JP4288987B2 - 無段変速装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用自動変速装置として利用する、トロイダル型無段変速機を組み込んだ無段変速装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用自動変速装置として、図３に示す様なトロイダル型無段変速機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機は、ダブルキャビティ型と呼ばれるもので、入力軸１の両端部周囲に入力側ディスク２、２を、ボールスプライン３、３を介して支持している。従ってこれら両入力側ディスク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、上記入力軸１の中間部周囲に出力歯車４を、この入力軸１に対する相対回転を自在として支持している。そして、この出力歯車４の中心部に設けた円筒部５の両端部に出力側ディスク６、６を、それぞれスプライン係合させている。従ってこれら両出力側ディスク６、６は、上記出力歯車４と共に、同期して回転する。
【０００３】
又、上記各入力側ディスク２、２と上記各出力側ディスク６、６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７、７を挟持している。これら各パワーローラ７、７はトラニオン８、８の内側面に、支持軸９、９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８、８は、それぞれの長さ方向（図３の表裏方向）両端部にこれら各トラニオン８、８毎に互いに同心に設けられた、それぞれ１対ずつの枢軸を中心として揺動変位自在である。
【０００４】
上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時には、エンジン等の動力源に繋がる駆動軸１０により一方（図３の左方）の入力側ディスク２を、図示の様なローディングカム式の、或は油圧式の押圧装置１１を介して回転駆動する。この結果、前記入力軸１の両端部に支持された１対の入力側ディスク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７、７を介して上記各出力側ディスク６、６に伝わり、前記出力歯車４から取り出される。
【０００５】
上記入力軸１と出力歯車４との間の回転速度の比を変える場合で、先ず入力軸１と出力歯車４との間で減速を行なう場合には、上記各トラニオン８、８を図３に示す位置に揺動させる。そして、上記各パワーローラ７、７の周面をこの図３に示す様に、上記各入力側ディスク２、２の内側面の中心寄り部分と上記各出力側ディスク６、６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８、８を図３と反対方向に揺動させ、上記各パワーローラ７、７の周面を、この図３に示した状態とは逆に、上記各入力側ディスク２、２の内側面の外周寄り部分と上記各出力側ディスク６、６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８、８を傾斜させる。これら各トラニオン８、８の傾斜角度を中間にすれば、入力軸１と出力歯車４との間で、中間の変速比（速度比）を得られる。
【０００６】
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機を実際の自動車用の自動変速機に組み込む場合、遊星歯車式変速機と組み合わせて無段変速装置を構成する事が、例えば特許文献１〜３に記載されている様に、従来から各種提案されている。このうちの特許文献１〜２に記載された無段変速装置は、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを組み合わせ、且つ、このトロイダル型無段変速機の入力部と出力部とを互いに同軸に配置した構造である。この様な構造を有する無段変速装置の場合には、軸に対し直角方向の断面積を小さくして、ボディのフロアトンネル内の様な限られた空間に設置し易い等、自動車用の自動変速機として有効な構造である。
【０００７】
図４は、この様な従来から提案されている無段変速装置のうち、特許文献１に記載されたものを示している。この無段変速装置は、トロイダル型無段変速機１２と遊星歯車式変速機１３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機１２は、入力軸１と、１対の入力側ディスク２、２ａと、出力側ディスク６ａと、複数のパワーローラ７、７とを備える。図示の例では、この出力側ディスク６ａは、１対の出力側ディスクの外側面同士を突き合わせて一体とした如き構造を有する。又、上記１対の入力側ディスク２、２ａのうちの一方（図４の右方）の入力側ディスク２ａの内径は、他方（図４の左方）の入力側ディスク２の内径よりも大きくしている。そして、上記入力軸１の外周面と上記一方の入力側ディスク２ａの内周面との間に中空回転軸１５を、これら入力軸１及び入力側ディスク２ａに対する相対回転を自在に配置している。そして、上記中空回転軸１５の基端部を上記出力側ディスク６ａに、動力の伝達を自在に結合している。
【０００８】
上記遊星歯車式変速機１３は、上記中空回転軸１５の先端部周囲に設けている。この為にこの中空回転軸１５の先端部に太陽歯車１６を、この中空回転軸１５と同心に、且つ、この中空回転軸１５と同期した回転を自在に支持している。又、上記太陽歯車１６の周囲にリング歯車１７を、この太陽歯車１６と同心に配置している。又、上記入力軸１と上記一方の入力側ディスク２ａとの間にキャリア１８を掛け渡し、これら入力軸１と一方の入力側ディスク２ａとキャリア１８とが、互いに同期して回転する様にしている。そして、このキャリア１８の円周方向複数個所にそれぞれ内径側遊星歯車１９と外径側遊星歯車２０とを、回転自在に支持している。これら内径側遊星歯車１９と外径側遊星歯車２０とは、互いに噛合すると共に、内径側遊星歯車１９が上記太陽歯車１６と、外径側遊星歯車２０が上記リング歯車１７と、それぞれ噛合している。更に、このリング歯車１７を出力軸２１に結合して、上記太陽歯車１６と上記キャリア１８との差動成分を、この出力軸２１に取り出し自在としている。
【０００９】
この様な無段変速装置の場合には、上記遊星歯車式変速機１３を構成する上記太陽歯車１６の歯数と上記リング歯車１７の歯数との比を適切に規制すれば、前記トロイダル型無段変速機１２の変速比を所定値にする事で、前記入力軸１を回転させたまま、上記出力軸２１を停止させられる。そして、上記トロイダル型無段変速機１２の変速比を上記所定値よりも減速側に変化させる事で、上記出力軸２１を所定方向（前進方向）に回転させ、同じく減速側に変化させる事で、この出力軸２１を逆方向（後退方向）に回転させる事ができる。
【００１０】
又、図示は省略するが、特許文献２には、トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とに加えて、低速用クラッチ及び高速用クラッチを組み込んだ無段変速装置に関する発明が記載されている。この様な特許文献２に記載された構造の場合、上記低速用クラッチを接続して上記高速用クラッチの接続を断った、低速モード状態では、上述の特許文献１に記載された無段変速機と同様に作用する。これに対して、上記低速用クラッチの接続を断ち上記高速用クラッチを接続した、高速モード状態では、トロイダル型無段変速機の変速比を増速側に変化させる程、入力軸と出力軸との間の変速比も増速側に変化する。
【００１１】
更に、やはり図示は省略するが、特許文献３には、トロイダル型無段変速機と、２組の遊星歯車式変速機と、４組のクラッチとを組み合わせて成る無段変速装置が記載されている。この様な特許文献３に記載された無段変速装置は、上記４組のクラッチの断接を制御する事により、前進側で３種類のモードを、後退側で１種類のモードを、それぞれ実現できる。そして、前進側での変速比の幅を広くできると共に、前進側で実現する高速側２種類のモードでは、上記トロイダル型無段変速機を通過する動力を低く抑え、無段変速装置全体としての伝達効率を良好にできる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平６−１７４０３３号公報
【特許文献２】
特開２０００−２２０７１９号公報
【特許文献３】
