動力伝達装置、及び動力伝達の制御方法
【課題】 入力軸の正転時に回転力を等速伝達し入力軸の逆転時に回転力を減速伝達する動力伝達装置において、出力軸の回転角度を検出可能な動力伝達装置を提供する。
【解決手段】動力伝達装置１０において、入力軸１１の正転時、入力軸１１の正転力は、ワンウェイクラッチ３０を経由して等速で出力軸１２に伝達され、ツーウェイクラッチ５０は空転する。入力軸１１の逆転時、入力軸１１の逆転力は、入力側副軸５１からツーウェイクラッチ５０を介して出力側副軸５２に伝達され、出力側副軸５２から出力軸１２へ減速して伝達される。このとき、ワンウェイクラッチ３０は空転する。回転角センサ７１は、出力軸１２の回転角度を検出する。これにより、入力軸１１の停止時、イナーシャによってワンウェイクラッチ３０とツーウェイクラッチ５０とが共に空転状態となっても、出力軸１２の回転角度を検出することができる。
【解決手段】動力伝達装置１０において、入力軸１１の正転時、入力軸１１の正転力は、ワンウェイクラッチ３０を経由して等速で出力軸１２に伝達され、ツーウェイクラッチ５０は空転する。入力軸１１の逆転時、入力軸１１の逆転力は、入力側副軸５１からツーウェイクラッチ５０を介して出力側副軸５２に伝達され、出力側副軸５２から出力軸１２へ減速して伝達される。このとき、ワンウェイクラッチ３０は空転する。回転角センサ７１は、出力軸１２の回転角度を検出する。これにより、入力軸１１の停止時、イナーシャによってワンウェイクラッチ３０とツーウェイクラッチ５０とが共に空転状態となっても、出力軸１２の回転角度を検出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力軸の回転力を出力軸へ伝達する動力伝達装置、及び動力伝達の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
動力伝達装置は、モータ等の駆動力による入力軸の回転を等速で又は減速もしくは増速して出力軸へ伝達し、出力軸に接続された目的動作機構を駆動する。通常の動力伝達装置は、入力軸の回転方向に関わらず、入力軸と出力軸との変速比および伝達トルクの出力特性が一定である。しかし、動力の正転と逆転で、あるいは、目的動作機構としてのアクチュエータの往路と復路の作動で異なる出力特性を要求される場合がある。
例えば、エンジンの圧縮比を変更可能な可変圧縮比エンジンでは、低圧縮比側から高圧縮比側に変更する場合に低速高トルクが要求され、一方、高圧縮比側から低圧縮比側に変更する場合にはトルクは必要なく高速特性が要求される。
【０００３】
従来、正転と逆転または往路と復路での出力特性を変化させる装置として、電子制御を用いた装置や、回転方向を機械的または電気的に検出し歯車比の異なる動力伝達経路を選択する装置が知られている。しかし、このような装置は、仕組みが複雑で体格も大きく、コストの高いものとなる。また、例えば、モータの回転方向と同期してソレノイドを制御する回路、あるいは、センサや制御要素が必要なため、微作動が難しく、動作が不確実となるおそれがある。
【０００４】
そこで、電子制御や回転方向の検出等を必要とせず、動力伝達経路を自動的に切り替える装置として、例えば特許文献１には可変圧縮比エンジンに係る発明が開示されている。特許文献１の装置は、互いに反対方向の回転を拘束する２つのワンウェイクラッチを使用し、それぞれのワンウェイクラッチが異なる変速比の伝達経路に回転力を伝達することで、回転方向に応じて変速比を切り替えようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３３３１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本出願人の検証によれば、特許文献１の装置は、２つのワンウェイクラッチが同時に動力伝達状態となり、デッドロックすなわち互いに異なる変速比の動力伝達により各伝達系統が相互干渉を起こし、動力伝達が不可能な状態となる。すなわち、単純に２つのワンウェイクラッチを組合せただけでは、正転時と逆転時とで変速比を切り替える機構を構成し得ない。そこで、本出願人は、この課題を解決する動力伝達装置に係る発明を先に共同出願した（特願２０１１−０６３０１２）。
【０００７】
しかしながら、先の出願に係る動力伝達装置は、一方向回転力伝達部材および二方向回転力伝達部材の「空転」作用を利用していることにより、新たな課題が発生する。
その課題とは、入力軸の回転が停止したとき、出力軸がイナーシャ（回転慣性力）によって回転することで「一方向回転力伝達部材と二方向回転力伝達部材が共に空転する状態」が発生し、入力軸の回転角度と出力軸の回転角度との間の相関関係が失われることである。イナーシャによる回転角度は、特に入力軸が正転から停止した場合に発生し、回転速度が増えるにつれ大きくなる。そのため、出力軸に接続された目的動作機構の状態を入力軸の回転角度に基づいて検出することができなくなる。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、入力軸の正転時に回転力を等速伝達し入力軸の逆転時に回転力を減速伝達する動力伝達装置において、出力軸の回転角度を検出可能な動力伝達装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の動力伝達装置は、入力軸の回転力を出力軸へ伝達する。ここで、入力軸の一方の回転方向への回転を「正転」とし入力軸の他方の回転方向への回転を「逆転」とすると、この動力伝達装置は、入力時の正転時には出力軸を入力軸の回転と等速に回転させる。また、入力軸の逆転時には出力軸を入力軸の回転に対し減速して回転させる。
【００１０】
この動力伝達装置は、入力伝動部材、第１伝動部材、第２伝動部材、出力伝動部材、一方向回転力伝達部材、二方向回転力伝達部材および回転角度検出手段を備える。
入力伝動部材は、入力軸に固定され、入力軸とともに回転する。
第１伝動部材は、入力軸とは別の軸上に設けられる入力側副軸に固定され、入力伝動部材の回転を伝達されて入力側副軸とともに回転する。
第２伝動部材は、出力軸とは別の軸上に設けられる出力側副軸に固定され、出力側副軸とともに回転する。
出力伝動部材は、出力軸に固定され、第２伝動部材の回転を伝達されて出力軸とともに回転する。
上記の各伝動部材として、具体的には歯車、プーリ等を用いることができる。
【００１１】
一方向回転力伝達部材は、入力軸の正転時に入力軸の正転力を出力軸に伝達し、入力軸の逆転時に出力軸を空転させることが可能である。
二方向回転力伝達部材は、入力側副軸の回転力を出力側副軸に伝達し、出力側副軸の回転力に対して入力側副軸を空転させることが可能である。
一方向回転力伝達部材として、具体的にはワンウェイクラッチ等を用いることができる。また、二方向回転力伝達部材として、具体的にはツーウェイクラッチ等を用いることができる。
回転角度検出手段は、出力軸または出力側副軸の回転角度を検出する。回転角度検出手段として、具体的にはロータリーポテンショメータ、レゾルバ、磁気式または光学式の回転角センサ等を用いることができる。
【００１２】
以上の構成により、動力伝達装置は、入力軸の正転時、入力軸の正転力が一方向回転力伝達部材を経由して出力軸に伝達される。また、入力軸の逆転時、入力軸の逆転力が入力伝動部材、第１伝動部材、入力側副軸、二方向回転力伝達部材、出力側副軸、第２伝動部材、出力伝動部材を経由して出力軸に伝達される。
【００１３】
従来技術の課題として説明したように、２つのワンウェイクラッチすなわち一方向回転力伝達部材の組合せのみによっては、正転時と逆転時とで変速比を切り替える機構を構成し得ない。それに対し、この動力伝達装置は、一方向回転力伝達部材と二方向回転力伝達部材とを使用することで、「入力軸の正転時に回転力を等速伝達し、入力軸の逆転時に回転力を減速伝達する機構」を実現する。この動力伝達装置は、外部制御装置や他動力による動力選択装置を使用せず構成が単純なため、体格を小さくし、部品点数やコストを低減することができ、また、動作が確実なため、信頼性を向上することができる。
【００１４】
さらに、この動力伝達装置は、出力軸または出力側副軸の回転角度を検出する回転角度検出手段を備えている。そのため、入力軸の停止時に、出力軸がイナーシャによって回転することで「一方向回転力伝達部材と二方向回転力伝達部材が共に空転する状態」が発生し、入力軸の回転角度と出力軸の回転角度との間の相関関係が失われた場合でも、出力軸の回転角度を検出することができる。よって、回転角度検出手段の検出角度に基づいて目的動作機構の状態を検出することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によると、回転角度検出手段は、出力側副軸の回転角度を検出する。
ここで、出力軸の回転数に対する出力側副軸の回転数の比を出力側減速比Ｚｏｏとすれば、回転角度検出手段を出力軸副軸に設ける場合、出力側副軸の検出角度をＺｏｏ倍することで出力軸の回転角度に換算することができる。これにより、同等の検出能力の回転角度検出手段を出力軸に設ける場合に比べ、角度検出精度をＺｏｏ倍にすることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の動力伝達装置の制御方法に係る発明であって、回転角度検出手段が検出した出力軸の現実の回転角度と目標回転角度との差分に基づき、出力軸の現実の回転角度を目標回転角度に一致させるように入力軸の駆動を制御する。
これにより、動力伝達装置が回転と停止を繰り返す場合であっても、出力軸の現実の回転角度を、常に、目的動作機構に要求される目標回転角度に合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による動力伝達装置の全体断面図である。
【図２】図１のＩＩ方向の矢視図である。
【図３】図１のＩＩＩ方向の矢視図である。
【図４】本発明の動力伝達装置が適用される可変圧縮比エンジンの模式図である。
【図５】ワンウェイクラッチを説明する説明図である。
【図６】ツーウェイクラッチを説明する説明図である。
【図７】（ａ）：カップリングおよびスプリングの斜視図である。（ｂ）：入力軸が停止から正転に切り替わったときのカップリングの模式断面図である。（ｃ）：入力軸が正転から停止または逆転に切り替わったときのカップリングの模式断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による動力伝達装置の（ａ）正転時の作動メカニズム、（ｂ）逆転時の作動メカニズムを示す模式図である。
【図９】（ａ）：比較例の動力伝達装置のタイミングチャートである。（ｂ）：本発明の一実施形態による動力伝達装置のタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第１実施形態の回転角センサの模式図である。
