JP7061205B2 - ベルト式無段変速装置 - Google Patents

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Description

本発明は、軸方向に変位不能に駆動軸に固定されて、駆動軸に同軸の傘面を有する固定傘体と、軸方向に変位可能に駆動軸に装着されて、駆動軸に同軸であって固定傘体の傘面に向き合う傘面を有し傘面でベルト溝を区画する可動傘体と、傘面の裏側で可動傘体に押し当てられ、駆動軸の回転時に生じる遠心力で径方向に駆動軸から遠ざかるにつれて固定傘体に向かって可動傘体を変位させるローラーウエイトと、傘面の裏側で可動傘体に形成され、周方向にローラーウエイトの変位を規制しながら径方向にローラーウエイトの移動を案内する案内面、および、径方向のローラーウエイトの移動を規制する端面を有する案内路と、を備えるベルト式無段変速装置に関する。
特許文献1は、駆動軸に同軸の傘面を有する固定傘体と、駆動軸に同軸であって固定傘体の傘面に向き合う傘面を有し傘面でベルト溝を区画する可動傘体とでプライマリーシーブ(ドライブプーリー)を形成するベルト式無段変速機を開示する。可動傘体には、作用する遠心力で生じるローラーウエイトの変位を案内する案内路が形成される。案内路は、傘面の裏側で可動傘体に形成され、周方向にローラーウエイトの変位を規制しながら径方向にローラーウエイトの移動を案内する案内面、および、径方向のローラーウエイトの移動を規制する端面を有する。
日本特許第4873558号公報
案内面は、径方向内端でハブの外周面に接続される。案内面は、ハブの外周面に鋭角で交差する。したがって、ローラーウエイトが変位して固定傘体に向かって可動傘体を押し付けると、傘面で受ける駆動ベルトからの反力に応じて案内面とハブの外周面との境界にどうしても応力は集中してしまう。仮に応力の集中が軽減されれば、プーリーの耐久性能は向上することができる。
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、ローラーウエイトの案内面と端面との境界に生じる応力を軽減することができるベルト式無段変速装置を提供することを目的とする。
本発明の第1側面によれば、軸方向に変位不能に駆動軸に固定されて、前記駆動軸に同軸の傘面を有する固定傘体と、軸方向に変位可能に前記駆動軸に装着されて、前記駆動軸に同軸であって前記固定傘体の傘面に向き合う傘面を有し傘面でベルト溝を区画する可動傘体と、前記傘面の裏側で前記可動傘体に押し当てられ、前記駆動軸の回転時に生じる遠心力で径方向に前記駆動軸から遠ざかるにつれて前記固定傘体に向かって前記可動傘体を変位させるローラーウエイトと、前記傘面の裏側で前記可動傘体に形成され、周方向に前記ローラーウエイトの変位を規制しながら径方向に前記ローラーウエイトの移動を案内する案内面、および、径方向の前記ローラーウエイトの移動を規制する端面を有する案内路と、を備えるベルト式無段変速装置において、前記案内面は、前記端面で窪む湾曲面にて前記端面に接続され、前記湾曲面と前記端面との間には、径方向に延びる平面部が介在する。
第2側面によれば、第1側面の構成に加えて、前記湾曲面は前記可動傘体のハブに形成される。
第3側面によれば、第2側面の構成に加えて、隣り合う2つの前記案内路の間には、前記ハブから離れて配置されて前記案内面を形成する壁体が形成される。
第4側面によれば、第1~第3側面のいずれか1の構成に加えて、前記湾曲面は、平面で形成される前記案内面に接する曲面で形成される。
第5側面によれば、第1~第4側面のいずれか1の構成に加えて、前記湾曲面と前記端面とは曲面で接続される。第6側面によれば、第1~第5側面のいずれか1の構成に加えて、隣り合う前記端面は、稜線を挟んで連続している。
