JP5695541B2 - 無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、入力軸によりコネクティングロッドの一端部を偏心回転させ、コネクティングロッドの他端部がワンウエイクラッチを介して接続された出力軸を間欠回転させるとともに、コネクティングロッドの一端部の偏心量を変化させることで変速比を変更する無段変速機に関する。

かかる無段変速機は下記特許文献１により公知である。この無段変速機は、入力軸に円板状の偏心カムを偏心状態で固設し、この偏心カムの外周に円板状の偏心ディスクを偏心状態で相対回転自在に支持し、入力軸の内部に配置した変速軸で偏心カムに対して偏心ディスクを相対回転させることで、入力軸の軸線に対する偏心ディスクの偏心量を変化させて変速比を変更するようになっている。

独国公開１０２００９０３９９９３

ところで、かかる無段変速機の組立時に、偏心カムの外周に偏心ディスクを嵌合して変速軸のピニオンを偏心ディスクのリングギヤに噛合させる作業を行う場合、偏心ディスクを入力軸の軸線方向に挿入して組み付けようとすると、「発明を実施するための形態」の欄で詳述するように、入力軸がリングギヤと干渉して組み付けが不能になる問題がある。そこで、上記特許文献１に記載されたものは、偏心ディスクをリングギヤの直径線上で２分割して径方向外側から組み付けている。

しかしながら、偏心ディスクを２分割すると、部品点数や製造コストが増加するだけでなく、リングギヤの精度が低下してスムーズな変速操作が妨げられる可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、無段変速機の偏心カムに対する偏心ディスクの組み付けを容易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中空の入力軸と、前記入力軸の外周に偏心状態で固設された偏心カムと、前記偏心カムの外周に回転自在に嵌合支持される偏心凹部を端面に有して該偏心カムに偏心状態で相対回転可能に支持された偏心ディスクと、前記偏心凹部の底部に前記入力軸の軸線方向で隣接するようにして前記偏心ディスクの内周に形成したリングギヤと、前記入力軸の内部に同軸に嵌合する変速軸と、前記変速軸に固設されて前記入力軸に形成した開口を通して前記リングギヤに噛合するピニオンと、出力軸の外周に設けられたワンウェイクラッチと、前記偏心ディスクおよび前記ワンウエイクラッチに両端を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、前記入力軸の回転を前記コネクティングロッドおよび前記ワンウエイクラッチを介して前記出力軸に間欠的に伝達するとともに、前記変速軸により前記ピニオンおよび前記リングギヤを介して前記入力軸の軸線に対する前記偏心ディスクの偏心量を変化させて変速比を変更する無段変速機であって、前記リングギヤの一部に、前記入力軸の肉厚よりも大きい深さの切欠き部を形成したことを特徴とする無段変速機が提案される。

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、前記切欠き部は、変速比の変更時に前記ピニオンと噛合しない部分に形成されることを特徴とする無段変速機が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１又は２の構成に加えて、前記偏心ディスクの両端面に一対の前記偏心凹部が形成され、その両偏心凹部の底部間を連通させるように前記リングギヤが前記偏心ディスクの内周に形成されることを特徴とする無段変速機が提案される。

尚、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、入力軸の外周に偏心状態で固設した偏心カムが偏心回転し、この偏心カムの外周に偏心状態で支持した偏心ディスクが偏心回転する。偏心ディスクに一端を接続されたコネクティングロッドが往復運動すると、コネクティングロッドの他端が接続されたワンウエイクラッチを介して出力軸が間欠回転する。入力軸の内部に同軸に嵌合する変速軸で偏心カムに対して偏心ディスクを相対回転させると、入力軸に対する偏心ディスクの偏心量が変化してコネクティングロッドの往復ストロークが変化することで、出力軸の間欠回転角が変化して変速比が変更される。

