JP2016033381A - 無段変速機用アクチュエータ及び無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータの構成部品の摺動に起因する摩擦を低減して、アクチュエータのスムーズな動作と長寿命化を図ること。
【解決手段】アクチュエータ５が、モータ１０によって軸周りに回転するボールねじ軸２１ａと、ボールねじ軸２１ａの回転に伴って軸方向に移動する、このボールねじ軸２１ａに設けられるボールねじナット２３ａと、ボールねじナット２３ａに取り付けられる連結部材２４と、連結部材２４を軸周りに回転不能としつつ軸方向にガイドするガイド部材２７と、可動シーブ４を固定シーブ３側に付勢するアーム２９と、を備え、ガイド部材２７には、連結部材２４をガイドする切欠き溝２８が形成されており、この切欠き溝２８は、連結部材２４のアーム２９との連結側に、連結部材２４と摺動する平行部３０と、連結側と軸方向反対側に、連結部材２４と摺動しない拡幅部３１とを有する無段変速機用アクチュエータを構成する。
【選択図】図４

Description

この発明は、例えば小型二輪車等の車両に用いられる無段変速機用アクチュエータ及び無段変速機に関する。

無段変速機は、主動側プーリ、従動側プーリ、及び両プーリ間に巻き付けられた伝達ベルトを有し、両プーリをそれぞれ構成する固定シーブと可動シーブとの間の距離を変えることによって主動側プーリ及び従動側プーリに巻き付けられた伝達ベルトの巻き径を連続的に変えることによって、変速比を無段階で調整し得るようにしたものである。

この可動シーブを固定シーブに対して接離させるために、例えば特許文献１に示すように、遠心ローラ式の駆動機構を採用することがある。この駆動機構は、本文献の図３等に示すように、出力軸の回転が上がると、遠心力によって遠心ローラ３が外側に移動し、バネ１０の付勢力に抗して、クラッチ板８をプーリ１ａ（可動シーブ）側に押し付ける。このプーリ１ａの押し付けによって、プーリ１間（可動シーブと固定シーブとの間）の間隔が狭くなり、変速比が変更される。

この遠心ローラ式の駆動機構は、遠心力の作用で移動した遠心ローラによって間接的にプーリを駆動するため、例えば遠心ローラの動きに引っ掛かり等の不具合が生じると、プーリの高い駆動精度を得ることができない。この場合、エンジンの回転数や速度に対応して最適な変速比とすることができず、駆動系における高い燃費向上効果が得られないという問題がある。そこで、特許文献２、３においては、可動シーブを遠心ローラではなく、モータを駆動源とするアクチュエータによって直接駆動する構成を採用している。

特許文献２に係る無段変速機は、本文献の図１等に記載のように、モータ１０２の回転軸１０２ａを軸周りに回転させることによってナット部材１０７を回転させる。このナット部材１０７を回転させると、このナット部材１０７と噛み合うねじ軸１１１が軸方向に変位する。このねじ軸１１１の変位に伴って、押圧部材１１７も同方向に変位し、フォーク部材３００を所定方向に回動させる。この回動に伴って可動シーブ２０７が押圧されて、可動シーブ２０７が固定シーブ２０３に接近する。

特許文献３に係る無段変速機は、本文献の図４等に記載のように、アクチュエータユニット９０により出力軸９１を駆動させて、その駆動方向にアーム部材１２０を進退させることによって、可動プーリ６２を移動させる。アーム部材１２０は、連結部材１３０を介してアクチュエータユニット９０の出力軸９１に連結される。

特許文献２に係る構成においては、軸方向への駆動にねじ軸１１１を用いており、このねじ軸１１１がねじ軸室１０１ｂ内において、軸線方向への相対移動を許容しつつ、相対回転を阻止するようにするために、回り止めを設けなければならない（本文献の段落００４６参照）。そのため、アクチュエータの構成が煩雑になる問題がある。また、ねじ軸１１１の回転によって駆動させる機構のため、この回転に伴うモーメントが周囲の部材に負荷され、この部材の短寿命化を引き起こす問題もある。

