JP2018100755A - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 クランク式の無段変速機の変速軸の外径を縮小しながら捩じれ剛性を確保する。【解決手段】 変速軸１５の外周に、ベアリング１６を支持する小径部１５ａと、歯先が小径部１５ａよりも径方向外側に突出するピニオン１８とが交互に配置されると、変速軸１５の捩じれ剛性は小径部１５ａにより減少してピニオン１８により増加するが、ピニオン１８の軸線Ｌ方向の幅Ｗｐはリングギヤ１９ｂの軸線Ｌ方向の幅Ｗｒよりも大きいので、剛性を減少させる小径部１５ａの幅Ｗｓが短くなって剛性を増加させるピニオン１８の幅Ｗｐが大きくなることで、全体として変速軸１５の捩じり剛性が増加する。その結果、ピニオン１８の外径を縮小して偏心カム１７や偏心ディスク１９の小型化を図りながら、変速軸１５の捩じり剛性を従来と同等に維持することができる。【選択図】 図４

Description

本発明は、入力軸の内部に配置した変速軸のピニオンを偏心部材のリングギヤに歯合させ、変速軸で偏心部材を回転させて偏心量を増減することで変速比を変更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。

クランク式の無段変速機の変速軸の外周に径方向外側に突出するように複数のピニオンを軸線方向に所定間隔で設けるとともに、隣接するピニオン間に配置した複数のニードルベアリングで変速軸の外周に入力軸を相対回転自在に支持したものが、下記特許文献１により公知である。

特開２０１４−２２８０６５号公報

ところで、クランク式の無段変速機の変速軸はその一端側に設けられた差動機構により入力軸に対して相対回転し、変速軸の外周に設けられた複数のピニオンにリングギヤを歯合させた複数の偏心ディスクを回転させるため、リングギヤから受ける反力荷重で変速軸が捩じれ変形して複数のピニオンの位相がずれてしまい、そのために複数の偏心ディスクの偏心量が不均一になって振動や騒音の原因となる可能性がある。

これを防止するには、変速軸の外径を拡大して捩じれ剛性を高めれば良いが、このようにすると変速軸の外周に配置される偏心カムや偏心ディスクの外径も増加してしまい、無段変速機の寸法が大型化してしまう問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、クランク式の無段変速機の変速軸の外径を縮小しながら捩じれ剛性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の回転を変速して出力軸に伝達する複数の伝達ユニットを入力軸の軸線方向に並置し、前記伝達ユニットの各々は、前記入力軸と一体に回転する偏心カムと、前記偏心カムの外周に相対回転自在に嵌合するリングギヤが形成された偏心部材と、前記入力軸の内部にベアリングを介し相対回転自在に支持された変速軸と、前記変速軸に設けられて前記リングギヤに噛合するピニオンと、前記変速軸を前記入力軸に対して相対回転させる差動機構と、前記出力軸に設けられたワンウェイクラッチと、前記偏心部材および前記ワンウェイクラッチのアウター部材に接続されて往復運動するコネクティングロッドとを備え、前記差動機構で前記変速軸を前記入力軸に対して相対回転させて前記偏心カムに対する前記偏心部材の位相を変化させることで、前記軸線からの前記偏心部材の偏心量を変化させて変速比を変更する車両用動力伝達装置であって、前記変速軸の外周には前記ベアリングを支持する小径部と、歯先が前記小径部よりも径方向外側に突出する前記ピニオンとが交互に配置され、前記ピニオンの前記軸線方向の幅は前記リングギヤの前記軸線方向の幅よりも大きいことを特徴とする車両用動力伝達装置が提案される。

なお、実施の形態のニードルベアリング１６は本発明のベアリングに対応し、実施の形態の偏心ディスク１９は本発明の偏心部材に対応し、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、偏心部材が入力軸と一体に偏心回転すると、偏心部材に一端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他端が接続されたアウター部材が往復揺動する。アウター部材が一方向に揺動したときにワンウェイクラッチが係合し、アウター部材が他方向に揺動したときにワンウェイクラッチが係合解除することで、入力軸の回転が変速されて出力軸に伝達される。差動機構で偏心部材の偏心量を変化させると、コネクティングロッドの往復ストロークが変化して動力伝達装置の変速比が変更される。

変速軸の外周に、ベアリングを支持する小径部と、歯先が小径部よりも径方向外側に突出するピニオンとが交互に配置されると、変速軸の捩じれ剛性は小径部により減少してピニオンにより増加するが、ピニオンの軸線方向の幅はリングギヤの軸線方向の幅よりも大きいので、剛性を減少させる小径部の幅が短くなって剛性を増加させるピニオンの幅が大きくなることで、全体として変速軸の捩じり剛性が増加する。その結果、ピニオンの外径を縮小して偏心カムや偏心ディスクの小型化を図りながら、変速軸の捩じり剛性を従来と同等に維持することができる。

