JP4469595B2 - 静油圧式無段変速機のクラッチ装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ポンプと油圧モータとを油圧閉回路を介して繋いで構成され、これら油圧ポンプおよび油圧モータの少なくともいずれかの容量を可変制御して油圧ポンプの入力回転を変速して油圧モータの出力回転として取り出すように構成された静油圧式無段変速機に関し、さらに詳しくは、この静油圧式無段変速機において油圧閉回路を構成する高圧側油路と低圧側油路とを連通遮断するクラッチ装置に関する。

このような静油圧式無段変速機は従来から種々の形式の構成が知られており、実用化されている。例を挙げれば、本出願人の提案による特許文献１、特許文献２および特許文献３に開示の静油圧式無段変速機がある。これら特許文献に開示の静油圧式無段変速機は、斜板プランジャポンプと、斜板プランジャモータと、斜板プランジャポンプの吐出口および吸入口を斜板プランジャモータの吸入口および吐出口に繋ぐ油圧閉回路とを有して構成され、エンジンによりポンプ斜板部材が駆動されるように構成され、ポンプシリンダとモータシリンダとが結合されて出力シャフト上に結合配設され、モータ斜板部材が回転規制されるとともにモータ斜板角度が可変調整可能となっている。

このように構成される静油圧式無段変速機において、油圧閉回路を構成する高圧側油路と低圧側油路とを連通遮断するクラッチバルブを設け、油圧ポンプからの回転駆動力を油圧モータに伝達させる大きさを制御したり、この回転伝達を遮断したりするクラッチ制御を行うことも従来から知られている。例えば、特許文献３にこのようなクラッチバルブを用いた自動クラッチ装置が開示されている。
特開平６−４２４４６号公報 特許第２９２０７７２号公報 特開平９−１００９０９号公報

ところで、静油圧式無段変速機に設けられるクラッチバルブは、エンジン回転に連動する油圧ガバナからの発生油圧により作動するアクチュエータにより作動制御されるように構成されていたが、油圧ガバナ、アクチュエータ等を必要とするため、構造が大型化、高コスト化するという問題があった。このようなことから、上記特許文献３に記載の自動クラッチ装置は、低圧側油路の油圧がクラッチ弁を開き方向に付勢するように作用し、油圧ポンプの入力回転数の上昇に応じて低圧側油路に供給される補給油圧を増大させる油圧ガバナを接続して構成され、専用のアクチュエータを不要として構造の簡素化を図っている。しかしながら、油圧ガバナを用いた油圧によりクラッチバルブの作動を制御するものであるため、装置の小型、コンパクト化、低コスト化には限度があり、より一層簡素化が図れる装置が要望されている。

本発明はこのような問題に鑑みたもので、クラッチバルブの作動制御を機械的に行うことができる小型コンパクトな構成のクラッチ装置を提供することを目的とする。

このような目的達成のため、本発明に係るクラッチ装置は、油圧ポンプと油圧モータとを油圧閉回路を介して繋いで構成され、油圧ポンプおよび油圧モータの少なくともいずれかの容量を可変制御して油圧ポンプの入力回転を変速して油圧モータの出力回転として取り出すように構成された静油圧式無段変速機において、油圧ポンプおよび油圧モータを回転自在に支持する支持シャフト（例えば、実施形態における変速機出力シャフト６）内に軸方向に延びて形成された軸孔内に移動可能に配設され、この移動に応じて油圧閉回路を構成する高圧側油路と低圧側油路（例えば、実施形態における内側通路５６および外側通路５７）とを連通遮断するバルブスプールと、支持シャフトの一端部に対向配置されて油圧ポンプの入力回転部材（例えば、実施形態におけるポンプケーシング２０）に取り付けられ、入力回転部材の回転により生じる遠心力を用いて入力回転部材の回転速度に対応するガバナ力を発生し、このガバナ力をバルブスプールに作用させてバルブスプールを軸孔内で移動させるガバナ機構と、ガバナ機構から発生するガバナ力に拘わらず、ガバナ機構を介してバルブスプールを軸孔内で強制移動させる強制作動装置（例えば、実施形態における強制クラッチ接続装置８５）とを有し、ガバナ機構が、ガバナ力をバルブスプールに作用させて高圧側油路と低圧側油路とを遮断させる方向にバルブスプールを移動させる遠心力変換機構（例えば、実施形態における回転体６０、ウェイト６１および受圧体６２からなる機構）と、高圧側油路と低圧側油路とを連通させる方向にバルブスプールを移動させるバネ付勢力を付与するガバナスプリング（例えば、実施形態におけるバネ６３）とを備え、遠心力変換機構が、入力回転部材の回転により生じる遠心力によってバルブスプールの半径方向に往復動自在に設けられたガバナウェイト（例えば、実施形態におけるウェイト６１）と、ガイド部材（例えば、実施形態における回転体６０）によって前記軸方向に移動自在に案内されて前記バルブスプールに対して同心状に連結されるとともに前記ガバナウェイトの往復動に応じて前記軸方向に移動可能に前記ガバナウェイトと係合して前記ガバナ力を付与する受圧体とを備え、ガバナスプリングが、バルブスプールに対して同心状となるように支持シャフトに巻き掛けられて受圧体との間に介装されて構成されている。

