JP2005264990A - ベルト式無段変速装置、ベルト式無段変速装置用シーブ、及びベルト式無段変速装置を搭載した車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 ベルトに加わる推力を必要最小限に抑えつつ、ベルトの滑りを防止できるベルト式無段変速装置を提供する。
【解決手段】 プライマリ側シーブ３の回転力を無端状のベルトを介してセカンダリ側シーブ５に伝達するベルト式無段変速装置１，該無段変速装置用シーブ，該無段変速装置を備えた車両において、上記プライマリ側シーブ３又はセカンダリ側シーブ５の少なくとも一方のベルト挟持面１５を、ベルトとの接触により塑性変形して表面粗さが滑らかになるように構成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、プライマリ側シーブの回転力を無端状のベルトを介してセカンダリ側シーブに伝達するベルト式無段変速装置、このベルト式無段変速装置に用いるシーブ、さらにこのベルト式無段変速装置を搭載した自動二輪車のような車両に関し、特に運転開始初期のベルトの滑りを防止する構造に関する。

変速比を走行状況に応じて無段階的に調整しうる自動二輪車用ベルト式無段変速装置が提案されている（例えば特許文献１参照）
この種のベルト式無段変速装置は、プライマリ側シーブ、セカンダリ側シーブおよび該両シーブに巻回されたベルトを備えている。プライマリ側シーブは、エンジンからの動力伝達によって駆動されるものであり、互いに向かい合う一対の挟持面と、これら挟持面の間に形成されたベルト溝とを有している。セカンダリ側シーブは、動力伝達機構あるいは減速機構を介して自動二輪車の後輪を駆動する。このセカンダリ側シーブは、互いに向かい合う一対の挟持面と、これら挟持面の間に形成されたベルト溝とを備えている。

また上記ベルトは、プライマリ側シーブのベルト溝とセカンダリ側シーブのベルト溝との間に無端状に巻き掛けられている。このベルトは、各シーブのベルト挟持面に接する被挟持面を有している。このベルトの被挟持面と各シーブの挟持面との間に生じる摩擦力により、プライマリ側シーブの回転力がベルトを介してセカンダリ側シーブに伝わるようになっている。

この種のベルト式無段変速装置は、図７に示すように、各シーブの挟持面がベルトを挟持する推力を大きくする程、シーブとベルトとの間で伝達可能なトルクが大きくなるといった特性を有している。ベルトに加わる推力が増えると、シーブの挟持面とベルトの被挟持面との間に大きな摩擦抵抗が生じ、ベルトの発熱量が増加する。ベルトの発熱は、運動エネルギーが熱エネルギーに変化していることを示しており、その分、トルクの伝達効率が低下する。

図８は、ベルトに加わる推力を変化させた時のベルトの発熱量および伝達効率の変化を示している。この図８から明らかなように、推力が増加するとそれに略比例してベルトの発熱量が増えるとともに、トルクの伝達効率が低下している。このことから、シーブとベルトとの間でのトルクの伝達効率を高めるためには、推力を必要最小限に設定する必要がある。
特開２００２−１４７５５３号公報

ところで、従来のベルト式無段変速装置によると、組立完了後のシーブ及びベルトが新品の状態で運転を開始した時、特にその運転開始初期の段階でベルトに滑りを生じる傾向がある。図９は、運転開始初期におけるベルトの伝達トルクの推移を示している。この図９から明らかなように、運転開始直後ではベルトに伝わるトルクが予め決められた設定値ｃを大幅に下回っている。このトルク値は、運転時間の経過とともに次第に上昇する傾向にあり、ある一定の時間を経過した時点で設定値に到達する。

運転初期のベルトの滑りを抑制する手段としては、ベルトに加わる推力を大きくすることが考えられる。ところが、推力を大きくすると、先にも述べたようにベルトの発熱量が増大するのを避けられない。従って、慣らし運転完了後においてはベルトに加わる推力が過大となり、トルクの伝達効率が悪化するという問題が生じてくる。

