JP2016151288A - 電動アクチュエータ及びそれを使用したｖベルト式無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじ７１への異物の浸入をなくす。
【解決手段】ボールねじ等からなるアーム駆動装置７０により、アーム部材６０を介し駆動プーリ３０の可動プーリ３２を固定プーリ３１に対し進退させるＶベルト式無段変速機である。そのアーム駆動装置が、アーム部材に連結された有蓋筒状連結部材７７と、その連結部材７７内に設けられたボールねじ７１と、連結部材をその筒軸方向に移動可能かつ回転不能に支持するケーシング７７ａとを有し、ボールねじのナット７９は連結部材と一体となり、ボールねじのねじ軸７６は回転駆動装置７２に連結されている。このように、ねじ軸を回転させ、ナットを移動させる構成とすることにより、アーム部材に連結される連結部材を有蓋筒状のものとすることができ、その中にねじ軸を納めれば、ねじ部に異物が浸入することはなくなる。すなわち、防塵されたボールねじとなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動アクチュエータ及びその電動アクチュエータを使用した駆動プーリおよび従動プーリの溝幅の変化によるＶベルトの巻き径の変化によって従動プーリを変速回転させるＶベルト式無段変速機に関する。

電動アクチュエータは、電動機により進退する部材と、その部材の進退により被移動物を移動させる動力伝達部材とを有するものであり、その電動アクチュエータを使用したものとして、例えば、自動二輪車等の車両に採用されるＶベルト式無段変速機がある。
そのＶベルト式無段変速機として、特許文献１、２に記載されたものが従来から知られている。その特許文献１に記載のＶベルト式無段変速機は、駆動軸に支持された駆動プーリと従動軸に支持された従動プーリ間にＶベルトを掛け渡し、アクチュエータの作動により駆動プーリの可動プーリを軸方向にスライドさせて駆動プーリの溝幅を変化させ、その巻径の変化によるＶベルトの張力変動により従動プーリの溝幅を変化させて従動プーリを増速回転または減速回転させるようにしている。

そのアクチュエータは、電動機と、その電動機を駆動源として作動するボールねじを有し、前記電動機によりボールねじのナットを回転し、そのナットにボールを介してねじ合うねじ軸の軸方向への移動（進退）により、フォーク部材を揺動させて上記可動プーリを軸方向に移動させるようにしている。

特許文献２に記載されたＶベルト式無段変速機は、駆動軸に支持された駆動プーリの可動プーリにアーム部材を相対回転可能に、かつ、軸方向に非可動に連結し、そのアーム部材をアクチュエータにより駆動軸の軸方向に移動させ、アーム部材と共に可動プーリを駆動軸の軸方向に移動させて可動プーリの溝幅を変化させ、同様に、その巻径の変化によるＶベルトの張力変動により従動プーリの溝幅を変化させて従動プーリを増速回転または減速回転させるようにしている。

そのアクチュエータは、電動機と、その電動機の回転を減速するギヤ減速機構と、そのギヤ減速機構により作動するボールねじとを有し、前記ボールねじのねじ軸からなる出力軸の軸端部にアーム部材を連結し、ボールねじの作動により前記出力軸を移動させてアーム部材を軸方向に移動させ、上記可動プーリを軸方向に移動させるようにしている。

特開２００９−７９７５９号公報 特開２０１１−３３０６７号公報

上記のアクチュエータは、ボールねじのナットを回転し、その回転によってねじ軸を移動させてフォーク部材又はアーム部材を移動させている。このため、ボールねじのねじ軸がケーシングから突出して耐環境性が低く、そのねじ部への異物浸入により作動不良や短寿命となる恐れがある。

この発明は、上記ボールねじのねじ部への異物浸入を防止（防塵）することを課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明は、ボールねじのねじ軸を回転させナットを移動させる構成とし、そのナットと一体のケースでねじ軸を覆うこととして、ねじ部への異物の浸入をなくようにしたのである。

