WO2014080863A1 - 無段変速機 - Google Patents

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Abstract

無段変速機１００は、エンジン出力軸２１と無段変速機構１０の入力軸１１との間に配置され、エンジン出力軸２１と入力軸１１とを弾性的に接続する一次ダンパ３０と、入力軸１１に固定されるハブ部材４１とハブ部材４１に揺動可能に取り付けられる複数の質量体４２とから構成された二次ダンパ４０と、出力用の外歯１３aと駆動軸９１との間に設けられた発進デバイス８０とを備える。

Description

無段変速機
　本発明は、無段変速機に関する。
　従来、エンジンの出力軸から出力されるトルク変動を抑制するために、エンジンの出力軸に結合される第１の質量体（１次マス）と、クラッチやトルクコンバータなどの断接機構を介して変速機構の入力軸に連結される第２の質量体（２次マス）とが設けられ、これら両質量体がその間に配置された減衰装置の作用に抗して互いに相対回転可能に支承されたダンパばねを備えた動吸振器（ダンパ装置）が用いられている。一般的な動吸振器は、フライホイールを構成する２つのフライホイールエレメントがそれぞれ第１及び第２の質量体として機能する所謂デュアルマスフライホイールとして構成されている。
　そして、遠心力を利用した動吸振器、所謂遠心振子式動吸振器が知られている。遠心振子式動吸振器では、遠心振子が円弧状の室の中を自由に動き、その遠心振子の運動エネルギーによって遠心振子の振動成分の運動エネルギーを打ち消している。遠心振子式動吸振器は、その動吸振機構が簡易で軽量化が可能であり、最近、注目されている。例えば、特許文献１の記載の動吸振器では、変速機構側のフライホイールエレメントを第２の質量体として機能するように構成されている。
特許第４７９７１７６号公報
　しかしながら、エンジンのアイドル時など、約１０００ｒｐｍ以下の低周波数領域で良好な制振性能を発揮させるためには、第２の質量体はある程度の質量を有する必要がある。上記特許文献１に記載の遠心振子式動吸振器では、変速機構側のフライホイールエレメントを第２の質量体としている。よって、低周波数領域で良好な制振性能を発揮させるために変速機構側のフライホイールエレメントの重量を増加させると、動吸振器、ひいては動吸振器を含めた変速機全体としての重量が増加するという不具合がある。
　本発明は、以上の点に鑑み、低周波数領域で良好な制振性能を確保した上で、重量の抑制が可能な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、駆動源の出力軸と前記出力軸から出力される前記駆動源の駆動力を無段変速機構へ入力する入力軸との間に配置され、前記出力軸と前記入力軸とを弾性的に接続する一次ダンパと、前記入力軸に固定されるハブ部材と前記ハブ部材に揺動可能に取り付けられる複数の質量体とから構成された二次ダンパと、前記無段変速機構の出力部材と車輪への出力部材である変速機出力部材との間に設けられた発進デバイスとを備えたことを特徴とする。
　本発明によれば、駆動源と無段変速機構とは一次ダンパ及び二次ダンパを介して接続されているので、常時、無段変速機構のイナーシャが遠心振子式動吸振器としての構成を有する二次ダンパの第２の質量体（２次マス）として機能する。そのため、第２の質量体として機能する構造を追加することなく、二次ダンパは良好な制振性能を発揮することができる。
　そして、無段変速機構が第２の質量体となり、その十分な質量から、上記引用文献１に記載のようにフライホイールエレメントを第２の質量体としている場合と比較して、変速機全体として重量増を抑制しながら、特に低周波数領域における二次ダンパの制振性能を向上させることができる。
　［２］本発明において、前記発進デバイスはクラッチを含む構成であることが好ましい。
　［３］例えば、前記発進デバイスは、サンギア、キャリア、及びリングギアからなる第１から第３の回転要素から構成される遊星歯車機構と、第１及び第２のクラッチとから構成され、前記第１の回転要素は、前記無段変速機構から出力を取り出す出力部材である第１の出力部材に連結され、前記第２の回転要素は、前記駆動源からの駆動力の伝達方向において前記二次ダンパより下流側で前記入力軸に接続された第２の出力部材に連結され、前記第３の回転要素は、前記変速機出力部材に連結され、前記第１のクラッチは、前記第１の出力部材と前記変速機出力部材とを係脱自在に連結し、前記第２のクラッチは、第３の回転要素と前記変速機出力部材とを係脱自在に連結するものであってもよい。
