JP2019120316A - 変速機構 - Google Patents

Abstract

【課題】不思議遊星歯車を用いながら、軸方向に小型化した変速機構を提供すること。【解決手段】入力軸１０と、入力軸と同軸上に配置されたサンギヤ１１１、キャリア１１３、及び、第１及び第２リングギヤ１１４、１１５を含む不思議遊星歯車と、第２リングギヤに連結された出力軸１２と、入力軸と第１リングギヤとの断続、及び、入力軸とキャリアとの断続を行うクラッチ機構と、を備え、クラッチ機構は、入力軸と第１リングギヤとを断続する第１摩擦係合部１６と、入力軸とキャリアとを断続する第２摩擦係合部１７と、を含み、第１及び第２摩擦係合部が入力軸の径方向に並んで配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、不思議遊星歯車を有する変速機構に関する。

変速機構として、遊星歯車を用いたものが知られている。特許文献１及び特許文献２には、遊星歯車を用いた変速機構において、遊星歯車を介して出力軸に動力伝達する入力軸と、遊星歯車を介さずに出力軸に動力伝達する入力軸とを有し、クラッチ機構によりいずれの入力軸を出力軸に接続するかを切り替える構成が開示されている。

米国特許出願公開第２０１２／０２１４６３９号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０２１７１１４号明細書

より大きな減速比を得たい場合、不思議遊星歯車が採用されることがある。しかしながら、不思議遊星歯車は複数のリングギヤが軸方向に並ぶので、リングギヤが一つの一般的な遊星歯車よりも軸方向に大型化しやすい。

本発明の目的は、不思議遊星歯車を用いながら、軸方向に小型化した変速機構を提供することにある。

本発明によれば、
入力軸と、
前記入力軸と同軸上に配置されたサンギヤ、キャリア、及び、第１及び第２リングギヤを含む不思議遊星歯車と、
前記第２リングギヤに連結された出力軸と、
前記入力軸と前記第１リングギヤとの断続、及び、前記入力軸と前記キャリアとの断続を行うクラッチ機構と、を備え、
前記クラッチ機構は、
前記入力軸と前記第１リングギヤとを断続する第１摩擦係合部と、
前記入力軸と前記キャリアとを断続する第２摩擦係合部と、を含み、
前記第１及び第２摩擦係合部が前記入力軸の径方向に並んで配置される、
ことを特徴とする変速機構が提供される。

本発明によれば、不思議遊星歯車を用いながら、軸方向に小型化した変速機構を提供することができる。

一実施形態に係る変速機構が適用された駆動装置の断面図。 プラネタリギヤ及びキャリアの構造を示す概略図。 駆動装置のハウジング及びモータを除いた状態を示す斜視図。 （Ａ）はクラッチ機構の断面図であって付勢部材による付勢方向及びシフタの変位を示す図、（Ｂ）はクラッチ機構の断面図であって切替部材による付勢方向及びシフタの変位を示す図。 第２摩擦係合部が係合しているときの動力伝達経路を示す図。

以下、一実施形態に係る変速機構について説明する。図１は、一実施形態に係る変速機構１が適用された駆動装置１００の断面図である。駆動装置１００は、変速機構１と、ハウジング２と、モータ３とを備えている。なお、図１において、図の左方向を入力軸側若しくは第一方向、図の右方向を出力軸側若しくは第二方向と称することがある。後述する図５においても同様である。

変速機構１は、モータ３から入力された回転を複数の変速比で変速可能な多段の変速機構であり、本実施形態の場合、二段の変速が可能である。変速機構１はモータ３からの回転が入力され、モータ３の出力軸を兼ねる入力軸１０と、入力軸１０から伝達された回転を変速させる不思議遊星歯車１１と、変速後の回転を出力する出力軸１２と、不思議遊星歯車１１の変速比を切り替え可能なクラッチ機構１３とを含む。

ハウジング２は、中央部を構成する筒状のセンタハウジング２ａと、センタハウジング２ａの一側面を覆うように形成されるサイドハウジンク２ｂとを含む。モータ３は、ロータ３ａとステータ３ｂを含み、ロータ３ａはモータ３の出力軸を兼ねる入力軸１０に接続している。入力軸１０は、軸受４０によって回転自在に支持されており、出力軸１２は、入力軸１０と同軸上に軸受４３によって回転自在に支持されている。

