特許 7477767 ベルト式無段変速機用のプーリーシャフト、ベルト式無段変速機、及び、固定シーブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-23

(45)【発行日】2024-05-02

(54)【発明の名称】ベルト式無段変速機用のプーリーシャフト、ベルト式無段変速機、及び、固定シーブ

(51)【国際特許分類】

   F16H 55/52 20060101AFI20240424BHJP

   F16H 9/18 20060101ALI20240424BHJP

【ＦＩ】

F16H55/52

F16H9/18 B

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020162705

(22)【出願日】2020-09-28

(65)【公開番号】P2022055228

(43)【公開日】2022-04-07

【審査請求日】2023-05-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】藤堂 尚二

(72)【発明者】

【氏名】今高 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】吉川 伸麻

(72)【発明者】

【氏名】楠見 和久

(72)【発明者】

【氏名】宮西 慶

【審査官】増岡 亘

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－３１５８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－８１５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第４３４２７３６（ＤＥ，Ａ１）

【文献】実開平１－８９２９５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１３－６４４７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ ５５／５２

Ｆ１６Ｈ ９／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベルト式無段変速機用のプーリーシャフトであって、
シャフトと、
前記シャフトに固定されている固定シーブとを備え、
前記固定シーブは、
円錐板状であって、中央部に前記シャフトが嵌め込まれる貫通孔を有し、前記シャフトに固定される本体部材と、
円錐板状であって、中央部に前記シャフトが嵌め込まれる貫通孔を有し、前記シャフトに固定され、かつ、前記本体部材を支持するサポート部材とを含み、
前記本体部材は、
前記ベルト式無段変速機の駆動ベルトと接触するシーブ面と、
前記シーブ面と反対側の裏面とを有し、
前記サポート部材は、
前記本体部材の前記裏面側に配置され、前記シャフトの中心軸を含む断面において、前記本体部材に向かって傾斜しており、
前記サポート部材の外径は、前記本体部材の外径よりも小さく、
前記サポート部材の外周縁部は、前記本体部材の前記裏面に固定されており、
前記サポート部材はさらに、
前記サポート部材の内周縁部に配置されているボス部を含み、
前記ボス部は、
円筒状であって、前記シャフトの中心軸を含む断面において、前記本体部材と反対方向に延びており、
前記シャフトは前記サポート部材の前記ボス部に嵌め込まれており、
前記プーリーシャフトはさらに、
前記シャフトを前記シャフトの中心軸周りに回転可能に支持するベアリングを備え、
前記サポート部材の前記ボス部は、
前記ベルト式無段変速機に組み込まれたときに前記ベアリングが載置される外周面を有する、
プーリーシャフト。

【請求項2】

請求項１に記載のプーリーシャフトであって、
前記シャフトの中心軸を含む断面において、前記本体部材の厚さは前記サポート部材の厚さよりも薄い、
プーリーシャフト。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載のプーリーシャフトであって、
前記本体部材の外径をＤ（ｍｍ）と定義したとき、前記サポート部材の前記外周縁部は、前記本体部材の前記裏面のうち、０．５Ｄ～０．８Ｄの範囲内の領域に固定されている、
プーリーシャフト。

【請求項4】

請求項１に記載のプーリーシャフトであって、
前記シャフトは、
前記シャフトの径方向に突出している段差部を備え、
前記段差部は、
前記サポート部材の前記ボス部の端面と対向しており、かつ、前記サポート部材の前記ボス部の端面と接触する側壁面を含む、
プーリーシャフト。

【請求項5】

請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のプーリーシャフトであって、
前記本体部材の前記裏面には凹部が形成されており、
前記サポート部材の前記外周縁部は、前記本体部材の前記裏面の前記凹部に嵌め込まれている、
プーリーシャフト。

【請求項6】

請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のプーリーシャフトであって、
前記サポート部材の前記外周縁部は、溶接により前記本体部材の前記裏面に固定されており、
前記本体部材及び前記サポート部材は、溶接以外の固定手段により、前記シャフトに固定されている、
プーリーシャフト。

【請求項7】

請求項１～請求項６のいずれか１項に記載のプーリーシャフトであって、
前記本体部材はさらに、
前記本体部材の内周縁部に配置されているボス部を含み、
前記本体部材の前記ボス部は、
円筒状であって、前記シャフトの中心軸を含む断面において、前記裏面から前記シーブ面と反対方向に延びており、
前記シャフトは、前記本体部材の前記ボス部に嵌め込まれている、
プーリーシャフト。

【請求項8】

請求項１～請求項７のいずれか１項に記載のプーリーシャフトと、
前記シャフトの中心軸と平行にスライド可能な可動シーブと、
前記可動シーブを前記シャフトの中心軸と平行にスライドさせる駆動装置と、
前記固定シーブの前記シーブ面と前記可動シーブのシーブ面とに挟まれる駆動ベルトとを備える、
ベルト式無段変速機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ベルト式無段変速機に用いられるプーリーシャフト、そのプーリーシャフトが用いられたベルト式無段変速機（ＣＶＴ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）、及び、そのプーリーシャフトに利用される固定シーブに関する。

【背景技術】

【0002】

自動車や自動二輪車に代表される車両の変速装置として、ベルト式無段変速機（ＣＶＴ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）が普及している。ベルト式無段変速機はたとえば、特許文献１（特開２０２０－３４１０７号公報）、特許文献２（特開２０２０－２６８３０号公報）、特許文献３（特開２０２０－１６２９３号公報）、及び、特許文献４（特開２０１８－１６５５２９号公報）等に開示されている。ベルト式無段変速機は、一対のプーリー（プライマリープーリー、セカンダリープーリー）と、一対のプーリーに巻きかけられた駆動ベルトとを備える。各プーリーは、シャフトと、シャフトに固定された固定シーブと、シャフトの軸方向にスライド可能な可動シーブとを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－３４１０７号公報

