JPH0514130B2 - - Google Patents

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、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つて、
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R₂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つて円板体内部には
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Ｖ状の溝に挿入させ、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
集合体と係合関係にあるので、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
変化を極力小さく抑えることで、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、本実施例に
おいては、同一直径からなる周縁部の断面が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つ
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Ｖ状の溝で該Ｖ状の溝が
極めて大きな曲率半径R₂を有する曲線からなる
円板体であり、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１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、円板
体２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。

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
１０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１
２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
向かつて順次外径を減少するようにして装着され
ている。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４の周縁部に形成された断面
がＶ状の溝も、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に沿つて上下方向に移動した
とき、ある位置において３つの円板体から構成さ
れる円板集合体３と円板集合体５、円板集合体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に沿つて上下
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５、円板集合体５
と円板集合体１５が同時に係合する。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、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状の溝と圧接力作用下におい
てある面積を持つた円で接触する。この円の半径
ａは、ヘルツにより次式で表しうることが証明さ
れている。

上式において、K₁は円板体２および円板体１
４を構成する物体の材質によつて定まる定数であ
り、K₂は円板体４を構成する物体の材質によつ
て定まる定数である。Ｐは圧接力である。R₁，
R₂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。圧接力一定の下では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R₁，R₂と回転半径r₁，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Ｖ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。このように、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に沿つて上下方向に移動
し、中間軸６に装着された円板集合体５は入力軸
１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の係合が順次変更して
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５−１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状の溝が半圧接状
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、C₁は入力軸１
の中心を示す。第６図ｂにおいて、C₂はC₁から
Ａ，Ｂに下ろした垂線の交点である。今、Ａ−
C₁−Ｂで形成される角度を2Θ、半圧接状態にあ
るＡ−C₁−C₂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。

従つて本実施例においては、 BC₁−AC₁＝４（AC₁−C₁C₂） 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の半圧接状態における撓み量の４倍
となる。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／（EI） 上式で、Ｋはたわみ係数、Ｒは円弧半径、Ｅは
縦弾性係数、Ｉ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、半圧接状
態における１つの圧接面の圧接力の４倍となる。
なお半圧接面は２面あるから、結局圧接状態の圧
接力は半圧接状態の圧接力の２倍となる。中間軸
６の位置によつて、円板集合体３，５，１５の係
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、本実施例における圧接力は2P〜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くすること
によつて、伝達トルクも階段状ではなく、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、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61−84688）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、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、１７，１
８，１９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はクラツチで
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で受け持つ伝達馬力は1/8になる。従つて、
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るこ
とになる。

次に、圧接力を検討する。いま、排気量2000c.c.
クラスの乗用車について考える。上記排気量2000
c.c.クラスの乗用車の駆動トルクは一般的に24Kg−
ｍ程度であり、この場合の圧接力は約143Kgとな
る。合金工具鋼の圧縮許容応力を160Kg／mm²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、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、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Ｖ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Ｖ角度を鋭角にすることに
よつて、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く済む。さら
に、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R₂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の係合
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R₁，R₂と回転半径
r₁，r₂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、２
０……無段変速装置、２１……クラツチ、２２…
…トルクセンサー、２３……出力軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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つ
   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R₂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つて円板体
   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。