JP5249167B2 - ベルト式無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、溝幅を可変とする一対のプーリ間にベルトを巻き掛けて動力を伝達するベルト式無段変速機の技術に関する。

従来、溝幅を可変とする一対のプーリ間にベルトを巻き掛けて動力を伝達するベルト式無段変速機の技術としては、特許文献１に記載の技術が知られている。

特許文献１に記載のベルト式無段変速機は、第一軸と一体的に形成される固定シーブ及び第一軸に摺動可能に支持される可動シーブを備えるプーリと、可動シーブを固定シーブ側へと付勢するスプリングと、第一軸と同一軸線上に配置される第二軸と、可動シーブと第二軸との動力の伝達を可能とするカム機構と、を具備するものである。このような構成において、プーリの回転動力は、カム機構を介して第二軸へと伝達される。

しかし、特許文献１に記載のベルト式無段変速機は、第二軸が第一軸に対して軸受を介して相対回転可能に支持されていることや、カム機構と第二軸とを係合させるための突起を形成していること等から、構成が複雑となり、製造コストが増加する場合がある点で不利であった。

特開２００８−０６４１２５号公報

本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、製造コストの低減を図ることが可能なベルト式無段変速機を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、第一軸と、前記第一軸に固定される固定シーブ、及び前記第一軸に軸方向に摺動可能かつ相対回転不能に支持される可動シーブを有するプーリと、
前記第一軸と同一軸線上に配置される第二軸と、前記可動シーブと前記第二軸との間に介在し、前記可動シーブ及び前記第二軸間のトルクの伝達を可能とするとともに、前記トルクに応じた軸方向の押し付け力を前記可動シーブに付与するカム機構と、前記可動シーブを前記固定シーブ側へ付勢するスプリングと、を具備するベルト式無段変速機であって、前記第二軸は、内筒部と当該内筒部を囲繞する外筒部とからなる二重筒構造を有して、前記第一軸の一側を前記内筒部内に挿入して回転自在に支持し、前記スプリングを前記外筒部と前記内筒部との間に挿入して軸方向に伸縮可能に支持するものである。

請求項２においては、前記カム機構は、第一カムと当該第一カムに当接する第二カムとを含み、これらの第一カム及び第二カムを前記第一軸に対して相対回転可能に外嵌して、一方のカムを前記可動シーブに固定し、他方のカムを前記第二軸の外筒部に固定するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、プーリと第二軸との間の構造を簡単に構成することが可能となる。したがって、製造コストおよび製造時の手間を低減することができる。また、スプリングおよび第一軸が第二軸に沿って配置されることとなる。したがって、スプリングおよび第一軸を安定して支持することができる。

請求項２においては、カム機構をプーリと第二軸との間にコンパクトに配置して、プーリと第二軸との間の構造の簡単化を図ることが可能となる。したがって、製造コストおよび製造時の手間を低減することができる。

本発明の一実施形態に係るベルト式無段変速機を具備するトランスミッションの全体的な構成を示した概略図。 ベルト式無段変速機を示した側面図。 ベルト式無段変速機の入力側を示した側面断面図。 ベルト式無段変速機の出力側を示した側面断面図。 カム機構の取り付けの様子を示した斜視図。 カム機構のシーブ側カムと軸側カムとの当接部を示した模式図。 シーブ側カムを示した図。（ａ）平面図。（ｂ）正面図。（ｃ）側面図。 出力プーリに付与される押付力と伝達トルクとの関係を示した図。 カム機構の動作を示した模式図。（ａ）入力側から出力側へとトルクが伝達される場合の図。（ｂ）出力側から入力側へとトルクが伝達される場合の図。 出力プーリ径と押付力との関係を示す図。（ａ）伝達トルクが小さい場合の図。（ｂ）伝達トルクが大きい場合の図。

以下では、図１を用いて、本発明の一実施形態であるベルト式無段変速機１を具備するトランスミッション１００について説明する。なお、本実施形態に係るトランスミッション１００は、農業車両であるトラクタに具備されるものとして説明するが、本発明はこれに限るものではなく、その他の農業車両や建設車両、産業車両等、広く車両全般に適用することが可能である。また、以下では図中の矢印Ａの方向を前方向と定義して、説明を行う。

トランスミッション１００は、駆動源となるエンジンからの動力を変速した後に出力するものである。トランスミッション１００は、ベルト式無段変速機１、ＰＴＯ出力軸１０１、遊星歯車機構１０２、遊星歯車機構１０３、副変速機構１０４、駆動出力軸１０５等を具備する。

ベルト式無段変速機１は、伝達される動力を無段階に変速した後に出力するものである。ベルト式無段変速機１は、入力軸１０、入力プーリ２０、ベルト９０、出力プーリ５０、伝達軸４０、出力軸６０等を具備する。

前記エンジンからの動力は、入力軸１０に伝達される。入力軸１０に伝達された動力は、入力プーリ２０、ベルト９０、出力プーリ５０、及び伝達軸４０を介して出力軸６０に伝達される。また、入力プーリ２０及び出力プーリ５０の溝幅を調節することにより、ベルト式無段変速機１による動力の変速比を無段階に変更することができる。

ＰＴＯ出力軸１０１は、入力軸１０と同一軸線上に配置され、当該入力軸１０と連動して回転することにより動力を伝達するものである。ＰＴＯ出力軸１０１からの動力は、前記トラクタに連結される種々の作業機を駆動するための動力を取り出すＰＴＯシャフトへと伝達される。

遊星歯車機構１０２及び遊星歯車機構１０３は、ベルト式無段変速機１の出力軸６０から伝達される動力及びＰＴＯ出力軸１０１から伝達される動力を合成した後に出力するものである。

副変速機構１０４は、ベルト式無段変速機１、遊星歯車機構１０２、又は遊星歯車機構１０３から伝達される動力を変速した後に出力するものである。副変速機構１０４は、種々の歯車やクラッチ等を具備し、伝達される動力を正転又は逆転させて出力することができる。

