JP6296923B2 - 動力分割式無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、動力分割式無段変速機に関する。

自動車などの車両には、エンジンの動力を変速して車輪に伝達するために、手動変速機、自動変速機または無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）などの変速機が搭載されている。

変速機には、多数の斜歯歯車が使用されている。斜歯歯車は、直歯平歯車と比較して、歯の噛み合いが滑らかであり、歯の噛み合いによる騒音およびトルク変動が小さいという利点を有している。その反面、斜歯歯車には、回転時にスラスト荷重（軸方向の荷重）が生じるという欠点がある。そのため、斜歯歯車とそれに隣接する部材との間には、スラスト荷重および差回転を受けるために、スラストニードルベアリングなどのスラスト軸受が介在される。

変速機として、たとえば、エンジンの動力を無段階に変速する無段変速機構と、エンジンの動力を無段変速機構を経由せずに伝達する歯車機構と、無段変速機構からの動力と歯車機構からの動力とを合成するための遊星歯車機構とを備えたものが提案されている。この提案にかかる変速機では、従来の無段変速機などよりも多数の歯車が使用されており、それゆえ、スラスト荷重および差回転が発生する部品が多く、多数のスラスト軸受を必要とする。

特許第４５５２３７６号公報

ところが、スラスト軸受が比較的高価であるため、スラスト軸受を多用している変速機は高価になる。

本発明の目的は、スラスト軸受の使用個数の低減を図ることができる、動力分割式無段変速機を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る動力分割式無段変速機は、回転軸に入力される動力を無段階に変速するための無段変速機構と、回転軸に入力される動力を一定の変速比で変速するための一定変速機構と、無段変速機構からの動力と一定変速機構からの動力とを合成するための合成用歯車機構とを備え、動力が無段変速機構のみを経由して合成用歯車機構に伝達される無段変速モードと、動力が無段変速機構および一定変速機構を経由して合成用歯車機構に伝達される動力分割モードとに切替可能に構成された分割式無段変速装置であって、一定変速機構は、内周部が回転軸に相対回転不能に支持され、外周部にピニオンギヤを回転可能に支持するキャリアと、キャリアの内周部に回転軸の軸線方向の一方側から対向する第１対向部を有し、回転軸と相対回転可能に設けられ、ピニオンギヤと噛合するサンギヤと、キャリアの内周部に軸線方向の他方側から対向する第２対向部を有し、回転軸と相対回転可能に設けられ、ピニオンギヤと噛合するリングギヤと、サンギヤと一体回転可能に設けられ、動力を合成用歯車機構に伝達するためのスプリットドライブギヤとを備え、サンギヤおよびスプリットドライブギヤは、それぞれねじれ方向が同方向の斜歯を有し、リングギヤは、ねじれ方向がサンギヤおよびスプリットギヤの斜歯と逆方向の斜歯を有し、サンギヤおよびスプリットドライブギヤの各斜歯のねじれ角は、サンギヤに生じるスラスト荷重がスプリットドライブギヤに生じるスラスト荷重よりも大きくなるように設定されている。

この構成によれば、キャリアの内周部が回転軸に相対回転不能に支持され、キャリアの内周部に、サンギヤの第１対向部が軸線方向の一方側から対向し、リングギヤの第２対向部が軸線方向の他方側から対向している。サンギヤおよびリングギヤは、キャリアに回転可能に支持されたピニオンギヤと噛合している。スプリットドライブギヤは、動力を合成用歯車機構に伝達するためのギヤであり、サンギヤと一体回転可能に設けられている。サンギヤ、リングギヤおよびスプリットドライブギヤは、斜歯歯車からなる。

動力分割モードでは、リングギヤが制動されることにより、回転軸の動力がピニオンギヤを介してサンギヤに伝達され、その動力がサンギヤからスプリットドライブギヤを介して合成用歯車機構に伝達される。

