JP2012219869A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で出力軸の回転位置の位置決め及び保持をすることができる動力伝達装置を提供する。
【解決手段】 動力伝達装置１０の入力軸１１が駆動されないとき、出力軸１２は、ワンウェイクラッチおよびツーウェイクラッチの作用によって、正転（時計回り）方向には小さなトルクで回転可能である。出力軸１２を正転させると、出力側支持板６２に固定されたストッパピン４７ａが略扇形の出力ギア４４ａの当接面４６ａに当接し、出力軸１２が回転限界位置で位置決めされる。一方、逆転（反時計回り）方向には、出力軸１２の逆転力が入力軸１１に等速で伝達されるため、入力軸１１に接続されるモータの負荷トルクによって回転が規制される。したがって、出力軸１２は回転限界位置で保持される。
【選択図】図１１

Description

本発明は、入力軸の回転力を出力軸へ伝達する動力伝達装置に関する。

動力伝達装置は、モータ等の駆動力による入力軸の回転を等速で又は減速もしくは増速して出力軸へ伝達し、出力軸に接続された目的動作機構を駆動する。このような回転機構を備える装置では、組付け時等に回転軸の回転位置を位置決めすることが求められる。
例えば特許文献１に開示された回転位置の位置決め方法によると、「駆動用モータを逆転させて回転位置決めする際に、回転軸をその機械誤差量を含む分過回転させ、その後正規の位置へ回転させる」ことにより、最終的に常に同一方向から回転させ、バックラッシュなどの機械的誤差を測定することなく高精度に位置決めする。

特開平０５−１１１８２７号公報

しかしながら、特許文献１の回転位置の位置決め方法は、過回転分を測定するセンサ、及び、過回転分を記憶しモータ制御に反映させる演算器が必要となり、構成が複雑でコストアップする。また、位置決めされた回転位置を装置の非通電時に保持するための機構が必要となる。

ところで本出願人は、先に、動力伝達装置に係る発明を共同出願した（特願２０１１−０６３０１２）。この出願に係る発明は、入力軸の正転時と逆転時とで等速動力伝達と減速動力伝達とを自動的に切り替える動力伝達装置を提供する。
この動力伝達装置は、製造後、例えば入力軸にモータ等の駆動手段が接続された状態で保管および出荷される。そして、出荷先で出力軸が目的動作機構の一部である相手回転軸に接続される。その他、目的動作機構の修理等でこの動力伝達装置を一旦取り外した後の再組付け時に、出力軸を相手回転軸に再接続する場合等がある。

このとき、出力軸と相手回転軸との回転位置を高精度に一致させることが要求される場合には、動力伝達装置の出力軸の回転位置を位置決めする必要がある。さらに、位置決めした後、保管時や移送時に装置の自重や振動によって出力軸が不規則に回転しないよう回転位置を保持する必要がある。
したがって、特にこの動力伝達装置において、上記課題の解決は重要である。
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、簡単な構成で出力軸の回転位置の位置決め及び保持をすることができる動力伝達装置を提供することである。

請求項１に記載の動力伝達装置は、駆動手段によって駆動される入力軸の回転力を出力軸へ伝達する。ここで、入力軸の一方の回転方向への回転を「正転」とし入力軸の他方の回転方向への回転を「逆転」とすると、この動力伝達装置は、入力軸の正転時には出力軸を入力軸の回転と等速に回転させる。また、入力軸の逆転時には出力軸を入力軸の回転に対し減速して回転させる。

この動力伝達装置は、入力伝動部材、第１伝動部材、第２伝動部材、出力伝動部材、ハウジング、規制部材、一方向回転力伝達部材および二方向回転力伝達部材を備える。
入力伝動部材は、入力軸に固定され、入力軸とともに回転する。
第１伝動部材は、入力軸とは別の軸上に設けられる入力側副軸に固定され、入力伝動部材の回転を伝達されて入力側副軸とともに回転する。
第２伝動部材は、出力軸とは別の軸上に設けられる出力側副軸に固定され、出力側副軸とともに回転する。
出力伝動部材は、出力軸に固定され、第２伝動部材の回転を伝達されて出力軸とともに回転する。
上記の各伝動部材として、具体的には歯車、プーリ等を用いることができる。
ハウジングは、入力軸、出力軸、入力側副軸および出力側副軸を回転可能に支持する
規制部材は、出力伝動部材またはハウジングの一方に設けられ、出力伝動部材またはハウジングの他方に設けられる当接部に当接可能である。

一方向回転力伝達部材は、入力軸の正転時に入力軸の正転力を出力軸に伝達し、入力軸の逆転時に出力軸を空転させることが可能である。
二方向回転力伝達部材は、入力側副軸の回転力を出力側副軸に伝達し、出力側副軸の回転力に対して入力側副軸を空転させることが可能である。
一方向回転力伝達部材として、具体的にはワンウェイクラッチ等を用いることができる。また、二方向回転力伝達部材として、具体的にはツーウェイクラッチ等を用いることができる。

以上の構成による動力伝達装置は、駆動手段によって入力軸が駆動されるときには、入力軸の正転時、入力軸の正転力が一方向回転力伝達部材を経由して出力軸に伝達され、入力軸の逆転時、入力軸の逆転力が入力伝動部材、第１伝動部材、入力側副軸、二方向回転力伝達部材、出力側副軸、第２伝動部材、出力伝動部材を経由して出力軸に伝達される。

また、駆動手段による駆動が停止しているときには、出力軸を逆転させると出力軸の逆転力が一方向回転力伝達部材を経由して入力軸に伝達され、出力軸を正転させると一方向回転力伝達部材によって且つ二方向回転力伝達部材によって出力軸は空転する。そして、出力軸を正転させ規制部材を当接部に当接させることにより、出力軸のハウジングに対する回転位置を位置決め可能である。

本発明の動力伝達装置は、一方向回転力伝達部材と二方向回転力伝達部材とを使用することで、駆動手段によって入力軸が駆動されるとき、「入力軸の正転時と逆転時とで、等速動力伝達と減速動力伝達とを自動的に切り替える機構」を実現することができる。
また、駆動手段による駆動が停止しているとき、出力軸は、正転方向には小さなトルクで回転可能であり、出力軸を正転させると、規制部材が当接部に当接し、出力軸が位置決めされる。一方、逆転方向には、出力軸の逆転力が入力軸に等速で伝達されるため、入力軸に接続される駆動手段の負荷トルクによって回転が規制され、一旦位置決めされた出力軸の回転位置が保持される。このように、本発明の動力伝達装置は、簡単な構成で出力軸の回転位置の位置決め及び保持をすることができる。

