歯車式無段変速機構
【課題】既存のものよりさらに動力伝達効率のよい機械ミッションを実現し、環境負荷を低減する。
【解決手段】一のギヤであるピニオンギヤが回転しながら軸方向に暫時移動し、それに合わせて他のギヤである渦巻き列歯車の歯列は、円錐頂点側から見た場合、円錐状側面部にスパイラル状に延設され、歯は略歯すじ方向つまり軸方向に少しずつ変位させて並設され、噛み合い位置がピニオンギヤの移動とともに軸方向に移動することになり、この噛み合い位置が軸方向に移動する機構により、噛み合い位置が移動すると渦巻き列歯車のピッチ円が連続的に変化し、通常のギヤの組み合わせの回転比が一定不変であるのに対し連続的に回転比を変えられることになる。ＣＶＴＨＶＥＶ多段遊星歯車
【解決手段】一のギヤであるピニオンギヤが回転しながら軸方向に暫時移動し、それに合わせて他のギヤである渦巻き列歯車の歯列は、円錐頂点側から見た場合、円錐状側面部にスパイラル状に延設され、歯は略歯すじ方向つまり軸方向に少しずつ変位させて並設され、噛み合い位置がピニオンギヤの移動とともに軸方向に移動することになり、この噛み合い位置が軸方向に移動する機構により、噛み合い位置が移動すると渦巻き列歯車のピッチ円が連続的に変化し、通常のギヤの組み合わせの回転比が一定不変であるのに対し連続的に回転比を変えられることになる。ＣＶＴＨＶＥＶ多段遊星歯車
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続的に回転速度比を変化できる、とくに歯車機構による無段変速機構に関する。(歯車の歯ひとつひとつを一段と考えれば厳密には有段変速であり歯車式連続可変変速機Ｇ−ＣＶＴ:Ｇｅａｒｅｄ Continuously Variable Transmissionとすべきであるが本明細では一般的な用語である歯車式無段変速機構と表記する)
【背景技術】
【０００２】
内燃機関には、最も効率の良い回転数域があり、燃費の面ではその回転数を維持することがよいとされる。したがって内燃機関等を動力源として利用する、例えば車両等で回転動力を車輪等に伝達して移動させる場合においても、できるだけ効率の良い回転域を利用することが望ましい。
【０００３】
動力源の効率の良い回転域を利用するため、低速から高速走行まで幅広い可変速運転が可能な変速機が用いられ動力伝達を達成している。従来の例えば車両用等の変速機として、ギヤ比の違う複数のギアの噛み合いを替え、段階的に変速比を変更する有段の変速機や、連続的に変速比を変化できる無段変速機あるいは連続可変変速機（Continuously Variable Transmission：ＣＶＴ）が知られている。有段変速では、例えばエンジン動力の断続装置とそれに対応するギアセットを二組用意しシフト前に予め次変速段をスタンバイさせて短時間でシフトさせ伝達効率をよくするというツインクラッチ式の技術が知られているが、基本的には有段変速では次変速段へシフトするのための加速には回転速度を上げる必要があり、また変速時に動力伝達が中断されたりしてエネルギー効率の点で問題があり、変速ショックも発生するため、無段変速機が望ましいものである。
【０００４】
現在の実用的な無段変速機としては、摩擦力による駆動力伝達方式としてスチールベルトと2つの可変径プーリーを組み合わせ無段階に変速を行うベルト式ＣＶＴや、ローラーとディスクを組み合わせたトロイダルＣＶＴ等が知られている。さらに油圧ポンプと油圧モーターを利用した静油圧式、油圧機械式の無段変速機、さらにＨＶ(ハイブリッド車)、ＥＶ(電気自動車)のように電動機を利用したもの等が知られている。
【０００５】
歯車機構を用いた無段変速機としては、例えば、特許文献１には、突子付回転体と薄歯付回転体とを咬合させた無段変速装置が開示されている。また特許文献２のように中継歯車を介して二つの円錐ヘリカルギヤを逆向きに配置した円錐二軸式無段変速機のような方法もよく散見される。他にも特許文献３のような複数のクランクの往復揺動を利用するもの、特許文献４のような複数の非円形歯車を利用するもの等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５３−００４１５０公報
【特許文献２】特開平１−３０３３５８公報
【特許文献３】特表平４−５０３９９１号公報
【特許文献４】特開平２−２７１１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えばベルト式のＣＶＴ等は基本的に摩擦を利用したものであるので、摩擦力維持のためのエネルギー損失があり、大きなトルクを扱うには不向きであり、また高速域等で不利である。またベルトの耐久性の問題もある。
【０００８】
ＨＶは内燃機関による駆動装置と電気による駆動装置の両方を一台の車に搭載したものであるが、発電機・モーター・蓄電池などの電気部を搭載するため重量が重くなり、かつそれぞれの電気部の効率は100％でない。内燃機関による発電とそれによる駆動は、根本的には機械動力を一旦電気に変換しその電気を再び機械動力に変換して出力するものなので、直接的な機械的伝達に比べるとロスがあり、したがって、車が常にエンジンの最も効率の良い回転数で長く走れるような条件では、ＨＶより普通の車の燃費のほうが良いとされる。このため、平地高速道路の走行が多いヨーロッパでは、ハイブリッド車よりディーゼル車の販売台数が多いとされる。また近年では環境負荷低減のためダウンサイジング化が求められているが、ＨＶは、居住性、搭載性を悪くする大きな部品を多数搭載しなければならず、その他高コストの問題や、蓄電池容量の経時劣化や資源偏在による資源ナショナリズムの問題も抱えている。
【０００９】
油圧を利用したものも、機械動力を一旦油圧に変換しその油圧を再び機械動力に変換して出力するものなので、直接的な機械的伝達に比べると効率が落ちる傾向にある。
【００１０】
また、上記の電動機を用いたものやベルト式ＣＶＴ等は、それ単体で、全速域での加速、減速、定速走行が可能であり、それ故、他の動力機関を付け加えたり、マニュアルモード等を設定することは、効率低下や不要といったような印象や違和感を生じせしめる。
【００１１】
２クラッチ技術も前述したように、次変速段へのシフトにエンジン回転速度を上げる必要があり、また変速ショックを低減するにはエンジン回転を下げる必要があり、同期するまでのタイムラグが生ずる。逆にタイムラグをなくそうとすると変速ショックが生じる。
【００１２】
特許文献１の無段変速装置では径は変化しても歯数が変わらないので回転は変わらない。また特許文献２の円錐二軸式無段変速機は二つの円錐ヘリカルギヤと噛合する中継歯車の移動速度が各々違ってくるので噛み合わないことになる。
【００１３】
またエンジンやトランスミッション等のダウンサイジング化も求められ、トランスミッションでは、軸方向あるいは径方向長さの縮小等が求められているが、他の歯車機構を用いた無段変速機構等についても、装置が複雑、アップサイズになり動力伝達効率の点でも実用性が低いといわざるをえない。また定速走行不可のものでは、それを可とするための手段や方法が示されていない。
【００１４】
以上のように、従来の変速機等においては、次変速段へのシフトのためには車速を上げる必要があり、車速を上げるにはエンジン回転速度を上げる必要があり、動力伝達損失が大きく燃費が悪化する等の問題があった。また変速ショックが生じ、変速ショックを低減するにはエンジン回転を上げ下げする必要があった。また無段変速機ではエネルギー損失や、高コスト、居住性、搭載性の悪さ、非効率性等の問題があり、歯車機構を用いた無段変速機等でもエネルギー効率面やサイジング面、具体性あるいは定速走行の手段や方法が示されていない等、実用として成立しないものであった。
【００１５】
ところで、音や匂いや振動を有する内燃機関や機械ミッション等は、決して忌避されてきたものではなく、むしろそれ故の、一つの生命、愛玩の対象と捉えられてきた部分も多くあり、人と癒しなどの情を介するパートナーであり、例えるなら有機質愛玩物が無機質のそれに駆逐されるようなことがあってはならないのと同じ次元で捉えられるべきものであるとも考えられる。鉄塊を高速で移動させる輸送機関の中で、とくに私的輸送機関としては、放射性エネルギー等のような目に見えない類の無音・無臭、無味・異様な動力機関と違い、有機的な適度な音と匂いの、極められた技術による内燃機関や機械ミッションこそ、鉄塊移動手段にふさわしいものであると言え、またそれ以上のものであるとも言える。 最終形ミッションでありエコカーの最適解のひとつであるといえるような機械ミッションは、内燃機関等とともに、単純な価値基準で捉えるものとは違った、長い時間により培われてきた存続されるべき"文化"であるといえる。
【００１６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、伝統的機械ミッションによる、とくに、より動力伝達損失の少ない動力伝達装置である歯車式無段変速機構を提供し、同時に産業伝統文化継承を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、第１の回転軸を有するとともに、円錐状または円盤状の、外周面に、略均等な歯が等ピッチをもって並設された歯列がスパイラル状に延設されてなる渦巻き列歯車と、該渦巻き列歯車の、円錐面(ピッチ円錐面)上での母線または円盤状の係方向と、平行に配置される第２の回転軸を有し、前記渦巻き列歯車に噛み合うとともに前記第２の回転軸の方向に沿って移動自在に設けられた第２の歯車と、を備え、前記渦巻き列歯車に対して、前記第２の回転軸の回転に起因して従回転する前記第２の歯車が噛み合い位置を連続的に変更しながら移動するとき、 または前記渦巻き列歯車の回転に起因して従回転する前記第２の歯車が噛み合い位置を連続的に変更しながら移動するとき、前記渦巻き列歯車のピッチ円の半径が連続的に変化する、歯車式連続可変変速機構と、前記渦巻き列歯車と前記第２の歯車の少なくとも一つ、を駆動させる駆動手段と、前記渦巻き列歯車と前記第２の歯車の少なくとも一つ、を制動させる制動手段と、前記駆動手段と前記制動手段と、を切り替える切り替え手段と、動力を段階的に変速して出力する変速段機構と、動力源から駆動輪に至る動力伝達経路において、前記歯車式連続可変変速機構を含む経路と含まない経路とを切り替える動力伝達経路切り替え手段と、を備え、車両に搭載される、ことを特徴とする。略均等な歯とは、各歯は歯幅等は同じだが歯低円の径が違ってくるという意味である。歯列がスパイラル状に延設とは、既存の歯車では噛合位置が移動するともとの位置に戻る、一列の繋がった歯列であるが、当該トルネードギヤでは、歯が円錐外周上を等ピッチをもってスパイラル状に並設されていくので噛合位置は軸方向に移動していきもとに戻ることはなく、歯列は連続した一つの列であるがスパイラル状に伸びている、という意味である。また前記第２の回転軸は軸自体が駆動側の伝動要素となることを特徴とするものであり、また好適には複段減速歯車列の軸である。
【００１８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、動力源の動力を分配する動力分配機構と、分配された動力を利用する前記歯車式連続可変変速機構から出力される動力を合成する動力合成機構と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の構成に加えて、前記歯車式連続可変変速機構は、前記渦巻き列歯車が、正回転での動力伝達と逆回転での動力伝達と、の二つの動力伝達方法を有する、ことを特徴とする
【００２０】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３いずれかに記載の構成に加えて、前記渦巻き列歯車は、正回転での動力伝達と逆回転での動力伝達とが交互に行われる、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の構成に加えて、前記渦巻き列歯車は、正回転での動力伝達と逆回転での動力伝達とが連続して行われる、ことを特徴とする。
【００２２】
請求項６に係る発明は、請求項２に記載の構成に加えて、前記動力分配機構と前記動力合成機構の少なくとも一つは、差動機構である、ことを特徴とする。差動機構とは、複数の回転体等がそれぞれ相互に相対回転可能となし差動作用が働く機構のことである。
【００２３】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の構成に加えて、前記差動機構は、遊星歯車機構または差動歯車機構である、ことを特徴とする。遊星歯車機構は、例えば相対回転可能な第１と第２と第３の３つの回転要素を有し、前記動力合成機構は、３要素のうちの第１要素を入力軸に、第２要素を出力軸にそれぞれ結合するとともに、第３要素を前記歯車式連続可変変速機構に結合する、ことを特徴とする。
【００２４】
請求項８に係る発明は、請求項１乃至７いずれかに記載の構成に加えて、複数の差動機構を備え、一の差動機構が前記動力分配機構の構成要素として用いられたとき、他の差動機構は前記動力合成機構として用いられ、他の差動機構が前記動力分配機構の構成要素として用いられたとき、一の差動機構は前記動力合成機構として用いられる、ことを特徴とする。
【００２５】
請求項９に係る発明は、請求項１乃至８いずれかに記載の構成に加えて、前記第２の歯車に働く軸方向への力により、該第２の歯車が前記第２の回転軸を移動自在となす移動手段をさらに備えた、ことを特徴とする。
【００２６】
請求項１０に係る発明は、請求項１乃至９いずれかに記載の構成に加えて、前記第２の歯車に働く軸方向への力を、該第２の歯車の回転駆動と回転制動の少なくとも一つに利用する、ことを特徴とする。
【００２７】
請求項１１に係る発明は、請求項１乃至１０いずれかに記載の構成に加えて、前記移動手段は、油圧とワイヤ機構、またはボールねじ機構、を用いる、ことを特徴とする。
【００２８】
請求項１２に係る発明は、請求項１乃至１１いずれかに記載の構成に加えて、前記第２の歯車の位置を検知する第２歯車位置検知手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２９】
請求項１３に係る発明は、請求項１乃至１２いずれかに記載の構成に加えて、前記円錐状渦巻き列歯車の内部は中空空間を有する、または軽量物質により充填されている、ことを特徴とする。
【００３０】
請求項１４に係る発明は、請求項１３に記載の構成に加えて、さらに、前記内部中空空間には前記動力分配機構と前記動力合成機構の少なくとも一つを内設した、ことを特徴とする。
【００３１】
請求項１５に係る発明は、請求項１乃至１４いずれかに記載の構成に加えて、動力源の動力を断接自在となすクラッチ機構であって前記変速段機構は、複数の前記クラッチ機構に連結される、ことを特徴とする。
【００３２】
請求項１６に係る発明は、請求項１乃至１５いずれかに記載の構成に加えて、電動機をさらに備えたことを特徴とする。
【００３３】
請求項１７に係る発明は、請求項１乃至１６いずれかに記載の構成に加えて、前記第２の回転軸と前記渦巻き列歯車の少なくとも一つ、の回転駆動に電動機を用いる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
高い加速性能と省燃費を両立でき夢のトランスミッションと謳われてきた歯車式による無段変速機は、ベルト式ＣＶＴや通常変速段ミッションに比べ、著しい省エネ効果があり、高い加速性能により優れたドライバビリティを実現でき、産業上、実用に供される事自体が大きな進歩性を有するものである。
【００３５】
請求項１、１５の発明によれば、一つには、動力の増幅の技術の範囲外の問題であって、動力を段階的に変速して出力する変速段機構と動力伝達経路切り替え手段を備えることにより、定速走行が可能となり、さらに前記渦巻き列歯車と前記第２の歯車の少なくとも一つを制動させたり駆動させることにより、前記歯車式連続可変変速機構を使い回すことが可能となり、歯車式による無段変速機構を実用に供するものとすることができる。また本発明は単一動力機関であって、かつ本来的に有段変速要素と無段変速要素を包含した機構であり、省エネとともにドライビングプレジャーも違和感無く追及することができ、本渦巻き列歯車の分かり易い外観とインパクトとともに、ユーザーに対して大きな商品アピール性を有するものである。
【００３６】
請求項２、６、７、１３、１４の発明によれば、例えば、動力源の動力と歯車式連続可変変速機構から出力される動力を合成し出力することにより、歯車式連続可変変速機構が取りうる最大の変速比幅を変速段機構の各変速段(あるいは隔変速段)に重畳させることができる。つまり、例えば単に減速と増速でそのまま変速段に出力する場合は、前記渦巻きギヤ列は全速域の場合少なくとも６0列以上になるし、一段毎繰り返し出力する場合も大径(トルネードギヤ底面側)は小径のせいぜい１、５倍(例えば出力２０００→３０００回転)ほどでつまり軸方向長さを長くしなければならない。分配・合成すれば、例えば本実施例の遊星歯車のリングギヤ(キャリア)の回転数は大径を小径の４倍とすることができるため大径を大きくでき軸方向長さを短くできる。
【００３７】
請求項３、4、８の発明によれば、渦巻き列歯車と第２の歯車を常時噛み合いとすることができる。
【００３８】
請求項５、８の発明によれば、低速段から高速段まで、加速走行を維持することができる。
【００３９】
請求項９、１１、１２の発明によれば、例えば定速走行時等において、加速に移行する場合に備えて第２の歯車と渦巻き列歯車の噛み合い位置を任意の位置に移動させ、待機させることができる。
【００４０】
請求項１０、11の発明によれば、加速時にトルク抜けのないようにしたり、例えば摩擦プレート等を用いたブレーキ装置の代用や補助として利用でき、摩擦プレート等の負担を低減できる。
【００４１】
請求項１６、１７の発明によれば、例えば登坂路等での走行等で走行制御が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用自動変速機の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る歯車式無段変速機構を示すスケルトン図である。
