(57)【要約】【課題】プーリに対するベルトの沈み込みに起因する摩擦損失を低減し、動力伝達効率が良好なベルト式無段変速機を提供する。【解決手段】プーリ軸４と、プーリ軸４に固定された固定シーブ５と、軸線方向へ移動可能にかつプーリ軸４と一体回転する可動シーブ６とから構成される駆動側および従動側の一組のプーリ２と、固定シーブ５と可動シーブ６との間に形成されるプーリ溝２ａに巻き掛けられて各プーリ２の間で動力を伝達する伝動ベルト３とを備えたベルト式無段変速機１において、プーリ軸４の軸線方向における固定シーブ５の対向面５ａと反対側の外端部５ｂが固定されている位置と、プーリ溝２ａの溝幅が最大になる場合にプーリ軸４の軸線方向における可動シーブ６の対向面６ａと反対側の外端部６ｂが停止する位置との間に、プーリ軸４の他の部位１０よりもヤング率が大きい材料で形成される強化部位９を設けた。【選択図】図１
2013155815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ、プーリ軸と、前記プーリ軸に一体に固定された固定シーブと、前記プーリ軸の軸線方向への移動が可能にかつ前記プーリ軸と一体回転するように前記プーリ軸に取り付けられた可動シーブとによって構成される駆動側および従動側の一組のプーリと、前記固定シーブと前記可動シーブとが互いに対向するそれぞれの対向面の間に形成されるプーリ溝に巻き掛けられて前記駆動側プーリと前記従動側プーリとの間で動力を伝達する伝動ベルトとを備え、前記可動シーブを前記固定シーブに対して前記軸線方向に相対移動させて前記プーリ溝の溝幅を変化させることにより変速比を変更するベルト式無段変速機において、
前記プーリ軸の前記軸線方向における前記固定シーブの前記対向面と反対側の外端部が固定されている位置と、前記溝幅が最大になる場合に前記プーリ軸の前記軸線方向における前記可動シーブの前記対向面と反対側の外端部が停止する位置との間に、前記プーリ軸の他の部位を形成する標準材料よりもヤング率が大きい材料を用いた強化部位が形成されていることを特徴とするベルト式無段変速機。
【請求項２】
前記強化部位は、前記プーリ軸の前記軸線方向における前記固定シーブの前記対向面の最内周部が固定されている位置と、前記溝幅が最大になる場合に前記プーリ軸の前記軸線方向における前記可動シーブの前記対向面の最内周部が停止する位置との間に形成されてい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機。
【請求項３】
前記強化部位は、外周部分が前記標準材料により形成された前記プーリ軸の内部に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のベルト式無段変速機。
【請求項４】
それぞれ、プーリ軸と、前記プーリ軸に一体に固定された固定シーブと、前記固定シーブに対して前記プーリ軸の軸線方向への移動が可能にかつ前記プーリ軸と一体回転するように前記プーリ軸に取り付けられた可動シーブとによって構成される駆動側および従動側の一組のプーリと、前記固定シーブと前記可動シーブとが互いに対向する部分に形成されるプーリ溝に巻き掛けられて前記駆動側プーリと前記従動側プーリとの間で動力を伝達する伝動ベルトとを備え、前記可動シーブを前記固定シーブに対して前記軸線方向に相対移動させて前記プーリ溝の溝幅を変化させることにより変速比を変更するベルト式無段変速機を設計して製造するベルト式無段変速機の製造方法において、
前記プーリ軸を形成する材料のヤング率を一定とした場合に、前記プーリおよび前記プーリ軸が前記プーリに巻き掛けられた前記伝動ベルトから受ける荷重によって前記プーリ軸各部に発生する曲げ変形の変形量を求める解析工程と、
前記解析工程で求めた前記変形量が相対的に大きい部分に、前記変形量が相対的に小さい標準部位を形成する材料よりもヤング率が大きい材料によって形成する強化部位を設け、前記プーリ軸各部に実際に発生する曲げ変形の変形量が減少するように前記プーリ軸を設計する設計工程と
を有していることを特徴とするベルト式無段変速機の製造方法。
【請求項５】
前記設計工程は、外周部分が前記標準部位となる前記プーリ軸の内部に前記強化部位が形成されるように前記プーリ軸を設計する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載のベルト式無段変速機の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の前記設計工程で設計され、製造された前記プーリ軸を用いて構成されるベルト式無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、駆動プーリと従動プーリとの間で、それらの間に巻き掛けたベルトを介して動力を伝達し、かつ変速比を連続的に制御することが可能なベルト式無段変速機、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ベルト式無段変速機は、動力伝達用のベルトを巻き掛けたプーリの溝幅を変化させることにより、プーリの有効径すなわちベルトの巻き掛かり径を変更して変速比を無段階に制御することが可能な変速機である。