無段変速装置
【課題】装置全体を小型化出来る無段変速装置を提供する。
【解決手段】本発明の無段変速装置は、動力源により回転駆動されるバリエータ入力軸８と、トロイダル型無段変速機構２２と、入力ディスク１４をパワーローラ１６を介して出力ディスク１８に押圧するローディング機構２０とを備えた無段変速装置において、前記バリエータ入力軸８は、前記入力ディスクを軸方向に移動可能に、かつ相対回転不能に支持する入力ディスク連結軸１５と、この入力ディスク連結軸と同軸上に、かつ回転自在に設けられ、前記ローディング機構が前記入力ディスクを押圧するときに生じる軸方向の反力を支持する軸力支持軸１０と、からなる。
【解決手段】本発明の無段変速装置は、動力源により回転駆動されるバリエータ入力軸８と、トロイダル型無段変速機構２２と、入力ディスク１４をパワーローラ１６を介して出力ディスク１８に押圧するローディング機構２０とを備えた無段変速装置において、前記バリエータ入力軸８は、前記入力ディスクを軸方向に移動可能に、かつ相対回転不能に支持する入力ディスク連結軸１５と、この入力ディスク連結軸と同軸上に、かつ回転自在に設けられ、前記ローディング機構が前記入力ディスクを押圧するときに生じる軸方向の反力を支持する軸力支持軸１０と、からなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無段変速装置、特に自動車用として用いる無段変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用変速機用の無段変速装置として、駆動軸と、入力側ディスクと出力側ディスクとの間にパワーローラが傾転自在に配設されたトロイダル型無段変速機と、このトロイダル型無段変速機の出力を２自由度を有する遊星歯車機構に出力歯車等を経て伝達する第１の動力伝達機構と、入力軸より無段変速機をバイパスして直接２自由度を有する遊星歯車機構に伝達する第２の動力伝達機構と、出力軸とを備えたものがある（特許文献１の図１参照のこと）。
【０００３】
この構成を説明すると、エンジン１９に接続する駆動軸１８の動力は、押圧装置１０を介してトロイダル型無段変速機２４ｂの入力側ディスク２Ａ、２Ｂに伝達される。入力ディスク２Ａ、２Ｂは、パワーローラ９を押圧し、動力を出力側ディスク４Ａに伝達する。出力側ディスク４Ａは第１の動力伝達機構３２に接続されており、動力は第１の動力伝達機構３２から出力軸２３ａに伝達される。
【０００４】
ここで、無段変速機２４ｂの入力軸１１ａは、入力側ディスク２Ａ、２Ｂを相対回転を禁止し、軸方向に変位可能に支持される。また、出力側ディスク４Ａは、入力軸１１ａに対して回転自在に支持される。また、入力軸１１は、押圧装置１０に入力軸回りに相対回転可能に支持されており、かつ、入力側ディスク２Ａ、２Ｂに作用する押圧力の軸方向反力を押圧装置１０を介して支持するよう構成される。
【０００５】
また、エンジン１９に接続する駆動軸１８の動力は、第２の動力伝達機構３５を通じて２自由度を有する遊星歯車機構２５ａに伝達され、遊星歯車機構２５ａから出力軸２３ａに伝達される。
【０００６】
この無段変速装置においては、遊星歯車機構２５ａを介して第１の動力伝達機構３２が出力軸２３ａに直接動力を伝達する第１のモードと、この第１のモードにおいて、遊星歯車機構２５ａからトロイダル型無段変速機２４ｂに動力循環した動力が入カした動力と合算されて第２の動力伝達機構３５を経て遊星歯車機構２５ａに流入し、出力軸２３ａには流入した動力と動力循環した動力の差が出力動力として出力される第２のモードとを設定している。
【０００７】
前記第２のモードにおいては、高速走行時にトロイダル型無段変速機２４ｂに入力される動力を小さくして、このトロイダル型無段変速機２４ｂの構成部品の耐久性の向上が図れると共に、伝達効率の向上が図れる。
【０００８】
さらに、上記無段変速装置においては、第１のモードの変速比と第２のモードの変速比が連続して切替られるため、無段変速装置の変速比巾（最Ｌｏｗ変速比／最Ｈｉｇｈ変速比）がトロイダル型無段変速機の変速比巾より拡大できる利点がある。
【特許文献１】特開平２００２−２１９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記第２のモードにおいては、トロイダル型無段変速機２４ｂの出力側ディスク４Ａから入力側ディスク２Ａに動力が循環するモードであるため、トロイダル型無段変速機２４ｂの変速比（＝入力側ディスク回転数／出力側ディスク回転数）が小なる場合、出力側ディスク４Ａに流入したトルクが１／変速比を乗じた値に増幅され入力ディスク２Ａに伝達される。この際、一組の入力側ディスク２Ａ、２Ｂ間に互いに作用する軸方向反力は押圧装置１０により生じるが、この押圧装置１０により生じる軸方向推力は入力側ディスク２Ａ、２Ｂに伝達されるトルクに比例する。この結果、大きな軸方向推力が押圧装置１０を介して入力軸１１ａに生じることになる。
【００１０】
そのため、一組の入力側ディスク２Ａ、２Ｂ間の軸方向反力をうける入力軸１１ａには、入力側ディスク２Ａ、２Ｂの回転に伴う捩りトルクと軸方向反力とが同時に作用することになる。このため、入力軸１１ａは、これに耐えるように十分な軸径が必要となり、装置の重量や寸法の増大につながる。
【００１１】
その結果、トロイダル型無段変速機の径方向の寸法が増加し、設置スペースやコストも増加するという問題がある。
【００１２】
