JP2004232718A

JP2004232718A - トロイダル無段変速機

Info

Publication number: JP2004232718A
Application number: JP2003021464A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Oyama; 和男大山; Norikazu Kawai; 則和河合; Tsuneaki Kiyono; 恒昭清野; Hideki Toda; 英樹戸田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】小型・コンパクトで、ＦＦ車に対応できる無段変速機を得る。
【解決手段】エンジンにより回転駆動される変速機入力シャフト１と、トロイダル変速機構ＣＶＴと、遊星歯車機構ＰＧとを備えてトロイダル無段変速機が構成される。トロイダル変速機構の入力ディスク１１，２１が変速機入力シャフト１と第１入力ドライブおよびドリブンギヤ２，４を介して連結される。遊星歯車機構は、第１〜第３サンギヤＳ１〜Ｓ３と、第１〜第３ピニオンギヤＰ１〜Ｐ３と、キャリアシャフトＣおよびギヤボックス３０とを有する。さらに、第１サンギヤおよび第２サンギヤへの入力回転を係脱制御するＩＶＴクラッチ４０およびトルクスプリットクラッチ４５）と、第３サンギヤに連結されて出力回転を取り出すカウンターシャフト３５とを備える。そして、ギヤボックス３０の連結ギヤ３１が出力ディスク１２，２２と噛合する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力ディスクおよび出力ディスクの間に挟持したパワーローラを傾転制御して入力ディスクの回転を無段階に変速して出力ディスクに伝達するように構成されるトロイダル変速機構を備えたトロイダル無段変速機に関する。本発明は特に、トロイダル変速機構に遊星歯車機構を組み合わせて構成されるトロイダル無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トロイダル変速機構は従来から知られており、無段階な滑らかな変速を行うことができるため、自動車の変速機用等として用いることが検討され、一部実用化されつつある。但し、トロイダル変速機構のみでは無段変速可能なレンジをあまり広くできないため、トロイダル変速機構に歯車伝達機構（例えば、遊星歯車機構）を用いて変速レンジを拡大して自動車の変速機用等に用いることができるようにすることも提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３２５４６０５号
【特許文献２】特許第２７７８０３８号
【特許文献３】特許第２７１７６５９号
【特許文献４】特開平１０−２６７１０６号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようにトロイダル変速機構と遊星歯車機構とを組み合わせて構成することにより変速レンジを拡大できるのであるが、変速機の内部構成が複雑化しやすく、且つ変速機が大型化しやすいという問題がある。上記特許文献１〜４に開示の無段変速機においてもトロイダル変速機構と遊星歯車機構を組み合わせた構成の無段変速機が種々提案されているが、それぞれ軸方向寸法が大きくなったり、径方向寸法が大きくなるなど、一長一短であり、できる限りコンパクトで簡易な構成の無段変速機が要望されている。
【０００５】
例えば、特許文献１に開示の無段変速機の場合には、フルトロイダル型の無段変速機構を用いているがこの場合には入出力ディスクの径が大きくなって径方向寸法が大きくなりやすい。また、二組のトロイダルユニットの間に入力ドリブンギヤを挟持し、エンジンからの駆動力を受けて回転される入力ドライブギヤをこの入力ドリブンギヤと噛合させてトロイダル変速機構にエンジンからの回転駆動力を伝達するように構成されているが、入力ドリブンギヤの幅寸法だけトロイダル変速機構の軸方向寸法が大きくなるという問題がある。なお、二組のトロイダルユニットを入力ディスクが隣り合わせなるように接合して配設し、入力ディスクの外周に入力ドリブンギヤを形成すれば、軸方向寸法を縮小できる。しかしながら、この場合には入力ドリブンギヤの径が大きくなり、入力ドライブギヤの回転が減速してトロイダル変速機構に伝達されることになり、トロイダル変速機構に入力されるトルクが大きくなって、トロイダル変速機構の強度、耐久性の低下という問題が発生するおそれがある。なお、トロイダル変速機構を大型化して大きな入力トルクに対応できるようにすることは可能であるが、この場合には無段変速機が大型化するという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１に記載の無段変速機では、トロイダル変速機構と遊星歯車機構とを同軸上に並べて配設しており、径方向寸法を抑えることはできるが軸方向寸法が大きくなる。このため、フロントエンジンリアドライブ車（ＦＲ車）のように前後に長い変速機配設スペースがある車両に適しているが、フロントエンジンフロントドライブ車（ＦＦ車）のようにエンジンを横置にしてその横に変速機を配設する車両に適用するのが難しいという問題がある。
【０００７】
