(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸の回転動力を要求に応じた変速比で出力軸に伝達する変速機構部と、
この変速機構部の変速比を必要に応じて無段階に変化させるためのモータと、
モータから変速機構部に至る動力伝達経路に配設されて、モータの回転動力が入力されたときに変速機構部へ伝達する一方でモータの非駆動時において変速機構部からモータへの逆回転動力の伝達を遮断する逆入力遮断装置とを有し、
この逆入力遮断装置が、モータの出力軸に一体的に連結される第一回転体と、第一回転体と同軸状に対向配置されて変速機構部側への伝達軸が一体的に連結される第二回転体と、第二回転体に対して同期回転可能でかつ軸方向変位可能となるよう第二回転体の外周に対してスプライン嵌合される環状プレートからなり、その外周面に第一回転体側へ向けて縮径するテーパコーン面が形成された可動摩擦体と、可動摩擦体の外周を囲む形態で同心状に固定状態で配設される円筒形ケースからなり、その内周面の軸方向所要領域に前記可動摩擦体の軸方向変位に応じてそのテーパコーン面が圧接または離隔されるテーパコーン面が形成された固定摩擦体と、前記モータの非駆動時において可動摩擦体のテーパコーン面を固定摩擦体のテーパコーン面に対して圧接させて前記第二回転体を非回転状態にする一方で前記モータの駆動に伴い可動摩擦体が軸方向に変位させられて前記固定摩擦体から離隔されて前記両回転体を同期回転可能な状態に結合するカム機構とを含む構成であり、
前記逆入力遮断装置において、第一回転体には中心に軸挿入孔があり、この軸挿入孔に第二回転体の軸端部が嵌入されて相対回転可能に支持されており、
前記カム機構が、第一回転体に一体的に固定されて可動摩擦体と軸方向で対向されるカムプレートと、カムプレートおよび可動摩擦体の両対向面にそれぞれ設けられる一対のカム溝と、両カム溝間にそれぞれ１つずつ介装されるクラッチ用玉とを含み、前記クラッチ用玉が、前記カム溝内を周方向に転動することで可動摩擦体を固定摩擦体に対して圧接または離隔するよう変位させるものである、ことを特徴とする無段変速機。
【請求項２】
請求項１の無段変速機において、
前記変速機構部が、各々固定フランジと可動フランジとでＶ溝を形成する主動側Ｖ溝プーリおよび従動側Ｖ溝プーリと、
前記両プーリ間に巻き掛けられるＶベルトと、
前記モータの回転動力を受けたときに前記主動側Ｖ溝プーリの可動フランジを軸方向にスライドさせて前記両プーリに対するベルトの巻き掛け径を可変させる送り装置とを含む、ことを特徴とする無段変速機。
【請求項３】
請求項２の無段変速機において、
前記送り装置が、
前記主動側Ｖ溝プーリと同軸状に固定配設されかつ外周に螺旋溝が設けられる固定環と、
前記固定環の外周に配設されて前記動力源から回転動力を付与されるものであってその内周に螺旋溝が設けられる可動環と、
前記可動環と固定環それぞれの螺旋溝間に介装される複数のボールと、
前記ボールそれぞれを非分離状態に保持する複数のポケットとが形成されている円環状の保持器とを含む構成のボールねじ装置とされている、ことを特徴とする無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン出力を無段階に変速する無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の無段変速機では、エンジン側の入力軸に連結された主動側Ｖ溝プーリと、車輪への出力軸に連結された従動側Ｖ溝プーリとの間にベルトを巻き掛けした変速機構部を備えた構成になったものがあり、両プーリのＶ溝幅を可変制御してベルトの巻き掛け径を変更することにより、エンジン出力を無段階に変更して出力軸に伝達するようになっている。
【０００３】
なお、両プーリは、固定フランジと可動フランジとでＶ溝を形成しており、送り装置でもって主動側Ｖ溝プーリの可動フランジを軸方向にスライドさせることにより両プーリに対するベルトの巻き掛け径を可変させるようになっている。
【０００４】