無段変速機の縦断面図。 図１の２−２線断面図。 偏心ディスクの斜視図。 図１の４部拡大図。 偏心ディスクの偏心量と変速比との関係を示す図。

以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１および図２に示すように、自動車用のクランク式の無段変速機Ｔの支持フレーム１１に入力軸１２および出力軸１３が相互に平行に支持されており、エンジンＥに接続された入力軸１２の回転が８個の伝達ユニット１４…、出力軸１３および図示せぬディファレンシャルギヤを介して図示せぬ駆動輪に伝達される。

８個の伝達ユニット１４…の構造は実質的に同一構造であるため、以下、一つの伝達ユニット１４を代表として構造を説明する。

中空に形成された入力軸１２の内部に軸線Ｌを共有する変速軸１５が配置されており、この変速軸１５の外周に１０個のニードルベアリング１６…を介して軸線Ｌ方向に９分割された偏心カム１７…が回転自在に支持される。８個の伝達ユニット１４…の合計９個の偏心カム１７…は図示せぬ複数本のボルトで一体に結合されており、それら９個の偏心カム１７…の内周部分が実質的に入力軸１２を構成する。

隣接する一対の偏心カム１７，１７は、入力軸１２の軸線Ｌに対して距離ｄだけ偏心した中心Ｏ１を有する一対の円形のカム部１７ａ，１７ａと、カム部１７ａ，１７ａの径方向内側に形成された断面三日月状のガイド部１７ｂとを備える。入力軸１２と軸線Ｌを共有する変速軸１５の外周には８個のピニオン１８…が一体に形成されており、各ピニオン１８は偏心カム１７，１７の断面三日月状のガイド部１７ｂの切欠き部１７ｃに収納される。各伝達ユニット１４の偏心カム１７，１７のカム部１７ａ，１７ａの位相は相互に４５゜ずつずれている。

図２および図３に示すように、偏心カム１７，１７のカム部１７ａ，１７ａの外周面には、円板状の偏心ディスク１９の軸線Ｌ方向両端面に形成された一対の偏心凹部１９ａ，１９ａが、一対のニードルベアリング２０，２０を介して回転自在に支持される。偏心ディスク１９の中心Ｏ２に対して偏心凹部１９ａ，１９ａの中心Ｏ１（つまり偏心カム１７，１７のカム部１７ａ，１７ａの中心Ｏ１）は距離ｄだけずれている。すなわち、入力軸１２の軸線Ｌおよび偏心カム１７，１７のカム部１７ａ，１７ａの中心Ｏ１間の距離ｄと、偏心カム１７，１７のカム部１７ａ，１７ａの中心Ｏ１および偏心ディスク１９の中心Ｏ２間の距離ｄとは同一である。

偏心ディスク１９の一対の偏心凹部１９ａ，１９ａの底部間を連通させるように形成されたリングギヤ１９ｂの歯先が、偏心カム１７，１７のガイド部１７ｂの外周面に摺動可能に当接する。そして偏心カム１７，１７の切欠き部１７ｃから露出する変速軸１５のピニオン１８が、偏心ディスク１９のリングギヤ１９ｂに噛合する。偏心ディスク１９の外周には、その偏心方向と逆方向に突出するカウンタウエイト１９ｃが設けられる。そして偏心ディスク１９の外周にはコネクティングロッド２１の大端部２１ａがボールベアリング２２を介して支持される。

図４（Ａ）に示すように、変速軸１５の外周には、偏心ディスク１９…のリングギヤ１９ｂ…に歯合するピニオン１８…と、ニードルベアリング１６…の内周側のニードル転動面を構成する小径部１５ａ…とが、軸線Ｌ方向に交互に形成される。ピニオン１８の歯先の外径Ｄｐは、ニードルベアリング１６の外径よりも僅かに大きくなっており、かつ変速軸１５の小径部１５ａの外径Ｄｓよりも大きくなっている。そしてピニオン１８の軸線Ｌ方向の幅Ｗｐはリングギヤ１９ｂの軸線Ｌ方向の幅Ｗｒよりも大きくなっており、ピニオン１８の軸線Ｌ方向両端はリングギヤ１９ｂの軸線Ｌ方向両端から外側に突出する。従って、入力軸１２を構成する偏心カム１７，１７の内周部には、ニードルベアリング１６の外周側のニードル転動面１７ｄよりも僅かに大径の一対のピニオン受け入れ孔１７ｅ，１７ｅが形成され、そこに変速軸１５から突出したピニオン１８の軸線Ｌ方向両端部が収納される。

