無段変速機
【課題】実変速比の推定精度を向上させること。
【解決手段】シャフト５０上の第１及び第２の回転部材１０，２０に挟持された複数個の遊星ボール４０と、各遊星ボール４０を傾転させるアイリスプレート８０及びウォームギヤ８１と、遊星ボール４０との第１接触点Ｐ１を有する第１筒状部３１ａ及び当該第１筒状部３１ａから延設した第２筒状部３１ｂを具備し、シャフト５０に対する相対回転が可能な第１サンローラ３１、並びに、遊星ボール４０との第２接触点Ｐ２を有し、第２筒状部３１ｂの外周面上で第１サンローラ３１に対する相対回転が可能な第２サンローラ３２を備えたサンローラ３０と、を備え、第１回転部材１０をトルクの入力部、第２回転部材２０をトルクの出力部とした場合、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の回転比に基づいて実変速比を推定すること。
【解決手段】シャフト５０上の第１及び第２の回転部材１０，２０に挟持された複数個の遊星ボール４０と、各遊星ボール４０を傾転させるアイリスプレート８０及びウォームギヤ８１と、遊星ボール４０との第１接触点Ｐ１を有する第１筒状部３１ａ及び当該第１筒状部３１ａから延設した第２筒状部３１ｂを具備し、シャフト５０に対する相対回転が可能な第１サンローラ３１、並びに、遊星ボール４０との第２接触点Ｐ２を有し、第２筒状部３１ｂの外周面上で第１サンローラ３１に対する相対回転が可能な第２サンローラ３２を備えたサンローラ３０と、を備え、第１回転部材１０をトルクの入力部、第２回転部材２０をトルクの出力部とした場合、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の回転比に基づいて実変速比を推定すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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夫々の突出部分を介して当該転動部材を保持する固定要素と、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。下記の特許文献１には、このトラクション遊星ギヤ機構を備えた無段変速機について開示されている。この特許文献１の無段変速機においては、第３回転要素としてのサンローラの外周面が中央部分を径方向内側に凹ませた窪み形状に形成されており、このサンローラと各遊星ボール（転動部材）とが２点で接触するように構成されている。そして、この無段変速機では、その夫々の接触点が第１回転中心軸を中心に相対回転できるように、サンローラを軸線方向で２分割し、その夫々の分割構造体がアンギュラ軸受を介して固定要素としてのキャリアに支持される構成になっている。
【０００３】
また、トラクション遊星ギヤ機構には、転動部材としてのパワーローラを第１及び第２の回転要素としての入力ディスクと出力ディスクとで挟持したトロイダル式のものが知られている。例えば、下記の特許文献２には、入力ディスクと出力ディスクの夫々の回転数に基づいて変速比を算出し、この算出された変速比に基づいてパワーローラの傾転角の推定を行うトロイダル式の無段変速機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２６７５１０号明細書
【特許文献２】特開２００９−０５７９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、トラクション遊星ギヤ機構では、第１及び第２の回転要素をトルクの入力部及び出力部とする場合、この第１及び第２の回転要素とこれらに挟持される転動部材との間において接線力（トラクション力）が作用するので、この間で滑りが発生する。これが為、トラクション遊星ギヤ機構においては、特許文献２の技術の如く変速比や傾転角を推定したとしても、その滑りによって推定精度が低下してしまう可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、高い変速比の推定精度を得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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する為、本発明は、回転中心となる変速機軸と、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、前記支持軸の夫々の突出部を介して前記転動部材を傾転自在に保持する保持部材と、前記転動部材との第１接触点を有する第１筒状部及び当該第１筒状部から軸線方向に延設した第２筒状部を具備し、前記変速機軸に対する同心上での相対回転が可能な第１回転部材、並びに、前記転動部材との第２接触点を有し、前記第２筒状部の周面に沿って前記第１回転部材に対する同心上での相対回転が可能な第２回転部材を備えた第３回転要素と、前記第１回転要素と前記第２回転要素との間の回転比を前記各転動部材の傾転動作によって変化させることで変速比を変える変速装置と、を備え、前記第１回転要素をトルクの入力部、前記第２回転要素をトルクの出力部とした場合、前記第３回転要素における前記第１回転部材と前記第２回転部材の回転比に基づいて実変速比を推定することを特徴としている。
【０００８】
ここで、推定した前記実変速比に基づいて前記転動部材の実傾転角を推定することが望ましい。
【０００９】
また、推定した前記実変速比と要求変速比に基づいて前記第１及び第２の回転要素と前記各転動部材との間の滑り量を推定することが望ましい。
【００１０】
また、前記第１及び第２の回転要素は、径方向内側に前記各転動部材との接触点を有し、前記第３回転要素における前記第１及び第２の回転部材は、径方向外側に前記各転動部材との接触点を有することが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る無段変速機は、転動部材との間で接線力及び滑りの発生しない第３回転要素における第１回転部材と第２回転部材の回転比に基づいて実変速比の推定を行うので、この実変速比の推定精度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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】図２は、キャリア上の回転角センサの配置を示す斜視図である。
【図３】図３は、キャリアにおける支持軸のガイド部について説明する図である。
【図４】図４は、キャリアにおける支持軸のガイド部について説明する図である。
【図５】図５は、アイリスプレートについて説明する図である。
【図６】図６は、本発明に係る無段変速機の要部を詳述する図である。
【図７】図７は、図６のＸ−Ｘ線で切った第１サンローラの断面図である。
【図８】図８は、図６のＹ−Ｙ線で切った第２サンローラの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
［実施例］
本発明に係る無段変速機の実施例を図１から図８に基づいて説明する。
【００１５】
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。
【００１６】
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Ｒ１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Ｒ１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Ｒ１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Ｒ２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保持部材６０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Ｒ２を第１回転中心軸Ｒ１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Ｒ１や第２回転中心軸Ｒ２に沿う方向を軸線方向と云い、その第１回転中心軸Ｒ１周りの方向を周方向と云う。また、その第１回転中心軸Ｒ１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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。尚、第１から第３の回転要素１０，２０，３０の内の２つを各々トルクの入力部及び出力部とした場合、残りの回転要素における接線力は、入力部及び出力部となる回転要素の接線力と比較して小さく、略０になっている。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Ｒ２と第１回転中心軸Ｒ１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。
【００１９】
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、保持部材６０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、保持部材６０については、「キャリア６０」と云う。以下の例示では、キャリア６０を固定要素とし、シャフト５０に固定する。
【００２０】
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。
【００２１】
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Ｒ１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。
【００２２】
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Ｒ１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θｒ１，θｒ２が同じ角度になるようにしている。その接触角θｒ１，θｒ２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。
【００２３】
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（第１回転軸）１１が連結され、第２回転部材２０には出力軸（第２回転軸）２１が連結される。その入力軸１１や出力軸２１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１１として設けているものを出力軸として利用し、出力軸２１として設けているものを入力軸として利用してもよい。