駆動出力軸１０５は、副変速機構１０４からの動力を伝達するものである。駆動出力軸１０５からの動力は、最終減速機構等を介して前記トラクタの車輪へと伝達される。

このように構成されたトランスミッション１００において、前記エンジンからの動力は、ベルト式無段変速機１、遊星歯車機構１０２、遊星歯車機構１０３、及び副変速機構１０４によって変速された後、駆動出力軸１０５から出力される。当該動力により前記トラクタの車輪が回動して、トラクタが前進又は後進する。また、ベルト式無段変速機１等の変速比を変更することにより、前記トラクタの車速を任意に調節することができる。

なお、本実施形態に係るトランスミッション１００は、遊星歯車機構１０２、遊星歯車機構１０３、副変速機構１０４等を具備するものとしたが、本発明に係るベルト式無段変速機を適用することができるトランスミッション１００はこれに限るものではなく、駆動源からの動力を変速した後に出力するトランスミッション１００に広く適用することが可能である。

以下では、図２から図１０までを用いて、ベルト式無段変速機１について詳細に説明する。ベルト式無段変速機１は、入力軸１０、入力プーリ２０、油圧シリンダ３０、伝達軸４０、出力プーリ５０、出力軸６０、スプリング７０、カム機構８０、ベルト９０等を具備する。

図２及び図３に示すように、入力軸１０は、前記エンジンに連結され、当該エンジンからの動力を伝達するものである。入力軸１０は、軸線方向を前後方向として配置される。入力軸１０の後端部近傍には、前方から後方にかけて入力軸１０の直径が小さくなるようなテーパ部１０ａが形成される。

入力プーリ２０は、入力軸１０上に配置され、一対のシーブを具備する滑車である。入力プーリ２０は、固定シーブ２１、可動シーブ２２等を具備する。

固定シーブ２１は、略円筒形状の軸筒部、及び当該軸筒部の前端に一体的に形成される環状かつ側面断面視で略円錐台形状のシーブ部を有する部材である。固定シーブ２１は、シーブ部を軸筒部よりも前方に配置して、入力軸１０のテーパ部１０ａに外嵌される。固定シーブ２１のシーブ部の前面２１ａは、前方から後方にかけて直径が大きくなるような傾斜面として形成される。固定シーブ２１の軸線上には、当該固定シーブ２１を前後方向に貫通する貫通孔２１ｂが形成される。貫通孔２１ｂの内周面は、当該貫通孔２１ｂの内径が前方から後方にかけて小さくなるように、テーパ状に形成される。固定シーブ２１の貫通孔２１ｂには、前方から入力軸１０が挿通される。入力軸１０のテーパ部１０ａと、テーパ状に形成された貫通孔２１ｂとが嵌め合わされることにより、固定シーブ２１が入力軸１０に対して相対回転不能かつ摺動不能に固定される。

このように、固定シーブ２１をテーパを用いて入力軸１０に固定することで、スプラインやセレーションを用いて固定する場合に比べて製造コストの低減を図ることができる。さらに、固定シーブ２１と入力軸１０との嵌合のガタを無くすことができるため、ベルト式無段変速機１の変速比の変化や、ベルト９０と固定シーブ２１との接触面の耐久性の低下を防ぐことができる。

貫通孔２１ｂの内周面及びテーパ部１０ａの外周面には、それぞれ溝が形成され、当該溝に半月キー２１ｃが配置される。これによって、なんらかの理由で入力軸１０と固定シーブ２１とが相対回転しようとした場合であっても、半月キー２１ｃと前記溝が係合するため、入力軸１０と固定シーブ２１とが相対回転することを防止できる。

固定シーブ２１のすぐ後ろでは、ロックナット２１ｄが入力軸１０に締結される。これによって、固定シーブ２１が入力軸１０上を後方へと摺動すること、及び固定シーブ２１と入力軸１０とが相対回転することを防止でき、固定シーブ２１を入力軸１０に確実に固定することができる。
固定シーブ２１の軸筒部は軸受２１ｅに挿通され、当該軸受２１ｅを介して図示せぬミッションケースに対して回動可能に支持される。

このように、固定シーブ２１と入力軸１０とを別部品とすることで、固定シーブ２１が痛んだ場合等には固定シーブ２１のみを交換することができ、固定シーブ２１と入力軸１０とを一体の部品とする場合に比べて、部品交換コストの低減を図ることができる。また、切削加工により入力軸１０及び固定シーブ２１を形成する場合、固定シーブ２１と入力軸１０とを一体の部品とする場合に比べて加工時の切削無駄を少なくすることができる。従って、製造コストの低減を図ることができる。

可動シーブ２２は、略円筒形状の軸筒部、及び当該軸筒部の後端に一体的に形成される環状かつ側面断面視で略円錐台形状のシーブ部を有する部材である。可動シーブ２２は、シーブ部を軸筒部よりも後方に配置して、入力軸１０のテーパ部１０ａよりも前方の部分に外嵌される。可動シーブ２２のシーブ部の後面２２ａは、後方から前方にかけて直径が大きくなるような傾斜面として形成される。可動シーブ２２の軸線上には、当該可動シーブ２２を前後方向に貫通する貫通孔２２ｂが形成される。可動シーブ２２の貫通孔２２ｂには、後方から入力軸１０が挿通される。固定シーブ２１の前面２１ａと可動シーブ２２の後面２２ａとが入力軸１０上で対向するように配置されることで、当該前面２１ａ及び後面２２ａにより入力プーリ２０の溝が形成される。また、貫通孔２２ｂの内周面及び入力軸１０の外周面には、入力軸１０の軸線方向に沿ってそれぞれ溝が形成される。前記溝は、貫通孔２２ｂの内周面及び入力軸１０の外周面の円周方向に等間隔に３箇所形成され、互いに向かい合わせに位置する一対の溝に鋼球２２ｃ・２２ｃ・・・が配置される。これによって、可動シーブ２２が入力軸１０に対して軸線方向に摺動可能かつ相対回転不能に支持される。可動シーブ２２のシーブ部の前面には、ネジ穴２２ｄ・２２ｄ・・・が形成される。当該ネジ穴２２ｄ・２２ｄ・・・は、可動シーブ２２の円周方向に等間隔に４箇所形成される。
なお、本発明においては、前記溝同士の間隔を等間隔に限るものではなく、前記溝の個数及びネジ穴２２ｄの個数を上記の個数に限るものではない。

