JP4894698B2 - 無段変速装置 - Google Patents

Description

この発明は、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無段変速装置の改良に関し、伝達効率の向上と耐久性の確保とを図るものである。

自動車用自動変速装置としてトロイダル型無段変速機が研究され、一部で実施されている。又、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て、変速度比｛変速比（減速比）、速度比（増速比）＝１／変速比｝の幅を広くする無段変速装置も、例えば特許文献１〜５に記載されている様に、従来から知られている。図３は、このうちの特許文献１に記載された、図４は、同じく特許文献２に記載された、図５、６は、同じく特許文献３に記載された、図７は、同じく特許文献４に記載された、図８は、同じく特許文献５に記載された、それぞれ無段変速装置を示している。何れの無段変速装置の場合も、トロイダル型無段変速機１Ａ〜１Ｆと、第一遊星歯車式変速機２Ａ〜２Ｆと、第二遊星歯車式変速機３Ａ〜３Ｆとを組み合わせて成る。

又、動力の伝達状態を高速モードと低速モードとに切り換える、高速用クラッチ４Ａ〜４Ｆと低速用クラッチ５Ａ〜５Ｆとを備える。そして、このうちの高速用クラッチ４Ａ〜４Ｆの接続を断って低速用クラッチ５Ａ〜５Ｆを接続した低速モード状態では、上記トロイダル型無段変速機１Ａ〜１Ｆの変速度比の調節に基づいて、入力軸６Ａ〜６Ｆを一方向に回転させた状態のまま出力軸７Ａ〜７Ｆを、停止状態（ギヤードニュートラル状態）を挟んで両方向に回転駆動自在とする。これに対して、上記高速用クラッチ４Ａ〜４Ｆを接続して上記低速用クラッチ５Ａ〜５Ｆの接続を断った高速モード状態では、上記入力軸６Ａ〜６Ｆに加えられた動力を、上記トロイダル型無段変速機１Ａ〜１Ｆをバイパスして上記第一遊星歯車式変速機２Ａ〜２Ｆに送る、所謂パワースプリット状態を実現する。そして、このトロイダル型無段変速機１Ａ〜１Ｆの変速度比の調節に基づいて、上記第一遊星歯車式変速機２Ａ〜２Ｆの変速度比を変更する。

上述の様な機能を持たせる為に、上記特許文献１に記載された無段変速装置（図３）の場合は、第一遊星歯車式変速機２Ａを、ステップピニオンと呼ばれる、両端部にそれぞれ一端側、他端側各第一遊星歯車８、９を設けた、組み合わせ（第一）遊星歯車１０を備えたものとしている。尚、一端側とは図１、３〜８で左（端）側に、他端側とは同じく右（端）側に、それぞれ対応する｛駆動源に近い側（入力側）を前側とすれば、一端側は前（端）側に、他端側が後（端）側に、それぞれ対応する｝。又、第二遊星歯車式変速機３Ａを、一端側第二遊星歯車式変速機１１と他端側第二遊星歯車式変速機１２とから構成している。これら一端側、他端側各第二遊星歯車式変速機１１、１２はそれぞれ、互いに同期して回転する一端側、他端側各第二太陽歯車１３、１４を備える。そして、低速モード状態では、上記他端側第二遊星歯車式変速機１２を構成する他端側第二キャリア１５を介して、出力軸７Ａに動力を送り出す様にしている。又、高速モード状態では、上記一端側第二遊星歯車式変速機１１を構成する一端側第二リング歯車１６を介して、上記出力軸７Ａに動力を送り出す様にしている。尚、この様な特許文献１に記載された無段変速装置（図３）の場合は、上記第一遊星歯車式変速機２Ａを構成する、一端側第一太陽歯車１７と他端側第一太陽歯車１８との間の減速比（ギヤ比、歯数比）を規制する事で、高速モードの状態を、前述した様なパワースプリット状態の他、トロイダル型無段変速機１Ａを通過する動力をそのまま出力軸７Ａに伝達する、直結状態にする事もできる。

又、前記特許文献２に記載された無段変速装置（図４）の場合は、第一遊星歯車式変速機２Ｂを、ステップピニオンと呼ばれる、両端部にそれぞれ一端側、他端側各第一遊星歯車８ａ、９ａを設けた、組み合わせ（第一）遊星歯車１０ａを備えたものとしている。又、これら各組み合わせ遊星歯車１０ａのうち、トロイダル型無段変速機１Ｂに近い側の一端側各第一遊星歯車８ａを、それぞれ別の一端側各第一遊星歯車１９と噛合させる事により、ダブルピニオンと呼ばれる、互いに噛合した１対ずつの（内径側、外径側各第一）遊星歯車８ａ、１９により構成された（第一）遊星歯車組２０を構成している。そして、低速モード状態では、上記別の（外径側の）一端側各第一遊星歯車１９と噛合した一端側第一リング歯車２１を通じて取り出した動力を、第二遊星歯車式変速機３Ｂを構成する第二キャリア２２を介して、出力軸７Ｂに送り出す様にしている。又、高速モード状態では、上記組み合わせ遊星歯車１０ａと噛合する他端側第一太陽歯車２３を通じて取り出した動力を、上記第二遊星歯車式変速機３Ｂを構成する第二太陽歯車２４並びに上記第二キャリア２２を介して（反転減速させた状態で）、上記出力軸７Ｂに送り出す様にしている。

