JP2006234041A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラネタリギヤ機構が３ステップピニオンの場合、ピニオンシャフトが長くかつ小径となり、ベアリングの寿命容量が充分でない。
【解決手段】 プラネタリギヤ機構６_１のフロントキャリヤＣに入力軸１２の回転を直接伝達すると共に、サンギヤＳ１にバリエータ５による変速・反転回転を伝達する。ロークラッチＬが入の場合、シンプルプラネタリギヤ１１の出力キャリヤＣ０の回転を共通のキャリヤを介して反転ギヤ機構７_１に伝達して、出力軸１３から出力する。ハイクラッチＨが入の場合、サンギＳ２の回転を出力軸１３に伝達する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トロイダル式無段変速装置とプラネタリギヤ機構とを組合せて、トルク循環を利用して無段変速装置の変速比に比して大きな範囲の出力変速比を得ることができる無段変速機に係り、詳しくは入力軸と出力軸とを同軸状に配置した無段変速機に関する。

従来、トロイダル式無段変速装置を用い、一軸状に各部材を配置した無段変速機が提案されている（特許文献１）。該無段変速機１は、図６（ａ）に示すように、入力ディスク２、出力ディスク３及びこれら両ディスクの間に配置されて両ディスクとの接触半径位置を変更し得るローラ４からなるトロイダル式無段変速装置５と、３個のピニオンＰ１，Ｐ２，Ｐ３を軸方向に配置したキャリヤＣ１を有するプラネタリギヤ機構６と、２個のピニオンＰ４，Ｐ５を軸方向に配置したキャリヤＣ２を有する反転ギヤ機構７と、反転ギヤ機構の出力側サンギヤＳ４を停止し得るローブレーキＬ及びプラネタリギヤの第２のサンギヤ（ハイモード用出力ギヤ）Ｓ２と出力軸１３との間に介在するハイクラッチＨからなるロー・ハイ切換え機構１０と、を備え、これら各部材が、入力軸１２と出力軸１３との間に一軸状に配置して構成されている。

これにより、本無段変速機１は、ローブレーキＬを係合すると共にハイクラッチＨを解放したローモードにあっては、入力軸１２の回転を直接入力するキャリヤＣ１と無段変速装置５を介して反転・変速された入力側サンギヤＳ１の回転とをプラネタリギヤ機構６にて合成して、ローモード用出力ギヤ（第３のサンギヤ）Ｓ３に出力し、更に該出力ギヤＳ３の回転を反転して出力軸１３に出力している。

なお、ロー・ハイ切換え機構１０は、図６（ｂ）に示すように、キャリヤＣ２と出力軸１３との間に介在するロークラッチＬと、先のものと同様な、プラネタリギヤの第２のサンギヤＳ２と出力軸１３との間に介在するハイ用クラッチＨとにより構成してもよい。

本無段変速機にあっては、プラネタリギヤ機構６が３個のピニオンＰ１，Ｐ２，Ｐ３を軸方向に直列状に並べた上、反転ギヤ機構７も、２個のピニオンＰ４，Ｐ５を軸方向に直列状に並べて配置するため、軸方向に長い構成になってしまう。

そこで、本出願の発明者らは、反転ギヤ機構にデュアルプラネタリギヤを用い、軸方向の短縮化を図った無段変速機を考案した。本無段変速機１_１は、図７に示すように、トロイダル式無段変速装置５、プラネタリギヤ機構６は先に説明したものと同じであるが、反転ギヤ機構７_１がデュアルプラネタリギヤからなる。即ち、キャリヤＣ０が互いに噛合するピニオンＰ４，Ｐ５を回転自在に支持し、一方のピニオンＰ４がサンギヤＳ０に、他方のピニオンＰ５がリングギヤＲ０に噛合し、そしてサンギヤＳ０が上記プラネタリギヤ機構６の第３のサンギヤ（ローモード用出力ギヤ）Ｓ３と連結し、リングギヤＲ０がケース１５に固定され、キャリヤＣ０がロークラッチＬを介して出力軸１３に連結している。

そして、本無段変速機１_１は、図８の速度線図に示すように作動する。即ち、ロークラッチＬを係合してハイクラッチＨを解放したローモードにあっては、図８（ａ）に示すように、入力軸１２の回転は（例えばエンジン出力回転）、中心軸１２ａを介してプラネタリギヤ機構６のキャリヤＣ１に伝達されると共に、トロイダル式無段変速装置（バリエータ）５を介して反転されて第１のサンギヤ（入力ギヤ）Ｓ１に伝達される。上記キャリヤＣ１への定速回転と入力ギヤＳ１の反転変速回転がプラネタリギヤ機構６でトルク循環しつつ合成されて第３のサンギヤ（ローモード用側出力ギヤ）Ｓ３から出力する。

ここで、入力側ギヤ比（Ｓ１／Ｐ１）と出力側ギヤ比（Ｓ３／Ｐ３）との関係で、無段変速装置（バリエータ）５が最もオーバードライブ（ＯＤ；増速側）にある場合、出力ギヤＳ３は、逆転方向（入力軸１２の回転方向を正転方向とする）に回転し、上記バリエータ５がＯＤからアンダードライブ（ＵＤ；減速側）に変速することにより、０回転（ＧＮ；ギヤニュートラル）ポイントを経て正転方向になり、そしてバリエータ５が最もＵＤ側になると、最大正転回転となる。

該出力ギヤＳ３の回転は、それと一体の反転ギヤ機構７_１の入力サンギヤＳ０に伝達され、リングギヤＲ０が停止されているため、反転されてキャリヤＣ０から出力する。該キャリヤＣ０の回転は、接続状態にあるロークラッチＬを介して出力軸１３に伝達される。従って、出力ギヤＳ３の逆転回転が、キャリヤＣ０及び出力軸１３では正転回転となるが、本無段変速装置１_１を自動車のトランスミッションに用いる場合、該無段変速機１_１の伝動後流側におけるディファレンシャル装置において再度反転機構（図示せず）が介在されており、上記出力軸１３の正回転は、車輌の後進回転出力となる。即ち、バリエータ５のＯＤからＵＤへの変速により、出力軸（キャリヤＣ０）１３は、後進回転からＧＮポイント（０回転）を経て前進回転に変速される。