このとき、サンギヤは、ピニオンギヤから動力が入力される被動ギヤとなり、スプリットドライブギヤは、合成用歯車機構に動力を入力する駆動ギヤとなる。サンギヤおよびスプリットドライブリングギヤの各斜歯は、同じねじれ方向に傾斜しているので、サンギヤおよびスプリットドライブギヤには、互いに逆方向のスラスト荷重が生じる。そして、サンギヤおよびスプリットドライブギヤの各斜歯のねじれ角は、サンギヤに生じるスラスト荷重がスプリットドライブギヤに生じるスラスト荷重よりも大きくなるように設定されている。そのため、サンギヤおよびスプリットドライブギヤがなす一体には、サンギヤに生じるスラスト荷重の一部が残る。

一方、リングギヤは、ピニオンギヤから動力が入力される被動ギヤとなる。リングギヤは、ねじれ方向がサンギヤの斜歯と逆方向である斜歯を有しているので、リングギヤには、サンギヤに生じるスラスト荷重と逆方向のスラスト荷重が生じる。

したがって、動力分割モードにおいて、サンギヤの第１対向部がキャリアの内周部から離間する方向のスラスト荷重がサンギヤに発生し、リングギヤの第２対向部がキャリアの内周部から離間する方向のスラスト荷重がリングギヤに発生するように、サンギヤのねじれ方向および回転軸の回転方向が設定されていれば、キャリアの内周部に荷重がかからない。よって、キャリアの内周部と第１対向部および第２対向部との各間からスラスト軸受を不要とすることができ、スラスト軸受の使用個数の低減を図ることができる。

本発明によれば、スラスト軸受の使用個数を低減することができ、これにより、コストの低減を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る動力分割式無段変速機の構成を示すスケルトン図である。 各動力伝達モードにおけるハイブレーキ、リバースブレーキおよびロークラッチの状態を示す図である。 合成用歯車機構のサンギヤ、キャリアおよびリングギヤの回転数の関係を示す共線図である。 一定変速機構の機械的構成を示す断面図であり、インプット軸の軸線（回転中心線）に対する一方側のみを示す。 スプリットモード時および後進時に、スプリットドライブギヤ、サンギヤおよびリングギヤに生じるスラスト荷重の向きを示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る動力分割式無段変速機１の構成を示すスケルトン図である。

動力分割式無段変速機１は、たとえば、エンジンを動力源とする自動車に、エンジンの動力を変速してデファレンシャルギヤ２に伝達するために搭載される。動力分割式無段変速機１は、インプット軸３、アウトプット軸４、無段変速機構５、一定変速機構６および合成用歯車機構７を備えている。

インプット軸３には、エンジンの動力が入力される。

アウトプット軸４は、インプット軸３と平行に設けられている。

無段変速機構５は、ベルト式の無段変速機構である。無段変速機構５は、インプット軸３に連結されたプライマリ軸１１と、プライマリ軸１１と平行に設けられたセカンダリ軸１２と、プライマリ軸１１に相対回転不能に支持されたプライマリプーリ１３と、セカンダリ軸１２に相対回転不能に支持されたセカンダリプーリ１４と、プライマリプーリ１３とセカンダリプーリ１４とに巻き掛けられたベルト１５とを備えている。

一定変速機構６は、遊星歯車機構２１、スプリットドライブギヤ２２、ハイブレーキ２３およびリバースブレーキ２４を備えている。

遊星歯車機構２１は、キャリア２５、サンギヤ２６およびリングギヤ２７が含まれる。キャリア２５は、インプット軸３に相対回転不能に支持されている。キャリア２５は、複数個のピニオンギヤ２８を回転可能に支持している。複数のピニオンギヤ２８は、円周上に等角度間隔で配置されている。サンギヤ２６は、インプット軸３に相対回転可能に外嵌されて、各ピニオンギヤ２８にインプット軸３の回転径方向の内側から噛合している。リングギヤ２７は、キャリア２５の周囲を取り囲む円環状を有し、各ピニオンギヤ２８にインプット軸３の回転径方向の外側から噛合している。

スプリットドライブギヤ２２は、サンギヤ２６と一体回転可能に設けられている。

ハイブレーキ２３は、リングギヤ２７を制動する制動状態（オン）と、リングギヤ２７の回転を許容する解放状態（オフ）とに切り替えられる。

リバースブレーキ２４は、スプリットドライブギヤ２２（サンギヤ２６）を制動する制動状態（オン）と、スプリットドライブギヤ２２の回転を許容する解放状態（オフ）とに切り替えられる。

