JP2017223363A - ウエイト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】応答の迅速性、速比の変化範囲等の性能に優れたウェイト装置を実現する。【解決手段】ウエイト装置１０は、２つの側板部１１と、２つの側板部１１を接続するように設けられた複数の軸１２と、複数の軸１２のうちの少なくとも２つにそれぞれ設けられた転動体１３とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、ウエイト装置に関する。

自動二輪車等において、エンジンの回転数に応じて変速が自動的に行われる自動変速装置が用いられている。自動変速装置は、固定シーブ及び可動シーブを有するプーリと、当該プーリに巻き掛けられたＶベルトと、可動シーブの背面側に回転軸に固定された状態で取り付けられたランププレートと、ランププレートと可動シーブとの隙間にプーリの径方向に移動可能に配置されたウエイト装置とを備えている。

ウエイト装置の構成として、円筒状の重量調整部材と、その外周面等を覆う被覆部材とを有するものがある（例えば特許文献１）。

特開平０３−２４３４９号公報

本開示の目的は、応答の迅速性、速比の変化範囲等の性能に優れたウェイト装置を実現することである。

前記の目的を達成するために、本開示のウエイト装置は、２つの側板部と、２つの側板部を接続するように設けられた複数の軸と、複数の軸のうちの少なくとも２つにそれぞれ設けられた転動体とを備える。

本開示のウエイト装置によると、ベルト式自動変速装置に用いた際に迅速に可動シーブが応答することができる。

図１は、本開示の第１の実施形態にかかる例示的ウエイト装置を模式的に示す図である。 図２は、図１のII-II線における断面図である。 図３は、ベルト式自動変換装置の要部を模式的に示す図である。 図４は、図１のウエイト装置をベルト式自動変速装置に用いた場合の回転数が小さい状態を示す図である。 図５は、図１のウエイト装置をベルト式自動変速装置に用いた場合の回転数が大きい状態を示す図である。 図６は、比較例のウエイト装置をベルト式自動変速装置に用いた場合の回転数が小さい状態を示す図である。 図７は、比較例のウエイト装置をベルト式自動変速装置に用いた場合の回転数が大きい状態を示す図である。 図８は、図１のウエイト装置を２輪用変速ユニットに搭載した場合の可動シーブの応答性及びお車両の加速特性を示す図である。 図９は、比較例のウエイト装置を２輪用変速ユニットに搭載した場合の可動シーブの応答性及びお車両の加速特性を示す図である。 図１０は、図１及び比較例のウエイト装置について、エンジンの回転数及び速比の関係を示す図である。 図１１は、図１０は、図１及び比較例のウエイト装置について、車速及び速比の関係を示す図である。 図１２は、第２の実施形態の例示的ウエイト装置を模式的に示す図である。 図１３は、図１２のXIII-XIII線における断面を示す図である。 図１４は、図１２のウエイト装置をベルト式自動変速装置に用いた場合の回転数が小さい状態を示す図である。 図１５は、図１２のウエイト装置をベルト式自動変速装置に用いた場合の回転数が小さい状態を示す図である。

（第１の実施形態）
以下、本開示の第１の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の例示的ウエイト装置１０を模式的に示す図である。また、図２は、図１におけるII-II線による断面を示す図である。

図１及び図２に示すように、ウエイト装置１０は、平行に設けられた２枚の側板部１１と、当該側板部１１同士を接続するように設けられた複数の軸１２と、軸１２に設けられた転動体１３とを含む。軸１２は４つ備えられて菱形状に配置され、側板部１１は軸１２の配置に対応して角の丸められた菱形の形状となっている。転動体１３は、前記菱形の長い方の対角線上にある２つの軸（図１における左右の軸）のそれぞれに設けられていると共に、前記菱形の短い方の対角線上にある２つの軸の一方のみ（図１では上側の軸）に設けられている。尚、転動体１３は、軸１２に対して転がり軸受又は滑り軸受により回転可能となっている。

尚、ここでは４つの軸１２を備える場合を説明したが、転動体１３を備えない軸１２については省略し、３つの軸１２を備えるのであっても良い。また、４つの軸１２が菱形状に配置されているとしたが、厳密に菱形となっている必要は無い。更に、側板部１１の形状についても、可動シーブ、ランププレート等に干渉しない形状であれば、特に制約は無い。