本発明は上記のような問題に鑑みたもので、小型・コンパクトで、ＦＦ車に対応できるような構成の無段変速機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的達成のため、本発明に係る無段変速機は、駆動源からの回転駆動力を受けて回転駆動される変速機入力部材（例えば、実施形態における変速機入力シャフト１）と、トロイダル変速機構と、遊星歯車機構とを備える。トロイダル変速機構は、入力ディスクおよび出力ディスクの間にパワーローラを挟持して構成され、パワーローラを傾転制御して入力ディスクの回転を無段階に変速して出力ディスクに伝達するように構成され、入力ディスクが変速機入力部材と対応して回転するように連結されている。また、遊星歯車機構は、同一軸上に並列に且つ回転自在に配列された第１〜第３サンギヤと、第１〜第３サンギヤの周囲に位置するとともに第１〜第３サンギヤと噛合する第１〜第３ピニオンギヤと、第１〜第３サンギヤと同一軸上に回転自在に配設されるとともに第１〜第３ピニオンギヤを回転自在に支持するキャリア部材（例えば、実施形態におけるキャリアシャフトＣおよびギヤボックス３０）とを有して構成される。この無段変速機はさらに、変速機入力部材の回転を第１サンギヤに伝達する第１回転伝達経路中に配設された第１クラッチ（例えば、実施形態におけるＩＶＴクラッチ４０）と、変速機入力部材の回転を第２サンギヤに伝達する第２回転伝達経路中に配設された第２クラッチ（例えば、実施形態におけるトルクスプリットクラッチ４５）と、第３サンギヤに連結されて出力回転を取り出す変速機出力部材（例えば、実施形態におけるカウンターシャフト３５）とを備える。そして、キャリア部材が出力ディスクと対応して回転するように連結され、第１クラッチおよび第２クラッチが、遊星歯車機構と同軸上に隣接して配設される。
【０００９】
上記のように無段変速機を構成することにより、トロイダル変速機構と遊星歯車機構とを第１及び第２クラッチにより係脱自在に連結してなる小型・コンパクトな構成で、従来には無い新規な構成とすることができる。
【００１０】
なお、上記の構成の無段変速機において、変速機入力部材と入力ディスクとが増速機構を介して連結され、駆動源からの回転が増速機構により増速されて入力ディスクに伝達されるように構成されているのが好ましい。このように構成すれば、駆動源からの回転トルクより小さなトルクがトロイダル変速機構に入力されることになり、トロイダル変速機構の必要容量が小さくなってこれを小型・コンパクト化することができる。
【００１１】
また、上記の構成の無段変速機において、変速機入力部材が駆動源の出力軸に連結された入力シャフトからなり、入力シャフトの回転中心となる第１回転中心軸と、トロイダル変速機構の回転中心となる第２回転中心軸と、遊星歯車機構の回転中心となる第３回転中心軸とが互いに所定距離をおいて平行に延びており、入力シャフト上に固定された第１入力ドライブギヤが、入力ディスクに連結されて配設されるとともに第２回転中心軸上に位置する第１ドリブンギヤと噛合して入力シャフトの回転が前記入力ディスクに伝達され、入力シャフト上に固定された第２入力ドライブギヤが、第１および第２クラッチの入力側部材に連結されるとともに第３回転中心軸上に位置する第２ドリブンギヤと噛合して入力シャフトの回転が第１および第２クラッチの入力側部材に伝達されるように構成され、第１ドライブおよびドリブンギヤと第２ドライブおよびドリブンギヤとに挟まれる軸方向間隔内に、第２回転中心軸上に位置する前記トロイダル変速機構と、第３回転軸上に位置する遊星歯車機構および第１および第２クラッチとが配設されるように構成しても良い。
【００１２】
このように構成すれば、トロイダル変速機構への回転入力位置と遊星歯車機構への回転入力位置との設定の自由度を大きくでき、各機構の配置を適切化して変速機全体を小型コンパクト化することが容易となる。特に、上記のように第１ドライブおよびドリブンギヤと第２ドライブおよびドリブンギヤとに挟まれる軸方向間隔内に、第２回転中心軸上に位置する前記トロイダル変速機構と、第３回転軸上に位置する遊星歯車機構および第１および第２クラッチとが配設されるように構成すれば、変速機の軸方向寸法を短くして変速機を小型コンパクト化することができる。
【００１３】
さらに、上記無段変速機において、第１クラッチを係合させて第１サンギヤを変速機入力部材に対応して回転させるようにした状態において、トロイダル変速機構を所定変速比に設定すると第３サンギヤの回転が零となり、トロイダル変速機構を所定変速比から最大変速比まで変速すると第３サンギヤが第１サンギヤと等速回転するまで前進方向に増速され、トロイダル変速機構を所定変速比から最小変速比まで変速すると第３サンギヤが後進方向に増速されるように構成し、第１クラッチを係合させてトロイダル変速機構を最大変速比まで変速した後、第１クラッチを解放させて第２クラッチを係合させ、トロイダル変速機構を最大変速比から最小変速比まで変速すると第３サンギヤが前進方向に最高速回転まで増速されるように構成するのが好ましい。
【００１４】