請求項２に記載の発明では、規制部材はハウジングに設けられる、また、出力伝動部材は、出力軸を中心とする扇形板状に形成され、正転方向に向く壁が当接部を構成する。
これにより、規制部材および当接部の構成を具体的に示す。例えば、扇形の中心角を出力軸の要求可動範囲に応じた角度に設定することにより、出力伝動部材の大きさを最小限とし、装置を小型化、軽量化することができる。また、規制部材は、例えば、ピン等を用いることができる。

請求項３に記載の発明によると、規制部材は、出力伝動部材またはハウジングに固定される。
動力伝達装置の駆動時における出力軸の要求可動範囲が、「３６０°から規制部材等が占める領域に対応する角度を差し引いた角度」よりも小さくてよい場合には、規制部材を固定することにより、規制部材の取付構造が簡単となる。

請求項４に記載の発明によると、規制部材は、出力伝動部材またはハウジングに着脱自在に設けられる。
一方、出力軸の回転位置を位置決めするときのみ規制部材を取り付け又は係合状態とし、駆動時には規制部材を取り外し又は解除状態とすることにより、動力伝達装置の駆動時における出力軸の可動範囲を無制限とすることができる。

本発明の第１実施形態による動力伝達装置の全体断面図である。 図１のＩＩ方向の矢視図である。 図１のＩＩＩ方向の矢視図である。 本発明の動力伝達装置が適用される可変圧縮比エンジンの模式図である。 ワンウェイクラッチを説明する説明図である。 ツーウェイクラッチを説明する説明図である。 （ａ）：カップリングおよびスプリングの斜視図である。（ｂ）：入力軸が停止から正転に切り替わったときのカップリングの模式断面図である。（ｃ）：入力軸が正転から停止または逆転に切り替わったときのカップリングの模式断面図である。 本発明の第１実施形態による動力伝達装置の（ａ）入力軸正転時の作動メカニズム、（ｂ）入力軸逆転時の作動メカニズムを示す模式図である。 （ａ）：比較例の動力伝達装置のタイミングチャートである。（ｂ）：本発明の第１実施形態による動力伝達装置のタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態による動力伝達装置の（ａ）出力軸正転時の作動メカニズム、（ｂ）出力軸逆転時の作動メカニズムを示す模式図である。 本発明の第１実施形態による動力伝達装置の出力側模式図である。 本発明の第１実施形態の変形例による動力伝達装置の出力側模式図である。 本発明の第２実施形態による動力伝達装置の出力側模式図である。 本発明の第３実施形態による動力伝達装置の出力側模式図である。 本発明の第４実施形態による動力伝達装置の出力側模式図である。 本発明の第５実施形態による動力伝達装置の出力側模式図である。 本発明の第６実施形態による動力伝達装置の出力側模式図である。 本発明の第７実施形態による動力伝達装置の出力側模式図である。 本発明の第８実施形態による動力伝達装置の出力側模式図である。 本発明の第９実施形態による動力伝達装置の出力側模式図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第1実施形態は、自動車等に搭載され圧縮比を変更可能な可変圧縮比エンジンに本発明の動力伝達装置を適用したものである。図４に示す可変圧縮比エンジン８０は、カムカバー８１、シリンダヘッド８２、シリンダブロック８３およびロアケース８４等から構成される。シリンダブロック８３にはシリンダ８５が形成され、シリンダ８５内に往復移動可能にピストン８６が収容される。シリンダヘッド８２には、吸気通路を開閉する吸気弁８８１、排気通路を開閉する排気弁８８２が設けられる。シリンダ８５の内壁、ピストン８６の上端、吸気弁８８１および排気弁８８２に囲まれた空間は燃焼室８９を形成する。ロアケース８４内にはクランクシャフト８７１、コンロッド８７２等が収容され、ピストン８６の往復運動がクランクシャフト８７１の回転運動に変換される。
また、シリンダブロック８３には、動力伝達装置１０、モータ１７、ウォーム１８およびウォームホイール１９からなる圧縮比変更変機構が設けられている。

以下、動力伝達装置１０の入力軸側（図４の左側）から見て時計回り方向（以下「ＣＷ方向」という。）の回転を「正転」といい、反時計回り方向（以下「ＣＣＷ方向」という。）の回転を「逆転」という。
「駆動手段」としてのモータ１７の正転時、動力伝達装置１０は、モータ１７の正転力を等速でウォーム１８に伝達する。また、モータ１７の逆転時、動力伝達装置１０は、モータ１７の逆転力を減速してウォーム１８に伝達する。

図４に示す状態では、シリンダブロック８３はロアケース８４に対して最も低い位置にある。このとき、燃焼室８９の容積は最小であり、ピストン８６の移動による容積変化率が最大となる「高圧縮比」の状態である。
モータ１７の正転力がウォーム１８に伝達されると、カムカバー８１、シリンダヘッド８２およびシリンダブロック８３はロアケース８４に対して上昇し、カムカバー８１の上端位置が図中破線指示した位置に移動する。これにより、燃焼室８９の容積が増加するためピストン８６の移動による容積変化率が小さくなり「低圧縮比」の状態となる。この高圧縮比側から低圧縮比側への推移では燃焼室８９の燃焼圧がシリンダブロック８３に作用する力が同じ向きに働くことから、大きな駆動力が要求されない。そのため、動力伝達装置１０は、モータ１７の回転を等速でウォーム１８に伝達し、シリンダブロック８３を比較的高速で上昇させることができる。

続いて、モータ１７の逆転力がウォーム１８に伝達されると、カムカバー８１、シリンダヘッド８２およびシリンダブロック８３はロアケース８４に対して下降する。これにより、燃焼室８９の容積が減少するためピストン８６の移動による容積変化率が大きくなり「高圧縮比」の状態となる。この低圧縮比側から高圧縮比側への推移ではシリンダブロック８３を燃焼室８９の燃焼圧に抗して下降させる必要がある。そこで、動力伝達装置１０は、モータ１７の回転を減速し、高トルクを出力することができる。

