JP2016080108A - 変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンから入力されるトルクを変速機の許容トルク容量以下に規制しながら主変速機単体の変速レシオ幅より広いオーバーオールレシオ幅を好適に確保することが可能な軽量且つコンパクトな変速機を提供する。【解決手段】リングギヤ３、サンギヤ４及びキャリア６を第１入力軸１、第２入力軸２、第２入力軸２と同軸の副入力軸７にそれぞれ連結する。第１入力軸１は第２入力軸２と第１クラッチＣＬ１を介して連結し、第２入力軸２は第１プーリー１２に連結する。副入力軸７は、第２クラッチＣＬ２によって副入力軸７に一体化される第１ギヤ８、第２ギヤ９、中間軸１０、第３ギヤ１１及び第４ギヤ１５を介して第２プーリー１３に連結する。なお、第２ギヤ９及び第３ギヤ１１、第４ギヤは中間軸１０、第２回転軸１３ｃにそれぞれ固設すると共に、第２ギヤ９及び第３ギヤ１１は第１ギヤ８、第４ギヤ１５にそれぞれ係合させる。【選択図】図１

Description

本発明は変速機に関し、より詳細にはエンジンから入力されるトルクを変速機の許容トルク容量以下に規制しながら主変速機単体の変速レシオ幅より広い全変速レシオ幅（オーバーオールレシオ幅）を好適に確保することが可能な軽量且つコンパクトな変速機に関するものである。

一般に、変速機の変速レシオ幅が広い場合、エンジンの負荷を軽減しながらスムーズな発進および加速、更には低回転での高速巡行走行を可能とするため、エンジンの負荷軽減および燃料消費率向上に対し有利である。変速機がベルト式無段変速機の場合、変速レシオは駆動プーリーと従動プーリーにおけるベルト巻付き径の比によって決定される。従って、従来のベルト式無段変速機においては、より広い変速レシオ幅を確保するために、プーリーの外径を出来る限り大きくしていた。プーリーの外径が大きくなる場合、プーリーの回転軸及びカバー並びにプーリーを駆動する油圧機構等も大型化しそれにより必然的に変速機全体の重量は増加する。

ところで、ベルト式無段変速機に遊星歯車機構を併用した変速機が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この変速機では、ベルト式無段変速機の前方に遊星歯車機構が配置され、発進用クラッチCSが締結された状態で直結クラッチCDが締結され且つ高速モード用クラッチCHが開放される場合、サンギヤとリングギヤが中間軸を介して連結され、その結果サンギヤ、ピニオンギヤ及びリングギヤが同一速度で回転する（つまり、遊星歯車機構は動力伝達に寄与しなくなる。）。従って、エンジンからの動力は全てベルト式無段変速機（駆動／従動プーリー）へ伝達され第１ギヤ及び中間軸を介して差動装置へ伝達される。他方、発進用クラッチCSが締結された状態で高速モード用クラッチCHが締結され且つ直結クラッチCDが開放される場合、エンジンからの動力は一部が駆動プーリーへ入力されその残部が遊星歯車機構へ入力される。駆動プーリーへ入力された動力は、従動プーリー、第１ギヤ、アイドルギヤ、第１ギヤ、サンギヤ軸、サンギヤ、ピニオンギヤ、ギヤ対、および中間軸を介して差動装置へ伝達される一方、遊星歯車機構へ入力された動力はリングギヤ、ピニオンギヤで上記動力流に合流しながら差動装置へ伝達される。このように、発進用クラッチCSが締結された状態で直結クラッチCDおよび高速モード用クラッチCHの締結／開放状態を切り替えることにより、ベルト式無段変速機のみの変速作用で変速比を設定するダイレクトモード（Ｌモード）ならびにベルト式無段変速機と遊星歯車機構の両方で変速比を設定する動力循環モード（Ｈモード）という２つの前進変速モードを実現している。

また、トロイダル式無段変速機に遊星歯車機構を併用した変速機も知られている（例えば、特許文献２を参照。）。この変速機では、トロイダル式無段変速機（ＣＶＴ）の後方に遊星歯車機構が配置され、直結クラッチが締結され動力循環クラッチが開放される場合、サンギヤとリングギヤが直結され、その結果サンギヤ、リングギヤ及びキャリアが同一速度で回転する（つまり、遊星歯車機構は動力伝達に寄与しなくなる。）。従って、エンジンからの動力は全てＣＶＴへ入力され、ＩＶＴ出力ギヤ及び第１出力ギヤを介して第３軸へ伝達され第２出力ギヤを介して差動装置へ伝達される。他方、動力循環クラッチが締結され直結クラッチが開放される場合、キャリアが入力ギヤと連結し、その結果、エンジンからの動力はその一部が入力ギヤを介してキャリアに伝達され、その残部がＣＶＴへ伝達される。入力ギヤからキャリアへ伝達された動力は、ＣＶＴ出力ギヤ及び第２軸を経由してサンギヤに伝達される動力とキャリアにおいて合流しながらＩＶＴ出力ギヤ及び第１出力ギヤを介して第３軸へ伝達され、第２出力ギヤを介して差動装置へ伝達される。このように、上記変速機と同様に、２つのクラッチ（直結クラッチ、動力循環クラッチ）の締結／開放状態を切り替えることにより、トロイダル式無段変速機のみの変速作用で変速比を設定するＣＶＴ直結モードならびにトロイダル型無段変速機と遊星歯車機構の両方で変速比を設定する動力循環モードという２つの前進変速モードを実現している。

