| 【発明の名称】 |
無段変速装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】石川 宏史
【氏名】今西 尚
【氏名】宮田 慎司
【氏名】町田 尚
【氏名】伊藤 裕之
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| 【要約】 |
【課題】低コストで優れた耐久性を有し、しかも小型・軽量な構造を実現する。
【解決手段】トロイダル型無段変速機３４と遊星歯車機構３７とを、第一、第二の動力伝達機構４１、４３を介して組み合わせる。そして、高速走行時にトロイダル型無段変速機３４を通過するトルクを低減させる。このトロイダル型無段変速機３４を構成するローディングナット４５と、上記第二の動力伝達機構４３を構成する第二駆動歯車４６とを一体にする。部品点数の削減と軸方向寸法の短縮とにより、上記課題を解決できる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 駆動源に接続される入力軸及び駆動すべき部分に接続される出力軸と、入力ディスクと出力ディスクとの間に挟持した複数個のパワーローラの傾斜角度を変える事により上記入力ディスクと出力ディスクとの間の変速比を変えるトロイダル型無段変速機と、遊星歯車機構と、これらトロイダル型無段変速機と遊星歯車機構とを連結する１対の動力伝達機構と、上記入力軸と出力軸との間の変速状態を高速走行モードと低速走行モードと後退モードとに切り換え自在なモード切換手段とを備えた無段変速装置に於いて、上記動力伝達機構を構成する一部の部品と上記トロイダル型無段変速機を構成する一部の部品とを互いに一体とした事を特徴とする無段変速装置。
【請求項２】 駆動軸により回転駆動される入力軸と、この入力軸の回転に基づく動力を取り出す為の出力軸と、トロイダル型無段変速機と、遊星歯車機構とを備え、このトロイダル型無段変速機は、互いに同心に配置した入力ディスクと出力ディスクとの間に挟持したパワーローラの傾斜角度を変える事により、上記入力軸の回転に基づいて回転する入力ディスクと上記出力ディスクとの間の変速比を変えるものであり、上記遊星歯車機構は、上記出力軸を回転させる太陽歯車とこの太陽歯車の周囲に配置したリング歯車との間に設けられ、上記太陽歯車と同心に且つ回転自在に支持したキャリアに回転自在に支持された遊星歯車を、上記太陽歯車とリング歯車とに噛合させて成るものであり、上記キャリアと上記出力ディスクとを第一の動力伝達機構により回転力の伝達を可能な状態に接続すると共に、上記入力軸と上記リング歯車とを第二の動力伝達機構により回転力の伝達を可能な状態に接続自在とし、更に、この第二の動力伝達機構の構成部材と上記リング歯車とを接続する為の第一のクラッチと、上記遊星歯車機構を構成する太陽歯車とリング歯車と遊星歯車との３種類の歯車のうちの何れか２種類の歯車同士を結合して、これら３種類の歯車同士の相対変位を阻止する第二のクラッチとを備え、上記第一の動力伝達機構の減速比βと上記第二の動力伝達機構の減速比αとの比β／αを、上記トロイダル型無段変速機の最大増速時の減速比ｉＨとほぼ同じとして成り、上記第一、第二の動力伝達機構を構成する一部の部品と上記トロイダル型無段変速機を構成する一部の部品とを互いに一体とした無段変速装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば自動車用の変速機として利用する、トロイダル型無段変速機を組み込んだ無段変速装置の改良に関し、小型で、しかもトロイダル型無段変速機の構成部材の耐久性を確保できる構造を実現するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば自動車用変速機として、図７〜８に略示する様なトロイダル型無段変速機を使用する事が研究されている。このトロイダル型無段変速機は、例えば実開昭６２−７１４６５号公報に開示されている様に、入力軸１と同心に入力ディスク２を支持し、この入力軸１と同心に配置した出力軸３の端部に出力ディスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシングの内側には、上記入力軸１並びに出力軸３に対し捻れの位置にある枢軸５、５を中心として揺動するトラニオン６、６を設けている。
【０００３】即ち、これら各トラニオン６、６の両端部外側面には、上記枢軸５、５を、互いに同心に設けている。又、各トラニオン６、６の中心部には変位軸７、７の基端部を支持し、上記枢軸５、５を中心として各トラニオン６、６を揺動させる事により、各変位軸７、７の傾斜角度の調節を自在としている。各トラニオン６、６に支持した変位軸７、７の周囲には、それぞれパワーローラ８、８を回転自在に支持している。そして、これら各パワーローラ８、８を、上記入力、出力両ディスク２、４の間に挟持している。これら入力、出力両ディスク２、４の互いに対向する内側面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、上記枢軸５を中心とする円弧を当該ディスクの中心軸を中心に回転させて得られる凹面をなしている。そして、球状凸面に形成された各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａを、上記両内側面２ａ、４ａに当接させている。
【０００４】上記入力軸１と入力ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置９を設け、この押圧装置９によって、上記入力ディスク２を出力ディスク４に向け、弾性的に押圧自在としている。この押圧装置９は、入力軸１と共に回転するカム板１０と、保持器１１により保持された複数個（例えば４個）のローラ１２、１２とから構成している。上記カム板１０の片側面（図７〜８の左側面）には、円周方向に亙る凹凸面であるカム面１３を形成し、上記入力ディスク２の外側面（図７〜８の右側面）にも、同様のカム面１４を形成している。そして、上記複数個のローラ１２、１２を、上記入力軸１の中心に対して放射方向の軸を中心とする回転自在に支持している。
