JP5229582B2 - 無段変速装置 - Google Patents
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Description
例えば、図11および図12に示すような無段変速装置が知られている。なお、図11は前記無段変速装置を示す断面図、図12は前記無段変速装置を示すスケルトン図である。
この例においては、2枚の入力側ディスク12,12がパワーローラ13と油膜を介して接触する凹面12a、12aどうしが対向して配置され、その間に出力側ディスク14が配置されるとともに、出力側ディスク14は2つのディスクが背面どうしを接合して一体となった形状を有し、左右の入力側ディスク12,12の凹面12a,12aにそれぞれ対向し、かつ、パワーローラ13と油膜を介して接触する一対の凹面14a、14aが形成されている。
そして、出力歯車15は、トロイダル型無段変速機1の出力軸16に一体に回転可能に設けられた出力軸歯車17と噛み合っており、トロイダル型無段変速機1の出力となる回転力がトロイダル型無段変速機1の出力軸16に伝動される。
また、遊星歯車機構2においては、太陽歯車24と、当該太陽歯車24と噛み合って当該太陽歯車24の周囲を自転しながら公転する遊星歯車23と、遊星歯車23を上述のように自転自在かつ公転自在に支持するキャリア21と、遊星歯車23の外側に太陽歯車24と同軸上に配置されて、当該遊星歯車23と内周側に形成された歯が噛み合って回転するリング歯車25とを備える。
また、トロイダル型無段変速機1の出力軸16が太陽歯車24と一体に回転可能となっている。さらに、リング歯車25は、ローモードクラッチ26を介して無段変速装置の出力軸41に接続されるようになっている。
また、無段変速装置の出力軸41には、当該出力軸41と一体に回転可能に出力歯車42が設けられ、例えば、車両の場合に、当該出力歯車42から例えばディファレンシャルギア等を介して駆動輪に回転力を伝達することになる。
なお、図11および図12においては、リング歯車25と、無段変速装置の出力軸41との間にローモードクラッチ26を配置したが、特許文献1,2においては、キャリア(キャリア21に相当)とトロイダル型無段変速機1の入力軸11からの回転が伝達される歯車(スプロケット22に相当)との間にローモードクラッチ(ローモードクラッチ26に相当)が配置されている。
この例では、トロイダル型無段変速機1の入力軸11と出力軸16とが並列に配置されるとともに、入力軸11と並列に配置された出力軸16側に遊星歯車機構2が配置されることで、無段変速装置の長さが短くされており、例えば、前輪駆動車に好適に使用可能な配置とされている。
なお、クラッチには、接続状態と切断状態とを、例えば、油圧等により操作するのではなく、一方の回転方向に回転した場合に外輪と内輪とが噛み合って接続されて接続状態となり、他方の回転方向に回転した場合に外輪と内輪との噛み合いが解除されて空転する切断状態となるワンウェイクラッチが知られている。
例えば、トロイダル型無段変速機の入力軸側の回転と、出力軸側の回転とを遊星歯車機構に入力して、遊星歯車機構から出力を得る無段変速装置において、遊星歯車機構の回転要素の1つを制動するブレーキを設け、該ブレーキの作動時に、2つの回転要素間の係合を解除するワンウェイクラッチを設け、前記ブレーキの作動により逆転出力を得られるようにしたものが提案されている(例えば、特許文献3参照)。なお、この例には、上述のダイレクトモードがなく、ダイレクトモードと、ローモードとの切り替えに2つのクラッチを使うような構成とはなっていない。
このような問題は、バイクでなく自動車においても、故障車を牽引する場合などに生じる虞がある。
また、パワーローラを支持するトラニオンの枢軸方向の位置を決める油圧駆動装置のシリンダ内に駆動ピストンを付勢する皿バネを設け、当該皿バネによりパワーローラの枢軸方向に沿った位置がハイ側となるのを防止するものが提案されている(例えば、特許文献11参照)。
