JP2014202339A - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 クランク式の動力伝達ユニットに設けられたワンウェイクラッチのローラの外周面の面圧を軸方向に均一化する。
【解決手段】 クランク式の動力伝達ユニットＵの出力軸１２は、その軸方向両端部を支持する一対のベアリング４１間で動力伝達ユニットＵの数と同数に分割されて直列に接続された複数の軸要素１２Ｂからなり、ワンウェイクラッチ２１のローラ２５は、それに対応する軸要素１２Ｂの外周面１２ａに当接するので、ローラ２５の軸方向両端部は軸要素１２Ｂの軸方向両端部に近接することになる。ローラ２５との接触による中央軸要素１２Ｂの径方向の変形に対する剛性が、軸方向両端部から軸方向中央部にかけて均一化されるため、その軸方向両端部の近傍に当接するローラ２５の軸方向両端部の面圧が低減し、ローラ２５の外周面の面圧が軸方向に均一化される。
【選択図】 図８

Description

本発明は、駆動源に接続された入力軸の回転を変速して出力軸に伝達する複数の動力伝達ユニットを軸方向に並置し、前記動力伝達ユニットの各々は、前記入力軸の軸線からの偏心量が可変であって該入力軸と共に回転する入力側支点と、前記出力軸に接続されたワンウェイクラッチと、前記ワンウェイクラッチの前記アウター部材に設けた出力側支点と、前記入力側支点および前記出力側支点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に関する。

エンジンに接続された入力軸の回転をコネクティングロッドの往復運動に変換し、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回転運動に変換する複数の動力伝達ユニットを軸方向に並置した無段変速機が、下記特許文献１により公知である。

特表２００５−５０２５４３号公報

図１１は、かかる無段変速機の動力伝達ユニットに設けられたワンウェイクラッチのローラの外周面に作用する面圧最大値の軸方向の分布を示すもので、実線で示す面圧最大値はローラの軸方向両端部がピーク値を持ち、そこから軸方向中央部に向かって緩やかに減少していることが分かる。無段変速機の軸方向寸法を小型化するには、ワンウェイクラッチのローラの軸方向寸法を短縮することが望ましいが、ローラの軸方向寸法を短縮すると面圧が増加するため、ローラの軸方向両端部の面圧が最初に許容限界値（鎖線参照）を超えてしまい、それ以上の短縮が不可能になる。従って、ローラの軸方向両端部に発生する面圧のピーク値を低減して軸方向の面圧分布を均一化すれば、ローラの軸方向寸法を極限まで短縮して無段変速機の小型化を図ることができる。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、クランク式の動力伝達ユニットに設けられたワンウェイクラッチのローラの外周面の面圧を軸方向に均一化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の回転を変速して出力軸に伝達する複数の動力伝達ユニットを軸方向に並置し、前記動力伝達ユニットの各々は、前記入力軸の軸線からの偏心量が可変であって該入力軸と共に回転する入力側支点と、前記出力軸に接続されたワンウェイクラッチと、前記ワンウェイクラッチのアウター部材に設けられた出力側支点と、前記入力側支点および前記出力側支点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、前記出力軸は、その軸方向両端部を支持する一対のベアリング間で前記動力伝達ユニットの数と同数に分割されて直列に接続された複数の軸要素からなり、前記ワンウェイクラッチのローラは、それに対応する前記軸要素の外周面に当接す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、前記複数の軸要素の軸方向両端部は凹凸形状を有して相互に噛み合っており、前記ローラの軸方向の長さは、それに対応する前記軸要素の軸方向両端部に乗り上げない長さに設定され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、実施の形態の偏心ディスク１８は本発明の入力側支点に対応し、実施の形態のピン１９ｃは本発明の出力側支点に対応し、実施の形態のアンギュラボールベアリング４１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、車両用動力伝達装置の複数の動力伝達ユニットは、入力軸の軸線からの偏心量が可変であって該入力軸と共に回転する入力側支点と、ワンウェイクラッチのアウター部材に設けた出力側支点とをコネクティングロッドで接続し、ワンウェイクラッチのインナー部材を出力軸で構成したので、入力軸が回転してコネクティングロッドが往復運動すると、ワンウェイクラッチが間欠的に係合して出力軸が回転することで駆動力が伝達される。

