WO2014013786A1

WO2014013786A1 - 無段変速機

Info

Publication number: WO2014013786A1
Application number: PCT/JP2013/063785
Authority: WO
Inventors: 重小山; 浜田　哲郎; 徹鴨志田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2015-01-17

Description

無段変速機

　本発明は、無段変速機に関する。

　従来、駆動源の動力が伝達される入力軸と、入力軸と平行に配置された中間軸と、入力軸上に設けられたトロイダル型無段変速機構と、中間軸上に設けられた遊星歯車機構と、入力軸側から中間軸側に動力を伝達可能な第１と第２の２つのギア列と、低速側クラッチと、高速側クラッチとを備える無段変速機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

　特許文献１のトロイダル型無段変速機構は、入力軸に固定された一対の入力側ディスクと、一対の入力ディスクの間に各入力側ディスクと対向するように入力軸に回転自在に配置された一対の出力側ディスクと、入力側ディスクと出力側ディスクとの間で動力を伝達させるパワーローラとを備える。パワーローラは傾斜角度を変更自在に設けられている。そして、トロイダル型無段変速機構は、パワーローラの傾斜角度を変更することにより、変速することができる。

　第１ギア列は、入力軸に固定される第１駆動ギアと、この第１駆動ギアに噛合し、中間軸に回転自在に軸支される第１従動ギアとで構成される。第２ギア列は、入力軸と同心に配置され、トロイダル型変速機構の出力側ディスクに連結される第２駆動ギアと、中間軸に回転自在に軸支される第２従動ギアと、第２駆動ギア及び第２従動ギアに噛合する中間ギアとで構成される。

　特許文献１の遊星歯車機構は、サンギアと、リングギアと、サンギア及びリングギアに噛合するピニオンを自転及び公転自在に軸支するキャリアとからなるシングルピニオン型で構成される。サンギアは第２従動ギアに連結され、キャリアは、第１従動ギアに連結されている。

　低速側クラッチは、リングギアと中間軸とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。低速側クラッチのクラッチハブは、中間軸に連結され、低速側クラッチのクラッチドラムは、中間軸に回転自在に設けられている。高速側クラッチは、第２従動ギアと中間軸とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。中間軸には、出力ギアが設けられ、出力ギアはデファレンシャルギアに噛合している。

特許第３１６４０８１号公報

　無段変速機の低速側クラッチを連結状態として走行する低速モードのときは、伝達トルクが最も大きくなる状態で走行する場合がある。従って、低速側クラッチの容量は比較的大きくなってしまう。

　本発明は、従来よりも低速側クラッチの容量を小さくすることができる無段変速機を提供することを目的とする。

　［１］上記目的を達成するため、本発明は、駆動源の動力が伝達される入力軸と、前記入力軸と平行に配置された中間軸と、該中間軸と同心に配置された反転ギアと、前記入力軸と一体に回転する第１駆動ギア、及び、前記中間軸と同心に配置され、前記第１駆動ギアの動力が伝達される第１従動ギアを有する第１ギア列と、前記入力軸と同心に配置される第２駆動ギア、及び、前記中間軸と同心に配置され、前記第２駆動ギアの動力が伝達される第２従動ギアを有する第２ギア列と、前記第１ギア列と前記第２ギア列の一方の駆動ギア及び従動ギアに噛合する中間ギアと、前記入力軸上に設けられたトロイダル型無段変速機構と、前記中間軸上に設けられた遊星歯車機構と、前記中間軸上に設けられた低速側クラッチと、高速側クラッチと、前記トロイダル型無段変速機構、前記低速側クラッチ及び前記高速側クラッチを制御する制御部とを備え、前記トロイダル型無段変速機構は、前記入力軸と一体に回転する入力側ディスクと、該入力側ディスクに対向して配置され、前記入力軸に対して相対回転自在な出力側ディスクと、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間で動力伝達可能に配置されたパワーローラと、該パワーローラの傾斜角度を調節自在な角度調整機構とを備える無段変速機を以下の如く改良している。

