JPH01216156A - 無段変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は自動車あるいは各種機械に利用される無段変
速装置に関する。

（従来技術） 機械式の無・段変速装置には従来より各種の形式のもの
があるが、頻繁な変速が要求される代表的な機械である
自動車においては、スチールベルトとセグメントピース
を組み合わせて可変Ｖプーリー間に回転力を伝達する構
造のいわゆるヴアンドーナ式無段変速装置が提供されて
いる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、ヴアンドーナ式無段変速装置の課題の１つとし
て、スチールベルトの長寿命化が挙げられる。自動車は
急発進、急加速等の過酷な条件で運転されることが多く
、そのために動力伝達部の寿命が短くなりやすく、上記
ヴアンドーナ式無段変速装置においてもスチールベルト
が短命となりやすい。また、構造のコンパクト性を考慮
した場合、上記ヴアンドーナ式無段変速装置の最高出力
は約１００馬力が限界であると一般に言われている。

本発明は上記に鑑み１強靭な構造にして動力伝達効率の
優れたコンパクトな構造を有する無段変速装置を提供す
ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために本発明に係る無段変速装置は
。

入力軸と出力軸と入力軸よりの回転を出力軸に伝達する
中間軸を有する無段変速装置であって、上記入力軸およ
び出力軸は平行に位置し。

上記入力軸および出力軸には、外径が段階的に変化する
複数の円板集合体を装着し、該円板集合体の各々は周縁
部の断面がＶ状で該Ｖ状部が極めて大きな曲率半径を有
する曲線からなる等直径の複数の円板体からなり、上記
入力軸に装着された円板集合体の外径の増加・減少方向
は出力軸に装着された円板集合体の外径の増加・減少方
向と逆の関係にあり、上記中間軸には外径が等しい複数
の円板集合体を装着し、該円板集合体の各々は等直径の
複数の円板体からなり上記中間軸に装着された円板体の
周縁部には上記入力軸および出力軸に装着された円板体
の周縁部に形成されたＶ状部と接触することが可能な、
断面がＶ状で該Ｖ状部が極めて大きな曲率半径Ｒ１を有
する曲線からなる溝が形成され。

かつ該溝の内側であって円板体内部には弾性体を内挿し
、上記中間軸は上記入力軸と出力軸を含む平面に対して
支持手段により斜めに支持され、この斜めの角度は一定
のまま上記入力軸と出力軸を含む平面に直角な方向に移
動可能であることを特徴とする。

（作用） 上記のように構成される本発明は以下のように作用する
。

入力軸および出力軸を含む平面に対して斜めに支持され
た中間軸を、この斜めの角度は一定のまま上記平面に直
角な方向に移動させ、入力軸に装着されたある外径の円
板集合体を構成する円板体の周縁部に形成されたＶ状部
を、中間軸に装着された円板集合体を構成する円板体の
周縁部に形成された■状の溝に挿入させ９両Ｖ状部の曲
面が接触することにより入力軸より中間軸に回転が伝達
される。このとき同時に、上記入力軸側の円板集合体の
外径とは異なる外径を有する出力軸に装着された円板集
合体も中間軸に装着された上記円板集合体と保合関係に
あるので、入力軸より中間軸に伝達された回転力は出力
軸を経て増速あるいは減速されて取り出される。この場
合、入力軸および出力軸に装着される複数の円板集合体
の外径の変化を極力小さ（抑えることで、実質的に無段
変速に近い状態を得ることができる。

（実施例） 以下に本発明に係る無段変速装置について。

添付図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明に係る無段変速装置の一部断面を示す平
面図であり、第２図は第１図をＡ−Ａ線で切断した側面
図である。

第１図において１は入力軸であり１本実施例においては
、同一直径からなり周縁部の断面がＶ状で該Ｖ状部が極
めて大きな曲率半径Ｒ１を有する曲線からなる等直径の
３つの円板体２から円板集合体３が構成され、複数の円
板集合体３の各々は上記入力軸１に対して第１図の左か
ら右に向かって順次外径を増大するようにして装着され
ている。４は周縁部の断面が■状の溝で該Ｖ状の溝が極
めて大きな曲率半径Ｒ１を有する曲線からなる円板体で
あり９等直径の３つの円板体４からなる円板集合体５が
一組を構成して、入力軸ｌに装着された円板集合体３と
同数の円板集合体５が中間軸６に装着されている。

複数の円板集合体５の各々の外径は等しく構成されてい
る。上記円板体４の周縁部に形成された断面がＶ状の溝
は１円板体２の周縁部に形成された上記■状部を受入可
能に形成されている。