特許第２７７８０３８号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様な、従来から提案されている無段変速装置のうち、特許文献１、２に記載された無段変速装置は、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機１２と遊星歯車式変速機１３とを組み合わせた構造で、遊星歯車を支持する為の遊星軸を除く総ての回転伝達軸を同軸に配置できる為、軸に対し直角方向の断面積を小さくして、ボディのフロアトンネル内の様な限られた空間に設置し易い反面、大きな動力の伝達を行なう面からは不利である。この理由は、トロイダル型無段変速機１２の変速比調節に基づいて入力軸１を回転させたまま出力軸２１を停止させる、所謂変速比が無限大の状態を実現する為に、上記遊星歯車式変速機１３として、太陽歯車１６とリング歯車１７との間に内径側、外径側両遊星歯車１９、２０を設置した、ダブルピニオン型の構造を採用している為である。ダブルピニオン型の遊星歯車式変速機１３の場合、各遊星歯車１９、２０の強度確保とキャリア１８の強度確保とを両立させる事が難しく、上記遊星歯車式変速機１３の耐久性を確保しつつ、上記軸に対し直角方向の断面積を小さくする事が難しい。この点に就いて、図５を参照しつつ説明する。
【００１４】
上記各遊星歯車１９、２０の強度を確保する為には、これら各遊星歯車１９、２０の直径を或る程度大きくする必要がある。太陽歯車１６に関しても、強度確保及び所望の変速比を得る為には、直径を或る程度大きくする必要がある。これに対して、上記断面積を小さく抑える為には、リング歯車１７の直径を小さく抑える必要がある。従って、このリング歯車１７の内周面と上記太陽歯車１６の外周面との間に存在する、上記各遊星歯車１９、２０の設置空間の径方向に関する幅寸法は限られたものとなる。この様に幅寸法が限られた空間に設置する上記内径側、外径側両遊星歯車１９、２０の直径をできるだけ大きくしようとした場合には、図５（Ａ）に示す様に、これら内径側、外径側両遊星歯車１９、２０同士を、円周方向に関して互いにずらせて配置する必要がある。この様な配置を採用すると、円周方向に隣り合う各遊星歯車１９、２０（を組み合わせた各ユニット２３、２３）同士の間に存在する隙間２２、２２が狭くなる。又、上記空間内に設置可能な、上記内径側、外径側両遊星歯車１９、２０を組み合わせた各ユニット２３、２３の数も少なくなる。一般的には、これら各ユニット２３、２３の数を３組程度に抑える必要がある。上記各ユニット２３、２３の数が少なくなる事は、上記太陽歯車１６と上記リング歯車１７との間での伝達経路の数が少なくなる事に繋がり、上記各遊星歯車１９、２０が伝達するトルクが大きくなる為、これら各遊星歯車１９、２０の耐久性確保の面からは不利である。
【００１５】
又、上記各遊星歯車１９、２０を支持する為のキャリア１８は、これら各遊星歯車１９、２０の中心部に挿通した遊星軸の両端部を１対の支持板により支持して成るが、それだけで上記キャリア１８の剛性及び強度を十分に確保する事は難しい。この為、上記１対の支持板同士を、上記各隙間２２、２２部分に設けた連結部により、互いに連結固定する。ところが、これら各隙間２２、２２が狭い場合には、この連結部の断面積が狭くなり、上記キャリア１８の剛性及び強度を十分に確保する事が難しくなる。
【００１６】
一方、特許文献１、２に記載されている様に、変速比が無限大の状態を実現する無段変速装置の場合、上記各遊星歯車１９、２０により伝達されるトルクは相当に大きくなるし、上記キャリア１８に加わる力も相当に大きくなる。即ち、「動力＝トルク×回転速度」の関係から明らかな通り、入力軸１を回転させたまま出力軸２１を停止させる、変速比が無限大の状態では、動力源であるエンジンの出力を制御したとしても、前記トロイダル型無段変速機１２を通過するトルクは相当に大きくなる。従って、上記各遊星歯車１９、２０により伝達されるトルクも、相当に大きくなる。又、上記トロイダル型無段変速機１２を通過するトルクが大きくなるのに伴って、このトロイダル型無段変速機１２に組み込んだ押圧装置１１（図３参照）が発生する押圧力が大きくなる。そして、図４に示す様な、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機１２を組み込んだ無段変速装置の場合、上記押圧力は、入力軸１から上記キャリア１８を介して、一方（図４の右方）の入力側ディスク２ａに伝えられる。従って、このキャリア１８の強度及び剛性の確保も重要になる。
【００１７】
リング歯車の直径を大きくする事なく、各遊星歯車の強度並びに耐久性確保とキャリアの強度確保とを両立させる為には、図５（Ｂ）に示す様に、各遊星歯車２４、２４を、太陽歯車１６とリング歯車１７とに直接噛合させる、所謂シングルピニオン型の構造を採用する事が考えられる。この様なシングルピニオン型の構造を採用すれば、上記各遊星歯車２４、２４の直径を大きくし、しかもその数を多く（例えば５個程度に）できる。この為、直径の大きな各遊星歯車２４、２４により比較的小さな（太陽歯車１６とリング歯車１７との間で伝達するトルクの１／５ずつの）トルクを伝達するのみで足りる為、上記各遊星歯車２４、２４の耐久性を十分に確保できる。更に、円周方向に隣り合うこれら各遊星歯車２４、２４同士の間に存在する隙間２２ａ、２２ａを広く、或は数を多くして、キャリアを構成する１対の支持板同士を連結固定する連結部の断面積を広く、或は連結部の数を多くして、このキャリアの剛性及び強度を十分に確保する事が容易になる。
【００１８】
ところが、従来は、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを組み合わせ、遊星歯車を支持する為の遊星軸を除く総ての回転伝達軸を同軸に配置し、無限大の変速比を実現できる構造で、上記遊星歯車式変速機としてシングルピニオン型のものを使用する構造は知られていなかった。例えば、前述した特許文献３に記載された無段変速装置は、シングルピニオン型の遊星歯車式変速機を組み込んでいるが、トロイダル型無段変速機はシングルキャビティ型であるし、中心軸が一致しない回転伝達軸を有する。この様な構造は、限られた空間への設置が難しい。
本発明の無段変速装置は、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００１９】
【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、前述した従来から知られている無段変速装置と同様に、互いに同軸に配置されたトロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを、互いの間で動力の伝達を行なう状態に組み合わせて成る。
このうちのトロイダル型無段変速機は、入力軸と、この入力軸の両端部にそれぞれこの入力軸と同期した回転を自在として支持された１対の入力側ディスクと、この入力軸の中間部周囲にこの入力軸に対する相対回転を自在に支持された出力側ディスクと、この出力側ディスクと上記各入力側ディスクとの間にそれぞれ複数個ずつ挟持されてこれら両ディスク同士の間で動力を伝達するパワーローラと、上記入力軸の外周面と一方の入力側ディスクの内周面との間に、これら入力軸及び入力側ディスクに対する相対回転を自在に配置され、基端部を上記出力側ディスクに動力の伝達を自在に結合した中空回転軸とを備えたものである。
又、上記遊星歯車式変速機は、この中空回転軸の先端部に、この中空回転軸と同心に、且つ、この中空回転軸と同期した回転を自在に支持された太陽歯車と、この太陽歯車の周囲に、この太陽歯車と同心に配置されたリング歯車と、上記入力軸と上記一方の入力側ディスクとの間に掛け渡されてこれら入力軸及び一方の入力側ディスクと同期して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て、上記太陽歯車と上記リング歯車とにそれぞれ噛合する複数の遊星歯車と、上記太陽歯車と上記キャリアとの差動成分を取り出す為の出力軸とを備えたものである。
【００２０】
特に、請求項１に記載した無段変速装置に於いては、上記遊星歯車式変速機は、上記一方の入力側ディスクの側に設けられた第一の遊星歯車式変速ユニットと、上記出力軸の側にこの第一の遊星歯車式変速ユニットと同心に配置された第二の遊星歯車式変速ユニットとから成る。
そして、このうちの第一の遊星歯車式変速ユニットは、上記中空回転軸の先端部に支持された太陽歯車と、この太陽歯車の周囲に、この太陽歯車と同心に配置されたリング歯車と、上記キャリアと、このキャリアに回転自在に支持されて、それぞれが上記太陽歯車と上記リング歯車とに直接噛合する複数の遊星歯車とから成る、シングルピニオン型である。
又、上記第二の遊星歯車式変速ユニットは、上記リング歯車と同期して回転する第二の太陽歯車と、この第二の太陽歯車の周囲に、この第二の太陽歯車と同心に配置されて上記出力軸と同期して回転する第二のリング歯車と、上記キャリアと同期して回転する第二のキャリアと、この第二のキャリアに回転自在に支持されて、それぞれが上記第二の太陽歯車と上記第二のリング歯車とに直接噛合する複数の第二の遊星歯車とから成る、シングルピニオン型である。