【００２４】
ここで、入力軸１１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７１が設けられている。ここでは、その軸力発生部７１としてトルクカムを利用する。従って、この軸力発生部７１は、入力軸１１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１１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。また、出力軸２１と第２回転部材２０との間には、その軸力発生部７１と同様の軸力発生部７２が配設されている。その軸力発生部７１，７２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。
【００２５】
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については、後で詳述する。
【００２６】
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Ｒ２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。
【００２７】
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Ｒ２が第１回転中心軸Ｒ１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Ｒ２）と第１回転中心軸Ｒ１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。
【００２８】
キャリア６０は、夫々の遊星ボール４０の傾転動作を妨げないように支持軸４１の夫々の突出部を保持する。このキャリア６０は、例えば、中心軸を第１回転中心軸Ｒ１に一致させた第１及び第２の円盤部６１，６２を有するものである。その第１及び第２の円盤部６１，６２は、互いに対向させ、その間にサンローラ３０や遊星ボール４０が配置できるよう間隔を空けて配置する。このキャリア６０は、第１及び第２の円盤部６１，６２の内周面側をシャフト５０の外周面側に固定し、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している。例えば、このキャリア６０は、第１及び第２の円盤部６１，６２の内周面をシャフト５０の外周面に対してスプライン嵌合させることで、そのような周方向への相対回転を禁止できる。また、軸線方向への相対移動を行わせない為には、第１及び第２の円盤部６１，６２の軸線方向における夫々の側面にスナップリング等の係止部材を配設すればよい。また、このキャリア６０は、シャフト５０に圧入することで相対回転と相対移動を規制してもよい。
【００２９】
この例示では、その第１及び第２の円盤部６１，６２を図２に示す複数本の連結軸６５で連結して、全体として籠状となるようにしている。これにより、このキャリア６０は、外周面に開放部分を有することになる。各遊星ボール４０は、その開放部分を介して第１回転部材１０と第２回転部材２０とに接している。
【００３０】
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ガイド部６３，６４が設けられている。この例示では、そのガイド部６３，６４をキャリア６０に設ける。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の円盤部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３，４）。つまり、全てのガイド部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。
【００３１】
ガイド部６３は、第１円盤部６１の周方向が溝幅となるガイド溝であり、その軸線方向に溝底を有している。ここで、支持軸４１のガイド部６３側は、２つのローラガイド４２，４２で挟み込まれている。従って、ガイド部６３は、支持軸４１の直径だけでなく、その２つのローラガイド４２，４２の大きさも合わせた溝幅に形成する。そのローラガイド４２は、第２回転中心軸Ｒ２に直交する回転軸を備えており、遊星ボール４０の傾転に伴ってガイド部６３の溝底上を転動する。
【００３２】
一方、ガイド部６４は、ガイド溝６４ａとガイド孔６４ｂの複合形状とする。ガイド溝６４ａにおいては、ローラガイド４２と同じローラガイド４３が傾転時に溝底上を転動する。このガイド溝６４ａは、ガイド部６３と同等のものであり、支持軸４１を挟み込んだ２つのローラガイド４３，４３の大きさも考慮した溝幅に形成する。ガイド孔６４ｂは、ガイド溝６４ａの溝幅方向における溝底の中央部分をくり抜いたものであり、支持軸４１が挿入される。つまり、このガイド部６４は、ガイド部６３にガイド孔６４ｂを設けたものである。
【００３３】
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θｂ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Ｒ２）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θｂ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、ここでの増速時（γ＜１）には、図１における上側の遊星ボール４０を紙面反時計回り方向に傾転させ且つ下側の遊星ボール４０を紙面時計回り方向に傾転させる。また、減速時（γ＞１）には、図１における上側の遊星ボール４０を紙面時計回り方向に傾転させ且つ下側の遊星ボール４０を紙面反時計回り方向に傾転させる。
【００３４】
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θｂ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）８０を備えている。
【００３５】
そのアイリスプレート８０は、その径方向内側の軸受を介してシャフト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Ｒ１を中心とする相対回転を行える。その相対回転には、図示しないモータ等のアクチュエータ（駆動部）を用いる。この駆動部の駆動力は、図５に示すウォームギア８１を介してアイリスプレート８０の外周部分に伝えられる。
【００３６】
このアイリスプレート８０は、夫々の遊星ボール４０の入力側（第１回転部材１０との接触部側）又は出力側（第２回転部材２０との接触部側）で且つキャリア６０の外側に配置する。この例示では、出力側に配置している。このアイリスプレート８０には、支持軸４１の一方の突出部が挿入される絞り孔（アイリス孔）８２を形成する。その絞り孔８２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５）。尚、その図５は、図１の矢印Ａの方向から観た図である。
【００３７】
支持軸４１の一方の突出部は、アイリスプレート８０が図５の紙面時計回り方向に回転することで、絞り孔８２に沿ってアイリスプレート８０の中心側に移動する。その際、支持軸４１の夫々の突出部がキャリア６０のガイド溝６３，６４に挿入されているので、絞り孔８２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８０が図５の紙面反時計回り方向に回転することで、絞り孔８２に沿ってアイリスプレート８０の外周側に移動する。その際、この一方の突出部は、ガイド溝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、ガイド溝６３，６４と絞り孔８２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。
【００３８】
ところで、上述したサンローラ３０は、シャフト５０と同心で且つ外径が軸線方向にて均一の円筒状のものである場合、その外周面における遊星ボール４０との接触点が１箇所だけなので、その接触点だけで遊星ボール４０からの荷重（法線力）を受け止めることになる。これが為、この場合には、その接触点におけるサンローラ３０と遊星ボール４０との間の摩擦損失が大きくなるだけでなく、サンローラ３０や遊星ボール４０の外周面を傷つけてしまう虞がある。
【００３９】
そこで、本実施例においては、軸線方向に分散させた２つの第１及び第２の接触点Ｐ１，Ｐ２（図６）でサンローラ３０と遊星ボール４０とを接触させるように構成する。ここでは、そのサンローラ３０の外周面の軸線方向における中央部分を周方向に渡って両端部側よりも径方向内側へと凹ませ、その窪み部に第１及び第２の接触点Ｐ１，Ｐ２ができるようにする。その窪み部の形状は、Ｖ字状でもよく、曲率半径が遊星ボール４０の半径よりも大きい弧状でもよい。但し、傾転時（γ≠１）には、第１接触点Ｐ１の周速Ｖ１（＝Ｒｓ１＊ωｂ）と第２接触点Ｐ２の周速Ｖ２（＝Ｒｓ２＊ωｂ）との間にずれが生じる。「Ｒｓ１」は、第１接触点Ｐ１と第２回転中心軸Ｒ２との間の最短距離であり、「Ｒｓ２」は、第２接触点Ｐ２と第２回転中心軸Ｒ２との間の最短距離である。また、「ωｂ」は、遊星ボール４０の角速度である。その第１及び第２の接触点Ｐ１，Ｐ２の間の周速差により、サンローラ３０が一体構造の場合には、サンローラ３０と遊星ボール４０との間にスピン損失が発生する。故に、サンローラ３０は、第１接触点Ｐ１を有する第１分割構造体と第２接触点Ｐ２を有する第２分割構造体の２分割構造にして、その相互間で第１回転中心軸Ｒ１を中心に相対回転できるように構成する。これにより、この無段変速機１においては、傾転時の第１及び第２の接触点Ｐ１，Ｐ２の間で周速差はあるが、第１分割構造体としての第１回転部材（以下、「第１サンローラ」という。）３１と第２分割構造体としての第２回転部材（以下、「第２サンローラ」という。）３２が個別の速度で回転する。これが為、この無段変速機１においては、サンローラ３０と遊星ボール４０との間のスピン損失を低減させることができ、動力伝達効率の低下を抑えることができる。また、この無段変速機１は、スピン損失の低減に伴いサンローラ３０と遊星ボール４０の耐久性が向上する。以下、具体的な構成について説明する。
【００４０】
