JP2017009023A - 可変速プーリ装置 - Google Patents

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齋藤 隆英
Takahide Saito
隆英 齋藤
直志 服部
Naoshi Hattori
直志 服部
佐藤 光司
Koji Sato
光司 佐藤
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Abstract

【課題】補機駆動装置の小型、軽量化を図ることができる可変速プーリ装置を提供することである。【解決手段】クランクシャフト10と同軸上に配置された駆動プーリ20に、クランクシャフト10の軸端面に対向配置されるプーリ軸23を設け、そのプーリ軸23とクランクシャフト10の相互間に、クランクシャフト10の回転を変速してプーリ軸23に伝達するトラクションドライブ変速機30を設けて、クランクシャフト10の回転をトラクションドライブ変速機30により変速してプーリ軸23に伝達し、駆動プーリ20をクランクシャフト10によって直接駆動する。【選択図】図1

Description

この発明は、補機の駆動装置に使用される可変速プーリ装置に関する。
自動車エンジンのクランクシャフトの回転によってウォータポンプやエアーコンディショナのコンプレッサ、オルタネータ等の補機の駆動装置に用いられる可変速プーリ装置として特許文献1に記載されたものが従来から知られている。
上記特許文献1に記載された可変速プーリ装置においては、エンジンのクランクシャフトに接続される駆動軸に離間して従動軸を設け、上記駆動軸に設けられた駆動プーリと従動軸に設けられた従動プーリとの間にベルトをかけ渡し、上記駆動プーリを形成する一対の駆動用プーリフランジの一方を他方に対して軸方向に相対移動させて駆動プーリに対するベルトの巻き径を調整すると共に、従動プーリを形成する一対の従動用プーリフランジの一方を他方に対して軸方向に移動させて従動プーリに対するベルトの巻き径を調整して、駆動軸の回転を変速して従動軸に伝達している。
このとき、駆動プーリに対するベルトの巻き径を大きくした場合には従動プーリに対するベルトの巻き径が小さくなるよう相反する方向にベルト巻き径を調整して変速比を変化させ、上記従動軸の回転をベルト伝動装置により補機の回転軸に伝達している。
特開平5―60194号公報
ところで、上記従来の可変速プーリ装置においては、補機の駆動に際し、クランクシャフトに接続される駆動軸の回転をVベルト式の無段変速機を介して従動軸に伝達しているため、構成が複雑であると共に従動軸やVベルト式無段変速機を組み込むために大きなスペースを確保する必要あり、補機駆動装置が大型化し、重量も重くなるという不都合がある。
この発明の課題は、補機駆動装置の小型、軽量化を図ることができる可変速プーリ装置を提供することである。
上記の課題を解決するため、この発明においては、クランクシャフトと、そのクランクシャフトと同軸上に配置された駆動プーリとを有し、前記駆動プーリに、前記クランクシャフトの軸端面に対向配置されるプーリ軸を設け、そのプーリ軸とクランクシャフトの相互間に、クランクシャフトの回転を変速してプーリ軸に伝達するトラクションドライブ変速機を設けた構成を採用したのである。
上記の構成からなる可変速プーリ装置において、クランクシャフトを回転すると、そのクランクシャフト上に設けられたトラクションドライブ変速機により変速されて駆動プーリのプーリ軸に伝達され、駆動プーリが変速回転する。
したがって、補機の回転軸に従動プーリを取り付け、その従動プーリと駆動プーリ間にベルトを掛け渡すことによって、駆動プーリの回転を従動プーリを介して補機の回転軸に伝達することができ、クランクシャフトにより補機を直接駆動することができる。
ここで、トラクションドライブ変速機は、クランクシャフトの軸端部に設けられた入力側ドライブコーンとプーリ軸の軸端部に設けられた出力側ドライブコーンのそれぞれの外周テーパ面にドライブボールを接触し、そのドライブボールを回転自在に支持する変速比調整軸を傾動装置により傾動させて、ドライブボールに対する入力側ドライブコーンおよび出力側ドライブコーンの接触径の変更によって変速比を変更するコーン・ボール式のものであってもよい。
