JP2009156289A

JP2009156289A - 自動二輪車用無段変速機

Info

Publication number: JP2009156289A
Application number: JP2007332156A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Takada; 一良高田
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2007-12-25
Publication date: 2009-07-16

Abstract

【課題】アイドリング時にクランク軸からＶベルトに伝達されるトルクを低減した自動二輪車用無段変速機を提供する。
【解決手段】この無段変速機は、駆動プーリ、従動プーリ、Ｖベルト２５、及びシーブ移動機構を備える。シーブ移動機構は、駆動プーリの固定シーブと可動シーブとの間に形成される溝の底幅がＶベルト２５の底幅よりも広くなる位置と、溝の底幅がＶベルト２５の底幅よりも狭くなる位置との間で、可動シーブを軸方向に移動させる。駆動プーリと従動プーリとに巻き掛けられるＶベルト２５は、その底に長手方向に並ぶ複数のコグ４６を含む。各コグ４６は、クランク軸が収まる凹状の頭頂面を有する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、自動二輪車用無段変速機に関し、さらに詳しくは、自動二輪車用無段変速機に用いられるＶベルトの改良に関する。

近年、自動二輪車にはＣＶＴ(Continuously Variable Transmission)と呼ばれる無段変速機が用いられている（たとえば下記特許文献１〜３参照）。無段変速機は、エンジンのクランク軸周りに固着される駆動プーリと、後輪の駆動軸にギヤ等を介して連結される従動プーリと、駆動プーリ及び従動プーリに巻き掛けられるＶベルトとを備える。

低速時には、駆動プーリの可動シーブが固定シーブから離れ、駆動プーリの巻き掛け径が小さくなるとともに、従動プーリの可動シーブが固定シーブに近寄り、従動プーリの巻き掛け径が大きくなる。そのため、後輪は大きいトルクでかつ低速で駆動される。一方、高速時には、駆動プーリの可動シーブが固定シーブに近寄り、駆動プーリの巻き掛け径が大きくなるとともに、従動プーリの可動シーブが固定シーブから離れ、従動プーリの巻き掛け径が小さくなる。そのため、後輪は小さいトルクでかつ高速で駆動される。

後輪と従動プーリとの間には自動遠心クラッチが設けられる。このクラッチにより、従動プーリから後輪へのトルク伝達はアイドリング時に遮断される。そのため、アイドリング時に従動プーリが回転しても後輪は回転しない。

一方、下記特許文献４には、スノーモービル（小型雪上車）用無段変速機が開示されている。この変速機は上記のような自動遠心クラッチを持っていない。その代わりに、Ｖベルトの側面が可動又は固定シーブから完全に離れるまで可動シーブを移動させることにより、駆動プーリからＶベルトへのトルク伝達を遮断している。このような変速機はベルトクラッチイン型無段変速機と呼ばれる。

現在のところ、自動二輪車にベルトクラッチイン型無段変速機を採用した例は見当たらない。ベルトクラッチイン型無段変速機ではアイドリング時にＶベルトの底面がクランク軸に接触するため、クランク軸のトルクが摩擦によりＶベルトに伝達される。伝達されるトルクはわずかなので、通常、後輪は回転しない。

しかしながら、自動二輪車をエンジン停止時に手押しようとすると、伝達されるトルクが抗力として働き、大きな力が必要になるという問題が生じる。また、アイドリング状態でスタンドを立てて後輪を地面から浮かせると、後輪がつれ回りするという問題が生じる。

スノーモービルは使用者が手押ししたり、スタンドを立てたりすることはほとんどないので、このような問題は生じない。
特再２００４−７８５７３号公報特開２００４−２４９８１３号公報特開２００７−６４２８７号公報特開平１０−２１８０７８号公報

本発明の目的は、アイドリング時にクランク軸からＶベルトに伝達されるトルクを低減した自動二輪車用無段変速機、その無段変速機に用いられるＶベルト、及びその無段変速機を用いた自動二輪車を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明による自動二輪車用無段変速機は、駆動プーリと、従動プーリと、Ｖベルトと、シーブ移動機構とを備える。駆動プーリは、固定シーブ及び可動シーブを有し、原動機（たとえばエンジンやモータ）のクランク軸に連結される。従動プーリは、後輪の駆動軸に連結される。Ｖベルトは、駆動プーリと従動プーリとに巻き掛けられる。シーブ移動機構は、固定シーブと可動シーブとの間に形成される溝の底幅がＶベルトの底幅よりも広くなる位置と、溝の底幅がＶベルトの底幅よりも狭くなる位置との間で、可動シーブを軸方向に移動させる。Ｖベルトは、その底に長手方向に並ぶ複数のコグを含む。コグの各々は、クランク軸が収まる凹状の頭頂面を有する。

