JPWO2004076889A1 - ベルト式連続無段変速装置、連続無段変速装置用シーブ、連続無段変速装置用ベルトおよびベルト式連続無段変速装置を搭載した車両 - Google Patents

ベルト式連続無段変速装置、連続無段変速装置用シーブ、連続無段変速装置用ベルトおよびベルト式連続無段変速装置を搭載した車両 Download PDF

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Abstract

ベルト式連続無段変速装置(15)は、一対の第1の挾持面(37a,37b)を有するプライマリシーブ(29)と、一対の第2の挾持面(51a,51b)を有するセカンダリシーブ(30)と、両シーブ(29,30)の間に無端状に巻き掛けられたベルト(31)とを備えている。ベルト(31)は、第1の挾持面(37a,37b)の間および第2の挾持面(51a,51b)の間で挟み込まれる接触面(58a,58b)を有している。プライマリシーブ(29)の第1の挾持面(37a,37b)、セカンダリシーブ(30)の第2の挾持面(51a,51b)又はベルト(31)の接触面(58a,58b)の少なくともいずれか一つに、摩擦を高める物質としての不融性を有する粉(64)が保持されている。

Description

本発明は、プライマリシーブの回転力を無端状のベルトを介してセカンダリシーブに伝えるベルト式連続無段変速装置、この連続無段変速装置に用いるシーブおよびベルトに係り、特に運転初期のベルトの滑りを防止する構造に関する。さらに本発明は、ベルト式連続無段変速装置を搭載した自動二輪車のような車両に関する。
例えば特開2002−147553号公報は、変速比を走行状況に応じて無段階的に調整し得る自動二輪車用のベルト式連続無段変速装置を開示している。このベルト式連続無段変速装置は、プライマリシーブ、セカンダリシーブおよびベルトを備えている。
プライマリシーブは、エンジンからの動力伝達によって駆動されるものであり、互いに向かい合う一対の挾持面と、これら挾持面の間に形成されたベルト溝とを有している。セカンダリシーブは、減速機構を介して自動二輪車の後輪に連動している。このセカンダリシーブは、互いに向かい合う一対の挾持面と、これら挾持面の間に形成されたベルト溝とを備えている。
ベルトは、プライマリシーブのベルト溝とセカンダリシーブのベルト溝との間に無端状に巻き掛けられている。ベルトは、各シーブの挾持面に接する接触面を有している。このベルトの接触面と各シーブの挾持面との間に生じる摩擦力により、プライマリシーブの回転力がベルトを介してセカンダリシーブに伝わるようになっている。
この種のベルト式連続無段変速装置では、図18に示すように、各シーブの挾持面がベルトを挾持する推力を大きくする程、シーブとベルトとの間で伝達可能なトルクが大きくなるといった特性を有している。ベルトに加わる推力が増えると、シーブの挾持面とベルトの接触面との間に大きな摩擦抵抗が生じ、ベルトの発熱量が増加する。ベルトの発熱は、運動エネルギが熱エネルギに変化していることを示しており、その分、トルクの伝達効率が低下する。
図19は、ベルトに加わる推力を変化させた時のベルトの発熱量および伝達効率の移り変わりを示している。この図19から明らかなように、推力が増加すると、それに比例してベルトの発熱量が増えるとともに、トルクの伝達効率が低下している。このことから、シーブとベルトとの間でのトルクの伝達効率を高めるためには、推力を必要最小限に設定する必要がある。
一方、ベルト式連続無段変速装置では、各シーブの挾持面に切削あるいは研摩等の機械加工を施している。この種の機械加工は、シーブを回転させて実行しており、それ故、シーブの挾持面に周方向に沿う数多くの環状の溝が形成される。溝は、その幅、深さが概ね数μm程度の微細なものとなっている。
ところで、従来のベルト式連続無段変速装置によると、組み立て完了後の新品の状態で運転を開始した時、特にその運転初期の段階でベルトに滑りが生じる傾向にある。図20は、運転初期におけるベルトの伝達トルクの推移を示している。この図20から明らかなように、運転開始直後ではベルトに伝わるトルクが予め決められた設定値Cを大幅に下回っている。このトルクの値は、運転時間の経過とともに次第に上昇する傾向にあり、ある一定の時間を経過した時点で設定値に到達する。
この現象は、新品状態のシーブの挾持面に存在する溝によるものと推察される。すなわち、溝の存在によりシーブとベルトとの接触状態が不安定となり、これがベルトの滑りを招く原因と思われる。
したがって、新品のベルト式連続無段変速装置を運転するに当たっては、ベルトに伝わるトルクが設定値に達するまで慣らし運転を遂行することが必要となる。この慣らし運転を行うことで、ベルトの接触面がシーブの溝の縁によって削られるとともに、この溝の尖った縁が摩耗する。これにより、シーブの溝がベルトの削り粕によって埋められた状態となり、シーブの挾持面が平滑となる。この結果、シーブとベルトとの接触状態が安定してベルトの滑りが抑制され、図20に示すように所定の慣らし運転が完了した時点において所望の伝達トルクが得られる。
しかしながら、従来のベルト式連続無段変速装置では、ベルトの滑りが皆無となるまで慣らし運転を継続しなくてはならない。このため、走行が可能な状態となるまで時間を要するとともに、製品の出荷に要する手間が膨大なものとなり、コスト高を招く要因となる。
運転初期のベルトの滑りを抑制する手段としては、ベルトに加わる推力を大きくすることが考えられる。ところが、推力を大きくすると、先にも述べたようにベルトの発熱量が増大するのを避けられない。したがって、慣らし運転完了後においてはベルトに加わる推力が過大となり、トルクの伝達効率が悪化するといった問題が生じてくる。
本発明の目的は、ベルトに加わる推力を必要最小限に抑えつつ、ベルトの滑りを防止できるベルト式連続無段変速装置を得ることにある。
本発明の他の目的は、ベルトに加わる推力を必要最小限に抑えつつ、ベルトの滑りを防止できる連続無段変速装置用シーブを得ることにある。
本発明の他の目的は、シーブに対する滑りを防止でき、トルクを効率良く伝達できる連続無段変速装置用ベルトを得ることにある。
本発明のさらに他の目的は、ベルトに加わる推力を必要最小限に抑えつつ、ベルトの滑りを防止できるベルト式連続無段変速装置を搭載した車両を得ることにある。
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るベルト式連続無段変速装置は、
互いに向かい合う一対の第1の挾持面と、これら第1の挾持面の間に形成された第1のベルト溝とを有し、上記第1のベルト溝の幅を調整可能なプライマリシーブと、
互いに向かい合う一対の第2の挾持面と、これら第2の挾持面の間に形成された第2のベルト溝とを有し、上記第2のベルト溝の幅を調整可能なセカンダリシーブと、
上記プライマリシーブの第1のベルト溝と上記セカンダリシーブの第2のベルト溝との間に無端状に巻き掛けられ、上記第1の挾持面の間および上記第2の挾持面の間で挟み込まれる接触面を有するベルトとを具備しており、
上記プライマリシーブの第1の挾持面、上記セカンダリシーブの第2の挾持面又は上記ベルトの接触面の少なくともいずれか一つに、摩擦を高める物質としての不融性を有する粉が保持されていることを特徴としている。
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る連続無段変速装置用シーブは、
ベルトを挟み込む一対の挾持面に不融性の粉を含む摩擦層を積層したことを特徴としている。
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る連続無段変速装置用ベルトは、
プライマリシーブおよびセカンダリシーブによって挟み込まれる接触面に不融性の粉を含む摩擦層を積層したことを特徴としている。
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る車両は、
互いに向かい合う一対の第1の挾持面と、これら第1の挾持面の間に形成された第1のベルト溝とを有し、上記第1のベルト溝の幅を調整可能なプライマリシーブと、
互いに向かい合う一対の第2の挾持面と、これら第2の挾持面の間に形成された第2のベルト溝とを有し、上記第2のベルト溝の幅を調整可能なセカンダリシーブと、
上記プライマリシーブの第1のベルト溝と上記セカンダリシーブの第2のベルト溝との間に無端状に巻き掛けられ、上記第1の挾持面の間および上記第2の挾持面の間で挟み込まれる接触面を有するとともに、上記プライマリシーブの回転力を上記セカンダリシーブに伝えるベルトと、を備えたベルト式連続無段変速装置を搭載しており、
上記プライマリシーブの第1の挾持面、上記セカンダリシーブの第2の挾持面又は上記ベルトの接触面の少なくともいずれか一つに摩擦を高める物質としての不融性を有する粉が保持されていることを特徴としている。
図1は、ベルト式連続無段変速装置を搭載した本発明の第1の実施の形態に係る自動二輪車の側面図。
図2は、4サイクルエンジンとベルト式連続無段変速装置とを備えた本発明の第1の実施の形態に係るパワーユニットの側面図。
図3は、本発明の第1の実施の形態に係るベルト式連続無段変速装置の断面図。
図4は、本発明の第1の実施の形態に係るベルト式連続無段変速装置に用いるベルトの側面図。
図5は、本発明の第1の実施の形態に係るベルト式連続無段変速装置に用いるベルトの断面図。
図6は、図5のF6−F6線に沿う断面図。
図7は、本発明の第1の実施の形態において、プライマリシーブの挾持面に摩擦層を積層した状態を模式的に示す断面図。
図8は、本発明の第1の実施の形態において、プライマリシーブの挾持面に不融性の粉が保持された状態を模式的に示す断面図。
図9は、本発明の第1の実施の形態において、プライマリシーブの挾持面とベルトの接触面との間に不融性の粉が介在された状態を模式的に示す断面図。
図10は、図8のA部を拡大して示す断面図。
図11は、本発明の第1の実施の形態において、ベルトの接触面に不融性の粉が保持された状態を模式的に示す断面図。
図12は、本発明の第1の実施の形態において、運転時間に対するベルトの伝達トルクの推移を示す特性図。
図13は、変速比が最大の時のシーブの高摩擦部とベルトとの位置関係を示す本発明の第2の実施の形態に係るベルト式連続無段変速装置の側面図。
図14は、変速比が最小の時のシーブの高摩擦部とベルトとの位置関係を示す本発明の第2の実施の形態に係るベルト式連続無段変速装置の側面図。
図15は、本発明の第3の実施の形態に係るプライマリシーブの側面図。
図16は、本発明の第3の実施の形態に係るプライマリシーブの断面図。
図17は、本発明の第4の実施の形態に係るベルトの断面図。
図18は、従来のベルト式連続無段変速装置において、ベルトに加わる推力と伝達トルクとの関係を示す特性図。
図19は、従来のベルト式連続無段変速装置において、ベルトに加わる推力とベルトの発熱量および伝達効率との関係を示す特性図。
図20は、従来のベルト式連続無段変速装置において、運転時間に対するベルトの伝達トルクの推移を示す特性図。
以下本発明の第1の実施の形態を図1ないし図12を参照して説明する。
図1は、本発明に係る車両の一例である自動二輪車1を開示している。自動二輪車1は、フレーム2を備えている。フレーム2は、ステアリングヘッドパイプ3、一対のメインパイプ4(一つのみを図示)および一対のシートレール5(一つのみを図示)を有している。ステアリングヘッドパイプ3は、フレーム2の前端に位置するとともに、フロントフォーク6を介して前輪7を支持している。
各メインパイプ4は、ステアリングヘッドパイプ3から後方に向けて延びている。メインパイプ4は、ステアリングヘッドパイプ3から斜め下向きに延びる前半部4aと、この前半部4aの下端から斜め上向きに延びる後半部4bと、前半部4aと後半部4bとの間に位置する中間部4cとを有している。
シートレール5は、メインパイプ4の前半部4aと後半部4bとの間に架け渡されている。シートレール5は、乗員が跨いで座るシート8を支持している。フレーム2は、車体カバー9で覆われている。車体カバー9は、シート8の下端に連続している。
各メインパイプ4の中間部4cにリヤアームブラケット10が固定されている。リヤアームブラケット10は、メインパイプ4の中間部4cから下向きに突出している。リヤアームブラケット10は、後方に延びるリヤアーム11を支持している。リヤアーム11はフレーム2に対し上下方向に揺動可能であり、その後端に走行体としての後輪12を支持している。
