ４２は第１変速軸４５の一端に設けられた減速ギヤ４５ａに噛み合っている。第１変速軸４５は変速機ケース６内に架け渡して設けられ、出力ギヤ４２とともにプーリ室６ｂ内に収容されている。第１変速軸４５の他端部に設けられたギヤ４５ｂは駆動プーリ１１の可動シーブ１１ｂの移動ストローク分の長さを有する平歯車またははすば歯車であり、駆動プーリ１１に設けられた変速ギヤ１４ｄと噛み合っている。なお、第１変速軸４５およびギヤ４５ａ，４５ｂはともに金属材料で形成されている。第１変速軸４５のギヤ４５ｂを回転させると、変速ギヤ１４ｄが追随回転することでボールネジ機構（ストローク機構）１４の作用により、可動シーブ１１ｂを軸方向へ移動させることができる。つまり、駆動プーリ１１のプーリ溝幅（ベルト巻き掛け径）を連続的に変化させることができる。
【００２６】
駆動プーリ１１の変速ギヤ１４ｄは、変速機ケース６に架け渡して設けられた第２変速軸（アイドラ軸）４６の第１アイドラギヤ４６ａとも噛み合い、さらに第２変速軸４６の第２アイドラギヤ４６ｂは従動プーリ２１の変速ギヤ２２ｄと噛み合っている。これらアイドラギヤ４６ａ，４６ｂも、第１変速軸４５のギヤ４５ｂと同様に、可動シーブ１１ｂ，２１ｂの移動ストローク分の長さを有する平歯車またははすば歯車で構成されている。第２変速軸４６およびアイドラギヤ４６ａ，４６ｂは金属材料で形成されている。第２変速軸４６は、図２に示すように、駆動プーリ１１と従動プーリ２１との間であって、かつＶベルト１５の周回内に配置されている。変速用モータ４０の回転力は、第１変速軸４５，駆動プーリ１１の変速ギヤ１４ｄ，第２変速軸４６を介して従動プーリ２１の変速ギヤ２２ｄへと伝達される。そのため、駆動プーリ１１の可動シーブ１１ａと従動プーリ２１の可動シーブ２１ａは互いに同期し、かつ互いにプーリ溝幅（ベルト巻き掛け径）を逆方向に変化させながら軸方向へ移動することができる。
【００２７】
上記のように、変速用モータ４０の回転力をストローク機構１４，２２に伝達し、かつ駆動プーリ１１と従動プーリ２１の両ストローク機構１４，２２を機械的に連結するギヤ機構（４２，４５ａ，４５ｂ，１４ｄ，４６ａ，４６ｂ，２２ｄ）が設けられているので、可動シーブの位置、つまり変速比は機械的に決まる。そのため、変速用モータ４０のみで変速比を高精度に制御でき、かつ温度変化などによって変速比が変化することもない。
上記ギヤ機構を構成するギヤのうち、変速ギヤ１４ｄ，２２ｄのみが樹脂で構成されている。上記ギヤ機構は無潤滑のプーリ室６ｂに配置されているので、樹脂製ギヤ１４ｄ，２２ｄを用いることで無潤滑駆動が可能である。また、樹脂製ギヤである変速ギヤ１４ｄ，２２ｄの撓みによって、急減速時に駆動プーリ１１の開き動作に比べて従動プーリ２１の閉じ動作を遅らせることができ、Ｌｏｗ戻り性能を向上させることができる。なお、変速比によって噛合位置が変化するアイドラギヤ４６ａ，４６ｂおよび第１変速軸４５のギヤ４５ｂは金属材料で形成されているので、偏磨耗を防止できる。
【００２８】
また、ギヤ機構（４２，４５ａ，４５ｂ，１４ｄ，４６ａ，４６ｂ，２２ｄ）がすべて伝達効率のよい円形の可逆ギヤ（平歯車、はずば歯車など）で構成されている関係で、変速用モータ４０の非通電時、ベルト張力による可動シーブの反力によってギヤ列が回転して変速比が変化する恐れがある。しかし、乾式ベルト１５を用いているので、可動シーブの反力が小さく、非通電時、変速用モータ４０に内蔵されたマグネットの起動抵抗のみでギヤ列の回転を防止することが可能である。なお、上記実施例では安全のために、変速用モータ４０の非通電時に出力ギヤ４２の回転を停止させるブレーキ４１を設けたが、このブレーキ４１を省略することも可能である。
【００２９】
次に、Ｖベルト１５にベルト張力を与える機構、すなわちテンショナ装置５０について説明する。
上記のようにプーリ１１，２１のプーリ溝幅（ベルト巻き掛け径）は変速用モータ４０によって可変されるが、それだけでは伝達トルクによってＶベルト１５とプーリ１１，２１との間に滑りが発生してしまう。そこで、Ｖベルト１５に滑りを生じさせないベルト張力を与えるため、図２，図４〜図７に示されるようなテンショナ装置５０が設けられている。テンショナ装置５０はテンションローラ５１を備え、このテンションローラ５１はリンク５２を介してテンショナアーム５３によって揺動可能に支持されている。リンク５２の一端部の軸５２ａはテンショナアーム５２の先端部に回動自在に取り付けられ、他端部５２ｂに中心軸５１ａの両端部が固定され、この中心軸５１ａにベアリング５１ｂを介してテンションローラ５１が回転自在に支持されている。