特開２００２−１２２２０７号公報 特開２００２−２９５６３０号公報

上記特許文献１に記載の変速機では、始動から低速走行時においてはベルト式無段変速機のみの変速作用で変速比を設定するダイレクトモード（Ｌモード）が実行される。このダイレクトモードではエンジンからのトルクは発進用クラッチCSを介して全て駆動プーリーに入力される。
しかし、エンジンからのトルクがトルクコンバータを介して変速機に入力される場合、トルクコンバータは低速領域においてトルク増幅作用があるため、駆動プーリーの許容トルク容量を超えるトルクがエンジンから入力される虞がある。また、エンジンと遊星歯車機構の間に動力を循環するギヤ列が２個並列に設けられ、更に遊星歯車機構と駆動プーリーとの間にクラッチが２個直列に設けられているため、変速機の軸方向長さが増大し、変速機のコンパクト化の観点から更なる改良の余地があるものと考えられる。また。上記２つの前進変速モードを切り替えるためには合計３つのクラッチ（発進用クラッチCS、直結クラッチCD、高速モード用クラッチCH））が必要となると共に、減速又は増速に係るギヤ対が３対必要となるため、変速機の軽量化の観点からも更なる改良の余地があるものと考えられる。
また、上記特許文献２に記載の変速機についても同様に、始動から低速走行時においてＣＶＴのみの変速作用で変速比を設定する直結モードが実行されるため、エンジンからのトルクがトルクコンバータを介してＣＶＴに入力される場合、ＣＶＴの許容トルク容量を超えるトルクがエンジンから入力される虞がある。
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであり、その目的は、エンジンから入力されるトルクを変速機の許容トルク容量以下に規制しながら主変速機単体の変速レシオ幅より広い全変速レシオ幅（オーバーオールレシオ幅）を好適に確保することが可能な軽量且つコンパクトな変速機を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る変速機では、一対の回転体（１２、１３）及び該回転体に巻き掛けられる無端伝達部材（１４）から成る変速手段と、該変速手段と駆動源との間に配置される遊星歯車機構と、該遊星歯車機構のリングギヤ（３）に連結すると共に駆動源からのトルクが入力される第１駆動要素（１−３）と、該遊星歯車機構のサンギヤ（４）に連結すると共に前記変速手段を構成する第１回転体（１２）に連結する第２駆動要素（４−２−１２ｃ）と、同第２回転体（１３）に連結する第３駆動要素（１３ｃ−１５）と、中間軸（１０）を有し前記第３駆動要素（１３ｃ−１５）及び差動装置（Ｄ/Ｇ）の双方に連結する第４駆動要素（８−９−１０−１１）と、前記遊星歯車機構のキャリア（６）に連結すると共に前記第２駆動要素（４−２−１２ｃ）に対し同軸に配置される第５駆動要素（６−７）とを備えた変速機であって、
前記第１駆動要素（１−３）は前記遊星歯車機構の後方に設けられた第１クラッチ（ＣＬ１）を介して前記第２駆動要素（４−２−１２ｃ）に連結され、前記第４駆動要素（８−９−１０−１１）及び前記第５駆動要素（６−７）は第２クラッチ（ＣＬ２）によって連結されると共に前記変速手段と前記遊星歯車機構との間に配置されることを特徴とする。

上記構成では、第１クラッチ（ＣＬ１）が開放され第２クラッチ（ＣＬ２）が締結される時、上記遊星歯車機構はサンギヤ（４）とキャリア（６）が動力循環経路（遊星歯車機構→第２駆動要素→変速手段→第３駆動要素→第４駆動要素→第５駆動要素→遊星歯車機構）で連結した、いわゆる閉路型遊星歯車機構を構成する。また、エンジンからの動力（トルク）は全てリングギヤ（３）に入力され、その動力はサンギヤ（４）及びキャリア（６）からそれぞれ出力され、キャリア（６）から出力される動力は第５駆動要素（６−７）及び第４駆動要素（８−９−１０−１１）という経路に沿って伝達され差動装置（Ｄ/Ｇ）へ出力される一方、サンギヤ（４）から出力される動力は上記動力循環経路に沿って循環する。特に、上記入出力特性を有する閉路型遊星歯車機構ではリングギヤ（３）の歯数とサンギヤ（４）の歯数との歯数比がλの場合、サンギヤ（４）から出力されるトルクはリングギヤ（３）に入力されるトルクの１／λに減少する。つまり、変速手段（プーリー）の通過トルクがエンジンから伝達されるトルクの１／λ倍に抑えられることを意味している。従って、エンジンのトルク及びトルクコンバータの増幅比を考慮して上記歯数比λを設定することにより、変速手段を通過するトルクを変速手段の許容トルク容量以下に規制することが可能となる。

