JP5203209B2 - 無段変速装置 - Google Patents

Description

本発明は、トラクション力を用いたトラクションドライブによって、入力軸の回転速度を連続的に変化させて出力軸に伝達する無段変速装置に関し、特に、円錐状の遊星ローラを用いて連続的な無段変速を行う無段変速装置に関する。

従来の無段変速装置としては、図１に示すように、筒状のハウジング１の両側に連結されたフランジ部１ａに軸受２を介してそれぞれ回動自在に支持された入力軸３及び出力軸４、入力軸３と一体的に回転するようにキー３ａを用いて連結された円錐台状のサンローラ（内輪）５、入力軸３に軸受３ｂを介して回動自在に支持されたホルダ（保持器）６、ホルダ６に回動自在に支持されかつサンローラ５の外周面を転動する複数のテーパローラ（遊星ローラ）７、出力軸４と一体的に回転すると共にテーパローラ７に外接する出力リング（従動外輪）８、テーパローラ７に一体的に設けられた円錐部７ａに外接すると共に円錐部７ａの母線方向にのみ往復駆動される変速リング（回転固定外輪）９等を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この無段変速装置では、入力軸３が回転すると、サンローラ５が一体的に回転し、サンローラ５に外接するテーパローラ７が回転及び公転し、テーパローラ７の回転により出力リング８が回転し、出力リング８と一体となって出力軸４が回転し、変速リング９の位置に応じて出力軸４の回転速度が増減されるようになっている。

しなしながら、この無段変速装置においては、テーパローラ（遊星ローラ）７とサンローラ５の接触面における法線荷重、テーパローラ７と出力リング８の接触面における法線荷重、及びテーパローラ７の円錐部７ａと変速リング９の接触面における法線荷重は、初期の組付け精度に依存し、又、経時変化等による法線荷重の変動を補正する手段がないため、必要なトラクション力が得られず、変速動作が確実に行われない虞がある。特に、テーパローラ７はホルダ５により片持ち状に支持されているため、テーパローラ７の円錐部７ａ側は撓み易くなっており、変速リング９との接触圧を大きくするのは困難である。
また、上記法線荷重の増加に伴って入力軸３及び出力軸４の軸線方向にスラスト荷重が発生し、このスラスト荷重は入力軸３及び出力軸４の軸受２あるいはハウジング１が受けることになるため、軸受２及びハウジング１の経時的な変形あるいは軸受領域の発熱による潤滑油温度の上昇等を生じ、磨耗、動力伝達効率の低下等を招く虞がある。一方、変形等に対処するべく、ハウジング１の剛性を高めると、大型化あるいは重量化を招くことになる。

特開平６−２８０９６１号公報

本発明は、上記従来の装置の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、構造の簡素化、小型化、機能上の信頼性の向上、コストの低減等を図りつつ、十分なトラクション力あるいは伝達トルクを確保でき、伝達効率を向上させることができ、法線荷重の増加に伴う入力軸方向のスラスト荷重を相殺でき、安定して所望の変速比に確実に変速することができる無段変速装置を提供することにある。

本発明の無段変速装置は、ハウジングに回動自在に支持された入力軸と、入力軸の回転をトラクション力によりそれぞれ無段変速するべく，入力軸の軸線方向に垂直な面に対して対称的に向かい合うようにハウジング内に設けられた第１変速ユニット及び第２変速ユニットと、第１変速ユニット及び第２変速ユニットにより変速された回転に連動して回転するべく入力軸回りに回動自在に支持された出力回転体と、出力回転体に連動して回転するべくハウジングに回動自在に支持された出力軸とを備え、上記第１変速ユニットは、入力軸と一体的に回転する円錐台状の第１サンローラと、第１サンローラの外周面を転動する複数の第１遊星ローラと、第１遊星ローラを内接させると共に回動自在に設けられた第１出力リングと、第１遊星ローラに一体的に形成された円錐部を転動自在に内接させると共にその内接位置を移動させて変速するべく入力軸回りに回転不能に保持された状態で入力軸の軸線方向に可動に設けられた第１変速リングとを含み、上記第２変速ユニットは、入力軸と一体的に回転する円錐台状の第２サンローラと、第２サンローラの外周面を転動する複数の第２遊星ローラと、第２遊星ローラを内接させると共に回動自在に設けられた第２出力リングと、第２遊星ローラに一体的に形成された円錐部を転動自在に内接させると共にその内接位置を移動させて変速するべく入力軸回りに回転不能に保持された状態で入力軸の軸線方向に可動に設けられた第２変速リングとを含み、出力回転体は、第１出力リングと第２出力リングの間に配置され、第１出力リングと出力回転体の間及び第２出力リングと出力回転体の間の少なくとも一方の間には、回転力を伝達し得ると共に入力軸の軸線方向に押圧力を発生するローディングカム機構が配置されている、構成となっている。
この構成によれば、入力軸の回転駆動力は、第１変速ユニット及び第２変速ユニットにより無段変速され、出力回転体を介して、出力軸から回転駆動力として出力される。
このように、入力軸のトルクを、二つの変速ユニット（第１変速ユニット及び第２変速ユニット）により倍増しつつ無段変速でき、又、二つの変速ユニット（第１変速ユニット及び第２変速ユニット）は、入力軸の軸線方向に垂直な面に対して対称的に向かい合うように配置されているため、二つの変速ユニットにおいてそれぞれ発生する入力軸の軸線方向におけるスラスト荷重をお互いに逆向きに作用させて相殺することができる。それ故に、ハウジングあるいは入力軸の軸受等に無理な荷重が加わるのを防止することができ、又、軸受領域等における潤滑油の温度上昇を抑制でき、それ故に接触界面に潤滑油膜を形成させてトラクション力を確実に得ることができる。
すなわち、入力軸から入力される回転駆動力は、第１変速ユニットにおいて、第１変速リングを適宜駆動しつつ、第１サンローラ→複数の第１遊星ローラ→第１出力リングを経由して変速され、又、第２変速ユニットにおいて、第２変速リングを適宜駆動しつつ、第２サンローラ→複数の第２遊星ローラ→第２出力リングを経由して変速され、出力回転体を介して、出力軸から変速された回転駆動力として出力され、特に、第１サンローラと第２サンローラに作用する互いに反対向きのスラスト荷重は、入力軸が受けることで相殺されるため、軸受等に作用するスラスト荷重を抑制することができ、それ故に、第１サンローラと第１遊星ローラとの接触圧（法線荷重）及び第２サンローラと第２遊星ローラとの接触圧（法線荷重）を大きくすることができ、確実なトラクション力を得ることができる。また、二つの変速ユニットに共通部品を採用することで、構造を簡素化しつつ、部品の種類を減らして、コストを低減することができる。
特に、第１出力リングと出力回転体の間又は第２出力リングと出力回転体の間において回転差が生じると、ローディングカム機構のカム作用により入力軸の軸線方向に押圧力が発生し、第１出力リングを第１遊星ローラにかつ第２出力リングを第２遊星ローラに押し付ける法線荷重すなわちトラクション力が増加する。これにより、外部から負荷トルクが加わっても、トラクション力が確実に得られて出力軸は所定の変速比で確実に回転駆動される。