不思議遊星歯車１１は、サンギヤ１１１、キャリア１１３、複数のプラネタリギヤ１１２、第１リングギヤ１１４及び第２リングギヤ１１５を含む。サンギヤ１１１は入力軸１０と一体に回転可能に接続されている。

図１と共に図２を参照する。図２は、プラネタリギヤ１１２及びキャリア１１３の構造を示す概略図であり、図１のＸ方向から見た断面図であってサンギヤ１１１及び後述するインナープレート１４を除いたものである。なお、図１は図２のＹ方向から見た断面図である。

プラネタリギヤ１１２は、径方向内側でサンギヤ１１１と、径方向外側で第１及び第２リングギヤ１１４及び１１５と、それぞれ噛み合うように設けられ、自転及びサンギヤ１１１の周りを公転可能である。

キャリア１１３は、軸受４１によって回転自在に支持されている。キャリア１１３は、本体部２００と、複数の連結部２０１と、接続部２０２と、軸２０４を含む。本体部２００は、プラネタリギヤ１１２の出力軸側に設けられ、円板形状を含む。連結部２０１は、本体部２００から入力軸側に延出して設けられ、本体部２００と反対側の端部は接続部２０２につながり、本体部２００と接続部２０２とを連結する。軸２０４は、プラネタリギヤ１１２を回転自在に支持するように設けられる。本実施形態では、連結部２０１は、入力軸１０に対して同心円状に配置される。接続部２０２は入力軸と平行に伸びた筒状の形状を含み、内面に後述する第２摩擦係合部１７の第２被駆動摩擦板１７２が連結されている。従って、第２摩擦係合部１７が係合すると、入力軸１０とキャリア１１３とプラネタリギヤ１１２とが一体的に回転する。更に、キャリアは、付勢部材１８３のロッド１８３ｂを支持する筒部２０３が設けられている。

本実施形態では、プラネタリギヤ１１２は３個設けられているが、プラネタリギヤ１１２の個数は限定されず、２個以下及び４個以上でも良い。また、連結部２０１の数についても限定されず、２個以下及び４個以上でも良い。プラネタリギヤ１１２及び連結部２０１の数は同一でも異なっていてもよい。

再び図１を参照する。第１リングギヤ１１４は、プラネタリギヤ１１２の径方向外側に、入力軸１０と同軸上でセンタハウジング２ａに固定される。第２リングギヤ１１５は、第１リングギヤ１１４と同軸上且つ第１リングギヤ１１４の出力軸側に近接して設けられ、軸受４２によって回転自在に支持されている。第２リングギヤは、出力軸１２と接続している。第１リングギヤ１１４と第２リングギヤ１１５は互いに歯数が異なるように構成される。プラネタリギヤ１１２が第１リングギヤ１１４の内周を１周すると、第２リングギヤ１１５は第１リングギヤ１１４との歯数の差分だけ第１リングギヤ１１４に対して回転する。従って、プラネタリギヤ１１２の回転が第１及び第２リングギヤ１１４及び１１５で減速されて、出力軸１２に伝達される。

図１と共に図３を参照する。図３は、駆動装置１００のセンタハウジング２ａ及びモータ３を除いて入力軸側から見た状態の図である。変速機構１は、入力軸１０からの駆動力を、サンギヤ１１１及びキャリア１１３のいずれに伝達するかを切り替えるクラッチ機構１３を有する。クラッチ機構１３は、インナープレート１４、シフタ１５、第１及び第２摩擦係合部１６及び１７、切替機構１８を含む。

インナープレート１４は、入力軸１０の回転をシフタ１５に伝達する部材であり、入力軸１０と一体に回転する。インナープレート１４は、軸方向でモータ３とサンギヤ１１１の間に配置され、入力軸１０の周囲から径方向外側に延出するように形成される。インナープレート１４の外周には、シフタ１５と接続するための複数の凸部が設けられる。

