JP6845093B2 - 巻き掛け伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ドライブプーリとドリブンプーリとベルトとを備え、ドライブプーリの溝幅とドリブンプーリの溝幅とを変化させることにより無段変速機の変速比を変化させる巻き掛け伝動装置に関する。

無段変速機に設けられる巻き掛け伝動装置は、ドライブプーリとドリブンプーリを備え、各プーリはそれぞれ２つの半体、すなわち固定体（ドライブ固定体、ドリブン固定体）と可動体（ドライブ可動体、ドリブン可動体）を備える。固定体と可動体の互いに対向する部位にはＶ面と称する傾斜面が形成され、互いに対向するＶ面の間に溝が形成される。固定体に対して可動体が軸方向に移動（接近または離隔）することにより溝の幅（溝幅）は変化する。ドライブプーリの溝とドリブンプーリの溝にはベルトが巻き掛けられており、ドライブプーリの溝幅とドリブンプーリの溝幅とを変化させることにより変速比を変化させる。変速比を変化させる際に、ドライブ可動体とドリブン可動体は個々に動作する。このとき、ドライブ可動体の動作量とドリブン可動体の動作量が異なるため、ベルトの中心線のずれ、所謂ミスアライメントが発生する。

例えば、特許文献１には、ドライブ側の２つの半体（ドライブ半体）およびドリブン側の２つの半体（ドリブン半体）の径方向外側部分に、径方向外側に向かって次第に溝幅が広がるように湾曲する湾曲母線部分が形成されるドライブプーリおよびドリブンプーリが開示される。特許文献１の装置は、上記構造によりミスアライメントを抑制するようにしている。

国際公開第２０１４／００６７４４号パンフレット

特許文献１には半体の径方向外側に形成される湾曲形状に関して具体的な言及がない。また、実際にミスアライメントが発生した場合に、変速比毎にミスアライメントが一定にならないこと、すなわちミスアライメントのずれに関する言及もない。このため、ベルトが回転する状態でミスアライメントのずれを抑制するという観点では改善の余地がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ベルトが静止する状態および回転する状態で発生するベルトのミスアライメントのずれを抑制することができる巻き掛け伝動装置を提供することを目的とする。

本発明は、
ドライブプーリおよびドリブンプーリと、前記ドライブプーリおよび前記ドリブンプーリに巻き掛けられるベルトと、を備え、
前記ドライブプーリは、２つのドライブ半体を有し、
２つの前記ドライブ半体は、互いに対向して前記ベルトを挟持するドライブＶ面をそれぞれ有し、
前記ドリブンプーリは、２つのドリブン半体を有し、
２つの前記ドリブン半体は、互いに対向して前記ベルトを挟持するドリブンＶ面をそれぞれ有し、
２つの前記ドライブＶ面の間隔と２つの前記ドリブンＶ面の間隔とを変化させることにより無段変速機の変速比を変化させる巻き掛け伝動装置であって、
２つの前記ドライブＶ面は、径方向外側部分に、径方向外側になるほど互いに離れる方向に湾曲するドライブ湾曲部をそれぞれ有し、
２つの前記ドリブンＶ面は、径方向外側部分に、径方向外側になるほど互いに離れる方向に湾曲するドリブン湾曲部をそれぞれ有し、
前記ドリブン湾曲部の曲率が前記ドライブ湾曲部の曲率よりも小さい
ことを特徴とする。

プーリの可動体に軸方向の推力を付与して溝幅を変える場合、可動体と固定体のベルト接触部分には力が作用する。ベルトの接触部分が可動体と固定体の径方向外側になるほど、すなわちプーリ中心（支点）から離れるほど変形は大きくなり、可動体と固定体は湾曲する。その曲面形状は、ミスアライメントを補正するために径方向外側に湾曲部を設けることと同等の効果を奏する。つまり、ベルトが静止する状態およびベルトが回転する状態で発生するミスアライメントのずれを抑制するためには、プーリの変形量を考慮したうえで、湾曲部の曲率を設定する必要がある。通常、ドリブン半体（ドリブン可動体）の外側にベルトが巻き掛けられる際、具体的には最大の変速比（ＬＯＷレシオ）の際に、ドリブン半体の径方向外側は変形量が大きくなる。