上記構成において、出力回転体は、第１出力リング及び第２出力リングの一方に対して一体的に形成され、ローディングカム機構は、第１出力リング及び第２出力リングの他方と出力回転体の間に配置されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１出力リング及び第２出力リングの一方（及び出力回転体）と第１出力リング及び第２出力リングの他方との間において回転差が生じると、ローディングカム機構のカム作用により入力軸の軸線方向に押圧力が発生し、第１出力リングを第１遊星ローラにかつ第２出力リングを第２遊星ローラに押し付ける法線荷重すなわちトラクション力が増加する。これにより、外部から負荷トルクが加わっても、トラクション力が確実に得られて出力軸は所定の変速比で確実に回転駆動される。

上記構成において、第１変速リングと第２変速リングを、入力軸の軸線方向において互いに近接及び離隔するように同期させて駆動する駆動機構を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、駆動機構で二つの変速リングを同期させて駆動するため、二つの変速ユニット（第１変速ユニット及び第２変速ユニット）において変速比のズレを生じないようにすることができるため、一つの入力軸→二つの変速ユニット→一つの出力軸という駆動力の伝達を確実に行わせることができる。

上記構成において、入力軸の回転速度に応じて、第１サンローラと第１遊星ローラの間及び／又は第２サンローラと第２遊星ローラの間でのトラクション力による回転力の伝達をオン／オフするトリガ機構が設けられている、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１サンローラ（又は第２サンローラ）と第１遊星ローラ（又は第２遊星ローラ）が常時直結（トラクション力を発生するように密接）されているのではなく、入力軸の回転速度が増加すると、トリガ機構がオン作動して第１サンローラ（又は第２サンローラ）の回転駆動力がトラクション力を介して第１遊星ローラ（又は第２遊星ローラ）に伝達されるため、入力軸の回転を所望のタイミングで出力軸に連動させることができ、一方、入力軸の回転速度が減少すると、トリガ機構がオフ作動して第１サンローラ（又は第２サンローラ）の回転駆動力は第１遊星ローラ（又は第２遊星ローラ）に伝達されないため、入力軸の回転に拘わらず出力軸をフリー（外力により回転可能）にすることができる。

上記トリガ機構を含む構成において、第１サンローラを第１遊星ローラから離す向きに付勢力を及ぼす付勢手段及び／又は第２サンローラを第２遊星ローラから離す向きに付勢力を及ぼす付勢手段が設けられている、構成を採用することができる。
この構成によれば、入力軸の回転速度に応じて（例えば、回転速度が所定レベルよりも遅くなると、付勢手段の付勢力により、第１サンローラ（又は第２サンローラ）を第１遊星ローラ（又は第２遊星ローラ）から積極的に離脱させることができ、回転力の伝達を確実に遮断することができる。

上記構成をなす無段変速装置によれば、構造の簡素化、小型化、機能上の信頼性の向上、コストの低減等を達成しつつ、十分なトラクション力あるいは伝達トルクを確保でき、伝達効率を向上させることができ、法線荷重の増加に伴う入力軸方向のスラスト荷重を相殺でき、安定して所望の変速比に確実に変速することができる。

従来の無段変速装置を示す断面図である。 本発明に係る無段変速装置の一実施形態を示す部分断面図である。 図２に示す無段変速装置の内部を示す断面図である。 図３に示す無段変速装置の概略構成を示した模式図である。 図１に示す無段変速装置に含まれるローディングカム機構の概略を示す斜視分解図である。 図１に示す無段変速装置に含まれるローディングカム機構の概略を示す部分断面図である。 本発明に係る無段変速装置の他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

