JP2007170600A - 無段変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型・簡素で、且つ、トロイダル型無段変速機２を通過する動力の低減を図れる構造を実現する。
【解決手段】トロイダル型無段変速機２と前段側、後段側両遊星歯車式変速機３、４とにより構成する。そして、上記トロイダル型無段変速機２の全変速範囲に亙って、入力側ディスク６ａ、６ｂと後段側太陽歯車１５との回転方向が同じになる様にする。同時に、この入力側ディスク６ａ、６ｂの回転速度よりも上記後段側太陽歯車１５の回転速度が大きくなる様にする。又、出力側ディスク７と前段側太陽歯車１１とを、これら両部材と同心に設けた中空回転軸１２を介して回転力を伝達可能に連結する。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車用自動変速装置として、或はポンプ等の各種産業機械の運転速度を調節する為の変速装置として利用する、無段変速装置の改良に関する。

自動車用自動変速機としてトロイダル型無段変速機を使用する事が、例えば特許文献１、非特許文献１、２等の多くの刊行物に記載され、且つ、一部で実施されて周知である。又、変速度比の変動幅を大きくすべく、トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機構とを組み合わせた無段変速装置も、例えば特許文献２〜４に記載される等により従来から広く知られている。これら各特許文献２〜４に記載された無段変速装置は、クラッチ装置により低速モードと高速モードとを切り換え自在である。そして、低速モード時には、上記トロイダル型無段変速機の変速度比（変速比）を所定値にする事により、入力軸を一方向に回転させたまま、出力軸の回転状態を停止させる、所謂ギヤードニュートラルと呼ばれる状態を実現できる。又、上記低速モード時には、上記トロイダル型無段変速機の変速度比を調節する事により、上記停止状態を挟んで、上記出力軸の回転状態を、正転、逆転に切り換えられる。従って、トルクコンバータ等の発進クラッチを省略でき、小型・軽量化を図れる。

又、高速モード時には、動力（トルク）の一部をトロイダル型無段変速機をバイパスさせて出力軸に送る事により、入力軸に加えられる動力に比べ、トロイダル型無段変速機を通過する動力を低く抑える、所謂パワースプリット状態を実現する。そして、このトロイダル型無段変速機の耐久性の向上、無段変速装置全体としての伝達効率の向上、並びに、許容伝達動力の増大を図れる。又、上記特許文献２〜４に記載された無段変速装置の場合は、トロイダル型無段変速機を構成する出力側ディスクから出力される動力を、この出力側ディスクと同心に設けた中空回転軸を通じて取り出している。この為、無段変速装置の径方向寸法の低減を図れ、例えば車体の床下（フロアトンネル）等の限られた空間内に無段変速装置を組み込み易くできる。これらの点に関しては、上記特許文献２〜４等にも記載されているので、詳しい説明は省略する。

ところで、上述の様な特許文献２〜４に記載された無段変速装置の場合、次の様な改良の余地がある。即ち、これら特許文献２〜４に記載された構造の場合は、上述の様な高速モード時のパワースプリット状態でも、出力軸に送られる動力は、主としてトロイダル型無段変速機を通過する。この為、例えば一般的な乗用車等の変速装置として使用する場合には問題にならないが、例えば大型トラック、建設機械、その他の各種大型産業機械で大きな動力を伝達する場合に、上記トロイダル型無段変速機を通過する動力を十分に小さくできず、耐久性並びに強度を確保しにくくなる可能性がある。

又、上記特許文献２〜４に記載された無段変速装置の場合、トロイダル型無段変速機を構成する入力側ディスクに入力される動力の回転方向と、出力軸の回転方向とを一致させる為に、この出力軸の手前に、回転方向を反転させる（と共に必要とする変速を行なう）為の遊星歯車式変速機を設けている。即ち、一般的な変速装置では、入力される動力の回転方向（入力軸、入力側ディスクの回転方向）とこの変速装置の出力軸から出力される動力の回転方向とを一致させる（同相とする）。この為に、上記特許文献２〜４に記載された構造の場合は、上述の様な遊星歯車式変速機を、上記出力軸の手前に設けている。又、このうちの特許文献２〜３に記載された構造の場合には、この様な遊星歯車式変速機を構成する遊星歯車を、１対の遊星歯車素子から成るダブルピニオン型のものとしている。この為、無段変速装置の構造が大型化、複雑化する可能性があり、好ましくない。

特開２００１−３１７６０１号公報 特開２０００−２２０７１９号公報 特開２００３−３０７２６６号公報 特開２００２−１３９１２４号公報 青山元男著、「別冊ベストカー 赤バッジシリーズ２４５／クルマの最新メカがわかる本」、株式会社三推社／株式会社講談社、平成１３年１２月２０日、ｐ．９２−９３ 田中裕久著、「トロイダルＣＶＴ」、株式会社コロナ社、２０００年７月１３日