ロークラッチＬを解放すると共に、ハイクラッチＨを係合すると、ハイモードに切換えられる。この状態では、プラネタリギヤ機構６の第２のサンギヤ（ハイモード用出力ギヤ）Ｓ２の回転がハイクラッチＨを介して出力軸１３からそのまま出力する。図８（ｂ）に示すように、入力軸１２の回転は、プラネタリギヤ機構６のキャリヤＣ１に直接伝達されると共に、トロイダル式無段変速装置（バリエータ）５を介して反転して第１のサンギヤ（入力ギヤ）Ｓ１に伝達される。

上記キャリヤＣ１の正転定速回転と、第１のサンギヤＳ１の反転変速回転がプラネタリギヤ機構６で合成されて、第２のサンギヤＳ２から出力するが、ここで、入力側ギヤ比（Ｓ１／Ｐ１）と出力側ギヤ比（Ｓ２／Ｐ２）とは近い値又は同じ値にあり、バリエータ５の変速比（ギヤ比）が、上記ローモードにおけるバリエータの最ＵＤ時における前進出力速度に略々対応する値だけ逆転方向にずれて出力速度となる。即ち、バリエータ５が最ＵＤ状態にある場合、第２のサンギヤ（出力ギヤ）Ｓ２は、ハイモードにおける最小前進出力速度となり、バリエータ５がＵＤ側からＯＤ側に変速するに従って、前進出力速度が増速する。なお、自動車の出力としては、再反転機構により逆転側が前進方向となる。

従って、本無段変速機１_１は、ローモードにあって、バリエータ５が最ＯＤ状態にある場合、後進最大速となり、バリエータ５をＵＤ方向に変速することにより、ギヤニュートラル（ＧＮ）ポイントを経て、前進状態となって前進方向で増速して、バリエータ５の最ＵＤ位置で、ローモードでの前進最大出力速度になる。そして、この状態でハイモードに切換えられると、バリエータ５の最ＵＤ位置において、ハイモードにおける前進最小出力速度となり、該最小出力速度と上記ローモードでの最大出力速度は略々同じとなる。ハイモードにおいて、バリエータ５をＯＤ方向に変速するに応じて、前進出力速度も増速して、バリエータ５の最ＯＤ位置において、前進最大出力速度となる。

これにより、本無段変速機１_１は、バリエータ５をＯＤからＵＤ方向に変速することにより、後進からギヤニュートラルを経て前進方向に変速され、そしてバリエータを最ＵＤ位置からＯＤ方向に変速することにより、前進方向に連続して更に増速して最大出力速度になる。

国際公開公報 ＷＯ０３／１００２９５Ａ１

上記図７に示す無段変速機１_１は、反転ギヤ機構にデュアルプラネタリギヤを用いて軸方向の短縮化を図っているが、トルク合成用のプラネタリギヤ機構６は、上記特許文献１（図６参照）に示す無段変速機１と同様に、３個のピニオンを軸方向にしたもの（３ステップピニオン）を用いている。

該プラネタリギヤ機構６は、図９に示すように、３個のピニオンＰ１，Ｐ２，Ｐ３を軸方向に直列的に支持するキャリヤＣ１と、第１のピニオンＰ１に噛合する第１のサンギヤ（入力ギヤ）Ｓ１と、第２のピニオンＰ２に噛合する第２のサンギヤ（ハイモード用出力ギヤ）Ｓ２と、第３のピニオンＰ３に噛合する第３のサンギヤ（ローモード用出力ギヤ）Ｓ３と、を有する。キャリヤＣ１は、トロイダル式無段変速装置（バリエータ５）の一方のディスク２と一体に形成されたキャリヤ本体２１ａと、該本体と一体のキャリヤカバー２１ｂとを有しており、該キャリヤ本体２１ａは、ミッションケース２２にベアリング２４を介して回転自在に支持されている。また、該キャリヤ本体２１ａ及びカバー２１ｂにはピニオンシャフト２３が設けられており、該シャフト２３には一体に形成された上記第１，第２，第３のピニオンＰ１，Ｐ２，Ｐ３がニードルベアリング２９又はブッシュを介して回転自在に支持されている。なお、ブシュもベアリング概念に含まれる。

第１のサンギヤＳ１は、中空軸２５の先端部に形成されており、該中空軸２５の基部には上記バリエータ５の中央出力ディスク３（図６，図７参照）が連結している。該中空軸２５の中空部には、入力軸（中心軸）１２がニードルベアリング等により回転自在に支持されており、該入力軸１２は、その基部（車輌前方）においてダンパを介してエンジン出力軸に連結されており、またその先端部（車輌後方）において前記キャリヤ本体２１ａがスプライン結合している。第２のサンギヤＳ２は、中間軸２６に形成されており、該中間軸は、前記ロー・ハイ切換え機構のハイクラッチＨに連結している（図６，図７参照）。第３のサンギヤＳ３は、上記中間軸２６に回転自在に被嵌しているスリーブ２７に形成されており、該スリーブ２７は、前記反転ギヤ機構７のサンギヤＳ０（図６，図７参照）に連結している。

上記ピニオンシャフト２３は、軸方向に直列的に一体に形成された３個のピニオンＰ１，Ｐ２，Ｐ３を支持している関係上、軸方向に長い構成になっており、かつ上述したように、トルク循環を伴う無段変速機（ＩＶＴ；infinitely variable transmission）を構成するため、即ちローモードにおける前進最高出力速度とハイモードにおける前進最低出力速度とをバリエータ５の最ＵＤにおいて略々一致させて変速を連続させるため、第３のピニオンギヤＰ３のギヤ径が小さくなり、そのためピニオンシャフト２３の径も小さくなってしまう。

この結果、ベアリング２９の径も小さくなり、ベアリングの寿命容量が小さくなり、かつピニオンシャフトが小径化となることによりシャフトの剛性不足によりシャフト撓みに基づくベアリングへの負荷の増大が相俟って、キャリヤＣ１の精度及び寿命が充分にとれない虞がある。

