JP2004239301A - 無段変速装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】第一の遊星歯車式変速ユニット２８を構成する第一の太陽歯車４１と、第一のキャリア４２を構成する支持板５８との距離を徒に長くせずに、これら第一の太陽歯車４１と支持板５８とが擦れ合いにくくする。そして、小型・軽量化と信頼性及び耐久性の確保とを両立させる。
【解決手段】上記第一の太陽歯車４１と、この第一の太陽歯車４１と噛合する第一の遊星歯車素子４３とを、左捩れのはすば歯車とする。これら第一の太陽歯車４１と第一の遊星歯車素子４３との噛合部で、この第一の太陽歯車４１を、上記支持板５８から離す方向の力が加わる。この為、トロイダル型無段変速ユニット１１ａを通過するトルクが大きく、入力軸３１が上記第一のキャリア４２を強く引っ張る場合でも、上記第一の太陽歯車４１と支持板５８とが擦れ合いにくくなる。
【選択図】 図１
【解決手段】上記第一の太陽歯車４１と、この第一の太陽歯車４１と噛合する第一の遊星歯車素子４３とを、左捩れのはすば歯車とする。これら第一の太陽歯車４１と第一の遊星歯車素子４３との噛合部で、この第一の太陽歯車４１を、上記支持板５８から離す方向の力が加わる。この為、トロイダル型無段変速ユニット１１ａを通過するトルクが大きく、入力軸３１が上記第一のキャリア４２を強く引っ張る場合でも、上記第一の太陽歯車４１と支持板５８とが擦れ合いにくくなる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用自動変速機として、或は各種産業機械用の変速機して利用する無段変速装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用自動変速機として、図６に示す様なトロイダル型無段変速ユニット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ユニットは、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、それぞれが特許請求の範囲に記載した外側ディスクに相当する入力側ディスク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の両端部に、特許請求の範囲に記載した内側ディスクに相当する出力側ディスク５、５を、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、それぞれトラニオン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６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枢軸（図示せず）を中心として揺動変位自在である。これら各トラニオン７、７を傾斜させる動作は、図示しない油圧式のアクチュエータによりこれら各トラニオン７、７を上記枢軸の軸方向に変位させる事により行なうが、総てのトラニオン７、７の傾斜角度は、油圧式及び機械式に互いに同期させる。
【０００４】
上述の様なトロイダル型無段変速ユニットの運転時には、エンジン等の動力源に繋がる駆動軸９により一方（図６の左方）の入力側ディスク２を、ローディングカム式の押圧装置１０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６に示す位置に揺動させ、上記各パワーローラ６、６の周面をこの図６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６と反対方向に揺動させ、上記各パワーローラ６、６の周面を、図６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、中間の速度比（変速比）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ユニット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、特許文献１〜５等に記載されて、従来から知られている。図７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２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ユニット１１と遊星歯車式変速ユニット１２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ユニット１１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ユニット１２は、上記入力軸１及び一方（図７の右方）の入力側ディスク２に結合固定されたキャリア１３を備える。このキャリア１３の径方向中間部に、その両端部にそれぞれ遊星歯車素子１４ａ、１４ｂを固設した第一の伝達軸１５を、回転自在に支持している。又、上記キャリア１３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１６ａ、１６ｂを固設した第二の伝達軸１７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、上記第一の伝達軸１５の両端部に固設した上記各遊星歯車素子１４ａ、１４ｂと、上記出力側ディスク５ａにその基端部（図７の左端部）結合した中空回転軸１８の先端部（図７の右端部）に固設した太陽歯車１９又は上記第二の伝達軸１７の一端部（図７の左端部）に固設した太陽歯車１６ａとを、それぞれ噛合させている。又、一方（図７の左方）の遊星歯車素子１４ａを、別の遊星歯車素子２０を介して、上記キャリア１３の周囲に回転自在に設けたリング歯車２１に噛合させている。
【０００８】
一方、上記第二の伝達軸１７の他端部（図７の右端部）に固設した太陽歯車１６ｂの周囲に設けた第二のキャリア２２に遊星歯車素子２３ａ、２３ｂを、回転自在に支持している。尚、この第二のキャリア２２は、上記入力軸１及び第二の伝達軸１７と同心に配置された、出力軸２４の基端部（図７の左端部）に固設されている。又、上記各遊星歯車素子２３ａ、２３ｂは、互いに噛合すると共に、一方の遊星歯車素子２３ａを上記太陽歯車１６ｂに、他方の遊星歯車素子２３ｂを、上記第二のキャリア２２の周囲に回転自在に設けた第二のリング歯車２５に、それぞれ噛合させている。又、上記リング歯車２１と上記第二のキャリア２２とを低速用クラッチ２６により係脱自在とすると共に、上記第二のリング歯車２５とハウジング等の固定の部分とを、高速用クラッチ２７により係脱自在としている。
【０００９】
上述の様な、図７に示した無段変速装置の場合、上記低速用クラッチ２６を接続すると共に上記高速用クラッチ２７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２１を介して上記出力軸２４に伝えられる。そして、前記トロイダル型無段変速ユニット１１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２４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ユニット１１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２４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ユニット１１を通過するトルクは、上記入力軸１からキャリア１３及び第一の伝達軸１５と太陽歯車１９と中空回転軸１８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ユニット１１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２６の接続を断ち、上記高速用クラッチ２７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１５、１７を介して上記出力軸２４に伝えられる。そして、上記トロイダル型無段変速ユニット１１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ユニット１１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ユニット１１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８、８にトルクを付加する方向に加わる。
【００１２】
図８は、上記トロイダル型無段変速ユニット１１の変速比（左縦軸）と、無段変速装置全体としての変速比（横軸）と、このトロイダル型無段変速ユニット１１を通過するトルク（右縦軸）との関係の１例を示している。上記図８のうちの実線ａは上記トロイダル型無段変速ユニット１１の変速比と無段変速装置全体としての変速比との関係を、破線ｂは無段変速装置全体としての変速比と上記トルクとの関係を、それぞれ示している。尚、この無段変速装置全体としての変速比は、入力軸１が３４００ｍｉｎ−１ で回転すると仮定した場合に於ける車速として、上記トルクは、入力軸１に加わるトルクが４５０Ｎ・ｍの一定値であると仮定した場合での値として、それぞれ示している。但し、無段変速装置全体としての変速比の絶対値が大きい（車速の絶対値が小さい）場合には、エンジンの出力制御を行なって、上記入力軸１に加わるトルクを低く抑える様にしている。
【００１３】
又、図９は、上記トロイダル型無段変速ユニット１１を通過するトルク（左縦軸）と、無段変速装置全体としての変速比（横軸）と、このトロイダル型無段変速ユニット１１の入力軸１に（引っ張り方向に）加わる軸力（右縦軸）との関係の１例を示している。上記図９のうちの実線ａは上記軸力と無段変速装置全体としての変速比との関係を、破線ｂは上記トルクと無段変速装置全体としての変速比との関係を、それぞれ示している。尚、上記軸力は、前記押圧装置１０が発生する推力に基づくもので、前記各ディスク２、５ａの側面と前記各パワーローラ６、６の周面との転がり接触部で過大な滑りが発生するのを防止すべく、上記トロイダル型無段変速ユニット１１を通過するトルクが大きくなる程大きくなる。又、このトルクは、上述の様に、無段変速装置全体としての変速比の絶対値が大きい場合には、エンジンの出力制御により低く抑える様にしているが、それでも、上記軸力の最大値は１６００００Ｎ（約１６トン）にも達する。
【００１４】
【特許文献１】
特開平６−１７４０３３号公報
【特許文献２】
特開２０００−２２０７１９号公報
