JP2618263B2 - 油圧式無段変速機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は、油圧ポンプと油圧モータとからなる油圧式
無段変速機に関し、さらに詳しくは、油圧モータの回転
駆動力を出力軸に伝達するためのギヤ部材をモータシリ
ンダに取り付けてなる形式の油圧式無段変速機に関す
る。

（従来の技術） 油圧ポンプと油圧モータとから構成される無段変速機
は従来から公知であり、種々の用途に用いられている。
１例を挙げれば、特公昭32−7159号公報、特公昭56−50
142号公報に開示されているように、定吐出量型油圧ポ
ンプを入力軸に接続し、このポンプからの吐出油を油圧
閉回路を介して可変容量型油圧モータに導き、この油圧
モータを駆動してこれに接続された出力軸の駆動を行わ
せる無段変速機がある。

このような無段変速機においては、油圧モータのモー
タシリンダの回転の出力回転として取り出すことも多
い。このため、モータシリンダに駆動ギヤを取り付け、
この駆動ギヤを出力軸に取り付けた被動ギヤと噛合さ
せ、油圧モータの回転をこれらギヤ組を介して出力軸に
伝達する構造がある。例えば、本出願人の提案による特
願昭62−264841号の構造があり、ここでは、油圧モータ
シリンダの一部を、内部に油圧閉回路を有する中空の筒
状部となし、この筒状部をモータシリンダ外径より縮径
して形成し、この縮径された筒状部外周に駆動ギヤをス
プライン結合して取り付ける構造となっている。

このような出力取り出し構造においては、駆動ギヤお
よび被動ギヤの外径をできる限り小さく抑え、これらギ
ヤ系の小型化を図り、変速機の小型・コンパクト化を図
るのが望ましい。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構造の場合、駆動ギヤが取り付け
られる筒状部は、その内部に油圧ポンプと油圧モータと
を連結する油圧閉回路を設けているため、以下のような
問題がある。

油圧閉回路用の空間を確保しつつ、駆動ギヤ径を小さ
くすると、筒状部の肉厚が薄くなるという問題がある。
油圧閉回路内の油圧は、出力軸の負荷の増大等に応じて
かなり高圧（例えば、200〜300kg/cm²）になることがあ
り、上記筒状部の肉厚が薄いとこの高圧を受けて筒状部
が受ける応力が過大となり、この部分が歪んだりすると
いう問題がある。

なお、筒状部の外径に駆動ギヤを一体に形成すれば、
筒状部の肉厚を厚くすることが可能と考えられるのであ
るが、この場合には、モータシリンダと一体にギヤを形
成することになり、モータシリンダの成形・加工が難し
くなるという問題があり、さらに、モータシリンダの筒
状部より大きな径を有する部分が歯切加工（例えば、ホ
ブ加工）の妨げとなり、駆動ギヤの歯幅を充分に確保す
るのが難しいという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑み、上記のような出力
伝達用のギヤ系の小型化・軽量化を図りながら、駆動ギ
ヤが取り付けられる筒状部の強度・剛性を向上させるこ
とがきるような構造の油圧式無段変速機を提供すること
を目的とする。

ロ．発明の構成 （課題を解決するための手段） 上記目的達成のための手段として、本発明の油圧式無
段変速機においては、油圧モータのシリンダに、そのシ
リンダ外径より縮径され、且つ内部に油圧閉回路を構成
する油路が設けられる中空の筒状部を一体に形成し、こ
の筒状部の外周に、油圧モータの回転駆動力を出力軸に
伝達するためのギヤ部材を圧入・固設している。

（作用） 上記構成の油圧式無段変速機によれば、筒状部の外周
にギヤ部材を圧入・固設することにより、筒状部とギヤ
部材とが一体化されるとともに、筒状部に予め外側から
径方向内方への圧縮力が付与される。このため、筒状部
が強化され、内部に設けられた油圧閉回路内の油圧が高
圧になったとしても、この部分の歪み・応力が過大にな
ることがない。このため、筒状部の肉厚は薄くすること
が可能であり、駆動ギヤ径も小さくすることが可能とな
る。さらに、この駆動ギヤの歯切りは圧入前になされる
ので、歯切加工の問題が生ずることがなく、その歯幅を
ギヤ部材の幅まで最大限拡げることができる。

