JP5845621B2 - 遊星摩擦車式無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、遊星摩擦車式無段変速機に関する。

従来、無段変速機として円錐状（テーパ状）の遊星歯車機構を用いた遊星摩擦車式無段変速機が知られている。例えば、特許文献１には、入力軸のトルクを、キャリア、テーパローラ及び、リングローラを介して出力軸へと伝達し、変速リングとテーパローラとの接触位置を変えることで、出力軸を入力軸に対して順転、停止もしくは、逆転させるようにした遊星摩擦車式無段変速機が開示されている。

特開２０１１−５６９８５号公報

ところで、上述の遊星摩擦車式無段変速機においては、トルクローディングを行うためにリングローラと出力軸との間の円弧溝に転動体を介装したローディング機構を設けている。このローディング機構は、リングローラと出力軸との間にトルク差が生じると、転動体がリングローラと出力軸とを軸方向に押し付けることによりトルクローディングが行われるように構成されている。

しかし、係る方式によれば、テーパローラやリングローラ等の各接触部の摩擦力や精度の影響によって、テーパローラの軸方向への移動が妨げられてしまい、テーパローラと変速リングとの接触点に十分な押し付け力を得られない可能性がある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、遊星摩擦車式無段変速機において、テーパローラと変速リングとの接触点に十分な押し付け力を発生させて、トルクローディングの効率を向上させることにある。

上述の目的を達成するため、本発明の遊星摩擦車式無段変速機は、ケースに回転自在に支持される入力軸と、入力側から出力側に向かって外径が小さくなる断面台形の中空円錐状に形成されるとともに、その円錐外周面に開口部が形成され、底部の外側面に前記入力軸の出力側端部が固定されるキャリアと、前記キャリアの開口部内に回転可能に配置され、前記入力軸の軸心に対して傾斜する回転軸に入力側から第１テーパローラ、第２テーパローラ及び、第３テーパローラを有する遊星摩擦車と、前記キャリアの底部外周の一部を切欠いて形成されるとともに、前記遊星摩擦車の回転軸の入力側端部を回転自在に支持する入力側支持部と、前記入力軸と同一直線上に設けられ、前記第１テーパローラと前記第３テーパローラとに接触して回転されるサンローラと、前記入力軸と同一直線上に設けられ、その内周面が前記第３テーパローラに接触して回転されるリングローラと、前記入力軸と同一直線上に前記リングローラの出力側端部から間隔を隔てて設けられ、前記ケースに回転自在に支持される出力軸と、前記リングローラと前記出力軸との間に形成されたテーパ状の溝部に、該リングローラと該出力軸との間にトルク差が生じた時に該リングローラと該出力軸とを軸方向に押し付ける転動体を有するローディング部と、前記入力軸の軸方向に移動可能に設けられるとともに、その内周面が前記第２テーパローラの外周面の少なくとも一部と接触して前記遊星摩擦車を自転させる変速リングとを備える。

前記入力側支持部は、前記キャリア底部の外周の一部をＶ字状の溝形状に切欠いて形成されてもよい。

前記遊星摩擦車の回転軸の入力側端部は、前記入力側支持部に軸受を介して回転自在に支持されてもよい。

前記キャリア頂部の外周の一部を切欠いて形成されるとともに、前記遊星摩擦車の回転軸の出力側端部を回転自在に支持する出力側支持部をさらに備えてもよい。

前記出力側支持部は、前記キャリア頂部の外周の一部をＶ字状の溝形状に切欠いて形成されてもよい。

前記遊星摩擦車の回転軸の出力側端部は、前記出力側支持部に軸受を介して回転自在に支持されてもよい。

本発明の遊星摩擦車式無段変速機によれば、テーパローラと変速リングとの接触点に十分な押し付け力を発生させて、トルクローディングの効率を効果的に向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る遊星摩擦車式無段変速機を示す模式的な部分断面図である。 図１におけるＡ矢視図である。 図１におけるＢ矢視図である。 本発明の一実施形態に係る遊星摩擦車式無段変速機のローディングカム部を示す模式的な側面図である。 （ａ）は無負荷時のローディングカム部の状態を示す図４のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は負荷時のローディングカム部の状態を示す図４のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は遊星摩擦車の回転軸に作用する押し付け力を示す模式的な正面図、（ｂ）は遊星摩擦車の回転軸の公転半径が増加された状態を示す模式的な正面図である。 遊星摩擦車と変速リングとの間に作用する接触面押付力を示す模式的な正面図である。 （ａ）は他の実施形態に係る入力側テーパローラ支持部の一部を示す模式的な正面図、（ｂ）は他の実施形態に係る出力側テーパローラ支持部の一部を示す模式的な正面図である。 他の実施形態に係る遊星摩擦車の回転軸の公転半径が増加された状態を示す模式的な正面図である。