【文献】特開２０２０－２６８３０号公報

【文献】特開２０２０－１６２９３号公報

【文献】特開２０１８－１６５５２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１～特許文献４に開示されているとおり、通常、シャフトと固定シーブとは一体的に形成されている。固定シーブを備えるシャフトは、「プーリーシャフト」と呼ばれる。プーリーシャフトを含むベルト式無段変速機では、トルクの伝達ロスの低減が求められる。固定シーブがシャフトと一体的に形成されれば、固定シーブの剛性を確保しやすい。固定シーブの剛性が高い場合、駆動ベルトを適切に挟持することができる。その結果、トルクの伝達ロスを抑制できる。

【0005】

ところで、シャフト及び固定シーブには、高い曲げ疲労強度や耐摩耗性が求められる。そのため、プーリーシャフトに対して、浸炭処理や窒化処理に代表される熱処理が実施される場合がある。プーリーシャフトを熱処理する場合、複数本のプーリーシャフトを１組のトレーやバスケットに載せて１ロットとする。１つの熱処理炉に１ロット装入して１回の熱処理を行う、いわゆるバッチ処理や、複数のロットを１ロットずつ装入して搬送しながら連続的に熱処理を行う、連続炉処理が実施される。

【0006】

上述のとおり、通常のプーリーシャフトは、シャフトと、シャフトの径方向に延びている固定シーブとが一体的に形成されており、三次元的に複雑な形状となっている。そのため、１回のバッチ処理で装入可能なプーリーシャフトの本数が限られてしまう。その結果、熱処理を実施する場合、プーリーシャフトの生産性が低下する場合がある。

【0007】

本開示の目的は、熱処理を施す場合であっても生産性を高めることができ、トルクの伝達ロスを抑制できる、プーリーシャフトを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示によるプーリーシャフトは、
ベルト式無段変速機用のプーリーシャフトであって、
シャフトと、
前記シャフトに固定されている固定シーブとを備え、
前記固定シーブは、
円錐板状であって、中央部に前記シャフトが嵌め込まれる貫通孔を有し、前記シャフトに固定される本体部材と、
円錐板状であって、中央部に前記シャフトが嵌め込まれる貫通孔を有し、前記シャフトに固定され、かつ、前記本体部材を支持するサポート部材とを含み、
前記本体部材は、
前記ベルト式無段変速機の駆動ベルトと接触するシーブ面と、
前記シーブ面と反対側の裏面とを有し、
前記サポート部材は、
前記本体部材の前記裏面側に配置され、前記シャフトの中心軸を含む断面において、前記本体部材に向かって傾斜しており、
前記サポート部材の外径は、前記本体部材の外径よりも小さく、
前記サポート部材の外周縁部は、前記本体部材の前記裏面に固定されている。

【発明の効果】

【0009】

本開示によるプーリーシャフトは、熱処理を施す場合であっても生産性を高めることができ、トルクの伝達ロスを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本実施形態のベルト式無段変速機の断面図である。

【図2】図２は、プーリー装置の断面図である。

【図3】図３は、図２中の可動シーブがスライドした場合の模式図である。

【図4】図４は、図２中のプーリーシャフトの断面図である。

【図5】図５は、従来のプーリーシャフトの断面図である。

【図6】図６は、熱処理炉でバッチ処理する場合の、熱処理炉に装入可能な従来のプーリーシャフトの本数のイメージ図である。

【図7】図７は、図６と同じ容量の熱処理炉でバッチ処理する場合の、熱処理炉に装入可能な本実施形態のシャフトの本数のイメージ図である。

【図8】図８は、図６と同じ容量の熱処理炉でバッチ処理する場合の、熱処理炉に装入可能な本実施形態の固定シーブの本数のイメージ図である。

【図9】図９は、本実施形態の固定シーブの断面図である。

【図10】図１０は、本実施形態の固定シーブがシャフトに取り付けられた状態を示す断面図である。

【図11】図１１は、本実施形態の固定シーブにおいて、サポート部材の本体部材への取り付け位置を説明するための模式図である。

【図12】図１２は、サポート部材の外周縁部が０．８Ｄ（Ｄは本体部材の外径）近傍領域で固定されている一例を示す模式図である。

【図13】図１３は、サポート部材の外周縁部が０．５Ｄ近傍領域で固定されている一例を示す模式図である。

【図14】図１４は、図９とは異なる構成の固定シーブの断面図である。

【図15】図１５は、図１４に示す固定シーブがシャフトに取り付けられている状態を示す模式図である。

【図16】図１６は、図１５とは異なる構成のプーリーシャフトの断面図である。

【図17】図１７は、図９、図１４及び図１６と異なる構成の固定シーブの断面図である。

【図18】図１８は、本体部材及びサポート部材の固定手段の一例を示す模式図である。

【図19】図１９は、図９、図１４、図１６及び図１７と異なる構成の固定シーブの断面図である。

【図20】図２０は、実施例で想定したプーリーシャフトの模式図である。

【図21】図２１は、プーリーシャフトの有限要素モデルを説明するための模式図である。

【図22】図２２は、ＦＥＭ解析により得られた、各プーリーシャフトでの接触領域上の各位置と軸方向変位との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本実施形態によるプーリーシャフト及びベルト式無段変速機は、次の構成を有する。
［１］
ベルト式無段変速機用のプーリーシャフトであって、
シャフトと、
前記シャフトに固定されている固定シーブとを備え、
前記固定シーブは、
円錐板状であって、中央部に前記シャフトが嵌め込まれる貫通孔を有し、前記シャフトに固定される本体部材と、
円錐板状であって、中央部に前記シャフトが嵌め込まれる貫通孔を有し、前記シャフトに固定され、かつ、前記本体部材を支持するサポート部材とを含み、
前記本体部材は、
前記ベルト式無段変速機の駆動ベルトと接触するシーブ面と、
前記シーブ面と反対側の裏面とを有し、
前記サポート部材は、
前記本体部材の前記裏面側に配置され、前記シャフトの中心軸を含む断面において、前記本体部材に向かって傾斜しており、
前記サポート部材の外径は、前記本体部材の外径よりも小さく、
前記サポート部材の外周縁部は、前記本体部材の前記裏面に固定されている、
プーリーシャフト。

