JP4910307B2 - ベルト式無段変速装置およびそのベルト調圧方法 - Google Patents

Description

本発明は、一対のプーリ相互間に巻き付けるＣＶＴベルトを備えたベルト式無段変速装置およびそのベルト調圧方法に関する。

ベルト式無段変速装置として、板状のエレメントを板厚方向に複数積層して環状に形成し、この環状に形成したものをリング部材により保持して組み付けてＣＶＴベルトとし、このＣＶＴベルトを一対のプーリ相互間に巻き付けて構成するものがある。

この際、一対のプーリは、それぞれ溝幅を無段階に変えられるよう側板相互が互いに接近離反する方向に移動可能であり、溝幅を変えることでＣＶＴベルトの各プーリに対する巻き付け半径が変わり、これにより駆動側と従動側との間の回転数比、すなわち変速比が連続的無段階に変化することとなる。

なお、ベルト式無段変速装置としては、例えば下記特許文献１，２に記載されたものがある。

ところで、このようなベルト式無段変速装置においては、一対のプーリのうち一方の駆動側プーリの回転により他方の従動側プーリに向けて移動する部分のＣＶＴベルトが、前記プーリの軸方向に直交する方向でかつベルト外側へ膨らむよう変位して、いわゆる弓なり現象が発生する。

これは、多数積層したエレメントがベルト巻き付け部にてトルク伝達を行うために、移動方向後側のエレメントが同前側のエレメントを押す力の分力が、半径方向外側に向くためである。

これにより、プーリとＣＶＴベルトとの接触面積が減少し、プーリとＣＶＴベルトとの間で滑り発生して伝達トルクが低下するという問題がある。

そこで、本発明は、ＣＶＴベルトの弓なり現象を抑えることで、プーリとＣＶＴベルトとの接触面積を所望に維持することを目的としている。

本発明は、板状のエレメントを板厚方向に複数積層して環状に形成し、この環状に形成したものをリング部材により保持して組み付けたＣＶＴベルトを、一対のプーリ相互間に巻き付けてなるベルト式無段変速装置において、前記一対のプーリのうち一方の駆動側の回転により他方の従動側のプーリに向けて移動する部分の前記ＣＶＴベルトに対し、該ＣＶＴベルトの互いに隣接する前記エレメント相互間で駆動側のプーリの半径方向外側に作用する力に対抗するように、前記プーリの軸方向に交差する方向でかつＣＶＴベルト内側へ向けて押圧し駆動側のプーリとＣＶＴベルトとの間の接触面積を維持する押圧手段を設けたことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、駆動側プーリから従動側プーリに向けて移動する部分のＣＶＴベルトに対し、プーリの軸方向に直交する方向でかつＣＶＴベルトの互いに隣接するエレメント相互間で駆動側のプーリの半径方向外側に作用する力に対抗してＣＶＴベルト内側へ向けて押圧する押圧手段を設けたので、ＣＶＴベルトのベルト外側へ変位する弓なり現象を防止でき、この結果プーリとＣＶＴベルトとの接触面積を所望に維持して、これら相互間の滑りを防止し、伝達トルク低下を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わるベルト式無段変速装置の概略を示す全体構成図である。このベルト式無段変速装置は、一対のプーリを構成する駆動側プーリ１と従動側プーリ３とをそれぞれ備え、これら両プーリ１，３相互間にＣＶＴベルト５を巻き付けている。

上記した各プーリ１，３は、それぞれ溝幅を無段階に変えられるよう側板相互が互いに接近離反する方向（図１中で紙面に直交する方向）に移動可能であり、溝幅を変えることでＣＶＴベルト５の各プーリ１，３に対する巻き付け半径が変わり、これにより駆動側と従動側との間の回転数比、すなわち変速比が連続的無段階に変化することとなる。

ＣＶＴベルト５は、図２に詳細に示すように、板状のエレメント７を板厚方向に複数積層して環状に形成している。エレメント７は、図２のＡ−Ａ矢視図に相当する図３に示すように、外周側の頭部９と内周側の肩部１１とを首部１３にて連結した形状を呈し、首部１３の両側の頭部９と肩部１１との間にリング挿入溝１５を形成している。