以下、図１〜７に基づいて、本発明の一実施形態に係る遊星摩擦車式無段変速機を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に示すように、本実施形態の遊星摩擦車式無段変速機１０は、ケース本体１１と、入力軸１２と、キャリア１３と、遊星摩擦車１６と、サンローラ１７と、リングローラ１９と、出力軸２０と、変速リング２１と、ローディングカム部２２とを備えている。なお、説明の便宜のため、図１において遊星摩擦車式無段変速機１０の下半分の構成については図示を省略している。

ケース本体１１は、その内部に遊星摩擦車式無段変速機１０の各機構を収容するとともに、両側部には入力軸１２と出力軸２０とを回転自在に支持する軸受３０，３１がそれぞれ設けられている。

入力軸１２は、図示しないエンジンの回転軸にクラッチ等を介して接続されている。また、入力軸１２は、入力側をケース本体１１の軸受３０に挿通されるとともに、出力側をキャリア１３に接続されている。

キャリア１３は、入力側から出力側に向かって外径が小さくなる横断面台形の円錐状に形成されるとともに、その内部には後述するサンローラ１６を回転可能に収容する中空部が形成されている。また、キャリア底部１３ａの外側面には入力軸１２の出力側端部が固定され、キャリア１３の円錐外周面には後述する遊星摩擦車１６が収容される開口部１３ｂが形成されている。この開口部１３ｂの個数は、遊星摩擦車１６の個数（例えば３〜５個）に対応して設定されている。さらに、キャリア底面１３ａの外周部には入力側テーパローラ支持部１４が設けられ、キャリア頂部１３ｃの外周部には出力側テーパローラ支持部１５が設けられている。この入力側テーパローラ支持部１４と出力側テーパローラ支持部１５の個数は、遊星摩擦車１６の個数（例えば３〜５個）に対応して設定されている。

図２に示すように、入力側テーパローラ支持部１４は、キャリア底部１３ａの外周の一部をＶ字状に切欠いて形成されている。すなわち、入力側テーパローラ支持部１４は、キャリア底部１３ａの外周から軸中心に向かってＶ字状に切欠いたＶ字状溝部１４ａで構成されている。このＶ字状溝部１４ａには、遊星摩擦車１６の回転軸１６ｄの入力側端部が軸受１４ｂを介して回転自在に支持されている。

図３に示すように、出力側テーパローラ支持部１５は、キャリア頂部１３ｃの外周の一部をＶ字状に切欠いて形成されている。すなわち、出力側テーパローラ支持部１５は、キャリア頂部１３ｃの外周から軸中心に向かってＶ字状に切欠いたＶ字状溝部１５ａで構成されている。このＶ字状溝部１５ａには、遊星摩擦車１６の回転軸１６ｄの出力側端部が軸受１５ｂを介して回転自在に支持されている。

遊星摩擦車１６は複数個（例えば３〜５個）設けられており、図１に示すように、回転軸１６ｄが入力側から出力側に向かってサンローラ１７の軸心に近づくように傾斜して配置されている。このサンローラ１７は、軸心が入力軸１２と同一直線上になるように設けられている。また、遊星摩擦車１６は、入力側から順に第１テーパローラ１６ａと、第２テーパローラ１６ｂと、第３テーパローラ１６ｃとを備えている。これら第１テーパローラ１６ａ、第２テーパローラ１６ｂ及び、第３テーパローラ１６ｃは、回転軸１６ｄと一体回転可能に設けられている。

第１テーパローラ１６ａと第３テーパローラ１６ｃとは、入力側から出力側に向かって外径が小さくなる円錐状（テーパ状）に形成されている。この第１テーパローラ１６ａがサンローラ１７の第１ローラ１７ａと接触し、第３テーパローラ１６ｃがサンローラ１７の第２ローラ１７ｂと接触することで、サンローラ１７を回転軸１７ｃ回りに回転させるように構成されている。

第２テーパローラ１６ｂは、入力軸１２や回転軸１７ｃに対して外方に位置する外周面が、これら入力軸１２及び回転軸１７ｃの軸心と平行になるように、入力側から出力側に向かって外径が大きくなる円錐状（テーパ状）に形成されている。また、第２テーパローラ１６ｂは、変速リング２１の内周面と接触しており、キャリア１３の回転とともに自転するように構成されている。

