(57)【要約】【課題】駆動プーリと従動プーリの可動シーブが同期して作動する形式のベルト式無段変速機において、高負荷時においてベルトの斜行を小さくし、ベルトの寿命低下や伝達効率の低下を防止すること。【解決手段】駆動プーリ２および従動プーリ４にそれぞれボールねじ機構７，８を設け、変速用モータ６で変速すると同時に、テンショナ装置１０でベルト張力を得る。駆動プーリ２および従動プーリ４の固定シーブ２ａ，４ａの位置を、駆動プーリ側のベルト中心位置と従動プーリ側のベルト中心位置とに軸方向のずれがない状態における固定シーブの位置に比べて、可動シーブ２ｂ，４ｂに対して離間方向にオフセットさせた。負荷がかかると、可動シーブ２ｂ，４ｂに軸方向のずれが発生するが、固定シーブ２ａ，４ａに予め与えたオフセットのためにベルト５の芯ずれを抑制でき、ベルトの斜行を抑制できる。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定シーブと可動シーブとを有する駆動プーリおよび従動プーリと、
両プーリ間に巻き掛けられたベルトと、
上記駆動プーリおよび従動プーリの可動シーブの背後にそれぞれ設けられ、回転入力により可動シーブを軸方向に移動させるねじ機構と、
上記駆動プーリのねじ機構と従動プーリのねじ機構とを同期駆動させる変速用モータと、
ベルトの緩み側をテンションローラで押圧してベルト張力を付与するテンショナ装置とを備え、
上記変速用モータの駆動により、上記駆動プーリの可動シーブと従動プーリの可動シーブとを同期して軸方向に移動させるように構成したベルト式無段変速機において、
上記駆動プーリおよび従動プーリの固定シーブの位置を、駆動プーリ側のベルト中心位置と従動プーリ側のベルト中心位置とに軸方向のずれがない状態における固定シーブの位置に比べて、可動シーブに対して離間方向にオフセットさせたことを特徴とするベルト式無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はベルト式無段変速機、特に負荷がかかった状態で、駆動プーリ側のベルトの中心位置と従動プーリ側のベルトの中心位置との間の軸方向の芯ずれをなくす構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００１−３０４３６２号公報
【特許文献２】特開２００１−３５５６９４号公報
【特許文献３】特開２００２−１６１９５３号公報
【特許文献４】特許第３２６７５９６号公報
【特許文献５】特許第３２９０６４７号公報
駆動プーリと従動プーリとの間にベルトを巻き掛け、両プーリの可動シーブを軸方向に変位させることにより変速比を無段階に可変とした無段変速機の場合、変速時に両プーリ間でベルトの芯ずれが発生するという問題がある。
このような芯ずれによる不具合を解消するため、特許文献１では、ベルトの芯ずれに対応した範囲で回転軸およびプーリを軸線方向に移動させるカム機構を設けたものが開示されている。
また、特許文献２では、ベルトの芯ずれに対応した範囲で回転軸を軸線方向に移動させる芯ずれ調整手段を設けたものが開示されている。芯ずれ調整手段としては、例えばカム板とカム面との間にボールを配置し、カム板の回転を制御するクラッチ機構を設けたものが提案されている。
さらに、特許文献３では、ベルトの芯ずれを、両プーリの軸間距離を変化させる芯ずれ補正機構によって補正するものが開示されている。
しかしながら、特許文献１〜３のいずれの無段変速機も、可動シーブの背後に油圧サーボなどの推力発生機構を設け、可動シーブを内側へ押圧することで、ベルト張力を付与するとともに変速比を可変する構造のものであり、この種の構造の無段変速機では、駆動プーリの可動シーブと従動プーリの可動シーブとが個別に作動するので、ベルトの芯ずれは必然的に大きくなる傾向にある。そのため、特許文献１〜３に示されるような大がかりな調整機構が必要であり、大幅な構造変更を余儀なくされ、コスト上昇を招く欠点がある。
【０００３】
一方、特許文献４，５には、駆動プーリおよび従動プーリの可動シーブの背後にボールねじ機構を設けるとともに、駆動プーリのボールねじ機構と従動プーリのボールねじ機構を相互に連結する中間ギヤ機構を設け、駆動プーリのボールねじ機構、従動プーリのボールねじ機構、または中間ギヤ機構を変速用モータで駆動することにより、駆動プーリの可動シーブと従動プーリの可動シーブとを同期して作動させ、変速を行うようにした無段変速機が提案されている。この場合には、ベルト張力を付与するために、ベルトの緩み側をテンションローラで押圧するテンショナ装置を設けてある。