したがって、クラッチを作動させるための油圧経路もクラッチ2つ分必要となるとともに、制御も2つのクラッチに対して行う必要があり、無段変速装置の構成の煩雑化と、コスト増の要因となっていた。
太陽歯車と当該太陽歯車に噛み合う遊星歯車と当該遊星歯車を自転および公転自在に支持するキャリアと当該遊星歯車と噛み合うリング歯車とが備えられた遊星歯車機構とを有し、
前記トロイダル型無段変速機から遊星歯車機構を介さずに直接的に出力が得られるダイレクトモードの際にのみ接続状態とされるダイレクトモードクラッチと、
前記トロイダル型無段変速機の入力側と出力側とのそれぞれの回転力が前記遊星歯車機構に入力されるとともに当該遊星歯車機構を介して出力が得られるローモードの際にのみ接続状態となるローモードクラッチとを備えた無段変速装置において、
前記ローモードクラッチがワンウェイクラッチとされ、
前記ワンウェイクラッチが遊星歯車機構の入力側でかつ、前記トロイダル型無段変速機の入力軸と前記キャリアとの間に設けられ、
前記トロイダル型無段変速機は、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に傾転自在とされるとともに当該枢軸の軸方向に移動自在とされ、かつ、前記各パワーローラを回転自在に支持する複数のトラニオンと、
前記トラニオンを前記枢軸の軸方向に変位させることで、当該トラニオンを前記枢軸を中心として傾転させることにより変速比を変更させる油圧駆動装置と、
前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクと前記パワーローラとの間に押圧力を付与する押圧装置とを備え、
前記押圧装置は、駆動時にのみ前記押圧力を付与し、
前記油圧駆動装置は、シリンダと、当該シリンダ内に配置され、前記トラニオンを枢軸の軸方向に沿って、前記変速比を増速する側および減速する側に駆動する駆動ピストンと、当該駆動ピストンを、変速比が増速させられる側に付勢する付勢手段とを備えることを特徴とする。
また、ローモードクラッチを例えば湿式多板式クラッチからワンウェイクラッチとすることで2つのうちの1つのクラッチが簡素化され、それによっても低コスト化を図ることができる。
また、従来の無段変速装置を使用していないバイクでは、発進時のクラッチ操作を自動化するにあたって、クラッチ板同士の接触に微妙な調整が必要であるが、本発明の無段変速装置を用いるものとすれば、無段変速装置の変速比を調整するだけで、停止状態を制御することができる。また、ローモードとダイレクトモードとの切り替えも、ワンウェイクラッチの接続と切断のタイミングに対応して、ダイレクトモードクラッチをON/OFF制御で操作すればよく、この無段変速装置を用いることで制御が簡単な発進機構を得ることができる。
ここで、ダイレクトモードの際に外輪の単位時間当たりの回転数が0となると、遠心力がなくなってしまい、係合部材を内輪側に押し付ける力を小さくしても、外輪の回転数が0や0に近似する値となった際に、係合部材が内輪と接触し、内輪の摩耗や騒音の発生を招くことになる。
ここで、本発明の無段変速装置においては、ローモードにおいて逆転するとワンウェイクラッチの接続が切断されてしまうのでバックすることができず、たとえば、バイクに用いた場合に手押しでバックする必要があるが、手押しでバックする場合にはワンウェイクラッチが接続状態となってしまい、駆動輪の回転がトロイダル型無段変速機の出力側ディスクに伝動してしまう。
したがって、手押しにより、駆動輪をバック側に回転させようとすると、エンジンの駆動軸を回転させる状態となり、極めて大きな負荷がかかり、手押しでバックするのが難しくなる。また、この状態で無理に回転すると、潤滑油が供給されていない状態で、出側ディスク、パワーローラ、入力側ディスクが連動して回転したり、スリップしたりすることになり、出側ディスク、パワーローラおよび入力側ディスクの接触面が損傷する虞がある。
すなわち、本発明では、押圧装置では、たとえば、予圧のための皿ばね等が設けられておらず、予圧を付与しない構成となっている。
したがって、駆動輪と連動して出力側ディスクが回転しても、パワーローラは回転せず、出力側ディスクだけが空回りした状態となり、容易にバイクをバックさせることが可能となる。
