WO2012169057A1

WO2012169057A1 - 無段変速機

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Publication number: WO2012169057A1
Application number: PCT/JP2011/063347
Authority: WO
Inventors: 辰哉松波
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2012-12-13
Also published as: CN103582769A; US20140200110A1; JPWO2012169057A1; CN103582769B; JP5601420B2

Abstract

　シャフト（５０）上の第１及び第２の回転部材（１０，２０）並びにサンローラ（３０）で挟持された各遊星ボール（４０）と、シャフト（５０）を中心に相対回転でき、各遊星ボール（４０）の各支持軸（４１）の一方の突出部を径方向に案内する第１ガイド部（６３）の形成された第１キャリア（６１）と、各支持軸（４１）の他方の突出部を径方向に案内する第２ガイド部（６４）の形成された第２キャリア（６２）と、軸線方向に観たときにできる第１ガイド部（６３）との交差点で支持軸（４１）の一方の突出部を保持する絞り部（７２）を備え、この交差点を回転に伴い径方向に移動させるアイリスプレート（７０）と、アイリスプレート（７０）をシャフト（５０）に対して相対回転させるモータ（ＭＧ）と、第１キャリア（６１）とアイリスプレート（７０）との間の相対回転速度に応じた伝達トルクを相互間に発生させるトルク伝達部（８０）と、を備えること。

Description

無段変速機

　本発明は、共通の回転軸を有する複数の回転要素と、その回転軸に対して放射状に複数配置した転動部材と、を備え、各回転要素の内の２つに挟持された各転動部材を傾転させることによって入出力間の変速比を無段階に変化させる無段変速機に関する。

　従来、この種の無段変速機としては、所謂トラクション遊星ギヤ機構と云われるものが知られている。例えば、そのトラクション遊星ギヤ機構には、回転中心となる変速機軸と、この変速機軸の中心軸を第１回転中心軸とする相対回転可能な複数の回転要素と、その第１回転中心軸と平行な別の第２回転中心軸を有し、第１回転中心軸を中心にして放射状に複数配置した転動部材と、この転動部材を自転させると共に支持する支持軸と、変速機軸に対して固定され、その支持軸における転動部材からの突出部分を介して当該転動部材を保持する保持部材と、を備えたものがある。このトラクション遊星ギヤ機構においては、対向させて配置した第１回転要素と第２回転要素とで各転動部材を挟持すると共に、各転動部材を第３回転要素の外周面上に配置し、その転動部材を傾転させることで変速比を無段階に変化させる。

　例えば、下記の特許文献１には、この種の無段変速機について開示されている。この特許文献１の無段変速機は、自らの回転により支持軸を介して転動部材を傾転させるアイリスプレートと、このアイリスプレートを回転させる駆動源としてのモータと、自らの回転により支持軸を介して転動部材にスキューを発生させるサポートプレート（保持部材）と、このサポートプレートを回転させる上記とは別の駆動源としてのモータと、を備えている。そのアイリスプレートは、支持軸が挿入される弧状のアイリス溝を備えている。また、サポートプレートは、支持軸が挿入される径方向のガイド部を備えている。この無段変速機は、アイリスプレートの回転によってアイリス溝から支持軸に力を加え、これにより転動部材を傾転させるものであるが、サポートプレートの回転により転動部材にスキューを発生させるので、アイリス溝から支持軸に加える力を軽減できる。つまり、この無段変速機は、サポートプレートの回転により転動部材にスキューを発生させることで、転動部材の傾転に要するエネルギ（変速に要するエネルギ）の低減を図ったものであり、モータによるアイリスプレートの回転を補助している。尚、特許文献２には、この種の無段変速機の一例として、自らの回転によりサンローラ（第３回転要素）を軸線方向に移動させるカムを備え、そのサンローラの移動によって転動部材を傾転させるものが開示されている。この無段変速機には、カムの回転に連動してキャリア（保持部材）を回転させるスプラインが設けられている。

米国特許出願公開第２００９／００８２１６９号明細書特表２０１０－５３２４５４号公報

　上記特許文献１の無段変速機は、アイリスプレートの回転用のモータだけでなく、サポートプレートを回転させる為の別のモータも備えている。従って、この無段変速機は、アイリスプレートの変速エネルギを低減できる一方で、複数のモータによる変速機の体格の増大を招く虞がある。

　そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、変速エネルギを低減しつつ、体格の大型化を抑えることが可能な無段変速機を提供することを、その目的とする。

　上記目的を達成する為、本発明は、回転中心となる固定軸としての変速機軸と、前記変速機軸上で対向させて配置した共通の第１回転中心軸を有する相対回転可能な第１及び第２の回転要素と、前記第１回転中心軸と平行な第２回転中心軸を有し、該第１回転中心軸を中心にして放射状に複数配置して前記第１及び第２の回転要素に挟持させた転動部材と、前記第２回転中心軸を有し、前記転動部材から両端を突出させた当該転動部材の支持軸と、前記各転動部材を外周面上に配置し、前記変速機軸並びに前記第１及び第２の回転要素に対する相対回転が可能な第３回転要素と、前記変速機軸に対して前記第１回転中心軸を中心とする相対回転ができるよう配置し、前記各支持軸の一方の突出部を径方向に案内する第１ガイド部の形成された第１保持部材と、前記変速機軸に固定され、且つ、前記各支持軸の他方の突出部を径方向に案内する第２ガイド部の形成された第２保持部材と、軸線方向に観たときに前記第１ガイド部と交差している交差点を有し、該交差点で前記支持軸の一方の突出部を保持する絞り部を備え、前記変速機軸に対して前記第１回転中心軸を中心に相対回転することで前記交差点を径方向に移動させる傾転要素と、前記傾転要素を前記変速機軸に対して相対回転させるアクチュエータと、前記第１保持部材と前記傾転要素との間の相対回転速度に応じた伝達トルクを当該第１保持部材と当該傾転要素との間に発生させるトルク伝達部と、を備えたことを特徴としている。