【０００５】上述の様に構成するトロイダル型無段変速機の使用時、入力軸１の回転に伴ってカム板１０が回転すると、カム面１３によって複数個のローラ１２、１２が、入力ディスク２の外側面に形成したカム面１４に押圧される。この結果、上記入力ディスク２が上記複数のパワーローラ８、８に押圧されると同時に、上記１対のカム面１３、１４と複数個のローラ１２、１２との押し付け合いに基づいて、上記入力ディスク２が回転する。そして、この入力ディスク２の回転が、上記複数のパワーローラ８、８を介して出力ディスク４に伝達され、この出力ディスク４に固定の出力軸３が回転する。
【０００６】上記入力軸１と出力軸３との間の回転速度比（変速比）を変える場合で、先ず入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう場合には、枢軸５、５を中心として各トラニオン６、６を揺動させ、各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図７に示す様に、入力ディスク２の内側面２ａの中心寄り部分と出力ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接する様に、各変位軸７、７を傾斜させる。反対に、増速を行なう場合には、上記トラニオン６、６を揺動させ、各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図８に示す様に、入力ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力ディスク４の内側面４ａの中心寄り部分とに、それぞれ当接する様に、各変位軸７、７を傾斜させる。各変位軸７、７の傾斜角度を図７と図８との中間にすれば、入力軸１と出力軸３との間で、中間の変速比を得られる。
【０００７】又、図９〜１０は、実願昭６３−６９２９３号（実開平１−１７３５５２号）のマイクロフィルムに記載された、より具体化されたトロイダル型無段変速機の１例を示している。入力ディスク２と出力ディスク４とは円管状の入力軸１５の周囲に、それぞれニードル軸受１６、１６を介して、回転自在に支持している。又、カム板１０は上記入力軸１５の端部（図９の左端部）外周面にスプライン係合させ、鍔部１７により上記入力ディスク２から離れる方向への移動を阻止している。そして、このカム板１０とローラ１２、１２とにより、上記入力軸１５の回転に基づいて上記入力ディスク２を、上記出力ディスク４に向け押圧しつつ回転させる押圧装置９を構成している。上記出力ディスク４には出力歯車１８を、キー１９、１９により結合し、これら出力ディスク４と出力歯車１８とが同期して回転する様にしている。
【０００８】１対のトラニオン６、６の両端部は１対の支持板２０、２０に、揺動並びに軸方向（図９の表裏方向、図１０の左右方向）に亙る変位自在に支持している。そして、上記各トラニオン６、６の中間部に形成した円孔２１、２１部分に、変位軸７、７を支持している。これら各変位軸７、７は、互いに平行で且つ偏心した支持軸部２２、２２と枢支軸部２３、２３とを、それぞれ有する。このうちの各支持軸部２２、２２を上記各円孔２１、２１の内側に、ラジアルニードル軸受２４、２４を介して、回転自在に支持している。又、上記各枢支軸部２３、２３の周囲にパワーローラ８、８を、別のラジアルニードル軸受２５、２５を介して、回転自在に支持している。
【０００９】尚、上記１対の変位軸７、７は、上記入力軸１５に対して１８０度反対側位置に設けている。又、これら各変位軸７、７の各枢支軸部２３、２３が各支持軸部２２、２２に対し偏心している方向は、上記入力、出力両ディスク２、４の回転方向に関し同方向（図１０で左右逆方向）としている。又、偏心方向は、上記入力軸１５の配設方向に対しほぼ直交する方向としている。従って、上記各パワーローラ８、８は、上記入力軸１５の配設方向に亙る若干の変位自在に支持される。この結果、回転力の伝達状態で構成各部材に加わる大きな荷重に基づく、これら構成各部材の弾性変形に起因して、上記各パワーローラ８、８が上記入力軸１５の軸方向（図９の左右方向、図１０の表裏方向）に変位する傾向となった場合でも、上記構成各部品に無理な力を加える事なく、この変位を吸収できる。
【００１０】又、上記各パワーローラ８、８の外側面と上記各トラニオン６、６の中間部内側面との間には、パワーローラ８、８の外側面の側から順に、スラスト玉軸受２６、２６とスラストニードル軸受２７、２７とを設けている。このうちのスラスト玉軸受２６、２６は、上記各パワーローラ８、８に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これら各パワーローラ８、８の回転を許容するものである。又、上記各スラストニードル軸受２７、２７は、上記各パワーローラ８、８から上記各スラスト玉軸受２６、２６を構成する外輪２８、２８に加わるスラスト荷重を支承しつつ、前記各枢支軸部２３、２３及び上記外輪２８、２８が、前記支持軸部２２、２２を中心に揺動する事を許容する。
【００１１】更に、上記各トラニオン６、６の一端部（図９の左端部）にはそれぞれ駆動ロッド２９、２９を結合し、これら各駆動ロッド２９、２９の中間部外周面に駆動ピストン３０、３０を固設している。そして、これら各駆動ピストン３０、３０を、それぞれ駆動シリンダ３１、３１内に油密に嵌装している。
【００１２】上述の様に構成するトロイダル型無段変速機の運動時に、入力軸１５の回転は、押圧装置９を介して入力ディスク２に伝わる。そして、この入力ディスク２の回転が、１対のパワーローラ８、８を介して出力ディスク４に伝わり、更にこの出力ディスク４の回転が、出力歯車１８より取り出される。入力軸１５と出力歯車１８との間の回転速度比を変える場合には、上記１対の駆動ピストン３０、３０を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３０、３０の変位に伴って上記１対のトラニオン６、６が、それぞれ逆方向に変位し、例えば図１０の下側のパワーローラ８が同図の右側に、同図の上側のパワーローラ８が同図の左側に、それぞれ変位する。この結果、これら各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと上記入力ディスク２及び出力ディスク４の内側面２ａ、４ａとの当接部に作用する、接線方向の力の向きが変化する。そして、この力の向きの変化に伴って上記各トラニオン６、６が、支持板２０、２０に枢支された枢軸５、５を中心として、互いに逆方向に揺動する。この結果、前述の図７〜８に示した様に、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと上記各内側面２ａ、４ａとの当接位置が変化し、上記入力軸１５と出力歯車１８との間の回転速度比が変化する。