このガバナ機構が、高圧側油路内の油圧により生じる軸方向の押圧力をバルブスプールに作用させて高圧側油路と低圧側油路とを連通させる方向にバルブスプールを移動させる油圧力付与手段（例えば、実施形態における中央ランド部７３、左ランド部７４および左溝部７５）を有して構成されるのが好ましい。

なお、このクラッチ装置において、支持シャフトに油圧閉回路を構成する高圧側油路および低圧側油路にそれぞれ連通する高圧および低圧分岐油路（例えば、実施形態における内側分岐油路６ａおよび外側分岐油路６ｂ，６ｃ）が形成されるとともに高圧および低圧分岐油路が軸孔内に開口し、バルブスプールが軸孔内で移動して高圧および低圧分岐油路を連通遮断し、その結果、高圧側油路と低圧側油路とを連通遮断するように構成されるのが好ましい。

さらに、強制作動装置が、受圧体を押動することによりバルブスプールを軸孔内で強制移動させるように構成されるのが好ましい。この場合、強制作動装置は、油圧ポンプを駆動するエンジンの回転数が低回転で、油圧モータにより回転駆動される車輪の回転が高回転となるときに、バルブスプールを軸孔内で強制移動させて高圧側油路と低圧側油路との連通を遮断するように構成されるのが好ましい。

このように構成された本発明に係るクラッチ装置によれば、ガバナ機構から発生するガバナ力を用いてバルブスプールを軸孔内において移動させて高圧側油路と低圧側油路とを連通遮断する構成であるため、機械的な構成でクラッチ作動制御が行え、その装置構成が簡単で且つ小型化するのが容易であり、クラッチ作動制御も簡単である。さらに、ガバナ機構を油圧ポンプの入力回転部材の端部に配設することができるので、その作動設定や、メンテナンスが容易である。また、強制作動装置を用いてガバナ機構から発生するガバナ力に拘らずバルブスプールを軸孔内で強制移動させることができるため、入力回転部材の回転に影響されずに、所定の運転条件下において必要に応じてクラッチを強制作動することが可能である。

この場合に、ガバナ機構を、上述のように遠心力変換機構、付勢手段および油圧力付与手段から構成するのが好ましく、これにより、ポンプ入力回転（エンジン回転）が低いときにクラッチを開放してポンプ入力回転が増加するに応じてクラッチを接続する制御が可能であり、且つ、高圧側油路および低圧側油路内の油圧差、すなわち、油圧ポンプから油圧モータへの伝達トルクに応じてクラッチの細かな接続制御が可能となる。

なお、支持シャフトに油圧閉回路を構成する高圧側油路および低圧側油路にそれぞれ連通する高圧および低圧分岐油路を形成し、これら高圧および低圧分岐油路をバルブスプールにより連通遮断するように構成すれば、装置をより一層簡素化することができる。

また、上記所定の運転条件下とは、例えば、油圧ポンプを駆動するエンジンの回転数が低回転で、油圧モータにより駆動される車輪の回転が高回転となるような場合であり、このようなときには、強制作動装置により、バルブスプールを軸孔内で強制移動させて高圧側油路と低圧側油路との連通を遮断して、エンジンブレーキを作動させる制御が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図２に本発明に係る静油圧式無段変速機を備えたパワーユニットＰＵを示しており、パワーユニットＰＵは、回転駆動力を発生するエンジンＥと、その出力回転を無段階に変速する静油圧式無段変速機ＣＶＴと、この静油圧式無段変速機ＣＶＴの出力回転の方向切換および伝達を行う伝達ギヤ列ＧＴとを有して構成される。

エンジンＥは、ヘッド部に給排気バルブ１ａ，１ｂを有したシリンダ１内にピストン２を配設して構成される。エンジンＥにおいては、吸気バルブ１ａおよび排気バルブ１ｂを所定タイミングで開閉し、燃料混合気をシリンダ室内で燃焼させてピストン２を往復動させ、このピストン２の往復運動を連結ロッド２ａを介してクランク部３ａに伝達し、クランクシャフト３が回転駆動される。クランクシャフト３の端部にはダンパ４ａを有した入力駆動ギヤ４が取り付けられており、クランクシャフト３の回転駆動力が入力駆動ギヤ４に伝達される。

