JP6830391B2

JP6830391B2 - 無段変速機

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Publication number: JP6830391B2
Application number: JP2017064132A
Authority: JP
Inventors: 嘉之蓬田
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2021-02-17
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: JP2018168858A

Description

本発明は、プライマリプーリとセカンダリプーリとこれらに巻き掛けられるチェーン等の動力伝達要素を有する無段変速機に関する。

車両用の無段変速機には、入力側のプライマリ軸に設けられた溝幅可変のプライマリプーリと、出力側のセカンダリ軸に設けられた溝幅可変のセカンダリプーリとを有し、これらのプーリにはチェーン等の動力伝達要素が巻き掛けられる。プライマリプーリはプライマリ軸に一体に設けられる固定シーブと、プライマリ軸に軸方向に摺動自在に装着されてプライマリ軸と一体に回転する可動シーブとを有し、固定シーブと可動シーブとの間の溝には動力伝達要素が巻き掛けられる。セカンダリプーリは、セカンダリ軸に一体に設けられる固定シーブと、セカンダリ軸に軸方向に摺動自在に装着されるとともに一体に回転する可動シーブとを有し、固定シーブと可動シーブとの間に形成される溝には動力伝達要素が巻き掛けられる。

特許文献１、２には、動力伝達要素としてチェーンが使用される無断変速機が記載されている。

特開２００９−１４４７５１号公報特開２０１１−１１２１１２号公報

特許文献１に記載された無段変速機は、変速応答性を高めるとともに騒音の発生を抑制するために、可動シーブと固定シーブはそれぞれプーリ本体とこれに固定された動力伝達面形成部材とを有し、プーリ本体の剛性が動力伝達面形成部材の剛性よりも高くされている。特許文献２に記載されたチェーン式無段変速機は、減速時に発生するチェーンのジャー音を低減するために、プライマリプーリの固定シーブと可動シーブのシーブ面間の中心位置と、セカンダリプーリの固定シーブと可動シーブのシーブ面間の中心位置との軸方向距離をミスアライメントとしている。これにより、デファレンシャル装置から出力ギヤへ加わるスラスト荷重に応じてセカンダリ軸は、所定の範囲内で軸方向移動可能に支持される。

チェーンを動力伝達要素とする無段変速機においては、チェーンのピッチ間距離が大きいため、車両走行時にチェーンノイズが発生する。チェーンノイズの発生を抑制すべく、種々の実験結果がなされた結果、チェーンの起振力とプーリ固有の曲げモードとが重なると、軸受における振動が増大し、増大した振動がトランスミッションケースに伝搬されて、チェーンノイズが大きくなってしまうということが判明した。チェーンノイズを抑制するには、軸受を支持するトランスミッションケースの剛性を補強したり、ケースカバーを取り付けたりすることが考えられるが、このような対策では変速機の重量やコストを高めてしまう。また、変速機によっては、設計レイアウトの制約によりケースを補強したり、カバーを取り付けたりすることができない場合がある。

本発明の目的は、無段変速機の振動を抑制し、無段変速機から発生する振動騒音を低減することにある。

本発明の無段変速機は、一端部と他端部とが軸受により回転自在に支持される回転軸と、前記回転軸の前記一端部側に一体に設けられた固定シーブと、前記回転軸の軸方向中央部側に配置される基端部および前記回転軸の他端部側に配置される先端部を備え前記回転軸の軸方向に摺動して前記回転軸と一体回転する中空軸部、および前記中空軸部の前記基端部に一体に設けられた可動シーブ本体部を有する可動シーブとからなるプーリとを備え、前記プーリの溝にチェーンが巻き掛けられる無段変速機において、前記中空軸部の軸方向中央部に設けられ、前記回転軸に軸方向に摺動自在に噛み合う噛み合い部と、前記中空軸部の基端部に設けられ、前記回転軸の外周面に摺動自在に嵌合する基端側嵌合部と、前記中空軸部の先端部に設けられ、前記回転軸の外周面に摺動自在に嵌合する先端側嵌合部と、を有し、前記回転軸の軸振動の節の位置を前記基端側嵌合部の軸方向中央部であって前記回転軸の軸方向中央部に配置し、回転軸の軸振動の腹の位置を前記先端側嵌合部の軸方向中央部であって、前記回転軸の他端部側に配置した。