更に、３個の一体に形成したピニオンＰ１，Ｐ２，Ｐ３は重量も重くなり、キャリヤＣ１に大きな遠心荷重が作用し、プラネタリギヤ機構６は、遠心荷重等の負荷に対しても不利な構造となっている。

また、３個のピニオンＰ１，Ｐ２，Ｐ３を軸方向に直列的に並べて配置するため、プラネタリギヤ機構６が軸方向に長い構造となり、反転ギヤ機構の短縮化が図れたとしても、無段変速機として依然として軸方向に長い構造となっている。

そこで、本発明は、ローモード用にシンプルプラネタリギヤを用いて、上述した課題を解決した無段変速機を提供することを目的とするものである。

なお、図７及び図９に示す無段変速機の構成は、本発明の出願時において未公開のものである。

請求項１に係る本発明は、トロイダル式無段変速装置（５）と、プラネタリギヤ機構（６_１）と、反転ギヤ機構（７_１）と、ロー・ハイ切換え機構（１０）と、を備えてなる、無段変速機（１_２，１_３）において、
前記プラネタリギヤ機構（６_１）は、軸方向に並んで配置されかつ一体に回転される第１のピニオン（Ｐ１）及び第２のピニオン（Ｐ２）を有する第１のキャリヤ（Ｃ）と、前記第１のピニオン（Ｐ１）に噛合する第１のサンギヤ（Ｓ１）と、前記第２のピニオン（Ｐ２）に噛合する第２のサンギヤ（Ｓ２）と、第１の要素（Ｒ３）、第２の要素（Ｓ３）及び第３の要素（Ｃ０）を有する１個のシンプルプラネタリギヤ（１１）と、を備え、前記第１のキャリヤ（Ｃ）と前記シンプルプラネタリギヤの第１の要素（Ｒ３）とを連結すると共に前記第２のサンギヤ（Ｓ２）と前記シンプルプラネタリギヤの第２の要素（Ｓ３）とを連結してなり、
前記第１のキャリヤ（Ｃ）に、入力軸（１２）からの定速回転を入力すると共に、前記第１のサンギヤ（Ｓ１）に、前記入力軸の回転を前記トロイダル式無段変速装置（５）にて反転・変速した出力回転を入力し、
前記ロー・ハイ切換え機構（１０）によるローモードにあっては、前記シンプルプラネタリギヤの第３の要素（Ｃ０）の回転を前記反転ギヤ機構（７_１）により反転して出力軸（１３）に出力し、
前記ロー・ハイ切換え機構によるハイモードにあっては、前記第２のサンギヤ（Ｓ２）の回転を前記出力軸（１３）に出力する、
ことを特徴とする無段変速機にある。

請求項２に係る本発明は、前記シンプルプラネタリギヤ（６_１）の前記第１の要素がリングギヤ（Ｒ３）であり、前記第２の要素がサンギヤ（Ｓ３）であり、前記第３の要素がキャリヤ（Ｃ０）である、
請求項１記載の無段変速機にある。

請求項３に係る本発明は（例えば図１，図５参照）、前記反転ギヤ機構（７_１）は、互いに噛合する第３及び第４のピニオン（Ｐ４，Ｐ５）を支持する第３のキャリヤ（Ｃ０）と、前記第３のピニオン（Ｐ４）に噛合する第４のサンギヤ（Ｓ０）と、前記第４のピニオン（Ｐ５）に噛合する第２のリングギヤ（Ｒ０）と、を有するデュアルプラネタリギヤ（１４）からなり、
前記プラネタリギヤ機構における前記シンプルプラネタリギヤ（１１）のキャリヤ（Ｃ０）と、前記第３のキャリヤ（Ｃ０）とを一体に構成し、
前記ローモードにあっては、前記第２のリングギヤ（Ｒ０）を停止した状態で前記第４のサンギヤ（Ｓ０）の回転を前記出力軸（１３）に伝達してなる、
請求項２記載の無段変速機にある。

請求項４に係る本発明は（例えば図４参照）、前記反転ギヤ機構（７_２）は、互いに噛合する第３及び第４のピニオン（Ｐ４，Ｐ５）を支持する第３のキャリヤ（Ｃ０２）と、前記第３のピニオンに噛合する第４のサンギヤ（Ｓ０）と、前記第４のピニオンに噛合する第２のリングギヤ（Ｒ０）と、を有するデュアルプラネタリギヤ（１４）からなり、
前記プラネタリギヤ機構における前記シンプルプラネタリギヤ（１１）のキャリヤ（Ｃ０１）と前記第４のサンギヤ（Ｓ０）とを連結し、
前記ローモードにあっては、前記第２のリングギヤ（Ｒ０）を停止した状態で前記第３のキャリヤ（Ｃ０２）の回転を前記出力軸（１３）に伝達してなる、
請求項２記載の無段変速機にある。

請求項５に係る本発明は、前記トロイダル式無段変速装置（５）は、２個の入力ディスク（２）と、これらディスクの間に位置する出力ディスク（３）と、前記入力ディスクと出力ディスクとに挟持されるローラ（４）と、を有し、前記２個の入力ディスクと前記入力軸（１２）と前記プラネタリギヤ機構（６_１）の第１のキャリヤ（Ｃ）とを実質的に一体に構成し、スラスト力に対してクローズに支持し、
前記一体に構成した第１のキャリヤ（Ｃ）又は入力軸（１２）に対して、前記第１及び第２のサンギヤ（Ｓ１，Ｓ２）をスラストベアリング（５３，５６）を介してスラスト方向に支持してなる、
請求項１ないし４のいずれか記載の無段変速機にある。

