JP6143178B2 - 車両用動力伝達装置におけるワンウェイクラッチ構造 - Google Patents

Description

本発明は、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変速ユニットが、前記入力軸の軸線からの偏心量が可変であって該入力軸と共に回転する偏心部材と、前記出力軸に相対回転自在に支持された揺動リンクと、前記偏心部材および前記揺動リンクを接続するコネクティングロッドと、前記出力軸および前記揺動リンク間に配置されたワンウェイクラッチとを備える車両用動力伝達装置におけるワンウェイクラッチ構造に関する。

入力軸に設けた偏心部材の偏心回転をコネクティングロッドを介して揺動リンクの往復揺動に変換し、揺動リンクの往復揺動をワンウェイクラッチを介して出力軸の一方向の間欠回転に変換するクランク式の無段変速機において、ワンウェイクラッチのアウター部材を構成する揺動リンクの外周面を取り囲むように環状リブを形成し、この環状リブでアウター部材の剛性を高めるものが、下記特許文献１により公知である。

特開２０１２−２５１６１１号公報

ところで、ワンウェイクラッチのローラがアウター部材の内周面に均一に接触していても、ローラの軸方向端部に加わる荷重（エッジロード）が局部的に増加することで、ローラの耐久性を低下させることが知られている。このとき、アウター部材の外周面に形成された環状リブがローラの軸方向端部に対向していると、その部分でアウター部材の剛性が局部的に高まり、ローラのエッジロードが更に増加して寿命を短くする懸念がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車両用動力伝達装置のワンウェイクラッチのローラの軸方向端部に発生するエッジロードを低減して耐久性を高め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変速ユニットが、前記入力軸の軸線からの偏心量が可変であって該入力軸と共に回転する偏心部材と、前記出力軸に相対回転自在に支持された揺動リンクと、前記偏心部材および前記揺動リンクを接続するコネクティングロッドと、前記出力軸および前記揺動リンク間に配置されたワンウェイクラッチとを備える車両用動力伝達装置において、前記ワンウェイクラッチは、前記揺動リンクを構成する環状のアウター部材と、前記アウター部材の内部に同軸に配置された前記出力軸よりなるインナー部材と、前記アウター部材の内周面および前記インナー部材の外周面間に配置された複数のローラと、前記複数のローラの各々に当接して円周方向一方へ付勢する複数のエンゲージスプリングとを備え、前記アウター部材および前記インナー部材の所定方向への相対回転により前記ローラを前記アウター部材の内周面および前記インナー部材の外周面間に噛み込ませて駆動力を伝達するものであり、前記アウター部材の外周面には、前記コネクティングロッドの端部を挟むように支持する一対のアーム部と、前記一対のアーム部に接続されて前記アウター部材の外周面を取り囲む一対の環状リブとが形成され、前記一対の環状リブは前記ローラの端部と軸方向においてオーバーラップしない位置に形成されるとともに、前記アウター部材の軸方向中心を基準として軸方向に対称に形成されることを特徴とする車両用動力伝達装置におけるワンウェイクラッチ構造が提案される。

尚、実施の形態の出力軸１２は本発明のインナー部材に対応し、実施の形態の偏心ディスク１８は本発明の偏心部材に対応し、実施の形態の揺動リンク２２は本発明のアウター部材に対応し、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、ワンウェイクラッチは、環状のアウター部材と、アウター部材の内部に同軸に配置されたインナー部材と、アウター部材の内周面およびインナー部材の外周面間に配置された複数のローラと、複数のローラの各々に当接して円周方向一方へ付勢する複数のエンゲージスプリングとを備え、アウター部材およびインナー部材の所定方向への相対回転によりローラをアウター部材の内周面およびインナー部材の外周面間に噛み込ませて駆動力を伝達する。アウター部材はその外周面を取り囲むように形成された環状リブを備えるので、ローラがアウター部材の内周面に噛み込んで駆動力を伝達するときに、アウター部材の剛性を高めて変形を防止することができる。ローラがアウター部材の内周面に噛み込むと、ローラの端部に強いエッジロードが作用して耐久性に悪影響を及ぼすが、環状リブはローラの端部と軸方向においてオーバーラップしない位置に形成されるので、ローラの端部に当接するアウター部材の内周面の剛性を局部的に低下させることで、前記エッジロードを緩和してローラの耐久性を高めることができる。