また、特許文献３に係る構成においては、アクチュエータユニット９０とアーム部材１２０を、組み付け時及び部品交換時の度に着脱しなければならず、作業性が低下するという問題がある。

本願の出願人は、特許文献２、３に係る無段変速機におけるこのような問題点を鑑み、本願発明に係る図面の図１に示す無段変速機を発明した。この無段変速機は、エンジンの出力軸側に接続される主動軸１と、主動軸１に設けられる主動側プーリ２と、主動側プーリ２を構成する固定シーブ３と可動シーブ４を互いに接離するアクチュエータ５と、車輪に動力を伝達する従動軸６と、従動軸６に設けられる従動側プーリ７と、主動側プーリ２の回転力を従動側プーリ７に伝達する伝達ベルト８と、を主要な構成要素としている。

主動側プーリ２を構成する固定シーブ３と可動シーブ４には、対向するテーパ面がそれぞれ形成されている。固定シーブ３に対して可動シーブ４を軸方向に接離することによって、両シーブ３、４間の距離が変化し、この主動側プーリ２で駆動される伝達ベルト８の回転半径を連続的に変化させるようになっている。

アクチュエータ５は、モータ１０の回転出力を平行軸減速機１３で減速し、その減速した回転出力によって、回転部材２１としてのボールねじ軸２１ａを軸周りに回転させる。このボールねじ軸２１ａには、変位部材２３としてのボールねじナット２３ａが設けられている。このボールねじナット２３ａには、図２、３に示すように、連結部材２４が固定されている。この連結部材２４は、図６に示すガイド部材２７に形成された切欠き溝２８に嵌め込まれる。モータ１０の駆動によって、ボールねじ軸２１ａを軸周りに回転すると、このボールねじ軸２１ａに設けられたボールねじナット２３ａが、ボールねじ軸２１ａに対して軸周りに相対回転する。

上述したように、このボールねじナット２３ａは連結部材２４によって固定されており、しかも、この連結部材２４は減速機ケース１２に固定されたガイド部材２７に嵌め込まれているため、ボールねじナット２３ａは減速機ケース１２に対して軸周りに回転することなく、軸方向（図１中に示す矢印の方向）に進退する。この進退に伴って、図２に示す連結部材２４の網掛け部分及び矢印で示す範囲（本図中に符号Ａを付した部分及び範囲）、及び図６に示すガイド部材２７の矢印で示す範囲（本図中に符号Ｂを付した範囲）が互いに摺動する。この連結部材２４は、アーム２９の一端側に固定されており、アクチュエータ５を駆動すると、アーム２９に連結された可動シーブ４が固定シーブ３に接離して、プーリ２の変速比が変更される。

特開２００４−２５７４５８号公報 特開２００９−７９７５９号公報 特許第５２４１６４２号公報

図６に示すガイド部材２７を用いた場合、連結部材２４とガイド部材２７が、ガイド部材２７の軸方向全長に亘って摺動するため、摺動抵抗による摩擦が生じ作業効率が悪いという問題がある。また、摺動部の摩耗によって生じた摩耗粉がボールねじ軸２１ａとボールねじナット２３ａの間の隙間に入り込み、アクチュエータ５が短寿命化する問題が生じ得る。

そこで、この発明は、アクチュエータの構成部品の摺動に起因する摩擦を低減して、アクチュエータのスムーズな動作と長寿命化を図ることを課題とする。

この課題を解決するために、この発明においては、固定シーブとこの固定シーブと対をなす可動シーブとを有するプーリと、前記可動シーブを前記固定シーブに対して軸方向に接離させるアクチュエータと、を備えた無段変速機用アクチュエータにおいて、前記アクチュエータが、モータの駆動力によって回転する回転部材と、前記回転部材の回転によって軸方向に変位する出力部材と、前記出力部材を軸周りに回転不能としつつ軸方向にガイドするガイド部材と、前記出力部材に固定され、前記可動シーブに対して相対回転可能、かつ前記可動シーブの軸方向の両方向に荷重を伝達可能に接続されたアームと、を備え、前記ガイド部材には、前記出力部材をガイドする切欠き溝が形成されており、この切欠き溝は、前記出力部材の前記アームとの連結側に、前記出力部材と摺動する平行部と、前記連結側と軸方向反対側に、前記出力部材と摺動しない拡幅部とを有することを特徴とする無段変速機用アクチュエータを構成した。

