JP2009520923A - 円錐形プーリ式巻掛け変速機を備えた車両の牽引適正の改良のための方法および円錐式プーリ対偶 - Google Patents

Abstract

円錐形プーリ式巻掛け変速機の為の円錐形プーリ対偶は、固定プーリに堅固に結合されている入力シャフトを有していて、このシャフトに軸方向で移動可能で相対回転不能に配置されている可動プーリを有していて、原動機によって駆動可能な入力構成部材を有していて、入力構成部材とトルク伝達係合している、第１の成形面を備えた第１の構成部材と可動プーリとトルク伝達係合している、第２の成形面を備えた第２の構成部材と、２つの成形面の間に配置された転動体とを備えたトルクセンサ装置を有していて、両成形面が、これらの間に配置された転動体の転動下で、成形面を相互に押す力に対して互いに離間するように形成されていて、この場合、成形面が、成形面を相互に押そうとする力が僅かであるかまたは欠落している場合に互いに離間するので、転動体が成形面上を走行し、第１の構成部材と第２の構成部材との間のトルク伝達が遮断されている。

Description

本発明は、円錐形プーリ式巻掛け変速機を備えた車両の牽引適正の改良のための方法に関する。さらに本発明は円錐形プーリ式巻掛け変速機のための円錐形プーリ式対偶に関する。

たとえば自動車において使用される円錐形プーリ式巻掛け変速機は、一般的に２つの円錐形プーリ対偶を有している。これらの円錐形プーリ対偶は、たとえばリンクチェーンといった巻掛け手段によって巻き掛けられる。各円錐形プーリ対偶の円錐形プーリ間の間隔を逆方向に変更させることにより、変速機の変速比を連続的に変更することができる。

この種の円錐形プーリ式巻掛け変速機を備えた自動車の問題は、特に不十分な油圧もしくは液圧供給のせいで損傷しないように、車両の原動機の故障時の牽引は厳格に規定された条件内でのみ可能であるということにある。エンジンが停止していて、ひいては液圧を提供するためのポンプが駆動していない場合の牽引時には、従来の円錐形プーリ式巻掛け変速機の場合、ほぼ全てのパワートレーンがホイールから始動クラッチもしくはトルクコンバータに至るまで駆動されてしまう。この場合、不十分な潤滑に基づき、最大走行速度と最大走行距離に対する厳格な要求が守られていない場合、変速機損傷は特にクラッチと遊星セット（後進のための切換えセット）、軸受に生じる恐れがある。

本発明の根底にある課題は、円錐形プーリ式巻掛け変速機を備えた車両の牽引時に存在する牽引問題を緩和することにある。

この課題の第１の解決手段は、円錐形プーリ式巻掛け変速機を備えた車両の牽引適正の改良のための方法によって達成される。当該方法では円錐形プーリ式巻掛け変速機と車両の原動機との間におけるトルク伝達係合を、トルクが車両から円錐形プーリ式巻掛け変速機に作用する場合および円錐形プーリ式巻掛け変速機の液圧負荷が行われていない場合に遮断する。

有利には、トルク伝達係合は円錐形プーリ式巻掛け変速機の液圧負荷により再び形成可能である。

本発明の課題の別の解決手段が、円錐形プーリ式巻掛け変速機のための円錐形プーリ対偶によって達成される。当該円錐形プーリ対偶は、固定プーリに堅固に結合されている入力シャフトを有しており、前記シャフトに軸方向で摺動・移動可能に且つ相対回転不能に配置された可動プーリを有しており、原動機によって駆動可能な入力構成部材を有しており、前記入力構成部材とトルク伝達係合している、第１の成形面を備えた第１の構成部材と、前記可動プーリとトルク伝達係合している、第２の成形面を備えた第２の構成部材と、前記両成形面の間に配置された転動体とを備えたトルクセンサ装置を有しており、前記両成形面が、該両成形面の間で作用するトルクが増大している場合に、前記両成形面の間に配置された前記転動体の転動下で、前記両成形面を互いに押そうとする力に抗して相互に離間するように形成されており、この場合、前記両成形面が、該両成形面を相互に押そうとする力が僅かであるかまたは欠落している場合に互いに離間するので、前記転動体が前記両成形面上を走行し、前記第１の構成部材と前記第２の構成部材との間のトルク伝達が遮断されている。

