JPWO2006001410A1 - 鞍乗型車両用のベルト式無段変速機および鞍乗型車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】 電動モータを大型化することなく、変速レスポンスを高めることができる鞍乗型車両用のベルト式無段変速機を提供することを目的とする。【解決手段】 プライマリシーブ10及びセカンダリシーブ11は、それぞれ固定フランジ10A、11A及び可動フランジ10B、11Bで構成され、プライマリシーブ10の溝幅は、プライマリシーブ10の可動フランジ10Bを電動モータで移動制御することによって調整されるとともに、セカンダリシーブ11の可動フランジ11Bは、スプリング13で溝幅を狭める方向に付勢されている。プライマリシーブ10及びセカンダリシーブ11の各可動フランジ10B、11Bには、固定フランジ10A、11Aの回転トルクと、可動フランジ10B、11Bの回転トルクとのトルク差に生じて、可動フランジ10B、11Bの軸方向に推力を付与するトルクカム14、15がさらに備えられている。【選択図】 図1

Description

本発明は、プライマリシーブ及びセカンダリシーブのV溝にベルトを巻掛け、変速比を無段階に制御する鞍乗型車両用のベルト式無段変速機、および鞍乗型車両に関する。
スクータ型の自動二輪車等の鞍乗型車両には広くVベルト式無段変速機が使われている。このVベルト式無段変速機は、エンジン等の動力源の出力が入力されるプライマリ軸と、駆動輪への出力を取り出すセカンダリ軸とにそれぞれ配された溝幅可変の一対のプライマリシーブ及びセカンダリシーブで構成され、両シーブにVベルトを巻掛し、溝幅調節機構により各シーブの溝幅を変えることで、Vベルトの各シーブに対する巻掛け径を調節し、それにより両シーブ間での変速比を無段階的に調節するというものである。
通常、前記プライマリシーブ及びセカンダリシーブは、相互間にV溝を形成する固定フランジ及び可動フランジとから構成され、各可動フランジがプライマリ軸又はセカンダリ軸の軸線方向に移動自在に設けられている。そして、溝幅調節機構により可動フランジを移動することによって、変速比を無段階に調節できるようになっている。
従来、この種のVベルト式無段変速機として、溝幅調節のためのプライマリシーブの可動フランジの移動を電動モータで行うようにしたものがある。電動モータの移動推力により、プライマリシーブの溝幅を狭める方向(Top側)、及び溝幅を広げる方向(Low側)のいずれの方向にも可動フランジを移動することができるので、溝幅を自由に調節することができる。(例えば、特許文献1等参照)。
特許第3043061号公報 特公平7-86383号公報 特開平4-157242号公報
ところで、プライマリシーブからセカンダリシーブへとベルトによって動力を伝える為には、ベルトを滑らせない為の軸方向の推力を常に必要とする。セカンダリシーブの可動フランジに圧縮スプリングを配し、これにより、可動フランジを固定フランジに対して常に接近するように付勢しておくことによって、ベルト滑り防止に必要な軸方向の推力を得る方法もあるが、加速・減速時などのベルトが滑りやすい状態に合わせてセカンダリスプリングの発生する推力を設定してしまうと、通常状態においてベルトに必要以上の軸推力がかかり、ベルトなどの機構劣化の原因となる。
また、セカンダリスプリングの発生する軸推力は、セカンダリシーブの溝幅を狭める方向、すなわち、セカンダリシーブの巻掛け径を大きくする方向にしか働かないので、変速比をLow側にシフトする場合は、電動モータの出力トルクをアシストすることができるが、変速比をTop側にシフトする場合は、この付勢力に抗してプライマリシーブの可動フランジを、セカンダリシーブの巻掛け径を小さくする方向に(プライマリシーブの巻掛け径を大きくする方向)に移動させる必要があり、その分、電動モータの出力トルクを大きくしなければならず、モータの小型化には寄与しない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、ベルト滑り防止に必要な軸推力を確保しつつ、電動モータを大型化することなく、変速レスポンスを高めることができる鞍乗型車両用のベルト式無段変速機を提供することを目的とする。
本発明の鞍乗型車両用のベルト式無段変速機は、プライマリシーブ及びセカンダリシーブのV溝にベルトが巻掛けられ、各シーブの溝幅を変えることによって、変速比を無段階に制御する鞍乗型車両用のベルト式無段変速機であって、プライマリシーブ及びセカンダリシーブは、それぞれ回転軸に取り付けられた固定フランジ及び可動フランジで構成され、プライマリシーブの溝幅は、該プライマリシーブの可動フランジを電動モータで移動制御することによって調整されるとともに、セカンダリシーブの可動フランジは、スプリングで溝幅を狭める方向に付勢されており、プライマリシーブの回転軸とプライマリシーブの可動フランジの回転トルクにトルク差が生じたとき、該トルク差に応じて、プライマリシーブの可動フランジの軸方向に推力を付与するプライマリ側作動機構と、セカンダリシーブの回転軸とセカンダリシーブの可動フランジの回転トルクにトルク差が生じたとき、該トルク差に応じて、セカンダリシーブの可動フランジの軸方向に推力を付与するセカンダリ側作動機構とをさらに備えていることを特徴とする。
ある好適な実施形態において、上記プライマリ側作動機構は、プライマリシーブの回転軸とプライマリシーブの可動フランジとの間に設けられ、セカンダリ側作動機構は、セカンダリシーブの回転軸とセカンダリシーブの可動フランジとの間に設けられている。
ある好適な実施形態において、上記プライマリ側作動機構又はセカンダリ側作動機構の少なくとも一つは、可動フランジ側に形成されたカム溝と、回転軸側に形成され、カム溝にスライド可能に挿入されたガイドピンとで構成されている。
ある好適な実施形態において、鞍乗型車両の加速時には、上記プライマリシーブの可動フランジが、プライマリ側作動機構によって、プライマリシーブの溝幅を狭まる方向に推力が付与される。
ある好適な実施形態において、鞍乗型車両のキックダウン時には、上記セカンダリシーブの可動フランジが、セカンダリ側作動機構によって、セカンダリシーブの溝幅を狭まる方向に推力が付与される。