また、上記送り装置は、モータから入力される回転動力を軸方向推進力に変換して、前述した主動側Ｖ溝プーリの可動フランジをスライドさせるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、主動側Ｖ溝プーリと従動側Ｖ溝プーリからの反力により、モータが非駆動状態のときに、前記送り装置を通じて逆回転動力がモータに対して入力されることがある。
【０００６】
従来では、このような逆回転入力を遮断するために、モータと送り装置との動力伝達経路にウォームギヤあるいは電磁ブレーキを配置するようにしているが、これらウォームギヤあるいは電磁ブレーキでは、いずれも次のような不具合がある。
【０００７】
すなわち、ウォームギヤの場合には、コストが安いメリットがあるものの、動力伝達効率が低いとともに、２つの軸体を直交配置する必要があるなど、レイアウトが制約されることが指摘される。
【０００８】
一方の電磁ブレーキの場合には、動力伝達効率が高いメリットがあるものの、通電制御が必要になるうえ、装置そのものが高価であることが指摘される。また、逆入力に対する位置保持機能を発揮している間はコイルに通電する必要があるために、エネルギーを消費することになってしまう不具合もある。
【０００９】
このような事情に鑑み、本発明は、無段変速機において、変速用動力を発生するためのモータに対して変速機構部から逆回転動力が入力されることを遮断する手段を工夫することにより、価格や消費エネルギーを低減したうえで性能的にも満足できる構造の提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明第一の無段変速機は、入力軸の回転動力を要求に応じた変速比で出力軸に伝達する変速機構部と、この変速機構部の変速比を必要に応じて無段階に変化させるためのモータと、モータから変速機構部に至る動力伝達経路に配設されて、モータの回転動力が入力されたときに変速機構部へ伝達する一方でモータの非駆動時において変速機構部からモータへの逆回転動力の伝達を遮断する逆入力遮断装置とを有し、この逆入力遮断装置が、モータの出力軸に一体的に連結される第一回転体と、第一回転体と同軸状に対向配置されて変速機構部側への伝達軸が一体的に連結される第二回転体と、第二回転体に対して同期回転可能でかつ軸方向変位可能となるよう第二回転体の外周に対してスプライン嵌合される環状プレートからなり、その外周面に第一回転体側へ向けて縮径するテーパコーン面が形成された可動摩擦体と、可動摩擦体の外周を囲む形態で同心状に固定状態で配設される円筒形ケースからなり、その内周面の軸方向所要領域に前記可動摩擦体の軸方向変位に応じてそのテーパコーン面が圧接または離隔されるテーパコーン面が形成された固定摩擦体と、前記モータの非駆動時において可動摩擦体のテーパコーン面を固定摩擦体のテーパコーン面に対して圧接させて前記第二回転体を非回転状態にする一方で前記モータの駆動に伴い可動摩擦体が軸方向に変位させられて前記固定摩擦体から離隔されて前記両回転体を同期回転可能な状態に結合するカム機構とを含む構成であり、前記逆入力遮断装置において、第一回転体には中心に軸挿入孔があり、この軸挿入孔に第二回転体の軸端部が嵌入されて相対回転可能に支持されており、前記カム機構が、第一回転体に一体的に固定されて可動摩擦体と軸方向で対向されるカムプレートと、カムプレートおよび可動摩擦体の両対向面にそれぞれ設けられる一対のカム溝と、両カム溝間にそれぞれ１つずつ介装されるクラッチ用玉とを含み、前記クラッチ用玉が、前記カム溝内を周方向に転動することで可動摩擦体を固定摩擦体に対して圧接または離隔するよう変位させるものである、ことを特徴としている。
【００１３】
本発明第二の無段変速機は、上記第一の構成において、前記変速機構部が、各々固定フランジと可動フランジとでＶ溝を形成する主動側Ｖ溝プーリおよび従動側Ｖ溝プーリと、前記両プーリ間に巻き掛けられるＶベルトと、前記モータの回転動力を受けたときに前記主動側Ｖ溝プーリの可動フランジを軸方向にスライドさせて前記両プーリに対するベルトの巻き掛け径を可変させる送り装置とを含む、ことを特徴としている。
【００１４】
