JP2008545101A - 比制限装置 - Google Patents

Abstract

連続可変変速機における変動器のための「端ストッパ」機能を提供する装置を開示する。変動器（８）は、それ自体の駆動比が比限界を越えるのを阻止するためのある構成を必要とする。本発明によれば、この構成は、一方向クラッチ（２２又は２４）により提供される。一方向クラッチは変動器の入力及び出力の双方に結合され、変動器がその比限界に達したときに係合（係止）するように構成され、そのため、変動器は限界を越えるのを阻止される。本発明は２つのレジメ及びそれらの間の同期変更を提供する変速機に使用するのに特に適する。

Description

本発明は連続可変変速機（continuously variable transmission）における変動器の駆動比（drive ratio）を制限するための装置（arrangement）に関する。

自動車変速機のような任意の連続可変変速機においては、駆動比の連続的な変化を提供する責任を担う、ここでは「変動器（variator）」と呼ぶ、装置が存在する。変動器は多数の異なる形をとる。例えば、ある既存の自動車変速機は、ベルトが拡張するプーリー即ち溝付き車上を走行するような「ベルト及び溝付き車（sheave）」形式の変動器を使用する。別の周知の形式の変動器は１又はそれ以上の対の同軸的に装着されたレースを有し、これらのレースは共働してトロイダル空洞を形成するように形状づけられる。空洞内に位置し、レース上で走行する一組のローラにより、駆動力は１つのレースから他のレースへ伝達される。ローラの傾斜は変動器の駆動比を変更するように可変となっている。

変動器は典型的には、変動器がこれにより提供できる比の範囲を越えて駆動されないことを保証するための、ここでは「端ストッパ（end stop）」と呼ぶ、ある機構を必要とする。比を越えて駆動された場合は、損傷を招くことがある。例えば、トロイダルレース形式の変動器においては、駆動比及びこれに対応するローラの傾斜が許容範囲を越えて変化した場合、ローラはトロイダルレースから完全に離れ、破壊的な故障を招くことがある。端ストッパの機能は、変速機入力及び出力におけるトルクの影響の下に比が変化できるような「トルク制御（torque controlled）」形式の変動器において特に重要である。

関連する部品（単数又は複数）（例えば、ローラの傾斜又はプーリーの拡張時の）の走行に対する簡単な機械的な停止は、目的にかなうことが想像できる。しかし、これは典型的には理想的な解決策ではない。変動器内において、変動器により取り扱われるトルクとベルト及びプーリー又はローラ及びディスクのようなトルク伝達素子を一緒に偏倚する力との間に平衡が要求されることを認識することが必要である。この偏倚力が大き過ぎる場合は、効率が悪くなり、磨耗が不必要に増大する。偏倚力が不十分な場合は、スリップが生じることがあり、このようなスリップは非効率的であるが、また損傷を生じさせる可能性もある。

必要なトルクは取り扱っているトルクに従って変化し、そのため、トルクに同調して偏倚力を変更するためのある手段を設けるのが普通である。トロイダルレース形式の変動器においては、これは、偏倚力及びローラに適用される反力の双方が共通の液圧圧力に依存するような液圧装置により、行うことができる。この形式の装置は例えばTorotrak (Development)社のＰＣＴ／ＧＢ２００４／００２１３９（ＷＯ２００５／０１５０５９）に記載されている。機械的なストッパにより生じる問題は、ストッパが効果を発揮したときに、変動器上のトルクの突然の変化が生じることがあることである。偏倚力が対応的に調整されない場合、変動器内にスリップを生じる危険性がある。
ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００２１３９。

すぐ上で述べた液圧制御トロイダルレース形式の変動器においては、端ストッパの機能は、上述の国際特許出願明細書に記載されたように、液圧的に達成することができる。ここでは、反力はピストンシリンダ装置によりローラに適用される。シリンダへの作業液圧流体の供給部は側ポートを含み、このポートは、ピストンがそのストロークの端部に達したときにピストンにより閉じられ、ピストン及びこれに関連するローラの運動を捕縛する液圧係止を生じさせる。シリンダ内の結果としての増大した液圧圧力は液圧ラム上に至って偏倚力を提供し、従って、この力は必要に応じて自動的に増大する。

極めて有効ではあるが、このような端ストッパは普遍的に適用可能ではなく、制御液圧手段においてある複雑さを伴う。従って、代わりの形の端ストッパが望ましい。ＵＳ２００３／００８３１７０（米国特許出願）は、チェーン駆動子が変動器入力を一方向クラッチに結合し、クラッチの他の部分が変動器出力に結合されるような変速機を記載している。クラッチは、変速機比が選択された最大値を超えるのを阻止するように、係合する。この装置は必要な比及び変速機から一方向クラッチへの駆動伝達を提供するためのチェーン駆動子のその使用のため、付加的な構造上の複雑さを含む。本発明者は、ある変速機において、一層簡単な方法で変動器比端ストッパ機能を提供するために一方向クラッチを使用できることを認識した。