　ここで、前記トルク伝達部は、入力トルクに応じた前記支持軸から前記第１保持部材への力と当該力の作用半径との積よりも大きい伝達トルクに設定することが望ましい。

　本発明に係る無段変速機においては、アクチュエータで傾転要素を回転させることによってトルク伝達部の伝達トルクが第１保持部材に伝わり、この第１保持部材を回転させることができる。つまり、この無段変速機に依れば、トルク伝達部を設けることにより、従来のように第１保持部材の回転の為の専用のアクチュエータを用意する必要が無く、傾転要素を回転させる為のアクチュエータのみで第１保持部材も回転させることができる。従って、この無段変速機は、変速に必要な変速エネルギの低減と変速機の小型化の両立を図ることができる。

図１は、本発明に係る無段変速機の実施例の構成を示す部分断面図である。図２は、第１キャリアについて説明する図であって、図１のＸ－Ｘ線で切った断面図である。図３は、第２キャリアについて説明する図である。図４は、アイリスプレートについて説明する図である。図５は、入力トルクにより発生する力と減速側変速時のアイリスプレートの回転方向について説明する図である。図６は、トルク伝達部のトルク伝達特性の一例を示す図である。図７は、減速側変速時のスキュー力について説明する図である。図８は、入力トルクにより発生する力と増速側変速時のアイリスプレートの回転方向について説明する図である。図９は、増速側変速時のスキュー力について説明する図である。図１０は、弾性部材の特性の一例を示す図である。

　以下に、本発明に係る無段変速機の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

［実施例］
　本発明に係る無段変速機の実施例を図１から図１０に基づいて説明する。

　最初に、本実施例の無段変速機の一例について図１を用いて説明する。図１の符号１は、本実施例の無段変速機を示す。

　この無段変速機１の主要部を成す無段変速機構は、共通の第１回転中心軸Ａ１を有する相互間での相対回転が可能な第１から第３の回転要素１０，２０，３０と、その第１回転中心軸Ａ１を中心にして放射状に複数個配置され、その第１回転中心軸Ａ１と後述する基準位置において平行な別の第２回転中心軸Ａ２を各々有する転動部材４０と、第１から第３の回転要素１０，２０，３０の回転中心に配置した変速機軸としてのシャフト５０と、夫々の転動部材４０を傾転自在に保持する第１及び第２の保持部材６１，６２と、を備えた所謂トラクション遊星ギヤ機構と云われるものである。この無段変速機１は、第２回転中心軸Ａ２を第１回転中心軸Ａ１に対して傾斜させ、転動部材４０を傾転させることによって、入出力間の変速比γを変えるものである。以下においては、特に言及しない限り、その第１回転中心軸Ａ１や第２回転中心軸Ａ２に沿う方向を軸線方向と云い、その第１回転中心軸Ａ１周りの方向を周方向と云う。また、その第１回転中心軸Ａ１に直交する方向を径方向と云い、その中でも、内方に向けた側を径方向内側と、外方に向けた側を径方向外側と云う。

　この無段変速機１においては、対向させて配置した第１回転要素１０と第２回転要素２０とで夫々の転動部材４０を挟持すると共に、その夫々の転動部材４０を第３回転要素３０の外周面上に配設し、その第１回転要素１０と第２回転要素２０と第３回転要素３０との間で各転動部材４０を介したトルクの伝達を行うことができる。例えば、この無段変速機１においては、第１から第３の回転要素１０，２０，３０の内の１つをトルク（動力）の入力部とし、残りの回転要素の内の少なくとも１つをトルクの出力部にすることができる。これが為、この無段変速機１においては、入力部となる何れかの回転要素と出力部となる何れかの回転要素との間の回転速度（回転数）の比が変速比γとなる。例えば、この無段変速機１は、車両の動力伝達経路上に配設される。その際には、その入力部がエンジンやモータ等の動力源側に連結され、その出力部が駆動輪側に連結される。この無段変速機１においては、入力部としての回転要素にトルクが入力された場合の各回転要素の回転動作を正駆動と云い、出力部としての回転要素に正駆動時とは逆方向のトルクが入力された場合の各回転要素の回転動作を逆駆動と云う。例えば、この無段変速機１は、先の車両の例示に従えば、加速等の様に動力源側からトルクが入力部たる回転要素に入力されて当該回転要素を回転させているときが正駆動となり、減速等の様に駆動輪側から出力部たる回転中の回転要素に正駆動時とは逆方向のトルクが入力されているときが逆駆動となる。

　この無段変速機１は、第１及び第２の回転要素１０，２０の内の少なくとも一方を転動部材４０に押し付けることによって、第１から第３の回転要素１０，２０，３０と転動部材４０との間に適切な接線力（トラクション力）を発生させ、その間におけるトルクの伝達を可能にする。また、この無段変速機１は、夫々の転動部材４０を自身の第２回転中心軸Ａ２と第１回転中心軸Ａ１とを含む傾転平面上で傾転させ、第１回転要素１０と第２回転要素２０との間の回転速度（回転数）の比を変化させることによって、入出力間の回転速度（回転数）の比を変える。

　ここで、この無段変速機１においては、第１及び第２の回転要素１０，２０が遊星歯車機構で云うところのリングギヤの機能を為すものとなる。また、第３回転要素３０は、トラクション遊星ギヤ機構のサンローラとして機能する。また、転動部材４０はトラクション遊星ギヤ機構におけるボール型ピニオンとして機能し、第１及び第２の保持部材６１，６２はキャリアとして機能する。以下、第１及び第２の回転要素１０，２０については、各々「第１及び第２の回転部材１０，２０」と云う。また、第３回転要素３０については「サンローラ３０」と云い、転動部材４０については「遊星ボール４０」と云う。また、第１及び第２の保持部材６１，６２については、各々「第１キャリア６１」、「第２キャリア６２」と云う。以下の例示では、第２キャリア６２を固定要素とし、シャフト５０に固定する。

