JP3254605B2 - トロイダルレース転動牽引形の連続可変比変速機における、またはそれに関する改良 - Google Patents
トロイダルレース転動牽引形の連続可変比変速機における、またはそれに関する改良Info
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- F16H15/36—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line with concave friction surface, e.g. a hollow toroid surface
- F16H15/38—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line with concave friction surface, e.g. a hollow toroid surface with two members B having hollow toroid surfaces opposite to each other, the member or members A being adjustably mounted between the surfaces
- F16H2015/383—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line with concave friction surface, e.g. a hollow toroid surface with two members B having hollow toroid surfaces opposite to each other, the member or members A being adjustably mounted between the surfaces with two or more sets of toroid gearings arranged in parallel
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- F16H2037/088—Power split variators with summing differentials, with the input of the CVT connected or connectable to the input shaft
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、トロイダルレース転動牽引形の連続可変変
速機（CVT）に関するものである。特に、変速比変更部
材（バリエータ）及び歯車装置がエンジンとCVTの出力
部との間にその順序で配置されており、歯車装置がエン
ジン及びバリエータの両方の出力によって駆動され、CV
Tが２種類の「レジーム」で作動でき、それによってCVT
の有効変速比範囲が広がるように歯車装置に２種類の設
定状態を可能にした上記形式のCVTに関するものであ
る。一般的に、一方のレジームにおいてエンジン速度が
一定であると仮定して、バリエータの一方の極端値から
他方へ変速比範囲全体にわたって変えると、CVT出力速
度は、まず最大逆転値で始まり、ゼロ速度まで減速（当
該分野では「ギヤードニュートラル」または「ギヤード
アイドル」として知られている状態）してから、正方向
で回転し、増速し、バリエータ範囲の反対の極値に達し
た時に前進速の低い値に達する。変速比を適切に選択し
た場合、いわゆる同期状態で、すなわちCVT出力部の回
転速度を瞬間的に変化させることなくCVTが一方のレジ
ームから他方のレジームへ変化するように歯車装置の組
合せを変化させることが可能になるであろう。CVTはこ
の時に高レジームにあると言え、バリエータがその変速
比範囲の最初の端部へ戻っていく場合、CVT出力部の前
進速度が最大値まで一様に増加する。
速機（CVT）に関するものである。特に、変速比変更部
材（バリエータ）及び歯車装置がエンジンとCVTの出力
部との間にその順序で配置されており、歯車装置がエン
ジン及びバリエータの両方の出力によって駆動され、CV
Tが２種類の「レジーム」で作動でき、それによってCVT
の有効変速比範囲が広がるように歯車装置に２種類の設
定状態を可能にした上記形式のCVTに関するものであ
る。一般的に、一方のレジームにおいてエンジン速度が
一定であると仮定して、バリエータの一方の極端値から
