JP3758546B2

JP3758546B2 - 無段変速装置

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Publication number: JP3758546B2
Application number: JP2001309844A
Authority: JP
Inventors: 慎司宮田; 大平劉
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: JP2003113935A; DE10246352B4; US7077777B2; DE10246352A1; US20030069106A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用の変速機として利用する、バリエータを組み込んだ無段変速装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平10-196759号公報に、駆動源により回転駆動される入力軸と、この入力軸の回転に基づく動力を取り出す出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間に配置された入出力ディスク及びパワーローラを備えたバリエータと、遊星歯車機構とを備えた無段変速装置が記載されている。
【０００３】
この無段変速装置は、前進時において、低速側、高速側２つのモードを有し、低速側のモードはバリエータのみを経由する動力伝達系を用い、高速側のモードではバリエータを経由する動力伝達系とバリエータを介さない動力伝達系とし、これら２つの動力伝達系が遊星歯車機構歯車の太陽歯車とリング歯車と遊星歯車との何れか２つの歯車に入力し、残りの１つの歯車が出力軸に連結し、２つの歯車の差動成分として出力されるようになっている。この無段変速装置は、高速側のモードではバリエータに流れる動力が小さくなるので、高効率、高寿命の装置となる効果を奏することができる。
【０００４】
特開平10-196759号公報の無段変速装置は、低速モードと高速モードを切り替えるモードチェンジ時のバリエータに入力されるトルクが、プラスからマイナス（またはその逆）へと大きく変動する。例えば、低速側のモードから高速側のモードへと切り替わるモードチェンジ時に入力トルクが、＋３５０Ｎｍから−２８０Ｎｍへと変動する。
【０００５】
また、低速側のモードで２つの動力伝達系を使用し、高速側のモードでバリエータのみを介するモードを使用し、低速側のモードにおいては遊星歯車の差動成分を０回転とすることにより発進クラッチが不要となるＧｅａｒｅｄＮｅｕｔｒａｌシステムにおいても、前記２つのモードを切り替える際に、同様にトルクの正負の反転が発生する。ちなみにＧｅａｒｅｄＮｅｕｔｒａｌシステムにおいては、バリエータが低速側の時にモードチェンジが行われる。
【０００６】
これらのシステムの他にも、バリエータと遊星歯車を組み合わせることで、２つ以上のモードを作り出す無段変速機装置が存在するが、モードチェンジの際には多くのレイアウトがトルクの正負が反転する。例えば、特開2000-220719号公報に示されるような２モードの無段変速装置が存在する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バリエータはトルクが変動すると図７に示すように変速する特性をもっている。図７は、回転数を２０００回転程度で一定とし、油温等も実車走行に近い温度で制御して変速指令を出さずにトルクだけを変更したときの計測結果である。このようにトルクを変動すると、変速指令を出していないにも関わらず、バリエータは変速してしまう。
【０００８】
この変速する理由としては、次の理由が考えられる。
（１）バリエータに負荷が加えられると、トラクション力が上下方向（パワーローラを支持するトラニオンの傾転軸方向）に発生し、その反力としてトラニオンを移動させる機構のピストン力が逆向きに働く。パワーローラを支持するラジアルニードル軸受やピボットを支持するラジアルニードル軸受にはもちろん隙間が存在する。この為、負荷が加えられると、パワーローラの内輪はこれらの隙間の総和分を上下方向に移動することになる。このパワーローラが上下方向に移動することにより、サイドスリップが発生し、パワーローラが変速してしまう。
（２）また、トラニオンの弾性変形によりトラニオンシャフトがたわむ影響でトルクの負荷に対して変速比が変動する。トラクションドライブにはトラクション接触点に押付け力を作用させる必要があり、その力をトラニオンで支持する。
【０００９】
また、トラニオンは２つのヨークで支持されて、この前後左右のトラニオン間に発生している力をキャンセルする。したがって、トラニオンは２点支持された梁に荷重が加わっていることになり、当然、弾性変形する。これにより、トラニオンシャフト自身は力を受けないので弾性変形しないが、トラニオンの弾性変形の影響を受け、トラニオンシャフトが傾いてしまう。これにより、トラニオンを移動させる機構のプリセスカムとバルブリンクの接点が移動してしまい、スプールが軸方向に移動してしまう。この結果、バルブが切れ、差圧が発生し、変速が発生する。
【００１０】
これらの要因が重なり、図７に示すように、トルクが負荷されると変速指令を出していないにも関わらず、バリエータが変速してしまう。
