JP2008039010A - 変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】動力の伝達効率や静粛性、車載性などに優れた変速機を提供する。
【解決手段】動力源１から選択的に動力が伝達される複数の回転軸２５，２８と出力部材２とが相互に平行に配置されるとともに、それらの回転軸の一端側に、その回転軸に連結された出力要素と反力要素と入力要素とを有する差動機構１９，２０が配置され、それらの差動機構における反力要素に連結されかつ相互に流体を授受するように連通された流体圧ポンプモータ２１，２２が前記各回転軸の端部側に配置され、各差動機構と流体圧ポンプモータとの間に、動力源から各入力要素に動力を伝達する入力用伝動機構３が配置され、さらに前記各回転軸と前記出力部材との間に配置された複数の伝動機構２６，２７，２９，３０と、その伝動機構を介した各回転軸と出力部材との間の動力の伝達を選択的に可能にする切換機構３１，３２とを有している。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複数の回転軸と出力部材との間に、それぞれ伝動機構を設け、回転軸から出力部材に動力を伝達する伝動機構を切換機構により選択することによって変速を行うように構成した変速機に関するものである。

この種の変速機はツインクラッチ式有段変速機として知られており、その一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された変速機は、第１クラッチを介してエンジンに連結される第１入力軸と、第２クラッチを介してエンジンに連結される第２入力軸と、出力軸と、第１入力軸にギヤ対を介して連結されている副軸と、第１入力軸と副軸との間に設けられるとともに噛み合いクラッチ機構によって選択的に連結状態とする複数のギヤ対と、第２入力軸と出力軸との間に設けられるとともに噛み合いクラッチ機構によって選択的に連結状態とされる複数のギヤ対とを有している。そして、この変速機は、いずれかの入力軸から所定のギヤ対を介して出力軸にトルクを伝達する変速段と、いずれかの入力軸から所定のギヤ対および副軸を介して出力軸にトルクを伝達する変速段とを設定するように構成され、その結果、後進段を含めて７段以上の変速段を設定するように構成されている。

特開２００３−１２０７６４号公報

上記の特許文献１に記載されている変速機では、設定可能な変速段数が多いことにより、エンジンを燃費のよい状態で運転でき、また副軸を効果的に利用するように構成されているので、変速機が全体として小型軽量化され、その結果、車両の燃費を向上させることができる。しかしながら、所定の変速比を設定する場合、入力用のいずれかのクラッチを係合状態に維持することになるから、その係合状態を維持するために油圧などの動力を消費し、それに伴う動力損失が生じて車両の燃費が悪化する可能性がある。また、車両用の変速機における入力クラッチや歯車機構として各種の構成のものが従来知られているが、従来のいずれの構成であっても、燃費や車載性あるいは静粛性の向上などの点で未だ改善するべき余地が多分にあった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、動力の伝達効率や静粛性さらには車載性などに優れた変速機を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、動力源から選択的に動力が伝達される複数の回転軸と、それらの回転軸から伝達された動力を出力する出力部材と、前記各回転軸と前記出力部材との間に配置された複数の伝動機構と、その伝動機構を介した各回転軸と出力部材との間の動力の伝達を選択的に可能にする切換機構とを有する変速機において、前記各回転軸と前記出力部材とが相互に平行に配置されるとともに、それらの回転軸の一端側に、その回転軸に連結された出力要素と前記回転軸と同一軸線上に配置された反力要素とこれら出力要素および反力要素に対して分配される動力を入力する入力要素とを有する差動機構が配置され、それらの差動機構における反力要素に連結されたポンプおよびモータとして機能しかつ相互に流体を授受するように連通された流体圧ポンプモータが前記動力源側に配置され、前記各差動機構と流体圧ポンプモータとの間に、前記動力源から前記各入力要素に動力を伝達する入力用伝動機構が配置されていることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記入力用伝動機構は、前記動力源から動力が伝達されかつ同一軸線上に配置された第１および第２の入力用駆動輪と、第１の入力用駆動輪から動力が伝達されかつ一方の前記差動機構における入力要素に動力を伝達する第１の入力用従動輪と、第２の入力用駆動輪から動力が伝達されかつ他方の前記差動機構における入力要素に動力を伝達する第２の入力用従動輪と、前記第１の入力用従動輪と前記一方の入力要素との間および前記第２の入力用従動輪と前記他方の入力要素との間の少なくともいずれかに配置された、動力の伝達と遮断を選択的に行う入力用切換機構とを備えるとともに、前記第１の入力用駆動輪と第１の入力用従動輪との回転数比が、前記第２の入力用駆動輪と第２の入力用従動輪との回転数比とは異なっており、前記複数の伝動機構は、いずれかの前記回転軸と前記出力部材との回転数比が他の回転軸と前記出力部材との回転数比に等しくなる回転数比の伝動機構を含むことを特徴とする変速機である。

さらに、請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記動力源は、回転中心軸線が前記回転軸と平行となるよう配置された内燃機関を含み、前記各流体圧ポンプモータは前記回転中心軸線の軸線方向で前記内燃機関に近い位置に配置され、かつ前記各回転軸は前記回転中心軸線の軸線方向で前記内燃機関とは遠い位置に配置されていることを特徴とする変速機である。

そして、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、前記入力用切換機構は、前記流体圧ポンプモータが連結されている部材を固定箇所に選択的に連結して流体圧ポンプモータを固定する固定用機構を含むことを特徴とする変速機である。

請求項１の発明によれば、いずれかの流体圧ポンプモータの押出容積をゼロより大きくし、あるいは最大にするとともに圧力流体の流動を止めることにより、一方の差動機構の反力要素による反力が大きくなり、その結果、動力源から入力された動力が出力要素およびこれに連結された回転軸に伝達される。その回転軸と出力部材との間に設けられた伝動機構を、切換機構によってトルク伝達可能な状態とすることにより、その伝動機構を介して出力部材に動力が伝達され、その伝動機構の回転数比に応じた変速比が設定される。その場合、圧力流体の流動を止めるなど流体圧ポンプモータを固定すれば、動力源から出力部材に動力を伝達できるので、動力の伝達状態を維持するために特にエネルギを消費することがなく、動力の伝達効率を向上させることができる。

