JP2009085285A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】トロイダル部を小型化することができ、トロイダル部の耐久性を高くすることができるようにする。
【解決手段】駆動源から伝達された回転を受けて増速させ、増速した回転を出力する増速装置１４と、入力ディスク２３、出力ディスク２４、及び入力ディスク２３と出力ディスク２４との間に配設されたパワーローラ２５を備え、増速装置１４から伝達された回転を受けて、無段に変速して出力軸に出力するトロイダル部１５とを有する。トロイダル部１５は、増速装置１４から伝達された回転を受けて、無段に変速して出力するので、トロイダル部１５に入力されるトルクを小さくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、無段変速機に関するものである。

従来、トロイダル式の無段変速機においては、トロイダル部と前後進切換装置とを組み合わせることによって形成され、前後進切換装置から出力された回転が、トロイダル部によって変速されて出力軸に伝達されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、前記トロイダル部において変速を行う場合、伝達ロスが大きい。そこで、トロイダル部より出力軸側に増速装置を配設し、トロイダル部を介さない伝達経路を形成するようにした無段変速機が提供されている。この場合、例えば、高速道路等における変速を必要としない定常走行時においては、トロイダル部を介さない伝達経路によって回転が伝達されることによってエンジンからのトルクの損失が小さくされ、それに伴って、燃費が向上させられる（例えば、特許文献２参照。）。
特開平５−３９８３３号公報 特開２００３−４１１７号公報

しかしながら、前記従来の無段変速機においては、発生させられるトルクが大きいエンジンにトロイダル部を連結すると、エンジンによって発生させられた大きいトルクがトロイダル部に伝達されることになるので、トロイダル部に加わる負荷が大きくなり、トロイダル部においてパワーローラの挟持圧を高くする必要が生じる。そして、パワーローラの狭持圧を高くするための油圧が必要となる。したがって、トロイダル部が大型化するだけでなく、トロイダル部の耐久性が低くなり、また、高い油圧を発生させることによって、燃費が悪くなってしまう。

そして、前記従来の無段変速機においては、増速装置がトロイダル部へのトルクの伝達方向における上流側に配設されていたとしても、増速装置は、トロイダル部の配設位置より変速機の出力軸側である後段に配設されているので、中心中間シャフトを別途配設する必要があるので、無段変速機の構造が複雑になるだけでなく、中心中間シャフトの剛性、及び無段変速機全体の剛性を高くする必要が生じる。そのために、例えば、中心中間シャフトの径を大きくしたり、中心中間シャフトを多くの支持部材によって支持する必要が生じるので、無段変速機の寸法が径方向だけでなく軸方向にも大きくなってしまう。

さらに、発進装置としてトルクコンバータを使用した場合、トルクコンバータによって増幅されたトルクがトロイダル部に入力されるので、トロイダル部が一層大型化するとともに、トロイダル部の耐久性が一層低くなってしまう。

本発明は、前記従来の無段変速機の問題点を解決して、トロイダル部を小型化することができ、トロイダル部の耐久性を高くすることができる無段変速機を提供することを目的とする。

そのために、本発明の無段変速機においては、駆動源から伝達された回転を受けて増速させ、増速した回転を出力する増速装置と、入力ディスク、出力ディスク、及び前記入力ディスクと出力ディスクとの間に配設されたパワーローラを備え、前記増速装置から伝達された回転を受けて、無段に変速して出力軸に出力するトロイダル部とを有する。

本発明によれば、無段変速機においては、駆動源から伝達された回転を受けて増速させ、増速した回転を出力する増速装置と、入力ディスク、出力ディスク、及び前記入力ディスクと出力ディスクとの間に配設されたパワーローラを備え、前記増速装置から伝達された回転を受けて、無段に変速して出力軸に出力するトロイダル部とを有する。

この場合、トロイダル部は、増速装置から伝達された回転を受けて、無段に変速して出力軸に出力するので、トロイダル部に入力されるトルクを小さくすることができる。したがって、トロイダル部に加わる負荷を小さくすることができるので、パワーローラの挟持圧を高くする必要がなくなる。

その結果、トロイダル部を小型化することができるだけでなく、トロイダル部の耐久性を高くすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における無段変速機の概念図である。

図において、１１はトロイダル式の無段変速機（ＣＶＴ）であり、該無段変速機１１は、トルクコンバータ等の発進装置（Ｔ／Ｃ）１３、増速装置１４、トロイダル部（バリエータ）１５、前後進切換装置１６、モード切換装置１７等を備える。なお、前記トロイダル部１５には、ハーフトロイダル式及びフルトロイダル式があり、本実施の形態においては、フルトロイダル式のトロイダル部１５について説明する。また、増速装置１４、トロイダル部１５、前後進切換装置１６及びモード切換装置１７によって変速機構が構成される。