このように、ガイド部材の切欠き溝を平行部と拡幅部で構成することにより、平行部で出力部材を軸方向に確実にガイドしつつ、拡幅部において出力部材とガイド部材との接触を防止して、この出力部材とガイド部材との間の摺動に起因する摩擦を極力小さくすることができる。しかも、この平行部を出力部材のアームとの連結側（回転部材が設けられている側とは反対側）に形成したので、出力部材と平行部が摺動して摩擦粉が発生したとしても、この摩擦粉が出力部材の回転部材側に到達しにくい。このため、アクチュエータの長寿命化を図って、長期間に亘ってアクチュエータを安定的に動作させることができる。

前記構成においては、前記出力部材が、前記回転部材を受ける変位部材と、前記変位部材に対して固定されて前記ガイド部材によってガイドされるとともに、前記アームに接続される連結部材と、を備えた構成とすることができる。

前記各構成においては、前記回転部材がボールねじ軸で前記変位部材がボールねじナットである構成とするのが好ましい。このアクチュエータは、回転運動を直線運動に変換するとともに、モータの駆動力のＯＮ・ＯＦＦに対応して、この直線運動の範囲内の所定位置で正確に停止させる高い制御性が要求されるところ、回転部材としてボールねじ軸を使用するとともに、変位部材としてボールねじナットを使用することにより、回転運動の直線運動への変換と、停止位置の高い制御性の両立を図ることができる。

前記各構成においては、前記拡幅部を、前記平行部と連続するテーパ面によって構成するのが好ましい。テーパ面とすることにより、ガイド部材を鋳造成形する際の離型性を高めることができる。このテーパ面のテーパ角度は、３度以上とするのが好ましい。

前記各構成においては、前記平行部の内面に、前記切欠き溝の溝幅を部分的に拡大する拡大部を形成した構成とするのが好ましい。このように拡大部を形成することにより、摩耗粉が拡大部内に溜まって保持された状態となり、この摩耗粉が回転部材に到達するのを一層防止することができる。このため、アクチュエータのさらなる長寿命化を図ることができる。

上記各構成に係る無段変速機用アクチュエータを無段変速機に適用することによって、アクチュエータの内部部品の摩擦を極力低減して、駆動系における高い燃費向上効果を得ることができる。

この発明では、プーリを構成する可動シーブを固定シーブに対して軸方向に接離させるアクチュエータが、モータの駆動力によって軸周りに回転する回転部材と、前記回転部材の回転量を軸方向の変位量に変換する、前記回転部材に設けられる変位部材と、前記変位部材に取り付けられる連結部材と、前記連結部材を軸周りに回転不能としつつ軸方向にガイドするガイド部材と、前記連結部材に固定され、前記可動シーブを前記固定シーブ側に付勢するアームと、を備え、前記ガイド部材には、前記連結部材をガイドする切欠き溝が形成されており、この切欠き溝は、前記連結部材の前記アームとの連結側に、前記連結部材と摺動する平行部と、前記連結側と反対側に、前記連結部材と摺動しない拡幅部とを有する無段変速機用アクチュエータを構成した。

この構成によると、平行部で連結部材を軸方向に確実にガイドしつつ、拡幅部において連結部材とガイド部材との接触を防止して、この連結部材とガイド部材との間の摺動に起因する摩擦を極力小さくすることができる。しかも、この平行部を連結部材のアームとの連結側（回転部材が設けられている側とは反対側）に形成したので、連結部材と平行部が摺動して摩擦粉が発生したとしても、この摩擦粉がボールねじに到達しにくい。このため、アクチュエータの長寿命化を図って、長期間に亘ってアクチュエータを安定的に動作させることができる。