したがって、この発明の目的は、小型でかつ軽量な無段変速装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、動力源により回転駆動されるバリエータ入力軸と、前記バリエータ入力軸に基づく動力を取り出す出力軸と、前記バリエータ入力軸と前記出力軸との間に配設され、入力ディスクと、出力ディスクと、前記入力ディスクと前記出力ディスクの間に傾転自在に配設されたパワーローラとからなるトロイダル型無段変速機構と、前記入力ディスクを前記パワーローラを介して前記出力ディスクに押圧するローディング機構とを備えた無段変速装置において、前記バリエータ入力軸は、前記入力ディスクを軸方向に移動可能に、かつ相対回転不能に支持する入力ディスク連結軸と、この入力ディスク連結軸と同軸上に、かつ回転自在に設けられ、前記ローディング機構が前記入力ディスクを押圧するときに生じる軸方向の反力を支持する軸力支持軸と、からなる。
【発明の効果】
【００１４】
前記バリエータを軸力の反力を主に支持する軸力支持軸と、入力ディスクのトルクを専ら受ける入力ディスク連結軸とに分割したので、それぞれの軸の外径を小さくして、トータルとしてのバリエータ入力軸の外径を小さくし、十分な耐久性を確保しつつ、軽量でコンパクトな無段変速装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用した無段変速装置のトロイダル型無段変速機の構成を示している。
【００１６】
無段変速装置は、動力源として例えばエンジンＥに連結されたトルクコンバータ等の発進装置２に接続する入力軸３およびローディング機構２０を備える。したがって、エンジンＥの動力は、ローディング機構２０を介してダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機（以下、バリエータという）２２に伝達される。バリエータ２２にはローディング機構２０を介して動力が伝達される一対の入力ディスク１４ａ、１４ｂが対向して設けられる。一対の入力ディスク１４ａ、１４ｂは、ローディング機構２０を介してバリエータ入力軸８に連動して回転する。この一対の入力ディスク１４ａ、１４ｂの間にはバリエータ入力軸８に対し遊嵌状態の一対の出力ディスク１８が同軸的に配置される。
【００１７】
入力ディスク１４ａ、１４ｂと出力ディスク１８との間には傾転自在に転接された複数のパワーローラ１６が設けられる。したがって、ローディング機構２０により入力ディスク１４ａ、１４ｂが軸方向に押され、入力ディスク１４ａ、１４ｂがパワーローラ１６を介して出力ディスク１８に押し付けることにより、入力ディスク１４ａ、１４ｂの動力が出力ディスク１８に伝達される。
【００１８】
ここで、バリエータ入力軸８は、軸力支持軸１０と入力ディスク連結軸１５とから構成される。軸力支持軸１０は、ローディング機構２０が入力ディスク１４ａ、１４ｂを押圧する時に生じる軸方向反力を支持するように、ローディング機構２０と相対回転可能にスラスト力を受けるアンギュラ玉軸受１２ａ、１２ｂにより両端を支持される。
【００１９】
入力ディスク連結軸１５は、軸力支持軸１０と同軸上に、かつ軸力支持軸１０に対して回転自在に設けられる。入力ディスク連結軸１５は、一対の入力ディスク１４ａ、１４ｂの相対回転を禁止し、軸方向に変位可能に支持する。したがって、軸力支持軸１０がローディング機構２０の押圧力の反力を受け、一方、入力ディスク連結軸１５が入力ディスク１４ａ、１４ｂの回転トルクの反力を受ける構成となる。
【００２０】
さらに入力ディスク連結軸１５と同軸上に一対の出力ディスク１８が嵌合する出力ディスク連結軸１９が回転自在に設置される。出力ディスク連結軸１９には第１歯車７ａが設けられ、出力ディスク１８の動力が第１歯車７ａを介して図示しない駆動輪等に伝達される。
【００２１】
次に、作用を説明する。
【００２２】
今、バリエータ２２の変速比が小さい時、すなわち、Ｈｉｇｈ状態にある時に、アクセルペダルを急激に離した場合、減速によるエンジンブレーキトルクが図示しない駆動輪から第１歯車７ａを経て出力ディスク１８に作用する。この場合、出力ディスク１８から見ると変速比はＬｏｗ状態であるため、出力ディスク１８より大きなトルクが増幅されて入力ディスク１４ａ、１４ｂに作用する。この増幅されたトルクは、入力ディスク１４ａ、１４ｂから入力ディスク連結軸１５に伝達され、１つのトルクに合わされる。この合流したトルクがローディング機構２０に作用し、その結果、ローディング機構２０により生じた軸方向反力、即ち軸力（引張力）が軸力支持軸１０に作用する。
【００２３】
以上より、入力ディスク連結軸１５には専らトルクが、軸力支持軸１０には主に軸力が作用する。軸の応力は、トルク（捩りトルク）に対してはおおよそ軸径の１／３乗に、引張力に対してはおおよそ軸径の１／２乗に比例する。本発明では、トルクと引張力を分担する軸を、トルクを専ら分担する入力ディスク連結軸１５と引張力を主に分担する軸力支持軸１０に分割したので、それぞれに最適な軸径が選択出来る。その結果、バリエータ入力軸８の径方向の寸法を短縮できる。このため、バリエータ２２の径寸法を小型化し、軽量でコンパクトな無段変速装置を提供することができる。
【００２４】
また、軸力支持軸１０は、その両端をアンギュラ玉軸受１２ａ、１２ｂにより支持され、軸方向反力をアンギュラ玉軸受１２ａ、１２ｂを介して受けるため、捩り方向のさらなるフリクションの低減が図れ、さらなる捩りトルクと張力の分離が図れる。
【００２５】
なお、車両が急減速を行った場合や急降坂路をエンジンブレーキにより走行する場合などの出力ディスク１８から入力ディスク１４ａ、１４ｂに動力が流入する場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【００２６】
図２に第２の実施形態として無段変速機を備えた無段変速装置の構成図を示す。この実施形態の無段変速装置は、バリエータ２２と、動力源としてのエンジンＥの動力を動力伝達軸１からバリエータ２２に選択的に伝達する発進装置２と、複数の歯車からなる第１から第４動力伝達機構７、９、１１、２１と、発進装置２の動力をバリエータ２２と第２動力伝達機構９とに分割して伝達する遊星歯車機構１７と、第３動力伝達機構１１と第４動力機構２１に備えられ、歯車の回転を拘束するクラッチ４、６と、バリエータ２２と出力軸１９との接続を制御するクラッチ５と、およびクラッチ群４〜６を制御する制御装置２３から構成される。なお、バリエータ２２の構成は、図１に示すバリエータに対してローディング機構２０の位置を除き略同一である。
