JP4391599B2 - 増幅されたストローク力を発生可能な連続的に可変の流体静力学的伝動比率コントローラ - Google Patents

Description

関連特許の説明
本発明は米国特許第5, 423, 183号、第5, 486, 142号、第5, 524, 437号、第5, 535, 589号、及び第5, 678, 405号に開示された種類の連続的に可変の伝動に特に応用可能な改良された比率コントローラに関する。
技術分野
本発明は流体機械、特に原動機から動力を連続的に(無限に)可変の伝動比率で負荷に伝動することができる流体トランスミッションに関する。
背景技術
引用した特許では、くさび形斜板カムの対向する側に対向して軸方向に整合する関係で位置する、流体ポンプユニット及び流体原動機ユニットを含むものとして開示されている。この流体ポンプユニットは流体原動機により駆動される入力軸に接続されている一方、固定的な伝動ハウジングに接地されている。入力軸と同軸でかつ負荷に駆動的に結合している出力軸がトルク結合関係で斜板カムに接続されている。流体ポンプユニットが流体原動機により駆動されるとき流体はポンプと原動機の間で斜板カム中の孔を通って前後にポンプ輸送される。結果として、全て同じ方向に作用していいる三つのトルク成分が斜板カム上に作用して出力トルクを出力軸に生じさせ負荷を駆動する。これら三つのトルク成分の二つは原動機ユニットにより斜板カム上に作用する機械的成分である。第三の成分は、斜板カムのくさび形に起因するいろいろな表面領域である、斜板カムの孔の周囲方向の対向する端部表面、に作用する流体圧によりつくられる異なる力の結果として得られれる純粋な流体静力学的成分である。
出力軸へのくさび形斜板カムのトルク結合接続により、出力軸の軸に関して斜板カムの角度的方向が変更可能となる。斜板カム入力面、これは原動機ユニットに並置されている、が出力軸の軸に垂直であるとき伝動比率、例えば速度比は0:1(ニュートラル)に設定される。一方、原動機ユニットに並置され入力軸から角度的に変位している、斜板カムの出力面が出力軸の軸に垂直になるとき、伝動は1:1に設定される。斜板カムは1:0と1:1の比率位置間のいかなる角度方向に対しても旋回する(ストロークする)ことができるので、伝動の速度比率は連続的に(無限に)可変である。
引用した特許に開示した流体トランスミッションでは、伝動比率を変更するためくさび形斜板カムをストロークさせるコントローラーのいろいろな実施例が開示されている。これら比率コントローラーの実施例は、単一の二重作動ピストン、又は斜板カムの孔からの加圧流体により対向する軸方向に駆動され、ストロークの力(モーメント)を斜板カム上に作用させて斜板カムの角度的方向を変化させ、かくして伝動比率を増加(アップストローク)又は減少(ダウンストローク)させる、一対の対向するピストンのいずれかを利用している。これら作動しているピストンが作用するストロークの力は単に流体圧と、これに曝されているピストン面の面積との積に過ぎない。不幸にも伝動比率を設定するためピストンにより発生した力及び伝動比率を変更するに必要なストロークの力は斜板カムの角度的方向にしたがって変化する。例えば、およそ0.5:1の比率のピストンでは、出力軸の軸に関して斜板カムの入力面及び出力面の角度が等しいとき、斜板カムの面に作用する流体ポンプの流体の対向する力は本質的に等しい。かくして、作動ピストンにより斜板カムに作用して斜板カムの0.5:1の比率を設定するに必要な力は最小である。しかし作動ピストンにより生じ、斜板カムを0.5:1の比率位置からアップストローク又はダウンストロークする力は斜板カムの孔から利用可能な流体圧の増加に対して逆比例的に増加しなければならない。この結果作動ピストンは伝動比率を変化させ設定するに必要な力を生じさせるため、0:1の比率位置を超える逆の範囲及び1:1の比率位置を超える制限されたオーバードライブ範囲を含む、利用可能な範囲の比率に亘り十分に大きい面の表面積を有する必要がある。大きい作動ピストンは伝動に大きさと重量を加える。
引用特許に開示された比率コントローラーの他の特徴は、斜板カムが出力軸に固定した横断ピボットピン上に取付けられて出力軸の軸と直角に交差する斜板カムピボットの軸をつくることである。軸方向のストロークの力はついで出力軸の軸から半径方向に変位する位置にて斜板カムに作用し伝動比率を変化させ設定するに必要なモーメントを発生する。不幸にもこれらモーメントは出力軸に曲げる力を作用させ、ベアリング及び支持構造に高い負荷をかけ、出力軸の屈折の原因となる。したがって出力軸及びその支持成分はかかるモーメントに対抗する大きさでなければならない。これは伝動に対してコストに加えてさらに大きさと重量が加わる。
発明の開示
本発明の目的は改良された連続的に可変の流体トランスミッションを提供することである。