他方、第１クラッチ（ＣＬ１）が締結され第２クラッチ（ＣＬ２）が開放される時、上記第１駆動要素（１−３）と上記第２駆動要素（４−２−１２ｃ）は一体化し、これにより上記遊星歯車機構はリングギヤ（３）、サンギヤ（４）及びキャリア（６）が同一速度で回転し動力伝達に寄与しなくなるため、エンジンからの動力（トルク）は第２クラッチ（ＣＬ２）を介して上記変速手段に入力され、変速手段において変速された後に差動装置（Ｄ/Ｇ）へ出力される。このように、上記構成では前進に関し２つの変速モードを有するため、変速手段単体の変速レシオ幅より広い全変速レシオ幅（オーバーオールレシオ幅）を好適に確保することが可能となる。
また、動力循環経路に係る上記第４駆動要素（８−９−１０−１１）及び第５駆動要素（６−７）は前記変速手段と前記遊星歯車機構との間に配置されているため、変速機全体を軸方向にコンパクトに集約することが可能となる。
また、上記２つの変速モードを実行するためには上記２つのクラッチ（ＣＬ１、ＣＬ２）で足りる。つまり、各変速モードに対し１つのクラッチを締結させれば足りるため、クラッチの個数を最小限に抑えることが可能となり、これにより変速機全体の軽量化が実現される。

本発明に係る変速機の第２の特徴は、前記第４駆動要素（８−９−１０−１１）が、前記第２クラッチ（ＣＬ２）を介して前記５駆動要素（６−７）に一体化される第１ギヤ（８）と、前記中間軸（１０）に固定され前記第１ギヤ（８）に係合する第２ギヤ（９）並びに同じく前記中間軸（１０）に固定され前記第３駆動要素（１３ｃ−１５）の第４ギヤ（１５）及び前記差動装置（Ｄ/Ｇ）の双方に係合する第３ギヤ（１１）とから成ることである。

上記構成では、上記遊星歯車機構のキャリア（６）と変速手段（第２プーリー１３）を連結する上記動力循環経路を上記変速手段（第１プーリー１２）と遊星歯車機構との間に好適に設けることが可能となる。また、第１ギヤ（８）と第２ギヤ（９）のギヤ対ならびに第３ギヤ（１１）と第４ギヤ（１５）のギヤ対は、上記中間軸（１０）を介して２段に構成されるため、その２段構成のギヤ対を遊星歯車機構と変速手段との間に配置する場合、第３ギヤ（１１）の上方に空間（スペース）が生じる。そのスペースに上記第２クラッチ（ＣＬ２）を配置することにより変速機全体を軸方向にコンパクトに集約することが可能となる。

本発明に係る変速機の第３の特徴は、前記第４駆動要素は前記第２クラッチ（ＣＬ２）を介して前記５駆動要素（６−７）に一体化される第１スプロケット（１６）と、前記第２回転体（１３）の第２回転軸（１３ｃ）に固定された第２スプロケット（１７）と、前記第１及び第２スプロケット（１６、１７）に巻き掛けられるチェーン（１８）とから成ることである。

上記構成では、上記遊星歯車機構のキャリア（６）と変速手段（第２プーリー１３）を連結する上記動力循環経路を上記変速手段（第１プーリー１２）と遊星歯車機構との間に好適に設けることが可能となる。

本発明に係る変速機の第４の特徴は、前記第５駆動要素（６−７）の回転を制止するリバースブレーキ（Ｒ/Ｂ）が前記キャリア（６）の上方に設けられていることである。

上記構成では、変速機の軸方向長さを増大させずにリバースブレーキ（Ｒ/Ｂ）を配置することが可能となる。

本発明に係る変速機の第５の特徴は、前記第１クラッチ（ＣＬ１）を開放すると共に前記第２クラッチ（ＣＬ２）を締結し、前記変速手段における前記無端伝達部材（１４）の巻付け半径の比を所定範囲で連続的に変化させる時、前記駆動源からの動力は前記第１駆動要素（１−３）を介してその一部が前記遊星歯車機構のキャリア（６）、前記第５駆動要素（６−７）および前記第４駆動要素（８−９−１０−１１）という動力伝達経路に沿って前記差動装置（Ｄ/Ｇ）へ出力されると共に、その残部が前記第２駆動要素（４−２−１２ｃ）、前記無端伝達部材（１４）、前記第３駆動要素（１３ｃ−１５）、前記第４駆動要素（８−９−１０−１１）、前記第５駆動要素（６−７）および前記キャリア（６）という動力循環経路に沿って循環される第１変速モードと、
並びに前記第１クラッチ（ＣＬ１）を締結すると共に前記第２クラッチ（ＣＬ２）を開放し、前記変速手段における前記無端伝達部材（１４）の巻付け半径の比を所定範囲で連続的に変化させる時、前記駆動源からの動力は前記第１駆動要素（１−３）を介して前記第２駆動要素（４−２−１２ｃ）、前記無端伝達部材（１４）、前記第３駆動要素（１３ｃ−１５）および第４駆動要素（８−９−１０−１１）という動力伝達経路に沿って前記差動装置（Ｄ/Ｇ）へ出力される第２変速モードとを有することである。

上記構成では、第１変速モードにおいてエンジンからの動力は一部が上記第５駆動要素および第４駆動要素に沿って上記差動装置（Ｄ/Ｇ）へ出力され、その残部が上記動力循環経路に沿って循環される動力循環モードを好適に実施することが出来ると共に、第２変速モードにおいて遊星歯車機構のリングギヤ（３）、サンギヤ（４）及びキャリア（６）が全て同一速度で回転しながらエンジンからの動力が全て上記変速手段に伝達される直結モードを好適に実施することが出来る。また、第１速度モードにおいて、遊星歯車機構の速度線図はリングギヤ（３）の回転数を定点として傾斜直線から水平線に移行するため、リンングギヤ（３）、サンギヤ（４）及びキャリア（６）が同一速度になった時に、上記クラッチ（ＣＬ１、ＣＬ２）の締結／開放状態を切り替えることにより、差回転をゼロにして第１変速モードから第２変速モードへスムーズに切り替えることが可能となる。

