JP7396179B2 - 無段変速機用の回転部材 - Google Patents

Description

本発明は、無段変速機用の回転部材に関する。

特許文献１の無段変速機には、当該無段変速機の入力軸や出力軸と共に回転する回転部材が備えられている。回転部材の外周面においては、当該回転部材の円周方向に沿って、等間隔で複数の凹部が窪んでいる。この凹部は、略四角形状になっている。また、無段変速機の周囲には、回転部材の外周面と対向して、回転センサが配置されている。上記のような無段変速機において、回転部材が回転すると、凹部と凹部ではない箇所とが交互に回転センサに対向する。これにより、回転センサと回転部材との距離は大きくなったり小さくなったりを連続的に繰り返す。回転センサは、この距離の変化を信号として検出し、信号処理を行って回転部材の回転数を計測する。

特開２０１５－２２２１２２号公報

特許文献１に記載のような回転部材に凹部を加工する方法として、例えば、凹部の形状に対応した形状のダイスを回転部材に押し当てる方法が挙げられる。この場合、ダイスを押し当てる過程で、ダイスの凹部の角部に大きな力が作用するため、製造された回転部材においても凹部の角部に大きな内部応力が残存する。このように、凹部を加工した結果、回転部材に局所的に内部応力が残存していると、その箇所を起点として回転部材に破損などが生じ得るため、好ましくない。

上記課題を解決するため、本発明は、無段変速機の入力軸または出力軸と共に回転する回転部材であって、前記回転部材は、前記回転部材の外面から内面へと窪んでいる凹部を複数備えており、複数の前記凹部は、前記回転部材の周方向に並んで配置されており、前記凹部の内面は、周方向の一方側から他方側に延びる一対の第１側面と、前記第１側面と隣り合う一対の第２側面と、前記第１側面及び前記第２側面に繋がっている底面とを有し、前記底面と前記第１側面とのなす第１角度は、前記底面と前記第２側面とのなす第２角度よりも大きくなっている。

上記構成によれば、凹部の内面において底面と第１側面とがなす角は比較的に緩やかになっている。そのため、回転部材に凹部を加工する過程で底面と第１側面との間に過度な力が作用しにくく、加工後の回転部材において底面と第１側面との境界に内部応力が残存しにくい。すなわち、上記構成の回転部材は、内部応力に起因する破損が生じにくい形状になっている。

無段変速機の一実施形態が適用される車両の概要図。 同実施形態の無段変速機における油圧シリンダの一部を示す拡大図。 同実施形態の油圧シリンダの凹部形成時の断面図。 油圧シリンダの凹部作成時の断面図。

以下、本発明の一実施形態を説明する。
先ず、無段変速機が搭載された車両について説明する。
図１に示すように、車両５００には、内燃機関１０が備えられている。この内燃機関１０からは、当該内燃機関１０の出力軸としてのクランク軸１１が延びている。クランク軸１１には、変速機としてトルクコンバータ２０が取り付けられている。図１において図示は省略するが、トルクコンバータ２０の内部には２つのインペラが取り付けられている。２つのインペラのうち一つは、クランク軸１１に、もう一つはトルクコンバータ２０の出力軸２１に取り付けられている。このトルクコンバータ２０においては、クランク軸１１の回転によって一方のインペラが回転することで、作動油を介して出力軸２１に取り付けられた他方のインペラが回転される。その結果、クランク軸１１のトルクが出力軸２１に伝達される。

トルクコンバータ２０から延びる出力軸２１には、切り替え機構３０が取り付けられている。切り替え機構３０は、内部にダブルピニオン型の遊星歯車機構を有している。切り替え機構３０の遊星歯車機構を制御することで、切り替え機構３０に取り付けられた出力軸３１の回転方向が切り替えられ、それに伴い、車両５００の前進及び後進が切り替えられる。また、切り替え機構３０は、内部にクラッチやブレーキを有している。切り替え機構３０の内部においてクラッチやブレーキが制御されることにより、トルクコンバータ２０から出力軸３１へのトルクの伝達・遮断が切り替えられる。