本発明の他の目的は連続的な可変の流体トランスミッションの伝動比率を制御するための設備の改良を提供することである。
本発明のさらに他の目的は引用した米国特許に開示された種類の連続的な可変の流体トランスミッションの改良した比率コントローラーを提供することである。
本発明の別の目的は伝動の大きさ、重量、及びコストの削減に寄与するパッケージ利点を提供する、連続的に可変の流体トランスミッションのための改良した比率コントローラーを提供することである。
これら目的を達成するため本発明の連続的に可変の流体トランスミッションは、ハウジング、このハウジングに軸受けされた入力軸、このハウジングに軸受けされ軸を有する出力軸、入力軸で駆動される流体ポンプユニット、ハウジングに固定された流体原動機ユニット、流体ポンプと流体原動機間に位置し、流体ポンプと流体原動機間でポンプ輸送された流体の流れを受け入れる穴を含む、くさび形斜板カム、及び斜板カムをトルク結合関係にて出力軸に旋回可能に接続するコネクタ、を含む。
この伝動はさらに受け取った加圧流体に結合された第１チャンバーを含む比率コントローラー、第1チャンバー中の加圧流体に曝される第１面表面積を有する第1ピストン、受け取った加圧流体に結合された第2チャンバー、第2チャンバー中の加圧流体に曝される第2面表面積を有する第２ピストンを含み、第2面表面積は第1面表面積より大きく、さらに、斜板カムに接続され、第1チャンバー中の加圧流体により第１方向に駆動され、斜板カムを第1伝動比率変更方向に旋回させる第1モーメントをつくる第1ピストンにより動作すると共に、第2チャンバー中の加圧流体により第１方向に対向する第２方向に駆動され、斜板カムを第2伝動比率変更方向に旋回させる第2モーメントをつくる第2ピストンにより動作する、リンケージ機構をさらに含む。
本発明の特徴にしたがうリンケージ機構は、それぞれ第1及び第2方向に駆動されたとき、第1及び第2ピストンによりリンケージ機構に作用した軸方向の力を、第1及び第2伝動比率変更方向に斜板カムを旋回させるための増幅された第1及び第2モーメントにそれぞれ変換するための有効な構造を有する。
本発明のさらなる特徴と利点は以下に説明され明らかになり、さらに本発明の実施により教示されるであろう。本発明の目的と利点は添付する図面と共に以下の説明で特に指摘した装置及び請求の範囲の記載により認識され得るであろう。
上記の一般的説明と以下の詳細な説明は共に例示的かつ説明的であり請求の範囲の発明のさらなる説明を提供するよう意図している。
添付した図面は本発明の理解を助け、本発明の実施例を説明する明細書中で協力すると共に本発明の原理の説明に役立つよう意図している。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の実施例による改良された比率コントローラーに協働する連続的に可変の流体力学的伝動の部分縦断面図である。
図２は図１の改良された比率コントローラーに使用される制御弁の拡大部分断面図である。
上記図面中、対応する同様な部分には同様な参照番号が附されている。
本発明を実施する最良の方法
図1にみられるように、参照番号10で示される連続的に可変の流体力学的伝動は基本構成成分として、参照番号12で部分的に示されるハウジングを含み、これに入力軸14及び出力軸16が同軸の概ね端部対端部関係にて軸受けされている。ハウジングの外部の入力軸の端部は原動機(図示せず)への接続を駆動するようになっているが、ハウジングの外部の出力軸の端部は負荷(図示せず)への接続を駆動するようになっている。入力軸14は参照番号18で示される流体ポンプユニットを駆動する。参照番号20で示される流体原動機ユニットは流体ポンプユニット18に対して軸方向に対向する関係にてハウジング12に接地されている。くさび形斜板カム22は流体ポンプユニットと流体原動機ユニット間の位置で出力軸に駆動可能に接続されており、流体ポンプユニットと流体原動機ユニット間の流体のポンプ輸送による交換を可能にする孔が設けられている。本発明にしたがって構成された比率コントローラー24は、出力軸の軸25に関して斜板カムの角度方向を旋回的に調節するため斜板カムに連結され、これにより入力軸速度に対する出力軸速度の伝動比率を設定する。
詳細な図1をみると入力軸14の内部の円筒端部は、軸方向に突出して角度的に間隔をとった複数のポスト28にしてその各々が環状ポンプのシリンダーブロック34の別体シリンダー32中でそれぞれ往復しているポンプピストン30を自在取り付けする上記複数のポスト28を取り付ける、半径方向に延びるキャリアー26に結合されている。ピストンキャリアー26の円筒状延出部は、ポンプユニット18が入力軸14により駆動され回転すると前進運動をするための、ポンプのシリンダーブロック34を取り付けるよう機能する環状の丸いベアリング36を取り付ける。
