(57)【要約】【課題】取扱いがしやすく、最適設計が可能で、歯車伝動機構の動力損失が少ない変速装置を提供する。【解決手段】変速装置は以下の要素を具備する。一対のプーリ部材56と第１歯車88を担持した第１軸52と、プーリ部材56間に係合する歯付きリング76と、歯付きリング76の外周に形成した歯と噛み合う第２歯車と第１歯車88と噛み合う第３歯車102と第４歯車106とを担持した第１軸52と平行な第２軸54と、歯付きリング76を第２歯車74の軸心を中心として移動させる歯付きリング移動手段と、プーリ部材56の相互間距離を変位させるプーリ操作手段60と、第１軸52と第１歯車88との間又は第２軸54と第３歯車102との間に設置され所定方向回転におけるプーリ部材56と歯付きリング76の係合の位置関係によって定まる減速比が第１歯車88と第３歯車102との減速比より小さくなるとき第１歯車88と第３歯車102による動力伝達を遮断するワンウェイクラッチ100と、第４歯車106と噛み合う第５歯車96を担持し第１軸52と同軸状の第３軸90。【選択図】図１
2007327586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
係合面を有する一対のプーリ部材が相対的に軸方向移動可能に設置されると共に第１歯車が設置された第１軸と、
前記係合面に側面が係合すると共に外周に噛合歯が形成された歯付きリングと、
前記歯付きリングと噛み合う第２歯車と、前記第１歯車と噛み合う第３歯車と、第４歯車が設けられ前記第１軸に対して平行に設置された第２軸と、
前記第２歯車とともに前記歯付きリングを回転自在に保持し前記第２歯車の軸心を中心として回動する歯付きリング移動手段と、
前記一対のプーリ部材の相互間距離を変位させるプーリ操作手段と、
前記第１軸と前記第１歯車または前記第２軸と前記第３歯車の間に設置され、所定方向回転における前記一対のプーリ部材と前記歯付きリングの係合の位置関係によって定まる減速比が前記第１歯車と前記第３歯車との減速比より小さくなるとき前記第１歯車と前記第３歯車による動力伝達を遮断するワンウェイクラッチと、
前記第４歯車と噛み合う第５歯車が設けられ前記第１軸と同軸に配置された第３軸と、
を備える変速装置。
【請求項２】
前記一対のプーリ部材と歯付きリングと前記第２歯車を覆う第１の密閉空間と、前記第１歯車と前記第３歯車を覆う第２の密閉空間を各々独立に形成し、前記第１の密閉空間の中に配置された部材と前記第２の密閉空間の中に配置された部材に異なる潤滑油を供給した請求項１記載の変速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は変速装置に関するもので、主に自動車や各種産業機械において利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
自動車用無段変速機としては、主に金属ベルト式ＣＶＴおよびハーフトロイダル式ＣＶＴ（トラクションドライブ式）が実用化されている。本出願人は、従来の無段変速機の諸課題（小型軽量化、効率向上）を解決する新機構の無段変速機として、一対のプーリ間に歯付きリングがクランプされ、プーリと歯付きリングとの間で動力伝達および無段変速を可能とした無段変速装置を提案している（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載されている無段変速装置は、図５および図６に示すとおり、Ｖプーリの溝にリングを挟み込んで両者間でトルクを伝達させ、かつ、両者間の接触部をＶプーリの半径方向に移動させることで変速比を変化させるようにしたものである。
【０００４】
軸受を介してケーシング１０に対して回転自在に、互いに平行な一対の回転軸１２，１４が取り付けてある。これらの回転軸１２，１４間でトルク伝達を行い、一方の回転軸（１２または１４）を入力軸とすると、他方の回転軸（１４または１２）が出力軸となる関係にある。回転軸１２は一対のプーリ部材１６で構成されたＶプーリを支持している。各プーリ部材１６はスプライン１８によって回転軸１２の軸方向に移動可能であり、かつ、回転方向にはロックされてトルク伝達可能である。
【０００５】
