JP6791590B2 - トルクカム装置及び無段変速機 - Google Patents
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Description
このトルクカム機構は、2つのカム部材の回転位相差に応じて推力を発生させるもので、各カム部材には、回転軸と直交する環状面に対して軸方向へ傾斜したカム斜面がそれぞれ形成され、2つのカム部材が互いにカム斜面どうしを摺動させて相対回転することにより、カム部材が離接してその全長(軸方向長)が変化する。これにより、回転軸方向への力(推力)が発生し、トルクを伝達する。
また、第2トルクカム機構が逆方向にトルクを伝達している時には、第1追従ガイドが第1トルクカム機構の第1入力側カム部材と第1出力側カム部材とを回転方向に互いに追従させるため、第1入力側カム部材と第1出力側カム部材との間のバックラッシの発生が抑制される。
このようにして、入力側カム部材と出力側カム部材との間のバックラッシの発生が抑制されるため、トルクの伝達方向を切り替える際に、トルク伝達のタイムラグの発生やトルクショックの発生が抑制される。
図1は各実施形態に係る無段変速機を模式的に示す構成図であり、図1に示すように、車両を走行させるための内燃機関(エンジン)又は電動モータ、或いはこれらの両方等からなる駆動源2には、遊星歯車機構等で構成された前後進切換機構4を介して、無段変速機5のプライマリプーリ6の固定シーブ8に結合された回転軸10が連結されている。この回転軸10には、固定シーブ8のシーブ面に対向してプーリのV字状溝を形成するシーブ面を有する可動シーブ12が、軸方向に摺動可能且つ相対回転不能に配設されている。
また、両プーリ6,14間には、ベルト26が巻き掛けられている。
さらに、スプリング22及びトルクカム装置90はセカンダリプーリ14の推力を調整してベルト26の挟圧力を調整する推力調整機構として機能する。
以下、トルクカム装置90について第1〜3の三つの実施形態を例示して説明する。
なお、第1実施形態のトルクカム装置は符号90で示すが、これと区別するために、第2実施形態のトルクカム装置は符号190で示し、第3実施形態のトルクカム装置は符号290で示す。
図2,図3に示すように、本実施形態のトルクカム装置90は、入力回転要素であるセカンダリプーリ14の可動シーブ20と、出力回転要素であるセカンダリプーリ14の固定シーブ16及び回転軸18との間に介装されている。本トルクカム装置90は、入力回転要素である可動シーブ20から出力回転要素である回転軸18にトルクが伝達されるドライブ走行時に推力を発生するとともにトルク伝達を行う第1トルクカム機構91と、出力回転要素である回転軸18から入力回転要素である可動シーブ20にトルクが伝達されるコースト走行時に推力を発生するとともにトルク伝達を行う第2トルクカム機構92とを、並列に有している。
第1追従ガイド94は、第1入力側カム部材91Aに設けられて螺旋状の第1被駆動ガイドカム斜面94aを有する第1入力側追従ガイド部材94Aと、出力側カム部材91Bに設けられ螺旋状の第1駆動ガイドカム斜面94b第1を有する第1出力側追従ガイド部材94Bと、を有して構成される。
第2追従ガイド95は、第2入力側カム部材92Aに設けられて螺旋状の第2駆動ガイドカム斜面95aを有する第2入力側追従ガイド部材95Aと、第2出力側カム部材92Bに設けられ螺旋状の第2被駆動ガイドカム斜面95bを有する第2出力側追従ガイド部材94B,95Bと、を有して構成される。
無段変速機5では、車両のドライブ走行時に、ベルト26からセカンダリプーリ14に伝達される入力トルクが強まると、セカンダリプーリ14のベルト挟圧力が不足し、セカンダリプーリ14の固定シーブ18がベルト26に対して滑りを生じる。ただし、回転軸18と相対動可能な可動プーリ20はベルト26に追従するので、固定シーブ16は可動シーブ20に対して回転位相遅れを生じる。
本実施形態にかかる無段変速機5は、上述のように構成されているので、トルクカム装置90を利用して、セカンダリプーリ14に推力を与えながら適宜の変速比で駆動トルクを伝達する。
そして、本トルクカム装置90は、トルク伝達していない状態のトルクカム機構において、入力側カム部材と出力側カム部材との間のバックラッシの発生が抑制される効果を得ることができる。
