JP4024199B2 - Ｖベルト式無段変速装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｖベルト式無段変速装置に関し、特に、電動式アクチュエータで変速比を制御することができるＶベルト式無段変速装置に関する。

エンジン等の原動機に連結した駆動プーリと、負荷に連結した従動プーリとの間にＶベルトを掛け渡し、駆動プーリと従動プーリとに対するＶベルトの巻き掛け径を連続的に変えて、変速比を制御するＶベルト式無段変速機が知られる。Ｖベルトの巻き掛け径を変化させるため、駆動プーリと従動プーリをそれぞれ構成する固定プーリ部分および可動プーリ部分のうち、可動プーリ部分をその支持軸方向に変位させ、両プーリ部分同士の間隔を変化させて巻き掛け径を変化させている。

例えば、可動プーリ部分をモータで駆動するようにした無段変速装置が特開平５−４４８２７号公報に記載されている。この無段変速装置では、駆動プーリの可動プーリ部分を、軸受を介してスライダに結合し、さらに歯車を介してこのスライダをモータに連結している。

変速比の制御はエンジンの回転数やスロットル開度等から、このエンジンの運転状態を検出して行われる。変速比が適当な値になっているかどうかを可動プーリ部分の位置として検出し、検出した可動プーリ部分の位置に基づいてモータをフィードバック制御する。
特開平５−４４８２７号公報

上記従来の無段変速装置においては、可動プーリ部分の位置を検出するためのセンサとして直動式可変抵抗器が使用されている。このセンサの出力によって可動プーリ部分が所定の変位範囲で位置設定される。したがって、一次的には、可動プーリ部分が変位範囲に関してどこに位置しているかが検出される。さらに、二次的に、前記変位範囲を超えて可動プーリ部分が変位したことを検出できる。可動プーリ部分が所定の変位範囲を超えたときに機械的に可動プーリ部分の動きを規制し、それによって、可動プーリ部分を駆動するモータのリミッタが作動し、その結果、可動プーリ部分が所定の変位範囲を超えた位置に変位したことが検出できる。

ところで、前記可動プーリ部分の変位を規制するための手段として、従来は伝動ケースの一部を利用するなどしていた。しかし、このように、変速装置の比較的大きい部材を利用する場合、設計の自由度が低く、効率的なレイアウトができないという問題点があった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、駆動プーリ部分の位置を規制する部材を伝動ケースとは別体で構成するようにしたＶベルト式無段変速装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンで駆動される駆動プーリとＶベルトを介して該駆動プーリに従動する従動プーリとを有し、前記各プーリが、それぞれの支持軸に対して固定された固定部分と前記支持軸に対してその軸方向に摺動自在に設けられた可動部分とからそれぞれなり、前記駆動プーリの可動部分をモータで前記軸方向に変位させて固定部分および可動部分の間隔を変化させ、その変化に応じて従動プーリの可動部分を摺動させることによって駆動プーリに対する従動プーリの回転数を変化させるベルト式無段変速装置において、該変速装置の本体ケースである伝動ケースと、前記モータの動力を前記駆動プーリの可動部分に伝達する歯車装置と、前記歯車装置で駆動され、前記駆動プーリの可動部分を変位させる筒状のスライダと、前記スライダの変位限界を規定する規制プレートとを備え、前記規制プレートが、前記伝動ケースにボルト接合されている点に特徴がある。

また本発明は、前記スライダの変位限界が、モータによる該スライダの最大変位量よりも大きく設定されていることを特徴とする。

上記特徴を有する本発明によれば、スライダの規制プレートが伝動ケース本体と別体で構成され、ボルト接合されているので、スライダのレイアウトが自由である。したがって、伝動ケースの一部に係合させてスライダの変位範囲を規制するのとは違い、例えば、駆動プーリの支持軸にスライダを組み付ける際に、スライダの動きを規制する構造物との干渉を気遣うことなく、作業を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る無段変速機を含むスクータ型自動二輪車の外観側面図である。同図において、スクータ型自動二輪車１の車体前部２と車体後部３とは低いフロア部４を介して連結されており、車体の骨格は、ダウンチューブ６およびダウンチューブ６から後上方に延びるメインチューブ７によって構成されている。メインチューブ７の上方にはシート８が配置される。シート８とメインチューブ７との間にはヘルメットなどの収納ボックスと燃料タンクが設けられる（いずれも図示せず）。シート８は収納ボックスの蓋を兼ねる。