　即ち、本発明の無段変速機は、該角度調整機構で前記パワーローラの傾斜角度を変更させて変速比を変更するものであり、前記第２駆動ギアは、前記出力側ディスクと一体に回転し、前記遊星歯車機構は、サンギア、キャリア及びリングギアからなる３つの要素を備え、前記遊星歯車機構の３つの要素を、相対回転速度比を直線で表すことができる共線図におけるギア比に対応する間隔での並び順に前記サンギア側から夫々第１要素、第２要素及び第３要素として、前記第２要素と前記第１従動ギアとが一体回転するように連結され、前記第３要素と前記反転ギアとが一体回転するように連結され、前記低速側クラッチは、前記第１要素と前記第２従動ギアとを一体回転するように連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成され、前記高速側クラッチは、前記第２従動ギアと前記反転ギアとを一体回転するように連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成され、前記制御部は、前記低速側クラッチを連結状態とし、前記高速側クラッチを開放状態とすることで低速モードを実行し、前記低速側クラッチを開放状態とし、前記高速側クラッチを連結状態とすることで高速モードを実行することを特徴とする。

　本発明によれば、低速側クラッチが、第１要素たるサンギアと第２従動ギアとを一体回転するように連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されているため、低速側クラッチの容量を、３つの要素のうちで通過トルクが最も小さい第１要素たるサンギアと第２従動ギアとの連結に必要十分な容量に設定することができる。従って、従来のように、低速側クラッチを第３要素と中間軸とを連結自在に構成するものと比較して、低速側クラッチの容量を小さくすることができ、無段変速機の小型化及び軽量化を図ることができる。

　［２］また、本発明においては、低速側クラッチは、クラッチハブと、クラッチドラムと、ピストンと、クラッチドラムとピストンとで画成される油圧室とを備え、低速側クラッチのクラッチドラムを中間軸に固定し、低速側クラッチのクラッチハブを第１要素たるサンギアに連結することが好ましい。

　本発明によれば、第２従動ギアと連結する中間軸に低速側クラッチのクラッチドラムが固定されているため、クラッチドラムと中間軸とが相対回転自在に設けられている場合と比較して、低速側クラッチのクラッチドラムのセンタリングを高精度で行うことができる。従って、クラッチドラムとピストンとの間で画成される油圧室の精度を向上させて、低速側クラッチの高精度化を図ることができる。

　［３］また、本発明の無段変速機は、中間軸内に設けられた作動油が供給される油路と、油路と低速側クラッチの油圧室とを連通させるべく中間軸とクラッチドラムとに穿設された油孔と、中間軸とクラッチハブとの間で油孔から前記油圧室に供給される作動油の漏れを防ぐシール部材とを備えるものにも用いることができる。

　本発明によれば、低速側クラッチのクラッチドラムが中間軸に固定されているため、クラッチドラムと中間軸との間で差回転が発生しない。従って、中間軸と低速側クラッチのクラッチドラムとの間に設けられたシール部材によるフリクションは発生せず、クラッチドラムと中間軸との間で差回転が発生するものと比較して、伝達効率を向上させることができる。

　［４］また、本発明においては、シール部材としてゴムリングを用いることが好ましい。

　本発明によれば、低速側クラッチのクラッチドラムと中間軸との間で差回転が生じないため、シール部材として、金属リングや樹脂リングと比較してシール性の高いゴムリングを設けることができる。従って、変速比が無限大となるギアードニュートラル及びその近傍の精密な制御が必要な領域においても、正確な油圧制御が可能となる。

　［５］また、本発明においては、第２駆動ギアを出力側ディスクの外周に設け、中間ギアを第１駆動ギアと第１従動ギアとに噛合させることが好ましい。

　本発明によれば、もともと比較的大径の出力側ディスクを有効活用して、中間ギアと噛合しない比較的大径となる駆動ギア、即ち、第２駆動ギアを構成することができる。従って、中間ギアを第２駆動ギアと第２従動ギアとに噛合させる場合に比し、第１駆動ギアとして大径ギアを用いることなく、コンパクトで軽量な無段変速機を構成することができる。

