JP2013509546A

JP2013509546A - 無段変速機のための駆動機構

Info

Publication number: JP2013509546A
Application number: JP2012535930A
Authority: JP
Inventors: グリーンウッド，クリストファー・ジョン; デ・フレイタス，アンドリュー・ダミアン
Original assignee: トロトラク・（ディヴェロプメント）・リミテッド
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2013-03-14
Anticipated expiration: 2030-10-22
Also published as: GB2474870A; JP5731520B2; GB0918957D0; EP2494238A1; CN102782363A; US20130045831A1; WO2011051702A1

Abstract

バリエータ変速機が、入力ディスク（１０）と、入力ディスクが取り付けられる入力ディスク駆動軸（２０）と、入力ディスク駆動軸（２０）を回転させるための変速機入力軸（２８）と、入力ディスクに面し、入力ディスクと同軸に回転できるように配置された出力ディスク（１２）であって、入力ディスクおよび出力ディスクがその間にトロイダル空洞を画定する、出力ディスク（１２）と、トロイダル空洞内に配置された複数のローラ（１４，１６）であって、入力ディスクおよび出力ディスク（１４，１６）と回転接触する複数のローラと、複数のローラの傾きを変動させる手段と、入力ディスク（１０）および出力ディスク（１２）の一方に、変速機入力軸（２８）によってバリエータに加えられる入力トルクに比例する、第１の端部荷重を加えるための手段（４０，４２，４４）と、第１の端部荷重が加えられたのと同じディスク（１０，１２）に、バリエータの出力トルクに比例する、第２の端部荷重を加えるための手段（５２，５４，５６）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、トロイダルレース転がり牽引型の無段変速機装置に関し、以下にバリエータと称する。

バリエータの基本的形態は、入力駆動軸に結合された凹状トロイダル入力ディスクおよび入力ディスクに対して軸方向に配置された凹状トロイダル出力ディスクを備える。複数のローラが、入力ディスクと出力ディスクとの間に画定されたトロイダル空洞内に設けられ、動力がローラによって入力ディスクから出力ディスクに伝達される。弾性流体のオイル膜がローラと、入力ディスクおよび出力ディスクとの間に存在する。弾性流体の特性は、流体が圧縮されたとき、粘性が高くなり、圧力がローラとディスクとの間の接触点に働くと、オイルが一方から他方へ動力を伝達するようになる。

弾性流体を介してトルクを伝達するために、入力ディスクと出力ディスクとの間にローラを締め付ける必要がある。正確な締め付け力（「端部荷重」として知られる）が加えられることが重要である。過度の荷重は効率を減少させ、バリエータの耐久性を損なうことになる。不十分な端部荷重はローラと、入力ディスクおよび出力ディスクとの間に摺動接触を起こすことになる。

ローラは、横の力を受けるローラ担持体上に取り付けられる。非常に大きい動力、大きいトルクの適用で使用されるように設計されたバリエータでは、横の力が複動油圧ピストンによって通常ローラに加えられる。所望の端部荷重が、ローラ担持体を制御するピストンに加えられる横の力（「リアクショントルク」として知られる）に比例するので、ローラ担持体に加えられる油圧もまた、通常は端部荷重を生成するために使用される。

より小さい動力および小さいトルクを加えるために、大きい動力、大きいトルクを加える際に使用されるバリエータを単に縮小することが可能であろう。しかし、バリエータが作動するために油圧が正確に加えられ、監視される要求がやはり存在し、したがって費用の節約は特に顕著ではないであろう。

別の方法は、油圧制御を完全に取り除き、ばねによって一定の端部荷重を提供することであり、ローラを制御する複動ピストンを１対のローラ担持体が取り付けられたレバーに取り換えることであり、それぞれのローラ担持体は単一のローラを担持する。しかし、そのような配置は、乗用型芝刈り機など、特定の応用で容認できる結果を生み出すが、小型車の変速機または補助駆動応用で使用されるには十分に正確または効率的ではない。

