JP6149334B2 - 油圧式無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダブロックに対して油圧ポンプと油圧モータとを配置してなる油圧式無段変速機に関する。

従来、ＨＭＴ（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）あるいはこれに類する油圧式無段変速機として、下記特許文献１等に開示されているようなものが提供されている。この油圧式無段変速機は、シリンダブロックに対し、可変容量型の油圧ポンプおよび油圧モータを配置した構成とされている。この油圧式無段変速機は、油圧ポンプ用構成部材として、上記シリンダブロックの軸線方向一方に、シリンダブロック内に往復摺動可能に嵌入された油圧ポンプ用プランジャ、該油圧ポンプ用プランジャの端部に摺接する油圧ポンプ用斜板、該油圧ポンプ用斜板の傾斜量を変化させる油圧サーボなどを備えている。また、上記シリンダブロックの軸線方向他方には、油圧モータ用構成部材として、シリンダブロック内に往復摺動可能に嵌入された油圧モータ用プランジャ、該油圧モータ用プランジャの端部に摺接する固定傾斜角の油圧モータ用斜板などを備えている。

シリンダブロックは入力軸と一体に回転し、このシリンダブロックに嵌入された油圧ポンプ用プランジャが軸線方向に対して傾斜した油圧ポンプ用斜板等によって往復動されて、油圧を発生させる。これにより発生した油圧によって油圧モータ用プランジャを往復動させることで、当該油圧モータ用プランジャに押圧される油圧モータ用斜板が回転される。

特開２０１２−６６８２３号公報

ここで、上述した油圧式無段変速機を自動車等の車両に搭載する場合には、可能な限りコンパクトな構成とすることが望ましい。しかしながら、上記特許文献１に開示されているものをはじめとする従来の油圧式無段変速機においては、前後進の切り替えのための機構として、平行軸のギアや湿式クラッチ等からなる前後進切替機構を別途設けた構成とされている。そのため、従来技術の油圧式無段変速機においては、装置構成が大型化してしまうばかりか、ギアや湿式クラッチ等を設けた分だけ部品点数や重量、製造コストの増加を招き、ひいては燃費特性が低下してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、装置構成の大型化を回避すると共に、部品点数や重量、製造コストの増加を抑制し、燃費特性のさらなる改善に資することが可能な油圧式無段変速機の提供を目的とした。

上述した課題を解決すべく提供される本発明の油圧式無段変速機は、エンジンの回転動力が入力される入力軸と、前記入力軸に対して動力伝達可能に接続された油圧式無段変速部と、前記油圧式無段変速部の出力側に動力伝達可能に接続された出力部とを有し、前記油圧式無段変速部が、前記入力軸に対して回転一体に同軸線上に設けられたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの軸線方向一方において、同軸線周りの円周上に間隔をあけて往復摺動可能に挿入された複数の油圧ポンプ用のプランジャと、前記油圧ポンプ用のプランジャの先端に摺接する油圧ポンプ用の斜板と、前記シリンダブロックの軸線方向他方において、同軸線周りの円周上に間隔をあけて往復摺動可能に挿入された油圧モータ用のプランジャと、前記油圧モータ用のプランジャの先端が摺接する油圧モータ用の斜板と、前記油圧ポンプ用の斜板及び前記油圧モータ用の斜板のいずれか一方又は双方の斜板について傾斜を変更可能な斜板傾斜調整機構とを有し、前記斜板傾斜調整機構により、前記斜板の傾斜を変化させることにより減速比を調整し、前記出力部に出力される回転速度を増減させることが可能であり、前記斜板の傾斜を減速比が無限大になる傾斜を基準として増速側あるいは減速側に切り替えることにより、前記出力部を介して出力される回転方向を切り替え可能であることを特徴とするものである。

