JP6002614B2 - Ｖベルト式無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、可動シーブを移動させるアクチュエータを備えたＶベルト式無段変速機に関する。

エンジン出力を適度に変速して駆動輪に伝える変速機には各種の構造が提案され、近年は、Ｖベルト式無段変速機が普及するようになってきた。Ｖベルト式無段変速機は、駆動プーリと従動プーリとＶベルトを基本要素とする。さらに、駆動プーリ及び従動プーリは、各々固定シーブと可動シーブからなり、特許文献１には、可動シーブをアクチュエータで移動させる技術が開示されている（特許文献１（図１）参照。）。

特許文献１のアクチュエータ（１００）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）は、ボールねじのねじ軸（１１１）でフォーク部材（３００）を揺動させ、揺動するフォーク部材（３００）により可動シーブ（２０７）を移動させる。

ボールねじは、ねじ効率が高いという利点を有する反面、精密であるため高価である。また、ねじ溝（１１１ｃ）とボール（１１２）との接触が点接触であるため衝撃に弱く、耐久性を維持するためにねじ軸（１１１）を大径にしようとすると、設置スペースを大きくする必要がある。
近年、変速機のコストダウン、小型化が求められる中、このような理由から、ボールねじに代わるアクチュエータが求められている。

特開２００９−７９７５９公報

本発明は、ボールねじに代わるアクチュエータを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、固定シーブと、この固定シーブに対して移動可能な可動シーブと、両シーブ間に巻き掛けられるＶベルトとを主要素とするＶベルト式無段変速機において、前記可動シーブを移動させるアクチュエータを備え、このアクチュエータは、駆動源となるモータと、めねじが形成されると共に前記モータにより回転駆動されるナット部材と、このナット部材のめねじに噛み合うおねじが形成されると共に前記ナット部材の回転に伴い軸方向に移動して一端側に連結された前記可動シーブを移動させる出力ロッドと、前記ナット部材を回転可能に支持収容すると共に前記出力ロッドの一端側が貫通するケースと、前記ケース又は前記ナット部材に配設され前記出力ロッドの一端側を支持する第１軸受と、前記ケース又は前記ナット部材に配設され前記おねじを挟んで前記一端側の反対側となる前記出力ロッドの他端側を支持する第２軸受とを備え、前記第１軸受と前記出力ロッドの前記一端側、および前記第２軸受と前記出力ロッドの前記他端側との間にそれぞれ隙間を設け、この隙間を、前記出力ロッドが径方向に片寄って前記第１又は第２軸受の少なくとも一方に接した状態でも、前記めねじと前記おねじのバックラッシュが確保され且つ前記めねじと前記おねじの頂げきが確保される間隔としたことを特徴とする。

請求項２に係る発明では、出力ロッドにおいて、一端側の外径よりもおねじの外径を小径としたことを特徴とする。

請求項３に係る発明では、出力ロッドにおいて、おねじの外径よりも他端側の外径を小径としたことを特徴とする。

請求項４に係る発明では、第１軸受をケースに配設し、第２軸受をナット部材に配設したことを特徴とする。

請求項５に係る発明では、第１及び第２軸受をすべり軸受としたことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、アクチュエータの出力ロッドとナット部材の送りねじ機構に通常ねじを採用した。但し、通常ねじとは、台形ねじ、三角ねじ、角ねじなど、ボールねじ以外のねじを指す（以下同様）。
ボールねじはねじ溝とボールとの接触が点接触であるが、通常ねじはおねじとめねじの接触が面接触となるため、耐衝撃性及び耐久性が高く、ねじ軸の小径化が可能となる。その上、通常ねじはボールねじに比べて安価なため、Ｖベルト式無段変速機のコストダウンと小型化が図れる。

ただし、送りねじ機構に通常ねじを採用すると、ボールねじの様におねじとめねじの間にボールが介在しないなどの構造上の理由から、出力ロッドがナット部材の軸心に対して傾きやすく、この状態で出力ロッドに外力が加わると、ねじにこじり（固着）が生じる。また、ねじにこじりが生じると出力ロッドの作動が非円滑になる。
本発明では、送りねじ機構に通常ねじを採用しつつも、出力ロッドを第１及び第２軸受で支持するようにした結果、ナット部材の軸心に対する出力ロッドの傾きが抑えられるため、ねじのこじりが防げ、出力ロッドの作動が円滑になる。

また、請求項１に係る発明では、第１軸受と出力ロッドの一端側、および第２軸受と出力ロッドの他端側との隙間を、出力ロッドが第１又は第２軸受の少なくとも一方に接した状態でも、おねじとめねじとのクリアランスが確保される間隔とした。結果、ねじのこじりをより確実に防ぐことができる。