次に、動力伝達装置１０の構成について図１〜３、図５〜７に基づいて説明する。
図１〜３に示すように、動力伝達装置１０は、主支持体６０、入力側支持板６１、出力側支持板６２、入力軸１１、出力軸１２、入力側副軸５１および出力側副軸５２等を備える。主支持体６０、入力側支持板６１および出力側支持板６２は、特許請求の範囲に記載の「ハウジング」を構成する。
入力軸１１および入力側副軸５１は、入力側支持板６１に固定された軸受６３、６４に回転可能に支持されており、出力軸１２および出力側副軸５２は、出力側支持板６２に固定された軸受６５、６６に回転可能に支持されている。さらに、出力軸１２は、主支持体６０に固定された軸受６７に回転可能に支持されており、入力側副軸５１は、主支持体６０に固定された軸受６８に回転可能に支持されている。

入力軸１１および出力軸１２は、回転軸Ｐを中心に回転する。入力側副軸５１および出力側副軸５２は、回転軸Ｐに対して略平行の回転軸Ｑを中心に回転する。入力軸１１はモータ等の動力に接続され、出力軸１２はアクチュエータ等の目的動作機構に接続される。なお、出力軸１２に代えて、あるいは出力軸１２に加えて、出力側副軸５２が目的動作機構に接続されてもよい。

入力軸１１と出力軸１２とは、カップリング２０およびワンウェイクラッチ３０を介して連結されている。カップリング２０は、入力ロータ２１、中間ロータ２３およびスプリング２９から構成され、入力軸１１と中間軸１３との間に回転時間差を発生させる。ワンウェイクラッチ３０は、中間ロータ２３と一体に形成された内輪３２としての中間軸１３、及び出力軸１２と一体に形成された外輪３１等から構成される。ワンウェイクラッチ３０は、入力軸１１の正転時、中間軸１３の正転力を出力軸１２に伝達し、入力軸１１の逆転時、中間軸１３に対して出力軸１２を空転させる。また、入力側副軸５１と出力側副軸５２とは、ツーウェイクラッチ５０を介して連結されている。カップリング２０、ワンウェイクラッチ３０およびツーウェイクラッチ５０の詳細については後述する。

入力軸１１には入力ギア４１が固定され、入力側副軸５１には第１ギア４２が固定されている。また、出力側副軸５２には第２ギア４３が固定され、出力軸１２には略扇形の出力ギア４４ａが固定されている。
ギア４１〜４４ａは平歯車であり、入力ギア４１と第１ギア４２とが噛み合い、第２ギア４３と出力ギア４４ａとが噛み合う。第１ギア４２の歯数は入力ギア４１の歯数より多く、第１ギア４２のピッチ円直径は入力ギア４１のピッチ円直径より大きい。したがって、入力軸１１の回転は、回転方向が反対となるとともに減速されて入力側副軸５１に伝達される。また、出力ギア４４ａの歯数を全周に換算した歯数は第２ギア４３の歯数より多く、出力ギア４４ａのピッチ円直径は第２ギア４３のピッチ円直径より大きい。したがって、出力側副軸５２の回転は、回転方向が反対となるとともに減速されて出力軸１２に伝達される。

ここで、図５を参照して、ワンウェイクラッチの具体的な構成を説明する。
ワンウェイクラッチ３０は、外輪３１、内輪３２、複数のコロ３３およびスプリング３４から構成される。複数のコロ３３は、外輪３１と内輪３２とに挟まれる環状の隙間に配置されている。外輪３１の内壁に、各コロ３３に対応するくさび部３１ａが形成されている。くさび部３１ａは、周方向の一方（図のＣＷ方向）でコロ３３が噛み込み、周方向の他方（図のＣＣＷ方向）でコロ３３がフリーとなる形状に形成されている。スプリング３４は、コロ３３とコロ３３との間に設けられ、コロ３３を外輪３１側へ押し付けている。
図５（ａ）に示すスタンバイ状態において、外輪３１および内輪３２は停止しており、コロ３３はくさび部３１ａに押し付けられている。

図５（ｃ）は、駆動軸である内輪３２が外輪３１に対してＣＷ方向に回転した場合を示し、図５（ｄ）は、駆動軸である外輪３１が内輪３２に対してＣＣＷ方向に回転した場合を示す。いずれの場合も、図中実線矢印で示すように、コロ３３がくさび部３１ａに噛み込み、駆動軸の回転力がコロ３３を介して相手側の軸に伝達される。ここで、内輪３２の回転数をＲｉｎ、外輪３１の回転数をＲｏｕｔとし、ＣＷ方向の回転を正、ＣＣＷ方向の回転を負とすると、「Ｒｉｎ＞Ｒｏｕｔ」のとき、動力伝達状態が成立する。

次に、図５（ｅ）は、駆動軸である内輪３２が外輪３１に対してＣＣＷ方向に回転した場合を示し、図５（ｆ）は、駆動軸である外輪３１が内輪３２に対してＣＷ方向に回転した場合を示す。いずれの場合も、図中破線矢印および「×」印で示すように、コロ３３が外輪３１と内輪３２との間を滑り、駆動軸の回転力は伝達されず、相手軸は空転する。つまり、「Ｒｉｎ＜Ｒｏｕｔ」のとき、空転状態が成立する。

要するに、外輪３１または内輪３２の一方が停止している場合を含め、「外輪３１と内輪３２との相対回転」の方向によって動力伝達状態となるか空転状態となるかが決まる。
また、図５（ｂ）に示すように、コロ３３がくさび部３１ａから離れた状態からくさび部３１ａに噛み込み空転状態から動力伝達状態に移行するとき、または、逆に動力伝達状態から空転状態に移行するときには、所定の切替角度λ１の回転が必要である。切替角度λ１は、いわゆるバックラッシュに相当する。

次に、図６を参照して、ツーウェイクラッチ５０の具体的な構成を説明する。
図１のＶＩａ部拡大図である図６（ａ）に示すように、ツーウェイクラッチ５０は、外輪としての入力側副軸５１、内輪としての出力側副軸５２、コロ５３、保持器５４、摺動ばね５５、ケース５６等から構成される。
保持器５４は、コロ５３を保持する。摺動ばね５５は、径方向内側の端部５５ａが保持器５４に引っ掛かり、径方向外側の摺動部５５ｂがケース５６内壁に当接して突っ張る。ケース５６は主支持体６０に固定され、入力側副軸５１の径方向外側を保持するとともに、軸受５７を介して出力側副軸５２を回転可能に支持している。

