JP2014152808A - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 車両用動力伝達装置のコネクティングロッドの重量増加を最小限に抑えながら、そのコネクティングロッドの大端部に圧入されるベアリングの真円度を確保する。
【解決手段】 コネクティングロッド19の連結部19cには軸方向両表面に貫通する貫通孔19dが形成され、大端部19aの外周面Pbの中心Obは内周面Paの中心Oaに対して小端部19b側に偏心し、大端部19aに臨む貫通孔19dの内縁部Eaは外周面Pbと中心Obを共有する円弧であるので、大端部19aの剛性が円周方向に急変するのを防止することで、圧入反力を円周方向に緩やかに変化させてベアリング20の真円度を高めることができる。しかも大端部19aの全体を肉厚にしてベアリング20の真円度を高める場合に比べて、コネクティングロッド19の重量や寸法の増加を最小限に抑えることができる。
【選択図】 図7

Description

本発明は、往復運動するコネクティングロッドおよびワンウェイクラッチを介して入力軸から出力軸に駆動力を伝達するクランク式の無段変速機を備える車両用動力伝達装置に関する。
エンジンに接続された入力軸と一体に回転する偏心ディスクにコネクティングロッドの大端部を接続するとともに、コネクティングロッドの小端部をワンウェイクラッチを介して出力軸に接続し、偏心ディスクの偏心回転により発生するコネクティングロッドの往復運動をワンウェイクラッチによって出力軸の一方向の回転運動に変換する車両用動力伝達装置が、下記特許文献1により公知である。
特表2005−502543号公報
ところで、上記従来の車両用動力伝達装置は、入力軸に設けた偏心ディスクの外周面にボールベアリングのインナーレースを圧入し、このボールベアリングのアウターレースにコネクティングロッドの大端部の内周面を圧入している。コネクティングロッドは大端部および小端部を連結する連結部を有するため、コネクティングロッドの大端部の剛性は円周方向に一定にはならず、連結部に接続する部分の剛性が局部的に高くなる。そのため、ボールベアリングのアウターレースにコネクティングロッドの大端部を圧入したとき、大端部の剛性が高い部分に接するアウターレースは大きい圧入反力を受け、大端部の剛性が低い部分に接するアウターレースは小さい圧入反力を受けることになり、この圧入反力の差によりボールベアリングが歪んで真円度が低下してしまい、ボールベアリングのフリクションが増加したり耐久性が低下したりする問題がある。
これを回避するには、コネクティングロッドの大端部の肉厚を全体的に増加させて剛性を高めれば良いが、このようにするとコネクティングロッドの重量や寸法が増加する問題がある。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車両用動力伝達装置のコネクティングロッドの重量増加を最小限に抑えながら、そのコネクティングロッドの大端部に圧入されるベアリングの真円度を確保することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、駆動源に接続された入力軸と、前記入力軸と平行に配置された出力軸と、前記出力軸に揺動可能に支持された揺動リンクと、前記出力軸および前記揺動リンク間に配置され、該揺動リンクが一方向に揺動したときに係合して他方向に揺動したときに係合解除するワンウェイクラッチと、前記入力軸と一体に偏心回転する偏心ディスクと、前記偏心ディスクの偏心量を変更する変速アクチュエータと、前記偏心ディスクおよび前記揺動リンクを接続するコネクティングロッドとを備える車両用動力伝達装置であって、前記コネクティングロッドは、前記偏心ディスクの外周面に設けたベアリングに圧入される環状の大端部と、前記揺動リンクに接続される小端部と、前記大端部および前記小端部を連結する連結部とを備え、前記連結部には軸方向両表面に貫通する貫通孔が形成され、前記大端部の外周面の中心は内周面の中心に対して前記小端部側に偏心し、前記大端部に臨む前記貫通孔の内縁部は前記外周面と中心を共有する円弧であることを特徴とする車両用動力伝達装置が提案される。
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記貫通孔の内縁部の半径は前記大端部の外周面の半径よりも小さいことを特徴とする車両用動力伝達装置が提案される。
また請求項3に記載された発明によれば、請求項1または請求項2の構成に加えて、前記貫通孔の外縁部は前記大端部の外周面に接線状に連なることを特徴とする車両用動力伝達装置が提案される。
