JP4883579B2 - 摩擦変速機 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の変速機として用いる摩擦変速機に関するものである。

従来、自動車等に用いられる無段変速機として、パワースプリット型無段変速装置等が提案されている（特許文献１参照）。この無段変速装置は、トルクコンバータ、バリエータ、ローディング機構、遊星歯車機構、バイパス軸等からなっており、多数の機械要素を組み合せて構成されている。そして、潤滑油は、それぞれの機械要素、即ちトルクコンバータ、バリエータ及び歯車機構の少なくとも三種類に分けて使用しなければならない。そのため、この装置では、ケーシングに各機械要素ごとの隔壁が設けられ、更に部品点数が多数になるので、分解組立が複雑で、多大な生産コストを必要とする。

また、例えば特許文献２に示される摩擦無段変速機は、複数の円錐形回転子を備えており、この円錐形回転子に摩擦係合する要素を用いて変速する。この変速機は、比較的高い伝動効率を有しており、出力が大きいので、動力伝達手段として好適に用いられる。しかし、変速範囲が比較的狭いため、広域な変速範囲や高速回転を必要とする自動車等の変速機には適していない。

特許文献３等の可変摩擦駆動装置は、複数のダブルコーンを介して変速するようになっている。この装置は、大きな変速比を得ることができるが、低速領域で比較的大きな出力を得ることは困難である。そのため、特に自動車等の、低速領域で大きな出力トルクを必要とする変速機として適用することは難しい。
特開２００６−９７７７７号公報 特公昭５７−１３２２１号公報 特公昭３３−６３５５号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、上記した問題点に鑑みて、大きな出力トルク及び変速比を得ることができると共に、伝達効率、生産コスト及び生産効率に優れた摩擦変速機を提供することである。

本発明に係る摩擦変速機は、入力軸と、入力軸と同心の出力軸と、第一領域で入力軸の回転を変速して出力軸へ伝達する第一変速手段と、第二領域で入力軸の回転を変速して出力軸へ伝達する第二変速手段とを備えている。
第一変速手段は、入出力軸に対して公転しながら自転する円錐状の第一コーンと、第一コーンの伝動部に摩擦係合する第一入力円板と、第一コーンの軌道面に摩擦係合する軌道リングと、第一コーンの変速面に摩擦係合する第一変速リングとを備え、入力軸の回転が第一入力円板を介して第一コーンに伝達され、第一変速リングが入出力軸の中心線方向へ第一コーンに対して相対的に進退移動して、入力軸の回転を変速するものである。
第二変速手段は、入出力軸に対して公転又は非公転の状態で自転する複合円錐状の第二コーンと、第二コーンの伝動面に摩擦係合する第二入力円板と、第二コーンの変速面に摩擦係合する第二変速リングとを備え、入力軸の回転が第二入力円板を介して第二コーンに伝達され、第二コーンが入出力軸の中心線方向へ第二変速リングに対して進退移動して、入力軸の回転を変速するものである。
さらに、本発明に係る摩擦変速機は、第一及び第二変速手段による出力軸への夫々の伝達を選択的に切り換える切換手段と、第一及び第二変速手段による夫々の変速比が一致する際に、切換手段による切り換え動作を行う制御手段とを備えている。

好ましくは、入出力軸の中心線方向に移動可能なキャリア手段と、キャリア手段を進退移動する駆動手段とを備え、キャリア手段が第一変速リングと第二コーンとを支持する。

更に好ましくは、第二変速手段による出力軸の回転を入力軸の回転と同一方向にする反転手段と、入力軸と出力軸とを結合及び非結合にするクラッチ手段と、入力軸の回転速度と出力軸の回転速度とが一致した際に、クラッチ手段による連結動作を行う制御手段とを備えた。

更に好ましくは、第二変速手段による出力軸の回転を増速する増速手段と、入力軸と出力軸とを結合及び非結合にするクラッチ手段と、入力軸の回転速度と出力軸の回転速度とが一致した際に、クラッチ手段による連結動作を行う制御手段とを備えた。

本発明に係る摩擦変速機は、上記の通り、第一変速手段と第二変速手段とを備えている。第一変速手段は、円錐状の第一コーンを介して、第一変速リングを進退移動することにより、入力軸の回転を変速して出力軸へ伝達する。そのため、第一変速手段は、大きな出力トルクを得ることができる。

また、第二変速手段は、複合円錐状の第二コーンを介して、第二変速リングを進退移動することにより、入力軸の回転を変速して出力軸へ伝達する。そのため、第二変速手段は、大きな速度比を得ることができる。

そして、制御手段は、切換手段で第一及び第二変速手段による出力軸へのそれぞれの伝達を選択的に切り換える。これにより、低速領域では、第一変速手段で大きな出力トルクを得ることができ、中高速領域では、第二変速手段で大きな速度比を得ることができる。そのため、大きな出力トルクと速度比との双方を必要とする自動車等の変速機として、好適に用いることができる。

また、第一変速手段による変速比と第二変速手段による変速比とが一致する出力軸の回転速度で、各変速手段からの伝達を切り換えることにより、非常にスムーズ且つ無段階的に、低速領域から中高速領域へ変速することができる。また、この変速機は、構造が比較的簡単で、複数種類の潤滑油を用いる必要がなく、部品点数も少ないため、小型軽量で、生産コスト及び生産効率において非常に優れている。

さらに、反転手段又は増速手段を用いて、クラッチ手段による入力軸及び出力軸を結合することができ、これにより、変速手段を介することなく、入力軸から出力軸への高効率な伝達を実現し得る。

以下、図面に基づいて、本発明に係る摩擦変速機について詳細に説明する。

［第一実施形態］
先ず、本発明に係る摩擦変速機の第一実施形態について説明する。図１は、第一実施形態の摩擦変速機を示す正面断面図である。図２は、第一実施形態の第一及び第二変速手段の変速原理を説明するための図である。図３は、第一実施形態の摩擦変速機の動作を示す要部断面図である。図４は、第一実施形態の摩擦変速機におけるトルク比と変速比との関係を示すグラフ図である。