本発明の第１の態様によれば、連続可変変速機が提供され、この変速機は回転変速機入力及び回転変速機出力と、その間において連続可変変動器比で駆動力を伝達するようになった回転変動器入力及び可変変動器出力を有する変動器と、変速機入力と第１のシャフトとの間の第１の速度比が変動器比の関数となり、変動器比の増大につれて減少するように、変動器を介して変速機入力を第１のシャフトに結合する第１の駆動経路を形成する伝動装置と、変速機入力と第２のシャフトとの間の第２の速度比が変動器比の関数となり、変動器比の増大につれて増大するように、変動器を介して変速機入力を第２のシャフトに結合する第２の駆動経路を形成する伝動装置と、を有し、第１及び第２のシャフトの速度が等しくなるようなある変動器比「同期変動器比（synchronous variator ratio）」が存在し、変速機が更に、第１及び第２の変速機レジメ（regime;統治、管理）を提供するように第１のシャフト又は第２のシャフトのいずれかを回転変速機出力に選択的に結合するためのセレクタ装置（selector arrangement）と、第１のシャフトの速度が第２のシャフトの速度を越えるのを阻止し、それによって変動器駆動比が同期比を越えるのを阻止する一方向クラッチ装置（one-way clutch arrangement）と、を有する。

本発明の一層広い第２の態様によれば、連続可変変速機において変動器の比を制限するための装置が提供され、変動器はその間において連続可変変動器比で駆動力を伝達する入力及び出力シャフトを有し、この装置はその両側が変動器の入力及び出力にそれぞれ駆動的に結合された一方向クラッチを有し、一方向クラッチは、変動器比が比の限界範囲内にあるときは惰走し、変動器がその比の限界を越えるのを阻止する必要があるときは係合するように、装置される。一方向クラッチが変動器の入力及び出力の双方に結合されているので、クラッチが一旦係合すると、クラッチは変動器を選択された限界で係止する。

本発明は、高レジメ及び低レジメ（high and low regimes）を提供し、高レジメと低レジメとの間での変更が変速機比の変化を生じさせないような同期比を有する多レジメ形式（multi-regime type）の変速機において極めて少ない付加的な構造上の複雑さを伴って実施できる。このような変速機は周知である。この関係において、本発明は同期比で係合するように一方向クラッチを装置することにより実施できる。

高変速機レジメ及び低変速機レジメ（high and low transmission regimes）にそれぞれ対応する、変速機を通しての駆動力の伝達のための２つのルートが存在し、一方向クラッチの両側は、同期比において、一方向クラッチの２つの側部が同じ速度で駆動されて、クラッチの係合を生じさせるように、それぞれの経路を通して駆動される。変速機が一方のレジメ又は他方のレジメの係合のために使用される少なくとも１つのクラッチを有する場合、一方向クラッチは好ましくはレジメクラッチ（regime clutch）と並列に結合される。更に一層好ましくは、変速機は２つのレジメクラッチを有し、それぞれの一方向クラッチは両方のレジメクラッチと並列に結合され、それぞれ高レジメ及び低レジメにおいて端ストッパ機能を提供する。

特に好ましい実施の形態においては、変速機は（i）低レジメクラッチの係合が低変速
機レジメを提供するように、変動器に結合された入力側及び変速機の出力に結合された出力側を備えた低レジメクラッチと、（ii）高レジメクラッチの係合が高変速機レジメを提
供するように、変動器に結合された入力側及び変速機の出力に結合された出力側を備えた高レジメクラッチと、を有し、比制限装置は（ａ）（前進歯車方向において）その入力がその出力速度を越えるのを阻止するように低レジメクラッチと並列に接続された第１の一方向クラッチと、（ｂ）（前進歯車方向において）その出力がその入力速度を越えるのを阻止するように高レジメクラッチと並列に接続された第２の一方向クラッチと、を有する。

単なる例として、添付図面を参照しながら、本発明の特定の実施の形態をここで説明する。図面において、変速機の入力シャフト２はエンジン４（又は、電気モータのようなある他の形の回転ドライバ）に結合され、変速機の出力シャフト６は自動車の被駆動車輪（図示せず）に結合される。変速機はその間において連続可変比で駆動力を伝達する変動器入力シャフト１０及び変動器出力シャフト１２を有する変動器８を使用する。変動器入力シャフト１０は変速機入力シャフト２に結合される。変動器出力シャフト１２は、２つの異なる変速機レジメに対応する２つのルートのいずれかにより変速機出力シャフト６に結合できる。