【図３】歯車式連続可変変速機構のピニオンギヤＰｇとトルネードギヤＴｇとピニオンギヤ軸の概略的な正面図と側面図である。
【図４】ピニオンギヤＰｇを介したトルネードギヤＴｇとピニオンギヤ軸のスラスト荷重を示す図である。
【図５】ワイヤと滑車装置と油圧装置を用いたトルネードアクチュエータの概略図である。
【図６】電動モーターとボールねじ機構を用いたトルネードアクチュエータの概略図である。
【図７】省エネモードの３速ギヤ段Ｇ３での加速走行時の動力伝達経路図である。
【図８】省エネモードの１速ギヤ段Ｇ１での加速走行時の動力伝達経路図である。
【図９】発進・微速用ギヤ段Ｇｃの動力伝達経路図である。
【図１０】１速ギヤ段Ｇ１での定速走行時の動力伝達経路図である。
【図１１】２速ギヤ段Ｇ２での定速走行時の動力伝達経路図である。
【図１２】動力が第１及び第２のクラッチＣ１、Ｃ２から出力される場合の、加速→定速→加速工程においての、トルネードギヤ部での各装置の時系列の動作を示す作動工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明をとくに車両に応用した場合の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００４４】
図１は、本発明の実施形態に係る、第１実施例としての車両用自動変速機の概略構成図で、内燃機関を構成するエンジン（動力源）と、変速機と、変速操作装置と、電子制御装置ＥＣＵとを備えて構成され変速機から出力される回転トルクは、ディファレンシャルギアを介して駆動輪に伝達されるようになっている。
【００４５】
前記電子制御装置ＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭなどを備え、ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログ ラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。 ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、エンジンの停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。これらは、バスを介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース及び出力インターフェースと接続されている。ＥＣＵの入力インターフェースには、本円錐渦巻き列歯車(以下、トルネードギヤとする)上での前記第２の歯車(以下、ピニオンギヤとする)の位置を検出するピニオンギヤ位置センサ、エンジン回転数センサ、スロットル開度センサ、入力軸回転数センサ、出力軸回転数センサ、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ、シフト装置のシフト位置を検出するシフトポジションセンサ、ブレーキペダルセンサ、車両の速度を検出する車速センサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、などが接続されており、これらの各センサからの信号がＥＣＵに入力される。ＥＣＵの出力インターフェースには、変速機の変速操作装置やスロットルバルブを開閉するスロットルモータ(図示せず)などが接続されている。ＥＣＵは、上記した各種センサの出力信号に基づいて、エンジンのスロットルバルブの開度制御を含むエンジンの各種制御を実行したり、変速機の変速操作装置に制御信号（油圧指令値等）を出力して、後記変速機のギヤ段を切り換える変速制御やピニオンギヤの移動制御等を行う。(尚、変速機の変速操作装置の各センサは図上部に改めて並記されている。)
【００４６】
変速機は、図２の骨子図で示すように、エンジンの出力軸の回転動力を連続的に変速し出力する、前記請求項記載の歯車式連続可変変速機構と、前記差動機構たる遊星歯車装置とを含むトルネードギヤ部と、該トルネードギヤ部から出力される回転動力を段階的に変速してディファレンシャルギア及び駆動輪へ出力する前記変速段機構と、これらを制御する前記変速操作装置を備えている。
【００４７】
前記変速操作装置には、変速段機構のシフト操作を行うシフトアクチュエータや前記ピニオンギヤの移動(駆動)や制動等の操作を行うトルネードアクチュエータ、該アクチュエータやトルネードギヤ部の各摩擦断続装置等に供給する作動油の油圧を制御する油圧回路、などを備え、該油圧回路にはＥＣＵからの制御信号が供給され、その制御信号に基づいて各アクチュエータ等が駆動制御されて、変速機シフト操作やピニオンギヤ操作、各摩擦断続装置の制御等が自動的に実行される構成となっている。
【００４８】
トルネードギヤ部は、エンジンにより駆動される駆同軸１と、その外周側にトルネードギヤＴｇが配置され、後方(エンジン側を前方とする、以下同じ)には駆同軸１と同軸的に配置され後方に突出する第２入力軸３、その外周に第２入力軸３と相対回転可能に支承されハウジングに固定された中空軸状の筒ケース７、さらにその外周に筒ケース７と相対回転可能に支承された中空軸状のヘリカルギヤ軸６、さらにその外周にヘリカルギヤ軸６と相対回転可能に支承された中空軸状の第１入力軸２が配置され三重の駆動軸を形成している。またトルネードギヤＴｇの内部空間には、差動機構であって、第１回転要素、第２回転要素、及び第３回転要素を互いに差動回転可能な差動装置である第１〜第３の３つのシングルピニオン型遊星歯車装置１０、２０、３０が駆動軸１と同心に配置されている。
【００４９】
又、前記トルネードギヤＴｇ内には、係合機構として、第１〜第３の３つのクラッチＣ１〜Ｃ３と、第１〜第４の４つのブレーキＢ１〜Ｂ４と、二つのツーウェイクラッチＦ１、Ｆ２が備えられている。
【００５０】
第１遊星歯車装置１０は、駆同軸１に固定されたサンギヤ1０ｓ(２０ｓ)と、該サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)に噛合する複数のプラネタリギヤ１０ｐと、各プラネタリギヤを回転可能に支持するキャリア１０ｃと、プラネタリギヤ１０ｐに噛合する内歯を有したリングギヤ１０ｒとからなる。第１遊星歯車装置１０の後方には前記サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)を共有し、該サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)に噛合する複数のプラネタリギヤ２０ｐと、各プラネタリギヤを回転可能に支持するキャリア２０ｃと、プラネタリギヤ２０ｐに噛合する内歯を有したリングギヤ２０ｒとからなる第２遊星歯車装置２０が配置され、エンジンの駆動力はこの第１、第２の遊星歯車装置に分配される。さらにリングギヤ１０ｒはサンギヤ1０ｓ(２０ｓ)の前方、駆同軸１の外周側に配置されたサンギヤ３０ｓに連結され、該サンギヤ３０ｓと、該サンギヤ３０ｓに噛合する複数のプラネタリギヤ３０ｐと、各プラネタリギヤを回転可能に支持するキャリア3０ｃと、プラネタリギヤ３０ｐに噛合する内歯を有しハウジングに固定されて回転不能と成すリングギヤ３０ｒとからなる第３遊星歯車装置３０が配置される。
【００５１】
キャリア１０ｃは、同心円状に近設された摩擦係合要素たる第１クラッチＣ１の係合・開放により第１入力軸２と連結・分離可能と成し、回転動力は第１入力軸２の後端部に固定された入力軸ギヤ１３及び入力軸ギヤ１３と噛合する中間軸ギヤ１４を介して変速段機構に出力される。さらにキャリア１０ｃは第２ブレーキＢ２によって選択的にハウジングに連結されて回転停止させられる。リングギヤ２０ｒは、同心円状に近設された摩擦係合要素たる第２クラッチＣ２の係合・開放により第２入力軸３と連結・分離可能と成し、回転動力が変速段機構に出力される。さらにリングギヤ２０ｒは第３ブレーキＢ３によって選択的にハウジングに連結されて回転停止させられる。キャリア２０ｃは、摩擦係合要素たる第３クラッチＣ３の係合・開放によりヘリカルギヤ軸６と連結・分離可能と成し、回転動力がピニオンギヤＰｇ、トルネードギヤＴｇに出力される。さらにキャリア２０ｃは第４ブレーキＢ４によって選択的にハウジングに連結されて回転停止させられる。リングギヤ１０ｒは、トルネードギヤＴｇの正回転（駆同軸１と同じ回転方向）を阻止しつつ逆回転を許容する一方向クラッチＦ２を介してトルネードギヤＴｇに連結される。キャリア３０ｃは、トルネードギヤＴｇの正回転を許容しつつ逆回転を阻止する一方向クラッチＦ１を介してトルネードギヤＴｇに連結され、さらに第１ブレーキＢ１によって選択的にハウジングに連結されて回転停止させられ、したがって同時にキャリア３０ｃ、サンギヤ３０ｓ、リングギヤ１０ｒが回転停止させられる。
【００５２】
サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)の後方には、アクチュエータや各摩擦断続装置等を制御したり、各部に潤滑油を供給したりする為の元圧となる油圧を発生させて油圧回路へ供給するために、前記駆同軸によって回転駆動される機械式のオイルポンプＰが配置されている。
【００５３】
上記の第１〜第３の３つのクラッチＣ１〜Ｃ３や第１〜第４の４つのブレーキＢ１〜Ｂ４は、多板式のクラッチやブレーキなど油圧アクチュエータによって係合制御される油圧式摩擦係合装置であり、油圧回路のリニアソレノイドバルブの励磁、非励磁や電流制御により、係合、開放状態が切り替えられると共に係合、開放時の過渡油圧などが制御される。
【００５４】
本実施例は、エンジン動力を前記第１クラッチＣ１と第２クラッチＣ２を交互に切り替えて出力するツインクラッチ式自動変速装置に本発明を適用したもので、変速段機構は図２に示すように、駆同軸１と同軸的に配置され第２クラッチＣ２と連結・分離可能と成す第２入力軸３と、該第２入力軸３と平行にかつ互いに周方向で角度を異ならせ離間して中間軸４、出力軸５及びが配置され、三軸式のギヤトレーンとして構成されている。
【００５５】
第２入力軸３は、第２クラッチＣ２と連結・分離可能と成し、ギヤ列Ｇ１、Ｇ４、Ｇ５の駆動ギヤＧ１ａ、Ｇ４ａ、Ｇ５ａ及び後進用の駆動ギヤＲａに回転動力を伝達するための回転軸であり、前方から４速駆動ギヤＧ４ａ、後進用駆動ギヤＧｃａ、１速駆動ギヤＧ１ａ、５速駆動ギヤＧ５ａが空転可能に装着されている。これらのうちＧ１ａ、Ｇ４ａ、Ｇ５ａは、対応する従動ギヤＧ１ｂ、Ｇ４ｂ、Ｇ５ｂと噛合連結されている。また後進用駆動ギヤＲａは中間軸４の後進用アイドラギヤＲｉと噛合連結され、該後進用アイドラギヤＲｉと噛合連結された出力軸５の後進用従動ギヤＲｂに回転動力を逆転させて伝達される。尚、図２において細線の点線は噛合連結されていることを示す(トルネードギヤ部の点線は除く)。
【００５６】
中間軸４は、前記第１入力軸２の後部端に一体的に設けられた入力軸ギヤ１３及び第１中間軸４の前端部に一体的に設けられ入力軸ギヤ１３と噛合する中間軸ギヤ１４を介して第１クラッチＣ１と連結・分離可能と成し、ギヤ列Ｇ２、Ｇ３、Ｇ６、Ｇ７の駆動ギヤＧ２ａ、Ｇ３ａ、Ｇ６ａ、Ｇ７ａ及び発進・微速用駆動ギヤＧｃａに回転動力を伝達するための回転軸であり、前方から発進・微速用駆動ギヤＧｃａ、２速駆動ギヤＧ２ａ、６速駆動ギヤＧ６ａ、７速駆動ギヤＧ７ａ、及び３速駆動ギヤＧ３ａが空転可能に装着されている。また後進用駆動ギヤＲａと従動ギヤＲｂとに噛合連結された後進用アイドラギヤＲｉが空転可能に装着されている。これらの駆動ギヤＧ２ａ、Ｇ３ａ、Ｇ６ａ、Ｇ７ａ、Ｇｃａは、対応する従動ギヤＧ２ｂ、Ｇ３ｂ、Ｇ６ｂ、Ｇ７ｂ、Ｇｃｂと噛合連結されている。
【００５７】
出力軸５は、前方から発進・微速用従動ギヤＧｃｂ、２速従動ギヤＧ２ｂ、４速従動ギヤＧ４ｂ、６速従動ギヤＧ６ｂ、後進用従動ギヤＲｂ、７速従動ギヤＧ７ｂ、１速従動ギヤＧ１ｂ、３速従動ギヤＧ３ｂ、５速従動ギヤＧ５ｂが一体的に設けられている。これら従動ギヤＧ１ｂ〜Ｇ７ｂ、Ｒｂ、Ｇｃｂは、対応する第２入力軸３の駆動ギヤＧ１ａ、Ｇ４ａ、Ｇ５ａ、及び中間軸４の駆動ギヤＧ２ａ、Ｇ３ａ、Ｇ６ａ、Ｇ７ａ、発進・微速用駆動ギヤＧｃａ、後進用アイドラギヤＲｉと噛合連結されディファレンシャルギアを介して駆動輪に伝達される。
【００５８】
第１同期装置Ｓ１は、、動力を伝達しない空転状態と発進・微速用ギヤＧｃを切り換えるための装置であり、空転状態と、回転速度を同期させて発進・微速用駆動ギヤＧｃａを中間軸４に選択的に連結、一体回転させる。
【００５９】
第２同期装置Ｓ２は、２速と６速を切り換えるための装置であり、回転速度を同期させて、２速駆動ギヤＧ２ａと６速駆動ギヤＧ６ａとを中間軸４に選択的に連結、一体回転させる。
【００６０】
第３同期装置Ｓ３は、７速と３速を切り換えるための装置であり、回転速度を同期させて、７速駆動ギヤＧ７ａと３速駆動ギヤＧ３ａとを中間軸４に選択的に連結、一体回転させる。
【００６１】
第４同期装置Ｓ４は、４速と後進用ギヤＲを切り換えるための装置であり、回転速度を同期させて、４速駆動ギヤＧ４ａと後進用駆動ギヤＲａとを第２入力軸３に選択的に連結、一体回転させる。
【００６２】
第５同期装置Ｓ５は、１速と５速を切り換えるための装置であり、回転速度を同期させて、１速駆動ギヤＧ１ａと５速駆動ギヤＧ５ａとを第２入力軸３に選択的に連結、一体回転させる。
【００６３】
これら各同期装置Ｓは、前記各駆動軸に連結(スプライン勘合)され軸方向に移動自在な同期スリーブを備え、図示しない前記シフトアクチュエータにより、同期スリーブを中立位置から軸方向前後に移動させることで、前記各駆動ギヤに連結させ、Ｇ１〜Ｇ７等の各ギヤ列を選択的に確立させるものである。ギヤ列が確立されるとは、駆動力が(前記第１クラッチＣ１と第２クラッチＣ２と、)前記Ｇ１〜Ｇ７、Ｇｃ、Ｒの各ギヤ列を介して出力軸５に動力伝達可能の状態になることをいい、トルネードギヤ部からの駆動がありかつギヤ列が確立された際には、夫々のギヤ比で設定する所定の変速段により車両を駆動可能となる。
【００６４】
尚これら軸数や変速段数、ギヤ比、変速段の配置等は本発明を適用した一実施例であり他の設計や構成等も可能である。
【００６５】
[渦巻き列歯車(トルネードギヤＴｇ)と第２歯車(ピニオンギヤＰｇ)の動作]
さて、前記したように動力源の効率の良い回転域を利用するため、車両等の動力伝達を行う場合、変速段機構により段階的に動力伝達を達成しているが、これは一つのギヤをエンジン回転数を上げて'引っ張る'よりも複数のギヤを用いた方が引っ張り(牽引力)が少なくなり効率が良くなるわけで、さらに段数を増やしていき最終的に連続的に変速させることができれば、さらに効率は良くなるわけである。
【００６６】
トルネードギヤＴｇは、図３にあるように内部に中空空間を有した円錐状外周面に、略均等な歯が等ピッチをもって並設された歯列が、スパイラル状に延設されている。そして該トルネードギヤＴｇの円錐面(ピッチ円錐面)上での母線と平行に配置された回転軸であるピニオンギヤ軸Ｐｓの方向に沿って移動自在に設けられた前記ピニオンギヤＰｇが噛合され、従ってトルネードギヤＴｇの歯はピニオンギヤＰｇが移動可能に形成されている(軸に対してかつピニオンギヤＰｇに対して常に一定の角度を保つように形成されている)。
【００６７】
ピニオンギヤＰｇは、内周面に凸条歯(螺旋溝)が形成され、外周面に複数の螺旋溝を有するねじ軸たるピニオンギヤ軸Ｐｓに螺合(勘合)するナットＮと一体と成し、ピニオンギヤ軸Ｐｓとの相対回転を阻止し、かつ軸方向移動自在と成している。ピニオンギヤ軸Ｐｓは、図２にあるようにハウジングに固定されたアーム１５に回転自在に軸支され、軸後端部には軸ギヤ１２が一体的に設けられベベルギヤ１１と噛合連結され、エンジンからの回転動力は、例えばベベルギヤ１１→軸ギヤ１２→ピニオンギヤ軸Ｐｓ→ピニオンギヤＰｇ→トルネードギヤＴｇへと動力伝達される。尚、このベベルギヤ１１からトルネードギヤＴｇまでの連結を歯車式連続可変変速機構とされるが、他の連結態様としてもよい。
【００６８】
トルネードギヤＴｇとピニオンギヤＰｇの動作は、例えばピニオンギヤＰｇを一定回転させると噛み合い位置は例えばトルネードギアＴｇの径の大きい底面側から径の小さい頂点側に移動し、それとともにトルネードギヤの回転速度を低回転から高速回転へと連続的に変移させることができる。前記したように通常のギヤが例えば円筒外周部に、歯が並設されているのに対し、本実施例であるトルネードギヤの組み合わせでは、一方のギヤであるピニオンギヤが軸(Ｐｓ)方向に(回転しながら)暫時移動し、それに合わせて他方のギヤであるトルネードギヤの歯列は、円錐頂点側から見た場合、円錐状側面部にスパイラル状に延設され、歯は略歯すじ方向つまり軸方向に少しずつ変位させて並設され、噛み合い位置がピニオンギヤの移動とともに軸方向に移動することになる。この場合、ギヤの組み合わせはトルネードギヤとピニオンギヤ双方の軸が交差する交差軸となるが、その交差点(頂点)は噛み合い位置が変わるたびに変化することになる。また夫々の歯の中心距離も変化することになる。
【００６９】
そしてこの噛み合い位置が軸方向に移動する機構により、噛み合い位置が移動するとトルネードギヤのピッチ円が連続的に変化し、通常のギヤの組み合わせの回転比が一定不変であるのに対し連続的に回転比を変えられることになる。
【００７０】
本トルネードギヤＴｇとピニオンギヤＰｇはベベルギヤ(傘歯車)のギヤセットであり、ピニオンギヤＰｇの歯の円すい角はもちろんピニオンギヤ軸Ｐｓと平行ではなく、かつ図３のようにピニオンギヤＰｇは常に一定の角度(円すい角)を保ちながらトルネードギヤＴｇと噛合しピニオンギヤ軸方向に移動する。したがって噛み合いが軸方向にずれることはないが、低側(トルネードギヤＴの径の大側)にスラストがやや出るようにし、図の円内に示されるように、歯の低側側面の当接面に噛み合いのリードのためのテーパをつけてもよい。
【００７１】
また、本トルネードギヤＴｇとピニオンギヤＰｇのギヤセットの歯はヘリカルギヤ(歯すじは直線、曲線どちらでもよい)であり、図４のようにトルネードギヤＴｇとの噛合でのスラストとピニオンギヤ軸Ｐｓとの噛合でのスラストとが打ち消し合うようになしている(図はピニオンギヤ側に掛かるスラスト荷重を示す)。したがって伝達効率を損なうことなく歯すじ角度を大きくでき噛み合い効率や静粛性を高められる。
【００７２】
