JP3701774B2 - 無段変速機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動回転部材及び従動回転部材を変速回転部材に接触させるとともに、その接触部を移動させることにより駆動回転部材から従動回転部材への動力伝達と変速とを行う無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる無段変速機は、例えば特公昭４７−４４７号公報に記載されているように既に知られている。この種の無段変速機は、駆動回転部材が接触する円錐状の第１摩擦伝達面及び従動回転部材が接触する円錐状の第２摩擦伝達面から構成された変速回転部材を備えてなり、駆動回転部材の接触部を第１摩擦伝達面の底面側に移動させるとともに従動回転部材の接触部を第２摩擦伝達面の頂点側に移動させることにより変速比をＬＯＷ側に変化させ、また駆動回転部材の接触部を第１摩擦伝達面の頂点側に移動させるとともに従動回転部材の接触部を第２摩擦伝達面の底面側に移動させることにより変速比をＴＯＰ側に変化させるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような無段変速機では変速比のレンジに制限があり、充分な変速比のレンジを確保することが難しく、そのために自動発進クラッチを別途設ける必要があった。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、無段変速機の変速比のレンジを拡大し、自動発進機能まで実現することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、ケーシングと、ケーシング内に設けた変速機主軸に回転自在に支持された駆動回転部材と、変速機主軸に支持された従動回転部材と、変速機主軸に沿って移動自在なキャリアと、変速機主軸の軸線を中心線とする円錐母線に沿うようにキャリアに支持された支持軸と、前記支持軸に回転自在に支持され、該支持軸の軸線に対して傾斜し且つ互いに傾斜方向を反対にした第１、第２母線を該軸線回りに回転させて形成した第１摩擦伝達面及び第２摩擦伝達面が、それぞれ前記駆動回転部材及び従動回転部材に接触する変速回転部材とを備えてなり、それら接触部を前記第１、第２母線に沿って移動させることにより変速を行う無段変速機において、ケーシングに対するキャリアの変速機主軸回りの回転速度を制御するキャリア回転制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、キャリアをケーシングに固定して回転速度をゼロに設定すると、変速回転部材と駆動回転部材及び従動回転部材との接触部の移動による通常の変速が行われる。またキャリアの自由回転が可能な状態、キャリアの自由回転に制動力を加えた状態、キャリアを積極的に回転駆動する状態を切り換えることにより、接触部の移動による変速比の制御に加えて更にきめ細かい変速比の制御が可能となり、変速比のレンジを拡大することができる。このことは自動発進機能を実現できることを意味する。つまりキャリアが自由回転可能な状態から徐々に回転を止めていけば自動発進が可能となる。
【０００７】
また請求項２に記載された発明は、請求項１の構成に加えて、前記キャリア回転制御手段が、キャリアからケーシングへのトルク伝達を制御するブレーキであることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、キャリアを所定速度で自由回転させて無段変速機の変速比のレンジを増加方向に向けて拡大することができる。
【０００９】
また請求項３に記載された発明は、請求項１の構成に加えて、前記キャリア回転制御手段が、ケーシングに対してキャリアを回転駆動するアクチュエータであることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、キャリアを積極的に回転させて無段変速機の変速比のレンジを増加方向及び減少方向に向けて拡大することができるだけでなく、キャリア回転制御手段の駆動力で従動回転部材を駆動することもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１２】
図１〜図５は本発明の第１実施例を示すもので、図１は車両用パワーユニットの縦断面図、図２は図１の要部拡大図、図３は図２の要部拡大図（ＬＯＷレシオ）、図４は図２の要部拡大図（ＴＯＰレシオ）、図５は図２の５−５線断面図である。
【００１３】