本発明による円錐形プーリ対偶は、トルクが可動プーリから作用する場合にのみトルク伝達を遮断可能であるように形成することができる。

有利には、第１の構成部材は、入力シャフトに支承された入力歯車に相対回転不能に結合された環状構成部材であって、環状構成部材の、入力歯車とは反対の端面側に第１の成形面が形成されており、第２の構成部材が、入力シャフトに対して相対的に軸方向で摺動可能、つまり移動可能な、入力シャフトを取り囲んで係合している感知ピストンであり、この感知ピストンと可動プーリとの間に圧力室が配置されており、この圧力室に圧力源から液圧によって負荷可能な流入通路が通じており、圧力室から流出通路が出ており、流入開口および／または流出開口の効果的な横断面が、感知ピストンの軸方向の位置により変更可能である。

有利には、転動体はケージ内に保持されたボールとして構成されている。

成形面は斜面が形成されていない転動路に半径方向外側で移行することができ、ボールは半径方向に可動であってよいので、ボールは遠心力の結果、液圧が欠落していて且つ回転数が高い場合、十分に平坦な転動路を転動する。

ボールに、第１または第２の成形面に形成されているポケットに向かって軸方向で予負荷をかけることができ、これよってトルク伝達が緩んだ場合に成形面の斜面に対して常にボールが転動することが回避される。

本発明に係る円錐形プーリ式巻掛け変速機を備えた車両の牽引適正の改良のための方法は、円錐形プーリ式巻掛け変速機を備えた車両の牽引適正を改良するための方法において、当該方法では、車両の円錐形プーリ式巻掛け変速機と原動機との間におけるトルク伝達係合を、トルクが車両から円錐形プーリ式巻掛け変速機に作用する場合および円錐形プーリ式巻掛け変速機への液圧負荷がない場合に遮断することを特徴とする。

本発明に係る方法は、トルク伝達係合を、円錐形プーリ式巻掛け変速機の液圧負荷により再び形成可能である。

本発明に係る円錐形プーリ対偶は、円錐形プーリ式巻掛け変速機のための円錐形プーリ対偶であって、該円錐形プーリ対偶が、固定プーリに堅固に結合されている入力シャフトを有していて、前記シャフトに軸方向で移動可能に且つ相対回転不能に配置された可動プーリを有していて、原動機によって駆動可能な入力構成部材を有していて、前記入力構成部材とトルク伝達係合している、第１の成形面を備えた第１の構成部材と、前記可動プーリとトルク伝達係合している、第２の成形面を備えた第２の構成部材と、前記両成形面の間に配置された転動体とを備えたトルクセンサ装置を有しており、前記両成形面が、該両成形面の間で作用するトルクが増大している場合に、前記両成形面の間に配置された前記転動体の転動下で、前記両成形面を互いに向かって押そうとする力に抗して互いに離間するように形成されており、前記両成形面が、該両成形面を互いに向かって押そうとする力が僅かであるかまたは欠落している場合に、前記転動体が前記両成形面上を走行し、前記第１の構成部材と前記第２の構成部材との間のトルク伝達が遮断されているように互いに離間するように、前記両成形面が形成されていることを特徴とする。

本発明に係る円錐形プーリ対偶は、有利には、トルクが前記可動プーリから作用する場合（変速機が引きずられた状態）においてのみ、トルク伝達が遮断可能である。

本発明に係る円錐形プーリ対偶は、有利には、前記第１の構成部材が、前記入力シャフトに支承された前記入力歯車に相対回転不能に結合された環状構成部材であって、該環状構成部材の、前記入力歯車とは反対の端面側に前記第１の成形面が形成されており、前記第２の構成部材が、前記入力シャフトに対して相対的に軸方向で移動可能な、前記入力シャフトを取り囲んで係合している感知ピストンであり、該感知ピストンと前記可動プーリとの間に圧力室が配置されており、該圧力室に圧力源から液圧によって負荷可能な流入通路が通じており、前記圧力室から流出通路が出ており、流入開口および／または流出開口の効果的な横断面が、前記感知ピストンの軸方向の位置により変更可能である。