このように構成すれば、第１クラッチを係合させた状態でトロイダル変速機構を所定変速比に設定して車両停止状態（ニュートラル状態）を作り出し、この状態からトロイダル変速機構を最小変速比に向かって変速することにより後進制御を行うことができ、逆に最大変速比に向かって変速することにより発進制御およびＬＯＷ変速制御を行うことができる。さらに、ＬＯＷ変速制御を行ってトロイダル変速機構を最大変速比まで変速すると、第１サンギヤと第３サンギヤが等速回転し、第２サンギヤも等速回転するので、第１クラッチを解放して第２クラッチを係合し、トロイダル変速機構を最小変速比まで変速すると、最高速レシオまでの変速制御を行うことができる。これにより、比較的シンプルな制御により大きなトータル変速レシオ範囲での変速制御が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明を適用したトルクスプリットタイプのトロイダル無段変速機の動力伝達経路構成を図１に示し、その内部構造および軸配列構成を図２および図３に示している。この無段変速機は、トロイダル変速機構ＣＶＴと、遊星歯車機構ＰＧと、終減速機構ＦＤと、後輪用トランスファー機構ＴＦを備える。この無段変速機はトーショナルダンパーＴＤを介して駆動源としてのエンジン（図示せず）の出力シャフトに繋がる変速機入力シャフト１を備え、変速機入力シャフト１に伝達されるエンジンの回転駆動力を変速して出力側（例えば、駆動輪）に伝達する。変速機入力シャフト１は変速機ハウジングＨＳＧにより回転自在に支持され、エンジン側（図１および図２における右側）に第１入力ドライブギヤ２が設けられ、反対側に第２入力ドライブギヤ３が設けられている。なお、変速機入力シャフト１の回転中心軸（第１回転中心軸）を符号Ｏ１により示している。
【００１６】
第１入力ドライブギヤ２はトロイダル変速機構ＣＶＴに設けられた第１入力ドリブンギヤ４と噛合し、エンジンからの出力回転が第１入力ドライブおよびドリブンギヤ２，４のギヤ比に応じて変速されてトロイダル変速機構ＣＶＴに伝達される。このトロイダル変速機構ＣＶＴの回転中心軸（第２回転中心軸）を符号Ｏ２により示している。この構成では、第１入力ドライブギヤ２の歯数が第１入力ドリブンギヤ４の歯数より大きく、エンジンの出力回転は増速されてトロイダル変速機構ＣＶＴに伝達される。
【００１７】
第２入力ドライブギヤ３は遊星歯車機構ＰＧに設けられた第２入力ドリブンギヤ５と噛合し、エンジンからの出力回転は第２入力ドライブおよびドリブンギヤ３，５のギヤ比に応じて変速されて遊星歯車機構ＰＧにも伝達される。この遊星歯車機構ＰＧおよび第２入力ドリブンギヤ５の回転中心軸（第３回転中心軸）を符号Ｏ３により示している。なお、第２入力ドライブギヤ３の歯数が第２入力ドリブンギヤ５の歯数より大きく、エンジンの出力回転は増速されて遊星歯車機構ＰＧに伝達される。但し、第２入力ドリブンギヤ５と遊星歯車機構ＰＧとの間にＩＶＴクラッチ４０とトルクスプリットクラッチ４５とが第３回転中心軸Ｏ３上に位置して並列に配設されており、エンジンの出力回転はこれらクラッチ４０，４５により係脱制御されて伝達される。
【００１８】
また、トロイダル変速機構ＣＶＴの出力ディスクギヤ１２ｂ，２２ｂが遊星歯車機構ＰＧを構成する連結ギヤ３１と噛合している。このため、第２入力ドライブ及びドリブンギヤ３，５を介して入力されたエンジンからの回転駆動力とトロイダル変速機構ＣＶＴの出力回転駆動力とが遊星歯車機構ＰＧにより集合されて終減速機ＦＤに伝達される。この無段変速機はＦＦ車用に用いられ、車両の前部にエンジンが横置きに置かれ、このエンジンの側部に変速機が結合して配設されている。このため、終減速機ＦＤに伝達された回転駆動力は、終減速機ＦＤから前アクスルシャフトを介して左右の前輪（図示せず）に伝達される。この回転駆動力はさらに、後輪用トランスファー機構ＴＦを介して分割されて後輪にも伝達され、四輪駆動が行われる。なお、終減速機ＦＤおよび後輪用トランスファー機構ＴＦの回転中心軸（第４および第５回転中心軸）を符号Ｏ４，Ｏ５により示している。
【００１９】
上記の無段変速機を構成するトロイダル変速機構ＣＶＴについてまず説明する。このトロイダル変速機構ＣＶＴは、第２回転軸Ｏ２上に並列に配設された第１および第２トロイダル変速ユニット１０，２０を備える。すなわち、この無段変速機構ＣＶＴはダブルキャビティ型のトロイダル変速機構から構成される。なお、第１および第２トロイダル変速ユニット１０，２０は同一構成であるので、対応する構成部材については下一桁および接尾符号が同一となるようにして示している。
【００２０】
第１トロイダル変速ユニット１０は、断面が半円状となる半ドーナッツ状の内面１１ａを有した第１入力ディスク１１と、この内面１１ａに対して軸方向に対向するとともに断面が半円状となる半ドーナッツ状の内面１２ａを有した第１出力ディスク１２と、第１入力および第１出力ディスク１１，１２の内面１１ａ，１２ａに囲まれた第１キャビティ１３内に配設され、これら内面１１ａ，１２ａと当接した状態で挟持された一対の第１トラニオンアセンブリ１５とから構成される。これら第１トラニオンアセンブリ１５はパワーローラ１５ａを有して構成され、パワーローラ１５ａが内面１１ａ，１２ａと当接した状態で挟持され、且つ第１トラニオンアセンブリ１５の傾転揺動制御によりパワーローラ１５ａが傾転揺動される。なお、これら一対の第１トラニオンアセンブリ１５は両ディスク１１，１２の回転軸を挟んで対向する位置、すなわち、第２回転中心軸Ｏ２を挟んで対称となる位置に配設されている。
【００２１】
第１入力ディスク１１および第１出力ディスク１２は第２回転中心軸Ｏ２上に互いに対向して配設されており、第１入力ディスク１１は第１入力ドリブンギヤ４と結合されており、これと一体回転する。一方、第１出力ディスク１２は第２回転中心軸Ｏ２上に回転自在に配設され、第１出力ディスク１２の外周には第１出力ディスクギヤ１２ｂが形成されている。
【００２２】