【００１３】尚、この様に上記入力軸１５と出力歯車１８との間で回転力の伝達を行なう際には、構成各部材の弾性変形に基づいて上記各パワーローラ８、８が、上記入力軸１５の軸方向に変位し、これら各パワーローラ８、８を枢支している前記各変位軸７、７が、前記各支持軸部２２、２２を中心として僅かに回動する。この回動の結果、前記各スラスト玉軸受２６、２６の外輪２８、２８の外側面と上記各トラニオン６、６の内側面とが相対変位する。これら外側面と内側面との間には、前記各スラストニードル軸受２７、２７が存在する為、この相対変位に要する力は小さい。従って、上述の様に各変位軸７、７の傾斜角度を変化させる為の力が小さくて済む。
【００１４】上述の様に構成され作用するトロイダル型無段変速機を実際の自動車用の無段変速機に組み込む場合、遊星歯車機構と組み合わせて無段変速装置を構成する事が、特開平１−１６９１６９号公報、同１−２８２２６６号公報に記載されている様に、従来から提案されている。図１１は、この様な従来から提案されている無段変速装置の基本構成を略示している。駆動源であるエンジン３２の駆動軸３３（クランクシャフト）は、上述した図９〜１０に示す様な構成を有するトロイダル型無段変速機３４の入力軸１５（図９〜１０参照）に結合している。又、デファレンシャルギヤ３５（本発明の実施の形態を示す図１参照）を介して駆動輪を駆動する為の出力軸３６は、遊星歯車機構３７を構成する太陽歯車３８（図１参照）に結合固定して、この太陽歯車３８と共に回転する様にしている。
【００１５】又、上記トロイダル型無段変速機３４の出力ディスク４（図１、７、８、９参照）と上記遊星歯車機構３７を構成するキャリア３９（図１参照）とを第一の動力伝達機構４１により、回転力の伝達を可能な状態に接続している。又、上記駆動軸３３及び入力軸１５と上記遊星歯車機構３７を構成するリング歯車４２（図１参照）とを第二の動力伝達機構４３により、回転力の伝達を可能な状態に接続自在としている。更に、上記駆動軸３３及び入力軸１５と出力軸３６との間の変速状態を、高速走行モードと低速走行モードと後退モードとの３種類のモードに切り換え自在な、モード切換手段を備える。そして、上記第一の動力伝達機構４１の減速比βと上記第二の動力伝達機構４３の減速比αとの比β／αを、上記トロイダル型無段変速機３４の最大増速時の減速比（図８に示した状態での入力軸１と出力軸３との間の減速比）ｉＨ とほぼ同じとしている。
【００１６】上述の図１１に示す様な無段変速装置は、所謂パワー・スプリット型と呼ばれるもので、低速走行モードでは上記駆動軸３３及び入力軸１５と出力軸３６との間の動力を、総て上記トロイダル型無段変速機３４を通じて伝達する。これに対して高速走行モードでは、動力を上記遊星歯車機構３７を介して伝達し、この動力の一部をこの遊星歯車機構３７から上記トロイダル型無段変速機３４に循環させる。即ち、低速走行時には前記エンジン３２の駆動力を上記トロイダル型無段変速機３４のみで伝達し、高速走行時には上記駆動力を上記遊星歯車機構３７で伝達する事により、高速走行時に上記トロイダル型無段変速機３４に加わるトルクの低減を図る様にしている。この様に構成する事により、上記トロイダル型無段変速機３４の構成各部材の耐久性を向上させると同時に、無段変速装置全体としての伝達効率の向上を図れる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】上述した様な、パワー・スプリット型と呼ばれる無段変速装置は、高速走行時にトロイダル型無段変速機３４を通じて伝達するトルクの軽減を図り、耐久性の向上と伝達効率の向上とを図れる反面、第一、第二の動力伝達機構４１、４３を設ける事に伴って、構造が複雑になり、小型・軽量化を図りにくい。例えば、無段変速装置の軸方向寸法の短縮を図るべく、上記第一、第二の動力伝達機構の軸方向寸法を小さくする為には、これら各動力伝達機構を、ベルトやチェンによる伝達機構ではなく、歯車伝達機構にする事が好ましい。一方、トロイダル型無段変速機３４は、複数の部品を軸方向に亙り互いに直列に配置する事により構成している。従って、上述の様な歯車伝達機構を、上記トロイダル型無段変速機３４の構成部材と独立して設けると、部品点数が多くなり、部品製作、部品管理、組立作業が何れも面倒になるだけでなく、上記トロイダル型無段変速機３４の設置部分の軸方向が嵩んで、上記無段変速装置の小型・軽量化を図りにくくなる。本発明は、この様な事情に鑑み、高速走行時にトロイダル型無段変速機を通じて伝達するトルクの軽減を図れ、しかも小型且つ軽量に構成できる、実用的な構造を実現すべく発明したものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の無段変速装置は、駆動源に接続される入力軸及び駆動すべき部分に接続される出力軸と、入力ディスクと出力ディスクとの間に挟持した複数個のパワーローラの傾斜角度を変える事により上記入力ディスクと出力ディスクとの間の変速比を変えるトロイダル型無段変速機と、遊星歯車機構と、これらトロイダル型無段変速機と遊星歯車機構とを連結する１対の動力伝達機構と、上記入力軸と出力軸との間の変速状態を高速走行モードと低速走行モードと後退モードとの３種類のモードに切り換え自在なモード切換手段とを備える。特に、本発明の無段変速装置に於いては、上記動力伝達機構を構成する一部の部品と上記トロイダル型無段変速機を構成する一部の部品とを互いに一体としている。
【００１９】
