JP2006183762A - 歯車変速機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 可動枠により支持された回転部材の回転数を検知するセンサの移動スペース確保せずに済む歯車変速機構を提供する。
【解決手段】 複数の回転部材７，８，９にそれぞれ取り付けられた複数の非円形歯車２０〜３８を噛み合わせてなる複数組の無段変速ユニット１〜６と、複数の回転部材７，８を支持した固定枠１０と、回転部材９を支持し、かつ、移動可能に構成された可動枠１５とを有し、可動枠１５を移動させることにより、入力側の回転部材７と出力側の回転部材９との間における変速比を無段階に変更することが可能な歯車変速機構において、固定枠１０に設けられ、かつ、回転部材９の移動量を検知する移動量検知装置４４と、回転部材９の軸受１８に供給する潤滑油の供給量を、回転部材９の移動量に基づいて制御する潤滑油供給量制御装置とを有している。
【選択図】 図１

Description

この発明は、楕円歯車や指数関数的歯車などの非円形歯車、あるいは、中心から偏心した位置を基準として回転させられる円形の歯車、還元すれば、歯車の回転中心から、歯車同士の噛み合い箇所までの距離が、歯車の回転にともなって変化する非円形歯車を使用した歯車変速機構に関するものである。

この種の非円形歯車を使用した無段変速機の例が、特許文献１に記載されている。その構成を簡単に説明すると、特許文献１に記載された無段変速機は、第１の回転軸および第２の回転軸および第３の回転軸を有しており、第２の回転軸には入力軸がトルク伝達可能に連結され、第３の回転軸には出力軸がトルク伝達可能に連結されている。前記第１の回転軸には、第１組の第１の非円形歯車および第２組の第１の非円形歯車が、位相を互いにずらして固定されている。また、第２の回転軸には、第１組の第２の非円形歯車および第２組の第２の非円形歯車が、位相を互いにずらして取り付けられている。第１組の第２の非円形歯車は第２の回転軸に固定されており、第２組の第２の非円形歯車と第２の回転軸との間には軸受が介在されている。さらに、第３の回転軸には、第１組の第３の非円形歯車および第２組の第３の非円形歯車が、位相を互いにずらして取り付けられている。そして、第１組の第２の非円形歯車が、第１組の第１の非円形歯車および第１組の第３の非円形歯車に噛合されている。また、第２組の第１の非円形歯車が、第１組の第２の非円形歯車および第２組の第３の非円形歯車に噛合されている。

一方、固定フレームとして第１のフレームが設けられており、第１の回転軸は第１のフレームに取り付けられた軸受により支持されている。また、第２の回転軸も、第１のフレームに取り付けられた軸受により支持されている。さらに可動フレームとして第２のフレームが設けられており、第２のフレームは第２の回転軸に取り付けられた軸受により回動可能に支持されている。そして、第３の回転軸は第２のフレームに取り付けられた軸受により支持されている。さらにまた、第３の回転軸と、第１組の第３の非円形歯車との間には一方向クラッチが介在され、第３の回転軸と、第２組の第３の非円形歯車との間にも一方向クラッチが介在されている。

その一方向クラッチは、第３の非円形歯車が、第３の回転軸より低速で回転する場合（第３の非円形歯車が第３の回転軸に対して相対的に逆回転する場合）には解放状態となり、これとは反対に第３の非円形歯車が第３の回転軸より速く回転しようとする場合には係合して両者一体となるように構成されている。すなわち、第３の非円形歯車から第３の回転軸にトルクを伝達するように構成されている。

この特許文献１に記載された無段変速機においては、歯の噛み合い箇所の回転中心からの距離が連続的に変化する。したがって、入力軸から第２の回転軸にトルクが伝達された場合に、第１組の第２の非円形歯車が一定回転数で回転しても、第１組の第１の非円形歯車の回転数が連続的に変化し、さらに第１組の第３の非円形歯車の回転数がその歯車の形状に従って連続的に変化する。また、第２組の第２の非円形歯車が一定回転数で回転しても、第２組の第１の非円形歯車の回転数が連続的に変化し、さらに、第２組の第３の非円形歯車の回転数がその歯車の形状に従って連続的に変化する。すると、第１組の第３の非円形歯車と、第２組の第３の非円形歯車とでは、第３の回転軸に対する相対回転数が逐次変化するので、各非円形歯車と第３の回転軸との相対回転数の変化に応じて、２つの一方向クラッチが、順次、かつ、交互に係合・解放を繰り返す。その結果、第３の回転軸は、２つの第３の非円形歯車のうち、最も回転速度の速い第３の非円形歯車と一体となって回転する。