サンローラ１７は、その回転軸１７ｃが入力軸１２の軸心と同一直線上に位置するように、キャリア１３の中空部内に回転可能に配設されている。また、回転軸１７ｃの入力側端部には、第１テーパローラ１６ａと接触する第１ローラ１７ａが設けられ、回転軸１７ｃの出力側端部には、第３テーパローラ１６ｃと接触する第２ローラ１７ｂが設けられている。この第１ローラ１７ａと第２ローラ１７ｂとは、入力側から出力側に向かって外径が小さくなる円錐状（テーパ状）に形成されている。

リングローラ１９は、有底の円筒状に形成されており、開口部を入力側に向けた状態で、その軸心が出力軸２０と同一直線上になるように配設されている。また、リングローラ１９の開口部には、出力側から入力側に向かって外方に傾斜する傾斜面１９ａが形成されており、この傾斜面１９ａが第３テーパローラ１６ｃと接触することで回転されるように構成されている。

出力軸２０は、その軸心が入力軸１２と同一直線上に位置するように、ケース本体１１に軸受３１を介して回転自在に支持されている。また、出力軸２０の入力側端部は、ローディングカム部２２を介してリングローラ１９に接続されている。

変速リング２１は、ケース本体１１内に入力軸１２と平行に設けられたネジ軸２１ａに螺合されている。このネジ軸２１ａの端部には、ネジ軸２１ａを回転させる図示しないステップモータが設けられており、変速指示に応じてネジ軸２１ａが回転することで、変速リング２１を入力軸１２の軸方向（図１のＸ−Ｙ方向）へと移動させるように構成されている。

ローディングカム部２２は、図４に示すように、リングローラ１９と出力軸２０との間にテーパを回転方向に付けるように形成された円弧状溝２２ａと、この円弧状溝２２ａの内部に設けられた球体（転動体）２２ｂとを備えて構成されている。このローディングカム部２２は、無負荷状態（図５（ａ）参照）からトルク差の生じる負荷状態（図５（ｂ）参照）になると、球体２２ｂがリングローラ１９と出力軸２０とを軸方向に押し付けることで、トルクローディングが行われるように構成されている。なお、円弧状溝２２ａは、テーパを回転方向に付けられるものであれば、例えばＶ字状の溝であってもよい。

以下、本実施形態に係る遊星摩擦車式無段変速機１０の作用効果について説明する。

図示しないクラッチが接続状態にされて入力軸１２が回転されると、キャリア１３は入力軸１２と一体に回転するとともに、Ｖ字状溝部１４ａに回転軸１６ｄを支持された遊星摩擦車１６が公転される。この時、公転する遊星摩擦車１６の第２テーパローラ１６ｂは、変速リング２１の内周面と接触しているため、遊星摩擦車１６の公転方向とは逆方向に自転する。また、同時にサンローラ１７は、第１ローラ１７ａが遊星摩擦車１６の第１テーパローラ１６ａと接触し、かつ第２ローラ１７ｂが遊星摩擦車１６の第３テーパローラ１６ｃと接触しているので、これらテーパローラ１６ａ〜１６ｃの自転方向とは逆方向に回転する。

リングローラ１９は、遊星摩擦車１６の第３テーパローラ１６ｃと接触しているため、第３テーパローラ１６ｃの自転方向とは逆方向に回転し、リングローラ１９と出力軸２０との間にトルク差が生じる。そして、トルク差が生じて、リングローラ１９と出力軸２０とがローディングカム部２２の球体２２ｂにより軸方向に押し付けられると、出力軸２０はリングローラ１９と共に回転する。

このように、トルクローディングの際にトルク差が生じると、Ｖ字状溝部１４ａに軸受１４ｂを介して支持された回転軸１６ｄの入力側端部及び、Ｖ字状溝部１５ａに軸受１５ｂを介して支持された回転軸１６ｄの出力側端部には、キャリア１３の回転方向とは逆向きの力が作用する（図６（ａ）の矢印Ｘ参照）。そして、図６（ｂ）に示すように、回転軸１６ｄが公転中心から外方へと押し出されて、遊星摩擦車１６の公転半径が増加することで、第２テーパローラ１６ｂと変速リング２１との接触部に押し付け力が発生する。この時のローディング力は、図７に示すように、入力トルクＴｉｎ（Ｆｉｎ）がカム機構を介してくさび効果により大きな接触面押付力に変換されることで発生するようになっている。

