(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心となる変速機軸と、
前記変速機軸に軸方向に対向して配置され、共通の第１回転中心軸線を回転中心として相対回転可能である第１回転要素及び第２回転要素と、
前記第１回転中心軸線と異なる第２回転中心軸線を回転中心として回転可能であり前記第１回転要素と前記第２回転要素とに挟持され当該第１回転要素及び当該第２回転要素との間でトルクを伝達可能である転動部材と、
前記第１回転要素と前記転動部材との接触点及び前記第２回転要素と前記転動部材との接触点を当該転動部材の傾転動作によって変えることで、変速比となる当該各回転要素の間の回転比を変化させる変速装置と、
前記変速機軸、前記第１回転要素及び前記第２回転要素に対して前記第１回転中心軸線を回転中心として相対回転可能に前記変速機軸に配置されると共に、外面が前記転動部材と接触し、前記変速機軸の軸方向に相対移動不能である第３回転要素と、
前記第２回転中心軸線を回転中心として前記転動部材を回転可能に支持する支持軸と、
前記変速機軸に配置され、前記第１回転要素及び前記第２回転要素に対して前記第１回転中心軸線を回転中心として相対回転可能であり、前記支持軸の端部を前記転動部材の傾転動作が可能な状態で保持する第４回転要素と、
前記第４回転要素に生じる回転トルクを前記変速機軸の軸方向に沿った軸力に変換するトルク軸力変換機構と、
前記軸力を前記第３回転要素に伝達する軸力伝達機構とを備えることを特徴とする、
無段変速機。
【請求項２】
前記第３回転要素は、前記外面に回転方向に沿った円環状の窪みを有する、
請求項１に記載の無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無段変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるトラクションドライブ方式の従来の変速機として、例えば、特許文献１にはトラクション遊星（遊星ボール）の遊星軸にスキュー角を付与することで、トラクション遊星を傾転し変速を行う変速機が開示されている。この変速機は、一対のキャリアが遊星軸の両端をそれぞれ支持し、一方のキャリアと変速機主軸との間にネジ構造が設けられ、他方のキャリアと変速機主軸との間にスプライン結合部が設けられる。そして、変速機は、例えば、トラクション太陽（サンローラ）が変速機主軸に沿って移動すると共に、一方のキャリアを変速機主軸に対して回転させることで、遊星軸にスキューが生じ、これに応じてトラクション遊星が傾転して変速を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５３２４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような特許文献１に記載されている変速機は、例えば、駆動効率の点で更なる改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、駆動効率を向上することができる無段変速機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る無段変速機は、回転中心となる変速機軸と、前記変速機軸に軸方向に対向して配置され、共通の第１回転中心軸線を回転中心として相対回転可能である第１回転要素及び第２回転要素と、前記第１回転中心軸線と異なる第２回転中心軸線を回転中心として回転可能であり前記第１回転要素と前記第２回転要素とに挟持され当該第１回転要素及び当該第２回転要素との間でトルクを伝達可能である転動部材と、前記第１回転要素と前記転動部材との接触点及び前記第２回転要素と前記転動部材との接触点を当該転動部材の傾転動作によって変えることで、変速比となる当該各回転要素の間の回転比を変化させる変速装置と、前記変速機軸、前記第１回転要素及び前記第２回転要素に対して前記第１回転中心軸線を回転中心として相対回転可能に前記変速機軸に配置されると共に、外面が前記転動部材と接触し、前記変速機軸の軸方向に相対移動不能である第３回転要素と、前記第２回転中心軸線を回転中心として前記転動部材を回転可能に支持する支持軸と、前記変速機軸に配置され、前記第１回転要素及び前記第２回転要素に対して前記第１回転中心軸線を回転中心として相対回転可能であり、前記支持軸の端部を前記転動部材の傾転動作が可能な状態で保持する第４回転要素と、前記第４回転要素に生じる回転トルクを前記変速機軸の軸方向に沿った軸力に変換するトルク軸力変換機構と、前記軸力を前記第３回転要素に伝達する軸力伝達機構とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、上記無段変速機では、前記第３回転要素は、前記外面に回転方向に沿った円環状の窪みを有するものとすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る無段変速機は、駆動効率を向上することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係る無段変速機の概略断面図である。
【図２】図２は、図１の矢印Ｘの方向にみた遊星ボールであり、増速時の入力側摩擦力と出力側摩擦力について説明する図である。
【図３】図３は、図１の矢印Ｘの方向からみた遊星ボールであり、減速時の入力側摩擦力と出力側摩擦力について説明する図である。
【図４】図４は、キャリアに作用する増速時の回転トルクについて説明する図である。
【図５】図５は、キャリアに作用する減速時の回転トルクについて説明する図である。
【図６】図６は、遊星ボールにおける増速時の各接触部の法線力を示す図である。
【図７】図７は、増速時の変速比に対する入力側の法線力の一例を示す図である。