本発明に係る円錐形プーリ対偶は、有利には、前記転動体が、ケージ内で保持されたボールとして形成されている。

本発明に係る円錐形プーリ対偶は、有利には、前記両成形面が、斜面が形成されていない転動路に半径方向外側で移行し、前記ボールが半径方向で可動であるので、前記ボールが、液圧が欠落していて且つ回転数が高い場合に遠心力に基づき十分に平坦な転動路に移動する。

本発明に係る円錐形プーリ対偶は、有利には、前記ボールが、前記第１の成形面または前記第２の成形面において形成されているポケットに向かって軸方向で予負荷されている。

以下に、本発明を概略図に基づき例示的且つ詳細に説明する。

本発明が以下に例示的に説明する円錐形プーリ式巻掛け変速機の基本構造に関しては、雑誌ＡＴＺ（Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ）１０２号（２０００年）７／８内の論文「ｍｕｌｔｉｔｒｏｎｉｋ−Ｄａｓ ｎｅｕｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｋｇｅｔｒｉｅｂｅ ｖｏｎ Ａｕｄｉ」５４８頁以下に記載されている。

図１によれば、この種の円錐形プーリ式巻掛け変速機の円錐形プーリ対偶は、固定プーリ１２と一体に形成されている入力シャフト１０を有している。このシャフト１０には可動プーリ１４が固定プーリに相対して軸方向で移動可能ではあるものの、シャフトと相対回転不能に結合されて配置されている。図示されていない巻掛け手段が、プーリの円錐面と、図示されていない別のプーリの円錐プーリ対偶との間において周回する。

図１に示した状態では、可動プーリ１４は図によれば十分に左方に動かされていて、可動プーリの環状フランジ６は、その左側の端面端部でシャフト１０に堅固に結合された支持リング１８に接触していて、環状フランジ６を介して可動プーリ１４の軸方向に移動可能であるものの相対回転不能な案内が入力シャフト１０において行われる。支持リング１８は、その半径方向外側の領域において可動プーリ１４に対して開放した環状室で終わっている。この環状室では可動プーリ１４と堅固に結合されたピストン２０がシールされて軸方向に移動可能である。このピストン２０と支持リング１８との間には調整室２２が形成されている。この調整室２２はシャフト１０に形成された軸方向通路２４と、シャフト１０の半径方向孔と全周にわたって延びている溝とを介して軸方向溝２４に結合され支持リング１８を貫通案内されている導管路２６とを介して結合されている。調整室２２は変速機の変速比もしくは可動プーリ１４と固定プーリ１２との間の間隔を調整するために液圧に結合されている。

支持リング１８の可動プーリ１４とは反対の側には感知ピストン２８がシャフト１０において軸方向で移動可能に配置されている。この感知ピストン２８は支持リング１８に軸方向で移動可能に且つ相対回転不能に結合されている。感知ピストン２８と支持リング１８とは、互いに向かい合った側において、感知ピストン２８の軸方向の移動時に変化する容量を備えた、半径方向内側の圧力室３０と半径方向外側の圧力室３２とが感知ピストン２８と支持リング１８との間に形成されているように成形されている。

可動プーリ１４とは反対側の感知ピストン２８の背面では、この感知ピストン２８は全周にわたって延びている全体的に環状の成形面３４をもって形成されている。環状構成部材３６の別の成形面３５がこの成形面３４に相対して配置されている。成形面３４，３５の間には、図示の実施例ではボール３７として形成された転動体が収容されている。この転動体はケージ３８によって保持される。ボール３７は成形面３４，３５と一緒にトルクセンサを形成する。このトルクセンサの上側半部は図１では丸印で囲まれている。環状構成部材３６は堅固にまたは歯列を介して入力歯車４０に結合されている。この入力歯車４０は軸受４２によってシャフト１０において軸方向で移動不可能に支承されている。環状構成部材３６は外側歯列４４を有していて、この外側歯列４４を介して原動機（図示せず）から回転駆動可能である。