図１および図２に示すように、出力軸１３の外周に設けられたワンウェイクラッチ２３は、コネクティングロッド２１の小端部２１ｂにピン２４を介して連結されたリング状の揺動リンク２５と、揺動リンク２５の内周に固定されたリング状のアウター部材２６と、アウター部材２６の内部に配置されて出力軸１３に固定されたリング状のインナー部材２７と、アウター部材２６の内周面とインナー部材２７の外周面との間に形成された楔状の空間に配置されて複数個のスプリング２８…で付勢された複数個のローラ２９…とを備える。

そして入力軸１２のエンジンＥと反対側の軸端には、入力軸１２に対して変速軸１５を相対回転させることで、偏心ディスク１９の偏心量εを増減して無段変速機Ｔの変速比を変更する差動機構３０が設けられる。

図１に示すように、８個の伝達ユニット１４…を支持する支持フレーム１１は、軸線Ｌ
方向中央に位置する中央フレーム３１と、軸線Ｌ方向両側に位置する一対の側方フレーム３２，３３とからなり、中央フレーム３１とエンジンＥ側に位置する一方の側方フレーム３２との間に４個の伝達ユニット１４…が配置され、中央フレーム３１と反エンジンＥ側に位置する他方の側方フレーム３３との間に４個の伝達ユニット１４…が配置される。

中央フレーム３１は鉄製の板状部材であり、その長手方向両側の入力軸１２側および出力軸１３側に形成された２個のベアリング支持孔３１ａ，３１ｂを備える。

エンジンＥ側に位置する側方フレーム３２は基本的にアルミニウム合金で籠状に形成された鋳造部材であり、中央部に鉄製の板状部材であるベアリングホルダ３８が鋳込みにより埋設される。ベアリングホルダ３８の入力軸１２側および出力軸１３側には、それぞれベアリング支持孔３８ａ，３８ｂが形成される。

反エンジンＥ側に位置する側方フレーム３３も基本的にアルミニウム合金で籠状に形成された鋳造部材であり、その中央に鉄製の板状部材であるベアリングホルダ３９が鋳込みにより埋設される。反エンジンＥ側に位置する側方フレーム３３およびベアリングホルダ３９の構造は、上述したエンジンＥ側に位置する側方フレーム３２側およびベアリングホルダ３８に対して面対称な構造であるため、その重複する説明は省略する。

入力軸１２の軸線Ｌ方向中央部に固定された偏心カム１７は、中央フレーム３１のベアリング支持孔３１ａに中央部支持ベアリング３４を介して支持されるとともに、入力軸１２の軸線Ｌ方向両端部は、一対の側方フレーム３２，３３のベアリングホルダ３８，３９のベアリング支持孔３８ａ，３９ａにそれぞれ軸端部支持ベアリング３６，３６を介して支持される。同様に、出力軸１３の軸線Ｌ方向中央部は、中央フレーム３１のベアリング支持孔３１ｂに中央部支持ベアリング３５を介して支持されるとともに、出力軸１３の軸線Ｌ方向両端部は、一対の側方フレーム３２，３３のベアリングホルダ３８，３９のベアリング支持孔３８ｂ，３９ｂにそれぞれ軸端部支持ベアリング３７，３７を介して支持される。

そして中央フレーム３１および一対の側方フレーム３２，３３をボルト４０…で一体に締結してサブアセンブリが組み立てられ、このサブアセンブリが中央フレーム３１を貫通するボルト４１…でミッションケース４２の内部に締結される。

次に、無段変速機Ｔの一つの伝達ユニット１４の作用を説明する。

図２および図５（Ａ）〜図５（Ｄ）から明らかなように、入力軸１２の軸線Ｌに対して偏心ディスク１９の中心Ｏ２が偏心しているとき、エンジンＥによって入力軸１２が回転するとコネクティングロッド２１の大端部２１ａが軸線Ｌまわりに偏心回転することで、コネクティングロッド２１が往復運動する。