Ｌ 入力軸の軸線方向
１０ ハウジング
１１ フランジ壁部
１２ 軸受
１３ リングシール
１４ 連結ガイドロッド
１５，１６ カバー
１７ 軸受
１８ リングシール
２０，２０´ 入力軸
２１ 外部入力軸
２１ａ 回転フランジ
２１ｂ 連結穴
２２，２２´ 内部入力軸
２２ａ 一端部
２２ｂ 他端部
２２ｃ ストッパ
２３ 端部入力軸
２３ａ 回転フランジ
２３ｂ 連結孔
Ｕ１ 第１変速ユニット
Ｕ２ 第２変速ユニット
３０ 第１サンローラ
３０´，３０´´ 第２サンローラ
３１ 外周面
３２ 凹部
３２´´ 円筒部
３３´´ 縮径円筒部
４０ 第１遊星ローラ
４０´ 第２遊星ローラ
４１ 第１円錐部
４２ 第２円錐部
４３ 軸部
４４ 第１可動ホルダ
４４´ 第２可動ホルダ
５０ 第１出力リング
５０´，５０´´ 第２出力リング
５１ 内周面
５２ 端面
５３´´ 大径スリーブ
５４´´ 歯車
５５´´ 軸受
６０ 第１変速リング
６０´ 第２変速リング
６１ 内周面
６２ 雌ネジ部
６３ 被ガイド部
７０ 駆動機構
７１ リードスクリュー
７２ 歯車
７３ ウォーム
７４ モータ
８０，８０´ トリガ機構
８１ 遠心ウエイト
８２ 端面
８３ 傾斜面
８４ コイルスプリング（付勢手段）
９０ 出力回転ギヤ（出力回転体）
９１ 歯車
９２，９２´ 端面
９３，９３´ 小径スリーブ
９４，９４´ 大径スリーブ
９５ 軸受
１００，１００´ ローディングカム機構
１０１，１０２ カム溝
１０３ 転動体
１１０ 出力軸
１１１ 歯車

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
この無段変速装置は、図２及び図３に示すように、ハウジング１０、入力軸２０、ハウジング１０内において入力軸２０の軸線方向Ｌに垂直な面に対して対称的に向かい合うように設けられた第１変速ユニットＵ１及び第２変速ユニットＵ２、駆動機構７０、二つのトリガ機構８０，８０´、出力回転体としての出力回転ギヤ９０、二つのローディングカム機構１００，１００´、出力軸１１０等を備えている。

第１変速ユニットＵ１は、図３に示すように、円錐台状に形成された第１サンローラ３０、第１サンローラ３０の外周面を転動する複数の第１遊星ローラ４０、第１遊星ローラ４０を内接させると共に回動自在に支持された第１出力リング５０、第１遊星ローラ４０に一体的に形成された第２円錐部４２を転動自在に内接させると共にその内接位置を移動させて変速する第１変速リング６０等を備えている。
第２変速ユニットＵ２は、図３に示すように、円錐台状に形成された第２サンローラ３０´、第２サンローラ３０´の外周面を転動する複数の第２遊星ローラ４０´、第２遊星ローラ４０´を内接させると共に回動自在に支持された第２出力リング５０´、第２遊星ローラ４０´に一体的に形成された第２円錐部４２を転動自在に内接させると共にその内接位置を移動させて変速する第２変速リング６０´等を備えている。

すなわち、第１変速ユニットＵ１（第１サンローラ３０、第１遊星ローラ４０、第１出力リング５０、第１変速リング６０）と第２変速ユニットＵ２（第１サンローラ３０´、第１遊星ローラ４０´、第１出力リング５０´、第１変速リング６０´）は、図３に示すように、出力回転ギヤ９０及び二つのローディングカム機構１００，１００´を挟んで、入力軸２０の軸線方向Ｌにおけるハウジング１０の略中間位置に位置する垂直面（入力軸２０の軸線方向Ｌに垂直な面）対して、対称的に向かい合うように配置されている。

ハウジング１０は、図２及び図３に示すように、入力軸２０を回動自在に支持する左右のフランジ壁部１１、軸受１２、リングシール１３、左右のフランジ壁部１１を連結する連結ガイドロッド１４、外周を覆うカバー１５、出力軸１１０を支持すると共に周りを覆うカバー１６、軸受１７，リングシール１８等を備えている。
そして、ハウジング１０内には、二つの変速ユニットＵ１，Ｕ２のトラクション力が発生する接触界面、その他の摺動面、転動面等に供給される潤滑油が注入されている。

入力軸２０は、図３に示すように、ハウジング１０の外部に突出してエンジン等から駆動力を伝達される外部入力軸２１、ハウジング１０の内部に配置されて外部入力軸２１と一体的に回転するように連結された内部入力軸２２、内部入力軸２２の端部に連結された端部入力軸２３により形成されている。
外部入力軸２１は、図３に示すように、円板状の回転フランジ２１ａ、内部入力軸２２を連結する連結穴２１ｂを備えており、軸受１２を介してハウジング１０（フランジ壁部１１）に回動自在に支持されている。回転フランジ２１ａは、第１サンローラ３０の端面と対向する位置に配置されて後述するトリガ機構８０の端面８２を画定している。
内部入力軸２２は、図３に示すように、一端部２２ａ、他端部２２ｂ、ストッパ２２ｃを備えており、第１サンローラ３０と第２サンローラ３０´をお互いに向き合うように（円錐台状の小径側をお互いに向かい合わせるように）配置した状態で、第１サンローラ３０を一体的に回転するようにかつ軸線方向Ｌに所定量だけ移動可能に（ストッパ２２ｃで左向きの移動を規制するように）連結し、第２サンローラ３０´を螺合により固定して一体的に回転するように連結している。また、内部入力軸２２は、一端部２２ａが外部入力軸２１の連結孔２１ｂに挿入され、他端部２２ｂが端部入力軸２３の後述する連結孔２３ｂに挿入されて、同軸上に（共通の軸線Ｌを画定するように）配置されている。
端部入力軸２３は、図３に示すように、円板状の回転フランジ２３ａ、内部入力軸２２を連結する連結孔２３ｂを備えており、軸受１２を介してハウジング１０（フランジ壁部１１）に回動自在に支持されている。
そして、外部入力軸２１、内部入力軸２２、及び端部入力軸２３は、軸線Ｌ回りに一体的に回転するようにかつ軸線方向Ｌにそれぞれ相対的に移動可能に連結されている。

