JP2017031994A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】無段変速機において、動力伝達効率の向上をはかる。【解決手段】入力軸１０と副軸１４との間に傾転可能に設けた第１ボール２０と第２ボール３０と、入力軸１０と第１ボール２０、第２ボール３０との間で動力伝達可能な摩擦面を有する第１ディスク４０、第２ディスク４２と、副軸１４と第１ボール２０、第２ボール３０との間で動力伝達可能な摩擦面を有する第３ディスク４４、第２ディスク４６を備え、これら第１乃至第４ディスク４０、４２、４４、４６から第１ボール２０、第２ボール３０が受けるスラストを、第１ボール２０と第２ボール３０の接点Ｅで相殺するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンで駆動する自動車などに用いる無段変速機（ＣＶＴ）に関するものでる。

従来、この種の無段変速機としては、対向配置された入力ディスクと出力ディスクの、トロイダル状に形成された曲面に接するパワーローラーを備え、該パワーローラーはトラニオンにより支持され、これが傾転することで無段階の速度比（変速比）を得るものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記の対向配置された入力ディスクと出力ディスクの、トロイダル状に形成された曲面に接するパワーローラーを備えたトロイダル型無段変速機にあっては、入力ディスクと出力ディスクに形成したトロイダル曲面の径方向外側にパワーローラーを設けて、パワーローラーの径方向内側の同一外面が入力ディスクと出力ディスクの両者に接して動力を伝達するため、これら動力の伝達に大きなスラストを作用させることとも関連して、以下のような問題があった。
すなわち、入力ディスクと出力ディスクが互いに反対方向に回転するため、両者の間に作用するスラストを受けるベアリング損失が大きく、それだけ動力伝達効率が低下する。
さらに、パワーローラーに作用する径方向のスラストを支えるベアリング損失が大きく、動力伝達効率が低下する。

特開２０１３−２１３５６３号公報

解決しようとする問題点は、入力軸と出力軸が互いに反対方向に回転することとあいまって、入力ディスクと出力ディスクとパワーローラーの各スラストを受ける、入力軸と出力軸間のベアリングの損失が大きく、動力伝達効率が低い点である。
本発明の目的は、入力軸と出力軸が同じ方向に回転するようにするとともに、パワーローラーに作用するスラストをローラー支持ベアリングで受けないようにして、それぞれの支持ベアリングの回転ロスを大幅に低下させることにある。

本発明の無段変速機は、入力軸と、出力軸と、入力軸および出力軸と平行に配置した副軸と、ケースと、ケースに係止可能なステーターと、入力軸と副軸との間に一対配置されて、ステーターに傾転可能に設けた第１ボール軸と第２ボール軸と、該第１ボール軸、第２ボール軸にそれぞれ回転自在に支持され、直接またはベアリング等を介した接点で互いに接した２個の第１ボールおよび第２ボールと、入力軸または出力軸と回転方向が一体で第１ボールと接して動力伝達可能な摩擦面を有する第１ディスク、および第２ボールと接して動力伝達可能な摩擦面を有する第２ディスクと、副軸と回転方向が一体で、第１ボールと接して動力伝達可能な摩擦面を有する第３ディスク、および第２ボールと接して動力伝達可能な摩擦面を有する第４ディスクと、を備え、第１ディスクおよび第２ディスクから第１ボールおよび第２ボールに作用する推力と、第３ディスクおよび第４ディスクから第１ボールおよび第２ボールに作用する推力とが、第１ボールと第２ボールの接点で相殺されることを特徴とする。

本発明の無段変速機は、第１ボールと第２ボールが接して回転し、第１乃至第４ディスクを介して入力軸と副軸との間で無段変速する際に、第１ボールと第２ボールが第１乃至第４ディスクから受ける推力を第１ボールと第２ボールの接点において相殺するようにした。

したがって、本発明の無段変速機は、入力軸と出力軸とが同じ方向に回転するとともに、従来例のパワーローラーに相当する２個のボールに作用するスラストが互いに相殺されるので、それぞれのボールを支持するベアリングの損失が低減し、動力伝達効率の向上をはかることができる。

本発明の実施例１に係る無段変速機の主要部を示したものであり、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。（実施例１） 図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図１の無段変速機における作動状態を示す断面図である。 図１の無段変速機における、他の作動状態を示す断面図である。 本発明の実施例２の無段変速機の主要部を示したものであり、図６のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 図５におけるＤ−Ｄ線に沿った断面図である。 本発明の実施例３の無段変速機を示したスケルトン図である。 本発明の実施例４の無段変速機を示したスケルトン図である。