【図８】図８は、増速時の変速比に対する出力側の法線力の一例を示す図である。
【図９】図９は、遊星ボールにおける減速時の各接触部の法線力を示す図である。
【図１０】図１０は、減速時の変速比に対する入力側の法線力の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、減速時の変速比に対する出力側の法線力の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、変速比に対する入力側の法線力の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、変速比に対する出力側の法線力の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、各遊星ボール内の軸受に作用する軸受荷重を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００１１】
［実施形態］
図１は、実施形態に係る無段変速機の概略断面図、図２は、図１の矢印Ｘの方向にみた遊星ボールであり、増速時の入力側摩擦力と出力側摩擦力について説明する図、図３は、図１の矢印Ｘの方向からみた遊星ボールであり、減速時の入力側摩擦力と出力側摩擦力について説明する図、図４は、キャリアに作用する増速時の回転トルクについて説明する図、図５は、キャリアに作用する減速時の回転トルクについて説明する図、図６は、遊星ボールにおける増速時の各接触部の法線力を示す図、図７は、増速時の変速比に対する入力側の法線力の一例を示す図、図８は、増速時の変速比に対する出力側の法線力の一例を示す図、図９は、遊星ボールにおける減速時の各接触部の法線力を示す図、図１０は、減速時の変速比に対する入力側の法線力の一例を示す図、図１１は、減速時の変速比に対する出力側の法線力の一例を示す図、図１２は、変速比に対する入力側の法線力の一例を示す図、図１３は、変速比に対する出力側の法線力の一例を示す図、図１４は、各遊星ボール内の軸受に作用する軸受荷重を示す図である。
【００１２】
本実施形態の無段変速機は、車両に搭載され、内燃機関などの動力源が発生する動力（トルク）を車両の駆動輪に伝達するものである。この無段変速機は、接触させた回転要素間に介在させた流体例えばトラクション油（伝達油）によってこの回転要素間で動力を伝達可能ないわゆるトラクションドライブ方式の無段変速機である。無段変速機は、一方の回転要素と他方の回転要素との接触面に介在するトラクション油をせん断するときに生ずる抵抗力（トラクション力、トラクション油膜のせん断力）を利用して動力（トルク）を伝達する。
【００１３】
そして、本実施形態の無段変速機は、いわゆるボールプラネタリ式無段変速機（ＣＶＰ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｐｌａｎｅｔａｒｙ）であり、例えば、キャリアの内周面に雌ネジ、変速機軸の外周面に雄ネジ等を含んで構成されキャリアに発生する回転力を軸力に変換できる機構と、変換した軸力をサンローラにて受ける構成とを有する。そして、本実施形態は、これらの構成要素によって、キャリアに生じる回転力を軸力に変換してサンローラに伝達することで、例えば、出力部材側の過剰な法線力を低減することができ、駆動効率を向上することができるものである。
【００１４】
具体的には、図１に示すように、本実施形態の無段変速機１の主要部を成す無段変速機構は、共通の第１回転中心軸線Ｒ１を有し相互間での相対回転が可能な第１回転要素としての第１回転部材１０、第２回転要素としての第２回転部材２０、第３回転要素としてのサンローラ３０及び第４回転要素としてのキャリア４０と、第１回転中心軸線Ｒ１とは異なる第２回転中心軸線Ｒ２を各々有する複数の転動部材としての遊星ボール５０と、第１回転部材１０、第２回転部材２０、サンローラ３０及びキャリア４０の回転中心となる変速機軸６０とを備える。無段変速機１は、第２回転中心軸線Ｒ２を第１回転中心軸線Ｒ１に対して傾斜させ、遊星ボール５０を傾転させることによって、入出力間の変速比を変えるものである。
【００１５】
なお、以下の説明では、特に断りのない限り、第１回転中心軸線Ｒ１や第２回転中心軸線Ｒ２に沿う方向を軸方向、第１回転中心軸線Ｒ１周りの方向を周方向という。また、第１回転中心軸線Ｒ１に直交する方向を径方向といい、その中でも、内方に向けた側を径方向内側、外方に向けた側を径方向外側という。
【００１６】
無段変速機１は、典型的には、第１回転部材１０と第２回転部材２０とサンローラ３０とキャリア４０との間で各遊星ボール５０を介したトルクの伝達が行われる。例えば、無段変速機１は、第１回転部材１０、第２回転部材２０、サンローラ３０及びキャリア４０のうちの１つがトルク（動力）の入力部となり、残りの回転要素の内の少なくとも１つがトルクの出力部となる。そして、無段変速機１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）の比が変速比となる。
【００１７】
無段変速機１は、変速機軸６０の中心軸（第１回転中心軸線Ｒ１）を中心にして放射状に複数個の遊星ボール５０が配置される。遊星ボール５０は、第２回転中心軸線Ｒ２を回転中心として回転（自転）可能である。遊星ボール５０は、変速機軸６０にこの変速機軸６０の軸方向に対向して配置させた第１回転部材１０と第２回転部材２０とに挟持される。また、遊星ボール５０は、キャリア４０が第１回転中心軸線Ｒ１を中心にして回転する場合、そのキャリア４０と一緒に回転して、第１回転中心軸線Ｒ１を中心にした公転を行う。無段変速機１は、第１回転部材１０、第２回転部材２０のうちの少なくとも一方を遊星ボール５０に押し付けることによって、第１回転部材１０、第２回転部材２０、サンローラ３０、キャリア４０と遊星ボール５０との間に適切な摩擦力（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。また、無段変速機１は、遊星ボール５０を第２回転中心軸線Ｒ２と第１回転中心軸線Ｒ１とを含む傾転平面上で傾転させ、第１回転部材１０と第２回転部材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。