　そのシャフト５０は、図示しない筐体や車体等における無段変速機１の固定部に固定したものであり、その固定部に対して相対回転させぬよう構成した円柱状又は円筒状の固定軸とする。

　第１及び第２の回転部材１０，２０は、中心軸を第１回転中心軸Ａ１に一致させた円盤部材（ディスク）や円環部材（リング）であり、軸線方向で対向させて各遊星ボール４０を挟み込むように配設する。この例示においては、双方とも円環部材とする。

　この第１及び第２の回転部材１０，２０は、後で詳述する各遊星ボール４０の径方向外側の外周曲面と接触する接触面を有している。その夫々の接触面は、例えば、遊星ボール４０の外周曲面の曲率と同等の曲率の凹円弧面、その外周曲面の曲率とは異なる曲率の凹円弧面、凸円弧面又は平面等の形状を成している。ここでは、後述する基準位置の状態で第１回転中心軸Ａ１から各遊星ボール４０との接触点までの距離が同じ長さになるように夫々の接触面を形成して、第１及び第２の回転部材１０，２０の各遊星ボール４０に対する夫々の接触角θが同じ角度になるようにしている。その接触角θとは、基準から各遊星ボール４０との接触点までの角度のことである。ここでは、径方向を基準にしている。その夫々の接触面は、遊星ボール４０の外周曲面に対して点接触又は面接触している。また、夫々の接触面は、第１及び第２の回転部材１０，２０から遊星ボール４０に向けて軸線方向の力（押圧力）が加わった際に、その遊星ボール４０に対して径方向内側で且つ斜め方向の力（法線力）が加わるように形成されている。

　この例示においては、第１回転部材１０を無段変速機１の正駆動時におけるトルク入力部として作用させ、第２回転部材２０を無段変速機１の正駆動時におけるトルク出力部として作用させる。従って、その第１回転部材１０には入力軸（図示略）が連結され、第２回転部材２０には出力軸（図示略）が連結される。その入力軸や出力軸は、シャフト５０に対する周方向の相対回転を行うことができる。尚、この無段変速機１は、入力軸として設けているものを出力軸として利用し、出力軸として設けているものを入力軸として利用してもよい。

　ここで、その入力軸と第１回転部材１０との間には、軸力を発生させる軸力発生部（図示略）が設けられている。その軸力発生部としては、トルクカムが考えられる。従って、この軸力発生部は、入力軸側の係合部材と第１回転部材１０側の係合部材とが係合することで、入力軸と第１回転部材１０との間で軸力を発生させると共に回転トルクを伝達させ、これらを一体になって回転させる。その軸力発生部による軸力は、第１回転部材１０と第２回転部材２０とに伝わり、これらが各遊星ボール４０を押圧する際の押圧力となる。その軸力発生部は、第１回転部材１０側に替えて又は第１回転部材１０側と共に、出力軸と第２回転部材２０との間に設けてもよい。

　サンローラ３０は、シャフト５０と同心上に配置され、このシャフト５０に対する周方向への相対回転を行う。ここでは、このサンローラ３０とシャフト５０との間にラジアル軸受ＲＢ１，ＲＢ２が配設されている。このサンローラ３０の外周面には、複数個の遊星ボール４０が放射状に略等間隔で配置される。従って、このサンローラ３０においては、その外周面が遊星ボール４０の自転の際の転動面となる。このサンローラ３０は、自らの回転動作によって夫々の遊星ボール４０を転動（自転）させることもできれば、夫々の遊星ボール４０の転動動作（自転動作）に伴って回転することもできる。このサンローラ３０においては、シャフト５０に対して軸線方向へと移動させないように、ラジアル軸受ＲＢ１，ＲＢ２の側面に例えばスナップリング等の係止部材を配設している。

　遊星ボール４０は、サンローラ３０の外周面上を転がる転動部材である。この遊星ボール４０は、完全な球状体であることが好ましいが、少なくとも転動方向にて球形を成すもの、例えばラグビーボールの様な断面が楕円形状のものであってもよい。この遊星ボール４０は、その中心を通って貫通させた支持軸４１によって回転自在に支持する。例えば、遊星ボール４０は、支持軸４１の外周面との間に配設した軸受によって、第２回転中心軸Ａ２を回転軸とした支持軸４１に対する相対回転（つまり自転）ができるようにしている。従って、この遊星ボール４０は、支持軸４１を中心にしてサンローラ３０の外周面上を転動することができる。その支持軸４１の両端は、遊星ボール４０から突出させておく。

　その支持軸４１の基準となる位置は、図１に示すように、第２回転中心軸Ａ２が第１回転中心軸Ａ１と平行になる位置である。この支持軸４１は、その基準位置で形成される自身の回転中心軸（第２回転中心軸Ａ２）と第１回転中心軸Ａ１とを含む傾転平面内において、基準位置とそこから傾斜させた位置との間を遊星ボール４０と共に揺動（傾転）することができる。その傾転は、その傾転平面内で遊星ボール４０の中心を支点にして行われる。

　第１及び第２のキャリア６１，６２は、シャフト５０上で互いに対向させて配設し、その間に配置した各遊星ボール４０の傾転動作を妨げないように支持軸４１を保持するものである。遊星ボール４０から突出させた支持軸４１の夫々の突出部は、一方が第１キャリア６１に保持され、他方が第２キャリア６２に保持される。これら第１及び第２のキャリア６１，６２は、例えば、中心軸を第１回転中心軸Ａ１に一致させた円盤部材とする。