このサンローラ３０は、窪み部の最深部を境にして、軸線方向における一方の外周面を有する第１サンローラ３１と、他方の外周面を有する第２サンローラ３２と、に分割する。その一方の外周面は第１接触点Ｐ１を有しており、他方の外周面は第２接触点Ｐ２を有している。このサンローラ３０においては、第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２における第１回転中心軸Ｒ１からの最短距離を一定にし、且つ、第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２における各遊星ボール４０の全ての重心（回転中心）を含む平面（以下、「分割基準平面」という。）からの最短距離を一定にするべく、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の夫々の外周面の形状について、窪み部の最深部を境にして少なくとも第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２の存在する部分が左右対称の位置関係で且つ同一形状になるようにする。
【００４１】
第１サンローラ３１は、外径が分割基準平面に向けて小さくなる第１筒状部３１ａと、この第１筒状部３１ａの分割基準平面側の端面から軸線方向に向けて同じ大きさの外径のまま延設した第２筒状部３１ｂと、を有する。その第２筒状部３１ｂの外径は、第１筒状部３１ａの最小外径よりも小さくする。この第１サンローラ３１においては、第１筒状部３１ａの外周面上に第１接触点Ｐ１を有している。従って、第１筒状部３１ａの分割基準平面側の端面は、その第１接触点Ｐ１よりも分割基準平面側に設ける。一方、この第１サンローラ３１においては、第２筒状部３１ｂの外周面上で同心の第２サンローラ３２を相対回転自在に支持する。これが為、この第２筒状部３１ｂは、端面を第２サンローラ３２よりもキャリア６０に近づくように延設し、外周面全体で第２サンローラ３２を支持できるようにする。
【００４２】
この第１サンローラ３１は、換言するならば、上記の窪み部を有する一体構造のサンローラにおいて、その窪み部の最深部を境にした軸線方向における一方に、その最深部よりも外径の小さい段付き部又は溝部を設けたものであり、その段付き部又は溝部を第２サンローラ３２の収納部として利用する。
【００４３】
この第１サンローラ３１は、シャフト５０に対する周方向の相対回転が同心上で行えるように、第１及び第２の軸受を介してシャフト５０に取り付けられている。ここでは、その第１及び第２の軸受としてラジアル軸受ＲＢ１，ＲＢ２を用いる。そのラジアル軸受ＲＢ１，ＲＢ２は、第１サンローラ３１の軸線方向における両端部の内周面とシャフト５０の外周面との間に軸線方向に間隔を空けて配設したものであり、アウタレースを第１サンローラ３１に嵌合させると共に、インナレースをシャフト５０に嵌合させる。尚、この第１サンローラ３１は、ラジアル軸受ＲＢ１，ＲＢ２の内輪の側面をキャリア６０に当接させる等して、シャフト５０に対する軸線方向への相対移動が禁止されるように構成してもよい。
【００４４】
第２サンローラ３２は、外径が分割基準平面に向けて小さくなる筒状に成形し、中心軸（第１回転中心軸Ｒ１）を合わせて第１サンローラ３１の第２筒状部３１ｂの外周面上に配置する。この第２サンローラ３２は、外周面上に第２接触点Ｐ２を有している。従って、この第２サンローラ３２の分割基準平面側の端面は、その第２接触点Ｐ２よりも分割基準平面側に設ける。
【００４５】
また、この第２サンローラ３２の外径と第１筒状部３１ａの外径については、分割基準平面を基点にした場合、この分割基準平面からの軸線方向における単位長さ当たりの変化量を一定にすることが好ましい。これにより、第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２の位置と形状が分割基準平面を境にして左右対称になるからである。例えば、その変化量が一定の場合、窪み部は、Ｖ字状になる。この場合には、第１筒状部３１ａと第２サンローラ３２を円錐台の筒状に成形すればよい。また、その変化量が徐々に大きくなる等、一定でない場合、窪み部は、弧状になる。ここでは、第１回転中心軸Ｒ１に対する第１筒状部３１ａと第２サンローラ３２の傾斜面の角度θｓ１，θｓ２が同じ大きさのＶ字状のものを例示している。
【００４６】
この第２サンローラ３２は、第３及び第４の軸受を介して第１サンローラ３１の第２筒状部３１ｂに回転自在に支持させる。第３軸受とは、第２サンローラ３２の内周面と第２筒状部３１ｂの外周面との間に配設する軸受であり、例えばラジアル軸受やニードルローラ軸受などが適用できる。ここでは、ニードルローラ軸受ＮＲＢを用いることにする。これにより、この第２サンローラ３２は、第１サンローラ３１に対する周方向の相対回転が行える。
【００４７】
ここで、第１及び第２の接触点Ｐ１，Ｐ２においては、遊星ボール４０からの軸線方向に向けたスラスト荷重が作用している。しかしながら、上記のニードルローラ軸受ＮＲＢは、そのスラスト荷重を受け止めることができない。そして、この無段変速機１においては、そのスラスト荷重を吸収できなければ、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２とが軸線方向に相対移動してしまうので、サンローラ３０と遊星ボール４０との間のエネルギ損失が大きくなって、動力伝達効率の低下を招く虞がある。
【００４８】
そこで、この第２サンローラ３２は、第４軸受としてのスラスト軸受ＴＢ（又はアンギュラ軸受）を介して第１サンローラ３１に取り付ける。ここでは、第２サンローラ３２の外径の大きい方の端部（以下、「大径側端部」という。）をスラスト軸受ＴＢの一方のレースとして利用する。他方のレースについては、その端部と軸線方向にて対向する円盤部材３３を用いる。その円盤部材３３は、内周面を第２筒状部３１ｂの外周面に嵌合させたものである。この例示では、その円盤部材３３の外側の側面を支える係止部材３４が第２筒状部３１ｂに固定されており、スラスト軸受ＴＢが遊星ボール４０からのスラスト荷重を受けることで、円盤部材３３を第２筒状部３１ｂに対して軸線方向にずらさないように、また、その円盤部材３３が撓まないようにしている。これにより、この無段変速機１においては、そのスラスト軸受ＴＢがスラスト荷重を吸収するので、サンローラ３０と遊星ボール４０との間の損失エネルギが小さくなり、動力伝達効率の低下を抑えることができる。
【００４９】
更に、この無段変速機１は、スラスト軸受ＴＢでスラスト荷重を受け止めるので、駆動時における第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２との間の相対的な軸線方向の位置ずれを抑えることもできる。従って、この無段変速機１においては、その第１及び第２の接触点Ｐ１，Ｐ２の位置ずれに起因する第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の回転数（角速度ωｓ１，ωｓ２）の変化、そして、その回転数（角速度ωｓ１，ωｓ２）の比の変化を抑制することができる。
【００５０】
この無段変速機１においては、変速比γ＝１のときに第１サンローラ３１と第２サンローラ３２が同じ回転数（ωｓ１＝ωｓ２）で回転し、その間に周速差が発生しないので、スラスト軸受ＴＢのレース間の回転差も発生しない。これが為、変速比γ＝１のときには、スラスト軸受ＴＢのレース間の回転差による損失エネルギが発生しないので、その回転差に起因する動力伝達効率の低下が起こらない。そして、このときの無段変速機１においては、ニードルローラ軸受ＮＲＢも作動しないので、このニードルローラ軸受ＮＲＢでも損失エネルギが発生せず、ニードルローラ軸受ＮＲＢの動作が原因となる動力伝達効率の低下も起こらない。また、このときの無段変速機１は、スラスト軸受ＴＢやニードルローラ軸受ＮＲＢが作動していないので、このスラスト軸受ＴＢやニードルローラ軸受ＮＲＢの耐久性が向上する。
【００５１】
これに対して、この無段変速機１においては、傾転時（変速比γ≠１のとき）に第１サンローラ３１と第２サンローラ３２との間で周速差は生まれるが、第２サンローラ３２を第１サンローラ３１で回転自在に支持しているので、サンローラの分割構造体が各々変速機軸に軸受を介して保持される従来の形態と比較して、その周速差が小さくなり、スラスト軸受ＴＢのレース間の回転差も小さくなる。これが為、傾転時（変速比γ≠１のとき）には、スラスト軸受ＴＢのレース間の回転差による損失エネルギを低く抑えることができるので、その回転差に起因する動力伝達効率の低下を抑えることができる。そして、このときの無段変速機１においては、周速差の減少に伴いニードルローラ軸受ＮＲＢの動きが遅くなるので、このニードルローラ軸受ＮＲＢでも損失エネルギが低減し、ニードルローラ軸受ＮＲＢの動作が原因となる動力伝達効率の低下を抑えることができる。また、このときの無段変速機１は、スラスト軸受ＴＢやニードルローラ軸受ＮＲＢの動きが小さいので、このスラスト軸受ＴＢやニードルローラ軸受ＮＲＢの耐久性が向上する。
【００５２】
ところで、この無段変速機１においては、要求変速比γ０への変速の際に、電子制御装置（ＥＣＵ）１００が変速装置を制御することで、その制御指令に応じた傾転角（以下、「要求傾転角」という。）θｂ０まで遊星ボール４０が傾転させられる。そして、電子制御装置１００は、遊星ボール４０の実際の傾転角（以下、「実傾転角」という。）θｂ１が要求傾転角θｂ０に一致しているのか否かを判断し、これらの間にずれが生じている場合、変速装置を制御して、実傾転角θｂ１を要求傾転角θｂ０に一致させるように補正することがある。その比較判断の際、電子制御装置１００は、実傾転角θｂ１を求める。
【００５３】
ここで、遊星ボール４０の傾転角θｂは、この無段変速機１の変速比γと一意の関係にある。そして、この例示において、その変速比γは、前述したように、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）に一致している（下記の式１）。「ωｉｎ」は、第１回転部材１０の角速度であり、「ωｏｕｔ」は、第２回転部材２０の角速度である。また、その式１に示すように、変速比γは、入力側距離Ｒｉｎと出力側距離Ｒｏｕｔとの比にも一致している。入力側距離Ｒｉｎとは、入力側接触点Ｐｉｎと第２回転中心軸Ｒ２との間の最短距離のことであり、出力側距離Ｒｏｕｔとは、出力側接触点Ｐｏｕｔと第２回転中心軸Ｒ２との間の最短距離のことである。入力側接触点Ｐｉｎとは、第１回転部材１０と遊星ボール４０との接触点のことであり、出力側接触点Ｐｏｕｔとは、第２回転部材２０と遊星ボール４０との接触点のことである。
【００５４】
γ＝Ｒｏｕｔ／Ｒｉｎ＝ωｏｕｔ／ωｉｎ … （１）
【００５５】
このことから、第１回転部材１０の角速度ωｉｎと第２回転部材２０の角速度ωｏｕｔが明らかになれば、電子制御装置１００は、夫々の角速度ωｉｎ，ωｏｕｔから実際の変速比（以下、「実変速比」という。）γ１を求め、この実変速比γ１から実傾転角θｂ１を演算することができる。夫々の角速度ωｉｎ，ωｏｕｔは、第１回転部材１０と第２回転部材２０とに各々設けた回転角センサを用いて、夫々の回転角度の検出値から演算させればよい。