本発明第三の無段変速機は、上記第二の構成において、前記送り装置が、前記主動側Ｖ溝プーリと同軸状に固定配設されかつ外周に螺旋溝が設けられる固定環と、前記固定環の外周に配設されて前記動力源から回転動力を付与されるものであってその内周に螺旋溝が設けられる可動環と、前記可動環と固定環それぞれの螺旋溝間に介装される複数のボールと、前記ボールそれぞれを非分離状態に保持する複数のポケットとが形成されている円環状の保持器とを含む構成のボールねじ装置とされている、ことを特徴としている。
【００１５】
要するに、本発明では、変速用動力を発生するためのモータに対して変速機構部から逆回転動力が入力されることを遮断する手段として、機械式で比較的単純な構造の逆入力遮断装置を用いるようにしている。
【００１６】
この逆入力遮断装置については、自身で回転動力の伝達状態と逆回転動力の遮断状態とを切り替えるものであり、制御が不要であり、また、回転動力の伝達状態では、同軸の２つの回転体を結合する形態となるので、回転動力の伝達効率が高くなる。
【００１７】
特に、上記第三の構成のように、送り装置としてボールねじ装置を採用していれば、モータの回転動力を受けて主動側Ｖ溝プーリの可動フランジを送る動作が円滑になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細について図面に示す実施形態を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１から図５に本発明の一実施形態を示している。図１は、乾式の無段変速機の要部を示す縦断面図、図２は、図１の送り装置を拡大して示す断面図、図３は、図１の逆入力遮断装置を拡大して示す断面図、図４は、図３の逆入力遮断装置の分解斜視図、図５は、逆入力遮断装置のカム機構を周方向に展開した状態の断面図である。
【００２０】
図例の無段変速機は、径方向に互いに平行に配置された入力軸１と出力軸２とを備える。入力軸１は、不図示のエンジン出力に応じた回転数で回転される一方、出力軸２は、不図示の車輪に動力を伝達する。
【００２１】
入力軸１には主動側Ｖ溝プーリ３が、出力軸２には従動側Ｖ溝プーリ４がそれぞれ連結されており、これら両プーリ３，４間には、複合ベルト（ベルトと略称）５が巻き掛けられている。これら２つのプーリとベルト５とが、請求項の変速機構部に相当する。
【００２２】
主動側Ｖ溝プーリ３は、入力軸１に固定された固定フランジ３１と、入力軸１に同軸状に配設されてスプライン嵌合された可動フランジ３２とを有する。両フランジ３１，３２は互いの対向面が円錐面になっていて、両対向面間でＶ溝３３が構成されている。
【００２３】
従動側Ｖ溝プーリ４は、出力軸２に固定された固定フランジ４１と、出力軸２に同軸状に配設されてスプライン嵌合された可動フランジ４２とを有する。両フランジ４１，４２は互いの対向面が円錐面になっていて、両対向面間でＶ溝４３が構成されている。可動フランジ４２は、図示しないバネ部材で固定フランジ４１に向けて常時付勢されている。
【００２４】
上記両プーリ３，４のベルト５の巻き掛け径は、操作ユニット６で変更されることにより、エンジン出力を無段階に変速して出力軸２に伝達されるようになっている。
【００２５】
操作ユニット６は、主動側Ｖ溝プーリ３の可動フランジ３２を軸方向にスライドさせて両プーリ３，４に対するベルト５の巻き掛け径を可変させて無段変速操作を行うためのものであり、ＤＣモータ７と、変速用アクチュエータ歯車列８と、送り装置９とを含む。
【００２６】
変速用アクチュエータ歯車列８は、モータ７側に取り付けられる入力ギヤ８１と、変速機構部側に取り付けられる出力ギヤ８２と、入力ギヤ８１と出力ギヤ８２とに噛合する中間ギヤ８３とを備えている。出力ギヤ８２は、中間ギヤ８３に噛合する大径ギヤ部８４と、この大径ギヤ部８４から軸方向に離れた位置に設けられる軸方向に長い小径ギヤ部８５とを一体に有している。
【００２７】
送り装置９は、上記変速用アクチュエータ歯車列８の第２歯車８２から与えられる回転動力を軸方向推進力に変換するものであり、固定環９１と、可動環９２と、複数のボール９３と、円環状の保持器９４とを含む構成のボールねじ装置が採用されている。
【００２８】
