JP5456046B2 - 伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置 - Google Patents

Description

本発明は、伝動装置、特に自動車のクランクＣＶＴのためのフリーホイール装置に関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２４３５３５号明細書において公知の無段階に調節可能な伝動装置は、互いに平行に伝動装置ハウジング内に回転可能に支承され配向されている駆動軸及び被動軸を備える。両軸は、駆動軸の偏心体装置と、被動軸に配置されるフリーホイール装置と、偏心体装置とフリーホイール装置とを結合する結合装置とを介して互いに結合されている。偏心体装置は、軸方向で並んで駆動軸に配置されている複数の偏心体ユニットからなる。フリーホイール装置は、被動軸に軸方向で並んで配置されている複数のフリーホイールユニットからなる。各々の偏心体ユニットを形成するために、駆動軸は、駆動軸の回転軸線に対して偏心的にずらされた案内領域を有しており、案内領域の周面には、偏心体構成部材が回動可能に支承されている。偏心体構成部材には、クランクＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｏｕｓ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：無段変速機）として無段式の伝動装置を形成した場合、少なくとも１つのコンロッドが回転可能に配置されている。

駆動軸の穴内に配置される調節軸の回動により、駆動軸の回転軸線に関する偏心体構成部材の偏心率の度合が変更される。

被動軸に配置されるフリーホイールユニットは、それぞれ締結体を有する。締結体は、被動軸の領域により形成される内レースと、外レースとの間に配置されている。外レース及び内レースの面は、締結体が内レースと外レースとの間の一方の相対回動方向においてこの回動を阻止可能であり、その結果、外レースと内レースとが共に回動するように互いに調整されている。外レースと内レースとの間の他方の相対回動方向において、締結体によるロック作用は生じない。個々の締結体は、ロック方向に付勢される。この付勢は、少なくとも１つのばね部材により実施可能である。個々の締結体は、少なくとも１つのケージを介して周方向で互いに位置決めされている。

締結体の締結作用を切換ユニットにより切換可能にすることができる。その際、各々の切換装置は、隣り合う２つの締結体間に配置されている。切換ユニットは、同期的に操作可能であり、それぞれ、回動可能なディスク状の領域と、異形成形された領域とを備える。異形成形された領域には、腕付きばねあるいはねじりコイルばね（Ｓｃｈｅｎｋｅｌｆｅｄｅｒ）が配置されている。この腕付きばねは、異形成形された領域と、隣り合う締結体との間に張設可能である。このために、腕付きばねは、締結体を対応するロック方向に付勢可能な腕を有する。腕付きばね及び異形成形された領域は、ディスク状の領域の回転軸線に対して偏心的に配置されており、その結果、ディスク状の領域の回転時にばね部材及び異形成形された領域の周方向での変位が生じる。ディスク状の領域は、支持体部分内に配置されている。ディスク状の領域が約１８０°回動する際に、腕付きばねあるいは腕付きばねの上述の腕の付勢方向あるいは力方向は、締結体に関して変化する。この種の切換ユニットが、切換ユニットの機械的な構造、切換ユニットの故障頻度あるいは寿命、及び切換ユニットの製造に関して、多くの問題を有していることが認められる。

それゆえ本発明の課題は、比較的に少数の部品から単純に構成されている、伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置を提供することである。