前記発進装置１３は、駆動源としての図示されないエンジンとトロイダル部１５との間に連結され、エンジンからの回転を受けてトルクを増幅し、増速装置１４に伝達する。そのために、発進装置１３は、ポンプインペラ、タービンランナ、ステータ等を備え、エンジンから伝達された回転はポンプインペラに伝達される。そして、該ポンプインペラが回転すると、発進装置１３内の油は、遠心力によってポンプインペラ、タービンランナ及びステータ間を循環し、タービンランナを回転させる。また、該タービンランナには入力軸２１が連結されていて、発進装置１３から伝達された回転が入力軸２１を介して増速装置１４に入力される。そして、前記ステータは、ポンプインペラとタービンランナとの間に配設され、車両の発進時において、両者の回転速度の差が大きいときは、油の流れをポンプインペラの回転を助ける方向に変換し、発進装置１３によって伝達されるトルクを大きくする。なお、前記駆動源としてモータ等の電動装置を使用することができる。

また、車速が高くなるのに伴って前記回転速度の差が小さくなると、発進装置１３は、流体継手として作用し、トルクを増幅することができなくなり、単に回転を伝達するだけになるので、油の攪拌（かくはん）等による損失の分だけ伝達されるトルクが小さくなる。

そこで、発進装置１３に図示されないロックアップ装置が配設され、車速が設定値に達すると、前記ロックアップ装置が係合させられ、エンジンから伝達された回転が直接タービンランナに伝達され、入力軸２１に伝達される。

また、前記増速装置１４は、増速用の差動装置としてのプラネタリギヤユニット５１、ブレーキＢ０及びクラッチＣ０を備え、発進装置１３から伝達された回転を受けて増速し、増速された回転を第１の伝動軸２２に出力する。前記ブレーキＢ０及びクラッチＣ０によって増速用の係合要素（摩擦係合要素）が構成され、クラッチＣ０によって増速装置１４とトロイダル部１５とを直接連結する直接連結用の係合要素（摩擦係合要素）が構成され、これらの係合要素を介して、入力軸２１とトロイダル部１５とが係脱自在に連結される。特に、エンジンを始動する際には、これらの係合要素が解放状態となっているので、エンジンによって発生させられたトルクがトロイダル部１５に伝達されることがない。

したがって、仮に、これらの係合要素がない場合、エンジンを始動する際に、該エンジンによって発生させられたトルクがトロイダル部１５に伝達されたときに、入力ディスク２３と出力ディスク２４との間で滑りが発生するのを防止するために、油圧を発生させたり、スプリング等によって入力ディスク２３と出力ディスク２４とを狭持したりする必要が生じる。これに対して、本実施の形態においては、トロイダル部１５にエンジンによって発生させられたトルクが伝達されることがないので、トロイダル部１５の構造を簡素化することができる。しかも、前記スプリングが配設されていると、トロイダル部１５に伝達されるトルクが小さい場合、すなわち、トロイダル部１５への負荷が小さい場合にもスプリングによる荷重の分だけ入力ディスク２３と出力ディスク２４とを狭持する力、すなわち、狭持力が大きくなり、過剰になるので、無段変速機１１の効率が低下することになるが、本実施の形態においては、前記スプリングを配設する必要がないので、無段変速機１１の効率が低下するのを防止することができる。

なお、本実施の形態において、前記クラッチＣ０は、入力側の回転部材と出力側の回転部材を一体的に回転させ、入力側の回転部材から入力された回転速度を変化させることなく出力側の回転部材に伝達するので、直接連結用の係合要素として機能する。後述されるクラッチＣ３は、前記クラッチＣ０によって構成される直接連結用の係合要素とは異なり、直結用の係合要素を構成する。

また、前記ブレーキＢ０は、入力側の回転部材から入力された回転速度を、所定の回転速度だけ増速させて出力側の回転部材に伝達するので、前述されたように、増速用の係合要素として機能する。

前記プラネタリギヤユニット５１は、シングルプラネタリギヤ（シンプルプラネタリギヤ）から成り、第１のサンギヤＳ１、該第１のサンギヤＳ１と対向させて配設された第１のリングギヤＲ１、前記第１のサンギヤＳ１及び第１のリングギヤＲ１と噛（し）合する第１のピニオンＰ１、及び該第１のピニオンＰ１を回転自在に支持する第１のキャリヤＣＲ１の各要素を備える。なお、前記第１のサンギヤＳ１によって第１の回転要素が、第１のリングギヤＲ１によって第２の回転要素が、第１のキャリヤＣＲ１によって第３の回転要素が構成される。

そして、第１のサンギヤＳ１がブレーキＢ０を介して無段変速機１１のケース１０に連結され、第１のリングギヤＲ１が第１の伝動軸２２に連結され、第１のキャリヤＣＲ１が入力軸２１に連結される。