【作用】上述の様に構成する本発明の無段変速装置の作用は、次の通りである。先ず、低速走行時には、入力軸と出力軸との間の動力を総て上記トロイダル型無段変速機を通じて伝達する。この為に例えば、モード切換手段により、遊星歯車機構を構成する太陽歯車とリング歯車とキャリアとのうちの何れかの部材同士を結合し、これら太陽歯車とリング歯車とキャリアとを、太陽歯車を中心として一体的に回転させる。この状態ではトロイダル型無段変速機のみが、入力軸から出力軸に動力を伝達する。この低速走行時に入力、出力両ディスク同士の間の変速比を変換する際の作用は、前述の図７〜１０に示した従来のトロイダル型無段変速機の場合と同様である。勿論、この状態では、上記入力軸と出力軸との間の変速比、即ち無段変速装置全体としての変速比は、トロイダル型無段変速機の変速比に比例する。又、この状態では、このトロイダル型無段変速機に入力されるトルクは、上記入力軸に加えられるトルクに等しくなる。
【００２０】これに対して、高速走行時には、動力を上記遊星歯車機構により伝達すると共に、この動力の一部を、この遊星歯車機構を介して、上記トロイダル型無段変速機に循環させる。この状態では、上記トロイダル型無段変速機の出力ディスクに、この遊星歯車機構を構成するキャリアからトルクが伝わる。この状態では、上記無段変速装置全体としての変速比は、遊星歯車の公転速度に応じて変化する。そこで、上記トロイダル型無段変速機の変速比を変えて、上記遊星歯車の公転速度を変えれば、上記無段変速装置全体としての変速比を調節できる。即ち、この状態では、トロイダル型無段変速機の変速比を減速側に変化させる程、無段変速装置全体の変速比は増速側に変化する。この様な高速走行時の状態では、無段変速装置全体の変速比を増速側に変化させるべく、トロイダル型無段変速機の変速比を減速側に変化させる程、このトロイダル型無段変速機に入力されるトルクが小さくなる。この結果、高速走行時に上記トロイダル型無段変速機に入力されるトルクを小さくして、このトロイダル型無段変速機の構成部品の耐久性向上を図れる。
【００２１】特に、本発明の場合には、動力伝達機構を構成する一部の部品と上記トロイダル型無段変速機を構成する一部の部品とを互いに一体として、無段変速装置の小型・軽量化を図れる。即ち、上記動力伝達機構を構成する一部の部品を、上記トロイダル型無段変速機を構成する一部の部品と一体とした分、部品点数を少なくして、部品製作、部品管理、組立作業を何れも容易にできる。又、上記トロイダル型無段変速機の設置部分の軸方向を短縮して、上記無段変速装置の小型・軽量化を図れる。又、この軸方向の短縮に伴って、上記トロイダル型無段変速機の剛性を向上させ、強度並びに耐久性の向上を図れる。
【００２２】
【発明の実施の形態】図１〜２は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本発明の無段変速装置は、駆動源であるエンジン３２（図１１）の駆動軸３３（クランクシャフト）につながって、このエンジン３２により回転駆動される入力軸１５を備える。この入力軸１５の入力側端部（図１の左端部）と上記駆動軸３３の出力側端部（図１の右端部）との間には、トルクコンバータ等の発進クラッチ（図示省略）及び緩衝継手４４を、これら駆動軸３３及び入力軸１５に対し直列に設けている。従って、これら駆動軸３３と入力軸１５とを、互いに同心に配置している。これに対して、上記入力軸１５の回転に基づく動力を取り出す為の出力軸３６を、この入力軸１５と平行に配置している。そして、このうちの入力軸１５の周囲にトロイダル型無段変速機３４を、上記出力軸３６の周囲に遊星歯車機構３７を、それぞれ設けている。
【００２３】上記トロイダル型無段変速機３４に付属のローディングカム式の押圧装置９を構成するカム板１０は、上記入力軸１５の中間部で入力ディスク２の外側面（図１の左側面）から突出した部分にスプライン係合（図示の例ではボールスプライン）させると共に、上記入力軸１５の中間部に螺合させたローディングナット４５により、軸方向に亙る移動を阻止した状態で、上記入力軸１５に支持している。本例の場合には、上記ローディングナット４５の外周面に、第二動力伝達機構４３を構成する、第二駆動歯車４６を、このローディングナット４５と一体に、且つ、このローディングナット４５と同軸に設けている。又、このローディングナット４５の内周面の片半部（上記カム板１０側半部で、図１〜２の右半部）には円筒面部４８を、同じく他半部（図１〜２の左半部）にはこの円筒面部４８よりも少し小径の雌ねじ部４９を、それぞれ形成している。
【００２４】この様なローディングナット４５は、上記円筒面部４８を上記入力軸１５の中間部に密に外嵌すると共に、上記雌ねじ部４９をこの入力軸４０の中間部外周面に設けた雄ねじ部５０に螺合させ更に緊締する事により、上記入力軸４０の中間部に固定している。尚、無段変速装置の運転時に上記第二駆動歯車４６から上記ローディングナット４５に加わるトルクにより、このローディングナット４５が緩むのを防止する為、このローディングナット４５と上記入力軸１５との間には、キー或はかしめ等の緩み止め手段を設ける事が好ましい。
【００２５】又、上記トロイダル型無段変速機３４を構成する入力ディスク２と出力ディスク４とは、上記入力軸１５の周囲に、ニードル軸受１６、１６により、この入力軸１５に対し、互いに独立した回転並びに軸方向に亙る若干の変位自在に支持している。そして、上記カム板１０の片面（図１の右面）に形成したカム面１３と入力ディスク２の外側面に形成したカム面１４との間にローラ１２、１２を挟持し、上記押圧装置９を構成している。従って、上記入力ディスク２は上記入力軸１５の回転に伴い、上記出力ディスク４に向け押圧されつつ回転する。上記ローディングナット４５は、上記押圧装置９の作動時に、上記カム板１０に加わる大きなスラスト荷重を支承する。又、このカム板１０と上記ローディングナット４５との間には、皿板ばね等の予圧ばね４７を設けて、上記押圧装置９、並びに上記入力ディスク２と出力ディスク４との間に挟持した、次述するパワーローラ８、８に、予圧を付与している。
【００２６】又、上記入力ディスク２の内側面２ａと上記出力ディスク４の内側面４ａとの間に複数個（通常２〜３個）のパワーローラ８、８（図７〜１０参照）を挟持し、これら各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと上記両内側面２ａ、４ａとを当接させている。これら各パワーローラ８、８は、トラニオン６、６及び変位軸７、７（図７〜１０参照）により、回転及び揺動自在に支持している。上記トロイダル型無段変速機３４は、従来から広く知られているトロイダル型無段変速機と同様に、上記トラニオン６、６を揺動させて上記各パワーローラ８、８を支持している変位軸７、７の傾斜角度を変える事により、上記入力ディスク２と上記出力ディスク４との間の変速比を変える。