本発明の油圧式無段変速機においては、斜板傾斜調整機構によって斜板の傾斜を変化させることにより、減速比を調整することに加え、斜板の傾斜を減速比が無限大になる傾斜を基準として増速側あるいは減速側に切り替えることにより出力部を介して出力される回転方向を切り替え可能とされている（図２参照）。そのため、本発明の油圧式無段変速機においては、従来技術において前後進の切り替え等のために必要とされていたギアや湿式クラッチ等からなる前後進切替機構を必要としない。従って、本発明の油圧式無段変速機によれば、装置構成を小型化しつつ、部品点数や重量、製造コストの増加を最小限に抑制し、燃費特性のさらなる改善に資することが可能である。

本発明の油圧式無段変速機は、前記入力軸に対して動力伝達可能に接続された第二軸を有し、前記第二軸にクラッチ（例えば、本実施形態における湿式摩擦クラッチ９５参照）と、平行軸ギアとが設けられており、前記湿式摩擦クラッチと前記平行軸ギアとの間に形成されたスペースに前記シリンダブロックが介在していることを特徴とするものであっても良い。すなわち、本発明の油圧式無段変速機は、シリンダブロックが、クラッチと前記平行軸ギアとの間に形成されたスペースにラップ（重複）するように設置されたものであっても良い。

かかる構成とすることにより、第二軸においてクラッチとギアとの間に形成されたスペースを有効利用し、入力軸と第二軸との軸間距離を最小限に抑制することが可能となる。これにより、油圧式無段変速機のさらなるコンパクト化に資することが可能となる。

本発明の油圧式無段変速機の入力側の構成は適宜のものとすることが可能であるが、例えばエンジンにおいて発生した回転動力をダンパーを介して入力軸に入力可能なものとすることができる。また、オイルポンプをダンパーに対して動力伝達の下流側に隣接する位置に設けた構成とすることが可能である。

横置き型のエンジンを採用した場合には、入力軸に対して略平行に配置され、平行軸ギアを介して入力軸に対して接続された第二軸を本発明の油圧式無段変速機の出力部とすることができる。さらに、出力部を第二軸に上述した湿式摩擦クラッチ、及び平行軸ギアを設けた構成とし、差動ギアを介してドライブシャフトに向けて動力を出力可能な構成とすることができる。また、縦置き型のエンジンを採用した場合には、本発明の油圧式無段変速機の出力部は、湿式摩擦クラッチ等を介してプロペラシャフトに向けて動力を出力可能な構成とすることができる。

本発明によれば、装置構成の大型化を回避すると共に、部品点数や重量、製造コストの増加を抑制し、燃費特性のさらなる改善に資することが可能な油圧式無段変速機を提供できる。

本発明の一実施形態に係る油圧式無段変速機を搭載した車両のドライブトレーンの一部を示した断面図である。 増速比と斜板角度の関係を示したグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る油圧式無段変速機１０について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１に示した油圧式無段変速機１０は、いわゆるＨＭＴあるいはこれに類するものである。油圧式無段変速機１０は、入力軸２０、シリンダブロック３０、油圧ポンプ用プランジャ４０、油圧ポンプ用斜板５０、油圧モータ用プランジャ６０、油圧モータ用斜板７０、及び斜板傾斜調整機構１００等を主要な構成部材として備えている。

油圧式無段変速機１０は、シリンダブロック３０に対して可変容量型の油圧ポンプＰおよび油圧モータＭを配置することにより構成された油圧式無段変速部Ｘを有する。油圧式無段変速部Ｘは、入力軸２０とシリンダブロック３０とが一体的に回転することにより油圧ポンプＰにおいて発生する油圧を油圧モータＭに供給し、回転動力を出力部９０に出力させることが可能とされている。以下、油圧式無段変速部Ｘを中心として構成される油圧式無段変速機１０の各部の構成について、さらに詳細に説明する。