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、トロイダル型無段変速機を通過する動力の低減を図れ、しかも、簡素に構成できる構造を実現すべく発明したものである。

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、遊星歯車式変速機構と、出力軸とを、動力（トルク）の伝達方向に関して互いに直列に配置して成る。そして、少なくとも上記入力軸から上記出力軸に伝達する動力よりも上記トロイダル型無段変速機を通過する動力が小さくなる（パワースプリット状態を実現する）運転モードを備える。
このうちのトロイダル型無段変速機は、上記入力軸と共に回転する入力側ディスクと、この入力側ディスクと同心に、且つ、この入力側ディスクに対する相対回転を可能に設けられた出力側ディスクと、これら両ディスクに設けられて互いに対向する、それぞれがトロイド曲面である軸方向側面同士の間に挟持された、複数のパワーローラとを備える。
又、上記遊星歯車式変速機構は、キャリアと、このキャリアに回転自在に支持した複数個の遊星歯車と、これら各遊星歯車と噛合した、太陽歯車とリング歯車とのうちの少なくとも一方の歯車とを備える。そして、これらキャリアと太陽歯車とリング歯車とのうちで、上記入力軸と共に回転する第一の部材と、同じく上記出力側ディスクと共に回転する第二の部材との、回転速度の差に相当する速度の回転力を、同じく上記出力軸と接続する第三の部材に出力する。
そして、上記第二の部材と上記出力側ディスクとを、これら両部材に同心に設けた部材（例えば中空回転軸）を介して回転力を伝達可能に連結する。
更には、上記トロイダル型無段変速機の全変速範囲に亙って、上記入力側ディスクと上記第三の部材との回転方向を同じにすると共に、同じくこの入力側ディスクの回転速度よりも上記第三の部材の回転速度を大きくする。

又、上述の様な請求項１に記載した無段変速装置を実施する為に、好ましくは請求項２に記載した様に、上記遊星歯車式変速機構を、少なくとも２段の遊星歯車式変速機を備えたものとする。このうちのトロイダル型無段変速機の側に配置した前段側各遊星歯車式変速機は、第一の部材である前段側キャリアに回転自在に支持した前段側遊星歯車を、第二の部材である前段側太陽歯車に噛合させたものとする。又、上記トロイダル型無段変速機から離れた側に配置した後段側遊星歯車式変速機は、上記前段側キャリアと共に回転する後段側キャリアに回転自在に支持した後段側各遊星歯車を、第三の部材である後段側太陽歯車に噛合させたものとする。尚、上記後段側キャリアは、上記前段側キャリアとを一体に構成（結合）し、この前段側キャリアに後段側キャリアとしての機能を持たせる事もできる。

又、上記前段側遊星歯車式変速機を構成する前段側遊星歯車を、互いに噛合した１対の遊星歯車素子から成るダブルピニオン型のものとする。そして、これら各遊星歯車素子のうちの（径方向内方に位置する）一方の遊星歯車素子を、上記前段側太陽歯車に噛合させる。又、これと共に、同じく（径方向外方に位置する）他方の遊星歯車素子を、（上記後段側太陽歯車に直接噛合するシングルピニオン型の）上記後段側遊星歯車に、この後段側遊星歯車と共に回転自在に結合する。尚、これら他方の遊星歯車素子と後段側遊星歯車とは、例えば遊星軸を介して互いに結合する事により、ステップピニオンと呼ばれる組み合わせ遊星歯車とする事もできる。

又、上述の様な請求項２に記載した無段変速装置を実施する場合に好ましくは、上記トロイダル型無段変速機をダブルキャビティ型とする。即ち、このトロイダル型無段変速機を、１対の入力側ディスクと、出力側ディスクと、複数個のパワーローラとから構成する。このうちの両入力側ディスクは、軸方向に互いに離隔した位置に互いに同心に、それぞれのトロイド側面を互いに対向させた状態で配置する。又、上記出力側ディスクは、上記両入力側ディスク同士の間に、そのトロイド側面をこれら両入力側ディスクのトロイド側面に対向させた状態で設ける。更に、上記各パワーローラは、これら両入力側ディスクと出力側ディスクとのトロイド側面同士の間に、それぞれ複数個ずつ挟持する。

そして、上記前段側遊星歯車式変速機を構成する前段側キャリアを、入力軸と一方の入力側ディスクとを結合固定する状態で設けて、この入力軸と共に回転自在とする。又、上記前段側キャリアに回転自在に支持した前段側遊星歯車（を構成する上記一方の遊星歯車素子）を、上記出力側ディスクと共に回転する前段側太陽歯車に噛合させる。そして、上記トロイダル型無段変速機の変速度比（変速比）に応じて変化する、上記前段側キャリアの回転速度と上記前段側太陽歯車の回転速度との差に相当する速度の回転力を、上記後段側遊星歯車式変速機を構成する後段側太陽歯車を介して出力軸に出力する。

