JP2004183825A

JP2004183825A - 無段変速装置

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Publication number: JP2004183825A
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Inventors: Eiji Inoue; 英司井上
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Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-07-02
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Abstract

【課題】ＦＦ車等の小型自動車に好適な、小型でしかも優れた伝達効率及び耐久性を有する構造を実現する。
【解決手段】トロイダル型無段変速機１２ａと、第一、第二、第三の遊星歯車式変速機３１、３２、３３とを、適切な歯車伝達機構と、低速用クラッチ２７ａ及び高速用クラッチ２８ａとを介して組み合わせる。このうちの低速用クラッチ２７ａを接続して高速用クラッチ２８ａを接続した低速モード状態では、上記トロイダル型無段変速機１２ａの変速比を調節する事で、入力軸２９を回転させたまま出力軸３４を停止させられる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用自動変速装置として利用する、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する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用自動変速装置として、図３に示す様なトロイダル型無段変速機を使用する事が研究され、一部で実施されている。このトロイダル型無段変速機は、ダブルキャビティ型と呼ばれるもので、入力軸１の両端部周囲に入力側ディスク２、２を、ボールスプライン３、３を介して支持している。従ってこれら両入力側ディスク２、２は、互いに同心に、且つ、同期した回転を自在に支持されている。又、上記入力軸１の中間部周囲に出力歯車４を、この入力軸１に対する相対回転を自在として支持している。そして、この出力歯車４の中心部に設けた円筒部９の両端部に出力側ディスク５、５を、それぞれスプライン係合させている。従ってこれら両出力側ディスク５、５は、上記出力歯車４と共に、同期して回転する。
【０００３】
又、上記各入力側ディスク２、２と上記各出力側ディスク５、５との間には、それぞれ複数個ずつ（通常２〜３個ずつ）のパワーローラ６、６を挟持している。これら各パワーローラ６、６はトラニオン７、７の内側面に、支持軸８、８及び複数の転がり軸受を介して、回転自在に支持されている。上記各トラニオン７、７は、それぞれの長さ方向（図３の表裏方向）両端部にこれら各トラニオン７、７毎に互いに同心に設けられた、それぞれ１対ずつの枢軸を中心として揺動変位自在である。
【０００４】
上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時には、エンジン等の動力源に繋がる駆動軸１０により一方（図３の左方）の入力側ディスク２を、図示の様なローディングカム式の、或は油圧式の押圧装置１１を介して回転駆動する。この結果、前記入力軸１の両端部に支持された１対の入力側ディスク２、２が、互いに近づく方向に押圧されつつ同期して回転する。そして、この回転が、上記各パワーローラ６、６を介して上記各出力側ディスク５、５に伝わり、前記出力歯車４から取り出される。
【０００５】
上記入力軸１と出力歯車４との間の回転速度の比を変える場合で、先ず入力軸１と出力歯車４との間で減速を行なう場合には、上記各トラニオン７、７を図３に示す位置に揺動させる。そして、上各パワーローラ６、６の周面をこの図３に示す様に、上記各入力側ディスク２、２の内側面の中心寄り部分と上記各出力側ディスク５、５の内側面の外周寄り部分とにそれぞれ当接させる。反対に、増速を行なう場合には、上記各トラニオン７、７を図３と反対方向に揺動させ、上各パワーローラ６、６の周面を、この図３に示した状態とは逆に、上記各入力側ディスク２、２の内側面の外周寄り部分と上記各出力側ディスク５、５の内側面の中心寄り部分とに、それぞれ当接する様に、上記各トラニオン７、７を傾斜させる。これら各トラニオン７、７の傾斜角度を中間にすれば、入力軸１と出力歯車４との間で、中間の変速比（速度比）を得られる。
【０００６】
更に、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、例えば特許文献１〜２に記載されている様に、従来から各種提案されている。図４は、この様な従来から提案されている無段変速装置のうち、特許文献１に記載されたものを示している。この無段変速装置は、トロイダル型無段変速機１２と遊星歯車式変速機１３とを組み合わせて成る。このうちのトロイダル型無段変速機１２は、入力軸１と、１対の入力側ディスク２、２と、出力側ディスク５ａと、複数のパワーローラ６、６とを備える。図示の例では、この出力側ディスク５ａは、１対の出力側ディスクの外側面同士を突き合わせて一体とした如き構造を有する。