【００２１】
一方、請求項２に記載した無段変速装置に於いては、上記遊星歯車式変速機は、上記一方の入力側ディスクの側に設けられた第一の遊星歯車式変速ユニットと、上記出力軸の側にこの第一の遊星歯車式変速ユニットと同心に配置された第二の遊星歯車式変速ユニットとから成る。
そして、このうちの第一の遊星歯車式変速ユニットは、上記中空回転軸の先端部に支持された太陽歯車と、この太陽歯車の周囲に、この太陽歯車と同心に配置されたリング歯車と、上記キャリアと、このキャリアに回転自在に支持されて、それぞれが上記太陽歯車と上記リング歯車とに直接噛合する複数の遊星歯車とから成る、シングルピニオン型である。
又、上記第二の遊星歯車式変速ユニットは、上記出力軸と同期して回転する第二の太陽歯車と、この第二の太陽歯車の周囲に、この第二の太陽歯車と同心に配置されて上記リング歯車と同期して回転する第二のリング歯車と、上記キャリアと同期して回転する第二のキャリアと、この第二のキャリアに回転自在に支持されて、それぞれが上記第二の太陽歯車と上記第二のリング歯車とに直接噛合する複数の第二の遊星歯車とから成る、シングルピニオン型である。
【００２２】
【作用】
上述の様に構成する本発明の無段変速装置の場合には、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機とシングルピニオン型の遊星歯車式変速機とを組み合わせ、遊星歯車を支持する為の遊星軸を除く総ての回転伝達軸を同軸に配置した構造で、無限大の変速比を実現できる。
更には、第一の遊星歯車式変速機ユニットを構成する各遊星歯車、並びに、第二の遊星歯車式変速ユニットを構成する各第二の遊星歯車の数を多くし、且つ、これら各遊星歯車の直径を大きくできる。この為、これら各遊星歯車の耐久性向上を図れる。しかも、キャリアを構成する連結板同士を連結する連結部材の断面積を広くしたり、或は連結部材の数を多くして、上記キャリアの強度及び剛性を十分に確保できる。そして、遊星歯車式変速機及びこの遊星歯車式変速機を組み込んだ無段変速装置の信頼性及び耐久性向上を図れる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１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、互いに同軸に配置されたトロイダル型無段変速機１２と遊星歯車式変速機１３ａとを、互いの間で動力の伝達を行なう状態に組み合わせて成る。
このうちのトロイダル型無段変速機１２は、前述の図４に示した従来構造と同様に、入力軸１と、１対の入力側ディスク２、２ａと、一体型の出力側ディスク６ａと、複数のパワーローラ７、７とを備える。そして、上記入力軸１の外周面と、内径を大きくした一方（図１の右方）の入力側ディスク２ａの内周面との間に、これら入力軸１及び入力側ディスク２ａに対する相対回転を自在に配置した中空回転軸１５の基端部を、上記出力側ディスク６ａに、動力の伝達を自在に結合している。
【００２４】
又、上記遊星歯車式変速機１３ａは、第一の遊星歯車式変速ユニット２５と第二の遊星歯車式変速ユニット２６とから成る。このうち、上記一方の入力側ディスク２ａの側（図１の左側）に設けられた第一の遊星歯車式変速ユニット２５は、太陽歯車１６ａと、リング歯車１７ａと、キャリア１８ａと、複数の遊星歯車２４とを備える。又、上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６は、第二の太陽歯車２７と、第二のリング歯車２８と、複数の第二の遊星歯車２９と、第二のキャリア３０とを備える。
【００２５】
上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５を構成する上記各歯車１６ａ、１７ａ、２４のうちの太陽歯車１６ａは、上記中空回転軸１５の先端部に、この中空回転軸１５と同心に、且つ、この中空回転軸１５と同期した回転を自在に支持されている。又、上記リング歯車１７ａは、上記太陽歯車１６ａの周囲に、この太陽歯車１６ａと同心に、回転自在に配置されている。又、上記キャリア１８ａは、上記入力軸１と上記一方の入力側ディスク２ａとの間に掛け渡された状態で設けられて、これら入力軸１及び一方の入力側ディスク２ａと同期して回転する。又、上記各遊星歯車２４は、上記キャリア１８ａに回転自在に支持されて、上記太陽歯車１６ａと上記リング歯車１７ａとに、それぞれ直接噛合している。
【００２６】
即ち、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５は、シングルピニオン型である。従って、この第一の遊星歯車式変速ユニット２５を構成する上記各遊星歯車２４の数を、例えば前述の図５（Ｂ）に示す様に多くし、且つ、これら各遊星歯車２４、２４の直径を大きくできる。この為、上記各遊星歯車２４、２４の耐久性向上を図れる。しかも、上記キャリア１８ａを構成する連結板同士を連結する連結部材（キャリアとして周知の構造である為、図示省略）の断面積を広くしたり、或は連結部材の数を多くして、上記キャリア１８ａの強度及び剛性を十分に確保できる。
【００２７】
又、前記第二の遊星歯車式変速ユニット２６を構成する前記各歯車２７〜２９のうちの第二の太陽歯車２７は、内径側連結部材３１により上記リング歯車１７ａと連結して、このリング歯車１７ａと同期して回転自在としている。又、前記第二のリング歯車２８は、上記第二の太陽歯車２７の周囲に、この第二の太陽歯車２７と同心に配置されている。又、上記第二のリング歯車２８と出力軸２１ａとを、出力側連結部材３２により連結して、これら第二のリング歯車２８と出力軸２１ａとが同期して回転する様にしている。又、前記各第二の遊星歯車２９を回転自在に支承しつつ、これら各第二の遊星歯車２９の公転運動に伴って回転する、前記第二のキャリア３０は、外径側連結部材３３を介して、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５のキャリア１８ａと連結している。従って、上記第二のキャリア３０は、このキャリア１８ａと同期して回転する。又、上記各第二の遊星歯車２９は、上記第二のキャリア３０に回転自在に支持されて、上記第二の太陽歯車２７と上記第二のリング歯車２８とに、それぞれ直接噛合する。
【００２８】
即ち、上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６も、シングルピニオン型である。従って、前述した第一遊星歯車式変速ユニット２５と同様に、上記各第二の遊星歯車２９の数を多くし、且つ、これら各第二の遊星歯車２９の直径を大きくして、これら各第二の遊星歯車２９の耐久性確保を図れる。同時に、上記第二のキャリア３０の強度及び剛性を十分に確保できる。
【００２９】
上述の様に構成する本例の無段変速装置を構成する遊星歯車式変速機１３ａは、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５の変速比ｉ1 （＝リング歯車１７ａの歯数／太陽歯車１６ａの歯数）と上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６の変速比ｉ2 （＝第二のリング歯車２８の歯数／第二の太陽歯車２７の歯数）とを適切に規制すれば、前記トロイダル型無段変速機１２の変速比ｅCVU （＝出力側ディスク６ａの回転速度／入力側ディスク２、２ａの回転速度）の調節に基づき、前記入力軸１を回転させたまま上記出力軸２１ａを停止させる、変速比無限大の状態を実現できる。即ち、上記入力軸１の回転速度ＲINと上記出力軸２１ａの回転速度ＲOUT との比で定まる、無段変速装置の変速比ｅCVT （＝ＲOUT ／ＲIN）は、次の（１）式により求められる。
ｅCVT ＝１−｛（１＋｜ｅCVU ｜）／（ｉ1 ・ｉ2 ）｝ −−− （１）
この（１）式から明らかな通り、「｜ｅCVU ｜＝ｉ1 ・ｉ2 −１」とする事で、上記変速比無限大の状態を実現できる。そして、上記トロイダル型無段変速機１２を、上記値よりも減速側に変化させる事で上記出力軸２１ａが前進方向に回転（正転）し、増速側に変化させる事で後退方向に回転（逆転）する。
【００３０】
次に、図２は、請求項２に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合も、トロイダル型無段変速機１２と共に無段変速装置を構成する遊星歯車式変速機１３ｂを、一方（図２の右方）の入力側ディスク２ａの側に設けた第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａと、出力軸２１ａの側に配置された第二の遊星歯車式変速ユニット２６ａとから構成している。
【００３１】