本発明の無段変速機においては、回転軸に発生する加振力がプーリの先端側嵌合部に集中的に加えられ、回転軸を支持する軸受からトランスミッションケースに伝搬される振動が抑制される。これにより、無段変速機から発生する振動騒音を低減することができる。

一実施の形態である無段変速機を示す断面図である。無段変速機を回転させたときにおけるセカンダリ軸の曲げモードの発生状態を示す断面図である。セカンダリ軸の一部を示す拡大断面図である。本発明の無段変速機の先端側嵌合部の局所最大接触荷重と、比較例である先端側嵌合部の局所最大接触荷重とを示す荷重特性グラフである。本発明と比較例とについての振動方向と先端側嵌合部に加わる面圧の大きさと分布を概念的に示す面圧特性線図であり、（Ａ）は本発明の特性を示し、（Ｂ）は比較例の特性を示す。無段変速機を回転駆動してチェーン音の発生状態を本発明と比較例とについて測定した結果を示す。プライマリプーリの一部を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示されるように、無段変速機１０は、それぞれ回転軸としてのプライマリ軸１１とセカンダリ軸１２とを有しており、それぞれの軸は相互に平行となって配置される。プライマリ軸１１の両端部は軸受１３ａ、１３ｂにより図示しないトランスミッションケースに回転自在に支持され、セカンダリ軸１２の両端部は軸受１４ａ、１４ｂによりトランスミッションケースに回転自在に支持される。プライマリ軸１１にはエンジントルクが入力され、セカンダリ軸１２は駆動輪に変速後のエンジントルクを出力する。

プライマリ軸１１にはプーリつまりプライマリプーリ１５が設けられており、プライマリプーリ１５は、プライマリ軸１１に一体に設けられた固定シーブ１６と、固定シーブ１６に対向してプライマリ軸１１に軸方向に摺動自在に装着される可動シーブ１７とを有している。可動シーブ１７は、プライマリ軸１１に軸方向に摺動してプライマリ軸１１と一体に回転する中空軸部１７ａと、中空軸部１７ａの基端部に一体に設けられた可動シーブ本体部１７ｂとを有している。

セカンダリ軸１２にはプーリつまりセカンダリプーリ２１が設けられており、セカンダリプーリ２１は、セカンダリ軸１２に一体に設けられた固定シーブ２２と、固定シーブ２２に対向してセカンダリ軸１２に軸方向に摺動自在に装着される可動シーブ２３とを有している。可動シーブ２３は、セカンダリ軸１２に軸方向に摺動してセカンダリ軸１２と一体回転する中空軸部２３ａと、中空軸部２３ａの基端部に一体に設けられた可動シーブ本体部２３ｂとを有している。

プライマリプーリ１５における固定シーブ１６の動力伝達面２４ａと可動シーブ本体部１７ｂの動力伝達面２４ｂとの間には、可動シーブ１７の軸方向移動により幅が可変となった溝２５ａが形成される。セカンダリプーリ２１における固定シーブ２２の動力伝達面２６ａと可動シーブ本体部２３ｂの動力伝達面２６ｂとの間には、溝２５ｂが形成される。両方のプーリの溝２５ａ、２５ｂにチェーン２７が装着され、それぞれのプーリに巻き掛けられる。変速比が最低速側となったときには、プライマリプーリ１５に対するチェーン２７の巻き掛け径は最小となり、セカンダリプーリ２１に対する巻き掛け径は最大となる。変速比が最高速側となったときには、プライマリプーリ１５に対する巻き掛け径は最大となり、セカンダリプーリ２１に対する巻き掛け径は最小となる。図１においては、セカンダリプーリ２１に対するチェーン２７の巻き掛け径が最大径となった状態が実線で示されている。このときのプライマリプーリ１５に対して実線で示すチェーン２７の位置は、最小巻き掛け径を示す。

図１においては、可動シーブ１７の上半分が固定シーブ１６に最接近した状態で示され、下半分が固定シーブ１６から最も離れた状態で示されている。一方、可動シーブ２３は上半分が固定シーブ２２から最も離れた状態で示され、下半分が固定シーブ２２に最接近した状態で示されている。

プライマリプーリ１５の中空軸部１７ａには第１のシリンダ３１が装着され、シリンダ３１の円筒部３１ａの内周面には、可動シーブ１７に設けられた隔壁部１７ｃが摺動自在に接触している。プライマリ軸１１には第２のシリンダ３２が固定され、シリンダ３２の先端はシリンダ３１の外面に当接している。中空軸部１７ａには隔壁部３３が固定され、隔壁部３３はシリンダ３２の円筒部３２ａの内周面に摺動自在に接触している。シリンダ３１と可動シーブ１７とにより第１のプライマリ油室３４ａが区画形成され、シリンダ３２と隔壁部３３とにより第２のプライマリ油室３４ｂが区画形成される。