第２トロイダル変速ユニット２０は、第１トロイダル変速ユニット１０に対して軸方向左右対称となって構成されており、半ドーナッツ状の内面２１ａを有した第２入力ディスク２１と、この内面２１ａに対して軸方向に対向するとともに半ドーナッツ状の内面２２ａを有した第２出力ディスク２２と、これら内面２１ａ，２２ａに囲まれた第２キャビティ２３内に挟持された一対の第２トラニオンアセンブリ２５とから構成される。これら第２トラニオンアセンブリ２５はパワーローラ２５ａを有して構成され、パワーローラ２５ａが内面２１ａ，２２ａと当接した状態で挟持され、且つ第２トラニオンアセンブリ２５の傾転揺動制御によりパワーローラ２５ａが傾転揺動される。なお、これら一対の第２トラニオンアセンブリ２５は両ディスク２１，２２の回転軸を挟んで対向する位置、すなわち、第２回転中心軸Ｏ２を挟んで対称となる位置に配設されている。
【００２３】
両ディスク２１，２２は第２回転中心軸Ｏ２の上にこれと同軸に互いに対向して配設されており、第２入力ディスク２１は連結シャフト１６により第１入力ディスク１１に結合されており、これと一体回転する。一方、第２出力ディスク２２は連結シャフト１６上に相対回転自在に配設され、且つ第１出力ディスク１２と連結されて一体回転する。なお、第２出力ディスク２２の外周に第１出力ディスクギヤ１２ｂと同一歯数の第２出力ディスクギヤ２２ｂが設けられており、第１および第２ディスクギヤ１２ｂ，２２ｂはやま歯ギヤを構成している。
【００２４】
トロイダル変速機構ＣＶＴにおける第１入力ドリブンギヤ４と反対側の端部（図１および図２の左側端部）に押圧シリンダ２６が取り付けられており、この押圧シリンダ２６内に第２入力ディスク２１が軸方向に摺動自在に嵌入されている。すなわち、第２入力ディスク２１の左端部が押圧ピストンとして機能し、押圧シリンダ２６内にローディング用油圧を作用させて第２入力ディスク２１を右方（第２出力ディスク２２の方）に押圧する。これにより、押圧力に対応する軸方向の力で、第１入出力ディスク１１，１２の間に第１トラニオンアセンブリ１５（パワーローラ１５ａ）を挟持し、第２入出力ディスク２１，２２の間に第２トラニオンアセンブリ２５（パワーローラ２５ａ）を挟持する。
【００２５】
このような構成のトロイダル変速機構ＣＶＴにおける変速作動は、第１および第２トラニオンアセンブリ１５，２５によりパワーローラ１５ａ，２５ａを傾転揺動させて行われる。パワーローラ１５ａ，２５ａを傾転揺動させると、パワーローラ１５ａ，２５ａと入力ディスク１１，２１との接点の位置および出力ディスク１２，２２との接点の位置が変動する。この結果、入力ディスク１１，１２が回転駆動されたときにパワーローラ１５ａ，２５ａを介して回転される出力ディスク２１，２２の回転速度がパワーローラ１５ａ，２５ａの傾転揺動に応じて無段階に変化する。
【００２６】
このことから分かるように、トロイダル変速機構ＣＶＴにおいて、第１および第２トラニオンアセンブリ１５，２５によるパワーローラ１５ａ，２５ａの傾転揺動制御により無段変速制御が行われる。このようにして、入力ディスク１１，２１の回転（第１入力ドリブンギヤ４の回転）が無段変速されて出力ディスク１２，２２に伝達されるのであるが、この出力ディスク１２，２２の外周に形成された第１および第２出力ディスクギヤ１２ｂ，２２ｂは遊星歯車機構ＰＧを構成するやま歯ギヤからなる連結ギヤ３１に噛合し、変速された回転駆動力がこの連結ギヤ３１に伝達される。
【００２７】
遊星歯車機構ＰＧは、図１から良く分かるように、第３回転中心軸Ｏ３上に回転自在に配設されたギヤボックス３０内に第１〜第３遊星歯車列Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３を並列に配設して構成される。ギヤボックス３０内にはこれと一体に結合されてキャリアシャフトＣが設けられており、第１〜第３遊星歯車列Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３は、キャリアシャフトＣ上に配設された第１〜第３ピニオンＰ１〜Ｐ３と、これら第１〜第３ピニオンＰ１〜Ｐ３とそれぞれ噛合するとともに第３回転中心軸Ｏ３と同軸に配設された第１〜第３サンギヤＳ１〜Ｓ３とから構成される。そして、第１サンギヤＳ１はＩＶＴクラッチ４０を介して第２入力ドリブンギヤ５と係脱自在に繋がっており、第２サンギヤＳ２はトルクスプリットクラッチ４５を介して第２入力ドリブンギヤ５と係脱自在に繋がっている。また、第３サンギヤＳ３は、第３回転中心軸Ｏ３上に回転自在に配設されたカウンターシャフト３５と連結されている。
【００２８】
カウンターシャフト３５にはパーキングギヤ５１および終減速ドライブギヤ５２が固設されており、終減速ドライブギヤ５２は、終減速機構ＦＤを構成する終減速ドリブンギヤ５３と噛合している。この終減速ドリブンギヤ５３の回転はデフ機構５４により左右アクスルシャフトを介して左右の前輪（図示せず）に伝達される。終減速ドリブンギヤ５３に隣接するとともにこれに一体結合されて後輪出力ドライブギヤ５５が設けられており、これがトランスファー機構ＴＦの第５回転中心軸Ｏ５上に回転自在に配設された後輪出力ドリブンギヤ５６と噛合している。この後輪出力ドリブンギヤ５６と一体に繋がってベベルドライブギヤ５７が設けられており、これと直交する回転軸を有するベベルドリブンギヤ５８が噛合し、ベベルドリブンギヤ５８と一体に繋がる後輪出力用プロペラシャフト５９から後輪側に回転駆動力が出力される。すなわち、本例の変速機は四輪駆動車用として構成されている。
【００２９】