具体的には、駆動側および従動側の各プーリが、それぞれ、固定シーブと、その固定シーブに対してプーリ軸の軸線方向に相対移動する可動シーブとによって形成されている。そして、例えば油圧などを利用して可動シーブをプーリ軸上で移動させ、各プーリの固定シーブと可動シーブとが対向する部分に形成されるプーリ溝の溝幅を変化させることにより、ベルトの巻き掛かり径を連続的に変更することができるように構成されている。
【０００３】
上記のようなベルト式無段変速機に関する発明が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されたベルト式無段変速機のプーリは、プーリ軸と、プーリ軸に固定された固定シーブと、プーリ軸に沿って移動自在の可動シーブとから構成されている。そして、プーリ軸が、固定シーブが固定される固定軸部と、その固定軸部に隣接して外周面がプーリ溝の底面として機能するガイド軸部と、そのガイド軸部に隣接してガイド軸部より大径のスプライン軸部とを備えた構成となっている。また、可動シーブが、固定シーブに対向する円盤状部位と、ほぼ中央に前記のスプライン軸部よりも大径の通過孔が形成されたシーブ本体と、ガイド軸部とほぼ同じ内径でかつ通過孔とほぼ同じ外径の周方向に複数分割された管体であって、通過孔にプーリ軸が挿入された状態でその通過孔に圧入されてシーブ本体に一体化される分割型管体とを備えた構成となっている。
【０００４】
また、この特許文献１には、プーリ軸の内部でその軸線方向に作動油の油路として機能するざぐり穴が形成された構成、すなわちプーリ軸の一部に中空部が形成された構成、および、プーリ軸の固定シーブが固定される固定軸部と隣接して外周面がプーリ溝の底面となるガイド軸部が中実構造に形成された構成が記載されている。
【０００５】
なお、特許文献２には、たわみを抑制することを目的とした軸構造に関する発明であって、中空形状の軸部材に対して、その中空部分に、軸部材よりもヤング率が大きい別部材を嵌め込んだ構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−３１９９６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２２６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のようなベルト式無段変速機に対しては、そのベルト式無段変速機で設定可能な変速比の範囲、すなわち変速比幅の拡大化が要求されている。ベルト式無段変速機の変速比幅を拡大できると、例えば、そのベルト式無段変速機を車両に搭載した場合に、変速比幅をハイ側に拡大することにより、高速走行時における車両の燃費を向上させることができる。あるいは、変速比幅をロー側に拡大することにより、発進時おける車両の駆動力を増大させ、車両の発進性を向上させることができる。
【０００８】
プーリの外径を増大してベルトの最大巻き掛かり径をより大きくすることにより、ベルト式無段変速機の変速比幅を拡大することができる。しかしながら、プーリの外径が大きくなることにより、ベルト式無段変速機本体の大型化やコストアップを招いてしまう。したがって、プーリの外径を増大することなくベルト式無段変速機の変速比幅を拡大するためには、ベルトの最小巻き掛かり径をより小さくすればよい。そのためにプーリ軸は、可及的に軸径が小さい方が好ましい。すなわち、プーリ軸の軸径が小さくなれば、プーリに巻き掛けられるベルトの最小巻き掛かり径をより小さくすることができ、最小巻き掛かり径が小さくなる分、ベルト式無段変速機の変速比幅を拡大することができる。そのために、上記の特許文献１に記載されているベルト式無段変速機では、外周部がプーリ溝の底面となるガイド軸部の軸径を、可動シーブとプーリ軸との間に形成されるスプライン部分の軸径よりも小さくすることができるように構成されている。
【０００９】
一方、ベルト式無段変速機のプーリ軸は、曲げ荷重が作用する際の変形を抑制するため、可及的に剛性が高い方が好ましい。プーリ軸が曲げ方向に変形すると、例えば図４に示すように、プーリに対してベルトがプーリ径方向の中心側に摺動して入り込む現象であるいわゆる“ベルトの沈み込み”が発生する。そのようなベルトの沈み込みが発生すると、プーリ溝に巻き掛けられているベルトの側面がプーリ溝表面をプーリの径方向に摺動し、その摺動の際に発生する摩擦損失によってベルト式無段変速機の動力伝達効率が低下してしまう。
【００１０】
