JP4956502B2

JP4956502B2 - 無段変速機用プーリ

Info

Publication number: JP4956502B2
Application number: JP2008196248A
Authority: JP
Inventors: 裕二長沢; 修三三田; 勇仁服部; 朋亮柳田
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: JP2010031996A

Description

本発明は、変速比を連続的に変化させる無段変速機に好適なプーリに関する。

従来から、ベルトの掛かり径を連続的に変化させることで、変速比を連続的に変化させるベルト式無段変速機が知られている（例えば、下記特許文献１など参照）。このベルト式無段変速機は、通常、その回転軸が互いに平行になるように設けられた一対のプーリを備えている。各プーリは、回転軸として機能するプーリ軸と、当該プーリ軸に固着された固定シーブと、プーリ軸に沿って進退自在の可動シーブと、を備えている。固定シーブおよび可動シーブは、互いに対向するテーパ面を有しており、固定シーブおよび可動シーブの間には、無端ベルトが掛け渡される略Ｖ字状のプーリ溝が形成される。このプーリ溝の溝幅は、可動シーブのプーリ軸に沿った進退に伴い変化する。そして、プーリ溝の溝幅が変化することで、Ｖ字ベルトの掛かり径、ひいては、変速比が変化するようになっている。

特開２００５−２７３７２９号公報

ところで、かかる無段変速機用のプーリについては、従来から、ベルトの最小掛かり径をより低減したいという要望があった。ベルトの最小掛かり径が低減できれば、減速比幅を低減することなく、プーリ、ひいては、無段減速機全体を小型化できるという利点があるからである。

ここで、ベルトの最小掛かり径は、プーリ軸のうちのプーリ溝部分（すなわち、固定シーブと可動シーブとで挟まれる部分）の軸径に大きく依存する。従来、このプーリ溝部分の軸径を、当該プーリ溝部より端部寄りの位置に形成されるスプライン軸部の軸径よりも小さくすることは困難であった。そのためプーリ溝部の軸径を低減するためには、スプライン軸部の軸径を低減する必要があった。しかし、スプライン軸部の軸径は、プーリ軸の強度維持のために過度に低減することは出来なかった。その結果、従来の技術では、ベルトの最小掛かり径を低減するにも限界があった。

そこで、本発明では、ベルトの最小掛かり径をより低減でき得るプーリを提供することを目的とする。

本発明の無段変速機用プーリは、プーリ軸と、前記プーリ軸に固着された固定シーブと、前記プーリ軸に沿って進退自在の可動シーブと、を備えた無段変速機用プーリであって、前記プーリ軸は、前記固定シーブが固着される固定軸部と、前記固定軸部に隣接するとともに外周面がプーリ溝の底面として機能するガイド軸部と、前記ガイド軸部に隣接するとともに当該ガイド軸部より大径のスプライン軸部と、を備え、前記可動シーブは、前記固定シーブに対向する円盤状部位を備えるとともに、略中央に前記スプライン軸部より大径の通過孔が形成されたシーブ本体と、前記ガイド軸部とほぼ同じ内径と前記通過孔とほぼ同じ外径とを備えるとともに周方向に複数分割された管体であって、前記通過孔にプーリ軸が挿通された状態で、前記通過孔に圧入されて前記シーブ本体と一体化する分割型管体と、を備えることを特徴とする。

好適な態様では、前記シーブ本体のうち前記固定シーブとの対向面にはテーパが施されており、前記分割型管体の端面は、前記通過孔に圧入された際に、前記シーブ本体のテーパ面に連なるべくテーパが形成されている。

他の好適な態様では、前記プーリ軸に、端面から軸方向に延びる穴であって、当該無段変速機用プーリの駆動に用いられる作動油の通路として機能するザグリ穴が形成されている場合、当該ザグリ穴は、少なくとも、前記ガイド軸部を避けた位置に形成されており、前記ガイド軸部は、完全中実構造である。

本発明によれば、可動シーブを、大径の通過孔が形成されたシーブ本体と、通過孔に圧入される分割型管体と、で構成している。その結果、ガイド軸部をスプライン軸部よりも小径にすることが可能となり、ひいては、最小ベルトかかり径を従来に比して低減することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である無段変速機１０の概略構成図である。この無段変速機１０は、無端ベルト２０の掛かり径を連続的に変化させることで、変速比を連続的に変化させるものである。無段変速機１０は、回転軸（プーリ軸１４）が互いに平行になるように設置された二つのプーリ１２と、当該二つのプーリ１２に掛け渡された無端ベルト２０と、を備えている。