【００２７】
エンジンＥに連結された動力伝達軸１は、トルクコンバータ等の発進装置２、発進装置２の出力を伝達する入力軸（タービン軸）３を介して遊星歯車機構１７（差動歯車機構）のリングギヤ（第１回転要素）１７ｅに接続される。このリングギヤ１７ｅに伝達された動力の一部が、遊星歯車機構１７のサンギヤ（第２回転要素）１７ａに伝達され、残りの動力がキャリヤ（第３回転要素）１７ｄに伝達される。すなわち、遊星歯車機構１７は、リングギヤ１７ｅに伝達された動力をサンギヤ１７ａとキャリア１７ｄへ分配する動力分配機構として作用する。
【００２８】
サンギヤ１７ａに伝達された動力は、入力軸３と同軸上に配置したバリエータ入力軸８の軸力支持軸１０を経てローディング機構２０に伝達される。このローディング機構２０を介してバリエータ２２の入力ディスク１４ａ、１４ｂに動力が伝達されるようになっている。ここで、ローディング機構２０は、バリエータ２２に対して遊星歯車機構１７と相反する側に設置されている。
【００２９】
なお、バリエータ入力軸８は、軸力支持軸１０と入力ディスク連結軸１５とから構成される。軸力支持軸１０は、アンギュラ玉軸受１２ａ、１２ｂにより両端を支持されるとともに、ローディング機構２０が入力ディスク１４ａ、１４ｂを押し付ける軸力の反力を主に受ける。
【００３０】
一対の入力ディスク１４ａ、１４ｂは、バリエータ２２に互いに対向して設けられる。これら入力ディスク１４ａ、１４ｂは、軸力支持軸１０と同軸上に、かつ軸力支持軸１０に対して相対回転可能に設置された入力ディスク連結軸１５に連結する。入力ディスク連結軸１５は、入力ディスク１４ａ、１４ｂを軸方向に変位可能に支持するとともに、相対回転を禁止するように支持する。この一対の入力ディスク１４ａ、１４ｂ間に、一対の出力ディスク１８が入力ディスク連結軸１５と同軸上に、かつ入力ディスク連結軸１５に対して回転自在に配置される。この一対の出力ディスク１８は、出力ディスク連結軸１９に嵌合し、一体に回転する。
【００３１】
入力ディスク１４ａ、１４ｂと出力ディスク１８との間には傾転自在に転接されたパワーローラ１６がそれぞれ設けられる。ローディング機構２０により入力ディスク１４ａ、１４ｂが出力ディスク１８にパワーローラ１６を介して押圧されることで、動力は、パワーローラ１６を介して入力ディスク１４ａ、１４ｂから出力ディスク１８に伝達される。
【００３２】
出力ディスク１８は、出力ディスク連結軸１９に固定された第１動力伝達機構７の第１ギヤ７ａに接続する。ここで、第１動力伝達機構７は、第１ギヤ７ａと、第１ギヤ７ａに噛合する第２ギヤ７ｂと、第２ギア７ｂに噛合してカウンタ軸２４に固定される第３ギヤ７ｃとから構成される。ここで、カウンタ軸２４は軸力支持軸１０と並行に設置される軸である。したがって、出力ディスク１８の動力は、第１ギヤ７ａから、第２ギヤ７ｂ、第３ギヤ７ｃを介してカウンタ軸２４に伝達される。
【００３３】
一方、遊星歯車機構１７のキャリヤ１７ｄは、第２動力伝達機構９の第４ギヤ９ａに結合する。ここで、第２動力伝達機構９は、バリエータ入力軸８と同軸上に、かつ回転自在に設置された第４ギヤ９ａと、第４ギヤ９ａと噛合してカウンタ軸２４に固定された第５ギヤ９ｂで構成される。したがって、前記キャリヤ１７ｄの動力は、第２動力伝達機構９を介して、カウンタ軸２４に伝達される。
【００３４】
カウンタ軸２４は、前述のように第１動力伝達機構７の第２ギヤ７ｂと結合しているため、第１動力伝達機構７を経由した動力と第２動力伝達機構９を経由した動力とがカウンタ軸２４にて合流する。
【００３５】
さらに、このカウンタ軸２４の一端部には第３、第４動力伝達機構１１、２１が配置されている。第３動力伝達機構１１は、軸力支持軸１０と同軸上に、かつ回転自在に設けられた第６ギヤ１１ａと、第６ギヤ１１ａに噛み合う第７ギヤ１１ｂを備える（なお、図２では第６ギヤ１１ａと第７ギヤ１１ｂが噛合していないが、実際には噛合している）。さらに、第６ギヤ１１ａは、出力軸１９に結合するとともに、“締結”または“解放”を行える前進高速クラッチ５を介して、ローディング機構２０に接続する軸力支持軸１０と選択的に連結する。一方、第７ギヤ１１ｂは、“締結”または“解放”を行える前進低速クラッチ４を介してカウンタ軸２４に選択的に連結している。
【００３６】
次に、第４動力伝達機構２１は、カウンタ軸２４に固定された第９ギヤ２１ａと、第９ギヤ２１ａと噛み合う第１０ギヤ２１ｂと、第６ギヤ１１ａと噛み合う第８ギヤ１１ｃとを備える。ここで、第１０ギヤ２１ｂはカウンタ軸２４と並設された第２カウンタ軸２１ｃに固定される。第８ギヤ１１ｃは第２カウンタ軸２１ｃに同軸に設置され、第８ギヤ１１ｃは“締結”または“解放”を行える後進クラッチ６を介して選択的に第２カウンタ軸２１ｃに連結する。
【００３７】
出力軸１９は、前進高速クラッチ５を介してバリエータ入力軸８の軸力支持軸１０に連結している。
【００３８】
次に、本発明の無段変速装置の動力伝達モードを説明する。
【００３９】
今、入力軸３が停止しており、かつバリエータ２２が最大減速位置（最Ｌｏｗ）にあると共に、前進高速クラッチ５と後進クラッチ６が解放状態に、前進低速クラッチ４が締結状態にあるとする。この状態から発進装置２の作用により入力軸３を所定方向に回転開始させると、この入力軸３の回転に伴って、遊星歯車機構１７のリングギヤ１７ｅが入力軸３と同方向に同一回転速度で回転する。そのとき、リングギヤ１７ｅの動力は遊星歯車機構１７のサンギヤ１７ａおよびキャリヤ１７ｄの各々に分配される。サンギヤ１７ａに分配された動力は、バリエータ２２、すなわち、軸力支持軸１０、ローディング機構２０、入力ディスク１４、パワーローラ１６、出力ディスク１８を経て、第１動力伝達機構７、カウンタ軸２４に伝達される。