切り替え機構３０の出力軸３１には、無段変速機４０の入力軸４１が接続されている。入力軸４１には、プライマリプーリ５０が取り付けられている。プライマリプーリ５０は、一対の略円錐台状のシーブ５１Ａ、５１Ｂを有している。一対のシーブ５１Ａ、５１Ｂは、入力軸４１の軸線方向において互いに対向して入力軸４１に取り付けられている。また、一対のシーブ５１Ａ、５１Ｂは、径の小さい側が向かい合うように配置されている。したがって、一対のシーブ５１Ａ、５１Ｂを周方向から視ると、当該シーブ５１Ａと５１Ｂとの間は略Ｖ型の溝を成している。一方のシーブ５１Ａは、入力軸４１に固定されている。他方のシーブ５１Ｂは、入力軸４１に対して、軸回りには一体回転しつつ、軸方向の移動が可能に取り付けられている。

当該シーブ５１Ｂの軸方向外側には、略円柱状の油圧シリンダ５２が取り付けられている。油圧シリンダ５２は、略円柱状の外観のケーシング５２Ａを備えている。回転部材としてのケーシング５２Ａは、入力軸４１と一体回転するように取り付けられている。油圧シリンダ５２の内部には、図示しないピストンが備えられており、油圧でピストンを軸方向に動かすことで、シーブ５１Ｂが軸方向に移動する。その結果、一対のシーブ５１Ａ、５１Ｂの間隔が変化する。

上記プライマリプーリ５０の周囲には、セカンダリプーリ６０が並んで配置されている。セカンダリプーリ６０からは、出力軸４２が延びている。セカンダリプーリ６０の中心軸線は、プライマリプーリ５０の中心軸線と平行になっている。セカンダリプーリ６０はプライマリプーリ５０と同様に、一対の略円錐台状のシーブ６１Ａ、６１Ｂを有している。一対のシーブ６１Ａ、６１Ｂは出力軸４２の軸線方向において互いに対向して出力軸４２に取り付けられている。また、一対のシーブ６１Ａ、６１Ｂは、径の小さい側が向かい合うように配置されている。したがって、一対のシーブ６１Ａ、６１Ｂを周方向から視ると当該シーブ６１Ａ、６１Ｂの間は略Ｖ型の溝を成している。一方のシーブ６１Ａは出力軸４２に固定されている。他方のシーブ６１Ｂは出力軸４２に対して、軸回りには一体回転しつつ、軸方向の移動が可能に取り付けられている。

当該シーブ６１Ｂの軸方向外側には、略円柱状の油圧シリンダ６２が取り付けられている。油圧シリンダ６２は、略円柱の外観のケーシング６２Ａを備えている。ケーシング６２Ａは出力軸４２と一体回転するように取り付けられている。油圧シリンダ６２の内部には、図示しないピストンが備えられており、油圧でピストンを軸方向に動かすことでシーブ６１Ｂが軸方向に移動する。その結果、一対のシーブ６１Ａ、６１Ｂの間隔が変化する。

プライマリプーリ５０及びセカンダリプーリ６０には、両者を跨るようにして、ベルト７０が巻き掛けられている。プライマリプーリ５０が回転すると、ベルト７０を介してプライマリプーリ５０の回転がセカンダリプーリ６０に伝わる。すなわち、入力軸４１のトルクがベルト７０を介して出力軸４２に伝達する。

上記のように構成された無段変速機４０において、プライマリプーリ５０の一対のシーブ５１Ａ、５１Ｂの間隔、及びセカンダリプーリ６０の一対のシーブ６１Ａ、６１Ｂの間隔は、いわゆるベルト７０の巻き掛け半径である。したがって、油圧シリンダ５２及び油圧シリンダ６２の制御を通じて当該巻き掛け半径を変化させることにより、無段変速機４０の変速比が無段階に変更される。

セカンダリプーリ６０から延びる出力軸４２には、減速ギア７１及びディファレンシャルギア７２を介して駆動輪７３が取り付けられている。減速ギア７１は、出力軸４２の回転を所定の減速比で減速して駆動輪７３側へ伝達する。ディファレンシャルギア７２は、一対の駆動輪７３における回転速度の差を許容しつつ、一対の駆動輪７３に回転を伝達する。

