JP2003094967A - 自動無段連続変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車等の内燃機関の変速装置は重量が大き
く機構は複雑である。装置を単純化し重量軽減を図るこ
とが課題である。 【解決手段】 前後進切替歯車と差動歯車減速装置の組
合わせにより、前後進切替褶動子１６を前進位置に切替
えたとき、歯車１３の回転は第２駆動軸１５の歯車１４
を増速し、同軸に接続する差動変速装置２５を回転駆動
する。 差動歯車原理により、第１駆動軸３の回転に対
し第２駆動軸１５の回転が１／２を越えて増速する変化
に対し、これに比例してドリブン傘歯車軸２４は正転増
速する。同褶動子１６を後進位置に切替えたとき、歯車
１７の回転は第２駆動軸の歯車１８により減速され、同
軸に接続する差動変速装置２５を回転駆動する。 差動
歯車原理により、第１駆動軸３の回転に対し第２駆動軸
１５の回転が１／２より減速する変化に対し、これに比
例してドリブン傘歯車軸２４は逆転増速する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関を動力とす
る運行装置の動力伝達系における無段変速装置として、
差動傘歯車装置を適用する技術に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】 従来の自動変速機は、トルクコンバー
タの出力軸と、遊星歯車機構を接続していわゆるオート
マチックトランスミッション（ＡＴ車）による自動変速
装置であって、２組の遊星歯車装置を並べ、夫々には３
種のサンギア、プラネタリーギア、インターナルギアが
組み込まれ、キャリアーがプラネタリーギアの公転回転
を伝え、リアのサンギアにはエンジンの回転が伝えら
れ、リアのキャリアはフロントのインターナルギアと固
定接続され、更にリアのキャリアはプロペラシャフトへ
回転を伝達する構造である。トルクの必要な発進、低速
時にはリアのインターナルギアを固定し、エンジン回転
はリアのサンギアからリアのキャリア軸を駆動し１／４
回転に減速されてプロペラ軸を駆動する。中速時にはリ
アのサンギアをリアのインターナルギアと接続すること
で３つの歯車を一体化させ、エンジン回転をプロペラシ
ャフトに伝える。高速時にはフロントのサンギアを固定
し、リアのサンギアとフロントのキャリアを接続するこ
とでエンジン回転は４／３に増速され、プロペラシャフ
トを駆動する方式が自動変速機の主流をなしている。 【０００３】また、トランスミッションに代わり高性能
樹脂製のベルトや精密金属製のチェンと変速プーリーを
用いて、必要トルクと回転数を無段階に動力軸に伝達す
るものが実用化されて来ている。差動傘歯車装置を応用
した変速装置に関する利用技術は見あたらない。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】従来の技術には次のよ
うな欠点があった。 （イ） オートマチックトランスミッションを搭載した
自動車においては、走行中、車速に応じて自動的に歯車
列の変速比を適正に切り替える優れた機構を持っている
が、ギアの切り替えショックが乗り心地に影響すること
は免れない。できるかぎり無段階に近い変速をするた
め、改善改良が行われ、歯車列の段数を増やす方向にあ
るが、歯車列の増加は重量増加につながり、車両重量の
軽減によりエンジン負荷を減少させて環境負荷を軽減し
ようとする社会的要求に対し、やや矛盾する点が欠点と
なる。 （ロ） 自動変速プーリーはスムースな変速能力を有し
ている。小形車両等、小馬力エンジンを搭載する車両に
主として用いられている。しかし、動力伝達に合成樹脂
製ベルトが用いられているため、動力伝達能力に限界が
あった。 （ハ） 金属製チェンを用いた自動変速プーリもスムー
ズな変速能力を有しているが、チェンの複雑な構造や発
生する騒音のため使用されることがなかったが、近年、
高機能金属が得られるようになり、チェンの製作精度の
向上とあいまって、採用される方向に向かっている。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明は自動車のプロペ
