JP5675585B2 - クランクｃｖｔ変速機のための偏心量を調整する装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランクＣＶＴ変速機、特に駆動軸における偏心体構成部材の偏心量を変更するためのクランクＣＶＴ変速機の駆動軸調整のための調整装置に関する。

クランクＣＶＴ変速機は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２４３５３３号明細書において公知になっている。この変速機においては、エンジンによって駆動可能な、変速機との関係において駆動軸を形成する入力軸に、偏心体構成部材を備えた変位可能な偏心体駆動装置が設けられている。偏心体駆動装置はコネクティングロッド状の結合部材を介して被駆動軸に結合されている。被駆動軸は変速機との関係において出力軸を形成する。被駆動軸は、結合部材のストロークがフリーホイール装置を介して軸へ伝達されることにより駆動される。フリーホイール装置は結合部材と被駆動軸との間に設けられている。

さらに、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２４３５３３号明細書における装置においては電気機械が設けられている。電気機械は連結手段を介して選択的に、変速機の駆動側とのみ、又はエンジンとのみ、又は同時に駆動側とエンジンとに駆動連結式に結合可能である。変速機の駆動側は被駆動軸により形成され、エンジンは内燃機関により形成される。

偏心量の調整のためにひいては結合部材のストロークの調整のために、駆動軸は軸の軸線方向に延在している切欠きを有している。切欠きは変位軸を収容している。変位軸は切欠きにおいて回動可能に支承されている。変位軸は外側歯列を有しており、外側歯列の歯は偏心体構成部材の内側歯列の歯に係合する。変位軸は外側歯列の歯先円を形成する外側歯列の区分を介して、駆動軸の切欠きにおいてセンタリングされているか若しくは支承されている。駆動軸に対する変位軸の回動により、互いに係合している歯列を介して偏心体ユニットの偏心体構成部材は、対応する案内領域を中心に回動するか若しくは旋回する。変位軸の上記回動により偏心体構成部材の中心線は、中心点を案内領域の中心点として有する円に沿って変化するので、これにより駆動軸の回転軸線に対する偏心体構成部材の中心線の間隔の減少若しくは増大が起こる。このことはつまり、駆動軸の回転軸線に対する偏心体構成部材の偏心量が減少するか又は増大し、ひいては結合部材若しくはコネクティングロッドに伝達可能なストローク量も減少するか又は増大することを意味する。

本発明の目的は、クランク軸の高い駆動モーメントを伝達することができる、入力軸の回動軸線に対する偏心体構成部材の偏心量を調整する装置を提供することである。さらに、本発明の目的は、上記装置を備えたクランクＣＶＴ変速機を提供することである。

上記目的は、請求項１の特徴を備えた、偏心量を調整する装置、若しくは請求項８の特徴を備えたクランクＣＶＴ変速機によって達成される。有利な構成が従属請求項に記載されている。

本発明の根底にある思想は、公知のクランクＣＶＴ変速機に設けられている平歯車調整部を備えた駆動軸を、偏心量を変更するためのねじ山調整部を備えたウォーム駆動装置を使用する駆動軸によって交換することである。これにより、自縛式のねじ山を使用することができるので、公知の構成とは異なり、一定走行時、つまり変速比の変更がない場合に調整モータを持続的に通電する必要はない。さらに、ねじ山駆動装置とウォーム駆動装置との組合せから、全体として極めて高い変速比を達成することができるので、調整のために余分な伝動装置は必要とならない。これにより重量及び構成スペースに関する利点も得られる。結果的にクランク軸は可能な限り大きな横断面に基づき極めて高い剛性を持って構成することができるので、高い駆動モーメントを伝達することできる。