この課題は、伝動装置、特に自動車のクランクＣＶＴのための切換可能なフリーホイール装置であって、少なくとも１つのフリーホイールユニットを備え、フリーホイールユニットが、駆動可能な外レース、被動軸の形の内レース、及び外レースと内レースとの間に配置される締結体を備える形式のものにより解決される。この切換可能なフリーホイール装置において、締結体は、それぞれ、軸方向で互いに間隔を置いて第１の溝及び第２の溝を備え、第１の溝及び第２の溝は、締結体の周方向でオーバラップした状態に互いにずらされている。締結体の外周を取り巻き、半径方向で被動軸に向かって予圧を加える環状のウォーム形スプリングは、スイッチング機構により軸方向で、第１の溝又は第２の溝に係合するように移動可能であり、締結体は、ウォーム形スプリングにより及ぼされる起立力が長手方向軸線の一方又は他方の側で延びるように回動する。締結体は、一方向又は他方向の起立モーメントを発生させるために、それぞれ各々の溝の方向で比較的大きな直径を備え、ウォーム形スプリングが第１の溝又は第２の溝内にあるとき、第２の溝又は第１の溝が一方向又は他方向で外レースと被動軸との間において締結力を発現するために方向付けられている横断面を備える、それぞれ柱状に形成されたローラ部材である。好ましくは、前記第１の溝及び前記第２の溝の底は、それぞれ弓形に延びており、前記ウォーム形スプリングにより及ぼされる力がそれぞれ均等に小さなてこ腕を介して発生されるように形成されている。好ましくは、前記第１の溝及び前記第２の溝の底がそれぞれ略円形に延びる。好ましくは、前記締結体が、中央の、前記長手方向軸線の方向で軸方向に張り出したジャーナル部分を備え、該ジャーナル部分がそれぞれ回動可能に、円環状の支持体部分の切欠きに係合するようになっており、軸方向で対向する支持体部分が、前記被動軸に対して同心的に配置される、前記締結体を保持するケージを形成しており、前記切欠きがそれぞれ前記支持体部分の周方向で細長く形成されている。好ましくは、前記ウォーム形スプリングが、密に巻成されたコイルばねの形状を有する。好ましくは、前記ウォーム形スプリングが、前記外レースの内周面に設けられた、前記締結体に向かって開いた環状の溝内に配置されており、前記外レースの前記溝の半径方向の寸法が、前記ウォーム形スプリングの直径より大きい。好ましくは、前記スイッチング機構が、前記被動軸の軸方向の切欠き内に軸方向で移動可能に配置された切換部材を備え、該切換部材に、半径方向外向きに前記被動軸の切欠きを通して案内される少なくとも１つのピン部材が固定されており、該ピン部材が外側で円環状のスイッチング部材内に配置されており、該スイッチング部材が、前記切換部材の軸方向の移動時に側方で前記締結体に作用して、該締結体を軸方向で移動させるようになっており、前記被動軸の前記切欠きは軸方向で前記ピン部材より大きな寸法を有し、前記ウォーム形スプリングは、前記ピン部材が前記切欠きの一方の側面に当接したとき、前記第１の溝内に存在し、前記ピン部材が前記切欠きの他方の側面に当接したとき、前記第２の溝内に存在するようになっている。好ましくは、前記切換部材が、前記被動軸の軸方向の切欠き内で案内される切換管の形状を有する。好ましくは、前記スイッチング部材が、環状の、前記被動軸を包囲するスイッチングスリーブの形状を有する。好ましくは、前記スイッチングスリーブが、該スイッチングスリーブの軸方向の移動時に、前記締結体を保持するケージの支持体部分に作用する。好ましくは、前記被動軸に軸方向で並んで、１つのフリーホイールセットを形成する複数のフリーホイールユニットが配置されており、該フリーホイールユニットが、軸方向で２つのピン部材間に固定されている。好ましくは、前記被動軸に軸方向で並んで複数のフリーホイールセットが配置されている。好ましくは、前記フリーホイール装置がクランクＣＶＴ伝動装置の部分であり、各々のフリーホイールユニットの前記外レースが相対回動不能にコンロッド部材に結合されている。

第１の溝及び第２の溝の底は、有利には、それぞれ弓形に延びており、フリーホイールを切り換えるためのウォーム形スプリングにより及ぼされる起立モーメントがそれぞれ均等に小さなてこ腕を介して発生されるように形成されている。有利には、第１の溝及び第２の溝の底がそれぞれ略円形に形成されている。これに対して、締結体と被動軸との間に摩擦力を発生させる、ウォーム形スプリングによりこれに対して及ぼされる力は大きい。

