JP2014077467A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】体格の大型化を抑えること。
【解決手段】シャフト６０と、第１及び第２の回転部材１０，２０と、サンローラ３０と、複数の遊星ボール５０と、第１回転部材１０が配置された側に配置し、第１及び第２の回転部材１０，２０に各々連結された入力軸１１及び出力軸２１と、を有し、変速装置は、シャフト６０に連結し、各遊星ボール５０の夫々の支持軸５１の一端を傾転自在に支持する第１支持部材４１と、各支持軸５１の他端を傾転自在に支持する回転不能な第２支持部材４２と、第２回転部材２０が配置された側で且つ第２支持部材４２における各遊星ボール５０に対して軸線方向で反対側に配置し、シャフト６０を回転させるアクチュエータと、を備え、第１支持部材４１を第２支持部材４２に対して相対回転させることで各支持軸５１と共に各遊星ボール５０を傾転させるよう構成すること。
【選択図】図１

Description

本発明は、共通の回転中心軸を有する複数の動力伝達要素と、その回転中心軸に対して放射状に複数配置した転動部材と、を備え、各動力伝達要素の内の２つに挟持された各転動部材を傾転させることによって入出力間の変速比を無段階に変化させるトラクションドライブ型の無段変速機に関する。

従来、この種の無段変速機としては、回転中心となる変速機軸と、この変速機軸の中心軸を回転中心軸とする相対回転可能な複数の動力伝達要素と、その回転中心軸に対して放射状に複数配置され、各動力伝達要素の内の３つに挟み込まれた転動部材と、を備えたボールプラネタリ式のものが知られている。このボールプラネタリ式の無段変速機においては、対向させて配置した第１動力伝達要素と第２動力伝達要素とで各転動部材が挟持されると共に、各転動部材が第３動力伝達要素の外周面上に配置されている。この無段変速機では、各転動部材を傾転させることで変速比が変わる。下記の特許文献１には、その様なボールプラネタリ式の無段変速機が開示されている。この特許文献１の無段変速機においては、第４動力伝達要素としてのキャリアが各転動部材の支持軸を当該各転動部材の傾転及び自転が自在となるように両端から支えており、そのキャリアを成す２つのキャリア部材間の相対回転により各転動部材の傾転を図っている。

特表２０１２−５０６００１号公報

ところで、従来の無段変速機においては、各転動部材やキャリアを間に置いた軸線方向（固定変速機軸の軸線方向）における一方にトルクの入力軸が配置され且つ他方にトルクの出力軸が配置されており、２つのキャリア部材間の相対回転が各転動部材やキャリアよりも径方向外側に配置された駆動装置（アクチュエータ等）の動力で実現されている。従って、この従来の無段変速機においては、径方向における体格の大型化を招いてしまう。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、駆動装置による体格の大型化を抑えた無段変速機を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成する為、本発明は、回転中心となる変速機軸と、前記変速機軸と同心の第１回転中心軸を有する相互間で周方向に相対回転が可能な第１から第３の動力伝達要素と、第２回転中心軸を有し、前記第１回転中心軸を中心にして放射状で且つ前記第３動力伝達要素の外周面上に複数配置されると共に、軸線方向で対向するトルク入力部たる前記第１動力伝達要素とトルク出力部たる前記第２動力伝達要素とで挟持された転動部材と、前記各転動部材を傾転させることで入出力間の変速比を変える変速装置と、前記各転動部材の中心よりも前記第１動力伝達要素が配置された側に配置し、前記第１動力伝達要素及び前記第２動力伝達要素に各々連結された入力軸及び出力軸と、を有し、前記変速装置は、前記変速機軸に連結し、前記各転動部材の夫々の支持軸の一端を傾転自在に支持する第１支持部材と、前記各支持軸の他端を傾転自在に支持する回転不能な第２支持部材と、前記各転動部材の中心よりも前記第２動力伝達要素が配置された側で且つ前記第２支持部材における前記各転動部材に対して軸線方向で反対側に配置し、前記変速機軸を周方向に回転させるアクチュエータと、を備え、前記第１支持部材を前記第２支持部材に対して相対回転させることで前記各支持軸と共に前記各転動部材を傾転させるよう構成したことを特徴としている。

ここで、前記アクチュエータの出力の回転速度を減速させて前記変速機軸に伝える減速機構を当該アクチュエータと当該変速機軸との間に設けることが望ましい。

また、前記第２支持部材は、変速機筐体の壁面の一部を成すことが望ましい。

本発明に係る無段変速機は、トルクの入力側に入力軸と出力軸を纏めて配置すると共に、トルクの出力側で且つ第２支持部材における各転動部材に対して軸線方向で反対側にアクチュエータを配置し、変速機軸を介してアクチュエータでトルクの入力側の第１支持部材を回転させることによって、各転動部材を傾転させる。従って、この無段変速機は、その配置による体格の増大を抑制することができる。また、この無段変速機は、第２支持部材を回転させるよりも第１支持部材を回転させる方が必要出力トルクを低く抑えることができるので、アクチュエータの小型化によっても体格の増大を抑制することができる。

図１は、本発明に係る無段変速機の構成の一例を示す断面図である。 図２は、キャリアの固定支持部材について説明する図である。 図３は、キャリアの回転支持部材について説明する図である。 図４は、遊星ボール及び支持軸に作用する力並びに力の作用点について説明する図である。 図５は、遊星ボール及び支持軸に作用する力並びに力の作用点について説明する図である。 図６は、トルクの入力側と出力側とにおけるキャリアへの回転モーメントについて説明する図である。

