JP6251074B2 - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力軸および出力軸をクランク式の無段変速機構で接続した車両用動力伝達装置に関する。

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クランク式の無段変速機構が、下記特許文献１により公知である。

特表２００５−５０２５４３号公報

図１２はかかるクランク式の無段変速機構の出力軸の周辺を模式的に示すもので、両端をベアリング０１，０１で支持した出力軸０２の外周に複数のワンウェイクラッチ０３…を介して揺動リンク０４…が支持されており、コネクティングロッド０５…により揺動リンク０４…が一方向に揺動すると、ワンウェイクラッチ０３…が係合して出力軸０２に駆動力が伝達される。駆動力は出力軸０２の一端（拘束端）に設けたスプライン０２ａからディファレンシャルギヤ０６に出力されるため、出力軸０２の外周に支持した複数のワンウェイクラッチ０３…から入力されるトルクにより、出力軸０２の他端（自由端）が前記一端（拘束端）に対して捩じれることになる。

各ワンウェイクラッチ０２は、揺動リンク０４が一方向に揺動して揺動リンク０４の内周面および出力軸０２の外周面が相対回転したときに、ワンウェイクラッチ０２のローラ０７が揺動リンク０４の内周面および出力軸０２の外周面間に噛み込んでトルクを伝達するため、出力軸０２がワンウェイクラッチ０２から入力されるトルクで捩じれると、その捩じれ角の分だけ揺動リンク０４の内周面および出力軸０２の外周面の相対回転角が減少してしまい、ローラ０７の噛み込みが局部的に浅くなってローラ０７の面圧を軸方向全域に亙って均一化できなくなる問題がある。

具体的には、出力軸０２の拘束端に近いローラ０７の右端側を基準とすると、出力軸０２の自由端に近いローラ０７の左端側ほど捩じれ角が大きくなるため、ローラ０７の拘束端側（右端側）では揺動リンク０４および出力軸０２の相対回転角が大きくなり、ローラ０７が内周面および外周面間に深く噛み込んで面圧が大きくなるのに対し（図１３（Ａ）参照）、ローラ０７の自由端側（左端側）では揺動リンク０４および出力軸０２の相対回転が小さくなり、ローラ０７が内周面および外周面間に浅く噛み込んで面圧が小さくなるため（図１３（Ｂ）参照）、面圧の不均衡によりローラ０７が傾いてワンウェイクラッチ０３のスムーズな係合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、クランク式の無段変速機構の出力軸の捩じれによるワンウェイクラッチのローラの面圧の不均衡を解消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を備え、前記変速ユニットは、前記入力軸と一体に偏心回転する偏心部材と、前記出力軸に揺動可能に支持された揺動リンクと、前記出力軸および前記揺動リンク間に配置され、該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ワンウェイクラッチと、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を備える車両用動力伝達装置であって、前記ワンウェイクラッチは、前記揺動リンクの内周面および前記出力軸の外周面間に配置された複数のローラを備え、前記出力軸は駆動輪に駆動力を出力する駆動力出力部を備え、前記揺動リンクは、該揺動リンクの軸方向中心を挟む一端側および他端側のうち、前記駆動力出力部に近い側を径方向あるいは軸方向に薄肉とし、前記駆動力出力部から遠い側を径方向あるいは軸方向に厚肉としたことを特徴とする車両用動力伝達装置が提案される。

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、前記揺動リンクは、該揺動リンクの軸方向中心を挟む一端側および他端側のうち、前記駆動力出力部に近い側を径方向に薄肉とし、前記駆動力出力部から遠い側を径方向に厚肉としたことを特徴とする車両用動力伝達装置が提案される。

尚、実施の形態のスプライン１３ｂは本発明の駆動力出力部に対応し、実施の形態の偏心ディスク１９は本発明の偏心部材に対応し、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、偏心部材が入力軸と一体に偏心回転すると、偏心部材に一端を接続されたコネクティングロッドが往復運動し、コネクティングロッドの他端が接続された揺動リンクが往復揺動する。ワンウェイクラッチは、揺動リンクの内周面および出力軸の外周面間に配置された複数のローラを備え、揺動リンクが一方向に揺動したときにワンウェイクラッチが係合し、揺動リンクが他方向に揺動したときにワンウェイクラッチが係合解除することで、入力軸の回転が変速されて出力軸に伝達される。

出力軸は駆動輪に駆動力を出力する駆動力出力部を備えるため、駆動力出力部が設けられた拘束端側に対し、駆動力出力部から離れた自由端側がワンウェイクラッチから入力されるトルクで捩じれ変形することで、揺動リンクの内周面および出力軸の外周面間に配置されたローラの面圧が軸方向に不均一になり、ローラが傾いてワンウェイクラッチのスムーズな係合が阻害される可能性がある。