入力側カム部材91A,92Aが、図7(a)の(a1)に示す状態から(a2)に矢印で示すように周方向に移動するのに対しては、出力側カム部材91B,92Bは(a3)に矢印で示すように周方向に回転移動することで周方向移動に追従する。
また、入力側カム部材91A,92Aが、図7(b)の(b1)に示す状態から(b2)に矢印で示すように軸方向に移動するのに対しては、出力側カム部材91B,92Bは(b3)に矢印で示すように周方向に回転移動することで軸方向移動に追従する。
したがって、入力側カム部材91A,92Aは、これらを合成して、7(c)の(c1)に示す状態から(c2)に矢印で示すように周方向及び軸方向に移動するのに対しては、出力側カム部材91B,92Bは(c3)に矢印で示すように周方向に入力側カム部材91A,92Aの2倍の回転量で回転移動することで、入力側カム部材91A,92Aの周方向移動及び軸方向移動に追従する。
また、追従ガイド94,95のガイドカム斜面94a,94b,95a,95bにも過剰な負荷が加わらないので、ガイドカム斜面94a,94b,95a,95bは滑らかに加工するだけで単純に油膜接触するだけで耐久性も確保される。
次に、第2実施形態を説明する。この実施形態は、トルクカム装置190のみが第1実施形態と異なっている。
本実施形態では、図8に示すように、各カム斜面191a,191b,192a,192b及び各ガイドカム斜面194a,194b,195a,195bが、傾斜角度が段階的に変化する多段傾斜面により構成されている。なお、図8中の矢印はトルクカム装置190の回転方向を示す。また、トルクカム装置の断面については図2とほぼ同様である。
その他の構成は第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
次に、第3実施形態を説明する。この実施形態も、トルクカム装置290のみが第1,2実施形態と異なっている。
本実施形態では、図9に示すように、第1トルクカム機構291の追従ガイド294は、第1トルクカム機構291の入力側カム部材291A,出力側カム部材291Bの各筒状体を用いて形成され、第2トルクカム機構292の追従ガイド295は、第2トルクカム機構292の入力側カム部材292A,出力側カム部材292Bの各筒状体を用いて形成されている。なお、図9中の矢印はトルクカム装置290の回転方向を示す。また、トルクカム装置の断面については、図2において、追従ガイド94,95が配置される空間が不要になる他はほぼ同様のものとなる。
また、第1出力側カム部材291Bには、トルク伝達方向と反対方向を向いた螺旋状の第1被駆動カム斜面291bが形成されるとともに、トルク伝達方向を向いた螺旋状の第2ガイドカム斜面294bが形成される。
このように、第1入力側カム部材291Aの一部が入力側追従ガイド部材294Aを構成し、第1出力側カム部材291Bの一部が出力側追従ガイド部材294Bを構成し、入力側追従ガイド部材294Aと出力側追従ガイド部材294Bとから第1追従ガイド294が構成される。
また、第2出力側カム部材292Bには、トルク伝達方向を向いた螺旋状の第2被駆動カム斜面292bが形成されるとともに、トルク伝達方向と反対方向を向いた螺旋状の第2ガイドカム斜面295bが形成される。
このように、第2入力側カム部材292Aの一部が入力側追従ガイド部材295Aを構成し、第2出力側カム部材292Bの一部が出力側追従ガイド部材295Bを構成し、入力側追従ガイド部材295Aと出力側追従ガイド部材295Bとから第2追従ガイド295が構成される。
上記の各追従ガイド94,95,194,195,294,295(以下、追従ガイド94,95等とも称する)の追従ガイド部材94A,94B,95A,95B,194A,194B,195A,195B,294A,294B,295A,295B(以下、追従ガイド部材94A,94B等とも称する)のガイドカム斜面94a,94b,95a,95b,194a,194b,195a,195b,294a,294b,295a,295b(以下、ガイドカム斜面94a,94b等とも称する)は、以下のような幾何学的な特徴を有している。
出力側追従ガイド部材94B,95B,194B,195B,295B,295B(以下、出力側追従ガイド部材94B,95B等とも称する)のガイドカム斜面94b,95b,194b,195b,294b,295b(以下、ガイドカム斜面94b,95b等とも称する)は何れも、対応する入力側カム部材91A,92A,191A,192A,291A,292A(以下、入力側カム部材91A,92A等とも称する)の動きを示すベクトルと同方向で長さが少なくとも半分となるベクトルを描く斜面である。