【００１８】
より詳細には、第１回転部材１０、第２回転部材２０は、中心軸を第１回転中心軸線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、軸方向で対向させて各遊星ボール５０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。第１回転部材１０と第２回転部材２０とは、各遊星ボール５０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。第１回転部材１０、第２回転部材２０の各接触面は、例えば、遊星ボール５０の外周曲面の曲率と同等の曲率の凹円弧面、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（第１回転中心軸線Ｒ１と第２回転中心軸線Ｒ２とが平行である状態）で第１回転中心軸線Ｒ１から各遊星ボール５０との接触部分までの距離が同じ長さになるように第１回転部材１０、第２回転部材２０の各接触面を形成して、第１回転部材１０、第２回転部材２０の各遊星ボール５０に対する各接触角θが同じ角度になるようにしている。ここで、接触角θとは、基準から各遊星ボール５０との接触部分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。第１回転部材１０、第２回転部材２０の遊星ボール５０との接触面は、遊星ボール５０の外周曲面に対して点接触又は面接触している。また、第１回転部材１０、第２回転部材２０の遊星ボール５０との接触面は、第１回転部材１０、第２回転部材２０の遊星ボール５０から遊星ボール５０に向けて軸方向の力が加わった際に、遊星ボール５０に対して径方向内側で且つ斜め方向の力（法線力Ｆｎ）が加わるように形成されている。
【００１９】
この無段変速機１は、第１回転部材１０を無段変速機１の正駆動時（入力部としての回転要素にトルクが入力される場合）におけるトルク入力部（入力部材）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（出力部材）として作用させる。無段変速機１は、第１回転部材１０に入力軸１１が連結され、第２回転部材２０に出力軸２１が連結される。
【００２０】
入力軸１１は、中心軸を第１回転中心軸線Ｒ１に一致させた円盤部１１ａと円筒部１１ｂとを備えている。第１回転部材１０は、円盤部１１ａの外周側で後述するトルクカム１２を介して連結される。一方、無段変速機１は、円盤部１１ａの内周側に円筒部１１ｂが設けられている。円筒部１１ｂの内周面は、ラジアル軸受ＲＢ１、ＲＢ２を介して変速機軸６０の外周面に相対回転可能に支持されている。したがって、入力軸１１は、変速機軸６０に対して相対回転可能となる。
【００２１】
出力軸２１は、中心軸を第１回転中心軸線Ｒ１に一致させた環状部２１ａと第１円筒部２１ｂと円盤部２１ｃと第２円筒部２１ｄとを備えている。第２回転部材２０は、環状部２１ａに固定され、出力軸２１と共に一体になって回転する。環状部２１ａは、外周側に第１円筒部２１ｂが、第１回転部材１０、第２回転部材２０や入力軸１１等を覆うように延設されている。第２円筒部２１ｄは、入力軸１１の円筒部１１ｂを覆うように設けられている。円盤部２１ｃは、外周側が第１円筒部２１ｂの延設端に配設され、内周側が第２円筒部２１ｄの端部に配設される。第２円筒部２１ｄの内周面は、ラジアル軸受ＲＢ３，ＲＢ４を介して入力軸１１の円筒部１１ｂの外周面に相対回転可能に支持されている。さらに、円盤部２１ｃの外周側の平面と入力軸１１における円盤部１１ａの外周側の平面との間には、スラスト軸受ＴＢ１が配設されている。したがって、出力軸２１は、入力軸１１に対して相対回転可能となる。
【００２２】
この無段変速機１の主要部は、ケース７１の内部に収められている。ケース７１は、中心軸を第１回転中心軸線Ｒ１に一致させた円筒部７１ａと円盤部７１ｂと環状部７１ｃとを備えている。円筒部７１ａは、一端が閉塞されており、この閉塞部分で変速機軸６０に固定されている。円盤部７１ｂは、円筒部７１ａの開口を塞ぐものである。環状部７１ｃは、円筒部７１ａの内周面から径方向内側に向けて延設されている。円盤部７１ｂの内周側は、ラジアル軸受ＲＢ５を介して第２円筒部２１ｄの外周面に相対回転可能に支持されている。また、円盤部７１ｂの外周側の平面と出力軸２１における円盤部２１ｃの外周側の平面との間には、スラスト軸受ＴＢ２が配設されている。さらに、環状部７１ｃの平面と出力軸２１における環状部２１ａの平面及び第１円筒部２１ｂの端面との間には、スラスト軸受ＴＢ３が配設されている。したがって、出力軸２１は、ケース７１に対する周方向の相対回転を行うことができる。なお、ここで例示する変速機軸６０は、ケース７１や図示しない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の固定軸とする。また、スラスト軸受ＴＢ１、スラスト軸受ＴＢ３は、後述の軸力発生時に、ケース７１と出力軸２１との間の反力受けとして機能する。
【００２３】
サンローラ３０は、中心軸を第１回転中心軸線Ｒ１に一致させた円筒状のものであり、軸受ＲＢ６、ＲＢ７によって変速機軸６０に対する周方向への相対回転を行えるよう支持される。つまり、サンローラ３０は、変速機軸６０、第１回転部材１０及び第２回転部材２０に対して第１回転中心軸線Ｒ１を回転中心として相対回転可能に変速機軸６０に配置される。さらに、サンローラ３０は、変速機軸６０の軸方向に対して、軸受ＲＢ６の外輪、軸受ＲＢ７の外輪等によって位置決めされており、変速機軸６０の軸方向に対して相対移動不能に固定される。