しかしながら、揺動リンクは、該揺動リンクの軸方向中心を挟む一端側および他端側のうち、駆動力出力部に近い側（面圧が高い側、拘束端側）を径方向あるいは軸方向に薄肉として剛性を低くし、駆動力出力部から遠い側（面圧が低い側、自由端側）を径方向あるいは軸方向に厚肉として剛性を高くしたことにより、ローラの面圧を軸方向に均一化してワンウェイクラッチのスムーズな係合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、揺動リンクは、該揺動リンクの軸方向中心を挟む一端側および他端側のうち、駆動力出力部に近い側を径方向に薄肉とし、駆動力出力部から遠い側を径方向に厚肉としたので、揺動リンクを金型を用いて鍛造や鋳造で製造する際に、厚肉の部分を金型の合わせ面に一致させることで、型抜きが容易になって生産性が向上する。

車両用動力伝達装置の全体斜視図。（第１の実施の形態） 車両用動力伝達装置の要部の一部破断斜視図。（第１の実施の形態） 図１の３−３線断面図。（第１の実施の形態） 図３の４部拡大図。（第１の実施の形態） 図３の５−５線断面図。（第１の実施の形態） 偏心ディスクの形状を示す図。（第１の実施の形態） 偏心ディスクの偏心量と変速比との関係を示す図。（第１の実施の形態） ＯＤ変速比およびＧＮ変速比における偏心ディスクの状態を示す図。（第１の実施の形態） 揺動リンクの斜視図。（第１の実施の形態） 図９の１０−１０線断面図。（第１の実施の形態） 図１０に対応する図。（第２、第３の実施の形態） ワンウェイクラッチからのトルクによる出力軸の捩じれの説明図。 図１２の１３Ａ−１３Ａ線および１３Ｂ−１３Ｂ線断面図。

第１の実施の形態

以下、図１〜図１０に基づいて本発明の第１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個の変速ユニット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。出力軸１３の右端にはディファレンシャルギヤＤに接続するスプライン１３ｂ（図１参照）が形成されており、このスプライン１３ｂが形成された右端が出力軸１３の拘束端と定義され、その反対側の左端が自由端と定義される。

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（図４参照）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の左側の側壁１１ｂ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接続部材４３に設けられた第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接続部材４４に設けられた第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を介して揺動リンク４２が支持され、揺動リンク４２の先端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を介して枢支される。ワンウェイクラッチ３６は、アウター部材を構成する揺動リンク４２の内周面４２ａと、インナー部材を構成する出力軸１３の外周面１３ａ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…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。

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…が揺動リンク４２の内周面４２ａおよび出力軸１３の外周面１３ａ間の楔状の空間に噛み込み、揺動リンク４２および出力軸１３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…を圧縮しながら揺動リンク４２の内周面４２ａおよび出力軸１３の外周面１３ａ間の楔状の空間から押し出され、揺動リンク４２および出力軸１３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。

入力軸１２から出力軸１３に駆動力を伝達する過程で、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）のギヤドニュートラルＧＮ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（オーバードライブ：ＯＤ）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（ギヤドニュートラル：ＧＮ）になって出力軸１３に対する動力伝達が遮断される。

図９および図１０に示すように、各ワンウェイクラッチ３６の揺動リンク４２は、その内周面４２ａが形成された円筒部４２ｂと、円筒部４２ｂの軸方向一端側から径方向外側に延びる第１フランジ部４２ｃと、円筒部４２ｂの軸方向他端側から径方向外側に延びる第２フランジ部４２ｄとを備えており、第１、第２フランジ部４２ｃ，４２ｄが最も径方向外側に突出する部分にコネクティングロッド３３の小端部がピン３７で枢支される。第１、第２フランジ部４２ｃ，４２ｄの径方向の肉厚は異なっており、出力軸１３の拘束端側（図１の右端側）に位置する第１フランジ部４２ｃの径方向の肉厚ｔ１は、出力軸１３の自由端側（図１の左端側）に位置する第２フランジ部４２ｄの径方向の肉厚ｔ２よりも小さく設定される。その結果、揺動リンク４２は拘束端側で径方向の剛性が低くなり、自由端側で径方向の剛性が高くなる。

本実施の形態の揺動リンク４２は鍛造により製造されるが、その鍛造金型の合わせ面Ｐ（図１０参照）は、第２フランジ４２ｄの径方向の肉厚ｔ２が最も大きい部分に設定される。これにより、揺動リンク４２の型抜きが容易になって生産性が向上する。

