JP4085457B2 - 無段変速装置 - Google Patents
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Description
【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３〜４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と同心に配置された出力軸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、上記各変位軸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同士の間に挟持している。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、球状凸面に形成した各パワーローラ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３〜４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３〜４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に固定した出力軸３が回転する。
【０００６】
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３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４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３と図４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】
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１−３１２２６６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５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１５の駆動軸１６は、上述した図３〜４に示す様な構成を有するトロイダル型無段変速機１７の入力軸１（図３〜４参照）に結合している。又、デファレンシャルギヤ１８（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１９は、遊星歯車機構２０を構成する太陽歯車２１（図１参照）に結合固定して、この太陽歯車２１と共に回転する様にしている。
【０００８】
又、上記トロイダル型無段変速機１７の出力ディスク４（図１、３、４参照）と上記遊星歯車機構２０を構成するキャリア２２（図１参照）とを第一の動力伝達機構２３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１６及び入力軸１と上記遊星歯車機構２０を構成するリング歯車２４（図１参照）とを第二の動力伝達機構２５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１６及び入力軸１と出力軸１９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、切換手段を備える。そして、上記第一の動力伝達機構２３の減速比αと上記第二の動力伝達機構２５の減速比βとの比β／αを、上記トロイダル型無段変速機１７の最大増速時の減速比（図４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、ほぼ同じにしている。
【０００９】
上述の図５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１６及び入力軸１と出力軸１９との間の動力を、総て上記トロイダル型無段変速機１７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２０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２０を介して上記トロイダル型無段変速機１７に循環させる。即ち、低速走行時には前記エンジン１５の駆動力を上記トロイダル型無段変速機１７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２０で伝達すると共に、この駆動力の一部を上記トロイダル型無段変速機１７に循環させる事により、高速走行時に上記トロイダル型無段変速機１７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１７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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１−１６９１６９号公報、同１−３１２２６６号公報に記載されている構造の場合には、２組の遊星歯車機構を組み込む等、構造が複雑でコストが嵩む。しかも、これら２組の遊星歯車機構とトロイダル型無段変速機とを、同軸上に互いに直列に配置しているので、軸方向寸法が嵩み、遊星歯車機構を２組設けている事と相まって、設置スペースも嵩む。この為、小型自動車用、或は変速機をエンジンルーム近傍の限られたスペースに設置する必要のあるＦＦ車用の無段変速装置としては不適当な構造である。
【００１１】
これに対して、特開平９−８９０７２号公報には、遊星歯車機構を１組のみ設けた無段変速装置が記載されている。但し、この公報に記載されている無段変速装置は、低速走行時にトロイダル型無段変速機及び遊星歯車機構を通過した動力の一部をトロイダル型無段変速機に戻し、高速走行時に駆動力をこのトロイダル型無段変速機のみで伝達する、所謂ギヤード・ニュートラル型である。この様なギヤード・ニュートラル型の無段変速装置は、高速走行時にトロイダル型無段変速機に加わるトルクを低減できないだけでなく、低速走行時にはこのトロイダル型無段変速機に、駆動源から加えられるトルクよりも遥かに大きなトルクが加わる。この為、トロイダル型無段変速機の耐久性を確保する為には、このトロイダル型無段変速機の構成部品を大型化する必要があり、無段変速装置全体としての小型・軽量化を図れない。
【００１２】
又、従来のトロイダル型無段変速機と遊星歯車機構とを組み合わせた無段変速装置は、トロイダル型無段変速機の中心軸をエンジンの駆動軸（クランクシャフト）と一致させるべく、これら中心軸と駆動軸とを同軸上に配置する事を考慮している。この為、遊星歯車機構に比較して軸方向寸法が嵩むトロイダル型無段変速機を、トルクコンバータ等の発進クラッチと軸方向に関して直列に配置する必要が生じる等、無段変速装置の軸方向寸法が大きくなる。又、高速回転する部材が多いトロイダル型無段変速機を、潤滑油（＝トラクションオイル）が溜る、無段変速装置を納めたケーシングの下部に設ける為、攪拌抵抗による動力ロスが多くなる。
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、小型且つ軽量に構成できて、しかも動力ロスを小さくできる構造を実現すべく発明したものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の無段変速装置は、エンジンの駆動軸により回転駆動される入力軸と、この入力軸の周囲にこの入力軸と独立した回転を自在に支持されてこの入力軸の回転に基づく動力を取り出してデファレンシャルギヤを介して車輪を回転駆動する、管状の出力軸と、トロイダル型無段変速機と、遊星歯車機構とを備える。
このうち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、上記入力ディスクと出力ディスクとの間の変速比を変えるものである。
又、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る。
そして、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し、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、上記入力軸と上記入力ディスクとを第三の動力伝達機構により回転力の伝達自在に接続する。
又、これと共に、接続される事により上記入力軸と上記リング歯車との間での回転力を自在として高速モードを実現する高速用クラッチと、接続される事により上記遊星歯車機構を構成する３種類の歯車の相対変位を不能にして、上記キャリアと上記出力軸とを同期して回転させる低速モードを実現する低速用クラッチと、接続される事により上記リング歯車の回転を阻止して後退モードを実現する後退用クラッチとを備える。
そして、上記低走モードでは上記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し、上記高速モードでは動力を上記遊星歯車機構により伝達すると共に、一部の動力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。
更に、上記遊星歯車機構の中心軸を上記駆動軸と同軸上に配置すると共に、上記トロイダル型無段変速機の中心軸を、この駆動軸と平行でこの駆動軸よりも上方位置に配置している。
