JP4848978B2 - ベルト式無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、ベルト式の無段変速機に関し、特に、回転軸間の動力伝達を遮断可能な無段変速機に関する。

ベルト式の無段変速機は、通常、入力軸と係合して一体に回転する入力側プーリと、出力側と係合して一体に回転する出力側プーリとを有しており、これら入力側及び出力側プーリにより形成されたＶ字状の溝にベルトが巻き掛けられている。ベルト式無段変速機は、入力側及び出力側プーリにおいて溝幅（以下、プーリ幅と記す）を変化させて、プーリに巻き掛けられたベルトの巻き付け径を変化させることで、変速比を変化させている。

ベルト式無段変速機の入力側プーリは、一般的に、入力軸に固定された固定シーブと、入力軸に係合しており、固定シーブに対して入力軸の軸方向に移動可能な可動シーブを有しており、油圧等により可動シーブを軸方向に移動させることで、プーリ幅を変化させている。出力側プーリは、入力側プーリと同様に、出力軸に固定された固定シーブと、出力軸に係合し、固定シーブに対して出力軸の軸方向に移動可能な可動シーブとを有しており、プーリ幅が変化可能に構成されている。入力側及び出力側プーリにおいて、それぞれのプーリ幅を変化させることで、ベルト式無段変速機は、変速比を変化させることが可能となっている。

このようなベルト式無段変速機を搭載した車両において、車両停止中には、原動機からの機械的動力を車輪に伝達させないことが望まれている。特に、原動機が内燃機関である場合、車両の発進と停止に即応して内燃機関の作動と非作動を切り替えることは困難であるため、原動機からの機械的動力を駆動輪に伝達する動力伝達機構において、動力伝達を遮断する技術が求められている。例えば、下記の特許文献１に記載の技術では、動力伝達装置において、ベルト式無段変速機の外部に、動力伝達を遮断するためのクラッチ装置を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、下記の特許文献２には、ベルト式無段変速機の入力軸と出力軸の回転軸間において、動力伝達を遮断する技術が開示されている。このベルト式無段変速機では、入力軸（駆動回転軸）上に、ベアリングを介して正逆自在に回転可能なベルト乗上げローラを設けている。この無段変速機は、入力側プーリ（駆動プーリ）の可動シーブを固定シーブに対して最大に離隔させることで、可動シーブ及び固定シーブからベルトを離して入力側プーリとベルトとを非係合状態にすると共に、入力側プーリに巻き掛けられていたベルトをベルト乗上げローラに乗上げさせている。これにより、特許文献２の無段変速機は、入力軸（駆動回転軸）と出力軸との間における動力伝達を遮断している。

特公平６−６７６９３号公報 特開２００２−１６１９５６号公報

ところで、特許文献１に記載の技術では、ベルト式無段変速機の出力軸の外側に、別途、発進クラッチ装置が設けられているため、無段変速機を含めた動力伝達装置の寸法が大きくなってしまうという問題がある。また、このような発進クラッチ装置は、通常、油圧や電磁力により駆動されるものであるため、発進クラッチ装置において係合と非係合を切換えるごとに、発進クラッチ装置を駆動するためのエネルギが必要となる。

また、特許文献２に記載の技術では、入力側プーリとベルトとを係合状態にするため、可動シーブを移動させて、乗り上げローラ上にあるベルトを固定シーブとの間に挟み込むと、入力軸と共に回転している可動シーブ及び固定シーブが、静止しているベルトの側面（フランク面）に急に当接するため、ベルトの側面が磨耗してしまうという問題が生じる。ベルトの側面は、動力伝達時において、入力側及び出力側プーリと接する部位であるため、ベルト式無段変速機には、極力、ベルトの側面を損耗させないようにする必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、変速機の内部において動力伝達の遮断を可能にしつつ、ベルトの損耗を抑制可能なベルト式無段変速機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る無段変速機は、２つの回転軸にそれぞれ係合している２つのプーリと、２つのプーリに巻き掛けられて、一方の回転軸からの機械的動力を他方の回転軸に伝達可能なベルトと、一方の回転軸を中心として正逆自在に回転可能に構成され、ベルトを当該回転軸側から支持可能な回動機構と、回転軸の回転を回動機構に伝達可能なクラッチ機構が設けられている無段変速機において、前記一方の回転軸に係合しているプーリが、前記一方の回転軸に固定された固定シーブと、前記一方の回転軸に係合しかつ軸方向に移動可能な可動シーブと、を備え、かつ、前記クラッチ機構が、前記可動シーブに設けられた押圧部材と、前記押圧部材と前記軸方向に相対しかつ前記回動機構と一体に回転可能であるとともに前記軸方向に移動可能な摩擦相手板と、前記摩擦相手板と前記軸方向に相対しかつ前記一方の回転軸と一体に回転可能であるとともに前記軸方向に移動可能で前記摩擦相手板と係合可能な摩擦板と、を備えているとともに、前記クラッチ機構が、前記固定シーブと前記可動シーブとの双方が前記ベルトの側面から離間しかつ前記押圧部材と前記摩擦相手板とが互いに離間しているとともに前記回転機構が前記ベルトを前記回転軸側から支持して前記一方の回転軸と前記ベルトとの間の動力伝達が遮断されている状態から、前記可動シーブが前記固定シーブに近づいて、前記可動シーブが前記ベルトの側面に接する前に、前記押圧部材と前記摩擦相手板とが互いに当接し、前記摩擦板と前記摩擦相手板とが係合して、前記一方の回転軸の回転が摩擦板と摩擦相手板を介して回動機構に伝達されることを特徴とする。

本発明に係る無段変速機において、無段変速機は、自動車に搭載されるものとすることができ、２つの回転軸は、内燃機関からの機械的動力を受ける入力軸と、駆動輪に向けて機械的動力を出力する出力軸であるものとすることができる。

