JP4178848B2 - 無段変速装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係る無段変速装置は、自動車用自動変速装置として、或はポンプ等の各種産業機械の運転速度を調節する為の変速装置として利用する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用自動変速装置として、図５に示す様なトロイダル型無段変速ユニットを使用する事が研究され、一部で実施されている。このトロイダル型無段変速ユニットは、ダブルキャビティ型と呼ばれるもので、回転軸１の両端部周囲に、外側ディスク２、２を、ボールスプライン３、３を介して支持している。従ってこれら両外側ディスク２、２は、互いに同心に、且つ、同期した回転を自在に支持されている。又、上記回転軸１の中間部周囲に伝達歯車４を、この回転軸１に対する相対回転を自在として支持している。そして、この伝達歯車４の中心部に設けた円筒部の両端部に内側ディスク５、５を、スプライン係合させている。従ってこれら両内側ディスク５、５は、上記伝達歯車４と共に、同期して回転する。
【０００３】
又、上記各外側ディスク２、２と上記各内側ディスク５、５との間には、それぞれ複数個ずつ（通常２〜３個ずつ）のパワーローラ６、６を挟持している。これら各パワーローラ６、６は、それぞれトラニオン７、７の内側面に、支持軸８、８及び複数の転がり軸受を介して、回転自在に支持されている。上記各トラニオン７、７は、それぞれの長さ方向（図５の表裏方向）両端部に、これら各トラニオン７、７毎に互いに同心に設けられた枢軸（図示せず）を中心として揺動変位自在である。これら各トラニオン７、７を傾斜させる動作は、図示しない油圧式のアクチュエータによりこれら各トラニオン７、７を上記枢軸の軸方向に変位させる事により行なうが、総てのトラニオン７、７の傾斜角度は、油圧式及び機械式に互いに同期させる。
【０００４】
上述の様なトロイダル型無段変速ユニットの運転時には、エンジン等の動力源に繋がる駆動軸９により一方（図５の左方）の外側ディスク２を、ローディングカム式の押圧装置１０を介して回転駆動する。この結果、上記回転軸１の両端部に支持された１対の外側ディスク２、２が、互いに近づく方向に押圧されつつ同期して回転する。そして、この回転が、上記各パワーローラ６、６を介して上記各内側ディスク５、５に伝わり、上記伝達歯車４から取り出される。
【０００５】
上記回転軸１と伝達歯車４との回転速度の比を変える場合で、先ず回転軸１と伝達歯車４との間で減速を行なう場合には、上記各トラニオン７、７を図５に示す位置に揺動させ、上記各パワーローラ６、６の周面をこの図５に示す様に、上記各外側ディスク２、２の内側面の中心寄り部分と上記各内側ディスク５、５の内側面の外周寄り部分とにそれぞれ当接させる。反対に、増速を行なう場合には、上記各トラニオン７、７を図５と反対方向に揺動させ、上記各パワーローラ６、６の周面を、図５に示した状態とは逆に、上記各外側ディスク２、２の内側面の外周寄り部分と上記各内側ディスク５、５の内側面の中心寄り部分とに、それぞれ当接する様に、上記各トラニオン７、７を傾斜させる。これら各トラニオン７、７の傾斜角度を中間にすれば、回転軸１と伝達歯車４との間で、中間の速度比（変速比）を得られる。
【０００６】
上述の図５に示したトロイダル型無段変速ユニットの場合には、回転軸１から伝達歯車４への動力の伝達を、一方の外側ディスク２と一方の内側ディスク５との間と、他方の外側ディスク２と他方の内側ディスク５との間との、２系統に分けて行なうので、大きな動力の伝達を行なえる。
【０００７】
更に、上述の様に構成され作用するトロイダル型無段変速ユニットを実際の自動車用の無段変速機に組み込む場合、遊星歯車機構と組み合わせて無段変速装置を構成する事が、特開平１−１６９１６９号公報、同１−３１２２６６号公報、同１０−１９６７５９号公報、同１１−６３１４６号公報、米国特許第５６０７３７２号明細書、同６１２６５６７号明細書等に記載されている様に、従来から提案されている。このうちの米国特許第５６０７３７２号明細書は、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速ユニットを構成する内側ディスクから中空の回転軸により遊星歯車式変速ユニットに動力を取り出せる為、小型・軽量化を図る面から有利である。
【０００８】
図６は、この米国特許第５６０７３７２号明細書に記載された無段変速装置を示している。この無段変速装置は、トロイダル型無段変速ユニット１１を構成する内側ディスク５ａと、遊星歯車式変速ユニット１２を構成する太陽歯車１３とを、回転軸１の周囲に設置した中空回転軸１４により連結している。又、上記遊星歯車式変速ユニット１２を構成するキャリア１５を、この回転軸１に結合固定している。そして、このキャリア１５に互いに同軸に支持された遊星歯車１６ａ、１６ｂのうち、一方（図６の左方）の遊星歯車１６ａを、上記太陽歯車１３に噛合させている。これに対して、他方（図６の右方）の遊星歯車１６ｂを、伝達軸１７の基端部（図６の左端部）に固定した第二の太陽歯車１８に噛合させている。尚、図６には、動力の伝達方向に関して上記伝達軸１７よりも後方に、速度比や回転方向を変える為の遊星歯車機構やクラッチ機構が設けられているが、本発明と直接は関係しない為、説明は省略する。
【０００９】
上述の様に構成する図６に示した無段変速装置の場合、太陽歯車１３の歯数Ｚ13を第二の太陽歯車１８の歯数Ｚ18よりも多く（Ｚ13＞Ｚ18）する事により、上記遊星歯車式変速ユニット１２を通過するトルクを低く抑えられる様に構成している。この為、この遊星歯車式変速ユニット１２の構成各部材の耐久性確保の面から有利になる。
【００１０】
又、米国特許第６１２６５６７号明細書には、図７に示す様な無段変速装置が記載されている。この無段変速装置の場合には、動力源とトロイダル型無段変速ユニット１１ａとの間に、互いに噛合した大歯車１９と小歯車２０とから成る歯車増速機構２１を、動力の伝達方向に関して直列に設けている。上記トロイダル型無段変速ユニット１１ａを構成する１対のディスクのうち、入力側ディスク２２の回転は遊星歯車式変速ユニット１２ａを構成する太陽歯車１３ａに、出力側ディスク２３の回転は同じくリング歯車２４に、それぞれ伝達している。そして、これら両歯車１３ａ、２４に噛合した遊星歯車１６の公転運動を出力軸２５に取り出し自在としている。
【００１１】