図１及び図２に基づいて、摩擦変速機の構成について説明する。摩擦変速機は、入力軸１及び出力軸２を備えている。この摩擦変速機は、例えば自動車に適用するとき、エンジンの動力を入力軸１が入力し、出力軸２が車輪へ伝達するようになっている。入力軸１及び出力軸２は、同一中心線１２ａになるように配置されている。入力軸１は、一方端に小径の支持軸部１ａを有する。出力軸２は、一方端に支持軸受部２ａを有する。入力軸の支持軸部１ａと出力軸の支持軸受部２ａとが回転支持され、入力軸１と出力軸２とが互いに回転自在（回転フリー）に連結している。

摩擦変速機は、ケーシング１００を備えている。ケーシング１００は、入力軸１を回転支持するための支持軸受部１０１と、出力軸２を回転支持するための出力軸ベアリング１０２，１０２とを備えている。入力軸１及び出力軸２は、各ベアリング１０１，１０２によって、回転自在にケーシング１００に支持されている。図１に示す通り、ケーシング１００は、後述する第一変速手段３、第二変速手段４などを内包している。

摩擦変速機は、第一変速手段３を備えている。第一変速手段３は、出力軸２側に配置されている。第一変速手段３は、一以上（本実施形態では３つ）の第一コーン３０、第一入力円板３１、軌道リング３２及び第一変速リング３３を備えている。第一コーン３０は、主として円錐形をなしている。第一コーン３０は、底面（軌道面３０ｂ）の中心線３０ｄ上に回転軸３０ｅを有している（図２）。

第一コーン３０は、図２に示す通り、円錐形部分に伝動部３０ａ、軌道面３０ｂ及び変速面３０ｃを有している。伝動部３０ａは、第一コーン３０の外周の円状端部である。なお、伝動部３０ａは、回転軸３０ｅの外周面でもよい。軌道面３０ｂは、第一コーン３０の底面（平面）部である。変速面３０ｃは、第一コーン３０の傾斜面部である。

図１に示す通り、第一コーン３０は、支持円板１０３で支持されている。第一コーン３０は、回転軸３０ｅを介して支持円板１０３の周囲に回転自在に支持されている。第一コーン３０は、その中心線３０ｄが入出力軸の中心線１２ａに対して角度αだけ傾斜して支持されている（図２）。支持円板１０３は、出力軸２に対して回転自在に支持されている。従って、第一コーン３０は、出力軸２に対して自転及び公転自在になっている。

第一入力円板３１は、入力軸１に対してスプライン結合されている。従って、第一入力円板３１は、入力軸１の回転と同一方向及び同一回転速度で回転する。第一入力円板３１は、第一コーンの伝動部３０ａに当接して摩擦係合する。これにより、第一入力円板３１の回転が第一コーン３０に伝達される。

軌道リング３２は、第一コーンの軌道面３０ｂに当接して摩擦係合する。図１に示す通り、軌道リング３２は、伝達円板２２の外周に嵌合されている。伝達円板２２は、出力軸２に対してスプライン結合されている。従って、出力軸２は、伝達円板２２の回転と同一方向及び同一回転速度で回転する。後述するが、軌道リング３２は、第一クランプ５０を介して、伝達円板２２に対して連結及び非連結に切り換え可能になっている。

第一変速リング３３は、第一コーンの変速面３０ｃに当接して摩擦係合する。後述するように、第一変速リング３３は、キャリア７０に支持されており、入出力軸の中心線１２ａの方向に進退自在になっている。第一コーンの変速面３０ｃは、第一変速リング３３が当接（摩擦係合）する部分において、入出力軸の中心線１２ａに対してほぼ平行になるように、中心線３０ｄ，１２ａの角度αが設定されている（図２）。

摩擦変速機は、第二変速手段４を備えている。第二変速手段４は、入力軸１側に配置されている。第二変速手段４は、一以上（本実施形態では３つ）の第二コーン４０、第二入力円板４１及び第二変速リング４２を備えている。第二コーン４０は、主として複合円錐形（ダブルコーン）をなしている。第二コーン４０は、対向する各頂部の中心線４０ｃ上に回転軸４０ｄ，４０ｅを有している（図２）。

第二コーン４０は、後述するように、キャリア７０に設けられた支持部１０４，１０５に支持されている。第二コーン４０は、回転軸４０ｅ，４０ｄを介して回転自在に支持されている。第二コーン４０は、その中心線４０ｃが入出力軸の中心線１２ａに対して角度βだけ傾斜して配置されている（図２）。キャリア７０は、非回転であり（回転不能になっており）、入出力軸の中心線１２ａの方向に進退自在になっている。従って、第二コーン４０は、入出力軸の中心線１２ａの方向に移動自在であると共に、入力軸１に対して自転自在であるが非公転（公転不能）となる。

図２に示す通り、第二コーン４０は、伝動面４０ａ及び変速面４０ｂを備えている。伝動面４０ａは、入力軸１に近い（中心線１２ａ側）円錐形傾斜面部であり、変速面４０ｂは、伝動面４０ａに対向する入力軸１から遠い円錐形傾斜面部である。

第二入力円板４１は、入力軸１に対してスプライン結合されている。従って、第二入力円板４１は、入力軸１の回転と同一方向及び同一回転速度で回転する。第二入力円板４１は、第二コーンの伝動面４０ａに当接して摩擦係合する。これにより、第二入力円板４１の回転が第二コーン４０に伝達される。

第二変速リング４２は、第二コーンの変速面４０ｂに当接して摩擦係合する。第二コーンの変速面４０ｂは、第二変速リング４２の当接（摩擦係合）する部分において、入出力軸の中心線１２ａに対してほぼ平行になるように、中心線４０ｃ，１２ａの角度βが設定されている（図２）。第二変速リング４２は、伝達円板２２の外周まで延設して嵌合、支持されている。後述するが、第二変速リング４２は、第二クランプ５１を介して、伝達円板２２に対して連結及び非連結に切り換え可能になっている。

摩擦変速機は、キャリア手段７を備えている。キャリア手段７は、キャリア７０及びレバー７１を備えている。キャリア７０は、入出力軸の中心線１２ａの方向に進退自在になっている。なお、キャリア７０は、入出力軸の中心線１２ａに対して回転不能（非回転）になっている（入力軸１が回転しても非回転状態が維持される）。

前述の通り、キャリア７０は、第一変速手段３の第一変速リング３３と、第二変速手段４の支持部１０４，１０５とを備えている。レバー７１は、キャリア７０に連結されている。レバー７１は、アクチュエータなどの駆動手段７５に接続されている。駆動手段７５によって、レバー７１を介して、キャリア７０が進退移動可能になっている。これに伴って、第一変速リング３３及び第二コーン４０が進退移動する。

