JPH06100256B2 - ベルト式無段変速装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、農業機械などにおいて使用されるベルト式無
段変速装置に関するものである。

（従来の技術） ベルト式無段変速装置は、互いに平行に配置された１対
の回転軸の各々に、該各回転軸に対して回転一体にかつ
摺動不能に固定された固定シーブと、回転軸に固定シー
ブとの間にＶ字状のベルト溝を形成するように対向配置
されて回転一体にかつ摺動自在に支持された可動シーブ
とからなる可変プーリを有すると共に、これら両可変プ
ーリのベルト溝間に巻き掛けられたＶベルトを有する可
動シーブを軸方向に移動させて固定シーブに接離させ、
両シーブ間のベルト溝に巻き掛けられたベルト部材に対
する有効半径を可変とすることにより、両回転軸間の変
速比を変えるようにしたものである。

ところで、従来、特開昭62−118159号公報に記載される
ように、上記可変プーリ機構を備えると共に、変速用の
ギヤ機構としての遊星歯車機構を設けることが提案され
ている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、この可変プーリ機構及びギヤ機構を備えた変
速装置においては、出力側回転軸の回転を零にするニュ
ートラル状態が一般に取り出し難い。すなわち、ギヤ機
構により、ニュートラル状態としている場合に、ベルト
の速比がギヤの速比と全く同じ速比で回転している場合
にはベルトには負荷がかからないが、この速比を一致さ
せることは一般に困難である。また、少しても狂うとベ
ルトに非常に大きな負荷がかかる。

そのため、実際に農業機械などに搭載する場合、ニュー
トラル状態に操作しているにもかかわらず、機械などが
動きだすおそれがあり、そのためクラッチやブレーキの
設置が必須で、無段変速装置の構成の複雑化を招いてい
る。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、出力側回転
軸の回転を零にするニュートラル状態を、簡単な構造で
もって容易に取出すことができるベルト式無段変速装置
を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために、１つの可変プー
リの固定シーブを本体部とシーブ部に分割し、それらを
ネジ部にて移動可能に結合することで、該ネジ部にて真
のニュートラル状態からのずれを吸収せんとするもので
ある。

そのために、具体的には、第１及び第２回転軸に取付け
られた第１及び第２可変プーリを有し該第１及び第２回
転軸とをプーリクラッチを介して連繋する可変プーリ機
構と、上記第１及び第２回転軸をニュートラル用ギヤク
ラッチを介して連繋するニュートラルギヤ機構とを具備
し、上記第２可変プーリの固定シーブが、第２回転軸に
取付けられた本体部と、該本体部にネジ部を介して移動
可能に結合されたシーブ部とからなり、上記本体部とシ
ーブ部との間にそれらの連結、連結遮断を行う上記プー
リクラッチが介設され、上記プーリクラッチは、上記ニ
ュートラル用ギヤクラッチに連動して、上記ニュートラ
ル用ギヤクラッチの連結時には連結遮断する一方、上記
ニュートラル用ギヤクラッチの連結遮断時には連結する
ように構成されていることを特徴とする。

（作用） ニュートラル用ギヤクラッチによる連結遮断を行い、ニ
ュートラルギヤ機構による駆動を解除すると、プーリク
ラッチは連結されて、可変プーリ機構によるベルト伝動
が行われる。

一方、ニュートラル用ギヤクラッチの連結を行い、ニュ
ートラルギヤ機構により駆動すると、プーリクラッチの
連結は遮断される。プーリクラッチの連結遮断により、
固定シーブの本体部とシーブ部との連結が解除されるの
で、シーブ部がネジ部を介して本体部に対して移動し、
ベルトに負荷がかからない真のニュートラル位置とな
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に沿って詳細に説明する。

ベルト式無段変速装置の全体構成を示す第１図におい
て、1,2,3は互いに平行に配置された第１乃至第３回転
軸で、図示しないケーシングに回転可能に支承されてい
る。第１回転軸１は入力軸で、その右端に入力プーリ４
が回転一体に取付けられ、この入力プーリ４がエンジン
（図示省略）に駆動連結されている。