したがって、第２テーパローラ１６ｂと変速リング２１との接触部に十分な押し付け力を発生させることができるとともに、トルクローディングの効率を効果的に向上させることができる。

また、遊星摩擦車式無段変速機１０のトルクローディングが効率的に行われることで、各軸受１４ｂ，１５ｂの負担を効果的に低減することができる。

また、遊星摩擦車１６の回転軸１６ｄは、その入力側端部をＶ字状溝部１４ａに支持され、出力側端部をＶ字状溝部１５ａに支持されている。すなわち、遊星摩擦車式無段変速機１０が停止している際は、回転軸１６ｄの入力側端部がＶ字状溝部１４ａの底部に着座される一方、出力側端部がＶ字状溝部１５ａの底部に着座されることになる。

したがって、遊星摩擦車式無段変速機１０の停止時における遊星摩擦車１６の位置を、入力側テーパローラ支持部１４及び出力側テーパローラ支持部１５の中心位置に常に保つことが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、入力側テーパローラ支持部１４は、Ｖ字状の溝形状に形成される必要はなく、図８（ａ）に示すように、キャリア１３の外周の一部を直線状に切欠いて形成されてもよい。同様に、出力側テーパローラ支持部１５も、図８（ｂ）に示すように、キャリア頂部１３ｃの外周の一部を直線状に切欠いて形成されてもよい。この場合も、図９に示すように、回転軸１６ｄが公転中心から外方へと押し出されて、遊星摩擦車１６の公転半径が増加するので、上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

１０ 遊星摩擦車式無段変速機
１１ ケース本体
１２ 入力軸
１３ キャリア
１４ 入力側テーパローラ支持部（入力側支持部）
１５ 出力側テーパローラ支持部（出力側支持部）
１６ 遊星摩擦車
１６ａ 第１テーパローラ
１６ｂ 第２テーパローラ
１６ｃ 第３テーパローラ
１７ サンローラ
１９ リングローラ
２０ 出力軸
２１ 変速リング
２２ ローディングカム部

Claims (6)