前記ダウンチューブ６の前端は車体前部２に設けられるヘッドパイプ５に接合される。ヘッドパイプ５には、フロントフォーク１２が回動自在に軸支される。フロントフォーク１２の上方延長部分にはハンドル１１が取り付けられ、フロントフォーク１２の下端には前輪１３が軸支される。ハンドル１１の上部は計器板を兼ねたハンドルカバー３３で覆われる。

メインチューブ７の立ち上がり部下端にはブラケット１５が設けられ、ブラケット１５には、リンク部材１６を介してハンガブラケット１８が連結され、スイングユニット１７が揺動自在に支持されている。スイングユニット１７の後部とメインチューブ７の後部とは緩衝部材を有するリヤサスペンション２２で連結される。スイングユニット１７の前部には、単気筒４サイクルエンジン２００が搭載される。エンジン２００の後方には、Ｖベルト式無段変速機３５および減速機３８が設けられる。減速機３８の出力軸（後述）には後輪２１が結合される。すなわち、エンジン２００の出力は無段変速機３５および減速機３８を介して後輪２１に伝達される。

スイングユニット１７の前部には、エンジン２００のシリンダヘッド３２から延出した吸気管２３が接続される。吸気管２３には気化器２４および気化器２４に連結されたエアクリーナ２５が配設される。スイングユニット１７のクランクケース３１に設けられたハンガブラケット１８には、駐車用のメインスタンド２６が支持される。変速機３５のケースカバー（外部カバー）３６から突出したキック軸２７にはキックアーム２８が固定され、キックアーム２８の先端にはキックペダル２９が設けられる。

図１は、無段変速機の前部断面図、図２は同後部断面図である。図１および図２において、無段変速機は、エンジン２００のクランクケース３１の一部からなる伝動ケース４０と、伝動ケース４０を車体左側面から覆う伝動ケースカバー４０１と、伝動ケースカバー４０１をさらに外部から覆う外部カバー３６と、伝動ケースカバー４０１の前部（車両の走行方向前部）に組み付けられる変速用駆動部カバー（以下、「アクチュエータカバー」という）５８とで外形を形成する。

図１において、エンジン２００のクランク軸４１は、伝動ケース４０に設けられた軸受４２および図示しないもう一つの軸受によって支持される。伝動ケース４０から外側に突出したクランク軸４１の部分４３は駆動プーリ４５の支持軸であり、無段変速機の駆動軸である。駆動軸４３の外周にはガイドパイプ４４が装着される。駆動プーリ４５は、駆動軸４３の軸端に設けられた固定プーリ部分４５１と、駆動軸４３の軸方向に移動自在な可動プーリ部分４５２とからなる。駆動プーリ４５には、後述する従動プーリに架け渡されるＶベルト１００が掛けられている。固定プーリ部分４５１は駆動軸４３の軸端に設けられたねじ部に螺着されたナット４６で駆動軸４３に固定される。可動プーリ部分４５２のハブ４５３は、可動プーリ部分４５２が駆動軸方向で移動できるようにするため、ガイドパイプ４４の外周に摺動自在に嵌合される。

可動プーリ部分４５２のハブ４５３には、駆動軸４３の軸方向に長い長孔つまりガイド孔４７が形成されている。ガイドパイプ４４の外周にはガイドピン４８が立設され、このガイドピン４７の頭部４８１がガイド孔４７内に突出している。ガイドピン４８の頭部には、少なくともガイド孔４７の内面に対向する部分を覆うように表面の摩擦係数が小さいフッ素樹脂などのカラー４９が設けられる。好ましくは、図示のようにガイドパイプ４４の外周に対向する部分も覆うようにするのがよい。これにより、ハブ４５３が固定された可動プーリ部分４５２は、ガイドピン４８によってガイドパイプ４４つまり駆動軸４３に対する回転方向の変位が規制され、駆動軸４３に対して軸方向にのみ移動可能である。ガイドピン４８はカラー４９を介してハブ４５３のガイド孔４７と摺動するので、摺動音の発生も抑制される。

可動プーリ部分４５２のハブ４５３の外周には軸受保持リング５０が嵌合され、この保持リング５０の外周には軸受５１の内輪が嵌合される。軸受５１の外輪にはスライダ保持リング５２が嵌合され、さらにこの保持リング５２にはスライダ５３が嵌合される。スライダ５３は円筒状であり、外側には歯車５３１が形成され、内側には内周に雌ねじ（スクリューねじ）が形成された送りリング５４が嵌挿されている。送りリング５４の雌ねじは、筒体５５の外周に形成された雄ねじ（スクリューねじ）と螺合する。筒体５５はその外周に溶接されたフランジ部を介してボルト５６で伝動ケース４０に固定される。