ある好適な実施形態において、上記プライマリシーブの回転軸の回転トルクが、プライマリシーブの可動フランジの回転トルクよりも大きくなったとき、プライマリシーブの可動フランジが、プライマリ側作動機構によって、プライマリシーブの溝幅を狭まる方向に推力が付与される。
ある好適な実施形態において、上記セカンダリシーブの回転軸の回転トルクが、セカンダリシーブの可動フランジの回転トルクよりも大きくなったとき、セカンダリシーブの可動フランジが、セカンダリ側作動機構によって、セカンダリシーブの溝幅を狭まる方向に推力が付与される。
ある好適な実施形態において、上記プライマリ側作動機構又はセカンダリ側作動機構の少なくとも一つは、異なる変速域に応じて異なる推力が発生するように、カム溝の溝角度が形成されている。
本発明の鞍乗型車両は、上記ベルト式無段変速機を搭載した鞍乗型車両であることを特徴とする。
本発明の鞍乗型車両用のベルト式無段変速機によれば、プライマリシーブ及びセカンダリシーブの各可動フランジに、回転軸の回転トルクと可動フランジの回転トルクとのトルク差に応じて、可動フランジの軸方向に推力を付与するプライマリ側及びセカンダリ側作動機構(例えば、トルクカム)を設けることによって、電動モータでプライマリシーブのV溝を狭める方向(Top側)、又はV溝を広める方向(Low側)に可動フランジを移動する際、いずれの方向においても、各シーブに設けられた作動機構による推力によって、ベルト滑り防止に必要な軸推力を確保しつつ、電動モータの出力トルクをアシストすることができ、電動モータを大型化することなく、変速レスポンスを高めることが可能となる。
特に、エンジンの出力を増してTop側へ変速する時(例えば、追越し加速時)、プライマリシーブの回転軸の回転トルクと、プライマリシーブの可動フランジの回転トルクのトルク差が大きくなるので、プライマリシーブの溝幅を狭める方向(Top側)の大きな推力が可動フランジに加わり、これにより、電動モータの出力を大きくすることなく、変速レスポンスを高めることができる。
また、アクセルを急開してLow側へ変速する時(例えば、キックダウン時)、Vベルトの張力により、セカンダリシーブの可動フランジの回転トルクと、回転軸の回転トルクのトルク差が大きくなるので、セカンダリシーブの溝幅を狭める方向(Low側)の大きな推力が可動フランジに加わり、これにより、電動モータの出力を大きくすることなく、変速レスポンスを高めることができる。
さらに、トルクカムの溝角度を、異なる変速域に応じて異なる推力が発生するように形成しておくことによって、各変速域において、トルクカムによる最適な推力を得るようにすることができる。
本発明に係る鞍乗型車両用のベルト式無段変速機の基本的な構成を模式的に示した図である。 本発明おけるトルクカム(作動機構)の構成の一例を示した図である。 本発明における作動機構の推力を利用して、電動モータの出力トルクをアシストする例を示した図である。 本発明における各走行時におけるプライマリシーブ及びセカンダリシーブに設けたトルクカムの推力の大きさを示した図である。 本発明の一実施形態に係る小型車両用のVベルト式無段変速機を示す水平断面図である。 図5に示した小型車両用のVベルト式無段変速機のプライマリ側の構成を示す拡大断面図である。 図5に示した小型車両用のVベルト式無段変速機のセカンダリ側の構成を示す拡大断面図である。 図6に示したプライマリ側作動機構の変形例を示す拡大断面図である。 図6に示したプライマリ側作動機構の別の変形例を示す拡大断面図である。 本発明のベルト式無段変速機を搭載したスクータ型自動二輪車を示す図である。
符号の説明
1、210 ベルト式無段変速機
10、103 プライマリシーブ
11、104 セカンダリシーブ
10A、11A、103A、104A 固定フランジ
10B、11B、103B、104B 可動フランジ
12、105 ベルト
13、140 スプリング(圧縮コイルスプリング)
14、130 プライマリ側作動機構(トルクカム)
15、160 プライマリ側作動機構(トルクカム)
16、101 プライマリ軸
17、102 セカンダリ軸
18、131、161 カム溝
19、132、162 ガイドピン
107 溝幅調節機構
110 モータ
205 エンジン(動力源)
400 スクータ型自動二輪車
上述のように、Vベルト式無段変速機において、Top側への変速シフトは、プライマリシーブの溝幅を狭め、セカンダリシーブの溝幅を広めることによって行なわれ、Low側への変速シフトは、プライマリシーブの溝幅を広め、セカンダリシーブの溝幅を狭めることによって行なわれ、これらの溝幅制御は、プライマリシーブの可動フランジを電動モータで移動させることによって実行される。
ところで、各シーブは、プライマリ軸又はセカンダリ軸に固定された固定フランジと、この固定フランジの回転軸方向に移動可能な可動フランジで構成されるが、この可動フランジは、両シーブ間に巻掛けられたVベルトを通じて加わる張力を受けて、固定フランジの回転に合わせて回転する。
しかしながら、もし、可動シーブとVベルトの間に滑りが生じた場合、プライマリシーブからセカンダリシーブへの伝達動力が減少してしまう。特に、追越し加速時や、キックダウン時には、変速速度が大きいため、可動シーブとVベルトの間に滑りが発生する。一方、このような追越し加速時や、キックダウン時は、車両の走行時において、最も変速レスポンスが要求される場面である。
本願発明者は、この点に着目し、可動シーブとVベルトの間に滑りが生じやすい場面においてのみベルト滑り防止に必要な通常より大きな軸推力を確保しつつ、高レスポンスを実現する為に電動モータの出力トルクをアシストする推力を得る方法を検討した結果、本発明を想到するに至った。
以下、図1〜図3を参照しながら、本発明の一実施形態に係る鞍乗型車両のベルト式無段変速機について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
図1は、本実施形態の鞍乗型車両のベルト式無段変速機1の基本的な構成を模式的に示した図で、プライマリシーブ10及びセカンダリシーブ11のV溝にベルト12が巻掛けられ、各シーブの溝幅を変えることによって、変速比が無段階に制御される。