また、トラクションドライブ変速機は、クランクシャフトの軸端部に入力ディスクを設け、プーリ軸の軸端部に出力ディスクを設け、その入力ディスクと出力ディスクの対向内側面に形成された凹球面状のトルク伝達面に跨るようにしてパワーローラの外周の凸形球面を接触し、上記パワーローラを回転自在に支持する支持軸の端部に交差方向に延びる変速比調整軸を設け、その変速比調整軸を傾動装置により傾動させて、上記凸形球面に対する入力ディスクおよび出力ディスクの接触径の変更によって変速比を変更するフルトロイダル式のものであってもよい。
さらに、トラクションドライブ変速機は、クランクシャフトの軸端部に入力ディスクを設け、プーリ軸の軸端部に出力ディスクを設け、その入力ディスクと出力ディスクの外周に形成された凹球面状のトルク伝達面に跨るようにしてお椀型パワーローラの外周の凸形球面を接触し、上記パワーローラを回転自在に支持する支持軸の端部に交差方向に延びる変速比調整軸を設け、その変速比調整軸を傾動装置により傾動させて、上記凸形球面に対する入力ディスクおよび出力ディスクの接触径の変更によって変速比を変更するハーフトロイダル式のものであってもよい。
トラクションドライブ変速機における上記傾動装置として、エンジンケースの外側面に固定された変速機ケースと、その変速機ケースの側板に対向配置されてクランクシャフトを中心に回転可能な円環状のカムプレートと、そのカムプレートを回動させる回動装置とを備え、前記側板には径方向に延びるガイド溝を設け、上記カムプレートには上記ガイド溝に対して傾斜する傾斜状孔を形成し、その傾斜状孔と上記ガイド溝の交差部に上記変速比調整軸の一端部を挿入して、上記カムプレートの回転により上記変速比調整軸の一端部を上記ガイド溝に沿って径方向に移動させる構成からなるものを採用することができる。
上記傾動装置における回動装置は、モータを駆動源として回転されるボールねじ軸と、そのボールねじ軸にボールを介してねじ係合されたボールねじナットと、そのボールねじナットに一端部が固定されたリンクと、そのリンクの他端部に設けられてカムプレートに形成された径方向に長く延びる径方向溝に挿入されたピンとからなるもであってもよく、あるいは、カムプレートの外周に形成された外歯に噛合するねじ歯車と、そのねじ歯車の回転駆動用のモータとからなるものであってもよい。
ここで、変速比調整軸のガイド溝に対する挿通部および傾斜状孔に対する挿通部のそれぞれに軸受を設けておくと、変速比調整軸をガイド溝および傾斜状孔に沿って円滑に移動させることができる。このとき、軸受は滑り軸受、転がり軸受のいずれでもよい。良好な円滑性を得るためには、転がり軸受を用いるのが好ましい。
この発明においては、上記のように、クランクシャフトと同軸上で駆動プーリを可変速することができるため、駆動プーリの回転を補機に直接伝達することができ、先行技術文献に記載の従動軸やVベルト式無段変速機を不要とし得る分、補機駆動装置の小型化および軽量化を図ることができる。
この発明に係る可変速プーリ装置の縦断面図 図1のトラクションドライブ変速機構部を拡大して示す断面図 図1のIII−III線に沿った断面図 図3のIV−IV線に沿った断面図 (I)は図3の傾動装置の一部を拡大して示す断面図、(II)は変速比の切換え状態を示す断面図 図1に示すトラクションドライブ変速機の変速状態を示す断面図 傾動装置を形成する回動装置の他の例を示す断面図 補機駆動装置の概略図 トラクションドライブ変速機の他の例を示す縦断面図 トラクションドライブ変速機のさらに他の例を示す縦断面図
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1に示すように、エンジンのクランクシャフト10はエンジンケース11を貫通して軸端部が外部に臨み、その軸端部に対向して駆動プーリ20が設けられている。