また環状リブはアウター部材の軸方向中心を基準として軸方向に対称に形成されるので、ローラの荷重が軸方向にアンバランスになるのを防止することで、ローラの姿勢を安定させて耐久性を更に高めることができる。

また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車両用動力伝達装置の変速ユニットは、入力軸と一体に偏心部材が偏心回転すると、偏心部材にコネクティングロッドを介して接続された揺動リンクが往復揺動し、前記アウター部材よりなる出力軸と前記インナー部材よりなる揺動リンクとを有するワンウェイクラッチが、揺動リンクが一方向に揺動したときに係合して他方向に揺動したときに係合解除することで、入力軸の回転が出力軸に間欠的に伝達される。このように、前記ワンウェイクラッチが係合および係合解除を短い時間間隔で繰り返すと耐久性が低下するが、アウター部材の環状リブを上記構成とすることで、ワンウェイクラッチの寿命を延長して変速ユニットの信頼性を高めることができる。

車両用動力伝達装置のスケルトン図。 図１の２部詳細図。 図２の３−３線断面図（ＯＤ状態）。 図２の３−３線断面図（ＧＮ状態）。 ＯＤ状態での作用説明図。 ＧＮ状態での作用説明図。 ワンウェイクラッチの周辺の分解斜視図。 図２の８部拡大図。 図７の９方向矢視図。 ワンウェイクラッチのローラのエッジロード低減の説明図。

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。

図１に示すように、エンジンＥの駆動力を左右の車軸１０，１０を介して駆動輪Ｗ，Ｗに伝達する車両用動力伝達装置は、クランク式の無段変速機ＴおよびディファレンシャルギヤＤを備える。

次に、図２〜図６に基づいて無段変速機Ｔの構造を説明する。

図２および図３に示すように、本実施の形態の無段変速機Ｔは同一構造を有する複数個（実施の形態では４個）の変速ユニットＵ…を軸方向に重ね合わせたもので、それらの変速ユニットＵ…は平行に配置された共通の入力軸１１および共通の出力軸１２を備えており、入力軸１１の回転が減速または増速されて出力軸１２に伝達される。

以下、代表として一つの変速ユニットＵの構造を説明する。エンジンＥに接続されて回転する入力軸１１は、電動モータのような変速アクチュエータ１４の中空の回転軸１４ａの内部を相対回転自在に貫通する。変速アクチュエータ１４のロータ１４ｂは回転軸１４ａに固定されており、ステータ１４ｃはケーシングに固定される。変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａは、入力軸１１と同速度で回転可能であり、かつ入力軸１１に対して異なる速度で相対回転可能である。

変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａを貫通した入力軸１１には第１ピニオン１５が固定されており、この第１ピニオン１５を跨ぐように変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａにクランク状のキャリヤ１６が接続される。第１ピニオン１５と同径の２個の第２ピニオン１７，１７が、第１ピニオン１５と協働して正三角形を構成する位置にそれぞれピニオンピン１６ａ，１６ａを介して支持されており、これら第１ピニオン１５および第２ピニオン１７，１７に、円板形の偏心ディスク１８の内部に偏心して形成されたリングギヤ１８ａが噛合する。偏心ディスク１８の外周面に、コネクティングロッド１９のロッド部１９ａの一端に設けたリング部１９ｂがボールベアリング２０を介して相対回転自在に嵌合する。

４個の変速ユニットＵ…はクランク状のキャリヤ１６を共有しているが、キャリヤ１６に第２ピニオン１７，１７を介して支持される偏心ディスク１８の位相は各々の変速ユニットＵで９０°ずつ異なっている。

出力軸１２の外周に設けられたワンウェイクラッチ２１は、コネクティングロッド１９のロッド部１９ａにピン１９ｃを介して枢支された揺動リンク２２の内周部をアウター部材とし、出力軸１２の外周部をインナー部材とするもので、アウター部材およびインナー部材間に形成された楔状の空間に、エンゲージスプリング２４…で付勢された複数のローラ２５…を備える。

次に、図７〜図９に基づいて、出力軸１２の周辺の構造を説明する。尚、図３〜図６においてワンウェイクラッチ２１は模式的に図示されており、その実際の構造は図７〜図９に示されている。

出力軸１２の外周に支持されるワンウェイクラッチ２１は、揺動リンク２２の円形の内周面２２ａと、出力軸１２の波状に屈曲する外周面１２ａとの間に１２個のローラ２５…を配置したものであり、揺動リンク２２の外周に設けたアーム部２２ｂ，２２ｂにピン１９ｃおよびクリップ２８，２８を介してコネクティングロッド１９が接続される。