プライマリシーブ10及びセカンダリシーブ11は、それぞれ回転軸に取り付けられた固定フランジ10A、11A及び可動フランジ10B、11Bで構成され、プライマリシーブ10の溝幅は、プライマリシーブ10の可動フランジ10Bを電動モータ(不図示)で移動制御することによって調整されるとともに、セカンダリシーブ11の可動フランジ11Bは、スプリング13で溝幅を狭める方向に付勢されている。
ここで、プライマリシーブ10の固定フランジ10Aは、エンジン等の動力源の出力が入力されるプライマリ軸16に連結され、セカンダリシーブ11の固定フランジ11Aは、駆動輪への出力を取り出すセカンダリ軸17に連結されている。
プライマリシーブ10及びセカンダリシーブ11の各可動フランジ10B、11Bの部位には、固定フランジ10A、11Aの回転トルクと、可動フランジ10B、11Bの回転トルクとのトルク差に応じて、可動フランジ10B、11Bの軸方向に推力を付与するプライマリ側作動機構14、及びセカンダリ側作動機構15がさらに備えられている。
なお、この作動機構14、15は、例えば、可動フランジ側に形成されたカム溝と、回転軸側に形成され、カム溝にスライド可能に挿入されたガイドピンからなるトルクカム等で構成されるが、これら作動機構14、15は、上記推力を付与するよう、可動フランジ又は回転軸と一体になって構成されたものであればよい。
ここで、上記可動フランジ10B、11Bの回転トルクは、エンジントルクや後輪の負荷トルクが、車両の走行状態に応じて、プライマリシーブ10及びセカンダリシーブ11間に巻掛けられベルト12(ベルト12には、スプリング13により、ベルト滑りを防ぐ推力が付加されている)を介して可動フランジ10B、11Bに加わるトルクである。
このように構成されたベルト式無段変速機1は、プライマリシーブ10及びセカンダリシーブ11の各可動フランジ10B、11Bに、固定フランジ10A、11Aの回転トルクと可動フランジ10B、11Bの回転トルクとのトルク差に応じて、可動フランジ10B、11Bの軸方向に推力を付与するプライマリ側作動機構14、及びセカンダリ側作動機構15をそれぞれ設けることによって、電動モータでプライマリシーブ10のV溝を狭める方向(Top側)、又はV溝を広める方向(Low側)に可動フランジ10Bを移動する際、いずれの方向においても、各シーブに設けられた作動機構14、15による推力によって、電動モータの出力トルクをアシストすることができ、ベルト滑り防止に必要な軸推力を確保しつつ、電動モータを大型化することなく、変速レスポンスを高めることが可能となる。
図2は、作動機構14、15としてトルクカムを用いた場合の構成の一例を示した図で、可動フランジ10B、11Bと一体となった部位に、可動フランジ10B,11Bの軸方向に対して斜めに延びるカム溝131が形成されており、このカム溝18に、回転軸16、17と一体となって形成されたガイドピン19が摺動可能に挿入されている。そして、回転軸16、17の回転トルクと可動フランジ10B、11Bの回転トルクとの間にトルク差に生じると、ガイドピン19がカム溝18によって押さえられるので、可動フランジ10B、11Bは、その軸方向に推力が付与される。
なお、カム溝18の溝角度を変化させることで、固定フランジ10A、11Aと可動フランジ10B、11Bのトルク差の軸方向への分力を変化させることができるので、これにより、可動フランジ10B、11Bの軸方向に付与される推力を、例えば、異なる変速域に応じて異なる推力が発生するよう調整することもできる。
次に、本実施形態のベルト式無段変速機1において、電動モータでプライマリシーブ10の可動フランジ10Bを移動することによって、変速比を変える際に、作動機構14、15による推力を利用して、電動モータの出力トルクをアシストする例を、図3を参照しながら説明する。
まず、エンジンの出力を増してTop側へ変速する場合(例えば、追越し加速時)、プライマリシーブ10の可動フランジ10Bは、電動モータの出力トルクにより、プライマリシーブ10の溝幅を狭める方向、例えば、(A)から(B)又は(B)から(C)の方向に移動する。このとき、セカンダリシーブ11の可動フランジ11Bは、セカンダリシーブ11の溝幅を広げる方向に移動するが、その際、駆動輪の負荷トルクよりも大きな駆動トルクでプライマリ軸が駆動され、その結果、駆動輪の負荷が掛かっているベルトをプライマリシーブで引張ることとなるので、換言すれば、エンジンからの出力が増大することにより、エンジンの出力軸であるプライマリシーブ10の回転軸16の回転トルクが増大することになるので、プライマリシーブ10の回転軸16の回転トルクと可動フランジ10Bのトルク差が大きくなる。
その結果、プライマリシーブ10の溝幅を狭める方向(Top側)の大きな推力Ptが可動フランジ10Bに加わることにより、電動モータによる可動フランジ10Bの移動をアシストすることができ、電動モータの出力トルクを大きくすることなく、変速レスポンスを高めることができる。
また、アクセルを急開してLow側へ変速する場合(例えば、キックダウン時)、プライマリシーブ10の可動フランジ10Bは、電動モータの出力トルクにより、プライマリシーブ10の溝幅を広める方向、例えば、(C)から(B)又は(B)から(A)の方向に移動する。このとき、セカンダリシーブ11の可動フランジ11Bは、セカンダリシーブ11の溝幅を広げる方向に移動するが、その際、ベルトによる駆動トルクよりも駆動輪の負荷トルクが大きくなるので、換言すれば、アクセルを開くことでエンジンからの出力が増大し、その出力力トルクはプライマリシーブからベルトを伝わってセカンダリシーブの可動フランジの回転トルクを増大するので、セカンダリシーブ11の可動フランジ11Bの回転トルクと、固定フランジ11Aの回転トルクのトルク差が大きくなる。
その結果、セカンダリシーブ11の溝幅を狭める方向(Low側)の大きな推力Stが可動フランジに加わることにより、電動モータによる可動フランジ11Bの移動をアシストすることができ、電動モータの出力トルクを大きくすることなく、変速レスポンスを高めることができる。
なお、この場合には、可動フランジ11Bには、セカンダリシーブ11の溝幅を狭める方向に、スプリング13による付勢力Ssが付与されているので、併せ、電動モータによる可動フランジ11Bの移動をアシストすることになる。