駆動プーリ20は、ベルト案内輪21の軸方向の一端部に端板22を設け、その端板22の中心部にプーリ軸23を設けた構成とされている。駆動プーリ20は、プーリ軸23の軸端面がクランクシャフト10の軸端面に対向するようにして同軸上に設けられ、そのクランクシャフト10とプーリ軸23の相互間に、クランクシャフト10の回転を変速してプーリ軸23に伝達するトラクションドライブ変速機30が設けられている。
トラクションドライブ変速機30は、クランクシャフト10の軸端部に設けられた入力側ドライブコーン31とプーリ軸23の軸端部に設けられた出力側ドライブコーン32における外周テーパ面31a、32aのそれぞれに複数のドライブボール33を接触し、その複数のドライブボール33の外周囲に側面を互いに衝合した一対のアウタリング34を設け、各アウタリング34を後述する変速機ケース41の胴体42内径面に取り付けた一対の転がり軸受38で回転自在に支持し、上記それぞれのドライブボール33を回転自在に支持する変速比調整軸35を傾動装置40により傾動させて変速比を変更するコーン・ボール式のものからなる。
ここで、入力側ドライブコーン31はクランクシャフト10の軸端部にスプライン36の嵌合による取り付けとされている。一方、出力側ドライブコーン32はプーリ軸23にスプライン37の嵌合による取り付けとされて、外周テーパ面32aが入力側ドライブコーン31の外周テーパ面31aと対向し、その互いに対向する外周テーパ面31a、32aに跨るようにしてドライブボール33が設けられている。
一対のアウタリング34におけるそれぞれの内周面34aは断面円弧状とされ、その円弧状内周面34aはドライブボール33の外周球面に接触してドライブボール33の回転を案内すると共に、ドライブボール33が径方向外方に向けて移動するのを防止する。
図2乃至図4に示すように、傾動装置40は、エンジンケース11の外側面に取り付けられた変速機ケース41の対向一対の側板43a、43bの対向内側面のそれぞれに径方向に延びるガイド溝44、45を設け、エンジンケース11側に位置する一方の側板43aに対向配置されてクランクシャフト10を中心に回転可能な円環状のカムプレート46に、上記ガイド溝44に対して傾斜する傾斜状孔47を形成し、その傾斜状孔47と上記ガイド溝44の交差部に変速比調整軸35の一端部を挿入し、変速比調整軸35の他端部を他方側板43bのガイド溝45に挿入し、上記カムプレート46を回動装置60により回動させて変速比調整軸35の両端部を対向する一対のガイド溝44、45に沿って径方向に移動させるようにしている。
ここで、変速機ケース41は、円筒状の胴体42と、その胴体42の両端に設けられた上記一対の側板43a、43bとからなり、それぞれの側板43a、43bの外周部を貫通し、胴体42にねじ込まれるボルト48の締め付けによって一対の側板43a、43bのそれぞれが胴体42に固定されている。
上記変速機ケース41は、一対の側板43a、43bの一方がエンジンカバー11の外側面に衝合する取り付けとされており、対向一対の側板43a、43bのそれぞれには、その対向内面にボス部49、50が設けられ、一方の側板43aに設けられたボス部49によってカムプレート46が回転自在に支持されている。また、カムプレート46はボス部49の外径面端部に取り付けられた止め輪51によって抜止めされている。
また、一対の側板43a、43bに設けられたボス部49、50のそれぞれ内部には転がり軸受52、52が組み込まれ、一方の側板43aにおけるボス部49内の転がり軸受52によって入力側ドライブコーン31のボス部31bが回転自在に支持され、他方の側板43bにおけるボス部50内の転がり軸受52によって出力側ドライブコーン32のボス部32bが回転自在に支持されている。その出力側ドライブコーン32のボス部32bの支持によって駆動プーリ20は回転自在の支持とされる。
また、ボス部49、50のそれぞれ内部には、転がり軸受52の外側にシール部材53が組み込まれ、そのシール部材53によって変速機ケース41内は密閉状態とされている。
変速比調整軸35には、円滑な傾動動作が得られるようにするため、ガイド溝44、45内に位置する両端部および傾斜状孔47の挿通部に軸受54が設けられている。軸受54は滑り軸受であってもよく、転がり軸受であってもよい。円滑な傾動動作が得られるようにするためには、転がり軸受を採用するのが好ましい。