締結体は、有利には、中央の、長手方向軸線の方向で軸方向に張り出したジャーナル部分を備え、ジャーナル部分はそれぞれ回動可能に、円環状の支持体部分の切欠きに係合するようになっており、軸方向で対向する支持体部分は、被動軸に対して同心的に配置される、締結体を保持するケージを形成している。切欠きは、ケージの周方向で細長く形成されている。ウォーム形スプリングは、締結体と被動軸あるいは内レースとの間に特に大きな摩擦力を加えるために、密に巻成されたコイルばねの形状を有する。ウォーム形スプリングは、構造的に特に簡単に、外レースの内周面に設けられた、締結体に向かって開いた環状の溝内に配置されており、外レースの溝の半径方向の寸法は、ウォーム形スプリングの直径より大きい。その結果、ウォーム形スプリングは、溝内において半径方向で変位可能である。

本発明の有利な態様では、スイッチング機構が、被動軸の軸方向の切欠き内に軸方向で移動可能に配置された切換部材を備え、切換部材に、半径方向外向きに被動軸の切欠きを通して案内される少なくとも１つのピン部材が固定されており、ピン部材が外側で円環状のスイッチング部材内に配置されており、スイッチング部材は、切換部材の軸方向の移動時に側方で締結体に作用して、締結体を軸方向で移動させるようになっている。その際、被動軸の切欠きは軸方向でピン部材より大きな寸法を有し、ウォーム形スプリングは、ピン部材が切欠きの一方の側面に当接したとき、第１の溝内に存在し、ピン部材が切欠きの他方の側面に当接したとき、第２の溝内に存在するようになっている。有利には、切換部材が、被動軸の軸方向の切欠き内で案内される切換管であり、スイッチング部材が、環状の、被動軸を包囲するスイッチングスリーブの形状を有する。この態様は、構造的に特に簡単である。スイッチングスリーブは、スイッチングスリーブの軸方向の移動時に、適当な軸受装置を介して、締結体を保持するケージの支持体部分に作用する。

本発明は、有利なフリーホイール装置を実現するために、被動軸に軸方向で並んで、１つのフリーホイールセットを形成する複数のフリーホイールユニットを有しており、フリーホイールユニットは、軸方向で被動軸に沿って少なくとも１つのピン部材により移動可能である。その際、被動軸に軸方向で並んで複数のフリーホイールセットが配置されていてもよい。本発明に係るフリーホイール装置は、クランクＣＶＴ伝動装置の一部であってよく、各々のフリーホイールユニットの外レースは、自体公知の形式で、相対回動不能にコンロッド部材に結合されている。

以下に、本発明及びその構成について図面を参照しながら詳説する。

伝動装置の被動軸に軸方向で並んで３つのフリーホイールユニットが配置されており、フリーホイールが一方向に切り換えられている、本発明に係るフリーホイール装置の縦断面図である。 フリーホイールを他方向に切り換える瞬間の、図１のフリーホイールを示す図である。 他方向に切り換えられた図１のフリーホイール装置を示す図である。 本発明に係るフリーホイール装置の締結体の斜視図である。 一方向でのてこ比を説明する図である。 他方向でのてこ比を説明する図である。 本発明の別の実施の形態を示す図である。

図１に示すように、本発明に係るフリーホイール装置は、主として、回転軸線周りに回転可能な被動軸１を備える。被動軸１には、軸方向で並んで、複数のフリーホイールユニット２が配置されている。各々のフリーホイールユニット２は、主として、外レース３を備える。外レース３には、自体公知の形式でコンロッド部材４が配置されている。コンロッド部材４は、外レース３に相対回動不能に結合されている。

各々のフリーホイールユニット２のフリーホイール自体は、内レースとして機能する被動軸１の対応する領域と、外レース３と、外レース３と被動軸１との間で有利にはケージ内に配置される締結体５と、ウォーム形スプリング（Ｗｕｒｍｆｅｄｅｒ）６とにより形成される。