シフタ１５は、後述する切替機構１８により軸方向に移動することにより、第１及び第２摩擦係合部１６及び１７のいずれが係合するかを切り替える部材である。シフタ１５は、筒状の形状を含み、入力軸１０の径方向でサンギヤ１１１及びインナープレート１４とキャリア１１３の接続部２０２との間に設けられる。シフタ１５は、筒状の形状を有し入力軸１０に平行に延びる平行部１５１と、平行部１５１の出力軸側の端部から径方向内側に延出する第１垂直部１５２と、平行部１５１の入力軸側の端部から径方向外側に延出する第２垂直部１５３とを有する。シフタ１５は平行部１５１の内面でインナープレート１４の凸部と重なる位置に凹部を有し、凹部がインナープレート１４の凸部と噛み合い、インナープレート１４と一体になって回転する。すなわち、シフタ１５は入力軸１０と同じ回転数で回転する。

クラッチ機構１３は、シフタ１５の平行部１５１とサンギヤ１１１との間に第１摩擦係合部１６を有する。第１摩擦係合部１６は、平行部１５１に連結される第１駆動摩擦板１６１及びサンギヤ１１１に連結される第１被駆動摩擦板１６２を含み、入力軸１０とサンギヤ１１１とを断続する。第１駆動摩擦板１６１は環状の板状部材であり、外周がシフタ１５の平行部１５１の内側のスプラインと径方向に係合し、軸方向に移動可能に設けられている。第１被駆動摩擦板１６２も環状の板状部材であり、内周がサンギヤ１１１のスプラインと径方向に係合し、軸方向に移動可能に設けられている。

第１駆動摩擦板１６１と第１被駆動摩擦板１６２とが係合すると、入力軸１０の回転は、インナープレート１４及びシフタ１５を介してサンギヤ１１１に伝達される。従って入力軸１０とサンギヤ１１１が一体になって回転する。

クラッチ機構１３は、シフタ１５の係合部とキャリア１１３の間に第２摩擦係合部１７を有する。第２摩擦係合部１７は、平行部１５１に連結される第２駆動摩擦板１７１及びキャリア１１３に連結される第２被駆動摩擦板１７２を含み、入力軸１０とキャリア１１３とを断続する。第２駆動摩擦板１７１は環状の板状部材であり、内周がシフタ１５の平行部１５１の外側のスプラインと径方向に係合し、軸方向に移動可能に設けられている。第１被駆動摩擦板１７２も環状の板状部材であり、外周がキャリア１１３のスプラインと径方向に係合し、軸方向に移動可能に設けられている。

第２駆動摩擦板１７１と第２被駆動摩擦板１７２とが係合すると、入力軸１０の回転は、インナープレート１４及びシフタ１５を介してキャリア１１３に伝達される。従って入力軸１０とキャリア１１３が一体になって回転する。

本実施形態では、第１摩擦係合部１６と第２摩擦係合部１７とは、シフタ１５を間に挟んで径方向に並んで配置され、軸方向の配設領域は全域で重なっているが、少なくとも一部が重なるように配置してもよい。例えば、第１摩擦係合部１６及び第２摩擦係合部１７は、軸方向にシフタ１５の平行部１５１の長さを超えないように設けられているが、軸方向に平行部１５１よりも長い構成も採用可能である。第１摩擦係合部１６は、入力軸側にはシフタ１５の垂直部１５３と当接するため延長できないが、出力軸側には平行部１５１より軸方向に長くなるよう延長可能である。第１摩擦係合部１７についても同様に、入力軸側には平行部１５１より軸方向に長くなるよう延長可能である。また、本実施形態では、第１摩擦係合部１６及び第２摩擦係合部１７の軸方向の長さは、平行部１５１に一致しているが、平行部１５１よりも軸方向に短い構成も採用可能である。

本実施形態では、第１及び第２摩擦係合部１６及び１７は多板クラッチであり、第１及び第２駆動摩擦板１６１及び１７１と第１及び第２被駆動摩擦板１６２及び１７２をそれぞれ複数有する。なお、第１及び第２摩擦係合部１６及び１７は、例えば単板クラッチ等も適用可能である。