前記増速装置１４において、ブレーキＢ０を係合させ、クラッチＣ０を解放すると、第１のサンギヤＳ１が固定された状態で第１のキャリヤＣＲ１に回転が入力され、第１のリングギヤＲ１から増速された回転が出力される。

このとき、第１のキャリヤＣＲ１に入力される回転の回転速度をＮＩとし、第１のリングギヤＲ１から第１の伝動軸２２に出力され、トロイダル部１５に送られる回転の回転速度を入力速度ｎｉとし、第１のサンギヤＳ１の歯数をｚｓ１とし、第１のリングギヤＲ１の歯数をｚｒ１とすると、入力速度ｎｉは、
ｎｉ＝（（ｚｓ１＋ｚｒ１）／ｚｒ１）ＮＩ
になる。

また、ブレーキＢ０を解放し、クラッチＣ０を係合させると、プラネタリギヤユニット５１が一体的に回転させられ、第１のキャリヤＣＲ１に入力された回転がそのまま第１のリングギヤＲ１から出力される。

前記トロイダル部１５は、回転自在に、かつ、互いに対向させて配設されるとともに、第１の伝動軸２２と連結され、前方（図において左方）及び後方（図において右方）に配設された第１のディスクとしての二つの入力ディスク２３、該各入力ディスク２３間において、各入力ディスク２３と対向させて回転自在に配設され、第２の伝動軸３２と連結された第２のディスクとしての出力ディスク２４、並びに前記各入力ディスク２３及び出力ディスク２４によって挟持された中間転動体としての２列のパワーローラ２５を備える。

そして、前記第１の伝動軸２２は、前記増速装置１４と連結され、増速装置１４から伝達された回転を受け、入力ディスク２３に送る。

該各入力ディスク２３及び出力ディスク２４は、それぞれ対向する円の一部を構成する円弧状の凹溝ａ、ｂを備え、前記各パワーローラ２５を挟むことによって、二つのキャビティを備えたダブルキャビティを形成する。したがって、入力ディスク２３同士のスラスト力を打ち消すことができる。なお、本実施の形態においては、フルトロイダル式の無段変速装置１１が使用されるので、各パワーローラ２５の傾転中心が各キャビティの中心に置かれる。

前記パワーローラ２５は、トロイダル部１５の中心軸に対して直角の方向にシフトさせることによって傾斜させられ、パワーローラ２５と入力ディスク２３及び出力ディスク２４との各接触半径を変更する。これにより、トロイダル部１５は、第１の伝動軸２２を介して入力ディスク２３に入力された回転を、無段に連続して変速し、出力ディスク２４から第２の伝動軸３２に出力する。本実施の形態においては、第１の伝動軸２２の回転速度を入力速度ｎｉとし、第２の伝動軸３２の回転速度を出力速度ｎｏとしたとき、入力速度ｎｉに対する出力速度ｎｏの比は変速比γとされる。なお、入力ディスク２３に正方向の回転が入力されると、出力ディスク２４が反転させられ、出力ディスク２４から逆方向の回転が出力されるので、前記変速比γは負の値を採る。

前記前後進切換装置１６は、車両を前進させたり、後進させたりするために、互いに逆方向の回転を出力する。そのために、前後進切換装置１６は、前後進切換え用の差動装置としてのプラネタリギヤユニット５２及びクラッチＣ１、Ｃ２を備え、該クラッチＣ１、Ｃ２によって前後進切換え用の係合要素（摩擦係合要素）が構成される。前記プラネタリギヤユニット５２は、シングルプラネタリギヤから成り、第２のサンギヤＳ２、該第２のサンギヤＳ２と対向させて配設された第２のリングギヤＲ２、前記第２のサンギヤＳ２及び第２のリングギヤＲ２と噛合する第２のピニオンＰ２、及び該第２のピニオンＰ２を回転自在に支持する第２のキャリヤＣＲ２の各要素を備える。なお、前記第２のサンギヤＳ２によって第１の回転要素が、第２のリングギヤＲ２によって第２の回転要素が、第２のキャリヤＣＲ２によって第３の回転要素が構成される。

そして、第２のサンギヤＳ２が、第２の伝動軸３２に連結されるとともに、クラッチＣ２を介して出力軸３３に連結され、第２のリングギヤＲ２が、クラッチＣ１を介して出力軸３３に連結され、第２のキャリヤＣＲ２が、ケース１０に固定される。

前記前後進切換装置１６において、クラッチＣ１を係合させ、クラッチＣ２を解放すると、第２のキャリヤＣＲ２が固定された状態で、第２のサンギヤＳ２に入力された逆方向の回転が反転させられ、前進用の正方向の回転になって出力軸３３に出力される。また、クラッチＣ１を解放し、クラッチＣ２を係合させると、第２の伝動軸３２に出力された回転がそのまま後進用の逆方向の回転として出力軸３３に出力される。