油圧シリンダ３０は、可動シーブ２２を入力軸１０上でその軸線方向に摺動させるものである。油圧シリンダ３０は、可動側シリンダケース３１、固定側シリンダケース３２等を具備する。

可動側シリンダケース３１は、その前部が開放された箱状の部材である。可動側シリンダケース３１の後面の中心には貫通孔３１ａが軸線方向に形成され、当該貫通孔３１ａには可動シーブ２２の軸筒部が挿通される。可動側シリンダケース３１の後面で貫通孔３１ａの周囲には、貫通孔３１ｂ・３１ｂ・・・が軸線方向に形成される。当該貫通孔３１ｂ・３１ｂ・・・は、可動側シリンダケース３１の円周方向に等間隔に４箇所形成される。
なお、本発明においては、貫通孔３１ｂ同士の間隔を等間隔に限るものではなく、前記貫通孔３１ｂが形成される箇所を４箇所に限るものではない。

可動シーブ２２のシーブ部の前面と可動側シリンダケース３１の後面とを当接させ、貫通孔３１ｂ・３１ｂ・・・とネジ穴２２ｄ・２２ｄ・・・とを重ね合わせた状態で、前方から貫通孔３１ｂ・３１ｂ・・・を介してネジ穴２２ｄ・２２ｄ・・・にボルト３１ｃ・３１ｃ・・・を締結することにより、可動側シリンダケース３１は可動シーブ２２に固設される。

固定側シリンダケース３２は、その後部が開放された箱状の部材である。固定側シリンダケース３２の前面の中心には貫通孔３２ａが形成され、当該貫通孔３２ａには入力軸１０が挿通される。固定側シリンダケース３２の後部は、可動側シリンダケース３１の開放側（前方）から当該可動側シリンダケース３１に挿通される。固定側シリンダケース３２と可動側シリンダケース３１との間には、シール部材３２ｂが配置される。

固定側シリンダケース３２のすぐ前では、入力軸１０が軸受３２ｃに挿通され、当該軸受３２ｃを介して図示せぬミッションケースに対して回動可能に支持される。
軸受３２ｃのすぐ前では、ロックナット３２ｄが入力軸１０に締結される。これによって、軸受３２ｃが前方へと摺動することを防止するとともに、当該軸受３２ｃを介して固定側シリンダケース３２が前方へと摺動することを防止できる。

このように構成された油圧シリンダ３０において、可動シーブ２２、可動側シリンダケース３１、及び固定側シリンダケース３２により閉塞された空間に油圧室３３が形成される。図示せぬ油路を介して油圧室３３に作動油を圧送することにより、可動側シリンダケース３１が入力軸１０上を後方に向かって摺動する。すなわち、油圧シリンダ３０が伸張する。この状態で、油圧室３３から作動油を排出可能な状態にした後に、可動側シリンダケース３１を前方に向かって付勢すると、可動側シリンダケース３１が入力軸１０上を前方に向かって摺動する。すなわち、油圧シリンダ３０が縮小する。

図２及び図４に示すように、伝達軸４０は、軸線方向を前後方向に向けて入力軸１０と平行に配置される。伝達軸４０の前端部近傍には、後方から前方にかけて伝達軸４０の直径が小さくなるようなテーパ部４０ａが形成される。

出力プーリ５０は、伝達軸４０上に配置され、一対のシーブを具備する滑車である。出力プーリ５０は、固定シーブ５１、可動シーブ５２等を具備する。

固定シーブ５１は、固定シーブ２１と同一の材質で、同一の形状に形成される部材である。すなわち、固定シーブ５１は、略円筒形状の軸部、及び当該軸部の後端に一体的に形成される略円錐台形状のシーブ部を有する。固定シーブ５１のシーブ部の後面５１ａは、後方から前方にかけて直径が大きくなるような傾斜面として形成される。固定シーブ５１の軸線上には、当該固定シーブ５１を前後方向に貫通する貫通孔５１ｂが形成される。貫通孔５１ｂの内面は、後方から前方にかけて内径が小さくなるようなテーパ状に形成される。固定シーブ５１の貫通孔５１ｂには、後方から伝達軸４０が挿通される。伝達軸４０のテーパ部４０ａと、テーパ状に形成された貫通孔５１ｂとが嵌め合わされることにより、固定シーブ５１が伝達軸４０に対して相対回転不能かつ摺動不能に固定される。

このように、固定シーブ５１をテーパを用いて伝達軸４０に固定することで、スプラインやセレーションを用いて固定する場合に比べて製造コストの低減を図ることができる。さらに、固定シーブ５１と伝達軸４０との嵌合のガタを無くすことができるため、ベルト式無段変速機１の変速比の変化や、ベルト９０と固定シーブ５１との接触面の耐久性の低下を防ぐことができる。

貫通孔５１ｂの内周面及びテーパ部４０ａの外周面には、それぞれ溝が形成され、当該溝に半月キー５１ｃが配置される。これによって、なんらかの理由で伝達軸４０と固定シーブ５１とが相対回転しようとした場合であっても、半月キー５１ｃと前記溝が係合し、相対回転することを防止できる。

固定シーブ５１の前方からは、伝達軸４０にロックナット５１ｄが締結される。これによって、固定シーブ５１が前方へと摺動することを防止でき、固定シーブ５１を伝達軸４０に確実に固定することができる。
固定シーブ５１の軸部は軸受５１ｅに挿通され、当該軸受５１ｅを介して図示せぬミッションケースに対して回動可能に支持される。

このように、固定シーブ５１と伝達軸４０とを別部品とすることで、固定シーブ５１が痛んだ場合等には固定シーブ５１のみを交換することができ、固定シーブ５１と伝達軸４０とを一体の部品とする場合に比べて、部品交換コストの低減を図ることができる。また、切削加工により伝達軸４０及び固定シーブ５１を形成する場合、固定シーブ５１と伝達軸４０とを一体の部品とする場合に比べて加工時の切削無駄を少なくすることができる。従って、製造コストの低減を図ることができる。さらに、ベルト式無段変速機１が自動車等の生産量の多い製品に用いられる場合、金型費を回収し易いため、金型を用いた鍛造により固定シーブ５１と伝達軸４０とを一体的に形成した方が製造コストの低減を図ることができるが、ベルト式無段変速機１が本実施形態に係るトラクタ等の農業車両や建設車両、産業車両等の生産量の少ない製品に用いられる場合、金型を用いずに固定シーブ５１及び伝達軸４０を別個に製造することで、製造コストの低減を図ることができる。