流体原動機ユニット20は本質的に流体ポンプユニット18と同等である。しかし環状の流体原動機ピストンキャリアー38、これは回転するポンプピストンキャリアー26と同等であるが、環状に整列したポスト40によりハウジング12に接地されている。このポスト40はその自由端で流体原動機ピストン42を自在取り付けするよう機能している。これら流体原動機ピストンは流体原動機シリンダーブロック44中に設けられたそれぞれのシリンダー43中で往復する。このブロック44は環状の丸いベアリング46を介して流体原動機ピストンキャリアー上に自在取り付けされる。流体原動機ユニット20はハウジング12に接地されているので、流体原動機ピストン42及び流体原動機シリンダーブロック44は回転しない。しかしポスト40への流体原動機ピストンの球形の取り付け及びキャリアー38への流体原動機シリンダーブロックの球形の取り付けは、流体原動機シリンダーブロックの首振り(nutating)前進運動をポンプシリンダーブロックと同じ方法で受け入れる。
液圧ポンプユニット18及び流体原動機ユニット20の詳細な説明のために前述の特許を引用する。これら特許で述べたようにポンプ及び流体原動機シリンダーブロックの対向面は斜板カム22の入力22ａ面及び出力22ｂ面との間で滑り界面接触するよう圧入される。斜板22の入力面と出力面は角度的に鋭角に指向してくさび形の斜板カム形を提供する。斜板カムの入力面と出力面間に延びる孔23は流体ポンプと流体原動機シリンダーの開口25と連通して、流体が流体ポンプユニットと流体原動機ユニット間で前後にポンプ輸送され斜板カム中に流体静力学的出力トルクが生じる。
図１をなお参照すると、ポンプ18、流体原動機20流体ユニット、及び斜板カム22にある中央開口を通って延びる出力軸の部分は狭い円筒状区分16Aとして形成される。ローラーベアリング50は入力軸14内に同軸関係で回転するためこの出力軸区分16Aを軸受けするよう機能する。出力軸区分16Aの開いた内部はその内部端末でプラグ52により閉鎖され、参照番号53で示すようにその外端部において固体出力軸16の内端部との駆動接続のためにスプラインが設けられている。ピボットピン54が出力軸区分16Aを横断して延び、出力軸の軸25と直角に交差するピボット軸の周りの比率変更旋回運動のために斜板カム22を取付けるよう機能する。その内部端末に隣接する出力軸区分16Aの軸方向孔はシリンダー56を提供して作動ピストン58をピボットピン54の左側へすべり受承させる。作動ピストン58の左端面59、シリンダー56、及びプラグ52は、参照番号63にて図解的に示される液圧流体回路を介して斜板カムの高圧側だけに接続されるチャンバー60を画成する。かかる流体回路がいかに形成されて斜板カム22の高圧側からの加圧流体を出すことができるかの例が米国特許第5, 423, 183号及び第5, 535, 589号に開示されている。第5, 535, 589号特許の流体回路150は斜板カムの低圧側だけに接続するよう構成されているが、斜板カムの高圧側だけに接続するためには、本発明にしたがえば単に第5, 535, 589号特許のチェックバルブ154の流れ方向を逆にすることでよい。この明細書では流体回路63は63ａで示されるように、かかるチェックバルブを含む。
参照番号62で示すように、作動ピストン58を通過してチャンバー60から流体が漏洩することを防止するためピストンリングが設けられる。
ピボットピン54の出力(右)側に、L形断面のスリーブ64が固定的な流体原動機ピストンキャリアー38の中央開口内に嵌まり、環状シリンダー66を形成して環状作動ピストン68を滑り受承する。かくして環状チャンバー70がピストン68の右端面67と、シリンダー66の右端部を閉鎖するスリーブ64との間に画成される。本発明の特徴にしたがうと、作動ピストン68の右端面の面積は作動ピストン58の左端面の面積より大きい。
作動ピストン68の左端部には切り込みが設けられスラストベアリング72の外環を受け入れるようになっている。作動ピストン68の右端部は出力軸区分16Aに摺動可能に取り付けられたカラー74に設けた補足切り込みに受承される。環状チャンバー70は、参照番号76で示され図2に詳細に開示される流体回路によって、参照番号78にて示される制御弁に流体結合される。