上記構成によれば、変形量の大きいドリブン湾曲部の曲率をドライブ湾曲部の曲率よりも小さくすることにより、変形時のドリブン湾曲部の曲率を最適にする。このため、ベルトが静止する状態および回転する状態で発生するベルトのミスアライメントのずれを抑制することができる。また、ベルトのミスアライメントのずれが抑制されるため、各プーリおよびベルトの摩耗を低減することができ、耐久性が向上する。なお、上記構成によれば、プーリ幅を変化させるために必要な油圧を低下させることが可能となるため、効率が向上することも期待できる。

本発明において、
前記ドライブ湾曲部の曲率と前記ドリブン湾曲部の曲率は、最大の変速比であるときに発生するミスアライメントと、最小の変速比であるときに発生するミスアライメントと、を略一致させるような値であってもよい。

上記構成によれば、ベルトのミスアライメントのずれをより効果的に抑制することができる。

本発明によれば、ベルトが静止する状態および回転する状態で発生するベルトのミスアライメントのずれを抑制することができる。また、各プーリおよびベルトの摩耗を低減することができ、耐久性が向上する。更に、各プーリの間隔を変化させるために必要な油圧を低下させることができるため、効率が向上する。

図１は本発明の一実施形態の巻き掛け伝動装置を用いた無段変速機の全体構成図である。 図２Ａはドライブ半体を中心軸が含まれる平面で切断した場合のドライブＶ面の断面図であり、図２Ｂはドリブン半体を中心軸が含まれる平面で切断した場合のドリブンＶ面の断面図である。 図３Ａは最大の変速比（ＬＯＷレシオ時）の巻き掛け伝動装置の状態を示す図であり、図３Ｂは最小の変速比（ＯＤレシオ時）の巻き掛け伝動装置の状態を示す図である。 図４は各プーリの巻付、推力、変形を変速比毎に示す図である。

以下、本発明に係る巻き掛け伝動装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

［１ 無段変速機１の全体の構成および動作］
図１は本発明の一実施形態の巻き掛け伝動装置４を用いた無段変速機１の全体構成を示している。無段変速機１は、駆動源としてのエンジンＥＮＧの出力軸とフライホイールダンパー１０を介して繋がる変速機入力軸２と、これに平行に配設される変速機カウンタ軸３と、軸２、３の間に配設される巻き掛け伝動装置４と、変速機入力軸２に配設される前後進切換機構２０と、を有する。この無段変速機１には、油圧ポンプ３０、変速制御バルブ４０が設けられている。油圧ポンプ３０は、作動油を油路３０ｃを介して変速制御バルブ４０に送る。変速制御バルブ４０は送られた作動油の油圧を調整・制御することができる。そして、変速制御バルブ４０で調圧された作動油が油路３０ｄ、３０ｅを介して巻き掛け伝動装置４に送られることにより、無段変速機１の変速制御がなされる。

巻き掛け伝動装置４は、変速機入力軸２に回転自在に配設されるドライブプーリ５と、変速機カウンタ軸３と一体回転するように変速機カウンタ軸３に配設されるドリブンプーリ８と、プーリ５、８に巻き掛けられるベルト７とで構成される。

ベルト７は、例えば上記特許文献１に示されるように、多数の板状の金属エレメント３２（図３Ａ、図３Ｂ）と、金属エレメント３２に取付けられて金属エレメント３２を連結するリング（不図示）と、で構成される。

