特許 7500182 無段変速機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-07

(45)【発行日】2024-06-17

(54)【発明の名称】無段変速機

(51)【国際特許分類】

   F16H 9/18 20060101AFI20240610BHJP

   F16H 25/20 20060101ALI20240610BHJP

   F16H 1/14 20060101ALI20240610BHJP

【ＦＩ】

F16H9/18 Z

F16H25/20 D

F16H1/14

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019204146

(22)【出願日】2019-11-11

(65)【公開番号】P2021076197

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2022-11-08

(73)【特許権者】

【識別番号】515009952

【氏名又は名称】シェフラー テクノロジーズ アー・ゲー ウント コー． カー・ゲー

【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＡＧ ＆ Ｃｏ． ＫＧ

【住所又は居所原語表記】Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓｔｒ． １－３， ９１０７４ Ｈｅｒｚｏｇｅｎａｕｒａｃｈ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】デリック ゴディン

(72)【発明者】

【氏名】後閑 祥次

【審査官】小川 克久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１５１２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７２３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１００３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１０６９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０７０２９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／０６６４８８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ ９／１８

Ｆ１６Ｈ ２５／２０

Ｆ１６Ｈ １／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

無段変速機であって、
入力軸に支持される駆動側プーリと、
出力軸に支持される従動側プーリと、
前記駆動側プーリと前記従動側プーリとの間に巻き掛けられるベルトと、
前記駆動側プーリの溝幅を変更するように構成された、モータによって駆動されるアクチュエータと、
を備え、
前記アクチュエータは、前記モータの回転を前記駆動側プーリの溝幅方向の直線運動に変換するための機構として、遊星転動機構型伝動装置を備え、
前記モータは、クラウンギヤまたはベベルギヤを介して前記アクチュエータと直交方向に係合され、前記遊星転動機構型伝動装置は前記モータの回転軸の延長線上に配置されることを特徴とする、無段変速機。

【請求項2】

前記アクチュエータは、ローカルコントロールユニットによって制御されることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機。

【請求項3】

前記駆動側プーリの位置を検出するためのセンサをさらに備え、前記ローカルコントロールユニットは、前記センサからの信号に基づき前記モータを制御することを特徴とする請求項２に記載の無段変速機。

【請求項4】

前記駆動側プーリにウェイトローラが配置されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の無段変速機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両、特にスクーターなどの自動二輪車に適した無段変速機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、自動二輪車等の車両において、ウェイトローラを用いることによってエンジン回転数に応じて自動的に変速が行われる、Ｖベルト式無段変速機が使用されている。近年では、例えば特許文献１、２に記載されている無段変速機のように、駆動側プーリの溝幅を変更するための駆動手段として、ウェイトローラの代わりに電気モータを使用するものも知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１５１２８８号公報

【文献】特開２０１７－９６３３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献のような電気モータを使用する無段変速機では、必要な減速比を得るための減速ギアが無段変速機のケーシング内で比較的大きな割合を占めるため、無段変速機のコンパクト化が困難であるという問題があった。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コンパクトに構成されたＶベルト式の無段変速機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明の一実施形態によれば、無段変速機であって、入力軸に支持される駆動側プーリと、出力軸に支持される従動側プーリと、駆動側プーリと従動側プーリとの間に巻き掛けられるベルトと、駆動側プーリの溝幅を変更するように構成された、モータによって駆動されるアクチュエータと、を備え、アクチュエータは、モータの回転を駆動側プーリの溝幅方向の直線運動に変換するための機構として、遊星転動機構型伝動装置を備えることを特徴とする、無段変速機が提供される。

【0007】

これによると、駆動側プーリの溝幅を変更するように構成されたアクチュエータにおいて、従来から使用されている減速ギアを遊星転動機構型伝動装置に置き換えることによって、アクチュエータ、ひいては無段変速機をコンパクトに構成することができる。

【0008】

好適には、前記アクチュエータは、専用のコントロールユニットによって制御される。これによると、車両に通常設けられているＥＣＵ（Engine Control Unit）に対して改変を加える必要なく、既存の車両の無段変速機においてアクチュエータのみを置換することが可能である。また、ＥＣＵからの信号を利用することによって、無段変速機内に設置するセンサの数を減らすことができる。