以上のように、本実施形態に係るトロイダル無段変速機においては、第１入力ドライブおよびドリブンギヤ２，４と第２入力ドライブおよびドリブンギヤ３，５とに挟まれる軸方向間隔内に、第２回転中心軸Ｏ２上に位置してトロイダル変速機構ＣＶＴが配設されており、同時に、第３回転軸Ｏ３上に位置して遊星歯車機構ＰＧ、ＩＶＴクラッチ４０およびトルクスプリットクラッチ４５が配設されている。これにより軸方向寸法を小さくして、ＦＦ車用（もしくは四輪駆動車用）の小型コンパクトな無段変速機を構成している。
【００３０】
以上の構成のトロイダル無段変速機の変速作動を図４の速度線図を参照して説明する。なお、この速度線図において、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｃで示す縦線がそれぞれ第１〜第３サンギヤＳ１，Ｓ２，Ｓ３およびキャリアシャフトＣ（すなわち、ギヤボックス３０）の回転速度を示し、点Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｃ０が速度が零の位置を示し、上方に向かって前進側、下方に向かって後進側速度を示す。また、縦線Ｃと各縦線Ｓ１〜Ｓ３との間隔は、第１〜第３サンギヤＳ１〜Ｓ３の歯数Ｚ_Ｓ１，Ｚ_Ｓ２，Ｚ_Ｓ３と第１〜第３ピニオンＰ１〜Ｐ３の歯数Ｚ_Ｐ１，Ｚ_Ｐ２，Ｚ_Ｐ３とのそれぞれの歯数比に比例する。上記構造から分かるように、第３サンギヤＳ３の回転がカウンターシャフト３５に伝達されて前後輪に伝達されるものであり、第３サンギヤＳ３の回転が出力回転速度に対応する。
【００３１】
上記トロイダル無段変速機を有した車両において、運転席に設けられたシフトレバーをＮもしくはＰレンジ位置に設定したときには、ＩＶＴクラッチ４０およびトルクスプリットクラッチ４５がともにオフにされる。これにより、第２入力ドリブンギヤ５から第１および第２サンギヤＳ１，Ｓ２への回転駆動力伝達は遮断されてこれらサンギヤＳ１，Ｓ２は自由回転状態となる。一方、ギヤボックス３０すなわちキャリアシャフトＣはトロイダル変速機構ＣＶＴにより変速された回転駆動力を受けて回転されるが、キャリアシャフトＣにより支持された第１〜第３ピニオンＰ１，Ｐ２，Ｐ３は第１〜第３サンギヤＳ１，Ｓ２，Ｓ３の回りを空転するだけで、第３サンギヤＳ３からカウンターシャフト３５への回転駆動力伝達はなされず、ニュートラル状態となる。
【００３２】
次に、停車状態からシフトレバーをＤレンジ位置に設定したときにはまずＩＶＴクラッチ４０が係合される。これにより、エンジン回転が第２入力ドライブおよびドリブンギヤ３，５からＩＶＴクラッチ４０を介して第１サンギヤＳ１に伝達される。これにより第１サンギヤＳ１は、第２入力ドライブおよびドリブンギヤ３，５のギヤ比により決まるエンジン回転に対応した回転速度（点Ｓ１１で示す回転速度）となる。このときにキャリアシャフトＣの回転が点Ｃ２の回転となるようにトロイダル変速機構ＣＶＴの変速比を設定すると、第３サンギヤＳ３の回転は点Ｓ３０で示す回転、すなわち、静止状態となり、車両は停止状態で保持される。
【００３３】
この状態から、トロイダル変速機構ＣＶＴの変速比を最大変速比側に変化させてキャリアシャフトＣの回転を点Ｃ１（トロイダル変速機構ＣＶＴの変速比が最大変速比となる点）まで減少させると、第１サンギヤＳ１の回転は点Ｓ１１のままで第３サンギヤＳ３の回転（出力回転）が点Ｓ３１まで上昇する変速制御となる。これにより、車両の発進制御およびＬＯＷ変速制御が行われる（これをＩＶＴモードと称する）。なお、このようにトロイダル変速機構ＣＶＴの変速比が最大変速比となって第３サンギヤＳ３の回転（出力回転）が点Ｓ３１まで上昇した状態では、第１〜第３サンギヤＳ１〜Ｓ３が等速回転する。
【００３４】
この状態まで変速されると、ＩＶＴクラッチ４０は解放され、トルクスプリットクラッチ４５が係合されてモード切替が行われる。この結果、第２入力ドリブンギヤ５から第１サンギヤＳ１への回転駆動力は伝達されなくなり、代わりに第２サンギヤＳ２に回転駆動力が伝達され、第２サンギヤＳ２は、第２入力ドライブおよびドリブンギヤ３，５のギヤ比により決まるエンジン回転に対応した点Ｓ２１で示す回転速度で回転される。
【００３５】
この後に、トロイダル変速機構ＣＶＴの変速比を変化させてキャリアシャフトＣの回転を点Ｃ１から点Ｃ３まで上昇させると、第２サンギヤＳ２の回転は点Ｓ２１のままで第３サンギヤＳ３の回転（出力回転）が点Ｓ３２で示す最高速度変速比（ＯＤ変速比）まで上昇する変速制御となる（これをトルクスプリットモードと称する）。
【００３６】
以上のようにして、カウンターシャフト３５に繋がる第３サンギヤＳ３の回転を点Ｓ３０で示す零の状態から、点Ｓ３１までＩＶＴクラッチ４０を用いたＩＶＴモードでの無段階変速が行われ、さらに、点Ｓ３１から点Ｓ３２までトルクスプリットクラッチ４５を用いたトルクスプリットモードでの無段階変速が行われる。このときに、ＩＶＴモードからトルクスプリットモードへのモード切替は、第１〜第３サンギヤＳ１〜Ｓ３が等速回転となり、キャリアシャフトＣの回転が最小となるとき、すなわちトロイダル変速機構ＣＶＴが最大減速比近傍となるときに行われ、トータルとしての変速レシオレンジを大きくしている。
【００３７】
なお、ＩＶＴクラッチ４０を係合して、第１サンギヤＳ１の回転が点Ｓ１１となり、キャリアシャフトＣの回転が点Ｃ２の回転となるようにトロイダル変速機構ＣＶＴの変速比を設定して第３サンギヤＳ３の回転を点Ｓ３０で示すように静止させた状態から、キャリアシャフトＣの回転を点Ｃ３（トロイダル変速機構ＣＶＴが最小変速比となる点）まで上昇させると、第３サンギヤＳ３の回転は上記とは逆方向に点Ｓ３３まで上昇するが、これによりリバース方向への無段変速制御が行われる。
