JP6268143B2 - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の駆動源に接続された入力軸と、前記入力軸と平行に配置された出力軸と、前記入力軸と一体に偏心回転する偏心部材と、前記偏心部材の偏心量を変更する変速アクチュエータと、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、前記コネクティングロッドが押し方向に移動したときに係合して引き方向に移動したときに係合解除するワンウェイクラッチとを備える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のクランク式の無段変速機において、そのコネクティングロッドの中央部に貫通孔を形成して剛性を低下させることで、コネクティングロッドの大端部を偏心ディスクに支持するベアリングに作用する荷重のピーク値を低減して寿命の延長を図るものが、下記特許文献１により公知である。

特開２０１４−１９６７９１号公報

ところで、クランク式の無段変速機が、コネクティングロッドで揺動リンクを押す行程でワンウェイクラッチが係合して駆動力を伝達するように構成されている場合、本明細書の「発明を実施するための形態」の欄で詳述するように、コネクティングロッドの押し行程が終了してワンウェイクラッチが係合解除する瞬間に大きな振動や騒音が発生することが知られており、この振動や騒音を低減することが望まれている。

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のワンウェイクラッチの係合解除時に発生する振動や騒音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、車両の駆動源に接続された入力軸と、前記入力軸と平行に配置された出力軸と、前記入力軸と一体に偏心回転する偏心部材と、前記偏心部材の偏心量を変更する変速アクチュエータと、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、前記コネクティングロッドが押し方向に移動したときに係合して引き方向に移動したときに係合解除するワンウェイクラッチとを備える車両用動力伝達装置であって、前記コネクティングロッドは、前記偏心部材の外周に設けたベアリングに支持される大端部と、前記揺動リンクにピンを介して連結される小端部と、前記大端部および前記小端部を接続するロッド部とを備え、前記ロッド部および前記小端部を連結する連結部の側面には、前記コネクティングロッドが押し方向に移動したときの圧縮荷重により弾性変形する変形部が形成され、前記変形部は前記コネクティングロッドの長手方向に直交する方向に形成された溝からなることを特徴とする車両用動力伝達装置が提案される。

なお、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、実施の形態のローラベアリング３２は本発明のベアリングに対応し、実施の形態の溝３３ｆは本発明の変形部に対応し、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、偏心部材に大端部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小端部が接続された揺動リンクが往復揺動する。揺動リンクがコネクティングロッドの押し方向に揺動したときにワンウェイクラッチが係合し、揺動リンクがコネクティングロッドの引き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。変速アクチュエータで偏心部材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して動力伝達装置の変速比が変更される。

コネクティングロッドは、偏心部材の外周に設けたベアリングに支持される大端部と、揺動リンクにピンを介して連結される小端部と、大端部および小端部を接続するロッド部とを備え、ロッド部および小端部を連結する連結部の側面には、コネクティングロッドが押し方向に移動したときの圧縮荷重により弾性変形する変形部が形成されるので、コネクティングロッドの押し行程の初期に圧縮荷重により潰れるように弾性変形した変形部が、コネクティングロッドの押し行程の末期に圧縮荷重が消滅すると元の形状に復帰することで、ワンウェイクラッチが係合解除する瞬間に発生する急激なトルク抜けを緩和し、ワンウェイクラッチが係合解除する際の振動や騒音を低減することができる。

しかも変形部はコネクティングロッドの長手方向に直交する方向に形成された溝からなるので、変形部の加工が容易であるだけでなく、圧縮荷重で溝が潰れるとコネクティングロッドが剛体化され、コネクティングロッドの駆動力を揺動リンクに確実に伝達することができる。

無段変速機の縦断面図。（第１の実施の形態） 図１の２−２線断面図。（第１の実施の形態） 偏心ディスクの正面図および断面図。（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） コネクティングロッドの斜視図。（第１の実施の形態） ワンウェイクラッチのアウター部材の角速度、インナー部材の角速度、伝達トルクおよび伝達トルクの時間変化率を示すグラフ。（第１の実施の形態） ワンウェイクラッチの伝達トルクおよび振動を示すグラフ。（第１の実施の形態） コネクティングロッドの斜視図。（第２の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１〜図７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３に示すように、自動車用のクランク式の無段変速機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個の伝達ユニット１４…、出力軸１３および図示せぬディファレンシャルギヤを介して図示せぬ駆動輪に伝達される。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個の伝達ユニット１４…の構造は実質的に同一構造であるため、以下、一つの伝達ユニット１４を代表として構造を説明する。

伝達ユニット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（図２参照）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個の伝達ユニット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。すなわち、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の割り面の外周には、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１参照）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。