フレーム2は、後輪12を駆動するパワーユニット13を支持している。図1および図2に示すように、パワーユニット13は、駆動源としての4サイクル単気筒エンジン14とベルト式連続無段変速装置15とを備えている。このパワーユニット13は、車体カバー9の下部で覆い隠されている。
エンジン14は、メインパイプ4の前半部4aに懸架されている。エンジン14は、クランクケース16と、このクランクケース16に連結されたシリンダ17とを備えている。
クランクケース16は、クランク軸18および図示しない歯車減速機を収容している。図3に示すように、クランク軸18は、クランクケース16に軸受19a,19bを介して支持されているとともに、自動二輪車1の車幅方向に沿って水平に配置されている。
歯車減速機は、その出力端にドライブスプロケット20(図1に示す)を有している。ドライブスプロケット20は、クランク軸18の後方に位置している。ドライブスプロケット20と後輪12のドリブンスプロケット21との間には、チェーン22が巻き掛けられている。
エンジン14のシリンダ17は、クランクケース16からメインパイプ4の前半部4aに沿うように上向きに突出している。シリンダ17はピストン23を収容している。ピストン23は、コネクティングロッド24を介してクランク軸18のクランクウエブ25a,25bに連結されている。
図2および図3に示すように、ベルト式連続無段変速装置(以下CVTと称する)15は、クランクケース16の右側に位置している。CVT15は、伝動ケース28に収容されている。伝動ケース28は、クランクケース16の右側面に固定されている。
CVT15は、プライマリシーブ29、セカンダリシーブ30およびベルト31を備えている。プライマリシーブ29は、伝動ケース28の前端部に位置するとともに、入力軸32に支持されている。入力軸32は、クランク軸18と一体化されている。言い換えると、クランク軸18の右端に位置するジャーナル部18aが伝動ケース28の前端部に向けて延長されており、この延長部分が入力軸32を兼ねている。
プライマリシーブ29は、固定プレート34aとスライディングプレート34bとを備えている。固定プレート34aは、入力軸32の軸端に固定されて、この入力軸32と一体に回転するようになっている。スライディングプレート34bは、円筒状のボス部35を有している。ボス部35は、入力軸32の上にカラー36を介して支持されている。このため、スライディングプレート34bは、固定プレート34aに近づいたり遠ざかる方向にスライド可能であるとともに、入力軸32の周方向に回転可能となっている。
プライマリシーブ29は、一対の第1の挾持面37a,37bを有している。一方の第1の挾持面37aは、固定プレート34aに形成されている。他方の第1の挾持面37bは、スライディングプレート34bに形成されている。第1の挾持面37a,37bは、夫々円錐状をなすとともに、互いに向かい合っている。第1の挾持面37a,37bは、固定プレート34aとスライディングプレート34bとの間にV形の断面形状を有する第1のベルト溝38を規定している。第1のベルト溝38の幅L1は、スライディングプレート34bのスライドによって調整可能となっている。
入力軸32の外周にカムプレート39が固定されている。カムプレート39は、入力軸32と一体に回転するとともに、スライディングプレート34bと向かい合っている。スライディングプレート34bは、入力軸32の軸方向にスライド可能にカムプレート39に引っ掛かっている。そのため、カムプレート39とスライディングプレート34bとは、一体に回転しつつ互いに近づいたり遠ざかる方向に移動可能となっている。
スライディングプレート34bは、カムプレート39と向かい合うカム面40を有している。カム面40とカムプレート39との間に複数のローラウエイト41(一つのみを図示)が介在されている。ローラウエイト41は、クランク軸18の回転時に発生する遠心力によりカム面40に沿って移動する。この移動により、スライディングプレート34bが入力軸32の軸方向にスライドし、第1のベルト溝38の幅L1が変化するようになっている。
セカンダリシーブ30は、伝動ケース28の後端部に位置するとともに、出力軸42に支持されている。出力軸42は、入力軸32と平行に配置されているとともに、上記歯車減速機の入力端に図示しない自動遠心クラッチを介して連結されている。
セカンダリシーブ30は、固定プレート45aとスライディングプレート45bとを備えている。固定プレート45aは、その回転中心部に円筒状のカラー46を有している。カラー46は、出力軸42の外周面に噛み合っている。この噛み合いにより、固定プレート45aと出力軸42とが一体に回転するようになっている。
スライディングプレート45bは、その回転中心部にスリーブ47を有している。スリーブ47は、カラー46の外周面上に軸方向にスライド可能に装着されている。スリーブ47に複数の係合溝48が形成されている。係合溝48は、スリーブ47の軸方向に延びるとともに、スリーブ47の周方向に間隔を存して並んでいる。
カラー46は、複数の係合ピン49を有している。係合ピン49は、カラー46の外側に突出するとともに、スリーブ47の係合溝48に摺動可能に嵌まり込んでいる。このことにより、固定プレート45aとスライディングプレート45bとは、一体に回転しつつ互いに近づいたり遠ざかる方向に移動可能となっている。
セカンダリシーブ30は、一対の第2の挾持面51a,51bを有している。一方の第2の挾持面51aは、固定プレート45aに形成されている。他方の第2の挾持面51bは、スライディングプレート45bに形成されている。第2の挾持面51a,51bは、夫々円錐状をなすとともに、互いに向かい合っている。第2の挾持面51a,51bは、固定プレート45aとスライディングプレート45bとの間にV形の断面形状を有する第2のベルト溝52を規定している。第2のベルト溝52の幅L2は、スライディングプレート45bのスライドによって調整可能となっている。
カラー46の端部にばね受け53が固定されている。ばね受け53は、スライディングプレート45bと向かい合っている。ばね受け53とスライディングプレート45bとの間に圧縮コイルスプリング54が介在されている。スプリング54は、スライディングプレート45bを固定プレート45aに向けて付勢している。
図3に示すように、ベルト31は、プライマリシーブ29の第1のベルト溝38とセカンダリシーブ30の第2のベルト溝52との間に無端状に巻き掛けられている。図4ないし図6に示すように、ベルト31は、複数の樹脂ブロック56と、一対の連結体57とを備えている。
樹脂ブロック56は、母材としてポリアミド樹脂を用いている。この母材に補強材としてのカーボン繊維又はアラミド繊維が混入されている。ポリアミド樹脂は、高い耐熱性を有するとともに、繰り返し衝撃荷重にも強く、長期に亘って安定した性質を維持できる。カーボン繊維やアラミド繊維は、高強度と耐熱性を兼ね備えている。したがって、樹脂ブロック56は、耐熱性、耐摩耗性および耐疲労性に優れている。
図5に示すように、各樹脂ブロック56は、一対の接触面58a,58bを有している。接触面58a,58bは、ベルト31の幅方向に互いに離れており、夫々プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bに沿うように傾斜している。各樹脂ブロック56の接触面58a,58bの中央部に夫々凹部59が形成されている。
連結体57は、例えば超耐熱ゴムで作られており、その内部に補強用の複数の芯線60が埋め込まれている。連結体57は、環状をなすとともに樹脂ブロック56の凹部59に嵌め込まれている。この嵌合により、複数の樹脂ブロック56が互いに連結されて無端状のベルト31を構成している。
凹部59に嵌め込まれた連結体57は、樹脂ブロック56の接触面58a,58bよりも引っ込んでいる。このため、ベルト31を第1および第2のベルト溝38,52に巻き掛けた時に、樹脂ブロック56の接触面58a,58bのみがプライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bに接触する。
言い換えると、プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bは、ベルト31の樹脂ブロック56を予め決められた推力で挟み込んでいる。このことにより、プライマリシーブ29とベルト31との間およびセカンダリシーブ30とベルト31との間において所望の伝達トルクが得られる。
エンジン14がアイドリング運転をしている時のようにクランク軸18の回転数が低い状態では、ローラウエイト41はプライマリシーブ29の回転中心部に片寄っている。このため、スライディングプレート34bが固定プレート34aから最も遠ざかった位置にあり、第1のベルト溝38の幅L1が最大となっている。このことから、第1のベルト溝38に巻き掛けられたベルト31は、プライマリシーブ29の回転中心部に位置し、プライマリシーブ29に対するベルト31の巻き掛け径が最小となっている。
これに対し、セカンダリシーブ30では、スライディングプレート45bがスプリング54によって固定プレート45aに向けて押圧されており、第2のベルト溝52の幅L2が最小となっている。そのため、第2のベルト溝52に巻き掛けられたベルト31は、セカンダリシーブ30の外周部に押し出されており、セカンダリシーブ30に対するベルト31の巻き掛け径が最大となっている。よって、CVT15の変速比が最大となる。
クランク軸18の回転数が上昇するに従い、ローラウエイト41が遠心力によりスライディングプレート34bの径方向外側に向けて移動する。この移動により、スライディングプレート34bが固定プレート34aに向けてスライドし、第1のベルト溝38の幅L1が徐々に狭くなる。このため、第1の挾持面37a,37bの間で挾持されたベルト31がプライマリシーブ29の径方向外側に向けて押し出され、プライマリシーブ29に対するベルト31の巻き掛け径が大きくなる。
逆にセカンダリシーブ30にあっては、ベルト31がセカンダシーブ30の回転中心部に向けて引張られる。これにより、スプリング54の付勢力に抗してスライディングプレート45bが固定プレート45aから遠ざかる方向にスライドし、第2のベルト溝38の幅L2が徐々に大きくなる。このため、セカンダリシーブ30に対するベルト31の巻き掛け径が小さくなる。よって、CVT15の変速比が小さくなる。このCVT15の変速比は、プライマリシーブ29に対するベルト31の巻き掛け径が最大となった時点で最小となる。
プライマリシーブ29の固定プレート34aおよびセカンダリシーブ30の固定プレート45aは、例えば浸炭焼き入れ・焼戻し処理が施されたクロムモリブデン鋼(SCM420)にて構成されている。これら固定プレート34a,45aは、80±2HRAで示される表面硬さを有している。プライマリシーブ29のスライディングプレート34bは、例えば硬質クロムメッキの表面処理が施されたダイカスト用アルミニウム合金(YDC11)にて構成されている。スライディングプレート34bは、800HV以上で示される表面硬さを有している。セカンダリシーブ30のスライディングプレート45bは、機械構造用炭素鋼(S35C)にて構成されており、63HBで示される表面硬さを有している。
プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bは、切削あるいは研摩等の機械加工を施すことで予め決められた形状に仕上げられている。このため、図7にプライマリシーブ29の第1の挾持面37aを代表して示すように、第1の挾持面37aには、機械加工により形成された数多くの溝62が存在する。溝62は、その幅、深さが概ね数μm程度の微細なものであり、凹部の一種となる。
プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bは、夫々その全面が摩擦層63で覆われている。摩擦層63は、機械加工が完了した第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bに例えば摩擦を高める物質としてのカーボン粉末64を塗布することで得られる。図7にプライマリシーブ29の第1の挾持面37aを代表して示すように、摩擦層63は溝62を充分に埋める厚みとなるように第1の挾持面37aに積層されている。
