JP6087320B2 - 無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、運動変換機構によって回転部の回転運動を揺動部の揺動運動に変換して、一方向回転阻止機構を介して動力を伝達し、回転半径調節機構で回転部の回転半径を変更して変速する無段変速機に関する。

従来、車両に設けられたエンジン等の駆動源からの駆動力が伝達されて回転する入力部としてのカム部連結体と、カム部連結体の回転中心軸線と平行に配置された出力軸と、カム部連結体に設けられた複数の回転半径調節機構と、出力軸に揺動自在に軸支される複数の揺動部と、一方の端部に回転半径調節機構に回転自在に外嵌される入力側環状部を有し、他方の端部が揺動リンクの揺動端部に連結されるコネクティングロッドとを備える四節リンク機構型の無段変速機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のものでは、各回転半径調節機構は、入力軸の回転中心軸線に対して偏心して設けられた円板状のカム部と、このカム部に偏心して回転自在に設けられた回転部と、複数のピニオンを軸方向に一体に備えるピニオンシャフトとからなる。また、揺動部と出力軸との間には、ワンウェイクラッチで構成された一方向回転阻止機構が設けられている。一方向回転阻止機構は、揺動部が出力軸に対して一方側に相対回転しようとするときに、出力軸に揺動部を固定し、他方側に相対回転しようとするときに、出力軸に対して揺動部を空転させる。

カム部連結体は、各カム部の貫通孔が連なることにより、中空となっており、その内部にはピニオンシャフトが挿入される。挿入されたピニオンシャフトは各カム部の切欠部から露出している。回転部にはカム部連結体を受け入れる受入孔が設けられている。この受入孔を形成する回転部の内周面には内歯が形成されている。

内歯は、カム部連結体の切欠部から露出するピニオンと噛合する。カム部連結体とピニオンとを同一速度で回転させると、回転部の回転半径が維持される。カム部連結体とピニオンとの回転速度を異ならせると、回転部の回転半径が変更されて、変速比が変化する。

カム部連結体を回転させて、回転部を回転させると、コネクティングロッドの入力側環状部が回転運動して、コネクティングロッドの他方の端部と連結される揺動部の揺動端部が揺動する。即ち、回転半径調節機構（カム部、回転部、ピニオン）、コネクティングロッド、及び揺動部で、てこクランク機構（運動変換機構）が構成される。揺動部は、一方向回転阻止機構を介して出力軸に設けられているため、一方側に回転するときのみ出力軸に回転駆動力（トルク）を伝達する。

各回転半径調節機構のカム部の偏心方向は、夫々位相を異ならせてカム部連結体の回転中心軸線周りを一周するように設定されている。従って、各回転部に外嵌されたコネクティングロッドによって、各揺動部が一方向回転阻止機構を介して順にトルクを出力軸に伝達するため、出力軸をスムーズに回転させることができる。

国際公開第２０１３／００１８５９号

従来の無段変速機の回転半径調節機構では、カム部の偏心方向とは反対側の部分に切欠部が設けられている。そして、この切欠部から露出するピニオンが回転部に設けられた内歯と噛み合う。しかしながら、カム部には、ピニオンを受け入れる受入孔が設けられており、カム部は偏心方向側の剛性に対して反対側の剛性が比較的低い。また、この剛性が低い偏心方向とは反対側の部分に切欠部が設けられているため、さらに剛性が低下しており、カム連結体全体としても剛性が低いという問題がある。