第１サンローラ３０は、図３に示すように、略円錐台状に形成され、第１遊星ローラ４０が転動する円錐面状の一部をなす外周面３１、端面に形成された凹部３２等を備えるように形成されている。第１サンローラ３０は、凹部３２において、トリガ機構８０の遠心ウエイト８１を受ける傾斜面８３を画定している。
第２サンローラ３０´は、図３に示すように、略円錐台状に形成され、第２遊星ローラ４０´が転動する円錐面状の一部をなす外周面３１、端面に形成された凹部３２等を備えるように形成されている。第２サンローラ３０´は、凹部３２において、トリガ機構８０´の遠心ウエイト８１を受ける傾斜面８３を画定している。

第１遊星ローラ４０は、図３に示すように、第１サンローラ３０（外周面３１）を転動する第１円錐部４１、第１変速リング６０に内接する先細り状の第２円錐部４２、第１円錐部４１及び第２円錐部４２の共通の軸部４３を備えている。
第２遊星ローラ４０´は、図３に示すように、第２サンローラ３０´（外周面３１）を転動する第１円錐部４１、第２変速リング６０´に内接する先細り状の第２円錐部４２、第１円錐部４１及び第２円錐部４２の共通の軸部４３を備えている。

そして、第１変速ユニットＵ１に含まれる複数の第１遊星ローラ４０は、図３及び図４に示すように、それぞれの軸部４３がハウジング１０内の右側寄りに頂点Ａ１をもつ仮想の円錐面内に等間隔に配列されるように第１可動ホルダ４４により保持されている。また、第２変速ユニットＵ２に含まれる複数の第２遊星ローラ４０´は、図４に示すように、それぞれの軸部４３がハウジング１０内の左側寄りに頂点Ａ２をもつ仮想の円錐面内に等間隔に配列されるように第２可動ホルダ４４´により保持されている。

第２円錐部４２は、図４に示すように、内部入力軸２２から径方向に最も離れた位置にある母線（第１変速リング６０及び第２変速リング６０´がそれぞれ接触する稜線）Ｍ２が内部入力軸２２の軸線方向Ｌと平行に伸長するように形成されている。
第１遊星ローラ４０の軸部４３は、第１可動ホルダ４４に対して所定の範囲内で遊動自在に保持されている。第２遊星ローラ４０´の軸部４３は、第２可動ホルダ４４´に対して所定の範囲内で遊動自在に保持されている。

第１可動ホルダ４４は、骨組み構造（鳥籠形状）に形成され、ハウジング１０内において他の部品と接触しないように、外部入力軸２１の回転フランジ２１ａの外周面と後述する出力回転ギヤ９０の小径スリーブ９３に軸受を介して保持され、入力軸２０（内部入力軸２２）回りに回動自在で、第１遊星ローラ４０を公転可能に保持している。
第２可動ホルダ４４´は、骨組み構造（鳥籠形状）に形成され、ハウジング１０内において他の部品と接触しないように、端部入力軸２３の回転フランジ２３ａの外周面と後述する出力回転ギヤ９０の小径スリーブ９３´に軸受を介して保持され、入力軸２０（内部入力軸２２）回りに回動自在で、第２遊星ローラ４０´を公転可能に保持している。

第１出力リング５０は、図３に示すように、第１遊星ローラ４０の第１円錐部４１が内接して転動する内周面５１、ローディングカム機構９０が介在する環状の端面５２等を備えるように形成されている。そして、第１出力リング５０は、後述する出力回転ギヤ９０の大径スリーブ９４に回動自在にかつ軸線方向Ｌに可動に支持され、第１遊星ローラ４０が回転及び公転することで、そのトラクション力により回転するようになっている。したがって、内周面５１における法線荷重を大きくすることにより、より大きなトラクション力が得られ、回転力が確実に伝達される。
第２出力リング５０´は、図３に示すように、第２遊星ローラ４０´の第１円錐部４１が内接して転動する内周面５１、ローディングカム機構９０´が介在する環状の端面５２等を備えるように形成されている。そして、第２出力リング５０´は、後述する出力回転ギヤ９０の大径スリーブ９４´に回動自在にかつ軸線方向Ｌに可動に支持され、第２遊星ローラ４０´が回転及び公転することで、そのトラクション力により回転するようになっている。したがって、内周面５１における法線荷重を大きくすることにより、より大きなトラクション力が得られ、回転力が確実に伝達される。

