JP5339004B2 - ベルト式無段変速機 - Google Patents

Description

この発明は、一対のプーリと、それらのプーリに巻き掛けられたベルトとで構成されたベルト式無段変速機に関するものである。

従来、動力源から車輪に動力を伝達する動力伝達経路に無段階に変速比を変化させることができる無段変速機が用いられている。その無段変速機のうち一対のプーリと、それらのプーリに巻き掛けられたベルトとを有するいわゆるベルト式無段変速機が知られている。また、それらの各プーリは、回転軸と一体に形成された固定シーブと、その固定シーブに対向して配置され、回転軸に沿う方向に荷重を受ける可動シーブとで構成されている。そのため、可動シーブに作用する荷重に応じてベルトを挟み付ける挟圧力が得られ、その挟圧力に基づいてベルトとプーリとの摩擦力が生じてプーリからベルトに、もしくはベルトからプーリにトルクが伝達される。

一方、ベルト式無段変速機は、強度あるいは耐久性を向上させるために金属材料を用いてプーリとベルトとを構成し、プーリとベルトとに潤滑オイルを供給するように構成されたベルト式無段変速機（以下、湿式ベルト式無段変速機と記す。）が知られている。しかしながら、湿式ベルト式無段変速機は、プーリとベルトとの間に潤滑オイルが介在するので、その分、ベルト挟圧力を高くする必要があり、それに伴う油圧ポンプ駆動のための動力の消費が多くなる。その結果、その荷重を得るための動力損失が増大してしまい、車両の燃費が低下する可能性がある。

そのため、ベルトとプーリとの接触面を樹脂材料で被膜して摩擦係数を増大させることにより、可動シーブに作用させる荷重を低下させるように構成されたベルト式無段変速機（以下、乾式ベルト式無段変速機と記す。）が開発されている。この乾式ベルト式無段変速機は、樹脂材料同士が接触してプーリとベルトとがトルクを伝達するように構成されているため、上記の湿式ベルト式無段変速機のように潤滑オイルを供給する必要がなく、また潤滑オイルが流入することによる摩擦力の低下を抑制もしくは防止するために、プーリとベルトとが配置されている空間が乾燥した状態とされている。

また、乾式ベルト式無段変速機は、上記のように潤滑オイルを利用しない構成とされているために、固定シーブと一体に形成された回転軸と、その回転軸の外周側に配置された可動シーブあるいは他の回転軸との摩擦による動力損失が増大してしまう。そのため、特許第３４１２７４１号公報に記載された装置は、回転軸と可動シーブとの摩擦による動力損失を抑制もしくは防止するために、回転軸と可動シーブとの間に樹脂材料で構成されたブッシュが配置されている。

一方、ベルト式無段変速機は、プーリとベルトとの摩擦力を利用して動力を伝達するように構成されているので、プーリとベルトとの接触面から発熱する。そのため、プーリが高温となって、その熱がブッシュに伝達されることによってブッシュが熱膨張する。また、ベルトと接触しているプーリ面に近いほどブッシュの温度が高くなる。その結果、ブッシュとプーリあるいは回転軸との隙間が不均一となり、ベルトを挟み付ける挟圧力の反力によって可動シーブの傾きが増大してしまう可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、高温時にシーブが傾くことを抑制もしくは防止することのできるベルト式無段変速機を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、回転軸と一体に形成された固定シーブと、前記回転軸の外周側に配置され、該回転軸の回転軸線に沿って移動可能に配置された可動シーブと、前記固定シーブと前記可動シーブとに挟み付けられて動力を伝達するベルトとを有するベルト式無段変速機において、前記回転軸と前記可動シーブとの間に可動シーブを摺動させるように配置され、軸線方向における前記可動シーブと前記ベルトとが接触する面側の端部の熱膨張率が他方の端部の熱膨張率より小さく形成されたブッシュを備えていることを特徴とするものである。