尚、実施の形態のボールベアリング20は本発明のベアリングに対応し、実施の形態のエンジンEは本発明の駆動源に対応する。
請求項1の構成によれば、駆動源に接続された入力軸が回転すると、入力軸と一体に偏心回転する偏心ディスクに大端部を接続されたコネクティングロッドが往復運動し、コネクティングロッドの小端部に接続された揺動リンクが往復揺動する。揺動リンクが一方向に揺動するとワンウェイクラッチが係合し、揺動リンクが他方向に揺動するとワンウェイクラッチが係合解除するため、コネクティングロッドの往復運動が出力軸の一方向に回転運動に変換される。変速アクチュエータで偏心ディスクの偏心量を変更すると、コネクティングロッドの往復運動のストロークが変化して揺動リンクの揺動角が変化するため、入力軸の回転が変速されて出力軸に伝達される。
コネクティングロッドは、偏心ディスクの外周面に設けたベアリングに圧入される環状の大端部と、揺動リンクに接続される小端部と、大端部および小端部を連結する連結部とを備えるので、コネクティングロッドの大端部の剛性が連結部に接続する部分で局部的に高くなり、コネクティングロッドの大端部をベアリングに圧入したときに、圧入反力の不均衡によりベアリングが撓んで真円度が低下する可能性がある。
しかしながら、コネクティングロッドの連結部には軸方向両表面に貫通する貫通孔が形成され、大端部の外周面の中心は内周面の中心に対して小端部側に偏心し、大端部に臨む貫通孔の内縁部は外周面と中心を共有する円弧であるので、大端部の剛性が円周方向に急変するのを防止することで、圧入反力を円周方向に緩やかに変化させてベアリングの真円度を高めることができる。しかも大端部の全体を肉厚にしてベアリングの真円度を高める場合に比べて、コネクティングロッドの重量や寸法の増加を最小限に抑えることができる。
また請求項2の構成によれば、貫通孔の内縁部の半径は大端部の外周面の半径よりも小さいので、連結部に接続する部分で過大になった大端部の剛性を、貫通孔の内縁部の半径を縮小することで低減し、大端部の剛性を円周方向に均一化してベアリングの真円度を一層高めることができる。
また請求項3の構成によれば、貫通孔の外縁部は大端部の外周面に接線状に連なるので、大端部および連結部が接続する部分におけるコネクティングロッドの肉厚の変化を最小限に抑え、ベアリングが大端部から受ける圧入反力を円周方向に更に均一化してベアリングの真円度を一層高めることができる。
車両用動力伝達装置のスケルトン図。 図1の2部詳細図。 図2の3−3線断面図(TOP状態)。 図2の3−3線断面図(LOW状態)。 TOP状態での作用説明図。 LOW状態での作用説明図。 コネクティングロッドの形状を示す図。 実施の形態および比較例1〜3の大端部の真円度を比較する図。 実施の形態および比較例4の大端部の真円度を比較する図。 実施の形態および比較例5を比較する図。
以下、図1〜図10に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1に示すように、エンジンEの駆動力を左右の車軸10,10を介して駆動輪W,Wに伝達する車両用動力伝達装置は、クランク式の無段変速機TおよびディファレンシャルギヤDを備える。
次に、図2〜図6に基づいて無段変速機Tの構造を説明する。
図2および図3に示すように、本実施の形態の無段変速機Tは同一構造を有する複数個(実施の形態では4個)の動力伝達ユニットU…を軸方向に重ね合わせたもので、それらの動力伝達ユニットU…は平行に配置された共通の入力軸11および共通の出力軸12を備えており、入力軸11の回転が減速または増速されて出力軸12に伝達される。
以下、代表として一つの動力伝達ユニットUの構造を説明する。エンジンEに接続されて回転する入力軸11は、電動モータのような変速アクチュエータ14の中空の回転軸14aの内部を相対回転自在に貫通する。変速アクチュエータ14のロータ14bは回転軸14aに固定されており、ステータ14cはケーシングに固定される。変速アクチュエータ14の回転軸14aは、入力軸11と同速度で回転可能であり、かつ入力軸11に対して異なる速度で相対回転可能である。
変速アクチュエータ14の回転軸14aを貫通した入力軸11には第1ピニオン15が固定されており、この第1ピニオン15を跨ぐように変速アクチュエータ14の回転軸14aにクランク状のキャリヤ16が接続される。第1ピニオン15と同径の2個の第2ピニオン17,17が、第1ピニオン15と協働して正三角形を構成する位置にそれぞれピニオンピン16a,16aを介して支持されており、これら第1ピニオン15および第2ピニオン17,17に、円板形の偏心ディスク18の内部に偏心して形成されたリングギヤ18aが噛合する。
