JP2005527753A

JP2005527753A - 無段階調整可能な摩擦ローラ・トロイダル伝動装置

Info

Publication number: JP2005527753A
Application number: JP2004507715A
Authority: JP
Inventors: エードゥアルトギングラス
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-05-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2005-09-15
Also published as: DE50309637D1; EP1507990B1; WO2003100294A1; EP1507990A1; DE10223425A1; US20050064986A1

Abstract

本発明は、無段階調整可能な摩擦ローラ・トロイダル伝動装置に関し、当該装置は２つのバリエータディスク（２０）を含んでいて、これらのバリエータディスクは、共通のロール軸線（２１）を中心に回転可能であり、このバリエータ・ロール軸線（２１）と同心のトーラスの周面の部分である走行軌道（３４）を有し、更に当該装置はそれらの走行軌道（３４）に接する複数のローラ（２２）を含んでいて、これらのローラは各々ハウジング（２８、３２）内で回転可能に支持されていて、このハウジングには、液圧付勢可能なピストン（２５）と接続されているサポート（２６）が付設されていて、更には各ローラ（２２）の回転軸線（２３）が、トーラスの中心面に対して所定角度で傾いている軸線を中心に旋回可能である。この際、各ローラ（２２）のサポート（２６）の作用方向がトーラスの中心面内に位置すること、各ローラ（２２）が旋回体（３５）上で回転可能に支持されていること、及び、旋回体（３５）がハウジング（２８、３２）内で旋回可能に支持されていて、更には旋回体（３５）の旋回軸線がトーラスの中心面に対して所定角度（キャスタ角度Ｃ）で傾けられていること。

Description

本発明は無段階調整可能な摩擦ローラ・トロイダル伝動装置に関し、当該装置は２つのバリエータディスクを含んでいて、これらのバリエータディスクは、共通のロール軸線を中心に回転可能であり、このバリエータ・ロール軸線と同心のトーラスの周面の部分である走行軌道を有し、更に当該装置はそれらの走行軌道に接する複数のローラを含んでいて、これらのローラは各々ハウジング内で回転可能に支持されていて、このハウジングには、液圧付勢可能なピストンと接続されているサポートが付設されていて、この際、各ローラの回転軸線は、トーラスの中心面に対して所定角度（キャスタ角度）で傾いている軸線を中心に旋回可能である。

この種の従来の摩擦ローラ・トロイダル伝動装置が添付の図面の図６及び図７に側面図及び俯瞰図として描かれている。図６は出力・バリエータディスク１及び入力・バリエータディスク２を示していて、これらは共通のバリエータ・ロール軸線５を中心に回転可能である。入力・バリエータディスク２は原動機３によりシャフト４を介して駆動される。両方のバリエータディスク１及び２には走行軌道６及び７が設けられていて、これらの走行軌道の面は想像上のトーラス（円環体）の周面の一部分に対応し、このトーラスの残りの部分は破線８で示唆されている。この際、この想像上のトーラスの軸線は共通のバリエータ・ロール軸線５に対応する。同間隔でロール軸線５の回りに配設されている通常では３つのローラを含んでいるローラ９のグループは、摩擦係合式で走行軌道６及び７に接していて、それによりトルクが入力・バリエータディスク２から出力・バリエータディスク１に伝達される。図６にはそれらのローラ９の１つが示されていて、このローラはハウジング１０内で軸受を用いて支持されていて、その結果、このローラはロール軸線１１を中心に回転することできる。ハウジング１０、従ってローラ９が、矢印１２の方向の旋回により、その指向方向を変える場合には、両方のバリエータディスク１及び２の回転数の比も明らかに変えられる。ロール軸線５に対するロール軸線１１の傾斜角度の変更は、入力・バリエータディスク２に対する出力・バリエータディスク１の変速比（ギヤ比）の無段階変更を可能とする。ロッド１３はハウジング１０をピストン１４と接続させ、このピストンは位置固定式の液圧シリンダ１５内で軸方向に可動であり且つ限られた範囲内で旋回可能である。

このような無段階伝動装置は次の場合に正常に作動する。即ち、ローラ９と走行軌道６及び７の接触点において結果として得られるトルクに起因する反応力を平衡状態で均一化しなくてはならないピストン１４に対してシリンダ１５内の液圧液体が力を施す場合にである。隣接する力の平衡条件が満たされていない場合、ローラ９はバリエータ・ロール軸線５に対してその指向方向又はその回転軸線１１の傾斜角度を変える。