以下に、本発明に係る無段変速機の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

［実施例］
本発明に係る無段変速機の実施例を図１から図６に基づいて説明する。

最初に、本実施例のトラクションドライブ型の無段変速機の一例について図１を用いて説明する。この無段変速機は、トラクション遊星機構に相当するボールプラネタリ式の無段変速機構を備えたものである。図１の符号１は、本実施例におけるボールプラネタリ式の無段変速機の一例を示す。

本実施例の無段変速機構は、共通の第１回転中心軸Ｒ１を有する４つの動力伝達要素と、第１回転中心軸Ｒ１を中心にして放射状に配置された複数の転動部材と、４つの動力伝達要素の回転中心に配置した変速機軸と、を備える。転動部材は、第１回転中心軸Ｒ１とは異なる第２回転中心軸Ｒ２を有するものであり、自身の第２回転中心軸Ｒ２と第１回転中心軸Ｒ１とを含む傾転平面上での傾転動作が可能である。以下においては、特に言及しない限り、その第１回転中心軸Ｒ１に沿う方向を軸線方向と云い、その第１回転中心軸Ｒ１周りの方向を周方向と云う。また、その第１回転中心軸Ｒ１に直交する方向を径方向と云い、その中でも、内方に向けた側を径方向内側、外方に向けた側を径方向外側と云う。

この無段変速機構は、４つの動力伝達要素の内の３つ（第１から第３の動力伝達要素）で各転動部材を挟持すると共に、残りの動力伝達要素（第４動力伝達要素）で各転動部材を自転自在で且つ傾転自在に保持する。各転動部材は、第１回転中心軸Ｒ１を中心にして放射状に配置される。そして、各転動部材は、軸線方向において対向させて配置された第１及び第２の動力伝達要素に挟持され、且つ、第３動力伝達要素の外周面上に配置される。

この無段変速機構は、第１から第４の動力伝達要素の間で各転動部材を介したトルクの伝達を行うことができる。例えば、この無段変速機構は、第１から第３の動力伝達要素と各転動部材との間にトラクション力（接線力）を発生させることで、その第１から第３の動力伝達要素の間での各転動部材を介したトルク（動力）の伝達を行うことができる。そのトラクション力は、第１及び第２の動力伝達要素の内の少なくとも一方を各転動部材に押し付けることによって発生させる。更に、この無段変速機構では、第４動力伝達要素の回転を許容することで、第４動力伝達要素と各転動部材との間におけるトルクの伝達も可能である。

また、この無段変速機構においては、夫々の転動部材の第２回転中心軸Ｒ２を傾転平面上で第１回転中心軸Ｒ１に対して傾倒させ、各転動部材を傾転させることによって、入出力間の回転速度（回転数）の比、つまり変速比γを変える。

この無段変速機構は、第１から第４の動力伝達要素の全てが変速機軸に対して相対回転可能な回転要素として用いられるものもあれば、第１から第４の動力伝達要素の内の何れか１つを変速機軸に対して相対回転できぬ固定要素として用いるものもある。前者の構成の場合には、第１から第４の動力伝達要素の内の何れか１つがトルクの入力部となり、これとは別の１つがトルクの出力部となる。一方、後者の構成の場合には、固定要素以外の３つの動力伝達要素の間で各転動部材を介したトルクの伝達が行われるので、その３つの動力伝達要素の内の何れか１つがトルクの入力部となり、これとは別の１つがトルクの出力部となる。これが為、この無段変速機構においては、入力部となる動力伝達要素と出力部となる動力伝達要素との間の回転速度（回転数）の比が変速比γとなる。例えば、この無段変速機１は、車両の動力伝達経路上に配設される。その際には、その入力部が機関（内燃機関等のエンジン）や回転機（電動機等）などの動力源側に連結され、その出力部が駆動輪側に連結される。この無段変速機１と駆動輪側との間には、別の変速機（例えば有段の手動変速機又は自動変速機等）を介在させる場合もある。この無段変速機１においては、入力部としての動力伝達要素にトルクが入力された場合の各動力伝達要素の回転動作を正駆動と云い、出力部としての動力伝達要素に正駆動時とは逆方向のトルクが入力された場合の各動力伝達要素の回転動作を逆駆動と云う。例えば、この無段変速機１は、先の車両の例示に従えば、加速等の様に動力源側からトルクが入力部たる動力伝達要素に入力されて当該動力伝達要素を回転させているときが正駆動となり、減速等の様に駆動輪側から出力部たる回転中の動力伝達要素に正駆動時とは逆方向のトルクが入力されているときが逆駆動となる。

ここで、この無段変速機１においては、第１及び第２の動力伝達要素がトラクション遊星機構で云うところのリングギヤ等の機能を為すものとなる。また、第３動力伝達要素と第４動力伝達要素は、各々トラクション遊星機構におけるサンローラとキャリアとして機能する。また、転動部材は、トラクション遊星機構におけるボール型ピニオンとして機能する。従って、この無段変速機１は、第１及び第２の動力伝達要素としての第１及び第２の回転部材１０，２０と、第３動力伝達要素としてのサンローラ３０と、第４動力伝達要素としてのキャリア４０と、転動部材としての遊星ボール５０と、変速機軸としてのシャフト６０と、を備える。この無段変速機１においては、傾転平面上で第１回転中心軸Ｒ１と第２回転中心軸Ｒ２とが平行になっている状態（図１の状態）を基準位置としている。尚、ここでは、キャリア４０を固定要素として利用する場合を例示する。但し、後述する回転支持部材４１の回転だけは可能にしている。