次に、前記スライダ５３の歯車５３１に動力を伝達する駆動部を説明する。スライダ５３の歯車５３１を駆動する駆動部は歯車装置とモータとを有する。モータ５７は、ベースプレート５７１とハウジング５７２とを備え、ベースプレート５７１は伝動ケース４０のアクチュエータカバー５８に嵌挿されて固定される。モータ軸５９の先端には、出力歯車５９１が形成される。

歯車装置６０は、共通する軸６１に固定された第１段歯車６２，６３と、他の共通する軸６４に固定された第２段歯車６５，６６とを備える。歯車装置６０の各歯車は動作音を低減するために樹脂製にするのがよい。第１段歯車の軸６１は伝動ケース４０に設けられた軸受６７とアクチュエータカバー５８に設けられた軸受６８とで支持される。一方、第２段歯車の軸６４は伝動ケース４０に設けられた軸受６９とアクチュエータカバー５８に設けられた軸受７０とで支持される。第１段歯車のうち大歯車６２は出力歯車５９１に噛み合い、小歯車６３は、第２段歯車のうち大歯車６５に噛み合う。そして、第２歯車のうち小歯車６６は前記スライダ５３の歯車５３１に噛み合う。

第２段歯車の軸６４の、軸受７０を貫通した延長部には歯車６４１が形成される。歯車６４１はウォーム歯車であり、このウォーム歯車６４１は、回転センサとしての回転型可変抵抗器もしくは回転型ポテンショメータに連結されるウォームホイール（回転センサとウォームホイールは後述する）に噛み合う。こうして、軸６４は、回転センサに歯車装置６０の回転量を伝達するセンサ出力軸としての機能を備える。

伝動ケース４０には、前記スライダ５３に形成された歯車５３１の外周を囲うようにリブ４０２が形成され。リブ４０２の端部には、ボルト７１によって規制プレート７２が取り付けられる。規制プレート７２によって、スライダ５３の駆動プーリ４５側への移動限界が規定される。通常は、スライダ５３の歯車５３１は、規制プレート７２に当接しない範囲で移動する。つまり、モータによるスライダ５３の最大変位量（移動量）は、この移動限界より小さく設定される。

図６は、規制プレート７２の正面図つまりＶベルト側から見た図である。規制プレート７２は、このプレート７２を前記リブ４０２に取り付けるための二つのボルト孔７２１，７２１を有する。前記ボルト７１、７１はこれらの孔７２１，７２１を貫通し、前記リブ４０２に設けられるボルト孔（図示せず）に螺挿される。

組み立て時に、駆動軸４３に対して駆動プーリ４５やスライダ５３を組み付けた後、規制プレート７２をリブ４０２の端部に位置合わせして、駆動プーリ側から駆動軸４３に沿ってボルト７１を挿入し、螺着させる。このように、規制プレート７２をリブ４０２に取り付ける際には、なんら干渉部材が存在しないので組み付け容易である。

上記構成により、モータ５７の回転は出力歯車５９１、第１段歯車６２，６３、並びに第２段歯車６５，６６を順に経てスライダ５３の歯車５３１に伝わり、スライダ５３を回転する。スライダ５３が回転されると、送りリング５４が筒体５５の周りで回転し、その結果、スライダ５３は相対的にクランク軸４１の軸方向にねじ送りされる。ねじの作用によるスライダ５３の変位方向は送りリング５４および筒体５５の雌ねじおよび雄ねじの方向による。

スライダ５３が駆動軸４３に沿って変位すると、その動きは軸受５１を介して可動プーリ部分４５２に伝わり、可動プーリ部分４５２と固定プーリ部分４５１との間隔が変化する。固定プーリ部分４５１と可動プーリ部分４５２との間隔が広くなると、後述の従動プーリの動きと相まってＶベルト１００は駆動プーリ４５に対する巻き掛け径が小さくなるように動作する。一方、固定プーリ部分４５１および可動プーリ部分４５２両者の間隔が狭まる方向の力は、Ｖベルト１００を駆動プーリ４５の外周方向に押し広げる分力を作用させ、後述する従動プーリの動きと相まってＶベルト１００の巻き掛け径を大きくする。