【図１１】本発明の一実施形態による動力伝達装置の出力軸停止時のタイミングチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態による動力伝達装置の入力軸回転数ｎとイナーシャによる出力軸回転角度αとの関係を示す特性図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による動力伝達装置の全体断面図である。
【図１４】本発明のその他の実施形態の回転角センサの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第1実施形態は、自動車等に搭載され圧縮比を変更可能な可変圧縮比エンジンに本発明の動力伝達装置を適用したものである。図４に示す可変圧縮比エンジン８０は、カムカバー８１、シリンダヘッド８２、シリンダブロック８３およびロアケース８４等から構成される。シリンダブロック８３にはシリンダ８５が形成され、シリンダ８５内に往復移動可能にピストン８６が収容される。シリンダヘッド８２には、吸気通路を開閉する吸気弁８８１、排気通路を開閉する排気弁８８２が設けられる。シリンダ８５の内壁、ピストン８６の上端、吸気弁８８１および排気弁８８２に囲まれた空間は燃焼室８９を形成する。ロアケース８４内にはクランクシャフト８７１、コンロッド８７２等が収容され、ピストン８６の往復運動がクランクシャフト８７１の回転運動に変換される。
また、シリンダブロック８３には、動力伝達装置１０、モータ１７、ウォーム１８およびウォームホイール１９からなる圧縮比変更機構が設けられている。
【００１９】
以下、動力伝達装置１０の入力軸側（図４の左側）から見て時計回り方向（以下「ＣＷ方向」という。）の回転を「正転」といい、反時計回り方向（以下「ＣＣＷ方向」という。）の回転を「逆転」という。
モータ１７の正転時、動力伝達装置１０は、モータ１７の正転力を等速でウォーム１８に伝達する。また、モータ１７の逆転時、動力伝達装置１０は、モータ１７の逆転力を減速してウォーム１８に伝達する。
【００２０】
図４に示す状態では、シリンダブロック８３はロアケース８４に対して最も低い位置にある。このとき、燃焼室８９の容積は最小であり、ピストン８６の移動による容積変化率が最大となる「高圧縮比」の状態である。
モータ１７の正転力がウォーム１８に伝達されると、カムカバー８１、シリンダヘッド８２およびシリンダブロック８３はロアケース８４に対して上昇し、カムカバー８１の上端位置が図中破線指示した位置に移動する。これにより、燃焼室８９の容積が増加するためピストン８６の移動による容積変化率が小さくなり「低圧縮比」の状態となる。この高圧縮比側から低圧縮比側への推移では燃焼室８９の燃焼圧がシリンダブロック８３に作用する力が同じ向きに働くことから、大きな駆動力が要求されない。そのため、動力伝達装置１０は、モータ１７の回転を等速でウォーム１８に伝達し、シリンダブロック８３を比較的高速で上昇させることができる。
【００２１】
続いて、モータ１７の逆転力がウォーム１８に伝達されると、カムカバー８１、シリンダヘッド８２およびシリンダブロック８３はロアケース８４に対して下降する。これにより、燃焼室８９の容積が減少するためピストン８６の移動による容積変化率が大きくなり「高圧縮比」の状態となる。この低圧縮比側から高圧縮比側への推移ではシリンダブロック８３を燃焼室８９の燃焼圧に抗して下降させる必要がある。そこで、動力伝達装置１０は、モータ１７の回転を減速し、高トルクを出力することができる。
【００２２】
次に、動力伝達装置１０の構成について図１〜３、５〜７に基づいて説明する。
図１〜３に示すように、動力伝達装置１０は、ハウジング６０、入力側支持板６１、出力側支持板６２、入力軸１１、出力軸１２、入力側副軸５１および出力側副軸５２等を備える。入力軸１１および入力側副軸５１は、入力側支持板６１に固定された軸受６３、６４に回転可能に支持されており、出力軸１２および出力側副軸５２は、出力側支持板６２に固定された軸受６５、６６に回転可能に支持されている。さらに、出力軸１２は、ハウジング６０に固定された軸受６７に回転可能に支持されており、入力側副軸５１は、ハウジング６０に固定された軸受６８に回転可能に支持されている。
【００２３】
入力軸１１および出力軸１２は、回転軸Ｐを中心に回転する。入力側副軸５１および出力側副軸５２は、回転軸Ｐに対して略平行の回転軸Ｑを中心に回転する。入力軸１１はモータ等の動力に接続され、出力軸１２はアクチュエータ等の目的動作機構に接続される。なお、出力軸１２に代えて、あるいは出力軸１２に加えて、出力側副軸５２が目的動作機構に接続されてもよい。
【００２４】
入力軸１１と出力軸１２とは、カップリング２０およびワンウェイクラッチ３０を介して連結されている。カップリング２０は、入力ロータ２１、中間ロータ２３およびスプリング２９から構成され、入力軸１１と中間軸１３との間に回転時間差を発生させる。ワンウェイクラッチ３０は、中間ロータ２３と一体に形成された内輪３２としての中間軸１３、及び出力軸１２と一体に形成された外輪３１等から構成される。ワンウェイクラッチ３０は、入力軸１１の正転時、中間軸１３の正転力を出力軸１２に伝達し、入力軸１１の逆転時、中間軸１３に対して出力軸１２を空転させる。また、入力側副軸５１と出力側副軸５２とは、ツーウェイクラッチ５０を介して連結されている。カップリング２０、ワンウェイクラッチ３０およびツーウェイクラッチ５０の詳細については後述する。
【００２５】
入力軸１１には入力ギア４１が固定され、入力側副軸５１には第１ギア４２が固定されている。また、出力側副軸５２には第２ギア４３が固定され、出力軸１２には出力ギア４４が固定されている。ギア４１〜４４は平歯車であり、入力ギア４１と第１ギア４２とが噛み合い、第２ギア４３と出力ギア４４とが噛み合う。
第１ギア４２の歯数は入力ギア４１の歯数より多く、第１ギア４２のピッチ円直径は入力ギア４１のピッチ円直径より大きい。したがって、入力軸１１の回転は、回転方向が反対となるとともに減速されて入力側副軸５１に伝達される。また、出力ギア４４の歯数は第２ギア４３の歯数より多く、出力ギア４４のピッチ円直径は第２ギア４３のピッチ円直径より大きい。したがって、出力側副軸５２の回転は、回転方向が反対となるとともに減速されて出力軸１２に伝達される。
【００２６】
ここで、減速比を以下のように定義する。
Ｚｉｉ：入力側減速比（＝（第１ギア４２の歯数／入力ギア４１の歯数）＝（入力軸１１および中間軸１３の回転数／入力側副軸５１の回転数））
Ｚｏｏ：出力側減速比（＝（出力ギア４４の歯数／第２ギア４３の歯数）＝（出力側副軸５２の回転数／出力軸１２の回転数））
Ｚｉｏ（＝Ｚｉｉ×Ｚｏｏ）：全体減速比（＝（入力軸１１および中間軸１３の回転数／出力軸１２の回転数））
本発明では、いかなる実施形態でも「Ｚｉｏ＞１」、すなわち「全体として減速」であることが必須である。また、本実施形態では、「Ｚｉｉ＞１、Ｚｏｏ＞１」、すなわち、入力側、出力側ともに減速することで、「全体として減速」している。
【００２７】
また、出力軸１２には「回転角度検出手段」としての回転角センサ７１が設置されており、次に説明するワンウェイクラッチ３０の外輪３１側の回転角度を検出する。
本実施形態では、回転角センサ７１として、図１０に示すロータリーポテンショメータが使用される。ロータリーポテンショメータ７１は、回転軸７１ａと共に回転する接触部７１ｂ、周方向の一部が離間した略円環状の抵抗７１ｃ、並びに、回転軸７１ａおよび抵抗７１ｃに接続される端子７１ｄから構成される。ロータリーポテンショメータ７１は、回転軸７１ａの回転による抵抗値の変化から出力軸１２の回転角度を検出する。
【００２８】
次に、図５を参照して、ワンウェイクラッチの具体的な構成を説明する。
ワンウェイクラッチ３０は、外輪３１、内輪３２、複数のコロ３３およびスプリング３４から構成される。複数のコロ３３は、外輪３１と内輪３２とに挟まれる環状の隙間に配置されている。外輪３１の内壁に、各コロ３３に対応するくさび部３１ａが形成されている。くさび部３１ａは、周方向の一方（図のＣＷ方向）でコロ３３が噛み込み、周方向の他方（図のＣＣＷ方向）でコロ３３がフリーとなる形状に形成されている。スプリング３４は、コロ３３とコロ３３との間に設けられ、コロ３３を外輪３１側へ押し付けている。
図５（ａ）に示すスタンバイ状態において、外輪３１および内輪３２は停止しており、コロ３３はくさび部３１ａに押し付けられている。
【００２９】
図５（ｃ）は、駆動軸である内輪３２が外輪３１に対してＣＷ方向に回転した場合を示し、図５（ｄ）は、駆動軸である外輪３１が内輪３２に対してＣＣＷ方向に回転した場合を示す。いずれの場合も、図中実線矢印で示すように、コロ３３がくさび部３１ａに噛み込み、駆動軸の回転力がコロ３３を介して相手側の軸に伝達される。ここで、内輪３２の回転数をＲｉｎ、外輪３１の回転数をＲｏｕｔとし、ＣＷ方向の回転を正、ＣＣＷ方向の回転を負とすると、「Ｒｉｎ＞Ｒｏｕｔ」のとき、動力伝達状態が成立する。
【００３０】
次に、図５（ｅ）は、駆動軸である内輪３２が外輪３１に対してＣＣＷ方向に回転した場合を示し、図５（ｆ）は、駆動軸である外輪３１が内輪３２に対してＣＷ方向に回転した場合を示す。いずれの場合も、図中破線矢印および「×」印で示すように、コロ３３が外輪３１と内輪３２との間を滑り、駆動軸の回転力は伝達されず、相手軸は空転する。つまり、「Ｒｉｎ＜Ｒｏｕｔ」のとき、空転状態が成立する。
【００３１】
要するに、外輪３１または内輪３２の一方が停止している場合を含め、「外輪３１と内輪３２との相対回転」の方向によって動力伝達状態となるか空転状態となるかが決まる。
また、図５（ｂ）に示すように、コロ３３がくさび部３１ａから離れた状態からくさび部３１ａに噛み込み空転状態から動力伝達状態に移行するとき、または、逆に動力伝達状態から空転状態に移行するときには、所定の切替角度λ１の回転が必要である。切替角度λ１は、いわゆるバックラッシュに相当する。
【００３２】
次に、図６を参照して、ツーウェイクラッチ５０の具体的な構成を説明する。
図１のＶＩａ部拡大図である図６（ａ）に示すように、ツーウェイクラッチ５０は、外輪としての入力側副軸５１、内輪としての出力側副軸５２、コロ５３、保持器５４、摺動ばね５５、ケース５６等から構成される。
保持器５４は、コロ５３を保持する。摺動ばね５５は、径方向内側の端部５５ａが保持器５４に引っ掛かり、径方向外側の摺動部５５ｂがケース５６内壁に当接して突っ張る。ケース５６はハウジング６０に固定され、入力側副軸５１の径方向外側を保持するとともに、軸受５７を介して出力側副軸５２を回転可能に支持している。
【００３３】
