JP4720370B2

JP4720370B2 - 無段変速機

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Publication number: JP4720370B2
Application number: JP2005241953A
Authority: JP
Inventors: 昭彦喜多
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-08-24
Also published as: JP2007056963A

Description

本発明は、無段変速機に関するものである。

従来、トロイダル式の無段変速機においては、トロイダル式の無段変速装置とプラネタリギヤ機構とを組み合わせることによって形成され、エンジンから伝達された回転が前記無段変速装置に入力され、該無段変速装置によって得られた変速比がプラネタリギヤ機構に送られて増幅され、広範囲の出力用の変速比（以下「出力変速比」という。）が達成され、出力軸に出力されるようになっている。

また、前記無段変速機のモードをローモードとハイモードとで切り換えるために、前記プラネタリギヤ機構と出力軸との間にモード切換装置が配設され、該モード切換装置は、係脱自在に配設されたローモード用及びハイモード用の各クラッチを備え、該各クラッチを選択的に係合させることによって、前記プラネタリギヤ機構のローモード用の出力ギヤ又はハイモード用の出力ギヤを出力軸に接続し、所定の出力変速比の回転を出力軸に出力するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２２０７１９号公報

しかしながら、前記従来の無段変速機においては、広範囲の出力変速比で変速を行うことができるので、エンジンを効率の高い領域で駆動することができ、減速時に燃料カットを行う時間を長くすることができ、例えば、車両を市街地で走行させる際の燃費を向上させることができるが、車両を郊外、高速道路等で定常走行させる際の燃費を向上させることができない。

本発明は、前記従来の無段変速機の問題点を解決して、車両を定常走行させる際の燃費を向上させることができる無段変速機を提供することを目的とする。

そのために、本発明の無段変速機においては、入力ディスク、出力ディスク、及び前記入力ディスクと出力ディスクとの間に配設されたパワーローラを備え、入力軸を介して伝達された回転を、無段に変速して出力するトロイダル式の無段変速装置と、該無段変速装置に対する回転の入出力を行うための第１の差動回転装置と、前記入力軸と摩擦係合要素を介して連結された第１の入力要素、前記第１の差動回転装置と連結された第２の入力要素、出力軸と連結された出力要素、及び固定部材と連結される固定要素を備え、前記第１の差動回転装置からの回転が伝達され、伝達された回転を増速して出力軸に伝達する第２の差動回転装置とを有する。

本発明によれば、無段変速機においては、入力ディスク、出力ディスク、及び前記入力ディスクと出力ディスクとの間に配設されたパワーローラを備え、入力軸を介して伝達された回転を、無段に変速して出力するトロイダル式の無段変速装置と、該無段変速装置に対する回転の入出力を行うための第１の差動回転装置と、前記入力軸と摩擦係合要素を介して連結された第１の入力要素、前記第１の差動回転装置と連結された第２の入力要素、出力軸と連結された出力要素、及び固定部材と連結される固定要素を備え、前記第１の差動回転装置からの回転が伝達され、伝達された回転を増速して出力軸に伝達する第２の差動回転装置とを有する。

この場合、固定要素を固定することによって、無段変速装置を介することなく、入力速度に対応させて増速された一定の出力速度で出力軸を回転させることができ、高速の速度範囲において車両を高速道路で定常走行させることができるので、燃費を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の説明の前提となる技術の形態における無段変速機の概念図である。

図において、１１はトロイダル式の無段変速機（ＩＶＴ）、１２はトロイダル式の無段変速装置（バリエータ）、１３はギヤ機構としてのプラネタリギヤ機構であり、前記無段変速機１１は、無段変速装置１２とプラネタリギヤ機構１３をと組み合わせることによって形成される。なお、前記トロイダル式の無段変速装置１２としては、ハーフトロイダル式及びフルトロイダル式の無段変速装置を使用することができ、本技術の形態においては、フルトロイダル式の無段変速装置が使用される。

前記無段変速装置１２は、回転自在に、かつ、互いに対向させて配設されるとともに、入力軸１６と連結され、前方（図において左方）及び後方（図において右方）に配設された二つの入力回転体としての入力ディスク１７、該各入力ディスク１７間において、各入力ディスク１７と対向させて回転自在に配設され、第１の伝動軸としての中空軸１８と連結された出力回転体としての出力ディスク１９、並びに前記各入力ディスク１７及び出力ディスク１９によって挟持された中間転動体としての２列のパワーローラ２０を備える。

前記入力軸１６は、車両駆動源としての図示されないエンジンの出力軸と図示されないダンパ装置を介して連結され、エンジンを駆動することによって発生させられた回転が伝達される。なお、車両駆動源として、前記エンジンに代えてモータ等を使用することができる。

前記各入力ディスク１７及び出力ディスク１９は、それぞれ対向する円形の一部を構成する円弧状の凹溝１７ａ、１９ａを備え、各パワーローラ２０を挟むことによって、二つのキャビティを備えたダブルキャビティを形成する。したがって、入力ディスク１７同士のスラスト力を打ち消すことができる。なお、本技術の形態においては、フルトロイダル式の無段変速装置が使用されるので、各パワーローラ２０の傾転中心が各キャビティの中心に置かれる。

前記パワーローラ２０は、無段変速装置１２の中心軸に対して直角の方向にシフトさせることによって傾斜させられ、パワーローラ２０と入力ディスク１７及び出力ディスク１９との各接触半径が変更され、無段変速装置１２は、入力軸１６を介して入力ディスク１７に入力された回転を、無段に連続して変速し、出力ディスク１９から中空軸１８に出力する。なお、入力ディスク１７に正方向の回転が入力されると、出力ディスク１９が反転させられ、出力ディスク１９から逆方向の回転が出力されるので、無段変速装置１２によって得られた変速比は負の値を採る。

前記プラネタリギヤ機構１３は、無段変速装置１２の入出力機構として使用される第１の差動回転装置としてのギヤユニット２１、並びに増速機構及び反転機構として使用される第２の差動回転装置としてのギヤユニット２２を備える。前記ギヤユニット２１は、無段変速装置１２に対する回転の入出力を行い、前記ギヤユニット２２は、ギヤユニット２１から伝達された回転を増幅して出力軸２３に出力する。

そのために、前記ギヤユニット２１は、ステップピニオンプラネタリギヤとダブルピニオンギヤとが複合されたプラネタリギヤから成り、第１の入力要素として機能するサンギヤＳ１、第１の出力要素として機能するサンギヤＳ２、サンギヤＳ１と対向させて配設され、固定要素及び第２の出力要素として機能するリングギヤＲ１、前記サンギヤＳ１と噛（し）合するピニオンＰ１ａ、該ピニオンＰ１ａ及びリングギヤＲ１と噛合するピニオンＰ１ｂ、前記サンギヤＳ２と噛合するピニオンＰ２、並びにピニオンＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２を回転自在に支持し、第２の入力要素として機能するキャリヤＣＲ１を備える。該キャリヤＣＲ１は、サンギヤＳ１、Ｓ２及びリングギヤＲ１を連結する連結要素としても機能する。前記ピニオンＰ１ａ、Ｐ２によってロングピニオンが、ピニオンＰ１ｂによってショートピニオンが構成される。

また、前記ギヤユニット２２は、ダブルプラネタリギヤから成り、第１の入力要素として機能するサンギヤＳ３、該サンギヤＳ３と対向させて配設され、固定要素として機能するリングギヤＲ３、前記サンギヤＳ３と噛合するピニオンＰ３ａ、該ピニオンＰ３ａ及びリングギヤＲ３と噛合するピニオンＰ３ｂ、並びに第２の入力要素及び出力要素として機能し、ピニオンＰ３ａ、Ｐ３ｂを回転自在に支持するキャリヤＣＲ３を備える。該キャリヤＣＲ３は、サンギヤＳ３及びリングギヤＲ３を連結する連結要素としても機能する。

そして、前記サンギヤＳ１は、中空軸１８を介して出力ディスク１９と連結され、無段変速装置１２によって変速され、出力された出力速度ｎｏの回転がサンギヤＳ１に伝達される。また、前記キャリヤＣＲ１は、後方の入力ディスク１７と直接連結されるとともに、入力軸１６を介してエンジン及び前方の入力ディスク１７と間接的に連結され、エンジンから伝達された入力速度ｎｉの回転が、前記入力軸１６を介してキャリヤＣＲ１に伝達され、さらに、後方の入力ディスク１７に伝達される。