半径方向内側の圧力室３０は、半径方向の孔を介してシャフト１０の軸方向通路４６に結合されている。この軸方向通路４６は液圧ポンプから液圧によって負荷可能である。さらに圧力室３０は半径方向の流出孔４８を介して流出通路５０に結合されている。半径方向内側の圧力室３０は、通流部を介して圧力室５２に結合されている。この圧力室５２は支持リング１８と可動プーリ１４との間で調整室２２の半径方向内側に形成されている。圧力室５２は可動プーリ１４の貫通部を介して、可動プーリ１４とシャフト１０との間に形成された環状室５４に結合されている。半径方向外側の圧力室３２は、支持リング１８とシャフトとを貫通する半径方向の流通部を介してシャフトの別の軸方向通路５６に結合されている。この軸方向通路５６から可動プーリ１４の図示の状態では可動プーリによってカバーされていない半径方向通路５８が、円錐形プーリ１４，１２の間のフリースペースに通じている。

これまで記載した円錐形プーリ対偶の機能は自体公知であり、従って手短に説明するだけである。

図１にはプーリ１２，１４の間の可能な限り大きな間隔を有する円錐形プーリ対偶の状態が示されている。軸方向通路４６は、半径方向で内側の圧力室３０において作用し、図面によると感知ピストン２８を左方に押す液圧によって負荷されていると想定してもらいたい。入力歯車４０が原動機から駆動される場合、トルクは入力歯車に相対回転不能に結合された成形面３５からボール３７を介して感知ピストン２８の成形面３４に伝達される。このことにより、感知ピストン２８は、ボール３７が少なくとも１つの成形面３４，３５の斜面に沿って運動し、成形面の間の間隔が拡大することにより、図１の右方に運動する。この場合、この感知ピストンは流出通路５０に通じている流出孔４８を一段と閉鎖する。これにより半径方向内側の圧力室３０内の圧力は上昇し、その結果、可動プーリ１４を固定プーリ１２の方向で押す圧着力は増大し、総じて効果的なトルクに比例する。特に液圧による調整室２２の負荷により可動プーリ１４が右方に移動すると、圧力室５２に結合された環状室５４は半径方向通路５８にオーバーラップする。これにより半径方向で外側の圧力室３２も圧力によって負荷されるので、感知ピストン２８を右方に運動させるために必要なトルクが上昇する。従って、成形面とボールとにより形成されたトルクセンサは変速比に関連した段階を有している。

従来の円錐形プーリ式巻掛け変速機においては、成形面３４，３５の間の相対的な回転性は、感知ピストン２８の軸方向のストッパにより、および／または成形面の斜面の端部に形成された突起部により制限されているので、転動体もしくはボールは斜面を越えることはできず、隣の斜面のポケットに到達しない。このことは、牽引時に駆動される変速機の場合、つまり特に原動機の停止時およびこれにより液圧供給が行われない場合には、欠落した液圧のため図１のように完全に右方に動かされた感知ピストンが、ボール３７の介在下で入力歯車４０と、始動クラッチに至るまで入力歯車４０に後続している、たとえばクラッチや遊星式セット等の構成部材を回転駆動させることに繋がる。これにより、車両の牽引可能性に関連した冒頭で述べた制限が付与されてしまう。

従って本発明によれば、トルクセンサは、液圧が十分ではない場合に半径方向で内側の圧力室３０内もしくは２つの圧力室３０，３２内でトルク伝達経路を遮断するので、可動プーリ１４から入力歯車４０へのトルク伝達は行われない。

図２は、図１のトルクセンサの拡大図を示している。

図３は、トルクがない場合の、図２の平面ＩＩＩ−ＩＩＩの高さにおける成形面の展開図を示している。図４はトルクが存在する場合の図３の図を示している。

図２では、ボール３７がケージ３８によってどのように成形面３４，３５の間で保持されるかがはっきりと可視である。この場合、ケージ３８は環状構成部材３６の外側縁部に設けられた側方の突設部を介して支持される。