【００２４】
また、サンローラ３０は、外周面３１が複数個の遊星ボール５０と接触する。サンローラ３０の外周面３１には、複数個の遊星ボール５０が放射状に略等間隔で配置される。したがって、サンローラ３０は、外周面３１が遊星ボール５０の自転の際の転動面となる。サンローラ３０は、自らの回転動作によって各遊星ボール５０を転動（自転）させることもできれば、各遊星ボール５０の転動動作（自転動作）に伴って回転することもできる。なお、サンローラ３０は、外周面３１に回転方向、すなわち、周方向に沿った円環状の窪み３２を有する。この窪み３２は、変速機軸６０の軸方向に対する各遊星ボール５０の位置決め機構として機能し、これにより、サンローラ３０は、後述の軸力発生時に、軸力を各遊星ボール５０に効率よく伝達することが可能となる。
【００２５】
キャリア４０は、各遊星ボール５０の傾転動作を妨げないように後述する支持軸５１の端部を支持する。キャリア４０は、例えば、中心軸を第１回転中心軸線Ｒ１に一致させた第１円盤部４１と第２円盤部４２とを対向させて配置し、この第１円盤部４１と第２円盤部４２とを複数本の連結軸（図示略）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、キャリア４０は、外周面に開放部分を有することになる。各遊星ボール５０は、第１円盤部４１と第２円盤部４２との間に配置され、この開放部分を介してキャリア４０の外周面から径方向外側に一部分を突出させている。
【００２６】
遊星ボール５０は、サンローラ３０の外周面３１上を転がる転動部材である。遊星ボール５０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。遊星ボール５０は、その中心を通って貫通させた支持軸５１によって回転自在に支持される。例えば、遊星ボール５０は、支持軸５１の外周面との間に配設したラジアル軸受ＲＢ８、ＲＢ９によって、第２回転中心軸線Ｒ２を回転軸とした支持軸５１に対する相対回転（つまり自転）ができるようにしている。したがって、遊星ボール５０は、支持軸５１を中心にしてサンローラ３０の外周面３１上を転動することができる。支持軸５１の両端は、遊星ボール５０から突出し、キャリア４０の第１円盤部４１と第２円盤部４２に各遊星ボール５０の傾転動作が可能な状態で保持される。
【００２７】
支持軸５１の基準となる位置は、第２回転中心軸線Ｒ２が第１回転中心軸線Ｒ１と平行になる位置（図１中の第２回転中心軸線Ｒ２１の位置）である。支持軸５１は、基準位置で形成される自身の回転中心軸（第２回転中心軸線Ｒ２）と第１回転中心軸線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５０と共に揺動（傾転）することができる。この傾転は、傾転平面内で遊星ボール５０の中心を支点にして行われる。
【００２８】
無段変速機１は、遊星ボール５０の傾転角が基準位置、すなわち、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との回転比（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、遊星ボール５０を基準位置から傾転させた際には、支持軸５１の中心軸から第１回転部材１０との接触部分までの距離が変化すると共に、支持軸５１の中心軸から第２回転部材２０との接触部分までの距離が変化する。これにより、第１回転部材１０又は第２回転部材２０のうちのいず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５０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）。したがって、この無段変速機１においては、その傾転角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。なお、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５０を紙面時計回り方向に傾転させ且つ下側の遊星ボール５０を紙面反時計回り方向に傾転させる。図１は、この増速時の状態を例示している。また、減速時（γ＞１）には、図１における上側の遊星ボール５０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５０を紙面時計回り方向に傾転させる。
【００２９】
無段変速機１は、変速比γを変える機構として変速装置８１が設けられている。変速比γは、遊星ボール５０の傾転角φの変化に伴い変わるので、変速装置８１としては、各遊星ボール５０を傾転させる傾転装置を用いる。変速装置８１は、第１回転部材１０と各遊星ボール５０との接触点及び第２回転部材２０と各遊星ボール５０との接触点を、各遊星ボール５０の傾転動作によって変えることで、変速比となる各回転要素の間の回転比を変化させる。この変速装置８１には、この技術分野において周知のものを利用する。例えば、変速装置８１は、延設された支持軸５１の一方の端部に取り付けられた長手方向が径方向の支持部材と、この支持部材に径方向の力を加えるアクチュエータと、で構成されたものが考えられる。変速装置８１は、その支持部材を径方向へと動かすことにより、支持軸５１を介して遊星ボール５０を傾転させる。
【００３０】
