JP4183903B2

JP4183903B2 - 摩擦ローラ式無段変速機

Info

Publication number: JP4183903B2
Application number: JP2000504385A
Authority: JP
Inventors: バルター、クーン; ユルゲン、バフツィヒ
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-07-26
Filing date: 1998-07-20
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2018-07-20
Also published as: WO1999005433A1; JP2001511505A; EP1000278A1; US6244985B1

Description

【０００１】
本発明は、請求の範囲の第１項中の上位概念に示す構成の摩擦ローラ式無段変速機に関する。
【０００２】
この種の摩擦ローラ式無段変速機は通常１つの共通軸に対して同軸的に配置された複数の入力ディスク並びに出力ディスクを備え、これらのディスクは向き合って対をなしていて内面がトロイダル形に形成されており、入力ディスクと出力ディスクとの各対の間に摩擦ローラが配置されている。摩擦ローラは入力ディスクのみならず出力ディスクとも摩擦接触をなしていて、入力ディスクから伝達されるトルクを摩擦結合によって出力ディスクへ伝達する。摩擦ローラの回転数は入力ディスクへの接触個所とディスク回転軸線との間隔が大きい程高い。これに対して出力ディスクの回転数は、摩擦ローラと出力ディスクとの接触個所がディスク回転軸線に接近する程高い。従って、摩擦ローラを旋回させることによって出力ディスクの回転数を無段階かつ任意に調節することができる。このことを目的として摩擦ローラの回転軸が１つの保持体に支承されていて、この保持体が旋回機構を介して制御される。
【０００３】
このような形式の摩擦ローラ式無段変速機の原理は既に１９３９年に発行された米国特許第２１５２７９６号明細書に示されている。即ち、２対の凹面形の入力ディスクと出力ディスクとが支承されていて、ディスク相互間には旋回可能に支承された摩擦ローラが配置されており、これによって、入力軸を介して入力ディスク及び摩擦ローラに伝達されたトルクが、摩擦ローラの相対位置次第で相応の変速比で出力ディスク、歯車段及び中空軸を介して１つの遊星歯車装置の形の加算変速機へ供給される。遊星歯車装置の出力部は例えば自動車の駆動輪に連結された出力軸を駆動する。出力軸は入力軸に対して平行かつ間隔をおいて配置される。出力歯車及び両方の出力ディスクは回転可能に１つのスリーブ上に支承されており、スリーブ自体は両端において軸受支持部材に支持されている。各１つの入力ディスクと出力ディスクとの間に軸受支持部材を配置するにはディスク相互間に十分大きなスペースの確保を前提とする。
【０００４】
米国特許第３７３９６５８号明細書に記載の変速機はやはり２対配置された入力ディスクと出力ディスクとを有する２段式のバリエータを備えている。この構成例の場合１つの軸受支持部材が設けられており、この軸受支持部材は変速機ケーシングの構成部材であって、両方の出力ディスク間のスペースに配置されている。出力ディスクから導出される出力は差動装置としても働く遊星歯車装置を介して１つの中空軸へ導かれる。中空軸は出力歯車に結合されていて、ボール軸受を介して軸受支持部材内で回転可能に保持されている。
【０００５】
出力歯車は１つの歯車に駆動結合されており、この歯車はトルクコンバータのケーシングに固定されている。トルクコンバータは変速機の出力軸を駆動する。出力軸の入口にトルクコンバータを配置することは変速機の入力軸と出力軸との軸間隔が比較的大きいことが条件となる。かくしてこの変速機の用途が著しく限定される。と言うのは、所要の組付けスペースが常に用意されているわけではないからである。
【０００６】
