(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源につながってこの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して揚水ポンプ又は発電機を駆動する為の出力軸と、遊星歯車機構と、トロイダル型無段変速機と、上記入力軸に入力された動力をこのトロイダル型無段変速機と上記遊星歯車機構との間で伝達する第一の動力伝達機構と、上記入力軸に入力された動力をこのトロイダル型無段変速機を介する事なく上記遊星歯車機構に伝達する第二の動力伝達機構とを備え、上記遊星歯車機構は、太陽歯車とこの太陽歯車の周囲に配置したリング歯車との間に設けられ、上記太陽歯車と同心に且つ回転自在に支持したキャリアに回転自在に支持された遊星歯車を、上記太陽歯車とリング歯車とに噛合させて成るものであり、上記第一の動力伝達機構と上記第二の動力伝達機構とを、上記太陽歯車と上記リング歯車と上記キャリアとのうちの２個の部材にそれぞれ結合すると共に、これら太陽歯車とリング歯車とキャリアとのうちの残りの１個の部材に上記出力軸を結合しており、上記トロイダル型無段変速機は、それぞれが断面円弧状の凹面である互いの内側面同士を対向させた状態で、互いに同心に、且つ回転自在に支持された入力側ディスク及び出力側ディスクと、これら入力側ディスク及び出力側ディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心として揺動する複数のトラニオンと、これら各トラニオンの中間部に、これら各トラニオンの内側面から突出する状態で支持された変位軸と、これら各トラニオンの内側面側に配置され且つ上記入力側ディスク及び出力側ディスクの間に挟持された状態で、上記各変位軸の周囲に回転自在に支持された、その周面を球状凸面としたパワーローラとを備えたものであり、上記第一の動力伝達機構及び上記第二の動力伝達機構を、何れも、常に動力の伝達を行なう状態に組み合わせると共に、上記入力側ディスク及び出力側ディスクの内側面の断面形状を構成する円弧の一部で、相手ディスクの内側面の断面形状を構成する円弧と各ディスクの軸方向に関する距離が最も長くなる部分を、上記各ディスクの内側面の底部とし、この底部と当該ディスクの外側面との距離を底部肉厚とした場合に、出力側ディスクの底部肉厚が入力側ディスクの底部肉厚よりも小さい揚水ポンプ又は発電機駆動用無段変速装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係る無段変速装置は、例えばビルディング等に設置する揚水ポンプや発電機の駆動部に組み込む変速機として利用する。特に本発明は、動力循環型の無段変速装置を構成するトロイダル型無段変速機の小型・軽量化を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の自動変速機として、図５〜６に略示する様なトロイダル型無段変速機が、一部で実施されている。このトロイダル型無段変速機は、例えば実開昭６２−７１４６５号公報に開示されている様に、入力軸１と同心に入力側ディスク２を支持し、この入力軸１と同心に配置された出力軸３の端部に出力側ディスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシング５（後述する図８〜９参照）の内側には、上記入力軸１並びに出力軸３に対し捻れの位置にある枢軸６、６を中心として揺動するトラニオン７、７を設けている。
【０００３】
これら各トラニオン７、７は、両端部外側面に上記枢軸６、６を、各トラニオン７、７毎に互いに同心に、各トラニオン７、７毎に１対ずつ設けている。これら各枢軸６、６の中心軸は、上記各ディスク２、４の中心軸と交差する事はないが、これら各ディスク２、４の中心軸の方向に対して直角方向若しくは直角に近い方向である、捩れの位置に存在する。又、上記各トラニオン７、７の中心部には変位軸８、８の基半部を支持し、上記枢軸６、６を中心として各トラニオン７、７を揺動させる事により、上記各変位軸８、８の傾斜角度の調節を自在としている。各トラニオン７、７に支持された変位軸８、８の先半部周囲には、それぞれパワーローラ９、９を回転自在に支持している。そして、これら各パワーローラ９、９を、上記入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａ同士の間に挟持している。
【０００４】
上記入力側、出力側両ディスク２、４の互いに対向する内側面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、上記枢軸６を中心とする円弧若しくはこの様な円弧に近い曲線を回転させて得られる、断面円弧状の凹面をなしている。そして、球状凸面に形成された各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａを、上記内側面２ａ、４ａに当接させている。又、上記入力軸１と入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置１０を設け、この押圧装置１０によって上記入力側ディスク２を、出力側ディスク４に向け弾性的に押圧しつつ、回転駆動自在としている。
【０００５】
上述の様に構成するトロイダル型無段変速機の使用時、入力軸１の回転に伴って上記押圧装置１０が上記入力側ディスク２を、上記複数のパワーローラ９、９に押圧しつつ回転させる。そして、この入力側ディスク２の回転が、上記複数のパワーローラ９、９を介して出力側ディスク４に伝達され、この出力側ディスク４に固定の出力軸３が回転する。
【０００６】