摩擦層63は必ずしも第1および第2の挾持面37a,37b,51a,51bの全面を覆わなくてもよい。例えば第1および第2の挾持面37a,37b,51a,51bのうち、ベルト31と接触する領域のみを摩擦層63で覆うようにしてもよい。さらに、第1および第2の挾持面37a,37b,51a,51bのうち、CVT15の変速比が最大の時にベルト31を挟み込む領域のみを摩擦層63で覆うようにしてもよい。
カーボン粉末64は、不融性を有している。すなわち、カーボン粉末64は、CVT15の変速動作中に発生する熱や圧力に耐え得るような特性を有している。具体的に述べると、ベルト31がプライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bの間およびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bの間で挾持された時、ベルト31の接触面58a,58bと第1および第2の挾持面37a,37b,51a,51bとの接触部分には摩擦に伴う熱が発生する。このため、カーボン粉末31は、上記接触部分の熱で溶融することがないような特性を有し、粉の状態をそのまま維持するようになっている。
さらに、カーボン粉末64は、プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bよりも低い硬度を有している。
組み立てが完了した後の新品のCVT15では、プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bが摩擦層63で覆われている。このため、カーボン粉末64は、第1および第2の挾持面37a,37b,51a,51bの上に保持された状態にある。
新品のCVT15の運転を開始すると、図9にプライマリシーブ29を代表して示すように、運転初期にプライマリシーブ29とベルト31との間に生じる僅かな隙間gにカーボン粉末64が入り込む。これにより、プライマリシーブ29とベルト31およびセカンダリシーブ30とベルト31との接触面積が増大する。カーボン粉末64は、変速動作中に生じる熱が加わっても粉状を維持する不融性を有している。よって、カーボン粉末64がベルト31の滑り止めとして機能する。
図8および図10は、CVT15の運転を継続した時の第1の挾持面37aの状態を開示している。他の第1の挾持面37bおよび第2の挾持面51a,51bについても同様の状態となるため、ここでは第1の挾持面37aを代表して説明する。
第1の挾持面37aを覆う摩擦層63の一部は、運転時間が経過するに従いベルト31との接触によって第1の挾持面37aから除去され、伝動ケース28内に飛散する。これにより、溝62の内部に入り込んだカーボン粉末64が第1の挾持面37aの上に残る。それとともに、溝62の縁がベルト31との接触により削り取られ、溝62の深さが減少する。
一方、ベルト31にあっては、樹脂ブロック56の接触面58a,58bが第1の挾持面37aとの接触により削られる。これにより、ベルト31に初期摩耗が発生する。図10に示すように、削り取られたベルト31の樹脂成分65は溝62に乗り移り、カーボン粉末64と協働して溝62を埋める。よって、第1の挾持面37aが平滑となる。
さらに、図11に示すように、樹脂ブロック56の接触面58aにカーボン粉末64が付着する。カーボン粉末64は、接触面58a上の凹凸を埋めており、これにより接触面58aが平滑となる。よって、ベルト31の接触面58aとプライマリシーブ29の第1の挾持面37aの接触状態が安定する。
このような本発明の第1の実施の形態によれば、CVT15の運転初期の段階では、カーボン粉末64がベルト31の滑りを防止する。このため、ベルト31を挟み込む推力を大きくすることなく、運転開始時のプライマリシーブ29とベルト31およびセカンダリシーブ30とベルト31との間でのトルクの伝達効率を高めることができる。したがって、慣らし運転が不要となる。
さらに、運転開始から一定時間を経過すると、摩擦層63が除去され、残ったカーボン粉末64が第1の挾持面37aの溝62を埋める。このことから、カーボン粉末64による滑り防止機能が消失し、プライマリシーブ29とベルト31およびセカンダリシーブ30とベルト31との間での伝達トルクが推力に応じた値に移行する。
図12は、本実施の形態のCVT15において、運転初期の段階での運転時間の経過に伴う伝達トルクの推移を開示している。図12に示すように、運転初期の伝達トルクAの値は、カーボン粉末64の存在により予め決められた本来の伝達トルクBの値よりも若干高くなっている。この伝達トルクAの値は、運転時間の経過とともに減少し、本来の伝達トルクBの値に移行している。この理由は、摩擦層63がベルト31との接触により除去されて、運転初期のカーボン粉末64による滑り防止機能が消失したことによるものと考えられる。
さらに、上記構成によると、カーボン粉末64は、プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bよりも低い硬度を有している。このため、カーボン粉末64が第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bを傷付けることはない。よって、ベルト31の滑りを防止した構成でありながら、第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bの摩耗を抑制できる。
加えて、上記実施の形態によると、ベルト31を構成する複数の樹脂ブロック56は、ポリアミド樹脂で作られている。そのため、ベルト31の耐熱性および耐久性が向上し、長期に亘って安定した性能を維持できる。
図13および図14は、本発明の第2の実施の形態を開示している。この第2の実施の形態は、プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bに関する事項が上記第1の実施の形態と相違している。それ以外のCVT15の構成は、第1の実施の形態と同様である。このため、第2の実施の形態において、第1の実施の形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bは、高摩擦部71を有している。同様にセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bは、高摩擦部72を有している。高摩擦部71,72は、第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bに夫々ショットピーニング又はホーニング加工を施すことにより得られる。高摩擦部71,72は、数多くの微細な凹凸を含んでいる。これら凹凸は、方向性を有しない網状の模様を形成している。
プライマリシーブ29の高摩擦部71は、第1の挾持面37a,37bの回転中心部に環状に形成されている。このため、プライマリシーブ29に対するベルト31の巻き掛け径が最小となる時点では、ベルト31が高摩擦部71によって挟み込まれることになる。第1の挾持面37a,37bのうち、高摩擦部71を外れた部分は、切削あるいは研摩等の機械加工が施された加工面73となっている。高摩擦部70は、加工面73よりも摩擦係数が高くなっている。
セカンダリシーブ30の高摩擦部72は、第2の挾持面51a,51bの外周部に環状に形成されている。このため、セカンダリシーブ30に対するベルト31の巻き掛け径が最大となる時点では、ベルト31が高摩擦部72によって挟み込まれることになる。第2の挾持面51a,51bのうち、高摩擦部72を外れた部分は、切削あるいは研摩等の機械加工が施された加工面74となっている。高摩擦部72は、加工面74よりも摩擦係数が高くなっている。
第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bは、夫々図示を省略するが第1の実施の形態と同様の摩擦層で覆われている。摩擦層は、機械加工により形成された溝および高摩擦部71,72の凹凸を充分に埋める厚みとなるように第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bに積層されている。
このような構成によると、プライマリシーブ29に対するベルト31の巻き掛け径が最小となり、セカンダリシーブ30に対するベルト31の巻き掛け径が最大となるような運転状態の時に、ベルト31がプライマリシーブ29の高摩擦部71およびセカンダリシーブ30の高摩擦部72で挟み込まれる。言い換えると、CVT15の変速比が最大となる運転状態の時に、第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bのうち摩擦係数の高い部分がベルト31を挟み込む。
このため、運転初期の段階でカーボン粉末64がプライマリシーブ29とベルト31およびセカンダリシーブ30とベルト31との間に止まり易くなる。このため、CVT15の変速比が最大となってベルト31に加わる張力が最も大きくなる運転状態の時に、ベルト31の滑りを確実に防止できる。
さらに、上記構成によると、図14に示すように、CVT15の変速比が小さくなるに従い、ベルト31が高摩擦部71,72から外れる。そのため、ベルト31に加わる張力が小さくなる運転状態の時のベルト31の摩耗を防止できる。
加えて、高摩擦部71,72は、第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bの一部に形成すればよく、高摩擦部71,72を得るための加工範囲が少なくなる。よって、プライマリシーブ29およびセカンダリシーブ30の製造コストを低減できる。
図15および図16は、本発明の第3の実施の形態を開示している。
この第3の実施の形態では、プライマリシーブ29の固定プレート34aを一例として説明する。図15に示すように、固定プレート34aの第1の挾持面37aに複数のリブ状の突起81が形成されている。突起81は、第1の挾持面37aの全面に亘るように固定プレート34aの回転中心部から放射状に延びている。突起81は、第1の挾持面37aの上に複数の放射状の溝82を形成している。突起81および溝82は、第1の挾持面37aの上で交互に並んでいる。これにより、第1の挾持面37aの全面が摩擦係数の高い高摩擦部83となっている。
第1の挾持面37aは、夫々図示を省略するが第1の実施の形態と同様の摩擦層で覆われている。摩擦層は、突起81および溝82を充分に埋める厚みとなるように第1の挾持面37aに積層されている。
この構成によれば、高摩擦部83が第1の挾持面37aの全面に位置するので、この第1の挾持面37aにカーボン粉末が確実に保持される。このため、ベルト31の巻き掛け位置が変化しても、このベルト31の滑りを防止できる。
図17は、本発明の第4の実施の形態を開示している。
第4の実施の形態は、ベルト31の接触面58a,58bが摩擦を高める摩擦層63で覆われている。ベルト31の構成および摩擦層63が不融性のカーボン粉末を有する点は第1の実施の形態と同様である。
この第4の実施の形態によると、摩擦層63は、ベルト31の接触面58a,58bに存在する凹凸を充分に埋める厚みとなるように接触面58a,58bに積層されている。
摩擦層63は、新品のベルト31をプライマリシーブとセカンダリシーブとの間に巻き掛けた時に、ベルト31と両シーブとの間に介在される。運転初期の段階では、摩擦層63に含まれるカーボン粉末がベルト31と両シーブとの間の僅かな隙間に入り込む。これにより、ベルト31と両シーブとの接触面積が増加する。よって、第1の実施の形態と同様に、カーボン粉末がベルト31の滑り止めとして機能する。
上記第1の実施の形態では、ベルト31の滑り止めとしてカーボン粉末64を使用している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えばカーボンブラックのような他の粉末を用いてもよい。
具体的には、カーボンブラックの一種であるグラファイト粉末を用いることができる。グラファイト粉末としては、粒径5μm〜150μmのものを用いるのが好ましい。さらに、グラファイト粉末を用いて摩擦層を形成するに当っては、グラファイト粉末にバインダおよび希釈剤を混ぜ合わせた液状物質を準備し、この液状物質をプライマリシーブ、セカンダリシーブ又はベルトの少なくともいずれか一つに塗布するようにしてもよい。
バインダは、グラファイト粉末をプライマリシーブ、セカンダリシーブ又はベルトに固定するための樹脂である。この樹脂としては、液状物質の乾燥時間、添加量を考慮すると、アクリル系樹脂又はオレフィン系樹脂が適している。希釈剤は、液状物質の粘度を適正に保つことで摩擦層の密度および厚みを調整し易くするとともに、液状物質を塗布する時の作業性を向上させるためのものである。希釈剤としては、例えば酢酸ブチルに代表されるエステル系溶剤、メチルエチルケトンに代表されるケトン系溶剤、ヘキサンに代表される石油系溶剤、メチルアルコールに代表されるアルコール系溶剤を採用することができる。