【特許文献３】
特開２００２−１３９１２４号公報
【特許文献４】
米国特許第５６０７３７２号明細書
【特許文献５】
米国特許第６０９９４３１号明細書
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１〜５に記載される等により従来から知られている無段変速装置に関する発明は、この無段変速装置の基本構造に関するものであって、実際に自動車用自動変速機を構成する場合に就いて考慮した、具体的なものではない。これに対して、上記無段変速装置を実際に自動車用自動変速機として使用する場合に就いて考慮した場合には、十分な信頼性及び耐久性を確保する為に、遊星歯車式変速ユニット１２の構造を工夫する必要がある。この点に就いて、以下に説明する。
【００１６】
図７に示す様な無段変速装置の場合、前述した通り、変速比の絶対値が大きい場合に入力軸１に、１６００００Ｎもの軸力が、押圧装置１０が発生する推力に基づいて加わる。この軸力は、遊星歯車式変速ユニット１２を構成するキャリア１３を、この遊星歯車式変速ユニット１２側（図７の右側）の入力側ディスク２と共に、反対側（図７の左側）の入力側ディスク２に向け引っ張る。これに対して出力側ディスク５ａは、これら１対の入力側ディスク２、２間の中立位置に存在したまま軸方向に変位しない。従って、上記軸力に基づいて、上記キャリア１３と上記遊星歯車式変速ユニット１２の太陽歯車１９とが近づき合う。この為、通常状態でこれらキャリア１３と太陽歯車１９との軸方向距離が不十分であると、これらキャリア１３と太陽歯車１９とが擦れ合って、当該部分での摩擦損失に基づき、上記無段変速装置の伝達効率が低下したり、著しい場合には焼き付きによる故障が発生する原因ともなる。
【００１７】
この様な不都合の発生を防止する為に、上記キャリア１３と太陽歯車１９との軸方向距離を十分に確保する事も考えられるが、無段変速装置の軸方向寸法が嵩み、大型化、重量の増大の原因となる為、好ましくない。
本発明の無段変速装置は、この様な事情に鑑みて、上記キャリア１３と太陽歯車１９との軸方向距離を徒に大きくしなくても、これらキャリア１３と太陽歯車１９との擦れ合いを防止できる構造を実現すべく発明したものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の無段変速装置は、前述した従来から知られている無段変速装置と同様に、トロイダル型無段変速ユニットと複数の遊星歯車式変速ユニット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ユニットは、回転軸を介して互いに同心に且つ同期した回転を自在として結合された１対の外側ディスクと、これら両外側ディスク同士の間にこれら両外側ディスクと同心に且つこれら両外側ディスクとは独立した回転を自在として支持された内側ディスクと、この内側ディスクの両側面と上記両外側ディスクの内側面との間にそれぞれ複数個ずつ挟持されてこれら内側ディスクと両外側ディスクとの間で動力を伝達する複数のパワーローラとを備える。
又、上記各遊星歯車式変速ユニットは、上記１対の外側ディスクにこれら両外側ディスクと同心に結合固定されてこれら両外側ディスクと共に回転するキャリアと、このキャリアの両側面のうちで一方の外側ディスクに対向する片面に回転自在に支持された複数の遊星歯車と、上記回転軸の周囲に配置された中空回転軸により上記内側ディスクに結合された状態で上記各ディスクと同心に且つ回転自在に設けられ、上記各遊星歯車と噛合した太陽歯車とを備える。
そして、上記トロイダル型無段変速ユニットの変速比を調節して上記遊星歯車式変速ユニットを構成する上記キャリアと上記太陽歯車との相対的変位速度を変化させる事で、駆動源により入力軸を一方向に回転させた状態のまま出力軸の回転状態を、停止状態を挟んで正転及び逆転に変換自在とするモードを備える。
特に、本発明の無段変速装置に於いては、上記太陽歯車及び上記各遊星歯車ははすば歯車である。そして、上記キャリアを構成する支持板の片側面と一方の外側ディスクの外側面との間に支持されており、上記太陽歯車及び上記各遊星歯車の歯の傾斜方向は、上記停止状態を実現するモード状態でこの太陽歯車を上記支持板から離れさせる方向の分力を発生させる方向である。
【００１９】
【作用】
上述の様に構成する本発明の無段変速装置によれば、遊星歯車式変速ユニットを構成するキャリアの支持板と太陽歯車との軸方向距離を特に大きくしなくても、これら支持板と太陽歯車とを干渉しにくくできる。即ち、トロイダル型無段変速ユニットを通過するトルクが大きくなり、このトロイダル型無段変速ユニットの回転軸に加わる軸力が大きくなって、上記支持板が上記太陽歯車に向け変位する傾向となる場合には、この太陽歯車がこの支持板に支持した遊星歯車との噛合に基づいて、この支持板から離れる方向に変位する傾向になる。この結果、この支持板と上記太陽歯車とが干渉しにくくなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１〜４は、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、トロイダル型無段変速ユニット１１ａと、第一〜第三の遊星歯車式変速ユニット２８〜３０とを組み合わせて成り、入力軸３１と出力軸２４ａとを有する。図示の例では、これら入力軸３１と出力軸２４ａとの間に伝達軸３２を、これら両軸３１、２４ａと同心に、且つ、これら両軸３１、２４ａに対する相対回転を自在に設けている。そして、上記第一、第二の遊星歯車式変速ユニット２８、２９を上記入力軸３１と上記伝達軸３２との間に掛け渡す状態で、上記第三の遊星歯車式変速ユニット３０をこの伝達軸３２と上記出力軸２４ａとの間に掛け渡す状態で、それぞれ設けている。
【００２１】
このうちのトロイダル型無段変速ユニット１１ａは、１対の入力側ディスク２ａ、２ｂと、一体型の出力側ディスク５ｂと、複数のパワーローラ６、６（図６、７参照）とを備える。そして、特許請求の範囲に記載した外側ディスクに相当する上記１対の入力側ディスク２ａ、２ｂは、上記入力軸３１を介して互いに同心に、且つ、同期した回転を自在として結合されている。又、特許請求の範囲に記載した内側ディスクに相当する上記出力側ディスク５ｂは、上記両入力側ディスク２ａ、２ｂ同士の間に、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂと同心に、且つ、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂに対する相対回転を自在として支持されている。更に、上記各パワーローラ６、６は、上記出力側ディスク５ｂの軸方向両側面と上記両入力側ディスク２ａ、２ｂの軸方向片側面との間に、それぞれ複数個ずつ挟持されている。そして、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂの回転に伴って回転しつつ、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂから上記出力側ディスク５ｂに動力を伝達する。
【００２２】
又、本例の場合には、上記出力側ディスク５ｂの軸方向両端部を、１対のスラストアンギュラ玉軸受３３、３３により、回転自在に支持している。この為に本例の場合には、各トラニオン７、７（図６参照）の両端部を支持する為の支持板３４ａ、３４ｂを支持する為にケーシング３５の内面に固設した支持ポスト３６ａ、３６ｂの構造を工夫している。即ち、前記入力軸３１を挟んで径方向反対側に、互いに同心に設けられた、各キャビティ毎に１対ずつの支持ポスト３６ａ、３６ｂを、円環状の保持環３７により連結している。上記入力軸３１は、この保持環３７の内側を挿通している。そして、各キャビティ毎に設けたこれら各保持環３７、３７と、上記出力側ディスク５ｂの軸方向両端面、即ち、この出力側ディスク５ｂの両側面に設けた出力側面３８、３８よりも内径側部分との間に、上記各スラストアンギュラ玉軸受３３、３３を設けている。そして、上記出力側ディスク５ｂを、各キャビティ内に設けた上記各保持環３７、３７同士の間に、径方向及び軸方向に関する位置決めを図った状態で、回転自在に支持している。
【００２３】
又、図示の無段変速装置の場合、上記入力軸３１の基端部（図１の左端部）を図示しないエンジンのクランクシャフトに、トーションダンパ３９を介して結合し、このクランクシャフトにより上記入力軸３１を回転駆動する様にしている。又、前記両入力側ディスク２ａ、２ｂの軸方向片側面及び上記出力側ディスク５ｂの両側面と上記各パワーローラ６、６の周面との転がり接触部（トラクション部）に適正な面圧を付与する為の押圧装置１０ａとして、油圧式のものを使用している。又、上記入力軸３１の基端部周囲にはギヤポンプ４０を設けて、上記押圧装置１０ａ及び変速の為にトラニオン７、７を変位させる為の油圧式のアクチュエータ（図示省略）、並びに後述する低速用クラッチ２６ａ及び高速用クラッチ２７ａを断接させる為の油圧シリンダに圧油を供給自在としている。
【００２４】
又、上記出力側ディスク５ｂに中空回転軸１８ａの基端部（図１の左端部）をスプライン係合させている。そして、この中空回転軸１８ａを、エンジンから遠い側（図１の右側）の入力側ディスク２ｂの内側に挿通して、上記出力側ディスク５ｂの回転力を取り出し自在としている。更に、上記中空回転軸１８ａの先端部（図１の右端部）で上記入力側ディスク２ｂの外側面から突出した部分に、前記第一の遊星歯車式変速ユニット２８を構成する為の、第一の太陽歯車４１を固設している。
【００２５】
一方、上記入力軸３１の先端部（図１の右端部）で上記中空回転軸１８ａから突出した部分と上記入力側ディスク２ｂとの間に、特許請求の範囲に記載したキャリアに相当する第一のキャリア４２を掛け渡す様に設けて、この入力側ディスク２ｂと上記入力軸３１とが、互いに同期して回転する様にしている。そして、上記第一のキャリア４２の軸方向両側面の円周方向等間隔位置（一般的には３〜４個所位置）に、それぞれがダブルピニオン型である前記第一、第二の遊星歯車式変速ユニット２８、２９を構成する為の第一〜第三の遊星歯車素子４３〜４５を、回転自在に支持している。更に、上記第一のキャリア４２の片半部（図１〜２の右半部）周囲に第一のリング歯車４６を、回転自在に支持している。上記第一のキャリア４２に対し上記各遊星歯車素子４３〜４５を回転自在に支持する為、この第一のキャリア４２の軸方向両側面に第一〜第三の遊星支持軸４８〜５０を設けている。そして、これら各遊星支持軸４８〜５０の周囲に上記各遊星歯車素子４３〜４５を、ラジアルニードル軸受５１を介して、回転自在に支持している。尚、これら各遊星歯車素子４３〜４５の軸方向両端面と相手面との間には、それぞれスラストニードル軸受５７、５７を設けて、それぞれがはすば歯車である、上記各遊星歯車素子４３〜４５に加わるスラスト荷重を支承自在としている。