　この無段変速機１には、夫々の遊星ボール４０の傾転時に支持軸４１を傾転方向へと案内する為の第１及び第２のガイド部６３，６４が設けられている。この例示では、その第１及び第２のガイド部６３，６４を第１及び第２のキャリア６１，６２に各々設ける。第１及び第２のガイド部６３，６４は、遊星ボール４０から突出させた支持軸４１を傾転方向に向けて案内する径方向のガイド溝やガイド孔であり、第１及び第２のキャリア６１，６２の夫々の対向する部分に遊星ボール４０毎に形成する（図２，３）。つまり、全ての第１及び第２のガイド部６３，６４は、軸線方向（例えば図１の矢印Ａの方向）から観ると夫々に放射状を成している。

　この例示では、各遊星ボール４０と後述するアイリスプレート７０との間に第１キャリア６１を配設する。これが為、この第１キャリア６１の第１ガイド部６３は、ガイド孔とし、支持軸４１を貫通させる。一方の第２キャリア６２の第２ガイド部６４は、ガイド溝又はガイド孔のどちらでもよい。第１及び第２のガイド部６３，６４は、第１及び第２のキャリア６１，６２の周方向を幅とする。そして、第１及び第２のガイド部６３，６４は、その幅を支持軸４１の直径（ころ軸受等が介在している場合には、その外形。）よりも拡げることで、遊星ボール４０の傾転動作を妨げないようにしている。

　また、この例示では、アイリスプレート７０の近くに配置した第１キャリア６１をシャフト５０に対して相対回転できるよう取り付ける一方、この第１キャリア６１よりもアイリスプレート７０から離れた位置に配置した第２キャリア６２をシャフト５０に固定する。

　第１キャリア６１は、その内周側に溝部６５が形成されている。この例示では図２に示すように溝部６５を１つにしているが、溝部６５は、第１回転中心軸Ａ１を中心にして対角線上又は放射状に複数形成してもよい。シャフト５０の外周面上には、その溝部６５に対応する位置に突出部５１を設ける。この第１キャリア６１は、その溝部６５の中に突出部５１が挿入された状態でシャフト５０に取り付ける。ここでは、溝部６５の径方向内側の壁面と突出部５１の径方向外側の壁面とが互いに接触しないよう形成する。また、ここでは、溝部６５の周方向における夫々の壁面と突出部５１の周方向における夫々の壁面との間に隙間を形成する。

　その夫々の隙間には、弦巻バネ等の弾性部材６６を配設する。その夫々の弾性部材６６は、周方向又は略周方向に伸縮できるよう配設され、第１キャリア６１に周方向の力が加わらなければ、この第１キャリア６１を中立位置に保持する。尚、その中立位置とは、第１及び第２のガイド部６３，６４の幅方向と径方向の形状が同じ場合、軸線方向に観たときに第１ガイド部６３と第２ガイド部６４とが完全に重なり合う位置のことであって、支持軸４１と第１ガイド部６３の夫々の幅方向の壁面との各隙間が均等になっている状態のことを云う。

　第２キャリア６２は、その内周面側をシャフト５０の外周面側に嵌合や圧入等で固定することにより、そのシャフト５０に対する周方向への相対回転や軸線方向への相対移動が行えないようにする。

　この無段変速機１においては、夫々の遊星ボール４０の傾転角が基準位置、即ち０度のときに、第１回転部材１０と第２回転部材２０とが同一回転速度（同一回転数）で回転する。つまり、このときには、第１回転部材１０と第２回転部材２０の回転比（回転速度又は回転数の比）が１となり、変速比γが１になっている。一方、夫々の遊星ボール４０を基準位置から傾転させた際には、支持軸４１の中心軸（第２回転中心軸Ａ２）から第１回転部材１０との接触点までの距離が変化すると共に、支持軸４１の中心軸から第２回転部材２０との接触点までの距離が変化する。これが為、第１回転部材１０又は第２回転部材２０の内の何れか一方が基準位置のときよりも高速で回転し、他方が低速で回転するようになる。例えば第２回転部材２０は、遊星ボール４０を一方へと傾転させたときに第１回転部材１０よりも低回転になり（減速）、他方へと傾転させたときに第１回転部材１０よりも高回転になる（増速）。従って、この無段変速機１においては、その傾転角を変えることによって、第１回転部材１０と第２回転部材２０との間の回転比（変速比γ）を無段階に変化させることができる。尚、変速比γが増速のとき（γ＜１）には、図１における上側の遊星ボール４０が基準位置よりも紙面反時計回り方向に傾転し且つ下側の遊星ボール４０が基準位置よりも紙面時計回り方向に傾転している。また、変速比γが減速のとき（γ＞１）には、図１における上側の遊星ボール４０が基準位置よりも紙面時計回り方向に傾転し且つ下側の遊星ボール４０が基準位置よりも紙面反時計回り方向に傾転している。

　この無段変速機１には、その変速比γを変える変速装置が設けられている。変速比γは遊星ボール４０の傾転角の変化に伴い変わるので、その変速装置としては、夫々の遊星ボール４０を傾転させる傾転装置を用いる。ここでは、この変速装置が円盤状のアイリスプレート（傾転要素）７０を備えている。そのアイリスプレート７０は、その径方向内側のラジアル軸受ＲＢ３を介してシャフト５０に取り付けられており、そのシャフト５０に対して第１回転中心軸Ａ１を中心とする相対回転を行える。その相対回転には、アイリスプレート７０の駆動源としてのアクチュエータを用いる。ここでは、図４に示すモータＭＧが配設されている。このモータＭＧの駆動力は、例えばウォームギア７１等の動力伝達部を介してアイリスプレート７０の外周部分に伝えられる。