第１及び第２の回転部材１０，２０は、中心軸を第１回転中心軸Ｒ１に一致させた円盤部材（ディスク）や円環部材（リング）であり、軸線方向で対向させて各遊星ボール５０を挟み込むように配設する。この例示においては、双方とも円環部材とする。

この無段変速機１においては、第１及び第２の回転部材１０，２０と各遊星ボール５０とが互いに点接触（厳密には楕円形状の面接触）している接触部Ｐ１，Ｐ２を有する。各遊星ボール５０は、後で詳述するが転動面としての外周曲面を有しており、その外周曲面において第１及び第２の回転部材１０，２０に挟持される。つまり、各遊星ボール５０は、その外周曲面に接触部Ｐ１，Ｐ２を有する。一方、第１及び第２の回転部材１０，２０は、各遊星ボール５０を径方向外側から挟持するものであり、その内周面１０ａ，２０ａに接触部Ｐ１，Ｐ２を各々有する。第１及び第２の回転部材１０，２０の接触部Ｐ１，Ｐ２における形状は、例えば、遊星ボール５０の外周曲面の曲率と同等の曲率の凹円弧面、その外周曲面の曲率とは異なる曲率の凹円弧面、凸円弧面又は平面等を成している。そして、この第１及び第２の回転部材１０，２０の接触部Ｐ１，Ｐ２における形状は、第１及び第２の回転部材１０，２０から遊星ボール５０に向けて軸線方向の力（押圧力）が加わった際に、その遊星ボール５０に対して径方向内側で且つ斜め方向の力（法線力）が加わるように形成されている。

ここでは、上記基準位置の状態で第２回転中心軸Ｒ２から夫々の接触部Ｐ１，Ｐ２までの距離が同じ長さになるように、第１及び第２の回転部材１０，２０の内周面１０ａ，２０ａと各遊星ボール５０の外周曲面を形成する。更に、ここでは、第１及び第２の回転部材１０，２０と各遊星ボール５０との夫々の接触角θが同じ角度になるように、第１及び第２の回転部材１０，２０の内周面１０ａ，２０ａと各遊星ボール５０の外周曲面を形成する。その接触角θとは、基準平面に対する接触部Ｐ１，Ｐ２と遊星ボール５０の中心（自転中心及び傾転中心であって、球体であれば重心に相当）とを結ぶ線の成す角度のことである。基準平面とは、夫々の遊星ボール５０の中心を有する径方向に広がる平面のことである。

この例示においては、第１回転部材１０を正駆動時におけるトルクの入力部として用い、第２回転部材２０を正駆動時におけるトルクの出力部として用いる。この無段変速機１においては、上記の基準平面に対して入力部となる第１回転部材１０が配置された側をトルクの入力側と云い、その基準平面に対して出力部となる第２回転部材２０が配置された側をトルクの出力側と云う。そして、軸線方向は、その出力側から入力側に向く方向をトルクの入力側方向と云い、入力側から出力側に向く方向をトルクの出力側方向と云う。その第１回転部材１０には当該第１回転部材１０と同心の入力軸（第１回転軸）１１が連結され、第２回転部材２０には当該第２回転部材２０と同心の出力軸（第２回転軸）２１が連結される。

入力軸１１は、外縁部分に第１回転部材１０が連結される円盤部１１ａと、この円盤部１１ａの径方向内側部分からトルクの入力側方向に向けて延設された筒状部１１ｂと、を備える。円盤部１１ａは、第１回転部材１０やキャリア４０よりもトルクの入力側方向に配置し、その第１回転部材１０と共にキャリア４０の後述する第１支持部材４１を覆う。一方、出力軸２１は、第１及び第２の回転部材１０，２０を径方向外側から覆う第１筒状部２１ａと、この第１筒状部２１ａにおけるトルクの入力側方向の端部を外縁とする円盤部２１ｂと、この円盤部２１ｂの径方向内側部分からトルクの入力側方向に向けて延設された第２筒状部２１ｃと、を備える。第１筒状部２１ａは、トルクの出力側方向の端部に固定された環状部材２２を介して第２回転部材２０に連結する。円盤部２１ｂは、入力軸１１の円盤部１１ａよりもトルクの入力側方向に配置する。第２筒状部２１ｃは、入力軸１１の筒状部１１ｂを径方向外側から覆う。つまり、この入力軸１１と出力軸２１は、第１回転部材１０等の配設されているトルクの入力側に纏めて配置する。

この入力軸１１と出力軸２１は、第１回転中心軸Ｒ１を中心として周方向に回転することができる。また、この入力軸１１と出力軸２１は、その相互間の軸受Ｂ１やスラスト軸受ＴＢを介して周方向に相対回転することができる。更に、この入力軸１１と出力軸２１は、シャフト６０に対して周方向に相対回転することもできる。