この発明の構成として、電動機により進退する部材と、その部材の進退により被移動物を移動させる動力伝達部材とを有する電動アクチュエータであって、前記電動機により進退する部材がボールねじのナットであり、そのナットが前記動力伝達部材に連結された連結部材と一体となっており、その連結部材が前記ボールねじを収納する有蓋筒状となって電動アクチュエータのケーシングにその筒軸方向に移動可能かつ回転不能に支持されている構成を採用することができる。

この電動アクチュエータは、種々の機械や装置等に採用できるが、例えば、駆動軸に支持された駆動プーリと、従動軸に支持された従動プーリと、これら駆動プーリと従動プーリ間に掛け渡されたＶベルトと、前記駆動プーリと従動プーリの一方のプーリにおける可動プーリを、その可動プーリを支持する軸に対して回り止めしてスライド自在に支持するスライド案内機構と、前記可動プーリに対して相対回転可能に連結され、可動プーリの軸方向への移動により、その可動プーリを一体に移動させてプーリの溝幅を変化させるアーム部材と、そのアーム部材を軸方向に移動させるアーム駆動装置と、を有してなるＶベルト式無段変速機においては、前記アーム駆動装置が上記電動アクチュエータからなり、前記アーム部材に前記連結部材が連結され、ボールねじのねじ軸は電動機に連結されている構成とすることができる。

上記連結部材をその筒軸方向に移動可能かつ回転不能にケーシングに支持する構成としては、種々が考えられるが、例えば、前記連結部材及びケーシングの一方に、前筒軸方向の溝を形成し、他方にはその溝に嵌って摺動する前記筒軸方向に長い突条を設け、その突条が前記溝内の前記筒軸方向に摺動するようにした構成等を採用することができる。

上記各構成において、上記ケーシングは上記電動機のケーシングと一体ものとすることができる。このようにすれば、両ケーシングを一体成型品として安価なものとすることができるとともに、どちらか一方のケーシングを固定すれば、他方のケーシングを固定する必要もなくなり、取付作業性も向上する。
また、可動プーリを軸方向にスライド可能に支持するスライド案内機構として、可動プーリを支持する軸に、複数のガイドピンが植設された環状のスライド案内部材を嵌合して固定し、そのスライド案内部材における複数のガイドピンのそれぞれを可動プーリのボス部に形成されたガイドピンと同数の軸方向のガイド凹部内にスライド自在に挿入して可動プーリをスライド自在に支持することにより、スプラインの嵌合によって可動プーリをスライド自在に支持する場合に比較して、可動プーリのスライド抵抗を大幅に低減することができる。このため、アーム駆動装置への負荷の低減を図り、そのアーム駆動装置を形成する電動機として、容量の小さな小型のものを採用することができる。

この発明は、上記のように、ボールねじのねじ軸を回転させ、ナットを移動させて、そのナットと一体の部材で前記ボールねじを覆う構成としたので、ボールねじのねじ部に異物が浸入しないものとし得る。

この発明に係るＶベルト式無段変速機の一実施形態を示す切断平面図 図１の駆動プーリ部とアーム駆動装置部の拡大図 図１の従動プーリ部の拡大断面図 図２のＩ−Ｉ線に沿った断面図 図４のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図 ボールねじ部の分解斜視図 同実施形態の作用図

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態は、図１に示すＶベルト式無段変速機に係わるものであり、そのＶベルト式無段変速機は変速機ケース１０を有している。その変速機ケース１０は、ケース本体１１と、そのケース本体１１にねじ止めされたカバー１２とからなる。ケース本体１１は、エンジンカバーを兼用し、そのケース本体１１の一端部および他端部のそれぞれに軸挿入孔１３、１４が設けられている。

ケース本体１１の一端部に設けられた軸挿入孔１３にはエンジンのクランクディスク１５に設けられたクランク軸１６が挿入されている。クランク軸１６は駆動軸としてのプライマリ軸であり、そのプライマリ軸１６は軸挿入孔１３内に組み込まれた軸受１７によって回転自在に支持されている。