【００４０】
一方、キャリヤ１７ｄに分配された動力は、第２動力伝達機構９を経て、カウンタ軸２４に伝達される。カウンタ軸２４にて合流された動力は、前進低速クラッチ４が締結状態にある第３動力伝達機構１１を経て、出力軸１９に所定方向の回転で、かつ動力伝達軸１よりも低速回転となるように伝達される。これが前進低速モードとなる。
【００４１】
そして、前進低速モードを維持しながらバリエータ２２を増速側に変速させると、出力軸１９の回転速度が増加し、パワースプリット型無段変速機の速度比が増速側に変化する。
【００４２】
次に、前進高速クラッチ５を締結し、前進低速クラッチ４と後進クラッチ６を解放する。この場合には、バリエータ２２を通過する動力の伝達方向が前進低速モードと逆になる。すなわち、前進低速モードと同じく、リングギヤ１７ｅの動力は、遊星歯車機構１７のサンギヤ１７ａおよびキャリヤ１７ｄの各々に分配されて伝達される。しかし、キャリヤ１７ｄに分配された動力は、第２動力伝達機構９、カウンタ軸２４、バリエータ２２、すなわち、出力ディスク１８、パワーローラ１６、入カディスク５、機械式ローディング機構２０を経て、軸力支持軸１０に伝達される。一方、サンギヤ１７ａに分配された動力はバリエータ入力軸８の軸力支持軸１０に伝達される。軸力支持軸１０にて合流された動力は、前進高速クラッチ５を経て出力軸１９に伝達される。これが前進高速モードである。
【００４３】
次に、前進高速モードでの本発明の作用を説明する。バリエータ２２の変速比が小なる時、すなわち、Ｈｉｇｈ状態にある時に、出力ディスク１８から見るとＬｏｗ状態であるため、入力ディスク１４ａ、１４ｂには増幅された大きなトルクが作用する。この入力ディスク１４ａに作用するトルクは入力ディスク連結軸１５を経て入力ディスク１４ｂで入力ディスク１４ｂのトルクと合流する。この合流したトルクがローディング機構２０に作用し、その結果、ローディング機構２０により生じた軸方向反力、即ち軸力が軸力支持軸１０に作用する。
【００４４】
つまり、入力ディスク連結軸１５には入力ディスク１４ａ、１４ｂのトルクが専ら作用し、軸力支持軸１０には軸力と、遊星歯車機構１７からバリエータ入力軸８に流入したトルクが作用する。バリエータ入力軸８に流入するトルクは遊星歯車機構１７により動力が分配されるため比較的小さい。その結果、軸力支持軸１０と入力ディスク軸１５の外径を小さくすることができる。これにより、バリエータ２２の径方向の寸法を短縮でき、軽量でコンパクトな無段変速装置を提供することができる。
【００４５】
また、第１の実施例と異なり、ローディング機構２０をバリエータ２２に対し、エンジンＥ等の駆動源と反対側に配設したため、前進高速モードにおいて、軸力支持軸１０が伝達するトルクが、エンジンＥ等の駆動源と同じ側に配設した場合に比較して大幅に減少出来るという効果がある。
【００４６】
なお、前記各実施の形態では、トロイダル型無段変速機として、いわゆる、ハーフトロイダル型無段変速機を示したがフルトロイダル型無段変速機を使った機構でも良いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、十分な耐久性を確保しつつ、軽量でコンパクトな無段変速装置を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の第１の実施形態における無段変速機の構成図。
【図２】この発明の第２の実施形態における無段変速装置の構成図。
【符号の説明】
【００４９】
Ｅ…エンジン
１…動力伝達軸
２…トルクコンバータ
３…入力軸
４…前進低速クラッチ
５…前進高速クラッチ
６…後進クラッチ
７…第１動力伝達機構
８…バリエータ入力軸
９…第２動力伝達機構
１０…軸力支持軸
１１…第３動力伝達機構
１２ａ、１２ｂ…アンギュラ玉軸受
１４ａ、１４ｂ…入力ディスク
１５…入力ディスク連結軸
１６…パワーローラ
１８…出力ディスク
１９…出力軸
２０…ローディング機構
２１…第４動力伝達機構
２１ｃ…第２カウンタ軸
２２…バリエータ
２３…制御装置
２４…カウンタ軸
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無段変速装置、特に自動車用として用いる無段変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用変速機用の無段変速装置として、駆動軸と、入力側ディスクと出力側ディスクとの間にパワーローラが傾転自在に配設されたトロイダル型無段変速機と、このトロイダル型無段変速機の出力を２自由度を有する遊星歯車機構に出力歯車等を経て伝達する第１の動力伝達機構と、入力軸より無段変速機をバイパスして直接２自由度を有する遊星歯車機構に伝達する第２の動力伝達機構と、出力軸とを備えたものがある（特許文献１の図１参照のこと）。
【０００３】
この構成を説明すると、エンジン１９に接続する駆動軸１８の動力は、押圧装置１０を介してトロイダル型無段変速機２４ｂの入力側ディスク２Ａ、２Ｂに伝達される。入力ディスク２Ａ、２Ｂは、パワーローラ９を押圧し、動力を出力側ディスク４Ａに伝達する。出力側ディスク４Ａは第１の動力伝達機構３２に接続されており、動力は第１の動力伝達機構３２から出力軸２３ａに伝達される。
【０００４】
ここで、無段変速機２４ｂの入力軸１１ａは、入力側ディスク２Ａ、２Ｂを相対回転を禁止し、軸方向に変位可能に支持される。また、出力側ディスク４Ａは、入力軸１１ａに対して回転自在に支持される。また、入力軸１１は、押圧装置１０に入力軸回りに相対回転可能に支持されており、かつ、入力側ディスク２Ａ、２Ｂに作用する押圧力の軸方向反力を押圧装置１０を介して支持するよう構成される。
【０００５】
また、エンジン１９に接続する駆動軸１８の動力は、第２の動力伝達機構３５を通じて２自由度を有する遊星歯車機構２５ａに伝達され、遊星歯車機構２５ａから出力軸２３ａに伝達される。