【0012】

本実施形態のプーリーシャフトでは、シャフトと、固定シーブとを別個の部材とする。そのため、固定シーブとシャフトとが一体成形されているプーリーシャフトと比較して、熱処理を実施する場合における１回当たりの熱処理で処理可能なプーリーシャフトの本数を増やすことができる。その結果、熱処理を施す場合であっても、プーリーシャフトの生産性が高まる。

【0013】

また、本実施形態のプーリーシャフトでは、固定シーブにおいて、サポート部材が本体部材を支持する。上述のとおり、サポート部材の外径は、本体部材の外径よりも小さい。ここで、本体部材のうち、サポート部材の外径以下の領域であり、サポート部材に支持される領域を「内側領域」と定義し、本体部材のうち、サポート部材の外径よりも外側の領域を「外側領域」と定義する。本体部材のうち内側領域では、サポート部材の支持により剛性が高まる。一方で、本体部材の外側領域は適度な弾性を有する。

【0014】

ところで、固定シーブがシャフトと一体化したプーリーシャフトの回転時（つまり、駆動時）において、駆動ベルトが固定シーブのシーブ面と接触する領域は、周方向に１４０～２２０°程度の範囲である。ここで、固定シーブのシーブ面のうち、駆動ベルトがシーブ面と接触し始める位置を「ベルト入口」と定義する。固定シーブのシーブ面のうち、駆動ベルトがシーブ面から離れる位置を「ベルト出口」と定義する。シーブ面に接触している駆動ベルトの軌道のうち、ベルト入口とベルト出口との間の中間位置を「ベルト巻き掛かり中央位置」と定義する。ベルト入口とベルト出口とを総称して「ベルト出入口」ともいう。

【0015】

駆動中において、固定シーブの軸方向変位は、ベルト出入口で小さく、ベルト巻き掛かり中央位置で大きい。そのため、駆動中において、駆動ベルトはベルト入口及びベルト出口で強く狭圧され、駆動ベルトが固定シーブの大径側（固定シーブの外周縁方向）に巻き掛かる。一方、ベルト巻き掛かり中央位置では、固定シーブがベルト出入口よりも撓る。そのため、駆動ベルトが固定シーブの小径側（固定シーブの中心軸方向）に落ち込む。その結果、駆動ベルトの巻き掛け径が変化する。巻き掛け径の変化量は、ベルトの滑り量に相当する。そのため、巻き掛け径の変化量が大きければ、ベルトの径方向の滑りトルク損失が大きくなり、トルクの伝達ロスが大きくなる。

【0016】

上述の固定シーブでのベルト出入口とベルト巻き掛け中央位置での撓りの違いによる駆動ベルトの巻き掛け径の変化量は、従来の一体型のプーリーシャフトよりも、本発明のような固定シーブとシャフトとが分割されたプーリーシャフトの方が、顕著になりやすい。なぜなら、固定シーブがシャフトと別個独立に分割されているため、固定シーブに対して、軸方向変位がさらに変化しやすくなるためである。

【0017】

そこで、本実施形態のプーリーシャフトでは、上述のとおり、サポート部材の外径を本体部材の外径よりも小さくする。これにより、サポート部材が本体部材の外周縁よりも内側を支持する。この場合、本体部材の外側領域は適度な弾性を有する。そのため、駆動中において、固定シーブは、ベルト巻き掛かり中央位置でも適度に撓るとともに、ベルト出入口でも適度に撓る。そのため、ベルト出入口での駆動ベルトへの狭圧力を抑えることができ、固定シーブの周方向における軸方向変位のばらつきを抑えることができる。その結果、巻き掛け径の変化量を小さくすることができ、トルク伝達ロスを抑制できる。

【0018】

［２］
［１］に記載のプーリーシャフトであって、
前記シャフトの中心軸を含む断面において、前記本体部材の厚さは前記サポート部材の厚さよりも薄い、
プーリーシャフト。

【0019】

［２］のプーリーシャフトでは、本体部材の外側領域をさらに適切に撓らせることができる。

【0020】

［３］
［１］又は［２］に記載のプーリーシャフトであって、
前記本体部材の外径をＤ（ｍｍ）と定義したとき、前記サポート部材の外周縁部は、前記本体部材の裏面のうち、０．５Ｄ～０．８Ｄの範囲内の領域に固定されている、
プーリーシャフト。

【0021】

［３］のプーリーシャフトでは、本体部材の内側領域の剛性を確保しつつ、撓りやすい外側領域の範囲を適切な範囲とすることができる。

【0022】

［４］
［１］～［３］のいずれか１項に記載のプーリーシャフトであって、
前記サポート部材はさらに、
前記サポート部材の内周縁部に配置されているボス部を含み、
前記ボス部は、
円筒状であって、前記シャフトの中心軸を含む断面において、前記本体部材と反対方向に延びており、
前記シャフトは前記サポート部材のボス部に嵌め込まれている、
プーリーシャフト。

【0023】

［４］のプーリーシャフトでは、ボス部により、サポート部材の剛性をさらに高めることができ、その結果、本体部材の内側領域の剛性をさらに高めることができる。

【0024】

［５］
［４］に記載のプーリーシャフトであって、
前記シャフトは、
前記シャフトの径方向に突出している段差部を備え、
前記段差部は、
前記サポート部材の前記ボス部の端面と対向しており、かつ、前記サポート部材の前記ボス部の端面と接触する側壁面を含む、
プーリーシャフト。