上記したエレメント７を複数積層した状態の各リング挿入溝１５で構成される環状の溝に、図４に示すように、リング部材としての帯状のリング１７を嵌め込み、これにより前記環状に形成した複数のエレメント７とリング１７とを一体化してＣＶＴベルト５を形成する。なお、図４では図中で下部側のリング挿入溝１５にのみリング１７を挿入した状態を示しており、同上部側のリング挿入溝１５へのリング１７の挿入は省略している。

ここで、上記したエレメント７は、図２に示すように、頭部９における、矢印Ｆで示す回転移動方向前方側の面に凸部９ａを設け、これと反対側の背面には、前記凸部９ａが入り込む凹部９ｂ（図３）を設けている。

そして、図１に示すように、ＣＶＴベルト５の図１中で上部側、すなわち一対のプーリ１，３のうち一方の駆動側プーリ１の回転により、駆動側プーリ１から他方の従動側プーリ３に向けて移動する部分のＣＶＴベルト５に対し、プーリ１，３の軸方向（図１中で紙面に直交する方向）に交差する方向でかつベルト外側方向への変位に対抗して、ベルト内側へ向けて押圧する押圧手段としてのローラ１９を設けている。

ローラ１９は、図１中で紙面に直交する方向に延びる回転支持軸２１に回転可能に支持され、回転支持軸２１は、その軸方向両端を、油圧シリンダ２３内のピストン２５から下方に延びるピストンロッド２７の二股に分岐した下端に連結している。

油圧シリンダ２３の図１中で上部の作動油室２９には、オイルポンプ３１から調圧弁３３を経て作動油を供給する。調圧弁３３は、円筒形状のハウジング３５内に弁体３７を図１中で左右方向に移動可能に収容しており、弁体３７は、ハウジング３５内に形成した図１中で左側の第１室３９内のスプリング４１により、図１中で右方向に押圧されている。

上記した第１室３９は、前記したオイルポンプ３１にオイル入口通路４３を介して連通し、オイル入口通路４３には、第１室３９に作用する油圧を調整するソレノイドバルブ４５を設けている。第１室３９の図１中で右側に形成した第２室４７には、オイル入口通路４３から分岐した入口分岐通路４９を接続する。

また、第２室４７の図１中でさらに右側に形成した第３室５１と、前記した油圧シリンダ２３の作動油室２９とは、オイル出口通路５３により連通する。オイル出口通路５３と上記した第２室４７とは、出口分岐通路５５で連通する。

なお、第１室３９と第２室４７との間のドレン室５７には、ドレン通路５９を接続する。

前記したソレノイドバルブ４５は、ベルト式無段変速装置を制御するオートマチックトランスミッション用コントロールユニット（ＡＴＣＵ）６１によって通電制御される。ＡＴＣＵ６１は、変速比，エンジン負荷（駆動側プーリ１への入力トルク），駆動側プーリ１への入力回転数の各信号の入力を受け、これら各入力値に基づいてソレノイドバルブ４５を制御する。

次に作用を説明する。図示しないエンジンの駆動力によって駆動側プーリ１が回転し、この回転力をＣＶＴベルト５が従動側プーリ３に伝達して従動側プーリ３を回転させ、図示しない車軸を回転駆動する。

ところで、このような動作過程でのＣＶＴベルト５において、従動側プーリ３とエレメント７との間の摩擦力は、図４に示すように、従動側プーリ３を軸方向に押す油圧力Ｐ1によるプーリシープ角をα1としたときのエレメント押付力Ｎ1と、エレメント７と従動側プーリ３との接触面積および接触半径ｒ1とで決定される。

同様に、駆動側プーリ１とエレメント７との間の摩擦力は、駆動側プーリ１を軸方向に押す油圧力Ｐ2が、プーリシープ角をα2としたときのリング引張力Ｔとなり、このリング引張力Ｔがプーリシープ角をα2としたときの駆動側プーリ１とエレメント７との間の押付力Ｎ2となり、この押付力Ｎ2と、エレメント７と駆動側プーリ１との接触面積および接触半径ｒ2とで決定される。

このため、図１に示す変速比Ｌｏｗのとき、従動側プーリ３に比較して、ＣＶＴベルト５の巻き付け半径が小さく、エレメント７との接触面積および接触半径が小さい駆動側プーリ１側でＣＶＴベルト５の許容伝達トルクが決定される。