本発明は、以上の点に鑑み、カム連結体の剛性を向上させた無段変速機を提供することを目的とする。

［１］上記目的を達成するため、本発明は、
走行用駆動源の駆動力が伝達されて回転する入力部と、
該入力部の回転中心軸線に平行に設けられた出力軸と、
前記入力部と共に回転する回転部と前記出力軸に設けられた揺動部とを有し、前記回転部の回転運動を前記揺動部の揺動運動に変換する運動変換機構と、
前記出力軸に対して前記揺動部が一方へ相対的に回転しようとするときに前記出力軸に前記揺動部を固定し、前記出力軸に対して前記揺動部が他方へ相対的に回転しようとするときに前記出力軸に対して前記揺動部を空転させる一方向回転阻止機構と、
調節用駆動源の駆動力が伝達されて回転する伝達部と、前記回転中心軸線と同心のピニオンと、前記回転中心軸線に対して偏心して配置されるカム部とを有し、該カム部は前記ピニオンを挿入するための貫通孔を有し、前記ピニオンと前記カム部との相対的な位相を調節することで前記回転部の回転半径を調節可能な回転半径調節機構とを備え、
回転部の回転半径を変更することで変速比を変更する無段変速機であって、
前記回転部には、前記カム部に対して偏心した状態で受け入れる受入孔が設けられ、
前記受入孔には内歯が設けられ、
前記カム部には、前記ピニオン及び前記内歯と噛合する中間ギヤが設けられ、
前記中間ギヤは、前記カム部の偏心方向に直交するとともに前記ピニオンの回転中心を通る直線を境界線として、該境界線に対して前記カム部の偏心方向側に設けられた切欠部を介して前記内歯と噛合することを特徴とする。

本発明によれば、カム部の偏心方向側に設けられた切欠部を介してピニオンと内歯とが中間ギヤを介して噛み合う。従って、本発明のカム部は、カム部の比較的剛性の低い偏心方向とは反対側の部分に切欠部を設けていた従来のカム部よりも剛性を高めることができ、カム部を連結したカム部連結体の全体的な剛性も向上させることができる。

［２］また、本発明においては、中間ギヤの中心には、カム部を連結するボルトが挿通されることが好ましい。かかる構成によれば、中間ギヤの中心を有効活用して、ボルトの配置自由度を向上させると共に、切欠部の部分にボルトを配置することができるため、カム連結体の剛性を向上させることができる。

［３］また、本発明においては、中間ギヤの中心が、ピニオンの回転中心からカム部の偏心方向に延びる直線上に位置するように、中間ギヤを配置することができる。

本発明の無段変速機の実施形態を示す説明図。 本実施形態の運動変換機構を示す説明図。 本実施形態の回転半径調節機構を拡大して示す説明図。 本実施形態の回転半径調節機構を拡大して示す断面図。 本実施形態の回転部の回転半径の変化を示す説明図。 本実施形態の回転半径の変化に対する揺動部の揺動範囲の変化を示す説明図。 参考例の回転半径調節機構を示す説明図。 参考例の回転半径調節機構を示す断面図。

本発明の実施形態の無段変速機は、四節リンク機構からなる運動変換機構を備え、変速比ｈ（ｈ＝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、所謂ＩＶＴ（Infinity Variable Transmission）の一種である。

図１を参照して、四節リンク機構型の無段変速機１は、内燃機関であるエンジンや電動機等の走行用駆動源（図示省略）からの駆動力を受けることで回転中心軸線Ｐ１を中心に回転する入力部としての入力軸２と、回転中心軸線Ｐ１に平行に配置され、デファレンシャルギヤ（図示省略）を介して車両の駆動輪（図示省略）に回転動力を伝達させる出力軸３と、回転中心軸線Ｐ１上に設けられた６つの回転半径調節機構４とを備える。なお、デファレンシャルギヤの代わりにプロペラシャフトを設けてもよい。

図２から図４に示すように、各回転半径調節機構４は、カム部としてのカムディスク５と、回転部としての回転ディスク６とを備える。カムディスク５は、円盤状であり、回転中心軸線Ｐ１から偏心されると共に、１つの回転半径調節機構４に対して２個１組となるように、各回転半径調節機構４に設けられている。また、カムディスク５には、回転中心軸線Ｐ１の方向に貫通する貫通孔５ａが設けられている。また、カムディスク５には、回転中心軸線Ｐ１に対して偏心する方向に開口し、カムディスク５の外周面と貫通孔５ａを構成する内周面とを連通させる切欠孔５ｂが設けられている。

各１組のカムディスク５は、夫々位相を６０度異ならせて、６組のカムディスク５で回転中心軸線Ｐ１の周方向を一回りするように配置されている。

カムディスク５は、隣接する回転半径調節機構４のカムディスク５と一体的に形成されて一体型カム部５ｃが構成されている。この一体型カム部５ｃは、一体成型で形成してもよく、または、２つのカム部を溶接して一体化してもよい。各回転半径調節機構４の２個１組のカムディスク５同士はボルト（図示省略）で固定されている。回転中心軸線Ｐ１上の最も走行用駆動源側に位置するカムディスク５は入力端部２ａと一体的に形成されている。このようにして、入力端部２ａとカムディスク５とで入力軸２（カムシャフト）が構成されることとなる。

