JPS63280952A - 摩擦無段変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高速回転域において高い効率や信頼性を要求
される東向その他の機械装置に好適に使用される摩擦無
段変速機、特に、遊星運動を行なう複数の円錐形転子を
伝動媒介体とする摩擦無段変速機に関する。

〔従来の技術〕

複数の円錐形転子を伝動媒介体として使用する摩擦無段
変速機として、本出願人の所有する特許第１１２００９
７号（特公昭５７−１３２２１号）に、同軸線上にある
人力１噛と出力軸との間の伝動系に、伝動媒介体として
介在する複数の円錐形転子と、各円錐形転子に、それを
囲むように３伝動而において各々摩擦係合する小径伝動
車、大径伝動車及び変速リングと、各伝動面に出力軸の
負荷トルクに応じた大きさの圧接力を発生させる圧接力
発生装置とを備え、入力軸の回転が小径伝動車に伝達さ
れると共に各円錐形転子の遊星運動を介して生じた大径
伝動車又は変速リングの回転が出力軸に伝達され、軸線
方向への変速リングの移動によって変速操作が行なわれ
る形式のものが、実施例として開示されている。

この形式の摩擦無段変速機では、各円錐形転子が、上記
のような小径伝動車、大径伝動車及び変速リングからの
各圧接力を受けて支持され、それら３圧接力のベクトル
が閉じた系に常時保持されるので、各円錐形転子は、他
の無理な力を受けることなしに上記の各伝動部材間を摩
擦転動し、出力軸の停止域から高速回転域に至る広い変
速範囲にわたって、動力を円滑に伝達することができる
。上記の摩擦無段変速機には、大径伝動車の回転が出力
軸に伝達され、変速リングが回転不能に固定されている
もの（以下、単に変速リング固定型という）と、逆に変
速リングの回転が出力軸に伝達され、大径伝動車が回転
不能に固定されているもの（以下、単に変速リング回転
型という）とが含まれる。両者は無段変速の基本原理を
同じくするが、１而者では出力軸が入力軸と逆の方向に
回転し、後者に比べて変速範囲が広く、また後者では出
力軸が入力軸と同じ方向に回転し、面者に比べて変速範
囲が狭い。

各円錐形転子は、出力軸の回転速度が低下すると共に負
荷トルクが増大すると、その曲率半径のより大きい部分
で、従ってより広い面積の部分で変速リングと接触し、
逆に出力軸の回転速度が上昇すると共に負荷トルクが減
少すると、その曲率半径のより小さい部分で、従ってよ
り狭い面積の部分で変速リングと接触する。即ち、変速
リングは、出力軸の低速回転時には各円錐形転子の周辺
方向に、またその高速回転時には各円錐形転子の頂点方
向に各々動かされ、変速操作が行なわれる。

しかし、その場合に、調圧機構を備えた圧接力発生装置
が、出力軸の負荷トルクに応じて圧接力を増減調整する
ために、各円錐形転子と変速リングとの接触部における
単位面積当りの血圧（以下、単に面圧という）、従って
ヘルツ応力は、広い変速範囲にわたって必要以上に増大
することなく、ある程度−走化するように自動的に調整
されるので、上記接触部の寿命や変速機の効率も、広い
変速範囲にわたって比較的良好に維持される。

（発明が解決しようとする問題点〕 しかし、上記のように優れた特性を有する摩擦無段変速
機においても、中速回転域から高速回転域に移行すると
、上記円錐形転子と変速リングとの接触面積が極めて小
さくなり、圧接力発生装置の上記調圧作用にもかかわら
ず、上記接触部における面圧の増大は免れなくなる。接
触部におけるそのような血圧の増大は、特に円錐形転子
の寿命を加速度的に低下させると共に変速機の効率も急
激に低下させる。

第５図は従来の変速リング固定型摩擦無段変速機の特性
を例示する説明図であり、トルク比ｔ（速度比１＝１０
００／１８００＝０．５５のときの負荷トルクを１とす
る）、接触部の平均面圧ｐ　（Ｋｇｆ／ｍｍ２）、円錐
形転子の寿命比しく速度比ｉ＝０．５５のときの寿命を
１とする）及び変速機の効率η（％）を各速度比ｉに対
してプロットしたものであり、高速回転域における上記
問題点を図示している。なお、変速リング回転型摩擦無
段変速機の特性については、変速リング固定型の場合に
比べて変速範囲が狭い点を除いて第５図に示すものと略
同様の傾向を示すので、図示を省略する。

一方、円錐形転子と小径伝動車や大径伝動車との各接触
部における各面圧は、速度比の増大に伴なってむしろ減
少する傾向にあるので、高速回転域における上記のよう
な問題は殆ど生じない。