ケース本体１１の他端部に設けられた軸挿入孔１４内には従動軸としてのセカンダリ軸１８が挿通されて変速機ケース１０内に臨んでいる。このセカンダリ軸１８は軸挿入孔１４内に組み込まれた軸受１９により回転自在に支持されている。
また、軸挿入孔１３、１４のそれぞれは、シール部材２０の組込みによって密封されている。

変速機ケース１０内にはＶベルト式無段変速機構Ａが収容されている。Ｖベルト式無段変速機構Ａは、プライマリ軸１６に支持された駆動プーリ３０と、セカンダリ軸１８に支持された従動プーリ４０と、これらのプーリ３０、４０間に掛け渡されたＶベルト５０を有している。
また、Ｖベルト式無段変速機構Ａは、駆動プーリ３０の溝幅を調整するアーム部材６０と、そのアーム部材６０を作動させるアーム駆動装置７０を有している。

図１、図２に示すように、駆動プーリ３０は、皿形の固定プーリ３１と、皿形の可動プーリ３２とからなる。固定プーリ３１はプライマリ軸１６に設けられた小径軸部１６ａにスプライン嵌合されてプライマリ軸１６と一体に回転し、上記小径軸部１６ａに嵌合されたスリーブ３３と小径軸部１６ａの端部外周の雄ねじ１６ｂにねじ係合されたナット３４により軸方向から挟持されて軸方向に非可動の固定の配置とされている。

可動プーリ３２は、スリーブ３３に嵌合され、その嵌合部間に滑り軸受３９が組み込まれている。また、可動プーリ３２は、プライマリ軸１６との間に設けられたスライド案内機構３５によってプライマリ軸１６に回り止めされ、かつ、軸方向にスライド自在とされている。

スライド案内機構３５は、小径軸部１６ａの付け根部に環状のスライド案内部材３６を嵌合して小径軸部１６ａの付け根に設けられた段部１６ｃとスリーブ３３とで軸方向から挟持して固定し、そのスライド案内部材３６の片面に植設された複数のガイドピン３７のそれぞれを可動プーリ３２のボス部３２ａに形成されたガイドピン３７と同数の軸方向のガイド凹部３８内に挿入してスライド自在に支持し、上記ガイドピン３７によってプライマリ軸１６の回転を可動プーリ３２にトルク伝達するようにしている。

その複数のガイドピン３７はスライド案内部材３６の軸心を中心とする一つの円上に所定の等間隔をおいて配置されている。そのガイドピン３７が挿入されるガイド凹部３８として、ここでは、溝幅がガイドピン３７のピン径と略同一とされた軸方向溝からなるものを示したが、ガイドピン３７のピン径と略同径のピン孔からなるのものであってもよい。

図１、図３に示すように、従動プーリ４０は、上述の駆動プーリ３０と同様に、皿状の固定プーリ４１と皿状の可動プーリ４２とからなる。固定プーリ４１は、セカンダリ軸１８に嵌合されるボス部４１ａを有し、そのボス部４１ａの内部に組み込まれた一対の軸受４３、４４によって回転自在に支持されている。一対の軸受４３、４４のうち、セカンダリ軸１８の軸端側に位置する軸受４４は軸方向に非可動の支持とされ、その軸受４４にボス部４１ａの内周に形成された段部４１ｂが係合して固定プーリ４１が軸方向に非可動の支持とされている。

可動プーリ４２は、固定プーリ４１のボス部４１ａに嵌合される筒部４２ａを有し、その筒部４２ａに軸方向に延びるスリット４２ｂが形成され、固定プーリ４１のボス部４１ａに取付けられたキー部材４５が前記スリット４２ｂに挿入されて、可動プーリ４２は軸方向にスライド自在とされ、コイルスプリングからなる弾性部材４６により固定プーリ４１に向けて付勢されている。また、可動プーリ４２は、スリット４２ｂとキー部材４５の係合によりボス部４１ａに回り止めされて、ボス部４１ａと一体に回転するようになっている。