本発明によれば、コグの頭頂面が凹状をなし、そこにクランク軸が収まるようになっているため、Ｖベルトの底がクランク軸に接触し難くなる。したがって、アイドリング時にクランク軸からＶベルトに伝達されるトルクが低減される。

好ましくは、コグはゴムで形成される。Ｖベルトはさらに、ゴムが浸透しないようにコグ上に覆われる帆布を含む。

この場合、ゴムが帆布に浸透していないため、クランク軸とＶベルトとの間の摩擦力が低減される。

本発明によるＶベルトは、その底に長手方向に並ぶ複数のコグを含む。コグの各々は、原動機のクランク軸が収まる凹状の頭頂面を有する。

本発明による自動二輪車は、フレームと、フレームに取り付けられる前輪及び後輪と、フレームに取り付けられる原動機と、フレームに取り付けられる上記無段変速機とを備える。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１を参照して、スクータ型自動二輪車１０は、フレーム１１と、前輪１２と、後輪１３と、ハンドル１４と、シート１５と、エンジン１６と、伝動ケース１７とを備える。これらはフレーム１１に取り付けられる。

伝動ケース１７は、図２に示されるように、ベルトクラッチイン型無段変速機２０を内蔵する。無段変速機２０は、エンジン１６のクランク軸２１周りに固着される駆動プーリ２２と、従動軸２３周りに固着される従動プーリ２４と、駆動プーリ２２及び従動プーリ２４に巻き掛けられるＶベルト２５と、従動軸２３のトルクを後輪１３の駆動軸２６に伝達するギヤ２７とを備える。

駆動プーリ２２は、図３に示されるように、クランク軸２１周りに固着された固定シーブ２８と、これに対向するように設けられ、クランク軸２１に沿って両方向へ移動可能な可動シーブ２９とを備える。固定シーブ２８及び可動シーブ２９は、その内側面で横断面Ｖ字状の溝を形成する。クランク軸２１はエンジン１６から延び出し、伝動ケース１７内で回転自在に支持される。

従動プーリ２４は、図４に示されるように、従動軸２３周りに固着された固定シーブ３０と、これに対向するように設けられ、従動軸２３に沿って両方向へ移動可能な可動シーブ３１とを備える。固定シーブ３０及び可動シーブ３１は、その内側面で横断面Ｖ字状の溝を形成する。従動軸２３は伝動ケース１７内で回転自在に支持される。駆動軸２６はギヤ２７を介して従動軸２３に連結され、従動軸２３が回転すると、駆動軸２６も回転する。

エンジン１６が始動すると、クランク軸２１及び駆動プーリ２２が回転する。駆動プーリ２２のトルクはＶベルト２５を介して従動プーリ２４に伝達されるので、駆動プーリ２２が回転すると、従動プーリ２４及び従動軸２３が回転する。

無段変速機２０はさらに、駆動プーリ２２の可動シーブ２９をクランク軸２１に沿って移動させる駆動側シーブ移動機構３２と、従動プーリ２４の可動シーブ３１を従動軸２３に沿って移動させる従動側シーブ移動機構３３とを備える。

駆動プーリ２２の可動シーブ２９は、固定シーブ２８から遠ざかる方向へ付勢されている。駆動側シーブ移動機構３２は、可動シーブ２９を固定シーブ２８に近付ける方向へ押動する。具体的には、駆動側シーブ移動機構３２は、固定シーブ２８と可動シーブ２９との間に形成される溝の底幅がＶベルト２５の底幅よりも広くなる位置と、溝の底幅がＶベルト２５の底幅よりも狭くなる位置との間で、可動シーブ２９を軸方向に移動させる。詳細は後述する。従動プーリ２４の可動シーブ３１は、固定シーブ３０に近づく方向へ付勢されている。従動側シーブ移動機構３３は、ベルト張力が付勢力にうち勝って可動シーブ３１を固定シーブ３０から遠ざける方向へ押動する。

