JP4145707B2 - ベルト式無段変速機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定プーリと可動プーリとの間にベルトを懸架してなるベルト式無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ベルト式無段変速機は、プライマリプーリとセカンダリプーリとの間に金属製のベルトやチェーンなどの帯状の動力伝達要素を掛け渡し、両プーリに設けた可動プーリを、この可動プーリに併設されている油圧室に供給する作動圧により進退動作させてプーリ溝幅を可変設定することにより、プライマリプーリとセカンダリプーリに対する動力伝達要素の巻き付け径を変化させ、変速比を無段階に可変する。
【０００３】
すなわち、プライマリプーリは、プライマリ軸に固定される固定プーリと、プライマリ軸に軸方向に摺動自在に装着されてプライマリ軸と共に回転する可動プーリとを有し、可動プーリが軸方向に摺動することによりプーリ溝幅が変化する。同様に、セカンダリプーリは、セカンダリ軸に固定される固定プーリと、セカンダリ軸に軸方向に摺動自在に装着されてセカンダリ軸と共に回転する可動プーリとを有し、可動プーリが軸方向に摺動することによりプーリ溝幅が変化する。尚、それぞれ固定プーリは固定シーブとも言われ、可動プーリは可動シーブとも言われる。
【０００４】
このようなベルト式無段変速機にあっては、変速品質を向上するためには、回転軸廻りの重量を軽減することが有効であり、例えば、実開平６−３２８０５号公報には、回転軸を中空に形成して軽量化する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
実開平６−３２８０５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ベルトのトルク容量はプーリのコーン面の支え方に依存しており、従来では、シャフトとコーン面との接合部の肉厚を厚くすることによってコーン面の倒れを防止し、トルク容量の低下を抑えるようにしている。このため、シャフトを中空に形成しても、シャフト及びプーリを含めた回転部全体としての重量軽減が困難であるばかりでなく、各部の剛性が不均一になってしまい、変速品質を向上する上での支障となっていた。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、必要な剛性を確保しつつシャフト及びプーリを含めた回転部全体としての重量を軽減し、しかも各部の剛性を均一化することのできるベルト式無段変速機を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、中空に形成された回転軸と一体的に形成される固定プーリと、この固定プーリに対向して上記回転軸に軸方向に摺動自在に装着される可動プーリとの間にベルトを懸架してなるベルト式無段変速機であって、上記固定プーリのコーン面背面側に、コーン面の最外端ベルト懸架位置と最内端ベルト懸架位置との中心より内側に肉抜き部を設けると共に、この肉抜き部の外側に、上記コーン面背面側と上記回転軸とを連結する懸架部を設け、上記回転軸の内部に、上記懸架部の上記回転軸への連結部に位置する隔壁と、上記固定プーリのコーン面側に位置する隔壁とを設けたことを特徴とする。
【０００９】
その際、可動プーリとしては、コーン面背面側基部に肉抜き部を設けた可動プーリを採用することが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施の一形態に係わり、図１は無段変速装置の動力伝達系を示すスケルトン図、図２はセカンダリプーリ側の要部拡大図、図３は図２の変形例を示す要部拡大図である。
【００１１】
図１において、符号１はエンジンであり、このエンジン１の出力軸２が、無段変速装置を構成する無段変速部３、終減速部４を介して駆動輪５を支承する駆動軸６に連設されている。無段変速部３は、入力側からトルクコンバータ７、前後進切換装置８、無段変速機９で構成されており、エンジン１の出力軸２がトルクコンバータ７のインペラ７ａに連設され、このトルクコンバータ７のタービン７ｂが前後進切換装置８のプラネタリ入力軸８ａに連設されている。
【００１２】