コネクティングロッド３３は、大端部３３ａ、ロッド部３３ｂ，３３ｂおよび小端部３３ｃを備えるもので、大端部３３ａがローラベアリング３２を介して偏心ディスク１９の外周に支持される。

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の小端部３３ｃにピン３７を介して枢支された揺動リンク４２と、揺動リンク４２の内周に固定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に固定されたリング状のインナー部材３９と、アウター部材３８の内周面とインナー部材３９の外周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５は、コネクティングロッド３３の形状を更に詳細に示すものである。

コネクティングロッド３３の２本のロッド部３３ｂ，３３ｂは大端部３３ａ側から小端部３３ｃ側に向かって相互に接近するように延び、三角形状をなす大端部３３ａおよび２本のロッド部３３ｂ，３３ｂの内部に三角形状に肉抜きされた開口部３３ｄが形成される。ロッド部３３ｂ，３３ｂおよび小端部３３ｃは、コネクティングロッド３３の長手方向に直線状に延びる連結部３３ｅで連結されており、この連結部３３ｅの両側面（ピン３７の両端側の面）には、コネクティングロッド３３の長手方向に直交する方向に延びる直線状の溝３３ｆ，３３ｆが形成される。溝３３ｆ，３３ｆは一定の幅および深さを有しており、その両端はコネクティングロッド３３の連結部３３ｅの上面および下面に達している。

次に、無段変速機Ｔの一つの伝達ユニット１４の作用を説明する。

図２および図４（Ａ）〜図４（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の大端部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右側に押されると、揺動リンク４２と共にアウター部材３８が図２において反時計方向に揺動し、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が往復運動する過程で図中左側に引かれると、揺動リンク４２と共にアウター部材３８が図２において時計方向に揺動し、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個の伝達ユニット１４…の偏心ディスク１９…の偏心量εは全て同一であるが、偏心方向の位相が相互に６０°ずつずれているため、６個の伝達ユニット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、各伝達ユニット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４（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４（Ｂ）および図４（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４（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、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。

コネクティングロッド３３が溝３３ｆ，３３ｆを備えていない比較例を示す図６（Ａ）において、コネクティングロッド３３の往復運動に伴ってワンウェイクラッチ３６のアウター部材３８は往復揺動し、アウター部材３８が往復揺動する角速度は正弦波状に変化するが、複数の伝達ユニット１４…から交互に駆動力が伝達されるワンウェイクラッチ３６のインナー部材３９の回転角速度は一定値となる。ワンウェイクラッチ３６が伝達する伝達トルクＴｏｗは、コネクティングロッド３３が揺動リンク４２を押す行程でのみ発生し、コネクティングロッド３３が揺動リンク４２を引く行程では、ワンウェイクラッチ３６が係合解除するために伝達トルクＴｏｗがゼロになる。コネクティングロッド３３が揺動リンク４２を押す行程の最後において、ワンウェイクラッチ３６の伝達トルクＴｏｗは急激に減少する（ａ部参照）。

図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のワンウェイクラッチ３６の伝達トルクＴｏｗの時間変化率を示すもので、コネクティングロッド３３が揺動リンク４２を押す行程の最後、すなわちワンウェイクラッチ３６が係合加除するときに、ワンウェイクラッチ３６の伝達トルクＴｏｗの時間変化率ｄＴｏｗ／ｄｔが負方向に急増することで（ｂ部参照）、ワンウェイクラッチ３６の係合解除時に伝達トルクＴｏｗが急激に消滅することが分かる。

図７に示すように、ワンウェイクラッチ３６の係合解除時に伝達トルクＴｏｗが急激に消滅すると（ｃ部参照）、ワンウェイクラッチ３６に強い振動が発生することが分かる（ｄ部参照）。

一方、本実施の形態では、コネクティングロッド３３が押し方向に移動を開始して圧縮荷重が作用すると、剛性が局部的に低くなる溝３３ｆ，３３ｆの部分で連結部３３ｅが縮むように弾性変形し、溝３３ｆ，３３ｆが完全に潰れた時点でコネクティングロッド３３は実質的に剛体となり、コネクティングロッド３３はワンウェイクラッチ３６の揺動リンク４２に駆動力を伝達する。その結果、図６（Ｃ）に示すように、ワンウェイクラッチ３６の伝達トルクＴｏｗの立ち上がりが、溝３３ｆ，３３ｆの弾性変形により緩和されて緩やかになる（ｅ部参照）。ワンウェイクラッチ３６が駆動力を伝達している間は、溝３３ｆ，３３ｆは潰れた状態に維持され、揺動リンク４２への駆動力の伝達は支障なく行われる。