また、この発明は、上記の発明において、前記ブッシュは、熱膨張率が連続的に変化するように構成されていることを特徴とするベルト式無段変速機である。

さらに、この発明は、上記の発明において、前記ブッシュは、熱膨張率の異なる複数のブッシュを含むことを特徴とするベルト式無段変速機である。

さらにまた、この発明は、上記の発明において、前記可動シーブは、前記回転軸の回転軸線と同軸上に回転する円筒状に形成された他の回転軸を含み、前記複数のブッシュは、前記回転軸と前記他の回転軸の間に、各ブッシュ同士に間隔を空けて配置されていることを特徴とするベルト式無段変速機である。

さらにまた、この発明は、上記の発明において、前記ブッシュは、樹脂材料で構成された樹脂ブッシュを含むことを特徴とするベルト式無段変速機である。

さらにまた、この発明は、上記の発明において、前記可動シーブと前記ベルトとの接触面が樹脂材料で形成されていることを特徴とするベルト式無段変速機である。

この発明によれば、回転軸と、その回転軸の外周側に配置され、回転軸線に沿って移動可能に配置された可動シーブとの間にブッシュが配置されている。また、そのブッシュは、軸線方向における可動シーブとベルトとが接触する面側の端部の熱膨張率が他方の端部の熱膨張率より小さく形成されている。そのため、可動シーブとベルトとの摩擦による発熱によって、ブッシュが熱膨張した場合であっても、摺動面の径を略一定とすることができる。その結果、可動シーブが傾くことを抑制もしくは防止することができる。

また、この発明によれば、ブッシュは、熱膨張率が連続的に変化するように構成されているので、ブッシュを一体に形成することができるとともに、熱膨張した場合であっても、摺動面の全体の径を略一定とすることができる。その結果、可動シーブが傾くことを抑制もしくは防止することができる。

さらに、この発明によれば、ブッシュは、熱膨張率が異なる複数のブッシュを含むので、容易にブッシュを形成することができる。

さらにまた、この発明によれば、可動シーブは、回転軸の回転軸線と同軸上に回転する円筒状に形成された他の回転軸を含み、複数のブッシュは、回転軸と他の回転軸との間に各ブッシュ同士に間隔を空けて配置されているので、ブッシュを配置する範囲を少なくしつつ、各ブッシュが熱膨張した場合であっても、それぞれのブッシュと回転軸との隙間を略一定とすることができる。その結果、可動シーブが傾くことを抑制もしくは防止することができる。

さらにまた、この発明によれば、ブッシュは、樹脂材料で構成された樹脂ブッシュを含むので、ブッシュと回転軸もしくは可動シーブとの摩擦力を低下することができる。

さらにまた、この発明によれば、可動シーブとベルトとの接触面が樹脂材料で形成されているので、可動シーブとベルトとの摩擦力を得るために可動シーブに作用させる荷重を小さくすることができる。

この発明に係るベルト式無段変速機の構成例を説明するための模式図である。 図１におけるII部の拡大図である。 この発明に係るベルト式無段変速機の他の構成例を説明するための拡大図である。

つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。図１は、この発明に係るベルト式無段変速機１の断面を示した模式図である。図１に示すベルト式無段変速機１は、図示しないエンジンや電動機などの動力が伝達されて駆動するプライマリープーリ２と、そのプライマリープーリ２から動力が伝達されて駆動するセカンダリープーリ３と、それらのプーリ２，３に巻き掛けられてプライマリープーリ２からセカンダリープーリ３に動力を伝達するベルト４とで構成されている。また、各プーリ２，３は、回転軸５（６）と一体に形成された固定シーブ７（８）と、その固定シーブ７（８）に対向して配置され、回転軸線に沿って移動できるように保持された可動シーブ９（１０）とで構成されている。なお、プライマリープーリ２とセカンダリープーリ３とは、略同一の構成であるので、以下の説明では、セカンダリープーリ３を例に挙げて説明する。

ここで、各シーブ８，１０の構成について具体的に説明すると、固定シーブ８は、可動シーブ１０と対向した面を円錐状に形成したプーリ面８ａを有しており、そのプーリ面８ａとベルト４の側面４ａとが面接触するように構成されている。また、固定シーブ８と一体に形成された回転軸６は、固定シーブ８の回転軸線方向の双方に延出して形成されていて、その回転軸６の両端が図示しないケースに設けられた軸受によって回転自在に保持されている。