第３回転軸３の左端には、差動ギヤ機構を構成する遊星
歯車機構５が回転自在に支持されている。この遊星歯車
機構５は、第３回転軸３に固定されたサンギヤ６（歯数
30）と、該サンギヤ６に噛合する複数のピニオン7,7,…
（歯数15）と、第３回転軸３に回転自在に支承されかつ
上記ピニオン7,7,…を担持するピニオンキャリア８と、
最も外周に配置され、上記ピニオン7,7,…に内周で噛合
するリングギヤ９（歯数60）とを備えており、上記ピニ
オンキャリア８には、出力軸10のギヤ11に噛合する出力
ギヤ12が一体に形成されている。この出力軸10に、図示
していないが、一般の自動車などの切換機構である正逆
転ギヤ機構が取付けられている。

一方、第１回転軸１の左端には第１可変プーリ15が回転
可能にかつ摺動不能に支承されている（第５図参照）。
この可変プーリ15は、第１回転軸１上にラジアルベアリ
ング76,76及びブッシュ77を介して支持された固定シー
ブ16と、該固定シーブ16に対して移動可能に支持された
可動シーブ17とを備え、両シーブ16,17はキー79で連結
されている。しかして、両シーブ16,17の間にはそれぞ
れ断面ほぼＶ字形状のベルト溝18が形成されており、可
動シーブ16の軸方向の移動によりベルト溝18の半径（ピ
ッチ径）が変化するようになっている。

上記第２回転軸２上には第２可変プーリ20が上記第１回
転軸１上の第１可変プーリ15に対応して回転可能にかつ
摺動不能に支持されている。この可変プーリ20は、第２
回転軸２上に回転可能な状態で支持された固定シーブ21
と、該固定シーブ21に対して移動可能に支持された可動
シーブ22とを備え、両シーブ21,22の間にはそれぞれ断
面ほぼＶ字形状のベルト溝23が形成されており、可動シ
ーブ22の軸方向の移動によりベルト溝23の半径（ピッチ
径）が変化するようになっている。

そして、上記第１及び第２可変プーリ15,20のベルト溝1
8,23との間にはＶベルト24が巻き掛けられて、可変プー
リ機構25が構成されている。

また、上記第１回転軸１と第２回転軸２とはニュートラ
ルギヤ機構31及びニュートラル用ギヤクラッチ32を介し
て連結されている。このニュートラルギヤ機構31は、第
１回転軸１に固設された第１ギヤ33（歯数42）と、リン
グギヤ９に設けられ第１ギヤ33に噛合する第２ギヤ34
（歯数56）と、リングギヤ９に設けられた第３ギヤ35
（歯数64）と、第３回転軸３に取付けられ第３ギヤ35に
噛合するニュートラルギヤとしての第４ギヤ37（歯数2
4）とからなり、これらギヤ33,34,35,37の歯数の設定に
より第１回転軸１の回転を増速して第２回転軸２に伝達
するようになされている。

また、第２回転軸２と第３回転軸３とは伝動ギヤ機構41
を介して連結されている。この伝動ギヤ機構41は、第２
回転軸２に固定された第５ギヤ42（歯数18）と、第３回
転軸３に固定された第６ギヤ43（歯数24）と、該第５ギ
ヤ42及び第６ギヤ43に噛合する第７ギヤ44とからなり、
これらのギヤ42,43の歯数の設定により第２回転軸２の
回転を減速して第３回転軸３に伝達するようになってい
る。

第２可変プーリ20は、第２図に詳細を示すように、固定
シーブ21が、第２回転軸２にラジアルベアリング65,65
及びブッシュ66を介して取付けられた筒状の本体部51
と、該本体部51に螺合されＶベルト24と接触するシーブ
面52aを有するシーブ部52とからなり、該本体部51とシ
ーブ部52とがプーリクラッチ53を介して連結されてい
る。なお、固定シーブ21に対してキー68を介して可動シ
ーブ22に軸方向にのみ移動可能に連結されている。