また、流体圧ポンプモータと入力用伝動機構と差動機構と変速比を切り換えるための伝動機構とを、ここに挙げた順で軸線方向に配列できるので、前記伝動機構の支持軸構造を簡素化することができ、また各流体圧ポンプモータを軸線方向の一端側にまとめて配置できるので、車載性の良好な変速機とすることができる。さらに、その流体圧ポンプモータを動力源側にまとめて配置できるので、圧力変動や回転数の変動の大きい流体圧ポンプモータを、動力源に連結するためのハウジングによって覆うことが可能になり、静粛性を向上させることができる。

また、請求項２の発明によれば、一方の回転軸と出力部材との回転数比と他方の回転軸と出力部材との回転数比とが等しくなるように伝動機構が構成されていても、入力用の駆動輪と従動輪との第１の対と第２の対との回転数比が異なっているので、動力源からの動力の伝達に関与する入力用駆動輪および従動輪の対を切り換えれば、動力源から出力部材に到る全体の変速比が変化する。その結果、伝動機構には、一方の回転軸側の部材と他方の回転軸側の部材として同一構成のものを使用できる。すなわち、部品の共用化が可能になる。

さらに、請求項３の発明によれば、各流体圧ポンプモータが内燃機関に近い位置に配置されるので、動力源に連結するためのハウジングによって覆うことが可能になり、静粛性を向上させることができる。

そして、請求項４の発明によれば、流体圧ポンプモータが差動機構に対して反力手段として機能する場合、圧力流体を閉じ込めるなどのことに替えて、機械的に固定できるので、流体圧が高くなったり、それに伴って漏れを生じさせるなどのことが回避でき、その結果、動力損失やシール部材の耐久性の低下を防止もしくは抑制することができる。

つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。図１に示す例は、車両用の変速機として構成した例であり、流体を介さずにトルクを伝達して設定できるいわゆる固定変速比として四つの前進段および一つの後進段を設定するように構成した例である。より具体的には、動力源１から出力部材２に動力を伝達する二系統の動力伝達経路を備えており、それぞれの動力伝達経路は、動力源１からの動力を伝達する入力用伝動機構３と、その入力用伝動機構３によって伝達された動力を流体圧ポンプモータ４と所定の変速比を設定するための伝動機構５とに分配する差動機構６とを備えている。

その流体圧ポンプモータ４は、押出容積を変化させることのできる可変容量型のものであって、押出容積を変化させることにより、それぞれに対応する差動機構６に対する反力を変化させるように構成されている。また、各動力伝達系統における流体圧ポンプモータ４同士が、圧力流体を相互に授受できるように連通され、一方がポンプとして機能した場合に、他方が圧力流体を受けてモータとして機能し、さらに一方の押出容積をゼロとすることにより流体の流動が阻止されて他方の流体圧ポンプモータ４に流体が閉じ込められ、その回転が阻止（ロック）されるようになっている。

上記の各々の構成について、以下に説明する。動力源１は、内燃機関や電気モータあるいはこれらを組み合わせた構成など、車両に使用されている一般的な動力源であってよく、その出力側にダンパーやクラッチ、トルクコンバータなどの適宜の伝動手段を介在させることができる。

動力源（以下、仮にエンジンと記す）１には、変速機に対する入力軸７が連結されており、この入力軸７を介して入力用伝動機構３に動力を伝達するようになっている。すなわち、入力軸７には、径の異なる二つの駆動輪８，９が取り付けられている。これらの駆動輪８，９は歯車、チェーンスプロケット、摩擦車、ベルト用駆動輪などであって、図１に示す例では、歯車によって構成されている。また、これらの駆動輪８，９から動力を伝達される従動輪１０，１１が設けられている。これらの従動輪１０，１１も駆動輪８，９と同様に、歯車、チェーンスプロケット、摩擦車、ベルト用駆動輪などを採用でき、図１に示す例では、歯車によって構成されている。

相対的に大径の第１の駆動歯車８に噛み合っている第１の従動歯車１０は、前記入力軸７と平行に配置された第１のモータ軸１２に回転自在に嵌合している。また、第２のモータ軸１３が入力軸７および第１のモータ軸１２と平行に配置されており、相対的に小径の第２の駆動歯車９に噛み合っている第２の従動歯車１１は、その第２のモータ軸１３に回転自在に嵌合している。したがって、第１の従動歯車１０に対して第２の従動歯車１１が大径であって、第１の入力用歯車対の回転数比（従動側の回転数を“１”とした場合の駆動側の回転数）が第２の入力用歯車対の回転数比より小さくなっている。

各モータ軸１２，１３上に、動力の伝達・遮断を選択的に行う切換機構１４，１５が設けられている。第１のモータ軸１２側の切換機構１４について説明すると、これは、第１の従動歯車１０を差動機構６における所定の入力要素に対して選択的に連結し、またその入力要素を所定の固定部に選択的に連結するためのものであって、同期連結機構（シンクロナイザー）や摩擦クラッチあるいは噛み合いクラッチ（ドグクラッチ）などによって構成されている。図１に示す例では、同期連結機構によって構成されており、したがって以下の説明では切換機構１４を第１シンクロ１４と記す。

シンクロナイザーは、基本的には、回転軸と共に回転するスリーブと、その回転軸に対して相対回転する他の回転部材に設けられたスプラインと、前記スリーブに押されて他の回転部材側に移動するシンクロナイザーリングとを有している。そして、スリーブを他の回転部材のスプライン側に移動させる過程でシンクロナイザーリングが回転部材に次第に摩擦接触することにより回転軸と回転部材とを同期させ、その状態でスリーブがスプラインに係合することにより、回転軸と回転部材とを連結するように構成されている。したがって、第１シンクロ１４は、前記入力要素と一体に回転するスリーブを備えている。