入力側追従ガイド部材94A,95A,194A,195A,295A,295A(以下、入力側追従ガイド部材94A,95A等とも称する)のガイドカム斜面94a,95a,194a,195a,294a,295a(以下、ガイドカム斜面94a,95a等とも称する)は何れも、対応する入力側カム部材91A,92A,191A,192A,291A,292A(以下、入力側カム部材91A,92A等とも称する)の動きを示すベクトルと逆方向で長さが半分となるベクトルを描く斜面である。
トルクカム装置90,190,290(以下、トルクカム装置90等とも称する)の第1トルクカム機構91,191,291(以下、第1トルクカム機構91等とも称する)及び第2トルクカム機構92,192,292(以下、第2トルクカム機構92等とも称する)のうちの一方のトルクカム機構がトルク伝達しながら全長を変更すると、トルク伝達を行わない他方のトルクカム機構では、装備されている追従ガイド94又は95等によって上記全長の変更に追従して全長が変更される。
また、第2実施形態の場合、この出力側追従ガイド部材及び入力側追従ガイド部材の幾何学的特徴に対応して、各ガイドカム斜面194a,194b,195a,195bを形成している。以下、これについて図8,図11,図12を参照して説明する。
例えば第3実施形態のように追従ガイド部材294A,294B,295A,295Bの径(ガイド径ともいう、ここでは、半径とするが直径としてもよい)Rgがカム部材291A,291B,292A,292Bの径(カム径ともいう、ここでは、半径とするが直径としてもよい)Rcと同径であれば、上記のベクトルの長さの関係(長さ特性)は上記のままでよい。しかし、ガイド径Rgがカム径Rcと異なる場合には、上記のガイドカム斜面の動きを示すベクトルは、ガイド径Rgのカム径Rcに対する比率Re(=Rg/Rc)に応じて増減する(Rc,Rgはいずれも図示せず)。
そこで、上記の出力側追従ガイド部材及び入力側追従ガイド部材の幾何学的特徴については、各斜面の長さをこの比率Re(=Rg/Rc)に応じて増減補正するなど、比率Reに基づいて設定する。
同様に、出力側追従ガイド部材94B,95B等及び入力側追従ガイド部材94A,95A等が周方向に移動する長さ(ガイドの周方向移動長)Lgは、回転角度θとガイド径Rgとの積算値(Lg=θ・Rg)となる。回転角度θが等しければ、ガイドの周方向移動長Lgはガイド径Rgと比例する。
このように、第1トルクカム機構91の入力側カム部材91Aと第1追従ガイド94の入力側追従ガイド部材94Aのそれぞれの軸方向の移動量hは同一であり、且つ周方向移動量Lc,Lgが異なることから、入力側カム部材91Aのカム斜面91aの角度α(図示略)やこれと等しい出力側カム部材91Bのカム斜面91bの角度α(図示略)と、入力側追従ガイド部材94Aのガイドカム斜面94aの角度β(図示略)やこれと等しい出力側追従ガイド部材94Bのガイドカム斜面94bの角度β(図示略)とは、異なる角度で設定することが必要になる。
したがって、第2トルクカム機構92の入力側カム部材92Aと第2追従ガイド95の入力側追従ガイド部材95Aのそれぞれの軸方向の移動量hは同一であり、且つ周方向移動量Lc,Lgが異なることから、入力側カム部材95Aのカム斜面92aの角度αやこれと等しい出力側カム部材95Bのカム斜面95bの角度αと、入力側追従ガイド部材95Aのガイドカム斜面95aの角度βやこれと等しい出力側追従ガイド部材95Bのガイドカム斜面95bの角度βとは、異なる角度で設定することが必要になる。
以上、実施形態について説明したが、本発明は各実施形態を適宜変形して実施することができる。
例えば上記実施形態では、セカンダリプーリ側に本トルクカム装置を装備しているが、プライマリプーリの側に本トルクカム装置を装備してもよい。
また、第2実施形態のカム斜面が多段傾斜面で構成されるカムの変形例として、この多段化をさらに進めてカム斜面が無段階に連続的に変化するものに適用することも可能である。
また、本発明のトルクカム装置及びこれを備えた無段変速機は、両用の変速機として用いるのに適しているが、その他の種々の動力伝達系にも適用できる。
4 前後進切換機構