又、上記第一の動力伝達機構の減速比αと上記第二の動力伝達機構の減速比β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ｉ H とほぼ同じとしている。
【００１４】
【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、低速用クラッチを接続し、遊星歯車機構を構成する３種類の歯車の相対変位を不能にして、キャリアと上記出力軸とを同期して回転させる。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３〜４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。
【００１５】
これに対して、高速走行時には、例えば高速用クラッチを接続する事により、上記入力軸と上記遊星歯車機構を構成するリング歯車との間での回転力を自在として、動力を上記遊星歯車機構により伝達すると共に、一部の動力を上記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、上記遊星歯車機構を構成するキャリアからトルクが伝わる。そして、この状態では、上記無段変速装置全体としての変速比は、上記遊星歯車機構を構成する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。
【００１６】
更に、後退時には、例えば後退用クラッチを接続する事により、上記遊星歯車機構を構成するリング歯車の回転を不能にする。この状態では、上記トロイダル型無段変速機を通過した動力が、遊星歯車機構を通過する間に回転方向を変えてから前記出力軸に伝わる。
【００１７】
特に、本発明の無段変速装置の場合には、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る、パワー・スプリット型と呼ばれる構造を採用して、小型且つ軽量に構成できて、しかも動力ロスを小さくできる。即ち、上記遊星歯車機構の中心軸を上記駆動軸と同軸上に配置する為、エンジン及び発進クラッチと直列に配置するのは、軸方向寸法が小さい遊星歯車機構になる。この為、軸方向寸法の増大を抑えて、無段変速装置全体としての小型・軽量化を図れる。又、高速回転する部材が多い上記トロイダル型無段変速機の中心軸を、上記駆動軸よりも上方位置に配置している為、このトロイダル型無段変速機が、無段変速装置を納めたケーシングの下部に溜る潤滑油（＝トラクションオイル）中に漬かる事がない。この為、攪拌抵抗による動力ロスを低減できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の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１５の駆動軸１６（クランクシャフト）につながって、このエンジン１５により回転駆動される入力軸２７を備える。この入力軸２７の入力側端部（図１の左端部）と上記駆動軸１６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、電磁クラッチ、湿式多板クラッチ等の発進クラッチ２８を、これら駆動軸１６及び入力軸２７に対し直列に設けている。従って、これら駆動軸１６と入力軸２７とを、互いに同心に配置している。又、上記入力軸２７の回転に基づく動力を取り出す為の円管状の出力軸２９を、この入力軸２７の周囲に配置すると共に、この入力軸２７と独立した回転を自在に支持している。そして、これら入力軸２７及び出力軸２９の周囲に、遊星歯車機構２０を設けている。従って、この遊星歯車機構２０の中心軸は、上記両軸２７、２９の軸心に一致する。
【００１９】
又、これら入力軸２７及び出力軸２９の上方（直上方若しくは斜め上方）に、トロイダル型無段変速機１７の回転軸３０を、上記両軸２７、２９と平行に、且つ回転自在に支持している。そして、上記入力軸２７の出力側端部（図１の右端部）に固定した駆動歯車３１と、次述するカム板１０に固定した従動歯車３２とを噛合させる事により、第三の動力伝達機構３３を構成している。
【００２０】
上記トロイダル型無段変速機１７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、上記回転軸３０の中間部一端寄り（図１の右端寄り）で、入力ディスク２の外側面（図１の右側面）から突出した部分に支持している。これらカム板１０の内周面と回転軸３０の外周面との係合部には、スプライン等を設ける事により、この回転軸３０に対する上記カム板１０の軸方向に亙る移動を自在としつつ、このカム板１０が上記回転軸３０と同期して回転する様にしている。又、上記トロイダル型無段変速機１７を構成する入力ディスク２と出力ディスク４とは、上記回転軸３０の周囲に、ニードル軸受等、図示しない軸受により、この回転軸３０に対し、互いに独立した回転を自在に支持している。そして、上記カム板１０の片面（図１の左面）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は上記回転軸３０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。又、上記回転軸３０の一端部で、上記カム板１０よりも突出した部分にはローディングナット３４を螺合固定して、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自在としている。又、このカム板１０と上記ローディングナット３４との間には、皿板ばね等の予圧ばね３５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（図３〜４参照。図１には省略。）に予圧を付与している。
【００２１】
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３〜４参照。図１には省略。）により、回転及び揺動変位自在に支持している。上記トロイダル型無段変速機１７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。
【００２２】
又、前記遊星歯車機構２０を構成する太陽歯車２１は、前記出力軸２９の中間部に固定している。従ってこの出力軸２９は、上記太陽歯車２１の回転に伴って回転する。この太陽歯車２１の周囲にはリング歯車２４を、この太陽歯車２１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２４の内周面と上記太陽歯車２１の外周面との間に、複数個（通常は３〜４個）の遊星歯車組３６、３６を設けている。図示の例ではこれら各遊星歯車組３６、３６は、それぞれ１対ずつの遊星歯車３７ａ、３７ｂを組み合わせて成る。これら１対ずつの遊星歯車３７ａ、３７ｂは、互いに噛合すると共に、外径側に配置した遊星歯車３７ａを上記リング歯車２４に噛合させ、内径側に配置した遊星歯車３７ｂを上記太陽歯車２１に噛合させている。この様に各遊星歯車組３６、３６をそれぞれ１対ずつの遊星歯車３７ａ、３７ｂにより構成するのは、上記リング歯車２４と太陽歯車２１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２４と太陽歯車２１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２４と太陽歯車２１との両方に噛合させても良い。
【００２３】
上述の様な遊星歯車組３６、３６は、キャリア２２の片側面（図１の右側面）に、上記出力軸２９と平行な枢軸３８ａ、３８ｂにより、回転自在に支持している。又、上記キャリア２２は、上記出力軸２９の中間部周囲に、図示しない軸受により、回転自在に支持している。
【００２４】
又、上記キャリア２２と前記出力ディスク４とを、第一の動力伝達機構２３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２３は、上記キャリア２２に固定した歯車３９と上記出力ディスク４に固定した歯車４０とを互いに噛合させる事により構成している。即ち、上記出力ディスク４を固定したスリーブ４１に上記歯車４０を固定すると共に、この歯車４０と上記歯車３９とを噛合させている。従って上記キャリア２２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と反対方向に、上記両歯車３９、４０の歯数の比に応じた速度で回転する。尚、上記スリーブ４１は、無段変速装置を組み込んだケーシングの内側に、それぞれがアンギュラ玉軸受等の、ラジアル荷重及びスラスト荷重を支承自在な１対の転がり軸受４２、４２により、回転のみ自在に支持している。
【００２５】
一方、前記入力軸２７と前記リング歯車２４とは、第二の動力伝達機構２５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。この第二の動力伝達機構２５は、上記入力軸２７の中間部で前記駆動歯車３１と前記遊星歯車機構２０との間部分に固定した内径側ディスク４３と、上記リング歯車２４に固定した状態でこの内径側ディスク４３の周囲に配置した外径側ディスク４４とにより構成している。そして、この外径側ディスク４４と上記内径側ディスク４３の外周縁とを結合する事により、上記リング歯車２４を上記入力軸２７と同方向に、同じ角速度で回転駆動自在としている。尚、上記第一の動力伝達機構２３の減速比αと上記第二の動力伝達機構２５の減速比β（図示の例では１）との比β／αは、前記トロイダル型無段変速機１７の最大増速時の減速比ｉH （図４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。