グラファイト粉末、バインダおよび希釈剤の配合割合は、グラファイト粉末を2〜80重量%、残りの20〜98重量%をバインダおよび希釈剤とするのが望ましい。
さらに、ベルト31の滑りを止める粉としては、パウダー状の酸化亜鉛あるいは粒子状のシリカを用いることができる。しかし、カーボン粉末は酸化亜鉛に比べて安価であり、コスト的な面で有利となる。それとともに、カーボン粉末はシリカに比べて硬度が低く、シーブを傷付け難い。よって、コストおよびシーブに及ぼす影響を考慮すると、カーボン粉末を採用することが望ましいものとなる。
上記第1の実施の形態では、プライマリシーブおよびセカンダリシーブの双方に摩擦層を形成している。しかしながら、本発明はこれに限らず、プライマリシーブ又はセカンダリシーブのいずれか一方に摩擦層を形成してもよい。この構成によると、摩擦層に含まれる粉は、ベルトを介して摩擦層を有しない他方のシーブに供給される。したがって、両方のシーブとベルトとの間での滑りを防止できる。
さらに、本発明を実施するに当っては、プライマリシーブ、セカンダリシーブおよびベルトの全てに摩擦層を形成するようにしてもよい。
さらにまた、本発明に係る車両は、自動二輪車に制約されない。例えば三つ又は四つの車輪を有する不整地走行用のATV(All Train vehicle)あるいはスノーモビルであって同様に実施可能である。
本発明によれば、不融性の粉が運転初期の段階でのベルトの滑りを防止する。このため、ベルトを挟み込む推力を大きくすることなく、プライマリシーブとベルトおよびセカンダリシーブとベルトとの間でのトルクの伝達効率を高めることができる。よって、運転初期から所望の伝達トルクを得ることができ、慣らし運転が不要となる。
【0001】
明 細 書
ベルト式連続無段変速装置
技術分野
本発明は、プライマリシーブのトルクを無端状のベルトを介してセカンダリシーブに伝えるベルト式連続無段変速装置に係り、特に運転初期のベルトの滑りを防止する構造に関する。
背景技術
例えば特開2002−147553号公報は、変速比を走行状況に応じて無段階的に調整し得る自動二輪車用のベルト式連続無段変速装置を開示している。このベルト式連続無段変速装置は、プライマリシーブ、セカンダリシーブおよびベルトを備えている。
プライマリシーブは、エンジンからの動力伝達によって駆動されるものであり、互いに向かい合う一対の挾持面と、これら挾持面の間に形成されたベルト溝とを有している。セカンダリシーブは、減速機構を介して自動二輪車の後輪に連動している。このセカンダリシーブは、互いに向かい合う一対の挾持面と、これら挾持面の間に形成されたベルト溝とを備えている。
ベルトは、プライマリシーブのベルト溝とセカンダリシー
【0002】
ブのベルト溝との間に無端状に巻き掛けられている。ベルトは、各シーブの挾持面に接する接触面を有している。このベルトの接触面と各シーブの挾持面との間に生じる摩擦力により、プライマリシーブのトルクがベルトを介してセカンダリシーブに伝わるようになっている。
この種のベルト式連続無段変速装置では、図18に示すように、各シーブの挾持面がベルトを挾持する推力を大きくする程、シーブとベルトとの間で伝達可能なトルクが大きくなるといった特性を有している。ベルトに加わる推力が増えると、シーブの挾持面とベルトの接触面との間に大きな摩擦抵抗が生じ、ベルトの発熱量が増加する。ベルトの発熱は、運動エネルギが熱エネルギに変化していることを示しており、その分、トルクの伝達効率が低下する。
図19は、ベルトに加わる推力を変化させた時のベルトの発熱量および伝達効率の移り変わりを示している。この図19から明らかなように、推力が増加すると、それに比例してベルトの発熱量が増えるとともに、トルクの伝達効率が低下している。このことから、シーブとベルトとの間でのトルクの伝達効率を高めるためには、推力を必要最小限に設定する必要がある。
【0003】
ところで、従来のベルト式連続無段変速装置によると、組み立て完了後の新品の状態で運転を開始した時、特にその運転初期の段階でベルトに滑りが生じる傾向にある。図20は、運転初期におけるベルトの伝達トルクの推移を示している。この図20から明らかなように、運転開始直後ではベルトに伝わるトルクが予め決められた設定値Cを大幅に下回っている。このトルクの値は、運転時間の経過とともに次第に上昇する傾向にあり、ある一定の時間を経過した時点で設定値に到達する。
したがって、新品のベルト式連続無段変速装置を運転するに当たっては、ベルトに伝わるトルクが設定値に達するまで慣らし運転を遂行することが必要となる。
しかしながら、従来のベルト式連続無段変速装置では、ベ
【0004】
ルトの滑りが皆無となるまで慣らし運転を継続しなくてはならない。このため、走行が可能な状態となるまで時間を要するとともに、製品の出荷に要する手間が膨大なものとなり、コスト高を招く要因となる。
運転初期のベルトの滑りを抑制する手段としては、ベルトに加わる推力を大きくすることが考えられる。ところが、推力を大きくすると、先にも述べたようにベルトの発熱量が増大するのを避けられない。したがって、慣らし運転完了後においてはベルトに加わる推力が過大となり、トルクの伝達効率が悪化するといった問題が生じてくる。
発明の開示
本発明の目的は、ベルトに加わる推力を必要最小限に抑えつつ、運転を開始した初期の段階でのベルトの滑りを防止できるベルト式連続無段変速装置を得ることにある。
本発明の他の目的は、ベルトに加わる推力を必要最小限に抑えつつ、運転を開始した初期の段階でのベルトの滑りを防止できる連続無段変速装置用シーブを得ることにある。
本発明の他の目的は、運転を開始した初期の段階での滑りを防止でき、シーブにトルクを効率良く伝達できる連続無段変速装置用ベルトを得ることにある。
本発明のさらに他の目的は、ベルトに加わる推力を必要最小限に抑えつつ、運転を開始した初期の段階でのベルトの滑りを防止できるベルト式連続無段変速装置を搭載した車両を得ることにある。
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るベルト式連続無段変速装置は、
【0005】
互いに向かい合う一対の第1の挾持面と、これら第1の挾持面の間に形成された第1のベルト溝とを有し、上記第1のベルト溝の幅を調整可能なプライマリシーブと、
互いに向かい合う一対の第2の挾持面と、これら第2の挾持面の間に形成された第2のベルト溝とを有し、上記第2のベルト溝の幅を調整可能なセカンダリシーブと、
上記プライマリシーブの第1のベルト溝と上記セカンダリシーブの第2のベルト溝との間に無端状に巻き掛けられ、上記第1の挾持面の間および上記第2の挾持面の間で挟み込まれる接触面を有するベルトとを具備しており、
上記プライマリシーブの第1の挾持面、上記セカンダリシーブの第2の挾持面又は上記ベルトの接触面の少なくともいずれか一つに不融性を有する粉が保持され、この粉は、上記ベルトに伝わるトルクが予め決められた値に達するまでの運転初期において少なくとも上記プライマリシーブと上記ベルトとの接触部分の摩擦を高める物質として用いられるとともに、上記プライマリシーブの第1の挟持面および上記セカンダリシーブの第2の挟持面よりも低い硬度を有することを特徴としている。
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る連続無段変速装置用シーブは、
ベルトを挟み込む一対の挾持面に不融性の粉を含む摩擦層が積層され、この摩擦層は上記ベルトに伝わるトルクが予め決められた値に達するまでの運転初期において上記挟持面と上記ベルトとの接触部分の摩擦を高める物質として用いられるとともに、上記粉は上記挟持面よりも低い硬度を有するとを特徴としている。
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る連続無段変速装置用ベルトは、
プライマリシーブおよびセカンダリシーブによって挟み込まれる接触面に不融性の粉を含む摩擦層を積層し、この摩擦層は、上記接触面に伝わるトルクが予め決められた値に達するまでの運転初期において少なくとも上記接触面と上記プライマリシーブとの接触部分の摩擦を高める物質として用いられるとともに、上記粉は上記プライマリシーブおよび上記セカンダリシーブよりも低い硬度を有することを特徴としている。
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る車両は、
【0006】
互いに向かい合う一対の第1の挾持面と、これら第1の挾持面の間に形成された第1のベルト溝とを有し、上記第1のベルト溝の幅を調整可能なプライマリシーブと、
互いに向かい合う一対の第2の挾持面と、これら第2の挾持面の間に形成された第2のベルト溝とを有し、上記第2のベルト溝の幅を調整可能なセカンダリシーブと、
上記プライマリシーブの第1のベルト溝と上記セカンダリシーブの第2のベルト溝との間に無端状に巻き掛けられ、上記第1の挾持面の間および上記第2の挾持面の間で挟み込まれる接触面を有するとともに、上記プライマリシーブの回転力を上記セカンダリシーブに伝えるベルトと、を備えたベルト式連続無段変速装置を搭載しており、
上記プライマリシーブの第1の挾持面、上記セカンダリシーブの第2の挾持面又は上記ベルトの接触面の少なくともいずれか一つに摩擦を高める物質としての不融性を有する粉が保持され、この粉は、上記ベルトに伝わるトルクが予め決められた値に達するまでの運転初期において少なくとも上記プライマリシーブと上記ベルトとの接触部分の摩擦を高める物質として用いられるとともに、上記プライマリシーブの第1の挟持面および上記セカンダリシーブの第2の挟持面よりも低い硬度を有することを特徴としている。
図面の簡単な説明
図1は、ベルト式連続無段変速装置を搭載した本発明の第1の実施の形態に係る自動二輪車の側面図。
図2は、4サイクルエンジンとベルト式連続無段変速装置とを備えた本発明の第1の実施の形態に係るパワーユニットの側面図。
図3は、本発明の第1の実施の形態に係るベルト式連続無段変速装置の断面図。
図4は、本発明の第1の実施の形態に係るベルト式連続無
【0017】
80±2HRAで示される表面硬さを有している。プライマリシーブ29のスライディングプレート34bは、例えば硬質クロムメッキの表面処理が施されたダイカスト用アルミニウム合金(ADC11)にて構成されている。スライディングプレート34bは、800HV以上で示される表面硬さを有している。セカンダリシーブ30のスライディングプレート45bは、機械構造用炭素鋼(S35C)にて構成されており、63HBで示される表面硬さを有している。
プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bは、切削あるいは研摩等の機械加工を施すことで予め決められた形状に仕上げられている。このため、図7にプライマリシーブ29の第1の挾持面37aを代表して示すように、第1の挾持面37aには、機械加工により形成された数多くの溝62が存在する。溝62は、その幅、深さが概ね数μm程度の微細なものであり、凹部の一種となる。
プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bは、夫々その全面が摩擦層63で覆われている。摩擦層63は、機械加工が完了した第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bに例えば摩擦を高める物質としてのカーボン粉末64を塗布することで得られる。図7にプライマリシーブ29の第1の挾持面37aを代表して示すように、摩擦層63は溝62を充分に埋める厚みとなるように第1の挾持面37aに積層されている。
【0026】
物質を準備し、この液状物質をプライマリシーブ、セカンダリシーブ又はベルトの少なくともいずれか一つに塗布するようにしてもよい。
バインダは、グラファイト粉末をプライマリシーブ、セカンダリシーブ又はベルトに固定するための樹脂である。この樹脂としては、液状物質の乾燥時間、添加量を考慮すると、アクリル系樹脂又はオレフィン系樹脂が適している。希釈剤は、液状物質の粘度を適正に保つことで摩擦層の密度および厚みを調整し易くするとともに、液状物質を塗布する時の作業性を向上させるためのものである。希釈剤としては、例えば酢酸ブチルに代表されるエステル系溶剤、メチルエチルケトンに代表されるケトン系溶剤、ヘキサンに代表される石油系溶剤、メチルアルコールに代表されるアルコール系溶剤を採用することができる。