ローラ９の中心点は常にトーラス中心円に従わなければならず、トーラス中心円の方はトーラスの中心面Ｍ内に位置する。ローラ９の旋回軸線を定義するロッド１３は以下に述べる理由から中心面Ｍに対して角度Ｃで傾いている。ローラ９がその自由度に基づき安定した変速比ポジションを取り得るには、ローラ９のロール軸線１１がバリエータディスク１及び２のロール軸線５と交差し得なくてはならない。ロッド１３の作用方向の位置変更時にローラ９はその安定ポジションを外れ、位置変更される。ローラ９が再び新たな安定ポジションを取り得るには、ピストンロッド１３により定義されているローラ９の旋回軸線と、走行軌道６及び７により決定されているトーラスの中心面Ｍとの間の角度Ｃが必要である。キャスタ角度と称される角度Ｃは、運動の法則に基づき上述の複数のローラ９のロール軸線１１が自主的に再びバリエータ・ロール軸線５とのそれらの交差点を見つけ、安定位置が達成されることを可能にする。この際、キャスタ角度が増すことでローラ９の自己安定化が増加するという法則が当てはまる。しかしながら、ピストン１４によりもたらされる支持力がトーラスの中心面Ｍに対してキャスタ角度Ｃだけ傾けられているという状況は、両方のバリエータディスク１及び２に対するローラ９の不均等な押付力を結果としてもたらす。この不均等な力配分はキャスタ角度が増すことで増加する。図７から見てとれるように、ピストン１４によりロッド１３を介して施されている支持力はバリエータ・ロール軸線５の方向の成分を有する。それ故、ローラ９は、ピストン１４により施されている支持力のもと、出力・バリエータディスク１よりも強く入力・バリエータディスク２に押し付けられる。バリエータディスク１及び２とローラ９との間でほぼ滑りのない力伝達を保証するためには所定の最低押付力が必要である。それにより、バリエータディスクの互いの押付力の固定のためには比較的小さな押付力が標準的であるが、このことは、正常な力伝達にとって過度の大きさの力を用いてローラ９が入力・バリエータディスク２に押し付けられることを意味し、このことは効率の明らかな損失を導いてしまう。

トーラスの中心面Ｍに対してローラの支持力を傾けて導入することの他の短所は、伝動装置内におけるシリンダ１５の不利なポジショニングにあり、このポジショニングはむしろロッド１３を屈曲して実施することを必要とさせ得る。しかしながらそのような屈曲されたピストンロッド１３は、ピストン１４上に転倒モーメントが施されるという結果を伴う。

本発明の基礎を成す課題は、ローラのサポートのために必要な力がバリエータ・ロール軸線の方向の成分をもたない、当初に掲げた形式の摩擦ローラ・トロイダル伝動装置を創作することである。

前記の課題は、本発明に従い、各ローラのサポートの作用方向がトーラスの中心面内に位置すること、各ローラが旋回体上で回転可能に支持されていること、及び、旋回体がハウジング内で旋回可能に支持されていて、更には旋回体の旋回軸線がトーラスの中心面に対して所定角度（キャスタ角度）で傾けられていることにより解決される。

トーラスの中心面に対する旋回体の旋回軸線の、構造上自由選択可能な角度ポジショニングは、旋回体の旋回時にこの旋回体上に支持されているローラのロール軸線がバリエータディスクのロール軸線と交差し得るために、動的前提を明らかなものとする。キャスタ角度と各ロールのサポートの作用方向とを分離することにより、各ローラのサポートの作用方向をトーラスの中心面内にポジショニングすることが可能である。それにより両方のバリエータディスクとの各ローラの接触点における均等な力配分が可能である。このことはローラに対するバリエータディスクの押付力の減少及び全効率の向上を意味する。

本発明の合目的な他の構成は下位請求項から明らかである。

本発明の幾つかの実施例が図面に描かれていて、次にそれらについて詳細に説明する。

図１〜図３にはトロイダル伝動装置の両方のバリエータディスク２０のうち１つだけが示されていて、これらのバリエータディスク２０はバリエータ・ロール軸線２１を中心に回転可能である。更に複数のローラ２２のうち１つだけが示されていて、このローラ２２はバリエータディスク２０の走行軌道３４に接し、ローラ・回転軸線２３を中心に回転可能である。本発明にとって本質的なことは、付設のハウジング内の各ローラ２２の軸受装置の形式、及び、稼動中にローラによって施される反応力に対するハウジングのサポートの形式である。トロイダル伝動装置のその他の構成上及び機能上の詳細に関しては冒頭に掲げた図６及び図７の説明が参照とされる。