その結果、コネクティングロッド２１が往復運動する過程で図中左側に引かれると、揺動リンク２５と共にアウター部材２６が図２において反時計方向に揺動し、スプリング２８…に付勢されたローラ２９…がアウター部材２６およびインナー部材２７間の楔状の空間に噛み込み、アウター部材２６およびインナー部材２７がローラ２９…を介して結合されることで、ワンウェイクラッチ２３が係合してコネクティングロッド２１の動きが出力軸１３に伝達される。逆にコネクティングロッド２１が往復運動する過程で図中右側に押されると、揺動リンク２５と共にアウター部材２６が図２において時計方向に揺動し、ローラ２９…がスプリング２８…を圧縮しながらアウター部材２６およびインナー部材２７間の楔状の空間から押し出され、アウター部材２６およびインナー部材２７が相互にスリップすることで、ワンウェイクラッチ２３が係合解除してコネクティングロッド２１の動きが出力軸１３に伝達されなくなる。

このようにして、入力軸１２が１回転する間に、入力軸１２の回転が所定時間だけ出力軸１３に伝達されるため、入力軸１２が連続回転すると出力軸１３は間欠回転する。８個の伝達ユニット１４…の偏心ディスク１９…の偏心量εは全て同一であるが、偏心方向の位相が相互に４５°ずつずれているため、８個の伝達ユニット１４…が入力軸１２の回転を交互に出力軸１３に伝達することで、出力軸１３は連続的に回転する。

このとき、偏心ディスク１９の偏心量εが大きいほど、コネクティングロッド２１の往復ストロークが大きくなって出力軸１３の１回の回転角が増加し、無段変速機Ｔの変速比が小さくなる。逆に、偏心ディスク１９の偏心量εが小さいほど、コネクティングロッド２１の往復ストロークが小さくなって出力軸１３の１回の回転角が減少し、無段変速機Ｔの変速比が大きくなる。そして偏心ディスク１９の偏心量εがゼロになると、入力軸１２が回転してもコネクティングロッド２１が移動を停止するために出力軸１３は回転せず、無段変速機Ｔの変速比が最大（無限大）になる。

入力軸１２に対して変速軸１５が相対回転しないとき、つまり入力軸１２および変速軸１５が同一速度で回転するとき、無段変速機Ｔの変速比は一定に維持される。差動機構３０により入力軸１２に対して変速軸１５を相対回転させると、各伝達ユニット１４のピニオン１８にリングギヤ１９ｂを噛合させた偏心ディスク１９の偏心凹部１９ａ，１９ａが、入力軸１２と一体の偏心カム１７，１７のカム１７ａ，１７ａに案内されて回転し、入力軸１２の軸線Ｌに対する偏心ディスク１９の中心Ｏ２の偏心量εが変化する。

図５（Ａ）は変速比が最小の状態（変速比：ＴＤ）を示すもので、このとき入力軸１２の軸線Ｌに対する偏心ディスク１９の中心Ｏ２の偏心量εは、入力軸１２の軸線Ｌから偏心カム１７，１７の中心Ｏ１までの距離ｄと、偏心カム１７，１７の中心Ｏ１から偏心ディスク１９の中心Ｏ２までの距離ｄとの和である２ｄに等しい最大値になる。入力軸１２に対して変速軸１５が相対回転すると、入力軸１２と一体の偏心カム１７，１７に対して偏心ディスク１９が相対回転することで、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）に示すように、入力軸１２の軸線Ｌに対する偏心ディスク１９の中心Ｏ２の偏心量εは最大値の２ｄから次第に減少して変速比が増加する。入力軸１２に対して変速軸１５が更に相対回転すると、入力軸１２と一体の偏心カム１７，１７に対して偏心ディスク１９が更に相対回転することで、図５（Ｄ）に示すように、ついには入力軸１２の軸線Ｌに偏心ディスク１９の中心Ｏ２が重なり合って偏心量εがゼロになり、変速比が最大（無限大）の状態（変速比：ＵＤ）になって出力軸１３に対する動力伝達が遮断される。

次に、本実施の形態の変速軸１５、ピニオン１８およびニードルベアリング１６による作用効果について説明する。

図４（Ｂ）は上記特許文献１に記載された発明に相当する比較例を示すものであり、本実施の形態と同じ参照符号を用いて説明すると、ピニオン１８の歯先の外径Ｄｐ´に対して、ニードルベアリング１６の外径は小さく、ニードルベアリング１６の内径つまり変速軸１５の小径部１５ａの外径Ｄｓ´は更に小さくなっている。そしてピニオン１８の軸線Ｌ方向の幅Ｗｐ´はリングギヤ１９ｂの軸線Ｌ方向の幅Ｗｒ´に一致している。

図４（Ａ）に示す本実施の形態と比較例とを比較すると、本実施の形態のピニオン１８の軸線Ｌ方向の幅Ｗｐは比較例の幅Ｗｐ´よりも大きく、本実施の形態の変速軸１５の小径部１５ａの軸線Ｌ方向の幅Ｗｓは比較例の幅Ｗｓ´よりも小さく、本実施の形態のピニオン１８の外径Ｄｐは比較例の外径Ｄｐ´よりも小さくなっている。