【００２６】
上記各遊星歯車素子４３〜４５のうち、前記トロイダル型無段変速ユニット１１ａ寄り（図１の左寄り）で上記第一のキャリア４２の径方向に関して内側に設けた第一の遊星歯車素子４３は、上記第一の遊星支持軸４８に支持された状態で、図１、３に示す様に、上記第一の太陽歯車４１に噛合している。又、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ａから遠い側（図１の右側）で上記第一のキャリア４２の径方向に関して内側に設けた第三の遊星歯車素子４５は、上記第三の遊星支持軸５０に支持された状態で、図１、４に示す様に、前記伝達軸３２の基端部（図１の左端部）に固設した第二の太陽歯車４７に噛合している。又、上記第一のキャリア４２の径方向に関して外側に設けた残りの第二の遊星歯車素子４４は、上記内側に設けた遊星歯車素子４３、４５よりも軸方向寸法を大きくして、上記第二の遊星支持軸４９に支持された状態で、図１、３、４に示す様に、これら両歯車４３、４５に噛合させている。そして、上記残りの遊星歯車素子４４と上記第一のリング歯車４６とを、図１、４に示す様に噛合させている。
【００２７】
特に、本例の無段変速装置の場合、前記第一〜第三の遊星歯車式変速ユニット２８〜３０を構成する各歯車４１、４６、４７、５３、５４及び各歯車素子４３〜４５、５５、５６としてはすば歯車を使用する事により、これら各歯車４１、４６、４７、５３、５４及び各歯車素子４３〜４５、５５、５６同士の噛合部で発生する音並びに振動の低減を図っている。更に、このうちの第一の太陽歯車４１と第一の遊星歯車素子４３との歯の傾斜方向を規制している。そして、これら第一の太陽歯車４１と第一の遊星歯車素子４３との噛合部で発生するアキシアル方向の分力が、この第一の太陽歯車４１を上記トロイダル型無段変速ユニット１１ａに向け押し付ける方向に作用する様にしている。
【００２８】
具体的には、本例の場合には、上記第一の太陽歯車４１及び第一の遊星歯車素子４３の歯を、図２（Ａ）に示す様に、一般的なはすば歯車とは逆方向に傾斜させて（左捩じれとして）いる。又、本例の場合、前記入力軸３１は、一般的な自動車用エンジンの回転方向と同じく、図１の矢印イで示す様に、同図の左方から見た場合に時計方向に回転する。上記入力軸３１の回転は、前記各入力側ディスク２ａ、２ｂから、前記各パワーローラ６、６を介して前記出力側ディスク５ｂに伝わり、この出力側ディスク５ｂが、上記入力軸３１と逆方向に回転する。そして、前記中空回転軸１８ａを介してこの中空回転軸１８ａと結合された上記第一の太陽歯車４１が、図２の矢印ロ方向に回転し、この第一の太陽歯車４１と噛合した上記第一の遊星歯車４３が同図の矢印ハ方向に、それぞれ回転する。
【００２９】
これら第一の太陽歯車４１と第一の遊星歯車素子４３との噛合部には、この噛合部を構成する歯の側面に直角方向の力が作用するが、このうちの軸方向の分力が、図２（Ａ）に矢印ニで示す様に、上記第一の太陽歯車４１を前記第一のキャリア４２を構成する支持板５８から離す方向に加わる。この第一の太陽歯車４１をその先端部に固設した上記中空回転軸１８ａは、上記出力側ディスク５ｂに対し、この中空回転軸１８ａの中間部と基端部との２個所位置に係止したストップリング５９、５９により上記出力側ディスク５ｂを軸方向両側から挟持する状態で結合している。又、これら両ストップリング５９、５９の組み付け作業を可能にする為に、これら両ストップリング５９、５９の片側面同士の間隔は、上記出力側ディスク５ｂの軸方向両端面同士の間隔よりも多少なりとも大きくなっている。従って、上記中空回転軸１８ａ及び第一の太陽歯車４１は、上記両間隔の差だけ、軸方向の変位可能である。そして、上記噛合部で発生する上記矢印ニ方向の分力は、上記中空回転軸１８ａの中間部に係止した（図１の右側の）ストップリング５９が上記出力側ディスク５ｂの軸方向片端面（図１の右端面）に当接する状態にまで、上記中空回転軸１８ａ及び第一の太陽歯車４１を、図１の左方に変位させる。
【００３０】
従って、これら第一の太陽歯車４１と第一のキャリア４２との間の隙間を小さくしても、低速モードでの運転時に前記入力軸３１により上記第一のキャリア４２が上記第一の太陽歯車４１の側に強く引っ張られた場合に、これら第一の太陽歯車４１と第一のキャリア４２を構成する支持板５８とが干渉しにくくできる。この為、この第一のキャリア４２と上記第一の太陽歯車４１との軸方向距離を徒に大きくしなくても、これら第一のキャリア４２と第一の太陽歯車４１との擦れ合いを防止できる。この結果、信頼性及び耐久性を確保しつつ、無段変速装置の小型・軽量化を図れる。
【００３１】
これに対して、前記図１の矢印イ方向に回転する一般的なエンジンと、図２（Ｂ）に示す様な、一般的な（右捩じれとした）はすば歯車である第一の太陽歯車４１ａ及び第一の遊星歯車素子４３ａとを組み合わせると、これら第一の太陽歯車４１ａと第一の遊星歯車素子４３ａとの噛合部に、図２（Ｂ）に矢印ホで示す様に、この第一の太陽歯車４１を前記第一のキャリア４２を構成する支持板５８に押し付ける方向に加わる。従って、回転方向が一般的なエンジンと、一般的なはすば歯車との組み合わせでは、上記第一のキャリア４２と上記第一の太陽歯車４１ａとの軸方向距離を大きくする事なく、これら第一のキャリア４２と第一の太陽歯車４１ａとの擦れ合いを防止できない。この結果、信頼性及び耐久性を確保しつつ、無段変速装置の小型・軽量化を図れない。
【００３２】
尚、上述の説明は、上記第一の太陽歯車４１を上記支持板５８から引き離す方向の分力を発生させる、この第一の太陽歯車４１と前記第一の遊星歯車素子４３との噛合部を中心に説明した。但し、何れもはすば歯車である、この第一の遊星歯車素子４３と噛合する第二の遊星歯車素子４４、更にはこの第二の遊星歯車素子４４と噛合する前記第一のリング歯車４６及び前記第三の遊星歯車素子４５等、他の歯車及び遊星歯車素子に関しても、上記第一の太陽歯車４１及び第一の遊星歯車素子４３の歯の傾斜方向に合わせて傾斜させる事は勿論である。
【００３３】
又、本例の無段変速装置の場合には、上記各第一〜第三の遊星歯車素子４３〜４５の配設方向を、前記入力軸３１の回転方向との関係で規制し、後述する高速モード時に、上記各遊星歯車素子４３〜４５に加わるラジアル荷重が過大にならない様にしている。
先ず、第一の遊星歯車式変速ユニット２８を構成する第一、第二の遊星歯車素子４３、４４に就いて、図３により説明する。本例の場合、上記入力軸３１は図１の左端部に矢印イで示す様に、同図の左方から見た場合に時計方向に回転し、前記各入力側ディスク２ａ、２ｂも同方向に回転する。そして、前記第一の太陽歯車４１は、前記出力側ディスク５ｂと共に、図３の反時計方向に回転する。この様な場合に、上記第一の遊星歯車素子４３を支持する為の第一の遊星支持軸４８を上記第二の遊星歯車素子４４を支持する為の第二の遊星支持軸４９よりも、上記入力軸３１の回転方向に関して前側（上記第一の太陽歯車４１の回転方向に関して後側）に位相をずらせて配置している。
【００３４】
即ち、本例の無段変速装置の場合には、各部の回転方向を適切に規制する為に、第一〜第三の遊星歯車式変速ユニット２８〜３０を何れもダブルピニオン型とした構造で、各遊星歯車素子の強度を確保すると共に回転速度を抑えるべく、これら各遊星歯車素子の直径を確保する為に、これら各遊星歯車素子を円周方向にずらせて配置している。本例の場合、上記第一の遊星歯車素子４３を支持する為の第一の遊星支持軸４８を上記第二の遊星歯車素子４４を支持する為の第二の遊星支持軸４９よりも、上記入力軸３１の回転方向に関して前側に、上記第一の太陽歯車４１の回転方向に関して後側に、それぞれ配置している。
又、上記第二の遊星歯車式変速ユニット２９に関しても、図４に示す様に、第二、第三の遊星歯車素子４４、４５を、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２８を構成する第一、第二の遊星歯車素子４３、４４と同方向に位相をずらせた状態で配置している。
【００３５】
更に、前記第三の遊星歯車式変速ユニット３０を構成する為の第二のキャリア５２を、前記出力軸２４ａの基端部（図１の左端部）に結合固定している。そして、この第二のキャリア５２と前記第一のリング歯車４６とを、前記低速用クラッチ２６ａを介して結合している。又、上記伝達軸３２の先端寄り（図１の右端寄り）部分に第三の太陽歯車５３を、スプライン係合等により固設している。又、この第三の太陽歯車５３の周囲に、第二のリング歯車５４を配置し、この第二のリング歯車５４と前記ケーシング３５等の固定の部分との間に、前記高速用クラッチ２７ａを設けている。更に、上記第二のリング歯車５４と上記第三の太陽歯車５３との間に配置した復数組の遊星歯車素子５５、５６を、上記第二のキャリア５２に回転自在に支持している。これら各遊星歯車素子５５、５６は、互いに噛合すると共に、上記第二のキャリア５２の径方向に関して内側に設けた遊星歯車素子５５を上記第三の太陽歯車５３に、同じく外側に設けた遊星歯車素子５６を上記第二のリング歯車５４に、それぞれ噛合させている。
【００３６】
上述の様に構成する本例の無段変速装置の場合、前記入力軸３１から１対の入力側ディスク２ａ、２ｂ、各パワーローラ６、６を介して一体型の出力側ディスク５ｂに伝わった動力は、前記中空回転軸１８ａを通じて取り出される。そして、前記低速用クラッチ２６ａを接続し、前記高速用クラッチ２７ａの接続を断った低速モード状態では、前記トロイダル型無段変速ユニット１１ａの変速比を変える事により、上記入力軸３１の回転速度を一定にしたまま、前記出力軸２４ａの回転速度を、停止状態を挟んで正転、逆転に変換自在となる。
【００３７】
即ち、この状態では、上記入力軸３１から上記出力軸２４ａに向けて、図１の矢印ｘで示す様に動力が送られ、上記入力軸３１と共に正方向に回転する第一のキャリア４２と、上記中空回転軸１８ａと共に逆方向に回転する前記第一の太陽歯車４１との差動成分が、前記第一のリング歯車４６から、前記低速用クラッチ２６ａ、前記第二のキャリア５２を介して、上記出力軸２４ａに伝達される。この状態では、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ａの変速比を所定値にする事で上記出力軸２４ａを停止させられる他、このトロイダル型無段変速ユニット１１ａの変速比を上記所定値から増速側に変化させる事により上記出力軸２４ａを、車両を後退させる方向に回転させられる。これに対して、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ａの変速比を上記所定値から減速側に変化させる事により上記出力軸２４ａを、車両を前進させる方向に回転させられる。