各プーリ１２は、回転軸として機能するプーリ軸１４、プーリ軸１４に固着された固定シーブ１６、および、プーリ軸１４に沿って進退自在の可動シーブ１８を備えている。固定シーブ１６および可動シーブ１８は、いずれも略円盤状の部位を有しており、両シーブの間には、略Ｖ字状のプーリ溝１１が形成されるようになっている。このプーリ溝の溝幅は、可動シーブ１８の進退に伴い連続的に変化するようになっている。

プーリ溝１１には、無端ベルト２０が掛け渡される。無端ベルト２０は、複数の金属コマ２２を環状ベルト２４で連結することで構成される。金属コマ２２は、鋼などの金属からなる小片で、プーリ溝１１の形状に応じた略Ｖ字形状部分を有している。無端ベルト２０が掛け渡された場合、この金属コマ２２は、プーリ溝１１に嵌まり込むようになっている。そして、プーリ溝１１の溝幅が変更されると、当該プーリ溝１１に嵌まり込んだ金属コマ２２の径方向位置が変更されることになり、結果として、ベルト掛かり径が変化されることになる。そして、ベルト掛かり径が変化することで、二つのプーリ１２での回転数比率、ひいては、変速比が変化することになる。

次に、各プーリ１２の構成について図２、図３を参照して、より詳細に説明していく。図２、図３は、本実施形態におけるプーリ１２の断面図である。なお、以下では、説明を容易にするために、プーリ軸１４のうち可動シーブ１８より固定シーブ１６に近い側の端部（図２，図３における右側端部）を「固定側端部」、固定シーブ１６より可動シーブ１８に近い側の端部（図２，図３における左側端部）を「可動側端部」と呼ぶ。また、可動シーブ１８のうち、固定シーブ側端部を「前端」、その反対側端部を「後端」と呼ぶ。

既述したとおり、各プーリ１２は、回転軸として機能するプーリ軸１４を有している。このプーリ軸１４は、三つの部位に大別することができる。第一の部位である固定軸部３０は、固定シーブ１６が固着された部位である。この固定軸部３０の内部には、固定側端部から後述するガイド軸部３２の手前位置まで延びるザグリ穴である油路３６が形成されている。したがって、固定軸部３０のみに着目した場合、当該固定軸部３０は、中空の管状といえる。

第二の部位であるガイド軸部３２は、固定軸部３０に隣接する部位であって、その外周面がプーリ溝１１の底面として機能する部位である。可動シーブ１８の前端は、このガイド軸部３２上に位置している。換言すれば、このガイド軸部３２の一部は、可動シーブ１８により覆われており、可動シーブ１８の進退に伴い、ガイド軸部３２の露出範囲が変化するようになっている。

ここで、ベルト掛かり径の最小値は、このガイド軸部３２の軸径（軸径）に依存する。すなわち、図１における上側のプーリ１２のように、ベルト掛かり径は、プーリ溝１１に嵌まり込んだ金属コマ２２が、ガイド軸部３２に接触した時点が最小値となる。換言すれば、最小ベルト掛かり径Ｒｍｉｎを低減するためには、ガイド軸部３２の軸径を低減することが重要となる。

第三の部位であるスプライン軸部３４は、ガイド軸部３２に隣接する部位で、その外周囲に歯車状の凹凸であるスプライン溝歯３４ａ，３４ｂが形成された部位である。このスプライン軸部３４は、可動シーブ１８の一部と係合する（噛み合う）ことで、可動シーブ１８のプーリ軸１４に沿った相対移動を許容しつつ、プーリ軸１４の回転を可動シーブ１８に伝達する伝達機構として機能する。すなわち、このスプライン軸部３４に形成されたスプライン溝歯３４ａ，３４ｂは、周方向に均等に並ぶとともに、軸方向に延びる凹凸である。このスプライン溝歯３４ａ，３４ｂと係合することで、可動シーブ１８は、プーリ軸１４に対する周方向への相対移動が規制され、プーリ軸１４とともに回転することになる。その一方で、プーリ軸１４に対する可動シーブ１８の軸方向への相対移動は許容されているため、可動シーブ１８は、プーリ軸１４に沿って進退自在となっている。