また、可動シーブ１０は、回転中心を中空に形成された円筒状の回転軸１１と一体に形成されており、その回転軸１１の一端に固定シーブ８と対向した円錐状に形成されたプーリ面１０ａを有している。このプーリ面１０ａは、上記の固定シーブ８に設けられたプーリ面８ａと同様にベルト４の側面４ａと面接触して動力を伝達するように構成されている。

さらに、固定シーブ８と可動シーブ１０とを一体に回転させるために、固定シーブ８と一体に形成された回転軸６には、外周側に突出した凸部６ａが形成され、その凸部６ａと係合して動力が伝達される凹部１１ａが可動シーブ１０と一体に形成された回転軸１１の内周部に形成されている。つまり、キーやスプラインによって回転軸６と円筒状の回転軸１１とが連結されている。したがって、固定シーブ８と可動シーブ１０とが一体に回転することができる。

そして、この発明に係るベルト式無段変速機１は、固定シーブ８と一体に形成された回転軸６と、その回転軸６の外周側に配置された円筒状の回転軸１１との摩擦抵抗を低下させるために、自己潤滑性のブッシュ１２が設けられている。このブッシュ１２は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの樹脂材料で形成されたものであり、回転軸６と円筒状の回転軸１１との間に設けられている。つまり、ブッシュ１２は、円筒状に形成されている。具体的には、円筒状の回転軸１１の内周面にブッシュ１２が嵌合もしくは係合して配置された状態で、そのブッシュ１２の中空部分に回転軸６が挿入されている。すなわち、ブッシュ１２の内径は、回転軸６の外径より大きく形成されている。言い換えると、回転軸６の外周面とブッシュ１２の内周面とには隙間が形成されている。

一方、上述したように構成された各プーリ２，３は、可動シーブ９（１０）と固定シーブ７（８）とでベルト４を挟み付ける挟圧力に応じた摩擦力によってトルクを伝達するように構成されているので、動力を伝達する際には、プーリ面８ａ，１０ａとベルト４の側面４ａとが接触している部分で発熱する。そのため、動力伝達に伴う熱によって可動シーブ１０が加熱され、その結果、ブッシュ１２の温度が上昇する。また、可動シーブ１０は、ベルト４と接触している位置に近づくにつれて温度が高くなるため、ブッシュ１２におけるプーリ面１０ａに近い側の端部の温度が、他方の端部の温度より高くなる。そのため、ブッシュ１２の熱膨張率を一定とすると、ブッシュ１２におけるプーリ面１０ａに近い側の端部の内径が、他方の端部の内径より小さくなる。つまり、ブッシュ１２の内周面と回転軸６の外周面との隙間が不均一となり、その結果、挟圧力の反力であるベルト４から可動シーブ１０が受ける力によって可動シーブ１０が傾きやすくなってしまう。

そのため、この発明に係るベルト式無段変速機１は、ブッシュ１２が熱膨張したときに、ブッシュ１２の内周面と回転軸６の外周面との隙間が略一定となるように構成されている。そのように構成されたブッシュ１２の具体例を図２に示してあり、プーリ面１０ａに近い側の端部の熱膨張率を、他方の端部の熱膨張率より小さくなるように構成され、また、軸線方向に熱膨張率が連続的に変化するように構成されている。つまり、ブッシュ１２を形成する際に、実験や設計上のトルク容量などから想定されるプーリ面１０ａの発熱量やシーブ８，１０の材料に基づく熱伝導率などからブッシュ１２の温度分布を求めて、その温度分布からブッシュ１２の軸線方向における各部分の熱膨張率を定めて材料の配合率などを設定する。

このようにブッシュ１２の軸線方向での熱膨張率を連続的に変化させることによって、ブッシュ１２が加熱された場合であっても、ブッシュ１２の熱膨張量を連続的に変化させることができるので、熱がブッシュ１２に伝達される前後の形状を同一とすることができる。つまり、熱がブッシュ１２に伝達された場合であっても、ブッシュ１２の内径が略一定となって、ブッシュ１２の内周面と回転軸６の外周面との隙間を略一定にすることができ、その結果、可動シーブ１０の傾きを抑制もしくは防止することができる。ひいては、可動シーブ１０が傾くことによる動力の性能の低下を抑制もしくは防止することができる。