断面を示す部分において、７は上記Ｖ状の溝の下部に挿
入されたゴムライニング（弾性体ともいう）であり、該
ゴムライニング７を介して軸受ホルダー８．軸受９が順
次装着され、軸受９は短軸ｌＯを介して上記中間軸６に
支持されている。上記中間軸６は本実施例においては、
第２図に示すように垂直方向に設置された支持軸１１お
よび１２に対して斜めに支持されて上下方向に移動可能
に構成され、かつ移動速度が可変である。第１図におい
て１３は入力軸１と平行に位置する出力軸であり、同一
直径からなり周縁部の断面がＶ状で該ｖ状部が極めて大
きな曲率半径Ｒ１を有する曲線からなる等直径の３つの
円板体１４から円板集合体１５が構成され、複数の円板
集合体１５の各々は上記入力軸１に対して第１図の左か
ら右に向かって順次外径を減少するようにして装着され
ている０円板集合体１５の総数は、入力軸１および中間
軸６にそれぞれ装着された円板集合体３および５の総数
と同じである。

なお、上記中間軸６に装着された円板体４０周縁部に形
成された断面がＶ状の溝も１円板体１４の周縁部に形成
された上記Ｖ状部を受入可能に形成されている。

第３図は上記のように構成される中間軸６が支持軸１１
および１２に沿って上下方向に移動したとき、ある位置
において３つの円板体がら構成される円板集合体３と円
板集合体５９９円板集体５と円板集合体１５が係合して
いる状態を示す斜視図であり、このとき円板集合体３，
５．１５の中心は同一直線上にある。

上記のように構成される本発明は以下のように作用する
。

中間軸６が支持軸１１および１２に沿って上下方向に移
動し、ある位置において第３図に示すように円板集合体
３と円板集合体５１１円板集体５と円板集合体１５が同
時に係合する０円板集合体３を構成する円板体２および
円板集合体１５を構成する円板体１４の周縁部に形成さ
れた上記Ｖ状部は９円板集合体５を構成する円板体４の
周縁部に形成された上記Ｖ杖の溝と圧接力作用下におい
である面積を持った円で接触する。この円の半径（ａ）
は、ヘルツにより次式で表しうる上式において、に、は
円板体２および円板体１４を構成する物体の材質によっ
て定まる定数であり、Ｋｌは円板体４を構成する物体の
材質によって定まる定数である。Ｐは圧接力である。

Ｒｔ、Ｒｇは上記せる曲率半径である。

すなわち弧状を呈する２面が圧接力の作用下で接触する
ことにより弾性変形を起こし、その結果、２面は点では
なく円で接触し、その半径は上式のように圧接力と曲率
半径の影響を受け。

円板体そのものの大きさとは関係がないので。

充分な圧接状態を確保しつつ、装置のコンパクト化を図
ることができる。圧接カ一定の下では２つの曲率半径が
大きくなるほど、上記の円の半径は大きくなり充分な圧
接状態を確保できる。

本発明においては２つの曲率半径が極めて大きいので、
上記の半径ａは充分に大きくなり完全な圧接状態を確保
できる。

第４図は曲率半径Ｒ１の円と曲率半径Ｒ２の円が接触し
ている状態を示す図面である。

第７図は曲率半径Ｒｓ、Ｒｚと回転半径ｒｌ＋ｒ２の相
対的な大きさの対比を示す図である。

ここで回転半径とは円板体のＶ状部と円板体のＶ状の溝
の接点から円板体の中心軸までの距離をいう。　　　゛ 入力軸１に入力された回転力は、上記のように面接触に
より中間軸６に伝達され、同様にして面接触により、中
間軸６から出力軸１３に伝達される。なお本発明におい
ては、第５図に示すようにＶ状面と■状溝が接触するこ
とにより圧接が行われるので、入力軸１と中間軸６との
間におけるスラスト力または中間軸６と出力軸１３との
間におけるスラスト力は大部分打ち消しあうので、動力
伝達機構部に作用する圧接力の分力は軸受に対するラジ
アル荷重のみとなる。さらに、上記のＶ状面もしくはＶ
状溝のＶ角度を鋭角にすることにより、上記軸受に対す
るラジアル荷重を小さくすることができる。このようう
に９本発明においてはトルク伝達がＶ状面で行われるの
で、変速に要する操作力はくさび効果により小さくて済
む。