固定環９１は、大径部９１ａと小径部９１ｂとを有し、その大径部９１ａが入力軸１とハウジング１０との間に転がり軸受１１を介して取り付けられることで主動側Ｖ溝プーリ３と同軸状に固定配設され、小径部９１ｂが軸方向に延びてその外周に螺旋溝９１ｃが設けられている。
【００２９】
可動環９２は、主動側Ｖ溝プーリ３の外周に転がり軸受１２を介して取り付けられており、その内周面に固定環９１における小径部９１ｂに径方向に対向配設されて内周に螺旋溝９２ａが設けられているとともに、その外周の軸方向途中領域に歯車部９５が設けられている。歯車部９５は、変速用アクチュエータ歯車列８の第２歯車８２の小径歯車部８５と噛合して回転動力が付与されるようになっている。この歯車部９５は、可動環９２の外周に設けられる径方向外向きの環状凸部９２ｂに対して射出成型により一体的に設けられる樹脂材とされている。なお、環状凸部９２ｂの外周にはスプラインまたはセレーションが設けられており、このスプラインの凹凸に対して樹脂材からなる歯車部９５の一部が食い込むことで回り止めされている。
【００３０】
ボール９３は、固定環９１の螺旋溝９１ｃと可動環９２の螺旋溝９２ａとの間に介装されている。
【００３１】
保持器９４は、上記各ボール９３を個別に非分離状態に保持するものであり、円周数ヶ所に複数のポケットが設けられている。なお、保持器９４は、可動環９２の螺旋溝９２ａに取り付けられるストッパ９６と、固定環９１の螺旋溝９２ａに取り付けられるストッパ９７とにより、軸方向両方向への移動量が規制される。
【００３２】
この実施形態では、モータ７の回転動力が入力されたときに上記変速機構部へ伝達する一方で、モータ７の非駆動時において変速機構部からモータ７への逆回転動力の伝達を遮断する逆入力遮断装置２０を用いている、ことを特徴としている。
【００３３】
逆入力遮断装置２０は、第一回転軸２１と、第二回転軸２２と、可動摩擦体としての環状プレート２３と、固定摩擦体としての円筒ケース２４と、カム機構２５と、円錐コイルばね２６とを有する構成である。
【００３４】
第一回転軸２１は、モータ７の出力軸に連結される。第二回転軸２２は、第一回転軸２１と同軸状に対向配置されており、変速用アクチュエータ歯車列８の入力ギヤ８１が固定される。
【００３５】
環状プレート２３は、第二回転軸２２の外周に対して同期回転可能かつ軸方向変位可能にスプライン嵌合されており、その外周面には第一回転軸２１側へ向けて縮径するテーパコーン面２３ａが形成されている。
【００３６】
円筒ケース２４は、環状プレート２３の外周を囲む形態で同心状に回転不可能に固定配設されており、その内周面の軸方向所要領域に環状プレート２３の軸方向変位に応じてそのテーパコーン面２３ａが圧接または離隔されるテーパコーン面２４ａが形成されている。
【００３７】
カム機構２５は、モータ７の非駆動時において環状プレート２３を円筒ケース２４に対して圧接させて第二回転軸２２を非回転状態にする一方でモータ７の駆動に伴い環状プレート２３が軸方向に変位させられて円筒ケース２４から離隔されて両回転軸２１，２２を同期回転可能な状態に結合するものである。このカム機構２５は、第一回転軸２１に一体的に形成されて環状プレート２３と軸方向で対向されるカムプレート２５１と、カムプレート２５１および環状プレート２３の両対向面にそれぞれ設けられる一対のカム溝２５２，２５３と、両カム溝２５２，２５３間にそれぞれ１つずつ介装されるクラッチ用玉２５４とを含む。両カム溝２５２，２５３は、周方向中心から周方向両側へ向けて深さが浅くなるすり鉢状に形成されており、クラッチ用玉２５４が、両カム溝２５２，２５３内を周方向に転動することで環状プレート２３を円筒ケース２４に対して圧接または離隔するよう変位させる。
【００３８】
円錐コイルバネ２６は、環状プレート２３と、第２回転軸２２の外周面の周溝２２ａに係入されたＥ形止め輪２７との間に圧縮状態で介装されており、環状プレート２３のテーパコーン面２３ａを円筒ケース２４のテーパコーン面２４ａに対して圧接させるよう、環状プレート２３をカム機構２５のカムプレート２５１側へ弾発付勢する。
【００３９】
なお、第一回転軸２１は、単列深溝玉軸受２８を介して円筒ケース２４に支持されており、この第一回転軸２１の軸挿入孔２１ａに第二回転軸２２の軸端部が嵌入されて相対回転可能に支持されている。第二回転軸２２は、サークリップ２９を介して第一回転軸２１に位置決めされている。