静油圧式無段変速機ＣＶＴは斜板プランジャ式の油圧ポンプＰと斜板プランジャ式の油圧モータＭとを有して構成される。斜板プランジャ式の油圧ポンプＰを構成するポンプケーシングに結合された入力従動ギヤ５が上記入力駆動ギヤ４と噛合しており、エンジンＥの回転駆動力が入力従動ギヤ５に伝達されてポンプケーシングが回転駆動される。静油圧式無段変速機ＣＶＴの詳細は後述するが、この静油圧式無段変速機ＣＶＴにより無段階に変速された出力回転は、変速機出力シャフト６（図２には示しておらず、図１等参照）に出力されるように構成されている。

変速機出力シャフト６には、伝達ギヤ列ＧＴが繋がっており、変速機出力シャフト６の回転は伝達ギヤ列ＧＴにより前進−中立切換、減速等が行われて出力駆動シャフト１１に伝達される。出力駆動シャフト１１の先端には出力駆動ベベルギヤ１２が取り付けられており、この出力駆動ベベルギヤ１２と噛合する出力従動ベベルギヤ１３からドライブシャフト１４に出力駆動シャフト１１の回転駆動力が伝達され、このドライブシャフト１４から車輪（図示せず）に回転駆動力が伝達されてこれが駆動される。

次に、上記静油圧式無段変速機ＣＶＴについて、図１および図３〜図５を参照して説明する。静油圧式無段変速機ＣＶＴは斜板プランジャ式の油圧ポンプＰと斜板プランジャ式の油圧モータＭとを有して構成され、変速機出力シャフト６がその中心を貫通して延びて配設されている。なお、変速機出力シャフト６は変速機ハウジングＨＳＧに対してボールベアリング７ａ，７ｂ，７ｃにより回転自在に支持されている。

油圧ポンプＰは、変速機出力シャフト６の上にこれと同軸且つ相対回転自在に配設されたポンプケーシング２０と、ポンプケーシング２０の内部にポンプケーシング２０の回転中心軸に対して所定角度傾いて配設されたポンプ斜板部材２１と、このポンプ斜板部材２１と対向して配設されたポンプシリンダ２２と、ポンプシリンダ２２においてその中心軸を囲む環状配列で軸方向に延びて形成された複数のポンププランジャ孔２２ａ内に摺動自在に配設された複数のポンププランジャ２３とから構成される。ポンプケーシング２０は、変速機出力シャフト６及びポンプシリンダ２２の上にベアリング７ｂおよび２２ｃにより回転自在に支持されるとともに変速機ハウジングＨＳＧに対してベアリング７ａにより回転自在支持されている。ポンプ斜板部材２１は、ポンプケーシング２０に対してベアリング２１ａ，２１ｂにより上記所定角度傾いた軸を中心として回転自在に配設されている。すなわち、ポンプシリンダ２２は、ベアリング２２ｃにより、ポンプケーシング２０に対して同軸上で相対回転自在に支持されている。

ポンプケーシング２０の外周には、ボルト５ａにより締結されて入力従動ギヤ５が取り付けられている。また、ポンププランジャ２３の外側端部は外方に突出してポンプ斜板部材２１の斜板面２１ａに当接係合され、ポンププランジャ孔２２ａ内に位置する内側端部は後述する分配バルブ５０のバルブボディ５１と対向してポンププランジャ孔２２ａ内にポンプ油室２３ａを形成する。なお、ポンププランジャ孔２２ａの端部にはポンプ吐出口および吸入口として作用するポンプ開口２２ｂが形成されている。上述したように入力従動ギヤ５が回転駆動されるとポンプケーシング２０が回転駆動され、その内部に配設されたポンプ斜板部材２１がポンプケーシング２０の回転に伴って揺動され、ポンププランジャ２３は斜板面２１ａの揺動移動に応じてポンププランジャ孔２２ａ内を往復移動し、ポンプ油室２３ａの内部の作動油を吐出したり、吸入したりする。

油圧モータＭは、変速機ハウジングＨＳＧに結合されて固定保持されたモータケーシング３０と、モータケーシング３０の内面に形成された支持球面３０ｂに摺接して支持され、変速機出力シャフト６の中心軸に対して直角方向（紙面に垂直な方向）に延びる揺動中心Ｏを中心として揺動自在に支持されたモータ揺動部材３５と、モータ揺動部材３５内にベアリング３１ａ，３１ｂにより回転自在に支持されて配設されたモータ斜板部材３１と、このモータ斜板部材３１と対向するモータシリンダ３２と、モータシリンダ３２においてその中心軸を囲む環状配列で軸方向に貫通形成された複数のモータプランジャ孔３２ａ内に摺動自在に配設された複数のモータプランジャ３３とから構成される。なお、モータシリンダ３２はその外周部においてベアリング３２ｃを介してモータケーシング３０により回転自在に支持されている。