クラッチ機構１３は、第１及び第２摩擦係合部１６及び１７のいずれかを選択的に係合させることで、入力軸１０をサンギヤ１１１及びキャリア１１３のいずれかと接続させ、変速比を切替られる。また、第１及び第２摩擦係合部１６及び１７は、キャリア１１３を挟んで入力軸１０の径方向に並んで配置される。従って、不思議遊星歯車を用いながら複数の変速比を有する変速機構１を軸方向に小型化することができる。

切替機構１８は、シフタ１５を軸方向に移動させることにより、第１及び第２摩擦係合部１６及び１７のいずれが係合するかを切り替える。切替機構１８は、レバー１８１、切替部材１８２、付勢部材１８３を含む。レバー１８１は回転軸Ａを中心に回動可能であり、レバー１８１を所定位置Ｘから矢印方向に回動させると、レバー１８１の回動に伴い切替部材１８２が回転軸Ａを中心に矢印方向に回動する。切替部材１８２は軸方向にシフタ１５の第２垂直部１５３と当接するように設けられており、レバー１８１に伴う回動によってシフタ１５を軸方向で出力軸側に押す。シフタ１５は切替部材１８２に押されると、出力軸側に移動する。このとき、第２垂直部１５３によって第２駆動摩擦板１７１が第２被駆動摩擦板１７２に押圧され、第２駆動摩擦板１７１と第２被駆動摩擦板１７２とが係合する。すなわち、入力軸１０とサンギヤ１１１とが接続する。

図３及び図４を参照する。図４はクラッチ機構１３の細部の断面図であり、（Ａ）は付勢部材１８３による付勢方向及びシフタ１５の変位、（Ｂ）は切替部材による付勢方向及びシフタ１５の変位を示した図である。

付勢部材１８３は、バネ部材１８３ａと、キャリア１１３の筒部２０３に支持されるロッド１８３ｂとを含む。バネ部材１８３ａは、軸方向でシフタ１５の第１垂直部１５２と当接するように設けられている。切替部材１８２がシフタ１５を出力軸側に押していないときは、シフタ１５は付勢部材１８３によって軸方向で入力軸側（図４（Ａ）の矢印方向）に付勢され、位置Ａ１に変位する。シフタ１５が位置Ａ１に変位すると、第１垂直部１５２によって第１駆動摩擦板１６１が第１被駆動摩擦板１６２に押圧され、第１駆動摩擦板１６１と第１被駆動摩擦板１６２とが係合する。すなわち、入力軸１０とキャリア１１３とが接続する。

第１垂直部１５２は、軸方向で第１摩擦係合部１６の出力軸側に設けられ、第２垂直部１５３は、軸方向で第２摩擦係合部１７の入力軸側に設けられる。このため、レバー１８１が所定位置Ｘにあり、シフタ１５が位置Ａ１に変位すると、第１摩擦係合部１６は第１垂直部１５２に押されて係合するが、第２摩擦係合部１７は第２垂直部１５３が第２摩擦係合部１７から遠ざかる方向に変位するため、係合解除される。

また、レバー１８１が回動すると、シフタ１５は切替部材１８２によって出力軸側（図４（Ｂ）の矢印方向）に付勢され、位置Ａ２に変位する。シフタ１５が位置Ａ２に変位すると、第２摩擦係合部１７は第２垂直部１５３に押されて係合する。一方、第１摩擦係合部１６は第１垂直部１５２が第１摩擦係合部１６から遠ざかる方向に変位し、係合解除される。すなわち、第１及び第２摩擦係合部１６及び１７は、切替機構１８により、いずれか一方のみが係合し他方が係合解除するように排他的に切り替えることができる。また、本実施形態では、シフタ１５によって、第１及び第２駆動摩擦板１６１及び１７１のいずれを第１及び第２被駆動摩擦板１６２及び１７２に押圧するかを切り替えることができる。すなわち、第１及び第２駆動摩擦板１６１及び１７１に対してそれぞれに押圧を切り替えるための部材を設ける必要が無いので、省スペース化及び部品点数減少を図ることができる。

また、切替機構１８によるクラッチ切替動作において、切替部材１８２及びシフタ１５は、軸方向にのみ移動するので、径方向の移動を伴わない。従って、径方向に大型化せずに切替機構１８を設けることができる。