固定プーリ４１のボス部４１ａとセカンダリ軸１８の相互間には遠心クラッチ４７が組み込まれている。遠心クラッチ４７は、ボス部４１ａにウェイトアーム４７ａをボス部４１ａと共に回転するよう嵌合固定し、そのウェイトアーム４７ａにウェイト４７ｂを上記セカンダリ軸１８と平行する軸線周りに揺動可能に装着し、上記ウェイト４７ｂの外方を囲む椀状のアウタクラッチ４７ｃをセカンダリ軸１８と共に回転するよう嵌合固定している。

上記遠心クラッチ４７は、Ｖベルト５０の移動によって回転する従動プーリ４０の回転速度が上昇して設定速度に達した際に、遠心力によりウェイト４７ｂが径方向外方に揺動してアウタクラッチ４７ｃの内径面に圧接して係合状態となり、従動プーリ４０の回転をセカンダリ軸１８に伝達するようになっている。

図２に示すように、アーム部材６０は、リング部６１の外周一部に径方向に延びる軸部６２を設けた構成とされており、前記リング部６１が可動プーリ３２のボス部３２ａに嵌合されたレリーズ軸受６３を介して相対回転自在に支持され、かつ、軸方向には非可動の支持とされて可動プーリ３２と一体に移動するようになっている。

アーム部材６０は、軸部６２の端部に負荷される軸方向の押圧力により可動プーリ３２と一体となってプライマリ軸１６の軸方向に移動し、前記軸部６２に対する押圧力の負荷によりリング部６１には傾きを生じさせるようなモーメント荷重が負荷される。そのモーメント荷重を安定よく支持するため、レリーズ軸受６３は、複列アンギュラ玉軸受を使用したり、深みぞ玉軸受を使用したりすることができる。深みぞ玉軸受は、一つであっても良いが、二つ以上用いるのが好ましい。

図２に示すように、アーム駆動装置７０は、ボールねじ７１と、そのボールねじ７１を作動させる回転駆動装置７２とを有し、そのボールねじ７１と回転駆動装置７２はユニットケース８０内に納められて変速機ケース１０のカバー１２に設けられた嵌合凹部８１内に嵌合されている。
回転駆動装置７２は、電動機（モータ）７３と、その電動機７３のロータ軸７３ａの回転を減速して出力する減速機構７４とを有している。
減速機構７４は、複数段の平歯車による平歯車式減速機からなる。減速機構７４の最終段の出力ギヤ７４ａに設けられた出力軸７５は軸受７５ａを介してケース８０に回転自在に支持されてボールねじ７１のねじ軸７６に連結されている。減速機構７４は、遊星歯車式とすることができる。

ボールねじ７１は、図２、図６に示すように有蓋筒状連結部材７７内に設けられて、防塵されたボールねじとなって、耐環境性が高く、作動不良や短寿命となる恐れが少ないものとなっている。このため、防塵用カバー（ブーツ）等のシール部材も別途に設ける必要がなくなり、部品点数の削減が可能なものとなっている。
その連結部材７７のケーシング７７ａは電動機７３のケーシング７３ｂと一体の成型品からなり、そのケーシング７７ａ、７３ｂはケース８０にビス止めされている。連結部材７７は、その外周の１８０度対称位置の突条７８をケーシング７７ａの筒状内面の溝７８ａに嵌め込むことによってその筒軸上に移動可能かつ回転不能に収納される。突条７８と溝７８ａは連結部材７７の回り止めと筒軸方向への移動（摺動）を担保できれば１条でも良いが、２条以上の複数が好ましく、その際、周囲等間隔が好ましい。また、突条７８をケーシング７７ａに、溝７８ａを連結部材７７に設けることができる。

ボールねじ７１のナット７９はねじ７９ａ止めによって連結部材７７に固定されている。ここで、ボールねじ７１のねじ軸７６は上記減速機構７４の出力軸７５に連結されているため、回転駆動装置７２の電動機７３が回転すると、減速機構７４を介してねじ軸７６が回転し、その回転に伴ってナット７９が移動し、そのナット７９とともに連結部材７７も移動する。