ワンウェイクラッチ２１は、ローラ２５…を付勢するエンゲージスプリング２４…を支持するためのケージ３１を備える。ケージ３１は円環状の板材からなる一対の環状部材３２，３２と、周方向に等間隔で配置されて一対の環状部３２，３２を相互に接続する１２本のスプリング支持ロッド３３…とで構成され、一対の環状部材３２，３２が１２個のローラ２５…の軸方向両側に配置され、１２本のスプリング支持ロッド３３…が１２個のローラ２５…間に配置される。環状部材３２の内周部は波状に形成されており、それが出力軸１２の波状の外周面１２ａに凹凸係合することで、ケージ３１は出力軸１２に相対回転不能に結合される。

エンゲージスプリング２４は１枚の弾性板材を断面Ｓ字状に屈曲させたもので、その一端側がケージ３１のスプリング支持ロッド３３に溶接等で固定される。

また揺動リンク２２および出力軸１２の間には、ローラ２５…の軸方向両側に位置する複列のアンギュラボールベアリング３４…が配置されており、これらのアンギュラボールベアリング３４…によって揺動リンク２２および出力軸１２が同芯状態を維持しながら相対回転可能に接続される。各アンギュラボールベアリング３４は外輪３５，３５および内輪３６間に複数のボール３７…を２列に配置したものであり、外輪３５，３５は揺動リンク２２，２２の軸方向端部に一体に形成され、共通の内輪３６は別部材で構成されて出力軸１２の外周に固定される。

アンギュラボールベアリング３４とケージ３１の一方の環状部材３２との間にアキシャルスプリング３８が配置されており、アキシャルスプリング３８の内周から突出する複数の突起３８ａ…が、前記環状部材３２の内周の凹部３２ａ…間を通過してローラ２５…の端面に弾発的に当接する。

揺動リンク２２…を支持するアンギュラボールベアリングには、上述した複列のアンギュラボールベアリング３４…以外に、出力軸１２を支持するボールベアリング２７，２７に隣接して配置される単列のアンギュラボールベアリング３４′（図８参照）がある。出力軸１２を支持するボールベアリング２７は、ミッションケース２６に支持された外輪４０と、出力軸１２に支持された内輪４１と、外輪４０および内輪４１間に配置された複数のボール４２…とを備えており、その内輪４１は単列のアンギュラボールベアリング３４′の内輪３６′に接している。

図９および図１０（Ａ）に示すように、揺動リンク２２の外周面には２本の環状リブ２２ｃ，２２ｃが径方向外側に突出しており、これらの環状リブ２２ｃ，２２ｃはコネクティングロッド１９が接続されるアーム部２２ｂ，２２ｂに連続している。環状リブ２２ｃ，２２ｃの軸方向間隔は、その径方向内側に位置するローラ２５の軸方向長さよりも小さく設定されており、従って、環状リブ２２ｃ，２２ｃの位置はローラ２５の軸方向端部よりも軸方向内側にずれている（図１０（Ａ）参照）。これを言い換えると、径方向に見たときに、環状リブ２２ｃ，２２ｃとローラ２５の端部とは軸方向にオーバーラップしていない。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

先ず、無段変速機Ｔの一つの変速ユニットＵの作用を説明する。変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａを入力軸１１に対して相対回転させると、入力軸１１の軸線Ｌ１まわりにキャリヤ１６が回転する。このとき、キャリヤ１６の中心Ｏ、つまり第１ピニオン１５および２個の第２ピニオン１７，１７が成す正三角形の中心は入力軸１１の軸線Ｌ１まわりに回転する。

図３および図５は、キャリヤ１６の中心Ｏが第１ピニオン１５（つまり入力軸１１）に対して出力軸１２と反対側にある状態を示しており、このとき入力軸１１に対する偏心ディスク１８の偏心量が最大になって無段変速機ＴのレシオはＯＤ（オーバードライブ）状態になる。図４および図６は、キャリヤ１６の中心Ｏが第１ピニオン１５（つまり入力軸１１）に対して出力軸１２と同じ側にある状態を示しており、このとき入力軸１１に対する偏心ディスク１８の偏心量がゼロになって無段変速機ＴのレシオはＧＮ（ギヤドニュートラル）状態になる。

