(57)【要約】【課題】  無段変速機の変速用のアクチュエータの故障時に変速比を増加させることで、無段変速機の過回転による耐久性低下を防止する。【解決手段】  無段変速機Ｔの偏心量可変機構１４の偏心ディスク１３の重心Ｇは、最大車速が得られるトップドライブの変速比において、駆動源Ｅに接続された入力軸１１の軸線Ｌと、入力軸１１と一体の偏心カム２５の中心Ｏ１とを結ぶ割直Ｓに対して、偏心ディスク１３の外周円の劣弧Ａｍｉ側に存在する。これにより、アクチュエータＡが故障してピニオン３２による偏心ディスク１３の保持力が消滅し、偏心ディスク１３が遠心力Ｆ１で偏心カム２５に対して相対回転するとき、偏心ディスク１３は変速比が増加する方向（ギヤドニュートラル側）に相対回転することで、無段変速機Ｔの過回転が防止されて耐久性が確保される。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源（Ｅ）に接続された入力軸（１１）と、駆動輪（Ｗ）に接続された出力軸（１２）と、前記入力軸（１１）と一体に回転する円板状の偏心ディスク（１３）と、前記出力軸（１２）にワンウェイクラッチ（１６）を介して揺動可能に支持された揺動アーム（１７）と、前記偏心ディスク（１３）および前記揺動アーム（１７）を接続して往復運動するコネクティングロッド（２３）と、前記入力軸（１１）の軸線（Ｌ）に対する前記偏心ディスク（１３）の偏心量（ε）を変更する偏心量可変機構（１４）とを備える無段変速機であって、
前記偏心量可変機構（１４）は、前記入力軸（１１）と同軸に配置されてアクチュエータ（Ａ）により回転する変速軸（１５）と、前記入力軸（１１）の外周に偏心状態で固定された円板状の偏心カム（２５）と、前記偏心カム（２５）に前記入力軸（１１）の軸線（Ｌ）を中心として形成されて該偏心カム（２５）の外周面に開放する切欠き（２５ａ）と、前記変速軸（１５）に設けられて前記切欠き（２５ａ）に嵌合するピニオン（２６）と、前記偏心ディスク（１３）に偏心状態で形成されて前記切欠き（２５ａ）を通して前記ピニオン（２６）に噛合するリングギヤ（１３ａ）とを備え、
前記偏心ディスク（１３）の重心（Ｇ）は、変速比がトップドライブ状態にあるときの前記入力軸（１１）の軸線（Ｌ）および前記偏心カム（２５）の中心（Ｏ１）を結ぶ割線（Ｓ）に対して、前記偏心ディスク（１３）の外周円の劣弧（Ａｍｉ）側に存在することを特徴とする無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動源に接続された入力軸と、駆動輪に接続された出力軸と、前記入力軸と一体に回転する円板状の偏心ディスクと、前記出力軸にワンウェイクラッチを介して揺動可能に支持された揺動アームと、前記偏心ディスクおよび前記揺動アームを接続して往復運動するコネクティングロッドと、前記入力軸の軸線に対する前記偏心ディスクの偏心量を変更する偏心量可変機構とを備える無段変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる無段変速機において、偏心ディスクの重心の位置を偏心カムの中心に一致させることで、変速比を変更すべく偏心カムに対して偏心ディスクが相対回転したときに、入力軸まわりの偏心ディスクの慣性二次モーメントが変化しないようにして振動の発生を防止するとともに、偏心ディスクの重心に作用する遠心力により変速比を変更するアクチュエータに荷重が加わるのを防止するものが、下記特許文献１により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２０１３／００８６２４Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の無段変速機は、偏心ディスクの重心の位置を偏心カムの中心に一致させたので、偏心ディスクの重心に作用する遠心力により変速比を変更するアクチュエータに荷重が加わることはない。従って、アクチュエータが故障して偏心カムに対して偏心ディスクを保持することができなくなったとき、偏心ディスクはアクチュエータが故障したときの偏心量をそのまま維持することになる。
【０００５】
しかしながら、エンジンの高速回転時にアクチュエータが故障したような場合を想定すると、無段変速機の各部材の過回転を防止して耐久性への悪影響を回避するには、アクチュエータが故障したときの偏心ディスクの偏心量をそのまま維持するのではなく、偏心ディスクの偏心量を減少させて無段変速機の変速比を速やかに増加させることで、無段変速機の各部材の過回転を防止することが望ましい。