さらに、無段変速機１には、変速装置８１による各遊星ボール５０の傾転時に支持軸５１を傾転方向へと案内するためのガイド部が設けられている。この例示では、ガイド部をキャリア４０に設ける。ガイド部は、遊星ボール５０から突出した支持軸５１の端部を傾転方向に向けて案内する径方向のガイド溝４３、ガイド孔４４であり、第１円盤部４１、第２円盤部４２の対向する部分に遊星ボール５０毎に形成する。つまり、全てのガイド溝４３と全てのガイド孔４４は、軸方向からみるとそれぞれ放射状を成している。ガイド溝４３は、第１円盤部４１の径方向に沿って設けられ、傾転時の支持軸５１の端面の軌跡に沿った溝底４３ａを有している。なお、ここでは、傾転時の摩擦損失を抑えるために、その支持軸５１の端面と溝底４３ａとの間に隙間を設けている。また、この無段変速機１は、変速装置８１を第２円盤部４２とケース７１との間に配設しているので、支持軸５１が第２円盤部４２を貫通する必要がある。このため、ガイド孔４４は、第２円盤部４２の径方向に沿って設けられると共に、この第２円盤部４２を軸方向に貫通しており、支持軸５１は、このガイド孔４４を介して第２円盤部４２を貫通している。
【００３１】
無段変速機１は、第１回転部材１０の回転に伴い第１回転部材１０と各遊星ボール５０との間に摩擦力（トラクション力）が発生し、各遊星ボール５０が自転を始める。そして、無段変速機１は、各遊星ボール５０の回転によって、各遊星ボール５０と第２回転部材２０との間、各遊星ボール５０とサンローラ３０との間にも摩擦力が発生し、第２回転部材２０とサンローラ３０も回転を始める。同様に、無段変速機１は、第２回転部材２０の回転に伴い各遊星ボール５０が自転を始め、第１回転部材１０とサンローラ３０も回転を始める。
【００３２】
そして、この無段変速機１は、上記摩擦力の大きさの適正化を図ることによって効率の良い回転トルクの伝達が可能になる。ここで、効率の良いトルク伝達が可能な摩擦力とは、各遊星ボール５０における第１回転部材１０、第２回転部材２０及びサンローラ３０からの法線力Ｆｎ１，Ｆｎ２，Ｆｎ３で決まる傾向にある。この無段変速機１は、その法線力Ｆｎ１，Ｆｎ２，Ｆｎ３が過大であった場合、トルク伝達効率が悪化し、駆動効率が悪化するおそれがある。一方、トルクが不足していた場合、摩擦力不足によりトルク伝達が抑制されるおそれがある。この無段変速機１では、これらを勘案して、適正な摩擦力を発生させる法線力Ｆｎ１，Ｆｎ２，Ｆｎ３が必要法線力Ｆｎｒ１，Ｆｎｒ２，Ｆｎｒ３として定められている。この無段変速機１においては、入力側となる第１回転部材１０からの必要法線力Ｆｎｒ１が変速比γに拘わらず一定になる（例えば、図７参照）。一方、出力側となる第２回転部材２０からの必要法線力Ｆｎｒ２は、変速比γ＝１を境にして、増速側で変速比γの数値が小さくなるほど必要法線力Ｆｎｒ１よりも小さく、減速側で変速比γの数値が大きくなるほど必要法線力Ｆｎｒ１よりも大きくなる傾向にある（例えば、図８参照）。
【００３３】
この無段変速機１には、法線力Ｆｎ１，Ｆｎ２，Ｆｎ３の元となる力、つまり軸方向の力（軸力）を発生させる軸力発生装置が設けられている。軸力発生装置としては、第１回転部材１０をそれぞれの遊星ボール５０に対して押し付けるための軸力を発生させるトルクカム１２が設けられている。
【００３４】
トルクカム１２は、回転トルクを軸力Ｆａに変換するトルク軸力変換機構であり、第１回転部材１０と入力軸１１における円盤部１１ａの外周側の平面との間に配設される。このトルクカム１２は、入力軸１１の回転トルクを第１回転部材１０に伝えると共に、軸方向に向けた軸力Ｆａを発生させる。また、このトルクカム１２は、第１回転部材１０の回転トルクを入力軸１１に伝えると共に、軸方向に向けた軸力Ｆａを発生させるものでもある。スラスト軸受ＴＢ１は、入力軸１１を挟んで径方向にてトルクカム１２と同等の位置に配置されており、その内の一方の軸力Ｆａを受け持つ。したがって、他方の軸力Ｆａは、軸方向に向けた推力となり、第１回転部材１０を介して各遊星ボール５０に加わる。なお、以下、この他方の軸力Ｆａのことを推力Ｆａともいう場合がある。また、推力Ｆａは、各遊星ボール５０を介して第２回転部材２０と出力軸２１に伝わる。スラスト軸受ＴＢ３は、ケース７１に取り付けられており、推力Ｆａを受け持つ。したがって、各遊星ボール５０には、その第２回転部材２０を介して推力Ｆａと同様の反力Ｆａが加わる。
【００３５】
このトルクカム１２による法線力Ｆｎ１，Ｆｎ２は、トルクカム１２の軸力Ｆａと接触角θにより決まり、「Ｆａ／ｓｉｎθ」となる。入力側（第１回転部材１０と各遊星ボール５０との間）においては、法線力Ｆｎ１（＝Ｆａ／ｓｉｎθ）が必要法線力Ｆｎｒ１となるように軸力Ｆａ、つまり２つのトルクカム１２の諸元を設定すれば、効率の良いトルク伝達が可能な摩擦力を発生させることができる。しかしながら、この入力側に合わせた設定では、出力側（第２回転部材２０と各遊星ボール５０との間）において、減速時に法線力Ｆｎ２（＝Ｆａ／ｓｉｎθ）が必要法線力Ｆｎｒ２に対して不足することになり、摩擦力不足によりトルク伝達が行えなくなる可能性がある。このため、この軸力発生装置のままでは、必要法線力Ｆｎｒ２の最大値に合わせてトルクカム１２の諸元を設定しなければならず、最減速時以外の変速比γで過剰な法線力Ｆｎ１，Ｆｎ２が発生し、過剰な摩擦力によるトルク伝達効率の低下を招き、駆動効率の低下を招くおそれがある。
【００３６】
そこで、この無段変速機１では、トルクカム１２の他にも軸力発生装置を設ける。このもう１つの軸力発生装置は、増速時（γ＜１）にトルクカム１２による推力Ｆａとは逆向きの軸力Ｆｆを発生させると共に、減速時（γ＞１）にトルクカム１２による推力Ｆａと同じ向きの軸力Ｆｆを発生させ、上記の基準位置（γ＝１）で軸力Ｆｆを発生させないように構成したものである。また、この軸力発生装置は、増速時には変速比γの値が小さいほど大きな軸力Ｆｆを発生させ、減速時には変速比γの値が大きいほど大きな軸力Ｆｆを発生させるように構成する。
【００３７】