さて、図１２で既に説明したように、出力軸１３は右端（拘束端）に形成したスプライン１３ｂ（図１参照）からディファレンシャルギヤＤに駆動力を出力するようになっているため、出力軸１３の外周に支持した複数のワンウェイクラッチ３６…から入力されるトルクにより、出力軸１３の左端（自由端）が右端（拘束端）に対して相対的に捩じれることになる、その結果、各ワンウェイクラッチ３６のローラ４１の左端部では右端部に比べて揺動リンク４２の内周面４２ａおよび出力軸１３の外周面１３ａ間の相対回転角が出力軸１３の捩じれ分だけ小さくなり、ローラ４１の左端部では右端部に比べて揺動リンク４２の内周面４２ａおよび出力軸１３の外周面１３ａ間への噛み込みが浅くなって面圧が減少するため、面圧が軸方向に不均一化になってローラ４１の傾きが発生する可能性がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、面圧が大きく減少するローラ４１の左端側に臨む揺動リンク４２の第２フランジ４２ｄの剛性を、その径方向の肉厚ｔ２を大きくすることで増加させ、かつ面圧があまり減少しないローラ４１の右端側に臨む揺動リンク４２の第１フランジ部４２ｃの剛性を、その径方向の肉厚ｔ１を小さくすることで減少させるので、面圧を軸方向に均一化してローラ４１の傾きを防止し、ワンウェイクラッチ３６のスムーズな係合を可能にすることができる。

第２、第３の実施の形態

次に、図１１に基づいて本発明の第２、第３の実施の形態を説明する。

図１１（Ａ）に示す第２の実施の形態の揺動リンク４２は、円筒部４２ｂの径方向の肉厚を、拘束端側で小さいｔ１として剛性を低くし、自由端側で大きいｔ２として剛性を高くしたものである。また図１１（Ｂ）に示す第３の実施の形態の揺動リンク４２は、拘束端側の第１フランジ部４２ｃの軸方向の肉厚を小さいｔ１として剛性を低くし、自由端側の第２フランジ部４２ｄの軸方向の肉厚を大きいｔ２として剛性を高くしたものである。これらの第２、第３の実施の形態によっても、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。

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、実施の形態では駆動力出力部であるスプライン１３ｂを出力軸１３が軸端に設けているが、それを出力軸１３の軸方向中間部に設けても良い。

また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・ジェネレータ等の他種の駆動源であっても良い。

１２ 入力軸
１３ 出力軸
１３ａ 外周面
１３ｂ スプライン（駆動力出力部）
１４ 変速ユニット
１９ 偏心ディスク（偏心部材）
３３ コネクティングロッド
３６ ワンウェイクラッチ
４１ ローラ
４２ 揺動リンク
４２ａ 内周面
Ｅ エンジン（駆動源）

Claims (2)

1. 駆動源（Ｅ）に接続された入力軸（１２）の回転を変速して出力軸（１３）に伝達する変速ユニット（１４）を備え、
   前記変速ユニット（１４）は、
   前記入力軸（１２）と一体に偏心回転する偏心部材（１９）と、
   前記出力軸（１３）に揺動可能に支持された揺動リンク（４２）と、
   前記出力軸（１３）および前記揺動リンク（４２）間に配置され、該揺動リンク（４２）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ワンウェイクラッチ（３６）と、
   前記偏心部材（１９）および前記揺動リンク（４２）を接続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、
   前記ワンウェイクラッチ（３６）は、前記揺動リンク（４２）の内周面（４２ａ）および前記出力軸（１３）の外周面（１３ａ）間に配置された複数のローラ（４１）を備え、前記出力軸（１３）は駆動輪に駆動力を出力する駆動力出力部（１３ｂ）を備え、前記揺動リンク（４２）は、該揺動リンク（４２）の軸方向中心を挟む一端側および他端側のうち、前記駆動力出力部（１３ｂ）に近い側を径方向あるいは軸方向に薄肉とし、前記駆動力出力部（１３ｂ）から遠い側を径方向あるいは軸方向に厚肉としたことを特徴とする車両用動力伝達装置。
2. 前記揺動リンク（４２）は、該揺動リンク（４２）の軸方向中心を挟む一端側および他端側のうち、前記駆動力出力部（１３ｂ）に近い側を径方向に薄肉とし、前記駆動力出力部（１３ｂ）から遠い側を径方向に厚肉としたことを特徴とする、請求項１に記載の車両用動力伝達装置。

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