JP2013024309A

JP2013024309A - 無段変速機

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Publication number: JP2013024309A
Application number: JP2011158825A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Oishi; 保徳大石; Toshiro Toyoda; 俊郎豊田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2013-02-04

Abstract

【課題】検出手段の故障という不測の事態においても変速機構の入出力側の回転速度を確実に検出して所望の変速制御を行なうことができるとともに、検出手段の組み込み忘れを防止できる無段変速機を提供する。
【解決手段】この無段変速機は、無段変速機構２００と一定変速機構３００とを主入力軸１Ａにそれぞれ連結するとともに、無段変速機構２００および一定変速機構３００の出力軸２００ａ，３００ａを少なくとも遊星歯車機構１８０を介して主出力軸１６０に連結して成り、少なくとも車速に基づいて車速が０の停止状態に対応するギアードニュートラルポイントから変速比の制御を行う変速制御手段を備える。変速制御手段は、主入力軸１Ａ側の回転速度を検出する入力側検出手段４００と、主出力軸１６０側の回転速度を検出する出力側検出手段５００とを備え、入力側検出手段４００および出力側検出手段５００がそれぞれ２つ以上設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の変速機などに利用可能な各種の無段変速機に関し、特に、ギアードニュートラルポイント（ＧＮＰ）を有する無段変速機に関する。

従来から車両の変速機として、ベルト式やトロイダル型の無段変速機が知られているが、例えば自動車用変速機として用いるダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機は、図２および図３に示すように構成されている（図２に２つのキャビティ２２１，２２２が示される）。図２に示すように、ケーシング５０の内側には入力軸（中心軸）１が回転自在に支持されており、この入力軸１の外周には、２つの入力側ディスク２，２と２つの出力側ディスク３，３とが取り付けられている。また、入力軸１の中間部の外周には出力歯車４が回転自在に支持されている。この出力歯車４の中心部に設けられた円筒状のフランジ部４ａ，４ａには、出力側ディスク３，３がスプライン結合によって連結されている。

入力軸１は、図中左側に位置する入力側ディスク２とカム板７との間に設けられたローディングカム式の押圧装置１２を介して、駆動軸２２により回転駆動されるようになっている。また、出力歯車４は、２つの部材の結合によって構成された仕切壁１３を介してケーシング５０内に支持されており、これにより、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転できる一方で、軸線Ｏ方向の変位が阻止されている。

出力側ディスク３，３は、入力軸１との間に介在されたニードル軸受５，５によって、入力軸１の軸線Ｏを中心に回転自在に支持されている。また、図中左側の入力側ディスク２は、入力軸１にボールスプライン６を介して支持され、図中右側の入力側ディスク２は、入力軸１にスプライン結合されており、これら入力側ディスク２は入力軸１と共に回転するようになっている。また、入力側ディスク２，２の内側面（凹面）２ａ，２ａと出力側ディスク３，３の内側面（凹面；トラクション面とも言う）３ａ，３ａとの間には、パワーローラ１１（図３参照）が回転自在に挟持されている。

図２中右側に位置する入力側ディスク２の内周面２ｃには、段差部２ｂが設けられ、この段差部２ｂに、入力軸１の外周面１ａに設けられた段差部１ｂが突き当てられるとともに、入力側ディスク２の背面（図２の右面）がローディングナット９に突き当てられている。これによって、入力側ディスク２の入力軸１に対する軸線Ｏ方向の変位が実質的に阻止されている。また、カム板７と入力軸１の鍔部１ｄとの間には、皿ばね８が設けられており、この皿ばね８は、各ディスク２，２，３，３の凹面２ａ，２ａ，３ａ，３ａとパワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａとの当接部に押圧力を付与する。