ラ軸を入力軸として、後輪左右アクスル駆動に用いられ
ている傘歯車差動装置の差動原理を、無段変速装置とし
て利用する技術に関するものである。即ち、図２に示す
ごとく、差動装置の遊星歯車を装着したキャリアの回転
数をＣ、両アクスルの片側の回転数をＡ、反対側の軸の
回転数をＢとした場合、差動装置においては（Ａ＋Ｂ）
／２＝Ｃ が成立する。ここで、差動装置
の基本構成を変えることなく、図３に示すごとき構成と
して、各軸の名称のみ Ａは駆動軸回転数、Ｂは出力軸
回転数、Ｃはキャリア回転数と呼称を変える。上式を変
形すると Ｂ＝２Ｃ−Ａ となる。ここでキャ
リアＣに回転力を与え Ｃ＝Ａ の条件で Ｂ＝Ａ 出力軸＝駆動軸回転数 Ｃ＝１／２Ａ の条件で Ｂ＝０ 出力軸回転数＝０ Ｃ＝０ の条件で Ｂ＝−Ａ，即ち−Ｂ＝Ａ，駆動軸
に対し出力軸反転と表現出来ることになり、 Ｃ＞１／２Ａ のとき 出力軸正転 即ち 車両前進 Ｃ＝１／２Ａ のとき 出力軸停止 即ち 車両停止 Ｃ＜１／２Ａ のとき 出力軸逆転 即ち 車両後進 以上の条件により、差動装置のキャリアＣと軸Ａに回転
を与えて制御すれば、Ｂ軸の回転を制御することが可能
となり、差動装置は無段変速装置として用いることが出
来る。しかし、Ｃ＝１／２Ａ、即ち車両停止の条件は、
車両が前進走行中、或るいは後進走行中に置いても、加
減速等の運行状況により発生する可能性がある。また、
エンジン起動、車輪制動停止中にエンジンの回転変動に
よりＣ＝１／２Ａ を中心にして正逆転の回転振れを起
こす可能性があり、実用的でないので、この条件が発生
しない歯車切替機構を組み込むことにした。 【０００６】トルクコンバータのタービン翼車軸を中空
軸として後方へ延長し、前軸、後軸に分け、前軸、後軸
間に前後進切り替え用歯車列を中間軸を介して設け、後
軸の回転を切り替えスライドクラッチの褶動子により前
進、または後進に切替えて駆動制御する。前進、後進歯
車を静合装着した後軸を後方へ延長し、差動傘歯車変速
装置の遊星歯車キャリアボックスの回転軸ボス孔に静合
装着し第２駆動軸とする。差動傘歯車変速装置の左右ピ
ニオンギア軸の一方を、中空軸を貫通して前方に延長
し、トルクコンバータのポンプ翼車ディスクハブ孔に静
合装着し、更に延長してクランク軸端にカップリングに
より静合接続して第１動力軸とする。差動傘歯車変速装
置の他の一方のピニオンギア軸を延長して、車両のプロ
ペラシャフトとして用いる。プロペラシャフトにはブレ
ーキドラムを静合装着し、スプリングバック油圧式ブレ
ーキにより制動を行う。以上の構造と操作により上記課
題を解決しようとしたものである。 【０００７】 【実施例】本発明の無段変速機は図１に示すごとく、ト
ルクコンバータ４のタービン翼車軸を中空軸として後方
へ延長し、前軸８、後軸１５に分け、前軸８端部にドラ
イブ歯車１０を静合装着し、後軸１５に前進ドリブン歯
車１４と後進ドリブン歯車１８を静合装着する。 【０００８】前後進切替ギアボックス１９内に、自由回
転する中間軸１２を設け、同軸上にドライブ歯車１０と
同径のドリブン歯車１１を相互に常時噛み合う位置を定
め、静合装着する。この時の歯車回転比は１：１であ
る。また、この時の軸間距離を規定軸間距離とする。 【０００９】後軸１５に静合装着された歯車１４との回
転比が、規定軸間距離を保ち、 歯車（１４：１３）＝（回転比）１．１：１ の比で噛み合い、側端面に噛み合いクラッチ歯を有する
前進ドライブ歯車１３を、前進ドリブン歯車１４と噛み
合う位置に、中間軸１２上にストップリングで位置を定
めセットする。歯車１３は中間軸１２と遊合し自由に回
転できる。クラッチ歯の向きは後方向きとする。 【００１０】後軸１５に静合装着された後進ドリブン歯
車１８との回転比が、規定軸間距離を保ち、
歯車（１８：１７）＝（回転比）０．３：１の比で噛
み合い、側端面に噛み合いクラッチ歯を有する後進ドラ
イブ歯車１７を歯車１８と噛み合う位置に、中間軸１２
上にストップリングで位置を定めセットする。歯車１７
は中間軸１２と遊合し、自由に回転できる。クラッチ歯