なお、この発明に係るベルト式無段変速機は、ブッシュ１２の軸線方向において、プーリ面１０ａとベルト４の側面４ａとが接触している面側の端部の熱膨張率を他方の端部の熱膨張率より小さく形成されていればよい。したがって、図３に示すように熱膨張率の異なるブッシュ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを軸線方向に複数設けてもよい。つまり、プーリ面１０ａに近い側のブッシュ１２ａの熱膨張率を小さくし、軸線方向においてプーリ面１０ａから遠ざかるにつれてブッシュ１２ｂ，１２ｃの熱膨張率を大きくすれば良い。

さらに、この発明に係るベルト式無段変速機は、図１に示すように円筒状の回転軸１１における可動プーリ１０が形成されている端部とは反対側の端部に他のブッシュ１３を配置しても良い。その場合には、可動プーリ１０の内周側に配置されたブッシュ１２の熱膨張率を他のブッシュ１３の熱膨張率より小さくすることによって、ブッシュ１２の内周面と回転軸６の外周面との隙間と、他のブッシュ１３の内周面と回転軸６の外周面との隙間とを略一定とすることができ、その結果、可動シーブ１０の傾きを抑制もしくは防止することができる。ひいては、可動シーブ１０が傾くことによる動力伝達特性の低下を抑制もしくは防止することができる。

さらにまた、ベルト式無段変速機１が非駆動時にブッシュ１２の外周面が円錐状となるように形成し、かつ熱膨張率が一定となるように構成してもよい。そのように構成することによって、ブッシュ１２に熱が伝達された場合に、プーリ面１０ａに近い側の端部の変形量が多くなり、他端部側の変形量が少なくなるので、ブッシュ１２に熱が伝達された後のブッシュ１２の内周面と回転軸６の外周面との隙間を略一定とすることができる。

なお、上述した構成例では、ブッシュ１２を円筒状の回転軸１１に配置する例を挙げて説明したが、回転軸６にブッシュを配置した構成であってもよい。具体的には、円筒状の回転軸１１における固定シーブ８側の端部が摺動する範囲に熱膨張率の小さいブッシュを配置し、他方の端部が摺動する範囲に熱膨張率の大きいブッシュを配置する構成としてもよい。

なお、この発明に係るベルト式無段変速機は、車両や航空機あるいは船舶もしくは産業機械などの種々の装置に利用することができる。また、金属ベルトを利用した湿式ベルト式無段変速機と樹脂材料を用いたベルトを利用した乾式ベルト式無段変速機とのいずれのベルト式無段変速機であってもよい。

Claims (6)

1. 回転軸と一体に形成された固定シーブと、前記回転軸の外周側に配置され、該回転軸の回転軸線に沿って移動可能に配置された可動シーブと、前記固定シーブと前記可動シーブとに挟み付けられて動力を伝達するベルトとを有するベルト式無段変速機において、
   前記回転軸と前記可動シーブとの間に可動シーブを摺動させるように配置され、軸線方向における前記可動シーブと前記ベルトとが接触する面側の端部の熱膨張率が他方の端部の熱膨張率より小さく形成されたブッシュを備えていることを特徴とするベルト式無段変速機。
2. 前記ブッシュは、熱膨張率が連続的に変化するように構成されてい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機。
3. 前記ブッシュは、熱膨張率の異なる複数のブッシュを含むことを特徴とする請求項１に記載のベルト式無段変速機。
4. 前記可動シーブは、前記回転軸の回転軸線と同軸上に回転する円筒状に形成された他の回転軸を含み、
   前記複数のブッシュは、前記回転軸と前記他の回転軸の間に、各ブッシュ同士に間隔を空けて配置されていることを特徴とする請求項３に記載のベルト式無段変速機。
5. 前記ブッシュは、樹脂材料で構成された樹脂ブッシュを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のベルト式無段変速機。
6. 前記可動シーブと前記ベルトとの接触面が樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のベルト式無段変速機。

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