【００３８】
以上説明したトロイダル無段変速機においては、トロイダル変速機構ＣＶＴにより変速された回転駆動力を受けるギヤボックス３０内に第１〜第３遊星歯車列Ｇ１〜Ｇ３を並列に配設し、このギヤボックス３０に隣接してＩＶＴクラッチ４０およびトルクスプリットクラッチ４５を同軸上に配設しているため、変速機全体の軸方向寸法を抑えて全体を小型コンパクト化することができる。また、変速機入力シャフト１の一端側に第１入力ドライブおよびドリブンギヤ２，４を配設してトロイダル変速機構ＣＶＴへの回転入力を行い、変速機入力シャフト１の他端側に第２入力ドライブおよびドリブンギヤ３，５を配設して遊星歯車機構ＰＧへの回転入力を行うようになっているため、トロイダル変速機構ＣＶＴの軸方向位置と遊星歯車機構ＰＧの軸方向位置との設定自由度が大きく、ＩＶＴクラッチ４０およびトルクスプリットクラッチ４５を遊星歯車機構ＰＧと同軸上にコンパクトに配設することもできる。
【００３９】
また、第１入力ドライブおよびドリブンギヤ２，４はエンジン回転を増速してトロイダル変速機構ＣＶＴに伝達するため、トロイダル変速機構ＣＶＴの入力トルクは小さくなり、これを小型コンパクト化することができる。
【００４０】
さらに、遊星歯車機構ＰＧにおいて、トロイダル変速機構ＣＶＴからの出力回転をギヤボックス３０に伝達し、第２入力ドライブおよびドリブンギヤ２，４からの回転を第１および第２サンギヤＳ１，Ｓ２のいずれかに伝達し、これらをピニオンギヤＰ１〜Ｐ３およびキャリアシャフトＣを介して第３サンギヤＳ３に集合させて伝達するというシンプルな伝達機構構成であり、伝達効率が高い。また、遊星歯車機構ＰＧを構成するサンギヤおよびピニオンギヤは、前進側変速時においてモード切換時にも回転方向が反転することがなく、スムーズな変速制御となる。また、ギヤボックス３０内に固定したキャリアシャフトＣに第１〜第３ピニオンギヤＰ１〜Ｐ３を配設してリングギヤを設けない構成であるため、遊星歯車機構ＰＧの径を小さくしてこれを小型コンパクト化することができる。
【００４１】
図３に示すように、このトロイダル無段変速機においては、第１回転中心軸Ｏ１を有する変速機入力シャフト１の前やや下方に第２回転中心軸Ｏ２を有するトロイダル変速機構ＣＶＴを配設し、第３回転中心軸Ｏ３を有する遊星歯車機構ＰＧを第１回転中心軸Ｏ１の後下方で、第２回転中心軸Ｏ２よりやや下方に配設している。さらに、第４回転中心軸Ｏ４を第３回転中心軸Ｏ３の後方に配設し、第５回転中心軸Ｏ５を第４回転中心軸Ｏ４の後下方に配設している。なお、図３において、矢印Ｆ，Ｒ，Ｕ，Ｄはそれぞれ、車両前方、後方、上方、下方を示している。
【００４２】
上記のような軸配列構成を採用することにより、第１〜第３回転中心軸Ｏ１〜Ｏ３によりそれぞれ噛合接続されたギヤ駆動系を持つことができる三角形配置とすることができる。第２回転中心軸Ｏ２にはトロイダル変速機構ＣＶＴが位置するので、第１回転中心軸Ｏ１が第２回転中心軸Ｏ２にできるかぎり近づくようにするにはトラニオンアセンブリ１５，２５のパワーローラ１５ａ，２５ａを傾転揺動させるための油圧制御装置１７は第１回転中心軸Ｏ１と反対側すなわち前方側となり、トラニオンアセンブリ１５，２５は水平方向に延びて配設されるようになる。また、三角形配置となる第１〜第３回転中心軸Ｏ１〜Ｏ３の下方にオイルストレーナを有したオイル吸入口が設けられ、上方にその他の制御装置が配設される。
【００４３】
上記実施形態においては、車両の前部にエンジンが横置きに置かれ、このエンジンの側部に変速機が結合して配設され、変速機出力回転駆動力が終減速機ＦＤから前輪に伝達され、さらに後輪用トランスファー機構ＴＦを介して後輪にも伝達されて四輪駆動が行われるように構成されている。すなわち、横置きＦＦ車で四輪駆動構成を採用しているが、これを縦置きＦＦ車で四輪駆動構成とした実施形態について図５を参照して説明する。但し、この実施形態に係るトロイダル無段変速機において、図１〜図４に示した実施形態に係るトロイダル無段変速機と同一構成部分については同一番号を付して重複する説明は省略する。
【００４４】
図５においては左側が車両前方となり、エンジンが前後に延びて配設（縦置き配設）されており、その出力軸がトーショナルダンパーＴＤを介して変速機入力シャフト１０１に繋がる。変速機入力シャフト１０１は変速機ハウジングにより回転自在に片持ち支持され、先端に入力ドライブギヤ１０２が設けられている。この入力ドライブギヤ１０２はトロイダル変速機構ＣＶＴに設けられた第１入力ドリブンギヤ１０３と噛合し、エンジンからの出力回転が入力ドライブ１０１および第１入力ドリブンギヤ１０３のギヤ比に応じて変速（例えば、増速）されてトロイダル変速機構ＣＶＴに伝達される。
【００４５】
入力ドライブギヤ１０１は遊星歯車機構ＰＧに設けられた第２入力ドリブンギヤ１０５とも噛合し、エンジンからの出力回転は入力ドライブギヤ１０１および第２入力ドリブンギヤ１０５のギヤ比に応じて変速されて遊星歯車機構ＰＧにも伝達される。第２入力ドリブンギヤ１０５と遊星歯車機構ＰＧとの間にはＩＶＴクラッチ４０とトルクスプリットクラッチ４５と並列に配設されており、エンジンの出力回転はこれらクラッチ４０，４５により係脱制御されて遊星歯車機構ＰＧに伝達される。
【００４６】