合成用歯車機構７は、遊星歯車機構の構成を有している。すなわち、合成用歯車機構７は、キャリア３１、サンギヤ３２およびリングギヤ３３を備えている。キャリア３１は、無段変速機構５のセカンダリ軸１２と相対回転可能に設けられている。キャリア３１は、複数個のピニオンギヤ３４を回転可能に支持している。複数のピニオンギヤ３４は、円周上に等角度間隔で配置されている。サンギヤ３２は、セカンダリ軸１２に相対回転不能に支持されて、各ピニオンギヤ３４にセカンダリ軸１２の回転径方向の内側から噛合している。リングギヤ３３は、キャリア３１の周囲を取り囲む円環状を有し、各ピニオンギヤ３４にセカンダリ軸１２の回転径方向の外側から噛合している。また、リングギヤ３３は、アウトプット軸４と一体回転可能に設けられている。

合成用歯車機構７は、ロークラッチ３５を備えている。ロークラッチ３５は、アウトプット軸４とセカンダリ軸１２とを直結する係合状態（オン）と、その直結を解除する解放状態（オフ）とに切り替えられる。

さらに、合成用歯車機構７は、キャリア３１と一体回転可能に設けられたスプリットドリブンギヤ３６と、スプリットドライブギヤ２２およびスプリットドリブンギヤ３６と噛合するアイドルギヤ３７とを備えている。

また、動力分割式無段変速機１は、アイドル機構８を備えている。アイドル機構８には、アウトプット軸４と平行に設けられたアイドル軸４１と、アイドル軸４１に相対回転不能に支持された第１アイドルギヤ４２および第２アイドルギヤ４３とが含まれる。アウトプット軸４には、出力ギヤ４４が相対回転不能に支持されており、この出力ギヤ４４と第１アイドルギヤ４２とが噛合している。第２アイドルギヤ４３は、デファレンシャルギヤ２に備えられたリングギヤ４５と噛合している。

図２は、各動力伝達モードにおけるハイブレーキ２３、リバースブレーキ２４およびロークラッチ３５の状態を示す図である。

動力分割式無段変速機１は、動力伝達モードとして、ＣＶＴモード（無段変速モード）およびスプリットモード（動力分割モード）を有している。

ＣＶＴモードでは、ハイブレーキ２３およびリバースブレーキ２４が解放状態にされる。そして、ロークラッチ３５が係合状態にされる。これにより、アウトプット軸４およびセカンダリ軸１２が直結される。

インプット軸３に入力される動力は、無段変速機構５のプライマリ軸１１に伝達され、プライマリ軸１１およびプライマリプーリ１３を回転させる。プライマリプーリ１３の回転は、ベルト１５を介して、セカンダリプーリ１４に伝達され、セカンダリプーリ１４およびセカンダリ軸１２を回転させる。ロークラッチ３５が係合されているので、アウトプット軸４がセカンダリ軸１２と一体に回転する。アウトプット軸４の回転は、出力ギヤ４４、第１アイドルギヤ４２、アイドル軸４１および第２アイドルギヤ４３を介して、デファレンシャルギヤ２のリングギヤ４５に伝達される。これにより、車両のドライブシャフト５１，５２が前進方向に回転する。

一定変速機構６の変速比は、無段変速機構５の最小変速比と同じ変速比に設定されている。車速に応じて、無段変速機構５の変速比が最小変速比まで変更されると、動力伝達モードがＣＶＴモードからスプリットモードに切り替えられる。スプリットモードでは、ハイブレーキ２３が制動状態にされ、リバースブレーキ２４およびロークラッチ３５が解放状態にされる。ハイブレーキ２３が制動状態にされることにより、一定変速機構６のリングギヤ２７が制動される。また、ロークラッチ３５が解放状態にされることにより、アウトプット軸４とセカンダリ軸１２との直結が解除される。