他方へ変速比範囲全体にわたって変えると、CVT出力速
度は、まず最大逆転値で始まり、ゼロ速度まで減速（当
該分野では「ギヤードニュートラル」または「ギヤード
アイドル」として知られている状態）してから、正方向
で回転し、増速し、バリエータ範囲の反対の極値に達し
た時に前進速の低い値に達する。変速比を適切に選択し
た場合、いわゆる同期状態で、すなわちCVT出力部の回
転速度を瞬間的に変化させることなくCVTが一方のレジ
ームから他方のレジームへ変化するように歯車装置の組
合せを変化させることが可能になるであろう。CVTはこ
の時に高レジームにあると言え、バリエータがその変速
比範囲の最初の端部へ戻っていく場合、CVT出力部の前
進速度が最大値まで一様に増加する。
トロイダルレース転動牽引形のそのような２レジーム
CVTの例が特許明細書GB−Ａ−1078791、GB−Ｂ−215024
0及び多くの他の従来公報に記載されている。ほとんど
のそのような公知のCVTでは、第１すなわち低レジーム
で歯車装置、一般的に遊星歯車形のものをバリエータと
共に出力側として用いることが一般的である。このレジ
ームでは動力が再循環しており、バリエータ出力はその
エンジン駆動入力から速度を減じていた。反対に、第２
の高レジームでは、エンジンとCVT出力部との間に実質
的に直結駆動状態があった。バリエータはエンジンの動
力全部を取り、変速機の出力範囲はバリエータの出力範
囲と同じであった。
CVTの例が特許明細書GB−Ａ−1078791、GB−Ｂ−215024
0及び多くの他の従来公報に記載されている。ほとんど
のそのような公知のCVTでは、第１すなわち低レジーム
で歯車装置、一般的に遊星歯車形のものをバリエータと
共に出力側として用いることが一般的である。このレジ
ームでは動力が再循環しており、バリエータ出力はその
エンジン駆動入力から速度を減じていた。反対に、第２
の高レジームでは、エンジンとCVT出力部との間に実質
的に直結駆動状態があった。バリエータはエンジンの動
力全部を取り、変速機の出力範囲はバリエータの出力範
囲と同じであった。
入力部と出力部との間で回転方向を逆にするバリエー
タでは、（ケーシングに対する）トルク反動が、入力及
び出力トルクの合計になる。ディスク及びローラ間の牽
引力は、トルク反動に比例している。各ディスク及びロ
ーラ間の牽引力と垂直力との比は、当該分野では一般的
に「設計牽引係数」と呼ばれているが、通常はバリエー
タの配置によって決まっている。垂直力は接触応力を、
従って特定の疲労寿命に対するバリエータの大きさを決
定する。ある作動状態に対して、大きさは垂直力の三乗
根に、すなわちトルク反動の三乗根にほぼ比例する。従
って、トルク反動をできるだけ減少させることが好都合
である。
タでは、（ケーシングに対する）トルク反動が、入力及
び出力トルクの合計になる。ディスク及びローラ間の牽
引力は、トルク反動に比例している。各ディスク及びロ
ーラ間の牽引力と垂直力との比は、当該分野では一般的
に「設計牽引係数」と呼ばれているが、通常はバリエー
タの配置によって決まっている。垂直力は接触応力を、
従って特定の疲労寿命に対するバリエータの大きさを決
定する。ある作動状態に対して、大きさは垂直力の三乗
根に、すなわちトルク反動の三乗根にほぼ比例する。従
って、トルク反動をできるだけ減少させることが好都合
である。
例えば、比（変速比）範囲が0.5:1から2.0:1であるバ
リエータを100Nmのトルクを発生する入力部に高い比で
接続した場合、トルク反動はその範囲の低出力速度端部
での300Nmから高速度端部での150Nmまでになるであろ
う。バリエータの大きさは、それに仕事率、すなわち全
または部分負荷で経過した時間及び各変速比で経過した
時間の影響を受ける。ほとんどの道路走行車両の場合、
低レジームで経過する時間はほとんどない。高レジーム
での激しい加速または登坂では大きいエンジントルクで
低いバリエータ比を用いる傾向がある。従って、バリエ
ータ比範囲の下端部の高レジームで発生する最大トルク
反動を減少させることによって大きさ及び重さ（大きさ
の三乗）の点での利点が得られる。
リエータを100Nmのトルクを発生する入力部に高い比で
接続した場合、トルク反動はその範囲の低出力速度端部
での300Nmから高速度端部での150Nmまでになるであろ
う。バリエータの大きさは、それに仕事率、すなわち全
または部分負荷で経過した時間及び各変速比で経過した
時間の影響を受ける。ほとんどの道路走行車両の場合、
低レジームで経過する時間はほとんどない。高レジーム