また、前記サンギヤＳ２は、第２の伝動軸としての中空軸２６を介してサンギヤＳ３と連結され、発生させられた回転をサンギヤＳ３に伝達する。そして、リングギヤＲ１は、オーバドライブ（ＯＤ）モード用の摩擦係合要素としてのブレーキＢ１を介して、無段変速機１１を収容する固定部材としてのケース１０と連結されるとともに、無段用の、かつ、ローモード用の摩擦係合要素としてのクラッチＣ１を介してキャリヤＣＲ３及び出力軸２３と連結される。

前記リングギヤＲ３は無段用の、かつ、ハイモード用の摩擦係合要素としてのブレーキＢ２を介してケース１０と連結され、前記入力軸１６は直結モード用の摩擦係合要素としてのクラッチＣ２を介して出力軸２３と連結される。該出力軸２３は、差動装置としての図示されないディファレンシャル装置と連結され、出力軸２３に伝達された回転がディファレンシャル装置に伝達され、左右の駆動軸に分配されて駆動輪に伝達される。なお、前記クラッチＣ２によって第１の摩擦係合要素が、ブレーキＢ１によって第２の摩擦係合要素が構成される。

前記クラッチＣ１、Ｃ２及びブレーキＢ１、Ｂ２を係脱させるために、アクチュエータとしての図示されない油圧サーボが配設され、クラッチＣ１、Ｃ２及びブレーキＢ１、Ｂ２並びに各油圧サーボによってモード設定要素が構成される。

次に、前記構成の無段変速機１１の動作について説明する。

図２は本発明の説明の前提となる技術の形態における無段変速機の作動表を示す図、図３は本発明の説明の前提となる技術の形態における変速線図である。なお、図３において、横軸にプラネタリギヤ機構１３（図１）の各要素の入出力関係を表す位置を、縦軸に各要素の回転速度を採ってある。該回転速度は、零（０）の値を採る基準線より上方において正の値を、基準線より下方において負の値を採る。

この場合、変速線図は、ギヤユニット２１におけるサンギヤＳ１、Ｓ２、リングギヤＲ１及びキャリヤＣＲ１の各要素の回転状態を示す入出力機構変速線部５１、並びにギヤユニット２２におけるサンギヤＳ３、リングギヤＲ３及びキャリヤＣＲ３の各要素の回転状態を示す増速機構変速線部５２を備える。

そして、前記入出力機構変速線部５１において、サンギヤＳ１、Ｓ２、リングギヤＲ１、及びピニオンＰ１ａ、Ｐ２の各歯数をＺｓ１、Ｚｓ２、Ｚｒ１、Ｚｐ１、Ｚｐ２とし、サンギヤＳ１とキャリヤＣＲ１との間の距離を表す値を１としたとき、サンギヤＳ２とキャリヤＣＲ１との間の距離を表す値λ１は、
λ１＝（Ｚｓ１／Ｚｐ１）・（Ｚｐ２／Ｚｓ２）
になり、リングギヤＲ１とキャリヤＣＲ１との間の距離を表す値λ２は、
λ２＝Ｚｓ１／Ｚｒ１
になる。

また、前記ギヤユニット２２において、サンギヤＳ３及びリングギヤＲ３の各歯数をＺｓ３、Ｚｒ３とし、サンギヤＳ２とキャリヤＣＲ３との間の距離を表す値を１としたとき、リングギヤＲ３とキャリヤＣＲ３との間の距離を表す値λ３は、
λ３＝Ｚｓ３／Ｚｒ３
になる。

そして、操作者である運転者が、所定の図示されない操作部を操作して所定のモードを選択したり、車速、スロットル開度等が変化したりすると、図示されない制御部のモード設定処理手段は、モード設定処理を行い、図示されない油圧回路において、所定の油圧サーボに油圧を供給し、クラッチＣ１、Ｃ２及びブレーキＢ１、Ｂ２を選択的に係合させることによって、パーキング・ニュートラル（Ｐ、Ｎ）モード、ローモード、ハイモード、直結モード及びオーバドライブ（ＯＤ）モードを選択し、設定する。

すなわち、前記モード設定処理手段は、図２に示されるように、クラッチＣ１、Ｃ２及びブレーキＢ１、Ｂ２をいずれも解放することによってパーキング・ニュートラルモードを、クラッチＣ１を係合させることによってローモードを、ブレーキＢ２を係合させることによってハイモードを、クラッチＣ２及びブレーキＢ２を係合させることによって直結モードを、ブレーキＢ１、Ｂ２を係合させることによってオーバドライブモードを設定する。

ところで、運転者が前記操作部を操作してローモードを選択したり、車速、スロットル開度等が変化したりすると、クラッチＣ１が係合させられ、クラッチＣ２及びブレーキＢ１、Ｂ２が解放される。そして、前記エンジンの出力軸と連結された入力軸１６を介して、エンジンからの入力速度ｎｉの回転がキャリヤＣＲ１に伝達される。同時に、無段変速装置１２に前記入力速度ｎｉの回転が伝達され、無段変速装置１２によって変速され、反転させられた回転が出力ディスク１９から出力され、中空軸１８を介してサンギヤＳ１に伝達される。このとき、出力ディスク１９の出力速度ｎｏは、図３に示される範囲Ｒｎｏで変化させられる。

その結果、ギヤユニット２１において、キャリヤＣＲ１は入力速度ｎｉで回転させられ、サンギヤＳ１は出力速度ｎｏで回転させられ、入力速度ｎｉの回転と出力速度ｎｏの回転とが合成され、リングギヤＲ１の回転が、クラッチＣ１及びキャリヤＣＲ３を介して出力軸２３に出力速度ＮＬの回転として出力され、前記出力軸２３が出力速度ＮＬと等しい出力速度ＮＯで回転させられる。このとき、リングギヤＲ１の回転速度ｎｒは、図３に示される範囲Ｒｎｒで変化させられ、出力速度ＮＬ、ＮＯは回転速度ｎｒと同じ値になる。

ところで、入力速度ｎｉに対する出力速度ｎｏの比を無段変速装置１２の変速比γとしたとき、前記無段変速装置１２において、パワーローラ２０の傾きが変更されるのに伴って、変速比γが変化させられ、図３に示されるように、変速比γが負の方向において小さいアンダードライブ側の変速状態Ｂｕｄと、変速比γが負の方向において大きいオーバドライブ側の変速状態Ｂｏｄとの間で変速状態が変化する。

そして、無段変速装置１２の変速状態がＢｕｄからオーバドライブ側に変化して、出力速度ｎｏが前記範囲Ｒｎｏ内で負の方向において高くなり、それに伴って、回転速度ｎｒが範囲Ｒｎｒ内で低くなる。その結果、出力速度ＮＬ、ＮＯも低くなり、入力速度ｎｉに対する出力速度ＮＯの比で表される無段変速機１１の出力変速比ηは正の方向において小さくなり、車両を前進させる際の駆動輪の回転速度、すなわち、前進出力速度が低くなり、前進方向の車速が低くなる。

続いて、無段変速装置１２がギヤニュートラル状態Ｂｇｎに置かれると、回転速度ｎｒが零になり、トルクを無限に発散する状態が形成される。これに伴って、出力速度ＮＬ、ＮＯ、出力変速比η及び車速がいずれも零になる。

さらに、パワーローラ２０の傾きが変更され、変速比γが負の方向において更に大きくされ、無段変速装置１２の変速状態が更にオーバドライブ側に変化すると、回転速度ｎｒ及び出力速度ＮＬ、ＮＯが負の方向において高くなり、出力変速比ηが負の方向において大きくなる。その結果、車両を後進させる際の回転速度、すなわち、後進出力速度が高くなり、後進方向の車速が高くなる。

次に、運転者が前記操作部を操作してハイモードを選択したり、車速、スロットル開度等が変化したりすると、ブレーキＢ２が係合させられ、クラッチＣ１、Ｃ２及びブレーキＢ１が解放される。