この発明に係る無段変速機を示す縦断面図 図１に示す無段変速機のアクチュエータに使用する連結部材を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は平面図 ボールねじナットに図２に示す連結部材を固定した状態を示す縦断面図 図１に示す無段変速機のアクチュエータに使用するガイド部材の一例を示し、（ａ）は底面図、（ｂ）は（ａ）中のｂ−ｂ線に沿う断面図 図１に示す無段変速機のアクチュエータに使用するガイド部材の他例を示す縦断面図 図１に示す無段変速機のアクチュエータに使用するガイド部材の従来例を示し、（ａ）は底面図、（ｂ）は縦断面図

この発明に係る無段変速機の縦断面図を図１に示す。この無段変速機は、エンジンの出力軸側に接続される主動軸１と、主動軸１に設けられる主動側プーリ２と、主動側プーリ２を構成する固定シーブ３と可動シーブ４を互いに接離するアクチュエータ５と、車輪に動力を伝達する従動軸６と、従動軸６に設けられる従動側プーリ７と、主動側プーリ２の回転力を従動側プーリ７に伝達する伝達ベルト８と、を主要な構成要素としている。

主動側プーリ２を構成する固定シーブ３と可動シーブ４には、対向するテーパ面がそれぞれ形成されている。固定シーブ３に対して可動シーブ４を軸方向に接離することによって、両シーブ３、４間の距離が変化し、この主動側プーリ２で駆動される伝達ベルト８の回転半径を連続的に変化させることができる。

アクチュエータ５の構成について説明する。無段変速機のモータケース９内にはモータ１０が設けられ、このモータ１０の出力軸に設けられた出力ギア１１は、減速機ケース１２に収納された平行軸減速機１３のギアと噛み合っている。この平行軸減速機１３は、出力ギア１１と噛み合う第一ギア１４と、第一ギア１４と同一の回転軸１５に取り付けられた第二ギア１６と、第二ギア１６と噛み合う第三ギア１７とから構成される。この第一ギア１４、第二ギア１６、及び第三ギア１７は、いずれも平歯車である。第一ギア１４及び第二ギア１６が取り付けられた回転軸１５は、シェル軸受１８によって軸周りに回転自在に支持されている。

第三ギア１７の中心には保持軸体１９が嵌め込まれている。この保持軸体１９は、２個の４点接触玉軸受２０、２０によって、軸周りに回転自在に支持されている。４点接触玉軸受２０を使用する代わりに深溝玉軸受を使用することもできる。また、軸受の個数は２個に限られず、１個とすることもできる。保持軸体１９の第三ギア１７に嵌め込まれた端部と反対側の端部には、回転部材２１としてボールねじ軸２１ａが嵌め込まれている。このボールねじ軸２１ａには固定部材２２がその軸方向と垂直の方向に挿し込まれており、この固定部材２２によって、保持軸体１９とボールねじ軸２１ａが軸周りに共回りするようになっている。

ボールねじ軸２１ａには、変位部材２３としてボールねじナット２３ａが設けられている。ボールねじ軸２１ａの外周面には雄ねじ溝が、ボールねじナット２３ａの内周面には前記雄ねじ溝と同じピッチで雌ねじ溝がそれぞれ形成され、両溝の間には複数のボールが収納されている。また、ボールねじナット２３ａ内には、ボールねじナット２３ａの一端側から他端側に至るとともに、この両端で前記両溝に臨む循環路（図示せず）が形成されている。前記両溝の間の隙間及び前記循環路を通ってボールが循環することによって、ボールねじ軸２１ａの回転に伴って、ボールねじナット２３ａがボールねじ軸２１ａに対して軸方向に相対的に変位する。

このように、回転部材２１としてボールねじ軸２１ａ、変位部材２３としてボールねじナット２３ａを採用することにより、回転運動の直線運動への変換と、停止位置の高い制御性の両立を図ることができるが、ボールねじ軸２１ａ及びボールねじナット２３ａの代わりに、回転部材２１として滑りねじ、前記変位部材２３として滑りナットをそれぞれ用いてもよい。