【0025】

［５］のプーリーシャフトでは、駆動ベルトからプーリーの溝幅を広げる方向の力を受けた場合、段差部がサポート部材に、駆動ベルトからの力に対する反力を付与する。その結果、サポート部材が本体部材を有効に支持することができる。

【0026】

［６］
［４］又は［５］に記載のプーリーシャフトであって、
前記シャフトを前記シャフトの中心軸周りに回転可能に支持するベアリングを備え、
前記サポート部材の前記ボス部は、
前記ベルト式無段変速機に組み込まれたときに前記ベアリングが載置される外周面を有する、
プーリーシャフト。

【0027】

［６］のプーリーシャフトでは、サポート部材のボス部がベアリングで直接固定される。そのため、サポート部材がさらに強固に固定される。その結果、サポート部材の剛性を高めることができ、本体部材の内側領域の剛性を高めることができる。

【0028】

［７］
［１］～［６］のいずれか１項に記載のプーリーシャフトであって、
前記本体部材の前記裏面には凹部が形成されており、
前記サポート部材の前記外周縁部は、前記本体部材の前記裏面の前記凹部に嵌め込まれている、
プーリーシャフト。

【0029】

［７］のプーリーシャフトでは、裏面に形成された凹部により、本体部材に対するサポート部材の位置決めが容易になる。

【0030】

［８］
［１］～［７］のいずれか１項に記載のプーリーシャフトであって、
前記サポート部材の外周縁部は、溶接により前記本体部材の裏面に固定されており、
前記本体部材及び前記サポート部材は、溶接以外の固定手段により、前記シャフトに固定されている、
プーリーシャフト。

【0031】

［８］のプーリーシャフトでは、サポート部材を溶接により本体部材に固定するため、本体部材の内側領域の剛性がさらに高まる。一方で、本体部材及びサポート部材のシャフトに対する固定手段として溶接を採用しない。本体部材にサポート部材を溶接した上で、本体部材及びサポート部材をシャフトに溶接した場合、溶接熱により、本体部材又はサポート部材が歪んでしまい、形状の寸法精度が低下する場合がある。［８］では、本体部材及びサポート部材のシャフトに対する固定手段を溶接以外の手段とすることにより、本体部材及びサポート部材の寸法精度を維持することができる。

【0032】

［９］
［１］～［８］のいずれか１項に記載のプーリーシャフトであって、
前記本体部材はさらに、
前記本体部材の内周縁部に配置されているボス部を含み、
前記本体部材の前記ボス部は、
円筒状であって、前記シャフトの中心軸を含む断面において、前記裏面から前記シーブ面と反対方向に延びており、
前記シャフトは、前記本体部材の前記ボス部に嵌め込まれている、
プーリーシャフト。

【0033】

［９］のプーリーシャフトでは、ボス部により、本体部材の剛性をさらに高めることができ、その結果、本体部材の内側領域の剛性をさらに高めることができる。

【0034】

［１０］
［１］～［９］のいずれか１項に記載のプーリーシャフトと、
前記シャフトの中心軸と平行にスライド可能な可動シーブと、
前記可動シーブを前記シャフトの中心軸と平行にスライドさせる駆動装置と、
前記固定シーブの前記シーブ面と前記可動シーブのシーブ面とに挟まれる駆動ベルトとを備える、
ベルト式無段変速機。

【0035】

［１１］
［１］～［９］のいずれか１項に記載の固定シーブ。

【0036】

以下、本実施形態のプーリーシャフト、ベルト式無段変速機、及び固定シーブについて、図面を参照して詳しく説明する。図中の同一又は相当部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

【0037】

［ベルト式無段変速機］
図１は、本実施形態のベルト式無段変速機の断面図である。図１を参照して、ベルト式無段変速機１００は、プライマリープーリー装置Ｐ１と、セカンダリープーリー装置Ｐ２とを備える。プライマリープーリー装置Ｐ１のシャフトは、エンジン等の動力源（図示せず）とギヤ等を介して間接的に連結されており、動力源からトルクを受ける。セカンダリープーリー装置Ｐ２のシャフトは、ディファレンシャルギヤ等の周知のギヤ機構（図示せず）を介して、車輪を駆動する車軸（図示せず）と間接的に連結されている。プライマリープーリー装置Ｐ１とセカンダリープーリー装置Ｐ２とには、駆動ベルトＢが架け渡されている。ベルト式無段変速機１００は、動力源から出力された駆動力（トルク）を無段階に変速して、車軸に伝達する。

【0038】

プライマリープーリー装置Ｐ１及びセカンダリープーリー装置Ｐ２の構成は実質的に同じである。以降の説明では、プライマリープーリー装置Ｐ１及びセカンダリープーリー装置Ｐ２を総称して、「プーリー装置Ｐ」ともいう。以下、プーリー装置Ｐの構成について説明する。

【0039】

［プーリー装置Ｐの構成］
図２は、シャフトの中心軸を含むプーリー装置Ｐの断面図（縦断面図）である。図２を参照して、プーリー装置Ｐは、プーリーシャフト１０と、可動シーブ２１と、可動シーブをスライドさせる駆動装置２２と、ベアリング２３及び３３とを備える。

【0040】

プーリーシャフト１０は、シャフト１と、固定シーブ３とを備える。プーリー装置Ｐがプライマリープーリー装置Ｐ１である場合、シャフト１は動力源と間接的に連結される。プーリー装置Ｐがセカンダリープーリー装置Ｐ２である場合、シャフト１は車軸と間接的に連結される。固定シーブ３は円錐形状を有し、シャフト１に固定されている。つまり、固定シーブ３はシャフト１の軸方向にスライドせず、かつ、シャフト１に対してシャフト１の中心軸Ｃ１周りに相対的に回転しない。プーリーシャフト１０については後述する。