以上、可動フランジ10B,11Bに設けたプライマリ側作動機構14、及びセカンダリ側作動機構15作動機構によって、電動モータによる可動フランジ10Bの移動をアシストする代表的な例を説明したが、各走行時におけるプライマリシーブ10及びセカンダリシーブ11に設けた作動機構(トルクカム)14、15の推力の大きさを示したのが図4である。なお、図4に示す表には、比較のために、セカンダリシーブ11に設けられたスプリング13による推力も示してある。
この表から、電動モータは、加速時(追越し加速時)及びキックダウン時において、特に大きな推力を必要とするが、その際、プライマリシーブ及びセカンダリシーブに設けたトルクカムによる推力Pt(Top側)、St(Low側)が、電動モータの出力トルクPmをアシストするのに有効に作用していることが分かる。
また、加速時(追越し加速時)及びキックダウン時において、特に大きなベルト押付け推力を必要とするが、その際、プライマリシーブ及びセカンダリシーブに設けたトルクカムによる推力Pt(Top側)、St(Low側)が、ベルトを押付けるのに有効に作用しているという効果も発揮し得る。
以上、本発明に係る鞍乗型車両のベルト式無段変速機について説明してきたが、ベルト式無段変速機の具体的な構成、及びその動作について、以下、図5〜図9を参照しながら詳説する。
図5は、自動二輪車用のVベルト式無段変速機を示す水平断面図、図6は図5に示したVベルト式無段変速機のプライマリ側の構成を示す拡大断面図、図7は図5に示したVベルト式無段変速機のセカンダリ側の構成を示す拡大断面図である。
図5に示すように、自動二輪車用(小型車両用)のVベルト式無段変速機(以下、無段変速機とも云う)210は、動力源であるエンジン205の出力が入力されるプライマリ軸101と、該プライマリ軸101に平行に配されて駆動輪405への出力を取り出すセカンダリ軸102と、プライマリ軸101及びセカンダリ軸102上にそれぞれ配され、相互間にベルト巻回用のV溝を形成する固定フランジ103A,104A及び可動フランジ103B,104Bを有している。
可動フランジ103B,104Bを軸方向(図中、左右方向)に移動することで、V溝の溝幅を可変とされたプライマリシーブ103及びセカンダリシーブ104と、これらプライマリシーブ103及びセカンダリシーブ104のV溝に巻回され、両シーブ103,104間で回転動力を伝達するVベルト105と、可動フランジ103B,104Bを移動することで、プライマリシーブ103及びセカンダリシーブ104の溝幅を調節する溝幅調節機構107とを備えている。この溝幅調節機構107により、プライマリシーブ103及びセカンダリシーブ104の溝幅を変えることで、Vベルト105の各シーブ103,104に対する巻回径を調節し、プライマリシーブ103とセカンダリシーブ104との間での変速比を無段階に調節するものである。
そして、無段変速機210は、溝幅調節機構107として、プライマリシーブ103の可動フランジ103Bに任意の移動推力を付与する手段であるモータ110(図6参照)と、可動フランジ103Bとプライマリ軸101との間に設けられ、プライマリ軸101の回転トルクと可動フランジ103Bの回転トルクにトルク差が生じた時に、トルク差を解消する方向の移動推力を可動フランジ103Bに付与するプライマリ側作動機構(所謂、トルクカム)130と、セカンダリシーブ104の可動フランジ104Bに溝幅を狭める方向の推力を付与する手段である圧縮コイルスプリング140と、可動フランジ104Bとセカンダリ軸102との間に設けられ、セカンダリ軸102の回転トルクと可動フランジ104Bの回転トルクにトルク差が生じた時に、トルク差を解消する方向の移動推力を可動フランジ104Bに付与するセカンダリ側作動機構(所謂、トルクカム)160と、を具備している。
尚、図5において、矢印C,Eはプライマリ軸101及びセカンダリ軸102の各回転方向を示す。また、矢印Dはプライマリ側作動機構130により可動フランジ103Bに発生する推力の方向を示し、矢印Fはセカンダリ側作動機構160により可動フランジ104Bに発生する推力の方向を示す。そして、無段変速機210は、エンジン205のクランクケースに隣接する変速機ケーシング200,201内に収容されており、プライマリ軸101は、エンジン205のクランク軸と一体に構成されている。
セカンダリ軸102は、減速機402を介して車軸400に接続され、車軸400に駆動輪405が取り付けられる。プライマリシーブ103はプライマリ軸101の外周に配され、セカンダリシーブ104はセカンダリ軸102の外周に遠心クラッチ170を介して取り付けられている。
図6に示すように、プライマリシーブ103は、プライマリ軸(クランク軸)101の一端に固定される固定フランジ103Aと、プライマリ軸101の軸方向(図中の矢印A方向)に移動可能な可動フランジ103Bとで構成されており、これら固定フランジ103Aと可動フランジ103Bの対向円錐面間に、Vベルト105が巻き掛けられるV溝が形成されている。プライマリ軸101の一端は、軸受125を介してケーシング201に支持されており、この軸受125の嵌合するスリーブ124と後述するスリーブ121をロックナット126で固定することによって、固定フランジ103Aのボス部が軸方向に移動しないように固定されている。
可動フランジ103Bは、プライマリ軸101が貫通する円筒状のボス部を有し、このボス部の一端に円筒状のスライダ122が固定されている。このスライダ122とプライマリ軸101との間には、スリーブ121が介装されており、このスリーブ121は、プライマリ軸101の外周にスプライン120を介して嵌合され、プライマリ軸101と一体に回転するようになっている。そして、このスリーブ121の外周にスライダ122が軸方向に移動可能に装着されている。
スライダ122には、軸方向に対して斜めに延びるカム溝131が形成されており、このカム溝131内に、スリーブ121の外周に突設したガイドピン132が摺動可能に挿入されている。これにより、スライダ122と一体の可動フランジ103Bは、プライマリ軸101と一体に回転しつつ、このプライマリ軸101の軸方向に移動可能となっている。