この変速の変動が安定的に発生するのであれば、変速指令を出すことにより変速ショックの発生を抑えることができる。しかしながら、モードチェンジの時に、つまりトルクが変動した時に制御が不安定になることは避けなければならない。ちなみに、モードの切り替え時においては、運転者はモードチェンジを意図せず、運転者が無意識のうちにモードチェンジが発生する。したがって、モードチェンジにおいてクラッチの断続時間が長いと、動力を生じていない状態となり、エンジンが吹き上がる等で運転者が違和感を覚える。
【００１１】
以上のことから、モードチェンジは安定して行わなければならないことと同時に、短時間でクラッチを瞬間的に繁ぎ変えてモードチェンジを完了する必要がある。
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、モードチェンジにおいて安定したトルク変動を得ることで、変速ショックの発生を抑えて運転者に違和感を与えない無段変速装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１記載の無段変速装置は、駆動源により回転駆動される入力軸と、この入力軸の回転に基づく動力を取り出す出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間に配置された入出力ディスク及びパワーローラを備えたバリエータと、遊星歯車機構とを備え、駆動源の動力を、前記バリエータを介して前記遊星歯車機構に伝達する第１の動力伝達系と、前記バリエータを介さないで前記遊星歯車機構に伝達する第２の動力伝達系の２つで伝達され、これら第１、第２の動力伝達系に伝達された動力を前記遊星歯車機構を構成する太陽歯車とリング歯車と遊星歯車との３種類の歯車のうちの２つの歯車に合流させるとともに、前記２つの歯車以外の歯車が前記出力軸に連結されており、前進時に低速側及び高速側の何れか一方である第１のモード及び他方である第２のモードを持ち、これら第１及び第２のモードの切り換えにより前記バリエータに入力されるトルクの正負が反転し、これら第１及び第２のモードの切り換えは、第１のモードクラッチと第２のモードクラッチの一方を開放し他方を締結することにより行うようにした無段変速装置において、前記第１のモード及び前記第２のモードの切り換え動作に際して、前記第１のモードクラッチと前記第２のモードクラッチのうち、締結する側のモードクラッチがトルクを伝達し始めてから開放する側のモードクラッチがトルクを伝達しなくなるまでを、０．２〜１秒で行わせるモード切り換え手段を備えた装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る第１実施形態を示している。本実施形態の無段変速装置は、駆動源であるエンジン２１５のクランクシャフト２１６につながって、このエンジン２１５により回転駆動される入力軸２１７を備える。この入力軸２１７の入力側端部（図１の左端部）と前記クランクシャフト２１６の出力側端部（図１の右端部）との間には発進クラッチ２１８を、これらクランクシャフト２１６及び入力軸２１７に対し直列に設けている。したがって、本実施形態の場合には、これらクランクシャフト２１６と入力軸２１７とを、互いに同心に配置している。これに対して、前記入力軸２１７の回転に基づく動力を取り出す為の出力軸２１９を、この入力軸２１７と平行に配置している。そして、この入力軸２１７の周囲にバリエータ２２０を、前記出力軸２１９の周囲に遊星歯車機構２２１を、それぞれ設けている。
【００１４】
バリエータ２２０を構成するカム板２１０は、入力軸２１７の中間部で出力側端部寄り（図１の右寄り）部分に固定している。また、入力ディスク２０２と出力ディスク２０４とは、入力軸２１７の周囲に、ニードル軸受等、図示しない軸受により、この入力軸２１７に対し、互いに独立した回転を自在に支持している。そして、カム板２１０の片面（図１の左面）に形成したカム面２１３と入力ディスク２０２の外側面に形成したカム面２１４との間にローラ２１２、２１２を挟持し、押圧装置２０９を構成している。したがって、入力ディスク２０２は入力軸２１７の回転に伴い、出力ディスク２０４に向け押圧されつつ回転する。
【００１５】
入力ディスク２０２の内側面２０２ａと出力ディスク２０４の内側面２０４ａとの間に複数個（通常２〜３個）のパワーローラ２０８、２０８を挟持し、これら各パワーローラ２０８、２０８の周面２０８ａ、２０８ａと両内側面２０２ａ、２０４ａとを当接させている。これら各パワーローラ２０８、２０８は、図示しないトラニオン及び変位軸により、回転自在に支持している。バリエータ２２０は、従来から広く知られているバリエータと同様に、トラニオンを揺動させて各パワーローラ２０８、２０８を支持している変位軸の傾斜角度を変える事により、入力ディスク２０２と出力ディスク２０４との間の変速比を変える。
【００１６】
遊星歯車機構２２１を構成する太陽歯車２２２は、出力軸２１９の入力側端部（図１の右端部）に固定している。したがってこの出力軸２１９は、太陽歯車２２２の回転に伴って回転する。この太陽歯車２２２の周囲にはリング歯車２２３を、太陽歯車２２２と同心に、且つ回転自在に支持している。そして、このリング歯車２２３の内周面と太陽歯車２２２の外周面との間に、複数個（通常は３〜４個）の遊星歯車機構２２４、２２４を設けている。図示の例ではこれら各遊星歯車機構２２４、２２４は、それぞれ一対ずつの遊星歯車２２５ａ、２２５ｂを組み合わせて成る。これら一対ずつの遊星歯車２２５ａ、２２５ｂは、互いに噛合すると共に、外径側に配置した遊星歯車２２５ａをリング歯車２２３に噛合させ、内径側に配置した遊星歯車２２５ｂを太陽歯車２２２に噛合させている。この様に各遊星歯車機構２２４、２２４をそれぞれ一対ずつの遊星歯車２２５ａ、２２５ｂにより構成するのは、リング歯車２２３と太陽歯車２２２との回転方向を一致させる為である。したがって、他の構成部分との関係で、これらリング歯車２２３と太陽歯車２２２との回転方向を一致させる必要がなければ、単一の遊星歯車をこれらリング歯車２２３と太陽歯車２２２との両方に噛合させても良い。