【０００７】
又、上記遊星歯車式変速機１３は、上記入力軸１及び一方（図４の右方）の入力側ディスク２に結合固定されたキャリア１４を備える。そして、このキャリア１４の径方向中間部に、その両端部にそれぞれ遊星歯車素子１５ａ、１５ｂを固設した第一の伝達軸１６を、回転自在に支持している。又、上記キャリア１４を挟んで上記入力軸１と反対側に、その両端部に太陽歯車１７ａ、１７ｂを固設した第二の伝達軸１８を、上記入力軸１と同心に、回転自在に支持している。そして、上記各遊星歯車素子１５ａ、１５ｂと、上記出力側ディスク５ａにその基端部（図４の左端部）結合した中空回転軸１９の先端部（図４の右端部）に固設した太陽歯車２０又は上記第二の伝達軸１８の一端部（図４の左端部）に固設した太陽歯車１７ａとを、それぞれ噛合させている。又、一方（図４の左方）の遊星歯車素子１５ａを、別の遊星歯車素子２１を介して、上記キャリア１４の周囲に回転自在に設けたリング歯車２２に噛合させている。
【０００８】
一方、上記第二の伝達軸１８の他端部（図４の右端部）に固設した太陽歯車１７ｂの周囲に設けた第二のキャリア２３に遊星歯車素子２４ａ、２４ｂを、回転自在に支持している。尚、この第二のキャリア２３は、上記入力軸１及び第二の伝達軸１８と同心に配置された、出力軸２５の基端部（図４の左端部）に結合されている。又、上記各遊星歯車素子２４ａ、２４ｂは、互いに噛合すると共に、一方の遊星歯車素子２４ａが上記太陽歯車１７ｂに、他方の遊星歯車素子２４ｂが、上記第二のキャリア２３の周囲に回転自在に設けた第二のリング歯車２６に、それぞれ噛合している。又、上記リング歯車２２と上記第二のキャリア２３とを低速用クラッチ２７により係脱自在とすると共に、上記第二のリング歯車２６とハウジング等の固定の部分とを、高速用クラッチ２８により係脱自在としている。
【０００９】
上述の様な、図４に示した無段変速装置の場合、上記低速用クラッチ２７を接続すると共に上記高速用クラッチ２８の接続を断った、所謂低速モード状態では、上記入力軸１の動力が上記リング歯車２２を介して上記出力軸２５に伝えられる。そして、前記トロイダル型無段変速機１２の変速比を変える事により、無段変速装置全体としての変速比、即ち、上記入力軸１と上記出力軸２５との間の変速比が変化する。この様な低速モード状態では、無段変速装置全体としての変速比は、無限大に変化する。即ち、上記トロイダル型無段変速機１２の変速比を調節する事により、上記入力軸１を回転させた状態のまま上記出力軸２５の回転状態を、停止状態を挟んで、正転、逆転の変換自在となる。
【００１０】
尚、この様な低速モード状態での加速若しくは定速走行時に、上記トロイダル型無段変速機１２を通過するトルクは、上記入力軸１から、キャリヤ２６及び第一の伝達軸１６と太陽歯車２０と中空回転軸１９とを介して出力側ディスク５ａに加わり、更にこの出力側ディスク５ａから各パワーローラ６、６を介して各入力側ディスク２、２に加わる。即ち、加速若しくは定速走行時に上記トロイダル型無段変速機１２を通過するトルクは、上記各入力側ディスク２、２が上記各パワーローラ６、６からトルクを受ける方向に循環する。
【００１１】
これに対して、上記低速用クラッチ２７の接続を断ち、上記高速用クラッチ２８を接続した、所謂高速モード状態では、上記入力軸１の動力が上記第一、第二の伝達軸１６、１８を介して上記出力軸２５に伝えられる。そして、上記トロイダル型無段変速機１２の変速比を変える事により、無段変速装置全体としての変速比が変化する。この場合には、上記トロイダル型無段変速機１２の変速比を大きくする程、無段変速装置全体としての変速比が大きくなる。
尚、この様な高速モード状態での加速若しくは定速走行時に、上記トロイダル型無段変速機１２を通過するトルクは、各入力側ディスク２、２が各パワーローラ６、６にトルクを付加する方向に加わる。
【００１２】
又、図示は省略するが、特許文献２には、トロイダル型無段変速機と、２組の遊星歯車式変速機と、４組のクラッチとを組み合わせて成る無段変速装置が記載されている。この様な特許文献２に記載された無段変速装置は、上記４組のクラッチの断接を制御する事により、前進側で３種類のモードを、後退側で１種類のモードを、それぞれ実現できる。そして、前進側での変速比の幅を広くできると共に、前進側で実現する高速側２種類のモードでは、上記トロイダル型無段変速機を通過する動力を低く抑え、無段変速装置全体としての伝達効率を良好にできる。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−２２０７１９号公報
【特許文献２】