図６（ｂ）は、入力側副軸（外輪）５１が駆動軸として回転する場合を示す。このとき、保持器５４は、ケース５６と摺動ばね５５間の摺動抵抗によりその場に留まろうとするため、コロ５３は、入力側副軸５１の回転方向に対して反対方向へ相対回転する。コロ５３が反対方向に移動しくさび部５１ａに噛み込むと、入力側副軸５１の回転がコロ５３を介して出力側副軸５２へ伝達される。ここで、入力側副軸５１の回転数をＳｉｎ、出力側副軸５２の回転数をＳｏｕｔとすると、入力側副軸５１の回転方向に関係なく、「Ｓｉｎ＞Ｓｏｕｔ」のときには入力側副軸５１から出力側副軸５２へ回転力が伝達する。
【００３４】
図６（ｃ）は、出力側副軸（内輪）５２が駆動軸として回転する場合を示す。このとき、保持器５４および入力側副軸５１は動かない。コロ５３は、入力側副軸５１の径方向内側の凹部５１ｂに位置し、入力側副軸５１および出力側副軸５２に噛み合うことができないため、出力側副軸５２のみが回転する。したがって、出力側副軸５２の回転方向に関係なく、「Ｓｉｎ＜Ｓｏｕｔ」のときには出力側副軸５２から入力側副軸５１へ回転力が伝達せず、入力側副軸５１は空転する。
また、ワンウェイクラッチ３０と同様、ツーウェイクラッチ５０が空転状態から動力伝達状態に移行するとき、または、動力伝達状態から空転状態に移行するとき、バックラッシュに相当する所定の切替角度λ２の回転が必要である。
【００３５】
次に、図７を参照して、カップリング２０の構成を説明する。
図７（ａ）に示すように、カップリング２０は、円柱状の入力ロータ２１と中間ロータ２３、及びコイル状のスプリング２９から構成される。入力ロータ２１は入力軸１１と同軸かつ一体に設けられる。中間ロータ２３は中間軸１３と同軸かつ一体に設けられる。
図７（ｂ）に示すように、入力ロータ２１は、中間ロータ２３側の端面に突起する２つの扇形状の突起部２２を設けている。一方、中間ロータ２３は、入力ロータ２１側の端面に２つの扇形状のストッパ部２４を設けている。突起部２２およびストッパ部２４は、それぞれ回転軸Ｐに対して対象に配置される。突起部２２は、ストッパ部２４同士の周方向の間に、ストッパ部２４に対して所定の遊び角度θの範囲で相対回転可能に配置される。
【００３６】
すなわち、突起部２２は、ストッパ部２４のＣＷ側の外壁２５に当接する「初期位置」からストッパ部２４のＣＣＷ側の外壁２６に当接する「限界位置」まで、遊び角度θだけ相対回転可能である。入力ロータ２１の正転時、突起部２２が限界位置に達すると、突起部２２はストッパ部２４の外壁２６に当接して一体に正転する。これにより、入力ロータ２１から中間ロータ２３への動力伝達が可能となる。
【００３７】
図７（ａ）に示すように、スプリング２９は、入力ロータ２１および中間ロータ２３の外周に設けられる爪部２７、２８に両端が係止される。スプリング２９は、入力ロータ２１が初期位置から中間ロータ２３に対して正転したとき、引っ張られて荷重を発生する。そのため、図７（ｃ）に示すように、入力ロータ２１が正転から停止または逆転に切り替わったとき、スプリング２９は、突起部２２がストッパ部２４に対して遊び角度θを確保する初期位置に戻すように、入力ロータ２１を中間ロータ２３に対してＣＣＷ方向に付勢する。
【００３８】
以上説明した一実施形態の構成において、入力ギア４１、第１ギア４２、第２ギア４３および出力ギア４４は、それぞれ、特許請求の範囲に記載の「入力伝動部材」、「第１伝動部材」、「第２伝動部材」、「出力伝動部材」に相当する。また、ワンウェイクラッチ３０は、「一方向回転力伝達部材」に相当する。
【００３９】
次に、図８、図９を参照して、動力伝達装置１０の作動を説明する。太線矢印は伝達される駆動力Ｆｄを示し、中太線破線矢印は非駆動力Ｆｎを示す。また、細線矢印は、ＣＷ方向またはＣＣＷ方向の回転を示す。
図８（ａ）に示すように、入力軸１１の正転時、正転力は、カップリング２０を経由して中間軸１３に伝達される。すると、ワンウェイクラッチ３０において内輪３２の回転数Ｒｉｎは正の値であるから、外輪３１の回転数Ｒｏｕｔをゼロと見なせば、「Ｒｉｎ＞Ｒｏｕｔ」の関係が成立し、正転力が出力軸１２に等速で伝達される（図５（ｃ）参照）。
【００４０】
このとき、入力ギア４１と第１ギア４２との噛み合いにより、入力側副軸５１は減速されて逆転する。一方、出力ギア４４と第２ギア４３との噛み合いにより出力側副軸５２は増速されて逆転する。するとツーウェイクラッチ５０において内輪（出力側副軸）５２の回転数Ｓｏｕｔが外輪（入力側副軸）５１の回転数Ｓｉｎよりも大きくなる（Ｓｉｎ＜Ｓｏｕｔ）ため、出力側副軸５２が入力側副軸５１に対して空転する（図６（ｃ）参照）。
【００４１】
一方、図８（ｂ）に示すように、入力軸１１の逆転時、入力ギア４１と第１ギア４２との噛み合いにより、入力側副軸５１は減速されて正転する。すると、ツーウェイクラッチ５０において外輪（入力側副軸）５１の回転数Ｓｉｎが停止している内輪（出力側副軸）５２の回転数Ｓｏｕｔよりも大きくなる（Ｓｉｎ＞Ｓｏｕｔ）ため、入力側副軸５１の正転力が出力側副軸５２に伝達される（図６（ｂ）参照）。そして、第２ギア４３と出力ギア４４との噛み合いにより、出力軸１２は減速されて逆転する。その結果、入力軸１１の逆転力が減速されて出力軸１２に伝達される。
【００４２】
このとき、入力軸１１の逆転力は、カップリング２０を経由して中間軸１３に伝達される。しかし、ワンウェイクラッチ３０において内輪３２の回転数Ｒｉｎは負の値であるから、外輪３１の回転数Ｒｏｕｔをゼロと見なせば、「Ｒｉｎ＜Ｒｏｕｔ」の関係が成立し、出力軸１２は空転する（図５（ｅ）参照）。
【００４３】
続いて図９を参照して、入力軸１１が逆転から正転へ切り替わるときの挙動について説明する。まず、本発明の一実施形態に対する比較例として、動力伝達装置がカップリングを備えない場合のタイミングチャートを図９（ａ）に示す。
ここで、各変数を以下のように定義する。なお、入力側減速比Ｚｉｉは、上述のとおりである。
ｎ（１／ｓ）：入力軸１１の１秒あたりの回転数（正転を正、逆転を負とする。）
λ１（ｄｅｇ）：ワンウェイクラッチ３０の切替角度
λ２（ｄｅｇ）：ツーウェイクラッチ５０の切替角度
Ｔ１（ｓ）：中間軸１３（＝ワンウェイクラッチ３０の内輪３２）が切替角度λ１回転する時間
Ｔ２（ｓ）：入力側副軸５１（＝ツーウェイクラッチ５０の外輪）が切替角度λ２回転するのに対応して入力軸１１および中間軸１３が角度Ｚｉｉ×λ２回転する時間
【００４４】
時間Ｔ１、Ｔ２は下式１、２にて表される。
Ｔ１＝λ１／（３６０・ｎ） ・・・（式１）
Ｔ２＝Ｚｉｉ×λ２／（３６０・ｎ） ・・・（式２）
よって、Ｚｉｉ×λ２＞λ１のとき、図９（ａ）に示すようにＴ２＞Ｔ１となる。すると、入力軸１１が逆転から正転へ切り替わる時刻をｔ０とすると、ワンウェイクラッチ３０は、時刻ｔ０から時間Ｔ１後に空転状態から動力伝達状態に移行し、ツーウェイクラッチ５０は、時刻ｔ０から時間Ｔ２後に動力伝達状態から空転状態に移行する。したがって、図中斜線指示した範囲にてワンウェイクラッチ３０とツーウェイクラッチ５０とが同時に動力伝達状態となることとなり、いわゆるデッドロックが発生する。
なお、入力軸１１が正転から逆転へ切り替わるときには、ワンウェイクラッチ３０が動力伝達状態から空転状態に移行した後、ツーウェイクラッチ５０が空転状態から動力伝達状態に移行するため、デッドロックは発生しない。
【００４５】
この課題を解決するため、本発明の一実施形態は、遊び角度θを有するカップリング２０を備えている。ここで、遊び角度θは、下式３を満たすように設定される。
θ≧Ｚｉｉ×λ２−λ１ ・・・（式３）
Ｚｉｉ×λ２＞λ１のとき、θは正の値を取る。また、時間Ｔθを以下のように定義する。
Ｔθ（ｓ）：入力軸１１が中間軸１３に対して遊び角度θ回転する時間
【００４６】
言い換えれば、Ｔθは、入力軸１１が逆転から正転へ切り替わったときの中間軸１３の「追従遅れ時間」である。その結果、図９（ｂ）のタイミングチャートに示すように、ワンウェイクラッチ３０は、時刻ｔ０から時間（Ｔ１＋Ｔθ）後に空転状態から動力伝達状態に移行することとなる。よって、ワンウェイクラッチ３０とツーウェイクラッチ５０とが同時に動力伝達状態となることがなく、デッドロックの発生を回避することができる。
なお、入力軸１１が正転から逆転へ切り替わるときには、カップリング２０のスプリング２９によって突起部２２が初期位置に戻されることから、入力軸１１と中間軸１３との間に、遊び角度θによる回転時間差が生じない。したがって、図９（ａ）に示す比較例と同じ挙動をする。
【００４７】
以上説明したように、本発明の第１実施形態の動力伝達装置１０は、ワンウェイクラッチ３０とツーウェイクラッチ５０とを使用することで、従来２つのワンウェイクラッチの組合せでは実現し得なかった「入力軸の正転時に回転力を等速伝達し、入力軸の逆転時に回転力を減速伝達する機構」を実現することができる。
【００４８】
次に、入力軸１１の回転が停止した時の作動について、図１１、図１２を参照して説明する。
図１１（ａ）は、入力軸１１が正転から停止した場合のタイミングチャートを示す。
入力軸１１および出力軸１２が正転時には、ワンウェイクラッチ３０は動力伝達状態であり、入力軸１１の正転力が等速で出力軸１２に伝達される。一方、ツーウェイクラッチ５０は空転状態である。
この正転状態から、時刻ｔｆｓにモータ１７が停止指令Ｓｆｓを受けたとする。このときの軸回転角度を０とすると、モータ１７の軸に直結された入力軸１１は急激に制動され、正転停止角度β１にて停止する。言い換えれば、入力軸１１は、正転停止角度β１にて「正転」モードから「停止」モードに移行する。
【００４９】
また、ワンウェイクラッチ３０では、内輪３２である中間軸１３が入力軸１１に対してカップリング２０の遊び角度θだけ遅れて停止する。すると、外輪３１の回転数Ｒｏｕｔが内輪３２の回転数Ｒｉｎよりも大きくなり（Ｒｉｎ＜Ｒｏｕｔ）、外輪３１である出力軸１２は、イナーシャによって暫く空転する（図５（ｆ）参照）。すなわち、「ワンウェイクラッチ３０とツーウェイクラッチ５０とが共に空転する状態」となり、入力軸１１の回転角度と出力軸１２の回転角度との相関関係が失われる。そして、出力軸１２は、入力軸１１の正転停止角度β１よりも大きな正転停止角度α１にて停止する。
なお、図１２に示すように、入力軸１１の回転数ｎが大きいほど、イナーシャ（回転慣性力）による出力軸１２の回転角度αは大きくなる。また、入力軸１１の最大使用回転数ｎｍａｘにおいて、出力軸１２の回転角度αは最大となる。
【００５０】
図１１（ｂ）は、入力軸１１が逆転から停止した場合のタイミングチャートを示す。
入力軸１１および出力軸１２が逆転時には、ツーウェイクラッチ５０は動力伝達状態であり、入力軸１１の正転力が減速して出力軸１２に伝達される。一方、ワンウェイクラッチ３０は空転状態である。