摩擦変速機は、切換手段５を備えている。切換手段５は、第一クランプ５０及び第二クランプ５１を備えている。前述の通り、第一クランプ５０は、軌道リング３２と伝達円板２２とを連結及び非連結にするものであり、第二クランプ５１は、第二変速リング４２と伝達円板２２とを連結及び非連結にするものである。本実施形態では、第一及び第二クランプ５０，５１は、油圧式になっており、油圧調整手段５５に接続されている。そして、油圧調整手段５５によって、伝達円板２２に対する連結及び非連結を行う。

摩擦変速機は、入力軸１の回転速度を検知する第一回転センサ１０と、出力軸２の回転速度を検知する第二回転センサ２０とを備えている。さらに、摩擦変速機は、油圧調整手段５５の動作を制御する制御手段６を備えている。制御手段６は、第一及び第二回転センサ１０，２０の検知結果に基づいて、後述する変速比（減速比）Ｒ１，Ｒ２を演算する演算手段６０を備えている。制御手段７は、演算手段６０の演算結果に基づいて、ＣＰＵなどに記憶されたプログラムに従い、油圧調整手段５５を動作する。

次に、図２に基づき、第一変速手段３及び第二変速手段４における変速原理を説明する。第一コーンの伝動部３０ａと入力円板３１との当接位置は、中心線１２ａから垂直距離ａ、中心線３０ｄから垂直距離ｂである。第一コーンの変速面３０ｃと第一変速リング３３との当接位置は、中心線１２ａから垂直距離ｄ、中心線３０ｄから垂直距離ｃである。第一コーンの軌道面３０ｂと軌道リング３２との当接位置は、中心線１２ａから垂直距離ｆ、中心線３０ｄから垂直距離ｅである。

入力軸１の回転速度をＮ１とし、出力軸２の回転速度をＮ２とし、第一変速手段３の変速比（減速比）をＲ１とすると、変速比Ｒ１は式（１）のように表される。

・ Ｒ１＝Ｎ２／Ｎ１
＝｛ａ（ｃ・ｆ−ｄ・ｅ）｝／｛ｆ（ａ・ｃ＋ｂ・ｄ）｝ ・・・式（１）

前述の通り、第一コーン３０は、自転しながら公転するが、入出力軸の中心線１２ａの方向には進退移動しない。第一変速リング３３は、非回転で、入出力軸の中心線１２ａの方向に進退移動する。第一入力円板３１は、入力軸１の回転に伴って回転する。軌道リング３２は、回転自在になっている。

本実施形態では、ａ＝２０ｍｍ、ｂ＝１５ｍｍ、ｃ＝２〜１３ｍｍ、ｄ＝３５ｍｍ、ｅ＝１２ｍｍ、ｆ＝３１ｍｍであり、その場合、第一変速手段の変速比Ｒ１＝０〜−０．４となる。なお、変速比Ｒ１，Ｒ２の符号が「＋」（プラス）のとき、入力軸１と出力軸２の回転方向が同一となり、「−」（マイナス）のとき、出力軸２の回転方向は入力軸１に対して逆回転方向となる。

第二コーンの伝動面４０ａと第二入力円板４１との当接位置は、中心線１２ａから垂直距離ｇ、中心線４０ｃから垂直距離ｈである。第二コーンの変速面４０ｂと第二変速リング４２との当接位置は、中心線１２ａから垂直距離ｋ、中心線４０ｃから垂直距離ｊである。

入力軸１の回転速度をＮ１とし、出力軸２の回転速度をＮ２とし、第二変速手段４の変速比（減速比）をＲ２とすると、変速比Ｒ２は式（２）のように表される。

・ Ｒ２＝Ｎ２／Ｎ１
＝−（ｇ・ｊ）／（ｈ・ｋ） ・・・式（２）

前述の通り、第二コーン４０は、自転するが公転せず、入出力軸の中心線１２ａの方向には進退移動する。第二入力円板４１は、入力軸１の回転に伴って回転する。第二変速リング４２は、回転自在になっている。

本実施形態では、ｇ＝１４ｍｍ、ｈ＝４〜１３ｍｍ、ｊ＝１３〜４ｍｍ、ｋ＝３７ｍｍであり、その場合、第二変速手段の変速比Ｒ２＝−０．１２〜−１．２となる。

入力軸１のトルクをＴｉとし、出力軸２のトルクをＴｏとし、トルク比をＴｒとすると、トルク比Ｔｒは式（３）のように表される。

・ Ｔｒ＝Ｔｏ／Ｔｉ ・・・式（３）

次に、図３及び図４に基づき、変速機の動作について説明する。前述の通り、第一変速手段の変速比Ｒ１と第二変速手段の変速比Ｒ２とは、Ｒ１，Ｒ２＝−０．１２〜−０．４の範囲で重なっている。そこで、本実施形態では、それぞれの変速比Ｒ１，Ｒ２＝−０．２と一致する時に、切換手段５が切り換え動作を行う（切換モード）。なお、切換モードの変速比Ｒ１，Ｒ２は、重畳範囲（Ｒ１，Ｒ２＝−０．１２〜−０．４）であれば任意である。

そのため、入出力軸の中心線１２ａの方向に進退移動可能なキャリア７０は、第一変速手段３における距離ｃ＝７ｍｍ（変速比Ｒ１＝−０．２）の時に、第二変速手段４における距離ｈ＝１１．２ｍｍ、ｊ＝５．８ｍｍ（変速比Ｒ２＝−０．２）となるように、第一変速リング３３及び第二コーン４０が配置、設定されている。

図３（ａ）は、第一変速手段３の使用状態（第一領域）を示す。この第一領域（低速モード）では、制御手段６によって、切換手段５は、第一クランプ５０が伝達円板２２を連結（ＯＮ）し、第二クランプ５１が伝達円板２２を連結しない（ＯＦＦ）ようになっている。従って、第一変速手段３が、入力軸１の回転を伝達円板２２を介して出力軸２へ伝達して、第二変速手段４は出力軸２へ伝達しない。