車両５００において無段変速機４０の周囲には、回転センサ８０が配置されている。この実施形態では、回転センサ８０は、入力軸４１側のケーシング５２Ａの、軸方向一方側の側面と対向して配置されている。回転センサ８０は、回転する対象物の距離の変化をパルス信号として検出し、そのパルス信号を出力する。回転センサ８０が出力するパルス信号は、制御装置１００に入力される。制御装置１００は、入力されたパルス信号のピッチ等に基づいて、油圧シリンダ５２の回転数、すなわち、入力軸４１の回転数を導出する。

次に、油圧シリンダ５２におけるケーシング５２Ａの形状について説明する。
図２に示すように、ケーシング５２Ａの軸方向一方側の側面においては、外側から内側へと複数の凹部５３が窪んでいる。凹部５３は、ケーシング５２Ａの側面の周方向に並んで等ピッチで設けられている。このように、凹部５３と凹部５３とが間隔をあけて並んで配置されているため、凹部５３と凹部５３との間は、凹部５３に対して突出する凸部５４となっている。

凹部５３は、ケーシング５２Ａの軸線方向からの平面視で略長方形状になっている。凹部５３の内面は、周方向の一方側から他方側に延びる一対の第１側面５５と、第１側面５５と隣り合う、径方向に延びる一対の第２側面５６とを有している。この実施形態では、一対の第１側面５５、一対の第２側面５６は、いずれも略平面である。第１側面５５と第２側面５６とは、略平面状の底面５７によって繋がっている。なお、図２では、一部の凹部５３について、第１側面５５、第２側面５６、及び底面５７の符号を付している。

図３に示すように、底面５７と第１側面５５とがなす第１角度θは鈍角となっている。また、底面５７と第２側面５６とがなす第２角度も鈍角となっている。第１角度θと第２角度とを比較すると、第１角度θの方が第２角度よりも大きくなっている。この実施形態では、第１角度θはおよそ１３５度であり、第２角度は９０度よりもやや大きい角度である。

次に、ケーシング５２Ａに凹部５３を加工する方法について説明する。
図３に示すように、油圧シリンダ５２のケーシング５２Ａに凹部５３を加工する際には、上側ダイス２００及び下側ダイス３００が使用される。

下側ダイス３００は、全体として略円環状になっている。なお、図３においては下側ダイス３００の一部を示している。下側ダイス３００において、軸線方向一方側の側面３０１、すなわち図３における上側の面は、平坦になっている。また、側面３０１からは、突起部３０２が立ち上がっている。突起部３０２は、略四角錐台状になっている。突起部３０２の先端面３０２Ａは、凹部５３の底面５７に対応する長方形状の平面となっている。なお、突起部３０２は、下側ダイス３００に複数設けられており、下側ダイス３００の側面３０１において、周方向に等間隔で並んで配置されている。突起部３０２が配置されるピッチは、油圧シリンダ５２のケーシング５２Ａにおける側面に備えられた凹部５３の配置ピッチと同じである。

上側ダイス２００は、全体として略円環状になっている。なお、図３においては上側ダイス２００の一部を示している。上側ダイス２００において、軸線方向一方側の側面２０１、すなわち図３における下側の面は、平坦になっている。また、側面２０１からは、突出部２０２が立ち上がっている。突出部２０２は、上側ダイス２００の径方向に延びている。なお、突出部２０２が配置されるピッチは、油圧シリンダ５２のケーシング５２Ａにおける側面に備えられた凹部５３の配置ピッチと同じである。また、突出部２０２の周方向の幅は、下側ダイス３００の隣り合う突起部３０２の間の距離と略同一である。

ケーシング５２Ａに凹部５３を加工する際、先ず、ケーシング５２Ａを、当該ケーシング５２Ａの軸方向一方側の側面が、下側ダイス３００の側面３０１と対向するように配置する。そして、上側ダイス２００を、ケーシング５２Ａを挟んで下側ダイス３００とは反対側に配置する。このとき、上側ダイス２００の突出部２０２が、下側ダイス３００の隣り合う突起部３０２の間に位置するように配置する。すなわち、上側ダイス２００及び下側ダイス３００を軸線方向から平面視した場合に、上側ダイス２００の突出部２０２と下側ダイス３００の突起部３０２とが周方向に交互に配置されるように、上側ダイス２００及び下側ダイス３００を対向配置する。