実施の形態においては、カムプレート46の断面形状を円弧状とし、その凹形となる一側面をドライブボール33と対向し、凸形とされた他側面を変速機ケース41の一方の側板43aの内側面に形成された断面円弧状の環状溝55に嵌め合せて変速機ケース41の軸方向長さのコンパクト化を図るようにしているが、カムプレート46は断面矩形の円環状のものであってもよい。
カムプレート46を回動させる回動装置60は、変速機ケース41の胴体42に支持されたモータ61と、そのモータ61に接続されてカムプレート46の外周接線方向に延びるボールねじ軸62と、そのボールねじ軸62に図示省略したボールを介してねじ係合するボールねじナット63と、そのボールねじナット63に一端部が固定されたリンク64と、そのリンク64の他端部に設けられてカムプレート46に形成された径方向に長く延びる径方向溝65に挿入されたピン66とからなっている。
上記回動装置60は、モータ61の駆動によりボールねじ軸62を回動し、ボールねじナット63と共にリンク64をボールねじ軸62の軸方向に移動させ、リンク64の他端部に設けられたピン66が径方向溝65の対向内側面を押圧する作用によってカムプレート46を回動させるようにしている。
実施の形態で示す可変速プーリ装置は上記の構造からなり、図1は、ドライブボール33の変速比調整軸35がクランクシャフト10に平行に配置されている状態を示し、上記クランクシャフト10の回転はトラクションドライブ変速機30で変速されることなくプーリ軸23に伝達され、駆動プーリ20が回転する。
具体的に、クランクシャフト10が回転すると、ドライブボール33が接触回転し、そのドライブボール33と接触する出力側ドライブコーン32が接触回転する。このとき、ドライブボール33の入力側ドライブコーン31が接触する接触半径(R1)は、出力側ドライブコーン32が接触する接触半径(R2)と同径であるため、入力側ドライブコーン31の回転は変速されることなく出力側ドライブコーン32に伝達されて、駆動プーリ20がクランクシャフト10と同速回転する。
図5(I)に示す回動装置60のモータ61を回転すると、ボールねじ軸62が回転し、ボールねじナット63およびそのボールねじナット63に固定されたリンク64がボールねじ軸62の軸方向に移動する。
リンク64を図5(I)の矢印aで示す方向に移動させると、ピン66が径方向溝65の内側面を押圧し、その押圧によりカムプレート46が同図の反時計方向に回転する。カムプレート46の回転により傾斜状孔47とガイド溝44の交差部に挿通された変速比調整軸35の一端部がガイド溝44に沿って径方向内方に移動する。
図5(II)は、変速比調整軸35の一端部をガイド溝44の内端に当接位置まで移動させた状態を示し、その変速比調整軸35の一端部の移動により、図6に示すように、変速比調整軸35はエンジンケース11側の一端部がクランクシャフト10に接近して内方傾斜し、ドライブボール33に対しての入力側ドライブコーン31の接触半径(R1)がドライブボール33に対しての出力側ドライブコーン32の接触半径(R2)より小さくなり、入力側ドライブコーン31の回転が増速されて出力側ドライブコーン32に伝達され、駆動プーリ20が増速回転する。
ここで、クランクシャフト10から駆動プーリ20への増速比は、変速比調整軸35の傾斜角度が小さくなるにつれて次第に小さくなる。
上記とは異なり、ボールねじ軸62を上記の逆方向に回転させると、カムプレート46が図5(I)に示す状態から時計方向に回転し、変速比調整軸35がガイド溝44に沿って径方向外方に向けて移動し、変速比調整軸35はエンジンケース11側の一端部がクランクシャフト10から離反して外方傾斜し、ドライブボール33に対する入力側ドライブコーン31の接触半径(R1)がドライブボール33に対する出力側ドライブコーン32の接触半径(R2)より大きくなり、入力側ドライブコーン31の回転が減速されて出力側ドライブコーン32に伝達され、駆動プーリ20が減速回転する。