本発明の課題は、ベルトに加わる推力を必要最小限に抑えつつ、ベルトの滑りを防止できるベルト式無段変速装置を提供することにある。

本発明の他の課題は、ベルトに加わる推力を必要最小限に抑えつつ、ベルトの滑りを防止できるベルト式無段変速装置用シーブを提供することにある。

本発明のさらに他の課題は、ベルトに加わる推力を必要最小限に抑えつつ、ベルトの滑りを防止できるベルト式無段変速装置を搭載した車両を提供することにある。

請求項１，４，７の発明は、プライマリ側シーブの回転力を無端状のベルトを介してセカンダリ側シーブに伝達するベルト式無段変速装置，該無段変速装置用シーブ，該無段変速装置を備えた車両において、上記プライマリ側シーブ又はセカンダリ側シーブの少なくとも一方のベルト挟持面を、ベルトとの接触により塑性変形して表面粗さが滑らかになるように構成したことを特徴としている。

請求項２，５，８の発明は、上記シーブのベルト挟持面に、めっき皮膜が形成されており、かつ該めっき皮膜はベルトとの接触により塑性変形することを特徴としている。

請求項３，６，９の発明は、上記シーブのベルト挟持面に、ベルトの被挟持面の極表面を剥離させる凹凸を形成したことを特徴としている。

請求項１，４，７の発明によれば、上記プライマリ側シーブ又はセカンダリ側シーブの少なくとも一方のベルト挟持面が、ベルトとの接触により塑性変形して表面粗さが滑らかになり、このベルト挟持面とベルトの被挟持面との接触状態が安定しやすくなり、初期滑りを抑制できる。

また請求項２，５，８の発明によれば、上記シーブのベルト挟持面に形成しためっき皮膜がベルトとの接触により塑性変形するので、シーブ側のベルト挟持面とベルト側の被挟持面との接触状態がより一層安定し、初期滑りを抑制できる。

さらにまた請求項３，６，９の発明によれば、上記シーブのベルト挟持面にベルトの被挟持面の極表面を剥離させる凹凸を形成したので、運転開始初期のシーブとベルトとの間の摩擦係数が高くなるとともに、ベルト表面が剥離するいわゆる皮剥きが短時間で完了し、この点からも上記初期滑りを抑制できる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に沿って説明する。

図１〜図４は本発明の一実施形態に係るベルト式無段変速装置を説明するための図であり、図１はその断面平面図、図２はシーブの挟持面の状態を説明するための模式図、図３はシーブの挟持面の状態を説明するための模式拡大図、図４はシーブの挟持面の表面粗さを測定した結果を示す図である。

図１において、１は自動二輪車に採用されたベルト式無段変速装置であり、これは不図示のエンジンのクランクケース側部に配置されている。上記無段変速装置１は、エンジンの回転力が伝達される入力軸２にプライマリ側シーブ３を装着するとともに、該入力軸２と平行に配置された出力軸４にセカンダリ側シーブ５を装着し、該セカンダリ側シーブ５とプライマリ側シーブ３とにＶベルト６を巻回した構造となっている。上記出力軸４の回転は不図示の動力伝達機構を介して後輪軸に伝達される。

上記プライマリ側シーブ３は、入力軸２の外端部にこれと共に回転するように固定されたプライマリ側固定シーブ半体３ａと、該入力軸２の固定シーブ半体３ａの内側に軸方向に移動可能にかつスライドカラー７を介して入力軸２と共に回転するように装着されたプライマリ側可動シーブ半体３ｂとを有している。

また上記入力軸２の可動シーブ半体３ｂの内側にはカムプレート８が装着されており、該カムプレート８は入力軸２に共に回転するように固定されている。このカムプレート８と可動シーブ半体３ｂとの間にはウェイト９が遠心力により径方向外側に移動可能に配設されている。