このような構造の無段変速機では、駆動プーリの可動シーブと従動プーリの可動シーブとが同期してかつ同一距離だけ移動するので、ベルトの芯ずれは特許文献１〜３のような推力発生機構を設けたものに比べて小さい。
しかし、ボールねじ機構にはガタや組み付け公差があるので、ベルト負荷が作用した時に可動シーブが外側へ開き、ベルトの芯ずれが発生する。
【０００４】
ここで、ベルトの芯ずれが発生する理由を、図５，図６を参照して説明する。
図５は無段変速機における駆動プーリと従動プーリの理想的な位置を示す。図において、１は入力軸、２は駆動プーリ、３は出力軸、４は従動プーリ、５はベルトであり、２ａ，４ａは固定シーブ、２ｂ，４ｂは可動シーブである。両プーリ２，４の固定シーブ２ａ，４ａは互いに対向する向きに配置され、可動シーブ２ｂ，４ｂも互いに対向する向きに配置されている。可動シーブ２ｂ，４ｂの背後にはボールねじ機構（図示せず）が設けられている。
例えばＬｏｗからＨｉｇｈへ変速する場合には、駆動プーリ２の可動シーブ２ｂは固定シーブ２ａに近づく方向に移動し、従動プーリ４の可動シーブ４ｂは固定シーブ４ａから離れる方向に同一距離だけ移動する。Ｌｏｗ状態、Ｍｉｄ（中間変速比）状態、Ｈｉｇｈ状態における駆動プーリ側のベルト中心位置と従動プーリ側のベルト中心位置は、それぞれ直線ＣＬ  ，ＣＭ  ，ＣＨ  で示すように同一位置にある。つまり、変速比が変化しても、ベルトの芯ずれが発生していない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、現実には可動シーブの背後に設けられるボールねじ機構のガタや組み付け公差により、負荷が作用した時に可動シーブ２ｂ，４ｂが外側へ開くので、図６に示すように駆動プーリ側のベルト中心位置が本来の位置Ｃに対してδ１  だけ可動シーブ２ｂ側へずれ、従動プーリ側のベルト中心位置は本来の位置Ｃに対してδ２  だけ可動シーブ４ｂ側へずれる。図６において、破線位置は本来の可動シーブ２ｂ，４ｂの位置であり、実線位置はガタ等により可動シーブ２ｂ，４ｂが開いた位置を示す。このような芯ずれδ１  ，δ２  は、負荷が大きい時ほど大きくなり、ベルト５の斜行や、ベルト５の左右側面における分担荷重のアンバランスを招く。ベルト５の斜行は、ベルトの偏摩耗や発熱を助長し、ベルトの寿命低下を招く。また、ベルトの左右側面の分担荷重差は、固定シーブ、可動シーブ間の伝達トルク差となるので、変速時の摺動抵抗の増加を招き、伝達効率の低下や変速スピードの低下などの不具合を招く。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、駆動プーリと従動プーリの可動シーブが同期して作動する形式の無段変速機において、高負荷時におけるベルトの斜行を小さくし、ベルトの寿命低下や伝達効率の低下を防止できるベルト式無段変速機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、固定シーブと可動シーブとを有する駆動プーリおよび従動プーリと、両プーリ間に巻き掛けられたベルトと、上記駆動プーリおよび従動プーリの可動シーブの背後にそれぞれ設けられ、回転入力により可動シーブを軸方向に移動させるねじ機構と、上記駆動プーリのねじ機構と従動プーリのねじ機構とを同期駆動させる変速用モータと、ベルトの緩み側をテンションローラで押圧してベルト張力を付与するテンショナ装置とを備え、上記変速用モータの駆動により、上記駆動プーリの可動シーブと従動プーリの可動シーブとを同期して軸方向に移動させるように構成したベルト式無段変速機において、上記駆動プーリおよび従動プーリの固定シーブの位置を、駆動プーリ側のベルト中心位置と従動プーリ側のベルト中心位置とに軸方向のずれがない状態における固定シーブの位置に比べて、可動シーブに対して離間方向にオフセットさせたことを特徴とするベルト式無段変速機を提供することにある。
【０００８】