これら互いに噛み合っている非円形歯車同士の間の回転速度比は、非円形歯車のピッチ円形状から定まる所定の関数で表される。その関係は、第１の非円形歯車と第３の非円形歯車との間でも成立するが、第１の回転軸を中心として第２のフレームを回転させることにより、第３の回転軸と共に第３の非円形歯車を、第１の非円形歯車の回転中心軸線を中心にして公転させると、第１の非円形歯車と第３の非円形歯車との相対的な位相が、第１の非円形歯車と第２の非円形歯車との位相に対して変化し、その位相同士の変位が、第２の回転軸と第３の回転軸との間における変速比に現れる。したがって、第２の回転軸と第３の回転軸との間における変速比は、第２のフレームの回動角度に応じて、連続的に（無段階に）変化することになる。
特公平５−７８７０５号公報

ところで、上記のような各回転軸を支持する軸受を冷却および潤滑するために潤滑油を供給することが考えられる。このような場合、軸受により支持されている回転軸の回転数などの条件に基づいて、潤滑油の供給量を決定することが望ましい。回転軸の回転数を検知する場合、回転数検知センサを設けることが知られている。例えば、第３の回転軸の回転数を検知する回転数検知センサを第２のフレームに取り付けることが考えられる。しかしながら、第２のフレームは第１の回転軸を中心として回転する構成となっているため、第２のフレームに取り付けた回転数センサが周囲の部品などに接触することのないように、回転数検知センサの移動範囲として、スペースを広めに確保する必要があった。

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、可動枠により支持された回転部材の回転数を検知するセンサの移動スペース確保せずに済む歯車変速機構を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、相互に平行に配置された複数の回転部材と、これらの複数の回転部材にそれぞれ取り付けられた複数の非円形歯車を噛み合わせてなる複数組の無段変速ユニットと、前記複数の回転部材のいずれかを支持した固定枠と、この固定枠で支持された回転部材とは異なる回転部材を支持し、かつ、支持した回転部材の軸線に直交する平面方向に移動可能に構成された可動枠とを有し、前記可動枠を前記回転部材の軸線に直交する平面方向に移動させることにより、前記複数の回転部材のうちの入力側の回転部材と出力側の回転部材との間における変速比を無段階に変更することが可能な歯車変速機構において、前記固定枠に設けられ、かつ、前記可動枠により支持された回転部材の前記平面方向に移動量を検知する移動量検知装置と、前記可動枠または前記固定枠のいずれかにおける回転部材の支持部分に供給する潤滑油の供給量を、前記回転部材の前記平面方向における移動量の検知結果に基づいて制御する潤滑油供給量制御装置とを有していることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記入力側の回転部材が前記固定枠により支持され、前記出力側の回転部材が前記可動枠により支持されており、前記移動量検知装置は、前記可動枠により支持された出力側の回転部材の移動量を検知する構成を有しており、前記潤滑油供給量制御装置は、前記出力側の回転部材の支持部分に供給する潤滑油の供給量を制御する構成を有していることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記可動枠に動力を与えて、この可動枠を回転させるアクチュエータが前記固定枠に設けられており、このアクチュエータが前記移動量検知装置を兼ねる構成であることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、可動枠に支持された回転部材の移動量に基づいて、その回転部材の回転数を検知可能である。また、入力側の回転部材と出力側の回転部材との変速比、および可動枠に支持された回転部材の回転数に基づいて、固定枠に支持された回転部材の回転数を検知することが可能である。そこで、可動枠に支持された回転部材の支持部分、または固定枠に支持された回転部材の支持部分のいずれかに供給される潤滑油の供給量を、可動枠に支持された回転数の移動量に基づいて制御すれば、各軸の支持部分に供給される潤滑油量を、回転数に応じた必要潤滑油量に近づけることが可能になる。また、移動量検知装置が固定枠に設けられているため、可動枠と共に回転することがなく、移動量検知装置の移動スペースを確保せずに済む。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に可動枠により支持された出力側の回転部材の移動量が検知され、出力側の回転部材の支持部分に供給する潤滑油の供給量を、出力側の回転部材の移動量に基づいて制御することが可能である。

請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の効果を得られる他に、可動枠に動力を与えるアクチュエータが、移動量検知装置を兼ねる構成であるため、移動量検知装置を単独で配置するスペースを確保せずに済み、一層コンパクト化を図ることができる。

つぎに、この発明における歯車変速機構を車両の動力伝達装置として用いた場合の具体例に基づいて説明する。図１は歯車変速機構（歯車式無段変速機）１の一例を模式的に示す正面断面図、図２は、図１のII−II線における略示的な側面断面図である。ここに示す歯車変速機構ＴＭは、３つの非円形歯車を噛み合わせた歯車列を使用して１組の無段変速ユニットとし、全部で６組の無段変速ユニット１，２，３，４，５，６を有している。この６組の無段変速ユニット１，２，３，４，５，６は、入力軸７と可動軸９との間の動力伝達経路に並列に配置されている。車両の駆動力源から車輪に至る動力伝達系に歯車変速機構ＴＭが配置された場合は、駆動力源としてのエンジン（図示せず）のトルクが入力軸７に伝達され、入力軸７のトルクが可動軸９を経由して車輪（図示せず）に伝達されるように構成される。無段変速ユニット１，２，３，４，５，６を構成する非円形歯車は、指数関数的歯車や楕円歯車などであって、図１および図２に示す例では、楕円歯車を使用した例を示してあり、かつ、図２においては、ピッチ円の形状で各歯車を示しており、歯は省略してある。