図１に示すように、このパワーユニットＰは自動二輪車に搭載されるものであって、エンジンＥ及び無段変速機Ｔを収納するケーシング１を備える。ケーシング１は、センターケーシング２と、センターケーシング２の左側面に結合される左ケーシング３と、センターケーシング２の右側面に結合される右ケーシング４とに３分割される。センターケーシング２及び左ケーシング３に一対のボールベアリング５，５を介して支持されたクランクシャフト６は、同じくセンターケーシング２及び左ケーシング３に支持されたシリンダブロック７に摺動自在に嵌合するピストン８にコネクティングロッド９を介して連接される。
【００１４】
クランクシャフト６の左端には発電機１０が設けられており、この発電機１０は左ケーシング３の左側面に結合された発電機カバー１１により覆われる。右ケーシング４の内部に延出するクランクシャフト６の右端にドライブギヤ１２が固定される。
【００１５】
図２を併せて参照すると明らかなように、無段変速機Ｔの変速機主軸２１には前記ドライブギヤ１２に噛合するドリブンギヤ２５が固定される。ドリブンギヤ２５は変速機主軸２１にスプライン結合された内側ギヤ半体２６と、この内側ギヤ半体２６に複数個のゴムダンパー２８…を介して僅かに相対回転し得るように結合されて前記ドライブギヤ１２に噛合する外側ギヤ半体２７とから構成される。ドライブギヤ１２からドリブンギヤ２５を経て変速機主軸２１に伝達されるエンジントルクが変動したとき、前記ゴムダンパー２８…の変形によりショックの発生が軽減される。
【００１６】
変速機主軸２１の外周には、半径方向外側を向く摩擦接触面を備えた駆動回転部材２９がスプライン結合されるとともに、半径方向内側を向く摩擦接触面を備えた従動回転部材３０がニードルベアリング２２を介して相対回転自在に支持される。概略円錐状に形成されたキャリア第１半体３１が変速機主軸２１の外周にニードルベアリング２３を介して相対回転可能且つ軸方向摺動可能に支持され、このキャリア第１半体３１に概略カップ状のキャリア第２半体３２が結合される。キャリア第２半体３２の外周にはギヤ３２₁ が形成される。
【００１７】
図１及び図２から明らかなように、センターケーシング２に固定したカバー部材５０に電磁ブレーキよりなるキャリア回転制御手段３５が支持される。センターケーシング２及びカバー部材５０間に支持した増速軸４２に第１増速ギヤ４３及び第２増速ギヤ４４が設けられており、キャリア第２半体３２のギヤ３２₁ が第１増速ギヤ４３に噛み合うとともに、キャリア回転制御手段３５の回転軸に設けた第３増速ギヤ４５が第２増速ギヤ４４に噛み合っている。このように、キャリア第２半体３２のギヤ３２₁ の回転を増速してキャリア回転制御手段３５に伝達するので、小容量のキャリア回転制御手段３５によって大きな制動力を発生させることができる。
【００１８】
而して、キャリア回転制御手段３５に対する通電を遮断して回転軸３６の制動を解除すると、両キャリア半体３１，３２は変速機主軸２１回りに自由に回転することができる。またキャリア回転制御手段３５に通電して回転軸３６を制動すると、両キャリア半体３１，３２の変速機主軸２１回りの回転に制動力を与え、或いは両キャリア半体３１，３２をケーシング１に対して回転不能に固定することができる。尚、両キャリア半体３１，３２の回転が制動或いは拘束されても、その軸線Ｌ方向の移動は可能である。
【００１９】
図３及び図４から明らかなように、キャリア第１半体３１に形成された複数の窓孔３１₁ …を横切るように複数の支持軸３７…が架設されており、各支持軸３７にニードルベアリング３８，３８を介して変速回転部材３９が回転自在且つ軸方向摺動自在に支持される。支持軸３７…は変速機主軸２１の軸線Ｌを中心線とする円錐母線上に配置されている。各変速回転部材３９は底面を共有する円錐状の第１摩擦伝達面４０及び第２摩擦伝達面４１から構成されており、第１摩擦伝達面４０は駆動回転部材２９に第１接触部Ｐ₁ において当接するとともに、第２摩擦伝達面４１は従動回転部材３０に第２接触部Ｐ₂ において当接する。
【００２０】
図２に示すように、キャリア第２半体３２の内部に、変速機主軸２１の回転数に応じて両キャリア半体３１，３２を軸方向に摺動させて無段変速機Ｔの変速比を変更する遠心機構５１が設けられる。遠心機構５１は、変速機主軸２１に固定された固定カム部材５２と、変速機主軸２１に軸方向摺動自在に支持されて前記固定カム部材５２と一体に回転する可動カム部材５３と、固定カム部材５２のカム面５２₁ 及び可動カム部材５３のカム面５３₁ 間に配置された複数の遠心ウエイト５４…とから構成される。可動カム部材５３とキャリア第２半体３２とをボールベアリング５５で結合することにより、両者は相対回転を許容された状態で軸方向に一体に移動する。