したがって、油圧駆動型バリエータの複雑さは持たないが、それでも非常に簡単な、これまでに知られているバリエータよりも正確なバリエータが必要である。

本発明により、バリエータ変速機が、入力ディスクと、入力ディスクが取り付けられる入力ディスク駆動軸と、入力ディスク駆動軸を回転させるための変速機入力軸と、入力ディスクに面し、入力ディスクと同軸に回転できるように配置された出力ディスクであって、入力ディスクおよび出力ディスクがその間にトロイダル空洞を画定する、出力ディスクと、トロイダル空洞内に配置された複数のローラであって、入力ディスクおよび出力ディスクと回転接触する複数のローラと、複数のローラの傾きを変動させる手段と、入力ディスクおよび出力ディスクの一方に、変速機入力軸によってバリエータに加えられる入力トルクに比例する、第１の端部荷重を加えるための手段と、第１の端部荷重が加えられたのと同じディスクに、バリエータの出力トルクに比例する、第２の端部荷重を加えるための手段とを備える。

上述の配置では、バリエータに加えられる端部荷重は入力トルクおよび出力トルクの合計に比例し、したがって正確な端部荷重が、高圧油圧システムを必要とせずに、機械的に提供される。

入力ディスク駆動軸が出力ディスク内の穴を貫通することが好ましい。
変速機入力軸が入力ディスク駆動軸に対して角度が変化可能であることが好ましい。
変速機入力軸と入力ディスク駆動軸との間に、軸受手段、例えばスラスト軸受が配置されることが好ましい。

一実施形態では、第１の端部荷重および第２の端部荷重が出力ディスクに加えられる。
変速機が、変速機入力軸に加えられる入力トルクに比例する、第１の端部荷重を出力ディスクに加えるため、変速機入力軸の端部と出力ディスクとの間に、ボールおよび傾斜路結合部をさらに備えることができる。

ボールおよび傾斜路配置が、複数のボールおよび傾斜路を備えることが好ましい。
変速機が、入力トルクを入力ディスク駆動軸に伝達するため、入力ディスク駆動軸に結合されたスプライン加工されたスリーブをさらに備えることができ、スプライン加工されたスリーブがボールおよび傾斜路結合部の部分を形成する。

スプライン加工されたスリーブが、ボールおよび傾斜路結合部の複数の傾斜路を備えることが好ましい。
スプライン加工されたスリーブが肩部を備えることができる。

軸受手段、例えばスラスト軸受が、スプライン加工されたスリーブの肩部と出力ディスクとの間に配置されることが好ましい。
別の実施形態では、第１の端部荷重および第２の端部荷重が入力ディスクに加えられる。

変速機は、実質的に一定の第１の端部荷重または第２の端部荷重を加えるため、入力ディスクおよび出力ディスクの一方に作用するばね手段をさらに備えることができる。
ばね手段の使用は、例えば、入力ディスクおよび出力ディスクの一方が作動中に実質的に一定のトルクを受けることが期待される状況では、適切であることがある。ばね（例えば、ばね座金）の使用は、変速機の複雑さおよび費用をかなり減少させることができる。

変速機は、入力ディスクおよび出力ディスクと同軸に配置され、トロイダル空洞の外側から出力ディスクに隣接する環状変速機出力要素をさらに備えることが好ましい。
出力ディスクと環状変速機出力要素との間にボールおよび傾斜路結合部がさらに存在することが好ましい。

ボールおよび傾斜路結合部が複数のボールおよび傾斜路を備えることが好ましい。
傾斜路が環状出力要素内および出力ディスクの外側面内にあることが好ましい。
軸受手段、例えばスラスト軸受が、環状出力要素と変速機入力軸との間に配置されることができる。

一実施形態では、変速機入力軸が入力ディスク内の穴を貫通し、出力ディスク内の穴を貫通する。
例示としてのみ、本発明の具体的な実施形態が添付の図面を参照してここで説明される。

本発明によるバリエータ変速機の第１の実施形態による長手方向の横断面図である。図１のバリエータの出力ディスクの外側部分の斜視図である。本発明によるバリエータ変速機の第２の実施形態による長手方向の横断面図である。

無段変速機システムの第１の実施形態が、図１に示され、凹状トロイダル出力ディスク１２に面する凹状トロイダル入力ディスク１０を有するバリエータＶを備える。２つのローラ１４および１６が、入力ディスク１０および出力ディスク１２である対向する凹状トロイダル面の間に画定されたトロイダル空洞内のローラ担持体（図示せず）上に回転可能に取り付けられて、ローラ１４および１６を傾けることによって可変である比率で、入力ディスク１０から出力ディスク１２に駆動を伝達する。駆動は、ローラ１４および１６と入力ディスク１０および出力ディスク１２との間の弾性流体の非常に薄い層によって実際に伝達される。弾性流体の重要な特性は、圧力がそれに加えられると粘性が高くなることであり、トルクが入力ディスクおよび出力ディスクとローラとの間に伝達されることが可能になる。