以下、本発明の実施の形態に係る無段変速機を、実施例に基づき図とともに説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る無段変速機の主要部を示したもので、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図２は、後述するケース３を除いた、図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。両図ともに後述する入力軸１０および出力軸１２の中心線より上半分を描いている。
また、図３と図４は、それぞれ図１の状態から後述する速度比を変化させた状態を表した作動図である。

ケース３と一体の第１プレート４、第２プレート５に、それぞれ回転自在に支持された入力軸１０と出力軸１２とは同じ回転中心である。
なお、以下の説明において、特に断らない場合は「軸方向」「径方向」という表現は入力軸１０を念頭においたものである。
入力軸１０および出力軸１２を中心にしたピッチ円上の等間隔位置に、４個の副軸１４が入力軸１０および出力軸１２と平行に配置され、それらの両端部がそれぞれ第１プレート４および第２プレート５に、ベアリング４ａ、５ａにより回転自在に支持されている。

入力軸１０と各副軸１４の間には、それぞれ第１ボール２０と第２ボール３０とを軸方向に並べて配置し、それらのボール２０、３０は接点Ｅで接している。第１ボール２０と第２ボール３０とは、第１ボール軸２２および第２ボール軸３２に、それぞれベアリング２２ａ、３２ａで回転自在に支持されている。
図２を参照しながら説明すると、第１ボール軸２２および第２ボール軸３２は、それぞれ第１トラニオン２４および第２トラニオン３４に固定されている。
なお、第１ボール２０と第２ボール３０とは、第１トラニオン２４および第２トラニオン３４に対して、第１ボール軸２２および第２ボール軸３２の軸方向に若干動くことができるような隙間を有している。

図１、図２に示すように、第１トラニオン２４および第２トラニオン３４は、それぞれ第１ホルダー２６および第２ホルダー３６に、ピン２６ａ、３６ａで傾転可能に支えられている。
また、第１ホルダー２６および第２ホルダー３６は、それぞれ第１ステーター２８、第２ステーター３８にピン２８ａおよび３８ａ（図１に２点鎖線で表示）により揺動可能に支持されている。
前述のピン２６ａ、３６ａとピン２８ａ、３８ａとはやや離れているので、第１ホルダー２６および第２ホルダー３６が揺動することで、第１ボール２０と第２ボール３０とは軸方向に移動可能である。
詳細の図示は省略するが、第１ステーター２８、第２ステーター３８は、それぞれ第１プレート４、第２プレート５に係止されており、後述するように入力軸１０を中心に若干（所定の回転範囲）回転できるようにしてある。
なお、図２は第１ボール２０側の断面であるが、第２ボール３０側の断面もこれと同様である。したがって、ピン２８ａに相当するのが、ピン３８ａである。

入力軸１０と各第１ボール２０および第２ボール３０との間にはガイドスリーブ１６が備えてあり、このガイドスリーブ１６には第１ガイド溝１６ａ、第２ガイド溝１６ｂがそれぞれ４本形成され、この第１、第２ガイド溝１６ａ、１６ｂにはそれぞれ第１ボール軸２２および第２ボール軸３２の入力軸１０側の端部２２ｂ、３２ｂが係合している。端部２２ｂ、３２ｂは部分的に球状に成形してある。
また、第１、第２ガイド溝１６ａ、１６ｂはヘリカル状の溝であり、図３、図４に見るように、第１ボール軸２２および第２ボール軸３２が傾転するとともに、ガイドスリーブ１６は入力軸１０を中心として回転するようになっている。

入力軸１０には、第１ディスク４０がボールスプライン１０ａを介して回転方向は一体で軸方向は移動可能に設けてあり、第２ディスク４２がスプライン１０ｂとスナップリング１０ｃで一体に設けてある。
第１ディスク４０と第２ディスク４２は、それぞれ第１ボール２０、第２ボール３０の外面２０ａ、３０ａと接してトルクの伝達が可能な摩擦面４０ａ、４２ａを形成している。

そして、入力軸１０には、シリンダー１０ｄとピストン１０ｅが設けてあり、後述する油圧をピストン１０ｅに作用させて、第１ディスク４０を第１ボール２０に押しつけ、同時にスナップリング１０ｆを介して第２ディスク４２を第２ボール３０側へ引き寄せる、いわゆるスラストを作用させることができるようになっている。

一方、副軸１４には第３ディスク４４と第４ディスク４６とが一体に設けてあり、第１ディスク４０と第２ディスク４２と同様に、それぞれ第１ボール２０、第２ボール３０の外面２０ａ、３０ａと接してトルクの伝達が可能な摩擦面４４ａ、４６ａを形成している。
したがって、前述のピストン１０ｅにより第１ディスク４０にスラストを作用させると、第１ディスク４０および第２ディスク４２が２個の第１ボール２０および第２ボール３０とを軸方向に挟むように、前述の摩擦面４０ａ、４２ａを第１ボール２０、第２ボール３０の外面２０ａ、３０ａに押しつける。