これに伴って、図３に示されるように、ギヤユニット２２において、リングギヤＲ３が固定される。そして、前述されたように、前記入力軸１６を介して、エンジンからの入力速度ｎｉの回転がキャリヤＣＲ１及び無段変速装置１２に伝達され、無段変速装置１２によって変速され、反転させられた出力速度ｎｏの回転が、出力ディスク１９から出力され、中空軸１８を介してサンギヤＳ１に伝達される。このとき、出力ディスク１９の出力速度ｎｏは、図３に示される範囲Ｒｎｏで変化させられる。

ところで、本技術の形態においては、前記値λ１が１より大きくされる。したがって、前記サンギヤＳ２の回転速度は前記出力速度ｎｏより負の方向に高くされる。なお、値λ１を１とし、サンギヤＳ２の回転速度と出力速度ｎｏとを等しくすることができる。

そして、サンギヤＳ２、Ｓ３が一体に連結されているので、サンギヤＳ２の回転がサンギヤＳ３に伝達され、ギヤユニット２２に入力されると、ギヤユニット２２においてリングギヤＲ３が固定されているので、サンギヤＳ３に伝達された回転が増速させられ、かつ、反転させられて、キャリヤＣＲ３の回転が、出力軸２３に出力速度ＮＨとして出力され、出力軸２３は前記出力速度ＮＨと等しい出力速度ＮＯで回転させられる。このとき、キャリヤＣＲ３の回転速度ｎｃｒは、図３に示される範囲Ｒｎｃｒで変化させられ、出力速度ＮＨ、ＮＯは回転速度ｎｃｒと同じ値になる。

そして、前記無段変速装置１２において、パワーローラ２０の傾きが変更され、アンダードライブ側の変速状態Ｂｕｄからオーバドライブ側の変速状態Ｂｏｄに変化すると、出力速度ｎｏが負の方向において高くなり、それに伴って、回転速度ｎｃｒ及び出力速度ＮＨ、ＮＯが正の方向において高くなる。その結果、出力変速比ηが正の方向において大きくなり、車両を前進させる際の前進出力速度が高くなり、前進方向の車速が高くなる。

ところで、前記構成の無段変速機１１においては、無段変速装置１２を変速状態Ｂｕｄ、Ｂｏｄ間で変化させるのに伴って、広範囲の出力変速比ηで変速を行うことができるので、エンジンを効率の高い領域で駆動することができ、減速時に燃料カットを行う時間を長くすることができ、例えば、車両を市街地で走行させる際の燃費を向上させることができるが、車両を郊外、高速道路等で定常走行させる際には、無段変速装置１２の伝達効率がプラネタリギヤ機構から成る変速装置の伝達効率より低いので、燃費を向上させることが困難である。

そこで、本技術の形態においては、前述されたように、直結モード及びオーバドライブモードを選択することができるようになっている。

そのために、入力軸１６と出力軸２３との間に所定のクラッチを配設し、該クラッチを係脱させることによって入力軸１６と出力軸２３とを選択的に直接連結することができるようにし、前記ギヤユニット２２におけるサンギヤＳ３、リングギヤＲ３及びキャリヤＣＲ３の三つの要素のうちの一つの要素、本技術の形態においては、リングギヤＲ３を固定することによって、無段変速装置１２の変速状態を変速状態Ｂｏｄの近傍に固定し、値の大きい所定の出力変速比ηを達成することができるようにしている。

そして、運転者が前記操作部を操作して直結モードを選択したり、車速、スロットル開度等が変化したりすると、クラッチＣ２及びブレーキＢ２が係合させられ、クラッチＣ１及びブレーキＢ１が解放される。

これに伴って、前記エンジンの出力軸と連結された入力軸１６を介して、エンジンからの入力速度ｎｉの回転が、無段変速装置１２を介することなく、クラッチＣ２を介して直接出力軸２３に伝達される。そして、出力変速比ηは１になる。

このとき、入力速度ｎｉの回転がキャリヤＣＲ３にも伝達され、ギヤユニット２２において、リングギヤＲ３が固定されるので、サンギヤＳ３の回転速度が決まり、サンギヤＳ２の回転速度が決まる。したがって、無段変速装置１２は図３に示される変速状態Ｂｆ１に固定される。その結果、無段変速装置１２の変速比γを所定の値γ１で固定して、中速の速度範囲において車両を郊外で定常走行させることができるので、燃費を向上させることができる。

また、運転者が前記操作部を操作してオーバドライブモードを選択したり、車速、スロットル開度等が変化したりすると、ブレーキＢ１、Ｂ２が係合させられ、クラッチＣ１、Ｃ２が解放される。

これに伴って、前記エンジンの出力軸と連結された入力軸１６を介して、エンジンからの入力速度ｎｉの回転がキャリヤＣＲ１に伝達された状態で、リングギヤＲ１が固定されるので、回転速度ｎｒが零になり、その結果、無段変速装置１２は図３に示される変速状態Ｂｆ２に固定され、出力ディスク１９の出力速度ｎｏは、図３に示される範囲Ｒｎｏ内の所定の値に固定される。

それに伴って、サンギヤＳ２の回転がサンギヤＳ３に伝達され、ギヤユニット２２に入力されると、ギヤユニット２２においてリングギヤＲ３が固定されているので、サンギヤＳ３に伝達された回転が反転させられて、キャリヤＣＲ３の回転が、出力軸２３に出力速度ＮＨとして出力され、出力軸２３は前記出力速度ＮＨと等しい出力速度ＮＯで回転させられる。このとき、キャリヤＣＲ３の回転速度ｎｃｒは、図３に示される範囲Ｒｎｃｒ内の所定の値に固定され、出力速度ＮＬ、ＮＯは回転速度ｎｃｒと同じ値になる。

このように、ギヤユニット２２の各要素のうちの一つの要素、本技術の形態においては、リングギヤＲ３を固定することによって、無段変速装置１２の変速比γを値γ１より大きい所定の値γ２で固定して、無段変速装置１２を介することなく、入力速度ｎｉに対応させて増速された一定の出力速度ＮＬ、ＮＯで出力軸２３を回転させることができ、高速の速度範囲において車両を高速道路で定常走行させることができるので、燃費を向上させることができる。なお、前記値γ１によって第１の変速比が、値γ２によって第２の変速比が構成される。

ところで、直結モード及びオーバドライブモードが選択される際のいずれも、ブレーキＢ２が係合させられるようになっている。そこで、直結モードからオーバドライブモードに変更する場合、モード設定処理手段は、リングギヤＲ３を固定した状態で、まず、クラッチＣ２を解放し、パワーローラ２０の傾きを変更し、変速状態をＢｆ１からＢｏｄ側に変化させ、変速状態がＢｆ２になると、ブレーキＢ１を係合させる。したがって、クラッチＣ２の解放及びブレーキＢ１の係合に伴って、変速状態が変化しないので、変速ショックが発生するのを防止することができる。また、オーバドライブモードから直結モードに変更する場合、モード設定処理手段は、リングギヤＲ３を固定した状態で、まず、ブレーキＢ１を解放し、パワーローラ２０の傾きを変更し、変速状態をＢｆ２からＢｕｄ側に変化させ、変速状態がＢｆ１になると、クラッチＣ２を係合させる。したがって、ブレーキＢ１の解放及びクラッチＣ２の係合に伴って、変速状態が変化しないので、変速ショックが発生するのを防止することができる。

また、直結モード及びオーバドライブモードにおいて、変速比γは、変速状態Ｂｕｄの変速比と変速状態Ｂｏｄの変速比との間の値γ１、γ２を採り、出力変速比ηは、アンダードライブ側の最小変速比とオーバドライブ側の最大変速比との間の値を採るので、ローモード又はハイモードにおける所定の変速状態から直結モードの変速状態Ｂｆ１又はオーバドライブモードの変速状態Ｂｆ２に移行したときの変速比γ及び出力変速比ηの値は変化しない。したがって、モードの変化に伴って発生する変速ショックを抑制することができる。

さらに、直結モード及びオーバドライブモードにおいて、無段変速装置１２を介さない動力伝達経路が形成されるので、無段変速装置１２の使用頻度が低くなり、無段変速装置１２の耐久性を向上させることができる。