グラファイト粉末、バインダおよび希釈剤の配合割合は、グラファイト粉末を2〜80重量%、残りの20〜98重量%をバインダおよび希釈剤とするのが望ましい。
さらに、ベルト31の滑りを止める粉としては、パウダー状の酸化亜鉛を用いることができる。しかし、カーボン粉末は酸化亜鉛に比べて安価であり、コスト的な面で有利となる。よって、コストおよびシーブに及ぼす影響を考慮すると、カーボン粉末を採用することが望ましいものとなる。
上記第1の実施の形態では、プライマリシーブおよびセカ
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ンダリシーブの双方に摩擦層を形成している。しかしながら、本発明はこれに限らず、プライマリシーブ又はセカンダリシーブのいずれか一方に摩擦層を形成してもよい。この構成によると、摩擦層に含まれる粉は、ベルトを介して摩擦層を有しない他方のシーブに供給される。したがって、両方のシーブとベルトとの間での滑りを防止できる。
さらに、本発明を実施するに当っては、プライマリシーブ、セカンダリシーブおよびベルトの全てに摩擦層を形成するようにしてもよい。
さらにまた、本発明に係る車両は、自動二輪車に制約されない。例えば三つ又は四つの車輪を有する不整地走行用のATV(All Train vehicle)あるいはスノーモビルであっても同様に実施可能である。
産業上の利用可能性
本発明によれば、不融性の粉が運転初期の段階でのベルトの滑りを防止する。このため、ベルトを挟み込む推力を大きくすることなく、プライマリシーブとベルトおよびセカンダリシーブとベルトとの間でのトルクの伝達効率を高めることができる。よって、運転初期から所望の伝達トルクを得ることができ、慣らし運転が不要となる。
本発明は、プライマリシーブのトルクを無端状のベルトを介してセカンダリシーブに伝えるベルト式連続無段変速装置、この連続無段変速装置に用いるシーブおよびベルトに係り、特に運転初期のベルトの滑りを防止する構造に関する。さらに本発明は、ベルト式連続無段変速装置を搭載した自動二輪車のような車両に関する。
従来、変速比を走行状況に応じて無段階的に調整し得る自動二輪車用のベルト式連続無段変速装置が知られている。このベルト式連続無段変速装置は、プライマリシーブ、セカンダリシーブおよびベルトを備えている。
プライマリシーブは、エンジンからの動力伝達によって駆動されるものであり、互いに向かい合う一対の挾持面と、これら挾持面の間に形成されたベルト溝とを有している。セカンダリシーブは、減速機構を介して自動二輪車の後輪に連動している。このセカンダリシーブは、互いに向かい合う一対の挾持面と、これら挾持面の間に形成されたベルト溝とを備えている。
ベルトは、プライマリシーブのベルト溝とセカンダリシーブのベルト溝との間に無端状に巻き掛けられている。ベルトは、各シーブの挾持面に接する接触面を有している。このベルトの接触面と各シーブの挾持面との間に生じる摩擦力により、プライマリシーブのトルクがベルトを介してセカンダリシーブに伝わるようになっている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−147553号公報
この種のベルト式連続無段変速装置は、図18に示すように、各シーブの挾持面がベルトを挾持する推力を大きくする程、シーブとベルトとの間で伝達可能なトルクが大きくなるといった特性を有している。ベルトに加わる推力が増えると、シーブの挾持面とベルトの接触面との間に大きな摩擦抵抗が生じ、ベルトの発熱量が増加する。ベルトの発熱は、運動エネルギが熱エネルギに変化していることを示しており、その分、トルクの伝達効率が低下する。
図19は、ベルトに加わる推力を変化させた時のベルトの発熱量および伝達効率の移り変わりを示している。この図19から明らかなように、推力が増加すると、それに比例してベルトの発熱量が増えるとともに、トルクの伝達効率が低下している。このことから、シーブとベルトとの間でのトルクの伝達効率を高めるためには、推力を必要最小限に設定する必要がある。
ところで、従来のベルト式連続無段変速装置によると、組み立て完了後の新品の状態で運転を開始した時、特にその運転初期の段階でベルトに滑りが生じる傾向にある。図20は、運転初期におけるベルトに伝達可能なトルクの推移を示している。この図20から明らかなように、運転開始直後ではベルトに伝達可能なトルクが予め決められた設定値Cを大幅に下回っている。このトルクの値は、運転時間の経過とともに次第に上昇する傾向にあり、ある一定の時間を経過した時点で設定値に到達する。
したがって、新品のベルト式連続無段変速装置を運転するに当たっては、ベルトに伝達可能なトルクが設定値に達するまで慣らし運転を遂行することが必要となる。
しかしながら、従来のベルト式連続無段変速装置では、ベルトの滑りが皆無となるまで慣らし運転を継続しなくてはならない。このため、走行が可能な状態となるまで時間を要するとともに、製品の出荷に要する手間が膨大なものとなり、コスト高を招く要因となる。
運転初期のベルトの滑りを抑制する手段としては、ベルトに加わる推力を大きくすることが考えられる。ところが、推力を大きくすると、先にも述べたようにベルトの発熱量が増大するのを避けられない。したがって、慣らし運転完了後においてはベルトに加わる推力が過大となり、トルクの伝達効率が悪化するといった問題が生じてくる。
本発明の目的は、ベルトに加わる推力を必要最小限に抑えつつ、ベルトの滑りを防止できるベルト式連続無段変速装置を得ることにある。
本発明の他の目的は、ベルトに加わる推力を必要最小限に抑えつつ、ベルトの滑りを防止できる連続無段変速装置用シーブを得ることにある。
本発明の他の目的は、運転を開始した初期の段階での滑りを防止でき、シーブにトルクを効率良く伝達できる連続無段変速装置用ベルトを得ることにある。
本発明のさらに他の目的は、ベルトに加わる推力を必要最小限に抑えつつ、運転を開始した初期でのベルトの滑りを防止できるベルト式連続無段変速装置を搭載した車両を得ることにある。
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るベルト式連続無段変速装置は、
互いに向かい合う一対の第1の挾持面と、これら第1の挾持面の間に形成された第1のベルト溝とを有し、上記第1のベルト溝の幅を調整可能なプライマリシーブと、
互いに向かい合う一対の第2の挾持面と、これら第2の挾持面の間に形成された第2のベルト溝とを有し、上記第2のベルト溝の幅を調整可能なセカンダリシーブと、
上記プライマリシーブの第1のベルト溝と上記セカンダリシーブの第2のベルト溝との間に無端状に巻き掛けられ、上記第1の挾持面の間および上記第2の挾持面の間で挟み込まれる接触面を有するベルトとを具備しており、
上記プライマリシーブの第1の挾持面、上記セカンダリシーブの第2の挾持面又は上記ベルトの接触面の少なくともいずれか一つに、摩擦を高める物質としての不融性を有する粉が保持されていることを特徴としている。
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る連続無段変速装置用シーブは、
ベルトを挟み込む一対の挾持面に不融性の粉を含む摩擦層を積層したことを特徴としている。
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る連続無段変速装置用ベルトは、
プライマリシーブおよびセカンダリシーブによって挟み込まれる接触面に、不融性の粉を含む摩擦層を積層したことを特徴としている。
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る車両は、
互いに向かい合う一対の第1の挾持面と、これら第1の挾持面の間に形成された第1のベルト溝とを有し、上記第1のベルト溝の幅を調整可能なプライマリシーブと、
互いに向かい合う一対の第2の挾持面と、これら第2の挾持面の間に形成された第2のベルト溝とを有し、上記第2のベルト溝の幅を調整可能なセカンダリシーブと、
上記プライマリシーブの第1のベルト溝と上記セカンダリシーブの第2のベルト溝との間に無端状に巻き掛けられ、上記第1の挾持面の間および上記第2の挾持面の間で挟み込まれる接触面を有するとともに、上記プライマリシーブのトルクを上記セカンダリシーブに伝えるベルトと、を備えたベルト式連続無段変速装置を搭載しており、
上記プライマリシーブの第1の挾持面、上記セカンダリシーブの第2の挾持面又は上記ベルトの接触面の少なくともいずれか一つに摩擦を高める物質としての不融性を有する粉が保持されていることを特徴としている。
以上詳述した本発明によれば、不融性の粉が運転初期の段階でのベルトの滑りを防止する。このため、ベルトを挟み込む推力を大きくすることなく、プライマリシーブとベルトおよびセカンダリシーブとベルトとの間でのトルクの伝達効率を高めることができ、慣らし運転が不要となる。
以下本発明の第1の実施の形態を図1ないし図12を参照して説明する。
図1は、本発明に係る車両の一例である自動二輪車1を開示している。自動二輪車1は、フレーム2を備えている。フレーム2は、ステアリングヘッドパイプ3、一対のメインパイプ4(一つのみを図示)および一対のシートレール5(一つのみを図示)を有している。ステアリングヘッドパイプ3は、フレーム2の前端に位置するとともに、フロントフォーク6を介して前輪7を支持している。
各メインパイプ4は、ステアリングヘッドパイプ3から後方に向けて延びている。メインパイプ4は、ステアリングヘッドパイプ3から斜め下向きに延びる前半部4aと、この前半部4aの下端から斜め上向きに延びる後半部4bと、前半部4aと後半部4bとの間に位置する中間部4cとを有している。
シートレール5は、メインパイプ4の前半部4aと後半部4bとの間に架け渡されている。シートレール5は、乗員が跨いで座るシート8を支持している。フレーム2は、車体カバー9で覆われている。車体カバー9は、シート8の下端に連続している。
各メインパイプ4の中間部4cにリヤアームブラケット10が固定されている。リヤアームブラケット10は、メインパイプ4の中間部4cから下向きに突出している。リヤアームブラケット10は、後方に延びるリヤアーム11を支持している。リヤアーム11はフレーム2に対し上下方向に揺動可能であり、その後端に走行体としての後輪12を支持している。
フレーム2は、後輪12を駆動するパワーユニット13を支持している。図1および図2に示すように、図1および図2に示すように、パワーユニット13は、駆動源としての4サイクル単気筒エンジン14とベルト式連続無段変速装置15とを備えている。このパワーユニット13は、車体カバー9の下部で覆い隠されている。
エンジン14は、メインパイプ4の前半部4aに懸架されている。エンジン14は、クランクケース16と、このクランクケース16に連結されたシリンダ17とを備えている。
クランクケース16は、クランク軸18および図示しない歯車減速機を収容している。図3に示すように、クランク軸18は、クランクケース16に軸受19a,19bを介して支持されているとともに、自動二輪車1の車幅方向に沿って水平に配置されている。
歯車減速機は、その出力端にドライブスプロケット20(図1に示す)を有している。ドライブスプロケット20は、クランク軸18の後方に位置している。ドライブスプロケット20と後輪12のドリブンスプロケット21との間には、チェーン22が巻き掛けられている。
エンジン14のシリンダ17は、クランクケース16からメインパイプ4の前半部4aに沿うように上向きに突出している。シリンダ17はピストン23を収容している。ピストン23は、コネクティングロッド24を介してクランク軸18のクランクウエブ25a,25bに連結されている。
図2および図3に示すように、ベルト式連続無段変速装置(以下CVTと称する)15は、クランクケース16の右側に位置している。CVT15は、伝動ケース28に収容されている。伝動ケース28は、クランクケース16の右側面に固定されている。
CVT15は、プライマリシーブ29、セカンダリシーブ30およびベルト31を備えている。プライマリシーブ29は、伝動ケース28の前端部に位置するとともに、入力軸32に支持されている。入力軸32は、クランク軸18と一体化されている。言い換えると、クランク軸18の右端に位置するジャーナル部18aが伝動ケース28の前端部に向けて延長されており、この延長部分が入力軸32を兼ねている。