の向きは前方向きとする。 【００１１】遊合回転する歯車１３と歯車１７の遊間部
となる中間軸１２にはセレーション加工し、このセレー
ションに噛み合い、前後に褶動することのできる前後進
切替褶動子１６の両端部には、歯車１３、１７と噛み合
うクラッチ歯を備える。 【００１２】前後進切替褶動子１６は運転席のシフトレ
バー操作により、リンク機構、又は油圧装置を介し、中
間位置のニュートラル、歯車１３と噛み合う位置即ち前
進位置、歯車１７と噛み合う後進位置の、３位置に制御
操作される。中間位置の時は歯車１０と歯車１１が噛み
合っているので、歯車１０の回転は歯車１１と中間軸１
２を回転させる。前進位置のときは中間軸１２と褶動子
１６の回転が歯車１３に伝達され、歯車１３は後軸１５
の歯車１４と噛み合っているので、後軸１５を前軸８の
１．１倍速で回転駆動し、差動原理によりプロペラシャ
フトは正転し前進駆動する。後進位置のとき、回転して
いる褶動子１６は歯車１７とクラッチにより接続し歯車
１７は後軸１５の歯車１８を、前軸８の０．３倍速で正
回転駆動し、差動原理によりプロペラシャフト２９は逆
転し、車両を後進駆動する。前進、後進共に、プロペラ
シャフト２９の回転は、クランク軸１の回転に比例す
る。以上に記述したギア１３、１４と１７、１８の歯数
組み合わせと、減速比をの関係を示す表を図面４に示
す。図面５はこれをグラフに表示したものである。 【００１３】ギアボックス１９の前後中空軸内を貫通し
た第１駆動軸３は、差動傘歯車減速装置２５のドライブ
傘歯車２０のボス孔部に静合装着する。後軸１５は差動
傘歯車変速装置２５のボス孔部２６に静合装着する。 【００１４】差動歯車変速装置２５では遊星歯車軸２２
に、遊星傘歯車２１と２１Ａとが遊合されていてキャリ
アとして動作し、ドライブ傘歯車２０と噛み合つてい
る。 【００１５】ドライブ傘歯車２０と相対した位置に、ド
リブン傘歯車２３が遊星傘歯車２１と２１Ａとそれぞれ
噛み合い、差動歯車装置としての組合わせを形成してい
る。傘歯車２３のドリブン軸２４は延長して、自動車の
プロペラシャフト２９として作用する。プロペラシャフ
ト２９にはブレーキドラム２７を装着し、装備されたブ
レーキ装置２８は常時スプリングによってドラムを締め
制動している。走行のため褶動子１６が操作されたとき
は、油圧又は電気操作により自動的に制動が解除され
る。 又は手動解除装置により解除することが出来る。 【００１６】以上の構成による本変速装置の動作を説明
する。クランク軸１にカップリング２により接続された
第１駆動軸３が回転を始めると、ポンプ翼車５が回転を
始め、これによりトルクコンバーバータ４に充填された
オイルが回動しタービン翼車７が回転を始める。 【００１７】第１駆動軸３は尖端に静合装着された差動
歯車変速装置のドライブ傘歯車２０を回転駆動する。こ
のときドライブ傘歯車２０に噛み合う遊星歯車２１と２
１Ａは自転しながらドリブン傘歯車２３上を軽く公転を
はじる。 【００１８】ドリブン傘歯車軸２４は延長してプロペラ
シャフト２９となり、車輪を駆動する軸となるが、車両
の車輪は制動されているので、この制動が解除されるま
では回転が制止されている。 【００１９】一方、トルクコンバーター内で回転を始め
たタービン翼車７の中空軸、即ち前軸８は、ギヤボック
ス内の軸端部に静合装着されたドライブ歯車１０と、こ
れに噛み合う中間ドリブン歯車１１を駆動する。 【００２０】運転席のギア切り替えシフトノブをドライ
ブ位置にいれる時、褶動子１６は油圧又は電気装置によ
り前進して歯車１３のカムクラッチと噛み合い、中間軸
のセレーションと結合する褶動子１６は回転を後軸１５
に伝える。 【００２１】後軸１５に静合装着された差動歯車変速装
置２５は遊星歯車２１、２１Ａのキャリアーを兼ねてい
て、ドライブ傘歯車２０とドリブン傘歯車２３とは第一
駆動軸３と第２駆動軸１５との回転比によって増減速さ
れる。即ちアクセルペダルの踏み込みに応じたエンジン
回転に比例して変速され、ドライブ軸に伝えられ前進す
ることになる。 【００２２】後進の場合は、運転席のギア切替シフトノ