そのスリーブの軸線方向での一方（図１では右側）に第１の従動歯車１０におけるスプラインが配置され、これとは反対側（図１での左側）にケーシングなどの固定部１６に一体化されている固定スプライン１７が配置されている。すなわち、第１シンクロ１４は、そのスリーブを図１の右側に移動させることにより、第１の従動歯車１０と前記入力要素とを連結し、また反対に図１の左側に移動させることにより、前記入力要素を固定スプライン１７に連結して前記入力要素の回転を止めてこれを固定するようになっている。なお、この固定スプライン１７が第１シンクロ１４と共にこの発明の固定用機構を構成している。

第２のモータ軸１３側の切換機構１５について説明すると、これは、後進段を設定するために第２のモータ軸１３を差動機構６における他の入力要素に対して選択的に連結し、また第２のモータ軸１３を所定の固定部に選択的に連結するためのものであって、同期連結機構（シンクロナイザー）や摩擦クラッチあるいは噛み合いクラッチ（ドグクラッチ）などによって構成されている。図１に示す例では、同期連結機構によって構成されており、したがって以下の説明では切換機構１５をＲシンクロ１５と記す。したがって、Ｒシンクロ１５は、前記第２のモータ軸１３と一体に回転するスリーブを備えている。

そのスリーブの軸線方向での一方（図１では左側）に前記他の入力要素におけるスプラインが配置され、これとは反対側（図１での右側）にケーシングなどの固定部１６に一体化されている他の固定スプライン１８が配置されている。すなわち、Ｒシンクロ１５は、そのスリーブを図１の左側に移動させることにより、第２のモータ軸１３を前記他の入力要素に連結し、また反対に図１の右側に移動させることにより、第２のモータ軸１３を固定スプライン１８に連結して第２のモータ軸１３およびこれに連結されている所定の部材の回転を止めてこれを固定するようになっている。なお、この固定スプライン１８がＲシンクロ１５と共にこの発明の固定用機構を構成している。

前記第２のモータ軸１３に回転自在に嵌合している第２の従動歯車１１は、前記他の入力要素に一体化されている。したがって、Ｒシンクロ１５は、そのスリーブを図１の左側に移動させることにより、第２のモータ軸１３と前記他の入力要素とを連結すると同時に、第２の駆動歯車９および従動歯車１１を介して入力軸７と第２のモータ軸１３とを連結するように構成されている。

つぎに差動機構６について説明する。図１に示す例では、各モータ軸１２，１３毎に差動機構が設けられ、これらの差動機構はそれぞれのモータ軸１２，１３と同一軸線上で上記の入力用伝動機構３を挟んで流体圧ポンプモータ４とは反対側に配置されている。各差動機構は、要は、入力要素と出力要素と反力要素との三つの回転要素によって差動作用をなすように構成された機構であって、それらの回転要素は歯車や摩擦によってトルクを伝達する摩擦車などによって構成されている。より具体的には、これらの差動機構は、外歯歯車であるサンギヤと、そのサンギヤに対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤと、これらサンギヤとリングギヤとに間に配置されたピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持したキャリヤとを回転要素とする遊星歯車機構によって構成されている。この遊星歯車機構としては、シングルピニオン型あるいはダブルピニオン型の遊星歯車機構を使用することができ、図１に示す例では、シングルピニオン型遊星歯車機構１９，２０が使用されている。

第１のモータ軸１２と同一軸線上に配置された第１の遊星歯車機構１９は、サンギヤ１９Ｓが反力要素となっていてこのサンギヤ１９Ｓが前記第１のモータ軸１２に連結されている。また、リングギヤ１９Ｒが入力要素となっていて、これに前述した第１シンクロ１４のスリーブが連結されている。さらに、キャリヤ１９Ｃが出力要素となっている。また、第２のモータ軸１３と同一軸線上に配置された第２の遊星歯車機構２０は上記の第１の遊星歯車機構１９とほぼ同様の構成であって、サンギヤ２０Ｓが反力要素となっていて前記第２のモータ軸１３に連結されている。また、リングギヤ２０Ｒが入力要素となっていて、これに前述した第２の従動歯車１１が取り付けられている。さらに、キャリヤ２０Ｃが出力要素となっている。

前述したように流体圧ポンプモータ４は各動力伝達系統毎に設けられており、前記第１のモータ軸１２の一端部、具体的には前記入力用伝動機構３を挟んで前記第１の遊星歯車機構１９とは反対側の端部に可変容量型の第１の油圧ポンプモータ（ＰＭ１）２１が連結されている。また、同様に、第２のモータ軸１３の一方の端部、具体的には前記入力用伝動機構３を挟んで前記第２の遊星歯車機構２０とは反対側の端部に可変容量型の第２の油圧ポンプモータ（ＰＭ２）２２が連結されている。

これらの可変容量型の油圧ポンプモータ２１，２２は、斜軸ポンプや斜板ポンプあるいはラジアルピストンポンプなどの吐出容量（押出容積）を変更可能な油圧ポンプモータであって、ケーシングを固定した状態でロータがいずれかのモータ軸１２，１３に連結されており、所定の押出容積に設定した状態でロータを外力によって回転させることにより、吸入ポート２１Ｓ，２２Ｓから圧油を吸入し、かつ吐出ポート２１Ｄ，２２Ｄから油圧を吐出するように構成されている。すなわち、ポンプとして動作する。

これに対して、所定の押出容積に設定した状態で吸入ポート２１Ｓ，２２Ｓもしくは吐出ポート２１Ｄ，２２Ｄから油圧を供給すると、ロータが強制的に回転させられてモータとして動作するようになっている。なお、押出容積を最小もしくはゼロに設定した場合、ロータに外部からトルクが作用してもロータが空転するのみで圧油を吐出しない。また、押出容積を最小もしくはゼロに設定した状態では、吸入ポート２１Ｓ，２２Ｓおよび吐出ポート２１Ｄ，２２Ｄのいずれからも圧油を供給することができず、したがってモータとして回転することはない。