本発明の実施形態の無段変速機を示すスケルトン図。本実施形態の低速側クラッチを拡大して示す説明図。本実施形態の無段変速機の低速モードにおけるトルクフローを示す説明図。本実施形態の低速モードにおける共線図。本実施形態の無段変速機の高速モードにおけるトルクフローを示す説明図。本実施形態の高速モードにおける共線図。

　図１から図６を参照して、本発明の実施形態の無段変速機１を説明する。本実施形態の無段変速機１は、駆動源たる内燃機関（エンジン等。図示省略。）の動力がフライホイール１１を介して伝達される入力軸２と、入力軸２と平行に配置された出力部材たる出力軸３と、入力軸２と出力軸３に平行に配置された中間軸４と、トロイダル型無段変速機構５と、第１ギア列６と、遊星歯車機構７と、を備える。

　トロイダル型無段変速機構５は、入力軸２と同心であって一体に回転する一対の入力側ディスク５１と、入力側ディスク５１の間であって入力軸２に対して対向させると共に同心且つ回転自在に配置された出力側ディスク５２と、入力側ディスク５１と出力側ディスク５２との間に配置され、入力側ディスク５１と出力側ディスク５２との間で動力を伝達させるパワーローラ５３とを備える。

　パワーローラ５３は、入力側ディスク５１と出力側ディスク５２との間で動力を伝達させるべく回転できるように回転軸５３ａを備えると共に、回転軸５３ａと直交し紙面垂直方向に延びる揺動軸５３ｂ（トラニオン）に対して揺動自在となっており、パワーローラ５３を揺動軸５３ｂ周りで揺動させて傾斜角度を変化させることで、トロイダル型無段変速機構５の変速比を変化できるように構成されている。本実施形態においては、揺動軸５３ｂ（トラニオン）が本発明のパワーローラの傾斜角度を調節自在な角度調整機構に相当する。

　出力側ディスク５２の外周には、第２駆動ギア５２ａが設けられている。この第２駆動ギア５２ａには、中間軸４に一体回転するように固定された第２従動ギア８１が噛合している。本実施形態においては、この第２従動ギア８１と第２駆動ギア５２ａとで本実施形態の第２ギア列を構成する。

　遊星歯車機構７は、中間軸４に回転自在に軸支されたサンギア７１と、リングギア７２と、サンギア７１及びリングギア７２に噛合するピニオン７３を自転及び公転自在に軸支するキャリア７４との３つの要素を備える。この３つの要素は、各要素の相対回転速度の比を直線で表すことができる共線図において、サンギア７１側から、夫々、第１要素、第２要素、第３要素とすると、第１要素はサンギア７１、第２要素はキャリア７４、第３要素はリングギア７２となる。

　遊星歯車機構７のギア比（リングギア７２の歯数／サンギア７１の歯数）をｉとすると、共線図（図４及び図６参照）において、サンギア７１とキャリア７４との間の間隔と、キャリア７４とリングギア７２との間の間隔との比は、ｉ：１に設定される。なお、共線図とは、図４及び図６の中央部分に示すように、サンギア７１とキャリア７４とリングギア７２との相対回転速度の比を直線で表すことができる図であり、「１」はトロイダル型無段変速機構５の最大変速比ｉの場合における出力側ディスク５２の回転速度を示している。

　第１ギア列６は、入力軸２に固定された第１駆動ギア６１と、中間軸４と同心であってキャリア７４（第２要素）に連結された第１従動ギア６２と、第１駆動ギア６１と第１従動ギア６２とに噛合し、図示省略した変速機ケースに回転自在に軸支された中間ギア６３とで構成される。第１ギア列６のギア比は、トロイダル型無段変速機構５の最大変速比ｉのギア比と同一に設定している。従って、図４及び図６に示すように、キャリア７４（第２要素）の回転速度は「１」に設定される。

