JP6152071B2 - 無段変速機 - Google Patents

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Description

本発明は、四節リンク機構型の無段変速機のコンタミ排出構造に関する。
例えば、特許文献1には、エンジンに接続された入力軸の回転をコネクティングロッドの往復運動に変換し、コネクティングロッドの往復運動を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四節リンク機構型無段変速機が記載されている。
特開2013−36536号公報
上記特許文献1において、エンジンの入力軸に連結されるカムディスクは、図7に示すように、複数のディスク部品が軸方向に挿通されるボルトにより締結されて組み立てられる。また、カムディスク同士が締結される合わせ面には、図6(b)に示すように、ピニオンシャフト7の外歯7aを収容するための円筒状の凹部51と、この凹部51の容積を拡大するようにボルト締結に必要な部分以外を除去して軽量化するための肉抜き部152が形成されている。この肉抜き部152は、ピニオンシャフト7の外歯7aが収容されると閉空間となるため、遠心力により潤滑油が飛散するだけでなく、潤滑油と混合したコンタミが堆積する。肉抜き部52に堆積するコンタミが増加すると、ピニオンシャフトの回動を阻害し、変速動作に悪影響を及ぼすおそれがある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、カム部の肉抜き部に流入するコンタミを排出できる構造を実現することである。
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る第1の形態は、走行用駆動源から駆動力が入力される入力軸(2)と、前記入力軸(2)と平行に配置された出力軸(3)と、前記入力軸(2)により回転駆動される駆動力入力部(4〜7)と、前記出力軸(3)に連結された揺動リンク(18)を有し、前記駆動力入力部(4〜7)の回転運動を前記揺動リンク(18)の揺動運動に変換し、前記駆動力入力部(4)が一回転するときに前記揺動リンク(18)が一往復の揺動運動を行うてこクランク機構(20)と、前記揺動リンク(18)を一方側に揺動させようとしたときに前記出力軸(3)に前記揺動リンク(18)を固定し、他方側に揺動させようとしたときに前記出力軸(3)に対して前記揺動リンク(18)を空転させる一方向回転阻止機構(17)とを備える無段変速機(1)であって、前記てこクランク機構(20)は、前記駆動力入力部(4〜7)の回転中心(P3)を前記入力軸(2)の回転中心(P1)に対して偏心させる偏心量調節機構(8〜14)と、前記駆動力入力部(4)と前記揺動リンク(18)とを連結するコネクティングロッド(15)とを有し、前記駆動力入力部(4〜7)は、前記入力軸(2)の回転中心(P1)に対して偏心して一体回転するカム部(5)と、前記カム部(5)に回転可能に支持される偏心部材(6)と、前記偏心量調節機構(8〜14)による偏心量(R1)が調節可能なように前記入力軸(2)に対して相対回転可能なピニオンシャフト(7)と、を有し、前記ピニオンシャフト(7)は、ピニオン軸受(7b)を介して前記入力軸(2)に回転可能に支持されており、前記偏心部材(6)は、前記ピニオンシャフト(7)を支持する前記カム部(5)を回転可能に受け入れる受入孔(6a)を有し、前記受入孔(6a)には、前記ピニオンシャフト(7)の外歯(7a)に噛み合う内歯(6b)が形成されており、前記カム部(5)は、前記ピニオンシャフト(7)の外歯(7a)を挟むように軸方向に隣接して配置され、前記カム部(5)の合わせ面(5a)には、前記ピニオンシャフト(7)の外歯(7a)を収容する空間を形成するために切り欠かれた肉抜き部(52)が形成されており、当該肉抜き部(52)に、当該外歯(7a)側の内壁(52a)に形成された第1の開口部(50a)と、当該外歯(7a)とは反対側の外壁(52b)に形成された第2の開口部(50b)とを有する連通路(50)を形成した。