本例の場合も、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａは、中空回転軸１５の先端部に支持された太陽歯車１６ａと、この太陽歯車１６ａの周囲に、この太陽歯車１６ａと同心に配置されたリング歯車１７ａと、キャリア１８ａと、このキャリア１８ａに回転自在に支持されて、それぞれが上記太陽歯車１６ａと上記リング歯車１７ａとに直接噛合する複数の遊星歯車２４とから成るシングルピニオン型である。この様な第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａの構成に関しては、前述した第１例に組み込まれた第一の遊星歯車式変速ユニット２５（図１）と同様である。
【００３２】
これに対して本例の場合には、上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６ａ、及び、この第二の遊星歯車式変速ユニット２６ａと上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａ及び上記出力軸２１ａとの接続状態が、上記第１例の場合と異なっている。即ち、上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６ａを構成する第二の太陽歯車２７ａは、上記出力軸２１ａと同期して回転自在としている。又、この第二の太陽歯車２７ａの周囲に配置した第二のリング歯車２８ａを、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａのリング歯車１７ａと結合して、このリング歯車１７ａと同期して回転自在としている。更に、各第二の遊星歯車２９ａを回転自在に支持する第二のキャリア３０ａを、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａのキャリア１８ａと結合して、このキャリア１８ａと同期して回転自在としている。そして、上記第二のキャリア３０ａに回転自在に支持した複数の第二の遊星歯車２９ａを、それぞれ上記第二の太陽歯車２７ａと上記第二のリング歯車２８ａとに直接噛合させて、シングルピニオン型の遊星歯車式変速ユニットとしている。
【００３３】
上述の様に構成する本例の無段変速装置を構成する遊星歯車式変速機１３ｂも、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａの変速比ｉ1 （＝リング歯車１７ａの歯数／太陽歯車１６ａの歯数）と上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６ａの変速比ｉ2 （＝第二のリング歯車２８ａの歯数／第二の太陽歯車２７ａの歯数）とを適切に規制すれば、上記遊星歯車式変速機１３ｂと組み合わせたトロイダル型無段変速機１２の変速比ｅCVU の調節に基づき、入力軸１を回転させたまま上記出力軸２１ａを停止させる、変速比無限大の状態を実現できる。即ち、本例の場合、無段変速装置の変速比ｅCVT （＝ＲOUT ／ＲIN）は、次の（２）式により求められる。
ｅCVT ＝１−（ｉ2 ／ｉ1 ）（１＋｜ｅCVU ｜） −−− （２）
この（２）式から明らかな通り、「｜ｅCVU ｜＝ｉ1 ／ｉ2 −１」とする事で、上記変速比無限大の状態を実現できる。この為に本例の場合には、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａを構成するリング歯車１７ａの歯数と太陽歯車１６ａの歯数との比ｉ1 を、上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６ａを構成する第二のリング歯車２８ａの歯数と第二の太陽歯車２７ａの歯数との比ｉ2 よりも大きくしている（ｉ1 ＞ｉ2 ）。上記トロイダル型無段変速機１２の変速比を上記値から変化させる事で、上記出力軸２１ａを正転或は逆転させられる点は、前述した第１例の場合と同様である。
【００３４】
この様な本例の場合も、上記第一の遊星歯車式変速機ユニット２５ａを構成する前記各遊星歯車２４、上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６ａを構成する前記各第二の遊星歯車２９ａの数を多くすると共に、直径を大きくできる。又、キャリア１８ａ及び第二のキャリア３０ａの強度及び剛性を高くできる。そして、遊星歯車式変速機１３ｂ及びこの遊星歯車式変速機１３ｂを組み込んだ無段変速装置の信頼性及び耐久性向上を図れる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成し作用する為、限られた空間内への設置を可能にする為の設計が容易な構造で、しかも十分な信頼性及び耐久性を有する無段変速装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す略断面図。
【図２】同第２例を示す略断面図。
【図３】従来から知られているトロイダル型無段変速機の１例を示す断面図。
【図４】従来から知られている無段変速装置の１例を示す略断面図。
【図５】遊星歯車式変速機の基本構造と遊星歯車の数との関係を説明する為の略図。
【符号の説明】
１ 入力軸
２、２ａ 入力側ディスク
３ ボールスプライン
４ 出力歯車
５ 円筒部
６、６ａ 出力側ディスク
７ パワーローラ
８ トラニオン
９ 支持軸
１０ 駆動軸
１１ 押圧装置
１２ トロイダル型無段変速機
１３、１３ａ、１３ｂ 遊星歯車式変速機
１５ 中空回転軸
１６、１６ａ 太陽歯車
１７、１７ａ リング歯車
１８、１８ａ キャリア
１９ 内径側遊星歯車
２０ 外径側遊星歯車
２１、２１ａ 出力軸
２２、２２ａ 隙間
２３ ユニット
２４ 遊星歯車
２５、２５ａ 第一の遊星歯車式変速ユニット
２６、２６ａ 第二の遊星歯車式変速ユニット
２７、２７ａ 第二の太陽歯車
２８、２８ａ 第二のリング歯車
２９、２９ａ 第二の遊星歯車
３０、３０ａ 第二のキャリア
３１ 内径側連結部材
３２ 出力側連結部材
３３ 外径側連結部材
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用自動変速装置として利用する、トロイダル型無段変速機を組み込んだ無段変速装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用自動変速装置として、図３に示す様なトロイダル型無段変速機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機は、ダブルキャビティ型と呼ばれるもので、入力軸１の両端部周囲に入力側ディスク２、２を、ボールスプライン３、３を介して支持している。従ってこれら両入力側ディスク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、上記入力軸１の中間部周囲に出力歯車４を、この入力軸１に対する相対回転を自在として支持している。そして、この出力歯車４の中心部に設けた円筒部５の両端部に出力側ディスク６、６を、それぞれスプライン係合させている。従ってこれら両出力側ディスク６、６は、上記出力歯車４と共に、同期して回転する。
【０００３】
又、上記各入力側ディスク２、２と上記各出力側ディスク６、６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７、７を挟持している。これら各パワーローラ７、７はトラニオン８、８の内側面に、支持軸９、９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８、８は、それぞれの長さ方向（図３の表裏方向）両端部にこれら各トラニオン８、８毎に互いに同心に設けられた、それぞれ１対ずつの枢軸を中心として揺動変位自在である。
【０００４】
上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時には、エンジン等の動力源に繋がる駆動軸１０により一方（図３の左方）の入力側ディスク２を、図示の様なローディングカム式の、或は油圧式の押圧装置１１を介して回転駆動する。この結果、前記入力軸１の両端部に支持された１対の入力側ディスク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７、７を介して上記各出力側ディスク６、６に伝わり、前記出力歯車４から取り出される。
【０００５】