5 無段変速機
6 プライマリプーリ
8 プライマリプーリ6の固定シーブ
10 プライマリプーリ6の回転軸
12 プライマリプーリ6の可動シーブ
14 セカンダリプーリ
16 セカンダリプーリ14の固定シーブ(出力回転要素)
18 セカンダリプーリ14の駆動軸(回転軸,出力回転要素)
18A 軸連結部材(出力回転要素)
20 セカンダリプーリ14の可動シーブ(入力回転要素)
26 ベルト
22 スプリング
30 機械式プーリ移動機構
40 トルクカム機構
50 遊星歯車機構
60 動力伝達機構
70 アクチュエータとしての電動モータ
90,190,290 トルクカム装置(推力調整機構)
91,191,291 第1トルクカム機構
91A,191A,291A 第1入力側カム部材
91a,191a,291a 第1駆動カム斜面
91B,191B,291B 第1出力側カム部材
91b,191b,291b 第1被駆動カム斜面
92,192,292 第2トルクカム機構
92A,192A,292A 第2入力側カム部材
92a,192a,292a 第2被駆動カム斜面
92B,192B,292B 第2出力側カム部材
92b,192b,292b 第2駆動カム斜面
93 切替機構
94,94´,194,294 第1追従ガイド
94A,94A´,194A,294A 第1入力側追従ガイド部材
94a,94a´,194a,294a 第1被駆動ガイドカム斜面
94B,94B´,194B,294B 第1出力側追従ガイド部材
94b,94b´,194b,294b 第1駆動ガイドカム斜面
95,195,295 第2追従ガイド
95A,195A,295A 第2入力側追従ガイド部材
95a,195a,295a 第2駆動ガイドカム斜面
95B,195B,295B 第2出力側追従ガイド部材
95b,195b,295b 第2被駆動ガイドカム斜面
Claims (11)
- 入力回転要素に連結され、順方向にトルクを伝達する際の入力側となり、螺旋状の第1駆動カム斜面を有する第1入力側カム部材と、出力回転要素に連結され、順方向にトルクを伝達する際の出力側となり、前記第1駆動カム斜面と伝達トルクに応じた力で摺接する螺旋状の第1被駆動カム斜面を有する第1出力側カム部材と、を備えた第1トルクカム機構と、
前記入力回転要素に連結され、逆方向にトルクを伝達する際の出力側となり、螺旋状の第2被駆動カム斜面を有する第2入力側カム部材と、前記出力回転要素に連結され、逆方向にトルクを伝達する際の入力側となり、前記第2被駆動カム斜面と伝達トルクに応じた力で摺接する螺旋状の第2駆動カム斜面を有する第2出力側カム部材と、を備えた第2トルクカム機構と、を装備し、
前記順方向にトルク伝達するときには、前記第1トルクカム機構を動力伝達状態とすると共に前記第2トルクカム機構を動力伝達解放状態とし、前記逆方向にトルク伝達するときには、前記第2トルクカム機構を動力伝達状態とすると共に前記第1トルクカム機構を動力伝達解放状態とする切替機構が備えられ、
前記第1入力側カム部材と前記第1出力側カム部材との間には、前記逆方向にトルク伝達するときに当該入出力部材同士を回転方向に追従させる第1追従ガイドが備えられ、
前記第2入力側カム部材と前記第2出力側カム部材との間には、前記順方向にトルク伝達するときに当該入出力部材同士を回転方向に追従させる第2追従ガイドが備えられている
ことを特徴とするトルクカム装置。 - 前記第1追従ガイドは、
前記第1入力側カム部材に設けられ螺旋状の第1被駆動ガイドカム斜面を有する第1入力側追従ガイド部材と、
前記第1出力側カム部材に設けられ螺旋状の第1駆動ガイドカム斜面を有する第1出力側追従ガイド部材と、を有し、
前記第1入力側カム部材と前記第1出力側カム部材が互いに離隔する方向に軸方向へ相対移動すると、前記第1被駆動ガイドカム斜面と前記第1駆動ガイドカム斜面とが、互いに摺接して軸方向に追従移動し、
前記第2追従ガイドは、
前記第2入力側カム部材に設けられ螺旋状の第2駆動ガイドカム斜面を有する第2入力側追従ガイド部材と、
前記第1出力側カム部材に設けられ螺旋状の第2被駆動ガイドカム斜面を有する第2出力側追従ガイド部材と、を有し、
前記第2入力側カム部材と前記第2出力側カム部材が互いに離隔する方向に軸方向へ相対移動すると、前記第2駆動ガイドカム斜面と前記第2被駆動ガイドカム斜面とが、互いに摺接して軸方向に追従移動する