前記無段変速ユニット１，２，３，４，５，６および入力軸７および出力軸８および可動軸９を保持する固定フレーム１０が設けられている。この固定フレーム１０は、ケーシングあるいは機台部もしくは機枠となっている。また、固定フレーム１０には相互に平行な壁部１１，１２が形成されており、壁部１１，１２に組み込まれた軸受１３により入力軸７が回転可能に保持され、壁部１１，１２に組み込まれた軸受１４により出力軸８が回転可能に保持されている。さらに、出力軸８にはキャリヤ１５が取り付けられている。このキャリヤ１５は、壁部１１と壁部１２との間に配置されており、キャリヤ１５は相互に平行な壁部１６，１７を有している。この壁部１６，１７に取り付けた軸受１８により、可動軸９が回転可能に保持されている。さらにまた、出力軸８とキャリヤ１５とが、軸受１９により相対回転可能に連結されている。上記の構成により、入力軸７の回転軸線Ａ１と、出力軸８の回転軸線Ｂ１と、可動軸９の回転軸線Ｃ１とが相互に平行に配置されているとともに、キャリヤ１３が回転軸線Ｂ１を中心として回転可能となっている。

つぎに、無段変速ユニット１，２，３，４，５，６の構成について説明する。まず、入力軸７に、複数（具体的には６つ）の非円形第１歯車である入力歯車２０，２１，２２，２３，２４，２５が設けられている。これらの入力歯車２０，２１，２２，２３，２４，２５は、入力軸７の回転軸線方向で、それぞれ異なる位置に配置されている。各入力歯車２０，２１，２２，２３，２４，２５は、歯数やピッチ円などの諸元が同一の楕円歯車である。そして、各入力歯車２０，２１，２２，２３，２４，２５が、入力軸７と一体回転するように構成、例えばスプライン結合されている。

一方、入力歯車２０，２１，２２，２３，２４，２５に別個に噛み合う複数の非円形第２歯車である中間歯車２６，２７，２８，２９，３０，３１が、出力軸８によって保持されている。これらの中間歯車２６，２７，２８，２９，３０，３１同士は、諸元が同じ非円形歯車であって、上記の入力歯車２０，２１，２２，２３，２４，２５が楕円歯車であれば、それに合わせて楕円歯車が使用される。そして、これらの中間歯車２６，２７，２８，２９，３０，３１は、別個に軸受３２を介して出力軸８に対して回転可能に保持されている。なお、入力歯車２０，２１，２２，２３，２４，２５、および中間歯車２６，２７，２８，２９，３０，３１を楕円歯車で構成した場合は、入力軸７の回転軸線Ａ１と、出力軸８の回転軸線Ｂ１との距離は、楕円の長軸方向の半径と、短軸方向の半径とを加算した距離に設定される。

上記の中間歯車２６，２７，２８，２９，３０，３１に対応に別個に噛み合う複数の非円形第３歯車である可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８が、前記可動軸９によって保持されている。これらの可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８は、歯数やピッチ円などの諸元が同一の楕円歯車である。これらの可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８と、中間歯車２６，２７，２８，２９，３０，３１とを楕円歯車で構成した場合は、可動軸９の回転軸線Ｃ１と、出力軸８の回転軸線Ｂ１との距離は、楕円の長軸方向の半径と短軸方向の半径とを加算した距離に設定される。また、可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８は、それぞれ一方向クラッチ３９を介して可動軸９に取り付けられている。各一方向クラッチ３９は、可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８が、可動軸９に対して、図２の矢印で示す時計方向に回転しようとする場合には係合して、可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８と可動軸９との間でトルクが伝達される一方、可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８が、可動軸９に対して、例えば図２で反時計方向に回転しようとする場合に解放されて、可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８と可動軸９との間でトルクが伝達されないように構成されている。

上記の入力歯車２０および中間歯車２６および可動歯車３３の歯車列により、無段変速ユニット１が構成され、入力歯車２１および中間歯車２７および可動歯車３４の歯車列により、無段変速ユニット２が構成され、入力歯車２２および中間歯車２８および可動歯車３５の歯車列により、無段変速ユニット３が構成され、入力歯車２３および中間歯車２９および可動歯車３６の歯車列により、無段変速ユニット４が構成され、入力歯車２４および中間歯車３０および可動歯車３７の歯車列により、無段変速ユニット５が構成され、入力歯車２５および中間歯車３１および可動歯車３８の歯車列により、無段変速ユニット６が構成されている。

