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JP5348839B2 - ベルト式無段変速装置およびそれを備えた鞍乗型車両 - Google Patents

ベルト式無段変速装置およびそれを備えた鞍乗型車両 Download PDF

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Description

本発明はベルト式無段変速装置およびそれを備えた鞍乗型車両に関する。
従来、ベルト式無段変速装置(以下、「CVT」とする。)を備えた鞍乗型車両が知られている(例えば、特許文献1等)。CVTは、エンジンからの駆動力が伝達されるプライマリシーブと、そのプライマリシーブからベルトを介して駆動力が伝達されるセカンダリシーブとを備えている。プライマリシーブおよびセカンダリシーブのうちの少なくとも一方は、ベルトの巻き掛け径が可変に構成されており、プライマリシーブにおけるベルトの巻き掛け径とセカンダリシーブにおける同巻き掛け径との比を変化させることにより変速比が調整可能となっている。
図7は、特許文献1に記載された従来のエンジンユニット112の断面図である。エンジンユニット112は、エンジン113と、ベルト式無段変速装置(CVT)114と、減速機構116と、発電機129とを備えている。CVT114は、プライマリシーブ136と、セカンダリシーブ137と、ベルト141とを備えている。
プライマリシーブ136は、クランク軸120に対して回転不能に取り付けられている。プライマリシーブ136は、固定シーブ体(以下、「プライマリ固定シーブ体」とする。)136aと、可動シーブ体(以下、「プライマリ可動シーブ体」とする。)136bとを備えている。プライマリ可動シーブ体136bは、プライマリ固定シーブ体136aに対向配置されている。プライマリ可動シーブ体136bは、プライマリ固定シーブ体136aと共にベルト141が巻き掛けられる断面略V字状のベルト溝136cを構成している。プライマリ可動シーブ体136bは、プライマリ固定シーブ体136aに対してクランク軸120の軸方向に変位可能となっている。
また、プライマリ可動シーブ体136bのプライマリ固定シーブ体136aとは反対には、プライマリ可動シーブ体136bに対向するようにカムプレート143が配置されている。カムプレート143は、プライマリシーブ136の径方向外側に向かってプライマリ可動シーブ体136bに近くなるようにテーパ状に形成されている。プライマリ可動シーブ体136bとカムプレート143との間には、複数のローラウエイト144が配置されている。各ローラウエイト144は、プライマリシーブ136の径方向に変位可能であり、プライマリ可動シーブ体136bおよびカムプレート143の回転に伴ってクランク軸120周りを旋回する。
セカンダリシーブ137は、セカンダリシーブ軸138に対して回転不能に取り付けられている。セカンダリシーブ137も、プライマリシーブ136と同様に、固定シーブ体(以下、「セカンダリ固定シーブ体」とする。)137aと、可動シーブ体(以下、「セカンダリ可動シーブ体」とする。)137bとを備えている。セカンダリ可動シーブ体137bは、セカンダリ固定シーブ体137aに対向して配置されている。セカンダリ可動シーブ体137bは、セカンダリ固定シーブ体137aと共にベルト141が巻き掛けられる断面略V字状のベルト溝137cを構成している。セカンダリ可動シーブ体137bは、セカンダリシーブ軸138の軸方向において、セカンダリ固定シーブ体137aに対して変位可能となっている。
セカンダリ可動シーブ体137bのセカンダリ固定シーブ体137aとは反対側には、スプリング止め147が配置されている。スプリング止め147は、セカンダリシーブ軸138に取り付けられている。スプリング止め147は、セカンダリ固定シーブ体137aに対して、セカンダリシーブ軸138の軸方向に変位不能である。スプリング止め147とセカンダリ可動シーブ体137bとの間には、圧縮コイルスプリング145が配置されている。この圧縮コイルスプリング145によって、セカンダリ可動シーブ体137bは、ベルト溝137cの幅が狭くなる方向(つまり、セカンダリ固定シーブ体137aとの間の距離が狭くなる方向)に付勢されている。
プライマリシーブ136の回転数(エンジン113の回転数)が低いときは、上記圧縮コイルスプリング145の付勢力によって、セカンダリシーブ137のベルト溝137cの幅は狭く保たれている。このため、セカンダリシーブ137のベルト141の巻き掛け径は比較的大きくなっている。これにより、ベルト141がセカンダリシーブ137寄りに引っ張られる。この力により、ローラウエイト144が回転軸寄りに保持され、プライマリシーブ136のベルト溝136cの幅が比較的広く保たれる。その結果、変速比が大きい状態となる。
プライマリシーブ136の回転数が増大すると、それと共にローラウエイト144に生じる遠心力も増大する。これにより、ローラウエイト144がプライマリ可動シーブ体136bを押圧する力が圧縮コイルスプリング145の付勢力に打ち勝ち、プライマリ可動シーブ体136bがプライマリ固定シーブ体136a寄りに変位する。それと共に、圧縮コイルスプリング145は圧縮され、セカンダリシーブ137のベルト溝137cの幅が広くなる。よって、プライマリシーブ136のベルト巻き掛け径は大きくなり、その一方で、セカンダリシーブ137のベルト巻き掛け径は小さくなる。従って、プライマリシーブ136の回転数、すなわちエンジン113の回転数が増大するにつれて、変速比はより小さくなっていく。
国際公開WO2003/085278 A1号パンフレット
しかしながら、従来のCVTでは、特に、エンジンの高速回転時に大きな振動が生じるという問題がある。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの高速回転時におけるCVTの振動を抑制することにある。