なお、以下の説明では、スプライン軸部３４のうち、スプライン溝３４ａ部分の直径を「溝底径Ｒｓ１」と呼び、スプライン歯３４ｂ部分の直径を「歯先径Ｒｓ２」と呼ぶ。また、本実施形態では、スプライン溝歯３４ａ，３４ｂの形態を採用しているが、可動シーブ１８の軸方向への進退を許容しつつ、プーリ軸１４の回転を可動シーブ１８に伝達できるのであれば、他の伝達形態を採用してもよい。例えば、プーリ軸１４および可動シーブ１８に、互いに係合し合うキーおよびキー溝を形成し、当該キーおよびキー溝の係合関係を利用して、プーリ軸１４の回転を可動シーブ１８に伝達するようにしてもよい。

このスプライン軸部３４にも、固定軸部３０と同様に、可動側端部からガイド軸部３２の手前位置まで伸びるザグリ穴である油路３８が形成されている。換言すれば、スプライン軸部にのみ着目した場合、当該スプライン軸部は中空の管状であるといえる。また、スプライン軸部３４とガイド軸部３２との境界近傍には、油路３８に連通するべく径方向に延びる油孔４０が形成されている。可動シーブ１８は、この油路３８および油孔４０を介して供給または吸引される作動油の油圧により進退駆動させられる。なお、これまでの説明で明らかなとおり、ガイド軸部３２のみは、内部に穴が形成されておらず、完全な中実構造となっている。

ここで、本実施形態では、ガイド軸部３２の軸径Ｒｇをスプライン軸部３４の溝底径Ｒｓ１よりも小さくしている（Ｒｇ＜Ｒｓ１）。これは、最小ベルト掛かり径Ｒｍｉｎを、極力小さくするためである。すなわち、既述したとおり、最小ベルト掛かり径Ｒｍｉｎは、ガイド軸部３２の軸径Ｒｇに大きく依存しており、ガイド軸部３２が小径であるほど最小ベルト掛かり径Ｒｍｉｎも小さくなる。そして、最小ベルト掛かり径Ｒｍｉｎが小さいほど、無段変速機１０の変速比幅を大きくできる。また、変速比幅が同じであれば、最小ベルト掛かり径Ｒｍｉｎが小さいほど、プーリ１２全体のサイズ（シーブ１６，１８の外径）を小さくすることができる。そのため、従来から、最小ベルト掛かり径Ｒｍｉｎを、低減することが望まれていた。しかし、従来のプーリ１２では、ガイド軸部３２を、スプライン軸部３４の歯先径Ｒｓ２よりも小径にすることが困難であり、最小ベルト掛かり径Ｒｍｉｎを低減することが困難であった。

これについて、図７を用いて簡単に説明する。図７は、従来のプーリ１１２の概略断面図である。従来のプーリ１１２も、本実施形態のプーリ１２と同様に、プーリ軸１１４と、固定シーブ１１６と、可動シーブ１１８と、を備えている。また、本実施形態と同様に、プーリ軸１１４は、固定シーブ１１６が固着される固定軸部１３０、プーリ溝１１１の底部として機能するガイド軸部１３２、スプライン溝歯１３４ａ，１３４ｂが形成されたスプライン軸部１３４に大別される。ただし、従来のプーリ１１２は、本実施形態と異なり、ガイド軸部１３２をスプライン軸部１３４の歯先径Ｒｓ２よりも大径としている。これは、可動シーブ１１８のプーリ軸１１４への組み付けを可能にするためである。すなわち、可動シーブ１１８は、可動側端部（図７における左側端部）からプーリ軸１１４に挿し込まれ、組みつけられる。従って、可動シーブ１１８の軸孔１５０は、少なくとも、スプライン軸部１３４を通過できる程度に大きくなくてはならない。

一方、ガイド軸部１３２と可動シーブ１１８との間の間隙を防止するために、ガイド軸部１３２の軸径は、可動シーブ１１８の軸孔１５０の孔径（スプライン軸部１３４の歯先径Ｒｓ２よりも大径）とほぼ同じ大きさにせざるを得ない。換言すれば、従来のプーリ１１２では、ガイド軸部１３２の軸径は、歯先径Ｒｓ２よりも大きくせざるを得なかった。そして、その結果、最小ベルト掛かり径を小さくできず、大きな変速比幅が得られないという問題があった。

