JPH0148426B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は車輌用無段変速装置に関する。

〔従来技術〕

従来、車輌用無段変速装置に用いられる変速機
構には種々のものが提案されてきた。例えば、特
公昭49−48909号公報や特開昭57−47061号公報に
は摩擦駆動による変速機構が開示されている。摩
擦駆動方式の動力の伝達は、入力系部材と出力系
部材の接触部分の摩擦力を利用して行なわれ、そ
の摩擦力は伝達力に見合うだけの大きさがなけれ
ばならない。そのため、前記特公昭49−48909号
或いは特開昭57−47061号公報において説明され
ているように、ボール又はテーパローラと斜面
（又はカム面）を有するカム式調圧機構を用いて、
常に伝達力に見合つた圧接力を前記接触部分に加
わえるようになつている。

しかしながら、この方式は伝達力に応じて際限
なく圧接力を高めるため、場合によつては接触部
分の入出力部材の双方、若しくはそのいずれかを
損傷させることがあつた。損傷を避けるために
は、伝達力の最大値まで耐え得るだけの耐力を入
出力部材に附与すればよいが、そうすれば変速機
構は非常に大きなものになる。

〔発明の概要〕

従つて、本発明はかかる欠点を除去し、車輌の
原動力である機関の出力軸と走行負荷間にあつて
適切な大きさを有する変速機とすべき優れた車輌
用無段変速装置を提供するものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の車輌用無段変速装置を添付図面
に示された好適な実施例を参照して更に詳細に説
明する。

第１図は本発明の一実施例を示す車輌用無段変
速装置の基本構成図である。第１図において、１
は車輌の動力源である機関、２は機関１の回転力
を制御する気化器のスロツトル弁、３は機関１の
機関出力軸、４は機関出力軸３に設けたスプロケ
ツト５およびスプロケツト６並びにチエーン７に
て構成された第１伝達機構、８は入力伝動板９、
出力伝動板１０、円錐形の回転子１１、変速出力
軸１２、変速リング１３、変速軸１４、加圧機構
１５、および回転子１１の補助リング１６にて構
成される摩擦駆動の無段変速機構をそれぞれ示し
ている。なお、入力伝動板９の回転部にスプロケ
ツト６が設けられている。

更に、１７は変速出力軸１２に設けられた歯車
１８と車軸２２上にメタル２８を介して回転自在
に設けられた歯車１９にて構成された第２伝達機
構２０は車軸２２上にあつて回転方向には拘束さ
れ軸方向には摺動自在にスプライン結合された摺
動子であつて、歯車１９に設けられた穴１９ａに
係合する突起部２０ａを備え、摺動子２０と歯車
１９はレバー２１にて左右に摺動されて必要に応
じ係合するいわゆるドグクラツチと称する機構を
成す。２３は車軸２２に設けられた車輪、３０は
変速軸１４を駆動する可逆回転可能な回転電源３
１を制御する制御装置、３２はスロツトル弁２を
作動させるアクセルレバー（図示せず）に応動し
て作動するスロツトル角度センサ、３３は車輪２
３の回転を検出する車速センサ、３４は機関１の
回転数を検出する回転センサ、３５，３６，３７
は第１伝達機構４、第２伝達機構１７、無段変速
機構８などを保護し、且つそれぞれ機構の有する
各回転軸即ち、入力伝動板９の軸部、変速軸１
４、変速出力軸１２、車軸２２を支承するベアリ
ング２４，２５，２６，２７およびレバー２１を
保持するケースを示している。

このような構成において、最初に変速機能につ
いて説明する。第１図に示される変速部機構は、
特公昭57−13221号公報に開示された発明の機構
に相当するものであつて、入力伝動板９と回転子
１１と変速リング１３、そして変速リング１３と
回転子１１と出力伝動板１０のそれぞれの組合せ
が形成する伝達機構は、いわゆる遊星歯車伝達機
構に類似するものであり、それぞれの伝達機構の
変速比即ち前者にあつては入力伝動板９と回転子
１１、後者にあつては出力伝動板１０と回転子１
１の各変速比は変速リング１３の位置によつて決
定される。従つて、究極的に入力伝動板９に対す
る出力伝達板１０の減速比もまた変速リング１３
の位置によつて決定される。いま、変速リング１
３の回転子１１に対する圧接点が第１図に示すＬ
側の位置に移動すると、変速比は大きくなり、最
大は無限大即ち出力伝動板１０の回転が零なる値
を取り、第１図に示されるＨ側に移動するとその
比が小さくなり、最小はそれぞれの寸法の決定に
よつて決められる所定値（一般的には1.5〜２程
度）を取る。すなわち、変速リング１３の位置を
選択することによつて変速比（減速比）を無限大
から所定値まで無段階に得られるのである。