【００２６】
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切換手段を備える。図示の例ではこの切換手段を、高速用クラッチ４５と低速用クラッチ４６と後退用クラッチ４７との、３個のクラッチにより構成している。これら３個のクラッチ４５〜４７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。このうちの高速用クラッチ４５は、上記第二の動力伝達機構２５を構成する内径側ディスク４３の外周縁部と外径側ディスク４４の内周縁部との間に設けており、接続時にはこれら内径側ディスク４３と外径側ディスク４４とを一体的に結合して、前記リング歯車２４を上記入力軸２７と同期して回転させる。
【００２７】
又、低速用クラッチ４６は、接続時に遊星歯車機構２０を構成する前記各歯車２１、２４、３７ａ、３７ｂ同士が相対変位する事を阻止し、前記キャリア２２と前記太陽歯車２１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４６は、接続に伴って遊星歯車機構２０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４６を、上記キャリア２２と上記太陽歯車２１を固設した出力軸２９との間に設けている。この様な低速用クラッチ４６は、接続時には、上記遊星歯車機構２０を構成する太陽歯車２１とリング歯車２４と遊星歯車組３６、３６との相対変位を阻止し、これら太陽歯車２１とリング歯車２４と遊星歯車組３６、３６を支持したキャリア２２とを一体的に結合する。これら高速用クラッチ４５と低速用クラッチ４６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４６は、上述の様に、接続時に上記太陽歯車２１とリング歯車２４と遊星歯車組３６、３６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２１とリング歯車２４との間、太陽歯車２１とキャリア２２との間等に設ける事もできる。
【００２８】
又、上記リング歯車２４と、無段変速装置のハウジング等、固定の部分との間に、後退用クラッチ４７を設けている。この後退用クラッチ４７は、自動車を後退させるべく、上記出力軸２９を逆方向に回転させる為に設けている。この後退用クラッチ４７は、上記低速用クラッチ４６と高速用クラッチ４５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４７が接続された状態では、上記低速用クラッチ４６と高速用クラッチ４５とは、何れも接続が断たれる。即ち、前記発進クラッチ２８を除く、残り３個のクラッチ４５〜４７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。
【００２９】
更に、図示の例では、上記出力軸２９とデファレンシャルギヤ１８とを、この出力軸２９の端部に固定した歯車４８により接続している。従って、上記出力軸２９が回転すると、これら歯車４８及びデファレンシャルギヤ１８を介して左右１対の駆動車軸４９、４９が回転し、自動車の駆動輪を回転駆動する。
【００３０】
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、上記低速用クラッチ４６を接続すると共に、上記高速用クラッチ４５及び後退用クラッチ４７の接続を断つ。この状態で上記発進クラッチ２８を接続し、前記入力軸２７及び回転軸３０を回転させると、トロイダル型無段変速機１７のみが、上記入力軸２７から出力軸２９に動力を伝達する。即ち、低速用クラッチ４６の接続に伴って、前記太陽歯車２１とキャリア２２とが一体的に結合され、前記遊星歯車機構２０を構成する各歯車２１、２４、３７ａ、３７ｂ同士の相対回転が不能になる。又、上記高速用クラッチ４５及び後退用クラッチ４７の接続が断たれる事により、上記リング歯車２４は、上記入力軸２７の回転速度に関係なく回転自在となる。
【００３１】
従って、この状態で上記入力軸２７を回転させると、この回転は、前記駆動歯車３１及び従動歯車３２が構成する第三の動力伝達機構３３から前記押圧装置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２３を構成する１対の歯車３９、４０を介して、キャリア２２に伝わる。上述の様にこの状態では、遊星歯車機構２０を構成する各歯車２１、２４、３７ａ、３７ｂ同士の相対回転が不能になっているので、上記出力軸２９が、上記キャリア２２及びリング歯車２４と同じ速度で回転する。
【００３２】
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３〜４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２７と出力軸２９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１７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１７に入力されるトルクは、上記入力軸２７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２５を構成する内径側ディスク４３の外周縁と外径側ディスク４４の内周縁とは、空回りするだけである。
【００３３】
これに対して、高速走行時には、前記高速用クラッチ４５を接続すると共に、前記低速用クラッチ４６及び後退用クラッチ４７の接続を断つ。この状態で前記発進クラッチ２８を接続し、上記入力軸２７を回転させると、この入力軸２７から前記出力軸２９には、上記第二の動力伝達機構２５を構成する内径側、外径側両ディスク４３、４４と前記遊星歯車機構２０とが、動力を伝達する。
【００３４】
即ち、上記高速走行時に上記入力軸２７が回転すると、この回転は上記高速用クラッチ４５を中間部に設けた、上記第二の動力伝達機構２５を介して前記リング歯車２４に伝わり、このリング歯車２４を回転させる。そして、このリング歯車２４の回転が複数の遊星歯車組３６、３６を介して太陽歯車２１に伝わり、この太陽歯車２１を固定した上記出力軸２９を回転させる。上記リング歯車２４が入力側となった場合に上記遊星歯車機構２０は、上記各遊星歯車組３６、３６が停止している（太陽歯車２１の周囲で公転しない）と仮定すれば、上記リング歯車２４と太陽歯車２１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３６、３６は上記太陽歯車２１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３６、３６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１７の変速比を変えて、上記遊星歯車組３６、３６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。
【００３５】
即ち、図示の例では、上記高速走行時に上記各遊星歯車組３６、３６が、上記リング歯車２４と同方向に公転する。そして、これら各遊星歯車組３６、３６の公転速度が遅い程、上記太陽歯車２１を固定した出力軸２９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２４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２４の回転速度と出力軸２９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２４の回転速度よりも遅ければ、上記リング歯車２４の回転速度よりも出力軸２９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２４の回転速度よりも速ければ、上記リング歯車２４の回転速度よりも出力軸２９の回転速度が遅くなる。
【００３６】
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１７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１７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４５を接続した状態では、前記エンジン１５から入力軸２７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２５を介して前記遊星歯車機構２０のリング歯車２４に伝達される。従って、入力軸２７の側から第三の動力伝達機構３３及び上記押圧装置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。
【００３７】
一方、上記第二の動力伝達機構２５を介して前記遊星歯車機構２０のリング歯車２４に伝達されたトルクの一部は、前記各遊星歯車組３６、３６から、キャリア２２及び第一の動力伝達機構２３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１７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１７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１７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１７の構成部品の耐久性向上を図れる。