上記のように各無段変速ユニット１，２，３，４，５，６は、それぞれ３つの楕円歯車で構成されている。各無段変速ユニット１，２，３，４，５，６の入力歯車２０，２１，２２，２３，２４，２５は、入力軸７に対する円周方向の取り付け角度（位相）が、順次π／６ずつずれている。また、各無段変速ユニット１，２，３，４，５，６においては、図２に示すように、入力歯車と中間歯車とが噛合された状態で、入力歯車の取り付け角度（位相）に対して、中間歯車の取り付け角度がπ／２ずれている。さらに、各無段変速ユニット１，２，３，４，５，６においては、中間歯車と可動歯車とが噛合された状態で、中間歯車の取り付け角度に対して、可動歯車の取り付け角度がπ／２ずれている。なお、図２においては、便宜上、入力歯車２０，２１，２２，２３，２４，２５を同一位相で示し、中間歯車２６，２７，２８，２９，３０，３１を同一位相で示し、可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８を同一位相で示してある。さらに、可動軸９と一体回転するカウンタドライブギヤ４０Ａが設けられており、出力軸８と一体回転するカウンタドリブンギヤ４０Ｂが設けられている。このカウンタドリブンギヤ４０Ａとカウンタドライブギヤ４０Ｂとが噛合されている。また、カウンタドライブギヤ４０Ａおよびカウンタドリブンギヤ４０Ｂは、共に円形歯車により構成されている。

上記のキャリヤ１５と共に可動軸９および可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８およびカウンタドライブギヤ４０Ａを、出力軸８の周りで所定の角度範囲内で回転させるための回転機構４１について説明する。回転機構４１は、出力軸８に軸受４２を介して取り付けた従動ギヤ４３と、アクチュエータとしての電動モータ４４とを有している。この電動モータ４４で回転させられる駆動ギヤ４５が、従動ギヤ４３に噛み合っている。また、従動ギヤ４３とキャリヤ１５とが、回転軸線Ｂ１を中心として一体回転するように連結されている。さらに、電動モータ４４としてステッピングモータが用いられており、電動モータ４４を駆動して従動ギヤ４３を所定角度範囲内で回転することにより、キャリヤ１５および可動軸９が、回転軸線Ｂ１を中心として回転する。その結果、出力軸８を中心とする各中間歯車２６，２７，２８，２９，３０，３１のピッチ円上で、各中間歯車２６，２７，２８，２９，３０，３１と、可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８との噛み合い位置が円周方向に変位する。

つぎに、歯車変速機構ＴＭに用いることの可能な潤滑装置の一例を説明する。図１においては、可動軸９を保持する軸受１８に潤滑油を供給する潤滑装置が示されている。具体的には、中間軸８の内部に軸線方向の油路４６が設けられており、この油路４６から、中間軸８の半径方向に延ばされた油路４７が設けられている。また、中間軸８の外周には油路４７が接続された環状の油路４８が形成されている。さらに、キャリヤ１５には、軸受１８への潤滑油供給口と油路４８とを接続する油路４９が設けられている。このように、中間軸８とキャリヤ１５とが円周方向でどのような位置関係にある場合でも、油路４６と油路４９とが接続された状態となるように構成されている。

一方、潤滑油の供給系統の一例を図３に示す。エンジンまたはモータにより駆動されるオイルポンプ５０が搭載されており、オイルポンプ５０から吐出されたオイルが油路５１に供給される。この油路５１には油路４６が接続されており、油路５１から油路４６に供給されるオイルの流量を制御するバルブ５２が設けられている。バルブ５２はソレノイドバルブなどにより構成されており、バルブ５２の開度が電子制御装置（ＥＣＵ）５３の信号により制御されるように構成されている。また、この電子制御装置５３により、前記電動モータ４４の回転角度が制御される。これに対して、電子制御装置５３には、可動軸９の変位角度θを示す信号、入力軸７の回転数（エンジン回転数）を示す信号などが入力される。可動軸９の変位角度θについては後述する。

上述した歯車変速機構ＴＭの作用について説明する。図示しないエンジンのトルクが入力軸７に伝達されると、そのトルクが各無段変速ユニット１，２，３，４，５，６を経由して可動軸９に伝達される。具体的に説明すると、各無段変速ユニット１，２，３，４，５，６においては、各入力歯車と各中間歯車との間で変速が生じ、かつ、各中間歯車と各可動歯車との間で変速が生じる。したがって、歯車変速機構ＴＭの変速比γ、具体的には、入力軸７と可動軸９との間における変速比γは、入力歯車と中間歯車との間における変速比と、中間歯車と可動歯車との間における変速比との比で表される。