もちろん、ガイド軸部１３２の軸径を小さくするために、スプライン軸部１３４の歯先径Ｒｓ２を、大幅に低減することも考えられる。しかし、プーリ軸１１２は、伝達すべきトルク量に応じて、最低限確保すべき軸断面積が決まっており、その軸断面積を確保するためには、スプライン軸部１３４の径Ｒｓ１，Ｒｓ２を過度に小さくすることはできなかった。

本実施形態では、こうした問題を解決するために可動シーブ１８の構成を特殊なものとし、それにより、ガイド軸部３２をスプライン軸部３４より小径にすることを可能としている。これについて、図２から図５を参照して説明する。なお、図４は、可動シーブ１８の分解断面図である。また、図５は、分割型管体４４の分解斜視図および分解断面図である。

これまでの説明で明らかなとおり、プーリ１２には、プーリ軸１４のほかに、固定シーブ１６と、可動シーブ１８と、が設けられている。固定シーブ１６は、従来のプーリ１１２に設けられた固定シーブ１１６とほぼ同じ構成で、プーリ軸１４に固着された円盤状部材である。この固定シーブ１６のうち、可動シーブ１８との対向面にはテーパが施されており、略Ｖ字状のプーリ溝１１の一側面として機能する。

可動シーブ１８は、プーリ軸１４に沿って進退自在の部材である。本実施形態の可動シーブ１８は、従来と異なり、シーブ本体４２および分割型管体４４の二部材から構成されている。シーブ本体４２は、固定シーブ１６に対向する円盤部４６と、当該円盤部４６の背面から延びる円筒部４８と、に大別できる。円盤部４６は、固定シーブ１６との対向面にテーパが施された円盤状の部位である。この円盤部４６の中央には、スプライン軸部３４の歯先径Ｒｓ２よりも大径で、かつ、分割型管体４４の外径とほぼ同じか若干小さい通過孔５０が形成されている。

円筒部４８は、円盤部４６の背面から延びる筒状の部位である。この円筒部４８の中央には、スプライン孔５２が形成されている。スプライン孔５２は、通過孔５０に連通しており、その内周面には、スプライン軸部３４と噛み合う凹凸が周方向に均等に形成されている。

分割型管体４４は、シーブ本体４２の通過孔５０に圧入される管体で、圧入後は、シーブ本体４２とともにプーリ軸１４に沿って進退する管体である。この分割型管体４４は、図５に図示するように、周方向に複数分割（本実施形態では二分割）された管体である。なお、以下では、この分割型管体４４を構成する二つの不完全管体を、「管片４５」と呼ぶ。この分割型管体４４は、その内径がガイド軸部３２の外径とほぼ同じであり、その外径が通過孔５０の孔径とほぼ同じ、または、若干大きくなっている。別の見方をすれば、この分割型管体４４の肉厚は、通過孔５０とガイド軸部３２との間に形成される間隙量とほぼ同じである。したがって、通過孔５０に分割型管体４４を圧入することで、当該通過孔５０とガイド軸部３２との間の間隙が埋められることになる。また、分割型管体４４と、通過孔５０とに、回転方向の移動を制限する構成（例えばキーとキー溝など）を付加してもよい。

また、分割型管体４４の前端面には、円盤部４６に施されたテーパと同じ傾斜量のテーパが施されている。したがって、分割型管体４４を通過孔５０に圧入した場合、当該分割型管体４４の前端面と円盤部４６の前端面とが滑らかに連続するようになっている。

次に、この可動シーブ１８をプーリ軸１４に組み付ける際の流れについて説明する。可動シーブ１８をプーリ軸１４に組み付ける場合には、まず、シーブ本体４２の通過孔５０およびスプライン孔５２にプーリ軸を通す。このとき、通過孔５０（分割型管体４４が圧入される前）の孔径は、スプライン軸部３４の歯先径Ｒｓ２よりも十分に大きい。したがって、通過孔５０が形成された円盤部４６は、スプライン軸部３４を通過して、ガイド軸部３２にまで到達することが容易にできる。なお、このプーリ軸１４の挿通作業は、スプライン孔５２が、スプライン軸部３４に噛み合うべく、プーリ軸１４に対するシーブ本体４２の角度を調整しながら行う。

シーブ本体４２にプーリ軸１４が挿通されれば、続いて、当該シーブ本体４２の通過孔５０に分割型管体４４を圧入する。すなわち、シーブ本体４２にプーリ軸１４が挿通されれば、分割型管体４４を構成する二つの管片４５でガイド軸部３２を挟み込む。その状態で、シーブ本体４２または分割型管体４４を、互いに近づく方向に移動させ、二つの管片４５を通過孔５０に押し込む。そして、最終的に分割型管体４４の前端面がシーブ本体の前端面と同一面上に並ぶようになるまで分割型管体４４を通過孔５０に押し込めば、可動シーブ１８の組み付け作業は完了となる。