したがって、上記のようなベルトの沈み込みを抑制してベルト式無段変速機の動力伝達効率を向上させるためには、プーリ軸の剛性、特に、動力伝達時にプーリ軸の曲げ方向の変形が大きくなる部分の剛性を高める必要がある。そのような曲げ方向の変形が大きくなる部分のプーリ軸の軸径を増大することにより、プーリ軸の曲げに対する剛性を高めることができ、その結果、プーリ軸の曲げ方向の変形を抑制し、ベルトの沈み込みを抑制することができる。しかしながら、プーリ軸の軸径が増大することによってプーリに対するベルトの最小巻き掛かり径が大きくなり、その分、ベルト式無段変速機の変速比幅が狭くなってしまう。
【００１１】
このように、ベルト式無段変速機において、変速比幅を拡大するためにプーリ軸の軸径を減少させることと、ベルトの沈み込みを防止して摩擦損失を低減するためにプーリ軸の剛性を増大させることとの互いに相反する事象を両立させるには、未だ改良の余地があった。
【００１２】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、プーリ軸の軸径を増大することなく、プーリ軸の剛性を高めて変形を抑制することにより、プーリに対するベルトの沈み込みに起因する摩擦損失を低減し、動力伝達効率が良好なベルト式無段変速機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】
【００１３】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、それぞれ、プーリ軸と、前記プーリ軸に一体に固定された固定シーブと、前記プーリ軸の軸線方向への移動が可能にかつ前記プーリ軸と一体回転するように前記プーリ軸に取り付けられた可動シーブとによって構成される駆動側および従動側の一組のプーリと、前記固定シーブと前記可動シーブとが互いに対向するそれぞれの対向面の間に形成されるプーリ溝に巻き掛けられて前記駆動側プーリと前記従動側プーリとの間で動力を伝達する伝動ベルトとを備え、前記可動シーブを前記固定シーブに対して前記軸線方向に相対移動させて前記プーリ溝の溝幅を変化させることにより変速比を変更するベルト式無段変速機において、前記プーリ軸の前記軸線方向における前記固定シーブの前記対向面と反対側の外端部が固定されている位置と、前記溝幅が最大になる場合に前記プーリ軸の前記軸線方向における前記可動シーブの前記対向面と反対側の外端部が停止する位置との間に、前記プーリ軸の他の部位を形成する標準材料よりもヤング率が大きい材料を用いた強化部位が形成されていることを特徴とするベルト式無段変速機である。
【００１４】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記強化部位は、前記プーリ軸の前記軸線方向における前記固定シーブの前記対向面の最内周部が固定されている位置と、前記溝幅が最大になる場合に前記プーリ軸の前記軸線方向における前記可動シーブの前記対向面の最内周部が停止する位置との間に形成されていることを特徴とするベルト式無段変速機である。
【００１５】
そして、請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記強化部位が、外周部分が前記標準材料により形成された前記プーリ軸の内部に形成されていることを特徴とするベルト式無段変速機である。
【００１６】
一方、請求項４の発明は、それぞれ、プーリ軸と、前記プーリ軸に一体に固定された固定シーブと、前記固定シーブに対して前記プーリ軸の軸線方向への移動が可能にかつ前記プーリ軸と一体回転するように前記プーリ軸に取り付けられた可動シーブとによって構成される駆動側および従動側の一組のプーリと、前記固定シーブと前記可動シーブとが互いに対向する部分に形成されるプーリ溝に巻き掛けられて前記駆動側プーリと前記従動側プーリとの間で動力を伝達する伝動ベルトとを備え、前記可動シーブを前記固定シーブに対して前記軸線方向に相対移動させて前記プーリ溝の溝幅を変化させることにより変速比を変更するベルト式無段変速機を設計して製造するベルト式無段変速機の製造方法において、前記プーリ軸を形成する材料のヤング率を一定とした場合に、前記プーリおよび前記プーリ軸が前記プーリに巻き掛けられた前記伝動ベルトから受ける荷重によって前記プーリ軸各部に発生する曲げ変形の変形量を求める解析工程と、前記解析工程で求めた前記変形量が相対的に大きい部分に、前記変形量が相対的に小さい標準部位を形成する材料よりもヤング率が大きい材料によって形成する強化部位を設け、前記プーリ軸各部に実際に発生する曲げ変形の変形量が減少するように前記プーリ軸を設計する設計工程と
を有していることを特徴とするベルト式無段変速機の製造方法である。
【００１７】
そして、請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記設計工程が、外周部分が前記標準部位となる前記プーリ軸の内部に前記強化部位が形成されるように前記プーリ軸を設計する工程を含むことを特徴とするベルト式無段変速機の製造方法である。