看取できるように、ウォーム形スプリング６は、外レース３の、締結体５に向かって開いた半径方向で延びる細長い溝７内に内蔵され、かつウォーム形スプリング６のばね力に基づいて締結体５の外周面に引き寄せられるか、あるいは締結体５の外周面を押圧するように寸法設定されている。ウォーム形スプリング６の本来の機能については追って詳述する。

「ウォーム形スプリング６」は、著しく密に巻成された環状のコイルばねであって、フリーホイールユニット２の締結体５の外周全体を取り巻くように延びる。ウォーム形スプリング６は、締結体５と、有利にはフリーホイールの内レースを形成する被動軸１との間に大きな摩擦を発生させるために、大きな力を発生する。

締結体５は、図４に示すように、柱状のローラの形状を有する。ローラは、ローラの周囲に、互いに軸方向でずらされた２つの溝８，９を備える。溝８，９は、締結体５の周方向でも互いにずらされて配置されている。溝８，９は、少なくとも互いに近接する側に、斜面の側面１０，１１を有しており、これにより、溝８，９内に内蔵されたウォーム形スプリング６が、切換の際に比較的容易に溝８，９から脱出可能であるようになっている。

締結体５は、それぞれ１つの横断面を備え、横断面は、各々の溝８，９の方向で大きな直径２７あるいは２８を有しており、ウォーム形スプリング６が第１の溝８又は第２の溝９内にあるとき、第２の溝９又は第１の溝８は、一方向又は他方向で外レース３と駆動軸１との間において締結体５の締結力を発現するために方向付けられている。その際、溝８，９は、周方向でオーバラップするように締結体５の横断面にわたって分配されている。

線１２により概略的に示すように、ウォーム形スプリング６は、図４の例では、溝８を通って延びている。ウォーム形スプリング６は、以下に詳説する対応する切換機構により、矢印１３の方向で軸方向に動かされると、斜面１０を介して溝８から滑り出し、続いて溝９内に飛び込む。溝８，９が周方向で互いにずらされているため、このプロセスの際に、締結体５は、矢印１４の方向に、被動軸１における当接点周りに回動する。反対に、ウォーム形スプリング６が溝９から斜面１１を介して溝８内に移動する（図６）と、締結体５は、矢印１４の方向とは逆向きに回動する。

溝８の断面を側方から見た図５に示すように、安定な位置において、ウォーム形スプリング６の力は、矢印１６の方向で半径方向下向きに被動軸１に向かって押圧する。溝８は、ウォーム形スプリング６の力が図５で見て長手方向軸線１５の右外側に作用して、締結体５が矢印１７の方向で右回りに回動するように寸法設定されている。フリーホイールは、前進方向に切り換えられている。

ウォーム形スプリング６が、図６に示すように、軸方向で溝９に向かって移動されると、ウォーム形スプリング６の力は、再び矢印１６の方向で作用する。しかし、溝９は、ウォーム形スプリング６が溝９内に飛び込むと、ウォーム形スプリング６により矢印１６の方向で被動軸１に向かって及ぼされる力が、締結体５の長手方向軸線１５を越えて左側に移動されているように寸法設定されている。その結果、この力が、一本の線に沿って長手方向軸線１５の左側に作用するので、締結体５は、矢印１８の方向で左回りに回動する。フリーホイールは、後退方向に切り換えられている。

換言すると、フリーホイールは、溝８と溝９との間でのウォーム形スプリング６の移動の際に変化する起立モーメントにより、てこ比の変化の結果として切換可能である。その際、ウォーム形スプリングにより加えられる力が比較的大きいので、締結体５と被動軸１との間の摩擦も大きいことは重要である。しかし、てこ作用が被動軸１における締結体５の回動時に比較的小さいので、締結のために締結体５を起立させる力も比較的小さく、フリーホイールの効率にとって極めて有利である。