入力軸１と出力軸３との回転速度を変える場合で、先ず入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう場合には、枢軸６、６を中心として前記各トラニオン７、７を揺動させ、上記各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａが図５に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの中心寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接する様に、前記各変位軸８、８を傾斜させる。
【０００７】
反対に、増速を行なう場合には、上記各トラニオン７、７を揺動させ、上記各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａが図６に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの中心寄り部分とに、それぞれ当接する様に、上記各変位軸８、８を傾斜させる。これら各変位軸８、８の傾斜角度を図５と図６との中間にすれば、入力軸１と出力軸３との間で、中間の変速比を得られる。
【０００８】
更に、図７〜８は、実願昭６３−６９２９３号（実開平１−１７３５５２号）のマイクロフィルムに記載された、より具体化されたトロイダル型無段変速機を示している。入力側ディスク２と出力側ディスク４とは円管状の入力軸１１の周囲に、それぞれ回転自在に支持している。又、この入力軸１１の端部と上記入力側ディスク２との間に、ローディングカム式の押圧装置１０を設けている。一方、上記出力側ディスク４には、出力歯車１２を結合し、これら出力側ディスク４と出力歯車１２とが同期して回転する様にしている。
【０００９】
１対のトラニオン７、７の両端部に互いに同心に設けた枢軸６、６は１対の支持板（ヨーク）１３、１３に、揺動並びに軸方向（図７の表裏方向、図８の上下方向）の変位自在に支持している。そして、上記各トラニオン７、７の中間部に、変位軸８、８の基半部を支持している。これら各変位軸８、８は、基半部と先半部とを互いに偏心させている。そして、このうちの基半部を上記各トラニオン７、７の中間部に回転自在に支持し、それぞれの先半部にパワーローラ９、９を回転自在に支持している。
【００１０】
尚、上記１対の変位軸８、８は、上記入力軸１１に対して１８０度反対側位置に設けている。又、これら各変位軸８、８の基半部と先半部とが偏心している方向は、上記入力側、出力側両ディスク２、４の回転方向に関して同方向（図８で上下逆方向）としている。又、偏心方向は、上記入力軸１１の配設方向に対してほぼ直交する方向としている。従って上記各パワーローラ９、９は、上記入力軸１１の配設方向に関して若干の変位自在に支持される。
【００１１】
又、上記各パワーローラ９、９の外側面と上記各トラニオン７、７の中間部内側面との間には、これら各パワーローラ９、９の外側面の側から順に、スラスト玉軸受１４、１４とスラストニードル軸受１５、１５とを設けている。このうちのスラスト玉軸受１４、１４は、上記各パワーローラ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。又、上記各スラストニードル軸受１５、１５は、上記各パワーローラ９、９から上記各スラスト玉軸受１４、１４を構成する外輪１６、１６に加わるスラスト荷重を支承しつつ、上記各変位軸８、８の先半部及び上記外輪１６、１６が、これら各変位軸８、８の基半部を中心として揺動する事を許容する。更に、上記各トラニオン７、７は、油圧式のアクチュエータ（油圧シリンダ）１７、１７により、前記各枢軸６、６の軸方向に変位自在としている。
【００１２】
上述の様に構成されるトロイダル型無段変速機の場合、入力軸１１の回転は前記押圧装置１０を介して入力側ディスク２に伝えられる。そして、この入力側ディスク２の回転が、１対のパワーローラ９、９を介して出力側ディスク４に伝えられ、更にこの出力側ディスク４の回転が、出力歯車１２より取り出される。
【００１３】
入力軸１１と出力歯車１２との間の回転速度比を変える場合には、上記各アクチュエータ１７、１７により上記１対のトラニオン７、７を、それぞれ逆方向に、例えば、図８の右側のパワーローラ９を同図の下側に、同図の左側のパワーローラ９を同図の上側に、それぞれ変位させる。この結果、これら各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａと上記入力側ディスク２及び出力側ディスク４の内側面２ａ、４ａとの当接部に作用する、接線方向の力の向きが変化する。そして、この力の向きの変化に伴って上記各トラニオン７、７が、支持板１３、１３に枢支された枢軸６、６を中心として、互いに逆方向に揺動する。この結果、前述の図５〜６に示した様に、上記各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａと上記各内側面２ａ、４ａとの当接位置が変化し、上記入力軸１１と出力歯車１２との間の回転速度比が変化する。
【００１４】
トロイダル型無段変速機による動力伝達時には、構成各部の弾性変形に基づいて、上記各パワーローラ９、９が上記入力軸１１の軸方向に変位する。そして、これら各パワーローラ９、９を支持した前記各変位軸８、８が、それぞれの基半部を中心として僅かに回動する。この回動の結果、上記各スラスト玉軸受１４、１４の外輪１６、１６の外側面と上記各トラニオン７、７の内側面とが相対変位する。これら外側面と内側面との間には、前記各スラストニードル軸受１５、１５が存在する為、この相対変位に要する力は小さい。
【００１５】