本発明に係るベルト式無段変速装置は、プライマリシーブと、セカンダリシーブ軸に軸支されたセカンダリシーブと、前記プライマリシーブおよび前記セカンダリシーブに巻き掛けられたベルトとを備えたベルト式無段変速装置である。
前記セカンダリシーブは、第1のシーブ体と、前記第1のシーブ体に対向すると共に、前記第1のシーブ体の軸方向に相対変位可能に配置され、前記第1のシーブ体と共に前記ベルトが巻き掛けられるベルト溝を構成する第2のシーブ体と、前記第2のシーブ体を前記第1のシーブ体側に向けて付勢する圧縮コイルスプリングと、前記圧縮コイルスプリングの外側に配置され、前記圧縮コイルスプリングの両端部を除く部分の伸縮方向に関する少なくとも一部と接触または対向するストッパ面を有する規制部材と、を有する。前記規制部材は、前記圧縮コイルスプリングの圧縮時に、前記圧縮コイルスプリングの両端部を除く部分の伸縮方向に関する少なくとも一部に当接するように前記圧縮コイルスプリングの外側に配置されている。前記圧縮コイルスプリングは、前記第2のシーブ体に対し前記第1のシーブ体側と反対の側に配置されている。前記セカンダリシーブ軸は、前記セカンダリシーブから前記圧縮コイルスプリングが配置された側と反対の側に延びている。前記第2のシーブ体は、前記第1のシーブ体から離れる方向に回転しながら変位するように配置されている。前記圧縮コイルスプリングは、前記第2のシーブ体が前記第1のシーブ体から離れる方向に回転しながら変位するときに、圧縮されると共に拡径する方向にねじられるように構成されている。
本発明によれば、エンジンの高速回転時におけるCVTの振動を抑制することができる。
従来、エンジンの高速回転時においてCVTが振動する原因は十分には解明されていなかった。本発明者は、鋭意研究の結果、エンジンの高速回転時においてCVTが振動する原因はコイルスプリングが伸縮時に変形して座屈することにあることを初めて見いだし、下記の実施形態をなすに至った。
以下、本実施形態に係る自動二輪車1について、図1〜5を参照しながら詳細に説明する。尚、本実施形態では、本発明を実施した鞍乗型車両の例として、図1に示すオフロードタイプの自動二輪車1を挙げて説明する。しかし、本発明に係る鞍乗型車両は、これに限定されるものではなく、例えば、オフロードタイプ以外の自動二輪車(モータサイクルタイプ、スクータータイプ、所謂モペットタイプの自動二輪車等)であってもよい。また、自動二輪車以外の鞍乗型車両(例えば、ATV:All Terrain Vehicle等)であってもよい。
−自動二輪車1の概略構成−
図1は本実施形態に係る自動二輪車1の側面図である。まず、図1を参照しながら、自動二輪車1の概略構成について説明する。尚、下記説明において、前後左右の方向は、シート11に着座した乗員から視た方向をいうものとする。
自動二輪車1は、車体フレーム2を備えている。車体フレーム2は、ヘッドパイプ3と、ダウンチューブ4と、シートピラー5とを備えている。ダウンチューブ4は、ヘッドパイプ3から下方に向かって延びている。シートピラー5は、ヘッドパイプ3から後方に向かって延びている。ヘッドパイプ3は、その下端がフロントフォーク6等を介して前輪7に接続されている。シートピラー5の下端付近には、後方に向かって延びるリヤアーム8が軸支されている。リヤアーム8の後方端は後輪9に接続されている。車体フレーム2の上側には、車体フレーム2を覆うカバー10が配置されている。カバー10の中央よりやや後側にはシート11が設けられている。
ダウンチューブ4とシートピラー5との間には、ダウンチューブ4とシートピラー5とによって支持されたエンジンユニット12が配置されている。エンジンユニット12は、図2に示すように、エンジン13、ベルト式無段変速機(以下、「CVT」という。)14(図2参照)および減速機構16等が一体となったものである。このエンジンユニット12において生じた駆動力がチェーンベルト等の動力伝達手段(図示せず)を介して後輪9に伝達されるようになっている。尚、ここでは、エンジン13を4サイクル単気筒エンジンとして説明するが、エンジン13は、例えば2サイクルエンジンであってもよい。また、多気筒エンジンであってもよい。
−エンジンユニット12の構成−
次に、エンジンユニット12の構成について、図2を参照しながら説明する。エンジンユニット12は、エンジン13と、CVT14と、遠心式クラッチ15と、減速機構16とを備えている。尚、説明の便宜上、図2では、減速機構16の一部の構造を省略している。
エンジン13は、クランクケース17と、略円筒状のシリンダ18と、シリンダヘッド19とを備えている。クランクケース17は、左側に位置する第1のケースブロック17aと右側に位置する第2のケースブロック17bとの2つのケースブロックによって構成されている。第1のケースブロック17aと第2のケースブロック17bとは車幅方向に互いに突き合わされて配置されている。シリンダ18はクランクケース17の前方上斜めに接続されている(図1も参照)。シリンダヘッド19はシリンダ18の先端に接続されている。
クランクケース17内には、車幅方向に水平に延びるクランク軸20が収容されている。クランク軸20は軸受21および22を介して第1のケースブロック17aおよび第2のケースブロック17bによって支持されている。
シリンダ18内には、ピストン23が摺動可能に挿入されている。このピストン23のクランク軸20側には、コンロッド24の一方の端部が接続されている。コンロッド24の他方の端部はクランク軸20の左側クランクアーム20aと右側クランクアーム20bとの間に配置されたクランクピン59に連結されている。これにより、クランク軸20の回転と共に、ピストン23がシリンダ18内を往復運動するようになっている。