外径の大きいピニオン１８は変速軸１５の捩じり剛性を増加させ、外径の小さい小径部１５ａは変速軸１５の捩じり剛性を減少させるように作用する。従来は、ピニオン１８の軸線Ｌ方向の幅Ｗｐ′を、それに歯合するリングギヤ１９ｂの軸線Ｌ方向の幅Ｗｒ′に一致させていたが、本実施の形態では敢えてピニオン１８の軸線Ｌ方向の幅Ｗｐを増加させてリングギヤ１９ｂの軸線Ｌ方向の幅Ｗｒよりも大きくすることで、変速軸１５の小径部１５ａの軸線Ｌ方向の幅Ｗｓを減少させている。その結果、外径Ｄｐの大きいピニオン１８による変速軸１５の捩じり剛性の増加が、ピニオン１８の幅Ｗｐを増加により促進され、かつ外径Ｄｓの小さい小径部１５ａによる変速軸１５の捩じり剛性の減少が、小径部１５ａの幅Ｗｓを減少により抑制される。

このようにして、本実施の形態によれば、図４（Ｂ）に示す比較例に対してピニオン１８の外径Ｄｐを縮小して偏心カム１７，１７や偏心ディスク１９を小型化し、ボールベアリング２２の外径をδ（図４参照）だけ縮小しながら、変速軸１５の捩じり剛性を比較例と同等に維持し、トルクにより変速軸１５が捩れて複数のピニオン１８…に位相差が発生するのを抑制することができる。

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、実施の形態では偏心カム１７…の内周部分で入力軸１２を構成しているが、偏心カム１７…と別部材の入力軸１２に偏心カム１７…を固定しても良い。

また本発明のベアリングは実施の形態のニードルベアリング１６…に限定されず、ローラベアリングやニードル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、電動モータ等の他の駆動源であっても良い。

１２ 入力軸
１３ 出力軸
１４ 伝達ユニット
１５ 変速軸
１５ａ 小径部
１６ ボールベアリング（ベアリング）
１７ 偏心カム
１８ ピニオン
１９ 偏心ディスク（偏心部材）
１９ｂ リングギヤ
２１ コネクティングロッド
２３ ワンウェイクラッチ
２６ アウター部材
３０ 差動機構
Ｅ エンジン（駆動源）
Ｌ 入力軸の軸線
Ｗｐ ピニオンの軸線方向の幅
Ｗｒ リングギヤの軸線方向の幅
ε 偏心部材の偏心量

Claims (1)

1. 駆動源（Ｅ）に接続された入力軸（１２）の回転を変速して出力軸（１３）に伝達する複数の伝達ユニット（１４）を前記入力軸（１２）の軸線（Ｌ）方向に並置し、
   前記伝達ユニット（１４）の各々は、
   前記入力軸（１２）と一体に回転する偏心カム（１７）と、
   前記偏心カム（１７）の外周に相対回転自在に嵌合するリングギヤ（１９ｂ）が形成された偏心部材（１９）と、
   前記入力軸（１２）の内部にベアリング（１６）を介し相対回転自在に支持された変速軸（１５）と、
   前記変速軸（１５）に設けられて前記リングギヤ（１９ｂ）に噛合するピニオン（１８）と、
   前記変速軸（１５）を前記入力軸（１２）に対して相対回転させる差動機構（３０）と、
   前記出力軸（１３）に設けられたワンウェイクラッチ（２３）と、
   前記偏心部材（１９）および前記ワンウェイクラッチ（２３）のアウター部材（２６）に接続されて往復運動するコネクティングロッド（２１）とを備え、
   前記差動機構（３０）で前記変速軸（１５）を前記入力軸（１２）に対して相対回転させて前記偏心カム（１７）に対する前記偏心部材（１９）の位相を変化させることで、前記軸線（Ｌ）からの前記偏心部材（１９）の偏心量（ε）を変化させて変速比を変更する車両用動力伝達装置であって、
   前記変速軸（１５）の外周には前記ベアリング（１６）を支持する小径部（１５ａ）と、歯先が前記小径部（１５ａ）よりも径方向外側に突出する前記ピニオン（１８）とが交互に配置され、前記ピニオン（１８）の前記軸線（Ｌ）方向の幅（Ｗｐ）は前記リングギヤ（１９ｂ）の前記軸線（Ｌ）方向の幅（Ｗｒ）よりも大きいことを特徴とする車両用動力伝達装置。
   

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