図５及び図６に示されるように、アイドリング時においては、Ｖベルト２５の側面が駆動プーリ２２の固定シーブ２８又は可動シーブ２９から完全に離れるまで、可動シーブ２９が固定シーブ２８から遠ざかる方向へ移動する。Ｖベルト２５の底面はクランク軸２１に接触するが、Ｖベルト２５の両側面はそれぞれ固定シーブ２８及び可動シーブ２９から離れているので、駆動プーリ２２のトルクはＶベルト２５にほとんど伝達されない。このとき、従動プーリ２４の可動シーブ３１は固定シーブ３０に最接近し、従動プーリ２４の溝幅が最も狭くなる。そのため、Ｖベルト２５が従動軸２３から最も遠くなり、Ｖベルト２５の巻き掛け径が最大になる。

ライダがスロットルを回し、エンジン１６の回転数が上がり始めると、図７及び図８に示されるように、駆動側シーブ移動機構３２が駆動プーリ２２の可動シーブ２９を押動し、Ｖベルト２５の両側面がそれぞれ固定シーブ２８及び可動シーブ２９に接触する。このとき、クランク軸２１の表面上のうち従動プーリ２４から最も遠い位置Ｐｍａｘではなく、その位置ＰｍａｘからＶベルト２５の回転方向と逆方向に少し戻った位置Ｐｉｎで、駆動プーリ２２とＶベルト２５の相対隙間が最も狭くなる。そのため、この位置ＰｉｎでＶベルト２５の両側面がそれぞれ固定シーブ２８及び可動シーブ２９に接触し、駆動プーリ２２のトルクがＶベルト２５に伝達され始める。

図９及び図１０に示されるように、低速（ロー）時においては、駆動側シーブ移動機構３２は駆動プーリ２２の可動シーブ２９を図７の位置よりも押動し、駆動プーリ２２の溝幅がもっと狭くなる。これにより、Ｖベルト２５はクランク軸２１から離れ、駆動プーリ２２のトルクがＶベルト２５を介して従動プーリ２４に伝達される。このとき、駆動プーリ２２の巻き掛け径は小さく、従動プーリ２４の巻き掛け径は大きい。したがって、従動プーリ２４の回転速度は遅いが、トルクは大きい。

図１１に示されるように、中速時においては、駆動側シーブ移動機構３２は駆動プーリ２２の可動シーブ２９を図９の位置よりも押動し、駆動プーリ２２の溝幅がもっと狭くなり、これによりＶベルト２５はクランク軸２１から遠ざかる。これと同時に、従動側シーブ移動機構３３は従動プーリ２４の可動シーブ３１を図９の位置よりも押動し、従動プーリ２４の溝幅がもっと広くなり、これによりＶベルト２５は従動軸２３に近づく。このとき、駆動プーリ２２の巻き掛け径も従動プーリ２４の巻き掛け径も中くらいである。したがって、従動プーリ２４の回転速度もトルクも中くらいである。

図１２を参照して、Ｖベルト２５は、台形状の横断面を有し、テーパ状の側面を有する。Ｖベルト２５は、多数本のロープ４０と、それらを挟む上ゴム４１及び底ゴム４２と、外側表面に貼り付けられた上帆布４３と、底面（内側表面）に貼り付けられた下帆布４４とを備える。各ロープ４０はＶベルト２５の長手方向に延び、ロープ４０間に充填された接着ゴム４５により固定される。内側スティフレックスゴム４２の底には、Ｖベルト２５の内側向け曲げ強度を小さくするために、多数のコグ(cog)４６が長手方向に並ぶように形成される。各コグ４６はＶベルト２５の幅方向に延び、コグ４６の間には溝４７が形成される。各コグ４６の頭頂面は凹状をなし、クランク軸２１が収まるようになっている。この頭頂面の曲率半径はクランク軸２１の半径の１．５〜２倍である。上帆布４３はバイアス織布からなる。下帆布４４は綿又はナイロン製の織布からなり、コグ４６上に覆われる。クランク軸２１との摩擦係数を低減するために、下帆布４４には下帆布４４を底ゴム４２に接着させるためのゴムを底ゴム４２と下帆布４４との間のみに敷いて加硫することによりゴムが表面に浸透しないようになっている。また、下帆布４４にテフロンを塗布するなどし、下帆布４４の表面に摩擦係数を低減する加工を施す。また、下帆布４４自体をテフロンの布にして摩擦係数を低減する方法もある。