このボールねじナット２３ａには、図２に示す連結部材２４が固定されている。この連結部材２４はＨ字形の板状部材であり、図３に示すように、ボールねじナット２３ａは、連結部材２４に形成されたねじ孔２５にねじ込まれたねじ２６で一体に固定された状態となっており、このボールねじナット２３ａと連結部材２４で、モータ１０の駆動力をプーリ２に出力する出力部材３６が構成される。

連結部材２４は、図４に示すガイド部材２７に形成された切欠き溝２８に嵌め込まれる。この切欠き溝２８は、連結部材２４の後述するアーム２９との連結側に、連結部材２４と摺動する平行部３０と、前記連結側と軸方向反対側に、連結部材２４と摺動しない拡幅部３１とを有する。この拡幅部３１は、平行部３０に対して３度以上の角度を有し、この平行部３０と連続するテーパ面となっている。この平行部３０で連結部材２４を軸方向に確実にガイドしつつ、拡幅部３１において連結部材２４とガイド部材２７との接触を防止して、この連結部材２４とガイド部材２７との間の摺動に起因する摩擦を極力小さくすることができる。

ガイド部材２７は減速機ケース１２に固定されている。モータ１０の駆動によって、ボールねじ軸２１ａを軸周りに回転すると、このボールねじ軸２１ａに設けられたボールねじナット２３ａがボールねじ軸２１ａに対して軸周りに相対回転する。このボールねじナット２３ａは連結部材２４によって固定されており、しかもこの連結部材２４は減速機ケース１２に固定されたガイド部材２７に嵌め込まれており、ボールねじナット２３ａは減速機ケース１２に対して軸周りに回転することなく、軸方向（図１中に示す矢印の方向）に進退する。

この連結部材２４は、アーム２９の一端側に固定されている。両者の固定は、連結部材２４に形成したピン孔３２及びアーム２９に形成したピン孔に、共通の圧入ピン３３を圧入することによってなされている。このように、連結部材２４とアーム２９を予め圧入ピン３３で一体化しておくことで、アクチュエータ５の組み付け及び分解をスムーズに行うことができる。

アーム２９の他端側には、主動側プーリ２のレリーズ軸受として、２個の複列アンギュラ玉軸受３４、３４が設けられており、この軸受３４、３４を介して、アーム２９が可動シーブ４を固定シーブ３側に付勢するようになっている。このように軸受３４を介在させることにより、軸周りに回転する可動シーブ４に、この可動シーブ４に対して相対回転しないアーム２９で付勢力を与えることができる。複列アンギュラ玉軸受３４を使用する代わりに、深溝玉軸受を使用することもできる。また、軸受３４の個数は２個に限られず、１個とすることもできる。

図４に示すガイド部材２７の平行部３０に、例えば固体潤滑処理層（デフリックコート）等の潤滑層を形成してもよい。潤滑層を形成することにより、連結部材２４とガイド部材２７との間の摺動に起因する摩擦を低減でき、固定シーブ３に対して可動シーブ４をスムーズに接離することができる。このように潤滑層を形成する代わりに、このガイド部材２７のうち少なくとも平行部３０の付近の素材に樹脂材を使用することもできる。この樹脂材は、金属材等の他の素材と比較して高い固体潤滑性を有するため、摺動面に潤滑層を形成した場合と同様に、固定シーブ３に対して可動シーブ４をスムーズに接離することができる。この樹脂材として、例えば、摺動性及び耐熱性に優れるフッ素樹脂等を採用することができる。