更に、伝達可能なトルクを増大すべく、図９〜１０に示す様に、入力軸１１ａの周囲に入力側ディスク２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４とを２個ずつ設け、これら２個ずつの入力側ディスク２Ａ、２Ｂと出力側ディスク４、４とを動力の伝達方向に関して互いに並列に配置する、所謂ダブルキャビティ型の構造も、従来から知られている。この図９〜１０に示した構造は、上記入力軸１１ａの中間部周囲に出力歯車１２ａを、この入力軸１１ａに対する回転を自在として支持し、この出力歯車１２ａの中心部に設けた円筒部の両端部に上記各出力側ディスク４、４を、スプライン係合させている。又、上記各入力側ディスク２Ａ、２Ｂは、上記入力軸１１ａの両端部に、この入力軸１１ａと共に回転自在に支持している。この入力軸１１ａは、駆動軸１８により、ローディングカム式の押圧装置１０を介して回転駆動する。この様なダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機の場合には、入力軸１１ａから出力歯車１２ａへの動力の伝達を、一方の入力側ディスク２Ａと出力側ディスク４との間と、他方の入力側ディスク２Ｂと出力側ディスク４との間との、２系統に分けて行なうので、大きな動力の伝達を行なえる。
【００１６】
上述の様に構成され作用するトロイダル型無段変速機を実際の自動車用の無段変速機に組み込む場合、遊星歯車機構と組み合わせて、動力循環型の無段変速装置を構成する事が、特開平１−１６９１６９号公報、同１−３１２２６６号公報、同１０−１９６７５９号公報、同１１−６３１４６〜７号公報等に記載されている様に、従来から提案されている。即ち、低速走行時にはエンジンの駆動力をトロイダル型無段変速機のみで伝達し、高速走行時には上記駆動力を遊星歯車機構で伝達する事により、高速走行時に上記トロイダル型無段変速機に加わるトルクの低減を図る様にしている。この様に構成する事により、上記トロイダル型無段変速機の構成各部材の耐久性を向上させる事ができる。
【００１７】
図１１は、上記各公報のうちの特開平１０−１９６７５９号公報に記載された無段変速装置を示している。この無段変速装置は、駆動源であるエンジン１９のクランクシャフト２０の出力側端部（図１１の右端部）と入力軸２１の入力側端部（図１１の左端部）との間に発進クラッチ２２を設けている。又、上記入力軸２１の回転に基づく動力を取り出す為の出力軸２３を、この入力軸２１と平行に配置している。そして、この入力軸２１の周囲にトロイダル型無段変速機２４を、上記出力軸２３の周囲に遊星歯車機構２５を、それぞれ設けている。
【００１８】
上記トロイダル型無段変速機２４に組み込むローディングカム式の押圧装置１０を構成するカム板２６は、上記入力軸２１の中間部で出力側端部寄り（図１１の右寄り）部分に固定している。又、入力側ディスク２と出力側ディスク４とは、上記入力軸２１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２１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、上記カム板２６と入力側ディスク２とにより、上記押圧装置１０を構成している。従って、上記入力側ディスク２は上記入力軸２１の回転に伴い、上記出力側ディスク４に向け押圧されつつ回転する。又、上記入力側ディスク２の内側面２ａと上記出力側ディスク４の内側面４ａとの間に複数個のパワーローラ９、９を挟持して、前述の図５〜８に示した如きトロイダル型無段変速機２４を構成している。
【００１９】
又、上記遊星歯車機構２５を構成する太陽歯車２７は、前記出力軸２３の入力側端部（図１１の右端部）に固定している。従ってこの出力軸２３は、上記太陽歯車２７の回転に伴って回転する。この太陽歯車２７の周囲にはリング歯車２８を、上記太陽歯車２７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２８の内周面と上記太陽歯車２７の外周面との間に、複数個（通常は３〜４個）の遊星歯車組２９、２９を設けている。図示の例ではこれら各遊星歯車組２９、２９は、それぞれ１対ずつの遊星歯車３０ａ、３０ｂを組み合わせて成る。これら１対ずつの遊星歯車３０ａ、３０ｂは、互いに噛合すると共に、外径側に配置した遊星歯車３０ａを上記リング歯車２８に噛合させ、内径側に配置した遊星歯車３０ｂを上記太陽歯車２７に噛合させている。この様に各遊星歯車組２９、２９をそれぞれ１対ずつの遊星歯車３０ａ、３０ｂにより構成するのは、上記リング歯車２８と太陽歯車２７との回転方向を一致させる為である。従って、他の構成部分との関係で、これらリング歯車２８と太陽歯車２７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２８と太陽歯車２７との両方に噛合させても良い。上述の様な遊星歯車組２９、２９は、キャリア３１の片側面（図１１の右側面）に回転自在に支持している。又、このキャリア３１は、前記出力軸２３の中間部に、回転自在に支持している。
【００２０】
又、上記キャリア３１と前記出力側ディスク４とを、第一の動力伝達機構３２により、回転力の伝達を可能な状態に接続している。図示の例ではこの第一の動力伝達機構３２を、互いに噛合した第一、第二の歯車３３、３４により構成している。従って上記キャリア３１は、上記出力側ディスク４の回転に伴って、この出力側ディスク４と反対方向に、上記第一、第二の歯車３３、３４の歯数に応じた速度で回転する。
【００２１】
一方、前記入力軸２１と上記リング歯車２８とは、第二の動力伝達機構３５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。図示の例ではこの第二の動力伝達機構３５を、第一、第二のスプロケット３６、３７と、これら両スプロケット３６、３７同士の間に掛け渡したチェン３８とにより構成している。即ち、第一のスプロケット３６を上記入力軸２１の出力側端部（図１１の右端部）で前記カム板２６から突出した部分に固定すると共に、第二のスプロケット３７を伝達軸３９の入力側端部（図１１の右端部）に固定している。従ってこの伝達軸３９は、上記入力軸２１の回転に伴って、この入力軸２１と同方向に、上記第一、第二のスプロケット３６、３７の歯数に応じた速度で回転する。