一般に、非円形歯車からなる歯車を噛み合わせてなる歯車列を有する無段変速ユニットにおいて、非円形歯車からなる入力歯車と、非円形歯車からなる中間歯車との間の速度比ω2／ω1を、
（１＋Ｃｓｉｎ２θ）
で表すと、中間歯車と可動歯車との間の速度比ω3／ω2は
（１＋Ｃｓｉｎ２（θ＋α））
で表され、結局、入力歯車と可動歯車との間における速度比ω3／ω1は、
（１＋Ｃｓｉｎ２（θ＋α））／（１＋Ｃｓｉｎ２θ）
となる。上記の式において、「Ｃ」は絶対値が「１」より小さい定数である。そして、無段変速ユニットとしての変速比は、無段変速ユニットを構成する歯車が、楕円歯車である場合、指数関数歯車である場合など、その歯車の形状に応じて演算可能である。

この実施例のように、３個の楕円歯車を用いた無段変速ユニット１において、
入力歯車と中間歯車との速度比ω2／ω1＝は、
ω2／ω1＝（１−ε² ）／（１＋ε² ＋２・ε・ｃｏｓ（２θ1）） ・・・（１）
で表される。
また、中間歯車と可動歯車との間の速度比ω3／ω2は、
ω3／ω2＝（１−ε² ）／（１＋ε² ＋２・ε・ｃｏｓ（２θ2）） ・・・（２）
で表される。上記の式（１）および式（２）において、εは、離心率である。離心率とは、歯車の中心から、歯車同士の噛み合い点までの距離の変化を示すものであり、離心率は、
０＜ε＜１
で表される。上記の式（１）および式（２）に基づいて、この実施例では、可動軸９の変位角度θから、無段変速ユニットとしての速度比ω3／ω1を算出可能である。

このような理論を前提として、図１に示す歯車変速機構ＴＭにおける変速の原理を、無段変速ユニット１を例として説明する。まず、入力歯車２０の回転速度をω1とし、入力歯車２０に噛み合っている中間歯車２６の回転速度をω2とした場合、速度比ω2／ω1は、回転軸線Ａ１，Ｂ１と、各歯車２０，２６の接触点（噛み合い位置）との距離の連続的な変化に対応して変化する。同様に、可動歯車３３の回転速度をω3とし、可動歯車３３に噛み合っている中間歯車２６の速度比をω2とした場合、速度比ω3／ω2は、回転軸線Ｂ１，Ｃ１と、各歯車２６，３３の接触点との距離の連続的な変化に対応して変化する。

図２においては、回転軸線Ａ１，Ｂ１，Ｃ１が全て直線Ｄ１上に位置している状態（この状態を基準状態と呼ぶ）に対応して、各歯車が実線で示されている。この基準状態においては、入力歯車２０および可動歯車３３の長軸（図示せず）が、直線Ｄ１上に位置し、中間歯車２６の短軸（図示せず）が直線Ｄ１上に位置する。このように、回転軸線Ｃ１が直線Ｄ１上にある場合は、変位角度θは零度である。変位角度θとは、直線Ｄ１と、回転軸線Ｂ１および回転軸線Ｃ１を含む直線とのなす角度を意味する。この基準状態においては、前記の速度比ω2／ω1は、最も小さく（増速側に）なり、かつ、前記速度比ω3／ω2は、最も大きく（減速側に）なる。

上記のように入力歯車２０と中間歯車２６との間の速度比ω2／ω1が最小の時に、中間歯車２６と可動歯車３３との間の速度比ω3／ω2が最大となるから、速度比ω2／ω1と、速度比ω3／ω2とは、その位相がπ／２ずれる。したがって、前記の基準状態においては、入力歯車２０と可動歯車３３との間の速度比ω3／ω1は、“１”となる。図４には、各歯車を楕円歯車で構成した場合における入力回転数および出力回転数の経時変化の一例が示されている。ここで、入力回転数とは入力歯車の回転数であり、出力回転数とは可動歯車の回転数である。そして、図４においては、左側の「等速」の領域に、速度比ω3／ω1が“１”である場合における入力回転数と出力回転数とが示されている。すなわち、入力回転数と出力回転数とが一致している。

一方、電動モータ４４を駆動させて、キャリヤ１５および可動軸９を図２で反時計方向に回転させることにより、回転軸線Ｃ１を、直線Ｄ１とは異なる位置に変位させることが可能である。ここで、直線Ｄ１と、回転軸線Ｃ１を含む直線Ｄ２とが回転軸線Ｂ１を中心として交差しており、直線Ｄ１と直線Ｄ２とにより、零度よりも大きい変位角度θが形成されている。このように、キャリヤ１５を、図２で反時計方向に所定の変位角度θ分回転させると、入力歯車２０と中間歯車２６との間の速度比が最増速比となっていても、中間歯車２６と可動歯車３３との間の速度比は、最減速比よりも小さい減速比となる。その結果、入力歯車２０と可動歯車３３との間の速度比ω3／ω1は、“１”より小さくなる。つまり、図４の線図で中央に「増速」として示すように、出力回転数の方が、入力回転数よりも高回転数となる。