ピニオンギヤの移動は、例えばピニオンギヤの位置を第２歯車位置検知手段たるピニオンギヤ位置センサ１６で検出し、この検出出力に基づき、トルネードアクチュエータをフィードバック制御することにより、例えばピニオンギヤ側面をフォーク１７等で押圧させる等の方法によりピニオンギヤ位置を調整する。ワイヤと滑車装置と油圧装置を用いた移動手段たるアクチュエータの例を概略図５に、電動モーターとボールねじ機構を用いた例を概略図６に示すが、該トルネードアクチュエータは、油圧手段や電動手段等と、ギヤ機構、リンク機構、カム機構、ボールねじ機構、滑車機構やワイヤ機構等の手段を組み合わせて実現される。
【００７３】
ところで、前述したようにヘリカルギヤのように軸方向に対して斜めの歯を有したギヤは、径方向荷重(ラジアル荷重)が歯を介して軸方向荷重(スラスト荷重)を分力せしめるのだが、逆にいうとスラスト荷重を歯を介してラジアル荷重に分力させることも可能である。つまり、ピニオンギヤＰｇとピニオンギヤ軸Ｐｓは直線運動を回転運動に、回転運動を直線運動に変換可能とするねじ運動機構であり、ピニオンギヤＰｇに対して軸方向に力を加えることにより、ピニオンギヤＰｇやトルネードギヤＴｇの制動と駆動に利用することが可能である。つまり軸方向逆スラストを利用して回転制御する「スラスト(ブレーキ)制御」である。この時、例えば制動のために作用する力は駆動の場合(ラジアル荷重→スラスト荷重)と同じく歯であり、例えば摩擦プレート等を用いたブレーキ装置の代用や補助として利用でき、摩擦プレート等の負担を低減できるものである。
【００７４】
尚、ピニオンギヤＰｇの移動は、動力源の動力が前記渦巻き列歯車を経由して駆動輪に伝達されていないときには、移動手段としてピニオンギヤＰｇやトルネードギヤＴｇに回転を与えて、例えば動力源の動力を別経由で利用したり、電動モーターを連結することによりピニオンギヤを移動させることも可能である。
【００７５】
また、以上の上記中のトルネードギヤは本実施例では円錐状として説明されてきたが、円盤状のものも同様であり、例えば、トルネードギヤＴｇとピニオンギヤＰｇとの噛み合い位置はピニオンギヤの移動とともに円盤径方向に移動する、等、若干の表現の違いはあるが、円錐状と同様のものとして含まれる。
【００７６】
また、前記歯車式連続可変変速機構は、第１の回転軸を有するとともに、該回転軸の方向に沿って連続的に変化する断面形状を有する第１の歯車と、移動可能な第２の回転軸を有し、前記第１の歯車に噛み合うとともに前記第２の回転軸の方向に沿って摺動自在に設けられた第２の歯車と、を備え、前記第１の歯車に対して、前記第２の回転軸の回転に起因して従回転する前記第２の歯車が噛み合い位置を連続的に変更しながら移動するとき、または前記第１の歯車の回転に起因して従回転する前記第２の歯車が噛み合い位置を連続的に変更しながら移動するとき、前記第１の歯車のピッチ円の半径が連続的に変化することを特徴とするものでもよい。
【００７７】
[歯車式連続可変変速機構]
さて、摩擦等を利用したものと比べ格段に効率の良いギヤ機構である本歯車式連続可変変速機構を用いた動力伝達を具現化するその一つの方策として、本実施例では変速段機構と組み合わせて、隔段毎(スキップシフト)に該ギヤ式連続可変変速機構を重畳させるような方式とされる。隔段毎とは、詳細は後述するが例えば、加速時には１速、３速、５速、７速の各ギヤ段に連続可変変速された動力を重畳(合成)させ、定速走行時は、前記動力伝達経路切り替え手段により連続可変変速させずに全段各段をそのギヤ比を保持したまま走行させるというものである。こうすることにより、加速走行あるいは定速走行の各段の工程を繋ぐことにより全速域の無段変速と同等の効果を生じせしめるものである。
【００７８】
具体的には、動力源の動力を動力分配機構(あるいは動力合成機構)であり差動機構たる第１、第２遊星歯車装置１０、２０により分配(分割)出力し、分配された一の動力は、一の遊星歯車機構に連結された本ギヤ式連続可変変速機構であるトルネードギヤ(渦巻き列歯車)とピニオンギヤのギヤセットに出力され、前述したように該ギヤセットにより連続的に回転比を変えられ、さらに該ギヤセットから出力された連続可変変速動力は、他の遊星歯車機構に出力された他の分配動力と、動力合成機構たる他の遊星歯車機構により再び合成されて変速段機構に出力されるものである。
【００７９】
より具体的に動力伝達経路を図７に示すが、動力源(エンジン)の回転動力はサンギヤ1０ｓ(２０ｓ)から第１遊星歯車装置１０のプラネタリギヤ１０ｐと第２遊星歯車装置２０のプラネタリギヤ２０ｐに分配される。第２遊星歯車装置２０はリングギヤ２０ｒが固定され、分配された一の回転動力はプラネタリギヤ２０ｐを介してキャリア２０ｃからクラッチＣ３→ヘリカルギヤ軸６→ベベルギヤ１１→軸ギヤ１２→ピニオンギヤ軸Ｐｓ→ピニオンギヤＰｇ→トルネードギヤＴｇへと伝達され、前記したようにピニオンギヤＰｇとトルネードギヤＴｇとの噛み合い位置がトルネードギアＴｇの径の大きい底面側から径の小さい頂点側に移動し(以下、ピニオンギヤＰｇが降るという)、それとともにトルネードギヤの回転速度は低回転から高速回転へと連続的に変移される。この時、本実施例ではサンギヤ1０ｓ(２０ｓ)→キャリア２０ｃの変速比（＝入力回転速度／出力回転速度 ）は略３、ピニオンギヤＰｇ→トルネードギヤＴｇの変速比が最大(径の大の位置)略４として設定され、噛み合い位置の径の小さい側での最終位置のトルネードギアＴｇの径は、該径(位置)での回転数がベベルギヤ１１の回転数、つまりキャリア２０ｃの回転数と略同じとなるように設定され、したがってトルネードギアＴｇ回転数(回転速度)はキャリア２０ｃ回転数に向けて漸増されるということで、例えばエンジン回転数１８００回転/ｒｐｍとするとキャリア２０ｃ回転数は約６００回転/ｒｐｍ、したがってトルネードギアＴｇ回転数は略１５０回転/ｒｐｍ→６００回転/ｒｐｍへと漸増される、ということになる。
【００８０】
この時トルネードギヤＴｇは正回転であり、二方向クラッチＦ１は空転、二方向クラッチＦ２はトルネードギヤＴｇの正回転を阻止するように制御され、該二方向クラッチＦ２を介して第１遊星歯車装置１０のリングギヤ１０ｒに伝達され(トルネードギヤＴｇと同回転)、前記サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)から分配されたうちの他の回転動力と合成されてキャリア１０ｃから第１クラッチＣ１を介して変速段機構に出力される。より詳しくは、サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)→キャリア１０ｃの変速比はリングギヤ１０ｒを固定した場合(０とした場合)略４で設定されキャリア１０ｃの回転数は４５０回転/ｒｐｍから開始され、後述するように時間をおいてトルネードギヤＴｇから伝達されたリングギヤ１０ｒの動力(１５０回転/ｒｐｍ→６００回転/ｒｐｍ)が合成されて４５０回転/ｒｐｍ→９００回転/ｒｐｍへと漸増出力される。入力軸ギヤ１３から中間軸ギヤ１４へはギヤ比０．５とされ２倍に増速されて９００回転/ｒｐｍ→１８００回転/ｒｐｍの回転動力が中間軸４へ出力される。
【００８１】
尚、トルネードギアＴｇの回転数が略１５０回転/ｒｐｍ→６００回転/ｒｐｍであるので、これは噛み合いの最終位置であるトルネードギアＴｇの径の小さい側での径の回転を１分間続けるのに４５０回転分の距離が必要ということであり、加速時間(本実施例の場合２段分)を例えば５秒とすると、要する回転数は ４５０÷(６０÷５) で約３７回転であり、つまりトルネードギヤとピニオンギヤの噛合移動距離は、エンジン出力にもよるが、前記トルネードギアＴｇの最終位置での周×３７回転分の距離ということになり、トルネードギアＴｇのテーパ角や軸方向長さはこれを基に設定される。
【００８２】
さらにトルネードギヤとピニオンギヤを常時噛み合いとするため正転・逆転両方の回転を利用するとされ、図８に示す動力伝動経路のように、エンジンの回転動力はサンギヤ1０ｓ(２０ｓ)から第１遊星歯車装置１０のプラネタリギヤ１０ｐと第２遊星歯車装置２０のプラネタリギヤ２０ｐに分配され、第１遊星歯車装置１０はキャリア１０ｃが固定され、分配された一の回転動力は逆回転となってリングギヤ１０ｒから第３遊星歯車装置３０のサンギヤ３０ｓに伝達され、リングギヤ３０ｒは固定されておりそのまま逆回転でキャリア３０ｃから二方向クラッチＦ１に伝達される。二方向クラッチＦ２は空転、二方向クラッチＦ１はトルネードギヤＴｇの正回転を阻止するように制御され、該二方向クラッチＦ１を介してトルネードギヤＴｇに伝達され、前記工程とは逆に本工程ではトルネードギヤＴｇ→ピニオンギヤＰｇへと動力伝達されることになる。前記工程の後ではピニオンギヤＰｇとトルネードギヤＴｇとの噛み合い位置はトルネードギアＴｇの径の小さい頂点側にあり、したがって本工程では噛み合い位置は径の小さい頂点側から径の大きい底面側に移動し(以下、ピニオンギヤＰｇが昇る、という)、それとともにピニオンギヤの回転速度は低回転から高速回転へと連続的に変移される。そしてトルネードギヤＴｇ→ピニオンギヤＰｇ→ピニオン軸Ｐｓ→軸ギヤ１２→ベベルギヤ１１→ヘリカルギヤ軸６→クラッチＣ３→キャリア２０ｃと前記工程と逆の経路でキャリア２０ｃに至る。この時キャリア２０ｃの回転は逆回転である。そしてサンギヤ1０ｓ(２０ｓ)からの他の分配動力(正回転)と合成されリングギヤ２０ｒから逆回転で変速段機構へ出力される。詳しくは、サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)→リングギヤ１０ｒの変速比は略３、サンギヤ３０ｓ→キャリア３０ｃの変速比(リングギヤ３０ｒ固定)は略４とされエンジン回転数１８００回転/ｒｐｍとするとリングギヤ１０ｒは６００回転/ｒｐｍ、したがってサンギヤ３０ｓも６００回転/ｒｐｍで、キャリア３０ｃは１５０回転/ｒｐｍとなり、したがってトルネードギヤＴｇは１５０回転/ｒｐｍの一定回転でピニオンギヤＰｇに伝達される。ピニオンギヤＰｇのトルネードギヤＴｇとのギヤ比は１→０．２５と変移し、ピニオンギヤＰｇの回転数は１５０回転/ｒｐｍ→６００回転/ｒｐｍとなる。
【００８３】
サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)→リングギヤ２０ｒの変速比はキャリア２０ｃを固定した場合(０とした場合)略２で設定されリングギヤ２０ｒの回転数は９００回転/ｒｐｍから開始されピニオンギヤＰｇから伝達されたキャリア２０ｃの動力(１５０回転/ｒｐｍ→６００回転/ｒｐｍ)が合成されて９００回転/ｒｐｍ→略１８００回転/ｒｐｍへと漸増出力される。
【００８４】
尚、本実施例では前記の動力源(エンジン)→サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)→第２遊星歯車装置２０→クラッチＣ３→ヘリカルギヤ軸６→ベベルギヤ１１まで、またはエンジン→サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)→リングギヤ１０ｒ→第３遊星歯車装置３０→二方向クラッチＦ１→トルネードギヤＴｇまで、が前記請求項１に記載の駆動手段となる。
【００８５】
このように、本実施例では両工程とも９００回転/ｒｐｍ(エンジン出力時１８００回転/ｒｐｍ)→略１８００回転/ｒｐｍへと２倍の回転数(回転速度)となってトルネードギヤ部から変速段機構へ増出力される。本実施例では、トルネードギヤＴｇの片道で可能な最大出力回転変位数であるこの２倍の回転数(１８００回転/ｒｐｍ)を次変速段での９００回転/ｒｐｍ、つまりギヤ比１／２となるように次変速段のギヤ比が設定され、エンジン回転数を一定となすように設定される。例えば歯保護のため次変速段の変速比を調整することによりトルネードギヤＴｇの(次変速段の)初動位置を微調整することも可能であるが、基本的にはトルネードギヤＴｇの立ち上がりのギヤ比はできるだけ大きいほうがよいので、トルネードギヤＴｇの次変速段の初動位置(現変速段の最終位置)は、好適には最端部とされるのが望ましい。さて、段間比が０．５となり例えば１速３．６とすると次は１．８であり、２速では回転数の開きが大きいので３速とされ、走行抵抗を考慮しないギヤ比数値は１速３．６、３速１．８、５速０．９、７速０．４５とされ、２速、４速、６速は任意のギヤ比とされる。高速域ではさらにギヤを加える等の態様としてもよい。
【００８６】
尚、トルネードギヤＴｇ経路各部位はトルクに耐える高い強度剛性と大きさを確保するものとされるが、第３遊星歯車装置３０やピニオンギヤＰｇは空間的に余裕のある場所にあるので大きくすることが可能であり、またこれらの部位のトルクは分配(半減)されたものであるので然程の問題は無い。
【００８７】
次に、図７〜１２を参照して、車両の走行状態による制御工程を説明する。
【００８８】
[ 発進と微速走行 ]
本実施形態においては、車両停止時、エンジン停止状態からブレーキペダル踏み込み、エンジン始動、アイドリングに至る工程中、変速段機構では、第２入力軸３で１速ギヤ列Ｇ１が、中間軸４で発進・微速用ギヤ列Ｇｃが確立された状態となっており、一方トルネードギヤ部では、第１クラッチＣ１、第２クラッチＣ２、第３クラッチＣ３が開放されニュートラル状態となってアイドリング回転可能と成している。
【００８９】
発進・微速用ギヤ列Ｇｃのギヤ比は、微速走行や坂道発進等のための大きなトルクが出るように１速ギヤ比より大きく設定されており、前記の状態から、ブレーキペダル踏み込みが解かれ、運転者の足がブレーキペダルから離れると、第１クラッチＣ１が半クラッチ等により緩除に係合されかつブレーキＢ１が係合され(リングギヤ１０ｒが固定され)、図９に示すようにエンジン動力は発進・微速用ギヤ列Ｇｃ経路で駆動輪に伝達されて車両が発進始動される。微速走行においてはトルネードギヤＴｇによる動力の合成は行われない。そして本実施例では、運転者の足がアクセルペダルに掛けられたときに、図１０に示すように第１クラッチＣ１が開放され、第２クラッチＣ２が係合されかつブレーキＢ４も係合され(キャリア２０ｃが固定され)て１速ギヤ段での走行に移行する。したがって例えば運転者の足がブレーキペダルから離れ、間を置かずにアクセルペダルに足が掛けられた場合等のために、第１クラッチＣ１と第２クラッチＣ２の両方を半クラッチとして両ギヤによる半クラッチ駆動とし、緩除に発進・微速用ギヤ段から１速ギヤ段での走行に移行する、という構成にしてもよい。
【００９０】
[省エネモードでの加速とシフトチェンジ]
本実施例での省エネモードにおいては、アクセルペダルに足がかけられ踏み込み量が略０の状態をａ０とし、所定の踏み込み量をａ１として、０〜ａ１を定速走行領域、ａ１以上を加速領域とされる。前記ＥＣＵは、アクセルペダル踏み込み量がａ１を超えると加速走行と判断し、加速動作を行う。図８を参考に、例えば１速ギヤ列による加速(1速〜２速)では、前記の第２クラッチＣ２と第４ブレーキＢ４が係合された１速定速走行の状態から、第２ブレーキＢ２が係合され、第４ブレーキＢ４が開放され、第３クラッチＣ３が係合される。これにより前記したように、エンジンの回転動力はサンギヤ1０ｓ(２０ｓ)から第１遊星歯車装置１０のプラネタリギヤ１０ｐと第２遊星歯車装置２０のプラネタリギヤ２０ｐに分配され、分配された一の回転動力は逆回転となってトルネードギヤＴｇに伝達されてピニオンギヤＰｇが昇っていき、低回転から高速回転へと連続的に変移されたピニオンギヤの回転動力がキャリア２０ｃに至り、サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)の他の分配動力(正回転)と合成されてリングギヤ２０ｒから逆回転で変速段機構へ出力され１速ギヤ列による加速が実行される。以上のように本実施例での 省エネモード加速時の動力伝達経路は、動力源(エンジン)→(円錐渦巻き列)歯車式連続可変変速機構→変速段機構→出力部材という経路になる。
【００９１】
１速ギヤ列による加速から続けて加速状態が保持される場合は、３速ギヤ列による加速(３速〜４速)となる。プレシフトとして３速ギヤ列が確立されており、一時的に第１ブレーキＢ１を係合しエンジン動力をキャリア１０ｃ→第１クラッチＣ１に出力させるため、まず第２ブレーキＢ２が開放され、第１ブレーキＢ１が係合される。キャリア３０ｃから二方向クラッチＦ１を介してトルネードギヤＴｇに伝達されていた動力は、第１ブレーキＢ１の係合により動力伝達は遮断されトルネードギヤＴｇはイナーシャ回転となる。また第２ブレーキＢ２の開放により(かつ第１クラッチＣ１が開放されているため)第１遊星歯車装置１０の分配動力は空転状態となり、エンジン動力は第２遊星歯車装置２０のみに伝達されイナーシャトルクによる駆動となる。ここでトルネードアクチュエータに高油圧Ｐ１がかけられ、前記したようにトルネードアクチュエータの軸方向への力によりピニオンギヤＰｇが駆動回転させられ(以上は、シフトチェンジされるまでの、第１ブレーキＢ１が係合完了するまでの間である)加速は途切れることなく続行されるが、好適には加速を緩除に落としシフトチェンジされるのが望ましい。続けて、第１ブレーキＢ１が係合完了すると同時に第２クラッチＣ２が開放され、第１クラッチＣ１が係合されて、３速にシフトチェンジされる。前記したように、１速ギヤ比で２倍に増速されて駆動輪に出力されているがエンジン回転数は変わらないので、その(一定)エンジン回転数の３速ギヤ比の回転速度と駆動輪からの回転速度は同じであり、変速ショックなくかつ瞬時にシフトチェンジされ、ツインクラッチ式等通常のミッションのようなエンジン回転数を下げる動作が不要である。続けて油圧Ｐ１が排出され、トルネードギヤＴｇ(ピニオンギヤＰｇ)制動のための油圧Ｐ２がかけられる(したがって本実施例では、油圧等により操作される前記トルネードアクチュエータが前記請求項１に記載の制動手段となる。また第４ブレーキＢ４を係合して制動し、制動手段としてもよい)。制動が完了したら油圧Ｐ２が排出される。続いて図７のように第１ブレーキＢ１が開放され、第３ブレーキＢ３が係合されて、第２遊星歯車装置２０からの分配動力がピニオンギヤＰｇに伝達され、ピニオンギヤＰｇが降って低回転から高速回転へと連続的に変移されたトルネードギヤＴｇの回転動力が二方向クラッチＦ２を経て第１遊星歯車装置１０に伝達されるが、このトルネードギヤＴｇ(ピニオンギヤＰｇ)が制動されて、(１５０回転/ｒｐｍで)始動するまでの間、エンジン回転数は加速が途切れないようにイナーシャトルクを含めて電子制御される。そして第３ブレーキＢ３が係合されるとともに、エンジン回転数は元の一定回転に戻されて第１遊星歯車装置１０と第２遊星歯車装置２０に分配され、トルネードギアＴｇ回転がリングギヤ１０ｒに漸増出力されて、合成された動力が第１遊星歯車装置１０から３速ギヤ列を経由して駆動輪に伝達され、３速ギヤ列による加速の状態となる。