各油圧ポンプモータ２１，２２は、圧力流体である圧油を相互に受け渡すことができるように、油路２３，２４によって連通されている。すなわち、それぞれの吸入ポート２１Ｓ，２２Ｓ同士が油路２３によって連通され、また吐出ポート２１Ｄ，２２Ｄ同士が油路２４によって連通されている。したがって各油路２３，２４によって閉回路が形成されている。なお、不可避的な漏れが生じるから、油路２３，２４にチャージポンプ（図示せず）を接続してもよい。なおここで、吸入ポート２１Ｓ，２２Ｓは、それぞれのロータが前記リングギヤ１９Ｒ，２０Ｒと同方向（入力軸７とは反対方向）に回転した場合に圧油を吸入するポートであり、その場合に圧油を吐出するポートが吐出ポート２１Ｄ，２２Ｄである。したがって、ロータの回転方向が反対になれば、圧油の吸入・吐出の方向は反対になる。

さらに、変速比を設定するための伝動機構５について説明する。図１に示す伝動機構５は、流体を介すことなく動力を伝達して設定できるいわゆる固定変速比として前進４段・後進１段を設定できるように構成されている。すなわち、前記第１の遊星歯車機構１９における出力要素であるキャリヤ１９Ｃに、第１の回転軸２５が連結され、この第１の回転軸２５は前記第１のモータ軸１２と同一軸線上に配置されている。この第１の回転軸２５に対して出力部材２が平行に配置されており、これら第１の回転軸２５と出力部材２との間には、第１の遊星歯車機構１９側から順に、第４速用伝動機構と第２速用伝動機構とが設けられている。

これら第４速用および第２速用の各伝動機構は、ギヤ対や、チェーンもしくはベルトなどの巻き掛け伝動機構から構成されており、図１にはギヤ対の例を示してある。すなわち、第１の回転軸２５には、第４速駆動ギヤ２６Ａと第２速駆動ギヤ２７Ａとが回転自在に嵌合して取り付けられている。そして、第４速駆動ギヤ２６Ａに噛み合っている第４速従動ギヤ２６Ｂと、第２速駆動ギヤ２７Ａに噛み合っている第２速従動ギヤ２７Ｂとが、出力部材２に一体化されて設けられている。したがって、第４速駆動ギヤ２６Ａと第４速従動ギヤ２６Ｂとが第４速用ギヤ対２６を構成し、第２速駆動ギヤ２７Ａと第２速従動ギヤ２７Ｂとが第２速用ギヤ対２７を構成している。

また、同様に、第２の遊星歯車機構２０における出力要素であるキャリヤ２０Ｃに、第２の回転軸２８が連結され、この第２の回転軸２８は前記第２のモータ軸１３と同一軸線上に配置されている。また、この第２の回転軸２８は、出力部材２および第１の回転軸２５と平行に配置されており、その第２の回転軸２８と出力部材２との間には、第２の遊星歯車機構２０側から順に、第３速用伝動機構と第１速用伝動機構とが設けられている。

これら第３速用および第１速用の各伝動機構は、ギヤ対や、チェーンもしくはベルトなどの巻き掛け伝動機構から構成されており、図１にはギヤ対の例を示してある。すなわち、第２の回転軸２８には、第３速駆動ギヤ２９Ａと第１速駆動ギヤ３０Ａとが回転自在に嵌合して取り付けられている。その第３速駆動ギヤ２９Ａは、前述した第４速従動ギヤ２６Ｂに噛み合っていて、第３速駆動ギヤ２９Ａと第４速従動ギヤ２６Ｂとによって、第３速用ギヤ対２９が構成されている。すなわち、第４速従動ギヤ２６Ｂが、第４速用ギヤ対２６と第３速用ギヤ対２９とに共用されている。また、第１速駆動ギヤ３０Ａは前述した第２速従動ギヤ２７Ｂに噛み合っており、これら第１速駆動ギヤ３０Ａと第２速従動ギヤ２７Ｂとによって第１速用ギヤ対３０が構成されている。すなわち、第２速従動ギヤ２７Ｂが、第２速用ギヤ対２７と第１速用ギヤ対３０とに共用されている。

なお、第４速駆動ギヤ２６Ａと第３速駆動ギヤ２９Ａとは、歯数が異なっていてもよく、あるいは同一構成のギヤであってもよい。また、第２速駆動ギヤ２７Ａと第１速駆動ギヤ３０Ａとは、歯数が異なっていてもよく、あるいは同一構成のギヤであってもよい。すなわち、第４速および第２速では、前述した第１の駆動歯車８を介して動力が伝達され、第３速および第１速では、相対的に小径の第２の駆動歯車９を介して動力が伝達されるので、第４速および第３速の駆動ギヤ２６Ａ，２９Ａが同一構成であり、あるいは第２速および第１速の駆動ギヤ２７Ａ，３０Ａが同一構成であっても、各固定変速比の値を相互に異ならせることができる。

各ギヤ対２６，２７，２９，３０を動力伝達状態に選択的に設定する切換機構が設けられている。この切換機構は、要は、いずれかの回転軸２５，２８から出力部材２に到る動力の伝達経路を、動力伝達可能な状態と不可能な状態とに切り換える機構であり、同期連結機構（シンクロナイザー）や摩擦クラッチあるいは噛み合いクラッチ（ドグクラッチ）などによって構成することができる。図１には、同期連結機構を用いた例を示してあり、第３速駆動ギヤ２９Ａと第１速駆動ギヤ３０Ａとの間にこれらを第２の回転軸２８に選択的に連結する同期連結機構（以下、仮に第２シンクロと記す）３１が配置されている。また同様に、第４速駆動ギヤ２６Ａと第２速駆動ギヤ２７Ａとの間にこれらを第１の回転軸２５に選択的に連結する同期連結機構（以下、仮に第３シンクロと記す）３２が配置されている。