図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３に示すように、ケーシング５０の内側には、入力軸１に対し捻れの位置にある一対の枢軸１４，１４を中心として揺動する一対のトラニオン１５，１５が設けられている。なお、図３においては、入力軸１の図示は省略している。各トラニオン１５，１５は、パワーローラ１１を支持する支持板部１６の長手方向(図３の上下方向)の両端部に、この支持板部１６の内側面側に折れ曲がる状態で形成された一対の折れ曲がり壁部２０，２０を有している。そして、この折れ曲がり壁部２０，２０によって、各トラニオン１５，１５には、パワーローラ１１を収容するための凹状のポケット部Ｐが形成される。また、各折れ曲がり壁部２０，２０の外側面には、各枢軸１４，１４が互いに同心的に設けられている。

支持板部１６の中央部には円孔２１が形成され、この円孔２１には変位軸２３の基端部２３ａが支持されている。そして、各枢軸１４，１４を中心として各トラニオン１５，１５を揺動させることにより、これら各トラニオン１５，１５の中央部に支持された変位軸（軸部）２３の傾斜角度を調節できるようになっている。また、各トラニオン１５，１５の内側面から突出する変位軸２３の先端部２３ｂの周囲には、ラジアルニードル軸受９９を介して各パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の間に挟持されている。なお、各変位軸２３，２３の基端部２３ａと先端部２３ｂとは、互いに偏心している。

また、各トラニオン１５，１５の枢軸１４，１４はそれぞれ、一対のヨーク２３Ａ，２３Ｂに対して揺動自在および軸方向(図３の上下方向)に変位自在に支持されており、各ヨーク２３Ａ，２３Ｂにより、トラニオン１５，１５はその水平方向の移動を規制されている。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂは鋼等の金属のプレス加工あるいは鍛造加工により矩形状に形成されている。各ヨーク２３Ａ，２３Ｂの四隅には円形の支持孔１８が４つ設けられており、これら支持孔１８にはそれぞれ、トラニオン１５の両端部に設けた枢軸１４がラジアルニードル軸受３０を介して揺動自在に支持されている。また、ヨーク２３Ａ，２３Ｂの幅方向（図２の左右方向）の中央部には、円形の係止孔１９が設けられており、この係止孔１９の内周面は円筒面として、球面ポスト６４，６８を内嵌している。すなわち、上側のヨーク２３Ａは、ケーシング５０に固定部材５２を介して支持されている球面ポスト６４によって揺動自在に支持されており、下側のヨーク２３Ｂは、球面ポスト６８およびこれを支持する駆動シリンダ３１の上側シリンダボディ６１によって揺動自在に支持されている。

なお、各トラニオン１５，１５に設けられた各変位軸２３，２３は、入力軸１に対し、互いに１８０度反対側の位置に設けられている。また、これらの各変位軸２３，２３の先端部２３ｂが基端部２３ａに対して偏心している方向は、両ディスク２，２，３，３の回転方向に対して同方向(図３で上下逆方向)となっている。また、偏心方向は、入力軸１の配設方向に対して略直交する方向となっている。したがって、各パワーローラ１１，１１は、入力軸１の長手方向に若干変位できるように支持される。その結果、押圧装置１２が発生するスラスト荷重に基づく各構成部材の弾性変形等に起因して、各パワーローラ１１，１１が入力軸１の軸方向に変位する傾向となった場合でも、各構成部材に無理な力が加わらず、この変位が吸収される。

また、パワーローラ１１の外側面とトラニオン１５の支持板部１６の内側面との間には、パワーローラ１１の外側面の側から順に、スラスト転がり軸受であるスラスト玉軸受２４と、スラストニードル軸受２５とが設けられている。このうち、スラスト玉軸受２４は、各パワーローラ１１に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これら各パワーローラ１１の回転を許容するものである。このようなスラスト玉軸受２４はそれぞれ、複数個ずつの玉（以下、転動体という）２６，２６と、これら各転動体２６，２６を転動自在に保持する円環状の保持器２７と、円環状の外輪２８とから構成されている。また、各スラスト玉軸受２４の内輪軌道は各パワーローラ１１の外側面（大端面）に、外輪軌道は各外輪２８の内側面にそれぞれ形成されている。