シリンダヘッド19には、シリンダ18の内部空間とつながる凹部19aと、凹部19aに連通する吸気ポートおよび排気ポート(図示せず)とが形成されている。また、シリンダヘッド19には、凹部19a内に先端の発火部が露出するように点火プラグ25が挿入固定されている。
シリンダ18内の左側部には、クランクケース17の内部とシリンダヘッド19の内部とをつなぐカムチェーン室26が形成されている。このカムチェーン室26の内部にはタイミングチェーン27が配置されている。タイミングチェーン27はクランク軸20とカム軸28とに巻き掛けられている。これにより、クランク軸20の回転に伴ってカム軸28も回転し、図示しない吸気バルブおよび排気バルブが開閉されるようになっている。
第1のケースブロック17aの前半部の左側には、発電機29を収納する発電機ケース30が着脱自在に取り付けられている。一方、第2のケースブロック17bの右側には、CVT14を収容する変速機ケース31が取り付けられている。
第2のケースブロック17bの後半部右側には、開口が形成されている。この開口はクラッチカバー32によって塞がれている。クラッチカバー32はボルト33によって第2のケースブロック17bに対して着脱可能に固定されている。
変速機ケース31はクランクケース17から独立して形成されている。変速機ケース31は、CVT14の車幅方向内側(左側)を覆う内側ケース31aと、CVT14の車幅方向外側(右側)を覆う外側ケース31bとにより構成されている。内側ケース31aはクランクケース17の右側に取り付けられている。一方、外側ケース31bは内側ケース31aの右側に取り付けられており、外側ケース31bと内側ケース31aとによりベルト室34が区画形成されている。
クランク軸20の左側端部は第1のケースブロック17aを貫通して発電機ケース30内に達している。このクランク軸20の左側端部には、発電機29が取り付けられている。詳細に、発電機29は、ステータ29aと、ステータ29aに対向配置されたロータ29bとを備えている。ステータ29aは発電機ケース30に回動および変位不能に固定されている。一方、ロータ29bはクランク軸20と共に回転するスリーブ35に対して回転不能に固定されている。これにより、クランク軸20の回転と共に、ロータ29bがステータ29aに対して回転し、発電が行われるようになっている。
ベルト室34には、CVT14が収納されている。CVT14は、プライマリシーブ36と、プライマリシーブ36の後方に配置されたセカンダリシーブ37とを備えている。クランク軸20は第2のケースブロック17bおよび内側ケース31aを貫通し、ベルト室34にまで延びており、その右側部分(厳密には、軸受22よりも右側の部分)がプライマリシーブ軸20cを構成している。そして、プライマリシーブ36は、このプライマリシーブ軸20cに軸支されている。これにより、プライマリシーブ36はクランク軸20の回転と共に回転するようになっている。
一方、変速機ケース31の後半部には、内側ケース31aおよびクラッチカバー32を貫通してクランクケース17内にまで延びるセカンダリシーブ軸38が配置されている。セカンダリシーブ軸38は軸受39を介してクラッチカバー32に取り付けられている。セカンダリシーブ37は、ベルト室34内において、このセカンダリシーブ軸38に軸支されている。
セカンダリシーブ37とプライマリシーブ36とにはVベルト(例えば、樹脂ブロックVベルト)41が巻き掛けられている。このため、クランク軸20と共にプライマリシーブ36が回転すると、そのトルクがVベルト41を介してセカンダリシーブ37に伝達され、セカンダリシーブ37と共にセカンダリシーブ軸38が回転するようになっている。セカンダリシーブ軸38の回転は遠心式クラッチ15、減速機構16およびベルトまたはチェーン等の動力伝達手段(図示せず)を介して後輪9に伝達される。
−CVT14の具体的構成―
以下、図2を参照しながらCVT14の構成についてさらに詳細に説明する。上述のように、CVT14は、プライマリシーブ36と、セカンダリシーブ37と、Vベルト41とを備えている。プライマリシーブ36は、各々テーパ状の固定シーブ体36aと可動シーブ体36bとを備えている。固定シーブ体36aは、プライマリシーブ軸20cの右端部に径方向外側に向かって車幅方向外側(右側)に近づくように固定されており、プライマリシーブ軸20cと共に回転する。一方、可動シーブ体36bは、固定シーブ体36aよりも中央より(左側)に固定シーブ体36aと対向すると共に、径方向外側に向かって車幅方向内側(左側)に近づくように配置されている。可動シーブ体36bは、プライマリシーブ軸20cに対して回転不能である一方、軸方向にスライド可能に取り付けられている。すなわち、上記固定シーブ体36aと可動シーブ体36bとによって、Vベルト41が巻き掛けられる断面略V字状のベルト溝36cが形成されている。そのベルト溝36cの幅は、可動シーブ体36bが固定シーブ体36aに対して相対的に変位することによって可変となっている。
固定シーブ体36aの外側面(図2の右側面)には、冷却用のファン46が設けられている。可動シーブ体36bの左側面には、それぞれ径方向に延びる複数のカム面42が形成されている。可動シーブ体36bの左側には、そのカム面42に対向するようにカムプレート43が配置されている。カムプレート43とカム面42との間には、周回方向に変位不能である一方、径方向に変位可能な略円筒状(または略円柱状)の複数のローラウエイト(押圧体)44が配置されている。カム面42は中心から径方向外側に向かってカムプレート43に近づくようにテーパ状に形成されている。一方、カムプレート43も中心から径方向外側に向かってカム面42に近づくようにテーパ状に形成されている。すなわち、カムプレート43とカム面42との相互間の幅が径方向外側に向かって狭くなるようになっている。