各プーリ部材１６はプーリ幅調節機構２０を備えている。このプーリ幅調節機構２０はフェイスカムタイプで、プーリ部材１６とケーシング１０の側壁との間に一対のカム板２２，２４が介在させてあり、カム板２２，２４の相対回転角度によって軸方向寸法が変化するようになっている。一方のカム板２２とプーリ部材１６との間にはスラスト軸受４４が介在させてある。また、そのカム板２２には、ケーシング１０のスリーブ２８に回転自在に支持された歯車３０と噛み合う歯車２６が設けてある。図６の左右に示されている歯車３０は連結部材３２で一体化してあり、同じ角度位置を占めるようになっている。歯車３０が回転すると、カム板２２が回転すると同時に、その回転方向によって、カム板２４から離反する向きまたはその逆向きに、軸方向に移動する。このようにして、一対のプーリ部材１６が接近または離反する方向に移動し、溝幅が変化する。
【０００６】
回転軸１４には小歯車３４が固定してある。小歯車３４は歯付きリング３６と噛み合っている。歯付きリング３６の外周には、小歯車３４の歯と噛み合う歯と、平滑な円筒状ガイド面３８が形成してあり、このガイド面３８にてガイドローラと接する。図５に示してある３つのガイドローラ４０ａ，４０ｂ，４０ｃのうちの２つ、つまり、ガイドローラ４０ａとガイドローラ４０ｃだけが図６に現れている。ガイドローラ４０ａ，４０ｂはそれぞれピンと軸受を介して回転自在にアーム４２に取り付けてある。ガイドローラ４０ｃは、小歯車３４の両側に配置した一対の円板で構成されている。
【０００７】
ガイドローラ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは所定の間隔でアーム４２上に配置してあり、これらのガイドローラ相互の位置関係は固定的である。アーム４２は、図６に示すように、回転軸１４と同軸にケーシング１０のスリーブ２８に旋回自在に支持されている。歯付きリング３６は３つのガイドローラ４０ａ，４０ｂ，４０ｃで外周から拘束されているため、中心軸がなくても回転が可能である（心なしローラ）。ガイドローラ４０ａ，４０ｂを担持したアーム４２を旋回させることによって、回転軸１４の軸心周りに歯付きリング３６の回転中心（図５）を移動させることができる。歯付きリング３６の外周の歯は小歯車３４と常に噛みあった状態にある。歯付きリング３６とプーリ部材１６との間にすきまが生じないようにプーリ部材１６とアーム４２を制御すれば、歯付きリング３６が回転軸１４の軸心周りに移動するのに伴ってプーリ部材１６との接触部が移動し、一定の小歯車３４の回転数に対しプーリ部材１６の速度を連続的に変えることができる。このようにして、いわゆるＣＶＴが構成される。
【０００８】
たとえば回転軸１２を入力側とすると、歯付きリング３６をプーリ部材１６の半径方向内側に押し込んだ状態が減速状態となる。そして、プーリ部材１６からトルクが入力されると、プーリ部材１６から歯付きリング３６に力が作用し、さらにほぼ同じ大きさの力が小歯車３４へ作用し、回転軸（出力軸）１４にトルクが伝達される。
【０００９】
また、特許文献１に記載された無段変速装置は、図７に示すように、上述のトラクションドライブ系に歯車Ｚ１、Ｚ２とワンウェイクラッチ４６を直列に接続した歯車伝達系を並列に付加したものである。自動車の発進時のように高減速状態では、図７（Ａ）に示すように、Ｖプーリ１６は歯付きリング３６から離れているか、歯付きリング３６を挟む力が小さくなっている。よって、トラクションドライブによるトルク伝達は行なわれない。一方、歯車Ｚ２の内径に挿入したワンウェイクラッチ４６は歯車Ｚ１から歯車Ｚ２へのトルクを伝達するが、逆向きにはフリーとなっている。よって、図７（Ａ）のような発進時には、入力軸のトルクは歯車Ｚ１→歯車Ｚ２→ワンウェイクラッチ４６の順に出力軸に伝えられる。
【００１０】
自動車が発進した後は、減速比を小さくするように、図示しない手段によってＶプーリ１６の溝幅が狭められる。この状態を示すのが図７（Ｂ）である。歯車Ｚ１と歯車Ｚ２の歯数で決まる減速比よりもトラクションドライブによる減速比が小さくなると、入力軸からのトルクはトラクションドライブによって伝達され、歯車Ｚ２に組み込んだワンウェイクラッチ４６は空転状態となる。
【特許文献１】特開２００５−２３３２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記従来の無段変速装置では、入力軸１２と出力軸１４は同一の軸線上になく、そのため使用条件によっては取扱いが難しかった。また、無段変速装置はできるだけ変速比を大きくすることが望ましく、歯車によるトルク伝達経路の減速比をトラクションドライブによるトルク伝達経路の最大減速比よりも大きくしようとすると、大小歯車の径比が大きくなり最適な設計が困難であった。さらに、周知のとおり、トラクションドライブに使用される潤滑油はトラクション油を用いることが一般的であるが、トラクション油は摩擦係数が大きく、歯車伝動機構に用いると動力損失に悪影響を及ぼし、効率が低下するおそれがある。