【００５６】
しかしながら、この無段変速機１においては、トルクの入力部及び出力部である第１及び第２の回転部材１０，２０と各遊星ボール４０との間で接線力（トラクション力）が作用するので、この間に滑りを生じさせる。そして、例えば、正駆動時には、動力源からのトルクが第１回転部材１０に入力されるので、この第１回転部材１０と遊星ボール４０との間の方が第２回転部材２０との間よりも滑り量が多くなる。従って、正駆動時には、実傾転角θｂ１＝０、つまり入力側距離Ｒｉｎと出力側距離Ｒｏｕｔとが同じ長さ（Ｒｉｎ＝Ｒｏｕｔ）の場合であっても、第１回転部材１０の角速度ωｉｎの方が第２回転部材２０の角速度ωｏｕｔよりも大きくなり、実変速比γ１＝１と演算されるべきなのに、１よりも小さい値が演算されてしまう（γ１＜１）。逆駆動の場合には、逆に第２回転部材２０の角速度ωｏｕｔが大きくなり、１よりも大きく実変速比γ１が演算されてしまう（γ１＞１）。故に、このままでは、実変速比γ１や実傾転角θｂ１の推定精度が低下してしまう。
【００５７】
また、電子制御装置１００は、その実変速比γ１と要求変速比γ０との偏差又は実傾転角θｂ１と要求傾転角θｂ０との偏差に基づいて、第１及び第２の回転部材１０，２０と各遊星ボール４０との間の滑り量の推定を行うこともある。しかし、その実変速比γ１や実傾転角θｂ１の推定精度の低下に伴い、その滑り量の推定精度についても低下してしまう。
【００５８】
そこで、この無段変速機１においては、実変速比γ１や実傾転角θｂ１の推定精度の向上を図る。
【００５９】
サンローラ３０側に着目してみると、第１サンローラ３１における第１接触点Ｐ１と第２サンローラ３２における第２接触点Ｐ２とは、遊星ボール４０の重心（前述した分割基準平面）を中心にして軸線方向に分散しており、左右対称の位置関係にある。これが為、この無段変速機１においては、前述した距離Ｒｓ１，Ｒｓ２の比が変速比γになる（下記の式２）。そして、第１サンローラ３１や第２サンローラ３２に滑りが発生していなければ、その変速比γは、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の回転比（回転速度又は回転数の比）に一致する。式２は、第１サンローラ３１の角速度ωｓ１と第２サンローラ３２の角速度ωｓ２に基づいた演算式である。
【００６０】
γ＝Ｒｓ１／Ｒｓ２＝ωｓ１／ωｓ２ … （２）
【００６１】
ここで、上記の様に実変速比γ１や実傾転角θｂ１の推定精度が低下する主な理由は、トルク入力に伴い生じた接線力による滑りの発生である。しかしながら、第１サンローラ３１と各遊星ボール４０との間、第２サンローラ３２と各遊星ボール４０との間においては、第１サンローラ３１や第２サンローラ３２にトルクが入力されないので、接線力が略０になり、滑りは無視できる。これが為、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の回転比から得られた変速比γは、実変速比γ１に一致する。従って、この無段変速機１においては、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の回転比を求めさせ、この回転比を実変速比γ１とする。このように、この無段変速機１では、実変速比γ１の推定精度が高くなる。
【００６２】
また、電子制御装置１００は、その実変速比γ１から実傾転角θｂ１を精度良く求めることができる。更に、この電子制御装置１００は、その実変速比γ１と要求変速比γ０との偏差又は実傾転角θｂ１と要求傾転角θｂ０との偏差に基づいて、第１及び第２の回転部材１０，２０と各遊星ボール４０との間の滑り量の推定を行うこともできる。この無段変速機１においては、その偏差についても精度の高い値が得られるので、その滑り量を高精度に推定することができる。
【００６３】
この無段変速機１においては、第１サンローラ３１の回転角度の検出が可能な回転角センサ９１をキャリア６０の第２円盤部６２に配設し、且つ、第２サンローラ３２の回転角度の検出が可能な回転角センサ９２を第１円盤部６１に配設する（図１，２，６）。その回転角センサ９１，９２の信号線９３は、電子制御装置１００に接続される。この信号線９３は、キャリア６０の連結軸６５の内部を通って夫々の回転角センサ９１，９２に分岐している。電子制御装置１００は、その回転角センサ９１，９２の検出信号に基づいて、第１サンローラ３１の角速度ωｓ１と第２サンローラ３２の角速度ωｓ２を求める。
【００６４】
回転角センサ９１，９２には、例えば、所謂ギャップセンサや磁気センサ等であって、測定対象物との距離の変化により検出値が変化するものを用いる。これが為、回転角センサ９１は、その検出部を第１サンローラ３１の第１筒状部３１ａにおける大径側端部の端面に対向させて配置する。その第１サンローラ３１の大径側端部には、図７に示すように、回転角センサ９１の検出部に対向させた溝部３１ｃが周方向に等間隔で形成されている。これにより、この大径側端部の端面と回転角センサ９１の検出部との間においては、第１サンローラ３１の回転中に溝部３１ｃを有する部分と有しない部分とが交互に等間隔で表れるので、その間隔で距離の変化が表れる。また、回転角センサ９２は、その検出部を第２サンローラ３２における大径側端部の端面に対向させて配置する。その第２サンローラ３２の大径側端部には、図８に示すように、回転角センサ９１の検出部に向けて突出させた突出部３２ａが周方向に等間隔で形成されている。これにより、この大径側端部の端面と回転角センサ９２の検出部との間においては、第２サンローラ３２の回転中に突出部３２ａを有する部分と有しない部分とが交互に等間隔で表れるので、その間隔で距離の変化が表れる。
【００６５】
以上示したように、この無段変速機１は、遊星ボール４０との間で接線力及び滑りの発生しない第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の回転比に基づいて実変速比γ１の推定を行うので、この実変速比γ１の推定精度が高くなる。そして、これにより、この無段変速機１は、その実変速比γ１に基づき演算される実傾転角θｂ１の推定精度も高くなり、また、その実変速比γ１と要求傾転角θｂ０との偏差に基づき演算される第１及び第２の回転部材１０，２０と各遊星ボール４０との間の滑り量の推定精度も高くなる。
【００６６】
更に、この無段変速機１は、サンローラ３０が遊星ボール４０との間に２つの第１及び第２の接触点Ｐ１，Ｐ２を有しているので、その間の摩擦損失を小さくして動力伝達効率の低下を抑えることが可能であり、且つ、サンローラ３０や遊星ボール４０における外周面の傷の発生を抑えることも可能である。また、この無段変速機１は、各々の分割構造体（第１サンローラ３１と第２サンローラ３２）が夫々に第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２を有するようにサンローラ３０を２分割構造にし、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２が相互間で相対回転できるように構成しているので、サンローラ３０と遊星ボール４０との間のスピン損失を低減させることができ、動力伝達効率の低下の抑制や耐久性の向上が可能になる。また、この無段変速機１は、ニードルローラ軸受ＮＲＢとスラスト軸受ＴＢを介して第１サンローラ３１で第２サンローラ３２を相対回転自在に支持し、その第１サンローラ３１をラジアル軸受ＲＢ１，ＲＢ２を介してシャフト５０に相対回転自在に支持させており、遊星ボール４０から第１サンローラ３１と第２サンローラ３２とに入力したスラスト荷重をスラスト軸受ＴＢで吸収できるので、動力伝達効率の低下を抑えることが可能になる。また、この無段変速機１は、周速差が０又は小さい第１サンローラ３１と第２サンローラ３２との間にスラスト軸受ＴＢ及びニードルローラ軸受ＮＲＢを介在させているので、そのスラスト軸受ＴＢやニードルローラ軸受ＮＲＢでの損失エネルギが小さくなり、動力伝達効率の低下の抑制や耐久性の向上が可能になる。このように、この無段変速機１に依れば、動力伝達効率の低下を抑えると共に、耐久性を向上させることができる。
【００６７】
ここで、上述した実変速比γ１の推定は、第１回転部材１０と第２回転部材２０とを各遊星ボール４０とシャフト５０との間に配置し、且つ、第１サンローラ３１及び第２サンローラ３２と同形状の回転部材を各遊星ボール４０よりも径方向外側に配置した無段変速機、つまり第１及び第２の回転部材１０，２０とサンローラ３０の位置関係を入れ替えた無段変速機に適用してもよく、上記と同様の推定精度を得ることができる。尚、この場合の無段変速機においても、第１及び第２の回転部材１０，２０がトルクの入力部及び出力部となり、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の回転比に基づいて実変速比γ１を推定する。
【符号の説明】
【００６８】
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）
３１ 第１サンローラ
３１ａ 第１筒状部
３１ｂ 第２筒状部
３１ｃ 溝部
３２ 第２サンローラ
３２ａ 突出部
３３ 円盤部材
３４ 係止部材
４０ 遊星ボール（転動部材）
４１ 支持軸
５０ シャフト（変速機軸）
６０ キャリア（保持部材）
８０ アイリスプレート
９１，９２ 回転角センサ
１００ 電子制御装置
Ｐ１ 第１接触点
Ｐ２ 第２接触点
Ｒ１ 第１回転中心軸
Ｒ２ 第２回転中心軸
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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夫々の突出部分を介して当該転動部材を保持する固定要素と、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。下記の特許文献１には、このトラクション遊星ギヤ機構を備えた無段変速機について開示されている。この特許文献１の無段変速機においては、第３回転要素としてのサンローラの外周面が中央部分を径方向内側に凹ませた窪み形状に形成されており、このサンローラと各遊星ボール（転動部材）とが２点で接触するように構成されている。そして、この無段変速機では、その夫々の接触点が第１回転中心軸を中心に相対回転できるように、サンローラを軸線方向で２分割し、その夫々の分割構造体がアンギュラ軸受を介して固定要素としてのキャリアに支持される構成になっている。
【０００３】