セカンダリシーブ37は、車幅方向内側に位置する固定シーブ体37aと、車幅方向外側に位置し、固定シーブ体37aに対向配置された可動シーブ体37bとを備えている。固定シーブ体37aは、径方向外側に向かって車幅方向内側(左側)に近づくようにセカンダリシーブ軸38に固定されており、セカンダリシーブ軸38と共に回転する。一方、可動シーブ体37bは、径方向外側に向かって車幅方向外側(右側)に近づくようにセカンダリシーブ軸38に固定されている。可動シーブ体37bは、セカンダリシーブ軸38に対して回転不能である一方、軸方向にスライド可能に取り付けられている。すなわち、上記固定シーブ体37aと可動シーブ体37bとによって、Vベルト41が巻き掛けられる断面略V字状のベルト溝37cが形成されている。そのベルト溝37cの幅は、可動シーブ体37bが固定シーブ体37aに対して相対的に変位することによって可変となっている。一方、Vベルト41は、ベルト溝36cおよび37cに沿うように、その横断面が内側に向かって幅狭となる台形状に形成されている。
図3は、セカンダリ可動シーブ体37bの斜視図である。図3に示すように、セカンダリ可動シーブ体37bは、ボス部37fを有している。ボス部37fには、セカンダリシーブ軸38の外径とほぼ同一の内径の開孔が形成されており、その開孔にセカンダリシーブ軸38が嵌合挿入されている。ボス部37fには、複数の係合孔37eが、ボス部37fの周方向に等間隔に形成されている。各係合孔37eは、側面視において、セカンダリシーブ軸38の軸方向に対して傾斜する方向に延びている。一方、セカンダリシーブ軸38には、各係合孔37eに係合する断面略円形の係合凸部38aが形成されている。セカンダリ可動シーブ体37bは、この係合凸部38aと係合孔37eとの係合により、セカンダリシーブ軸38に対して取り付けられている。このため、セカンダリ可動シーブ体37bは、セカンダリシーブ軸38の軸方向の移動に伴って、セカンダリシーブ軸38に対して回転するようになっている。また、後に詳述するように、圧縮コイルスプリング45は、そのセカンダリ固定シーブ体37a側端部からの巻回方向が、セカンダリ可動シーブ体37bがセカンダリ固定シーブ体37aから離れる方向に変位するときの回転方向と同一となるように巻回されている。これにより、所謂トルクカム機構が実現されている。
図2に示すように、セカンダリ可動シーブ体37bのボス部37fには、ボス部37fの外径とほぼ同一の内径を有する略円筒状の内側スプリングガイド48が嵌められている。内側スプリングガイド48のセカンダリ可動シーブ体37b側端部(左側部分)には、セカンダリ可動シーブ体37bに当接するフランジ部48aが形成されている。
図2において、セカンダリシーブ軸38の右側端には、スプリング止め47が取り付けられている。このスプリング止め47は、セカンダリ固定シーブ体37aに対して、セカンダリシーブ軸38の軸方向に変位不能となっている。スプリング止め47とセカンダリ可動シーブ体37bとの間には、圧縮コイルスプリング45が圧縮された状態で配置されている。この圧縮コイルスプリング45の内側には、内側スプリングガイド48が挿入されている。圧縮コイルスプリング45のセカンダリ可動シーブ体37b側の端部は内側スプリングガイド48のフランジ部48aに当接している。
これにより、セカンダリ可動シーブ体37bは、内側スプリングガイド48と共にセカンダリ固定シーブ体37a側に向けて付勢された状態となっている。また、内側スプリングガイド48は、セカンダリ固定シーブ体37aに対して、実質的に固定された状態となっている。
圧縮コイルスプリング45のスプリング止め47側の端部は、圧縮コイルスプリング45の付勢力によってスプリング止め47に押圧されており、スプリング止め47に対して回転不能となっている。一方、圧縮コイルスプリング45のセカンダリ可動シーブ体37b側の端部は、圧縮コイルスプリング45の付勢力によって内側スプリングガイド48に押圧されており、内側スプリングガイド48に対して回転不能となっている。また、内側スプリングガイド48は、圧縮コイルスプリング45の付勢力および内側スプリングガイド48とセカンダリ可動シーブ体37bとの間の摩擦力によってセカンダリ可動シーブ体37bに対して回転不能となっている。
圧縮コイルスプリング45は、セカンダリ可動シーブ体37bがセカンダリ固定シーブ体37aから離れる方向に変位することにより、圧縮されると共にねじられるようになっている。具体的には、圧縮コイルスプリング45は、そのセカンダリ固定シーブ体37a側端部からの巻回方向が、セカンダリ可動シーブ体37bがセカンダリ固定シーブ体37aから離れる方向に変位するときの回転方向と同一となるように巻回されている。このため、圧縮コイルスプリング45は、セカンダリ可動シーブ体37bがセカンダリ固定シーブ体37aから離れる方向に移動するにつれて、圧縮されると共に、拡径する方向にねじられるようになっている。
スプリング止め47には、圧縮コイルスプリング45を包囲する略筒状(具体的には、略円筒状)の、規制部材としての外側スプリングガイド49が一体形成されている。詳細には、外側スプリングガイド49は、スプリング止め47に連続した圧縮コイルスプリング45を包囲する筒状の部分と、筒状の部分のセカンダリ可動シーブ体37b側の端部に形成されたフランジ部とを備えている。このように、本実施形態では、圧縮コイルスプリング45の外側に配置された外側スプリングガイド49と、圧縮コイルスプリング45の内側に配置された内側スプリングガイド48との両方が設けられている。これにより、圧縮コイルスプリング45がガイドされており、圧縮コイルスプリング45のスムーズな伸縮が実現されている。