プライマリ軸１１の一端部には油路３５が形成され、油路３５はプライマリ軸１１に形成された連通孔３６と、中空軸部１７ａに形成された連通孔３７を介して第１のプライマリ油室３４ａに連通している。プライマリ軸１１の他端部には油路３８が形成され、油路３８はプライマリ軸１１に形成された連通孔３９を介して第２のプライマリ油室３４ｂに連通している。両方のプライマリ油室３４ａ、３４ｂに供給される作動油により、プライマリプーリ１５の可動シーブ１７は固定シーブ１６に接近する位置と離れる位置とに駆動され、溝２５ａの幅が調整される。

セカンダリ軸１２にはプランジャ４１が取り付けられており、プランジャ４１は外径が相違した部分を有し、断面形状は段付きとなっている。可動シーブ２３の円筒部２３ｃの内周面は、プランジャ４１の大径部４１ａに摺動自在に接触している。プランジャ４１と可動シーブ２３とによりセカンダリ油室４２が区画形成される。プランジャ４１と可動シーブ２３との間にはコイルばね４３が装着され、コイルばね４３により可動シーブ２３には固定シーブ２２に向かう方向のばね力が付勢されている。

セカンダリ軸１２の一端部には油路４４が形成され、油路４４はセカンダリ軸１２に形成された連通孔４５を介してセカンダリ油室４２に連通している。セカンダリ油室４２に供給される作動油により、セカンダリプーリ２１の可動シーブ２３は固定シーブ２２に接近する位置と離れる位置とに駆動され、溝２５ｂの幅が調整される。可動シーブ２３の円筒部２３ｃにはカバー部材４６が固定され、カバー部材４６とプランジャ４１とによりバランス油室４７が形成され、バランス油室４７にはトランスミッションケース内の潤滑油が流入する。

セカンダリ軸１２には出力歯車４８が設けられており、プライマリ軸１１に入力されるエンジントルクは、無段変速機１０により変速されて出力歯車４８から駆動輪に出力される。

プライマリプーリ１５における可動シーブ１７の中空軸部１７ａの軸方向中央部の内周面には、噛み合い部５１が設けられており、この噛み合い部５１は、プライマリ軸１１に設けられたスプライン等からなる噛み合い部に軸方向に摺動自在に噛み合っている。可動シーブ本体部１７ｂの内径部分を中空軸部１７ａの基端部とすると、中空軸部１７ａはチェーン２７から離れる方向のプライマリ軸１１の端部に向けて突出しており、突出端を中空軸部１７ａの先端部とする。中空軸部１７ａの基端部には、プライマリ軸１１の外周面に摺動自在に嵌合する基端側嵌合部５２が設けられている。一方、中空軸部１７ａの先端部には、プライマリ軸１１の外周面に摺動自在に嵌合する先端側嵌合部５３が設けられている。

同様に、セカンダリプーリ２１における可動シーブ２３の中空軸部２３ａの軸方向中央部の内面には、噛み合い部５１が設けられており、この噛み合い部５１は、セカンダリ軸１２に設けられたスプライン等からなる噛み合い部に軸方向に摺動自在に噛み合っている。可動シーブ本体部２３ｂの内径部分を中空軸部２３ａの基端部とすると、中空軸部２３ａはチェーン２７から離れる方向のセカンダリ軸１２の端部に向けて突出しており、突出端を中空軸部２３ａの先端部とする。中空軸部２３ａの基端部には、セカンダリ軸１２の外周面に摺動自在に嵌合する基端側嵌合部５２が設けられている。一方、中空軸部２３ａの先端部には、セカンダリ軸１２の外周面に摺動自在に嵌合する先端側嵌合部５３が設けられている。

図２は無段変速機１０を回転させたときにおけるセカンダリ軸１２に発生する曲げモードの状態を示す断面図である。曲げモードは、セカンダリ軸１２とともに回転するチェーン２７の起振力により発生する。