第1側面によれば、固定傘体および可動傘体はプーリーを形成する。駆動軸の回転速度が低いと、ローラーウエイトに作用する遠心力は小さいことから、可動傘体の傘面は固定傘体の傘面から遠ざかりベルト溝は広がる。駆動ベルトの巻き掛け半径は縮小する。プーリーがドライブプーリーであれば、大きい減速比は得られる。駆動軸の回転速度が上昇すると、ローラーウエイトに作用する遠心力は増大する。ローラーウエイトは固定傘体に向かって可動傘体を変位させる。ベルト溝は狭まる。駆動ベルトの巻き掛け半径は増大する。このとき、傘面で受ける駆動ベルトからの反力に応じて案内面と端面との境界には応力が集中する。これにより、重量増を抑えつつ湾曲面は案内面と端面との境界に生じる応力を軽減することができる。その結果、プーリーの耐久性能は向上する。
第2側面によれば、駆動軸の回転速度が高まると、ローラーウエイトは径方向にハブから遠ざかり、案内面とハブとの境界に最大の応力は作用する。湾曲面は効果的に応力を軽減する。その結果、プーリーの耐久性能は向上する。
第3側面によれば、2つの案内路ではハブから離れた壁体で案内面が形成されることから、案内面は端面に接続されない。したがって、ハブでは応力の集中は回避される。
第4側面によれば、案内面および端面には湾曲面以外に段差が形成されないので、可動傘体は容易に加工されることができる。
第5側面によれば、湾曲面と端面とが稜線で接続される場合に比べて応力は軽減されることができる。その結果、プーリーの耐久性能は向上する。
図1は本発明の一実施形態に係る鞍乗り型車両(自動二輪車)の全体像を概略的に示す側面図である。(第1の実施の形態) 図2は図1の2-2線に沿ったパワーユニットの拡大水平断面図である。(第1の実施の形態) 図3はドライブプーリーの可動傘体の拡大平面図である。(第1の実施の形態) 図4はドライブプーリーの可動傘体の拡大一部斜視図である。(第1の実施の形態) 図5はドリブンプーリーの可動傘体の拡大平面図である。(第1の実施の形態)
42…駆動軸(クランクシャフト)
54…ベルト式無段変速装置(ベルト式無段変速機)
61a…固定傘体
61b…可動傘体
64a…(固定傘体の)傘面
64b…(可動傘体の)傘面
67…ローラーウエイト
82…ハブ
86a…案内面(第1案内面)
87…壁体(第2壁体)
87a…第2案内面
88…案内路
89a…(ハブの)端面
92…湾曲面
93…曲面
98…平面部
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下の説明では、前後、上下および左右の各方向は自動二輪車に搭乗した乗員から見た方向をいう。
第1の実施の形態
図1は鞍乗り型車両の一実施形態に係るスクーター型自動二輪車を概略的に示す。自動二輪車11は、車体フレーム12と、車体フレーム12に装着される車体カバー13とを備える。車体フレーム12のヘッドパイプには、車軸14回りに回転自在に前輪WFを支持するフロントフォーク15と棒状の操向ハンドル16とが操向可能に支持される。
車体カバー13にはリアフレームの上方で乗員シート17が搭載される。車体カバー13は、ヘッドパイプを前方から覆うフロントカバー18と、フロントカバー18から後方に連続するレッグシールド19と、レッグシールド19の下端から連続して、乗員シート17および前輪WFの間でメインフレームの上方に配置されるステップフロア21と、リアフレーム上で乗員シート17を支持するリアカバー22とを備える。
リアカバー22の下方の空間にはユニットスイング式のパワーユニット23が配置される。パワーユニット23は、リアフレームの前端に結合されるブラケット24に、リンク25を介して上下方向に揺動自在に連結される。パワーユニット23の後端には水平軸回りで回転自在に後輪WRが支持される。リンク25およびブラケット24から離れた位置でリアフレームとパワーユニット23との間にはリアクッションユニット26が配置される。パワーユニット23は、水冷式単気筒の内燃機関27と、内燃機関27の機関本体27aに結合されて、内燃機関27の出力を後輪WRに伝達する伝動装置を収容する伝動ケース28とを備える。
内燃機関27の機関本体27aは、回転軸線回りで回転自在にクランクシャフト(後述される)を支持するクランクケース29と、クランクケース29に結合されるシリンダーブロック31と、シリンダーブロック31に結合されるシリンダーヘッド32と、シリンダーヘッド32に結合されるヘッドカバー33とを備える。シリンダーヘッド32には吸気装置34および排気装置35が接続される。吸気装置34は、伝動ケース28に支持されて、外気を吸引して浄化するエアクリーナー36と、シリンダーヘッド32にエアクリーナー36を接続する吸気系部品としてのスロットルボディ37とを備える。