さらに図1に示すように、三角形のクランクアーム80が頂部に設けられ、ピボットピン54が穴80に嵌合し、これによりクランクアームが、出力軸の軸25と概ね整合する出力軸区分16Ａ内の中央置にて旋回可能に取り付けられる。このクランクアームは出力軸区分16Aの中の軸方向に延びたスロット79を通ることに依存し、ピン80ｂを第２頂部にてピボットピン54の左側に取り付け、ピン80ｃを第３頂部にてピボットピン右側に取り付ける。クランクアーム80に対し正反対に対向する関係にて位置する、軸方向に延びる駆動アーム82がピン80ａをその左側で、ピン80ｂをその右側で支持する。駆動アーム82の上縁部に切り込み82ｃが形成され、斜板カム22上に生じた半径方向かつ内方に延びるトルク83を受承し、駆動アームを斜板カムに接続する。駆動アーム82は出力軸区分16A中の軸方向に延びるスロット81を介して受承され、駆動アームを支持するクランクアーム80の丸い頂部と一致するよう曲がっている下縁部を有する。一対のリンク84がピン85により旋回可能に相互結合されナックル86を設けている。リンクの自由端は開口を有し、駆動アーム82ｂ及びクランクアームピン80ｃをそれぞれ受承する。リンク88の鋭角形はこれらを近接した関係にて出力軸区分16Aの周囲に沿って延出させる。図1に見られるように、リンク84のナックル86は作動ピストン58の右面61に係合するよう位置し、リンク88のナックル90は、スラストワッシャー72により作動ピストン68に接続されている、カラー74の左縁部に係合するよう位置する。
以下の説明から判るように旋回可能に相互結合されたクランクアーム80、駆動アーム82、及びリンク対84及び88の構造は、作動ピストン68及び58によりつくられた軸方向の力を、斜板カムの配向に無関係に無限に可変の伝動比率角度位置に斜板カム22をストロークするに十分な力の斜板カム22に作用した増幅されたモーメントに変換する能力を有する機構を提供する。
図2に再びかえると、制御弁78は伝動ハウジング12に取り付けた弁体92を含み、バルブスリーブ96を滑り受承する穴94を有する。上部環状キャビティ98及び下部環状キャビティ100は穴94の表面に機械で加工される。流体回路102の外部端末はキャビティ98と流体連通して、このキャビティに斜板カム22の高圧側から出た流体を供給する。米国特許第5, 486, 142号にはかかる流体回路がどのように設けられたかの例が開示されている。キャビティ100は弁体92及び流体原動機ピストンキャリアー38中に形成した通路により設けられた流体回路76によって作動チャンバー70に結合される。弁スリーブ96の壁を穿孔してつくられた孔104は環状キャビティ100と弁スリーブ内部97間の流体連通を提供する。弁スリーブ96の壁を穿孔してつくられた孔106は弁スリーブ内部と弁体の穴94中の環状キャビティ100間の流体連通を提供する。
クランク110がその上端部にて弁体92にピン111により旋回可能に取り付けられている。リンク112がクランク110の下端部でピン113により旋回可能に接続されている。このリンクの自由端はペグ116の上端部を旋回可能に取り付けるためのピン114を支持している。このペグの下端部は作動ピストン68に穿孔してつくった穴117中に把持されている。クランク110は又、スリーブ96の下端部で支持された横断ピン119を受承するためのスロット118を提供する二叉に分岐する突起を含む。この説明から判るように、作動ピストン68は弁スリーブ96に連結されており、この作動ピストンの運動及び位置は弁スリーブを弁の穴94中に移動し位置決めさせるに有効である。弁78の構成的説明の結論として、弁スリーブ76内に摺動可能に取り付けているのはその下端部において円筒状ランド122を、その上端部において円筒状ランド124を、有する弁スプール120である。ランド122は弁スリーブ96中の孔106を開閉するよう作動する。ランド124は単にベアリング面として、弁スリーブ96内に同軸状にある弁スプール120の円滑な滑り運動を確保するよう機能する。弁スリーブ96内の弁スプール120の同軸状の位置を変化させるために、弁スプールの上端部はリードスクリュー126に接続されている。このスクリューは弁体92の上端部で取り付けられているステッパーモーター128によって駆動される。
制御弁78の説明から、弁スプール120が弁スリーブ96を介して下方に進むとき、ランド122が孔106を開いて孔104と流体連通させ、環状キャビティ98中にある高圧流体がキャビティ100中に流れ、流体回路76を通って作動チャンバー70に圧力をかけ得ることが判る。一方、弁スプール120がステッパーモーター128により上方に引張られるとき、ランド122は孔106を開けて作動チャンバー70をランド122の下方の弁スリーブ96の下端部に存在する大気圧に通気させる。