特に、クランクＣＶＴ変速機のクランク軸の回動軸線に対する、偏心体構成部材の回動軸線の偏心量を調整する本発明に係る装置は、結合部材、例えばコネクティングロッド状の結合部材を収容するための転がり軸受けの嵌着に適している外周面を有する偏心体構成部材のための少なくとも１つの案内領域を備えたクランク軸と、ウォームとを有している。クランク軸は軸線方向に延在する中空室を有している。中空室にはウォームが挿入されており、回動可能ではあるが、軸線方向に摺動不能に支承されている。クランク軸の少なくとも１つの案内領域には、偏心体構成部材の摺動のための変位ユニットが、ウォームと係合しているクランク軸の軸線方向に対して垂直な方向に設けられていて、変位はウォームの回動により行われる。

有利には、偏心体構成部材は２つの部材から構成されている。両部材は、例えばクランク軸への組付け時にねじ留めにより結合されて、偏心体構成部材ユニットが形成される。これにより簡単な組付けが可能になる。

有利な構成によれば、少なくとも１つの案内領域はクランク軸の軸線に対して偏心的に配置されている。特に、複数の案内領域が設けられており、これら全ての案内領域が夫々、クランク軸の軸線に対して偏心的に配置されていると、偏心体構成部材は変位ユニットによりこの位置から付加的に移動させられることなく、出発位置においてストロークを提供することもできる。したがって、出発状態において既に所定の変速比を達成することができるので、偏心体構成部材の移動距離は比較的小さく保持することができる。択一的には、変位ユニットにより提供される偏心体構成部材の移動距離が比較的大きく選択され、同時に偏心体構成部材が自体偏心的な案内領域に設けられていると、クランクＣＶＴ変速機の変速比の広がり（Spreizung）を高めることができる。

特に有利な構成によれば、変位ユニットはウォームに係合するウォームホイールを有している。ウォームホイールは変位方向において定置であるが、回動可能に案内領域に支承されており、偏心体構成部材にねじ山装置を介して結合されて、ウォームホイールとねじ山装置との間のねじ山装置の位置変更により、偏心体構成部材はクランク軸に対して相対的に摺動可能である。

別の特に有利な構成によれば、ねじ山装置は自縛式のねじ山として構成されている。これにより、変速機の変速比を実際に変更したい場合にだけ、ウォームのための駆動モータに通電するということができる。

ねじ山装置は、位置固定式、つまり回動不能に偏心体構成部材に支承されているねじとして構成されていてよい。本構成において、対応ねじ山は雌ねじ山としてウォームホイールに形成されている。

有利には、複数の案内領域と偏心体構成部材とが、配設された変位ユニットと共にクランク軸の軸線方向に沿って配置されている。変位ユニットは１つの共通のウォームによって移動させることができるので、全偏心体構成部材の同期的な変位が保証されている。

クランクＣＶＴ変速機の斜視図である。 図１に示した変速機の偏心量を調整する装置の斜視図であり、偏心量は最小である。 図２Ａに対応する図であり、偏心量は最大である。 偏心量を調整する装置の正面図であり、偏心量は最小である。 図３Ａに対応する図であり、偏心量は最大である。 クランク軸の軸線方向に対して垂直な平面における、偏心量を調整する装置の横断面図である。 偏心量を調整する装置の長手方向における横断面図であり、偏心量は最小である。 図５Ａに対応する図であり、偏心量は最大である。 ウォームホイールユニットを備えていない駆動軸の斜視図である。 ウォームホイールユニットを備えた駆動軸の斜視図である。 ねじ伝動装置を備えた駆動軸の斜視図である。 ねじ伝動装置を備えた駆動軸の斜視図である。 ウォームホイールユニットの斜視図である。 ウォームホイールユニットの断面図である。 ウォームホイールの斜視図である。 偏心量を調整する装置に使用される、回動防止部を備えたねじの斜視図である。