【００２７】又、前記遊星歯車機構３７を構成する太陽歯車３８は、前記出力軸３６の中間部に固設している。従ってこの出力軸３６は、上記太陽歯車３８の回転に伴って回転する。この太陽歯車３８の周囲にはリング歯車４２を、上記太陽歯車３８と同心に、且つ回転自在に支持している。そして、このリング歯車４２の内周面と上記太陽歯車３８の外周面との間に、複数個（通常は３〜４個）の遊星歯車組５１、５１を設けている。図示の例ではこれら各遊星歯車組５１、５１は、それぞれ１対ずつの遊星歯車５２ａ、５２ｂを組み合わせて成る。これら１対ずつの遊星歯車５２ａ、５２ｂは、互いに噛合すると共に、外径側に配置した遊星歯車５２ａを上記リング歯車４２に噛合させ、内径側に配置した遊星歯車５２ｂを上記太陽歯車３８に噛合させている。この様に各遊星歯車組５１、５１をそれぞれ１対ずつの遊星歯車５２ａ、５２ｂにより構成するのは、上記リング歯車４２と太陽歯車３８との回転方向を一致させる為である。従って、他の構成部分との関係で、これらリング歯車４２と太陽歯車３８との回転方向を一致させる必要がなければ、単一の遊星歯車をこれらリング歯車４２と太陽歯車３８との両方に噛合させても良い。
【００２８】上述の様な遊星歯車組５１、５１は、キャリア３９の片側面（図１の左側面）に、上記出力軸３６と平行な枢軸５３ａ、５３ｂにより、回転自在に支持している。又、上記キャリア３９は、上記出力軸３６の中間部に、第一スリーブ５４を介して、回転自在に支持している。この第一スリーブ５４は上記出力軸３６の中間部周囲に、複数の転がり軸受を介して、回転自在に支持している。そして、上記第一スリーブ５４及びキャリア３９と上記出力軸３６との間に、請求項２に記載した第二のクラッチに対応する、湿式多板クラッチである、低速用クラッチ５５を設けている。この低速用クラッチ５５は、上記第一スリーブ５４に設けた給排孔５６を通じての圧油の送り込みにより接続されて、上記出力軸３６に対する上記第一スリーブ５４の相対回転を不能にし、同じく排出により接続を断たれて、上記相対回転を可能にする。
【００２９】又、上記第一スリーブ５４と前記出力ディスク４とを、第一の動力伝達機構４１により、回転力の伝達を可能な状態に接続している。この第一の動力伝達機構４１は、上記出力ディスク４に対してスプライン係合させた第一駆動歯車５７と、上記スリーブ５１の周囲にスプライン係合させた第一従動歯車５８と、これら第一駆動歯車５７と第一従動歯車５８とに噛合させた、図示しないアイドル歯車とから構成している。従って、上記低速用クラッチ５５の接続時に、上記第一スリーブ５４及び前記キャリア３９は、上記出力ディスク４の回転に伴って、この出力ディスク４と同方向に、上記第一駆動歯車５７と第一従動歯車５８との歯数の比に応じた速度で回転する。
【００３０】一方、前記入力軸１５と前記リング歯車４２とは、第二の動力伝達機構４３と、第一のクラッチである高速用クラッチ５９とを介して、回転力の伝達を可能な状態に接続自在としている。このうちの第二の動力伝達機構４３は、上記入力軸１５の中間部に螺合固定した前記ローディングナット４５の外周面に固設した第二駆動歯車４６と、前記出力軸３６の周囲に回転自在に支持した第二従動歯車６０とを、互いに噛合させる事により構成している。このうちの第二従動歯車６０を設ける為、上記出力軸３６の周囲に第二スリーブ６１を、複数の転がり軸受により、回転自在に支持している。この様な第二スリーブ６１は、上記入力軸１５の回転に伴って、この入力軸１５と反対方向に、上記第二駆動歯車４６と第二従動歯車６０との歯数の比に応じた速度で回転する。尚、前記第一の動力伝達機構４１の減速比βと上記第二の動力伝達機構４３の減速比αとの比β／αは、前記トロイダル型無段変速機３４の最大増速時の減速比ｉH （図８に示した状態での入力ディスク２と出力ディスク４との減速比で、例えば０．５程度）とほぼ同じとしている。例えば、α＝１とすれば、β≒ｉH にする。この理由は、後述する低速モードと高速モードとの間での切り換え時に、無段変速装置全体としての変速比が不連続になる事を防止若しくはその程度を低減する為である。そして、上記第二スリーブ６１と上記リング歯車４２との間に、湿式多板クラッチである、上記高速用クラッチ５９を設けている。この高速用クラッチ５９は、上記第二スリーブ６１に設けた給排孔６２を通じての圧油の送り込みにより接続され、同じく排出により接続を断たれる。
【００３１】又、本発明の無段変速装置は、高速走行モードと低速走行モードと後退モードとの３種類のモードを切り換えるモード切換手段を備える。図示の例ではこのモード切換手段を、上述した高速用クラッチ５９及び前述した低速用クラッチ５５と、後退用クラッチ６３との、３個のクラッチにより構成している。やはり湿式多板クラッチである、この後退用クラッチ６３は、無段変速装置を収納したハウジング６４と、前記リング歯車４２との間に設けている。この後退用クラッチ６３は、上記ハウジング６４に固設したシリンダ６５内への圧油の送り込みにより接続され、同じく排出により接続を断たれる。
【００３２】これら３個のクラッチ５９、５５、６３は、後述する様に、実現すべきモードに応じて何れか１個のクラッチのみを接続し、残る２個のクラッチは接続を断つ。尚、前述した低速用クラッチ５５は、接続時に遊星歯車機構３７を構成する前記各歯車３８、４２、５２ａ、５２ｂ同士が相対変位する事を阻止し、前記キャリア３９と前記太陽歯車３８とを同期して回転させるものである。この為に上記低速用クラッチ５５は、接続に伴って遊星歯車機構３７の構成部材同士の相対変位を阻止自在な位置に設ける。図示の例では上記低速用クラッチ５５を、上記キャリア３９と太陽歯車３８との間に設けている。この様な低速用クラッチ５５は、接続時には、上記遊星歯車機構３７を構成する太陽歯車３８とリング歯車４２と遊星歯車組５１、５１との相対変位を阻止し、これら太陽歯車３８とリング歯車４２と遊星歯車組５１、５１を支持したキャリア３９とを一体的に結合する。これら高速用クラッチ５９と低速用クラッチ５５とは、何れか一方のクラッチが接続された場合には、他方のクラッチの接続が断たれる様に、制御回路（油圧、電気）を構成している。尚、上記低速用クラッチ５５は、上述の様に、接続時に上記太陽歯車３８とリング歯車４２と遊星歯車組５１、５１との相対変位を阻止できるものであれば良く、図示の様な部位の他にも、太陽歯車３８とリング歯車４２との間、リング歯車４２とキャリア３９との間等に設ける事もできる。