インプット軸３に入力される動力は、無段変速機構５のプライマリ軸１１に伝達され、プライマリ軸１１およびプライマリプーリ１３を回転させる。プライマリプーリ１３の回転は、ベルト１５を介して、セカンダリプーリ１４に伝達され、セカンダリプーリ１４およびセカンダリ軸１２を回転させる。セカンダリ軸１２の回転により、合成用歯車機構７のサンギヤ３２が回転する。

また、一定変速機構６のリングギヤ２７が制動されているので、インプット軸３に入力される動力は、一定変速機構６のキャリア２５を公転させるとともに、そのキャリア２５に保持されているピニオンギヤ２８を回転させる。ピニオンギヤ２８の回転により、ピニオンギヤ２８からサンギヤ２６に動力が入力される。これにより、ピニオンギヤ２８およびスプリットドライブギヤ２２が回転する。スプリットドライブギヤ２２の回転は、合成用歯車機構７のアイドルギヤ３７を介して、スプリットドリブンギヤ３６に伝達され、スプリットドリブンギヤ３６およびキャリア３１を回転させる。

一定変速機構６の変速比が無段変速機構５の最小変速比と同じであるから、ＣＶＴモードからスプリットモードに切り替えられた直後は、合成用歯車機構７のキャリア３１、サンギヤ３２およびリングギヤ３３が同じ速度で回転する。そして、リングギヤ３３と一体にアウトプット軸４が回転する。アウトプット軸４の回転は、出力ギヤ４４、第１アイドルギヤ４２、アイドル軸４１および第２アイドルギヤ４３を介して、デファレンシャルギヤ２のリングギヤ４５に伝達される。これにより、車両のドライブシャフト５１，５２が前進方向に回転する。

一定変速機構６の変速比は、無段変速機構５の最小変速比と同じ変速比で固定であるので、スプリットモードでは、合成用歯車機構７のキャリア３１の回転が一定速度に保持される。そのため、図３に示されるように、無段変速機構５の変速比が上げられると、サンギヤ３２（セカンダリ軸１２）の回転速度が下がり、それに伴って、リングギヤ（アウトプット軸４）の回転速度が上がる。よって、動力分割式無段変速機１は、大きな変速比幅を有することができる。

また、後進時には、ハイブレーキ２３およびロークラッチ３５が解放状態にされる。そして、リバースブレーキ２４が制動状態にされる。これにより、スプリットドライブギヤ２２（サンギヤ２６）が制動される。スプリットドライブギヤ２２の制動により、合成用歯車機構７のアイドルギヤ３７が回転不能となり、スプリットドリブンギヤ３６およびキャリア３１が回転不能となる。

インプット軸３に入力される動力は、無段変速機構５のプライマリ軸１１に伝達され、プライマリ軸１１およびプライマリプーリ１３を回転させる。プライマリプーリ１３の回転は、ベルト１５を介して、セカンダリプーリ１４に伝達され、セカンダリプーリ１４およびセカンダリ軸１２を回転させる。セカンダリ軸１２の回転により、合成用歯車機構７のサンギヤ３２が回転する。キャリア３１が回転不能なため、サンギヤ３２が回転すると、リングギヤ３３がサンギヤ３２と逆方向に回転する。このリングギヤ３３の回転方向は、ＣＶＴモードおよびスプリットモードにおけるリングギヤ３３の回転方向と逆方向となる。そして、リングギヤ３３と一体にアウトプット軸４が回転する。アウトプット軸４の回転は、出力ギヤ４４、第１アイドルギヤ４２、アイドル軸４１および第２アイドルギヤ４３を介して、デファレンシャルギヤ２のリングギヤ４５に伝達される。これにより、車両のドライブシャフト５１，５２が後進方向に回転する。

図４は、一定変速機構６の機械的構成を示す断面図であり、インプット軸３の軸線（回転中心線）Ｃに対する一方側のみを示す。

一定変速機構６のキャリア２５は、内周部６１およびフランジ部６２を一体的に備えている。内周部６１は、インプット軸３に外嵌されて、インプット軸３に相対回転不能に設けられている。フランジ部６２は、内周部６１からインプット軸３の回転径方向の外側に張り出している。フランジ部６２の外周端部には、回転中心線Ｃと平行に延びるギヤ支持軸６３が設けられ、ピニオンギヤ２８は、ギヤ支持軸６３に回転可能に支持されている。

