JP5885032B2 - 車両用動力伝達装置 - 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複数の変速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た車両用動力伝達装置に関する。

かかる車両用動力伝達装置は下記特許文献１により公知である。この車両用動力伝達装置は軸方向に並置した複数の変速ユニットを備えており、各々の変速ユニットは、入力軸および出力軸を往復運動するコネクティングロッドおよびワンウェイクラッチを介して接続したもので、コネクティングロッドが一方向に移動したときにワンウェイクラッチが係合し、コネクティングロッドが他方向に移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を出力軸に間欠的に伝達し、複数の変速ユニットが位相差をもって交互に駆動力を伝達するようになっている。

特表２００３−５３０５１９号公報

ところで、上記従来の車両用動力伝達装置は、図１１に示すように、軸方向に並置した♯１〜♯６の６個の変速ユニットのワンウェイクラッチから出力軸に駆動力が入力され、出力軸の軸方向一端側（♯６側）に接続されたディファレンシャルギヤに駆動力を出力するようになっているため、ワンウェイクラッチから伝達されるトルクによる出力軸の捩じれ角は、駆動輪に接続されて回転負荷を受けるディファレンシャルギヤに近い一端側（♯６側）で最小となり、ディファレンシャルギヤから遠い他端側（♯１側）で最大になるように連続的に変化する。

その結果、ディファレンシャルギヤに近い一端側の♯６変速ユニットのワンウェイクラッチは出力軸に効率的に駆動力を伝達できるのに対し、ディファレンシャルギヤから遠い他端側の♯１変速ユニットのワンウェイクラッチは出力軸に効率的に駆動力を伝達できなくなる。なぜならば、出力軸の捩じれ角が大きくなると、出力軸に固定されたワンウェイクラッチインナー部材がアウター部材と同方向に回転してしまうため、コネクティングロッドによってアウター部材が回転してもワンウェイクラッチが即座に係合せず、トルクの伝達量が減少するからである。

図１０（Ａ）は、比較例の車両用動力伝達装置の♯１〜♯６の６個の変速ユニットのトルク伝達量を示すものである。６個の変速ユニットは、隣接する二つの変速ユニットのトルク伝達の位相がオーバーラップするように設定されているため、トルク伝達量が最大の♯６変速ユニットと、トルク伝達量が最大から２番目の♯５変速ユニットとのトルク伝達量の和が最大ピークとなり、トルク伝達量が最小の♯１変速ユニットと、トルク伝達量が最小から２番目の♯２変速ユニットとのトルク伝達量の和が最小ピークとなり、その差分のトルク変動ΔＴが大きくなる問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、複数の変速ユニットを軸方向に並置した車両用動力伝達装置の出力軸の捩じれの影響を補償してトルク変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、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複数の変速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、前記変速ユニットの各々は、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、前記複数の変速ユニットの前記入力側支点の位相が相互に異なっており、かつ前記出力軸の一方の軸端側から駆動力を出力する車両用動力伝達装置であって、前記複数の変速ユニットの前記ワンウェイクラッチは、前記出力軸に固定され、且つ前記アウター部材の内周面の接線方向に対して所定の傾斜角で傾斜して該内周面にローラを介して対向する傾斜面が形成されたインナー部材を備え、前記傾斜面の傾斜角を、前記出力軸の一方の軸端側から他方の軸端側へと順次大きくなるように設定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、前記複数の変速ユニットの前記入力側支点の位相を、前記入力軸の一方の軸端側から他方の軸端側へと順次変化させ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、実施の形態のエンジンＥは本発明の駆動源に対応し、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変速ユニットの偏心ディスクが偏心回転し、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。複数の変速ユニットが位相差をもって駆動力を間欠的に伝達することで出力軸は連続的に回転し、かつ入力軸に対する偏心ディスクの偏心量を変化させると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。出力軸の捩じれの影響で、駆動力を出力する出力軸の一方の軸端側の変速ユニットのワンウェイクラッチのトルク伝達量が大きくなり、出力軸の他方の軸端側の変速ユニットのワンウェイクラッチのトルク伝達量が小さくなるが、ワンウェイクラッチのアウター部材の内周面の接線方向に対して所定の傾斜角で傾斜してこの内周面にローラを介して対向するインナー部材の傾斜面の傾斜角を、出力軸の一方の軸端側から他方の軸端側へと順次大きくなるように設定したことで、各変速ユニットのワンウェイクラッチのトルク伝達量を均一化してトルク変動を低減することができる。

また請求項２の構成によれば、複数の変速ユニットの入力側支点の位相を、入力軸の一方の軸端側から他方の軸端側へと順次変化させたので、それをランダムに変化させる場合に比べて出力軸のトルク変動が大きくなり、よって本発明の出力軸のトルク変動の低減効果を一層有効に発揮させることができる。

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。 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。 ♯１および♯６のワンウェイクラッチを示す図。 出力軸のトルク変動の説明図。 出力軸の捩じれ角の説明図。