【００３８】
更に、上記低速用クラッチ２６ａの接続を断ち、上記高速用クラッチ２７ａを接続した高速モード状態では、図１の矢印ｙで示す様に動力が送られ、上記出力軸２４ａを、車両を前進させる方向に回転させる。即ち、この状態では、上記入力軸３１と共に正方向に回転する第一のキャリア４２と、上記中空回転軸１８ａと共に逆方向に回転する前記第一の太陽歯車４１との差動成分に応じて回転する、前記第一の遊星歯車式変速ユニット２８の第一の遊星歯車素子４３の回転が、第二の遊星歯車素子４４を介して、前記第二の遊星歯車式変速ユニット２９の第三の遊星歯車素子４５に伝わり、前記第二の太陽歯車４７を介して、前記伝達軸３２を回転させる。そして、この伝達軸３２の先端部に設けた第三の太陽歯車５３と、この第三の太陽歯車５３と共に前記第三の遊星歯車式変速ユニット３０を構成する第二のリング歯車５４及び遊星歯車素子５５、５６との噛合に基づき、前記第二のキャリア５２及びこの第二のキャリア５２に結合した上記出力軸２４ａを、前進方向に回転させる。この状態では、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ａの変速比を増速側に変化させる程、上記出力軸２４ａの回転速度を速くできる。
【００３９】
この様な高速モード状態では、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２８を構成する第一、第二の各遊星歯車素子４３、４４同士の噛合部、並びにこれら第一、第二の各遊星歯車素子４３、４４と第一の太陽歯車４１又は第一のリング歯車４６との噛合部からこれら第一、第二の遊星歯車素子４３、４４に加わるラジアル荷重を互いに相殺する事ができる。この為、これら第一、第二の遊星歯車素子４３、４４を支持するラジアルニードル軸受５１、５１の負荷を小さくして、これら各ラジアルニードル軸受５１、５１の耐久性の確保を図れる。この点に就いて、図５により説明する。
【００４０】
上記高速モード時には、第一のキャリア４２（図１、３、４）に支持された上記第一、第二の遊星歯車素子４３、４４及び上記第一の太陽歯車４１が駆動側となり、上記第一のリング歯車４６が被駆動側となる。この状態で、図５（Ａ）に示す様に、上記第一のキャリア４２が時計方向に、上記第一の太陽歯車４１が反時計方向に、それぞれ駆動され、上記第一のリング歯車４６が時計方向に回転すると、上記各噛合部に、動力の伝達に基づく作用、反作用により、或は傾斜面同士の噛合に基づく径方向の反力により、上記第一の遊星歯車素子４３に、図５（Ａ）に矢印ａ１ 〜ａ４ に示す方向の力が加わる。このうち、上記第一の太陽歯車４１から上記第一の遊星歯車素子４３に加わる矢印ａ１ 方向の力と、上記第一、第二の遊星歯車素子４３、４４同士の噛合部からこのうちの第一の遊星歯車素子４３の径方向に加わる矢印ａ２ 方向の力とが、互いに相殺し合う。又、上記第一の太陽歯車４１と上記第一の遊星歯車素子４３との噛合部からこのうちの第一の遊星歯車素子４３の径方向に加わる矢印ａ３ 方向の力と、上記第一、第二の遊星歯車素子４３、４４同士の噛合部からこの噛合部の接線方向に加わる矢印ａ４ 方向の力とが互いに相殺し合う。この為、上記高速モード時に上記第一の遊星歯車素子４３に加わるラジアル荷重を小さく抑える事ができて、この第一の遊星歯車素子４３を前記第一の遊星支持軸４８に対し支持する為のラジアルニードル軸受５１の耐久性を確保できる。
【００４１】
これに対して、本発明とは逆に、図５（Ｂ）に示す様に、第一の遊星歯車素子４３を第二の遊星歯車素子４４よりも、入力軸３１の回転方向に関して後側に、上記第一の太陽歯車４１の回転方向に関して前側に、それぞれ配置すると、上記第一の遊星歯車素子４３に加わるラジアル荷重が大きくなる。即ち、上記両素子４３、４４を図５（Ｂ）に示す様に配置すると、上記高速モード状態で上記第一の遊星歯車素子４３に矢印ｂ１ 〜ｂ４ に示す方向の力が足し合わされる。この結果、この第一の遊星歯車素子４３に加わるラジアル荷重が大きくなり、この第一の遊星歯車素子４３を第一の遊星支持軸４８に対し支持する為のラジアルニードル軸受５１の耐久性確保が難しくなる。
【００４２】
尚、第二の遊星歯車式変速ユニット２９に関しては、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２８と同様に考える事ができる。即ち、前述の図４に示す様に、第二、第三の遊星歯車素子４４、４５を、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２８を構成する第一、第二の遊星歯車素子４３、４４と同方向に位相をずらせる。上記両素子４４、４５をこの様に配置する事で、前記第一のキャリア４２の内径側に設けた第三の遊星歯車素子４５に大きなラジアル荷重が加わる事を防止して、この第三の遊星歯車素子４５を前記第三の遊星支持軸５０に支持する為のラジアルニードル軸受５１の耐久性を確保できる。
【００４３】
又、上記第一、第二の遊星歯車式変速ユニット２８、２９を構成する第二の遊星歯車素子４４に関しては、次の様な理由により、大きなラジアル荷重が加わる事はない。即ち、高速モード状態では、上記第二の遊星歯車素子４４と、第一、第三の遊星歯車素子４３、４５との噛合に基づいて上記第二の遊星歯車素子４４に加わるラジアル方向の力は、次の▲１▼▲２▼である。
▲１▼ 上記第一、第三の遊星歯車素子４３、４５との噛合部での動力伝達に基づいて、各噛合部の接線方向に加わる力。
▲２▼ 傾斜面同士の係合に基づき、同じく径方向に加わる力。
【００４４】
このうちの▲１▼の力は、上記第一の遊星歯車素子４３との噛合部と、上記第三の遊星歯車素子４５との噛合部とで、互いに逆方向に加わる。この為、これら両噛合部で上記第二の遊星歯車素子４４に加わる力が互いに相殺し合う。又、上記▲２▼の力は上記両噛合部で発生する力が足し合わされるが、この▲２▼の力は小さいので、特に問題とはならない。
【００４５】
上述の様に本例の無段変速装置によれば、高速モード状態で、第一、第二、第三の各遊星歯車素子４３、４４、４５同士の噛合部、並びにこれら各遊星歯車素子４３、４４、４５と第一、第二の太陽歯車４１、４７又は第一のリング歯車４６との噛合部から上記各遊星歯車素子４３、４４、４５に加わるラジアル荷重を互いに相殺する事ができる。この為、これら各遊星歯車素子４３、４４、４５を支持するラジアルニードル軸受５１、５１の負荷を小さくして、これら各ラジアルニードル軸受５１、５１の耐久性の確保を図れる。
【００４６】
尚、本例の無段変速装置の運転時、前記低速モードの状態では、上記第一、第三の各遊星歯車素子４３、４５に関して、各噛合部から加わるラジアル荷重が足し合わされる。この結果、これら各遊星歯車素子４３、４５を支承したラジアルニードル軸受５１、５１に加わる荷重が大きくなる。但し、本例の無段変速装置の場合、上記低速モードで運転される頻度は上記高速モードで運転される頻度に比べて遥かに低い。従って、高速モード状態で上記各ラジアルニードル軸受５１、５１に加わるラジアル荷重を低く抑えれば、低速モード状態でこれら各ラジアルニードル軸受５１、５１に加わるラジアル荷重が高くなっても、全体としてこれら各ラジアルニードル軸受５１、５１の耐久性向上を図れる。
【００４７】
【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、特にコストを上昇させたり、大型化する事なく、無段変速装置の耐久性及び信頼性の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す断面図。
【図２】それぞれがはすば歯車である、太陽歯車と遊星歯車素子との噛合状態の２例を示す斜視図。
【図３】図１の略Ａ−Ａ断面図。
【図４】同略Ｂ−Ｂ断面図。
【図５】遊星歯車素子に加わるラジアル荷重を低くできる理由を説明する為の部分略断面図。
【図６】従来から知られているトロイダル型無段変速ユニットの１例を示す断面図。
【図７】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。
【図８】無段変速装置全体としての変速比（車速）と、トロイダル型無段変速ユニットの変速比及びこのトロイダル型無段変速ユニットを通過するトルクとの関係を示す線図。
【図９】無段変速装置全体としての変速比と、トロイダル型無段変速ユニットを通過するトルク及びこのトロイダル型無段変速ユニットの入力軸に加わる軸力との関係を示す線図。
【符号の説明】
１ 入力軸
２、２ａ、２ｂ 入力側ディスク
３ ボールスプライン
４ 出力歯車
５、５ａ、５ｂ 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 駆動軸
１０、１０ａ 押圧装置
１１、１１ａ トロイダル型無段変速ユニット
１２ 遊星歯車式変速ユニット
１３ キャリア
１４ａ、１４ｂ 遊星歯車素子
１５ 第一の伝達軸
１６ａ、１６ｂ 太陽歯車
１７ 第二の伝達軸
１８、１８ａ 中空回転軸
１９ 太陽歯車
２０ 遊星歯車素子
２１ リング歯車
２２ 第二のキャリア
２３ａ、２３ｂ 遊星歯車素子
２４、２４ａ 出力軸
２５ 第二のリング歯車
２６、２６ａ 低速用クラッチ
２７、２７ａ 高速用クラッチ
２８ 第一の遊星歯車式変速ユニット
２９ 第二の遊星歯車式変速ユニット
３０ 第三の遊星歯車式変速ユニット
３１ 入力軸
３２ 伝達軸
３３ スラストアンギュラ玉軸受
３４ａ、３４ｂ 支持板
３５ ケーシング
３６ａ、３６ｂ 支持ポスト
３７ 保持環
３８ 出力側面
３９ トーションダンパ
４０ ギヤポンプ
４１、４１ａ 第一の太陽歯車
４２ 第一のキャリア
４３、４３ａ 第一の遊星歯車素子
４４ 第二の遊星歯車素子
４５ 第三の遊星歯車素子
４６ 第一のリング歯車
４７ 第二の太陽歯車
４８ 第一の遊星支持軸
４９ 第二の遊星支持軸
５０ 第三の遊星支持軸
５１ ラジアルニードル軸受
５２ 第二のキャリア
５３ 第三の太陽歯車
５４ 第二のリング歯車
５５ 遊星歯車素子
５６ 遊星歯車素子
５７ スラストニードル軸受
５８ 支持板
５９ ストップリング