サンギヤ２６は、第１対向部６４およびギヤ部６５を一体的に備えている。第１対向部６４は、インプット軸３に相対回転可能に外嵌され、キャリア２５の内周部６１に対して無段変速機構５側と反対側から対向している。キャリア２５の内周部６１と第１対向部６４との間には、たとえば、樹脂製のワッシャ６６が介在されている。ギヤ部６５は、第１対向部６４の無段変速機構５側の端部からピニオンギヤ２８に向けて突出している。ギヤ部６５のピニオンギヤ２８との対向面には、ピニオンギヤ２８のギヤ歯６７と噛合するギヤ歯６８が形成されている。

なお、以下では、無段変速機構５側を「右側」とし、その反対側を「左側」と規定して、方向などの説明に「左右」を用いる。

スプリットドライブギヤ２２は、第１対向部６４の右端部に外嵌状態で固定されている。

リングギヤ２７は、第２対向部６９、延出部７０およびギヤ部７１を備えている。第２対向部６９は、インプット軸３の周囲を間隔を空けて取り囲み、キャリア２５の内周部６１に対して左側から対向している。キャリア２５の内周部６１と第２対向部６９との間には、たとえば、樹脂製のワッシャ７２が介在されている。延出部７０は、第２対向部６９からインプット軸３の回転径方向に延出している。キャリア２５のフランジ部６２と延出部７０との間には、間隔が空けられている。ギヤ部７１は、延出部７０の外周端部から右側に、ピニオンギヤ２８とインプット軸３の回転径方向に対向する位置まで延出している。ギヤ部７１のピニオンギヤ２８との対向面には、ピニオンギヤ２８のギヤ歯６７と噛合するギヤ歯７３が形成されている。

サンギヤ２６のギヤ歯６８、リングギヤ２７のギヤ歯７３、ピニオンギヤ２８のギヤ歯６７およびスプリットドライブギヤ２２のギヤ歯７４は、斜歯である。具体的には、サンギヤ２６のギヤ歯６８およびスプリットドライブギヤ２２のギヤ歯７４は、ねじれ方向が同方向である斜歯であり、たとえば、右ねじれの斜歯である。リングギヤ２７のギヤ歯７３およびピニオンギヤ２８のギヤ歯６７は、サンギヤ２６のギヤ歯６８とねじれ方向が逆方向の斜歯であり、たとえば、左ねじれの斜歯である。また、サンギヤ２６のギヤ歯６８およびスプリットドライブギヤ２２のギヤ歯７４の各ねじれ角は、サンギヤ２６に生じるスラスト荷重がスプリットドライブギヤ２２に生じるスラスト荷重よりも大きくなるように設定されている。

図５は、スプリットモード時および後進時に、スプリットドライブギヤ２２、サンギヤ２６およびリングギヤ２７に生じるスラスト荷重の向きを示す図である。

前述のように、スプリットモードにおける駆動走行時（エンジンからの動力による走行時）は、一定変速機構６のリングギヤ２７が制動されているので、インプット軸３に入力される動力がキャリア２５およびピニオンギヤ２８を介してサンギヤ２６に入力される。そして、ピニオンギヤ２８およびスプリットドライブギヤ２２が回転し、スプリットドライブギヤ２２から合成用歯車機構７のアイドルギヤ３７に動力が伝達される。したがって、サンギヤ２６は、ピニオンギヤ２８から動力が入力される被動ギヤとなり、スプリットドライブギヤ２２は、アイドルギヤ３７に動力を入力する駆動ギヤとなる。サンギヤ２６のギヤ歯６８およびスプリットドライブギヤ２２のギヤ歯７４は、ねじれ方向が同方向である斜歯であるので、たとえば、サンギヤ２６には、右方向のスラスト荷重が生じ、スプリットドライブギヤ２２には、逆方向である左方向のスラスト荷重が生じる。そして、サンギヤ２６に生じるスラスト荷重は、スプリットドライブギヤ２２に生じるスラスト荷重よりも大きいので、サンギヤ２６およびスプリットドライブギヤ２２がなす一体には、サンギヤ２６に生じる右方向のスラスト荷重の一部が残る。