この図７に示した様な構造の場合、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ａを通過する動力（＝トルク×回転速度）を同じとした場合に、回転速度を早くする分、トルクを低く抑えられる。この為、この遊星歯車式変速ユニット１１ａの構成各部材の耐久性確保の面から有利になる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述の図６〜７に示した従来構造のうち、図６に示した構造の場合には、キャリア１５が各外側ディスク２、２と共に動力源と同じ回転速度で回転する。これに対して遊星歯車１６ａは、内側ディスク５ａと共に、上記キャリア１５と逆方向に回転する。従って、これら遊星歯車１６ａとキャリア１５との相対的回転速度は相当に早くなる。特に、トロイダル型無段変速ユニット１１の変速状態を、図６に示した様な最大増速状態とした場合には、上記相対回転速度が著しく高くなる。この結果、遊星歯車１６ａ、１６ｂを設けた伝達軸３１の回転支持部等で生じる動力損失が大きくなり、無段変速装置全体としての伝達効率を低下させる原因となる。又、上記トロイダル型無段変速ユニット１１の変速状態を、図６に示したのとは逆に、最大減速状態とした場合には、太陽歯車１３に伝達されるトルクが相当に大きくなる。そして、この様に大きなトルクを伝達した場合にも十分な耐久性を確保する為には、上記太陽歯車１３を含む、遊星歯車式変速ユニット１２を大型化せざるを得なくなる。
【００１３】
又、図７に示した構造の場合には、トロイダル型無段変速ユニット１１ａの各部の回転速度が早くなる分、このトロイダル型無段変速ユニット１１ａの回転支持部で生じる動力損失が大きくなり、やはり無段変速装置全体としての伝達効率を低下させる原因となる。
本発明は、この様な事情に鑑みて、トロイダル型無段変速ユニットを通過するトルクを低減できる構造で、このトロイダル型無段変速ユニットに隣接して設けられる遊星歯車変速ユニットを構成する太陽歯車に伝達されるトルクを低く抑えられる構造を実現すべく発明したものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の無段変速装置は何れも、トロイダル型無段変速ユニットと遊星歯車式変速ユニットとを組み合わせて成る。
このうちのトロイダル型無段変速ユニットは、回転軸を介して互いに同心に且つ同期した回転を自在として結合された１対の外側ディスクと、これら両外側ディスク同士の間にこれら両外側ディスクと同心に且つこれら両外側ディスクとは独立した回転を自在として支持された内側ディスクと、この内側ディスクの両側面と上記両外側ディスクの側面との間にそれぞれ複数個ずつ挟持されてこれら内側ディスクと両外側ディスクとの間で動力を伝達する複数のパワーローラとを備えたものである。
又、上記遊星歯車式変速ユニットは、上記回転軸の一部に上記両外側ディスクと同心に結合されてこれら両外側ディスクと共に回転するキャリアと、このキャリアに回転自在に支持された遊星歯車と、上記回転軸の一部外周面と上記１対の外側ディスクのうちで上記キャリア側の外側ディスクの内周面との間にこれら回転軸及び外側ディスクに対する相対回転を自在として配置され、その基端部を上記内側ディスクに結合された中空回転軸の先端部に上記回転軸と同心に結合された太陽歯車と、上記遊星歯車と噛合した駆動歯車とを備えたものである。
【００１５】
そして、請求項１に記載した無段変速装置の場合には、上記駆動歯車を入力軸により回転駆動自在として、この入力軸の回転時に上記遊星歯車に関して上記駆動歯車と上記太陽歯車とが互いに逆方向に回転する様にこれら各歯車を配置すると共に、上記回転軸から出力を取り出し自在とし、且つ、上記駆動歯車の歯数を上記太陽歯車の歯数よりも多くしている。
一方、請求項３に記載した無段変速装置の場合には、上記駆動歯車を入力軸により回転駆動自在として、この入力軸の回転時に上記キャリアに対する上記駆動歯車と上記太陽歯車との回転方向が互いに同じとなる様に、これら両歯車及び上記遊星歯車を配置すると共に、上記回転軸から出力を取り出し自在とし、且つ、上記駆動歯車の歯数を上記太陽歯車の歯数よりも多くしている。
【００１６】
【作用】
上述の様に構成する本発明の無段変速装置は、何れの場合にも、遊星歯車式変速ユニットを入力側に配置すると共に駆動歯車の歯数を太陽歯車の歯数よりも多くした事に伴い、太陽歯車及び内側ディスクを通過するトルクを低く抑える事ができる。
又、請求項１に記載した無段変速装置の場合には、トロイダル型無段変速ユニット部分の回転速度を低減すると共に、上記遊星歯車式変速ユニットを構成するキャリアと太陽歯車との相対回転速度を低減できる。
一方、請求項３に記載した無段変速装置の場合には、変速比幅（実現可能な変速比の範囲）を十分に広くできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の無段変速装置は、トロイダル型無段変速ユニット１１ｂと遊星歯車式変速ユニット１２ｂとを組み合わせて成る。
このうちのトロイダル型無段変速ユニット１１ｂは、１対の外側ディスク２、２を、回転軸１を介して互いに同心に且つ同期した回転を自在として結合している。又、上記両外側ディスク２、２同士の間に内側ディスク５ａを、これら両外側ディスク２、２と同心に且つこれら両外側ディスク２、２とは独立した回転を自在として支持している。そして、上記内側ディスク５ａの両側面と上記両外側ディスク２、２の側面との間にパワーローラ６、６（図５〜７参照。図１には省略。）を、それぞれ複数個ずつ挟持して、上記内側ディスク５ａと上記両外側ディスク２、２との間で動力を伝達自在としている。
【００１８】
又、上記遊星歯車式変速ユニット１２ｂを構成するキャリア１５ａは、上記両外側ディスク２、２と同心に配置された状態で、上記回転軸１の一端部（図１の左端部）に結合されており、上記両外側ディスク２、２と共に回転する。そして、上記キャリア１５ａに、それぞれがシングルピニオン型である複数個（一般的には３〜４個）の遊星歯車１６ｃを、回転自在に支持している。又、上記回転軸１の中間部一端寄り部分の周囲に、この回転軸１に対する相対回転を自在に配置した中空回転軸１４ａの基端部（図１の右端部）を、上記内側ディスク５ａに結合している。又、上記中空回転軸１４ａの先端部（図１の左端部）に、太陽歯車１３ｂを結合している。従って、この太陽歯車１３ｂは、上記内側ディスク５ａと共に回転する。又、上記キャリア１５ａの周囲に、駆動歯車であるリング歯車２４ａを、このキャリア１５ａと同心に配置し、このリング歯車２４ａと上記各遊星歯車１６ｃとを噛合させている。このリング歯車２４ａの歯数Ｚ24が上記太陽歯車１３ｂの歯数Ｚ13よりも多い（Ｚ24＞Ｚ13）事は勿論である。
【００１９】
そして、上記リング歯車２４ａを、入力軸２６により回転駆動自在としている。従って、本例の場合には、この入力軸２６の回転時に上記リング歯車２４ａと上記太陽歯車１３ｂとが、上記遊星歯車１６ｃに関して（この遊星歯車１６ｃが自転のみで公転しないと仮定した場合に）互いに逆方向に回転する。又、上記回転軸１から出力を取り出し自在としている。即ち、この回転軸１に、出力軸としての役目を持たせている。
【００２０】
上述の様に構成する本発明の無段変速装置は、前記遊星歯車式変速ユニット１２ｂを入力側（図１の左側）に配置すると共に、駆動歯車である上記リング歯車２４ａの歯数Ｚ24を上記太陽歯車１３ｂの歯数Ｚ13よりも多くした事に伴い、この太陽歯車１３ｂ及び前記内側ディスク５ａを通過するトルクを低く抑える事ができる。この点を明らかにする為、本例の無段変速装置の各部を通過するトルクの値に就いて、以下に説明する。