上記したように、図１の作動チャンバー60は流体回路62を介して斜板カム22の高圧側にある流体圧まで連続的に圧力がかけられる。かくして作動チャンバー70が弁78により大気圧に通気されるとき、チャンバー60内の高流体圧が十分な力を作動ピストン58の面59に作用してこのピストンを右方に駆動する。作動ピストン58の面61はナックル86を駆動するようこれに係合してリンク84を直線状にする。かくして概ね上向きの力がピン82ａに作用し、概ね下向きの力がピン82ｂに作用する。クランクアーム80がピボットピン54上で反時計方向に自由に旋回し、一方駆動アーム82が時計方向に揺動し、この結果斜板カム22が時計方向に旋回して伝動比率を大きくする。同時に、クランクアーム80が反時計方向に旋回すると概ね上向きの力がピボットピン84の上に作用し、駆動アーム82が時計方向に揺動すると概ね下向きの力がピン82ｃの上に作用する。かくしてリンク88は折りたたまれ、ナックル90への右向きの力をつくり、これは順次、カラー74とスラストベアリング72を介して作動ピストン68を右方向へ駆動する。チャンバー70は大氣圧に通気しているので、作動ピストン68は斜板22を時計方向にストロークする際、作動ピストン58の軸方向駆動力に僅かな抵抗を与えて伝動比率を大きくする。
伝動比率を低くするには弁スプール120をステッパーモーター128により下方に動かして孔106を開け、作動チャンバー70を流体回路102、キャビティ98、及び孔104を介して斜板カムの高圧側に存在する流体圧まで圧力がかけられる。作動チャンバー60及び70は同じ高流体圧まで高められるが、作動ピストン68に作用する左向きの力は作動ピストン58に作用する右向きの力より大きい。その理由は作動ピストン68の面67は作動ピストン58の面59の面積より大きい面積を有するからである。かくして作動ピストン68によりリンク88のナックル86に作用する軸方向の力は、作動ピストン58によりリンク84のナックル86に作用した右向きの力より大きい。ナックル90が左方に駆動されるとリンク88が直線状になり概ね上向きの力をピン82ｂに、下向きの力をピン84に作用させる。クランクアーム80が時計方向に回転して概ね上向きの力をピン80ｂに作用させる一方、ピン82ｂに作用する概ね上向きの力が駆動アーム82を反時計方向に揺動させてピン82ａに下向きの力を作用させる。リンク84は折りたたまれてナックル86を左方向の駆動し、これは順次、斜板カム22が反時計方向に押されて伝動比率が小さくなるとピストン58を左方に駆動する。
リンク84及び88の互いに旋回可能な相互結合及びアーム82及びクランクアーム80を駆動する構造的関係により、ナックル86及び90上の作動ピストン58及び68により生じた軸方向の力は、出力軸の軸25に対するリンクの角度の接線に等しい、駆動アーム及びクランクにかかる垂直方向の力をつくる。したがって例えば、若し軸25に対するリンク88の角度が図1に概ね示されるように75度に等しい場合、リンク88が直線状になるとピン82ｂ及び80ｃに作用する垂直方向の力は作動ピストン68によりナックル90に作用する左向き軸方向の力の75度倍の接線に等しくなる。かくして作動ピストン68により作用する軸方向の力はピン80ｃ及び82ｂに対する、因数3.732により増幅された垂直方向の力に変換される。この力の増幅は出力軸の軸25に対するリンク88の角度が90度に到達すると増加する。同時にクランクアーム80及び駆動アーム82によりピン80ｂ及び82ａに変換された対向する概ね垂直の力によりリンク84は折りたたみられる。ナックル86における軸方向の力(これは軸25に対するこれらリンクの角度が45度を超える限り拡大される)は作動ピストン86を左方へ駆動する。本発明のこの力増幅の特徴及び作動ピストン68の大きな面面積により、このピストンにより生じた軸方向に押す力を、作動ピストン58を圧倒するばかりでなく、斜板カム22に対する大きな下方にストロークするモーメントを発生させて斜板カムの角向に関係なしに伝動比率を減少させる十分強力なものにすることができる。一定の作動条件下ではリンク84を折りたたむ傾向の、クランクアーム80により作用する力は、ピン82ａに対する概ね下向きの力を生じさせる。これは駆動アーム80による斜板カム22に作用する下向きにストロークする力を補充する。
本発明の追加的特徴として、作動ピストン58及び68により発生する軸方向にストロークルする力は、対向する方向への、概ね垂直方向の力に変換される。この力の大きさは増幅されるが、ナックル85及び89において互いに相殺される。かくして斜板カム22に作用する押す力は出力軸に作用する曲げモーメントにはならない。
再び図2を参照すると、ステッパーモーター128を介して車両運転者制御により設定したスリーブ96内の弁スプール120の軸方向位置は、斜板カム22の所望の角度配向(伝動比率)を確立する。制御弁78の部材が図2に示す位置にあるとき、いかなる特定の伝動比率でも設定することができる。ランド122が孔106を閉塞し、かくして作動チャンバー70に出入りする流体の流れは阻止される。作動チャンバー70中の流体圧は作動ピストン68に力を作用させるに十分な水準にあると考えられる。これは作動チャンバー60内の流体圧によって作動ピストン58に作用する力を正確に均衡させる。これら均衡した対向する方向の力は斜板カム22の所望の比率設定角度配向を維持するに有効な、斜板22に対する均衡のとれた対向するモーメントをつくる。ピストン面70の表面積はピストン面59の表面積より大きいから、比率設定を支持するに必要な作動チャンバー70内の流体圧は作動チャンバー60内の流体圧より低い。