又、前記特許文献３に記載された無段変速装置（図５、６）のうち、図５に示した無段変速装置の場合は、第一遊星歯車式変速機２Ｃを、第一キャリア２５を構成する支持部材２６に、この支持部材２６を軸方向両側から挟む状態でそれぞれ支持されて、それぞれ幅広である同じ第一リング歯車２７に噛合させた、一端側、他端側各（第一）遊星歯車組２８、２９により構成している。これら各（第一）遊星歯車組２８、２９は、ダブルピニオンと呼ばれるもので、それぞれが互いに噛合した１対ずつの（外径側、内径側の）一端側、他端側各第一遊星歯車３０、３１により構成している。そして、低速モード状態では、上記幅広のリング歯車２７を通じて取り出した動力を、第二遊星歯車式変速機３Ｃを構成する第二キャリア２２を介して、出力軸７Ｃに送り出す様にしている。又、高速モード状態では、トロイダル型無段変速機１Ｃから遠い側の他端側遊星歯車組２９（内径側の他端側各第一遊星歯車３１）に噛合する他端側第一太陽歯車３２を通じて取り出した動力を、上記第二遊星歯車式変速機３Ｃを構成する第二太陽歯車２４並びに上記第二キャリア２２を介して（反転減速させた状態で）、上記出力軸７Ｃに送り出す様にしている。

又、上記特許文献３に記載された無段変速装置（図５、６）のうち、図６に示した無段変速装置の場合は、第一遊星歯車式変速機２Ｄを構成する一端側、他端側各遊星歯車組２８ａ、２９ａのうち、外径側に配置された第一遊星歯車３３を、軸方向寸法の長いものとしている。そして、この外径側に配置された第一遊星歯車３３に、内径側に配置された一端側、他端側両第一遊星歯車３０、３１を噛合させると共に、幅寸法（軸方向寸法）の小さい他端側第一リング歯車３４を噛合させている。そして、低速モード状態では、この幅寸法の小さい他端側第一リング歯車３４を通じて取り出した動力を、第二遊星歯車式変速機３Ｄを構成する第二キャリア２２を介して、出力軸７Ｄに送り出す様にしている。又、高速モード状態では、トロイダル型無段変速機１Ｄから遠い側の他端側遊星歯車組２９ａに噛合する他端側第一太陽歯車３２を通じて取り出した動力を、上記第二遊星歯車式変速機３Ｄを構成する第二太陽歯車２４並びに上記第二キャリア２２を介して（反転減速させた状態で）、上記出力軸７Ｄに送り出す様にしている。

又、前記特許文献４に記載された無段変速装置（図７）の場合には、第一遊星歯車式変速機２Ｅを、前記特許文献２に記載された無段変速装置（図４）を構成する第一遊星歯車式変速機２Ｂと同様のものとしている。そして、低速モード状態では、上記第一遊星歯車式変速機２Ｅを構成する一端側第一リング歯車２１を通じて取り出した動力を、第二遊星歯車式変速機３Ｅに組み込んだ、ステップピニオンと呼ばれる組み合わせ（第二）遊星歯車３５、３５を通じて、出力軸７Ｅに送り出す様にしている。この組み合わせ（第二）遊星歯車３５、３５は、無段変速装置を構成するハウジング等の固定の部分に支持固定された第二キャリア２２ａに、回転自在に支持されている。又、高速モード状態では、上記第一遊星歯車式変速機２Ｅを構成する組み合わせ（第一）遊星歯車１０ａ、１０ａ（の他端側第一遊星歯車９ａ）と噛合する他端側第一太陽歯車２３を通じて取り出した動力を、同じく第二遊星歯車式変速機３Ｅに組み込んだ、上記組み合わせ（第二）遊星歯車３５、３５を通じて（反転減速させた状態で）、出力軸７Ｅに送り出す様にしている。

更に、前記特許文献５に記載された無段変速装置（図８）の場合には、第一遊星歯車式変速機２Ｆを構成する組み合わせ（第一）遊星歯車１０ａのうち、トロイダル型無段変速機１Ｆから遠い側の他端側各第一遊星歯車９ａに、それぞれ別の（外径側の）他端側各第一遊星歯車３６を噛合させている。そして、低速モード状態では、上記第一遊星歯車式変速機２Ｆを構成する他端側第一リング歯車３７を通じて取り出した動力を、第二遊星歯車式変速機３Ｆを構成する第二キャリア２２ｂ、並びに、この第二キャリア２２ｂに回転自在に支持された、ダブルピニオンと呼ばれる（第二）遊星歯車組３８、更に、第二太陽歯車３９を通じて、出力軸７Ｆに送り出す様にしている。上記第二遊星歯車式変速機３Ｆを構成する第二リング歯車４０は、無段変速装置を構成するハウジング等の固定の部分に回転不能に支持されている。又、高速モード状態では、上記第一遊星歯車式変速機２Ｆを構成する上記他端側各第一遊星歯車９ａと噛合する他端側第一太陽歯車２３を通じて取り出した動力を、そのまま出力軸７Ｆに送り出す様にしている。

上述の様な、特許文献１〜５に記載された無段変速装置の場合には、低速モード状態では、前述の様に、入力軸６Ａ〜６Ｆを一方向に回転させた状態のまま出力軸７Ａ〜７Ｆを、停止状態を挟んで両方向に回転駆動自在である。従って、トルクコンバータ等の発進装置や、前後進切り換え機構を省略して、小型且つ軽量に構成できる。そして、車体の床下等の限られた空間部分への組み付け性が向上する他、発進装置部分での（トルクコンバータがロックアップする以前の状態での空転に基づく）回転力の低下を防止して、運転性能の向上（ダイレクト感の向上）を図れる。又、高速モード状態では、上記入力軸６Ａ〜６Ｆに加えられた動力を、トロイダル型無段変速機１Ａ〜１Ｆをバイパスさせる、パワースプリット状態を実現して、このトロイダル型無段変速機１Ａ〜１Ｆを通過するトルクを低減できる。この為、このトロイダル型無段変速機１Ａ〜１Ｆを大型化せずに、このトロイダル型無段変速機１Ａ〜１Ｆの耐久性を確保できる。