これらのルートの双方はトルク制限クラッチ１４を組み込んでおり、このクラッチの一方の側は変動器出力シャフト１２に接続され、一方、他方の側は伝動装置Ｒ２に接続される。低トラスミッションレジメに対応する第１のルートは更に、遊星シャント１６を組み込んでいる。遊星歯車は当業者にとって周知である。シャント１６は、
１．伝動装置Ｒ１を介して変速機入力シャフト２に結合された遊星キャリヤＣと；
２．トルク制限クラッチ１４及び伝動装置Ｒ２を介して変動器出力シャフト１２に結合できるサンギヤＳと；
３．低レジメクラッチ１８及び伝動装置Ｒ３、Ｒａを介して変速機出力シャフト６に結合されるように装置された環状歯車即ちリングギヤＡと；を有する。

クラッチ１８を係合させることにより、変速機の低レジメが選択されたときは、シャントの環状歯車Ａはかくして第１のシャフト１７及びクラッチ１８を介して変速機出力に結合される。当業界でよく理解できるように、変動器６並びにシャント１６のサンギヤＳ及びキャリヤＣを含む動力再循環ループが形成される。

変動器出力シャフト１２を変速機出力に結合するための第２のルートは、第２のシャフト１９及び高レジメクラッチ２０を介するものであり、このクラッチは、係合したときに、トルク制限クラッチ１４及び伝動装置Ｒ２、Ｒ３、Ｒａを介して変動器出力を変速機出力シャフト６に結合する役目を果たす。高レジメクラッチ２０を係合させ、低レジメクラッチ１８を係合解除することにより、変速機の高レジメが選択されたとき、シャント１６は惰走し、変速機を通る駆動力の伝達に対して役割を果たさない。

低レジメは、低範囲の変速機比を提供する。変速機比及び変動器比はここでは出力速度を入力速度で割った値として定義されることに留意されたい。当業界で周知のように、シャント１６の使用のため、この範囲は、「歯車中立」として参照される無限速度減少（ゼロの変速機比）と共に、前進歯車及び後進歯車を含むことができる。高レジメは一層高い変速機比を提供する。高レジメにおいては、変動器比の増大は変速機比の増大を生じさせ、一方、低レジメにおいては、変動器比の増大は変速機比の減少を生じさせることに留意されたい。その比の範囲にわたって後進からオーバードライブまで変速機を正しく動かすために、その最大での変動器比で低レジメを最初に係合させる。

次いで、変動器をその最大比の方へ動かし、歯車中立を通して前進側へ変速機を移動させる。ある「同期（synchronous）」比においては、高レジメを係合させ、次いで、その最大比へ戻るように変動器を動かし、変速機をその最高歯車に至らせる。この関係において、「同期」とは、低レジメから高レジメへの変更が変速機比の変化を生じさせず、そのため、この比において、一方のレジメから他方のレジメへの円滑な変更を行うことができるような（変動器及び変速機の双方の）比を言う。同期変動器比は変動器に必要な比の範囲に対する下限を装置する。

本発明によれば、変速機は変動器比に対して限界を提供する一方向クラッチを組み込んでいる。特に、図示の実施の形態は、
１．低レジメクラッチ１８に対して並列であり即ちこのクラッチを横切って接続され、クラッチの入力速度がその入力速度を越えるのを阻止するように装置された第１の一方向クラッチ２２と；
２．高レジメクラッチ２０に対して並列であり、クラッチの出力速度がその入力速度を越えるのを阻止するように装置された第２の一方向クラッチ２４と；を有する。

一方向クラッチの概念は当業者に周知である。一方向クラッチは第１及び第２の回転シャフトを有し、１方向においては２つのシャフトの相対回転を許容するが、反対方向においては相対回転を許容しない。一方向クラッチは例えばラチェット又はスプラグ機構を使用して実施することができる。本発明に対してはスプラグ形式のクラッチが好ましいが、他の形式を使用することができる。

第１及び第２の一方向クラッチの効果は、変動器比が同期比以下に落ちないことを保証することである。まず、低レジメの場合を考察する。低レジメクラッチ１８を係合させる。第１の一方向クラッチ２２は効果を発揮しない。その理由は、このクラッチが低レジメクラッチにより係止されているからである。高レジメクラッチ２０を係合解除する。第２の一方向クラッチは端ストッパ機能を提供する。このクラッチは変動器８、トルク制限クラッチ１４及び伝動装置Ｒ２を介して高レジメ経路により入力側２６で駆動される。その出力側２８は、特に変動器８、シャント１６及び係合した低レジメクラッチ１８を含む低レジメ経路により駆動される。（同期比以上の変動器比に対応する）同期比以下の変速機比においては、入力側２６は出力側２８よりも速く駆動され、そのため、第２の一方向クラッチは係合解除される。