【００２１】
上記入力軸２６を駆動するトルクをＴIN、上記太陽歯車１３ｂを通過するトルクをＴS 、上記内側ディスク５ａを通過するトルクをＴCVU 、上記リング歯車２４ａと上記太陽歯車１３ｂとの間の変速比（増速比）をｉ（＝Ｚ24／Ｚ13）とした場合に、
ＴS ＝ＴCVU ＝−ＴIN／ｉ −−− （１）
で表される。
又、上記回転軸１の回転トルクである、無段変速装置の出力トルクをＴOUT とし、前記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの変速比をｅCVU とした場合、この出力トルクＴOUT は、
ＴOUT ＝｛１＋（１−ｅCVU ）／ｉ｝ＴIN −−− （２）
で表される。
ｉ＞１であるから、｜ＴS ｜＜｜ＴIN｜であり、上記太陽歯車１３ｂを通過するトルクＴS 、及び上記内側ディスク５ａを通過するトルクＴCVU が上記入力軸２６を駆動するトルクＴINよりも低く抑えられる事が分かる。上記太陽歯車１３ｂを通過するトルクＴS 、及び上記内側ディスク５ａを通過するトルクＴCVU を低く抑えられる結果、前記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂ及び遊星歯車式変速ユニット１２ｂの構成各部品の耐久性向上を図れる。又、同じ耐久性を確保する事を考慮した場合には、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂ及び遊星歯車式変速ユニット１２ｂの構成各部品の小型・軽量化を図れる。
【００２２】
次に、上記回転軸１の回転速度ＮOUT と上記入力軸２６の回転速度ＮINとの関係は、
ＮOUT ＝｛ｉ／（ｉ＋１−ｅCVU ）｝ＮIN −−− （３）
で表される。ｉ＞１であり、ｅCVU は負の値（ｅCVU ＜０）であるから、ＮOUT ＜ＮINである。即ち、本例の場合には、前記１対の外側ディスク２、２の回転速度は、常に上記入力軸２６の回転速度よりも低くなる。
又、前記太陽歯車１３ｂの回転速度ＮS は、
ＮS ＝｛ｉ・ｅCVU ／（ｉ＋１−ｅCVU ）｝ＮIN −−− （４）
で表される。
【００２３】
上記回転軸１の回転速度ＮOUT と上記入力軸２６の回転速度ＮINとの比ＮOUT ／ＮIN、並びに上記太陽歯車１３ｂの回転速度ＮS とこの入力軸２６の回転速度ＮINとの比ＮS ／ＮINと、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの変速比ｅCVU との関係の１例をグラフに表すと、図２の様になる。この図２中、実線αは上記回転軸１の回転速度ＮOUT と上記入力軸２６の回転速度ＮINとの比ＮOUT ／ＮINを、破線βは上記太陽歯車１３ｂの回転速度ＮS とこの入力軸２６の回転速度ＮINとの比ＮS ／ＮINを、それぞれ表している。尚、前記リング歯車２４ａと上記太陽歯車１３ｂとの間の変速比ｉ（＝Ｚ24／Ｚ13）は、２（ｉ＝２）としている。この様な実線α及び鎖線βから、上記回転軸１の回転速度ＮOUT 及び上記太陽歯車１３ｂの回転速度ＮS が、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの変速比ｅCVU に拘らず、常に上記入力軸２６の回転速度ＮINよりも遅くなる事が分かる。この事から、本例の無段変速装置の場合には、各部の回転速度を遅くして、回転支持部分で生じる損失を低く抑えられる事が分かる。
【００２４】
次に、図３は、請求項３、４に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例は、上述した第１例の場合と同様に、太陽歯車１３ｂ及び内側ディスク５ａを通過するトルクを低く抑えられる様に構成している。更に本例の場合には、無段変速装置全体としての変速比幅、即ち、入力軸２６ａと、出力軸である回転軸１との間で実現可能な変速比の範囲を十分に広くできる様に構成している。上述した第１例の構造の場合、図２の実線αで示す様に、トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの変速比ｅCVU を４倍（−０．５〜−２．０）確保した場合でも、無段変速装置全体としての変速比（ＮOUT ／ＮIN）は１．５倍（０．６〜０．４）程度しか変化しない。無段変速装置を自動車用の自動変速装置の変速ユニットとして利用する事を考慮した場合、全体としての変速比が１．５倍程度では不足である。
【００２５】
これに対して本例の場合には、入力軸２６ａの回転時にキャリア１５ｂに対する駆動歯車と太陽歯車１３ｂとの回転方向が互いに同じになる様にして、無段変速装置全体としての変速比幅の確保を図っている。上記回転方向を同じとする為には、駆動歯車であるリングギヤ（例えば図１のリング歯車２４ａ）と太陽歯車１３ｂとの間に配置する遊星歯車をダブルピニオン型とする事も考えられるが、本例の場合には、次の様な機構により、上記回転方向を同じとしている。
【００２６】
即ち、回転軸１と平行に配置された複数本（一般的には３〜４本）の遊星軸２７の中間部を上記キャリア１５ｂの一部に、回転自在に支持している。そして、この遊星軸２７の一端部（図３の右端部）に固定した第一の遊星歯車２８を、上記回転軸１の基端部（図３の左端部）に結合した太陽歯車１３ｂに噛合させている。又、上記遊星軸２７の他端部に固定した第二の遊星歯車２９を、上記回転軸１と同心に配置した入力軸２６ａの端部にこの入力軸２６ａと同心に結合した、請求項３に記載した駆動歯車である、第二の太陽歯車３０と噛合させている。
【００２７】
この第二の太陽歯車３０の歯数Ｚ30は上記太陽歯車１３ｂの歯数Ｚ13よりも多い（Ｚ30＞Ｚ13）。これに合わせて、上記第一の遊星歯車２８の歯数Ｚ28を上記第二の遊星歯車２９の歯数Ｚ29よりも多く（Ｚ28＞Ｚ29）している。従って、上記入力軸２６ａの回転時に上記太陽歯車１３ｂ、並びにこの太陽歯車１３ｂと中空回転軸１４ａを介して結合された内側ディスク５ａは、上記各歯車１３ｂ、２８〜２９の歯数に応じた変速比ｉP ｛＝（Ｚ30／Ｚ29）・（Ｚ28／Ｚ13）｝で変速される。Ｚ30＞Ｚ13、Ｚ28＞Ｚ29であるから、Ｚ30／Ｚ29＞１であり、Ｚ28／Ｚ13＞１であり、ｉP ＞１である。従って、上記入力軸２６ａから上記内側ディスク５ａとの間で増速が行なわれ、これに伴って、この内側ディスク５ａを通過するトルクは、上記入力軸２６ａから上記第二の太陽歯車３０に伝わったトルクよりも小さくなる。この点を明らかにする為、本例の無段変速装置の各部を通過するトルクの値に就いて、以下に説明する。
【００２８】
上記入力軸２６ａを駆動するトルクをＴIN、上記太陽歯車１３ｂを通過するトルクをＴS 、上記内側ディスク５ａを通過するトルクをＴCVU とした場合に、
ＴS ＝ＴCVU ＝ＴIN／ｉP −−− （５）