具体的に説明すると、第２シンクロ３１を構成しているスリーブは、第２の回転軸２８と一体のハブにスプライン嵌合しており、このスリーブを挟んだ軸線方向の両側に、第３速駆動ギヤ２９Ａに一体のスプラインと第１速駆動ギヤ３０Ａと一体のスプラインとが配置されている。したがって、第２シンクロ３１はそのスリーブを図１の左右に移動させることにより、第２の回転軸２８と第３速駆動ギヤ２９Ａとを連結し、あるいは第２の回転軸２８と第１速駆動ギヤ３０Ａとを連結するように構成されている。また第３シンクロ３２を構成しているスリーブは、第１の回転軸２５と一体のハブにスプライン嵌合しており、このスリーブを挟んだ軸線方向の両側に、第４速駆動ギヤ２６Ａに一体のスプラインと第２速駆動ギヤ２７Ａに一体のスプラインとが配置されている。したがって、第３シンクロ３２はそのスリーブを図１の左右に移動させることにより、第１の回転軸２５と第４速駆動ギヤ２６Ａとを連結し、あるいは第１の回転軸２５と第２速駆動ギヤ２７Ａとを連結するように構成されている。

上記の出力部材２は、出力軸として構成することができ、上記の変速機をいわゆるＦＲ車（フロントエンジン・リヤドライブ車）に搭載する場合には、出力軸をその延長軸線上に位置するプロペラシャフト（図示せず）に連結する。その場合、出力軸にパーキングギヤ３３を設けることができる。また、ＦＦ車（フロントエンジン・フロントドライブ車）に搭載するように構成する場合には、上記のパーキングギヤ３３に替えて出力ギヤもしくは出力スプロケットを設けることができる。

なお、上記の各シンクロ１４，１５，３１，３２は、手動操作によってスリーブを移動させて中立位置といずれかのスプラインに係合する係合位置とに切換動作させることができるが、これに替えて油圧もしくは電気で動作させる適宜のアクチュエータを設け、そのアクチュエータを電気的に制御して変速を実行するように構成することもできる。その場合、制御装置としてマイクロコンピュータを主体とする電子制御装置を設け、車速やスロットル開度、適宜の回転部材の回転数などの検出されたデータと、予め記憶しているデータおよびプログラムに基づいて演算を行い、その結果に応じてアクチュエータを動作させるように構成してもよい。

つぎに、上述した変速機の作用について説明する。図２は、各変速段を設定する際の各油圧ポンプモータ（ＰＭ１，ＰＭ２）２１，２２、および各シンクロ１４，１５，３１，３２の動作状態をまとめて示す図表であって、この図２における各油圧ポンプモータ２１，２２についての「ＯＦＦ」は、ポンプ容量（押出容積）を実質的にゼロとし、その出力軸が回転させられても圧油を発生することがなく、また油圧が供給されても出力軸が回転しない状態（フリー）を示し、「ＬＯＣＫ」はそのロータの回転を止めている状態を示している。さらに「油圧発生」は、ポンプ容量を実質的なゼロより大きくするとともに圧油を吐出している状態を示し、したがって該当する油圧ポンプモータ２１，２２はポンプとして機能している。また、「油圧回収」は、一方の油圧ポンプモータ２２（もしくは２１）が吐出した圧油が供給されてモータとして機能している状態を示し、したがって該当する油圧ポンプモータ２２（もしくは２１）は軸トルクを発生し、対応するモータ軸１２，１３および回転軸２５，２８に駆動トルクを伝達している。

そして、各シンクロ１４，１５，３１，３２についての「右」、「左」は、それぞれのシンクロ１４，１５，３１，３２におけるスリーブの図１での位置を示すとともに、丸括弧はダウンシフトするための待機状態、カギ括弧はアップシフトするための待機状態を示し、そして「−」は該当するシンクロ１４，１５，３１，３２をＯＦＦ状態（中立位置）に設定し、あるいはそれにより引き摺りを低減している状態となっていることを示す。

ニュートラルポジションが選択されてニュートラル（Ｎ）状態を設定する際には、各油圧ポンプモータ２１，２２が「ＯＦＦ」状態とされ、また各シンクロ１４，１５，３１，３２のスリーブが中央位置に設定される。したがって、いずれのギヤ対２６，２７，２９，３０も回転軸２５，２８に連結されていないニュートラル状態となる。すなわち、各油圧ポンプモータ２１，２２は、押出容積（ポンプ容量）が実質的にゼロとなるように制御される。その結果、いわゆる空回り状態となるので、第２の遊星歯車機構２０のリングギヤ２０Ｒにエンジン１からトルクが伝達されても、サンギヤ２０Ｓに反力が作用しない。そのため、出力要素であるキャリヤ２０Ｃに連結されている回転軸２８にはトルクが伝達されない。なお、第１の回転軸２５側には、第１シンクロ１４が中立位置にあるので、トルクが伝達されない。

シフトポジションがドライブポジションなどの走行ポジションに切り替えられると、第１シンクロ１４のスリーブが図１の左側に移動させられるとともに第２シンクロ３１のスリーブが図１の左側に移動させられ、さらに第３シンクロ３２のスリーブが図１の左側に移動させられる。したがって、第１速駆動ギヤ３０Ａを介して第２遊星歯車機構２０の出力要素であるキャリヤ２０Ｃと出力軸２とが連結される。また、第２速駆動ギヤ２７Ａを介して第１遊星歯車機構１９の出力要素であるキャリヤ１９Ｃが出力軸２に連結される。すなわち、出力軸２に対するギヤ対の連結状態としては、固定変速比である第１速と第２速とを設定する状態となる。また、これと併せて各油圧ポンプモータ２２，２１の押出容積がゼロより大きい容積に制御される。