【００２２】
又、無段変速装置は、モード切換手段を構成するクラッチ機構を備える。このクラッチ機構は、上記キャリア３１と第二の動力伝達機構３５の構成部材である上記伝達軸３９との何れか一方のみを、上記リング歯車２８に接続する。図１１に示した構造の場合に、このクラッチ機構は、低速用クラッチ４０と高速用クラッチ４１とから成る。このうちの低速用クラッチ４０は、上記キャリア３１の外周縁部と上記リング歯車２８の軸方向一端部（図１１の左端部）との間に設けている。この様な低速用クラッチ４０は、接続時には、前記遊星歯車機構２５を構成する太陽歯車２７とリング歯車２８と遊星歯車組２９、２９との相対変位を阻止し、これら太陽歯車２７とリング歯車２８とを一体的に結合する。又、高速用クラッチ４１は、上記伝達軸３９と、上記リング歯車２８に支持板４２を介して固定した中心軸４３との間に設けている。これら低速用クラッチ４０と高速用クラッチ４１とは、何れか一方のクラッチが接続された場合には、他方のクラッチの接続が断たれる。
【００２３】
又、図１１の例では、上記リング歯車２８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４４を設けている。この後退用クラッチ４４は、自動車を後退させるべく、上記出力軸２３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４４は、上記低速用クラッチ４０と高速用クラッチ４１との何れか一方が接続された状態では、接続が断たれる。又、この後退用クラッチ４４が接続された状態では、上記低速用クラッチ４０と高速用クラッチ４１とは、何れも接続が断たれる。
【００２４】
更に、図示の例では、上記出力軸２３とデファレンシャルギヤ４５とを、第三〜第五の歯車４６〜４８で構成する第三の動力伝達機構４９により接続している。従って、上記出力軸２３が回転すると、これら第三の動力伝達機構４９及びデファレンシャルギヤ４５を介して左右１対の駆動軸５０、５０が回転し、自動車の駆動輪を回転駆動させる。
【００２５】
上述の様に構成する無段変速装置は、先ず、低速走行時には、上記低速用クラッチ４０を接続すると共に、上記高速用クラッチ４１及び後退用クラッチ４４の接続を断つ。この状態で上記発進クラッチ２２を接続し、前記入力軸２１を回転させると、トロイダル型無段変速機２４のみが、この入力軸２１から上記出力軸２３に動力を伝達する。この様な低速走行時に、入力側、出力側両ディスク２、４同士の間の変速比を変える際の作用は、前述の図５〜８に示した従来のトロイダル型無段変速機の場合と同様である。勿論、この状態では、上記入力軸２１と出力軸２３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、トロイダル型無段変速機２４の変速比に比例する。又、この状態では、このトロイダル型無段変速機２４に入力されるトルクは、上記入力軸２１に加えられるトルクに等しくなる。
【００２６】
これに対して、高速走行時には、上記高速用クラッチ４１を接続すると共に、上記低速用クラッチ４０及び後退用クラッチ４４の接続を断つ。この状態で上記発進クラッチ２２を接続し、上記入力軸２１を回転させると、この入力軸２１から上記出力軸２３には、前記第二の動力伝達機構３５を構成する第一、第二のスプロケット３６、３７及びチェン３８と前記遊星歯車機構２５とが、動力を伝達する。
【００２７】
即ち、上記高速走行時に上記入力軸２１が回転すると、この回転は上記第二の動力伝達機構３５並びに高速用クラッチ４１を介して中心軸４３に伝わり、この中心軸４３を固定したリング歯車２８を回転させる。そして、このリング歯車２８の回転が複数の遊星歯車組２９、２９を介して太陽歯車２７に伝わり、この太陽歯車２７を固定した上記出力軸２３を回転させる。上記リング歯車２８が入力側となった場合に上記遊星歯車機構２５は、上記各遊星歯車組２９、２９が停止している（太陽歯車２７の周囲で公転しない）と仮定すれば、上記リング歯車２８と太陽歯車２７との歯数の比に応じた変速比で増速を行なう。但し、上記各遊星歯車組２９、２９は上記太陽歯車２７の周囲を公転し、無段変速装置全体としての変速比は、これら各遊星歯車組２９、２９の公転速度に応じて変化する。そこで、上記トロイダル型無段変速機２４の変速比を変えて、上記各遊星歯車組２９、２９の公転速度を変えれば、上記無段変速装置全体としての変速比を調節できる。
【００２８】
即ち、上記高速走行時に上記各遊星歯車組２９、２９が、上記リング歯車２８と同方向に公転する。そして、これら各遊星歯車組２９、２９の公転速度が遅い程、上記太陽歯車２７を固定した出力軸２３の回転速度が速くなる。例えば、上記公転速度とリング歯車２８の回転速度（何れも角速度）が同じになれば、上記リング歯車２８と出力軸２３の回転速度が同じになる。これに対して、上記公転速度がリング歯車２８の回転速度よりも遅ければ、上記リング歯車２８の回転速度よりも出力軸２３の回転速度が速くなる。反対に、上記公転速度がリング歯車２８の回転速度よりも速ければ、上記リング歯車２８の回転速度よりも出力軸２３の回転速度が遅くなる。
【００２９】
従って、上記高速走行時には、前記トロイダル型無段変速機２４の変速比を減速側に変化させる程、無段変速装置全体の変速比は増速側に変化する。この様な高速走行時の状態では、上記トロイダル型無段変速機２４に、入力側ディスク２からではなく、出力側ディスク４からトルクが加わる（低速時に加わるトルクをプラスのトルクとした場合にマイナスのトルクが加わる）。即ち、前記高速用クラッチ４１を接続した状態では、前記エンジン１９から入力軸２１に伝達されたトルクは、前記ローディングカム装置１０が前記入力側ディスク２を押圧する以前に、前記第二の動力伝達機構３５を介して前記遊星歯車機構２５のリング歯車２８に伝達される。従って、入力軸２１の側から上記ローディングカム装置１０を介して入力側ディスク２に伝達されるトルクは殆どなくなる。