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用自動変速機として、或は各種産業機械用の変速機して利用する無段変速装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用自動変速機として、図６に示す様なトロイダル型無段変速ユニット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ユニットは、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、それぞれが特許請求の範囲に記載した外側ディスクに相当する入力側ディスク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の両端部に、特許請求の範囲に記載した内側ディスクに相当する出力側ディスク５、５を、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、それぞれトラニオン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６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枢軸（図示せず）を中心として揺動変位自在である。これら各トラニオン７、７を傾斜させる動作は、図示しない油圧式のアクチュエータによりこれら各トラニオン７、７を上記枢軸の軸方向に変位させる事により行なうが、総てのトラニオン７、７の傾斜角度は、油圧式及び機械式に互いに同期させる。
【０００４】
上述の様なトロイダル型無段変速ユニットの運転時には、エンジン等の動力源に繋がる駆動軸９により一方（図６の左方）の入力側ディスク２を、ローディングカム式の押圧装置１０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６に示す位置に揺動させ、上記各パワーローラ６、６の周面をこの図６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６と反対方向に揺動させ、上記各パワーローラ６、６の周面を、図６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、中間の速度比（変速比）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ユニット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、特許文献１〜５等に記載されて、従来から知られている。図７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２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ユニット１１と遊星歯車式変速ユニット１２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ユニット１１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ユニット１２は、上記入力軸１及び一方（図７の右方）の入力側ディスク２に結合固定されたキャリア１３を備える。このキャリア１３の径方向中間部に、その両端部にそれぞれ遊星歯車素子１４ａ、１４ｂを固設した第一の伝達軸１５を、回転自在に支持している。又、上記キャリア１３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１６ａ、１６ｂを固設した第二の伝達軸１７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、上記第一の伝達軸１５の両端部に固設した上記各遊星歯車素子１４ａ、１４ｂと、上記出力側ディスク５ａにその基端部（図７の左端部）結合した中空回転軸１８の先端部（図７の右端部）に固設した太陽歯車１９又は上記第二の伝達軸１７の一端部（図７の左端部）に固設した太陽歯車１６ａとを、それぞれ噛合させている。又、一方（図７の左方）の遊星歯車素子１４ａを、別の遊星歯車素子２０を介して、上記キャリア１３の周囲に回転自在に設けたリング歯車２１に噛合させている。
【０００８】
一方、上記第二の伝達軸１７の他端部（図７の右端部）に固設した太陽歯車１６ｂの周囲に設けた第二のキャリア２２に遊星歯車素子２３ａ、２３ｂを、回転自在に支持している。尚、この第二のキャリア２２は、上記入力軸１及び第二の伝達軸１７と同心に配置された、出力軸２４の基端部（図７の左端部）に固設されている。又、上記各遊星歯車素子２３ａ、２３ｂは、互いに噛合すると共に、一方の遊星歯車素子２３ａを上記太陽歯車１６ｂに、他方の遊星歯車素子２３ｂを、上記第二のキャリア２２の周囲に回転自在に設けた第二のリング歯車２５に、それぞれ噛合させている。又、上記リング歯車２１と上記第二のキャリア２２とを低速用クラッチ２６により係脱自在とすると共に、上記第二のリング歯車２５とハウジング等の固定の部分とを、高速用クラッチ２７により係脱自在としている。
【０００９】
上述の様な、図７に示した無段変速装置の場合、上記低速用クラッチ２６を接続すると共に上記高速用クラッチ２７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２１を介して上記出力軸２４に伝えられる。そして、前記トロイダル型無段変速ユニット１１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２４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ユニット１１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２４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ユニット１１を通過するトルクは、上記入力軸１からキャリア１３及び第一の伝達軸１５と太陽歯車１９と中空回転軸１８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ユニット１１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２６の接続を断ち、上記高速用クラッチ２７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１５、１７を介して上記出力軸２４に伝えられる。そして、上記トロイダル型無段変速ユニット１１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ユニット１１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ユニット１１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８、８にトルクを付加する方向に加わる。
【００１２】
図８は、上記トロイダル型無段変速ユニット１１の変速比（左縦軸）と、無段変速装置全体としての変速比（横軸）と、このトロイダル型無段変速ユニット１１を通過するトルク（右縦軸）との関係の１例を示している。上記図８のうちの実線ａは上記トロイダル型無段変速ユニット１１の変速比と無段変速装置全体としての変速比との関係を、破線ｂは無段変速装置全体としての変速比と上記トルクとの関係を、それぞれ示している。尚、この無段変速装置全体としての変速比は、入力軸１が３４００ｍｉｎ−１ で回転すると仮定した場合に於ける車速として、上記トルクは、入力軸１に加わるトルクが４５０Ｎ・ｍの一定値であると仮定した場合での値として、それぞれ示している。但し、無段変速装置全体としての変速比の絶対値が大きい（車速の絶対値が小さい）場合には、エンジンの出力制御を行なって、上記入力軸１に加わるトルクを低く抑える様にしている。
【００１３】
又、図９は、上記トロイダル型無段変速ユニット１１を通過するトルク（左縦軸）と、無段変速装置全体としての変速比（横軸）と、このトロイダル型無段変速ユニット１１の入力軸１に（引っ張り方向に）加わる軸力（右縦軸）との関係の１例を示している。上記図９のうちの実線ａは上記軸力と無段変速装置全体としての変速比との関係を、破線ｂは上記トルクと無段変速装置全体としての変速比との関係を、それぞれ示している。尚、上記軸力は、前記押圧装置１０が発生する推力に基づくもので、前記各ディスク２、５ａの側面と前記各パワーローラ６、６の周面との転がり接触部で過大な滑りが発生するのを防止すべく、上記トロイダル型無段変速ユニット１１を通過するトルクが大きくなる程大きくなる。又、このトルクは、上述の様に、無段変速装置全体としての変速比の絶対値が大きい場合には、エンジンの出力制御により低く抑える様にしているが、それでも、上記軸力の最大値は１６００００Ｎ（約１６トン）にも達する。
【００１４】
【特許文献１】
特開平６−１７４０３３号公報
【特許文献２】
特開２０００−２２０７１９号公報
【特許文献３】
特開２００２−１３９１２４号公報
【特許文献４】
米国特許第５６０７３７２号明細書
【特許文献５】
米国特許第６０９９４３１号明細書
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１〜５に記載される等により従来から知られている無段変速装置に関する発明は、この無段変速装置の基本構造に関するものであって、実際に自動車用自動変速機を構成する場合に就いて考慮した、具体的なものではない。これに対して、上記無段変速装置を実際に自動車用自動変速機として使用する場合に就いて考慮した場合には、十分な信頼性及び耐久性を確保する為に、遊星歯車式変速ユニット１２の構造を工夫する必要がある。この点に就いて、以下に説明する。
【００１６】
図７に示す様な無段変速装置の場合、前述した通り、変速比の絶対値が大きい場合に入力軸１に、１６００００Ｎもの軸力が、押圧装置１０が発生する推力に基づいて加わる。この軸力は、遊星歯車式変速ユニット１２を構成するキャリア１３を、この遊星歯車式変速ユニット１２側（図７の右側）の入力側ディスク２と共に、反対側（図７の左側）の入力側ディスク２に向け引っ張る。これに対して出力側ディスク５ａは、これら１対の入力側ディスク２、２間の中立位置に存在したまま軸方向に変位しない。従って、上記軸力に基づいて、上記キャリア１３と上記遊星歯車式変速ユニット１２の太陽歯車１９とが近づき合う。この為、通常状態でこれらキャリア１３と太陽歯車１９との軸方向距離が不十分であると、これらキャリア１３と太陽歯車１９とが擦れ合って、当該部分での摩擦損失に基づき、上記無段変速装置の伝達効率が低下したり、著しい場合には焼き付きによる故障が発生する原因ともなる。
