JP5963227B2 - 無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、駆動軸の軸線上に入力軸、前後進切換機構、第１変速機構および第２変速機構を同軸に配置し、駆動源の駆動力を前記駆動軸から前記入力軸、前記前後進切換機構、前記第１変速機構および前記第２変速機構を介してディファレンシャルギヤに伝達する無段変速機に関する。

ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機構が出力する駆動力を出力軸に直接伝達する直結モードと、トロイダル型無段変速機構が出力する駆動力とトロイダル型無段変速機構に入力する駆動力とを遊星歯車機構で混合して出力軸に伝達する動力循環モードとを、二つのクラッチの係合および係合解除により切り換え可能な無段変速機が、下記特許文献１により公知である。

またエンジン、前後進切換機構およびシングルキャビティ型のトロイダル型無段変速機構を同一軸線上に直列に配置し、トロイダル型無段変速機構のエンジンと反対側の端部から出力される駆動力を前記軸線と直交する方向に配置された伝達軸を介してディファレンシャルギヤに伝達する無段変速機が、下記特許文献２により公知である。

日本特開平１１−２２３２５７号公報 日本特開平０９−１２６２９２号公報

ところで上記特許文献１に記載されたものは、トロイダル型無段変速機構の軸線と平行な軸線上に遊星歯車機構や二つのクラッチが配置されているため、軸数が増加して無段変速機の径方向寸法が大型化するだけでなく、動力循環モードにおいてトロイダル型無段変速機構の変速比を一方向に変化させる過程で、車両の走行方向が前進から停止を経て後進に連続的に変化するため、変速比の僅かなずれによって車両の前進と後進とが切り換わってしまい、運転者の予期せぬ方向に車両が移動する異走が発生する可能性があった。

また上記特許文献２に記載されたものは、前後進切換機構およびトロイダル型無段変速機構の軸線の端部に中間軸が配置されているため、中間軸を配置するスペースの分だけ無段変速機の軸方向寸法が大型化するだけでなく、遊星歯車機構よりなる減速機構を持たないため、中間軸上のギヤ列で減速比が稼ごうとすると無段変速機の径方向寸法が著しく大型化する可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、小型でありながら大きな減速比を得ることが可能な無段変速機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、駆動軸の軸線上に入力軸、前後進切換機構、第１変速機構および第２変速機構を同軸に配置し、駆動源の駆動力を前記駆動軸から前記入力軸、前記前後進切換機構、前記第１変速機構および前記第２変速機構を介してディファレンシャルギヤに伝達する無段変速機であって、前記前後進切換機構は、前記駆動軸に接続された第１要素と、前記第１要素に接続されて第１係合装置によりミッションケースに結合可能な第２要素と、前記入力軸に接続されて第２係合装置により前記第１要素に結合可能な第３要素とを含む第１遊星歯車機構を備え、前記第１変速機構は、前記入力軸と一体回転して前記第３要素に接続された入力ディスクと、前記入力軸の外周に相対回転自在に支持された出力ディスクと、前記入力ディスクおよび前記出力ディスク間に挟持されたパワーローラとを備え、前記パワーローラを揺動させて前記入力ディスクおよび前記出力ディスクとの接触点を変化させることで変速比を変更可能なトロイダル型無段変速機構からなり、前記第２変速機構は、前記出力ディスクに接続された第４要素と、前記第４要素に接続されるとともに出力ギヤを介して前記ディファレンシャルギヤに接続された第５要素と、前記第５要素および前記ミッションケースに接続された第６要素とを含む第２遊星歯車機構を備え、前記出力ディスクに対して前記第２変速機構は前記駆動源に近い側に配置され、前記出力ディスクに対して前記入力ディスクは前記駆動源から遠い側に配置され、前記出力ギヤは、その内周に配置したベアリングを介して前記ミッションケースに支持されることを第１の特徴とする無段変速機が提案される。