【０００６】
この無段変速装置においては、遊星歯車機構２５ａを介して第１の動力伝達機構３２が出力軸２３ａに直接動力を伝達する第１のモードと、この第１のモードにおいて、遊星歯車機構２５ａからトロイダル型無段変速機２４ｂに動力循環した動力が入カした動力と合算されて第２の動力伝達機構３５を経て遊星歯車機構２５ａに流入し、出力軸２３ａには流入した動力と動力循環した動力の差が出力動力として出力される第２のモードとを設定している。
【０００７】
前記第２のモードにおいては、高速走行時にトロイダル型無段変速機２４ｂに入力される動力を小さくして、このトロイダル型無段変速機２４ｂの構成部品の耐久性の向上が図れると共に、伝達効率の向上が図れる。
【０００８】
さらに、上記無段変速装置においては、第１のモードの変速比と第２のモードの変速比が連続して切替られるため、無段変速装置の変速比巾（最Ｌｏｗ変速比／最Ｈｉｇｈ変速比）がトロイダル型無段変速機の変速比巾より拡大できる利点がある。
【特許文献１】特開平２００２−２１９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記第２のモードにおいては、トロイダル型無段変速機２４ｂの出力側ディスク４Ａから入力側ディスク２Ａに動力が循環するモードであるため、トロイダル型無段変速機２４ｂの変速比（＝入力側ディスク回転数／出力側ディスク回転数）が小なる場合、出力側ディスク４Ａに流入したトルクが１／変速比を乗じた値に増幅され入力ディスク２Ａに伝達される。この際、一組の入力側ディスク２Ａ、２Ｂ間に互いに作用する軸方向反力は押圧装置１０により生じるが、この押圧装置１０により生じる軸方向推力は入力側ディスク２Ａ、２Ｂに伝達されるトルクに比例する。この結果、大きな軸方向推力が押圧装置１０を介して入力軸１１ａに生じることになる。
【００１０】
そのため、一組の入力側ディスク２Ａ、２Ｂ間の軸方向反力をうける入力軸１１ａには、入力側ディスク２Ａ、２Ｂの回転に伴う捩りトルクと軸方向反力とが同時に作用することになる。このため、入力軸１１ａは、これに耐えるように十分な軸径が必要となり、装置の重量や寸法の増大につながる。
【００１１】
その結果、トロイダル型無段変速機の径方向の寸法が増加し、設置スペースやコストも増加するという問題がある。
【００１２】
したがって、この発明の目的は、小型でかつ軽量な無段変速装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、動力源により回転駆動されるバリエータ入力軸と、前記バリエータ入力軸に基づく動力を取り出す出力軸と、前記バリエータ入力軸と前記出力軸との間に配設され、入力ディスクと、出力ディスクと、前記入力ディスクと前記出力ディスクの間に傾転自在に配設されたパワーローラとからなるトロイダル型無段変速機構と、前記入力ディスクを前記パワーローラを介して前記出力ディスクに押圧するローディング機構とを備えた無段変速装置において、前記バリエータ入力軸は、前記入力ディスクを軸方向に移動可能に、かつ相対回転不能に支持する入力ディスク連結軸と、この入力ディスク連結軸と同軸上に、かつ回転自在に設けられ、前記ローディング機構が前記入力ディスクを押圧するときに生じる軸方向の反力を支持する軸力支持軸と、からなる。
【発明の効果】
【００１４】
前記バリエータを軸力の反力を主に支持する軸力支持軸と、入力ディスクのトルクを専ら受ける入力ディスク連結軸とに分割したので、それぞれの軸の外径を小さくして、トータルとしてのバリエータ入力軸の外径を小さくし、十分な耐久性を確保しつつ、軽量でコンパクトな無段変速装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用した無段変速装置のトロイダル型無段変速機の構成を示している。
【００１６】
無段変速装置は、動力源として例えばエンジンＥに連結されたトルクコンバータ等の発進装置２に接続する入力軸３およびローディング機構２０を備える。したがって、エンジンＥの動力は、ローディング機構２０を介してダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機（以下、バリエータという）２２に伝達される。バリエータ２２にはローディング機構２０を介して動力が伝達される一対の入力ディスク１４ａ、１４ｂが対向して設けられる。一対の入力ディスク１４ａ、１４ｂは、ローディング機構２０を介してバリエータ入力軸８に連動して回転する。この一対の入力ディスク１４ａ、１４ｂの間にはバリエータ入力軸８に対し遊嵌状態の一対の出力ディスク１８が同軸的に配置される。
【００１７】
入力ディスク１４ａ、１４ｂと出力ディスク１８との間には傾転自在に転接された複数のパワーローラ１６が設けられる。したがって、ローディング機構２０により入力ディスク１４ａ、１４ｂが軸方向に押され、入力ディスク１４ａ、１４ｂがパワーローラ１６を介して出力ディスク１８に押し付けることにより、入力ディスク１４ａ、１４ｂの動力が出力ディスク１８に伝達される。
【００１８】
ここで、バリエータ入力軸８は、軸力支持軸１０と入力ディスク連結軸１５とから構成される。軸力支持軸１０は、ローディング機構２０が入力ディスク１４ａ、１４ｂを押圧する時に生じる軸方向反力を支持するように、ローディング機構２０と相対回転可能にスラスト力を受けるアンギュラ玉軸受１２ａ、１２ｂにより両端を支持される。
【００１９】
入力ディスク連結軸１５は、軸力支持軸１０と同軸上に、かつ軸力支持軸１０に対して回転自在に設けられる。入力ディスク連結軸１５は、一対の入力ディスク１４ａ、１４ｂの相対回転を禁止し、軸方向に変位可能に支持する。したがって、軸力支持軸１０がローディング機構２０の押圧力の反力を受け、一方、入力ディスク連結軸１５が入力ディスク１４ａ、１４ｂの回転トルクの反力を受ける構成となる。