偏心ディスクを偏心カムに組み付けた状態では、入力軸の開口から露出するピニオンに偏心ディスク内周のリングギヤが噛合するが、偏心ディスクを偏心カムに組み付けるべく、偏心ディスクのリングギヤを入力軸の外周に嵌合して軸線方向に挿入する過程で、ピニオンの手前の入力軸（開口が形成されていない部分）がリングギヤと干渉してしまい、偏心ディスクを偏心カムに対して正しい位置に位置決めできなくなって組み付けが不能になる問題がある。

しかしながらリングギヤの一部に入力軸の肉厚よりも大きい深さの切欠き部を形成したので、リングギヤの切欠き部をピニオンの手前の入力軸に嵌合させることで、偏心ディスクを偏心カムに対して正しい位置に位置決めして組み付けを可能にすることができる。

また請求項２の構成によれば、偏心ディスクのリングギヤの切欠き部は、変速比の変更時にピニオンと噛合しない部分に形成されるので、リングギヤに切欠き部を形成しても変速比の変更を支障なく行うことができ、しかも切欠き部を設けたことで偏心ディスクの軽量化を図ることができる。

無段変速機の全体視図。 無段変速機の要部の一部破断斜視図。 図１の３−３線断面図。 図３の４部拡大図。 図３の５−５線断面図。 偏心ディスクの形状を示す図。 偏心ディスクの偏心量と変速比との関係を示す図。 偏心ディスクの組み付け時の作用説明図。 図８に対応する比較例の作用説明図。

以下、図１〜図９に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１〜図５に示すように、自動車用の無段変速機Ｔのミッションケース１１は、フレーム本体５１ａおよび一対の第１、第２側壁５１ｂ，５１ｃを有して上面が開放するフレーム５１と、フレーム５１の周囲を覆う２分割された上部カバー５２および下部カバー５３とで構成される。ミッションケース１１の第１、第２側壁５１ｂ，５１ｃ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６個の変速ユニット１４および出力軸１３を介して駆動輪に伝達される。中空に形成された入力軸１２の内部に、その入力軸１２と軸線Ｌを共有する変速軸１５が７個のニードルベアリング１６…を介して相対回転可能に嵌合する。６個の変速ユニット１４の構造は実質的に同一構造であるため、以下、一つの変速ユニット１４を代表として構造を説明する。

変速ユニット１４は変速軸１５の外周面に設けられたピニオン１７を備えており、このピニオン１７は入力軸１２に形成した開口１２ａから露出する。ピニオン１７を挟むように、入力軸１２の外周に軸線Ｌ方向に２分割された円板状の偏心カム１８がスプライン結合される。偏心カム１８の中心Ｏ１は入力軸１２の軸線Ｌに対して距離ｄだけ偏心している。また６個の変速ユニット１４…の６個の偏心カム１８…は、その偏心方向の位相が相互に６０°ずつずれている。

偏心カム１８の外周面には、円板状の偏心ディスク１９の軸線Ｌ方向両端面に形成した一対の偏心凹部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嵌合支持される。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１８の中心Ｏ１）は距離ｄだけずれている。即ち、入力軸１２の軸線Ｌおよび偏心カム１８の中心Ｏ１間の距離ｄと、偏心カム１８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。

軸線Ｌ方向に２分割された偏心カム１８の割り面には、その偏心カム１８の中心Ｏ１と同軸に一対の三日月状のガイド部１８ａ，１８ａが設けられており、また偏心ディスク１９の内周には、偏心ディスク１９の一対の偏心凹部１９ａ，１９ａの底部に前記軸線Ｌ方向で隣接するように（従ってその両偏心凹部１９ａ，１９ａの底部間を連通させるように）リングギヤ１９ｂが形成され、そのリングギヤ１９ｂの歯先が、偏心カム１８のガイド部１８ａ，１８ａの外周面に摺動可能に当接する。そして変速軸１５のピニオン１７が、入力軸１２の開口１２ａを通して偏心ディスク１９のリングギヤ１９ｂに噛合する。