　かかる構成によれば、発進デバイスとして発進クラッチ等の断接機構を用いておらず、且つ、発進時に第１及び第２のクラッチを動作させずに遊星歯車機構によって発進できるので、発進時の発熱が非常に少ない。よって、発進時における二次ダンパの温度上昇を考慮する必要がないため、二次ダンパに低耐熱性の材質、例えば樹脂からなる部材を用いることができ、無段変速機を軽量化することが可能となる。
　尚、遊星歯車機構によって発進できる代わりに、第１及び第２のクラッチの状態を切換えて、発進させてもよい。この場合、第１及び第２のクラッチを二次ダンパから離して配置すれば、発進時における二次ダンパの温度上昇が少なく、二次ダンパに低耐熱性の材質からなる部材を用いることができる。
　［４］本発明において、前記発進デバイスは、サンギア、キャリア、及びリングギアからなる第１から第３の回転要素で構成される遊星歯車機構から構成され、前記第１の回転要素は、前記無段変速機構から出力を取り出す出力部材である第１の出力部材に連結され、前記第２の回転要素は、前記駆動源からの駆動力の伝達方向において前記二次ダンパより下流側で前記入力軸に接続された第２の出力部材に連結され、前記第３の回転要素は、前記変速機出力部材に連結されたものであってもよい。
　かかる構成によれば、発進デバイスとして発進クラッチ等の断接機構を用いておらず、さらには、上述した第１及び第２クラッチも備えておらず、遊星歯車機構によって発進できるので、発進時の発熱が非常に少ない。よって、発進時における二次ダンパの温度上昇を考慮する必要がないため、二次ダンパに低耐熱性の材質からなる部材を用いることができる。
　［５］また、本発明において、前記無段変速機構はトロイダル型であることが好ましい。
本発明の第１の実施形態に係る無段変速機を示すスケルトン図。 遊星歯車機構の共線図。 本発明の第２の実施形態に係る無段変速機を示すスケルトン図。
　以下、本発明の第１の実施形態に係る無段変速機１００について図面を参照して説明する。
　図１に示すように、無段変速機１００は、トロイダル型の無段変速機構１０と、駆動源であるエンジン２０の出力軸（エンジン出力軸）２１と無段変速機構１０の入力軸１１との間に配置された一次ダンパ３０及び二次ダンパ４０とを備えている。無段変速機構１０とエンジン出力軸２１とは２つのダンパ３０，４０を介して常時連結されている。即ち、無段変速機構１０とエンジン出力軸２１とは、その間にトルクコンバータ等の断続機構が配置されておらず、エンジン２０からの駆動力の無段変速機構１０への伝達経路が切り離されることがないように構成されている。
　さらに、無段変速機１００は、入力軸１１と平行に配置された出力軸５１、入力軸１１及び出力軸５１に平行に配置された中間軸５２、遊星歯車機構６０、及びアイドルギア列７０も備えている。
　トロイダル型の無段変速機構１０は、入力軸１１と同心であって一体に回転する一対の入力側ディスク１２と、入力側ディスク１２の間であって入力軸１１に対して同心且つ回転自在に配置された出力側ディスク１３と、入力側ディスク１２と出力側ディスク１３との間に配置され、入力側ディスク１２と出力側ディスク１３との間で動力を伝達させるパワーローラ１４とを備えている。
　パワーローラ１４は、入力側ディスク１２と出力側ディスク１３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を備えると共に、この回転軸と直交し紙面垂直方向に延びる揺動軸（トラニオン）に対して揺動自在となっている。パワーローラ１４を揺動軸周りで揺動させて傾斜角度を変化させることで、無段変速機構１０の変速比を変化できるように構成されている。
　出力側ディスク１３の外周には、出力用の外歯１３ａが設けられている。この外歯１３ａには、中間軸５２に一体回転するように固定された第１伝達ギア５３が噛合している。
　遊星歯車機構６０は、中間軸５２に同心に固定されたサンギア６１と、リングギア６２と、サンギア６１及びリングギア６２に噛合するピニオン６３を自転及び公転自在に軸支するキャリア６４との３つの要素を備えている。これら３つの要素は、各要素の相対回転速度を直線で表すことができる共線図において、一方から、サンギア６１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６１、第２要素はキャリア６４、第３要素はリングギア６２となる。