【００１２】
この発明の目的は、上述の問題点を除去し、言い換えれば、取扱いがしやすく、最適設計が可能で、歯車伝動機構の動力損失が少ない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】
この発明の変速装置は、係合面を有する一対のプーリ部材が相対的に軸方向移動可能に設置されると共に第１歯車が設置された第１軸と、前記係合面に側面が係合すると共に外周に噛合歯が形成された歯付きリングと、前記歯付きリングと噛み合う第２歯車と、前記第１歯車と噛み合う第３歯車と、第４歯車が設けられ前記第１軸に対して平行に設置された第２軸と、前記第２歯車とともに前記歯付きリングを回転自在に保持し前記第２歯車の軸心を中心として回動する歯付きリング移動手段と、前記一対のプーリ部材の相互間距離を変位させるプーリ操作手段と、前記第１軸と前記第１歯車または前記第２軸と前記第３歯車の間に設置され、所定方向回転における前記一対のプーリ部材と前記歯付きリングの係合の位置関係によって定まる減速比が前記第１歯車と前記第３歯車との減速比より小さくなるとき前記第１歯車と前記第３歯車による動力伝達を遮断するワンウェイクラッチと、前記第４歯車と噛み合う第５歯車が設けられ前記第１軸と同軸に配置された第３軸と、を備えることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の変速装置において、前記一対のプーリ部材と歯付きリングと前記第２歯車を覆う第１の密閉空間と、前記第１歯車と前記第３歯車を覆う第２の密閉空間を各々独立に形成し、前記第１の密閉空間の中に配置された部材と前記第２の密閉空間の中に配置された部材に異なる潤滑油を供給したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、入力軸と出力軸を同一軸線上に配置できるため、種々の機械に対応可能な変速装置を提供することができ、また、変速比の設定も容易となった。
【００１６】
請求項２の発明のように、トラクションドライブ部と歯車伝達部とを液密に仕切り、別々の２部屋に分離することによって、トラクションドライブ部と歯車伝達部にそれぞれに適した潤滑油を使用することができるため、信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１および図２にこの発明の実施の形態を示す。ここで、図１は図２のＩ−Ｏ−Ｉ線に沿う断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。変速装置の基本構造は、軸方向に可動の一対のプーリ部材５６からなるＶプーリの溝にリング７６を挟んだ構造である。リング７６は、側面にてプーリ部材５６の係合面と係合するが、外周に歯車の歯をもっていることから以下では歯付きリングと呼ぶこととする。ケーシング５０内に、互いに平行な回転軸５２，５４がそれぞれ軸受を介して回転自在に支持されている。以下では回転軸５２を第１軸、回転軸５４を第２軸と呼ぶこととする。
【００１９】
ケーシング５０は、その内部を仕切り壁８６で独立した二つの密閉空間に区分し、一方をトラクションドライブ部Ｐ、他方を歯車によるトルク伝達部（以下、歯車減速機部という）Ｑとしてある。まず、トラクションドライブ部Ｐについて述べる。
【００２０】
第１軸５２は一対のプーリ部材５６で構成されたＶプーリを支持している。各プーリ部材５６はボールスプライン５８によって第１軸５２の軸方向に移動可能であり、かつ、回転方向にはロックされてトルク伝達可能である。各プーリ部材５６はプーリ操作手段６０を備えている。図１に例示したプーリ操作手段６０はボールねじタイプで、ナット６２の内周に形成したらせん溝とねじ軸６４の外周に形成したらせん溝とで循環通路を形成し、複数のボールを循環走行させるようになっている。ナット６２はケーシング５０等の静止部材に固定してある。したがって、ねじ軸６４が自身の回転に伴って軸方向に変位する。ねじ軸６４は、プーリ部材５６のボス部に嵌合させた軸受８４の外輪に先端を当ててある。
【００２１】