【００３８】
更に、図１に示した構造で、自動車を後退させるべく、前記出力軸２９を逆回転させる際には、前記低速用、高速用両クラッチ４５、４６の接続を断つと共に、前記後退用クラッチ４７を接続する。この結果、上記リング歯車２４が固定され、上記各遊星歯車組３６、３６が、このリング歯車２４並びに前記太陽歯車２１と噛合しつつ、この太陽歯車２１の周囲を公転する。この結果、この太陽歯車２１並びにこの太陽歯車２１を固定した出力軸２９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。
【００３９】
前述の様に構成し、上述の様に作用する本発明の無段変速装置の場合、上記遊星歯車機構２０の中心軸を前記駆動軸１６と同軸上に配置する為、前記エンジン１５及び発進クラッチ２８と直列に配置するのは、軸方向寸法が小さい上記遊星歯車機構２０になる。この為、軸方向寸法の増大を抑えて、無段変速装置全体としての小型・軽量化を図れる。又、高速回転する部材が多い上記トロイダル型無段変速機１７の中心軸である回転軸３０を、上記駆動軸１６よりも上方位置に配置している為、このトロイダル型無段変速機１７が、無段変速装置を納めた図示しないケーシングの下部に溜る潤滑油（＝トラクションオイル）中に漬かる事がない。この為、攪拌抵抗による動力ロスを低減できる。
【００４０】
尚、図２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１７の変速比（icvt）と、このトロイダル型無段変速機１７に入力される入力トルク（Ｔin）と、無段変速装置の出力軸２９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１７の変速幅、遊星歯車機構２０の構造並びに歯数比、第二の動力伝達機構２５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２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１７の変速幅を凡そ４倍（０．５〜２．０）とし、遊星歯車機構２０はそれぞれが１対ずつの遊星歯車３７ａ、３７ｂから成る遊星歯車組３６、３６を備え、第二の動力伝達機構２５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４６と高速用クラッチ４５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。
【００４１】
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４６と高速用クラッチ４５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４５、４６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４５、４６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４５、４６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２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２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２の右側に）する。
【００４２】
上述の様な条件で試算した結果を示す図２で、縦軸は、トロイダル型無段変速機１７の変速比（icvt）並びに、トロイダル型無段変速機１７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１５（図１）から前記入力軸２７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１７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１７に組み込んだ出力ディスク４の回転方向が入力軸２７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１７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１５から前記入力軸２７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１５から前記入力軸２７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２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１７に加わるトルクを小さくできる。図２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１５から前記入力軸２７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。
【００４３】
又、上記トロイダル型無段変速機１７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２０を介して伝達するので、無段変速装置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の伝達効率を９０％（動力損失が１０％）、遊星歯車機構２０の伝達効率を１００％、入力軸２７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１７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１７部分での動力損失は０．１×０．１＝０．０１＝１％となり、無段変速装置全体としての伝達効率は１００−１＝９９（％）と、きわめて高くなる。
【００４４】
更に、前記ローディングナット３４を前記回転軸３０の一端部に配置しているので、このローディングナット３４の緊締作業を容易に行なえる。又、このローディングナット３４に隣接して設けた押圧装置９を構成するローラ１２、１２の配列状態を、このローディングナット３４を螺合・緊締する際に確認できる。従って、無段変速装置を正しく組み立てる作業を容易に行なえる。
【００４５】
【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、無段変速装置全体としての軸方向寸法を短縮して、小型・軽量化をより進める事ができる。又、動力ロスを低減すると共に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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す略構成図。
【図２】トロイダル型無段変速機の変速比と無段変速装置全体としての変速比と入力トルク及び出力トルクとの関係を示す線図。
【図３】従来から知られているトロイダル型無段変速機を、最大減速時の状態で示す部分切断側面図。
【図４】同じく最大増速時の状態で示す部分切断側面図。
【図５】本発明の対象となる無段変速装置の基本構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１ 入力軸
２ 入力ディスク
２ａ 内側面
３ 出力軸
４ 出力ディスク
４ａ 内側面
５ 枢軸
６ トラニオン
７ 変位軸
８ パワーローラ
８ａ 周面
９ 押圧装置
１０ カム板
１１ 保持器
１２ ローラ
１３、１４ カム面
１５ エンジン
１６ 駆動軸
１７ トロイダル型無段変速機
１８ デファレンシャルギヤ
１９ 出力軸
２０ 遊星歯車機構
２１ 太陽歯車
２２ キャリア
２３ 第一の動力伝達機構
２４ リング歯車
２５ 第二の動力伝達機構
２７ 入力軸
２８ 発進クラッチ
２９ 出力軸
３０ 回転軸
３１ 駆動歯車
３２ 従動歯車
３３ 第三の動力伝達機構
３４ ローディングナット
３５ 予圧ばね
３６ 遊星歯車組
３７ａ、３７ｂ 遊星歯車
３８ａ、３８ｂ 枢軸
３９ 歯車
４０ 歯車
４１ スリーブ
４２ 転がり軸受
４３ 内径側ディスク
４４ 外径側ディスク
４５ 高速用クラッチ
４６ 低速用クラッチ
４７ 後退用クラッチ
４８ 歯車
４９ 駆動車軸
【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３〜４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と同心に配置された出力軸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、上記各変位軸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同士の間に挟持している。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、球状凸面に形成した各パワーローラ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３〜４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３〜４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に固定した出力軸３が回転する。