また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、キャリヤである前記第５要素に支持された二段ピニオンは大径ピニオンおよび小径ピニオンを一体に備え、前記大径ピニオンはサンギヤである前記第４要素に噛合し、前記小径ピニオンはリングギヤである前記第６要素に噛合することを第２の特徴とする無段変速機が提案される。

また本発明によれば、前記第２の特徴に加えて、前記二段ピニオンの前記小径ピニオンは前記大径ピニオンに対して前記駆動源から遠い側に配置され、前記小径ピニオンが噛合する前記リングギヤは前記ディファレンシャルギヤを支持する前記ミッションケースの前記駆動源から遠い側と一体に形成されることを第３の特徴とする無段変速機が提案される。

尚、実施の形態のトロイダル型無段変速機構１２は本発明の第１変速機構に対応し、実施の形態の減速機構１３は本発明の第２変速機構に対応し、実施の形態の前進クラッチ２１は本発明の第２係合装置に対応し、実施の形態の後進ブレーキ２２は実施の形態の第１係合装置に対応し、実施の形態のサンギヤ２３は本発明の第１要素に対応し、実施の形態のリングギヤ２４は本発明の第３要素に対応し、実施の形態のキャリヤ２５は本発明の第２要素に対応し、実施の形態のサンギヤ４９は本発明の第４要素に対応し、実施の形態のリングギヤ５０は本発明の第６要素に対応し、実施の形態のキャリヤ５１は本発明の第５要素に対応し、実施の形態のボールベアリング５６は本発明のベアリングに対応する。

本発明の第１の特徴によれば、無段変速機は、駆動軸の軸線上に入力軸、前後進切換機構、第１変速機構および第２変速機構を同軸に配置し、駆動源の駆動力を駆動軸から入力軸、前後進切換機構、第１変速機構および第２変速機構を介してディファレンシャルギヤに伝達する。前後進切換機構は、第１要素、第２要素、第３要素、第１係合装置および第２係合装置を含む第１遊星歯車機構を備え、第１変速機構は、入力ディスク、出力ディスクおよびパワーローラを備えるトロイダル型無段変速機構からなり、第２変速機構は、第４要素、第５要素および第６要素を含む第２遊星歯車機構を備える。

ディファレンシャルギヤ以外の要素が駆動軸の軸線上に配置されるため、無段変速機の径方向寸法を小型化することができるだけでなく、第２遊星歯車機構を備える減速機構によって無段変速機の減速比を大きく稼ぐことができる。しかもトロイダル型無段変速機構の出力ディスクに対して第２変速機構は駆動源に近い側に配置され、トロイダル型無段変速機構の出力ディスクに対して入力ディスクは駆動源から遠い側に配置されるので、出力ディスクおよび第２変速機構が隣接して配置されることになる。その結果、出力ディスクから入力ディスクの径方向外側を通って第２変速機構に駆動力を伝達する駆動力伝達経路が不要になり、部品点数を削減するとともに無段変速機の径方向寸法を一層小型化することができる。

また、出力ギヤは、その内周に配置したベアリングを介してミッションケースに支持されるので、出力ギヤの外周をベアリングを介してミッションケースに支持する場合に比べて、ベアリングを含む出力ギヤの径方向寸法を小型化することができる。

また本発明の第２の特徴によれば、キャリヤである第５要素に支持された二段ピニオンは大径ピニオンおよび小径ピニオンを備え、大径ピニオンはサンギヤである第４要素に噛合し、小径ピニオンはリングギヤである第６要素に噛合するので、第２変速機構の径方向寸法を大型化することなく減速比を稼ぐことができる。

また本発明の第３の特徴によれば、二段ピニオンの小径ピニオンは大径ピニオンに対して駆動源から遠い側に配置されるので、小径ピニオンが噛合するリングギヤをディファレンシャルギヤの駆動源から遠い側を支持するミッションケースと一体に形成する際に、大径ピニオンがミッションケースと干渉するのを防止してリングギヤを容易に配置することができる。