しかして、上記形式の摩擦無段変速機が、特に高速回転
域における信頼性や効率を厳しく問われる車両等の機械
装置に使用される場合には、従来技術の上記問題点の解
決が必要とされる。

本発明の目的は、出力軸の高速回転域においでも各円錐
形転子の寿命の低下や変速機の効率の低下の少ない摩擦
無段変速機を提供することにある。従って、本発明の別
の目的は、特に高速回転域におけるイｇ頼性や効率を問
われる車両等の機械装置にも好適に使用できる摩擦無段
変速機を提供することにある。

〔問題点を解決するための技術手段〕

本発明に係る摩１？Ａ無段変速機として、既述のように
、同軸線上にある入力軸と出力軸との間の伝動系に、伝
動媒介体として介在する複数の円錐形転子と、各円錐形
転子に、それを囲むように３伝動面において丼々摩擦係
合する小径伝動車、大径伝動車及び変速リングと、各伝
動面に出力軸の負荷トルクに応じた大きさの圧接力を発
生させる圧接力発生装置とを備え、入力軸の回転が小径
伝動車に伝達されると共に各円錐形転子の遊星運動を介
して生じた大径伝動車又は変速リングの回転が出力軸に
伝達され、＠線方向への変速リングの移動によって変速
操作が行なわれる形式のものか採用される。

以下に、本発明を図面に基いて説明する。第１図は、本
発明に係る変速リンク固定型ｒｔ擦無段変速機の基本構
造を例示する縦断面図であり、同図において、同ＩＩ！
ＩＩＩ線上に設けられた入力軸（１）と出力軸（２）と
の間に摩擦伝動機構か設けられている。

その摩擦伝動機構は、複数の円錐形転子（３）と、各円
錐形転子（３）に、それを囲むように３伝動面において
芥々摩擦係合する小径伝動車（４）、大径伝動車（５）
及び変速リング（６）とを備えている。各円錐形転子（
３）は、好ましくは１３０±１０度の頂ｆｌ＋　ヲ有し
、出力＠ｂ　（２）に遊（ｉされた保持部材（７）の周
囲に、円３ｉ　Ｆ”４線か軸線と平行になるように軸受
無して枢着されている。また、小径伝動車（４）は人力
＠（１）と連結され、大径伝動車（５）は公知の自動調
圧カムを備えた圧接力発生装置（８）を介して出力軸（
２）と連結されている。変速リング（６）は回転不能状
態に固定され、軸線方向に、各円錐形転子（３）の円錐
面（９）上の所要位置に移動させることができる。圧接
力発生装置（８）は、出力Ｉｐｄｌ（２）の負荷トルク
に応じた大きさの推力を大径伝動車（５）に加え、各円
錐形転子（３）に対する小径伝動車（４）、大径伝動車
（５）及び変速リング（６）の各圧接力ＦＡ、ＦＢ及び
Ｆｃを発生させる。

各円錐形転ｆ（３）は、小径伝動車（４）、大径伝動車
（５）及び変速リング（６）によって３伝動面を介して
支持され、ベクトルが閉じた系を保持する上記３圧接力
ＦＡ、Ｆｎ及びＦＣを受けながら、軸線回りに遊星運動
を行なう。大径伝動車（５）の周速度は、各円錐形転子
（３）の遊星運動における自転による周速度と公転によ
る周速度との差によって与えられ、それは円錐面（９）
上における変速リング（６）の位置に左右される。従っ
て、大径伝動車（５）と連動回転する出力ｌ１ｉＩＩＩ
（２）の回転速度は、変速リング（６）を外円錐形転子
（３）の円錐面（９）に沿って軸線方向に滑動させるこ
とによって連続的無段階に変速され、その場合に、変速
リング（６）を各円錐形転子（３）の周辺（１０）方向
に移動させるとより低速回転に、それを逆に各円錐形転
子（３）の頂点（１１）方向に移動させるとより高速回
転になる。

なお、変速リング回転型摩擦無段変速機については、特
公昭５７−１３２２１号公報にも示されているように変
速リング固定型のものと無段変速の基本原理を同じくし
、構造的には出力の取り出し対象を異にするのみである
ので図示を省略し、以下、第１図に基いて説明するもの
とする。