図２における破線は、チェーン２７の起振力に起因したセカンダリ軸１２の曲げモーメントを示している。図２に示されるように、セカンダリ軸１２の曲げモードの振幅は、可動シーブ２３の基端側嵌合部５２の軸方向中央部が小さくなり、セカンダリ軸１２の両端部に向けて増加し、ピーク点を経た後にセカンダリ軸１２の両端面に僅かに小さくなる。セカンダリ軸１２の両端部における軸振動は軸受１４ａ、１４ｂを介してトランスミッションケースに伝搬され、無段変速機１０は振動騒音を発生する。

セカンダリ軸１２の曲げモードは、図２の破線で示すように、基端側嵌合部５２の軸方向中央部が波形の節Ａになり、ピーク点の位置が波形の腹Ｂになる。この腹Ｂの位置に先端側嵌合部５３の軸方向中央部が接触するように、可動シーブ２３の中空軸部２３ａの長さと先端側嵌合部５３の長さとを設定すると、先端側嵌合部５３の部分のセカンダリ軸１２の腹Ｂに面圧がかかり、接触箇所の変形が増える。これによって接触箇所の剛性が高くなり、セカンダリ軸１２の曲げモードの振幅が小さくなる。このように、セカンダリ軸１２の曲げモードの腹Ｂの位置に先端側嵌合部５３を設定すると、セカンダリプーリ２１は振動抑制構造になり、軸受１４ａに伝搬される振動が抑制され、軸受１４ａからトランスミッションケースに伝搬される振動が抑制される。トランスミッションに伝搬される振動が抑制されるので、無段変速機１０からチェーン２７の起振力に起因して発生する振動騒音が低減される。

なお、図２に示された振動波形は、セカンダリ軸１２を４２００〜４８００ｒｐｍの間の回転数で回転させたときに現れる曲げモードを示す。

図３はセカンダリ軸１２の一部を示す拡大断面図であり、節Ａの位置と腹Ｂの位置が拡大して示されており、節Ａと腹Ｂとの間の距離はＬ0となっている。図３においては、チェーン２７のセカンダリプーリ２１に対する最大巻き掛け径がＤmaxで示され、可動シーブ２３の基端側嵌合部５２の基端面５２ａと先端側嵌合部５３の先端面５３ａとの間の軸方向長さがＬ1で示されている。図３に示されるように、可動シーブ２３の軸方向長さＬ1は、最大巻き掛け径Ｄmaxよりも小さい値に設定されている（Ｌ1＜Ｄmax）。

可動シーブ２３が軸方向に移動しても、噛み合い部５１がセカンダリ軸１２の噛み合い部と噛み合った状態を維持するために、噛み合い部５１の長さを所定値に設定する必要があり、噛み合い部５１の長さを短くすることはできない。噛み合い部５１と基端側嵌合部５２の長さを維持しつつ、可動シーブ２３の軸方向長さＬ1を、最大巻き掛け径Ｄmaxよりも短い値に設定すると、先端側嵌合部５３の軸方向中央部がセカンダリ軸１２の曲げモードの腹Ｂの位置に設定されるとともに、先端側嵌合部５３に加わる面圧、つまりセカンダリ軸１２と可動シーブ２３との間の単位面積当たりの接触荷重が高められる。面圧が高くなることでセカンダリ軸１２の接触部の変形が増えることで接触箇所の剛性が高まる。その結果、チェーン２７の起振力に起因したセカンダリ軸１２の曲げモードの腹Ｂの位置に先端側嵌合部５３を配置することと相俟って、セカンダリ軸１２の曲げモードの振幅が抑制される。

特に、チェーン２７の巻き掛け径が最大となる低速段の変速比のときに、セカンダリプーリ２１の可動シーブ本体部２３ｂには、溝２５ｂを広げる方向に撓められるように大きな締結荷重が加わるので、先端側嵌合部５３の面圧を高めることにより、セカンダリ軸１２の振動抑制効果を高めることができる。

図４は上述した本発明の無段変速機１０の先端側嵌合部５３の局所最大接触荷重と、比較例である先端側嵌合部の局所最大接触荷重とを示す荷重特性グラフである。本発明においてはＬ1／Ｄmaxを０．９４とした。一方、比較例においてはＬ1／Ｄmaxを約１とした。図４に示されるように、本発明においては、局所最大接触荷重（面圧）を比較例よりも２倍以上に高められる。

