JP2881760B2 - 無段変速機と有段変速機とを備えた車両用複合変速機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、無段変速機と有段変速機とを備えた複合変
速機に関する。かかる複合変速機は、乗用車やトラック
やバスの他、各種運搬車両、建設車両等、主として内燃
機関を原動機とする車両に適用される。 〔従来技術及びその問題点〕 上記種類の車両における変速機は、その利用目的や使
用形態により差はあるにしても、（Ｉ）積荷、道路状
況、運行目的により変速比を大幅に変化させ得ること、
即ち大きな変速比が得られること（但し、速度比＝出力
軸の回転速度／入力軸の回転速度＝1/減速比、変速比＝
最大速度比／最低速度比）（II）変速操作が容易であ
り、できれば前後進の切換え以外は操作不要であること
（III）燃料消費を少なくするため、原動機の最もエネ
ルギ効率の高い領域を多用できるように、変速機の速度
比を細かく変えられること即ち変速機が多段になってい
ること（IV）変速ショックがないこと又はなるべく小さ
いこと（Ｖ）燃料消費を少なくするため、変速機の伝達
効率が高いこと（VI）使用目的に対して十分な耐久性が
あること（VII）小形、軽量かつ安価であること、等が
要求される。 これに対して、速度比を細かく変えるために変速機を
多段化すれば、変速操作が複雑になって上記要求（II）
に反し、また変速機の構造が複雑化するので、上記要求
（II）及び（VII）にも反する。従って、上記各要求件
（Ｉ）〜（VII）を満たすためには、変速比が連続的に
無段に変えられる無段変速機を使用することが望まし
い。 無段変速機は上記要求（Ｉ）〜（VII）にはある程度
応えられるものであるが、完全なものではない。即ち、
無段変速機では、最低速度比即ち最大減速比の時の大き
な出力トルクに耐え、かつ大きな変速比を確保し、その
上十分な耐久性を得るためには、勢い変速機が大形にな
らざるを得ない。詳述すると、例えばトロイダル形無段
変速機を使用した場合には、第３図において、大きな変
速比を得るためには伝動ローラ（図示せず）と入力ディ
スクＡとの接触点における入力ディスクＡの半径R₁と、
伝動ローラと出力ディスクＢとの接触点における出力デ
ィスクＢの半径R₂との比R₂/R₁を大きくせねばならな
い。また、最低速度比時には、入力ディスクＡの半径R₁
が小さく、伝動ローラとの接触点での曲率半径が小さい
上に、同じ入力トルクに対する垂直荷重F_vが、より高い
速度比の場合の垂直荷重F_v′よりも大きくなるので、入
力ディスクＡの面圧が高くなって耐久性を損なう。従っ
て、耐久性を向上させるためには変速機そのものを大形
化しなければならなくなる。 これに対して従来から動力回生（循環）方式の無段変
速機が使用されている。これは、無段変速機構と固定比
変速機構とを並列に配置し、出力の一部を入力側に戻す
ことにより、無段変速機の変速比以上の変速比を得よう
とするものである。かかる無段変速機構を用いると、前
記要求（Ｉ）〜（IV）は概ね充足するものの、要求
（Ｖ）〜（VII）は充足されない。 なお、従来例の中には、無段変速機と有段変速機を並
設して選択的に使用するものも知られているが（例えば
特開昭58−193965号公報）、無段変速機の種類がベルト
式のものに限定されている。また無段変速機の変速比と
有段変速機の変速比との関係を細かく示すものは知られ
ていない。 また別の従来例では、トロイダル形無段変速機と有段
変速比とを機構上並設したうえで、トロイダル無段変速
機を低速域用に有段変速機を高速域用に使用し、しかも
前者の最高の速度比と後者の最低速度比とがほぼ同一と
なるようにしたものがある（例えば特開昭61−112857号
公報、実開昭62−170861号のマイクロフィルム）。しか
し、有段変速機に変速比は無段変速機の最大又は最小変
速比と略等しくなっており、幅広い変速比を得ることが
できない。 よって、本発明は、有段変速機と無段変速機とを組み
合わせることにより、従来よりも広範な変速比が得られ
る複合変速機を提供することを目的とする。 そこで、本発明では、有段変速機と無段変速機とを単
に組み合わせるのでなく、有段変速機の変速比と無段変
速機の最大又は変速比との関係に注目した。即ち、有段
変速機構は２以上の高速段を有し、該各高速段の変速比
は無段変速機の最大変速比よりも大きくしたのである。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面をもとに説明する。第１