【０００６】
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３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４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３と図４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】
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１−３１２２６６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５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１５の駆動軸１６は、上述した図３〜４に示す様な構成を有するトロイダル型無段変速機１７の入力軸１（図３〜４参照）に結合している。又、デファレンシャルギヤ１８（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１９は、遊星歯車機構２０を構成する太陽歯車２１（図１参照）に結合固定して、この太陽歯車２１と共に回転する様にしている。
【０００８】
又、上記トロイダル型無段変速機１７の出力ディスク４（図１、３、４参照）と上記遊星歯車機構２０を構成するキャリア２２（図１参照）とを第一の動力伝達機構２３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１６及び入力軸１と上記遊星歯車機構２０を構成するリング歯車２４（図１参照）とを第二の動力伝達機構２５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１６及び入力軸１と出力軸１９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、切換手段を備える。そして、上記第一の動力伝達機構２３の減速比αと上記第二の動力伝達機構２５の減速比βとの比β／αを、上記トロイダル型無段変速機１７の最大増速時の減速比（図４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、ほぼ同じにしている。
【０００９】
上述の図５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１６及び入力軸１と出力軸１９との間の動力を、総て上記トロイダル型無段変速機１７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２０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２０を介して上記トロイダル型無段変速機１７に循環させる。即ち、低速走行時には前記エンジン１５の駆動力を上記トロイダル型無段変速機１７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２０で伝達すると共に、この駆動力の一部を上記トロイダル型無段変速機１７に循環させる事により、高速走行時に上記トロイダル型無段変速機１７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１７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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１−１６９１６９号公報、同１−３１２２６６号公報に記載されている構造の場合には、２組の遊星歯車機構を組み込む等、構造が複雑でコストが嵩む。しかも、これら２組の遊星歯車機構とトロイダル型無段変速機とを、同軸上に互いに直列に配置しているので、軸方向寸法が嵩み、遊星歯車機構を２組設けている事と相まって、設置スペースも嵩む。この為、小型自動車用、或は変速機をエンジンルーム近傍の限られたスペースに設置する必要のあるＦＦ車用の無段変速装置としては不適当な構造である。
【００１１】
これに対して、特開平９−８９０７２号公報には、遊星歯車機構を１組のみ設けた無段変速装置が記載されている。但し、この公報に記載されている無段変速装置は、低速走行時にトロイダル型無段変速機及び遊星歯車機構を通過した動力の一部をトロイダル型無段変速機に戻し、高速走行時に駆動力をこのトロイダル型無段変速機のみで伝達する、所謂ギヤード・ニュートラル型である。この様なギヤード・ニュートラル型の無段変速装置は、高速走行時にトロイダル型無段変速機に加わるトルクを低減できないだけでなく、低速走行時にはこのトロイダル型無段変速機に、駆動源から加えられるトルクよりも遥かに大きなトルクが加わる。この為、トロイダル型無段変速機の耐久性を確保する為には、このトロイダル型無段変速機の構成部品を大型化する必要があり、無段変速装置全体としての小型・軽量化を図れない。
【００１２】
又、従来のトロイダル型無段変速機と遊星歯車機構とを組み合わせた無段変速装置は、トロイダル型無段変速機の中心軸をエンジンの駆動軸（クランクシャフト）と一致させるべく、これら中心軸と駆動軸とを同軸上に配置する事を考慮している。この為、遊星歯車機構に比較して軸方向寸法が嵩むトロイダル型無段変速機を、トルクコンバータ等の発進クラッチと軸方向に関して直列に配置する必要が生じる等、無段変速装置の軸方向寸法が大きくなる。又、高速回転する部材が多いトロイダル型無段変速機を、潤滑油（＝トラクションオイル）が溜る、無段変速装置を納めたケーシングの下部に設ける為、攪拌抵抗による動力ロスが多くなる。
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、小型且つ軽量に構成できて、しかも動力ロスを小さくできる構造を実現すべく発明したものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の無段変速装置は、エンジンの駆動軸により回転駆動される入力軸と、この入力軸の周囲にこの入力軸と独立した回転を自在に支持されてこの入力軸の回転に基づく動力を取り出してデファレンシャルギヤを介して車輪を回転駆動する、管状の出力軸と、トロイダル型無段変速機と、遊星歯車機構とを備える。
このうち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、上記入力ディスクと出力ディスクとの間の変速比を変えるものである。
又、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る。
そして、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し、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、上記入力軸と上記入力ディスクとを第三の動力伝達機構により回転力の伝達自在に接続する。
又、これと共に、接続される事により上記入力軸と上記リング歯車との間での回転力を自在として高速モードを実現する高速用クラッチと、接続される事により上記遊星歯車機構を構成する３種類の歯車の相対変位を不能にして、上記キャリアと上記出力軸とを同期して回転させる低速モードを実現する低速用クラッチと、接続される事により上記リング歯車の回転を阻止して後退モードを実現する後退用クラッチとを備える。
そして、上記低走モードでは上記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し、上記高速モードでは動力を上記遊星歯車機構により伝達すると共に、一部の動力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。
更に、上記遊星歯車機構の中心軸を上記駆動軸と同軸上に配置すると共に、上記トロイダル型無段変速機の中心軸を、この駆動軸と平行でこの駆動軸よりも上方位置に配置している。
又、上記第一の動力伝達機構の減速比αと上記第二の動力伝達機構の減速比β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ｉ H とほぼ同じとしている。
【００１４】
【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、低速用クラッチを接続し、遊星歯車機構を構成する３種類の歯車の相対変位を不能にして、キャリアと上記出力軸とを同期して回転させる。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３〜４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。
【００１５】
これに対して、高速走行時には、例えば高速用クラッチを接続する事により、上記入力軸と上記遊星歯車機構を構成するリング歯車との間での回転力を自在として、動力を上記遊星歯車機構により伝達すると共に、一部の動力を上記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、上記遊星歯車機構を構成するキャリアからトルクが伝わる。そして、この状態では、上記無段変速装置全体としての変速比は、上記遊星歯車機構を構成する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。