図３では相対している成形面３４，３５を展開して示してある。この場合、感知ピストン２８と環状構成部材３６との間にはトルクは全く存在していないので、成形面は最大で互いに接近していて、ボール３７は各成形面の相対する深部もしくはポケット内で保持されている。ボール間の間隔はケージ３８により規定されている。

今や図４によれば、矢印で左方に向けられたトルクが、車両の牽引時に感知ピストン２８に加えられると、このことは、感知ピストン２８が環状構成部材３６に対して相対的に矢印の方向で（図示の状態では周面方向で測定した距離ｓだけ）回転させられることに繋がる。図示の状態では成形面３４は成形面３５に対して周面方向で測定した距離ｓだけ運動させられた。

これにより構成部材２８，３６はｈ−ｈ_１だけ互いに離間されたことになる。感知ピストン２８が環状構成部材３６から離間することができる距離が、寸法ｈ（斜面の高さ）よりも大きいと、成形面３４は成形面３５に対して相対的に回転することができ、斜面頂点はボールを通過することができるので、トルク伝達が行われることはない。こうしてトルク伝達は牽引時に遮断されている。

トルクが環状構成部材３６から作用すると、成形面３５は図４の矢印とは反対方向で運動する。成形面の左右対称の構成により、この事例でも環状構成部材３６の方向で感知ピストン２８の押付け圧が極めて僅かである場合にトルク伝達の遮断が可能であり、その結果、余りに僅かな押付け圧の場合の円錐形プーリ式巻掛け変速機は、著しい磨耗を伴う円錐面に沿った巻掛け手段の滑動から保護されている。

周面方向に対する成形面の非対称的な構成により、車両の牽引時または車両の駆動時のトルク遮断の方式は種々異なってよい。たとえば成形面を、フリーホイール装置の組込みによりトルク遮断は車両が牽引された際にのみ行われ、車両の駆動時には阻止されているように構成することができる。

液圧が十分に存在するやいなや、環状構成部材３６と感知ピストン２８との間の通常のトルク伝達は再び機能する。

斜面頂点を通過するボールの後続の斜面への繰り返しの衝突を回避するために、ボールはケージ３８内で半径方向に自由に可動して案内することができ、その結果、ボールは遠心力により半径方向外側に成形面の斜面領域から離れて、さらに外側に位置する転動路もしくは転動サークルに向かって運動し、有利には平坦な転動面において転動路もしくは転動サークルに沿って周回する。

択一的には、たとえばケージ３８を付加的なばねエレメントにより軸方向で一方の側に引っ張ることができ、その結果、図４のボールは確実に成形面３６のポケット内に位置したままである。

トルクセンサ装置の本発明による構成で達成される別の利点は、一般的に原動機によって駆動されるプーリ対偶に内蔵されている、たとえば皿ばねといった補助ばねを省略することができるという点にある。出力側のプーリ対偶に通常設けられているばねも省略することができるか、または比較的弱く設計することができる。

本発明は、あらゆる円錐形プーリ式巻掛け変速機において十分に使用可能であり、当該円錐形プーリ式巻掛け変速機においては、原動機から巻掛け変速機へのトルク伝達は巻掛け変速機内に組み込まれたトルクセンサを介して行われる。このトルクセンサは転動体を介して相互に支持している成形面もしくは斜面と一緒に機能する。成形面もしくは斜面は互いに相対的にカバー可能であり、成形面もしくは斜面の軸方向の間隔において変向可能である。

円錐形プーリ式巻掛け変速機の円錐式プーリ対偶の横断面図である。 図１の部分図である。 最大限に相互に接近した転動される成形面の部分図である。 図３と比べて相対回転により成形面がほぼ互いに離間した際の図３に類似した図である。

符号の説明

１０ 入力シャフト、 １２ 固定プーリ、 １４ 可動プーリ、 １６ 環状フラン、 １８ 支持リング、 ２０ ピストン、 ２２ 調整室、 ２４ 軸方向通路、 ２６ 供給管路、 ２８ 感知ピストン、 ３０ 圧力室、 ３４ 成形面、 ３５ 成形面、 ３６ 環状構成部材、 ３７ ボール、 ３８ ケージ、 ４０ 入力歯車、 ４２ 軸受、 ４４ 外側歯列、 ４６ 軸方向通路、 ４８ 流出孔、 ５０ 流出通路、 ５２ 圧力室、 ５４ 環状室、 ５６ 軸方向通路、 ５８ 半径方向通路