なお、本実施形態では、切替機構１８は、レバー１８１及び切替部材１８２によってシフタ１５を出力軸側に移動させたが、他の構成も適用可能である。例えばＤＣモータ等を回転軸が入力軸１０と交差するように設け、偏心カム等をＤＣモータ等によって回転させ、シフタ１５を押す構成にしてもよい。また、例えば、ウォームギヤ等を用いてＤＣモータ等の回転を入力軸１０方向の移動に変換し、切替部材によってシフタ１５を押す構成にしてもよい。

図１及び図５を参照する。図１の矢印Ｒ１は、第１摩擦係合部１６が係合しているときの動力伝達経路を示している。一方、図５は第２摩擦係合部１７が係合しているときの動力伝達経路を矢印Ｒ２で示した図である。

第１摩擦係合部１６が係合するときは、入力軸１０の回転はサンギヤ１１１、プラネタリギヤ１１２及び第２リングギヤ１１５を介して出力軸１２に伝達される。また、第２摩擦係合部１７が係合するときは、キャリア１１３、プラネタリギヤ１１２、第２リングギヤ１１５を介して出力軸１２に伝達される。変速機構１は、異なる伝達経路を有するので、多段の変速比を有することができる。

＜実施形態のまとめ＞
１．上記実施形態の変速機構は、
入力軸（例えば10）と、
前記入力軸と同軸上に配置されたサンギヤ（例えば111）、キャリア（例えば111）113、及び、第１及び第２リングギヤ（例えば114及び115）を含む不思議遊星歯車（例えば11）と、
前記第２リングギヤに連結された出力軸と、
前記入力軸と前記第１リングギヤとの断続、及び、前記入力軸と前記キャリアとの断続を行うクラッチ機構（例えば13）と、を備え、
前記クラッチ機構は、
前記入力軸と前記第１リングギヤとを断続する第１摩擦係合部（例えば16）と、
前記入力軸と前記キャリアとを断続する第２摩擦係合部（例えば17）と、を含み、
前記第１及び第２摩擦係合部が前記入力軸の径方向に並んで配置される、
ことを特徴とする。

この実施形態によれば、前記第１及び第２摩擦係合部が前記入力軸の径方向に並んで配置されるので、複数の変速比を有する変速機構を軸方向に小型化できる。

２．上記実施形態の変速機構は、
前記クラッチ機構は、前記第１摩擦係合部と前記第２摩擦係合部とを排他的に係合又は係合解除させる切替機構（例えば18）を含む、ことを特徴とする。

この実施形態によれば、前記第１摩擦係合部と前記第２摩擦係合部とが排他的に係合するので、軸方向に小型化した変速機構において減速比を切り替えることができる。

３．上記実施形態の変速機構は、
前記切替機構は、前記入力軸の軸方向に変位するシフタ（例えば15）を有し、
前記第１摩擦係合部は、前記シフタが第一位置に変位することにより係合し、
前記第２摩擦係合部は、前記シフタが前記第一位置と異なる第二位置にすることにより係合する、
ことを特徴とする。

この実施形態によれば、前記シフタが前記入力軸の前記軸方向に変位することで前記第１及び第２摩擦係合部との係合を切り替えるので、径方向に大型化せずに前記切替機構を設けることができる。

４．上記実施形態の変速機構は、
前記クラッチ機構は、前記シフタを前記第一及び前記第二位置のいずれか一位置に変位させるように付勢する付勢部材（例えば183）と、
前記シフタを前記第一及び第二位置のうち前記一位置と異なる他位置に変位させるように付勢する切替部材（例えば182）と、を含み、
前記シフタは、前記切替部材が作動しないときは前記一位置に変位し、
前記切替部材が作動するときは前記他位置に変位する、
ことを特徴とする。