プライマリシーブ29は、固定プレート34aとスライディングプレート34bとを備えている。固定プレート34aは、入力軸32の軸端に固定されて、この入力軸32と一体に回転するようになっている。スライディングプレート34bは、円筒状のボス部35を有している。ボス部35は、入力軸32の上にカラー36を介して支持されている。このため、スライディングプレート34bは、固定プレート34aに近づいたり遠ざかる方向にスライド可能であるとともに、入力軸32の周方向に回転可能となっている。
プライマリシーブ29は、一対の第1の挾持面37a,37bを有している。一方の第1の挾持面37aは、固定プレート34aに形成されている。他方の第1の挾持面37bは、スライディングプレート34bに形成されている。第1の挾持面37a,37bは、夫々円錐状をなすとともに、互いに向かい合っている。第1の挾持面37a,37bは、固定プレート34aとスライディングプレート34bとの間にV形の断面形状を有する第1のベルト溝38を規定している。第1のベルト溝38の幅L1は、スライディングプレート34bのスライドによって調整可能となっている。
入力軸32の外周にカムプレート39が固定されている。カムプレート39は、入力軸32と一体に回転するとともに、スライディングプレート34bと向かい合っている。スライディングプレート34bは、入力軸32の軸方向にスライド可能にカムプレート39に引っ掛かっている。そのため、カムプレート39とスライディングプレート34bとは、一体に回転しつつ互いに近づいたり遠ざかる方向に移動可能となっている。
スライディングプレート34bは、カムプレート39と向かい合うカム面40を有している。カム面40とカムプレート39との間に複数のローラウエイト41(一つのみを図示)が介在されている。ローラウエイト41は、クランク軸18の回転時に発生する遠心力によりカム面40に沿って移動する。この移動により、スライディングプレート34bが入力軸32の軸方向にスライドし、第1のベルト溝38の幅L1が変化するようになっている。
セカンダリシーブ30は、伝動ケース28の後端部に位置するとともに、出力軸42に支持されている。出力軸42は、入力軸32と平行に配置されているとともに、上記歯車減速機の入力端に図示しない自動遠心クラッチを介して連結されている。
セカンダリシーブ30は、固定プレート45aとスライディングプレート45bとを備えている。固定プレート45aは、その回転中心部に円筒状のカラー46を有している。カラー46は、出力軸42の外周面に噛み合っている。この噛み合いにより、固定プレート45aと出力軸42とが一体に回転するようになっている。
スライディングプレート45bは、その回転中心部にスリーブ47を有している。スリーブ47は、カラー46の外周面上に軸方向にスライド可能に装着されている。スリーブ47に複数の係合溝48が形成されている。係合溝48は、スリーブ47の軸方向に延びるとともに、スリーブ47の周方向に間隔を存して並んでいる。
カラー46は、複数の係合ピン49を有している。係合ピン49は、カラー46の外側に突出するとともに、スリーブ47の係合溝48に摺動可能に嵌まり込んでいる。このことにより、固定プレート45aとスライディングプレート45bとは、一体に回転しつつ互いに近づいたり遠ざかる方向に移動可能となっている。
セカンダリシーブ30は、一対の第2の挾持面51a,51bを有している。一方の第2の挾持面51aは、固定プレート45aに形成されている。他方の第2の挾持面51bは、スライディングプレート45bに形成されている。第2の挾持面51a,51bは、夫々円錐状をなすとともに、互いに向かい合っている。第2の挾持面51a,51bは、固定プレート45aとスライディングプレート45bとの間にV形の断面形状を有する第2のベルト溝52を規定している。第2のベルト溝52の幅L2は、スライディングプレート45bのスライドによって調整可能となっている。
カラー46の端部にばね受け53が固定されている。ばね受け53は、スライディングプレート45bと向かい合っている。ばね受け53とスライディングプレート45bとの間に圧縮コイルスプリング54が介在されている。スプリング54は、スライディングプレート45bを固定プレート45aに向けて付勢している。
図3に示すように、ベルト31は、プライマリシーブ29の第1のベルト溝38とセカンダリシーブ30の第2のベルト溝52との間に無端状に巻き掛けられている。図4ないし図6に示すように、ベルト31は、複数の樹脂ブロック56と、一対の連結体57とを備えている。
樹脂ブロック56は、母材としてポリアミド樹脂を用いている。この母材に補強材としてのカーボン繊維又はアラミド繊維が混入されている。ポリアミド樹脂は、高い耐熱性を有するとともに、繰り返し衝撃荷重にも強く、長期に亘って安定した性質を維持できる。カーボン繊維やアラミド繊維は、高強度と耐熱性を兼ね備えている。したがって、樹脂ブロック56は、耐熱性、耐摩耗性および耐疲労性に優れている。
図5に示すように、各樹脂ブロック56は、一対の接触面58a,58bを有している。接触面58a,58bは、ベルト31の幅方向に互いに離れており、夫々プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bに沿うように傾斜している。各樹脂ブロック56の接触面58a,58bの中央部に夫々凹部59が形成されている。
連結体57は、例えば超耐熱ゴムで作られており、その内部に補強用の複数の芯線60が埋め込まれている。連結体57は、環状をなすとともに樹脂ブロック56の凹部59に嵌め込まれている。この嵌合により、複数の樹脂ブロック56が互いに連結されて無端状のベルト31を構成している。
凹部59に嵌め込まれた連結体57は、樹脂ブロック56の接触面58a,58bよりも引っ込んでいる。このため、ベルト31を第1および第2のベルト溝38,52に巻き掛けた時に、樹脂ブロック56の接触面58a,58bのみがプライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bに接触する。
言い換えると、プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bは、ベルト31の樹脂ブロック56を予め決められた推力で挟み込んでいる。このことにより、プライマリシーブ29とベルト31との間およびセカンダリシーブ30とベルト31との間において伝達可能なトルクが所望の値となる。
エンジン14がアイドリング運転をしている時のようにクランク軸18の回転数が低い状態では、ローラウエイト41はプライマリシーブ29の回転中心部に片寄っている。このため、スライディングプレート34bが固定プレート34aから最も遠ざかった位置にあり、第1のベルト溝38の幅L1が最大となっている。このことから、第1のベルト溝38に巻き掛けられたベルト31は、プライマリシーブ29の回転中心部に位置し、プライマリシーブ29に対するベルト31の巻き掛け径が最小となっている。
これに対し、セカンダリシーブ30では、スライディングプレート45bがスプリング54によって固定プレート45aに向けて押圧されており、第2のベルト溝52の幅L2が最小となっている。そのため、第2のベルト溝52に巻き掛けられたベルト31は、セカンダリシーブ30の外周部に押し出されており、セカンダリシーブ30に対するベルト31の巻き掛け径が最大となっている。よって、CVT15の変速比が最大となる。
クランク軸18の回転数が上昇するに従い、ローラウエイト41が遠心力によりスライディングプレート34bの径方向外側に向けて移動する。この移動により、スライディングプレート34bが固定プレート34aに向けてスライドし、第1のベルト溝38の幅L1が徐々に狭くなる。このため、第1の挾持面37a,37bの間で挾持されたベルト31がプライマリシーブ29の径方向外側に向けて押し出され、プライマリシーブ29に対するベルト31の巻き掛け径が大きくなる。
逆にセカンダリシーブ30にあっては、ベルト31がセカンダシーブ30の回転中心部に向けて引張られる。これにより、スプリング54の付勢力に抗してスライディングプレート45bが固定プレート45aから遠ざかる方向にスライドし、第2のベルト溝38の幅L2が徐々に大きくなる。このため、セカンダリシーブ30に対するベルト31の巻き掛け径が小さくなる。よって、CVT15の変速比が小さくなる。このCVT15の変速比は、プライマリシーブ29に対するベルト31の巻き掛け径が最大となった時点で最小となる。
プライマリシーブ29の固定プレート34aおよびセカンダリシーブ30の固定プレート45aは、例えば浸炭焼き入れ・焼戻し処理が施されたクロムモリブデン鋼(SCM420)にて構成されている。これら固定プレート34a,45aは、80±2HRAで示される表面硬さを有している。プライマリシーブ29のスライディングプレート34bは、例えば硬質クロムメッキの表面処理が施されたダイカスト用アルミニウム合金(ADC11)にて構成されている。スライディングプレート34bは、800HV以上で示される表面硬さを有している。セカンダリシーブ30のスライディングプレート45bは、機械構造用炭素鋼(S35C)にて構成されており、63HBで示される表面硬さを有している。
プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bは、切削あるいは研摩等の機械加工を施すことで予め決められた形状に仕上げられている。このため、図7にプライマリシーブ29の第1の挾持面37aを代表して示すように、第1の挾持面37aには、機械加工により形成された数多くの溝62が存在する。溝62は、その幅、深さが概ね数μm程度の微細なものであリ、凹部の一種となる。
プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bは、夫々その全面が摩擦層63で覆われている。摩擦層63は、機械加工が完了した第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bに例えば摩擦を高める物質としてのカーボン粉末64を塗布することで得られる。図7にプライマリシーブ29の第1の挾持面37aを代表して示すように、摩擦層63は溝62を充分に埋める厚みとなるように第1の挾持面37aに積層されている。
摩擦層63は必ずしも第1および第2の挾持面37a,37b,51a,51bの全面を覆わなくてもよい。例えば第1および第2の挾持面37a,37b,51a,51bのうち、ベルト31と接触する領域のみを摩擦層63で覆うようにしてもよい。さらに、第1および第2の挾持面37a,37b,51a,51bのうち、CVT15の変速比が最大の時にベルト31を挟み込む領域のみを摩擦層63で覆うようにしてもよい。
カーボン粉末64は、不融性を有している。すなわち、カーボン粉末64は、CVT15の変速動作中に発生する熱や圧力に耐え得るような特性を有している。具体的に述べると、ベルト31がプライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bの間およびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bの間で挾持された時、ベルト31の接触面58a,58bと第1および第2の挾持面37a,37b,51a,51bとの接触部分には摩擦に伴う熱が発生する。このため、カーボン粉末31は、上記接触部分の熱で溶融することがないような特性を有し、粉の状態をそのまま維持するようになっている。
さらに、カーボン粉末64は、プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bよりも低い硬度を有している。
組み立てが完了した後の新品のCVT15では、プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bが摩擦層63で覆われている。このため、カーボン粉末64は、第1および第2の挾持面37a,37b,51a,51bの上に保持された状態にある。
新品のCVT15の運転を開始すると、図9にプライマリシーブ29を代表して示すように、運転初期にプライマリシーブ29とベルト31との間に生じる僅かな隙間gにカーボン粉末64が入り込む。これにより、プライマリシーブ29とベルト31およびセカンダリシーブ30とベルト31との接触面積が増大する。カーボン粉末64は、変速動作中に生じる熱が加わっても粉状を維持する不融性を有している。よって、カーボン粉末64がベルト31の滑り止めとして機能する。