以下、図１〜図１１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。本実施の形態では、ディファレンシャルギヤＤは出力軸１３の一端側（右端側）に設けられる（図１参照）。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の一方の側壁１１ａ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の他端側の側壁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および図１１に示すように、６個の変速ユニット１４…は、入力軸１２および出力軸１３の他端側（変速アクチュエータ２３側）から一端側（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、♯２、♯３、♯４、♯５、♯６と名付けられる。ワンウェイクラッチ３６のアウター部材３８の円弧状の内周面にローラ４１…を介して対向するインナー部材３９は、アウター部材３８に内周面の接線方向に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面３９ａ…を備えており、この傾斜面３９ａ…によってアウター部材３８およびインナー部材３９間にローラ４１…が噛み込む楔状の空間が形成される。

そして♯１変速ユニット１４のワンウェイクラッチ３６（図９（Ａ）参照）のインナー部材３９の傾斜面３９ａ…の傾斜角θ１は大きく設定され、♯６変速ユニット１４のワンウェイクラッチ３６（図９（Ｂ）参照）のインナー部材３９の傾斜面３９ａ…の傾斜角θ６は小さく設定され、♯２〜♯５の変速ユニット１４…のワンウェイクラッチ３６…のインナー部材３９の傾斜面３９ａ…の傾斜角は、θ１およびθ６間を補間するように次第に減少する。

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、図９において、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、出力軸１３に伝達されるトルクを平滑化する作用を説明する。

既に図１１で説明したように、軸方向に並置した♯１〜♯６の６個の変速ユニット１４…のワンウェイクラッチ３６…から出力軸１３に駆動力が入力され、出力軸１３の軸方向一端側（♯６側）に接続された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、ワンウェイクラッチ３６…から伝達されるトルクによる出力軸１３の捩じれ角は、駆動輪に接続されて回転負荷を受けるディファレンシャルギヤＤに近い一端側（♯６側）で最小となり、ディファレンシャルギヤＤから遠い他端側（♯１側）で最大になるように連続的に変化する。

変速ユニット１４…毎に異なる伝達トルクの差をなくして均一化するには、トルクが伝達され難い♯１側のワンウェイクラッチ３６のトルク伝達量を増加させ、トルクが伝達され易い♯６側のワンウェイクラッチ３６のトルク伝達量を減少させれば良い。本実施の形態によれば、トルクが伝達され難い♯１側のワンウェイクラッチ３６はインナー部材３９の傾斜面３９ａ…の傾斜角θ１が大きいため（図９（Ａ）参照）、アウター部材３８およびインナー部材３９間にローラ４１…が速やかに噛み込み、ワンウェイクラッチ３６が速やかに係合してトルク伝達量が増加する。一方、トルクが伝達され易い♯６側のワンウェイクラッチ３６はインナー部材３９の傾斜面３９ａ…の傾斜角θ６が小さいため（図９（Ｂ）参照）、アウター部材３８およびインナー部材３９間にローラ４１…が噛み込むのに時間が掛かり、ワンウェイクラッチ３６が係合が遅れてトルク伝達量が減少する。

このように、トルクが伝達され難いワンウェイクラッチ３６のトルク伝達量を増加させ、かつトルクが伝達され易いワンウェイクラッチ３６のトルク伝達量を減少させることで、♯１〜♯６のワンウェイクラッチ３６…のトルク伝達量を均一化し、図１０（Ｂ）に示すように、出力軸１３のトルク変動ΔＴを比較例に比べて小さくすることができる。

また複数の変速ユニット１４…の偏心ディスク１９…の位相を、入力軸１２の一端側から他端側へと６０°ずつ順次変化させたので、それをランダムに変化させる場合に比べて出力軸１３のトルク変動が大きくなる。よって、このような場合に本実施の形態を適用すれば、出力軸１３のトルク変動の低減効果を一層有効に発揮させることができる。

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。

また実施の形態の無段変速機Ｔは６個の変速ユニット１４…を備えているが、変速ユニット１４の数は６個に限定されるものではない。

１２ 入力軸
１３ 出力軸
１４ 変速ユニット
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
３９ インナー部材
３９ａ 傾斜面
４１ ローラ
Ｅ エンジン（駆動源）
Ｌ 入力軸の軸線
ε 偏心量

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）に伝達する複数の変速ユニット（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、
   前記変速ユニット（１４）の各々は、
   前記入力軸（１２）の軸線（Ｌ）からの偏心量（ε）が可変であって該入力軸（１２）と共に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、
   前記複数の変速ユニット（１４）の前記入力側支点（１９）の位相が相互に異なっており、かつ前記出力軸（１３）の一方の軸端側から駆動力を出力する車両用動力伝達装置であって、
   前記複数の変速ユニット（１４）の前記ワンウェイクラッチ（３６）は、前記出力軸（１３）に固定され、且つ前記アウター部材（３８）の内周面の接線方向に対して所定の傾斜角で傾斜して該内周面にローラ（４１）を介して対向する傾斜面（３９ａ）が形成されたインナー部材（３９）を備え、前記傾斜面（３９ａ）の傾斜角を、前記出力軸（１３）の一方の軸端側から他方の軸端側へと順次大きくなるように設定したことを特徴とする車両用動力伝達装置。
2. 前記複数の変速ユニット（１４）の前記入力側支点（１９）の位相を、前記入力軸（１２）の一方の軸端側から他方の軸端側へと順次変化させ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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