【００３０】
図２に示すように、テンショナアーム５３の回動軸５３ａは駆動プーリ１１の半径方向外側（特に上方位置）の近傍位置に設けられている。テンショナアーム５３は、駆動プーリ１１の直径より長く、駆動プーリ１１の外周面に沿って湾曲している。そして、テンショナアーム５３の回動支点５３ａを中心とするテンションローラ取付部５２ａの回転軌跡が駆動プーリ１１と従動プーリ２１の間を通るように配置されている。
上記のようにテンショナアーム５３の回動支点５３ａを駆動プーリ１１の半径方向外側に設けること、換言すればテンショナアーム５３を駆動プーリ１１と軸方向ほぼ同一位置に配置することで、テンションローラ５１の中心軸５１ａとテンショナアーム５３の回動支点５３ａとを軸方向ほぼ同一位置に配置できる。つまり、テンションローラ５１の中心軸５１ａを傾きなく支持することが可能となり、テンションローラ５１とＶベルト１５との片当たりを抑制できる効果を有する。
【００３１】
テンショナアーム５３は駆動プーリ１１の外周面に沿って湾曲しているので、テンショナアーム５３が駆動プーリ１１と干渉することがない。また、テンショナアーム５３は駆動プーリ１１の直径より長く、テンションローラ取付部５２ａの回転軌跡が駆動プーリ１１と従動プーリ２１の間を通るように配置されているので、テンションローラ５１とプーリ１１，２１との干渉も抑制できる。特に、Ｖベルト１５は使用に伴って伸びや摩耗が発生し、テンションローラ５１とＶベルト１５との接触位置が使用初期に比べて大きく変化するが、テンションローラ取付部５２ａの回転軌跡が駆動プーリ１１と従動プーリ２１の間を通るように設けることで、テンションローラ５１をプーリ１１，２１と最も干渉しにくい位置に配置できる。つまり、リンク５２を用いた場合でも、リンク５２の振れ角を小さくできるとともに、リンク５２の長さを短くでき、テンションローラ５１の支持剛性を確保できる。
【００３２】
テンショナアーム５３を間にして駆動プーリ１１と対向する変速機ケース６の位置に、冷却風をプーリ室６ｂに取り入れるための空気取入れ口６０が設けられている。すなわち、空気取入れ口６０は、変速機ケース６の上部前面（駆動プーリ１１の前側に面する部位）に形成されている。一方、空気排出口６１は、従動プーリ２１の半径方向外側でかつ空気取入れ口６０と従動プーリ２１を挟んで反対側、つまり変速機ケース６の下部後面に形成されている。
【００３３】
図４に示すように、空気取入れ口６０と対面するテンショナアーム５３の部位に、冷却風通過用の穴５３ｄが設けられている。空気取入れ口６０から入った冷却風の一部は、テンショナアーム５３の穴５３ｄを通って駆動プーリ１１とベルト１５の接触部に当たるとともに、テンションローラ５１とベルト１５との接触部にも直接当たる。そのため、駆動プーリ１１およびベルト１５が冷却されるとともに、冷却しにくかったテンションローラ５１も効果的に冷却される。また、冷却風の残部は、テンショナアーム５３を迂回してプーリ室６ｂの中を流れ、ベルト１５を冷却する。従動プーリ２１の可動シーブ２１ｂの背面には、空気取入れ口６０から空気排出口６１への気流を発生させるためのフィン２１ｃが設けられている。特に、最もベルト１５が発熱しやすい高速走行時には、駆動プーリ１１に比べて従動プーリ２１の方が高速回転するので、この従動プーリ２１にフィン２１ｃを設けることで、空気取入れ口６０から空気排出口６１への気流を効果的に発生させることができる。そのため、多量の空気をプーリ室６ｂに流通させることができ、冷却効率を向上させることができる。
【００３４】
図７に示すように、テンショナアーム５３の先端部側面には２本の軸５３ｂ，５３ｃが突設されており、一方の軸５３ｂには引張バネ５４の一端部が係止され、他方の軸５３ｃに４圧縮バネ５７をガイドする伸縮ガイド５６の一端部が回転自在に連結されている。