前記した図２のように、ＣＶＴベルト５は多数のエレメント７を積層して構成しているため、伝達トルクが大きくなるに従って、図５に示すように、プーリへの巻き付け部では、エレメント７に対しプーリ半径方向外側へ働く分力（移動方向後側のエレメントが同前側のエレメントを押す力Ｐと、押す力Ｐの反力Ｑとの分力）Ｍが大きくなる。

なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ部を拡大した図である。

このため、図６のように、ＣＶＴベルト５は、駆動側プーリ１に巻き付いた状態でプーリ出口に近づく程、プーリ半径方向外側に膨らみ、巻き付け半径が徐々に大きくなる。また、駆動側プーリ１から従動側プーリ３に移動する間のＣＶＴベルト５の直線部では、移動方向前側のエレメントが同後側のエレメントに押されることによって座屈力が働く。

これらの要因で、駆動側プーリ１から従動側プーリ３に移動する間のＣＶＴベルト５は、プーリの軸方向に交差する方向でかつベルト外側方向へ膨らむような変位によって、図６中で二点鎖線で示すような弓なり状態となる。この結果、駆動側プーリ１とＣＶＴベルト５とが接触する円周方向長さに対応する接触角度が、変位しない場合の接触角度θ2から角度Δθだけ短くなり、伝達トルクの低下を招く。

なお、図６中でハッチング部分が、このときのＣＶＴベルト５とプーリ１，３との接触範囲であり、駆動側プーリ１の範囲Ｌにおいては、ＣＶＴベルト５が駆動側プーリ１の半径方向外側に変位しているが、駆動側プーリ１における軸方向両側の側板を回転支持軸にリジッドに固定しているわけではなく、側板相互の平行状態が崩れているので、上記した範囲Ｌでは駆動側プーリ１とＣＶＴベルト５とが接触した状態にある。

上記したようなＣＶＴベルト５の弓なり現象を抑えるために、図１に示したように、ローラ１９を用い、駆動側プーリ１から従動側プーリ３に移動する間のＣＶＴベルト５をベルト内側に向けて押圧する。

図７は、（ａ）がローラ１９によりＣＶＴベルト５に対して押圧力を付与していない状態を示し、（ｂ）がローラ１９によりＣＶＴベルト５に対して押圧力を付与している状態を示す。

図７（ａ）では、ＡＴＣＵ６１によるソレノイドバルブ４５への指令電圧がゼロで、調圧弁３３内の第１室３９に付与する油圧が大気圧と同程度であり、したがって弁体３７はスプリング４１の弾性力によってのみ右方向に押圧され、この弾性力とバランスするように、オイルポンプ３１から第２室４７を通して第３室５１に低圧の油圧が作用し、この油圧が油圧シリンダ２３の作動油室２９にも作用し、このときローラ１９はＣＶＴベルト５を押圧しない。

一方図７（ｂ）では、ＡＴＣＵ６１によるソレノイドバルブ４５への指令電圧がある場合で、第１室３９に作用する油圧が大気圧を超え、この油圧とスプリング４１の弾性力とを加算した力と釣り合うように、オイルポンプ３１から第２室４７を通して第３室５１に図７（ａ）のときより高い油圧が作用し、この高い油圧が油圧シリンダ２３の作動油室２９に作用してローラ１９をＣＶＴベルト５に押し付ける。

この際、ＡＴＣＵ６１からソレノイドバルブ４５への指令により、前記した変速比，エンジン負荷（入力トルク），入力回転数に応じて、図８に示すように、油圧シリンダ２３の作動油室２９に作用する油圧を制御する。すなわち、変速比（出力／入力），エンジン負荷（入力トルク），入力回転数が、いずれも高くなるに従って弓なり現象が顕著となるので、これら各値が高くなるに従って油圧を高く設定し、ＣＶＴベルト５に対する押圧力を高める。

これにより、変速比，エンジン負荷（入力トルク），入力回転数に応じて発生するＣＶＴベルト５の前記図６に示したような弓なり現象を防止する。この結果、駆動側プーリ１とＣＶＴベルト５とが接触する円周方向長さに対応する接触角度が、図１のようにθ2となって図６の接触角度（θ2−Δθ）に比較して大きくなり、接触面積を所望に維持して駆動側プーリ１とＣＶＴベルト５との間の滑りを防止し、伝達トルク低下を防止することができる。