請求項２に係る発明では、出力ロッドにおいて、一端側の外径よりもおねじの外径を小径にした。小型のモータで可動シーブを移動させるためには、一般にナット部材とモータとの間に減速ギヤ群を介在させることが多い。この場合、おねじの外径を小径にすることで、減速ギヤ群をコンパクトに設計することができる。結果、アクチュエータを全体的に小型化することができ、Ｖベルト式無段変速機のさらなる小型化が図れる。さらに、一端側の外径がおねじの外径よりも大径のため、第１軸受による出力ロッドの支持剛性も高められる。

請求項３に係る発明では、出力ロッドにおいて、おねじの外径よりも他端側の外径を小径にした。結果、出力ロッドを他端側からナット部材にねじ込んで簡単に組み立てることができ、アクチュエータの組立性やメンテナンス性を向上できる。

請求項４に係る発明では、第１軸受をケースに配設し、第２軸受をナット部材に配設した。第２軸受をケースに配設するよりもナット部材に配設する方が、出力ロッドは短くなる。その上、ケースも小型化できるため、アクチュエータを全体的に小型化できる。一方、出力ロッドは一端側に外力を受けるため、第１軸受は一端側に近づけて配設することが望まれる。本発明では、第１軸受をナット部材でなくケースに配設した結果、第１軸受を出力ロッドの一端側に近づけることができ、出力ロッドの支持剛性を高められる。

請求項５に係る発明では、第１及び第２軸受をすべり軸受とした。すべり軸受は耐荷重が大きく安価なため、Ｖベルト式無段変速機のコストダウンが図れる。

本発明に係るＶベルト式無段変速機の要部断面図である。 アクチュエータの要部拡大図である。 図２の３部拡大図である。 Ｖベルト式無段変速機の作用を説明する図である。 第１及び第２軸受の作用を説明する図であり、（ａ）及び（ｃ）は比較例を、（ｂ）及び（ｄ）は実施例を示す。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

以下に説明するＶベルト式無段変速機１０は、スクータ型車両に好適である。ただし、二輪車の他、三輪車、四輪車に適用することは差し支えない。

図１に示すように、Ｖベルト式無段変速機１０は、クランク軸１１の一端に形成されるプーリ軸１２と、このプーリ軸１２に支持される駆動プーリ２０と、図示しない従動プーリ（図示せず）と、これら駆動プーリ２０及び従動プーリに掛け渡されるＶベルト２２を有している。さらに、駆動プーリ２０は、プーリ軸１２に固定される固定シーブ１５と、プーリ軸１２に支持され固定シーブ１５に対して移動可能な可動シーブ２１からなり、これら両シーブ１５，２１間にＶベルト２２が巻き掛けられている。

可動シーブ２１の背後には、ランププレート１３がプーリ軸１２に固定されており、これら可動シーブ２１とランププレート１３との間に複数の遠心ウエイト１９が保持されている。プーリ軸１２が回転し、その回転速度に応じた遠心力が遠心ウエイト１９に作用すると、遠心ウエイト１９が可動シーブ２１のカム面１７に沿って径外方へ移動し、可動シーブ２１を固定シーブ１５側へ移動させる（図４参照）。結果、固定シーブ１５と可動シーブ２１との間隔が狭くなり、Ｖベルト２２の巻き掛け半径が大きくなる。

また、可動シーブ２１は、Ｖベルト２２の摺動面とカム面１７とが別部品で構成されており、両面間のボス部２３には、ベアリング２４を介してアーム２６が連結されている。さらに、アーム２６の先端には、遠心ウエイト１９と協働して可動シーブ２１を移動させるアクチュエータ３０の出力ロッド４６が連結されている。

アクチュエータ３０は駆動源となるモータ３２と、このモータ３２の出力を減速する減速ギヤ群３３と、この減速ギヤ群３３を介してモータ３２により回転駆動されるナット部材３４を有している。

減速ギヤ群３３は６つのギヤで構成され、最終段のギヤ４２は、ナット部材３４に一体形成されている。ナット部材３４は、ギヤ４２を挟むようにして、一対の玉軸受３５、３５によりアクチュエータケース３１に回転可能に支持されるため、ギヤ４２が受ける力を玉軸受３５、３５でアクチュエータケース３１へ効果的に伝えることができる。

本実施例では、ナット部材３４等が収容されるアクチュエータケース３１を変速機ケース２８と別体としたので、ナット部材３４を支持する「ケース」は、アクチュエータケース３１となる。
しかし、アクチュエータケース３１を変速機ケース２８と一体化しても良く、この場合は、ナット部材３４を支持する「ケース」は、変速機ケース２８となる。