モータプランジャ３３の外側端部は外方に突出してモータ斜板部材３１の斜板面３１ａに当接係合され、プランジャ孔３２ａ内に位置する内側端部はバルブボディ５１と対向してモータプランジャ孔３２ａ内にモータ油室３３ａを形成する。なお、モータプランジャ孔３２ａの端部にはモータ吐出口および吸入口として作用するモータ開口３２ｂが形成されている。モータ揺動部材３５の端部が外径側に突出して形成されたアーム部３５ａは径方向外方に突出してモータサーボ機構ＳＶ（図２参照）に連結されており、モータサーボ機構ＳＶによりアーム部３５ａが図１等における左右に移動する制御が行われ、モータ揺動部材３５を揺動中心Ｏを中心として揺動させる制御が行われる。このようにモータ揺動部材３５が揺動されると、その内部に回転自在に支持されたモータ斜板部材３１も一緒に揺動され、その斜板角度が変化する。

ポンプシリンダ２２およびモータシリンダ３２の間に分配バルブ５０が配設されている。図３にこの部分を拡大して示しており、分配バルブ５０のバルブボディ５１は、ポンプシリンダ２２及びモータシリンダ３２の間に挟持されて一体結合され、且つ変速機出力シャフト６に結合されている。このため、ポンプシリンダ２２、分配バルブ５０、モータシリンダ３２および変速機出力シャフト６は一体回転する。

その符号を特に図４に分かりやすく示すように、分配バルブ５０を構成するバルブボディ５１内には、径方向に延びて円周方向に等間隔で形成された複数のポンプ側スプール孔５１ａおよび複数のモータ側スプール孔５１ｂが２列に並んで形成されている。ポンプ側スプール孔５１ａ内にポンプ側スプール５３が、モータ側スプール孔５１ｂ内にモータ側スプール５５がそれぞれ摺動自在に配設されている。

ポンプ側スプール孔５１ａはポンププランジャ孔２２ａに対応して形成されており、バルブボディ５１に、それぞれ対応するポンプ開口２２ｂ（ポンプ油室２３ａ）とポンプ側スプール孔５１ａとを連通する複数のポンプ側連通路５１ｃが形成されている。モータ側スプール孔５１ｂはモータプランジャ孔３２ａに対応して形成されており、バルブボディ５１に、それぞれ対応するモータ開口３２ｂ（モータ油室３３ａ）とモータ側スプール孔５１ｂとを連通する複数のモータ側連通路５１ｄが形成されている。

分配バルブ５０においてはさらに、ポンプ側スプール５３の外周端部を囲む位置にポンプ側カムリング５２が配設され、モータ側スプール５５の外周端部を囲む位置にモータ側カムリング５４が配設されている。ポンプ側カムリング５２は、ポンプケーシング２０の先端内面にその回転中心軸から偏心して形成された偏心内周面２０ａ内に取り付けられており、ポンプケーシング２０と一体に回転される。モータ側カムリング５４はモータケーシング３０の先端内面にモータシリンダ３２の回転中心軸から偏心して形成された偏心内周面３０ａ内に取り付けられている。なお、ポンプ側カムリング５２の内周面にポンプ側スプール５３の外周端が相対回転自在に係止されており、モータ側カムリング５４の内周面にモータ側スプール５５の外周端が相対回転自在に係止されている。

バルブボディ５１の内周面と変速機出力シャフト６の外周面との間に内側通路５６が形成されており、ポンプ側スプール孔５１ａおよびモータ側スプール孔５１ｂの内周端部がこの内側通路５６に連通している。また、バルブボディ５１内にはポンプ側スプール孔５１ａとモータ側スプール孔５１ｂとを連通する外側通路５７が形成されている。

ここで、上記構成の分配バルブ５０の作動について説明する。エンジンＥの駆動力が入力従動ギヤ５に伝達されてポンプケーシング２０が回転駆動されると、この回転に応じてポンプ斜板部材２１が揺動する。このため、ポンプ斜板部材２１の斜板面２１ａに当接係合されたポンププランジャ２３は、ポンプ斜板部材２１の揺動によってポンププランジャ孔２２ａ内を軸方向に往復移動され、ポンププランジャ２３の内方への移動に応じてポンプ油室２３ａからポンプ開口２２ｂを通って作動油が吐出され、且つ外方への移動に応じてポンプ開口２２ｂを通ってポンプ室２３ａ内に作動油が吸入される。

このとき、ポンプケーシング２０の端部に取り付けられたポンプ側カムリング５２はポンプケーシング２０とともに回転されるが、ポンプ側カムリング５２はポンプケーシング２０の回転中心に対して偏心して取り付けられているため、ポンプ側カムリング５２の回転に応じてポンプ側スプール５３がポンプ側スプール孔５１ａ内を径方向に往復動される。このようにポンプ側スプール５３が往復動され、ポンプ側スプール５３が図４及び図５に示す状態から内径側に移動されるとスプール溝５３ａを介してポンプ側連通路５１ｃと外側通路５７とが連通し、ポンプ側スプール５３が図４及び図５に示す状態から外径側に移動されるとポンプ側通路５１ｃと内側通路５６とが連通する。