なお、入力伝動板９、出力伝動板１０、回転子
１１そして変速リング１３が相互に接触する接点
において、圧接力があり、滑りが生じないのは加
圧機構１５による圧力発生に基づく。すなわち、
加圧機構１５は公知のカム式調圧機構で、出力伝
動板１０と変速出力軸１２の軸対向するそれぞれ
の面に斜面を有するカム面を設け、かかるカム面
間に球体を設けたものであつて、このようにして
構成された加圧機構１５は第２図に示される直線
Ａのごとく伝達力に応じた圧接力が生じ、上記の
それぞれの接点に必要な圧接力を与えるため各接
点にて回転力が滑りなく伝達されるのである。
尚、第２図の直線Ｂは加圧機構にバネを用いた場
合を示し、この方式では直線Ａとの交点ｑよりも
軽負荷においては圧接力が過剰となり、損失が増
加し、交点ｑよりも重負荷においては、滑りが生
ずることになる。

次に、車輌の各走行状態における各機構の動作
を説明する。

最初に、レバー２１を図中の矢印の方向へ動か
し、歯車１９と摺動子２０が結合状態にある時に
ついて述べる。今、車輌が停止中で機関１が回転
している時（これをアイドル状態という）、当然
車輪２３は回転せず、従つて車軸２２は勿論のこ
と、車軸２２と第２伝達機構１７にて結合されて
いる変速出力軸１２もまた回転せず、更に加圧機
構１５を介して出力伝動板１０もまた回転はして
いない。

一方、機関出力軸３はスロツトル弁２の角度量
に応じて回転中であり、当然第１伝達機構４を介
した入力伝動板９は回転している。しかし、その
回転数は第１伝達機構４の有する変速比に応じ、
一般には機関出力軸３に比べ少ない値を取る。さ
て、入力伝動板９が回転し、出力伝動板１０が回
転停止の条件を満足するには、変速比は無限大で
あらねばならぬことは周知の事実である。よつ
て、変速リング１３は第１図のＬ方向に最大の位
置を占めねばならない。変速リング１３の所定位
置は、スロツトル開度センサ３２と車速センサ３
３の出力を受けて制御装置３０が変速軸１４を左
右方向に駆動する回転電機３１を作動させて決定
される。従つて、前記の変速比無限大位置もまた
スロツトル開度センサ３２の開度零なる信号をも
つて決定される。

続いて、車輌を発進させようとする時、通常ス
ロツトル弁２を開き、機関１の回転数を上昇させ
ると共に機関１の駆動トルクも高める。従つて、
スロツトル開度と機関回転数によつて決定される
量に応じて変速リング１３を無限大位置から徐々
に第１図のＨ方向に移動させれば、それに伴つて
出力伝動板１０が回転を開始し、第２伝達機構１
７を介して車軸２２もまた所定の駆動トルクをも
つて回動し始め、車輌は前進を開始する。

車輌の前進の速度は、スロツトル弁２の開度量
に応じた機関１の回転の上昇と変速リング１３の
移動に伴う変速機構８の変速比の変化に応じて決
定される。従つて、スロツトル弁２の開度を決定
するアクセルレバーに応動したスロツトル角度セ
ンサ３２と車速センサ３３と回転センサ３４のそ
れぞれの信号を用いることによつて運転者の意志
が反映されるアクセルレバーによつて車輌の前進
速度を決定することが可能である。また、発進後
の走行においてもアクセルレバーによる速度制御
がなされるが、この時もまた発進時と同様スロツ
トル弁２の角度と変速機構８の変速比の変化に応
じて決定される。しかし、走行においてはスロツ
トル弁２の角度操作よる機関１の回転および駆動
力変化での対応が主であり、変速機構８の変速比
変化での対応は従とするものである。

次に、車輌の停止について述べる。

走行車輌の停止にはブレーキを用い強制的に停
止する法と、スロツトル弁２を閉じ、機関１の出
力を最少にした後走行抵抗の駆動力より大なるを
もつて停止させる法との２通りの方法がある。一
般的は、これらを組合せて機関１の出力を最少に
し、車速を低下させた後ブレーキを用いて停止さ
せるが、いずれにしても車輪２３が停止後も機関
１が回転していなければならない。つまり、前述
したアイドル状態を保つ必要がある。このため、
車輪２３の停止と同時に変速機構８の変速比は無
限大にする必要がある。ところで、機関１は通
常、アイドル状態である時その出力は最も小さく
且つアイドル回転以下の回転域では回転を維持で
きないものである。従つて、車輌を運転者の意志
に応じて速やかに停止し且つその時に機関１の回
転を止めないようにするには変速リング１３が運
転者の停止意志発揮直前即ちスロツトル閉若しく
はブレーキ制動直前の位置からスロツトル弁２の
閉鎖による機関１の出力の減少によつて若しくは
ブレーキ制動によつて車輪２３の回転が低下し、
車輪２３の回転に第２伝達機構１７、変速機構８
および第１伝達機構４の夫々の変速率を乗じた回
転が機関１のアイドル回転附近若しくはそれ以下
になろうとすると、これを回転センサ３４にて検
出し、制御装置３０をもつて回転電機３１を作動
させて変速機構８の変速比を大きくするように変
速リング１３を第１図のＬ方向へ移動させるよう
にすれば車輪２３の回転が低下しても機関１の回
転を止めることなく最終的に車輌を停止させるこ
とが可能となる。