本発明に係る変速機の第６の特徴は、前記第１クラッチ（ＣＬ１）及び前記第２クラッチ（ＣＬ２）を開放すると共に前記第リバースブレーキ（Ｒ/Ｂ）を締結し、前記変速手段における前記無端伝達部材（１４）の巻付け半径の比を所定範囲で連続的に変化させる時、前記駆動源からの動力は第１駆動要素（１−３）を介して前記遊星歯車機構のプラネタリギヤ（５）、前記第２駆動要素（４−２−１２ｃ）、前記無端伝達部材（１４）、前記第３駆動要素（１３ｃ−１５）および第４駆動要素（８−９−１０−１１）という動力伝達経路に沿って前記差動装置（Ｄ/Ｇ）へ出力される第３変速モードを有することである。

上記構成では、上記リバースブレーキ（Ｒ/Ｂ）の締結のみによって後進モードを好適に実施することが出来る。

本発明の変速機によれば、前進に係る上記第１変速モードと上記第２変速モードを有するため、変速手段単体の変速レシオ幅より広い全変速レシオ幅（オーバーオールレシオ幅）を有する。特に、第１変速モードにおいて遊星歯車機構のサンギヤ（４）とキャリア（６）が上記動力循環経路で連結した閉路型遊星歯車機構を構成し、エンジンからの動力は全てリングギヤ（３）に入力され、サンギヤ（４）及びキャリア（６）からそれぞれ出力されるように構成されている。そのため、リングギヤ（３）の歯数とサンギヤ（４）の歯数との歯数比がλの場合、サンギヤ（４）から出力されるトルクがリングギヤ（３）に入力されたトルクの１／λに減少する。従って、エンジンのトルク及びトルクコンバータの増幅比を考慮して上記歯数比λを設定することにより、変速手段を通過するトルクを変速手段の許容トルク容量以下に規制することが可能となる。
また、上記動力循環経路に係る上記第４駆動要素（８−９−１０−１１）及び第５駆動要素（６−７）は上記変速手段と上記遊星歯車機構との間に配置されているため、変速機全体を軸方向にコンパクトに集約することが可能となる。
更に、各変速モードに対し１つのクラッチを締結させれば足りるため、クラッチの個数を最小限に抑えることが可能となり、これにより変速機全体の軽量化が実現される。

本発明の変速機を示すスケルトン説明図である。 本発明の変速機の動力循環モードにおける動力伝達経路（トルクフロー）を示す説明図である。 本発明の変速機の動力循環モードにおけるリングギヤ、サンギヤ及びキャリアに係る速度線図である。 本発明の変速機の直結モードにおける動力伝達経路（トルクフロー）を示す説明図である。 本発明の変速機の直結モードにおけるリングギヤ、サンギヤ及びキャリアに係る速度線図である。 本発明の変速機の後進モードにおける動力伝達経路（トルクフロー）を示す説明図である。 本発明の変速機の後進モードにおけるリングギヤ、サンギヤ及びキャリアに係る速度線図である。 本発明の変形例１に係る変速機を示すスケルトン説明図である。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明の変速機１００を示すスケルトン説明図である。なお、説明の都合上、トルクコンーバータＴ/Ｃ及び差動装置Ｄ/Ｇについても併せて図示されている。
この変速機１００は、詳細については図２から図５を参照して後述するが、前進に関し低速での動力循環モードと通常走行での直結モードという２つの変速モードを有し、無段変速機単体（第１プーリー１２、第２プーリー１３及びＶベルト１４）の変速レシオ幅より広いオーバーオールレシオ幅を有している。特に、動力循環モードにおいて遊星歯車機構のサンギヤ４は第１プーリー１２に連結される一方、キャリア６は複数のギヤ対を介して第２プーリー１３に連結され、これにより遊星歯車機構はサンギヤ４とキャリア６が動力循環経路を介して連結された閉路型遊星歯車機構を構成する。従って、リングギヤ３の歯数Ｚ_Rとサンギヤ４の歯数Ｚ_Sとの歯数比をλ（＝Ｚ_R／Ｚ_S）とする時、リングギヤ３に入力されたエンジンからのトルクは、１／λ倍に低減されてサンギヤ４に伝達される。従って、歯数比λを適宜調整することにより、第１プーリー１２の通過トルクについて、トルクコンバータＴ/Ｃの増幅比を掛けた場合であっても、通常走行時（直結モード）の通過トルクを超えないようにすることが可能となる。また、上記動力循環経路に係るギヤ対およびクラッチＣＬ２,Ｒ/Ｂが無段変速機と遊星歯車機構との間に配置され、変速機全体が軸方向にコンパクトに集約されている。更に、上記動力循環モードと直結モード、更には後進モードという３変速モードは対応する１つのクラッチ、即ち第２クラッチＣＬ２、第１クラッチＣＬ１、リバースブレーキＲ/Ｂをそれぞれ締結することにより実現することが出来るように構成されている。これにより、クラッチの個数が最小限に抑えられ、変速機全体が軽量化されている。