【００９２】
３速ギヤ列による加速から続けて加速状態が保持される場合は、５速ギヤ列による加速(５速〜６速)となる。プレシフトとして５速ギヤ列が確立されており、一時的にエンジン動力をリングギヤ２０ｒ→第２クラッチＣ２に出力させるため、第３ブレーキＢ３が開放され、第４ブレーキＢ４が係合される。そして第３クラッチＣ３が開放され、トルネードギヤＴｇに伝達されていた動力が遮断されトルネードギヤＴｇはイナーシャ回転となる。また第３ブレーキＢ３の開放により(かつ第２クラッチＣ２が開放されているため)第２遊星歯車装置２０の分配動力は空転状態となり、エンジン動力は第２遊星歯車装置１０のみに伝達されイナーシャトルクによる駆動となる。ここでトルネードアクチュエータに高油圧Ｐ２がかけられ、前記したようにトルネードアクチュエータの軸方向への力によりピニオンギヤＰｇが駆動回転させられ(以上は、シフトチェンジされるまでの、第４ブレーキＢ４が係合完了するまでの時間である)加速は途切れることなく続行されるが、好適には加速を緩除に落としシフトチェンジされるのが望ましい。続けて、第４ブレーキＢ４が係合完了すると同時に第１クラッチＣ１が開放され、第２クラッチＣ２が係合されて、５速にシフトチェンジされる。３速ギヤ比で２倍に増速されて駆動輪に出力されていたがエンジン回転数は変わらないので、その(一定)エンジン回転数の５速ギヤ比の回転速度と駆動輪からの回転速度は同じであり、変速ショックなくかつ瞬時にシフトチェンジされる。続けて油圧Ｐ２が排出され、トルネードギヤＴｇ(ピニオンギヤＰｇ)制動のための油圧Ｐ１がかけられる(第１ブレーキＢ１を係合して制動し、制動手段としてもよい)。第３クラッチＣ３が係合され、トルネードギヤＴｇの制動が完了したら油圧Ｐ１が排出される。続いて第４ブレーキＢ４が開放され、第２ブレーキＢ２が係合されて、第１遊星歯車装置１０からの分配動力がトルネードギヤＴｇを経て第１遊星歯車装置２０に伝達されるが、このトルネードギヤＴｇ(ピニオンギヤＰｇ)が制動されて、(１５０回転/ｒｐｍで)始動するまでの間、加速が途切れないようにエンジン回転数はイナーシャトルクを含めて電子制御される。そして第２ブレーキＢ２が係合されるとともに、エンジン回転数は元の一定回転に戻されて第１遊星歯車装置１０と第２遊星歯車装置２０に分配され、トルネードギアＴｇ回転がキャリア２０ｃに漸増出力されて、合成された動力が第２遊星歯車装置２０から５速ギヤ列を経由して駆動輪に伝達され、５速ギヤ列による加速の状態となる。
【００９３】
５速ギヤ列による加速から続けて加速状態が保持される場合は、７速ギヤ列による加速となる。プレシフトとして７速ギヤ列が確立されており、３速ギヤ列による加速と同じ工程により７速にシフトチェンジされ、エンジン動力は第１遊星歯車装置１０と第２遊星歯車装置２０に分配され、トルネードギアＴｇ回転がリングギヤ１０ｒに漸増出力されて、合成された動力が第１遊星歯車装置１０から７速ギヤ列を経由して駆動輪に伝達され、７速ギヤ列による加速の状態となる。
【００９４】
以上の、トルネードギヤＴｇ(ピニオンギヤＰｇ)の駆動や制動等は、前記ＥＣＵ(切り替え手段)の制御により実行される。
【００９５】
このように、変速前に次の変速段のドグクラッチを締結するプレシフトにより変速時の動作を２つのクラッチの掛け換え制御のみとするツインクラッチの特徴をそのままに、本実施例ではさらにエンジン回転を略一定とし、かつ変速ショックなくシフトチェンジが可能となる。
【００９６】
尚、省エネモードの加速走行時のアクセルペダル踏み込み、つまりａ１以上のアクセルペダル踏み込みにおいては、エンジン回転数は概ね略一定に保たれるが、そのエンジン回転数は、ａ１以上の加速領域でのアクセルペダル踏み込み量に応じて決定される。
【００９７】
また登坂路での加速、あるいは加速途中の登坂路進入等では、エンジン出力を上げて連続可変変速機構での加速を維持するか、下記のような連続可変変速機構を用いない通常変速段機構に切り替えるかの判断等は、アクセル踏み込み量等の情報により制御される。
【００９８】
本実施例は、動力伝達経路切り替え手段(ＥＣＵ)により、歯車式連続可変変速機構を変速段機構の伝達経路から切り離すことができ、通常の変速段ミッションと同じようにエンジン→変速段機構→駆動輪の伝達経路を独立して作動させることができる。したがって万一トルネードギヤＴｇやピニオンギヤＰｇに不具合が生じてもツインクラッチミッションとして走行が可能である。
【００９９】
[ 定速走行 ]
定速走行では上記のように歯車式連続可変変速機構を用いない通常変速段機構での走行とされる。つまり、第１遊星歯車装置１０のリングギヤ１０ｒが固定され(第１ブレーキＢ１係合)てエンジン動力→サンギヤ1０ｓ→キャリア１０ｃ→第１クラッチＣ１に連結されたギヤ列、という伝達経路により、あるいは第２遊星歯車装置２０のキャリア２０ｃが固定され(第４ブレーキＢ４係合)てエンジン動力→サンギヤ２０ｓ→リングギヤ２０ｒ→第２クラッチＣ２に連結されたギヤ列、という伝達経路により駆動輪に動力伝達される。
【０１００】
例えば省エネモードにおいて、前記加速状態からアクセルペダルが戻され、アクセル踏み込み量がａ０〜ａ１になったら定速走行状態とされ、ＥＣＵ(動力伝達経路切り替え手段)は、定速走行への移行と判断し、前記加速の動作状態から前記定速走行の動作に移行する。本実施例での加速から定速への移行は、１速加速→１速と２速、３速加速→３速と４速、５速加速→５速と６速、７速加速→７速となり、一つの(加速用)ギヤ段に対して二つの定速用ギヤ段が低速側、高速側に割り当てられている。例えば１速(加速用)ギヤ段が受け持つ車速範囲のうち、低速側は１速、高速側は２速への移行となり、３速(加速用)ギヤ段が受け持つ車速範囲のうち、低速側は３速、高速側は４速への移行となる。ところで本実施例では、２速と３速、４速と５速、６速と７速が夫々同軸に配置されており、例えは゛、１速加速時において高速側車速に入ったとき、加速が続行されると判断され、スムーズに加速時シフトチェンジを行うための３速ギヤ列確立動作が始まる直前まで２速ギヤ列で待機される、また３速加速時において高速側車速に入ったとき、加速が続行されると判断され、スムーズに加速時シフトチェンジを行うための５速ギヤ列確立動作が始まる直前まで４速ギヤ列で待機される、というような制御が行われる。あるいは、他の態様として、例えば２速、４速、６速を第４の軸に配置し４軸方式としてもよい。また、前記高速側ギヤ段での定速走行から加速走行に移行する場合は、例えばピニオンギヤＰｇをトルネードギヤＴｇの中間位置に待機させておき、２速→１速加速、４速→３速加速、６速→５速加速というように１段落としたギヤ段加速を行う。
【０１０１】
また、省エネモードでの加速走行から定速走行へ移行されたとき、エンジン回転をその時の車速での現変速段の回転数に合わせるように構成してもよいが、定速走行移行時に現変速段での車速の範囲の中で、高速領域であった場合には、スロットル開度は大きくなって燃費も悪くなり、また急激なエンジン回転変動が運転者に違和感を与えることにもなる。ところで従来、車両の燃費性能向上を目的としてコースティング走行（アクセルペダルを開放した状態での惰性走行）が知られているが、本実施例では省エネ走行として、加速走行から定速走行へ移行した時、現ギヤ段での略最低車速になるまでニュートラルコースティング走行とされ、第１クラッチＣ１や第２クラッチＣ２等駆動経路の動力断続装置を開放してエンジン動力を遮断しエンジンブレーキ効果を排除した走行とし(エンジンはアイドリング回転)、現ギヤ段での最低車速になった時点で動力断続装置を係合してクルーズコントロールを行うとされる。この場合、運転者の判断でアクセルペダルの踏み込みを上下させれば、直ちに加速あるいは減速にシフトして駆動を確保することができるわけで、特殊な走行環境を除けば、こういったニュートラル走行併用も可能であり認可されてしかるべきである。
【０１０２】
また、ステアリングホイールに省エネモードとマニュアルモードを切り替えるためのパドル式の手動操作装置等を設け、簡便にマニュアルモード走行に切り替えて交通の流れに対応したクルーズ走行とすることも可能である。
【０１０３】
[ 減速 走行 ]
アクセルペダルが戻され、アクセル踏み込み量が前記ａ０になった場合、あるいは足がアクセルペダルから離れブレーキペダルが踏まれた場合、ＥＣＵは、減速と判断し、減速走行の動作を行う。減速時の各装置の状態は定速走行時と同じであり、駆動輪から、第１クラッチＣ１に連結されたギヤ列の減速動作は、第１遊星歯車装置１０のリングギヤ１０ｒが固定され(第１ブレーキＢ１係合)てキャリア１０ｃ→サンギヤ1０ｓの伝達経路によりエンジンブレーキが作動する。第２クラッチＣ２に連結されたギヤ列の減速動作は、第２遊星歯車装置２０のキャリア２０ｃが固定され(第４ブレーキＢ４係合)てリングギヤ２０ｒ→プラネタリギヤ２０ｐ→サンギヤ２０ｓの伝達経路によりエンジンブレーキが作動する。現変速段での減速からさらにそのまま減速が続行される場合は、減速時シフトチェンジ(シフトダウン)となり、通常変速段と同じようにダブルクラッチ、ブリッピング等の制御が行われダウンシフトされる。また、各ギヤ段(列)での減速走行から加速走行への移行は、定速走行から加速走行への移行と同じとされる。
【０１０４】
以上のトルネードギヤとピニオンギヤの制御、シフト操作やシフトタイミングの制御、エンジン回転等の制御等は図示しないアクセルペダルの踏込み量や車速等の車両の情報と各種制御プログラムやマップに基づいて実現される。
【０１０５】
２つめの実施例として、変速段機構とトルネードギヤ部が同軸的に配置され、変速段機構は複数組の遊星歯車装置の回転要素が、油圧アクチュエータによって係合させられる多板式、単板式のクラッチやブレーキ等の油圧式の摩擦係合装置等により選択的に連結されることにより複数のギヤ段（変速段）が択一的に達成される公知の遊星歯車式の多段変速機構とし、トルネードギヤ部の二つの軸から出力される動力を公知の方法により変速して出力部材に伝達される。この場合、トルクコンバーターを備えた構成としてもよい。トルクコンバーターは、他の実施例においてもトルクコンバーターを備えた構成とすることができる。
【０１０６】
また他の実施例として、全速域を網羅する歯車式連続可変変速機構と変速段機構とにより構成することもできる。また動力の分配・合成を行わず、直接、歯車式連続可変変速機構での加速と歯車式連続可変変速機構を用いない定速を切り替えて、変速段機構に動力伝達されるという構成にすることもできる。
【０１０７】
以上、本発明の動力伝達機構及びギヤ式連続可変変速機構を実施形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。例えば、上記したように、請求項１において動力分配機構と、動力合成機構とを有しないで、単に円錐渦巻き列歯車式連続可変変速機構と、段階的にギヤ比を変える変速段機構と、を有することを特徴とする歯車式無段変速機構としてもよい。動力伝達経路は、動力源(エンジン)→変速段機構→円錐渦巻き列歯車式連続可変変速機構→出力部材という連結にしてもよいし、他の伝達経路にしてもよい。。また本実施形態では差動機構として、三つの回転要素からなる遊星歯車機構を用い、例えば第１遊星歯車機構１０では三回転要素のうち、動力の入力軸をサンギヤに、トルネードギヤＴｇをリングギヤ１０ｒに、変速段機構への出力にキャリア１０ｃを連結したが、該入出力軸やトルネードギヤＴｇは他の回転要素にも連結可能であり、いろいろな組み合わせが可能である。また歯車式連続可変変速機構は、複数使用することも可能であり、直列に複数、また動力を分配する形で並列に少なくとも一つ配設するという構成も可能である。また動力発生源にはガソリンやディーゼル等の内燃機関、電動機を用いるが、水素エンジン、ＬＰＧエンジン、メタノールエンジン等を用いることもできる。その他、本発明では様々な機構、装置等による配設・構成が可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１駆動軸
２第１入力軸
３第２入力軸
４中間軸
５出力軸
６ヘリカルギヤ軸
７筒ケース
１０第１遊星歯車装置
２０第２遊星歯車装置
３０第３遊星歯車装置
１１ベベルギヤ
１２軸ギヤ
１３入力軸ギヤ
１４中間軸ギヤ
１５アーム
１６ピニオンギヤ位置センサ
１７シフトフォーク
Ｔｇトルネードギヤ
Ｐｇピニオンギヤ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続的に回転速度比を変化できる、とくに歯車機構による無段変速機構に関する。(歯車の歯ひとつひとつを一段と考えれば厳密には有段変速であり歯車式連続可変変速機Ｇ−ＣＶＴ:Ｇｅａｒｅｄ Continuously Variable Transmissionとすべきであるが本明細では一般的な用語である歯車式無段変速機構と表記する)
【背景技術】
【０００２】
内燃機関には、最も効率の良い回転数域があり、燃費の面ではその回転数を維持することがよいとされる。したがって内燃機関等を動力源として利用する、例えば車両等で回転動力を車輪等に伝達して移動させる場合においても、できるだけ効率の良い回転域を利用することが望ましい。
【０００３】
動力源の効率の良い回転域を利用するため、低速から高速走行まで幅広い可変速運転が可能な変速機が用いられ動力伝達を達成している。従来の例えば車両用等の変速機として、ギヤ比の違う複数のギアの噛み合いを替え、段階的に変速比を変更する有段の変速機や、連続的に変速比を変化できる無段変速機あるいは連続可変変速機（Continuously Variable Transmission：ＣＶＴ）が知られている。有段変速では、例えばエンジン動力の断続装置とそれに対応するギアセットを二組用意しシフト前に予め次変速段をスタンバイさせて短時間でシフトさせ伝達効率をよくするというツインクラッチ式の技術が知られているが、基本的には有段変速では次変速段へシフトするのための加速には回転速度を上げる必要があり、また変速時に動力伝達が中断されたりしてエネルギー効率の点で問題があり、変速ショックも発生するため、無段変速機が望ましいものである。
【０００４】
現在の実用的な無段変速機としては、摩擦力による駆動力伝達方式としてスチールベルトと2つの可変径プーリーを組み合わせ無段階に変速を行うベルト式ＣＶＴや、ローラーとディスクを組み合わせたトロイダルＣＶＴ等が知られている。さらに油圧ポンプと油圧モーターを利用した静油圧式、油圧機械式の無段変速機、さらにＨＶ(ハイブリッド車)、ＥＶ(電気自動車)のように電動機を利用したもの等が知られている。
【０００５】
歯車機構を用いた無段変速機としては、例えば、特許文献１には、突子付回転体と薄歯付回転体とを咬合させた無段変速装置が開示されている。また特許文献２のように中継歯車を介して二つの円錐ヘリカルギヤを逆向きに配置した円錐二軸式無段変速機のような方法もよく散見される。他にも特許文献３のような複数のクランクの往復揺動を利用するもの、特許文献４のような複数の非円形歯車を利用するもの等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５３−００４１５０公報
【特許文献２】特開平１−３０３３５８公報
【特許文献３】特表平４−５０３９９１号公報
【特許文献４】特開平２−２７１１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えばベルト式のＣＶＴ等は基本的に摩擦を利用したものであるので、摩擦力維持のためのエネルギー損失があり、大きなトルクを扱うには不向きであり、また高速域等で不利である。またベルトの耐久性の問題もある。
【０００８】
ＨＶは内燃機関による駆動装置と電気による駆動装置の両方を一台の車に搭載したものであるが、発電機・モーター・蓄電池などの電気部を搭載するため重量が重くなり、かつそれぞれの電気部の効率は100％でない。内燃機関による発電とそれによる駆動は、根本的には機械動力を一旦電気に変換しその電気を再び機械動力に変換して出力するものなので、直接的な機械的伝達に比べるとロスがあり、したがって、車が常にエンジンの最も効率の良い回転数で長く走れるような条件では、ＨＶより普通の車の燃費のほうが良いとされる。このため、平地高速道路の走行が多いヨーロッパでは、ハイブリッド車よりディーゼル車の販売台数が多いとされる。また近年では環境負荷低減のためダウンサイジング化が求められているが、ＨＶは、居住性、搭載性を悪くする大きな部品を多数搭載しなければならず、その他高コストの問題や、蓄電池容量の経時劣化や資源偏在による資源ナショナリズムの問題も抱えている。
【０００９】
油圧を利用したものも、機械動力を一旦油圧に変換しその油圧を再び機械動力に変換して出力するものなので、直接的な機械的伝達に比べると効率が落ちる傾向にある。
【００１０】
また、上記の電動機を用いたものやベルト式ＣＶＴ等は、それ単体で、全速域での加速、減速、定速走行が可能であり、それ故、他の動力機関を付け加えたり、マニュアルモード等を設定することは、効率低下や不要といったような印象や違和感を生じせしめる。
【００１１】
２クラッチ技術も前述したように、次変速段へのシフトにエンジン回転速度を上げる必要があり、また変速ショックを低減するにはエンジン回転を下げる必要があり、同期するまでのタイムラグが生ずる。逆にタイムラグをなくそうとすると変速ショックが生じる。
【００１２】
特許文献１の無段変速装置では径は変化しても歯数が変わらないので回転は変わらない。また特許文献２の円錐二軸式無段変速機は二つの円錐ヘリカルギヤと噛合する中継歯車の移動速度が各々違ってくるので噛み合わないことになる。
【００１３】
