JP4839011B2 - 無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、可動プーリーとでアクチュエータを構成するプランジャと、該プランジャの軸方向への移動を拘束する止め部材との間で作用する力の作用箇所を制御することが出来る止め構造を有した無段変速機に関する。

ベルト式の無段変速機は、固定プーリーと可動プーリーからなるプライマリプーリー（原動プーリー）と、同じく固定プーリーと可動プーリーからなるセカンダリプーリー（従動プーリー）との間に、動力伝達要素であるベルトを架け渡して構成されており、各可動プーリーを、各可動プーリーにそれぞれ併設した油圧アクチュエータによって固定プーリーに対して接近或いは離れる方向に移動させて、ベルトが巻き掛けられるプーリー溝幅を変えることにより、プライマリプーリーとセカンダリプーリーのベルトの巻き付け径を変化させて変速比を無段階に変えるようにしてある。

このようなベルト式の無段変速機では、従来より、セカンダリプーリーの可動プーリーを移動させるアクチュエータのプランジャ部分が取り付けられる軸において、この軸の端部にネジ溝を設け、このネジ溝にナットを螺合して、このナットによりプランジャの軸方向の移動を拘束する、プランジャの止め（固定）構造が採用されている。この止め構造の加工、組立管理、コスト及び寸法面での種々の課題を解決するものとして、例えば軸の端部にリング溝を設け、このリング溝内にリング部材を嵌め込んだ、プランジャの止め構造が提案されている（特許文献１）。

特開平８−１４３４８号公報

上述したプランジャ止め構造では、ネジ溝にナットを螺合させた止め構造に比して加工が簡単で、また単純な組み立て作業により簡単に組み立てられることから組立管理が容易であり、このため加工、組立コストを大幅に削減することができ、また軸方向長さ寸法を短く設定することが可能となる等の点で優れている。しかし、軸に嵌め込み用のリング溝を設け、このリング溝内にリング部材を嵌め込む構造で、リング溝とリング部材との間には多少なりとも隙間（回避することができない隙間）が存在しているため、新たな課題が生じることが本発明者によって見出された。

例えば、図５又は図６で示すように、リング部材５０は、その垂直な平面５１でプランジャ６０の内径部付近の同じく垂直な平面６１と接触して、プランジャ６０からの力（荷重）を受け止める一方、リング状部５０からプランジャ６０に反力を作用させて、プランジャ６０の軸方向の移動を拘束している（図５又は図６の実線部分を参照）。ところが、上述した隙間の存在によって、図５又は図６の二点鎖線に示すように、リング部材５０がリング溝７０内で傾く（揺動する）ことがあり、この結果、リング部材５０からプランジャ６０への反力の作用箇所が定まらずに変化する。例えば、図５に示す場合では、同図の二点鎖線に示すように、リング部材５０の平面５１のリング溝７０から離れた箇所５２からプランジャ６０の平面６１に反力が作用し、この反力によりプランジャ６０の内径部６２を支点とした曲げモーメントが発生し、この内径部６２に応力集中が生じる。また、図６に示す場合では、同図の二点鎖線に示すように、リング部材５０の平面５１のリング溝７０に近い箇所５３からプランジャ６０の平面６１に反力が作用し、この反力によりプランジャ６０の内径部６２を支点とした曲げモーメントが発生し、該内径部６２に応力集中が生じる。プランジャ６０はその内径部６２に繰り返し生じる応力集中に耐えるように強度設計がなされているが、上述の如くリング部材５０との接触箇所が定まらないことから、発生する曲げモーメントの大きさが変化する。このため、発生する一番大きな曲げモーメントを基準にして、これに耐えるようにプランジャ６０の強度設計を（許容応力値を設定）する必要があった。

また、リング部材５０についても同様に曲げモーメントが発生し、プランジャ６０との接触箇所によって発生する曲げモーメントの大きさが変化する。例えば、図５に示す場合では、上述したようにリング部材５０のリング溝７０から離れた箇所５２からプランジャ６０の平面６１に反力が作用しているが、このときリング部材５０は、リング溝７０内に嵌め込まれたリング部材５０の基部５４を支点として比較的大きな曲げモーメントが発生し、また図６に示す場合では、上述したようにリング部材５０のリング溝７０に近い箇所５３からプランジャ６０の平面６１に反力が作用しているが、このときリング部材５０はリング溝７０内に嵌め込まれたリング部材５０の基部５４を支点として比較的小さな曲げモーメントが発生する。このため、一番大きな曲げモーメントを基準にして、これに耐えるようにリング部材５０の強度設計を（許容応力値を設定）する必要があった。