ここで、第１ボール２０と第２ボール３０は、前述のように第１ボール軸２２および第２ボール軸３２の軸方向に若干動くことができるので、第１ディスク４０および第２ディスク４２から第１ボール２０および第２ボール３０が受けたスラストにより、第１ボール２０および第２ボール３０は径方向外側へ移動して第３ディスク４４および第４ディスク４６に押しつけられるように作用する。

すなわち、ピストン１０ｅが発したスラストは、４個の第１乃至第４ディスク４０、４２、４４、４６の摩擦面４０ａ、４２ａ、４４ａ、４６ａと、２個の第１ボール２０および第２ボール３０の外面２０ａ、３０ａ同士をそれぞれ圧接することになり、それらのスラストは第１ボール２０と第２ボール３０の接点Ｅに作用して相殺される。

４個の副軸１４は、それぞれ第１外面１４ａと第２外面１４ｂを形成しており、これらの第１外面１４ａと第２外面１４ｂを囲んで接する第１サポートリング５０と第２サポートリング５２が設けてある。すなわち、第１サポートリング５０の内面５０ａと第２サポートリング５２の内面５２ａがそれぞれ４個の副軸１４の第１外面１４ａおよび第２外面１４ｂと接している。第１サポートリング５０と第２サポートリング５２の間には筒状のスペーサー５０ｂを挿入している。

前述したように、４カ所の摩擦面４０ａ、４２ａ、４４ａ、４６ａから第１ボール２０と第２ボール３０に作用するスラストは接点Ｅにて相殺されるが、スラストに伴って４個の第１乃至第４ディスク４０、４２、４４、４６に作用する径方向の力は以下のようになる。
すなわち、第１および第２ディスク４０、４２は、それぞれ周囲に配置された４個の第１ボール２０および第２ボール３０に接して径方向の力を受けるので、スラストに伴う径方向の力は互いに打ち消し合って相殺される。

一方、第３、第４ディスク４４、４６はそれぞれ１個の第１ボール２０および第２ボール３０から径方向の力を受けるので、それらの径方向の荷重はベアリング４ａ、５ａを介して第１プレート４および第２プレート５に作用する。
しかし、４個の副軸１４に接する第１サポートリング５０と第２サポートリング５２を設けたので、それらにより第３、第４ディスク４４、４６が第１ボール２０および第２ボール３０から受ける径方向の荷重を受け持つことができる。
つまり、第１サポートリング５０と第２サポートリング５２は、４個の副軸１４から受けた一部または大部分の径方向の荷重を受けるので、これを相殺することができる。

第４ディスク４６には駆動歯車４６ｂが一体になっており、出力軸１２と一体の被動歯車１２ａと噛み合っている。すなわち、被動歯車１２ａは４個の副軸１４から駆動される。

次に、図１と図２に示した実施例１の無段変速機の作用を、図３、図４とともに説明する。
なお、図示は省略するが、図１に示した無段変速機は油圧ポンプおよびコントローラーなどを備えることができ、以下の作動はコントローラーの指示に基づいて行ってもよい。また、実施例１の無段変速機には潤滑を兼ねた適切な作動油が用いられる。
以下の説明における回転方向は、図１において左側から見た場合、または径方向中心側、つまり入力軸１０側から見た場合を示す。

入力軸１０が回転するとともに、そのトルクに応じた油圧をシリンダー１０ｄに供給するとピストン１０ｅは第１ディスク４０を第１ボール２０側へ押すとともに、第２ディスク４２を第２ボール３０側へ引き寄せて、前述したように４個の第３、第４ディスク４４、４６のそれぞれの接点も合わせて、摩擦面４０ａ、４２ａ、４４ａ、４６ａと、２個の第１ボール２０および第２ボール３０の外面２０ａ、３０ａ同士をそれぞれ圧接する。

これにより、入力軸１０を時計回りに回転した場合、第１ディスク４０は第１ボール２０を時計回りに回転させ、第２ディスク４２は第２ボール３０を反時計回りに回転させる。
また、第１、第２ボール２０、３０は第３、第４ディスク４４、４６を介して副軸１４を反時計回りに回転させる。なお、動力伝達には関与しないが、第１、第２サポートリング５０、５２は反時計回りに回転する。