トロイダル変速機構ＣＶＴの出力ディスクギヤ１２ｂ，２２ｂが遊星歯車機構ＰＧを構成する連結ギヤ３１と噛合している。なお、トロイダル変速機構ＣＶＴと、ＩＶＴクラッチ４０およびトルクスプリットクラッチ４５を有した遊星歯車機構ＰＧの構成は、上述した第１の実施形態と同一であるので、同一部分に同一番号を付してその説明は省略する。
【００４７】
遊星歯車機構ＰＧからの出力回転部材である第３サンギヤＳ３に連結されたカウンターシャフト３５には、パーキングギヤ５１が固設されるとともにセンターデフ機構７０が繋がっている。センターデフ機構７０は、サンギヤ７１，キャリア７２，ピニオンギヤ７３，リングギヤ７４を有した遊星歯車から構成され、キャリア７２がカウンターシャフト３５と連結されている。サンギヤ７１には後輪に回転駆動力を伝達するプロペラシャフト８６が繋がり、リングギヤ７４には前輪に回転駆動力を伝達する前輪側出力ドライブギヤ８１が連結されている。前輪側出力ドライブギヤ８１は前輪側出力ドリブンギヤ８２と噛合し、前輪側出力ドリブンギヤ８２は終減速ベベルピニオン８３が連結され、終減速ベベルピニオン８３は終減速ベベルギヤ８４と噛合している。終減速ベベルギヤ８４には前輪デフ機構８５が設けられており、終減速ベベルギヤ８４に伝達された回転駆動力は前輪デフ機構８５から左右の前輪（図示せず）に伝達される。
【００４８】
以上の構成から分かるように、エンジンの出力回転は、トロイダル変速機構ＣＶＴ、ＩＶＴクラッチ４０およびトルクスプリットクラッチ４５、遊星歯車機構ＰＧにより変速されてカウンターシャフト３５に出力され、センターデフ機構７０により前輪側と後輪側に伝達される四輪駆動車用として構成されている。なお、変速制御は上述した第１の実施形態の場合と同一であるので、その説明は省略する。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、変速機入力部材と、トロイダル変速機構と、遊星歯車機構とを備え、トロイダル変速機構の入力ディスクが変速機入力部材と対応して回転するように連結され、遊星歯車機構は、同一軸上に並列に且つ回転自在に配列された第１〜第３サンギヤと、これら第１〜第３サンギヤと噛合する第１〜第３ピニオンギヤと、第１〜第３ピニオンギヤを回転自在に支持するキャリア部材とを有して無段変速機が構成され、さらに、変速機入力部材の回転を第１および第２サンギヤに伝達する回転伝達経路中に配設された第１および第２クラッチと、第３サンギヤに連結されて出力回転を取り出す変速機出力部材とを備え、キャリア部材が出力ディスクと対応して回転するように連結され、第１クラッチおよび第２クラッチが、遊星歯車機構と同軸上に隣接して配設されており、このように無段変速機を構成することにより、トロイダル変速機構と遊星歯車機構とを第１及び第２クラッチにより係脱自在に連結してなる小型・コンパクトな構成で、従来には無い新規な構成とすることができる。
【００５０】
なお、上記の構成の無段変速機において、変速機入力部材と入力ディスクとが増速機構を介して連結され、駆動源からの回転が増速機構により増速されて入力ディスクに伝達されるように構成されているのが好ましい。このように構成すれば、駆動源からの回転トルクより小さなトルクがトロイダル変速機構に入力されることになり、トロイダル変速機構の必要容量が小さくなってこれを小型・コンパクト化することができる。
【００５１】
また、上記の構成の無段変速機において、変速機入力部材が駆動源の出力軸に連結された入力シャフトからなり、入力シャフトの第１回転中心軸と、トロイダル変速機構の第２回転中心軸と、遊星歯車機構の第３回転中心軸とが互いに所定距離をおいて平行に延びており、入力シャフトの回転を入力ディスクに伝達する第１ドライブおよびドリブンギヤと、入力シャフトの回転をトロイダル変速機構に伝達する第２ドライブおよびドリブンギヤとに挟まれる軸方向間隔内に、第２回転中心軸上に位置するトロイダル変速機構と、第３回転軸上に位置する遊星歯車機構および第１および第２クラッチとが配設されるように構成しても良い。このように構成すれば、トロイダル変速機構への回転入力位置と遊星歯車機構への回転入力位置との設定の自由度が大きくでき、各機構の配置を適切化して変速機全体を小型コンパクト化することが容易となる。特に、上記のように第１ドライブおよびドリブンギヤと第２ドライブおよびドリブンギヤとに挟まれる軸方向間隔内に、第２回転中心軸上に位置する前記トロイダル変速機構と、第３回転軸上に位置する遊星歯車機構および第１および第２クラッチとが配設されるように構成すれば、変速機の軸方向寸法を短くして変速機を小型コンパクト化することができる。
【００５２】
さらに、上記無段変速機において、第１クラッチを係合させて第１サンギヤを変速機入力部材に対応して回転させるようにした状態において、トロイダル変速機構を所定変速比に設定すると第３サンギヤの回転が零となり、トロイダル変速機構を所定変速比から最大変速比まで変速すると第３サンギヤが第１サンギヤと等速回転するまで前進方向に増速され、トロイダル変速機構を所定変速比から最小変速比まで変速すると第３サンギヤが後進方向に増速されるように構成し、第１クラッチを係合させてトロイダル変速機構を最大変速比まで変速した後、第１クラッチを解放させて第２クラッチを係合させ、トロイダル変速機構を最大変速比から最小変速比まで変速すると第３サンギヤが前進方向に最高速回転まで増速されるように構成するのが好ましい。
【００５３】