上記形式のＩｆ、擦無段変速機において、入力軸（１）
の回転速度をＮｌ、出力軸（２）の回転速度をＮ２、変
速リング（６）と接触する円錐形転子（３）の半径をａ
、大径伝動車（５）と接触する円錐形転−７−（３）の
半径をｂ、円錐形転子（３）と接触する変速リング（６
）の半径をＣ１円錐形転子（３）と接触する大径伝動車
（５）の半径をｄ、小径伝動車（４）と接触する円錐形
転子（３）の半径をｅ、及び円錐形転子（３）と接触す
る小径伝動車（４）の半径をｆとするとき、速度比ｉは
次の各関係式で示されることが知られている。

〈変速リング固定型の場合〉 上記の関係式１を変形すると次の関係式が得られる。

く変速リング回転型の場合〉 上記の関係式■及び■は何れも５ａの増大及び減少、従
って円錐形転子（３）の周辺（１０）方向への変速リン
グ（６）の移動及び円錐形転子（３）の頂点（１１）方
向への変速リング（６）の移動か、速度比ｉの減少及び
増大を各々もたらすことを示している。

そこで、速度比ｉを増大させるために変速リング（６）
を各円錐形転子（３）の頂点（１１）方向に移動させる
場合において、変速リング（６）が各円錐形転子（３）
の頂点（１１）にある程度以上接近すると、既述のよう
に、接触部における面圧の急上昇、及びそれに伴なう寿
命や効率の急激な低下が生じる。

本発明者等は、上記問題点の解決手段として、高速回転
域においても、変速リング（６）を、血圧の急上昇が生
じない程度に各円錐形転子（３）の頂点（１１）から十
分離れた位置に保持させるべきことを着想し、本発明を
完成するに至った。

しかして、本発明は、既述のような形式のＪ′２掠無段
変速機において、ｄｅ／ｂｆ＝０．３〜０．７、好まし
くはｄｅ／ｂｆ＝０．３〜０．６（但し、１＜ｃ／ｄ＜
１．１）であることを特徴とするものである。

なお、従来使用されている本形式の摩擦無段変速機の場
合、ｄｅ／ｂｆ＝０．９〜１．２程度（但し、１＜ｃ／
ｄ＜１．１）である。

（発明の作用） 上記の関係式１又は■、及び関係式■にｄ　ｅ　／　ｂ
　ｆ　＝　ｋを各々代入し、整理すると、次の各関係式
が得られる。

〈変速リング固定型の場合〉 上記の関係式■を変形し、整理すると、次の関係式が得
られる。

〈変速リング回転型の場合〉 上記の関係式■を変形し、整理すると、次の関係式が得
られる。

関係式■及び■は、ｃ　／　ｄ及びｋを所定範囲に設定
すれば、速度比ｉが、円錐形転子（３）に対する変速リ
ング（６）の相対位置を示す変速リング位置ａ　／　ｂ
の増大及び減少に応じて各々減少及び増大することを示
している。また、関係式Ｖ及び■は、ｃ　／　ｄを所定
範囲に設定すれば、特定の速度比ｉにおいて、変速リン
グ位置ａ　／　ｂが、ｋの増大及び減少に応じて各々減
少及び増大することを示している。

上記の関係式■（変速リング固定型の場合）及び■（変
速リング回転型の場合）について、構造上好ましい１．
０＜ｃ／ｄ＜１．１の条件の下に、ｋ＝０．９〜１．２
（従来技術の場合）及びに＝０．３〜０．７（本発明技
術の場合）としたときに各々得られる速度比ｉと変速リ
ング位置ａ　／　ｂとの関係を、各々第２図及び第３図
に示す。

上記の第２図及び第３図によれば、変速リング位置ａ　
／　ｂは、速度比ｉの小さい低速回転域では本発明技術
（線間の斜線部分）と従来技術（線間の無地部分）との
間に明確な差が見られないが、中速回転域から速度比ｉ
の大きい高速回転域に移行するに従って両者の差が明ら
かに大きくなり、本発明技術の場合は、従来技術の場合
に比べてより大きい変速リング位置ａ　／　ｂをとるこ
とがわかる。換言すれば、第２図及び第３図は、同じ変
速リング位置ａ　／　ｂにおいて、本発明技術の場合は
、従来技術の場合より大きい速度比ｉか得られることを
示している。なお、変速リング固定型と変速リング回転
型とは、両者の出力構造の相違に起因して変速範囲を異
にし、従来技術の場合、萌者の変速範囲は速度ｉ１．　
ｉ　＝　０〜０．６２程度、後者の変速範囲は速度比ｉ
＝ｏ〜０．３８程度とされている。