ここで、図３、４にも示すように、第１ディスク４０と第１ボール２０の接点をＦ、第２ディスク４２と第２ボール３０の接点をＧ、第３ディスク４４と第１ボール２０の接点をＨ、第４ディスク４６と第２ボール３０の接点をＩ、とする。厳密にはそれぞれの接点位置を特定するのは困難であるが、図示したように各接触部の中央付近を接点として説明する。
そして、接点Ｆと入力軸１０の中心との距離をＲ１、接点Ｆと第１ボール軸２２の中心との距離をＲ２、接点Ｇと第１ボール軸２２の中心との距離をＲ３、接点Ｇと副軸１４の中心との距離をＲ４、と定義する。なお、接点Ｈ、Ｉは第１、第２ボール２０、３０同士の接点Ｅを中心として接点Ｆ、Ｇと対称とみなして説明を省略する。

これらの結果、入力軸１０と副軸１４の回転速度比（入力軸１０の速度／副軸１４の速度）は、各接点において滑りがないものとすると、Ｒ２・Ｒ４／Ｒ１・Ｒ３と定義できる。また、出力軸１２の回転速度はこれに駆動歯車４６ｂと被動歯車１２ａの歯数比を加味すれば算出できる。そして、出力軸１２の回転方向は入力軸１０と同じである。

次に入力軸１０と副軸１４の回転速度比を変化させる場合について説明する。
図１は、入力軸１０と副軸１４に対して第１、第２ボール軸２２、３２が直角であるとともに、第１ボール軸２２と第２ボール軸３２が平行な状態であり、距離Ｒ２とＲ３が同じ値と言えるので、この場合の速度比は後述する速度比範囲のほぼ中央値である。
続いて、図３に示したように第１ボール軸２２を反時計回りに、第２ボール軸３２をその逆方向に傾転させた場合は、前述の距離Ｒ３とＲ２が図１から変化してＲ３がＲ２より小さくなっている。同様に距離Ｒ３、Ｒ４も変化するが説明を省略する。この結果、図３の状態では図１に較べて減速側に変化する。
このとき、ガイドスリーブ１６は図１の位置から回転しているのが分かる。

次に、図４に示したのは、図３とは逆に第１ボール軸２２を時計回りに、第２ボール軸３２を反時計回りに傾転させた場合である。図４で明らかなように距離Ｒ３が距離Ｒ２より大きくなっているので、図４の状態では図１に較べて増速側になる。
このときも、ガイドスリーブ１６は図１および図３の位置から回転しているのが分かる。
このように、図１を中心として、第１ボール軸２２と第２ボール軸３２を、接点Ｅを中心として対称に傾転させることで、図３の状態から図４の状態に速度比を無段階に変化させることができる。

続いて、第１ボール軸２２と第２ボール軸３２の傾転角を変化させる方法について説明する。
前述したように、第１ボール軸２２と第２ボール軸３２の傾転角が変化するとともに、ガイドスリーブ１６が回転するようになっている。したがって、ガイドスリーブ１６を回転させることで第１ボール軸２２と第２ボール軸３２の傾転角を変化させることが可能であり、特に伝達トルクが小さい場合には有効な手段と言える。

しかし、伝達トルクが大きい場合に、第１ボール軸２２と第２ボール軸３２の傾転角を変化させるには、以下のような方法で行う。
図２で分かるように、一定の速度比を保った定常状態では、入力軸１０の中心と副軸１４の中心を結んだ線と第１ボール軸２２と第２ボール軸３２の中心線が一致しているが、これを変化させることで第１ボール軸２２と第２ボール軸３２の傾転角を変化させることが可能である。

すなわち、前述した第１ボール軸２２と第２ボール軸３２を実質的に支えている第１、第２ステーター２８、３８を、入力軸１０を中心にわずかに回転させる。以下、第１ボール２０側で説明すると、これにより、図２で見た場合の第１ボール軸２２の中心線と接点Ｆ、Ｇの位置関係がずれることになる。この結果、接点Ｆ、Ｇにおいて第１ボール軸２２を傾転させる偶力が作用して、それらを傾転させる。そして、所望の速度比に達したところで第１ステーター２８を図２で示した位置に戻す。これにより速度比が変化した定常状態になる。
これと同様のことが対称配置された第２ボール３０側でも作用する。
なお、この際ガイドスリーブ１６は、計８個の各ボール軸２２、３２の傾転角が互いにずれないように規制する機能を有する。

この第１、第２ステーター２８、３８を回転させる方法は、一つの手段であり、他の方法としては、例えば第１ボール軸２２と第２ボール軸３２を図２において左右に平行移動または、それに近い移動をするようにしてもよい。
なお、第１、第２ステーター２８、３８を回転させる手法は図示を省略したが、油圧で動かすか、または電動モータで動かせばよい。