また、転動体１３の直径は例えば８ｍｍ、前記菱形の長い方の対角線上にある２つの軸の中心間の距離は例えば１７ｍｍ、菱形の短い方の対角線上にある２つの軸の中心間の距離は例えば１４ｍｍである。更に、ウエイト装置１０厚さ（軸１２の長さ）は例えば１２ｍｍである。これら寸法は一例であり、使用する変速装置等に応じて設定すれば良い。

また、ウエイト装置１０の構成部材の材料については種々考えられるが、例えば、側板部１１はプレス鋼板又はステンレス、軸１２は炭素鋼、転動体１３はポリアミド樹脂からなっていても良い。

次に、ウエイト装置を用いたベルト式自動変速装置について説明する。図３は、ベルト式自動変速装置３０の一部を模式的に示す断面図である。

ベルト式自動変速装置３０は、回転軸３２を軸として回転するプーリ３５と、プーリ３５のＶ字状溝に巻き掛けられたＶベルト３９と、ウエイト装置３４と、ランププレート３７とを備えている。プーリ３５は、回転軸３２に固定された固定シーブ３１と、回転軸３２の軸方向に移動自在となっている可動シーブ３３とを備える。ここで、ウエイト装置３４を単純な円により表しているが、これはウエイト装置の形状を限定せずにベルト式自動変速装置３０を説明するために仮に円で示しているものである。

略円板状のランププレート３７は、可動シーブ３３の背面側にウエイト装置３４を挟持できる隙間を空けて回転軸３２に固定されている。可動シーブ３３とランププレート３７との間の隙間は、プーリ３５の径方向外側に向かうにつれて狭くなっている。

このようなベルト式自動変速装置３０において、回転軸３２に連結されたエンジンの回転数が増加すると、遠心力によりウエイト装置３４がプーリ３５の径方向外側に移動する。これによりウエイト装置３４に押された可動シーブ３３は、プーリ３５におけるＶ字状溝の幅が狭くなる方向に移動する。この結果、Ｖベルト３９の巻き掛け半径が大きくなり、自動的に無段階の変速が行われる。尚、図３において、可動シーブ３３、ウエイト装置３４及びＶベルト３９についてエンジンの回転数が大きいときの状態を破線により示している。

次に、図４及び図５に、本実施形態（実施例）のウエイト装置１０をベルト式自動変速装置に用いた状態を示す。図４及び図５では、可動シーブ３３及びランププレート３７と、これらの隙間に配置されたウエイト装置１０とについて拡大して示している。また、図４は、エンジンの回転数が小さい状態であり、ウエイト装置１０は軸に近い側（図では下方）に位置している。これに対し、図５はエンジンの回転数が大きい状態を示し、ウエイト装置１０はプーリの径方向外側（図では上方）に移動していると共に、可動シーブ３３がランププレート３７から離れる方向に移動している。

また、図６及び図７には、比較例として、円筒状のウエイト装置２０を同様にベルト式自動変速装置に用いた状態を示す。図６はエンジンの回転数が小さい状態、図７は回転数が大きい状態を示している。

図４に示す通り、実施例のウエイト装置１０の場合、可動シーブ３３及びランププレート３７に対して異なる転動体１３が接している。具体的には、転動体１３ａは可動シーブ３３に接すると共に、転動体１３ｂ及び１３ｃはランププレート３７に接している。従って、エンジンの回転数が増加してウエイト装置１０が径方向外側に移動する際、転動体１３ａが可動シーブ３３上を転がると共に、転動体１３ｂ及び１３ｃはランププレート３７上を転がることができる。この結果、ウエイト装置１０は小さな転がり抵抗で移動することができる。

これに対し、図６の比較例の場合、ウエイト装置２０は単純な円筒状であって、可動シーブ３３及びランププレート３７の両方に接している。この結果、比較例のウエイト装置２０は可動シーブ３３及びランププレート３７の一方に対しては転がることができるとしても、その際に他方に対しては逆に回転しながら滑って移動することになり、移動の抵抗が大きくなる。

