JP4519707B2

JP4519707B2 - トラクションドライブ式無段変速機

Info

Publication number: JP4519707B2
Application number: JP2005136375A
Authority: JP
Inventors: 嗣人中関
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2005-05-09
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: JP2005265192A

Description

この発明のトラクションドライブ式無段変速機は自動車や各種産業機械において利用される。

無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）は昔から多くの考案がなされている。最近ではハーフトロイダル方式（図４）が注目を集めているが、実用化の方向は金属ベルト方式（図５）である。
町田，今西，「トラクションドライブ式無段変速機パワートロスユニットの開発第２報−ハーフトロイダルＣＶＴとフルトロイダルＣＶＴの比較−」，NSK Technical Journal No. 670 (2000)，日本精工株式会社

トラクションドライブ装置の課題は、コンパクトで大きなトルクを効率よく伝達することである。コンパクトで大きな伝達トルクを得るには、大きな接触力を与えればよいが、接触応力が大きすぎると寿命が短くなる。接触応力を下げるために、接触面積が大きくなるように設計すると、接触部のスピン成分が増え、伝達効率が低下する。

これらの課題をある程度解決しているのが、上述のハーフトロイダル式と金属ベルト方式である。しかし、完全ではなく、それぞれが欠点を持っている。ハーフトロイダル式は、パワーローラが入出力ディスク面に押し付けられた状態で揺動し変速する。ここには大きな接触圧力が作用し、油膜が形成されない場合、焼付きが生じる。これを避けるためには表面粗さを上げなければならないが、大きな球面を高精度に加工するには高コストとならざるを得ない。また、回転方向には凸同士の接触となるため、接触位置によっては大きなスピン成分が生じ、伝達効率が低下する。さらに、構造上軸方向に長く、ＦＦ車に搭載するには無理がある。一方、金属ベルト方式は、多くのエレメントを積み重ねて曲がりやすくし、Ｖプーリに押し付けてトルクを伝達する。基本的にはプーリとベルトは金属接触するため摩耗が避けられない。

本発明の目的は、上述の問題点を解消した、コンパクトで大きなトルクを効率よく伝達することのできるトラクションドライブ式無段変速機を提供することにある。

本発明は、心なし伝達リングとＶプーリの組合せによる変速装置であり、心なし伝達リングは外周からガイドローラにより保持される、従来にない構造のトラクションドライブ式無段変速機を提供する。

すなわち、本発明のトラクションドライブ式無段変速機は、ケーシング１０に回転自在に支持された入力軸又は出力軸となる第一の軸７と、第一の軸７に支持されたプーリ幅が可変のＶ型プーリ４と、ケーシング１０に回転自在に支持された出力軸又は入力軸となる第二の軸６と、Ｖ型プーリ４及び第二の軸６にそれぞれ係合して両軸間でトルクを伝達するリング３と、リング３を第二の軸６回りに移動させるための機構とを有し、前記リング３に対する第二の軸６からの力が前記リング３をプーリ４間に押し込む方向に作用するように第二の軸６の位置を設定したものである。リングを移動させるための機構は、第二の軸回りに旋回可能に支持されたアーム１３と、リング３の外周に配置された少なくとも３個のガイドローラ１とを有し、各ガイドローラ１はアーム１３に回転自在に支持されている。これにより、アーム１３が旋回すると、すべてのガイドローラ１が相互の位置関係を固定したまま第二の軸回りに旋回する。このガイドローラ１の旋回に伴ってリング３も移動する。さらに、第一の軸７と同軸に支持された一対の可動フェイスカム２１と固定カムフェイス２２を含むプーリ幅調節機構９を有し、一方のフェイスカム２１は第一の軸７の軸方向に移動可能で、かつ、プーリ４と直接または間接に接しており、他方のフェイスカム２２はケーシング１０に固定されており、可動フェイスカム２１が回転すると固定フェイスカム２２と接近または離反するようになっており、可動フェイスカム２１がアーム１３の旋回と連動して回転する。本発明のトラクションドライブ式無段変速機はハーフトロイダル型に比べて次のような利点がある。接触面積を大きくしてもスピン成分が少なく、効率がよい。ハーフトロイダル型のような球面加工が不要である。ハーフトロイダル型より軸方向長さが短く、ＦＦ車への適用が容易である。また、金属ベルト式に比べて構造が簡単であり、プーリとの間に油膜ができて金属ベルト式に比べて摩耗がなく、したがって長寿命である。また、伝達トルクの増大に伴いプーリとリングの接触力が自動的に大きくなる。

請求項２の発明は、上記構成において、第二の軸に固定された歯車２を有し、リング３が、歯車２の歯と噛み合う歯と、平滑な円筒状ガイド面８を有し、ガイド面８にてガイドローラ１と接することを特徴とするものである。

