JP2005036855A - ベルト式無段変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト式無段変速機に於けるプーリ対押し合せの２つの作用効果の特殊性と、油圧式アクチュエータと機械式アクチュエータのそれぞれの利点と欠点とに鑑み、ベルト式無段変速機のアクチュエータを油圧式か機械式かの観点から最適化する。
【解決手段】ベルト式無段変速機に於いて、プーリ間に押圧力を作用させるのは油圧式押圧手段によるものとし、変速比変更のためプーリ間距離を変更するのは機械式変位手段によるものとする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のプーリ対間に無端ベルトを掛け渡し、各プーリ対に於けるベルト掛け渡し半径の相対的変化により無段変速伝動を行うベルト式無段変速装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
互いに対向して円錐面を呈するプーリ対間にベルトを掛け渡したベルト式無段変速装置に於いて、ベルトを間に挟む一対のプーリの一方を他方に対し変位させることには２つの作用効果がある。その一つは、ベルトとプーリとの間に動力の伝達に必要な強さの摩擦力を生じさせることであり、他の一つは変速比を変更することである。前者はベルトをプーリで挟み込む力（押圧力）で調節し、後者はプーリ対の軸方向距離を調節し、ベルトの掛り径を変更している。つまり、大きな動力伝達が必要とされる場合は、押圧力を大きくし、増速する場合は入力側プーリ対の軸方向距離を小さくし、ベルトの掛り径を大きくする。また、減速する場合は、出力側プーリの軸方向距離を小さくし、ベルトの掛り径を大きくする。従来、上記の２つの作用効果を目的とする一対のプーリ間の押し合わせ力とそれに伴うプーリ間距離の調節は、単一のアクチュエータによって行われている。かかるアクチュエータを油圧式としたものが、例えば下記の特許文献１に示されており、またかかるアクチュエータをボールねじによる機械式としたものが、例えば下記の特許文献２に示されている。
【特許文献１】特開２００１−３３０１１９
【特許文献２】特公平７−４３０１２
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ベルト式無段変速装置のプーリ対押し合わせ用アクチュエータを油圧式アクチュエータとした場合、押圧力は油圧、変速はプーリ油室の体積変化で実施する。本構造の場合、定常時に於いても動力伝達に必要な押圧力を発生させるため、伝達トルクに応じた油圧が必要となる。また、油圧を発生させる部品、例えばオイルポンプの吐出流量は、低車速から急減速、すなわち、出力側プーリの移動量（プーリ油室の体積変化）により決定される。つまり、低回転で多くの油量をプーリ油室に供給できるよう、オイルポンプの吐出流量が決められるため、高回転時には必要以上の油をオイルポンプはくみ上げることになる。このようにベルト変速部では、オイルポンプ消費動力が大きい。また、機械式アクチュエータとした場合、プーリを移動させ変速を行うことはできるが、トルク伝達に必要な押圧力発生機構が別途必要となり、従来構造ではスプリングやトルクカムが使用されている。しかし、スプリングやトルクカム等メカで押圧力を発生させる機構では、力の微調整には滑らかさや安定性において油圧式に対し劣るという欠点がある。
【０００４】
しかし、油圧式アクチュエータと機械式アクチュエータに関する上記の如き利点と欠点とを、ベルト式無段変速機に於けるプーリ対押し合せの２つの作用効果の特殊性に鑑みて考えると、油圧式アクチュエータをベルト締め付け力の調節のみを行う小変位のものとし、変速に必要な大きな変位は機械式アクチュエータにより賄うようにすることにより、油圧式アクチュエータの利点と機械式アクチュエータの利点の両方を生かし、特に変速部で必要とされるオイルポンプ消費動力の低減が可能となり、ベルト式無段変速機の伝達効率の向上が期待される。
【０００５】
本発明は、上記の着想に基づき、油圧式アクチュエータと機械式アクチュエータとを相補的に合わせ組み込んだベルト式無段変速装置を提供すること課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するものとして、本発明は、複数のプーリ対間に無端ベルトを掛け渡し、各プーリ対に於けるベルト掛け渡し半径の相対的変化により無段変速伝動を行うベルト式無段変速装置にして、前記複数のプーリ対の少なくとも一つに於いて、前記プーリ対と前記無端ベルトの間に必要な摩擦力を発生させるため該プーリ対のプーリ間に押圧力を作用させる油圧式押圧手段と、変速比変更のため該プーリ対のプーリ間距離を変更する機械式変位手段とを備えていることを特徴とするベルト式無段変速装置を提供するものである。