図６（ｂ）は、入力側副軸（外輪）５１が駆動軸として回転する場合を示す。このとき、保持器５４は、ケース５６と摺動ばね５５間の摺動抵抗によりその場に留まろうとするため、コロ５３は、入力側副軸５１の回転方向に対して反対方向へ相対回転する。コロ５３が反対方向に移動しくさび部５１ａに噛み込むと、入力側副軸５１の回転がコロ５３を介して出力側副軸５２へ伝達される。ここで、入力側副軸５１の回転数をＳｉｎ、出力側副軸５２の回転数をＳｏｕｔとすると、入力側副軸５１の回転方向に関係なく、「Ｓｉｎ＞Ｓｏｕｔ」のときには入力側副軸５１から出力側副軸５２へ回転力が伝達する。

図６（ｃ）は、出力側副軸（内輪）５２が駆動軸として回転する場合を示す。このとき、保持器５４および入力側副軸５１は動かない。コロ５３は、入力側副軸５１の径方向内側の凹部５１ｂに位置し、入力側副軸５１および出力側副軸５２に噛み合うことができないため、出力側副軸５２のみが回転する。したがって、出力側副軸５２の回転方向に関係なく、「Ｓｉｎ＜Ｓｏｕｔ」のときには出力側副軸５２から入力側副軸５１へ回転力が伝達せず、入力側副軸５１は空転する。
また、ワンウェイクラッチ３０と同様、ツーウェイクラッチ５０が空転状態から動力伝達状態に移行するとき、または、動力伝達状態から空転状態に移行するとき、バックラッシュに相当する所定の切替角度λ２の回転が必要である。

次に、図７を参照して、カップリング２０の構成を説明する。
図７（ａ）に示すように、カップリング２０は、円柱状の入力ロータ２１と中間ロータ２３、及びコイル状のスプリング２９から構成される。入力ロータ２１は入力軸１１と同軸かつ一体に設けられる。中間ロータ２３は中間軸１３と同軸かつ一体に設けられる。
図７（ｂ）に示すように、入力ロータ２１は、中間ロータ２３側の端面に突起する２つの扇形状の突起部２２を設けている。一方、中間ロータ２３は、入力ロータ２１側の端面に２つの扇形状のストッパ部２４を設けている。突起部２２およびストッパ部２４は、それぞれ回転軸Ｐに対して対象に配置される。突起部２２は、ストッパ部２４同士の周方向の間に、ストッパ部２４に対して所定の遊び角度θの範囲で相対回転可能に配置される。

すなわち、突起部２２は、ストッパ部２４のＣＷ側の外壁２５に当接する「初期位置」からストッパ部２４のＣＣＷ側の外壁２６に当接する「限界位置」まで、遊び角度θだけ相対回転可能である。入力ロータ２１の正転時、突起部２２が限界位置に達すると、突起部２２はストッパ部２４の外壁２６に当接して一体に正転する。これにより、入力ロータ２１から中間ロータ２３への動力伝達が可能となる。

図７（ａ）に示すように、スプリング２９は、入力ロータ２１および中間ロータ２３の外周に設けられる爪部２７、２８に両端が係止される。スプリング２９は、入力ロータ２１が初期位置から中間ロータ２３に対して正転したとき、引っ張られて荷重を発生する。そのため、図７（ｃ）に示すように、入力ロータ２１が正転から停止または逆転に切り替わったとき、スプリング２９は、突起部２２がストッパ部２４に対して遊び角度θを確保する初期位置に戻すように、入力ロータ２１を中間ロータ２３に対してＣＣＷ方向に付勢する。

以上説明した一実施形態の構成において、入力ギア４１、第１ギア４２、第２ギア４３および出力ギア４４ａは、それぞれ、特許請求の範囲に記載の「入力伝動部材」、「第１伝動部材」、「第２伝動部材」、「出力伝動部材」に相当する。また、ワンウェイクラッチ３０は、「一方向回転力伝達部材」に相当し、ツーウェイクラッチ５０は、「二方向回転力伝達部材」に相当する。

次に、図８、図９を参照して、モータ１７によって入力軸１１が駆動されるときの動力伝達装置１０の作動を説明する。図８の太線矢印は伝達される駆動力Ｆｄを示し、中太線破線矢印は非駆動力Ｆｎを示す。細線矢印は、ＣＷ方向またはＣＣＷ方向の回転を示す。
図８（ａ）に示すように、入力軸１１の正転時、正転力は、カップリング２０を経由して中間軸１３に伝達される。すると、ワンウェイクラッチ３０において内輪３２の回転数Ｒｉｎは正の値であるから、外輪３１の回転数Ｒｏｕｔをゼロと見なせば、「Ｒｉｎ＞Ｒｏｕｔ」の関係が成立し、正転力が出力軸１２に等速で伝達される（図５（ｃ）参照）。

このとき、入力ギア４１と第１ギア４２との噛み合いにより、入力側副軸５１は減速されて逆転する。一方、出力ギア４４ａと第２ギア４３との噛み合いにより出力側副軸５２は増速されて逆転する。すると、ツーウェイクラッチ５０において内輪（出力側副軸）５２の回転数Ｓｏｕｔが外輪（入力側副軸）５１の回転数Ｓｉｎよりも大きくなる（Ｓｉｎ＜Ｓｏｕｔ）ため、出力側副軸５２が入力側副軸５１に対して空転する（図６（ｃ）参照）。

一方、図８（ｂ）に示すように、入力軸１１の逆転時、入力ギア４１と第１ギア４２との噛み合いにより、入力側副軸５１は減速されて正転する。すると、ツーウェイクラッチ５０において外輪（入力側副軸）５１の回転数Ｓｉｎが停止している内輪（出力側副軸）５２の回転数Ｓｏｕｔよりも大きくなる（Ｓｉｎ＞Ｓｏｕｔ）ため、入力側副軸５１の正転力が出力側副軸５２に伝達される（図６（ｂ）参照）。そして、第２ギア４３と出力ギア４４ａとの噛み合いにより、出力軸１２は減速されて逆転する。その結果、入力軸１１の逆転力が減速されて出力軸１２に伝達される。