又、上述の様な無段変速装置を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した様に、後段側遊星歯車式変速機を、後段側各遊星歯車に噛合する後段側リング歯車を備えたものとする。そして、この後段側リング歯車と出力軸との間で回転力の伝達を可能とする事により、入力軸を一方向に回転させたままこの出力軸を停止させるギヤードニュートラル状態を実現できる運転モードを備えたものとする。尚、この場合により好ましくは、請求項４に記載した様に、動力の伝達方向に関し、後段側遊星歯車式変速機と出力軸との間にクラッチ装置を設ける。そして、このクラッチ装置によりこれら後段側遊星歯車式変速機と出力軸との間の動力の伝達状態を切り換える事により、ギヤードニュートラル状態を実現できる運転モードと他の運転モードとの切り換えを可能とする。

上述の様に構成する本発明の無段変速装置によれば、トロイダル型無段変速機を通過するトルク、延ては、このトロイダル型無段変速機を通過する動力（トルク×回転速度）の低減を図れ、しかも、簡素に構成できる。
先ず、上記トロイダル型無段変速機の全変速範囲に亙って、このトロイダル型無段変速機を構成する入力側ディスクの回転速度よりも、遊星歯車式変速機構を構成する第三の部材の回転速度を大きくする。この為には、上記入力側ディスクと共に回転する入力軸と上記第三の部材との間の速度比を１よりも大きくする（増速状態で運転する）必要があり、この様に速度比を大きくする分、上記トロイダル型無段変速機を通過する動力の低減を図れる。即ち、上記入力軸に入力される動力（トルク×回転速度）と上記出力軸から出力される動力（トルク×回転速度）とは、伝達効率を無視して考えれば同じになる。そして、このうちの出力軸に接続される上記第三の部材の回転速度を大きくすれば、この第三の部材から出力されるトルクは小さくなる。

特に、上記入力軸と上記第三の部材との間の速度比（＝第三の部材の回転速度／入力軸の回転速度）を１よりも大きくすれば、この第三の部材から出力されるトルクは、上記入力軸に入力されるトルクよりも小さくなる。一方、上記遊星歯車式変速機を構成する各部材（構成部材）のトルク比は常に一定となる為、この遊星歯車式変速機を構成する上記第三の部材から出力されるトルクを小さくできれば、同じく他の構成部材（例えば太陽歯車等）が伝達するトルク（伝達トルク）も小さくできる。そして、これに伴って、上記他の構成部材に接続する、上記トロイダル型無段変速機を通過するトルク（通過トルク）も小さくできる。この様にトロイダル型無段変速機の通過トルクを小さくできれば、その分、このトロイダル型無段変速機を通過する動力（通過トルク×入力軸と共に回転する入力側ディスクの回転速度）も小さくできる。この結果、このトロイダル型無段変速機の小型・軽量化、伝達効率の向上、耐久性の確保を図れると共に、無段変速装置全体で伝達できる動力の高容量化（許容伝達動力の増大）を図れる。

又、上記トロイダル型無段変速機の全変速範囲に亙って、上記入力側ディスクの回転方向と上記第三の部材の回転方向とを一致させる。従って、この回転方向を規制する（反転させる）為に、例えば上記第三の部材と出力軸との間に別途遊星歯車式変速機を設ける必要がなくなり、この面からも、小型・軽量、且つ、簡素に構成できる。又、上記第三の部材を直接出力軸に接続する場合には、上述の様な別途設けた遊星歯車式変速機を介する事なく動力を取り出せる為、伝達効率のより一層の向上も図れる。

更に、上記遊星歯車式変速機構を構成する第二の部材と、上記トロイダル型無段変速機を構成する出力側ディスクとを、これら両部材に同心に設けた部材（例えば中空回転軸）を介して回転力を伝達可能に連結する。この為、無段変速装置の径方向寸法の低減を図れ、例えばＦＲ車（前置エンジン後輪駆動車）の床下（フロアトンネル）、ＦＦ車（前置エンジン前輪駆動車）のエンジンルーム等の限られた空間内に、無段変速装置を組み込み易くできる。

又、請求項２に記載した構成を採用した場合には、上述の様な優れた効果を得られる無段変速装置を、簡素、且つ、小型・軽量に構成できる。この場合に、トロイダル型無段変速機としてダブルキャビティ型の構造を採用した場合には、大きな動力を伝達可能な無段変速装置で、全体の構造をコンパクトにまとめ、より一層の小型・軽量化を図れる。
又、請求項３〜４に記載した構成を採用した場合には、トルクコンバータ、発進クラッチ等の発進装置を省略でき、この面から小型・軽量化を図れると共に、変速度比の変動幅を大きくできる。