【００１８】
さらに、請求項６の発明は、請求項４または５の発明における前記設計工程で設計され、製造された前記プーリ軸を用いて構成されるベルト式無段変速機である。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、ベルト式無段変速機の駆動側プーリと従動側プーリとの間で動力伝達が行われる際に、それぞれのプーリおよびプーリ軸がプーリに巻き掛けられた伝動ベルトから受ける荷重によって発生するプーリ軸の曲げ変形の変形量を低減することができる。すなわち、ベルト式無段変速機のプーリ軸には、固定シーブと可動シーブとを介して伝動ベルトからの荷重が作用するので、プーリ軸には、プーリ軸の軸線方向における固定シーブの固定位置と可動シーブの停止位置との間で曲げ荷重が作用することになる。それに対してこの請求項１の発明では、プーリ軸の軸線方向における固定シーブの外端部が固定される位置と、可動シーブの外端部が停止する位置との間に、プーリ軸の他の部位よりもヤング率が大きな材料を用いた強化部位が形成される。そのため、プーリ軸に大きな曲げ荷重が作用する部分の剛性を高めて、プーリ軸に生じる曲げ変形の変形量を低減することができる。そして、前述したようなプーリに対する伝動ベルトの沈み込みに起因する摩擦損失を低減することができ、その結果、ベルト式無段変速機の動力伝達効率を向上させることができる。
【００２０】
上記のように、プーリ軸には、固定シーブと可動シーブとを介して伝動ベルトからの荷重が作用する。したがって、プーリ軸に作用する曲げ荷重は、プーリ軸の軸線方向における固定シーブの固定位置と可動シーブの停止位置との間、特に、各シーブが伝動ベルトから直接荷重を受ける各シーブの対向面の間で大きくなる。それに対して請求項２の発明では、プーリ軸の軸線方向における固定シーブの対向面の最内周部が固定される位置と、可動シーブの対向面の最内周部が停止する位置との間に、プーリ軸の他の部位よりもヤング率が大きな材料を用いた強化部位が形成される。そのため、プーリ軸に作用する曲げ荷重が特に大きくなる部位の剛性を高めることができ、その結果、プーリ軸に生じる曲げ変形の変形量を確実にかつ効果的に低減することができる。
【００２１】
そして、請求項３の発明によれば、標準材料により中空構造に形成したプーリ軸の中空部分に、標準材料よりもヤング率が大きい材料により形成された部材を嵌め合わすことにより、プーリ軸の内部に強化部位を形成することができる。そのため、プーリ軸に大きな曲げ荷重が作用する部分に強化部位を容易に形成することができる。すなわち、プーリ軸の曲げ変形に対する剛性を容易に高めることができる。
【００２２】
一方、請求項４の発明によれば、駆動側プーリと従動側プーリとの間で動力伝達が行われる際に、それぞれのプーリおよびプーリ軸がプーリに巻き掛けられた伝動ベルトから受ける荷重によって発生するプーリ軸の曲げ変形の変形量を低減させたベルト式無段変速機を設計して製造することができる。すなわち、ベルト式無段変速機のプーリ軸には、固定シーブと可動シーブとを介して伝動ベルトからの荷重が作用するので、その荷重によりプーリ軸に生じる曲げ変形は、プーリ軸の軸線方向における固定シーブの固定位置と可動シーブの停止位置との間で大きくなる。それに対してこの請求項４の発明では、先ず、プーリ軸をヤング率が一定の材料で形成すると仮定し、それに伝動ベルトからの荷重が作用した場合のプーリ軸に生じる曲げ変形が大きくなる部分が特定される。そして、そのプーリ軸の曲げ変形が大きくなる部分に、プーリ軸の他の部位よりもヤング率が大きな材料を用いた強化部位が形成されるようにプーリ軸が設計される。そのため、動力伝達時に曲げ変形が大きくなる部分の剛性を高めたプーリ軸を設計して製造することができ、したがって、プーリ軸に生じる曲げ変形の変形量を低減させたベルト式無段変速機を設計して製造することができる。その結果、前述したようなプーリに対する伝動ベルトの沈み込みに起因する摩擦損失を低減させ、動力伝達効率が良好なベルト式無段変速機を製造することができる。
【００２３】
また、請求項５の発明によれば、中空構造に形成するプーリ軸の標準部位の中空部分に、その標準部位よりもヤング率が大きな材料により形成された部材を嵌め合わすことにより、プーリ軸の内部に強化部位を形成することができる。そのため、プーリ軸の曲げ変形が大きくなる部分に、強化部位を容易に形成することができる。すなわち、プーリ軸の曲げ変形に対する剛性を容易に高めることができる。
【００２４】
