JP5806410B2 - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

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Description

本発明は、駆動源に接続された入力軸の回転を駆動輪に接続された出力軸に伝達する車両用動力伝達装が軸方向に等間隔で並置された6個の伝達ユニットを備えるものに関する。
エンジンに接続された入力軸の回転を複数のコネクティングロッドの相互に位相が異なる往復運動に変換し、前記複数のコネクティングロッドの往復運動を複数の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無段変速機が、下記特許文献1により公知である。
日本特表2005−502543号公報
ところで、上記特許文献1に記載された無段変速機は軸方向に並置された複数の伝達ユニットを備えており、それらの伝達ユニットは入力軸の周囲を偏心ディスクが相互に異なる位相で偏心回転するため、入力軸の両端部を支持するベアリングに周期的な偏荷重が加わって振動の原因となる問題がある。
複数の伝達ユニットから入力軸の両端部を支持するベアリングに加わるトータルの偏荷重は、ベアリングおよび伝達ユニット間の距離と、複数の伝達ユニットの偏心ディスクの位相とに応じて変化するため、複数の伝達ユニットの軸方向の位置に応じて偏心ディスクの位相を適切に決定すれば、ベアリングに加わるトータルの偏荷重を低減する余地があると考えられる。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、駆動力を異なる位相で間欠的に伝達する6個の伝達ユニットを備える車両用動力伝達装置の振動を低減することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、駆動源に接続された入力軸の回転を出力軸に伝達する6個の伝達ユニットを前記入力軸および前記出力軸間に軸方向に並置し、前記伝達ユニットの各々は、前記入力軸と共に偏心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る車両用動力伝達装置であって、前記6個の伝達ユニットを軸方向一端側から他端側に向かって順番に♯1ユニット、♯2ユニット、♯3ユニット、♯4ユニット、♯5ユニット、♯6ユニットとしたとき、♯1ユニットの位相に対する♯6ユニットの位相と、♯6ユニットの位相に対する♯2ユニットの位相と、♯2ユニットの位相に対する♯4ユニットの位相と、♯4ユニットの位相に対する♯3ユニットの位相と、♯3ユニットの位相に対する♯5ユニットの位相と、♯5ユニットの位相に対する♯1ユニットの位相とが、それぞれ同方向に60°ずれていることを第1の特徴とする車両用動力伝達装置が提案される。
また本発明によれば、前記第1の特徴に加えて、前記伝達ユニットは、前記入力軸の軸線からの前記入力側支点の偏心量を変化させることで、前記入力軸の回転を変速して前記出力軸に伝達することを第2の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19は本発明の入力側支点に対応し、実施の形態のピン37は本発明の出力側支点に対応し、実施の形態のエンジンEは本発明の駆動源に対応する。
本発明の第1の特徴によれば、駆動源に接続された入力軸が回転すると、各伝達ユニットの入力側支点が偏心回転し、入力側支点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ェイクラッチを介して出力軸が回転する。各伝達ユニットの入力側支点が偏心回転すると遠心力による荷重が入力軸の両端の支持部に作用して振動の原因となるが、6個の伝達ユニットを軸方向一端側から他端側に向かって順番に♯1ユニット、♯2ユニット、♯3ユニット、♯4ユニット、♯5ユニット、♯6ユニットとしたとき、♯1ユニットの位相に対する♯6ユニットの位相と、♯6ユニットの位相に対する♯2ユニットの位相と、♯2ユニットの位相に対する♯4ユニットの位相と、♯4ユニットの位相に対する♯3ユニットの位相と、♯3ユニットの位相に対する♯5ユニットの位相と、♯5ユニットの位相に対する♯1ユニットの位相とが、それぞれ同方向に60°ずれているため、各伝達ユニットにより発生する荷重が相互に打ち消し合うことで、入力軸の両端の支持部に作用する荷重を最小限に抑えて振動を低減することができる。
また本発明の第2の特徴によれば、伝達ユニットは、入力軸の軸線からの入力側支点の偏心量を変化させることで、入力軸の回転を変速して出力軸に伝達するので、車両用動力伝達装置のレシオを変更することができる。
図1は無段変速機の全体斜視図である。(第1の実施の形態) 図2は無段変速機の要部の一部破断斜視図である。(第1の実施の形態) 図3は図1の3−3線断面図である。(第1の実施の形態) 図4は図3の4部拡大図である。(第1の実施の形態) 図5は図3の5−5線断面図である。(第1の実施の形態) 図6は偏心ディスクの形状を示す図である。(第1の実施の形態) 図7は偏心ディスクの偏心量と変速比との関係を示す図である。(第1の実施の形態) 図8はTD変速比およびUD変速比における偏心ディスクの状態を示す図である。(第1の実施の形態) 図9は入力軸の両端部を支持するベアリングに作用する荷重を説明する図である。(第1の実施の形態) 図10は本発明の作用効果を説明するグラフである。(第1の実施の形態)
12 入力軸
13 出力軸
14 伝達ユニット
19 偏心ディスク(入力側支点)
33 コネクティングロッド
36 ワンウェイクラッチ