【０００６】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、無段変速機の変速用のアクチュエータの故障時に変速比を増加させることで、無段変速機の過回転による耐久性低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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と、駆動輪に接続された出力軸と、前記入力軸と一体に回転する円板状の偏心ディスクと、前記出力軸にワンウェイクラッチを介して揺動可能に支持された揺動アームと、前記偏心ディスクおよび前記揺動アームを接続して往復運動するコネクティングロッドと、前記入力軸の軸線に対する前記偏心ディスクの偏心量を変更する偏心量可変機構とを備える無段変速機であって、前記偏心量可変機構は、前記入力軸と同軸に配置されてアクチュエータにより回転する変速軸と、前記入力軸の外周に偏心状態で固定された円形の偏心カムと、前記偏心カムに前記入力軸の軸線を中心として形成されて該偏心カムの外周面に開放する切欠きと、前記変速軸に設けられて前記切欠きに嵌合するピニオンと、前記偏心ディスクに偏心状態で形成されて前記切欠きを通して前記ピニオンに噛合するリングギヤとを備え、前記偏心ディスクの重心は、変速比がトップドライブ状態にあるときの前記入力軸の軸線および前記偏心カムの中心を結ぶ割直に対して、前記偏心ディスクの外周円の劣弧側に存在することを特徴とする無段変速機が提案される。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の構成によれば、無段変速機は、駆動源に接続された入力軸と、駆動輪に接続された出力軸と、入力軸と一体に回転する円板状の偏心ディスクと、出力軸にワンウェイクラッチを介して揺動可能に支持された揺動アームと、偏心ディスクおよび揺動アームを接続して往復運動するコネクティングロッドと、入力軸の軸線に対する偏心ディスクの偏心量を変更する偏心量可変機構とを備えるので、駆動源により入力軸が回転すると偏心ディスクが入力軸と共に偏心回転してコネクティングロッドが往復運動し、往復運動するコネクティングロッドにより揺動アームが往復揺動するとワンウェイクラッチが間欠的に係合することで、出力軸が間欠的に回転して駆動輪が駆動される。偏心量可変機構により入力軸の軸線に対する偏心ディスクの偏心量を変更すると、コネクティングロッドの往復運動のストロークが変化して揺動アームの往復揺動のストロークが変化することで、入力軸および出力軸間の変速比が無段階に変更される。
【０００９】
偏心量可変機構は、入力軸と同軸に配置されてアクチュエータにより回転する変速軸と、入力軸の外周に偏心状態で固定された円板状の偏心カムと、偏心カムに入力軸の軸線を中心として形成されて該偏心カムの外周面に開放する切欠きと、変速軸に設けられて切欠きに嵌合するピニオンと、偏心ディスクに偏心状態で形成されて切欠きを通してピニオンに噛合するリングギヤとを備えるので、アクチュエータにより入力軸に対して出力軸を相対回転させると、ピニオンによりリングギヤを駆動された偏心ディスクが偏心カムまわりに回転することで、入力軸の軸線に対する偏心ディスクの偏心量が変化する。
【００１０】
偏心ディスクが入力軸の軸線まわりに回転すると、偏心ディスクの重心に作用する遠心力で偏心ディスクが偏心カムまわりに相対回転しようとするため、変速比がトップドライブであって駆動源の回転数が高い状態でアクチュエータが故障したような場合に、遠心力によって偏心ディスクが偏心カムに対して相対回転して変速比が減少してしまい、過回転により無段変速機の耐久性に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００１１】
しかしながら、本発明によれば、偏心ディスクの重心は、変速比がトップドライブ状態にあるときの入力軸の軸線および偏心カムの中心を結ぶ割直に対して、偏心ディスクの外周円の劣弧側に存在するので、アクチュエータが故障して偏心ディスクが遠心力で偏心カムに対して相対回転するとき、偏心ディスクは変速比が増加する方向に相対回転するため、無段変速機の過回転が防止されて耐久性が確保される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】無段変速機の全体構造を示す図。