外側スプリングガイド49はストッパ面50を有している。ストッパ面50は、圧縮コイルスプリング45の両端部を除く部分45a(以下、「主要部45a」という。)の伸縮方向に関する少なくとも一部に接触または対向している。具体的には、外側スプリングガイド49は、圧縮コイルスプリング45の圧縮時に、ストッパ面50が圧縮コイルスプリング45の主要部45aの伸縮方向に関する少なくとも一部に当接するように配置されている。具体的に、外側スプリングガイド49の軸方向の長さは、圧縮コイルスプリング45の圧縮時の伸縮方向の長さ(詳細には、CVT14において、最も圧縮された時の圧縮コイルスプリング45の伸縮方向(=セカンダリシーブ軸38の軸方向)の長さ)の1/3以上(好ましくは、1/2以上、特に好ましくは2/3以上であって、圧縮された圧縮コイルスプリング45の中央にまで至るような長さ)に設定されている。かつ、外側スプリングガイド49の軸方向の長さは、CVT14において、圧縮コイルスプリング45が最も圧縮された時に、圧縮コイルスプリング45の一方の端部45b(図5参照)が外側スプリングガイド49によって包囲されないような長さに設定されている。すなわち、外側スプリングガイド49の軸方向の長さは、CVT14において、圧縮コイルスプリング45が最も圧縮された時に、圧縮コイルスプリング45の端部45bを除いた部分全体が外側スプリングガイド49に包囲されるような長さに設定されている。
尚、ここで、「圧縮コイルスプリング45の両端部を除く部分45a(主要部45a)」とは、圧縮コイルスプリング45の伸縮方向において、圧縮コイルスプリング45の全体の長さの約5%(好ましくは10%)程度の各端部を除いた部分をいうものとする。具体的には、「圧縮コイルスプリング45の両端部を除く部分45a(主要部45a)」とは、例えば、圧縮コイルスプリング45のそれぞれ2巻き程度の両端部を除いた部分をいう。
一方、外側スプリングガイド49の内径は、圧縮コイルスプリング45が圧縮された際に(少なくとも、CVT14において、圧縮コイルスプリング45が最も圧縮された際に)圧縮コイルスプリング45が外側スプリングガイド49の内面に当接するように設定されている。
尚、外側スプリングガイド49は、圧縮コイルスプリング45の圧縮時において、圧縮コイルスプリング45と当接するため、ある程度以上の強度を有する材料により作製されていることが好ましい。同様に、内側スプリングガイド48も、ある程度以上の強度を有する材料により作製されていることが好ましい。例えば、外側スプリングガイド49および内側スプリングガイド48のそれぞれは、鉄、ステンレス、アルミニウム等の金属により作製することができる。また、金属同士の緩衝を回避すること等を目的として、金属製の外側スプリングガイド49の内面をゴムや樹脂等の弾性部材で被覆するようにしてもよい。同様に、金属製の内側スプリングガイド48の外面をゴムや樹脂等の弾性部材で被覆するようにしてもよい。
−CVT14の動作ならびに作用および効果―
次に、CVT14の動作ならびに本実施形態の作用および効果について説明する。CVT14では、ローラウエイト44がプライマリ可動シーブ体36bをプライマリ固定シーブ体36a側に向けて押圧する力と、圧縮コイルスプリング45がセカンダリ可動シーブ体37bをセカンダリ固定シーブ体37a側に向けて付勢する力との比によって変速比が決定される。
さらに具体的に説明すると、エンジン13の回転数(具体的には、クランク軸20の回転数=プライマリシーブ軸20cの回転数)が低いときは、ローラウエイト44にそれほど大きな遠心力は働かない。このため、圧縮コイルスプリング45の付勢力により、セカンダリ可動シーブ体37bがセカンダリ固定シーブ体37a側に押圧され、セカンダリシーブ37のベルト溝37cは幅狭に保たれている。これにより、セカンダリシーブ37のベルト巻き掛け径は比較的大きく保たれる(図2のセカンダリシーブ軸38よりも上側に描画したセカンダリシーブ37の状態(最大変速比位置)参照)。この状態では、Vベルト41はセカンダリシーブ37側に引き寄せられているため、Vベルト41がプライマリ可動シーブ体36bをプライマリ固定シーブ体36a側に押圧する。これにより、プライマリシーブ36のベルト溝36cの幅が広げられ、プライマリシーブ36のベルト巻き掛け径は比較的小さくなる(図2のプライマリシーブ軸20cよりも下側に描画したプライマリシーブ36の状態(最大変速比位置)参照)。その結果、変速比が大きくなる。
一方、プライマリシーブ軸20cの回転数が上昇すると、ローラウエイト44は、遠心力を受けて径方向外側に移動する。ここで、プライマリ可動シーブ体36bとカムプレート43との相互間の距離は、径方向外側にいくに従って狭くなっている。このため、ローラウエイト44が径方向外側に移動することにより、プライマリ可動シーブ体36bがプライマリ固定シーブ体36a寄り(右向き)に押圧される。すると、プライマリ可動シーブ体36bがプライマリ固定シーブ体36a寄りにスライドし、ベルト溝36cが狭められる(図2のプライマリシーブ軸20cよりも上側に描画したプライマリシーブ36の状態(最小変速比位置)参照)。これによりプライマリシーブ36のベルト巻き掛け径が大きくなる。これに伴い、Vベルト41がプライマリシーブ36側に引き寄せられ、Vベルト41が圧縮コイルスプリング45の付勢力に対抗して、セカンダリ可動シーブ体37bをセカンダリ固定シーブ体37aから遠ざかる方向(右向き)に押圧する。これにより、セカンダリ可動シーブ体37bがセカンダリ固定シーブ体37aから遠ざかる方向にスライドし、セカンダリシーブ37のベルト巻き掛け径が小さくなる(図2のセカンダリシーブ軸38よりも下側に描画したセカンダリシーブ37の状態(最小変速比位置)参照)。その結果、変速比は小さくなる。