このように、実施例１によれば、動力伝達のために摩擦面４０ａ、４２ａ、４４ａ、４６ａと、２個の第１ボール２０および第２ボール３０の外面２０ａ、３０ａ同士を圧接するスラストは、第１ボール２０と第２ボール３０の接点Ｅにおいて相殺するので、各ベアリング２２ａ、３２ａには作用せず、これらベアリング２２ａ、３２ａにあってはスラストに伴うロスが発生しない。

一方、上記の各接点Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉで生ずる径方向の力については、入力軸１０は各副軸１４の４方向から作用するのでそれらが互いに相殺する。
各副軸１４については、第３ディスク４０、第４ディスク４２から受ける径方向の荷重を、第１、第２サポートリング５０、５２が受けられるので、ベアリング４ａ、５ａに作用する荷重を大幅に減らすことができる。

すなわち、入力軸１０と副軸１４の中心間距離は関連する部材の寸法精度や剛性、熱膨張などに左右されるが、各副軸１４の第１、第２外面１４ａ、１４ｂと第１、第２サポートリング５０、５２の内径は寸法精度を容易に確保しやすいので、上記した第３ディスク４０、第４ディスク４２から受ける径方向の荷重を受けるのに適している。
また、第１プレート４、第２プレート５を熱膨張係数の大きな材料で作成することで、特に温度が上昇した状態においてベアリング４ａ、５ａに作用する荷重を減らし、第１、第２サポートリング５０、５２が受け持つ比率を高めて、ベアリング４ａ、５ａのロスを減らすことができる。

また、入力軸１０と出力軸１２の回転方向が同一であるとともに、両者間にスラストが作用するベアリングがないので、この面でもロスがない。
したがって、動力伝達に伴うスラストによる各部位のベアリングの回転ロスを大幅に減らして、従来例より動力伝達効率を向上することが可能である。
さらに、第１、第２トラニオン２４、３４や第１、第２ホルダー２６、３６にはスラストに起因する力は一切作用しないので、これらを頑丈に作る必要がなく、軽量かつ低コストで作ることができるのもメリットである。

次に、本発明の実施例２の無段変速機につき説明する。
図５は、実施例２に係る無段変速機の図６のＣ−Ｃに沿った、図１に相当する断面図であり、図６は図５のＤ−Ｄに沿った、図２に相当する断面図である。
ただし、図５で、シリンダー１０ｄ、ピストン１０ｅの図示は省略したが、実施例１で描いたのと同様である。
ここでは、実施例１と異なる部分を中心に説明し、実施例１と実質的に同じ部分については、同じ符号を付しそれらの説明を省略する。

実施例２における実施例１との、第１の違いは第２ディスク４２が、回転方向は出力軸１２と一体で、軸方向に関してのみ入力軸１０と一体にしたことである。
すなわち、入力軸１０と第２ディスク４２の間にはスラストベアリング１０ｆが設けられ、実施例１と同様に図示しないシリンダー１０ｄ、ピストン１０ｅの作用で、入力軸１０を介して第２ディスク４２は第２ボール３０に押しつけられる。
また、第２ディスク４２は、ドッグ歯４２ｂ、１２ｂ同士の噛み合いで出力軸１２と連結されている。

したがって、入力軸１０と第１ディスク４０から第１ボール２０、第３ディスク４４を介して副軸１４に至る第１ＣＶＴ１と、副軸１４と第４ディスク４６から第２ボール３０、第２ディスク４２を介して出力軸１２に至る第２ＣＶＴ２の、直列した２段階の無段変速が行われる。なお、第１ボール２０と第２ボール３０は大きさが異なるものとしている。
これらとの関係で、第１ボール２０と第２ボール３０は、傾転方向と回転速度が実施例１と異なるので両者の間に第２スラストベアリング５８を設けている。また、副軸１４と出力軸１２の間に歯車はない。

第２の違いは、副軸１４が６個であり、これに伴って第１、第２ボール２０、３０等も６対にしている。

第３の違いは、第１、第２ボール軸２２、３２まわりである。
実施例１にあったトラニオンを省略して第１、第２ボール軸２２、３２を、第１、第２ステーター２８、３８に直接支持させたことである。すなわち、第１、第２ボール軸２２、３２には、それぞれ２個の第１ローラー２２ｃと第２ローラー３２ｃを設けてある。この第１、第２ローラー２２ｃ、３２ｃは、第１ステーター２８、第２ステーター３８に形成した溝２８ｂ、３８ｂにそれぞれ係合しており、第１、第２ボール軸２２、３２の傾転に伴って溝２８ｂ、３８ｂ内を転動する。
また、ガイドスリーブ１６の第１、第２ガイド溝１６ａ、１６ｂは、それぞれ単なる円周溝であり、ガイドスリーブ１６は第１、第２ボール軸２２、３２の傾転に伴って軸方向に移動する。
したがって、第１ボール軸２２と第２ボール軸３２は、ほぼ平行を保って傾転する。