またエンジンやトランスミッション等のダウンサイジング化も求められ、トランスミッションでは、軸方向あるいは径方向長さの縮小等が求められているが、他の歯車機構を用いた無段変速機構等についても、装置が複雑、アップサイズになり動力伝達効率の点でも実用性が低いといわざるをえない。また定速走行不可のものでは、それを可とするための手段や方法が示されていない。
【００１４】
以上のように、従来の変速機等においては、次変速段へのシフトのためには車速を上げる必要があり、車速を上げるにはエンジン回転速度を上げる必要があり、動力伝達損失が大きく燃費が悪化する等の問題があった。また変速ショックが生じ、変速ショックを低減するにはエンジン回転を上げ下げする必要があった。また無段変速機ではエネルギー損失や、高コスト、居住性、搭載性の悪さ、非効率性等の問題があり、歯車機構を用いた無段変速機等でもエネルギー効率面やサイジング面、具体性あるいは定速走行の手段や方法が示されていない等、実用として成立しないものであった。
【００１５】
ところで、音や匂いや振動を有する内燃機関や機械ミッション等は、決して忌避されてきたものではなく、むしろそれ故の、一つの生命、愛玩の対象と捉えられてきた部分も多くあり、人と癒しなどの情を介するパートナーであり、例えるなら有機質愛玩物が無機質のそれに駆逐されるようなことがあってはならないのと同じ次元で捉えられるべきものであるとも考えられる。鉄塊を高速で移動させる輸送機関の中で、とくに私的輸送機関としては、放射性エネルギー等のような目に見えない類の無音・無臭、無味・異様な動力機関と違い、有機的な適度な音と匂いの、極められた技術による内燃機関や機械ミッションこそ、鉄塊移動手段にふさわしいものであると言え、またそれ以上のものであるとも言える。 最終形ミッションでありエコカーの最適解のひとつであるといえるような機械ミッションは、内燃機関等とともに、単純な価値基準で捉えるものとは違った、長い時間により培われてきた存続されるべき"文化"であるといえる。
【００１６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、伝統的機械ミッションによる、とくに、より動力伝達損失の少ない動力伝達装置である歯車式無段変速機構を提供し、同時に産業伝統文化継承を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、第１の回転軸を有するとともに、円錐状または円盤状の、外周面に、略均等な歯が等ピッチをもって並設された歯列がスパイラル状に延設されてなる渦巻き列歯車と、該渦巻き列歯車の、円錐面(ピッチ円錐面)上での母線または円盤状の係方向と、平行に配置される第２の回転軸を有し、前記渦巻き列歯車に噛み合うとともに前記第２の回転軸の方向に沿って移動自在に設けられた第２の歯車と、を備え、前記渦巻き列歯車に対して、前記第２の回転軸の回転に起因して従回転する前記第２の歯車が噛み合い位置を連続的に変更しながら移動するとき、 または前記渦巻き列歯車の回転に起因して従回転する前記第２の歯車が噛み合い位置を連続的に変更しながら移動するとき、前記渦巻き列歯車のピッチ円の半径が連続的に変化する、歯車式連続可変変速機構と、前記渦巻き列歯車と前記第２の歯車の少なくとも一つ、を駆動させる駆動手段と、前記渦巻き列歯車と前記第２の歯車の少なくとも一つ、を制動させる制動手段と、前記駆動手段と前記制動手段と、を切り替える切り替え手段と、動力を段階的に変速して出力する変速段機構と、動力源から駆動輪に至る動力伝達経路において、前記歯車式連続可変変速機構を含む経路と含まない経路とを切り替える動力伝達経路切り替え手段と、を備え、車両に搭載される、ことを特徴とする。略均等な歯とは、各歯は歯幅等は同じだが歯低円の径が違ってくるという意味である。歯列がスパイラル状に延設とは、既存の歯車では噛合位置が移動するともとの位置に戻る、一列の繋がった歯列であるが、当該トルネードギヤでは、歯が円錐外周上を等ピッチをもってスパイラル状に並設されていくので噛合位置は軸方向に移動していきもとに戻ることはなく、歯列は連続した一つの列であるがスパイラル状に伸びている、という意味である。また前記第２の回転軸は軸自体が駆動側の伝動要素となることを特徴とするものであり、また好適には複段減速歯車列の軸である。
【００１８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、動力源の動力を分配する動力分配機構と、分配された動力を利用する前記歯車式連続可変変速機構から出力される動力を合成する動力合成機構と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の構成に加えて、前記歯車式連続可変変速機構は、前記渦巻き列歯車が、正回転での動力伝達と逆回転での動力伝達と、の二つの動力伝達方法を有する、ことを特徴とする
【００２０】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３いずれかに記載の構成に加えて、前記渦巻き列歯車は、正回転での動力伝達と逆回転での動力伝達とが交互に行われる、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の構成に加えて、前記渦巻き列歯車は、正回転での動力伝達と逆回転での動力伝達とが連続して行われる、ことを特徴とする。
【００２２】
請求項６に係る発明は、請求項２に記載の構成に加えて、前記動力分配機構と前記動力合成機構の少なくとも一つは、差動機構である、ことを特徴とする。差動機構とは、複数の回転体等がそれぞれ相互に相対回転可能となし差動作用が働く機構のことである。
【００２３】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の構成に加えて、前記差動機構は、遊星歯車機構または差動歯車機構である、ことを特徴とする。遊星歯車機構は、例えば相対回転可能な第１と第２と第３の３つの回転要素を有し、前記動力合成機構は、３要素のうちの第１要素を入力軸に、第２要素を出力軸にそれぞれ結合するとともに、第３要素を前記歯車式連続可変変速機構に結合する、ことを特徴とする。
【００２４】
請求項８に係る発明は、請求項１乃至７いずれかに記載の構成に加えて、複数の差動機構を備え、一の差動機構が前記動力分配機構の構成要素として用いられたとき、他の差動機構は前記動力合成機構として用いられ、他の差動機構が前記動力分配機構の構成要素として用いられたとき、一の差動機構は前記動力合成機構として用いられる、ことを特徴とする。
【００２５】
請求項９に係る発明は、請求項１乃至８いずれかに記載の構成に加えて、前記第２の歯車に働く軸方向への力により、該第２の歯車が前記第２の回転軸を移動自在となす移動手段をさらに備えた、ことを特徴とする。
【００２６】
請求項１０に係る発明は、請求項１乃至９いずれかに記載の構成に加えて、前記第２の歯車に働く軸方向への力を、該第２の歯車の回転駆動と回転制動の少なくとも一つに利用する、ことを特徴とする。
【００２７】
請求項１１に係る発明は、請求項１乃至１０いずれかに記載の構成に加えて、前記移動手段は、油圧とワイヤ機構、またはボールねじ機構、を用いる、ことを特徴とする。
【００２８】
請求項１２に係る発明は、請求項１乃至１１いずれかに記載の構成に加えて、前記第２の歯車の位置を検知する第２歯車位置検知手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２９】
請求項１３に係る発明は、請求項１乃至１２いずれかに記載の構成に加えて、前記円錐状渦巻き列歯車の内部は中空空間を有する、または軽量物質により充填されている、ことを特徴とする。
【００３０】
請求項１４に係る発明は、請求項１３に記載の構成に加えて、さらに、前記内部中空空間には前記動力分配機構と前記動力合成機構の少なくとも一つを内設した、ことを特徴とする。
【００３１】
請求項１５に係る発明は、請求項１乃至１４いずれかに記載の構成に加えて、動力源の動力を断接自在となすクラッチ機構であって前記変速段機構は、複数の前記クラッチ機構に連結される、ことを特徴とする。
【００３２】
請求項１６に係る発明は、請求項１乃至１５いずれかに記載の構成に加えて、電動機をさらに備えたことを特徴とする。
【００３３】
請求項１７に係る発明は、請求項１乃至１６いずれかに記載の構成に加えて、前記第２の回転軸と前記渦巻き列歯車の少なくとも一つ、の回転駆動に電動機を用いる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
高い加速性能と省燃費を両立でき夢のトランスミッションと謳われてきた歯車式による無段変速機は、ベルト式ＣＶＴや通常変速段ミッションに比べ、著しい省エネ効果があり、高い加速性能により優れたドライバビリティを実現でき、産業上、実用に供される事自体が大きな進歩性を有するものである。
【００３５】
請求項１、１５の発明によれば、一つには、動力の増幅の技術の範囲外の問題であって、動力を段階的に変速して出力する変速段機構と動力伝達経路切り替え手段を備えることにより、定速走行が可能となり、さらに前記渦巻き列歯車と前記第２の歯車の少なくとも一つを制動させたり駆動させることにより、前記歯車式連続可変変速機構を使い回すことが可能となり、歯車式による無段変速機構を実用に供するものとすることができる。また本発明は単一動力機関であって、かつ本来的に有段変速要素と無段変速要素を包含した機構であり、省エネとともにドライビングプレジャーも違和感無く追及することができ、本渦巻き列歯車の分かり易い外観とインパクトとともに、ユーザーに対して大きな商品アピール性を有するものである。
【００３６】
請求項２、６、７、１３、１４の発明によれば、例えば、動力源の動力と歯車式連続可変変速機構から出力される動力を合成し出力することにより、歯車式連続可変変速機構が取りうる最大の変速比幅を変速段機構の各変速段(あるいは隔変速段)に重畳させることができる。つまり、例えば単に減速と増速でそのまま変速段に出力する場合は、前記渦巻きギヤ列は全速域の場合少なくとも６0列以上になるし、一段毎繰り返し出力する場合も大径(トルネードギヤ底面側)は小径のせいぜい１、５倍(例えば出力２０００→３０００回転)ほどでつまり軸方向長さを長くしなければならない。分配・合成すれば、例えば本実施例の遊星歯車のリングギヤ(キャリア)の回転数は大径を小径の４倍とすることができるため大径を大きくでき軸方向長さを短くできる。
【００３７】
請求項３、4、８の発明によれば、渦巻き列歯車と第２の歯車を常時噛み合いとすることができる。
【００３８】
請求項５、８の発明によれば、低速段から高速段まで、加速走行を維持することができる。
【００３９】
請求項９、１１、１２の発明によれば、例えば定速走行時等において、加速に移行する場合に備えて第２の歯車と渦巻き列歯車の噛み合い位置を任意の位置に移動させ、待機させることができる。
【００４０】
請求項１０、11の発明によれば、加速時にトルク抜けのないようにしたり、例えば摩擦プレート等を用いたブレーキ装置の代用や補助として利用でき、摩擦プレート等の負担を低減できる。
【００４１】
請求項１６、１７の発明によれば、例えば登坂路等での走行等で走行制御が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用自動変速機の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る歯車式無段変速機構を示すスケルトン図である。
【図３】歯車式連続可変変速機構のピニオンギヤＰｇとトルネードギヤＴｇとピニオンギヤ軸の概略的な正面図と側面図である。
【図４】ピニオンギヤＰｇを介したトルネードギヤＴｇとピニオンギヤ軸のスラスト荷重を示す図である。
【図５】ワイヤと滑車装置と油圧装置を用いたトルネードアクチュエータの概略図である。
【図６】電動モーターとボールねじ機構を用いたトルネードアクチュエータの概略図である。
【図７】省エネモードの３速ギヤ段Ｇ３での加速走行時の動力伝達経路図である。
【図８】省エネモードの１速ギヤ段Ｇ１での加速走行時の動力伝達経路図である。
【図９】発進・微速用ギヤ段Ｇｃの動力伝達経路図である。
【図１０】１速ギヤ段Ｇ１での定速走行時の動力伝達経路図である。
【図１１】２速ギヤ段Ｇ２での定速走行時の動力伝達経路図である。
【図１２】動力が第１及び第２のクラッチＣ１、Ｃ２から出力される場合の、加速→定速→加速工程においての、トルネードギヤ部での各装置の時系列の動作を示す作動工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明をとくに車両に応用した場合の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００４４】
図１は、本発明の実施形態に係る、第１実施例としての車両用自動変速機の概略構成図で、内燃機関を構成するエンジン（動力源）と、変速機と、変速操作装置と、電子制御装置ＥＣＵとを備えて構成され変速機から出力される回転トルクは、ディファレンシャルギアを介して駆動輪に伝達されるようになっている。
【００４５】
前記電子制御装置ＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭなどを備え、ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログ ラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。 ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、エンジンの停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。これらは、バスを介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース及び出力インターフェースと接続されている。ＥＣＵの入力インターフェースには、本円錐渦巻き列歯車(以下、トルネードギヤとする)上での前記第２の歯車(以下、ピニオンギヤとする)の位置を検出するピニオンギヤ位置センサ、エンジン回転数センサ、スロットル開度センサ、入力軸回転数センサ、出力軸回転数センサ、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ、シフト装置のシフト位置を検出するシフトポジションセンサ、ブレーキペダルセンサ、車両の速度を検出する車速センサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、などが接続されており、これらの各センサからの信号がＥＣＵに入力される。ＥＣＵの出力インターフェースには、変速機の変速操作装置やスロットルバルブを開閉するスロットルモータ(図示せず)などが接続されている。ＥＣＵは、上記した各種センサの出力信号に基づいて、エンジンのスロットルバルブの開度制御を含むエンジンの各種制御を実行したり、変速機の変速操作装置に制御信号（油圧指令値等）を出力して、後記変速機のギヤ段を切り換える変速制御やピニオンギヤの移動制御等を行う。(尚、変速機の変速操作装置の各センサは図上部に改めて並記されている。)
【００４６】
変速機は、図２の骨子図で示すように、エンジンの出力軸の回転動力を連続的に変速し出力する、前記請求項記載の歯車式連続可変変速機構と、前記差動機構たる遊星歯車装置とを含むトルネードギヤ部と、該トルネードギヤ部から出力される回転動力を段階的に変速してディファレンシャルギア及び駆動輪へ出力する前記変速段機構と、これらを制御する前記変速操作装置を備えている。
【００４７】
前記変速操作装置には、変速段機構のシフト操作を行うシフトアクチュエータや前記ピニオンギヤの移動(駆動)や制動等の操作を行うトルネードアクチュエータ、該アクチュエータやトルネードギヤ部の各摩擦断続装置等に供給する作動油の油圧を制御する油圧回路、などを備え、該油圧回路にはＥＣＵからの制御信号が供給され、その制御信号に基づいて各アクチュエータ等が駆動制御されて、変速機シフト操作やピニオンギヤ操作、各摩擦断続装置の制御等が自動的に実行される構成となっている。
【００４８】
トルネードギヤ部は、エンジンにより駆動される駆同軸１と、その外周側にトルネードギヤＴｇが配置され、後方(エンジン側を前方とする、以下同じ)には駆同軸１と同軸的に配置され後方に突出する第２入力軸３、その外周に第２入力軸３と相対回転可能に支承されハウジングに固定された中空軸状の筒ケース７、さらにその外周に筒ケース７と相対回転可能に支承された中空軸状のヘリカルギヤ軸６、さらにその外周にヘリカルギヤ軸６と相対回転可能に支承された中空軸状の第１入力軸２が配置され三重の駆動軸を形成している。またトルネードギヤＴｇの内部空間には、差動機構であって、第１回転要素、第２回転要素、及び第３回転要素を互いに差動回転可能な差動装置である第１〜第３の３つのシングルピニオン型遊星歯車装置１０、２０、３０が駆動軸１と同心に配置されている。
【００４９】
又、前記トルネードギヤＴｇ内には、係合機構として、第１〜第３の３つのクラッチＣ１〜Ｃ３と、第１〜第４の４つのブレーキＢ１〜Ｂ４と、二つのツーウェイクラッチＦ１、Ｆ２が備えられている。
【００５０】
第１遊星歯車装置１０は、駆同軸１に固定されたサンギヤ1０ｓ(２０ｓ)と、該サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)に噛合する複数のプラネタリギヤ１０ｐと、各プラネタリギヤを回転可能に支持するキャリア１０ｃと、プラネタリギヤ１０ｐに噛合する内歯を有したリングギヤ１０ｒとからなる。第１遊星歯車装置１０の後方には前記サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)を共有し、該サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)に噛合する複数のプラネタリギヤ２０ｐと、各プラネタリギヤを回転可能に支持するキャリア２０ｃと、プラネタリギヤ２０ｐに噛合する内歯を有したリングギヤ２０ｒとからなる第２遊星歯車装置２０が配置され、エンジンの駆動力はこの第１、第２の遊星歯車装置に分配される。さらにリングギヤ１０ｒはサンギヤ1０ｓ(２０ｓ)の前方、駆同軸１の外周側に配置されたサンギヤ３０ｓに連結され、該サンギヤ３０ｓと、該サンギヤ３０ｓに噛合する複数のプラネタリギヤ３０ｐと、各プラネタリギヤを回転可能に支持するキャリア3０ｃと、プラネタリギヤ３０ｐに噛合する内歯を有しハウジングに固定されて回転不能と成すリングギヤ３０ｒとからなる第３遊星歯車装置３０が配置される。