さらに、リング部材５０は、プランジャ６０から繰り返し荷重を受けることから、強度をもたせるために比較的高剛性の材料から形成されているが、リング溝７０は、切削加工等して形成する関係上、リング溝７０表面の強度（硬度）を余り大きく（硬く）することが出来ず、リング部材５０がリング溝７０内で繰り返し傾く（揺動する）ことによって、リング溝７０の内面が削られてリング部材５０とリング溝７０との間の隙間が更に拡がるおそれがある。この隙間が拡がることにより、リング部材５０とプランジャ６０との接触箇所が更に変化する傾向になり、プランジャ６０やリング部材５０の強度設計において、このような不確定要素も考慮する必要があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、リング部材（止め部材）からプランジャに作用する反力（荷重）の作用箇所を制御することによって、プランジャやリング部材（止め部材）に発生する曲げモーメントの大きさを減少或いは一定に維持し、応力集中を低減或いは緩和させることが可能な、プランジャの止め構造を有する無段変速機を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の無段変速機は、回転軸（例えば図１のセカンダリ軸２３参照）と一体に形成された固定プーリー（例えば図１の固定プーリー２８参照）と、この固定プーリーと対向し且つ前記回転軸に軸方向に移動可能に配置された可動プーリー（例えば図１の可動プーリー２９参照）と、前記回転軸上に軸方向に移動可能に配置され、前記可動プーリーとの間でアクチュエータを構成するプランジャ（例えば図１のプランジャ３５参照）と、前記回転軸の、前記プランジャが配置される他端部寄りの外周面に設けた周溝（例えば図１の周溝３６参照）に嵌め込まれ、前記周溝の溝幅と略同一の肉厚に設定され、前記プランジャの軸方向への移動を拘束する止め部材（例えば図１のコッタ３７参照）とを備え、前記アクチュエータにより前記可動プーリーを移動制御する無段変速機において、前記止め部材と前記プランジャとの接触部（例えば図１の面部３５ｂ参照）において、この接触部で前記止め部材から前記プランジャに作用する力或いは前記プランジャから前記止め部材に作用する力の作用箇所の位置を、前記止め部材が前記周溝内で揺動しても略一定に制御する隆起部を前記止め部材に設けてなることを特徴とする。

また、請求項２に記載の無段変速機は、上述の隆起部（例えば図２の段差形状の隆起部３８又は図３の突起形状の隆起部３８参照）を前記プランジャに設けてなることを特徴とする。すなわち、本発明の無段変速機は、止め部材とプランジャとの接触部において、止め部材か或いはプランジャの何れか一方に隆起部を設けて、該隆起部により止め部材からプランジャに作用する力或いはプランジャから止め部材に作用する力の作用点の位置を制御することにより、プランジャの所要箇所（例えば図１の内径部３５ａ参照）に発生する曲げモーメントの大きさをコントロール（曲げモーメントの大きさ減少させ、あるいは曲げモーメントの大きさが略一定になるように）している。

前記隆起部としては、例えば、前記プランジャの前記止め部材との接触面の何れか一方に設けた段差形状又は突起形状の隆起部である（請求項３）。

本発明の無段変速機によれば、止め部材とプランジャの何れか一方に隆起部を設けて、止め部材からプランジャに作用する力或いはプランジャから止め部材に作用する力の作用箇所を制御するようにしてあるので、
（１）プランジャや止め部材に発生する曲げモーメントを、それらの形状、剛性、止め部材と溝との間の隙間などに合わせてコントロール（曲げモーメントの大きさを小さく或いは略一定にコントロール）することができる。
（２）プランジャや止め部材の強度設計において必要以上に許容応力値を大きくしなくても済む。すなわち、プランジャや止め部材に余分な増肉や板厚の増加などをすることなくても応力集中を緩和することが出来る。
（３）隆起部により、止め部材と溝との間の隙間に起因するがたつきを吸収することができ、止め部材によって溝の内面が削られて隙間が拡がるおそれがない。

また、隆起部を段差形状又は突起形状にした場合には、
（４）金型により成型加工することにより、簡単に設けることができ、隆起部を設けることによるコスト変動が生じない。
（５）金型でプランジャや止め部材を成型する場合、プランジャや止め部材の成型加工時に同時に隆起部を成型することができ、コスト変動が生じない。