ここで、ポンプケーシング２０の回転に伴って斜板部材２１が揺動されてポンププランジャ２３が最も外側に押し出された位置（これを下死点と称する）と最も内側に押し込まれた位置（これを上死点と称する）との間で往復動されるのに対応して、ポンプ側カムリング５２はポンプ側スプール５３を径方向に往復動させるようになっている。この結果、ポンプケーシング２０の回転に伴ってポンププランジャ２３が下死点から上死点に移動してポンプ油室２３ａ内の作動油がポンプ開口２２ｂから吐出されると、この作動油はポンプ側連通路５１ｃを通って外側通路５７内に送出される。一方、ポンプケーシング２０の回転に伴ってポンププランジャ２３が上死点から下死点に移動するときには、内側通路５６内の作動油がポンプ側連通路５１ｃおよびポンプ開口２２ｂを通ってポンプ油室２３ａ内に吸入される。このことから分かるように、ポンプケーシング２０が回転駆動されると、外側通路５７には油圧ポンプＰから吐出された作動油が供給され、内側通路５６からは油圧ポンプＰに作動油が吸入される。

一方、モータケーシング３０の端部に取り付けられたモータ側カムリング５４もモータケーシング３０の回転中心に対して偏心して取り付けられているため、モータシリンダ３２が回転されるとその回転に応じてモータ側スプール５５がモータ側スプール孔５１ｂ内を径方向に往復動される。このようにモータ側スプール５５が往復動され、モータ側スプール５５が図４及び図５に示す状態から内径側に移動されるとスプール溝５５ａを介してモータ側連通路５１ｄと外側通路５７とが連通し、モータ側スプール５５が図４及び図５に示す状態から外径側に移動されるとモータ側通路５１ｄと内側通路５６とが連通する。

ここで、上述したように、油圧ポンプＰから吐出された作動油が外側通路５７に送られており、この作動油はモータ側連通路５１ｄからモータ開口３２ｂを通ってモータ油室３３ａ内に供給され、モータプランジャ３３は軸方向外方に押圧される。このように軸方向外方への押圧力を受けるモータプランジャ３３の外側端部が図１のようにモータ揺動部材３５が揺動された状態のモータ斜板部材３１における上死点から下死点に至る部分に摺接するように構成されており、この軸方向外方への押圧力によりモータプランジャ３３がモータ斜板部材３１に沿って上死点から下死点まで移動するようにモータシリンダ３２が回転駆動される。

このような回転駆動を行わせるために、モータシリンダ３２の回転に伴ってモータプランジャ３３が最も外側に押し出された位置（下死点）から最も内側に押し込まれた位置（上死点）までの間で往復動されるのに対応して、モータ側カムリング５４はモータ側スプール５５を径方向に往復動させるようになっている。このようにしてモータシリンダ３２が回転駆動されると、この回転に応じてモータプランジャ３３がモータ斜板部材３１に沿って下死点から上死点まで移動するときに内方に押されて移動し、モータ油室３３ａ内の作動油がモータ開口３２ｂからモータ側連通路５１ｄを通って内側通路５６に送られる。このようにして内側通路５６に送られた作動油は、上述したように、ポンプ側連通路５１ｃおよびポンプ開口２２ｂを通ってポンプ油室２３ａ内に吸入される。

以上の説明から分かるように、エンジンＥの回転駆動力を受けてポンプケーシング２０が回転駆動されると、油圧ポンプＰから外側通路５７に作動油が吐出され、これが油圧モータＭに送られてモータシリンダ３２を回転駆動する。モータシリンダ３２を回転駆動した作動油は内側通路５６に送られ、内側通路５６から油圧ポンプＰに吸入される。このように油圧ポンプＰと油圧モータＭとを繋ぐ油圧閉回路が分配バルブ５０により構成され、油圧ポンプＰの回転に応じて油圧ポンプＰから吐出された作動油が油圧閉回路を介して油圧モータＭに送られてこれが回転駆動され、さらに油圧モータＭの駆動を行って吐出された作動油は油圧閉回路を介して油圧ポンプＰに戻される。

この場合に、エンジンＥにより油圧ポンプＰを駆動し、油圧モータＭの回転駆動力が車輪に伝達されて車両が走行する状態のときには、外側通路５７が高圧側油路となり、内側通路５６が低圧側油路となる。一方、降坂路走行等におけるように車輪の駆動力が油圧モータＭに伝達され、油圧ポンプＰの回転駆動力がエンジンＥに伝達されてエンジンブレーキ作用が生じる状態のときには、内側通路５６が高圧側油路となり、外側通路５６が低圧側油路となる。