また、本発明に係る第2の形態は、上記第1の形態において、前記第1の開口部(50a)は、前記内壁(52a)において前記入力軸(2)の回転中心(O)から最も遠い位置(rmax)に設けられる。
また、本発明に係る第3の形態は、上記第1または第2の形態において、前記内壁(52a)は、前記入力軸(2)の回転中心(O)からの距離(r)が前記第1の開口部(50a)に向かって漸増するように形成されている。
また、本発明に係る第4の形態は、上記第1から第3の形態のいずれかにおいて、前記ピニオンシャフト(7)の内部には、その中心軸線に沿って延びる中空の第1の油路(61)が形成され、前記第1の油路(1)から前記ピニオンシャフト(7)を径方向に貫通し、前記ピニオン軸受(7b)に連通するように第2の油路(62)が形成され、前記第1の開口部(50a)には、前記第2の油路(62)から前記肉抜き部(52)に到達した潤滑油が供給される。
本発明によれば、カム部の肉抜き部に流入するコンタミを排出できる構造を実現することができる。
詳しくは、本発明に係る第1の形態によれば、カム部の肉抜き部にコンタミが堆積して変速に悪影響を及ぼすことを防止できる。
また、本発明に係る第2の形態によれば、カム部の肉抜き部に流入するコンタミを遠心力により出口まで誘導することができる。
また、本発明に係る第3の形態によれば、カム部の肉抜き部に流入するコンタミをスムーズに出口まで誘導することができる。
また、本発明に係る第4の形態によれば、カム部への潤滑油の供給を確保しつつ、カム部の肉抜き部に流入するコンタミを排出することができる。
本実施形態の無段変速機の構造を示す断面図。 図1の無段変速機の偏心量調節機構、コネクティングロッド及び揺動リンクを軸方向から見た図。 図1の無段変速機の偏心量調節機構による偏心量の変化を示す図。 本実施形態の偏心量調節機構による偏心量の変化と、揺動リンクの揺動運動の揺動角度範囲の関係を示す図。 本実施形態のてこクランク機構のカムディスクのコンタミ排出構造を示す図。 本実施形態と従来のカムディスクの肉抜き部の構成を示す図。 従来のてこクランク機構のカムディスクの分解斜視図。
以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。なお、本発明の無段変速機は、自動車以外の他の用途にも適用できることは言うまでもない。
<無段変速機の構造>まず、図1および図2を参照して、本実施形態の無段変速機の構造について説明する。
本実施形態の無段変速機1は、変速比i(i=入力軸の回転速度/出力軸の回転速度)を無限大(∞)にして出力軸の回転速度を「0」にできる変速機、いわゆるIVT(Infinity Variable Transmission)の一種である。
本実施形態の無段変速機1は、入力軸2と、出力軸3と、6つの偏心量調節機構4とを備える。
入力軸2は中空の部材からなり、エンジンやモータ等の走行駆動源からの駆動力を受けて回転中心軸線P1を中心として回転駆動される。
出力軸3は、入力軸2とは水平方向に離れた位置に入力軸2に平行に配置され、デファレンシャルギヤ等を介して自動車の車軸に駆動力を伝達する。
偏心量調節機構4はそれぞれ駆動力入力部であり、入力軸2の回転中心軸線P1を中心として回転するように設けられ、カム部としてのカムディスク5と、偏心部材としての偏心ディスク6と、ピニオンシャフト7とを有する。
カムディスク5は、円盤形状であり、入力軸2の回転中心軸線P1から偏心して入力軸2と一体的に回転するように入力軸2に2個1組で設けられている。各1組のカムディスク5は、それぞれ位相を60°異なるように設定され、6組のカムディスク5で入力軸2の周方向を一回りするように配置されている。
偏心ディスク6は、円盤形状であり、その中心P3から偏心した位置に受入孔6aが設けられ、その受入孔6aを挟むように、1組のカムディスク5が回転可能に支持されている。