【0041】

可動シーブ２１は円錐形状を有し、固定シーブ３と対向して配置されている。可動シーブ２１の中央は貫通孔が形成されている。シャフト１は、可動シーブ２１の貫通孔に嵌め込まれている。可動シーブ２１は、ボールスプライン等を介して、シャフト１の中心軸Ｃ１と平行にスライド可能に支持されている。駆動装置２２は、可動シーブ２１をシャフト１の軸方向にスライドさせる。駆動装置２２は例えば、油圧シリンダーである。駆動装置２２は油圧式であってもよいし、電動式であってもよい。

【0042】

ベアリング２３は、シャフト１の一方の端部に配置され、ベアリング３３はシャフト１の他方の端部に配置される。つまり、シャフト１の両端部には、ベアリング２３及び３３が配置されている。ベアリング２３及び３３は、シャフト１を、シャフト１の中心軸Ｃ１周りに回転可能に支持する。

【0043】

上述のとおり、駆動装置２２により、可動シーブ２１がシャフト１の軸方向にスライドする。これにより、可動シーブ２１と固定シーブ３との間の距離が変動する。以下、可動シーブ２１と固定シーブ３との間の距離を、「溝幅」と称する。図２は、溝幅が最も広い状態を示す。この場合、駆動ベルトＢは、可動シーブ２１と固定シーブ３とで形成された溝の谷底近傍（つまり、シャフト１近傍）に位置する。

【0044】

図２の状態のプーリー装置Ｐにおいて、駆動装置２２が可動シーブ２１を固定シーブ３方向にスライドさせた場合を想定する。この場合、溝幅が狭くなる。その結果、図３に示すとおり、可動シーブ２１と固定シーブ３との間に挟まれている駆動ベルトＢは、シャフト１から径方向に離れるように移動する。これにより、駆動ベルトＢの巻き掛け径が変動し（大きくなり）、減速比を無段階に変動できる。

【0045】

［プーリーシャフト１０の構成］
図４は、図２中のプーリーシャフト１０の断面図である。図４を参照して、上述のとおり、プーリーシャフト１０は、シャフト１と、固定シーブ３とを備える。シャフト１と固定シーブ３とは、一体的に形成されておらず、別個の部材である。

【0046】

耐摩耗性や曲げ疲労強度を高めるために、プーリーシャフト１０の表面には熱処理が施される場合がある。熱処理はたとえば、浸炭処理や窒化処理である。プーリーシャフト１０の熱処理は通常、熱処理炉に複数のプーリーシャフト１０を１つのトレー、又は、１つのバスケットに載せて、１ロットとする。そして、１つの熱処理炉にプーリーシャフト１０を１ロット分装入して１回の熱処理を実施するバッチ処理、又は、複数のロットを準備して、１ロットずつ連続して搬送させながら連続的に熱処理を実施する連続炉処理を実施する。したがって、プーリーシャフト１０の生産性を高めるためには、１ロットに収納可能なプーリーシャフトの本数をなるべく多くするのが好ましい。

【0047】

ところで、図５に示すとおり、従来のプーリーシャフト２００では、シャフト１と固定シーブ３００とが一体的に形成されていた。そのため、従来のプーリーシャフト２００に対して、バッチ処理による熱処理を実施する場合、バッチ処理により熱処理可能なプーリーシャフト２００の本数が限られていた。図６は、熱処理時における１ロット（１つのバスケット）ＬＴ内のプーリーシャフト２００の配置本数のイメージ図である。図６を参照して、従来のプーリーシャフト２００の場合、固定シーブ３００がシャフト１の径方向に延びている。そのため、１ロット（１つのバスケット）ＬＴ内において、隣り合うプーリーシャフト２００の間を十分に詰めて収納することができず、隣り合うプーリーシャフト２００の間にスペースが生じてしまう。そのため、１回の熱処理で処理可能な本数が限られてしまう。

【0048】

一方、本実施形態のプーリーシャフト１０では、シャフト１と固定シーブ３とが別個の部材である。そのため、図７に示すとおり、図６と同じ容量の１ロット（１つのバスケット）ＬＴに対して、多数のシャフト１を収納できる。同様に、図８に示すとおり、図６と同じ容量の１ロット（１つのバスケット）ＬＴに対して、多数の固定シーブ３を収納できる。その結果、本実施形態のプーリーシャフト１０は、熱処理を施される場合、従来の一体型のプーリーシャフト２００と比較して、生産性を顕著に高めることができる。

【0049】

本実施形態のプーリーシャフト１０ではさらに、固定シーブ３が次の構成を有することにより、トルク伝達のロスを抑制することができる。以下、固定シーブ３の構成について詳述する。

【0050】

［固定シーブ３の構成］
図９は、シャフト１の中心軸Ｃ１を含む、本実施形態の固定シーブ３の断面図である。図９を参照して、固定シーブ３は、本体部材３１と、サポート部材３２とを備える。本体部材３１は、可動シーブ２１とともに、駆動ベルトＢを挟んで駆動ベルトＢを挟持する役割を担っている。サポート部材３２は、本体部材３１を支持して固定シーブ３の内側領域３１Ａの剛性を高めつつ、外側領域３１Ｂの適度な弾性を保つ役割を担っている。以下、本体部材３１及びサポート部材３２について説明する。

【0051】

［本体部材３１について］
本体部材３１は、円錐板状であり、中央部に貫通孔３１Ｈを有する。貫通孔３１Ｈには、シャフト１が嵌め込まれる。貫通孔３１Ｈにはたとえば、スプラインが形成されている。シャフト１の中心軸Ｃ１方向から見た場合、本体部材３１は円形状である。さらに、シャフト１の中心軸Ｃ１を含む断面において、本体部材３１は板状であり、かつ、貫通孔３１Ｈの内周縁部３１ＩＥから本体部材３１の外周縁部３１ＯＥに向かって、可動シーブ２１と反対方向に傾斜している。換言すれば、本体部材３１は円錐状（テーパ状）の板部材である。