このとき、ポンプシリンダ２２とモータシリンダ３２は変速機出力シャフト６に結合されて一体回転するため、上記のようにモータシリンダ３２が回転駆動されるとポンプシリンダ２２も一緒に回転し、ポンプケーシング２０とポンプシリンダ２２との相対回転速度が小さくなる。このため、ポンプケーシング２０の回転速度Ｎｉと、変速機出力シャフト６の回転速度Ｎｏ（すなわち、ポンプシリンダ２２およびモータシリンダ３２の回転速度）との関係は、ポンプ容量Ｖｐおよびモータ容量Ｖｍとに対して次式（１）のようになる。

モータ容量Ｖｍは、モータサーボ機構ＳＶによりモータ揺動部材３５を揺動させる制御により無段階に変化させることが可能である。すなわち、上記式（１）においてポンプ斜板部材２１の回転速度Ｎｉが一定とした場合、モータ容量Ｖｍを無段階に変化させる制御を行うと変速機出力シャフト６の回転が無段階に変速するが、このことから分かるようにモータサーボ機構ＳＶによりモータ揺動部材３５を揺動させてモータ容量Ｖｍを変化させることにより変速制御が行われる。

ここで、モータ揺動部材３５の揺動角度を小さくする制御を行うと、モータ容量Ｖｍは小さくなり、上記式（１）の関係においてポンプ容量Ｖｐは一定で、ポンプ斜板部材２１の回転速度Ｎｉが一定とした場合、変速機出力シャフト６の回転がポンプ斜板部材２１の回転速度Ｎｉに近づくように増速される制御、すなわち、トップ変速段への無段階変速制御となる。そして、モータ斜板角度が零、すなわち直立状態となった時点で、理論的にはＮｉ＝Ｎｏの変速比（トップ変速比）となり、油圧ロック状態となってポンプケーシング２０がポンプシリンダ２２、モータシリンダ３２および変速機出力シャフト６と一体回転して機械的な動力伝達がなされる。

以上のように構成された静油圧式無段変速機ＣＶＴにおいて、内側通路５６と外側通路５７とを連通させると両通路５６，５７を介した油の供給が行われなくなり、油圧ポンプＰと油圧モータＭとの間での動力伝達を遮断できる。すなわち、内側通路５６と外側通路５７との連通開度制御を行うことによりクラッチ制御が可能となる。このクラッチ制御を行うためのクラッチ装置ＣＬが静油圧式無段変速機ＣＶＴに設けられており、このクラッチ装置ＣＬについて以下に説明する。

クラッチ装置ＣＬは、ポンプケーシング２０の端部にボルト６０ｂにより結合された回転体６０と、この回転体６０の内側面に径方向に延びて形成された複数の受容溝６０ａ内にそれぞれ受容されたウエイト６１（ボールないしローラ）と、各受容溝６０ａ内に斜めに延びて突出するアーム部６２ａを有したディスク状の受圧体６２と、アーム部６２ａがウエイト６１を受容溝６０ａ内に押圧するように受圧体６２を付勢するバネ６３と、受圧体６２の一端側の係止部６２ｃに係止されたバルブスプール７０とから構成される。

回転体６０には回転中心軸を中心とする貫通孔６０ｃが形成されており、受圧体６２の円筒部６２ｂがこの貫通孔６０ｃ内に移動可能に挿入されており、受圧体６２は軸方向に移動可能である。このため、ポンプケーシング２０が静止状態で回転体６０も回転していない状態では、バネ６３が受圧体６２に与える付勢力によりアーム部６２ａがウエイト６１を受容溝６０ａ内に押し付ける。このとき、アーム部６２ａは図示のように斜めに延びているため、ウエイト６１は径方向内方に押し込まれ、受圧体６２は図１に示すように左動した状態となる。

この状態からポンプケーシング２０が回転駆動されて回転体６０が回転すると、遠心力によりウエイト６１は受容溝６０ａ内において径方向外方に押し出される。このようにウエイト６１が遠心力により外径方向に押し出されると、ウエイト６１がアーム部６２ａを押して受圧体６２はバネ６３の付勢に抗して右動される。受圧体６２の右方向への移動量はウエイト６１に作用する遠心力、すなわち、ポンプケーシング２０の回転速度に応じて変化し、所定回転速度以上のときには図３に示す位置まで右動される。このように軸方向左右に移動する受圧体６２の係止部６２ｃに係止されるバルブスプール７０は、変速機出力シャフト６の端部に開口して軸方向に延びたスプール孔６ｄ内に嵌入配設されており、受圧体６２とともに軸方向左右に移動される。このことから分かるように、なお、回転体６０、ウエイト６１および受圧体６２により遠心力変換機構が構成され、これにバネ６３を加えてガバナ機構が構成される。