　遊星歯車機構６０のギア比（リングギア６２の歯数／サンギア６１の歯数）をｉとすると、図２に示す共線図において、サンギア６１とキャリア６４との間の間隔と、キャリア６４とリングギア６２との間の間隔との比は、ｉ：１に設定される。尚、共線図とは、サンギア６１とキャリア６４とリングギア６２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る。
　アイドルギア列７０は、入力軸１１に固定された第１中間ギア７１と、中間軸５２と同心であってキャリア（第２要素）に連結された第２中間ギア７２と、第１中間ギア７１と第２中間ギア７２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第３中間ギアとで構成される。中間軸５２には、第２伝達ギア５４が回転自在に軸支されている。
　さらに、無段変速機１００は、第１クラッチ８１及び第２クラッチ８２を備えている。第１クラッチ８１は、第２伝達ギア５４と第１伝達ギア５３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。第２クラッチ８２は、第２伝達ギア５４とリングギア６２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。
　第１クラッチ８１及び第２クラッチ８２は湿式多板クラッチで構成されている。尚、第１クラッチ及び第２クラッチは、湿式多板クラッチに限らず、他の形式のクラッチを用いてもよい。
　第２伝達ギア５４は、出力軸５１に固定された第３伝達ギア５５と噛合している。出力軸５１には、デファレンシャルギア５６と噛合する出力ギア５７が固定されている。出力ギア５７は本発明の変速機出力部材に相当する。
　無段変速機１００は、低速走行用及び後進用の低速モードと、高速走行用の高速モードとを有する。
　低速モードと高速モードとは、第１クラッチ８１及び第２クラッチ８２で切換えられる。低速モードは、第１クラッチ８１を開放状態とし、第２クラッチ８２を連結状態とすることにより確立される。高速モードは、第１クラッチ８１を連結状態とし、第２クラッチ８２を開放状態とすることにより確立される。即ち、第１クラッチ８１が高速用クラッチに、第２クラッチ８２が低速用クラッチに夫々該当する。
　このように構成された無段変速機１００において、出力軸５１は、遊星歯車機構６０のリングギア６２の公転速度と公転方向に応じた速度と方向に回転する。従って、低速モードでは、入力軸１１を一方向に一定速度で回転させた状態のまま、出力軸５１の回転速度、及び回転方向を停止状態を挟んで両方向に切換えることができる。
　具体的には、トロイダル型の無段変速機構１０の変速比を、遊星歯車機構６０を構成する各ギア６１，６２，６３の歯数比で定まる所定値にすると、入力軸１１を回転させた状態のまま、出力軸５１を停止させることができる。この状態では、この出力軸５１と、出力ギア５７及びデファレンシャルギア５６を介して接続された、左右一対の車輪９０の駆動軸９１は停止状態となり、所謂ギアド・ニュートラル状態を実現することができる。
　そして、ギアド・ニュートラル状態から、トロイダル型の無段変速機構１０の変速比を前記所定値よりも減速側に調節すると、駆動軸９１は前進方向に回転する。一方、ギアド・ニュートラル状態から、トロイダル型の無段変速機構１０の変速比を前記所定値よりも増速側に調節すると、駆動軸９１は後進方向に回転する。出力軸５１の回転速度を停止状態を挟んで正転、逆転に切換え自在となる。尚、前記所定値からのずれが大きくすると、駆動軸９１の回転速度が速くなり、車両は増速する。
　このように、遊星歯車機構６０、第１クラッチ８１及び第２クラッチ８２から発進デバイス８０が構成される。発進デバイス８０は、駆動力の伝達方向において、無段変速機構１０の出力部材である出力用の外歯１３aと駆動軸９１との間に設けられている。また、発進デバイス８０は、駆動力の伝達方向において、入力軸１１に固定された第１中間ギア７１と駆動軸９１との間に設けられている。このように、出力用の外歯１３aは本発明の第１の出力部材に相当し、第１中間ギア７１は本発明の第２の出力部材に相当する。