での激しい加速または登坂では大きいエンジントルクで
低いバリエータ比を用いる傾向がある。従って、バリエ
ータ比範囲の下端部の高レジームで発生する最大トルク
反動を減少させることによって大きさ及び重さ（大きさ
の三乗）の点での利点が得られる。
本発明は、高レジームでの直結駆動を避けて、代わり
にそのレジームでも低レジームの場合と同様に一種の歯
車装置シャントを用いることによって、２レジームCVT
のバリエータ内の高レジームでの最大トルク反動を減少
させることができることがわかって生まれたものであ
る。すなわち、一般的にバリエータの下流側の遊星歯車
装置は、動力を再循環させる低レジーム設定と、エンジ
ンから出力部への動力流を「分割」する別の高レジーム
設定とが可能である。バリエータを直接的に通過する全
出力の一部を制限することによって、本発明は直結駆動
を用いた場合に必要となる大きさよりも小型の部材を備
えたバリエータを提供しており、両レジームで用いられ
る歯車部材の数を最大にし、一方のレジームだけで用い
られる数を最小にすることによって構造の経済性を達成
することができる。
にそのレジームでも低レジームの場合と同様に一種の歯
車装置シャントを用いることによって、２レジームCVT
のバリエータ内の高レジームでの最大トルク反動を減少
させることができることがわかって生まれたものであ
る。すなわち、一般的にバリエータの下流側の遊星歯車
装置は、動力を再循環させる低レジーム設定と、エンジ
ンから出力部への動力流を「分割」する別の高レジーム
設定とが可能である。バリエータを直接的に通過する全
出力の一部を制限することによって、本発明は直結駆動
を用いた場合に必要となる大きさよりも小型の部材を備
えたバリエータを提供しており、両レジームで用いられ
る歯車部材の数を最大にし、一方のレジームだけで用い
られる数を最小にすることによって構造の経済性を達成
することができる。
本発明は、請求の範囲によって定義され、その内容は
本明細書の開示内容に含まれるものと解釈され、添付の
図面を参照しながら説明されているCVTを含む。図は、
本発明の一実施例の概略断面図である。次に、その図面
を参照しながら本発明の実施例を説明するが、図面では
CVTの一部の部材が概略的に示され、他の部材は軸方向
断面で示されている。
本明細書の開示内容に含まれるものと解釈され、添付の
図面を参照しながら説明されているCVTを含む。図は、
本発明の一実施例の概略断面図である。次に、その図面
を参照しながら本発明の実施例を説明するが、図面では
CVTの一部の部材が概略的に示され、他の部材は軸方向
断面で示されている。
出力部１及び遊星歯車装置２及びトロイダルレースバ
リエータ３を備えたCVTがエンジン４によって駆動され
る。エンジンの出力軸５は歯車６及びチェーン歯車７を
支持している。歯車６は、バリエータ３の中央入力部材
によって支持されている歯車８を逆方向にわずかに速い
回転速度で駆動する。バリエータ入力部材には２つのデ
ィスク10及び11が背中合わせに配置され、各々が部分ト
ロイダルレース12を形成している。同じ２つの組のロー
ラが牽引力をレース12から出力軸19に支持されてそれと
共転する出力ディスク17及び18の面に形成された対応の
レース15、16へ伝達しており、ここでは一例として単一
のローラ13及び14が示されており、また歯車８及びディ
スク10及び11は転がり軸受20によって出力軸19から分離
されている。ローラ13及び14が矢印21に示されているよ
うに一体に回動して向きを変えると、入力ディスク10、
11から出力ディスク17及び18へ、従って出力軸19へ伝達
される回転速度比が変化する。
リエータ３を備えたCVTがエンジン４によって駆動され
る。エンジンの出力軸５は歯車６及びチェーン歯車７を
支持している。歯車６は、バリエータ３の中央入力部材
によって支持されている歯車８を逆方向にわずかに速い
回転速度で駆動する。バリエータ入力部材には２つのデ
ィスク10及び11が背中合わせに配置され、各々が部分ト
ロイダルレース12を形成している。同じ２つの組のロー
ラが牽引力をレース12から出力軸19に支持されてそれと
共転する出力ディスク17及び18の面に形成された対応の
レース15、16へ伝達しており、ここでは一例として単一
のローラ13及び14が示されており、また歯車８及びディ
スク10及び11は転がり軸受20によって出力軸19から分離
されている。ローラ13及び14が矢印21に示されているよ
うに一体に回動して向きを変えると、入力ディスク10、