このように、クランクシャフト10と同軸上において駆動プーリ20をトラクションドライブ変速機30によって可変速することができるため、図8に示すように、補機70の回転軸71に従動プーリ72を取り付け、その従動プーリ72と駆動プーリ20間にベルト73を掛け渡すことで駆動プーリ20の回転を従動プーリ72に伝達することができ、クランクシャフト10によって補機70を直接駆動することができる。そのため、先行技術文献に記載の従動軸やVベルト式無段変速機を不要とすることができ、補機駆動装置の小型化および軽量化を図ることができる。
図5(I)においては、カムプレート46を回動させる回動装置60として、ボールねじ機構を採用し、ボールねじナット63に固定したリンク64の他端部のピン66でカムプレート46に形成された径方向溝65の内側面を押圧するようにしたものを示したが、上記ボールねじ機構に代えて、すべりねじ機構を採用してもよい。また、回動装置60はねじ機構に限定されるものではない。
図7は、回動装置60の他の例を示す。この例においては、カムプレート46の外周に外歯67を設け、その外歯67に噛合するねじ歯車68をモータ61により駆動して、カムプレート46を回動させるようにしている。
また、図1においては、トラクションドライブ変速機30として、コーン・ボール式のものを示したが、トラクションドライブ変速機30はこれに限定されるものではない。
図9は、トラクションドライブ変速機30の他の例を示す。この例においては、クランクシャフト10の軸端部に入力ディスク80を設け、プーリ軸23の軸端部に出力ディスク81を設け、上記入力ディスク80と上記出力ディスク81の対向側面に形成された凹球面状のトルク伝達面82、83に跨るようにして複数のパワーローラ84の外周の凸形球面85を接触し、それぞれのパワーローラ84を回転自在に支持する支持軸86の端部に交差方向に延びる変速比調整軸87を設け、その変速比調整軸87を傾動装置40により傾動させて、変速比を変更するフルトロイダル式のトラクションドライブ変速機を採用している。
ここで、図9に示す傾動装置40と図2乃至図4に示す傾動装置40とは、カムプレート46の形状や各部品の大きさが相違するものの、基本的には図2乃至図4に示す傾動装置40と同じであるため、同一の部品には同一の符号を付して説明を省略する。なお、図9に示す傾動装置40のカムプレート46はお椀状として、そのカムプレート46に傾斜状孔47を設けている。
図9に示すトラクションドライブ変速機30においては、回動装置60による変速比調整軸87の傾動によってパワーローラ84を傾斜させ、入力ディスク80および出力ディスク81に対するパワーローラ84の接触半径(R1、R2)を変更して入力ディスク80から出力ディスク81への変速比を調整する。
図10は、トラクションドライブ変速機30のさらに他の例を示す。この例においては、クランクシャフト10の軸端部に入力ディスク90を設け、プーリ軸23の軸端部に出力ディスク91を設け、上記入力ディスク90の外周と上記出力ディスク91の外周に形成された凹球面状のトルク伝達面92、93に跨るようにして複数のお椀型パワーローラ94の外周の凸形球面95を接触し、それぞれのパワーローラ94を回転自在に支持する支持軸96の端部に、その支持軸96に対して交差方向に延びる変速比調整軸97を設け、その変速比調整軸97を傾動装置40により傾動させて、変速比を変更するハーフトロイダル式のトラクションドライブ変速機を採用している点で、図9に示すトラクションドライブ変速機30と相違する。このため、図9と同一の部品には同一の符号を付して説明を省略する。
図10に示すトラクションドライブ変速機30においては、回動装置60による変速比調整軸97の傾動によりパワーローラ94を傾斜させ、入力ディスク90および出力ディスク91に対するパワーローラ94の接触半径(R1、R2)を変更して入力ディスク90から出力ディスク91への変速比を調整する。
10 クランクシャフト
11 エンジンケース
20 駆動プーリ
23 プーリ軸
30 トラクションドライブ変速機
31 入力側ドライブコーン
31a テーパ面
32 出力側ドライブコーン
32a テーパ面