【００１６】
更に、後退時には、例えば後退用クラッチを接続する事により、上記遊星歯車機構を構成するリング歯車の回転を不能にする。この状態では、上記トロイダル型無段変速機を通過した動力が、遊星歯車機構を通過する間に回転方向を変えてから前記出力軸に伝わる。
【００１７】
特に、本発明の無段変速装置の場合には、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る、パワー・スプリット型と呼ばれる構造を採用して、小型且つ軽量に構成できて、しかも動力ロスを小さくできる。即ち、上記遊星歯車機構の中心軸を上記駆動軸と同軸上に配置する為、エンジン及び発進クラッチと直列に配置するのは、軸方向寸法が小さい遊星歯車機構になる。この為、軸方向寸法の増大を抑えて、無段変速装置全体としての小型・軽量化を図れる。又、高速回転する部材が多い上記トロイダル型無段変速機の中心軸を、上記駆動軸よりも上方位置に配置している為、このトロイダル型無段変速機が、無段変速装置を納めたケーシングの下部に溜る潤滑油（＝トラクションオイル）中に漬かる事がない。この為、攪拌抵抗による動力ロスを低減できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の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１５の駆動軸１６（クランクシャフト）につながって、このエンジン１５により回転駆動される入力軸２７を備える。この入力軸２７の入力側端部（図１の左端部）と上記駆動軸１６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、電磁クラッチ、湿式多板クラッチ等の発進クラッチ２８を、これら駆動軸１６及び入力軸２７に対し直列に設けている。従って、これら駆動軸１６と入力軸２７とを、互いに同心に配置している。又、上記入力軸２７の回転に基づく動力を取り出す為の円管状の出力軸２９を、この入力軸２７の周囲に配置すると共に、この入力軸２７と独立した回転を自在に支持している。そして、これら入力軸２７及び出力軸２９の周囲に、遊星歯車機構２０を設けている。従って、この遊星歯車機構２０の中心軸は、上記両軸２７、２９の軸心に一致する。
【００１９】
又、これら入力軸２７及び出力軸２９の上方（直上方若しくは斜め上方）に、トロイダル型無段変速機１７の回転軸３０を、上記両軸２７、２９と平行に、且つ回転自在に支持している。そして、上記入力軸２７の出力側端部（図１の右端部）に固定した駆動歯車３１と、次述するカム板１０に固定した従動歯車３２とを噛合させる事により、第三の動力伝達機構３３を構成している。
【００２０】
上記トロイダル型無段変速機１７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、上記回転軸３０の中間部一端寄り（図１の右端寄り）で、入力ディスク２の外側面（図１の右側面）から突出した部分に支持している。これらカム板１０の内周面と回転軸３０の外周面との係合部には、スプライン等を設ける事により、この回転軸３０に対する上記カム板１０の軸方向に亙る移動を自在としつつ、このカム板１０が上記回転軸３０と同期して回転する様にしている。又、上記トロイダル型無段変速機１７を構成する入力ディスク２と出力ディスク４とは、上記回転軸３０の周囲に、ニードル軸受等、図示しない軸受により、この回転軸３０に対し、互いに独立した回転を自在に支持している。そして、上記カム板１０の片面（図１の左面）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は上記回転軸３０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。又、上記回転軸３０の一端部で、上記カム板１０よりも突出した部分にはローディングナット３４を螺合固定して、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自在としている。又、このカム板１０と上記ローディングナット３４との間には、皿板ばね等の予圧ばね３５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（図３〜４参照。図１には省略。）に予圧を付与している。
【００２１】
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３〜４参照。図１には省略。）により、回転及び揺動変位自在に支持している。上記トロイダル型無段変速機１７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。
【００２２】
又、前記遊星歯車機構２０を構成する太陽歯車２１は、前記出力軸２９の中間部に固定している。従ってこの出力軸２９は、上記太陽歯車２１の回転に伴って回転する。この太陽歯車２１の周囲にはリング歯車２４を、この太陽歯車２１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２４の内周面と上記太陽歯車２１の外周面との間に、複数個（通常は３〜４個）の遊星歯車組３６、３６を設けている。図示の例ではこれら各遊星歯車組３６、３６は、それぞれ１対ずつの遊星歯車３７ａ、３７ｂを組み合わせて成る。これら１対ずつの遊星歯車３７ａ、３７ｂは、互いに噛合すると共に、外径側に配置した遊星歯車３７ａを上記リング歯車２４に噛合させ、内径側に配置した遊星歯車３７ｂを上記太陽歯車２１に噛合させている。この様に各遊星歯車組３６、３６をそれぞれ１対ずつの遊星歯車３７ａ、３７ｂにより構成するのは、上記リング歯車２４と太陽歯車２１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２４と太陽歯車２１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２４と太陽歯車２１との両方に噛合させても良い。
【００２３】
上述の様な遊星歯車組３６、３６は、キャリア２２の片側面（図１の右側面）に、上記出力軸２９と平行な枢軸３８ａ、３８ｂにより、回転自在に支持している。又、上記キャリア２２は、上記出力軸２９の中間部周囲に、図示しない軸受により、回転自在に支持している。
【００２４】
又、上記キャリア２２と前記出力ディスク４とを、第一の動力伝達機構２３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２３は、上記キャリア２２に固定した歯車３９と上記出力ディスク４に固定した歯車４０とを互いに噛合させる事により構成している。即ち、上記出力ディスク４を固定したスリーブ４１に上記歯車４０を固定すると共に、この歯車４０と上記歯車３９とを噛合させている。従って上記キャリア２２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と反対方向に、上記両歯車３９、４０の歯数の比に応じた速度で回転する。尚、上記スリーブ４１は、無段変速装置を組み込んだケーシングの内側に、それぞれがアンギュラ玉軸受等の、ラジアル荷重及びスラスト荷重を支承自在な１対の転がり軸受４２、４２により、回転のみ自在に支持している。
【００２５】
一方、前記入力軸２７と前記リング歯車２４とは、第二の動力伝達機構２５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。この第二の動力伝達機構２５は、上記入力軸２７の中間部で前記駆動歯車３１と前記遊星歯車機構２０との間部分に固定した内径側ディスク４３と、上記リング歯車２４に固定した状態でこの内径側ディスク４３の周囲に配置した外径側ディスク４４とにより構成している。そして、この外径側ディスク４４と上記内径側ディスク４３の外周縁とを結合する事により、上記リング歯車２４を上記入力軸２７と同方向に、同じ角速度で回転駆動自在としている。尚、上記第一の動力伝達機構２３の減速比αと上記第二の動力伝達機構２５の減速比β（図示の例では１）との比β／αは、前記トロイダル型無段変速機１７の最大増速時の減速比ｉH （図４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。
【００２６】
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切換手段を備える。図示の例ではこの切換手段を、高速用クラッチ４５と低速用クラッチ４６と後退用クラッチ４７との、３個のクラッチにより構成している。これら３個のクラッチ４５〜４７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。このうちの高速用クラッチ４５は、上記第二の動力伝達機構２５を構成する内径側ディスク４３の外周縁部と外径側ディスク４４の内周縁部との間に設けており、接続時にはこれら内径側ディスク４３と外径側ディスク４４とを一体的に結合して、前記リング歯車２４を上記入力軸２７と同期して回転させる。
【００２７】