本変速機１００の構成としては、トルクコンバータＴ/Ｃから伝達される回転動力を受ける第１入力軸１と、第１入力軸１に同芯に配置されると共に第１プーリー１２の回転軸１２ｃと連結する第２入力軸２と、第１入力軸１と第２入力軸２を連結する第１クラッチＣＬ１と、第１入力軸１に連結・固定されたリングギヤ３と、第２入力軸２に連結・固定されたサンギヤ４と、リングギヤ３とサンギヤ４の双方に噛み合う相対回転可能なプラネタリギヤ５と、プラネタリギヤ５を相対回転可能に支持するキャリア６と、キャリア６が固定され第２入力軸２と同軸構造を成す副入力軸７と、副入力軸７上に相対回転自在に設けられた第１ギヤ８と、第１ギヤ８を副入力軸７に一体化する第２クラッチＣＬ２と、第１ギヤ８に噛み合う第２ギヤ９と、第２ギヤ９が固設された中間軸１０と、中間軸１０に固設され差動装置Ｄ/Ｇに係合する第３ギヤ１１と、ベルト式無段変速機を構成する第１プーリー１２、第２プーリー１３及びＶベルト１４と、第２プーリー１３の回転軸１３ｃに固設され第３ギヤ１１に噛み合う第４ギヤ１５と、キャリア６の回転を制止するリバースブレーキＲ/Ｂとを具備して構成される。以下、各構成について更に説明する。

リングギヤ３、サンギヤ４、プラネタリギヤ５及びキャリア６は遊星歯車機構を構成している。動力循環モードにおいてはトルクコンバータＴ/Ｃから伝達される動力はリングギヤ３に入力され、サンギヤ４及びキャリア６からそれぞれ出力される。他方、直結モードにおいては第１クラッチＣＬ１によってリングギヤ３とサンギヤ４が一体化され、プラネタリギヤ５の自転は止まるため、遊星歯車機構を介して動力は伝達されなくなる。従って、直結モードにおいてはトルクコンバータＴ/Ｃから伝達される動力は第１入力軸１に入力され、第２入力軸２を介して第１プーリー１２へ伝達される。また、後進モードにおいてはリバースブレーキＲ/Ｂによってキャリアの回転は止められるため、トルクコンバータＴ/Ｃから伝達される動力はリングギヤ３に入力され、プラネタリギヤ５を介して逆方向に変えられてサンギヤ４へ出力される。

第１ギヤ８と第２ギヤ９は矢印（→）の向きにギヤ比rg1を有するギヤ対であり、第４ギヤ１５と第３ギヤ１１は矢印（→）の向きにギヤ比rg2を有するギヤ対である。従って、動力循環モードにおいて第２クラッチＣＬ２が締結される時、サンギヤ４とキャリア６は、第２入力軸２、上記ベルト式無段変速機（プーリーレシオrp）、ギヤ対（ギヤ比rg2）、中間軸１０、ギヤ対（ギヤ比１／rg1）、副入力軸７という動力循環経路によって連結される。

また、上記２組のギヤ対（rg1、rg2）は中間軸１０を共通軸として２段に構成されているため、第３ギヤ１１の上方に段差によるスペースが生じる。そのスペースに上記第２クラッチＣＬ２が配置されていると共に、キャリア６の上方のスペースに上記リバースブレーキＲ/Ｂが配置されている。このように、本変速機１００では上記ギヤ対及び上記クラッチＣＬ２,Ｒ/Ｂが遊星歯車機構と無段変速機との間に配置され、変速機全体が軸方向にコンパクトに構成されている。

第１プーリー１２は、駆動プーリーとして機能し第１固定プーリー１２ａと第１可動プーリー１２ｂとから成り、第１固定プーリー１２ａは第１回転軸１２ｃに固定され第１回転軸１２ｃに対し軸方向に摺動（相対変位）することは出来ない。それに対し、第１可動プーリー１２ｂには第１シリンダ室（図示せず）が設けられ、そのシリンダ室に供給されるオイルの油圧（側圧）に応じて第１回転軸１２ｃに対し軸方向に摺動することが可能である。従って、そのシリンダ室に供給されるオイルの油圧（側圧）を変えることにより、第１固定プーリー１２ａと第１可動プーリー１２ｂとのプーリー幅（溝幅）を変えることが可能である。なお、第２プーリー１３（従動プーリー）も第１プーリー１２と同様な構成である。

また、Ｖベルト１４は多数のエレメント（図示せず）とその両側に嵌め込まれた２本のリング(図示せず）から成り、エレメントに形成されたＶ字面がリングによって各プーリー面に押圧され、そのＶ字面とプーリー面との摩擦力によってエンジンからの回転動力を第１プーリー１２から第２プーリー１３へ伝達する。従って、第１プーリー１２と第２プーリー１３の両側圧をそれぞれ増減させることによって各プーリー幅を変化させ、Ｖベルト１４の両プーリーに対する巻付け半径を変化させることにより、伝達されて来る駆動力を巻付け半径の比に応じた変速比で第１プーリー１２から第２プーリー１３へ伝達することが可能となる。