又、何れの構造の場合も、トロイダル型無段変速機１Ａ〜１Ｆと第一、第二両遊星歯車式変速機２Ａ〜２Ｆ、３Ａ〜３Ｆとを、互いに同心（同軸状）に配置すると共に、上記トロイダル型無段変速機１Ａ〜１Ｆを通過する動力を、このトロイダル型無段変速機１Ａ〜１Ｆを構成する外側ディスクの内側に回転自在に設けた中空回転軸４１Ａ〜４１Ｆを通じて取り出す様にしている。この為、例えば動力を伝達する為の伝達軸を、上記トロイダル型無段変速機１Ａ〜１Ｆ並びに第一、第二両遊星歯車式変速機２Ａ〜２Ｆ、３Ａ〜３Ｆと平行に設ける構造に比べ、小型に構成できる。

ところで、上述の図３〜８にそれぞれ示した従来構造のうち、図８に示した従来構造の場合、残りの図３〜７に示した各従来構造に比べ、伝達効率の確保を図り易い。即ち、上記図３〜７に示した無段変速装置の場合、高速モードの状態で、トロイダル型無段変速機１Ａ〜１Ｅに近い側に設けた第一遊星歯車式変速機２Ａ〜２Ｅから出力される動力を、上記トロイダル型無段変速機１Ａ〜１Ｅから遠い側に設けた第二遊星歯車式変速機３Ａ〜３Ｅにより、回転方向を反転した状態で出力軸７Ａ〜７Ｅに出力させている。そして、この様に回転方向を反転させる分、上記第二遊星歯車式変速機３Ａ〜３Ｅ部分での摩擦損失が増大して、高速モード状態での伝達効率が低下し、その分、高速走行時の燃費悪化（消費燃料の増大）を招く。これに対して、上記図８に示した構造の場合は、第一遊星歯車式変速機２Ｆから出力される動力を、そのまま（回転方向を反転する事なく）出力軸７Ｆに出力させる。この為、上記図３〜７に示した構造に比べ、伝達効率の確保、延いては高速走行時の燃費の向上を図れる。

但し、この様な図８に示した構造の場合でも、次の様な問題を生じる可能性がある。即ち、この図８に示した構造の場合は、トロイダル型無段変速機１Ｆから遠い側に設けた第二遊星歯車式変速機３Ｆを、ダブルピニオン型のものとしている。この為、構造が複雑になり、軽量化や、耐久性の確保、伝達効率の確保を図りにくくなる。即ち、ダブルピニオン型の遊星歯車式変速機３Ｆの場合、噛合部が多くなり、噛合部での摩擦損失の合計が多くなる為、無段変速装置全体としての伝達効率を確保する面からは不利になる。しかも、低速モードの状態で、出力軸７Ｆと接続される第二太陽歯車３９は、第二キャリア２２ｂに対し逆方向に回転する為、各（第二）遊星歯車組３８を構成する（内径側、外径側）各第二遊星歯車６８ａ、６８ｂが高速で回転する（伝達動力が大きくなる）。この為、伝達効率の面から不利になる（効率が低下する）だけでなく、これら（内径側、外径側）各第二遊星歯車６８ａ、６８ｂを支持する遊星軸及びラジアルニードル軸受に大きな負荷が加わり、これら遊星軸及びラジアルニードル軸受の耐久性を確保しにくくなる可能性もある。

尚、特許文献４に記載された無段変速装置（図７）の場合は、第二遊星歯車式変速機３Ｅをシングルピニオン型のものとしている為、上述の図８に示した構造に比べ、低速モードの状態での高効率化を図れる。更に、特許文献１〜３に記載された無段変速装置（図３〜６）の場合は、低速モードの状態で、出力軸７Ａ〜７Ｄにそのまま動力（差動成分）が伝達される為、低速モードの状態での高効率化をより高度に図れる。但し、前述した様に、これら各従来構造（図３〜７の構造）は、使用頻度が高い高速モードの状態で、第二遊星歯車式変速機３Ａ〜３Ｅに入力された動力を、この第二遊星歯車式変速機３Ａ〜３Ｅで反転させた状態で出力軸７Ａ〜７Ｅに送り出す。この様な高速モード状態での動力の反転に伴う伝達効率の低下は大きく、上述の様に低速モードの状態での高効率化を図れても、両方のモードを合わせて考えると、十分な伝達効率を確保できるとは言えない。

米国特許第５６０７３７２号明細書 特開２０００−２２０７１９号公報 特開２００３−３０７２６６号公報 特開２００３−４１１７号公報 特開２００６−２８３８７１号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、高速モードでの伝達効率を確保でき（燃費向上を図れ）、しかも、軽量化並びに耐久性の確保も図れる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の無段変速装置は、入力軸と、出力軸と、トロイダル型無段変速機と、このトロイダル型無段変速機と同心に配置された第一、第二各遊星歯車式変速機と、これら第一、第二各遊星歯車式変速機を通過する動力の伝達経路を切り換える為の複数のクラッチ装置（クラッチ、ブレーキ）とを組み合わせて成る。
そして、これら各クラッチ装置の断接状態の切り換えに基づいて、上記入力軸を一方向に回転させた状態のまま上記出力軸を停止させるギヤードニュートラル状態を実現する低速モードと、この低速モードに比べて減速比の小さい状態を実現する高速モードとのうちの何れかの運転モードに切り換え自在としている。
尚、この高速モードとしては、例えば、上記入力軸から上記出力軸に伝達する動力よりも上記トロイダル型無段変速機を通過する動力が小さくなるパワースプリット状態を実現する運転モードや、上記トロイダル型無段変速機を通過する動力がそのまま上記出力軸に伝達される直結状態を実現する運転モードを採用する事ができる。