また、従動側プーリ３においても、ＣＶＴベルト５と接触する円周方向長さに対応する接触角度が、図１のようにθ1となって図６の接触角度に比較して大きくなっている。

この場合、弓なり現象を抑えるために、各プーリ１，３を軸方向に押す油圧力を大きくする必要がなく、したがって油圧力を大きくした場合でのリング１７に発生する応力の過大化を防ぎ、リング１７の耐久性低下を防止することができる。また、油圧力を大きくすると、駆動側プーリ１に設定してある図示しないオイルポンプのフリクションが増加して、燃費の悪化を招くが、上記したローラ１９によってＣＶＴベルト５を押圧することで、油圧力を大きくする必要がなく、したがって燃費の悪化を防ぐことができる。

図９は、入力トルクに対する駆動側プーリ１とＣＶＴベルト５との間のスリップ率（１−入力トルク作用時での従動側プーリ５の回転数／入力トルクゼロ時での従動側プーリ５の回転数）を、本実施形態と従来とを比較して示している。これによれば、許容されるスリップ率Ｓにおける許容トルクが、上記した本実施形態のほうが、従来に比較してＨだけ向上していることがわかる。

本発明の一実施形態に係わるベルト式無段変速装置の概略を示す全体構成図である。 図１のベルト式無段変速装置に使用するＣＶＴベルトの詳細を示す概略図である。 図２のＣＶＴベルトの構成要素であるエレメントを示す、図２のＡ−Ａ矢視図である。 図２のＣＶＴベルトを一対のプーリに巻き付けた状態を示す一部省略した平面図である。 図２のＣＶＴベルトのプーリへの巻き付け部におけるエレメントへのプーリ半径方向に働く力を示す動作説明図である。 ＣＶＴベルトに弓なり現象が発生した状態を示す説明図である。 （ａ）はローラによりＣＶＴベルトに押圧力を付与していない状態を、（ｂ）はローラによりＣＶＴベルトに押圧力を付与している状態を、それぞれ示す油圧系統の動作説明図である。 図１の油圧シリンダに供給する油圧と、変速比，エンジン負荷（入力トルク），入力回転数との相関図である。 入力トルクに対する駆動側プーリとＣＶＴベルトとの間のスリップ率を、本実施形態と従来とを比較して示す説明図である。

符号の説明

１ 駆動側プーリ
３ 従動側プーリ
５ ＣＶＴベルト
７ エレメント
１７ リング（リング部材）
１９ ローラ（押圧手段）

Claims (4)

1. 板状のエレメントを板厚方向に複数積層して環状に形成し、この環状に形成したものをリング部材により保持して組み付けたＣＶＴベルトを、一対のプーリ相互間に巻き付けてなるベルト式無段変速装置において、前記一対のプーリのうち一方の駆動側の回転により他方の従動側のプーリに向けて移動する部分の前記ＣＶＴベルトに対し、該ＣＶＴベルトの互いに隣接する前記エレメント相互間で駆動側のプーリの半径方向外側に作用する力に対抗するように、前記プーリの軸方向に交差する方向でかつＣＶＴベルト内側へ向けて押圧し駆動側のプーリとＣＶＴベルトとの間の接触面積を維持する押圧手段を設けたことを特徴とするベルト式無段変速装置。
2. 前記押圧手段は、変速比、前記駆動側プーリへの入力トルク，前記駆動側プーリへの入力回転数のうち、少なくとも一つに応じて押圧力を変化させることを特徴とする請求項１に記載のベルト式無段変速装置。
3. 前記押圧手段は、油圧シリンダによって作動することを特徴とする請求項１または２に記載のベルト式無段変速装置。
4. 板状のエレメントを板厚方向に複数積層して環状に形成し、この環状に形成したものをリング部材により保持して組み付けたＣＶＴベルトを、一対のプーリ相互間に巻き付けてなるベルト式無段変速装置のベルト調圧方法において、前記一対のプーリのうち一方の駆動側の回転により他方の従動側のプーリに向けて移動する部分の前記ＣＶＴベルトに対し、押圧手段により、該ＣＶＴベルトの互いに隣接する前記エレメント相互間で駆動側のプーリの半径方向外側に作用する力に対抗するように、前記プーリの軸方向に交差する方向でかつＣＶＴベルト内側へ向けて押圧し駆動側のプーリとＣＶＴベルトとの間の接触面積を維持することを特徴とするベルト式無段変速装置のベルト調圧方法。

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