請求項３の発明は、上記構成において、ガイドローラ１がリング３と転がり接触することを特徴とするものである。

請求項４の発明は、上記構成において、ガイドローラ１がリング３と滑り接触することを特徴とするものである。

請求項５の発明は、上記構成において、プーリ幅の移動とリング３の移動が連動することを特徴とするものである。

請求項６の発明は、上記構成において、アーム１３の旋回軸と同軸に歯車２３を支持させ、可動フェイスカム２１に形成した歯と噛み合わせたことを特徴とするものである。

請求項７の発明は、上記構成において、第一の軸７を入力軸とし、第二の軸６を出力軸としたことを特徴とするものである。

本発明は、従来の技術と比較して次のような利点がある。ハーフトロイダル型に比べて接触面積を大きくしてもスピン成分が少なく、効率がよい。ハーフトロイダル型のような球面加工が不要であるため低コストである。ハーフトロイダル型より軸方向長さが短く、ＦＦ車への適用が容易である。また、金属ベルト式に比べて構造が簡単であり、低コストである。プーリとの間に油膜ができて金属ベルト式に比べて摩耗がない、したがって長寿命である。また、伝達トルクの増大に伴いプーリとリングの接触力が自動的に大きくなる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図２は本発明の実施の形態を示すトラクションドライブ式無段変速機の断面図である。図面から理解できるように、軸方向に可動な一対のプーリ４でＶ溝を作り、リング３を挟んだ構造である。この実施の形態ではリング３は外周に歯車のような歯をもっているため、以下では歯付きリングと呼ぶこととする。図２に示すように、ケーシング１０内に、互いに平行な入力軸又は出力軸となる第一の軸７と第二の軸６がそれぞれ軸受を介して回転自在に支持されている。この実施の形態では、これらの両軸６，７間でトルク伝達を行い、一方の軸（６または７）を入力軸とすると、他方の軸（７または６）が出力軸となる関係にある。

第二の軸６には入力側又は出力側となる歯車２が固定してある。歯車２は歯付きリング３と噛み合っている。歯付きリング３の側面の断面形状はプーリ４のＶ型溝の断面形状と実質的に一致している。歯付きリング３は、歯車２の歯と噛み合う歯と、平滑な円筒状ガイド面８を有し、前記ガイド面８にてガイドローラ１と接する。歯付きリング３のガイドには、図示するように歯付きリング３の外周面と接して転動するガイドローラ１を採用するほか、歯付きリング３との接触荷重は小さいため、歯付きリング３と滑り接触する滑り軸受（シュー）を採用してもよい。図１に示すように、この実施の形態では四つのガイドローラ１，１ａを設けてあり、図２にそのうちの二つ、つまり、歯車２の両側に配置した一対の円板１ｂで構成されるガイドローラ１ａと、同図の上部に現れているガイドローラ１の断面を示してある。ガイドローラ１ａは第二の軸６に回転自在に固定されている。それ以外のすべてのガイドローラ１はそれぞれ回転自在にアーム１３に支持されている。したがって、ガイドローラ１相互の位置関係は固定的である。これらのガイドローラ１のうち、図１の左端に現れているガイドローラ１は歯付きリング３の振れ防止の役割を持たせる。アーム１３は第二の軸６と同軸に、ケーシング１０のスリーブ１７に旋回自在に支持されている。

第一の軸７はスプライン軸部１２を有し、このスプライン軸部１２に一対のプーリ４をスプライン嵌合させてある。プーリ４は第一の軸７の軸方向に移動可能である。各プーリ４はプーリ幅調節機構９を備えている。プーリ幅調節機構９は、第一の軸７と同軸に支持された一対のフェイスカム２１，２２と、スラスト軸受１５とを含む。一対のフェイスカムのうち、可動フェイスカム２１は第一の軸７の軸方向に移動可能で、かつ、スラスト軸受を介してプーリ４と接している。固定フェイスカム２２はケーシング１０に固定されている。

一対のフェイスカムは、相対回転により、接近または離反するように、斜面で接触している。この斜面間にボールを介在させることにより移動が滑らかとなる。図３に例示したフェイスカム２１，２２はらせん状の斜面にて接触しており、可動フェイスカム２１が回転すると固定フェイスカム２２と接近または離反する。したがって、可動フェイスカム２１の回転に伴い、その回転方向によって、スラスト軸受１５を介してプーリ４を相互に接近する向きに移動させ、または、プーリ４が相互に離反する向きに移動するのを許容する。

アーム１３に歯車２３を固定し、アーム１３の旋回軸と同軸に支持させてある。また、可動フェイスカム２１は外周に歯を有し、図２に符号２０で示す噛み合い部にて歯車２３と噛み合っている。したがって、可動フェイスカム２１はアーム１３の旋回と連動して回転する。ケーシング１０内のスリーブ１７上にあり、アーム１３の旋回に連動して回転する歯車２３が、噛み合い部２０を介して回転力を左右にある可動フェイスカム２１に伝える。この動作により、プーリ４の軸方向移動に連動して、ガイドローラ１群が中心Ｏ₁周りに旋回し、歯付きリング３をプーリ４に接触させながら接触点を移動させることができる。