尚、上記トロイダル型無段変速機は、入力軸と共に回転する入力側ディスクと、この入力側ディスクと同心に、且つ、この入力側ディスクに対する相対回転を可能に設けられた出力側ディスクと、これら両ディスクに設けられて互いに対向する、それぞれがトロイド曲面である軸方向側面同士の間に挟持された複数のパワーローラとを備えたものとする。
又、この様なトロイダル型無段変速機としては、動力の伝達を、互いに並列な２系統で行なう、所謂ダブルキャビティ型のものを採用する事ができる。この様なダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機は、１対の外側ディスク（例えば入力側ディスク）と、（１対或は単一の）内側ディスク（例えば出力側ディスク）と、複数のパワーローラとを備える。このうちの両外側ディスクは、入力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る。又、上記内側ディスクは、上記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る。又、上記各パワーローラは、上記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外側ディスクとの間で動力を伝達する。そして、この様なダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機を採用する場合には、このトロイダル型無段変速機を構成する内側ディスクと、前記第一遊星歯車式変速機を構成する部材（例えば第一太陽歯車）とを、これら両部材と同心に設けた部材（例えば中空回転軸）を介して回転力を伝達可能に連結する。

更に、本発明の無段変速装置の場合は、上記高速モードの状態で、上述の様なトロイダル型無段変速機に近い側に設けた第一遊星歯車式変速機から出力される動力を、上記トロイダル型無段変速機から遠い側に設けた第二遊星歯車式変速機を通じて、回転方向を同じまま上記出力軸に出力させる。又、これと共に、上記低速モードの状態で、上記第一遊星歯車式変速機から出力される動力を、上記第二遊星歯車式変速機を通じて回転方向を反転して上記出力軸に出力させる。更に、上記第二遊星歯車式変速機を構成する各遊星歯車（例えば第二遊星歯車）を、それぞれが同じくこの第二遊星歯車式変速機を構成する太陽歯車（例えば第二太陽歯車）とリング歯車（例えば第二リング歯車）との両方に噛合するシングルピニオン型のものとする。

又、上述の様な無段変速装置を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、上記第二遊星歯車式変速機を構成する上記キャリアを、低速モードの状態を実現する為の低速用クラッチにより、固定の部材（例えばケーシング、ハウジング等）に対し回転が阻止される状態と、同じく回転が許容される状態とを切り換えられるものとする。そして、上記低速モードの状態では、上記低速用クラッチにより上記キャリアを、上記固定の部材に対し回転を阻止した状態で、上記第二遊星歯車式変速機を構成する上記リング歯車に入力された動力が、同じく上記第二太陽歯車を通じて出力軸に（回転方向が反転された状態で）出力される様にする。

上述の様に構成する本発明の無段変速装置によれば、使用頻度が高い、高速モードでの伝達効率を確保でき（燃費向上を図れ）、しかも、軽量化並びに耐久性の確保も図れる。
即ち、上記高速モードの状態で、第一遊星歯車式変速機から出力される動力を、第二遊星歯車式変速機を通じて、回転方向を同じまま出力軸に出力する（第二遊星歯車式変速機により動力の回転方向を反転させない）為、高速モードでの伝達効率の確保を図れる（高速走行時の燃費向上を図れる）。しかも、上記第二遊星歯車式変速機を構成する各第二遊星歯車を、シングルピニオン型のものとしている為、この第二遊星歯車式変速機を簡素、軽量にできる他、噛合部の数の低減による伝達効率の更なる確保も図れる。又、これと共に、上記各第二遊星歯車の回転速度を低く抑えられる為、この面からも伝達効率の向上を図れる他、これら各第二遊星歯車を支持する遊星軸及びラジアルニードル軸受の耐久性の確保も図れる。

又、請求項２に記載した構成を採用した場合には、低速用クラッチに圧油を導入する為の油圧配管の取り回しの容易化を図れると共に、遠心油圧をキャンセルする為の機構が不要になる。しかも、低速モード時に、上記低速用クラッチにより上記第二遊星歯車式変速機を構成するキャリアが固定される（第二遊星歯車式変速機を構成するリング歯車に入力される動力を同じく太陽歯車を通じて取り出す）為、このキャリアが回転する場合（キャリアを介して動力伝達する場合）に比べ、より伝達効率の確保を図れる。

図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。本例の無段変速装置は、入力軸４２と、出力軸４３と、中空回転軸４４と、伝達筒４５と、伝達軸４６と、トロイダル型無段変速機４７と、このトロイダル型無段変速機４７と同心に配置された第一、第二各遊星歯車式変速機４８、４９と、これら各遊星歯車式変速機４８、４９を通過する動力の伝達経路を切り換える為のクラッチ装置を構成する、高速用クラッチ５０及び低速用クラッチ５１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４７は、前述の特許文献１〜５に記載される等により従来から知られている、ダブルキャビティ型のもので、１対の入力側ディスク（外側ディスク）５２ａ、５２ｂと、１個の出力側ディスク（内側ディスク）５３と、複数のパワーローラ５４、５４とを備える。このうちの両入力側ディスク５２ａ、５２ｂは、上記入力軸４２を介して互いに同心に、且つ、同期した回転を自在としている。この為に本例の場合には、前段側（エンジンのクランクシャフトと接続される入力側で、図１の左側）の入力側ディスク５２ａを上記入力軸４２の中間部前寄り部分に、例えば図示しないボールスプラインを介して、この入力軸４２と同期した回転及びこの入力軸４２に対する軸方向の変位を可能に支持する。

又、この入力軸４２と上記前段側の入力側ディスク５２ａとの間には、例えば油圧式の押圧装置（図示省略）を設ける。そして、無段変速装置の運転時には、この押圧装置に圧油を供給する事により、上記前段側の入力側ディスク５２ａを後段側（上記エンジンから遠い側で、図１の右側）の入力側ディスク５２ｂに押圧しつつ、回転駆動する。又、この後段側の入力側ディスク５２ｂは上記入力軸４２に対し、上記第一遊星歯車式変速機４８を構成する第一キャリア５５により、結合固定している。従って、上記両入力側ディスク５２ａ、５２ｂは、上記ボールスプラインと、上記入力軸４２と、上記第一キャリア５５とを介して結合されており、互いに同期して回転する。この様な両入力側ディスク５２ａ、５２ｂの互いに対向する内側面は、それぞれトロイド曲面としている。