図8および図10は、CVT15の運転を継続した時の第1の挾持面37aの状態を開示している。他の第1の挾持面37bおよび第2の挾持面51a,51bについても同様の状態となるため、ここでは第1の挾持面37aを代表して説明する。
第1の挾持面37aを覆う摩擦層63の一部は、運転時間が経過するに従いベルト31との接触によって第1の挾持面37aから除去され、伝動ケース28内に飛散する。これにより、溝62の内部に入り込んだカーボン粉末64が第1の挾持面37aの上に残る。それとともに、溝62の縁がベルト31との接触により削り取られ、溝62の深さが減少する。
一方、ベルト31にあっては、樹脂ブロック56の接触面58a,58bが第1の挾持面37aとの接触により削られる。これにより、ベルト31に初期摩耗が発生する。図10に示すように、削り取られたベルト31の樹脂成分65は溝62に乗り移り、カーボン粉末64と協働して溝62を埋める。よって、第1の挾持面37aが平滑となる。
さらに、図11に示すように、樹脂ブロック56の接触面58aにカーボン粉末64が付着する。カーボン粉末64は、接触面58a上の凹凸を埋めており、これにより接触面58aが平滑となる。よって、ベルト31の接触面58aとプライマリシーブ29の第1の挾持面37aの接触状態が安定する。
このような本発明の第1の実施の形態によれば、CVT15の運転初期の段階では、カーボン粉末64がベルト31の滑りを防止する。このため、ベルト31を挟み込む推力を大きくすることなく、運転開始時のプライマリシーブ29とベルト31およびセカンダリシーブ30とベルト31との間でのトルクの伝達効率を高めることができる。したがって、慣らし運転が不要となる。
さらに、運転開始から一定時間を経過すると、摩擦層63が除去され、残ったカーボン粉末64が第1の挾持面37aの溝62を埋める。この結果、プライマリシーブ29とベルト31およびセカンダリシーブ30とベルト31との間において伝達可能なトルクが推力に応じた値に移行する。
図12は、本実施の形態のCVT15において、運転初期の段階での運転時間の経過に伴う伝達可能なトルクの推移を開示している。図12に示すように、運転初期での伝達可能なトルクAの値は、カーボン粉末64の存在により、予め決められた本来の伝達可能なトルクBの値よりも若干高くなっている。このトルクAの値は、運転時間の経過とともに減少し、本来のトルクBの値に移行している。
さらに、上記構成によると、カーボン粉末64は、プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bよりも低い硬度を有している。このため、カーボン粉末64が第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bを傷付けることはない。よって、ベルト31の滑りを防止した構成でありながら、第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bの摩耗を抑制できる。
加えて、上記実施の形態によると、ベルト31を構成する複数の樹脂ブロック56は、ポリアミド樹脂で作られている。そのため、ベルト31の耐熱性および耐久性が向上し、長期に亘って安定した性能を維持できる。
図13および図14は、本発明の第2の実施の形態を開示している。この第2の実施の形態は、プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bおよびセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bに関する事項が上記第1の実施の形態と相違している。それ以外のCVT15の構成は、第1の実施の形態と同様である。このため、第2の実施の形態において、第1の実施の形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
プライマリシーブ29の第1の挾持面37a,37bは、高摩擦部71を有している。同様にセカンダリシーブ30の第2の挾持面51a,51bは、高摩擦部72を有している。高摩擦部71,72は、第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bに夫々ショットピーニング又はホーニング加工を施すことにより得られる。高摩擦部71,72は、数多くの微細な凹凸を含んでいる。これら凹凸は、方向性を有しない網状の模様を形成している。
プライマリシーブ29の高摩擦部71は、第1の挾持面37a,37bの回転中心部に環状に形成されている。このため、プライマリシーブ29に対するベルト31の巻き掛け径が最小となる時点では、ベルト31が高摩擦部71によって挟み込まれることになる。第1の挾持面37a,37bのうち、高摩擦部71を外れた部分は、切削あるいは研摩等の機械加工が施された加工面73となっている。高摩擦部70は、加工面73よりも摩擦係数が高くなっている。
セカンダリシーブ30の高摩擦部72は、第2の挾持面51a,51bの外周部に環状に形成されている。このため、セカンダリシーブ30に対するベルト31の巻き掛け径が最大となる時点では、ベルト31が高摩擦部72によって挟み込まれることになる。第2の挾持面51a,51bのうち、高摩擦部72を外れた部分は、切削あるいは研摩等の機械加工が施された加工面74となっている。高摩擦部72は、加工面74よりも摩擦係数が高くなっている。
第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bは、夫々図示を省略するが第1の実施の形態と同様の摩擦層で覆われている。摩擦層は、機械加工により形成された溝および高摩擦部71,72の凹凸を充分に埋める厚みとなるように第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bに積層されている。
このような構成によると、プライマリシーブ29に対するベルト31の巻き掛け径が最小となり、セカンダリシーブ30に対するベルト31の巻き掛け径が最大となるような運転状態の時に、ベルト31がプライマリシーブ29の高摩擦部71およびセカンダリシーブ30の高摩擦部72で挟み込まれる。言い換えると、CVT15の変速比が最大となる運転状態の時に、第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bのうち摩擦係数の高い部分がベルト31を挟み込む。
このため、運転初期の段階でカーボン粉末64がプライマリシーブ29とベルト31およびセカンダリシーブ30とベルト31との間に止まり易くなる。このため、CVT15の変速比が最大となってベルト31に加わる張力が最も大きくなる運転状態の時に、ベルト31の滑りを確実に防止できる。
さらに、上記構成によると、図14に示すように、CVT15の変速比が小さくなるに従い、ベルト31が高摩擦部71,72から外れる。そのため、ベルト31に加わる張力が小さくなる運転状態の時のベルト31の摩耗を防止できる。
加えて、高摩擦部71,72は、第1の挾持面37a,37bおよび第2の挾持面51a,51bの一部に形成すればよく、高摩擦部71,72を得るための加工範囲が少なくなる。よって、プライマリシーブ29およびセカンダリシーブ30の製造コストを低減できる。
図15および図16は、本発明の第3の実施の形態を開示している。
この第3の実施の形態では、プライマリシーブ29の固定プレート34aを一例として説明する。図15に示すように、固定プレート34aの第1の挾持面37aに複数のリブ状の突起81が形成されている。突起81は、第1の挾持面37aの全面に亘るように固定プレート34aの回転中心部から放射状に延びている。突起81は、第1の挾持面37aの上に複数の放射状の溝82を形成している。突起81および溝82は、第1の挾持面37aの上で交互に並んでいる。これにより、第1の挾持面37aの全面が摩擦係数の高い高摩擦部83となっている。
第1の挾持面37aは、夫々図示を省略するが第1の実施の形態と同様の摩擦層で覆われている。摩擦層は、突起81および溝82を充分に埋める厚みとなるように第1の挾持面37aに積層されている。
この構成によれば、高摩擦部83が第1の挾持面37aの全面に位置するので、この第1の挾持面37aにカーボン粉末が確実に保持される。このため、ベルト31の巻き掛け位置が変化しても、このベルト31の滑りを防止できる。
図17は、本発明の第4の実施の形態を開示している。
第4の実施の形態は、ベルト31の接触面58a,58bが摩擦を高める摩擦層63で覆われている。ベルト31の構成および摩擦層63が不融性のカーボン粉末を有する点は第1の実施の形態と同様である。
この第4の実施の形態によると、摩擦層63は、ベルト31の接触面58a,58bに存在する凹凸を充分に埋める厚みとなるように接触面58a,58bに積層されている。
摩擦層63は、新品のベルト31をプライマリシーブとセカンダリシーブとの間に巻き掛けた時に、ベルト31と両シーブとの間に介在される。運転初期の段階では、摩擦層63に含まれるカーボン粉末がベルト31と両シーブとの間の僅かな隙間に入り込む。これにより、ベルト31と両シーブとの接触面積が増加する。よって、第1の実施の形態と同様に、カーボン粉末がベルト31の滑り止めとして機能する。
上記第1の実施の形態では、ベルト31の滑り止めとしてカーボン粉末64を使用している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えばカーボンブラックのような他の粉末を用いてもよい。
具体的には、カーボンブラックの一種であるグラファイト粉末を用いることができる。グラファイト粉末としては、粒径5μm〜150μmのものを用いるのが好ましい。さらに、グラファイト粉末を用いて摩擦層を形成するに当っては、グラファイト粉末にバインダおよび希釈剤を混ぜ合わせた液状物質を準備し、この液状物質をプライマリシーブ、セカンダリシーブ又はベルトの少なくともいずれか一つに塗布するようにしてもよい。
バインダは、グラファイト粉末をプライマリシーブ、セカンダリシーブ又はベルトに固定するための樹脂である。この樹脂としては、液状物質の乾燥時間、添加量を考慮すると、アクリル系樹脂又はオレフィン系樹脂が適している。希釈剤は、液状物質の粘度を適正に保つことで摩擦層の密度および厚みを調整し易くするとともに、液状物質を塗布する時の作業性を向上させるためのものである。希釈剤としては、例えば酢酸ブチルに代表されるエステル系溶剤、メチルエチルケトンに代表されるケトン系溶剤、ヘキサンに代表される石油系溶剤、メチルアルコールに代表されるアルコール系溶剤を採用することができる。
グラファイト粉末、バインダおよび希釈剤の配合割合は、グラファイト粉末を2〜80重量%、残りの20〜98重量%をバインダおよび希釈剤とするのが望ましい。
さらに、ベルト31の滑りを止める粉としては、パウダー状の酸化亜鉛を用いることができる。しかし、カーボン粉末は酸化亜鉛に比べて安価であり、コスト的な面で有利となる。よって、コストおよびシーブに及ぼす影響を考慮すると、カーボン粉末を採用することが望ましいものとなる。
上記第1の実施の形態では、プライマリシーブおよびセカンダリシーブの双方に摩擦層を形成している。しかしながら、本発明はこれに限らず、プライマリシーブ又はセカンダリシーブのいずれか一方に摩擦層を形成してもよい。この構成によると、摩擦層に含まれる粉は、ベルトを介して摩擦層を有しない他方のシーブに供給される。したがって、両方のシーブとベルトとの間での滑りを防止できる。
さらに、本発明を実施するに当っては、プライマリシーブ、セカンダリシーブおよびベルトの全てに摩擦層を形成するようにしてもよい。
さらにまた、本発明に係る車両は、自動二輪車に制約されない。例えば三つ又は四つの車輪を有する不整地走行用のATVあるいはスノーモビルであって同様に実施可能である。