（実施例） 以下、図面に基づいて、本発明の好ましい実施例につ
いて説明する。

第１図は本発明を適用した無段変速機の油圧回路図で
あり、この図において、無段変速機Ｔは、入力軸１を介
してエンジンＥにより駆動される定吐出量型斜板アキシ
ャルプランジャ式油圧ポンプＰと、前後進切換装置20を
介して車輪（図示せず）を駆動する可変容量型斜板アキ
シャルプランジャ式油圧モータＭとを有している。これ
ら油圧ポンプＰおよび油圧モータＭは、ポンプＰの吐出
口およびモータＭの吸入口を連通させる第１油路Laとポ
ンプＰの吸入口およびモータＭの吐出口を通過させる第
２油路Lbとの２本の油路により油圧閉回路を構成して連
結されている。これら２本の油路LaおよびLbのうち第１
油路Laは、エンジンＥによりポンプＰが駆動されこのポ
ンプＰからの油圧によりモータＭが介て駆動されて車輪
の駆動がなされるとき、すなわちエンジンＥにより無段
変速機Ｔを介して車輪が駆動されるときに、高圧となり
（なおこのとき第２油路Lbは低圧である）、一方、第２
油路Lbは車両の減速時等のように車輪から駆動力を受け
てエンジンブレーキが作用する状態のときに高圧となる
（このとき、第１油路Laは低圧である）。

この第１油路La内には、この油路Laを断続可能な直結
クラッチ弁DCが配設されている。

一対のギヤ組9a,9bを介してエンジンＥにより駆動さ
れるチャージポンプ10の吐出口が、チェックバルブ15を
有するチャージ油路Lhおよび一対のチェックバルブ3,3
を有する第３油路Lcを介して閉回路に接続されている。
チャージポンプ10によりオイルサンプ17から汲み上げら
れチャージ圧リリーフバルブ16により調圧された作動油
は、チェックバルブ3,3の作用により上記２本の油路La,
Lbのうちの低圧側の油路に供給される。

このチャージポンプ10と同軸上にガバナバルブ８が取
り付けられている。このガバナバルブ８には図示しない
制御バルブから所定圧の作動油が供給され、ガバナバル
ブ８はこの作動油の圧をエンジンＥの回転速度に対応し
たガバナ油圧に変換する。なお、この図ではガバナバル
ブ８に繋がる入出力油路の表示は省略している。

シャトルバルブ４を有する第４油路Ldが上記閉回路に
接続されている。このシャトルバルブ４には、高圧およ
び低圧リリーフバルブ6,7を有してオイルサンプ17に繋
がる第５および第６油路Le,Lfが接続されている。シャ
トルバルブ４は、２ポート３位置切換弁であり、第１お
よび第２油路La,Lbの油圧差に応じて作動し、第１およ
び第２油路La,Lbのうち高圧側の油路を第５油路Leに連
通させるとともに低圧側の油路を第６油路Lfに連通させ
る。これにより高圧側の油路のリリーフ油圧は高圧リリ
ーフバルブ６により調圧され、低圧側の油路のリリーフ
油圧は低圧リリーフバルブ７により調圧される。

第１および第２油路La,Lb間には、両油路を短絡する
第７油路Lgも設けられており、この第７油路Lgにはこの
油路の開度を制御する可変絞り弁からなるメインクラッ
チ弁CLが配設されている。