【0009】

好適には、モータは、クラウンギヤまたはベベルギヤを介してアクチュエータと直交方向に係合される。これによると、モータが車幅方向に突出せず、ケーシング内に無理なく収納することができるため、無段変速機のケーシングの幅を小さくすることができる。

【0010】

好適には、駆動側プーリの可動プーリに、ウェイトローラが配置されている。これによると、駆動側プーリの溝幅を変更する際に補助的にウェイトローラを利用することで、モータの所要出力が小さくて済むため、より小型のモータを採用することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、駆動側プーリの溝幅を変更するように構成されたアクチュエータにおいて、従来から使用されている減速ギアを遊星転動機構型伝動装置に置き換えることによって、アクチュエータ、ひいては無段変速機をコンパクトに構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係るＶベルト式無段変速機の概略断面図である。

【図2】図１のアクチュエータの構成を示す図である。

【図3】遊星転動機構型伝動装置の分解斜視図である。

【図4】ローカルコントロールユニットにおける制御を説明するブロック図である。

【図5】無断変速機の運転モードを表す図である。

【図6】本発明の別の実施形態に係るＶベルト式無段変速機の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を実施するための一形態について、図面を参照して説明する。

【0014】

図１は、本発明の一実施形態に係る、自動二輪車等の車両に搭載されるＶベルト式無段変速機１０の概略断面図である。無段変速機１０は、変速機ケーシング３０で包囲される空間内に配置されている。

【0015】

無段変速機１０は、図示しない車両のエンジンから動力が伝達される入力軸１６と、この入力軸１６に平行に延びる出力軸３８と、を含む。入力軸１６は、変速機ケーシング３０の車体側に形成された挿入孔を貫通しており、挿入孔にはめ込まれている軸受２６によって回転自在に支承されている。

【0016】

入力軸１６には、駆動側プーリ１２が支持されている。駆動側プーリ１２は、入力軸１６に固定されて入力軸１６と一体に回転する固定シーブ１２ａと、入力軸１６に支持されて入力軸１６に対して軸方向（図１中に矢印２２で示す方向）に摺動自在に構成されている可動シーブ１２ｂと、から構成される。

【0017】

出力軸３８は、変速機ケーシング３０の車体側に形成された挿入孔を貫通しており、この挿入孔にはめ込まれている軸受４６と、変速機ケーシング３０の車外側にはめ込まれている軸受４８とによって回転自在に支承されている。出力軸３８からは、減速機構４０を介して車軸４２に回転動力が伝達される。車軸４２には、図示しない車輪が固定されている。

【0018】

出力軸３８には、従動側プーリ３４が支持されている。従動側プーリ３４は、駆動側プーリ１２と同様に、出力軸３８に固定されて出力軸３８と一体に回転する固定シーブ３４ａと、出力軸３８に支持されて出力軸３８に対して軸線方向に摺動自在に構成されている可動シーブ３４ｂと、から構成される。可動シーブ３４ｂは、コイルスプリング４４によって固定シーブ３４ａに向けて付勢されている。

【0019】

駆動側プーリ１２と従動側プーリ３４の間には、それぞれの固定シーブおよび可動シーブの傾斜面と適合された断面を有するＶベルト３２が巻き掛けられている。

【0020】

無段変速機１０は、さらに、駆動側プーリ１２の可動シーブ１２ｂを駆動して駆動側プーリ１２の溝幅を変更するためのアクチュエータ５０が配置されている。アクチュエータ５０は、アクチュエータケース６８によって変速機ケーシング３０に固定されている。可動シーブ１２ｂの軸方向に延びる円筒部１２ｂ１には、可動シーブ１２ｂを入力軸１６の軸方向に押し込みまたは引っ張るためのレバーアーム２４が、軸受２５を介して円筒部１２ｂ１に対して相対回転可能に接続されている。レバーアーム２４は、スライダーピン２８によって、軸方向に摺動自在に支持されている。