【００１７】
この様な不都合の発生を防止する為に、上記キャリア１３と太陽歯車１９との軸方向距離を十分に確保する事も考えられるが、無段変速装置の軸方向寸法が嵩み、大型化、重量の増大の原因となる為、好ましくない。
本発明の無段変速装置は、この様な事情に鑑みて、上記キャリア１３と太陽歯車１９との軸方向距離を徒に大きくしなくても、これらキャリア１３と太陽歯車１９との擦れ合いを防止できる構造を実現すべく発明したものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の無段変速装置は、前述した従来から知られている無段変速装置と同様に、トロイダル型無段変速ユニットと複数の遊星歯車式変速ユニット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ユニットは、回転軸を介して互いに同心に且つ同期した回転を自在として結合された１対の外側ディスクと、これら両外側ディスク同士の間にこれら両外側ディスクと同心に且つこれら両外側ディスクとは独立した回転を自在として支持された内側ディスクと、この内側ディスクの両側面と上記両外側ディスクの内側面との間にそれぞれ複数個ずつ挟持されてこれら内側ディスクと両外側ディスクとの間で動力を伝達する複数のパワーローラとを備える。
又、上記各遊星歯車式変速ユニットは、上記１対の外側ディスクにこれら両外側ディスクと同心に結合固定されてこれら両外側ディスクと共に回転するキャリアと、このキャリアの両側面のうちで一方の外側ディスクに対向する片面に回転自在に支持された複数の遊星歯車と、上記回転軸の周囲に配置された中空回転軸により上記内側ディスクに結合された状態で上記各ディスクと同心に且つ回転自在に設けられ、上記各遊星歯車と噛合した太陽歯車とを備える。
そして、上記トロイダル型無段変速ユニットの変速比を調節して上記遊星歯車式変速ユニットを構成する上記キャリアと上記太陽歯車との相対的変位速度を変化させる事で、駆動源により入力軸を一方向に回転させた状態のまま出力軸の回転状態を、停止状態を挟んで正転及び逆転に変換自在とするモードを備える。
特に、本発明の無段変速装置に於いては、上記太陽歯車及び上記各遊星歯車ははすば歯車である。そして、上記キャリアを構成する支持板の片側面と一方の外側ディスクの外側面との間に支持されており、上記太陽歯車及び上記各遊星歯車の歯の傾斜方向は、上記停止状態を実現するモード状態でこの太陽歯車を上記支持板から離れさせる方向の分力を発生させる方向である。
【００１９】
【作用】
上述の様に構成する本発明の無段変速装置によれば、遊星歯車式変速ユニットを構成するキャリアの支持板と太陽歯車との軸方向距離を特に大きくしなくても、これら支持板と太陽歯車とを干渉しにくくできる。即ち、トロイダル型無段変速ユニットを通過するトルクが大きくなり、このトロイダル型無段変速ユニットの回転軸に加わる軸力が大きくなって、上記支持板が上記太陽歯車に向け変位する傾向となる場合には、この太陽歯車がこの支持板に支持した遊星歯車との噛合に基づいて、この支持板から離れる方向に変位する傾向になる。この結果、この支持板と上記太陽歯車とが干渉しにくくなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１〜４は、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、トロイダル型無段変速ユニット１１ａと、第一〜第三の遊星歯車式変速ユニット２８〜３０とを組み合わせて成り、入力軸３１と出力軸２４ａとを有する。図示の例では、これら入力軸３１と出力軸２４ａとの間に伝達軸３２を、これら両軸３１、２４ａと同心に、且つ、これら両軸３１、２４ａに対する相対回転を自在に設けている。そして、上記第一、第二の遊星歯車式変速ユニット２８、２９を上記入力軸３１と上記伝達軸３２との間に掛け渡す状態で、上記第三の遊星歯車式変速ユニット３０をこの伝達軸３２と上記出力軸２４ａとの間に掛け渡す状態で、それぞれ設けている。
【００２１】
このうちのトロイダル型無段変速ユニット１１ａは、１対の入力側ディスク２ａ、２ｂと、一体型の出力側ディスク５ｂと、複数のパワーローラ６、６（図６、７参照）とを備える。そして、特許請求の範囲に記載した外側ディスクに相当する上記１対の入力側ディスク２ａ、２ｂは、上記入力軸３１を介して互いに同心に、且つ、同期した回転を自在として結合されている。又、特許請求の範囲に記載した内側ディスクに相当する上記出力側ディスク５ｂは、上記両入力側ディスク２ａ、２ｂ同士の間に、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂと同心に、且つ、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂに対する相対回転を自在として支持されている。更に、上記各パワーローラ６、６は、上記出力側ディスク５ｂの軸方向両側面と上記両入力側ディスク２ａ、２ｂの軸方向片側面との間に、それぞれ複数個ずつ挟持されている。そして、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂの回転に伴って回転しつつ、これら両入力側ディスク２ａ、２ｂから上記出力側ディスク５ｂに動力を伝達する。
【００２２】
又、本例の場合には、上記出力側ディスク５ｂの軸方向両端部を、１対のスラストアンギュラ玉軸受３３、３３により、回転自在に支持している。この為に本例の場合には、各トラニオン７、７（図６参照）の両端部を支持する為の支持板３４ａ、３４ｂを支持する為にケーシング３５の内面に固設した支持ポスト３６ａ、３６ｂの構造を工夫している。即ち、前記入力軸３１を挟んで径方向反対側に、互いに同心に設けられた、各キャビティ毎に１対ずつの支持ポスト３６ａ、３６ｂを、円環状の保持環３７により連結している。上記入力軸３１は、この保持環３７の内側を挿通している。そして、各キャビティ毎に設けたこれら各保持環３７、３７と、上記出力側ディスク５ｂの軸方向両端面、即ち、この出力側ディスク５ｂの両側面に設けた出力側面３８、３８よりも内径側部分との間に、上記各スラストアンギュラ玉軸受３３、３３を設けている。そして、上記出力側ディスク５ｂを、各キャビティ内に設けた上記各保持環３７、３７同士の間に、径方向及び軸方向に関する位置決めを図った状態で、回転自在に支持している。
【００２３】
又、図示の無段変速装置の場合、上記入力軸３１の基端部（図１の左端部）を図示しないエンジンのクランクシャフトに、トーションダンパ３９を介して結合し、このクランクシャフトにより上記入力軸３１を回転駆動する様にしている。又、前記両入力側ディスク２ａ、２ｂの軸方向片側面及び上記出力側ディスク５ｂの両側面と上記各パワーローラ６、６の周面との転がり接触部（トラクション部）に適正な面圧を付与する為の押圧装置１０ａとして、油圧式のものを使用している。又、上記入力軸３１の基端部周囲にはギヤポンプ４０を設けて、上記押圧装置１０ａ及び変速の為にトラニオン７、７を変位させる為の油圧式のアクチュエータ（図示省略）、並びに後述する低速用クラッチ２６ａ及び高速用クラッチ２７ａを断接させる為の油圧シリンダに圧油を供給自在としている。
【００２４】
又、上記出力側ディスク５ｂに中空回転軸１８ａの基端部（図１の左端部）をスプライン係合させている。そして、この中空回転軸１８ａを、エンジンから遠い側（図１の右側）の入力側ディスク２ｂの内側に挿通して、上記出力側ディスク５ｂの回転力を取り出し自在としている。更に、上記中空回転軸１８ａの先端部（図１の右端部）で上記入力側ディスク２ｂの外側面から突出した部分に、前記第一の遊星歯車式変速ユニット２８を構成する為の、第一の太陽歯車４１を固設している。
【００２５】
一方、上記入力軸３１の先端部（図１の右端部）で上記中空回転軸１８ａから突出した部分と上記入力側ディスク２ｂとの間に、特許請求の範囲に記載したキャリアに相当する第一のキャリア４２を掛け渡す様に設けて、この入力側ディスク２ｂと上記入力軸３１とが、互いに同期して回転する様にしている。そして、上記第一のキャリア４２の軸方向両側面の円周方向等間隔位置（一般的には３〜４個所位置）に、それぞれがダブルピニオン型である前記第一、第二の遊星歯車式変速ユニット２８、２９を構成する為の第一〜第三の遊星歯車素子４３〜４５を、回転自在に支持している。更に、上記第一のキャリア４２の片半部（図１〜２の右半部）周囲に第一のリング歯車４６を、回転自在に支持している。上記第一のキャリア４２に対し上記各遊星歯車素子４３〜４５を回転自在に支持する為、この第一のキャリア４２の軸方向両側面に第一〜第三の遊星支持軸４８〜５０を設けている。そして、これら各遊星支持軸４８〜５０の周囲に上記各遊星歯車素子４３〜４５を、ラジアルニードル軸受５１を介して、回転自在に支持している。尚、これら各遊星歯車素子４３〜４５の軸方向両端面と相手面との間には、それぞれスラストニードル軸受５７、５７を設けて、それぞれがはすば歯車である、上記各遊星歯車素子４３〜４５に加わるスラスト荷重を支承自在としている。
【００２６】
上記各遊星歯車素子４３〜４５のうち、前記トロイダル型無段変速ユニット１１ａ寄り（図１の左寄り）で上記第一のキャリア４２の径方向に関して内側に設けた第一の遊星歯車素子４３は、上記第一の遊星支持軸４８に支持された状態で、図１、３に示す様に、上記第一の太陽歯車４１に噛合している。又、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ａから遠い側（図１の右側）で上記第一のキャリア４２の径方向に関して内側に設けた第三の遊星歯車素子４５は、上記第三の遊星支持軸５０に支持された状態で、図１、４に示す様に、前記伝達軸３２の基端部（図１の左端部）に固設した第二の太陽歯車４７に噛合している。又、上記第一のキャリア４２の径方向に関して外側に設けた残りの第二の遊星歯車素子４４は、上記内側に設けた遊星歯車素子４３、４５よりも軸方向寸法を大きくして、上記第二の遊星支持軸４９に支持された状態で、図１、３、４に示す様に、これら両歯車４３、４５に噛合させている。そして、上記残りの遊星歯車素子４４と上記第一のリング歯車４６とを、図１、４に示す様に噛合させている。
【００２７】