37 ピン(出力側支点)
38 アウター部材
E エンジン(駆動源)
L 入力軸の軸線
ε 偏心量
以下、図1〜図10に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
第1の実施の形態
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の一対の側壁11a,11b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個の伝達ユニット14…、出力軸13およびディファレンシャルギヤD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。
伝達ユニット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個の伝達ユニット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、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の右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の右側の側壁11aに直接支持される。また入力軸12の左端側に位置する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の左側の側壁11b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の左端側は、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の一対の側壁11a,11b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。
図9(A)に示すように、6個の伝達ユニット14…は、入力軸12および出力軸13の左端側(変速アクチュエータ23側)から右端側(エンジンEおよびディファレンシャルギヤD側)に向かって♯1ユニット、♯2ユニット、♯3ユニット、♯4ユニット、♯5ユニット、♯6ユニットと名付けられる。
図9(B)は入力軸12を軸線L方向に見た模式図である。丸で囲った♯1〜♯6は各伝達ユニット14の位相(軸線Lに対する偏心ディスク19の中心O2の位相)を示しており、♯1ユニットの位相に対する♯6ユニットの位相と、♯6ユニットの位相に対する♯2ユニットの位相と、♯2ユニットの位相に対する♯4ユニットの位相と、♯4ユニットの位相に対する♯3ユニットの位相と、♯3ユニットの位相に対する♯5ユニットの位相と、♯5ユニットの位相に対する♯1ユニットの位相とが、それぞれ同方向に60°ずれている。
図9(C)は図9(B)のC−C断面であって、入力軸12を軸線Lに対して直交する方向に見た模式図である。各伝達ユニット14は等間隔xで並置されており、左端の♯1ユニットと入力軸12の左端側を支持するボールベアリング22(図3参照)との間隔はxであり、右端の♯6ユニットと入力軸12の右端側を支持するボールベアリング21(図3参照)との間隔はxである。
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が往復運動する過程で図中左側に引かれると、スプリング40…に付勢されたローラ41…がアウター部材38およびインナー部材39間の楔状の空間に噛み込み、アウター部材38およびインナー部材39がローラ41…を介して結合されることで、ワンウェイクラッチ36が係合してコネクティングロッド33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33が往復動する過程で図中右側に押されると、ローラ41…がスプリング40…を圧縮しながらアウター部材38およびインナー部材39間の楔状の空間から押し出され、アウター部材38およびインナー部材39が相互にスリップすることで、ワンウェイクラッチ36が係合解除してコネクティングロッド33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。6個の伝達ユニット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、各伝達ユニット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、入力軸12の回転に伴って発生する遠心力による荷重について考察する。
図9(B)および図9(C)において、入力軸12が回転すると、各伝達ユニット14の偏心ディスク19には径方向外側を向く遠心力による荷重F1が作用する。上向きの荷重を正とし、下向きの荷重を負とすると、♯1ユニットが発生する荷重はF1(上向き)であり、♯4ユニットが発生する荷重は−F1(下向き)である。♯2ユニットおよび♯3ユニットの位相は水平方向に対して下向きに30°傾斜しているため、その荷重の上下方向の成分はそれぞれ−F2=−F1×sin30°=−F1/2(下向き)である。♯5ユニットおよび♯6ユニットの位相は水平方向に対して上向きに30°傾斜しているため、その荷重の上下方向の成分はそれぞれF2=F1×sin30°=F1/2(上向き)である。
♯1ユニットと左側のボールベアリング22との距離はxであり、♯1ユニットと右側のボールベアリング21との距離は6xであるため、♯1ユニットの上向きの荷重F1は、左側のボールベアリング22に6/7の比率で配分され、右側のボールベアリング21に1/7の比率で配分され、結局、左側のボールベアリング22に6/7×F1の荷重が加わり、右側のボールベアリング22に1/7×F1の荷重が加わることになる。