ステッパーモーター128が車両運転者の命令に応答して弁スプール120を下方に駆動するよう作動して伝動比率を減少(車両速度を減少)させるとランド122により孔106が開いて、作動チャンバー70内の流体圧は斜板カム22高圧側の水準、すなわち作動チャンバー60内の流体圧に等しい圧力、にまで増加する。作動ピストン68の大きい面面積のため、このピストンは左方に駆動されて斜板カム22を下方に押すリンク112及びクランク110により設けられた帰還経路により作動ピストン68の左向き運動は弁スリーブ96の下向き運動に変換される。斜板カムが弁スプール120の低下した位置により命令された比率設定位置にまで下方に押されると、弁スリーブ96が下方に引張られて孔106はランド122により完全に閉鎖される。作動チャンバー70はついで孔104及び斜板カム22の高圧側から分離され、チャンバー70内に、作動ピストン68に左向きの軸方向の力を作用させて、作動チャンバー60内の流体圧により作動ピストン58に作用するに十分な水準の流体圧を残す。運転者により命令された斜板カムの下方に押された比率設定は維持される。
逆に、運転者が速度増加を命令すると、ステッパーモーター128は弁スプール120を上方に高い位置まで引きあげる。ランド122は再び孔106の閉塞を解き、しかしここでは作動チャンバー70は弁スリーブ96の開いている下端部を介して大気圧に通気している。作動ピストン58はついで作動チャンバー60中の高流体圧により加圧されて斜板カム22を上方に押し作動ピストン68を右方へ駆動する。弁スリーブ96は、かくしてランド122が再び孔106を完全に閉塞して作動チャンバー70を分離するまで、リンク112及びクランク110の帰還運動を介して上方に駆動される。作動ピストン58及び68の軸方向の力は再び平衡して運転者により命令された斜板カムの新高比率位置を維持する。
上述から、弁スプール120が運転者の比率設定命令に応じて位置し、弁スリーブ96の運動が作動ピストン68、リンク112、及びクランク110により提供された帰還運動を介する斜板カム22の運動を追跡して、運転者の比率設定命令が充足されたときを指示すること、が判る。単一のチャンバー、作動チャンバー70、の中だけの流体圧は斜板カムの比率設定を維持すると共に、斜板カム22を上方及び下方に押すために制御されることも注目される。作動チャンバー60は斜板カム22の高圧側に連続的に流体結合され、作動ピストン58と共に出力軸区分16Aに含まれるので、流体回路62により課された高PV(圧力／速度)流体密封要件が緩和される。作動チャンバー70は成分が固定的である伝動の液圧原動機ユニット側に位置するので、普通譲渡された同時係属中の1996年2月28日出願の連続番号第089／608, 389号の中で検討された方法における、流体回路76及び102のための流体密封には左程関心は無い。
ステッパーモーター128による弁スプール位置決めは運転者の入力、及び流体圧、入力軸速度、そして出力軸速度のような、伝動10のいろいろな動作パラメーターに応答するデジタルプロセシング回路によって制御することができることは評価されるであろう。ステッパーモーター128の回転又は部分回転(ステップ)は弁スプール96の限定された運動となり、これは順次、斜板カムのストロークの限定された増加をつくる。かくして極めて正確な斜板カム比率設定が達成される。ステッパーモーターが段階的に動作しないときは、斜板カム22の比率設定角度位置がそうであるように、弁スプール120は静止している。
本発明の連続的に可変の流体トランスミッション及び説明した構造に各種の修正と改変とが本発明の範囲と精神から逸脱することなしになされることは当業者には明らかであろう。当業者には本発明の他の実施例も明細書の記載とここに開示された本発明の具体例から明らかになるであろう。例えば作動ピストン58及び68の両者共出力軸区分16Aの内部に設けられ、又は出力軸区分を同軸的に包囲する環状成分として設けることができる。したがって明細書と図面は例示的のみに考慮されることを意図しており、本発明の真の範囲と精神は以下の請求の範囲に示されている。

Claims (18)

1. 連続的に可変の流体トランスミッションにして、
   ハウジング(12)と、
   前記ハウジング(12)に軸受けされた入力軸(14)と、
   前記ハウジング(12)に軸受けされ、軸(25)を有する出力軸(16)と、
   前記入力軸(14)で駆動される流体ポンプユニット(18)と、