図２は、本発明の変速機１００の動力循環モードにおける動力伝達経路（トルクフロー）を示す説明図である。
動力循環モードにおいては第２クラッチＣＬ２のみが締結状態にあり、その他の第１クラッチＣＬ１及びリバースブレーキＲ/Ｂは開放状態にある。従って、トルクコンバータＴ/Ｃから伝達される動力は、第１入力軸１→リングギヤ３→プラネタリギヤ５という伝達経路によって伝達され、プラネタリギヤ５においてキャリア６を流れる動力フローとサンギヤ４を流れる動力フローとに二分され、キャリア６を流れる動力はキャリア６→副入力軸７→第２クラッチＣＬ２→第１ギヤ８→第２ギヤ９→中間軸１０→第３ギヤ１１という伝達経路に沿って差動装置Ｄ/Ｇへ伝達される一方、サンギヤ４を流れる動力はサンギヤ４→第２入力軸２→第１回転軸１２c→第１プーリー１２→Ｖベルト１４→第２プーリー１３→第２回転軸１３c→第４ギヤ１５→第３ギヤ１１→中間軸１０→第２ギヤ９→第１ギヤ８→第２クラッチＣＬ２→副入力軸７→キャリア６→プラネタリギヤ５→サンギヤ４という動力循環経路に沿って循環する。

図３は、本発明の変速機１００の動力循環モードにおけるリングギヤ３、サンギヤ４及びキャリア６に係る速度線図である。なお、縦軸の高さは各要素の回転数を、縦軸の各間隔はリングギヤ３の歯数Ｚ_Rとサンギヤ４の歯数Ｚ_Sとの歯数比（λ：１）をそれぞれ表している。
動力循環モードではエンジンからの動力はリングギヤ３のみに入力されるため、リングギヤ３の回転数が最も高く、以下キャリア６及びサンギヤ４の順に高くなる。従って、初期状態において速度線図は右肩上がりの傾斜直線になる。また、エンジン回転数が一定の場合、リングギヤ３の回転数Ｎ_Rは一定であるから、第１プーリー１２と第２プーリー１３におけるＶベルト１４の巻付け半径の比（プーリーレシオrp）を連続的に変化させると、それに応じて右肩上がりの傾斜直線はリングギヤ３の回転数Ｎ_Rを定点として水平に移行する。傾斜直線が完全に水平になる時、リングギヤ３、キャリア６及びサンギヤ４は回転数が等しくなる。従って、このタイミングで第２クラッチＣＬ２を開放すると共に第１クラッチＣＬ１を締結することにより、変速ショックなしに動力循環モードから直結モードにスムーズに移行することが可能となる。

ところで、図３に示される傾斜直線と点線とキャリア縦軸又はリングギヤ縦軸により形成される２つの三角形の相似比に注目すると、下記式１が成立する。
式１：（Ｎ_C−Ｎ_S）／（Ｎ_R−Ｎ_S）＝Ａ（Ａ≡λ／（λ＋１））
また、図１に戻り、サンギヤ４とキャリア６は、第１ギヤ８と第２ギヤ９のギヤ対（ギヤ比rg1）、第４ギヤ１５と第３ギヤ１１のギヤ対（ギヤ比rg2）、無段変速機（プーリーレシオrp）を介して連結しているため、下記式２が成立する。
式２：Ｎ_C＝Ｎ_S×Ｂ（Ｂ≡１/rp×1/rg2×rg1）
また、リングギヤ３、サンギヤ４、キャリア６のトルクをそれぞれＴ_R、Ｔ_S、Ｔ_Cとする時、エネルギー保存則より下記式３が成立する。
式３：Ｎ_RＴ_R＝Ｎ_SＴ_S＋Ｎ_CＴ_C
また、遊星歯車機構におけるトルクのつり合いより、下記式４が成立する。
式４：Ｔ_R＝Ｔ_S＋Ｔ_C
また、式３−式４×Ｎ_Cより、下記式５が成立する。
式５：Ｔ_S／Ｔ_R＝（Ｎ_R−Ｎ_C）／（Ｎ_S−Ｎ_C）
また、式２を式１へ代入すると、下記式６が成立する。
式６：Ｎ_R＝（Ａ＋Ｂ−１）／Ａ×Ｎ_S
そして、式２と式６を式５に代入すると、下記式７が成立する。
式７：Ｔ_S／Ｔ_R＝（Ａ−１）／Ａ＝−１／λ（∵Ａ＝λ／（λ＋１））
上記式７は、サンギヤ４のトルクはリングギヤ３のトルクの１／λ倍であること、すなわちトルクコンバータＴ/Ｃから入力されるトルクの１／λ倍がサンギヤ４に伝達され、リングギヤ３とサンギヤ４との間のトルク比はリングギヤ３の歯数Ｚ_Rとサンギヤ４の歯数Ｚ_Sとの歯数比λ（＝Ｚ_R／Ｚ_S）のみに依存していることを示している。従って、歯数比λを適宜調整することにより第１プーリー１２及び第２プーリー１３の通過トルクについて、トルクコンバータＴ/Ｃの増幅比を掛けた場合であっても、通常走行時（直結モード）の通過トルクを超えないようにすることが可能となる。