本発明に係る無段変速機において、回動機構及びクラッチ機構は、入力軸を中心に設けられているものとすることができる。

本発明に係る無段変速機において、各プーリは、回転軸に固定された固定シーブと、固定シーブに対して回転軸の軸方向に移動可能な可動シーブとを有するものであり、回動機構は、前記一方の回転軸に係合しているプーリの固定シーブと可動シーブの間に設けられ、クラッチ機構は、前記一方の回転軸に係合しているプーリの固定シーブ又は可動シーブと回動機構との間に設けられているものとすることができる。

本発明に係る無段変速機において、前記一方の回転軸に係合しているプーリの可動シーブ又は固定シーブには、クラッチ機構の少なくとも一部を収容可能に、回転軸を軸心とする筒状の凹部が設けられてものとすることができる。

本発明に係る無段変速機において、クラッチ機構は、前記一方の回転軸と一体に回転する前記摩擦板と、摩擦板を挟み込むよう配設され、摩擦板と係合することで前記一方の回転軸からの機械的動力を回動機構に伝達可能な前記摩擦相手板と、前記一方の回転軸に係合しているプーリ幅が所定の幅より小さくなると、摩擦板と摩擦相手板を係合させる前記押圧部材とを備え、前記押圧部材が摩擦板と摩擦相手板を係合させると、前記一方の回転軸の回転が摩擦板と摩擦相手板を介して回動機構に伝達されるものとすることができる。

本発明に係る無段変速機において、摩擦板及び摩擦相手板は、前記一方の回転軸に対し略直交して延びている板状部材であり、前記押圧部材は、前記一方の回転軸に係合しているプーリに設けられ、プーリ幅が変化するに従って回転軸の軸方向に移動して、摩擦板又は摩擦相手板を押圧するものとすることができる。

本発明に係る無段変速機において、前記一方の回転軸に係合しているプーリには、回動機構の少なくとも一部を収容可能に、前記一方の回転軸に係合しているプーリの中央から回転軸の軸方向を外側に延びる凹部が設けられており、押圧部材は、凹部の底部から回転軸の軸方向に突出して延びている部材であるものとすることができる。

本発明によれば、クラッチ機構が回転軸の回転を回動機構に伝達するので、回動機構により回転軸側からベルトが駆動されて、プーリとベルトは、ベルトが静止している場合に比べて、速度差が小さい状態で当接することができる。回動機構が回転軸とベルトとの間における動力伝達の遮断を可能にしつつ、回転しているプーリが静止しているベルトに当接することがないため、ベルトの損耗を抑制することができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

まず、本実施例に係る無段変速機が適用される自動車の概略構成について、図１を用いて説明する。図１は、自動車の概略構成を示す模式図である。

図１に示すように、自動車１には、駆動輪９５を駆動するための原動機として、内燃機関５が設けられている。内燃機関５は、図示しない燃料噴射装置、点火装置、及びスロットル弁装置を備えており、これら装置は、図示しない車両用の電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）により制御される。これによりＥＣＵは、内燃機関５が発生する機械的動力を調整することが可能となっている。内燃機関５が発生した機械的動力は、クランク軸６から出力される。

また、自動車１には、内燃機関５がクランク軸６から出力した機械的動力を、変速機に伝達する動力伝達装置として、クランク軸６のトルク変動を低減させるダンパ７と、ダンパ７から伝達された回転の方向を切換えて自動車１の前後進を可能にする前後進切換機構９と、前後進切換機構９からの回転を変速してトルクを変化させるベルト式無段変速機２０（以下、単に「ＣＶＴ」と記す）が設けられている。内燃機関５のクランク軸６は、ダンパ７に結合されており、ダンパ７は、前後進切換機構９のサンギアに結合されている。

前後進切換機構９は、ダブルピニオン式（デュアルプラネタリ式）のプラネタリギアで構成されており、キャリアとサンギアを係合可能なフォワードクラッチ９ｃと、リングギアをハウジングに係合可能なリバースブレーキ９ｂを備えている。フォワードクラッチ９ｃを係合し、リバースブレーキ９ｂを解放することで、内燃機関５のクランク軸６からの機械的動力は、回転方向をそのままに、ＣＶＴ２０の入力軸２２に伝達される。一方、フォワードクラッチ９ｃを解放し、リバースブレーキ９ｂを係合することで、クランク軸６からの機械的動力は、回転方向を逆向きに変え、且つ回転速度を減速してトルクを増大させて、ＣＶＴ２０の入力軸２２に伝達される。このようにして、内燃機関５のクランク軸６から出力された機械的動力は、ダンパ７でトルク変動が低減され、前後進切換機構９を介して、ＣＶＴ２０の入力軸２２に伝達される。なお、ダンパ７を、前後進切換機構９を介さずに、直接、ＣＶＴ２０の入力軸２２に結合するものとしても良い。

ＣＶＴ２０は、入力軸２２と係合して、入力軸２２と一体に回転する入力側プーリ２４と、出力軸３３と係合して出力軸３３と一体に回転する出力側プーリ３５とを有している。入力側プーリ２４及び出力側プーリ３５は、それぞれＶ字形状の溝が形成されており、この溝に同じくＶ字形状をなすベルト６０が巻き掛けられている。なお、本実施例に係るＣＶＴ２０の詳細な構造については、後述する。

ＣＶＴ２０は、入力側プーリ２４及び出力側プーリ３５において溝幅（以下、プーリ幅と記す）を変化させることで、プーリに巻き掛けられたベルト６０の巻き掛け径を変化させることが可能となっている。入力側プーリ２４及び／又は出力側プーリ３５においてベルト６０の巻き掛け径を変化させることで、ＣＶＴ２０は、入力軸２２の回転速度と出力軸３３の回転速度の比率である変速比を変化させることができる。このようにして、ＣＶＴ２０は、内燃機関５からの機械的動力を、入力軸２２で受けて、内部で変速比を連続的に変化させて、出力軸３３から出力することが可能となっている。