米国特許第４８９３５１７号明細書によれば、入力軸がケーシングを貫通した構成の摩擦ローラ式無段変速機が知られている。ケーシングは仕切り壁によって２つの中空室に分割されており、各中空室には入力ディスク及びこれに向き合う出力ディスクが互いの間に位置する摩擦ローラと共に支承されている。両方の中空室内の入力ディスクも出力ディスクも１つの共通軸上に位置しており、この共通軸に対して相対的に摩擦ローラを所望の速度変換のために旋回させることができる。２対の入力ディスク及び出力ディスクは互いに鏡面対称的に両方の中空室内に配置されている。両方の出力ディスクは両方の中空室を分割する仕切り壁の両側に背中合わせに並んで位置し、仕切り壁内には１つの歯車が支承されていて、この歯車は両方の出力ディスクによって共通にその出力トルクで負荷される。
【０００７】
このトルクは出力軸に結合されている別の歯車を介して出力軸へ伝達される。出力軸は入力軸と平行に配置されていて、しかも両方の中空室の単に一方のみを貫通して一端が仕切り壁内で支承されている。
【０００８】
仕切り壁はその内部に支承されている歯車、この歯車用の軸受及びスペーサと一緒にあらかじめ組み立てられた組付けユニットとしてケーシング内に挿入してケーシングに締結される。しかしながら、組付けユニットとしての組立て可能性はわずかな部材数に限られる。従って、変速機を完成させるための組立てコストは依然として著しく大きい。また、この変速機の構造に起因する別の難点として、変速機ケーシングに極めて大きな力が伝わり、このことが安定した構造形式を−相応に大きな重量と共に−必要とするという点があげられる。
【０００９】
米国特許第５０３３３２２号明細書にも摩擦ローラ式無段変速機の例が記載されているが、この変速機は基本的に上述した変速機と同じ構造形式を有しており、要するに各１つの入出力ディスク及びディスク相互間に旋回可能に支承された複数の摩擦ローラの形の２つの変速機ユニットを備えている。このような無段変速機の場合に一方の変速機ユニットが制御装置によって制御される際に常に他方の変速機ユニットの摩擦ローラの保持体が振動にさらされるのを防止するために、この公知例には摩擦ローラの第１の保持体組の運動と第２の保持体組の運動とを相互に防止し合う機械式の機構が設けられている。この機構は上部並びに下部の横リンク（ヨーク）から成っており、これらの横リンクは摩擦ローラの保持体（トラニオン）用の軸受を受容していて、ケーシングに固定されたピンを中心として旋回可能に配置されている。横リンク組は相互の相対運動を防止するために縦方向のロッドを介して互いに剛性的に結合されている。これによって、保持体へ摩擦ローラから及ぼされる振動を制限し、ひいては第２の変速機ユニットにおけるスリップを減少させようとする。
【００１０】
米国特許第４９３４２０６号明細書による摩擦式無段変速機の場合、出力歯車が１つのスリーブに相対回転不能に結合されており、スリーブは、一端を仕切り壁内の軸受によって支承され、他端は１つの出力ディスクへ移行している。このような駆動結合のために出力歯車は１つのつば部を備えており、このつば部は同時に−スプライン結合によって−別の出力ディスクを出力歯車に相対回転不能に固定するために設けられている。しかしながら、有効トルクが大きい場合、出力ディスクを出力歯車に相対回転不能に結合することは不適当であると実証されている。さらに、出力ディスクを変速機主軸に直接に支承することは不都合な影響を受ける。というのは、この支承部と出力歯車のつば部の外径との間の偏心が避けられないからである。
【００１１】
本発明の課題は、出力軸及び出力軸上に固定された歯車を、コンパクトな構造形式のまま簡単な組付けが可能になるように支承もしくは配置することである。
【００１２】
このような課題を本発明は、請求の範囲第１項中の上位概念に示す摩擦ローラ式無段変速機において第１項中の特徴事項に示す構成によって解決した。有利な実施態様が請求の範囲第２項以降に示されている。
【００１３】
本発明によって得られる利点は特に次の点にある。即ち、出力軸及び出力軸に相対回転不能に結合した歯車が、現有の保持フレームを考慮した上で簡単に組み付けられるように支承もしくは配置されているのである。
【００１４】
以下に、有利な実施例を示す図面に従って本発明を詳述する。
【００１５】