で表される。ｉP ＞１であるから、上記太陽歯車１３ｂを通過するトルクＴS 及び上記内側ディスク５ａを通過するトルクＴCVU は、何れも上記入力軸２６ａを駆動するトルクＴINよりも小さく（例えば８３％程度に）なる。
尚、前記回転軸１の回転トルクである、無段変速装置の出力トルクをＴOUT とし、前記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの変速比をｅCVU とした場合、この出力トルクＴOUT は、
ＴOUT ＝｛１−（１−ｅCVU ）／ｉP ｝ＴIN −−− （６）
で表される。
【００２９】
本例の場合、無段変速装置全体としての変速比幅を大きくしているので、全変速領域に亙ってＴOUT ＜ＴINとはならない。即ち、上記（６）式で表される、無段変速装置全体としての変速比が減速領域にある場合には、ＴOUT ＞ＴINとなる。但し、ＴOUT ＞ＴINとなる領域でも、ＴS 、ＴCVU ＜ＴINであるから、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの構成各部品の耐久性向上を図れる。又、同じ耐久性を確保する事を考慮した場合には、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの構成各部品の小型・軽量化を図れる。
【００３０】
次に、前記回転軸１の回転速度ＮOUT と前記入力軸２６ａの回転速度ＮINとの関係は、
ＮOUT ＝｛ｉP ／（ｉP −１＋ｅCVU ）｝ＮIN −−− （７）
で表される。
又、前記太陽歯車１３ｂの回転速度ＮS は、
ＮS ＝｛ｉP ・ｅCVU ／（ｉP −１＋ｅCVU ）｝ＮIN --- （８）
で表される。
【００３１】
上記回転軸１の回転速度ＮOUT と上記入力軸２６ａの回転速度ＮINと比である無段変速装置全体としての変速比と、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの変速比ｅCVU との関係の１例をグラフに表すと、図４の様になる。この図４から、遊星歯車式変速ユニット１２ｃの変速比ｉP を適切に（例えば１．２程度に）規制した場合には、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの変速比ｅCVU を−０．５〜−２．０（４倍）の範囲で変化させた場合に、無段変速装置全体としての変速比が、−４〜−０．６６７（６倍）の範囲で変化する事が分かる。
この様に、本例の構造の場合には、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂを通過するトルクを低減して、上述の様な効果を得られる事に加えて、変速比幅を１．５倍程度に拡大できる。この為、自動車用自動変速機の変速ユニットとしての実用性向上を図れる。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、何れの場合でもトロイダル型無段変速ユニットを通過するトルクを低く抑えて、このトロイダル型無段変速ユニットの耐久性向上、或は小型・軽量化が可能になる。
又、請求項１に係る発明の場合には、回転部分の回転速度を低く抑えて、回転支持部での動力損失を低減し、無段変速装置全体としての効率向上を図れる。
更に、請求項３に係る発明の場合には、無段変速装置全体としての変速比幅を広くし、小型・軽量の自動車用自動変速機を実現して自動車の燃費性能の向上に寄与できる等、上記無段変速装置の実用性向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す、半部略断面図。
【図２】この第１例の構造で、入力部の回転速度に対する出力部及び太陽歯車の回転速度の比と、トロイダル型無段変速ユニットの速度比との関係を示す線図。
【図３】本発明の実施の形態の第２例を示す、半部略断面図。
【図４】この第２例の構造で、トロイダル型無段変速ユニットの速度比と無段変速装置全体としての速度比との関係を示す線図。
【図５】従来から知られているトロイダル型無段変速ユニットの１例を示す断面図。
【図６】従来から知られている、トロイダル型無段変速ユニットと遊星歯車式変速ユニットとを組み合わせて成る無段変速装置の第１例を示す断面図。
【図７】同第２例を示す断面図。
【符号の説明】
１ 回転軸
２ 外側ディスク
３ ボールスプライン
４ 伝達歯車
５、５ａ 内側ディスク
６ パワーローラ
７ トラニオン
８ 支持軸
９ 駆動軸
１０ 押圧装置
１１、１１ａ、１１ｂ トロイダル型無段変速ユニット
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 遊星歯車式変速ユニット
１３、１３ａ、１３ｂ 太陽歯車
１４、１４ａ 中空回転軸
１５、１５ａ、１５ｂ キャリア
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 遊星歯車
１７ 伝達軸
１８ 第二の太陽歯車
１９ 大歯車
２０ 小歯車
２１ 歯車増速機構
２２ 入力側ディスク
２３ 出力側ディスク
２４、２４ａ リング歯車
２５ 出力軸
２６、２６ａ 入力軸
２７ 遊星軸
２８ 第一の遊星歯車
２９ 第二の遊星歯車
３０ 第二の太陽歯車
３１ 伝達軸
【産業上の利用分野】
この発明に係る無段変速装置は、自動車用自動変速装置として、或はポンプ等の各種産業機械の運転速度を調節する為の変速装置として利用する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用自動変速装置として、図５に示す様なトロイダル型無段変速ユニットを使用する事が研究され、一部で実施されている。このトロイダル型無段変速ユニットは、ダブルキャビティ型と呼ばれるもので、回転軸１の両端部周囲に、外側ディスク２、２を、ボールスプライン３、３を介して支持している。従ってこれら両外側ディスク２、２は、互いに同心に、且つ、同期した回転を自在に支持されている。又、上記回転軸１の中間部周囲に伝達歯車４を、この回転軸１に対する相対回転を自在として支持している。そして、この伝達歯車４の中心部に設けた円筒部の両端部に内側ディスク５、５を、スプライン係合させている。従ってこれら両内側ディスク５、５は、上記伝達歯車４と共に、同期して回転する。
【０００３】
又、上記各外側ディスク２、２と上記各内側ディスク５、５との間には、それぞれ複数個ずつ（通常２〜３個ずつ）のパワーローラ６、６を挟持している。これら各パワーローラ６、６は、それぞれトラニオン７、７の内側面に、支持軸８、８及び複数の転がり軸受を介して、回転自在に支持されている。上記各トラニオン７、７は、それぞれの長さ方向（図５の表裏方向）両端部に、これら各トラニオン７、７毎に互いに同心に設けられた枢軸（図示せず）を中心として揺動変位自在である。これら各トラニオン７、７を傾斜させる動作は、図示しない油圧式のアクチュエータによりこれら各トラニオン７、７を上記枢軸の軸方向に変位させる事により行なうが、総てのトラニオン７、７の傾斜角度は、油圧式及び機械式に互いに同期させる。