［実施の形態の第１例］
図１は、請求項１〜２に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本実施例の無段変速装置は、入力軸１と、トロイダル型無段変速機２と、請求項１に記載した遊星歯車式変速機構を構成する前段側、後段側両遊星歯車式変速機３、４と、出力軸５とを、動力の伝達方向に関して互いに直列に配置して成る。そして、運転時には、上記入力軸１から上記出力軸５に伝達する動力（トルク）よりも上記トロイダル型無段変速機２を通過する動力が小さくなる、所謂パワースプリット状態で運転される。このうちの入力軸１は、運転時に、図示しないエンジンのクランクシャフト等の駆動軸により、やはり図示しない、トルクコンバータ、発進クラッチ等の発進装置を介して、回転駆動される。

上記トロイダル型無段変速機２は、動力の伝達を、互いに並列な２系統で行なう、所謂ダブルキャビティ型で、１対の入力側ディスク６ａ、６ｂと、一体型の出力側ディスク７と、複数個のパワーローラ８、８とから成る。このうちの両入力側ディスク６ａ、６ｂは、軸方向に互いに離隔した位置に互いに同心に、それぞれがトロイド曲面である軸方向片側面を互いに対向させた状態で配置している。即ち、上記両入力側ディスク６ａ、６ｂのうち、上記駆動軸側（図１の左側）に位置する一方の入力側ディスク６ａは、上記入力軸１の前端部（この駆動軸側で、図１の左端部）外周面に、この入力軸１と同期した回転を自在に支持している。これに対して他方の入力側ディスク６ｂは、この入力軸１の後端寄り部分（図１の右端寄り部分）に、上記前段側遊星歯車式変速機３を構成する前段側キャリア９を介して結合固定し、やはり、上記入力軸１と同期した回転を自在としている。

又、上記出力側ディスク７は、１対の出力側ディスクの背面同士を突き合わせた状態で一体とした如き形状で、軸方向両側面を、それぞれトロイド曲面としている。この様な出力側ディスク７は、上記両入力側ディスク６ａ、６ｂ同士の間で上記入力軸１の周囲に、そのトロイド側面をこれら両入力側ディスク６ａ、６ｂのトロイド側面に対向させた状態で、上記入力軸１に対する相対回転を自在に設けている。更に、上記各パワーローラ８、８は、上記両入力側ディスク６ａ、６ｂと上記出力側ディスク７との、それぞれがトロイド曲面である軸方向側面同士の間に、それぞれ複数個ずつ挟持している。そして、上記各パワーローラ８、８を同期して揺動変位させる事により、上記両入力側ディスク６ａ、６ｂと上記出力側ディスク７との間の変速度比（変速比）を調節自在としている。この様なトロイダル型無段変速機２の構造及び作用は、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為、詳しい説明は省略する。

又、前記前段側、後段側両遊星歯車式変速機３、４のうち、上記トロイダル型無段変速機２の側に配置した前段側遊星歯車式変速機３は、上記前段側キャリア９を有する。そして、請求項１に記載した第一の部材であるこの前段側キャリア９に回転自在に支持した前段側遊星歯車１０を、同じく請求項１に記載した第二の部材である前段側太陽歯車１１に噛合させている。この前段側太陽歯車１１は、上記出力側ディスク７と共に回転するものである。この為に、中空回転軸１２の基端部を上記出力側ディスク７の内径部に結合固定すると共に、この中空回転軸１２の先端部に、上記前段側太陽歯車１１を固設している。

一方、上記前段側遊星歯車式変速機３の隣で、上記トロイダル型無段変速機２から離れた側に配置した上記後段側遊星歯車式変速機４は、上記前段側キャリア９と共に回転する後段側キャリア１３を有する。本例の場合には、これら後段側キャリア１３と前段側キャリア９とを一体に構成し、この前側側キャリア９に後段側キャリア１３としての機能も持たせている。そして、この後段側キャリア１３に回転自在に支持した後段側遊星歯車１４を、請求項１に記載した第三の部材である後段側太陽歯車１５に噛合させている。この後段側太陽歯車１５は、前記出力軸５と共に回転するもので、この出力軸５の基端部にこの後段側太陽歯車１５を固設している。