上述の通り、セカンダリ可動シーブ体37bとセカンダリシーブ軸38とは、図3に示すように、係合凸部38aと係合孔37eとの係合により相互に連結されている。このため、セカンダリ可動シーブ体37bがセカンダリ固定シーブ体37aから遠ざかる方向にスライドする際には、セカンダリシーブ軸38の軸方向へのスライドと共にセカンダリシーブ軸38を中心に回転する。ここで、圧縮コイルスプリング45のスプリング止め47側の端部は、圧縮コイルスプリング45の付勢力によって、スプリング止め47に対して回転不能となっている。一方、圧縮コイルスプリング45のセカンダリ可動シーブ体37b側の端部は、圧縮コイルスプリング45の付勢力によって、内側スプリングガイド48に対して回転不能となっている。また、内側スプリングガイド48は、圧縮コイルスプリング45の付勢力によってセカンダリ可動シーブ体37bに対して回転不能となっている。このため、セカンダリ可動シーブ体37bがセカンダリシーブ軸38の軸方向に回転しながらスライドすることによって、圧縮コイルスプリング45はねじられることとなる。具体的に、セカンダリ可動シーブ体37bがセカンダリ固定シーブ体37aから離れる方向にスライドするときには、圧縮コイルスプリング45は拡径する方向にねじられる。例えば、圧縮コイルスプリング45が最も圧縮されたときに、圧縮コイルスプリング45の主要部45aは、非圧縮時の1.4倍程度まで膨らむ。
例えば、図4および7に示す、規制部材としての外側スプリングガイド49が設けられていない従来のCVT114では、圧縮コイルスプリング145の外側への変形が規制されていないため、圧縮コイルスプリング145(特に主要部145a)は圧縮時に座屈する(偏心する)。そうすると、セカンダリシーブ137の回転に伴って圧縮コイルスプリング145に働く遠心力により、圧縮コイルスプリング145が振動する。よって、圧縮コイルスプリング145が、内側スプリングガイド148等の近接する部材と緩衝し、騒音が生じる。また、内側スプリングガイド148等の圧縮コイルスプリング145に近接する部材が損傷する。さらには、CVT114の性能安定性が低下する、といった種々の問題が生じる。本発明者は、鋭意研究の結果、この圧縮コイルスプリングが座屈および振動することを初めて見いだし、図2および5に示すように、コイルスプリングの伸縮時の座屈を規制する規制部材としての外側スプリングガイド49を設けることを想到するに至った。
図2および5に示すように、圧縮コイルスプリング45の圧縮時の座屈を規制する規制部材としての外側スプリングガイド49を設けることによって、圧縮コイルスプリング45の振動が抑制される。ひいては、圧縮コイルスプリング45の振動に起因する騒音の低減、内側スプリングガイド48等の近接する部材の損傷の抑制、CVT14の性能安定性の向上を図ることができる。
さらに具体的に説明すると、本実施形態では、略筒状(詳細には、略円筒状)の外側スプリングガイド49が、圧縮コイルスプリング45を包囲するように配置されている。そして、外側スプリングガイド49の内径は、圧縮コイルスプリング45の圧縮時に、ストッパ面50が主要部45aの伸縮方向に関する少なくとも一部に当接するように設定されている。従って、外側スプリングガイド49によって、圧縮時における圧縮コイルスプリング45の拡径が規制される。すなわち、圧縮コイルスプリング45は、外側スプリングガイド49の内周面に沿うところまでしか拡径することができない。これにより、圧縮時の圧縮コイルスプリング45の座屈が効果的に抑制される。その結果、圧縮コイルスプリング45の振動に起因する騒音の低減、内側スプリングガイド48等の近接する部材の損傷の抑制、CVT14の性能安定性の向上を図ることができる。
また、圧縮時の圧縮コイルスプリング45の座屈が完全には規制できないような場合にも、圧縮時の圧縮コイルスプリング45の一部が外側スプリングガイド49に当接している場合は、圧縮時に圧縮コイルスプリング45に生じる拡径しようとする力と、それに対して外側スプリングガイド49から加わる反力との相互作用によって、圧縮コイルスプリング45の振動が抑制される。すなわち、圧縮コイルスプリング45の振動低減効果は、外側スプリングガイド49が圧縮時の圧縮コイルスプリング45の伸縮方向に関する少なくとも一部において当接する限りにおいて常に得られるものである。
外側スプリングガイド49は、圧縮時の圧縮コイルスプリング45の周方向に関する少なくとも一部に当接するものであればよい。圧縮時の圧縮コイルスプリング45の座屈を規制して、圧縮コイルスプリング45の振動の原因を除去する観点からは、本実施形態のように、外側スプリングガイド49は、圧縮時の圧縮コイルスプリング45に対し、その全周にわたって当接するように配置されていることが好ましい。これによれば、圧縮コイルスプリング45の振動をより効果的に抑制することができる。
さらに、外側スプリングガイド49の中心軸が圧縮コイルスプリング45の中心軸と一致しており、かつ外側スプリングガイド49の内壁が、中心軸に垂直な断面において、中心軸に対して点対称な形状(例えば、円形状、正多角形状等)のものであることが好ましい。これによれば、圧縮時の圧縮コイルスプリング45の座屈を効果的に抑制することができる。その結果、圧縮コイルスプリング45の振動原因を効果的に除去することができる。
圧縮時の圧縮コイルスプリング45の振動を効果的に抑制する観点からは、図5に示すように、外側スプリングガイド49は、圧縮時において、主要部45aの伸縮方向に関する少なくとも一部に当接するように配置されていることが効果的である。さらには、外側スプリングガイド49は、圧縮時において、圧縮コイルスプリング45の中央部(伸縮方向において、中央を中心として、圧縮コイルスプリング45の伸縮方向の長さの1/3程度の部分)の伸縮方向に関する少なくとも一部に当接することが好ましい。圧縮時において、圧縮コイルスプリング45の主要部45a(その中でも特に中央部)が、特に大きく偏芯し、主たる加振源となるため、この主要部45a(特に中央部)の伸縮方向に関する少なくとも一部を押さえることによって特に効果的に圧縮コイルスプリング45の振動が抑制できるからである。
具体的には、外側スプリングガイド49の軸方向の長さは、例えば、圧縮コイルスプリング45の圧縮時の伸縮方向の長さの1/3以上(好ましくは、1/2以上、特に好ましくは2/3以上であって、圧縮された圧縮コイルスプリング45の中央にまで至るような長さ)に設定されていることが好ましい。