さらに、請求項６の発明によれば、上記のように曲げ変形に対する剛性が高められたプーリ軸が設計されて製造され、そのプーリ軸を用いてベルト式無段変速機を構成することにより、動力伝達時にプーリ軸に生じる曲げ変形の変形量を低減することができる。その結果、前述したようなプーリに対する伝動ベルトの沈み込みに起因する摩擦損失を低減することができ、ベルト式無段変速機の動力伝達効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明に係るベルト式無段変速機の構成例を示す図であって、特に、プーリ軸の構成例を説明するための断面図である。
【図２】この発明に係るベルト式無段変速機の構成例を示す図であって、特に、プーリ軸の他の構成例を説明するための断面図である。
【図３】この発明に係るベルト式無段変速機の製造方法を説明するための図であって、その解析工程における解析結果の一例を示すコンター図である。
【図４】従来のベルト式無段変速機におけるプーリ軸の曲げ変形に関する課題を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
この発明におけるベルト式無段変速機の構成を図面を参照して説明する。図１に、この発明におけるベルト式無段変速機１の主要部分を模式的に示してある。このベルト式無段変速機１は、基本的な構成や動作原理は従来のベルト式無段変速機と同様のものである。すなわち、このベルト式無段変速機１の主要部分は、駆動側および従動側の一組のプーリ２と、それら駆動側および従動側のプーリ２におけるそれぞれのプーリ溝２ａに巻き掛けられ、駆動側および従動側の各プーリ２の間でトルクを伝達する伝動ベルト３とから構成されている。そして、ベルト式無段変速機１は、駆動側および従動側の各プーリ２に対する伝動ベルト３の巻き掛かり半径を変化させることにより、変速比を連続的に変化させる、すなわち無段変速を行うように構成されている。なお、プーリ２は、駆動側および従動側のいずれも基本的な構成は同じであるので、ここでは、図１に一方のプーリ２のみを示して説明する。
【００２７】
プーリ２は、回転軸となるプーリ軸４の外周部分に、固定シーブ５がプーリ軸４と一体に回転し、かつプーリ軸４の軸線方向への移動が不可能なように形成されている。すなわち、固定シーブ５はプーリ軸４に一体に固定されている。また、プーリ軸４の他の外周部分に、可動シーブ６がプーリ軸４と一体に回転し、かつプーリ軸４の軸線方向への移動が可能なように装着されている。それら可動シーブ６とプーリ軸４との取り付け部分は、例えばスプラインによって動力伝達可能に、かつ軸線方向に相対移動可能に連結されている。
【００２８】
上記の固定シーブ５および可動シーブ６は、プーリ軸４上で互いに対向するように配置されていて、それら固定シーブ５と可動シーブ６とが対向する部分にプーリ溝２ａが形成されている。具体的には、固定シーブ５の可動シーブ６に対する対向面５ａがテーパ面として形成され、また可動シーブ６の固定シーブ５に対する対向面６ａがテーパ面として形成されている。したがって、それら対向面５ａと対向面６ａとの間に、Ｖ字形状のプーリ溝２ａが形成されるようになっている。
【００２９】
また、固定シーブ５の対向面５ａと反対側（図１での右側）の端部が外端部５ｂとなっている。すなわち、固定シーブ５の対向面５ａの端面とプーリ軸４の外周面とが接続する位置に外端部５ｂが形成されている。そして、固定シーブ５の対向面５ａとプーリ軸４の外周面とが接続する位置が最内周部５ｃとなっている。一方、可動シーブ６の対向面６ａと反対側（図１での左側）の端部が外端部６ｂとなっている。前述のように、可動シーブ６はプーリ軸４に対してスプライン嵌合するように装着されるため、対向面６ａが形成されているシーブ本体部６ｄとスプライン穴が形成されるフランジ部６ｅとから構成されている。そのため、ここで言う可動シーブ６の対向面６ａと反対側の端部とは、対向面６ａが形成されているシーブ本体６ｄにおける対向面６ａと反対側の端部を意味している。したがって、外端部６ｂは、シーブ本体６ｄの対向面６ａと反対側の端面とフランジ部６ｅの外周面とが接続する位置に形成されている。そして、可動シーブ６の対向面６ａとプーリ軸４の外周面とが最も接近している位置が最内周部６ｃとなっている。
【００３０】
なお、可動シーブ６には、その可動シーブ６をプーリ軸４上をその軸線方向に摺動させ、固定シーブ５に対して接近および離隔させるためのアクチュエータ（図示せず）が設けられている。このアクチュエータは、例えば油圧により動作させられるものや電動式のものを採用することができ、通常は、油圧式のアクチュエータが広く用いられている。
【００３１】
また、プーリ軸４には、ベルト式無段変速機１へトルクを入力する駆動力源側の出力軸（図示せず）あるいはベルト式無段変速機からトルクを出力する出力部材側の入力軸（図示せず）とプーリ軸４との連結部分、および、プーリ軸４と可動シーブ６との間の摺動部分やプーリ軸４を支持している軸受（図示せず）へ潤滑油を供給するための油路を形成する部分に、ざぐり加工等により軸心周辺が刳り抜かれた中空部が形成されている。図１に示す例では、プーリ軸４の固定シーブ５が固定されている側の端部に、駆動力源側の出力軸もしくは出力部材側の入力軸とプーリ軸４とを動力伝達可能に連結するためのスプライン穴７が形成されている。また、プーリ軸４の可動シーブ６が配置される側には、潤滑油を流通させるための油路８が形成されている。なお、プーリ軸４には、この油路８とプーリ軸４の外周部とを貫通して、油路８に供給される潤滑油をプーリ軸４の外周部へ流通させるための油路８ａ，８ｂが形成されている。