また、自動車１には、ＣＶＴ２０が出力軸３３から出力した機械的動力を、駆動輪９５に伝達する動力伝達装置として、ＣＶＴ２０の出力軸３３からの回転を減速してトルクを増大させる減速機構７０と、減速機構７０からの機械的動力を、左右の駆動軸９０に分配して出力する差動装置８０が設けられている。ＣＶＴ２０からの機械的動力は、減速機構７０により回転速度を減速しトルクを増大させて、差動装置８０に伝達され、差動装置８０により左右の駆動軸９０に分配されて駆動輪９５を駆動する。

次に、本実施例に係るベルト式無段変速機（ＣＶＴ）の構成について、図２を用いて説明する。図２は、ＣＶＴの全体構成を示す縦断面図である。なお、図２には、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。

ＣＶＴ２０は、内燃機関５からの機械的動力を受ける回転軸である入力軸２２と、入力軸２２と同軸に設けられ同期回転する入力側プーリ２４と、入力軸２２に対して所定の間隔をあけて平行に設けられ、減速機構７０に機械的動力を出力する回転軸である出力軸３３と、出力軸３３と同軸に設けられ同期回転する出力側プーリ３５と、入力側プーリ２４と出力側プーリ３５に巻き掛けられて、入力軸２２からの機械的動力を出力軸３３に伝達するベルト６０とを有している。

入力軸２２は、原動機側すなわち内燃機関５のクランク軸６側にある前後進切換機構９のキャリアに結合されている、入力軸２２は、内燃機関５のクランク軸６からの機械的動力を受けて、これを入力側プーリ２４に伝達する。一方、出力軸３３は、駆動輪９５側、すなわち減速機構７０に係合している。出力軸３３は、出力側プーリ３５から受けた機械的動力を、駆動輪９５に向けて出力する。これら２つの回転軸、入力軸２２と出力軸３３には、それぞれ入力側プーリ２４と出力側プーリ３５が係合している。

入力側プーリ２４は、入力軸２２の軸方向Ｃに固定されている固定シーブ２６と、入力軸２２に係合しており、固定シーブ２６に対して入力軸２２の軸方向Ｃに移動可能な可動シーブとを有している。入力側プーリ２４は、入力軸２２に同軸となるよう設けられており、入力軸２２と同期回転することとなる。

固定シーブ２６には、可動シーブ２８に対向して、ベルト６０を支持する固定側プーリ面２６ａが形成されており、一方、可動シーブ２８には、固定側プーリ面２６ａに対向して可動側プーリ面２８ａが形成されている。固定側プーリ面２６ａと可動側プーリ面２８ａは、入力軸２２の径方向Ｒを内向きに向かうに従って軸方向Ｃの間隔が狭くなるように形成されている。つまり、固定側プーリ面２６ａと可動側プーリ面２８ａとの間には、略Ｖ字状の空間であるプーリ溝が形成されている。入力側プーリ２４のプーリ溝にベルト６０が巻き掛けられると、これら固定側プーリ面２６ａと可動側プーリ面２８ａが、後述するベルト６０の側面（フランク面）６６を挟持することで、ベルト６０と摩擦係合することとなる。

可動シーブ２８と入力軸２２は、軸方向Ｃに延びるよう形成されたスプライン溝（図示せず）により係合している。これにより、可動シーブ２８は、入力軸２２と同期回転すると共に、入力軸２２上を摺動することで軸方向Ｃに移動することが可能となっている。可動シーブ２８は、図示しない油圧装置により駆動され、可動シーブ２８の軸方向Ｃの位置、すなわち可動シーブ２８の可動側プーリ面２８ａと、固定シーブ２６の固定側プーリ面２６ａとの軸方向Ｃの間隔（以下、プーリ幅と記す）は、ＥＣＵにより制御される。このようにして、入力側プーリ２４は、可動シーブ２８を移動させることで、プーリ幅を変化可能に構成されている。入力側プーリ２４は、プーリ幅を変化させることで、プーリに巻き掛けられたベルト６０がなす径（以下、巻き掛け径と記す）を変化させることができる。

ベルト６０は、断面が略台形をなす金属製の板状部材（エレメント）を、多数層状に重ね合わせて環状となるよう構成されている。ベルト６０の両側の側面６６（フランク面）、詳細には、固定側プーリ面２６ａと当接する面、及び可動側プーリ面２８ａと当接する面は、ベルト６０の径方向を内側に向かうに従って、ベルト６０の幅方向の間隔が小さくなるように構成されている。ベルト６０の側面６６は、固定側及び可動側プーリ面２６ａ，２８ａに挟まれて、これら面から挟圧力を受けることとなる。これにより、ベルト６０は、入力側及び出力側プーリ２４，３５と摩擦係合し、入力側プーリ２４からの機械的動力を、後述する出力側プーリ３５に伝達することが可能となる。

なお、以下の説明において、ベルト６０のうち回転軸側（入力軸２２側）の面を「背面」６２と記す。本実施例のようにベルト６０の断面形状が台形を呈している場合、台形形状の上底が、ベルト６０の背面６２となっている。

出力側プーリ３５は、入力側プーリ２４と同様に、出力軸３３に固定されている固定シーブ２６と、出力軸３３に係合しており、固定シーブ２６に対して軸方向に移動可能な可動シーブ２８とを有している。出力側プーリ３５の固定シーブ２６と可動シーブ２８も、それぞれ固定側プーリ面２６ａと可動側プーリ面２８ａが形成されており、上述のベルト６０が出力側プーリ３５に巻き掛けられると、これら固定側プーリ面２６ａと可動側プーリ面２８ａが、後述するベルト６０の側面６６を挟持することで、ベルト６０と摩擦係合する。出力側プーリ３５の可動シーブ２８は、油圧装置により駆動され、プーリ幅がＥＣＵにより制御される。出力側プーリ３５は、可動シーブ２８を移動させることで、プーリ幅を変化可能に構成されており、ベルト６０の巻き掛け径を変化させることができる。