このように構成すれば、第１クラッチを係合させた状態でトロイダル変速機構を所定変速比に設定して車両停止状態（ニュートラル状態）を作り出し、この状態からトロイダル変速機構を最小変速比に向かって変速することにより後進制御を行うことができ、逆に最大変速比に向かって変速することにより発進制御およびＬＯＷ変速制御を行うことができる。さらに、ＬＯＷ変速制御を行ってトロイダル変速機構を最大変速比まで変速すると、第１サンギヤと第３サンギヤが等速回転し、第２サンギヤも等速回転するので、第１クラッチを解放して第２クラッチを係合し、トロイダル変速機構を最小変速比まで変速すると、最高速レシオまでの変速制御を行うことができる。これにより、比較的シンプルな制御により大きなトータル変速レシオ範囲での変速制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトロイダル無段変速機の動力伝達経路構成を示すスケルトン図である。
【図２】上記トロイダル無段変速機の内部構造を示す断面図である。
【図３】上記トロイダル無段変速機の軸配置構成を示す側面概略図である。
【図４】上記トロイダル無段変速機の変速作動を説明する速度線図である。
【図５】本発明の異なる実施形態に係るトロイダル無段変速機の動力伝達経路構成を示すスケルトン図である。
【符号の説明】
１変速機入力シャフト
２第１入力ドライブギヤ
３第２入力ドライブギヤ
４第１入力ドリブンギヤ
５第２入力ドリブンギヤ
１１，２１入力ディスク
１２，２２出力ディスク
１５，２５トラニオンアセンブリ
１５ａ，２５ａパワーローラ
３０ギヤボックス
３５カウンターシャフト
４０ＩＶＴクラッチ
４５トルクスプリットクラッチ
ＣＶＴトロイダル変速機構
ＰＧ遊星歯車機構
Ｓ１〜Ｓ３第１〜第３サンギヤ
Ｐ１〜Ｐ３第１〜第３ピニオンギヤ
Ｃキャリアシャフト

Claims

駆動源からの回転駆動力を受けて回転駆動される変速機入力部材と、
入力ディスクおよび出力ディスクの間にパワーローラを挟持して構成され、前記パワーローラを傾転制御して前記入力ディスクの回転を無段階に変速して前記出力ディスクに伝達するように構成され、前記入力ディスクが前記変速機入力部材と対応して回転するように連結されたトロイダル変速機構と、
同一軸上に並列に且つ回転自在に配列された第１〜第３サンギヤ、前記第１〜第３サンギヤの周囲に位置するとともに前記第１〜第３サンギヤと噛合する第１〜第３ピニオンギヤと、前記第１〜第３サンギヤと同一軸上に回転自在に配設されるとともに前記第１〜第３ピニオンギヤを回転自在に支持するキャリア部材とを有して構成される遊星歯車機構と、
前記変速機入力部材の回転を前記第１サンギヤに伝達する第１回転伝達経路中に配設された第１クラッチと、
前記変速機入力部材の回転を前記第２サンギヤに伝達する第２回転伝達経路中に配設された第２クラッチと、
前記第３サンギヤに連結されて出力回転を取り出す変速機出力部材とを備え、
前記キャリア部材が前記出力ディスクと対応して回転するように連結され、
前記第１クラッチおよび前記第２クラッチが、前記遊星歯車機構と同軸上に隣接して配設されていることを特徴とするトロイダル無段変速機。
前記変速機入力部材と前記入力ディスクとが増速機構を介して連結され、前記駆動源からの回転が前記増速機構により増速されて前記入力ディスクに伝達されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のトロイダル無段変速機。
前記変速機入力部材が前記駆動源の出力軸に連結された入力シャフトからなり、前記入力シャフトの回転中心となる第１回転中心軸と、前記トロイダル変速機構の回転中心となる第２回転中心軸と、前記遊星歯車機構の回転中心となる第３回転中心軸とが互いに所定距離をおいて平行に延びており、
前記入力シャフト上に固定された第１入力ドライブギヤが、前記入力ディスクに連結されて配設されるとともに前記第２回転中心軸上に位置する第１ドリブンギヤと噛合して前記入力シャフトの回転が前記入力ディスクに伝達され、
前記入力シャフト上に固定された第２入力ドライブギヤが、前記第１および第２クラッチの入力側部材に連結されるとともに前記第３回転中心軸上に位置する第２ドリブンギヤと噛合して前記入力シャフトの回転が前記第１および第２クラッチの前記入力側部材に伝達されるように構成され、
前記第１ドライブおよびドリブンギヤと前記第２ドライブおよびドリブンギヤとに挟まれる軸方向間隔内に、前記第２回転中心軸上に位置する前記トロイダル変速機構と、前記第３回転軸上に位置する前記遊星歯車機構および前記第１および第２クラッチとが配設されていることを特徴とする請求項１もしくは２に記載のトロイダル無段変速機。
前記第１クラッチを係合させて前記第１サンギヤを前記変速機入力部材に対応して回転させるようにした状態において、前記トロイダル変速機構を所定変速比に設定すると前記第３サンギヤの回転が零となり、前記トロイダル変速機構を前記所定変速比から最大変速比まで変速すると前記第３サンギヤが前記第１サンギヤと等速回転するまで前進方向に増速され、前記トロイダル変速機構を前記所定変速比から最小変速比まで変速すると前記第３サンギヤが後進方向に増速され、
前記第１クラッチを係合させて前記トロイダル変速機構を前記最大変速比まで変速した後、前記第１クラッチを解放させて前記第２クラッチを係合させて前記第２サンギヤを前記変速機入力部材に対応して回転させる状態とし、前記トロイダル変速機構を前記最大変速比から前記最小変速比まで変速すると前記第３サンギヤが前進方向に最高速回転まで増速されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のトロイダル無段変速機。