第１変速リング６０は、図３に示すように、第１遊星ローラ４０の第２円錐部４２に接触する内周面６１、駆動機構７０の一部をなすリードスクリュー７１が螺合する雌ネジ部６２、連結ガイドロッド１４に外嵌されてガイドされる被ガイド部６３等を備えるように形成されている。そして、第１変速リング６０は、ハウジング１０内において、入力軸２０（内部入力軸２２）回りに回転不能に保持された状態で、入力軸２０（内部入力軸２２）の軸線方向Ｌに所定範囲に亘って往復動自在に支持されている。
第２変速リング６０´は、図３に示すように、第２遊星ローラ４０´の第２円錐部４２に接触する内周面６１、駆動機構７０の一部をなすリードスクリュー７１が螺合する雌ネジ部６２、連結ガイドロッド１４に外嵌されてガイドされる被ガイド部６３等を備えるように形成されている。そして、第２変速リング６０´は、ハウジング１０内において、入力軸２０（内部入力軸２２）回りに回転不能に保持された状態で、入力軸２０（内部入力軸２２）の軸線方向Ｌに所定範囲に亘って往復動自在に支持されている。

駆動機構７０は、図２及び図３に示すように、ハウジング１０内において入力軸２０（内部入力軸２２）と平行に伸長するように配置されて第１変速リング６０及び第２変速リング６０´の雌ネジ部６２に螺合するリードスクリュー７１、リードスクリュー７１の中央部に固着された歯車７２、歯車７２に噛合するウォーム７３、ウォーム７３を回転駆動するモータ７４等を備えている。
そして、モータ７４が一方向に回転すると、ウォーム７３→歯車７２→リードスクリュー７１を介して、二つの変速リング６０，６０´を図４の軸線方向Ｌの中央に向けてお互いに近接するように同期させて駆動し（移動させ）、一方、モータ７４が逆向きに回転すると、ウォーム７３→歯車７２→リードスクリュー７１を介して、二つの変速リング６０，６０´を図４中の軸線方向Ｌの両外側に向けてお互いに離隔するように同期させて駆動する（移動させる）ようになっている。

すなわち、第１変速リング６０及び第２変速リング６０´を入力軸２０の軸線方向Ｌに移動させることで、第１遊星ローラ４０及び第２遊星ローラ４０´の第２円錐部４２が内周面６１と内接する内接位置を移動させ、これにより、変速を行うようになっている。
具体的には、図４に示すように、第１変速リング６０及び第２変速リング６０´が、第２円錐部４２の所定の中立位置Ｎにおいて接触している場合、第１遊星ローラ４０は第１出力リング５０に対して転動しかつ第２遊星ローラ４０´は第２出力リング５０´に対して転動し、第１出力リング５０及び第２出力リング５０´は回転することなく停止した状態、すなわち、出力軸１１０も停止した状態にある。
次に、第１変速リング６０及び第２変速リング６０´をハウジング１０内の両側に向けて（図４中において矢印Ｄで示すように）、すなわち第２円錐部４２の小径端部側に向けて接触位置を移動させると、第１出力リング５０及び第２出力リング５０´の回転速度は次第に増速され、出力軸１１０も増速されて回転するようになっている。
一方、第１変速リング６０及び第２変速リング６０´を中立位置Ｎから反対側（ハウジング１０内の中央側）に向けて（図４中において矢印Ｒで示すように）、第２円錐部４２の大径端部側に接触位置を移動させると、第１出力リング５０及び第２出力リング５０´は逆向きに回転するようになっている。

このように、駆動機構７０は、第１変速リング６０と第２変速リング６０´を同期させて駆動するため、二つの変速ユニットＵ１，Ｕ２において変速比のズレを生じないようにすることができ、入力軸２０→二つの変速ユニットＵ１，Ｕ２→出力回転ギヤ９０→出力軸１１０という駆動力の伝達を確実に行わせることができる。

トリガ機構８０は、入力軸２０すなわち第１サンローラ３０の回転速度に応じて、第１サンローラ３０と第１遊星ローラ４０の間でのトラクション力による回転力の伝達をオン／オフするものであり、図３に示すように、球状をなす複数の遠心ウエイト８１、外部入力軸２１の回転フランジ２１ａに形成された端面８２、第１サンローラ３０の凹部３２に形成された複数の傾斜面８３、第１サンローラ３０を第１遊星ローラ４０から離す向きに付勢力を及ぼす付勢手段としてのコイルスプリング８４により構成されている。
トリガ機構８０´は、入力軸２０すなわち第２サンローラ３０´の回転速度に応じて、第２サンローラ３０´と第２遊星ローラ４０´の間でのトラクション力による回転力の伝達をオン／オフするものであり、図３に示すように、球状をなす複数の遠心ウエイト８１、端部入力軸２３の回転フランジ２３ａに形成された端面８２、第２サンローラ３０´の凹部３２に形成された複数の傾斜面８３、第２サンローラ３０´を第２遊星ローラ４０´から離す向きに付勢力を及ぼす付勢手段としてのコイルスプリング８４により構成されている。