図５に示すＯＤ状態で、エンジンＥで入力軸１１を回転させるとともに、入力軸１１と同速度で変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａを回転させると、入力軸１１、回転軸１４ａ、キャリヤ１６、第１ピニオン１５、２個の第２ピニオン１７，１７および偏心ディスク１８が一体になった状態で、入力軸１１を中心に反時計方向（矢印Ａ参照）に偏心回転する。図５（Ａ）から図５（Ｂ）を経て図５（Ｃ）の状態へと回転する間に、偏心ディスク１８の外周にリング部１９ｂをボールベアリング２０を介して相対回転自在に支持されたコネクティングロッド１９は、そのロッド部１９ａの先端にピン１９ｃで枢支された揺動リンク２２を反時計方向（矢印Ｂ参照）に回転させる。図５（Ａ）および図５（Ｃ）は、揺動リンク２２の前記矢印Ｂ方向の回転の両端を示している。

このようにして揺動リンク２２が矢印Ｂ方向に回転すると、ワンウェイクラッチ２１の揺動リンク２２および出力軸１２間の楔状の空間にローラ２５…が噛み込み、揺動リンク２２の回転が出力軸１２を介して出力軸１２に伝達されるため、出力軸１２は反時計方向（矢印Ｃ参照）に回転する。

入力軸１１および第１ピニオン１５が更に回転すると、第１ピニオン１５および第２ピニオン１７，１７にリングギヤ１８ａを噛合させた偏心ディスク１８が反時計方向（矢印Ａ参照）に偏心回転する。図５（Ｃ）から図５（Ｄ）を経て図５（Ａ）の状態へと回転する間に、偏心ディスク１８の外周にリング部１９ｂをボールベアリング２０を介して相対回転自在に支持されたコネクティングロッド１９は、そのロッド部１９ａの先端にピン１９ｃで枢支された揺動リンク２２を時計方向（矢印Ｂ′参照）に回転させる。図５（Ｃ）および図５（Ａ）は、揺動リンク２２の前記矢印Ｂ′方向の回転の両端を示している。

このようにして揺動リンク２２が矢印Ｂ′方向に回転すると、揺動リンク２２の内周面と出力軸１２の外周面との間の楔状の空間からローラ２５…がエンゲージスプリング２４…を圧縮しながら押し出されることで、揺動リンク２２が出力軸１２に対してスリップして出力軸１２は回転しない。

以上のように、揺動リンク２２が往復回転したとき、揺動リンク２２の回転方向が反時計方向（矢印Ｂ参照）のときだけ出力軸１２が反時計方向（矢印Ｃ参照）に回転するため、出力軸１２は間欠回転することになる。

図６は、ＧＮ状態で無段変速機Ｔを運転するときの作用を示すものである。このとき、入力軸１１の位置は偏心ディスク１８の中心に一致しているので、入力軸１１に対する偏心ディスク１８の偏心量はゼロになる。この状態でエンジンＥで入力軸１１を回転させるとともに、入力軸１１と同速度で変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａを回転させると、入力軸１１、回転軸１４ａ、キャリヤ１６、第１ピニオン１５、２個の第２ピニオン１７，１７および偏心ディスク１８が一体になった状態で、入力軸１１を中心に反時計方向（矢印Ａ参照）に偏心回転する。しかしながら、偏心ディスク１８の偏心量がゼロであるため、コネクティングロッド１９の往復運動のストロークもゼロになり、出力軸１２は回転しない。

従って、変速アクチュエータ１４を駆動してキャリヤ１６の位置を図３のＯＤ状態と図４のＧＮ状態との間に設定すれば、ゼロレシオおよび所定レシオ間の任意のレシオでの運転が可能になる。

無段変速機Ｔは、並置された４個の変速ユニットＵ…の偏心ディスク１８…の位相が相互に９０°ずつずれているため、４個の変速ユニットＵ…が交互に駆動力を伝達することで、つまり４個のワンウェイクラッチ２１…の何れかが必ず係合状態にあることで、出力軸１２を連続回転させることができる。

さて、ワンウェイクラッチ２１が係合して揺動リンク２２から出力軸１２に駆動力を伝達するとき、揺動リンク２２の内周面２２ａおよび出力軸１２の外周面１２ａ間に挟まれたローラ２５…の軸方向端部に大きなエッジロードが作用する。しかしながら、本実施の形態によれば、図１０（Ａ）に示すように、揺動リンク２２の一対の環状リブ２２ｃ，２２ｃがローラ２５の軸方向端部からずれているため、ローラ２５の軸方向端部に対向する揺動リンク２２の剛性が環状リブ２２ｃ，２２ｃにより局部的に高まることが防止され、ローラ２５のエッジロードの増加を回避して耐久性を高めることができる。