又、上記出力側ディスク５３は、軸方向両側面をトロイド曲面とした一体型のもので、上記入力軸４２の中間部で上記両入力側ディスク５２ａ、５２ｂ同士の間部分の周囲に、これら両入力側ディスク５２ａ、５２ｂと同心に、且つ、これら両入力側ディスク５２ａ、５２ｂとは独立した回転を自在として支持されている。又、上記出力側ディスク５３の中心部には、上記入力軸４２の後半部（図１の右半部）周囲にこの入力軸４２に対する相対回転を自在に支持した中空回転軸４４の基端部を、回転力の伝達を自在に、且つ、上記出力側ディスク５３と同心に結合している。又、上記中空回転軸４４は、上記後段側の入力側ディスク５２ｂの内周面と上記入力軸４２の外周面との間の円筒状隙間を挿通してこの入力側ディスク５２ｂの外側面側に突出させ、上記出力側ディスク５３の回転力を取り出し自在としている。

又、前記各パワーローラ５４、５４は、それぞれの周面を部分球面状の凸面としたもので、図示しない支持部材（トラニオン）の内側面に、それぞれ支持軸及び複数の転がり軸受により、回転自在に支持されている。この状態で上記各パワーローラ５４、５４は、上記出力側ディスク５３の両側面と上記両入力側ディスク５２ａ、５２ｂの内側面との間に、それぞれ複数個ずつ挟持されている。言い換えれば、上記各パワーローラ５４、５４の周面と上記各ディスク５２ａ、５２ｂ、５３の側面とを転がり接触させている。無段変速装置の運転時には、上記各パワーローラ５４、５４が上記支持部材（トラニオン）に対し、上記支持軸を中心として回転しつつ、上記両入力側ディスク５２ａ、５２ｂと上記出力側ディスク５３との間で動力を伝達する。又、上記各支持部材（トラニオン）の傾斜角度を変える事により、前記トロイダル型無段変速機４７の変速度比を調節する。

又、前記第一、第二各遊星歯車式変速機４８、４９のうち、上記トロイダル型無段変速機４７に近い側である、前段側に設けた第一遊星歯車式変速機４８は、前記第一キャリア５５に加えて、一端側第一太陽歯車５６と、他端側第一太陽歯車５７と、複数の（第一）遊星歯車組５８と、複数の（第一）組み合わせ遊星歯車５９と、一端側第一リング歯車６０とを備える。このうちの一端側第一太陽歯車５６は、上記中空回転軸４４の先端部に、この中空回転軸４４と同心に結合している。従って、上記一端側第一太陽歯車５６は、上記出力側ディスク５３に対し同心に結合されて、この出力側ディスク５３と共に回転する。一方、上記他端側第一太陽歯車５７は、上記一端側第一太陽歯車５６と同心に、且つ、この一端側第一太陽歯車５６に対する相対回転を自在に支持されている。この為に、本例の場合は、上記第一、第二各遊星歯車式変速機４８、４９同士の間で、これら各遊星歯車式変速機４８、４９と同心に設けられた、前記伝達軸４６の一端部（図１の左端部）に、上記他端側第一太陽歯車５７を（直接）設けている。

又、上記各（第一）遊星歯車組５８は、ダブルピニオンと呼ばれるもので、それぞれ１対ずつの一端側第一遊星歯車６１ａ、６１ｂから成る。これら各（第一）遊星歯車組５８を構成する各遊星歯車６１ａ、６１ｂは、互いに噛合すると共に、上記第一キャリア５５の内径側の一端側第一遊星歯車６１ａを上記一端側第一太陽歯車５６に、同じく外径側の一端側第一遊星歯車６１ｂを上記一端側第一リング歯車６０に、それぞれ噛合させている。又、上記各（第一）組み合わせ遊星歯車５９は、ステップピニオンと呼ばれるもので、軸方向に長い遊星軸の両端部にそれぞれ一端側第一遊星歯車６１ａと他端側第一遊星歯車６２とを設けて成り、上記第一キャリア５５に回転自在に支持されている。このうちの一端側第一遊星歯車６１ａは、上記各（第一）遊星歯車組５８の内径側の遊星歯車６１ａとしての機能も有する。又、上記他端側第一遊星歯車６２を、上記他端側第一太陽歯車５７と噛合させている。これら一端側第一遊星歯車６１ａと他端側第一遊星歯車６２とは、互いに同期して回転する。又、上記一端側第一リング歯車６０は、上記一端側第一太陽歯車５６の周囲に、この一端側第一太陽歯車５６と同心に配置され、上記各（第一）遊星歯車組５８を構成する外径側の一端側第一遊星歯車６１ｂと噛合している。

又、前記トロイダル型無段変速機４７から遠い側である、後段側に設けた第二遊星歯車式変速機４９は、特許請求の範囲に記載したキャリアに相当する第二キャリア６３と、同じく太陽歯車に相当する第二太陽歯車６４と、同じくそれぞれが遊星歯車に相当する複数の第二遊星歯車６５と、同じくリング歯車に相当する第二リング歯車６６とを備える。このうちの第二キャリア６３は、無段変速装置を収納したケーシング６７等の固定の部分に対し、回転自在に支持されている。尚、この第二キャリア６３は、後述する様に、前記低速用クラッチ５１の断接（係脱）に基づいて、上記ケーシング６７に対し回転が許容される状態と同じく不能とされる（阻止される）状態とを切り換えられる。

又、上記第二太陽歯車６４は、前記出力軸４３の一端部（図１の左端部）に（直接）設けられている。尚、この第二太陽歯車６４は、後述する様に、前記高速用クラッチ５０の断接（係脱）に基づいて、前記伝達軸４６との間で動力が伝達される状態と同じく伝達されない状態とを切り換えられる。又、上記各第二遊星歯車６５を、上記第二太陽歯車６４と上記第二リング歯車６６との両方に噛合させ、上記第二遊星歯車式変速機４９を、シングルピニオン型のものとしている。又、上記第二リング歯車６６と前記一端側第一リング歯車６０とを、前記伝達筒４５を介して、動力の伝達を可能に（同期した回転を自在に）接続している。