また、内輪26cに対して外輪26bの一方向の回転速度が速くなった場合も、内輪26cの回転に係り無く外輪26bが回転する切断状態となる。
また、ワンウェイクラッチ26aの外輪26bには、入力軸11の回転力をキャリア21に伝達するための歯車18aが設けられ、当該歯車18aが外輪26bと同芯上で外輪26bと一体に回転可能とされている。そして、歯車18aは、遊星歯車機構2のキャリア21と同軸上で一体に回転可能な歯車22aに噛み合っている。
そして、ダイレクトモードクラッチ19によりトロイダル型無段変速機1の出力軸16と一体に接続された無段変速装置の出力軸41が回転することになる。
それに伴ない、ワンウェイクラッチ26aの外輪26bが歯車22aおよび歯車18aを介してキャリア21に連動して回転することになる。これにより、ダイレクトモードでは、外輪26bが上述の所定回転速度以上で回転し、スプラグ26dが内輪26cから離れた状態を維持するようになっている。
なお、出力歯車15と出力軸歯車17との間にカウンタギアとなる歯車15a,15cを介在させることで、従来と比較して出力軸16の回転方向が逆方向となる。しかし、入力軸11とキャリア21との回転が従来チェーン20を介していたのに対して、入力軸11とワンウェイクラッチ26aを介して一体に回転する歯車18aと、キャリア21と一体に回転する歯車22aとを直接噛み合わせることで、入力軸11と連動して回転するキャリア21の回転方向も従来と逆としている。これにより、出力軸16と一体の太陽歯車24の回転方向とキャリア21の回転方向との関係は従来と同様となる。
また、この出力軸41と一体に回転するリング歯車25と、出力軸歯車17を介して出力軸41と同じ回転速度で回転する太陽歯車24とにより、これらに噛み合う遊星歯車23を備えたキャリア21が出力軸41と同じ回転速度で回転し、この回転力が歯車22aおよび歯車18aを介してワンウェイクラッチ26aの外輪26bに伝達される。
それに対して、ダイレクトモード(Directモード)では、外輪26bの速度が内輪26cの速度より早くなり、上述のように外輪26bが内輪26cの回転数に関係なく回転することになる。
そして、ダイレクトモードとなると、太陽歯車24とリング歯車25が同じ回転数となることで、キャリア21も同じ回転数となり、変速比が小さくなることで、これらの回転数が速くなる。
これにより、ローモードからダイレクトモードに切り替わる際にワンウェイクラッチ26aが接続状態から切断状態となると、スプラグ26dが内輪26cの軌道面から離れることになり、スプラグ26dが内輪26cの軌道面に対して摺動した状態とならないので、内輪26cやスプラグ26dの摩耗や騒音の発生を防止することができる。
これにより、無段変速装置の低コスト化を図ることができる。
なお、比較例では、エンジン3の出力歯車32と、入力歯車11aとの間にカウンタギアとなる歯車(歯車33,35)が配置されず、トロイダル型無段変速機1の出力歯車15がスプロケット15dとされるとともに、出力軸歯車17がスプロケット17aとされ、これらスプロケット15d、17aとにチェーン15eが掛け渡されて回転力が伝達されるようになっている。また、トロイダル型無段変速機1の入力軸11と一体に回転する歯車18bは、遊星歯車機構2のキャリア21と一体に回転する歯車22bと直接噛み合って回転を伝達するようになっている。
その他の点については、図11および図12に示す従来の無段変速装置もしくは、図1および図2に示す第1実施形態の無段変速装置と同様となっている。
したがって、ローモードクラッチをワンウェイクラッチ26aに変更する際に、ワンウェイクラッチ26aを第1実施形態に示すようにトロイダル型無段変速機1の軸、すなわち、入力軸11と同軸上に配置することが好ましい。また、外輪26bがリング歯車25と一体に回転する構成となっていないことが好ましく、ワンウェイクラッチ26aが無段変速装置の出力軸41や遊星歯車機構の太陽歯車24、キャリア21、リング歯車25の回転軸と同軸上に配置されていないことが好ましい。