その入力軸１１と第１回転部材１０との間には、軸力を発生させる軸力発生部７１が設けられている。その軸力とは、第１回転部材１０を各遊星ボール５０に押し付ける為の軸線方向の押圧力である。ここでは、その軸力発生部７１としてトルクカムを利用する。従って、この軸力発生部７１は、円盤部１１ａの外縁部分における係合部又は係合部材と第１回転部材１０側の係合部又は係合部材とが係合することで、入力軸１１と第１回転部材１０との間で軸力を発生させると共に回転トルクを伝達させ、これらを一体にして回転させる。一方、この無段変速機１には、出力軸２１と第２回転部材２０との間にも軸力発生部７２が配設されている。その軸力発生部７２は、第２回転部材２０を各遊星ボール５０に押し付ける為の軸線方向の押圧力（軸力）を発生させるものであり、軸力発生部７１と同様のトルクカムを用いる。この軸力発生部７２は、環状部材２２を介して出力軸２１に接続されている。

この無段変速機１は、その軸力によって、第１回転部材１０と各遊星ボール５０との間、第２回転部材２０と各遊星ボール５０との間及びサンローラ３０と各遊星ボール５０との間において、運転中にトラクション力を発生させることができる。

サンローラ３０は、シャフト６０と同心に配置され、このシャフト６０に対する周方向への相対回転を行う。このサンローラ３０の外周面には、複数個の遊星ボール５０が放射状に略等間隔で配置される。従って、このサンローラ３０においては、その外周面が遊星ボール５０の自転の際の転動面となる。このサンローラ３０は、自らの回転動作によって夫々の遊星ボール５０を転動（自転）させることもできれば、夫々の遊星ボール５０の転動動作（自転動作）に伴って回転することもできる。

本実施例のサンローラ３０は、夫々の遊星ボール５０との接触部を軸線方向において２箇所（第１接触部Ｐ３、第２接触部Ｐ４）に分散させたものである。その理由は、サンローラ３０と遊星ボール５０との間の接触力の分散により面圧を低減させることでスピン損失を低減させ、動力伝達効率の低下を抑えると共に耐久性を向上させることができるからである。第１接触部Ｐ３は、トルクの入力側に設ける。一方、第２接触部Ｐ４は、トルクの出力側に設ける。そして、その第１及び第２の接触部Ｐ３，Ｐ４は、各遊星ボール５０の中心（自転中心及び傾転中心であって、球体であれば重心に相当）からの距離が同一で、且つ、第１回転中心軸Ｒ１からの距離も同一となる位置に設ける。その第１及び第２の接触部Ｐ３，Ｐ４においては、サンローラ３０と各遊星ボール５０とが互いに点接触（厳密には面接触）している。

このサンローラ３０は、シャフト６０に対する周方向の相対回転が可能な２つの回転体（第１回転体３１、第２回転体３２）に分割し、第１回転体３１に第１接触部Ｐ３を設けると共に、第２回転体３２に第２接触部Ｐ４を設ける。何故ならば、その第１及び第２の回転体３１，３２を互いに周方向に相対回転させることで、サンローラ３０と遊星ボール５０との間の損失エネルギが小さくなり、動力伝達効率の低下を抑えることができるからである。

このサンローラ３０においては、第１回転体３１がトルクの入力側に配置され、第２回転体３２がトルクの出力側に配置される。第１及び第２の回転体３１，３２は、シャフト６０に対する周方向の相対回転が行えるように、夫々にアンギュラ軸受ＡＢとラジアル軸受ＲＢとを介してシャフト６０に取り付ける。

第１接触部Ｐ３においては、第１回転体３１から遊星ボール５０に対して、トルクの出力側方向で且つ径方向外側に向けた斜め方向の押圧力を作用させる。一方、第２接触部Ｐ４においては、第２回転体３２から遊星ボール５０に対して、トルクの入力側方向で且つ径方向外側に向けた斜め方向の押圧力を作用させる。これが為、このサンローラ３０は、第２回転体３２に近づくにつれて外径が均等に小さくなる円錐部を第１回転体３１が有し、且つ、第１回転体３１に近づくにつれて外径が均等に小さくなる円錐部を第２回転体３２が有している。第１接触部Ｐ３と第２接触部Ｐ４は、夫々の円錐部の外周面上に設ける。また、第１回転体３１や第２回転体３２は、その円錐部を弧状錐体部に置き換えてもよい。その弧状錐体部は、他方の回転体に近づくにつれて外径が放物線状に小さくなる形状のものである。第１接触部Ｐ３と第２接触部Ｐ４は、夫々の弧状錐体部の外周面上に設ける。その円錐部や弧状錐体部は、第１回転体３１や第２回転体３２の外周面の全て又は一部に形成する。

遊星ボール５０は、支持軸５１を中心にしてサンローラ３０の外周面上を転がる転動部材である。この遊星ボール５０は、完全な球状体であることが好ましいが、少なくとも転動方向にて球形を成すもの、例えばラグビーボールの様な断面が楕円形状のものであってもよい。支持軸５１は、遊星ボール５０の中心を通って貫通させたものであり、遊星ボール５０を回転自在に支持する。例えば、遊星ボール５０は、支持軸５１の外周面との間に配設したニードル軸受等の軸受によって、第２回転中心軸Ｒ２を中心とした支持軸５１に対する相対回転（つまり自転）が行える。その支持軸５１の両端は、遊星ボール５０から突出させておく。

その支持軸５１の基準となる位置は、前述した図１に示す基準位置であり、第２回転中心軸Ｒ２が第１回転中心軸Ｒ１と平行になる位置である。この支持軸５１は、傾転平面内において、基準位置とそこから傾斜させた位置との間を遊星ボール５０と共に揺動（傾転）させることができる。その傾転は、その傾転平面内で遊星ボール５０の中心を支点にして行われる。