請求項６に係る本発明は、前記第１のサンギヤ（Ｓ１）と前記第１のキャリヤ（Ｃ）との間に第１のスラストベアリング（５３）を介在し、前記第１のキャリヤ（Ｃ）と前記シンプルプラネタリギヤ（１１）のサンギヤ（Ｓ３）との間に第２のスラストベアリング（５６）を介在し、
前記第１のサンギヤ（Ｓ１）が前記第１のキャリヤ（Ｃ）に作用するスラスト力と、前記第２のサンギヤ（Ｓ２）が該第２のサンギヤと実質的に軸方向に一体の第３のサンギヤ（Ｓ３）を介して作用するスラスト力とを、略々同じ力にて前記第１及び第２のスラストベアリング（５３，５６）を介して互いに押し付けるように作用してなる、
請求項５記載の無段変速機にある。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより請求項の記載に何等影響を及ぼすものではない。

請求項１に係る本発明によると、プラネタリギヤ機構は、２ステップピニオンとシンプルプラネタリギヤとからなり、ピニオンシャフトは、軸方向の２列のピニオンを支持する短い構成で足り、その結果、２列のピニオンを回転自在に支持するベアリングも径の大きいものを用いることが可能となって、ベアリング寿命容量を向上し、かつピニオンシャフトの撓みを減少して、それに伴うベアリングの負荷変動を減少し、更にピニオン重量も軽くなって、遠心荷重による負荷を減少し、これらが相俟ってピニオンの支持精度を向上すると共にその高い精度を長期に亘って維持することができる。

更に、ローモードにあっては、シンプルプラネタリギヤを介して動力伝達するので、ＩＶＴとしてのギヤ比の設定が容易となり、また第１のキャリヤのピニオン歯数を増やすことにより、ギヤ強度を小さい歯幅に維持することができ、プラネタリギヤ機構を軸方向に短縮化して、無段変速機をコンパクトに構成することができる。

また、入力軸及びトロイダル変速装置の入力ディスクを第１のキャリヤに連結し、トロイダル変速装置の出力ディスクを第１のサンギヤに連結して、トロイダル変速装置の中心部を２重軸により構成して、コンパクトで合理的な連結関係となる。

請求項２に係る本発明によると、プラネタリギヤ機構が、第１のキャリヤとシンプルプラネタリギヤのリングギヤを連結すると共に、第２のサンギヤとシンプルプラネタリギヤのサンギヤとを連結したので、連結が短い経路で合理的となり、軸方向に短縮化して、無段変速機をコンパクトに構成できると共に、その信頼性を向上し得る。

請求項３及び４に係る本発明によると、反転ギヤ機構がデュアルプラネタリギヤからなるので、該反転ギヤ機構を軸方向に短縮化して、更なる無段変速機のコンパクト化、特に軸方向の短縮化を図ることができる。

更に加えて、請求項３に係る本発明によると、プラネタリギヤ機構におけるシングルプラネタリギヤのキャリヤと、反転ギヤ機構におけるキャリヤとを一体に構成したので、プラネタリギヤ機構及び反転ギヤ機構が密接に結合して、全体としてコンパクトでシンプルな構成となり、無段変速装置のコンパクト性及び信頼性を向上し得る。

請求項５に係る本発明によると、大きな軸方向（スラスト）力が作用するトロイダル式無段変速装置を、その入力ディスクと実質的に一体の入力軸及びプラネタリギヤ機構のキャリヤを含めてクローズドに支持し、更にこのものに、第１及び第２のサンギヤに作用するスラスト力も含めてクローズドに支持するので、トロイダル式無段変速装置及びプラネタリギヤ機構を１つの系としてスラスト力をクローズに支持して、高い支持精度を長期に亘って維持して、無段変速機の長寿命化を図ることができる。

請求項６に係る本発明によると、ハスバ歯車に起因するプラネタリギヤ機構に生じるスラスト力は、第１のサンギヤと第１のキャリヤとの間に介在する第１のスラストベアリングと、第１のキャリヤとシンプルプラネタリギヤのサンギヤとの間に介在する第２のスラストベアリングにより、プラネタリギヤ機構内にて互いに打ち消すように作用し、例えば第１のキャリヤと第２のサンギヤとの間にスラストベアリングを介在する必要がなくなり、スラストベアリングの数を減らして、軸方向のコンパクト化を図ることができる。

以下、図１〜５に沿って、本発明の最良の形態について説明する。

無段変速機（ＩＶＴ）１_２は、図１に示すように、無段変速装置（バリエータ）５、プラネタリギヤ機構６_１、反転ギヤ機構７_１、及びロー・ハイ切換え機構１０からなる。無段変速装置５は、フルトロイダル式無段変速装置からなり、入力軸１２に連結された２個の入力ディスク２，２と、中空軸２５に連結された１個の出力ディスク３と、両ディスクの間に挟持されるパワーローラ４，４と、を有する。入力ディスク２及び出力ディスク３は、それぞれ対向するように円形の一部を形成する円弧状の凹溝２ａ，３ａを有しており、２列のパワーローラを挟んでダブルキャビティを構成して、入力ディスク同士のスラスト力を打ち消す構成からなる。パワーローラ４，４は、軸に直角方向にシフトさせることにより傾斜して、入力ディスク２と出力ディスク３との接触半径を変更することにより、無段に連続して変速する。本バリエータ５にあっては、−０．４〜−２．５の速度比（出力速度／入力速度）を有する。なお、入力ディスク２に対して出力ディスク３が反転するので、速度比は−（マイナス）になる。

プラネタリギヤ機構６_１は、２個のピニオンＰ１，Ｐ２を有するフロントキャリヤ（第１のキャリヤ）Ｃと、ローモード用シンプルプラネタリギヤ１１と、を備えており、該ローモード用シンプルプラネタリギヤ１１は、反転ギヤ機構７_１のデュアルプラネタリギヤ１４と共通のリヤキャリヤＣ０を有する。上記２個のピニオン（第１のピニオン、第２のピニオン）Ｐ１，Ｐ２は共通のピニオンシャフトに回転自在に支持される一体構造からなり、かつこれらピニオンを支持するフロントキャリヤＣは、上記ローモード用シンプルプラネタリギヤ１１のリングギヤＲ３に連結している。該フロントキャリヤＣは、入力軸１２に連結されていると共に一方の出力ディスク３に結合されており、該キャリヤＣは、入力軸１２及びそれと一体の出力ディスク３に結合して一定速回転が伝達されている。