【図２】偏心量可変機構の構造の説明図。
【図３】偏心量可変機構による変速比変更の説明図。
【図４】アクチュエータの故障時における偏心量可変機構の作用説明図。
【図５】偏心ディスクの重心の位置の他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１に示すように、無段変速機Ｔは、例えばエンジンよりなる駆動源Ｅに接続された入力軸１１と、駆動輪Ｗに接続された出力軸１２とを備える。入力軸１１には偏心ディスク１３が偏心量可変機構１４を介して支持されており、偏心ディスク１３は入力軸１１と一体に偏心回転する。中空に形成された入力軸１１の内部に変速軸１５が同軸に配置されており、アクチュエータＡで変速軸１５を入力軸１１に対して相対回転させると、偏心量可変機構１４により偏心ディスク１３の偏心量εが変化して無段変速機Ｔの変速比が変更される。
【００１５】
出力軸１２の外周にはワンウェイクラッチ１６を介して揺動アーム１７が揺動自在に枢支される。ワンウェイクラッチ１６は、出力軸１２の外周に固定されたインナー部材１８と、揺動アーム１７の径方向内端に固定されたアウター部材１９と、インナー部材１８およびアウター部材１９間に配置された複数のローラ２０…と、ローラ２０…を周方向に付勢するスプリング２１…とを備える。偏心ディスク１３の外周にはベアリング２２を介してコネクティングロッド２３の大端部が枢支され、揺動アーム１７の先端にはピン２４を介してコネクティングロッド２３の小端部が枢支される。
【００１６】
駆動源Ｅにより回転する入力軸１１と一体に偏心ディスク１３が偏心回転すると、偏心ディスク１３の外周にベアリング２２を介して大端部を枢支されたコネクティングロッド２３が往復運動し、コネクティングロッド２３の小端部にピン２４を介して枢支された揺動アーム１７が出力軸１２まわりに往復揺動する。揺動アーム１７が矢印ａ方向に揺動するとワンウェイクラッチ１６が係合して駆動力が出力軸１２に伝達され、揺動アーム１７が矢印ｂ方向に揺動するとワンウェイクラッチ１６が係合解除して出力軸１２への駆動力の伝達が遮断されることで、出力軸１２は矢印ａ方向に間欠回転する。
【００１７】
従って、上記構造の無段変速機Ｔを軸方向に複数個並置し、各無段変速機Ｔの偏心ディスク１３の偏心方向を相互にずらせば、複数の無段変速機Ｔが交互に駆動力を伝達して出力軸１２を連続回転させることができる。偏心量可変機構１４で入力軸１１に対する偏心ディスク１３の偏心量εを無段階に変更すると、コネクティングロッド２３の往復運動のストロークが変化して揺動アーム１７の往復揺動のストロークが変化することで、コネクティングロッド２３の１回のストロークに対する出力軸１２の回転角が変化し、入力軸１１および出力軸１２間の変速比が無段階に変更される。
【００１８】
次に、図２〜図４に基づいて偏心量可変機構１４の構造を説明する。
【００１９】
図２に示すように、偏心量可変機構１４は、入力軸１１と一体に形成された円板状の偏心カム２５を備えており、偏心カム２５の中心Ｏ１は入力軸１１の軸線Ｌに対して距離ｄだけ偏心している。偏心カム２５の外周の一部は、入力軸１１の軸線Ｌを中心とする円形の切欠き２５ａによって開放している。円板状の偏心ディスク１３の内部には、その中心Ｏ２に対して距離ｄだけ偏心した位置にリングギヤ１３ａが形成されており、リングギヤ１３ａは偏心カム２５の外周に摺動自在に支持される。変速軸１５と一体に形成したピニオン２６が偏心カム２５の切欠き２５ａを通して偏心ディスク１３のリングギヤ１３ａに噛合する。よって、入力軸１１に対して変速軸１５が相対回転すると、ピニオン２６によりリングギヤ１３ａを駆動された偏心ディスク１３が偏心カム２５の外周に案内されて相対回転し、入力軸１１の軸線Ｌに対する偏心ディスク１３の中心Ｏ２の偏心量εが変化する。
【００２０】