更に、本例の場合は、上記前段側遊星歯車式変速機３を構成する上記前段側遊星歯車１０を、互いに噛合した１対の遊星歯車素子１６ａ、１６ｂから成る、ダブルピニオン型のものとしている。そして、これら各遊星歯車素子１６ａ、１６ｂのうちの径方向内方に位置する一方の遊星歯車素子１６ａを、上記前段側太陽歯車１１に噛合させている。又、同じく径方向外方に位置する他方の遊星歯車素子１６ｂと、上記後段側遊星歯車式変速機４を構成する（シングルピニオン型の）上記後段側遊星歯車１４とを、互いに同期した回転を自在に結合した、所謂ステップピニオンと呼ばれる組み合わせ遊星歯車としている。この為に、本例の場合は、上記他方の遊星歯車素子１６ｂと後段側遊星歯車１４とを、遊星軸１７を介して互いに結合している。尚、上記前段側、後段側両遊星歯車１０、１４の周囲にはリング歯車を設けず、これら前段側、後段側各遊星歯車１０、１４はそれぞれ、前段側、後段側各太陽歯車１１、１５とだけ噛合させている。

上述の様に構成する本例の無段変速装置の運転時には、図示しない発進クラッチを接続した状態で上記入力軸１を、Ｎ_INなる回転速度で回転駆動する。この結果、この入力軸１と共に前記前段側キャリア９が回転すると同時に、前記前段側太陽歯車１１が、この前段側キャリア９と逆方向に回転する。そして、前記各前段側遊星歯車１０が、これら前段側太陽歯車１１と前段側キャリア９との回転速度に応じた速度で回転し、この前段側遊星歯車１０を構成する他方の遊星歯車素子１６ｂと共に回転する上記後段側遊星歯車１４の回転が、前記後段側太陽歯車１５を介して前記出力軸５に取り出され、この出力軸５が、Ｎ_OUT なる回転速度で回転する。例えば、上記入力軸１の回転速度が一定であっても、上記前段側太陽歯車１１の回転速度は、前記トロイダル型無段変速機２の変速度比を変える事により変化する。そして、この前段側太陽歯車１１の回転速度の変化に応じて、上記後段側太陽歯車１５の回転速度が変化する。従って、上記トロイダル型無段変速機２の変速度比を変える事により、無段変速装置全体としての変速度比も変化する。

図１に示した構造の場合、前段側太陽歯車１１の歯数をＺ₁₁とし、前段側遊星歯車１０を構成する他方の遊星歯車素子１６ｂの歯数をＺ₁₆とし、後段側太陽歯車１５の歯数をＺ₁₅とし、後段側遊星歯車１４の歯数をＺ₁₄とした場合に、上記前段側太陽歯車１１と上記後段側太陽歯車１５との間の変速比ｉは、次の（１）式で表せる。
ｉ＝（Ｚ₁₅／Ｚ₁₄）・（Ｚ₁₆／Ｚ₁₁） −−− （１）
そして、上記入力軸１の回転速度Ｎ_INと出力軸５の回転速度Ｎ_OUT との関係は、トロイダル型無段変速機の速度比をｅ_v とすると、次の（２）式で表せる。
Ｎ_OUT ＝｛（ｅ_v ＋ｉ＋１）／ｉ｝・Ｎ_IN −−− （２）
又、駆動源（エンジン）から上記入力軸１に入力されるトルク（エンジントルク）Ｔ_e と上記トロイダル型無段変速機２を通過するトルクＴ_V との関係は、次の（３）式で表せる。
Ｔ_V ＝｛ｅ_v ／（ｅ_v ＋ｉ＋１）｝・Ｔ_e −−− （３）

例えば、ｉ＝１．２とした場合は、上記通過トルクＴ_V は次の（４）式で表せる。
Ｔ_V ＝｛ｅ_v ／（ｅ_v ＋２．２）｝・Ｔ_e −−− （４）
この場合に於ける、上記通過トルクＴ_V と上記駆動源から上記入力軸１に入力されるトルクＴ_e との関係を、図２に示す。この様な図２から明らかな様に、本例の場合は、実現可能な変速度比の全領域に亙り、上記駆動源から上記入力軸１に入力されるトルクＴ_e に比べて、上記トロイダル型無段変速機２を通過するトルクＴ_V を低く｛半分（５０％）以下に｝抑えられる。

上述の様に本例の無段変速装置によれば、トロイダル型無段変速機２を通過する動力の低減を図れる。
即ち、本例の場合は、上記（２）式から明らかな様に、上記トロイダル型無段変速機２の全変速範囲に亙って、前記後段側太陽歯車１５と共に回転する上記出力軸５と上記各入力側ディスク６ａ、６ｂと共に回転する上記入力軸１との回転方向が同じになる。又、同じく全変速範囲に亙って、上記入力軸１の回転速度よりも上記出力軸５の回転速度が大きくなる。言い換えれば、本例の場合は、上記入力軸１と出力軸５との間の速度比が１よりも大きくなる（常に増速状態で運転される）。そして、この様に速度比が大きくなる分、上記トロイダル型無段変速機２を通過するトルクＴ_V を、例えば上記図２に示す様に低減できる。そして、この様にトロイダル型無段変速機２の通過トルクを低減できる分、このトロイダル型無段変速機２を通過する動力（通過トルクＴ_V ×入力軸１と共に回転する入力側ディスク６ａ、６ｂの回転速度Ｎ_IN）も小さくできる。この結果、このトロイダル型無段変速機２の小型・軽量化、伝達効率の向上、耐久性の確保を図れると共に、無段変速装置全体で伝達できる動力の高容量化（許容伝達動力の増大）を図れる。