この逆転状態から、時刻ｔｒｓにモータ１７が停止指令Ｓｒｓを受けたとする。このときの軸回転角度を０とすると、モータ１７の軸に直結された入力軸１１は急激に制動され、逆転停止角度β２にて停止する。言い換えれば、入力軸１１は、逆転停止角度β２にて「逆転」モードから「停止」モードに移行する。
【００５１】
また、ツーウェイクラッチ５０では、外輪である入力側副軸５１が停止する。すると、内輪である出力側副軸５２の回転数Ｓｏｕｔが入力側副軸５１の回転数Ｓｉｎよりも大きくなり（Ｓｉｎ＜Ｓｏｕｔ）、出力側副軸５２は、イナーシャによって暫く空転する（図６（ｃ）参照）。そして、出力軸１２は出力側副軸５２と共に空転する。すなわち、「ワンウェイクラッチ３０とツーウェイクラッチ５０とが共に空転する状態」となり、入力軸１１の回転角度と出力軸１２の回転角度との相関関係が失われる。そして、出力軸１２は、入力軸１１の逆転停止角度β２よりも絶対値の大きな逆転停止角度α２にて停止する。
ただし、逆転からの停止では、正転からの停止に比べ、クラッチの入力側および出力側の回転数が小さく、伝達トルクが大きいため、イナーシャは比較的小さい。したがって、逆転停止角度α２と逆転停止角度β２との差は比較的小さい。それでも、入力軸１１の回転角度と出力軸１２の回転角度との相関関係が失われることに変わりはない。
【００５２】
そこで、本実施形態の動力伝達装置１０は、回転角センサ７１が出力軸１２の回転角度を検出することで、目的動作機構（本実施形態ではウォーム１８）の状態を検出することができる。
さらに、回転角センサ７１が検出した出力軸１２の現実の回転角度と目標回転角度との差分に基づき、出力軸１２の現実の回転角度を目標回転角度に一致させるように入力軸１１の駆動を制御する制御手段を設けてもよい。これにより、動力伝達装置１０が回転と停止を繰り返す場合であっても、出力軸１２の現実の回転角度を、常に、目的動作機構に要求される目標回転角度に合わせることができる。
【００５３】
（第２実施形態）
図１３に示す第２実施形態では、第１実施形態と同等の検出能力を有する回転角センサ７１が、出力軸１２でなく、ツーウェイクラッチ５０の内輪である出力側副軸５２に設置される。そして、出力側副軸５２の検出角度を出力側減速比Ｚｏｏ倍することで、出力軸１２の回転角度に換算する。
これにより、第１実施形態に対し、角度検出精度をＺｏｏ倍にすることができる。
【００５４】
（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態では、入力ギア４１と第１ギア４２との関係により、入力軸１１の回転は減速して入力側副軸５１に伝達される。また、第２ギア４３と出力ギア４４との関係により、出力側副軸５２の回転は減速して出力軸１２に伝達される。すなわち、「減速→減速、かつ全体として減速（Ｚｉｉ＞１、Ｚｏｏ＞１、Ｚｉｏ＞１）」の関係にある。ここで、入力軸１１の逆転時にワンウェイクラッチ３０の外輪である出力軸１２を内輪である中間軸１３に対して空転させるため、出力軸１２の回転数が入力軸１１の回転数よりも小さいこと、つまり、動力伝達装置１０が「全体として減速（Ｚｉｏ＞１）」することは必須の要件である。
【００５５】
しかし、入力軸１１と入力側副軸５１との回転数の関係、及び出力側副軸５２と出力軸１２との回転数の関係は、上記実施形態のように「減速→減速」に限らず、「等速（Ｚｉｉ＝１）→減速」あるいは、「少し増速（Ｚｉｉ＜１）→多いに減速（全体として減速）」としてもよい。
さらに、回転角センサ７１を出力軸１２に設置する第１実施形態の場合は、「減速→等速（Ｚｏｏ＝１）」あるいは、「多いに減速→少し増速（Ｚｏｏ＜１）（全体として減速）」としてもよい。いずれの実施形態も、噛み合うギア同士の歯数およびピッチ円直径を調整することで実現することができる。
【００５６】
（イ）動力伝達装置１０の説明の冒頭に述べたように、出力軸１２に代えて、あるいは出力軸１２に加えて、出力側副軸５２を目的動作機構に接続してもよい（図１参照）。これにより、２とおりの出力特性を選択または併用することができる。上記の（ア）で説明したように出力側副軸５２と出力軸１２との回転数の関係を多様に選択することで、動力伝達装置１０の適用範囲をさらに広げることができる。
【００５７】
（ウ）入力軸１１から出力軸１２へ回転力を伝達する各「伝動部材」は、平歯車に限らず、はすば歯車、ウォーム、遊星歯車であってもよく、あるいは、摩擦伝達、ベルトとプーリ、チェーンとスプロケット等、同期伝達するものであれば形式を問わない。
（エ）「一方向回転力伝達部材」および「二方向回転力伝達部材」は、上記実施形態のワンウェイクラッチおよびツーウェイクラッチに限らず、他の形式のものであってもよい。例えば、ワンウェイクラッチに代えて反転防止ラチェットを用いてもよい。
【００５８】
（オ）上記実施形態では、ワンウェイクラッチ３０の外輪３１は出力軸１２と一体に設けられ、内輪３２は中間軸１３と一体に設けられる。しかし、外輪３１は出力軸１２と別体に形成され、同軸に結合されてもよい。また、内輪３２は中間軸１３と別体に形成され、同軸に結合されてもよい。
【００５９】
（カ）「回転角度検出手段」として、上記実施形態による接触式のロータリーポテンショメータ７１の他、図１４に示すような非接触式の回転角センサが使用可能である。一般に非接触式の回転角センサは、接触部の摩耗の問題がないため耐久性に優れる。また、これらの例に限らず、どのような回転角センサを用いてもかまわない。
【００６０】
図１４（ａ）に示すレゾルバ７２は、回転軸７２ａと共に回転するロータ７２ｂ、ロータ７２ｂの径方向外側に設けられる円環状のステータ７２ｃ、ロータ７２ｂとステータ７２ｃとの間に周方向に複数設けられるコイル７２ｄ、ステータ７２ｃを励磁する励磁回路７２ｅ、及び、コイル７２ｄに生成される誘起電圧を検出する検出回路７２ｆから構成される。レゾルバ７２は、ロータ７２ｂの回転角度によってコイル７２ｄに生成される誘起電圧の変化から出力軸１２または出力側副軸５２の回転角度を検出する。
【００６１】
図１４（ｂ）に示す磁気式回転角センサ７３は、回転軸７３ａと共に回転する円板状の永久磁石７３ｂ、及び永久磁石７３ｂの端面に近接して設けられる磁気検出素子７３ｃから構成される。磁気検出素子７３ｃとしては、磁束密度の変化により電圧が変化するホール素子や、磁束密度の変化により抵抗値が変化する磁気抵抗素子（ＭＲ）を用いることができる。磁気式回転角センサ７３は、永久磁石７３ｂの回転による磁束密度の変化から出力軸１２または出力側副軸５２の回転角度を検出する。
【００６２】
図１４（ｃ）に示す光学式回転角センサ７４は、回転軸７４ａと共に回転するスリット円盤７４ｂ、スリット円盤７４ｂの軸方向の一方に設置される発光素子７４ｃ、スリット円盤７４ｂの軸方向の他方であって発光素子７４ｃと対応する位置に設置される固定スリット７４ｄおよび受光素子７４ｅから構成される。スリット円盤７４ｂには、径方向に延びるスリットが周方向に複数形成されている。光学式回転角センサ７４は、発光素子７４ｃが発した光がスリット円盤７４ｂのスリットおよび固定スリット７４ｄを通過して受光素子７４ｅに到達した回数から出力軸１２または出力側副軸５２の回転角度を検出する。
【００６３】
（キ）カップリング２０を構成する突起部２２およびストッパ部２４は上記実施形態の構成に限らず、入力ロータ２１と中間ロータ２３とを所定の遊び角度θの範囲で相対回転可能とする構成であれば、どのような構成であってもよい。
また、カップリング２０を構成する入力ロータ２１は入力軸１１と別体に形成され、同軸に結合されてもよく、中間ロータ２３は中間軸１３と別体に形成され、同軸に結合されてもよい。
【００６４】
（ク）ワンウェイクラッチ３０の切替角度λ１、ツーウェイクラッチ５０の切替角度λ２および入力側減速比Ｚの関係が「Ｚｉｉ×λ２≦λ１」である場合には「θ＝０」であっても式３が成立することから、遊び角度θを設ける必要がない。よって、カップリングを無くして入力軸１１と中間軸１３とを直結してもよい。その場合、入力軸１１がワンウェイクラッチ３０の内輪３２となり得る。
【００６５】
（ケ）上記実施形態では、入力軸１１側から見てＣＷ方向を「正転」、入力軸１１側から見てＣＣＷ方向を「逆転」と定義したが、その逆であってもよい。
（コ）本発明の動力伝達装置は、可変圧縮比エンジンに限らず、正逆転で入力軸と出力軸との変速比および伝達トルクを変更する種々の装置に適用可能である。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０ ・・・動力伝達装置、
１１ ・・・入力軸、
１２ ・・・出力軸、
１３ ・・・中間軸、
２０ ・・・カップリング、
３０ ・・・ワンウェイクラッチ（一方向回転力伝達部材）、
３１ ・・・外輪、
３２ ・・・内輪、
４１ ・・・入力ギア（入力伝動部材）、
４２ ・・・第１ギア（第１伝動部材）、
４３ ・・・第２ギア（第２伝動部材）、
４４ ・・・出力ギア（出力伝動部材）、
５０ ・・・ツーウェイクラッチ（二方向回転力伝達部材）、
５１ ・・・入力側副軸、外輪、
５２ ・・・出力側副軸、内輪、
７１ ・・・回転角センサ、ロータリーポテンショメータ（回転角度検出手段）、
７２ ・・・レゾルバ（回転角度検出手段）、
７３ ・・・磁気式回転角センサ（回転角度検出手段）、
７４ ・・・光学式回転角センサ（回転角度検出手段）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力軸の回転力を出力軸へ伝達する動力伝達装置、及び動力伝達の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
動力伝達装置は、モータ等の駆動力による入力軸の回転を等速で又は減速もしくは増速して出力軸へ伝達し、出力軸に接続された目的動作機構を駆動する。通常の動力伝達装置は、入力軸の回転方向に関わらず、入力軸と出力軸との変速比および伝達トルクの出力特性が一定である。しかし、動力の正転と逆転で、あるいは、目的動作機構としてのアクチュエータの往路と復路の作動で異なる出力特性を要求される場合がある。
例えば、エンジンの圧縮比を変更可能な可変圧縮比エンジンでは、低圧縮比側から高圧縮比側に変更する場合に低速高トルクが要求され、一方、高圧縮比側から低圧縮比側に変更する場合にはトルクは必要なく高速特性が要求される。
【０００３】
従来、正転と逆転または往路と復路での出力特性を変化させる装置として、電子制御を用いた装置や、回転方向を機械的または電気的に検出し歯車比の異なる動力伝達経路を選択する装置が知られている。しかし、このような装置は、仕組みが複雑で体格も大きく、コストの高いものとなる。また、例えば、モータの回転方向と同期してソレノイドを制御する回路、あるいは、センサや制御要素が必要なため、微作動が難しく、動作が不確実となるおそれがある。
【０００４】