【００１７】
上述の様な遊星歯車機構２２４、２２４は、キャリア２２６の片側面（図１の右側面）に、前記出力軸２１９と平行な枢軸２２７ａ、２２７ｂにより、回転自在に支持している。また、キャリア２２６は、出力軸２１９の中間部に、ニードル軸受等、図示しない軸受により、回転自在に支持している。
また、キャリア２２６と前記出力ディスク２０４とを、第１の動力伝達系２２８により、回転力の伝達を可能な状態に接続している。この第１の動力伝達系２２８は、互いに噛合した第１、第２の歯車２２９、２３０により構成している。即ち、第１の歯車２２９を前記出力ディスク２０４の外側面（図１の左側面）部分に、この出力ディスク２０４と同心に固定し、第２の歯車２３０を前記キャリア２２６の片側面（図１の左側面）部分に、このキャリア２２６と同心に固定している。したがってキャリア２２６は、出力ディスク２０４の回転に伴って、この出力ディスク２０４と反対方向に、前記第１、第２の歯車２２９、２３０の歯数に応じた速度で回転する。
【００１８】
一方、入力軸２１７とリング歯車２２３とは、第２の動力伝達系２３１により回転力の伝達を可能な状態に接続自在としている。この第２の動力伝達系２３１は、第１、第２のスプロケット２３２、２３３と、これら両スプロケット２３２、２３３同士の間に掛け渡したチェン２３４とにより構成している。即ち、第１のスプロケット２３２を入力軸２１７の出力側端部（図１の右端部）でカム板２１０から突出した部分に固定すると共に、第２のスプロケット２３３を伝達軸２３５の入力側端部（図１の右端部）に固定している。この伝達軸２３５は、出力軸２１９と同心に配置すると共に、転がり軸受等、図示しない軸受により、回転自在に支持している。したがって伝達軸２３５は、前記入力軸２１７の回転に伴って、この入力軸２１７と同方向に、前記第１、第２のスプロケット２３２、２３３の歯数に応じた速度で回転する。
【００１９】
本実施形態の無段変速装置は、クラッチ機構を備える。このクラッチ機構は、キャリア２２６と第２の動力伝達系２３１の構成部材である伝達軸２３５との何れか一方のみを、リング歯車２２３に接続する。本実施形態の場合に、このクラッチ機構は、本発明の第１のモードクラッチに対応する低速用クラッチ２３６と、同じく第２のモードクラッチに対応する高速用クラッチ２３７とから成る。このうちの低速用クラッチ２３６は、前記キャリア２２６の外周縁部と前記リング歯車２２３の軸方向一端部（図１の左端部）との間に設けている。この様な低速用クラッチ２３６は、接続時には、前記遊星歯車機構２２１を構成する太陽歯車２２２とリング歯車２２３と遊星歯車機構２２４、２２４との相対変位を阻止し、これら太陽歯車２２２とリング歯車２２３とを一体的に結合する。また、高速用クラッチ２３７は、前記伝達軸２３５と、前記リング歯車２２３に支持板２３８を介して固定した中心軸２３９との間に設けている。
【００２０】
ここで、図２に示すように、低速用クラッチ２３６及び高速用クラッチ２３７の駆動部２５０は、本発明のモード切り換え手段に相当する制御回路２５２に電気的に接続されており、制御回路２５２からの出力信号により、低速用クラッチ２３６及び高速用クラッチ２３７のクラッチ締結、クラッチ開放の動作が、所定の切り換え動作時間を設けて行われるようになっている。ここで、本実施形態の切り換え動作時間は、０．２〜１秒に設定されている。
【００２１】
さらに、図１に示すように、リング歯車２２３と、無段変速装置のハウジング（図示省略）等、固定の部分との間に、後退用クラッチ２４０を設けている。この後退用クラッチ２４０は、自動車を後退させるべく、出力軸２１９を逆方向に回転させる為に設けている。この後退用クラッチ２４０は、低速用クラッチ２３６と高速用クラッチ２３７との何れか一方が接続された状態では、接続が断たれる。また、この後退用クラッチ２４０が接続された状態では、低速用クラッチ２３６と高速用クラッチ２３７とは、何れも接続が断たれる。即ち、発進クラッチ２１８を除く、残り３個のクラッチ２３６、２３７、２４０は、何れか１個が接続されると、残り２個のクラッチの接続は断たれる。
【００２２】
図示の例では、出力軸２１９とデファレンシャルギヤ２４１とを、第３〜第５の歯車２４２〜２４４で構成する第３の動力伝達機構２４５により接続している。したがって、出力軸２１９が回転すると、これら第３の動力伝達機構２４５及びデファレンシャルギヤ２４１を介して左右一対の駆動軸２４６、２４６が回転し、自動車の駆動輪を回転駆動させる。
【００２３】