この図４においては、可動歯車３３の回転数の一例が線分Ｅ１で示され、可動歯車３４の回転数の一例が線分Ｅ２で示され、可動歯車３５の回転数の一例が線分Ｅ３で示され、可動歯車３６の回転数の一例が線分Ｅ４で示され、可動歯車３７の回転数の一例が線分Ｅ５で示され、可動歯車３８の回転数の一例がＥ６で示されている。なお、この実施例において、変位角度θは、零度ないし９０度の範囲で調整可能であり、図２に示すように、直線Ｄ１とのなす変位角度が９０度となる直線Ｄ３上に中心軸線Ｃ１を移動させた場合は、入力軸７と可動軸９との変速比γが最も小さくなり、各可動歯車の経時変化は、図４の線図で「最増速」で示す特性となる。すなわち、最増速である場合における各可動歯車の最高回転数は、増速である場合における各可動歯車の最高回転数よりも高回転数となる。なお、他の無段変速ユニット２，３，４，５，６における変速の原理は、無段変速ユニット１と同様である。

ところで、各可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８には、それぞれ一方向クラッチ３９が介装されている。このため、前述の基準状態においては、全ての可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８の出力回転数が同一となり、６つの一方向クラッチ３９が共に係合される。したがって、入力軸７のトルクは、全ての無段変速ユニット１，２，３，４，５，６を経由して可動軸９に伝達される。これに対して、キャリヤ１５および可動軸９を回転させて、回転軸線Ｃ１を直線Ｄ１とは異なる位置に変位させた場合は、例えば、図４に「増速」および「最増速」で示すように、各可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８の出力回転数が異なる経時変化を示す。

そして、入力軸７に対して可動軸９を増速させるように機能するいずれかの無段変速ユニットを経由して、トルクの伝達がおこなわれる。より具体的には、回転数が最高となる可動歯車に対応する一方向クラッチが係合されて、これ以外の一方向クラッチが解放される作用を、各可動歯車の回転位相に応じて繰り返す。つまり、図４に「増速」および「最増速」で示すように、可動軸９の回転数は、各可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８の出力回転数のピーク付近を接続した回転数となる。すなわち、前記基準状態以外では、変位角度θを一定に維持（固定）し、かつ、入力回転数が略一定である場合でも、可動軸９の回転数は微小幅Ｇ１の範囲で変化する。このように、可動軸９の変位角度θを制御することにより、入力軸７の回転数と可動軸９の回転数との比、すなわち、変速比γを無段階に（連続的に）変更可能である。上記のようにして、入力軸７から各無段変速ユニット１，２，３，４，５，６を経由して可動軸９にトルクが伝達されるとともに、そのトルクはカウンタドライブギヤ４０Ａおよびカウンタドリブンギヤ４０Ｂを経由して出力軸８に伝達される。この出力軸８のトルクは車輪に伝達される。

つぎに軸受１８を潤滑する制御について説明する。まず、油路５１のオイルが、油路４６および油路４９を経由して軸受１８に供給され、軸受１８が冷却および潤滑される。この実施例においては、可動軸９の変位角度θに基づいて、軸受１８に供給される潤滑油の流量が制御、具体的には、流量が維持、または流量が増加、または流量が減少される。可動軸９の変位角度θは、電動モータ４４の回転角度を検出するレゾルバの信号、電動モータ４４への通電電圧などに基づいて求められる。そして、可動軸９の変位角度θが大きくなるほど、軸受１８に供給される潤滑油の流量が多くなるように、バルブ５２の開度を制御する。具体的には、バルブ５２の開度が大きくなるほど、潤滑油の供給量が増加する。これは、可動軸９の変位角度θが大きくなるほど、歯車変速機構ＴＭの変速比γが小さくなり、可動軸９の回転数が上昇して、軸受１８における必要潤滑油量が増加するためである。また、変位角度θが同じであっても、エンジン回転数が高くなるほど、可動軸９の回転数が高回転数となる。そこで、変位角度θが同じであっても、エンジン回転数が高回転数となるほど、軸受１８に供給される潤滑油量が増加するように、バルブ５２の開度を制御することも可能である。

この実施例では、潤滑油の供給量を制御するために、図５および図６に示すマップを用いることが可能である。図５は、変位角度θと可動軸９の回転数との関係の一例を示すマップであり、図６は、変位角度θと、可動軸９の軸受１８における必要潤滑油量との関係の一例を示すマップである。図５のマップにおいては、変位角度θが大きくなるほど、可動軸９の回転数が高くなる傾向を示す。図６のマップにおいては、変位角度θが大きくなるほど、必要潤滑油量が増加する傾向を示す。なお、図５のマップは、入力回転数が一定である場合を想定して、可動軸９の出力回転数と変位角度θとの対応関係が設定されている。また、図６のマップは、入力回転数が一定であることを想定して、必要潤滑油量と変位角度θとの対応関係が設定されている。