このとき、入力軸１１の逆転力は、カップリング２０を経由して中間軸１３に伝達される。しかし、ワンウェイクラッチ３０において内輪３２の回転数Ｒｉｎは負の値であるから、外輪３１の回転数Ｒｏｕｔをゼロと見なせば、「Ｒｉｎ＜Ｒｏｕｔ」の関係が成立し、出力軸１２は空転する（図５（ｅ）参照）。

続いて図９を参照して、入力軸１１が逆転から正転へ切り替わるときの挙動について説明する。まず、本発明の一実施形態に対する比較例として、動力伝達装置がカップリングを備えない場合のタイミングチャートを図９（ａ）に示す。
ここで、各変数を以下のように定義する。
ｎ（１／ｓ）：入力軸１１の１秒あたりの回転数（正転を正、逆転を負とする。）
λ１（ｄｅｇ）：ワンウェイクラッチ３０の切替角度
λ２（ｄｅｇ）：ツーウェイクラッチ５０の切替角度
Ｚ（−）：入力側減速比（＝（第１ギア４２の歯数／入力ギア４１の歯数）＝（入力軸１１および中間軸１３の回転数／入力側副軸５１の回転数））
Ｔ１（ｓ）：中間軸１３（＝ワンウェイクラッチ３０の内輪３２）が切替角度λ１回転する時間
Ｔ２（ｓ）：入力側副軸５１（＝ツーウェイクラッチ５０の外輪）が切替角度λ２回転するのに対応して入力軸１１および中間軸１３が角度Ｚ×λ２回転する時間

時間Ｔ１、Ｔ２は下式１、２にて表される。
Ｔ１＝λ１／（３６０・ｎ） ・・・（式１）
Ｔ２＝Ｚ×λ２／（３６０・ｎ） ・・・（式２）
よって、Ｚ×λ２＞λ１のとき、図９（ａ）に示すようにＴ２＞Ｔ１となる。すると、入力軸１１が逆転から正転へ切り替わる時刻をｔ０とすると、ワンウェイクラッチ３０は、時刻ｔ０から時間Ｔ１後に空転状態から動力伝達状態に移行し、ツーウェイクラッチ５０は、時刻ｔ０から時間Ｔ２後に動力伝達状態から空転状態に移行する。したがって、図中斜線指示した範囲にてワンウェイクラッチ３０とツーウェイクラッチ５０とが同時に動力伝達状態となることとなり、いわゆるデッドロックが発生する。
なお、入力軸１１が正転から逆転へ切り替わるときには、ワンウェイクラッチ３０が動力伝達状態から空転状態に移行した後、ツーウェイクラッチ５０が空転状態から動力伝達状態に移行するため、デッドロックは発生しない。

この課題を解決するため、本発明の一実施形態は、遊び角度θを有するカップリング２０を備えている。ここで、遊び角度θは、下式３を満たすように設定される。
θ≧Ｚ×λ２−λ１ ・・・（式３）
Ｚ×λ２＞λ１のとき、θは正の値を取る。また、時間Ｔθを以下のように定義する。
Ｔθ（ｓ）：入力軸１１が中間軸１３に対して遊び角度θ回転する時間

言い換えれば、Ｔθは、入力軸１１が逆転から正転へ切り替わったときの中間軸１３の「追従遅れ時間」である。その結果、図９（ｂ）のタイミングチャートに示すように、ワンウェイクラッチ３０は、時刻ｔ０から時間（Ｔ１＋Ｔθ）後に空転状態から動力伝達状態に移行することとなる。よって、ワンウェイクラッチ３０とツーウェイクラッチ５０とが同時に動力伝達状態となることがなく、デッドロックの発生を回避することができる。
なお、入力軸１１が正転から逆転へ切り替わるときには、カップリング２０のスプリング２９によって突起部２２が初期位置に戻されることから、入力軸１１と中間軸１３との間に、遊び角度θによる回転時間差が生じない。したがって、図９（ａ）に示す比較例と同じ挙動をする。

以上説明したように、動力伝達装置１０は、ワンウェイクラッチ３０とツーウェイクラッチ５０とを使用することで、モータ１７によって入力軸１１が駆動されるとき、「入力軸の正転時と逆転時とで、等速動力伝達と減速動力伝達とを自動的に切り替える機構」を実現することができる。

次に、図１０、図１１を参照して、モータ１７による駆動が停止しているときの動力伝達装置１０の作動について説明する。この作動は、動力伝達装置１０の組立時やメンテナンス時に、手動、または一時的に接続される回転動力によって出力軸１２を回転するものである。図１０では、図８と同様に、太線矢印は伝達される駆動力Ｆｄを示し、中太線破線矢印は非駆動力Ｆｎを示す。細線矢印は、入力軸１１側から視たＣＷ方向（正転方向）またはＣＣＷ方向（逆転方向）の回転を示す。

図１０（ａ）に示すように、出力軸１２の正転時、正転力は、ワンウェイクラッチ３０の外輪３１に伝達される。しかし、ワンウェイクラッチ３０において外輪３１の回転数Ｒｏｕｔは正の値であり、内輪３２の回転数Ｒｉｎはゼロであるから、「Ｒｉｎ＜Ｒｏｕｔ」の関係が成立し、出力軸１２は空転する（図５（ｆ）参照）。

また、ツーウェイクラッチ５０において内輪（出力側副軸）５２の回転数Ｓｏｕｔが停止している外輪（入力側副軸）５１の回転数Ｓｉｎよりも大きくなる（Ｓｉｎ＜Ｓｏｕｔ）ため、出力側副軸５２が入力側副軸５１に対して空転する（図６（ｃ）参照）。
したがって、出力軸１２の正転力は入力軸１１に伝達されず、入力軸１１は停止したままである。