これらのカム溝131とガイドピン132は、前述したプライマリ側作動機構130を構成している。従って、カム溝131の傾斜の向きは、プライマリ軸101の回転トルクと可動フランジ103Bの回転トルクにトルク差が生じた時に、トルク差を解消する方向の移動推力をプライマリシーブ103の可動フランジ103Bに付与する向き(例えば、プライマリ軸101の回転トルクが可動フランジ103Bの回転トルクより大きいときに、プライマリシーブ103の溝幅を狭める方向(矢印D方向)の移動推力を可動フランジ103Bに付与するような向き)に設定されている。傾斜角度を含めたカム溝131の経路は、与える性能に応じて直線状や曲線状等の任意に設定することができ、加工も容易である。
一方、可動フランジ103Bと向かい合うケーシング200の内側面には、可動フランジ103Bに向けて突出する円筒状の送りガイド116がネジ止めされている。送りガイド116は、プライマリ軸101に対し同軸上に設けられており、この送りガイド116の内周面には雌ネジ117が形成されている。また、送りガイド116の外周には、軸方向及び周方向にスライド可能に往復歯車112が嵌合されている。
この往復歯車112は、内周壁から外周壁に向けてU字断面状に湾曲した環状の回転リング113の外周壁の一端に結合されており、内周壁の外周面に形成した雄ネジ118が、送りガイド116の雌ネジ117に噛み合っている。また、回転リング113の内周壁は、軸受123を介して可動フランジ103Bと一体化されたスライダ122に結合されている。
この構成により、往復歯車112が回転することにより、雌ネジ117と雄ネジ118のリード作用により、往復歯車112と回転リング113が軸方向に移動し、それによりスライダ122と一体化された可動フランジ103Bが移動して、プライマリシーブ103の溝幅が変化するようになっている。なお、雄ネジ118と雌ネジ117には、台形ネジが用いられている。
プライマリシーブ103の可動フランジ103Bを任意に移動するためのモータ110は、他の部品と干渉しない場所に配置されており、そのモータ出力軸128aと前記往復歯車112とが、多段の平歯車111A〜111Eを組み合わせた歯車伝達機構111を介して連結されている。
そして、モータ110の回転をコントロールユニット300(図6参照)により制御することで、往復歯車112を介して可動フランジ103Bを軸方向に移動させることができるようになっている。
また、図7に示すように、セカンダリシーブ104は、セカンダリ軸102に遠心クラッチ170を介して連結された固定フランジ104Aと、セカンダリ軸102の軸方向(図中の矢印B方向)に移動可能な可動フランジ104Bとで構成されており、これら固定フランジ104Aと可動フランジ104Bの対向円錐面間に、Vベルト105が巻き掛けられるV溝が形成されている。
固定フランジ104Aは、円筒状のガイド151を備えており、このガイド151が軸受145a,145bを介してセカンダリ軸102の外周に回転自在に支持されている。この固定フランジ104Aとセカンダリ軸102との間に介在される遠心クラッチ170は、固定フランジ104Aのガイド151と一体に回転する遠心プレ−ト171と、この遠心プレ−ト171に支持された遠心ウエイト172と、この遠心ウエイト172が接離可能に接するクラッチハウジング173とを備えている。
ここで、遠心プレート171は、スプライン142及びロック部材144を介して、固定フランジ104Aのガイド151に結合されている。また、クラッチハウジング173は、セカンダリ軸102の一端に、スプライン146及びボス部材147を介して固定されている。なお、セカンダリ軸102の一端は、軸受150を介してケーシング201に支持されており、この軸受150の嵌合するスリーブ148をロックネジ149で固定することによって、クラッチハウジング173及びボス部材147が軸方向に移動しないように固定されている。
このような構成により、固定フランジ104Aと一体に回転する遠心プレ−ト171の回転数が所定値に達すると、遠心ウエイト172が遠心力により外側に移動してクラッチハウジング173に接触し、固定フランジ104Aの回転がセカンダリ軸102に伝達される。
可動フランジ104Bは、固定フランジ104Aのガイド151の外周に軸方向移動可能に支持された円筒状のスライダ152に一体化されており、圧縮コイルスプリング140によってV溝の溝幅を減じる方向に付勢されている。圧縮コイルスプリング140は、スライダ152の外周に設けたスプリングホルダ141に装着され、可動フランジ104Bと一体に回転する遠心プレート171のスプリング受143との間に介装されている。
この可動フランジ104Bと一体化されたスライダ152には、軸線に対して傾斜したカム溝161が形成されており、このカム溝161には、固定フランジ104Aと一体化されたガイド151の外周に突設したガイドピン162が摺動可能に挿入されている。これにより、スライダ152と一体の可動フランジ104Bは、セカンダリ軸102と一体に回転しつつ、このセカンダリ軸102の軸方向に移動可能となっている。
これらのカム溝161とガイドピン162は、前述したセカンダリ側作動機構160を構成している。従って、カム溝161の傾斜の向きは、セカンダリ軸102の回転トルクと可動フランジ104Bの回転トルクにトルク差が生じた時に、トルク差を解消する方向の移動推力を可動フランジ104Bに付与する向き(例えば、セカンダリ軸102の回転トルクが可動フランジ104Bの回転トルクより小さいときに、セカンダリシーブ104の溝幅を狭める方向(矢印F)の移動推力を可動フランジ104Bに付与するような向き)に設定されている。傾斜角度を含めたカム溝161の経路は、与える性能に応じて直線状や曲線状等の任意に設定することができ、加工も容易である。
このようなセカンダリ側作動機構160を備えることにより、例えば自動二輪車が登り坂にさしかかった時のように、セカンダリ軸102に結合された固定フランジ104Aの回転速度が遅くなり、Vベルト105によって回転を続けようとする可動フランジ104Bとの間に速度差が生じると、見掛け上、ガイドピン162がカム溝161を矢印Fの方向に押すので、スライダ152を介して可動フランジ104Bが固定フランジ104Aに近づく方向に押し出され、V溝の溝幅が強制的に減じられることになる。