前記モード切換装置１７は、直結用の連結軸としての第３の伝動軸３１、及び直結用の係合要素（摩擦係合要素）としてのクラッチＣ３を備え、第３の伝動軸３１が、クラッチＣ３を介して出力軸３３と連結され、増速装置１４と出力軸３３とが直結される。

なお、出力軸３３に出力された回転は、図示されないディファレンシャル装置に伝達され、更に図示されない駆動輪に伝達される。

次に、前記構成の無段変速機１１の動作について説明する。

図２は本発明の第１の実施の形態における変速機構の作動表を示す図、図３は本発明の第１の実施の形態における前進モード時の無段変速機の動作を示す概念図、図４は本発明の第１の実施の形態における前進モード時の無段変速機の動作を示す速度線図、図５は本発明の第１の実施の形態におけるオーバドライブモード時の無段変速機の動作を示す概念図、図６は本発明の第１の実施の形態におけるオーバドライブモード時の無段変速機の動作を示す速度線図、図７は本発明の第１の実施の形態における後進モード時の無段変速機の動作を示す概念図、図８は本発明の第１の実施の形態における後進モード時の無段変速機の動作を示す速度線図である。なお、各速度線図は、第１のサンギヤＳ１、第１のキャリヤＣＲ１、第１のリングギヤＲ１、第２のサンギヤＳ２、第２のキャリヤＣＲ２及び第２のリングギヤＲ２の各回転速度を表す。また、図３〜８において、太線は回転が伝達される伝達経路を、細線は回転が伝達されない経路を表す。そして、図２において、○はブレーキＢ０及びクラッチＣ０〜Ｃ３が係合させられた状態を、×はブレーキＢ０及びクラッチＣ０〜Ｃ３が解放された状態を示す。

本実施の形態においては、各ブレーキＢ０及びクラッチＣ０〜Ｃ３を係脱するために、制御部が配設される。そして、各ブレーキＢ０及びクラッチＣ０〜Ｃ３は、それぞれ油圧サーボを備える。したがって、前記制御部において、ソレノイド信号を発生させ、該ソレノイド信号によってソレノイドバルブを作動させ、各油圧サーボに油圧を供給することによって、各ブレーキＢ０及びクラッチＣ０〜Ｃ３を係合させ、油圧サーボから油圧をドレーンすることによって、各ブレーキＢ０及びクラッチＣ０〜Ｃ３を解放することができるようになっている。

この場合、操作者としての運転者は、操作部としてのシフトレバーを操作し、無段変速機１１をニュートラル（Ｎ）状態に置いたり、前進モード、オーバドライブ（Ｏ／Ｄ）モード及び後進モードを選択したりすることができる。また、運転者によるスロットルペダルの踏込みに応じて、アンダードライブ側からオーバドライブ側までの変速比γを変更して変速を行うことができる。

まず、無段変速機１１がニュートラル状態に置かれると、ブレーキＢ０及びクラッチＣ０〜Ｃ３が解放される。したがって、発進装置１３からの回転は出力軸３３に伝達されない。

また、前進モードが選択されると、ブレーキＢ０及びクラッチＣ１が係合させられ、クラッチＣ０、Ｃ２、Ｃ３が解放される。この場合、図３及び４に示されるように、増速装置１４は増速状態に置かれ、発進装置１３から伝達され、第１のキャリヤＣＲ１に入力される回転速度ＮＩの回転は、増速装置１４において増速させられ、第１のリングギヤＲ１から第１の伝動軸２２に出力され、トロイダル部１５に入力速度ｎｉとして入力される。

そして、トロイダル部１５において、入力ディスク２３に入力された回転は、パワーローラ２５の傾斜角度によって決まる変速比γで変速され、変速された回転は、出力速度ｎｏとして第２の伝動軸３２に出力され、前後進切換装置１６に入力される。

前記前後進切換装置１６の出力速度ｎｏは、変速比γに応じて変化し、負の方向における最小値ｎｏＬと負の方向における最大値ｎｏＨとの間の負の値を採り、
ｎｏＨ≦ｎｏ≦ｎｏＬ
になる。