入力軸２（カムシャフト）は、カムディスク５の貫通孔５ａが連なることによって構成される挿通孔６０を備える。これにより、入力軸２（カムシャフト）は、走行用駆動源とは反対側（図１では左側）の一方端が開口し他方端が閉塞した中空軸形状に構成される。このカムディスク５と入力端部２ａとを一体的に形成する方法としては、一体成型を用いてもよく、また、カムディスク５と入力端部２ａとを溶接して一体化してもよい。

円盤状の回転ディスク６には、偏心した状態でカムディスク５を受け入れる受入孔６ａが設けられている。換言すれば、各１組のカムディスク５には、円盤状の回転ディスク６が偏心された状態で回転自在に外嵌されている。

図２に示すように、回転ディスク６は、カムディスク５の中心点をＰ２、回転ディスク６の中心点をＰ３として、回転中心軸線Ｐ１と中心点Ｐ２の距離Ｌａと、中心点Ｐ２と中心点Ｐ３の距離Ｌｂとが同一となるように、カムディスク５に対して偏心している。

回転ディスク６の受入孔６ａには、１組のカムディスク５の間に位置させて内歯６ｂが設けられている。

入力軸２の挿通孔６０には、回転中心軸線Ｐ１と同心に、且つ、回転ディスク６の内歯６ｂと対応する個所に位置させて、ピニオン７０が入力軸２と相対回転自在となるように配置されている。ピニオン７０は、ピニオンシャフト７２と一体に形成されている。なお、ピニオン７０は、ピニオンシャフト７２と別体に構成して、ピニオン７０をピニオンシャフト７２にスプライン結合で連結させてもよい。本実施形態においては、単にピニオン７０というときは、ピニオンシャフト７２を含むものとして定義する。また、本実施形態においては、ピニオン７０が本発明の伝達部に相当する。

切欠孔５ｂには、ピニオン７０と、回転ディスク６の内歯６ｂとに噛合する中間ギヤ１００が回転自在に設けられている。換言すれば、ピニオン７０は、中間ギヤ１００を介して内歯６ｂと噛合する。ピニオンシャフト７２には、隣接するピニオン７０の間に位置させて軸受７４が設けられている。この軸受７４を介して、ピニオンシャフト７２は、入力軸２を支えている。ピニオンシャフト７２には、減速機構８が接続されている。ピニオン７０には、減速機構８を介して調節用駆動源１４の駆動力が伝達される。

図２に示すように、回転ディスク６は、カムディスク５に対して距離Ｌａと距離Ｌｂとが同一となるように偏心されているため、回転ディスク６の中心点Ｐ３を回転中心軸線Ｐ１と同一軸線上に位置するようにして、回転中心軸線Ｐ１と中心点Ｐ３との距離、即ち偏心量Ｒ１を「０」とすることもできる。

無段変速機１は、一方の端部に大径の入力側環状部１５ａを有し、他方の端部に入力側環状部１５ａの径よりも小径の出力側環状部１５ｂを有するコネクティングロッド１５を備える。

回転ディスク６の周縁には、コネクティングロッド１５の入力側環状部１５ａが、ローラベアリングからなるコンロッド軸受１６を介して回転自在に外嵌されている。なお、コンロッド軸受１６は、ボールベアリングを軸方向に２個並べて２個一組で構成してもよい。出力軸３には、ワンウェイクラッチ１７を介して、揺動リンク１８がコネクティングロッド１５に対応させて６個設けられている。

ワンウェイクラッチ１７は、揺動リンク１８と出力軸３との間に設けられ、揺動リンク１８が出力軸３に対して一方側に相対回転しようとするときに揺動リンク１８を出力軸３に固定し、他方側に相対回転しようとするときに出力軸３に対して揺動リンク１８を空転させる。