シーブ本体４２に圧入された分割型管体４４は、シーブ本体４２と一体となって軸方向に進退する。換言すれば、シーブ本体４２と分割型管体４４とが組み合わさって、一つの可動シーブ１８を構成する。そして、このように複数の分離可能な部材で一つの可動シーブ１８を構成することにより、ガイド軸部３２を、スプライン軸部３４よりも小径にできる。

また、既述したとおり、本実施形態では、プーリ軸１４の内部には、軸方向に延びるザグリ穴である油路３６，３８が形成されている。しかし、この二つの油路３６，３８は、いずれも、ガイド軸部３２には到達しておらず、ガイド軸部３２は、完全な中実構造となっている。そのため、内部が中空の固定軸部３０などに比して、外径を抑えつつも強度確保に必要な断面積を確保することができ、ガイド軸部３２の軸径をより低減できる。

そして、その結果、最小ベルト掛かり径を大幅に低減することができ、変速機１０の変速比幅を向上させることができる。また、変速比幅が従来と同じであれば、最小ベルト掛かり径が小さいほど、最大ベルト掛かり径を低減でき、ひいては、プーリの小型化が可能となる。

なお、本実施形態では、分割型管体４４として、外径が一定の管体を用いたが、シーブ本体４２との結合力を増加するために、特殊形状の管体を用いてもよい。例えば、図６（ａ）に図示するように、分割型管体４４を、先端面に近づくほど外径が増加する（肉厚が増加する）ような形状としてもよい。また、別の形態として、分割型管体４４を、図６（ｂ）に図示するように、その外表面が弧状に盛り上がった断面略樽型形状としてもよい。

本発明の実施形態である無段変速機の概略構成図である。プーリの断面図である。可動シーブ組み付け途中におけるプーリの断面図である。可動シーブの分解断面図である。分割型管体の分解斜視図および分解断面図である。他の分割型管体の一例を示す図である。従来のプーリの断面図である。

符号の説明

１０無段変速機、１１プーリ溝、１２プーリ、１４プーリ軸、１６固定シーブ、１８可動シーブ、２０無端ベルト、２２金属コマ、２４環状ベルト、３０固定軸部、３２ガイド軸部、３４スプライン軸部、３６，３８油路、４２シーブ本体、４４分割型管体、４５管片、４６円盤部、４８円筒部、５０通過孔、５２スプライン孔。

Claims

プーリ軸と、前記プーリ軸に固着された固定シーブと、前記プーリ軸に沿って進退自在の可動シーブと、を備えた無段変速機用プーリであって、
前記プーリ軸は、前記固定シーブが固着される固定軸部と、前記固定軸部に隣接するとともに外周面がプーリ溝の底面として機能するガイド軸部と、前記ガイド軸部に隣接するとともに当該ガイド軸部より大径のスプライン軸部と、を備え、
前記可動シーブは、
前記固定シーブに対向する円盤状部位を備えるとともに、略中央に前記スプライン軸部より大径の通過孔が形成されたシーブ本体と、
前記ガイド軸部とほぼ同じ内径と前記通過孔とほぼ同じ外径とを備えるとともに周方向に複数分割された管体であって、前記通過孔にプーリ軸が挿通された状態で、前記通過孔に圧入されて前記シーブ本体と一体化する分割型管体と、
を備えることを特徴とする無段変速機用プーリ。
請求項１に記載の無段変速機用プーリであって、
前記シーブ本体のうち前記固定シーブとの対向面にはテーパが施されており、
前記分割型管体の端面は、前記通過孔に圧入された際に、前記シーブ本体のテーパ面に連なるべくテーパが形成されていることを特徴とする無段変速機用プーリ。
請求項１または２に記載の無段変速機用プーリであって、
前記プーリ軸に、端面から軸方向に延びる穴であって、当該無段変速機用プーリの駆動に用いられる作動油の通路として機能するザグリ穴が形成されている場合、
当該ザグリ穴は、少なくとも、前記ガイド軸部を避けた位置に形成されており、
前記ガイド軸部は、完全中実構造である、
ことを特徴とする無段変速機用プーリ。