そこで、電子制御や回転方向の検出等を必要とせず、動力伝達経路を自動的に切り替える装置として、例えば特許文献１には可変圧縮比エンジンに係る発明が開示されている。特許文献１の装置は、互いに反対方向の回転を拘束する２つのワンウェイクラッチを使用し、それぞれのワンウェイクラッチが異なる変速比の伝達経路に回転力を伝達することで、回転方向に応じて変速比を切り替えようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３３３１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本出願人の検証によれば、特許文献１の装置は、２つのワンウェイクラッチが同時に動力伝達状態となり、デッドロックすなわち互いに異なる変速比の動力伝達により各伝達系統が相互干渉を起こし、動力伝達が不可能な状態となる。すなわち、単純に２つのワンウェイクラッチを組合せただけでは、正転時と逆転時とで変速比を切り替える機構を構成し得ない。そこで、本出願人は、この課題を解決する動力伝達装置に係る発明を先に共同出願した（特願２０１１−０６３０１２）。
【０００７】
しかしながら、先の出願に係る動力伝達装置は、一方向回転力伝達部材および二方向回転力伝達部材の「空転」作用を利用していることにより、新たな課題が発生する。
その課題とは、入力軸の回転が停止したとき、出力軸がイナーシャ（回転慣性力）によって回転することで「一方向回転力伝達部材と二方向回転力伝達部材が共に空転する状態」が発生し、入力軸の回転角度と出力軸の回転角度との間の相関関係が失われることである。イナーシャによる回転角度は、特に入力軸が正転から停止した場合に発生し、回転速度が増えるにつれ大きくなる。そのため、出力軸に接続された目的動作機構の状態を入力軸の回転角度に基づいて検出することができなくなる。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、入力軸の正転時に回転力を等速伝達し入力軸の逆転時に回転力を減速伝達する動力伝達装置において、出力軸の回転角度を検出可能な動力伝達装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の動力伝達装置は、入力軸の回転力を出力軸へ伝達する。ここで、入力軸の一方の回転方向への回転を「正転」とし入力軸の他方の回転方向への回転を「逆転」とすると、この動力伝達装置は、入力時の正転時には出力軸を入力軸の回転と等速に回転させる。また、入力軸の逆転時には出力軸を入力軸の回転に対し減速して回転させる。
【００１０】
この動力伝達装置は、入力伝動部材、第１伝動部材、第２伝動部材、出力伝動部材、一方向回転力伝達部材、二方向回転力伝達部材および回転角度検出手段を備える。
入力伝動部材は、入力軸に固定され、入力軸とともに回転する。
第１伝動部材は、入力軸とは別の軸上に設けられる入力側副軸に固定され、入力伝動部材の回転を伝達されて入力側副軸とともに回転する。
第２伝動部材は、出力軸とは別の軸上に設けられる出力側副軸に固定され、出力側副軸とともに回転する。
出力伝動部材は、出力軸に固定され、第２伝動部材の回転を伝達されて出力軸とともに回転する。
上記の各伝動部材として、具体的には歯車、プーリ等を用いることができる。
【００１１】
一方向回転力伝達部材は、入力軸の正転時に入力軸の正転力を出力軸に伝達し、入力軸の逆転時に出力軸を空転させることが可能である。
二方向回転力伝達部材は、入力側副軸の回転力を出力側副軸に伝達し、出力側副軸の回転力に対して入力側副軸を空転させることが可能である。
一方向回転力伝達部材として、具体的にはワンウェイクラッチ等を用いることができる。また、二方向回転力伝達部材として、具体的にはツーウェイクラッチ等を用いることができる。
回転角度検出手段は、出力軸または出力側副軸の回転角度を検出する。回転角度検出手段として、具体的にはロータリーポテンショメータ、レゾルバ、磁気式または光学式の回転角センサ等を用いることができる。
【００１２】
以上の構成により、動力伝達装置は、入力軸の正転時、入力軸の正転力が一方向回転力伝達部材を経由して出力軸に伝達される。また、入力軸の逆転時、入力軸の逆転力が入力伝動部材、第１伝動部材、入力側副軸、二方向回転力伝達部材、出力側副軸、第２伝動部材、出力伝動部材を経由して出力軸に伝達される。
【００１３】
従来技術の課題として説明したように、２つのワンウェイクラッチすなわち一方向回転力伝達部材の組合せのみによっては、正転時と逆転時とで変速比を切り替える機構を構成し得ない。それに対し、この動力伝達装置は、一方向回転力伝達部材と二方向回転力伝達部材とを使用することで、「入力軸の正転時に回転力を等速伝達し、入力軸の逆転時に回転力を減速伝達する機構」を実現する。この動力伝達装置は、外部制御装置や他動力による動力選択装置を使用せず構成が単純なため、体格を小さくし、部品点数やコストを低減することができ、また、動作が確実なため、信頼性を向上することができる。
【００１４】
さらに、この動力伝達装置は、出力軸または出力側副軸の回転角度を検出する回転角度検出手段を備えている。そのため、入力軸の停止時に、出力軸がイナーシャによって回転することで「一方向回転力伝達部材と二方向回転力伝達部材が共に空転する状態」が発生し、入力軸の回転角度と出力軸の回転角度との間の相関関係が失われた場合でも、出力軸の回転角度を検出することができる。よって、回転角度検出手段の検出角度に基づいて目的動作機構の状態を検出することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によると、回転角度検出手段は、出力側副軸の回転角度を検出する。
ここで、出力軸の回転数に対する出力側副軸の回転数の比を出力側減速比Ｚｏｏとすれば、回転角度検出手段を出力軸副軸に設ける場合、出力側副軸の検出角度をＺｏｏ倍することで出力軸の回転角度に換算することができる。これにより、同等の検出能力の回転角度検出手段を出力軸に設ける場合に比べ、角度検出精度をＺｏｏ倍にすることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の動力伝達装置の制御方法に係る発明であって、回転角度検出手段が検出した出力軸の現実の回転角度と目標回転角度との差分に基づき、出力軸の現実の回転角度を目標回転角度に一致させるように入力軸の駆動を制御する。
これにより、動力伝達装置が回転と停止を繰り返す場合であっても、出力軸の現実の回転角度を、常に、目的動作機構に要求される目標回転角度に合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による動力伝達装置の全体断面図である。
【図２】図１のＩＩ方向の矢視図である。
【図３】図１のＩＩＩ方向の矢視図である。
【図４】本発明の動力伝達装置が適用される可変圧縮比エンジンの模式図である。
【図５】ワンウェイクラッチを説明する説明図である。
【図６】ツーウェイクラッチを説明する説明図である。
【図７】（ａ）：カップリングおよびスプリングの斜視図である。（ｂ）：入力軸が停止から正転に切り替わったときのカップリングの模式断面図である。（ｃ）：入力軸が正転から停止または逆転に切り替わったときのカップリングの模式断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による動力伝達装置の（ａ）正転時の作動メカニズム、（ｂ）逆転時の作動メカニズムを示す模式図である。
【図９】（ａ）：比較例の動力伝達装置のタイミングチャートである。（ｂ）：本発明の一実施形態による動力伝達装置のタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第１実施形態の回転角センサの模式図である。
【図１１】本発明の一実施形態による動力伝達装置の出力軸停止時のタイミングチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態による動力伝達装置の入力軸回転数ｎとイナーシャによる出力軸回転角度αとの関係を示す特性図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による動力伝達装置の全体断面図である。
【図１４】本発明のその他の実施形態の回転角センサの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第1実施形態は、自動車等に搭載され圧縮比を変更可能な可変圧縮比エンジンに本発明の動力伝達装置を適用したものである。図４に示す可変圧縮比エンジン８０は、カムカバー８１、シリンダヘッド８２、シリンダブロック８３およびロアケース８４等から構成される。シリンダブロック８３にはシリンダ８５が形成され、シリンダ８５内に往復移動可能にピストン８６が収容される。シリンダヘッド８２には、吸気通路を開閉する吸気弁８８１、排気通路を開閉する排気弁８８２が設けられる。シリンダ８５の内壁、ピストン８６の上端、吸気弁８８１および排気弁８８２に囲まれた空間は燃焼室８９を形成する。ロアケース８４内にはクランクシャフト８７１、コンロッド８７２等が収容され、ピストン８６の往復運動がクランクシャフト８７１の回転運動に変換される。
また、シリンダブロック８３には、動力伝達装置１０、モータ１７、ウォーム１８およびウォームホイール１９からなる圧縮比変更機構が設けられている。
【００１９】
以下、動力伝達装置１０の入力軸側（図４の左側）から見て時計回り方向（以下「ＣＷ方向」という。）の回転を「正転」といい、反時計回り方向（以下「ＣＣＷ方向」という。）の回転を「逆転」という。
モータ１７の正転時、動力伝達装置１０は、モータ１７の正転力を等速でウォーム１８に伝達する。また、モータ１７の逆転時、動力伝達装置１０は、モータ１７の逆転力を減速してウォーム１８に伝達する。
【００２０】
図４に示す状態では、シリンダブロック８３はロアケース８４に対して最も低い位置にある。このとき、燃焼室８９の容積は最小であり、ピストン８６の移動による容積変化率が最大となる「高圧縮比」の状態である。
モータ１７の正転力がウォーム１８に伝達されると、カムカバー８１、シリンダヘッド８２およびシリンダブロック８３はロアケース８４に対して上昇し、カムカバー８１の上端位置が図中破線指示した位置に移動する。これにより、燃焼室８９の容積が増加するためピストン８６の移動による容積変化率が小さくなり「低圧縮比」の状態となる。この高圧縮比側から低圧縮比側への推移では燃焼室８９の燃焼圧がシリンダブロック８３に作用する力が同じ向きに働くことから、大きな駆動力が要求されない。そのため、動力伝達装置１０は、モータ１７の回転を等速でウォーム１８に伝達し、シリンダブロック８３を比較的高速で上昇させることができる。
【００２１】