一方、このスプール孔６ｄが形成される変速機出力シャフト６には、図４および図５に詳しく示すように、内側通路５６から分岐してスプール孔６ｄに繋がる内側分岐油路６ａと、外側通路５７から分岐した連通路５７ａからスプール孔６ｄに繋がる外側分岐油路６ｂ，６ｃとが形成されている。図４は図１に対応しており、受圧体６２が左動されてバルブスプール７０が左動した状態を示しており、この状態においては、バルブスプール７０の右溝部７２を介して内側分岐油路６ａと外側分岐油路６ｃとが連通し、内側通路５６と外側通路５７とが連通する。一方、図５は図３に対応しており、受圧体６２が右動されてバルブスプール７０が右動した状態を示しており、この状態においては、バルブスプール７０の中央ランド部７３により、内側分岐油路６ａと外側分岐油路６ｃとが遮断され、内側通路５６と外側通路５７も遮断される。

上述したようにポンプケーシング２０が回転静止状態ではバルブスプール７０が左動されるため、このときには内側分岐油路６ａと外側分岐油路６ｃとが連通して油圧ポンプPと油圧モータＭとの間の動力伝達が遮断されて、クラッチ解放状態となる。この状態からポンプケーシング２０が回転駆動されると、その回転速度に応じてウエイト６１に作用する遠心力により受圧体６２が徐々に右動され、バルブスプール７０も一緒に右動される。この結果、バルブスプール７０の中央ランド部７３により内側分岐油路６ａと外側分岐油路６ｃとが徐々に遮断され、クラッチが徐々に接続される。

本実施形態に係る静油圧式無段変速機ＣＶＴにおいては、エンジンＥによりポンプケーシング２０が回転駆動されるときに、エンジン回転速度が低回転時（アイドリング時）ではバルブスプール７０が左動されてクラッチ解放状態となり、エンジン回転が上昇するに応じてクラッチが徐々に接続されるようになっている。

なお、バルブスプール７０における中央ランド部７３の外径ｄ１と左ランド部７４の外径ｄ２とが、ｄ１＜ｄ２となるように設定されている。このため、バルブスプール７０が右動されてクラッチ接続状態となったときに、バルブスプール７０の左溝部７５内に作用する外側通路５７内の油圧がバルブスプール７０を左動させる方向に作用する。この左方向の押圧力は左溝部７５に作用する油圧の大きさと、上記外径ｄ１，ｄ２の差による受圧面積差に対応する。この受圧面積差は一定であるが、左溝部７５に作用する油圧は外側通路５７内の油圧であり、駆動力に応じて変化し、駆動力が大きい程、高圧となる。この構成が請求の範囲に規定する油圧力付与手段に対応する。

このことから分かるように、バルブスプール７０の移動によるクラッチ接続制御は、ポンプケーシング２０の回転速度に対応してウエイト６１により発生する遠心力（Ｆgov）と、バネ６３の付勢力（Ｆspg）と、上記バルブスプール７０の左溝部７５に作用する油圧力による押圧力（Ｆp）とのバランス（Ｆgov＝Ｆp＋Ｆspg）に応じて行われる。具体的には、ポンプケーシング２０の回転が高くなるに応じてクラッチ接続させる制御を行うとともに、外側通路５７の油圧が高くなるに応じて（油圧ポンプＰから油圧モータＭへの伝達駆動力が大きくなるに応じて）クラッチを解放させる方向の力を付与する制御となる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る静油圧式無段変速機について、図６を参照して説明する。この変速機は、クラッチ装置ＣＬを構成する受圧体１６２の構成が相違し、この受圧体１６２を強制的に右動させる強制クラッチ接続装置８５を有するという構成が相違するのみで、その他の構成は上述した変速機と同一であるため、同一構成部分には同一番号を付してその説明を省略する。

受圧体１６２は、上述した第１の実施形態に係る受圧体６２とほぼ同一形状であり、円筒部１６２ｂが左方向に延びているという構成のみが相違する。このように延びた円筒部１６２ｂはカバー８０に形成された貫通孔８１を通って外方に突出している。一方、カバー８０には強制クラッチ接続装置８５が取り付けられており、円筒部１６２ｂは強制クラッチ接続装置８５内に突入し、作動時にはこの強制クラッチ接続装置８５により強制的に右方向に押される構成となっている。強制クラッチ接続装置８５は電磁力により円筒部１６２ｂを右方向に押す力を付与可能であり、この電磁力を付与しない状態では円筒部１６２ｂはバネ６３の付勢により左動した状態となる。

強制クラッチ接続装置８５は通常の運転時には作動されず、クラッチ装置ＣＬは上述した第１の実施形態の場合と同様なクラッチ接続制御を行う。そして、所定の運転条件下において強制クラッチ接続装置８５が作動され、受圧体１６２を強制的に右動させてバルブスプール７０を強制的に右動させ、クラッチを接続させる。このように強制クラッチ接続装置８５を作動させる条件としては、例えば、エンジン回転がアイドリング状態となってクラッチが解放された状態で降坂路走行を行う場合があり、このようなときには強制クラッチ接続装置８５によりバルブスプール７０を強制的に右動させてクラッチを接続状態とし、エンジンブレーキを作用させる。