油圧モータＭの回転軸２と平行に出力軸28が配置され
ており、両軸2,28間に前後進切換装置20が設けられる。
この装置20は回転軸２上に軸方向に間隔を有して配され
た第１および第２駆動ギヤ21,22と、出力軸28に回転自
在に支承されるとともに第１駆動ギヤ21に噛合する第１
被動ギヤ23と、中間ギヤ24を介して第２駆動ギヤ22に噛
合するとともに出力軸28に回転自在に支承された第２被
動ギヤ25と、第１および第２被動ギヤ23,25間で出力軸2
8に固設されるクラッチハブ26と、軸方向に滑動可能で
ありクラッチハブ26と前記両被動ギヤ23,25の側面にそ
れぞれ形成されたクラッチギヤ23aもしくは25aとを選択
的に連結するスリーブ27とを備え、このスリーブ27はシ
フトフォーク29により左右に移動される。なお、この前
後進切換装置20の具体的構造は第２図に示す。この前後
進切換装置20においては、スリーブ27がシフトフォーク
29により図中左方向に滑動されて図示の如く第１被動ギ
ヤ23のクラッチギヤ23aとクラッチハブ26とが連結され
ている状態では、出力軸28が回転軸２と逆方向に回転さ
れ、車輪が無段変速機Ｔの駆動に伴い前進方向に回転さ
れる。一方、スリーブ27がシフトフォーク29により右に
滑動されて第２被動ギヤ25のクラッチギヤ25aとクラッ
チハブ26とが連結されている状態では、出力軸28は回転
軸２と同方向に回転され、車輪は後進方向に回転され
る。

次に、上記無段変速機Ｔの具体的な構造を第２図を用
いて簡単に説明する。

この無段変速機Ｔは、第１〜第４ケース5a〜5dにより
囲まれた空間内に油圧ポンプＰおよび油圧モータＭが同
芯に配設されて構成されている。油圧ポンプＰの入力軸
１はカップリング1aを介してエンジンＥの出力軸Esと結
合されている。このカップリング1aの内周側に遠心フィ
ルタ50が配設されている。

また、上記入力軸１上には駆動ギヤ9aがスプラインに
より結合配設され、この駆動ギヤ9aに被動ギヤ9bが噛合
している。被動ギヤ9bはチャージポンプ10の駆動軸11と
同軸に結合しており、エンジンＥの回転は上記一対のギ
ヤ9a,9bを介してチャージポンプ10の駆動軸11に伝達さ
れ、チャージポンプ10が駆動される。この駆動軸11はチ
ャージポンプ10を貫通してギヤ9bと反対側に突出し、ガ
バナバルブ８にも連結されている。このため、エンジン
Ｅの回転はこのガバナバルブ８にも伝達され、ガバナバ
ルブ８により、エンジンＥの回転に対応したガバナ油圧
が作られる。

油圧ポンプＰは、入力軸１にスプライン結合されたポ
ンプシリンダ60と、このポンプシリンダ60に円周上等間
隔に形成された複数のシリンダ孔61に摺合した複数のポ
ンププランジャ62とを有してなり、入力軸１を介して伝
達されるエンジンＥの動力により回転駆動される。

油圧モータＭは、ポンプシリンダ60を外囲して設けら
れたモータシリンダ70と、モータシリンダ70に円周上等
間隔に形成された複数のシリンダ孔71に摺合した複数の
モータプランジャ72とから構成されており、ポンプシリ
ンダ60と同芯上にて相対回転可能なようになっている。

モータシリンダ70は、軸方向に並んで一体に結合され
た第１〜第４の部分70a〜70dにより構成される。第１の
部分70aはその左端外周においてベアリング79aを介して
ケース5bにより回転自在に支持されるとともに、右側内
側面は入力軸１に対して傾斜してポンプ斜板部材を構成
しており、このポンプ斜板部材上にポンプ斜板リング63
が設けられている。第２の部分70bには前記複数のシリ
ンダ孔71が形成され、第３の部分70cは各シリンダ孔61,
71への油路が形成された分配盤80を有する。第４の部分
70dには、前記第１および第２駆動ギヤ21,22を有するギ
ヤ部材GMが圧入されるとともに、ベアリング79bを介し
てケース5cにより回転自在に支持されている。

上記ポンプ斜板リング63上には、円環状のポンプシュ
ー64が回転滑動自在に取り付けられ、このポンプシュー
64とポンププランジャ62とが連接桿65を介してある程度
首振り自在に連結されている。ポンプシュー64とポンプ
シリンダ60には互いに噛合する傘歯車68a,68bが形成さ
れている。このため、入力軸１からポンプシリンダ60を
回転駆動するとポンプシュー64も同一回転駆動され、ポ
ンプ斜板リング63の傾斜に応じてポンププランジャ62は
往復動され、吸入口からのオイルの吸入および吐出口へ
のオイルの吐出がなされる。