可動シーブ５２は、可動シーブ２２と同一の材質で、同一の形状に形成される部材である。すなわち、可動シーブ５２は、略円筒形状の軸部、及び当該軸部の前端に一体的に形成される略円錐台形状のシーブ部を有する。可動シーブ５２のシーブ部の前面５２ａは、前方から後方にかけて直径が大きくなるような傾斜面として形成される。可動シーブ５２の軸線上には、当該可動シーブ５２を前後方向に貫通する貫通孔５２ｂが形成される。可動シーブ５２の貫通孔５２ｂには、前方から伝達軸４０が挿通される。固定シーブ５１の後面５１ａと可動シーブ５２の前面５２ａとが対向するように配置されることで、当該後面５１ａ及び前面５２ａにより出力プーリ５０の溝が形成される。また、貫通孔５２ｂの内周面及び伝達軸４０の外周面には、伝達軸４０の軸線方向に沿ってそれぞれ溝が形成され、当該溝に鋼球５２ｃ・５２ｃ・・・が配置される。これによって、可動シーブ５２が伝達軸４０に対して軸線方向に摺動可能かつ相対回転不能に支持される。可動シーブ５２のシーブ部の後面には、ネジ穴５２ｄ・５２ｄ・・・が形成される。当該ネジ穴５２ｄ・５２ｄ・・・は、可動シーブ５２の円周方向に等間隔に４箇所形成される。
なお、本発明においては、ネジ穴５２ｄ同士の間隔を等間隔に限るものではなく、ネジ穴５２ｄが形成される箇所を４箇所に限るものではない。

上記の如く、入力プーリ２０の固定シーブ２１及び可動シーブ２２と、出力プーリ５０の固定シーブ５１及び可動シーブ５２と、をそれぞれ同一の部品で共用することで、部品の種類を削減することができ、ひいては部品コストの低減を図ることができる。

出力軸６０は、伝達軸４０と同一軸線上に配置されるものである。出力軸６０の前端側には、外筒部６１及び内筒部６２が形成される。外筒部６１は、軸線方向を前後方向に向けて配置され、前方側が開放された有底筒状に形成される。内筒部６２は、外筒部６１内において、軸線方向を前後方向に向けて配置され、前方側が開放された有底筒上に形成される。外筒部６１及び内筒部６２は、その軸線が一致して、前後方向に所定の長さを有するように形成される。外筒部６１の内周面と内筒部６２の外周面との間には、一定の隙間６１ａが形成される。外筒部６１の前面には、ネジ穴６３・６３・・・（図５参照）が形成される。当該ネジ穴６３・６３・・・は、外筒部６１の円周方向に等間隔に４箇所形成される。
なお、本発明においては、ネジ穴６３同士の間隔を等間隔に限るものではなく、ネジ穴６３が形成される箇所を４箇所に限るものではない。

出力軸６０の前後中途部は軸受６４に挿通され、当該軸受６４を介して図示せぬミッションケースに対して回動可能に支持される。
出力軸６０の内筒部６２には、伝達軸４０の後端部が相対回転可能かつ軸方向摺動可能に支持される。このように、前後方向に所定の長さを有する内筒部６２により伝達軸４０を支持することで、伝達軸４０が傾斜することがなく、当該伝達軸４０を出力軸６０と同一軸線上に確実に支持することができる。また、出力軸６０と伝達軸４０との間に軸受等の部材を配置する必要がないため、部品点数及び製造工程を削減することができ、製造コストの低減を図ることができる。

スプリング７０は、可動シーブ５２を前方へと付勢するものである。スプリング７０は、出力軸６０の外筒部６１と内筒部６２との隙間６１ａに配置される。スプリング７０の後端は出力軸６０と当接され、スプリング７０の前端は可動シーブ５２の後端と当接される。スプリング７０の付勢力によって、可動シーブ５２は前方、すなわち固定シーブ５１と近接する方向へと付勢される。このように、前後方向に所定の長さを有する隙間６１ａにスプリング７０を配置することで、スプリング７０が屈曲したり、当該スプリング７０の位置が出力軸６０の径方向にずれたりすることを防止することができる。

図４から図７までに示すように、カム機構８０は、出力プーリ５０及び出力軸６０間のトルクの伝達を可能とするものである。カム機構８０は、シーブ側カム８１、軸側カム８２等を具備する。

シーブ側カム８１は、略円筒形状の部材である。シーブ側カム８１は、軸線方向を前後方向に向けて、かつ軸線が伝達軸４０の軸線と一致するように配置される。このシーブ側カム８１の軸線上には所定の内径を有する貫通孔８１ａが形成される。シーブ側カム８１の前面には、軸線方向と直交する平面が形成され、シーブ側カム８１の後面には、第一面８１ｂ・８１ｂ、第二面８１ｃ・８１ｃ、及び軸線方向と直交する第三平面８１ｄ・８１ｄが形成される。

図５から図７までに示すように、第一面８１ｂ・８１ｂは、第三平面８１ｄに対して角度α１だけ傾斜するように形成される。すなわち、シーブ側カム８１の前面から第一面８１ｂ・８１ｂまでの距離は、シーブ側カム８１の周方向一側から他側に向かって大きくなる。

第二面８１ｃ・８１ｃは、第一面８１ｂ・８１ｂの他側端に連続して、第三平面８１ｄに対して角度α２だけ傾斜するように形成される。第二面８１ｃ・８１ｃは第一面８１ｂ・８１ｂと逆向きに傾斜した面であり、シーブ側カム８１の前面から第二面８１ｃ・８１ｃまでの最短距離は、シーブ側カム８１の周方向一側から他側に向かって小さくなる。このようにして、第一面８１ｂと第二面８１ｃとの連続部分が、シーブ側カム８１の後面において、後方に向かって凸となるように形成される。また、角度α２は、角度α１よりも大きくなるように設定される。