ドライブプーリ５（以下、プーリ５ともいう。）は、２つのドライブ半体を有する。一方は、変速機入力軸２に回転自在に且つ軸方向に移動不能に配設されるドライブ固定体５Ａであり、他方は、ドライブ固定体５Ａに対して軸方向に相対移動可能なドライブ可動体５Ｂである。ドライブ可動体５Ｂの側方にはドライブ側シリンダ室６が形成される。変速制御バルブ４０から油路３０ｄを介してドライブ側シリンダ室６に供給される油圧により、ドライブ可動体５Ｂを軸方向に移動させる軸方向推力（ドライブプーリ軸方向推力）が発生する。ドライブ固定体５Ａおよびドライブ可動体５Ｂの互いに対向する部分にはそれぞれドライブＶ面１１、１１が形成される。互いに対向するドライブ固定体５ＡのドライブＶ面１１とドライブ可動体５ＢのドライブＶ面１１によりベルト７が挟持される。

ドリブンプーリ８（以下、プーリ８ともいう。）は、２つのドリブン半体を有する。一方は、変速機カウンタ軸３に結合して配設されるドリブン固定体８Ａであり、他方は、ドリブン固定体８Ａに対して軸方向に相対移動可能なドリブン可動体８Ｂである。ドリブン可動体８Ｂの側方にはドリブン側シリンダ室９が形成される。変速制御バルブ４０から油路３０ｅを介してドリブン側シリンダ室９に供給される油圧により、ドリブン可動体８Ｂを軸方向に移動させる軸方向推力（ドリブンプーリ軸方向推力）が発生する。ドリブン固定体８Ａおよびドリブン可動体８Ｂの互いに対向する部分にはそれぞれドリブンＶ面１２、１２が形成される。互いに対向するドリブン固定体８ＡのドリブンＶ面１２とドリブン可動体８ＢのドリブンＶ面１２によりベルト７が挟持される。

変速制御バルブ４０で、ドライブ側シリンダ室６およびドリブン側シリンダ室９へ供給される油圧を制御することにより、ベルト７にスリップが発生しないプーリ軸推力を設定できると共に、ドライブプーリ５およびドリブンプーリ８のプーリ幅５Ｃ、８Ｃを可変設定することができる。これにより、無段変速機１は、プーリ５、８に対するベルト７の巻き掛け半径を連続的に変化させて変速比を無段階に（連続的に）制御することができる。

前後進切換機構２０は、遊星歯車機構ＰＧＳと前進用クラッチ２４と後進用ブレーキ２５とで構成される。遊星歯車機構ＰＧＳは、変速機入力軸２に結合されるサンギヤ２１と、ドライブ固定体５Ａに結合されるリングギヤ２３と、サンギヤ２１およびリングギヤ２３に噛合するピニオン２２ａを自転および公転自在に軸支するキャリア２２とからなるシングルピニオン式で構成される。

後進用ブレーキ２５は、キャリア２２をケーシングＣａに固定保持可能に構成される。前進用クラッチ２４は、サンギヤ２１とリングギヤ２３とを連結可能に構成される。前進用クラッチ２４が係合されると、サンギヤ２１、キャリア２２およびリングギヤ２３が変速機入力軸２と一体的に回転し、ドライブプーリ５は変速機入力軸２と同一方向（前進方向）に駆動される。一方、後進用ブレーキ２５が係合されるとキャリア２２がケーシングＣａに固定保持され、リングギヤ２３がサンギヤ２１と逆方向（後進方向）に駆動される。

なお、遊星歯車機構ＰＧＳはダブルピニオン式で構成することもできる。この場合、ドライブ固定体５Ａをキャリアに結合させ、後進用ブレーキをリングギヤに設ければよい。

エンジンＥＮＧの動力は、巻き掛け伝動装置４、前後進切換機構２０を介して変速されて変速機カウンタ軸３に伝達される。変速機カウンタ軸３に伝達された動力は、発進クラッチ２６およびギヤ２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂを介してディファレンシャル機構２９に伝達され、ここから図示しない左右の車輪に分割して伝達される。

前述のように、ドライブ側シリンダ室６およびドリブン側シリンダ室９への油圧供給を変速制御バルブ４０により制御して変速制御がなされるのであるが、変速制御バルブ４０の作動制御は、変速制御ユニット５０からの変速制御信号Ｃ_DR、Ｃ_DNにより行われる。

