JP6461468B2

JP6461468B2 - Ｖベルト式無段変速機

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Publication number: JP6461468B2
Application number: JP2013241682A
Authority: JP
Inventors: 卓板垣; 嘉昭漁野; 和也赤石
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: WO2015076333A1; JP2015102119A; CN105683623A; EP3073150A4; US20160290450A1; EP3073150A1

Description

この発明は、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。

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として、特許文献１および２に記載されたものが従来から知られている。特許文献１に記載されたＶベルト式無段変速機においては、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における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、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。

ここで、アクチュエータは、電動モータと、その電動モータを駆動源として作動するボールねじを有し、上記電動モータ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係合するねじ軸の軸方向への移動により、フォーク部材を揺動させて可動プーリを軸方向に移動させるようにしている。

この場合、ナットの回転によってねじ軸が回転すると、ねじ軸を軸方向に移動させることができないため、ねじ軸を回り止めする必要がある。

一方、特許文献２に記載されたＶベルト式無段変速機においては、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ーム駆動装置としてのアクチュエータユニット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溝幅を調整するようにしている。

ここで、アクチュエータユニットは、電動モータと、その電動モータの回転を減速するギヤ減速機構とを有し、上記ギヤ減速機構の出力ギヤにねじ軸を結合し、そのねじ軸に出力軸の軸端部に設けられた円筒部内周の雌ねじをねじ係合して、ねじ軸の回転により出力軸を軸方向に移動させ、その出力軸の移動によってアーム部材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

ところで、上記特許文献１に記載されたＶベルト式無段変速機においては、ねじ軸の軸端部にドーナツ板状の押圧部材を圧入し、その押圧部材をフォーク部材の端部で押圧してねじ軸を軸方向に移動させる構成であるため、ボールねじのねじ軸を回り止めする回り止め機構を別途必要とし、構成が複雑化して大型化し、部品点数も多くなって組立てに手間がかかる不都合がある。

これに対して、特許文献２に記載されたＶベルト式無段変速機においては、アクチュエータユニットの出力軸の軸方向の移動によりアーム部材を移動させて可動プーリを駆動軸の軸方向に移動させる構成であるため、部品点数が少なく、構成が簡素化されて小型化を図ることができるという特徴を有する。しかし、出力軸の端部に設けられたフックをアーム部材に設けられたピンに係合して互いに連結する構成であるため、Ｖベルト式無段変速機の組立てや、部品の交換による分解時に、フックの掛け外しの作業を必要とし、作業性が悪いという問題がある。

この発明の課題は、部品点数の少ない組立て、分解の容易なＶベルト式無段変速機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、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、前記アーム駆動装置が、前記アーム部材に対する接触回転によって、そのアーム部材を軸方向に移動させる偏心カムと、その偏心カムを回転させる回転駆動装置とからなる構成を採用したのである。

上記のように、偏心カムの回転によりアーム部材を駆動軸の軸方向に移動させることにより、アーム駆動装置とアーム部材とを連結する必要がなくなり、組立ておよび分解の作業性の向上を図ることができる。

ここで、アーム部材の偏心カムが接触する接触部位に回転可能なローラを設けることにより、偏心カムとアーム部材の接触が転がりの接触となるため、偏心カムの回転抵抗が小さく、その偏心カムを回転させる回転駆動装置への負荷の低減を図ることができる。

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、回転駆動装置への負荷の低減を図り、その回転駆動装置を形成する電動モータとして、容量の小さな小型の電動モータを採用することができる。

この発明においては、上記のように、可動プーリに対して相対回転自在に連結されたアーム部材を偏心カムの回転により駆動軸の軸方向に移動させてプーリの溝幅を調整するようにしたことにより、アーム部材とアーム駆動装置とを連結する必要がなくなり、組立ておよび分解の作業性の向上を図ることができる。

この発明に係るＶベルト式無段変速機の実施の形態を示す縦断断面図図１の駆動プーリ部とアーム駆動装置部を拡大して示す断面図図１の従動プーリ部を拡大して示す断面図（ａ）は図２のIV−IV線に沿った断面図、（ｂ）は駆動プーリの溝幅を狭めた調整状態を示す断面図図２のV−V線に沿った断面図図４（ｂ）の横断面図

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、この発明に係るＶベルト式無段変速機は変速機ケース１０を有している。

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２および図６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。

ここで、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３に示すように、従動プーリ４０は、前述の駆動プーリ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が上記スリット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においては、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および図６に示すように、アーム部材６０は、リング部６１の外周に二股片６２を設けた構成とされており、上記リング部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、二股片６２に負荷される軸方向の押圧力により可動プーリ４２をプライマリ軸１６の軸方向に移動させるものであり、上記二股片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として、ここでは、複列アンギュラ玉軸受を使用しているが、深みぞ玉軸受を採用してもよい。深みぞ玉軸受は、一つであってもよいが、二つ以上用いるのが好ましい。

二股片６２は、平面形状がＬ形とされて上下で対向し、Ｖベルト５０の内側に臨む先端部でローラ軸６４の両端部が支持され、そのローラ軸６４によってローラ６５が回転自在に支持されている。ローラ６５として転がり軸受が採用されている。