【００２１】
変速機主軸２１の右端近傍はセンターケーシング２に固定したカバー部材５０にボールベアリング５６を介して支持されており、そのカバー部材５０とキャリア第２半体３２との間に縮設したスプリング５７の弾発力で、キャリア第１半体３１及びキャリア第２半体３２は左方向に付勢される。従って、変速機主軸２１の回転数が増加すると遠心力で遠心ウエイト５４…が半径方向外側に移動して両カム面５２₁ ，５３₁ を押圧するため、可動カム部材５３がスプリング５７の弾発力に抗して右方向に移動し、この可動カム部材５３にボールベアリング５５を介して接続されたキャリア第２半体３２がキャリア第１半体３１と共に右方向に移動する。
【００２２】
図３及び図４に示すように、変速比が何れの状態でも変速機主軸２１の軸線Ｌから測った駆動回転部材２９の第１接触部Ｐ₁ の距離Ａは一定値となり、支持軸３７から測った駆動回転部材２９の第１接触部Ｐ₁ の距離Ｂは可変値（Ｂ_L ，Ｂ_T ）となる。また、支持軸３７から測った従動回転部材３０の第２接触部Ｐ₂ の距離Ｃは可変値（Ｃ_L ，Ｃ_T ）となり、変速機主軸２１の軸線Ｌから測った従動回転部材３０の第２接触部Ｐ₂ の距離Ｄは一定値となる。
【００２３】
駆動回転部材２９の回転数をＮ_DRとし、従動回転部材３０の回転数をＮ_DNとして変速比ＲをＲ＝Ｎ_DR／Ｎ_DNで定義すると、変速比Ｒは、
Ｒ＝Ｎ_DR／Ｎ_DN＝（Ｂ／Ａ）×（Ｄ／Ｃ）
により与えられる。
【００２４】
図１及び図２から明らかなように、変速機主軸２１の外周にボールベアリング５８を介して相対回転自在に支持された出力ギヤ５９の右端と、前記従動回転部材３０の左端との間に調圧カム機構６０が設けられる。図５から明らかなように、調圧カム機構６０は、出力ギヤ５９の右端に形成した複数の凹部５９₁ …と従動回転部材３０の左端に形成した複数の凹部３０₁ …との間にボール６１…を挟持したものであり、出力ギヤ５９と従動回転部材３０とに間には従動回転部材３０を右方向に付勢する予荷重を与えるように皿バネ６２が介装される。従動回転部材３０にトルクが作用して出力ギヤ５９との間に相対回転が生じると、調圧カム機構６０により従動回転部材３０が出力ギヤ５９から離反する方向（右方向）に付勢される。
【００２５】
第３減速ギヤ６３が、左ケーシング３との間に配置したボールベアリング６４、変速機主軸２１との間に配置したニードルベアリング６５及び出力ギヤ５９との間に配置したボールベアリング６６によって回転自在に支持される。左ケーシング３及び中央ケーシング２にボールベアリング６７及びニードルベアリング６８を介して減速軸６９が支持されており、減速軸６９に設けた第１減速ギヤ７０及び第２減速ギヤ７１がそれぞれ前記出力ギヤ５９及び第３減速ギヤ６３に噛合する。左ケーシング３から外部に突出する第３減速ギヤ６３の軸部先端に、無端チェーン７２を巻き掛けた駆動スプロケット７３が設けられる。従って、変速機主軸２１の回転は出力ギヤ５９、第１減速ギヤ７０、第２減速ギヤ７１、第３減速ギヤ６３、駆動スプロケット７３及び無端チェーン７２を介して駆動輪に伝達される。
【００２６】
次に、キャリア回転制御手段３５により両キャリア半体３１，３２の回転を拘束したときの作用を説明する。
【００２７】
図３に示すように、エンジンＥの低速回転時にはドライブギヤ１２により駆動されるドリブンギヤ２５の回転数が低いため、遠心機構５１の遠心ウエイト５４…に作用する遠心力も小さくなり、両キャリア半体３１，３２はスプリング５７の弾発力で左方向に移動する。キャリア第１半体３１が左方向に移動すると、駆動回転部材２９の第１接触部Ｐ₁ が第１摩擦伝達部材４０の底面側に移動して距離Ｂは最大値Ｂ_L に増加するとともに、従動回転部材３０の第２接触部Ｐ₂ が第２摩擦伝達面４１の頂点側に移動して距離Ｃが最小値Ｃ_L に減少する。
【００２８】
このとき、前記距離Ａ，Ｄは一定値であるため、距離Ｂが最大値Ｂ_L に増加し、距離Ｃが最小値Ｃ_L に減少すると、前記変速比Ｒが大きくなってＬＯＷレシオに変速される。
【００２９】
一方、図４に示すように、エンジンＥの高速回転時にはドライブギヤ１２により駆動されるドリブンギヤ２５の回転数が高いため、遠心機構５１の遠心ウエイト５４…に作用する遠心力も大きくなり、両キャリア半体３１，３２は遠心力で半径方向外側に移動する遠心ウエイト５４…の作用でスプリング５７の弾発力に抗して右方向に移動する。キャリア第１半体３１が右方向に移動すると、駆動回転部材２９の第１接触部Ｐ₁ が第１摩擦伝達面４０の頂点側に移動して距離Ｂが最小値Ｂ_T に減少するとともに、従動回転部材３０の第２接触部Ｐ₂ が第２摩擦伝達面４１の底面側に移動して距離Ｃが最大値Ｃ_T に増加する。