具体的には、無段変速機１は、トルク軸力変換機構９０と、軸力伝達機構９１とを備える。トルク軸力変換機構９０は、キャリア４０に生じる回転トルクを変速機軸６０の軸方向に沿った軸力Ｆｆに変換するものである。軸力伝達機構９１は、トルク軸力変換機構９０が変換した軸力Ｆｆをサンローラ３０に伝達するものである。
【００３８】
本実施形態のトルク軸力変換機構９０は、キャリア４０の第２円盤部４２の内周面に形成した雌ネジ部４５と、この雌ネジ部４５に螺合させた変速機軸６０の外周面上の雄ネジ部６１とを含んで構成される。ここでは、第１円盤部４１は、変速機軸６０に対して相対回転可能に組みつけられている。
【００３９】
ここで、遊星ボール５０においては、入力トルクが大きいほど第１回転部材１０との接触部（以下、「入力側接触部」という。）における摩擦力（以下、「入力側摩擦力」という。）が大きくなる。その入力側摩擦力は、入力トルクが一定であれば、変速比γが変わろうとも同じ大きさになる。入力トルクを一定にした場合、変速比γが１のときには、遊星ボール５０における入力側摩擦力と第２回転部材２０との接触部（以下、「出力側接触部」という。）の摩擦力（以下、「出力側摩擦力」という。）とが同じ大きさになる。これに対して、増速時（γ＜１）の遊星ボール５０においては、図２に示すように、入力側摩擦力に対して出力側摩擦力が小さくなり、変速比γの値が小さくなるほどその差が拡がる。一方、減速時（γ＞１）の遊星ボール５０においては、図３に示すように、入力側摩擦力に対して出力側摩擦力が大きくなり、変速比γの値が大きくなるほどその差が拡がる。
【００４０】
キャリア４０には、この入力側摩擦力と出力側摩擦力との差分に応じた周方向の回転トルクが支持軸５１を介して遊星ボール５０毎に入力される。例えば、入力軸１１側から軸方向にみて、入力トルクにより第１回転部材１０が反時計回りに回転する場合を例に挙げる。この場合、キャリア４０には、増速時であれば反時計回りのトルクが作用し（図４参照）、減速時であれば時計回りのトルクが作用する（図５参照）。入力側摩擦力と出力側摩擦力との差は入力トルクと変速比γによって変わるので、増速時又は減速時にキャリア４０に対して入力されるトルクは、その入力トルクと変速比γに応じて変化する。このトルクは、増速時には変速比γの値が小さいほど大きくなり、減速時には変速比γの値が大きいほど大きくなる。
【００４１】
そして、キャリア４０と変速機軸６０との間には、雌ネジ部４５と雄ネジ部６１とからなるトルク軸力変換機構９０が設けられているので、キャリア４０は、遊星ボール５０から入力された回転トルクによって、変速機軸６０に対する相対回転と共に軸方向へと移動することができ、この作用により、各支持軸５１からキャリア４０に伝達される回転トルクを変速機軸６０の軸方向に沿った軸力Ｆｆに変換することができる。この新たな軸力発生装置においては、その軸方向への移動量が多いほど（つまり入力されたトルクが大きいほど）キャリア４０により大きな軸力Ｆｆが発生することになるので、その軸線に沿ったキャリア４０の移動の方向と軸力Ｆｆの方向とを一致させる。したがって、雌ネジ部４５と雄ネジ部６１とは、増速時にトルクカム１２による推力Ｆａとは逆向きへとキャリア４０を変速機軸６０に対して相対移動させ、減速時にその推力Ｆａと同じ向きへとキャリア４０を変速機軸６０に対して相対移動させるよう螺刻形状を設定する。この軸力発生装置は、増速時であれば変速比γの値が小さいほど、減速時であれば変速比γの値が大きいほど、大きな軸力Ｆｆを発生させる。
【００４２】
このキャリア４０の回転量や軸方向への移動量は、軸力Ｆｆを後述の軸力伝達機構９１を介してサンローラ３０に伝達できるだけの量でよい。したがって、雌ネジ部４５と雄ネジ部６１は、可能な限り少しのキャリア４０の回転量で軸力Ｆｆを発生させることができるようにネジピッチ等の螺刻形状を設定することが好ましい。
【００４３】
軸力伝達機構９１は、例えば、変速機軸６０に固定的に設けられたスナップリング等の環状突起部９２、９３を介して、トルク軸力変換機構９０にて変換された軸力Ｆｆをサンローラ３０に伝達する。環状突起部９２、９３は、変速機軸６０の軸方向に対して軸受ＲＢ６、ＲＢ７の両側に設けられている。環状突起部９２は、軸方向に対して、第１円盤部４１と軸受ＲＢ６の内輪との間にこれらに当接可能な位置に設けられ、環状突起部９３は、軸方向に対して、第２円盤部４２と軸受ＲＢ７の内輪との間にこれらに当接可能な位置に設けられる。
【００４４】
上記のように構成される無段変速機１は、増速時には、トルク軸力変換機構９０にて雌ネジ部４５と雄ネジ部６１との作用によって、キャリア４０が変速機軸６０に対する回転と共に、トルクカム１２の軸力Ｆａとは逆向きの軸方向へと相対移動することで、図１中に黒矢印で図示するように、キャリア４０に生じる回転トルクがトルクカム１２の軸力Ｆａとは逆向きの軸力Ｆｆに変換される。そして、無段変速機１は、トルク軸力変換機構９０にて変換された軸力Ｆｆで軸力伝達機構９１の環状突起部９３が軸受ＲＢ７側に押圧され、これにより、軸力Ｆｆが環状突起部９３、軸受ＲＢ７等を介してサンローラ３０に伝達され、このサンローラ３０に変速比γに応じた軸力Ｆｆが作用する。図６には、そのときの入力側接触部と出力側接触部の軸力Ｆｓ１，Ｆｓ２と、この軸力Ｆｓ１，Ｆｓ２により入力側接触部と出力側接触部とに発生する法線力Ｆｎ１，Ｆｎ２とを示している。
【００４５】
入力側接触部における増速時の軸力Ｆｓ１は、トルクカム１２による軸力Ｆａそのものである（Ｆｓ１＝Ｆａ）。一方、出力側接触部における増速時の軸力Ｆｓ２は、その軸力Ｆａから、サンローラ３０と遊星ボール５０との接触部、すなわち、サンローラ接触部に作用する軸力Ｆｆを差し引いたものである（Ｆｓ２＝Ｆａ−Ｆｆ）。この無段変速機１においては、その入出力間の軸力差Ｆｆがスラスト軸受ＴＢ１上に出てしまうが、その軸力差Ｆｆに相当する反力をスラスト軸受ＴＢ２が受け持っている。