上述の様に構成した本実施形態の無段変速装置の作用は、次の通りである。先ず、低速走行時には、制御回路２５２の制御により、０．２〜１秒の切り換え動作時間で、低速用クラッチ２３６を接続すると共に、高速用クラッチ２３７及び後退用クラッチ２３０の接続を断つ。この状態で発進クラッチ２１８を接続し、前記入力軸２１７を回転させると、バリエータ２２０のみが、入力軸２１７から出力軸２１９に動力を伝達する。即ち、低速用クラッチ２３６の接続に伴って、リング歯車２２３とキャリア２２６とが一体的に結合され、遊星歯車機構２２１を構成する各歯車２２２、２２３、２２５ａ、２２５ｂ同士の相対回転が不能になる。また、高速用クラッチ２３７及び後退用クラッチ２３０の接続が断たれる事で、リング歯車２２３は、伝達軸２３５の回転速度に関係なく回転自在となる。
【００２４】
したがって、この状態で入力軸２１７を回転させると、この回転は押圧装置２０９を介して入力ディスク２０２に伝わり、更に複数のパワーローラ２０８、２０８を介して出力ディスク２０４に伝わる。さらに、この出力ディスク２０４の回転は、第１の動力伝達系２２８を構成する第１、第２の歯車２２９、２３０を介してキャリア２２６及びリング歯車２２３に伝わる。上述の様にこの状態では、遊星歯車機構２２１を構成する各歯車２２２、２２３、２２５ａ、２２５ｂ同士の相対回転が不能になっているので、前記出力軸２１９が、前記キャリア２２６及びリング歯車２２３と同じ速度で回転する。
【００２５】
この様な低速走行時に、入力側、出力側両ディスク２０２、２０４同士の間の変速比を変える際の作用自体は、従来のバリエータの場合と同様である。勿論、この状態では、前記入力軸２１７と出力軸２１９との間の変速比、即ち、無段変速装置全体としての変速比は、バリエータ２２０の変速比に比例する。また、この状態では、このバリエータ２２０に入力されるトルクは、入力軸２１７に加えられるトルクに等しくなる。なお、低速走行時には、前記第２の動力伝達系２３１を構成する第１、第２のスプロケット２３２、２３３とチェン２３４とは、空回りするだけである。
【００２６】
これに対して、高速走行時には、制御回路２５２の制御により、０．２〜１秒の切り換え動作時間で、高速用クラッチ２３７を接続すると共に、低速用クラッチ２３６及び後退用クラッチ２４０の接続を断つ。この状態で発進クラッチ２１８を接続し、入力軸２１７を回転させると、この入力軸２１７から前記出力軸２１９には、前記第２の動力伝達系２３１を構成する第１、第２のスプロケット２３２、２３３及びチェン２３４と遊星歯車機構２２１とが、動力を伝達する。
【００２７】
すなわち、高速走行時に入力軸２１７が回転すると、この回転は第２の動力伝達系２３１並びに高速用クラッチ２３７を介して中心軸２３９に伝わり、この中心軸２３９を固定したリング歯車２２３を回転させる。そして、このリング歯車２２３の回転が複数の遊星歯車機構２２４、２２４を介して太陽歯車２２２に伝わり、この太陽歯車２２２を固定した前記出力軸２１９を回転させる。リング歯車２２３が入力側となった場合に遊星歯車機構２２１は、各遊星歯車機構２２４、２２４が停止している（太陽歯車２２２の周囲で公転しない）と仮定すれば、リング歯車２２３と太陽歯車２２２との歯数の比に応じた変速比で増速を行なう。但し、各遊星歯車機構２２４、２２４は太陽歯車２２２の周囲を公転し、無段変速装置全体としての変速比は、これら各遊星歯車機構２２４、２２４の公転速度に応じて変化する。そこで、バリエータ２２０の変速比を変えて、前記遊星歯車機構２２４、２２４の公転速度を変えれば、前記無段変速装置全体としての変速比を調節できる。
【００２８】
次に、制御回路が、切り換え動作時間を０．２〜１秒として、低速用クラッチ２３６及び高速用クラッチ２３７の切り替え（クラッチ締結、クラッチ開放）をしてモードチェンジしたことについて、以下にその理由を説明する。
発明者等は、無段変速装置の解析プログラムを用いてトルクの急変動、つまり低速用クラッチ２３６及び高速用クラッチ２３７を瞬間的に切り替えモードチェンジを行った時の解析を行った。なお、この解析プログラムはトルクを静的に変動させた場合の実験結果（例えば図７）と比較検証を行い、このプログラムの有効性を確認したものを用いている。
【００２９】
図３に示すように、トルクを３５０Ｎｍから‐２８０Ｎｍに急変動させた場合を考える。図３では０．２秒で変動させている。この変動時間を、０．１秒から０．５秒まで段階的に変えて解析を行った。
図４に示すように、本実施形態のように０．２秒以上でトルク変動を行った場合には、安定した結果が得られている。しかしながら、０．１秒でトルク変動を行うと、オーバーシュートが発生し、小さなハンチングが発生し制御的に不安定となる。この図４は、入力回転数が２０００回転でほぼ一定の条件である。
【００３０】
図５に入力回転数が３０００回転、図６に入力回転数が４０００回転のときの解析結果も示す。これらの図から、回転数が高くなるほど、低速用クラッチ２３６及び高速用クラッチ２３７の切り替えをしてモードチェンジをすると有効になる。４０００回転では０．２秒でトルク変動をさせると小さなハンチングが見受けられるが、オーバーシュートはない。なお、全ての解析は、変速比をＨｉｇｈ側としている。
【００３１】
このように、トルク変動を０．２秒以上、つまり、０．２秒以上で低速用クラッチ２３６及び高速用クラッチ２３７の切り替えをしてモードチェンジをすることにより安定した変速結果が得られる。
【００３２】
また、クラッチの断続時間が長いと、動力の伝達が断絶された状態となり、車の加速がなくなり、エンジンが吹き上がる。従ってモードチェンジ、またはトルクが断絶している時間は１秒以内に完了するのが望ましい。
【００３３】