入力軸２０は、ボールベアリング２２，２４を介してトランスミッションケース１６内において回転自在に支持されている。具体的には、トランスミッションケース１６は、入力軸２０の先端側（動力伝達の下流側）に壁面１６ａを有する。壁面１６ａにおいて入力軸２０に対応する位置には、入力軸用ボス部１６ｂが設けられている。入力軸２０は、入力軸用ボス部１６ｂ内に設けられたボールベアリング２２により、先端部が回転自在に支持されている。また、入力軸２０の基端側（動力伝達の上流側）は、ボールベアリング２４により回転自在に支持されている。入力軸２０には、エンジン（図示せず）の回転動力が、ダンパー１２、オイルポンプ１４等を介して伝達される。

シリンダブロック３０は、入力軸２０の途中位置に一体的に設けられている。シリンダブロック３０の軸線方向一方側（エンジン側）には、油圧ポンプＰが構成され、他方側には油圧モータＭが構成されている。

具体的には、油圧ポンプＰは、シリンダブロック３０の一方側に設けられた油圧ポンプ用プランジャ４０、及び油圧ポンプ用斜板５０によって主要部が構成されている。油圧ポンプ用プランジャ４０は、シリンダブロック３０の一方側（エンジン側）に、軸線周りの円周上に等間隔をあけて往復摺動可能に複数挿入されている。油圧ポンプ用プランジャ４０は、スプリングによって油圧ポンプ用斜板５０側に付勢されている。なお、本実施形態では油圧ポンプ用プランジャ４０は３個以上の奇数個とされている。

油圧ポンプ用斜板５０は、ポンプ用クレードル５２、ポンプ用斜板本体５４、及びベアリング５６，５８によって主要部が構成されている。油圧ポンプ用斜板５０は、ポンプ用クレードル５２に対し、ポンプ用斜板本体５４を装着した構成とされている。ポンプ用クレードル５２とポンプ用斜板本体５４との間には、ベアリング５６，５８が介在している。これにより、ポンプ用斜板本体５４は、ポンプ用クレードル５２に対して回転自在に支持されている。

ポンプ用クレードル５２は、入力軸２０の軸線回りに回転不能に支持されている。また、ポンプ用クレードル５２は、後に詳述する斜板傾斜調整機構１００に対して接続されている。従って、油圧ポンプ用斜板５０は、斜板傾斜調整機構１００を作動させ、ポンプ用クレードル５２を入力軸２０の軸線上に位置する揺動中心Ｏを中心として揺動させることにより、ポンプ用斜板本体５４の入力軸２０の軸線に対する傾斜量を任意に調整することができる。

油圧ポンプＰは、入力軸２０の回転に伴ってシリンダブロック３０及びこれに装着されている油圧ポンプ用プランジャ４０が軸線回りに回転することにより、ポンプ作用を発動する。具体的には、入力軸２０に連動してシリンダブロック３０が入力軸２０の軸線回りに一周する間に、シリンダブロック３０とポンプ用斜板本体５４との間において各油圧ポンプ用プランジャ４０がストローク可能な長さが増減する。そのため、入力軸２０の回転に伴い、シリンダブロック３０及びこれに装着されている油圧ポンプ用プランジャ４０が入力軸２０の軸線回りに回転すると、ポンプ用斜板本体５４に摺接している油圧ポンプ用プランジャ４０が往復動し、ポンプ作用を発動する。油圧ポンプＰにおいて発生する油圧は、油圧ポンプ用斜板５０の傾斜量に応じて調整できる。油圧ポンプＰにおいて発生した油圧は、油圧モータＭ側（油圧モータ用プランジャ６０の基部を押圧するシリンダブロック３０内の油圧室）に供給される。

油圧モータＭは、シリンダブロック３０の軸線方向他方側（エンジン及び油圧ポンプＰとは反対側）に設けられた油圧モータ用プランジャ６０、及び油圧モータ用斜板７０によって主要部が構成されている。油圧モータ用プランジャ６０は、入力軸２０の軸線周りの円周上に等間隔をあけて往復摺動可能に複数挿入されている。油圧モータ用プランジャ６０は、スプリングによって油圧モータ用斜板７０側に付勢されている。油圧ポンプ用斜板５０と油圧モータ用プランジャ６０とはシリンダブロック３０内での周方向位置を違えている。なお、本実施形態では油圧モータ用プランジャ６０は３個以上の奇数個とされている。