【0021】

図２は、アクチュエータ５０の詳細図である。アクチュエータ５０は、電気モータ５２と、モータの回転運動を駆動側プーリの溝幅方向の直線運動に変換するための遊星転動機構型伝動装置（遊星ローラスクリューともいう）８０と、遊星転動機構型伝動装置８０から延びだすねじ山付きスピンドル５４とを含んでいる。ねじ山付きスピンドル５４の先端には、レバーアーム２４の下端がリンク５５を介して連結されている（図１参照）。遊星転動機構型伝動装置８０は、二つの軸受６０、６２によって、アクチュエータケース６８に対して回転可能に支持されている。電気モータ５２の回転軸５２ａと遊星転動機構型伝動装置８０とは、ベベルギヤ６４、６６を介して回転係合している。ベベルギヤの代わりにクラウンギヤを用いてもよい。

【0022】

図３は、遊星転動機構型伝動装置８０の分解斜視図である。遊星転動機構型伝動装置８０自体は、例えば特表２０１７－５０５６０１号公報に開示されているように、当業者にとって公知である。遊星転動機構型伝動装置８０は、螺旋状に連続するねじ溝が外周面に形成されたねじ山付きスピンドル５４と、スピンドル５４のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成された、一組のナットハーフ８４、８７と、スピンドル５４のねじ溝とナットハーフ８４，８７のねじ溝との間に配置された複数の遊星ローラ８６と、を備えている。複数の遊星ローラ８６は、スピンドル５４の外周に沿って配置され、それぞれがスピンドル５４と平行に延びる軸を有しており、そのねじ溝は、スピンドル５４の外周のねじ溝とナットハーフ８４、８７の内周のねじ溝の両方に係合し、両者の間で転動自在に介装されている。

【0023】

遊星転動機構型伝動装置８０にはさらに、二つの環状の遊星ディスク８３、８８が設けられている。遊星ディスク８３、８８は、各ナットハーフ８４、８７の軸方向外側に配置される。遊星ディスク８３、８８は、その中央にスピンドル５４を挿通するための貫通孔８３ａが形成されているとともに、その外側に周方向に複数のローラ支持孔８３ｂが形成されている。遊星ディスク８３、８８の外径は、ナットハーフ８４、８７の内周よりも小さい。各遊星ローラ８６の両端は、遊星ディスク８３、８８のローラ支持孔にそれぞれ挿通されている。遊星ディスク８３、８８によって、各遊星ローラ８６は回転自在に支持される。遊星ディスク８３、８８の軸方向外側には、保持リング８２，８９がそれぞれ設けられており、これによって、遊星ディスク８３、８８がナットハーフ８４、８７の内周側に固定される。その結果、遊星ディスク８３、８８および遊星ローラ８６がナットハーフ８４、８７に対して軸方向にずれることが防止される。したがって、ナットハーフ８４、８７と遊星ローラ８６は、スピンドル５４に対して相対的に一体となって移動する。

【0024】

両ナットハーフ８４、８７の間には、遊星ローラ８６に予圧を与えるためのディスタンスワッシャ８５が介装されている。さらに、ナットハーフ８７には、ベベルギヤ６４とかみ合うベベルギヤ６６が固定されている（図２参照）。

【0025】

上記のように構成された遊星転動機構型伝動装置８０において、電気モータ５２によりナットハーフ８７を回転させると、スピンドル５４とナットハーフ８７との相対回転運動によって、遊星ローラ８６の転動を介して、スピンドル５４が軸方向に進退動する。遊星転動機構型伝動装置８０は、減速装置と送りねじの両方の機能が一体化されており、高い減速比とコンパクトな構成という利点を有している。

【0026】

電気モータ５２の回転軸５２ａと遊星転動機構型伝動装置のスピンドル５４とは、二つのベベルギヤまたはクラウンギヤを用いることで、互いに９０度の角度をなして係合されている。このように電気モータ５２をスピンドル５４に対して９０度傾けることで、電気モータの車幅方向への突出を回避することができる。しかしながら、電気モータのスピンドルに対する傾斜角は、任意の角度であってよい。

【0027】

アクチュエータ５０には、駆動側プーリ１２の可動シーブ１２ｂの位置制御を行うための、ローカルコントロールユニット５８が設けられている。

【0028】

図４（ａ）は、ローカルコントロールユニット５８における制御を説明するためのブロック図である。ローカルコントロールユニット５８は、図示しない車両に別に設けられているＥＣＵ７０から、可動シーブ１２ｂの目標位置信号７２とエンジン回転数７４とを受け取る。ローカルコントロールユニット５８は、さらに、車軸４２に隣接して配置されている回転数センサ７６から得られるホイール回転数と、レバーアーム２４の下部端面に隣接して配置されている位置センサ７８から得られるシーブ位置のフィードバック信号とを受け取り、これらに基づき電気モータ５２の制御を実行する。