　このアイリスプレート７０は、第１キャリア６１の外側（軸線方向にて各遊星ボール４０の配置されていない側）、第２キャリア６２の外側（軸線方向にて各遊星ボール４０の配置されていない側）、第１キャリア６１と各遊星ボール４０との間又は第２キャリア６２と各遊星ボール４０との間の何れかの場所に配置する。ここでは、第１キャリア６１の外側に配置している。

　このアイリスプレート７０には、支持軸４１の一方の突出部が挿入される絞り部７２が形成されている。その絞り部７２は、径方向内側から径方向外側に向かうにつれて径方向に対して周方向にずれていく形状のものであり、所謂絞り孔（アイリス孔）や絞り溝（アイリス溝）と云われるものである。ここでは、絞り孔を例示している。具体的に、この絞り部７２は、径方向内側の端部が起点の径方向を基準線Ｌと仮定する場合、径方向内側から径方向外側に向かうにつれて基準線Ｌから周方向に離れていく弧状になっている（図４）。そして、この絞り部７２は、軸線方向に観たときに第１ガイド部６３と交差する交差点を有しており、この交差点で支持軸４１の一方の突出部を保持する。その交差点は、アイリスプレート７０の回転と共に径方向へと移動する。尚、その図４は、アイリスプレート７０を図１の矢印Ａの方向に観た図である。

　支持軸４１の一方の突出部は、アイリスプレート７０が図４の紙面時計回り方向に回転することで、絞り部７２に沿ってアイリスプレート７０の中心側に移動する。その際、支持軸４１の夫々の突出部が第１及び第２のキャリア６１，６２のガイド部６３，６４に挿入されているので、絞り部７２に挿入されている一方の突出部は、径方向内側に移動する。また、その一方の突出部は、アイリスプレート７０が図４の紙面反時計回り方向に回転することで、絞り部７２に沿ってアイリスプレート７０の外周側に移動する。その際、この一方の突出部は、ガイド部６３，６４の作用によって径方向外側に移動する。このように、支持軸４１は、ガイド部６３，６４と絞り部７２によって径方向に移動できる。従って、遊星ボール４０は、上述した傾転動作が可能になる。この例示では、減速方向へと傾転させる場合、アイリスプレート７０を図４の紙面時計回り方向に回転させ、増速方向へと傾転させる場合、アイリスプレート７０を図４の紙面反時計回り方向に回転させる。

　この無段変速機１には、アイリスプレート７０の回転に連動して第１キャリア６１を回転させるトルク伝達部８０を設ける。このトルク伝達部８０は、第１キャリア６１とアイリスプレート７０との間の相対回転速度Ｖに応じた伝達トルクＴを相互間に発生させるものであり、例えば回転速度感応型のカップリングやフルードカップリング等を用いればよい。この例示のトルク伝達部８０は、アイリスプレート７０の回転に伴い伝達トルクＴを発生し、これを第１キャリア６１に伝えることで、この第１キャリア６１を回転させる。ここでは、アイリスプレート７０と同一の周方向に第１キャリア６１を回転させるものとする。また、このトルク伝達部８０は、第１キャリア６１とアイリスプレート７０との間に配設されるものであるが、これらよりも径方向外側へと食み出さないように配設することが好ましい。ここでは、第１キャリア６１とアイリスプレート７０との間の中でも各支持軸４１よりも径方向内側に配設している。

　このトルク伝達部８０に関して詳述する前に、動力源からのトルクの入力に伴い遊星ボール４０等に作用する力について説明する。

　例えば正駆動時には、動力源から第１回転部材１０にトルクが入力される。ここでは、その入力トルクの向きを図４の紙面時計回り方向（つまりアイリスプレート７０で変速比γを減速側に変える方向）と同じにして説明する。

　遊星ボール４０における第１及び第２の回転部材１０，２０との接触点においては、図５に示すように、その入力トルクによって互いに逆向きの接線力（トラクション力）Ｆ１，Ｆ２が働いている。その図５は、遊星ボール４０等を図１の矢印Ｂの方向に観た図であって、第２回転中心軸Ａ２に沿って切った部分断面図である。ここでは、「Ｆ１＝Ｆ２」とする。そして、その夫々の接触点は、遊星ボール４０の外周面上において遊星ボール４０の重心からずらした位置にある。これが為、その夫々の接線力Ｆ１，Ｆ２は遊星ボール４０において偏心荷重となるので、その接線力Ｆ１，Ｆ２が加わった際には、その重心を中心にした回転モーメント（以下、「スピンモーメント」という。）が遊星ボール４０に発生する。この図５の例示では、反時計回り方向のスピンモーメントが働く。

　支持軸４１と第１及び第２のガイド部６３，６４との間には第１及び第２のガイド部６３，６４の幅方向に隙間が存在しているので、遊星ボール４０は、図５に示すように、スピンモーメントの方向に回転軸ずれが生じて傾く。その回転軸ずれによるスキュー状態では、支持軸４１の第１及び第２のガイド部６３，６４内に位置している部分に対して、接線力Ｆ１，Ｆ２に応じた力Ｆ３，Ｆ４が作用している（式１，２）。その力Ｆ３，Ｆ４は、動力源からの入力トルクに応じた力と云える。そして、この力Ｆ３，Ｆ４は、支持軸４１が第１及び第２のガイド部６３，６４の壁面に接したならば、第１及び第２のガイド部６３，６４に対する周方向への押圧力となる。