したがって、動力源１はギヤ列９，１１を介して第２遊星歯車機構２０のリングギヤ２０Ｒに連結され、また第１遊星歯車機構１９は第１シンクロ１４によって動力源１に対して遮断される。この状態では、第２油圧ポンプモータ２２は前記第２遊星歯車機構２０によって分配された動力源１の動力によって駆動されてポンプとして動作し、油圧を発生させることに伴う反力トルクをモータ軸１３およびサンギヤ２０Ｓに与える。そのため、第２遊星歯車機構２０の差動作用によってキャリヤ２０Ｃにトルクが伝達され、そのトルクが第１速用ギヤ対３０を介して出力軸２に伝達される。言い換えれば、第２遊星歯車機構２０は、動力分配機構として動作し、動力源１から入力された動力をキャリヤ２０Ｃとサンギヤ２０Ｓ、すなわち第１速ギヤ対３０と第２油圧ポンプモータ２２とに分配する。

一方、第２油圧ポンプモータ２２で発生した油圧がその吸入口２２Ｓから吐出されて第１油圧ポンプモータ２の吸入口２１Ｓに供給されるので、第１油圧ポンプモータ２１がモータとして動作する。この第１油圧ポンプモータ２１は第１遊星歯車機構１９のサンギヤ１９Ｓに連結されており、かつその第１遊星歯車機構１９のリングギヤ１９Ｒが第１シンクロ１４によって固定されているので、第１遊星歯車機構１９は減速機として機能する。すなわち、サンギヤ１９Ｓに入力されたトルクが、第１遊星歯車機構１９のギヤ比（サンギヤ１９Ｓの歯数とリングギヤ１９Ｒの歯数との比）に応じて増幅されてキャリヤ１９Ｃから出力される。そのキャリヤ１９Ｃは、第２速ギヤ対２７を介して出力軸２に連結されているので、キャリヤ１９Ｃから出力軸２に動力が伝達される。

したがって、出力軸２には、第２遊星歯車機構２０および第１速ギヤ対３０などの機械的手段を介したいわゆる機械伝達によって動力が伝達される。同時に、第２油圧ポンプモータ２２から第１油圧ポンプモータ２１への油圧を介したいわゆる流体伝達が介在する動力伝達によって動力が伝達される。これらの動力を合成した動力が出力軸２に現れる。

そして、第１遊星歯車機構１９は前述したように減速機として機能するので、第２速ギヤ対２７側からは第１油圧ポンプモータ２１が出力したトルクを増幅したトルクが出力軸２に伝達され、その結果、発進してから固定変速比である第１速の変速比になるまでは、第１速での変速比で得られる駆動力より大きい駆動力を得ることができる。そのため、変速機の全体としての変速比は、無限大の値から第１速ギヤ対３０の変速比（ギヤ比）に応じて定まる変速比まで、次第に変化し、いわゆる無段変速状態となる。

このように発進から第１速までの駆動状態では、第２遊星歯車機構２０を介したいわゆる機械的な動力の伝達と、油圧を介した動力の伝達との両方が生じ、これらの動力を合成した動力が出力部材２に現れる。また、この過程での変速比は、固定変速比である第１速より大きい値となり、その変速比は連続的に、あるいは無段階に変化する。また、この場合、各油圧ポンプモータ２１，２２が駆動されるが、これらの油圧ポンプモータ２１，２２は上述した変速機の全体を覆いかつエンジン１に連結される図示しないケーシングの内部に収容され、しかもエンジン１に近い位置に配置されているので、油圧を発生し、あるいはトルクを発生することに伴う騒音が外部に漏れにくく、またエンジン１が発する騒音もしくは振動に紛れるので、変速機の全体としての騒音を抑制することができる。

こうしてエンジン１の回転数や車速が変化して第１速の変速比になると、第１の油圧ポンプモータ２１の押出容積がゼロに設定され、また第２の油圧ポンプモータ２２の押出容積が最大に設定される。その結果、油路２３，２４における圧油の流動が阻止されるので、実質上、第２の油圧ポンプモータ２２の回転がロックされる。すなわち第２のモータ軸１３およびこれに連結されている第２の油圧ポンプモータ２２が固定される。これとほぼ同時に、Ｒシンクロ１５のスリーブが図１の右側に移動させられ、第２のモータ軸１３が固定スプライン１８に連結される。したがって、第２のモータ軸１３を介して第２の油圧ポンプモータ２２に作用していたトルクが、固定スプライン１８を介して固定部１６に作用するようになるので、第２の油圧ポンプモータ２２で高い油圧が発生しない。そのため、油圧の漏れによる動力損失やシール部の耐久性の低下などを防止もしくは抑制することができる。

また一方、第１シンクロ１４がＯＦＦ状態（スリーブを中立位置にした状態）に設定される。その結果、第２の遊星歯車機構２０におけるサンギヤ２０Ｓが固定され、また第１の遊星歯車機構１９は出力部材２に対する動力の伝達に関与しなくなるので、エンジン１が出力した動力は、第２の遊星歯車機構２０および第１速用ギヤ対３０を介して出力部材２に伝達される。すなわち、第１速用ギヤ対３０のギヤ比（回転数比）で決まる固定変速比が設定される。なお、この場合、第１の油圧ポンプモータ２１およびこれに連結されているモータ軸１２が空転するので、第１の回転軸２５にトルクは現れない。

固定変速比である第１速からアップシフトする場合、第１シンクロ１４のスリーブを図１の右側に移動して入力用の第１の従動歯車１０を第１の遊星歯車機構１９におけるリングギヤ１９Ｒに連結し、また第２シンクロ３１および第３シンクロ３２はそれぞれのスリーブを従前のまま、図１の左側に移動させておくことにより、第１速用ギヤ対３０および第２速用ギヤ対２７をトルク伝達可能な状態とする。なお、Ｒシンクロ１５は中立状態にしておく。この状態で、第１油圧ポンプモータ２１の押出容積を最大に向けて次第に増大させる。第２速へのアップシフト待機状態では、第１油圧ポンプモータ２１は逆回転しているから、その押出容積を次第に増大させることによりポンプとして機能する。すなわち、油圧を発生し（図２に「油圧発生」と記してある）、同時にそれに伴う反力トルクが第１のモータ軸１２に現れる。その結果、第１の遊星歯車機構１９および第２速用ギヤ対２７を介した動力の伝達が次第に行われる。