以上のように、実施例のウエイト装置１０によると、より小さな抵抗で移動することができ、可動シーブ３３の応答が迅速になって加速・減速の応答が改善する。

また、実施例のウエイト装置１０を用いる方が、可動シーブ３３の移動範囲が大きくなる。これについて、図４〜図７を参照して説明する。

図４に示す通り、実施例のウエイト装置１０を用い、エンジンの回転数が小さい状態では、可動シーブ３３とランププレート３７との所定箇所同士の距離Ａは３７ｍｍであった。これに対し、回転数が大きい図５の場合、同じ箇所同士の距離Ｂは大きくなっており、５１ｍｍであった。つまり、可動シーブ３３の軸長方向の移動距離は１４ｍｍである。同様の測定を比較例について行うと、図６の場合に距離Ｃは３７ｍｍ、図７の場合に距離Ｄは４９ｍｍであった。つまり、可動シーブ３３の軸長方向の移動距離は１２ｍｍである。

従って、実施例の方が比較例よりも可動シーブ３３の移動距離は２ｍｍ大きくなっており、これはプーリの径の変化が大きくなること、ひいては速比が大きくなることを意味する。速比を大きくできれば、高速走行時にエンジンの回転数を低くし、燃費を向上させることができる。

尚、以上の数値は単に一例である。従来のウエイト装置２０は円筒状であるから、図６及び７においてその形状を考える場合、変更できるのは径のみである。従って、可動シーブの移動距離はウエイト装置２０の径のみによって決まることになる。更には、自動変速装置の形状、寸法等により、使用できるウエイト装置２０の直径は制限されている。これに対し、本実施形態のウエイト装置１０の場合、図４及び図５において、複数の転動体１３の配置及び径を設定することができる。従って、同じ自動変速装置において用いる場合にも、従来のウエイト装置２０に比べて設計の自由度が高く、可動シーブの移動距離をより大きくすることができる。

更に、従来のウエイト装置２０は円筒状であるから、重心は必然的に中心となる。これに対し、側板部１１の形状及び軸１２の配置と、複数の転動体１３の径の組合せにより、ウエイト装置１０の重心の位置を設計することも可能である。

また、本実施形態のウエイト装置１０は、既存のベルト式自動変速装置に使用されているウエイト装置（比較例のような従来の円筒状のウエイト装置等）と置き換えて使用することが可能である。つまり、可動シーブ３３及びランププレート３７について、ウエイト装置１０を用いるための特別な構造（例えば、ウエイト装置１０との接触部位を区別するためにランププレート３７及び／又は可動シーブ３３に溝を設ける等の特殊な構造）を要することない。単純に従来のウエイト装置に置き換えて用いることにより、応答性、燃費等の性能を向上することができる。

また、ベルト式自動変速装置の応答性等を改善するためには、ウエイト装置１０が可動シーブ３３を移動させる推力を大きくすることが望ましい。

これに関して、本実施形態のウエイト装置１０の転動体１３と、可動シーブ３３及びランププレート３７との接線が成す角の角度（くさび角度と呼ぶ）を考える。これはウエイト装置１０の位置によって変化するが、例えばエンジンの回転数が小さい状態である図４では４０°、回転数が大きい状態である図５では７５．３°となっている。同様に、従来のウエイト装置２０と、可動シーブ３３及びランププレート３７との接線が成す角の角度をくさび角度とする。エンジンの回転数が小さい状態である図６では４０°、回転数が大きい状態である図７では８５．８°となっている。

ベルト式自動変速装置の動作時において、ウエイト装置の遠心力が同じ（つまり、ウエイト装置の重量及び半径方向位置が同じ）であれば、くさび角度が小さい方が、可動シーブを移動させる推力は大きくなる。例えば、図４においてウエイト装置１０が上向き（垂直方向）に移動しようとするとき、くさび角度が小さいほど、可動シーブ３３に対して水平方向に加わる力は大きくなる。従って、くさび角度は小さくすることが望ましい。

エンジンの回転数が小さい図４及び図６の場合には、本実施形態のウエイト装置１０及び従来のウエイト装置２０のいずれについても、くさび角度は４０°である。これに対し、エンジンの回転数が大きい図５及び図７の場合、本実施形態のウエイト装置１０のくさび角度は７５．３°であり、従来のウエイト装置２０のくさび角度が８５．８°であるのに対して小さい。これにより、特に回転数が大きい場合において、くさび角度を小さくして可動シーブに加わる推力を大きくすることができる。

尚、円筒形状である従来のウエイト装置２０について、径を小さくすることにより、くさび角度を小さくして発生する推力を本実施形態のウエイト装置１０と同等にすることはできる。しかし、この場合、可動シーブ３３の移動量が小さくなり、速比が小さくなってしまう。