出力軸は、その軸方向両端部を支持する一対のベアリング間で動力伝達ユニットの数と同数に分割されて直列に接続された複数の軸要素からなり、ワンウェイクラッチのローラは、それに対応する軸要素の外周面に当接するので、ローラの軸方向両端部は軸要素の軸方向両端部に近接することになる。その結果、ローラとの接触による軸要素の径方向の変形に対する剛性が、軸方向両端部から軸方向中央部にかけて均一化され、その軸方向両端部の近傍に当接するローラの軸方向両端部の面圧が低減し、ローラの外周面の面圧が軸方向に均一化される。

また請求項２の構成によれば、複数の軸要素の軸方向両端部は凹凸形状を有して相互に噛み合っているので、出力軸の形状保持や軸要素間でのトルク伝達が容易であり、しかもローラの軸方向の長さは、それに対応する軸要素の軸方向両端部に乗り上げない長さに設定されるので、隣接する軸要素の連結部に段差が発生しても、ローラが前記段差に乗り上げて面圧が急増するのを防止することができる。

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。 ワンウェイクラッチの分解斜視図。 図２の８部拡大図。 図８の９−９線断面図。 出力軸の構造を示す図。 ワンウェイクラッチのローラの面圧の軸方向分布を示すグラフ。

以下、図１〜図１１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。偏心ディスク１８の外周面に、コネクティングロッド１９のロッド部１９ａの一端に設けたリング部１９ｂがボールベアリング２０を介して相対回転自在に嵌合する。

出力軸１２の外周に設けられたワンウェイクラッチ２１は、コネクティングロッド１９のロッド部１９ａにピン１９ｃを介して枢支されたリング状のアウター部材２２と、アウター部材２２の内部に配置された出力軸１２よりなるインナー部材と、アウター部材２２と出力軸１２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。尚、ワンウェイクラッチ２１の具体的な構造は後から詳述する。

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。

次に、図７〜図９に基づいて、ワンウェイクラッチ２１の構造を説明する。尚、図３〜図６においてワンウェイクラッチ２１は模式的に図示されており、その実際の構造は図７〜図９に示されている。

本実施の形態のワンウェイクラッチ２１は、基本的に環状のアウター部材２２の円形の内周面２２ａと、インナー部材を構成する出力軸１２の波状に屈曲する外周面１２ａとの間に１２個のローラ２５…を配置したものであり、アウター部材２２の外周に設けた突出部２２ｂ，２２ｂにピン１９ｃおよびクリップ４０，４０を介してコネクティングロッド１９が接続される。

ワンウェイクラッチ２１は、ローラ２５…を付勢するエンゲージスプリング２４…を支持するためのケージ３１を備える。ケージ３１は円環状の板材からなる一対の環状部材３２，３２と、周方向に等間隔で配置されて一対の環状部３２，３２を相互に接続する１２本のスプリング支持ロッド３３…とで構成され、一対の環状部材３２，３２が１２個のローラ２５…の軸方向両側に配置され、１２本のスプリング支持ロッド３３…が１２個のローラ２５…間に配置される。環状部材３２の内周部は波状に形成されており、それが出力軸１２の波状の外周面１２ａに凹凸係合することで、ケージ３１は出力軸１２に相対回転不能に結合される。