この実施形態によれば、前記切替部材の作動によってシフタの変位が切り替わるので、前記第１及び第２摩擦係合部の係合を切り替えることができる。

５．上記実施形態の変速機構は、
前記第１摩擦係合部は、前記入力軸側に連結される第１駆動摩擦板（例えば161）と、前記サンギヤ側に連結される第１被駆動摩擦板（例えば162）と、を含み、
前記第２摩擦係合部は、前記入力軸側に連結される第２駆動摩擦板（例えば171）と、前記キャリア側に連結される第２被駆動摩擦板（例えば172）と、を含み、
前記シフタは、径方向で前記第１及び第２摩擦係合部の間に配置され前記入力軸に平行に延びる平行部（例えば151）と、前記平行部の一端部から径方向で前記第１被駆動摩擦板側に延びる第１垂直部（例えば152）と、前記平行部の前記一端部の逆側の端部から径方向で前記第２被駆動摩擦板側に延びる第２垂直部（例えば153）と、を含み、
前記第１垂直部は、前記シフタが前記第一位置に変位すると前記第１駆動摩擦板を前記第１被駆動摩擦板へ押圧し、
前記第２垂直部は、前記シフタが前記第二位置に変位すると前記第２駆動摩擦板を前記第２被駆動摩擦板へ押圧する、
ことを特徴とする。

この実施形態によれば、前記シフタによって、前記第１及び第２駆動摩擦板のいずれを前記第１及び第２被駆動摩擦板に押圧させるかを切り替えることができる。すなわち、前記第１及び第２駆動摩擦板に対してそれぞれに押圧を切り替えるための部材を適用する必要が無いので、省スペース化及び部品点数減少を図ることができる。

１ 変速機構、１０ 入力軸、１１ 不思議遊星歯車、１２ 出力軸、１３ クラッチ機構

Claims (5)

1. 入力軸と、
   前記入力軸と同軸上に配置されたサンギヤ、キャリア、及び、第１及び第２リングギヤを含む不思議遊星歯車と、
   前記第２リングギヤに連結された出力軸と、
   前記入力軸と前記第１リングギヤとの断続、及び、前記入力軸と前記キャリアとの断続を行うクラッチ機構と、を備え、
   前記クラッチ機構は、
   前記入力軸と前記第１リングギヤとを断続する第１摩擦係合部と、
   前記入力軸と前記キャリアとを断続する第２摩擦係合部と、を含み、
   前記第１及び第２摩擦係合部が前記入力軸の径方向に並んで配置される、
   ことを特徴とする変速機構。
2. 前記クラッチ機構は、前記第１摩擦係合部と前記第２摩擦係合部とを排他的に係合又は係合解除させる切り替え機構を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の変速機構。
3. 前記切り替え機構は、前記入力軸の軸方向に変位するシフタを有し、
   前記第１摩擦係合部は、前記シフタが第一位置に変位することにより係合し、
   前記第２摩擦係合部は、前記シフタが前記第一位置と異なる第二位置に変位することにより係合する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の変速機構。
4. 前記クラッチ機構は、前記シフタを前記第一及び第二位置のいずれか一位置に変位させるように付勢する付勢部材と、
   前記シフタを前記第一及び第二位置のうち前記一位置と異なる他位置に変位させるように付勢する切替部材と、を含み、
   前記シフタは、前記切替部材が作動しないときは前記一位置に変位し、
   前記切替部材が作動するときは前記他位置に変位する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の変速機構。
5. 前記第１摩擦係合部は、前記入力軸側に連結される第１駆動摩擦板と、前記サンギヤ側に連結される第１被駆動摩擦板と、を含み、
   前記第２摩擦係合部は、前記入力軸側に連結される第２駆動摩擦板と、前記キャリア側に連結される第２被駆動摩擦板と、を含み、
   前記シフタは、径方向で前記第１及び第２摩擦係合部の間に配置され前記入力軸に平行に延びる平行部と、前記平行部の一端部から径方向で前記第１被駆動摩擦板側に延びる第１垂直部と、前記平行部の前記一端部の逆側の端部から径方向で前記第２被駆動摩擦板側に延びる第２垂直部と、を含み、
   前記第１垂直部は、前記シフタが前記第一位置に変位すると前記第１駆動摩擦板を前記第１被駆動摩擦板へ押圧し、
   前記第２垂直部は、前記シフタが前記第二位置に変位すると前記第２駆動摩擦板を前記第２被駆動摩擦板へ押圧する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の変速機構。

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