【０００４】
上述の様なトロイダル型無段変速ユニットの運転時には、エンジン等の動力源に繋がる駆動軸９により一方（図５の左方）の外側ディスク２を、ローディングカム式の押圧装置１０を介して回転駆動する。この結果、上記回転軸１の両端部に支持された１対の外側ディスク２、２が、互いに近づく方向に押圧されつつ同期して回転する。そして、この回転が、上記各パワーローラ６、６を介して上記各内側ディスク５、５に伝わり、上記伝達歯車４から取り出される。
【０００５】
上記回転軸１と伝達歯車４との回転速度の比を変える場合で、先ず回転軸１と伝達歯車４との間で減速を行なう場合には、上記各トラニオン７、７を図５に示す位置に揺動させ、上記各パワーローラ６、６の周面をこの図５に示す様に、上記各外側ディスク２、２の内側面の中心寄り部分と上記各内側ディスク５、５の内側面の外周寄り部分とにそれぞれ当接させる。反対に、増速を行なう場合には、上記各トラニオン７、７を図５と反対方向に揺動させ、上記各パワーローラ６、６の周面を、図５に示した状態とは逆に、上記各外側ディスク２、２の内側面の外周寄り部分と上記各内側ディスク５、５の内側面の中心寄り部分とに、それぞれ当接する様に、上記各トラニオン７、７を傾斜させる。これら各トラニオン７、７の傾斜角度を中間にすれば、回転軸１と伝達歯車４との間で、中間の速度比（変速比）を得られる。
【０００６】
上述の図５に示したトロイダル型無段変速ユニットの場合には、回転軸１から伝達歯車４への動力の伝達を、一方の外側ディスク２と一方の内側ディスク５との間と、他方の外側ディスク２と他方の内側ディスク５との間との、２系統に分けて行なうので、大きな動力の伝達を行なえる。
【０００７】
更に、上述の様に構成され作用するトロイダル型無段変速ユニットを実際の自動車用の無段変速機に組み込む場合、遊星歯車機構と組み合わせて無段変速装置を構成する事が、特開平１−１６９１６９号公報、同１−３１２２６６号公報、同１０−１９６７５９号公報、同１１−６３１４６号公報、米国特許第５６０７３７２号明細書、同６１２６５６７号明細書等に記載されている様に、従来から提案されている。このうちの米国特許第５６０７３７２号明細書は、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速ユニットを構成する内側ディスクから中空の回転軸により遊星歯車式変速ユニットに動力を取り出せる為、小型・軽量化を図る面から有利である。
【０００８】
図６は、この米国特許第５６０７３７２号明細書に記載された無段変速装置を示している。この無段変速装置は、トロイダル型無段変速ユニット１１を構成する内側ディスク５ａと、遊星歯車式変速ユニット１２を構成する太陽歯車１３とを、回転軸１の周囲に設置した中空回転軸１４により連結している。又、上記遊星歯車式変速ユニット１２を構成するキャリア１５を、この回転軸１に結合固定している。そして、このキャリア１５に互いに同軸に支持された遊星歯車１６ａ、１６ｂのうち、一方（図６の左方）の遊星歯車１６ａを、上記太陽歯車１３に噛合させている。これに対して、他方（図６の右方）の遊星歯車１６ｂを、伝達軸１７の基端部（図６の左端部）に固定した第二の太陽歯車１８に噛合させている。尚、図６には、動力の伝達方向に関して上記伝達軸１７よりも後方に、速度比や回転方向を変える為の遊星歯車機構やクラッチ機構が設けられているが、本発明と直接は関係しない為、説明は省略する。
【０００９】
上述の様に構成する図６に示した無段変速装置の場合、太陽歯車１３の歯数Ｚ13を第二の太陽歯車１８の歯数Ｚ18よりも多く（Ｚ13＞Ｚ18）する事により、上記遊星歯車式変速ユニット１２を通過するトルクを低く抑えられる様に構成している。この為、この遊星歯車式変速ユニット１２の構成各部材の耐久性確保の面から有利になる。
【００１０】
又、米国特許第６１２６５６７号明細書には、図７に示す様な無段変速装置が記載されている。この無段変速装置の場合には、動力源とトロイダル型無段変速ユニット１１ａとの間に、互いに噛合した大歯車１９と小歯車２０とから成る歯車増速機構２１を、動力の伝達方向に関して直列に設けている。上記トロイダル型無段変速ユニット１１ａを構成する１対のディスクのうち、入力側ディスク２２の回転は遊星歯車式変速ユニット１２ａを構成する太陽歯車１３ａに、出力側ディスク２３の回転は同じくリング歯車２４に、それぞれ伝達している。そして、これら両歯車１３ａ、２４に噛合した遊星歯車１６の公転運動を出力軸２５に取り出し自在としている。
【００１１】
この図７に示した様な構造の場合、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ａを通過する動力（＝トルク×回転速度）を同じとした場合に、回転速度を早くする分、トルクを低く抑えられる。この為、この遊星歯車式変速ユニット１１ａの構成各部材の耐久性確保の面から有利になる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述の図６〜７に示した従来構造のうち、図６に示した構造の場合には、キャリア１５が各外側ディスク２、２と共に動力源と同じ回転速度で回転する。これに対して遊星歯車１６ａは、内側ディスク５ａと共に、上記キャリア１５と逆方向に回転する。従って、これら遊星歯車１６ａとキャリア１５との相対的回転速度は相当に早くなる。特に、トロイダル型無段変速ユニット１１の変速状態を、図６に示した様な最大増速状態とした場合には、上記相対回転速度が著しく高くなる。この結果、遊星歯車１６ａ、１６ｂを設けた伝達軸３１の回転支持部等で生じる動力損失が大きくなり、無段変速装置全体としての伝達効率を低下させる原因となる。又、上記トロイダル型無段変速ユニット１１の変速状態を、図６に示したのとは逆に、最大減速状態とした場合には、太陽歯車１３に伝達されるトルクが相当に大きくなる。そして、この様に大きなトルクを伝達した場合にも十分な耐久性を確保する為には、上記太陽歯車１３を含む、遊星歯車式変速ユニット１２を大型化せざるを得なくなる。
【００１３】
又、図７に示した構造の場合には、トロイダル型無段変速ユニット１１ａの各部の回転速度が早くなる分、このトロイダル型無段変速ユニット１１ａの回転支持部で生じる動力損失が大きくなり、やはり無段変速装置全体としての伝達効率を低下させる原因となる。
本発明は、この様な事情に鑑みて、トロイダル型無段変速ユニットを通過するトルクを低減できる構造で、このトロイダル型無段変速ユニットに隣接して設けられる遊星歯車変速ユニットを構成する太陽歯車に伝達されるトルクを低く抑えられる構造を実現すべく発明したものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の無段変速装置は何れも、トロイダル型無段変速ユニットと遊星歯車式変速ユニットとを組み合わせて成る。