1. ケースに回転自在に支持される入力軸と、
   入力側から出力側に向かって外径が小さくなる断面台形の中空円錐状に形成されるとともに、その円錐外周面に開口部が形成され、底部の外側面に前記入力軸の出力側端部が固定されるキャリアと、
   前記キャリアの開口部内に回転可能に配置され、前記入力軸の軸心に対して傾斜する回転軸に入力側から第１テーパローラ、第２テーパローラ及び、第３テーパローラを有する遊星摩擦車と、
   前記キャリアの底部外周の一部をＶ字状の溝形状に切欠いて形成されるとともに、前記遊星摩擦車の回転軸の入力側端部を回転自在に支持する入力側支持部と、
   前記入力軸と同一直線上に設けられ、前記第１テーパローラと前記第３テーパローラとに接触して回転されるサンローラと、
   前記入力軸と同一直線上に設けられ、その内周面が前記第３テーパローラに接触して回転されるリングローラと、
   前記入力軸と同一直線上に前記リングローラの出力側端部から間隔を隔てて設けられ、前記ケースに回転自在に支持される出力軸と、
   前記リングローラと前記出力軸との間に形成されたテーパ状の溝部に、該リングローラと該出力軸との間にトルク差が生じた時に該リングローラと該出力軸とを軸方向に押し付ける転動体を有するローディング部と、
   前記入力軸の軸方向に移動可能に設けられるとともに、その内周面が前記第２テーパローラの外周面の少なくとも一部と接触して前記遊星摩擦車を自転させる変速リングと、を備える遊星摩擦車式無段変速機。
2. ケースに回転自在に支持される入力軸と、
   入力側から出力側に向かって外径が小さくなる断面台形の中空円錐状に形成されるとともに、その円錐外周面に開口部が形成され、底部の外側面に前記入力軸の出力側端部が固定されるキャリアと、
   前記キャリアの開口部内に回転可能に配置され、前記入力軸の軸心に対して傾斜する回転軸に入力側から第１テーパローラ、第２テーパローラ及び、第３テーパローラを有する遊星摩擦車と、
   前記キャリアの底部外周の一部を切欠いて形成されるとともに、前記遊星摩擦車の回転軸の入力側端部を回転自在に支持する入力側支持部と、
   前記入力軸と同一直線上に設けられ、前記第１テーパローラと前記第３テーパローラとに接触して回転されるサンローラと、
   前記入力軸と同一直線上に設けられ、その内周面が前記第３テーパローラに接触して回転されるリングローラと、
   前記入力軸と同一直線上に前記リングローラの出力側端部から間隔を隔てて設けられ、前記ケースに回転自在に支持される出力軸と、
   前記リングローラと前記出力軸との間に形成されたテーパ状の溝部に、該リングローラと該出力軸との間にトルク差が生じた時に該リングローラと該出力軸とを軸方向に押し付ける転動体を有するローディング部と、
   前記入力軸の軸方向に移動可能に設けられるとともに、その内周面が前記第２テーパローラの外周面の少なくとも一部と接触して前記遊星摩擦車を自転させる変速リングと、
   前記キャリアの頂部外周の一部をＶ字状の溝形状に切欠いて形成されるとともに、前記遊星摩擦車の回転軸の出力側端部を回転自在に支持する出力側支持部と、を備える遊星摩擦車式無段変速機。
3. ケースに回転自在に支持される入力軸と、
   入力側から出力側に向かって外径が小さくなる断面台形の中空円錐状に形成されるとともに、その円錐外周面に開口部が形成され、底部の外側面に前記入力軸の出力側端部が固定されるキャリアと、
   前記キャリアの開口部内に回転可能に配置され、前記入力軸の軸心に対して傾斜する回転軸に入力側から第１テーパローラ、第２テーパローラ及び、第３テーパローラを有する遊星摩擦車と、
   前記キャリアの底部外周の一部を直線状に切欠いて形成されるとともに、前記遊星摩擦車の回転軸の入力側端部を回転自在に支持する入力側支持部と、
   前記入力軸と同一直線上に設けられ、前記第１テーパローラと前記第３テーパローラとに接触して回転されるサンローラと、
   前記入力軸と同一直線上に設けられ、その内周面が前記第３テーパローラに接触して回転されるリングローラと、
   前記入力軸と同一直線上に前記リングローラの出力側端部から間隔を隔てて設けられ、前記ケースに回転自在に支持される出力軸と、
   前記リングローラと前記出力軸との間に形成されたテーパ状の溝部に、該リングローラと該出力軸との間にトルク差が生じた時に該リングローラと該出力軸とを軸方向に押し付ける転動体を有するローディング部と、
   前記入力軸の軸方向に移動可能に設けられるとともに、その内周面が前記第２テーパローラの外周面の少なくとも一部と接触して前記遊星摩擦車を自転させる変速リングと、を備える遊星摩擦車式無段変速機。
4. ケースに回転自在に支持される入力軸と、
   入力側から出力側に向かって外径が小さくなる断面台形の中空円錐状に形成されるとともに、その円錐外周面に開口部が形成され、底部の外側面に前記入力軸の出力側端部が固定されるキャリアと、
   前記キャリアの開口部内に回転可能に配置され、前記入力軸の軸心に対して傾斜する回転軸に入力側から第１テーパローラ、第２テーパローラ及び、第３テーパローラを有する遊星摩擦車と、
   前記キャリアの底部外周の一部を切欠いて形成されるとともに、前記遊星摩擦車の回転軸の入力側端部を回転自在に支持する入力側支持部と、
   前記入力軸と同一直線上に設けられ、前記第１テーパローラと前記第３テーパローラとに接触して回転されるサンローラと、
   前記入力軸と同一直線上に設けられ、その内周面が前記第３テーパローラに接触して回転されるリングローラと、
   前記入力軸と同一直線上に前記リングローラの出力側端部から間隔を隔てて設けられ、前記ケースに回転自在に支持される出力軸と、
   前記リングローラと前記出力軸との間に形成されたテーパ状の溝部に、該リングローラと該出力軸との間にトルク差が生じた時に該リングローラと該出力軸とを軸方向に押し付ける転動体を有するローディング部と、
   前記入力軸の軸方向に移動可能に設けられるとともに、その内周面が前記第２テーパローラの外周面の少なくとも一部と接触して前記遊星摩擦車を自転させる変速リングと、
   前記キャリアの頂部外周の一部を直線状に切欠いて形成されるとともに、前記遊星摩擦車の回転軸の出力側端部を回転自在に支持する出力側支持部と、を備える遊星摩擦車式無段変速機。
5. 前記遊星摩擦車の回転軸の入力側端部は、
   前記入力側支持部に軸受を介して回転自在に支持される請求項１〜４の何れか記載の遊星摩擦車式無段変速機。
6. 前記遊星摩擦車の回転軸の出力側端部は、
   前記出力側支持部に軸受を介して回転自在に支持される請求項１〜５の何れかに記載の遊星摩擦車式無段変速機。

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