図５は上述した本発明と比較例とについての振動方向と先端側嵌合部に加わる面圧の大きさと分布を概念的に示す面圧特性線図であり、図５（Ａ）は本発明の特性を示し、図５（Ｂ）は比較例の特性を示す。図５に示されるように、セカンダリ軸１２の振動方向をＶ方向とすると、下側の受圧領域Ｅと上側の受圧領域Ｆとにそれぞれ径方向の接触荷重が加わる。本発明においては、図５（Ａ）に示されるように、それぞれの受圧領域Ｅ、Ｆにおける接触荷重が、図５（Ｂ）に示した比較例の受圧領域Ｅ、Ｆにおける接触荷重よりも大きくなる。これにより、二点鎖線で示すように、セカンダリ軸１２に発生する曲げモードが抑制され、その結果、軸受１４ａに加わる振動を低減することができる。下側の受圧領域Ｅの方が上側の受圧領域Ｆよりも接触荷重が大きくなる。

図６は無段変速機を回転駆動してチェーン音の発生状態を本発明と比較例とについて測定した結果を示す。図６において、横軸はセカンダリ軸１２の回転数であり、縦軸はチェーン音である。実線は、本発明のチェーン音を示し、一点鎖線は、比較例のチェーン音を示す。本発明においては、チェーン音を低減することができ、図６に示されるように、回転数が４３００〜４５００ｒｐｍの範囲において特に顕著に低減されることが判明した。

図７は、プライマリプーリ１５の一部を示す断面図である。プライマリプーリ１５についても、セカンダリプーリ２１と同様であり、チェーン２７の起振力に起因したプライマリ軸１１の曲げモードの腹Ｂの位置に先端側嵌合部５３を配置することで、セカンダリ軸１２の曲げモードの振幅が低減し、軸受１３ａに伝搬される振動が抑制される。

さらに、セカンダリプーリ２１と同様に、プライマリプーリ１５においても可動シーブ１７の基端側嵌合部５２の基端面５２ａと先端側嵌合部５３の先端面５３ａとの間の軸方向長さＬ1は、チェーン２７のプライマリプーリ１５に対する最大巻き掛け径Ｄmaxよりも短く設定されている。

セカンダリプーリ２１に加えて、プライマリプーリ１５を振動抑制構造とすると、チェーンノイズの発生をより低減することができる。ただし、セカンダリプーリ２１とプライマリプーリ１５の少なくとも一方を振動抑制構造としても良い。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

１１プライマリ軸
１２セカンダリ軸
１５プライマリプーリ
１６固定シーブ
１７可動シーブ
１７ａ中空軸部
１７ｂ可動シーブ本体部
２１セカンダリプーリ
２２固定シーブ
２３可動シーブ
２３ａ中空軸部
２３ｂ可動シーブ本体部
２７チェーン
３４ａ、３４ｂプライマリ油室
４２セカンダリ油室
５１噛み合い部
５２基端側嵌合部
５２ａ基端面
５３先端側嵌合部
５３ａ先端面

Claims

一端部と他端部とが軸受により回転自在に支持される回転軸と、
前記回転軸の前記一端部側に一体に設けられた固定シーブと、前記回転軸の軸方向中央部側に配置される基端部および前記回転軸の他端部側に配置される先端部を備え前記回転軸の軸方向に摺動して前記回転軸と一体回転する中空軸部、および前記中空軸部の前記基端部に一体に設けられた可動シーブ本体部を有する可動シーブとからなるプーリとを備え、前記プーリの溝にチェーンが巻き掛けられる無段変速機において、
前記中空軸部の軸方向中央部に設けられ、前記回転軸に軸方向に摺動自在に噛み合う噛み合い部と、
前記中空軸部の基端部に設けられ、前記回転軸の外周面に摺動自在に嵌合する基端側嵌合部と、
前記中空軸部の先端部に設けられ、前記回転軸の外周面に摺動自在に嵌合する先端側嵌合部と、
を有し、前記回転軸の軸振動の節の位置を前記基端側嵌合部の軸方向中央部であって前記回転軸の軸方向中央部に配置し、回転軸の軸振動の腹の位置を前記先端側嵌合部の軸方向中央部であって、前記回転軸の他端部側に配置した、無段変速機。
請求項１記載の無段変速機において、前記基端側嵌合部の基端面と前記先端側嵌合部の先端面との間の軸方向長さを、前記チェーンの前記プーリに対する最大巻き掛け径よりも小さくした、無段変速機。
請求項１または２記載の無段変速機において、前記回転軸はセカンダリ軸である、無段変速機。