次に、上記のように配置された上側ダイス２００及び下側ダイス３００を互いに近づけて下側ダイス３００をケーシング５２Ａに押し当てる。ケーシング５２Ａの側面に下側ダイス３００を押し当てると、下側ダイス３００の突起部３０２の先端面３０２Ａがケーシング５２Ａと接し、ケーシング５２Ａの一部を押し上げる。それに伴い、先端面３０２Ａと同様の略長方形状で、ケーシング５２Ａに凹部５３の底面５７が形成される。

また、突起部３０２がケーシング５２Ａを押し上げる過程で、ケーシング５２Ａは、上側ダイス２００の突出部２０２の側壁によって、内側より押さえつけられる。この押さえつけにより、凹部５３の底面５７における周方向の端より、側面が形作られる。この側面は、凹部５３の径方向に延びる第２側面５６に該当する。また、第２側面５６の形成に伴い、第２側面５６と底面５７とのなす角度である第２角度が突起部３０２の形状に対応する角度として決定される。

一方で、上側ダイス２００の突出部２０２は径方向に延びるものであるため、凹部５３の周方向に延びる第１側面５５を形作る面を備えていない。したがって、下側ダイス３００の突起部３０２による押し込みのみで凹部５３の周方向に延びる第１側面５５が形成される。そのため、第１側面５５と底面５７とのなす第１角度θは、突起部３０２の形状には一致せず、第２側面５６と底面５７とがなす第２角度よりも大きくなる。

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）仮に、図４に示すように、図３に示す上側ダイス２００とは異なる上側ダイス４００で、油圧シリンダ５２のケーシング５２Ａに凹部５３Ｘを加工したとする。この上側ダイス４００は窪み部４０１を備えている。窪み部４０１は、下側ダイス３００の突起部３０２と嵌合する形状で窪んでいる。

ケーシング５２Ａに凹部５３Ｘを加工する際、当該ケーシング５２Ａの軸方向一方側の側面が、下側ダイス３００の突起部３０２と接するように配置する。そして、上側ダイス４００と下側ダイス３００とでケーシング５２Ａを挟み込むようにして配置する。このとき、上側ダイス４００の窪み部４０１が、下側ダイス３００の突起部３０２と対向するように配置する。

また、上述したように、ケーシング５２Ａの外側から下側ダイス３００を押し当てると、下側ダイス３００の突起部３０２の先端面３０２Ａがケーシング５２Ａと接し、ケーシング５２Ａを押し上げ、凹部５３Ｘの底面５７Ｘを形成する。

突起部３０２がケーシング５２Ａを押し上げる過程で、ケーシング５２Ａは、上側ダイス４００の窪み部４０１が備える各側壁によって内側より押さえつけられる。この押さえつけにより、凹部５３Ｘの底面５７Ｘにおける周方向の端より、側面が形作られる。この側面は、凹部５３Ｘの径方向に延びる第２側面５６に該当する。また、上記の押さえつけにより、凹部５３Ｘの底面５７Ｘにおける径方向の端からも側面が形作られる。この側面は、凹部５３Ｘの周方向に延びる第１側面５５Ｘに該当する。また、第１側面５５Ｘと底面５７Ｘとがなす角度及び第２側面５６と底面５７Ｘとがなす角度は、どちらも突起部３０２の角度に合うように形成される。

ここで、凹部５３Ｘの加工時における内部応力に注目する。上側ダイス４００をケーシング５２Ａに押し当てる過程において、窪み部４０１の角部Ｐには応力が集中する。同様に、加工後のケーシング５２Ａにおいても、凹部５３Ｘの角部Ｑに大きな内部応力が残存する。このように、ケーシング５２Ａにおいて内部応力が集中する箇所が存在していると、そこを起点としてケーシング５２Ａが破損するおそれがある。