続いて、モータ１７の逆転力がウォーム１８に伝達されると、カムカバー８１、シリンダヘッド８２およびシリンダブロック８３はロアケース８４に対して下降する。これにより、燃焼室８９の容積が減少するためピストン８６の移動による容積変化率が大きくなり「高圧縮比」の状態となる。この低圧縮比側から高圧縮比側への推移ではシリンダブロック８３を燃焼室８９の燃焼圧に抗して下降させる必要がある。そこで、動力伝達装置１０は、モータ１７の回転を減速し、高トルクを出力することができる。
【００２２】
次に、動力伝達装置１０の構成について図１〜３、５〜７に基づいて説明する。
図１〜３に示すように、動力伝達装置１０は、ハウジング６０、入力側支持板６１、出力側支持板６２、入力軸１１、出力軸１２、入力側副軸５１および出力側副軸５２等を備える。入力軸１１および入力側副軸５１は、入力側支持板６１に固定された軸受６３、６４に回転可能に支持されており、出力軸１２および出力側副軸５２は、出力側支持板６２に固定された軸受６５、６６に回転可能に支持されている。さらに、出力軸１２は、ハウジング６０に固定された軸受６７に回転可能に支持されており、入力側副軸５１は、ハウジング６０に固定された軸受６８に回転可能に支持されている。
【００２３】
入力軸１１および出力軸１２は、回転軸Ｐを中心に回転する。入力側副軸５１および出力側副軸５２は、回転軸Ｐに対して略平行の回転軸Ｑを中心に回転する。入力軸１１はモータ等の動力に接続され、出力軸１２はアクチュエータ等の目的動作機構に接続される。なお、出力軸１２に代えて、あるいは出力軸１２に加えて、出力側副軸５２が目的動作機構に接続されてもよい。
【００２４】
入力軸１１と出力軸１２とは、カップリング２０およびワンウェイクラッチ３０を介して連結されている。カップリング２０は、入力ロータ２１、中間ロータ２３およびスプリング２９から構成され、入力軸１１と中間軸１３との間に回転時間差を発生させる。ワンウェイクラッチ３０は、中間ロータ２３と一体に形成された内輪３２としての中間軸１３、及び出力軸１２と一体に形成された外輪３１等から構成される。ワンウェイクラッチ３０は、入力軸１１の正転時、中間軸１３の正転力を出力軸１２に伝達し、入力軸１１の逆転時、中間軸１３に対して出力軸１２を空転させる。また、入力側副軸５１と出力側副軸５２とは、ツーウェイクラッチ５０を介して連結されている。カップリング２０、ワンウェイクラッチ３０およびツーウェイクラッチ５０の詳細については後述する。
【００２５】
入力軸１１には入力ギア４１が固定され、入力側副軸５１には第１ギア４２が固定されている。また、出力側副軸５２には第２ギア４３が固定され、出力軸１２には出力ギア４４が固定されている。ギア４１〜４４は平歯車であり、入力ギア４１と第１ギア４２とが噛み合い、第２ギア４３と出力ギア４４とが噛み合う。
第１ギア４２の歯数は入力ギア４１の歯数より多く、第１ギア４２のピッチ円直径は入力ギア４１のピッチ円直径より大きい。したがって、入力軸１１の回転は、回転方向が反対となるとともに減速されて入力側副軸５１に伝達される。また、出力ギア４４の歯数は第２ギア４３の歯数より多く、出力ギア４４のピッチ円直径は第２ギア４３のピッチ円直径より大きい。したがって、出力側副軸５２の回転は、回転方向が反対となるとともに減速されて出力軸１２に伝達される。
【００２６】
ここで、減速比を以下のように定義する。
Ｚｉｉ：入力側減速比（＝（第１ギア４２の歯数／入力ギア４１の歯数）＝（入力軸１１および中間軸１３の回転数／入力側副軸５１の回転数））
Ｚｏｏ：出力側減速比（＝（出力ギア４４の歯数／第２ギア４３の歯数）＝（出力側副軸５２の回転数／出力軸１２の回転数））
Ｚｉｏ（＝Ｚｉｉ×Ｚｏｏ）：全体減速比（＝（入力軸１１および中間軸１３の回転数／出力軸１２の回転数））
本発明では、いかなる実施形態でも「Ｚｉｏ＞１」、すなわち「全体として減速」であることが必須である。また、本実施形態では、「Ｚｉｉ＞１、Ｚｏｏ＞１」、すなわち、入力側、出力側ともに減速することで、「全体として減速」している。
【００２７】
また、出力軸１２には「回転角度検出手段」としての回転角センサ７１が設置されており、次に説明するワンウェイクラッチ３０の外輪３１側の回転角度を検出する。
本実施形態では、回転角センサ７１として、図１０に示すロータリーポテンショメータが使用される。ロータリーポテンショメータ７１は、回転軸７１ａと共に回転する接触部７１ｂ、周方向の一部が離間した略円環状の抵抗７１ｃ、並びに、回転軸７１ａおよび抵抗７１ｃに接続される端子７１ｄから構成される。ロータリーポテンショメータ７１は、回転軸７１ａの回転による抵抗値の変化から出力軸１２の回転角度を検出する。
【００２８】
次に、図５を参照して、ワンウェイクラッチの具体的な構成を説明する。
ワンウェイクラッチ３０は、外輪３１、内輪３２、複数のコロ３３およびスプリング３４から構成される。複数のコロ３３は、外輪３１と内輪３２とに挟まれる環状の隙間に配置されている。外輪３１の内壁に、各コロ３３に対応するくさび部３１ａが形成されている。くさび部３１ａは、周方向の一方（図のＣＷ方向）でコロ３３が噛み込み、周方向の他方（図のＣＣＷ方向）でコロ３３がフリーとなる形状に形成されている。スプリング３４は、コロ３３とコロ３３との間に設けられ、コロ３３を外輪３１側へ押し付けている。
図５（ａ）に示すスタンバイ状態において、外輪３１および内輪３２は停止しており、コロ３３はくさび部３１ａに押し付けられている。
【００２９】
図５（ｃ）は、駆動軸である内輪３２が外輪３１に対してＣＷ方向に回転した場合を示し、図５（ｄ）は、駆動軸である外輪３１が内輪３２に対してＣＣＷ方向に回転した場合を示す。いずれの場合も、図中実線矢印で示すように、コロ３３がくさび部３１ａに噛み込み、駆動軸の回転力がコロ３３を介して相手側の軸に伝達される。ここで、内輪３２の回転数をＲｉｎ、外輪３１の回転数をＲｏｕｔとし、ＣＷ方向の回転を正、ＣＣＷ方向の回転を負とすると、「Ｒｉｎ＞Ｒｏｕｔ」のとき、動力伝達状態が成立する。
【００３０】
次に、図５（ｅ）は、駆動軸である内輪３２が外輪３１に対してＣＣＷ方向に回転した場合を示し、図５（ｆ）は、駆動軸である外輪３１が内輪３２に対してＣＷ方向に回転した場合を示す。いずれの場合も、図中破線矢印および「×」印で示すように、コロ３３が外輪３１と内輪３２との間を滑り、駆動軸の回転力は伝達されず、相手軸は空転する。つまり、「Ｒｉｎ＜Ｒｏｕｔ」のとき、空転状態が成立する。
【００３１】
要するに、外輪３１または内輪３２の一方が停止している場合を含め、「外輪３１と内輪３２との相対回転」の方向によって動力伝達状態となるか空転状態となるかが決まる。
また、図５（ｂ）に示すように、コロ３３がくさび部３１ａから離れた状態からくさび部３１ａに噛み込み空転状態から動力伝達状態に移行するとき、または、逆に動力伝達状態から空転状態に移行するときには、所定の切替角度λ１の回転が必要である。切替角度λ１は、いわゆるバックラッシュに相当する。
【００３２】
次に、図６を参照して、ツーウェイクラッチ５０の具体的な構成を説明する。
図１のＶＩａ部拡大図である図６（ａ）に示すように、ツーウェイクラッチ５０は、外輪としての入力側副軸５１、内輪としての出力側副軸５２、コロ５３、保持器５４、摺動ばね５５、ケース５６等から構成される。
保持器５４は、コロ５３を保持する。摺動ばね５５は、径方向内側の端部５５ａが保持器５４に引っ掛かり、径方向外側の摺動部５５ｂがケース５６内壁に当接して突っ張る。ケース５６はハウジング６０に固定され、入力側副軸５１の径方向外側を保持するとともに、軸受５７を介して出力側副軸５２を回転可能に支持している。
【００３３】
図６（ｂ）は、入力側副軸（外輪）５１が駆動軸として回転する場合を示す。このとき、保持器５４は、ケース５６と摺動ばね５５間の摺動抵抗によりその場に留まろうとするため、コロ５３は、入力側副軸５１の回転方向に対して反対方向へ相対回転する。コロ５３が反対方向に移動しくさび部５１ａに噛み込むと、入力側副軸５１の回転がコロ５３を介して出力側副軸５２へ伝達される。ここで、入力側副軸５１の回転数をＳｉｎ、出力側副軸５２の回転数をＳｏｕｔとすると、入力側副軸５１の回転方向に関係なく、「Ｓｉｎ＞Ｓｏｕｔ」のときには入力側副軸５１から出力側副軸５２へ回転力が伝達する。
【００３４】
図６（ｃ）は、出力側副軸（内輪）５２が駆動軸として回転する場合を示す。このとき、保持器５４および入力側副軸５１は動かない。コロ５３は、入力側副軸５１の径方向内側の凹部５１ｂに位置し、入力側副軸５１および出力側副軸５２に噛み合うことができないため、出力側副軸５２のみが回転する。したがって、出力側副軸５２の回転方向に関係なく、「Ｓｉｎ＜Ｓｏｕｔ」のときには出力側副軸５２から入力側副軸５１へ回転力が伝達せず、入力側副軸５１は空転する。
また、ワンウェイクラッチ３０と同様、ツーウェイクラッチ５０が空転状態から動力伝達状態に移行するとき、または、動力伝達状態から空転状態に移行するとき、バックラッシュに相当する所定の切替角度λ２の回転が必要である。
【００３５】
次に、図７を参照して、カップリング２０の構成を説明する。
図７（ａ）に示すように、カップリング２０は、円柱状の入力ロータ２１と中間ロータ２３、及びコイル状のスプリング２９から構成される。入力ロータ２１は入力軸１１と同軸かつ一体に設けられる。中間ロータ２３は中間軸１３と同軸かつ一体に設けられる。
図７（ｂ）に示すように、入力ロータ２１は、中間ロータ２３側の端面に突起する２つの扇形状の突起部２２を設けている。一方、中間ロータ２３は、入力ロータ２１側の端面に２つの扇形状のストッパ部２４を設けている。突起部２２およびストッパ部２４は、それぞれ回転軸Ｐに対して対象に配置される。突起部２２は、ストッパ部２４同士の周方向の間に、ストッパ部２４に対して所定の遊び角度θの範囲で相対回転可能に配置される。
【００３６】
すなわち、突起部２２は、ストッパ部２４のＣＷ側の外壁２５に当接する「初期位置」からストッパ部２４のＣＣＷ側の外壁２６に当接する「限界位置」まで、遊び角度θだけ相対回転可能である。入力ロータ２１の正転時、突起部２２が限界位置に達すると、突起部２２はストッパ部２４の外壁２６に当接して一体に正転する。これにより、入力ロータ２１から中間ロータ２３への動力伝達が可能となる。
【００３７】
図７（ａ）に示すように、スプリング２９は、入力ロータ２１および中間ロータ２３の外周に設けられる爪部２７、２８に両端が係止される。スプリング２９は、入力ロータ２１が初期位置から中間ロータ２３に対して正転したとき、引っ張られて荷重を発生する。そのため、図７（ｃ）に示すように、入力ロータ２１が正転から停止または逆転に切り替わったとき、スプリング２９は、突起部２２がストッパ部２４に対して遊び角度θを確保する初期位置に戻すように、入力ロータ２１を中間ロータ２３に対してＣＣＷ方向に付勢する。
【００３８】