また、第１油圧ポンプモータ２１で発生した油圧が第２油圧ポンプモータ２２に供給されてこれがモータとして機能する（図２に「油圧回収」と記してある）ので、第２油圧ポンプモータ２２および第２の遊星歯車機構２０ならびに第１速用ギヤ対３０を介した動力の伝達が生じる。そのため、第１速から第２速への変速の過程での変速比は、第１速の変速比と第２速の変速比との間の値となり、かつ連続的に変化する変速比となる。すなわち、変速比が連続的に変化する無段変速状態となる。これは、上述した発進から第１速の変速比に到るまでの間、および各固定変速比の間でも同様であり、したがって上述した変速機は、無段変速機として機能させることができる。

上述のようにして第１油圧ポンプモータ２１の押出容積をほぼ最大にしてその回転が停止し、もしくは停止に近い状態になることにより、モータ軸１２が実質的に固定される。また、併せて第２油圧ポンプモータ２２がＯＦＦ状態に設定される。したがって、第１の遊星歯車機構１９では、そのサンギヤ１９Ｓが固定されるので、リングギヤ１９Ｒに入力された動力がキャリヤ１９Ｃから第１の回転軸２５を経て第２速駆動ギヤ２７Ａに出力される。一方、第２油圧ポンプモータ２２はＯＦＦ状態となっており、これと同一軸線上に配置されているＲシンクロ１５および第２シンクロ３１はＯＦＦ状態であってそのスリーブが中立位置にあるので、第２油圧ポンプモータ２２や第２の遊星歯車機構２０は動力の伝達に関与しない。したがって、第２速用ギヤ対２７のギヤ比で決まる固定変速比である第２速が設定される。

以下、同様にして、第３速は第１シンクロ１４および第２シンクロ３１のスリーブを図１の右側に移動させて、入力用の第１の従動歯車１０を前記他の入力要素に連結するとともに、第３速駆動ギヤ２９Ａを第２の回転軸２８に連結し、また第２油圧ポンプモータ２２の押出容積を最大にすることにより、第１速の場合と同様に、第２のモータ軸１３および第２油圧ポンプモータ２２を固定し、さらに第３シンクロ３２はＯＦＦ状態にする。なお、固定変速比が第３速になっている状態では、Ｒシンクロ１５のスリーブを図１の右側に移動して、第１速の場合と同様に、第２の油圧ポンプモータ２２を固定する。

したがって、第３速用ギヤ対２９を介して出力部材２に動力が伝達され、固定変速比である第３速が設定される。また、第４速は第３シンクロ３２のスリーブを図１の右側に移動させて第４速駆動ギヤ２６Ａを第１の回転軸２５に連結し、また第１の油圧ポンプモータ２１の押出容積を最大にすることにより、第２速の場合と同様に、第１のモータ軸１２および第１の油圧ポンプモータ２１を固定し、さらに他のシンクロ３１，１５はＯＦＦ状態にする。したがって、第４速用ギヤ対２６を介して出力部材２に動力が伝達され、固定変速比である第４速が設定される。

さらに、後進段について説明すると、リバースポジションが選択されるなどのことによって後進段が選択された場合には、第１シンクロ１４および第３シンクロ３２ならびにＲシンクロ１５のそれぞれのスリーブが図１の左側に移動させられ、また第２シンクロ３１はＯＦＦ状態（スリーブが中立位置の状態）に設定される。したがって、第１シンクロ１４のスリーブが固定スプライン１７に係合することにより第１の遊星歯車機構１９のリングギヤ１９Ｒが固定され、その結果、第１の遊星歯車機構１９が減速機として機能する状態になる。

また、Ｒシンクロ１５によって第２の遊星歯車機構２０のサンギヤ２０Ｓとキャリヤ２０Ｃとが連結されることにより、第２の遊星歯車機構２０の全体が実質的に一体化される。さらに、第３シンクロ３２によって第２速駆動ギヤ２７Ａが第１の回転軸２５に連結され、このギヤ対２７を介して出力部材２に動力を伝達できる状態となる。なお、これは、相対的に大きい変速比を設定するためであり、したがって第２速用ギヤ対２７に替えて第４速用ギヤ対２６をトルク伝達可能な状態としてもよい。すなわち、第３シンクロ３２のスリーブを図１の右側に移動させてもよい。

したがって、エンジン１から第２の遊星歯車機構２０に伝達された動力がそのまま第２の油圧ポンプモータ２２に伝達されてこれが駆動され、油圧が発生する。なお、第２シンクロ３１がＯＦＦ状態であるから、第２の遊星歯車機構２０あるいは第２の回転軸２８から出力部材２に動力が伝達されることはない。一方、第１油圧ポンプモータ２１の押出容積がゼロより大きい容積、例えば最大容積に制御される。その結果、第１油圧ポンプモータ２１が第２の油圧ポンプモータ２２から供給された油圧によってモータとして機能し、第１のモータ軸１２にトルクを出力する。その場合、第１の油圧ポンプモータ２１の吐出ポート２１Ｄから油圧が供給されるので、第１油圧ポンプモータ２１が逆回転する。

そして、そのトルクが第１の遊星歯車機構１９のサンギヤ１９Ｓに伝達される。この第１の遊星歯車機構１９は、前述したように、リングギヤ１９Ｒが固定されて減速機として機能するようになっているので、サンギヤ１９Ｓに伝達されたトルクは、第１の遊星歯車機構１９のギヤ比（サンギヤの歯数とリングギヤの歯数との比）に応じて増幅されてキャリヤ１９Ｃから第１の回転軸２５に出力される。その場合の回転方向は、前進時とは反対方向であり、したがって後進状態となる。すなわち、後進段では、油圧を介した動力の伝達が生じ、これを図２では、第１油圧ポンプモータ２１について「油圧回収」と記し、第２油圧ポンプモータ２２について「油圧発生」と記してある。