特許第２７７８０３８号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様な、従来から提案されている無段変速装置は、トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを同軸に配置している為、無段変速装置全体としての軸方向寸法が嵩む。この為、小型車を中心として広く普及している、前置エンジン前輪駆動車（ＦＦ車）用の変速機としては不向きである。特許文献２に記載された発明の場合、入力側、出力側各ディスクを１個ずつ設けた、所謂シングルキャビティ型のトロイダル型無段変速機を組み込んでいる為、このトロイダル型無段変速機の軸方向寸法自体は短くなっている。但し、広く知られている様に、シングルキャビティ型のトロイダル型無段変速機は、前述の図３、４に示したダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機に比べて伝達効率が悪い。従って、実際に無段変速装置を構成する場合には、トロイダル型無段変速機としてダブルキャビティ型のものを使用する事が多くなるが、その場合には、上述の様に軸方向寸法が嵩む事が避けられない。又、特許文献２に記載された構造の場合には、トロイダル型無段変速機の入力軸に加えて、この入力軸と平行な２本の回転軸を設けている。この為、無段変速装置全体としての断面積も大きくなり、この面から、小型自動車用の変速機としての設計の自由度が低くなる。
【００１５】
更に、特許文献２に記載された構造の場合には、無限大の変速比を実現できない為、４組のクラッチの他、トルクコンバータ或は電磁クラッチ等の発進機構が必要になる。この為、無段変速装置全体としてかなり大型化し、小型のＦＦ車用の変速機として実施する事はかなり困難である。
本発明の無段変速装置は、この様な事情に鑑みて、軸方向寸法を小さくでき、しかも無限大の変速比を実現できる構造を実現すべく発明したものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の無段変速装置は、入力軸と、トロイダル型無段変速機と、回転伝達軸と、第一、第二、第三の遊星歯車式変速機と、出力軸と、第一の動力伝達機構と、第二の動力伝達機構と、第三の動力伝達機構と、切換機構とを備える。
このうちのトロイダル型無段変速機は、上記入力軸と同心に配置されて、この入力軸をその入力部とするものである。
又、上記回転伝達軸は、上記入力軸と平行である。
又、上記第一、第二、第三の遊星歯車式変速機は、上記回転伝達軸の周囲に互いに同心に配置され、それぞれが太陽歯車と、リング歯車と、これら両歯車に噛合した複数個の遊星歯車と、これら各遊星歯車を回転自在に支持したキャリアとを備える。
又、上記出力軸は、上記回転伝達軸と同心に配置されている。
又、上記第一の動力伝達機構は、上記入力軸の回転を、上記第一の遊星歯車機構を構成する、第一のリング歯車又は第一のキャリアに伝達するものである。
又、上記第二の動力伝達機構は、上記トロイダル型無段変速機の出力部と、上記回転伝達軸との間で回転を伝達するものである。
又、上記第三の動力伝達機構は、上記入力軸の回転を、上記第三の遊星歯車式変速機を構成する、第三のリング歯車又は第三のキャリアに伝達するものである。
又、上記切換機構は、上記第一、第二、第三の動力伝達機構を通じての上記入力軸と上記出力軸との間の動力伝達の状態を切り換える為のものである。
更に、上記第一、第二、第三の遊星歯車式変速機を構成する第一、第二、第三の太陽歯車のうち、第二の太陽歯車と、第一、第三の太陽歯車のうちの何れか一方の太陽歯車とを上記回転伝達軸と共に回転自在としている。
そして、この回転伝達軸と上記第一の遊星歯車式変速機又は上記第二の遊星歯車式変速機とを介しての動力伝達を行なわせると共に、上記第三の遊星歯車機構を通じての動力伝達を遮断した状態で、上記トロイダル型無段変速機の変速比の調節に基づき、上記入力軸を回転させたまま上記出力軸を停止可能としている。
【００１７】
【作用】
上述の様に構成する本発明の無段変速装置は、トロイダル型無段変速機の中心軸と第一、第二、第三の遊星歯車式変速機の中心軸とを径方向にずらせて配置している為、無段変速装置全体としての軸方向寸法の短縮を図れる。又、入力軸を回転させたまま出力軸を停止させる、変速比が無限大の状態を実現できる為、別途トルクコンバータ等の発進装置を組み込む必要がなくなる。又、モード切り換え用の切換機構を構成するクラッチの数も少なく抑える事ができる。更に、無段変速装置部分に互いに平行に（径方向に互いにずらせて）配置する回転軸は、入力軸の他には、互いに同心に配置する回転伝達軸及び出力軸（並びにこれらの周囲に設けた中空回転軸）で済む。従って、回転軸を配置する空間を節約して、無段変速装置の（回転軸に直角な平面に関する）断面積を小さくできる。この為、小型でしかも伝達効率の良好な無段変速装置を実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の１例を示している。本例の無段変速装置は、入力軸２９と、トロイダル型無段変速機１２ａと、回転伝達軸３０と、第一、第二、第三の遊星歯車式変速機３１、３２、３３と、出力軸３４と、第一〜第三の動力伝達機構３５〜３７と、切換機構を構成する低速用クラッチ２７ａ及び高速用クラッチ２８ａとを備える。このうちの入力軸２９は、ダンパ継手３８を介してエンジンのクランクシャフトに連結され、このエンジンにより回転駆動される。
【００１９】