第１のピニオンＰ１には、バリエータ５の出力ディスク３に連結されている第１のサンギヤＳ１が噛合しており、該第１のサンギヤＳ１は、バリエータ５による変速回転を入力する入力ギヤとなる。第２のピニオンＰ２は、ハイモード用出力ギヤとなる第２のサンギヤＳ２に噛合しており、かつローモード用シンプルプラネタリギヤ１１の（第３の）サンギヤＳ３に一体に結合している。これら第２及び第３のサンギヤＳ２，Ｓ３は、ロー・ハイ切換え機構１０のハイクラッチＨを介して出力軸１３に連結して、ハイモード用出力ギヤを構成している。

反転ギヤ機構７_１は、互いに噛合する２個のピニオン（第４のピニオンＰ４，第５のピニオンＰ５）を有するデュアルプラネタリギヤ１４からなり、そのキャリヤＣ０が上述したようにローモード用シンプルプラネタリギヤ１１のキャリヤと一体に構成されており、（第２の）リングギヤＲ０がケース２２に固定されており、そして（第４の）サンギヤＳ０がロークラッチＬを介して出力軸１３に連結している。

本無段変速機（ＩＶＴ）１_２は、図２の変速線図に示すように作動する。なお、図２の速度線図は、第１及び第２のピニオンＰ１，Ｐ２を共通のロングピニオンとし、ギヤ比Ｓ１／Ｐ１とＳ２／Ｐ２を変えて、出力速度とバリエータ出力ラインとが重ならないものを示しているが、上記ギヤ比（Ｓ１／Ｐ１）（Ｓ２／Ｐ２）を同じにして、出力速度とバリエータ出力ラインとが重なるようにしてもよいことは勿論である。

ロークラッチＬを係合してハイクラッチＨを解放したローモードにあっては、図２（ａ）に示すように、エンジン出力軸に連結している入力軸１２の回転は、プラネタリギヤ機構６_１のフロントキャリヤＣ及びリングギヤＲ３に直接伝達されると共に、バリエータ５を介して反転した変速回転が第１のサンギヤ（入力ギヤ）Ｓ１に伝達される。上記フロントキャリヤＣ及びリングギヤＲ３の定速回転及び第１のサンギヤＳ１の変速回転（バリエータギヤ比）がプラネタリギヤ機構６_１にてトルク循環しつつ合成され、ローモード用シンプルプラネタリギヤの出力キャリヤＣ０に出力する。なお、この際、ハイクラッチＨが解放していることに基づき第２のサンギヤＳ２及び第３のサンギヤＳ３は空転する。ここで、バリエータ５がＯＤ側からＵＤ側に変速することにより、出力キャリヤＣ０は、反転回転からギヤニュートラル位置（ＧＮポイント）、即ち出力速度が０となってトルクが無限に発散する位置となり、更にＯＤ側に変速することにより正転側（入力軸回転と同じ方向）に増速する。

そして、該出力キャリヤＣ０の回転は、共通キャリヤである反転ギヤ機構７_１のキャリヤに直接伝達され、リングギヤＲ０の停止に基づき反転されてサンギヤＳ０から出力する。これにより、上記出力キャリヤＣ０の回転は反転され、出力キャリヤＣ０の逆回転は、サンギヤＳ０に後進出力速度として出力し、出力キャリヤＣ０の正回転は、サンギヤＳ０に前進出力速度として出力する。

ロークラッチＬを解放すると共に、ハイクラッチＨを係合すると、ハイモードに切換えられる。この状態では、入力軸１２の回転が、プラネタリギヤ機構６_１のフロントキャリヤＣに直接伝達されると共に、バリエータ５により反転した変速回転が第１のサンギヤＳ１に伝達されて、該プラネタリギヤ機構６_１にて合成されて、ハイモード用出力ギヤである第２のサンギヤＳ２から出力する。なおこの際、ロークラッチＬが解放していることに基づき、反転ギヤ機構７_１のサンギヤＳ０及びキャリヤＣ０が空転し、従ってプラネタリギヤ機構６_１のリングギヤＲ３も空転する。また、ギヤ比Ｓ１／Ｐ１とＳ２／Ｐ２とが近い値か又は同じであるため、バリエータ５からの変速出力回転（バリエータギヤ比）と近い又は同じ回転が上記第２のサンギヤＳ２から出力し、該バリエータギヤ比がハイクラッチＨの接続により出力軸１３からハイモード前進出力速度として出力する。

以上のことを図３のグラフで説明すると、ローモードにあっては、バリエータ５の速度比（出力速度／入力速度）がＯＤ端（約−２．５）にある場合、無段変速機（ＩＶＴ）１_２は、正転方向（プラス方向）に所定速度比（約０．２５）で回転し、バリエータ５がＵＤ側に連続して変速することにより、上記ＩＶＴ１_２の速度比は連続して減速し、バリエータ５の−１．８付近の速度比においてＩＶＴ１_２の速度比は、０、即ちギヤニュートラル（ＧＮポイント）になる。更にバリエータ５をＵＤ方向に連続して変速することにより、ＩＶＴ１_２の速度比は逆転方向（マイナス方向）に連続して増速し、バリエータ５がＵＤ端（約−０．４）に至ると、ＩＶＴ１_２の速度比が約−０．５になる。

そしてこの状態で、ハイモードに切換えられる。ハイモードにあっては、バリエータ５の速度比が上記ＵＤ端にある場合、ＩＶＴ１_２の速度比が上記ローモードの場合と同じ値（約−０．５）になり、今度は、バリエータの速度比を、上記ＵＤ端から連続してＯＤ方向に変速すると、ＩＶＴ１_２の速度比は、上記ローモードから連続して逆転方向（マイナス方向）に増速する。該逆転方向の増速は、バリエータ５がＯＤ方向に変速することにより連続し、バリエータ５の速度比がＯＤ端（約−２．５）に至ると、ＩＶＴ１_２の速度比は、最大変速比である約−２．７５となる。