入力軸１は、矢視Ｉの方向において反時計回りに回転している。矢視Ｉ方向は、入出力軸の中心線１２ａ上にある。これにより、第一入力円板３１は、矢視Ｉの方向において反時計回りに回転する。そして、第一コーン３０は、矢視Ｉの方向において反時計回りに回転（公転）しながら、矢視ＩＩの方向において時計回りに回転（自転）する。矢視ＩＩ方向は、第一コーンの中心線３０ｅ上にある。第一変速リング３３は、キャリア７０と共に非回転（非公転）である。これにより、軌道リング３２は、矢視Ｉの方向において時計回りに回転する。

軌道リング３２を介して伝達円板２２が回転することにより、出力軸２が、矢視Ｉの方向において時計回りに回転する。なお、この第一領域においても、入力軸１の回転によって、第二変速手段４の各機構４０，４１，４２は動作するが、上述の通り、出力軸２へ伝達されないので説明を省略する。

入力軸１の回転を出力軸２へ伝達する際、図３（ａ）に示す通り、先ず、キャリア手段７を、第一変速リング３３がｃ＝１３ｍｍ（変速比Ｒ１＝０）となる位置にする。このとき、変速比Ｒ１＝０なので、入力軸１の回転は出力軸２へ伝達されない（出力軸２は停止する）。

そして、駆動手段７５によって、キャリア手段７を入出力軸の中心線１２ａの方向（矢印ＩＶ）へ進退移動する。これにより、第一変速リング３３は、矢印ＩＶの方向へ移動し、距離ｃが１３〜７ｍｍ（変速比Ｒ１＝０〜−０．２）の範囲で変化する。

図４に示す通り、変速比Ｒ１＝０〜−０．２の第一領域において、変速比とトルク比との関係は、直線状に増減する直線領域と、曲線状に増減する曲線領域とがある。直線領域では、最大トルク比Ｔｒを得ることができ、トルク比Ｔｒの大きさによっては出力軸２が停止するクリープ領域である。

即ち、変速機を自動車等の車両に使用した際、第一領域（低速領域）は、車両が停止から低速走行の間で変速する。そして、直線領域は、坂道発進や車両重量によって、直線上のいずれかの位置から出力軸２が回転して、車両が発進する領域となる。なお、本実施形態では、最大トルク比Ｔｒは１０以上となり、大きいトルク増幅を得ることができる。

図３（ｂ）は、第一変速手段と第二変速手段とを切り換える（第一領域と第二領域とを切り換える）時の状態を示す。前述の通り、本実施形態では、この切換モードは、各変速比Ｒ１，Ｒ２＝−０．２に設定されており、この時、キャリア手段７は、第一変速リング３３が距離ｃ＝７ｍｍとなり、第二コーン４０が距離ｈ＝１１．２ｍｍ、ｊ＝５．８ｍｍとなる。

そして、第一及び第二センサ１０，２０に基づいて、各変速比Ｒ１，Ｒ２＝−０．２となった際に、制御手段６によって、切換手段５における第一クランプ５０及び第二クランプ５１の双方が、伝達円板２２を連結（ＯＮ）する。これにより、入力軸１の回転は、第一変速手段３及び第二変速手段４の双方によって出力軸２へ伝達されるが、各変速比Ｒ１，Ｒ２が一致（Ｒ１，Ｒ２＝−０．２）しているので、出力軸２の回転は一致し安定している。

図３（ｃ）は、第二変速手段４の使用状態（第二領域）を示す。この第二領域（高速モード）では、制御手段６によって、切換手段５は、第一クランプ５０が伝達円板２２を連結しておらず（ＯＦＦ）、第二クランプ５１が伝達円板２２を連結する（ＯＮ）ようになっている。従って、第二変速手段４が、入力軸１の回転を伝達円板２２を介して出力軸２へ伝達して、第一変速手段３は出力軸２へ伝達しない。

入力軸１は、矢視Ｉの方向において反時計回りに回転している。これにより、第二入力円板４１は、矢視Ｉの方向において反時計回りに回転する。そして、第二コーン４０は、公転せず（非公転）に、矢視ＩＩＩの方向において反時計回りに回転（自転）する。矢視ＩＩＩ方向は、第二コーンの中心線４０ｃの方向上にある。これによって、第二変速リング４２は、矢視Ｉの方向において時計回りに回転する。

第二変速リング４２を介して伝達円板２２が回転することにより、出力軸２が、矢視Ｉの方向において時計回りに回転する。なお、この第二領域においても、入力軸１の回転によって、第一変速手段３の各機構３０，３１，３２は動作するが、上述の通り、出力軸２へ伝達されないので説明を省略する。

駆動手段７５によって、キャリア手段７を矢印ＩＶの方向へ進退移動することができる。これにより、第二コーン４０は、矢印ＩＶの方向へ進退移動し、距離ｈは１１．２〜４ｍｍ、ｊは５．８〜１３ｍｍ（変速比Ｒ２＝−０．２〜−１．２）の範囲（第二領域）で変化する。

図４に示す通り、変速比Ｒ２＝−０．２〜−１．２の第二領域において、変速比とトルク比との関係は曲線状に増減する。変速機を自動車等の車両に使用した際、この第二領域は、車両が中速から高速走行の間で変速する。

以上をまとめると、この変速機において、出力軸２への伝達が、第一変速手段３から第二変速手段４へ変化する場合（第一領域（低速モード）から第二領域（高速モード）へ変化するとき）、図３（ａ）→（ｂ）→（ｃ）へと変化する。そして、第二変速手段４から第一変速手段３へ変化する場合（第二領域（高速モード）から第一領域（低速モード）へ変化するとき）、図３（ｃ）→（ｂ）→（ａ）へと変化する。

従って、第一変速手段３と第二変速手段４との切り換え（図３（ａ）〜（ｃ））、即ち低速モードと高速モードとの切り換えは、切換モード（図３（ｂ））を介して行われ、第一及び第二センサ１０，２０に基づいて、演算手段６０が予め設定された所定の変速比（本実施形態ではＲ１，Ｒ２＝−０．２）を得た際に、制御手段６が、油圧調整手段５５を介して切換手段５の連結及び非連結の動作を行う。

［第二実施形態］
次に、本発明に係る摩擦変速機の第二実施形態について説明する。図５は、第二実施形態の摩擦変速機を示す正面断面図である。図６は、第二実施形態の第一及び第二変速手段の変速原理を説明するための図である。図７は、第二実施形態の摩擦変速機の動作を示す要部断面図である。図８は、第一実施形態の摩擦変速機におけるトルク比と変速比との関係を示すグラフ図である。なお、第一実施形態と共通する部分については、説明を省略する。