上記入力軸１と出力歯車４との間の回転速度の比を変える場合で、先ず入力軸１と出力歯車４との間で減速を行なう場合には、上記各トラニオン８、８を図３に示す位置に揺動させる。そして、上記各パワーローラ７、７の周面をこの図３に示す様に、上記各入力側ディスク２、２の内側面の中心寄り部分と上記各出力側ディスク６、６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８、８を図３と反対方向に揺動させ、上記各パワーローラ７、７の周面を、この図３に示した状態とは逆に、上記各入力側ディスク２、２の内側面の外周寄り部分と上記各出力側ディスク６、６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８、８を傾斜させる。これら各トラニオン８、８の傾斜角度を中間にすれば、入力軸１と出力歯車４との間で、中間の変速比（速度比）を得られる。
【０００６】
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機を実際の自動車用の自動変速機に組み込む場合、遊星歯車式変速機と組み合わせて無段変速装置を構成する事が、例えば特許文献１〜３に記載されている様に、従来から各種提案されている。このうちの特許文献１〜２に記載された無段変速装置は、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを組み合わせ、且つ、このトロイダル型無段変速機の入力部と出力部とを互いに同軸に配置した構造である。この様な構造を有する無段変速装置の場合には、軸に対し直角方向の断面積を小さくして、ボディのフロアトンネル内の様な限られた空間に設置し易い等、自動車用の自動変速機として有効な構造である。
【０００７】
図４は、この様な従来から提案されている無段変速装置のうち、特許文献１に記載されたものを示している。この無段変速装置は、トロイダル型無段変速機１２と遊星歯車式変速機１３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機１２は、入力軸１と、１対の入力側ディスク２、２ａと、出力側ディスク６ａと、複数のパワーローラ７、７とを備える。図示の例では、この出力側ディスク６ａは、１対の出力側ディスクの外側面同士を突き合わせて一体とした如き構造を有する。又、上記１対の入力側ディスク２、２ａのうちの一方（図４の右方）の入力側ディスク２ａの内径は、他方（図４の左方）の入力側ディスク２の内径よりも大きくしている。そして、上記入力軸１の外周面と上記一方の入力側ディスク２ａの内周面との間に中空回転軸１５を、これら入力軸１及び入力側ディスク２ａに対する相対回転を自在に配置している。そして、上記中空回転軸１５の基端部を上記出力側ディスク６ａに、動力の伝達を自在に結合している。
【０００８】
上記遊星歯車式変速機１３は、上記中空回転軸１５の先端部周囲に設けている。この為にこの中空回転軸１５の先端部に太陽歯車１６を、この中空回転軸１５と同心に、且つ、この中空回転軸１５と同期した回転を自在に支持している。又、上記太陽歯車１６の周囲にリング歯車１７を、この太陽歯車１６と同心に配置している。又、上記入力軸１と上記一方の入力側ディスク２ａとの間にキャリア１８を掛け渡し、これら入力軸１と一方の入力側ディスク２ａとキャリア１８とが、互いに同期して回転する様にしている。そして、このキャリア１８の円周方向複数個所にそれぞれ内径側遊星歯車１９と外径側遊星歯車２０とを、回転自在に支持している。これら内径側遊星歯車１９と外径側遊星歯車２０とは、互いに噛合すると共に、内径側遊星歯車１９が上記太陽歯車１６と、外径側遊星歯車２０が上記リング歯車１７と、それぞれ噛合している。更に、このリング歯車１７を出力軸２１に結合して、上記太陽歯車１６と上記キャリア１８との差動成分を、この出力軸２１に取り出し自在としている。
【０００９】
この様な無段変速装置の場合には、上記遊星歯車式変速機１３を構成する上記太陽歯車１６の歯数と上記リング歯車１７の歯数との比を適切に規制すれば、前記トロイダル型無段変速機１２の変速比を所定値にする事で、前記入力軸１を回転させたまま、上記出力軸２１を停止させられる。そして、上記トロイダル型無段変速機１２の変速比を上記所定値よりも減速側に変化させる事で、上記出力軸２１を所定方向（前進方向）に回転させ、同じく減速側に変化させる事で、この出力軸２１を逆方向（後退方向）に回転させる事ができる。
【００１０】
又、図示は省略するが、特許文献２には、トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とに加えて、低速用クラッチ及び高速用クラッチを組み込んだ無段変速装置に関する発明が記載されている。この様な特許文献２に記載された構造の場合、上記低速用クラッチを接続して上記高速用クラッチの接続を断った、低速モード状態では、上述の特許文献１に記載された無段変速機と同様に作用する。これに対して、上記低速用クラッチの接続を断ち上記高速用クラッチを接続した、高速モード状態では、トロイダル型無段変速機の変速比を増速側に変化させる程、入力軸と出力軸との間の変速比も増速側に変化する。
【００１１】
更に、やはり図示は省略するが、特許文献３には、トロイダル型無段変速機と、２組の遊星歯車式変速機と、４組のクラッチとを組み合わせて成る無段変速装置が記載されている。この様な特許文献３に記載された無段変速装置は、上記４組のクラッチの断接を制御する事により、前進側で３種類のモードを、後退側で１種類のモードを、それぞれ実現できる。そして、前進側での変速比の幅を広くできると共に、前進側で実現する高速側２種類のモードでは、上記トロイダル型無段変速機を通過する動力を低く抑え、無段変速装置全体としての伝達効率を良好にできる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平６−１７４０３３号公報
【特許文献２】
特開２０００−２２０７１９号公報
【特許文献３】
特許第２７７８０３８号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様な、従来から提案されている無段変速装置のうち、特許文献１、２に記載された無段変速装置は、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機１２と遊星歯車式変速機１３とを組み合わせた構造で、遊星歯車を支持する為の遊星軸を除く総ての回転伝達軸を同軸に配置できる為、軸に対し直角方向の断面積を小さくして、ボディのフロアトンネル内の様な限られた空間に設置し易い反面、大きな動力の伝達を行なう面からは不利である。この理由は、トロイダル型無段変速機１２の変速比調節に基づいて入力軸１を回転させたまま出力軸２１を停止させる、所謂変速比が無限大の状態を実現する為に、上記遊星歯車式変速機１３として、太陽歯車１６とリング歯車１７との間に内径側、外径側両遊星歯車１９、２０を設置した、ダブルピニオン型の構造を採用している為である。ダブルピニオン型の遊星歯車式変速機１３の場合、各遊星歯車１９、２０の強度確保とキャリア１８の強度確保とを両立させる事が難しく、上記遊星歯車式変速機１３の耐久性を確保しつつ、上記軸に対し直角方向の断面積を小さくする事が難しい。この点に就いて、図５を参照しつつ説明する。
【００１４】
上記各遊星歯車１９、２０の強度を確保する為には、これら各遊星歯車１９、２０の直径を或る程度大きくする必要がある。太陽歯車１６に関しても、強度確保及び所望の変速比を得る為には、直径を或る程度大きくする必要がある。これに対して、上記断面積を小さく抑える為には、リング歯車１７の直径を小さく抑える必要がある。従って、このリング歯車１７の内周面と上記太陽歯車１６の外周面との間に存在する、上記各遊星歯車１９、２０の設置空間の径方向に関する幅寸法は限られたものとなる。この様に幅寸法が限られた空間に設置する上記内径側、外径側両遊星歯車１９、２０の直径をできるだけ大きくしようとした場合には、図５（Ａ）に示す様に、これら内径側、外径側両遊星歯車１９、２０同士を、円周方向に関して互いにずらせて配置する必要がある。この様な配置を採用すると、円周方向に隣り合う各遊星歯車１９、２０（を組み合わせた各ユニット２３、２３）同士の間に存在する隙間２２、２２が狭くなる。又、上記空間内に設置可能な、上記内径側、外径側両遊星歯車１９、２０を組み合わせた各ユニット２３、２３の数も少なくなる。一般的には、これら各ユニット２３、２３の数を３組程度に抑える必要がある。上記各ユニット２３、２３の数が少なくなる事は、上記太陽歯車１６と上記リング歯車１７との間での伝達経路の数が少なくなる事に繋がり、上記各遊星歯車１９、２０が伝達するトルクが大きくなる為、これら各遊星歯車１９、２０の耐久性確保の面からは不利である。
【００１５】
又、上記各遊星歯車１９、２０を支持する為のキャリア１８は、これら各遊星歯車１９、２０の中心部に挿通した遊星軸の両端部を１対の支持板により支持して成るが、それだけで上記キャリア１８の剛性及び強度を十分に確保する事は難しい。この為、上記１対の支持板同士を、上記各隙間２２、２２部分に設けた連結部により、互いに連結固定する。ところが、これら各隙間２２、２２が狭い場合には、この連結部の断面積が狭くなり、上記キャリア１８の剛性及び強度を十分に確保する事が難しくなる。