図１はトロイダル型変速機構のスケルトン図である。（第１の実施の形態） 図２は図１の要部詳細図である。（第１の実施の形態） 図３は図２の３部拡大図である。（第１の実施の形態） 図４はトロイダル型変速機構の比較例のスケルトン図である。（第１の実施の形態）

１１ 前後進切換機構
１２ トロイダル型無段変速機構（第１変速機構）
１３ 減速機構（第２変速機構）
１４ ディファレンシャルギヤ
１８ 駆動軸
１９ 入力軸
２０ 第１遊星歯車機構
２１ 前進クラッチ（第２係合装置）
２２ 後進ブレーキ（第１係合装置）
２３ サンギヤ（第１要素）
２４ リングギヤ（第３要素）
２５ キャリヤ（第２要素）
２７ ミッションケース
４０ 入力ディスク
４１ 出力ディスク
４４ パワーローラ
４９ サンギヤ（第４要素）
５０ リングギヤ（第６要素）
５１ キャリヤ（第５要素）
５２ 二段ピニオン
５２ａ 大径ピニオン
５２ｂ 小径ピニオン
５３ 第２遊星歯車機構
５５ 出力ギヤ
５６ ボールベアリング（ベアリング）

以下、図１〜図４に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態

図１〜図３に示すように、自動車用の無段変速機Ｔは、前後進切換機構１１と、トロイダル型無段変速機構１２と、減速機構１３と、ディファレンシャルギヤ１４とを備えており、エンジンＥのクランクシャフト１５の回転を無段階に変速して左右の車軸１６，１６に伝達する。

前後進切換機構１１は、エンジンＥのクランクシャフト１５にダンパー１７を介して接続された駆動軸１８と、トロイダル型無段変速機構１２の入力軸１９とを接続するもので、第１遊星歯車機構２０と、前進クラッチ２１と、後進ブレーキ２２とを備える。第１遊星歯車機構２０は、サンギヤ２３、リングギヤ２４およびキャリヤ２５の三つの要素を備えるもので、キャリヤ２５に支持した複数のピニオン２６…がサンギヤ２３およびリングギヤ２４に同時に噛合する。サンギヤ２３は、ミッションケース２７にボールベアリング２８を介して支持された駆動軸１８に固定されたクラッチハブ２９と一体に設けられる。リングギヤ２４は、ミッションケース２７および駆動軸１８にボールベアリング３０，３１を介して支持されたクラッチドラム３２と一体に設けられる。キャリヤ２５は、ミッションケース２７にボールベアリング３３を介して支持される。

前進クラッチ２１は、前記クラッチハブ２９と、前記クラッチドラム３２と、それらを接続する複数の摩擦係合板３４…と、油圧で作動して摩擦係合板３４…を相互に係合させるクラッチピストン３５とを備える。前進クラッチ２１が係合すると、駆動軸１８が入力軸１９に直結され、入力軸１９は駆動軸１８と一体で回転する。

後進ブレーキ２２は、第１遊星歯車機構２０のキャリヤ２５とミッションケース２７とを接続する複数の摩擦係合板３６…と、油圧で作動して摩擦係合板３６…を相互に係合させるブレーキピストン３７とを備える。後進ブレーキ２２が係合すると、駆動軸１８の回転が第１遊星歯車機構２０で減速され、かつ逆回転になって入力軸１９に伝達される。

シングルキャビティ型のトロイダル型無段変速機構１２は、入力ディスク４０と、出力ディスク４１と、トラニオン軸４３，４３まわりに揺動可能に支持されて入力ディスク４０および出力ディスク４１に当接する一対のパワーローラ４４，４４とを備える。トロイダル型無段変速機構１２の入力軸１９は、エンジンＥから遠い側の軸端に設けた第１フランジ部１９ａがミッションケース２７にボールベアリング４５を介して支持される。入力ディスク４０は入力軸１９に軸方向摺動可能かつ相対回転不能に支持されており、入力ディスク４０の背面と入力軸１９の第１フランジ部１９ａとの間にピストン４６が配置される。油室４７に油圧を供給してピストン４６を駆動すると、ピストン４６に押圧された入力ディスク４０が出力ディスク４１に向けて付勢され、入力ディスク４０および出力ディスク４１間にパワーローラ４４，４４がスリップ不能に挟持される。