入力軸１２の一端側はボールベアリング２１を介してミッションケース１１の第１側壁５１ｂに直接支持される。また入力軸１２の他端側に位置する１個の偏心カム１８に一体に設けた筒状部１８ｂが、ボールベアリング２２を介してミッションケース１１の第２側壁５１ｃに支持されており、その偏心カム１８の内周にスプライン結合された入力軸１２の他端側は、ミッションケース１１に間接的に支持される。

入力軸１２に対して変速軸１５を相対回転させて無段変速機Ｔの変速比を変更する変速アクチュエータ２３は、モータ軸２４ａが軸線Ｌと同軸になるようにミッションケース１１の側部カバー４２に支持された電動モータ２４と、電動モータ２４に接続された遊星歯車機構２５とを備える。遊星歯車機構２５は、電動モータ２４にニードルベアリング２６を介して回転自在に支持されたキャリヤ２７と、モータ軸２４ａに固定されたサンギヤ２８と、キャリヤ２７に回転自在に支持された複数の２連ピニオン２９…と、中空の入力軸１２の軸端（厳密には、前記１個の偏心カム１８の筒状部１８ｂ）にスプライン結合された第１リングギヤ３０と、変速軸１５の軸端にスプライン結合された第２リングギヤ３１とを備える。各２連ピニオン２９は大径の第１ピニオン２９ａと小径の第２ピニオン２９ｂとを備えており、第１ピニオン２９ａはサンギヤ２８および第１リングギヤ３０に噛合し、第２ピニオン２９ｂは第２リングギヤ３１に噛合する。

偏心ディスク１９の外周には、ローラベアリング３２を介してコネクティングロッド３３の一端側の環状部３３ａが相対回転自在に支持される。

出力軸１３はミッションケース１１の第１、第２側壁５１ｂ，５１ｃに一対のボールベアリング３４，３５で支持されており、その外周にはワンウェイクラッチ３６が設けられる。ワンウェイクラッチ３６は、コネクティングロッド３３のロッド部３３ｂの先端にピン３７を介して枢支されたリング状のアウター部材３８と、アウター部材３８の内部に配置されて出力軸１３に固定されたインナー部材３９と、アウター部材３８の内周の円弧面とインナー部材３９の外周の平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４０…で付勢された複数個のローラ４１…とを備える。

図６および図８に示すように、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１８の中心Ｏ１）は距離ｄだけずれているため、偏心ディスク１９の外周と偏心凹部１９ａ，１９ａの内周との間隔は円周方向に不均一になっており、その間隔が大きい部分に三日月状の肉抜き凹部１９ｃ，１９ｃが形成される。偏心凹部１９ａ，１９ａの中心Ｏ１から見て、偏心ディスク１９の中心Ｏ２の方向と直交する方向に位置するリングギヤ１９ｂの一部に円弧状の切欠き部１９ｄが形成される。円弧状の切欠き部１９ｄの直径は入力軸１２の直径と同じか僅かに大きく設定されるとともに、切欠き部１９ｄの最大深さＤは中空の入力軸１２の肉厚ｔよりも僅かに大きく設定される。尚、図８において入力軸１２の外周に設けられた歯１２ｂ…は、偏心カム１８をスプライン結合するためのスプライン歯である。

次に、無段変速機Ｔの一つの変速ユニット１４の作用を説明する。

図５および図７（Ａ）〜図７（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３３の環状部３３ａ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３３のロッド部３３ｂが往復運動する。その結果、コネクティングロッド３３のロッド部３３ｂにピン３７で接続されたワンウェイクラッチ３６のアウター部材３８が所定角度範囲で往復回転し、アウター部材３８が一方向に回転したときにローラ４１…が楔状の空間に噛み込んでインナー部材３９に回転が伝達され、アウター部材３８が他方向に回転したときにローラ４１…がスリップしてインナー部材３９への回転の伝達が遮断される。