一方、図１０（ｂ）に示すように、出力軸１２の逆転時、逆転力は、ワンウェイクラッチ３０の外輪３１に伝達される。すると、ワンウェイクラッチ３０において外輪３１の回転数Ｒｏｕｔは負の値であり、内輪３２の回転数Ｒｉｎはゼロであるから、「Ｒｉｎ＞Ｒｏｕｔ」の関係が成立し、逆転力が入力軸１１に等速で伝達される（図５（ｄ）参照）。その結果、停止しているモータ１７を外力により回転させることとなるため、負荷トルク（コギングトルク）が発生する。言い換えれば、出力軸１２を逆転させるためには負荷トルクより大きい逆転トルクが必要であり、逆転トルクが負荷トルク以下の場合は出力軸１２を逆転させることができない。

なお、このとき、出力ギア４４ａと第２ギア４３との噛み合いにより、出力側副軸５２は増速されて正転する。一方、入力ギア４１と第１ギア４２との噛み合いにより、入力側副軸５１は減速されて正転する。すると、ツーウェイクラッチ５０において内輪（出力側副軸）５２の回転数Ｓｏｕｔが外輪（入力側副軸）５１の回転数Ｓｉｎよりも大きくなる（Ｓｉｎ＜Ｓｏｕｔ）ため、出力側副軸５２が入力側副軸５１に対して空転する（図６（ｃ）参照）。

図１１は、図１および図３に示された動力伝達装置１０の出力側部分を模式的に示す図であり、出力軸１２および出力側副軸５２を図１よりも細く図示している。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のｂ−ｂ断面すなわち出力軸１２および出力側副軸５２上の断面図であり、図１１（ａ）は、図１１（ｂ）のａ矢視すなわち入力軸１１側から視た図である。
なお、以下の実施形態を示す図１２〜図２０は、図１１と同様の模式図である。

図１１に示すように、扇形の出力ギア４４ａは、正転方向に向く壁が当接部４６ａを構成する。また、出力側支持板６２には、「規制部材」としてのストッパピン４７ａが固定されている。上述のように、モータ１７の非駆動時、出力軸１２は正転方向に容易に回転可能である。そこで、図１１（ａ）に示すように、略扇形の出力ギア４４ａが正転方向に回転すると、ストッパピン４７ａが当接部４６ａに当接する。このときの出力軸１２の回転位置を「回転限界位置」という。
一方、出力軸１２は、モータ１７の負荷トルクによって、図１１（ｂ）に示す逆転方向への回転が規制されるため、一旦ストッパピン４７ａが当接部４６ａに当接すると、出力ギア４４ａは容易に回転することができない。よって、出力軸１２は、「回転限界位置」に保持されることとなる。

そこで、動力伝達装置１０の製造後、出力軸１２を「回転限界位置」に保持した状態で保管、出荷等することにより、装置の自重や振動によって出力軸１２が不規則に回転することを防止することができる。そして、図４に示す可変圧縮比エンジン８０に組み付ける際、予め所定の回転位置に位置決めされたエンジン側の回転軸に出力軸１２を接続することで、回転位置を高精度に一致させることができる。

第１実施形態は、出力ギア４４ａが略扇形に形成されているため、例えば、扇形の中心角を出力軸１２の要求可動範囲に応じた角度に設定することにより、出力ギア４４ａの大きさを最小限とし、装置を小型化、軽量化することができる。また、第１実施形態は、「規制部材」等の構成の自由度が高い。例えば、「規制部材」として、ストッパピン４７ａに代えて、図１２に示す変形例のようにストッパキー４７ｊを採用してもよい。

（第２実施形態）
以下の実施形態の動力伝達装置は、第１実施形態に対し、出力ギアおよび「規制部材」の構成のみが異なる。以下の実施形態の説明では、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図１３に示すように、第２実施形態は、第１実施形態と同様、略扇形の出力ギア４４ｂは、正転方向に向く壁が当接部４６ｂを構成する。出力側支持板６２ｂには、出力ギア４４ｂの当接部４６ｂが当接可能なストッパ壁４８ｂが「規制部材」として設けられている。出力ギア４４ｂが正転すると、ストッパ壁４８ｂが当接部４６ｂに当接し、出力軸１２の回転位置が位置決めされる。
第２実施形態は、部品点数を低減することができ、また、出力側支持板６２ｂの形状を工夫することによって、動力伝達装置１０の高さ寸法を小さくすることができる。

（第３実施形態）
図１４に示すように、第３実施形態では、「規制部材」としてのストッパピン４７ｃが出力ギア４４ｃに固定されている。また、出力側支持板６２ｃには、ストッパピン４７ｃが当接可能な当接部４６ｃが設けられている。出力ギア４４ｃが正転すると、ストッパピン４７ｃが当接部４６ｃに当接し、出力軸１２の回転位置が位置決めされる。
第３実施形態は、部品点数の低減が可能であり、また、出力軸１２の可動範囲を比較的大きくすることができる。

（第４実施形態）
図１５に示すように、第４実施形態では、出力ギア４４ｄは、円弧状の穴４５ｄを有している。「規制部材」としてのストッパピン４７ｄは、先端部が穴４５ｄに嵌合し、根元部が出力側支持板６２に固定されている。出力ギア４４ｄが正転すると、ストッパピン４７ｄが穴４５ｄの内壁に形成される当接部４６ｄに当接し、出力軸１２の回転位置が位置決めされる。
第４実施形態は、出力ギア４４ｄの穴４５ｄの加工が比較的容易であり、また、部品点数の低減が可能である。

（第５実施形態）
図１６に示すように、第５実施形態では、出力ギア４４ｅは、周方向に複数の肉盗み４５ｅを有している。「規制部材」としてのストッパピン４７ｅは、先端部が複数のうち１箇所の肉盗み４５ｅに嵌合し、根元部が出力側支持板６２に固定されている。出力ギア４４ｅが正転すると、ストッパピン４７ｅが肉盗み４５ｅのリブに形成される当接部４６ｅに当接し、出力軸１２の回転位置が位置決めされる。
第５実施形態は、出力ギア４４ｅを軽量化するとともに部品点数の低減が可能である。