但し、外側スプリングガイド49は、その軸方向の長さが圧縮コイルスプリング45の圧縮時において、圧縮コイルスプリング45の全体を包囲するように設定されていないことが好ましい。圧縮時の圧縮コイルスプリング45の全体が、外側スプリングガイド49に包囲され、外側スプリングガイド49に当接していると、圧縮コイルスプリング45の圧縮時に非常に大きな応力が外側スプリングガイド49に加わることとなるからである。すなわち、外側スプリングガイド49の軸方向の長さは、CVT14において、圧縮コイルスプリング45が最も圧縮された時に、圧縮コイルスプリング45の一方の端部45bが外側スプリングガイド49によって包囲されないような長さに設定されていることが好ましい。例えば、外側スプリングガイド49の軸方向の長さは、CVT14において、圧縮コイルスプリング45が最も圧縮された時に、圧縮コイルスプリング45の端部45bを除いた部分全体が外側スプリングガイド49に包囲されるような長さに設定されていることが好ましい。
尚、圧縮時の圧縮コイルスプリング45の主要部45a全体が外側スプリングガイド49に当接するような構成となっていてもよい。しかし、圧縮時の圧縮コイルスプリング45の主要部45aの一部(例えば、一巻き〜数巻き程度の部分)が外側スプリングガイド49に当接するようになっていれば、圧縮コイルスプリング45の振動抑制効果は十分に得られる。
ところで、圧縮コイルスプリング45の振動によって、内側スプリングガイド48が損傷することを防止する別の方法として、圧縮コイルスプリング45を内側スプリングガイド48から十分に離して配置することが考えられる。言い換えれば、圧縮コイルスプリング45の内径を内側スプリングガイド48の外径よりも十分に大きくすることが考えられる。そうすることによって、圧縮コイルスプリング45が振動した場合にも、圧縮コイルスプリング45と内側スプリングガイド48との緩衝が抑制される。しかしながら、この場合は、圧縮コイルスプリング45の外径が大きくなってしまい、CVT14が大型化してしまう。また、CVT14の性能安定性が低下する。
それに対して、本実施形態のように、規制部材としての外側スプリングガイド49を設ける方法であれば、セカンダリシーブ37がそれほど大型化することもない。よって、小型なCVT14を実現することができる。
外側スプリングガイド49は、CVT14や遠心式クラッチ15の構成部材とは別体に設けてもよい。しかしながら、外側スプリングガイド49は、CVT14や遠心式クラッチ15の構成部材と一体に形成することが特に好ましい。そうすることによって、CVT14の部品点数を減らし、CVT14の組み立て容易性を向上することができるからである。また、製造コストを低減することができるからである。具体的に、本実施形態では、外側スプリングガイド49は、従来から設けられているスプリング止め(固定部材)47と一体に形成されており、高い製造容易性、低コストが実現されている。
本実施形態では、外側スプリングガイド49がスプリング止め47と一体形成されている例について説明した。しかし、外側スプリングガイド49は、遠心式クラッチ15の構成部材等、近接して配置された他の構成部材と一体に形成してもよい。また、遠心式クラッチ15の構成部材等、近接して配置された他の構成部材に固定するようにしてもよい。下記変形例では、一例として、外側スプリングガイド49を内側スプリングガイド48に固定した構成例について説明する。
(変形例)
図6は、本変形例におけるセカンダリシーブを表す断面である。図6に示すように、本変形例では、円筒状の外側スプリングガイド49aは、セカンダリ可動シーブ体37bに対して変位不能に取り付けられている。具体的には、内側スプリングガイド48は、圧縮コイルスプリング45の付勢力によってセカンダリ可動シーブ体37bに対して変位不能である。そして、外側スプリングガイド49aは、この内側スプリングガイド48に取り付けられている。
この構成においても、上記実施形態と同様に、圧縮コイルスプリング45の圧縮時における振動を抑制することができる。
尚、上記実施形態および変形例では、セカンダリ可動シーブ体を、圧縮コイルスプリングを用いて、セカンダリ固定シーブ体方向に付勢する構成を採用した例を説明した。しかしながら、本発明は、この構成に限定されるものではなく、例えば、引張コイルスプリングによってセカンダリ可動シーブ体を付勢するようにしてもよい。
また、規制部材について、略筒状の外側スプリングガイド49を例に挙げて説明したが、本発明において規制部材は、これらの構成に限定されるものではない。具体的には、外側スプリングガイドは、伸縮時のコイルスプリングに対して、コイルスプリングの両端部を除く主要部において、周方向において相互に異なる複数箇所で接していればよい。このため、外側スプリングガイドの内面形状が、断面略多角形状や楕円形状であってもよい。また、外側スプリングガイドは、その周方向の少なくとも一部が軸方向にわたって切欠かれた略筒状(例えば、断面略C字状)に形成されていてもよい。さらには、外側スプリングガイドを、コイルスプリングの外側に、周方向に配列された複数の部材によって構成するようにしてもよい。これらの場合においても、上記実施形態および変形例と同様に、コイルスプリングが変形して座屈することを効果的に抑制することができる。
本発明は、上記実施形態や変形例で説明した、トルクカム機構が採用されたベルト式無段変速装置に特に有効なものであるが、トルクカム機構が採用されていないベルト式無段変速装置にも勿論適用可能なものである。
本発明は、ベルト式無段変速装置を備えた鞍乗型車両に有用である。