又、上記トロイダル型無段変速機１２ａは、前述の図３に示した従来構造と同様に構成されたもので、上記入力軸２９と共に回転する１対の入力側ディスク２、２を備える。この入力軸２９の中間部周囲には１対の出力側ディスク５、５を、これら両入力側ディスク２、２と同心に、且つ、これら両入力側ディスク２、２に対する相対回転を自在に支持している。そして、これら両入力側ディスク２、２と上記両出力側ディスク５、５との間に、それぞれ複数個ずつのパワーローラ６、６（図３、４参照）を挟持している。又、上記両出力側ディスク５、５同士の間に出力歯車４を設け、これら両出力側ディスク５、５の回転を取り出し自在としている。この様なトロイダル型無段変速機１２ａの構造、並びに、上記入力軸２９と上記出力歯車４との間の変速比を調節する際の作用に関しては、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である。
【００２０】
又、前記回転伝達軸３０は、上記入力軸２９と平行に配設している。そして、この回転伝達軸３０の一端（図１の右端）に固定した歯車３９と上記出力歯車４とを噛合させて、前記第二の動力伝達機構３６を構成している。この第二の動力伝達機構３６の減速比はＲ_ＯＰＧである。従って、上記回転伝達軸３０は、上記両出力側ディスク５、５の回転に伴ってこれら両出力側ディスク５、５と逆方向に、上記減速比Ｒ_ＯＰＧに応じた速度で回転する。この様な回転伝達軸３０の周囲に前記第一、第二、第三の遊星歯車式変速機３１、３２、３３を、互いに同心に配置している。これら各遊星歯車式変速機３１、３２、３３は、それぞれがシングルピニオン型（同一の遊星歯車が、太陽歯車とリング歯車との両方に噛合する構造）である。
【００２１】
上記各遊星歯車式変速機３１、３２、３３のうち、最も出力軸３４寄りの第一の遊星歯車式変速機３１を構成する為に、上記回転伝達軸３０の他端部（図１の左端部）に第一の太陽歯車４０を、この回転伝達軸３０と共に回転自在として設けている。この第一の太陽歯車４０の周囲には第一のリング歯車４１を、回転自在に支持している。又、第一のキャリア４２を、これら第一の太陽歯車４０及び第一のリング歯車４１と同心に、且つ、これら両歯車４０、４１に対する相対回転を自在に支持している。そして、それぞれが上記第一のキャリア４２に回転自在に支持された複数個（一般的には３〜４個）の第一の遊星歯車４３、４３を、それぞれ上記第一の太陽歯車４０と第一のリング歯車４１とに噛合させている。
【００２２】
上述の様な第一の遊星歯車式変速機３１を構成する第一のリング歯車４１と、前記入力軸２９とは、前記第一の動力伝達機構３５を介して、回転伝達自在に接続している。本例の場合、この第一の動力伝達機構３５を構成する為、前記出力軸３４の中間部周囲に中空回転軸４８を、この出力軸３４に対する相対回転を自在に設けている。そして、この中空回転軸４８の一端部（図１の左端部）に固定した歯車４９と、上記入力軸２９に固定した歯車５０とを噛合させている。又、上記中空回転軸４８の他端部（図１の右端部）と上記第一のリング歯車４１とを、前記低速用クラッチ２７ａを介して係脱自在としている。この様な第一の動力伝達機構３５の減速比はＲ_ＩＰＧである。従って、上記低速用クラッチ２７ａを繋いだ状態で、上記第一のリング歯車４１は、上記入力軸２９の回転に伴ってこの入力軸２９と逆方向に、上記減速比Ｒ_ＩＰＧに応じた速度で回転する。
【００２３】
一方、軸方向中間部に位置する、上記第二の遊星歯車式変速機３２を構成する為に、上記回転伝達軸３０の中間部に第二の太陽歯車４４を、この回転伝達軸３０と共に回転自在として設けている。この第二の太陽歯車４４の周囲には第二のリング歯車４５を、回転自在に支持している。この第二のリング歯車４５は、上記第一の遊星歯車式変速機３１を構成する第一のキャリア４２と結合して、この第一のキャリア４２と共に回転自在としている。又、第二のキャリア４６を、上記第二の太陽歯車４４及び第二のリング歯車４５と同心に、且つ、これら両歯車４４、４５に対する相対回転を自在に支持している。そして、それぞれが上記第二のキャリア４６に回転自在に支持された複数個の第二の遊星歯車４７、４７を、上記第二の太陽歯車４４と第二のリング歯車４５とに噛合させている。
【００２４】
更に、最も前記出力軸３４から遠い側の、前記第三の遊星歯車式変速機３３を構成する為に、上記回転伝達軸３０の中間部一端寄り部分の周囲に中空回転軸５１を、この回転伝達軸３０に対する回転自在に支持している。そして、この中空回転軸５１の一端（図１の左端）に第三の太陽歯車５２を、この中空回転軸５１と共に回転自在に設けている。この第三の太陽歯車５２の周囲には第三のリング歯車５３を、回転自在に支持している。この第三のリング歯車５３は、筒状に形成された前記第三の動力伝達機構３７を介して、前記第一の動力伝達機構３６を構成する歯車４９に結合している。従って上記第三のリング歯車５３は、前記入力軸２９の回転に伴ってこの入力軸２９と逆方向に、前記第一の動力伝達機構３５の減速比Ｒ_ＩＰＧに応じた速度で回転する。
【００２５】
又、第三のキャリア５４を、上記第三の太陽歯車５２及び第三のリング歯車５３と同心に、且つ、これら両歯車５２、５３に対する相対回転を自在に支持している。そして、それぞれが上記第三のキャリア５４に回転自在に支持された複数個の第三の遊星歯車５５、５５を、上記第三の太陽歯車５２と第三のリング歯車５３とに噛合させている。又、上記中空回転軸５１の他端（図１の右端）と、ケーシング等の固定の部分との間に、前記高速用クラッチ２８ａを設けている。尚、図示の例では、上記第三のキャリア５４を、前記第二の遊星歯車式変速機３２を構成する第二のキャリア４６と一体に構成している。又、上記各第三の遊星歯車５５、５５と前記各第二の遊星歯車４７、４７とを、同心に支持している。