以上説明した一実施形態の構成において、入力ギア４１、第１ギア４２、第２ギア４３および出力ギア４４は、それぞれ、特許請求の範囲に記載の「入力伝動部材」、「第１伝動部材」、「第２伝動部材」、「出力伝動部材」に相当する。また、ワンウェイクラッチ３０は、「一方向回転力伝達部材」に相当する。
【００３９】
次に、図８、図９を参照して、動力伝達装置１０の作動を説明する。太線矢印は伝達される駆動力Ｆｄを示し、中太線破線矢印は非駆動力Ｆｎを示す。また、細線矢印は、ＣＷ方向またはＣＣＷ方向の回転を示す。
図８（ａ）に示すように、入力軸１１の正転時、正転力は、カップリング２０を経由して中間軸１３に伝達される。すると、ワンウェイクラッチ３０において内輪３２の回転数Ｒｉｎは正の値であるから、外輪３１の回転数Ｒｏｕｔをゼロと見なせば、「Ｒｉｎ＞Ｒｏｕｔ」の関係が成立し、正転力が出力軸１２に等速で伝達される（図５（ｃ）参照）。
【００４０】
このとき、入力ギア４１と第１ギア４２との噛み合いにより、入力側副軸５１は減速されて逆転する。一方、出力ギア４４と第２ギア４３との噛み合いにより出力側副軸５２は増速されて逆転する。するとツーウェイクラッチ５０において内輪（出力側副軸）５２の回転数Ｓｏｕｔが外輪（入力側副軸）５１の回転数Ｓｉｎよりも大きくなる（Ｓｉｎ＜Ｓｏｕｔ）ため、出力側副軸５２が入力側副軸５１に対して空転する（図６（ｃ）参照）。
【００４１】
一方、図８（ｂ）に示すように、入力軸１１の逆転時、入力ギア４１と第１ギア４２との噛み合いにより、入力側副軸５１は減速されて正転する。すると、ツーウェイクラッチ５０において外輪（入力側副軸）５１の回転数Ｓｉｎが停止している内輪（出力側副軸）５２の回転数Ｓｏｕｔよりも大きくなる（Ｓｉｎ＞Ｓｏｕｔ）ため、入力側副軸５１の正転力が出力側副軸５２に伝達される（図６（ｂ）参照）。そして、第２ギア４３と出力ギア４４との噛み合いにより、出力軸１２は減速されて逆転する。その結果、入力軸１１の逆転力が減速されて出力軸１２に伝達される。
【００４２】
このとき、入力軸１１の逆転力は、カップリング２０を経由して中間軸１３に伝達される。しかし、ワンウェイクラッチ３０において内輪３２の回転数Ｒｉｎは負の値であるから、外輪３１の回転数Ｒｏｕｔをゼロと見なせば、「Ｒｉｎ＜Ｒｏｕｔ」の関係が成立し、出力軸１２は空転する（図５（ｅ）参照）。
【００４３】
続いて図９を参照して、入力軸１１が逆転から正転へ切り替わるときの挙動について説明する。まず、本発明の一実施形態に対する比較例として、動力伝達装置がカップリングを備えない場合のタイミングチャートを図９（ａ）に示す。
ここで、各変数を以下のように定義する。なお、入力側減速比Ｚｉｉは、上述のとおりである。
ｎ（１／ｓ）：入力軸１１の１秒あたりの回転数（正転を正、逆転を負とする。）
λ１（ｄｅｇ）：ワンウェイクラッチ３０の切替角度
λ２（ｄｅｇ）：ツーウェイクラッチ５０の切替角度
Ｔ１（ｓ）：中間軸１３（＝ワンウェイクラッチ３０の内輪３２）が切替角度λ１回転する時間
Ｔ２（ｓ）：入力側副軸５１（＝ツーウェイクラッチ５０の外輪）が切替角度λ２回転するのに対応して入力軸１１および中間軸１３が角度Ｚｉｉ×λ２回転する時間
【００４４】
時間Ｔ１、Ｔ２は下式１、２にて表される。
Ｔ１＝λ１／（３６０・ｎ） ・・・（式１）
Ｔ２＝Ｚｉｉ×λ２／（３６０・ｎ） ・・・（式２）
よって、Ｚｉｉ×λ２＞λ１のとき、図９（ａ）に示すようにＴ２＞Ｔ１となる。すると、入力軸１１が逆転から正転へ切り替わる時刻をｔ０とすると、ワンウェイクラッチ３０は、時刻ｔ０から時間Ｔ１後に空転状態から動力伝達状態に移行し、ツーウェイクラッチ５０は、時刻ｔ０から時間Ｔ２後に動力伝達状態から空転状態に移行する。したがって、図中斜線指示した範囲にてワンウェイクラッチ３０とツーウェイクラッチ５０とが同時に動力伝達状態となることとなり、いわゆるデッドロックが発生する。
なお、入力軸１１が正転から逆転へ切り替わるときには、ワンウェイクラッチ３０が動力伝達状態から空転状態に移行した後、ツーウェイクラッチ５０が空転状態から動力伝達状態に移行するため、デッドロックは発生しない。
【００４５】
この課題を解決するため、本発明の一実施形態は、遊び角度θを有するカップリング２０を備えている。ここで、遊び角度θは、下式３を満たすように設定される。
θ≧Ｚｉｉ×λ２−λ１ ・・・（式３）
Ｚｉｉ×λ２＞λ１のとき、θは正の値を取る。また、時間Ｔθを以下のように定義する。
Ｔθ（ｓ）：入力軸１１が中間軸１３に対して遊び角度θ回転する時間
【００４６】
言い換えれば、Ｔθは、入力軸１１が逆転から正転へ切り替わったときの中間軸１３の「追従遅れ時間」である。その結果、図９（ｂ）のタイミングチャートに示すように、ワンウェイクラッチ３０は、時刻ｔ０から時間（Ｔ１＋Ｔθ）後に空転状態から動力伝達状態に移行することとなる。よって、ワンウェイクラッチ３０とツーウェイクラッチ５０とが同時に動力伝達状態となることがなく、デッドロックの発生を回避することができる。
なお、入力軸１１が正転から逆転へ切り替わるときには、カップリング２０のスプリング２９によって突起部２２が初期位置に戻されることから、入力軸１１と中間軸１３との間に、遊び角度θによる回転時間差が生じない。したがって、図９（ａ）に示す比較例と同じ挙動をする。
【００４７】
以上説明したように、本発明の第１実施形態の動力伝達装置１０は、ワンウェイクラッチ３０とツーウェイクラッチ５０とを使用することで、従来２つのワンウェイクラッチの組合せでは実現し得なかった「入力軸の正転時に回転力を等速伝達し、入力軸の逆転時に回転力を減速伝達する機構」を実現することができる。
【００４８】
次に、入力軸１１の回転が停止した時の作動について、図１１、図１２を参照して説明する。
図１１（ａ）は、入力軸１１が正転から停止した場合のタイミングチャートを示す。
入力軸１１および出力軸１２が正転時には、ワンウェイクラッチ３０は動力伝達状態であり、入力軸１１の正転力が等速で出力軸１２に伝達される。一方、ツーウェイクラッチ５０は空転状態である。
この正転状態から、時刻ｔｆｓにモータ１７が停止指令Ｓｆｓを受けたとする。このときの軸回転角度を０とすると、モータ１７の軸に直結された入力軸１１は急激に制動され、正転停止角度β１にて停止する。言い換えれば、入力軸１１は、正転停止角度β１にて「正転」モードから「停止」モードに移行する。
【００４９】
また、ワンウェイクラッチ３０では、内輪３２である中間軸１３が入力軸１１に対してカップリング２０の遊び角度θだけ遅れて停止する。すると、外輪３１の回転数Ｒｏｕｔが内輪３２の回転数Ｒｉｎよりも大きくなり（Ｒｉｎ＜Ｒｏｕｔ）、外輪３１である出力軸１２は、イナーシャによって暫く空転する（図５（ｆ）参照）。すなわち、「ワンウェイクラッチ３０とツーウェイクラッチ５０とが共に空転する状態」となり、入力軸１１の回転角度と出力軸１２の回転角度との相関関係が失われる。そして、出力軸１２は、入力軸１１の正転停止角度β１よりも大きな正転停止角度α１にて停止する。
なお、図１２に示すように、入力軸１１の回転数ｎが大きいほど、イナーシャ（回転慣性力）による出力軸１２の回転角度αは大きくなる。また、入力軸１１の最大使用回転数ｎｍａｘにおいて、出力軸１２の回転角度αは最大となる。
【００５０】
図１１（ｂ）は、入力軸１１が逆転から停止した場合のタイミングチャートを示す。
入力軸１１および出力軸１２が逆転時には、ツーウェイクラッチ５０は動力伝達状態であり、入力軸１１の正転力が減速して出力軸１２に伝達される。一方、ワンウェイクラッチ３０は空転状態である。
この逆転状態から、時刻ｔｒｓにモータ１７が停止指令Ｓｒｓを受けたとする。このときの軸回転角度を０とすると、モータ１７の軸に直結された入力軸１１は急激に制動され、逆転停止角度β２にて停止する。言い換えれば、入力軸１１は、逆転停止角度β２にて「逆転」モードから「停止」モードに移行する。
【００５１】
また、ツーウェイクラッチ５０では、外輪である入力側副軸５１が停止する。すると、内輪である出力側副軸５２の回転数Ｓｏｕｔが入力側副軸５１の回転数Ｓｉｎよりも大きくなり（Ｓｉｎ＜Ｓｏｕｔ）、出力側副軸５２は、イナーシャによって暫く空転する（図６（ｃ）参照）。そして、出力軸１２は出力側副軸５２と共に空転する。すなわち、「ワンウェイクラッチ３０とツーウェイクラッチ５０とが共に空転する状態」となり、入力軸１１の回転角度と出力軸１２の回転角度との相関関係が失われる。そして、出力軸１２は、入力軸１１の逆転停止角度β２よりも絶対値の大きな逆転停止角度α２にて停止する。
ただし、逆転からの停止では、正転からの停止に比べ、クラッチの入力側および出力側の回転数が小さく、伝達トルクが大きいため、イナーシャは比較的小さい。したがって、逆転停止角度α２と逆転停止角度β２との差は比較的小さい。それでも、入力軸１１の回転角度と出力軸１２の回転角度との相関関係が失われることに変わりはない。
【００５２】
そこで、本実施形態の動力伝達装置１０は、回転角センサ７１が出力軸１２の回転角度を検出することで、目的動作機構（本実施形態ではウォーム１８）の状態を検出することができる。
さらに、回転角センサ７１が検出した出力軸１２の現実の回転角度と目標回転角度との差分に基づき、出力軸１２の現実の回転角度を目標回転角度に一致させるように入力軸１１の駆動を制御する制御手段を設けてもよい。これにより、動力伝達装置１０が回転と停止を繰り返す場合であっても、出力軸１２の現実の回転角度を、常に、目的動作機構に要求される目標回転角度に合わせることができる。
【００５３】
（第２実施形態）
図１３に示す第２実施形態では、第１実施形態と同等の検出能力を有する回転角センサ７１が、出力軸１２でなく、ツーウェイクラッチ５０の内輪である出力側副軸５２に設置される。そして、出力側副軸５２の検出角度を出力側減速比Ｚｏｏ倍することで、出力軸１２の回転角度に換算する。
これにより、第１実施形態に対し、角度検出精度をＺｏｏ倍にすることができる。
【００５４】
（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態では、入力ギア４１と第１ギア４２との関係により、入力軸１１の回転は減速して入力側副軸５１に伝達される。また、第２ギア４３と出力ギア４４との関係により、出力側副軸５２の回転は減速して出力軸１２に伝達される。すなわち、「減速→減速、かつ全体として減速（Ｚｉｉ＞１、Ｚｏｏ＞１、Ｚｉｏ＞１）」の関係にある。ここで、入力軸１１の逆転時にワンウェイクラッチ３０の外輪である出力軸１２を内輪である中間軸１３に対して空転させるため、出力軸１２の回転数が入力軸１１の回転数よりも小さいこと、つまり、動力伝達装置１０が「全体として減速（Ｚｉｏ＞１）」することは必須の要件である。
【００５５】