特に、本例の無段変速装置の場合、前記第一〜第三の遊星歯車式変速ユニット２８〜３０を構成する各歯車４１、４６、４７、５３、５４及び各歯車素子４３〜４５、５５、５６としてはすば歯車を使用する事により、これら各歯車４１、４６、４７、５３、５４及び各歯車素子４３〜４５、５５、５６同士の噛合部で発生する音並びに振動の低減を図っている。更に、このうちの第一の太陽歯車４１と第一の遊星歯車素子４３との歯の傾斜方向を規制している。そして、これら第一の太陽歯車４１と第一の遊星歯車素子４３との噛合部で発生するアキシアル方向の分力が、この第一の太陽歯車４１を上記トロイダル型無段変速ユニット１１ａに向け押し付ける方向に作用する様にしている。
【００２８】
具体的には、本例の場合には、上記第一の太陽歯車４１及び第一の遊星歯車素子４３の歯を、図２（Ａ）に示す様に、一般的なはすば歯車とは逆方向に傾斜させて（左捩じれとして）いる。又、本例の場合、前記入力軸３１は、一般的な自動車用エンジンの回転方向と同じく、図１の矢印イで示す様に、同図の左方から見た場合に時計方向に回転する。上記入力軸３１の回転は、前記各入力側ディスク２ａ、２ｂから、前記各パワーローラ６、６を介して前記出力側ディスク５ｂに伝わり、この出力側ディスク５ｂが、上記入力軸３１と逆方向に回転する。そして、前記中空回転軸１８ａを介してこの中空回転軸１８ａと結合された上記第一の太陽歯車４１が、図２の矢印ロ方向に回転し、この第一の太陽歯車４１と噛合した上記第一の遊星歯車４３が同図の矢印ハ方向に、それぞれ回転する。
【００２９】
これら第一の太陽歯車４１と第一の遊星歯車素子４３との噛合部には、この噛合部を構成する歯の側面に直角方向の力が作用するが、このうちの軸方向の分力が、図２（Ａ）に矢印ニで示す様に、上記第一の太陽歯車４１を前記第一のキャリア４２を構成する支持板５８から離す方向に加わる。この第一の太陽歯車４１をその先端部に固設した上記中空回転軸１８ａは、上記出力側ディスク５ｂに対し、この中空回転軸１８ａの中間部と基端部との２個所位置に係止したストップリング５９、５９により上記出力側ディスク５ｂを軸方向両側から挟持する状態で結合している。又、これら両ストップリング５９、５９の組み付け作業を可能にする為に、これら両ストップリング５９、５９の片側面同士の間隔は、上記出力側ディスク５ｂの軸方向両端面同士の間隔よりも多少なりとも大きくなっている。従って、上記中空回転軸１８ａ及び第一の太陽歯車４１は、上記両間隔の差だけ、軸方向の変位可能である。そして、上記噛合部で発生する上記矢印ニ方向の分力は、上記中空回転軸１８ａの中間部に係止した（図１の右側の）ストップリング５９が上記出力側ディスク５ｂの軸方向片端面（図１の右端面）に当接する状態にまで、上記中空回転軸１８ａ及び第一の太陽歯車４１を、図１の左方に変位させる。
【００３０】
従って、これら第一の太陽歯車４１と第一のキャリア４２との間の隙間を小さくしても、低速モードでの運転時に前記入力軸３１により上記第一のキャリア４２が上記第一の太陽歯車４１の側に強く引っ張られた場合に、これら第一の太陽歯車４１と第一のキャリア４２を構成する支持板５８とが干渉しにくくできる。この為、この第一のキャリア４２と上記第一の太陽歯車４１との軸方向距離を徒に大きくしなくても、これら第一のキャリア４２と第一の太陽歯車４１との擦れ合いを防止できる。この結果、信頼性及び耐久性を確保しつつ、無段変速装置の小型・軽量化を図れる。
【００３１】
これに対して、前記図１の矢印イ方向に回転する一般的なエンジンと、図２（Ｂ）に示す様な、一般的な（右捩じれとした）はすば歯車である第一の太陽歯車４１ａ及び第一の遊星歯車素子４３ａとを組み合わせると、これら第一の太陽歯車４１ａと第一の遊星歯車素子４３ａとの噛合部に、図２（Ｂ）に矢印ホで示す様に、この第一の太陽歯車４１を前記第一のキャリア４２を構成する支持板５８に押し付ける方向に加わる。従って、回転方向が一般的なエンジンと、一般的なはすば歯車との組み合わせでは、上記第一のキャリア４２と上記第一の太陽歯車４１ａとの軸方向距離を大きくする事なく、これら第一のキャリア４２と第一の太陽歯車４１ａとの擦れ合いを防止できない。この結果、信頼性及び耐久性を確保しつつ、無段変速装置の小型・軽量化を図れない。
【００３２】
尚、上述の説明は、上記第一の太陽歯車４１を上記支持板５８から引き離す方向の分力を発生させる、この第一の太陽歯車４１と前記第一の遊星歯車素子４３との噛合部を中心に説明した。但し、何れもはすば歯車である、この第一の遊星歯車素子４３と噛合する第二の遊星歯車素子４４、更にはこの第二の遊星歯車素子４４と噛合する前記第一のリング歯車４６及び前記第三の遊星歯車素子４５等、他の歯車及び遊星歯車素子に関しても、上記第一の太陽歯車４１及び第一の遊星歯車素子４３の歯の傾斜方向に合わせて傾斜させる事は勿論である。
【００３３】
又、本例の無段変速装置の場合には、上記各第一〜第三の遊星歯車素子４３〜４５の配設方向を、前記入力軸３１の回転方向との関係で規制し、後述する高速モード時に、上記各遊星歯車素子４３〜４５に加わるラジアル荷重が過大にならない様にしている。
先ず、第一の遊星歯車式変速ユニット２８を構成する第一、第二の遊星歯車素子４３、４４に就いて、図３により説明する。本例の場合、上記入力軸３１は図１の左端部に矢印イで示す様に、同図の左方から見た場合に時計方向に回転し、前記各入力側ディスク２ａ、２ｂも同方向に回転する。そして、前記第一の太陽歯車４１は、前記出力側ディスク５ｂと共に、図３の反時計方向に回転する。この様な場合に、上記第一の遊星歯車素子４３を支持する為の第一の遊星支持軸４８を上記第二の遊星歯車素子４４を支持する為の第二の遊星支持軸４９よりも、上記入力軸３１の回転方向に関して前側（上記第一の太陽歯車４１の回転方向に関して後側）に位相をずらせて配置している。
【００３４】
即ち、本例の無段変速装置の場合には、各部の回転方向を適切に規制する為に、第一〜第三の遊星歯車式変速ユニット２８〜３０を何れもダブルピニオン型とした構造で、各遊星歯車素子の強度を確保すると共に回転速度を抑えるべく、これら各遊星歯車素子の直径を確保する為に、これら各遊星歯車素子を円周方向にずらせて配置している。本例の場合、上記第一の遊星歯車素子４３を支持する為の第一の遊星支持軸４８を上記第二の遊星歯車素子４４を支持する為の第二の遊星支持軸４９よりも、上記入力軸３１の回転方向に関して前側に、上記第一の太陽歯車４１の回転方向に関して後側に、それぞれ配置している。
又、上記第二の遊星歯車式変速ユニット２９に関しても、図４に示す様に、第二、第三の遊星歯車素子４４、４５を、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２８を構成する第一、第二の遊星歯車素子４３、４４と同方向に位相をずらせた状態で配置している。
【００３５】
更に、前記第三の遊星歯車式変速ユニット３０を構成する為の第二のキャリア５２を、前記出力軸２４ａの基端部（図１の左端部）に結合固定している。そして、この第二のキャリア５２と前記第一のリング歯車４６とを、前記低速用クラッチ２６ａを介して結合している。又、上記伝達軸３２の先端寄り（図１の右端寄り）部分に第三の太陽歯車５３を、スプライン係合等により固設している。又、この第三の太陽歯車５３の周囲に、第二のリング歯車５４を配置し、この第二のリング歯車５４と前記ケーシング３５等の固定の部分との間に、前記高速用クラッチ２７ａを設けている。更に、上記第二のリング歯車５４と上記第三の太陽歯車５３との間に配置した復数組の遊星歯車素子５５、５６を、上記第二のキャリア５２に回転自在に支持している。これら各遊星歯車素子５５、５６は、互いに噛合すると共に、上記第二のキャリア５２の径方向に関して内側に設けた遊星歯車素子５５を上記第三の太陽歯車５３に、同じく外側に設けた遊星歯車素子５６を上記第二のリング歯車５４に、それぞれ噛合させている。
【００３６】
上述の様に構成する本例の無段変速装置の場合、前記入力軸３１から１対の入力側ディスク２ａ、２ｂ、各パワーローラ６、６を介して一体型の出力側ディスク５ｂに伝わった動力は、前記中空回転軸１８ａを通じて取り出される。そして、前記低速用クラッチ２６ａを接続し、前記高速用クラッチ２７ａの接続を断った低速モード状態では、前記トロイダル型無段変速ユニット１１ａの変速比を変える事により、上記入力軸３１の回転速度を一定にしたまま、前記出力軸２４ａの回転速度を、停止状態を挟んで正転、逆転に変換自在となる。
【００３７】
即ち、この状態では、上記入力軸３１から上記出力軸２４ａに向けて、図１の矢印ｘで示す様に動力が送られ、上記入力軸３１と共に正方向に回転する第一のキャリア４２と、上記中空回転軸１８ａと共に逆方向に回転する前記第一の太陽歯車４１との差動成分が、前記第一のリング歯車４６から、前記低速用クラッチ２６ａ、前記第二のキャリア５２を介して、上記出力軸２４ａに伝達される。この状態では、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ａの変速比を所定値にする事で上記出力軸２４ａを停止させられる他、このトロイダル型無段変速ユニット１１ａの変速比を上記所定値から増速側に変化させる事により上記出力軸２４ａを、車両を後退させる方向に回転させられる。これに対して、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ａの変速比を上記所定値から減速側に変化させる事により上記出力軸２４ａを、車両を前進させる方向に回転させられる。
【００３８】
更に、上記低速用クラッチ２６ａの接続を断ち、上記高速用クラッチ２７ａを接続した高速モード状態では、図１の矢印ｙで示す様に動力が送られ、上記出力軸２４ａを、車両を前進させる方向に回転させる。即ち、この状態では、上記入力軸３１と共に正方向に回転する第一のキャリア４２と、上記中空回転軸１８ａと共に逆方向に回転する前記第一の太陽歯車４１との差動成分に応じて回転する、前記第一の遊星歯車式変速ユニット２８の第一の遊星歯車素子４３の回転が、第二の遊星歯車素子４４を介して、前記第二の遊星歯車式変速ユニット２９の第三の遊星歯車素子４５に伝わり、前記第二の太陽歯車４７を介して、前記伝達軸３２を回転させる。そして、この伝達軸３２の先端部に設けた第三の太陽歯車５３と、この第三の太陽歯車５３と共に前記第三の遊星歯車式変速ユニット３０を構成する第二のリング歯車５４及び遊星歯車素子５５、５６との噛合に基づき、前記第二のキャリア５２及びこの第二のキャリア５２に結合した上記出力軸２４ａを、前進方向に回転させる。この状態では、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ａの変速比を増速側に変化させる程、上記出力軸２４ａの回転速度を速くできる。
【００３９】