【００３２】
上記のようにして、それぞれ、プーリ軸４、固定シーブ５、および可動シーブ６によって構成される駆動側および従動側の各プーリ２が、それぞれのプーリ軸４が互いに平行になるように、ベルト式無段変速機のケーシング（図示せず）内に配置されていて、それら各プーリ２の間に、伝動ベルト３が装着されている。すなわち、各プーリ２のそれぞれのプーリ溝２ａに、伝動ベルト３が巻き掛けられて、ベルト式無段変速機１が構成されている。
【００３３】
なお、伝動ベルト３は、例えば金属製の板片状の部材である多数のエレメント３ａを、それぞれ向きを揃えて環状に配列し、それらを多数のエレメント３ａによるエレメント列を、例えば金属製の帯状の環状部材により形成されたリング３ｂで環状に結束することにより構成されている。また、この伝動ベルト３のエレメント３ａは、その幅方向（図１での左右方向）における左右の両側面がエレメント３ａを正面から見た状態でいわゆるＶ字状に傾斜した面として形成されていて、プーリ２のＶ字形状のプーリ溝２ａに嵌り込むようになっている。したがって、伝動ベルト３は、Ｖ字形状のプーリ溝２ａが形成されたプーリ２に巻き掛けられるＶベルトとして構成されている。
【００３４】
そして、この発明におけるベルト式無段変速機１では、動力伝達時にプーリ２およびプーリ軸４が伝動ベルト３から受ける荷重に対して、軸径を太くすることなくプーリ軸４の剛性を高めることにより、プーリ軸４の曲げ変形を抑制することができるように構成されている。具体的には、図１に示すように、プーリ軸４の軸線方向における固定シーブ５の外端部５ｂが固定されている位置と、プーリ溝２ａの溝幅が最大になる場合（図１の下側半分に示す状態）にプーリ軸４の軸線方向における可動シーブ６の外端部６ｂが停止する位置との間に、プーリ軸４の曲げ変形に対する剛性を高めるための強化部位９が形成されている。特に、この図１に示す例では、プーリ軸４の軸線方向における固定シーブ５の対向面５ａの最内周部５ｃが固定されている位置と、プーリ溝２ａの溝幅が最大になる場合にプーリ軸４の軸線方向における可動シーブ６の対向面６ａの最内周部６ｃが停止する位置との間に、強化部位９が形成されている。言い換えると、プーリ軸４におけるスプライン穴７の先端と油路８の先端との間に、すなわち、図１において、スプライン穴の左側で、かつ油路８の右側に、強化部位９が形成されている。
【００３５】
この強化部位９は、プーリ軸４における強化部位９以外の他の部位を形成する材料、すなわちこの発明における標準部位１０を形成する標準材料よりもヤング率が大きい材料によって形成されている。例えば、プーリ軸４の標準部位１０を炭素鋼や合金鋼などの鋼材を材料として形成する場合に、その鋼材よりもヤング率が大きい特殊合金やファインセラミックスなどを材料として強化部位９を形成することができる。
【００３６】
また、強化部位９は、外周部分が標準部位１０として標準材料により形成されているプーリ軸４の内部に形成されている。例えば、焼きばめや圧入などの加工方法により、プーリ軸４の内部に当初形成された中空部分に強化部位９が嵌め合わされている。この図１に示す例では、プーリ軸４のスプライン穴７を加工する際の下穴を利用して強化部位９が形成されている。すなわち、スプライン穴７を加工する際に下穴としてざぐり加工されたプーリ軸４の中空部分に、強化部位９が嵌め合わされ、プーリ軸４の標準部位１０と強化部位９とが一体化されている。このように、ヤング率が大きい材料により形成した強化部位９をプーリ軸４に一体化させることにより、プーリ軸４の軸径を太くすることなく、プーリ軸４の剛性を向上させることができる。
【００３７】
図２に、この発明におけるベルト式無段変速機１の他の構成例を示してある。上記の図１に示した例が、プーリ軸４におけるスプライン穴７の下穴を利用し、プーリ軸４の内部に強化部位９を形成した構成であるのに対し、この図２では、プーリ軸４に形成される油路を利用し、プーリ軸４の内部に強化部位を形成した構成を示している。すなわち、この図２に示す強化部位１１は、前述の強化部位９と同様に、プーリ軸４の標準部位１２を形成する標準材料よりもヤング率が大きい材料によって形成されるとともに、その内部に油路８を有する円筒形状の部材として形成されている。また、強化部位１１には、標準部位１２として標準材料により形成されたプーリ軸４の本体部分に強化部位１１が嵌め合わされた場合に、プーリ軸４の形成された油路８ａ，８ｂにそれぞれ対応して連通する油路８ｃ，８ｄ、および、それら油路８ｃ，８ｄのプーリ軸４の周方向における位置を油路８ａ，８ｂのプーリ軸４の周方向における位置に対して位置決めするための突起部１３が形成されている。