以上のように、この実施例においては、変位角度θに基づいて、軸受１８における必要潤滑油量を求め、バルブ５２の開度を制御して、供給される潤滑油量の最適化を図っている。したがって、図４に示す「最増速」以外では軸受１８に供給される潤滑油量が減少されて、過剰な潤滑油の供給を回避することができる。したがって、潤滑油を回転部材で撹拌することにより生じるフリクション損失を、可及的に低減することができる。

一方、この実施例においては、キャリヤ１５および可動軸９の変位角度θを、電動モータ４４の回転角度、電動モータ４４の電圧などから推定し、推定された変位角度θに基づいて、バルブ５２の開度の目標値を制御している。この電動モータ４４は固定フレーム１０に取り付けられており、キャリヤ１５と一体的に回転する構造物ではないので、可動軸９の回転数を検知するセンサをキャリヤ１５に取り付けずに済む。したがって、可動軸９の回転数を検知するセンサの可動範囲を確保する必要がなく、歯車変速機構ＴＭの車載性が向上する。また、電動モータ４４および電子制御装置５３が、キャリヤ１５および可動軸９を回転させる機能と、キャリヤ１５および可動軸９の変位角度θを検知する機能とを兼備しているため、部品点数の増加を抑制でき、車載性が一層向上する。

ここで、この実施例で説明した構成と、この発明の構成との対応関係を説明すれば、入力歯車２０，２１，２２，２３，２４，２５および中間歯車２６，２７，２８，２９，３０，３１および可動歯車３３，３４，３５，３６，３７，３８が、この発明の複数の非円形歯車に相当し、無段変速ユニット１，２，３，４，５，６が、この発明の複数組の無段変速ユニットに相当し、入力軸７および中間軸８および出力軸９が、この発明の複数の回転部材に相当する。すなわち、回転可能に支持された複数の軸、棒状体などが、この発明の複数の回転部材に相当する。また、固定フレーム１０が、この発明の固定枠に相当し、キャリヤ１５が、この発明の可動枠に相当する。この発明において、固定枠とは、ケーシングやベース部などに固定されており、基本的には移動しないような固定構造物を意味する。また、可動枠とは、固定枠に対して相対移動可能に配置された構造部材を意味する。したがって、フレームに限らず、腕部材、板状部材なども、この可動枠に含まれる。

さらに、電動モータ４４が、この発明の移動量検知装置に相当し、軸受１８が、この発明における「支持部分」に相当し、変位角度θが、この発明における「移動量」に相当し、電子制御装置５３およびバルブ５２が、この発明の潤滑油供給量制御装置に相当し、電動モータ４４が、この発明のアクチュエータに相当し、入力軸７が、この発明の入力側の回転部材に相当し、可動軸９が、この発明の出力側の回転部材に相当する。また、この発明において「固定枠に設けられた移動量検知装置」には、固定枠に直接取り付けられた装置の他に、固定枠を固定したケーシングに設けられた装置、あるいは、歯車変速機構ＴＭを搭載した車両のボデーに設けられた装置などが含まれる。つまり、可動枠と一体的に移動しないように配置されていることが、移動量検知装置の特徴的構成でもある。この意味で、電子制御装置５３も、移動量検知装置の一部を構成していると言える。また、可動軸９の移動量を、変位角度ではなく、円周方向における位相、あるいは円周方向における移動量（周長）で判断することも可能である。また、この発明における「回転部材の支持部分」には、ラジアル軸受、スラスト軸受、滑り軸受などが含まれる。

なお、この発明で使用できる非円形歯車は楕円歯車に限定されず、各種の形状のものを使用することができる。すなわち、この発明における「非円形歯車」とは、歯車の回転中心から、歯車同士の噛み合い点までの距離が、歯車の回転にともなって変化する構成の歯車を意味する。このため、この発明における非円形歯車には、指数関数歯車、偏心位置を中心に回転する円形歯車などが含まれる。ここで、円形歯車とは、歯先円の形状が円形である構成の歯車を意味する。また、キャリヤ１５を回転させるためのアクチュエータとしては、電動モータに代えて、油圧モータを用いてもよい。あるいは、アクチュエータとしてソレノイドを設け、ソレノイドにより往復動するラックを設け、そのラックを従動ギヤ４３に噛み合わせる構成を採用してもよい。なお、図１に示された実施例、または図示しない実施例において、潤滑油を供給する軸受は、各軸の軸線方向でいずれの箇所に設けられた軸受でもよい。つまり、一端側の軸受または両端の軸受のいずれでもよい。さらに、単数の軸受または複数の軸受のいずれに潤滑油を供給する構成でもよい。