　　Ｆ３＝（Ｌｂ１／Ｌｃ１）＊Ｆ１　　…　　（１）
　　Ｆ４＝（Ｌｂ２／Ｌｃ２）＊Ｆ２　　…　　（２）

　Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｃ１及びＬｃ２は、遊星ボール４０を図１の矢印Ｂの方向に観た状態での距離を表している。「Ｌｂ１」は、遊星ボール４０の重心と一方の接触点（第１回転部材１０と遊星ボール４０との接触点）までの距離である。「Ｌｂ２」は、遊星ボール４０の重心と他方の接触点（第２回転部材２０と遊星ボール４０との接触点）までの距離である。「Ｌｃ１」は、遊星ボール４０の重心と第１ガイド部６３における支持軸４１からの作用点（例えば第１ガイド部６３内の支持軸４１の中央部分）との間の距離である。「Ｌｃ２」は、遊星ボール４０の重心と第２ガイド部６４における支持軸４１からの作用点（例えば第２ガイド部６４内の支持軸４１の中央部分）との間の距離である。ここでは、「Ｌｂ１＝Ｌｂ２」、「Ｌｃ１＝Ｌｃ２」とするので、「Ｆ３＝Ｆ４」になる。

　更に、このスキュー状態では、支持軸４１の絞り部７２内に位置している部分に対して、接線力Ｆ１（つまり動力源の入力トルク）に応じた力Ｆ５が作用している（式３）。その力Ｆ５は、支持軸４１が絞り部７２の壁面に接したならば、絞り部７２に対する周方向への押圧力となる。「Ｌａ」は、遊星ボール４０の重心と絞り部７２における支持軸４１からの作用点（例えば絞り部７２内の支持軸４１の中央部分）との間の距離である。

　　Ｆ５＝（Ｌｂ１／Ｌａ）＊Ｆ１　　…　　（３）

　本実施例のトルク伝達部８０は、下記の式４に示す力Ｆ３と力Ｆ３の作用半径Ｒｃ（図２）との積Ｔｃの絶対値よりも伝達トルクＴの絶対値が大きくなるようにトルク伝達特性を設定する。その作用半径Ｒｃは、変速比γに応じて変化する。その積Ｔｃとは、支持軸４１から第１キャリア６１に作用するトルクのことであり、動力源からの入力トルクによって第１キャリア６１に作用するトルクと云える。以下、この積Ｔｃを「キャリアトルクＴｃ」と云う。

　　Ｔｃ＝Ｒｃ＊Ｆ３＝Ｒｃ＊（Ｌｂ１／Ｌｃ１）＊Ｆ１　　…　　（４）

　このキャリアトルクＴｃは、その向きが動力源からの入力トルクの方向に依存しているので、変速が減速側であると増速側であるとに拘わらず、同じ向きに発生する。この例示では、減速側へと変速させるときのアイリスプレート７０の回転方向と同じ向きに発生している。これに対して、トルク伝達部８０の伝達トルクＴは、その向きがアイリスプレート７０の回転方向によって決まる。これが為、この伝達トルクＴは、減速側への変速時であれば、キャリアトルクＴｃと同じ向きに発生し、増速側への変速時であれば、キャリアトルクＴｃとは逆向きに発生する。ここでは、減速側への変速時における伝達トルクＴの向きを正回転方向と云い、増速側への変速時における伝達トルクＴの向きを負回転方向と云う。

　ここで、動力源からの入力トルクは、例えば同じ走行状態からの加速であっても、急加速時や緩加速時等の様々な条件によって異なる大きさになる。従って、トルク伝達部８０の伝達トルクＴは、実際の走行場面として想定され得る全ての条件の入力トルクにおいて、その絶対値がキャリアトルクＴｃの絶対値よりも大きくなるように設定する。これにより、このトルク伝達部８０は、入力トルクが如何様な条件による大きさのものであったとしても、アイリスプレート７０の回転と共に第１キャリア６１を回転させることができる。

　図６には、このトルク伝達部８０のトルク伝達特性の一例を示している。縦軸は、トルク伝達部８０の伝達トルクＴを表しており、横軸は、第１キャリア６１に対するアイリスプレート７０の相対回転速度Ｖを表している。このトルク伝達部８０は、その相対回転速度Ｖが０になっているときに伝達トルクＴが０になる。この０のときを境にして、図６の紙面右側が変速比γを減速側に変化させるときの正回転時のトルク伝達特性であり、紙面左側が変速比γを増速側に変化させるときの負回転時のトルク伝達特性である。ここでは、これらが対称となるトルク伝達特性を示している。

　図６の「Ｔ１」と「Ｔ２」は、夫々急加速時と緩加速時におけるトルク伝達部８０の伝達トルクを示す。また、「Ｔｃ１」と「Ｔｃ２」は、夫々急加速時と緩加速時のキャリアトルクを示す。また、「Ｖ１」と「Ｖ２」は、夫々急加速時と緩加速時における第１キャリア６１に対するアイリスプレート７０の相対回転速度を示す。これらは、全て正回転時のものである。一方、負回転時のものについては、図６において「－Ｔ１」、「－Ｔ２」等と表している。

　急加速時には、正回転（Ｖ＞０）であれば、キャリアトルクＴｃ１の絶対値よりも大きい伝達トルクＴ１の絶対値が設定されている。これに対して、負回転（Ｖ＜０）の場合には、キャリアトルク－Ｔｃ１の絶対値よりも大きい伝達トルク－Ｔ１の絶対値が設定されている。また、緩加速時には、正回転であれば、キャリアトルクＴｃ２の絶対値よりも大きい伝達トルクＴ２の絶対値が設定されている。これに対して、負回転の場合には、キャリアトルク－Ｔｃ２の絶対値よりも大きい伝達トルク－Ｔ２の絶対値が設定されている。この例示では、正回転と負回転の夫々の場合において、少なくとも急加速時と緩加速時との間の伝達トルクＴの絶対値をキャリアトルクＴｃの絶対値よりも大きく設定する。その領域（図６のハッチング領域）が、本車両で想定される変速速度と入力トルクとによるモーメントの範囲を示すものだからである。