駆動プーリおよび従動プーリのそれぞれにねじ機構を設け、これらねじ機構を変速用モータで駆動することにより、駆動プーリおよび従動プーリの可動シーブを互いに同期して動作させるようにした無段変速機の場合、変速用モータだけで変速比を高精度に制御できる利点はあるが、ねじ機構のガタがそのままベルトの芯ずれに影響してしまう。ねじ機構の場合、多少のガタは避けられないので、芯ずれを小さくするための工夫が必要になる。
本発明では、負荷がかかった時にベルト中心がずれる方向とは逆方向のオフセットを予め固定シーブに与えてある。すなわち、負荷がかかると、可動シーブには開き方向（固定シーブに対して離間方向）のずれが発生し、このずれがベルト芯ずれの原因となるが、固定シーブに予め開き方向のオフセットを与えておくことで、負荷がかかった時に可動シーブが開き方向にずれても、ベルトの芯ずれが殆ど発生せず、ベルトの斜行を抑制できる。逆に、無負荷あるいは低負荷状態ではオフセットが残るが、このような状態ではベルトが多少斜行しても、ベルトの寿命や伝達効率に殆ど影響しない。
したがって、本発明では、ベルトの芯ずれを小さくでき、ベルト寿命の向上、伝達効率の向上に加え、高精度な変速制御を行うことができるという利点を有する。
【０００９】
本発明におけるオフセットは、従来のように変速途中にベルトの芯ずれに応じて回転軸（入力軸，出力軸）やプーリを軸方向あるいは半径方向に移動させるのではなく、固定シーブの位置を予め正規の位置より軸方向に少しだけずらして組み込むだけでよいので、格別な調整機構を必要とせず、構造変更は不要であり、コスト上昇を招くことがない。
本発明におけるねじ機構は、ボールねじ機構に限らず、雄ねじ部と雌ねじ部とが直接かみ合うねじ機構であってもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明にかかる無段変速機の一例の概略構造を示す。
入力軸１上に設けられた駆動プーリ２と出力軸３上に設けられた従動プーリ４との間に、乾式のベルト５が巻き掛けられている。駆動プーリ２は、入力軸１に固定された固定シーブ２ａと入力軸１に対して軸方向に移動可能な可動シーブ２ｂとからなり、従動プーリ４も同様に、出力軸３に固定された固定シーブ４ａと出力軸３に対して軸方向に移動可能な可動シーブ４ｂとからなる。
【００１１】
駆動プーリ２の可動シーブ２ｂの背後、および従動プーリ４の可動シーブ４ｂの背後には、それぞれモータ６の回転によって可動シーブ２ｂ，４ｂを軸方向に移動させるボールねじ機構７，８が設けられている。すなわち、ボールねじ機構７は、可動シーブ２ｂに軸受７ａを介して相対回転自在に支持された雌ねじ部材７ｂと、変速機ケースなどに固定された雄ねじ部材７ｃと、その間に配置されたボール７ｄとを備えており、雌ねじ部材７ｂの外周部には入力ギヤ７ｅが固定されている。ボールねじ機構８もボールねじ機構７と同様に、軸受８ａ、雌ねじ部材８ｂ、雄ねじ部材８ｃ、ボール８ｄ、入力ギヤ８ｅを備えている。
【００１２】
モータ６とボールねじ機構７との間には減速ギヤ９ａ〜９ｃが設けられ、ボールねじ機構７の入力ギヤ７ｅとボールねじ機構８の入力ギヤ８ｅとの間には中間ギヤ９ｄ，９ｅが設けられている。そのため、モータ６の回転力はボールねじ機構７，８に伝達され、可動シーブ２ｂ，４ｂを同期してかつ同一距離だけ作動させることができる。なお、モータ６の回転力の伝達経路は、モータ６、減速ギヤ９ａ〜９ｃ、ボールねじ機構７、中間ギヤ９ｄ，９ｅ、ボールねじ機構８の順に限るものではなく、これとは逆にモータ６、減速ギヤ９ａ〜９ｃ、ボールねじ機構８、中間ギヤ９ｄ，９ｅ、ボールねじ機構７の順としてもよく、さらにはモータ６の回転力を中間ギヤ９ｄ，９ｅに伝達し、中間ギヤ９ｄ，９ｅからボールねじ機構７および８に分配してもよい。
このほか、減速ギヤ９ａ〜９ｃ、中間ギヤ９ｄ，９ｅの配置は任意に選択できる。
【００１３】
図２に示すように、駆動プーリ２と従動プーリ４の中間部には、テンションローラによってベルト５の緩み側を押し付けてベルト張力を与えるテンショナ装置１０が設けられている。このテンショナ装置１０は、特許文献５などによって公知のものである。