（第６実施形態）
図１７に示すように、第６実施形態では、出力ギア４４ｆは、中心角の比較的大きい円弧状で有底の溝４５ｆを有している。「規制部材」としてのストッパピン４７ｆは、先端部が溝４５ｆに嵌合し、根元部が出力側支持板６２に固定されている。出力ギア４４ｆが正転すると、ストッパピン４７ｆが溝４５ｆの内壁に形成される当接部４６ｆに当接し、出力軸１２の回転位置が位置決めされる。
第６実施形態は、出力ギア４４ｆの溝４５ｆが有底であるため、出力ギアの板厚を穴４５ｄや肉盗み４５ｅが貫通する第４実施形態や第５実施形態に比べ、出力ギアの強度への影響が小さい。したがって、溝４５ｆの角度を３６０°近くまで最大限に設定することができる。よって、出力軸１２の可動範囲を比較的大きくすることができる。

（第７実施形態）
上記第１〜第６実施形態では、「規制部材」としてのストッパピン等が出力側支持板６２または出力ギア４４ｃに固定されている。したがって、出力軸１２が「回転限界位置」以内の可動範囲で回転する動力伝達装置にしか適用することができない。すなわち、上記実施形態のうち可動範囲を最大とするのに最も有利な第６実施形態でさえ、出力軸１２の可動範囲が３６０°以上の装置に適用することは不可能である。

そこで、図１８に示すように、第７実施形態では、出力ギア４４ｇは渦巻き溝４５ｇを有している。「規制部材」としてのストッパピン４７ｇは、先端部が渦巻き溝４５ｇに嵌合し、また、根元部の外径およびツバ部が出力側支持板６２のガイド溝４９ｇに案内され径方向に摺動可能である。これにより、ストッパピン４７ｇが渦巻き溝４５ｇの回転に伴って径方向に摺動することで、出力ギア４４ｇは３６０°以上回転可能である。そして、出力ギア４４ｇが正転すると、ストッパピン４７ｇが渦巻き溝４５ｇの内壁に形成される当接部４６ｇに当接し、出力軸１２の回転位置が位置決めされる。このように、第７実施形態は、出力軸１２の可動範囲が３６０°以上の場合に適用することができる。

（第８実施形態）
上記第７実施形態は、出力軸１２の可動範囲が３６０°以上の装置に適応可能であるものの、許容される可動範囲は所詮有限である。それに対し、第８実施形態および次の第９実施形態では、規制部材を着脱自在とし、あるいは係合状態と解除状態とを切替可能とすることで、出力軸１２の可動範囲を無制限とすることができる。

図１９に示すように、第８実施形態では、「規制部材」としてのストッパ部材４７ｈが係合状態と解除状態とを切替可能に設けられている。動力伝達装置１０を可変圧縮比エンジン８０に組付ける前、図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、略扇形の出力ギア４４ｈが正転すると、係合状態のストッパ部材４７ｈの外壁４８ｈが出力ギア４４ｈの当接部４６ｈに当接し、出力軸１２の回転位置が位置決めされる。一方、動力伝達装置１０を可変圧縮比エンジン８０に組付けた後の駆動時には、図１９（ｃ）に示すようにストッパ部材４７ｈが出力側支持板６２に押し込まれて解除状態となり、出力軸１２は無制限に回転可能となる。

（第９実施形態）
図２０に示すように、第９実施形態では、出力ギア４４ｉは周方向に複数の肉盗み４５ｉを有している。「規制部材」としての鉤形のストッパ部材４７ｉは、複数のうち１箇所の肉盗み４５ｉのリブ４６ｉに係合可能である。動力伝達装置１０を可変圧縮比エンジン８０に組付ける前、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、出力ギア４４ｉが正転すると、係合状態のストッパ部材４７ｉの外壁４８ｉが肉盗み部４５ｉのリブに形成される当接部４６ｉに当接し、出力軸１２の回転位置が位置決めされる。一方、動力伝達装置１０を可変圧縮比エンジン８０に組付けた後の駆動時には、図２０（ｃ）に示すようにストッパ部材４７ｉが出力側支持板６２に押し込まれて解除状態となり、出力軸１２は無制限に回転可能となる。

（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態では、入力ギア４１と第１ギア４２との関係により、入力軸１１の回転は減速して入力側副軸５１に伝達される。また、第２ギア４３と出力ギア４４ａとの関係により、出力側副軸５２の回転は減速して出力軸１２に伝達される。すなわち、「減速→減速」かつ「全体として減速」の関係にある。ここで、入力軸１１の逆転時にワンウェイクラッチ３０の外輪である出力軸１２を内輪である中間軸１３に対して空転させるため、出力軸１２の回転数が入力軸１１の回転数よりも小さいこと、つまり、動力伝達装置１０が「全体として減速」することは必須の要件である。

しかし、入力軸１１と入力側副軸５１との回転数の関係、及び出力側副軸５２と出力軸１２との回転数の関係は、上記実施形態のように「減速→減速」に限らず、「等速→減速」または「減速→等速」としてもよい。あるいは、「少し増速→多いに減速」または「多いに減速→少し増速」とすることで「全体として減速」としてもよい。いずれの実施形態も、噛み合うギア同士の歯数およびピッチ円直径を調整することで実現することができる。
ここで、「等速→減速」または「少し増速→多いに減速」の場合、式２における「Ｚ」は１または１より小さい値となる。

（イ）動力伝達装置１０の説明の冒頭に述べたように、出力軸１２に代えて、あるいは出力軸１２に加えて、出力側副軸５２を目的動作機構に接続してもよい（図１参照）。これにより、２とおりの出力特性を選択または併用することができる。上記の（ア）で説明したように出力側副軸５２と出力軸１２との回転数の関係を多様に選択することで、動力伝達装置１０の適用範囲をさらに広げることができる。

（ウ）入力軸１１から出力軸１２へ回転力を伝達する各「伝動部材」は、平歯車に限らず、はすば歯車、ウォーム、遊星歯車であってもよく、あるいは、摩擦伝達、ベルトとプーリ、チェーンとスプロケット等、回転を伝達するものであれば形式を問わない。
（エ）「一方向回転力伝達部材」および「二方向回転力伝達部材」は、上記実施形態のワンウェイクラッチおよびツーウェイクラッチに限らず、他の形式のものであってもよい。例えば、ワンウェイクラッチに代えて反転防止ラチェットを用いてもよい。

（オ）上記実施形態では、ワンウェイクラッチ３０の外輪３１は出力軸１２と一体に設けられ、内輪３２は中間軸１３と一体に設けられる。しかし、外輪３１は出力軸１２と別体に形成され、同軸に結合されてもよい。また、内輪３２は中間軸１３と別体に形成され、同軸に結合されてもよい。