【００３３】又、前記後退用クラッチ６３は、上記低速用クラッチ５５と高速用クラッチ５９との何れか一方が接続された状態では、接続が断たれる。又、この後退用クラッチ６３が接続された状態では、上記低速用クラッチ５５と高速用クラッチ５９とは、何れも接続が断たれる。即ち、前記図示しない発進クラッチを除く、残り３個のクラッチ５５、５９、６３は、何れか１個が接続されると、残り２個のクラッチの接続は断たれる。
【００３４】更に、前記出力軸３６とデファレンシャルギヤ３５とを、この出力軸３６の端部に固定した第三駆動歯車６６と第三従動歯車６７とにより構成する第三の動力伝達機構６８により接続している。従って、上記出力軸３６が回転すると、これら第三の動力伝達機構６８及びデファレンシャルギヤ３５を介して左右１対の駆動車軸６９、６９が回転し、自動車の駆動輪を回転駆動させる。
【００３５】上述の様に構成する本例の無段変速装置の作用は、次の通りである。先ず、低速走行時には、前記低速用クラッチ５５を接続すると共に、前記高速用クラッチ５９及び後退用クラッチ６３の接続を断つ。この状態で前記発進クラッチを接続し、前記入力軸１５を回転させると、トロイダル型無段変速機３４のみが、上記入力軸１５から出力軸３６に動力を伝達する。即ち、低速用クラッチ５５の接続に伴って、前記太陽歯車３８とキャリア３９とが一体的に結合され、前記遊星歯車機構３７を構成する各歯車３８、４２、５２ａ、５２ｂ同士の相対回転が不能になる。又、上記高速用クラッチ５９及び後退用クラッチ６３の接続が断たれる事により、上記リング歯車４２は、上記入力軸１５の回転速度に関係なく回転自在となる。
【００３６】従って、この状態で上記入力軸１５を回転させると、この回転は前記押圧装置９を介して入力ディスク２に伝わり、更に複数のパワーローラ８、８を介して出力ディスク４に伝わる。更に、この出力ディスク４の回転は、第一の動力伝達機構４１を構成する第一駆動歯車５７及び第一従動歯車５８、前記第一スリーブ５４を介して、キャリア３９及び前記各遊星歯車５２ａ、５２ｂに伝わる。上述の様にこの状態では、遊星歯車機構３７を構成する各歯車３８、４２、５２ａ、５２ｂ同士の相対回転が不能になっているので、上記出力軸３６が、上記キャリア３９と同じ速度で回転する。
【００３７】この様な低速走行時に、入力、出力両ディスク２、４同士の間の変速比を変える際の作用は、前述の図７〜１０に示した従来のトロイダル型無段変速機の場合と同様である。勿論、この状態では、上記入力軸１５と出力軸３６との間の変速比、即ち、無段変速装置全体としての変速比は、トロイダル型無段変速機３４の変速比に比例する。又、この状態では、このトロイダル型無段変速機３４に入力されるトルクは、上記入力軸１５に加えられるトルクに等しくなる。尚、低速走行時には、前記第二の動力伝達機構４３を構成する第二駆動歯車４６及び第二従動歯車６０は、空回りするだけである。
【００３８】これに対して、高速走行時には、前記高速用クラッチ５９を接続すると共に、前記低速用クラッチ５５及び後退用クラッチ６３の接続を断つ。この状態で前記発進クラッチを接続し、上記入力軸１５を回転させると、この入力軸４０から前記出力軸３６には、上記第二の動力伝達機構４３を構成する第二駆動歯車４６及び第二従動歯車６０と前記遊星歯車機構３７とが、動力を伝達する。
【００３９】即ち、上記高速走行時に上記入力軸１５が回転すると、この回転は上記第二の動力伝達機構４３並びに高速用クラッチ５９を介してリング歯車４２に伝わり、このリング歯車４２を回転させる。そして、このリング歯車４２の回転が複数の遊星歯車組５１、５１を介して太陽歯車３８に伝わり、この太陽歯車３８を固設した上記出力軸３６を回転させる。上記リング歯車４２が入力側となった場合に上記遊星歯車機構３７は、上記各遊星歯車組５１、５１が停止している（太陽歯車３８の周囲で公転しない）と仮定すれば、上記リング歯車４２と太陽歯車３８との歯数の比に応じた変速比で増速を行なう。但し、上記各遊星歯車組５１、５１は上記太陽歯車３８の周囲を公転し、無段変速装置全体としての変速比は、これら各遊星歯車組５１、５１の公転速度に応じて変化する。そこで、上記トロイダル型無段変速機３４の変速比を変えて、上記遊星歯車組５１、５１の公転速度を変えれば、上記無段変速装置全体としての変速比を調節できる。
【００４０】即ち、図示の例では、上記高速走行時に上記各遊星歯車組５１、５１が、上記リング歯車４２と同方向に公転する。そして、これら各遊星歯車組５１、５１の公転速度が遅い程、上記太陽歯車３８を固定した出力軸３６の回転速度が速くなる。例えば、上記公転速度とリング歯車４２の回転速度（何れも角速度）が同じになれば、上記リング歯車４２の回転速度と出力軸３６の回転速度とが同じになる。これに対して、上記公転速度がリング歯車４２の回転速度よりも遅ければ、上記リング歯車４２の回転速度よりも出力軸３６の回転速度が速くなる。反対に、上記公転速度がリング歯車４２の回転速度よりも速ければ、上記リング歯車４２の回転速度よりも出力軸３６の回転速度が遅くなる。
【００４１】従って、上記高速走行時には、前記トロイダル型無段変速機３４の変速比を減速側に変化させる程、無段変速装置全体の変速比は増速側に変化する。この様な高速走行時の状態では、上記トロイダル型無段変速機３４に、入力ディスク２側からではなく、出力ディスク４側からトルクが加わる（低速時に加わるトルクをプラスのトルクとした場合にマイナスのトルクが加わる）。即ち、前記高速用クラッチ５９を接続した状態では、前記エンジン３２から入力軸１５に伝達されたトルクは、前記押圧装置９が前記入力ディスク２を押圧する以前に、前記第二の動力伝達機構４３及び高速用クラッチ５９を介して前記遊星歯車機構３７のリング歯車４２に伝達される。従って、入力軸１５の側から上記押圧装置９を介して入力ディスク２に伝達されるトルクは殆どなくなる。