しかし、入力軸１１と入力側副軸５１との回転数の関係、及び出力側副軸５２と出力軸１２との回転数の関係は、上記実施形態のように「減速→減速」に限らず、「等速（Ｚｉｉ＝１）→減速」あるいは、「少し増速（Ｚｉｉ＜１）→多いに減速（全体として減速）」としてもよい。
さらに、回転角センサ７１を出力軸１２に設置する第１実施形態の場合は、「減速→等速（Ｚｏｏ＝１）」あるいは、「多いに減速→少し増速（Ｚｏｏ＜１）（全体として減速）」としてもよい。いずれの実施形態も、噛み合うギア同士の歯数およびピッチ円直径を調整することで実現することができる。
【００５６】
（イ）動力伝達装置１０の説明の冒頭に述べたように、出力軸１２に代えて、あるいは出力軸１２に加えて、出力側副軸５２を目的動作機構に接続してもよい（図１参照）。これにより、２とおりの出力特性を選択または併用することができる。上記の（ア）で説明したように出力側副軸５２と出力軸１２との回転数の関係を多様に選択することで、動力伝達装置１０の適用範囲をさらに広げることができる。
【００５７】
（ウ）入力軸１１から出力軸１２へ回転力を伝達する各「伝動部材」は、平歯車に限らず、はすば歯車、ウォーム、遊星歯車であってもよく、あるいは、摩擦伝達、ベルトとプーリ、チェーンとスプロケット等、同期伝達するものであれば形式を問わない。
（エ）「一方向回転力伝達部材」および「二方向回転力伝達部材」は、上記実施形態のワンウェイクラッチおよびツーウェイクラッチに限らず、他の形式のものであってもよい。例えば、ワンウェイクラッチに代えて反転防止ラチェットを用いてもよい。
【００５８】
（オ）上記実施形態では、ワンウェイクラッチ３０の外輪３１は出力軸１２と一体に設けられ、内輪３２は中間軸１３と一体に設けられる。しかし、外輪３１は出力軸１２と別体に形成され、同軸に結合されてもよい。また、内輪３２は中間軸１３と別体に形成され、同軸に結合されてもよい。
【００５９】
（カ）「回転角度検出手段」として、上記実施形態による接触式のロータリーポテンショメータ７１の他、図１４に示すような非接触式の回転角センサが使用可能である。一般に非接触式の回転角センサは、接触部の摩耗の問題がないため耐久性に優れる。また、これらの例に限らず、どのような回転角センサを用いてもかまわない。
【００６０】
図１４（ａ）に示すレゾルバ７２は、回転軸７２ａと共に回転するロータ７２ｂ、ロータ７２ｂの径方向外側に設けられる円環状のステータ７２ｃ、ロータ７２ｂとステータ７２ｃとの間に周方向に複数設けられるコイル７２ｄ、ステータ７２ｃを励磁する励磁回路７２ｅ、及び、コイル７２ｄに生成される誘起電圧を検出する検出回路７２ｆから構成される。レゾルバ７２は、ロータ７２ｂの回転角度によってコイル７２ｄに生成される誘起電圧の変化から出力軸１２または出力側副軸５２の回転角度を検出する。
【００６１】
図１４（ｂ）に示す磁気式回転角センサ７３は、回転軸７３ａと共に回転する円板状の永久磁石７３ｂ、及び永久磁石７３ｂの端面に近接して設けられる磁気検出素子７３ｃから構成される。磁気検出素子７３ｃとしては、磁束密度の変化により電圧が変化するホール素子や、磁束密度の変化により抵抗値が変化する磁気抵抗素子（ＭＲ）を用いることができる。磁気式回転角センサ７３は、永久磁石７３ｂの回転による磁束密度の変化から出力軸１２または出力側副軸５２の回転角度を検出する。
【００６２】
図１４（ｃ）に示す光学式回転角センサ７４は、回転軸７４ａと共に回転するスリット円盤７４ｂ、スリット円盤７４ｂの軸方向の一方に設置される発光素子７４ｃ、スリット円盤７４ｂの軸方向の他方であって発光素子７４ｃと対応する位置に設置される固定スリット７４ｄおよび受光素子７４ｅから構成される。スリット円盤７４ｂには、径方向に延びるスリットが周方向に複数形成されている。光学式回転角センサ７４は、発光素子７４ｃが発した光がスリット円盤７４ｂのスリットおよび固定スリット７４ｄを通過して受光素子７４ｅに到達した回数から出力軸１２または出力側副軸５２の回転角度を検出する。
【００６３】
（キ）カップリング２０を構成する突起部２２およびストッパ部２４は上記実施形態の構成に限らず、入力ロータ２１と中間ロータ２３とを所定の遊び角度θの範囲で相対回転可能とする構成であれば、どのような構成であってもよい。
また、カップリング２０を構成する入力ロータ２１は入力軸１１と別体に形成され、同軸に結合されてもよく、中間ロータ２３は中間軸１３と別体に形成され、同軸に結合されてもよい。
【００６４】
（ク）ワンウェイクラッチ３０の切替角度λ１、ツーウェイクラッチ５０の切替角度λ２および入力側減速比Ｚの関係が「Ｚｉｉ×λ２≦λ１」である場合には「θ＝０」であっても式３が成立することから、遊び角度θを設ける必要がない。よって、カップリングを無くして入力軸１１と中間軸１３とを直結してもよい。その場合、入力軸１１がワンウェイクラッチ３０の内輪３２となり得る。
【００６５】
（ケ）上記実施形態では、入力軸１１側から見てＣＷ方向を「正転」、入力軸１１側から見てＣＣＷ方向を「逆転」と定義したが、その逆であってもよい。
（コ）本発明の動力伝達装置は、可変圧縮比エンジンに限らず、正逆転で入力軸と出力軸との変速比および伝達トルクを変更する種々の装置に適用可能である。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０ ・・・動力伝達装置、
１１ ・・・入力軸、
１２ ・・・出力軸、
１３ ・・・中間軸、
２０ ・・・カップリング、
３０ ・・・ワンウェイクラッチ（一方向回転力伝達部材）、
３１ ・・・外輪、
３２ ・・・内輪、
４１ ・・・入力ギア（入力伝動部材）、
４２ ・・・第１ギア（第１伝動部材）、
４３ ・・・第２ギア（第２伝動部材）、
４４ ・・・出力ギア（出力伝動部材）、
５０ ・・・ツーウェイクラッチ（二方向回転力伝達部材）、
５１ ・・・入力側副軸、外輪、
５２ ・・・出力側副軸、内輪、
７１ ・・・回転角センサ、ロータリーポテンショメータ（回転角度検出手段）、
７２ ・・・レゾルバ（回転角度検出手段）、
７３ ・・・磁気式回転角センサ（回転角度検出手段）、
７４ ・・・光学式回転角センサ（回転角度検出手段）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸の回転力を出力軸へ伝達し、前記入力軸の一方の回転方向への回転を正転とし前記入力軸の他方の回転方向への回転を逆転とすると、前記入力軸の正転時には前記出力軸を前記入力軸の回転と等速に回転させ、前記入力軸の逆転時には前記出力軸を前記入力軸の回転に対し減速して回転させ、
前記入力軸に固定され、前記入力軸とともに回転する入力伝動部材と、
前記入力軸とは別の軸上に設けられる入力側副軸に固定され、前記入力伝動部材の回転を伝達されて前記入力側副軸とともに回転する第１伝動部材と、
前記出力軸とは別の軸上に設けられる出力側副軸に固定され、前記出力側副軸とともに回転する第２伝動部材と、
前記出力軸に固定され、前記第２伝動部材の回転を伝達されて前記出力軸とともに回転する出力伝動部材と、
前記入力軸の正転時に前記入力軸の正転力を前記出力軸に伝達し、前記入力軸の逆転時に前記出力軸を空転させることが可能な一方向回転力伝達部材と、
前記入力側副軸の回転力を前記出力側副軸に伝達し、前記出力側副軸の回転力に対して前記入力側副軸を空転させることが可能な二方向回転力伝達部材と、
前記出力軸または前記出力側副軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
を備え、
前記入力軸の正転時、前記入力軸の正転力が前記一方向回転力伝達部材を経由して前記出力軸に伝達され、
前記入力軸の逆転時、前記入力軸の逆転力が前記入力伝動部材、前記第１伝動部材、前記入力側副軸、前記二方向回転力伝達部材、前記出力側副軸、前記第２伝動部材、前記出力伝動部材を経由して前記出力軸に伝達される動力伝達装置。
【請求項２】
前記回転角度検出手段は、前記出力側副軸の回転角度を検出することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の動力伝達装置の制御方法であって、
前記回転角度検出手段が検出した前記出力軸の現実の回転角度と目標回転角度との差分に基づき、前記出力軸の現実の回転角度を前記目標回転角度に一致させるように前記入力軸の駆動を制御する動力伝達装置の制御方法。
【請求項１】
入力軸の回転力を出力軸へ伝達し、前記入力軸の一方の回転方向への回転を正転とし前記入力軸の他方の回転方向への回転を逆転とすると、前記入力軸の正転時には前記出力軸を前記入力軸の回転と等速に回転させ、前記入力軸の逆転時には前記出力軸を前記入力軸の回転に対し減速して回転させ、
前記入力軸に固定され、前記入力軸とともに回転する入力伝動部材と、
前記入力軸とは別の軸上に設けられる入力側副軸に固定され、前記入力伝動部材の回転を伝達されて前記入力側副軸とともに回転する第１伝動部材と、
前記出力軸とは別の軸上に設けられる出力側副軸に固定され、前記出力側副軸とともに回転する第２伝動部材と、
前記出力軸に固定され、前記第２伝動部材の回転を伝達されて前記出力軸とともに回転する出力伝動部材と、
前記入力軸の正転時に前記入力軸の正転力を前記出力軸に伝達し、前記入力軸の逆転時に前記出力軸を空転させることが可能な一方向回転力伝達部材と、
前記入力側副軸の回転力を前記出力側副軸に伝達し、前記出力側副軸の回転力に対して前記入力側副軸を空転させることが可能な二方向回転力伝達部材と、
前記出力軸または前記出力側副軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
を備え、
前記入力軸の正転時、前記入力軸の正転力が前記一方向回転力伝達部材を経由して前記出力軸に伝達され、
前記入力軸の逆転時、前記入力軸の逆転力が前記入力伝動部材、前記第１伝動部材、前記入力側副軸、前記二方向回転力伝達部材、前記出力側副軸、前記第２伝動部材、前記出力伝動部材を経由して前記出力軸に伝達される動力伝達装置。
【請求項２】
前記回転角度検出手段は、前記出力側副軸の回転角度を検出することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の動力伝達装置の制御方法であって、
前記回転角度検出手段が検出した前記出力軸の現実の回転角度と目標回転角度との差分に基づき、前記出力軸の現実の回転角度を前記目標回転角度に一致させるように前記入力軸の駆動を制御する動力伝達装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２１９９７２（Ｐ２０１２−２１９９７２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９０３１（Ｐ２０１１−８９０３１）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]