図３（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１１の軸線Ｌに対する偏心ディスク１３の中心Ｏ２の偏心量εは、入力軸１１の軸線Ｌから偏心カム２５の中心Ｏ１までの距離ｄと、偏心カム２５の中心Ｏ１から偏心ディスク１３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１１に対して変速軸１５が相対回転すると、入力軸１１と一体の偏心カム２５に対して偏心ディスク１３が相対回転することで、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示すように、入力軸１１の軸線Ｌに対する偏心ディスク１３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１１に対して変速軸１５が更に相対回転すると、入力軸１１と一体の偏心カム２５に対して偏心ディスク１３が更に相対回転することで、図３（Ｄ）に示すように、ついには入力軸１１の軸線Ｌに偏心ディスク１３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１２に対する動力伝達が遮断される。
【００２１】
図２に戻り、偏心ディスク１３における偏心カム３１の中心Ｏ１から遠い部分には、その肉厚を他の部分よりも薄くした三日月形の薄肉部１３ｂが形成されており、これにより偏心ディスク１３の重心Ｇの位置が以下のように調整される。
【００２２】
図２における偏心ディスク１３の位置は変速比がトップドライブ：ＴＤの状態に対応する。トップドライブは最大の車速が得られる変速比であり、このとき駆動源Ｅの回転数は上限回転数（例えば６０００ｒｐｍ）となる。このトップドライブ状態において、入力軸１１の軸線Ｌと偏心カム３１の中心Ｏ１とを結ぶ直線（割線Ｓ）を引くと、割線Ｓが偏心ディスク１３の外周円と交差することで、外周円が長い側の優弧Ａｍａおよび短い側の劣弧Ａｍｉに分割される。偏心ディスク１３の重心Ｇの位置は、割線Ｓよりも劣弧Ａｍｉ側の斜線の領域に設定される。
【００２３】
偏心ディスク１３の重心Ｇの位置は、必ずしも偏心ディスク１３上にある必要はなく、偏心ディスク１３の外側にはみ出していても良い。但し、そのためには、偏心ディスク１３の外周から外側に突出するようにウエイトを設ける必要がある。また重心Ｇの位置を調整するために、偏心ディスク１３を貫通するように肉抜き孔を形成したり、偏心ディスク１３の内部にウエイトを埋め込んだり、偏心ディスク１３を比重の異なる複数の部材を結合して構成することが考えられる。
【００２４】
尚、図２では、偏心カム３１の中心Ｏ１および偏心ディスク１３の中心Ｏ２を結ぶ直線がたまたま割線Ｓと直交しているが、トップドライブ状態での変速比（偏心量ε）は車両により異なるため、前記二つの直線は必ずしも直交するとは限らない。
【００２５】
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。
【００２６】
図４（Ｃ）、（Ｄ）は、偏心ディスク１３の重心Ｇの位置が、割線Ｓの優弧Ａｍａ側に存在する比較例を示すものである。この比較例では、図４（Ｃ）に示すように、車両がトップドライブの変速比で走行しているとき、入力軸１１まわりに回転する偏心ディスク１３の重心Ｇには、入力軸１１の軸線Ｌを通って径方向外側に向かう遠心力Ｆ１が作用する。偏心ディスク１３を支持する偏心カム２５の中心Ｏ１には遠心力Ｆ１と同じ大きさで逆方向に向かう反力Ｆ２が作用し、遠心力Ｆ１および反力Ｆ２が釣り合っている。また遠心力Ｆ１の作用線と偏心カム３１の中心Ｏ１との距離をａとすると、偏心カム３１の中心Ｏ１まわりに偏心ディスク１３を時計方向に回転させようとするモーメントＭ＝Ｆ１×ａが作用するが、このモーメントＭはピニオン３２の保持トルクとしてアクチュエータＡにより支持されることで、偏心ディスク１３を回転が阻止されて変速比がトップドライブの状態に維持される。
【００２７】
しかしながら、何らかの理由でアクチュエータＡが故障してピニオン３２の保持トルクが消滅すると、モーメントＭによって偏心ディスク１３が偏心カム３１まわりに時計方向に回転し、図４（Ｄ）に示すように、変速比がオーバードライブ側に変化してしまう。通常、変速比がオーバードライブのときの駆動源Ｅの回転数は２０００〜３０００ｒｐｍであるが、 変速比がトップドライブのときは駆動源Ｅが回転数が６０００ｒｐｍに達することもあるため、変速比がトップドライブ状態からオーバードライブ側に変化するとコネクティングロッド２３やワンウェイクラッチ１６が耐えきれずに無段変速機Ｔの耐久性が低下する虞がある。