【００４２】一方、上記第二の動力伝達機構４３を介して前記遊星歯車機構３７のリング歯車４２に伝達されたトルクの一部は、前記各遊星歯車組５１、５１から、キャリア３９及び第一の動力伝達機構４１を介して出力ディスク４に伝わる。この様に出力ディスク４側からトロイダル型無段変速機３４に加わるトルクは、無段変速装置全体の変速比を増速側に変化させるべく、トロイダル型無段変速機３４の変速比を減速側に変化させる程小さくなる。この結果、高速走行時に上記トロイダル型無段変速機３４に入力されるトルクを小さくして、このトロイダル型無段変速機３４の構成部品の耐久性向上を図れる。
【００４３】更に、自動車を後退させるべく、前記出力軸３６を逆回転させる際には、前記低速用、高速用両クラッチ５５、５９の接続を断つと共に、前記後退用クラッチ６３を接続する。この結果、上記リング歯車４２が固定され、上記各遊星歯車組５１、５１が、このリング歯車４２並びに前記太陽歯車３８と噛合しつつ、この太陽歯車３８の周囲を公転する。この結果、この太陽歯車３８並びにこの太陽歯車３８を固定した出力軸３６が、前述した高速走行時並びに上述した低速走行時とは逆方向に回転する。
【００４４】尚、図３は、上述の様な無段変速装置により、無段変速装置全体としての変速比（itotal）を連続して変化させる場合に、トロイダル型無段変速機３４の変速比（icvt）と、このトロイダル型無段変速機３４に入力される入力トルク（Ｔin）と、無段変速装置の出力軸３６から取り出される出力トルク（Ｔs ）とが変化する状態の１例を示している。これら各変速比（itotal）（icvt）並びに各トルク（Ｔin）（Ｔs ）の関係は、トロイダル型無段変速機３４の変速幅、遊星歯車機構３７の構造並びに歯数比、第二の動力伝達機構４３の減速比等に応じて変わる。本発明を実施する場合にこれらの値並びに構造は、設計的に定める。図３に記載した各線を得る為の条件としては、トロイダル型無段変速機３４の変速幅を凡そ４倍（０．５〜２．０）とし、遊星歯車機構３７はそれぞれが１対ずつの遊星歯車５２ａ、５２ｂから成る遊星歯車組５１、５１を備え、第二の動力伝達機構４３の減速比は凡そ２であるとして計算した。又、低速用クラッチ５５と高速用クラッチ５９との切り換えは、無段変速装置全体としての変速比（itotal）が１の場合に行なうとした。
【００４５】尚、実際の無段変速装置を構成する場合には、無段変速装置全体としての変速比（itotal）が１の場合に常に低速用クラッチ５５と高速用クラッチ５９との切り換えを行なう様にすると、上記変速比（itotal）が１の前後で走行している場合に、頻繁にこれら両クラッチ５５、５９の切り換えが行なわれる。この様な事態は、運転者に違和感を与えるだけでなく、これら各クラッチ５５、５９の耐久性にも悪影響を及ぼす。従って、実際の無段変速装置を構成する場合には、上記変速比（itotal）が高くなる場合と低くなる場合とで上記各クラッチ５５、５９の切り換えのタイミングを変える、所謂ヒステリシスを設ける。例えば、上記変速比（itotal）の値が小さくなる（変速比の値が図３の左から右に変化する）際の切り換えのタイミングを、この値が大きくなる（変速比の値が図３の右から左に変化する）際の切り換えのタイミングよりも、変速比の値が小さい時点と（図３の右側に）する。
【００４６】上述の様な条件で試算した結果を示す図３で、縦軸は、トロイダル型無段変速機３４の変速比（icvt）並びに、トロイダル型無段変速機３４の入力トルク（Ｔin）、又は無段変速装置の出力トルク（Ｔs ）と前記エンジン３２（図１１）から前記入力軸１５に伝えられるトルク（Ｔe ）との比（Ｔin／Ｔe ）（Ｔs ／Ｔe ）を、横軸は、無段変速装置全体としての変速比（itotal）を、それぞれ表している。尚、トロイダル型無段変速機３４の変速比（icvt）を示す値がマイナスなのは、このトロイダル型無段変速機３４に組み込んだ出力ディスクの回転方向が入力軸１５の回転方向と逆になる為である。又、実線ａは、上記トロイダル型無段変速機３４の変速比（icvt）を、破線ｂは、上記出力トルク（Ｔs ）と前記エンジン３２から前記入力軸１５に伝えられるトルク（Ｔe ）との比（Ｔs ／Ｔe ）を、鎖線ｃは、上記入力トルク（Ｔin）と前記エンジン３２から前記入力軸４０に伝えられるトルク（Ｔe ）との比（Ｔin／Ｔe ）を、それぞれ表している。この様な図３の記載から明らかな通り、本発明の無段変速装置によれば、高速走行時にトロイダル型無段変速機３４に加わるトルクを小さくできる。図３を求めた条件では、上記入力トルク（Ｔin）を、最大限、上記エンジン３２から前記入力軸１５に伝えられるトルク（Ｔe ）の１４％程度にまで低減できる。更に、条件を変える事により、１０％程度までの低減が可能である。
【００４７】又、上記トロイダル型無段変速機３４の伝達効率は９０％弱であるが、高速走行時には、動力のうちの多くの割合を、伝達効率が高い（１００％に近い）遊星歯車機構３７を介して伝達するので、無段変速機全体としての伝達効率を高くできる。例えば、トロイダル型無段変速機３４の伝達効率を９０％（動力損失が１０％）、遊星歯車機構３７の伝達効率を１００％、入力軸１５から送り込まれたトルクのうち、トロイダル型無段変速機３４を通過するトルクの割合を１０％とすると、このトロイダル型無段変速機３４部分での動力損失は０．１×０．１＝０．０１＝１％となり、無段変速機全体としての伝達効率は１００−１＝９９（％）と、きわめて高くなる。
【００４８】又、本発明の無段変速装置の場合には、前記第二の動力伝達機構４３を構成する第二駆動歯車４６と、上記トロイダル型無段変速機３４を構成するローディングナット４５とを互いに一体としている為、無段変速装置の小型・軽量化を図れる。即ち、上記第二駆動歯車４６とローディングナット４５とを一体とした事により、部品点数を少なくして、部品製作、部品管理、組立作業が何れも容易にできる。又、これら第二駆動歯車４６とローディングナット４５とを直径方向に亙り互いに重ね合わせて配置した分、上記トロイダル型無段変速機３４及び上記第二の動力伝達機構４３の設置部分の軸方向を短縮して、上記無段変速装置の小型・軽量化を図れる。