また、本技術の形態においては、直結モード及びオーバドライブモードにおいて、無段変速装置１２を介さず動力が伝達されるので、無段変速機１１において発生する損失を少なくすることができる。すなわち、無段変速装置１２においては、パワーローラ２０に厚みがあるので、パワーローラ２０の外周縁には表側及び裏側の両側にエッジ部が形成され、パワーローラ２０、入力ディスク１７及び出力ディスク１９の回転に伴って、前記各エッジと凹溝１７ａ、１９ａの表面との間にわずかな速度差が発生し、すべりが発生して、スピンロスの損失が生じる。また、ハーフトロイダル式の無段変速装置の場合には、パワーローラ２０を支持する軸に対してパワーローラ２０が傾くと、前記軸にスラスト力が発生し、スラスト軸受による損失が生じる。さらに、無段変速装置１２を作動させる場合、パワーローラ２０の押付圧、エンロード圧等によって油圧回路のオイルポンプに損失が生じる。ところが、本技術の形態においては、直結モード及びオーバドライブモードにおいて、無段変速装置１２が使用されないので、無段変速機１１において発生する損失をその分小さくすることができる。

また、本技術の形態においては、ギヤユニット２２において、リングギヤＲ３が固定され、キャリヤＣＲ３は回転させられるようになっているので、潤滑用の油を遠心力を利用してピニオンＰ３ａ、Ｐ３ｂに供給することができる。したがって、キャリヤＣＲ３の潤滑を円滑に行うことができる。

ところで、本技術の形態においては、ローモード、ハイモード、直結モード及びオーバドライブモードを選択することができるように、クラッチＣ１、Ｃ２及びブレーキＢ１、Ｂ２を配設する必要があるので、部品点数が多いだけでなく、無段変速機１１の寸法が大きくなり、車両への搭載性が低下してしまう。

そこで、部品点数を少なくすることができ、無段変速機１１の寸法を小さくすることができ、車両への搭載性を向上させることができるようにした本発明の第１の実施の形態について説明する。なお、前記技術の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同技術の形態の効果を援用する。

図４は本発明の第１の実施の形態における無段変速機の概念図である。

この場合、ギヤ機構としてのプラネタリギヤ機構１３は、無段変速装置１２の入出力機構として使用される第１の差動回転装置としてのギヤユニット３１、及び増速機構として使用される第２の差動回転装置としてのギヤユニット３２を備える。前記ギヤユニット３１は、無段変速装置１２に対する回転の入出力を行い、前記ギヤユニット３２は、ギヤユニット３１から伝達された回転を増幅して出力軸２３に出力する。

前記ギヤユニット３１は、ダブルプラネタリギヤから成り、第１の入力要素として機能するサンギヤＳ１、該サンギヤＳ１と対向させて配設され、第１の出力要素として機能するリングギヤＲ１、前記サンギヤＳ１と噛合するピニオンＰ１ａ、該ピニオンＰ１ａ及びリングギヤＲ１と噛合するピニオンＰ１ｂ、並びに第２の入力要素及び第２の出力要素として機能し、ピニオンＰ１ａ、Ｐ１ｂを回転自在に支持するキャリヤＣＲ１を備える。該キャリヤＣＲ１は、サンギヤＳ１及びリングギヤＲ１を連結する連結要素としても機能する。

また、前記ギヤユニット３２は、ＳＳ−ＣＣ型プラネタリギヤから成り、出力要素として機能するサンギヤＳ２、該サンギヤＳ２と対向させて配設され、第１の入力要素として機能するリングギヤＲ２、前記サンギヤＳ２と対向させて配設され、固定要素として機能するリングギヤＲ３、前記サンギヤＳ２と噛合するピニオンＰ２ａ、該ピニオンＰ２ａ及びリングギヤＲ２と噛合するピニオンＰ２ｂ、並びに第２の入力要素として機能し、ピニオンＰ２ａ、Ｐ２ｂを回転自在に支持するキャリヤＣＲ２を備える。該キャリヤＣＲ２は、サンギヤＳ２及びリングギヤＲ２、Ｒ３を連結する連結要素としても機能する。前記ピニオンＰ２ａによってロングピニオンが、ピニオンＰ２ｂによってショートピニオンが構成される。

そして、前記サンギヤＳ１は、第１の伝動軸としての中空軸１８を介して出力回転体としての出力ディスク１９と連結され、無段変速装置１２によって変速され、出力された出力速度ｎｏの回転がサンギヤＳ１に伝達される。また、前記キャリヤＣＲ１は、後方（図において右方）の入力ディスク１７と直接連結されるとともに、入力軸１６を介してエンジン及び前方（図において左方）の入力ディスク１７と間接的に連結され、エンジンから伝達された入力速度ｎｉの回転が、前記入力軸１６を介してキャリヤＣＲ１に伝達され、さらに、後方の入力ディスク１７に伝達される。

そして、前記キャリヤＣＲ１は、オーバドライブモード用の摩擦係合要素としてのクラッチＣ１を介してリングギヤＲ２と連結され、発生させられた回転をリングギヤＲ２に伝達する。また、リングギヤＲ１は、キャリヤＣＲ２と連結され、発生させられた回転をキャリヤＣＲ２に伝達する。

前記サンギヤＳ２は、第２の伝動軸としての中空軸２６及び無段モード用のクラッチＣ３を介して出力軸２３と連結され、サンギヤＳ２に発生させられた回転を出力軸２３に伝達する。そして、前記リングギヤＲ３はケース１０と連結される。

また、前記入力軸１６は直結モード用の摩擦係合要素としてのクラッチＣ２を介して出力軸２３と連結される。該出力軸２３は、差動装置としての図示されないディファレンシャル装置と連結され、出力軸２３に伝達された回転がディファレンシャル装置に伝達され、左右の駆動軸に分配されて駆動輪に伝達される。なお、前記クラッチＣ２によって第１の摩擦係合要素が、クラッチＣ１によって第２の摩擦係合要素が構成される。また、クラッチＣ１は入力軸１６とギヤユニット３２との間に配設される。

前記クラッチＣ１〜Ｃ３を係脱させるために、アクチュエータとしての図示されない油圧サーボが配設され、クラッチＣ１〜Ｃ３及び各油圧サーボによってモード設定要素が構成される。

図５は本発明の第１の実施の形態における無段変速機の作動表を示す図、図６は本発明の第１の実施の形態における変速線図である。なお、図６において、横軸にプラネタリギヤ機構１３（図４）の各要素の入出力関係を表す位置を、縦軸に各要素の回転速度を採ってある。該回転速度は、零の値を採る基準線より上方において正の値を、基準線より下方において負の値を採る。

この場合、変速線図は、ギヤユニット３１におけるサンギヤＳ１、リングギヤＲ１及びキャリヤＣＲ１の各要素の回転状態を示す入出力機構変速線部５３、並びにギヤユニット３２におけるサンギヤＳ２、リングギヤＲ２、Ｒ３及びキャリヤＣＲ２の各要素の回転状態を示す増速機構変速線部５４を備える。

そして、前記入出力機構変速線部５３において、サンギヤＳ１及びリングギヤＲ１の各歯数をＺｓ１、Ｚｒ１とし、サンギヤＳ１とキャリヤＣＲ１との間の距離を表す値を１としたとき、リングギヤＲ１とキャリヤＣＲ１との間の距離を表す値λ１は、
λ１＝Ｚｓ１／Ｚｒ１
になる。

また、前記増速機構変速線部５４において、サンギヤＳ２及びリングギヤＲ２、Ｒ３の各歯数をＺｓ２、Ｚｒ２、Ｚｒ３とし、サンギヤＳ２とキャリヤＣＲ２との間の距離を表す値を１としたとき、リングギヤＲ２とキャリヤＣＲ２との間の距離を表す値λ２は、
λ２＝Ｚｓ２／Ｚｒ２
になり、リングギヤＲ３とキャリヤＣＲ２との間の距離を表す値λ３は、
λ３＝Ｚｓ２／Ｚｒ３
になる。

そして、運転者が、所定の図示されない操作部を操作して所定のモードを選択したり、車速、スロットル開度等が変化したりすると、図示されない制御部のモード設定処理手段は、モード設定処理を行い、図示されない油圧回路において、所定の油圧サーボに油圧を供給し、クラッチＣ１〜Ｃ３を選択的に係合させることによって、パーキング・ニュートラル（Ｐ、Ｎ）モード、無段モード、直結モード及びオーバドライブ（ＯＤ）モードを選択し、設定する。