尚、符号１０は、トルクコンバータ７と前後進切換装置８との間に配設され、トルクコンバータ７のインペラ７ａに軸着されるドライブスプロケットであり、このドライブスプロケット１０に巻装されるチェーン１１を介して、図示しないオイルパンに収容されるオイルポンプが駆動される。
【００１３】
前後進切換装置８は、プラネタリギヤ１２とフォワードクラッチ１３とリバースブレーキ１４とを内蔵し、フォワードクラッチ１３とリバースブレーキ１４とが共に開放状態にあるとき、ニュートラル状態となる。また、フォワードクラッチ１３のみを係合させると、プラネタリギヤ１２が一体回転して、トルクコンバータ７のタービン７ｂからの動力を無段変速機９へそのまま伝達する。一方、フォワードクラッチ１３を開放し、リバースブレーキ１４を係合させると、プラネタリギヤ１２を介してトルクコンバータ７のタービン７ｂからの動力を逆転させた状態で無段変速機（ベルト式無段変速機）９へ伝達する。
【００１４】
無段変速機９は、プライマリ軸９ａに軸着されるプライマリプーリ１５と、このプライマリプーリ１５に対設されてセカンダリ軸９ｂに軸着されるセカンダリプーリ１６と、両プーリ１５，１６に巻装される駆動ベルト１７とを備え、セカンダリ軸９ｂが終減速部４の減速歯車列４ａを介して、駆動軸６に軸着されているデファレンシャル装置４ｂに連設されている。
【００１５】
プライマリプーリ１５は、プライマリ軸９ａに一体的に形成される固定シーブ（固定プーリ）２０と、この固定シーブ２０に対向して軸方向へ進退自在に係合される可動シーブ（可動プーリ）２１とを備え、可動シーブ２１の背面側に、プライマリ軸９ａに固設されるカップ状のシリンダ２２と、可動シーブ２１に固設されてシリンダ２２内で軸方向摺動自在に配設されるプランジャ２３とにより、プライマリ油圧室９ｃが形成されている。シリンダ２２の開放端側には、中央に開口部を有するカバー２４が取付けられ、このカバー２４とプランジャ２３の背面側との間に、プライマリ油圧室９ｃの遠心油圧を相殺するためのバランスチャンバ２５が形成されている。
【００１６】
同様に、セカンダリプーリ１６も、セカンダリ軸９ｂに一体的に形成される固定シーブ３０と、この固定シーブ３０に対向して軸方向へ進退自在に係合される可動シーブ３１とを備え、可動シーブ３１の背面側に、可動シーブ３１に固設されるカップ状のシリンダ３２と、セカンダリ軸９ｂに固設されてシリンダ３２内で軸方向摺動自在に配設されるプランジャ３３とにより、セカンダリ油圧室９ｄが形成されている。シリンダ３２の開放端側には、中央に開口部を有するカバー３４が取付けられ、このカバー３４とプランジャ３３の背面側との間に、セカンダリ油圧室９ｄの遠心油圧を相殺するためのバランスチャンバ３５が形成されている。
【００１７】
そして、オイルポンプの吐出圧を調圧したライン圧がセカンダリプーリ１６に設けたセカンダリ油圧室９ｄに供給され、また、ライン圧を減圧したプライマリ圧がプライマリプーリ１５に設けたプライマリ油圧室９ｃに供給される。その結果、各油圧室９ｃ，９ｄに供給される作動圧により、可動シーブ２１，３１を介してトルク伝達に必要な張力が駆動ベルト１７に付与され、両プーリ１５，１６の溝幅が可変設定されて変速比が制御される。
【００１８】
このような無段変速機９においては、プーリにはベルトを所定の位置に保持するための剛性を持たせる必要があり、変速応答性を向上するにはプーリ自体を軽量化する必要があるが、単に剛性に影響のない肉厚部分を肉抜きして軽量化を図るのみでは、剛性の不均一化を招き、必ずしも有効ではない。
【００１９】
このため、本発明では、プライマリプーリ１５及びセカンダリプーリ１６に対して不要な肉厚部分の肉抜きを行うと同時に適切な補強を施すことにより、剛性を確保しつつ剛性の均一化と軽量化とを実現するようにしている。以下、セカンダリプーリ１６を例に取り、剛性の均一化と軽量化のための具体的な構成について説明する。尚、ここでは、セカンダリプーリ１６について説明するが、プライマリプーリ１５についても同様である。
【００２０】
図２に示すように、セカンダリプーリ１６は、複数の部材を結合して形成される固定シーブ３０と、コーン面基部の肉厚部を肉抜きした可動シーブ３１とを備えて構成され、セカンダリ軸９ｂを形成する固定シーブ３０の軸部に、可動シーブ３１が軸方向へ進退自在にスプライン（ボールスプライン或いは通常のスプライン）結合されている。
【００２１】