又、低速用クラッチ４６は、接続時に遊星歯車機構２０を構成する前記各歯車２１、２４、３７ａ、３７ｂ同士が相対変位する事を阻止し、前記キャリア２２と前記太陽歯車２１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４６は、接続に伴って遊星歯車機構２０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４６を、上記キャリア２２と上記太陽歯車２１を固設した出力軸２９との間に設けている。この様な低速用クラッチ４６は、接続時には、上記遊星歯車機構２０を構成する太陽歯車２１とリング歯車２４と遊星歯車組３６、３６との相対変位を阻止し、これら太陽歯車２１とリング歯車２４と遊星歯車組３６、３６を支持したキャリア２２とを一体的に結合する。これら高速用クラッチ４５と低速用クラッチ４６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４６は、上述の様に、接続時に上記太陽歯車２１とリング歯車２４と遊星歯車組３６、３６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２１とリング歯車２４との間、太陽歯車２１とキャリア２２との間等に設ける事もできる。
【００２８】
又、上記リング歯車２４と、無段変速装置のハウジング等、固定の部分との間に、後退用クラッチ４７を設けている。この後退用クラッチ４７は、自動車を後退させるべく、上記出力軸２９を逆方向に回転させる為に設けている。この後退用クラッチ４７は、上記低速用クラッチ４６と高速用クラッチ４５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４７が接続された状態では、上記低速用クラッチ４６と高速用クラッチ４５とは、何れも接続が断たれる。即ち、前記発進クラッチ２８を除く、残り３個のクラッチ４５〜４７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。
【００２９】
更に、図示の例では、上記出力軸２９とデファレンシャルギヤ１８とを、この出力軸２９の端部に固定した歯車４８により接続している。従って、上記出力軸２９が回転すると、これら歯車４８及びデファレンシャルギヤ１８を介して左右１対の駆動車軸４９、４９が回転し、自動車の駆動輪を回転駆動する。
【００３０】
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、上記低速用クラッチ４６を接続すると共に、上記高速用クラッチ４５及び後退用クラッチ４７の接続を断つ。この状態で上記発進クラッチ２８を接続し、前記入力軸２７及び回転軸３０を回転させると、トロイダル型無段変速機１７のみが、上記入力軸２７から出力軸２９に動力を伝達する。即ち、低速用クラッチ４６の接続に伴って、前記太陽歯車２１とキャリア２２とが一体的に結合され、前記遊星歯車機構２０を構成する各歯車２１、２４、３７ａ、３７ｂ同士の相対回転が不能になる。又、上記高速用クラッチ４５及び後退用クラッチ４７の接続が断たれる事により、上記リング歯車２４は、上記入力軸２７の回転速度に関係なく回転自在となる。
【００３１】
従って、この状態で上記入力軸２７を回転させると、この回転は、前記駆動歯車３１及び従動歯車３２が構成する第三の動力伝達機構３３から前記押圧装置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２３を構成する１対の歯車３９、４０を介して、キャリア２２に伝わる。上述の様にこの状態では、遊星歯車機構２０を構成する各歯車２１、２４、３７ａ、３７ｂ同士の相対回転が不能になっているので、上記出力軸２９が、上記キャリア２２及びリング歯車２４と同じ速度で回転する。
【００３２】
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３〜４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２７と出力軸２９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１７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１７に入力されるトルクは、上記入力軸２７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２５を構成する内径側ディスク４３の外周縁と外径側ディスク４４の内周縁とは、空回りするだけである。
【００３３】
これに対して、高速走行時には、前記高速用クラッチ４５を接続すると共に、前記低速用クラッチ４６及び後退用クラッチ４７の接続を断つ。この状態で前記発進クラッチ２８を接続し、上記入力軸２７を回転させると、この入力軸２７から前記出力軸２９には、上記第二の動力伝達機構２５を構成する内径側、外径側両ディスク４３、４４と前記遊星歯車機構２０とが、動力を伝達する。
【００３４】
即ち、上記高速走行時に上記入力軸２７が回転すると、この回転は上記高速用クラッチ４５を中間部に設けた、上記第二の動力伝達機構２５を介して前記リング歯車２４に伝わり、このリング歯車２４を回転させる。そして、このリング歯車２４の回転が複数の遊星歯車組３６、３６を介して太陽歯車２１に伝わり、この太陽歯車２１を固定した上記出力軸２９を回転させる。上記リング歯車２４が入力側となった場合に上記遊星歯車機構２０は、上記各遊星歯車組３６、３６が停止している（太陽歯車２１の周囲で公転しない）と仮定すれば、上記リング歯車２４と太陽歯車２１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３６、３６は上記太陽歯車２１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３６、３６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１７の変速比を変えて、上記遊星歯車組３６、３６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。
【００３５】
即ち、図示の例では、上記高速走行時に上記各遊星歯車組３６、３６が、上記リング歯車２４と同方向に公転する。そして、これら各遊星歯車組３６、３６の公転速度が遅い程、上記太陽歯車２１を固定した出力軸２９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２４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２４の回転速度と出力軸２９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２４の回転速度よりも遅ければ、上記リング歯車２４の回転速度よりも出力軸２９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２４の回転速度よりも速ければ、上記リング歯車２４の回転速度よりも出力軸２９の回転速度が遅くなる。
【００３６】
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１７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１７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４５を接続した状態では、前記エンジン１５から入力軸２７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２５を介して前記遊星歯車機構２０のリング歯車２４に伝達される。従って、入力軸２７の側から第三の動力伝達機構３３及び上記押圧装置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。
【００３７】
一方、上記第二の動力伝達機構２５を介して前記遊星歯車機構２０のリング歯車２４に伝達されたトルクの一部は、前記各遊星歯車組３６、３６から、キャリア２２及び第一の動力伝達機構２３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１７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１７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１７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１７の構成部品の耐久性向上を図れる。
【００３８】
更に、図１に示した構造で、自動車を後退させるべく、前記出力軸２９を逆回転させる際には、前記低速用、高速用両クラッチ４５、４６の接続を断つと共に、前記後退用クラッチ４７を接続する。この結果、上記リング歯車２４が固定され、上記各遊星歯車組３６、３６が、このリング歯車２４並びに前記太陽歯車２１と噛合しつつ、この太陽歯車２１の周囲を公転する。この結果、この太陽歯車２１並びにこの太陽歯車２１を固定した出力軸２９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。
【００３９】