以上と同様にして中間軸６は第２図に示すように支持軸
１１及び１２に沿って上下方向に移動し。

中間軸６に装着された円板集合体５は入力軸ｌおよび出
力軸１３に装着された円板集合体３および１５との係合
を順次変更しながら、変速操作が行われる。

円板集合体３．５．１５の保合が順次変更していく様子
は第６図に示されている。第６図において５−１．５−
２は中間軸６に装着された円板集合体の隣接した２組を
示す、第６図（ａ）は円板集合体５−１がある外径の円
板集合体３およびこれと異なる外径の円板集合体１５と
係合し、入力軸１側の円板体２および出力軸１３側の円
板体１４の周縁部に形成されたＶ状部と中間軸６に装着
された円板体４の周縁部に形成されたＶ状の溝は圧接状
態にある。なおこのとき円板集合体５−２はフリーな状
態にある。第６図（Ｃ）は円板集合体５−２がある外径
の円板集合体３およびこれと異なる外径の円板集合体１
５と係合し、入力軸１側の円板体２および出力軸１３側
の円板体１４の周縁部に形成されたＶ状部と中間軸６に
装着された円板体４の周縁部に形成されたＶ状の溝は圧
接状態にある。なおこのとき円板集合体５−１はフリー
な状態にある。第６図（ｂ）は上記（ａ）および（ｃ）
の中間状態、つまり上記Ｖ状部と上記Ｖ状の溝が手圧接
状態にある様子を示すものである。

第６図（ａ　’）において、　Ａ、　Ｂは各々円板集合
体５−１および５−２の中心を示し＋ＣＩ　は入力軸１
の中心を示す、第６図（ｂ）において＋Ｃ２はＣＩから
Ａ、Ｂに下ろした垂線の交点である。

今、　Ａ　　Ｃｒ　　Ｂで形成される角度を２０．手圧
接状態にあるＡ　　ＣＩ　Ｃｒで形成される角度をθと
する。θは本実施例においては３℃〜４℃をとるように
、入力軸１．中間軸６および出力軸１３に装着される円
板集合体の配置が選択される。

従って本実施例においては。

ＢＣＩ　　ＡＣＩ　−４（ＡＣｔ　　Ｃｔ　Ｃｚ　）と
なる。

すなわち、第６図（ａ）の圧接状態における撓み量は、
第６図（ｂ）の手圧接状態における撓み量の４倍となる
０本実施例における圧接状態を円弧形状の板ばねの圧縮
状態であると近似すれば、撓み（δ）と荷重（Ｐ）は次
のような関係になる。

δ−ＫＰＲ３／（Ｅｌ） 上式で、にはたわみ係数、Ｒは円弧半径、Ｅは縦弾性係
数、■は断面２次モーメントを示す。

すなわち上式より撓みと荷重（圧接力）は比例するから
、圧接状態における圧接力は、手圧接状態における１つ
の圧接面の圧接力の４倍となる。なお手圧接面は２面あ
るから、結局圧接状態の圧接力は手圧接状態の圧接力の
２倍となる。中間軸６の位置によって２円板集合体３，
５゜１５の保合状態は第６図（ａ）（ｂ）（ｃ）および
それらの中間状態のいずれかにあるから、圧接状態の圧
接力を２Ｐとすれば１本実施例における圧接力は２ＰＮ
Ｐの間で変化することになる。複数の円板集合体３およ
び１５の各々の外径差を極力小さ（することによって、
伝達トルクも階段状ではな（、実質的に無段変速に近い
状態を得ることができる。

さらに５本発明に係る無段変速装置の入力軸または出力
軸に装着された複数の円板集合体の最大外径と最小外径
の差は、スムーズな変速動作を確保するために４％以内
に抑えているので。

すべり率も４％以内に抑えられ、結果として変速幅の小
さな変速装置となるが、閉路式遊星歯車機構（例えば特
願昭６ｌ−８４６８８）と組み合わせて使用することに
より、大馬力を伝達することができる。

いま１本発明に係る無段変速装置を第８図に示すように
、上記特願昭６１−８４６８８に開示されている閉路式
遊星歯車機構と組み合わせて使用した場合の伝達馬力、
および材料の最大許容力に対する圧接力を検討する。

第８図において１６は入力軸であり、　１７．１８．１
９はそれぞれ１次遊星歯車機構、２次遊星歯車機構、３
次遊星歯車機構である。２０は本発明に係る無段変速装
置であり、２１はクラッチであり。