変速制御バルブ４０は、ドライブ側シリンダ室６およびドリブン側シリンダ室９に供給する油圧を制御する２つのソレノイドバルブを有して構成される。２つのソレノイドバルブが変速制御ユニット５０から出力される変速制御信号Ｃ_DR、Ｃ_DNにより作動されて変速制御が行われる。この結果、変速制御信号Ｃ_DR、Ｃ_DNに基づいてシリンダ室６、９内の油圧が設定され、ドライブプーリ５に作用するドライブプーリ軸方向推力が設定されると共にドリブンプーリ８に作用するドリブンプーリ軸方向推力が設定される。

この変速制御のため、変速制御ユニット５０には、エンジン回転信号Ｎｅ、エンジンスロットル開度信号Ｔ_H、車速信号Ｖ、ドライブ側回転数検出器７１より得られるドライブプーリ回転信号Ｎ_DR、ドリブン側回転数検出器７２より得られるドリブンプーリ回転信号Ｎ_DNが入力される。

［２ ドライブＶ面１１、ドリブンＶ面１２の断面形状］
図２Ａはドライブ半体を中心軸が含まれる平面で切断した場合のドライブＶ面１１の断面形状を示し、図２Ｂはドリブン半体を中心軸が含まれる平面で切断した場合のドリブンＶ面１２の断面形状を示す。図２Ａはドライブ半体を代表してドライブ固定体５ＡのドライブＶ面１１を示すが、ドライブ可動体５ＢのドライブＶ面１１も同じ断面形状を呈する。同様に、図２Ｂはドリブン半体を代表してドリブン可動体８ＢのドリブンＶ面１２を示すが、ドリブン固定体８ＡのドリブンＶ面１２も同じ断面形状を呈する。なお、図２Ａ、図２Ｂは、デフォルメした各断面形状を示している。

図２Ａに示されるドライブＶ面１１は、対向するドライブＶ面１１（ここではドライブ可動体５ＢのドライブＶ面１１）から離れる方向に傾斜する。ドライブＶ面１１の径方向内側部分には、母線が直線状となるドライブ平坦部８２が形成される。ドライブＶ面１１の径方向外側部分には、母線が湾曲するドライブ湾曲部８６が形成される。ドライブ平坦部８２とドライブ湾曲部８６との境界となる境界点８４は、変速比が１となる位置に設けられる。ドライブ平坦部８２は、変速機入力軸２（図１）と直交する平面に対して角度θだけ傾斜する。ドライブ湾曲部８６は、境界点８４からドライブプーリ外周部８８にかけて曲率半径Ｒ１（曲率１／Ｒ１）の形状を呈する。

図２Ｂに示されるドリブンＶ面１２は、対向するドリブンＶ面１２（ここではドリブン固定体８ＡのドリブンＶ面１２）から離れる方向に傾斜する。ドリブンＶ面１２の径方向内側部分には、母線が直線状となるドリブン平坦部９２が形成される。ドリブンＶ面１２の径方向外側部分には、母線が湾曲するドリブン湾曲部９６が形成される。ドリブン平坦部９２とドリブン湾曲部９６との境界となる境界点９４は、変速比が１となる位置に設けられる。ドリブン平坦部９２は、変速機カウンタ軸３（図１）と直交する平面に対して角度θだけ傾斜する。ドリブン湾曲部９６は、境界点９４からドリブンプーリ外周部９８にかけて曲率半径Ｒ２（曲率１／Ｒ２）の形状を呈する。

ドライブ平坦部８２が傾斜する角度θとドリブン平坦部９２が傾斜する角度θは同じである。一方、ドライブ湾曲部８６の曲率半径Ｒ１はドリブン湾曲部９６の曲率半径Ｒ２よりも小さい（Ｒ１＜Ｒ２）。すなわち、ドリブン湾曲部９６の曲率１／Ｒ２はドライブ湾曲部８６の曲率１／Ｒ１よりも小さい（１／Ｒ２＜１／Ｒ１）。