図５及び図６に基づいて、摩擦変速機の構成について説明する。摩擦変速機は、第一実施形態と同様に、入力軸１、出力軸２、ケーシング１００、ベアリング１０１，１０２を備えている。ケーシング１００は、入力軸１側に内部に突出するボス部１００ａを備えている。このボス部１００ａに、支持軸受部１０１，１０１が設けられている。

本実施形態では、第一変速手段３は、入力軸１側に配置されている。第一変速手段３は、第一実施形態と同様に、第一コーン３０、第一入力円板３１、軌道リング３２及び第一変速リング３３を備えている。第一コーン３０は、入力軸１に対して自転及び公転自在になっている。図５に示す通り、軌道リング３２は、ケーシングのボス部１００ａの外周に嵌合されている。軌道リング３２は、第一クランプ５０を介して、ケーシングのボス部１００ａに対して連結及び非連結に切り換え可能になっている。

第一変速リング３３は、キャリア７０に設けられており、入出力軸の中心線１２ａの方向に進退自在になっている。後述するが、本実施形態では、第一実施形態と異なり、キャリア７０は、入出力軸の中心線１２ａに対して回転自在になっている。従って、変速リング３３は、中心線１２ａに対して自転（回転）する。

本実施形態では、第二変速手段４は、出力軸２側に配置されている。第二変速手段４は、第一実施形態と同様に、第二コーン４０、第二入力円板４１及び第二変速リング４２を備えている。第二コーン４０は、キャリア７０に設けられた支持部１０４，１０５に回転支持されている。本実施形態では、キャリア７０が回転自在なので、第二コーン４０は、中心線１２ａに対して自転及び公転自在になっている。

第二変速リング４２は、ケーシングのボス部１００ａの外周まで延設し、嵌合支持されている。第二変速リング４２は、第二クランプ５１を介して、ケーシングのボス部１００ａに対して連結及び非連結に切り換え可能になっている。なお、第二変速リング４２は、ケーシング１００の内部であればどこで支持されてもよい。

キャリア手段７は、第一実施形態と同様に、キャリア７０及びレバー７１を備えている。上述の通り、本実施形態では、キャリア７０は、入出力軸の中心線１２ａの方向に進退自在であると共に、入出力軸の中心軸１２ａに対して回転自在になっている。従って、レバー７１は、キャリア７０に連結する部分７１ａが、キャリア７０を回転自在にすると共に、進退移動可能なように嵌め込まれている。

キャリア７０は、第一変速手段３の第一変速リング３３と、第二変速手段４の支持部１０４，１０５とを備えている。レバー７１は、駆動手段７５に接続されている。キャリア７０は、出力軸２に対してスプライン結合されている。そして、キャリア７０は、入出力軸の中心線１２ａ方向へ所定範囲内で進退移動可能になっている。従って、出力軸２は、キャリア７０の回転と同一方向及び同一回転速度で回転する。

前述の通り、切換手段５において、第一クランプ５０は、軌道リング３２とケーシングのボス部１００ａとを連結及び非連結にするものであり、第二クランプ５１は、第二変速リング４２とケーシングのボス部１００ａとを連結及び非連結にするものである。従って、切換手段５は、軌道リング３２及び第二変速リング４２を、回転自在及び回転不能に切り換える。

第一実施形態と同様に、切換手段５は、油圧調整手段５５を備えている。摩擦変速機は、第一回転センサ１０、第二回転センサ２０及び制御手段６を備えている。制御手段６は、演算手段６０を備えている。

次に、図６に基づき、第一変速手段３及び第二変速手段４における変速原理を説明する。第一変速手段３における変速比（減速比）Ｒ１は、式（４）のように表される。

・ Ｒ１＝Ｎ２／Ｎ１
＝｛ａ（ｅ・ｄ−ｃ・ｆ）｝／｛ｄ（ａ・ｅ＋ｂ・ｆ）｝ ・・・式（４）

前述の通り、第一コーン３０は、自転しながら公転するが、入出力軸の中心線１２ａの方向には移動しない。第一変速リング３３は、回転しながら、入出力軸の中心線１２ａの方向に進退移動する。第一入力円板３１は、入力軸１の回転に伴って回転する。軌道リング３２は、回転自在及び回転不能になっている。

本実施形態では、ａ＝２０ｍｍ、ｂ＝１５ｍｍ、ｃ＝２〜１３ｍｍ、ｄ＝３５ｍｍ、ｅ＝１２ｍｍ、ｆ＝３１ｍｍであり、その場合、第一変速手段の変速比Ｒ１＝０〜０．３となる。

第二変速手段４における変速比Ｒ２は、式（５）のように表される。

・ Ｒ２＝Ｎ２／Ｎ１
＝（ｇ・ｊ）／（ｇ・ｊ＋ｈ・ｋ） ・・・式（５）

前述の通り、第二コーン４０は、自転しながら公転し、入出力軸の中心線１２ａの方向には進退移動する。第二入力円板４１は、入力軸１の回転に伴って回転する。第二変速リング４２は、回転自在及び回転不能になっている。

本実施形態では、ｇ＝１４ｍｍ、ｈ＝４〜１３ｍｍ、ｊ＝１３〜４ｍｍ、ｋ＝３７ｍｍであり、その場合、第二変速手段の変速比Ｒ２＝０．１〜０．５５となる。

次に、図７及び図８に基づき、変速機の動作について説明する。前述の通り、第一変速手段の変速比Ｒ１と第二変速手段の変速比Ｒ２とは、０．１〜０．３の範囲で重なっている。そこで、本実施形態では、それぞれの変速比Ｒ１，Ｒ２＝０．２と一致する時に、切換手段５が切り換え動作を行う（切換モード）。

そのため、入出力軸の中心線１２ａの方向に進退移動可能なキャリア７０は、第一変速手段３における距離ｃ＝５．６ｍｍ（変速比Ｒ１＝０．２）の時に、第二変速手段４における距離ｈ＝１０．２ｍｍ、ｊ＝６．８ｍｍ（変速比Ｒ２＝０．２）となるように、第一変速リング３３及び第二コーン４０が配置、設定されている。