偏心ディスク6の受入孔6aは、その中心が、入力軸2の回転中心軸線P1からカムディスク5の中心P2(受入孔6aの中心)までの距離Raとカムディスク5の中心P2から偏心ディスク6の中心P3までの距離Rbとが同一となるように形成されている。また、偏心ディスク6の受入孔6aには、1組のカムディスク5に挟まれた内周面に、内歯6bが形成されている。
ピニオンシャフト7は、入力軸2の中空部内に、入力軸2と同心に配置され、ピニオン軸受7bを介して入力軸2の内周面に相対回転可能に支持されている。また、ピニオンシャフト7の外周面には、外歯7aが設けられている。さらに、ピニオンシャフト7には、差動機構8が接続されている。
入力軸2における1組のカムディスク5の間には、カムディスク5の偏心方向に対向する箇所に内周面と外周面とを連通させる切欠孔2aが形成されており、この切欠孔2aを介して、ピニオンシャフト7の外歯7aは、偏心ディスク6の受入孔6aの内歯6bと噛合している。
差動機構8は、遊星歯車機構であり、サンギヤ9と、入力軸2に連結された第1リングギヤ10と、ピニオンシャフト7に連結された第2リングギヤ11と、サンギヤ9及び第1リングギヤ10と噛合する大径部12aと、第2リングギヤ11と噛合する小径部12bとからなる段付きピニオン12を自転及び公転可能に軸支するキャリア13とを有している。また、差動機構8のサンギヤ9は、ピニオンシャフト7駆動用の電動機からなる偏心量調節用駆動源14の回転軸14aに連結されている。
そして、この偏心量調節用駆動源14の回転速度を入力軸2の回転速度と同一にした場合、サンギヤ9と第1リングギヤ10とが同一速度で回転することとなり、サンギヤ9、第1リングギヤ10、第2リングギヤ11及びキャリア13の4つの要素が相対回転不能なロック状態となって、第2リングギヤ11と連結するピニオンシャフト7が入力軸2と同一速度で回転する。
また、偏心量調節用駆動源14の回転速度を入力軸2の回転速度よりも遅くした場合、サンギヤ9の回転数をNs、第1リングギヤ10の回転数をNR1、サンギヤ9と第1リングギヤ10のギヤ比(第1リングギヤ10の歯数/サンギヤ9の歯数)をjとすると、キャリア13の回転数が(j・NR1+Ns)/(j+1)となる。また、サンギヤ9と第2リングギヤ11のギヤ比((第2リングギヤ11の歯数/サンギヤ9の歯数)×(段付きピニオン12の大径部12aの歯数/小径部12bの歯数))をkとすると、第2リングギヤ11の回転数が{j(k+1)NR1+(k−j)Ns}/{k(j+1)}となる。
したがって、偏心量調節用駆動源14の回転速度を入力軸2の回転速度よりも遅くした場合であって、カムディスク5が固定された入力軸2の回転速度とピニオンシャフト7の回転速度とが同一である場合には、偏心ディスク6はカムディスク5と共に一体に回転する。一方で、入力軸2の回転速度とピニオンシャフト7の回転速度とに差がある場合には、偏心ディスク6はカムディスク5の中心P2を中心にカムディスク5の周縁を回転する。
図2に示すように、偏心ディスク6は、カムディスク5に対して、P1からP2までの距離RaとP2からP3までの距離Rbとが同一となるように偏心されている。そのため、偏心ディスク6の中心P3を入力軸2の回転中心軸線P1と同一線上に位置させて、入力軸2の回転中心軸線P1と偏心ディスク6の中心P3との距離、すなわち、偏心量R1を「0」にすることもできる。
偏心ディスク6の外縁部には、コネクティングロッド15が回転可能に支持されている。コネクティングロッド15は、一方の端部に大径の大径環状部15aを有し、他方の端部に小径の小径環状部15bを有している。コネクティングロッド15の大径環状部15aは、コンロッド軸受16を介して偏心ディスク6の外縁部に支持されている。
出力軸3には、一方向回転阻止機構としてのワンウェイクラッチ17を介して、揺動リンク18が連結されている。ワンウェイクラッチ17は、出力軸3の回転中心軸線P4を中心として一方側に回転しようとする場合に出力軸3に対して揺動リンク18を固定し、他方側に回転しようとする場合に出力軸3に対して揺動リンク18を空転させる。