このうちのトロイダル型無段変速ユニットは、回転軸を介して互いに同心に且つ同期した回転を自在として結合された１対の外側ディスクと、これら両外側ディスク同士の間にこれら両外側ディスクと同心に且つこれら両外側ディスクとは独立した回転を自在として支持された内側ディスクと、この内側ディスクの両側面と上記両外側ディスクの側面との間にそれぞれ複数個ずつ挟持されてこれら内側ディスクと両外側ディスクとの間で動力を伝達する複数のパワーローラとを備えたものである。
又、上記遊星歯車式変速ユニットは、上記回転軸の一部に上記両外側ディスクと同心に結合されてこれら両外側ディスクと共に回転するキャリアと、このキャリアに回転自在に支持された遊星歯車と、上記回転軸の一部外周面と上記１対の外側ディスクのうちで上記キャリア側の外側ディスクの内周面との間にこれら回転軸及び外側ディスクに対する相対回転を自在として配置され、その基端部を上記内側ディスクに結合された中空回転軸の先端部に上記回転軸と同心に結合された太陽歯車と、上記遊星歯車と噛合した駆動歯車とを備えたものである。
【００１５】
そして、請求項１に記載した無段変速装置の場合には、上記駆動歯車を入力軸により回転駆動自在として、この入力軸の回転時に上記遊星歯車に関して上記駆動歯車と上記太陽歯車とが互いに逆方向に回転する様にこれら各歯車を配置すると共に、上記回転軸から出力を取り出し自在とし、且つ、上記駆動歯車の歯数を上記太陽歯車の歯数よりも多くしている。
一方、請求項３に記載した無段変速装置の場合には、上記駆動歯車を入力軸により回転駆動自在として、この入力軸の回転時に上記キャリアに対する上記駆動歯車と上記太陽歯車との回転方向が互いに同じとなる様に、これら両歯車及び上記遊星歯車を配置すると共に、上記回転軸から出力を取り出し自在とし、且つ、上記駆動歯車の歯数を上記太陽歯車の歯数よりも多くしている。
【００１６】
【作用】
上述の様に構成する本発明の無段変速装置は、何れの場合にも、遊星歯車式変速ユニットを入力側に配置すると共に駆動歯車の歯数を太陽歯車の歯数よりも多くした事に伴い、太陽歯車及び内側ディスクを通過するトルクを低く抑える事ができる。
又、請求項１に記載した無段変速装置の場合には、トロイダル型無段変速ユニット部分の回転速度を低減すると共に、上記遊星歯車式変速ユニットを構成するキャリアと太陽歯車との相対回転速度を低減できる。
一方、請求項３に記載した無段変速装置の場合には、変速比幅（実現可能な変速比の範囲）を十分に広くできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の無段変速装置は、トロイダル型無段変速ユニット１１ｂと遊星歯車式変速ユニット１２ｂとを組み合わせて成る。
このうちのトロイダル型無段変速ユニット１１ｂは、１対の外側ディスク２、２を、回転軸１を介して互いに同心に且つ同期した回転を自在として結合している。又、上記両外側ディスク２、２同士の間に内側ディスク５ａを、これら両外側ディスク２、２と同心に且つこれら両外側ディスク２、２とは独立した回転を自在として支持している。そして、上記内側ディスク５ａの両側面と上記両外側ディスク２、２の側面との間にパワーローラ６、６（図５〜７参照。図１には省略。）を、それぞれ複数個ずつ挟持して、上記内側ディスク５ａと上記両外側ディスク２、２との間で動力を伝達自在としている。
【００１８】
又、上記遊星歯車式変速ユニット１２ｂを構成するキャリア１５ａは、上記両外側ディスク２、２と同心に配置された状態で、上記回転軸１の一端部（図１の左端部）に結合されており、上記両外側ディスク２、２と共に回転する。そして、上記キャリア１５ａに、それぞれがシングルピニオン型である複数個（一般的には３〜４個）の遊星歯車１６ｃを、回転自在に支持している。又、上記回転軸１の中間部一端寄り部分の周囲に、この回転軸１に対する相対回転を自在に配置した中空回転軸１４ａの基端部（図１の右端部）を、上記内側ディスク５ａに結合している。又、上記中空回転軸１４ａの先端部（図１の左端部）に、太陽歯車１３ｂを結合している。従って、この太陽歯車１３ｂは、上記内側ディスク５ａと共に回転する。又、上記キャリア１５ａの周囲に、駆動歯車であるリング歯車２４ａを、このキャリア１５ａと同心に配置し、このリング歯車２４ａと上記各遊星歯車１６ｃとを噛合させている。このリング歯車２４ａの歯数Ｚ24が上記太陽歯車１３ｂの歯数Ｚ13よりも多い（Ｚ24＞Ｚ13）事は勿論である。
【００１９】
そして、上記リング歯車２４ａを、入力軸２６により回転駆動自在としている。従って、本例の場合には、この入力軸２６の回転時に上記リング歯車２４ａと上記太陽歯車１３ｂとが、上記遊星歯車１６ｃに関して（この遊星歯車１６ｃが自転のみで公転しないと仮定した場合に）互いに逆方向に回転する。又、上記回転軸１から出力を取り出し自在としている。即ち、この回転軸１に、出力軸としての役目を持たせている。
【００２０】
上述の様に構成する本発明の無段変速装置は、前記遊星歯車式変速ユニット１２ｂを入力側（図１の左側）に配置すると共に、駆動歯車である上記リング歯車２４ａの歯数Ｚ24を上記太陽歯車１３ｂの歯数Ｚ13よりも多くした事に伴い、この太陽歯車１３ｂ及び前記内側ディスク５ａを通過するトルクを低く抑える事ができる。この点を明らかにする為、本例の無段変速装置の各部を通過するトルクの値に就いて、以下に説明する。
【００２１】
上記入力軸２６を駆動するトルクをＴIN、上記太陽歯車１３ｂを通過するトルクをＴS 、上記内側ディスク５ａを通過するトルクをＴCVU 、上記リング歯車２４ａと上記太陽歯車１３ｂとの間の変速比（増速比）をｉ（＝Ｚ24／Ｚ13）とした場合に、
ＴS ＝ＴCVU ＝−ＴIN／ｉ −−− （１）
で表される。
又、上記回転軸１の回転トルクである、無段変速装置の出力トルクをＴOUT とし、前記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの変速比をｅCVU とした場合、この出力トルクＴOUT は、
ＴOUT ＝｛１＋（１−ｅCVU ）／ｉ｝ＴIN −−− （２）
で表される。
ｉ＞１であるから、｜ＴS ｜＜｜ＴIN｜であり、上記太陽歯車１３ｂを通過するトルクＴS 、及び上記内側ディスク５ａを通過するトルクＴCVU が上記入力軸２６を駆動するトルクＴINよりも低く抑えられる事が分かる。上記太陽歯車１３ｂを通過するトルクＴS 、及び上記内側ディスク５ａを通過するトルクＴCVU を低く抑えられる結果、前記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂ及び遊星歯車式変速ユニット１２ｂの構成各部品の耐久性向上を図れる。又、同じ耐久性を確保する事を考慮した場合には、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂ及び遊星歯車式変速ユニット１２ｂの構成各部品の小型・軽量化を図れる。
【００２２】
次に、上記回転軸１の回転速度ＮOUT と上記入力軸２６の回転速度ＮINとの関係は、
ＮOUT ＝｛ｉ／（ｉ＋１−ｅCVU ）｝ＮIN −−− （３）