このようなＣＶＴ２０は、ＥＣＵにより制御されて、入力側プーリ２４と出力側プーリ３５のプーリ幅を変化させることで、それぞれのプーリにおいてベルト６０の巻き掛け径を変化させることが可能となっている。出力側プーリ３５におけるベルト６０の巻き掛け径Ｒｏと入力側プーリ２４におけるベルト６０の巻き掛け径Ｒｉとの比率（Ｒｏ／Ｒｉ）が、入力軸２２の回転速度Ｎｉと出力軸３３の回転速度Ｎｏの比率である変速比（Ｎｉ／Ｎｏ）となっている。

入力軸２２の回転速度Ｎｉと出力軸３３の回転速度Ｎｏの比率である変速比（Ｎｉ／Ｎｏ）を小さくする（ハイギアにする）場合、ＣＶＴ２０は、入力側プーリ２４のプーリ幅を、出力側プーリ３５のプーリ幅に比べて小さくすることで、入力側プーリ２４におけるベルト６０の巻き掛け径を出力側プーリ３５における巻き掛け径に比べて大きくする。これにより、ＣＶＴ２０は、入力軸２２で受けた機械的動力を、回転速度を増速しトルクを減少させて、出力軸３３に伝達することが可能となっている。

一方、変速比（Ｎｉ／Ｎｏ）を大きくする（ローギアにする）場合、入力側のプーリ幅を、出力側のプーリ幅に比べて大きくすることで、入力側プーリ２４のおけるベルト６０の巻き掛け径を、出力側プーリ３５におけるベルト６０の巻き掛け径に比べて小さくする。これにより、ＣＶＴ２０は、入力軸２２で受けた機械的動力を、回転速度を減速しトルクを増大させて、出力軸３３に伝達することが可能となっている。

このような動力伝達装置を備える自動車１においては、車両の減速に応じてクランク軸６の回転速度が低下するため、車両を減速させて停止させる際に、内燃機関５が予期しないタイミングでストールしないよう、駆動輪９５の回転速度を減速させると共にトルクを増大させる必要がある。ＣＶＴ２０は、変速比をなるべく大きくした状態、すなわち入力側プーリ２４のプーリ幅を大きくした状態で、車両停止を迎えることとなる。このような車両停止中において、内燃機関５のアイドリング作動状態を保つことや、内燃機関５の作動と非作動を切換える、いわゆるアイドリングストップ動作を可能にするためには、内燃機関５のクランク軸６と駆動輪９５との間における動力伝達を遮断する必要がある。

本実施例に係るベルト式無段変速機（ＣＶＴ）には、その内部において動力伝達を遮断するための機構が設けられており、以下、図３−１を用いて説明する。図３−１は、ＣＶＴの入力側プーリの拡大断面図である。なお、図３−１において、入力側プーリは、プーリ幅が所定の幅より大きくなり、プーリ面から外れたベルトが、後述する回動部材により支持されている状態を示している。

ＣＶＴ２０の入力側プーリ２４のうち固定シーブ２６と可動シーブ２８の間には、動力伝達を遮断するための機構として、入力軸２２を中心に正逆自在に回転して、ベルト６０を支持可能な回動機構４０が設けられている。

回動機構４０は、入力軸２２と同軸に設けられている２つの玉軸受け４４と、これら玉軸受け４４の径方向外側に設けられた円筒状部材４６から構成されている。入力軸２２には、玉軸受け４４の内側４４ａが接しており、玉軸受け４４の外側４４ｃには、円筒状部材４６の内面４６ａが結合されている。これにより回動機構４０の円筒状部材４６は、入力軸２２に対して正逆自在に回転することが可能となっている。

回動機構４０は、プーリ幅が所定の幅より大きくなり、固定側及び可動側プーリ面２６ａ，２８ａからベルト６０が外れると、円筒状部材４６の外面４６ｃがベルト６０を受けることとなる。このとき、円筒状部材４６の外面４６ｃは、ベルト６０の背面６２と接する。このように、回動機構４０は、円筒状部材４６の外面４６ｃで、ベルト６０の背面６２を入力軸２２側から支持することが可能となっている。

このように構成されたＣＶＴ２０は、入力側プーリ２４のプーリ幅を大きくすることで、入力側プーリ２４における巻き掛け径を小さくし、プーリ幅を所定の幅よりも大きくすると、ベルト６０の背面６２を回動機構４０の円筒状部材４６に当接させると共に、ベルト６０の側面６６から固定シーブ２６及び可動シーブ２８を離間させることとなる。ベルト６０は、入力軸２２と一体に同期回転する入力側プーリ２４から離れて、入力軸２２に対し回転自在となっている回動機構４０に巻き掛けられ、回動機構４０により背面６２から支持されて静止する。このようにして、ＣＶＴ２０は、入力軸２２とベルト６０を非係合状態にすることができ、ＣＶＴ２０の内部にある入力軸２２とベルト６０の間で動力伝達を遮断することができる。

これにより、本実施例に係る自動車１においては、動力伝達装置内にクラッチ装置やトルクコンバータを有していなくても、車両停止中に、駆動輪９５と、これに係合するＣＶＴ２０の出力軸３３、出力側プーリ３５、及びベルト６０が静止しているにも拘らず、入力側プーリ２４、ＣＶＴ２０の入力軸２２、及び内燃機関５のクランク軸６が回転している状態（例えば、アイドリング状態）を作り出すことができ、車両停止中に内燃機関５の作動と非作動を切換えるアイドリングストップ動作を行うことができる。

このように、ＣＶＴ２０の内部において動力伝達が遮断されている状態から、再び、入力側プーリ２４とベルト６０を係合させて、入力軸２２と出力軸３３との間で動力伝達を行わせる場合、回動機構４０に巻き掛けられて静止しているベルト６０の側面６６（フランク面）に、入力軸２２と共に回転している入力側プーリ２４を急に当接させると、ベルト６０の側面６６が磨耗してしまうという問題が生じる。ベルト６０の側面６６は、動力伝達時において、入力側プーリ２４及び出力側プーリ３５と接する部位であるため、ベルト６０の側面６６の損耗を極力抑制する必要がある。