図に示した実施例では、有段変速機構と無段変速機構と
が形の上で直列に配置されている。詳述すると、ハウジ
ング10内には入力軸12が軸受14及び16により回転可能に
支承され、その上には入力ディスク18が相対回転不能に
固定されるとともに出力ディスク20が相対回転可能に遊
嵌されている。両ディスク間には伝動ローラ22が傾動可
能に介装されている。入力軸12の右端（第１図におい
て）にはギヤ24及び連結部26が固定され、ギヤ28が出力
ディスク20とともに回転するようになっている。 上記入力軸12と同一直線上には出力軸30が配置され、
軸受31等により回転可能に支承されている。出力軸30に
は左端から順に、第１、第２、第３、第４、第５及び第
６のギヤ32、38、44、50、56、及び62が相対回転可能に
遊嵌され、第１のギヤ32は連結部34とギヤ36とから成
り、第２のギヤ38は連結部42とギヤ40とから成り、第３
のギヤ44は連結部46とギヤ48とから成り、第４のギヤ50
は連結部54とギヤ52とから成り、第５のギヤ56は連結部
58とギヤ60とから成り、そして第６のギヤ62は連結部64
とギヤ66とから成る。また、出力軸30上には第１、第
２、第３及び第４のクラッチ72、74、76及び78が相対回
転不能かつ軸方向に移動可能に取り付けられ、第１のク
ラッチ72は連結部26又は34に、第２のクラッチ74は連結
部42又は46に、第３のクラッチ76は連結部54又は58に、
そして、第４のクラッチ78は連結部64に各々噛合可能と
なっている。 出力軸30と平行に二本の軸80及び90がその両側に配置
されており、一方の軸80は軸受82及び84により回転可能
に支承されており、他方の軸90は軸受92及び93により回
転可能に支承されている。一方の軸80の左端にはギヤ86
が固定されて、前記ギヤ28と噛合しており、右端にはギ
ヤ88が固定されアイドルギヤ89を介して上記ギヤ66と噛
合している。他方の軸92には左端から順に第１、第２、
第３、第４、第５及び第６のギヤ94、96、98、100、102
及び106が固定され、第１のギヤ94はギヤ24と、第２の
ギヤ96はギヤ36と、第３のギヤ98はギヤ40と、第４のギ
ヤ100はギヤ48と、第５のギヤ102はギヤ104を介してギ
ヤ52と、そして第６のギヤ106はギヤ60と各々噛合して
いる。 次に本実施例の作動を説明する。 まず無段変速機構Ａを使用する場合について説明す
る。この時には、すべてのクラッチ72、74、76及び78を
中立位置にしておく（これにより有段変速機構Ｂは作動
しない）。この状態では、入力軸12即ち入力ディスク18
の回転数に伝動ローラ22の傾動角度により決定される速
度比を乗じたものが出力ディスク20の回転数になり、回
転方向は入力ディスクと反対である。この速度比は伝動
ローラ22の傾動角度を変えることにより、連続的にかつ
任意に選択できる。出力ディスク20の回転はギヤ28及び
86を介して軸80に伝達され、軸80は出力ディスク20とは
反対方向に回転する。軸80の回転は、ギヤ88、89及び66
を介して出力軸30に伝動され、出力軸30は軸80と同方向
即ち入力軸12と同方向に回転する。 一方、有段変速機Ｂを使うときは、適当な方法により
無段変速機Ａは最大速度比位置に変速しておく。この状
態で、例えば第１のクラッチ72を連結部26に連結すれ
ば、ギヤ24と94とが噛合されてH₃（直結）になり、連結
部34に連結すればギヤ36と96とが噛合されてH₂になる。
また第２のクラッチ74を連結部42に連結すればギヤ40と
98とが噛合されてH₁になり、連結部46に連結すればギヤ
48と100とが噛合されてH₀になる。以上H₃〜H₀が高速段
であり、出力軸30は各対ギヤの組合せで決まる速度比
で、入力軸12と同方向に回転する。 また、第３のクラッチ76を連結部54に連結すればギヤ
52、104及び102が噛合されて後進段Ｒとなり、連結部58
に連結すればギヤ60と106とが噛合されて微速段LLとな
る。このときには無段変速機Ａは最低速度比位置に変速
しておく。以上H₃、H₂、H₁、H₀、Ｒ及びLLにより有段変
速機が構成され、第４のクラッチ78を連結部64の連結す
ればギヤ88、89及び66が噛合わされて低速段Ｌ（無段変
速状態）になる。 無段変速機構Ａにより変速を行なった場合、及び有段
変速機Ｂにより変速を行なった場合における、車速とエ
ンジン回転数との関係が第２図に示されている。同図か