上記セカンダリ側シーブ５は、出力軸４に固定されたセカンダリ側固定シーブ半体５ａと、該固定シーブ半体５ａの外側に軸方向に移動可能にかつ固定シーブ半体５ａと共に回転するように装着されたセカンダリ側可動シーブ半体５ｂとを有している。

上記固定シーブ半体５ａの軸芯部には円筒状のスライドカラー１０が固着されており、該スライドカラー１０は出力軸４に共に回転するように固定されている。このスライドカラー１０上に上記セカンダリ側可動シーブ半体５ｂの軸芯部に固着された円筒部５ｃが軸方向に移動可能に装着されている。

上記可動シーブ半体５ｂの円筒部５ｃには軸方向に延びる係合溝５ｄが周方向に所定間隔をあけて形成されている。この各係合溝５ｄ内には係合ピン１１が挿入され、該係合ピン１１はスライドカラー１０に締結固定されている。このようにして可動シーブ半体５ｂは軸方向に移動可能にかつ固定シーブ半体５ａと共に回転するようになっている。

上記スライドカラー１０の外端部にはばね受け部材１２が固定されており、該ばね受け部材１２と可動シーブ半体５ｂとの間には、該可動シーブ半体５ｂを固定シーブ半体５ａ側に付勢するばね１３が介設されている。

上記各シーブ半体３ａ，３ｂ，５ａ，５ｂのＶベルト挟持面１５は円錐面をなすように形成されており、プライマリ側，セカンダリ側の固定シーブ半体３ａ，５ａのそれぞれと可動シーブ半体３ｂ，５ｂのぞれぞれとでＶ字状の溝が形成され、該溝内にＶベルト６が嵌装されている。そして各シーブ半体３ａ，３ｂ及び５ａ，５ｂによりＶベルト６は所定のシーブ推力でもって挟持されている。

エンジン回転が最も低い状態ではウェイト９が径方向内側に位置し、プライマリ側可動シーブ半体３ｂが軸方向内側に移動して固定シーブ半体３ａから離れ、シーブの巻き掛け径が小さくなるとともに、セカンダリ側可動シーブ半体５ｂがばね１３により付勢されて固定シーブ半体５ａ側に移動し、シーブの巻き掛け径が大きくなり、最大減速比のロウ位置となる。

エンジン回転の上昇に伴って入力軸２の回転速度が上昇すると、遠心力によってウェイト９が径方向外側に移動してプライマリ側可動シーブ半体３ｂを固定シーブ半体３ａ側に移動させ、これによりシーブの巻き掛け径が大きくなるとともに、セカンダリ側可動シーブ半体５ｂがばね１３の付勢力に抗して軸方向外側に移動し、エンジン回転が最も高い状態ではシーブの巻き掛け径が最小となり、最小減速比のトップ位置となる。

上記Ｖベルト６は、耐熱性，耐久性を有する樹脂製のものであり、例えばポリアミド樹脂にカーボン繊維又はアラミド繊維を混入させて概ね横Ｈ形状に成形された多数の樹脂ブロック６ａを一列に並べて配置し、各樹脂ブロック６ａ同士を超耐熱性ゴムあるいは金属からなる環状の連結帯６ｂにより連結した構造となっている。

そして上記プライマリ側シーブ３，セカンダリ側シーブ５に本実施形態の特徴をなす構成が採用されている。上記各シーブ３，５を構成する固定シーブ半体３ａ，５ａ及び可動シーブ半体３ｂ，５ｂは、アルミニウム合金、例えばＡＣ４Ｂ，ＡＤＣ−１１を用いて製作されている。またこれらの各シーブ半体３ａ，３ｂ，５ａ，５ｂの挟持面１５は、上記アルミニウム合金からなる金属表面１５ａ上にめっき皮膜１６を被覆形成した構成となっている。

上記めっき皮膜１６としては、表面硬度６００〜１０００Ｈｖ、ビッカース割れ発生荷重（靱性）２５０〜３５０ＮのＮＩ−Ｐめっき、例えば株式会社神戸製鋼所の「ＫＥＮＩ ＣＯＡＴ（登録商標）」が採用可能である。