コネクティングロッド19は、大端部19aと、小端部19bと、大端部19aおよび小端部19bを連結する連結部19cとを備える。大端部19aは偏心ディスク18の外周にボールベアリング20を介して相対回転自在に嵌合し、小端部19bは出力軸12の外周に揺動可能支持された揺動リンク13にピン26を介して枢支される。
出力軸12および揺動リンク13間に配置されたワンウェイクラッチ21は、揺動リンク13の内周面に圧入された環状のアウター部材22と、アウター部材22の内部に配置されて出力軸12に固定されたインナー部材23と、アウター部材22とインナー部材23との間に形成された楔状の空間に配置されてエンゲージスプリング24…で付勢されたローラ25…とを備える。
図2から明らかなように、4個の動力伝達ユニットU…はクランク状のキャリヤ16を共有しているが、キャリヤ16に第2ピニオン17,17を介して支持される偏心ディスク18の位相は各々の動力伝達ユニットUで90°ずつ異なっている。例えば、図2において、左端の動力伝達ユニットUの偏心ディスク18は入力軸11に対して図中上方に変位し、左から3番目の動力伝達ユニットUの偏心ディスク18は入力軸11に対して図中下方に変位し、左から2番目および4番目の動力伝達ユニットU,Uの偏心ディスク18,18は上下方向中間に位置している。
図1〜図6ではコネクティングロッド19の形状が模式的に示されているが、コネクティングロッド19の実際の形状を図7に基づいて詳細に説明する。
コネクティングロッド19の大端部19aは、半径Raの内周面Paと、Raよりも大きい半径Rbの外周面Pbとを備えており、内周面Paの中心Oaに対して外周面Pbの中心Obは距離aだけ小端部19b側に偏倚している。従って、大端部19aの径方向の肉厚は円周方向に不均一であり、小端部19bから遠い側で肉厚が小さくなり、小端部19bに近い側で肉厚が大きくなる。
三角形状の連結部19cの中央には、コネクティングロッド19の軸方向両両面に貫通する三角形状の貫通孔19dが形成されており、貫通孔19dが大端部19aに臨む内縁部Eaは、大端部19aの外周面Pbと中心Obを共有する半径Rcの円弧で構成される。貫通孔19dの内縁部Eaの半径Rcは、大端部19aの外周面Pbの半径Rbよりも距離bだけ小さく設定されている。
連結部19cは、小端部19b側から大端部19a側に向けて相互に拡開しながら延びる2つの外縁部Eb,Ebを備えており、外縁部Eb,Ebは大端部19aの外周面Pbに接線状に接続している。
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
先ず、無段変速機Tの一つの動力伝達ユニットUの作用を説明する。変速アクチュエータ14の回転軸14aを入力軸11に対して相対回転させると、入力軸11の軸線L1まわりにキャリヤ16が回転する。このとき、キャリヤ16の中心O、つまり第1ピニオン15および2個の第2ピニオン17,17が成す正三角形の中心は入力軸11の軸線L1まわりに回転する。
図3および図5は、キャリヤ16の中心Oが第1ピニオン15(つまり入力軸11)に対して出力軸12と反対側にある状態を示しており、このとき入力軸11に対する偏心ディスク18の偏心量が最大になって無段変速機TのレシオはTOP状態になる。図4および図6は、キャリヤ16の中心Oが第1ピニオン15(つまり入力軸11)に対して出力軸12と同じ側にある状態を示しており、このとき入力軸11に対する偏心ディスク18の偏心量が最小になって無段変速機TのレシオはLOW状態になる。
図5に示すTOP状態で、エンジンEで入力軸11を回転させるとともに、入力軸11と同速度で変速アクチュエータ14の回転軸14aを回転させると、入力軸11、回転軸14a、キャリヤ16、第1ピニオン15、2個の第2ピニオン17,17および偏心ディスク18が一体になった状態で、入力軸11を中心に反時計方向(矢印A参照)に偏心回転する。図5(A)から図5(B)を経て図5(C)の状態へと回転する間に、偏心ディスク18の外周に大端部19aをボールベアリング20を介して相対回転自在に支持されたコネクティングロッド19は、その小端部19bにピン26で枢支された揺動リンク13を反時計方向(矢印B参照)に揺動させる。図5(A)および図5(C)は、揺動リンク13の前記矢印B方向の揺動の両端を示している。
このようにして揺動リンク13が矢印B方向に揺動すると、ワンウェイクラッチ21のアウター部材22およびインナー部材23間の楔状の空間にローラ25…が噛み込み、アウター部材22の回転がインナー部材23を介して出力軸12に伝達されるため、出力軸12は反時計方向(矢印C参照)に回転する。