すなわち、前記モード設定処理手段は、図５に示されるように、クラッチＣ１〜Ｃ３をいずれも解放することによってパーキング・ニュートラルモードを、クラッチＣ３を係合させることによって無段モードを、クラッチＣ２、Ｃ３を係合させることによって直結モードを、クラッチＣ１、Ｃ３を係合させることによってオーバドライブモードを設定する。

ところで、運転者が前記操作部を操作して無段モードを選択したり、車速、スロットル開度等が変化したりすると、クラッチＣ３が係合させられ、クラッチＣ１、Ｃ２が解放される。そして、前記エンジンの出力軸と連結された入力軸１６を介して、エンジンからの入力速度ｎｉの回転がキャリヤＣＲ１に伝達される。同時に、無段変速装置１２に前記入力速度ｎｉの回転が伝達され、無段変速装置１２によって変速され、反転させられた回転が出力回転体としての出力ディスク１９から出力され、中空軸１８を介してサンギヤＳ１に伝達される。このとき、出力ディスク１９の出力速度ｎｏは、図６に示される範囲Ｒｎｏで変化させられる。

その結果、ギヤユニット３１において、キャリヤＣＲ１は入力速度ｎｉで回転させられ、サンギヤＳ１は出力速度ｎｏで回転させられ、入力速度ｎｉの回転と出力速度ｎｏの回転とが合成され、リングギヤＲ１の回転がキャリヤＣＲ２に伝達される。

そして、ギヤユニット３２において、キャリヤＣＲ２に回転が伝達されると、リングギヤＲ３が固定されているので、サンギヤＳ２に増速させられた回転が発生させられ、出力軸２３に出力され、該出力軸２３が出力速度ＮＯで回転させられる。このとき、サンギヤＳ２の回転速度ｎｓは、図６に示される範囲Ｒｎｓで変化させられ、出力速度ＮＯは回転速度ｎｓと等しい値になる。

ところで、入力速度ｎｉに対する出力速度ｎｏの比を無段変速装置１２の変速比γとしたとき、前記無段変速装置１２において、中間転動体としてのパワーローラ２０の傾きが変更されるのに伴って、変速比γが変化させられ、図６に示されるように、変速比γが負の方向において小さいアンダードライブ側の変速状態Ｂｕｄと、変速比γが負の方向において大きいオーバドライブ側の変速状態Ｂｏｄとの間で変速状態が変化する。

そして、無段変速装置１２の変速状態がＢｕｄからオーバドライブ側に変化して、出力速度ｎｏが前記範囲Ｒｎｏ内で負の方向において高くなり、それに伴って、回転速度ｎｒが正の方向において低くなる。その結果、回転速度ｎｓ及び出力速度ＮＯも低くなり、入力速度ｎｉに対する出力速度ＮＯの比で表される無段変速機１１の出力変速比ηは正の方向において小さくなり、前進出力速度が低くなり、前進方向の車速が低くなる。

続いて、無段変速装置１２がギヤニュートラル状態Ｂｇｎに置かれると、回転速度ｎｒが零になり、トルクを無限に発散する状態が形成される。これに伴って、回転速度ｎｓ、出力速度ＮＯ、出力変速比η及び車速がいずれも零になる。

さらに、パワーローラ２０の傾きが変更され、変速比γが負の方向において更に大きくされ、無段変速装置１２の変速状態が更にオーバドライブ側に変化すると、回転速度ｎｒが負の方向において高くなる。これに伴って、回転速度ｎｓ、出力速度ＮＯ及び出力変速比ηが負の方向において大きくなる。その結果、後進出力速度が高くなり、後進方向の車速が高くなる。

ところで、前述されたように、直結モード及びオーバドライブモードを選択することができるようになっている。そのために、前記入力軸１６と出力軸２３との間に所定のクラッチを配設し、該クラッチを係脱させることによって入力軸１６と出力軸２３とを選択的に直接連結することができるようにし、前記ギヤユニット３２におけるサンギヤＳ２、リングギヤＲ２、Ｒ３及びキャリヤＣＲ２の四つの要素のうちの一つの要素、本実施の形態においては、リングギヤＲ３を固定することによって、無段変速装置１２の変速状態を変速状態Ｂｏｄの近傍に固定し、値の大きい所定の出力変速比ηを達成することができるようにしている。

そして、運転者が前記操作部を操作して直結モードを選択したり、車速及びスロットル開度が変化したりすると、クラッチＣ２、Ｃ３が係合させられ、クラッチＣ１が解放される。

このとき、クラッチＣ３が係合させられるのに伴って、入力速度ｎｉの回転がサンギヤＳ２に伝達され、ギヤユニット３２において、リングギヤＲ３が固定されるので、キャリヤＣＲ２の回転速度が決まり、リングギヤＲ１の回転速度ｎｒが決まる。したがって、無段変速装置１２は図６に示される変速状態Ｂｆ１に固定される。その結果、無段変速装置１２の変速比γを所定の値γ１で固定して、中速の速度範囲において車両を郊外で定常走行させることができるので、燃費を向上させることができる。

また、運転者が前記操作部を操作してオーバドライブモードを選択したり、車速、スロットル開度等が変化したりすると、クラッチＣ１、Ｃ３が係合させられ、クラッチＣ２が解放される。

これに伴って、前記エンジンの出力軸と連結された入力軸１６を介して、エンジンからの入力速度ｎｉの回転がキャリヤＣＲ１及びリングギヤＲ２に伝達され、この状態で、リングギヤＲ３が固定されているので、キャリヤＣＲ２の回転速度が決まり、リングギヤＲ１の回転速度が決まる。その結果、無段変速装置１２は図６に示される変速状態Ｂｆ２に固定され、出力ディスク１９の出力速度ｎｏは、図６に示される範囲Ｒｎｏ内の所定の値に固定される。

一方、リングギヤＲ３が固定された状態でキャリヤＣＲ２の回転速度が決まるので、サンギヤＳ２の回転速度ｎｓが決まり、サンギヤＳ２の回転が出力軸２３に出力され、出力軸２３は回転速度ｎｓと等しい出力速度ＮＯで回転させられる。

このように、ギヤユニット３２の各要素のうちの一つの要素、本実施の形態においては、リングギヤＲ３を固定することによって、無段変速装置１２の変速比γを値γ１より大きい所定の値γ２で固定して、無段変速装置１２を介することなく、入力速度ｎｉに対応させて増速された一定の出力速度ＮＯで出力軸２３を回転させることができ、高速の速度範囲において車両を高速道路で定常走行させることができるので、燃費を向上させることができる。値γ２は、無段変速装置１２によって達成される最大変速比γｍａｘより小さくされる。

このように、本実施の形態においては、オーバドライブモードが選択されると、変速比の値γ１が、無段変速装置１２によって達成される変速比γの範囲内に収められる。したがって、直結モードとオーバドライブモードとでモードを切り替えたときに、変速比を滑らかに変化させることができる。したがって、変速ショックが発生するのを抑制することができる。

また、本実施の形態においては、キャリヤＣＲ１とリングギヤＲ２とが連結され、キャリヤＣＲ１の回転がリングギヤＲ２に伝達されるようになっている。この場合、ギヤユニット３２において、径の大きいリングギヤＲ２を介して回転が入力されるので、ギヤユニット３２の荷重を小さくすることができ、ギヤユニット３２の耐久性を向上させることができる。

そして、本実施の形態においては、ギヤユニット３２において、リングギヤＲ３が固定された状態で、キャリヤＣＲ２が回転させられるので、潤滑用の油を遠心力を利用してピニオンＰ２ａ、Ｐ２ｂに供給することができる。したがって、キャリヤＣＲ２の潤滑を円滑に行うことができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、前記技術の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同技術の形態の効果を援用する。

図７は本発明の第２の実施の形態における無段変速機の概念図である。

この場合、ギヤ機構としてのプラネタリギヤ機構１３は、無段変速装置１２の入出力機構として使用される第１の差動回転装置としてのギヤユニット３３、及び増速機構として使用される第２の差動回転装置としてのギヤユニット３４を備える。前記ギヤユニット３３は、無段変速装置１２に対する回転の入出力を行い、前記ギヤユニット３４は、ギヤユニット２１から伝達された回転を増幅して出力軸２３に出力する。