第４の違いは副軸１４まわりである。
６個の副軸１４は実施例１と同様に、それぞれ第１外面１４ａと第２外面１４ｂを形成しており、これらの第１外面１４ａと第２外面１４ｂを囲んで接するサポートリング５０は１個であり、両端に鍔５０ｃ、５０ｄを有した筒状にしてある。
また、第３ディスク４４と第４ディスク４６には、それぞれ摩擦面４４ａ、４６ａの軸方向反対側に円錐面４４ｃ、４６ｃが形成してあり、この円錐面４４ｃに接する円錐内面５４ａを有した第３サポートリング５４と、円錐面４６ｃに接する円錐内面５６ａを有した第３サポートリング５６を備えている。
第３サポートリング５４と第３サポートリング５６は連結している。

これらに伴って、ベアリング４ａとベアリング５ａは、それぞれベアリングホルダー６に抱えられ、ベアリングホルダー６はピン６ａを介してケース３に揺動可能に取り付けてある。したがって、副軸１４は径方向に移動（揺動）可能になっている。
また、第３ディスク４４は、副軸１４とボールスプライン１４ｃにより軸方向移動可能に連結されている。

第５の違いは、第１、第２ステーター２８、３８が、これを回転させる第１制御軸２８ｃ、第２制御軸３８ｃをそれぞれ有していることである。すなわち、第１制御軸２８ｃで説明すると、図６に見るように第１制御軸２８ｃは回転中心Ｊの他に偏心軸中心Ｋの偏心部２８ｄを有していて、第１ステーター２８には長孔２８ｅが形成されている。

このため、第１制御軸２８ｃと一体の制御アーム２８ｆ（図５参照）を操作して、第１制御軸２８ｃを回転させると、偏心部２８ｄと長孔２８ｅの作用で第１ステーター２８はわずかに回転する。第２ステーター３８と第２制御軸３８ｃも同様になっており、第１ステーター２８と第２ステーター３８とは互いに独立した作動を行うことができるようになっている。
なお、第２ステーター３８の第２制御軸３８ｃは、第１ステーターの孔２８ｇを通って第２ステーター３８と係合している。
また、制御アーム２８ｆは、図示しないアクチュエータで操作する。

次に、図５、図６に示した実施例２に係る無段変速機の作用を説明する。
実施例１で説明したのと同様に、各第１乃至第４ディスク４０、４２、４４、４６と第１、第２ボール２０、３０との接点を、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉとして、各接点と入力軸１０、副軸１４、第１、第２ボール軸２２、３２の中心線との距離を図５に示したように、Ｒ１乃至Ｒ８とする。

図示しないピストンのスラストで、実施例１と同様に第１ディスク４０と第２ディスク４２が、第１、第２ボール２０、３０を挟むように圧接し、同様に第３ディスク４４と第４ディスク４６も第１、第２ボール２０、３０を挟むように圧接する。
これにより、入力軸１０のトルクは第１ディスク４０、第１ボール２０、第３ディスク４４を介して副軸１４を駆動し、さらに第４ディスク４６、第２ボール３０、第２ディスク４２を介して出力軸１２を駆動する。

その結果、速度比（入力軸１０の速度／出力軸１２の速度）は、（Ｒ２・Ｒ４・Ｒ６・Ｒ８）／（Ｒ１・Ｒ３・Ｒ５・Ｒ７）であり、このうち第１、第２ボール軸２２、３２の傾転により変化するのは、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ６、Ｒ７である。
これらの無段変速を制御するのは、実施例１の説明と同様に第１ステーター２８と第２ステーター３８とを回転させて行う。そのため、前述したように第１制御軸２８ｃおよび第２制御軸３８ｃを回転させる。
ここで、実施例１と違うのは第１ボール軸２２と第２ボール軸３２とがほぼ平行のまま傾転することであり、そのため第１ステーター２８と第２ステーター３８の回転方向を逆にする必要があり、両者を独立して制御する。
また、前述したように、第１ボール軸２２と第２ボール軸３２はガイドスリーブ１６の軸方向の移動を伴って傾転する。
なお、サポートリング５０、第３サポートリング５４および第３サポートリング５６は、動力伝達には関与しないが逆回転する。