油圧モータ用斜板７０は、モータ用クレードル７２、モータ用斜板本体７４、及びベアリング７６，７８によって主要部が構成されている。油圧モータ用斜板７０は、モータ用クレードル７２に対し、モータ用斜板本体７４を装着した構成とされている。モータ用クレードル７２とモータ用斜板本体７４との間には、ベアリング７６，７８が介在している。これにより、モータ用斜板本体７４は、モータ用クレードル７２に対して回転可能に支持されている。

モータ用クレードル７２は、上述したポンプ用クレードル５２とは異なり角度調整不可能とされている。具体的には、モータ用クレードル７２は、ボールベアリング８０を介して入力軸２０に対して相対回転自在に支持されている。また、油圧モータ用斜板７０は、モータ用クレードル７２の端部において外周側に装着されたアンギュラボールベアリング８８により、トランスミッションケース１６内に回転自在に支持されている。さらに詳細には、トランスミッションケース１６の壁面１６ａには、入力軸２０の先端側（動力伝達の下流側）に、モータ用クレードル７２の端部を挿入可能なクレードル用ボス部１６ｃが設けられている。モータ用クレードル７２は、クレードル用ボス部１６ｃ内に設けられたアンギュラボールベアリング８８により、回転自在に支持されている。アンギュラボールベアリング８８は、入力軸２０の支持用に設けられたボールベアリング２２に対して入力軸２０及び出力軸９２に対して交差する方向にラップ（重複）する位置に設置されている。

モータ用斜板本体７４は、上述したモータ用クレードル７２に対して装着されている。そのため、油圧モータ用斜板７０は、上述した油圧ポンプ用斜板５０のポンプ用斜板本体５４とは異なり、モータ用斜板本体７４の傾斜量を変化させることができない。また、モータ用斜板本体７４には、油圧モータ用プランジャ６０の先端部が摺接している。

油圧モータＭは、入力軸２０の回転に伴ってシリンダブロック３０及びこれに装着されている油圧モータ用プランジャ６０が入力軸２０の軸線回りに回転することにより、モータとしての機能を発揮する。具体的には、油圧モータ用プランジャ６０は、油圧ポンプ側から供給される圧油によって往復動摺動し、油圧モータ用斜板７０にスラスト荷重を与えつつ、シリンダブロック３０と共に入力軸２０の軸線回りに回転する。これにより、油圧モータＭがモータとしての機能を発揮し、出力部９０に向けて回転動力を出力させることができる。油圧モータＭから出力される回転速度（減速比）は、上述した油圧ポンプＰから供給される油圧に応じて変化する。そのため、斜板傾斜調整機構１００を作動させて油圧ポンプ用斜板５０の傾斜を変化させることにより、出力部９０に出力される回転速度（減速比）を調整することができる。

出力部９０は、油圧ポンプＰの作用に伴い発生した回転動力を差動ギア１２０及びこれに接続されたドライブシャフト１２２に向けて出力する部分である。出力部９０は、入力軸２０に対して略平行に配置された出力軸９２（第二軸）を中心として構成されている。出力軸９２は、トランスミッションケース１６の壁面１６ａに形成された出力軸用ボス部１６ｄ内に設けられているボールベアリング９３を介して回転自在に支持されている。ボールベアリング９３は、上述したポンプ用クレードル５２の支持用として設けられたアンギュラボールベアリング８８、及び入力軸２０の支持用として設けられたボールベアリング２２に対して入力軸２０及び出力軸９２に対して交差する方向にラップ（重複）する位置に設置されている。また、出力軸９２には、軸方向に湿式摩擦クラッチ９５、パーキングギア９７、及び平行軸ギア９８がこの順で設けられている。