　このトルク伝達部８０は、このようなトルク伝達特性の設定により、減速側へと変速させる場合、第１キャリア６１に対してキャリアトルクＴｃと同じ向きの伝達トルクＴが作用して、その第１キャリア６１をキャリアトルクＴｃと同じ向きに回転させるので、図５のスキュー状態を容易に作り出すことができる。何故ならば、この場合には、第１キャリア６１の回転に伴い、第１ガイド部６３の幅方向における一方の壁面から支持軸４１への抗力が減少し、その壁面でのスピンモーメントによるスキュー状態の生成が邪魔され難くなるからである。

　このスキュー状態においては、サンローラ３０の回転方向と遊星ボール４０の回転方向との間にもずれが生じている。これが為、サンローラ３０と遊星ボール４０との間においては、サンローラ３０の回転速度と遊星ボール４０の回転速度とにより決まるサイドスリップ速度が発生している。そのサイドスリップ速度によりサンローラ３０を軸線方向（図５の紙面右方向）に動かそうとする力Ｆａが働くが、そのサンローラ３０の軸線方向への移動は規制されているので、このスキュー状態の遊星ボール４０には、その反作用として逆方向（図５の紙面左方向）に動かそうとする力Ｆａがサンローラ３０との間で生じる。そして、この遊星ボール４０は第１及び第２の回転部材１０，２０とサンローラ３０の３点で拘束されているので、その反作用の力Ｆａは、図１の上側の遊星ボール４０を同図の紙面時計回り方向に動かす力となる。更に、このスキュー状態においては、図５では詳述していないが、支持軸４１のずれ角の分だけ出力側の接線力Ｆ２のベクトルの向きが内側（図５において第１キャリア６１側）に傾いている。そして、接線力Ｆ２の一部は、幾何学的に図１の上側の遊星ボール４０を同図の紙面時計回り方向に回転させる力Ｆｂとなる。このように、図５のスキュー状態にある遊星ボール４０の表面には、その力Ｆａと力Ｆｂとの合力による接線力が作用する。この合力による接線力は、図１の上側の遊星ボール４０において同図の紙面時計回り方向の回転モーメントになり、支持軸４１の第１キャリア６１側及びアイリスプレート７０側の突出部に径方向内側に向けたスキュー力を発生させる。図７には、第１キャリア６１における上記の距離Ｌｃ１の位置に発生するスキュー力Ｆｓを示している。そのスキュー力Ｆｓは、減速側へ変速させる際の傾転力となる。

　この無段変速機１においては、アイリスプレート７０を減速側へ変速させるよう回転させることで、トルク伝達部８０を介して第１キャリア６１も同一方向に回転させ、スピンモーメントによる図５のスキュー状態の生成を補助することができる。そして、これにより、この無段変速機１においては、減速側への変速に要するスキュー力Ｆｓを支持軸４１に発生させることができ、減速側へと遊星ボール４０を傾転させることが可能になる。

　ここで、遊星ボール４０を傾転させる為には、必要とされるスキュー力（必要スキュー力）Ｆｓ０の大きさが傾転動作の速度や効率等の観点から決められており、その必要スキュー力Ｆｓ０の発生に要するスキュー状態（支持軸４１のずれ角）を作り出す必要がある。この例示では、必要スキュー力Ｆｓ０の発生に必要な第１ガイド部６３における必要スキュー量の最大値Ｓｍａｘに基づいて、支持軸４１と第１ガイド部６３との間の第１ガイド部６３の幅方向における隙間ＣＬ（図２）を設定する。ここでは、その必要スキュー量の最大値Ｓｍａｘとの関係が下記の式５の関係式を満たすように隙間ＣＬの設定を行う。尚、第１ガイド部６３のスキュー量とは、スキュー発生に伴う第１ガイド部６３内での支持軸４１の移動量のことであり、例えば支持軸４１のずれ角と上記の距離Ｌｃ１とから大凡の値を推定できる。この例示では、第２ガイド部６４における支持軸４１との隙間ＣＬも同じ大きさに設定する。

　　ＣＬ／２≧Ｓｍａｘ　　…　　（５）

　一方、変速比γを増速側に変化させる場合には、力Ｆ３や力Ｆ５とは逆向きの力が働くようにアイリスプレート７０を回転させる。この無段変速機１においては、そのアイリスプレート７０の回転と共に、トルク伝達部８０を介してキャリアトルクＴｃとは逆向きの伝達トルクＴが第１キャリア６１に働く。ここでは、その伝達トルクＴの絶対値がキャリアトルクＴｃの絶対値よりも大きいので、第１キャリア６１がキャリアトルクＴｃとは逆向きに回転する。この第１キャリア６１の回転と同時に、第１ガイド部６３の壁面が支持軸４１をスピンモーメントとは逆向きに押し動かすので、遊星ボール４０は、図８に示すように、図５のスキュー状態とは逆向きのスキュー状態になる。

　増速側への変速時には、このように減速側とは逆のスキュー状態を作り出すことにより、上記の反作用力たるサンローラ３０と遊星ボール４０の間の力Ｆａが図８の紙面右方向を向いたものとして発生する。ここでの力Ｆａは、図１の上側の遊星ボール４０を同図の紙面反時計回り方向に動かす力となる。更に、このスキュー状態においては、図８では詳述していないが、支持軸４１のずれ角の分だけ出力側の接線力Ｆ２のベクトルの向きが外側（図８において第２キャリア６２側）に傾いている。そして、接線力Ｆ２の一部は、幾何学的に図１の上側の遊星ボール４０を同図の紙面反時計回り方向に回転させる力Ｆｂとなる。増速側への変速時には、その力Ｆａと力Ｆｂとの合力による接線力を遊星ボール４０の表面に作用させ、その図１の上側の遊星ボール４０に同図の紙面反時計回り方向の回転モーメントを働かせる。その回転モーメントは、支持軸４１の第１キャリア６１側及びアイリスプレート７０側の突出部に径方向外側に向けたスキュー力を発生させる。図９には、第１キャリア６１における上記の距離Ｌｃ１の位置に発生するスキュー力Ｆｓを示している。そのスキュー力Ｆｓは、増速側へ変速させる際の傾転力となる。