次に、動力伝達に伴うスラストについては、以下のようになる。
入力軸１０と第２ディスク４２との間の第１スラストベアリング１０ｇにあっては、入力軸１０と第２ディスク４２が同じ方向に回転するので、例えば速度比が１の際には速度差が０（ゼロ）になるように、互いに逆転する従来例にくらべてベアリングロスが大幅に少なくなる。
また、スラストは第１ボール２０と第２ボール３０との接点である第２スラストベアリング５８に作用する。ここでは実施例１と異なり両者間に僅かの速度差があるので速度比に応じてロスが生ずる。ここでも速度差が０になる場合があり、その状態にあってはロスが生じない。

続いて、スラストに伴う径方向の荷重については、入力軸１０にあっては実施例１と同様に６対の第１、第２ボール２０、３０からの荷重が相殺する。
また、副軸１４にあっては、前述したようにベアリング４ａ、５ａはベアリングホルダー６により揺動可能に支持されているので径方向の荷重は作用しない。したがって、第１、第２ボール２０、３０からの荷重がサポートリング５０および第３サポートリング５４、第４サポートリング５６の両者に作用する。そして、サポートリング５０と第３、第４サポートリング５４、５６の分担比率は第２ディスク４２と第３ディスク４４の円錐面４４ｃ、４６ｃの角度の設定で変化する。

すなわち、円錐面４４ｃ、４６ｃを平面に近づけるほど第４サポートリング５４、５６の負担が減り、サポートリング５０の負担が増える。したがって、サポートリング５０と第３、第４サポートリング５４、５６の剛性などを勘案して、円錐面４４ｃ、４６ｃの角度を設定する。

実施例２は、前述したように、入力軸１０と副軸１４の間が第１段の無段変速であり、副軸１４と出力軸１２の間が第２段の無段変速である。したがって、速度比の幅が第１段と第２段の速度比幅を乗じた値になり、大きな速度比幅を得ることができるのが最大のメリットである。
動力伝達効率については、実施例１に較べるとややベアリングロスが大きいが、前述の大きな変速比幅を確保するため２基の従来の無段変速機を直列に連結するのに較べると、大幅に高くなると言える。

次に、本発明の実施例３の無段変速機について以下に説明する。
図７は、実施例３に係る無段変速機のスケルトン図である。
ここでは、実施例１と異なる部分を中心に説明し、実施例１と実質的に同じ部分については、同じ符号を付しそれらの説明を省略する。

実施例３における実施例１との違いは、副軸１４がこれと平行に設けた差動装置６０を駆動するようになっていることである。すなわち、駆動歯車４６ｂが差動装置６０と一体の被動歯車６０ａを駆動する。
差動装置６０は、車軸６０ｂ、６０ｃを介して図示しない車輪を駆動する。
また、副軸１４が１個であり、第１ボール２０、第２ボール３０も１対の構成にしてあって、実施例１にあった第１、第２サポートリング５０、５２などを有していない。
その他は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
なお、副軸１４を複数設ける場合は、各副軸１４の駆動歯車４６ｂ同士を連結するため、それらと噛み合う破線で描いた被動歯車１２ａを追加して設ければよく、その場合も差動装置６０を駆動するのは１個の副軸１４のみでよい。

次に、図７に示した実施例３に係る無段変速機の作用であるが、基本的に実施例１で説明したのと同様に入力軸１０と副軸１４との間で無段変速するので、説明を省略する。
実施例３は、エンジン横置きの前輪駆動車などに用いるのに適した構成であり、特に副軸１４を１個にした場合は従来例に較べてコンパクトで軽量にできるのが特徴である。

次に、本発明の実施例４の無段変速機について以下に説明する。
図８は、実施例４に係る無段変速機のスケルトン図である。
ここでは、実施例１と異なる部分を中心に説明し、実施例１と実質的に同じ部分については、同じ符号を付しそれらの説明を省略する。

実施例４における実施例１との違いは、入力軸１０と副軸１４との間に設けた第１ボール２０、第２ボール３０の他に、実施例１における駆動歯車４６ｂ、被動歯車１２ａに代えて、軸方向長さを延長した副軸１４と出力軸１２との間にも第３ボール６４と第４ボール６６とを設け、副軸１４に第５ディスク６８と第６ディスク７０を、出力軸１２に第７ディスク７２と第８ディスク７４をそれぞれ設けたことである。
詳細の図示や説明は省略するが、出力軸１２と副軸１４との間の構成は、基本的に入力軸１０と副軸１４との間の構成と対称かつ同様である。なお、第１ボール２０、第２ボール３０と第３ボール６４、第４ボール６６の大きさを異なる構成にしてもよい。

