JP2005042908A

JP2005042908A - Ｖベルト式無段階変速機プーリー径の自己変位制御

Info

Publication number: JP2005042908A
Application number: JP2004109475A
Authority: JP
Inventors: Takanori Kubota; 孝徳久保田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-06
Filing date: 2004-03-06
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】従来のＶベルト式無段階変速機の変速駆動制御は負荷検出機構や変速比設定機構または電子制御回路及び調整駆動機構等の構成を必要としていたため、小型の産業用機械や自動車、或いはオートバイや自転車への搭載には不向きであった。また従来のＶベルト式無段階変速機構を構成するには、その制御機構の駆動のために電気や油圧の供給源が必要であった。
【解決手段】Ｖベルト式無段階変速機構において、動力側及び負荷側の二分したプーリーの間隔を、動力トルクまたは負荷トルクの変化に応じて動力側及び負荷側の軸とプーリーとの間で発生する回転トルクを直接作用させ、軸（１）又は（８）とプーリー（３）（４）または（１０）（１１）の間で設けたスクリュー状のかみ合いとばねとの力のつり合いによって変位させる事により、動力側及び負荷側のプーリーの径を変化させてＶベルト式無段階変速の自己変位制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は動力の変速機を必要とする産業用機械や自動車、或いはオートバイや自転車に搭載するＶベルト式変速機構の変速制御の手段に関するものである。

産業用機械や自動車の動力の伝達にＶベルト式の無段階変速機構を用いる事により、有段階変速の様な動力側に対する大きな負荷の変動を与える事もなく、動力源も大きな物を必要としない効率の良い動力の伝達と変速が可能となっている。

しかし従来のＶベルト式無段階変速機の変速制御でのプーリー径を変化させるための二分したプーリーの間隔の変位制御には、負荷検出機構や変速比設定機構または電子制御回路及び調整駆動機構等とそれらの間の動力や信号伝達要素の構成が必要であった、またこれらの機構を駆動するためには電気の供給源や油圧の供給源が必要であった。

従来のＶベルト式無段階変速機の変速駆動制御は負荷検出機構や変速比設定機構または電子制御回路及び調整駆動機構等の幾つかの機構を必要としていたため、小型の産業用機械や自動車、或いはオートバイや自転車への搭載には不向きであった。また従来のＶベルト式無段階変速機構を構成するには、その制御機構の駆動のために電気の供給源や油圧の供給源が必要であった。
特に自転車の場合は、この様な無段階変速制御機構の搭載は不可能なため、チェーンとギアによる有段変速機構が採用されているが，発進と停止時は勿論の事、速度の加減や坂道の上り下りの度合いに合わせて変速ギアの切り替えを頻繁に行う必要があるので、非常に面倒な上、ギアの段の切り替えを怠るとペダルを踏む力が軽すぎたり重過ぎたりして、余計な運動エネルギーが費やされていた。またギアの段を適切に切り替えたとしてもペダルを踏む重さが段階的に変わって、乗る人にストレスを与えていた。

Ｖベルト式無段階変速機構において、運転する人の意思に応じた原動機からの動力トルク及び負荷側の状況に応じた負荷トルクの変化に応じて、動力側及び負荷側の軸とプーリーとの間で発生する回転トルクを直接利用して動力側及び負荷側のプーリー径を変化させるための二分したプーリーの間隔を変位させる事により、プーリーの径を変化させて無段階変速の制御を行う。

Ｖベルト式無段階変速機の変速制御において負荷検出機構や変速比設定機構または電子制御回路及びプーリー径を変化させるための二分したプーリーの間隔調整機構等の大掛かりな機構が不要となり、小型の産業用機械や自動車、或いはオートバイや自転車への搭載が可能となる上、これらの機構を駆動させるための電気や油圧の供給源が不要になる。
このため自転車にもＶベルト式無段階変速機の搭載が可能になる上、これを構成した場合に速度の加減や坂道の上り下りの度合いに合わせて、変速ギアの切り替えを手動でかつ頻繁に行う必要がなくなるだけでなく、ペダルの回転を早くするだけで、ペダルを踏む重さは大きく変わらないままで加速をしたり坂道を登る事ができる様になる、反対に加速の必用がない時には自動的にペダルの回転が少なくて済む変速比に移り変わる。
また有段の変速機のようなギアを取り巻くチェーンの位置を変える機構が不要となる。

Ｖベルト式無段階変速機構の動力側及び負荷側の軸とプーリーを固定せず、軸とプーリーの接合面において互いにボルトナットの様な一定方向と一定角度のスクリュー状の溝と突起を設ける、動力側では二分したプーリー（３）（４）の間隔を狭める力を加えるための引っ張りコイルばね（５）を設け、負荷側では二分したプーリー（１０）（１１）の間隔を広げる力を加えるための圧縮コイルばね（１２）を設ける。