以下に、本発明を添付の図面に基づいて例示的に説明する。

図１の斜視図に示したクランクＣＶＴ変速機１（ケーシングは図示せず）は互いに平行に方向付けられていて、図示されていないケーシングに夫々回動可能に支承されている、駆動クランク軸４と被駆動軸５とを有している。例えば内燃機関からクランク軸４へと導入されるトルクは、クランクＣＶＴ変速機により被駆動軸５に伝達され、被駆動軸５に、例えば車両のホイールを駆動するために作用することができる。変速機１は適切な変速比を提供する。

さらに、駆動クランク軸４と被駆動軸５（出力軸）とは、クランク軸４においてクランク軸４の軸線方向に相前後して配置された、コネクティングロッド状の結合部材８を転がり軸受けを介して支承されている複数の偏心体ユニット６と、被駆動軸５において軸線方向に相前後して配置されている、結合部材が枢着されている対応する複数のフリーホイールユニット７とを介して駆動されるように連結されている。

各フリーホイールユニット７にコネクティングロッド状の結合部材８が、フリーホイールユニット７の外側リング４５に一体成形されている枢着領域４７に旋回可能に支承されている。フリーホイールユニット７自体は、ローラにより形成されているクランプ体４２と関連して被駆動軸５の外周面に形成されている多角形輪郭５０により形成されている。クランプ体４２は多角形輪郭５０と外側リング４５の内周面との間に挿入されている。したがって、「ローラフリーホイール」として多角形輪郭５０の輪郭付けされた内側走行路を介して、クランプ体４２であるローラと関係してクランプ作用が達成される。外側リング４５と軸５との間における１つの相対回動方向において、クランプ体４２は上記構成部材の回動を相対的に互いにブロックすることができ、軸５と外側リングとは一緒にしか回動しない。他の相対回動方向においては、クランプ体４２によるロック作用が形成されないか、又は、いわゆる切換え可能なフリーホイールが設けられている。切換え可能なフリーホイールは、軸５と外側リング４５との相対回動を許容する中立位置の他に２つのブロック位置を有している。２つのブロック位置において２つの構成部材は、第１若しくは第２の相対回動方向においてブロックされており、第１及び第２の回動方向において一緒に回動する。これにより、出力軸である被駆動軸５の回動方向を変更することができ、例えば後進を実施することができる。

図２Ａ〜図１２には、組み込まれた偏心体ユニット６と、偏心体ユニット６の個別構成部材とが詳細に示されている。図２Ａ〜図５Ｂには、クランク軸４の回動軸線に対する、クランク軸４に設けられている偏心体構成部材１２の回動軸線の偏心量を調整するための装置１０が種々異なって図示されている。つまり、上記装置１０は図２Ａ，２Ｂにおいては斜視図で示されており、偏心体構成部材１２は図２Ａ，２Ｂにおいて異なる偏心量を有している。図３Ａ，３Ｂにおいてはクランク軸４の正面図が示されており、やはり偏心体構成部材１２は異なる偏心量を有している。図４には断面図が示されており、断面はクランク軸４の軸線方向に対して垂直な切断面である。図５Ａ，５Ｂには、クランク軸４の軸線方向に沿った縦断面図が示されており、やはり異なる偏心量が示されている。

図面に示したように、偏心量を調整するための装置１０は、軸線方向に相前後してクランク軸４に配置された、偏心体構成部材１２を備えた複数の偏心体ユニット６を有している。偏心体ユニット６ほぼ同一に構成されているので、ここでは１つだけ説明する。

特に、全体的に円形に構成された複数の偏心体構成部材１２回りに夫々転がり軸受け１７、例えば玉軸受けが配置されている。転がり軸受け１７を介して、図２Ａから図４に概略的にのみ示されている結合部材８が支承されている。玉軸受けの代わりに他の適切な軸受けを介した支承が結合部材８にとって同様に可能である。

各偏心体構成部材１２は、ほぼ直径方向に沿って偏心体構成部材１２を二等分することによりもたらされる２つの半部１３，１４から成っている。クランク軸４における組込み時に、偏心体構成部材の半部１３，１４は、半部１３，１４に設けられている切欠き及びねじ山により、ねじ１５によってねじ留めされ組み合わされる（図４参照）。