又、上述の様に入力側ディスク６ａ、６ｂ（入力軸１）の回転方向と上記後段側太陽歯車１５（出力軸５）の回転方向とが一致している為、例えばこの出力軸５と上記後段側太陽歯車１５との間に、入力軸と出力軸との回転方向を規制（反転）する為の遊星歯車式変速機を別途設ける必要がない。この為、この面からも、小型・軽量、且つ、簡素に構成できる。又、上記出力軸５と後段側太陽歯車１５との間に、上述の様な回転方向を規制する遊星歯車式変速機を別途設ける必要がない為、上記出力軸５と後段側太陽歯車１５とを直接接続（直結）でき、伝達効率のより一層の向上も図れる。更に、上記トロイダル型無段変速機の出力側ディスクから出力される動力を、この出力側ディスクと同心に設けた中空回転軸１２を通じて取り出す為、無段変速装置の径方向寸法の低減を図れ、例えばＦＲ車（前置エンジン後輪駆動車）の床下（フロアトンネル）、ＦＦ車（前置エンジン前輪駆動車）のエンジンルーム等の限られた空間内に無段変速装置を組み込み易くできる。

尚、以下に、入力軸１と出力軸５（と共に回転する後段側太陽歯車１５）との間の速度比を１よりも大きくする事により、トロイダル型無段変速機２を通過するトルク、延いては、このトロイダル型無段変速機２を通過する動力（トルク×回転速度）を低減できる点に就いて詳述する。先ず、遊星歯車式変速機４を構成する各部材のトルク比は常に一定であり、この遊星歯車式変速機４の出力部材である後段側太陽歯車１５の出力トルクが決まれば、その他の構成部材である前段側キャリア９、前段側太陽歯車１１の伝達トルクも決まる。又、上記遊星歯車式変速機４を構成する各歯車等の動力伝達効率を無視すれば、上記入力軸１と上記出力部材（後段側太陽歯車１５）との動力（トルク×回転速度）は互いに等しくなる。例えば、入力軸１の回転速度（＝入力側ディスク６ａ、６ｂの回転速度）をＮ_INとし、この入力軸１に入力されるトルク（入力トルク）をＴ_IN（＝前述したエンジンから入力されるトルクＴ_e ）とし、出力部材（後段側太陽歯車１５＝出力軸５）の回転速度をＮ_OUT とし、この出力部材から出力されるトルク（出力トルク）をＴ_OUT とすれば、次の（５）式で表せる。
Ｎ_IN・Ｔ_IN＝Ｎ_OUT ・Ｔ_OUT −−−（５）

この様な（５）式から、上記出力部材の回転速度が大きくなる程、この出力部材の出力トルクは小さくなる事が分かる。特に、上記入力軸１と上記出力部材と速度比（Ｎ_OUT ／Ｎ_IN）が１よりも大きくなれば、この出力部材から出力されるトルクＴ_OUT が、上記入力軸１に入力されるトルクＴ_INよりも小さくなる。そして、この様に出力部材のトルクＴ_OUT を小さくできれば、上記遊星歯車式変速機４を構成する他の部材（前段側キャリア９、前段側太陽歯車１１）の伝達トルクも小さくできる。そして、この様に他の部材の伝達トルクを小さくできる事に伴って、この他の部材（前段側太陽歯車１１）に出力側ディスク７を接続した、上記トロイダル型無段変速機２の通過トルクも小さくできる。又、このトロイダル型無段変速機２を通過する動力は、このトロイダル型無段変速機２の入力回転速度、即ち、このトロイダル型無段変速機２を構成する入力側ディスク６ａ、６ｂの回転速度と、上記通過トルクとの積（通過トルク×回転速度）で表される。ここで、上記入力側ディスク６ａ、６ｂの回転速度は、上記入力軸１の回転速度Ｎ_INと同じになる。従って、上記トロイダル型無段変速機２を通過する動力は、上記入力回転速度に関しては上記入力軸１の回転速度Ｎ_INと同じになるが、上述の様に通過トルクを小さくできる為、その分、小さくする事ができる。