スロットルボディ37ではスロットルの働きでエアクリーナー36から供給される浄化空気の流量が調整される。シリンダーヘッド32の上部側壁には燃料噴射装置38が取り付けられる。燃料噴射装置38から浄化空気に燃料が噴射されて混合気は形成される。
排気装置35は、シリンダーヘッド32の下部側壁から内燃機関27の下方を通って後方に延びる排気管39と、排気管39の下流端に接続されてクランクケース29に連結される排気マフラー(図示されず)とを備える。
図2に示されるように、クランクケース29は第1ケース半体29aおよび第2ケース半体29bを備える。第1ケース半体29aおよび第2ケース半体29bは協働でクランク室41を区画する。クランク室41にクランクシャフト42のクランクが収容される。第1ケース半体29aには第1滑り軸受43aが組み付けられる。第1滑り軸受43aは回転自在にクランクシャフト42の第1ジャーナルを支持する。第2ケース半体29bには第2滑り軸受43bが組み付けられる。第2滑り軸受43bは回転自在にクランクシャフト42の第2ジャーナルを支持する。
第2滑り軸受43bの外側で第2ケース半体29bにはクランクシャフト42に同軸にパッキン44が組み付けられる。パッキン44はクランクシャフト42の外周に接触して第2ケース半体29bとクランクシャフト42との間をシールする。パッキン44はクランク室41の液密性を確保する。
クランクケース29は、第1ケース半体29aに結合されて、第1滑り軸受43aから外側に突出するクランクシャフト42の一端を覆う第1クランクカバーとしての発電機カバー45と、第2ケース半体29bに結合されて、第2滑り軸受43bから外側に突出するクランクシャフト42の他端を覆う第2クランクカバーとしての変速機カバー46とをさらに備える。発電機カバー45は第1ケース半体29aとの間で発電機室47を形成する。
発電機室47には、クランクシャフト42の一端に連結される交流発電機(ACG)48が収容される。交流発電機48は、第1ケース半体29aの外面から突出するクランクシャフト42の一端に固定される筒形のローター48aと、ローター48aに囲まれてクランクシャフト42周りに配置されるステーター48bとを備える。ステーター48bは、第1ケース半体29aに固定されて環状に配列される複数のステーターコアを備える。個々のステーターコアにコイルは巻き付けられる。ローター48aは、ステーターコアの径方向外側で環状の軌道を辿る磁石を備える。ローター48aとステーター48bとの相対回転に応じて交流発電機48は発電する。交流発電機48はACGスターターとして用いられてもよい。
第2ケース半体29bには、後輪WRの車軸49を回転自在に支持するスイング体51が一体に形成される。変速機カバー46は、第2ケース半体29bおよびスイング体51との間に変速機室52を形成する。変速機室52には、クランクシャフト42から従動軸53に無段階に変速しながら回転動力を伝達するベルト式無段変速機(以下「変速機」という)54が収容される。変速機54の詳細は後述される。スイング体51と変速機カバー46とは伝動ケース28を形成する。
第2ケース半体29bには、第2ケース半体29bから後輪WRの車軸49側に突出する従動軸53の一端を覆うギアカバー55が締結される。ギアカバー55は、第2ケース半体29bとの間にギア室56を形成する。ギア室56には、従動軸53から後輪WRの車軸49に規定の減速比で回転動力を伝達する減速ギア機構57が収容される。
減速ギア機構57は、ギア室56に突き出る従動軸53に固定されるドライブギア58aと、後輪WRの車軸49に固定されるファイナルギア58bと、ドライブギア58aおよびファイナルギア58bの間に配置されるアイドルギア58c、58dとを備える。アイドルギア58c、58dは共通の中間軸59に固定される。アイドルギア58cにドライブギア58aが噛み合い、アイドルギア58dにファイナルギア58bが噛み合う。こうして従動軸53の回転は減速されて後輪WRの車軸49に伝達される。