偏心体構成部材１２はクランク軸４の適切な案内領域１８において、クランク軸の軸線に対して垂直な平面において移動可能に支承されている。案内領域１８はクランク軸４に配置された偏心的な領域である。偏心的な領域は滑子案内状に構成されている。適切な案内領域１８を備えたクランク軸４を、図６において最適に見ることができる。図６に示した実施の形態においては、４つの案内領域１８が設けられており、設けられる偏心体構成部材１２は夫々配設されている案内領域１８において移動することができる。４つの案内領域１８が設けられているので、これらの案内領域１８は互いに周方向においてクランク軸の軸線を中心に９０°だけずらされて回されている。その結果、偏心体構成部材の移動方向も、クランク軸の軸線の周方向に互いに９０だけずらされた方向にもたらされ、偏心体構成部材１２にとって固有の偏心量も同様にクランク軸４の軸線に関連してずらされているので、個々の偏心体構成部材１２により設けられているストロークは、クランク軸４の３６０°の回動時に均等に、つまり同じ角度間隔において、クランク軸４からクランクＣＶＴ変速機の被駆動軸５に伝達される。４つより多い偏心体ユニット６が設けられると、これらの偏心体ユニット６は、移動方向に対してそれぞれ同じ量の偏心量に基づいて、周方向に適切にずらして配置することができ、かつ、偏心体ユニット６の配向に基づき適切にずらして配置することができる。特に、案内領域１８がクランク軸４の軸線に対して中心から同程度移動させられている、つまり、同じ量の偏心量を有しており、ｎ個の案内領域１８の場合には、３６０°／ｎだけ互いに回動して配置されている、ということが重要である。

図７から最適に見て取ることができ、図４の横断面に示されているように、クランク軸４の回動軸線に対する偏心体構成部材１２の回動軸線の偏心量を調整する変位ユニット２０が、クランク軸４の案内領域１８内に設けられている。変位ユニット２０は図９において斜視図で示されており、図１０では断面図において具体的に示されている。

特に変位ユニット２０は、図１１においても斜視図で示されている、ウォームホイール２２を有している。ウォームホイール２２は雌ねじ山２４を有しており、雌ねじ山２４は偏心体構成部材１２の変位方向においてウォームホイールに亘って延在しており、自縛式のねじ山２４として構成されている。ねじ山２４は、各偏心体構成部材１２内において変位方向に回動不能に支承されているねじ２６（図１２に示す）と係合する。ねじ山２４及びねじ２６の雄ねじ山は一緒にねじ装置を形成する。ねじ２６に対するウォームホイール２２の回動により、クランク軸４において変位方向に摺動不能に支承されているウォームホイール２２と、偏心体構成部材１２に対して定置のねじ２６とは互いに相対的に変位方向に動かされる。これにより、クランク軸４に対する偏心体構成部材１２の偏心量の調整及び変更が行われる。

ねじ２６の回動防止のために、ねじ２６の相対する両端部は多角形輪郭を持って、具体的には、本実施の形態においては直方形状の延長部２７を持って構成されている。延長部２７は偏心体構成部材に設けられている対応する切欠きに係合し、ひいてはねじ２６の回動を防止する。ねじ２６のねじ山は雄ねじ山として形成されており、自縛作用に基づきウォームホイール２２における雌ねじ山２４に対応する。

変位ユニット２０のために設けられているクランク軸４における切欠きにおいて、特にクランク軸４の案内領域１８において変位ユニット２０を支承するために、ラジアル軸受け２８とスラスト軸受け２９とが設けられている。これにより、ウォームホイール２２は、ねじ山２４のねじ山軸線に一致する軸線を中心に回動可能であるが、軸線方向に摺動不能に支承されている。さらにラジアル軸受け２８は半径方向における移動を防止するが、上記回動は許容する。このために、ウォームホイール２２に、ラジアル軸受け２８のための適切な案内領域３０と、スラスト軸受け２９のための適切な案内領域３１とが設けられている。各案内領域１８内にウォームホイール２２を挿入するために、案内領域１８は夫々、先細りしている切欠きを持って構成されている。先細りしている切欠きは一方からのウォームホイール２２の導入を可能にする。ウォームホイール２２は挿入後、ナット３２によって軸受け２８，２９と共に固定される。