引張バネ５４は、駆動プーリ１１の固定シーブ１１ａの背面側であって、駆動軸１０と従動軸２０の軸間を通りテンショナアーム５３と反対側に位置する変速機ケース６に設けられた軸５５に係止されている。そのため、引張バネ５４の引張力によって、テンションローラ５１がＶベルト１５の緩み側を外側から内側に向かって押圧する方向にテンショナアーム５３は回動付勢される。このように外側から内側に向かってＶベルト１５を押圧することで、所定のベルト張力を得るとともに、プーリ１１，２１に対するＶベルト１５の巻き掛け長さを長くし、伝達効率を高めている。
【００３５】
圧縮バネ５７をガイドする伸縮ガイド５６の他端部は変速機ケース６に設けられた軸５８に回転自在に連結されている。伸縮ガイド５６には圧縮バネ５７が介装されており、圧縮バネ５７は、その向きが変化しても捩れや曲がりが生じないように、伸縮ガイド５６によって伸縮方向にのみガイドされている。
【００３６】
次に、引張バネ５４および圧縮バネ５７によるテンションローラ５１のベルト押圧力が変速比に伴って変化する作用を、図９〜図１４を参照して説明する。
図９は最高速比、図１０は中間変速比、図１１は最低速比における状態変化を示す。また、図１２は引張バネ５４のみを用いた時、図１３は圧縮バネ５７のみを用いた時、図１４は両方のバネを併用した時のベルト張力の変化を示す。
【００３７】
図９，図１１から明らかなように、最高速比および最低速比ではベルト長さに余裕がないので、テンションローラ５１によるＶベルト１５の撓み量が少なく、テンションローラ５１はプーリ１１，２１の間に沈み込んでいない。これに対し、中間変速比では図１０のようにベルト長さに余裕が生じるので、テンションローラ５１によるＶベルト１５の撓み量が大きく、テンションローラ５１がプーリ１１，２１の間に沈み込む形となる。
【００３８】
引張バネ５４の変速機ケース側の支点５５は、Ｖベルト１５を挟んで反対側に位置している。そのため、引張バネ５４のばね力はテンションローラ５１がＶベルト１５を押圧する方向（Ｐ方向）に作用し、図１２に示すように、引張バネ５４によるベルト張力は、中間変速比で最も小さく、最高速比および最低速比と中間変速比とのベルト張力の差が大きい。
【００３９】
これに対し、圧縮バネ５７は、その変速機ケース側の支点５８と、テンショナアーム５３の揺動支点５３ａとを結ぶ直線Ｌの近傍に配置されている。そして、最高速比および最低速比では圧縮バネ５７とテンショナアーム５３との連結点５３ｃが直線Ｌより反ベルト側に位置しており、中間変速比では連結点５３ｃが直線Ｌよりベルト側に位置している。そのため、圧縮バネ５７のばね力は、最高速比および最低速比ではテンションローラ５１をＶベルト１５から離す方向（Ｍ方向）に作用し、中間変速比ではＶベルト１５を押圧する方向（Ｐ方向）に作用する。すなわち、図１３に示すように、圧縮バネ５７によるベルト張力は、中間変速比ではプラス（押圧側）であるが、最高速比および最低速比ではマイナス（引張側）となる。
【００４０】
したがって、両方のバネ５４，５７によるベルト張力を加算すると、図１４のように、最高速比および最低速比と中間変速比とのベルト張力の差が小さくなり、良好な張力特性が得られる。例えば、中間変速比におけるベルト張力をＶベルト１５に滑りが生じない必要最低限の値（例えば７００Ｎ）とした場合、最高速比および最低速比では９５０〜１０００Ｎ程度に抑制でき、過大張力になるのを防止できる。そのため、ベルトの滑り防止とベルトの寿命向上とを両立させることができる。
【００４１】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。
上記実施例では、ストローク機構をボールネジ機構で構成したが、雄ねじ部材と雌ねじ部材とが直接螺合する通常のネジ機構で構成してもよい。
上記実施例のテンショナ装置５０は、引張バネ５４と圧縮バネ５７とを用いてＶベルト１５の緩み側を押圧したものであるが、これらバネと共に、あるいはこれらバネに代えてモータや油圧シリンダなどのアクチュエータを用いてテンショナアーム５３を回動付勢し、Ｖベルト１５を押圧するようにしてもよい。この場合には、アクチュエータを制御することで、ベルト張力を任意に制御可能である。なお、モータを用いた場合には、テンショナアーム５３の先端部にラックを形成し、このラックに噛み合うピニオンをモータで駆動すればよい。また油圧シリンダを用いる場合には、ピストンをテンショナアーム５３に連結し、テンショナアームを回動付勢すればよい。なお、油圧シリンダを用いる場合には、変速機ケース外部に設けるのがよい。