また、トラクション遊星ギヤ機構には、転動部材としてのパワーローラを第１及び第２の回転要素としての入力ディスクと出力ディスクとで挟持したトロイダル式のものが知られている。例えば、下記の特許文献２には、入力ディスクと出力ディスクの夫々の回転数に基づいて変速比を算出し、この算出された変速比に基づいてパワーローラの傾転角の推定を行うトロイダル式の無段変速機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２６７５１０号明細書
【特許文献２】特開２００９−０５７９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、トラクション遊星ギヤ機構では、第１及び第２の回転要素をトルクの入力部及び出力部とする場合、この第１及び第２の回転要素とこれらに挟持される転動部材との間において接線力（トラクション力）が作用するので、この間で滑りが発生する。これが為、トラクション遊星ギヤ機構においては、特許文献２の技術の如く変速比や傾転角を推定したとしても、その滑りによって推定精度が低下してしまう可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、高い変速比の推定精度を得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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する為、本発明は、回転中心となる変速機軸と、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、前記支持軸の夫々の突出部を介して前記転動部材を傾転自在に保持する保持部材と、前記転動部材との第１接触点を有する第１筒状部及び当該第１筒状部から軸線方向に延設した第２筒状部を具備し、前記変速機軸に対する同心上での相対回転が可能な第１回転部材、並びに、前記転動部材との第２接触点を有し、前記第２筒状部の周面に沿って前記第１回転部材に対する同心上での相対回転が可能な第２回転部材を備えた第３回転要素と、前記第１回転要素と前記第２回転要素との間の回転比を前記各転動部材の傾転動作によって変化させることで変速比を変える変速装置と、を備え、前記第１回転要素をトルクの入力部、前記第２回転要素をトルクの出力部とした場合、前記第３回転要素における前記第１回転部材と前記第２回転部材の回転比に基づいて実変速比を推定することを特徴としている。
【０００８】
ここで、推定した前記実変速比に基づいて前記転動部材の実傾転角を推定することが望ましい。
【０００９】
また、推定した前記実変速比と要求変速比に基づいて前記第１及び第２の回転要素と前記各転動部材との間の滑り量を推定することが望ましい。
【００１０】
また、前記第１及び第２の回転要素は、径方向内側に前記各転動部材との接触点を有し、前記第３回転要素における前記第１及び第２の回転部材は、径方向外側に前記各転動部材との接触点を有することが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る無段変速機は、転動部材との間で接線力及び滑りの発生しない第３回転要素における第１回転部材と第２回転部材の回転比に基づいて実変速比の推定を行うので、この実変速比の推定精度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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】図２は、キャリア上の回転角センサの配置を示す斜視図である。
【図３】図３は、キャリアにおける支持軸のガイド部について説明する図である。
【図４】図４は、キャリアにおける支持軸のガイド部について説明する図である。
【図５】図５は、アイリスプレートについて説明する図である。
【図６】図６は、本発明に係る無段変速機の要部を詳述する図である。
【図７】図７は、図６のＸ−Ｘ線で切った第１サンローラの断面図である。
【図８】図８は、図６のＹ−Ｙ線で切った第２サンローラの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
［実施例］
本発明に係る無段変速機の実施例を図１から図８に基づいて説明する。
【００１５】
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。
【００１６】
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Ｒ１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Ｒ１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Ｒ１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Ｒ２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保持部材６０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Ｒ２を第１回転中心軸Ｒ１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Ｒ１や第２回転中心軸Ｒ２に沿う方向を軸線方向と云い、その第１回転中心軸Ｒ１周りの方向を周方向と云う。また、その第１回転中心軸Ｒ１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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。尚、第１から第３の回転要素１０，２０，３０の内の２つを各々トルクの入力部及び出力部とした場合、残りの回転要素における接線力は、入力部及び出力部となる回転要素の接線力と比較して小さく、略０になっている。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Ｒ２と第１回転中心軸Ｒ１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。
【００１９】
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、保持部材６０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、保持部材６０については、「キャリア６０」と云う。以下の例示では、キャリア６０を固定要素とし、シャフト５０に固定する。
【００２０】
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。
【００２１】
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Ｒ１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。
【００２２】
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Ｒ１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θｒ１，θｒ２が同じ角度になるようにしている。その接触角θｒ１，θｒ２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。
【００２３】
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（第１回転軸）１１が連結され、第２回転部材２０には出力軸（第２回転軸）２１が連結される。その入力軸１１や出力軸２１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１１として設けているものを出力軸として利用し、出力軸２１として設けているものを入力軸として利用してもよい。
【００２４】
ここで、入力軸１１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７１が設けられている。ここでは、その軸力発生部７１としてトルクカムを利用する。従って、この軸力発生部７１は、入力軸１１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１１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。また、出力軸２１と第２回転部材２０との間には、その軸力発生部７１と同様の軸力発生部７２が配設されている。その軸力発生部７１，７２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。
【００２５】
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については、後で詳述する。
【００２６】
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Ｒ２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。
【００２７】
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Ｒ２が第１回転中心軸Ｒ１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Ｒ２）と第１回転中心軸Ｒ１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。
【００２８】
キャリア６０は、夫々の遊星ボール４０の傾転動作を妨げないように支持軸４１の夫々の突出部を保持する。このキャリア６０は、例えば、中心軸を第１回転中心軸Ｒ１に一致させた第１及び第２の円盤部６１，６２を有するものである。その第１及び第２の円盤部６１，６２は、互いに対向させ、その間にサンローラ３０や遊星ボール４０が配置できるよう間隔を空けて配置する。このキャリア６０は、第１及び第２の円盤部６１，６２の内周面側をシャフト５０の外周面側に固定し、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している。例えば、このキャリア６０は、第１及び第２の円盤部６１，６２の内周面をシャフト５０の外周面に対してスプライン嵌合させることで、そのような周方向への相対回転を禁止できる。また、軸線方向への相対移動を行わせない為には、第１及び第２の円盤部６１，６２の軸線方向における夫々の側面にスナップリング等の係止部材を配設すればよい。また、このキャリア６０は、シャフト５０に圧入することで相対回転と相対移動を規制してもよい。