したがって、０．２〜１秒で低速用クラッチ２３６及び高速用クラッチ２３７の切り替えをしてモードチェンジをすることにより安定したトルク変動を得ることができ、変速ショックの発生を抑えて運転者に違和感を与えることがない。
【００３４】
次に、図８から図１１は、本発明に係る第２実施形態を示している。この無段変速装置は、入力側回転軸（入力軸）１１ｂと、出力軸２９ａと、トロイダル型無段変速機１９ａと、遊星歯車装置２０ａと、第一の動力伝達手段３４ａと、第二の動力伝達手段４０ａとを備える。このうちの入力側回転軸１１ｂは、図示しない図８の左側に配置したエンジン等の駆動源につながって、この駆動源により回転駆動される。
【００３５】
出力軸２９ａは、入力側回転軸１１ｂの回転に基づく動力を取り出すためのもので、図示しないデフアレンシャルギヤ等を介して、やはり図示しない車輪駆動軸に接続される。
【００３６】
また、トロイダル型無段変速機１９ａは、ダブルキヤビティ型で、且つ、各キヤビティ内にトラニオン７、７及びパワーローラ９、９を３個ずつ、合計６個設けたものである。この様なトロイダル型無段変速機１９ａを構成するため、入力側回転軸１１ｂの両端部に１対の入力側ディスク（入力ディスク）２Ａ、２Ｂを、互いの内側面２ａ、２ａ同士を対向させた状態で、入力側回転軸１１ｂと同期した回転自在に支持している。このうち、図８の左側の入力側ディスク２Ａは入力側回転軸１１ｂに、ボールスプライン４３を介して、軸方向の変位自在に支持している．これに対して、図１の右側の入力側ディスク２Ｂは、入力側回転軸１１ｂの先端部にスプライン係合させた状態でその背面をローディングナット４４で抑える事により、入力側回転軸１１ｂに固定している。なお、このローディングナット４４と入力側ディスク２Ｂとの問にはシム板４５を挟持している。
【００３７】
そして、入力側回転軸１１ｂの中間部周囲で１対の入力側ディスク２Ａ、２Ｂ同士の間に１対の出力側ディスク（出力ディスク）４、４を、それぞれの内側面４ａ、４ａを各入力側ディスク２Ａ、２Ｂの内側面２ａ、２ａに対向させた状態で、互いに同期した回転自在に支持している。そして、各入力側ディスク２Ａ、２Ｂと各出力側ディスク４、４との内側面２ａ、４ａ同士の問に、それぞれがトラニオン７、７の内側面に回転自在に支持されたパワーローラ９、９を挟持している。パワーローラ９、９の外側面と各トラニオン７、７の中間部内側面との間には、各パワーローラ９、９の外側面の側から順に、各パワーローラ９、９に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これら各パワーローラ９、９の回転を許容するスラスト玉軸受１４、１４と、各パワーローラ９、９から各スラスト玉軸受１４、１４を構成する外輪１６、１６に加わるスラスト荷重を支承するスラストニードル軸受１５、１５とを設けている。
【００３８】
各トラニオン７、７を支持するため、ケーシング５ａの内面に設けた取付部４７にヨーク４８を、このヨーク４８の外径側端部３個所位置の取付孔４９、４９に挿通したシャフト５０、５０と、これら各シャフト５０、５０に螺合したナット５１、５１とにより支持固定している。図示の例では、これら各シャフト５０、５０及びナット５１、５１により、取付部４７とヨーク４８との間に、ギヤハウジング５２を固定している。このギヤハウジング５２の内径側には、上記１対の出力側ディスク４、４をその両端部に凹凸係合させた出力スリーブ５３を、１対の転がり軸受５４、５４により回転自在に支持すると共に、この出力スリーブ５３の中間部外周面に設けた出力歯車１２ｂを、上記ギヤハウジング５２の内部に収納している。
【００３９】
また、ヨーク４８は全体を星形に形成すると共に、その径方向中間部乃至は外径側部分を二股に形成して、３個所の保持部５５、５５を、円周方向等間隔に形成している。そして、これら各保持部５５、５５の径方向中間部に、それぞれ支持片５６、５６の中間部を、第二の枢軸５７、５７により枢支している。これら各支持片５６、５６はそれぞれ、第二の枢軸５７、５７の周囲に配置される円筒状の取付部５８と、この取付部５８の外周面から径方向外方に突出した１対の支持板部５９、５９とから成る。これら１対の支持板部５９、５９同士の交差角度は１２０度である。従って、円周方向に隣り合う支持片５６、５６の支持板部５９、５９同士は、互いに平行である。
【００４０】
この様な各支持板部５９、５９には、それぞれ円孔６０、６０を形成している。各支持片５６、５６が中立状態にある場合、円周方向に隣り合う支持片５６、５６の支持板部５９、５９に形成した円孔６０、６０同士は互いに同心である。そして、これら各円孔６０、６０内に、各トラニオン７、７の両端部に設けた枢軸６、６を、ラジアルニードル軸受６１、６１により支持している。これら各ラジアルニードル軸受６１、６１を構成する外輪６２、６２の外周面は、球状凸面としている。この様な外輪６２、６２は上記各円孔６０、６０内に、がたつきなく、且つ揺動変位自在に内験している。また、上記各支持板部５９、５９の一部には、上記各円孔６０、６０と同心で円弧状の長孔６３、６３を形成し、これら各長孔６３、６３に、上記各トラニオン７、７の端面（肩部）に突設した止めねじ６４を用いて、各トラニオン７の枢軸方向のすきま量をがたのないように調整している。
【００４１】