上記プーリクラッチ53は、操作アーム54に対して軸受55
を介して回転可能に取付けられ内周にスプライン歯を有
する円筒状の可動部材56を、上記操作アーム54によって
軸方向に移動させ、本体部51とシーブ部52とに形成され
ているスプライン軸に噛合させて本体部51とシーブ部52
との連結（第２図参照）、連結遮断（第７図参照）を行
うようになっている。

また、、プーリクラッチ53により本体部51とシーブ部52
との連結が遮断された状態では、シーブ部52にＶベルト
24より回転トルクが与えられると、軸方向にシーブ部52
が移動可能なるように両部51,52はネジ部Ａを介して結
合されている。

上記プーリクラッチ53はニュートラル用ギヤクラッチ32
と連動しており、ニュートラル用ギヤクラッチ32が連結
されるとプーリクラッチ53が連結遮断され、ニュートラ
ル用ギヤクラッチ32が連結遮断されるとプーリクラッチ
53が連結されるようになっている。したがって、第１及
び第２回転軸1,2は可変プーリ機構25またはニュートラ
ルギヤ機構31のうちのいずれか一方で連繋されるように
なっている。

また、可動シーブ22には、軸受57を介して回転可能にカ
ムフロワ台58が取付けられ、該カムフロワ台58のカムフ
ロワ59は、所定位置に固定された円筒形状の操作カム60
のカム溝61内に配設されている。しかして、操作レバー
62を移動させることにより、小さい操作力でもって可動
シーブ22を軸方向に移動できるようになっている。な
お、上記操作カム60のカム溝61は、第３図に示すよう
に、ニュートラル部61aと、該ニュートラル位置61aに対
して傾斜した前進及び後退用の増速溝61b,61cとを有し
ている。

また、操作カム60の内側に位置し可動シーブ22の後端部
に形成されたトルクカム63（第４図参照）は、第２回転
軸２と一体になって回転する別のカムフロワ64と接触す
るように取付けられ、負荷が掛かっても、上記トルクカ
ム63によって操作力に大きな変化が発生しないようにし
ている。このトルクカム63は、変速操作の補助の役割を
するが、一般に従動側である第１可変プーリ15の必要推
力の２〜３倍の推力が駆動側である第２可変プーリ20で
は必要となるため、トルクカム63のカム角度は、第１可
変プーリ15のトルクカム73のカム角度の0.5〜５倍の角
度となっており、具体的には10゜〜175゜である。

なお、第２図において、64はスラストベアリング、60は
Ｏリングである。

一方、第１可変プーリ15は、第５図に示すように、可動
シーブ17と、第１回転軸１に固定されたスプリング受71
との間にスプリング72が介設され、該スプリング72によ
って可動シーブ17が固定シーブ16側に常時付勢されてい
る。また、可動シーブ17の後端部には、第６図に示すよ
うに、トルクカム73が形成され、第１回転軸１に取付け
られたカムフロワ74が係合している。

なお、第５図において、75はスラストベアリング、78は
Ｏリングである。

ところで、上記入力プーリ４の入力回転数を仮に2000rp
mとすると、出力回転数を0rpmにするには、上述したギ
ヤ変速比では第６ギヤ43の回転数は3000rpmで０状態に
なる。しかしながら、第５ギヤ42と第６ギヤ43との間で
の変速があるから、第２可変プーリ20の必要回転数は40
00rpmになる。したがって、ベルト速比は２倍の増速
（ｉ＝0.5）となる、この速比と第４ギヤ37の速比とが
同じになる。すなわち、第４ギヤ37のニュートラル用ギ
ヤクラッチ32が連結状態になると、Ｖベルト24の回転数
に関係なく、強制的に０状態とすることができる。つま
り、ギヤの方が回転トルクが大きいため、このニュート
ラル用ギヤクラッチ32が連結状態になると、第１回転軸
１が2000rpmで回転すると、第２回転軸２は4000rpmで回
転する。この状態はＶベルト24がない状態でも同じであ
る。