キャリア４０は、夫々の遊星ボール５０の傾転動作を妨げないように支持軸５１の夫々の突出部を支持する。このキャリア４０は、例えば、中心軸を第１回転中心軸Ｒ１に一致させ且つ軸線方向にて互いに対向させて配置した第１から第３の支持部材４１，４２，４３を有するものである。本実施例では円盤状の第１から第３の支持部材４１，４２，４３を例示するが、その第１から第３の支持部材４１，４２，４３は、必ずしも円盤状に限定するものではない。このキャリア４０においては、第１支持部材４１と第２支持部材４２とを軸線方向にて間隔を空けて配置し、その内の一方に近づけて第３支持部材４３を配置する。そして、このキャリア４０においては、その第１から第３の支持部材４１，４２，４３の内の２つの支持部材の間にサンローラ３０や遊星ボール５０を配置する。この例示では、第３支持部材４３を第１支持部材４１と第２支持部材４２との間で且つ当該第２支持部材４２に近接させて配置し、その第１支持部材４１と第３支持部材４３との間にサンローラ３０や遊星ボール５０を配置している。尚、このキャリア４０では、第３支持部材４３を必ずしも設ける必要はない。

ここで、この無段変速機１においては、夫々の遊星ボール５０の傾転角が基準位置、即ち０度のときに、第１回転部材１０と第２回転部材２０とが同一回転速度（同一回転数）で回転する。つまり、このときには、第２回転部材２０に対する第１回転部材１０の回転比（回転速度又は回転数の比）が１となり、変速比γが１になっている。一方、夫々の遊星ボール５０を基準位置から傾転させた際には、支持軸５１の中心軸（第２回転中心軸Ｒ２）から第１回転部材１０との接触部Ｐ１までの距離が変化すると共に、支持軸５１の中心軸から第２回転部材２０との接触部Ｐ２までの距離が変化する。これが為、第１回転部材１０又は第２回転部材２０の内の何れか一方が基準位置のときよりも高速で回転し、他方が低速で回転するようになる。例えば第２回転部材２０は、遊星ボール５０を一方へと傾転させたときに第１回転部材１０よりも低回転になり（減速）、他方へと傾転させたときに第１回転部材１０よりも高回転になる（増速）。従って、この無段変速機１においては、その傾転角を変えることによって、第２回転部材２０に対する第１回転部材１０の回転比（変速比γ）を無段階に変化させることができる。尚、ここでの増速時（γ＜１）には、図１における上側の遊星ボール５０を紙面反時計回り方向に傾転させ且つ下側の遊星ボール５０を紙面時計回り方向に傾転させる。また、減速時（γ＞１）には、図１における上側の遊星ボール５０を紙面時計回り方向に傾転させ且つ下側の遊星ボール５０を紙面反時計回り方向に傾転させる。

この無段変速機１には、その変速比γを変える変速装置が設けられている。変速比γは遊星ボール５０の傾転角の変化に伴い変わるので、その変速装置としては、夫々の遊星ボール５０を傾転させる傾転装置を用いる。ここでは、キャリア４０に傾転装置（変速装置）としての機能を持たせており、後述する様に、このキャリア４０とシャフト６０と駆動装置８０とが傾転装置（変速装置）の構成になっている。

このキャリア４０においては、第１及び第２の支持部材４１，４２の内の一方を周方向の回転が行えるように構成し、その内の他方を周方向の回転が行えないように構成する。また、第３支持部材４３は、周方向の回転が行えないように構成する。この例示では、第１支持部材４１を周方向の回転が可能なものとし、第２及び第３の支持部材４２，４３を周方向の回転が不能なものとする。以下、第１支持部材４１を回転支持部材４１と云い、第２支持部材４２を第１固定支持部材４２と云い、第３支持部材４３を第２固定支持部材４３と云う。

先ず、第１固定支持部材４２は、回転することの無い例えば無段変速機１の変速機筐体ＣＡに固定する。変速機筐体ＣＡは、無段変速機構を入力軸１１の一部や出力軸２１の一部と共に外側から覆うものである。この例示の第１固定支持部材４２は、その外縁部分４２ａを出力軸２１よりも径方向外側にまで延設し、この外縁部分４２ａにおいて変速機筐体ＣＡに固定する。従って、この第１固定支持部材４２は、変速機筐体ＣＡの壁面の一部を成すことになる。第２固定支持部材４３は、例えば、この第１固定支持部材４２に固定する。

この第１及び第２の固定支持部材４２，４３には、径方向ガイド部４４，４５が遊星ボール５０毎に設けられている。その径方向ガイド部４４，４５とは、遊星ボール５０から突出させた支持軸５１の端部に傾転力が加わった際に、その端部を径方向へと案内するガイド部のことである。径方向ガイド部４４は、例えば長手方向を径方向とするガイド溝である（図２）。一方、径方向ガイド部４５は、長手方向を径方向とするガイド孔であり（図２）、支持軸５１を貫通させる。つまり、第１及び第２の固定支持部材４２，４３においては、軸線方向から観ると、各径方向ガイド部４４，４５が第１回転中心軸Ｒ１を中心とする放射状を成している。その夫々の径方向ガイド部４４，４５は、軸線方向において互いに対向させた位置に形成されている。図２は、遊星ボール５０側から第１及び第２の固定支持部材４２，４３を軸線方向に観た図である。