同一部分を同じ符号で示す図面において符号１は摩擦ローラ式無段変速機（もしくはトロイダル変速機）のケーシングである。この無段変速機の入力軸３は図示してない発進機構、例えば自動車の駆動機械のトルクコンバータ又は湿式の発進クラッチに結合されている。ケーシング１内には２つの変速機ユニットが入力軸３と同軸に配置されている。一方の変速機ユニットは、向き合う内面をトロイダル形に形成された各１つの入力ディスク５及び出力ディスク６を有しており、他方の変速機ユニットはやはり向き合う内面をトロイダル形に形成された入力ディスク１５及びこれに対置する出力ディスク１６を有している。両方の変速機ユニットにはそれぞれ特に２つの摩擦ローラ１１、２１が設けられており、これらの摩擦ローラは旋回可能な保持体１２に固定されていて、入力軸３の軸線に対して相対的に傾くことができる。摩擦ローラ１１、２１は、入力ディスク５、１５及び出力ディスク６、１６の摩擦ローラに面する内面摩擦接触しており、各変速機ユニットの両方の摩擦ローラは入力軸３の軸線に対して対称的に配置されている。
【００１６】
摩擦ローラ１１、２１が図示してない旋回機構によって入力軸３の軸線に対して相対的に傾けられると、摩擦ローラ１１、２１の周面の接触点が第２図の位置から入力ディスク並びに出力ディスクのトロイダル形の内面に沿ってずらされ、これによって入力速度と出力速度との間の変速比が連続的、即ち無段に調節されることになる。
【００１７】
すべての入出力ディスク５、１５、６、１６は１つのトルク軸３４上に支承されており、このトルク軸はケーシング１に対して相対的に軸線方向でわずかに摺動可能である。一方の変速機ユニットの入力ディスク５はトルク軸３４上で個所１３において相対回転不能に固定されているが、軸方向では可動に支承されている。他方の変速機ユニットの入力ディスク１５もトルク軸３４にキー結合部２５によって相対回転不能に結合されている。両方の変速機ユニットの背中合わせに並んで鏡面対称にケーシング１内に配置されている両方の出力ディスク６、１６は１つの共通のブッシュ１４上に配置されており、出力ディスク１６の方は、トルク軸３４を回転可能に包囲している１つの歯車８に相対回転不能に結合されている。これによって、一方の入力ディスク５から出力ディスク６へ伝えられるトルク及び他方の入力ディスク１５から出力ディスク１６へ伝えられるトルクは、ブッシュ１４に相対回転不能に結合されている両方の出力ディスクから歯車８へ伝えられる。この歯車８は歯車９とかみ合っており、歯車９は出力軸１０に結合されている。符号２４で歯車８の軸受が示されており、符号３２で出力軸１０の軸受が示されている。
【００１８】
出力歯車８と出力ディスクとの相対回転不能な結合は次のようになされている。
【００１９】
出力歯車８には「図で見て右に位置して」１つのインナーリング５５が相対回転不能に例えば溶接によって設けられている。このインナーリング５５は外周部に外歯を有している。この外歯に１つのアウターリング５６の内歯がかみ合っている。内歯及び外歯は一緒にキー結合部５７を形成している。
【００２０】
アウターリング５６は出力ディスク１６に相対回転不能に例えば溶接によって結合されている。このようにして出力ディスク１６と出力歯車８との間に相対回転不能の結合部が得られ、この結合部を介して各出力ディスク６、１６の出力が合算され、出力歯車８、ひいては出力軸１０の歯車９へ導かれる。
【００２１】
溶接結合部の代わりに、組付け状態が許す限り、ねじ結合部をインナーリング５５もしくはアウターリング５６の固定に利用することもできる。
【００２２】
別の実施態様として、インナーリング５５を完全に省略することも可能である。即ち、出力歯車８自体の歯の一部をキー結合部の部分として利用するのである。この場合、アウターリング５６の内歯を相応に適合させることになる。
【００２３】
出力ディスク１６と出力歯車８との以上述べた相対回転不能の結合は一面において大きなトルクの伝達を許容する。他面においては簡単な組付けが保証される。というのは、出力歯車８への方向で出力ディスク１６を軸方向で押しずらすことによっていわば自動的にキー結合が得られるからである。キー結合部はさらに、変速機の軸方向でほとんどスペースを必要としないという利点も有する。
【００２４】