前述の様に構成し、上述の様に作用する本発明の無段変速装置の場合、上記遊星歯車機構２０の中心軸を前記駆動軸１６と同軸上に配置する為、前記エンジン１５及び発進クラッチ２８と直列に配置するのは、軸方向寸法が小さい上記遊星歯車機構２０になる。この為、軸方向寸法の増大を抑えて、無段変速装置全体としての小型・軽量化を図れる。又、高速回転する部材が多い上記トロイダル型無段変速機１７の中心軸である回転軸３０を、上記駆動軸１６よりも上方位置に配置している為、このトロイダル型無段変速機１７が、無段変速装置を納めた図示しないケーシングの下部に溜る潤滑油（＝トラクションオイル）中に漬かる事がない。この為、攪拌抵抗による動力ロスを低減できる。
【００４０】
尚、図２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１７の変速比（icvt）と、このトロイダル型無段変速機１７に入力される入力トルク（Ｔin）と、無段変速装置の出力軸２９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１７の変速幅、遊星歯車機構２０の構造並びに歯数比、第二の動力伝達機構２５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２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１７の変速幅を凡そ４倍（０．５〜２．０）とし、遊星歯車機構２０はそれぞれが１対ずつの遊星歯車３７ａ、３７ｂから成る遊星歯車組３６、３６を備え、第二の動力伝達機構２５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４６と高速用クラッチ４５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。
【００４１】
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４６と高速用クラッチ４５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４５、４６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４５、４６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４５、４６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２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２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２の右側に）する。
【００４２】
上述の様な条件で試算した結果を示す図２で、縦軸は、トロイダル型無段変速機１７の変速比（icvt）並びに、トロイダル型無段変速機１７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１５（図１）から前記入力軸２７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１７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１７に組み込んだ出力ディスク４の回転方向が入力軸２７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１７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１５から前記入力軸２７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１５から前記入力軸２７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２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１７に加わるトルクを小さくできる。図２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１５から前記入力軸２７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。
【００４３】
又、上記トロイダル型無段変速機１７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２０を介して伝達するので、無段変速装置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の伝達効率を９０％（動力損失が１０％）、遊星歯車機構２０の伝達効率を１００％、入力軸２７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１７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１７部分での動力損失は０．１×０．１＝０．０１＝１％となり、無段変速装置全体としての伝達効率は１００−１＝９９（％）と、きわめて高くなる。
【００４４】
更に、前記ローディングナット３４を前記回転軸３０の一端部に配置しているので、このローディングナット３４の緊締作業を容易に行なえる。又、このローディングナット３４に隣接して設けた押圧装置９を構成するローラ１２、１２の配列状態を、このローディングナット３４を螺合・緊締する際に確認できる。従って、無段変速装置を正しく組み立てる作業を容易に行なえる。
【００４５】
【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、無段変速装置全体としての軸方向寸法を短縮して、小型・軽量化をより進める事ができる。又、動力ロスを低減すると共に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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す略構成図。
【図２】トロイダル型無段変速機の変速比と無段変速装置全体としての変速比と入力トルク及び出力トルクとの関係を示す線図。
【図３】従来から知られているトロイダル型無段変速機を、最大減速時の状態で示す部分切断側面図。
【図４】同じく最大増速時の状態で示す部分切断側面図。
【図５】本発明の対象となる無段変速装置の基本構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１ 入力軸
２ 入力ディスク
２ａ 内側面
３ 出力軸
４ 出力ディスク
４ａ 内側面
５ 枢軸
６ トラニオン
７ 変位軸
８ パワーローラ
８ａ 周面
９ 押圧装置
１０ カム板
１１ 保持器
１２ ローラ
１３、１４ カム面
１５ エンジン
１６ 駆動軸
１７ トロイダル型無段変速機
１８ デファレンシャルギヤ
１９ 出力軸
２０ 遊星歯車機構
２１ 太陽歯車
２２ キャリア
２３ 第一の動力伝達機構
２４ リング歯車
２５ 第二の動力伝達機構
２７ 入力軸
２８ 発進クラッチ
２９ 出力軸
３０ 回転軸
３１ 駆動歯車
３２ 従動歯車
３３ 第三の動力伝達機構
３４ ローディングナット
３５ 予圧ばね
３６ 遊星歯車組
３７ａ、３７ｂ 遊星歯車
３８ａ、３８ｂ 枢軸
３９ 歯車
４０ 歯車
４１ スリーブ
４２ 転がり軸受
４３ 内径側ディスク
４４ 外径側ディスク
４５ 高速用クラッチ
４６ 低速用クラッチ
４７ 後退用クラッチ
４８ 歯車
４９ 駆動車軸
Claims (1)
- エンジンの駆動軸により回転駆動される入力軸と、この入力軸の周囲にこの入力軸と独立した回転を自在に支持されてこの入力軸の回転に基づく動力を取り出してデファレンシャルギヤを介して車輪を回転駆動する、管状の出力軸と、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し、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、上記入力軸と上記入力ディスクとを第三の動力伝達機構により回転力の伝達自在に接続すると共に、接続される事により上記入力軸と上記リング歯車との間での回転力を自在として高速モードを実現する高速用クラッチと、接続される事により上記遊星歯車機構を構成する３種類の歯車の相対変位を不能にして、上記キャリアと上記出力軸とを同期して回転させる低速モードを実現する低速用クラッチと、接続される事により上記リング歯車の回転を阻止して後退モードを実現する後退用クラッチとを備え、上記低速モードでは上記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し、上記高速モードでは動力を上記遊星歯車機構により伝達すると共に、一部の動力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、上記遊星歯車機構の中心軸を上記駆動軸と同軸上に配置すると共に、上記トロイダル型無段変速機の中心軸を、この駆動軸と平行でこの駆動軸よりも上方位置に配置し、上記第一の動力伝達機構の減速比αと上記第二の動力伝達機構の減速比β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る無段変速装置。
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-
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