変速機54は、第2ケース半体29bの外面から突出するクランクシャフト42に取り付けられるドライブプーリー61と、従動軸53に取り付けられるドリブンプーリー62と、ドライブプーリー61およびドリブンプーリー62に巻き掛けられるVベルト(駆動ベルト)63とを備える。
ドライブプーリー61は、軸方向に変位不能にクランクシャフト42に固定されて、クランクシャフト42に同軸で第2ケース半体29bに向き合わせられる傘面64aを有する固定傘体61aと、固定傘体61aおよび第2ケース半体29bの間で軸方向に変位可能にクランクシャフト42に装着され、クランクシャフト42に同軸であって固定傘体61aの傘面64aに向き合う傘面64bを有する可動傘体61bとを備える。固定傘体61aの傘面64aと可動傘体61bの傘面64bとはベルト溝を区画する。ベルト溝にVベルト63が巻き掛けられる。
可動傘体61bの外向き面(傘面64aの裏側)には、軸方向に変位不能にクランクシャフト42に固定されるウエイト保持プレート65が向き合わせられる。可動傘体61bのカム面66とウエイト保持プレート65との間にはローラーウエイト67が挟まれる。カム面66は、クランクシャフト42の回転軸線Rxから遠心方向に遠ざかるにつれて固定傘体61aから遠ざかる。クランクシャフト42の回転に伴ってローラーウエイト67には遠心力が生成される。ローラーウエイト67は遠心力により遠心方向に変位する。ローラーウエイト67がカム面66に転がり接触しながら遠心方向に変位するにつれて、可動傘体61bは固定傘体61aに向かって駆動される。こうしてクランクシャフト42の回転に応じて可動傘体61bは固定傘体61aに向かって軸方向に移動し、Vベルト63の巻き掛け半径は増大する。
ドリブンプーリー62は、従動軸53に同軸の円筒形を有し、同軸に従動軸53に装着される内筒68と、内筒68に固定されて、従動軸53に同軸で変速機カバー46に向き合わせられる傘面69aを有する固定傘体62aと、従動軸53に同軸の円筒形を有し、同軸に内筒68に装着される外筒71と、固定傘体62aおよび変速機カバー46の間で外筒71に固定されて、従動軸53に同軸で固定傘体62aの傘面69aに向き合う傘面69bを有する可動傘体62bとを備える。固定傘体62aの傘面69aと可動傘体62bの傘面69bとの間にベルト溝は区画される。ベルト溝にVベルト63が巻き掛けられる。内筒68は従動軸53に相対回転自在に支持される。外筒71は内筒68に相対回転自在かつ軸方向相対変位自在に支持される。外筒71および内筒68の軸方向相対変位に応じて可動傘体62bは固定傘体62aに近づいたり固定傘体62aから遠ざかったりする。
従動軸53には遠心クラッチ72が装着される。遠心クラッチ72は内筒68に固定されるクラッチプレート72aを備える。クラッチプレート72aと可動傘体62bとの間には弦巻ばね70が配置される。弦巻ばね70は固定傘体62aに向かって可動傘体62bを押し付ける弾性力を発揮する。ドライブプーリー61でVベルト63の巻き掛け半径が増大すると、ドリブンプーリー62では弦巻ばね70の弾性力に抗して可動傘体62bは固定傘体62aから遠ざかりVベルト63の巻き掛け半径は減少する。
遠心クラッチ72は従動軸53に固定されるアウタープレート72bを備える。アウタープレート72bはクラッチプレート72aに向き合わせられる。クラッチプレート72aが回転すると、遠心力の働きでクラッチプレート72aにアウタープレート72bは結合される。こうしてドリブンプーリー62の回転は従動軸53に伝達される。エンジン回転数が設定回転数を超えると、遠心クラッチ72は動力伝達状態を確立する。
シリンダーブロック31にはシリンダーボア73が区画される。シリンダーボア73には、シリンダー軸線Cに沿ってスライド自在にピストン74が嵌め込まれる。ピストン74は、コネクティングロッド75でクランクシャフト42のクランクに連結される。シリンダー軸線Cは水平からわずかに前上がりに傾斜する。シリンダーブロック31はシリンダー軸線Cに沿ってピストン74の線形往復運動を案内する。ピストン74の線形往復運動はクランクシャフト42の回転運動に変換される。ピストン74とシリンダーヘッド32との間に燃焼室76は区画される。