さらに、ウォームホイール２２には歯付き領域３４が設けられている。歯付き領域３４はウォームホイール２２の外周面に位置し、ウォーム４０（図１０に示さず）と係合することに適しているので、ウォーム４０の変位回動運動は回動運動としてウォームホイール２２内に導入される。

図８Ａ，８Ｂには、案内領域１８と挿入された変位ユニット２０とを備えたクランク軸４がねじ２６を含めて異なる斜視図で示されている。

さらに、クランク軸４の長手方向における図５Ａ，５Ｂに示されている横断面から、ウォーム４０の位置及び位置決めを認識できる。ウォーム４０は軸線方向孔として形成されている中空室４１内に挿入されている。中空室４１は、長手方向、つまり軸線方向においてクランク軸４に止り穴として延在している。本実施の形態においては、ウォーム４０とウォームホイール２２の位置は、ウォームホイール２２の歯付き領域３４がウォーム４０と噛み合うことができるように選択されている。ウォーム４０自体はニードル軸受け４３として回動可能に支承されて中空室４１内に挿入されており、スラスト軸受け４４により軸線方向に対する位置は保持される。

クランク軸４の回動軸線に対する偏心体構成部材１２の偏心量を変更したい場合、つまりクランク軸４の回動軸線に対して偏心体構成部材１２の回動軸線を動かしたい場合、図示されていない電気モータ又は他の駆動装置により、ウォーム４０は回動させられる。ウォーム４０は、軸線方向の固定に基づき軸線方向に運動することはできない。ウォーム４０は変位ユニット２０の、クランク軸４の案内領域１８において収納されているウォームホイール２２と係合する。ウォーム４０の回動により、ウォームホイール２２も同様に回動させられる。これにより、偏心体構成部材１２に固定されているねじ２６と、クランク軸４に固定されている変位ユニット２０とのねじ山係合により、変位ユニット２０の位置は偏心体構成部材１２の位置に対して相対的に変更される。したがって、結合部材８（図１参照）へ伝達することができるストロークは変更される。このことはまた変速機１の変速比を変更する。ウォーム４０の回動と、ウォーム４０の回動に伴うウォームホイール２２の回動とにより、ウォームホイール２２はねじ２６の軸線方向に沿って移動し、ひいてはクランク軸４に対する偏心体構成部材１２の変位方向に移動する。

１つのウォーム４０により同時に、クランク軸４に設けられている全偏心体ユニット１２が変位装置２０を介して均等に変位されるので、種々異なる変位の同期化のための特別な装置は個々の偏心体構成部材１２のために必要でない。ねじ山２６がウォーム２２の雌ねじ山２４と関連して自縛式に形成されていることにより、ウォーム４０の回動のための調整モータが通電していない場合でも、各偏心体構成部材１２はクランク軸４に対する偏心体構成部材１２の相対位置に留まる。その結果、変速機１の変速比を変更したくない場合には、継続的な通電は必要ない。さらに、ウォーム４０及びクランク軸４と偏心体構成部材１２との間の変位距離の間に、総じて全体として極めて高い変速比がもたらされるので、電気モータは付加的な介在伝動装置を用いずにウォーム４０を直接駆動することができる。さらに、クランク軸４は全体として、案内領域１８の領域においても比較的大きな横断面を有することができるので、クランク軸４は比較的高い剛性を持って構成することができる。