そこで、本実施例に係るベルト式無段変速機（ＣＶＴ）には、プーリがベルトに接する前に、プーリに係合して回転軸（入力軸）の回転を回動機構に伝達するクラッチ機構が設けられており、図３−１及び図３−２を用いて説明する。図３−２は、ＣＶＴの入力側プーリの拡大断面図であり、可動シーブとクラッチ機構が係合している状態を示す図である。

図３−１に示すように、クラッチ機構５０は、略円筒状を呈する湿式多板クラッチであり、入力側プーリ２４の可動シーブ２８と回動機構４０との間に、入力軸２２と軸心が一致するよう同心配置されている。可動シーブ２８のうち固定シーブ２６と対向する側には、入力軸２２を中心とする略円柱状の凹部２９が形成されている。凹部２９は、入力側プーリ２４の中央から入力軸２２の軸方向Ｃの外側に延びるよう可動シーブ２８に形成されている。可動シーブ２８の凹部２９には、クラッチ機構５０のうち少なくもと一部が収容可能となっている。

クラッチ機構５０は、入力軸２２に設けられた摩擦板５４と、摩擦板５４を挟み込むように配設されて摩擦板５４と係合可能な摩擦相手板５８と、摩擦相手板５８を保持すると共に摩擦相手板５８が受けた機械的動力を回動機構４０に伝達する保持部材５６と、摩擦板５４と摩擦相手板５８を係合させる係合手段としての押圧部材５５とを有している。

摩擦板５４は、入力軸２２に対して略直交して設けられている板状の部材であり、入力軸２２を中心とする穴が形成された円板状の部材である。摩擦板５４は、軸方向Ｃに延びるスプライン溝等により入力軸２２と嵌め合わされている。摩擦板５４は、入力軸２２の軸方向Ｃにスライド可能であり、且つ入力軸２２の周方向（回転方向）に係合している。つまり、摩擦板５４は、入力軸２２と同軸に且つ一体に回転することができ、入力軸２２からの機械的動力を、後述する摩擦相手板５８に伝達することが可能となっている。

保持部材５６は、略円筒状の部材であり、回動機構４０を構成する円筒状部材４６の可動シーブ２８側の端面から、入力軸２２の軸方向Ｃに延びており、円筒状部材４６と結合されている。保持部材５６の内側には、摩擦板５４をその両側から挟み込むように複数の摩擦相手板５８が軸方向Ｃに配列されている。なお、保持部材５６と回動機構４０の円筒状部材４６は、一体に構成されていても良い。

摩擦相手板５８は、入力軸２２に対して略直交して設けられている板状部材であり、入力軸２２を中心とする穴が形成された円板状の部材である。摩擦板５４は、摩擦板５４と対向しており、摩擦板５４との間に僅かな隙間をあけて軸方向Ｃに配列されている。摩擦相手板５８と保持部材５６は、軸方向Ｃに延びるスプライン溝等により嵌め合わされている。摩擦相手板５８は、軸方向Ｃにスライド可能であり、且つ周方向（回転方向）には、入力軸２２と係合している。このように構成された摩擦相手板５８は、入力軸２２の軸方向Ｃに圧縮力が作用すると、図３−２に示すように、摩擦板５４を挟み込み、摩擦板５４と係合することとなる。このようにして摩擦相手板５８は、摩擦板５４からの機械的動力を、保持部材５６を介して回動機構４０に伝達することが可能となっている。

押圧部材５５は、図３−１に示すように、可動シーブ２８の凹部２９の底面２９ａから、入力軸２２の軸方向Ｃに突出して設けられており、可動シーブ２８側の摩擦相手板５８と対向している。押圧部材５５とこれに対向している摩擦相手板５８と軸方向Ｃの距離は、可動側プーリ面２８ａとこれに対向するベルト６０の側面６６との距離に比べて大きくなるよう設定されている。つまり、押圧部材５５は、可動シーブ２８と共に入力軸２２の軸方向Ｃに沿って固定シーブ２６側に移動すると、図３−２に示すように、入力側プーリ２４の可動側プーリ面２８ａがベルト６０の側面６６に接する前に、摩擦相手板５８に当接して押圧することができる。プーリ押圧部材５５により押圧された摩擦相手板５８は、摩擦板５４を挟み込むこととなる。このようにして、押圧部材５５は、入力側プーリ２４のプーリ幅が所定の幅より小さくなると、摩擦板５４と摩擦相手板５８とを係合させる係合手段として機能する。

以上のように構成されたクラッチ機構５０は、可動シーブ２８を軸方向Ｃに沿って固定シーブ２６側に移動して、入力側プーリ２４のプーリ幅が所定の幅より小さくなると、図３−２に示すように、可動シーブ２８に設けられた押圧部材５５が摩擦相手板５８を押圧し、摩擦相手板５８と摩擦板５４を係合させる。これにより、クラッチ機構５０は、入力軸２２の回転を、これに係合している摩擦板５４から摩擦相手板５８及び保持部材５６を介して、回動機構４０の円筒状部材４６に伝達する。円筒状部材４６の外面４６ｃとベルト６０の背面６２は接しており、入力軸２２から回動機構４０の円筒状部材４６に伝達された回転は、背面６２からベルト６０に伝達される。なお、本実施例において、回動機構４０及びクラッチ機構５０は、入力軸２２を中心に設けられているものとしたが、回動機構４０及びクラッチ機構５０は、出力軸３３を中心に設けられるものとしても良い。

次に、本実施例に係るベルト式無段変速機（ＣＶＴ）の制御を、内燃機関及び自動車の動作と併せて、図１〜図５を用いて説明する。図４は、ＣＶＴの全体構成を示す縦断面図であり、入力側プーリがベルトの側面と係合した状態を示す図である。図５は、アイドリングストップ状態から復帰して発進するまでの自動車及び無段変速機の動作を示すタイミングチャートである。なお、図４には、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。