【００１６】
一方、特許文献１、２に記載されている様に、変速比が無限大の状態を実現する無段変速装置の場合、上記各遊星歯車１９、２０により伝達されるトルクは相当に大きくなるし、上記キャリア１８に加わる力も相当に大きくなる。即ち、「動力＝トルク×回転速度」の関係から明らかな通り、入力軸１を回転させたまま出力軸２１を停止させる、変速比が無限大の状態では、動力源であるエンジンの出力を制御したとしても、前記トロイダル型無段変速機１２を通過するトルクは相当に大きくなる。従って、上記各遊星歯車１９、２０により伝達されるトルクも、相当に大きくなる。又、上記トロイダル型無段変速機１２を通過するトルクが大きくなるのに伴って、このトロイダル型無段変速機１２に組み込んだ押圧装置１１（図３参照）が発生する押圧力が大きくなる。そして、図４に示す様な、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機１２を組み込んだ無段変速装置の場合、上記押圧力は、入力軸１から上記キャリア１８を介して、一方（図４の右方）の入力側ディスク２ａに伝えられる。従って、このキャリア１８の強度及び剛性の確保も重要になる。
【００１７】
リング歯車の直径を大きくする事なく、各遊星歯車の強度並びに耐久性確保とキャリアの強度確保とを両立させる為には、図５（Ｂ）に示す様に、各遊星歯車２４、２４を、太陽歯車１６とリング歯車１７とに直接噛合させる、所謂シングルピニオン型の構造を採用する事が考えられる。この様なシングルピニオン型の構造を採用すれば、上記各遊星歯車２４、２４の直径を大きくし、しかもその数を多く（例えば５個程度に）できる。この為、直径の大きな各遊星歯車２４、２４により比較的小さな（太陽歯車１６とリング歯車１７との間で伝達するトルクの１／５ずつの）トルクを伝達するのみで足りる為、上記各遊星歯車２４、２４の耐久性を十分に確保できる。更に、円周方向に隣り合うこれら各遊星歯車２４、２４同士の間に存在する隙間２２ａ、２２ａを広く、或は数を多くして、キャリアを構成する１対の支持板同士を連結固定する連結部の断面積を広く、或は連結部の数を多くして、このキャリアの剛性及び強度を十分に確保する事が容易になる。
【００１８】
ところが、従来は、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを組み合わせ、遊星歯車を支持する為の遊星軸を除く総ての回転伝達軸を同軸に配置し、無限大の変速比を実現できる構造で、上記遊星歯車式変速機としてシングルピニオン型のものを使用する構造は知られていなかった。例えば、前述した特許文献３に記載された無段変速装置は、シングルピニオン型の遊星歯車式変速機を組み込んでいるが、トロイダル型無段変速機はシングルキャビティ型であるし、中心軸が一致しない回転伝達軸を有する。この様な構造は、限られた空間への設置が難しい。
本発明の無段変速装置は、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００１９】
【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、前述した従来から知られている無段変速装置と同様に、互いに同軸に配置されたトロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを、互いの間で動力の伝達を行なう状態に組み合わせて成る。
このうちのトロイダル型無段変速機は、入力軸と、この入力軸の両端部にそれぞれこの入力軸と同期した回転を自在として支持された１対の入力側ディスクと、この入力軸の中間部周囲にこの入力軸に対する相対回転を自在に支持された出力側ディスクと、この出力側ディスクと上記各入力側ディスクとの間にそれぞれ複数個ずつ挟持されてこれら両ディスク同士の間で動力を伝達するパワーローラと、上記入力軸の外周面と一方の入力側ディスクの内周面との間に、これら入力軸及び入力側ディスクに対する相対回転を自在に配置され、基端部を上記出力側ディスクに動力の伝達を自在に結合した中空回転軸とを備えたものである。
又、上記遊星歯車式変速機は、この中空回転軸の先端部に、この中空回転軸と同心に、且つ、この中空回転軸と同期した回転を自在に支持された太陽歯車と、この太陽歯車の周囲に、この太陽歯車と同心に配置されたリング歯車と、上記入力軸と上記一方の入力側ディスクとの間に掛け渡されてこれら入力軸及び一方の入力側ディスクと同期して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て、上記太陽歯車と上記リング歯車とにそれぞれ噛合する複数の遊星歯車と、上記太陽歯車と上記キャリアとの差動成分を取り出す為の出力軸とを備えたものである。
【００２０】
特に、請求項１に記載した無段変速装置に於いては、上記遊星歯車式変速機は、上記一方の入力側ディスクの側に設けられた第一の遊星歯車式変速ユニットと、上記出力軸の側にこの第一の遊星歯車式変速ユニットと同心に配置された第二の遊星歯車式変速ユニットとから成る。
そして、このうちの第一の遊星歯車式変速ユニットは、上記中空回転軸の先端部に支持された太陽歯車と、この太陽歯車の周囲に、この太陽歯車と同心に配置されたリング歯車と、上記キャリアと、このキャリアに回転自在に支持されて、それぞれが上記太陽歯車と上記リング歯車とに直接噛合する複数の遊星歯車とから成る、シングルピニオン型である。
又、上記第二の遊星歯車式変速ユニットは、上記リング歯車と同期して回転する第二の太陽歯車と、この第二の太陽歯車の周囲に、この第二の太陽歯車と同心に配置されて上記出力軸と同期して回転する第二のリング歯車と、上記キャリアと同期して回転する第二のキャリアと、この第二のキャリアに回転自在に支持されて、それぞれが上記第二の太陽歯車と上記第二のリング歯車とに直接噛合する複数の第二の遊星歯車とから成る、シングルピニオン型である。
【００２１】
一方、請求項２に記載した無段変速装置に於いては、上記遊星歯車式変速機は、上記一方の入力側ディスクの側に設けられた第一の遊星歯車式変速ユニットと、上記出力軸の側にこの第一の遊星歯車式変速ユニットと同心に配置された第二の遊星歯車式変速ユニットとから成る。
そして、このうちの第一の遊星歯車式変速ユニットは、上記中空回転軸の先端部に支持された太陽歯車と、この太陽歯車の周囲に、この太陽歯車と同心に配置されたリング歯車と、上記キャリアと、このキャリアに回転自在に支持されて、それぞれが上記太陽歯車と上記リング歯車とに直接噛合する複数の遊星歯車とから成る、シングルピニオン型である。
又、上記第二の遊星歯車式変速ユニットは、上記出力軸と同期して回転する第二の太陽歯車と、この第二の太陽歯車の周囲に、この第二の太陽歯車と同心に配置されて上記リング歯車と同期して回転する第二のリング歯車と、上記キャリアと同期して回転する第二のキャリアと、この第二のキャリアに回転自在に支持されて、それぞれが上記第二の太陽歯車と上記第二のリング歯車とに直接噛合する複数の第二の遊星歯車とから成る、シングルピニオン型である。
【００２２】
【作用】
上述の様に構成する本発明の無段変速装置の場合には、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機とシングルピニオン型の遊星歯車式変速機とを組み合わせ、遊星歯車を支持する為の遊星軸を除く総ての回転伝達軸を同軸に配置した構造で、無限大の変速比を実現できる。
更には、第一の遊星歯車式変速機ユニットを構成する各遊星歯車、並びに、第二の遊星歯車式変速ユニットを構成する各第二の遊星歯車の数を多くし、且つ、これら各遊星歯車の直径を大きくできる。この為、これら各遊星歯車の耐久性向上を図れる。しかも、キャリアを構成する連結板同士を連結する連結部材の断面積を広くしたり、或は連結部材の数を多くして、上記キャリアの強度及び剛性を十分に確保できる。そして、遊星歯車式変速機及びこの遊星歯車式変速機を組み込んだ無段変速装置の信頼性及び耐久性向上を図れる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１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、互いに同軸に配置されたトロイダル型無段変速機１２と遊星歯車式変速機１３ａとを、互いの間で動力の伝達を行なう状態に組み合わせて成る。
このうちのトロイダル型無段変速機１２は、前述の図４に示した従来構造と同様に、入力軸１と、１対の入力側ディスク２、２ａと、一体型の出力側ディスク６ａと、複数のパワーローラ７、７とを備える。そして、上記入力軸１の外周面と、内径を大きくした一方（図１の右方）の入力側ディスク２ａの内周面との間に、これら入力軸１及び入力側ディスク２ａに対する相対回転を自在に配置した中空回転軸１５の基端部を、上記出力側ディスク６ａに、動力の伝達を自在に結合している。