【0052】

本体部材３１は、シーブ面３１ＦＳと裏面３１ＢＳとを有する。シーブ面３１ＦＳは、可動シーブ２１と対向して配置されており、駆動ベルトＢと接触する。裏面３１ＢＳはシーブ面３１ＦＳと反対側の面である。

【0053】

［サポート部材３２について］
サポート部材３２は、円錐板状であって、中央部に貫通孔３２Ｈを有する。貫通孔３２Ｈには、シャフト１が嵌め込まれる。シャフト１の中心軸Ｃ１方向から見た場合、サポート部材３２は円形状である。さらに、シャフト１の中心軸Ｃ１を含む断面において、サポート部材３２は板状であり、かつ、本体部材３１に向かって傾斜している。具体的には、シャフト１の中心軸Ｃ１を含む断面において、サポート部材３２は、内周縁部３２ＩＥから外周縁部３２ＯＥに向かって本体部材３１側に傾斜している。サポート部材３２は、直線的に傾斜していてもよいし、湾曲して傾斜していてもよい。また、図９に示すとおり、外周縁部３２ＯＥの近傍部分の方が、内周縁部３２ＩＥの近傍部分よりも、より傾斜していてもよい。サポート部材３２の外周縁部３２ＯＥの端面は、本体部材３１の裏面３１ＢＳと接触しており、外周縁部３２ＯＥは、裏面３１ＢＳに固定されている。

【0054】

［固定シーブ３の特徴］
サポート部材３２の外径は、本体部材３１の外径よりも小さい。そのため、サポート部材３２の外周縁部３２ＯＥは、本体部材３１の外周縁部３１ＯＥよりも内側の裏面部分に固定されている。ここで、本体部材３１のうち、サポート部材３２の外径以内の領域（つまり、シャフト１の中心軸Ｃ１方向から見て、サポート部材３２と重複する領域）を、内側領域３１Ａと定義し、内側領域３１Ａよりも外側の領域を、外側領域３１Ｂと定義する。この場合、内側領域３１Ａでは、サポート部材３２の支持により、剛性が高まる。一方、外側領域３１Ｂは、サポート部材３２の支持を受けない。したがって、本体部材３１の外側領域３１Ｂは、適度な弾性を有する。

【0055】

プーリーシャフト１０の回転時（つまり、駆動時）において、駆動ベルトＢが固定シーブ３のシーブ面３１ＦＳと接触する領域は、周方向に１４０～２２０°程度の範囲である。ここで、シーブ面３１ＦＳのうち、駆動ベルトＢがシーブ面３１ＦＳと接触し始める位置を「ベルト入口」と定義する。シーブ面３１ＦＳのうち、駆動ベルトＢがシーブ面３１ＦＳから離れる位置を「ベルト出口」と定義する。シーブ面３１ＦＳに接触している駆動ベルトＢの軌道のうち、ベルト入口とベルト出口との間の中間位置を「ベルト巻き掛かり中央位置」と定義する。ベルト入口とベルト出口とを総称して「ベルト出入口」ともいう。

【0056】

駆動中において、固定シーブ３の軸方向変位は、ベルト出入口で小さく、ベルト巻き掛かり中央位置で大きい。そのため、駆動中において、駆動ベルトＢはベルト入口及びベルト出口で強く狭圧され、駆動ベルトＢが固定シーブ３の大径側（固定シーブ３の外周縁方向）に巻き掛かる。一方、ベルト巻き掛かり中央位置では、固定シーブ３がベルト出入口よりも撓る。そのため、駆動ベルトＢが固定シーブ３の小径側（固定シーブ３の中心軸方向）に落ち込む。その結果、駆動ベルトＢの巻き掛け径の変化量が大きくなる。巻き掛け径の変化量は、駆動ベルトＢの滑り量に相当する。そのため、巻き掛け径の変化量が大きければ、駆動ベルトＢの径方向の滑りトルク損失が発生し、トルクの伝達ロスが発生する。

【0057】

上述の固定シーブ３でのベルト出入口とベルト巻き掛け中央位置での撓りの違いによる駆動ベルトＢの巻き掛け径の変化量は、従来の一体型のプーリーシャフトよりも、本実施形態のような固定シーブとシャフトとが分割されたプーリーシャフト１０の方が、顕著になりやすい。なぜなら、固定シーブ３がシャフト１と分割されているため、固定シーブに対して、軸方向変位がさらに掛かりやすくなるためである。

【0058】

そこで、プーリーシャフト１０では、上述のとおり、サポート部材３２の外径を本体部材３１の外径よりも小さくする。これにより、サポート部材３２が本体部材３１の外周縁よりも内側を支持する。この場合、本体部材３１の外側領域３１Ｂは適度な弾性を有する。そのため、駆動中において、固定シーブ３は、ベルト巻き掛かり中央位置でも適度に撓るとともに、ベルト出入口でも適度に撓る。そのため、ベルト出入口でのベルト狭圧力を抑えることができ、固定シーブ３の周方向における軸方向変位のばらつきを抑えることができる。その結果、巻き掛け径の変化量を小さくすることができ、トルク伝達ロスを抑制できる。

【0059】

好ましくは、サポート部材３２の剛性は、本体部材３１の剛性よりも高い。この場合、内側領域３１Ａの剛性をさらに高めることができる。そのため、駆動ベルトＢによりプーリーの溝幅を広げる方向の力が本体部材３１に付与された場合（つまり、本体部材３１が倒れる方向（傾斜している方向）に力が付与された場合）であっても、内側領域３１Ａは撓りにくい。好ましくは、図１０に示すとおり、シャフト１の中心軸Ｃ１を含む断面において、本体部材３１の厚さＴ３１は、サポート部材３２の厚さＴ３２よりも薄い。この場合、サポート部材３２の剛性は、本体部材３１の剛性よりも高くなりやすい。そのため、内側領域３１Ａに対して、より有効な剛性を付与しつつ、駆動ベルトＢの挟持時に、外側領域３１Ｂの撓りを維持できる。