第三平面８１ｄ・８１ｄは、第一面８１ｂ・８１ｂの一側端及び第二面８１ｃ・８１ｃの他側端に連続して、シーブ側カム８１の周方向と平行、すなわちシーブ側カム８１の前面と平行となるように形成される。第三平面８１ｄ・８１ｄには、シーブ側カム８１の前面と後面とを貫通する貫通孔８１ｆ・８１ｆが形成される。

シーブ側カム８１の後面には、２つの第一面８１ｂ・８１ｂ、２つの第二面８１ｃ・８１ｃ、及び２つの第三平面８１ｄ・８１ｄが、シーブ側カム８１の周方向一側から他側に向かって、第一面８１ｂ、第二面８１ｃ、第三平面８１ｄ、第一面８１ｂ、第二面８１ｃ、第三平面８１ｄの順に形成される。

図４及び図５に示すように、シーブ側カム８１の貫通孔８１ａには、前方から可動シーブ５２の軸筒部が挿通される。可動シーブ５２のシーブ部の後面とシーブ側カム８１の前面とを当接させ、貫通孔８１ｆ・８１ｆとネジ穴５２ｄ・５２ｄとを重ね合わせた状態で、後方から貫通孔８１ｆ・８１ｆを介してネジ穴５２ｄ・５２ｄにボルト８１ｅ・８１ｅを締結することにより、シーブ側カム８１は可動シーブ５２に固設される。このように、可動シーブ５２のネジ穴５２ｄ・５２ｄ・・・（可動シーブ２２のネジ穴２２ｄ・２２ｄ・・・）は、可動シーブ２２と可動側シリンダケース３１とを固設する際にも、可動シーブ５２とシーブ側カム８１とを固設する際にも、同一のネジ穴５２ｄ・５２ｄ・・・（ネジ穴２２ｄ・２２ｄ・・・）として共用することができる。

図４から図６までに示すように、軸側カム８２は、シーブ側カム８１と同一の材質で、同一の形状に形成される部材である。すなわち、軸線方向を前後方向に向けて、かつ軸線が伝達軸４０の軸線と一致するように配置され、その軸線上には所定の内径を有する貫通孔８２ａが形成される。軸側カム８２の後面には、軸線方向と直交する平面が形成され、軸側カム８２の前面には、第一面８２ｂ・８２ｂ、第二面８２ｃ・８２ｃ、及び第三平面８２ｄ・８２ｄが形成される。第一面８２ｂ・８２ｂ、第二面８２ｃ・８２ｃ、及び第三平面８２ｄ・８２ｄの形状は、シーブ側カム８１の第一面８１ｂ・８１ｂ、第二面８１ｃ・８１ｃ、及び第三平面８１ｄ・８１ｄの形状とそれぞれ同一である。第三平面８２ｄ・８２ｄには、軸側カム８２の前面と後面とを貫通する貫通孔８２ｆ・８２ｆが形成される。なお、本実施形態では、第一面８１ｂ・８２ｂ、第二面８１ｃ・８２ｃ、及び第三平面８１ｄ・８２ｄは、外周上にそれぞれ二つずつ設けているが、三つずつ以上設ける構成とすることも可能である。

軸側カム８２の貫通孔８２ａには、前方から伝達軸４０が挿通される。出力軸６０の外筒部６１の前面と軸側カム８２の後面とを当接させ、貫通孔８２ｆ・８２ｆとネジ穴６３・６３とを重ね合わせた状態で、前方から貫通孔８２ｆ・８２ｆを介してネジ穴６３・６３にボルト８２ｅ・８２ｅを締結することにより、軸側カム８２は出力軸６０に固設される。その結果、シーブ側カム８１の後面と軸側カム８２の前面とが対向するように配置される。このように、軸側カム８２の貫通孔８２ｆ・８２ｆ（シーブ側カム８１の貫通孔８１ｆ・８１ｆ）は、シーブ側カム８１と可動シーブ５２とを固設する際にも、軸側カム８２と出力軸６０とを固設する際にも、同一の貫通孔８２ｆ・８２ｆ（貫通孔８１ｆ・８１ｆ）として共用することができる。

上記の如く、シーブ側カム８１と軸側カム８２とを同一の部品で共用することで、部品の種類を削減することができ、ひいては部品コストの低減を図ることができる。また、カム機構８０を、ローラやスプリング等を用いることなく、シーブ側カム８１及び軸側カム８２のみで構成することで、出力プーリ５０と出力軸６０との間にコンパクトに配置することができ、構造の簡単化を図ることができる。従って、製造工程を削減することができ、製造コストの低減を図ることができる。

図２から図４までに示すように、ベルト９０は、入力プーリ２０の溝及び出力プーリ５０の溝に巻回され、入力プーリ２０の動力を出力プーリ５０へと伝達するものである。ベルト９０は、金属製の薄板が重ねられたバンドと、金属製のエレメントからなる金属ベルトである。なお、本発明はこれに限るものではなく、ベルト９０としてゴム製、チェーン製、又は樹脂製のベルトを用いてもよい。

入力プーリ２０の溝に巻回されたベルト９０は、油圧シリンダ３０により所定の力で可動シーブ２２が固定シーブ２１側へと押されることで、入力プーリ２０に挟持される。出力プーリ５０の溝に巻回されたベルト９０は、スプリング７０の付勢力等により所定の力で可動シーブ５２が固定シーブ５１側へと押されることで、出力プーリ５０に挟持される。

以下では、上述の如く構成されたベルト式無段変速機１における、動力伝達の態様について説明する。

前記エンジンからの動力により入力軸１０が回転されると、当該入力軸１０とともに入力プーリ２０も回転される。入力プーリ２０が回転されると、ベルト９０を介して出力プーリ５０が回転される。出力プーリ５０が回転されると、出力プーリ５０に固設されたシーブ側カム８１が回転される。シーブ側カム８１が回転すると、シーブ側カム８１の第一面８１ｂ・８１ｂと軸側カム８２の第一面８２ｂ・８２ｂとが当接し、シーブ側カム８１の回転に伴って軸側カム８２が回転される。軸側カム８２が回転されると、出力軸６０が回転され、当該出力軸６０から動力が出力される。