【００３８】
そして、この図２に示す構成においても、前述の図１に示した構成と同様に、プーリ軸４の軸線方向における固定シーブ５が固定されている位置と、プーリ溝２ａの溝幅が最大になる場合（図２の下側半分に示す状態）にプーリ軸４の軸線方向における可動シーブ６が停止する位置との間に、強化部位１１の一部が位置するように形成されている。特に、少なくとも、プーリ軸４の軸線方向における固定シーブ５の対向面５ａの最内周部５ｃが固定されている位置と、プーリ溝２ａの溝幅が最大になる場合にプーリ軸４の軸線方向における可動シーブ６の対向面６ａの最内周部６ｃが停止する位置との間に、強化部位１１の一部が位置するように形成されている。言い換えると、プーリ軸４におけるスプライン穴７の先端と油路８の先端との間に、すなわち、図２において、スプライン穴の左側で、かつ油路８の右側に、強化部位１１が形成されている。
【００３９】
このように、この図２に示す構成では、プーリ軸４の油路８を形成する部分を利用して強化部位１１が形成されている。すなわち、本来、油路８を形成するためにざぐり加工等により中空に形成される部分に、内部に油路８を備えた強化部位１１が嵌め込まれ、プーリ軸４の標準部位１２と強化部位１１とが一体化されている。したがって、この図２に示す構成においても、前述の図１に示した構成と同様に、ヤング率が大きい材料により形成した強化部位１１をプーリ軸４に一体化させることにより、プーリ軸４の軸径を太くすることなく、プーリ軸４の剛性を向上させることができる。
【００４０】
次に、この発明におけるベルト式無段変速機の製造方法について説明する。この発明におけるベルト式無段変速機の製造方法は、上述の図１，図２に示したベルト式無段変速機１を設計して製造するための方法であって、従来と同様の一般的なベルト式無段変速機の製造方法に加えて、プーリ軸４を形成する材料のヤング率を一定とした場合に、プーリ２およびプーリ軸４がプーリ２に巻き掛けられた伝動ベルト３から受ける荷重によってプーリ軸４各部に発生する曲げ変形の変形量を求める解析工程と、その解析工程で求めたプーリ軸４各部の曲げ変形の変形量が相対的に大きい部分に、プーリ軸４各部の曲げ変形の変形量が相対的に小さい部位を形成する標準材料よりもヤング率が大きい材料によって形成する強化部位を設け、プーリ軸４各部に実際に発生する曲げ変形の変形量が減少するようにプーリ軸４を設計する設計工程と有している点に特徴がある。
【００４１】
具体的には、解析工程では、ベルト式無段変速機１のプーリ軸４をヤング率が一定の所定の材料により形成すると仮定して、あるいは既製のベルト式無段変速機におけるプーリ軸を対象として、その仮のプーリ軸４もしくは既製のプーリ軸に対して、動力伝達時に受ける所定の荷重条件の下での軸各部の曲げ変形量が求められる。所定の荷重条件は、ベルト式無段変速機１を設計する際に一般的に考慮される条件が用いられる。
【００４２】
軸各部の曲げ変形量は、上記の荷重条件および軸を形成する材料の機械的性質に基づいて、軸各部に発生する応力を計算することにより算出することができる。また、コンピュータを使用してＦＥＭ解析を行うことにより求めることもできる。あるいは、例えば上記のような仮のプーリ軸４を実際に製作した試験体もしくは既製のプーリ軸に、実際に荷重を加えた状態を実験により再現し、軸各部の歪みや変形量を実測して求めることもできる。図３には、ＦＥＭ解析による解析結果の一例として、軸各部に生じる曲げ変形量の大小を表したコンター図を示してある。
【００４３】
設計工程では、上記のように解析工程で算出・解析もしくは実測された結果を基に、仮のプーリ軸４もしくは既製のプーリ軸の軸各部に生じる曲げ変形量が相対的に大きい部分が特定される。併せて、軸各部に生じる曲げ変形量が相対的に小さい部分が、上記のように仮定した所定の材料もしくは既製のプーリ軸を形成している材料である標準材料により形成するプーリ軸４の標準部位１０（もしくは１２）として特定される。
【００４４】
前述したように、動力伝達時には、固定シーブ５と可動シーブ６とを介して伝動ベルト３からの荷重がプーリ軸４に作用することから、上記のような軸各部に生じる曲げ変形量が相対的に大きい部分は、概ね、プーリ軸４の軸線方向における固定シーブ５の固定位置と可動シーブ６の停止位置との間、より具体的には、プーリ軸４の軸線方向における固定シーブ５の対向面５ａの位置と可動シーブ６の対向面６ａの位置との間になると推測できる。したがって、上記のような、軸各部に生じる曲げ変形量が相対的に大きい部分、および軸各部に生じる曲げ変形量が相対的に小さい部分は、簡単な応力計算や解析に基づいて特定することができる。あるいは、上記のような解析工程での応力計算や解析を省いて、推定により特定してもよい。