例えば、前述の図１にした構造であれば、入力軸１の回転速度Ｎ_INと出力軸５（＝後段側太陽歯車１５）の回転速度Ｎ_OUT との関係は、前述の（２）式で表せる。そして、この（２）式と、上記（５）式とから、次の（６）式が導き出せる。
Ｔ_OUT ＝｛ｉ／（ｅ_v ＋ｉ＋１）｝・Ｔ_IN −−−（６）
尚、この（６）式中ｉは、前述した様に、前段側太陽歯車１１と後段側太陽歯車１５との間の変速比であり、同じくｅ_v は、トロイダル型無段変速機２の変速比である。
一方、前段側太陽歯車１１のトルクをＴ_S1とし、出力部材である後段側太陽歯車１５のトルクをＴ_S2とすると、上記出力軸５の出力トルクＴ_OUT は、次の（７）式で表せる。
Ｔ_OUT ＝Ｔ_S2＝ｉ・Ｔ_S1 −−−（７）
又、上記前段側太陽歯車１１は、上述の様にトロイダル型無段変速機２の出力側ディスク７と接続されている為、このトロイダル型無段変速機２の出力トルクをＴ_VOUTとすると、この出力トルクＴ_VOUTと上記前段側太陽歯車１１のトルクＴ_S1と等しくなる。この関係と、上記（７）式とから、次の（８）式が導き出される。
Ｔ_VOUT＝Ｔ_S1＝（１／ｉ）・Ｔ_OUT −−−（８）

又、上記トロイダル型無段変速機２を通過するトルク（通過トルク）Ｔ_V と、このトロイダル型無段変速機２（の出力側ディスク７）から出力されるトルク（出力トルク）Ｔ_VOUTとの関係は、次の（９）式で表せる。
Ｔ_VOUT＝（１／ｅ_v ）・Ｔ_V −−−（９）
そして、この（９）式と上記（８）式とから、次の（１０）式が導ける。
Ｔ_V ＝ｅ_v ・Ｔ_VOUT＝（ｅ_v ／ｉ）・Ｔ_OUT −−−（１０）
この（１０）式から明らかな様に、上記トロイダル型無段変速機２の通過トルクＴ_V は、上記出力トルクＴ_OUT に比例する事が分かる。又、この様な（１０）式と前記（６）式とから、次の（１１）式が導き出せる。
Ｔ_V ＝｛ｅ_v ／（ｅ_v ＋ｉ＋１）｝・Ｔ_IN −−−（１１）
この（１１）式中のＴ_INは、前述のエンジンから入力されるトルクＴ_e と同じである為、この（１１）式は前述の（３）式と同じになる。この様な式（１１）、即ち、前述の（３）式から、前述した様に、上記トロイダル型無段変速機２を通過するトルクＴ_V を小さくできる事が分かる。そして、この様に通過トルクＴ_V を小さくできる分、上記トロイダル型無段変速機２を通過する動力を小さくできる。

［実施の形態の第２例］
図３は、請求項１〜４に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合は、後段側遊星歯車式変速機４を構成する後段側遊星歯車１４の周囲に、後段側リング歯車１８を設け、これら後段側遊星歯車１４と後段側リング歯車１８とを噛合させている。本例の場合は、この後段側リング歯車１８と出力軸５との間で回転力（動力）の伝達を可能に接続すると共に、トロイダル型無段変速機２の変速比を所定値に調節した状態で、入力軸１を一方向に回転させたまま上記出力軸５を停止させるギヤードニュートラル状態を実現できる様にしている。この様な本例の場合は、動力の伝達方向に関し、上記後段側遊星歯車式変速機４（を構成する後段側リング歯車１８並びに後段側太陽歯車１５）と上記出力軸５との間に、必要な変速や回転方向の反転を行なう為の遊星歯車式変速機等の歯車機構１９を設けている。又、これと共に、上記後段側遊星歯車式変速機４と上記出力軸５との間に、上述の様なギヤードニュートラル状態を実現できる運転モードと、その他の運転モードとの切り換えを行なう為のクラッチ装置２０を設ける。

より具体的には、例えば、上記後段側リング歯車１８と上記出力軸５との間に低速用クラッチを設けると共に、後段側太陽歯車１５と上記出力軸５との間に高速用クラッチを設ける。そして、このうちの低速用クラッチを繋いで高速用クラッチの接続を断った低速モード時に、上記ギヤードニュートラル状態を挟んで、前進、後退の切り換えを可能とする。又、上記低速用クラッチの接続を断って上記高速用クラッチを接続した高速モード時に、上記トロイダル型無段変速機２を通過する動力を低減できる、パワースプリット状態を実現可能とする。尚、この様な運転モードを実現する為の、上記後段側遊星歯車式変速機４と上記出力軸５との間の構造（図３のα部分の構造）に就いては、上述した様な構成に限らず、従来から知られている歯車機構やクラッチ装置等から成る各種構造を採用できる。何れにしても、上述の様な本例の場合は、トルクコンバータ、発進クラッチ等の発進装置を省略して、無段変速装置全体としての小型・軽量化を図れると共に、変速度比の変動幅を大きくできる。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例と同様である。