【００４６】
そして、接触角が「θ」なので、図６に示すように、増速時には、入力側接触部の法線力Ｆｎ１と出力側接触部の法線力Ｆｎ２、及び、このときのサンローラ接触部における法線力Ｆｎ３が下記のようになる。
【００４７】
Ｆｎ１＝Ｆａ／ｓｉｎθ
Ｆｎ２＝（Ｆａ−Ｆｆ）／ｓｉｎθ
Ｆｎ３＝（２Ｆａ−Ｆｆ）／ｔａｎθ
【００４８】
ここで、変速比γにかかわらず軸力Ｆａは一定なので、法線力Ｆｎ１は、「Ｆａ／ｓｉｎθ」のまま一定である（図７参照）。これに対して、増速時の軸力Ｆｆは変速比γの値が小さくなるほど大きくなるので、法線力Ｆｎ２は、変速比γの値が小さくなるにつれて軸力Ｆｆの分だけ小さくなっていく（図８参照）。図７、図８は、増速時における法線力Ｆｎ１，Ｆｎ２の一例を示したものである。
【００４９】
また、無段変速機１は、減速時には、トルク軸力変換機構９０にて雌ネジ部４５と雄ネジ部６１の作用によって、キャリア４０が変速機軸６０に対する増速時とは逆方向の回転と共に、トルクカム１２の軸力Ｆａと同じ向きの軸方向へと相対移動することで、図１中に白矢印で図示するように、キャリア４０に生じる回転トルクがトルクカム１２の軸力Ｆａと同じ向きの軸力Ｆｆに変換される。そして、無段変速機１は、トルク軸力変換機構９０にて変換された軸力Ｆｆで軸力伝達機構９１の環状突起部９２が軸受ＲＢ６側に押圧され、これにより、軸力Ｆｆが環状突起部９２、軸受ＲＢ６等を介してサンローラ３０に伝達され、このサンローラ３０に変速比γに応じた軸力Ｆｆが作用する。図９には、そのときの入力側接触部と出力側接触部の軸力Ｆｓ１，Ｆｓ２と、この軸力Ｆｓ１，Ｆｓ２により入力側接触部と出力側接触部とに発生する法線力Ｆｎ１，Ｆｎ２とを示している。
【００５０】
入力側接触部における減速時の軸力Ｆｓ１は、トルクカム１２による軸力Ｆａそのものである（Ｆｓ１＝Ｆａ）。一方、出力側接触部における減速時の軸力Ｆｓ２は、その軸力Ｆａに、サンローラ接触部に作用する軸力Ｆｆを加えたものである（Ｆｓ２＝Ｆａ＋Ｆｆ）。この無段変速機１においては、その入出力間の軸力差Ｆｆに相当する反力をスラスト軸受ＴＢ３が受け持っている。
【００５１】
この減速時には、図９に示すように、入力側接触部の法線力Ｆｎ１と出力側接触部の法線力Ｆｎ２、及び、このときのサンローラ接触部における法線力Ｆｎ３が下記のようになる。
【００５２】
Ｆｎ１＝Ｆａ／ｓｉｎθ
Ｆｎ２＝（Ｆａ＋Ｆｆ）／ｓｉｎθ
Ｆｎ３＝（２Ｆａ＋Ｆｆ）／ｔａｎθ
【００５３】
法線力Ｆｎ１は、増速時と同様に「Ｆａ／ｓｉｎθ」のまま一定である（図１０参照）。これに対して、軸力Ｆｆは変速比γの値が大きくなるほど大きくなるので、法線力Ｆｎ２は、変速比γの値が大きくなるにつれて軸力Ｆｆの分だけ大きくなっていく（図１１参照）。
【００５４】
なお、変速比γが１のときには、入力側摩擦力と出力側摩擦力とに差が生じないので、キャリア４０にトルクが入力されず、このキャリア４０が変速機軸６０に対する相対回転を行わない。このため、このときの法線力Ｆｎ１，Ｆｎ２は、「Ｆａ／ｓｉｎθ」となる。
【００５５】
したがって、この無段変速機１は、トルクカム１２の諸元を最適化し、トルクカム１２により最適な軸力Ｆａを付与することで、トルクカム１２ひとつでも、例えば、図１２、図１３に示すように、必要法線力Ｆｎｒ１、Ｆｎｒ２に対して、入力側接触部に発生する法線力Ｆｎ１、出力側接触部に発生する法線力Ｆｎ２が過剰になることを抑制することができ、この結果、過剰な摩擦力によるトルク伝達効率の低下を抑制し、駆動効率を向上することが可能となる。
【００５６】
すなわち、この無段変速機１においては、例えば、入力側接触部の法線力Ｆｎ１（＝Ｆａ／ｓｉｎθ）を必要法線力Ｆｎｒ１に一致させる軸力Ｆａとなるように、トルクカム１２のカム角等の諸元を設定する。これにより、無段変速機１は、図１２に示すように、法線力Ｆｎ１が必要法線力Ｆｎｒ１と同じ大きさになるので、入力側接触部においては、最適なトルク伝達効率になる。そして、この無段変速機１においては、このトルクカム１２の諸元の設定に加えて、トルク軸力変換機構９０、軸力伝達機構９１を設け、雌ネジ部４５と雄ネジ部６１の螺刻形状を適正に設定することで、図１３に示すように、必要法線力Ｆｎｒ２に対して、出力側接触部に発生する法線力Ｆｎ２が過剰になることを抑制することができ、この結果、出力側接触部でもトルク伝達効率の低下を抑制することができる。この結果、この無段変速機１は、駆動効率を向上することができる。
【００５７】
また、無段変速機１は、トルク軸力変換機構９０がキャリア４０に生じる回転トルクを軸力Ｆｆに変換し、軸力伝達機構９１がこの軸力Ｆｆをサンローラ３０に伝達することで、例えば、トルク軸力変換機構９０による軸力Ｆｆをキャリア４０から遊星ボール５０に作用させるような場合と比較して、サンローラ接触部に作用する荷重を相対的に低減することができる。例えば、軸力Ｆｆをキャリア４０から遊星ボール５０に作用させた場合の法線力Ｆｎ３は、下記のようになる。
【００５８】
Ｆｎ３（増速時）＝２Ｆａ／ｔａｎθ＋Ｆｆ｛（ｔａｎθ−ｔａｎφ）／ｔａｎθｔａｎφ｝
Ｆｎ３（減速時）＝２Ｆａ／ｔａｎθ＋Ｆｆ｛（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）／ｔａｎθｔａｎφ｝
【００５９】
この結果、無段変速機１は、サンローラ接触部に作用する荷重を相対的に低減することができることから、サンローラ３０や遊星ボール５０の耐久性を向上することができると共に、さらにトルク伝達効率の低下を抑制し、駆動効率を向上することが可能となる。
【００６０】
また、無段変速機１は、サンローラ３０が外周面３１に回転方向に沿った円環状の窪み３２を有することから、各遊星ボール５０を変速機軸６０の軸方向に対して適正な位置に位置決めすることができ、これにより、軸力Ｆｆをサンローラ３０から各遊星ボール５０に効率よく伝達することができ、よって、さらに駆動効率を向上することが可能となる。