   前記ハウジング(12)に固定された流体原動機ユニット(20)と、
   前記流体ポンプ(18)と前記流体原動機ユニット(20)間に位置し、前記流体ポンプ(18)と前記流体原動機(20)間でポンプ輸送された流体の流れを受け入れる孔(23)を含むくさび形斜板カム(22)と、
   前記斜板カム(22)をトルク結合関係にて前記出力軸(16)に旋回可能に接続するコネクタ(54)と、及び
   比率コントローラー(24)にして、
   受け入れた加圧流体に接続された第１チャンバー(60)と、
   前記第１チャンバー(60)中の加圧流体に曝される第１面面積(59)を有する第１ピストン(58)と、
   受け入れた加圧流体に接続された第２チャンバー(70)と
   前記第２チャンバー(70)中の加圧流体に曝される第２面面積(67)を有する第２ピストン(68)にして、前記第２面面積(67)は前記第１面面積(59)より大きい前記第２ピストン(68)と、を含み、
   前記第１及び第２ピストン(58, 68)の少なくとも一つは前記出力軸(16)の内部に設けられた前記比率コントローラー(24)と、及び
   前記斜板カム(22)に接続されたリンケージ機構(80, 82, 84, 88)にして、前記第１チャンバー(60)中の前記加圧流体により第１方向に駆動され、前記斜板カム(22)を第１伝動比率変更方向に旋回させる第１モーメントをつくる前記第１ピストン(58)により動作すると共に、前記第２チャンバー(70)中の前記加圧流体により前記第１方向に対向する第２方向に駆動され、前記斜板カム(22)を第２伝動比率変更方向に旋回させる第２モーメントをつくる前記第２ピストン(68)により動作する、前記リンケージ機構(80, 82, 84, 88)と、
   の組合わせを含むことを特徴とする、前記連続的に可変の流体トランスミッション。
2. 前記第１及び第２ピストン(58, 68)の少なくとも一つは前記出力軸(16)を同軸的に包囲する環状部材として設けられた、請求項１の流体トランスミッション。
3. 前記第１チャンバー(60)及び前記第１ピストン(58)は前記出力軸(16)の内部に設けられ、前記第２チャンバー(70)及び前記第２ピストン(68)は前記出力軸(16)を同軸的に包囲する環状部材として設けられた、請求項１の流体トランスミッション。
4. 前記第１チャンバー(60)は前記斜板カム(22)の高流体圧側に独占的に流体結合され、前記比率コントローラー(24)は前記第２チャンバー(70)中の流体圧を選択的に制御するよう作動する制御弁(78)をさらに含む、請求項１の流体トランスミッション。
5. 前記制御弁(78)は選択的に位置して
   １）前記第２チャンバー(70)を閉じて前記第１及び第２ピストン(58, 68)のそれぞれ第１及び第２方向への被駆動運動を禁止し、これにより前記斜板カム(22)の伝動比率設定角度位置を維持し、
   ２）前記第２チャンバー(70)を通気し、これにより前記第１方向への前記第１ピストン(58)の被駆動運動を可能にして前記斜板カム(22)を前記第１伝動比率変更方向へ旋回させ、
   ３）前記第２チャンバー(70)を前記斜板カム(22)の高流体圧側に結合し、これにより前記第２ピストン(68)の前記第２方向への被駆動運動をつくり前記斜板カム(22)を前記第２伝動比率変更方向へ旋回させる、請求項４の流体トランスミッション。
6. 前記制御弁(78)は、長手孔(94)及び前記長手孔(94)の表面に軸方向に置き代わった位置にて第１及び第２の軸方向に延びたキャビティ(98, 100)、前記第１キャビティ(98)を前記斜板カム(22)の高流体圧側に結合する第１通路(102)、及び前記第２キャビティ(100)を前記第２チャンバー(70)に結合する第２通路(76)を有する弁体(92)と、前記長手孔(94)中に配設され、前記第１キャビティ(98)に開放されている第１半径孔(104)及び前記第２キャビティ(100)に開放されている第２半径孔(106)を有する長手弁スリーブ(96)と、及び
   前記長手弁スリーブ(96)中に摺動可能に受承され、前記第２半径孔(106)を開閉するためのランド(122)を有する弁スプール(120)と、を含む、請求項５の流体トランスミッション。
7. 前記比率コントローラー(24)は運転者が選択した伝動比率設定にしたがって前記弁スリーブ(96)内の前記弁スプール(120)の軸方向位置を調節するよう接続されたアクチュエーター(128)をさらに含む、請求項６の流体トランスミッション。
8. 前記比率コントローラー(24)は前記第２ピストン(68)と前記弁スリーブ(96)を相互接続して、前記斜板カム(22)の角度的伝動比率設定位置にしたがって前記弁体(92)内の前記弁スリーブ(96)の軸方向の位置決めをするフィードバックリンケージ(112)をさらに含む、請求項７の流体トランスミッション。