連結部材７７の頂面（蓋面）には、上記突条７８が突出し、その突条にピン７８ｂでもって上記アーム部材６０の径方向に延びる軸部６２が連結されている（図２参照）。このため、連結部材７７の移動に伴いアーム部材６０がプライマリ軸１６の軸方向に移動する。

この実施形態のＶベルト式無段変速機は以上の構成であり、アーム駆動装置７０の電動機７３は、図示省略した制御部により制御される。いま、プライマリ軸１６が回転し、そのプライマリ軸１６と共に駆動プーリ３０が回転すると、その回転はＶベルト５０を介して従動プーリ４０に伝達されて、従動プーリ４０が駆動プーリ３０と同方向に回転し、遠心クラッチ４７が係合して従動プーリ４０の回転がセカンダリ軸１８に伝達される。

プライマリ軸１６からセカンダリ軸１８へのトルク伝達状態において、電動機７３を回転させると、その回転は平歯車式減速機７４により減速されて出力軸７５が回転する。
この出力軸７５が回転すると、ボールねじ７１のねじ軸７６が回転してナット７９がその軸方向に移動する。

ここで、図１，図２は、ナット７９がねじ軸７６に対して最も前進した状態にあり、駆動プーリ３０の可動プーリ３２は固定プーリ３１に対して最も離反した状態にある。この状態から、ねじ軸７６が回転すると、図７に示すように、ナット７９はねじ軸７６に対して後退し（図２において、下方に移動し）、アーム部材６０がプライマリ軸１６の軸方向に移動する。
このとき、アーム部材６０には駆動プーリ３０の可動プーリ３２が連結されているため、可動プーリ３２が固定プーリ３１に向けて移動し、その移動によって駆動プーリ３０の溝幅が狭くなり、Ｖベルト５０の巻き径が大きくなる。
この駆動プーリ３０の巻き径の増大によってＶベルト５０の張力が増大するため、弾性部材４６の付勢力に抗して従動プーリ４０における可動プーリ４２が固定プーリ４１から離反する方向にスライドし（図３の実線から鎖線状態）、従動プーリ４０の溝幅が大きくなってＶベルト５０の巻き径が小さくなる。

その結果、駆動プーリ３０の回転は増速されて従動プーリ４０に伝達され、セカンダリ軸１８が高速度で回転する。図７は、ナット７９がねじ軸７６に対して最も後退した状態を示し、駆動プーリ３０の掛かるＶベルト５０の巻き径は最大径とされる。

その図７に示す状態からねじ軸７６を逆方向に回転させると、ナット７９はねじ軸７６に対して前進し、アーム部材６０がプライマリ軸１６の軸方向に移動して、可動プーリ３２が固定プーリ３１から離れ、その移動によって駆動プーリ３０の溝幅が大きくなり、Ｖベルト５０の巻き径が小さくなる。
この駆動プーリ３０の巻き径の減少によってＶベルト５０の張力も減少し、従動プーリ４０の可動プーリ４２には、図３に示すように、弾性部材４６の押圧力が負荷されているため、可動プーリ４２は固定プーリ４１に向けて移動して従動プーリ４０の溝幅が狭くなり、Ｖベルト５０の巻き径が大きくなる（同図の鎖線から実線状態）。
その結果、駆動プーリ３０の回転は減速されて従動プーリ４０に伝達され、セカンダリ軸１８が低速度で回転する。

このように、ボールねじ７１のねじ軸７６の回転によるナット７９（連結部材７７）の移動によって変速比を調整することができる。

その駆動プーリ３０の可動プーリ３２が固定プーリ３１に向けてスライドするとき、そのスライド抵抗が大きい場合、そのスライド抵抗は電動機７３の負荷となり、容量の大きな電動機７３が必要となる。
しかし、この実施形態では、スライド案内部材３６の複数のガイドピン３７によって可動プーリ３２をスライド自在に支持しているため、スプラインの嵌合によって可動プーリ３２をスライド自在に支持する場合に比較して、可動プーリ３２のスライド抵抗を大幅に低減することができ、電動機７３として容量の小さな小型のものを採用することができる。