また、スラストニードル軸受２５は、トラニオン１５の支持板部１６の内側面と外輪２８の外側面との間に挟持されている。このようなスラストニードル軸受２５は、パワーローラ１１から各外輪２８に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これらパワーローラ１１および外輪２８が各変位軸２３の基端部２３ａを中心として揺動することを許容する。

さらに、各トラニオン１５，１５の一端部(図３の下端部)にはそれぞれ駆動ロッド（トラニオン軸）２９，２９が設けられており、各駆動ロッド２９，２９の中間部外周面に駆動ピストン（油圧ピストン）３３，３３が固設されている。そして、これら各駆動ピストン３３，３３はそれぞれ、上側シリンダボディ６１と下側シリンダボディ６２とによって構成された駆動シリンダ３１内に油密に嵌装されている。これら各駆動ピストン３３，３３と駆動シリンダ３１とで、各トラニオン１５，１５を、これらトラニオン１５，１５の枢軸１４，１４の軸方向に変位させる駆動装置３２を構成している。

このように構成されたトロイダル型無段変速機の場合、入力軸１の回転は、押圧装置１２を介して、各入力側ディスク２，２に伝えられる。そして、これら入力側ディスク２，２の回転が、一対のパワーローラ１１，１１を介して各出力側ディスク３，３に伝えられ、更にこれら各出力側ディスク３，３の回転が、出力歯車４より取り出される。

入力軸１と出力歯車４との間の回転速度比を変える場合には、一対の駆動ピストン３３，３３を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３３，３３の変位に伴って、一対のトラニオン１５，１５が互いに逆方向に変位する。例えば、図３の左側のパワーローラ１１が同図の下側に、同図の右側のパワーローラ１１が同図の上側にそれぞれ変位する。その結果、これら各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａと各入力側ディスク２，２および各出力側ディスク３，３の内側面２ａ，２ａ，３ａ，３ａとの当接部に作用する接線方向の力の向きが変化する。そして、この力の向きの変化に伴って、各トラニオン１５，１５が、ヨーク２３Ａ，２３Ｂに枢支された枢軸１４，１４を中心として、互いに逆方向に揺動（傾転）する。

その結果、各パワーローラ１１，１１の周面（トラクション面）１１ａ，１１ａと各内側面２ａ，３ａとの当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車４との間の変速比が変化する。また、これら入力軸１と出力歯車４との間で伝達するトルクが変動し、各構成部材の弾性変形量が変化すると、各パワーローラ１１，１１およびこれら各パワーローラ１１，１１に付属の外輪２８，２８が、各変位軸２３，２３の基端部２３ａ、２３ａを中心として僅かに回動する。これら各外輪２８，２８の外側面と各トラニオン１５，１５を構成する支持板部１６の内側面との間には、それぞれスラストニードル軸受２５，２５が存在するので、前記回動は円滑に行われる。したがって、前述のように各変位軸２３，２３の傾斜角度を変化させるための力が小さくて済む。

ところで、以上のようなトロイダル型無段変速機を含む従来の無段変速機では、変速領域をさらに拡大するために、無段変速機構に一定変速機構と遊星歯車機構とを組み合わせて変速比を無限大まで制御可能とするもの（変速比無限大無段変速機）が知られている。そして、これらの変速比無限大無段変速機では、車速ＶＳＰと無段変速機構の変速比とを検出して、車速ＶＳＰ＝０の停止状態（または、ギアードニュートラルポイントＧＮＰ）から高精度で変速比の制御を行う必要がある。

そのため、例えば、特許文献１には、ユニット入力側の回転速度を検出する検出手段（センサ）と、無段変速機構の出力側の回転速度を検出する検出手段（センサ）と、これらの検出手段の検出結果に基づいて車速ＶＳＰおよび無段変速機構の変速比を演算する演算手段とを備えることにより、変速制御を高精度で行なえるようにした無段変速機の制御装置が開示されている。