このように、円筒形状のウエイト装置２０では径の値によってくさび角度及び速比が決まってしまう。これに対し、複数の転動体１３を有する本実施形態のウエイト装置１０では設計の自由度が高くなり、くさび角度及び及び速比のような複数の要素についていずれも望ましいように設定することができる。

次に、図８は、本実施形態（実施例）のウエイト装置１０について、２輪用変速ユニットに搭載し、急加速・急減速を繰り返すキックダウン走行をさせた際の、可動シーブの応答性及び車両の加速特性を示す。また図９は、比較例のウエイト装置２０について、同様の試験の結果を示す。いずれも、実線が駆動側の回転数（回転／分）、破線が駆動側（Ｄｒ）と従動側（Ｄｎ）との速比（Ｄｒ／Ｄｎ）を示す。

図８及び図９において、横向の両矢印は、十回目の急加速の可動シーブ３３が応答するまでの時間を示す。この時間が、図９（比較例、ウエイト装置２０）の場合は１２５秒程度であるのに対し、図８（実施例、ウエイト装置１０）の場合は１１０秒程度であり、本実施形態の方が明らかに短い。つまり、本実施形態のウエイト装置１０の方が、駆動側の回転数の変化に対してより迅速に可動シーブ３３が応答し、短時間で急加減速サイクルを達成できる。これは、前記の通り、ウエイト装置１０が移動する際の抵抗が小さいことによると考えられる。

また、加速時における駆動側の回転数のピーク同士を比較すると、図８の実施例では８０００回転／分程度であり、図９の比較例における８２００〜８３００回転／分程度よりも小さい。更に、速比については、実施例の方が比較例よりも最大値が大きい。従って、実施例のウエイト装置１０の方が、比較例のウエイト装置２０に比べ、低い回転数において高い速比まで迅速に応答している。

次に、図１０には、実施例及び比較例について、エンジンの回転数及び速比の関係を示す。実線が回転数、破線が速比であり、また、太線が実施例、細線が比較例である。図１１には、実施例及び比較例について車速及び速比の関係を示す。実線が車速、破線が回転数であり、また、太線が実施例、細線が比較例である。車速とは、二輪車の走行速度を意味している。

図１０から、比較例よりも実施例の方が、小さい回転数において大きな速比を達成しており、且つ、短い時間で応答することが示される。図１１から、比較例よりも実施例の方が、短時間に加速を実現していることが示される。ここでは、７．８％の加速性向上が達成されている。

更に、高い速比まで可動シーブを移動させることができるので、エンジンの平均回転数を低減することが可能となり、走行燃費を向上させることができる。この具体例を表１に示す。表１に示す通り、燃料の噴射時間より推定した省燃費効果は、WMTC（The World-wide Motorcycle Test Cycle）モード値のクラス１において３．７０％、クラス２−１において５．８９％である。

また、ベルト式自動変速装置にウエイト装置１０が組み込まれ、遠心力が加わって動作する際には、３つの転動体１３が可動シーブ３３及びランププレート３７に接した状態が安定して維持されることが望ましい。このためには、ウエイト装置１０の重心の位置が重要である。そこで、ウエイト装置１０において、側板部１１の形状、軸１２の配置等を設計することにより、ウエイト装置１０の重心の位置を望ましい位置に設定することができる。

（第２の実施形態）
以下、本開示の第２の実施形態について図面を参照して説明する。

図１２は、本実施形態の例示的ウエイト装置４０を模式的に示す図である。また、図１３は、図１におけるXIII-XIII線による断面を示す図である。

図１２及び図１３に示すように、ウエイト装置４０は、平行に設けられた２枚の側板部４１と、当該側板部４１同士を接続するように設けられた複数の軸４２と、軸４２に設けられた転動体４３とを含む。ここで、側板部は円形で且つ外径と同心円の穴が開けられた環状である。また、軸４２は８本備えられ、側板部４１の外径と同心円の円周上に均等に配置されている。更に、全ての軸４２に転動体４３が設けられている。軸４２が配置される円の直径は例えば１５ｍｍ、転動体の直径は例えば５ｍｍ、ウエイト装置４０の厚さ（軸４２の長さ）は例えば１２．６ｍｍである。これら寸法は一例であり、使用する変速装置等に応じて設定すれば良い。