【００２６】
更に、前記出力軸３４の先端部（図１の左端部）は、互いに噛合した歯車５６、５７を介して、デファレンシャルギヤ５８に接続している。従って、上記出力軸３４の回転時には、上記両歯車５６、５７と上記デファレンシャルギヤ５８とを介して、左右１対のアクスル軸５９、５９を同方向に回転駆動し、上記出力軸３４の回転方向に応じて、車両を駆動する。
【００２７】
上述の様に構成する本例の無段変速装置の作用は、次の通りである。先ず、前記低速用クラッチ２７ａを繋ぎ、上記高速用クラッチ２８ａの接続を断った、低速モード状態では、前記入力軸２９の回転は、次の▲１▼▲２▼の２通りの経路を通って、前記第一の遊星歯車式変速機３１を構成する第一のリングギヤ４１と第一の太陽歯車４０とに伝達される。尚、上記高速用クラッチ２８ａの接続を断った状態では、前記第三の太陽歯車５２が自由に回転する状態となる為、前記第三の動力伝達機構３７と前記第三の遊星歯車機構３３との間の動力伝達は、実質的に断たれる。同様に、第二のキャリア４６も自由に回転できる為、前記第二の遊星歯車機構３２も、第二の太陽歯車４４と第二のリング歯車４５との間の回転伝達を行なわない。
▲１▼ 入力軸２９→歯車５０→歯車４９→中空回転軸４８→低速用クラッチ２７ａ→第一のリング歯車４１
▲２▼ 入力軸２９→トロイダル型無段変速機１２ａ→出力歯車４→歯車３９→回転伝達軸３０→第一の太陽歯車４０
【００２８】
この状態では、この第一の太陽歯車４０と第一のリング歯車４１との差動成分が、前記各第一の遊星歯車４３、４３の公転運動として、前記第一のキャリア４２を通じて取り出される。そして、この第一のキャリア４２に結合固定された出力軸３４から前記歯車５６、５７を介して、上記デファレンシャルギヤ５８に取り出され、上記両アクスル軸５９、５９を介して車輪を回転駆動する。
【００２９】
この様な低速モード状態での、無段変速装置全体としての速度比ｅ_ＣＶＴは、次の（１）式で表される。
【数１】

この（１）式中の符号の意味は下記の通りである。
ｅ_ＣＶＵ：上記トロイダル型無段変速機１２ａの速度比
ｉ_１：上記第一の太陽歯車４０の歯数ｍ_４０に対する上記第一のリング歯車４１の歯数ｍ_４１の比ｍ_４１／ｍ_４０
Ｒ_ＯＰＧ：上記歯車３９と上記出力歯車４とにより構成される、前記第二の動力伝達機構３６の減速比
Ｒ_ＩＰＧ：前記歯車４９と歯車５０により構成される、前記第一の動力伝達機構３５の減速比
【００３０】
そして、この様な低速モード状態では、上記トロイダル型無段変速機１２ａの速度比ｅ_ＣＶＵを、次の（２）式で表される値にする事で、前記入力軸２９を回転させたまま前記出力軸３４を停止させる、所謂変速比が無限大の状態を実現できる。
【数２】

又、上記トロイダル型無段変速機１２ａの速度比ｅ_ＣＶＵを、上記（２）式で表される値よりも増速側に変える事で、前記各アクスル軸５９、５９が、自動車を後退させる方向に回転する。又、増速比が大きくなる程、後退方向の回転速度が速くなる。これに対して、上記トロイダル型無段変速機１２ａの速度比ｅ_ＣＶＵを、上記（２）式で表される値よりも減速側に変える事で、前記各アクスル軸５９、５９が、自動車を前進させる方向に回転する。又、減速比が大きくなる程、前進方向の回転速度が速くなる。尚、上記（２）式の右辺の絶対値を、上記トロイダル型無段変速機１２ａが実現できる変速比、例えば０．４〜２．５の範囲内とする事で、上記低速モード状態で、変速比が無限大の状態を実現できる。
【００３１】これに対して、前記低速用クラッチ２７ａの接続を断ち、前記高速用クラッチ２８ａを繋いだ、高速モード状態では、前記入力軸２９の回転は、次の▲３▼▲４▼の２通りの経路を通って、前記第二の遊星歯車式変速機３２を構成する第二のキャリア４６と第二の太陽歯車４４とに伝達される。
▲３▼ 入力軸２９→歯車５０→歯車４９→第三の動力伝達機構３７→第三のリング歯車５３→第三の遊星歯車５５、５５→第二のキャリア４６（第三のキャリア５４）
▲４▼ 入力軸２９→トロイダル型無段変速機１２ａ→出力歯車４→歯車３９→回転伝達軸３０→第二の太陽歯車４４
【００３２】
この状態では、この第二の太陽歯車４４と上記第二のキャリア４６との差動成分が、前記第二のリング歯車４５の回転運動として、前記第一のキャリア４２を通じて取り出される。そして、この第一のキャリア４２に結合固定された出力軸３４から前記歯車５６、５７を介して、上記デファレンシャルギヤ５８に取り出され、上記両アクスル軸５９、５９を介して車輪を回転駆動する。
【００３３】
この様な高速モード状態での、無段変速装置全体としての速度比ｅ_ＣＶＴは、次の（３）式で表される。
【数３】

この（３）式中、先に示さなかった符号の意味は下記の通りである。
ｉ_２：上記第二の太陽歯車４４の歯数ｍ_４４に対する上記第二のリング歯車４５の歯数ｍ_４５の比ｍ_４５／ｍ_４４
ｉ_３：上記第三の太陽歯車５２の歯数ｍ_５２に対する上記第三のリング歯車５３の歯数ｍ_５３の比ｍ_５３／ｍ_５２
【００３４】
この様な（３）式から明らかな通り、上記高速モード状態では、トロイダル型無段変速機１２ａの速度比ｅ_ＣＶＵを増速側にする程、無段変速装置全体としての速度比ｅ_ＣＶＴも増速側に変化する。