特開２００２−３９３５１号公報

しかしながら、特許文献１に開示される無段変速機の制御装置では、何らかのトラブルで検出手段が故障した場合に、回転速度の検出が不可能となり、変速制御を行なうことができなくなる。また、一般に、組み立て製造工程では、部品が所定位置に誤って組み込まれないという事態も生じ得るが、特許文献１には、装置の組み立て段階で検出手段が誤って装置に組み込まれないといった事態を回避する対策について何ら言及されていない。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、検出手段の故障という不測の事態においても変速機構の入出力側の回転速度を確実に検出して所望の変速制御を行なうことができるとともに、検出手段の組み込み忘れを防止できる無段変速機を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、変速比を連続的に変更可能な無段変速機構と一定変速機構とを主入力軸にそれぞれ連結するとともに、前記無段変速機構および前記一定変速機構の出力軸を少なくとも遊星歯車機構を介して主出力軸に連結して成り、少なくとも車速に基づいて車速が０（零）の停止状態に対応するギアードニュートラルポイントから変速比の制御を行う変速制御手段を備える無段変速機であって、前記変速制御手段は、前記主入力軸側の回転速度を検出する入力側検出手段と、前記主出力軸側の回転速度を検出する出力側検出手段と、前記入力側検出手段および前記出力側検出手段の検出結果に基づいて車速と前記無段変速機構の変速比とを演算する演算手段とを備え、同じ検出機能を有する前記入力側検出手段および前記出力側検出手段がそれぞれ２つ以上設けられることを特徴とする。

この構成によれば、同じ検出機能を有する入力側検出手段および出力側検出手段がそれぞれ２つ以上設けられるので、入力側検出手段（出力側検出手段）のうちの１つが故障した場合であっても、同じ検出機能を有する他の入力側検出手段（出力側検出手段）が回転速度を検出できるため、所望の変速制御を問題なく行なうことができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記入力側検出手段は、前記無段変速機構の入力部または該入力部と同回転もしくは一定の減速比で回転する動力伝達部の回転速度を検出し、前記出力側検出手段は、前記無段変速機構の出力部または該出力部と同回転もしくは一定の減速比で回転する動力伝達部の回転速度を検出することを特徴とする。

この構成によれば、例えば、出力側検出手段が無段変速機構の出力部側の例えば出力側ディスクとクラッチ軸のドリブンギアとの間に設けられる部品の回転速度を検出する場合には、クラッチＯＦＦの状態でも無段変速機構の出力側ディスクの回転を検出でき（ＧＮＰの検出が可能）、したがって、クラッチＯＦＦの状態でギアードニュートラルポイントへの変速制御を行なうことができ、有益である。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記入力側検出手段および前記出力側検出手段の変速機に対する組み込み忘れを防止するための組み込み忘れ防止手段を更に備えることを特徴とする。

この構成によれば、検出手段の組み込み忘れを未然に防止できる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記組み込み忘れ防止手段は、変速機に封入される油の表面よりも下側に設けられて油を外部に逃がすための取り付け穴に前記入力側検出手段および前記出力側検出手段を取り付けることから成ることを特徴とする。

この構成によれば、取り付け穴を通じた油の漏れにより検出手段の組み込み忘れを報知でき、したがって、検出手段の組み込み忘れを確実に防止できる。

本発明の無段変速機によれば、同じ検出機能を有する入力側検出手段および出力側検出手段がそれぞれ２つ以上設けられるので、検出手段の故障という不測の事態においても変速機構の入出力側の回転速度を確実に検出して所望の変速制御を行なうことができ、また、入力側検出手段および出力側検出手段の変速機に対する組み込み忘れを防止するための組み込み忘れ防止手段を備えているので、検出手段の組み込み忘れを未然に防止できる。

（ａ）は本発明の実施形態に係る無段変速機の概略構成図、（ｂ）は検出手段の取り付け位置の一例を示す概略断面図である。従来から知られているハーフトロイダル型無段変速機の具体的構造の一例を示す断面図である。図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の特徴は、無段変速機の入力側および出力側の回転速度を検出する検出手段の設置形態にあり、その他の構成および作用は前述した従来の構成および作用と同様であるため、以下においては、本発明の特徴部分についてのみ言及し、それ以外の部分については、図２および図３と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。