【００４５】
上記のようにして特定された曲げ変形量が相対的に大きい部分に、標準部位１０（もしくは１２）の標準材料よりもヤング率が大きい材料により形成する強化部位９（もしくは１１）を設けるように、プーリ軸４各部の形状・寸法、強化部位９（もしくは１１）の形状・寸法ならびに材質、および強化部位９（もしくは１１）をプーリ軸４に一体化させる加工方法等に関する設計が行われる。
【００４６】
例えば、プーリ軸４の標準部位１０（もしくは１２）を炭素鋼や合金鋼などの鋼材を材料として形成する場合に、その鋼材よりもヤング率が大きい特殊合金やファインセラミックスなどを材料として強化部位９（もしくは１１）が設計される。
【００４７】
また、プーリ軸４は、外周部分が標準部位１０として標準材料により形成されているプーリ軸４の内部に強化部位９（もしくは１１）が形成されるように設計される。この場合、強化部位９（もしくは１１）を、プーリ軸４の軸心周辺をざぐり加工により刳り抜いた部分に嵌め合わす円柱形状の部材に設計することにより、例えば、焼きばめや圧入などの加工方法により、プーリ軸４の内部に強化部位９（もしくは１１）が嵌め合わせ、プーリ軸４の標準部位１０（もしくは１２）と強化部位９（もしくは１１）とを容易に一体化させることができる。
【００４８】
このように、ヤング率が大きい材料により形成する強化部位９（もしくは１１）をプーリ軸４に一体化させるように、それら強化部位９（もしくは１１）およびプーリ軸４の標準部位１０（もしくは１２）を設計することにより、軸径を太くすることなく、曲げ変形に対する剛性を向上させたプーリ軸４を設計することができる。なお、この設計工程において、設計工程で設計したプーリ軸４に生じる曲げ変形を、前述の解析工程と同様に、再度、計算や解析あるいは実験により求めて、その結果を設計結果に反映させることにより、より適切なプーリ軸４の設計を行うことができる。
【００４９】
そして、上記のような設計工程での設計結果を基に、強化部位９（もしくは１１）により曲げに対する剛性が高められたプーリ軸４が製造され、そのプーリ軸４を用いてベルト式無段変速機１が製造される。
【００５０】
以上のように、この発明に係るベルト式無段変速機およびベルト式無段変速機の製造方法によれば、ベルト式無段変速機１の駆動側および従動側の各プーリ２の間で動力伝達が行われる際に、それぞれのプーリ２およびプーリ軸４がプーリ２に巻き掛けられた伝動ベルト３から受ける荷重によって発生するプーリ軸４の曲げ変形の変形量を低減することができる。
【００５１】
ベルト式無段変速機１のプーリ軸４には、固定シーブ５と可動シーブ６とを介して伝動ベルト３からの荷重が作用するので、プーリ軸４には、プーリ軸４の軸線方向における固定シーブ５の固定位置と可動シーブ６の停止位置との間で、曲げ荷重が作用することになる。そのような荷重により生じるプーリ軸４の曲げ変形が大きくなる部分は、例えば、プーリ軸４の応力計算やＦＥＭ解析を行うことにより特定することができる。あるいは、実機や模型を用いた実験により実測して特定することもできる。あるいは、プーリ軸４と固定シーブ５および可動シーブ６との位置関係やそれらの形状・寸法などから、推測して特定することができる。
【００５２】
そして、この発明では、上記のようなプーリ軸４の軸線方向における固定シーブ５の固定位置と可動シーブ６の停止位置との間に、特に、固定シーブ５および可動シーブ６が伝動ベルト３から直接荷重を受ける固定シーブ５の対向面５ａの固定位置と可動シーブ６の対向面６ａの停止位置との間、特に、対向面５ａの最内周部５ｃの固定位置と対向面６ａの最内周部６ｃの停止位置との間に、プーリ軸４の他の部位よりもヤング率が大きな材料を用いた強化部位９（もしくは１１）が形成される。そのため、プーリ軸４に大きな曲げ荷重が作用し、曲げ変形の変形量が大きくなる可能性がある部分の剛性を高めて、プーリ軸４に生じる曲げ変形の変形量を低減することができる。その結果、プーリ２に対する伝動ベルト３の沈み込みに起因する摩擦損失を低減することができ、動力伝達効率が良好なベルト式無段変速機１を提供することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…ベルト式無段変速機、  ２…プーリ、  ２ａ…プーリ溝、  ３…伝動ベルト、  ４…プーリ軸、  ５…固定シーブ、  ５ａ…対向面（テーパ面）、  ５ｂ…外端部、  ５ｃ…最内周部、  ６…可動シーブ、  ６ａ…対向面（テーパ面）、  ６ｂ…外端部、  ６ｃ…最内周部、  ７…スプライン穴、  ８…油路、  ９，１１…強化部位、  １０，１２…標準部位。  
【図１】
2013155815.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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