また、各モータプランジャ72に対向する斜板部材73
が、その両外端から紙面に直角な方向に突出する一対の
トラニオン軸（揺動軸）73aを介して第２ケース5bによ
り揺動自在に支承されている。この斜板部材73のモータ
プランジャ72に対向する面上にはモータ斜板リング73b
が配設され、このモータ斜板リング73b上に滑接してモ
ータシュー74が取り付けられている。モータシュー74
は、各モータプランジャ72の端部に首振り自在に連結さ
れている。この斜板部材73は、そのトラニオン軸73aか
ら離れた位置で、リンク部材39を介して変速用サーボユ
ニット30のピストンロッド33と連結されており、変速用
サーボユニット30により、ピストンロッド33が軸方向に
移動されると、斜板部材73はトラニオン軸73aを中心に
揺動されるようになっている。

モータシリンダ70の第４の部分70dは中空に形成され
ており、その中心部に、配圧盤18に固定された固定軸91
が挿入されている。この固定軸91の左端には分配環92が
液密に嵌着されており、この分配環92の軸線方向左端面
が偏心して分配盤80に摺接し得るようにされている。こ
の分配環92により、第４の部分70d内に形成された中空
部が、内側油室と外側油室とに区画され、内側油室が第
１油路Laを構成し、外側油室が第２油路Lbを構成する。
なお、上記配圧盤18は、シャフトバルブ４、高圧および
低圧リリーフバルブ6,7等を有しており、第３ケース5c
の右側面に取り付けられるとともに、第４ケース5dによ
り覆われている。

この分配盤80および第４の部分70d内の詳細構造を第
３図に示しており、以下、第３図も参照して説明する。

分配盤80には、ポンプ吐出ポート81aおよびポンプ吸
入ポート82aが穿設されており、その吐出ポート81aおよ
びこれに繋がる吐出路81bを介して、吐出行程にあるポ
ンププランジャ62のシリンダ孔61と内側油室からなる第
１油路Laとが連通され、また、ポンプ吸入ポート82aお
よびこれに繋がる吸入路82bを介して、吸入行程にある
ポンププランジャ62のシリンダ孔61と外側油室からなる
第２油路Lbが連通される。さらに、分配盤80には各モー
タプランジャ72のシリンダ孔（シリンダ室）71に連通す
る連絡路83が形成されており、この連絡路83の開口が、
分配環92の作用により、モータシリンダ70の回転に応じ
て第１油路Laもしくは第２油路Lbと連通される。このた
め、膨張行程にあるモータプランジャ72のシリンダ孔71
と第１油路Laとが、収縮行程にあるモータプランジャ72
のシリンダ孔71と第２油路Lbとがそれぞれ連絡路83を介
して連通される。

このようにして、油圧ポンプＰと油圧モータＭとの間
には、分配盤80および分配環92を介して油圧閉回路が形
成されている。したがって、入力軸１よりポンプシリン
ダ60の駆動すると、ポンププランジャ62の吐出行程によ
り生成された高圧の作動油が、ポンプ吐出ポート81aか
らポンプ吐出路81b、第１油路La（内側油室）およびこ
れと連通状態にある連絡路83を経て膨張行程にあるモー
タプランジャ72のシリンダ孔71に流入して、そのモータ
プランジャ72に推力を与える。一方、収縮行程にあるモ
ータプランジャ72により排出される作動油は、第２油路
Lb（外側油室）に連通す連絡路83、ポンプ吸入路82bお
よびポンプ吸入ポート82aを介して吸入行程にあるポン
ププランジャ62のシリンダ孔61に流入する。

このような作動油の循環により、吐出行程のポンププ
ランジャ62がポンプ斜板リング63を介してモータシリン
ダ70に与える反動トルクと、膨張行程のモータプランジ
ャ72がモータ斜板部材73から受ける反動トルクとの和に
よって、モータシリンダ70が回転駆動される。

ポンプシリンダ60に対するモータシリンダ70の変速比
は次式によってあたえられる。

上式からわかるように、変速用サーボユニット30によ
り斜板部材73を揺動させ、油圧モータＭを容量を０から
ある値に変えれば、変速比を１（最小値）からある必要
な値（最大値）にまで変えることができる。