動力側制御機構においては、図１動力側回転軸（１）に設けたスクリュー状の案内溝（２）と相反するプーリー（３）（４）内側のスクリュー状の突起がかみ合った状態において、負荷側回転速度を早くするために動力側回転軸（１）の回転トルクを大きくする、または負荷側からのベルトにかかる負荷が大きくなる事による動力側プーリー（３）（４）への負荷が大きくなった場合に、動力側回転軸（１）とプーリー（３）（４）との間で発生するトルクが大きくなる。
このためスクリュー状にかみ合う案内溝（２）に沿って左右２つに分けられたプーリー（３）（４）が軸上において引っ張りコイルばね（５）で働く力と反対の方向に移動して、左右２つに分けられたプーリー（３）（４）の間隔が広がり、プーリーとしてベルトが取り巻く外径が小さくなる。この結果として負荷トルクまたは動力トルク又はその両方が最大の時に図１（６）のベルト位置となり、変速機構全体を見た場合のベルトの状態は図５の様になる。
これとは逆に動力側回転軸（１）の回転トルクを小さくなる、または負荷側からのベルトにかかる負荷が小さくなる事による動力側プーリー（３）（４）への負荷が小さくなった場合には、左右プーリー（３）（４）の間に設けた引っ張りコイルばね（５）の力によって左右２つに分けられたプーリー（３）（４）が軸上で移動して戻るため左右プーリー（３）（４）の間隔が狭くなり、プーリーとしてのベルトが取り巻く直径が大きくなる。この結果として負荷が最大の時に図２（７）のベルト位置となり、変速機構全体を見た場合のベルトの状態は図６（１７）の様になる。

負荷側制御機構においては、図３負荷側回転軸（８）に設けた負荷軸スクリュー状の案内溝（９）と相反するプーリー（１０）（１１）内側のスクリュー状の突起がかみ合った状態において、負荷側回転軸（８）にかかる負荷が大きくなる、またはベルトで伝わる動力側からの動力が大きくなると、負荷側回転軸（８）とプーリー（１０）（１１）との間で発生するトルクが大きくなる。このためスクリュー状にかみ合う案内溝（９）に沿って左右２つに分けられたプーリー（１０）（１１）が軸上において、圧縮コイルばね（１２）働で働く力と反対の方向に移動して左右２つに分けられたプーリー（１０）（１１）の間隔が狭まり、プーリーとしてのベルトが取り巻く外径が大きくなる。この結果として負荷トルクまたは動力トルク又はその両方が最大の時に（１３）のベルト位置となり、変速機構全体を見た場合のベルトの状態は図５（１７）の様になる。
これとは逆に負荷側回転軸（８）にかかる負荷が小さくなる、またはベルトで伝わる動力側からの動力が小さくなった場合には、負荷側回転軸（８）とプーリー（１０）（１１）の間のトルクが小さくなるため、左右プーリー（１０）（１１）の間に設けた圧縮コイルばね（１２）の力によって左右２つに分けられたプーリー（１０）（１１）が軸上で移動して左右プーリー（１０）（１１）の間隔が広くなり、プーリーとしてのベルトが取り巻く直径が小さくなる。この結果として負荷が最大の時に図４（１４）のベルト位置となり、変速機構全体を見た場合のベルトの状態は図６の様になる。

動力側左右プーリー（３）（４）の間隔も負荷側左右プーリー（１０）（１１）の間隔も一定の間隔で平衡し、動力側のベルトが取り巻くプーリーとしての直径が大きい時は、負荷側のベルトが取り巻くプーリーとしての直径が小さくなる、また動力側のベルトが取り巻くプーリーとしての直径が小さい時は、負荷側のベルトが取り巻くプーリーとしての直径が大きくなるため、動きが安定した状態ではベルトの張り度合いは変わらないが、動力側回転軸（１）のトルクが急激に大きくなった時などに動力側プーリーのベルトが取り巻く外径が先行して小さくなるため、ベルトのテンションを一定に保つための引っ張りコイルばねでベルトを内側に引く力をもったプーリー（１５）を設ける。

また二分した左右プーリーの移動距離を均等にするため、左右プーリーの回転の同期を取るための棒（１６）を設ける。左右プーリーのどちらか一方をプーリーに固定させ、反する一方は回転軸の方向にプーリーが移動できる様に、棒は固定しない。これは動力側も負荷側も同様とする。

Ｖベルト式無段階変速機の変速制御において負荷検出機構や変速比設定機構または電子制御回路及び二分したプーリーの間隔調整機構等の大掛かりな機構が不要となるため、小型の産業用機械や自動車、或いはオートバイや自転車へＶベルト式無段階変速機構の利用が可能となる。

動力側回転軸とプーリー間のトルクが大きい時の動力側断面の状態動力側回転軸とプーリー間のトルクが小さい時の動力側断面の状態負荷側回転軸とプーリー間のトルクが大きい時の負荷側断面の状態負荷側回転軸とプーリー間のトルクが小さい時の負荷側断面の状態動力トルク又は負荷トルク又は両方が大きい時のＶベルトの状態動力トルク又は負荷トルク又は両方が小さい時のＶベルトの状態

符号の説明

１動力側回転軸
２動力軸スクリュー状案内溝
３動力側プーリー左半分（断面）
４動力側プーリー右半分（断面）
５引っ張りコイルばね
６トルクが大きい時の動力側Ｖベルトの位置（断面）
７トルクが小さい時の動力側Ｖベルトの位置（断面）
８負荷側回転軸
９負荷軸スクリュー状案内溝
１０負荷側プーリー左半分（断面）
１１負荷側プーリー右半分（断面）
１２圧縮コイルばね
１３トルクが大きい時の負荷側Ｖベルトの位置（断面）
１４トルクが小さい時の負荷側Ｖベルトの位置（断面）
１５ベルトテンション調整プーリー
１６左右プーリ一回転の同期を取る棒
１７Ｖベルト（断面）

Claims

Ｖベルト式無段階変速機構において、原動機又は人力からの動力トルクの大きさと、負荷トルクの大きさに応じて、動力側及び負荷側のプーリーと軸との間で発生する回転トルクを利用した機械的な直接作用で、動力側及び負荷側の二分したプーリーの間隔を自己変位制御させる事により、動力側及び負荷側のプーリーの径を変化させて無段階変速の制御を行う。