上記ニュートラル状態は、第１及び第２回転軸1,2がと
もに大きな回転トルクと所定の速比をもって回転する。
このとき、Ｖベルト24の速比がギヤ速比と全く同じ速比
で回転している場合には負荷がかからないが、少しでも
狂うとＶベルト24に非常に大きな力がかかる。

しかしながら、上記装置においてはニュートラル用ギヤ
クラッチ32が連結遮断状態にあれば、シーブ部52のシー
ブ面52aに働く回転トルクは本体部51とシーブ部52とが
ネジ部Ａを介して螺合していることにより、軸方向への
移動する力に変換され、無負荷状態となって安定する。

さらに詳述すると、ギヤ速比とベルト速比とが一致した
場合、Ｖベルト24にトルクは掛からず、ネジ部Ａにもト
ルクがかからないため、シーブ部52はどちらにも移動し
ない。

また、設定ピッチ径よりも第１可変プーリ15のピッチ径
が小径の場合、第２可変プーリ20のピッチ径は設定値よ
りも大きくなっているので、第１可変プーリ15は第２可
変プーリ20を早く回転させようとする力が発生し、第２
可変プーリ20は第１可変プーリ15を低速にしようとする
力が発生する。すなわち、Ｖベルト24の張り側は第２可
変プーリ20の入力側となり、第２可変プーリ20は第２回
転軸２よりも遅く回転させる力をＶベルト24から受け
る。このとき、シーブ部52のネジ部Ａのネジを右ネジに
しておくと、回転トルクにより第２可変プーリ20のベル
トピッチ径を上昇させ、ギア速比とベルト速比の一致す
るところで止まる。

設定ピッチ径よりも第１可変プーリ15のピッチ径が大径
の場合、上記場合と逆の状態が発生する。すなわち、ベ
ルト張り側は第２可変プーリ20の出力側となり、シーブ
部52はＶベルト24により第２回転軸２より早く回転させ
ようとする力を受け、シーブ部52はＶベルト24のピッチ
径を小さくする方向に移動し、ギヤ速比とベルト速比と
が一致した状態まで移動して安定する。

また、上記変速装置において、ギヤ６、7,9,33,34,43,4
4,42の歯数をそれぞれz₁,z₂,z₃,z₄,z₅,z₆,z₇,z₈とし、
第１及び第２可変プーリ15,20のピッチ径をD₁,D₂とす
る。入力軸としての第１回転軸１の回転数をnirpmとす
ると各ギヤ６、7,9,33,34,43,44,42及びピニオンキャリ
ア８の回転数n₁,n₂,n₃,n₄,n₅,n₆,n₇,n₈,n₉は、次の式で
表される。