そして、トリガ機構８０は、第１サンローラ３０と第１遊星ローラ４０がお互いに空回りする状態（接触面におけるトラクション力が作用しない状態）から、入力軸２０（第１サンローラ３０）の回転速度が増加すると、遠心ウエイト８１が径方向の外側に移動して傾斜面８３を押圧し、第１サンローラ３０を内部入力軸２２の軸線方向Ｌ内向きに押圧する（オン作動する）。すなわち、第１サンローラ３０は、複数の第１遊星ローラ４０に食い込むように押圧される。その結果、トラクション力が発生して、入力軸２０（第１サンローラ３０）の回転駆動力が第１遊星ローラ４０に伝達され、所望のタイミングで出力軸１１０まで伝達されることになる。
一方、入力軸２０（第１サンローラ３０）の回転速度が減少すると、遠心ウエイト８１が径方向の中心寄りに移動して、傾斜面８３を押す力が弱くなり、第１サンローラ３０はコイルスプリング８４の付勢力により複数の第１遊星ローラ４０から抜け出すように僅かに移動する（オフ作動する）。その結果、トラクション力が小さくなり、入力軸２０（第１サンローラ３０）の回転駆動力は第１遊星ローラ４０に伝達されなくなり、入力軸２０（第１サンローラ３０）の回転に拘わらず出力軸１１０は自由に回転する（外力により回転する）ことができるようになる。
このように、トリガ機構８０がオン作動する際に、第１サンローラ３０はくさび作用を強めるように形成されているため、第１サンローラ３０と第１遊星ローラ４０との接触面における法線荷重すなわちトラクション力を確実に得ることができる。
尚、トリガ機構８０´は、第２サンローラ３０´と第２遊星ローラ４０´に対して、前述のトリガ機構８０と同様の作用をなすため、説明を省略する。

出力回転ギヤ９０は、図３に示すように、外周に形成された歯車９１、端面９２，９２´、小径スリーブ９３，９３´、大径スリーブ９４，９４´等を備え、軸受９５を介して内部入力軸２２に回動自在に支持されている。
端面９２は第１出力リング５０の端面５２と対向し、端面９２´は第２出力リング５０´の端面５２と対向するようになっている。

ローディングカム機構１００は、図３ないし図５Ｂに示すように、第１出力リング５０の端面５２に形成された円弧状の複数のカム溝１０１、出力回転ギヤ９０の端面９２においてカム溝１０１に対応して形成された複数のカム溝１０２、両方のカム溝１０１，１０２内に介在する転動体９３等を備えている。
ローディングカム機構１００´は、図３ないし図５Ｂに示すように、第２出力リング５０´の端面５２に形成された円弧状の複数のカム溝１０１、出力回転ギヤ９０の端面９２´においてカム溝１０１に対応して形成された複数のカム溝１０２、両方のカム溝１０１，１０２内に介在する転動体１０３等を備えている。

すなわち、ローディングカム機構１００は、第１出力リング５０と出力回転ギヤ９０の間に相対的な回転差を生じると、転動体１０３が移動してカム溝１０１，１０２によりカム作用を受け、入力軸２０（内部入力軸２２）の軸線方向Ｌに押圧力（スラスト荷重）を発生する。すると、第１出力リング５０と第１遊星ローラ４０（及び第２出力リング５０´と第２遊星ローラ４０´）の接触面での法線荷重が増加し、又、スラスト荷重の反力として第１出力リング５０（及び第２出力リング５０´）と出力回転ギヤ９０が一体的に回転するようになる。
また、ローディングカム機構１００´は、第２出力リング５０´と出力回転ギヤ９０の間に相対的な回転差を生じると、転動体１０３が移動してカム溝１０１，１０２によりカム作用を受け、入力軸２０（内部入力軸２２）の軸線方向Ｌに押圧力（スラスト荷重）を発生する。すると、第２出力リング５０´と第２遊星ローラ４０´（及び第１出力リング５０と第１遊星ローラ４０）の接触面での法線荷重が増加し、又、スラスト荷重の反力として第２出力リング５０´（及び第１出力リング５０）と出力回転ギヤ９０が一体的に回転するようになる。

すなわち、出力軸１１０の負荷トルクは、ローディングカム機構１００，１００´を介して、第１出力リング５０を第１遊星ローラ４０に又第２出力リング５０´を第２遊星ローラ４０´に押し付ける押圧力（法線荷重）すなわちトラクション力を増加させる。
また、第１出力リング５０が第１遊星ローラ４０に押圧される法線荷重が大きくなると、第１サンローラ３０と第１遊星ローラ４０の接触圧（法線荷重）も大きくなり、第１サンローラ３０と第１遊星ローラ４０の接触位置を支点として、第１遊星ローラ４０の第２円錐部４２と第１変速リング６０との接触圧（法線荷重）も大きくなる。
さらに、第２出力リング５０´が第２遊星ローラ４０´に押圧される法線荷重が大きくなると、第２サンローラ３０´と第２遊星ローラ４０´の接触圧（法線荷重）も大きくなり、第２サンローラ３０´と第２遊星ローラ４０´の接触位置を支点として、第２遊星ローラ４０´の第２円錐部４２と第２変速リング６０´との接触圧（法線荷重）も大きくなる。
したがって、全体としてトラクションドライブにおける法線荷重が増加し、外部から負荷トルクが加わっても、トラクション力が確実に得られて、出力軸１１０は所定の変速比で確実に回転駆動される。

出力軸１１０は、図２及び図３に示すように、出力回転ギヤ９０の歯車９１と噛合する歯車１１１を一体的に備えており、ハウジング１０に対して軸受１７及びリングシール１８を介して回動自在に支持されている。
したがって、入力軸２０の回転駆動力は、二つの変速ユニットＵ１，Ｕ２により変速され、その変速された回転駆動力が出力回転ギヤ９０を介して出力軸１１０に伝達されることになる。