ここで上記各シーブ３，５は、鍛造あるいは鋳造により半製品に成形され、上記挟持面１５を構成する金属表面１５ａに切削，研削等の機械加工を施すことにより最終製品とされたものが採用可能である。このような機械加工は、シーブ半体を回転軸回りに回転させながら刃物や砥石を表面に切り込むことにより行なわれるが、加工コスト上の制約もあることから、挟持面１５を断面して微視的に見ると、上記金属表面１５ａに環状の溝をなすような加工痕１５ｂが形成されている（図２参照）。

なお上記加工痕１５ｂは溝部と山部とからなる凹凸を有するのであるが、この凹凸の溝深さあるいは山高さ及び溝幅は、該無段変速装置１が未使用の新品状態で、概ね数μm 〜数十μm である。また上記めっき皮膜１６は概ね数μｍ〜１０μｍの膜厚を有し、この加工痕１５ｂの凹凸をなす表面形状に沿うように形成されており、そのためめっき皮膜１６の表面にも上記加工痕１５ｂに対応する凹凸が形成されている（図３（ａ）参照）。

そして本実施形態の無段変速装置１を搭載した自動二輪車により走行を開始すると、上記挟持面１５のめっき皮膜１６及び金属表面１５ａが上記Ｖベルト６により叩かれ、ある程度の走行後では、上記加工痕をなす凹凸が塑性変形し、上記加工痕１５ａの溝深さが浅くなるとともに溝幅が狭くなり、全体が平らになる（図３（ｂ）参照）。なお、図３（ｂ）から明らかなように、上述の塑性変形が進行してもめっき皮膜１６の摩耗によりあるいは剥離により金属表面１５ａが露出することはほとんどない。

ここで図４（ａ）は、未走行状態で上記各シーブの挟持面１５を表面粗さ計で計測した結果を示し、同図（ｂ）は走行後の計測結果を示す。なお、図４（ａ）（ｂ）では、縦軸は横軸に対して５０倍に拡大して表示されている。即ち、挟持面の半径方向位置を表す横軸は単位目盛りが１００μｍであるのに対し、表面粗さをの大きさを示す縦軸は単位目盛りが２μｍである。

上述の未走行状態では、図４（ａ）に示すように、表面粗さは約３μｍであるのに対し、走行後の状態では、同図（ｂ）に示すように、表面粗さは約２μｍ以下となっている。また同図（ｂ）から、挟持面の凹凸が塑性変形し、表面が滑らかになっていることが判る。

このように本実施形態の金属表面１５ａとめっき皮膜１６からなる挟持面１５では、Ｖベルト６に叩かれることでその表面が塑性変形し、その表面状態が滑らかとなり、シーブ側の挟持面とベルト側の被挟持面との接触状態が安定し易くなり、その結果シーブの推力を大きくすることなく上述の初期滑りを抑制できる。

また本実施形態では、挟持面１５の表面が塑性変形することにより滑らかになり、めっき皮膜１６及び金属表面１５ａが削られることはほとんどないので、上記シーブ側の挟持面１５と上記ベルト側の被挟持面との接触状態を長期間に渡って安定させることができ、シーブの推力を大きくすることなくベルトの滑りを長期間に渡って抑制できる。

また上記運転開始の極初期においては、上記挟持面１５に形成されている加工痕１５ａの凹凸によりベルトの被挟持面との間の摩擦係数が大きくなり、この点からも運転開始時のベルトの初期滑りを抑制できる。さらにまた上記凹凸によりＶベルト６の極表面を剥離するいわゆる皮剥きが短時間で行なわれ、この点も初期滑りの抑制に貢献していると考えられる。

また、上述のようにある程度走行すると挟持面の凸凹が塑性変形して表面が滑らかになるので、それ以降におけるＶベルト６の摩耗を抑制できる。

なお、上記実施形態では、図３に模式的に示すように、めっき皮膜１６を加工痕１５ａの溝深さより厚く形成した場合を説明したが、このめっき皮膜と溝深さについては各種の変形例が採用可能であり、例えば図５，図６に示すようにめっき皮膜１６を溝深さより薄く形成しても良い。