一対の歯車２３が連結部１８によって互いに一体化しており、したがって、一対の歯車２３は同期してのみ回転する。その結果、図２の左右のプーリ幅調節機構９における可動フェイスカム２１が同じ方向に回転する。図２の右側のプーリ幅調節機構９と左側のプーリ幅調節機構９とではフェイスカム２１，２２の配置が逆になっているため、可動フェイスカム２１が同じ方向に回転すると、それらは互いに逆方向に移動することになる。このようにして、一対のプーリ４が接近または離反する方向に移動し、Ｖ型溝のプーリ幅が変化する。

歯付きリング３は三つ以上のガイドローラ１，１ａで外周から拘束されているため、中心軸がなくても回転が可能である（心なしローラ）。ガイドローラ１はアーム１３で連結されており、アーム１３を旋回させることによって中心Ｏ₁回りに歯付きリング３の回転中心を移動させることができる。したがって、歯付きリング３の外周に切られた歯は歯車２と常に噛みあった状態にある。歯付きリング３とプーリ４間のすきまが生じないようにプーリ４とアーム１３を制御すれば、歯付きリング３が中心Ｏ₁回りに移動することにより、プーリ４との接触点が変化し、一定の歯車２の回転数に対し、プーリ４の速度を連続的に変えることができる。このようにして、いわゆるＣＶＴが構成される。

プーリ４を支持する第一の軸７を入力側とすると、歯付きリング３を押し込んだ状態が減速状態となる。伝達トルクが同じであれば、歯付きリング３を押し込んだときのプーリ４による挟みつけ力は大きくすべきで、逆に歯付きリング３とプーリ４との接触点が大径側にあるときは小さくてもよい。挟み込み力によるプーリ４の曲げ応力を考えた場合、大径接触時の挟み込み力を軽減できる、プーリ４を入力とするこの方法が、出力とするよりもベターである。

図１に矢印で示す方向にプーリ４から回転力が入力されると、プーリ４から歯付きリング３に力Ｆが作用し、ほぼ同じ大きさの力が歯車２から作用する。歯車２からの反力が歯付きリング３をプーリ４間に押し込む方向に働くため、伝達トルクの増大に伴い自動的に接触力が大きくなる。すなわち、リング３に対する第二の軸６からの反力がリング３をプーリ４間に押し込む方向に作用するように第二の軸６の位置が設定されている。

本発明の実施の形態を示すトラクションドライブ式無段変速機の構想図である。トラクションドライブ式無段変速機の断面図である。ａはフェイスクラッチを例示する分解斜視図、ｂはフェイスクラッチの作動要領を示す側面図である。従来の技術を示す断面図である。ａは従来の技術を示す断面図、ｂは斜視図である。

符号の説明

１，１ａガイドローラ
２歯車
３歯付きリング
４プーリ
５接触部
６第二の軸
７第一の軸
８ガイド面
９プーリ幅調節機構
１０ケーシング
１２スプライン
１３アーム
１５スラスト軸受
１７スリーブ
１８連結部
２０噛み合い部
２１可動フェイスカム
２２固定フェイスカム
２３歯車

Claims

ケーシングに回転自在に支持された入力軸又は出力軸となる第一の軸と、第一の軸に支持されたプーリ幅が可変のＶ型プーリと、ケーシングに回転自在に支持された出力軸又は入力軸となる第二の軸と、Ｖ型プーリ及び第二の軸にそれぞれ係合して両軸間でトルクを伝達するリングと、リングを第二の軸回りに移動させるための機構とを有し、前記リングに対する第二の軸からの力が前記リングをプーリ間に押し込む方向に作用するように第二の軸の位置を設定し、
前記リングを移動させるための機構が、前記第二の軸回りに旋回可能に支持されたアームと、前記リングの外周に配置された少なくとも３個のガイドローラとを有し、各ガイドローラがアームに回転自在に支持され、
第一の軸と同軸に支持された一対の可動フェイスカムおよび固定フェイスカムを有し、可動フェイスカムは第一の軸の軸方向に移動可能で、かつ、プーリと直接または間接に接しており、他方のフェイスカムはケーシングに固定されており、可動フェイスカムが回転すると固定フェイスカムと接近または離反するようになっており、可動フェイスカムがアームの旋回と連動して回転することを特徴とするトラクションドライブ式無段変速機。
第二の軸に固定された歯車を有し、前記リングが、前記歯車の歯と噛み合う歯と、平滑な円筒状ガイド面を有し、前記ガイド面にて前記ガイドローラと接することを特徴とする請求項１に記載のトラクションドライブ式無段変速機。
前記ガイドローラが前記リングと転がり接触することを特徴とする請求項１または２に記載のトラクションドライブ式無段変速機。
前記ガイドローラが前記リングと滑り接触することを特徴とする請求項１または２に記載のトラクションドライブ式無段変速機。
プーリ幅の移動と前記リングの移動が連動することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のトラクションドライブ式無段変速機。
アームの旋回軸と同軸に歯車を支持させ、可動フェイスカムに形成した歯と噛み合わせたことを特徴とする請求項１に記載のトラクションドライブ式無段変速機。
第一の軸を入力軸とし、第二の軸を出力軸としたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のトラクションドライブ式無段変速機。