出力ディスク４１は入力軸１９に相対回転可能かつ軸方向摺動可能に支持されており、出力ディスク４１の背面と入力軸１９の第２フランジ部１９ｂとの間にスラストボール４８…が配置される。これにより、ピストン４６の押圧力で図中右側に付勢された出力ディスク４１は、入力軸１９に対して軸方向に位置決めされる。

減速機構１３は、サンギヤ４９、リングギヤ５０およびキャリヤ５１の三つの要素と、キャリヤ５１に回転自在に支持された複数の二段ピニオン５２…とからなる第２遊星歯車機構５３を備える。サンギヤ４９と一体に形成された連結部４２はトロイダル型無段変速機構１２の出力ディスク４１に結合され、リングギヤ５０はミッションケース２７と一体に形成され、キャリヤ５１はサンギヤ４９にボールベアリング５４を介して支持される。そして各二段ピニオン５２の大径ピニオン５２ａはサンギヤ４９に噛合し、各二段ピニオン５２の小径ピニオン５２ｂはリングギヤ５０に噛合する。よって、サンギヤ４９の回転はキャリヤ５１の二段ピニオン５２…により大きく減速された状態でリングギヤ５０に伝達される。

第２遊星歯車機構５３の径方向外側において、第２遊星歯車機構５３のキャリヤ５１と一体に結合された環状の出力ギヤ５５の内周面が、ミッションケース２７に一対のボールベアリング５６，５６を介して支持される。出力ギヤ５５は、ミッションケース２７に一対のローラベアリング５７を介して支持したデフケース５８に固定したファイナルドリブンギヤ５９に噛合する。

ディファレンシャルギヤ１４は、デフケース５８に固定したピニオンシャフト６０に回転自在に支持した一対のディファレンシャルピニオン６１，６１と、一対の車軸１６，１６の相互に対向する軸端に固定されてディファレンシャルピニオン６１，６１に噛合する一対のディファレンシャルサイドギヤ６２とを備える。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

図１において、前後進切換機構１１の前進クラッチ２１を係合して後進ブレーキ２２を係合解除すると、エンジンＥの駆動力がクランクシャフト１５→ダンパー１７→駆動軸１８→前進クラッチ２１→入力軸１９→入力ディスク４０→パワーローラ４４，４４→出力ディスク４１→連結部４２→サンギヤ４９→二段ピニオン５２→キャリヤ５１→出力ギヤ５５→ファイナルドリブンギヤ５９→ディファレンシャルギヤ１４→車軸１６，１６の経路で伝達され、車両は前進走行する。一方、前後進切換機構１１の前進クラッチ２１を係合解除して後進ブレーキ２２を係合すると、後進ブレーキ２２で第１遊星歯車機構２０のキャリヤ２５がミッションケース２７に拘束されるため、エンジンＥの駆動力がクランクシャフト１５→ダンパー１７→駆動軸１８→サンギヤ２３→ピニオン２６→リングギヤ２４の経路で逆回転となり、かつ第１遊星歯車機構２０で減速されて入力軸１９に伝達され、車両は後進走行する。