以下に、図１〜図３との関連において、ウォーム形スプリング６を移動させる機構について詳説する。被動軸１内には切換管１９が存在する。切換管１９からピン部材２０が半径方向外向きに被動軸１の切欠き２１を貫いて突出している。有利には、ピン部材２０は、外側で、被動軸１の外周面に配置される円環状のスイッチングスリーブ２２内で終端している。スイッチングスリーブ２２は、被動軸１に沿って軸方向で摺動可能に配置されている。切欠き２１は、軸方向で見て、ピン部材２０よりも幅広に寸法設定されている。こうして、ピン部材２０は、矢印２３の方向での切換管１９の摺動時に、軸方向で摺動可能である。その際、軸方向の幅は、ウォーム形スプリング６が溝８又は溝９内にあるときに、ピン部材２０が切欠き２１の軸方向の側面に当接するように寸法設定されている。

例えば、図１では、３つのフリーホイールユニット２が並んで被動軸１上に配置されている。外側のフリーホイールユニット２の少なくとも１つの外面に、スイッチングスリーブ２２が配置されている。

有利には、ピン部材２０の半径方向内側の端部領域は、切換管１９の開口２４内で終端している。

図１に示す３つのフリーホイールユニット２からなるフリーホイールセットを、ウォーム形スプリング６が締結体５の溝８に係合した図１に示す位置から切り換えるために、図２に示すように、切換管１９は、矢印２３の方向で左向きに動かされる。その際、ウォーム形スプリング６は、それぞれ、対応する溝８から押し出され、溝７内において半径方向外向きに運動して、続いて図３に示すように締結体５の溝９に係合する。その際、ウォーム形スプリング６は、看取できるように、溝７内において半径方向内向きに運動する。

図７は、図３に対応する、２つのフリーホイールセットを備えるアッセンブリを示している。フリーホイールセットは、それぞれ、３つのフリーホイールユニット２からなり、１つの切換管１９を介してスイッチされる。切換管１９は、３つのピン部材２０を備え、ピン部材２０のうちの２つが、フリーホイールセットを軸方向で固定するために、両フリーホイールセットの外側に配置されている。１つのピン部材２０は、両フリーホイールセット間に配置されているスリーブ部材２２に係合している。既に図１〜図３との関連で説明した図７の細部は、相応に示されている。

１ 被動軸
２ フリーホイールユニット
３ 外レース
４ コンロッド部材
５ 締結体
６ ウォーム形スプリング
７ 溝
８ 溝
９ 溝
１０ 側面
１１ 側面
１２ 線
１３ 矢印
１４ 矢印
１５ 長手方向軸線
１６ 矢印
１７ 矢印
１８ 矢印
１９ 切換管
２０ ピン部材
２１ 切欠き
２２ スイッチングスリーブ
２３ 矢印
２４ 開口
２５ 切欠き
２６ ジャーナル部分
２７ 直径
２８ 直径

Claims (14)