図７（ａ）は、第一変速手段３の使用状態（第一領域）を示す。第一領域（低速モード）では、制御手段６によって、切換手段５が、第一クランプ５０がボス部１００ａを連結（ＯＮ）し、第二クランプ５１がボス部１００ａを連結しない（ＯＦＦ）ようになっている。従って、第一変速手段３が、入力軸１の回転を出力軸２へ伝達して、第二変速手段４は出力軸２へ伝達しない。

入力軸１は、矢視Ｉの方向において反時計回りに回転している。これにより、第一入力円板３１は、矢視Ｉの方向において反時計回りに回転する。そして、第一コーン３０は、矢視Ｉの方向において反時計回りに回転（公転）しながら、矢視ＩＩの方向において時計回りに回転（自転）する。軌道リング３２は、非回転である。第一変速リング３３は、キャリア７０と共に、矢視Ｉの方向において反時計回りに回転する。

第一変速リング３３を介してキャリア７０が回転することにより、出力軸２が、矢視Ｉの方向において反時計回りに回転する。なお、この第一領域においても、入力軸１の回転によって、第二変速手段４の各機構４０，４１，４２は動作するが、出力軸２へ伝達されないので説明を省略する。

第一実施形態と同様に、入力軸１の回転を出力軸２へ伝達する際、図７（ａ）に示す通り、先ず、キャリア手段７を、第一変速リング３３がｃ＝１３ｍｍ（変速比Ｒ１＝０）となる位置にする。このとき、変速比Ｒ１＝０なので、入力軸１の回転は出力軸２へ伝達されない（出力軸２は停止する）。

そして、駆動手段７５によって、キャリア手段７を入出力軸の中心線１２ａの方向（矢印ＩＶ）へ進退移動する。これにより、第一変速リング３３は、矢印ＩＶの方向へ移動し、距離ｃが１３〜５．６ｍｍ（変速比Ｒ１＝０〜０．２）の範囲で変化する。

第一実施形態と同様に、図８に示す通り、変速比Ｒ１＝０〜０．２の第一領域において、変速比とトルク比との関係は、直線状に増減する直線領域と、曲線状に増減する曲線領域とがある。変速機を自動車等の車両に使用した際、この第一領域（低速モード）は、車両が停止から低速走行の間で変速する。

図７（ｂ）は、第一変速手段と第二変速手段とを切り換える（第一領域と第二領域とを切り換える）時の状態を示す。前述の通り、本実施形態では、切換モードは、各変速比Ｒ１，Ｒ２＝０．２に設定されており、この時、キャリア手段７は、第一変速リング３３が距離ｃ＝５．６ｍｍとなり、第二コーン４０が距離ｈ＝１０．２ｍｍ、ｊ＝６．８ｍｍとなる。

そして、第一及び第二センサ１０，２０に基づいて、各変速比Ｒ１，Ｒ２＝０．２となった際に、制御手段６によって、切換手段５における第一クランプ５０及び第二クランプ５１の双方が、ケーシングのボス部１００ａを連結（ＯＮ）する。これにより、入力軸１の回転は、第一変速手段３及び第二変速手段４の双方によって出力軸２へ伝達されるが、各変速比Ｒ１，Ｒ２が一致（Ｒ１，Ｒ２＝０．２）しているので、出力軸２の回転は一致し安定している。

図７（ｃ）は、第二変速手段４の使用状態（第二領域）を示す。この第二領域（高速モード）では、制御手段６によって、切換手段５は、第一クランプ５０がボス部１００ａを連結しておらず（ＯＦＦ）、第二クランプ５１がボス部１００ａを連結する（ＯＮ）ようになっている。従って、第二変速手段４が、入力軸１の回転を出力軸２へ伝達して、第一変速手段３は出力軸２へ伝達しない。

入力軸１は、矢視Ｉの方向において反時計回りに回転している。これにより、第二入力円板４１は、矢視Ｉの方向において反時計回りに回転する。第二変速リング４２は、非回転である。そして、第二コーン４０は、矢視ＩＩＩの方向において時計回りに回転（自転）する。さらに、第二コーン４０は、キャリア７０と共に、矢視Ｉの方向において反時計回りに回転（公転）する。

第二コーン４０を介してキャリア７０が回転することにより、出力軸２が、矢視Ｉの方向において反時計回りに回転する。なお、この第二領域においても、入力軸１の回転によって、第一変速手段３の各機構３０，３１，３２は動作するが、上述の通り、出力軸２へ伝達されないので説明を省略する。

駆動手段７５によって、キャリア手段７を矢印ＩＶの方向へ進退移動する。これにより、第二コーン４０は、矢印ＩＶの方向へ進退移動し、距離ｈは１０．２〜４ｍｍ、ｊは６．８〜１３ｍｍ（変速比Ｒ２＝０．２〜０．５５）の範囲で変化する。

図８に示す通り、変速比Ｒ２＝０．２〜０．５５の第二領域において、変速比とトルク比との関係は曲線状に増減する。変速機を自動車等の車両に使用した際、この第二領域（高速モード）は、車両が中速から高速走行の間で変速する。

第一実施形態と同様に、第一変速手段３と第二変速手段４との切り換え（図７（ａ）〜（ｃ））、即ち第一領域（低速モード）と第二領域（高速モード）との切り換えは、切換モード（図７（ｂ））を介して行われ、第一及び第二センサ１０，２０に基づいて、演算手段６０が所定の変速比（本実施形態ではＲ１，Ｒ２＝０．２）を得た際に、制御手段６が、切換手段５の連結及び非連結の動作を行う。

［第三実施形態］
次に、本発明に係る摩擦変速機の第三実施形態について説明する。図９は、第三実施形態の摩擦変速機を示す正面断面図である。図１０は、図９のＡ−Ａ線断面図である。第三実施形態は、第一実施形態に反転手段８及びクラッチ手段２１を設けたものである。従って、第一実施形態と共通する部分については、説明を省略する。

図９及び図１０に示す通り、摩擦変速機は、反転手段８を備えている。反転手段８は、入力ギア８０、伝達ギア８１及び出力ギア８２を備えている。本実施形態では、第一実施形態と異なり、伝達円板２２は、出力軸２に対して回転自在である。即ち、伝達円板２２は、出力軸２にスプライン結合（連結）されていないので、伝達円板２２の回転が、直接的に出力軸２に伝達されないようになっている。

伝達円板２２は断面コ字状になっており、伝達円板２２の内側に、内歯状に入力ギア８０が固定されている。出力軸２の外周に、外歯状に出力ギア８２が固定されている。出力ギア８２は、伝達円板２２の内側に配置される。従って、出力ギア８２と入力ギア８０は、互いに対向している。