ブを後進位置にいれる。 このとき前後進切替ギアボッ
クス１９の褶動子１６が移動して、後進ドライブ歯車１
７と噛み合い、前進ドライブ歯車１３との縁は切れる。
後進ドライブ歯車１７に噛み合う後進ドリブン歯車１８
は回転数比が０．３：１ であるので、第１駆
動軸につながるドライブ傘歯車２０の回転数に対し、差
動傘歯車変速装置２５の回転数は ０．３ とな
る。これは差動装置のドリブンギアを逆転する条件であ
る。従ってドリブン傘歯車２３は逆転を始める。ドリブ
ン傘歯車軸２４はプロペラシャフト２９と接続してあり
逆転し、車両を後進させる。 【００２３】 【発明の効果】以上のように、差動歯車装置を変速機と
して応用すれば、運転席の操作シフトレバー位置も従来
と変わりなく、しかも差動歯車装置の機構は永年に渉り
使用されてきたもので、機構の経年的信頼性は充分であ
る。また、機構的にも従来の遊星歯車式変速装置に比し
簡明且つ重量増もなく、最も優れた特徴は、全変速範囲
に渉りギアの切り替え操作を不必要とした変速装置であ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施例を示す歯車組断面図である。 【図２】差動歯車装置の歯車組みを示す斜視図である。 【図３】変速装置の歯車組部を示す一部断面、斜視図で
ある。 【図４】前後進切替ギヤボックスの歯車組合せと、減速
比の関係例を示す計算図表。 【図５】差動傘歯車変速装置の入力軸と差動歯車函の相
対回転比を示すグラフ。 【符号の説明】 １‥‥クランク軸 ２‥‥カップ
リング ３‥‥第１駆動軸 ４‥‥トルク
コンバータ ５‥‥ポンプ翼車 ６‥‥ガイド
ベーン ７‥‥タービン翼車 ８‥‥前軸 ９‥‥ベアリング １０‥‥ドライ
ブ歯車 １１‥‥ドリブン歯車 １２‥‥中間
軸 １３‥‥前進ドライブ歯車 １４‥‥前進
ドリブン歯車 １５‥‥後軸（第２駆動軸） １６‥‥前後
進切替褶動子 １７‥‥後進ドライブ歯車 １８‥‥後進
ドリブン歯車 １９‥‥前後進切替ギアボックス ２０‥‥ドラ
イブ傘歯車 ２１，２１Ａ‥‥遊星傘歯車 ２２‥‥遊星
歯車軸 ２３‥‥ドリブン傘歯車 ２４‥‥ドリ
ブン傘歯車軸 ２５‥‥差動傘歯車変速装置 ２６‥‥キャ
リアボックス ２７‥‥ブレーキドラム ２８‥‥ブレ
ーキ装置 ２９‥‥プロペラシャフト ３０‥‥自在
継手 ３１‥‥差動歯車装置 ３２‥‥後輪
アクスル ３３‥‥車輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D039 AA03 AA04 AB02 AC04 AC26 AC36 AC39 AC45 AC64 AC70 AC74 AC77 AC78 AC79 AD04 3D042 AA06 AB01 CA03 CA05 CB04 DA02 DA11 3J028 EA09 EA25 EB16 EB23 EB54 EB62 FA06 FA13 FB03 FC07 FC23 FC32 FC42 FC62 GA02

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 トルクコンバータのタービン翼車軸を中空軸として後方
   へ延長し、前軸、後軸に分け、前軸、後軸間に前進、後
   進切り替え歯車列を中間軸を介してを設け、後軸の回転
   を前進、後進切替用スライドクラッチ褶動子により、前
   進または後進ギアに切替えて進行方向を制御駆動する。
   前進、後進歯車を静合装着した後軸を後方へ延長し、差
   動傘歯車変速装置の遊星歯車キャリアボスに静合装着し
   第２駆動軸とする。差動傘歯車変速装置のピニオンギア
   軸の左右２軸の一方を、中空軸を貫通して前方に延長
   し、トルクコンバータのポンプ翼車ディスクハブを静合
   装着し、更に延長してエンジン・クランク軸端にカップ
   リングにより接続して第１駆動軸とする。差動傘歯車変
   速装置の他の一方のピニオンギア軸を延長して、車両の
   プロペラシャフトとして用いる。プロペラシャフトには
   ブレーキドラムを静合装着し、スプリングバック式ブレ
   ーキを装備する。