次に、自動二輪車用のVベルト式無段変速機210の動作について説明する。
コントロールユニット300よりモータ110に変速信号が入力されると、モータ110の回転により往復歯車112及び回転リング113が回転し、雄ネジ118と雌ネジ117のリード作用により、回転リング113に軸受123を介して固定されたスライダ122が軸方向へ移動し、スライダ122と一体化された可動フランジ103Bが移動して、プライマリシーブ103の溝幅が変化する。
例えば、プライマリシーブ103の溝幅が狭まる場合は、ベルト105の巻回径が大きくなり、変速比がTop側に移行する。また、プライマリシーブ103の溝幅が広がる場合は、ベルト105の巻回径が小さくなり、変速比がLow側に移行する。
一方、セカンダリシーブ104の溝幅は、プライマリシーブ103の溝幅の変化に伴ってプライマリシーブ103と反対に動作する。
即ち、プライマリシーブ103に対するVベルト105の巻回径が小さくなる(Low側に移行)と、セカンダリシーブ104側ではVベルト105の食い込み力が小さくなるので、可動フランジ104BとVベルトとの間に滑りが生じ、この可動フランジ104Bと固定フランジ104Aとの間に速度差が生じる。すると、可動フランジ104Bが、上記カム溝161の働きと圧縮コイルスプリング140の付勢力によって固定フランジ104A側に押し付けられるので、セカンダリシーブ104の溝幅が減じられ、Vベルト105の巻回径が大きくなる。
この結果、プライマリシーブ103とセカンダリシーブ104との間の変速比が大きくなり、駆動輪405への伝達トルクが増大する。反対に、プライマリシーブ103に対するVベルト105の巻回径が大きくなる(Top側に移行)と、セカンダリシーブ104側では、Vベルト105がV溝に食い込んでいき、その可動フランジ104Bが圧縮コイルスプリング140の付勢力に抗して固定フランジ104Aから遠ざかる方向に移動する。このため、セカンダリシーブ104の溝幅が広がり、Vベルト105の巻回径が大きくなるので、プライマリシーブ103とセカンダリシーブ104の間の変速比が小さくなる。
即ち、上述した如くプライマリシーブ103の溝幅を調節する溝幅調節機構107としてモータ110を設けているので、このモータ110の回転を制御することによって、溝幅を狭める方向(Top側)及び溝幅を広げる方向(Low側)のいずれの方向にも前記プライマリシーブ103の可動フランジ103Bを移動することができ、可動フランジ103Bの位置を任意に定めることができて、溝幅を自由に調節することができる。
先ず、自動二輪車の発進時には、プライマリ軸101の回転トルクと可動フランジ103Bの回転トルクとのトルク差が大きく、セカンダリ軸102の回転トルクと可動フランジ104Bの回転トルクとのトルク差も大きいが、モータ110はプライマリシーブ103の溝幅をLow側の広がった状態に保持して減速比保持する必要最低限の推力を発生すれば良いので、モータ110の推力は小さくて良く、変速速度も小さくて良い。
次に、自動二輪車の加速時や追越し加速時には、Top側への変速のためにプライマリシーブ103の溝幅を狭める必要があるが、溝幅を広げるときと違ってVベルト105を介してセカンダリシーブ104から大きな抵抗力(圧縮コイルスプリング140とセカンダリ側作動機構160によるLow側の推力)を受けるので、これらのセカンダリ側の負荷に打ち勝って可動フランジ103Bを移動するためには大きな推力と適度な変速速度が必要となる。
しかし、本実施形態の無段変速機210に係る溝幅調節機構107によれば、Top側への変速のためにプライマリシーブ103の溝幅を狭めるときには、プライマリ側作動機構130がトルク差を解消する方向の移動推力をプライマリシーブ103の可動フランジ103Bに付与して溝幅を狭める方向(矢印D方向)のアシスト力を発生し、その力を可動フランジ103Bに加えるので、そのアシスト力が加わる分だけ、モータ110の推力を弱めることができる。
即ち、エンジン回転数を増してTop側へ変速する時には、プライマリ軸101の回転トルクと可動フランジ103Bの回転トルクに大きなトルク差が生じるので、そのトルク差に応じたトルク差を解消する方向の移動推力がプライマリ側作動機構130から可動フランジ103Bに付与されることになる。
従って、プライマリ軸101と可動フランジ103Bのトルク差が大きいほど、つまり、Top側への変速要求が強いほど、溝幅を狭める方向の大きな移動推力が可動フランジ103Bに加わることになり、その分だけ変速レスポンスを落とさずに、モータ110の出力を節減することができるようになる。このため、モータ110の最大出力を小さく抑えることができ、最大出力の抑制に応じてモータ110の小型化を図ることができる。
次に、自動二輪車の巡航時には、プライマリ軸101の回転トルクと可動フランジ103Bの回転トルクとのトルク差も、セカンダリ軸102の回転トルクと可動フランジ104Bの回転トルクとのトルク差も小さく、モータ110はプライマリシーブ103の溝幅を一定状態に保持して減速比保持する必要最低限の推力を発生すれば良いので、モータ110の推力は小さくて良く、変速速度も小さくて良い。
また、無段変速機210におけるセカンダリシーブ104の可動フランジ104Bには、予め圧縮コイルスプリング140により溝幅を狭める方向(Low側)の推力が付与されると共に、セカンダリ側作動機構160によりセカンダリ軸102の回転トルクとの差に応じて溝幅を狭める方向の推力が与えられている。
そこで、巡航走行時に車体がジャンプする等して路面からの負荷に変動が生じ、エンジン回転数が上がってしまうような場合にも、上述した圧縮コイルスプリング140とセカンダリ側作動機構160により負荷変動が調整されるので、モータ110は瞬時に大きな推力を出して負荷を消す必要がなく、モータ110の大型化を抑制できる。又、セカンダリシーブ104は、圧縮コイルスプリング140とセカンダリ側作動機構160により溝幅を狭める方向(Low側)の推力が付与されることで、Vベルト105との滑りが防止される。