又、この様な高速モード状態では、エンジンから前記入力軸２９に伝達されるトルクをＴ_ｅとすると、上記トロイダル型無段変速機１２ａを通過するトルクＴ_ＣＶＵは、次の（４）式で表される。式中の符号の意味は、先に記載した通りである。又、この（４）式中でのトロイダル型無段変速機１２ａの速度比ｅ_ＣＶＵの値は負になる。
【数４】

この（４）式から明らかな通り、高速モード状態では、常にＴ_ＣＶＵ＜Ｔ_ｅとなる。この事は、高速モード状態では、上記トロイダル型無段変速機１２ａを通過するトルクＴ_ＣＶＵが低くなり、このトロイダル型無段変速機１２ａの伝達効率及び耐久性が何れも向上する事を意味する。
【００３５】
又、前記（１）式及び上記（３）式から明らかな様に、この（１）式で表される、前記低速モード状態での無段変速装置全体としての速度比ｅ_ＣＶＴと、上記（３）式で表される高速モード状態での速度比ｅ_ＣＶＴとを一致させる上記トロイダル型無段変速機１２ａの速度比ｅ_ＣＶＵが存在する事になる。上記低速モードと上記高速モードとは、この様に、上記（１）（３）両式で表される速度比ｅ_ＣＶＴが一致する状態で切り換わる。即ち、上記トロイダル型無段変速機１２ａの速度比ｅ_ＣＶＵが上記（１）（３）両式で表される速度比ｅ_ＣＶＴを一致させる値の場合に、前記低速用、高速用両クラッチ２７ａ、２８ａの断接を行なう。
【００３６】
次に、図２は、請求項１、３に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の無段変速装置も、入力軸２９と、トロイダル型無段変速機１２ａと、回転伝達軸３０と、第一、第二、第三の遊星歯車式変速機３１、３２、３３と、出力軸３４と、第一〜第三の動力伝達機構３５〜３７と、切換機構を構成する低速用クラッチ２７ａ及び高速用クラッチ２８ａとを備える。この様な本例の構造は、多くの部分で上述した第１例と共通しているので、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、上記第１例と異なる部分を中心に説明する。
【００３７】
本例の場合には、出力軸３４の中間部周囲に中空回転軸６０を設け、この中空回転軸６０の一端（図２の右端）に、第一の遊星歯車式変速機３１を構成する第一の太陽歯車４０を、上記中空回転軸６０と同期した回転自在に設けている。又、この中空回転軸６０の他端（図２の左端）と、ケーシング等の固定の部分との間に、上記低速用クラッチ２７ａを設けている。上記第一の動力伝達機構３５を構成する為の中空回転軸４８は、上記中空回転軸６０の周囲に、この中空回転軸６０に対する回転を自在に設けている。そして、一端部（図２の左端部）に歯車４９を設けた上記中空回転軸４８の他端部（図２の右端部）を、上記第一の遊星歯車式変速機３１を構成する第一のキャリア４２に結合している。
【００３８】
又、上記中空回転軸４８の中間部と上記第三の動力伝達機構３７の一端（図２の左端）とを、上記高速用クラッチ２８ａを介して結合している。又、上記第三の動力伝達機構３７の他端（図２の右端）を、前記第三の遊星歯車式変速機３３を構成する第三のキャリア５４に接続している。又、上記第一の遊星歯車式変速機３１を構成する第一のリング歯車４１と、前記第二の遊星歯車式変速機３２を構成する第二のリング歯車４５とを結合して、これら両リング歯車４１、４５が、互いに同期して回転する様にしている。又、上記第二の遊星歯車式変速機３２を構成する第二のキャリア４６を、前記出力軸３４の基端部（図２の右端部）と、上記第三の遊星歯車式変速機３３を構成する第三のリング歯車５３とに結合している。更に、前記回転伝達軸３０には、上記第二の遊星歯車式変速機３２を構成する第二の太陽歯車４４と、上記第三の遊星歯車式変速機３３を構成する第三の太陽歯車５２とを、上記回転伝達軸３０と同期した回転自在に設けている。
【００３９】
上述の様に構成する本例の無段変速装置の作用は、次の通りである。先ず、前記低速用クラッチ２７ａを繋ぎ、上記高速用クラッチ２８ａの接続を断った、低速モード状態では、前記入力軸２９の回転は、次の▲５▼▲６▼の２通りの経路を通って、前記第二の遊星歯車式変速機３２を構成する第二のリング歯車４５と第二の太陽歯車４４とに伝達される。
▲５▼ 入力軸２９→歯車５０→歯車４９→中空回転軸４８→第一のキャリア４２→第一の遊星歯車４３、４３→第一のリング歯車４１→第二のリング歯車４５
▲６▼ 入力軸２９→トロイダル型無段変速機１２ａ→出力歯車４→歯車３９→回転伝達軸３０→第二の太陽歯車４４
【００４０】
この状態では、この第二の太陽歯車４４と第二のリング歯車４５との差動成分が、上記第二の遊星歯車式変速機３２を構成する第二の遊星歯車４７、４７の公転運動として、前記第二のキャリア４６を通じて取り出される。そして、この第二のキャリア４６に結合固定された出力軸３４から前記歯車５６、５７を介して、上記デファレンシャルギヤ５８に取り出され、１対のアクスル軸５９、５９を介して車輪を回転駆動する。尚、上記高速用クラッチ２８ａの接続を断った状態では、前記第三のキャリア５４が自由に回転できる為、前記第三の太陽歯車と前記第三のリング歯車との間の動力伝達は行なわない。
【００４１】
この様な低速モード状態での、無段変速装置全体としての速度比ｅ_ＣＶＴは、次の（５）式で表される。
【数５】