【0029】

代替的に、ローカルコントロールユニット５８は、図４（ｂ）に示すように、可動シーブ位置のフィードバック信号を利用しないオープンループ制御を実行することも可能である。

【0030】

以下、本実施形態に係る無段変速機１０の動作を説明する。

【0031】

図示しないエンジンによって入力軸１６が回転されると、これとともに駆動側プーリ１２が回転し、その回転はＶベルト３２を介して従動側プーリ３４に伝達され、出力軸３８を同方向に回転させる。

【0032】

コントロールユニット５８は、各センサからの信号に基づき、駆動側プーリ１２の可動シーブ１２ｂの移動量を決定し、これに対応する駆動信号を電気モータ５２に与える。電気モータ５２の回転運動は、遊星転動機構型伝動装置８０によって減速されるとともにスピンドル５４の直線運動に変換され、レバーアーム２４を介して、可動シーブ１２ｂを入力軸１６の軸線方向に移動させる。

【0033】

駆動側プーリ１２において可動シーブ１２ｂが固定シーブ１２ａに向けて移動された場合には、駆動側プーリ１２の溝幅が狭くなり、Ｖベルト３２の巻き径が大きくなる。すると、従動側プーリ３４では、Ｖベルト３２の張力によって、可動シーブ３４ｂがコイルスプリング４４の付勢力に抗して固定シーブ３４ａから離れる方向に摺動する。これにより、従動側プーリ３４の溝幅が大きくなり、Ｖベルト３２の巻き径は小さくなる。したがって、駆動側プーリ１２の回転が増速されて従動側プーリ３４に伝達される。

【0034】

駆動側プーリ１２において可動シーブ１２ｂが固定シーブ１２ａから離れる方向に移動された場合には、駆動側プーリ１２の溝幅が広くなり、Ｖベルト３２の巻き径が小さくなる。すると、従動側プーリ３４では、Ｖベルト３２の張力が弱まるので、可動シーブ３４ｂは、コイルスプリング４４の付勢力によって固定シーブ３４ａに向けて摺動する。これにより、従動側プーリ３４の溝幅が狭くなり、Ｖベルト３２の巻き径は大きくなる。したがって、駆動側プーリ１２の回転が減速されて従動側プーリ３４に伝達される。

【0035】

図５は、無段変速機を搭載した車両における、車速とエンジン回転数との対応関係を示すグラフである。グラフ中には、従来技術であるウェイトローラを用いて無段変速機を動作させた場合と、本実施形態に係る無段変速機を動作させた場合が示されている。

【0036】

ウェイトローラを利用して減速比を変える従来技術の無段変速機の場合には、車速とエンジン回転数との関係は固定であり、変更することはできない（図４中の点線）。これに対し、本実施形態の場合には、電気モータによる駆動側プーリの可動シーブの移動量の制御によって、「エコモード」と「スポーツモード」のように、車速とエンジン回転数との対応関係を複数通り設定することが可能になる。したがって、様々な運転フィーリングの設定が可能である。

【0037】

以上説明したように、本実施形態によれば、駆動側プーリの溝幅を変更するように構成されたアクチュエータにおいて、減速ギアの代わりに遊星転動機構型伝動装置を用いることによって、アクチュエータ、ひいては無段変速機をコンパクトに構成することができる。また、部品点数が少なくなるので、製造コストを削減することが可能になる。

【0038】

また、アクチュエータにローカルコントロールユニットを設けてこのコントロールユニットで電気モータを直接制御するので、車両のＥＣＵに改変を加える必要がない。したがって、本実施形態に係るアクチュエータを、既存の車両における無段変速機のアクチュエータと置き換えることも可能である。