そして、前記前後進切換装置１６においては、第２の伝動軸３２に出力された出力速度ｎｏの回転が第２のサンギヤＳ２に入力されるが、第２のキャリヤＣＲ２がケース１０に固定され、クラッチＣ１が係合させられているので、前記出力速度ｎｏの回転は、前後進切換装置１６において反転させられ、減速させられて、第２のリングギヤＲ２に出力され、回転速度ＮＯとして出力軸３３に出力される。このとき、回転速度ＮＯは、前記出力速度ｎｏに比例し、変動範囲ＡＲ１内で変化し、
ＮＯ＝ｋ１・ｎｏ
で表すことができる。すなわち、回転速度ＮＯは、正の方向における最小値ＮＯＬと正の方向における最大値ＮＯＨとの間の正の値を採り、
ＮＯＬ≦ＮＯ≦ＮＯＨ
ｋ１・｜ｎｏＬ｜≦ＮＯ≦ｋ１・｜ｎｏＨ｜
になる。なお、ｋ１は比例定数であり、第２のサンギヤＳ２の歯数をｚｓ２とし、第２のリングギヤＲ２の歯数をｚｒ２としたとき、
ｋ１＝ｚｓ２／ｚｒ２
になる。

また、オーバドライブモードが選択されると、ブレーキＢ０及びクラッチＣ１、Ｃ３が係合させられ、クラッチＣ０、Ｃ２が解放される。この場合、図５及び６に示されるように、増速装置１４は増速状態に置かれ、発進装置１３から伝達され、第１のキャリヤＣＲ１に入力される回転速度ＮＩの回転は、増速装置１４において増速させられ、第１のリングギヤＲ１から入力速度ｎｉになって第１の伝動軸２２に出力される。

ところで、モード切換装置１７において、クラッチＣ３が係合させられるので、第１の伝動軸２２に出力された入力速度ｎｉの回転は、そのまま第３の伝動軸３１に伝達され、回転速度ＮＯとして出力軸３３に出力される。

この場合、トロイダル部１５におけるトルクの伝達は行われないので、トルクの損失が小さくなり、燃費を向上させることができる。

なお、オーバドライブモードにおいて、トロイダル部１５におけるトルクの伝達は行われないが、第１の伝動軸２２に出力された入力速度ｎｉの回転が、入力ディスク２３に入力され、変速比γで変速され、変速された回転が、出力速度ｎｏとなり、第２の伝動軸３２に出力され、第２のサンギヤＳ２に伝達される。そして、前述されたように、クラッチＣ１は係合させられるので、出力速度ｎｏの値をｎｏ１とし、回転速度ＮＯの値をＮＯ１とすると、
ＮＯ１＝ｋ１・ｎｏ１
＝ｎｉ
になる。

ところで、プラネタリギヤユニット５１及びトロイダル部１５は、無段変速機１１が前進モードからオーバドライブモードに移行する場合、図６に示されるように、移行後の回転速度ＮＯの値ＮＯ１が、前進モード時における回転速度ＮＯの変動範囲ＡＲ１内の値を採り、しかも、最大値ＮＯＨ（オーバドライブ側の値）とほぼ等しくなるように設計される。そして、前進モードからオーバドライブモードに移行する際に、回転速度ＮＯの変化量ΔＮＯを零（０）にすることができるので、無段変速機１１において変速ショックが発生するのを防止することができる。

また、オーバドライブモードから前進モードに移行する際も、前述されたように、トロイダル部１５において変速が行われているので、第２のリングギヤＲ２に値ＮＯ１の回転速度ＮＯの回転が出力されている。したがって、前記回転速度ＮＯの変化量ΔＮＯを零にすることができるので、無段変速機１１において変速ショックが発生するのを防止することができる。

次に、後進モードが選択されると、クラッチＣ０、Ｃ２が係合させられ、ブレーキＢ０及びクラッチＣ１、Ｃ３が解放される。この場合、図７及び８に示されるように、増速装置１４は直結状態に置かれ、発進装置１３から伝達され、第１のキャリヤＣＲ１に入力される回転速度ＮＩの回転は、そのまま第１のリングギヤＲ１から第１の伝動軸２２に出力され、トロイダル部１５に入力速度ｎｉとして入力される。

このとき、入力ディスク２３に入力された回転は、パワーローラ２５の傾斜角度によって決まる変速比γで変速され、変速された回転は、出力速度ｎｏとして第２の伝動軸３２に出力され、前後進切換装置１６に入力される。

前記前後進切換装置１６の出力速度ｎｏは、変速比γに応じて変化し、負の方向における最小値ｎｏＬ′
ｎｏＬ′＝（ＮＩ／ｎｉ）ｎｏＬ
と負の方向における最大値ｎｏＨ′
ｎｏＨ′＝（ＮＩ／ｎｉ）ｎｏＨ
との間の負の値を採り、
ｎｏＨ′≦ｎｏ≦ｎｏＬ′
になる。

そして、クラッチＣ１、Ｃ３が解放され、クラッチＣ２が係合させられているので、前記出力速度ｎｏの回転は、そのまま出力軸３３に出力される。

なお、前記クラッチＣ０は後進モード時に係合させられるようになっているが、後進モード時にはエンジンブレーキをかける必要はない。そこで、クラッチＣ０に代えて、増速用の係合要素（一方向係合要素）としてワンウェイクラッチを使用することができる。