出力軸９２の一端側には、第二平行軸ギア９６が一体的に回転可能なように設けられている。また、第二平行軸ギア９６は、モータ用クレードル７２の外周部に一体的に設けられた第一平行軸ギア９４と噛合している。そのため、油圧ポンプＰの作動によって発生した回転動力を、両ギア９４，９６を介して入力軸２０から出力軸９２に伝達させることができる。また、出力軸９２の他端側には、平行軸ギア９８が設けられている。平行軸ギア９８は、差動ギア１２０側に設けられた平行軸ギア１２４と噛合している。そのため、油圧ポンプＰから出力軸９２に伝達された回転動力を、差動ギア１２０を介してドライブシャフト１２２に伝達させることができる。

図２に示すように、油圧式無段変速機１０は、斜板傾斜調整機構１００を用いて油圧ポンプ用斜板５０の傾斜を調整することにより、出力部９０を介してドライブシャフト１２２に出力される回転速度（減速比）の調整を行うだけでなく、出力される回転方向を切り替えることができる。具体的には、斜板傾斜調整機構１００は、油圧ポンプ用斜板５０のポンプ用クレードル５２に接続された接続片１０２と、接続片１０２に接続されたアクチュエータ１０４とを有する。斜板傾斜調整機構１００は、アクチュエータ１０４を作動させることにより、モータ用クレードル７２を揺動させ、傾斜量を調整することができる。

ここで、油圧式無段変速機１０においては、アクチュエータ１０４を収縮させ、油圧ポンプ用斜板５０を図１中に矢印Ａ方向に傾斜させることにより、減速比を減少させ、出力部９０に出力される回転速度を加速させることができる。これとは逆に、アクチュエータ１０４の突出量を増加させ、矢印Ａとは逆方向（矢印Ｂ方向）に傾斜させることにより、減速比を増加させ、出力部９０に出力される回転速度を減速させることができる。また、油圧ポンプ用斜板５０を減速方向（矢印Ｂ方向）に所定の角度だけ傾斜させた状態にすると、減速比が無限大になる。減速比が無限大になる際の油圧ポンプ用斜板５０の角度を境界角度θとした場合、油圧ポンプ用斜板５０を境界角度θよりもさらに矢印Ｂ方向（減速方向／減速比の増加方向）に傾斜させると、出力部９０に出力される回転方向を逆転させることができる。

上述したように、本実施形態の油圧式無段変速機１０においては、斜板傾斜調整機構１００によって斜板の傾斜を変化させることにより、減速比を調整することができる。これに加えて、油圧式無段変速機１０においては、油圧ポンプ用斜板５０の傾斜を減速比が無限大になる境界角度θを基準として増速側あるいは減速側に切り替えることにより出力部９０を介して出力される回転方向を切り替えることができる。そのため、油圧式無段変速機１０は、前後進の切り替え用として前後進切替機構を別途設ける必要がない。従って、油圧式無段変速機１０は、装置構成がシンプルかつコンパクトである。また、油圧式無段変速機１０は、部品点数や重量、製造コストが最小限で済み、車両の燃費特性を向上させうる。

上述した油圧式無段変速機１０は、出力軸９２の一端側に湿式摩擦クラッチ９５が設けられ、他端側にパーキングギア９７及び平行軸ギア９８が設けられると共に、出力軸９２の中間部に形成されたスペース９９にシリンダブロック３０が介在するように設置されている。すなわち、シリンダブロック３０は、パーキングギア９７及び平行軸ギア９８と、湿式摩擦クラッチ９５との間に形成されたスペース９９にラップ（重複）するように設置されている。そのため、出力軸９２に形成されたスペース９９をシリンダブロック３０の配置のために有効利用し、入力軸２０と出力軸９２との軸間距離を最小限に抑制することが可能となる。これにより、油圧式無段変速機１０をより一層コンパクト化することができる。