図５に示すように、時点Ｔ１より以前の時点において、自動車１は、車両停止状態にあり、ＥＣＵは、アクセル操作量がゼロであることからアイドルストップフラグをＯＮ状態にして、内燃機関５を非作動状態に制御している。これにより内燃機関５のクランク軸６の回転速度（以下、機関回転速度と記す）は、ゼロとなっている。このとき、ＥＣＵは、ベルト係合フラグをＯＦＦ状態にしており、ＣＶＴ２０の入力側プーリ２４のプーリ幅が最大となるよう制御している。これにより、ＣＶＴ２０は、図２及び図３−１に示すように、入力側プーリ２４とベルト６０は、非係合状態となっており、ベルト６０は、回動機構４０に巻き掛けられて、背面６２から支持されている。

そして、時点Ｔ１において、自動車１の運転者によりアクセルペダル（図示せず）が操作されて、アクセル操作量がゼロより大きくなる。ＥＣＵは、アクセル操作量がゼロでないこと検出して、アイドルストップフラグをＯＦＦ状態にして、内燃機関５を始動して作動状態にすると共に、入力側プーリ２４のプーリ幅を最大値から減少させていく。すなわち可動シーブ２８を軸方向Ｃに沿って固定シーブ２６側に移動させていく。

この時点Ｔ１からＴ２に向けて、内燃機関５の機関回転速度は上昇していくが、可動シーブ２８に設けられた押圧部材５５と、クラッチ機構５０の摩擦相手板５８は未だ当接しておらず、入力側プーリ２４とベルト６０の側面６６も当接していない。ＣＶＴ２０の入力軸２２とベルト６０との間で動力伝達が完全に遮断されている。内燃機関５からの機械的動力により、入力軸２２及び入力側プーリ２４は回転しているが、ベルト６０は、回動機構４０により背面６２から支持されており静止している。これにより、ベルト６０と係合している出力側プーリ３５、出力軸３３と、これに係合している駆動輪９５は静止している。

そして、図３−２に示すように、可動シーブ２８の押圧部材５５と摩擦相手板５８が当接し、摩擦板５４と摩擦相手板５８が係合する。このとき、入力側プーリ２４の固定側プーリ面２６ａと可動側プーリ面２８ａは、ベルト６０の側面６６に当接しておらず。ＣＶＴ２０の入力軸２２が受けた機械的動力は、摩擦板５４から摩擦相手板５８を経て回動機構４０に伝達される。このとき、摩擦板５４と摩擦相手板５８との間には、回転速度差（すべり）が生じており、摩擦板５４からの機械的動力のうち一部は、熱として放散される。摩擦相手板５８から保持部材５６を介して回動機構４０に伝達された機械的動力は、背面６２からベルト６０に伝達されて、ベルト６０を駆動し始める。

そして、時点Ｔ２において、ＥＣＵは、ベルト係合フラグがＯＮ状態となり、図４に示すように、入力側プーリ２４のプーリ幅を、固定側プーリ面２６ａ及び可動側プーリ面２８ａが、それぞれベルト６０の背面６２に接するよう制御する。入力側プーリ２４の固定側及び可動側プーリ面２６ａ，２８ａがベルト６０の側面６６に接するとき、ベルト６０を支持している回動機構４０の円筒状部材４６は、摩擦相手板５８から受けた機械的動力により回転駆動されており、その回転速度は、入力側プーリ２４の固定シーブ２６及び可動シーブ２８の回転速度と略同一となっている。つまり、回動機構４０が支持しているベルト６０の側面６６と、入力側プーリ２４の固定側及び可動側プーリ面２６ａ，２８ａは、速度差が略ゼロの状態で当接することとなる。このようにして入力側プーリ２４がベルト６０の側面６６に当接することで、ベルト６０の側面６６における損耗が抑制される。

そして、時点Ｔ２以降において、入力側プーリ２４の固定シーブ２６及び可動シーブ２８がベルト６０を側面６６から挟み込むことにより、ベルト６０の背面６２は、回動機構４０の円筒状部材４６から離れる。内燃機関５からＣＶＴ２０の入力軸２２が受けた機械的動力は、固定側及び可動側プーリ面２６ａ，２８ａからベルト６０の側面６６に伝達され、出力側プーリ３５に係合している出力軸３３を駆動する。ＥＣＵは、図５に示すように、アクセル操作量の増大に応じて内燃機関５の機関回転速度を上昇させると共に、入力側プーリ２４のプーリ幅を小さくして変速比を小さくして、出力軸３３の回転速度、即ち車両の速度を増速させていく。

以上に説明したように本実施例に係る無段変速機２０（ＣＶＴ）は、２つの回転軸である入力軸２２と出力軸３３にそれぞれ係合している入力側プーリ２４と出力側プーリ３５と、これら２つのプーリ２４，３５に巻き掛けられて、入力軸２２からの機械的動力を出力軸３３に伝達可能なベルト６０と、入力軸２２を中心に正逆自在に回転可能に構成され、ベルト６０を入力軸２２側から支持可能な回動機構４０とを備え、プーリ幅が所定の幅より大きくなると、ベルト６０が入力側プーリ２４から離れて回動機構４０により支持されることで、入力軸２２と出力軸３３間の動力伝達を遮断することができる。加えて、クラッチ機構５０が回転軸である入力軸２２の回転を回動機構４０に伝達するので、回動機構４０によりベルト６０が入力軸２２側から駆動されて、プーリ２４とベルト６０は、ベルト６０が静止している場合に比べて、速度差が小さい状態で当接することができる。回動機構４０が入力軸２２とベルト６０との間における動力伝達の遮断を可能にしつつ、回転しているプーリ２４が静止しているベルト６０に回転に当接することがないため、ベルト６０の損耗を抑制することができる。