なお、上記グラフは、入力軸１２の回転方向（即ちエンジンの回転方向）を正回転として、速度比をプラスに表記し、従ってバリエータ５はトロイダル式に起因して反転するため、その速度比はマイナスとなる。本無段変速機（ＩＶＴ）１_２は、自動車に用いられ、ディファレンシャル装置において再度反転ギヤにより反転されるため、ＩＶＴ１_２の速度比がプラスである場合、車輌の進行方向は後進となり、該速度比がマイナスの場合、車輌の進行方向は前進となる。従って、ローモードにおいてバリエータ５をＯＤ端からＵＤ方向に変速することにより、自動車は、後進からギヤニュートラル（ＧＮ）を経て前進となって、徐々に増速し、そしてバリエータ５のＵＤ端においてハイモードに切換えられ、バリエータ５がＵＤ端からＯＤ方向に変速することにより、自動車は、連続して前進方向に増速する。

図４は、一部変更した無段変速機（ＩＶＴ）を示す。本無段変速機１_３にあっては、無段変速装置（バリエータ）５、プラネタリギヤ機構６_１及び反転ギヤ機構７_１の機構は先の実施例と同じであるが、プラネタリギヤ機構６_１と反転ギヤ機構７_１との連結関係が異なる。即ち、ローモード用シンプルプラネタリギヤ１１のキャリヤＣ０１と反転プラネタリギヤ１４のサンギヤＳ０が連結し、かつ該反転プラネタリギヤ１４のキャリヤＣ０２がロークラッチＬを介して出力軸１３に連結している。

本実施の形態にあっては、図２において、ローモード出力キャリヤＣ０をサンギヤＳ０に、出力要素Ｓ０をキャリヤＣ０２に置き換えることにより、図２に示す速度線図と同様である。即ち、ローモードにおいて、出力キャリヤＣ０１の回転が、反転ギヤ機構７_２のサンギヤＳ０に入力し、リングギヤＲ０の固定により反転して、キャリヤＣ０２から出力軸１３に出力する。なお、上記反転ギヤ機構７_１，７_２において、ロークラッチの代りに、リングギヤＲ０を係止し得るローブレーキを用いてもよいことは勿論である。

図５は、本発明に係るプラネタリギヤ機構６_１及び反転ギヤ機構７_１の実施の形態を示す断面図である。プラネタリギヤ機構６_１は、フロントキャリヤＣ及び反転ギヤ機構７_１と共通のキャリヤＣ０を有する。フロントキャリヤＣは、キャリヤ本体３３と該本体と一体に結合されたキャリヤカバー３５とからなり、キャリヤ本体３３は、ミッションケース２２に一体に組付けられるＬ型プレート２３にベアリング２４を介して回転自在に支持されていると共に、バリエータ５の一方の入力ディスク２と連結しており、更にバリエータ５の中心を貫通して延びている入力軸１２にスプライン結合しかつナット３５により締付けられている。

上記Ｌ型プレート２３は、バリエータ５のパワーローラ４を操作するアクチュエータを収納するブロックと一体に形成されており、該Ｌ型プレートに上記ボールベアリング２４を介してバリエータ５及びプラネタリギヤ機構６_１をサブアッシーとして組付け、該サブアッシーがケース２２に組付けられている。上記Ｌ型プレート２３にはボールベアリング２４と隣接してワンウェイクラッチ３４が装着されており、該ワンウェイクラッチ３４は、入力ディスク２の逆転を防止する。

上記キャリヤ本体３３とキャリヤカバー３５に亘って、ピニオンシャフト３６が支持されており、該ピニオンシャフト３６には、軸方向に並設して第１のピニオンＰ１と第２のピニオンＰ２とが支持されている。第１のピニオンＰ１及び第２のピニオンＰ２は一体に形成されており、同じ歯数でもよいが、本実施の形態では僅かに異なる歯数からなり、これら共通ピニオンＰ１，Ｐ２がニードルベアリング３７，３７（又はブシュ）を介して上記ピニオンシャフト３６に回転自在に支持されている。第１のピニオンＰ１には第１のサンギヤＳ１が噛合しており、第２のピニオンＰ２には第２のサンギヤＳ２が噛合している。

前記第１のサンギヤＳ１は、中空軸２５の先端部分に形成されており、該中空軸２５は、ニードルベアリング２８を介して入力軸１２に被嵌して回転自在に支持されていると共に、その基端部分にてバリエータ５の出力ディスク３に連結されている。第２のサンギヤＳ２は中間軸２６の基端部に形成されており、該中間軸２６はその基端部分を入力軸１２（に一体のキャリヤＣ）に被嵌してニードルベアリング２９を介して回転自在に支持されていると共に、その先端（後方）側にてロー・ハイ切換え機構１０のハイクラッチＨのクラッチハブ３０に接続している。中間軸２６には第３のサンギヤＳ３がスプライン係合しかつスナップリング３９により抜止めされて結合されており、またフロントキャリヤＣのキャリヤカバー３５にはリングギヤＲ３がスナップリグ４０により一体に係合されている。これら第３のサンギヤＳ３、リングギヤＲ３及び反転ギヤ機構７_１と一体のリヤキャリヤＣ０により、上記プラネタリギヤ機構６_１のシンプルプラネタリギヤ１１が構成されている。

上記出力（共通）キャリヤＣ０は、中央に位置しかつその内径側にボス部４１ａを有するキャリヤ本体４１と、左右の側板を構成する前後キャリヤカバー４２，４３とからなる。キャリヤ本体４１のボス部４１ａは中間軸２６にブッシュ４５を介して回転自在に支持されており、該キャリヤ本体４１と前キャリヤカバー４２との間にピニオンシャフト４６が回転不能に支持されており、該ピニオンシャフト４６にピニオンＰ３が回転自在に支持されている。該ピニオンＰ３は、前記第３のサンギヤＳ３及びリングギヤＲ３に噛合して、上記シンプルプラネタリギヤ１１を構成している。