このように、本実施の形態においては、発進装置１３とトロイダル部１５との間に増速装置１４が配設され、増速装置１４によって増速させられた回転がトロイダル部１５に入力されるようになっているので、トロイダル部１５に入力されるトルクを小さくすることができる。したがって、トロイダル部１５に加わる負荷を小さくすることができるので、パワーローラ２５の挟持圧を高くする必要がなくなる。

その結果、トロイダル部１５を小型化することができるだけでなく、トロイダル部１５の耐久性を高くすることができる。

更に、本実施の形態のように、発進装置１３としてトルクコンバータを使用した場合、トルクコンバータによって増幅されたトルクがそのままトロイダル部１５に入力されることがなくなるので、トロイダル部１５を一層小型化することができるだけでなく、トロイダル部１５の耐久性を一層高くすることができる。

なお、本実施の形態においては、増速装置１４が直結状態になると、トルクがそのままトロイダル部１５に入力されることになるが、増速装置１４が直結状態になるのは後進モード時に限られ、頻度が低い。したがって、トロイダル部１５を十分に小型化することができるだけでなく、トロイダル部１５の耐久性を十分に高くすることができる。

また、オーバドライブモード時に、クラッチＣ３が係合させられ、第１の伝動軸２２に出力された入力速度ｎｉの回転は、そのまま第３の伝動軸３１に伝達され、出力軸３３に出力されるので、トロイダル部１５を介することなくトルクを伝達することができる。したがって、トルクの伝達効率を高くすることができる。

ところで、本実施の形態においては、前後進切換装置１６を構成するプラネタリギヤユニット５２としてシングルプラネタリギヤが使用されるようになっている。したがって、プラネタリギヤユニット５２としてダブルプラネタリギヤを使用する場合より部品点数を少なくすることができるとともに、トルクを伝達する際の損失を小さくすることができる。この場合、プラネタリギヤユニット５２としてシングルプラネタリギヤを使用すると、前進モード時に、第２のリングギヤＲ２に発生させられるトルクが大きいのに対して、後進モード時に、第２のサンギヤＳ２に発生させられるトルクは小さくなり、走行に伴って違和感が発生する。そこで、本実施の形態においては、前述されたように、増速装置１４において、第１の伝動軸２２に出力されるトルクは、前進モード時に小さく、後進モード時に大きくされる。したがって、出力軸３３に出力されるトルクを、前進モード時と後進モード時とで大きく異ならないようにすることができるので、走行に伴って違和感が発生することはない。また、後進モード時に駆動力が不足することがなくなる。

次に、プラネタリギヤユニット５２としてダブルプラネタリギヤを使用するようにした本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図９は本発明の第２の実施の形態における無段変速機の概念図である。

この場合、前後進切換え用の差動装置としての前記プラネタリギヤユニット５２は、ダブルプラネタリギヤから成り、第２のサンギヤＳ２、該第２のサンギヤＳ２と対向させて配設された第２のリングギヤＲ２、前記第２のサンギヤＳ２と噛合する第２のピニオンＰａ２、第２のリングギヤＲ２と噛合する第２のピニオンＰｂ２、及び前記各第２のピニオンＰａ２、Ｐｂ２を回転自在に支持する第２のキャリヤＣＲ２の各要素を備える。なお、前記第２のサンギヤＳ２によって第１の回転要素が、第２のリングギヤＲ２によって第２の回転要素が、第２のキャリヤＣＲ２によって第３の回転要素が構成される。

そして、第２のサンギヤＳ２が、第２の伝動軸３２に連結されるとともに、クラッチＣ２を介して出力軸３３に連結され、第２のリングギヤＲ２が、クラッチＣ１を介して出力軸３３に連結され、第２のキャリヤＣＲ２が、ケース１０に固定される。

次に、前記構成の無段変速機１１の動作について説明する。なお、変速機構の作動表は、第１の実施の形態における作動表と同じであるので、図２を援用する。

図１０は本発明の第２の実施の形態における前進モード時の無段変速機の動作を示す概念図、図１１は本発明の第２の実施の形態における前進モード時の無段変速機の動作を示す速度線図、図１２は本発明の第２の実施の形態におけるオーバドライブモード時の無段変速機の動作を示す概念図、図１３は本発明の第２の実施の形態におけるオーバドライブモード時の無段変速機の動作を示す速度線図、図１４は本発明の第２の実施の形態における後進モード時の無段変速機の動作を示す概念図、図１５は本発明の第２の実施の形態における後進モード時の無段変速機の動作を示す速度線図である。なお、各速度線図は、第１のサンギヤＳ１、第１のキャリヤＣＲ１、第１のリングギヤＲ１、第２のサンギヤＳ２、第２のリングギヤＲ２及び第２のキャリヤＣＲ２の各回転速度を表す。また、図１０〜１５において、太線は回転が伝達される伝達経路を、細線は回転が伝達されない経路を表す。