上記においてｄｅ／ｂｆ＞０．７の場合は、変速リング
位置ａ　／　ｂが、高速回転域において接触部の面圧の
急上昇や変速機の効率の低下の兆候が始る領域に入り、
一方、ｄｅ／ｂｆ＜０．３の場合は、各円錐形転子（３
）を支持する３圧接力ＦＡ、ＦＢ及びＦＣを、それらの
ベクトルが閉じた系を常時保持するように均衡させるこ
とが構造的に困難になるので、何れの場合も本発明の目
的を十分に達成することができない。本発明において、
特にｄｅ／ｂｆ＝０．３〜０．６を選択すると、高速回
転域における変速リング位置ａ　／　ｂは、従来技術に
おける中低速回転域に略対応する程に十分大きくなるの
で好ましい。

第４図は、本発明に係る変速リング固定型摩擦無段変速
機の特性を例示する説明図であり、トルク比ｔ（速度比
ｉ＝０．５５のときの負荷トルクを１とする）、接触部
の平均面圧ｐ（Ｋｇｆ／ｍｍ２）、円錐形転子の寿命比
Ｌ（従来技術における速度比ｉ＝０．５５のときの寿命
を１とする）及び変速機の効率η（％）を各速度比ｉに
対してプロットしたものであり、中速回転域から高速回
転域において面圧ｐの上昇や効率ηの低下が顕著にはみ
られず、且つ寿命比しもなお高く維持されている状況を
、第５図と対比的に図示している。なお、本発明におけ
る変速リング回転型摩擦無段変速機の特性については、
変速リング固定型の場合に比べて既述のように変速範囲
が狭い点を除いて第４図に示すものと略同様の傾向を示
すので、図示を省略する。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例１〜３を比較例１〜２（従来技術
）と共に第１表に示すが、本発明はそれらの実施例によ
って限定されるものではない。

第１表 上記第１表によれば、本発明の場合は、高速回転域にお
ける変速リング位置ａ　／　ｂが比較例に比べて大きく
、さらに変速機の効率ηも比較例に比べて明らか゛に高
いレベルで推移していることがわかる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係る摩擦無段変速機では、出力
軸の高速回転域においても、変速リングが、各円錐形転
子の頂点から、従来技術の場合に比べて十分に離れた位
置において各円錐形転子と接触するように構成されてい
るので、高速回転域においても接触部の面圧の急上昇を
招くことがなく、従って変速機の効率は中低速回転時と
殆ど変わりなく良好に維持され、各円錐形転子の寿命も
著しく改善される。また、この摩擦無段変速機によれば
、従来技術の場合の中高速回転域における効率を維持し
たままで、さらに高い速度比が得られる。

従って、本発明に係る摩擦無段変速機は、特に高速回転
域における信頼性や効率を問われる車両等の機械装置に
も好適に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る変速リング固定型摩擦無段変速
機の基本構造を例示する縦断面図、第２図及び第３図は
、変速リング固定型及び変速リング回転型の各摩擦無段
変速機における速度比と変速リング位置との関係を示す
説明図、第４図は、本発明に係る変速リング固定型摩擦
無段変速機の特性を例示する説明図、また第５図は、従
来の変速リング固定型摩擦無段変速機の特性を例示する
説明図である。 く主要符号の説明〉 １・・・入力軸、　　２−・・出力軸、　　３−・・円
錐形転子。 ４・・・小径伝動車、　　５−・・大径伝動車、　６・
−変速リング、　　７−・・保持部材、　８・・・圧接
力発生装置以上 特許出願人　　シンポ工業株式会社 代理人　弁理士　　安　藤　惇　逸 １７図 −Ｌ、４６８快 ８颯　良 一→トペＲ ＠　賊　良

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、同軸線上にある入力軸と出力軸との間の伝動系に、
   伝動媒介体として介在する複数の円錐形転子と、各円錐
   形転子に、それを囲むように３伝動面において各々摩擦
   係合する小径伝動車、大径伝動車及び変速リングと、各
   伝動面に出力軸の負荷トルクに応じた大きさの圧接力を
   発生させる圧接力発生装置とを備え、入力軸の回転が小
   径伝動車に伝達されると共に各円錐形転子の遊星運動を
   介して生じた大径伝動車又は変速リングの回転が出力軸
   に伝達され、軸線方向への変速リングの移動によって変
   速操作が行なわれるものにおいて、大径伝動車と接触す
   る円錐形転子の半径をｂ、円錐形転子と接触する変速リ
   ングの半径をｃ、円錐形転子と接触する大径伝動車の半
   径をｄ、小径伝動車と接触する円錐形転子の半径をｅ、
   及び円錐形転子と接触する小径伝動車の半径をｆとする
   とき、ｄｅ／ｂｆ＝０．３〜０．７（但し、 １＜ｃ／ｄ＜１．１）であることを特徴とする摩擦無段
   変速機。