更に、前記高速用クラッチ５０及び低速用クラッチ５１とのうちの低速用クラッチ５１を、上記第二遊星歯車式変速機４９を構成する第二キャリア６３と前記ケーシング６７との間に設けている。この様な低速用クラッチ５１は、このケーシング６７に対し、上記第二キャリア６３の回転を不能とする状態（後述する低速モードを実現する状態）と、同じく許容する状態（後述する高速モードを実現する状態）とを切り換える。一方、上記高速用クラッチ５０は、上記第二遊星歯車式変速機４９を構成する第二太陽歯車６４と上記伝達軸４６との間に設けている。この様な高速用クラッチ５０は、この伝達軸４６との間で動力が伝達される状態（後述する高速モードを実現する状態）と、同じく伝達されない状態（後述する低速モードを実現する状態）とを切り換える。尚、上記高速用、低速用両クラッチ５０、５１は、一方が接続された場合には他方の接続が断たれる。

例えば、上記高速用クラッチ５０の接続を断つと共に、上記低速用クラッチ５１を接続した（第二キャリア６３の回転を不能とした）低速モードを選択した状態では、前記トロイダル型無段変速機４７の出力側ディスク５３の回転を、前記第一遊星歯車式変速機４８並びに前記伝達筒４５、上記第二遊星歯車式変速機４９を通じて、上記出力軸４３に取り出す。
即ち、上記出力側ディスク５３の回転を、
出力側ディスク５３→中空回転軸４４→一端側第一太陽歯車５６→（第一）遊星歯車組５８（一端側第一遊星歯車６１ａ、６１ｂ）→一端側第一リング歯車６０→伝達筒４５→→第二リング歯車６６→第二遊星歯車６５→第二太陽歯車６４→出力軸４３
の順番で、この出力軸４３に伝達する。

この様な経路で動力を伝達する低速モード状態の場合に、上記一端側第一リング歯車６０に伝達される動力の速度は、上記第一遊星歯車式変速機４８を構成する、上記一端側第一太陽歯車５６の回転速度と前記第一キャリア５５の回転速度との関係で決まる。即ち、上記一端側第一リング歯車６０には、上記一端側第一太陽歯車５６の回転速度と上記第一キャリア５５の回転速度との差動分が取り出される。前記入力軸４２の回転速度を一定とした場合、上記第一キャリア５５の回転速度はこの入力軸４２と同じ一定のままである。これに対して、上記一端側第一太陽歯車５６の回転速度は、上記トロイダル型無段変速機４７の変速度比（速度比ｅ_V ）を変える事により調節できる。従って、上記第一遊星歯車式変速機４８を構成する（一端側）各歯車５６、５８（６１ａ、６１ｂ）、６０の歯数を、上記トロイダル型無段変機４７で実現可能な変速度比ｅ_V との関係で適切に規制すれば、このトロイダル型無段変速機４７の変速度比ｅ_V の調節に基づいて、上記入力軸４２を一方向に回転させた状態のまま上記出力軸４３を、停止状態（ギヤードニュートラル状態）を挟んで両方向に回転駆動自在にできる。

上述の様な低速モード状態に対して、高速用クラッチ５０を接続すると共に、低速用クラッチ５１の接続を断った（第二キャリア６３をケーシング６７に対し回転可能とした）高速モードを選択した状態では、上記入力軸４２と共に回転する上記第一キャリア５５の回転を、上記第一遊星歯車式変速機４８を構成する組み合わせ（第一）遊星歯車５９の他端側第一遊星歯車６２から取り出して、この第一遊星歯車式変速機４８並びに前記伝達軸４６、高速用クラッチ５０、第二遊星歯車式変速機４９の太陽歯車６４を通じて、上記出力軸４３に取り出す。
即ち、上記第一キャリア５５の公転運動を、
第一キャリア５５→組み合わせ（第一）遊星歯車５９の他端側第一遊星歯車６２→他端側第一太陽歯車５７→伝達軸４６→高速用クラッチ５０→第二太陽歯車６４→出力軸４３
の順番で、この出力軸４３に伝達する。

又、高速モード状態では、同時に、上述の様な経路中に含まれる、上記組み合わせ（第一）遊星歯車５９の他端側第一遊星歯車６２を、次の経路で回転（自転）させる。
出力側ディスク５３→中空回転軸４４→一端側第一太陽歯車５６→（第一）遊星歯車組み５８（内径側の一端側第一遊星歯車６１ａ）＝組み合わせ（第一）遊星歯車５９の一端側第一遊星歯車６１ａ→組み合わせ（第一）遊星歯車５９の他端側第一遊星歯車６２
上記他端側第一太陽歯車５７は上記組み合わせ（第一）遊星歯車５９の他端側第一遊星歯車６２との噛合により、これら各他端側第一遊星歯車６２の公転運動と自転運動とを合成した回転速度で回転駆動される。上記入力軸４２の回転速度が一定とした場合、このうちの公転運動の回転速度は一定であるが、自転運動の回転速度は、前記トロイダル型無段変速機４７の出力側ディスク５３の回転速度に応じて変化する。従って、このトロイダル型無段変速機４７の変速度比ｅ_V を調節すれば、上記入力軸４２と上記出力軸４３との間（無段変速装置全体として）の変速度比を調節できる。

上述の様に、高速モードを選択した状態では、上記入力軸４２に加えられた動力を、上記トロイダル型無段変速機４７をバイパスして、上記第一遊星歯車式変速機４８を構成する上記第一キャリア５５に送る。そして、同じく第一遊星歯車式変速機４８を構成する他端側第一太陽歯車５７により取り出した動力を、そのまま（第二遊星歯車式変速機４９の第二太陽歯車６４を介して）上記出力軸４３に伝達する。これと共に、上記トロイダル型無段変速機４７の変速度比ｅ_V の調節に基づいて、上記第一遊星歯車式変速機４８部分の変速比を変更する。