♯2ユニットと左側のボールベアリング22との距離は2xであり、♯2ユニットと右側のボールベアリング21との距離は5xであるため、♯2ユニットの下向きの荷重−F2は、左側のボールベアリング22に5/7の比率で配分され、右側のボールベアリング21に2/7の比率で配分され、結局、左側のボールベアリング22に−5/7×F2の荷重が加わり、右側のボールベアリング21に−2/7×F2の荷重が加わることになる。
このようにして♯1〜♯6ユニットにより左側のボールベアリング22に作用する荷重を計算すると以下のようになる。
♯1ユニット:6/7×F1
♯2ユニット:−5/7×F2
♯3ユニット:−4/7×F2
♯4ユニット:−3/7×F1
♯5ユニット:2/7×F2
♯6ユニット:1/7×F2
これらの6個の荷重を合算すると、3/7×F1−6/7×F2となり、F2=F1/2であるから6個の荷重の合算値はゼロとなり、♯1〜♯6ユニットにより左側のボールベアリング22に作用する荷重は相互に打ち消されることが分かる。
同様にして♯1〜♯6ユニットにより右側のボールベアリング21に作用する荷重を計算すると以下のようになる。
♯1ユニット:1/7×F1
♯2ユニット:−2/7×F2
♯3ユニット:−3/7×F2
♯4ユニット:−4/7×F1
♯5ユニット:5/7×F2
♯6ユニット:6/7×F2
これらの6個の荷重を合算すると、−3/7×F1+6/7×F2となり、F2=F1/2であるから6個の荷重の合算値はゼロとなり、♯1〜♯6ユニットにより右側のボールベアリング21に作用する荷重は相互に打ち消されることが分かる。
以上のように、本実施の形態によれば、6個の伝達ユニット14…の偏心ディスク19…の偏心方向を所定の方向に設定するだけで、偏心ディスク19…に作用する遠心力により入力軸12の両端側を支持するボールベアリング21,22に入力するトータルの荷重を最小限に抑え、入力軸12に発生する振動を低減することができる。
図10(A)のグラフは、♯1〜♯6ユニットの位相を60°ずつ順番にずらした従来例の無段変速機Tの右側のボールベアリング21および左側のボールベアリング22に作用する上下方向および左右方向の荷重を示すものであり、図10(B)のグラフは、それに対応する本実施の形態のものである。図10(A)の従来例では、上下方向の荷重および左右方向の荷重が共に大きくなっているが、図10(B)の実施の形態では、上下方向の荷重は上述した理由により殆どゼロになり、水平方向の荷重も、ワンウェイクラッチ36…のアウター部材38…の慣性により発生する荷重が多少残るものの、大幅に低減していることが分かる。
図10(C)のグラフは、入力軸12への入力回転数に対する振動の振幅の変化を示すものであり、従来例では入力回転数が2000rpmを超えると振幅が急激に増加するのに対し、本実施の形態では全ての入力回転数領域で振幅が極めて低く抑えられることが分かる。
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。
また本発明の伝達ユニット14は必ずしも変速機能を有する必要はなく、駆動力の伝達機能を有するものであれば良い。
また実施の形態では、左端の♯1ユニットおよび入力軸12の左端を支持するボールベアリング22間の間隔xと、右端の♯6ユニットおよび入力軸12の右端を支持するボールベアリング21間の間隔xとが、各伝達ユニット14間の間隔xに一致しているが(図9(C)参照)、それらは厳密に一致している必要はなく、不一致であっても充分な振動低減効果を得ることができる。
また実施の形態では入力軸12の両端をボールベアリング21,22で支持しているが、ボールベアリング21,22以外の任意のベアリングを使用することができる。

Claims (2)

  1. 駆動源(E)に接続された入力軸(12)の回転を出力軸(13)に伝達する6個の伝達ユニット(14)を前記入力軸(12)および前記出力軸(13)間に軸方向に並置し、
    前記伝達ユニット(14)の各々は、
    前記入力軸(12)と共に偏心回転する入力側支点(19)と、
    前記出力軸(13)に接続されたワンウェイクラッチ(36)と、
    前記ワンウェイクラッチ(36)のアウター部材(38)に設けられた出力側支点(37)と、
    前記入力側支点(19)および前記出力側支点(37)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)とを備える車両用動力伝達装置であって、
    前記6個の伝達ユニット(14)を軸方向一端側から他端側に向かって順番に♯1ユニット、♯2ユニット、♯3ユニット、♯4ユニット、♯5ユニット、♯6ユニットとしたとき、♯1ユニットの位相に対する♯6ユニットの位相と、♯6ユニットの位相に対する♯2ユニットの位相と、♯2ユニットの位相に対する♯4ユニットの位相と、♯4ユニットの位相に対する♯3ユニットの位相と、♯3ユニットの位相に対する♯5ユニットの位相と、♯5ユニットの位相に対する♯1ユニットの位相とが、それぞれ同方向に60°ずれていることを特徴とする車両用動力伝達装置。
  2. 前記伝達ユニット(14)は、前記入力軸(12)の軸線(L)からの前記入力側支点(19)の偏心量(ε)を変化させることで、前記入力軸(12)の回転を変速して前記出力軸(13)に伝達す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。
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