次に、自動二輪車がキックダウン時にLow側への変速のためにプライマリシーブ103の溝幅を広げるときには、プライマリ軸101の回転トルクと可動フランジ103Bの回転トルクとのトルク差が大きく、セカンダリ軸102の回転トルクと可動フランジ104Bの回転トルクとのトルク差も大きいが、本実施形態に係る圧縮コイルスプリング140及びセカンダリ側作動機構160によるセカンダリシーブ104の溝幅を狭める方向の推力を利用することにより、モータ110はプライマリシーブ103の可動フランジ103Bを溝幅を広げる方向(矢印Dと反対方向)へ素早く移動させることができる。
従って、変速時のレスポンスを良くすることができ、特に、走行負荷に対応した加速時やキックダウン時の変速レスポンスを向上させることができる。
次に、自動二輪車の減速時には、プライマリ軸101の回転トルクと可動フランジ103Bの回転トルクとのトルク差も、セカンダリ軸102の回転トルクと可動フランジ104Bの回転トルクとのトルク差も小さくなり、エンジンブレーキ効果を得る為にプライマリシーブ103の溝幅を広げるLow側にモータ110の推力を発生させる際には、圧縮コイルスプリング140及びセカンダリ側作動機構160によるセカンダリシーブ104の溝幅を狭める方向の推力を利用することができるので、モータ110の推力は小さくて良く、変速速度も小さくて良い。
この様に、本発明における無段変速機210によれば、プライマリシーブの可動フランジに移動推力を付与する手段の小型化を図りつつ変速レスポンスを高めることができる。
ところで、プライマリシーブまたは/及びセカンダリシーブにトルクカムを設ける構成は、例えば、特許文献2(特公平7-86383号公報)、あるいは特許文献3(特開平4-157242号公報)等に開示されているが、これらに開示されたトルクカムは、本発明とは全く別の目的で付設されたもので、特許文献2または特許文献3の記載から、本願発明を容易に想到し得るものではない。
すなわち、特許文献2は、セカンダリシーブにトルクカムを付設しているが、かかるトルクカムは、ベルト滑りの防止を目的に設けられたもので、本願発明のように、変速時における電動モータの出力トルクをアシストするために設けられたものではない。
また、特許文献3は、プライマリシーブ及びセカンダリシーブにそれぞれトルクカムを付設しているが、かかるトルクカムは、それぞれのシーブ間を接近させる方向に付勢力が働くように設けられたもので、換言すると、Vベルトによりシーブ間を離そうとする力に対抗させる目的で付設されたたもので、本願発明のように、変速時における電動モータの出力トルクをアシストするために設けられたものではない。なお、特許文献3は、両シーブ間を連結バーで連結することによって、シーブの溝幅を制御することによって変速を行なうもので、本発明が対象とするVベルト式無段変速機とは、その変速機構が全く異なるものである。
尚、本発明に係る自動二輪車用のVベルト式無段変速機におけるプライマリ軸、セカンダリ軸、プライマリシーブ、セカンダリシーブ、Vベルト、溝幅調節機構、プライマリ側作動機構、スプリング及びセカンダリ側作動機構等の構成は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の形態を採りうることは勿論である。
例えば、上記実施形態においては、プライマリ側作動機構130及びセカンダリ側作動機構160のカム溝131,161をそれぞれ可動フランジ103B,104B側の部材(スライダ122,152)に設け、ガイドピン132,162を軸側の部材(スリーブ121,ガイド151)に設けたが、図8に示したプライマリ側作動機構230のように、ガイドピン232を可動フランジ103B側の部材(スライダ222)に設け、カム溝231を軸側の部材(スリーブ221)に設けることもできる。
また、上記実施形態においては、プライマリ側作動機構130及びセカンダリ側作動機構160として、カム溝131,161とガイドピン132,162の組み合わせを使用した場合を例に述べたが、図9に示したプライマリ側作動機構330のように、スリーブ321とスライダ322との間にそれぞれ軸方向に対してねじれを持つねじれスプライン135を形成することにより、作動機構を構成してもよい。尚、ねじれスプライン135を用いた場合は、摺動部の強度アップを図ることができる。
図10は、本発明におけるベルト式無段変速機を、スクータ自動二輪車400に搭載した例を示したものである。図10に示すように、車体フレームのヘッドパイプによりフロントフロントフォーク401が枢支され、該フロントフォーク401の下端には前輪402が、上端には操向ハンドル403がそれぞれ配置されている。またシート404の下方には、本発明のベルト式無段変速機1、210と、当該無段変速機のプライマリシーブの溝幅を制御する電動モータ110、及びエンジン205等で構成されるパワーユニット405が上下揺動可能に搭載され、該パワーユニット405の後端部には後輪406が配置されている。
なお、上記実施形態においては、自動二輪車用のVベルト式無段変速機1、210について説明したが、本発明のVベルト式無段変速機は自動二輪車に限らず、比較的軽量な小型車両である三輪又は四輪バギー等にも適用できることは勿論である。
本発明は、上述したような優れた効果を発揮するものであるが、実際の鞍乗型車両への適用に当たっては、他の要件も含めた総合的な観点の下に、その具体的態様の検討がなされる。
本発明によれば、ベルト滑り防止に必要な軸推力を確保しつつ、電動モータを大型化することなく、変速レスポンスを高めることができる鞍乗型車両用のベルト式無段変速機を提供することができる。
ところで、プライマリシーブからセカンダリシーブへとベルトによって動力を伝える為には、ベルトを滑らせない為の軸方向の推力を常に必要とする。セカンダリシーブの可動フランジに圧縮スプリングを配し、これにより、可動フランジを固定フランジに対して常に接近するように付勢しておくことによって、ベルト滑り防止に必要な軸方向の推力を得る方法もあるが、加速・減速時などのベルトが滑りやすい状態に合わせて圧縮スプリングの発生する推力を設定してしまうと、通常状態においてベルトに必要以上の軸推力がかかり、ベルトなどの機構劣化の原因となる。