【００２９】
この例示では、その第１及び第２の円盤部６１，６２を図２に示す複数本の連結軸６５で連結して、全体として籠状となるようにしている。これにより、このキャリア６０は、外周面に開放部分を有することになる。各遊星ボール４０は、その開放部分を介して第１回転部材１０と第２回転部材２０とに接している。
【００３０】
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ガイド部６３，６４が設けられている。この例示では、そのガイド部６３，６４をキャリア６０に設ける。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の円盤部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３，４）。つまり、全てのガイド部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。
【００３１】
ガイド部６３は、第１円盤部６１の周方向が溝幅となるガイド溝であり、その軸線方向に溝底を有している。ここで、支持軸４１のガイド部６３側は、２つのローラガイド４２，４２で挟み込まれている。従って、ガイド部６３は、支持軸４１の直径だけでなく、その２つのローラガイド４２，４２の大きさも合わせた溝幅に形成する。そのローラガイド４２は、第２回転中心軸Ｒ２に直交する回転軸を備えており、遊星ボール４０の傾転に伴ってガイド部６３の溝底上を転動する。
【００３２】
一方、ガイド部６４は、ガイド溝６４ａとガイド孔６４ｂの複合形状とする。ガイド溝６４ａにおいては、ローラガイド４２と同じローラガイド４３が傾転時に溝底上を転動する。このガイド溝６４ａは、ガイド部６３と同等のものであり、支持軸４１を挟み込んだ２つのローラガイド４３，４３の大きさも考慮した溝幅に形成する。ガイド孔６４ｂは、ガイド溝６４ａの溝幅方向における溝底の中央部分をくり抜いたものであり、支持軸４１が挿入される。つまり、このガイド部６４は、ガイド部６３にガイド孔６４ｂを設けたものである。
【００３３】
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θｂ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Ｒ２）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θｂ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、ここでの増速時（γ＜１）には、図１における上側の遊星ボール４０を紙面反時計回り方向に傾転させ且つ下側の遊星ボール４０を紙面時計回り方向に傾転させる。また、減速時（γ＞１）には、図１における上側の遊星ボール４０を紙面時計回り方向に傾転させ且つ下側の遊星ボール４０を紙面反時計回り方向に傾転させる。
【００３４】
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θｂ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）８０を備えている。
【００３５】
そのアイリスプレート８０は、その径方向内側の軸受を介してシャフト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Ｒ１を中心とする相対回転を行える。その相対回転には、図示しないモータ等のアクチュエータ（駆動部）を用いる。この駆動部の駆動力は、図５に示すウォームギア８１を介してアイリスプレート８０の外周部分に伝えられる。
【００３６】
このアイリスプレート８０は、夫々の遊星ボール４０の入力側（第１回転部材１０との接触部側）又は出力側（第２回転部材２０との接触部側）で且つキャリア６０の外側に配置する。この例示では、出力側に配置している。このアイリスプレート８０には、支持軸４１の一方の突出部が挿入される絞り孔（アイリス孔）８２を形成する。その絞り孔８２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５）。尚、その図５は、図１の矢印Ａの方向から観た図である。
【００３７】
支持軸４１の一方の突出部は、アイリスプレート８０が図５の紙面時計回り方向に回転することで、絞り孔８２に沿ってアイリスプレート８０の中心側に移動する。その際、支持軸４１の夫々の突出部がキャリア６０のガイド溝６３，６４に挿入されているので、絞り孔８２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８０が図５の紙面反時計回り方向に回転することで、絞り孔８２に沿ってアイリスプレート８０の外周側に移動する。その際、この一方の突出部は、ガイド溝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、ガイド溝６３，６４と絞り孔８２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。
【００３８】
ところで、上述したサンローラ３０は、シャフト５０と同心で且つ外径が軸線方向にて均一の円筒状のものである場合、その外周面における遊星ボール４０との接触点が１箇所だけなので、その接触点だけで遊星ボール４０からの荷重（法線力）を受け止めることになる。これが為、この場合には、その接触点におけるサンローラ３０と遊星ボール４０との間の摩擦損失が大きくなるだけでなく、サンローラ３０や遊星ボール４０の外周面を傷つけてしまう虞がある。
【００３９】
そこで、本実施例においては、軸線方向に分散させた２つの第１及び第２の接触点Ｐ１，Ｐ２（図６）でサンローラ３０と遊星ボール４０とを接触させるように構成する。ここでは、そのサンローラ３０の外周面の軸線方向における中央部分を周方向に渡って両端部側よりも径方向内側へと凹ませ、その窪み部に第１及び第２の接触点Ｐ１，Ｐ２ができるようにする。その窪み部の形状は、Ｖ字状でもよく、曲率半径が遊星ボール４０の半径よりも大きい弧状でもよい。但し、傾転時（γ≠１）には、第１接触点Ｐ１の周速Ｖ１（＝Ｒｓ１＊ωｂ）と第２接触点Ｐ２の周速Ｖ２（＝Ｒｓ２＊ωｂ）との間にずれが生じる。「Ｒｓ１」は、第１接触点Ｐ１と第２回転中心軸Ｒ２との間の最短距離であり、「Ｒｓ２」は、第２接触点Ｐ２と第２回転中心軸Ｒ２との間の最短距離である。また、「ωｂ」は、遊星ボール４０の角速度である。その第１及び第２の接触点Ｐ１，Ｐ２の間の周速差により、サンローラ３０が一体構造の場合には、サンローラ３０と遊星ボール４０との間にスピン損失が発生する。故に、サンローラ３０は、第１接触点Ｐ１を有する第１分割構造体と第２接触点Ｐ２を有する第２分割構造体の２分割構造にして、その相互間で第１回転中心軸Ｒ１を中心に相対回転できるように構成する。これにより、この無段変速機１においては、傾転時の第１及び第２の接触点Ｐ１，Ｐ２の間で周速差はあるが、第１分割構造体としての第１回転部材（以下、「第１サンローラ」という。）３１と第２分割構造体としての第２回転部材（以下、「第２サンローラ」という。）３２が個別の速度で回転する。これが為、この無段変速機１においては、サンローラ３０と遊星ボール４０との間のスピン損失を低減させることができ、動力伝達効率の低下を抑えることができる。また、この無段変速機１は、スピン損失の低減に伴いサンローラ３０と遊星ボール４０の耐久性が向上する。以下、具体的な構成について説明する。
【００４０】
このサンローラ３０は、窪み部の最深部を境にして、軸線方向における一方の外周面を有する第１サンローラ３１と、他方の外周面を有する第２サンローラ３２と、に分割する。その一方の外周面は第１接触点Ｐ１を有しており、他方の外周面は第２接触点Ｐ２を有している。このサンローラ３０においては、第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２における第１回転中心軸Ｒ１からの最短距離を一定にし、且つ、第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２における各遊星ボール４０の全ての重心（回転中心）を含む平面（以下、「分割基準平面」という。）からの最短距離を一定にするべく、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の夫々の外周面の形状について、窪み部の最深部を境にして少なくとも第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２の存在する部分が左右対称の位置関係で且つ同一形状になるようにする。
【００４１】
第１サンローラ３１は、外径が分割基準平面に向けて小さくなる第１筒状部３１ａと、この第１筒状部３１ａの分割基準平面側の端面から軸線方向に向けて同じ大きさの外径のまま延設した第２筒状部３１ｂと、を有する。その第２筒状部３１ｂの外径は、第１筒状部３１ａの最小外径よりも小さくする。この第１サンローラ３１においては、第１筒状部３１ａの外周面上に第１接触点Ｐ１を有している。従って、第１筒状部３１ａの分割基準平面側の端面は、その第１接触点Ｐ１よりも分割基準平面側に設ける。一方、この第１サンローラ３１においては、第２筒状部３１ｂの外周面上で同心の第２サンローラ３２を相対回転自在に支持する。これが為、この第２筒状部３１ｂは、端面を第２サンローラ３２よりもキャリア６０に近づくように延設し、外周面全体で第２サンローラ３２を支持できるようにする。
【００４２】
この第１サンローラ３１は、換言するならば、上記の窪み部を有する一体構造のサンローラにおいて、その窪み部の最深部を境にした軸線方向における一方に、その最深部よりも外径の小さい段付き部又は溝部を設けたものであり、その段付き部又は溝部を第２サンローラ３２の収納部として利用する。
【００４３】
この第１サンローラ３１は、シャフト５０に対する周方向の相対回転が同心上で行えるように、第１及び第２の軸受を介してシャフト５０に取り付けられている。ここでは、その第１及び第２の軸受としてラジアル軸受ＲＢ１，ＲＢ２を用いる。そのラジアル軸受ＲＢ１，ＲＢ２は、第１サンローラ３１の軸線方向における両端部の内周面とシャフト５０の外周面との間に軸線方向に間隔を空けて配設したものであり、アウタレースを第１サンローラ３１に嵌合させると共に、インナレースをシャフト５０に嵌合させる。尚、この第１サンローラ３１は、ラジアル軸受ＲＢ１，ＲＢ２の内輪の側面をキャリア６０に当接させる等して、シャフト５０に対する軸線方向への相対移動が禁止されるように構成してもよい。