前記ギヤユニット３３は、ステップピニオンプラネタリギヤから成り、第１の入力要素として機能するサンギヤＳ１、第１の出力要素として機能するサンギヤＳ２、前記サンギヤＳ１と噛合するピニオンＰ１、前記サンギヤＳ２と噛合するピニオンＰ２、並びにピニオンＰ１、Ｐ２を回転自在に支持し、第２の入力要素及び第２の出力要素として機能するキャリヤＣＲ１を備える。該キャリヤＣＲ１は、サンギヤＳ１、Ｓ２を連結する連結要素としても機能する。前記ピニオンＰ１、Ｐ２によってロングピニオンが構成される。

また、前記ギヤユニット３４は、ＳＳ−ＣＣ型プラネタリギヤから成り、出力要素として機能するサンギヤＳ３、サンギヤＳ３と対向させて配設され、第１の入力要素として機能するリングギヤＲ３、サンギヤＳ３と対向させて配設され、第２の入力要素として機能するリングギヤＲ４、前記サンギヤＳ３及びリングギヤＲ３と噛合するピニオンＰ３、該ピニオンＰ３及びリングギヤＲ４と噛合するピニオンＰ４、並びにピニオンＰ３、Ｐ４を回転自在に支持し、固定要素として機能するキャリヤＣＲ３を備える。該キャリヤＣＲ３は、サンギヤＳ３及びリングギヤＲ３、Ｒ４を連結する連結要素としても機能する。前記ピニオンＰ３によってロングピニオンが、ピニオンＰ４によってショートピニオンが構成される。

前記サンギヤＳ２は、第２の伝動軸としての中空軸２６を介してリングギヤＲ３と連結され、発生させられた回転をリングギヤＲ３に伝達する。そして、キャリヤＣＲ１は、オーバドライブ用の摩擦係合要素としてのクラッチＣ１を介してリングギヤＲ４と連結され、発生させられた回転をリングギヤＲ４に伝達する。

前記サンギヤＳ３は、第３の伝動軸としての中空軸２８及び無段モード用のクラッチＣ３を介して出力軸２３と連結され、発生させられた回転を出力軸２３に伝達する。また、キャリヤＣＲ３はケース１０と連結される。

そして、前記入力軸１６は直結モード用の摩擦係合要素としてのクラッチＣ２を介して出力軸２３と連結される。該出力軸２３は、差動装置としての図示されないディファレンシャル装置と連結され、出力軸２３に伝達された回転がディファレンシャル装置に伝達され、左右の駆動軸に分配されて駆動輪に伝達される。なお、前記クラッチＣ２によって第１の摩擦係合要素が、クラッチＣ１によって第２の摩擦係合要素が構成される。

図８は本発明の第２の実施の形態における変速線図である。なお、図において、横軸にプラネタリギヤ機構１３（図７）の各要素の入出力関係を表す位置を、縦軸に各要素の回転速度を採ってある。該回転速度は、零の値を採る基準線より上方において正の値を、基準線より下方において負の値を採る。また、無段変速機１１の作動表については、第１の実施の形態と同じであるので、図５を援用する。

この場合、変速線図は、ギヤユニット３３におけるサンギヤＳ１、Ｓ２及びキャリヤＣＲ１の各要素の回転状態を示す入出力機構変速線部５５、並びにギヤユニット３４におけるサンギヤＳ３、リングギヤＲ３、Ｒ４及びキャリヤＣＲ３の各要素の回転状態を示す増速機構変速線部５６を備える。

そして、前記入出力機構変速線部５５において、サンギヤＳ１、Ｓ２及びピニオンＰ１、Ｐ２の各歯数をＺｓ１、Ｚｓ２、Ｚｐ１、Ｚｐ２とし、サンギヤＳ１とキャリヤＣＲ１との間の距離を表す値を１としたとき、サンギヤＳ２とキャリヤＣＲ１との間の距離を表す値λ１は、
λ１＝（Ｚｓ１／Ｚｐ１）・（Ｚｐ２／Ｚｓ２）
になる。

また、増速機構変速線部５６において、サンギヤＳ３及びリングギヤＲ３、Ｒ４の各歯数をＺｓ３、Ｚｒ３、Ｚｒ４とし、サンギヤＳ３とキャリヤＣＲ２との間の距離を表す値を１としたとき、リングギヤＲ３とキャリヤＣＲ３との間の距離を表す値λ２は、
λ２＝Ｚｓ３／Ｚｒ３
になり、リングギヤＲ４とキャリヤＣＲ３との間の距離を表す値λ３は、
λ３＝Ｚｓ３／Ｚｒ４
になる。

そして、運転者が、所定の図示されない操作部を操作して所定のモードを選択したり、車速、スロットル開度等が変化したりすると、図示されない制御部のモード設定処理手段は、モード設定処理を行い、図示されない油圧回路において、所定の油圧サーボに油圧を供給し、クラッチＣ１〜Ｃ３を選択的に係合させることによって、パーキング・ニュートラルモード、無段モード、直結モード及びオーバドライブモードを選択し、設定する。

ところで、運転者が前記操作部を操作して無段モードを選択したり、車速、スロットル開度等が変化したりすると、クラッチＣ３が係合させられ、クラッチＣ１、Ｃ２が解放される。そして、前記エンジンの出力軸と連結された入力軸１６を介して、エンジンからの入力速度ｎｉの回転がキャリヤＣＲ１に伝達される。同時に、無段変速装置１２に前記入力速度ｎｉの回転が伝達され、無段変速装置１２によって変速され、反転させられた回転が出力ディスク１９から出力され、中空軸１８を介してサンギヤＳ１に伝達される。このとき、出力ディスク１９の出力速度ｎｏは、図８に示される範囲Ｒｎｏで変化させられる。

その結果、ギヤユニット３３において、キャリヤＣＲ１は入力速度ｎｉで回転させられ、サンギヤＳ１は出力速度ｎｏで回転させられ、入力速度ｎｉの回転と出力速度ｎｏの回転が合成され、サンギヤＳ２の回転がリングギヤＲ３に伝達される。

そして、ギヤユニット３４において、リングギヤＲ３に回転が伝達されると、キャリヤＣＲ３が固定されているので、サンギヤＳ３に増速させられた回転が発生させられ、出力軸２３に出力され、該出力軸２３が出力速度ＮＯで回転させられる。このとき、サンギヤＳ３の回転速度ｎｓ’は、図８に示される範囲Ｒｎｓ’で変化させられ、出力速度ＮＯは回転速度ｎｓと等しい値になる。

ところで、入力速度ｎｉに対する出力速度ｎｏの比を無段変速装置１２の変速比γとしたとき、前記無段変速装置１２において、パワーローラ２０の傾きが変更されるのに伴って、変速比γが変化させられ、図８に示されるように、変速比γが負の方向において小さいアンダードライブ側の変速状態Ｂｕｄと、変速比γが負の方向において大きいオーバドライブ側の変速状態Ｂｏｄとの間で変速状態が変化する。

そして、無段変速装置１２の変速状態がＢｕｄからオーバドライブ側に変化して、出力速度ｎｏが前記範囲Ｒｎｏ内において負の方向において高くなり、それに伴って、サンギヤＳ２の回転速度ｎｓが負の方向において高くなる。その結果、回転速度ｎｓ’及び出力速度ＮＯが正の方向に高くなり、入力速度ｎｉに対する出力速度ＮＯの比で表される無段変速機１１の出力変速比ηは正の方向において大きくなり、前進出力速度が高くなり、前進方向の車速が高くなる。

続いて、無段変速装置１２がギヤニュートラル状態Ｂｇｎに置かれると、サンギヤＳ２の回転速度ｎｓが零になり、トルクを無限に発散する状態が形成される。これに伴って、回転速度ｎｓ’、出力速度ＮＯ、出力変速比η及び車速がいずれも零になる。