下記の表１は、上記第一遊星歯車式変速機４８に関する歯数の１例を、同じく表２は、上記第二遊星歯車式変速機４９に関する歯数の１例を、それぞれ示している。

又、下記の表３は、上記第一、第二各遊星歯車式変速機４８、４９の減速比（ギヤ比、歯数比）の１例を、同じく表４は、低速、高速各モードでの無段変速装置全体としての速度比ｅ_T/M 、並びに、トロイダル型無段変速機４７を通過する動力Ｔ_vin を、それぞれ示している。尚、無段変速装置全体としての速度比（増速比）ｅ_T/M は、ｅ_T/M ＝（出力軸４３の回転速度／入力軸４２の回転速度）に対応する。又、下記表４中のトロイダル型無段変速機４７の速度比（増速比）ｅ_V は、ｅ_V ＝｜外側ディスク（入力側各ディスク５２ａ、５２ｂ）の回転速度／内側ディスク（出力側ディスク５３）の回転速度｜（絶対値）に対応する。

上記表１〜４に示す様な関係を有する本例の無段変速装置の場合、前述した様に、低速モード状態では、前記高速用クラッチ５０の接続を断ち、前記低速用クラッチ５１を接続（締結）する。即ち、上記第二遊星歯車式変速機４９を構成する第二キャリア６３を、前記ケーシング６７に固定する（回転不能とする）。この様な低速モード状態では、上記第二遊星歯車式変速機４９を構成する第二リング歯車６６が、第一遊星歯車式変速機４８の一端側第一リング歯車６０と共に、この第一遊星歯車式変速機４８の第一キャリア５５の回転速度と一端側第一太陽歯車５６の回転速度とに応じた回転速度で回転する。そして、上記第二遊星歯車式変速機４９の第二リング歯車６６の回転が、この第二遊星歯車式変速機４９で反転減速され、同じくこの第二遊星歯車式変速機４９の第二太陽歯車６４を介して出力軸４３に伝達される。一方、高速モード状態では、前述した様に、上記高速用クラッチ５０を接続し、上記低速用クラッチ５１の接続（締結）を断つ。即ち、上記第二遊星歯車式変速機４９を構成する第二キャリア６３を、上記ケーシング６７に対し回転可能とする（回転が許容される）。この様な高速モード状態では、上記第一遊星歯車式変速機４８の他端側第一太陽歯車５７の回転が、上記高速用クラッチ５０並びに上記第二遊星歯車式変速機４９の第二太陽歯車６４を介して、そのまま（第二遊星歯車式変速機４９を空転させた状態で）出力軸４３に伝達される。

図２は、前述の表１、２に記載した歯数に規制した場合の、トロイダル型無段変速機４７の速度比ｅ_V （の絶対値）と無段変速装置全体としての速度比ｅ_T/M との関係を示している。上記低速用クラッチ５１を接続し、上記高速用クラッチ５０の接続を断った低速モードでは、実線αに示す様に、トロイダル型無段変速機４７の速度比ｅ_V を、ＧＮ状態を実現できる値（ＧＮ値）から減速する程、無段変速装置全体としての変速度比を停止状態（速度比０の状態）から前進方向（＋：正転方向）に増速させられる。又、同じくＧＮ値から増速する程、同じく停止状態から後退方向（−：逆転方向）に増速させられる。一方、上記高速用クラッチ５０を接続し、上記低速用クラッチ５１の接続を断った高速モードでは、破線βに示す様に、上記トロイダル型無段変速機４７の変速度比ｅ_V を増速する程、上記無段変速装置全体としての速度比ｅ_T/M を（前進方向に）増速させられる。この様な高速モード時には、上記トロイダル型無段変速機４７を通過する動力を低減できる、パワースプリット状態が実現される。

尚、図１に示した本例の無段変速装置の場合、第一遊星歯車式変速機４８の一端側第一太陽歯車５６と他端側第一太陽歯車５７との間の減速比（ギヤ比、歯数比）i₁₂ を規制する事で、高速モードの状態を、上述の様なパワースプリット状態の他、トロイダル型無段変速機４７を通過する動力をそのまま出力軸４３に伝達する、直結状態にする事もできる。即ち、前記表３の減速比i₁₂ ＝（Ｚ_s2・Ｚ_p11 ）／（Ｚ_s1・Ｚ_p2）を、i₁₂ ＜１に規制する事で、上記高速モード状態をパワースプリット状態にできる。又、i₁₂ ＝１に規制すれば、上記高速モード状態を直結状態にできる。

上述の様に構成する本例の無段変速装置によれば、高速モードでの伝達効率を確保でき（高速走行時の燃費向上を図れ）、しかも、軽量化並びに耐久性の確保も図れる。
即ち、上記高速モードの状態で、第一遊星歯車式変速機４８から出力される動力を、第二遊星歯車式変速機４９を通じて、回転方向を同じまま出力軸４３に出力する（第二遊星歯車式変速機４９により動力の回転方向を反転させない）為、高速モードでの伝達効率の確保を図れる（高速走行時の燃費向上を図れる）。しかも、上記第二遊星歯車式変速機４９を構成する各第二遊星歯車６５を、シングルピニオン型のものとしている為、この第二遊星歯車式変速機４９を簡素、軽量にできる他、噛合部の数の低減による伝達効率の更なる確保を図れる。又、これと共に、上記各第二遊星歯車６５の回転速度を低く抑えられる為、この面からも伝達効率の向上を図れる他、これら各第二遊星歯車６５を支持する遊星軸及びラジアルニードル軸受の耐久性の確保も図れる。