すなわち、テンショナ装置１０はテンションローラ１１を備え、このテンションローラ１１はリンク１２を介してテンショナアーム１３によって揺動可能に支持されている。テンションローラ１１はリンク１２の先端部に回転自在に支持されている。テンショナアーム１３の回動軸１３ａは駆動プーリ２の半径方向外側（特に上方位置）の近傍位置に設けられている。テンショナアーム１３は、駆動プーリ２の外周面に沿って湾曲しているため、テンショナアーム１３が揺動したとき、駆動プーリ２と干渉することがない。
【００１４】
テンショナアーム１３の先端部には引張バネ１４の一端部と圧縮バネ１７の一端部とが連結されている。引張バネ１４は、入力軸１と出力軸３の軸間を通りテンショナアーム１３と反対側に位置する固定軸１５に係止されている。そのため、引張バネ１４の引張力によって、テンションローラ１１がＶベルト５の緩み側を外側から内側に向かって押圧する方向にテンショナアーム１３は回動付勢される。最高速比および最低速比に比べて中間変速比の方がベルト長さに余裕が生じるので、中間変速比でテンションローラ１１がプーリ２，４の間に最も深く沈み込む形となる。そのため、引張バネ１４のテンショナアーム１３に与えるばね力は、最高速比および最低速比に比べて中間変速比の方がＶベルト５を押圧する方向の力が小さい。一方、圧縮バネ１７のばね力の向きは、変速比の変化によりテンショナアーム１３が揺動するのに伴い変化する。特に、圧縮バネ１７のテンショナアーム１３に与えるばね力は、最高速比および最低速比に比べて中間変速比の方がＶベルト５を押圧する方向の力が大きい。
したがって、両方のバネ１４，１７によるベルト張力を加算すると、最高速比および最低速比と中間変速比とのベルト張力の差が小さくなり、良好な張力特性が得られる。
【００１５】
テンショナ装置としては、図２に示すように引張バネと圧縮バネとを用いたものに限るものではない。例えば、特許文献４に記載のように、引張バネとアシストモータとを併用したものでもよいし、アシストモータ以外に油圧ピストンなどのアクチュエータを用いてもよい。さらに、引張バネ、圧縮バネ以外に捩りバネなどを用いてもよい。
また、テンショナアーム１３の回動支点１３ａの位置は、駆動プーリ２の半径方向外側に限らず、従動プーリ４の半径方向外側でもよく、さらには入力軸１または出力軸３と同軸上であってもよい。
【００１６】
ここで使用されるベルト５は、図３に示すように、一対の張力帯５ａに多数のブロック５ｂをベルト長手方向に係止した公知の複合ベルトである。すなわち、ブロック５ｂの両側部に左右一対の嵌合溝５ｃが形成され、これら一対の嵌合溝にそれぞれ無端状の張力帯５ａが嵌合され、複数のブロック５ｂが一対の張力帯５ａによって長手方向に係止されている。張力帯５ａはゴム部の内部に複数のエンドレスの芯線５ｄを幅方向に平行に埋め込んだ構造となっている。ブロック５ｂは、金属製のコアの周囲を耐摩耗性樹脂で被覆したものであり、少なくともプーリとの接触面は樹脂で被覆されている。
【００１７】
上記構成の無段変速機において、駆動プーリ２と従動プーリ４との間に、負荷がかかった時に発生する芯ずれ方向とは逆方向のオフセットが与えられている。具体的には、図４に示すように、駆動プーリ２および従動プーリ４の固定シーブ２ａ，４ａの位置（図４に実線で示す）を、駆動プーリ側のベルト中心位置と従動プーリ側のベルト中心位置との間に軸方向のずれがない状態における固定シーブ２ａ，４ａの位置（図４に破線で示す）に比べて、可動シーブ２ｂ，４ｂに対して離間方向にオフセットさせてある。このオフセットのために、駆動プーリ側のベルト中心位置は本来の位置Ｃに対してδだけ固定シーブ２ａ側へずれ、従動プーリ側のベルト中心位置は本来の位置Ｃに対してδだけ固定シーブ４ａ側へずれる。オフセットによるベルト５のずれ量δは、高負荷時におけるベルト５の芯ずれ量δ１  ，δ２  （図６参照）とほぼ同等に設定され、例えば駆動プーリ２および従動プーリ４にそれぞれ０．４ｍｍ程度与えられている。
【００１８】
上記のようなオフセットを与えた場合の動作を以下に説明する。
無負荷あるいは低負荷状態では、オフセットのために固定シーブ２ａ，４ａが正規の位置（図４に破線で示す）より開いた位置にある。一方、可動シーブ２ｂ，４ｂには殆ど推力が作用しないので、開き方向のずれが殆ど発生しない。その結果、固定シーブ２ａ，４ａのオフセットに応じた分だけベルトが斜行するが、無負荷あるいは低負荷運転状態であるから、ベルトの寿命低下や伝達効率の低下は殆ど問題にならない。