さらに、パワーローラ２０の傾きが変更され、変速比γが負の方向において更に小さくされ、無段変速装置１２の変速状態が更にアンダードライブ側に変化すると、サンギヤＳ２の回転速度ｎｓが正の方向において高くなる。これに伴って、回転速度ｎｓ’、出力速度ＮＯ及び出力変速比ηが負の方向において大きくなる。その結果、後進出力速度が高くなり、後進方向の車速が高くなる。

ところで、前述されたように、直結モード及びオーバドライブモードを選択することができるようになっている。そのために、前記入力軸１６と出力軸２３との間に所定のクラッチを配設し、該クラッチを係脱させることによって入力軸１６と出力軸２３とを選択的に直接連結することができるようにし、前記ギヤユニット３４におけるサンギヤＳ３、リングギヤＲ３、Ｒ４及びキャリヤＣＲ３の四つの要素のうちの一つの要素、本実施の形態においては、キャリヤＣＲ３を固定することによって、無段変速装置１２の変速状態を変速状態Ｂｏｄの近傍に固定し、値の大きい所定の出力変速比ηを達成することができるようにしている。

すなわち、運転者が前記操作部を操作して直結モードを選択したり、車速、スロットル開度等が変化したりすると、クラッチＣ２、Ｃ３が係合させられ、クラッチＣ１が解放される。

これに伴って、前記エンジンの出力軸と連結された入力軸１６を介して、エンジンからの入力速度ｎｉの回転が、無段変速装置１２を介することなく、クラッチＣ２を介して直接出力軸２３に伝達され、出力変速比ηは１になる。

このとき、クラッチＣ３が係合させられるのに伴って、入力速度ｎｉの回転がサンギヤＳ３に伝達され、ギヤユニット３４において、キャリヤＣＲ３が固定されているので、リングギヤＲ３、Ｒ４の回転速度が決まり、サンギヤＳ２の回転速度ｎｓが決まる。したがって、無段変速装置１２は図８に示される変速状態Ｂｆ１に固定される。その結果、無段変速装置１２の変速比γを所定の値γ１で固定して、中速の速度範囲において車両を郊外で定常走行させることができるので、燃費を向上させることができる。

これに伴って、前記エンジンの出力軸と連結された入力軸１６を介して、エンジンからの入力速度ｎｉの回転がキャリヤＣＲ１及びリングギヤＲ４に伝達され、この状態で、キャリヤＣＲ３が固定されているので、リングギヤＲ３の回転速度が決まり、サンギヤＳ２の回転速度ｎｓが決まる。その結果、無段変速装置１２は図８に示される変速状態Ｂｆ２に固定され、出力ディスク１９の出力速度ｎｏは、図８に示される範囲Ｒｎｏ内の所定の値に固定される。

一方、キャリヤＣＲ３が固定された状態でリングギヤＲ４の回転速度が決まるので、サンギヤＳ３の回転速度ｎｓ’が決まり、サンギヤＳ３の回転が出力軸２３に出力され、出力軸２３は回転速度ｎｓ’と等しい出力速度ＮＯで回転させられる。

このように、ギヤユニット３４の各要素のうちの一つの要素、本実施の形態においては、キャリヤＣＲ３を固定することによって、無段変速装置１２の変速比γを値γ１より大きい所定の値γ２で固定して、無段変速装置１２を介することなく、入力速度ｎｉに対応させて増速された一定の出力速度ＮＯで出力軸２３を回転させることができ、高速の速度範囲において車両を高速道路で定常走行させることができるので、燃費を向上させることができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、前記技術の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同技術の形態の効果を援用する。

図９は本発明の第３の実施の形態における無段変速機の概念図である。

この場合、ギヤ機構としてのプラネタリギヤ機構１３は、無段変速装置１２の入出力機構として使用される第１の差動回転装置としてのギヤユニット３１、及び増速機構として使用される第２の差動回転装置としてのギヤユニット３５を備える。前記ギヤユニット３１は、無段変速装置１２に対する回転の入出力を行い、前記ギヤユニット３５は、ギヤユニット３１から伝達された回転を増幅して出力軸２３に出力する。

また、前記ギヤユニット３５は、ラビニョ型プラネタリギヤから成り、出力要素として機能するサンギヤＳ２、固定要素として機能するサンギヤＳ３、サンギヤＳ２、Ｓ３と対向させて配設され、第１の入力要素として機能するリングギヤＲ２、前記サンギヤＳ２及びリングギヤＲ２と噛合するピニオンＰ２、前記サンギヤＳ３及びピニオンＰ２と噛合するピニオンＰ３、並びに第２の入力要素として機能し、ピニオンＰ２、Ｐ３を回転自在に支持するキャリヤＣＲ２を備える。該キャリヤＣＲ２は、サンギヤＳ２、Ｓ３及びリングギヤＲ２を連結する連結要素としても機能する。また、前記ピニオンＰ２によってロングピニオンが、ピニオンＰ３によってショートピニオンが構成される。

そして、前記キャリヤＣＲ１は、オーバドライブモード用の摩擦係合要素としてのクラッチＣ１を介してキャリヤＣＲ２と連結され、発生させられた回転をキャリヤＣＲ２に伝達する。また、リングギヤＲ１は、リングギヤＲ２と連結され、発生させられた回転をリングギヤＲ２に伝達する。

前記サンギヤＳ２は、第２の伝動軸としての中空軸２６及び無段モード用のクラッチＣ３を介して出力軸２３と連結され、発生させられた回転を出力軸２３に伝達する。そして、サンギヤＳ３はケース１０と連結される。

また、前記入力軸１６は直結モード用の摩擦係合要素としてのクラッチＣ２を介して出力軸２３と連結される。該出力軸２３は、差動装置としての図示されないディファレンシャル装置と連結され、出力軸２３に伝達された回転がディファレンシャル装置に伝達され、左右の駆動軸に分配されて駆動輪に伝達される。なお、前記クラッチＣ２によって第１の摩擦係合要素が、クラッチＣ１によって第２の摩擦係合要素が構成される。

図１０は本発明の第３の実施の形態における変速線図である。なお、図において、横軸にプラネタリギヤ機構１３（図９）の各要素の入出力関係を表す位置を、縦軸に各要素の回転速度を採ってある。該回転速度は、零の値を採る基準線より上方において正の値を、基準線より下方において負の値を採る。また、無段変速機１１の作動表については、第１の実施の形態と同じであるので、図５を援用する。

この場合、変速線図は、ギヤユニット３１におけるサンギヤＳ１、リングギヤＲ１及びキャリヤＣＲ１の各要素の回転状態を示す入出力機構変速線部５７、並びにギヤユニット３５におけるサンギヤＳ２、Ｓ３、リングギヤＲ２及びキャリヤＣＲ２の各要素の回転状態を示す増速機構変速線部５８を備える。

そして、前記入出力機構変速線部５７において、サンギヤＳ１及びリングギヤＲ１の各歯数をＺｓ１、Ｚｒ１とし、サンギヤＳ１とキャリヤＣＲ１との間の距離を表す値を１としたとき、リングギヤＲ１とキャリヤＣＲ１との間の距離を表す値λ１は、
λ１＝Ｚｓ１／Ｚｒ１
になる。

また、前記増速機構変速線部５８において、サンギヤＳ２、Ｓ３及びリングギヤＲ２の各歯数をＺｓ２、Ｚｓ３、Ｚｒ２とし、サンギヤＳ２とキャリヤＣＲ２との間の距離を表す値を１としたとき、リングギヤＲ２とキャリヤＣＲ２との間の距離を表す値λ２は、
λ２＝Ｚｓ２／Ｚｒ２
になり、サンギヤＳ３とキャリヤＣＲ２との間の距離を表す値を１としたとき、リングギヤＲ２とキャリヤＣＲ２との間の距離を表す値λ３は、
λ３＝Ｚｓ３／Ｚｒ２
になる。

ところで、運転者が前記操作部を操作して無段モードを選択したり、車速、スロットル開度等が変化したりすると、クラッチＣ３が係合させられ、クラッチＣ１、Ｃ２が解放される。そして、前記エンジンの出力軸と連結された入力軸１６を介して、エンジンからの入力速度ｎｉの回転がキャリヤＣＲ１に伝達される。同時に、無段変速装置１２に前記入力速度ｎｉの回転が伝達され、無段変速装置１２によって変速され、反転させられた回転が出力ディスク１９から出力され、中空軸１８を介してサンギヤＳ１に伝達される。このとき、出力ディスク１９の出力速度ｎｏは、図１０に示される範囲Ｒｎｏで変化させられる。