【0060】

好ましくは、図１０に示すとおり、シャフト１は、径方向に突出している段差部１ＣＯを備える。段差部１ＣＯは、サポート部材３２の内周縁部３２ＩＥと接触する側壁面１ＣＯＥを有する。この場合、サポート部材３２はさらに有効にシャフト１に固定される。

【0061】

［サポート部材３２の外周縁部３２ＯＥの取り付け位置］
サポート部材３２の外周縁部３２ＯＥの本体部材３１の裏面３１ＢＳへの取り付け位置は、本体部材３１の外周縁部３１ＯＥよりも内側であれば、特に限定されない。図１１に示すとおり、本体部材３１の外径をＤ（ｍｍ）と定義した場合、好ましくは、サポート部材３２の外周縁部３２ＯＥは、本体部材３１の裏面３１ＢＳのうち、０．５Ｄ～０．８Ｄの範囲内の領域に固定される。この場合、サポート部材３２は、内側領域３１Ａに対して、より有効な剛性を付与しつつ、駆動ベルトＢの挟持時における外側領域３１Ｂの撓りを維持できる。図１２は、サポート部材３２の外周縁部３２ＯＥが０．８Ｄ近傍領域で固定されている一例を示す模式図であり、図１３は、サポート部材３２の外周縁部３２ＯＥが０．５Ｄ近傍領域で固定されている一例を示す模式図である。

【0062】

［固定シーブ３の他の形態］
図１４は、図９とは異なる構成の固定シーブ３の断面図である。図１４を参照して、固定シーブ３のサポート部材３２はさらに、ボス部３２３を備える。ボス部３２３は、サポート部材３２の内周縁部３２ＩＥに配置されている。ボス部３２３は、円筒状である。シャフト１の中心軸Ｃ１を含む断面において、ボス部３２３は、サポート部材３２の裏面３２ＢＳから、本体部材３１と反対方向に延びている。

【0063】

ボス部３２３の内周面は、貫通孔３２Ｈとつながっている。図１５は、図１４に示す固定シーブ３がシャフト１に取り付けられている状態を示す模式図である。図１５を参照して、シャフト１は、ボス部３２３に嵌め込まれている。

【0064】

図１４に示すサポート部材３２は、本体部材３１と反対方向に延びるボス部３２３を備える。そのため、サポート部材３２の剛性をさらに高めることができる。その結果、本体部材３１の内側領域３１Ａの剛性をさらに高めることができ、トルクの伝達ロスを抑制できる。

【0065】

図１５を参照して、シャフト１はさらに、シャフトの径方向に突出している段差部１ＣＯを備える。段差部１ＣＯは側壁面１ＣＯＥを含む。側壁面１ＣＯＥは円環状であり、ボス部３２３の端面３２３Ｅと対向して配置される。そして、側壁面１ＣＯＥはボス部３２３の端面３２３Ｅと接触している。駆動ベルトＢのプーリー溝幅を広げる力Ｆ１が本体部材３１に付与された場合を想定する。この場合、段差部１ＣＯは、力Ｆ１に対する反力Ｆ２をサポート部材３２に付与する。そのため、サポート部材３２が本体部材３１をさらに有効に支持することができる。

【0066】

図１６を参照して、サポート部材３２のボス部３２３はさらに、プーリーシャフト１０がベルト式無段変速機１００に組み込まれたときに、ベアリング３３が載置される外周面３２３ＯＳを有してもよい。この場合、サポート部材３２のボス部３２３は、ベアリング３３に直接固定される。そのため、サポート部材３２がさらに強固に固定される。その結果、本体部材３１の内側領域３１Ａの剛性をさらに高めることができる。

【0067】

図１７は、図９、図１４及び図１６と異なる他の固定シーブ３の構成を示す断面図である。図１７を参照して、固定シーブ３の本体部材３１の裏面３１ＢＳには、凹部３１Ｒが形成されている。シャフト１の中心軸Ｃ１方向から本体部材３１の裏面３１ＢＳを見た場合、凹部３１Ｒは円形状の溝である。

【0068】

凹部３１Ｒは、本体部材３１に対するサポート部材３２の位置決めに用いられる。サポート部材３２の外周縁部３２ＯＥは、凹部３１Ｒに嵌め込まれる。そのため、本体部材３１に対するサポート部材３２の位置を一致させやすくなる。

【0069】

図１８は、本体部材３１及びサポート部材３２の固定手段の一例を示す図である。本体部材３１のシャフト１に対する固定手段、サポート部材３２の本体部材３１に対する固定手段、及び、サポート部材３２のシャフト１に対する固定手段は特に限定されない。好ましくは、図１８に示すとおり、サポート部材３２の外周縁部３２ＯＥは、本体部材３１に対して、溶接３２Ｗにより固定される。溶接により、サポート部材３２は、本体部材３１と一体的に形状された状態と実質的に同じになる。そのため、本体部材３１の内側領域３１Ａの剛性が顕著に高まる。一方、本体部材３１のシャフト１に対する固定手段、及び、サポート部材３２のシャフト１に対する固定手段は、好ましくは、溶接以外の手段である。本体部材３１のシャフト１に対する固定手段、及び、サポート部材３２のシャフト１に対する固定手段は例えば、ろう接、ねじによる固定（締結）、キーやピンを用いた固定や、スプラインによる固定等である。本体部材３１のシャフト１に対する固定手段、及び、サポート部材３２のシャフト１に対する固定手段として溶接を採用した場合、溶接熱の影響により、溶接後の固定シーブ３が歪んでしまう場合がある。したがって、寸法精度を考慮した場合、本体部材３１及びサポート部材３２は、溶接以外の固定手段によりシャフト１に固定される方が好ましい。