次に、上記無段変速装置の動作について説明する。
先ず、入力軸２０が停止している場合、二つの変速ユニット（第１変速ユニットＵ１，第２変速ユニットＵ２）にはトラクション力が発生せずトルクが伝達されないため、出力軸１１０は自由に回転できる状態にある（オフの状態）。
続いて、入力軸２０が停止した状態から回転し始め、その回転速度が上昇すると、トリガ機構８０，８０´がオン作動して（遠心ウエイト８１が径方向外向きに移動して、第１サンローラ３０を第１遊星ローラ４０内に入り込ませかつ第２サンローラ３０´を第２遊星ローラ４０´内に入り込ませ）、第１サンローラ３０が第１遊星ローラ４０に押し付けられかつ第２サンローラ３０´が第２遊星ローラ４０´に押し付けられて、所定レベル以上の法線荷重すなわちトラクション力が発生し、第１サンローラ３０から第２遊星ローラ４０にかつ第２サンローラ３０´から第２遊星ローラ４０´にトルク（回転駆動力）が伝達される。

そして、駆動機構７０により第１変速リング６０及び第２変速リング６０´が同期して適宜駆動され、第１サンローラ３０→複数の第１遊星ローラ４０→第１出力リング５０及び第２サンローラ３０´→複数の第２遊星ローラ４０´→第２出力リング５０´を経て変速された回転速度が、ローディングカム機構１００，１００´を介して出力回転ギヤ９０に伝達され、出力軸１１０が回転する。

一方、出力軸１１０に負荷トルクが加わった場合は、ローディングカム機構１００，１００´が作動して、第１出力リング５０を第１遊星ローラ４０に押し付ける押圧力（法線荷重）及び第２出力リング５０´を第２遊星ローラ４０´に押し付ける押圧力（法線荷重）すなわちトラクション力を増加させる。これにより、外部から負荷トルクが加わっても、トラクション力が確実に得られて、出力軸１１０は所定の変速比で確実に回転駆動される。

上記トラクションドライブにおいて、二つの変速ユニットＵ１，Ｕ２にはそれぞれ入力軸２０の軸線方向Ｌにスラスト荷重が発生するが、二つの変速ユニットＵ１，Ｕ２は入力軸２０の軸線方向Ｌに垂直な面に対して対称的に向かい合うように配置されているため、それぞれのスラスト荷重をお互いに逆向きに作用させて相殺することができる。その結果、ハウジング１０あるいは入力軸２０の軸受１２等に無理な荷重が加わるのを防止することができる。
特に、第１サンローラ３０と第２サンローラ３０´に作用する互いに反対向きのスラスト荷重は、入力軸２０（内部入力軸２２）が受けることで相殺されるため、軸受１２等に作用するスラスト荷重を抑制することができ、それ故に、第１サンローラ３０と第１遊星ローラ４０との接触圧（法線荷重）及び第２サンローラ３０´と第２遊星ローラ４０´との接触圧（法線荷重）を大きくすることができ、確実なトラクション力を得ることができる。また、二つの変速ユニットＵ１，Ｕ２に共通部品を採用することで、構造を簡素化しつつ、部品の種類を減らして、コストを低減することができる。
すなわち、この装置によれば、構造の簡素化、小型化、機能上の信頼性の向上、コストの低減等を達成しつつ、十分なトラクション力あるいは伝達トルクを確保でき、伝達効率を向上させることができ、法線荷重の増加に伴う入力軸２０の軸線方向Ｌのスラスト荷重を相殺でき、安定して所望の変速比に確実に変速することができる。

図６は、本発明に係る無段変速装置の他の実施形態を示すものであり、コイルスプリング８４を廃止した一つのトリガ機構８０、一つのローディングカム機構１００を採用し、第２出力リングに出力回転体を一体的に形成した以外は、前述の実施形態と同一である。したがって、前述の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
この無段変速装置は、図６に示すように、ハウジング１０、入力軸２０´、第１変速ユニットＵ１（第１サンローラ３０、第１遊星ローラ４０、第１出力リング５０、第１変速リング６０）及び第２変速ユニットＵ２（第２サンローラ３０´´、第２遊星ローラ４０´、出力回転体を兼ねる第２出力リング５０´´、第２変速リング６０）、駆動機構７０、トリガ機構８０、ローディングカム機構１００、出力軸１１０等を備えている。

入力軸２０´は、図６に示すように、外部入力軸２１、内部入力軸２２´により形成されている。
内部入力軸２２´は、図６に示すように、一端部２２ａ、他端部２２ｂ、ストッパ２２ｃを備えており、第１サンローラ３０と第２サンローラ３０´´をお互いに向き合うように（円錐台状の小径側をお互いに向かい合わせるように）配置した状態で、第１サンローラ３０を一体的に回転するようにかつ軸線方向Ｌに所定量だけ移動可能に（ストッパ２２ｃで左向きの移動を規制するように）連結し、第２サンローラ３０´´を螺合により固定して一体的に回転するように連結している。

第２サンローラ３０´´は、図６に示すように、略円錐台状に形成され、外周面３１、円筒部３２´´、縮径円筒部３３´´等を備えるように形成されている。縮径円筒部３３´´は、軸受１２を介してハウジング１０（フランジ壁部１１）に回動自在に支持されている。

第２出力リング５０´´は、図６に示すように、内周面５１、ローディングカム機構９０が介在する環状の端面５２、第１出力リング５０を支持する大径スリーブ５３´´、出力軸１１０の歯車１１１に噛合する歯車５４´´等を備えるように形成されている。
そして、第２出力リング５０´´は、軸受５５´´を介して内部入力軸２２´に回動自在にかつ軸線方向Ｌに僅かに可動に支持され、第２遊星ローラ４０´が回転及び公転することで、そのトラクション力により回転するようになっている。
すなわち、第２出力リング５０´´には、前述の出力回転ギヤ９０に相当するもの（歯車５４´´）が一体的に形成されている。