ここで、本実施の形態によるＶベルト２５と比較するために、Ｖベルト２５と異なる２種類のＶベルトを図１３及び図１４に示す。図１３に示したＶベルト５１ではコグ５２の頭頂面が凸状をなし丸くなっている。図１４に示したＶベルト５３ではコグ５４の頭頂面が平らになっている。これに対し、本実施の形態によるＶベルト２５では、図１５に示されるように、コグ４６の頭頂面が凹状をなし、そこにクランク軸２１が収まるようになっている。

Ｖベルト５１，５３，２５は一定の剛性を有するので、一定の曲率半径までしか湾曲しない。Ｖベルト５１，５３，２５の周長が同じ場合、その剛性も同じである。よって、いずれのＶベルト５１，５３，２５もアイドリング時にクランク軸２１に巻き付くことはない。

ただし、図１３に示されるように、Ｖベルト５１を円弧状に湾曲させてクランク軸２１と同心円上に置くと、コグ５２の頭頂面とクランク軸２１の表面との間に間隙Ｄ１が形成される。また、図１４に示されるように、Ｖベルト５３を円弧状に湾曲させてクランク軸２１と同心円上に置くと、コグ５４の頭頂面とクランク軸２１の表面との間に間隙Ｄ２が形成される。また、図１５に示されるように、Ｖベルト２５を円弧状に湾曲させてクランク軸２１と同心円上に置くと、コグ４６の頭頂面とクランク軸２１の表面との間に間隙Ｄ３が形成される。隙間Ｄ１〜Ｄ３はＤ１＜Ｄ２＜Ｄ３の関係を有する。

上述したように、本実施の形態によるＶベルト２５では、コグ４６の頭頂面が凹状をなし、そこにクランク軸２１が収まるようになっているため、隙間Ｄ３が広くなり、Ｖベルト２５の底がクランク軸２１に接触し難くなる。したがって、アイドリング時にクランク軸２１からＶベルト２５に伝達されるトルクが低減される。その結果、本実施の形態による無段変速機２０を備えた自動二輪車１０はエンジン停止状態でも小さな力で手押しすることができる。また、スタンドを立てて後輪１３を地面から浮かせても、後輪１３がつれ回りすることはない。

また、Ｖベルト２５がクランク軸２１を押圧する力を低減するためには、Ｖベルト２５の周長を長くしてもよい。ただし、この場合、低速時の巻き掛け径が大きくなり、変速比を大きく取れない。しかしながら、本実施の形態によるＶベルト２５では、コグ４６の頭頂面が凹状をなしているため、隙間Ｄ３が広くなる。よって、Ｖベルト２５の周長を長くしなくても、Ｖベルト２５がクランク軸２１を押圧する力を低減することができる。

また、ベルトクラッチイン型無段変速機２０では、低速時から高速時にかけて巻き掛け径が大きくなる。巻き掛け径が小さいほど、コグ４６は長手方向に圧縮され、幅方向に膨張する。そして、アイドリングから低速を経て高速に移る時、クランク軸２１のトルクがコグ４６の頭頂面にかかるので、コグ４６にクラックが発生するおそれがある。しかしながら、コグ４６の頭頂面が凹状をなし、コグ４６の体積が小さいので、膨張量が小さくなり、クラックの発生を抑えることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明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形して実施することが可能である。

本発明の実施の形態による無段変速機を用いたスクータ型自動二輪車の外観構成を示す側面図である。図１に示した自動二輪車に用いられる無段変速機の構造を示す断面図である。図２に示した無段変速機の駆動プーリ周辺の拡大図である。図３に示した無段変速機の従動プーリ周辺の拡大図である。図１に示した無段変速機のアイドリング状態を示す一部断面図である。図５に示したアイドリング状態における駆動プーリ周辺の側面図である。図１に示した無段変速機がアイドリングから低速に移るクラッチイン状態を示す一部断面図である。図７に示したクラッチイン状態における駆動プーリ周辺の側面図である。図１に示した無段変速機の低速状態を示す一部断面図である。図９に示した低速状態の側面図である。図１に示した無段変速機の中速状態を示す一部断面図である。図２に示した無段変速機に用いられるＶベルトの構造を示す斜視図である。コグの頭頂面が丸いＶベルト及びクランク軸を示す側面図である。コグの頭頂面が平らなＶベルト及びクランク軸を示す側面図である。図１２に示したＶベルト及びクランク軸を示す側面図である。