入力軸11および第1ピニオン15が更に回転すると、第1ピニオン15および第2ピニオン17,17にリングギヤ18aを噛合させた偏心ディスク18が反時計方向(矢印A参照)に偏心回転する。図5(C)から図5(D)を経て図5(A)の状態へと回転する間に、偏心ディスク18の外周に大端部19aをボールベアリング20を介して相対回転自在に支持されたコネクティングロッド19は、その小端部19bにピン26で枢支された揺動リンク13を時計方向(矢印B′参照)に揺動させる。図5(C)および図5(A)は、揺動リンク13の前記矢印B′方向の揺動の両端を示している。
このようにして揺動リンク13が矢印B′方向に揺動すると、アウター部材22とインナー部材23との間の楔状の空間からローラ25…がエンゲージスプリング24…を圧縮しながら押し出されることで、アウター部材22がインナー部材23に対してスリップして出力軸12は回転しない。
以上のように、揺動リンク13が往復揺動したとき、揺動リンク13の揺動方向が反時計方向(矢印B参照)のときだけ出力軸12が反時計方向(矢印C参照)に回転するため、出力軸12は間欠回転することになる。
図6は、LOW状態で無段変速機Tを運転するときの作用を示すものである。このとき、入力軸11の位置は偏心ディスク18の中心に一致しているので、入力軸11に対する偏心ディスク18の偏心量はゼロになる。この状態でエンジンEで入力軸11を回転させるとともに、入力軸11と同速度で変速アクチュエータ14の回転軸14aを回転させると、入力軸11、回転軸14a、キャリヤ16、第1ピニオン15、2個の第2ピニオン17,17および偏心ディスク18が一体になった状態で、入力軸11を中心に反時計方向(矢印A参照)に偏心回転する。しかしながら、偏心ディスク18の偏心量がゼロであるため、コネクティングロッド19の往復運動のストロークもゼロになり、出力軸12は回転しない。
従って、変速アクチュエータ14を駆動してキャリヤ16の位置を図3のTOP状態と図4のLOW状態との間に設定すれば、ゼロレシオおよび所定レシオ間の任意のレシオでの運転が可能になる。
無段変速機Tは、並置された4個の動力伝達ユニットU…の偏心ディスク18…の位相が相互に90°ずつずれているため、4個の動力伝達ユニットU…が交互に駆動力を伝達することで、つまり4個のワンウェイクラッチ21…の何れかが必ず係合状態にあることで、出力軸12を連続回転させることができる。
ところで、コネクティングロッド19の大端部19aの内周面Paにボールベアリング20の外周面を圧入するとき、ボールベアリング20は大端部19aの内周面Paから径方向内向きの圧入反力を受けて変形する。このとき、径方向内向きの圧入反力が円周方向に均一であれば、圧入後のボールベアリング20の真円度が確保されるが、実際には大端部19aの剛性は円周方向に不均一であり、大端部19aおよび連結部19cが接続する部分の近傍で剛性が局部的に高まるため、圧入荷重でボールベアリング20が歪んで真円度が低下する問題がある。
図8の比較例1は、内周面Paの中心Oaおよび外周面Pbの中心Obを一致させ、かつ外周面Pbの半径Rbおよび内縁部Eaの半径Rcを同じにしたもので、大端部19aの肉厚は小型化および軽量化を図るために小さく設定されており、その重量は422gである。
比較例1は、大端部19aの肉厚が薄く、しかも大端部19aおよび連結部19cが接続する部分の剛性が局部的に高まるため、その部分の圧入反力が局部的に増加してボールベアリング20が径方向内向きに変形することで、真円度が52.5μmに悪化している。真円度とは、ボールベアリング20のボールの転動軌跡の最大径および最小径の差分であて、真円の場合は真円度が0μmであり、数値が大きいほど真円度が悪いことを示している。
比較例2は、比較例1の大端部19aの肉厚を増加させたもので、その他は比較例1と同じである。比較例2は大端部19aの肉厚を増加させたことで、重量が918gに増加しており、かつ大端部19aの外周面Pbの半径R2も増加している。しかしながら、肉厚の増加により大端部19aの剛性が全体的に高まり、大端部19aおよび連結部19cが接続する部分で剛性が急変するのが緩和されるため、真円度は大幅に減少して12.5μmとなる。
比較例3は、比較例2の大端部19aの内周面Paの中心Oaに対して外周面Pbの中心Obを小端部19b側にずらしたもので、重量は比較例1および比較例2の中間の640gとなる。大端部19aおよび連結部19cが接続する部分の肉厚が増加して剛性の急変が一層緩和されるため、真円度は更に減少して9.5μmとなる。しかしながら、比較例3でも大端部19aおよび連結部19cが接続する部分で依然として剛性の不均衡が残存するため、真円度が損なわれている。