【００３０】
このとき、前記距離Ａ，Ｄは一定値であるため、距離Ｂが最小値Ｂ_T に減少し、距離Ｃが最大値Ｃ_T に増加すると、前記変速比Ｒが小さくなってＴＯＰレシオに変速される。
【００３１】
上述のようにして、車両の走行中に駆動回転部材２９の回転は変速回転部材３９…を介して従動回転部材３０に所定の変速比Ｒで伝達され、更に従動回転部材３０の回転は調圧カム機構６０を介して出力ギヤ５９に伝達される。このとき、従動回転部材３０に作用するトルクで出力ギヤ５９との間に相対回転が生じると、調圧カム機構６０により従動回転部材３０が出力ギヤ５９から離反する方向に付勢される。この付勢力は皿バネ６２による付勢力と協働して、駆動回転部材２９の第１接触部Ｐ₁ を第１摩擦伝達面４０に圧接する面圧と、従動回転部材３０の第２接触部Ｐ₂ を第２摩擦伝達面４１に圧接する面圧とを発生させる。
【００３２】
次に、キャリア回転制御手段３５に対する通電を解除或いは弱めて両キャリア半体３１，３２を回転可能にしたときの作用を説明する。
【００３３】
車両の発進時に予めキャリア回転制御手段３５に対する通電を解除しておき、両キャリア半体３１，３２がケーシング１に対して自由に回転できる状態にしておく。エンジンＥのクランクシャフト６の回転がドライブギヤ１２及びドリブンギヤ２５を介して変速機主軸２１に伝達されたとき、仮に両キャリア半体３１，３２が回転不能に固定されていれば、変速機主軸２１のトルクは駆動回転部材２９、変速回転部材３９及び従動回転部材３０を経て車輪に伝達されるが、実際にはキャリア回転制御手段３５に対する通電が解除されているため、両キャリア半体３１，３２が空転して従動回転部材３０にトルクが伝達されることはない。即ち、無段変速機Ｔの変速比は無限大の状態になる。
【００３４】
この状態からキャリア回転制御手段３５に対する通電量を次第に増加させ、両キャリア半体３１，３２の回転に制動力を加えていくと、その回転数の低下に伴って変速比が無限大から減少する。そして両キャリア半体３１，３２がケーシング１に回転不能に固定されたとき、変速比は図３に示すＬＯＷの状態になる。このように、車両の発進時に両キャリア半体３１，３２を自由に回転し得る状態からケーシング１に回転不能に固定された状態へと移行させることにより、変速比を無限大からからＬＯＷまで変化させてスムーズな発進を可能にすることができる。両キャリア半体３１，３２の回転を上述のように制御することにより、自動発進クラッチを廃止しても発進が可能になる。またキャリア回転制御手段３５による制動力を予め所定値に設定しておけば、無段変速機Ｔに過剰なトルクが入力したときに両キャリア半体３１，３２をケーシング１に対してスリップさせ、トルクリミッターとして機能させることもできる。
【００３５】
本実施例では自動遠心クラッチよりなる自動発進クラッチを用いていないので、エンジンブレーキを作動させたときにエンジン回転数がアイドル回転数に近づいてもエンジンＥと車輪との接続が保たれる。従って、自動遠心クラッチが係合解除した後に継続してエンジンブレーキを作動させるために従来必要であった一方向クラッチを廃止することができる。
【００３６】
次に、本発明の第２実施例を説明する。
【００３７】
第１実施例のキャリア回転制御手段３５は、キャリア第１半体３１及びキャリア第２半体３２の回転を制動する電磁ブレーキから構成されているのに対し、第２実施例のキャリア回転制御手段３５は、キャリア第１半体３１及びキャリア第２半体３２を回転駆動する電気モータ等のアクチュエータから構成されている。キャリア回転制御手段３５に通電すると回転軸３６が回転し、その回転がギヤ３６₁ ，３２₁ を介してキャリア第２半体３２に伝達され、キャリア第２半体３２をキャリア第１半体３１と一体で回転させる。キャリア回転制御手段３５にはブレーキ装置が付設されており、両キャリア半体３１，３２をケーシング１に回転不能に拘束することもできる。
【００３８】