また、本実施例に係る無段変速機２０は、入力側プーリ２４がベルト６０の側面６６に接する前に、入力側プーリ２４に係合して入力軸２２の回転を回動機構４０に伝達するクラッチ機構５０が設けられているものとしたので、回動機構４０によりベルト６０が駆動され、プーリ２４とベルト６０の側面６６を、速度差が略ゼロの状態で当接させることができる。これにより、ベルト６０の側面６６における損耗を抑制することができる。

また、本実施例に係る無段変速機２０は、自動車１に搭載されるものであり、２つの回転軸は、内燃機関５からの機械的動力を受ける入力軸２２と、駆動輪９５に向けて機械的動力を出力する出力軸３３であるものとしたので、自動車１がクラッチ装置やトルクコンバータを備えていなくても、車両停止中において内燃機関５と駆動輪９５との間を非係合状態にすることができ、車両停止中に、内燃機関５の作動と非作動を切換えるアイドリングストップ動作を、ベルト６０の側面６６における損耗を抑制しつつ実現することができる。

また、本実施例に係る無段変速機２０において、回動機構４０及びクラッチ機構５０は、入力軸２２を中心に設けられているものとしたので、ベルト式無段変速機２０を備える自動車１は、通常、変速比が大きい状態、すなわち入力軸２２に係合している入力側プーリ２４のプーリ幅が大きい状態で車両停止する。このため、回動機構４０を入力軸２２に設けることで、車両を停止させる際に、入力側プーリ２４のプーリ幅を僅かに大きくするだけで、動力伝達の遮断を行うことができ、再び入力側プーリ２４とベルト６０を係合させるときに、ベルト６０の側面６６が損耗することを抑制して係合させることができる。

また、本実施例に係る無段変速機２０において、入力側プーリ２４は、入力軸２２に固定された固定シーブ２６と、固定シーブ２６に対して入力軸２２の軸方向Ｃに移動可能な可動シーブ２８とを有するものであり、回動機構４０は、固定シーブ２６と可動シーブ２８の間に設けられ、クラッチ機構５０は、可動シーブ２８と回動機構４０との間に設けられているものとしたので、入力側プーリ２４のプーリ幅、すなわち固定シーブ２６と可動シーブ２８との間隔が所定の間隔より大きくなったときに、固定シーブ２６及び可動シーブ２８から外れたベルト６０を回動機構４０が良好に受けることができ、入力側プーリ２４に係合して入力軸２２の回転を回動機構４０に伝達するクラッチ機構５０という構成を容易に実現することができる。

また、本実施例に係る無段変速機２０において、可動シーブ２８には、クラッチ機構５０の少なくとも一部を収容可能に、入力軸２２を軸心とする筒状の凹部２９が設けられているものとしたので、入力側プーリ２４のプーリ幅を小さくしている時に、クラッチ機構５０を凹部２９に収容する。回転軸である入力軸２２を中心として回動機構４０及び回動クラッチ機構５０が設けられた無段変速機２０をコンパクトな構成で実現することができる。

また、本実施例に係る無段変速機２０において、クラッチ機構５０は、入力軸２２と一体に回転する摩擦板５４と、摩擦板５４を挟み込むよう配設され、摩擦板５４と係合することで入力軸２２からの機械的動力を回動機構４０に伝達可能な摩擦相手板５８と、プーリ幅が所定の幅より小さくなると、摩擦板５４と摩擦相手板５８を係合させる係合手段（押圧部材５５）とを備え、係合手段が摩擦板５４と摩擦相手板５８を係合させると、入力軸２２の回転が摩擦板５４と摩擦相手板５８を介して回動機構４０に伝達されるものとしたので、入力軸２２の機械的動力を摩擦板５４と摩擦相手板５８との間で速度差（すべり）を生じさせて、摩擦相手板５８から回動機構４０に伝達することができる。入力軸２２の機械的動力が、急激に、回動機構４０からベルト６０の背面６２に伝達されることがないので、ベルト６０の背面６２の損耗をも極力抑制することができる。

また、本実施例に係る無段変速機２０において、摩擦板５４及び摩擦相手板５８は、入力軸２２に対し略直交して延びている板状部材であり、係合手段は、プーリ２４に設けられ、プーリ幅が変化するに従って入力軸２２の軸方向に移動し、摩擦板５４又は摩擦相手板５８を押圧する押圧部材５５であるものとしたので、プーリ幅を変化させる入力軸２２の軸方向の力を利用して、摩擦板５４と摩擦相手板５８を係合させることができる。係合手段を駆動するために、専用の油圧力や電磁力を発生させる装置を設ける必要がない。

また、本実施例に係る無段変速機２０において、プーリ２４には、回動機構４０の少なくとも一部を収容可能に、プーリ２４の中央から入力軸２２の軸方向を外側に延びる凹部２９が設けられており、押圧部材５５は、凹部２９の底面２９ａから入力軸２２の軸方向Ｃに突出して延びている部材であるものとしたので、プーリ幅を小さくしたときに、凹部２９が回動機構４０を収容しつつ、押圧部材５５が入力軸２２に対して略直交して延びる摩擦板５４と摩擦相手板５８を係合させることができる。

なお、本実施例に係る無段変速機２０において、摩擦板５４と摩擦相手板５８を係合させる係合手段として、プーリ幅が変化するに従って、入力軸２２の軸方向Ｃに移動して摩擦相手板５８を押圧する押圧部材５５としたが、係合手段は、この態様に限定されるものではない。別途、油圧式のピストンを入力側プーリ２４に設けて、ピストンを入力軸２２の軸方向Ｃに駆動して摩擦板５４と摩擦相手板５８を係合する構成としても良い。

以上のように、本実施例に係る無段変速機は、原動機として内燃機関を備える自動車用のベルト式無段変速機に有用であり、特に、入力軸と内燃機関のクランク軸との間にクラッチ装置やトルクコンバータを備えておらず、出力軸が自動車の駆動輪に係合しているベルト式無段変速機に有用である。