ここで、その径方向ガイド部４４は、ガイド溝とすることで、トルクの出力側方向に底部を有することになるので、第１固定支持部材４２が変速機筐体ＣＡの壁面を成すことができる。従って、その第１固定支持部材４２は、径方向ガイド部４４からの変速機筐体ＣＡの中の潤滑油（所謂トラクション油）の漏れを回避できる。尚、その潤滑油は、例えば、シャフト６０に形成された軸心油路６１や複数本の径方向油路６２から供給される。この潤滑油は、オイルポンプ（図示略）によって軸心油路６１に供給され、径方向油路６２を介して無段変速機１の各部（冷却対象や潤滑対象）に供給される。

回転支持部材４１には、傾転力付与部４６が遊星ボール５０毎に設けられている。その傾転力付与部４６は、回転支持部材４１の回転に伴い、遊星ボール５０から突出させた支持軸５１の一方の端部に傾転力を作用させるものである。例えば、この傾転力付与部４６は、長手方向が径方向に対して所定の傾斜角で傾斜している直線状の溝や孔等のガイド部である（図３）。これが為、回転支持部材４１を周方向に回転させた際には、支持軸５１の一方の端部に対して傾転力付与部４６の側壁面から傾転力が作用し、その端部が径方向ガイド部４４，４５によって径方向へと案内される。この無段変速機１においては、この案内動作が遊星ボール５０の傾転動作となる。図３は、遊星ボール５０側から回転支持部材４１を軸線方向に観た図である。

具体的に、このキャリア４０においては、回転支持部材４１と第１固定支持部材４２とを相対回転させることで、その相対回転に応じた傾転力が支持軸５１の一方の端部に作用する。例えば、回転支持部材４１を図３の紙面時計回り方向に回転させたときは、傾転力付与部４６における径方向外側の側壁に沿って当該側壁が支持軸５１の一方の端部を押動する。このときには、その押し動かす力が傾転力となり、支持軸５１の一方の端部が径方向ガイド部４４，４５によって径方向内側へと移動するので、変速比γが減速側へと変速する。一方、回転支持部材４２を図３の紙面反時計回り方向に回転させたときは、傾転力付与部４６における径方向内側の側壁に沿って当該側壁が支持軸５１の一方の端部を押動する。このときには、その押し動かす力が傾転力となり、支持軸５１の一方の端部が径方向ガイド部４４，４５によって径方向外側へと移動するので、変速比γが増速側へと変速する。尚、遊星ボール５０は、第１回転部材１０と第２回転部材２０とサンローラ３０とで挟持されているので、球体であれば、その傾転力が付与された際に重心位置を中心にして傾転する。

この回転支持部材４１は、入力軸１１と出力軸２１とが延設されている（つまり車両の動力源や駆動輪への動力伝達装置が配設されている）トルクの入力側に配置されている。そして、この回転支持部材４１は、そのトルクの入力側において、第１回転部材１０及び入力軸１１、出力軸２１並びに変速機筐体ＣＡによって外側から覆われている。従って、この無段変速機１においては、回転支持部材４１を周方向へと回転させる為の駆動装置８０をトルクの入力側に配置し難くなっており、仮に駆動装置８０を配置できたとしても、体格の大型化を招く虞がある。

そこで、この無段変速機１では、その駆動装置８０をトルクの出力側に配設すると共に、その動力がシャフト６０を介して回転支持部材４１に伝達されるよう構成する。

そのシャフト６０は、周方向に回転できるよう軸受等（図示略）を介して配設する。そして、回転支持部材４１は、その内径側をシャフト６０の外径側に例えば螺子部材等で固定する。これが為、この回転支持部材４１は、シャフト６０と一体になって周方向に回転することができる。

駆動装置８０は、回転機等のアクチュエータと、このアクチュエータの出力の回転速度を減速させてシャフト６０に伝える減速機構と、を備える。アクチュエータは、図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）によって動作が制御される。減速機構は、複数の歯車を備えている。例えば、この減速機構は、遊星歯車機構で構成することもできる。

その電子制御装置は、変速比γを増速させる場合、回転支持部材４１を増速側へと回転させるようにアクチュエータの動作を制御し、その増速側への回転方向にシャフト６０を回転させる。一方、変速比γを減速させる場合には、回転支持部材４１を減速側へと回転させるようにアクチュエータの動作を制御し、その減速側への回転方向にシャフト６０を回転させる。

ここで、この無段変速機１では、トルクの出力側のキャリア４０の構成部材（第１固定支持部材４２）を回転させない。これが為、その構成部材は、同等の形状であると仮定すると、回転させる場合よりも強度に余裕が生まれ、また、動力伝達の為の螺子部材等の部位が不要になる。従って、この構成部材は、例えば肉厚を薄くすることができ、軸線方向においての薄型化が可能になる。更に、この例示の第１固定支持部材４２は、出力軸２１のトルクの出力側方向の端部や環状部材２２等を避ける為に、その外縁部分４２ａをトルクの出力側方向に突出させている。故に、この無段変速機１には、その外縁部分４２ａの径方向内側に環状の空間Ｓが存在している。一方、この無段変速機１は、トルクの入力側に入力軸１１と出力軸２１を配置しているので、この入力側への駆動装置８０の配置は難しい。そこで、駆動装置８０は、その一部又は全部をトルクの出力側の環状の空間Ｓに配置する。つまり、駆動装置８０の一部又は全部は、第１固定支持部材４２における各遊星ボール５０に対して軸線方向で反対側の背面に設ける。その空間Ｓには、主に減速機構が配置される。これにより、この無段変速機１は、駆動装置８０を設けることに伴う径方向の体格の増大を回避でき、且つ、軸線方向の体格の増大を抑えることができる。