11から出力ディスク17及び18へ、従って出力軸19へ伝達
される回転速度比が変化する。
出力軸19は遊星歯車装置２の中央の太陽歯車25に直結
しており、歯車７は部材29の中空延出部分28に取り付け
られているチェーン歯車27にチェーン26で連結されてお
り、この部材29は大歯車31及び小歯車32を有する段差状
の遊星歯車30を支持している。チェーン連結26によっ
て、エンジン出力軸５は逆転させずに幾らか減速させて
部材29を駆動する。
しており、歯車７は部材29の中空延出部分28に取り付け
られているチェーン歯車27にチェーン26で連結されてお
り、この部材29は大歯車31及び小歯車32を有する段差状
の遊星歯車30を支持している。チェーン連結26によっ
て、エンジン出力軸５は逆転させずに幾らか減速させて
部材29を駆動する。
遊星歯車30の大歯車31は太陽歯車25と噛み合ってい
る。同遊星歯車の小歯車32は、第１に中央歯車33と噛み
合っており、その軸34はフランジ35を有し、高レジーム
クラッチ38の作動によってCVT出力軸１と連結される。
第２に、小歯車32は外側で、低レジームクラッチ39の作
動によって同出力軸１と連結可能なスリーブ37に形成さ
れた環状歯車36と噛み合っている。
る。同遊星歯車の小歯車32は、第１に中央歯車33と噛み
合っており、その軸34はフランジ35を有し、高レジーム
クラッチ38の作動によってCVT出力軸１と連結される。
第２に、小歯車32は外側で、低レジームクラッチ39の作
動によって同出力軸１と連結可能なスリーブ37に形成さ
れた環状歯車36と噛み合っている。
高レジームでは、クラッツ38が連結して、クラッツ39
が切り離される。キャリア29がチェーン26によってエン
ジン出力軸５で駆動され、太陽歯車25はバリエータ出力
軸19によって同じ方向へ回転され、小遊星歯車32は通覆
歯車33を、従って出力部１を遊星歯車装置２へ送られる
（25、29での）２つの入力の合計を表すようにして駆動
する。
が切り離される。キャリア29がチェーン26によってエン
ジン出力軸５で駆動され、太陽歯車25はバリエータ出力
軸19によって同じ方向へ回転され、小遊星歯車32は通覆
歯車33を、従って出力部１を遊星歯車装置２へ送られる
（25、29での）２つの入力の合計を表すようにして駆動
する。
低レジームでは、クラッツ38が切り離されて、代わり
にクラッツ39が連結される。歯車25及びキャリア29は前
述の場合と同様にそれぞれバリエータ出力軸19及びエン
ジン出力軸５によって駆動されるが、この場合には環状
歯車36及びスリーブ37が小遊星歯車32の半径方向外側か
ら出力部材１へ駆動力を伝達する。このように、図示の
遊星歯車装置２は、２つの部材、すなわち太陽歯車25及
び「キャリア」29がCVT作動の両レジームに共通してお
り、第３部材を切り換えるだけで２種類の遊星歯車比を
それぞれ高低レジーム用に得ることができる。
にクラッツ39が連結される。歯車25及びキャリア29は前
述の場合と同様にそれぞれバリエータ出力軸19及びエン
ジン出力軸５によって駆動されるが、この場合には環状
歯車36及びスリーブ37が小遊星歯車32の半径方向外側か
ら出力部材１へ駆動力を伝達する。このように、図示の
遊星歯車装置２は、２つの部材、すなわち太陽歯車25及
び「キャリア」29がCVT作動の両レジームに共通してお
り、第３部材を切り換えるだけで２種類の遊星歯車比を
それぞれ高低レジーム用に得ることができる。
本発明による１つの可能なCVTについて以下の仮定に
基づいて計算した。
基づいて計算した。
1.CVTに対する全体伝達範囲は−５〜＋40mph/1000rpm。
2.バリエータ３の範囲は0.4:1から2.5:1であり、高レジ
ームの伝達範囲では3.5:1。
ームの伝達範囲では3.5:1。
3.最大出力トルクは、４×（最高前進速比での最大トル
ク）である。
ク）である。
4.バリエータの最大トルク反動はギヤードニュートラル
時に発生し、逆方向に高くならない。
時に発生し、逆方向に高くならない。
5.エンジンからバリエータ（歯車６、８）への比のステ
ップアップは−1.2:1である。
ップアップは−1.2:1である。
6.低及び高レジーム間の同期変化はバリエータ３の最低
比で起こる。
比で起こる。
これらの仮定に基づき、また遊星歯車装置２の低いレ
ジームでの有効比Ｅが3.65、高レジームでは1.1である
場合、速度Ｖ（mph/1000）に対してバリエータ比Ｒ、バ
リエータトルク反動Tr及びバリエータ動力Pvの相関値が