実施の形態は、比較例3の貫通孔19dの内縁部Eaの半径Rcを外周面Pbの半径Rbよりも小さくし、大端部19aが内縁部Eaに臨む部分の剛性を局部的に低下させている。これにより、実施の形態のコネクティングロッド19の重量は625gに抑えられ、かつ真円度は比較例1〜比較例3の何れよりの良好な3.8に向上する。
図9は貫通孔19dの効果を説明するもので、図9(B)に示す比較例4は実施の形態の貫通孔19dに相当する部分が貫通しておらず、薄肉のウエブ19eで塞がれている。このウエブ19eにより貫通孔19dの内縁部Eaに臨む大端部19aの剛性が著しく高まり、真円度が大幅に悪化していることが分かる。一方、図9(A)に示す実施の形態は、貫通孔19dを形成したことで貫通孔19dの内縁部Eaに臨む大端部19aの剛性が低下し、真円度が大幅に改善していることが分かる。
図10は連結部19cの外縁部Eb,Ebの効果を説明するもので、図10(B)に示す比較例5は、連結部19cの外縁部Eb,Ebが大端部19aの外周面Pbに接線状に接続せず、交差するように接続している。その結果、交差部の近傍で大端部19aの肉厚が急変し、それによる剛性の急変で真円度が悪化する問題がある。一方、図10(A)に示す実施の形態は、連結部19cの外縁部Eb,Ebが大端部19aの外周面Pbに接線状に接続するため、交差部の近傍で大端部19aの肉厚の急変が防止されて真円度が改善される。
以上のように、本実施の形態によれば、コネクティングロッド19の重量増加を最小限に抑えながら大端部19aの剛性を円周方向に均一化し、大端部19aに圧入されるボールベアリング20の真円度を確保してフリクションの低下および耐久性の向上を図ることができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、本発明のベアリングは実施の形態のボールベアリング20に限定されず、ニードルベアリング、ローラベアリング、プレーンベアリング等の任意のベアリングであっても良い。
また本発明の駆動源は実施の形態のエンジンEに限定されず、モータ・ジェネレータ等の任意の駆動源であっても良い。
11 入力軸
12 出力軸
13 揺動リンク
14 変速アクチュエータ
18 偏心ディスク
19 コネクティングロッド
19a 大端部
19b 小端部
19c 連結部
19d 貫通孔
20 ボールベアリング(ベアリング)
21 ワンウェイクラッチ
E エンジン(駆動源)
Ea 貫通孔の内縁部
Eb 連結部の外縁部
Oa 大端部の内周面の中心
Ob 大端部の外周面の中心
Pa 大端部の内周面
Pb 大端部の外周面
Rb 大端部の外周面の半径
Rc 貫通孔の内縁部の半径

Claims (3)

  1. 駆動源(E)に接続された入力軸(11)と、
    前記入力軸(11)と平行に配置された出力軸(12)と、
    前記出力軸(12)に揺動可能に支持された揺動リンク(13)と、
    前記出力軸(12)および前記揺動リンク(13)間に配置され、該揺動リンク(13)が一方向に揺動したときに係合して他方向に揺動したときに係合解除するワンウェイクラッチ(21)と、
    前記入力軸(11)と一体に偏心回転する偏心ディスク(18)と、
    前記偏心ディスク(18)の偏心量を変更する変速アクチュエータ(14)と、
    前記偏心ディスク(18)および前記揺動リンク(13)を接続するコネクティングロッド(19)とを備える車両用動力伝達装置であって、
    前記コネクティングロッド(19)は、前記偏心ディスク(18)の外周面に設けたベアリング(20)に圧入される環状の大端部(19a)と、前記揺動リンク(13)に接続される小端部(19b)と、前記大端部(19a)および前記小端部(19b)を連結する連結部(19c)とを備え、
    前記連結部(19c)には軸方向両表面に貫通する貫通孔(19d)が形成され、前記大端部(19a)の外周面(Pb)の中心(Ob)は内周面(Pa)の中心(Oa)に対して前記小端部(19b)側に偏心し、前記大端部(19a)に臨む前記貫通孔(19d)の内縁部(Ea)は前記外周面(Pb)と中心(Ob)を共有する円弧であることを特徴とする車両用動力伝達装置。
  2. 前記貫通孔(19d)の内縁部(Ea)の半径(Rc)は前記大端部(19a)の外周面(Pb)の半径(Rb)よりも小さいことを特徴とする、請求項1に記載の車両用動力伝達装置。
  3. 前記貫通孔(19d)の外縁部(Eb)は前記大端部(19a)の外周面(Pb)に接線状に連なることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の車両用動力伝達装置。
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