【００４９】又、この軸方向の短縮に伴って、上記トロイダル型無段変速機３４の剛性を向上させ、強度並びに耐久性の向上を図れる。特に、本例の場合には、上記第二駆動歯車４６とローディングナット４５とを一体とした為、この第二駆動歯車４６と入力軸１５との間に、相対回転を防止する為のスプラインを形成する必要がなく、その分、上記第二駆動歯車４６を設置した部分に於ける上記入力軸１５の外径を大きくして、この入力軸１５の剛性を確保できる。即ち、上記第二駆動歯車４６とローディングナット４５とを別体とした場合には、この第二駆動歯車４６と入力軸１５との間に、相対回転を防止する為のスプラインを形成する必要が生じる。又、ローディングナットを螺合する為に上記入力軸１５の外周面に形成する雄ねじ部の外径は、上記スプラインの谷径以下にする必要がある。この為、上記第二駆動歯車４６とローディングナット４５とを別体とした場合には、上記入力軸１５の外径が小さくなり、この入力軸１５の剛性が低くなるが、本例の場合には、この様な問題をなくせる。
【００５０】次に、図４は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、トロイダル型無段変速機３４（図１参照）に付属の押圧装置９を構成するカム板１０と、第二の動力伝達機構４３を構成する第二駆動歯車４６とを、互いに一体に構成している。即ち、上記カム板１０の外周縁部を直径方向外方に少し延長し、この延長部分を上記第二駆動歯車４６としている。上記カム板１０は入力軸１５の中間部に、ボールスプライン７０により、軸方向に亙る変位のみ自在に支持している。そして、上記カム板１０と上記入力軸１５に螺合固定したローディングナット４５との間に、予圧ばね４７を設けている。この様な本例の構造の場合も、上記トロイダル型無段変速機３４及び上記第二の動力伝達機構４３の設置部分の軸方向を短縮して、上記無段変速装置の小型・軽量化を図れる。又、この軸方向の短縮に伴って、上記トロイダル型無段変速機３４の剛性を向上させ、強度並びに耐久性の向上を図れる。
【００５１】次に、図５は、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、入力軸１５の中間部外周面に動力伝達板７１を螺合固定し、この動力伝達板７１の片側面（図５の右側面）に形成した駆動側突起７２、７２とカム板１０の片側面（図５の左側面）に形成した従動側突起７３、７３とを係合させている。又、上記入力軸１５にはローディングナット４５を、上記動力伝達板７１に隣接した状態で螺合固定し、上記カム板１０から加わるスラスト荷重を支承自在とすると共に、上記動力伝達板７１の緩み止めを図っている。又、上記カム板１０は上記入力軸１５の中間部周囲に、ニードル軸受７４により、回転及び軸方向に亙る変位自在に支持している。更に、トロイダル型無段変速機３４の構成部材である、上記動力伝達板７１の外周寄り部分により、第二の駆動力伝達機構４３（図１参照）を構成する為の第二駆動歯車４６を構成している。
【００５２】上述の様に構成する本例の場合には、上記入力軸１５に対して上記カム板１０を支持する為のボールスプラインを使用しないので、この入力軸１５の剛性がボールスプライン溝により低下する事がない。そして、ボールスプライン溝を省略する代わりに設けた上記動力伝達板７１と上記第二駆動歯車４６とを一体に設けているので、上記トロイダル型無段変速機３４及び上記第二の動力伝達機構４３の設置部分の軸方向を短縮して、上記無段変速装置の小型・軽量化を図れる。又、この軸方向の短縮に伴って、上記トロイダル型無段変速機３４の剛性を向上させ、強度並びに耐久性の向上を図れる。尚、本例を実施する場合に、上記動力伝達板７１とローディングナット４５とを一体にしても良い。
【００５３】次に、図６は、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合には、トロイダル型無段変速機３４（図１参照）を構成する出力ディスク４の外周縁部に歯を形成する事により、この出力ディスク４に、第一の動力伝達機構４１（図１参照）を構成する第一駆動歯車５７としての機能を合わせ持たせている。従って、この第一駆動歯車５７を、上記出力ディスク４と別個に用意する必要はない。この様な本例の構造の場合には、上記トロイダル型無段変速機３４及び上記第一の動力伝達機構４１の設置部分の軸方向を短縮して、無段変速装置の小型・軽量化を図れる。又、この軸方向の短縮に伴って、上記トロイダル型無段変速機３４の剛性を向上させ、強度並びに耐久性の向上を図れる。
【００５４】
【発明の効果】本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、比較的簡単で、小型・軽量、且つ低コストで造れる構造にも拘らず、無段変速装置に組み込んだトロイダル型無段変速機の構成部品に加わる荷重を軽減して、耐久性の向上を図れる。特に、トロイダル型無段変速機及び第一、第二の動力伝達機構４１、４３の設置部分の軸方向寸法の短縮により、小型・軽量化をより進める事ができる。又、伝達効率を高くして、自動車の動力性能並びに燃費性能の向上に寄与できる。更に、部品点数の削減によるコスト低減も図れる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２０４
【氏名又は名称】日本精工株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）２月２０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】小山 武男 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２３０３００ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）８月２７日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３８６１９ |
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