で表される。ｉ＞１であり、ｅCVU は負の値（ｅCVU ＜０）であるから、ＮOUT ＜ＮINである。即ち、本例の場合には、前記１対の外側ディスク２、２の回転速度は、常に上記入力軸２６の回転速度よりも低くなる。
又、前記太陽歯車１３ｂの回転速度ＮS は、
ＮS ＝｛ｉ・ｅCVU ／（ｉ＋１−ｅCVU ）｝ＮIN −−− （４）
で表される。
【００２３】
上記回転軸１の回転速度ＮOUT と上記入力軸２６の回転速度ＮINとの比ＮOUT ／ＮIN、並びに上記太陽歯車１３ｂの回転速度ＮS とこの入力軸２６の回転速度ＮINとの比ＮS ／ＮINと、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの変速比ｅCVU との関係の１例をグラフに表すと、図２の様になる。この図２中、実線αは上記回転軸１の回転速度ＮOUT と上記入力軸２６の回転速度ＮINとの比ＮOUT ／ＮINを、破線βは上記太陽歯車１３ｂの回転速度ＮS とこの入力軸２６の回転速度ＮINとの比ＮS ／ＮINを、それぞれ表している。尚、前記リング歯車２４ａと上記太陽歯車１３ｂとの間の変速比ｉ（＝Ｚ24／Ｚ13）は、２（ｉ＝２）としている。この様な実線α及び鎖線βから、上記回転軸１の回転速度ＮOUT 及び上記太陽歯車１３ｂの回転速度ＮS が、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの変速比ｅCVU に拘らず、常に上記入力軸２６の回転速度ＮINよりも遅くなる事が分かる。この事から、本例の無段変速装置の場合には、各部の回転速度を遅くして、回転支持部分で生じる損失を低く抑えられる事が分かる。
【００２４】
次に、図３は、請求項３、４に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例は、上述した第１例の場合と同様に、太陽歯車１３ｂ及び内側ディスク５ａを通過するトルクを低く抑えられる様に構成している。更に本例の場合には、無段変速装置全体としての変速比幅、即ち、入力軸２６ａと、出力軸である回転軸１との間で実現可能な変速比の範囲を十分に広くできる様に構成している。上述した第１例の構造の場合、図２の実線αで示す様に、トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの変速比ｅCVU を４倍（−０．５〜−２．０）確保した場合でも、無段変速装置全体としての変速比（ＮOUT ／ＮIN）は１．５倍（０．６〜０．４）程度しか変化しない。無段変速装置を自動車用の自動変速装置の変速ユニットとして利用する事を考慮した場合、全体としての変速比が１．５倍程度では不足である。
【００２５】
これに対して本例の場合には、入力軸２６ａの回転時にキャリア１５ｂに対する駆動歯車と太陽歯車１３ｂとの回転方向が互いに同じになる様にして、無段変速装置全体としての変速比幅の確保を図っている。上記回転方向を同じとする為には、駆動歯車であるリングギヤ（例えば図１のリング歯車２４ａ）と太陽歯車１３ｂとの間に配置する遊星歯車をダブルピニオン型とする事も考えられるが、本例の場合には、次の様な機構により、上記回転方向を同じとしている。
【００２６】
即ち、回転軸１と平行に配置された複数本（一般的には３〜４本）の遊星軸２７の中間部を上記キャリア１５ｂの一部に、回転自在に支持している。そして、この遊星軸２７の一端部（図３の右端部）に固定した第一の遊星歯車２８を、上記回転軸１の基端部（図３の左端部）に結合した太陽歯車１３ｂに噛合させている。又、上記遊星軸２７の他端部に固定した第二の遊星歯車２９を、上記回転軸１と同心に配置した入力軸２６ａの端部にこの入力軸２６ａと同心に結合した、請求項３に記載した駆動歯車である、第二の太陽歯車３０と噛合させている。
【００２７】
この第二の太陽歯車３０の歯数Ｚ30は上記太陽歯車１３ｂの歯数Ｚ13よりも多い（Ｚ30＞Ｚ13）。これに合わせて、上記第一の遊星歯車２８の歯数Ｚ28を上記第二の遊星歯車２９の歯数Ｚ29よりも多く（Ｚ28＞Ｚ29）している。従って、上記入力軸２６ａの回転時に上記太陽歯車１３ｂ、並びにこの太陽歯車１３ｂと中空回転軸１４ａを介して結合された内側ディスク５ａは、上記各歯車１３ｂ、２８〜２９の歯数に応じた変速比ｉP ｛＝（Ｚ30／Ｚ29）・（Ｚ28／Ｚ13）｝で変速される。Ｚ30＞Ｚ13、Ｚ28＞Ｚ29であるから、Ｚ30／Ｚ29＞１であり、Ｚ28／Ｚ13＞１であり、ｉP ＞１である。従って、上記入力軸２６ａから上記内側ディスク５ａとの間で増速が行なわれ、これに伴って、この内側ディスク５ａを通過するトルクは、上記入力軸２６ａから上記第二の太陽歯車３０に伝わったトルクよりも小さくなる。この点を明らかにする為、本例の無段変速装置の各部を通過するトルクの値に就いて、以下に説明する。
【００２８】
上記入力軸２６ａを駆動するトルクをＴIN、上記太陽歯車１３ｂを通過するトルクをＴS 、上記内側ディスク５ａを通過するトルクをＴCVU とした場合に、
ＴS ＝ＴCVU ＝ＴIN／ｉP −−− （５）
で表される。ｉP ＞１であるから、上記太陽歯車１３ｂを通過するトルクＴS 及び上記内側ディスク５ａを通過するトルクＴCVU は、何れも上記入力軸２６ａを駆動するトルクＴINよりも小さく（例えば８３％程度に）なる。
尚、前記回転軸１の回転トルクである、無段変速装置の出力トルクをＴOUT とし、前記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの変速比をｅCVU とした場合、この出力トルクＴOUT は、
ＴOUT ＝｛１−（１−ｅCVU ）／ｉP ｝ＴIN −−− （６）
で表される。
【００２９】
本例の場合、無段変速装置全体としての変速比幅を大きくしているので、全変速領域に亙ってＴOUT ＜ＴINとはならない。即ち、上記（６）式で表される、無段変速装置全体としての変速比が減速領域にある場合には、ＴOUT ＞ＴINとなる。但し、ＴOUT ＞ＴINとなる領域でも、ＴS 、ＴCVU ＜ＴINであるから、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの構成各部品の耐久性向上を図れる。又、同じ耐久性を確保する事を考慮した場合には、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの構成各部品の小型・軽量化を図れる。
【００３０】
次に、前記回転軸１の回転速度ＮOUT と前記入力軸２６ａの回転速度ＮINとの関係は、
ＮOUT ＝｛ｉP ／（ｉP −１＋ｅCVU ）｝ＮIN −−− （７）
で表される。
又、前記太陽歯車１３ｂの回転速度ＮS は、
ＮS ＝｛ｉP ・ｅCVU ／（ｉP −１＋ｅCVU ）｝ＮIN --- （８）
で表される。
【００３１】