本実施例に係る自動車の概略構成を示す模式図である。 本実施例に係るベルト式無段変速機（ＣＶＴ）の全体構成を示す縦断面図である。 実施例に係るベルト式無段変速機（ＣＶＴ）の入力側プーリの拡大断面図であり、プーリ面から外れたベルトが回動部材により支持されている状態を示す図である。 本実施例に係るベルト式無段変速機（ＣＶＴ）の入力側プーリの拡大断面図であり、可動シーブとクラッチ機構が係合している状態を示す図である。 本実施例に係るベルト式無段変速機（ＣＶＴ）の全体構成を示す縦断面図であり、入力側プーリがベルトの側面と係合した状態を示す図である。 本実施例に係る自動車がアイドルストップ状態から復帰して発進するまでの自動車の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 自動車
５ 内燃機関（原動機）
６ クランク軸
７ ダンパ
９ 前後進切換機構
２０ ベルト式無段変速機（ＣＶＴ）
２２ 入力軸
２４ 入力側プーリ
２６ 固定シーブ
２６ａ 固定側プーリ面
２８ 可動シーブ
２８ａ 可動側プーリ面
２９ 凹部
３３ 出力軸
３５ 出力側プーリ
４０ 回動機構
４６ 円筒状部材
５０ クラッチ機構
５４ 摩擦板
５５ 押圧部材
５６ 保持部材
５８ 摩擦相手板
６０ ベルト
６２ 背面（ベルト）
６６ 側面（ベルト）
７０ 減速機構
８０ 差動装置
９０ 駆動軸
９５ 駆動輪

Claims (8)

1. ２つの回転軸にそれぞれ係合している２つのプーリと、
   ２つのプーリに巻き掛けられて、一方の回転軸からの機械的動力を他方の回転軸に伝達可能なベルトと、
   一方の回転軸を中心として正逆自在に回転可能に構成され、ベルトを当該回転軸側から支持可能な回動機構と、
   回転軸の回転を回動機構に伝達可能なクラッチ機構が設けられている無段変速機において、
   前記一方の回転軸に係合しているプーリが、前記一方の回転軸に固定された固定シーブと、前記一方の回転軸に係合しかつ軸方向に移動可能な可動シーブと、を備え、かつ、
   前記クラッチ機構が、前記可動シーブに設けられた押圧部材と、前記押圧部材と前記軸方向に相対しかつ前記回動機構と一体に回転可能であるとともに前記軸方向に移動可能な摩擦相手板と、前記摩擦相手板と前記軸方向に相対しかつ前記一方の回転軸と一体に回転可能であるとともに前記軸方向に移動可能で前記摩擦相手板と係合可能な摩擦板と、を備えているとともに、
   前記クラッチ機構が、
   前記固定シーブと前記可動シーブとの双方が前記ベルトの側面から離間しかつ前記押圧部材と前記摩擦相手板とが互いに離間しているとともに前記回転機構が前記ベルトを前記回転軸側から支持して前記一方の回転軸と前記ベルトとの間の動力伝達が遮断されている状態から、前記可動シーブが前記固定シーブに近づいて、前記可動シーブが前記ベルトの側面に接する前に、前記押圧部材と前記摩擦相手板とが互いに当接し、前記摩擦板と前記摩擦相手板とが係合して、前記一方の回転軸の回転が摩擦板と摩擦相手板を介して回動機構に伝達されることを特徴とする無段変速機。
2. 請求項１に記載の無段変速機において、
   無段変速機は、自動車に搭載されるものであり、
   ２つの回転軸は、内燃機関からの機械的動力を受ける入力軸と、駆動輪に向けて機械的動力を出力する出力軸であることを特徴とする無段変速機。
3. 請求項２に記載の無段変速機において、
   回動機構及びクラッチ機構は、入力軸を中心に設けられていることを特徴とする無段変速機。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の無段変速機において、
   各プーリは、回転軸に固定された固定シーブと、固定シーブに対して回転軸の軸方向に移動可能な可動シーブとを有するものであり、
   回動機構は、前記一方の回転軸に係合しているプーリの固定シーブと可動シーブの間に設けられ、
   クラッチ機構は、前記一方の回転軸に係合しているプーリの固定シーブ又は可動シーブと回動機構との間に設けられていることを特徴とする無段変速機。
5. 請求項４に記載の無段変速機において、
   前記一方の回転軸に係合しているプーリの可動シーブ又は固定シーブには、クラッチ機構の少なくとも一部を収容可能に、回転軸を軸心とする筒状の凹部が設けられていることを特徴とする無段変速機。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の無段変速機において、
   クラッチ機構は、
   前記一方の回転軸と一体に回転する前記摩擦板と、
   摩擦板を挟み込むよう配設され、摩擦板と係合することで前記一方の回転軸からの機械的動力を回動機構に伝達可能な前記摩擦相手板と、
   前記一方の回転軸に係合しているプーリ幅が所定の幅より小さくなると、摩擦板と摩擦相手板を係合させる前記押圧部材とを備え、
   前記押圧部材が摩擦板と摩擦相手板を係合させると、前記一方の回転軸の回転が摩擦板と摩擦相手板を介して回動機構に伝達されることを特徴とする無段変速機。
7. 請求項６に記載の無段変速機において、
   摩擦板及び摩擦相手板は、前記一方の回転軸に対し略直交して延びている板状部材であり、
   前記押圧部材は、前記一方の回転軸に係合しているプーリに設けられ、プーリ幅が変化するに従って回転軸の軸方向に移動して、摩擦板又は摩擦相手板を押圧することを特徴とする無段変速機。
8. 請求項７に記載の無段変速機において、
   前記一方の回転軸に係合しているプーリには、回動機構の少なくとも一部を収容可能に、前記一方の回転軸に係合しているプーリの中央から回転軸の軸方向を外側に延びる凹部が設けられており、
   押圧部材は、凹部の底部から回転軸の軸方向に突出して延びている部材であることを特徴とする無段変速機。

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