揺動リンク１８は、環状に形成されており、その下方には、コネクティングロッド１５の出力側環状部１５ｂに連結される揺動端部１８ａが設けられている。揺動端部１８ａには、出力側環状部１５ｂを軸方向で挟み込むように突出した一対の突片１８ｂが設けられている。一対の突片１８ｂには、出力側環状部１５ｂの内径に対応する差込孔１８ｃが穿設されている。差込孔１８ｃ及び出力側環状部１５ｂには、連結ピン１９が挿入されている。これにより、コネクティングロッド１５と揺動リンク１８とが連結される。

本実施形態においては、揺動リンク１８の揺動端部１８ａが、ケース８０の下方に溜まった潤滑油の油溜に油没するように、揺動端部１８ａを出力軸３の下方に配置されている。これにより、揺動端部１８ａを油溜で潤滑できると共に、揺動リンク１８の揺動運動により、油溜の潤滑油を掻き揚げて、無段変速機１の他の部品を潤滑させることができる。

なお、実施形態の説明において、変速比は、入力軸の回転速度／出力軸の回転速度と定義する。

図５は、回転半径調節機構４の回転ディスク６の回転半径としての偏心量Ｒ１を変化させた状態のピニオンシャフト７２と回転ディスク６との位置関係を示す。図５Ａは偏心量Ｒ１を「最大」とした状態を示しており、回転中心軸線Ｐ１と、カムディスク５の中心点Ｐ２と、回転ディスク６の中心点Ｐ３とが一直線に並ぶように、ピニオンシャフト７２と回転ディスク６とが位置する。このときの変速比ｈは最小となる。

図５Ｂは偏心量Ｒ１を図５Ａよりも小さい「中」とした状態を示しており、図５Ｃは偏心量Ｒ１を図５Ｂよりも更に小さい「小」とした状態を示している。変速比ｈは、図５Ｂでは図５Ａの変速比ｈよりも大きい「中」となり、図５Ｃでは図５Ｂの変速比ｈよりも大きい「大」となる。

図５Ｄは偏心量Ｒ１を「０」とした状態を示しており、回転中心軸線Ｐ１と、回転ディスク６の中心点Ｐ３とが同心に位置する。このときの変速比ｈは無限大（∞）となる。第１実施形態の無段変速機１は、回転半径調節機構４で偏心量Ｒ１を変えることにより、入力軸２側の回転運動の半径を調節自在としている。図５から明らかなように、回転半径調節機構４は、ピニオン７０とカムディスク５との相対的な基地を調節することで回転ディスク６の偏心量Ｒ１（回転半径）を調節する。

図６は、回転半径調節機構４の偏心量Ｒ１（回転半径）を変化させた場合の揺動リンク１８の揺動範囲の変化を示している。図６Ａは、偏心量Ｒ１が最大のときの揺動リンク１８の揺動範囲を示し、図６Ｂは、偏心量Ｒ１が中のときの揺動リンク１８の揺動範囲を示し、図６Ｃは、偏心量Ｒ１が小のときの揺動リンク１８の揺動範囲を示している。図６から偏心量Ｒ１が小さくなるにつれて揺動範囲が狭くなることが分かる。そして、偏心量Ｒ１が「０」になると、揺動リンク１８は揺動しなくなる。

本実施形態においては、回転半径調節機構４と、コネクティングロッド１５と、揺動リンク１８とで、てこクランク機構２０（運動変換機構）が構成される。そして、てこクランク機構２０によって、入力軸２の回転運動が揺動リンク１８の揺動運動に変換される。本実施形態の無段変速機１は合計６個のてこクランク機構２０を備えている。

偏心量Ｒ１が「０」でないときに、入力軸２を回転させると共に、ピニオンシャフト７２を入力軸２と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、偏心量Ｒ１に基づき入力軸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する。

コネクティングロッド１５の出力側環状部１５ｂは、出力軸３にワンウェイクラッチ１７を介して設けられた揺動リンク１８に連結されているため、揺動リンク１８がコネクティングロッド１５によって押し引きされて揺動すると、揺動リンク１８が押し方向側又は引張り方向側の何れか一方に揺動リンク１８が回転するときだけ、出力軸３が回転し、揺動リンク１８が他方に回転するときには、出力軸３に揺動リンク１８の揺動運動の力が伝達されず、揺動リンク１８が空回りする。各回転半径調節機構４は、６０度毎に位相を変えて配置されているため、出力軸３は各回転半径調節機構４で順に回転させられる。