次に、図８に示した実施例４に係る無段変速機の作用であるが、実施例２で説明したのと似ており、入力軸１０と第１ディスク４０、第２ディスク４２から第１ボール２０、第２ボール３０、第３ディスク４４、第４ディスク４６を介して副軸１４に至る第１ＣＶＴ１と、延長した副軸１４と第５ディスク６８と第６ディスク７０、第３ボール６４、第４ボール６６、第７ディスク７２と第８ディスク７４を介して出力軸１２に至る第２ＣＶＴ２の、２段階の無段変速が行われる。
したがって、実施例２と同様に、速度比の幅を大きくとることができるのが特徴である。
実施例４にあっても、副軸１４を複数設けて実施例１で示したような第１、第２サポートリング５０、５２を備えてさらなる動力伝達効率の向上をはかることができる。

以上説明したように、本発明の各実施例に係る無段変速機は、入力軸１０と副軸１４との間に第１ボール２０と第２ボール３０とを対にして設け、入力軸１０側の第１ディスク４０、第２ディスク４２と、副軸１４側の第３ディスク４４、第４ディスク４６とで４方から挟み、これらの４個のディスク４０、４２、４４、４６から受けるスラストを第１ボール２０と第２ボール３０との接点で相殺するようにしたため、入力軸１０と副軸１４を支持するベアリングにスラストが作用しないのが特徴である。

また、複数の副軸１４を設けた場合に第１サポートリング５０などにより、複数の副軸１４間の径方向の荷重を相殺することも可能であり、いずれも動力伝達効率の向上に貢献するというメリットがある。
また、実施例２、実施例４で説明したように１個の無段変速機でありながら速度比範囲を大きく確保できるのも特徴であり、自動車などの燃費向上にメリットがある。

本発明の無段変速機は、当業者の一般的な知識に基づいて、遊星歯車列と組み合わせて逆転駆動を可能にしたり、トルクコンバータなどを設けて自動車の発進をスムーズにしたりするなどの変更を加えた態様で実施することができる。

本発明の無段変速機は、特に動力伝達効率が高いことを要求される自動車や自転車などの車両や、工作設備や風力発電機などの各種回転機械に広く適用することができる。

１０ 入力軸
１２ 出力軸
１４ 副軸
２０ 第１ボール
２２ 第１ボール軸
２８ 第１ステーター２８
３０ 第２ボール
３２ 第２ボール軸
３８ 第２ステーター
４０ 第１ディスク
４２ 第２ディスク
４４ 第３ディスク
４６ 第４ディスク
５０ 第１サポートリング
５２ 第２サポートリング

Claims (6)

1. 入力軸と、
   出力軸と、
   前記入力軸および前記出力軸と平行に配置した副軸と、
   ケースと、
   前記ケースに係止可能なステーターと、
   前記入力軸と前記副軸との間に一対配置されて、前記ステーターに傾転可能に設けた第１ボール軸と第２ボール軸と、
   該第１ボール軸、第２ボール軸にそれぞれ回転自在に支持され、直接またはベアリング等を介した接点で互いに接した２個の第１ボールおよび第２ボールと、
   前記入力軸または前記出力軸と回転方向が一体で前記第１ボールと接して動力伝達可能な摩擦面を有する第１ディスク、および前記第２ボールと接して動力伝達可能な摩擦面を有する第２ディスクと、
   前記副軸と回転方向が一体で、前記第１ボールと接して動力伝達可能な摩擦面を有する第３ディスク、および前記第２ボールと接して動力伝達可能な摩擦面を有する第４ディスクと、を備え、
   前記第１ディスクおよび前記第２ディスクから前記第１ボールおよび前記第２ボールに作用する推力と、前記第３ディスクおよび前記第４ディスクから前記第１ボールおよび前記第２ボールに作用する推力とが、前記第１ボールと前記第２ボールの前記接点で相殺されることを特徴とする無段変速機。
2. 前記副軸を複数備えるとともに、前記入力軸の外側に設けたスリーブにガイド溝を形成し、前記第１ボール軸と前記第２ボール軸の前記入力軸側端部を前記ガイド溝に係合させたことを特徴とする請求項１に記載の無段変速機。
3. 前記入力軸と前記第１ディスクと前記第２ディスクを回転方向に一体として、前記各副軸と前記出力軸との間を歯車で連結したことを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の無段変速機。
4. 前記副軸の外周、または前記第３ディスクと前記第４ディスクに形成した円錐外面に接する内面を有したリングまたはスリーブを備えたことを特徴とする請求項１乃至３に記載の無段変速機。
5. 前記副軸を径方向に移動可能に前記ケースに支持したことを特徴とする請求項４に記載の無段変速機。
6. 前記ステーターを、前記入力軸を中心に所定の範囲で回転可能にしたことを特徴とする請求項１乃至５に記載の無段変速機。
   
   

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