また本実施の形態によれば、揺動リンク２２の軸方向中央部を通る中心線Ｃに対して一対の環状リブ２２ｃ，２２ｃが対称に配置されているため、ローラ２５に偏荷重が加わるのを防止して該ローラ２５の姿勢を安定させることができる。

それに対し、図１０（Ｂ）に示す比較例１は、一対の環状リブ２２ｃ，２２ｃがローラ２５の軸方向端部に重なっているため、ローラ２５のエッジロードが増加して耐久性を低下させる問題がある。

また図１０（Ｃ）に示す比較例２は、一方の環状リブ２２ｃがローラ２５の軸方向端部に重なり、他方の環状リブ２２ｃがローラ２５の軸方向端部からずれたものである。このように一対の環状リブ２２ｃ，２２ｃが軸方向に非対称に配置されていると、ローラ２５に作用する荷重がアンバランスになり、ローラ２５が傾いて耐久性を低下させる問題がある。

以上のように、変速ユニットＵに設けられたワンウェイクラッチ２１の作動は、極めて短い時間間隔で係合および係合解除を繰り返す過酷なものであるため、その耐久性に懸念が生じるが、揺動リンク２２の環状リブ２２ｃ，２２ｃの位置を考慮することにより、ローラ２５のエッジロードを低減して耐久性を高めることができる。

尚、本実施の形態の揺動リンク２２は、環状リブ２２ｃ，２２ｃの円周方向の一部が、コネクティングロッド１９が接続されるアーム部２２ｂ，２２ｂとなっており、アーム部２２ｂ，２２ｂはローラ２５の軸方向端部に重なっているが、アーム部２２ｂ，２２ｂが設けられる領域は揺動リンク２２の円周方向の一部に過ぎないため、ローラ２５の耐久性に及ぼす影響は殆どない。

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、モータ・ジェネレータのような他種の駆動源であっても良い。

１１ 入力軸
１２ 出力軸（インナー部材）
１２ａ 内周面
１８ 偏心ディスク（偏心部材）
１９ コネクティングロッド
２１ ワンウェイクラッチ
２２ 揺動リンク（アウター部材）
２２ａ 外周面
２２ｃ 環状リブ
２４ エンゲージスプリング
２５ ローラ
Ｅ エンジン（駆動源）
Ｕ 変速ユニット

Claims (1)

1. 駆動源（Ｅ）に接続された入力軸（１１）の回転を変速して出力軸（１２）に伝達する変速ユニット（Ｕ）が、前記入力軸（１１）の軸線からの偏心量が可変であって該入力軸（１１）と共に回転する偏心部材（１８）と、前記出力軸（１２）に相対回転自在に支持された揺動リンク（２２）と、前記偏心部材（１８）および前記揺動リンク（２２）を接続するコネクティングロッド（１９）と、前記出力軸（１２）および前記揺動リンク（２２）間に配置されたワンウェイクラッチ（２１）とを備える車両用動力伝達装置において、
   前記ワンウェイクラッチ（２１）は、前記揺動リンク（２２）を構成する環状のアウター部材と、前記アウター部材の内部に同軸に配置された前記出力軸（１２）よりなるインナー部材と、前記アウター部材の内周面（２２ａ）および前記インナー部材の外周面（１２ａ）間に配置された複数のローラ（２５）と、前記複数のローラ（２５）の各々に当接して円周方向一方へ付勢する複数のエンゲージスプリング（２４）とを備え、前記アウター部材および前記インナー部材の所定方向への相対回転により前記ローラ（２５）を前記アウター部材の内周面（２２ａ）および前記インナー部材の外周面（１２ａ）間に噛み込ませて駆動力を伝達するものであり、
   前記アウター部材の外周面には、前記コネクティングロッド（１９）の端部を挟むように支持する一対のアーム部（２２ｂ）と、前記一対のアーム部（２２ｂ）に接続されて前記アウター部材の外周面を取り囲む一対の環状リブ（２２ｃ）とが形成され、前記一対の環状リブ（２２ｃ）は前記ローラ（２５）の端部と軸方向においてオーバーラップしない位置に形成されるとともに、前記アウター部材の軸方向中心を基準として軸方向に対称に形成されることを特徴とする車両用動力伝達装置におけるワンウェイクラッチ構造。

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