また、複数の無段変速ユニットは、５組以下でもよいし、７組以上でもよい。無段変速ユニットの組数に応じて、一方向クラッチが係合された状態における入力歯車同士の位相のずれ量、および可動歯車同士の位相のずれ量が設計される。なお、図１に示す実施例において、固定フレーム１０の軸受１３に供給する潤滑油量を制御する装置を設けるとともに、出力回転数が略一定であることを前提として、前記変位角度θに基づいて、軸受１３に供給する潤滑油量を制御することも、請求項に係る発明の実施例に含まれる。この場合は、変位角度θが大きくなり、歯車変速機構ＴＭの変速比γが小さくなるほど、入力軸の回転数が高回転数となるため、変位角度θが大きくなるほど、軸受１３に供給する潤滑油量を増加するような制御を実行可能である。そして、軸受１３が、この発明における支持部分に相当する。

さらに図示しないが、入力軸が、中間軸を中心として円周方向に変位可能となるように構成し、入力軸の変位角度に基づいて、出力軸の軸受、または入力軸の軸受に供給される潤滑油量を制御することも可能である。ここで、出力軸の軸受に潤滑油を供給する場合は、入力軸の回転数が一定であると仮定して、可動軸の回転数が高回転数になるほど、つまり、入力軸の変位角度が大きくなるほど、潤滑油量を増加する制御を実行する。これに対して、入力軸の軸受に潤滑油を供給する場合は、可動軸の回転数が一定であると仮定して、入力軸の回転数が高回転数になるほど、つまり、入力軸の変位角度が大きくなるほど、潤滑油量を増加する制御を実行する。以上のように、この実施例においては、回転部材の回転数を、可動枠に設けられた回転数センサにより直接検知するのではなく、固定枠に設けられた変位角度検知センサの信号から、可動枠に支持された回転部材の回転数を間接的に検知し、あるいは、回転部材の回転数および変速比から、固定枠に支持された回転部材の回転数を推定し、いずれかの回転部材を支持する軸受に供給する潤滑油量を、前記検知結果あるいは推定結果に基づいて制御するものである。

この発明の歯車変速機構の一例を示す正面断面図である。 図１のII−II線における模式的な側面断面図である。 図１に示された軸受に対して潤滑油を供給する系統を示す概念図である。 この発明の歯車変速機構において、入力回転数および出力回転数の経時変化の一例を示す線図である。 この発明の歯車変速機構において、可動軸の変位角度と可動軸の回転数との関係の一例を示すマップである。 この発明の歯車変速機構において、可動軸の変位角度と必要潤滑油量との関係の一例を示すマップである。

符号の説明

１，２，３，４，５，６…無段変速ユニット、 ７…入力軸、 ８…出力軸、 ９…可動軸、 １０…固定フレーム、 １３，１８…軸受、 １５…キャリヤ、 ２０，２１，２２，２３，２４，２５…入力歯車、 ２６，２７，２８，２９，３０，３１…中間歯車、 ３３，３４，３５，３６，３７，３８…可動歯車、 ４４…電動モータ、 ５２…バルブ、 ５３…電子制御装置、 ＴＭ…歯車変速機構、 θ…変位角度。

Claims (3)

1. 相互に平行に配置された複数の回転部材と、これらの複数の回転部材にそれぞれ取り付けられた複数の非円形歯車を噛み合わせてなる複数組の無段変速ユニットと、前記複数の回転部材のいずれかを支持した固定枠と、この固定枠で支持された回転部材とは異なる回転部材を支持し、かつ、支持した回転部材の軸線に直交する平面方向に移動可能に構成された可動枠とを有し、前記可動枠を前記回転部材の軸線に直交する平面方向に移動させることにより、前記複数の回転部材のうちの入力側の回転部材と出力側の回転部材との間における変速比を無段階に変更することが可能な歯車変速機構において、
   前記固定枠に設けられ、かつ、前記可動枠により支持された回転部材の前記平面方向に移動量を検知する移動量検知装置と、
   前記可動枠または前記固定枠のいずれかにおける回転部材の支持部分に供給する潤滑油の供給量を、前記回転部材の前記平面方向における移動量の検知結果に基づいて制御する潤滑油供給量制御装置と
   を有していることを特徴とする歯車変速機構。
2. 前記入力側の回転部材が前記固定枠により支持され、前記出力側の回転部材が前記可動枠により支持されており、
   前記移動量検知装置は、前記可動枠により支持された出力側の回転部材の移動量を検知する構成を有しており、
   前記潤滑油供給量制御装置は、前記出力側の回転部材の支持部分に供給する潤滑油の供給量を制御する構成を有していることを特徴とする請求項１に記載の歯車変速機構。
3. 前記可動枠に動力を与えて、この可動枠を回転させるアクチュエータが前記固定枠に設けられており、このアクチュエータが前記移動量検知装置を兼ねる構成であることを特徴とする請求項１または２に記載の歯車変速機構。

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