側板部４１、軸４２及び転動体４３について、材料は第１の実施形態のウエイト装置１０と同様である。

次に、図１４及び図１５に、本実施形態のウエイト装置４０をベルト式自動変速装置に用いた状態を示す。図１４及び図１５は第１の実施形態における図４及びお図５に対応し、エンジンの回転数が小さい状態及び大きい状態である。

ウエイト装置４０についても、可動シーブ３３及びランププレート３７に対して異なる転動体４３が接することができる。この結果、ウエイト装置４０が自動変速装置の径方向外側に移動する（図１４の位置から図１５の位置に移動する）際に、可動シーブ３３及びランププレート３７に対していずれも転動体４３が転がりながら移動することができる。従って、ウエイト装置４０は小さな転がり抵抗により移動することができる。

尚、図１４に示す回転数が小さい場合について、図４と同様に可動シーブ３３とランププレート３７との所定箇所同士の距離Ｅは３７ｍｍである。これに対し、回転数が大きい図１５の場合、同じ箇所同士の寸法Ｆは５１ｍｍである。従って、可動シーブ３３の軸長方向の移動距離は１４ｍｍである。これは、図６及び図７に示す比較例では移動距離が１２ｍｍであるのに対して、２ｍｍ大きくなっている。この結果、自動変速装置のプーリ径の変化、ひいては速比が大きくなり、高速走行時にエンジンの回転数を低くして燃費を向上させることができる。

また、多数（具体例として８本）の軸４２を円周上に均等に配置した構造であるから、自動変速装置の取り付ける際に方向の制約が無く、容易に取り付けることができる。

尚、軸４２（及び転動体４３）の数は、実施例の８個には限らない。６個程度あれば前記のような取付の際に方向の制約が無いとの効果が実現される。上限は、ウエイト装置４０、軸４２及び転動体４３の寸法にもよるが、実用的には１２個程度である。

尚、本実施形態のウエイト装置４０を用いた場合、エンジンの回転数が大きい際（図１５）には「くさび角度」は従来のウエイト装置２０（図７）よりも大きくなっている。従って可動シーブ３３に加わる推力は小さくなるが、速比の向上の方が優先される用途も存在するので、このような構成とすることも考えられる。

本開示のウエイト装置は、応答の迅速性、速比の変化範囲等の性能に優れるので、自動変速装置に用いるウエイト装置として有用である。

１０ ウエイト装置
１１ 側板部
１２ 軸
１３ 転動体
１３ａ 転動体
１３ｂ 転動体
１３ｃ 転動体
２０ ウエイト装置
３０ ベルト式自動変速装置
３１ 固定シーブ
３２ 回転軸
３３ 可動シーブ
３４ ウエイト装置
３５ プーリ
３７ ランププレート
３９ Ｖベルト
４０ ウエイト装置
４１ 側板部
４２ 軸
４３ 転動体

Claims (7)

1. ２つの側板部と、
   前記２つの側板部を接続するように設けられた複数の軸と、
   前記複数の軸のうちの少なくとも２つにそれぞれ設けられた転動体とを備えることを特徴とするウエイト装置。
2. 請求項１のウエイト装置において、
   前記転動体は、転がり軸受又は滑り軸受により回転可能とされていることを特徴とするウエイト装置。
3. 請求項１又は２のウエイト装置において、
   前記転動体の少なくとも外周部分は、樹脂からなることを特徴とするウエイト装置。
4. 請求項１〜３の少なくとも一つにおいて、
   前記ウエイト装置の重心は、前記ウエイト装置の中心軸とは異なる位置にあることを特徴とするウエイト装置。
5. 請求項１〜４の少なくとも一つにおいて、
   菱形状に配置された四つの軸を備え、
   前記菱形の長い方の対角線上の二つの軸にはそれぞれ前記転動体を備えると共に、短い方の対角線上の二つの軸には一方のみに前記転動体を備えることを特徴とするウエイト装置。
6. 請求項１〜３の少なくとも一つにおいて、
   同一円周上に均等に配置された複数の前記軸を備え、当該複数の軸のそれぞれに前記転動体が設けられていることを特徴とするウエイト装置。
7. 請求項１〜６の少なくとも一つにおいて、
   固定シーブ、可動シーブ及びランププレートを有するベルト式自動変速装置に用いた際に、前記ランププレート及び前記可動シーブのうち、前記ランププレートのみに接触する前記転動体及び前記可動シーブのみに接触する転動体を含むことを特徴とするウエイト装置。

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