一方で、本実施形態において、凹部５３の第１角度θは、上側ダイス２００により角度が規定されず、角度が大きくなることが許容されている。したがって、第１角度θは、角度が規定されずに、第２角度より大きくなるように形成される。この場合、凹部５３を加工する際に各ダイスの挟み込みによる力が凹部５３の角部に集中しにくい。したがって、凹部５３に発生する応力集中を抑制でき、ケーシング５２Ａの耐久性が向上する。

同様に、下側ダイス３００をケーシング５２Ａに押し当てる過程で、突起部３０２の角部にも応力が集中しにくいので、下側ダイス３００の突起部３０２が摩耗したり欠けたりしにくく、下側ダイス３００の長寿命化が期待できる。

（２）本実施形態において、凹部５３における第２側面５６と底面５７とがなす第２角度は、鈍角ではあるものの第１角度θよりは急な角度である。しかも、ケーシング５２Ａにおけるどの凹部５３においても、第２角度は一様に形成される。そのため、凸部５４と凹部５３との境界部分の段差を回転センサ８０で検出するにあたっての不都合は生じにくい。

（３）本実施形態において、凹部５３の第２側面５６は、上側ダイス２００の突出部２０２の側壁によって形作られる。したがって、凹部５３において径方向のどの箇所においても、第２角度は略同一である。このとき仮に、回転センサ８０が径方向に位置ずれを起こしたとしても、同じように凹部５３を検知でき、回転センサ８０の位置ずれの有無に拘わらず安定して回転数の測定ができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・車両の構成は、上記実施形態に限定されない。車両の構成として、内燃機関と、内燃機関の駆動により回転する軸と、軸と一体となって回転する無段変速機の回転部材と、回転センサとを有するものであればよい。

・上記実施形態において、凹部５３はケーシング５２Ａの径方向の外周面に形成されていてもよい。その場合、回転センサ８０は、凹部５３と対向するように、ケーシング５２Ａの径方向外側に配置される。

・凹部５３は、入力軸側の油圧シリンダ５２のケーシング５２Ａだけでなく、その他の回転部材に適用されてもよい。例えば、出力軸側の油圧シリンダ６２のケーシング６２Ａに適用されてもよい。その他にも、無段変速機４０の一部であって入力軸４１や出力軸４２と共に回転するものであれば、上記凹部５３に関する構成を適用でき得る。

・凹部５３の内面において、第１側面５５は曲面となっていてもよい。その場合、第１角度θを決定する際には、当該曲面を、第１側面５５と底面５７との交わる箇所から、第１側面５５と凸部５４とが交わる箇所まで延びる平面と仮定する。そして、仮定した平面と、底面５７とのなす角を第１角度θとする。この点、第２側面５６と底面５７とがなす第２角度についても同様である。

・上記実施形態において、凹部５３の第２角度は鈍角ではなくてもよい。例えば、直角となるように加工されていてもよい。また、第１角度及び第２角度は上記実施形態の具体的な角度に限定されず、第１角度の方が第２角度よりも大きければよい。

・上記実施形態において、凹部５３の加工法は限定されない。例えば、鋳造や、切削加工等でケーシング５２Ａを形成し、凹部５３を加工してもよい。凹部５３をどのような方法で形成したとしても、凹部５３における底面５７と第１側面５５との境界部分には力が集中しがちであるので、上記実施形態の凹部５３の構成を適用することが好適である。

・上側ダイス２００及び下側ダイス３００の全体としての形状は限定されない。上記実施形態のような円環状の部材でなくてもよい。

４０…無段変速機
４１…入力軸
４２…出力軸
５２…油圧シリンダ
５２Ａ…ケーシング
５３…凹部
５５…第１側面
５６…第２側面
５７…底面

Claims (1)

1. 無段変速機の入力軸または出力軸と共に回転する回転部材であって、
   前記回転部材は、前記回転部材の外面から内面へと窪んでいる凹部を複数備えており、
   複数の前記凹部は、前記回転部材の周方向に並んで配置されており、
   前記凹部の内面は、周方向の一方側から他方側に延びる一対の第１側面と、前記第１側面と隣り合う一対の第２側面と、前記第１側面及び前記第２側面に繋がっている底面とを有し、
   前記底面と前記第１側面とのなす第１角度は、前記底面と前記第２側面とのなす第２角度よりも大きくなっている
   無段変速機用の回転部材。