一方、リングギヤ２７は、ピニオンギヤ２８から動力が入力される被動ギヤとなる。リングギヤ２７のギヤ歯７３のねじれ方向がサンギヤ２６のギヤ歯６８のねじれ方向と逆方向であるので、リングギヤ２７には、サンギヤ２６に生じるスラスト荷重と逆方向である左方向のスラスト荷重が生じる。

したがって、第１対向部６４および第２対向部６９からキャリア２５の内周部６１に荷重がかからない。よって、キャリア２５の内周部６１と第１対向部６４および第２対向部６９との間には、スラスト軸受が不要であり、内周部６１、第１対向部６４および第２対向部６９に摩擦による焼き付きが発生するのを抑制するために、ワッシャ６６，７２等が介在されるとよい。

よって、動力分割式無段変速機１では、スラスト軸受の使用個数の低減を図ることができ、ひいては、コストの低減を図ることができる。

なお、スプリットモードにおける惰性走行時には、駆動走行時とトルクの入力方向が逆転するため、サンギヤ２６およびスプリットドライブギヤ２２がなす一体には、左方向のスラスト荷重が生じ、リングギヤ２７には、右方向のスラスト荷重が生じる。しかしながら、惰性走行の頻度は低く、惰性走行時にサンギヤ２６などに発生するスラスト荷重は小さいので、樹脂製のワッシャ６６，７２でもスラスト荷重に十分に耐え得る。

また、惰性による後進時には、スプリットドライブギヤ２２に左方向のスラスト荷重が発生するが、後進の頻度は低いので、樹脂製のワッシャ６６，７２でスラスト荷重に十分に耐え得る。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ 動力分割式無段変速機
３ インプット軸（回転軸）
５ 無段変速機構
６ 一定変速機構
７ 合成用歯車機構
２２ スプリットドライブギヤ
２５ キャリア
２６ サンギヤ
２７ リングギヤ
２８ ピニオンギヤ
６１ 内周部
６４ 第１対向部
６８ ギヤ歯
６９ 第２対向部
７３ ギヤ歯
７４ ギヤ歯

Claims (1)

1. 回転軸に入力される動力を無段階に変速するための無段変速機構と、前記回転軸に入力される動力を一定の変速比で変速するための一定変速機構と、前記無段変速機構からの動力と前記一定変速機構からの動力とを合成するための合成用歯車機構とを備え、動力が前記無段変速機構のみを経由して前記合成用歯車機構に伝達される無段変速モードと、動力が前記無段変速機構および前記一定変速機構を経由して前記合成用歯車機構に伝達される動力分割モードとに切替可能に構成された分割式無段変速装置であって、
   前記一定変速機構は、
   内周部が前記回転軸に相対回転不能に支持され、外周部にピニオンギヤを回転可能に支持するキャリアと、
   前記キャリアの前記内周部に前記回転軸の軸線方向の一方側から対向する第１対向部を有し、前記回転軸と相対回転可能に設けられ、前記ピニオンギヤと噛合するサンギヤと、
   前記キャリアの前記内周部に前記軸線方向の他方側から対向する第２対向部を有し、前記回転軸と相対回転可能に設けられ、前記ピニオンギヤと噛合するリングギヤと、
   前記サンギヤと一体回転可能に設けられ、動力を前記合成用歯車機構に伝達するためのスプリットドライブギヤと
   を備え、
   前記サンギヤおよび前記スプリットドライブギヤは、それぞれねじれ方向が同方向の斜歯を有し、
   前記リングギヤは、ねじれ方向が前記サンギヤおよび前記スプリットギヤの斜歯と逆方向の斜歯を有し、
   前記サンギヤおよび前記スプリットドライブギヤの各斜歯のねじれ角は、前記サンギヤに生じるスラスト荷重が前記スプリットドライブギヤに生じるスラスト荷重よりも大きくなるように設定されている、分割式無段変速装置。

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