なお、上記実施形態においては、アーム駆動装置７０によって駆動プーリ３０の可動プーリ３２を固定プーリ３１に対してスライドさせて変速比を変えるようにしたが、アーム駆動装置７０によって従動プーリ４０の可動プーリ４２を固定プーリ４１に対してスライドさせて変速比を変えるようにしてもよい。

因みに、上記実施形態においては、この発明に係る電動アクチュエータをＶベルト式無段変速機に採用した例であったが、この発明は、電動機により進退する部材と、その部材の進退により被移動物を移動させる動力伝達部材とを有する種々の電動アクチュエータであれば採用し得ることは勿論である。

１６ プライマリ軸(駆動軸)
１８ セカンダリ軸(従動軸)
３０ 駆動プーリ
３１ 駆動プーリの固定プーリ
３２ 同可動プーリ
３５ スライド案内機構
３６ スライド案内部材
３７ ガイドピン
３８ ガイド凹部
４０ 従動プーリ
４１ 従動プーリの固定プーリ
４２ 同可動プーリ
５０ Ｖベルト
６０ アーム部材
７０ アーム駆動装置
７１ ボールねじ
７２ 回転駆動装置
７３ 回転駆動装置の電動機
７６ ボールねじのねじ軸
７７ 連結部材
７７ａ 連結部材のケーシング
７８ 突条
７８ａ 溝
７９ ボールねじのナット

Claims (5)

1. 電動機により進退する部材と、その部材の進退により被移動物を移動させる動力伝達部材とを有する電動アクチュエータであって、
   上記電動機により進退する部材がボールねじのナットであり、そのナットが上記動力伝達部材に連結された連結部材と一体となっており、その連結部材が前記ボールねじを収納する有蓋筒状となって電動アクチュエータのケーシングにその筒軸方向に移動可能かつ回転不能に支持されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 駆動軸に支持された駆動プーリと、従動軸に支持された従動プーリと、これら駆動プーリと従動プーリ間に掛け渡されたＶベルトと、前記駆動プーリと従動プーリの一方のプーリにおける可動プーリを、その可動プーリを支持する軸に対して回り止めしてスライド自在に支持するスライド案内機構と、前記可動プーリに対して相対回転可能に連結され、可動プーリの軸方向への移動により、その可動プーリを一体に移動させてプーリの溝幅を変化させるアーム部材と、そのアーム部材を軸方向に移動させるアーム駆動装置と、を有してなるＶベルト式無段変速機において、
   上記アーム駆動装置が請求項１記載の電動アクチュエータからなり、上記アーム部材に上記連結部材が連結され、ボールねじのねじ軸は電動機に連結されていることを特徴とするＶベルト式無段変速機。
3. 上記連結部材及びケーシングの一方に、上記筒軸方向の溝を形成し、他方にはその溝に嵌って摺動する前記筒軸方向に長い突条を設け、その突条の前記溝内の前記筒軸方向の摺動によって、前記連結部材がその筒軸方向に移動可能かつ回転不能に支持されていることを特徴とする請求項２に記載のＶベルト式無段変速機。
4. 上記ケーシングが前記電動機のケーシングと一体ものであることを特徴とする請求項２又は３に記載のＶベルト式無段変速機。
5. 上記可動プーリを軸方向にスライド可能に支持するスライド案内機構が、その可動プーリを支持する軸に、複数のガイドピンが植設された環状のスライド案内部材を嵌合して固定し、そのスライド案内部材における複数のガイドピンのそれぞれを前記可動プーリのボス部に形成されたガイドピンと同数の軸方向のガイド凹部内にスライド自在に挿入した構成からなる請求項２乃至４の何れか一つに記載のＶベルト式無段変速機。

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