以下のように予測され、線より上の数字は高レジームで
の性能を、線の下の数字は低レジームの場合の性能を表
している。（Tr及びPvの値は、それぞれエンジントルク
及び動力の瞬間値に関連している）。
ジームでの有効比Ｅが3.65、高レジームでは1.1である
場合、速度Ｖ（mph/1000）に対してバリエータ比Ｒ、バ
リエータトルク反動Tr及びバリエータ動力Pvの相関値が
以下のように予測され、線より上の数字は高レジームで
の性能を、線の下の数字は低レジームの場合の性能を表
している。（Tr及びPvの値は、それぞれエンジントルク
及び動力の瞬間値に関連している）。
上記数字において、高レジームでのＶの低い値におけ
るトルク反動Trが比較的低い値であることが特に注目さ
れ、それは一般的にエンジンが激しい加速を受けている
可能性が最も高い時であって、従来形２レジームCVTで
は高レジームで直結駆動して、トルク反動がここに示さ
れている値の２倍近くになることが予想されるであろ
う。
るトルク反動Trが比較的低い値であることが特に注目さ
れ、それは一般的にエンジンが激しい加速を受けている
可能性が最も高い時であって、従来形２レジームCVTで
は高レジームで直結駆動して、トルク反動がここに示さ
れている値の２倍近くになることが予想されるであろ
う。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−131456（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−132165（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−165062（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−169169（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−312266（ＪＰ，Ａ) 米国特許5453061（ＵＳ，Ａ) 欧州特許560840（ＥＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16H 37/02 F16H 15/38
Claims (7)
- 【請求項１】トロイダルレース転動牽引形の連続変速比
変更部材（３）と、関連する歯車装置（２）とを含み、
「低」及び「高」レジームでの作動が可能で、両レジー
ム間を同期して変化するようになっている変速装置であ
って、歯車装置の部材が高低のレジームに対して異なっ
た組み合わせで設定でき、それにより歯車装置の各出力
が変速装置の出力部材（１）に接続でき、前記歯車装置
が、それぞれ前記連続変速比変更部材の出力手段（19）
及びエンジン（４）の出力手段（５）に接続された第１
入力部材（25）及び第２入力部材（29）を有し、 前記歯車装置（２）が、 ａ）低レジームでは、歯車装置（２）が動力を再循環さ
せ、その２つの入力の動力間の差に等しい出力を前記出
力部材（１）へ送るように設定され、 ｂ）高レジームでは、歯車装置（２）が動力流を分割し
て、その２つの入力の合計である出力を前記出力部材
（１）へ送るように設定されることを特徴とする変速装
置。 - 【請求項２】歯車装置（２）の全ての部材が同軸的であ
ることを特徴とする請求項１の変速装置。 - 【請求項３】歯車装置（２）及び連続変速比変更部材が
同軸的であることを特徴とする請求項２の変速装置。 - 【請求項４】歯車装置（２）の第１入力部材（25）及び
第２入力部材（29）が遊星歯車状に互いに噛み合ってい
ることを特徴とする請求項１の変速装置。 - 【請求項５】前記第２入力部材（29）が遊星歯車（30）
と連結していることを特徴とする請求項４の変速装置。 - 【請求項６】歯車装置（２）の出力が、 ａ）高レジームでは遊星歯車（30）の半径方向内側に配
置された第３部材（33）によって、 ｂ）低レジームでは遊星歯車（30）の半径方向外側に配
置された第４部材（36）によって伝達されることを特徴
とする請求項５の変速装置。 - 【請求項７】遊星歯車（30）は、異なった半径を有する
段差付き歯車の形状をしており、大径部分（31）を有す
る一方の歯車は第１入力部材（25）と噛み合い、小径部
分（32）を有する他方の歯車は第３（33）及び第４入力
部材（36）と噛み合っていることを特徴とする請求項６
の変速装置。
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