この装置においても、前述同様に、入力軸２０´のトルクを、二つの変速ユニットＵ１，Ｕ２により倍増しつつ無段変速でき、又、二つの変速ユニットＵ１，Ｕ２は、入力軸２０´の軸線方向Ｌに垂直な面に対して対称的に向かい合うように配置されているため、二つの変速ユニットＵ１，Ｕ２においてそれぞれ発生する入力軸２０´の軸線方向Ｌにおけるスラスト荷重をお互いに逆向きに作用させて相殺することができる。それ故に、ハウジング１０あるいは入力軸２０´の軸受１２等に無理な荷重が加わるのを防止することができ、又、軸受１２領域等における潤滑油の温度上昇を抑制でき、それ故に接触界面に潤滑油膜を形成させてトラクション力を確実に得ることができる。

すなわち、この装置によれば、構造の簡素化、小型化、機能上の信頼性の向上等を達成しつつ、十分なトラクション力あるいは伝達トルクを確保でき、コストを低減でき、伝達効率を向上させることができ、法線荷重の増加に伴う入力軸２０´の軸線方向Ｌのスラスト荷重を相殺でき、安定して所望の変速比に確実に変速することができる。

上記実施形態においては、ローディングカム機構１００，１００´を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、出力リング５０，５０´から直接的に出力回転ギヤ９０に駆動力を伝達する構成を採用してもよい。
上記実施形態においては、二つトリガ機構８０，８０´又は一つのトリガ機構８０を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、トリガ機構８０，８０´を廃止してもよい。
上記実施形態においては、トリガ機構８０，８０´の一部として付勢手段（コイルスプリング８４）を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、一方の付勢手段（コイルスプリング８４）のみを採用してもよく、又、付勢手段（コイルスプリング８４）を全て廃止してもよい。

以上述べたように、本発明の無段変速装置は、構造の簡素化、小型化、機能上の信頼性の向上、コストの低減等を達成しつつ、十分なトラクション力あるいは伝達トルクを確保でき、伝達効率を向上させることができ、所望の変速比に確実に変速することができるため、車両等に搭載される変速装置として適用できるのは勿論のこと、入力軸から入力される回転駆動力を無段変速して出力軸から出力するものであれば、その他の駆動装置、機械装置、工作機械等にも有用である。

Claims (5)

1. ハウジングに回動自在に支持された入力軸と、前記入力軸の回転をトラクション力によりそれぞれ無段変速するべく，前記入力軸の軸線方向に垂直な面に対して対称的に向かい合うように前記ハウジング内に設けられた第１変速ユニット及び第２変速ユニットと、前記第１変速ユニット及び第２変速ユニットにより変速された回転に連動して回転するべく前記入力軸回りに回動自在に支持された出力回転体と、前記出力回転体に連動して回転するべく前記ハウジングに回動自在に支持された出力軸とを備えた無段変速装置であって、
   前記第１変速ユニットは、前記入力軸と一体的に回転する円錐台状の第１サンローラと、前記第１サンローラの外周面を転動する複数の第１遊星ローラと、前記第１遊星ローラを内接させると共に回動自在に設けられた第１出力リングと、前記第１遊星ローラに一体的に形成された円錐部を転動自在に内接させると共にその内接位置を移動させて変速するべく前記入力軸回りに回転不能に保持された状態で前記入力軸の軸線方向に可動に設けられた第１変速リングとを含み、
   前記第２変速ユニットは、前記入力軸と一体的に回転する円錐台状の第２サンローラと、前記第２サンローラの外周面を転動する複数の第２遊星ローラと、前記第２遊星ローラを内接させると共に回動自在に設けられた第２出力リングと、前記第２遊星ローラに一体的に形成された円錐部を転動自在に内接させると共にその内接位置を移動させて変速するべく前記入力軸回りに回転不能に保持された状態で前記入力軸の軸線方向に可動に設けられた第２変速リングとを含み、
   前記出力回転体は、前記第１出力リングと前記第２出力リングの間に配置され、
   前記第１出力リングと前記出力回転体の間及び前記第２出力リングと前記出力回転体の間の少なくとも一方の間には、回転力を伝達し得ると共に前記入力軸の軸線方向に押圧力を発生するローディングカム機構が配置されている、
   ことを特徴とする無段変速装置。
2. 前記出力回転体は、前記第１出力リング及び第２出力リングの一方に対して一体的に形成され、
   前記ローディングカム機構は、前記第１出力リング及び第２出力リングの他方と前記出力回転体の間に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無段変速装置。
3. 前記第１変速リングと前記第２変速リングを、前記入力軸の軸線方向において互いに近接及び離隔するように同期させて駆動する駆動機構を含む、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の無段変速装置。
4. 前記入力軸の回転速度に応じて、前記第１サンローラと前記第１遊星ローラの間及び／又は前記第２サンローラと前記第２遊星ローラの間でのトラクション力による回転力の伝達をオン／オフするトリガ機構が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一つに記載の無段変速装置。
5. 前記第１サンローラを前記第１遊星ローラから離す向きに付勢力を及ぼす付勢手段及び／又は前記第２サンローラを前記第２遊星ローラから離す向きに付勢力を及ぼす付勢手段が設けられている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の無段変速装置。

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