この様にして前記ケーシング５ａ内に支持した上記各トラニオン７、７の内側面には、変位軸８を介して前記パワーローラ９、９を支持している。そして、これら各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａと、各ディスク２Ａ、２Ｂ、４の内側面２ａ、４ａとを当接させている。又、基端側の入力側ディスク２Ａと入力側回転軸１１ｂとの問に、油圧式の押圧装置２８ａを組み付けて、各面９ａ、２ａ、４ａ同士の当接部（トラクション部）の面圧を確保し、トロイダル型無段変速機１９ａによる動力の伝達を効率良く行える様にしている。
【００４２】
押圧装置２８ａを構成する為に、入力側回転軸１１ｂの外周面の基端寄り部分に、外向フランジ状の鍔部６５を固設すると共に、基端側の入力側ディスク２Ａにシリンダ筒６６を、この入力側ディスク２Ａの外側面（図８、９の左面）から軸方向に突出する状態で、油密に外嵌保持している。シリンダ筒６６の内径は、軸方向中間部で小さく、両端部で大きくなっており、入力側ディスク２Ａは、このうちの先端側の大径部分に、油密に内嵌している。又、シリンダ筒６６の中間部内周面に、内向フランジ状の仕切板部６７を設け、更に、このシリンダ筒６６の内周面と上記入力側回転軸１１ｂの外周面との間に、第一ピストン部材６８を設けている。
【００４３】
この第−ピストン部材６８は、入力側回転軸１１ｂに外嵌自在な支持筒部６９の中間部外周面に、外向フランジ状の隔壁板７０を形成したもので、この隔壁板７０の外周縁をシリンダ筒６６の内周面中間部の小径部分に、油密に且つ軸方向に変位自在に摺接させている。又、この状態で上記仕切板部６７の内周縁を、支持筒部６９の外周面に、油密に且つ軸方向に変位自在に摺接させている。更に、上記支持筒部６９の基端部外周面とシリンダ筒６６の基端部内周面との間に、円輪状の第二ピストン部材７１を設けている。この第二ピストン部材７１は、その基端側側面を鍔部６５に当接させる事により軸方向の変位を阻止すると共に、内外両周縁と上記支持筒部６９の基端部外周面及びシリンダ筒６６の基端部内周面との間の油密を保持している。
【００４４】
又、上記仕切板部６７を備えたシリンダ筒６６は、この仕切板部６７と第二ピストン部材７１との間に設けた皿板ばね７２により、入力側ディスク２Ａに向け押圧している。従ってこの入力側ディスク２Ａは、少なくとも（押圧装置２８ａ内に圧油を導入していない状態でも）に見合う押圧力により押圧され、前記各面９ａ、２ａ、４ａの弾力に見合う面圧を付与する。従って、この弾力は、前記トロイダル型無段変速機１９ａにより極く小さな動力の伝達を行なう際に、各面９ａ、２ａ、４ａどうしの各当接部で（不可避であるピストンを除く）滑りが生じない程度に規制する。
【００４５】
又、駆動軸８０から入力側回転軸１１ｂへの回転力の伝達を、鍔部６５を介して行なう様にしている。この為に、この鍔部６５の外周縁部複数個所に切り欠き８３、８３を形成すると共に、これら各切り欠き８３、８３と、駆動軸８０の端部に形成した駆動用凸部８４、８４とを係合させている。この為に本例の場合には、上記駆動軸８０の端部に外向フランジ状の連結部８５を設け、この連結部８５の片面外径寄り端部に、上記各駆動用凸部８４、８４を突設している。
【００４６】
さらに、各トラニオン７、７に油圧式のアクチュエータ１７ａ、１７ｂを設けて、これら各トラニオン７、７を、それぞれの両端部に設けた枢軸６、６の軸方向に変位駆動自在としている。このうち、図１０の下側中央部のトラニオン７は、それぞれが（押し出し方向の力のみ得られる）単動型であり押圧方向を互いに反対方向とした１対のアクチュエータ１７ａ、１７ａにより、それぞれ挺子腕８６、８６を介して、両端部に設けた枢軸６、６の軸方向に変位駆動自在としている。トラニオン７を変位させる場合には、何れか一方のアクチュエータ１７ａの油圧室にのみ圧油を送り込み、他方のアクチュエータ１７ａの油圧室は解放状態とする。これに対して、図１０の上部両側のトラニオン７、７は、それぞれ（圧油の給排方向の切り換えに基づいて押し出し方向又は引き込み方向の力を得られる）複動型のアクチュエータ１７ｂ、１７ｂにより、それぞれの両端部に設けた枢軸６、６の軸方向に変位駆動自在としている。
【００４７】
トロイダル型無段変速機１９ａに設けた、合計６個のトラニオン７、７の変位は、制御弁により各アクチュエータ１７ａ、１７ｂに等量の圧油を給排する事により、互いに同期して同じ長さずつ行なう。この為に、何れか（図示の例では図３の上部左側）のトラニオン７と共に変位するロツド８７の端部にブリセスカム８８を固定し、このトラニオン７の姿勢を、リンク８９を介して制御弁のスプール９０に伝達自在としている。
【００４８】
遊星歯車装置２０ａは、太陽歯車３０と、リング歯車２１と、遊星歯車組３２、３２とを備える。このうちの太陽歯車３０は、出力軸２９ａの入力側端部（図８の左端部）に固定している。従ってこの出力軸２９ａは、太陽歯車３０の回転に伴って回転する。この太陽歯車３０の周囲にはリング歯車２１を、太陽歯車３０と同心に、且つ回転自在に支持している。そして、リング歯車２１の内周面と太陽歯車３０の外周面との間に、それぞれが１対ずつの遊星歯車３１ａ、３１ｂを組み合わせて成る、複数組の遊星歯車組３２、３２を設けている。そして、これら１対ずつの遊星歯車３１ａ、３１ｂは、互いに噛合すると共に、外径側に配置した遊星歯車３１ａを上記リング歯車２１に噛合させ、内径側に配置した遊星歯車３１ｂを太陽歯車３０に噛合させている。この様な遊星歯車組３２、３２は、キャリア３３の片側面（図８の左側面）に回転自在に支持している。又、このキャリア３３は、上記出力軸２９ａの中間部周囲に、回転自在に支持している。
【００４９】