ねじ軸６４は歯車６６を備えており、２つの歯車６６は変速軸７０に一体に設けられた歯車６８と噛み合うため、変速軸７０の回転に伴い一対の歯車６６は同期して回転する。その結果、左右のプーリ操作手段６０におけるねじ軸６４が同じ方向に回転する。ナット６４はケーシング５０に固定してあるため、駆動機構（１０８，１１０）により変速軸７０を介して歯車６６を回転させると、その回転運動がねじ軸６４の軸方向移動に変換され、歯車６６の回転方向によって、軸受８４を介してプーリ部材５６を押す向き、または、プーリ部材５６から離れる向きの軸方向力が発生する。右側のプーリ操作手段６０と左側のプーリ操作手段６０とでは逆ねじとしてあるため、ねじ軸６４が同じ方向に回転すると、それらは互いに逆方向に移動することになる。このようにして、一対のプーリ部材５６が接近または離反する方向に移動し、Ｖプーリの溝幅が変化する。
【００２２】
変速軸７０は端部にウォームホイール１０８を担持している。このウォームホイール１０８と噛み合うウォーム１１０を回転させることにより変速軸７０を回転駆動するようになっている。
【００２３】
もう一つの回転軸すなわち第２軸５４には第２歯車７４が固定してある。第２歯車７４は歯付きリング７６と噛み合っている。歯付きリング７６は、第２歯車７４の歯と噛み合う歯と、平滑な円筒状ガイド面７８（図２）を有し、このガイド面７８にてガイドローラと接する。図２に示すように、３つのガイドローラ８０ａ，８０ｂ，８０ｃが設けてあり、図１にはそのうちの２つ、つまり、ガイドローラ８０ａとガイドローラ８０ｃとが現れている。ガイドローラ８０ａ，８０ｂはそれぞれピンと軸受を介して回転自在にアーム８２に取り付けてある。ガイドローラ８０ｃは、第２歯車７４の両側に配置した一対の円板で構成されている。
【００２４】
アーム８２は、図２に示されているように輪状で、所定の間隔でガイドローラ８０ａ，８０ｂ，８０ｃが配置してある。これらのガイドローラ相互の位置関係は固定的である。少なくとも１つのガイドローラはプーリ部材５６と歯付きリング７６との接触部の歯付きリング中心周り１８０°付近で歯付きリング７６と接するように配置するのが望ましく、ここではガイドローラ８０ａがそれに該当する。アーム８２は、図１から理解できるように２枚の板材で構成され、第２軸５４と同軸にケーシング５０のスリーブ７２に旋回自在に支持されている。
【００２５】
歯付きリング７６は３つのガイドローラ８０ａ，８０ｂ，８０ｃで外周から拘束されているため、中心軸がなくても回転が可能である（心なしローラ）。ガイドローラ８０ａ，８０ｂを担持したアーム８２を旋回させることによって、第２軸５４の軸心周りに歯付きリング７６の回転中心を移動させることができる。歯付きリング７６の外周の歯は第２歯車７４と常に噛みあった状態にある。歯付きリング７６とプーリ部材５６との間にすきまが生じないようにプーリ部材５６とアーム８２を制御すれば、歯付きリング７６が第２軸５４の軸心周りに移動するのに伴ってプーリ部材５６との接触点が変化し、一定のプーリ部材５６の回転数に対し第２歯車７４の速度を連続的に変えることができる。このようにして、いわゆるＣＶＴが構成される。
【００２６】
入・出力方向は任意に選択できるが、以下、第１軸５２を入力軸とした場合を例にとって説明すると、歯付きリング７６をプーリ部材５６の半径方向内側に押し込んだ状態が減速状態となる。そして、プーリ部材５６から回転力が入力されると、プーリ部材５６から歯付きリング７６に力が作用し、ほぼ同じ大きさの力が第２歯車７４へ作用する。第２歯車７４からの反力が歯付きリング７６をプーリ部材５６間に押し込む方向に働くため、伝達トルクの増大に伴い自動的に接触力が大きくなる。
【００２７】
第２軸５４の軸心周りに歯付きリング７６の回転中心を移動させるための歯付きリング移動手段の構成要素としては、アーム８２とガイドローラ８０ａ，８０ｂ，８０ｃのほか、ガイドローラ８０ａ，８０ｂを担持したアーム８２を旋回させるためのアクチュエータが含まれる。そのようなアクチュエータとしては例えば直動アクチュエータや回転アクチュエータを採用することができる。直動アクチュエータの具体例としては、油圧シリンダ、空気圧シリンダ、モータとボールねじの組み合わせ、などが挙げられる。アクチュエータは、その種類に拘らず、変速比、変速指令および伝達トルク等に応じ、加圧方向および加圧力を制御することができる。
【００２８】
次に、歯車減速機部Ｑについて述べる。
【００２９】