まず、無段変速機１１がニュートラル状態に置かれると、ブレーキＢ０及びクラッチＣ０〜Ｃ３が解放される。したがって、発進装置１３からの回転は出力軸３３に伝達されない。

また、前進モードが選択されると、ブレーキＢ０及びクラッチＣ１が係合させられ、クラッチＣ０、Ｃ２、Ｃ３が解放される。この場合、図１０及び１１に示されるように、増速装置１４は増速状態に置かれ、発進装置１３から伝達され、第１のキャリヤＣＲ１に入力される回転速度ＮＩの回転は、増速装置１４において増速させられ、第１のリングギヤＲ１から第１の伝動軸２２に出力され、トロイダル部１５に入力速度ｎｉとして入力される。

そして、トロイダル部１５において、第１のディスクとしての入力ディスク２３に入力された回転は、中間転動体としてのパワーローラ２５の傾斜角度によって決まる変速比γで変速され、変速された回転は、出力速度ｎｏとして第２の伝動軸３２に出力され、前後進切換装置１６に入力される。

前記前後進切換装置１６の出力速度ｎｏは、変速比γに応じて変化し、負の方向における最小値ｎｏＬと負の方向における最大値ｎｏＨとの間の負の値を採り、
ｎｏＨ≦ｎｏ≦ｎｏＬ
になる。

そして、前記前後進切換装置１６においては、第２の伝動軸３２に出力された出力速度ｎｏの回転が第２のサンギヤＳ２に入力されるが、第２のリングギヤＲ２がケース１０に固定され、クラッチＣ１が係合させられているので、前記出力速度ｎｏの回転は、前後進切換装置１６において反転させられ、減速させられて、第２のキャリヤＣＲ２に出力され、回転速度ＮＯとして出力軸３３に出力される。このとき、回転速度ＮＯは、前記出力速度ｎｏに比例し、変動範囲ＡＲ１内で変化し、
ＮＯ＝ｋ２・ｎｏ
で表すことができる。すなわち、回転速度ＮＯは、正の方向における最小値ＮＯＬと正の方向における最大値ＮＯＨとの間の正の値を採り、
ＮＯＬ≦ＮＯ≦ＮＯＨ
ｋ２・｜ｎｏＬ｜≦ＮＯ≦ｋ２・｜ｎｏＨ｜
になる。なお、ｋ２は比例定数であり、第２のサンギヤＳ２の歯数をｚｓ２とし、第２のリングギヤＲ２の歯数をｚｒ２としたとき、
ｋ２＝（ｚｒ２−ｚｓ２）／ｚｓ２
になる。

また、オーバドライブモードが選択されると、ブレーキＢ０及びクラッチＣ１、Ｃ３が係合させられ、クラッチＣ０、Ｃ２が解放される。この場合、図１２及び１３に示されるように、増速装置１４は増速状態に置かれ、発進装置１３から伝達され、第１のキャリヤＣＲ１に入力される回転速度ＮＩの回転は、増速装置１４において増速させられ、第１のリングギヤＲ１から入力速度ｎｉになって第１の伝動軸２２に出力される。

ところで、モード切換装置１７において、クラッチＣ３が係合させられるので、第１の伝動軸２２に出力された入力速度ｎｉの回転は、そのまま第３の伝動軸３１に伝達され、回転速度ＮＯとして出力軸３３に出力される。

なお、オーバドライブモードにおいて、トロイダル部１５におけるトルクの伝達は行われないが、第１の伝動軸２２に出力された入力速度ｎｉの回転が、入力ディスク２３に入力され、変速比γで変速され、変速された回転が、出力速度ｎｏとなり、第２の伝動軸３２に出力され、第２のサンギヤＳ２に伝達される。そして、前述されたように、クラッチＣ１は係合させられるので、出力速度ｎｏの値をｎｏ１とし、回転速度ＮＯの値をＮＯ１とすると、
ＮＯ１＝ｋ２・ｎｏ１
＝ｎｉ
になる。

ところで、増速用の差動装置としてのプラネタリギヤユニット５１及びトロイダル部１５は、無段変速機１１が前進モードからオーバドライブモードに移行する場合、図１３に示されるように、移行後の回転速度ＮＯの値ＮＯ１が、前進モード時における回転速度ＮＯの変動範囲ＡＲ１内の値を採り、しかも、最大値ＮＯＨ（オーバドライブ側の値）とほぼ等しくなるように設計される。そして、前進モードからオーバドライブモードに移行する際に、回転速度ＮＯの変化量ΔＮＯを零にすることができるので、無段変速機１１において変速ショックが発生するのを防止することができる。