又、キャリア３３とトロイダル型無段変速機１９ａを構成する１対の出力側ディスク４、４とを、前記第一の動力伝達手段３４ａにより、回転力の伝達を可能な状態に接続している。この第一の動力伝達手段３４ａを構成する為に、入力側回転軸１１ｂ及び出力軸２９ａと平行な伝達軸３５ａを設け、この伝達軸３５ａの一端部（図１の左端部）に固定した歯車９１を、出力歯車１２ｂと噛合させている。又、出力軸２９ａの中間部周囲にスリーブ９４を回転自在に配置し、このスリーブ９４の外周面に支持した歯車９５と、伝達軸３５ａの他端部（図８の右端部）に固設した歯車９６とを、図示しないアイドル歯車を介して噛合させている。更に、スリーブ９４の周囲にキャリア３３を、円環状の結合ブラケット９７を介して、スリーブ９４と同期した回転自在に支持している。従ってキャリア３３は、各出力側ディスク４、４の回転に伴って、これら出力側ディスク４、４と反対方向に、上記各歯車１２ｂ、９１、９５、９６の歯数に応じた速度で回転する。尚、結合ブラケット９７及び上記キャリア３３と上記出力軸２９ａとの間に、低速用クラッチ４１ａを設けている。
【００５０】
一方、入力側回転軸１１ｂとリング歯車２１とは、この入力側回転軸１１ｂの先端部に支持した入力側ディスク２Ｂと、この入力側回転軸１１ｂと同心に配置された伝達軸２３ａとを介して、回転力の伝達を可能な状態に接続自在としている。この為に、入力側ディスク２Ｂの外側面（図８、９の右側面）の一部で、径方向に関してこの外側面の中央部よりも外径寄り半部に、複数の凸部９８、９８を突設している。本例の場合には、これら各凸部９８、９８は、それぞれ円弧状で、上記入力側ディスク２Ｂの中心軸をその中心とする同一円弧上に、間欠的に且つ等間隔に配置している。そして、円周方向に隣り合う凸部９８、９８の円周方向端面同士の間を、係止切り欠き部９９、９９としている。
【００５１】
一方、伝達軸２３ａの基端部には、円すい筒状の伝達筒部１００を介して伝達フランジ１０１を設けている。そして、この伝達フランジ１０１の外周縁部に、各係止切り欠き部９９、９９と同数の伝達用突片１０２、１０２を、円周方向に関して等間隔に形成している。そして、これら各伝達用突片１０２、１０２と各係止切り欠き部９９、９９とを係合させ、入力側ディスク２Ｂと伝達軸２３ａとの間でのトルク伝達を可能にしている。各伝達用突片１０２、１０２と各係止切り欠き部９９、９９との係合部の径は十分に大きいので、上記入力側ディスク２Ｂと伝達軸２３ａとの間で、十分に大きなトルクを伝達自在である。
この無段変速装置は、高速用クラッチ２４ａ、低速用クラッチ４１ａ及び後退用クラッチ４２ａとから成るクラッチ機構を備える。これらクラッチ機構は、何れも湿式多板クラッチであって、それぞれに付属した油圧シリンダ内への圧油の給排に基づいて断接させられる。又、何れか１個のクラッチが接続された場合には、残り２個のクラッチの接続が断たれる。
【００５２】
先ず、低速走行時には、低速用クラッチ４１ａを接続すると共に、高速用クラッチ２４ａ及び後退用クラッチ４２ａの接続を断つ。この状態で入力側回転軸１１ｂを回転させると、トロイダル型無段変速機１９ａのみが、この入力側回転軸１１ｂから出力軸２９ａに動力を伝達する。すなわち、この状態では、トロイダル型無段変速機１９ａの出力歯車１２ｂの回転が、第一の動力伝達手段３４ａを介してキャリア３３に伝わる。低速用クラッチ４１ａが接続される事により、遊星歯車装置２０ａは、構成各歯車２１、３０、３１ａ、３１ｂが相対変位不能な状態となっているので、キャリア３３の回転は、そのまま太陽歯車３０に伝わり、この太陽歯車３０を固設した出力軸２９ａが回転する。
【００５３】
高速走行時には、前記高速用クラッチ２４ａを接続すると共に、低速用クラッチ４１ａ及び後退用クラッチ４２ａの接続を断つ。この状態で入力側回転軸１１ｂを同転させると、この入力側回転軸１１ｂから前記出力軸２９ａには、伝達軸２３ａを含む第二の動力伝達手段４０ａと、遊星歯車装置２０ａとが、動力を伝達する。即ち、高速走行時に入力側回転軸１１ｂが回転すると、この回転は伝達軸２３ａと結合用ブラケット１０４と高速用クラッチ２４ａとを介して、リング歯車２１に伝わる。そして、このリング歯車２１の回転が複数の遊星歯車組３２、３２を介して太陽歯車３０に伝わり、この太陽歯車３０を固定した上記出力軸２９ａを回転させる。この状態で、トロイダル型無段変速機１９ａの変速比を変える事により各遊星歯車組３２、３２の公転速度を変化させれば、無段変速装置全体としての変速比を調節できる。
【００５４】
なお、本実施形態のロイダル型無段変速機１９ａが本発明のバリエータに対応し、遊星歯車装置２０ａが本発明の遊星歯車機構に対応し、第一の動力伝達手段３４ａが本発明の第一の動力伝達系に対応し、第二の動力伝達手段４０ａが本発明の第二の動力伝達系に対応し、低速用クラッチ４１ａが本発明の第１のモードクラッチに対応し、高速用クラッチ２４ａが第２のモードクラッチに対応している。
【００５５】
ここで、図１１に示すように、低速用クラッチ４１ａ及び高速用クラッチ２４ａの駆動部１１０は、本発明のモード切り換え手段に相当する制御回路１１２に電気的に接続されており、制御回路１１２からの出力信号により、低速用クラッチ４１ａ及び高速用クラッチ２４ａのクラッチ締結、クラッチ開放の動作が、所定の切り換え動作時間を設けて行われるようになっている。本実施形態の切り換え動作時間は、０．２〜１秒に設定されている。
【００５６】