【００４４】
第２サンローラ３２は、外径が分割基準平面に向けて小さくなる筒状に成形し、中心軸（第１回転中心軸Ｒ１）を合わせて第１サンローラ３１の第２筒状部３１ｂの外周面上に配置する。この第２サンローラ３２は、外周面上に第２接触点Ｐ２を有している。従って、この第２サンローラ３２の分割基準平面側の端面は、その第２接触点Ｐ２よりも分割基準平面側に設ける。
【００４５】
また、この第２サンローラ３２の外径と第１筒状部３１ａの外径については、分割基準平面を基点にした場合、この分割基準平面からの軸線方向における単位長さ当たりの変化量を一定にすることが好ましい。これにより、第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２の位置と形状が分割基準平面を境にして左右対称になるからである。例えば、その変化量が一定の場合、窪み部は、Ｖ字状になる。この場合には、第１筒状部３１ａと第２サンローラ３２を円錐台の筒状に成形すればよい。また、その変化量が徐々に大きくなる等、一定でない場合、窪み部は、弧状になる。ここでは、第１回転中心軸Ｒ１に対する第１筒状部３１ａと第２サンローラ３２の傾斜面の角度θｓ１，θｓ２が同じ大きさのＶ字状のものを例示している。
【００４６】
この第２サンローラ３２は、第３及び第４の軸受を介して第１サンローラ３１の第２筒状部３１ｂに回転自在に支持させる。第３軸受とは、第２サンローラ３２の内周面と第２筒状部３１ｂの外周面との間に配設する軸受であり、例えばラジアル軸受やニードルローラ軸受などが適用できる。ここでは、ニードルローラ軸受ＮＲＢを用いることにする。これにより、この第２サンローラ３２は、第１サンローラ３１に対する周方向の相対回転が行える。
【００４７】
ここで、第１及び第２の接触点Ｐ１，Ｐ２においては、遊星ボール４０からの軸線方向に向けたスラスト荷重が作用している。しかしながら、上記のニードルローラ軸受ＮＲＢは、そのスラスト荷重を受け止めることができない。そして、この無段変速機１においては、そのスラスト荷重を吸収できなければ、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２とが軸線方向に相対移動してしまうので、サンローラ３０と遊星ボール４０との間のエネルギ損失が大きくなって、動力伝達効率の低下を招く虞がある。
【００４８】
そこで、この第２サンローラ３２は、第４軸受としてのスラスト軸受ＴＢ（又はアンギュラ軸受）を介して第１サンローラ３１に取り付ける。ここでは、第２サンローラ３２の外径の大きい方の端部（以下、「大径側端部」という。）をスラスト軸受ＴＢの一方のレースとして利用する。他方のレースについては、その端部と軸線方向にて対向する円盤部材３３を用いる。その円盤部材３３は、内周面を第２筒状部３１ｂの外周面に嵌合させたものである。この例示では、その円盤部材３３の外側の側面を支える係止部材３４が第２筒状部３１ｂに固定されており、スラスト軸受ＴＢが遊星ボール４０からのスラスト荷重を受けることで、円盤部材３３を第２筒状部３１ｂに対して軸線方向にずらさないように、また、その円盤部材３３が撓まないようにしている。これにより、この無段変速機１においては、そのスラスト軸受ＴＢがスラスト荷重を吸収するので、サンローラ３０と遊星ボール４０との間の損失エネルギが小さくなり、動力伝達効率の低下を抑えることができる。
【００４９】
更に、この無段変速機１は、スラスト軸受ＴＢでスラスト荷重を受け止めるので、駆動時における第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２との間の相対的な軸線方向の位置ずれを抑えることもできる。従って、この無段変速機１においては、その第１及び第２の接触点Ｐ１，Ｐ２の位置ずれに起因する第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の回転数（角速度ωｓ１，ωｓ２）の変化、そして、その回転数（角速度ωｓ１，ωｓ２）の比の変化を抑制することができる。
【００５０】
この無段変速機１においては、変速比γ＝１のときに第１サンローラ３１と第２サンローラ３２が同じ回転数（ωｓ１＝ωｓ２）で回転し、その間に周速差が発生しないので、スラスト軸受ＴＢのレース間の回転差も発生しない。これが為、変速比γ＝１のときには、スラスト軸受ＴＢのレース間の回転差による損失エネルギが発生しないので、その回転差に起因する動力伝達効率の低下が起こらない。そして、このときの無段変速機１においては、ニードルローラ軸受ＮＲＢも作動しないので、このニードルローラ軸受ＮＲＢでも損失エネルギが発生せず、ニードルローラ軸受ＮＲＢの動作が原因となる動力伝達効率の低下も起こらない。また、このときの無段変速機１は、スラスト軸受ＴＢやニードルローラ軸受ＮＲＢが作動していないので、このスラスト軸受ＴＢやニードルローラ軸受ＮＲＢの耐久性が向上する。
【００５１】
これに対して、この無段変速機１においては、傾転時（変速比γ≠１のとき）に第１サンローラ３１と第２サンローラ３２との間で周速差は生まれるが、第２サンローラ３２を第１サンローラ３１で回転自在に支持しているので、サンローラの分割構造体が各々変速機軸に軸受を介して保持される従来の形態と比較して、その周速差が小さくなり、スラスト軸受ＴＢのレース間の回転差も小さくなる。これが為、傾転時（変速比γ≠１のとき）には、スラスト軸受ＴＢのレース間の回転差による損失エネルギを低く抑えることができるので、その回転差に起因する動力伝達効率の低下を抑えることができる。そして、このときの無段変速機１においては、周速差の減少に伴いニードルローラ軸受ＮＲＢの動きが遅くなるので、このニードルローラ軸受ＮＲＢでも損失エネルギが低減し、ニードルローラ軸受ＮＲＢの動作が原因となる動力伝達効率の低下を抑えることができる。また、このときの無段変速機１は、スラスト軸受ＴＢやニードルローラ軸受ＮＲＢの動きが小さいので、このスラスト軸受ＴＢやニードルローラ軸受ＮＲＢの耐久性が向上する。
【００５２】
ところで、この無段変速機１においては、要求変速比γ０への変速の際に、電子制御装置（ＥＣＵ）１００が変速装置を制御することで、その制御指令に応じた傾転角（以下、「要求傾転角」という。）θｂ０まで遊星ボール４０が傾転させられる。そして、電子制御装置１００は、遊星ボール４０の実際の傾転角（以下、「実傾転角」という。）θｂ１が要求傾転角θｂ０に一致しているのか否かを判断し、これらの間にずれが生じている場合、変速装置を制御して、実傾転角θｂ１を要求傾転角θｂ０に一致させるように補正することがある。その比較判断の際、電子制御装置１００は、実傾転角θｂ１を求める。
【００５３】
ここで、遊星ボール４０の傾転角θｂは、この無段変速機１の変速比γと一意の関係にある。そして、この例示において、その変速比γは、前述したように、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）に一致している（下記の式１）。「ωｉｎ」は、第１回転部材１０の角速度であり、「ωｏｕｔ」は、第２回転部材２０の角速度である。また、その式１に示すように、変速比γは、入力側距離Ｒｉｎと出力側距離Ｒｏｕｔとの比にも一致している。入力側距離Ｒｉｎとは、入力側接触点Ｐｉｎと第２回転中心軸Ｒ２との間の最短距離のことであり、出力側距離Ｒｏｕｔとは、出力側接触点Ｐｏｕｔと第２回転中心軸Ｒ２との間の最短距離のことである。入力側接触点Ｐｉｎとは、第１回転部材１０と遊星ボール４０との接触点のことであり、出力側接触点Ｐｏｕｔとは、第２回転部材２０と遊星ボール４０との接触点のことである。
【００５４】
γ＝Ｒｏｕｔ／Ｒｉｎ＝ωｏｕｔ／ωｉｎ … （１）
【００５５】
このことから、第１回転部材１０の角速度ωｉｎと第２回転部材２０の角速度ωｏｕｔが明らかになれば、電子制御装置１００は、夫々の角速度ωｉｎ，ωｏｕｔから実際の変速比（以下、「実変速比」という。）γ１を求め、この実変速比γ１から実傾転角θｂ１を演算することができる。夫々の角速度ωｉｎ，ωｏｕｔは、第１回転部材１０と第２回転部材２０とに各々設けた回転角センサを用いて、夫々の回転角度の検出値から演算させればよい。
【００５６】
しかしながら、この無段変速機１においては、トルクの入力部及び出力部である第１及び第２の回転部材１０，２０と各遊星ボール４０との間で接線力（トラクション力）が作用するので、この間に滑りを生じさせる。そして、例えば、正駆動時には、動力源からのトルクが第１回転部材１０に入力されるので、この第１回転部材１０と遊星ボール４０との間の方が第２回転部材２０との間よりも滑り量が多くなる。従って、正駆動時には、実傾転角θｂ１＝０、つまり入力側距離Ｒｉｎと出力側距離Ｒｏｕｔとが同じ長さ（Ｒｉｎ＝Ｒｏｕｔ）の場合であっても、第１回転部材１０の角速度ωｉｎの方が第２回転部材２０の角速度ωｏｕｔよりも大きくなり、実変速比γ１＝１と演算されるべきなのに、１よりも小さい値が演算されてしまう（γ１＜１）。逆駆動の場合には、逆に第２回転部材２０の角速度ωｏｕｔが大きくなり、１よりも大きく実変速比γ１が演算されてしまう（γ１＞１）。故に、このままでは、実変速比γ１や実傾転角θｂ１の推定精度が低下してしまう。
【００５７】
また、電子制御装置１００は、その実変速比γ１と要求変速比γ０との偏差又は実傾転角θｂ１と要求傾転角θｂ０との偏差に基づいて、第１及び第２の回転部材１０，２０と各遊星ボール４０との間の滑り量の推定を行うこともある。しかし、その実変速比γ１や実傾転角θｂ１の推定精度の低下に伴い、その滑り量の推定精度についても低下してしまう。
【００５８】
そこで、この無段変速機１においては、実変速比γ１や実傾転角θｂ１の推定精度の向上を図る。
【００５９】
サンローラ３０側に着目してみると、第１サンローラ３１における第１接触点Ｐ１と第２サンローラ３２における第２接触点Ｐ２とは、遊星ボール４０の重心（前述した分割基準平面）を中心にして軸線方向に分散しており、左右対称の位置関係にある。これが為、この無段変速機１においては、前述した距離Ｒｓ１，Ｒｓ２の比が変速比γになる（下記の式２）。そして、第１サンローラ３１や第２サンローラ３２に滑りが発生していなければ、その変速比γは、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の回転比（回転速度又は回転数の比）に一致する。式２は、第１サンローラ３１の角速度ωｓ１と第２サンローラ３２の角速度ωｓ２に基づいた演算式である。
【００６０】
γ＝Ｒｓ１／Ｒｓ２＝ωｓ１／ωｓ２ … （２）
【００６１】