エンゲージスプリング２４は１枚の弾性板材を断面Ｓ字状に屈曲させたもので、その一端側がケージ３１のスプリング支持ロッド３３に溶接等で固定される。

またアウター部材２２および出力軸１２の間には、ローラ２５…の軸方向両側に位置する一対のボールベアリング３４，３４が配置されており、このボールベアリング３４，３４によってアウター部材２２および出力軸１２が同芯状態を維持しながら相対回転可能に接続される。ボールベアリング３４は外輪３５および内輪３６間に複数のボール３７…を配置したものであり、外輪３５はアウター部材２２の軸方向端部に一体に形成され、内輪３６は別部材で構成されて出力軸１２の外周に固定される。尚、ボールベアリング３４…には複列ものと単列のものとがあり、４個のワンウェイクラッチ２１…の軸方向両端に位置する２個のボールベアリング３４，３４は単列であり、それ以外の３個ボールベアリング３４…は隣接する２個のワンウェイクラッチ２１，２１に共有されるために複列となる。

一方のボールベアリング３４と、ケージ３１の一方の環状部材３２との間にアキシャルスプリング３８が配置されており、アキシャルスプリング３８の内周から突出する複数の突起３８ａ…が、前記環状部材３２の内周の凹部３２ａ…間を通過してローラ２５…の端面に弾発的に当接する。またアウター部材２２の内周面に形成した環状溝２２ｃに環状のリングスプリング３９が配置されており、このリングスプリング３９はローラ２５…の周面に当接して出力軸１２の外周面１２ａに向けて付勢する。

図８および図１０に示すように、両端部を一対のアンギュラボールベアリング４１，４１を介してミッションケースに回転自在に支持された出力軸１２は、軸方向に分割された２個の端部軸要素１２Ａ，１２Ａと４個の中央軸要素１２Ｂとを直列に結合して構成される。２個の端部軸要素１２Ａ，１２Ａおよび４個の中央軸要素１２Ｂの端部は波形の凹凸部１２ｂ…が形成されており、それらの凹凸部１２ｂ…が相互に噛み合った状態で、軸方向両端に位置する２個の端部軸要素１２Ａ，１２Ａを一対のアンギュラボールベアリング４１，４１により軸方向に締め付けることで一体化される。

４個の中央軸要素１２Ｂ…の外周面１２ａ…には４個のワンウェイクラッチ２１…のローラ２５…がそれぞれ当接するが、各ローラ２５の軸方向長さは、その軸方向端部が中央軸要素１２Ｂ…の凹凸部１２ｂ…と干渉しない長さに設定される。つまり、各ローラ２５は、二つの軸要素１２Ａ，１２Ａ，１２Ｂ…に跨がるように当接することはなく、対応する一つの中央軸要素１２Ｂの外周面１２ａだけに当接する。

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の外周にリング部１９ｂ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、そのロッド部１９ａの先端にピン１９ｃで枢支されたアウター部材２２を反時計方向（矢印Ｂ参照）に回転させる。図５（Ａ）および図５（Ｃ）は、アウター部材２２の前記矢印Ｂ方向の回転の両端を示している。

このようにしてアウター部材２２が矢印Ｂ方向に回転すると、ワンウェイクラッチ２１のアウター部材２２および出力軸１２間の楔状の空間にローラ２５…が噛み込み、アウター部材２２の回転が出力軸１２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の外周にリング部１９ｂ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、そのロッド部１９ａの先端にピン１９ｃで枢支されたアウター部材２２を時計方向（矢印Ｂ′参照）に回転させる。図５（Ｃ）および図５（Ａ）は、アウター部材２２の前記矢印Ｂ′方向の回転の両端を示している。

このようにしてアウター部材２２が矢印Ｂ′方向に回転すると、アウター部材２２と出力軸１２との間の楔状の空間からローラ２５…がスプリング２４…を圧縮しながら押し出されることで、アウター部材２２が出力軸１２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、アウター部材２２が往復回転したとき、アウター部材２２の回転方向が反時計方向（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。