以下本発明の無段変速機の一実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。

先ず、本実施態様の無段変速機の動力伝達系について、図４を参照して説明する。エンジン１０の回転駆動力は、出力軸１１から無段変速部１２、終減速部（ファイナルギヤ）１３及びディファレンシャル装置１４等を介して駆動輪１５を支持する駆動軸１６に伝達される。無段変速部１２は、トルクコンバータ１７、前後進切換装置１８及び無段変速機２０により構成される。図示しないが、出力軸１１はトルクコンバータ１７のインペラに連結され、トルクコンバータ１７のタービンが前後進切換装置１８のプラネタリ入力軸に連結される。

前後進切換装置１８は、図示しないが、プラネタリギヤ、フォワードクラッチ及びリバースブレーキなどを内蔵しており、フォワードクラッチとリバースブレーキが共に開放状態にあるとき、ニュートラル状態となる。また、フォードクラッチのみを作用させると、プラネタリギヤが一体回転して、トルクコンバータ１７のタービンからの動力を無段変速機２０にそのまま伝達する。さらに、フォードクラッチを開放し、リバースブレーキを作用させると、プラネタリギヤを介してトルクコンバータのタービンからの動力を逆転させた状態で無段変速機２０に伝達する。

無段変速機２０は、前後進切換装置１８に連結されるプライマリ軸（原動軸）２１に配置されるプライマリプーリー２２と、終減速部（ファイナルギヤ）１３に連結されるセカンダリ軸（従動軸：回転軸）２３に配置されるセカンダリプーリー２４と、これらプライマリプーリー２２とセカンダリプーリー２４に巻き掛けられる駆動ベルト２５とを備える。

プライマリプーリー２２は、プライマリ軸２１と一体的に形成された円錐台形状の固定プーリー２６と、この固定プーリー２６に対向し且つプライマリ軸２１上で軸方向に移動可能に配置された同じく円錐台形状の可動プーリー２７とを備え、この可動プーリー２７の背面側（固定プーリー２６と対向しない側）にプライマリ油圧室（アクチュエータ）３０が配置される。このプライマリ油圧室３０は、プライマリ軸２１に取り付けられるカップ状のシリンダ３１と、可動プーリー２７に取り付けられてシリンダ３１内で軸方向に移動するプランジャ３２とから構成され、プライマリ油圧室３０に作用する油圧により可動プーリー２７をプライマリ軸２１上で軸方向に移動制御する。なお、図示していないが、シリンダ３１の開放端側には、中央に開口部を有するカバーが取り付けられ、このカバーとプランジャ３２の背面側との間にプライマリ油圧室３０の遠心油圧を相殺するためのバランスチャンバが形成される。

セカンダリプーリー２４も、同様に、セカンダリ軸２３と一体的に形成された円錐台形状の固定プーリー２８と、この固定プーリー２８に対向し且つセカンダリ軸２３上で軸方向に移動可能に配置された同じく円錐台形状の可動プーリー２９とを備え、この可動プーリー２９の背面側（固定プーリー２８と対向しない側）にセカンダリ油圧室（アクチュエータ）３３が配置される。セカンダリ油圧室３３は、可動プーリー２９に一体的に設けられるカップ状のシリンダ３４と、セカンダリ軸２３に対し軸方向の移動が規制されるように取り付けられると共にシリンダ３４内でシリンダ３４に対して相対的に軸方向に移動するプランジャ３５とから構成され、セカンダリ油圧室３３に作用する油圧により可動プーリー２９をセカンダリ軸２３上で軸方向に移動制御する。なお、図示していないが、シリンダ３４の開放端側には、中央に開口部を有するカバーが取り付けられ、このカバーとプランジャ３５の背面側との間にセカンダリ油圧室３３の遠心油圧を相殺するためのバランスチャンバが形成される。

図示しないオイルポンプの吐出圧を調整したライン圧がセカンダリ油圧室３３に供給され、またライン圧を減圧したプライマリ圧がプライマリ油圧室３０に供給されて、これらセカンダリ油圧室３３、プライマリ油圧室３０に供給される作動油の油圧により、可動プーリー２７，２９を介してトルク伝達に必要な張力が駆動ベルト２５に付与され、プライマリプーリー２２とセカンダリプーリー２４のＶ字プーリー溝の幅（駆動ベルト２５の巻き付け径）を可変させて変速比が制御される。