上記実施例では、変速用モータの回転力を、先に駆動プーリのストローク機構に設けられた駆動側変速ギヤへ伝達し、この変速ギヤからアイドラ軸に設けられたアイドラギヤを介して従動プーリのストローク機構に設けられた従動側変速ギヤに伝達するようにしたが、これとは逆に、変速用モータ〜従動側変速ギヤ〜アイドラギヤ〜駆動側変速ギヤへと伝達してもよいし、変速用モータの回転力を分岐させて駆動側変速ギヤと従動側変速ギヤとに伝達するようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に係る発明によれば、乾式ベルトを用いた無段変速機において、変速用モータの回転力をギヤ機構を介して両プーリのストローク機構に伝達し、同期駆動させるようにしたので、油圧シリンダのような油漏れによるベルト滑りを発生させる懸念がなく、変速比を精度よくかつ安定して制御できる。また、摺動抵抗もないので、変速レスポンスを向上させることができる。
また、ベルト張力をプーリの挟圧力によって与えるのではなく、ベルトの緩み側を押圧するテンショナ装置によって与えるので、ストローク機構に過大な負荷が掛からない。そのため、ストローク機構の寿命向上に役立つとともに、変速用モータの回転力がギヤ機構およびストローク機構を介して可動シーブの軸方向移動に効率よく変換され、変速レスポンスの向上、変速用モータの小型・省電力化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる無段変速機の一例の展開断面図である。
【図２】図１の無段変速機のプーリ室の断面図である。
【図３】図１の無段変速機のギヤ室の断面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図１の無段変速機のテンショナ装置を示す部分断面図である。
【図７】テンショナアームの斜視図である。
【図８】図１の無段変速機のスケルトン図である。
【図９】最高速比におけるテンションローラとベルトとの接触位置を示す図である。
【図１０】中間変速比におけるテンションローラとベルトとの接触位置を示す図である。
【図１１】最低速比におけるテンションローラとベルトとの接触位置を示す図である。
【図１２】引張バネのみを用いた時のベルト張力と変速比との関係を示す図である。
【図１３】圧縮バネのみを用いた時のベルト張力と変速比との関係を示す図である。
【図１４】引張バネと圧縮バネとを併用した時のベルト張力と変速比との関係を示す図である。
【符号の説明】
６ 変速機ケース
１０ 駆動軸（プーリ軸）
１１ 駆動プーリ
１４ ストローク機構
１４ｄ 駆動プーリ側変速ギヤ
１５ Ｖベルト
２０ 従動軸（プーリ軸）
２１ 従動プーリ
２２ ストローク機構
２２ｄ 従動プーリ側変速ギヤ
４０ 変速用モータ
４５ 変速軸
４６ 変速軸（アイドラ軸）
１４ｄ，２２ｄ，４２，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ ギヤ機構

Claims (1)

1. 駆動軸に固定された固定シーブと駆動軸に軸方向移動可能に支持された可動シーブとを有する駆動プーリと、
   従動軸に固定された固定シーブと従動軸に軸方向移動可能に支持された可動シーブとを有する従動プーリと、
   駆動プーリと従動プーリとの間に巻きかけられた無端状の乾式ベルトと、
   駆動プーリと従動プーリの中間部に配置され、ベルトの緩み側を押圧してベルト張力を得るテンショナ装置と、
   駆動プーリおよび従動プーリのそれぞれに設けられ、回転力が入力される変速ギヤを有し、上記回転力により上記可動シーブを軸方向に移動させるボールネジ機構と、
   ボールネジ機構と可動シーブとの間に設けられたベアリングと、
   変速用モータと、
   この変速用モータの回転力を上記両ボールネジ機構の変速ギヤへ伝達するとともに、両方のプーリの可動シーブが同期して軸方向に移動するよう両ボールネジ機構を機械的に連結するギヤ機構と、を備え、
   上記変速ギヤはプーリとは共に回転せず、変速時のみ変速用モータによって回転させられることを特徴とする無段変速機。

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