本実施形態においては、エンジンを横置き型のものとした例として、入力軸２０に対して略平行に配置された出力軸９２をはじめとする構成を出力部９０とした構成を例示したが、本発明はこれに限定される訳ではない。具体的には、エンジンを縦置き型とした場合には、油圧式無段変速機１０の出力部９０を、湿式摩擦クラッチ（図示せず）等を介してプロペラシャフト（図示せず）に向けて動力を出力可能な構成とすることができる。このような構成とした場合についても、油圧式無段変速機１０をシンプルかつコンパクトな構成とし、部品点数や重量、製造コストを最小限に抑制すると共に、車両の燃費特性を向上させうる。

本実施形態においては、油圧ポンプ用斜板５０の傾斜を斜板傾斜調整機構１００により可変とし、油圧モータ用斜板７０の傾斜を固定とした例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、油圧ポンプ用斜板５０に代えて油圧モータ用斜板７０の傾斜を斜板傾斜調整機構１００に相当する機構により可変とした構成、あるいは油圧ポンプ用斜板５０に加えて油圧モータ用斜板７０について傾斜を可変とした構成としても良い。このように、油圧ポンプ用斜板５０に代えて、あるいは油圧ポンプ用斜板５０に加えて油圧モータ用斜板７０の傾斜を可変とした場合についても、上記実施形態で示したものと同様に、油圧ポンプ用斜板５０及び油圧モータ用斜板７０のいずれか一方又は双方を減速比が無限大となる境界角度θよりもさらに減速方向（減速比の増加方向）に傾斜させることにより、出力軸９２を介して出力される回転方向を前進方向から後進方向に切り替えることが可能となる。

本発明は、例えば、自動車、自動二輪車、トラクター等の作業用車両をはじめとする車両全般において搭載される油圧式無段変速機として利用可能であり、特に軽自動車等のコンパクトな構成の車両において好適に利用可能である。

１０ 油圧式無段変速機
２０ 入力軸
３０ シリンダブロック
４０ 油圧ポンプ用プランジャ
５０ 油圧ポンプ用斜板
６０ 油圧モータ用プランジャ
７０ 油圧モータ用斜板
９０ 出力部
１００ 斜板傾斜調整機構
Ｐ 油圧ポンプ
Ｍ 油圧モータ
Ｘ 油圧式無段変速部
θ 境界角度

Claims (1)

1. エンジンの回転動力が入力される入力軸と、
   前記入力軸に対して動力伝達可能に接続された油圧式無段変速部と、
   前記油圧式無段変速部の出力側に動力伝達可能に接続された出力部とを有し、
   前記油圧式無段変速部が、
   前記入力軸に対して回転一体に同軸線上に設けられたシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックの軸線方向一方において、同軸線周りの円周上に間隔をあけて往復摺動可能に挿入された複数の油圧ポンプ用のプランジャと、
   前記油圧ポンプ用のプランジャの先端に摺接する油圧ポンプ用の斜板と、
   前記シリンダブロックの軸線方向他方において、同軸線周りの円周上に間隔をあけて往復摺動可能に挿入された油圧モータ用のプランジャと、
   前記油圧モータ用のプランジャの先端が摺接する油圧モータ用の斜板と、
   前記油圧ポンプ用の斜板及び前記油圧モータ用の斜板のいずれか一方又は双方の斜板について傾斜を変更可能な斜板傾斜調整機構とを有し、
   前記斜板傾斜調整機構により、前記斜板の傾斜を変化させることにより減速比を調整し、前記出力部に出力される回転速度を増減させることが可能であり、
   前記斜板の傾斜を減速比が無限大になる傾斜を基準として増速側あるいは減速側に切り替えることにより、前記出力部を介して出力される回転方向を切り替え可能であり、
   前記入力軸に対して動力伝達可能に接続された第二軸を有し、前記第二軸にクラッチと、ギアとが設けられており、前記クラッチと前記ギアとの間に形成されたスペースに前記シリンダブロックが介在している、
   ことを特徴とする油圧式無段変速機。

Images