２２はトルクセンサー、２３は出力軸である。無段変速
装置２０に係る負荷は分流した一部の馬力のみが伝達さ
れるため、極めて少なく、伝達馬力容量として小さいも
のでよい、すなわち１次遊星歯車機構１７では、入力軸
１６よりの伝達馬力に等しく、２次遊星歯車機構１８で
は１／２．３次遊星歯車機構では１／４となり、無段変
速装置２０で受は持つ伝達馬力は１／８になる。従って
、無段変速装置２０の容量は入力軸１６よりの伝達馬力
の１／８のものを使用すれば充分変速しうろことになる
。

次に、圧接力を検討する。いま、排気量２０００ｃｃク
ラスの乗用車について考える。上記排気量２０００ｃｃ
クラスの乗用車の駆動トルクは一般的に２４ｋｇ−−程
度であり、この場合の圧接力は約１４３ｋｇとなる０合
金工具鋼の圧縮許容応力を１６０ｋｇ／ｍｍ”とすれば
、圧接面での最大許容力は約２９０ｋｇとなり前記圧接
力は最大許容力内にあり１問題はない。

（効果） 本発明に係る無段変速装置は、圧接部が点ではなく面で
接触するので確実なトルク伝達が行え、トルク伝達量を
増やそうとすれば２機械構造を大型化せずに、圧接面で
あるＶ状部を構成する曲線の曲率半径を大きくすること
により可能となる。また、圧接部が■状の面で接触する
ので、スラスト力は大部分打ち消され、伝達機構部に作
用する圧接力の分力は軸受に対するラジアル荷重のみと
なる。なお、圧接部の■角度を鋭角にすることによって
、上記軸受に対するラジアル荷重を小さくできる。また
、圧接部がＶ状であるため、くさび効果により変速に要
する動力が小さ（済む、さらに０本装置を閉路式遊星歯
車機構と組み合わせて使用することにより、大容量のト
ルク伝達を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る無段変速装置の平面図である。第
２図は第１図をＡ−Ａ線で切断した断面図である。第３
図は入力軸、中間軸および出力軸に装着された円板集合
体が係合している状態を示す斜視図である。第４図は圧
接面において曲率半径Ｒ１の円と曲率半径Ｒつの円が接
触している状態を示す図面である。第５図は円板体のＶ
状部と円板体のＶ状の溝が係合している状態を示す断面
図である。第６図は円板集合体３，５．１５の保合が順
次変化していく様子を示す図面である。第７図は圧接面
において曲率半径ＲＩ、Ｒｘと回転半径ｒ　Ｉ＋　ｒ　
！の相対的な大きさの対比を示す図である。第８図は本
発明に係る無段変速装置を閉路式遊星歯車機構と組み合
わせて使用した場合の一例を示す図面である。 １　・・入力軸、２　・・円板体、３・・円板集合体、
４　・・円板体、５　・・円板集合体、６　・・中間軸
、７　・・ゴムライニング（弾性体）、８・・軸受ホル
ダー、９・・軸受、　１０・・短軸。 １１・・支持軸、１２・・支持軸、　１３・・出力軸。 １４・・円板体、１５・・円板集合体、１６・・入力軸
、１７・・１次遊星歯車機構、１８・・２次遊星歯車機
構、１９・・３次遊星歯車機構、２０・・無段変速装置
、２１・・クラッチ、２２・・トルクセンサー、２３・
・出力軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力軸と出力軸と入力軸よりの回転を出力軸に伝達する
   中間軸を有する無段変速装置であって、上記入力軸およ
   び出力軸は平行に位置し、上記入力軸および出力軸には
   、外径が段階的に変化する複数の円板集合体を装着し、
   該円板集合体の各々は周縁部の断面がＶ状で該Ｖ状部が
   極めて大きな曲率半径を有する曲線からなる等直径の複
   数の円板体からなり、上記入力軸に装着された円板集合
   体の外径の増加・減少方向は、出力軸に装着された円板
   集合体の外径の増加・減少方向と逆の関係にあり、上記
   中間軸には外径が等しい複数の円板集合体を装着し、該
   円板集合体の各々は等直径の複数の円板体からなり、上
   記中間軸に装着された円板体の周縁部には上記入力軸お
   よび出力軸に装着された円板体の周縁部に形成されたＶ
   状部と接触することが可能な、断面がＶ状で該Ｖ状部が
   極めて大きな曲率半径Ｒ＿２を有する曲線からなる溝が
   形成され、かつ該溝の内側であって円板体内部には弾性
   体を内挿し、上記中間軸は上記入力軸と出力軸を含む平
   面に対して支持手段により斜めに支持され、この斜めの
   角度は一定のまま上記入力軸と出力軸を含む平面に直角
   な方向に移動可能であることを特徴とする無段変速装置
   。