　高速モードでは、トロイダル型の無段変速機構１０の出力側ディスク１３の回転が、遊星歯車機構６０及び第１クラッチ８１を介して、出力軸５１に伝達される。そして、この出力軸５１と接続された駆動軸９１が、前進方向に回転する。高速モードでは、駆動軸９１の回転速度は、出力側ディスク１３の回転速度に比例して変化する。
　一次ダンパ３０は、エンジン出力軸２１と無段変速機構１０の入力軸１１との間に配置され、エンジン出力軸２１と入力軸１１とを弾性的に接続する。一次ダンパ３０は、例えば、コイルスプリングであり、エンジン出力軸２１に固定的に接続された質量体３１に固定されている。
　二次ダンパ４０は、一次ダンパ３０と無段変速機構１０の入力軸１１との間、さらに具体的には、質量体３１と入力軸１１との間に配置されている。二次ダンパ４０は、入力軸１１に固定的に接続されるハブ部材４１と、ハブ部材４１に揺動可能に取り付けられる複数の質量体４２とから構成された、所謂遠心振子式動吸振器である。
　二次ダンパ４０の詳細な構成は説明しないが、例えば、上記特許文献１に記載された遠心振子式動吸振器と同様の構成であってもよい。ただし、上記特許文献１に記載された遠心振子式動吸振器の変速機側のフライホイールエレメントが第２の質量体としているが、本実施形態では第２の質量体の機能を果すフライホイールエレメントが必要ない。
　以上のように構成された無段変速機１００においては、エンジン２０と無段変速機構１０とが２つのダンパ３０，４０を介して接続されているので、常時、無段変速機構１０のイナーシャが遠心振子式動吸振器である二次ダンパ４０の第２の質量体（２次マス）として機能する。そのため、第２の質量体として機能するものを追加することなく、遠心振子式動吸振器は良好な制振性能を発揮することができる。
　無段変速機構１０が第２の質量体となり、その十分な質量から、上記引用文献１に記載のようにフライホイールエレメントを第２の質量体としている場合と比較して、特にエンジン２０がアイドル回転近傍の周波数領域における制振性能が低下する、遠心振子式動吸振器である二次ダンパ４０の制振性能を向上させることができる。
　そして、第２の質量体を別個に追加する必要がないので、無段変速機１００全体として重量増が抑制され、エンジン２０への応答性が高まり、ドライバビリティが向上する。
　尚、同等の制振性能を得ることを考えると、遠心振子式動吸振器である二次ダンパ４０を第１の質量体３１に設けた場合や、一次ダンパ３０を設けることなく遠心振子式動吸振器である二次ダンパ４０を第１の質量体３１に設けた場合と比較しても、無段変速機１００全体として重量増を抑制することが可能となる。
　また、発進デバイスとして発進クラッチ等の断接機構を用いておらず、且つ、発進時に第１及び第２クラッチ８１，８２を動作させないので、発進時の発熱は非常に少ない。よって、発進時における二次ダンパ４０の温度上昇を考慮する必要がないため、二次ダンパ４０に低耐熱性の材質、例えば樹脂からなる部材を用いることができる。これによっても、無段変速機１００を軽量化することが可能となる。
　尚、ギアド・ニュートラル状態から発進させる代わりに、第１及び第２クラッチ８１，８２の状態を切換えて高速モードを確立させることによって、発進させてもよい。この場合、第１及び第２クラッチ８１，８２は二次ダンパ４０から離れて配置されているので、発進時における二次ダンパ４０の温度上昇が少なく、二次ダンパ４０に低耐熱性の材質、例えば樹脂からなる部材を用いることができる。
　以下、本発明の第２の実施形態に係る無段変速機２００について図面を参照して説明する。
　図３に示すように、無段変速機２００の構成は、上述した第１の実施形態に係る無段変速機１００における第１クラッチ８１及び第２クラッチ８２を備えていない点で異なる。そして、第２伝達ギア５４と第１伝達ギア５３とは常時開放状態とされており、第２伝達ギア５４とリングギア６２とは常時連結されている。このように、無段変速機２００は、無段変速機１００において、第２クラッチ８２が常時連結状態となり、第１クラッチ８１が常時開放状態となった場合と同等に構成されている。
　このように構成された無段変速機２００は、無段変速機１００の低速モードに相当するモードのみを有し、高速モードに相当するモードを有さない。
　無段変速機２００においても、無段変速機１００と同様に、常時、無段変速機構１０のイナーシャが遠心振子式動吸振器である二次ダンパ４０の第２の質量体（２次マス）として機能する。そのため、第２の質量体として機能する構造を追加することなく、遠心振子式動吸振器は良好な制振性能を発揮することができる。特に低周波数領域における制振性能が低下する、遠心振子式動吸振器である二次ダンパ４０の制振性能を向上させることができる。