油圧室３３へ作動油を圧送し、油圧シリンダ３０を伸張させた場合、可動シーブ２２が入力軸１０上を後方に向かって摺動するため、固定シーブ２１の前面２１ａと可動シーブ２２の後面２２ａとの間隔（入力プーリ２０の溝幅）が狭くなる。入力プーリ２０の溝幅が狭くなると、入力プーリ２０に巻回されるベルト９０の径が大きくなる。ベルト９０の全長は一定であるため、入力プーリ２０に巻回されるベルト９０の径が大きくなると、出力プーリ５０の可動シーブ５２がスプリング７０の付勢力に抗して後方へと摺動して、出力プーリ５０の溝幅が広くなり、出力プーリ５０に巻回されるベルト９０の径（以下、単に「出力プーリ径」と記す）Ｄは小さくなる。このように入力プーリ２０に巻回されるベルト９０の径を大きくし、出力プーリ径Ｄを小さくすることで、ベルト式無段変速機１の変速比が増速側へと変わる。

油圧室３３内の作動油を排出可能な状態にすると、入力プーリ２０に巻回されているベルト９０の張力の前方への分力により、可動シーブ２２が前方に向かって摺動するため、入力プーリ２０の溝幅が広くなる。入力プーリ２０の溝幅が広くなると、入力プーリ２０に巻回されるベルト９０の径が小さくなる。ベルト９０の全長は一定であるため、入力プーリ２０に巻回されるベルト９０の径が小さくなると、出力プーリ５０の可動シーブ５２がスプリング７０の付勢力により前方へと摺動して、出力プーリ５０の溝幅が狭くなり、出力プーリ径Ｄは大きくなる。このように入力プーリ２０に巻回されるベルト９０の径を小さくし、出力プーリ径Ｄを大きくすることで、ベルト式無段変速機１の変速比が減速側へと変わる。

ここで、出力プーリ５０の可動シーブ５２が固定シーブ５１に向かってベルト９０を押し付ける力（以下、単に「押付力」と記す）Ｆと、ベルト式無段変速機１により伝達されるトルク（以下、単に「伝達トルク」と記す）Ｔと、の関係について説明する。

図８に示すように、押付力Ｆには理想値Ｆｔが存在する。
押付力Ｆが理想値Ｆｔよりも小さい範囲（図８中のＸ参照）においては、ベルト式無段変速機１によって十分なトルクの伝達を行うことができない。また、大きなトルクを伝達しようとすると、押付力Ｆが不足しているため、ベルト９０と出力プーリ５０との間に滑りが生じ、トルクを伝達することができない場合がある。
押付力Ｆが理想値Ｆｔよりも大きい範囲（図８中のＹ参照）においては、出力プーリ５０が伝達トルクＴに対して必要以上の押付力Ｆでベルト９０を挟持するため、滑らかにベルト９０を回転させることができず、動力損失が生じる。
よって、十分なトルクを伝達するとともに、効率よくトルクを伝達するためには、押付力Ｆを可能な限り理想値Ｆｔに近い値とすることが必要となる。

本実施形態におけるカム機構８０は、シーブ側カム８１から軸側カム８２へと伝達するトルクに応じて、出力プーリ５０に押付力Ｆを発生させることができる。詳細には、カム機構８０が伝達するトルクに応じて、シーブ側カム８１と軸側カム８２との間に捩れが生じる（図９（ａ）中の白抜き矢印参照）。この場合、シーブ側カム８１の第一面８１ｂ・８１ｂと軸側カム８２の第一面８２ｂ・８２ｂとが当接しているため、当該当接した面に従ってシーブ側カム８１と軸側カム８２とが離間する方向に力が発生する。当該力によりシーブ側カム８１が軸側カム８２から離間する方向に移動することで、可動シーブ５２が固定シーブ５１へと付勢される。また、可動シーブ５２はスプリング７０によっても固定シーブ５１へと付勢されているため、カム機構８０による付勢力とスプリング７０による付勢力との合力が、出力プーリ５０の押付力Ｆとなる。

図１０（ａ）には、伝達トルクＴが小さい場合における、出力プーリ径Ｄと押付力Ｆとの関係を示す。図１０（ａ）中のＦｔは理想値を、Ｆｒは実測値を、それぞれ示す。図１０（ａ）に示すように、理想値Ｆｔは、出力プーリ径Ｄが大きくなるにつれて小さくなる。

伝達トルクＴが小さい場合、シーブ側カム８１と軸側カム８２との間に生じる捩れが小さいため、カム機構８０が可動シーブ５２を付勢する力は小さい。
この場合において、油圧シリンダ３０を動作させることにより入力プーリ２０の溝幅を広くしていくと、出力プーリ５０の可動シーブ５２が固定シーブ５１に向かって摺動し、出力プーリ５０の溝幅は狭くなっていく。すなわち、出力プーリ径Ｄは大きくなっていく。この場合、可動シーブ５２が出力軸６０から離間する方向へと摺動するため、スプリング７０の全長が長くなる。これによって、スプリング７０が可動シーブ５２を付勢する力は小さくなるため、出力プーリ径Ｄが大きくなるにつれ、押付力Ｆは小さくなる。

このように、出力プーリ径Ｄが大きくなるにつれてスプリング７０による付勢力が小さくなるため、実測値Ｆｒは理想値Ｆｔに追従するように変化する。これによって、出力プーリ径Ｄに応じて、押付力Ｆの実測値Ｆｒを理想値Ｆｔに近づけることができ、十分なトルクを伝達するとともに、効率よくトルクを伝達することができる。

図１０（ｂ）には、伝達トルクＴが大きい場合における、出力プーリ径Ｄと押付力Ｆとの関係を示す。図１０（ｂ）に示すように、理想値Ｆｔは、出力プーリ径Ｄが大きくなるにつれて小さくなる。伝達トルクＴが大きい場合、伝達トルクＴが小さい場合（図１０（ａ）参照）に比べて理想値Ｆｔが大きくなるが、カム機構８０による付勢力も伝達トルクＴに応じて大きくなるため、実測値Ｆｒも大きくなる。これによって、伝達トルクＴが大きい場合においても押付力Ｆの実測値Ｆｒを理想値Ｆｔに近づけることができ、十分なトルクを伝達するとともに、効率よくトルクを伝達することができる。