また、この無段変速機１では、キャリア４０の２つの構成部材（回転支持部材４１と第１固定支持部材４２）を互いに相対回転させるに当たって、トルクの出力側の構成部材ではなく、トルクの入力側の構成部材を回転させている。従って、この無段変速機１においては、トルクの出力側を回転させる場合と比べて、そのトルクの入力側の構成部材である回転支持部材４１を回転させる為に要する駆動装置８０の必要出力トルクを低く抑えることができる。故に、この無段変速機１においては、アクチュエータの小型化が可能になり、この点からも体格の増大を抑えることができる。必要出力トルクが低く抑えられる理由を以下に示す。

ここでは、キャリア４０の第１支持部材４１と第２支持部材４２が共に図２の如き放射状の径方向ガイド部４４を有するものであると仮定する。トルクの入力側においては、支持軸５１から第１支持部材４１の径方向ガイド部４４に周方向（厳密には接線方向）荷重Ｆｃ_ｉｎが加わると、各支持軸５１の荷重Ｆｃ_ｉｎによって第１支持部材４１に周方向の回転モーメントＭｃ_ｉｎが作用する。これが為、その第１支持部材４１を回転させる際には、荷重Ｆｃ_ｉｎの作用点において、その回転モーメントＭｃ_ｉｎとは逆向きで且つ当該回転モーメントＭｃ_ｉｎ以上の大きさの周方向のモーメントを駆動装置８０で第１支持部材４１に作用させる必要がある。一方、トルクの出力側においては、支持軸５１から第２支持部材４２の径方向ガイド部４４に周方向（厳密には接線方向）荷重Ｆｃ_ｏｕｔが加わると、各支持軸５１のＦｃ_ｏｕｔによって第２支持部材４２に周方向の周方向の回転モーメントＭｃ_ｏｕｔが作用する。これが為、その第２支持部材４２を回転させる際には、荷重Ｆｃ_ｏｕｔの作用点において、回転モーメントＭｃ_ｏｕｔとは逆向きで且つ当該回転モーメントＭｃ_ｏｕｔ以上の大きさの周方向のモーメントを駆動装置８０で第２支持部材４２に作用させる必要がある。従って、駆動装置８０の必要出力トルクを低く抑える為には、第１支持部材４１と第２支持部材４２の内、作用している回転モーメントＭｃ_ｉｎ，Ｍｃ_ｏｕｔの小さい方を回転支持部材に設定すればよい。

尚、第１支持部材４１や第２支持部材４２のガイド部４４からは、図４に示す様に、その夫々の荷重Ｆｃ_ｉｎ，Ｆｃ_ｏｕｔとは逆向きで且つ同じ大きさの反作用力が支持軸５１に対して作用している。また、遊星ボール５０には、接触部Ｐ１において第１回転部材１０との間のトラクション力Ｆｒ_ｉｎが作用すると共に、接触部Ｐ２において第２回転部材２０との間のトラクション力Ｆｒ_ｏｕｔが作用している。

その図４のＬｂ、Ｌｃ_ｉｎ及びＬｃ_ｏｕｔは、遊星ボール５０を例えば図１の矢印Ａの方向に観た状態での距離を表している。「Ｌｂ」は、遊星ボール５０の中心と接触部Ｐ１又は接触部Ｐ２までの距離である。「Ｌｃ_ｉｎ」は、遊星ボール５０の中心と第１支持部材４１の径方向ガイド部４４における支持軸５１からの作用点（例えば径方向ガイド部４４内の支持軸５１の中央部分）との間の距離に相当する。「Ｌｃ_ｏｕｔ」は、遊星ボール５０の中心と第２支持部材４２の径方向ガイド部４４における支持軸５１からの作用点（例えば径方向ガイド部４４内の支持軸５１の中央部分）との間の距離に相当する。ここで例示する無段変速機１においては、「Ｌｃ_ｉｎ＝Ｌｃ_ｏｕｔ」となる。

夫々の回転モーメントＭｃ_ｉｎ，Ｍｃ_ｏｕｔは、下記の式１，２で各々表すことができる。トルクの入力側においては、１本の支持軸５１の荷重Ｆｃ_ｉｎによる回転モーメント「Ｆｃ_ｉｎ＊Ｌｐ_ｉｎ」が遊星ボール５０の数量ｎ_ｂ分だけ作用している。また、トルクの出力側においては、１本の支持軸５１の荷重Ｆｃ_ｏｕｔによる回転モーメント「Ｆｃ_ｏｕｔ＊Ｌｐ_ｏｕｔ」が遊星ボール５０の数量ｎ_ｂ分だけ作用している。

式１の「Ｌｐ_ｉｎ」は、図５に示す様に、第１回転中心軸Ｒ１から荷重Ｆｃ_ｉｎの作用点までの距離に相当するものである。式２の「Ｌｐ_ｏｕｔ」は、図５に示す様に、第１回転中心軸Ｒ１から荷重Ｆｃ_ｏｕｔの作用点までの距離に相当するものである。その夫々の作用点までの距離Ｌｐ_ｉｎ，Ｌｐ_ｏｕｔは、変速比γに応じて変化する。