【００２４】
又、上記遊星歯車式変速機１３ａは、第一の遊星歯車式変速ユニット２５と第二の遊星歯車式変速ユニット２６とから成る。このうち、上記一方の入力側ディスク２ａの側（図１の左側）に設けられた第一の遊星歯車式変速ユニット２５は、太陽歯車１６ａと、リング歯車１７ａと、キャリア１８ａと、複数の遊星歯車２４とを備える。又、上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６は、第二の太陽歯車２７と、第二のリング歯車２８と、複数の第二の遊星歯車２９と、第二のキャリア３０とを備える。
【００２５】
上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５を構成する上記各歯車１６ａ、１７ａ、２４のうちの太陽歯車１６ａは、上記中空回転軸１５の先端部に、この中空回転軸１５と同心に、且つ、この中空回転軸１５と同期した回転を自在に支持されている。又、上記リング歯車１７ａは、上記太陽歯車１６ａの周囲に、この太陽歯車１６ａと同心に、回転自在に配置されている。又、上記キャリア１８ａは、上記入力軸１と上記一方の入力側ディスク２ａとの間に掛け渡された状態で設けられて、これら入力軸１及び一方の入力側ディスク２ａと同期して回転する。又、上記各遊星歯車２４は、上記キャリア１８ａに回転自在に支持されて、上記太陽歯車１６ａと上記リング歯車１７ａとに、それぞれ直接噛合している。
【００２６】
即ち、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５は、シングルピニオン型である。従って、この第一の遊星歯車式変速ユニット２５を構成する上記各遊星歯車２４の数を、例えば前述の図５（Ｂ）に示す様に多くし、且つ、これら各遊星歯車２４、２４の直径を大きくできる。この為、上記各遊星歯車２４、２４の耐久性向上を図れる。しかも、上記キャリア１８ａを構成する連結板同士を連結する連結部材（キャリアとして周知の構造である為、図示省略）の断面積を広くしたり、或は連結部材の数を多くして、上記キャリア１８ａの強度及び剛性を十分に確保できる。
【００２７】
又、前記第二の遊星歯車式変速ユニット２６を構成する前記各歯車２７〜２９のうちの第二の太陽歯車２７は、内径側連結部材３１により上記リング歯車１７ａと連結して、このリング歯車１７ａと同期して回転自在としている。又、前記第二のリング歯車２８は、上記第二の太陽歯車２７の周囲に、この第二の太陽歯車２７と同心に配置されている。又、上記第二のリング歯車２８と出力軸２１ａとを、出力側連結部材３２により連結して、これら第二のリング歯車２８と出力軸２１ａとが同期して回転する様にしている。又、前記各第二の遊星歯車２９を回転自在に支承しつつ、これら各第二の遊星歯車２９の公転運動に伴って回転する、前記第二のキャリア３０は、外径側連結部材３３を介して、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５のキャリア１８ａと連結している。従って、上記第二のキャリア３０は、このキャリア１８ａと同期して回転する。又、上記各第二の遊星歯車２９は、上記第二のキャリア３０に回転自在に支持されて、上記第二の太陽歯車２７と上記第二のリング歯車２８とに、それぞれ直接噛合する。
【００２８】
即ち、上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６も、シングルピニオン型である。従って、前述した第一遊星歯車式変速ユニット２５と同様に、上記各第二の遊星歯車２９の数を多くし、且つ、これら各第二の遊星歯車２９の直径を大きくして、これら各第二の遊星歯車２９の耐久性確保を図れる。同時に、上記第二のキャリア３０の強度及び剛性を十分に確保できる。
【００２９】
上述の様に構成する本例の無段変速装置を構成する遊星歯車式変速機１３ａは、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５の変速比ｉ1 （＝リング歯車１７ａの歯数／太陽歯車１６ａの歯数）と上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６の変速比ｉ2 （＝第二のリング歯車２８の歯数／第二の太陽歯車２７の歯数）とを適切に規制すれば、前記トロイダル型無段変速機１２の変速比ｅCVU （＝出力側ディスク６ａの回転速度／入力側ディスク２、２ａの回転速度）の調節に基づき、前記入力軸１を回転させたまま上記出力軸２１ａを停止させる、変速比無限大の状態を実現できる。即ち、上記入力軸１の回転速度ＲINと上記出力軸２１ａの回転速度ＲOUT との比で定まる、無段変速装置の変速比ｅCVT （＝ＲOUT ／ＲIN）は、次の（１）式により求められる。
ｅCVT ＝１−｛（１＋｜ｅCVU ｜）／（ｉ1 ・ｉ2 ）｝ −−− （１）
この（１）式から明らかな通り、「｜ｅCVU ｜＝ｉ1 ・ｉ2 −１」とする事で、上記変速比無限大の状態を実現できる。そして、上記トロイダル型無段変速機１２を、上記値よりも減速側に変化させる事で上記出力軸２１ａが前進方向に回転（正転）し、増速側に変化させる事で後退方向に回転（逆転）する。
【００３０】
次に、図２は、請求項２に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合も、トロイダル型無段変速機１２と共に無段変速装置を構成する遊星歯車式変速機１３ｂを、一方（図２の右方）の入力側ディスク２ａの側に設けた第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａと、出力軸２１ａの側に配置された第二の遊星歯車式変速ユニット２６ａとから構成している。
【００３１】
本例の場合も、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａは、中空回転軸１５の先端部に支持された太陽歯車１６ａと、この太陽歯車１６ａの周囲に、この太陽歯車１６ａと同心に配置されたリング歯車１７ａと、キャリア１８ａと、このキャリア１８ａに回転自在に支持されて、それぞれが上記太陽歯車１６ａと上記リング歯車１７ａとに直接噛合する複数の遊星歯車２４とから成るシングルピニオン型である。この様な第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａの構成に関しては、前述した第１例に組み込まれた第一の遊星歯車式変速ユニット２５（図１）と同様である。
【００３２】
これに対して本例の場合には、上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６ａ、及び、この第二の遊星歯車式変速ユニット２６ａと上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａ及び上記出力軸２１ａとの接続状態が、上記第１例の場合と異なっている。即ち、上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６ａを構成する第二の太陽歯車２７ａは、上記出力軸２１ａと同期して回転自在としている。又、この第二の太陽歯車２７ａの周囲に配置した第二のリング歯車２８ａを、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａのリング歯車１７ａと結合して、このリング歯車１７ａと同期して回転自在としている。更に、各第二の遊星歯車２９ａを回転自在に支持する第二のキャリア３０ａを、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａのキャリア１８ａと結合して、このキャリア１８ａと同期して回転自在としている。そして、上記第二のキャリア３０ａに回転自在に支持した複数の第二の遊星歯車２９ａを、それぞれ上記第二の太陽歯車２７ａと上記第二のリング歯車２８ａとに直接噛合させて、シングルピニオン型の遊星歯車式変速ユニットとしている。
【００３３】
上述の様に構成する本例の無段変速装置を構成する遊星歯車式変速機１３ｂも、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａの変速比ｉ1 （＝リング歯車１７ａの歯数／太陽歯車１６ａの歯数）と上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６ａの変速比ｉ2 （＝第二のリング歯車２８ａの歯数／第二の太陽歯車２７ａの歯数）とを適切に規制すれば、上記遊星歯車式変速機１３ｂと組み合わせたトロイダル型無段変速機１２の変速比ｅCVU の調節に基づき、入力軸１を回転させたまま上記出力軸２１ａを停止させる、変速比無限大の状態を実現できる。即ち、本例の場合、無段変速装置の変速比ｅCVT （＝ＲOUT ／ＲIN）は、次の（２）式により求められる。