　なお、第１ギア列６のギア比は、トロイダル型無段変速機構５のトルクシフト特性による変速比の変動を考慮して、トロイダル型無段変速機構５の最大変速比ｉのギア比と異ならせて設定してもよく、例えば、第１ギア列６のギア比をトロイダル型無段変速機構５の最大変速比ｉのギア比よりもトルクシフト特性による変動分だけ大きくなるように設定してもよい。

　中間軸４には、反転ギア８２が回転自在に軸支されている。また、無段変速機１には、高速側クラッチ９１と、低速側クラッチ９２とが設けられている。高速側クラッチ９１は、反転ギア８２と第２従動ギア８１とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。

　低速側クラッチ９２は、サンギア７１（第１要素）と中間軸４とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。高速側クラッチ９１及び低速側クラッチ９２は湿式多板クラッチで構成されている。

　図２に示すように、低速側クラッチ９２は、サンギア７１（第１要素）と連結されるクラッチハブＣ１と、中間軸４とスプライン結合により連結されるクラッチドラムＣ２と、クラッチドラムＣ２の内周面にスプライン結合し軸方向に摺動自在な複数の外側プレートＣ２ａと、この外側プレートＣ２ａの間に配置され、クラッチハブＣ１の外周面にスプライン結合し軸方向に摺動自在な内側プレートＣ１ａと、外側プレートＣ２ａを軸方向に押圧可能なピストンＣ３と、ピストンＣ３とクラッチドラムＣ２との間で画成される油圧室Ｃ３ａとを備える。

　中間軸４内には、軸方向に延び、作動油が供給される油路４ａが設けられている。また、中間軸４及びクラッチドラムＣ２には、油圧室Ｃ３ａに作動油を供給するための油孔Ｃ４ａ，Ｃ４ｂが穿設されている。中間軸４とクラッチドラムＣ２との間には、油孔Ｃ４ａ，Ｃ４ｂから油圧室Ｃ３ａに供給される作動油の漏れを防止すべくゴム製ＯリングＣ５が設けられている。

　反転ギア８２は、出力軸３に固定された伝達ギア８３と噛合している。出力軸３には、デファレンシャルギア１３と噛合する出力ギア３ａが固定されている。また、出力ギア３ａと伝達ギア８３との間に位置させてパーキングギア３ｂが出力軸３に固定されている。

　本実施形態の無段変速機１は、図３及び図４に示す低速走行用及び後進用の低速モードと、図５及び図６に示す高速走行用の高速モードとを備える。図３及び図４を参照して、低速モードは、トロイダル型無段変速機構５の速度比と無段変速機１の速度比が反比例の関係となる状態である。また、図３に示すように、低速モードにおいては、駆動力の一部がトロイダル型無段変速機構５を介して戻されて動力が循環する状態となる。図５及び図６を参照して、高速モードは、トロイダル型無段変速機構５の速度比と無段変速機１の速度比とが比例の関係となる状態である。

　低速モードと高速モードとは、高速側クラッチ９１及び低速側クラッチ９２で切り換えられる。低速モードは、高速側クラッチ９１を開放状態とし、低速側クラッチ９２を連結状態とすることにより確立される。高速モードは、高速側クラッチ９１を連結状態とし、低速側クラッチ９２を開放状態とすることにより確立される。

　図６に示すように、高速モードでも、キャリア７４は第１ギア列６を介して回転速度「１」で回転する。しかしながら、高速モードでは、低速側クラッチ９２が開放状態となるため、サンギア７１（第１要素）が空転する状態となり、遊星歯車機構７には動力が伝達されない。

　無段変速機１の制御部１４は、ＣＰＵ、メモリ等により構成された電子ユニット（ＥＣＵ）であり、現在のモードやエンジン回転数、車両の走行速度等の所定の車両情報に基づき、トロイダル型無段変速機構５、高速側クラッチ９１及び低速側クラッチ９２を制御する。