伝達トルクＴが大きい場合、シーブ側カム８１と軸側カム８２との間に生じる捩れが大きいため、カム機構８０が可動シーブ５２を付勢する力は大きい。
この場合において、油圧シリンダ３０を動作させることにより入力プーリ２０の溝幅を広くしていくと、出力プーリ５０の可動シーブ５２が固定シーブ５１に向かって摺動し、出力プーリ５０の溝幅は狭くなっていく。すなわち、出力プーリ径Ｄは大きくなっていく。この場合、可動シーブ５２が出力軸６０から離間する方向へと摺動するため、スプリング７０の全長が長くなる。これによって、スプリング７０が可動シーブ５２を付勢する力は小さくなるため、出力プーリ径Ｄが大きくなるにつれ、押付力Ｆは小さくなる。

このように、出力プーリ径Ｄが大きくなるにつれてスプリング７０による付勢力が小さくなるため、実測値Ｆｒは理想値Ｆｔに追従するように変化する。これによって、出力プーリ径Ｄに応じて、押付力Ｆの実測値Ｆｒを理想値Ｆｔに近づけることができ、十分なトルクを伝達するとともに、効率よくトルクを伝達することができる。なお、動力伝達が行われなくなると、つまり、伝達トルクＴがカム機構８０に加わらなくなると、スプリング７０による付勢力のみが出力プーリ５０に対する押付力Ｆとなり、出力プーリ５０の可動シーブ５２は、当該押付力Ｆに対応する軸線方向位置まで戻る。

上記の如く、伝達トルクＴに応じて出力プーリ５０に押付力Ｆを付与するカム機構８０を、ローラや弾性部材等の部材を用いることなく、簡単に構成することができる。これによって、製造コストの低減を図ることができる。

また、本実施形態におけるカム機構８０は、エンジンブレーキを使用する場合等において出力軸６０から入力軸１０へとトルクを伝達することもできる。すなわち、図２から図４までに示すように、走行中にエンジンブレーキをかける場合には、出力軸６０とともに軸側カム８２が回転される。軸側カム８２が回転すると、軸側カム８２の第二面８２ｃ・８２ｃとシーブ側カム８１の第二面８１ｃ・８１ｃとが当接し、軸側カム８２の回転に伴ってシーブ側カム８１が回転される。シーブ側カム８１が回転されると、出力プーリ５０が回転される。出力プーリ５０が回転されると、ベルト９０を介して入力プーリ２０が回転される。入力プーリ２０の回転に伴って入力軸１０が回転され、当該回転によりエンジンを回転させることにより、エンジンブレーキをかけることができる。

この場合においても、カム機構８０は、軸側カム８２からシーブ側カム８１へと伝達するトルクに応じて、出力プーリ５０に押付力Ｆを発生させることができる。詳細には、カム機構８０が伝達するトルクに応じて、軸側カム８２とシーブ側カム８１との間に捩れが生じる（図９（ｂ）中の白抜き矢印参照）。この場合、軸側カム８２の第二面８２ｃ・８２ｃとシーブ側カム８１の第二面８１ｃ・８１ｃとが当接しているため、当該当接した面に従って軸側カム８２とシーブ側カム８１とが離間する方向に力が発生する。当該力によりシーブ側カム８１が軸側カム８２から離間する方向に移動することで、可動シーブ５２が固定シーブ５１へと付勢される。また、可動シーブ５２はスプリング７０によっても固定シーブ５１へと付勢されているため、カム機構８０による付勢力とスプリング７０による付勢力との合力が、出力プーリ５０の押付力Ｆとなる。

上記の如く、シーブ側カム８１及び軸側カム８２に、第一面８１ｂ・８１ｂ及び第二面８１ｃ・８１ｃ、並びに第一面８２ｂ・８２ｂ及び第二面８２ｃ・８２ｃをそれぞれ形成することで、入力軸１０から出力軸６０へと伝達されるトルクだけでなく、出力軸６０から入力軸１０へと伝達されるトルクに応じて出力プーリ５０に押付力Ｆを付与することができる。

以下では、上述の如く構成されたベルト式無段変速機１に瞬間的に大きなトルクが加わった場合の動作態様について説明する。

ベルト式無段変速機１を具備するトラクタ等においては、瞬間的に大きなトルク（以下、単に「ピークトルク」と記す）が当該ベルト式無段変速機１に加わる場合がある。例えば、フロントローダを用いた作業中において、前進しながらフロントローダのバケットを土砂に突き刺す場合等である。この場合、車輪を支持する車軸にピークトルクが加わり、ひいてはベルト式無段変速機１にピークトルクが加わる。この場合、ピークトルクに応じて大きな押付力Ｆで出力プーリ５０に巻回されるベルト９０を挟持しなければ、ベルト９０と出力プーリ５０との間に滑りが生じ、トルクを伝達できない状態になる場合がある。

このようにピークトルクが発生した場合において、本実施形態におけるカム機構８０は、当該ピークトルクに応じて出力プーリ５０に押付力Ｆを発生させることができる。詳細には、ピークトルクに応じて、シーブ側カム８１と軸側カム８２との間に捩れが生じる（図９（ａ）中の白抜き矢印参照）。この場合、シーブ側カム８１の第一面８１ｂ・８１ｂと軸側カム８２の第一面８２ｂ・８２ｂとが当接しているため、当該当接した面に従ってシーブ側カム８１と軸側カム８２とが離間する方向に力が発生する。当該力によりシーブ側カム８１が軸側カム８２から離間する方向に移動することで、可動シーブ５２が固定シーブ５１へと付勢される。これによって、ピークトルクが発生した場合は、出力プーリ５０の押付力Ｆが増加する。

このように、ピークトルクが発生した場合には、カム機構８０によって出力プーリ５０の押付力Ｆを増加することができるため、ベルト９０と出力プーリ５０との間に滑りが生じることを防止することができ、ベルト式無段変速機１はトルクを伝達することができる。