実際に、ローラ１４および１６はローラ担持体（図示せず）上に取り付けられる。ローラを傾けることにより、入力ディスクと出力ディスクとの間の効果的な比率が変動可能である。

入力ディスク１０は、出力ディスク１２の中央の穴２２を貫通する入力ディスク駆動軸２０に取り付けられる。スリーブ２４が入力ディスク駆動軸に対してスプライン加工され、針状ころ軸受２６上に出力ディスク１２を支持する。

入力ディスク駆動軸２０は中空バリエータ変速機入力軸２８によって回転され、入力ディスク駆動軸２０は変速機入力軸２８の端部を貫通する。変速機入力軸２８は、中空バリエータ入力軸の環状端壁３２と入力ディスク駆動軸２０の拡大された頭部３４との間に取り付けられたスラスト軸受３０によって、入力ディスク駆動軸に対して回転自在に変化可能である。

中空バリエータ変速機入力軸２８の環状端壁３２の外側面３６およびスプライン加工されたスリーブ２４の肩部分３５の端面３８は、複数の球状ボール４４を受ける３つの傾斜した溝４０および４２を備える。中空バリエータ変速機入力軸２８が入力ディスク駆動軸２０に対してわずかに回転すると、ボール４４が傾斜した溝４０および４２に沿って移動し、それにより、変速機入力軸２８によってバリエータに加えられる入力トルクに比例して、出力ディスク１２に第１の端部荷重を加える。第１の端部荷重は、出力ディスクの外側面とスプライン加工されたスリーブ２４の肩部分３５との間のスラスト軸受５８を介して出力ディスク１２の外側面に加えられる。

環状バリエータ出力歯車４８が、中空バリエータ変速機入力軸２８に対して、追加のスラスト軸受５０によって回転可能に取り付けられ、スラスト軸受５０はまた、変速機入力軸２８の外側面上の径方向に延在するフランジ５２に支持されている。出力ディスク１２の長手方向の外側面および環状バリエータ出力歯車４８の対向する面は、３つの傾斜した溝５２および５４を同様に備え、それぞれがボール５６を受け、それにより出力ディスク１２の回転が環状出力歯車４８に伝達される。

同時に、ボールおよび傾斜路配置５２、５４および５６の動きが、出力ディスク１２にバリエータの出力トルクに比例した追加の端部荷重を加える。
したがって、一方は入力トルクに比例し、一方が出力トルクに比例する２つの独立した端部荷重構成要素が、同じディスク、すなわち出力ディスク１２に加えられる。このように、バリエータに加えられた端部荷重が入力トルクおよび出力トルクの合計に比例し、したがって高圧油圧システムを必要とせずに、正確な端部荷重が機械的に提供される。

無段変速機システムの第２の実施形態が図３に示される。第２の実施形態の作動の原則は、第１の実施形態の原則と同じであるが、第１の実施形態との最も顕著な相違は、入力および出力がバリエータの対向する端部に配置されていることである。

図３の変速機システムは、凹状トロイダル出力ディスク１０４に面する凹状トロイダル入力ディスク１０２を有するバリエータＶ’を備える。２つのローラ１０６および１０８が、入力ディスク１０２および出力ディスク１０４である対向する凹状トロイダル面の間に画定されたトロイダル空洞内のローラ担持体（図示せず）上に回転可能に取り付けられて、ローラ１０６および１０８を傾けることによって可変である比率で、入力ディスク１０２から出力ディスク１０４に駆動を伝達する。駆動は、ローラ１０６および１０８と入力ディスク１０２および出力ディスク１０４との間の弾性流体の非常に薄い層によって実際に伝達される。弾性流体の重要な特性は、圧力がそれに加えられると粘性が高くなることであり、トルクが入力ディスクおよび出力ディスクとローラとの間に伝達されることが可能になる。

実際に、ローラ１０６および１０８はローラ担持体（図示せず）上に取り付けられる。ローラを傾けることにより、入力ディスクと出力ディスクとの間の効果的な比率が変動可能である。

入力ディスク１０２、出力ディスク１０４、ローラ１０６および１０８は略円筒形ケーシング１１０内に配置される。変速機入力軸１１２は、入力ディスク１０２および出力ディスク１０４の回転自在な軸と同軸であり、ケーシングの一方の端部の穴を貫通し、軸受１１４によって、ケーシングに対して回転可能に取り付けられる。従来の環状封止１１６が変速機入力軸１１２をケーシング１１０に対して封止する。