33 ドライブボール
35 変速比調整軸
40 傾動装置
41 変速機ケース
43a、43b 側板
44 ガイド溝
46 カムプレート
47 傾斜状孔
54 軸受
60 回動装置
61 モータ
62 ボールねじ軸
63 ボールねじナット
64 リンク
65 径方向溝
66 ピン
67 外歯
68 ねじ歯車
80 入力ディスク
81 出力ディスク
82 トルク伝達面
83 トルク伝達面
84 パワーローラ
85 凸形球面
86 支持軸
87 変速比調整軸
90 入力ディスク
91 出力ディスク
92 トルク伝達面
93 トルク伝達面
94 パワーローラ
95 凸形球面
96 支持軸
97 変速比調整軸
R1、R2 接触半径

Claims (8)

  1. クランクシャフトと、そのクランクシャフトと同軸上に配置された駆動プーリとを有し、前記駆動プーリに、前記クランクシャフトの軸端面に対向配置されるプーリ軸を設け、そのプーリ軸とクランクシャフトの相互間に、クランクシャフトの回転を変速してプーリ軸に伝達するトラクションドライブ変速機を設けた可変速プーリ装置。
  2. 前記トラクションドライブ変速機が、前記クランクシャフトの軸端部に設けられた入力側ドライブコーンと前記プーリ軸の軸端部に設けられた出力側ドライブコーンのそれぞれの外周テーパ面にドライブボールを接触し、そのドライブボールを回転自在に支持する変速比調整軸を傾動装置により傾動させて変速比を変更するコーン・ボール式のものからなる請求項1に記載の可変速プーリ装置。
  3. 前記トラクションドライブ変速機が、前記クランクシャフトの軸端部に入力ディスクを設け、前記プーリ軸の軸端部に出力ディスクを設け、その入力ディスクと出力ディスクの対向内側面に形成された凹球面状のトルク伝達面に跨るようにしてパワーローラの外周の凸形球面を接触し、前記パワーローラを回転自在に支持する支持軸の端部に交差方向に延びる変速比調整軸を設け、その変速比調整軸を傾動装置により傾動させて変速比を変更するフルトロイダル式のものからなる請求項1に記載の可変速プーリ装置。
  4. 前記トラクションドライブ変速機が、前記クランクシャフトの軸端部に入力ディスクを設け、前記プーリ軸の軸端部に出力ディスクを設け、その入力ディスクと出力ディスクの外周に形成された凹球面状のトルク伝達面に跨るようにしてお椀型パワーローラの外周の凸形球面を接触し、前記パワーローラを回転自在に支持する支持軸の端部に交差方向に延びる変速比調整軸を設け、その変速比調整軸を傾動装置により傾動させて変速比を変更するハーフトロイダル式のものからなる請求項1に記載の可変速プーリ装置。
  5. 前記傾動装置が、エンジンケースの外側面に固定された変速機ケースと、その変速機ケースの側板に対向配置されてクランクシャフトを中心に回転可能な円環状のカムプレートと、そのカムプレートを回動させる回動装置とを備え、前記側板には径方向に延びるガイド溝を設け、前記カムプレートには前記ガイド溝に対して傾斜する傾斜状孔を形成し、その傾斜状孔と前記ガイド溝の交差部に前記変速比調整軸の一端部を挿入して、前記カムプレートの回転により前記変速比調整軸の一端部を前記ガイド溝に沿って径方向に移動させる構成からなる請求項2乃至4のいずれか1項に記載の可変速プーリ装置。
  6. 前記回動装置が、モータを駆動源として回転されるボールねじ軸と、そのボールねじ軸にボールを介してねじ係合されたボールねじナットと、そのボールねじナットに一端部が固定されたリンクと、そのリンクの他端部に設けられて前記カムプレートに形成された径方向に長く延びる径方向溝に挿入されたピンとからなる請求項5に記載の可変速プーリ装置。
  7. 前記回動装置が、前記カムプレートの外周に形成された外歯に噛合するねじ歯車と、そのねじ歯車の回転駆動用のモータとからなる請求項5に記載の可変速プーリ装置。
  8. 前記変速比調整軸の前記ガイド溝に対する挿通部および前記傾斜状孔に対する挿通部のそれぞれに軸受を設けた請求項5乃至7のいずれか1項に記載の可変速プーリ装置。
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