また上記実施形態では、金属表面にめっき皮膜を形成した場合を説明したが、ベルトの被挟持面の材質，表面状態等に合わせてシーブの挟持面の材質，表面処理を決定すればよく、めっき皮膜を形成しないことも可能である。

さらにまた上記シーブの材質についても上記実施形態に限定されないのは勿論であり、本発明では、要は、シーブの挟持面を、走行開始初期においてベルトとの接触により塑性変形して表面粗さが滑らかになるように構成すれば良い。

本発明の一実施形態のベルト式無段変速装置の断面平面図である。 上記実施形態のシーブの表面状態を説明するための模式図である。 上記表面状態を説明するための模式断面拡大図である。 上記表面状態の表面粗さ計による計測結果を示す図である。 上記表面状態の変形例を示す模式断面拡大図である。 上記表面状態の他の変形例を示す模式断面拡大図である。 一般的なベルト式無段変速装置におけるシーブ推力と伝達トルクとの関係を示す特性図である。 一般的なベルト式無段変速装置におけるシーブ推力と発熱料，伝達効率との関係を示す特性図である。 一般的なベルト式無段変速装置における運転時間と伝達トルクとの関係を示す特性図である。

符号の説明

１ ベルト式無段変速装置
３ プライマリ側シーブ
５ セカンダリ側シーブ
６ Ｖベルト
１５ ベルト挟持面
１５ｂ 加工痕（凹凸）
１６ めっき皮膜

Claims (9)

1. プライマリ側シーブの回転力を無端状のベルトを介してセカンダリ側シーブに伝達するベルト式無段変速装置において、上記プライマリ側シーブ又はセカンダリ側シーブの少なくとも一方のベルト挟持面を、ベルトとの接触により塑性変形して表面粗さが滑らかになるように構成したことを特徴とするベルト式無段変速装置。
2. 請求項１において、上記シーブのベルト挟持面に、めっき皮膜が形成されており、かつ該めっき皮膜はベルトとの接触により塑性変形することを特徴とするベルト式無段変速装置。
3. 請求項１又は２において、上記シーブのベルト挟持面に、ベルトの被挟持面の極表面を剥離させる凹凸を形成したことを特徴とするベルト式無段変速装置。
4. プライマリ側シーブの回転力を無端状のベルトを介してセカンダリ側シーブに伝達するベルト式無段変速装置用シーブにおいて、該シーブのベルト挟持面を、ベルトとの接触により塑性変形して表面粗さが滑らかになるように構成したこと特徴とするベルト式無段変速装置用シーブ。
5. 請求項４において、上記シーブのベルト挟持面に、めっき皮膜が形成されており、かつ該めっき皮膜はベルトとの接触により塑性変形することを特徴とするベルト式無段変速装置用シーブ。
6. 請求項４又は５において、上記シーブのベルト挟持面に、ベルトの被挟持面の極表面を剥離させる凹凸を形成したことを特徴とするベルト式無段変速装置用シーブ。
7. プライマリ側シーブの回転力を無端状のベルトを介してセカンダリ側シーブに伝達するベルト式無段変速装置を搭載した車両において、上記プライマリ側シーブ又はセカンダリ側シーブの少なくとも一方のベルト挟持面を、ベルトとの接触により塑性変形して表面粗さが滑らかになるように構成したことを特徴とするベルト式無段変速装置を搭載した車両。
8. 請求項７において、上記シーブのベルト挟持面に、めっき皮膜が形成されており、かつ該めっき皮膜はベルトとの接触により塑性変形することを特徴とするベルト式無段変速装置を搭載した車両。
9. 請求項４又は５において、上記シーブのベルト挟持面に、ベルトの被挟持面の極表面を剥離させる凹凸を形成したことを特徴とするベルト式無段変速装置を搭載した車両。

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