図１の（ａ）に示すように、本発明の実施形態に係る無段変速機は、エンジン１５０へ連結される主入力軸１Ａに、変速比を連続的に変更可能なトロイダル型の無段変速機構２００と、ギアードニュートラルの第１〜第３のギアＧＮ１，ＧＮ２，ＧＮ３から構成される一定変速機構（減速機）３００とを並列的に連結し、これらの出力軸２００ａ，３００ａを主出力軸１６０と同軸的に配設するとともに遊星歯車機構１８０で連結したもので、無段変速機構２００の出力軸２００ａは、クラッチ１９０（ローモード）を介して、リングギアRingとプラネットギアPraとサンギアSunとを有する遊星歯車機構１８０に連結される。また、一定変速機構３００の出力軸３００ａは、遊星歯車機構１８０のプラネットギアPraに連結される。

無段変速機構２００の出力軸２００ａは、クラッチ１９５（ハイモード）、ギアＡ、および、ギアａを介して出力側ディスク３に連結されるとともに、ギアＢ、ギアｂ、および、ギアｃを介してディファレンシャルギア１９８に連結される。

また、図示しないが、本実施形態の無段変速機は、少なくとも車速に基づいて車速が０（零）の停止状態に対応するギアードニュートラルポイント（ＧＮＰ）から変速比の制御を行う変速制御手段を備える。そして、この変速制御手段は、主入力軸１Ａ側の回転速度を検出する入力側センサ（入力側検出手段）４００と、主出力軸１６０側の回転速度を検出する出力側センサ（出力側検出手段）５００と、センサ４００，５００の検出結果に基づいて車速と無段変速機構２００の変速比とを演算する演算手段（図示せず）とを備える。

ここで、本実施形態では、同じ検出機能を有するセンサ４００（５００）がそれぞれ２つ以上設けられている。特に、本実施形態において、入力側センサ４００は、無段変速機構２００の入力部または該入力部と同回転もしくは一定の減速比で回転する動力伝達部の回転速度を検出するよう位置され、具体的には、入力側ディスク２、第１〜第３のギアＧＮ１，ＧＮ２，ＧＮ３のいずれか２か所以上で回転速度（回転数）を検出するように位置される。無論、入力側ディスク２、第１〜第３のギアＧＮ１，ＧＮ２，ＧＮ３のいずれか１か所に２個以上の入力側センサ４００が設けられてもよい。この場合、他のギアと異なり、ローモードかハイモードかのモード判別や、クラッチの滑り率などを考慮せずに済む。特に、ギア比を考慮しなくてもよい入力側ディスク２およびギアＧＮ１に入力側センサ４００を設けることが好ましい。

また、出力側センサ５００は、無段変速機構２００の出力部または該出力部と同回転もしくは一定の減速比で回転する動力伝達部の回転速度を検出するように位置され、具体的には、出力側ディスク３、ギアＡ、ギアａ、サンギアSunのいずれか２か所以上で回転速度（回転数）を検出するように位置される。無論、出力側ディスク３、ギアＡ、ギアａ、サンギアSunのいずれか１か所に２個以上の出力側センサ５００が設けられてもよい。この場合、他のギアと異なり、ローモードかハイモードかのモード判別や、クラッチの滑り率などを考慮せずに済む。特に、ギア比を考慮しなくてもよい出力側ディスク３およびギアＡに出力側センサ５００を設けることが好ましい。

また、本実施形態では、センサ４００，５００の変速機に対する組み込み忘れを防止するための組み込み忘れ防止手段が更に設けられる。このような組み込み忘れ防止手段は、例えば、図１の（ｂ）に示すように、変速機内に封入される油１０２の表面１０２ａよりも下側に設けられて油１０２を外部に逃がすための取り付け穴（オイルパン１００の油抜きプラグであってもよい）１０４にセンサ４００，５００を取り付けることから成る。