揺動リンク18には、揺動端部18aが設けられ、揺動端部18aには、小径環状部15bを軸方向で挟み込むことができるように形成された一対の突片18bが設けられている。一対の突片18bには、小径環状部15bの内径に対応する貫通孔18cが穿設されている。貫通孔18c及び小径環状部15bに連結ピン19が挿入されることによって、コネクティングロッド15と揺動リンク18とが連結されている。また、揺動リンク18には、環状部18dが設けられている。
<てこクランク機構>次に、図2〜図4を参照して、本実施形態の無段変速機のてこクランク機構について説明する。
図2に示すように、本実施形態の無段変速機1において、偏心量調節機構4と、コネクティングロッド15と、揺動リンク18とが、てこクランク機構20(四節リンク機構)を構成している。
てこクランク機構20によって、入力軸2の回転運動は、出力軸3の回転中心軸線P4を中心とする揺動リンク18の揺動運動に変換される。本実施形態の無段変速機1は、図1に示すように、合計6個のてこクランク機構20を備えている。
てこクランク機構20では、偏心量調節機構4の偏心量R1が「0」でない場合に、入力軸2とピニオンシャフト7を同一速度で回転させると、各コネクティングロッド15が60度ずつ位相を変えながら、入力軸2と出力軸3との間で出力軸3側に押したり、入力軸2側に引いたりを交互に繰り返して、揺動リンク18を揺動させる。
そして、揺動リンク18と出力軸3との間にはワンウェイクラッチ17が設けられているので、揺動リンク18が押された場合には、揺動リンク18が固定されて出力軸3に揺動リンク18の揺動運動によるトルクが伝達されて出力軸3が回転し、揺動リンク18が引かれた場合には、揺動リンク18が空回りして出力軸3に揺動リンク18の揺動運動によるトルクが伝達されない。6つの偏心量調節機構4は、それぞれ60度ずつ位相を変えて配置されているので、出力軸3は6つの偏心量調節機構4により順に回転駆動される。
また、本実施形態の無段変速機1では、図3に示すように、偏心量調節機構4によって偏心量R1が調節可能である。
図3(a)は、偏心量R1を「最大」とした状態を示し、入力軸2の回転中心軸線P1とカムディスク5の中心P2と偏心ディスク6の中心P3とが一直線に並ぶように、ピニオンシャフト7と偏心ディスク6とが位置する。この場合の変速比iは最小となる。図3(b)は、偏心量R1を図3(a)よりも小さい「中」とした状態を示し、図3(c)は、偏心量R1を図3(b)よりも更に小さい「小」とした状態を示している。変速比iは、図3(b)では図3(a)の変速比iよりも大きい「中」となり、図3(c)では図3(b)の変速比iよりも大きい「大」とした状態を示している。図3(d)は、偏心量R1を「0」とした状態を示し、入力軸2の回転中心軸線P1と、偏心ディスク6の中心P3とが同心に位置する。この場合の変速比iは無限大(∞)となる。
図4は、本実施形態の偏心量調節機構4による偏心量R1の変化と、揺動リンク18の揺動運動の揺動角度範囲の関係を示している。
図4(a)は偏心量R1が図3(a)の「最大」である場合(変速比iが最小である場合)、図4(b)は偏心量R1が図3(b)の「中」である場合(変速比iが中である場合)、図4(c)は偏心量R1が図3(c)の「小」である場合(変速比iが大である場合)の、偏心量調節機構4の回転運動(回転角度θ1)に対する揺動リンク18の揺動範囲θ2を示している。ここで、出力軸3の回転中心軸線P4からコネクティングロッド15と揺動端部18aの連結点、すなわち、連結ピン19の中心P5までの距離が、揺動リンク18の長さR2である。
図4から明らかなように、偏心量R1が小さくなるのに伴い、揺動リンク18の揺動角度範囲θ2が狭くなり、偏心量R1が「0」になった場合には、揺動リンク18は揺動しなくなる。
<てこクランク機構のコンタミ排出構造>次に、図5および図6を参照して、本実施形態のてこクランク機構20のカムディスク5のコンタミ排出構造について説明する。