しかし、変速機比がその同期値に上昇した場合、定義により、高レジメ及び低レジメ回路により生じる速度は同じになる。それ故、第２の一方向クラッチ２４の２つの側部は同じ速度で駆動される。変速機比のいかなる更なる上昇もが生じると、第２の一方向クラッチ２４の出力速度はその入力速度を越えようとするが、これはクラッチの係合解除により阻止される。それ故、変速機比はその同期値を越えるのを阻止され、これに対応して、変動器比はその同期値以下に落ちることができない。

高レジメの場合においては、第１の一方向クラッチ２２が端ストッパ機能を提供する。その出力側３０は変動器８、トルク制限クラッチ１４、伝動装置Ｒ２及び係合した高レジメクラッチ２０を含む高レジメ経路により駆動される。その入力側３２は特にシャント１６及び変動器８を含む再循環低レジメ経路により駆動される。同期値以上の変速機比においては、その出力速度はその入力速度を越え、惰走を生じさせる。しかし、変動器比及び変速機比がその同期値へ低下した場合、定義により、高レジメ経路及び低レジメ経路を通る速度は等しくなる。これらの比におけるいかなる更なる低下もが、第１の一方向クラッチ２２の係合により、阻止される。

通常の作動においては、レジメクラッチ１８、２０の一方又は他方は常に係合している。トルク制限クラッチ１４は保護「ヒューズ（fuse）」機能を有し、そのトルク容量は、予期したトルクを伝えることができるように調整されるが、（例えば運転手による突然の制動のため）予期しないトルク「スパイク（spikes）」に応答してスリップし、これらのスパイクが変動器により支えられるのを阻止する。

両方のレジメクラッチ１８、２０が係合解除されるようなある故障が生じた場合、典型的には、第１の一方向クラッチ２２が係合して、変速機出力（及び可能性のある「リンプ・ホーム(limp home)」設備）の駆動のためのルートを提供する。比が同期値に達した場合、第２の一方向クラッチが係合し、端ストッパ機能を提供する。

図示の装置は、変動器比が同期値以下に低下するのを阻止するように作用するが、その「オーバードライブ」限界以上に上昇するのを阻止しないことに留意されたい。実際問題として、オーバードライブ限界に達することは滅多になく、この危険性に対する保護は変速機を制御する電子機器により通常提供できないが、ある機械的又は液圧的なオーバードライブ端ストッパが必要になることもある。

本発明を具体化した連続可変変速機を極めて概略的に示す図である。

Claims (5)

1. 連続可変変速機であって、
   回転変速機入力及び回転変速機出力と；
   回転変動器入力及び可変変動器出力を有しその間において連続可変変動器比で駆動力を伝達するようにされた変動器と；
   変速機入力と第１のシャフトとの間の第１の速度比が変動器比の関数となり、変動器比の増大につれて減少するように、変動器を介して変速機入力を第１のシャフトに結合する第１の駆動経路を形成する伝動装置と；
   変速機入力と第２のシャフトとの間の第２の速度比が変動器比の関数となり、変動器比の増大につれて増大するように、変動器を介して変速機入力を第２のシャフトに結合する第２の駆動経路を形成する伝動装置と；を有し、
   第１及び第２のシャフトの速度が等しくなるようなある変動器比（同期変動器比）が存在し、
   変速機が更に、第１及び第２の変速機レジメを提供するように第１のシャフト又は第２のシャフトのいずれかを回転変速機出力に選択的に結合するためのセレクタ装置と；第１のシャフトの速度が第２のシャフトの速度を越えるのを阻止し、それによって変動器駆動比が同期比を越えるのを阻止する一方向クラッチ装置と；を有する連続可変変速機。
2. 前記セレクタ装置が少なくとも１つのレジメクラッチを有し、一方向クラッチ装置がその入力及び出力の相対回転の逆転を阻止するようにレジメクラッチを横切って接続される少なくとも１つの一方向クラッチを有する請求項１の連続可変変速機。
3. 前記セレクタ装置が第１のシャフトを変速機出力シャフトに選択的に結合するための第１のレジメクラッチと、第２のシャフトを変速機出力シャフトに選択的に結合するための第２のクラッチと、を有し、一方向クラッチ装置が第１のレジメクラッチを横切って接続された第１の一方向クラッチと、第２のレジメクラッチを横切って接続された第２の一方向クラッチと、を有する請求項１の連続可変変速機。
4. 前記第１の駆動経路が遊星歯車を組み込んでいる請求項１乃至３のいずれかの連続可変変速機。
5. 両方の駆動経路がトルク制限クラッチを組み込んでいる請求項１乃至４のいずれかの連続可変変速機。

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