　この無段変速機１においては、アイリスプレート７０を増速側へ変速させるよう回転させることで、トルク伝達部８０を介して第１キャリア６１も同一方向に回転させ、減速側とは逆向きのスキュー状態の生成を補助することができる。そして、これにより、この無段変速機１においては、増速側への変速に要するスキュー力Ｆｓを支持軸４１に発生させることができ、増速側へと遊星ボール４０を傾転させることが可能になる。

　ところで、前述したように、第１キャリア６１の溝部６５とシャフト５０の突出部５１との間にできる２つの隙間には、夫々に弾性部材６６が配設されている。これが為、第１キャリア６１における力Ｆ３の作用点には、弾性部材６６の弾発力による力も作用している。故に、特に増速側への変速時には、遊星ボール４０が基準位置から図６のスキュー状態になるまでの間において、その弾発力による力が第１キャリア６１の回転の妨げとなり、トルク伝達部８０で第１キャリア６１を回転させることが難しくなる可能性がある。そこで、この無段変速機１においては、弾性部材６６の特性（バネ定数）を図１０に示すように設定する。この弾性部材６６は、増速側へ変速させる際に、緩加速時でもトルク伝達部８０が第１キャリア６１を回転できるように特性を設定する。具体的には、緩加速時におけるトルク伝達部８０が伝達トルクＴ２を発生させているので、このときに弾性部材６６に作用する荷重（Ｔ２／Ｒｓｐ）と上記の隙間内での弾性部材６６の最大変位量Ｘ０とに基づいて、その伝達トルクＴ２による荷重（Ｔ２／Ｒｓｐ）よりも小さい荷重で最大変位量Ｘ０となるように弾性部材６６の特性を設定する。「Ｒｓｐ」は、弾性部材６６の作用半径である（図２）。これにより、この無段変速機１にいては、トルク伝達部８０の伝達トルクＴでスキュー状態の生成に要する第１キャリア６１の回転が可能になる。

　以上示したように、この無段変速機１は、第１キャリア６１とアイリスプレート７０との間に上記のトルク伝達部８０を備えることによって、様々な状況下でも減速側又は増速側への変速に適した遊星ボール４０のスキュー状態を作り出すことができる。その際、第１キャリア６１は、アイリスプレート７０の回転により発生するトルク伝達部８０の伝達トルクＴで回転させられる。これが為、この無段変速機１においては、第１キャリア６１を回転させる為の専用の駆動源が不要で、アイリスプレート７０の回転の為の駆動源（モータＭＧ）だけを配備すればよいので、第１キャリア６１用のモータも有していた従来のものよりも変速機の小型化が可能になり、且つ、変速に必要な変速エネルギの低減も可能になる。また、この無段変速機１においては、トルク伝達部８０を第１キャリア６１とアイリスプレート７０との間に元々ある隙間に配置すればよく、その隙間の拡張を要するとしても大幅に拡げる必要はないので、変速機の大型化を抑えつつトルク伝達部８０を配置することができる。

　尚、この例示のトルク伝達部８０は、正回転と負回転とで同じトルク伝達特性に設定しているが、正回転と負回転とで異なるトルク伝達特性に設定してもよい。この場合には、例えば、キャリアトルクＴｃと同一方向である正回転の伝達トルクＴを負回転のものよりも小さくできる。

　１　無段変速機
　１０　第１回転部材（第１回転要素）
　２０　第２回転部材（第２回転要素）
　３０　サンローラ（第３回転要素）
　４０　遊星ボール（転動部材）
　４１　支持軸
　５０　シャフト（変速機軸）
　５１　突出部
　６１　第１キャリア（第１保持部材）
　６２　第２キャリア（第２保持部材）
　６３　第１ガイド部
　６４　第２ガイド部
　６５　溝部
　６６　弾性部材
　７０　アイリスプレート（傾転要素）
　７２　絞り部
　８０　トルク伝達部
　ＭＧ　モータ

Claims

　回転中心となる固定軸としての変速機軸と、
　前記変速機軸上で対向させて配置した共通の第１回転中心軸を有する相対回転可能な第１及び第２の回転要素と、
　前記第１回転中心軸と平行な第２回転中心軸を有し、該第１回転中心軸を中心にして放射状に複数配置して前記第１及び第２の回転要素に挟持させた転動部材と、
　前記第２回転中心軸を有し、前記転動部材から両端を突出させた当該転動部材の支持軸と、
　前記各転動部材を外周面上に配置し、前記変速機軸並びに前記第１及び第２の回転要素に対する相対回転が可能な第３回転要素と、
　前記変速機軸に対して前記第１回転中心軸を中心とする相対回転ができるよう配置し、前記各支持軸の一方の突出部を径方向に案内する第１ガイド部の形成された第１保持部材と、
　前記変速機軸に固定され、且つ、前記各支持軸の他方の突出部を径方向に案内する第２ガイド部の形成された第２保持部材と、
　軸線方向に観たときに前記第１ガイド部と交差している交差点を有し、該交差点で前記支持軸の一方の突出部を保持する絞り部を備え、前記変速機軸に対して前記第１回転中心軸を中心に相対回転することで前記交差点を径方向に移動させる傾転要素と、
　前記傾転要素を前記変速機軸に対して相対回転させるアクチュエータと、
　前記第１保持部材と前記傾転要素との間の相対回転速度に応じた伝達トルクを当該第１保持部材と当該傾転要素との間に発生させるトルク伝達部と、
　を備えたことを特徴とする無段変速機。
　前記トルク伝達部は、入力トルクに応じた前記支持軸から前記第１保持部材への力と当該力の作用半径との積よりも大きい伝達トルクに設定したことを特徴とする請求項１記載の無段変速機。