図２に示すように、アーム駆動装置７０は、アーム部材６０の二股片６２間に組み込まれた回転可能なローラ６５に対して接触回転する偏心カム８４と、その偏心カム８４を回転駆動する回転駆動装置７１を有する。

また、アーム駆動装置７０は、回転駆動装置７１を収容するユニットケース９０を有し、そのユニットケース９０が変速機ケース１０のカバー１２に設けられた嵌合凹部９１内に嵌合されている。

回転駆動装置７１は、電動モータ７２と、その電動モータ７２のロータ軸７２ａの回転を減速して出力する減速機構８０を有している。

減速機構８０は、複数段の平歯車による平歯車式減速機からなる。平歯車式減速機８０の最終段の出力ギヤ８０ａに設けられた出力軸８１はプライマリ軸１６と平行の配置とされて端部がユニットケース９０に形成された軸受嵌合孔９２から変速機ケース１０のカバー１２内に臨み、上記軸受嵌合孔９２内に組み込まれた軸受９３で回転自在に支持されている。また、出力軸８１の回転は、図４（ａ）に示す互いに噛合する一対の傘歯車８２を介してカム軸８３に伝達されるようになっている。

カム軸８３は、垂直方向に延びて出力軸８１と直交し、その上端部はアーム部材６０の二股片６２間において回転可能なローラ６５と前後で対向し、その上端部に偏心カム８４が設けられている。

図２では、減速機構８０として複数段の平歯車からなる平歯車式減速機を採用したが、遊星歯車式減速機やウォームとウォームホイールからなる歯車式減速機を採用してもよい。ウォームとウォームホイールからなる歯車式減速機の採用においては、図４（ａ）に示すカム軸８３の下端部にウォームホイールを固定し、そのウォームホイールに噛合するウォームを電動モータで直接回転させることにより、同図で示す傘歯車８２を省略することができ、構成の簡素化を図ることができる。

実施の形態で示すＶベルト式無段変速機は上記の構造からなり、アーム駆動装置７０における電動モータ７２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、電動モータ７２を回転させると、その回転は平歯車式減速機８０により減速されて出力軸８１から出力される。また、出力軸８１の回転は互いに噛合する一対の傘歯車８２を介してカム軸８３に伝達され、偏心カム８４がカム軸８３と共に回転する。

ここで、図２および図４（ａ）は、偏心カム８４の偏心量の最も小さい外周がローラ６５と接触している状態を示し、その状態から偏心カム８４が回転すると、その偏心カム８４によりローラ６５が押圧され、その押圧によりアーム部材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。

また、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、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、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ことになり、偏心カム８４の基準位置からの回転角を変更することによって変速比を調整することができる。

図４（ｂ）および図６は、偏心カム８４が１８０°回転して偏心量のもっとも大きい部位がローラ６５と接触している状態を示し、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。

図４（ｂ）および図６に示す状態から偏心カム８４をさらに同方向に回転すると、偏心カム８４の偏心量の小さい部分がローラ６５と接触し始める。

このとき、従動プーリ４０における可動プーリ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。また、従動プーリ４０の巻き径の増大によりＶベルト５０の張力が増大するため、駆動プーリ３０における可動プーリ３２が固定プーリ３１から離反する方向にスライドし、駆動プーリ３０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。

ここで、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モータ７２の負荷となり、容量の大きな電動モータ７２が必要となる。

実施の形態では、図６に示すように、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、電動モータ７２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。

また、実施の形態においては、駆動プーリ３０の可動プーリ３２に対してレリーズ軸受６３により相対回転自在に連結されたアーム部材６０に二股片６２を設け、その二股片６２によって回転自在に支持されたローラ６５に対して偏心カム８４を接触回転させ、アーム部材６０と共に可動プーリ３２をプライマリ軸１６の軸方向に移動させて駆動プーリ３０の溝幅を調整するようにしたことにより、アーム駆動装置７０とアーム部材６０とを連結する必要がなくなり、組立ておよび分解の作業性の向上を図ることができる。

実施の形態においては、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、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。

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
３２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
５０Ｖベルト
６０アーム部材
６５ローラ
６３ピボット軸
７０アーム駆動装置
７１回転駆動装置
７２電動モータ
８４偏心カム

Claims

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、
前記可動プーリのボス部に嵌合されたレリーズ軸受を有し、
前記アーム部材が、前記レリーズ軸受を介して、前記可動プーリの前記ボス部に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前記可動プーリと一体に移動するようになっており、
前記アーム駆動装置が、前記アーム部材の径方向外周に対する接触回転によって、そのアーム部材を軸方向に移動させる偏心カムと、その偏心カムを回転させる回転駆動装置とからなり、
前記アーム部材への押圧力の負荷により、このアーム部材に傾きを生じさせるモーメント荷重を前記レリーズ軸受で支持しており、
前記アーム部材のうち前記偏心カムと対向する部位は前記可動プーリと軸方向位置が重なっていると共に、前記偏心カムは前記レリーズ軸受と軸方向位置が重なっていることを特徴とするＶベルト式無段変速機。
前記アーム部材の前記偏心カムと対向する部位に、その偏心カムが接触する回転可能なローラを設けた請求項１に記載のＶベルト式無段変速機。
前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１又は２に記載のＶベルト式無段変速機。