符号の説明

１０自動二輪車
１１フレーム
１２前輪
１３後輪
１６エンジン
２０ベルトクラッチイン型無段変速機
２１クランク軸
２２駆動プーリ
２３従動軸
２４従動プーリ
２５Ｖベルト
２６駆動軸
２７ギヤ
２８，３０固定シーブ
２９，３１可動シーブ
３２駆動側シーブ移動機構
３３従動側シーブ移動機構
４２スティフレックスゴム
４４下帆布
４６コグ

Claims

固定シーブ及び可動シーブを有し、原動機のクランク軸に連結される駆動プーリと、
後輪の駆動軸に連結される従動プーリと、
前記駆動プーリと前記従動プーリとに巻き掛けられるＶベルトと、
前記固定シーブと前記可動シーブとの間に形成される溝の底幅が前記Ｖベルトの底幅よりも広くなる位置と、前記溝の底幅が前記Ｖベルトの底幅よりも狭くなる位置との間で、前記可動シーブを軸方向に移動させるシーブ移動機構とを備え、
前記Ｖベルトは、
その底に長手方向に並ぶ複数のコグを含み、前記コグの各々は前記クランク軸が収まる凹状の頭頂面を有する、ことを特徴とする自動二輪車用無段変速機。
請求項１に記載の自動二輪車用無段変速機であって、
前記コグはゴムで形成され、
前記Ｖベルトはさらに、
前記ゴムが浸透しないように前記コグ上に覆われる帆布を含む、ことを特徴とする自動二輪車用無段変速機。
請求項２に記載の自動二輪車用無段変速機であって、
前記帆布の表面に摩擦係数を低減する加工を施した、ことを特徴とする自動二輪車用無段変速機。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動二輪車用無段変速機であって、
前記凹状の頭頂面は前記クランク軸の半径の１．５〜２倍の曲率半径を有する、ことを特徴とする自動二輪車用無段変速機。
自動二輪車の無段変速機に用いられるＶベルトであって、
その底に長手方向に並ぶ複数のコグを含み、前記コグの各々は原動機のクランク軸が収まる凹状の頭頂面を有する、ことを特徴とするＶベルト。
請求項５に記載のＶベルトであって、
前記コグはゴムで形成され、
前記Ｖベルトはさらに、
前記ゴムが浸透しないように前記コグ上に覆われる帆布を含む、ことを特徴とするＶベルト。
請求項６に記載のＶベルトであって、
前記帆布の表面に摩擦係数を低減する加工を施した、ことを特徴とするＶベルト。
請求項５〜７のいずれか１項に記載のＶベルトであって、
前記凹状の頭頂面は前記クランク軸の半径の１．５〜２倍の曲率半径を有する、ことを特徴とするＶベルト。
自動二輪車であって、
フレームと、
前記フレームに取り付けられる前輪及び後輪と、
前記フレームに取り付けられる原動機と、
前記フレームに取り付けられる無段変速機とを備え、
前記無段変速機は、
固定シーブ及び可動シーブを有し、前記原動機のクランク軸に連結される駆動プーリと、
前記後輪の駆動軸に連結される従動プーリと、
前記駆動プーリと前記従動プーリとに巻き掛けられるＶベルトと、
前記固定シーブと前記可動シーブとの間に形成される溝の底幅が前記Ｖベルトの底幅よりも広くなる位置と、前記溝の底幅が前記Ｖベルトの底幅よりも狭くなる位置との間で、前記可動シーブを軸方向に移動させるシーブ移動機構とを備え、
前記Ｖベルトは
その底に長手方向に並ぶ複数のコグを含み、前記コグの各々は前記クランク軸が収まる凹状の頭頂面を有する、ことを特徴とする自動二輪車。