【００５１】
キャリア１０ｃは、同心円状に近設された摩擦係合要素たる第１クラッチＣ１の係合・開放により第１入力軸２と連結・分離可能と成し、回転動力は第１入力軸２の後端部に固定された入力軸ギヤ１３及び入力軸ギヤ１３と噛合する中間軸ギヤ１４を介して変速段機構に出力される。さらにキャリア１０ｃは第２ブレーキＢ２によって選択的にハウジングに連結されて回転停止させられる。リングギヤ２０ｒは、同心円状に近設された摩擦係合要素たる第２クラッチＣ２の係合・開放により第２入力軸３と連結・分離可能と成し、回転動力が変速段機構に出力される。さらにリングギヤ２０ｒは第３ブレーキＢ３によって選択的にハウジングに連結されて回転停止させられる。キャリア２０ｃは、摩擦係合要素たる第３クラッチＣ３の係合・開放によりヘリカルギヤ軸６と連結・分離可能と成し、回転動力がピニオンギヤＰｇ、トルネードギヤＴｇに出力される。さらにキャリア２０ｃは第４ブレーキＢ４によって選択的にハウジングに連結されて回転停止させられる。リングギヤ１０ｒは、トルネードギヤＴｇの正回転（駆同軸１と同じ回転方向）を阻止しつつ逆回転を許容する一方向クラッチＦ２を介してトルネードギヤＴｇに連結される。キャリア３０ｃは、トルネードギヤＴｇの正回転を許容しつつ逆回転を阻止する一方向クラッチＦ１を介してトルネードギヤＴｇに連結され、さらに第１ブレーキＢ１によって選択的にハウジングに連結されて回転停止させられ、したがって同時にキャリア３０ｃ、サンギヤ３０ｓ、リングギヤ１０ｒが回転停止させられる。
【００５２】
サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)の後方には、アクチュエータや各摩擦断続装置等を制御したり、各部に潤滑油を供給したりする為の元圧となる油圧を発生させて油圧回路へ供給するために、前記駆同軸によって回転駆動される機械式のオイルポンプＰが配置されている。
【００５３】
上記の第１〜第３の３つのクラッチＣ１〜Ｃ３や第１〜第４の４つのブレーキＢ１〜Ｂ４は、多板式のクラッチやブレーキなど油圧アクチュエータによって係合制御される油圧式摩擦係合装置であり、油圧回路のリニアソレノイドバルブの励磁、非励磁や電流制御により、係合、開放状態が切り替えられると共に係合、開放時の過渡油圧などが制御される。
【００５４】
本実施例は、エンジン動力を前記第１クラッチＣ１と第２クラッチＣ２を交互に切り替えて出力するツインクラッチ式自動変速装置に本発明を適用したもので、変速段機構は図２に示すように、駆同軸１と同軸的に配置され第２クラッチＣ２と連結・分離可能と成す第２入力軸３と、該第２入力軸３と平行にかつ互いに周方向で角度を異ならせ離間して中間軸４、出力軸５及びが配置され、三軸式のギヤトレーンとして構成されている。
【００５５】
第２入力軸３は、第２クラッチＣ２と連結・分離可能と成し、ギヤ列Ｇ１、Ｇ４、Ｇ５の駆動ギヤＧ１ａ、Ｇ４ａ、Ｇ５ａ及び後進用の駆動ギヤＲａに回転動力を伝達するための回転軸であり、前方から４速駆動ギヤＧ４ａ、後進用駆動ギヤＧｃａ、１速駆動ギヤＧ１ａ、５速駆動ギヤＧ５ａが空転可能に装着されている。これらのうちＧ１ａ、Ｇ４ａ、Ｇ５ａは、対応する従動ギヤＧ１ｂ、Ｇ４ｂ、Ｇ５ｂと噛合連結されている。また後進用駆動ギヤＲａは中間軸４の後進用アイドラギヤＲｉと噛合連結され、該後進用アイドラギヤＲｉと噛合連結された出力軸５の後進用従動ギヤＲｂに回転動力を逆転させて伝達される。尚、図２において細線の点線は噛合連結されていることを示す(トルネードギヤ部の点線は除く)。
【００５６】
中間軸４は、前記第１入力軸２の後部端に一体的に設けられた入力軸ギヤ１３及び第１中間軸４の前端部に一体的に設けられ入力軸ギヤ１３と噛合する中間軸ギヤ１４を介して第１クラッチＣ１と連結・分離可能と成し、ギヤ列Ｇ２、Ｇ３、Ｇ６、Ｇ７の駆動ギヤＧ２ａ、Ｇ３ａ、Ｇ６ａ、Ｇ７ａ及び発進・微速用駆動ギヤＧｃａに回転動力を伝達するための回転軸であり、前方から発進・微速用駆動ギヤＧｃａ、２速駆動ギヤＧ２ａ、６速駆動ギヤＧ６ａ、７速駆動ギヤＧ７ａ、及び３速駆動ギヤＧ３ａが空転可能に装着されている。また後進用駆動ギヤＲａと従動ギヤＲｂとに噛合連結された後進用アイドラギヤＲｉが空転可能に装着されている。これらの駆動ギヤＧ２ａ、Ｇ３ａ、Ｇ６ａ、Ｇ７ａ、Ｇｃａは、対応する従動ギヤＧ２ｂ、Ｇ３ｂ、Ｇ６ｂ、Ｇ７ｂ、Ｇｃｂと噛合連結されている。
【００５７】
出力軸５は、前方から発進・微速用従動ギヤＧｃｂ、２速従動ギヤＧ２ｂ、４速従動ギヤＧ４ｂ、６速従動ギヤＧ６ｂ、後進用従動ギヤＲｂ、７速従動ギヤＧ７ｂ、１速従動ギヤＧ１ｂ、３速従動ギヤＧ３ｂ、５速従動ギヤＧ５ｂが一体的に設けられている。これら従動ギヤＧ１ｂ〜Ｇ７ｂ、Ｒｂ、Ｇｃｂは、対応する第２入力軸３の駆動ギヤＧ１ａ、Ｇ４ａ、Ｇ５ａ、及び中間軸４の駆動ギヤＧ２ａ、Ｇ３ａ、Ｇ６ａ、Ｇ７ａ、発進・微速用駆動ギヤＧｃａ、後進用アイドラギヤＲｉと噛合連結されディファレンシャルギアを介して駆動輪に伝達される。
【００５８】
第１同期装置Ｓ１は、、動力を伝達しない空転状態と発進・微速用ギヤＧｃを切り換えるための装置であり、空転状態と、回転速度を同期させて発進・微速用駆動ギヤＧｃａを中間軸４に選択的に連結、一体回転させる。
【００５９】
第２同期装置Ｓ２は、２速と６速を切り換えるための装置であり、回転速度を同期させて、２速駆動ギヤＧ２ａと６速駆動ギヤＧ６ａとを中間軸４に選択的に連結、一体回転させる。
【００６０】
第３同期装置Ｓ３は、７速と３速を切り換えるための装置であり、回転速度を同期させて、７速駆動ギヤＧ７ａと３速駆動ギヤＧ３ａとを中間軸４に選択的に連結、一体回転させる。
【００６１】
第４同期装置Ｓ４は、４速と後進用ギヤＲを切り換えるための装置であり、回転速度を同期させて、４速駆動ギヤＧ４ａと後進用駆動ギヤＲａとを第２入力軸３に選択的に連結、一体回転させる。
【００６２】
第５同期装置Ｓ５は、１速と５速を切り換えるための装置であり、回転速度を同期させて、１速駆動ギヤＧ１ａと５速駆動ギヤＧ５ａとを第２入力軸３に選択的に連結、一体回転させる。
【００６３】
これら各同期装置Ｓは、前記各駆動軸に連結(スプライン勘合)され軸方向に移動自在な同期スリーブを備え、図示しない前記シフトアクチュエータにより、同期スリーブを中立位置から軸方向前後に移動させることで、前記各駆動ギヤに連結させ、Ｇ１〜Ｇ７等の各ギヤ列を選択的に確立させるものである。ギヤ列が確立されるとは、駆動力が(前記第１クラッチＣ１と第２クラッチＣ２と、)前記Ｇ１〜Ｇ７、Ｇｃ、Ｒの各ギヤ列を介して出力軸５に動力伝達可能の状態になることをいい、トルネードギヤ部からの駆動がありかつギヤ列が確立された際には、夫々のギヤ比で設定する所定の変速段により車両を駆動可能となる。
【００６４】
尚これら軸数や変速段数、ギヤ比、変速段の配置等は本発明を適用した一実施例であり他の設計や構成等も可能である。
【００６５】
[渦巻き列歯車(トルネードギヤＴｇ)と第２歯車(ピニオンギヤＰｇ)の動作]
さて、前記したように動力源の効率の良い回転域を利用するため、車両等の動力伝達を行う場合、変速段機構により段階的に動力伝達を達成しているが、これは一つのギヤをエンジン回転数を上げて'引っ張る'よりも複数のギヤを用いた方が引っ張り(牽引力)が少なくなり効率が良くなるわけで、さらに段数を増やしていき最終的に連続的に変速させることができれば、さらに効率は良くなるわけである。
【００６６】
トルネードギヤＴｇは、図３にあるように内部に中空空間を有した円錐状外周面に、略均等な歯が等ピッチをもって並設された歯列が、スパイラル状に延設されている。そして該トルネードギヤＴｇの円錐面(ピッチ円錐面)上での母線と平行に配置された回転軸であるピニオンギヤ軸Ｐｓの方向に沿って移動自在に設けられた前記ピニオンギヤＰｇが噛合され、従ってトルネードギヤＴｇの歯はピニオンギヤＰｇが移動可能に形成されている(軸に対してかつピニオンギヤＰｇに対して常に一定の角度を保つように形成されている)。
【００６７】
ピニオンギヤＰｇは、内周面に凸条歯(螺旋溝)が形成され、外周面に複数の螺旋溝を有するねじ軸たるピニオンギヤ軸Ｐｓに螺合(勘合)するナットＮと一体と成し、ピニオンギヤ軸Ｐｓとの相対回転を阻止し、かつ軸方向移動自在と成している。ピニオンギヤ軸Ｐｓは、図２にあるようにハウジングに固定されたアーム１５に回転自在に軸支され、軸後端部には軸ギヤ１２が一体的に設けられベベルギヤ１１と噛合連結され、エンジンからの回転動力は、例えばベベルギヤ１１→軸ギヤ１２→ピニオンギヤ軸Ｐｓ→ピニオンギヤＰｇ→トルネードギヤＴｇへと動力伝達される。尚、このベベルギヤ１１からトルネードギヤＴｇまでの連結を歯車式連続可変変速機構とされるが、他の連結態様としてもよい。
【００６８】
トルネードギヤＴｇとピニオンギヤＰｇの動作は、例えばピニオンギヤＰｇを一定回転させると噛み合い位置は例えばトルネードギアＴｇの径の大きい底面側から径の小さい頂点側に移動し、それとともにトルネードギヤの回転速度を低回転から高速回転へと連続的に変移させることができる。前記したように通常のギヤが例えば円筒外周部に、歯が並設されているのに対し、本実施例であるトルネードギヤの組み合わせでは、一方のギヤであるピニオンギヤが軸(Ｐｓ)方向に(回転しながら)暫時移動し、それに合わせて他方のギヤであるトルネードギヤの歯列は、円錐頂点側から見た場合、円錐状側面部にスパイラル状に延設され、歯は略歯すじ方向つまり軸方向に少しずつ変位させて並設され、噛み合い位置がピニオンギヤの移動とともに軸方向に移動することになる。この場合、ギヤの組み合わせはトルネードギヤとピニオンギヤ双方の軸が交差する交差軸となるが、その交差点(頂点)は噛み合い位置が変わるたびに変化することになる。また夫々の歯の中心距離も変化することになる。
【００６９】
そしてこの噛み合い位置が軸方向に移動する機構により、噛み合い位置が移動するとトルネードギヤのピッチ円が連続的に変化し、通常のギヤの組み合わせの回転比が一定不変であるのに対し連続的に回転比を変えられることになる。
【００７０】
本トルネードギヤＴｇとピニオンギヤＰｇはベベルギヤ(傘歯車)のギヤセットであり、ピニオンギヤＰｇの歯の円すい角はもちろんピニオンギヤ軸Ｐｓと平行ではなく、かつ図３のようにピニオンギヤＰｇは常に一定の角度(円すい角)を保ちながらトルネードギヤＴｇと噛合しピニオンギヤ軸方向に移動する。したがって噛み合いが軸方向にずれることはないが、低側(トルネードギヤＴの径の大側)にスラストがやや出るようにし、図の円内に示されるように、歯の低側側面の当接面に噛み合いのリードのためのテーパをつけてもよい。
【００７１】
また、本トルネードギヤＴｇとピニオンギヤＰｇのギヤセットの歯はヘリカルギヤ(歯すじは直線、曲線どちらでもよい)であり、図４のようにトルネードギヤＴｇとの噛合でのスラストとピニオンギヤ軸Ｐｓとの噛合でのスラストとが打ち消し合うようになしている(図はピニオンギヤ側に掛かるスラスト荷重を示す)。したがって伝達効率を損なうことなく歯すじ角度を大きくでき噛み合い効率や静粛性を高められる。
【００７２】
ピニオンギヤの移動は、例えばピニオンギヤの位置を第２歯車位置検知手段たるピニオンギヤ位置センサ１６で検出し、この検出出力に基づき、トルネードアクチュエータをフィードバック制御することにより、例えばピニオンギヤ側面をフォーク１７等で押圧させる等の方法によりピニオンギヤ位置を調整する。ワイヤと滑車装置と油圧装置を用いた移動手段たるアクチュエータの例を概略図５に、電動モーターとボールねじ機構を用いた例を概略図６に示すが、該トルネードアクチュエータは、油圧手段や電動手段等と、ギヤ機構、リンク機構、カム機構、ボールねじ機構、滑車機構やワイヤ機構等の手段を組み合わせて実現される。
【００７３】
ところで、前述したようにヘリカルギヤのように軸方向に対して斜めの歯を有したギヤは、径方向荷重(ラジアル荷重)が歯を介して軸方向荷重(スラスト荷重)を分力せしめるのだが、逆にいうとスラスト荷重を歯を介してラジアル荷重に分力させることも可能である。つまり、ピニオンギヤＰｇとピニオンギヤ軸Ｐｓは直線運動を回転運動に、回転運動を直線運動に変換可能とするねじ運動機構であり、ピニオンギヤＰｇに対して軸方向に力を加えることにより、ピニオンギヤＰｇやトルネードギヤＴｇの制動と駆動に利用することが可能である。つまり軸方向逆スラストを利用して回転制御する「スラスト(ブレーキ)制御」である。この時、例えば制動のために作用する力は駆動の場合(ラジアル荷重→スラスト荷重)と同じく歯であり、例えば摩擦プレート等を用いたブレーキ装置の代用や補助として利用でき、摩擦プレート等の負担を低減できるものである。
【００７４】
尚、ピニオンギヤＰｇの移動は、動力源の動力が前記渦巻き列歯車を経由して駆動輪に伝達されていないときには、移動手段としてピニオンギヤＰｇやトルネードギヤＴｇに回転を与えて、例えば動力源の動力を別経由で利用したり、電動モーターを連結することによりピニオンギヤを移動させることも可能である。
【００７５】
また、以上の上記中のトルネードギヤは本実施例では円錐状として説明されてきたが、円盤状のものも同様であり、例えば、トルネードギヤＴｇとピニオンギヤＰｇとの噛み合い位置はピニオンギヤの移動とともに円盤径方向に移動する、等、若干の表現の違いはあるが、円錐状と同様のものとして含まれる。
【００７６】
また、前記歯車式連続可変変速機構は、第１の回転軸を有するとともに、該回転軸の方向に沿って連続的に変化する断面形状を有する第１の歯車と、移動可能な第２の回転軸を有し、前記第１の歯車に噛み合うとともに前記第２の回転軸の方向に沿って摺動自在に設けられた第２の歯車と、を備え、前記第１の歯車に対して、前記第２の回転軸の回転に起因して従回転する前記第２の歯車が噛み合い位置を連続的に変更しながら移動するとき、または前記第１の歯車の回転に起因して従回転する前記第２の歯車が噛み合い位置を連続的に変更しながら移動するとき、前記第１の歯車のピッチ円の半径が連続的に変化することを特徴とするものでもよい。
【００７７】
[歯車式連続可変変速機構]
さて、摩擦等を利用したものと比べ格段に効率の良いギヤ機構である本歯車式連続可変変速機構を用いた動力伝達を具現化するその一つの方策として、本実施例では変速段機構と組み合わせて、隔段毎(スキップシフト)に該ギヤ式連続可変変速機構を重畳させるような方式とされる。隔段毎とは、詳細は後述するが例えば、加速時には１速、３速、５速、７速の各ギヤ段に連続可変変速された動力を重畳(合成)させ、定速走行時は、前記動力伝達経路切り替え手段により連続可変変速させずに全段各段をそのギヤ比を保持したまま走行させるというものである。こうすることにより、加速走行あるいは定速走行の各段の工程を繋ぐことにより全速域の無段変速と同等の効果を生じせしめるものである。
【００７８】
具体的には、動力源の動力を動力分配機構(あるいは動力合成機構)であり差動機構たる第１、第２遊星歯車装置１０、２０により分配(分割)出力し、分配された一の動力は、一の遊星歯車機構に連結された本ギヤ式連続可変変速機構であるトルネードギヤ(渦巻き列歯車)とピニオンギヤのギヤセットに出力され、前述したように該ギヤセットにより連続的に回転比を変えられ、さらに該ギヤセットから出力された連続可変変速動力は、他の遊星歯車機構に出力された他の分配動力と、動力合成機構たる他の遊星歯車機構により再び合成されて変速段機構に出力されるものである。
【００７９】
より具体的に動力伝達経路を図７に示すが、動力源(エンジン)の回転動力はサンギヤ1０ｓ(２０ｓ)から第１遊星歯車装置１０のプラネタリギヤ１０ｐと第２遊星歯車装置２０のプラネタリギヤ２０ｐに分配される。第２遊星歯車装置２０はリングギヤ２０ｒが固定され、分配された一の回転動力はプラネタリギヤ２０ｐを介してキャリア２０ｃからクラッチＣ３→ヘリカルギヤ軸６→ベベルギヤ１１→軸ギヤ１２→ピニオンギヤ軸Ｐｓ→ピニオンギヤＰｇ→トルネードギヤＴｇへと伝達され、前記したようにピニオンギヤＰｇとトルネードギヤＴｇとの噛み合い位置がトルネードギアＴｇの径の大きい底面側から径の小さい頂点側に移動し(以下、ピニオンギヤＰｇが降るという)、それとともにトルネードギヤの回転速度は低回転から高速回転へと連続的に変移される。この時、本実施例ではサンギヤ1０ｓ(２０ｓ)→キャリア２０ｃの変速比（＝入力回転速度／出力回転速度 ）は略３、ピニオンギヤＰｇ→トルネードギヤＴｇの変速比が最大(径の大の位置)略４として設定され、噛み合い位置の径の小さい側での最終位置のトルネードギアＴｇの径は、該径(位置)での回転数がベベルギヤ１１の回転数、つまりキャリア２０ｃの回転数と略同じとなるように設定され、したがってトルネードギアＴｇ回転数(回転速度)はキャリア２０ｃ回転数に向けて漸増されるということで、例えばエンジン回転数１８００回転/ｒｐｍとするとキャリア２０ｃ回転数は約６００回転/ｒｐｍ、したがってトルネードギアＴｇ回転数は略１５０回転/ｒｐｍ→６００回転/ｒｐｍへと漸増される、ということになる。
【００８０】
この時トルネードギヤＴｇは正回転であり、二方向クラッチＦ１は空転、二方向クラッチＦ２はトルネードギヤＴｇの正回転を阻止するように制御され、該二方向クラッチＦ２を介して第１遊星歯車装置１０のリングギヤ１０ｒに伝達され(トルネードギヤＴｇと同回転)、前記サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)から分配されたうちの他の回転動力と合成されてキャリア１０ｃから第１クラッチＣ１を介して変速段機構に出力される。より詳しくは、サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)→キャリア１０ｃの変速比はリングギヤ１０ｒを固定した場合(０とした場合)略４で設定されキャリア１０ｃの回転数は４５０回転/ｒｐｍから開始され、後述するように時間をおいてトルネードギヤＴｇから伝達されたリングギヤ１０ｒの動力(１５０回転/ｒｐｍ→６００回転/ｒｐｍ)が合成されて４５０回転/ｒｐｍ→９００回転/ｒｐｍへと漸増出力される。入力軸ギヤ１３から中間軸ギヤ１４へはギヤ比０．５とされ２倍に増速されて９００回転/ｒｐｍ→１８００回転/ｒｐｍの回転動力が中間軸４へ出力される。