【００２０】
さらに入力ディスク連結軸１５と同軸上に一対の出力ディスク１８が嵌合する出力ディスク連結軸１９が回転自在に設置される。出力ディスク連結軸１９には第１歯車７ａが設けられ、出力ディスク１８の動力が第１歯車７ａを介して図示しない駆動輪等に伝達される。
【００２１】
次に、作用を説明する。
【００２２】
今、バリエータ２２の変速比が小さい時、すなわち、Ｈｉｇｈ状態にある時に、アクセルペダルを急激に離した場合、減速によるエンジンブレーキトルクが図示しない駆動輪から第１歯車７ａを経て出力ディスク１８に作用する。この場合、出力ディスク１８から見ると変速比はＬｏｗ状態であるため、出力ディスク１８より大きなトルクが増幅されて入力ディスク１４ａ、１４ｂに作用する。この増幅されたトルクは、入力ディスク１４ａ、１４ｂから入力ディスク連結軸１５に伝達され、１つのトルクに合わされる。この合流したトルクがローディング機構２０に作用し、その結果、ローディング機構２０により生じた軸方向反力、即ち軸力（引張力）が軸力支持軸１０に作用する。
【００２３】
以上より、入力ディスク連結軸１５には専らトルクが、軸力支持軸１０には主に軸力が作用する。軸の応力は、トルク（捩りトルク）に対してはおおよそ軸径の１／３乗に、引張力に対してはおおよそ軸径の１／２乗に比例する。本発明では、トルクと引張力を分担する軸を、トルクを専ら分担する入力ディスク連結軸１５と引張力を主に分担する軸力支持軸１０に分割したので、それぞれに最適な軸径が選択出来る。その結果、バリエータ入力軸８の径方向の寸法を短縮できる。このため、バリエータ２２の径寸法を小型化し、軽量でコンパクトな無段変速装置を提供することができる。
【００２４】
また、軸力支持軸１０は、その両端をアンギュラ玉軸受１２ａ、１２ｂにより支持され、軸方向反力をアンギュラ玉軸受１２ａ、１２ｂを介して受けるため、捩り方向のさらなるフリクションの低減が図れ、さらなる捩りトルクと張力の分離が図れる。
【００２５】
なお、車両が急減速を行った場合や急降坂路をエンジンブレーキにより走行する場合などの出力ディスク１８から入力ディスク１４ａ、１４ｂに動力が流入する場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【００２６】
図２に第２の実施形態として無段変速機を備えた無段変速装置の構成図を示す。この実施形態の無段変速装置は、バリエータ２２と、動力源としてのエンジンＥの動力を動力伝達軸１からバリエータ２２に選択的に伝達する発進装置２と、複数の歯車からなる第１から第４動力伝達機構７、９、１１、２１と、発進装置２の動力をバリエータ２２と第２動力伝達機構９とに分割して伝達する遊星歯車機構１７と、第３動力伝達機構１１と第４動力機構２１に備えられ、歯車の回転を拘束するクラッチ４、６と、バリエータ２２と出力軸１９との接続を制御するクラッチ５と、およびクラッチ群４〜６を制御する制御装置２３から構成される。なお、バリエータ２２の構成は、図１に示すバリエータに対してローディング機構２０の位置を除き略同一である。
【００２７】
エンジンＥに連結された動力伝達軸１は、トルクコンバータ等の発進装置２、発進装置２の出力を伝達する入力軸（タービン軸）３を介して遊星歯車機構１７（差動歯車機構）のリングギヤ（第１回転要素）１７ｅに接続される。このリングギヤ１７ｅに伝達された動力の一部が、遊星歯車機構１７のサンギヤ（第２回転要素）１７ａに伝達され、残りの動力がキャリヤ（第３回転要素）１７ｄに伝達される。すなわち、遊星歯車機構１７は、リングギヤ１７ｅに伝達された動力をサンギヤ１７ａとキャリア１７ｄへ分配する動力分配機構として作用する。
【００２８】
サンギヤ１７ａに伝達された動力は、入力軸３と同軸上に配置したバリエータ入力軸８の軸力支持軸１０を経てローディング機構２０に伝達される。このローディング機構２０を介してバリエータ２２の入力ディスク１４ａ、１４ｂに動力が伝達されるようになっている。ここで、ローディング機構２０は、バリエータ２２に対して遊星歯車機構１７と相反する側に設置されている。
【００２９】
なお、バリエータ入力軸８は、軸力支持軸１０と入力ディスク連結軸１５とから構成される。軸力支持軸１０は、アンギュラ玉軸受１２ａ、１２ｂにより両端を支持されるとともに、ローディング機構２０が入力ディスク１４ａ、１４ｂを押し付ける軸力の反力を主に受ける。
【００３０】
一対の入力ディスク１４ａ、１４ｂは、バリエータ２２に互いに対向して設けられる。これら入力ディスク１４ａ、１４ｂは、軸力支持軸１０と同軸上に、かつ軸力支持軸１０に対して相対回転可能に設置された入力ディスク連結軸１５に連結する。入力ディスク連結軸１５は、入力ディスク１４ａ、１４ｂを軸方向に変位可能に支持するとともに、相対回転を禁止するように支持する。この一対の入力ディスク１４ａ、１４ｂ間に、一対の出力ディスク１８が入力ディスク連結軸１５と同軸上に、かつ入力ディスク連結軸１５に対して回転自在に配置される。この一対の出力ディスク１８は、出力ディスク連結軸１９に嵌合し、一体に回転する。
【００３１】
入力ディスク１４ａ、１４ｂと出力ディスク１８との間には傾転自在に転接されたパワーローラ１６がそれぞれ設けられる。ローディング機構２０により入力ディスク１４ａ、１４ｂが出力ディスク１８にパワーローラ１６を介して押圧されることで、動力は、パワーローラ１６を介して入力ディスク１４ａ、１４ｂから出力ディスク１８に伝達される。
【００３２】
出力ディスク１８は、出力ディスク連結軸１９に固定された第１動力伝達機構７の第１ギヤ７ａに接続する。ここで、第１動力伝達機構７は、第１ギヤ７ａと、第１ギヤ７ａに噛合する第２ギヤ７ｂと、第２ギア７ｂに噛合してカウンタ軸２４に固定される第３ギヤ７ｃとから構成される。ここで、カウンタ軸２４は軸力支持軸１０と並行に設置される軸である。したがって、出力ディスク１８の動力は、第１ギヤ７ａから、第２ギヤ７ｂ、第３ギヤ７ｃを介してカウンタ軸２４に伝達される。