また、ピークトルクが大きい場合、シーブ側カム８１と軸側カム８２との間に生じる捩れも大きくなるため、出力プーリ５０の押付力Ｆをより大きく増加させることができる。同様に、ピークトルクが小さい場合、シーブ側カム８１と軸側カム８２との間に生じる捩れも小さくなるため、出力プーリ５０の押付力Ｆをわずかだけ増加させることができる。このように、ピークトルクの値に応じて、出力プーリ５０の押付力Ｆを調節することができ、ベルト式無段変速機１は、十分なトルクを伝達するとともに、効率よくトルクを伝達することができる。

さらに、本実施形態の如くカム機構８０を用いることで、ピークトルクが発生した瞬間に出力プーリ５０の押付力Ｆを増加させることができるため、油圧制御等により出力プーリ５０の押付力Ｆを増加させる場合よりも応答が速く、確実にベルト９０と出力プーリ５０との間に滑りが生じることを防止することができる。

なお、第一面８１ｂ・８２ｂ及び第二面８１ｃ・８２ｃの形状は、本実施形態である凹凸のない曲面形状に限るものではない。すなわち、第一面８１ｂ・８２ｂ及び第二面８１ｃ・８２ｃの形状は、伝達トルクＴに応じた押付力Ｆを出力プーリ５０に付与することができる形状であればよい。特に、伝達トルクＴに応じた押付力Ｆを出力プーリ５０に付与するために、第一面８１ｂ・８２ｂ及び第二面８１ｃ・８２ｃの形状は、凹凸の少ないものが望ましい。
また、本実施形態において、カム機構８０のシーブ側カム８１及び軸側カム８２は、第一面８１ｂ・８１ｂ、第二面８１ｃ・８１ｃ、及び第三平面８１ｄ・８１ｄ、並びに第一面８２ｂ・８２ｂ、第二面８２ｃ・８２ｃ、及び第三平面８２ｄ・８２ｄをそれぞれ具備する形状としたが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、伝達トルクＴに応じた押付力Ｆを出力プーリ５０に付与することができる形状であればよい。
また、本実施形態においては、カム機構８０を出力プーリ５０側に配置するものとしたが、本発明はこれに限るものではなく、入力プーリ２０側に配置することや、入力プーリ２０側及び出力プーリ５０側の双方に配置することも可能である。

以上の如く、本実施形態に係るベルト式無段変速機１は、
伝達軸４０と、
伝達軸４０に固定される固定シーブ５１、及び伝達軸４０に軸方向に摺動可能かつ相対回転不能に支持される可動シーブ５２を有する出力プーリ５０と、
伝達軸４０と同一軸線上に配置される出力軸６０と、
可動シーブ５２と出力軸６０との間に介在し、可動シーブ５２及び出力軸６０間のトルクの伝達を可能とするとともに、トルクに応じた軸方向の押し付け力を可動シーブ５２に付与するカム機構８０と、
可動シーブ５２を固定シーブ５１側へ付勢するスプリング７０と、
を具備するベルト式無段変速機１であって、
出力軸６０は、内筒部６２と当該内筒部６２を囲繞する外筒部６１とからなる二重筒構造を有して、伝達軸４０の一側を内筒部６２内に挿入して回転自在に支持し、スプリング７０を外筒部６１と内筒部６２との間に挿入して軸方向に伸縮可能に支持するものである。
このように構成することにより、出力プーリ５０と出力軸６０との間の構造を簡単に構成することが可能となる。したがって、製造コストおよび製造時の手間を低減することができる。また、スプリング７０および伝達軸４０が出力軸６０に沿って配置されることとなる。したがって、スプリング７０および伝達軸４０を安定して支持することができる。

また、カム機構８０は、シーブ側カム８１と当該シーブ側カム８１に当接する軸側カム８２とを含み、これらのシーブ側カム８１及び軸側カム８２を伝達軸４０に対して相対回転可能に外嵌して、シーブ側カム８１を可動シーブ５２に固定し、軸側カム８２を出力軸６０の外筒部６１に固定するものである。
このように構成することにより、カム機構８０を出力プーリ５０と出力軸６０との間にコンパクトに配置して、出力プーリ５０と出力軸６０との間の構造の簡単化を図ることが可能となる。したがって、製造コストおよび製造時の手間を低減することができる。

１ ベルト式無段変速機
１０ 入力軸
２０ 入力プーリ
２１ 固定シーブ
２２ 可動シーブ
４０ 伝達軸（第一軸）
５０ 出力プーリ（プーリ）
５１ 固定シーブ（固定シーブ）
５２ 可動シーブ（可動シーブ）
６０ 出力軸（第二軸）
６１ 外筒部
６２ 内筒部
７０ スプリング
８０ カム機構
８１ シーブ側カム（第一カム）
８２ 軸側カム（第二カム）
９０ ベルト
１００ トランスミッション

Claims (2)

1. 第一軸と、
   前記第一軸に固定される固定シーブ、及び前記第一軸に軸方向に摺動可能かつ相対回転不能に支持される可動シーブを有するプーリと、
   前記第一軸と同一軸線上に配置される第二軸と、
   前記可動シーブと前記第二軸との間に介在し、前記可動シーブ及び前記第二軸間のトルクの伝達を可能とするとともに、前記トルクに応じた軸方向の押し付け力を前記可動シーブに付与するカム機構と、
   前記可動シーブを前記固定シーブ側へ付勢するスプリングと、
   を具備するベルト式無段変速機であって、
   前記第二軸は、内筒部と当該内筒部を囲繞する外筒部とからなる二重筒構造を有して、前記第一軸の一側を前記内筒部内に挿入して回転自在に支持し、前記スプリングを前記外筒部と前記内筒部との間に挿入して軸方向に伸縮可能に支持するベルト式無段変速機。
2. 前記カム機構は、第一カムと当該第一カムに当接する第二カムとを含み、これらの第一カム及び第二カムを前記第一軸に対して相対回転可能に外嵌して、一方のカムを前記可動シーブに固定し、他方のカムを前記第二軸の外筒部に固定する請求項１に記載のベルト式無段変速機。

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