位置固定式に配設されているシリンダハウジング２４内にはピストン２５が配設されていて、このピストン２５はその両側で液圧液体により付勢可能である。ピストン２５はピストンロッド２６に固定されていて、このピストンロッド２６は、ピストン２５の両側においてシリンダハウジング２４内で軸方向に摺動可能に案内されている。シリンダハウジング２４から突き出たピストンロッド２６の部分の端部にはジョイントボルト２７が固定されている。ローラ２２のハウジングはフォーク２８を含んでいて、このフォーク２８は、ローラ２２とは反対側にある２つのラグ２９を有し、ジョイントボルト２７がそれらのラグ２９を回転可能に通過している。図２から見てとれるように、ジョイントボルト２７及びラグ２９により定義されているフォーク２８の旋回軸線はトーラスの中心面Ｍ内に位置し、ピストンロッド２６に対して直角に延在している。ジョイントボルト２７にはガイドピン３０が固定されている又はジョイントボルト２７と一部材式に形成されていて、このガイドピン３０は、位置固定式に配設されている直進ガイド３１内に係合している。この直進ガイド３１はピストンロッド２６に対して平行に延在し、それにより軸方向摺動を可能とさせるがピストンロッド２６の回転運動を防止している。ファーク２８内には軸受ボルト３２が回転調節可能に固定されている。軸受ボルト３２の軸線はジョイントボルト２７の軸線に対して平行であり、同様にトーラスの中心面Ｍ内に位置している。図２から見てとれるように、ピストンロッド２６の縦軸線と軸受ボルト３２の軸線はトーラスの中心面Ｍ内に位置している。軸受ボルト３２には、両側に突き出ている２つの軸受ピン３３が設けられていて、それらの共通の軸線はトーラスの中心面Ｍに対して所定角度Ｃ、所謂キャスタ角度で傾けられている。両方の軸受ピン３３上には旋回体３５が旋回可能に支持されている。旋回体３５上には軸受３６を用いてローラ２２が回転軸線２３を中心に回転可能に支持されている。稼動時には旋回体３５とそれと共にローラ２２が両方の軸受ピン３３により定義されている軸線を中心に旋回され得て、その結果、ローラ２２の回転軸線２３はバリエータ・ロール軸線２１と交差し得て、それにより冒頭に記載した安定状態が保証される。

図４及び図５に示されているトロイダル伝動装置の第２実施形態及び第３実施形態は、図１〜図３に示されていて前に説明した実施形態と、フォーク２８とピストンロッド２６のジョイント接続の形式によってのみ異なっている。

図４に示されている実施形態において、ピストン２６は直接的にジョイントボルト２７に固定されているのではなく、このジョイントボルト２７とジョイント接続されている。この目的でジョイントボルト２７には、ガイドピン３０と同軸のジョイントピン３７が設けられていて、ピストンロッド２６には湾曲部材３８が固定されていて、この湾曲部材３８はガイドピン３０及びジョイントピン３７と旋回可能に接続されている。この方式によりカルダンジョイントが達成され、その結果、フォーク２８は、トーラスの中心面Ｍに対して平行或いは直角である２つの軸線を中心に回転することができる。

図５に示されている第３実施形態は、図４に示されている第２実施形態と、カルダンジョイントがボールジョイントで置き換えられていることによって異なっている。フォーク２８のハブ３９内には、凹状の軸受面を備えた軸受体４０が嵌め込まれていて、この軸受体４０内で、ピストンロッド２６上に押し込まれているボール４１が回転可能に支持されている。それによりフォーク２８は全方向に旋回可能であるが直進ガイド３１によりピストンロッド２６の軸線を中心とした回転運動を防止している。

キャスタ角度Ｃ、即ち、軸受ピン３３により定義されている旋回軸線とトーラスの中心面Ｍとの間の角度が変えられるべき場合には、ファーク２８内の軸受ボルト３２を回転させ、引き続いて再度固定することだけが必要である。

摩擦ローラ・トロイダル伝動装置の第１実施形態の部分切断側面図を示す図である。図１による伝動装置の俯瞰図を示す図である。図１による伝動装置の部分切断斜視図を示す図である。図３に類似する図であるが、変形実施形態を示す図である。図３に類似する図であるが、他の変形例を示す図である。従来の摩擦ローラ・トロイダル伝動装置の側面図を示す図である。図６による伝動装置の俯瞰図を示す図である。