一方、前述のように、モータシリンダ70の第４の部分
70dには、第１および第２駆動キヤ21,22を有するギヤ部
材GMが圧入固設されている。このため、モータシリンダ
70の回転駆動力は、前後進切換装置20を介して出力軸28
に伝達される。この出力軸28は、ファィナルギヤ組28a,
28bを介してディファレンシャル装置100に繋がってお
り、出力軸28の回転駆動力はディファレンシャル装置10
0に伝達される。そして、ディファレンシャル装置100に
より左右のドライブシャフト105,106に分割された回転
駆動力は、左右の車輪（図示せず）に伝達され、車両の
駆動がなされる。

なお、第４の部分70dの中空部内に挿入された固定軸9
1内には、第１油路Laと第２油路Lbとの短絡路を形成す
るとともにこの短絡路を全閉から全開まで制御可能なメ
インクラッチ弁CL、および第１油路Laを断続制御可能な
直結クラッチ弁DCが配設される。

まず、メインクラッチ弁CLについて説明する。固定軸
91の周壁には、第１油路Laと第２油路Lbとを連通し得る
短絡ポート91aが穿設されており、この固定軸91の中空
部に円筒状のメインクラッチ弁体95が挿入されている。
この弁体95は固定軸91に対して相対回転自在であり、上
記短絡ポート91aに整合し得る短絡孔95aが穿設されてい
る。この弁体95の右端に形成されたアーム95aを回動操
作することにより、弁体95を回動させて短絡ポート91a
と短絡孔95aとの整合（重なり）量を調整できるように
なっている。この整合部の大きさが第１油路Laと第２油
路Lbとの短絡通路の開度となり、このため、弁体95の回
動制御により、上記短絡通路の開度を全開から全閉まで
制御することができる。短絡通路の開度が全開であれ
ば、ポンプ吐出ポート81aから第１油路Laに吐出された
作動油は、短絡ポート91aおよび短絡孔95aから直接第２
油路Lbに流入するとともにポンプ吸入ポート82aに流入
するので、油圧モータＭが不作動となり、クラッチOFF
の状態となる。当然ながら、逆に、短絡通路の開度が全
閉であれば、クラッチON状態が実現する。

このメインクラッチ弁体95の中空部内に、直結クラッ
チ弁DCが配設される。この直径クラッチ弁DCは、上記弁
体95内に軸方向に移動自在に桿入されたピストン軸85
と、このピストン軸85の先端に取り付けられたシュー86
と、ピストン軸85内に挿入されたパイロットスプール84
とから構成され、パイロットスプール84を軸方向に移動
させることにより、油路La内から図示の油室87a,87bへ
の油圧供給制御を行って、ピストン軸85をこれに追従さ
せて軸方向に移動させることができるようになってい
る。このため、パイロットスプール84を左動させて、ピ
ストン軸85を左動させて、その先端のシュー86により分
配盤80の端面に開口するポンプの吐出路を塞ぎ、第１油
路Laを遮断することができるようになっている。このよ
うにポンプ吐出路を閉塞した状態では、ポンププランジ
ャ62が油圧的にロックされ、油圧ポンプＰと油圧モータ
Ｍとが直結状態となる。

なお、この直結状態は、モータＭの斜板部材73を直立
にした変速比最小の位置、すなわち、トップ位置にて行
われるもので、直結させることにより入力軸１から出力
軸２への動力伝達効率を向上するとともに、モータプラ
ンジャ72が斜板部材73に及ぼす推力を低減させて、摩擦
抵抗の減少および軸受等に加わる負荷の軽減を図ること
ができる。

次に、モータシリンダ70へのギヤ部材GMの取付構造に
ついて説明する。

モータシリンダ70の第４の部分70dは、モータシリン
ダ外径と同一外径のフランジ部110と、このフランジ部1
10よりも小径に形成された中空の第１筒状部111と、こ
の第１筒状部111よりも小径で中空の第２筒状部112とが
一体的に形成されている。フランジ部110は各シリンダ
孔71の頂部を構成し、第１筒状部111内は第１油路La
（内側油室）および第２油路Lb（外側油室）となってお
り、第２筒状部112はベアリング79bを介して第３ケース
5cにより回転自在に支持されている。そして、第１およ
び第２駆動ギヤ21,22を有するギヤ部材GMが、第１筒状
部111の外周に圧入固設されている。なお、ギヤ部材GM
の一端面はフランジ部110に当接され、他端内周部は第
１筒状部111に溶接113により固着されている。また、フ
ランジ部110はギヤ部材GMの外周よりも外側位置で複数
本のボルト114によりモータシリンダ70の第３の部分70c
に結合されている。