図5はてこクランク機構20のカムディスク5の平面図(a)、斜視図(b)および断面図(c)であり、図6は本実施形態のカムディスクの肉抜き部の構成(a)と従来のカムディスクの肉抜き部の構成(b)とを比較して示す図である。
本実施形態の無段変速機1は、カムディスク5の肉抜き部52に流入するコンタミを排出するために、肉抜き部52の内周側から外周側に連通する連通路50が形成されている。
カムディスク5の合わせ面5aには、図5に示すように、ピニオンシャフト7の外歯7aを収容するための円筒状の凹部51と、この凹部51の容積を拡大するようにボルト締結に必要な部分以外を除去して軽量化するための肉抜き部52が形成されている。
連通路50は、カムディスク5同士が締結される合わせ面5aに断面半円形の溝状に加工されており、ピニオンシャフト7の外歯7a側の内壁52aに形成された第1の開口部50aと、外歯7aとは反対側の外壁52bに形成された第2の開口部50bと、を有する。このように溝状に形成することで、連通路50の加工が容易となる。そして、連通路50は、カムディスク5同士が締結されたときに、互いに向かい合うカムディスク5の合わせ面5aで断面円形の連通孔となるように形成されている。なお、断面形状は円形に限られるものではない。
肉抜き部52は、凹部51にピニオンシャフト7の外歯7aが収容されると閉空間となるため、遠心力により潤滑油が飛散するだけでなく、潤滑油と混合したコンタミが堆積するが、本実施形態のように、カムディスク5の合わせ面5aに連通路50を形成したことにより、コンタミを肉抜き部52の外部に排出することができる。
また、連通路50の第1の開口部50aは、図6(a)に示すように、肉抜き部52の内壁52aにおいて入力軸2の回転中心Oから径方向に最も遠い位置rmaxに設けられる。また、肉抜き部52の内壁52aの形状は、入力軸2の回転中心Oからの距離が凹部51から第1の開口部50aに向かって漸増するように、換言すると、第1の開口部50aから凹部51に向かってハの字状に拡大するように形成されている。このような形状にすることで、図6(a)のように、コンタミが第1の開口部50aに向かって流動するようになり(矢印f)、図6(b)のように、肉抜き部152の内壁152aに、入力軸2の回転中心Oからの距離が第1の開口部50aに向かって減少するくびれ部152cがあった場合に、コンタミが第1の開口部50aとは反対側(矢印f’)に流動してしまい、くびれ部152cに滞留してしまうことを防止できる。
なお、図5(c)に示すように、ピニオンシャフト7の内部には、その中心軸線に沿って延びる中空の第1の油路61が形成されている。また、第1の油路61からピニオンシャフト7を径方向に貫通し、ピニオン軸受7bに連通する第2の油路62が形成されている。そして、不図示のオイルポンプから供給される潤滑油が、第1の油路61から第2の油路62に流入し、ピニオンシャフト7の外歯7a(カムディスク5の凹部51)や肉抜き部52の第1の開口部50aに到達する。
なお、図5(b)に示すように、偏心ディスク6に受入孔6aの内周から外周を貫通する孔63を形成し、連通路50の第2の開口部50bから出たコンタミを孔63から外部に排出しても良い。このようにすることで、連通路50の第2の開口部50bから出たコンタミが、カムディスク5を受入孔6aに軸支する軸受に飛散してしまうことを回避することができる。
なお、本実施形態では、第1の油路61から第2の油路62を経由してカムディスク5の凹部51や肉抜き部52に潤滑油が到達する油路の構成を例に説明したが、凹部51や肉抜き部52に潤滑油が到達する経路は、例えば、隣接するてこクランク機構20同士の隙間など、他にも無数に存在することは言うまでもない。
以上説明したように、本実施形態によれば、カムディスク5の肉抜き部52に流入するコンタミを排出することができる。