そして、入力ギア８０と出力ギア８２との間に、伝達ギア８１が設けられている。入力ギア８０は伝達ギア８１に噛み合っており、伝達ギア８１は出力ギア８２に噛み合っている。複数（本実施形態では３つ）の伝達ギア８１は、ケーシングに設けられた軸受部１００ｂに軸支されている。従って、伝達ギア８１は、自転するが、出力軸２周りには公転しない（公転不能）。

これにより、伝達円板２２の回転は入力ギア８０を介して伝達ギア８１へ伝達され、伝達ギア８１の回転が出力ギア８２へ伝達され、出力ギア８２の回転が出力軸２へ伝達される。そして、図１０に示す通り、入力ギア８０の回転方向は、反転して出力ギア８２へ伝達される。従って、第一実施形態では、入力軸１と出力軸２の回転方向が異なる（反転する）が、本実施形態では、出力軸２の回転方向は、入力軸１と同一方向に回転する。

図９に示す通り、摩擦変速機は、クラッチ手段２１を備えている。クラッチ手段２１は、入力側係合部１５及び出力側係合部２５を備えている。入力側係合部１５は、第一入力円板３１に固定され連動されている。出力側係合部２５は、出力軸２に設けられている。入力側係合部１５と出力側係合部２５とは、互いに対向している。

出力側係合部２５は、アクチュエーター手段（図示略）を備えており、入出力軸の中心線１２ａの方向に進退移動可能になっている。そして、出力側係合部２５が、入力側係合部１５へ移動して噛合い係合することにより、入力軸１及び出力軸２が結合し、出力軸係合部２５が、入力側係合部１５から離脱することにより、入力軸１及び出力軸２が非結合となる。これにより、クラッチ手段２１が、入力軸１と出力軸２とを結合、解除する。

さらに、出力側係合部２５は、制御手段６に接続されている。制御手段６は、変速比Ｒ２＜１．０のとき、第一実施形態と同様に、第一及び第二変速手段３，４によって入力軸１の回転を出力軸２へ伝達する。そして、制御手段６は、変速比Ｒ２＝１．０（入力軸１の回転速度と出力軸２の回転速度とが同一）となった際に、切換手段の第一及び第二クランプ５０，５１の双方を非連結（ＯＦＦ）として、第一及び第二変速手段３，４の双方による出力軸２への伝達を解除し、クラッチ手段２１で入力軸１と出力軸２とを結合する。

これにより、高速走行時等（変速比Ｒ２＞１．０）において、入力軸１の回転を直接、出力軸２へ伝達することができる。なお、上述の通り、反転手段８によって、出力軸２の回転方向は、入力軸１の回転方向と同一なので、出力軸２の回転速度及び回転方向は、入力軸１と同一である。

［第四実施形態］
次に、本発明に係る摩擦変速機の第四実施形態について説明する。図１１は、第四実施形態の摩擦変速機を示す正面断面図である。図１２は、（ａ）が図１１のＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）が図１１のＣ−Ｃ線断面図である。第四実施形態は、第二実施形態に増速手段９及びクラッチ手段２１を設けたものである。従って、第二実施形態と共通する部分については、説明を省略する。

図１１及び図１２に示す通り、摩擦変速機は、増速手段９を備えている。増速手段９は、入力ギア９０、出力ギア９３、第一伝達ギア９１及び第二伝達ギア９２を備えている。本実施形態では、第二実施形態と異なり、キャリア７０は、出力軸２に対して回転自在になっている。即ち、キャリア７０は、出力軸２にスプライン結合（連結）されていないので、キャリア７０の回転が、直接的に出力軸２に伝達されないようになっている。

キャリア７０は、出力軸２方向に突出したボス部７０ａを有する。入力ギア９０は、キャリアのボス部７０ａに外歯状に固定されている。そして、出力軸２の外周に、外歯状に出力ギア９３が固定されている。

第一伝達ギア９１及び第二伝達ギア９２は、連結軸９１ａを介して連結されている。入力ギア９０は第一伝達ギア９１に噛み合っており、出力ギア９３は第二伝達ギア９２に噛み合っている。そして、第一及び第二伝達ギア９１，９２は、ケーシングに設けられた軸受部１００ｂに軸支されている。従って、第一伝達ギア９１と第二伝達ギア９２とは、共に同一方向及び同一回転速度で自転するが、出力軸２の周りには公転しない（公転不能）。

これにより、キャリア７０の回転は入力ギア９０を介して第一伝達ギア９１へ伝達され、第一伝達ギア９１の回転が第二伝達ギア９２へ伝達され、第二伝達ギア９２の回転が出力ギア９３へ伝達され、出力ギア９３の回転が出力軸２へ伝達される。なお、第二実施形態と同様に、入力軸１の回転方向と出力軸２の回転方向は同一である。

ここで、入力ギア９０の回転速度をｗ１、直径ｄ１とし、第一伝達ギア９１の回転速度をｗ２、直径ｄ２とし、第二伝達ギア９２の回転速度をｗ３、直径ｄ３とし、出力ギア９３の回転速度をｗ４、直径をｄ４とすると、下記式（６）及び式（７）が成り立つ。そして、第一及び第二伝達ギア９１，９２は同一回転速度（ｗ２＝ｗ３）なので、式（６）及び式（７）から下記式（８）が成り立つ。

・ ｗ２／ｗ１＝ｄ１／ｄ２ ・・・式（６）
・ ｗ４／ｗ３＝ｄ３／ｄ４ ・・・式（７）
・ ｗ４＝｛（ｄ１・ｄ３）／（ｄ２・ｄ４）｝ｗ１ ・・・式（８）

式（８）より、ｄ１：ｄ２：ｄ３：ｄ４＝２：１：１．５：１．５とすると、ｗ４＝２・ｗ１となり、出力ギア９３（入力軸２）の回転速度は入力ギア９０（キャリア７０）の回転速度の２倍となる。従って、第二実施形態では、変速比Ｒ１，Ｒ２＝０〜０．５５であるが、本実施形態では、変速比Ｒ１，Ｒ２＝０〜１．１（０．５５×２）となる。この増速手段９によって、第二実施形態に比して２倍の回転速度を伝達することができ、変速比Ｒ２＞１．０とすることができる。