図２に示すように、アクチュエータ３０は、さらに、ナット部材３４の内周に形成された台形めねじ４４に噛み合う台形おねじ４５が形成された出力ロッド４６を有している。
なお、本発明で採用する通常ねじは、台形ねじ、三角ねじ、角ねじなど、ボールねじ以外のねじであれば種類は問わない。これらの内、本実施例では台形ねじを例に説明する。

出力ロッド４６の一端側４９は、アクチュエータケース３１を貫通して外部に突出しており、その先端５４には、アーム２６（図１参照）が連結されるＵ溝５５が設けられている。また、出力ロッド４６の一端側４９は、アクチュエータケース３１に配設された第１軸受４８により支持され、一方、台形おねじ４５を挟んで一端側４９の反対側となる出力ロッド４６の他端側５２は、ナット部材３４に配設された第２軸受５３により支持されている。なお、出力ロッド４６の一端側４９が貫通するアクチュエータケース３１の開口部は、合成ゴム製のシール５１で密封されている。

出力ロッド４６は、一端側４９と他端側５２のほぼ中間に台形おねじ４５が形成されており、一端側４９の外形よりも台形おねじ４５の外径が小径であって、台形おねじ４５の外径よりも他端部５２の外径が小径の多段軸構造となっている。

そして、出力ロッド４６の一端側４９と第１軸受４８との間には、径方向に片側でｃ１の隙間が設けられ、出力ロッド４６の他端側５２と第２軸受５３との間には、径方向に片側でｃ２の隙間が設けられている。

図３に示すように、出力ロッド４６に形成される台形おねじ４５と、ナット部材３４に形成される台形めねじ４４は、文字通り台形断面の歯で構成され、台形めねじ４４と台形おねじ４５の軸方向の隙間であるバックラッシュｂと、台形めねじ４４の谷底４４ａと台形おねじ４５の山頂４５ａとの径方向の隙間である頂げきｃ３と、台形めねじ４４の山頂４４ｂと台形おねじ４５の谷底４５ｂとの径方向の隙間である頂げきｃ４が設けられている。
図２に示す隙間ｃ１及び隙間ｃ２は、出力ロッド４６が径方向に片寄って第１軸受４８又は第２軸受５３の少なくとも一方に接した状態でも、バックラッシュｂが確保され且つ頂げきｃ３及び頂げきｃ４が確保される間隔に設定されている。

以上の構成からなるアクチュエータ３０の作用を次に説明する。

出力ロッド４６は、アーム２６によってその軸線周りの回転が規制されるため、モータ３２を駆動し、減速ギヤ群３３を介してナット部材３４を回転駆動すると、ナット部材３４の回転運動が出力ロッド４６の直線運動に変換され、出力ロッド４６が軸方向に移動する。出力ロッド４６が移動すると、アーム２６も出力ロッド４６と一体的に移動し、可動シーブ２１を固定シーブ１５に対して移動させる（図１及び図４参照）。結果、固定シーブ１５と可動シーブ２１との間隔、即ちＶベルト２２の巻き掛け半径が変化する。

つまり、図１に示すように出力ロッド４６が右方向へ移動すると、固定シーブ１５と可動シーブ２１との間隔が広くなり、Ｖベルト２２の巻き掛け半径が小さくなる。

一方、図４に示すように出力ロッド４６が左方向へ移動すると、固定シーブ１５と可動シーブ２１との間隔が狭くなり、駆動プーリ２０へのＶベルト２２の巻き掛け半径が大きくなる。

ところで、本実施例では、出力ロッド４６とナット部材３４の送りねじ機構を台形ねじで構成したため、台形おねじ４５と台形めねじ４４とのクリアランスに起因して、出力ロッド４６がナット部材３４の軸心に対して傾きやすい。

この影響を図５に基づいて説明する。
図５（ａ）は比較例であり、この比較例は第１軸受４８及び第２軸受５３を備えていない点を除き、図２と同じである。この比較例において、出力ロッド４６はナット部材３４とのねじ嵌合のみで支えられている。
この場合、出力ロッド４６がナット部材３４の軸心に対して傾く、即ち出力ロッド４６が径方向に片寄って第１軸受４８又は第２軸受５３の少なくとも一方に接すると、図５（ａ）のｃ部拡大図である図５（ｃ）に示すように、台形おねじ４５の山頂４５ａが台形めねじ４４の谷底４４ａに当接し、図３に示す頂げきｃ３が０になる。または、図３に示すバックラッシュｂが０になる。この状態で出力ロッド４６に外力Ｆが加わると、ねじにこじり（固着）が生じ、出力ロッド４６の作動が非円滑になる。なお、図５（ｃ）は、出力ロッド４６が径方向上側に片寄った状態を示している。