一般に、無段変速機１が最大の変速比（ＬＯＷレシオ）で動作する場合と、最少の変速比（ＯＤレシオ）で動作する場合、ドライブプーリ５とドリブンプーリ８の状態は図４に示されるようになる。図４において、「ＤＲ」というのは、ドライブプーリ５を意味し、「ＤＮ」というのは、ドリブンプーリ８を意味する。また、「巻付」というのは、プーリ５、８に対するベルト７の巻付半径、すなわちプーリ５、８の中心軸からベルト７との接触位置までの長さのことを意味する。また、「推力」というのは、各プーリ５、８に作用する軸方向推力（ドライブプーリ軸方向推力、ドリブンプーリ軸方向推力）のことを意味する。また、「変形」というのは、推力によるプーリ５、８の変形量（径方向外側部分の変形量）のことを意味する。なお、「大」、「小」というのは、基準、例えば変速比が１である各状態と比較した場合の大小である。

図３Ａおよび図４に示されるように、ＬＯＷレシオの場合、ドライブプーリ５は推力が大きいものの巻付が小さい。このため、ドライブプーリ５の変形は小さい。一方、ドリブンプーリ８は巻付、推力が共に大きい。このため、ドリブンプーリ８の変形は大きい。

図３Ｂおよび図４に示されるように、ＯＤレシオの場合、ドライブプーリ５は巻付が大きいものの推力が小さい。このため、ドライブプーリ５の変形は小さい。一方、ドリブンプーリ８は巻付、推力が共に小さい。このため、ドリブンプーリ８の変形は小さい。

ミスアライメントのずれは巻付の変化に伴い変化するだけでなく変形によっても変化する。このため、半体の径方向外側部分を曲面形状にすることにより幾何学的にミスアライメントのずれを補正しようとしても、変形に起因してミスアライメントのずれは発生する。ミスアライメントのずれを変化させるという観点で、変形は曲面形状と同等の効果がある。図４に示されるように、変形量が大きいのはドリブンプーリ８である。この変形を考慮して、ドリブン湾曲部９６の曲面形状によるミスアライメントのずれの補正を小さくする必要がある。このため、本実施形態では、ドリブン湾曲部９６の曲率１／Ｒ２をドライブ湾曲部８６の曲率１／Ｒ１よりも小さくしている。

ドライブ湾曲部８６の曲率１／Ｒ１とドリブン湾曲部９６の曲率１／Ｒ２は、ＬＯＷレシオであるときに発生するミスアライメントと、ＯＤレシオであるときに発生するミスアライメントと、を０に近づけつつ略一致させるために予め設定される値である。この値は、実測結果に基づいて設定してもよいし、シミュレーション結果に基づいて設定してもよい。

［３ 本実施形態のまとめ］
本実施形態に係る巻き掛け伝動装置４は、ドライブプーリ５およびドリブンプーリ８と、ドライブプーリ５およびドリブンプーリ８に巻き掛けられるベルト７と、を備える。ドライブプーリ５は、２つのドライブ半体、すなわちドライブ固定体５Ａとドライブ可動体５Ｂとを有する。ドライブ固定体５Ａとドライブ可動体５Ｂは、互いに対向してベルト７を挟持するドライブＶ面１１をそれぞれ有する。ドリブンプーリ８は、２つのドリブン半体、すなわちドリブン固定体８Ａとドリブン可動体８Ｂとを有する。ドリブン固定体８Ａとドリブン可動体８Ｂは、互いに対向してベルト７を挟持するドリブンＶ面１２をそれぞれ有する。巻き掛け伝動装置４は、２つのドライブＶ面１１、１１の間隔（プーリ幅５Ｃ）と２つのドリブンＶ面１２、１２の間隔（プーリ幅８Ｃ）とを変化させることにより無段変速機１の変速比を変化させる。２つのドライブＶ面１１、１１は、径方向外側部分に、径方向外側になるほど互いに離れる方向に湾曲するドライブ湾曲部８６をそれぞれ有する。２つのドリブンＶ面１２、１２は、径方向外側部分に、径方向外側になるほど互いに離れる方向に湾曲するドリブン湾曲部９６をそれぞれ有する。そして、ドリブン湾曲部９６の曲率１／Ｒ２がドライブ湾曲部８６の曲率１／Ｒ１よりも小さい。