【０００７】
前記油圧式押圧手段は該プーリ対の一方のプーリをシリンダおよびピストンの一方とする油圧シリンダ−ピストン装置であってよい。この場合、前記油圧シリンダ−ピストン装置を構成するシリンダおよびピストンの他方は前記一方のプーリと共に回転する回転部材であってよいが、或いはまた、前記油圧シリンダ−ピストン装置を構成するシリンダおよびピストンの他方は非回転部材であり、前記一方のプーリに対し相対的に回転するようになっていてもよい。
【０００８】
前記油圧式押圧手段は該プーリ対の一方のプーリと前記機械式変位手段の間に作用するように配置されていてよい。また、油圧式押圧手段は油圧源の油圧が零のときにも所定の最低押圧力を発生するばね手段を含んでいてよい。
【０００９】
前記機械式変位手段は前記油圧式押圧手段と該プーリ対を回転式に支持するハウジングの間に作用するように配置されていてよいが、或いはまた、前記油圧式押圧手段と該プーリ対の他方のプーリの軸の間に作用するように配置されていてもよい。
【００１０】
前記機械式変位手段は回転変位を軸線方向変位に変換するねじ機構であってよい。
【００１１】
【発明の作用及び効果】
上記の如く複数のプーリ対間に無端ベルトを掛け渡し、各プーリ対に於けるベルト掛け渡し半径の相対的変化により無段変速伝動を行うベルト式無段変速装置に於いて、複数のプーリ対の少なくとも一つについて、プーリ対と無端ベルトの間に必要な摩擦力を発生させるため該プーリ対のプーリ間に押圧力を作用させる油圧式押圧手段と、変速比変更のため該プーリ対のプーリ間距離を変更する機械式変位手段とが設けられていれば、トルク伝達に必要なベルトを押圧力は油圧式押圧手段により高精度に行うことができ、一方、変速に必要なプーリ間距離の変更は機械式変位手段により行うようにすることにより、変速比の変更のために必要な油量を低減することができる。
【００１２】
この場合、前記油圧式押圧手段が該プーリ対の一方のプーリをシリンダおよびピストンの一方とする油圧シリンダ−ピストン装置とされれば、油圧式押圧手段の構造が簡単になるとともに、油圧によるプーリへのベルト押圧作用はプーリの作動面全体に対し均一に付与され、ベルト式無段変速装置の高度に滑らかな運転が期待される。
【００１３】
また、その場合に、油圧シリンダ−ピストン装置を構成するシリンダおよびピストンが前記一方のプーリと共に回転する回転部材とされれば、油圧シリンダ−ピストン装置はシリンダおよびピストンが例えばスプラインにて嵌合し一体となって回転する構造であれば、シリンダとピストン部に装着されるシール部材に回転による引き摺りのない油圧式押圧手段が得られる。しかし、また、場合によっては、油圧シリンダ−ピストン装置を構成するシリンダおよびピストンの他方は非回転部材とされ、前記一方のプーリに対し相対的に回転するようになっていてもよい。
【００１４】
油圧式押圧手段が該プーリ対の一方のプーリと機械式変位手段の間に作用するように配置されれば、油圧式押圧手段によるプーリの押圧変位と機械式変位手段によるプーリの押圧変位とは加算的に組み合わされ、機械式変位手段により変速比の変更に必要な大きなプーリ間距離の変更を行いつつ、油圧式押圧手段にて押圧力とプーリ変位を微調整することができるという利点が得られる。また、油圧式押圧手段が油圧源の油圧が零のときにも所定の最低押圧力を発生するばね手段を含んでいれば、装置始動時に油圧式押圧手段の油圧源の油圧の立ち上がりに遅れがあってもベルトとプーリの間に大きな滑りが生じることを防止することができる。
【００１５】
機械式変位手段が油圧式押圧手段と該プーリ対を回転式に支持するハウジングの間に作用するように配置されていれば、機械式変位手段の作動基準位置を常時変速装置のハウジングにより安定して定めることができる。或は、機械式変位手段が油圧式押圧手段と該プーリ対の他方のプーリの軸の間に作用するように配置され、主軸にて反力を支持されるようになっていれば、ハウジングへの反力の入力を避け、ハウジングの変形を防止することができる。
【００１６】
機械式変位手段が回転変位を軸線方向変位に変換するねじ機構とされれば、制御入力変位として回転式電動アクチュエータ等により便利に得られる回転変位を容易且つ高精度にプーリ間の距離の制御に変換することができる。この場合の機械式変位手段の如く、高い軸線方向荷重の作用の下で回転変位を軸線方向変位に変換するねじ機構としては、送りねじが適している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