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。６個の変速ユニット１４…の偏心ディスク１９…の偏心方向の位相が相互に６０°ずつずれているため、６個の変速ユニット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３３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３３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３３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。入力軸１２および変速軸１５を同一速度で回転させるには、入力軸１２と同速度で電動モータ２４を回転駆動すれば良い。その理由は、遊星歯車機構２５の第１リングギヤ３０は入力軸１２に接続されて該入力軸１２と同一速度で回転するが、それと同一速度で電動モータ２４を駆動するとサンギヤ２８および第１リングギヤ３０が同一速度で回転するため、遊星歯車機構２５はロック状態になって全体が一体に回転する。その結果、一体に回転する第１リングギヤ３０および第２リングギヤ３１に接続された入力軸１２および変速軸１５は一体化され、相対回転することなく同速度で回転するからである。

入力軸１２の回転数に対して電動モータ２４の回転数を増速あるいは減速すると、入力軸１２に結合された第１リングギヤ３０と電動モータ２４に接続されたサンギヤ２８とが相対回転するため、キャリヤ２７が第１リングギヤ３０に対して相対回転する。このとき、相互に噛合する第１リングギヤ３０および第１ピニオン２９ａの歯数比と、相互に噛合する第２リングギヤ３１および第２ピニオン２９ｂの歯数比とが僅かに異なるため、第１リングギヤ３０に接続された入力軸１２と第２リングギヤ３１に接続された変速軸１５とが相対回転する。

このようにして入力軸１２に対して変速軸１５が相対回転すると、各変速ユニット１４のピニオン１７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１８のガイド部１８ａ，１８ａ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７（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１８の中心Ｏ１までの距離ｄと、偏心カム１８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１８に対して偏心ディスク１９が相対回転することで、図７（Ｂ）および図７（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１８に対して偏心ディスク１９が更に相対回転することで、図７（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、無段変速機Ｔの組立工程について説明する。

先ず、中空の入力軸１２の内部にニードルベアリング１６…を介して変速軸１５を嵌合させ、変速軸１５に固設したピニオン１７…を入力軸１２の開口１２ａ…に臨ませる。続いて、入力軸１２の外周に偏心カム１８を軸線Ｌ方向に嵌合し、入力軸１２に対して所定の位相となるようにスプライン結合する。続いて、偏心凹部１９ａの内周に予めニードルベアリング２０を装着した偏心ディスク１９を、入力軸１２の外周に軸線Ｌ方向に嵌合して偏心カム１８に組み付ける。

このとき、偏心カム１８の中心Ｏ１と偏心ディスク１９の偏心凹部１９ａの中心Ｏ１とが一致していれば、偏心ディスク１９の偏心凹部１９ａに組み付けたニードルベアリング２０が偏心カム１８の外周に正しく嵌合し、偏心ディスク１９のリングギヤ１９ｂの歯先が偏心カム１８の三日月状のガイド部１８ａの外周に正しく嵌合し、偏心ディスク１９のリングギヤ１９ｂが変速軸１５のピニオン１７に正しく噛合し、偏心ディスク１９の組み付けが可能になる。

しかしながら、仮に偏心ディスク１９が切欠き部１９ｄを備えていないとすると、図９に示すように、偏心カム１８の中心Ｏ１と偏心ディスク１９の偏心凹部１９ａの中心Ｏ１とを一致させた状態で偏心ディスク１９を入力軸１２の軸線Ｌ方向に挿入しようとしても、ピニオン１７の手前には中空の入力軸１２の開口１２ａが存在しない部分が位置するため、偏心ディスク１９のリングギヤ１９ｂが入力軸１２と干渉して組み付けができないという問題がある。