上記構成によれば、変形量の大きいドリブン湾曲部９６の曲率１／Ｒ２をドライブ湾曲部８６の曲率１／Ｒ１よりも小さくすることにより、変形時のドリブン湾曲部９６の曲率を最適にする。このため、ベルト７が静止する状態および回転する状態で発生するベルト７のミスアライメントのずれを抑制することができる。また、ベルト７のミスアライメントのずれが抑制されるため、プーリ５、８およびベルト７の摩耗を低減することができ、耐久性が向上する。なお、上記構成によれば、プーリ幅５Ｃ、８Ｃを変化させるために必要な油圧を低下させることが可能となるため、効率が向上することも期待できる。

ドライブ湾曲部８６の曲率１／Ｒ１とドリブン湾曲部９６の曲率１／Ｒ２は、ＬＯＷレシオであるときに発生するミスアライメントと、ＯＤレシオであるときに発生するミスアライメントと、を略一致させるような値である。上記構成によれば、ベルト７のミスアライメントのずれをより効果的に抑制することができる。

なお、本発明に係る巻き掛け伝動装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１…無段変速機 ４…巻き掛け伝動装置
５…ドライブプーリ ５Ａ…ドライブ固定体
５Ｂ…ドライブ可動体 ７…ベルト
８…ドリブンプーリ ８Ａ…ドリブン固定体
８Ｂ…ドリブン可動体 １１…ドライブＶ面
１２…ドリブンＶ面 ８６…ドライブ湾曲部
９６…ドリブン湾曲部

Claims (2)

1. ドライブプーリおよびドリブンプーリと、前記ドライブプーリおよび前記ドリブンプーリに巻き掛けられるベルトと、を備え、
   前記ドライブプーリは、２つのドライブ半体を有し、
   ２つの前記ドライブ半体は、互いに対向して前記ベルトを挟持するドライブＶ面をそれぞれ有し、
   前記ドリブンプーリは、２つのドリブン半体を有し、
   ２つの前記ドリブン半体は、互いに対向して前記ベルトを挟持するドリブンＶ面をそれぞれ有し、
   ２つの前記ドライブＶ面の間隔と２つの前記ドリブンＶ面の間隔とを変化させることにより無段変速機の変速比を変化させる巻き掛け伝動装置であって、
   ２つの前記ドライブＶ面は、径方向内側部分に、母線が直線状となるドライブ平坦部を有し、径方向外側部分に、径方向外側になるほど互いに離れる方向に湾曲するドライブ湾曲部と、前記ドライブ平坦部と前記ドライブ湾曲部との境界となるドライブ境界点と、をそれぞれ有し、
   ２つの前記ドリブンＶ面は、径方向内側部分に、母線が直線状となるドリブン平坦部を有し、径方向外側部分に、径方向外側になるほど互いに離れる方向に湾曲するドリブン湾曲部と、前記ドリブン平坦部と前記ドリブン湾曲部との境界となるドリブン境界点と、をそれぞれ有し、
   前記ドリブン境界点から前記ドリブンプーリの外周部にかけて形成される前記ドリブン湾曲部の曲率が前記ドライブ境界点から前記ドライブプーリの外周部にかけて形成される前記ドライブ湾曲部の曲率よりも小さく、
   前記ドライブ平坦部が前記ドライブプーリの中心軸と直交する平面に対して傾斜する角度と前記ドリブン平坦部が前記ドリブンプーリの中心軸と直交する平面に対して傾斜する角度は同じであり、
   前記ドライブ境界点と前記ドリブン境界点は変速比が１となる位置に設けられる
   ことを特徴とする巻き掛け伝動装置。
2. 請求項１に記載の巻き掛け伝動装置において、
   前記ドライブ湾曲部の曲率と前記ドリブン湾曲部の曲率は、最大の変速比であるときに発生するミスアライメントと、最小の変速比であるときに発生するミスアライメントと、を略一致させるような値である
   ことを特徴とする巻き掛け伝動装置。

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