（カ）カップリング２０を構成する突起部２２およびストッパ部２４は上記実施形態の構成に限らず、入力ロータ２１と中間ロータ２３とを所定の遊び角度θの範囲で相対回転可能とする構成であれば、どのような構成であってもよい。
また、カップリング２０を構成する入力ロータ２１は入力軸１１と別体に形成され、同軸に結合されてもよく、中間ロータ２３は中間軸１３と別体に形成され、同軸に結合されてもよい。

（キ）ワンウェイクラッチ３０の切替角度λ１、ツーウェイクラッチ５０の切替角度λ２および入力側減速比Ｚの関係が「Ｚ×λ２≦λ１」である場合には「θ＝０」であっても式３が成立することから、遊び角度θを設ける必要がない。よって、カップリングを無くして入力軸１１と中間軸１３とを直結してもよい。その場合、入力軸１１がワンウェイクラッチ３０の内輪３２となり得る。

（ク）出力軸１２の回転位置を位置決めし保持するための規制部材および当接部の構成は、上記実施形態に限定されない。
例えば、「規制部材を着脱自在とし、あるいは係合状態と解除状態とを切替可能とする」実施形態について、上記第８および第９実施形態のようにストッパ部材を軸方向に押し込むことで係合状態を解除する形態の他、ストッパ部材を軸方向に引き抜いて係合状態を解除してもよい。また、軸方向と直角方向、すなわち出力側支持板６２の面方向に沿ってスライドまたは回転することで、係合状態と解除状態とを切り替えるようにしてもよい。

（ケ）上記実施形態では、入力軸１１側から見てＣＷ方向を「正転」、入力軸１１側から見てＣＣＷ方向を「逆転」と定義したが、その逆であってもよい。
（コ）本発明の動力伝達装置は、可変圧縮比エンジンに限らず、正逆転で入力軸と出力軸との変速比および伝達トルクを変更する種々の装置に適用可能である。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１０ ・・・動力伝達装置、
１１ ・・・入力軸、
１２ ・・・出力軸、
１３ ・・・中間軸、
１７ ・・・モータ（駆動手段）、
２０ ・・・カップリング、
３０ ・・・ワンウェイクラッチ（一方向回転力伝達部材）、
３１ ・・・外輪、
３２ ・・・内輪、
４１ ・・・入力ギア（入力伝動部材）、
４２ ・・・第１ギア（第１伝動部材）、
４３ ・・・第２ギア（第２伝動部材）、
４４ａ〜４４ｉ・・・出力ギア（出力伝動部材）、
４６ａ〜４６ｉ・・・当接部、
４７ａ〜４７ｇ・・・ストッパピン（規制部材）、
４７ｈ、４７ｉ・・・ストッパ部材（規制部材）、
４７ｊ ・・・ストッパキー（規制部材）、
５０ ・・・ツーウェイクラッチ（二方向回転力伝達部材）、
５１ ・・・入力側副軸、外輪、
５２ ・・・出力側副軸、内輪、
６０ ・・・主支持体（ハウジング)、
６２ ・・・出力側支持板（ハウジング）、
８０ ・・・可変圧縮比エンジン。

Claims (4)

1. 駆動手段によって駆動される入力軸の回転力を出力軸へ伝達し、前記入力軸の一方の回転方向への回転を正転とし前記入力軸の他方の回転方向への回転を逆転とすると、前記入力軸の正転時には前記出力軸を前記入力軸の回転と等速に回転させ、前記入力軸の逆転時には前記出力軸を前記入力軸の回転に対し減速して回転させる動力伝達装置であって、
   前記入力軸に固定され、前記入力軸とともに回転する入力伝動部材と、
   前記入力軸とは別の軸上に設けられる入力側副軸に固定され、前記入力伝動部材の回転を伝達されて前記入力側副軸とともに回転する第１伝動部材と、
   前記出力軸とは別の軸上に設けられる出力側副軸に固定され、前記出力側副軸とともに回転する第２伝動部材と、
   前記出力軸に固定され、前記第２伝動部材の回転を伝達されて前記出力軸とともに回転する出力伝動部材と、
   前記入力軸、前記出力軸、前記入力側副軸および前記出力側副軸を回転可能に支持するハウジングと、
   前記出力伝動部材または前記ハウジングの一方に設けられ、前記出力伝動部材または前記ハウジングの他方に設けられる当接部に当接可能な規制部材と、
   前記入力軸の正転時に前記入力軸の正転力を前記出力軸に伝達し、前記入力軸の逆転時に前記出力軸を空転させることが可能な一方向回転力伝達部材と、
   前記入力側副軸の回転力を前記出力側副軸に伝達し、前記出力側副軸の回転力に対して前記入力側副軸を空転させることが可能な二方向回転力伝達部材と、
   を備え、
   前記駆動手段によって前記入力軸が駆動されるとき、
   前記入力軸の正転時、前記入力軸の正転力が前記一方向回転力伝達部材を経由して前記出力軸に伝達され、前記入力軸の逆転時、前記入力軸の逆転力が前記入力伝動部材、前記第１伝動部材、前記入力側副軸、前記二方向回転力伝達部材、前記出力側副軸、前記第２伝動部材、前記出力伝動部材を経由して前記出力軸に伝達され、
   前記駆動手段による駆動が停止しているとき、
   前記出力軸を逆転させると前記出力軸の逆転力が前記一方向回転力伝達部材を経由して前記入力軸に伝達され、前記出力軸を正転させると前記一方向回転力伝達部材によって且つ前記二方向回転力伝達部材によって前記出力軸は空転し、前記出力軸を正転させ前記規制部材を前記当接部に当接させることにより、前記出力軸の前記ハウジングに対する回転位置を位置決め可能であることを特徴とする動力伝達装置。
2. 前記規制部材は、前記ハウジングに設けられ、
   前記出力伝動部材は、前記出力軸を中心とする扇形板状に形成され、正転方向に向く壁が前記当接部を構成することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 前記規制部材は、前記出力伝動部材または前記ハウジングに固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の動力伝達装置。
4. 前記規制部材は、前記出力伝動部材または前記ハウジングに着脱自在、あるいは係合状態と解除状態とを切替可能に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の動力伝達装置。

Images