上述したようにこの発明に係る変速機では、流体圧ポンプモータに対する圧力流体の流動を止めることにより、動力源から出力部材に動力を伝達して所定の変速比を設定するように構成されているから、選択的に行われる動力の伝達のために油圧を発生させたり、電圧を印加するなどのことが不要もしくは抑制され、その結果、消費エネルギが少なくなって動力の伝達効率を向上させることができる。また、流体圧ポンプモータがエンジン１などの動力源側にまとめて配置されているので、これらの流体圧ポンプモータが動作することによる騒音もしくは振動を遮蔽しやすく、またハウジングの共振を抑制しやすく、さらには動力源の振動もしくは騒音に紛らわせやすく、その結果、静粛性を向上させることができる。

さらに、いわゆるＦＲ車ではエンジン側のスペースに相対的な余裕があるので、各流体圧ポンプモータを動力源側に配置することにより、車載性を向上させることができる。またさらに、回転軸２５，２８とで各固定変速比用のギヤ対２６，２７，２９，３０を支持する軸構造がいわゆる単軸構造になり、潤滑のための構造を含めて支持軸構造を簡素化し、ひいては生産性もしくは組立性を向上させることができる。そして、上記の具体例では、入力軸７から動力を伝達する機構として二組の歯車対を使用し、これらを経由して各固定変速比用のギヤ対に動力を選択的に伝達するように構成したので、出力部材上の従動歯車に噛み合っている二つの歯車を同一構成としても各固定変速比の値を異ならせることができ、したがって部品を共用化して生産性や組立性、あるいはコストの低廉化に優れた変速機とすることができる。

なお、この発明は上記の具体例に限定されないのであって、固定変速比は４速より多くてもよく、あるいは反対に少なくてもよい。また、上記の具体例では、この発明の回転軸に相当する軸を二本設けた構成を示したが、この発明では回転軸を三本以上設け、それに併せて流体圧油圧ポンプモータの数を増やしてもよい。さらに、この発明では、ギヤ対に替えてベルトやチェーンなどの機構を用いてもよい。そして、この発明で差動作用のある歯車機構を用いる場合、シングルピニオン型遊星歯車機構に替えて例えばダブルピニオン型遊星歯車機構を用いることができ、あるいは更に他の構成の差動歯車機構によって構成することもできる。

この発明に係る変速機の一例を模式的に示すスケルトン図である。 各変速比を設定する際の各油圧ポンプモータおよび各シンクロの動作状態をまとめて示す図表である。

符号の説明

１…動力源（エンジン）、 ２…出力部材、 ３…入力用伝動機構、 ４…流体圧ポンプモータ、 ５…伝動機構、 ６…差動機構、 ７…入力軸、 ８，９…駆動輪（駆動歯車）、 １０，１１…従動輪（従動歯車）、 １２…第１のモータ軸、 １３…第２のモータ軸、 １４，１５…切換機構、 １５…Ｒシンクロ、 １９…第１の遊星歯車機構、 １９Ｓ…サンギヤ、 １９Ｒ…リングギヤ、 １９Ｃ…キャリヤ、 ２０…第２の遊星歯車機構、 ２０Ｓ…サンギヤ、 ２０Ｒ…リングギヤ、 ２０Ｃ…キャリヤ、 ２１…第１の油圧ポンプモータ、 ２２…第２の油圧ポンプモータ、 ２５…第１の回転軸、 ２６…第４速用ギヤ対、 ２７…第２速用ギヤ対、 ２８…第２の回転軸、 ２９…第３速用ギヤ対、 ３０…第１速用ギヤ対、 ３１…同期連結機構（第２シンクロ）、 ３２…同期連結機構（第３シンクロ）。

Claims (4)

1. 動力源から選択的に動力が伝達される複数の回転軸と、それらの回転軸から伝達された動力を出力する出力部材と、前記各回転軸と前記出力部材との間に配置された複数の伝動機構と、その伝動機構を介した各回転軸と出力部材との間の動力の伝達を選択的に可能にする切換機構とを有する変速機において、
   前記各回転軸と前記出力部材とが相互に平行に配置されるとともに、それらの回転軸の一端側に、その回転軸に連結された出力要素と前記回転軸と同一軸線上に配置された反力要素とこれら出力要素および反力要素に対して分配される動力を入力する入力要素とを有する差動機構が配置され、それらの差動機構における反力要素に連結されたポンプおよびモータとして機能しかつ相互に流体を授受するように連通された流体圧ポンプモータが前記動力源側に配置され、前記各差動機構と流体圧ポンプモータとの間に、前記動力源から前記各入力要素に動力を伝達する入力用伝動機構が配置されていることを特徴とする変速機。
2. 前記入力用伝動機構は、前記動力源から動力が伝達されかつ同一軸線上に配置された第１および第２の入力用駆動輪と、第１の入力用駆動輪から動力が伝達されかつ一方の前記差動機構における入力要素に動力を伝達する第１の入力用従動輪と、第２の入力用駆動輪から動力が伝達されかつ他方の前記差動機構における入力要素に動力を伝達する第２の入力用従動輪と、前記第１の入力用従動輪と前記一方の入力要素との間および前記第２の入力用従動輪と前記他方の入力要素との間の少なくともいずれかに配置された、動力の伝達と遮断を選択的に行う入力用切換機構とを備えるとともに、前記第１の入力用駆動輪と第１の入力用従動輪との回転数比が、前記第２の入力用駆動輪と第２の入力用従動輪との回転数比とは異なっており、
   前記複数の伝動機構は、いずれかの前記回転軸と前記出力部材との回転数比が他の回転軸と前記出力部材との回転数比に等しくなる回転数比の伝動機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の変速機。
3. 前記動力源は、回転中心軸線が前記回転軸と平行となるよう配置された内燃機関を含み、前記各流体圧ポンプモータは前記回転中心軸線の軸線方向で前記内燃機関に近い位置に配置され、かつ前記各回転軸は前記回転中心軸線の軸線方向で前記内燃機関とは遠い位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の変速機。
4. 前記入力用切換機構は、前記流体圧ポンプモータが連結されている部材を固定箇所に選択的に連結して流体圧ポンプモータを固定する固定用機構を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の変速機。

Images