スライダ５３の位置はこの変速機の変速比を代表する。したがって、前記ウォーム歯車６４１の回転位置を検出する回転センサで、スライダ５３の位置を検出し、その検出結果を変速比の制御にフィードバックすることができる。

次に、無段変速機の後部構成を説明する。図２において、従動プーリ７３は、固定プーリ部分７３１と可動プーリ部分７３２とからなる。従動プーリ７３を支持する従動軸７４は軸受７５，７６で支持される。従動軸７４の一方側つまり図２上で軸受７５より左側部分の端部には、軸受７７が嵌挿され、さらに軸受７７より先端側にはカラー７８が被せられる。カラー７８には、椀状のクラッチ板７９が溶接されている。従動軸７４のこの端部にはねじが形成されていて、そのねじにナット８０が螺着され、カラー７８およびクラッチ板７９は軸受７７の内輪を介して従動軸７４に固定される。従動軸７４の中間部外周には、軸受８１が設けられ、この軸受８１および前記軸受７７によって固定プーリ部分７３１のハブ８２が従動軸７４に関してその外周に装着される。

さらに、固定プーリ部分７３１のハブ８２の外周には可動プーリ部分７３２のハブ８３が設けられる。可動プーリ部分７３２は固定プーリ部分７３１に対して、従動軸７４の長手方向に摺動自在である。ハブ８２にはガイドピン８４が立設される。ハブ８３に設けられたガイド孔８３１はガイドピン８４の頭部に係合し、これによってハブ８３に対する可動プーリ部分７３２の回転が規制される。

固定プーリ部分７３１のハブ８２の端部には、クラッチシューの支持プレート８５がナット８６で固定される。支持プレート８５には、クラッチシュー８７が設けられる。クラッチシュー８７は、支持プレート８５に立設された枢軸８８で軸支されるボス８９を有するアーム９０に固着される。アーム９０はクラッシュー８７がクラッチ板７９の内面から離れる方向にばね９１で付勢されている。さらに、可動プーリ部分７３２と支持プレート８５との間には、可動プーリ部分７３２を固定プーリ部分７３１側に付勢するコイルばね９２が介挿されている。

無段変速機の後部には、減速機３８が設けられる。減速機３８は、従動軸７４の他端つまり図２上で軸受７５と７６との間に設けられた入力歯車９４と中間歯車９５，９６、および最終段歯車９７を有する。入力歯車９４は中間歯車の大歯車９５に噛み合い、中間歯車の小歯車９６は最終段歯車９７と噛み合う。中間歯車９５，９６の軸は軸受９８，９９で支持され、最終段歯車９７の軸つまり出力軸１０１は軸受１０２，１０３で支持される。軸受７６，９８，１０３は、前記リブ４０２に続く後部ケーシング４０３に嵌挿されていて、軸受７５，９９，１０２は、ケーシング４０３に固定される減速機カバー１０４に嵌挿されている。

固定プーリ部分７３１のハブ８２の側面には、センサプレート１０５が設けられ、このセンサプレート１０５の外周に対向して磁気センサ１０６が設けられる。センサプレート１０５は鉄であり、この鉄製のセンサプレート１０５は、外周に突出もしくは凹んだ部分を一ないしは複数有する。したがって、この形状変化部分で磁気センサ１０６の出力が変化し、この変化の状態、例えば、出力変化の間隔によって、従動プーリ７３の回転数を検出することができる。磁気センサ１０６は、減速機カバー１０４に固定される。

上記構成において、前記駆動プーリ４５側でＶベルトの巻き掛け径が拡張すると、Ｖベルト１００の張力は増し、その張力の増大により、従動プーリ７３の可動プーリ部分７３２と固定プーリ部分７３１との間を押し広げる力が作用する。その結果、従動側ではＶベルト１００の巻き掛け径が小さくなる。つまり減速比が小さくなる。一方、前記駆動プーリ４５側でＶベルトの巻き掛け径が縮小すると、Ｖベルト１００の張力は低減し、その張力の低減により、コイルばね９２の付勢力がＶベルト１００にかかる張力の分力を上回ると、従動プーリ７３の可動プーリ部分７３２と固定プーリ部分７３１との間を縮小する力が生じる。その結果、従動側ではＶベルト１００の巻き掛け径が大きくなる。つまり減速比が大きくなる。