すなわち、ワンウェイクラッチ26aは、無段変速装置の出力軸41とリング歯車25との間に配置されてこれらの接続を切断するものではなく、トロイダル型無段変速機1の入力軸11と、キャリア21と一体に回転する歯車22aに噛み合う歯車18aとの間の接続を切断するもの、すなわち、入力軸11とキャリア21との間の接続を切断するものであることが好ましい。
上述のトロイダル型無段変速機1には、図1および図8に示すように、入力側ディスク12および出力側ディスク14と、パワーローラ13との間に押圧力を付与する押圧装置71が設けられている。
この例においては、上述のように、対向する2つの入力側ディスク12,12の間に、出力側ディスク14が配置されることにより、入力側ディスク12と出力側ディスク14とそれらの間に挟持されたパワーローラ13とからなる組が二組同軸上に配置された状態となっている。そして、一方の入力側ディスク12(図1中右側の入力側ディスク12)がその中心軸(入力軸11)方向に沿って、他方の入力側ディスク12の反対となる方向へ移動することが規制されている。すなわち、入力軸11に設けられたコッタ溝73にコッタ74が嵌め込まれ、一方の入力側ディスク12の背面がコッタ74に当接することにより、一方の入力側ディスク12の背面側への移動が規制されている。
押圧装置71は、シリンダ75と、シリンダ75内に配置される第1ピストン部76および第2ピストン部77を備え、油圧により他方の入力側ディスク12を一方の入力側ディスク12に向かって押圧するものである。
押圧装置71は、油圧で作動するとともに、駆動装置としてのエンジン3が回転している場合にだけ押圧可能となっており、上記押圧力を付与可能となるが、エンジン3が停止し、油圧を供給する油圧ポンプが停止すると、前記押圧力を付与できなくなる。
そこで、第2実施形態においては、第1実施形態で設けられていた皿ばね78が押圧装置71に設けられていない構成となっている。すなわち、押圧装置71には、皿ばね78が無く、前記予圧を付与することができないようになっている。したがって、押圧装置71は、エンジン3により駆動されて油圧が供給されている間のみ前記押圧力を付与し、エンジン停止時には押圧力を付与しない構成となっている。
これにより、バイクをバックしても大きな負荷がなく、バイクを容易にバックさせることができる。この場合に出力側ディスク14が空回りすることで、エンジン3の停止により潤滑油が供給されていない入力側ディスク12および出力側ディスク14にパワーローラ13が摺れてこれらが傷つくのも防止することができる。
すなわち、図9に示すように、入力軸11(ディスク12,14の中心軸)に対し捻れの位置にある一対の枢軸81,81を中心として揺動する一対のトラニオン82(図9に片方のみ図示)が設けられている。各トラニオン82は、支持部83の長手方向(図9の上下方向)の両端部に、この支持部83の内側面側に折れ曲がる状態で形成された一対の折れ曲がり壁部84,84を有している。この折れ曲がり壁部84,84によって、各トラニオン82には、パワーローラ13を収容するための凹状のポケット部Pが形成される。また、各折れ曲がり壁部84,84の外側面には、各枢軸81,81が互いに同心的に設けられている。
そして、パワーローラ13は、スラスト玉軸受(スラスト軸受)85を介して、回転自在にトラニオン82に支持される。この際に、パワーローラ13は、外輪86に形成された回転軸87回りに回転する状態となる。
また、トラニオンは枢軸81,81回りに回転自在であり、回転軸87を枢軸81,81回りに左右に回転移動させることにより、上述の外輪86の揺動とは別にパワーローラ13を左右に回転移動させることができる。
この状態で、各パワーローラ13は、入力側ディスク12および出力側ディスク314の間に挟持されている。
なお、図9および図10は、第2実施形態の無段変速装置を示すものであるが、後述の皿ばね120を除いて、第1実施形態の無段変速装置も同様の構成を有するものである。