ここで、上記の様に実変速比γ１や実傾転角θｂ１の推定精度が低下する主な理由は、トルク入力に伴い生じた接線力による滑りの発生である。しかしながら、第１サンローラ３１と各遊星ボール４０との間、第２サンローラ３２と各遊星ボール４０との間においては、第１サンローラ３１や第２サンローラ３２にトルクが入力されないので、接線力が略０になり、滑りは無視できる。これが為、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の回転比から得られた変速比γは、実変速比γ１に一致する。従って、この無段変速機１においては、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の回転比を求めさせ、この回転比を実変速比γ１とする。このように、この無段変速機１では、実変速比γ１の推定精度が高くなる。
【００６２】
また、電子制御装置１００は、その実変速比γ１から実傾転角θｂ１を精度良く求めることができる。更に、この電子制御装置１００は、その実変速比γ１と要求変速比γ０との偏差又は実傾転角θｂ１と要求傾転角θｂ０との偏差に基づいて、第１及び第２の回転部材１０，２０と各遊星ボール４０との間の滑り量の推定を行うこともできる。この無段変速機１においては、その偏差についても精度の高い値が得られるので、その滑り量を高精度に推定することができる。
【００６３】
この無段変速機１においては、第１サンローラ３１の回転角度の検出が可能な回転角センサ９１をキャリア６０の第２円盤部６２に配設し、且つ、第２サンローラ３２の回転角度の検出が可能な回転角センサ９２を第１円盤部６１に配設する（図１，２，６）。その回転角センサ９１，９２の信号線９３は、電子制御装置１００に接続される。この信号線９３は、キャリア６０の連結軸６５の内部を通って夫々の回転角センサ９１，９２に分岐している。電子制御装置１００は、その回転角センサ９１，９２の検出信号に基づいて、第１サンローラ３１の角速度ωｓ１と第２サンローラ３２の角速度ωｓ２を求める。
【００６４】
回転角センサ９１，９２には、例えば、所謂ギャップセンサや磁気センサ等であって、測定対象物との距離の変化により検出値が変化するものを用いる。これが為、回転角センサ９１は、その検出部を第１サンローラ３１の第１筒状部３１ａにおける大径側端部の端面に対向させて配置する。その第１サンローラ３１の大径側端部には、図７に示すように、回転角センサ９１の検出部に対向させた溝部３１ｃが周方向に等間隔で形成されている。これにより、この大径側端部の端面と回転角センサ９１の検出部との間においては、第１サンローラ３１の回転中に溝部３１ｃを有する部分と有しない部分とが交互に等間隔で表れるので、その間隔で距離の変化が表れる。また、回転角センサ９２は、その検出部を第２サンローラ３２における大径側端部の端面に対向させて配置する。その第２サンローラ３２の大径側端部には、図８に示すように、回転角センサ９１の検出部に向けて突出させた突出部３２ａが周方向に等間隔で形成されている。これにより、この大径側端部の端面と回転角センサ９２の検出部との間においては、第２サンローラ３２の回転中に突出部３２ａを有する部分と有しない部分とが交互に等間隔で表れるので、その間隔で距離の変化が表れる。
【００６５】
以上示したように、この無段変速機１は、遊星ボール４０との間で接線力及び滑りの発生しない第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の回転比に基づいて実変速比γ１の推定を行うので、この実変速比γ１の推定精度が高くなる。そして、これにより、この無段変速機１は、その実変速比γ１に基づき演算される実傾転角θｂ１の推定精度も高くなり、また、その実変速比γ１と要求傾転角θｂ０との偏差に基づき演算される第１及び第２の回転部材１０，２０と各遊星ボール４０との間の滑り量の推定精度も高くなる。
【００６６】
更に、この無段変速機１は、サンローラ３０が遊星ボール４０との間に２つの第１及び第２の接触点Ｐ１，Ｐ２を有しているので、その間の摩擦損失を小さくして動力伝達効率の低下を抑えることが可能であり、且つ、サンローラ３０や遊星ボール４０における外周面の傷の発生を抑えることも可能である。また、この無段変速機１は、各々の分割構造体（第１サンローラ３１と第２サンローラ３２）が夫々に第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２を有するようにサンローラ３０を２分割構造にし、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２が相互間で相対回転できるように構成しているので、サンローラ３０と遊星ボール４０との間のスピン損失を低減させることができ、動力伝達効率の低下の抑制や耐久性の向上が可能になる。また、この無段変速機１は、ニードルローラ軸受ＮＲＢとスラスト軸受ＴＢを介して第１サンローラ３１で第２サンローラ３２を相対回転自在に支持し、その第１サンローラ３１をラジアル軸受ＲＢ１，ＲＢ２を介してシャフト５０に相対回転自在に支持させており、遊星ボール４０から第１サンローラ３１と第２サンローラ３２とに入力したスラスト荷重をスラスト軸受ＴＢで吸収できるので、動力伝達効率の低下を抑えることが可能になる。また、この無段変速機１は、周速差が０又は小さい第１サンローラ３１と第２サンローラ３２との間にスラスト軸受ＴＢ及びニードルローラ軸受ＮＲＢを介在させているので、そのスラスト軸受ＴＢやニードルローラ軸受ＮＲＢでの損失エネルギが小さくなり、動力伝達効率の低下の抑制や耐久性の向上が可能になる。このように、この無段変速機１に依れば、動力伝達効率の低下を抑えると共に、耐久性を向上させることができる。
【００６７】
ここで、上述した実変速比γ１の推定は、第１回転部材１０と第２回転部材２０とを各遊星ボール４０とシャフト５０との間に配置し、且つ、第１サンローラ３１及び第２サンローラ３２と同形状の回転部材を各遊星ボール４０よりも径方向外側に配置した無段変速機、つまり第１及び第２の回転部材１０，２０とサンローラ３０の位置関係を入れ替えた無段変速機に適用してもよく、上記と同様の推定精度を得ることができる。尚、この場合の無段変速機においても、第１及び第２の回転部材１０，２０がトルクの入力部及び出力部となり、第１サンローラ３１と第２サンローラ３２の回転比に基づいて実変速比γ１を推定する。
【符号の説明】
【００６８】
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）
３１ 第１サンローラ
３１ａ 第１筒状部
３１ｂ 第２筒状部
３１ｃ 溝部
３２ 第２サンローラ
３２ａ 突出部
３３ 円盤部材
３４ 係止部材
４０ 遊星ボール（転動部材）
４１ 支持軸
５０ シャフト（変速機軸）
６０ キャリア（保持部材）
８０ アイリスプレート
９１，９２ 回転角センサ
１００ 電子制御装置
Ｐ１ 第１接触点
Ｐ２ 第２接触点
Ｒ１ 第１回転中心軸
Ｒ２ 第２回転中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心となる変速機軸と、
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、
前記支持軸の夫々の突出部を介して前記転動部材を傾転自在に保持する保持部材と、
前記転動部材との第１接触点を有する第１筒状部及び当該第１筒状部から軸線方向に延設した第２筒状部を具備し、前記変速機軸に対する同心上での相対回転が可能な第１回転部材、並びに、前記転動部材との第２接触点を有し、前記第２筒状部の周面に沿って前記第１回転部材に対する同心上での相対回転が可能な第２回転部材を備えた第３回転要素と、
前記第１回転要素と前記第２回転要素との間の回転比を前記各転動部材の傾転動作によって変化させることで変速比を変える変速装置と、
を備え、
前記第１回転要素をトルクの入力部、前記第２回転要素をトルクの出力部とした場合、前記第３回転要素における前記第１回転部材と前記第２回転部材の回転比に基づいて実変速比を推定することを特徴とした無段変速機。
【請求項２】
推定した前記実変速比に基づいて前記転動部材の実傾転角を推定することを特徴とした請求項１記載の無段変速機。
【請求項３】
推定した前記実変速比と要求変速比に基づいて前記第１及び第２の回転要素と前記各転動部材との間の滑り量を推定することを特徴とした請求項１又は２に記載の無段変速機。
【請求項４】
前記第１及び第２の回転要素は、径方向内側に前記各転動部材との接触点を有し、前記第３回転要素における前記第１及び第２の回転部材は、径方向外側に前記各転動部材との接触点を有することを特徴とした請求項１，２又は３に記載の無段変速機。
【請求項１】
回転中心となる変速機軸と、
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、
前記支持軸の夫々の突出部を介して前記転動部材を傾転自在に保持する保持部材と、
前記転動部材との第１接触点を有する第１筒状部及び当該第１筒状部から軸線方向に延設した第２筒状部を具備し、前記変速機軸に対する同心上での相対回転が可能な第１回転部材、並びに、前記転動部材との第２接触点を有し、前記第２筒状部の周面に沿って前記第１回転部材に対する同心上での相対回転が可能な第２回転部材を備えた第３回転要素と、
前記第１回転要素と前記第２回転要素との間の回転比を前記各転動部材の傾転動作によって変化させることで変速比を変える変速装置と、
を備え、
前記第１回転要素をトルクの入力部、前記第２回転要素をトルクの出力部とした場合、前記第３回転要素における前記第１回転部材と前記第２回転部材の回転比に基づいて実変速比を推定することを特徴とした無段変速機。
【請求項２】
推定した前記実変速比に基づいて前記転動部材の実傾転角を推定することを特徴とした請求項１記載の無段変速機。
【請求項３】
推定した前記実変速比と要求変速比に基づいて前記第１及び第２の回転要素と前記各転動部材との間の滑り量を推定することを特徴とした請求項１又は２に記載の無段変速機。
【請求項４】
前記第１及び第２の回転要素は、径方向内側に前記各転動部材との接触点を有し、前記第３回転要素における前記第１及び第２の回転部材は、径方向外側に前記各転動部材との接触点を有することを特徴とした請求項１，２又は３に記載の無段変速機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２５５５１０（Ｐ２０１２−２５５５１０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２９７９４（Ｐ２０１１−１２９７９４）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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