ベルト式連続無段変速装置を搭載した本発明の第1の実施の形態に係る自動二輪車の側面図。 4サイクルエンジンとベルト式連続無段変速装置とを備えた本発明の第1の実施の形態に係るパワーユニットの側面図。 本発明の第1の実施の形態に係るベルト式連続無段変速装置の断面図。 本発明の第1の実施の形態に係るベルト式連続無段変速装置に用いるベルトの側面図。 本発明の第1の実施の形態に係るベルト式連続無段変速装置に用いるベルトの断面図。 図5のF6−F6線に沿う断面図。 本発明の第1の実施の形態において、プライマリシーブの挾持面に摩擦層を積層した状態を模式的に示す断面図。 本発明の第1の実施の形態において、プライマリシーブの挾持面に不融性の粉が保持された状態を模式的に示す断面図。 本発明の第1の実施の形態において、プライマリシーブの挾持面とベルトの接触面との間に不融性の粉が介在された状態を模式的に示す断面図。 図8のA部を拡大して示す断面図。 本発明の第1の実施の形態において、ベルトの接触面に不融性の粉が保持された状態を模式的に示す断面図。 本発明の第1の実施の形態において、運転時間に対するベルトに伝達可能なトルクの推移を示す特性図。 変速比が最大の時のシーブの高摩擦部とベルトとの位置関係を示す本発明の第2の実施の形態に係るベルト式連続無段変速装置の側面図。 変速比が最小の時のシーブの高摩擦部とベルトとの位置関係を示す本発明の第2の実施の形態に係るベルト式連続無段変速装置の側面図。 本発明の第3の実施の形態に係るプライマリシーブの側面図。 本発明の第3の実施の形態に係るプライマリシーブの断面図。 本発明の第4の実施の形態に係るベルトの断面図。 従来のベルト式連続無段変速装置において、ベルトに加わる推力と伝達可能なトルクとの関係を示す特性図。 従来のベルト式連続無段変速装置において、ベルトに加わる推力とベルトの発熱量および伝達効率との関係を示す特性図。 従来のベルト式連続無段変速装置において、運転時間に対するベルトに伝達可能なトルクの推移を示す特性図。
符号の説明
1…車両(自動二輪車)、15…ベルト式連続無段変速装置、29…プライマリシーブ、30…セカンダリシーブ、31…ベルト、37a,37b…第1の挟持面、38…第1のベルト溝、51a,51b…第2の挟持面、52…第2のベルト溝、56…樹脂ブロック、57…連結体、58a,58b…接触面、63…摩擦層、64…粉(カーボン粉末)。

Claims (29)

  1. 互いに向かい合う一対の第1の挾持面と、これら第1の挾持面の間に形成された第1のベルト溝とを有し、上記第1のベルト溝の幅を調整可能なプライマリシーブと、
    互いに向かい合う一対の第2の挾持面と、これら第2の挾持面の間に形成された第2のベルト溝とを有し、上記第2のベルト溝の幅を調整可能なセカンダリシーブと、
    上記プライマリシーブの第1のベルト溝と上記セカンダリシーブの第2のベルト溝との間に無端状に巻き掛けられ、上記第1の挾持面の間および上記第2の挾持面の間で挟み込まれる接触面を有するベルトとを具備し、
    上記プライマリシーブの回転力を上記ベルトを介して上記セカンダリシーブに伝えるようにしたベルト式連続無段変速装置であって、
    上記プライマリシーブの第1の挾持面、上記セカンダリシーブの第2の挾持面又は上記ベルトの接触面の少なくともいずれか一つに、摩擦を高める物質としての不融性を有する粉が保持されていることを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  2. 請求項1の記載において、上記プライマリシーブの第1の挾持面および上記セカンダリシーブの第2の挾持面は、上記粉を保持する複数の凹部を有することを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  3. 請求項1の記載において、上記ベルトの接触面は、上記粉を保持する複数の凹部を有することを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれかの記載において、上記粉は、カーボン、酸化亜鉛又はシリカのいずれかの粉末であることを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  5. 請求項1の記載において、上記粉は、上記ベルトが第1の挾持面の間および第2の挾持面の間で挾み込まれた時に、上記ベルトの接触面と上記第1および第2の挾持面との摩擦により生じる熱で溶けることがない特性を有することを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  6. 請求項1の記載において、上記粉は、上記プライマリシーブの第1の挾持面および上記セカンダリシーブの第2の挾持面よりも低い硬度を有することを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  7. 請求項1の記載において、上記ベルトは、上記接触面を有する複数の樹脂ブロックと、これら樹脂ブロックを無端状に連結する連結体とを備えていることを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  8. 請求項7の記載において、上記樹脂ブロックは、ポリアミド樹脂を母材とするとともに、この母材にカーボン繊維又はアラミド繊維の補強材が混入されていることを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  9. 互いに向かい合う一対の第1の挾持面と、これら第1の挾持面の間に形成された第1のベルト溝とを有し、上記第1のベルト溝の幅を調整可能なプライマリシーブと、
    互いに向かい合う一対の第2の挾持面と、これら第2の挾持面の間に形成された第2のベルト溝とを有し、上記第2のベルト溝の幅を調整可能なセカンダリシーブと、
    上記プライマリシーブの第1のベルト溝と上記セカンダリシーブの第2のベルト溝との間に無端状に巻き掛けられ、上記第1の挾持面の間および上記第2の挾持面の間で挟み込まれる接触面を有するベルトとを具備し、
    上記プライマリシーブの回転力を上記ベルトを介して上記セカンダリシーブに伝えるようにしたベルト式連続無段変速装置であって、
    上記プライマリシーブの第1の挾持面、上記セカンダリシーブの第2の挾持面又は上記ベルトの接触面の少なくともいずれか一つに、不融性の粉を含む摩擦層が積層されていることを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  10. 請求項9の記載において、上記プライマリシーブの第1の挾持面および上記セカンダリシーブの第2の挾持面は、上記粉を保持する複数の凹部を有することを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  11. 請求項10の記載において、上記ベルトの接触面は、上記粉を保持する複数の凹部を有することを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  12. 請求項9の記載において、上記粉は、上記ベルトが第1の挾持面の間および上記第2の挾持面の間で挾み込まれた時に、上記ベルトの接触面と上記第1および第2の挾持面との摩擦により生じる熱で溶けることがない特性を有することを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  13. 請求項9ないし請求項12のいずれかの記載において、上記摩擦層は、カーボン、酸化亜鉛あるいはシリカのいずれかを上記プライマリシーブの第1の挾持面、上記セカンダリシーブの第2の挾持面又は上記ベルトの接触面の少なくともいずれか一つに塗布することで形成されることを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  14. 請求項9ないし請求項12のいずれかの記載において、上記摩擦層は、カーボンブラック粉末にバインダを含有させた物質を上記プライマリシーブの第1の挾持面、上記セカンダリシーブの第2の挾持面又は上記ベルトの接触面の少なくともいずれか一つに塗布することで形成されることを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  15. 請求項9の記載において、上記摩擦層は、所定の運転時間を経過した時に、その少なくとも一部が除去されるとともに、残りの粉が上記プライマリシーブの第1の挾持面、上記セカンダリシーブの第2の挾持面又は上記ベルトの接触面の少なくともいずれか一つに保持されることを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  16. 請求項9の記載において、上記ベルトは、上記接触面を有する複数の樹脂ブロックと、これら樹脂ブロックを無端状に連結する連結体とを備え、上記樹脂ブロックはポリアミド樹脂を母材とするとともに、この母材にカーボン繊維又はアラミド繊維の補強材が混入されていることを特徴とするベルト式連続無段変速装置。
  17. ベルトを挟み込む一対の挾持面を有し、この挾持面に不融性の粉を含む摩擦層を積層したことを特徴とする連続無段変速装置用シーブ。
  18. 請求項17の記載において、上記挾持面は、上記粉を保持する複数の凹部を有することを特徴とする連続無段変速装置用シーブ。
  19. 請求項17又は請求項18のいずれかの記載において、上記摩擦層は、カーボンブラック粉末にバインダを含有させた物質を上記挾持面に塗布することで形成されることを特徴とする連続無段変速装置用シーブ。
  20. 請求項17の記載において、上記粉は、上記ベルトが挾持面の間で挾持された時に、上記ベルトと上記挾持面との摩擦により生じる熱で溶けることがない特性を有することを特徴とする連続無段変速装置用シーブ。
  21. 請求項17又は請求項20の記載において、上記粉は、上記挾持面よりも低い硬度を有することを特徴とする連続無段変速装置用シーブ。
  22. プライマリシーブとセカンダリシーブとの間に無端状に巻き掛けられ、上記各シーブで挟み込まれる接触面を有するとともに、上記プライマリシーブの回転力を上記セカンダリシーブに伝える連続無段変速装置用ベルトであって、
    上記接触面に不融性の粉を含む摩擦層を積層したことを特徴とする連続無段変速装置用ベルト。
  23. 金属製のプライマリシーブおよび金属製のセカンダリシーブで挟み込まれる接触面を有する複数の樹脂ブロックと、これら樹脂ブロックを無端状に連結する連結体とを具備し、上記プライマリシーブと上記セカンダリシーブとの間に無端状に巻き掛けることで、上記プライマリシーブの回転力を上記セカンダリシーブに伝える連続無段変速装置用ベルトであって、
    上記接触面に不融性の粉を含む摩擦層を積層したことを特徴とする連続無段変速装置用ベルト。
  24. 請求項22又は請求項23の記載において、上記摩擦層は、カーボンブラック粉末にバインダを含有させた物質を上記接触面に塗布することで形成されることを特徴とする連続無段変速装置用ベルト。
  25. 請求項22又は請求項23の記載において、上記粉は、上記接触面と上記プライマリシーブおよび上記セカンダリシーブとの摩擦により生じる熱で溶けることがない特性を有することを特徴とする連続無段変速装置用ベルト。
  26. 請求項22又は請求項23の記載において、上記接触面は、上記粉を保持する複数の凹部を有することを特徴とする連続無段変速装置用ベルト。
  27. ベルト式連続無段変速装置を搭載した車両であって、
    上記ベルト式連続無段変速装置は、
    互いに向かい合う一対の第1の挾持面と、これら第1の挾持面の間に形成された第1のベルト溝とを有し、上記第1のベルト溝の幅を調整可能なプライマリシーブと、
    互いに向かい合う一対の第2の挾持面と、これら第2の挾持面の間に形成された第2のベルト溝とを有し、上記第2のベルト溝の幅を調整可能なセカンダリシーブと、
    上記プライマリシーブの第1のベルト溝と上記セカンダリシーブの第2のベルト溝との間に無端状に巻き掛けられ、上記第1の挾持面の間および上記第2の挾持面の間で挟み込まれる接触面を有するとともに、上記プライマリシーブの回転力を上記セカンダリシーブに伝えるベルトと、
    上記プライマリシーブの第1の挾持面、上記セカンダリシーブの第2の挾持面又は上記ベルトの接触面の少なくともいずれか一つに保持され、摩擦を高める物質としての不融性を有する粉と、を備えていることを特徴とする車両。
  28. 請求項27の記載において、上記プライマリシーブは、駆動源からの動力伝達によって駆動されるとともに、上記セカンダリシーブは、走行用の走行体に連動されることを特徴とする車両。
  29. 請求項27の記載において、上記粉は、上記ベルトが第1の挾持面の間および第2の挾持面の間で挾み込まれた時に、上記ベルトの接触面と上記第1および第2の挾持面との摩擦により生じる熱で溶けることがない特性を有することを特徴とする車両。
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