而して、キャリア回転制御手段３５で両キャリア半体３１，３２を従動回転部材３２と同方向に駆動してやれば、従動回転部材３２の回転数が増加して変速比が小さい側にシフトし、逆にキャリア回転制御手段３５で両キャリア半体３１，３２を従動回転部材３２と逆方向に駆動してやれば、従動回転部材３２の回転数が減少して変速比が大きい側にシフトする。このように、遠心機構５１による変速制御にキャリア回転制御手段３５による変速制御を組み合わせることにより、無段変速機Ｔの変速比を一層きめ細かく制御することができる。勿論、両キャリア半体３１，３２をケーシング１に拘束すれば、遠心機構５１による前記ＬＯＷ状態とＴＯＰ状態との間の通常の変速が可能である。
【００３９】
またエンジンＥが停止した状態でも、キャリア回転制御手段３５で両キャリア半体３１，３２を正転方向又は逆転方向に駆動すれば、車両を前進走行又は後進走行させることができるため、車両を押して移動させる際の取り回しが容易になる。
【００４０】
以上、本発明の実施例を詳述したが、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。
【００４１】
例えば、実施例ではキャリア回転制御手段３５として電磁ブレーキ及び電気モータを例示したが、それを油圧ブレーキ及び油圧アクチュエータに置き換えることも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、ケーシングに対するキャリアの変速機主軸回りの回転速度を制御するキャリア回転制御手段を設けたので、キャリアをケーシングに固定して回転速度をゼロに設定して変速回転部材と駆動、受動回転部材との接触部の移動による通常の変速を行えるのは勿論のこと、キャリアに制動力や駆動力を加えて更にきめ細かい変速比の制御を行って変速比のレンジを拡大することができる。またキャリアが自由回転可能な状態から徐々に回転を止めていけば、変速比が無限大の状態から次第に減少するので車両の自動発進が可能となる。
【００４３】
また請求項２に記載された発明によれば、前記キャリア回転制御手段が、キャリアからケーシングへのトルク伝達を制御するブレーキであるので、キャリアを所定速度で自由回転させて無段変速機の変速比のレンジを増加方向に向けて拡大することができる。
【００４４】
また請求項３に記載された発明によれば前記キャリア回転制御手段が、ケーシングに対してキャリアを回転駆動するアクチュエータであるので、キャリアを積極的に回転させて無段変速機の変速比のレンジを増加方向及び減少方向に向けて拡大することができるだけでなく、キャリア回転制御手段の駆動力で従動回転部材を駆動することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用パワーユニットの縦断面図
【図２】図１の要部拡大図
【図３】図２の要部拡大図（ＬＯＷレシオ）
【図４】図２の要部拡大図（ＴＯＰレシオ）
【図５】図２の５−５線断面図
【符号の説明】
１ ケーシング
２１ 変速機主軸
２９ 駆動回転部材
３０ 従動回転部材
３１ キャリア第１半体（キャリア）
３２ キャリア第２半体（キャリア）
３５ キャリア回転制御手段
３７ 支持軸
３９ 変速回転部材
４０ 第１摩擦伝達面
４１ 第２摩擦伝達面

Claims (3)

1. ケーシング（１）と、
   ケーシング（１）内に設けた変速機主軸（２１）に回転自在に支持された駆動回転部材（２９）と、
   変速機主軸（２１）に支持された従動回転部材（３０）と、
   変速機主軸（２１）に沿って移動自在なキャリア（３１，３２）と、
   変速機主軸（２１）の軸線を中心線とする円錐母線に沿うようにキャリア（３１，３２）に支持された支持軸（３７）と、
   前記支持軸（３７）に回転自在に支持され、該支持軸（３７）の軸線に対して傾斜し且つ互いに傾斜方向を反対にした第１、第２母線を該軸線回りに回転させて形成した第１摩擦伝達面（４０）及び第２摩擦伝達面（４１）が、それぞれ前記駆動回転部材（２９）及び従動回転部材（３０）に接触する変速回転部材（３９）と、
   を備えてなり、それら接触部を前記第１、第２母線に沿って移動させることにより変速を行う無段変速機において、
   ケーシング（１）に対するキャリア（３１，３２）の変速機主軸（２１）回りの回転速度を制御するキャリア回転制御手段（３５）を設けたことを特徴とする無段変速機。
2. 前記キャリア回転制御手段（３５）が、キャリア（３１，３２）からケーシング（１）へのトルク伝達を制御するブレーキであることを特徴とする、請求項１に記載の無段変速機。
3. 前記キャリア回転制御手段（３５）が、ケーシング（１）に対してキャリア（３１，３２）を回転駆動するアクチュエータであることを特徴とする、請求項１に記載の無段変速機。

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