ガイド部材２７の他例を図５に示す。このガイド部材２７には、図４に示したガイド部材２７と同様に、切欠き溝２８が形成され、この切欠き溝２８が平行部３０と拡幅部３１とを有する点で共通するが、この平行部３０の内面に、切欠き溝２８の溝幅を部分的に拡大する拡大部３５を形成した点において異なっている。この拡大部３５は、図５に示すように溝状とすることができる。この拡大部３５を形成することにより、連結部材２４とガイド部材２７との間の摩擦によって生じた摩耗粉が、拡大部３５内に溜まって保持された状態となり、この摩耗粉がボールねじ軸２１ａに到達するのを防止することができる。このため、アクチュエータ５の更なる長寿命化を図ることができる。なお、この拡大部３５の個数（本数）、形状は特に限定されない。

上記の実施形態はあくまでも一例であって、アクチュエータ５の構成部品の摺動に起因する摩擦を低減して、アクチュエータ５のスムーズな動作と長寿命化を図るという本願発明の課題を解決し得る限りにおいて、各部材の形状や配置、素材等は適宜変更することができる。

１ 主動軸
２ 主動側プーリ（プーリ）
３ 固定シーブ
４ 可動シーブ
５ アクチュエータ
６ 従動軸
７ 従動側プーリ
８ 伝達ベルト
９ モータケース
１０ モータ
１１ 出力ギア
１２ 減速機ケース
１３ 平行軸減速機（減速機）
１４ 第一ギア
１５ 回転軸
１６ 第二ギア
１７ 第三ギア
１８ シェル軸受
１９ 保持軸体
２０ ４点接触玉軸受（軸受）
２１ 回転部材
２１ａ ボールねじ軸
２２ 固定部材
２３ 変位部材
２３ａ ボールねじナット
２４ 連結部材
２５ ねじ孔
２６ ねじ
２７ ガイド部材
２８ 切欠き溝
２９ アーム
３０ 平行部
３１ 拡幅部
３２ ピン孔
３３ 圧入ピン
３４ 複列アンギュラ玉軸受（軸受）
３５ 拡大部
３６ 出力部材

Claims (6)

1. 固定シーブ（３）とこの固定シーブ（３）と対をなす可動シーブ（４）とを有するプーリ（２）と、前記可動シーブ（４）を前記固定シーブ（３）に対して軸方向に接離させるアクチュエータ（５）と、を備えた無段変速機用アクチュエータにおいて、
   前記アクチュエータ（５）が、モータ（１０）の駆動力によって回転する回転部材（２１）と、前記回転部材（２１）の回転によって軸方向に変位する出力部材（３６）と、前記出力部材（３６）を軸周りに回転不能としつつ軸方向にガイドするガイド部材（２７）と、前記出力部材（３６）に固定され、前記可動シーブ（４）に対して相対回転可能、かつ前記可動シーブ（４）の軸方向の両方向に荷重を伝達可能に接続されたアーム（２９）と、を備え、
   前記ガイド部材（２７）には、前記出力部材（３６）をガイドする切欠き溝（２８）が形成されており、この切欠き溝（２８）は、前記出力部材（３６）の前記アーム（２９）との連結側に、前記出力部材（３６）と摺動する平行部（３０）と、前記連結側と軸方向反対側に、前記出力部材（３６）と摺動しない拡幅部（３１）とを有することを特徴とする無段変速機用アクチュエータ。
2. 前記出力部材（３６）が、前記回転部材（２１）を受ける変位部材（２３）と、前記変位部材（２３）に対して固定されて前記ガイド部材（２７）によってガイドされるとともに、前記アーム（２９）に接続される連結部材（２４）と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の無段変速機用アクチュエータ。
3. 前記回転部材（２１）がボールねじ軸（２１ａ）で、前記変位部材（２３）がボールねじナット（２３ａ）である請求項２に記載の無段変速機用アクチュエータ。
4. 前記拡幅部（３１）が、前記平行部（３０）と連続するテーパ面によって構成された請求項１から３のいずれか1項に記載の無段階変速機用アクチュエータ。
5. 前記平行部（３０）の内面に、前記切欠き溝（２８）の溝幅を部分的に拡大する拡大部（３５）を形成した請求項１から４のいずれか1項に記載の無段階変速機用アクチュエータ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の無段変速機用アクチュエータで前記可動シーブ（４）を移動させる無段変速機。

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