【００３０】
一方、上記第二の動力伝達機構３５を介して前記遊星歯車機構２５のリング歯車２８に伝達されたトルクの一部は、前記各遊星歯車組２９、２９から、キャリア３１及び第一の動力伝達機構３２を介して出力側ディスク４に伝わる。この様に出力側ディスク４からトロイダル型無段変速機２４に加わるトルクは、無段変速装置全体の変速比を増速側に変化させるべく、トロイダル型無段変速機２４の変速比を減速側に変化させる程小さくなる。この結果、高速走行時に上記トロイダル型無段変速機２４に入力されるトルクを小さくして、このトロイダル型無段変速機２４の構成部品の耐久性向上を図れる。
【００３１】
更に、自動車を後退させるべく、前記出力軸２３を逆回転させる際には、前記低速用、高速用両クラッチ４０、４１の接続を断つと共に、前記後退用クラッチ４４を接続する。この結果、上記リング歯車２８が固定され、上記各遊星歯車組２９、２９が、このリング歯車２８並びに前記太陽歯車２７と噛合しつつ、この太陽歯車２７の周囲を公転する。そして、この太陽歯車２７並びにこの太陽歯車２７を固定した出力軸２３が、前述した低速走行時並びに上述した高速走行時とは逆方向に回転する。
【００３２】
尚、上述の様な無段変速装置に組み込むトロイダル型無段変速機２４は、図１１及び図５〜８に示したシングルキャビティ型のものに限らず、前述した図９〜１０に示す様なダブルキャビティ型のものでも良い。ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機を組み込んだ無段変速装置は、前記特開平１１−６３１４６〜７号公報等に記載されている。例えば、図１２〜１３は、特開平１１−６３１４７号公報に記載された無段変速装置の２例を示している。このうち、図１２に示した構造は、ダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機２４ａの中心部に、前述の図１１に示した構造の場合と同様に入力軸２１ａを挿通し、上記トロイダル型無段変速機２４ａの軸方向に関して入力部と反対側で、このトロイダル型無段変速機２４ａと遊星歯車機構２５とに動力を分割したものである。これに対して図１３に示した構造は、トロイダル型無段変速機２４ａの側方に伝達軸５１を、このトロイダル型無段変速機２４ａと並列に配設し、このトロイダル型無段変速機２４ａの軸方向に関して入力部と同じ側で、このトロイダル型無段変速機２４ａと遊星歯車機構２５とに動力を分割したものである。
【００３３】
何れの構造にしても、トロイダル型無段変速機２４、２４ａと遊星歯車機構２５とを組み合わせて、パワー・スプリット型と称せられる、動力循環型の無段変速装置を構成する事により、高速走行時に上記トロイダル型無段変速機２４、２４ａを通過する動力を小さくできる。この為、このトロイダル型無段変速機２４、２４ａを構成する各部材の耐久性向上を図れる。即ち、エンジン等の駆動源からこのトロイダル型無段変速機２４、２４ａに加えられるトルクに対する、このトロイダル型無段変速機２４、２４ａを構成する入力側ディスク２、２Ａ、２Ｂに加わるトルクの割合は、図１４に示す様に変化する。
【００３４】
この図１４のうち、左半部に位置するα範囲は、低速用クラッチ４０が繋がれて高速用クラッチ４１の接続が断たれた低速モード状態に、右半部に位置するβ範囲は、高速用クラッチ４１が繋がれて低速用クラッチ４０の接続が断たれた高速モード状態に、それぞれ対応する。この図１４から明らかな通り、低速モードでは、上記駆動源のトルクがそのまま上記トロイダル型無段変速機２４、２４ａを通過するが、高速モードでは、無段変速装置全体としての変速比を増速状態に変化させる程、上記トロイダル型無段変速機２４、２４ａを通過するトルクが減少する。尚、前述の説明から明らかな通り、上記β範囲に対応する高速モード状態では、無段変速装置全体としての変速比を増速状態に変化させる程、上記トロイダル型無段変速機２４、２４ａの変速状態は減速側に変化する。
【００３５】
図１１〜１３に示した無段変速装置は何れも、自動車用の自動変速機を構成する事を意図したものであり、トロイダル型無段変速機２４、２４ａのみで動力を伝達する低速走行モードから、動力伝達を主として遊星歯車機構２５により行なう高速モードまでを使用する。これに対して、各種エンジンに付属した補機や、ビルディング等に設置する揚水ポンプ、又は、発電機の駆動を、エンジン或はモータにより、トロイダル型無段変速機と遊星歯車機構とを組み合わせた無段変速装置を介して行なう事が考えられている。
【００３６】
この様な用途に使用する無段変速装置の場合、自動車用の自動変速機として使用する無段変速装置の場合程は、大きな変速比を要しないし、回転方向を変換する必要もない。この為、動力を主として遊星歯車機構で伝達し、トロイダル型無段変速機はこの遊星歯車機構部分の変速比を変える為にのみ使用する機構を採用する事が考えられる。この場合には、図１１〜１３に示した無段変速装置から低速用クラッチ４０及び後退用クラッチ４４を省略すると共に、第二の動力伝達機構３５とリング歯車２８とを、常に動力の伝達自在に組み合わせる。
【００３７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様な、動力を主として遊星歯車機構２５で伝達する無段変速装置を実施する場合に、自動車用自動変速機として使用する事を前提に考えられた無段変速装置の構成をそのまま利用した場合には、次の様な無駄が生じる。