符号の説明

１出力・バリエータディスク
２入力・バリエータディスク
３原動機
４シャフト
５バリエータ・ロール軸線
６出力・バリエータディスクの走行軌道
７入力・バリエータディスクの走行軌道
８トーラスの残りの面
９ローラ
１０ハウジング
１１ローラの回転軸線
１２ハウジングの旋回方向
１３ロッド
１４ピストン
１５液圧シリンダ
Ｍトーラスの中心面
Ｃキャスタ角度
２０バリエータディスク
２１バリエータ・ロール軸線
２２ローラ
２３ローラ・回転軸線
２４シリンダハウジング
２５ピストン
２６ピストンロッド
２７ジョイントボルト
２８フォーク
２９ラグ
３０ガイドピン
３１直進ガイド
３２軸受ボルト
３３軸受ピン
３４バリエータディスクの走行軌道
３５旋回体
３６ボール軸受
３７ジョイントピン
３８湾曲部材
３９ハブ
４０軸受体
４１ボール

Claims

無段階調整可能な摩擦ローラ・トロイダル伝動装置であって、当該装置が２つのバリエータディスク（２０）を含んでいて、これらのバリエータディスクが、共通のロール軸線（２１）を中心に回転可能であり、このバリエータ・ロール軸線（２１）と同心のトーラスの周面の部分である走行軌道（３４）を有し、更に当該装置がそれらの走行軌道（３４）に接する複数のローラ（２２）を含んでいて、これらのローラが各々ハウジング（２８、３２）内で回転可能に支持されていて、このハウジングには、液圧付勢可能なピストン（２５）と接続されているサポート（２６）が付設されていて、更には各ローラ（２２）の回転軸線（２３）が、トーラスの中心面（Ｍ）に対して所定角度（キャスタ角度Ｃ）で傾いている軸線を中心に旋回可能である、前記装置において、
各ローラ（２２）のサポート（２６）の作用方向がトーラスの中心面（Ｍ）内に位置すること、各ローラ（２２）が旋回体（３５）上で回転可能に支持されていること、及び、旋回体（３５）がハウジング（２８、３２）内で旋回可能に支持されていて、更には旋回体（３５）の旋回軸線がトーラスの中心面（Ｍ）に対して所定角度（キャスタ角度Ｃ）で傾けられていることを特徴とするトロイダル伝動装置。
前記ハウジングが、サポート（２６）と接続されているフォーク（２８）と、このフォーク（２８）と互いに相対回転不能に接続されている軸受ボルト（３２）とから成ること、及び、その軸受ボルトが、両側に突き出ている２つの軸受ピン（３３）を有し、それらの共通の軸線がトーラスの中心面（Ｍ）に対して所定角度（キャスタ角度Ｃ）で傾けられていて、更には旋回体（３５）が軸受ピン（３３）上に旋回可能に支持されていることを特徴とする、請求項１に記載のトロイダル伝動装置。
前記サポートが、液圧ピストン（２５）と接続されているピストンロッド（２６）から成り、このピストンロッドが、軸方向運動を行うように案内され且つ回転運動しないように固定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のトロイダル伝動装置。
ピストンロッド（２６）が両側で付勢可能なピストン（２５）のためにシリンダハウジング（２４）内に案内されていることを特徴とする、請求項３に記載のトロイダル伝動装置。
ハウジング（２８、３２）がジョイント（２７）を介してサポート（２６）と接続されていて、ジョイント（２７）の軸線がトーラスの中心面（Ｍ）内に位置し且つサポート（２６）の作用方向に対して直角であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のトロイダル伝動装置。
ハウジング（２８、３２）がカルダンジョイント（２７、３７）を介してサポート（２６）と接続されていて、カルダンジョイント（２７、３７）の１つの軸線がトーラスの中心面（Ｍ）内に位置し且つサポート（２６）の作用方向に対して直角であり、カルダンジョイント（２７、３７）の第２の軸線がトーラスの中心面（Ｍ）及びサポート（２６）の作用方向に対して直角であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のトロイダル伝動装置。
ハウジング（２８、３２）がボールジョイント（４０、４１）を介してサポート（２６）と接続されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のトロイダル伝動装置。
軸受ボルト（３２）がフォーク（２８）と回転調節可能に接続されていて、更にはこの軸受ボルトの調節・軸線がローラ（２２）のロール軸線（２３）と一致することを特徴とする、請求項２〜７のいずれか一項に記載のトロイダル伝動装置。