その結果、ギヤユニット３１において、キャリヤＣＲ１は入力速度ｎｉで回転させられ、サンギヤＳ１は出力速度ｎｏで回転させられ、入力速度ｎｉの回転と出力速度ｎｏの回転とが合成され、リングギヤＲ１の回転がリングギヤＲ２に伝達される。

そして、ギヤユニット３５において、リングギヤＲ２に回転が伝達されると、サンギヤＳ３が固定されているので、サンギヤＳ２に増速させられた回転が発生させられ、出力軸２３に出力され、該出力軸２３が出力速度ＮＯで回転させられる。このとき、サンギヤＳ２の回転速度ｎｓは、図１０に示される範囲Ｒｎｓで変化させられ、出力速度ＮＯは回転速度ｎｓと等しい値になる。

ところで、入力速度ｎｉに対する出力速度ｎｏの比を無段変速装置１２の変速比γとしたとき、前記無段変速装置１２において、パワーローラ２０の傾きが変更されるのに伴って、変速比γが変化させられ、図１０に示されるように、変速比γが負の方向において小さいアンダードライブ側の変速状態Ｂｕｄと、変速比γが負の方向において大きいオーバドライブ側の変速状態Ｂｏｄとの間で変速状態が変化する。

そして、無段変速装置１２の変速状態がＢｕｄからオーバドライブ側に変化して、出力速度ｎｏが前記範囲Ｒｎｏ内において負の方向において高くなり、それに伴って、回転速度ｎｒが正の方向において低くなる。その結果、回転速度ｎｓ及び出力速度ＮＯも低くなり、入力速度ｎｉに対する出力速度ＮＯの比で表される無段変速機１１の出力変速比ηは正の方向において小さくなり、前進出力速度が低くなり、前進方向の車速が低くなる。

続いて、無段変速装置１２がギヤニュートラル状態Ｂｇｎに置かれると、サンギヤＳ２の回転速度ｎｓが零になり、トルクを無限に発散する状態が形成される。これに伴って、回転速度ｎｓ、出力速度ＮＯ、出力変速比η及び車速がいずれも零になる。

ところで、前述されたように、直結モード及びオーバドライブモードを選択することができるようになっている。そのために、前記入力軸１６と出力軸２３との間に所定のクラッチを配設し、該クラッチを係脱させることによって入力軸１６と出力軸２３とを選択的に直接連結することができるようにし、前記ギヤユニット３５におけるサンギヤＳ２、Ｓ３、リングギヤＲ２及びキャリヤＣＲ２の四つの要素のうちの一つの要素、本実施の形態においては、サンギヤＳ３を固定することによって、無段変速装置１２の変速状態を変速状態Ｂｏｄの近傍に固定し、値の大きい所定の出力変速比ηを達成することができるようにしている。

このとき、クラッチＣ３が係合させられるのに伴って、入力速度ｎｉの回転がサンギヤＳ２に伝達され、ギヤユニット３５において、サンギヤＳ３が固定されているので、リングギヤＲ２の回転速度が決まり、リングギヤＲ１の回転速度ｎｒが決まる。したがって、無段変速装置１２は図１０に示される変速状態Ｂｆ１に固定される。その結果、無段変速装置１２の変速比γを所定の値γ１で固定して、中速の速度範囲において車両を郊外で定常走行させることができるので、燃費を向上させることができる。

また、運転者が前記操作部を操作してオーバドライブモードを選択したり、車速、スロットル開度等したりすると、クラッチＣ１、Ｃ３が係合させられ、クラッチＣ２が解放される。

これに伴って、前記エンジンの出力軸と連結された入力軸１６を介して、エンジンからの入力速度ｎｉの回転がキャリヤＣＲ１、ＣＲ２に伝達され、この状態で、サンギヤＳ３が固定されているので、リングギヤＲ２の回転速度が決まり、リングギヤＲ１の回転速度ｎｒが決まる。その結果、無段変速装置１２は図１０に示される変速状態Ｂｆ２に固定され、出力ディスク１９の出力速度ｎｏは、図１０に示される範囲Ｒｎｏ内の所定の値に固定される。

一方、サンギヤＳ３が固定された状態でキャリヤＣＲ２の回転速度が決まるので、サンギヤＳ２の回転速度ｎｓが決まり、サンギヤＳ２の回転が出力軸２３に出力され、出力軸２３は回転速度ｎｓと等しい出力速度ＮＯで回転させられる。

このように、ギヤユニット３５の各要素のうちの一つの要素、本実施の形態においては、サンギヤＳ３を固定することによって、無段変速装置１２の変速比γを値γ１より大きい所定の値γ２で固定して、無段変速装置１２を介することなく、入力速度ｎｉに対応させて増速された一定の出力速度ＮＯで出力軸２３を回転させることができ、高速の速度範囲において車両を高速道路で定常走行させることができるので、燃費を向上させることができる。

また、本実施の形態においては、リングギヤＲ１、Ｒ２が連結され、リングギヤＲ１の回転がリングギヤＲ２に伝達されるようになっている。この場合、ギヤユニット３５において、径の大きいリングギヤＲ２を介して回転が入力されるので、ギヤユニット３５の荷重を小さくすることができ、ギヤユニット３５の耐久性を向上させることができる。

そして、本実施の形態においては、ギヤユニット３５において、サンギヤＳ３が固定された状態で、キャリヤＣＲ２が回転させられるので、潤滑用の油を遠心力を利用してピニオンＰ２、Ｐ３に供給することができる。したがって、キャリヤＣＲ２の潤滑を円滑に行うことができる。

本発明の説明の前提となる技術の形態における無段変速機の概念図である。本発明の説明の前提となる技術の形態における無段変速機の作動表を示す図である。本発明の説明の前提となる技術の形態における変速線図である。本発明の第１の実施の形態における無段変速機の概念図である。本発明の第１の実施の形態における無段変速機の作動表を示す図である。本発明の第１の実施の形態における変速線図である。本発明の第２の実施の形態における無段変速機の概念図である。本発明の第２の実施の形態における変速線図である。本発明の第３の実施の形態における無段変速機の概念図である。本発明の第３の実施の形態における変速線図である。

符号の説明

１１無段変速機
１２無段変速装置
１６入力軸
１７入力ディスク
１９出力ディスク
２０パワーローラ
２１、２２、３１〜３５ギヤユニット
２３出力軸
Ｂ１ブレーキ
Ｃ１、Ｃ２クラッチ
ＣＲ２、ＣＲ３キャリヤ
Ｒ３、Ｒ４リングギヤ
Ｓ２、Ｓ３サンギヤ

Claims

入力ディスク、出力ディスク、及び前記入力ディスクと出力ディスクとの間に配設されたパワーローラを備え、入力軸を介して伝達された回転を、無段に変速して出力するトロイダル式の無段変速装置と、
該無段変速装置に対する回転の入出力を行うための第１の差動回転装置と、
前記入力軸と摩擦係合要素を介して連結された第１の入力要素、前記第１の差動回転装置と連結された第２の入力要素、出力軸と連結された出力要素、及び固定部材と連結される固定要素を備え、前記第１の差動回転装置からの回転が伝達され、伝達された回転を増速して出力軸に伝達する第２の差動回転装置とを有することを特徴とする無段変速機。
前記摩擦係合要素は、係合に伴って、前記無段変速装置によって達成される最大変速比より小さく、かつ、前記入力軸と出力軸とを直結したときの変速比より大きい変速比を達成する請求項１に記載の無段変速機。
前記第２の入力要素は前記第１の差動回転装置と常時連結され、
前記固定要素は固定部材と常時連結される請求項２に記載の無段変速機。
前記入力軸と出力軸とを直結するための他の摩擦係合要素を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の無段変速機。
前記第１、第２の差動回転装置はプラネタリギヤから成る請求項１〜４のいずれか１項に記載の無段変速機。
前記第１、第２の差動回転装置はプラネタリギヤから成り、
前記第２の入力要素はリングギヤである請求項１〜４のいずれか１項に記載の無段変速機。