出力歯車８を支承するための両方の軸受２４は鉢形の軸受支持部材７の１つのつば部５８上に一緒に並んで配置されている。軸受２４のインナーリングはつば部５８に対して不動に位置したままであり、アウターリングは出力歯車８と一緒に回転する。軸方向で並んで位置する軸受は出力歯車８の歯幅にほぼ相当する軸方向長さを占めている。前述のような配置によって特に軸方向で短かな構造形式を得ることができる。軸受２４はつば部５８、出力歯車８における各１つの止めリング５９、６０によって軸方向で位置固定されている。組付けの際、出力歯車８は軸受２４と一緒に前組み立てされたユニットとしてつば部５８上へ嵌め付けられ、止めリング５９を介して位置固定される。
【００２５】
符号４でローラ状の圧着機構が示されているが、この圧着機構はカム面を有する入力ディスク１５とやはカム面を有するディスク３５との間に設けられており、ディスク３５は軸線方向で摺動可能に軸受２３を介して入力軸３上に支承されていると共に相対回転不能に結合されている。このディスク３５は圧着機構４を介して入力ディスク１５に出力ディスク１６への方向の負荷を及ぼす。符号３６でスラストディスクを示しており、このディスクに入力ディスク５が軸受３７を介して支えられている。圧着機構によって入力軸３及びスラストディスク３６を介して入力ディスク５が出力ディスク６側へ動かされる。
【００２６】
符号７は、トルク軸３４及びブッシュ１４が中央を貫通する鉢形の軸受支持部材７を示している。この軸受支持部材７は歯車８と出力ディスク６との間に配置されており、従ってこれら両方の構成部材を互いに分離している。この場合軸受支持部材は、出力ディスク１６に固定された歯車８を受容するように構成されている。歯車８には出力軸１０の被動歯車９がかみ合っている。
【００２７】
ブッシュ１４は軸受支持部材７の孔内にニードル軸受３３を介して支承されている。軸受支持部材７はケーシング１内に配置された１つの保持フレーム２に支持されている。軸受支持部材７は上部並びに下部のフレームクランプ２８、２９に着脱可能にか又は永久的に結合されており、要するに締結されているか又は溶接されている。保持フレーム２は軸受支持部材７と上部並びに下部のフレームクランプ２８、２９とから成っている。フレームクランプはピン４２、４３を介して上部の横ヨーク４０、４１を保持し、ピン４８、４９を介して下部の横ヨーク５０、５１を保持している。下部の横ヨーク５０、５１には摩擦ローラ１１、２１用の保持体１２、２２が支承されている。
【００２８】
歯車８の被動側の支承部は不動の軸受インナーリングを有しており、これによって被動歯車９は支承部のアウターリングと共に回転する。以上の軸受支持部材７の構成及び軸受２４の配置によって、幅広で高負荷可能な歯車８、９の使用にも拘わらず、軸方向で比較的短かな変速機構造が可能になる。
【００２９】
符号１９で鉢形の軸受支持部材７と上部フレームクランプ２８との間の固定部材、例えばねじ部材が示されている。符号２０、３０は横ヨーク４０、４１のピン４２、４３用の固定ねじを示し、符号４６、４７は横ヨーク５０、５１のピン４８、４９用の固定ねじを示している。
【００３０】
出力軸１０は、下部フレームクランプ２９の中央開口４５内へ部分的に入り込む保持部分３１内に軸受３２と共に支承されている。軸受３２は被動歯車９によって包囲されており、これに対して保持部分３１はケーシング１に支えられているか又は保持フレーム２又は図示のように油圧制御機構２６に固定されている。軸受３２は保持フレーム２に着脱可能に固定されており、出力軸１０の回転の際にこの軸受インナーリング又はアウターリングは不動のままである。
【００３１】
本発明の無段変速機の運転中に、例えば自動車の原動機からのトルクは入力軸３及び圧着機構４、３５を介して入力ディスク１５へ伝達され、入力ディスク１５は伝達されたトルクを所属の摩擦ローラを介して出力ディスク１６へ伝える。また、入力ディスク１５のトルクはキー結合部２５を介してトルク軸３４へ伝達され、所属の軸受１３を介して入力ディスク５へ伝えられ、入力ディスク５は所属の摩擦ローラを介して出力ディスク６を負荷する。要するに、第１の変速機ユニットにおいても第２の変速機ユニットにおいてもトルクは入力ディスクからディスク相互間に配置されてプレセットされた傾斜平面内で転動する摩擦ローラを介して出力ディスクへ伝達される。
【００３２】
両方の出力ディスク６、１６は共通に歯車８を負荷し、歯車８は出力を被動歯車９を介して所望の変速比で出力軸１０へ伝達する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による無段変速機の鉛直断面図。