【００３３】
一方、遊星歯車機構１７のキャリヤ１７ｄは、第２動力伝達機構９の第４ギヤ９ａに結合する。ここで、第２動力伝達機構９は、バリエータ入力軸８と同軸上に、かつ回転自在に設置された第４ギヤ９ａと、第４ギヤ９ａと噛合してカウンタ軸２４に固定された第５ギヤ９ｂで構成される。したがって、前記キャリヤ１７ｄの動力は、第２動力伝達機構９を介して、カウンタ軸２４に伝達される。
【００３４】
カウンタ軸２４は、前述のように第１動力伝達機構７の第２ギヤ７ｂと結合しているため、第１動力伝達機構７を経由した動力と第２動力伝達機構９を経由した動力とがカウンタ軸２４にて合流する。
【００３５】
さらに、このカウンタ軸２４の一端部には第３、第４動力伝達機構１１、２１が配置されている。第３動力伝達機構１１は、軸力支持軸１０と同軸上に、かつ回転自在に設けられた第６ギヤ１１ａと、第６ギヤ１１ａに噛み合う第７ギヤ１１ｂを備える（なお、図２では第６ギヤ１１ａと第７ギヤ１１ｂが噛合していないが、実際には噛合している）。さらに、第６ギヤ１１ａは、出力軸１９に結合するとともに、“締結”または“解放”を行える前進高速クラッチ５を介して、ローディング機構２０に接続する軸力支持軸１０と選択的に連結する。一方、第７ギヤ１１ｂは、“締結”または“解放”を行える前進低速クラッチ４を介してカウンタ軸２４に選択的に連結している。
【００３６】
次に、第４動力伝達機構２１は、カウンタ軸２４に固定された第９ギヤ２１ａと、第９ギヤ２１ａと噛み合う第１０ギヤ２１ｂと、第６ギヤ１１ａと噛み合う第８ギヤ１１ｃとを備える。ここで、第１０ギヤ２１ｂはカウンタ軸２４と並設された第２カウンタ軸２１ｃに固定される。第８ギヤ１１ｃは第２カウンタ軸２１ｃに同軸に設置され、第８ギヤ１１ｃは“締結”または“解放”を行える後進クラッチ６を介して選択的に第２カウンタ軸２１ｃに連結する。
【００３７】
出力軸１９は、前進高速クラッチ５を介してバリエータ入力軸８の軸力支持軸１０に連結している。
【００３８】
次に、本発明の無段変速装置の動力伝達モードを説明する。
【００３９】
今、入力軸３が停止しており、かつバリエータ２２が最大減速位置（最Ｌｏｗ）にあると共に、前進高速クラッチ５と後進クラッチ６が解放状態に、前進低速クラッチ４が締結状態にあるとする。この状態から発進装置２の作用により入力軸３を所定方向に回転開始させると、この入力軸３の回転に伴って、遊星歯車機構１７のリングギヤ１７ｅが入力軸３と同方向に同一回転速度で回転する。そのとき、リングギヤ１７ｅの動力は遊星歯車機構１７のサンギヤ１７ａおよびキャリヤ１７ｄの各々に分配される。サンギヤ１７ａに分配された動力は、バリエータ２２、すなわち、軸力支持軸１０、ローディング機構２０、入力ディスク１４、パワーローラ１６、出力ディスク１８を経て、第１動力伝達機構７、カウンタ軸２４に伝達される。
【００４０】
一方、キャリヤ１７ｄに分配された動力は、第２動力伝達機構９を経て、カウンタ軸２４に伝達される。カウンタ軸２４にて合流された動力は、前進低速クラッチ４が締結状態にある第３動力伝達機構１１を経て、出力軸１９に所定方向の回転で、かつ動力伝達軸１よりも低速回転となるように伝達される。これが前進低速モードとなる。
【００４１】
そして、前進低速モードを維持しながらバリエータ２２を増速側に変速させると、出力軸１９の回転速度が増加し、パワースプリット型無段変速機の速度比が増速側に変化する。
【００４２】
次に、前進高速クラッチ５を締結し、前進低速クラッチ４と後進クラッチ６を解放する。この場合には、バリエータ２２を通過する動力の伝達方向が前進低速モードと逆になる。すなわち、前進低速モードと同じく、リングギヤ１７ｅの動力は、遊星歯車機構１７のサンギヤ１７ａおよびキャリヤ１７ｄの各々に分配されて伝達される。しかし、キャリヤ１７ｄに分配された動力は、第２動力伝達機構９、カウンタ軸２４、バリエータ２２、すなわち、出力ディスク１８、パワーローラ１６、入カディスク５、機械式ローディング機構２０を経て、軸力支持軸１０に伝達される。一方、サンギヤ１７ａに分配された動力はバリエータ入力軸８の軸力支持軸１０に伝達される。軸力支持軸１０にて合流された動力は、前進高速クラッチ５を経て出力軸１９に伝達される。これが前進高速モードである。
【００４３】
次に、前進高速モードでの本発明の作用を説明する。バリエータ２２の変速比が小なる時、すなわち、Ｈｉｇｈ状態にある時に、出力ディスク１８から見るとＬｏｗ状態であるため、入力ディスク１４ａ、１４ｂには増幅された大きなトルクが作用する。この入力ディスク１４ａに作用するトルクは入力ディスク連結軸１５を経て入力ディスク１４ｂで入力ディスク１４ｂのトルクと合流する。この合流したトルクがローディング機構２０に作用し、その結果、ローディング機構２０により生じた軸方向反力、即ち軸力が軸力支持軸１０に作用する。
【００４４】
つまり、入力ディスク連結軸１５には入力ディスク１４ａ、１４ｂのトルクが専ら作用し、軸力支持軸１０には軸力と、遊星歯車機構１７からバリエータ入力軸８に流入したトルクが作用する。バリエータ入力軸８に流入するトルクは遊星歯車機構１７により動力が分配されるため比較的小さい。その結果、軸力支持軸１０と入力ディスク軸１５の外径を小さくすることができる。これにより、バリエータ２２の径方向の寸法を短縮でき、軽量でコンパクトな無段変速装置を提供することができる。
【００４５】
また、第１の実施例と異なり、ローディング機構２０をバリエータ２２に対し、エンジンＥ等の駆動源と反対側に配設したため、前進高速モードにおいて、軸力支持軸１０が伝達するトルクが、エンジンＥ等の駆動源と同じ側に配設した場合に比較して大幅に減少出来るという効果がある。
【００４６】