また、本実施形態の無段変速機１は、調節用駆動源１４を制御する制御部ＥＣＵを備えている。制御部ＥＣＵは、ＣＰＵやメモリ等により構成された電子ユニットであり、メモリに保持された制御プログラムをＣＰＵで実行することにより、調節用駆動源１４を制御して、回転半径調節機構４の偏心量Ｒ１を調節する機能を果たす。

入力軸２に接続された入力軸２の回転速度とピニオンシャフト７２の回転速度とが同一である場合には、回転ディスク６はカムディスク５と共に一体に回転する。入力軸２の回転速度とピニオンシャフト７２の回転速度とに差がある場合には、回転ディスク６はカムディスク５の中心点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、回転ディスク６は、カムディスク５に対して距離Ｌａと距離Ｌｂとが同一となるように偏心されているため、回転ディスク６の中心点Ｐ３を回転中心軸線Ｐ１と同一軸線上に位置するようにして、回転中心軸線Ｐ１と中心点Ｐ３との距離、即ち偏心量Ｒ１を「０」とすることもできる。

本実施形態の無段変速機１によれば、カムディスク５の偏心方向側Ｌｙに設けられた切欠部としての切欠孔５ｂを介してピニオン７０と内歯６ｂとが中間ギヤ１００を介して噛み合う。従って、本実施形態のカム部としてのカムディスク５は、カムディスク５の比較的剛性の低い偏心方向とは反対側の部分に切欠部を設けていた従来のカムディスクよりも剛性を高めることができ、カムディスク５を連結したカム部連結体（カムシャフト）としての入力軸２の全体的な剛性も向上させることができる。

また、本実施形態の無段変速機１においては、中間ギヤ１００の中心には、一組のカムディスク５を連結するボルト１０２が挿通される。これにより、中間ギヤ１００の中心を有効活用して、ボルト１０２の配置自由度を向上させると共に、切欠孔５ｂの部分にボルト１０２を配置することができるため、カム連結体（カムシャフト）としての入力軸２の剛性を向上させることができる。

また、本実施形態の無段変速機１においては、中間ギヤ１００の中心が、ピニオン７０の回転中心からカムディスク５の偏心方向に延びる直線上に位置するように、中間ギヤ１００を配置している。

図７及び図８は、参考例として、カムディスク５の偏心方向とは反対側に切欠部としての切欠孔５ｂを設けて、切欠孔５ｂを介してピニオン７０と内歯６ｂとが噛み合うものを示している。このように切欠部としての切欠孔５ｂを偏心方向とは反対側の部分に位置させると、カムディスク５及びカム部連結体（カムシャフト）としての入力軸２の剛性が低くなってしまうという問題がある。

なお、本実施形態においては、中間ギヤ１００の中心が、ピニオン７０の回転中心からカムディスク５の偏心方向に延びる直線上に位置するように、中間ギヤ１００を配置している。しかしながら、本発明の無段変速機は、これに限らず、中間ギヤは、カム部の偏心方向Ｌｙに直交するとともにピニオンの回転中心を通る直線を境界線Ｌｘとして、境界線Ｌｘに対してカム部の偏心方向側に設けられた切欠部を介して内歯と噛合するように配置されていればよい。

また、本実施形態においては、入力部として、入力端部２ａとカムディスク５とで入力軸２（カムシャフト）を構成し、入力軸２が、カムディスク５の貫通孔５ａが連なることによって構成される挿通孔６０を備えるものを説明した。しかしながら、本発明の入力部はこれに限らず、例えば、入力部を、一端が開口するように挿通孔を有する中空軸状の入力軸と、円盤状の複数のカムディスクとで構成し、カムディスクに入力軸を挿通できるように貫通孔を第１実施形態の貫通孔よりも大きく形成して、カムディスクを入力軸の外周面にスプライン結合させて構成しもよい。

この場合、中空軸からなる入力軸には、カムディスクの切欠孔に対応させて切欠孔が設けられる。そして、入力軸内に挿入されるピニオンは、入力軸の切欠孔及びカムディスクの切欠孔を介して、回転ディスクの内歯と噛合する。