即ち、トロイダル型無段変速機２４、２４ａと遊星歯車機構２５とを組み合わせた動力循環型の無段変速装置を自動車用の自動変速機として使用する場合には、前述した低速モード状態では、動力の伝達を総てトロイダル型無段変速機２４、２４ａで行なう。
【００３８】
又、トロイダル型無段変速機２４、２４ａにより動力伝達を行なう場合に、入力側、出力側各ディスク２、２Ａ、２Ｂ、４の内側面２ａ、４ａと各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａとの当接部に働く押圧力（当接圧と当接面積との積）は、図５に示す様な減速状態で最も大きくなる。この状態で各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａは、出力側ディスク４の内側面４ａのうち、肉厚が小さくなった外径寄り部分に当接する。上記動力循環型の無段変速装置を自動車用の自動変速機として使用する場合には、この様な場合にも、上記出力側ディスク４の耐久性を十分に確保できるだけの剛性並びに強度を、この出力側ディスク４に持たせる必要がある。この為に従来構造の場合には、出力側ディスク４の重量が、入力側ディスク２、２Ａ、２Ｂの重量よりも嵩んでいる。
【００３９】
これに対して、上記動力循環型の無段変速装置を、揚水ポンプや補機の駆動部に組み込んで使用する場合には、出力側ディスク４、４に加わる押圧力は、前述の図１４から明らかな通り、限られたものとなる。この様に、作用する押圧力が限られているのに、大きな押圧力が加わった場合にも十分な耐久性を確保できる程の出力側ディスク４、４を組み込む事は無駄であり、上記無段変速装置の小型・軽量化の妨げとなる。
本発明の揚水ポンプ又は発電機駆動用無段変速装置は、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
本発明の揚水ポンプ又は発電機駆動用無段変速装置は、駆動源につながってこの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して揚水ポンプ又は発電機を駆動する為の出力軸と、遊星歯車機構と、トロイダル型無段変速機と、上記入力軸に入力された動力をこのトロイダル型無段変速機と上記遊星歯車機構との間で伝達する第一の動力伝達機構と、上記入力軸に入力された動力をこのトロイダル型無段変速機を介する事なく上記遊星歯車機構に伝達する第二の動力伝達機構とを備える。
このうちの遊星歯車機構は、太陽歯車とこの太陽歯車の周囲に配置したリング歯車との間に設けられ、上記太陽歯車と同心に且つ回転自在に支持したキャリアに回転自在に支持された遊星歯車を、上記太陽歯車とリング歯車とに噛合させて成る。
そして、上記第一の動力伝達機構と上記第二の動力伝達機構とを、上記太陽歯車と上記リング歯車と上記キャリアとのうちの２個の部材にそれぞれ結合すると共に、これら太陽歯車とリング歯車とキャリアとのうちの残りの１個の部材に上記出力軸を結合している。
又、上記トロイダル型無段変速機は、それぞれが断面円弧状の凹面である互いの内側面同士を対向させた状態で、互いに同心に、且つ回転自在に支持された入力側ディスク及び出力側ディスクと、これら入力側ディスク及び出力側ディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心として揺動する複数のトラニオンと、これら各トラニオンの中間部に、これら各トラニオンの内側面から突出する状態で支持された変位軸と、これら各トラニオンの内側面側に配置され且つ上記入力側ディスク及び出力側ディスクの間に挟持された状態で、上記各変位軸の周囲に回転自在に支持された、その周面を球状凸面としたパワーローラとを備える。
【００４１】
特に、本発明の揚水ポンプ又は発電機駆動用無段変速装置に於いては、上記第一の動力伝達機構及び上記第二の動力伝達機構を、何れも、常に動力の伝達を行なう状態に組み合わせている。
又、上記入力側ディスク及び出力側ディスクの内側面の断面形状を構成する円弧の一部で、相手ディスクの内側面の断面形状を構成する円弧と各ディスクの軸方向に関する距離が最も長くなる部分を、上記各ディスクの内側面の底部とし、この底部と当該ディスクの外側面との距離を底部肉厚とした場合に、出力側ディスクの底部肉厚が入力側ディスクの底部肉厚よりも小さい。
【００４２】
【作用】
上述の様に構成する本発明の揚水ポンプ又は発電機駆動用無段変速装置により、入力軸と出力軸との間の変速比を無段階に変換する際の作用は、例えば前述の図１１〜１３に示した様な、従来から知られている動力循環式の無段変速装置で、高速用クラッチのみを接続して他のクラッチの接続を断った状態での変速動作と同様である。
特に、本発明の揚水ポンプ又は発電機駆動用無段変速装置によれば、トロイダル型無段変速機を構成する出力側ディスクの強度並びに剛性を過剰に高くする事をなくせる。
即ち、本発明の揚水ポンプ又は発電機駆動用無段変速装置の場合には常に、動力の伝達を主として遊星歯車機構を通じて行なう為、上記トロイダル型無段変速機を通過する動力は小さい。しかも、このトロイダル型無段変速機が減速状態となり、上記出力側ディスクに最も大きな力が加わる状態では、このトロイダル型無段変速機を通過する動力が更に小さくなる。この為、上記出力側ディスクを薄肉にしても、この出力側ディスクの強度並びに剛性が不足する事はない。
【００４３】
【発明の実施の形態】