ことを特徴とする請求項1記載のトルクカム装置。 - 前記第1駆動カム斜面及び前記第2駆動カム斜面は前記順方向に沿った軸方向を向き、前記第1被駆動カム斜面及び前記第2被駆動カム斜面は前記逆方向に沿った軸方向を向くように配向され、
前記第1駆動ガイドカム斜面及び第2駆動ガイドカム斜面は前記逆方向に沿った軸方向を向き、前記第1被駆動ガイドカム斜面及び第2被駆動ガイドカム斜面は前記順方向に沿った軸方向を向くように配向されている
ことを特徴とする請求項2記載のトルクカム装置。 - 前記第1トルクカム機構は、第1の半径を基準とする第1筒状空間内に配置され、
前記第2トルクカム機構は、第2の半径を基準とする第2筒状空間内に配置され、
前記第1筒状空間及び前記第2筒状空間は、同一軸心の内側と外側とに重なるように並列に配置され、
前記第1追従ガイド及び前記第2追従ガイドは、前記第1筒状空間及び前記第2筒状空間とは異なる筒状空間内に配置されている
ことを特徴とする請求項2又は3記載のトルクカム装置。 - 前記第1トルクカム機構は、第1の半径を基準とする第1筒状空間内に配置され、
前記第2トルクカム機構は、第2の半径を基準とする第2筒状空間内に配置され、
前記第1筒状空間及び前記第2筒状空間は、同一軸心の内側と外側とに重なるように並列に配置され、
前記第1追従ガイドは前記第1筒状空間内に、前記第2追従ガイドは前記第2筒状空間内に,それぞれ配置されている
ことを特徴とする請求項2又は3記載のトルクカム装置。 - 前記第1トルクカム機構の前記第1駆動カム斜面及び前記第1被駆動カム斜面、並びに、前記第2トルクカム機構の前記第2駆動カム斜面及び前記第2被駆動カム斜面の各トルク伝達面は、傾斜角度が所定の一定角度の単一傾斜面により構成され、
前記第1追従ガイドの前記第1駆動ガイドカム斜面及び前記第1被駆動ガイドカム斜面、並びに、前記第2追従ガイドの前記第2駆動ガイドカム斜面及び前記第2被駆動ガイドカム斜面の各ガイドカム斜面は、前記各トルク伝達面と同一傾斜角度の単一傾斜面により構成されている
ことを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載のトルクカム装置。 - 前記第1トルクカム機構の前記第1駆動カム斜面及び前記第1被駆動カム斜面、並びに、前記第2トルクカム機構の前記第2駆動カム斜面及び前記第2被駆動カム斜面の各トルク伝達面は、傾斜角度が徐々に変化する複数段傾斜面により構成され、
前記第1追従ガイドの前記第1駆動ガイドカム斜面及び前記第1被駆動ガイドカム斜面、並びに、前記第2追従ガイドの前記第2駆動ガイドカム斜面及び前記第2被駆動ガイドカム斜面の各ガイドカム斜面は、前記各トルク伝達面と同一傾斜角度の多段傾斜面により構成されている
ことを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載のトルクカム装置。 - 前記出力側追従ガイド部材のガイドカム斜面は、当該出力側追従ガイド部材が装備される前記トルクカム機構の前記入力側カム部材の動きを示すベクトルと同方向で長さが少なくとも半分となるベクトルを描く斜面により構成されている
ことを特徴とする請求項2〜7のいずれか1項に記載のトルクカム装置。 - 前記入力側追従ガイド部材のガイドカム斜面は、当該入力側追従ガイド部材が装備される前記トルクカム機構の前記入力側カム部材の動きを示すベクトルと逆方向で長さが少なくとも半分となるベクトルを描く斜面により構成されている
ことを特徴とする請求項2〜8のいずれか1項に記載のトルクカム装置。 - 前記入力側又は出力側追従ガイド部材の径Rgが前記入力側又は出力側カム部材の径Rcと異なり、前記ガイドカム斜面の長さは、これらの径Rg,Rcの比率Re(=Rg/Rc)に基づいて設定された値であることを特徴とする請求項8又は9に記載のトルクカム装置。
- プライマリプーリと、
セカンダリプーリと、
前記プライマリプーリ及び前記セカンダリプーリに掛け回されたベルト状部材と、
前記プライマリプーリに推力を付与する第1推力付与機構と、
前記セカンダリプーリに推力を付与する第2推力付与機構と、を備え、
前記第1推力付与機構及び前記第2推力付与機構の少なくともいずれか一方に、請求項1〜10のいずれか1項に記載のトルクカム装置が装備されている
ことを特徴とする無段変速機。
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