添付の図１は本発明によるベルト式無段変速装置の第一の実施の形態を示す幾分解図的縦断面図である。図に於いて１０および１２が２組のプーリ対であり、１４がその間に掛け渡された無端のベルトである。
【００１８】
プーリ対１０は中心軸線２０の周りに整合したプーリ１６と１８とを有しており、このうちプーリ１６がこれらのプーリ対を回転式に支持する主軸２２と一体に構成されている。従って、プーリ１６はプーリ幅の調節に関しては固定された固定側プーリである。主軸２２はその両端部にて一部が２４として示されているプーリ対１０のためのハウジング２４より軸受２６および２８を介して回転式に支持されている。プーリ１８は主軸２２上にそれに沿ってプーリ幅の調節範囲にわたって軸方向のみ摺動可能に装着されており、そのハブ部３０と主軸２２の間には互いに軸線方向に摺動可能に噛み合ったスプライン３２が形成され、両者は一体となって回転するようになっている。尚、軸受２８はナット３４により主軸２２の一端部に固定されている。
【００１９】
プーリ１８は上記の油圧式押圧手段を構成する油圧式アクチュエータ３６のシリンダ３８と一体に構成されている。シリンダ３８はハブ部３０の周りに環状に形成され、軸線方向に摺動可能な環状のピストン４２とともに油室４０を形成している。尚、シリンダ３８とピストン４２の関係は、図示の実施の形態と逆の関係も可能であり、即ち図示のピストン４２の周縁部が円筒状に形成されてシリンダとされ、その中に図示のシリンダ３８がピストンとなって嵌入する構成も可能である。従って、プーリ対の一方であるプーリ１８は、図示の実施の形態の通り油圧式押圧手段を構成する油圧シリンダ−ピストン装置のシリンダを構成する外にピストンを構成することもできる。油室４０に対して図には示されていない油圧源からの圧油が主軸２２内に軸線方向に形成された油路４４、主軸２２内に半径方向に形成された油路４６、４８、プーリ１８のハブ部３０に形成された油路５０を経て圧油の給排がなされるようになっている。ピストン４２の内周部にはハブ部５２が形成されており、このハブ外周部に軸受５４を介して上記の機械式変位手段を構成するボールねじ式アクチュエータ５６の一方のねじ部材５８一端が係合し、ハブ内周部にはスプラインが形成され、プーリ１８のハブ部３０のスプライン部３１と係合し、シリンダ３８とピストン４２の相対回転を防止し、上記両部品に間に配置されるシール部材の引き摺りを低減している。
【００２０】
ボールねじ式アクチュエータ５６は，上記のねじ部材５８を外側のねじ部材とし、６０を内側のねじ部材とし、それらの対向する円筒面に沿って形成された螺旋溝内にボール６２を嵌装させた構造のものであり、内側ねじ部材６０がそのフランジ部６４にてワッシャ６６を介してボルト６８によりハウジング２４に固定されており、かくしてボールねじ式アクチュエータ５６よりなる機械式変位手段は油圧式アクチュエータ３６よりなる油圧式押圧手段とプーリ対１０を回転式に支持するハウジング２４の間に作用するように配置されている。外側ねじ部材５８はそのフランジ部７０の外周部に沿って形成された歯車部７２にてそれに噛み合うピニオン７４を経て電動ロータリーアクチュエータ７６より回転駆動されることにより、外側ねじ部材５８と内側ねじ部材６０の間に軸線方向変位を生じさせ、軸受５４を介してピストン４２を軸線方向に変位させるものである。以上の構成から明らかな通り、油圧式押圧手段である油圧式アクチュエータ３６はプーリ対の一方であるプーリ１８と機械式変位手段であるボールね式アクチュエータ５６の間に作用するよう配置されている。
【００２１】
プーリ対１２は上に説明したプーリ対１０と同じ構造を図で見て左右反対した構造のものである。従ってプーリ対１２についての上記と同様の詳細な説明は明細書の冗長化を避けるため省略する。
【００２２】
プーリ対１０の歯車部７２とこれに対応するプーリ対１２の歯車部７８とは、歯車部７２と噛み合うピニオン８０、該ピニオンを担持し図には示されていない軸受手段により変速装置のハウジングから回転式に支持された軸８２、該軸により担持されてプーリ対１２の歯車部７８と噛み合うピニオン８４よりなる回転変位伝達手段により互いに同期して回転するよう連結されている。
【００２３】