【図２】図１中のII−II線に沿って９０度ずらして示す断面図である。
【符号の説明】
１ケーシング
２保持フレーム
３入力軸
４圧着機構
５入力ディスク
６出力ディスク
７軸受支持部材
８歯車
９歯車
１０出力軸
１１摩擦ローラ
１２保持体
１３軸受
１４ブッシュ
１５入力ディスク
１６出力ディスク
１７中空室
１８軸線
１９固定部材
２０固定部材
２１摩擦ローラ
２２保持体
２３軸受
２４軸受
２５キー結合部
２６油圧制御機構
２７中空室
２８上部フレームクランプ
２９下部フレームクランプ
３０固定部材
３１保持部分
３２軸受
３３ニードル軸受
３４トルク軸
３５ディスク
３６スラストディスク
３７軸受
３８ねじ孔
３９ねじ孔
４０上部の横ヨーク
４１上部の横ヨーク
４２ピン
４３ピン
４４耳部
４５中央開口
４６固定部材
４７固定部材
４８ピン
４９ピン
５０下部の横ヨーク
５１下部の横ヨーク
５５インナーリング
５６アウターリング
５７キー結合部
５８つば部
５９止めリング
６０止めリング

Claims

摩擦ローラ式無段変速機であって、
ケーシング（１）と、
入力軸（３）と、
入力軸（３）に対して同軸的に配置されたトロイダル形の内面をなす２つの入力ディスク（５、１５）と、
入力軸（３）に対して同軸的に配置されて両方の入力ディスク（５、１５）をトルク伝達式に結合しているトルク軸（３４）と
入力軸（３）に対して同軸的に配置されてトルク伝達式に結合されたトロイダル形の内面をなす２つの出力ディスク（６、１６）であって、各１つの出力ディスクが各１つの入力ディスクと対をなすとともに、両方の出力ディスク（６、１６）が互いに鏡面対称に並んで配置されている、２つの出力ディスク（６、１６）と、
各１対の入力ディスク及び出力ディスクの内面相互間に旋回可能に配置され、入力ディスクから対をなす出力ディスクへトルクを伝達するための複数の摩擦ローラ（１１、２１）と、
各摩擦ローラ（１１、２１）用の各一つの支持体（１２、２２）と、
各支持体（１２、２２）用の旋回機構と、
一方の入力ディスク（１５）を他方の入力ディスク（５）への方向並びに出力ディスクへの方向で加圧下で負荷を及ぼすために一方の入力ディスク（１５）と協働する１つの圧着機構（４）と、
２つのかみ合う歯車を有する歯車装置（８、９）であって、一方の歯車（９）が出力軸（１０）と結合されていて、他方の歯車（８）が両方の出力ディスク相互間に配置されていてこれら出力ディスクから伝達すべきトルクを受ける、歯車装置（８、９）と、
１つの軸受支持機構（７、３１）であって、この軸受支持機構（７、３１）内において、出力ディスクとトルク伝達式に結合された歯車（８）が少なくとも１つの軸受（２４）を介して支承されるとともに出力軸（１０）の一端が軸受（３２）を介して支承されている、軸受支持機構（７、３１）と、を備えた形式のものにおいて、
ケーシング（１）に１つの保持フレーム（２）が着脱可能に固定されており、
この保持フレーム（２）は上部フレームクランプ（２８）と下部フレームクランプ（２９）とを有しており、
軸受支持機構（７、３１）は１つの軸受支持部材（７）と１つの別個の保持部分（３１）から成っており、
軸受支持部材（７）は、鉢形をなしており、かつ、上部フレームクランプと下部フレームクランプとを互いに結合しており、
下部フレームクランプは開口（４５）を有し、開口（４５）に出力軸の歯車（９）及び保持部分（３１）が入り込んでおり、
出力軸（１０）の一端を支承している軸受（３２）が保持部分（３１）内に配置されていることを特徴とする、摩擦ローラ式無段変速機。
出力軸（１０）の軸受（３２）は、半径方向から見た場合には歯車（９）によって包囲されていて、かつ、出力軸（１０）の軸受（３２）は、側面から見た場合には歯車装置（８、９）に対して同心的に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の摩擦ローラ式無段変速機。
保持部分（３１）はケーシング（１）及び保持フレーム（２）の両方のうちの少なくとも一方に支えられていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の摩擦ローラ式無段変速機。