入力軸５２は、仕切り壁８６を越えて歯車減速機部Ｑまで延びており、第１歯車８８を担持している。入力軸５２と同軸に、第３軸９０がケーシング５０の外壁に支持させてある。この第３軸３０を以下では出力軸と呼ぶ。出力軸９０は、ケーシング５０との間に介在させた軸受９２と、入力軸５２の端部との間に介在させた軸受９４とで回転自在に支持される。出力軸９０は第５歯車９６をもっている。出力軸９０が貫通するケーシング５０の外壁部分はオイルシール９８で軸封がしてある。
【００３０】
第２軸５４も仕切り壁８６を越えてトルク伝達部Ｑまで延び、ワンウェイクラッチ１００を介して第３歯車１０２を担持している。第２軸５４の端部はケーシング５０の外壁に軸受１０４を介して支持させてある。入力軸５２の第１歯車８８と第２軸５４の第３歯車１０２は互いに噛み合っている。第２軸５４にはもう一つの歯車すなわち第４歯車１０６が固定してあり、この第４歯車１０６は出力軸９０の第５歯車９６と噛み合っている。ワンウェイクラッチ１００は周知のように転がり軸受に似た構造で、内輪に対して外輪が一方向へは自由に回転するが、逆方向へは自由な回転を阻止して共回りするようにしたもので、種々のタイプが知られている。したがって、ワンウェイクラッチ１００の具体的な構成としては、周知のもののなかから適宜選択して採用することができる。なお、ここでは第３歯車１０２にワンウェイクラッチ１００を内蔵させた例を示したが、第１歯車８８に内蔵させることもできる。
【００３１】
歯車式トルク伝達部Ｑは、入力軸５２、第２軸５４、出力軸９０に取り付けた４枚の歯車すなわち第１歯車８８，第３歯車１０２，第４歯車１０６，第５歯車９６で減速機を構成している。発進時（起動時）は、入力軸５２からのトルクは、第１歯車８８と第３歯車１０２を介して減速され、ワンウェイクラッチ１００を介してカウンタシャフトつまり第２軸５４に伝達され、第４歯車１０６と第５歯車９６を介してさらに減速されて出力軸９０に伝達される。
【００３２】
発進後（起動後）、トラクションドライブ部Ｐの減速比が上記減速機による減速比よりも小さくなると、ワンウェイクラッチ１００の作用で第３歯車１０２は空転し、入力軸５２からのトルクはトラクションドライブ側から第４歯車１０６を介して出力軸９０に伝達される。
【００３３】
図１の実施の形態では、仕切り壁８６の入力軸５２，第２軸５４が貫通する部分に軸封を施してないばかりでなく、仕切り壁８６の下部に貫通穴８７があけてあり、トラクションドライブ部Ｐと歯車減速機部Ｑを連通させて油を共用することが予定されている。これに対し、図３に示すように、トラクションドライブ部Ｐと歯車減速機部Ｑの間に位置する仕切り壁８６を貫通する軸部にオイルシール１０８，１１０を設け、それぞれの部屋を液密に遮断することにより、トラクションドライブ部Ｐにはトラクション油を用い、歯車減速機部Ｑには信頼性の高いギヤー油を用いるというように、それぞれに適した別々の油を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の実施の形態を示す無段変速装置の縦断面図
【図２】図１の装置の横断面図
【図３】変形実施例を示す図１と類似の縦断面図
【図４】比較例を示す図１と類似の縦断面図
【図５】従来の技術を示す無段変速装置の横断面略図
【図６】図５の無段変速装置の縦断面図
【図７】図５の無段変速装置にワンウェイクラッチを付加した場合の線図
【符号の説明】
【００３５】
５０  ケーシング
５２  第１軸
５４  第２回
５６  プーリ部材
５８  ボールスプライン
６０  プーリ操作手段
６２  ナット
６４  ねじ軸
６６  歯車
６８  歯車
７０  変速軸
７２  スリーブ
７４  第２歯車
７６  歯付きリング
７８  円筒状ガイド面
８０ａ，８０ｂ，８０ｃ  ガイドローラ
８２  アーム
８４  軸受
８６  仕切り壁
８７  貫通穴
８８  第１歯車
９０  第３軸
９２  軸受
９４  軸受
９６  第５歯車
９８  オイルシール
１００  ワンウェイクラッチ
１０２  第３歯車
１０４  軸受
１０６  第４歯車
１０８  ウォームホイール
１１０  ウォーム
１１２  オイルシール
１１４  オイルシール
Ｐ  トラクションドライブ部
Ｑ  歯車伝達部（歯車減速機部）
【図１】
2007327586.tif 000003
【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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