図3および図4に示されるように、ドライブプーリー61の可動傘体61bは、傘面64bを有してクランクシャフト42に同軸の皿形状の本体81を備える。傘面64bの裏側で本体81には、クランクシャフト42の軸方向に延びて同軸にクランクシャフト42を受け入れる円筒形のハブ82が形成される。ハブ82は、傘面64bの裏側で本体81に一体に形成されて、ハブ82に同軸の円筒形の外壁83で囲まれる。外壁83の内側には、周方向に等間隔に配置されて本体81から連続して軸方向に延びる3つの補強リブ84が一体に形成される。
カム面66は、補強リブ84で挟まれる空間ごとに対に配置される。本体81には、対のカム面66の両側で本体81から立ち上がって径方向内端でハブ82に接続される1対の第1壁体86と、対のカム面66に挟まれる位置で本体81から立ち上がって、径方向にハブ82から離れた位置で第1壁体86に向き合わせられる1対の第2壁体87とが形成される。1対の第2壁体87は径方向内端で結合される。
第1壁体86は、周方向にローラーウエイト67の変位を規制し、カム面66上にローラーウエイト67を拘束する平面の第1案内面86aを提供する。第2壁体87は、第1案内面86aに平行に広がって、周方向にローラーウエイト67の変位を規制し、カム面66上にローラーウエイト67を拘束する平面の第2案内面87aを提供する。第1案内面86aおよび第2案内面87aの間に、カム面66に沿ってローラーウエイト67の移動を案内する案内路88が区画される。
ハブ82には、カム面66から連続して径方向にローラーウエイト67の移動を規制する平面の端面89aが形成される。対のカム面66の間では端面89aはクランクシャフト42の回転軸線Rxに平行な1本の稜線91で連続する。第1案内面86aは、端面89aで窪む湾曲面92で端面89aに接続される。湾曲面92は曲面93で端面89aに接続される。湾曲面92は第1案内面86aに接する曲面で形成される。湾曲面92と端面89a(正確には曲面93)との間には径方向に延びる平面部98が介在する。外壁83には、カム面66から連続して径方向にローラーウエイト67の移動を規制する端面89bが形成される。
第1案内面86aおよび第2案内面87aはカム面66で窪む湾曲面94でカム面66に接続される。湾曲面94は例えば第1案内面86aまたは第2案内面87aに接する曲面で形成されることができる。曲面の曲率は湾曲面92の曲率よりも大きく設定される。湾曲面94はローラーウエイト67と第1案内面86aおよび第2案内面87aとの干渉を回避する役割を担う。
図5に示されるように、ドリブンプーリー62の可動傘体62bは、傘面69bを有して従動軸53に同軸の皿形状の本体95を備える。傘面69bの裏側で本体95には、従動軸53の軸方向に延びて同軸に内筒68を受け入れる円筒形のハブ96が形成される。ハブ96は、傘面69bの裏側で本体95に一体に形成されるリブ97を有する。リブ97は、径線上で遠心方向に延びる線形リブ97aと、線形リブ97aに交差しながら従動軸53に同軸の環状リブ97bとで形成される。固定傘体62aは、同様に、皿形状の本体と、傘面69aの裏側で本体に形成されるリブを備える。
次に本実施形態に係るベルト式無段変速機54の動作を概説する。クランクシャフト(駆動軸)42の回転速度が低いと、ローラーウエイト67に作用する遠心力は小さいことから、可動傘体61bの傘面64bは固定傘体61aの傘面64aから遠ざかりベルト溝は広がる。ドライブプーリー61でVベルト63の巻き掛け半径は縮小する。ドリブンプーリー62では弦巻ばね70の弾性力に応じて可動傘体62bは固定傘体62aから遠ざかる。大きい減速比は得られる。
クランクシャフト42の回転速度が上昇すると、ローラーウエイト67に作用する遠心力は増大する。ローラーウエイト67は固定傘体61aに向かって可動傘体61bを変位させる。ベルト溝は狭まる。ドライブプーリー61ではVベルト63の巻き掛け半径は増大する。ドリブンプーリー62では弦巻ばね70の弾性力に抗して可動傘体62bは固定傘体62aに近づく。減速比は縮小する。