一方、負荷が増大すると、ボールねじ機構７，８のガタや公差などにより可動シーブ２ｂ，４ｂに開き方向のずれが発生する。ところが、固定シーブ２ａ，４ａに予め開き方向のオフセットを与えてあるので、負荷がかかった時に可動シーブ２ｂ，４ｂが開き方向にずれても、ベルト５には殆ど芯ずれが発生せず、ベルト５の斜行を抑制できる。
このように高負荷時におけるベルト斜行が少ないので、ベルトの偏摩耗や発熱によるベルトの寿命悪化を抑制できると同時に、ベルトの左右側面の分担荷重差が少ないので、伝達効率の低下や変速スピードの低下などを防止できる。
【００１９】
上記のように固定シーブ２ａ，４ａに対して開き方向のオフセットを予め与えた場合、ベルト５が正規の位置に比べてプーリ２，４の内径側に入り込むので、ベルト５に弛みが発生する可能性がある。しかし、上記のようにテンションローラ１１によってベルト５の緩み側を押し付けてベルト張力を与えるテンショナ装置１０が設けられ、ベルト５の弛みを容易に吸収するので、オフセットによるベルト張力の低下を防止できる。
【００２０】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。
上記実施例では、駆動プーリおよび従動プーリの可動シーブの背後にボールねじ機構を設けたが、ボールねじ機構に代えて、雄ねじ部と雌ねじ部とが直接かみ合うねじ機構を設けてもよい。ボールねじ機構は通常のねじ機構に比べて摩擦抵抗が少ないので、変速用モータの負担を軽減できる利点がある。
上記実施例では、駆動プーリのねじ機構と従動プーリのねじ機構とを中間ギヤ機構により相互に連結し、駆動プーリのねじ機構、従動プーリのねじ機構、または中間ギヤ機構のいずれかを１つの変速用モータで駆動するようにしたが、これに代えて、駆動プーリのねじ機構を駆動するための変速用モータと、従動プーリのねじ機構を駆動するための変速用モータとを別個に設け、両モータを同期駆動させることで、両方のプーリの可動シーブを同期して軸方向に移動させてもよい。この場合には、中間ギヤ機構は省略可能である。
変速用モータとしては、電動モータのほか、油圧モータを使用することもできる。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、負荷がかかった時にベルトがずれる方向と逆方向のオフセットを予め固定シーブに与えてあるので、負荷がかかった時に可動シーブが開き方向にずれても、ベルトの芯ずれが殆ど発生せず、ベルトの斜行を抑制できる。そのため、高負荷時におけるベルト斜行を小さくでき、べルトの寿命低下や伝達効率の低下を防止することができる。
また、本発明では、従来のように変速途中にベルトの芯ずれに応じて回転軸（入力軸，出力軸）やプーリを軸方向あるいは半径方向に移動させるのではなく、固定シーブの位置を予め正規の位置より軸方向に少しだけずらして組み込むだけでよいので、格別な調整機構を必要とせず、低コストで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される無段変速機の一例のスケルトン図である。
【図２】テンショナ装置の一例の概略図である。
【図３】ベルトの一例の斜視図である。
【図４】駆動プーリおよび従動プーリに予め与えられたオフセットを示す図である。
【図５】無段変速機における駆動プーリおよび従動プーリのベルト巻き掛け状態を示す図である。
【図６】ベルトの芯ずれが発生する状態を示す無段変速機の図である。
【符号の説明】
２                駆動プーリ
２ａ      固定シーブ
２ｂ      可動シーブ
４                従動プーリ
４ａ          固定シーブ
４ｂ      可動シーブ
５              ベルト
６        変速用モータ
７，８      ボールねじ機構
１０          テンショナ装置
１１      テンションローラ
【図１】
2004347049.tif 000003
【図２】
2004347049.tif 000004
【図３】
2004347049.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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