コネクティングロッド３３が押し方向の移動端に達して圧縮荷重が減少すると、それまで潰れるように弾性変形していた溝３３ｆ，３３ｆが元の状態に伸びるため、コネクティングロッド３３が押し方向の移動端に達した後にも、コネクティングロッド３３の小端部３３ｃは揺動リンク４２を短時間だけ押し続ける。その結果、図６（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、コネクティングロッド３３の伝達トルクＴｏｗは一気に消滅せず、緩やかに消滅する（ｆ部およびｇ部参照）。このようにして、ワンウェイクラッチ３６の係合解除時に伝達トルクＴｏｗが緩やかに消滅することで、ワンウェイクラッチ３６が急激に係合解除する際に発生する振動や騒音を抑制することができる。

コネクティングロッド３３には、その長手方向に沿う圧縮力や引張力が作用する以外に、連結部３３ｅに曲げモーメントＭが作用する（図５参照）。このとき、図５に想像線で示すように、仮に溝３３ｆ´，３３ｆ´が連結部３３ｅの上面および下面に形成されていると、曲げモーメントＭにより溝３３ｆ´，３３ｆ´の部分でコネクティングロッド３３が変形したり折損したりする可能性があるため、溝３３ｆ，３３ｆは連結部３３ｅの両側面に形成する必要がある。

またコネクティングロッド３３の２本のロッド部３３ｂ，３３ｂに溝３３ｆ，３３ｆを形成することも考えられるが、コネクティングロッド３３の長手方向に対して傾斜している２本のロッド部３３ｂ，３３ｂは連結部３３ｅに比べて撓み変形し易く、そこに溝３３ｆ，３３ｆを形成すると剛性が更に低下することでロッド部３３ｂ，３３ｂが振動を起こし易くなり、振動や騒音を悪化させる虞がある。このような理由から、ロッド部３３ｂ，３３ｂに溝３３ｆ，３３ｆを形成することは好ましくない。

以上のように、本実施の形態によれば、ワンウェイクラッチ３６の小端部３３ｃの近傍の側面に溝３３ｆ，３３ｆを形成するだけの簡単な構造で、ワンウェイクラッチ３６が係合解除する際に振動や騒音が発生するのを防止することができる。しかも溝３３ｆ，３３ｆは、一定幅および一定深さの直線状に形成されるので、その加工が容易であるだけでなく、圧縮荷重で溝３３ｆ，３３ｆが完全に潰れるとコネクティングロッド３３が剛体化されるため、コネクティングロッド３３の駆動力を揺動リンク４２に確実に伝達することができる。

第２の実施の形態

次に、図８に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態では、コネクティングロッド３３の連結部３３ｅの各側面に１本の溝３３ｆが形成されているが、第２の実施の形態は、その１本の溝３３ｆを中央部で２分割したものである。本実施の形態によれば、溝３３ｆの分断部の長さを調整することで、連結部３３ｅの剛性の調整が容易になる。

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。

１２ 入力軸
１３ 出力軸
１９ 偏心ディスク（偏心部材）
２３ 変速アクチュエータ
３２ ローラベアリング（ベアリング）
３３ コネクティングロッド
３３ａ 大端部
３３ｂ ロッド部
３３ｃ 小端部
３３ｅ 連結部
３３ｆ 溝（変形部）
３６ ワンウェイクラッチ
３７ ピン
４２ 揺動リンク
Ｅ エンジン（駆動源）

Claims (1)

1. 車両の駆動源（Ｅ）に接続された入力軸（１２）と、
   前記入力軸（１２）と平行に配置された出力軸（１３）と、
   前記入力軸（１２）と一体に偏心回転する偏心部材（１９）と、
   前記偏心部材（１９）の偏心量を変更する変速アクチュエータ（２３）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、
   前記出力軸（１３）および前記揺動リンク（４２）間に配置され、前記コネクティングロッド（３３）が押し方向に移動したときに係合して引き方向に移動したときに係合解除するワンウェイクラッチ（３６）とを備える車両用動力伝達装置であって、
   前記コネクティングロッド（３３）は、前記偏心部材（１９）の外周に設けたベアリング（３２）に支持される大端部（３３ａ）と、前記揺動リンク（４２）にピン（３７）を介して連結される小端部（３３ｃ）と、前記大端部（３３ａ）および前記小端部（３３ｃ）を接続するロッド部（３３ｂ）とを備え、前記ロッド部（３３ｂ）および前記小端部（３３ｃ）を連結する連結部（３３ｅ）の側面には、前記コネクティングロッド（３３）が押し方向に移動したときの圧縮荷重により弾性変形する変形部（３３ｆ）が形成され、前記変形部（３３ｆ）は前記コネクティングロッド（３３）の長手方向に直交する方向に形成された溝からなることを特徴とする車両用動力伝達装置。

Images