図１〜２は、本発明の実施の形態の１例を示している。駆動源であるエンジン１９の動力は、図示を省略した、歯車伝達機構或はチェン伝達機構等の動力分割手段により分割して、トロイダル型無段変速機２４ｂと遊星歯車機構２５ａとに入力している。即ち、上記動力分割手段により分割した動力のうちの一部を、駆動軸１８により、上記トロイダル型無段変速機２４ｂに伝達自在としている。そして、このトロイダル型無段変速機２４ｂの出力歯車１２ａと上記遊星歯車機構２５ａとを、この出力歯車１２ａと噛合した歯車５２により構成する、第一の動力伝達機構３２により結合している。これに対して、上記動力分割手段により分割された動力のうちの残部を、図示を省略した歯車等の動力伝達部材により構成する、第二の動力伝達機構３５により、上記遊星歯車機構２５ａに伝達自在としている。尚、請求項に記載した入力軸は、上記エンジン１９と上記動力分割手段との間に存在する。又、本例の場合、上記遊星歯車機構２５ａを構成するリング歯車２８に、出力軸２３ａの基端部（図１の左端部）を結合している。この出力軸２３ａの先端部（図１の右端部）は、図示しない揚水ポンプ或は発電機の回転軸に結合する。
【００４４】
上記遊星歯車機構２５ａは、太陽歯車２７と、この太陽歯車２７の周囲に配置したリング歯車２８と、これら両歯車２７、２８同士の間に設けられ、それぞれがこれら両歯車２７、２８と噛合した複数個の遊星歯車３０、３０とを備える。本例の場合、これら遊星歯車３０、３０は、単一のものが上記両歯車２７、２８に噛合する、シングルピニオン型のものを採用している。又、上記各遊星歯車３０、３０は、上記太陽歯車２７と同心に且つ回転自在に支持したキャリア３１に回転自在に支持している。
【００４５】
そして、上記第一の動力伝達機構３２を、上記太陽歯車２７に結合している。又、上記第二の動力伝達機構３５を、キャリア３１に結合している。更に、出力軸２３ａを、上記リング歯車２８に結合している。
【００４６】
又、図示の例では、上記トロイダル型無段変速機２４ｂとして、前述の図９〜１０に示した様な、ダブルキャビティ型の構造のものを使用している。この様なトロイダル型無段変速機２４ｂの構造及び作用は、上記図９〜１０に示した、従来から知られているものと同様である。特に、本発明の揚水ポンプ又は発電機駆動用無段変速装置を構成するトロイダル型無段変速機２４ｂの場合には、前記出力歯車１２ａを軸方向両側から挟む状態で設けた１対の出力側ディスク４Ａ、４Ａの重量を、各入力側ディスク２Ａ、２Ｂの重量よりも軽くしている。
【００４７】
この為に図示の例では、上記各出力側ディスク４Ａ、４Ａの外側面（図１〜２の互いに対向する側面）の内径側半部に断面形状が略三角形である凹部５３、５３を、それぞれの全周に亙って形成すると共に、上記各出力側ディスク４Ａ、４Ａの内側面４ａ、４ａの底部肉厚を、各入力側ディスク２Ａ、２Ｂの内側面２ａ、２ａの底部肉厚よりも小さくしている。
【００４８】
ここで言う底部肉厚の概念に就いて、図３〜４により説明する。先ず、上記入力側ディスク２Ａ、２Ｂ及び出力側ディスク４Ａ、４Ａの内側面２ａ、４ａの断面形状を構成する円弧の一部で、相手ディスクの内側面の断面形状を構成する円弧と各ディスク２Ａ、２Ｂ、４Ａの軸方向（図３〜４の左右方向）に関する距離が最も長くなる部分を、上記各ディスク２Ａ、２Ｂ、４Ａの内側面２ａ、４ａの底部とする。例えば、図３に示す様に、出力側ディスク４Ａの内側面４ａの曲率中心Ｏ4aがこの出力側ディスク４Ａの外周縁よりも径方向内方に存在する場合には、この出力側ディスク４Ａの軸方向（図３〜４の左右方向）に関して上記曲率中心Ｏ4aと整合する位置が、上記内側面４ａの底部となる。そして、この底部と上記出力側ディスク４Ａの外側面との距離Ｔを、この出力側ディスク４Ａの底部肉厚とする。
【００４９】
これに対して、図４（Ａ）に示す様に、出力側ディスク４Ａの内側面４ａの曲率中心Ｏ4aがこの出力側ディスク４Ａの外周縁よりも径方向外方に存在する場合には、図４（Ｂ）に鎖線で示す様に、上記出力側ディスク４Ａの内側面４ａを径方向外方に、そのままの曲率半径で延長した場合に就いて考える。そして、この延長部分のうちで、上記軸方向に関して上記曲率中心Ｏ4aと整合する位置が、上記内側面４ａの底部となる。そして、この底部と上記出力側ディスク４Ａの外側面との距離Ｔ´を、この出力側ディスク４Ａの底部肉厚とする。
何れの場合でも、本発明の揚水ポンプ又は発電機駆動用無段変速装置を構成するトロイダル型無段変速機２４ｂの場合には、上記各出力側ディスク４Ａ、４Ａの底部肉厚が、上記各入力側ディスク２Ａ、２Ｂの底部肉厚よりも小さい。
【００５０】
上述の様に構成する本発明の揚水ポンプ又は発電機駆動用無段変速装置により、前記図示を省略した入力軸と、前記出力軸２３ａとの間の変速比を無段階に変換する際の作用は、前述の図１１〜１３に示した様な、従来から知られている動力循環式の無段変速装置で、高速用クラッチのみを接続して他のクラッチの接続を断った状態での変速動作とほぼ同様である。
【００５１】
但し、図示の例では、前記第一、第二の動力伝達機構３２、３５及び上記出力軸２３ａと、前記遊星歯車機構２５ａの構成各部材との結合状態が上記図１１〜１３に示した従来構造と異なるので、この遊星歯車機構２５ａ部分での変速時の作用が異なる。即ち、図示の例の場合には、太陽歯車２７とキャリア３１とが同方向に回転しつつ、上記第二の動力伝達機構３５からこのキャリア３１に伝達された動力を、（太陽歯車２７が停止していると仮定した場合には）増速しつつ前記リング歯車２８に伝達する。この結果上記出力軸２３ａが、上記入力軸よりも高速で回転する。
【００５２】
これら入力軸と出力軸２３ａとの増速比は、上記太陽歯車２７の回転速度を遅くする程大きくなる（入力軸の回転速度に対する出力軸２３ａの回転速度が速くなる）。又、上記太陽歯車２７の回転速度は、図１〜２に示す様に各トラニオン７、７を揺動変位させ、これら各トラニオン７、７に回転自在に支持された各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａを、各入力側ディスク２Ａ、２Ｂの内側面２ａ、２ａの内径寄り部分と、各出力側ディスク４Ａ、４Ａの内側面４ａ、４ａの外径寄り部分とに当接させた状態で遅くなる。
【００５３】