この（５）式中の符号の意味は、前述した（１）〜（４）式の場合と同様である。
【００４２】
そして、この様な低速モード状態では、上記トロイダル型無段変速機１２ａの速度比ｅ_ＣＶＵを、次の（６）式で表される値にする事で、前記入力軸２９を回転させたまま前記出力軸３４を停止させる、所謂変速比が無限大の状態を実現できる。
【数６】

又、上記トロイダル型無段変速機１２ａの速度比ｅ_ＣＶＵを、上記（６）式で表される値よりも増速側に変える事で、前記各アクスル軸５９、５９が、自動車を後退させる方向に回転する。又、増速比が大きくなる程、後退方向の回転速度が速くなる。これに対して、上記トロイダル型無段変速機１２ａの速度比ｅ_ＣＶＵを、上記（６）式で表される値よりも減速側に変える事で、前記各アクスル軸５９、５９が、自動車を前進させる方向に回転する。又、減速比が大きくなる程、前進方向の回転速度が速くなる。尚、上記（６）式の右辺の絶対値を、上記トロイダル型無段変速機１２ａが実現できる変速比、例えば０．４〜２．５の範囲内とする事で、上記低速モード状態で、変速比が無限大の状態を実現できる。
【００４３】これに対して、前記低速用クラッチ２７ａの接続を断ち、前記高速用クラッチ２８ａを繋いだ、高速モード状態では、前記入力軸２９の回転は、次の▲７▼▲８▼の２通りの経路を通って、前記第三の遊星歯車式変速機３３を構成する第三のキャリア５４と第三の太陽歯車５２とに伝達される。尚、上記低速用クラッチ２７ａの接続を断った状態では、前記第一の太陽歯車４０が自由に回転する状態となる為、上記入力軸２９と前記第一の遊星歯車機構３１との間の動力伝達は、実質的に断たれる。
▲７▼ 入力軸２９→歯車５０→歯車４９→第三の動力伝達機構３７→第三のキャリア５４
▲８▼ 入力軸２９→トロイダル型無段変速機１２ａ→出力歯車４→歯車３９→回転伝達軸３０→第三の太陽歯車５２
【００４４】
この状態では、この第三の太陽歯車５２と上記第三のキャリア５４との差動成分が、前記第三のリング歯車５３の回転運動として、この第三のリング歯車５３に結合された前記第二のキャリア４６を通じて取り出される。そして、この第二のキャリア４６に結合固定された出力軸３４から前記歯車５６、５７を介して、上記デファレンシャルギヤ５８に取り出され、上記両アクスル軸５９、５９を介して車輪を回転駆動する。
【００４５】
この様な高速モード状態での、無段変速装置全体としての速度比ｅ_ＣＶＴは、次の（７）式で表される。
【数７】

この（７）式中の符号の意味も、前述した（１）〜（４）式の場合と同様である。
【００４６】
この様な（７）式から明らかな通り、上記高速モード状態では、トロイダル型無段変速機１２ａの速度比ｅ_ＣＶＵを増速側にする程、無段変速装置全体としての速度比ｅ_ＣＶＴも増速側に変化する。
又、この様な高速モード状態では、エンジンから前記入力軸２９に伝達されるトルクをＴ_ｅとすると、上記トロイダル型無段変速機１２ａを通過するトルクＴ_ＣＶＵは、次の（８）式で表される。式中の符号の意味は、先に記載した通りである。又、この（８）式中でのトロイダル型無段変速機１２ａの速度比ｅ_ＣＶＵの値は負になる。
【数８】

この（８）式から明らかな通り、高速モード状態では上記トロイダル型無段変速機１２ａを通過するトルクＴ_ＣＶＵが低くなり、このトロイダル型無段変速機１２ａの伝達効率及び耐久性が何れも向上する。
【００４７】
又、前記（５）式及び上記（７）式から明らかな様に、この（５）式で表される、前記低速モード状態での無段変速装置全体としての速度比ｅ_ＣＶＴと、上記（７）式で表される高速モード状態での速度比ｅ_ＣＶＴとを一致させる上記トロイダル型無段変速機１２ａの速度比ｅ_ＣＶＵが存在する。そこで、本例の場合も、上記トロイダル型無段変速機１２ａの速度比ｅ_ＣＶＵが上記（５）（７）両式で表される速度比ｅ_ＣＶＴを一致させる値の場合に、前記低速用、高速用両クラッチ２７ａ、２８ａの断接を行なう。
【００４８】
【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、軸方向寸法及び断面積が小さく、しかも変速比幅が大きくて、発進装置が不要な無段変速装置を実現できる。この為、ＦＦ車等の小型自動車の自動変速機としての実用性向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す略断面図。
【図２】同第２例を示す略断面図。
【図３】従来から知られているトロイダル型無段変速機の１例を示す断面図。
【図４】従来から知られている無段変速装置の１例を示す略断面図。
【符号の説明】
１入力軸
２入力側ディスク
３ボールスプライン
４出力歯車
５、５ａ出力側ディスク
６パワーローラ
７トラニオン
８支持軸
９円筒部
１０駆動軸
１１押圧装置
１２、１２ａトロイダル型無段変速機
１３遊星歯車式変速機
１４キャリア
１５ａ、１５ｂ遊星歯車素子
１６第一の伝達軸
１７ａ、１７ｂ太陽歯車
１８第二の伝達軸
１９中空回転軸
２０太陽歯車
２１遊星歯車素子
２２リング歯車
２３第二のキャリア
２４ａ、２４ｂ遊星歯車素子
２５出力軸
２６第二のリング歯車
２７、２７ａ低速用クラッチ
２８、２８ａ高速用クラッチ
２９入力軸
３０回転伝達軸
３１第一の遊星歯車式変速機
３２第二の遊星歯車式変速機
３３第三の遊星歯車式変速機