以上説明したように、本実施形態によれば、同じ検出機能を有する入力側センサ４００および出力側センサ５００がそれぞれ２つ以上設けられているので、入力側センサ４００（出力側センサ５００）のうちの１つが故障した場合であっても、同じ検出機能を有する他の入力側センサ４００（出力側センサ５００）が回転速度を検出できるため、所望の変速制御を問題なく行なうことができる。

また、本実施形態によれば、入力側センサ４００は、無段変速機構２００の入力部または該入力部と同回転もしくは一定の減速比で回転する動力伝達部の回転速度を検出するよう位置され、また、出力側センサ５００は、無段変速機構２００の出力部または該出力部と同回転もしくは一定の減速比で回転する動力伝達部の回転速度を検出するように位置されるため、例えば、出力側センサ５００が無段変速機構の出力部側の例えば出力側ディスク３とクラッチ軸のドリブンギアとの間に設けられる部品の回転速度を検出する場合には、クラッチＯＦＦの状態でも無段変速機構の出力側ディスク３の回転を検出でき（ＧＮＰの検出が可能）、したがって、クラッチＯＦＦの状態でギアードニュートラルポイントへの変速制御を行なうことができ、有益である。

また、本実施形態では、センサ４００，５００の変速機に対する組み込み忘れを防止するための組み込み忘れ防止手段が設けられているので、センサ４００，５００の組み込み忘れを未然に防止できる。特に、本実施形態において、前記組み込み忘れ防止手段は、変速機に封入される油１０２の表面１０２ａよりも下側に設けられて油１０２を外部に逃がすための取り付け穴１０４にセンサ４００，５００を取り付けることから成るため、取り付け穴１０４を通じた油１０２の漏れによりセンサ４００，５００の組み込み忘れを報知でき、したがって、センサ４００，５００の組み込み忘れを確実に防止できる。

本発明は、ベルト式やトロイダル型などの様々な無段変速機に適用できる。

１Ａ主入力軸
２入力側ディスク
３出力側ディスク
１０４取り付け穴
１６０主出力軸
２００無段変速機構
１８０遊星歯車機構
３００一定変速機構
４００入力側センサ（入力側検出手段）
５００出力側センサ（出力側検出手段）

Claims

変速比を連続的に変更可能な無段変速機構と一定変速機構とを主入力軸にそれぞれ連結するとともに、前記無段変速機構および前記一定変速機構の出力軸を少なくとも遊星歯車機構を介して主出力軸に連結して成り、少なくとも車速に基づいて車速が０の停止状態に対応するギアードニュートラルポイントから変速比の制御を行う変速制御手段を備える無段変速機であって、
前記変速制御手段は、前記主入力軸側の回転速度を検出する入力側検出手段と、前記主出力軸側の回転速度を検出する出力側検出手段と、前記入力側検出手段および前記出力側検出手段の検出結果に基づいて車速と前記無段変速機構の変速比とを演算する演算手段とを備え、
同じ検出機能を有する前記入力側検出手段および前記出力側検出手段がそれぞれ２つ以上設けられることを特徴とする無段変速機。
前記入力側検出手段は、前記無段変速機構の入力部または該入力部と同回転もしくは一定の減速比で回転する動力伝達部の回転速度を検出し、前記出力側検出手段は、前記無段変速機構の出力部または該出力部と同回転もしくは一定の減速比で回転する動力伝達部の回転速度を検出することを特徴とする請求項１に記載の無段変速機。
前記入力側検出手段および前記出力側検出手段の変速機に対する組み込み忘れを防止するための組み込み忘れ防止手段を更に備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無段変速機。
前記組み込み忘れ防止手段は、変速機に封入される油の表面よりも下側に設けられて油を外部に逃がすための取り付け穴に前記入力側検出手段および前記出力側検出手段を取り付けることから成ることを特徴とする請求項３に記載の無段変速機。