　本実施形態の無段変速機１によれば、低速側クラッチ９２が、第１要素たるサンギア７１と第２従動ギア８１とを中間軸４を介して一体回転するように連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。このため、低速側クラッチ９２の容量を、サンギア７１（第１要素）、キャリア７４（第２要素）及びリングギア７２（第３要素）の３つの要素のうちで通過トルクが最も小さい第１要素たるサンギア７１と第２従動ギア８１との連結に必要十分な容量に設定することができる。従って、従来のように、低速側クラッチを第３要素たるリングギアと中間軸とを連結自在に構成するものと比較して、低速側クラッチ９２の容量を小さくすることができ、無段変速機１の小型化及び軽量化を図ることができる。

　また、第２従動ギア８１と連結する中間軸４に低速側クラッチ９２のクラッチドラムＣ２が固定されているため、従来のようにクラッチドラムＣ２と中間軸４とが相対回転自在に設けられている場合と比較して、低速側クラッチ９２のクラッチドラムＣ２のセンタリングを高精度で行うことができる。従って、クラッチドラムＣ２とピストンＣ３との間で画成される油圧室Ｃ３ａの精度を向上させて、低速側クラッチ９２の高精度化を図ることができる。

　また、低速側クラッチ９２のクラッチドラムＣ２が中間軸４に固定されているため、クラッチドラムＣ２と中間軸４との間で差回転が発生しない。従って、中間軸４と低速側クラッチ９２のクラッチドラムＣ２との間に設けられたシール部材（ゴムリング）としてのゴム製ＯリングＣ５によるフリクションは発生せず、従来のようにクラッチドラムＣ２と中間軸４との間で差回転が発生するものと比較して、無段変速機１の伝達効率を向上させることができる。

　また、低速側クラッチ９２のクラッチドラムＣ２と中間軸４との間で差回転が生じないため、本実施形態のシール部材として、金属リングや樹脂リングと比較してシール性の高いゴム製ＯリングＣ５を設けることができる。従って、変速比が無限大となるギアードニュートラル及びその近傍などの精密な制御が必要な領域においても、低速側クラッチ９２の正確な油圧制御が可能となる。

　また、もともと比較的大径の出力側ディスク５２を有効活用して、出力側ディスク５２の外周に第２駆動ギア５２ａを構成している。従って、従来のように中間ギアを第２駆動ギアと第２従動ギアとに噛合させる場合に比し、第１駆動ギア６１を大径とすることなく、コンパクトで軽量な無段変速機１を構成することができる。

　なお、本実施形態では、駆動源として内燃機関を説明したが、本発明の駆動源はこれに限らず、例えば、モータ・ジェネレータ等の電動機を用いてもよい。

１…無段変速機、１１…フライホイール、１３…デファレンシャルギア、１４…制御部、２…入力軸、３…出力軸、３ａ…出力ギア、３ｂ…パーキングギア、４…中間軸、４ａ…油路、５…トロイダル型無段変速機構、５１…入力側ディスク、５２…出力側ディスク、５２ａ…第２駆動ギア、５３…パワーローラ、５３ａ…回転軸、５３ｂ…揺動軸（トラニオン）、６…第１ギア列、６１…第１駆動ギア、６２…第１従動ギア、６３…中間ギア、７…遊星歯車機構、７１…サンギア（第１要素）、７２…リングギア（第３要素）、７３…ピニオン、７４…キャリア（第２要素）、８１…第２従動ギア、８２…反転ギア、８３…伝達ギア、９１…高速側クラッチ、９２…低速側クラッチ、Ｃ１…クラッチハブ、Ｃ１ａ…内側プレート、Ｃ２…クラッチドラム、Ｃ２ａ…外側プレート、Ｃ３…ピストン、Ｃ３ａ…油圧室、Ｃ４ａ，Ｃ４ｂ…油孔、Ｃ５…ゴム製Ｏリング（ゴムリング、シール部材）。