　また、発進デバイスとして発進クラッチ等の断接機構を用いておらず、さらに、無段変速機１００のように第１及び第２クラッチ８１，８２も有していないので、発進時の発熱は非常に少ない。よって、発進時における二次ダンパ４０の温度上昇が非常に少なく、二次ダンパ４０に低耐熱性の材質からなる部材を用いることができる。これによっても、無段変速機２００をさらに軽量化することが可能となる。
　尚、本実施形態では、駆動源がエンジン２０である場合について説明した。しかし、本発明の駆動源は、エンジンに限定されず、例えばモータ・ジェネレータ等の電動機を用いてもよい。
　また、無段変速機構１０がトロイダル型である場合ついて説明した。しかし、本発明の無段変速機構は、常時駆動源の出力軸に接続されるものであれば特に限定されず、他の型式の無段変速機構であってもよい。
　１０…無段変速機構、１１…入力軸、１２…入力側ディスク、１３…出力側ディスク、１３ａ…外歯（第１の出力部材）、１４…パワーローラ、２０…エンジン（駆動源）、２１…出力軸、エンジン出力軸、３０…一次ダンパ、３１…第１の質量体（一次マス）、４０…二次ダンパ、４１…ハブ部材、４２…質量体、５１…出力軸、５２…中間軸、５３…第１伝達ギア、５４…第２伝達ギア、５５…第３伝達ギア、５６…デファレンシャルギア、５７…出力ギア（変速機出力部材）、６０…遊星歯車機構、６１…サンギア（第１要素）、６２…リングギア（第３要素）、６３…ピニオン、６４…キャリア（第２要素）、７０…アイドルギア列、７１…第１中間ギア（第２の出力部材）、７２…第２中間ギア、８０…発進デバイス、８１…第１クラッチ、高速用クラッチ（第１のクラッチ）、８２…第２クラッチ、低速用クラッチ（第２のクラッチ）、９０…車輪、９１…駆動軸、１００，２００…無段変速機。

Claims (5)

  1. 　駆動源の出力軸と前記出力軸から出力される前記駆動源の駆動力を無段変速機構へ入力する入力軸との間に配置され、前記出力軸と前記入力軸とを弾性的に接続する一次ダンパと、
    　前記入力軸に固定されるハブ部材と前記ハブ部材に揺動可能に取り付けられる複数の質量体とから構成された二次ダンパと、
    　前記無段変速機構の出力部材と車輪への出力部材である変速機出力部材との間に設けられた発進デバイスとを備えたことを特徴とする無段変速機。
  2. 　前記発進デバイスはクラッチを含む構成であることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機。
  3. 　前記発進デバイスは、
    　サンギア、キャリア、及びリングギアからなる第１から第３の回転要素から構成される遊星歯車機構と、第１及び第２のクラッチとから構成され、
    　前記第１の回転要素は、前記無段変速機構から出力を取り出す出力部材である第１の出力部材に連結され、
    　前記第２の回転要素は、前記駆動源からの駆動力の伝達方向において前記二次ダンパより下流側で前記入力軸に接続された第２の出力部材に連結され、
    　前記第３の回転要素は、前記変速機出力部材に連結され、
    　前記第１のクラッチは、前記第１の出力部材と前記変速機出力部材とを係脱自在に連結し、
    　前記第２のクラッチは、第３の回転要素と前記変速機出力部材とを係脱自在に連結することを特徴とする請求項１又は２に記載の無段変速機。
  4. 　前記発進デバイスは、
    　サンギア、キャリア、及びリングギアからなる第１から第３の回転要素で構成される遊星歯車機構から構成され、
    　前記第１の回転要素は、前記無段変速機構から出力を取り出す出力部材である第１の出力部材に連結され、
    　前記第２の回転要素は、前記駆動源からの駆動力の伝達方向において前記二次ダンパより下流側で前記入力軸に接続された第２の出力部材に連結され、
    　前記第３の回転要素は、前記変速機出力部材に連結されたことを特徴とする請求項１に記載の無段変速機。
  5. 　前記無段変速機構はトロイダル型であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の無段変速機。
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