１ クランクＣＶＴ変速機、 ４ クランク軸、 ５ 被駆動軸、 ６ 偏心体ユニット、 ７ フリーホイールユニット、 ８ 結合部材、 １０ 偏心量を調整するための装置、 １２ 偏心体構成部材、 １３，１４ 偏心体構成部材半部、 １５ ねじ、 １７ 転がり軸受け、 １８ 案内領域、 ２０ 変位ユニット、 ２２ ウォームホイール、 ２４ 雌ねじ山、 ２６ ねじ、 ２７ 延長部、 ２８ ラジアル軸受け、 ２９ スラスト軸受け、 ３０ 案内領域、 ３１ ラジアル軸受け、 ３２ ナット、 ３４ 歯付き領域、 ４０ ウォーム、 ４１ 中空室、 ４２ クランプ体、 ４３ ニードル軸受け、 ４４ スラスト軸受け、 ４５ 外側リング、 ４７ 枢着領域、 ５０ 多角形輪郭

Claims (8)

1. クランクＣＶＴ変速機（１）のクランク軸（４）の回動軸線に対する、偏心体構成部材（１２）の回動軸線の偏心量を調整するための装置（１０）において、
   偏心体構成部材（１２）のために少なくとも１つの案内領域（１８）を備えたクランク軸（４）を備え、偏心体構成部材（１２）の外周面が転がり軸受け（１７）の嵌着のために適しており、
   ウォーム（４０）を備え、クランク軸（４）は軸線方向に中空室（４１）を有しており、ウォーム（４０）はクランク軸（４）の中空室（４１）内に挿入されており、
   ウォーム（４０）の回動により、クランク軸（４）の軸線方向に対して垂直方向に偏心体構成部材（１２）を変位させるために、少なくとも１つの案内領域（１８）内に設けられている変位ユニット（２０）を備えており、
   前記案内領域（１８）は、前記変位ユニット（２０）の変位方向に沿って形成されるとともに前記クランク軸（４）の軸線方向に対して平行に形成された２つの面を有し、
   偏心体構成部材（１２）は、前記案内領域（１８）の２つの面によって、摺動可能に支承されており、
   前記２つの面の一方の面の、前記クランク軸（４）の軸線方向における両端部にそれぞれ、前記偏心体構成部材（１２）の変位方向に沿って延びている突部が設けられていることを特徴とする、クランクＣＶＴ変速機のクランク軸の回動軸線に対する、偏心体構成部材の回動軸線の偏心量を調整するための装置。
2. 偏心体構成部材（１２）は２つの部材から構成されており、該２つの部材（１３，１４）はクランク軸（４）への組付け時に互いに結合されることを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 少なくとも１つの案内領域（１８）はクランク軸（４）の軸線に対して偏心的に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の装置。
4. 変位ユニット（２０）はウォーム（４０）に係合しているウォームホイール（２２）を有しており、該ウォームホイール（２２）は偏心量の調整方向において定置ではあるが、案内領域（１８）に回動可能に支承されており、かつ、ねじ装置（２４，２６）を介して偏心体構成部材（１２）に結合されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項記載の装置。
5. ねじ装置（２４，２６）は自縛式に構成されていることを特徴とする、請求項４記載の装置。
6. 前記ねじ装置はウォームホイール（２２）に構成されている雌ねじ山（２４）、及び偏心体構成部材（１２）に相対回動不能に支承されたねじ（２６）の雄ねじ山として構成されていることを特徴とする、請求項４又は５記載の装置。
7. 複数の案内領域（１８）及び複数の偏心体構成部材（１２）がクランク軸（４）の軸線方向に沿って配置されており、複数の案内領域（１８）及び複数の偏心体構成部材（１２）は１つの共通のウォーム（４０）によって移動させられることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項記載の装置。
8. 請求項１から７までのいずれか一項記載の、クランク軸（４）の回動軸線に対する、偏心体構成部材（１２）の回動軸線の偏心量を調整するための装置（１０）を備えたクランクＣＶＴ変速機。

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