また、オーバドライブモードから前進モードに移行する際も、前述されたように、トロイダル部１５において変速が行われているので、第２のリングギヤＲ２に値ＮＯ１の回転速度ＮＯの回転が出力されている。したがって、回転速度ＮＯの変化量ΔＮＯを零にすることができるので、無段変速機１１において変速ショックが発生するのを防止することができる。

次に、後進モードが選択されると、クラッチＣ０、Ｃ２が係合させられ、ブレーキＢ０及びクラッチＣ１、Ｃ３が解放される。この場合、図１４及び１５に示されるように、増速装置１４は直結状態に置かれ、発進装置１３から伝達され、第１のキャリヤＣＲ１に入力される回転速度ＮＩの回転は、そのまま第１のリングギヤＲ１から第１の伝動軸２２に出力され、トロイダル部１５に入力速度ｎｉとして入力される。

このとき、入力ディスク２３に入力された回転は、パワーローラ２５の傾斜角度によって決まる変速比γで変速され、変速された回転は、出力速度ｎｏとして第２の伝動軸３２に出力され、前後進切換装置１６に入力される。

前記前後進切換装置１６の出力速度ｎｏは、変速比γに応じて変化し、負の方向における最小値ｎｏＬ′
ｎｏＬ′＝（ＮＩ／ｎｉ）ｎｏＬ
と負の方向における最大値ｎｏＨ′
ｎｏＨ′＝（ＮＩ／ｎｉ）ｎｏＨ
との間の負の値を採り、
ｎｏＨ′≦ｎｏ≦ｎｏＬ′
になる。

そして、クラッチＣ１、Ｃ３が解放され、クラッチＣ２が係合させられているので、前記出力速度ｎｏの回転は、そのまま出力軸３３に出力される。

このように、本実施の形態においては、プラネタリギヤユニット５２としてダブルプラネタリギヤが使用されるので、第２のサンギヤＳ２の歯数ｚｓ２及び第２のリングギヤＲ２の歯数ｚｒ２を適宜変更することによって、出力軸３３に出力されるトルクを、前進モード時及び後進モード時において任意に設定することができる。

なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の第１の実施の形態における無段変速機の概念図である。 本発明の第１の実施の形態における変速機構の作動表を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における前進モード時の無段変速機の動作を示す概念図である。 本発明の第１の実施の形態における前進モード時の無段変速機の動作を示す速度線図である。 本発明の第１の実施の形態におけるオーバドライブモード時の無段変速機の動作を示す概念図である。 本発明の第１の実施の形態におけるオーバドライブモード時の無段変速機の動作を示す速度線図である。 本発明の第１の実施の形態における後進モード時の無段変速機の動作を示す概念図である。 本発明の第１の実施の形態における後進モード時の無段変速機の動作を示す速度線図である。 本発明の第２の実施の形態における無段変速機の概念図である。 本発明の第２の実施の形態における前進モード時の無段変速機の動作を示す概念図である。 本発明の第２の実施の形態における前進モード時の無段変速機の動作を示す速度線図である。 本発明の第２の実施の形態におけるオーバドライブモード時の無段変速機の動作を示す概念図である。 本発明の第２の実施の形態におけるオーバドライブモード時の無段変速機の動作を示す速度線図である。 本発明の第２の実施の形態における後進モード時の無段変速機の動作を示す概念図である。 本発明の第２の実施の形態における後進モード時の無段変速機の動作を示す速度線図である。

符号の説明

１１ 無段変速機
１３ 発進装置
１４ 増速装置
１５ トロイダル部
１６ 前後進切換装置
２３ 入力ディスク
２４ 出力ディスク
２５ パワーローラ
３３ 出力軸
Ｂ０ ブレーキ
Ｃ０ クラッチ

Claims (5)

1. 駆動源から伝達された回転を受けて増速させ、増速した回転を出力する増速装置と、入力ディスク、出力ディスク、及び前記入力ディスクと出力ディスクとの間に配設されたパワーローラを備え、前記増速装置から伝達された回転を受けて、無段に変速して出力軸に出力するトロイダル部とを有することを特徴とする無段変速機。
2. 前記駆動源とトロイダル部との間に発進装置が連結される請求項１に記載の無段変速機。
3. 係脱自在に配設された係合要素を備え、該係合要素は、係合に伴って、前記増速装置と出力軸とを直結する請求項１に記載の無段変速機。
4. 前記トロイダル部から伝達された回転を受けて、前進用及び後進用の回転を出力軸に出力する前後進切換装置を有する請求項１に記載の無段変速機。
5. 前記前後進切換装置はシングルプラネタリギヤを備える請求項４に記載の無段変速機。

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