なお、前記各実施の形態では、トロイダル型無段変速機として、いわゆる、ハーフトロイダル型無段変速機を示したがフルトロイダル型無段変速機を使った機構でも良いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、十分な耐久性を確保しつつ、軽量でコンパクトな無段変速装置を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の第１の実施形態における無段変速機の構成図。
【図２】この発明の第２の実施形態における無段変速装置の構成図。
【符号の説明】
【００４９】
Ｅ…エンジン
１…動力伝達軸
２…トルクコンバータ
３…入力軸
４…前進低速クラッチ
５…前進高速クラッチ
６…後進クラッチ
７…第１動力伝達機構
８…バリエータ入力軸
９…第２動力伝達機構
１０…軸力支持軸
１１…第３動力伝達機構
１２ａ、１２ｂ…アンギュラ玉軸受
１４ａ、１４ｂ…入力ディスク
１５…入力ディスク連結軸
１６…パワーローラ
１８…出力ディスク
１９…出力軸
２０…ローディング機構
２１…第４動力伝達機構
２１ｃ…第２カウンタ軸
２２…バリエータ
２３…制御装置
２４…カウンタ軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源により回転駆動されるバリエータ入力軸と、
前記バリエータ入力軸に基づく動力を取り出す出力軸と、
前記バリエータ入力軸と前記出力軸との間に配設され、入力ディスクと、出力ディスクと、前記入力ディスクと前記出力ディスクの間に傾転自在に配設されたパワーローラとからなるトロイダル型無段変速機構と、
前記入力ディスクを前記パワーローラを介して前記出力ディスクに押圧するローディング機構と、
を備えた無段変速装置において、
前記バリエータ入力軸は、
前記入力ディスクを軸方向に移動可能に、かつ相対回転不能に支持する入力ディスク連結軸と、
この入力ディスク連結軸と同軸上に、かつ回転自在に設けられ、前記ローディング機構が前記入力ディスクを押圧するときに生じる軸方向の反力を支持する軸力支持軸と、
からなることを特徴とする無段変速装置。
【請求項２】
前記動力源から入力された動力を分配する動力分配機構を備え、
分配された一方の動力が前記入力ディスクを経由して前記出力ディスクに伝達され、他方の動力が前記トロイダル型無段変速機を介さずに伝達され、前記一方の動力と前記他方の動力とが合わさり、前記出力軸に伝達される第１モードと、
分配された一方の動力が前記出力ディスクから前記入力ディスクに伝達され、他方の動力が前記トロイダル型無段変速機を介さずに伝達され、前記一方の動力と前記他方の動力とが合わさり、前記出力軸に伝達される第２モードとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の無段変速装置。
【請求項３】
前記ローディング機構は、前記無段変速機構に対し、前記動力源と反対方向に配設したことを特徴とする請求項１または２に記載の無段変速装置。
【請求項４】
前記軸力支持軸は、その両端をアンギュラ玉軸受を介して前記ローディング機構に接続することを特徴とする請求項１乃至３に記載の無段変速装置。
【請求項１】
動力源により回転駆動されるバリエータ入力軸と、
前記バリエータ入力軸に基づく動力を取り出す出力軸と、
前記バリエータ入力軸と前記出力軸との間に配設され、入力ディスクと、出力ディスクと、前記入力ディスクと前記出力ディスクの間に傾転自在に配設されたパワーローラとからなるトロイダル型無段変速機構と、
前記入力ディスクを前記パワーローラを介して前記出力ディスクに押圧するローディング機構と、
を備えた無段変速装置において、
前記バリエータ入力軸は、
前記入力ディスクを軸方向に移動可能に、かつ相対回転不能に支持する入力ディスク連結軸と、
この入力ディスク連結軸と同軸上に、かつ回転自在に設けられ、前記ローディング機構が前記入力ディスクを押圧するときに生じる軸方向の反力を支持する軸力支持軸と、
からなることを特徴とする無段変速装置。
【請求項２】
前記動力源から入力された動力を分配する動力分配機構を備え、
分配された一方の動力が前記入力ディスクを経由して前記出力ディスクに伝達され、他方の動力が前記トロイダル型無段変速機を介さずに伝達され、前記一方の動力と前記他方の動力とが合わさり、前記出力軸に伝達される第１モードと、
分配された一方の動力が前記出力ディスクから前記入力ディスクに伝達され、他方の動力が前記トロイダル型無段変速機を介さずに伝達され、前記一方の動力と前記他方の動力とが合わさり、前記出力軸に伝達される第２モードとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の無段変速装置。
【請求項３】
前記ローディング機構は、前記無段変速機構に対し、前記動力源と反対方向に配設したことを特徴とする請求項１または２に記載の無段変速装置。
【請求項４】
前記軸力支持軸は、その両端をアンギュラ玉軸受を介して前記ローディング機構に接続することを特徴とする請求項１乃至３に記載の無段変速装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−２２６４８２（Ｐ２００６−２２６４８２Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４３７４４（Ｐ２００５−４３７４４）
【出願日】平成１７年２月２１日（２００５．２．２１）
【出願人】（０００２３１３５０）ジヤトコ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２１日（２００５．２．２１）
【出願人】（０００２３１３５０）ジヤトコ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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