又、本例の場合は、低速用クラッチ５１を、上記第二遊星歯車式変速機４９を構成する第二キャリア６３と前記ケーシング６７との間に設けている為、この低速用クラッチ５１に圧油を導入する為の油圧配管の取り回しの容易化を図れると共に、遠心油圧をキャンセルする為の機構が不要になる。しかも、低速モード時に、上記低速用クラッチ５１により上記第二キャリア６３が固定される（第二リング歯車６６に入力される動力を第二太陽歯車６４を通じて取り出す）為、例えば前述の図８に示した様な、第二のキャリア２２ｂ（図８）が回転する場合（第二のキャリア２２ｂを介して動力伝達する場合）に比べ、より伝達効率の確保を図れる。尚、図示は省略するが、低速用クラッチを、第一遊星歯車式変速機を構成するリング歯車（一端側第一リング歯車）と第二遊星歯車式変速機を構成するリング歯車（第二リング歯車）との間、即ち、伝達筒に設ける事もできる。この場合には、第二遊星歯車式変速機を構成するキャリア（第二キャリア）をケーシングに対して固定する（回転不能とする）。

本発明を実施する場合に利用するトロイダル型無段変速機は、図１に示す様なハーフトロイダル型のものに限らず、前述の図７、８に示した様なフルトロイダル型のものも利用できる。

本発明の実施の形態の１例を示す半部略断面図。 無段変速装置全体としての速度比とトロイダル型無段変速機の速度比との関係の１例を示す線図。 従来構造の第１例を示す略断面図。 同第２例を示す略断面図。 同第３例を示す半部略断面図。 同第４例を示す半部略断面図。 同第５例を示す略断面図。 同第６例を示す半部略断面図。

符号の説明

１Ａ〜１Ｆ トロイダル型無段変速機
２Ａ〜２Ｆ 第一遊星歯車式変速機
３Ａ〜３Ｆ 第二遊星歯車式変速機
４Ａ〜４Ｆ 高速用クラッチ
５Ａ〜５Ｆ 低速用クラッチ
６Ａ〜６Ｆ 入力軸
７Ａ〜７Ｆ 出力軸
８、８ａ 一端側第一遊星歯車
９、９ａ 他端側第一遊星歯車
１０、１０ａ 組み合わせ遊星歯車
１１ 一端側第二遊星歯車式変速機
１２ 他端側第二遊星歯車式変速機
１３ 一端側第二太陽歯車
１４ 他端側第二太陽歯車
１５ 他端側第二キャリア
１６ 一端側第二リング歯車
１７ 一端側第一太陽歯車
１８ 他端側第二太陽歯車
１９ 別の一端側第一遊星歯車
２０ 遊星歯車組
２１ 一端側第一リング歯車
２２、２２ａ、２２ｂ 第二キャリア
２３ 他端側第一太陽歯車
２４ 第二太陽歯車
２５ 第一キャリア
２６ 支持部材
２７ 第一リング歯車
２８、２８ａ 一端側遊星歯車組
２９、２９ａ 他端側遊星歯車組
３０ 一端側第一遊星歯車
３１ 他端側第一遊星歯車
３２ 他端側第一太陽歯車
３３ 第一遊星歯車
３４ 他端側第一リング歯車
３５ 組み合わせ遊星歯車
３６ 他端側第一遊星歯車
３７ 他端側第一リング歯車
３８ 遊星歯車組
３９ 第二太陽歯車
４０ 第二リング歯車
４１Ａ〜４１Ｆ 中空回転軸
４２ 入力軸
４３ 出力軸
４４ 中空回転軸
４５ 伝達筒
４６ 伝達軸
４７ トロイダル型無段変速機
４８ 第一遊星歯車式変速機
４９ 第二遊星歯車式変速機
５０ 高速用クラッチ
５１ 低速用クラッチ
５２ａ、５２ｂ 入力側ディスク
５３ 出力側ディスク
５４ パワーローラ
５５ 第一キャリア
５６ 一端側第一太陽歯車
５７ 他端側第一太陽歯車
５８ 遊星歯車組
５９ 組み合わせ遊星歯車
６０ 一端側第一リング歯車
６１ａ、６１ｂ 一端側第一遊星歯車
６２ 他端側第一遊星歯車
６３ 第二キャリア
６４ 第二太陽歯車
６５ 第二遊星歯車
６６ 第二リング歯車
６７ ケーシング
６８ａ、６８ｂ 第二遊星歯車

Claims (2)

1. 入力軸と、出力軸と、トロイダル型無段変速機と、このトロイダル型無段変速機と同心に配置された第一、第二各遊星歯車式変速機と、これら第一、第二各遊星歯車式変速機を通過する動力の伝達経路を切り換える為の複数のクラッチ装置とを組み合わせて成り、
   これら各クラッチ装置の断接状態の切り換えに基づいて、上記入力軸を一方向に回転させた状態のまま上記出力軸を停止させるギヤードニュートラル状態を実現する低速モードと、この低速モードに比べて減速比の小さい状態を実現する高速モードとのうちの何れかの運転モードに切り換え自在とした
   無段変速装置であって、
   上記高速モードの状態で、上記トロイダル型無段変速機に近い側に設けた第一遊星歯車式変速機から出力される動力を、上記トロイダル型無段変速機から遠い側に設けた第二遊星歯車式変速機を通じて、回転方向を同じまま上記出力軸に出力させると共に、
   上記低速モードの状態で、上記第一遊星歯車式変速機から出力される動力を、上記第二遊星歯車式変速機を通じて回転方向を反転して上記出力軸に出力させ、
   更に、上記第二遊星歯車式変速機を構成する各遊星歯車を、それぞれが同じくこの第二遊星歯車式変速機を構成する太陽歯車とリング歯車との両方に噛合する、シングルピニオン型のものとした、
   無段変速装置。
2. 第二遊星歯車式変速機を構成するキャリアは、低速モードの状態を実現する為の低速用クラッチにより、固定の部材に対し回転が阻止される状態と、同じく回転が許容される状態とを切り換えられるものであり、上記低速モードの状態では、上記低速用クラッチにより第二キャリアが上記固定の部材に対し回転が阻止された状態で、上記第二遊星歯車式変速機を構成するリング歯車に入力された動力が、同じく太陽歯車を通じて出力軸に出力される、請求項１に記載した無段変速装置。

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