1. 伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置であって、少なくとも１つのフリーホイールユニット（２）を備え、該フリーホイールユニット（２）が、駆動可能な外レース（３）、被動軸（１）の形の内レース、及び前記外レース（３）と前記内レースとの間に配置される、長手方向軸線（１５）周りに回動可能な締結体（５）を備える形式のものにおいて、該締結体がそれぞれ軸方向で互いに間隔を置いて第１の溝（８）及び第２の溝（９）を備え、該第１の溝（８）及び該第２の溝（９）が、前記締結体（５）の周方向でオーバラップした状態に互いにずらされており、前記締結体（５）の外周を取り巻き、半径方向で前記被動軸（１）に向かって予圧を加える環状のウォーム形スプリング（６）が設けられており、該ウォーム形スプリング（６）がスイッチング機構により軸方向で、前記第１の溝（８）又は前記第２の溝（９）に係合するように移動可能であり、前記締結体（５）は、前記ウォーム形スプリング（６）により及ぼされる力が前記長手方向軸線（１５）の一方又は他方の側で延びるように回動し、前記締結体（５）は、一方向又は他方向の起立モーメントを発生させるために、それぞれ各々の溝（８，９）の方向で比較的大きな直径（２７，２８）を備え、前記ウォーム形スプリング（６）が第１の溝又は第２の溝内にあるとき、第２の溝又は第１の溝が一方向又は他方向で前記外レース（３）と前記被動軸（１）との間において締結力を発現するために方向付けられている横断面を備える、それぞれ柱状に形成されたローラ部材であることを特徴とする、伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置。
2. 前記第１の溝（８）及び前記第２の溝（９）の底は、それぞれ弓形に延びており、前記ウォーム形スプリング（６）により及ぼされる力がそれぞれ均等に小さなてこ腕を介して発生されるように形成されている、請求項１記載の伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置。
3. 前記第１の溝（８）及び前記第２の溝（９）の底がそれぞれ略円形に延びる、請求項２記載の伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置。
4. 前記締結体（５）が、中央の、前記長手方向軸線（１５）の方向で軸方向に張り出したジャーナル部分（２４）を備え、該ジャーナル部分（２４）がそれぞれ回動可能に、円環状の支持体部分（２６）の切欠き（２５）に係合するようになっており、軸方向で対向する支持体部分（２６）が、前記被動軸（１）に対して同心的に配置される、前記締結体（５）を保持するケージを形成しており、前記切欠き（２５）がそれぞれ前記支持体部分の周方向で細長く形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置。
5. 前記ウォーム形スプリング（６）が、密に巻成されたコイルばねの形状を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置。
6. 前記ウォーム形スプリング（６）が、前記外レース（３）の内周面に設けられた、前記締結体（５）に向かって開いた環状の溝（７）内に配置されており、前記外レース（３）の前記溝（７）の半径方向の寸法が、前記ウォーム形スプリング（６）の直径より大きい、請求項１から５までのいずれか１項記載の伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置。
7. 前記スイッチング機構が、前記被動軸（１）の軸方向の切欠き内に軸方向で移動可能に配置された切換部材を備え、該切換部材に、半径方向外向きに前記被動軸（１）の切欠き（２１）を通して案内される少なくとも１つのピン部材（２０）が固定されており、該ピン部材（２０）が外側で円環状のスイッチング部材内に配置されており、該スイッチング部材が、前記切換部材の軸方向の移動時に側方で前記締結体（５）に作用して、該締結体（５）を軸方向で移動させるようになっており、前記被動軸（１）の前記切欠き（２１）は軸方向で前記ピン部材（２０）より大きな寸法を有し、前記ウォーム形スプリング（６）は、前記ピン部材（２０）が前記切欠き（２１）の一方の側面に当接したとき、前記第１の溝（８）内に存在し、前記ピン部材（２０）が前記切欠き（２１）の他方の側面に当接したとき、前記第２の溝（９）内に存在するようになっている、請求項１から６までのいずれか１項記載の伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置。
8. 前記切換部材が、前記被動軸（１）の軸方向の切欠き内で案内される切換管（１９）の形状を有する、請求項７記載の伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置。
9. 前記スイッチング部材が、環状の、前記被動軸（１）を包囲するスイッチングスリーブ（２２）の形状を有する、請求項７又は８記載の伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置。
10. 前記スイッチングスリーブ（２２）が、該スイッチングスリーブ（２２）の軸方向の移動時に、前記締結体（５）を保持するケージの支持体部分（３０）に作用する、請求項９記載の伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置。
11. 前記被動軸（１）に軸方向で並んで、１つのフリーホイールセットを形成する複数のフリーホイールユニット（２）が配置されており、該フリーホイールユニット（２）が、軸方向で２つのピン部材（２０）間に固定されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置。
12. 前記被動軸（１）に軸方向で並んで複数のフリーホイールセットが配置されている、請求項１１記載の伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置。
13. 前記伝動装置は、自動車のクランクＣＶＴである、請求項１から１２までのいずれか１項記載の伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置。
14. 前記フリーホイール装置がクランクＣＶＴの部分であり、各々のフリーホイールユニット（２）の前記外レース（３）が相対回動不能にコンロッド部材（４）に結合されている、請求項１３記載の伝動装置のための切換可能なフリーホイール装置。

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