上述したギヤ部材GMの取付構造によれば、第１筒状部
111の外周にギヤ部材GMを圧入固設することにより、第
１筒状部111とギヤ部材GMが一体化されるとともに、第
１筒状部111に予め外側から径方向内方への圧縮力が付
与される。このため、第１筒状部111が極めて強固にな
る上に、第１および第２油路La,Lbの高圧（本例では、
減速時に第２油路Lbが高圧となる）により第１筒状部11
1に内側から膨張力が加わっても、上記予圧縮力により
第１筒状部111の内部応力が高くなるのが防止される。
従って、第１筒状部111の強度および剛性が向上する。
また、各シリンダ孔71内の高圧油によりフランジ部110
にギヤ部材GMの一端面を当接させているので、上記膨張
力がギヤ部材GMにより受け止められ、フランジ部110の
軸方向の歪みも防止される。

そして、第１筒状部111の強度向上のために、第１筒
状部111の肉厚を厚くしたり段付きにしたりする必要が
ないので、第１筒状部111の外径を小さく抑えることが
でき、歯外径の小さなギヤ部材GMが用いられている。こ
れにより、ギヤ系全体の小型化および軽量化が図られて
いる。

しかも、圧入前のギヤ部材GM自体は第１筒状部111と
は別体であるから、ギヤ部材GMに形成されるギヤ21,22
の歯幅をギヤ部材GMの幅を最大限利用するように拡げる
ことができ、充分な歯幅を確保することができる。

なお、フランジ部110がギヤ部材GMの外周よりも外側
位置で複数本のボルト114によりモータシリンダ70の第
３の部分70cに結合されているので、第１筒状部111にギ
ヤ部材GMが圧入されていても、モータシリンダ70の第４
の部分70dの組付けおよび分解は何ら支障なく行うこと
ができる。

ハ．発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、油圧モータの
回転駆動力を出力軸に伝達するためのギヤ部材が、油圧
閉回路の油路を有する小径の筒状部の外周に圧入固設さ
れているので、この筒状部の強度・剛性が高められ、油
路内の高圧により筒状部に内側から膨張力が加わって
も、この部分の内部応力および歪みが過大となることが
ない。

このようにすると、筒状部の強度・剛性を向上させる
ために、筒状部の肉厚を厚くしたり、段付きにしたりす
る必要がないので、歯外径の小さなギヤ部材を用いるこ
とができ、ギヤ系全体の小型化、軽量化を図ることがで
きる。

しかも、ギヤ部材でのギヤ歯切りはこれを圧入する前
に行えばよいので、ギヤ部材の幅をいっぱいに利用して
ギヤの歯切りが行え、充分な歯幅を確保することが容易
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した油圧式無段変速機の油圧回路
図、 第２図は上記無段変速機の断面図、 第３図は上記無段変速機の一部を拡大して示す断面図で
ある。 21,22……駆動ギヤ、23,25……被動ギヤ 60……ポンプシリンダ、70……モータシリンダ 80……分配盤、91……固定軸 111,112……筒状部、GM……ギヤ部材

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力軸に接続された油圧ポンプと出力軸に
   接続された油圧モータとを油圧閉回路を介して連結し、
   前記油圧ポンプからの油圧力により前記油圧モータを駆
   動して前記出力軸の駆動を行わせる油圧式無段変速機に
   おいて、 前記油圧モータのモータシリンダに、このモータシリン
   ダの外径よりも縮径され且つその内部に前記油圧閉回路
   の油路が形成される中空の筒状部を設け、前記油圧モー
   タの回転駆動力を前記出力軸に伝達するためのギヤ部材
   を、前記筒状部の外周に圧入・固設したことを特徴とす
   る油圧式無段変速機。