ドライブプーリー61でローラーウエイト67から可動傘体61bに軸方向に推進力が作用すると、傘面64bで受けるVベルト63からの反力に応じて第1案内面86aと端面89aとの境界には応力が集中する。湾曲面92は第1案内面86aと端面89aとの境界に生じる応力を軽減する。その結果、ドライブプーリー61の耐久性能は向上する。
本実施形態では、湾曲面92は可動傘体61bのハブ82に形成される。すなわち、湾曲面92は、第1案内面86aおよび端面89aの境界に形成される。クランクシャフト42の回転速度が高まると、ローラーウエイト67は径方向にハブ82から遠ざかり、第1案内面86aとハブ82との境界に最大の応力は作用する。湾曲面92は効果的に応力を軽減する。その結果、ドライブプーリー61の耐久性能は向上する。
本実施形態に係る可動傘体61bでは、隣り合う2つの案内路88の間には、ハブ82から離れて配置されて第2案内面87aを形成する第2壁体87が形成される。2つの案内路88ではハブ82から離れた第2壁体87で第2案内面87aが形成されることから、第2案内面87aは端面89aに接続されない。したがって、ハブ82では応力の集中は回避される。
湾曲面92は、平面で形成される第1案内面86aに接する曲面で形成される。第1案内面86aおよび端面89aには湾曲面92以外に段差が形成されないので、可動傘体61bは容易に加工されることができる。
湾曲面92と端面89aとは曲面93で接続される。湾曲面92と端面89aとが稜線で接続される場合に比べて応力は軽減されることができる。その結果、ドライブプーリー61の耐久性能は向上する。

Claims (6)

  1. 軸方向に変位不能に駆動軸(42)に固定されて、前記駆動軸(42)に同軸の傘面(64a)を有する固定傘体(61a)と、
    軸方向に変位可能に前記駆動軸(42)に装着されて、前記駆動軸(42)に同軸であって前記固定傘体(61a)の傘面(64a)に向き合う傘面(64b)を有し傘面(64a、64b)でベルト溝を区画する可動傘体(61b)と、
    前記傘面(64b)の裏側で前記可動傘体(61b)に押し当てられ、前記駆動軸(42)の回転時に生じる遠心力で径方向に前記駆動軸(42)から遠ざかるにつれて前記固定傘体(61a)に向かって前記可動傘体(61b)を変位させるローラーウエイト(67)と、
    前記傘面(64b)の裏側で前記可動傘体(61b)に形成され、周方向に前記ローラーウエイト(67)の変位を規制しながら径方向に前記ローラーウエイト(67)の移動を案内する案内面(86a、87a)、および、径方向の前記ローラーウエイト(67)の移動を規制する端面(89a)を有する案内路(88)と
    を備えるベルト式無段変速装置(54)において、
    前記案内面(86a)は、前記端面(89a)で窪む湾曲面(92)にて前記端面(89a)に接続され、
    前記湾曲面(92)と前記端面(89a)との間には、径方向に延びる平面部(98)が介在することを特徴とするベルト式無段変速装置。
  2. 請求項1に記載のベルト式無段変速装置において、前記湾曲面(92)は前記可動傘体(61b)のハブ(82)に形成されることを特徴とするベルト式無段変速装置。
  3. 請求項2に記載のベルト式無段変速装置において、隣り合う2つの前記案内路(88)の間には、前記ハブ(82)から離れて配置されて前記案内面(87a)を形成する壁体(87)が形成されることを特徴とするベルト式無段変速装置。
  4. 請求項1~3のいずれか1項に記載のベルト式無段変速装置において、前記湾曲面(92)は、平面で形成される前記案内面(86a)に接する曲面で形成されることを特徴とするベルト式無段変速装置。
  5. 請求項1~4のいずれか1項に記載のベルト式無段変速装置において、前記湾曲面(92)と前記端面(89a)とは曲面(93)で接続されることを特徴とするベルト式無段変速装置。
  6. 請求項1~5のいずれか1項に記載のベルト式無段変速装置において、隣り合う前記端面(89a)は、稜線(91)を挟んで連続していることを特徴とするベルト式無段変速装置。
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