以上の走行状態における各機構の動作におい
て、今、もし車輌非走行の際運転者が車輌を自己
の力で移動させようとする時、車輪２３は左右い
ずれも容易に回転しない。すなわち、前述の通り
車輌の停止中は変速機構８の変速比は無限大にあ
る。従つて、車輪２３を外力によつて回転させよ
うとする力は無限大倍されて機関出力軸３へと伝
達される。実際は、伝達トルク上にあつては無限
大倍はあり得ず、例えば10〜15倍に落ちつくが、
それにしても大きな抵抗力となつて車輪２３の回
転を阻止することは周知の事実である。従つて、
車輪停止中にあつて且つ運転者に走行の意志のな
い場合、レバー２１を第１図に示す位置とし、歯
車１９と摺動子２０の係合を外せば変速機構８の
変速比に無関係に車輪２３は自在に回転する。従
つて、ここに運転者は容易に車輌を移動させるこ
とが可能となる。

以上が車輌の走行若しくは停止における前記実
施例における変速装置の動作であるが、それらの
状態における機関１の軸トルクと変速機構８の伝
達トルクおよび車輪２３の負荷トルクの関係を次
に説明する。

まず、機関１の軸トルク特性を第３図に示す。
第３図において、ａ〜ｄの曲線はそれぞれスロツ
トル弁２の角度が所定値の時の機関出力軸３の回
転数に対する軸トルクを示し、曲線ａはスロツト
ル開放時で以下記号順にスロツトル開度量が小さ
い時の値を示す。第４図は変速機構８の変速リン
グ１３の各位置における出力伝動板１０に伝達で
きる最大トルク曲線を示し、入力伝動板９の入力
トルクに応じ曲線や曲線の値を取る。

曲線に示す通り、変速リング１３の位置が変
速比大なる位置即ち第１図に示すＬ側により位置
すると、伝達トルクは大きくなり最大値Q_Pに達
する。Q_Pから原点に向う曲線部分は、伝達トル
クの大きさに応じて変速比無限大位置がシフトす
ることを示し、伝達トルク零即ち出力伝動板１０
の負荷が零である時は原点にて変速比無限大を取
り、伝達トルクがQ_Pの時、即ち出力伝動板の負
荷がQ_Pの時はリング位置K₁点で変速比無限大と
なる。この変速比無限大位置が伝達トルク即ち出
力伝動板１０の負荷によつて変化するのは、伝達
トルクに応じて各圧接点に生ずる圧接力が第２図
の直線Ａに示すように変化し、入力伝動板９、出
力伝動板１０、回転子１１および変速リング１３
のそれぞれ圧接部がその圧力に応じて接触弾性変
形を生じ、変速に寄与する各部の寸法が若干ずつ
変化するためである。

さて、従来より機関１の出力の設定は、一般に
車輌の所定勾配下での発進或いは所定走行抵抗下
での所定最高速が得られるように決定され、そし
て機関１の軸トルクは変速機にて変速比と効率の
積に応じる値に増減されて車輪２３に伝達され、
車輪２３の走行抵抗とバランスを取るようになさ
れている。変速比は車輌の車格によつて異にする
が、従来変速機構では最小変速比と最大変速比の
比率は一般に２〜５の値を取る。従つて、伝達ト
ルクの増率も概ね２〜５の値を取る。しかるに本
発明に用いる無段変速機構８は第３図にも明らか
なように伝達トルクの増率は10倍程度を有する。
従つて、今、機関１のスロツトル角度が同一であ
れば、無段変速機構８を用いると従来変速機構に
比べ２〜５倍の発進時走行抵抗にも応ずることが
可能となる。第４図に示す曲線を機関のスロ
ツトル弁２の開度が全開にて且つ機関出力軸回転
数N₁である即ち第３図に示すa₁点の軸トルクに
対応する変速機構８の出力伝動板１０の伝達トル
クとし、曲線を同様に第３図に示すc₁点の軸ト
ルクに対応するものとする。このように定め、車
輪２３の発進走行抵抗がQ₁であるとすれば、車
輌はスロツトル弁２が第３図に示す曲線Ｃなる軸
トルクを出す角度にまで達し且つ変速リング１３
がK₀位置に達した時に発進を開始する。