【００４０】
次に、上記逆入力遮断装置２０の動作について説明する。
【００４１】
モータ７が非駆動状態のときに、円錐コイルばね２６により環状プレート２３のテーパコーン面２３ａが円筒ケース２４のテーパコーン面２４ａに圧接されていて、第二回転軸２２がロックされて非回転状態となっている。この状態では、変速機構部からモータ７に対する逆回転動力が逆入力遮断装置２０により遮断されることになる。
【００４２】
一方、モータ７が駆動されることにより第一回転軸２１が回転されると、クラッチ用玉２５４が周方向に転動して、環状プレート２３を円錐コイルばね２６に抗して押し動かすので、そのテーパコーン面２３ａが円筒ケース２４のテーパコーン面２４ａから離隔させられるので、第一回転軸２１と環状プレート２３と第二回転軸２２の三者が一体化して同期回転することになる。
【００４３】
以上説明したように、モータ７に対する変速機構部からの逆回転入力を遮断する逆入力遮断装置２０が、自身で回転動力の伝達状態と逆回転動力の遮断状態とを切り替えるものであって従来例の電磁ブレーキのような制御が不要であるとともに、また、動力伝達状態では同軸の第一回転軸２１と第二回転軸２２とを結合する形態にしているから、従来例のウォームギヤに比べて回転動力の伝達効率が高くなる。
【００４４】
また、この実施形態では、送り装置９としてボールねじ装置を採用しているので、モータ７の回転動力を受けて主動側Ｖ溝プーリ３の可動フランジ３２を送る動作が円滑となり、変速動作の応答性ならびにモータ７の駆動効率を高めることができる。
【００４５】
なお、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではない。例えば送り装置９として非循環式のボールねじ装置を用いたが、これに代えて、公知のボール保持器を用いない循環式のボールねじ装置を用いることができる。また、逆入力遮断装置２０について、各構成要素の形状や構造は機能的に同等な範囲でいろいろ変形できる。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１から３の発明に係る無段変速機は、モータに対する変速機構部からの逆回転入力を遮断する逆入力遮断装置が、自身で回転動力の伝達状態と逆回転動力の遮断状態とを切り替えるものであって従来例の電磁ブレーキのような制御が不要であるとともに、また、動力伝達状態では同軸の第一回転体と第二回転体とを結合する形態にしているから、従来例のウォームギヤに比べて回転動力の伝達効率が高く、無駄なエネルギー消費を無くすことができる。
【００４７】
特に、請求項３の発明では、送り装置としてボールねじ装置を採用しているから、モータの回転動力を受けて主動側Ｖ溝プーリの可動フランジを送る動作を円滑化することができ、変速動作の応答性ならびにモータの駆動効率を高めるうえで有効となる。
【００４８】
このように、本発明では、従来のウォームギヤを用いる場合に比べて動力伝達効率が優れていて、しかも、従来の電磁ブレーキを用いる場合に比べて製造コストを低減できるというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る無段変速機の要部を示す縦断面図
【図２】図１の送り装置を拡大して示す断面図
【図３】図１の逆入力遮断装置を拡大して示す断面図
【図４】図３の逆入力遮断装置の分解斜視図
【図５】逆入力遮断装置のカム機構を周方向に展開した状態の断面図
【符号の説明】
１  入力軸
２  出力軸
３  主動側Ｖ溝プーリ
４  従動側Ｖ溝プーリ
５  Ｖベルト
６  操作ユニット
７  モータ
９  送り装置
２０  逆入力遮断装置
２１  第一回転軸
２２  第二回転軸
２３  可動摩擦体としての環状プレート
２４  固定摩擦体としての円筒ケース
２５  カム機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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