本発明に係る静油圧式無段変速機の構成を示す断面図である。 この静油圧式無段変速機を備えたパワーユニットの構成を示す概略図である。 本発明に係る静油圧式無段変速機の構成を示す断面図である。 本発明に係る静油圧式無段変速機の一部を拡大して示す断面図である。 本発明に係る静油圧式無段変速機の一部を拡大して示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る静油圧式無段変速機の構成を示す断面図である。

符号の説明

ＣＶＴ 静油圧式無段変速機
Ｐ 油圧ポンプ
Ｍ 油圧モータ
６ 変速機出力シャフト（支持シャフト）
６ａ 内側分岐油路
６ｂ，６ｃ 外側分岐油路
６ｄ スプール孔（軸孔）
２０ ポンプケーシング（入力回転部材）
５６ 内側通路
５７ 外側通路
６０ 回転体（遠心力変換機構、ガバナ機構）
６１ ボール（遠心力変換機構、ガバナ機構）
６２ 受圧体（遠心力変換機構、ガバナ機構）
６３ バネ（ガバナ機構）
７０ バルブスプール
７２ 右溝部
７３ 中央ランド部
７４ 左溝部
７５ 左ランド部
８５ 強制クラッチ接続装置

Claims (4)

1. 油圧ポンプと油圧モータとを油圧閉回路を介して繋いで構成され、前記油圧ポンプおよび油圧モータの少なくともいずれかの容量を可変制御して前記油圧ポンプの入力回転を変速して前記油圧モータの出力回転として取り出すように構成された静油圧式無段変速機において、
   前記油圧ポンプおよび油圧モータを回転自在に支持する支持シャフト内に軸方向に延びて形成された軸孔内に移動可能に配設され、この移動に応じて前記油圧閉回路を構成する高圧側油路と低圧側油路とを連通遮断するバルブスプールと、
   前記支持シャフトの一端部に対向配置されて前記油圧ポンプの入力回転部材に取り付けられ、前記入力回転部材の回転により生じる遠心力を用いて前記入力回転部材の回転速度に対応するガバナ力を発生し、前記ガバナ力を前記バルブスプールに作用させて前記バルブスプールを前記軸孔内で移動させるガバナ機構と、
   前記ガバナ機構から発生する前記ガバナ力に拘わらず、前記ガバナ機構を介して前記バルブスプールを前記軸孔内で強制移動させる強制作動装置とを有し、
   前記ガバナ機構が、前記ガバナ力を前記バルブスプールに作用させて前記高圧側油路と前記低圧側油路とを遮断させる方向に前記バルブスプールを移動させる遠心力変換機構と、前記高圧側油路と前記低圧側油路とを連通させる方向に前記バルブスプールを移動させるバネ付勢力を付与するガバナスプリングとを備え、
   前記遠心力変換機構が、前記入力回転部材の回転により生じる遠心力によって前記バルブスプールの半径方向に往復動自在に設けられたガバナウェイトと、ガイド部材によって前記軸方向に移動自在に案内されて前記バルブスプールに対して同心状に連結されるとともに前記ガバナウェイトの往復動に応じて前記軸方向に移動可能に前記ガバナウェイトと係合して前記ガバナ力を付与する受圧体とを備え、
   前記ガバナスプリングが、前記バルブスプールに対して同心状となるように前記支持シャフトに巻き掛けられて前記受圧体との間に介装されていることを特徴とする静油圧式無段変速機のクラッチ装置。
2. 前記ガバナ機構が、前記高圧側油路内の油圧により生じる軸方向の押圧力を前記バルブスプールに作用させて前記高圧側油路と前記低圧側油路とを連通させる方向に前記バルブスプールを移動させる油圧力付与手段を有して構成されることを特徴とする請求項１に記載の静油圧式無段変速機のクラッチ装置。
3. 前記支持シャフトに前記油圧閉回路を構成する高圧側油路および低圧側油路にそれぞれ連通する高圧および低圧分岐油路が形成されるとともに前記高圧および低圧分岐油路が前記軸孔内に開口し、前記バルブスプールが前記軸孔内で移動して前記高圧および低圧分岐油路を連通遮断して前記高圧側油路と前記低圧側油路とを連通遮断するように構成されていることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の静油圧式無段変速機のクラッチ装置。
4. 前記強制作動装置が、前記受圧体を押動することにより前記バルブスプールを前記軸孔内で強制移動させるように構成され、
   前記強制作動装置は、前記油圧ポンプを駆動するエンジンの回転数が低回転で、前記油圧モータにより駆動される車輪の回転が高回転となるときに、前記バルブスプールを前記軸孔内で強制移動させて前記高圧側油路と前記低圧側油路との連通を遮断させるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静油圧式無段変速機のクラッチ装置。

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