【００８１】
尚、トルネードギアＴｇの回転数が略１５０回転/ｒｐｍ→６００回転/ｒｐｍであるので、これは噛み合いの最終位置であるトルネードギアＴｇの径の小さい側での径の回転を１分間続けるのに４５０回転分の距離が必要ということであり、加速時間(本実施例の場合２段分)を例えば５秒とすると、要する回転数は ４５０÷(６０÷５) で約３７回転であり、つまりトルネードギヤとピニオンギヤの噛合移動距離は、エンジン出力にもよるが、前記トルネードギアＴｇの最終位置での周×３７回転分の距離ということになり、トルネードギアＴｇのテーパ角や軸方向長さはこれを基に設定される。
【００８２】
さらにトルネードギヤとピニオンギヤを常時噛み合いとするため正転・逆転両方の回転を利用するとされ、図８に示す動力伝動経路のように、エンジンの回転動力はサンギヤ1０ｓ(２０ｓ)から第１遊星歯車装置１０のプラネタリギヤ１０ｐと第２遊星歯車装置２０のプラネタリギヤ２０ｐに分配され、第１遊星歯車装置１０はキャリア１０ｃが固定され、分配された一の回転動力は逆回転となってリングギヤ１０ｒから第３遊星歯車装置３０のサンギヤ３０ｓに伝達され、リングギヤ３０ｒは固定されておりそのまま逆回転でキャリア３０ｃから二方向クラッチＦ１に伝達される。二方向クラッチＦ２は空転、二方向クラッチＦ１はトルネードギヤＴｇの正回転を阻止するように制御され、該二方向クラッチＦ１を介してトルネードギヤＴｇに伝達され、前記工程とは逆に本工程ではトルネードギヤＴｇ→ピニオンギヤＰｇへと動力伝達されることになる。前記工程の後ではピニオンギヤＰｇとトルネードギヤＴｇとの噛み合い位置はトルネードギアＴｇの径の小さい頂点側にあり、したがって本工程では噛み合い位置は径の小さい頂点側から径の大きい底面側に移動し(以下、ピニオンギヤＰｇが昇る、という)、それとともにピニオンギヤの回転速度は低回転から高速回転へと連続的に変移される。そしてトルネードギヤＴｇ→ピニオンギヤＰｇ→ピニオン軸Ｐｓ→軸ギヤ１２→ベベルギヤ１１→ヘリカルギヤ軸６→クラッチＣ３→キャリア２０ｃと前記工程と逆の経路でキャリア２０ｃに至る。この時キャリア２０ｃの回転は逆回転である。そしてサンギヤ1０ｓ(２０ｓ)からの他の分配動力(正回転)と合成されリングギヤ２０ｒから逆回転で変速段機構へ出力される。詳しくは、サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)→リングギヤ１０ｒの変速比は略３、サンギヤ３０ｓ→キャリア３０ｃの変速比(リングギヤ３０ｒ固定)は略４とされエンジン回転数１８００回転/ｒｐｍとするとリングギヤ１０ｒは６００回転/ｒｐｍ、したがってサンギヤ３０ｓも６００回転/ｒｐｍで、キャリア３０ｃは１５０回転/ｒｐｍとなり、したがってトルネードギヤＴｇは１５０回転/ｒｐｍの一定回転でピニオンギヤＰｇに伝達される。ピニオンギヤＰｇのトルネードギヤＴｇとのギヤ比は１→０．２５と変移し、ピニオンギヤＰｇの回転数は１５０回転/ｒｐｍ→６００回転/ｒｐｍとなる。
【００８３】
サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)→リングギヤ２０ｒの変速比はキャリア２０ｃを固定した場合(０とした場合)略２で設定されリングギヤ２０ｒの回転数は９００回転/ｒｐｍから開始されピニオンギヤＰｇから伝達されたキャリア２０ｃの動力(１５０回転/ｒｐｍ→６００回転/ｒｐｍ)が合成されて９００回転/ｒｐｍ→略１８００回転/ｒｐｍへと漸増出力される。
【００８４】
尚、本実施例では前記の動力源(エンジン)→サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)→第２遊星歯車装置２０→クラッチＣ３→ヘリカルギヤ軸６→ベベルギヤ１１まで、またはエンジン→サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)→リングギヤ１０ｒ→第３遊星歯車装置３０→二方向クラッチＦ１→トルネードギヤＴｇまで、が前記請求項１に記載の駆動手段となる。
【００８５】
このように、本実施例では両工程とも９００回転/ｒｐｍ(エンジン出力時１８００回転/ｒｐｍ)→略１８００回転/ｒｐｍへと２倍の回転数(回転速度)となってトルネードギヤ部から変速段機構へ増出力される。本実施例では、トルネードギヤＴｇの片道で可能な最大出力回転変位数であるこの２倍の回転数(１８００回転/ｒｐｍ)を次変速段での９００回転/ｒｐｍ、つまりギヤ比１／２となるように次変速段のギヤ比が設定され、エンジン回転数を一定となすように設定される。例えば歯保護のため次変速段の変速比を調整することによりトルネードギヤＴｇの(次変速段の)初動位置を微調整することも可能であるが、基本的にはトルネードギヤＴｇの立ち上がりのギヤ比はできるだけ大きいほうがよいので、トルネードギヤＴｇの次変速段の初動位置(現変速段の最終位置)は、好適には最端部とされるのが望ましい。さて、段間比が０．５となり例えば１速３．６とすると次は１．８であり、２速では回転数の開きが大きいので３速とされ、走行抵抗を考慮しないギヤ比数値は１速３．６、３速１．８、５速０．９、７速０．４５とされ、２速、４速、６速は任意のギヤ比とされる。高速域ではさらにギヤを加える等の態様としてもよい。
【００８６】
尚、トルネードギヤＴｇ経路各部位はトルクに耐える高い強度剛性と大きさを確保するものとされるが、第３遊星歯車装置３０やピニオンギヤＰｇは空間的に余裕のある場所にあるので大きくすることが可能であり、またこれらの部位のトルクは分配(半減)されたものであるので然程の問題は無い。
【００８７】
次に、図７〜１２を参照して、車両の走行状態による制御工程を説明する。
【００８８】
[ 発進と微速走行 ]
本実施形態においては、車両停止時、エンジン停止状態からブレーキペダル踏み込み、エンジン始動、アイドリングに至る工程中、変速段機構では、第２入力軸３で１速ギヤ列Ｇ１が、中間軸４で発進・微速用ギヤ列Ｇｃが確立された状態となっており、一方トルネードギヤ部では、第１クラッチＣ１、第２クラッチＣ２、第３クラッチＣ３が開放されニュートラル状態となってアイドリング回転可能と成している。
【００８９】
発進・微速用ギヤ列Ｇｃのギヤ比は、微速走行や坂道発進等のための大きなトルクが出るように１速ギヤ比より大きく設定されており、前記の状態から、ブレーキペダル踏み込みが解かれ、運転者の足がブレーキペダルから離れると、第１クラッチＣ１が半クラッチ等により緩除に係合されかつブレーキＢ１が係合され(リングギヤ１０ｒが固定され)、図９に示すようにエンジン動力は発進・微速用ギヤ列Ｇｃ経路で駆動輪に伝達されて車両が発進始動される。微速走行においてはトルネードギヤＴｇによる動力の合成は行われない。そして本実施例では、運転者の足がアクセルペダルに掛けられたときに、図１０に示すように第１クラッチＣ１が開放され、第２クラッチＣ２が係合されかつブレーキＢ４も係合され(キャリア２０ｃが固定され)て１速ギヤ段での走行に移行する。したがって例えば運転者の足がブレーキペダルから離れ、間を置かずにアクセルペダルに足が掛けられた場合等のために、第１クラッチＣ１と第２クラッチＣ２の両方を半クラッチとして両ギヤによる半クラッチ駆動とし、緩除に発進・微速用ギヤ段から１速ギヤ段での走行に移行する、という構成にしてもよい。
【００９０】
[省エネモードでの加速とシフトチェンジ]
本実施例での省エネモードにおいては、アクセルペダルに足がかけられ踏み込み量が略０の状態をａ０とし、所定の踏み込み量をａ１として、０〜ａ１を定速走行領域、ａ１以上を加速領域とされる。前記ＥＣＵは、アクセルペダル踏み込み量がａ１を超えると加速走行と判断し、加速動作を行う。図８を参考に、例えば１速ギヤ列による加速(1速〜２速)では、前記の第２クラッチＣ２と第４ブレーキＢ４が係合された１速定速走行の状態から、第２ブレーキＢ２が係合され、第４ブレーキＢ４が開放され、第３クラッチＣ３が係合される。これにより前記したように、エンジンの回転動力はサンギヤ1０ｓ(２０ｓ)から第１遊星歯車装置１０のプラネタリギヤ１０ｐと第２遊星歯車装置２０のプラネタリギヤ２０ｐに分配され、分配された一の回転動力は逆回転となってトルネードギヤＴｇに伝達されてピニオンギヤＰｇが昇っていき、低回転から高速回転へと連続的に変移されたピニオンギヤの回転動力がキャリア２０ｃに至り、サンギヤ1０ｓ(２０ｓ)の他の分配動力(正回転)と合成されてリングギヤ２０ｒから逆回転で変速段機構へ出力され１速ギヤ列による加速が実行される。以上のように本実施例での 省エネモード加速時の動力伝達経路は、動力源(エンジン)→(円錐渦巻き列)歯車式連続可変変速機構→変速段機構→出力部材という経路になる。
【００９１】
１速ギヤ列による加速から続けて加速状態が保持される場合は、３速ギヤ列による加速(３速〜４速)となる。プレシフトとして３速ギヤ列が確立されており、一時的に第１ブレーキＢ１を係合しエンジン動力をキャリア１０ｃ→第１クラッチＣ１に出力させるため、まず第２ブレーキＢ２が開放され、第１ブレーキＢ１が係合される。キャリア３０ｃから二方向クラッチＦ１を介してトルネードギヤＴｇに伝達されていた動力は、第１ブレーキＢ１の係合により動力伝達は遮断されトルネードギヤＴｇはイナーシャ回転となる。また第２ブレーキＢ２の開放により(かつ第１クラッチＣ１が開放されているため)第１遊星歯車装置１０の分配動力は空転状態となり、エンジン動力は第２遊星歯車装置２０のみに伝達されイナーシャトルクによる駆動となる。ここでトルネードアクチュエータに高油圧Ｐ１がかけられ、前記したようにトルネードアクチュエータの軸方向への力によりピニオンギヤＰｇが駆動回転させられ(以上は、シフトチェンジされるまでの、第１ブレーキＢ１が係合完了するまでの間である)加速は途切れることなく続行されるが、好適には加速を緩除に落としシフトチェンジされるのが望ましい。続けて、第１ブレーキＢ１が係合完了すると同時に第２クラッチＣ２が開放され、第１クラッチＣ１が係合されて、３速にシフトチェンジされる。前記したように、１速ギヤ比で２倍に増速されて駆動輪に出力されているがエンジン回転数は変わらないので、その(一定)エンジン回転数の３速ギヤ比の回転速度と駆動輪からの回転速度は同じであり、変速ショックなくかつ瞬時にシフトチェンジされ、ツインクラッチ式等通常のミッションのようなエンジン回転数を下げる動作が不要である。続けて油圧Ｐ１が排出され、トルネードギヤＴｇ(ピニオンギヤＰｇ)制動のための油圧Ｐ２がかけられる(したがって本実施例では、油圧等により操作される前記トルネードアクチュエータが前記請求項１に記載の制動手段となる。また第４ブレーキＢ４を係合して制動し、制動手段としてもよい)。制動が完了したら油圧Ｐ２が排出される。続いて図７のように第１ブレーキＢ１が開放され、第３ブレーキＢ３が係合されて、第２遊星歯車装置２０からの分配動力がピニオンギヤＰｇに伝達され、ピニオンギヤＰｇが降って低回転から高速回転へと連続的に変移されたトルネードギヤＴｇの回転動力が二方向クラッチＦ２を経て第１遊星歯車装置１０に伝達されるが、このトルネードギヤＴｇ(ピニオンギヤＰｇ)が制動されて、(１５０回転/ｒｐｍで)始動するまでの間、エンジン回転数は加速が途切れないようにイナーシャトルクを含めて電子制御される。そして第３ブレーキＢ３が係合されるとともに、エンジン回転数は元の一定回転に戻されて第１遊星歯車装置１０と第２遊星歯車装置２０に分配され、トルネードギアＴｇ回転がリングギヤ１０ｒに漸増出力されて、合成された動力が第１遊星歯車装置１０から３速ギヤ列を経由して駆動輪に伝達され、３速ギヤ列による加速の状態となる。
【００９２】
３速ギヤ列による加速から続けて加速状態が保持される場合は、５速ギヤ列による加速(５速〜６速)となる。プレシフトとして５速ギヤ列が確立されており、一時的にエンジン動力をリングギヤ２０ｒ→第２クラッチＣ２に出力させるため、第３ブレーキＢ３が開放され、第４ブレーキＢ４が係合される。そして第３クラッチＣ３が開放され、トルネードギヤＴｇに伝達されていた動力が遮断されトルネードギヤＴｇはイナーシャ回転となる。また第３ブレーキＢ３の開放により(かつ第２クラッチＣ２が開放されているため)第２遊星歯車装置２０の分配動力は空転状態となり、エンジン動力は第２遊星歯車装置１０のみに伝達されイナーシャトルクによる駆動となる。ここでトルネードアクチュエータに高油圧Ｐ２がかけられ、前記したようにトルネードアクチュエータの軸方向への力によりピニオンギヤＰｇが駆動回転させられ(以上は、シフトチェンジされるまでの、第４ブレーキＢ４が係合完了するまでの時間である)加速は途切れることなく続行されるが、好適には加速を緩除に落としシフトチェンジされるのが望ましい。続けて、第４ブレーキＢ４が係合完了すると同時に第１クラッチＣ１が開放され、第２クラッチＣ２が係合されて、５速にシフトチェンジされる。３速ギヤ比で２倍に増速されて駆動輪に出力されていたがエンジン回転数は変わらないので、その(一定)エンジン回転数の５速ギヤ比の回転速度と駆動輪からの回転速度は同じであり、変速ショックなくかつ瞬時にシフトチェンジされる。続けて油圧Ｐ２が排出され、トルネードギヤＴｇ(ピニオンギヤＰｇ)制動のための油圧Ｐ１がかけられる(第１ブレーキＢ１を係合して制動し、制動手段としてもよい)。第３クラッチＣ３が係合され、トルネードギヤＴｇの制動が完了したら油圧Ｐ１が排出される。続いて第４ブレーキＢ４が開放され、第２ブレーキＢ２が係合されて、第１遊星歯車装置１０からの分配動力がトルネードギヤＴｇを経て第１遊星歯車装置２０に伝達されるが、このトルネードギヤＴｇ(ピニオンギヤＰｇ)が制動されて、(１５０回転/ｒｐｍで)始動するまでの間、加速が途切れないようにエンジン回転数はイナーシャトルクを含めて電子制御される。そして第２ブレーキＢ２が係合されるとともに、エンジン回転数は元の一定回転に戻されて第１遊星歯車装置１０と第２遊星歯車装置２０に分配され、トルネードギアＴｇ回転がキャリア２０ｃに漸増出力されて、合成された動力が第２遊星歯車装置２０から５速ギヤ列を経由して駆動輪に伝達され、５速ギヤ列による加速の状態となる。
【００９３】
５速ギヤ列による加速から続けて加速状態が保持される場合は、７速ギヤ列による加速となる。プレシフトとして７速ギヤ列が確立されており、３速ギヤ列による加速と同じ工程により７速にシフトチェンジされ、エンジン動力は第１遊星歯車装置１０と第２遊星歯車装置２０に分配され、トルネードギアＴｇ回転がリングギヤ１０ｒに漸増出力されて、合成された動力が第１遊星歯車装置１０から７速ギヤ列を経由して駆動輪に伝達され、７速ギヤ列による加速の状態となる。
【００９４】
以上の、トルネードギヤＴｇ(ピニオンギヤＰｇ)の駆動や制動等は、前記ＥＣＵ(切り替え手段)の制御により実行される。
【００９５】
このように、変速前に次の変速段のドグクラッチを締結するプレシフトにより変速時の動作を２つのクラッチの掛け換え制御のみとするツインクラッチの特徴をそのままに、本実施例ではさらにエンジン回転を略一定とし、かつ変速ショックなくシフトチェンジが可能となる。
【００９６】
尚、省エネモードの加速走行時のアクセルペダル踏み込み、つまりａ１以上のアクセルペダル踏み込みにおいては、エンジン回転数は概ね略一定に保たれるが、そのエンジン回転数は、ａ１以上の加速領域でのアクセルペダル踏み込み量に応じて決定される。
【００９７】
また登坂路での加速、あるいは加速途中の登坂路進入等では、エンジン出力を上げて連続可変変速機構での加速を維持するか、下記のような連続可変変速機構を用いない通常変速段機構に切り替えるかの判断等は、アクセル踏み込み量等の情報により制御される。
【００９８】
本実施例は、動力伝達経路切り替え手段(ＥＣＵ)により、歯車式連続可変変速機構を変速段機構の伝達経路から切り離すことができ、通常の変速段ミッションと同じようにエンジン→変速段機構→駆動輪の伝達経路を独立して作動させることができる。したがって万一トルネードギヤＴｇやピニオンギヤＰｇに不具合が生じてもツインクラッチミッションとして走行が可能である。
【００９９】
[ 定速走行 ]
定速走行では上記のように歯車式連続可変変速機構を用いない通常変速段機構での走行とされる。つまり、第１遊星歯車装置１０のリングギヤ１０ｒが固定され(第１ブレーキＢ１係合)てエンジン動力→サンギヤ1０ｓ→キャリア１０ｃ→第１クラッチＣ１に連結されたギヤ列、という伝達経路により、あるいは第２遊星歯車装置２０のキャリア２０ｃが固定され(第４ブレーキＢ４係合)てエンジン動力→サンギヤ２０ｓ→リングギヤ２０ｒ→第２クラッチＣ２に連結されたギヤ列、という伝達経路により駆動輪に動力伝達される。
【０１００】
例えば省エネモードにおいて、前記加速状態からアクセルペダルが戻され、アクセル踏み込み量がａ０〜ａ１になったら定速走行状態とされ、ＥＣＵ(動力伝達経路切り替え手段)は、定速走行への移行と判断し、前記加速の動作状態から前記定速走行の動作に移行する。本実施例での加速から定速への移行は、１速加速→１速と２速、３速加速→３速と４速、５速加速→５速と６速、７速加速→７速となり、一つの(加速用)ギヤ段に対して二つの定速用ギヤ段が低速側、高速側に割り当てられている。例えば１速(加速用)ギヤ段が受け持つ車速範囲のうち、低速側は１速、高速側は２速への移行となり、３速(加速用)ギヤ段が受け持つ車速範囲のうち、低速側は３速、高速側は４速への移行となる。ところで本実施例では、２速と３速、４速と５速、６速と７速が夫々同軸に配置されており、例えは゛、１速加速時において高速側車速に入ったとき、加速が続行されると判断され、スムーズに加速時シフトチェンジを行うための３速ギヤ列確立動作が始まる直前まで２速ギヤ列で待機される、また３速加速時において高速側車速に入ったとき、加速が続行されると判断され、スムーズに加速時シフトチェンジを行うための５速ギヤ列確立動作が始まる直前まで４速ギヤ列で待機される、というような制御が行われる。あるいは、他の態様として、例えば２速、４速、６速を第４の軸に配置し４軸方式としてもよい。また、前記高速側ギヤ段での定速走行から加速走行に移行する場合は、例えばピニオンギヤＰｇをトルネードギヤＴｇの中間位置に待機させておき、２速→１速加速、４速→３速加速、６速→５速加速というように１段落としたギヤ段加速を行う。