また、圧縮スプリングの発生する軸推力は、セカンダリシーブの溝幅を狭める方向、すなわち、セカンダリシーブの巻掛け径を大きくする方向にしか働かないので、変速比をLow側にシフトする場合は、電動モータの出力トルクをアシストすることができるが、変速比をTop側にシフトする場合は、この付勢力に抗してプライマリシーブの可動フランジを、セカンダリシーブの巻掛け径を小さくする方向に(プライマリシーブの巻掛け径を大きくする方向)に移動させる必要があり、その分、電動モータの出力トルクを大きくしなければならず、モータの小型化には寄与しない。
1、210 ベルト式無段変速機
10、103 プライマリシーブ
11、104 セカンダリシーブ
10A、11A、103A、104A 固定フランジ
10B、11B、103B、104B 可動フランジ
12、105 ベルト
13、140 スプリング(圧縮コイルスプリング)
14、130 プライマリ側作動機構(トルクカム)
15、160 セカンダリ側作動機構(トルクカム)
16、101 プライマリ軸
17、102 セカンダリ軸
18、131、161 カム溝
19、132、162 ガイドピン
107 溝幅調節機構
110 モータ
205 エンジン(動力源)
400 スクータ型自動二輪車
図2は、作動機構14、15としてトルクカムを用いた場合の構成の一例を示した図で、可動フランジ10B、11Bと一体となった部位に、可動フランジ10B,11Bの軸方向に対して斜めに延びるカム溝18が形成されており、このカム溝18に、回転軸16、17と一体となって形成されたガイドピン19が摺動可能に挿入されている。そして、回転軸16、17の回転トルクと可動フランジ10B、11Bの回転トルクとの間にトルク差に生じると、ガイドピン19がカム溝18によって押さえられるので、可動フランジ10B、11Bは、その軸方向に推力が付与される。
この結果、プライマリシーブ103とセカンダリシーブ104との間の変速比が大きくなり、駆動輪405への伝達トルクが増大する。反対に、プライマリシーブ103に対するVベルト105の巻回径が大きくなる(Top側に移行)と、セカンダリシーブ104側では、Vベルト105がV溝に食い込んでいき、その可動フランジ104Bが圧縮コイルスプリング140の付勢力に抗して固定フランジ104Aから遠ざかる方向に移動する。このため、セカンダリシーブ104の溝幅が広がり、Vベルト105の巻回径が小さくなるので、プライマリシーブ103とセカンダリシーブ104の間の変速比が小さくなる。

Claims (9)

  1. プライマリシーブ及びセカンダリシーブのV溝にベルトが巻掛けられ、前記各シーブの溝幅を変えることによって、変速比を無段階に制御する鞍乗型車両用のベルト式無段変速機であって、
    前記プライマリシーブ及び前記セカンダリシーブは、それぞれ回転軸に取り付けられた固定フランジ及び可動フランジで構成され、
    前記プライマリシーブの溝幅は、該プライマリシーブの可動フランジを電動モータで移動制御することによって調整されるとともに、前記セカンダリシーブの可動フランジは、スプリングで溝幅を狭める方向に付勢されており、
    前記プライマリシーブの回転軸と前記プライマリシーブの可動フランジの回転トルクにトルク差が生じたとき、該トルク差に応じて、前記プライマリシーブの可動フランジの軸方向に推力を付与するプライマリ側作動機構と、
    前記セカンダリシーブの回転軸と前記セカンダリシーブの可動フランジの回転トルクにトルク差が生じたとき、該トルク差に応じて、前記セカンダリシーブの可動フランジの軸方向に推力を付与するセカンダリ側作動機構と
    をさらに備えていることを特徴とする、鞍乗型車両用のベルト式無段変速機。
  2. 前記プライマリ側作動機構は、前記プライマリシーブの回転軸と前記プライマリシーブの可動フランジとの間に設けられ、
    前記セカンダリ側作動機構は、前記セカンダリシーブの回転軸と前記セカンダリシーブの可動フランジとの間に設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の鞍乗型車両用のベルト式無段変速機。
  3. 前記プライマリ側作動機構又は前記セカンダリ側作動機構の少なくとも一つは、
    前記可動フランジ側に形成されたカム溝と、
    前記回転軸側に形成され、前記カム溝にスライド可能に挿入されたガイドピンと
    で構成されたトルクカムよりなることを特徴とする、請求項1に記載の鞍乗型車両用のベルト式無段変速機。
  4. 前記鞍乗型車両の加速時には、前記プライマリシーブの可動フランジが、前記プライマリ側作動機構によって、前記プライマリシーブの溝幅を狭まる方向に推力が付与されることを特徴とする、請求項1に記載の鞍乗型車両用のベルト式無段変速機。
  5. 前記鞍乗型車両のキックダウン時には、前記セカンダリシーブの可動フランジが、前記セカンダリ側作動機構によって、前記セカンダリシーブの溝幅を狭まる方向に推力が付与されることを特徴とする、請求項1に記載の鞍乗型車両用のベルト式無段変速機。
  6. 前記プライマリシーブの回転軸の回転トルクが、前記プライマリシーブの可動フランジの回転トルクよりも大きくなったとき、前記プライマリシーブの可動フランジが、前記プライマリ側作動機構によって、前記プライマリシーブの溝幅を狭まる方向に推力が付与されることを特徴とする、請求項1に記載の鞍乗型車両用のベルト式無段変速機。
  7. 前記セカンダリシーブの回転軸の回転トルクが、前記セカンダリシーブの可動フランジの回転トルクよりも大きくなったとき、前記セカンダリシーブの可動フランジが、前記セカンダリ側作動機構によって、前記セカンダリシーブの溝幅を狭まる方向に推力が付与されることを特徴とする、請求項1に記載の鞍乗型車両用のベルト式無段変速機。
  8. 前記プライマリ側作動機構又は前記セカンダリ側作動機構の少なくとも一つは、
    異なる変速域に応じて異なる推力が発生するように、前記カム溝の溝角度が形成されていることを特徴とする、請求項3に記載の鞍乗型車両用のベルト式無段変速機。
  9. 請求項1から8の何れか一つに記載のベルト式無段変速機を搭載した鞍乗型車両。
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