この様な高速モード状態では、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２８を構成する第一、第二の各遊星歯車素子４３、４４同士の噛合部、並びにこれら第一、第二の各遊星歯車素子４３、４４と第一の太陽歯車４１又は第一のリング歯車４６との噛合部からこれら第一、第二の遊星歯車素子４３、４４に加わるラジアル荷重を互いに相殺する事ができる。この為、これら第一、第二の遊星歯車素子４３、４４を支持するラジアルニードル軸受５１、５１の負荷を小さくして、これら各ラジアルニードル軸受５１、５１の耐久性の確保を図れる。この点に就いて、図５により説明する。
【００４０】
上記高速モード時には、第一のキャリア４２（図１、３、４）に支持された上記第一、第二の遊星歯車素子４３、４４及び上記第一の太陽歯車４１が駆動側となり、上記第一のリング歯車４６が被駆動側となる。この状態で、図５（Ａ）に示す様に、上記第一のキャリア４２が時計方向に、上記第一の太陽歯車４１が反時計方向に、それぞれ駆動され、上記第一のリング歯車４６が時計方向に回転すると、上記各噛合部に、動力の伝達に基づく作用、反作用により、或は傾斜面同士の噛合に基づく径方向の反力により、上記第一の遊星歯車素子４３に、図５（Ａ）に矢印ａ１ 〜ａ４ に示す方向の力が加わる。このうち、上記第一の太陽歯車４１から上記第一の遊星歯車素子４３に加わる矢印ａ１ 方向の力と、上記第一、第二の遊星歯車素子４３、４４同士の噛合部からこのうちの第一の遊星歯車素子４３の径方向に加わる矢印ａ２ 方向の力とが、互いに相殺し合う。又、上記第一の太陽歯車４１と上記第一の遊星歯車素子４３との噛合部からこのうちの第一の遊星歯車素子４３の径方向に加わる矢印ａ３ 方向の力と、上記第一、第二の遊星歯車素子４３、４４同士の噛合部からこの噛合部の接線方向に加わる矢印ａ４ 方向の力とが互いに相殺し合う。この為、上記高速モード時に上記第一の遊星歯車素子４３に加わるラジアル荷重を小さく抑える事ができて、この第一の遊星歯車素子４３を前記第一の遊星支持軸４８に対し支持する為のラジアルニードル軸受５１の耐久性を確保できる。
【００４１】
これに対して、本発明とは逆に、図５（Ｂ）に示す様に、第一の遊星歯車素子４３を第二の遊星歯車素子４４よりも、入力軸３１の回転方向に関して後側に、上記第一の太陽歯車４１の回転方向に関して前側に、それぞれ配置すると、上記第一の遊星歯車素子４３に加わるラジアル荷重が大きくなる。即ち、上記両素子４３、４４を図５（Ｂ）に示す様に配置すると、上記高速モード状態で上記第一の遊星歯車素子４３に矢印ｂ１ 〜ｂ４ に示す方向の力が足し合わされる。この結果、この第一の遊星歯車素子４３に加わるラジアル荷重が大きくなり、この第一の遊星歯車素子４３を第一の遊星支持軸４８に対し支持する為のラジアルニードル軸受５１の耐久性確保が難しくなる。
【００４２】
尚、第二の遊星歯車式変速ユニット２９に関しては、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２８と同様に考える事ができる。即ち、前述の図４に示す様に、第二、第三の遊星歯車素子４４、４５を、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２８を構成する第一、第二の遊星歯車素子４３、４４と同方向に位相をずらせる。上記両素子４４、４５をこの様に配置する事で、前記第一のキャリア４２の内径側に設けた第三の遊星歯車素子４５に大きなラジアル荷重が加わる事を防止して、この第三の遊星歯車素子４５を前記第三の遊星支持軸５０に支持する為のラジアルニードル軸受５１の耐久性を確保できる。
【００４３】
又、上記第一、第二の遊星歯車式変速ユニット２８、２９を構成する第二の遊星歯車素子４４に関しては、次の様な理由により、大きなラジアル荷重が加わる事はない。即ち、高速モード状態では、上記第二の遊星歯車素子４４と、第一、第三の遊星歯車素子４３、４５との噛合に基づいて上記第二の遊星歯車素子４４に加わるラジアル方向の力は、次の▲１▼▲２▼である。
▲１▼ 上記第一、第三の遊星歯車素子４３、４５との噛合部での動力伝達に基づいて、各噛合部の接線方向に加わる力。
▲２▼ 傾斜面同士の係合に基づき、同じく径方向に加わる力。
【００４４】
このうちの▲１▼の力は、上記第一の遊星歯車素子４３との噛合部と、上記第三の遊星歯車素子４５との噛合部とで、互いに逆方向に加わる。この為、これら両噛合部で上記第二の遊星歯車素子４４に加わる力が互いに相殺し合う。又、上記▲２▼の力は上記両噛合部で発生する力が足し合わされるが、この▲２▼の力は小さいので、特に問題とはならない。
【００４５】
上述の様に本例の無段変速装置によれば、高速モード状態で、第一、第二、第三の各遊星歯車素子４３、４４、４５同士の噛合部、並びにこれら各遊星歯車素子４３、４４、４５と第一、第二の太陽歯車４１、４７又は第一のリング歯車４６との噛合部から上記各遊星歯車素子４３、４４、４５に加わるラジアル荷重を互いに相殺する事ができる。この為、これら各遊星歯車素子４３、４４、４５を支持するラジアルニードル軸受５１、５１の負荷を小さくして、これら各ラジアルニードル軸受５１、５１の耐久性の確保を図れる。
【００４６】
尚、本例の無段変速装置の運転時、前記低速モードの状態では、上記第一、第三の各遊星歯車素子４３、４５に関して、各噛合部から加わるラジアル荷重が足し合わされる。この結果、これら各遊星歯車素子４３、４５を支承したラジアルニードル軸受５１、５１に加わる荷重が大きくなる。但し、本例の無段変速装置の場合、上記低速モードで運転される頻度は上記高速モードで運転される頻度に比べて遥かに低い。従って、高速モード状態で上記各ラジアルニードル軸受５１、５１に加わるラジアル荷重を低く抑えれば、低速モード状態でこれら各ラジアルニードル軸受５１、５１に加わるラジアル荷重が高くなっても、全体としてこれら各ラジアルニードル軸受５１、５１の耐久性向上を図れる。
【００４７】
【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、特にコストを上昇させたり、大型化する事なく、無段変速装置の耐久性及び信頼性の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す断面図。
【図２】それぞれがはすば歯車である、太陽歯車と遊星歯車素子との噛合状態の２例を示す斜視図。
【図３】図１の略Ａ−Ａ断面図。
【図４】同略Ｂ−Ｂ断面図。
【図５】遊星歯車素子に加わるラジアル荷重を低くできる理由を説明する為の部分略断面図。
【図６】従来から知られているトロイダル型無段変速ユニットの１例を示す断面図。
【図７】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。
【図８】無段変速装置全体としての変速比（車速）と、トロイダル型無段変速ユニットの変速比及びこのトロイダル型無段変速ユニットを通過するトルクとの関係を示す線図。
【図９】無段変速装置全体としての変速比と、トロイダル型無段変速ユニットを通過するトルク及びこのトロイダル型無段変速ユニットの入力軸に加わる軸力との関係を示す線図。
【符号の説明】
１ 入力軸
２、２ａ、２ｂ 入力側ディスク
３ ボールスプライン
４ 出力歯車
５、５ａ、５ｂ 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 駆動軸
１０、１０ａ 押圧装置
１１、１１ａ トロイダル型無段変速ユニット
１２ 遊星歯車式変速ユニット
１３ キャリア
１４ａ、１４ｂ 遊星歯車素子
１５ 第一の伝達軸
１６ａ、１６ｂ 太陽歯車
１７ 第二の伝達軸
１８、１８ａ 中空回転軸
１９ 太陽歯車
２０ 遊星歯車素子
２１ リング歯車
２２ 第二のキャリア
２３ａ、２３ｂ 遊星歯車素子
２４、２４ａ 出力軸
２５ 第二のリング歯車
２６、２６ａ 低速用クラッチ
２７、２７ａ 高速用クラッチ
２８ 第一の遊星歯車式変速ユニット
２９ 第二の遊星歯車式変速ユニット
３０ 第三の遊星歯車式変速ユニット
３１ 入力軸
３２ 伝達軸
３３ スラストアンギュラ玉軸受
３４ａ、３４ｂ 支持板
３５ ケーシング
３６ａ、３６ｂ 支持ポスト
３７ 保持環
３８ 出力側面
３９ トーションダンパ
４０ ギヤポンプ
４１、４１ａ 第一の太陽歯車
４２ 第一のキャリア
４３、４３ａ 第一の遊星歯車素子
４４ 第二の遊星歯車素子
４５ 第三の遊星歯車素子
４６ 第一のリング歯車
４７ 第二の太陽歯車
４８ 第一の遊星支持軸
４９ 第二の遊星支持軸
５０ 第三の遊星支持軸
５１ ラジアルニードル軸受
５２ 第二のキャリア
５３ 第三の太陽歯車
５４ 第二のリング歯車
５５ 遊星歯車素子
５６ 遊星歯車素子
５７ スラストニードル軸受
５８ 支持板
５９ ストップリング
Claims (1)
- トロイダル型無段変速ユニットと複数の遊星歯車式変速ユニットとを組み合わせて成り、このうちのトロイダル型無段変速ユニットは、回転軸を介して互いに同心に且つ同期した回転を自在として結合された１対の外側ディスクと、これら両外側ディスク同士の間にこれら両外側ディスクと同心に且つこれら両外側ディスクとは独立した回転を自在として支持された内側ディスクと、この内側ディスクの両側面と上記両外側ディスクの内側面との間にそれぞれ複数個ずつ挟持されてこれら内側ディスクと両外側ディスクとの間で動力を伝達する複数のパワーローラとを備えたものであり、上記各遊星歯車式変速ユニットは、上記１対の外側ディスクにこれら両外側ディスクと同心に結合固定されてこれら両外側ディスクと共に回転するキャリアと、このキャリアの両側面のうちで一方の外側ディスクに対向する片面に回転自在に支持された複数の遊星歯車と、上記回転軸の周囲に配置された中空回転軸により上記内側ディスクに結合された状態で上記各ディスクと同心に且つ回転自在に設けられ、上記各遊星歯車と噛合した太陽歯車とを備えたものであり、上記トロイダル型無段変速ユニットの変速比を調節して上記遊星歯車式変速ユニットを構成する上記キャリアと上記太陽歯車との相対的変位速度を変化させる事で、駆動源により入力軸を一方向に回転させた状態のまま出力軸の回転状態を、停止状態を挟んで正転及び逆転に変換自在とするモードを備えた無段変速装置に於いて、上記太陽歯車及び上記各遊星歯車ははすば歯車であって、上記キャリアを構成する支持板の片側面と一方の外側ディスクの外側面との間に支持されており、上記太陽歯車及び上記各遊星歯車の歯の傾斜方向は、上記停止状態を実現するモード状態でこの太陽歯車を上記支持板から離れさせる方向の分力を発生させる方向である事を特徴とする無段変速装置。
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