【００６１】
そして、無段変速機１は、トルク軸力変換機構９０がキャリア４０に生じる回転トルクを軸力Ｆｆに変換し、軸力伝達機構９１がこの軸力Ｆｆをサンローラ３０に伝達することで、例えば、トルク軸力変換機構９０による軸力Ｆｆをキャリア４０から遊星ボール５０に作用させるような場合と比較して、各遊星ボール５０内のラジアル軸受ＲＢ８、ＲＢ９に作用する軸受荷重を相対的に低減することができる。無段変速機１は、例えば、図１４に示すように、遊星ボール５０に作用するモーメントのつりあいから、各遊星ボール５０内のラジアル軸受ＲＢ８、ＲＢ９の軸受荷重Ｆが下記のようになる。
【００６２】
ｒｂａｌｌ・Ｆｆ＝２ｒｂｒｇ・Ｆ
Ｆ＝（ｒｂａｌｌ／２ｒｂｒｇ）・Ｆｆ
【００６３】
したがって、この無段変速機１における各遊星ボール５０内のラジアル軸受ＲＢ８、ＲＢ９ひとつの軸受荷重Ｆは、下記のように表すことができる。
【００６４】
Ｆ＝［１／２（ｒｂｒｇ／ｒｂａｌｌ）］・Ｆｆ
【００６５】
一方、軸力Ｆｆをキャリア４０から遊星ボール５０に作用させた場合の各遊星ボール５０内のラジアル軸受ＲＢ８、ＲＢ９ひとつの軸受荷重Ｆは、例えば、下記のようになる。
【００６６】
Ｆ＝（１／２ｓｉｎφ）・Ｆｆ
【００６７】
したがって、無段変速機１は、傾転角φが小さい（幾何学的にあまり大きく取れない）こと、また通常、軸受を外側に設計することから、０＜ｓｉｎφ＜＜ｒｂｒｇ／ｒｂａｌｌ＜１となることから、各遊星ボール５０内のラジアル軸受ＲＢ８、ＲＢ９に作用する軸受荷重を相対的に低減することができる。この結果、無段変速機１は、各遊星ボール５０内のラジアル軸受ＲＢ８、ＲＢ９に作用する軸受荷重を相対的に低減することができることから、ラジアル軸受ＲＢ８、ＲＢ９や遊星ボール５０の耐久性を向上することができると共に、さらにトルク伝達効率の低下を抑制し、駆動効率を向上することが可能となる。また、無段変速機１は、変速装置８１による変速動作における変速荷重も低減することができることから、変速装置８１の動力源に要求される出力、体格を抑制することができ、この結果、装置の小型化を図ることができる。
【００６８】
以上で説明した実施形態に係る無段変速機１によれば、回転中心となる変速機軸６０と、変速機軸６０に軸方向に対向して配置され、共通の第１回転中心軸線Ｒ１を回転中心として相対回転可能である第１回転部材１０及び第２回転部材２０と、第１回転中心軸線Ｒ１と異なる第２回転中心軸線Ｒ２を回転中心として回転可能であり第１回転部材１０と第２回転部材２０とに挟持されこの第１回転部材１０及び第２回転部材２０との間でトルクを伝達可能である遊星ボール５０と、第１回転部材１０と遊星ボール５０との接触点及び第２回転部材２０と遊星ボール５０との接触点を遊星ボール５０の傾転動作によって変えることで、変速比となる当該各回転要素の間の回転比を変化させる変速装置８１と、変速機軸６０、第１回転部材１０及び第２回転部材２０に対して第１回転中心軸線Ｒ１を回転中心として相対回転可能に変速機軸６０に配置されると共に、外周面３１が遊星ボール５０と接触し、変速機軸６０の軸方向に相対移動不能であるサンローラ３０と、第２回転中心軸線Ｒ２を回転中心として遊星ボール５０を回転可能に支持する支持軸５１と、変速機軸６０に配置され、第１回転部材１０及び第２回転部材２０に対して第１回転中心軸線Ｒ１を回転中心として相対回転可能であり、支持軸５１の端部を遊星ボール５０の傾転動作が可能な状態で保持するキャリア４０と、キャリア４０に生じる回転トルクを変速機軸６０の軸方向に沿った軸力に変換するトルク軸力変換機構９０と、この軸力をサンローラ３０に伝達する軸力伝達機構９１とを備える。したがって、無段変速機１は、トルク軸力変換機構９０が変換した軸力を軸力伝達機構９１がサンローラ３０に伝達することで、例えば、出力部材（第２回転部材２０）側の過剰な法線力を低減することができ、駆動効率を向上することができる。
【００６９】
なお、上述した本発明の実施形態に係る無段変速機は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。
【００７０】
トルク軸力変換機構は、キャリア４０の第１円盤部４１と変速機軸６０との間に設けられていてもよいし、第１円盤部４１と変速機軸６０との間、第２円盤部４２と変速機軸６０との間の両方に設けられていてもよい。また、トルク軸力変換機構は、第４回転要素に生じる回転トルクを変速機軸の軸方向に沿った軸力に変換するものであればよく、例えば、種々のカム機構によって構成してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１    無段変速機
１０    第１回転部材（第１回転要素）
１２    トルクカム
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    外周面（外面）
３２    窪み
４０    キャリア（第４回転要素）
４５    雌ネジ部
５０    遊星ボール（転動部材）
５１    支持軸
６０    変速機軸
６１    雄ネジ部
７１    ケース
８１    変速装置
９０    トルク軸力変換機構
９１    軸力伝達機構
９２、９３    環状突起部
Ｒ１    第１回転中心軸線
Ｒ２    第２回転中心軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005488492.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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