Claims (8)

1. 円錐形プーリ式巻掛け変速機を備えた車両の牽引適正を改良するための方法において、当該方法では、車両の円錐形プーリ式巻掛け変速機と原動機との間におけるトルク伝達係合を、トルクが車両から円錐形プーリ式巻掛け変速機に作用する場合および円錐形プーリ式巻掛け変速機への液圧負荷がない場合に遮断することを特徴とする、円錐形プーリ式巻掛け変速機を備えた車両の牽引適正を改良するための方法。
2. トルク伝達係合を、円錐形プーリ式巻掛け変速機の液圧負荷により再び形成可能である、請求項１記載の方法。
3. 円錐形プーリ式巻掛け変速機のための円錐形プーリ対偶であって、該円錐形プーリ対偶が、
   固定プーリ（１２）に堅固に結合されている入力シャフト（１０）を有していて、
   前記シャフトに軸方向で移動可能に且つ相対回転不能に配置された可動プーリ（１４）を有していて、
   原動機によって駆動可能な入力構成部材（４０）を有していて、
   前記入力構成部材（４０）とトルク伝達係合している、第１の成形面（３５）を備えた第１の構成部材（３６）と、前記可動プーリとトルク伝達係合している、第２の成形面（３４）を備えた第２の構成部材（２８）と、前記両成形面の間に配置された転動体（３７）とを備えたトルクセンサ装置（３４，３５，３７）を有しており、
   前記両成形面が、該両成形面の間で作用するトルクが増大している場合に、前記両成形面の間に配置された前記転動体の転動下で、前記両成形面を互いに向かって押そうとする力に抗して互いに離間するように形成されており、前記両成形面が、該両成形面を互いに向かって押そうとする力が僅かであるかまたは欠落している場合に、前記転動体が前記両成形面上を走行し、前記第１の構成部材と前記第２の構成部材との間のトルク伝達が遮断されているように互いに離間するように形成されていることを特徴とする、円錐形プーリ式巻掛け変速機のための円錐形プーリ対偶。
4. トルクが前記可動プーリから作用する場合（変速機が引きずられた状態）においてのみ、トルク伝達が遮断可能である、請求項３記載の円錐形プーリ対偶。
5. 前記第１の構成部材が、前記入力シャフト（１０）に支承された前記入力歯車（４０）に相対回転不能に結合された環状構成部材（３６）であって、該環状構成部材（３６）の、前記入力歯車とは反対の端面側に前記第１の成形面（３５）が形成されており、前記第２の構成部材が、前記入力シャフトに対して相対的に軸方向で移動可能な、前記入力シャフトを取り囲んでいる感知ピストン（２８）であり、該感知ピストン（２８）と前記可動プーリとの間に圧力室（３２）が配置されており、該圧力室（３２）に圧力源から液圧によって負荷可能な流入通路（４６）が通じており、前記圧力室（３２）から流出通路（４８，５０）が出ており、流入開口および／または流出開口の効果的な横断面が、前記感知ピストンの軸方向の位置により変更可能である、請求項３または４記載の円錐形プーリ対偶。
6. 前記転動体が、ケージ（３８）内で保持されたボール（３７）として形成されている、請求項３から５までのいずれか一項記載の円錐形プーリ対偶。
7. 前記両成形面が、斜面が形成されていない転動路に半径方向外側で移行し、前記ボールが半径方向で可動であるので、前記ボールが、液圧が欠落していて且つ回転数が高い場合に遠心力に基づき十分に平坦な転動路に移動する、請求項６記載の円錐形プーリ対偶。
8. 前記ボールが、前記第１の成形面または前記第２の成形面において形成されているポケットに向かって軸方向で予負荷されている、請求項６記載の円錐形プーリ対偶。

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