さて、図１０に示すように、本実施の形態の出力軸１２は、軸方向に分割された２個の端部軸要素１２Ａ，１２Ａと４個の中央軸要素１２Ｂ…とを直列に結合して構成されており、４個の中央軸要素１２Ｂ…の外周面１２ａ…に４個のワンウェイクラッチ２１…のローラ２５…がそれぞれ当接する。ローラ２５の軸方向端部が当接する中央軸要素１２Ｂの軸方向端部は分断されているため、ローラ２５との接触による中央軸要素１２Ｂの径方向の変形に対する剛性が、軸方向両端部から軸方向中央部にかけて均一化される。そのためにローラ２５の軸方向端部の面圧が低減し、図１１に破線で示すように、ローラ２５の外周面の面圧が軸方向に均一化されて面圧のピーク値が低下する。これにより、面圧のピーク値が鎖線で示す許容限界値を超えない範囲でローラ２５の軸方向長さを短縮することが可能となり、無段変速機Ｔの軸方向寸法の短縮に寄与することができる。

また端部軸要素１２Ａ，１２Ａおよび中央軸要素１２Ｂ…は波形の凹凸部１２ｂ…で相互に噛み合っているので、出力軸１２の形状保持や軸要素１２Ａ，１２Ａ，１２Ｂ…間でのトルク伝達が容易であり、しかもローラ２５…の軸方向の長さは、それに対応する中央軸要素１２Ｂ…の軸方向端部に乗り上げない長さに設定されるので、隣接する軸要素１２Ａ，１２Ａ，１２Ｂ…の連結部に段差が発生しても、ローラ２５…が前記段差に乗り上げて面圧が急増するのを防止することができる。

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、実施の形態の無段変速機Ｔは４個の動力伝達ユニットＵを備えているが、動力伝達ユニットＵの数は４個に限定されるものではない。

また本発明のベアリングは実施の形態のアンギュラギュラボールベアリング４１に限定されず、ローラベアリングのような他種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・ジェネレータのような他種の駆動源であっても良い。

１１ 入力軸
１２ 出力軸
１２ａ 外周面
１２Ｂ 中央軸要素（軸要素）
１８ 偏心ディスク（入力側支点）
１９ コネクティングロッド
１９ｃ ピン（出力側支点）
２１ ワンウェイクラッチ
２２ アウター部材
２５ ローラ
４１ アンギュラボールベアリング（ベアリング）
Ｅ エンジン（駆動源）
Ｕ 動力伝達ユニット

Claims (2)

1. 駆動源（Ｅ）に接続された入力軸（１１）の回転を変速して出力軸（１２）に伝達する複数の動力伝達ユニット（Ｕ）を軸方向に並置し、
   前記動力伝達ユニット（Ｕ）の各々は、前記入力軸（１１）の軸線からの偏心量が可変であって該入力軸（１１）と共に回転する入力側支点（１８）と、前記出力軸（１２）に接続されたワンウェイクラッチ（２１）と、前記ワンウェイクラッチ（２１）のアウター部材（２２）に設けられた出力側支点（１９ｃ）と、前記入力側支点（１８）および前記出力側支点（１９ｃ）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、
   前記出力軸（１２）は、その軸方向両端部を支持する一対のベアリング（４１）間で前記動力伝達ユニット（Ｕ）の数と同数に分割されて直列に接続された複数の軸要素（１２Ｂ）からなり、前記ワンウェイクラッチ（２１）のローラ（２５）は、それに対応する前記軸要素（１２Ｂ）の外周面（１２ａ）に当接することを特徴とする車両用動力伝達装置。
2. 前記複数の軸要素（１２Ｂ）の軸方向両端部は凹凸形状を有して相互に噛み合っており、前記ローラ（２５）の軸方向の長さは、それに対応する前記軸要素（１２Ｂ）の軸方向両端部に乗り上げない長さに設定されることを特徴とする、請求項１に記載の車両用動力伝達装置。

Images