車輪２３が回転を開始すると、車輪２３と略面
との摩擦係数に起因する量の走行抵抗が減ずるた
め、スロツトル弁２の開度並びに変速リング８の
位置が発進開始前と同一であつても機関１の軸ト
ルクと回転数の関係は第３図に示すc₁点からc₂点
で移行し、機関１の回転はN₁からN₂へ増加する
ことからその増加分車速は増加する。更に、スロ
ツトル弁２の開度を広げ、第３図に示す曲線ｂな
る軸トルクを出すように成せば、機関１の回転数
はN₃まで高まり、さらに車速が速まることは言
うまでもない。なお、スロツトル弁２の開度のみ
でなく、変速機構８の変速比をもこれに合せて変
えれば効率よく機関１の出力を利用して、車輌が
走行できることは周知の事実である。

ところで、車輌が欲する最大伝達トルクがQ₁
であるとするならば、スロツトル弁２の全開時に
おける第４図のＹ点を越えて最大Q_Pに達する伝
達トルクのうち、（Q_P−Q₁）分のトルクは余剰ト
ルクであり、変速機構８がこれを伝達する能力を
保有する必要はない。よつて変速機構８の伝達能
力を最大Q₁とさせた車輌にて、万一スロツトル
弁２を全開にして且つ変速リング１３の位置が
K₁とし、車輌に負荷とされる坂を登らんとする
等の過剰走行抵抗を与えれば、変速機構８を損傷
することは明らかである。従つて、車輌の小型
化、高効率を求めるなら、前述したように変速機
構８の許容伝達トルクはQ₁とし、その能力を保
有するのみの形状寸法となすと共に、スロツトル
弁２の開度が全開においては変速リング１３の位
置を第４図に示すK₂なる点より原点方向に位置
せしめない即ち第１図に示すＬ側へより移動させ
ぬよう制御装置３０にて回転電機３１を制御すれ
ばよい。

以上は変速比に無限大値を有する摩擦駆動変速
機構を備えた装置について述べたが、無限大値を
有しないが、変速比の変化中の大きな摩擦駆動変
速機構を備えた装置にあつても同等の効果を奏す
るものである。また、他の摩擦駆動式にあつて且
つ調圧機構を用するものにおいても同等の効果を
奏する。

〔発明の効果〕

前述したように、本発明の車輌用無段変速装置
によれば、伝達トルクに応じて圧接力が変化する
調圧機構付摩擦駆動無段変速機構を備えた車輌に
おいて、スロツトル弁などのアクセル手段に応動
する機関の軸トルクが所定値以上は変速機構の変
速比を所定値以上にさせぬように構成したため、
変速機構をむやみに大きくすることなく車輪に必
要なトルクを附与でき、また機関出力を減ずる必
要もなく、よつて通常走行域では機関の出力を最
大限に利用できると共に変速機構の有する変速比
域を十分に利用することができる優れた車輌用無
段変速装置を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る車輌用無段変
速装置の基本構造を示す構成説明図、第２図、第
３図および第４図はそれぞれ各部の特性を示す特
性図である。 １……機関、２……スロツトル弁、３……機関
出力軸、４…第１伝達機構、８……変速機構、１
７……第２伝達機構、２０……摺動子、２２……
車軸、２３……車輪、３０……制御装置、３１…
…回転電機、３２……スロツトル角度センサ、３
３……車速センサ、３４……回転センサ。なお、
図中同一符号は同一部分又は相当する部分を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 伝達トルクに応動して圧接点に圧接力を与え
   る調圧機構を有する摩擦駆動式無段変速機構と、
   該摩擦駆動式無段変速機構の入力軸を機関の出力
   軸に係合する第１の伝達手段と、前記摩擦駆動式
   無段変速機構の出力軸を車輌の車軸に係合する第
   ２の伝達手段と、前記摩擦駆動式無段変速機構の
   変速比を少なくとも前記機関を伏勢するアクセル
   手段に応動して制御する制御手段であつて前記ア
   クセル手段に伏勢される前記機関の軸トルクが所
   定値を越えると前記摩擦駆動式無段変速機構の変
   速比を所定値以上にしないよう制御する制御装置
   とを含む車輌用無段変速装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の車輌用無段変
   速装置において、前記機関の軸トルクの検出に前
   記アクセル手段の開度をもつてなすことを特徴と
   する車輌用無段変速装置。