上述の様に構成した本実施形態の無段変速装置の作用は、次の通りである。先ず、低速走行時には、制御回路１１２の制御により、０．２〜１秒の切り換え動作時間で、低速用クラッチ４１ａ接続すると共に、高速用クラッチ２４ａ及び後退用クラッチ４ａの接続を断つ。この状態で図示しない発進クラッチを接続し、前記入力軸１１ｂを回転させると、トロイダル型無段変速機１９ａのみが、入力軸１１ｂから出力軸２９ａ動力を伝達する。即ち、低速用クラッチ４１ａの接続に伴って、リング歯車２１とキャリア３３とが一体的に結合され、遊星歯車機構３２を構成する各歯車同士の相対回転が不能になる。また、高速用クラッチ２４ａ及び後退用クラッチ４２ａの接続が断たれる事で、リング歯車２１は、伝達軸２３ａの回転速度に関係なく回転自在となる。
【００５７】
そして、制御回路１１２が、切り換え動作時間を０．２〜１秒として、低速用クラッチ４１ａ及び高速用クラッチ２４ａの切り替え（クラッチ締結、クラッチ開放）をしてモードチェンジすると、オーバーシュートが発生せず制御的に不安定となり、安定した変速結果が得られる。
したがって、第１実施形態と同様に、変速ショックの発生を抑えて運転者に違和感を与えることがない。
【００５８】
以上、本発明は、特開平１０−１９６７５９号公報に示すような、低速モードではバリエータのみを経由する動力伝達経路を用い、高速モードでは２つの動力伝達経路を用いる無段変速機構について有効であることを述べてきたが、ＧｅａｒｅｄＮｅｕｔｒａｌシステムのようにトルクの正負が反転するシステムにおいても有効である。さらに、エンジンブレーキのようにトルクの正負が反転する場合においても有効となる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、第１のモードクラッチ及び第２のモードクラッチのモードチェンジにおいて安定したトルク変動を得ることで、変速ショックの発生を抑えて運転者に違和感を与えない無段変速装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の無段変速装置を示すスケルトン図である。
【図２】第１実施形態のモード切り換え手段を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態においてトルクを急変動させた場合を示す図である。
【図４】第１実施形態において入力回転数が２０００回転でクラッチのモード切り換え時間を変化させた場合のトルク変動を示す図である。
【図５】第１実施形態において入力回転数が３０００回転でクラッチのモード切り換え時間を変化させた場合のトルク変動を示す図である。
【図６】第１実施形態において入力回転数が４０００回転でクラッチのモード切り換え時間を変化させた場合のトルク変動を示す図である。
【図７】第１実施形態においてトルクが負荷されると変速指令を出していないにも関わらず、バリエータが変速してしまう状態を示す図である。
【図８】本発明に係る第２実施形態の無段変速装置を示す要部断面図である。
【図９】図８の左半部拡大図である。
【図１０】図８のＡ−Ａ断面図である。
【図１１】第２実施形態のモード切り換え手段を示すブロック図である。
【符号の説明】
２Ａ、２Ｂ、２０２入力ディスク
４、４７８ａ出力ディスク
９、２０８パワーローラ
１１ｂ、２１７入力軸
１５エンジン（駆動源）
１９ａトロイダル型無段変速機（バリエータ）
２０ａ、２２０ａ遊星歯車装置
２１、２２３リング歯車
２３ａ、２８０伝達軸（第２の動力伝達系）
２４ａ、２３７高速用クラッチ（第２のモードクラッチ）
２９ａ、２１９出力軸
３０、２２２太陽歯車
３１ａ、２２４遊星歯車
３２遊星歯車組
３４ａ第１の動力伝達手段（第１の動力伝達系）
４０ａ第２の動力伝達手段（第２の動力伝達系）
４１ａ、２３６低速用クラッチ（第１のモードクラッチ）
１１２、２５２制御回路（モード切り換え手段）
２２０バリエータ
２２１遊星歯車機構
２２８第１の動力伝達系
２３１第２の動力伝達系

Claims

駆動源により回転駆動される入力軸と、この入力軸の回転に基づく動力を取り出す出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間に配置された入出力ディスク及びパワーローラを備えたバリエータと、遊星歯車機構とを備え、駆動源の動力を、前記バリエータを介して前記遊星歯車機構に伝達する第１の動力伝達系と、前記バリエータを介さないで前記遊星歯車機構に伝達する第２の動力伝達系の２つで伝達され、これら第１、第２の動力伝達系に伝達された動力を前記遊星歯車機構を構成する太陽歯車とリング歯車と遊星歯車との３種類の歯車のうちの２つの歯車に合流させるとともに、前記２つの歯車以外の歯車が前記出力軸に連結されており、前進時に低速側及び高速側の何れか一方である第１のモード及び他方である第２のモードを持ち、これら第１及び第２のモードの切り換えにより前記バリエータに入力されるトルクの正負が反転し、これら第１及び第２のモードの切り換えは、第１のモードクラッチと第２のモードクラッチの一方を開放し他方を締結することにより行うようにした無段変速装置において、
前記第１のモード及び前記第２のモードの切り換え動作に際して、前記第１のモードクラッチと前記第２のモードクラッチのうち、締結する側のモードクラッチがトルクを伝達し始めてから開放する側のモードクラッチがトルクを伝達しなくなるまでを、０．２〜１秒で行わせるモード切り換え手段を備えたことを特徴とする無段変速装置。