また、本実施形態においては、一方向回転阻止機構として、ワンウェイクラッチ１７を用いているが、本発明の一方向回転阻止機構は、これに限らず、揺動リンク１８から出力軸３にトルクを伝達可能な揺動リンク１８の出力軸３に対する回転方向を切換自在に構成される二方向クラッチ（ツーウェイクラッチ）で構成してもよい。

また、本実施形態においては、入力部を入力軸２、伝達部をピニオン７０として説明したが、本発明の入力部及び伝達部はこれに限らない。たとえば、入力部をピニオン７０及びピニオンシャフト７２で構成し、伝達部を入力軸２で構成してもよい。

また、本実施形態においては、運動変換機構として、てこクランク機構２０を用いて説明した。しかしながら、本発明の運動変換機構は、これに限らず、回転部の回転運動を揺動部の揺動運動に変換できるものであれば、他の構成であってもよい。

１ 無段変速機
２ 入力軸（入力部）
３ 出力軸
４ 回転半径調節機構
５ カムディスク（カム部）
５ａ 貫通孔
５ｂ 切欠孔
５ｃ 一体型カム部
６ 回転ディスク（回転部）
６ａ 受入孔（内周部）
６ｂ 内歯
８ 減速機構（遊星歯車機構）
１４ 調節用駆動源（電動機）
１５ コネクティングロッド
１５ａ 入力側環状部
１５ｂ 出力側環状部
１６ コンロッド軸受
１７ ワンウェイクラッチ
１８ 揺動リンク
１８ａ 揺動端部
１８ｂ 突片
１８ｃ 差込孔
１９ 連結ピン
２０ てこクランク機構（運動変換機構）
６０ 挿通孔
７０ ピニオン（伝達部）
７２ ピニオンシャフト
７４ 軸受
８０ ケース
１００ 中間ギヤ
１０２ ボルト
Ｐ１ 回転中心軸線
Ｐ２ カムディスクの中心点
Ｐ３ 回転ディスクの中心点
Ｌａ Ｐ１とＰ２の距離
Ｌｂ Ｐ２とＰ３の距離
Ｒ１ 偏心量（Ｐ１とＰ３の距離）

Claims (3)

1. 走行用駆動源の駆動力が伝達されて回転する入力部と、
   該入力部の回転中心軸線に平行に設けられた出力軸と、
   前記入力部と共に回転する回転部と前記出力軸に設けられた揺動部とを有し、前記回転部の回転運動を前記揺動部の揺動運動に変換する運動変換機構と、
   前記出力軸に対して前記揺動部が一方へ相対的に回転しようとするときに前記出力軸に前記揺動部を固定し、前記出力軸に対して前記揺動部が他方へ相対的に回転しようとするときに前記出力軸に対して前記揺動部を空転させる一方向回転阻止機構と、
   調節用駆動源の駆動力が伝達されて回転する伝達部と、前記回転中心軸線と同心のピニオンと、前記回転中心軸線に対して偏心して配置されるカム部とを有し、該カム部は前記ピニオンを挿入するための貫通孔を有し、前記ピニオンと前記カム部との相対的な位相を調節することで前記回転部の回転半径を調節可能な回転半径調節機構とを備え、
   回転部の回転半径を変更することで変速比を変更する無段変速機であって、
   前記回転部には、前記カム部に対して偏心した状態で受け入れる受入孔が設けられ、
   前記受入孔には内歯が設けられ、
   前記カム部には、前記ピニオン及び前記内歯と噛合する中間ギヤが設けられ、
   前記中間ギヤは、前記カム部の偏心方向に直交するとともに前記ピニオンの回転中心を通る直線を境界線として、該境界線に対して前記カム部の偏心方向側に設けられた切欠部を介して前記内歯と噛合することを特徴とする無段変速機。
2. 請求項１記載の無段変速機であって、
   前記中間ギヤの中心には、前記カム部を連結するボルトが挿通されることを特徴とする無段変速機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の無段変速機であって、
   前記中間ギヤは、その中心が前記ピニオンの回転中心から前記カム部の偏心方向に延びる直線上に位置するように、配置されることを特徴とする無段変速機。