かかる構成に於いて、電動ロータリーアクチュエータ７６によりピニオン７４を経てプーリ対１０の歯車部７２が回転されると、それと同量の回転がプーリ対１２の歯車部７８にも生じ、プーリ対１０に於いて任意のプーリ間距離の増大または減小が行われると、プーリ対１２にはそれに対応して逆にプーリ間距離の減小または増大が生じ、プーリ対１０に於けるベルトのプーリ巻き掛け半径の減小または増大とプーリ対１２に於けるベルトのプーリ巻き掛け半径の増大または減小が相反的に生じ、これによってプーリ対１０と１２の間のベルトを介した変速比が変更される。
【００２４】
一方、油路４４、４６、４８、５０を経て油圧式アクチュエータ３６のピストン室４０へ供給される圧油によりピストン室４０内に加えられる油圧の大きさは、図には示されていない油圧制御弁により、図には示されていないピストン室４０内の油圧を検出する油圧センサの検出値、または別途任意の手段により検出されてよいベルトに掛かる伝動負荷の大きさ等に基づいて、プーリによるベルト挾持圧がベルトに滑りを生じない適当な値となるよう制御される。この場合、油圧式アクチュエータ３６のピストン４２の変位量は、ピストン４２の変位によってプーリによるベルト挾持圧が調整される範囲の極小さい値とされてよく、従ってピストン室４０に対する圧油の給排量は極小量であり、圧油源、例えばオイルポンプ等の油の吐出流量は極小容量のものであってよく、変速制御を油圧式アクチュエータにより行う場合に比して遥かに少量に留まる。そのため、変速比の変更のために必要な油量を低減することができ、変速部に於けるオイルポンプの消費動力を低減して、ベルト式無段変速装置の動力伝達効率を向上することができる。
【００２５】
図２は図１に示した実施の形態の一部を修正した他の一つの実施の形態を示す図１と同様の幾分解図的縦断面図である。図２に於いては、図１に示した構成と同じ部分には図１に於いて付した符号と同じ符号を付し、それらの構成ついての重複する説明は省略する。
【００２６】
この実施の形態に於いては、プーリ１８のハブ部３０の軸線方向長さが図１の場合より短くされ、ボールねじ式アクチュエータ５６の内側ねじ部材６０にハブ部８６が形成され、内側ねじ部材６０はこのハブ部にてラジアル軸受８８を介して主軸２２より半径方向に支持されるとともに、スラスト軸受９０を介して軸受２８の内側部材より軸線方向に支持されている。軸受２８の内側部材はナット３４を介して主軸２２の一端より支持されているので、結局、図１の実施の形態に於いては内側ねじ部材６０がハウジング２４より軸線方向に支持されているのに対比して、図２の実施の形態は、内側ねじ部材６０が主軸２２より軸線方向に支持されている点に於いて異なっており、ボールねじ式アクチュエータ５６よりなる機械式変位手段は油圧式アクチュエータ３６よりなる油圧式押圧手段とプーリ対１０の他方の通りであるプーリ１６の軸をなす２２の間に作用するように配置され、ハウジングに変形を生じさせるような反力を及ぼさないようになっている。
【００２７】
上記の如く、図２の実施の形態に於いては、ボールねじ式アクチュエータ５６部で発生する軸方向推力の反力を軸受２８を介してナット３４で受けることができる。そのためハウジング２４への反力の入力を避けることができ、ハウジング２４の変形防止が可能となる。
【００２８】
図３は図２に示した実施の形態の一部の更に構成を追加する修正を行った更に他の一つの実施の形態を示す図２と同様の幾分解図的縦断面図である。図３に於いては、図１および２に示した構成と同じ部分には図１および２に於いて付した符号と同じ符号を付し、それらの構成ついての重複する説明は省略する。
【００２９】
この実施の形態に於いては、シリンダ室４０内にあってプーリ１８とピストン４２の間に圧縮ばねとして作用する皿ばね９２が設けられている。本発明によれば、油圧式アクチュエータ３６のピストン４２の変位量は、それによってプーリによるベルト挾持圧が調整される範囲の極小さい値とされてよいので、プーリ１８とピストン４２の間の距離の変化は極小さい。従って、この部分にばねを装着すれば、図示の実施の形態に於ける如くばねが変位量の小さい皿ばねであっても、プーリ１６と１８の間に常時ほぼ一定のばね力を作用させることができ、装置始動時に油圧式押圧手段の油圧源の油圧の立ち上がりに遅れがあって圧油源の油圧が零のときにも、ベルトとプーリの間に大きな滑りが生じず、前記両部品の磨耗等による耐久性低下を防止することができる。
【００３０】
図４は図１〜３に示した実施の形態とは一部に於いて大きく異なっている更に他の一つの実施の形態を示す図１〜３と同様の幾分解図的縦断面図である。図４に於いても、図１〜３に示した構成と同じ部分には図１〜３に於いて付した符号と同じ符号を付し、それらの構成ついての重複する説明は省略する。