ら明らかなように、有段変速機構Ｂの高速段の第１段H₀
が無段変速機構Ｂによる低速段のうち最も高速側の領域
に重複しており、第２段H₂はこれから高速側に外れてい
る。微速段LL及び後退段Ｒは低速段のうち最も低速側の
領域から更に低速側に外れている。 次に、上記実施例により得られる効果について述べ
る。無段変速機構Ａの変速領域と、有段変速機構の変速
領域とを併せて、実質的に大きな変速比を得ることがで
きる。発進、加速及び中・低速走行は無段変速機構Ａを
用いた低速段のみで走行でき、これにより従来の手動変
速機では発進及び加速時に頻繁に行なわねばならなかっ
た変速操作から開放される。従って変速以外の操舵等に
集中でき、安全運転が可能となるとともに、運転者の疲
労が少なくなる。また有段変速機構Ｂで発生し易い低速
段での変速ショックが解消する。中・高速走行は有段変
速機構Ｂのみを用いて行なえる。無段変速機構Ａは有段
変速機構Ｂよりも伝達効率が悪いが、全体の走行距離に
比べれば低速段を使用する場合は少なく、効率の悪さが
車両の燃費に影響する度合は小さい。 中・高速走行は有段変速機構Ｂのみを用いて走行でき
る。高速段では変速機の速度比が大きいため、従来の変
速機でも変速ショックは余り問題になっていない。また
中・高速走行状態では、変速操作の頻度は少ないので、
有段変速であっても変速操作の煩わしさは少ない。高速
段は従来の手動変速機と同じ構造の有段変速機なので、
伝達効率が高く、無段変速機構のみの場合のような燃費
の低下がない。 また手動変速機では数段を要する変速領域を無段変速
機構Ａの低速段１段だけでまかなえるので、余分な段数
を高速段に振り向けて高速段を多段化することができ
る。これにより、原動機のエネルギ効率の高い領域を多
用できるようになり、燃費を改善できる。また、駐車、
幅寄せ等車両を細かく移動する場合には、通常走行の最
低速度よりも更に低速で走行できることが望ましいが、
無段変速機構の最小速度比位置よりも更に小さい速度比
の微速段LLが設けられているので、かかる場合にも対処
できる。この点に関し実施例においては、微速段は通常
は走行中に変速する必要がないので、無段変速機構Ａを
介さないで動力を伝達するようになっており、その結
果、無段変速機構の使用頻度が減少し寿命が延びる。 なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、その趣旨を損ねない範囲において適宜変更、改良で
きることは勿論である。 〔発明の効果〕 以上述べてきたように、本発明によれば、有段変速機
を、無段変速機の最大変速比よりも大きい変速比を有す
る２以上の高速段で構成した。従って、無段変速機のみ
で通常得られる変速比よりも更に大きい２以上の変速比
が得られ、車両の種類に応じて最適の変速比で走行する
ことができる。 なお、トロイダル形無段変速機はベルト式のものに比
べて入出力軸と直角な方向における変速機の断面形状を
小さくでき、入力ディスクと出力ディスクとを同軸上に
配置できるから、複合変速機全体の上記方向の断面形状
を小さくできる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１の実施例を示す機構摸式図、第２
図はその作図説明図、第３図は従来の問題点を説明する
ための説明図である。 〔主要部分の符号の説明〕 12……入力軸、72.74.76.78……クラッチ 18……入力ディスク、80、90……軸 ２……出力ディスク 22……伝動ローラ 30……出力軸

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．入力軸上に並設され、入力ディスク、これに対向す
   る出力ディスク、及び該両ディスク間に介装された伝動
   ローラから成るトロイダル形無段変速機と、 前記入力軸と同軸上に配置された出力軸上に並設された
   複数の第１ギヤー、前記出力軸と平行な別の軸上に並設
   された複数の第２ギヤー、及び前記第１のギヤーの何れ
   かと第２のギヤーの何れかとを選択的に噛合させるクラ
   ッチ手段を含む第１の有段変速機と、を有し、 前記第１の有段変速機は２つ以上の高速段を有し、該各
   高速段の変速比は前記無段変速機の最大変速比よりも大
   きくされていることを特徴とする、無段変速機と有段変
   速機とを備えた車両用複合変速機。 ２．前記無段変速機の最小変速比よりも小さい変速比の
   微速段を有する第２の有段変速機を含む特許請求の範囲
   第１項に記載の車両用複合変速機。