可動シーブ３１は、コーン面を形成するコーンディスク３１ａ基部の肉厚部に、略矩形断面の環状溝３１ｂを設け、セカンダリ軸９ｂとのシール幅を必要最小限に縮小して軽量化を図っており、一方、固定シーブ３０は、本形態においては３つの部材を一体的に結合して構成され、不要な部分の肉抜きと必要な補強とを行っている。
【００２２】
固定シーブ３０を構成する部材は、駆動ベルト１７を懸架するためのコーン面を形成するコーンディスク４０、コーンディスク４０の背面側に一体的に結合されてコーン面を補強すると共にセカンダリ軸９ｂの軸端側を形成する第１シャフト４１、コーンディスク４０に結合されてセカンダリ軸９ｂの出力端側を形成する第２シャフト４２であり、各部材が必要な強度と互いの結合に適した材質に選定され、予め鍛造等により形成されている。
【００２３】
コーンディスク４０は、セカンダリ軸９ｂの一部をなす軸部４０ａと、この軸部４０ａからコーン状に拡開されたコーン部４０ｂを有する部材であり、軸部４０ａは、コーン部４０ｂの基部に対応する部位に設けられた隔壁４０ｃの両側で中空円筒状に肉抜きされ、コーン面側の中空部の径がコーン面背面側の中空部の径よりも大径に形成されている。
【００２４】
また、コーン部４０ｂのコーン面背面側には、環状の突起部４０ｄが設けられている。この環状の突起部４０ｄは、以下に説明する第１シャフト４１のフランジ部４１ｂに接合され、コーン部４０ｂに作用するスラスト力に対する補強を行うためのものであり、駆動ベルト１７が懸架される最外端の位置と最内端の位置とでコーン部４０ｂのたわみ剛性が略同等となる位置に設けられている。
【００２５】
第１シャフト４１は、セカンダリ軸９ｂの一部をなす軸部４１ａから斜め上方に拡開されたフランジ部４１ｂを有する部材であり、軸部４１ａは、コーンディスク４０の軸部４０ａと同一外径で、フランジ部４１ｂの基部に対応する部位に設けられた隔壁４１ｃの両側で中空円筒状に肉抜きされている。この隔壁４１ｃ両側の中空部の径は、コーンディスク４０の軸部４０ａにおけるコーン面背面側の中空部の径と略同径である。
【００２６】
第２シャフト４２は、コーンディスク４０の軸部４０ａ及び第１シャフト４１の軸部４１ａと同一外径の軸部材で、可動シーブ３１との間でセカンダリ油圧室９ｄに対するシールを行う所定長さの円筒部を経て可動シーブ３１が係合されるスプライン溝が外周に形成されている。このスプライン溝の終端部には、前述のプランジャ３３が固設される。
【００２７】
また、第２シャフト４２は、コーンディスク４０に接合される側の端部が、軸部４０ａの中空部と略同径で肉抜きされ、その肉抜き部が隔壁４２ａによって隔てられ、隔壁４２ａの軸方向前方（出力側）に、油圧通路４２ｂが穿設されている。隔壁４２ａは、駆動ベルト１７の最内端懸架位置近辺となるように配置されている。尚、油圧通路４２ｂの中途には、セカンダリ油圧室９ｄに連通するよう油孔４２ｃが径方向に穿設されている。
【００２８】
以上のコーンディスク４０と第１シャフト４１と第２シャフト４２とは、例えば、摩擦圧接（摩擦溶接）により互いに一体的に接合され、固定シーブ３０が形成される。この摩擦圧接による各部材の接合では、コーンディスク４０のコーン側背面で、軸部４０ａの端面に第１シャフト４１の軸部４１ａの端面を当接すると共に、コーン部４０ｂの突起部４０ｄに第１シャフト４１のフランジ部４１ｂの先端面を当接し、軸方向に加圧しながら回転させることで、それぞれの接触面が摩擦熱によって発熱して軟化し、それぞれの接触面の部分は金属組織的に一体となって固相状態で接合される。同様に、コーンディスク４０のコーン面側で軸部４０ａの端面に第２シャフト４２の端面を当接し、軸方向に加圧しながら回転させて摩擦熱により金属組織を接合する。
【００２９】
尚、摩擦圧接では接合面つまり圧接面からフラッシュと言われるバリが、圧接面の径方向両側に生成され、このフラッシュの部分でも接合が達成されることになる。突起部４０ｄとフランジ部４１ｂとの接合部外周に生成されたフラッシュ、及び軸部４０ａと第２シャフト４２との接合部外周に生成されたフラッシュは、摩擦圧接加工の後に除去される。
【００３０】