また、一対のトラニオン82のうちの図示されていない他方のトラニオンにおいては、当該トラニオン82を駆動する油圧駆動装置111の駆動シリンダ100の上側シリンダボディ101と駆動ピストン110との間に皿ばねが配置され、駆動ピストン110を枢軸81の軸方向に沿って下側(一方のトラニオン82の移動方向と逆側)に付勢するようになっている。
このような構成においては、エンジン3が作動している状態では、無段変速装置の減速や増速に対応して油圧駆動装置111を制御して、駆動ピストン110を駆動シリンダ100内で油圧により枢軸81の軸方向に移動させることになる。この際には、皿ばね120の付勢力より大きな力で、駆動ピストン110が駆動され、駆動ピストン110の移動が制御される。
この状態で、駆動ピストン111には主に皿ばね120の付勢力が作用する状態となり、駆動ピストン111には、トロイダル型無段変速機1において、皿ばね120により、トラニオン82が、変速比を変更しない中立位置より増速側の位置に配置される。
したがって、上述のように手押しでバックする際に、駆動輪を円滑に回転できるようにトロイダル型無段変速機1の押圧装置71に予圧用の皿ばねを設けない構成として、エンジン3の停止時に入力側ディスク12および出力側ディスク14と、パワーローラ13との間に、押圧力が作用しない構成とすることで、エンジン3を停止すると変速比が変化してしまう構成としても、エンジン3の起動とともに、無段変速装置が減速側に制御された状態となり、円滑にバイクを発進させることができる。
2 遊星歯車機構
11 入力軸
12 入力側ディスク
13 パワーローラ
14 出力側ディスク
19 ダイレクトモードクラッチ
21 キャリア
23 遊星歯車
24 太陽歯車
25 リング歯車
26a ワンウェイクラッチ(ローモードクラッチ)
71 押圧装置
81 枢軸
82 トラニオン
100 駆動シリンダ(シリンダ)
110 駆動ピストン
111 油圧駆動装置
120 皿ばね(付勢手段)
Claims (1)
- 互いの内側面同士を対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクとこれらの両ディスク間に挟持される複数のパワーローラとが備えられたトロイダル型無段変速機と、
太陽歯車と当該太陽歯車に噛み合う遊星歯車と当該遊星歯車を自転および公転自在に支持するキャリアと当該遊星歯車と噛み合うリング歯車とが備えられた遊星歯車機構とを有し、
前記トロイダル型無段変速機から遊星歯車機構を介さずに直接的に出力が得られるダイレクトモードの際にのみ接続状態とされるダイレクトモードクラッチと、
前記トロイダル型無段変速機の入力側と出力側とのそれぞれの回転力が前記遊星歯車機構に入力されるとともに当該遊星歯車機構を介して出力が得られるローモードの際にのみ接続状態となるローモードクラッチとを備えた無段変速装置において、
前記ローモードクラッチがワンウェイクラッチとされ、
前記ワンウェイクラッチが遊星歯車機構の入力側で、かつ前記トロイダル型無段変速機の入力軸と前記キャリアとの間に設けられ、
前記トロイダル型無段変速機は、前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に傾転自在とされるとともに当該枢軸の軸方向に移動自在とされ、かつ、前記各パワーローラを回転自在に支持する複数のトラニオンと、
前記トラニオンを前記枢軸の軸方向に変位させることで、当該トラニオンを前記枢軸を中心として傾転させることにより変速比を変更させる油圧駆動装置と、
前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクと前記パワーローラとの間に押圧力を付与する押圧装置とを備え、
前記押圧装置は、駆動時にのみ前記押圧力を付与し、
前記油圧駆動装置は、シリンダと、当該シリンダ内に配置され、前記トラニオンを枢軸の軸方向に沿って、前記変速比を増速する側および減速する側に駆動する駆動ピストンと、当該駆動ピストンを、変速比が増速させられる側に付勢する付勢手段とを備えることを特徴とする無段変速装置。
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