1…無段変速機、2…入力軸、3…出力軸、4…偏心量調節機構、5…カムディスク、6…偏心ディスク、6a…受入孔、6b…内歯、7…ピニオンシャフト、7a…外歯、7b…ピニオン軸受、14…偏心量調節用駆動源、14a…回転軸、15…コネクティングロッド、15a…大径環状部、15b…小径環状部、16…コンロッド軸受、17…ワンウェイクラッチ、18…揺動リンク、20…てこクランク機構、50…連通路、51…凹部、52…肉抜き部、61…第1の油路、62…第2の油路

Claims (4)

  1. 走行用駆動源から駆動力が入力される入力軸(2)と、
    前記入力軸(2)と平行に配置された出力軸(3)と、
    前記入力軸(2)により回転駆動される駆動力入力部(4〜7)と、
    前記出力軸(3)に連結された揺動リンク(18)を有し、前記駆動力入力部(4〜7)の回転運動を前記揺動リンク(18)の揺動運動に変換し、前記駆動力入力部(4)が一回転するときに前記揺動リンク(18)が一往復の揺動運動を行うてこクランク機構(20)と、
    前記揺動リンク(18)を一方側に揺動させようとしたときに前記出力軸(3)に前記揺動リンク(18)を固定し、他方側に揺動させようとしたときに前記出力軸(3)に対して前記揺動リンク(18)を空転させる一方向回転阻止機構(17)とを備える無段変速機(1)であって、
    前記てこクランク機構(20)は、前記駆動力入力部(4〜7)の回転中心(P3)を前記入力軸(2)の回転中心(P1)に対して偏心させる偏心量調節機構(8〜14)と、前記駆動力入力部(4)と前記揺動リンク(18)とを連結するコネクティングロッド(15)とを有し、
    前記駆動力入力部(4〜7)は、
    前記入力軸(2)の回転中心(P1)に対して偏心して一体回転するカム部(5)と、前記カム部(5)に回転可能に支持される偏心部材(6)と、前記偏心量調節機構(8〜14)による偏心量(R1)が調節可能なように前記入力軸(2)に対して相対回転可能なピニオンシャフト(7)と、を有し、
    前記ピニオンシャフト(7)は、ピニオン軸受(7b)を介して前記入力軸(2)に回転可能に支持されており、
    前記偏心部材(6)は、
    前記ピニオンシャフト(7)を支持する前記カム部(5)を回転可能に受け入れる受入孔(6a)を有し、前記受入孔(6a)には、前記ピニオンシャフト(7)の外歯(7a)に噛み合う内歯(6b)が形成されており、
    前記カム部(5)は、前記ピニオンシャフト(7)の外歯(7a)を挟むように軸方向に隣接して配置され、
    前記カム部(5)の合わせ面(5a)には、前記ピニオンシャフト(7)の外歯(7a)を収容する空間を形成するために切り欠かれた肉抜き部(52)が形成されており、当該肉抜き部(52)に、当該外歯(7a)側の内壁(52a)に形成された第1の開口部(50a)と、当該外歯(7a)とは反対側の外壁(52b)に形成された第2の開口部(50b)とを有する連通路(50)を形成したことを特徴とする無段変速機。
  2. 前記第1の開口部(50a)は、前記内壁(52a)において前記入力軸(2)の回転中心(O)から最も遠い位置(rmax)に設けられることを特徴とする請求項1に記載の無段変速機。
  3. 前記内壁(52a)は、前記入力軸(2)の回転中心(O)からの距離(r)が前記第1の開口部(50a)に向かって漸増するように形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の無段変速機。
  4. 前記ピニオンシャフト(7)の内部には、その中心軸線に沿って延びる中空の第1の油路(61)が形成され、
    前記第1の油路(1)から前記ピニオンシャフト(7)を径方向に貫通し、前記ピニオン軸受(7b)に連通するように第2の油路(62)が形成され、
    前記第1の開口部(50a)には、前記第2の油路(62)から前記肉抜き部(52)に到達した潤滑油が供給されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の無段変速機。
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