一方、本実施の形態によれば、偏心ディスク１９内周のリングギヤ１９ｂの一部に切欠き部１９ｄを形成したので、図８に示すように、偏心カム１８の中心Ｏ１と偏心ディスク１９の偏心凹部１９ａの中心Ｏ１とを一致させた状態で偏心ディスク１９を入力軸１２の軸線Ｌ方向に挿入するときに、切欠き部１９ｄによって入力軸１２との干渉を避けながら偏心ディスク１９を軸線Ｌ方向に挿入することができる。偏心カム１８に偏心ディスク１９が嵌合した状態では、変速軸１５のピニオン１７はリングギヤ１９ｂに噛合していないが、ピニオン１７を所望の位相でリングギヤ１９ｂに噛合させることで偏心ディスク１９の組み付けが完了する。このようにして、全ての偏心カム１８…および偏心ディスク１９…を、入力軸１２の軸線Ｌ方向に１個ずつ交互に組み付けることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、偏心ディスク１９を２分割することなく組み付けることができるので、偏心ディスク１９の部品点数および製造コストが削減されるだけでなく、２分割されたリングギヤ１９ｂの精度が低下してスムーズな変速が阻害される虞もない。

尚、無段変速機Ｔの変速比をＵＤとＴＤとの間で変更するとき、ピニオン１５の噛み合うリングギヤ１９ｂは中心角で１８０°の範囲であるため、リングギヤ１９ｂの変速に使用しない部分に切欠き部１９ｂを形成すれば変速操作に支障を来すことはなく、しかも切欠き部１９ｄを設けたことで偏心ディスク１９の軽量化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
１２ａ 開口
１３ 出力軸
１５ 変速軸
１７ ピニオン
１８ 偏心カム
１９ 偏心ディスク
１９ａ 偏心凹部
１９ｂ リングギヤ
１９ｄ 切欠き部
３３ コネクティングロッド
３６ ワンウェイクラッチ
Ｅ エンジン（駆動源）
Ｌ 入力軸の軸線
ε 偏心ディスクの偏心量

Claims (3)

1. 駆動源（Ｅ）に接続された中空の入力軸（１２）と、
   前記入力軸（１２）の外周に偏心状態で固設された偏心カム（１８）と、
   前記偏心カム（１８）の外周に回転自在に嵌合支持される偏心凹部（１９ａ）を端面に有して該偏心カム（１８）に偏心状態で相対回転可能に支持された偏心ディスク（１９）と、
   前記偏心凹部（１９ａ）の底部に前記入力軸（１２）の軸線（Ｌ）方向で隣接するようにして前記偏心ディスク（１９）の内周に形成したリングギヤ（１９ｂ）と、
   前記入力軸（１２）の内部に同軸に嵌合する変速軸（１５）と、
   前記変速軸（１５）に固設されて前記入力軸（１２）に形成した開口（１２ａ）を通して前記リングギヤ（１９ｂ）に噛合するピニオン（１７）と、
   出力軸（１３）の外周に設けられたワンウェイクラッチ（３６）と、
   前記偏心ディスク（１９）および前記ワンウエイクラッチ（３６）に両端を接続されて往復運動するコネクティングロッド（３３）とを備え、
   前記入力軸（１２）の回転を前記コネクティングロッド（３３）および前記ワンウエイクラッチ（３６）を介して前記出力軸（１３）に間欠的に伝達するとともに、前記変速軸（１５）により前記ピニオン（１７）および前記リングギヤ（１９ｂ）を介して前記入力軸（１２）の軸線（Ｌ）に対する前記偏心ディスク（１９）の偏心量（ε）を変化させて変速比を変更する無段変速機であって、
   前記リングギヤ（１９ｂ）の一部に、前記入力軸（１５）の肉厚よりも大きい深さの切欠き部（１９ｄ）を形成したことを特徴とする無段変速機。
2. 前記切欠き部（１９ｄ）は、変速比の変更時に前記ピニオン（１７）と噛合しない部分に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の無段変速機。
3. 前記偏心ディスク（１９）の両端面に一対の前記偏心凹部（１９ａ）が形成され、その両偏心凹部（１９ａ）の底部間を連通させるように前記リングギヤ（１９ｂ）が前記偏心ディスク（１９）の内周に形成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の無段変速機。

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