３４出力軸
３５第一の動力伝達機構
３６第二の動力伝達機構
３７第三の動力伝達機構
３８ダンパ継手
３９歯車
４０第一の太陽歯車
４１第一のリング歯車
４２第一のキャリア
４３第一の遊星歯車
４４第二の太陽歯車
４５第二のリング歯車
４６第二のキャリア
４７第二の遊星歯車
４８中空回転軸
４９歯車
５０歯車
５１中空回転軸
５２第三の太陽歯車
５３第三のリング歯車
５４第三のキャリア
５５第三の遊星歯車
５６歯車
５７歯車
５８デファレンシャルギヤ
５９アクスル軸
６０中空回転軸

Claims

入力軸と、この入力軸と同心に配置されてこの入力軸をその入力部とするトロイダル型無段変速機と、この入力軸と平行な回転伝達軸と、この回転伝達軸の周囲に互いに同心に配置され、それぞれが太陽歯車とリング歯車とこれら両歯車に噛合した複数個の遊星歯車とこれら各遊星歯車を回転自在に支持したキャリアとを備えた第一、第二、第三の遊星歯車式変速機と、上記回転伝達軸と同心に配置された出力軸と、上記入力軸の回転を上記第一の遊星歯車機構を構成する第一のリング歯車又は第一のキャリアに伝達する第一の動力伝達機構と、上記トロイダル型無段変速機の出力部と上記回転伝達軸との間で回転を伝達する第二の動力伝達機構と、上記入力軸の回転を上記第三の遊星歯車式変速機を構成する第三のリング歯車又は第三のキャリアに伝達する第三の動力伝達機構と、これら第一、第二、第三の動力伝達機構を通じての上記入力軸と上記出力軸との間の動力伝達の状態を切り換える為の切換機構とを備え、上記第一、第二、第三の遊星歯車式変速機を構成する第一、第二、第三の太陽歯車のうち、第二の太陽歯車と、第一、第三の太陽歯車のうちの何れか一方の太陽歯車とを上記回転伝達軸と共に回転自在とし、この回転伝達軸と上記第一の遊星歯車式変速機又は上記第二の遊星歯車式変速機とを介しての動力伝達を行なわせると共に、上記第三の遊星歯車機構を通じての動力伝達を遮断した状態で、上記トロイダル型無段変速機の変速比の調節に基づき、上記入力軸を回転させたまま上記出力軸を停止可能とした無段変速装置。
入力軸と、この入力軸と同心に配置されてこの入力軸をその入力部とするトロイダル型無段変速機と、この入力軸と平行な回転伝達軸と、この回転伝達軸の周囲に互いに同心に配置され、それぞれが太陽歯車とリング歯車とこれら両歯車に噛合した複数個の遊星歯車とこれら各遊星歯車を回転自在に支持したキャリアとを備えた第一、第二、第三の遊星歯車式変速機と、上記回転伝達軸と同心に配置された出力軸と、上記入力軸の回転を上記第一の遊星歯車機構を構成する第一のリング歯車に伝達する第一の動力伝達機構と、上記トロイダル型無段変速機の出力部と上記回転伝達軸との間で回転を伝達する第二の動力伝達機構と、上記入力軸の回転を上記第三の遊星歯車式変速機を構成する第三のリング歯車に伝達する第三の動力伝達機構と、上記入力軸と上記第一のリング歯車との間の動力の伝達を断接する為の低速用クラッチと、上記第三の動力伝達機構と上記第三の遊星歯車機構との間の動力伝達を実質的に断接する為の高速用クラッチとを備え、上記第一、第二、第三の遊星歯車式変速機を構成する第一、第二、第三の太陽歯車のうち、第一、第二の太陽歯車を上記回転伝達軸と共に回転自在とし、上記第一の遊星歯車式変速機を構成する第一のキャリアと上記出力軸及び上記第二の遊星歯車式変速機を構成する第二のリング歯車とを結合し、上記第二の遊星歯車式変速機を構成する第二のキャリアと上記第三の遊星歯車式変速機を構成する第三のキャリアとを結合して成り、上記低速用クラッチを繋ぐと共に上記高速用クラッチの接続を断った状態で、上記トロイダル型無段変速機の変速比の調節に基づき、上記入力軸を回転させたまま上記出力軸を停止可能とした無段変速装置。
入力軸と、この入力軸と同心に配置されてこの入力軸をその入力部とするトロイダル型無段変速機と、この入力軸と平行な回転伝達軸と、この回転伝達軸の周囲に互いに同心に配置され、それぞれが太陽歯車とリング歯車とこれら両歯車に噛合した複数個の遊星歯車とこれら各遊星歯車を回転自在に支持したキャリアとを備えた第一、第二、第三の遊星歯車式変速機と、上記回転伝達軸と同心に配置された出力軸と、上記入力軸の回転を上記第一の遊星歯車機構を構成する第一のキャリアに伝達する第一の動力伝達機構と、上記トロイダル型無段変速機の出力部と上記回転伝達軸との間で回転を伝達する第二の動力伝達機構と、上記入力軸の回転を上記第三の遊星歯車式変速機を構成する第三のキャリアに伝達する第三の動力伝達機構と、上記入力軸と上記第一の遊星歯車式変速機との間の動力の伝達を実質的に断接する為の低速用クラッチと、上記入力軸と上記第三のキャリアとの間の動力伝達を断接する為の高速用クラッチとを備え、上記第一、第二、第三の遊星歯車式変速機を構成する第一、第二、第三の太陽歯車のうち、第二、第三の太陽歯車を上記回転伝達軸と共に回転自在とし、第一、第二の遊星歯車式変速機を構成する第一、第二のリング歯車同士を結合し、上記第二の遊星歯車式変速機を構成する第二のキャリアと上記出力軸及び上記第三の遊星歯車式変速機を構成する第三のリング歯車とを結合して成り、上記低速用クラッチを繋ぐと共に上記高速用クラッチの接続を断った状態で、上記トロイダル型無段変速機の変速比の調節に基づき、上記入力軸を回転させたまま上記出力軸を停止可能とした無段変速装置。