因みに、図３よりサンギヤ４の回転数Ｎ_S＞０なので、式３より下記式８が成立する。
式８：Ｎ_RＴ_R−Ｎ_CＴ_C＝Ｎ_SＴ_S＜０
上記式８は、キャリア６を流れる動力（図２の実線）はリングギヤ３に入力される動力（トルクコンバータＴ/Ｃから入力される動力）よりも大きいこと示している。また上記式８の右辺よりサンギヤ４を流れる動力（図２の点線）はキャリア６を流れる動力(図２の実線）とは逆方向に流れることを示している。

図４は、本発明の変速機１００の直結モードにおける動力伝達経路（トルクフロー）を示す説明図である。
直結モードにおいては第１クラッチＣＬ１のみが締結状態にあり、その他の第２クラッチＣＬ２及びリバースブレーキＲ/Ｂは開放状態にある。第１クラッチＣＬ１によってリングギヤ３とサンギヤ４が同期されるため、プラネタリギヤ５の自転は停止しリングギヤ３及びキャリア６に同期する。その結果、キャリア６もリングギヤ３及びキャリア６に同期する。また、リングギヤ３とサンギヤ４が同期されることにより、リングギヤ３とサンギヤ４との間で動力の伝達は行われない。従って、トルクコンバータＴ/Ｃから伝達される動力は、第１入力軸１→第１クラッチＣＬ１→第２入力軸２→第１回転軸１２ｃ→第１プーリー１２→Ｖベルト１４→第２プーリー１３→第２回転軸１３ｃ→第４ギヤ１５→第３ギヤ１１という伝達経路によって差動装置Ｄ/Ｇへ伝達される。

図５は、本発明の変速機１００の直結モードにおけるリングギヤ３、サンギヤ４及びキャリア６に係る速度線図である。
直結モードにおいてはリングギヤ３、サンギヤ４及びキャリア６が同一速度で回転するため、速度線図は水平な直線になる。また、エンジンの回転数が一定の場合、第１プーリー１２と第２プーリー１３との間の巻き付け径の比（プーリーレシオrp）を連続的に変化させる場合でも、速度線図は一定の水平線となる。また、エンジンの回転数が増大または減少すると、それに応じて速度線図は水平状態を保ったまま上方あるいは下方へ移行する。また、直結モードでは、動力循環モードに比べギヤの噛み合いが減るため伝達効率が高くなる。

図６は、本発明の変速機１００の後進モードにおける動力伝達経路（トルクフロー）を示す説明図である。
後進モードにおいてはリバースブレーキＲ/Ｂのみが締結状態にあり、その他の第１クラッチＣＬ１及び第２クラッチＣＬ２は開放状態にある。リバースブレーキＲ/Ｂによってキャリア６の回転は止められるため、プラネタリギヤ５が自転することにより、リングギヤ３から伝達される動力は逆方向に変えられサンギヤ４に伝達される。従って、トルクコンバータＴ/Ｃから伝達される動力は、第１入力軸１→リングギヤ３→プラネタリギヤ５→サンギヤ４→第２入力軸２→第１回転軸１２ｃ→第１プーリー１２→Ｖベルト１４→第２プーリー１３→第２回転軸１３ｃ→第４ギヤ１５→第３ギヤ１１という伝達経路によって差動装置Ｄ/Ｇへ伝達される。

図７は、本発明の変速機１００の後進モードにおけるリングギヤ３、サンギヤ４及びキャリア６に係る速度線図である。
後進モードにおいてはリバースブレーキＲ/Ｂによってキャリア６の回転が制止され、キャリア６の回転数Ｎ_Cはゼロとなる。また、プラネタリギヤ５は逆方向に動力を伝達するため、リングギヤ３の回転は逆方向にサンギヤ４に伝達される。そのため、サンギヤ４の回転数Ｎ_Sは負となる。

以上の通り、本発明の変速機１００によれば、前進に関し低速での動力循環モードと通常走行での直結モードという２つの変速モードを有し、上記無段変速機単体（第１プーリー１２、第２プーリー１３及びＶベルト１４）の変速レシオ幅より広いオーバーオールレシオ幅を有している。特に、動力循環モードにおいて遊星歯車機構のサンギヤ４は第１プーリー１２に連結される一方、キャリア６は第２プーリー１３に連結され、これにより遊星歯車機構はサンギヤ４とキャリア６が上記無段変速機（プーリーレシオrp）および２組のギヤ対（ギヤ比rg1、ギヤ比rg2）から成る動力循環経路を介して連結された閉路型遊星歯車機構を構成する。従って、リングギヤ３の歯数Ｚ_Rとサンギヤ４の歯数Ｚ_Sとの歯数比λ（＝Ｚ_R／Ｚ_S）とする時、リングギヤ３に入力されたエンジンからのトルクは、１／λ倍に低減されてサンギヤ４に伝達される。従って、歯数比λを適宜調整することにより、上記無段変速機の通過トルクについて、トルクコンバータＴ/Ｃの増幅比を掛けた場合であっても、通常走行時（直結モード）の通過トルクを超えないようにすることが可能となる。
また、上記２組のギヤ対（ギヤ比rg1、ギヤ比rg2）は中間軸１０を共通軸として２段に構成されているため、段差によるスペースに上記第２クラッチＣＬ２が配置されていると共に、キャリア６上方のスペースに上記リバースブレーキＲ/Ｂが配置されている。このように、本変速機１００では上記ギヤ対及び上記クラッチが遊星歯車機構と無段変速機との間に好適に収納され、変速機全体が軸方向にコンパクトに構成されている。
また、上記動力循環モードと直結モード、更には後進モードという３変速モードに対し、対応する１つのクラッチを割り当てれば良いため、クラッチの個数を最小限に抑えることが可能となり、これにより変速機全体の軽量化が実現される。