図５の「Ｒｒ」は、第１回転中心軸Ｒ１から接触部Ｐ１又は接触部Ｐ２までの距離である。「Ｒｓ」は、第１回転中心軸Ｒ１から第１接触部Ｐ３又は第２接触部Ｐ４までの距離である。「Ｒｂ」は、遊星ボール５０の半径である。「θｓ」は、サンローラ３０における第１接触部Ｐ３又は第２接触部Ｐ４を有する転動面の軸線方向に対する傾斜角である。「φ」は、傾転角である。

式１，２の夫々の距離Ｌｐ_ｉｎ，Ｌｐ_ｏｕｔは、下記の式３，４で各々表すことができる。

一方、式１，２の荷重Ｆｃ_ｉｎ，Ｆｃ_ｏｕｔは、下記の式５，６の釣り合い式から下記の式７，８の如く求めることができる。式５は、遊星ボール５０の中心における力の釣り合い式である。式６は、トルクの入力側の作用点でのモーメントの釣り合い式である。

ここで、式９，１０には、接触部Ｐ１におけるトラクション力Ｆｒ_ｉｎと接触部Ｐ２におけるトラクション力Ｆｒ_ｏｕｔとを示している。この式９の「Ｔ_ｉｎ」は、第１回転部材１０への入力トルクを示している。

これらの各式により、トルクの入力側と出力側の夫々の回転モーメントＭｃ_ｉｎ，Ｍｃ_ｏｕｔは、変速比γに応じて変化することが判る。そして、この変速比γに応じた夫々の回転モーメントＭｃ_ｉｎ，Ｍｃ_ｏｕｔは、図６で表される。この図６からも明らかなように、変速比γが１よりも小さいときは、トルクの入力側の回転モーメントＭｃ_ｉｎの方がトルクの出力側の回転モーメントＭｃ_ｏｕｔよりも大きい。一方、変速比γが１よりも大きいときは、トルクの入力側の回転モーメントＭｃ_ｉｎの方がトルクの出力側の回転モーメントＭｃ_ｏｕｔよりも小さくなる。しかしながら、夫々の回転モーメントＭｃ_ｉｎ，Ｍｃ_ｏｕｔの最大値は、トルクの出力側の方がトルクの入力側よりも大きい。従って、この無段変速機１においては、トルクの入力側の第１支持部材４１（回転支持部材４１）を回転させる方がトルクの出力側の第２支持部材４２（第１固定支持部材４２）を回転させるよりも小さい出力で済む。つまり、この無段変速機１では、第１支持部材４１（回転支持部材４１）を回転させることで、駆動装置８０の必要出力トルクを低く抑えることができる。

１ 無段変速機
１０ 第１回転部材（第１動力伝達要素）
１１ 入力軸
２０ 第２回転部材（第２動力伝達要素）
２１ 出力軸
３０ サンローラ（第３動力伝達要素）
４０ キャリア（第４動力伝達要素、固定要素）
４１ 第１支持部材（回転支持部材）
４２ 第２支持部材（第１固定支持部材）
４３ 第３支持部材（第２固定支持部材）
４４，４５ 径方向ガイド部
４６ 傾転力付与部
５０ 遊星ボール（転動部材）
５１ 支持軸
６０ シャフト（変速機軸）
８０ 駆動装置
ＣＡ 変速機筐体
Ｒ１ 第１回転中心軸
Ｒ２ 第２回転中心軸

Claims (3)

1. 回転中心となる変速機軸と、
   前記変速機軸と同心の第１回転中心軸を有する相互間で周方向に相対回転が可能な第１から第３の動力伝達要素と、
   第２回転中心軸を有し、前記第１回転中心軸を中心にして放射状で且つ前記第３動力伝達要素の外周面上に複数配置されると共に、軸線方向で対向するトルク入力部たる前記第１動力伝達要素とトルク出力部たる前記第２動力伝達要素とで挟持された転動部材と、
   前記各転動部材を傾転させることで入出力間の変速比を変える変速装置と、
   前記各転動部材の中心よりも前記第１動力伝達要素が配置された側に配置し、前記第１動力伝達要素及び前記第２動力伝達要素に各々連結された入力軸及び出力軸と、
   を有し、
   前記変速装置は、前記変速機軸に連結し、前記各転動部材の夫々の支持軸の一端を傾転自在に支持する第１支持部材と、前記各支持軸の他端を傾転自在に支持する回転不能な第２支持部材と、前記各転動部材の中心よりも前記第２動力伝達要素が配置された側で且つ前記第２支持部材における前記各転動部材に対して軸線方向で反対側に配置し、前記変速機軸を周方向に回転させるアクチュエータと、を備え、前記第１支持部材を前記第２支持部材に対して相対回転させることで前記各支持軸と共に前記各転動部材を傾転させるよう構成したことを特徴とする無段変速機。
2. 前記アクチュエータの出力の回転速度を減速させて前記変速機軸に伝える減速機構を当該アクチュエータと当該変速機軸との間に設けたことを特徴とする請求項１記載の無段変速機。
3. 前記第２支持部材は、変速機筐体の壁面の一部を成すことを特徴とする請求項１又は２に記載の無段変速機。

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