図１１に示す通り、摩擦変速機は、クラッチ手段２１を備えている。クラッチ手段２１は、入力側係合部１５及び出力側係合部２５を備えている。第三実施形態と同様に、クラッチ手段２１が、入力軸１と出力軸２とを結合、解除するようになっている。

出力側係合部２５は、制御手段６に接続されている。制御手段６は、変速比Ｒ２＜１．０のとき、第一及び第二変速手段３，４によって入力軸１の回転を出力軸２へ伝達する。そして、制御手段６は、変速比Ｒ２＝１．０（入力軸１の回転速度と出力軸２の回転速度とが同一）となった際に、切換手段の第一及び第二クランプ５０，５１の双方を非連結（ＯＦＦ）として、第一及び第二変速手段３，４の双方による出力軸２への伝達を解除し、クラッチ手段２１で入力軸１と出力軸２とを結合するようになっている。さらに、変速比Ｒ１，Ｒ２＞１．０のとき、入力軸１の回転を、直接出力軸２へ伝達できる。

［変形例］
次に、本発明に係る摩擦変速機の変形例について説明する。第一及び第二実施形態において、第一コーンの軌道面３０ｂと軌道リング３２との当接位置を変更することにより、第一変速手段３において、出力軸２の回転を正回転と逆回転とに切り換えることができる。例えば、図１３に示す通り、距離ｅ＝９ｍｍとすると、変速比Ｒ１＝−０．１〜０．２５となる（符号「−」〜「＋」）ので、出力軸２の回転が連続的に正逆回転する。

また、上記各実施形態では、一つのキャリア７０が、第一変速リング３３と第二コーン４０とを支持して進退移動させるが、二つのキャリア７０，７０で、それぞれ３３，４０を支持し、それぞれ３３，４０を別々に進退移動することができる。また、切換手段５は、クランプ連結でなくとも磁気連結、真空圧連結、液圧連結などでもよい。

第一実施形態の摩擦変速機を示す正面断面図。 第一実施形態の第一及び第二変速手段の変速原理を説明するための図。 第一実施形態の摩擦変速機の動作を示す要部断面図。 第一実施形態の摩擦変速機におけるトルク比と変速比との関係を示すグラフ図。 第二実施形態の摩擦変速機を示す正面断面図。 第二実施形態の第一及び第二変速手段の変速原理を説明するための図。 第二実施形態の摩擦変速機の動作を示す要部断面図。 第一実施形態の摩擦変速機におけるトルク比と変速比との関係を示すグラフ図。 第三実施形態の摩擦変速機を示す正面断面図。 図９のＡ−Ａ線断面図。 第四実施形態の摩擦変速機を示す正面断面図。 （ａ）が図１１のＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）が図１１のＣ−Ｃ線断面図。 変形例の第一変速手段の変速原理を説明するための図。

符号の説明

１ 入力軸
２ 出力軸
１２ａ 入出力軸の中心線
３ 第一変速手段
３０ 第一コーン
３０ａ 第一コーンの伝動部
３０ｂ 第一コーンの軌道面
３０ｃ 第一コーンの変速面
３１ 第一入力円板
３２ 軌道リング
３３ 第一変速リング
４ 第二変速手段
４０ 第二コーン
４０ａ 第二コーンの伝動面
４０ｂ 第二コーンの変速面
４１ 第二入力円板
４２ 第二変速リング
５ 切換手段
６ 制御手段
７ キャリア手段
７５ 駆動手段
８ 反転手段
２１ クラッチ手段
９ 増速手段

Claims (4)

1. 入力軸（１）と、前記入力軸と同心の出力軸（２）と、第一領域で前記入力軸の回転を変速して前記出力軸へ伝達する第一変速手段（３）と、第二領域で前記入力軸の回転を変速して前記出力軸へ伝達する第二変速手段（４）とを備え、
   前記第一変速手段は、前記入出力軸に対して公転しながら自転する円錐状の第一コーン（３０）と、前記第一コーンの伝動部（３０ａ）に摩擦係合する第一入力円板（３１）と、前記第一コーンの軌道面（３０ｂ）に摩擦係合する軌道リング（３２）と、前記第一コーンの変速面（３０ｃ）に摩擦係合する第一変速リング（３３）とを備え、前記入力軸の回転が前記第一入力円板を介して前記第一コーンに伝達され、前記第一変速リングが前記入出力軸の中心線方向（１２ａ）へ前記第一コーンに対して相対的に進退移動して、前記入力軸の回転を変速し、
   前記第二変速手段は、前記入出力軸に対して公転又は非公転の状態で自転する複合円錐状の第二コーン（４０）と、前記第二コーンの伝動面（４０ａ）に摩擦係合する第二入力円板（４１）と、前記第二コーンの変速面（４０ｂ）に摩擦係合する第二変速リング（４２）とを備え、前記入力軸の回転が前記第二入力円板を介して前記第二コーンに伝達され、前記第二コーンが前記入出力軸の中心線方向へ前記第二変速リングに対して進退移動して、前記入力軸の回転を変速し、
   前記第一及び第二変速手段による前記出力軸への夫々の伝達を選択的に切り換える切換手段（５）と、前記第一及び第二変速手段による夫々の変速比が一致する際に、前記切換手段による切り換え動作を行う制御手段（６）とを備えたことを特徴とする摩擦変速機。
2. 前記入出力軸の中心線方向に移動可能なキャリア手段（７）と、前記キャリア手段を進退移動する駆動手段（７５）とを備え、前記キャリア手段が、前記第一変速リングと前記第二コーンとを支持することを特徴とする請求項１に記載の摩擦変速機。
3. 前記第二変速手段による前記出力軸の回転を前記入力軸の回転と同一方向にする反転手段（８）と、前記入力軸と前記出力軸とを結合及び非結合にするクラッチ手段（２１）と、前記入力軸の回転速度と前記出力軸の回転速度とが一致した際に、前記クラッチ手段による連結動作を行う制御手段とを備えたことを特徴する請求項１又は２に記載の摩擦変速機。
4. 前記第二変速手段による前記出力軸の回転を増速する増速手段（９）と、前記入力軸と前記出力軸とを結合及び非結合にするクラッチ手段（２１）と、前記入力軸の回転速度と前記出力軸の回転速度とが一致した際に、前記クラッチ手段による連結動作を行う制御手段とを備えたことを特徴する請求項１又は２に記載の摩擦変速機。

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