本発明は、図示の様なハーフトロイダル型のトロイダル型無段変速機を利用して実施できる事は勿論、フルトロイダル型のトロイダル型無段変速機を利用して実施する事もできる。

本発明の実施の形態の第１例を示す、半部略断面図。 トロイダル型無段変速機の変速比とエンジントルクに対する通過トルクの大きさとの関係を示す線図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、半部略断面図。

符号の説明

１ 入力軸
２ トロイダル型無段変速機
３ 前段側遊星歯車式変速機
４ 後段側遊星歯車式変速機
５ 出力軸
６ａ、６ｂ 入力側ディスク
７ 出力側ディスク
８ パワーローラ
９ 前段側キャリア
１０ 前段側遊星歯車
１１ 前段側太陽歯車
１２ 中空回転軸
１３ 後段側キャリア
１４ 後段側遊星歯車
１５ 後段側太陽歯車
１６ａ、１６ｂ 遊星歯車素子
１７ 遊星軸
１８ 後段側リング歯車
１９ 歯車機構
２０ クラッチ装置

Claims (4)

1. 入力軸と、トロイダル型無段変速機と、遊星歯車式変速機構と、出力軸とを、動力の伝達方向に関して互いに直列に配置して成り、少なくとも上記入力軸からこの出力軸に伝達する動力よりも上記トロイダル型無段変速機を通過する動力が小さくなる運転モードを備えた無段変速装置であって、
   上記トロイダル型無段変速機は、上記入力軸と共に回転する入力側ディスクと、この入力側ディスクと同心に、且つ、この入力側ディスクに対する相対回転を可能に設けられた出力側ディスクと、これら両ディスクに設けられて互いに対向する、それぞれがトロイド曲面である軸方向側面同士の間に挟持された複数のパワーローラとを備えたものであり、 上記遊星歯車式変速機構は、キャリアと、このキャリアに回転自在に支持した複数個の遊星歯車と、これら各遊星歯車と噛合した、太陽歯車とリング歯車とのうちの少なくとも一方の歯車とを備え、これらキャリアと太陽歯車とリング歯車とのうちで、上記入力軸と共に回転する第一の部材と、同じく上記出力側ディスクと共に回転する第二の部材との、回転速度の差に相当する速度の回転力を、同じく上記出力軸と接続する第三の部材に出力するものであり、
   上記第二の部材と上記出力側ディスクとを、これら両部材と同心に設けた部材を介して回転力を伝達可能に連結しており、
   上記トロイダル型無段変速機の全変速範囲に亙って、上記入力側ディスクと上記第三の部材との回転方向を同じにすると共に、同じくこの入力側ディスクの回転速度よりも上記第三の部材の回転速度を大きくした、
   無段変速装置。
2. 遊星歯車式変速機構は、少なくとも２段の遊星歯車式変速機を備えたものであり、このうちのトロイダル型無段変速機の側に配置した前段側遊星歯車式変速機は、第一の部材である前段側キャリアに回転自在に支持した前段側各遊星歯車を、第二の部材である前段側太陽歯車に噛合させたものであり、上記トロイダル型無段変速機から離れた側に配置した後段側遊星歯車式変速機は、上記前段側キャリアと共に回転する後段側キャリアに回転自在に支持した後段側各遊星歯車を、第三の部材である後段側太陽歯車に噛合させたものであり、上記前段側各遊星歯車はそれぞれ、互いに噛合した１対の遊星歯車素子から成り、これら各遊星歯車素子のうちの一方の遊星歯車素子を上記前段側太陽歯車に噛合させると共に、同じく他方の遊星歯車素子を上記後段側遊星歯車に、この後段側遊星歯車と共に回転自在に結合した、請求項１に記載した無段変速装置。
3. 後段側遊星歯車式変速機は、後段側各遊星歯車に噛合する後段側リング歯車を備えており、この後段側リング歯車と出力軸との間で回転力の伝達を可能とする事により、入力軸を一方向に回転させたままこの出力軸を停止させるギヤードニュートラル状態を実現できる運転モードを備えた、請求項２に記載した無段変速装置。
4. 動力の伝達方向に関し、後段側遊星歯車式変速機と出力軸との間にクラッチ装置を設け、このクラッチ装置によりこれら後段側遊星歯車式変速機と出力軸との間の動力の伝達状態を切り換える事により、ギヤードニュートラル状態を実現できる運転モードと他の運転モードとの切り換えを可能とした、請求項３に記載した無段変速装置。
   

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