本実施態様では、上述したセカンダリプーリー２４に本発明の止め構造が配置される。

以下、図１乃至図３を参照して、この止め構造について詳細に説明する。

図１に示すように、セカンダリ軸２３は、その一端部が軸受け４０により、その他端部が軸受け４１により、上述したプライマリ軸２１と平行状態で回動可能に支持される。セカンダリ軸２３の、軸受け４１により支持され、またプランジャ３５が配置される他端部寄りの外周面には周溝３６が形成され、この周溝３６には止め部材として一対の半円弧状のリング部材からなるコッタ３７が嵌め込まれる。このコッタ３７は、周溝３６の溝幅と略同一の肉厚に設定されており、プランジャ３５に当接してプランジャ３５がセカンダリ軸２３の他端部側に移動するのを拘束する。なお、セカンダリ油圧室３３には、セカンダリ軸２３に形成された油穴４３と可動プーリー２９に形成した油穴４４を介して作動油が供給される。

プランジャ３５の内径部３５ａ側であってコッタ３７に当接する側の面部３５ｂには、図２又は図３に示すような、先端が平坦な隆起部３８が形成される。この隆起部３８は、プランジャ３５とコッタ３７との接触箇所を制御するもので、例えばプランジャ３５を成型する際に、図２に示すように段差形状、又は図３に示すように突起形状に形成される。

隆起部３８は、油穴４３，４４を介してセカンダリ油圧室３３に供給される作動油の油圧を受けたプランジャ３５からの力（荷重）により、コッタ３７が周溝３６内で傾いても（揺動しても）、プランジャ３５とコッタ３７との接触箇所を略一定に制御することが出来る。

すなわち、プランジャ３５の面部３５ｂ全体がコッタ３７と接触するわけではなく、隆起部３８を介して比較的限定された狭い面積でコッタ３７と接触するようにした点と、コッタ３７と周溝３６との間の隙間に起因するがたつきを隆起部３８がコッタ３７を周溝３６内の一方の壁面に押さえ付けることにより可及的に少なくするようにした点などによって、コッタ３７が周溝３６内で傾いても（揺動しても）、この傾き（揺動）をわずかなものにし、コッタ３７の傾き方向、傾き度合いによってプランジャ３５とコッタ３７との接触箇所が大きく変化（図５及び図６参照の二点鎖線参照）しないようにして、接触箇所を略一定に制御するようにしてある。

したがって、隆起部３８の形状、形成位置などによって、プランジャ３５とコッタ３７との接触箇所を、プランジャ３５の内径部３５ａに発生する曲げモーメントが可及的に少なくなるように制御（設定）し、或いはコッタ３７の傾き方向、度合いにより曲げモーメントの大きさが変化しないように略一定に維持することが可能となり、このためプランジャ３５やコッタ３７の強度設計において必要以上に大きく許容応力値を設定しなくても済み、またプランジャ３５やコッタ３７の肉厚を増加させることなく、曲げモーメントによる応力集中を緩和することが出来る。また、隆起部３８によってコッタ３７が周溝３６内の一方の内壁に押さえ付けられ、傾き（揺動）は抑えられことから、コッタ３７が周溝３６内で繰り返し傾いて（揺動して）コッタ３７により周溝３６が削られる等してコッタ３７と周溝３６との間の隙間が拡がるようなおそれはない。

例えば、図２に示すように、隆起部３８を、プランジャ３５の面部３５ｂの略半分にわたって形成した（コッタ３７の周溝３６内に嵌め込んだ部分から離れた箇所で接触するようにした）場合には、プランジャ３５からコッタ３７に略等分布荷重状態で荷重（押圧力）が作用し、コッタ３７を周溝３６内の一方の内壁に安定した状態で押し付けることができ、この結果、コッタ３７と周溝３６との間のがたつき（コッタ３７の傾き）を可及的に少なく抑えることができる。

また、図３に示すように、隆起部３８を、プランジャ３５の面部３５ｂの中央部に形成した場合には、コッタ３７の周溝３６内に嵌め込んだ部分（コッタ３７に生じる曲げモーメントの支点となる部分）から最も離れた箇所にプランジャ３５からコッタ３７に荷重が作用するようなことがなく、コッタ３７と周溝３６との嵌め込み部分を支点としてコッタ３７に発生する曲げモーメントを小さくすることができ、プランジャ３５から作用する荷重に耐えるようにコッタ３７の肉厚を必要以上に厚くする必要がない。