変速機出力軸１１２と同軸の変速機出力軸１１８は、ケーシング１１０の対向する端部の穴を貫通し、軸受１２０によってケーシングに対して回転可能に取り付けられる。従来の環状封止１１２が変速機出力軸１１８をケーシング１１０に対して封止する。変速機入力軸１１２は入力ディスク１０２を直接回転させない。その代わり、変速機入力軸１２は入力ディスク１０２の穴１２４および出力ディスク１０４の穴１２６を貫通し、ケーシングの対向する端壁に隣接する径方向外側に延在するフランジ１２８内に終了する。変速機入力軸１１２の回転は、ケーシング１１０内部の変速機入力軸１１２を囲む、緊密嵌合する細長いスリーブ１３０によって入力ディスク１０２に伝達される。スリーブの一端部が、変速機入力軸１１２に取り付けられたフランジ１２８に隣接する、径方向に延在するフランジ１３２内で終了し、対向する端部が入力ディスク１０２を受けるようにスプライン加工されている。スラスト軸受１３３もまた、入力ディスク１０２の外側面と軸受１１４との間に配置されている。

２つの径方向外側に延在するフランジ１２８および１３２の対向する表面は略平面であるが、複数の協動する傾斜した溝１３４および１３６をそれぞれ備え、各傾斜した溝が球状のボール１３８を受ける。変速機入力軸１１２が回転すると、入力軸１１２はスリーブ１３０に対してわずかに回転し、ボール１３８は傾斜した溝１３４および１３６に沿って動く。これによって、スリーブ１３０（したがって入力ディスク１０２）が回転し、それはまた、変速機入力軸１１２によってバリエータに加えられる入力トルクに比例した第１の端部荷重を出力ディスク１０４に加える。第１の端部荷重が、出力ディスクの外側面と細長いスリーブ１３０の径方向に延在するフランジ１３２との間のスラスト軸受１４０を介して、出力ディスク１０４の外側面に加えられる。

変速機出力軸１１８は、ケーシング１１０の端壁に隣接して配置された環状板１４２に結合される。円筒形スリーブ１４４が、環状板の内側面からケーシング内部に長手方向に延在し、出力ディスク１０４の外側面に隣接して配置された、径方向内側に延在する環状スラスト板１４６内に終了する。出力ディスク１０４の外側面および環状スラスト板１４６の対向する面は略平面であるが、それぞれ複数の協動する傾斜した溝１４８および１５０を備え、それぞれの溝は球状のボール１５２を受ける。出力ディスク１０４がローラ１０６および１０８との摩擦係合に反応して回転すると、ボールおよび傾斜路配置１４８、１５０および１５２の動きが、出力ディスク１０４に第２の端部荷重を加え、第２の端部荷重はバリエータの出力トルクに比例する。第２のスラスト軸受１５６が、環状スラスト板１４６と変速機入力軸１１２の径方向に延在するフランジ１２８との間に配置されることもまた理解されるであろう。

したがって、第１の実施形態のように、２つの独立した端部荷重構成要素、入力トルクに比例する端部荷重および出力トルクに比例する端部荷重が、同じディスク、すなわち出力ディスク１０４に加えられる。このように、バリエータ全体に加えられる端部荷重が出力トルクおよび入力トルクの合計に比例し、したがって高圧油圧システムを必要とせずに、正確な端部荷重が機械的に提供される。

上記の実施形態では、同様に軸１１８が変速機入力軸であり、軸１１２が変速機出力軸であることが可能であり、その場合ディスク１０４に加えられる２つの端部荷重が、実際にバリエータの入力ディスクに加えられることになるということもまた理解されるべきである。

本発明は、前述の実施形態の詳細に限定されない。
例えば、説明された実施形態は出力トルクに加えられる２つの端部荷重を有するが、もし所望されれば、その代わり、両方の端部荷重が入力ディスクに加えられることが可能であろう。

加えて、端部荷重がボールおよび傾斜路配置によって加えられるものとして説明されているが、これはそうである必要はない。具体的には、入力トルクまたは出力トルクが実質的に一定であると期待される状況で、変速機が使用されるような場合には、実質的に一定のトルクを受けるディスクに、ばね（例えば、軸受を介してディスクの外側面に作用するばね座金）によって端部荷重を加えることが可能であろう。これにより変速機の複雑さおよび費用が著しく減少するであろう。