Claims

　駆動源の動力が伝達される入力軸と、
　前記入力軸と平行に配置された中間軸と、
　該中間軸と同心に配置された反転ギアと、
　前記入力軸と一体に回転する第１駆動ギア、及び、前記中間軸と同心に配置され、前記第１駆動ギアの動力が伝達される第１従動ギアを有する第１ギア列と、
　前記入力軸と同心に配置される第２駆動ギア、及び、前記中間軸と同心に配置され、前記第２駆動ギアの動力が伝達される第２従動ギアを有する第２ギア列と、
　前記第１ギア列と前記第２ギア列の一方の駆動ギア及び従動ギアに噛合する中間ギアと、
　前記入力軸上に設けられたトロイダル型無段変速機構と、
　前記中間軸上に設けられた遊星歯車機構と、
　前記中間軸上に設けられた低速側クラッチと、高速側クラッチと、
　前記トロイダル型無段変速機構、前記低速側クラッチ及び前記高速側クラッチを制御する制御部とを備え、
　前記トロイダル型無段変速機構は、前記入力軸と一体に回転する入力側ディスクと、該入力側ディスクに対向して配置され、前記入力軸に対して相対回転自在な出力側ディスクと、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間で動力伝達可能に配置されたパワーローラと、該パワーローラの傾斜角度を調節自在な角度調整機構とを備え、該角度調整機構で前記パワーローラの傾斜角度を変更させて変速比を変更するものであり、
　前記第２駆動ギアは、前記出力側ディスクと一体に回転し、
　前記遊星歯車機構は、サンギア、キャリア及びリングギアからなる３つの要素を備え、
　前記遊星歯車機構の３つの要素を、相対回転速度比を直線で表すことができる共線図におけるギア比に対応する間隔での並び順に前記サンギア側から夫々第１要素、第２要素及び第３要素として、
　前記第２要素と前記第１従動ギアとが一体回転するように連結され、
　前記第３要素と前記反転ギアとが一体回転するように連結され、
　前記低速側クラッチは、前記第１要素と前記第２従動ギアとを一体回転するように連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成され、
　前記高速側クラッチは、前記第２従動ギアと前記反転ギアとを一体回転するように連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成され、
　前記制御部は、
　前記低速側クラッチを連結状態とし、前記高速側クラッチを開放状態とすることで低速モードを実行し、
　前記低速側クラッチを開放状態とし、前記高速側クラッチを連結状態とすることで高速モードを実行することを特徴とする無段変速機。
　請求項１記載の無段変速機であって、
　前記低速側クラッチは、クラッチハブと、クラッチドラムと、ピストンと、前記クラッチドラムと前記ピストンとで画成される油圧室とを備え、
　前記低速側クラッチのクラッチドラムは前記中間軸に固定され、前記低速側クラッチのクラッチハブは前記第１要素に連結されることを特徴とする無段変速機。
　請求項２記載の無段変速機であって、
　前記中間軸内に設けられた作動油が供給される油路と、
　前記油路と前記低速側クラッチの油圧室とを連通させるべく前記中間軸と前記クラッチドラムとに穿設された油孔と、
　前記中間軸と前記クラッチハブとの間で前記油孔から前記油圧室に供給される作動油の漏れを防ぐシール部材とを備えることを特徴とする無段変速機。
　請求項３記載の無段変速機であって、
　前記シール部材はゴムリングであることを特徴とする無段変速機。
　請求項４に記載の無段変速機であって、
　前記第２駆動ギアは、前記出力側ディスクの外周に設けられ、
　前記中間ギアは、前記第１駆動ギアと前記第１従動ギアとに噛合することを特徴とする無段変速機。
　請求項１に記載の無段変速機であって、
　前記第２駆動ギアは、前記出力側ディスクの外周に設けられ、
　前記中間ギアは、前記第１駆動ギアと前記第１従動ギアとに噛合することを特徴とする無段変速機。