車両の走行中にトロイダル型無段変速機構１２の一対のパワーローラ４４，４４をトラニオン軸４３，４３まわりに図１の矢印ａ方向に揺動させると、パワーローラ４４，４４および入力ディスク４０の接触点が入力軸１９に対して半径方向外側に移動するとともに、パワーローラ４４，４４および出力ディスク４１の接触点が入力軸１９に対して半径方向内側に移動するため、入力ディスク４０の回転が増速して出力ディスク４１に伝達され、トロイダル型変速機構Ｔの変速比が連続的に減少する。一方、パワーローラ４４，４４を図１の矢印ｂ方向に揺動させると、パワーローラ４４，４４および入力ディスク４０の接触点が入力軸１９に対して半径方向内側に移動するとともに、パワーローラ４４，４４および出力ディスク４１の接触点が入力軸１９に対して半径方向外側に移動するため、入力ディスク４０の回転が減速して出力ディスク４１に伝達され、トロイダル型変速機構Ｔの変速比が連続的に増加する。

図４は無段変速機Ｔの比較例を示すもので、図１の実施の形態では、入力ディスク４０がエンジンＥから遠い側に配置され、出力ディスク４１がエンジンＥに近い側に配置されているのに対し、比較例では入力ディスク４０および出力ディスク４１の位置関係が入れ代わり、入力ディスク４０がエンジンＥに近い側に配置され、出力ディスク４１がエンジンＥから遠い側に配置されている。その結果、比較例では、出力ディスク４１および連結部４２にそれぞれ第１ギヤａおよび第４ギヤｂを設け、入力軸１９と平行に配置した中間軸ｃの両端に前記第１ギヤａに噛合する第２ギヤｄと、前記第４ギヤｂに噛合する第３ギヤｅとを設け、出力ディスク４１の駆動力を入力ディスク４０の径方向外側を通して減速機構１３に伝達する必要がある。その結果、第１ギヤａ、第４ギヤｂ、中間軸ｃ、第２ギヤｄおよび第３ギヤｅの分だけ部品点数が増加するだけでなく、入力軸１９と平行に配置された中間軸ｃにより無段変速機Ｔの径方向寸法が大型化する問題がある。

一方、本実施の形態では出力ディスク４１と減速機構１３の入力部材である連結部４２とが隣接するため、それらを直結して駆動力を伝達することが可能となり、比較例の第１ギヤａ、第４ギヤｂ、中間軸ｃ、第２ギヤｄおよび第３ギヤｅが不要になって部品点数の削減および無段変速機Ｔの径方向寸法の小型化が可能となる。

またディファレンシャルギヤ１４に駆動力を出力する出力ギヤ５５は、その内周に配置したボールベアリング５６，５６を介してミッションケース２７に支持されるので、仮に出力ギヤ５５の外周をボールベアリング５６，５６を介してミッションケース２７に支持する場合に比べて、ボールベアリング５６，５６を含む出力ギヤ５５の径方向寸法を小型化することができる。

また減速機構１３のキャリヤ５１に支持された二段ピニオン５２は大径ピニオン５２ａおよび小径ピニオン５２ｂを備え、大径ピニオン５２ａはサンギヤ４９に噛合し、小径ピニオン５２ｂはリングギヤ５０に噛合するので、通常の段を持たないピニオンを用いる場合に比べて、減速機構１３の径方向寸法を大型化することなく減速比を稼ぐことができる。

しかも二段ピニオン５２の小径ピニオン５２ｂは大径ピニオン５２ａに対してエンジンＥから遠い側に配置されるので、小径ピニオン５２ｂが噛合するリングギヤ５０をディファレンシャルギヤ１４を支持するミッションケース２７のエンジンＥから遠い側と一体に形成することが可能となり（図２および図３参照）、無段変速機Ｔの小型化が可能となる。仮に、二段ピニオン５２の小径ピニオン５２ｂおよび大径ピニオン５２ａの位置関係が逆であるとすると、小径ピニオン５２ｂに噛合するリングギヤ５０をミッションケース２７と一体に形成しようとした場合に、大径ピニオン５２ａと干渉するためにミッションケース２７を小径ピニオン５２ｂ側に延ばすことができず、ミッションケース２７にリングギヤ５０を一体に形成することが難しくなる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、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。