キャリヤ本体４１と後キャリヤカバー４３との間には第１のピニオンシャフト４７及び第２のピニオンシャフト４９が回転不能に支持されており、第１のピニオンシャフト４７には第４のピニオンＰ４が回転自在に支持され、第２のピニオンシャフト４９には第５のピニオンＰ５が回転自在に支持されている。これら両ピニオンＰ４，Ｐ５は互いに噛合していると共に、一方のピニオンＰ４がサンギヤＳ０に噛合し、他方のピニオンＰ５がリングギヤＲ０に噛合して、反転ギヤ機構７用のデュアルプラネタリギヤ１４を構成している。また、リングギヤＲ０はミッションケース２２に形成されたスプライン２２ａに係合して、固定リングギヤとなっており、サンギヤＳ０にはロークラッチ用ハブ５０が溶接等により一体に形成されている。前記ハブ３０及び５０は、出力軸１３（図１参照）に形成されたドラム１３ａとの間に、それぞれ湿式多板クラッチからなるロークラッチＬ及びハイクラッチＨが介在して、ロー・ハイ切換え機構１０を構成している。

ケース２２に軸方向に位置決めされた出力軸１３の端面と、サンギヤＳ０の端面との間において、ハイクラッチ用ハブ３０を挟むように、スラストベアリング５０，５１が介在しており、また中間軸２６の段部ａとキャリヤ本体４１との間にスラストベアリング５２が介在しており、これらスラストベアリングにより、反転ギヤ機構７_１及びロー・ハイ切換え機構１０が軸方向に位置決めされている。また、入力軸１２にナット３５により位置決めされているキャリヤＣの本体３３と出力ディスクから延びかつ第１のサンギヤＳ１が形成されている中空軸２５の先端（車輌後側）との間に（第１の）スラストベアリング５３が介在しており、また該中空軸２５の鍔部２５ａと入力ディスク２の後端との間にスラストベアリング５５が介在している。更に、サンギヤＳ３とフロントキャリヤＣの後端部（キャリヤカバー３５の後側面）との間には（第２の）スラストベアリング５６が介在している。

そして、前記バリエータ５及びプラネタリギヤ機構６_１は、入力軸１２及びそれと軸方向に一体のフロントキャリヤＣ、並びにスラストベアリング５３，５５，５６にて軸方向に位置決めされている中空軸２５及び出力ディスク３とが一体となって、スラスト方向に対してクローズド支持構造となっている。また、プラネタリギヤ機構６_１における前記互いに噛合するピニオン及びサンギヤ（Ｓ１／Ｐ１）（Ｓ２／Ｐ２）は、ハスバ歯車からなり、動力伝達時に互いに打ち消す方向のスラスト力が作用する。即ち、第１のサンギヤＳ１に発生するスラスト力は、スラストベアリング５３を介してキャリヤＣに図中右方向（車輌後方向）に作用し、一方、第２のサンギヤＳ２のスラスト力は、中間軸２６及びスナップリング３９を介して第３のサンギヤＳ３に図中左方向（車輌前方向）に作用し、更にスラストベアリング５６を介してキャリヤＣに図中左方向（車輌前方向）に作用する。これにより、第１及び第２のサンギヤＳ１，Ｓ２のスラスト力は、互いに押し合う様に作用し、キャリヤＣ内にてキャンセルされる。また、第２のサンギヤＳ２のスラスト力は、第３のサンギヤＳ３を位置決めるスナップリング３９及びスラストベアリング５６を介してキャリヤＣに作用するため、スラストベアリング５３に対向するように、第２のサンギヤＳ２とキャリヤ本体３３との間にスラストベアリングを配置しなくてもよく、スラストベアリングの数を減少して、軸方向にコンパクトに構成できる。これにより、バリエータ５において発生する両入力ディスク２，２間の大きなスラスト力（挟圧力）を互いに相殺するようにクローズして支持しており、バリエータ５及びプラネタリギヤ機構６_１は１個の系としてスラスト方向に対するクローズド支持構造となる。

上記ピニオンシャフト３６は、２個のピニオンＰ１，Ｐ２を支持すれば足りる短い構造（図７に示すステップピニオンに比し）からなり、かつローモード出力用ギヤがシンプルプラネタリギヤ１１からなので、ＩＶＴ１_２としての機能を達成するためのギヤ比の制限が少なく、ピニオンシャフト３６を軸径の太いものを用いることができる。これにより、ベアリング３７を大径のものとして、寿命容量を向上すると共に、ピニオンシャフト３６の剛性を向上して、シャフト撓みによるベアリングの負荷変動を減少し、更にピニオン重量が軽くなり、遠心荷重による負荷を減少し、これらが相俟ってピニオンＰ１，Ｐ２の支持精度を長期に亘って維持することができる。

また、第１及び第２のピニオンＰ１，Ｐ２に噛合する第１及び第２のサンギヤＳ１，Ｓ２に作用するスラスト力を、バリエータ５と一体の系としてプラネタリギヤ機構６_１内にてクローズして支持するので、キャリヤＣのバリエータ入力ディスク２及び入力軸１２との一体構造によるクローズド支持と相俟って、無段変速機１_２でのケース２２に対するスラスト負荷を減少する。

また、プラネタリギヤ機構６_１のシンプルプラネタリギヤ１１と、反転ギヤ機構７_１とは、キャリヤＣ０を共有するので、プラネタリギヤ機構６_１と反転ギヤ機構とが有機的に結合して、両者が相俟って無段変速機１_２を、軸方向及び径方向を共にコンパクトに構成することができる。

上記構成が相俟って、無段変速機（ＩＶＴ）の精度を向上すると共に、長寿命化を図ることができ、かつコンパクト化をも図ることができる。

なお、上述した実施の形態は、フルトロイダル式無段変速装置を用いているが、ハーフトロイダル式無段変速装置でもよいことは勿論である。また、プラネタリギヤ機構６_１において、シンプルプラネタリギヤ１１は、そのリングギヤＲ３をフロントキャリヤＣに、サンギヤＳ３を第２のサンギヤＳ２に連結して、短く合理的に連結構造となっているが、これに限らず、他の連結構造も可能である。