本発明を実施した自動二輪車の側面図である。 エンジンユニットの構成を表す断面図である。 セカンダリ可動シーブ体の斜視図である。 特許文献1に記載された従来のエンジンユニットにおけるセカンダリシーブの動作を説明するための概略断面図である。(a)は非圧縮時のセカンダリシーブの断面図である。(b)は圧縮時のセカンダリシーブの断面図である。 本発明を実施した自動二輪車における、セカンダリシーブの動作を説明するための概略断面図である。(a)は非圧縮時のセカンダリシーブの断面図である。(b)は圧縮時のセカンダリシーブの断面図である。 変形例におけるセカンダリシーブを表す断面である。(a)は非圧縮時のセカンダリシーブの断面図である。(b)は圧縮時のセカンダリシーブの断面図である。 特許文献1に記載された従来のエンジンユニットの断面図である。
符号の説明
1 自動二輪車
12 エンジンユニット
13 エンジン
14 ベルト式無段変速装置(CVT)
15 遠心式クラッチ
16 減速機構
20 クランク軸
20c プライマリシーブ軸
36 プライマリシーブ
36a プライマリ固定シーブ体
36b プライマリ可動シーブ体
36c ベルト溝
37 セカンダリシーブ
37a セカンダリ固定シーブ体
37b セカンダリ可動シーブ体
37c ベルト溝
37e 係合孔
38 セカンダリシーブ軸
38a 係合凸部
41 Vベルト
45 圧縮コイルスプリング
48 内側スプリングガイド
49 外側スプリングガイド

Claims (13)

  1. プライマリシーブと、セカンダリシーブ軸に軸支されたセカンダリシーブと、前記プライマリシーブおよび前記セカンダリシーブに巻き掛けられたベルトとを備えたベルト式無段変速装置であって、
    前記セカンダリシーブは、
    第1のシーブ体と、
    前記第1のシーブ体に対向すると共に、前記第1のシーブ体の軸方向に相対変位可能に配置され、前記第1のシーブ体と共に前記ベルトが巻き掛けられるベルト溝を構成する第2のシーブ体と、
    前記第2のシーブ体を前記第1のシーブ体側に向けて付勢する圧縮コイルスプリングと、
    前記圧縮コイルスプリングの外側に配置され、前記圧縮コイルスプリングの両端部を除く部分の伸縮方向に関する少なくとも一部と接触または対向するストッパ面を有する規制部材と、を有し、
    前記規制部材は、前記圧縮コイルスプリングの圧縮時に、前記圧縮コイルスプリングの両端部を除く部分の伸縮方向に関する少なくとも一部に当接するように前記圧縮コイルスプリングの外側に配置され
    前記圧縮コイルスプリングは、前記第2のシーブ体に対し前記第1のシーブ体側と反対の側に配置され、
    前記セカンダリシーブ軸は、前記セカンダリシーブから前記圧縮コイルスプリングが配置された側と反対の側に延び、
    前記第2のシーブ体は、前記第1のシーブ体から離れる方向に回転しながら変位するように配置されており、
    前記圧縮コイルスプリングは、前記第2のシーブ体が前記第1のシーブ体から離れる方向に回転しながら変位するときに、圧縮されると共に拡径する方向にねじられるように構成されている、ベルト式無段変速装置。
  2. 前記規制部材は、前記圧縮時の圧縮コイルスプリングの周方向に関する少なくとも一部に当接するように配置されている請求項1に記載のベルト式無段変速装置。
  3. 前記規制部材は、前記圧縮時の圧縮コイルスプリングに、全周にわたって当接するように配置されている請求項1に記載のベルト式無段変速装置。
  4. 前記第2のシーブ体は、前記第1のシーブ体から離れる方向に回転しながら変位するように配置されており、前記圧縮コイルスプリングは、その前記第2のシーブ体側の端部からの巻回方向が、前記第2のシーブ体が前記第1のシーブ体から離れる方向に変位するときの回転方向と同一となるように巻回されてなるものである請求項1に記載のベルト式無段変速装置。
  5. 前記規制部材は、略筒状であり、前記圧縮コイルスプリングを包囲するように配置されている請求項1に記載のベルト式無段変速装置。
  6. 前記規制部材は、その周方向の少なくとも一部が前記規制部材の軸方向にわたって切欠かれている請求項に記載のベルト式無段変速装置。
  7. 前記規制部材は、前記圧縮コイルスプリングの圧縮時において、前記圧縮コイルスプリングの中央部の伸縮方向に関する少なくとも一部に当接する請求項に記載のベルト式無段変速装置。
  8. 前記規制部材は、前記圧縮コイルスプリングの少なくとも一方の端部を除いた部分全体を包囲するように形成されている請求項に記載のベルト式無段変速装置。
  9. 前記規制部材は、その中心軸が前記圧縮コイルスプリングの中心軸と一致するように配置されている請求項に記載のベルト式無段変速装置。
  10. 前記セカンダリシーブは、前記圧縮コイルスプリングの前記第2のシーブ体とは反対側の端部に当接し、前記第1のシーブ体に対して前記セカンダリシーブの軸方向に変位不能に配置された固定部材をさらに有し、前記規制部材は前記固定部材と一体的に形成されている請求項1に記載のベルト式無段変速装置。
  11. 前記規制部材は前記第2のシーブ体に変位不能に取り付けられている請求項1に記載のベルト式無段変速装置。
  12. 前記プライマリシーブは、
    回転軸を中心として回転する他の第1のシーブ体と、
    前記他の第1のシーブ体に対向すると共に、前記他の第1のシーブ体の軸方向に相対変位可能に配置され、前記他の第1のシーブ体と共に前記ベルトが巻き掛けられるベルト溝を構成する他の第2のシーブ体と、
    前記他の第2のシーブ体の回転に伴って前記回転軸周りを旋回し、その旋回時に生じる遠心力によって、前記他の第2のシーブ体を前記他の第1のシーブ体側に押圧しながら前記他の第2のシーブ体の径方向外側に移動して前記他の第2のシーブ体と前記他の第1のシーブ体との間のベルト溝の幅を狭める押圧体と、
    を有する請求項1に記載のベルト式無段変速装置。
  13. 請求項1に記載のベルト式無段変速装置を備えた鞍乗型車両。
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