なお、本発明の実施例は上記実施例のみに限定されず、本発明の技術的特徴の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更・改良等を加えることが可能である。例えば、サンギヤ４とキャリア６を連結する上記動力循環経路について、第１ギヤ８、第２ギヤ９、中間軸１０および第３ギヤ１１のギヤ対に代えて、図８に示されるように、副入力軸７上に相対回転自在に配置された第１スプロケット１６と、第２回転軸１３ｃに固定された第２スプロケット１７と、チェーン１８とから成るチェーン式伝達機構を設けることも可能である。なお、チェ−ン式伝達機構によって伝達される動力は、第４ギヤ１５及びアイドルギヤ１９を介して差動装置Ｄ/Ｇへ出力される。

１ 第１入力軸
２ 第２入力軸
３ リングギヤ
４ サンギヤ
５ プラネタリギヤ
６ キャリア
７ 副入力軸
８ 第１ギヤ
９ 第２ギヤ
１０ 中間軸
１１ 第３ギヤ
１２ 第１プーリー
１２ａ 第１固定プーリー
１２ｂ 第１可動プーリー
１２ｃ 第１回転軸
１３ 第２プーリー
１３ａ 第２固定プーリー
１３ｂ 第２可動プーリー
１３ｃ 第２回転軸
１４ Ｖベルト
１５ 第４ギヤ
１６ 第１スプロケット
１７ 第２スプロケット
１８ チェーン
１９ アイドルギヤ
ＣＬ１ 第１クラッチ
ＣＬ２ 第２クラッチ
Ｒ/Ｂ リバースブレーキ
１００、２００ 変速機

Claims (6)

1. 一対の回転体及び該回転体に巻き掛けられる無端伝達部材から成る変速手段と、該変速手段と駆動源との間に配置される遊星歯車機構と、該遊星歯車機構のリングギヤに連結すると共に駆動源からのトルクが入力される第１駆動要素と、該遊星歯車機構のサンギヤに連結すると共に前記変速手段を構成する第１回転体に連結する第２駆動要素と、同第２回転体に連結する第３駆動要素と、中間軸を有し前記第３駆動要素及び差動装置の双方に連結する第４駆動要素と、前記遊星歯車機構のキャリアに連結すると共に前記第２駆動要素に対し同軸に配置される第５駆動要素とを備えた変速機であって、
   前記第１駆動要素は前記遊星歯車機構の後方に設けられた第１クラッチを介して前記第２駆動要素に連結され、前記第４駆動要素及び前記第５駆動要素は第２クラッチによって連結されると共に前記変速手段と前記遊星歯車機構との間に配置されることを特徴とする変速機。
2. 前記第４駆動要素は、前記第２クラッチを介して前記５駆動要素に一体化される第１ギヤと、前記中間軸に固定され前記第１ギヤに係合する第２ギヤ並びに同じく前記中間軸に固定され前記第３駆動要素の第４ギヤ及び前記差動装置の双方に係合する第３ギヤとから成ることを特徴とする請求項１に記載の変速機。
3. 前記第４駆動要素は前記第２クラッチを介して前記５駆動要素に一体化される第１スプロケットと、前記第２回転体の第２回転軸に固定された第２スプロケットと、前記第１及び第２スプロケットに巻き掛けられるチェーンとから成ることを特徴とする請求項１に記載の変速機。
4. 前記第５駆動要素の回転を制止するリバースブレーキが前記キャリアの上方に設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の変速機。
5. 前記第１クラッチを開放すると共に前記第２クラッチを締結し、前記変速手段における前記無端伝達部材の巻付け半径の比を所定範囲で連続的に変化させる時、前記駆動源からの動力は前記第１駆動要素を介してその一部が前記遊星歯車機構のキャリア、前記第５駆動要素および前記第４駆動要素という動力伝達経路に沿って前記差動装置へ出力されると共に、その残部が前記第２駆動要素、前記無端伝達部材、前記第３駆動要素、前記第４駆動要素、前記第５駆動要素および前記キャリアという動力循環経路に沿って循環される第１変速モードと、
   並びに前記第１クラッチを締結すると共に前記第２クラッチを開放し、前記変速手段における前記無端伝達部材の巻付け半径の比を所定範囲で連続的に変化させる時、前記駆動源からの動力は前記第１駆動要素を介して前記第２駆動要素、前記無端伝達部材、前記第３駆動要素および第４駆動要素という動力伝達経路に沿って前記差動装置へ出力される第２変速モードとを有することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の変速機。
6. 前記第１クラッチ及び前記第２クラッチを開放すると共に前記第リバースブレーキを締結し、前記変速手段における前記無端伝達部材の巻付け半径の比を所定範囲で連続的に変化させる時、前記駆動源からの動力は第１駆動要素を介して前記遊星歯車機構のプラネタリギヤ、前記第２駆動要素、前記無端伝達部材、前記第３駆動要素および第４駆動要素という動力伝達経路に沿って前記差動装置へ出力される第３変速モードを有することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の変速機。

Images