本発明に係る無段変速機の構造を示す概略図。 その速度線図であり、（ａ）はローモード、（ｂ）はハイモードを示す。 その無段変速装置の速度比と無段変速機の速度比の関係を示すグラフ。 一部変更した実施の形態を示す概略図。 本発明に係る実施の形態の要部を示す断面図。 従来の技術を示す概略図で、（ａ）（ｂ）は一部異なるタイプを示す。 上記従来の技術に基づき発明者らが考案した本発明の背景となる技術と示す概略図。 その速度線図であり、（ａ）はローモード、（ｂ）はハイモードを示す。 上記背景の技術の要部の構成を示す断面図。

符号の説明

１_２ 無段変速機（ＩＶＴ）
２ 入力ディスク
３ 出力ディスク
４ （パワー）ローラ
５ トロイダル式無段変速装置
６_１ プラネタリギヤ機構
７_１，７_２ 反転ギヤ機構
１０ ロー・ハイ切換え機構
１１ シンプルプラネタリギヤ
１２ 入力軸
１３ 出力軸
１４ デュアルプラネタリギヤ
２６ 中間軸
３９ スナップリング
５３ 第１のスラストベアリング
５６ 第２のスラストベアリング
Ｃ 第１の（フロント）キャリヤ
Ｐ１ 第１のピニオン
Ｐ２ 第２のピニオン
Ｓ１ 第１のサンギヤ（入力ギヤ）
Ｓ２ 第２のサンギヤ（ハイモード用出力ギヤ）
Ｒ３ 第１の要素（リングギヤ）
Ｓ３ 第２の要素（サンギヤ）
Ｃ０ 第３の要素（キャリヤ）
Ｌ ロークラッチ、ローブレーキ
Ｈ ハイクラッチ
Ｃ０，Ｃ０１，Ｃ０２ キャリヤ
Ｐ４ （第４）のピニオン
Ｐ５ （第５）のピニオン
Ｓ０ 第４のサンギヤ
Ｒ０ 第２のリングギヤ

Claims (6)

1. トロイダル式無段変速装置と、プラネタリギヤ機構と、反転ギヤ機構と、ロー・ハイ切換え機構と、を備えてなる、無段変速機において、
   前記プラネタリギヤ機構は、軸方向に並んで配置されかつ一体に回転される第１のピニオン及び第２のピニオンを有する第１のキャリヤと、前記第１のピニオンに噛合する第１のサンギヤと、前記第２のピニオンに噛合する第２のサンギヤと、第１の要素、第２の要素及び第３の要素を有する１個のシンプルプラネタリギヤと、を備え、前記第１のキャリヤと前記シンプルプラネタリギヤの第１の要素とを連結すると共に前記第２のサンギヤと前記シンプルプラネタリギヤの第２の要素とを連結してなり、
   前記第１のキャリヤに、入力軸からの定速回転を入力すると共に、前記第１のサンギヤに、前記入力軸の回転を前記トロイダル式無段変速装置にて反転・変速した出力回転を入力し、
   前記ロー・ハイ切換え機構によるローモードにあっては、前記シンプルプラネタリギヤの第３の要素の回転を前記反転ギヤ機構により反転して出力軸に出力し、
   前記ロー・ハイ切換え機構によるハイモードにあっては、前記第２のサンギヤの回転を前記出力軸に出力する、
   ことを特徴とする無段変速機。
2. 前記シンプルプラネタリギヤの前記第１の要素がリングギヤであり、前記第２の要素がサンギヤであり、前記第３の要素がキャリヤである、
   請求項１記載の無段変速機。
3. 前記反転ギヤ機構は、互いに噛合する第３及び第４のピニオンを支持する第３のキャリヤと、前記第３のピニオンに噛合する第４のサンギヤと、前記第４のピニオンに噛合する第２のリングギヤと、を有するデュアルプラネタリギヤからなり、
   前記プラネタリギヤ機構における前記シンプルプラネタリギヤのキャリヤと、前記第３のキャリヤとを一体に構成し、
   前記ローモードにあっては、前記第２のリングギヤを停止した状態で前記第４のサンギヤの回転を前記出力軸に伝達してなる、
   請求項２記載の無段変速機。
4. 前記反転ギヤ機構は、互いに噛合する第３及び第４のピニオンを支持する第３のキャリヤと、前記第３のピニオンに噛合する第４のサンギヤと、前記第４のピニオンに噛合する第２のリングギヤと、を有するデュアルプラネタリギヤからなり、
   前記プラネタリギヤ機構における前記シンプルプラネタリギヤのキャリヤと前記第４のサンギヤとを連結し、
   前記ローモードにあっては、前記第２のリングギヤを停止した状態で前記第３のキャリヤの回転を前記出力軸に伝達してなる、
   請求項２記載の無段変速機。
5. 前記トロイダル式無段変速装置は、２個の入力ディスクと、これらディスクの間に位置する出力ディスクと、前記入力ディスクと出力ディスクとに挟持されるローラと、を有し、前記２個の入力ディスクと前記入力軸と前記プラネタリギヤ機構の第１のキャリヤとを実質的に一体に構成し、スラスト力に対してクローズに支持し、
   前記一体に構成した第１のキャリヤ又は入力軸に対して、前記第１及び第２のサンギヤをスラストベアリングを介してスラスト方向に支持してなる、
   請求項１ないし４のいずれか記載の無段変速機。
6. 前記第１のサンギヤと前記第１のキャリヤとの間に第１のスラストベアリングを介在し、前記第１のキャリヤと前記シンプルプラネタリギヤのサンギヤとの間に第２のスラストベアリングを介在し、
   前記第１のサンギヤが前記第１のキャリヤに作用するスラスト力と、前記第２のサンギヤが該第２のサンギヤと実質的に軸方向に一体の第３のサンギヤを介して作用するスラスト力とを、略々同じ力にて前記第１及び第２のスラストベアリングを介して互いに押し付けるように作用してなる、
   請求項５記載の無段変速機。
   

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