上記回転軸１の回転速度ＮOUT と上記入力軸２６ａの回転速度ＮINと比である無段変速装置全体としての変速比と、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの変速比ｅCVU との関係の１例をグラフに表すと、図４の様になる。この図４から、遊星歯車式変速ユニット１２ｃの変速比ｉP を適切に（例えば１．２程度に）規制した場合には、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂの変速比ｅCVU を−０．５〜−２．０（４倍）の範囲で変化させた場合に、無段変速装置全体としての変速比が、−４〜−０．６６７（６倍）の範囲で変化する事が分かる。
この様に、本例の構造の場合には、上記トロイダル型無段変速ユニット１１ｂを通過するトルクを低減して、上述の様な効果を得られる事に加えて、変速比幅を１．５倍程度に拡大できる。この為、自動車用自動変速機の変速ユニットとしての実用性向上を図れる。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、何れの場合でもトロイダル型無段変速ユニットを通過するトルクを低く抑えて、このトロイダル型無段変速ユニットの耐久性向上、或は小型・軽量化が可能になる。
又、請求項１に係る発明の場合には、回転部分の回転速度を低く抑えて、回転支持部での動力損失を低減し、無段変速装置全体としての効率向上を図れる。
更に、請求項３に係る発明の場合には、無段変速装置全体としての変速比幅を広くし、小型・軽量の自動車用自動変速機を実現して自動車の燃費性能の向上に寄与できる等、上記無段変速装置の実用性向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す、半部略断面図。
【図２】この第１例の構造で、入力部の回転速度に対する出力部及び太陽歯車の回転速度の比と、トロイダル型無段変速ユニットの速度比との関係を示す線図。
【図３】本発明の実施の形態の第２例を示す、半部略断面図。
【図４】この第２例の構造で、トロイダル型無段変速ユニットの速度比と無段変速装置全体としての速度比との関係を示す線図。
【図５】従来から知られているトロイダル型無段変速ユニットの１例を示す断面図。
【図６】従来から知られている、トロイダル型無段変速ユニットと遊星歯車式変速ユニットとを組み合わせて成る無段変速装置の第１例を示す断面図。
【図７】同第２例を示す断面図。
【符号の説明】
１ 回転軸
２ 外側ディスク
３ ボールスプライン
４ 伝達歯車
５、５ａ 内側ディスク
６ パワーローラ
７ トラニオン
８ 支持軸
９ 駆動軸
１０ 押圧装置
１１、１１ａ、１１ｂ トロイダル型無段変速ユニット
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 遊星歯車式変速ユニット
１３、１３ａ、１３ｂ 太陽歯車
１４、１４ａ 中空回転軸
１５、１５ａ、１５ｂ キャリア
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 遊星歯車
１７ 伝達軸
１８ 第二の太陽歯車
１９ 大歯車
２０ 小歯車
２１ 歯車増速機構
２２ 入力側ディスク
２３ 出力側ディスク
２４、２４ａ リング歯車
２５ 出力軸
２６、２６ａ 入力軸
２７ 遊星軸
２８ 第一の遊星歯車
２９ 第二の遊星歯車
３０ 第二の太陽歯車
３１ 伝達軸
Claims (4)
- トロイダル型無段変速ユニットと遊星歯車式変速ユニットとを組み合わせて成り、
このうちのトロイダル型無段変速ユニットは、回転軸を介して互いに同心に且つ同期した回転を自在として結合された１対の外側ディスクと、これら両外側ディスク同士の間にこれら両外側ディスクと同心に且つこれら両外側ディスクとは独立した回転を自在として支持された内側ディスクと、この内側ディスクの両側面と上記両外側ディスクの側面との間にそれぞれ複数個ずつ挟持されてこれら内側ディスクと両外側ディスクとの間で動力を伝達する複数のパワーローラとを備えたものであり、
上記遊星歯車式変速ユニットは、上記回転軸の一部に上記両外側ディスクと同心に結合されてこれら両外側ディスクと共に回転するキャリアと、このキャリアに回転自在に支持された遊星歯車と、上記回転軸の一部外周面と上記１対の外側ディスクのうちで上記キャリア側の外側ディスクの内周面との間にこれら回転軸及び外側ディスクに対する相対回転を自在として配置され、その基端部を上記内側ディスクに結合された中空回転軸の先端部に上記回転軸と同心に結合された太陽歯車と、上記遊星歯車と噛合した駆動歯車とを備えたものであり、
この駆動歯車を入力軸により回転駆動自在として、この入力軸の回転時に上記遊星歯車に関して上記駆動歯車と上記太陽歯車とが互いに逆方向に回転する様にこれら各歯車を配置すると共に、上記回転軸から出力を取り出し自在とし、且つ、上記駆動歯車の歯数を上記太陽歯車の歯数よりも多くした無段変速装置。 - 入力軸が回転軸と同心に配置されており、駆動歯車が、この入力軸の端部にこの入力軸と同心に結合されて、複数の遊星歯車と噛合するリング歯車である、請求項１に記載した無段変速装置。
- トロイダル型無段変速ユニットと遊星歯車式変速ユニットとを組み合わせて成り、
このうちのトロイダル型無段変速ユニットは、回転軸を介して互いに同心に且つ同期した回転を自在として結合された１対の外側ディスクと、これら両外側ディスク同士の間にこれら両外側ディスクと同心に且つこれら両外側ディスクとは独立した回転を自在として支持された内側ディスクと、この内側ディスクの両側面と上記両外側ディスクの側面との間にそれぞれ複数個ずつ挟持されてこれら内側ディスクと両外側ディスクとの間で動力を伝達する複数のパワーローラとを備えたものであり、
上記遊星歯車式変速ユニットは、上記回転軸の一部に上記両外側ディスクと同心に結合されてこれら両外側ディスクと共に回転するキャリアと、このキャリアに回転自在に支持された遊星歯車と、上記回転軸の一部外周面と上記１対の外側ディスクのうちで上記キャリア側の外側ディスクの内周面との間にこれら回転軸及び外側ディスクに対する相対回転を自在として配置され、その基端部を上記内側ディスクに結合された中空回転軸の先端部に上記回転軸と同心に結合された太陽歯車と、上記遊星歯車と噛合した駆動歯車とを備えたものであり、
この駆動歯車を入力軸により回転駆動自在として、この入力軸の回転時に上記キャリアに対する上記駆動歯車と上記太陽歯車との回転方向が互いに同じとなる様に、これら両歯車及び上記遊星歯車を配置すると共に、上記回転軸から出力を取り出し自在とし、且つ、上記駆動歯車の歯数を上記太陽歯車の歯数よりも多くした無段変速装置。 - 回転軸と平行に配置された遊星軸の中間部をキャリアの一部に回転自在に支持すると共に、この遊星軸の一端部に固定した第一の遊星歯車を太陽歯車に噛合させると共に、この遊星軸の他端部に固定した第二の遊星歯車を、上記回転軸と同心に配置した入力軸の端部にこの入力軸と同心に結合された駆動歯車と噛合させている、請求項３に記載した無段変速装置。
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