【００３１】
この実施の形態に於いては。図１〜３の実施の形態に於けるピストン４２に対応するピストン９４は、ボールねじ式アクチュエータ５６の内側ねじ部材６０と一体の部材として構成されている。（尚、ピストン９４と内側ねじ部材６０とは図４の断面に示す如く完全に一体の構造ではなく、別々の部材として形成され、その後一体に固定されたものであってもよい。）
【００３２】
以上に於いては本発明をいくつかの実施の形態について詳細に説明したが、これらの実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるベルト式無段変速装置の第一の実施の形態を示す幾分解図的縦断面図。
【図２】本発明によるベルト式無段変速装置の第二の実施の形態を示す幾分解図的縦断面図。
【図３】本発明によるベルト式無段変速装置の第三の実施の形態を示す幾分解図的縦断面図。
【図４】本発明によるベルト式無段変速装置の第四の実施の形態を示す幾分解図的縦断面図。
【符号の説明】
１０，１２…プーリ対、１４…無端のベルト、１６，１８…プーリ、２０…中心軸線、２２…主軸、２４…ハウジング、２６，２８…ラジアル／スラスト軸受、３０…ハブ部、３１，３２…スプライン、３４…ナット、３６…油圧式アクチュエータ、３８…シリンダ、４０…シリンダ室、４２…ピストン、４４，４６，４８，５０…油路、５２…ハブ部、５４…ラジアル／スラスト軸受、５６…ボールねじ式アクチュエータ、５８…外側ねじ部材、６０…内側ねじ部材、６２…ボール、６４…フランジ部、６６…ワッシャ、６８…ボルト、７０…フランジ部、７２…歯車部、７４…ピニオン、７６…電動ロータリーアクチュエータ、７８…歯車部、８０…ピニオン、８２…軸、８４…ピニオン、８６…ハブ部、８８…ラジアル軸受、９０…スラスト軸受、９２…皿ばね、９４…ピストン、９６…外側シールリング、９８…内側シールリング

Claims (9)

1. 複数のプーリ対間に無端ベルトを掛け渡し、各プーリ対に於けるベルト掛け渡し半径の相対的変化により無段変速伝動を行うベルト式無段変速装置にして、前記複数のプーリ対の少なくとも一つに於いて、前記プーリ対と前記無端ベルトの間に必要な摩擦力を発生させるため該プーリ対のプーリ間に押圧力を作用させる油圧式押圧手段と、変速比変更のため該プーリ対のプーリ間距離を変更する機械式変位手段とを備えていることを特徴とするベルト式無段変速装置。
2. 前記油圧式押圧手段は該プーリ対の一方のプーリをシリンダおよびピストンの一方とする油圧シリンダ−ピストン装置であることを特徴とする請求項１に記載のベルト式無段変速装置。
3. 前記油圧シリンダ−ピストン装置を構成するシリンダおよびピストンの他方は前記一方のプーリと共に回転する回転部材であることを特徴とする請求項２に記載のベルト式無段変速装置。
4. 前記油圧シリンダ−ピストン装置を構成するシリンダおよびピストンの他方は非回転部材であり、前記一方のプーリに対し相対的に回転することを特徴とする請求項２に記載のベルト式無段変速装置。
5. 前記油圧式押圧手段は該プーリ対の一方のプーリと前記機械式変位手段の間に作用するように配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のベルト式無段変速装置。
6. 前記油圧式押圧手段は油圧源の油圧が零のときにも所定の最低押圧力を発生するばね手段を含んでいることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のベルト式無段変速装置。
7. 前記機械式変位手段は前記油圧式押圧手段と該プーリ対を回転式に支持するハウジングの間に作用するように配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のベルト式無段変速装置。
8. 前記機械式変位手段は前記油圧式押圧手段と該プーリ対の他方のプーリの軸の間に作用するように配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のベルト式無段変速装置。
9. 前記機械式変位手段は回転変位を軸線方向変位に変換するねじ機構であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のベルト式無段変速装置。

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