これに対して、図５（ｂ）は実施例を示し、出力ロッド４６はナット部材３４とねじ嵌合する他、第１軸受４８及び第２軸受５３で支持されている。

この場合、出力ロッド４６は第１軸受４８及び第２軸受５３で支持されると共に、図３で説明した隙間ｃ１、隙間ｃ２、頂げきｃ３、バックラッシュｂが設定されているため、図５（ｂ）のｄ部拡大図である図５（ｄ）に示すように、頂げきｃ３及びバックラッシュｂは小さくなるものの台形おねじ４５と台形めねじ４４とのクリアランスは確保される。
結果、この状態で出力ロッド４６に外力Ｆが加わっても、ねじのこじりを確実に防ぐことができ、出力ロッド４６の円滑な作動が保障される。なお、図５（ｄ）は、出力ロッド４６が径方向上側に片寄った状態を示している。

第１軸受４８及び第２軸受５３に用いる軸受の種類としては、すべり軸受が好適である。ただし、第１軸受４８及び第２軸受５３は、ニードルベアリグであってもよい。しかし、耐荷重や価格の点からすべり軸受が推奨される。

尚、本発明で採用するねじは、台形ねじ、三角ねじ、角ねじの何れであっても良い。
ただし、三角ねじはリードが小さいため、相対的にナット部材３４の回転駆動量が増え、モータ３２の消費電力が増加してしまう。
また、角ねじは、リードを大きくすることができるが、フランク面が軸と直交しているため、ナット部材３４に対して出力ロッド４６が作動時に振れ易くなる。
この点、台形ねじは、リードを大きくすることができると共に、フランク面が傾斜しているため、ナット部材３４に対して出力ロッド４６が作動時に振れにくくなり、出力ロッド４６の作動がより円滑になる。よって、台形ねじが推奨される。

本発明は、スクータ型車両に搭載される無段変速機に好適である。

１０…Ｖベルト式無段変速機、１５…固定シーブ、２１…可動シーブ、２２…Ｖベルト、２８…変速機ケース、３０…アクチュエータ、３１…ケース（アクチュエータケース）、３２…モータ、３４…ナット部材、４４…めねじ（台形めねじ）、４５…おねじ（台形おねじ）、４６…出力ロッド、４８…第１軸受、４９…出力ロッドの一端側、５２…出力ロッドの他端側、５３…第２軸受、ｂ…バックラッシュ、ｃ１…隙間、ｃ２…隙間、ｃ３…頂げき、ｃ４…頂げき。

Claims (5)

1. 固定シーブと、この固定シーブに対して移動可能な可動シーブと、両シーブ間に巻き掛けられるＶベルトとを主要素とするＶベルト式無段変速機において、
   前記可動シーブを移動させるアクチュエータを備え、
   このアクチュエータは、駆動源となるモータと、めねじが形成されると共に前記モータにより回転駆動されるナット部材と、このナット部材のめねじに噛み合うおねじが形成されると共に前記ナット部材の回転に伴い軸方向に移動して一端側に連結された前記可動シーブを移動させる出力ロッドと、前記ナット部材を回転可能に支持収容すると共に前記出力ロッドの一端側が貫通するケースと、前記ケース又は前記ナット部材に配設され前記出力ロッドの一端側を支持する第１軸受と、前記ケース又は前記ナット部材に配設され前記おねじを挟んで前記一端側の反対側となる前記出力ロッドの他端側を支持する第２軸受とを備え、前記第１軸受と前記出力ロッドの前記一端側、および前記第２軸受と前記出力ロッドの前記他端側との間にそれぞれ隙間を設け、
   この隙間を、前記出力ロッドが径方向に片寄って前記第１又は第２軸受の少なくとも一方に接した状態でも、前記めねじと前記おねじのバックラッシュが確保され且つ前記めねじと前記おねじの頂げきが確保される間隔としたことを特徴とする、
   Ｖベルト式無段変速機。
2. 前記出力ロッドにおいて、前記一端側の外径よりも前記おねじの外径を小径としたことを特徴とする請求項１記載のＶベルト式無段変速機。
3. 前記出力ロッドにおいて、前記おねじの外径よりも前記他端側の外径を小径としたことを特徴とする請求項２記載のＶベルト式無段変速機。
4. 前記第１軸受を前記ケースに配設し、前記第２軸受を前記ナット部材に配設したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のＶベルト式無段変速機。
5. 前記第１及び第２軸受をすべり軸受としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のＶベルト式無段変速機。

Images