これにより、固定シーブ３０は、同一外径の円管状のセカンダリ軸９ｂを有することになり、また、コーンディスク４０の基部周辺において、コーン面背面側に環状の空間部５０が形成されると共に、セカンダリ軸９ｂ内で隔壁４０ｃ，４１ｃによる空間部５１と隔壁４０ｃ，４２ａによる空間部５２とが形成される。同時に、コーンディスク４０のコーン面側基部がセカンダリ軸９ｂ内の隔壁４０ｃ，４２ａによって懸架・補強され、コーン面背面側がフランジ部４１ｂによってセカンダリ軸９ｂに懸架・補強され、更に、このフランジ部４１ｂによって形成される懸架部の基部がセカンダリ軸９ｂ内の隔壁４１ｃによって懸架・補強される。
【００３１】
すなわち、コーンディスク４０の背面側には、径方向中心より内側に空間部５０による肉抜き部が形成され、且つこの肉抜き部より外側に、フランジ部４１ｂによる補強用の懸架部が形成されることになり、コーンディスク４０に作用する軸方向の負荷すなわちスラスト力に対し、ベルト懸架位置の最外端と最内端とでコーン部４０ｂのたわみ剛性を略同等として、コーン面の倒れを少なくすることができる。
【００３２】
しかも、セカンダリ軸９ｂが同一外径の中空円管状に形成され、セカンダリ軸９ｂの内部に、フランジ部４１ｂを介してセカンダリ軸９ｂに作用する曲げ応力に対抗する隔壁４１ｃ、スラスト力によってコーン部４０ｂに発生する曲げ応力及びラジアル力によってセカンダリ軸９ｂに発生する曲げ応力に対抗する隔壁４０ｃ，４２ａが設けられているため、コーンディスク４０の曲げ剛性とセカンダリ軸９ｂの曲げ剛性とを同時に向上させることができる。
【００３３】
尚、コーンディスク４０基部周辺においてセカンダリ軸９ｂ内に設けられた２つの隔壁４０ｃ，４２ａは、１つの側壁に置き換えることも可能である。すなわち、図３に示すように、コーンディスク４０の軸部４０ａをコーン面側に若干延長して隔壁４０ｃを、隔壁４０ｃ，４２ａの略中間位置に設け、第２シャフト４２の隔壁４２ａを廃止するようにしても良い。
【００３４】
また、固定シーブ３０を、複数の部品を鍛造などにより予め成形した後に、摩擦圧接等により接合するようにしたので、肉抜き部の形状を自由度高く設定することができ、低コストで製造することができる。更には、固定シーブ３０（及びセカンダリ軸９ｂ）を構成する各部材の材質を適宜選択することにより、負荷に応じた最適な特性を持たせることができる。
【００３５】
可動シーブ３１についても同様であり、セカンダリ油圧室９ｄに対するシール幅を必要最小限として略矩形断面の環状溝３１ｂによる肉抜きを行うことで、コーンディスク３１ａの剛性を確保しつつ、軽量化を達成することができる。
【００３６】
このように、本実施の形態においては、不要な部分の肉抜きと必要な補強とを同時に行っており、充分な剛性を確保しつつ回転部全体としての重量を低減し、且つ各部の剛性を均一化することができ、変速品質を向上することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、必要な剛性を確保しつつシャフト及びプーリを含めた回転部全体としての重量を軽減し、しかも各部の剛性を均一化することができ、変速品質の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】無段変速装置の動力伝達系を示すスケルトン図
【図２】セカンダリプーリ側の要部拡大図
【図３】図２の変形例を示す要部拡大図
【符号の説明】
９ 無段変速機
９ａ プライマリ軸
９ｂ セカンダリ軸
１５ プライマリプーリ
１６ セカンダリプーリ
１７ 駆動ベルト
２０，３０ 固定シーブ
２１，３１ 可動シーブ
４０ｂ コーン部
４１ｂ フランジ部
４０ｃ，４１ｃ，４２ａ 隔壁
５０，５１，５２ 空間部

Claims (2)

1. 中空に形成された回転軸と一体的に形成される固定プーリと、この固定プーリに対向して上記回転軸に軸方向に摺動自在に装着される可動プーリとの間にベルトを懸架してなるベルト式無段変速機であって、
   上記固定プーリのコーン面背面側に、コーン面の最外端ベルト懸架位置と最内端ベルト懸架位置との中心より内側に肉抜き部を設けると共に、この肉抜き部の外側に、上記コーン面背面側と上記回転軸とを連結する懸架部を設け、
   上記回転軸の内部に、上記懸架部の上記回転軸への連結部に位置する隔壁と、上記固定プーリのコーン面側に位置する隔壁とを設けたことを特徴とするベルト式無段変速機。
2. 上記可動プーリのコーン面背面側基部に、肉抜き部を設けたことを特徴とする請求項１記載のベルト式無段変速機。

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