上述した本実施態様の止め構造によれば、セカンダリ軸２３の他端部側にネジ溝を形成し、このネジ溝にナットを螺合してプランジャ３５の止め構造を構成する場合に比し、加工が簡単で、また単純な組み立て作業により簡単に組み立てられることから組立管理が容易であり、このため加工、組立コストを大幅に削減することができ、また軸方向長さ寸法を短く設定することが可能となる。また、単にコッタ３７を周溝３６内に嵌め込んでプランジャ３５の止め構造を構成する場合に比し、プランジャ３５に発生する曲げモーメントを制御（曲げモーメントの大きさを小さく或いは略一定に制御）することができ、またプランジャ３５の強度設計において必要以上に許容応力値を大きくしなくても済み、さらにコッタ３７と周溝３６との間の隙間に起因するがたつきを吸収することができる上にコッタ３７によって周溝３６が削られて隙間が拡がるおそれもない。

なお、上記実施態様では、隆起部３８をプランジャ３５に設けた場合を示したが、これに限定されず、コッタ３７のプランジャ３５と接触する面側に設けてもよい。

また、隆起部３８の形状として図２又は図３に示すものに限定されず、略半球状に形成することも可能である。但しこの場合には、プランジャ３５とコッタ３７との接触面積が小さく、プランジャ３５からの荷重でコッタ３７を周溝３６内の一方の内壁に押し付ける際には、安定した状態で押し付けることが出来るような工夫、例えば、コッタ３７の中央部に押圧力が作用するように隆起部３８を形成したり、複数の隆起部３８でコッタ３７を押し付けるようにしたりするなどの工夫が必要となる。

また、本発明をセカンダリプーリー２４に適用した場合を示したが、プライマリプーリー２２のプライマリ油圧室３０の構成がセカンダリ油圧室３３のような構成になった場合には、プライマリプーリー２２に適用することが出来ることは勿論である。

本発明の無段変速機の要部を示す部分断面図である。 図１中のプランジャに形成される隆起部の一実施態様を示す、部分拡大断面図である。 図１中のプランジャに形成される隆起部の別の実施態様を示す、部分拡大断面図である。 本発明の無段変速機を備えた無段変速装置の動力伝達系の概略を示す説明図である。 従来技術の課題を説明するための部分拡大断面図である。 従来技術の課題を説明するための別の部分拡大断面図である。

符号の説明

２０ 無段変速機
２１ プライマリ軸
２２ プライマリプーリー
２３ セカンダリ軸（回転軸）
２４ セカンダリプーリー
２５ 駆動ベルト
２６ 固定プーリー
２７ 可動プーリー
２８ 固定プーリー
２９ 可動プーリー
３３ セカンダリ油圧室
３４ シリンダ
３５ プランジャ
３６ 周溝（嵌め込み溝）
３７ コッタ（止め部材）
３８ 隆起部

Claims (3)

1. 回転軸と一体に形成された固定プーリーと、
   この固定プーリーと対向し且つ前記回転軸に軸方向に移動可能に配置された可動プーリーと、
   前記回転軸上に軸方向に移動可能に配置され、前記可動プーリーとの間でアクチュエータを構成するプランジャと、
   前記回転軸の、前記プランジャが配置される他端部寄りの外周面に設けた周溝に嵌め込まれ、前記周溝の溝幅と略同一の肉厚に設定され、前記プランジャの軸方向への移動を拘束する止め部材とを備え、
   前記アクチュエータにより前記可動プーリーを移動制御する無段変速機において、
   前記止め部材と前記プランジャとの接触部において、この接触部で前記止め部材から前記プランジャに作用する力或いは前記プランジャから前記止め部材に作用する力の作用箇所の位置を、前記止め部材が前記周溝内で揺動しても略一定に制御する隆起部を前記止め部材に設けてなることを特徴とする無段変速機。
2. 回転軸と一体に形成された固定プーリーと、
   この固定プーリーと対向し且つ前記回転軸に軸方向に移動可能に配置された可動プーリーと、
   前記回転軸上に軸方向に移動可能に配置され、前記可動プーリーとの間でアクチュエータを構成するプランジャと、
   前記回転軸の、前記プランジャが配置される他端部寄りの外周面に設けた周溝に嵌め込まれ、前記周溝の溝幅と略同一の肉厚に設定され、前記プランジャの軸方向への移動を拘束する止め部材とを備え、
   前記アクチュエータにより前記可動プーリーを移動制御する無段変速機において、
   前記止め部材と前記プランジャとの接触部において、この接触部で前記止め部材から前記プランジャに作用する力或いは前記プランジャから前記止め部材に作用する力の作用箇所の位置を、前記止め部材が前記周溝内で揺動しても略一定に制御する隆起部を前記プランジャに設けてなることを特徴とする無段変速機。
3. 前記隆起部が段差形状又は突起形状の隆起部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の無段変速機。

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