【0070】

図１９は、図９、図１４、図１６及び図１７と異なる他の固定シーブの構成を示す断面図である。図１９に示す固定シーブ３では、図１７と比較して、本体部材３１がボス部３１１を備える。

【0071】

ボス部３１１は、本体部材３１の内周縁部３１ＩＥに配置されている。ボス部３１１は、円筒状である。シャフト１の中心軸Ｃ１を含む断面において、ボス部３１１は、本体部材３１の裏面３１ＢＳから、サポート部材３２側に延びている。換言すれば、ボス部３１１は、本体部材３１のシーブ面３１ＦＳと反対方向に延びている。ボス部３１１の内周面は、貫通孔３１Ｈとつながっている。シャフト１は、ボス部３１１に嵌め込まれている。

【0072】

サポート部材３２のボス部３２３と同様に、本体部材３１のボス部３１１も、本体部材３１の剛性をさらに高めることができる。つまり、ボス部３１１は、本体部材３１の内側領域３１Ａの剛性をさらに高め、トルクの伝達ロスを抑制する。

【0073】

図１９を参照して、シャフト１はさらに、シャフトの径方向に突出している段差部１ＣＯ２を備えてもよい。段差部１ＣＯ２は、段差部１ＣＯと同様に、側壁面１ＣＯ２Ｅを含む。側壁面１ＣＯ２Ｅは円環状であり、ボス部３１１の端面３１１Ｅと対向して配置される。そして、側壁面１ＣＯ２Ｅはボス部３１１の端面３１１Ｅと接触している。この場合、段差部１ＣＯ２は、段差部１ＣＯと同様に、駆動ベルトＢのプーリー溝幅を広げる方向の力Ｆ１に対する反力Ｆ２を本体部材３１に付与する。そのため、本体部材３１の剛性をさらに高め、内側領域３１Ａの剛性をさらに高めることができる。

【実施例】

【0074】

図２０に示す３つのタイプのプーリーシャフトＸ～Ｚを想定して、有限要素法（ＦＥＭ）を用いた解析により、駆動ベルトが巻き掛けられたときの固定シーブの外周縁近傍部分の軸方向変位を求めた。

【0075】

具体的には、プーリーシャフトＸは、固定シーブ３００とシャフト１とが一体形の従来のプーリーシャフトを想定した。プーリーシャフトＹは、固定シーブ３とシャフト１とが別体であり、固定シーブ３が本体部材３１とサポート部材３２０とを含み、サポート部材３２０の外径が本体部材３１の外径とほぼ同じであるプーリーシャフトを想定した。プーリーシャフトＺは、固定シーブ３とシャフト１とが別体であり、固定シーブ３が本体部材３１とサポート部材３２とを含み、サポート部材３２の外径が本体部材３１の外径よりも小さい本発明例のプーリーシャフトを想定した。

【0076】

図２１は、プーリーシャフトの有限要素モデルを説明するための模式図である。図２１は、プーリーシャフトＸ～Ｚを、固定シーブ３又は３００のシーブ面から見た図である。図２１を参照して、プーリーシャフトＸ～Ｚの有限要素モデルを、シーブ面の中心軸Ｃ１を含み鉛直方向に延びる線分Ｌ１を軸とした、１／２軸対象モデルとした。プーリーシャフトＸ～Ｚの物性値として、いずれも同じ値のヤング率及びポアソン比を設定した。シーブ面のうち、外周縁近傍における駆動ベルトＢの接触領域３５０を想定した。そして、線分Ｌ１を０°とし、０°から中心軸Ｃ１周りに１０５°までの接触領域３５０に注目した。駆動ベルトＢが巻き掛けられた場合の接触領域３５０上の０°から１０５°までの各位置において、駆動ベルトＢが巻き掛けられていない場合の位置（初期位置）からの軸方向の変化量を、「軸方向変位」と定義した。なお、初期位置から可動シーブ２１と反対の方向に変動した場合（図２０の矢印Ｆ参照）、軸方向変位をマイナス（－）とした。

【0077】

プーリーシャフトＸ～Ｚの各々において、駆動ベルトＢを同じ条件で巻き掛けて、接触領域３５０の軸方向変位をＦＥＭ解析により求めた。なお、ＦＥＭ解析では、静的陰解法を採用した。

【0078】

上述のＦＥＭ解析で得られた結果を図２２に示す。図２２では、横軸が接触領域３５０での角度（０～１０５°）であり、縦軸は軸方向変位である。図２２中の二点鎖線がプーリーシャフトＸの結果（軸方向変位）である。一点鎖線がプーリーシャフトＹの結果（軸方向変位）である。実線がプーリーシャフトＺの結果（軸方向変位）である。プーリーシャフトＸの実方向変位の最大値と最小値との差分を変位量ＤＸと定義した。プーリーシャフトＹの実方向変位の最大値と最小値との差分を変位量ＤＹと定義した。プーリーシャフトＺの実方向変位の最大値と最小値との差分を変位量ＤＺと定義した。変位量が小さいほど、接触領域３５０内での変位のばらつきが小さいことを意味し、トルクの伝達ロスが小さいことを意味する。

【0079】

図２２を参照して、本発明例であるプーリーシャフトＺの変位量ＤＺは、比較例であるプーリーシャフトＹの変位量ＤＹよりも小さく、従来のプーリーシャフトＸの変位量ＤＸと同程度であった。したがって、本発明例では、固定シーブ３をシャフト１とを分割しても、トルクの伝達ロスを、従来のプーリーシャフトＸと同等にまで抑えることができた。

【0080】

以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

【符号の説明】

【0081】

１００ ベルト式無段変速機
１ シャフト
３ 固定シーブ
２１ 可動シーブ
３１ 本体部材
３１ＦＳ シーブ面
３１ＢＳ 裏面
３１Ｈ，３２Ｈ 貫通孔
３２ サポート部材
３２ＯＥ 外周縁部
Ｂ 駆動ベルト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】