従動プーリ７３の回転が所定の値になると、遠心力の増大によりクラッチシュー８７がクラッチ板７９に当接する。そうすると、クラッチ板７９が結合されている従動軸７４が回転し、入力歯車９４、中間歯車９５，９６、および最終段歯車９７を介して出力軸１０１が回転する。出力軸１０１の回転は後輪２１に伝達され、自動二輪車は走行できる。

図４は、伝動ケースの前部に組み付けられるアクチュエータカバー５８の正面図であり、図５は図４のＡ−Ａ断面図である。アクチュエータカバー５８は、上述のようにモータ５７から軸６４までの減速系統の構成部品を覆うとともに、エンジン冷却水を循環させるウォータポンプのカバーを兼ねる。図４において、アクチュエータカバー５８に嵌挿された軸受７０で支持されるウォーム歯車６４１と噛み合うウォームホイール１１０およびその軸１１１を収容し、軸１１１を支持するための筒状突出部５８１が形成される。軸１１１には、ウォームホイール１１０の回転位置を検出する回転センサ１１２が結合される。回転センサ１１２の検出出力は、図示しない制御装置に供給され、この検出出力に基づき、ウォームホイール１１０と連動する各歯車６４１、６５，６６，５３１を介して可動プーリ部分４５２の位置が検出される。

また、アクチュエータカバー５８は、前記モータ５７のベースプレート５７１を保持するためのボス５８２，５８３と、モータ５７１のベースプレート５７１をのハブを受け入れるボス孔５８４に隣接して設けられた座５８５，５８６とを有する。

さらに、アクチュエータカバー５８は、図５から良く理解できるように、伝動ケース４０の一部と組み合わさってウォータポンプ１１３の外壁を形成する。この外壁で囲まれた空間には、インペラ１１４と軸１１５とが収容される。軸１１５は、図示しない伝動装置によってエンジンと連結され、エンジンの回転によって回転駆動される。口金１１６は、サーモスタットを介してラジエータから循環される冷却水の入口であり、口金１１７は、ラジエータを介さないで循環される冷却水の入口である。エンジン始動時ないしは冷却水温が低い時は、口金１１７から水を導入され、冷却水温が所定値以上となれば、口金１１６からラジエータを介して、温度低下された水が導入される。

本発明の一実施形態に係るベルト式無段変速装置の前部断面図である。 本発明の一実施形態に係るベルト式無段変速装置の後部断面図である。 本発明の一実施形態に係る自動二輪車の側面図である。 無段変速装置の前部に設けられるアクチュエータカバーの正面図である。 アクチュエータカバーとクランクケースで形成されるウォータポンプの壁部を示す断面図である。 スライダの規制プレートの平面図である。

符号の説明

４０…伝動ケース、 ４１…クランク軸、 ４５…駆動プーリ、 ５３…スライダ、 ５７…モータ、 ６０…歯車装置、 ７１…規制プレート固定用ボルト、 ７２…規制プレート、 ７３…従動プーリ、 １００…Ｖベルト、 １１２…回転センサ、 ４５１…駆動プーリ部分、 ４５２…可動プーリ部分

Claims (1)

1. エンジンで駆動される駆動プーリとＶベルトを介して該駆動プーリに従動する従動プーリとを有し、
   前記各プーリが、それぞれの支持軸に対して固定された固定部分と前記支持軸に対してその軸方向に摺動自在に設けられた可動部分とからそれぞれなり、
   前記駆動プーリの可動部分をモータで前記軸方向に変位させて固定部分および可動部分の間隔を変化させ、その変化に応じて従動プーリの可動部分を摺動させることによって駆動プーリに対する従動プーリの回転数を変化させるベルト式無段変速装置において、
   該変速装置の本体ケースである伝動ケースと、
   前記モータの動力を前記駆動プーリの可動部分に伝達する歯車装置と、
   前記伝動ケースに固定され、外周に雄ねじが形成された筒体と、
   前記筒体の雄ねじに適合する雌ねじが内周に形成され、外側には歯車が形成されるとともに、前記歯車装置で駆動され、前記駆動プーリの可動部分を変位させる筒状のスライダと、
   前記従動プーリの可動部分と前記スライダの外側に形成された歯車との間にあって前記可動プーリの移動幅と重ならない位置で前記伝動ケースに対して前記スライダと対向する方向へ挿通されるボルトで接合されていて、前記スライダの外側に形成された歯車に当接して該スライダの変位限界を規定する規制プレートとを備えていることを特徴とするＶベルト式無段変速装置。

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