例えば、本発明の駆動源は実施の形態のエンジンＥに限定されず、モータ・ジェネレータ等の他種の駆動源であっても良い。

また本発明の第１要素、第２要素および第３要素はそれぞれ実施の形態のサンギヤ２３、キャリヤ２５およびリングギヤ２４に対応するが、その対応関係は任意である。

また本発明の第４要素、第５要素および第６要素はそれぞれ実施の形態のサンギヤ４９、キャリヤ５１およびリングギヤ５０に対応するが、その対応関係は任意である。

また出力ギヤ５５を支持するベアリングは実施の形態のボールベアリング５６に限定されず、他種のベアリングであっても良い。

Claims (3)

1. 駆動軸（１８）の軸線上に入力軸（１９）、前後進切換機構（１１）、第１変速機構（１２）および第２変速機構（１３）を同軸に配置し、駆動源（Ｅ）の駆動力を前記駆動軸（１８）から前記入力軸（１９）、前記前後進切換機構（１１）、前記第１変速機構（１２）および前記第２変速機構（１３）を介してディファレンシャルギヤ（１４）に伝達する無段変速機であって、
   前記前後進切換機構（１１）は、前記駆動軸（１８）に接続された第１要素（２３）と、前記第１要素（２３）に接続されて第１係合装置（２２）によりミッションケース（２７）に結合可能な第２要素（２５）と、前記入力軸（１９）に接続されて第２係合装置（２１）により前記第１要素（２３）に結合可能な第３要素（２４）とを含む第１遊星歯車機構（２０）を備え、
   前記第１変速機構（１２）は、前記入力軸（１９）と一体回転して前記第３要素（２４）に接続された入力ディスク（４０）と、前記入力軸（１９）の外周に相対回転自在に支持された出力ディスク（４１）と、前記入力ディスク（４０）および前記出力ディスク（４１）間に挟持されたパワーローラ（４４）とを備え、前記パワーローラ（４４）を揺動させて前記入力ディスク（４０）および前記出力ディスク（４１）との接触点を変化させることで変速比を変更可能なトロイダル型無段変速機構（１２）からなり、
   前記第２変速機構（１３）は、前記出力ディスク（４１）に接続された第４要素（４９）と、前記第４要素（４９）に接続されるとともに出力ギヤ（５５）を介して前記ディファレンシャルギヤ（１４）に接続された第５要素（５１）と、前記第５要素（５１）および前記ミッションケース（２７）に接続された第６要素（５０）とを含む第２遊星歯車機構（５３）を備え、
   前記出力ディスク（４１）に対して前記第２変速機構（１３）は前記駆動源（Ｅ）に近い側に配置され、前記出力ディスク（４１）に対して前記入力ディスク（４０）は前記駆動源（Ｅ）から遠い側に配置され、
   前記出力ギヤ（５５）は、その内周に配置したベアリング（５６）を介して前記ミッションケース（２７）に支持されることを特徴とする無段変速機。
2. キャリヤ（５１）である前記第５要素に支持された二段ピニオン（５２）は大径ピニオン（５２ａ）および小径ピニオン（５２ｂ）を一体に備え、前記大径ピニオン（５２ａ）はサンギヤ（４９）である前記第４要素に噛合し、前記小径ピニオン（５２ｂ）はリングギヤ（５０）である前記第６要素に噛合することを特徴とする、請求項１に記載の無段変速機。
3. 前記二段ピニオン（５２）の前記小径ピニオン（５２ｂ）は前記大径ピニオン（５２ａ）に対して前記駆動源（Ｅ）から遠い側に配置され、前記小径ピニオン（５２ｂ）が噛合する前記リングギヤ（５０）は前記ディファレンシャルギヤ（１４）の前記駆動源（Ｅ）から遠い側を支持する前記ミッションケース（２７）と一体に形成されることを特徴とする、請求項２に記載の無段変速機。

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