【００２８】
それに対し、図４（Ａ）に示すように、本実施の形態によれば、偏心ディスク１３の重心Ｇの位置が割線Ｓよりも劣弧Ａｍｉ側に存在するため、偏心ディスク１３の重心Ｇに作用する遠心力Ｆ１により反時計方向のモーメントＭ＝Ｆ１×ａが作用する。その結果、アクチュエータＡが故障してピニオン３２の保持トルクが消滅したときに、モーメントＭによって偏心ディスク１３が偏心カム３１まわりに反時計方向に回転し、図４（Ｂ）に示すように、変速比がトップドライブ状態からギヤドニュートラル側に変化する。従って、駆動源Ｅが最大回転数で回転していても無段変速機Ｔの各部材が過回転するのが防止されて耐久性が確保される。
【００２９】
尚、偏心ディスク１３の重心Ｇの位置が割線Ｓの上に存在する場合に、偏心ディスク１３には遠心力Ｆ１によるモーメントＭが作用しないため、アクチュエータＡが故障すると変速比は理論上トップドライブ状態に維持されるが、実際には外乱によってオーバードライブ側あるいはギヤドニュートラル側の何れにも変化する可能性があるため、偏心ディスク１３の重心Ｇの位置は割線Ｓよりも劣弧Ａｍｉ側に存在することが必要である。
【００３０】
ところで、偏心ディスク１３の重心Ｇに作用する遠心力の大きさは、偏心ディスク１３の回転中心である入力軸１１の軸線Ｌと重心Ｇとの距離、つまり重心Ｇの回転半径Ｒ（図５（Ａ）参照）に比例するため、偏心ディスク１３を回転させるモーメントＭを充分に確保するには回転半径Ｒを大きく設定することが必要である。また偏心ディスク１３は割線Ｓの優弧Ａｍａ側で面積が大きく、割線Ｓの劣弧Ａｍｉ側で面積が小さいため、割線Ｓよりも劣弧Ａｍｉ側に重心Ｇを位置させるには薄肉部１３ｂを大きくしたり、図５に示すように、劣弧Ａｍｉ側にウエイト２７を設けたりする等の対策が必要である。
【００３１】
図５（Ａ）に示すように、仮に偏心ディスク１３の重心をＧ′の位置に設定すると、重心Ｇ′の回転半径Ｒが小さくなるだけでなく、大きな薄肉部１３ｂや重いウエイト２７が必要となって設計自由度が低下する問題がある。一方、偏心ディスク１３の重心を、割線Ｓに近く、かつ入力軸１１の軸線Ｌから遠いＧに設定すると、回転半径Ｒを大きく確保しながら大きな薄肉部１３ｂや重いウエイト２７が不要になって設計自由度を高めることができる。重心を図５（Ａ）のＧの位置に設定するには、偏心ディスク１３の薄肉部１３ｂを図中下側だけに設け、かつウエイトを劣弧Ａｍｉの図中上側に設ければ良い。
【００３２】
アクチュエータＡが故障したときに偏心ディスク１３がギヤドニュートラル側に回転する回転角は、偏心カム２５の中心Ｏ１から上方に延びる割線Ｓと、偏心カム２５の中心Ｏ１から重心Ｇに延びる直線とが成す角度αに一致する。図５（Ａ）の例では、角度αが小さいためにアクチュエータＡの故障時の偏心ディスク１３の回転角が小さくなるが、図５（Ｂ）に示すように、偏心ディスク１３は反時計方向に回転して変速比がトップドライブ状態からギヤドニュートラル状態に向かって増加するため、無段変速機Ｔの各部材の過回転が防止される。
【００３３】
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。
【００３４】
例えば、本発明の駆動源は実施の形態のエンジンに限定されず、電気モータのような他種の駆動源であっても良い。
【符号の説明】
【００３５】
Ａ          アクチュエータ
Ａｍｉ      劣弧
Ｅ          駆動源
ε          偏心ディスクの偏心量
Ｇ          偏心ディスクの重心
Ｌ          入力軸の軸線
Ｏ１        偏心カムの中心
Ｓ          割線
Ｗ          駆動輪
１１        入力軸
１２        出力軸
１３        偏心ディスク
１３ａ      リングギヤ
１４        偏心量可変機構
１５        変速軸
１６        ワンウェイクラッチ
１７        揺動アーム
２３        コネクティングロッド
２５        偏心カム
２５ａ      切欠き
２６        ピニオン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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