前述の説明から明らかな通り、前記トロイダル型無段変速機２４ｂを通過するトルクが一定であると仮定した場合には、上記各出力側ディスク４Ａ、４Ａの内側面４ａ、４ａと各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａとの当接部に働く押圧力は、図１〜２に示す様な減速状態で最も大きくなる。一方、無段変速装置全体としての変速比を増速側に変換させるべく、上記トロイダル型無段変速機２４ｂの変速状態を減速側にした場合には、前述の図１４の説明から明らかな通り、このトロイダル型無段変速機２４ｂを通過するトルクが小さくなる。この為、このトロイダル型無段変速機２４ｂを減速状態とした場合でも、上記内側面４ａ、４ａと各パワーローラ９、９の周面９ａ、９ａとの当接部に働く押圧力は限られたものとなる（あまり大きくならない）。
【００５４】
この様に、本発明の揚水ポンプ又は発電機駆動用無段変速装置の場合には、上記各出力側ディスク４Ａ、４Ａの内側面４ａ、４ａに大きな押圧力が作用する状態では、上記トロイダル型無段変速機２４ｂを通過するトルクが小さくなる。従って、上記各出力側ディスク４Ａ、４Ａの肉厚を小さくしても、これら各出力側ディスク４Ａ、４Ａに大きな応力が加わる事がなくなって、これら各出力側ディスク４Ａ、４Ａの耐久性を十分に確保できる。この為、本発明の揚水ポンプ又は発電機駆動用無段変速装置によれば、上記トロイダル型無段変速機２４ｂを構成する上記各出力側ディスク４Ａ、４Ａの強度並びに剛性を過剰に高くする事をなくせる。尚、本発明の揚水ポンプ又は発電機駆動用無段変速装置を実施する場合に、第一、第二の動力伝達機構と遊星歯車機構との結合状態は、図１に示したものに限らず、前述の図１１〜１３に示したものでも良い。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、十分な耐久性を確保しつつ、小型・軽量な揚水ポンプ又は発電機駆動用無段変速装置の実現に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を、一部を省略して示す断面図。
【図２】トロイダル型無段変速機部分のみを取り出して示す断面図。
【図３】底部肉厚の概念を説明する為、出力側ディスクを取り出して示す断面図。
【図４】別形状での底部肉厚の概念を説明する為の図で、（Ａ）は図３と同様の、（Ｂ）は（Ａ）の上部のみを拡大して示す、それぞれ断面図。
【図５】トロイダル型無段変速機の基本構造を、最大減速時の状態で示す略側面図。
【図６】同じく最大増速時の状態で示す略側面図。
【図７】トロイダル型無段変速機の具体的構造の第１例を示す要部断面図。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図。
【図９】トロイダル型無段変速機の具体的構造の第２例を示す要部断面図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ断面図。
【図１１】トロイダル型無段変速機を組み込んだ無段変速装置の第１例を示す略断面図。
【図１２】同第２例を示す略断面図。
【図１３】同第３例を示す略断面図。
【図１４】無段変速装置全体の変速比（エンジン回転数が一定の場合の車速）と、エンジンのトルクに対する入力側ディスクに加わるトルクの割合との関係を示す線図。
【符号の説明】
１    入力軸
２、２Ａ、２Ｂ  入力側ディスク
２ａ  内側面
３    出力軸
４、４Ａ  出力側ディスク
４ａ  内側面
５    ケーシング
６    枢軸
７    トラニオン
８    変位軸
９    パワーローラ
９ａ  周面
１０    押圧装置
１１、１１ａ  入力軸
１２、１２ａ  出力歯車
１３    支持板
１４    スラスト玉軸受
１５    スラストニードル軸受
１６    外輪
１７    アクチュエータ
１８    駆動軸
１９    エンジン
２０    クランクシャフト
２１、２１ａ  入力軸
２２    発進クラッチ
２３、２３ａ  出力軸
２４、２４ａ、２４ｂ  トロイダル型無段変速機
２５、２５ａ  遊星歯車機構
２６    カム板
２７    太陽歯車
２８    リング歯車
２９    遊星歯車組
３０、３０ａ、３０ｂ  遊星歯車
３１    キャリア
３２    第一の動力伝達機構
３３    第一の歯車
３４    第二の歯車
３５    第二の動力伝達機構
３６    第一のスプロケット
３７    第二のスプロケット
３８    チェン
３９    伝達軸
４０    低速用クラッチ
４１    高速用クラッチ
４２    支持板
４３    中心軸
４４    後退用クラッチ
４５    デファレンシャルギヤ
４６    第三の歯車
４７    第四の歯車
４８    第五の歯車
４９    第三の動力伝達機構
５０    駆動軸
５１    伝達軸
５２    歯車
５３    凹部
【図１】
0004144166.tif 000002
【図２】
0004144166.tif 000003
【図３】
0004144166.tif 000004
【図４】
0004144166.tif 000005
【図５】
0004144166.tif 000006
【図６】
0004144166.tif 000007
【図７】
0004144166.tif 000008
【図８】
0004144166.tif 000009
【図９】
0004144166.tif 000010
【図１０】
0004144166.tif 000011
【図１１】
0004144166.tif 000012
【図１２】
0004144166.tif 000013
【図１３】
0004144166.tif 000014
【図１４】
0004144166.tif 000015