ｅCVT ＝１−（ｉ2 ／ｉ1 ）（１＋｜ｅCVU ｜） −−− （２）
この（２）式から明らかな通り、「｜ｅCVU ｜＝ｉ1 ／ｉ2 −１」とする事で、上記変速比無限大の状態を実現できる。この為に本例の場合には、上記第一の遊星歯車式変速ユニット２５ａを構成するリング歯車１７ａの歯数と太陽歯車１６ａの歯数との比ｉ1 を、上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６ａを構成する第二のリング歯車２８ａの歯数と第二の太陽歯車２７ａの歯数との比ｉ2 よりも大きくしている（ｉ1 ＞ｉ2 ）。上記トロイダル型無段変速機１２の変速比を上記値から変化させる事で、上記出力軸２１ａを正転或は逆転させられる点は、前述した第１例の場合と同様である。
【００３４】
この様な本例の場合も、上記第一の遊星歯車式変速機ユニット２５ａを構成する前記各遊星歯車２４、上記第二の遊星歯車式変速ユニット２６ａを構成する前記各第二の遊星歯車２９ａの数を多くすると共に、直径を大きくできる。又、キャリア１８ａ及び第二のキャリア３０ａの強度及び剛性を高くできる。そして、遊星歯車式変速機１３ｂ及びこの遊星歯車式変速機１３ｂを組み込んだ無段変速装置の信頼性及び耐久性向上を図れる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成し作用する為、限られた空間内への設置を可能にする為の設計が容易な構造で、しかも十分な信頼性及び耐久性を有する無段変速装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す略断面図。
【図２】同第２例を示す略断面図。
【図３】従来から知られているトロイダル型無段変速機の１例を示す断面図。
【図４】従来から知られている無段変速装置の１例を示す略断面図。
【図５】遊星歯車式変速機の基本構造と遊星歯車の数との関係を説明する為の略図。
【符号の説明】
１ 入力軸
２、２ａ 入力側ディスク
３ ボールスプライン
４ 出力歯車
５ 円筒部
６、６ａ 出力側ディスク
７ パワーローラ
８ トラニオン
９ 支持軸
１０ 駆動軸
１１ 押圧装置
１２ トロイダル型無段変速機
１３、１３ａ、１３ｂ 遊星歯車式変速機
１５ 中空回転軸
１６、１６ａ 太陽歯車
１７、１７ａ リング歯車
１８、１８ａ キャリア
１９ 内径側遊星歯車
２０ 外径側遊星歯車
２１、２１ａ 出力軸
２２、２２ａ 隙間
２３ ユニット
２４ 遊星歯車
２５、２５ａ 第一の遊星歯車式変速ユニット
２６、２６ａ 第二の遊星歯車式変速ユニット
２７、２７ａ 第二の太陽歯車
２８、２８ａ 第二のリング歯車
２９、２９ａ 第二の遊星歯車
３０、３０ａ 第二のキャリア
３１ 内径側連結部材
３２ 出力側連結部材
３３ 外径側連結部材
Claims (4)
- 互いに同軸に配置されたトロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを、互いの間で動力の伝達を行なう状態に組み合わせて成り、
このうちのトロイダル型無段変速機は、入力軸と、この入力軸の両端部にそれぞれこの入力軸と同期した回転を自在として支持された１対の入力側ディスクと、この入力軸の中間部周囲にこの入力軸に対する相対回転を自在に支持された出力側ディスクと、この出力側ディスクと上記各入力側ディスクとの間にそれぞれ複数個ずつ挟持されてこれら両ディスク同士の間で動力を伝達するパワーローラと、上記入力軸の外周面と一方の入力側ディスクの内周面との間に、これら入力軸及び入力側ディスクに対する相対回転を自在に配置され、基端部を上記出力側ディスクに動力の伝達を自在に結合した中空回転軸とを備えたものであり、
上記遊星歯車式変速機は、この中空回転軸の先端部に、この中空回転軸と同心に、且つ、この中空回転軸と同期した回転を自在に支持された太陽歯車と、この太陽歯車の周囲に、この太陽歯車と同心に配置されたリング歯車と、上記入力軸と上記一方の入力側ディスクとの間に掛け渡されてこれら入力軸及び一方の入力側ディスクと同期して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て、上記太陽歯車と上記リング歯車とにそれぞれ噛合する複数の遊星歯車と、上記太陽歯車と上記キャリアとの差動成分を取り出す為の出力軸とを備えたものである、
無段変速装置に於いて、
上記遊星歯車式変速機は、上記一方の入力側ディスクの側に設けられた第一の遊星歯車式変速ユニットと、上記出力軸の側にこの第一の遊星歯車式変速ユニットと同心に配置された第二の遊星歯車式変速ユニットとから成り、
このうちの第一の遊星歯車式変速ユニットは、上記中空回転軸の先端部に支持された太陽歯車と、この太陽歯車の周囲に、この太陽歯車と同心に配置されたリング歯車と、上記キャリアと、このキャリアに回転自在に支持されて、それぞれが上記太陽歯車と上記リング歯車とに直接噛合する複数の遊星歯車とから成るシングルピニオン型であり、
上記第二の遊星歯車式変速ユニットは、上記リング歯車と同期して回転する第二の太陽歯車と、この第二の太陽歯車の周囲に、この第二の太陽歯車と同心に配置されて上記出力軸と同期して回転する第二のリング歯車と、上記キャリアと同期して回転する第二のキャリアと、この第二のキャリアに回転自在に支持されて、それぞれが上記第二の太陽歯車と上記第二のリング歯車とに直接噛合する複数の第二の遊星歯車とから成るシングルピニオン型である事を特徴とする
無段変速装置。 - 互いに同軸に配置されたトロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを、互いの間で動力の伝達を行なう状態に組み合わせて成り、
このうちのトロイダル型無段変速機は、入力軸と、この入力軸の両端部にそれぞれこの入力軸と同期した回転を自在として支持された１対の入力側ディスクと、この入力軸の中間部周囲にこの入力軸に対する相対回転を自在に支持された出力側ディスクと、この出力側ディスクと上記各入力側ディスクとの間にそれぞれ複数個ずつ挟持されてこれら両ディスク同士の間で動力を伝達するパワーローラと、上記入力軸の外周面と一方の入力側ディスクの内周面との間に、これら入力軸及び入力側ディスクに対する相対回転を自在に配置され、基端部を上記出力側ディスクに動力の伝達を自在に結合した中空回転軸とを備えたものであり、
上記遊星歯車式変速機は、この中空回転軸の先端部に、この中空回転軸と同心に、且つ、この中空回転軸と同期した回転を自在に支持された太陽歯車と、この太陽歯車の周囲に、この太陽歯車と同心に配置されたリング歯車と、上記入力軸と上記一方の入力側ディスクとの間に掛け渡されてこれら入力軸及び一方の入力側ディスクと同期して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て、上記太陽歯車と上記リング歯車とにそれぞれ噛合する複数の遊星歯車と、上記太陽歯車と上記キャリアとの差動成分を取り出す為の出力軸とを備えたものである、
無段変速装置に於いて、
上記遊星歯車式変速機は、上記一方の入力側ディスクの側に設けられた第一の遊星歯車式変速ユニットと、上記出力軸の側にこの第一の遊星歯車式変速ユニットと同心に配置された第二の遊星歯車式変速ユニットとから成り、
このうちの第一の遊星歯車式変速ユニットは、上記中空回転軸の先端部に支持された太陽歯車と、この太陽歯車の周囲に、この太陽歯車と同心に配置されたリング歯車と、上記キャリアと、このキャリアに回転自在に支持されて、それぞれが上記太陽歯車と上記リング歯車とに直接噛合する複数の遊星歯車とから成るシングルピニオン型であり、
上記第二の遊星歯車式変速ユニットは、上記出力軸と同期して回転する第二の太陽歯車と、この第二の太陽歯車の周囲に、この第二の太陽歯車と同心に配置されて上記リング歯車と同期して回転する第二のリング歯車と、上記キャリアと同期して回転する第二のキャリアと、この第二のキャリアに回転自在に支持されて、それぞれが上記第二の太陽歯車と上記第二のリング歯車とに直接噛合する複数の第二の遊星歯車とから成るシングルピニオン型である事を特徴とする
無段変速装置。 - 第一の遊星歯車式変速ユニットを構成するリング歯車と太陽歯車との比が、第二の遊星歯車式変速ユニットを構成する第二のリング歯車と第二の太陽歯車との比よりも大きい、請求項２に記載した無段変速装置。
- 第一の太陽歯車を構成する遊星歯車の数、並びに、第二の太陽歯車を構成する第二の遊星歯車の数が、それぞれ４個以上である、請求項１〜３の何れかに記載した無段変速装置。
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