Claims

入力ディスクと、
前記入力ディスクが取り付けられる入力ディスク駆動軸と、
前記入力ディスク駆動軸を回転させるための変速機入力軸と、
前記入力ディスクに面し、前記入力ディスクと同軸に回転できるように配置された出力ディスクであって、前記入力ディスクおよび前記出力ディスクがその間にトロイダル空洞を画定する、出力ディスクと、
前記トロイダル空洞内に配置された複数のローラであって、前記入力ディスクおよび前記出力ディスクと回転接触する複数のローラと、
前記複数のローラの傾きを変動させる手段と、
前記入力ディスクおよび前記出力ディスクの一方に、前記変速機入力軸によってバリエータに加えられる入力トルクに比例する、第１の端部荷重を加えるための手段と、
前記第１の端部荷重が加えられたのと同じディスクに、前記バリエータの出力トルクに比例する、第２の端部荷重を加えるための手段と
を備える、バリエータ変速機。
前記入力ディスク駆動軸が前記出力ディスク内の穴を貫通する、請求項１に記載のバリエータ変速機。
前記変速機入力軸が前記入力ディスク駆動軸に対して角度が変化可能である、請求項２に記載のバリエータ変速機。
前記変速機入力軸と前記入力ディスク駆動軸との間に配置された軸受手段を備える、請求項３に記載のバリエータ変速機。
前記変速機入力軸と前記入力ディスク駆動軸との間に配置された前記軸受手段がスラスト軸受を備える、請求項４に記載のバリエータ変速機。
前記第１の端部荷重および前記第２の端部荷重が前記出力ディスクに加えられる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のバリエータ変速機。
前記変速機入力軸に加えられる前記入力トルクに比例する、前記第１の端部荷重を前記出力ディスクに加えるため、前記変速機入力軸の端部と前記出力ディスクとの間にボールおよび傾斜路結合部をさらに備える、請求項６に記載のバリエータ変速機。
前記ボールおよび傾斜路配置が、複数のボールおよび傾斜路を備える、請求項７に記載のバリエータ変速機。
前記入力トルクを前記入力ディスク駆動軸に伝達するため、前記入力ディスク駆動軸に結合されたスプライン加工されたスリーブをさらに備え、前記スプライン加工されたスリーブが前記ボールおよび傾斜路結合部の部分を形成する、請求項７または８に記載のバリエータ変速機。
前記スプライン加工されたスリーブが、前記ボールおよび傾斜路結合部の複数の傾斜路を備える、請求項９に記載のバリエータ変速機。
前記スプライン加工されたスリーブが肩部を備える、請求項９または１０に記載のバリエータ変速機。
前記スプライン加工されたスリーブの前記肩部と前記出力ディスクとの間に配置された軸受手段を備える、請求項１１に記載のバリエータ変速機。
前記軸受手段がスラスト軸受を備える、請求項１２に記載のバリエータ変速機。
前記第１の端部荷重および前記第２の端部荷重が前記入力ディスクに加えられる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のバリエータ変速機。
実質的に一定の第１の端部荷重または第２の端部荷重を加えるため、前記入力ディスクおよび前記出力ディスクの一方に作用するばね手段をさらに備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のバリエータ変速機。
前記入力ディスクおよび出力ディスクと同軸に配置され、前記トロイダル空洞の外側から前記出力ディスクに隣接する環状変速機出力要素をさらに備える、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のバリエータ変速機。
前記出力ディスクと前記環状変速機出力要素との間にボールおよび傾斜路結合部をさらに備える、請求項１６に記載のバリエータ変速機。
前記ボールおよび傾斜路結合部が複数のボールおよび傾斜路を備える、請求項１７に記載のバリエータ変速機。
前記環状出力要素内および前記出力ディスクの外側面内に傾斜路を備える、請求項１８に記載のバリエータ変速機。
前記環状出力要素と前記変速機入力軸との間に軸受手段をさらに備える、請求項１６乃至１９のいずれか一項に記載のバリエータ変速機。
前記環状出力要素と前記変速機入力軸との間の軸受手段がスラスト軸受を備える、請求項２０に記載のバリエータ変速機。
前記変速機入力軸が前記入力ディスク内の穴を貫通し、前記出力ディスク内の穴を貫通する、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載のバリエータ変速機。
実質的に本明細書に参照として説明され、添付の図面に図示されたバリエータ変速機。