n₃＝n₅＝−ni・Ａ n₈＝ni・Ｂ n₁＝n₆＝n₈・Ｃ ＝ni・Ｂ・Ｃ n₉＝（n₁z₁＋n₃z₃）/E ＝ni（BCz₁−Az₃）/E ただし、 Ａ＝z₄/z₅ Ｂ＝D₁/D₂ Ｃ＝z₈/z₆ Ｅ＝z₁＋z₃ しかして、 i_A＝ABC i_O＝z₁/z₃ とおくと、 ni＝n₉E/（BCz₁−Az₃） ＝n₉E/（i_Az₁A−Az₃） ＝n₉（１＋i_O）/A（i_A−i_O） よって、 n₃＝−niA ＝−n₉（１＋i_O）／（i_A−i_O） n₁＝niCD ＝n₉CD（１＋i_O）/A（i_A−i_O） ＝n₉i_A（１＋i_O）／（i_A−i_O） そこで、ピニオンキャリア８よりの出力トルクをM₁とす
ると、ベルト側のトルクをM₂、ギヤ側のトルクM₃は、遊
星歯車機構５の基準効率をηｏとすると、 M₂＝z₁/（z₁＋ηoz₃） ＝M₁/（１＋ηoi_O） M₃＝ηoz₃M₁/（z₁＋ηoz₃） ＝ηoi_OM₁/（１＋ηoi_O） そのため、サンギヤ６及びリンクギヤ９の角速度をω₂,
ω_３とすると、ベルト側の動力P₁、もどり動力P₂は、 P₁＝M₂ω_２＝M₂（π/30）n₁ ＝（π/30）M₁n₉i_A（１＋i_O） ÷（１＋ηoi_O）（i_A−i_O） P₂＝M₃ω_２ ＝M₂（π/30）n₃ ＝−（π/30）M₁n₉ηoi_O（１＋i_O） ÷｛（１＋ηoi_O）（i_A−i_O）｝ そこで、いま、基準効率ηｏ＝１とすると、 P₁＝（π/30）M₁n₉i_A/（i_A/i_O） P₂＝−（π/30）M₁n₉i_O/（i_A/i_O） しかして、ベルト側に大きな負荷がかからないように、
P₁≦|P₂|とするために、 i_A≦i_O とした。

本実施例の場合には、i_O＝２であり、i_A＝D₁/D₂である
から、 D₁/D₂≦２ とする必要がある。

したがって、操作系において、D₁/D₂＝２のときにニュ
ートラル状態となることとし、 D₁/D₂≦２ が常に達成されるように、操作レバー62の操作量を操作
カム60のカム溝61によって規制するようにしている。

（発明の効果） 本発明は、上記のように、１つの可変プーリにおける固
定シーブを、本体部とシーブ部とをネジ部を介して移動
可能に結合しているので、ニュートラル位置にセットさ
れると、ベルトピッチのずれなどが自動的に調整され、
真のニュートラル状態となる。また、Ｖベルトの摩耗や
変速レバーのずれが発生しても、Ｖベルトには過負荷が
かからないため、ベルト寿命の向上も図れる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はベルト式無段変
速装置のスケルトン図、第２図は上側にピッチ径が大径
のときを、下側にピッチ径が小径のときをそれぞれ示す
第２可変プーリの断面図、第３図は操作カムのカム溝の
説明図、第４図は第２可変プーリのトルクカムの説明
図、第５図は上側にピッチ径が大径のときを、下側にピ
ッチ径が小径のときをそれぞれ示す第１可変プーリの断
面図、第６図は第１可変プーリのトルクカムの説明図、
第７図はプーリクラッチの連結遮断状態の説明図であ
る。 1,2,3……回転軸 15,20……可変プーリ 25……可変プーリ機構 31……ニュートラルギヤ機構 32……ニュートラル用ギヤクラッチ 51……本体部 52……シーブ部 53……プーリクラッチ Ａ……ネジ部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１及び第２回転軸に取付けられた第１及
   び第２可変プーリを有し該第１及び第２回転軸とをプー
   リクラッチを介して連繋する可変プーリ機構と、上記第
   １及び第２回転軸をニュートラル用ギヤクラッチを介し
   て連繋するニュートラルギヤ機構とを具備し、上記第２
   可変プーリの固定シーブが、第２回転軸に取付けられた
   本体部と、該本体部にネジ部を介して移動可能に結合さ
   れたシーブ部とからなり、上記本体部とシーブ部との間
   にそれらの連結、連結遮断を行う上記プーリクラッチが
   介設され、上記プーリクラッチは、上記ニュートラル用
   ギヤクラッチに連動して、上記ニュートラル用ギヤクラ
   ッチの連結時には連結遮断する一方、上記ニュートラル
   用ギヤクラッチの連結遮断時には連結するように構成さ
   れていることを特徴とするベルト式無段変速装置。