【0039】

また、アクチュエータを構成する電気モータと遊星転動機構型伝動装置とを、互いに平行にも垂直にも配置できるので、ケーシング内でのアクチュエータの配置の自由度が高い。

【0040】

本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、様々な変形、改良が可能である。

【0041】

上述した実施形態では、駆動側プーリの可動シーブでは、従来のＶベルト式無段変速機で駆動側プーリの溝幅を変更するために使用されている、遠心力で作動するウェイトローラは排除されており、アクチュエータのみで可動シーブが移動される。しかしながら、可動シーブ内に、従来と同様の構成のウェイトローラを設けておき、可動シーブの移動をアクチュエータでアシストする形態にすることも可能である。

【0042】

図６は、そのような実施形態に係る自動二輪車等の車両に搭載されるＶベルト式無段変速機１００の概略断面図である。図１に示した実施形態と同じ構成には同じ符号を付して、それらについての説明は省略する。

【0043】

この実施形態では、駆動側プーリ１２’の可動シーブ１２ｂ’の背面側に傾斜面９６が形成されており、さらにガイドプレート９８が取り付けられている。傾斜面９６とガイドプレート９８との間の空間には、ウェイトローラ９４が、シーブの径方向に移動可能に配置されている。

【0044】

可動シーブ１２ｂ’の軸方向に延びる円筒部１２ｂ１’には、可動シーブ１２ｂ’を入力軸１６の軸方向に押し込みまたは引っ張るためのレバーアーム９０が、軸受９１を介して円筒部１２ｂ１’に対して相対回転可能に接続されている。レバーアーム９０は、スライダーピン２８によって、軸方向に摺動自在に支持されている。レバーアーム９０の下端は、リンク９２を介して、遊星転動機構型伝動装置８０から延び出すねじ山付きスピンドル５４に連結されている。

【0045】

従来のウェイトローラを用いた無段変速機と同様に、入力軸１６の回転数が増加するにしたがって、ウェイトローラ９４に作用する遠心力が増大し、ウェイトローラ９４は、遠心力の方向、すなわち可動シーブ１２ｂ’の半径方向外側へ傾斜面９６に沿って移動するので、可動シーブ１２ｂ’を固定シーブ１２ａに向けて押圧する。このウェイトローラ９４による可動シーブ１２ｂ’の推力をアシストする方向に、アクチュエータ５０がレバーアーム９０を介して可動シーブ１２ｂ’に推力を与える。以上の結果、駆動側プーリ１２’の溝幅は狭くなる。逆に、入力軸１６の回転数が減少する場合は、アクチュエータ５０は、可動シーブ１２ｂ’が固定シーブ１２ａから離れる方向に、可動シーブ１２ｂ’に推力を与える。

【0046】

このように、駆動側プーリの溝幅変更時に、ウェイトローラによる可動シーブの推力と、アクチュエータによる可動シーブの推力とを組み合わせると、ある程度の運転フィーリングの調整が可能である上、アクチュエータによる可動シーブの移動に必要な推力を抑えられるので、電気モータのサイズを小さくすることができる。したがって、安価で省電力の無段変速機が望ましい場合には有利である。

【0047】

上述した実施形態では、ローカルコントロールユニットが、エンジン出力、エンジン回転数、可動シーブ位置、ホイール回転数の信号を受け取り、電気モータの制御を行うことを述べたが、一部の信号を利用しない構成も可能である。例えば、可動シーブ位置のフィードバックを受けないオープンループ制御にすることも可能であり、または、エンジン出力と可動シーブ位置のフィードバックのみに基づき、電気モータを制御する構成も可能である。

【0048】

本発明の無段変速機は、自動二輪車に搭載されるものに限定されず、例えば三輪車、全地形対応車（ＡＴＶ）やユーティリティタスクビークル（ＵＴＶ）などの四輪車を含む、どのような形態の車両にも搭載されることができる。

【符号の説明】

【0049】

１０ 無段変速機
１２ 駆動側プーリ
１２ａ 固定シーブ
１２ｂ 可動シーブ
１６ 入力軸
２４ レバーアーム
３０ 変速機ケーシング
３２ Ｖベルト
３４ 従動側プーリ
３４ａ 固定シーブ
３４ｂ 可動シーブ
３８ 出力軸
４０ 減速機構
４２ 車軸
５０ アクチュエータ
５２ 電気モータ
５４ スピンドル
５６ アーム
５８ ローカルコントロールユニット
８０ 遊星転動機構型伝動装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】