【０１０１】
また、省エネモードでの加速走行から定速走行へ移行されたとき、エンジン回転をその時の車速での現変速段の回転数に合わせるように構成してもよいが、定速走行移行時に現変速段での車速の範囲の中で、高速領域であった場合には、スロットル開度は大きくなって燃費も悪くなり、また急激なエンジン回転変動が運転者に違和感を与えることにもなる。ところで従来、車両の燃費性能向上を目的としてコースティング走行（アクセルペダルを開放した状態での惰性走行）が知られているが、本実施例では省エネ走行として、加速走行から定速走行へ移行した時、現ギヤ段での略最低車速になるまでニュートラルコースティング走行とされ、第１クラッチＣ１や第２クラッチＣ２等駆動経路の動力断続装置を開放してエンジン動力を遮断しエンジンブレーキ効果を排除した走行とし(エンジンはアイドリング回転)、現ギヤ段での最低車速になった時点で動力断続装置を係合してクルーズコントロールを行うとされる。この場合、運転者の判断でアクセルペダルの踏み込みを上下させれば、直ちに加速あるいは減速にシフトして駆動を確保することができるわけで、特殊な走行環境を除けば、こういったニュートラル走行併用も可能であり認可されてしかるべきである。
【０１０２】
また、ステアリングホイールに省エネモードとマニュアルモードを切り替えるためのパドル式の手動操作装置等を設け、簡便にマニュアルモード走行に切り替えて交通の流れに対応したクルーズ走行とすることも可能である。
【０１０３】
[ 減速 走行 ]
アクセルペダルが戻され、アクセル踏み込み量が前記ａ０になった場合、あるいは足がアクセルペダルから離れブレーキペダルが踏まれた場合、ＥＣＵは、減速と判断し、減速走行の動作を行う。減速時の各装置の状態は定速走行時と同じであり、駆動輪から、第１クラッチＣ１に連結されたギヤ列の減速動作は、第１遊星歯車装置１０のリングギヤ１０ｒが固定され(第１ブレーキＢ１係合)てキャリア１０ｃ→サンギヤ1０ｓの伝達経路によりエンジンブレーキが作動する。第２クラッチＣ２に連結されたギヤ列の減速動作は、第２遊星歯車装置２０のキャリア２０ｃが固定され(第４ブレーキＢ４係合)てリングギヤ２０ｒ→プラネタリギヤ２０ｐ→サンギヤ２０ｓの伝達経路によりエンジンブレーキが作動する。現変速段での減速からさらにそのまま減速が続行される場合は、減速時シフトチェンジ(シフトダウン)となり、通常変速段と同じようにダブルクラッチ、ブリッピング等の制御が行われダウンシフトされる。また、各ギヤ段(列)での減速走行から加速走行への移行は、定速走行から加速走行への移行と同じとされる。
【０１０４】
以上のトルネードギヤとピニオンギヤの制御、シフト操作やシフトタイミングの制御、エンジン回転等の制御等は図示しないアクセルペダルの踏込み量や車速等の車両の情報と各種制御プログラムやマップに基づいて実現される。
【０１０５】
２つめの実施例として、変速段機構とトルネードギヤ部が同軸的に配置され、変速段機構は複数組の遊星歯車装置の回転要素が、油圧アクチュエータによって係合させられる多板式、単板式のクラッチやブレーキ等の油圧式の摩擦係合装置等により選択的に連結されることにより複数のギヤ段（変速段）が択一的に達成される公知の遊星歯車式の多段変速機構とし、トルネードギヤ部の二つの軸から出力される動力を公知の方法により変速して出力部材に伝達される。この場合、トルクコンバーターを備えた構成としてもよい。トルクコンバーターは、他の実施例においてもトルクコンバーターを備えた構成とすることができる。
【０１０６】
また他の実施例として、全速域を網羅する歯車式連続可変変速機構と変速段機構とにより構成することもできる。また動力の分配・合成を行わず、直接、歯車式連続可変変速機構での加速と歯車式連続可変変速機構を用いない定速を切り替えて、変速段機構に動力伝達されるという構成にすることもできる。
【０１０７】
以上、本発明の動力伝達機構及びギヤ式連続可変変速機構を実施形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。例えば、上記したように、請求項１において動力分配機構と、動力合成機構とを有しないで、単に円錐渦巻き列歯車式連続可変変速機構と、段階的にギヤ比を変える変速段機構と、を有することを特徴とする歯車式無段変速機構としてもよい。動力伝達経路は、動力源(エンジン)→変速段機構→円錐渦巻き列歯車式連続可変変速機構→出力部材という連結にしてもよいし、他の伝達経路にしてもよい。。また本実施形態では差動機構として、三つの回転要素からなる遊星歯車機構を用い、例えば第１遊星歯車機構１０では三回転要素のうち、動力の入力軸をサンギヤに、トルネードギヤＴｇをリングギヤ１０ｒに、変速段機構への出力にキャリア１０ｃを連結したが、該入出力軸やトルネードギヤＴｇは他の回転要素にも連結可能であり、いろいろな組み合わせが可能である。また歯車式連続可変変速機構は、複数使用することも可能であり、直列に複数、また動力を分配する形で並列に少なくとも一つ配設するという構成も可能である。また動力発生源にはガソリンやディーゼル等の内燃機関、電動機を用いるが、水素エンジン、ＬＰＧエンジン、メタノールエンジン等を用いることもできる。その他、本発明では様々な機構、装置等による配設・構成が可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１駆動軸
２第１入力軸
３第２入力軸
４中間軸
５出力軸
６ヘリカルギヤ軸
７筒ケース
１０第１遊星歯車装置
２０第２遊星歯車装置
３０第３遊星歯車装置
１１ベベルギヤ
１２軸ギヤ
１３入力軸ギヤ
１４中間軸ギヤ
１５アーム
１６ピニオンギヤ位置センサ
１７シフトフォーク
Ｔｇトルネードギヤ
Ｐｇピニオンギヤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の回転軸を有するとともに、
円錐状または円盤状の、外周面に、略均等な歯が等ピッチをもって並設された歯列がスパイラル状に延設されてなる渦巻き列歯車と、
該渦巻き列歯車の、円錐面(ピッチ円錐面)上での母線または円盤状の係方向と、平行に配置される第２の回転軸を有し、
前記渦巻き列歯車に噛み合うとともに前記第２の回転軸の方向に沿って移動自在に設けられた第２の歯車と、を備え、
前記渦巻き列歯車に対して、
前記第２の回転軸の回転に起因して従回転する前記第２の歯車が噛み合い位置を連続的に変更しながら移動するとき、
または前記渦巻き列歯車の回転に起因して従回転する前記第２の歯車が噛み合い位置を連続的に変更しながら移動するとき、
前記渦巻き列歯車のピッチ円の半径が連続的に変化する、
歯車式連続可変変速機構と、
前記渦巻き列歯車と前記第２の歯車の少なくとも一つ、を駆動させる駆動手段と、
前記渦巻き列歯車と前記第２の歯車の少なくとも一つ、を制動させる制動手段と、
前記駆動手段と前記制動手段と、を切り替える切り替え手段と、
動力を段階的に変速して出力する変速段機構と、
動力源から駆動輪に至る動力伝達経路において、前記歯車式連続可変変速機構を含む経路と含まない経路とを切り替える動力伝達経路切り替え手段と、
を備え、車両に搭載される、
ことを特徴とする歯車式無段変速機構。
【請求項２】
動力源の動力を分配する動力分配機構と、
分配された動力を利用する前記歯車式連続可変変速機構から出力される動力を合成する動力合成機構と、
をさらに備えたことを特徴とする前記請求項１に記載の歯車式無段変速機構。
【請求項３】
前記歯車式連続可変変速機構は、
前記渦巻き列歯車が、正回転での動力伝達と逆回転での動力伝達と、の二つの動力伝達方法を有する、
ことを特徴とする前記請求項１または２いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項４】
前記渦巻き列歯車は、正回転での動力伝達と逆回転での動力伝達とが交互に行われる、
ことを特徴とする前記請求項１乃至３いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項５】
前記渦巻き列歯車は、正回転での動力伝達と逆回転での動力伝達とが連続して行われる、
ことを特徴とする前記請求項１乃至４いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項６】
前記動力分配機構と前記動力合成機構の少なくとも一つは、差動機構である、
ことを特徴とする前記請求項２に記載の歯車式無段変速機構。
【請求項７】
前記差動機構は、遊星歯車機構または差動歯車機構である、ことを特徴とする前記請求項６に記載の歯車式無段変速機構。
【請求項８】
複数の差動機構を備え、
一の差動機構が前記動力分配機構の構成要素として用いられたとき、他の差動機構は前記動力合成機構として用いられ、
他の差動機構が前記動力分配機構の構成要素として用いられたとき、一の差動機構は前記動力合成機構として用いられる、
ことを特徴とする前記請求項１乃至７いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項９】
前記第２の歯車に働く軸方向への力により、該第２の歯車が前記第２の回転軸を移動自在となす移動手段をさらに備えた、
ことを特徴とする前記請求項１乃至８いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１０】
前記第２の歯車に働く軸方向への力を、該第２の歯車の回転駆動と回転制動の少なくとも一つに利用する、
ことを特徴とする前記請求項１乃至９いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１１】
前記移動手段は、
油圧とワイヤ機構、またはボールねじ機構、を用いる、
ことを特徴とする前記請求項１乃至１０いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１２】
前記第２の歯車の位置を検知する第２歯車位置検知手段をさらに備えたことを特徴とする前記請求項１乃至１１いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１３】
前記円錐状渦巻き列歯車の内部は中空空間を有する、または軽量物質により充填されている、ことを特徴とする前記請求項１乃至１２いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１４】
さらに、前記内部中空空間には前記動力分配機構と前記動力合成機構の少なくとも一つを内設した、ことを特徴とする前記請求項１３に記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１５】
動力源の動力を断接自在となすクラッチ機構であって
前記変速段機構は、
複数の前記クラッチ機構に連結される、
ことを特徴とする前記請求項１乃至１４いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１６】
電動機をさらに備えたことを特徴とする前記請求項１乃至１５いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１７】
前記第２の回転軸と前記渦巻き列歯車の少なくとも一つ、の回転駆動に電動機を用いる、
ことを特徴とする前記請求項１乃至１６いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１】
第１の回転軸を有するとともに、
円錐状または円盤状の、外周面に、略均等な歯が等ピッチをもって並設された歯列がスパイラル状に延設されてなる渦巻き列歯車と、
該渦巻き列歯車の、円錐面(ピッチ円錐面)上での母線または円盤状の係方向と、平行に配置される第２の回転軸を有し、
前記渦巻き列歯車に噛み合うとともに前記第２の回転軸の方向に沿って移動自在に設けられた第２の歯車と、を備え、
前記渦巻き列歯車に対して、
前記第２の回転軸の回転に起因して従回転する前記第２の歯車が噛み合い位置を連続的に変更しながら移動するとき、
または前記渦巻き列歯車の回転に起因して従回転する前記第２の歯車が噛み合い位置を連続的に変更しながら移動するとき、
前記渦巻き列歯車のピッチ円の半径が連続的に変化する、
歯車式連続可変変速機構と、
前記渦巻き列歯車と前記第２の歯車の少なくとも一つ、を駆動させる駆動手段と、
前記渦巻き列歯車と前記第２の歯車の少なくとも一つ、を制動させる制動手段と、
前記駆動手段と前記制動手段と、を切り替える切り替え手段と、
動力を段階的に変速して出力する変速段機構と、
動力源から駆動輪に至る動力伝達経路において、前記歯車式連続可変変速機構を含む経路と含まない経路とを切り替える動力伝達経路切り替え手段と、
を備え、車両に搭載される、
ことを特徴とする歯車式無段変速機構。
【請求項２】
動力源の動力を分配する動力分配機構と、
分配された動力を利用する前記歯車式連続可変変速機構から出力される動力を合成する動力合成機構と、
をさらに備えたことを特徴とする前記請求項１に記載の歯車式無段変速機構。
【請求項３】
前記歯車式連続可変変速機構は、
前記渦巻き列歯車が、正回転での動力伝達と逆回転での動力伝達と、の二つの動力伝達方法を有する、
ことを特徴とする前記請求項１または２いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項４】
前記渦巻き列歯車は、正回転での動力伝達と逆回転での動力伝達とが交互に行われる、
ことを特徴とする前記請求項１乃至３いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項５】
前記渦巻き列歯車は、正回転での動力伝達と逆回転での動力伝達とが連続して行われる、
ことを特徴とする前記請求項１乃至４いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項６】
前記動力分配機構と前記動力合成機構の少なくとも一つは、差動機構である、
ことを特徴とする前記請求項２に記載の歯車式無段変速機構。
【請求項７】
前記差動機構は、遊星歯車機構または差動歯車機構である、ことを特徴とする前記請求項６に記載の歯車式無段変速機構。
【請求項８】
複数の差動機構を備え、
一の差動機構が前記動力分配機構の構成要素として用いられたとき、他の差動機構は前記動力合成機構として用いられ、
他の差動機構が前記動力分配機構の構成要素として用いられたとき、一の差動機構は前記動力合成機構として用いられる、
ことを特徴とする前記請求項１乃至７いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項９】
前記第２の歯車に働く軸方向への力により、該第２の歯車が前記第２の回転軸を移動自在となす移動手段をさらに備えた、
ことを特徴とする前記請求項１乃至８いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１０】
前記第２の歯車に働く軸方向への力を、該第２の歯車の回転駆動と回転制動の少なくとも一つに利用する、
ことを特徴とする前記請求項１乃至９いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１１】
前記移動手段は、
油圧とワイヤ機構、またはボールねじ機構、を用いる、
ことを特徴とする前記請求項１乃至１０いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１２】
前記第２の歯車の位置を検知する第２歯車位置検知手段をさらに備えたことを特徴とする前記請求項１乃至１１いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１３】
前記円錐状渦巻き列歯車の内部は中空空間を有する、または軽量物質により充填されている、ことを特徴とする前記請求項１乃至１２いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１４】
さらに、前記内部中空空間には前記動力分配機構と前記動力合成機構の少なくとも一つを内設した、ことを特徴とする前記請求項１３に記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１５】
動力源の動力を断接自在となすクラッチ機構であって
前記変速段機構は、
複数の前記クラッチ機構に連結される、
ことを特徴とする前記請求項１乃至１４いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１６】
電動機をさらに備えたことを特徴とする前記請求項１乃至１５いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【請求項１７】
前記第２の回転軸と前記渦巻き列歯車の少なくとも一つ、の回転駆動に電動機を用いる、
ことを特徴とする前記請求項１乃至１６いずれかに記載の歯車式無段変速機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−６４５１１（Ｐ２０１３−６４５１１Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【公開請求】
【出願番号】特願２０１３−２７９（Ｐ２０１３−２７９）
【出願日】平成２５年１月６日（２０１３．１．６）
【出願人】（３１００００１２９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−２７９（Ｐ２０１３−２７９）
【出願日】平成２５年１月６日（２０１３．１．６）
【出願人】（３１００００１２９）
【Ｆターム（参考）】
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