9. 前記弁スリーブ(96)は、前記アクチュエーター(128)により軸方向に位置決めされて前記斜板カム(22)の前記第１伝動比率変更方向への旋回運動をつくるとき、前記第２孔(106)が前記弁スプール(120)により流体連通下に置かれる通気開口を含む、請求項８の流体トランスミッション。
10. 前記リンケージ機構(80, 82, 84, 88)は前記第１及び第２ピストン(58, 68)により前記リンケージ機構(80, 82, 84, 88)に作用した軸方向の力を、それぞれ第１及び第２方向に駆動されるとき、増幅された第１及び第２モーメントに変換して前記斜板カム(22)をそれぞれ前記第１及び第２伝動比率変更方向に旋回させるに有効な構造を有する、請求項１の流体トランスミッション。
11. 前記コネクタ(54)は、前記出力軸(16)に固定され、前記出力軸(16)の軸に交差するピボット軸を有する横断ピボットピン(54)を含み、前記リンケージ機構(80, 82, 84, 88)は、前記ピボット軸から半径方向に置き代わった位置における前記斜板カム(22)への接続部、及び前記ピボット軸からそれぞれの対向軸方向に置き代わった第１及び第２接続点(82a, 82b)を有する、軸方向に延びた駆動アーム(82)と、
    前記ピボットピン(54)により実質的に正反対に対向する関係に前記駆動アーム(82)に取付けられ、前記ピボット軸からそれぞれの対向軸方向に置き代わった第１及び第２接続点(80b, 80c)を有する、クランクアーム(80)と、
    対応する一端にて旋回可能に相互接続されて第１ナックル(86)をつくり、前記駆動アーム(82)及び前記クランクアーム(80)の前記第２接続点(82a, 80b)にそれぞれ旋回可能に接続された自由端を有する、一対の第１長手リンク(84)と、及び対応する一端にて旋回可能に相互接続されて第２ナックル(90)をつくり、前記駆動アーム(82)及び前記クランクアーム(80)の前記第２接続点(82b, 80c)にそれぞれ旋回可能に接続された自由端を有する、一対の前記第２長手リンク(88)と、を含み、
    これにより、前記第１ピストン(58)により前記第１ナックル(86)に作用した軸方向の力が、前記第１軸方向に駆動されるとき、前記第１リンク(84)を直線状にし、前記第２リンク(88)を折りたたんで前記第２ピストン(68)を前記第１軸方向に駆動し、前記増幅された第１モーメントを前記斜板カム(22)に作用させ、前記第２ピストン(68)により前記第２ナックル(90)に作用した軸方向の力が、前記第２軸方向に駆動されるとき、前記第２リンク(88)を直線状にし、前記第１リンク(84)を折りたたんで前記第１ピストン(58)を前記第２軸方向に駆動し、前記増幅された第２モーメントを前記斜板カム(22)に作用させる、請求項１０の流体トランスミッション。
12. 前記第１チャンバー(60)及び前記第１ピストン(58)は前記出力軸(16)の内部に設けられ、前記第２チャンバー(70)及び前記第２ピストン(68)は前記出力軸(16)を同軸状に包囲する環状部材として設けられる、請求項１１の流体トランスミッション。
13. 前記第１チャンバー(60)は前記斜板カム(22)の高流体圧側に独占的に流体結合され、前記比率コントローラー(24)は前記第２チャンバー(70)中の流体圧を選択的に制御するよう作動する制御弁(78)をさらに含む、請求項１２の流体トランスミッション。
14. 前記制御弁(78)は選択的に位置して
    １）前記第２チャンバー(70)を閉じて前記第１及び第２ピストン(58,68)のそれぞれ第１及び第２方向への被駆動運動を禁止し、これにより前記斜板カム(22)の伝動比率設定角度位置を維持し、
    ２）前記第２チャンバー(70)を通気し、これにより前記第１方向への前記第１ピストン(58)の被駆動運動を可能にして前記斜板カム(22)を前記第１伝動比率変更方向へ旋回させ、
    ３）前記第２チャンバー(70)を前記斜板カム(22)の高流体圧側に結合し、これにより前記第２ピストン(68)の前記第２方向への被駆動運動をつくり前記斜板カム(22)を前記第２伝動比率変更方向へ旋回させる、請求項１３の流体トランスミッション。
15. 前記制御弁(78)は、長手孔(94)及び前記長手孔(94)の表面に軸方向に置き代わった位置にて第１及び第２の軸方向に延びたキャビティ(98, 100)、前記第１キャビティ(98)を前記斜板カム(22)の高流体圧側に結合する第１通路(102)、及び前記第２キャビティ(100)を前記第２チャンバー(70)に結合する第２通路(76)を有する弁体(92)と、前記孔(94)中に配設され、前記第１キャビティ(98)に開放されている第１半径孔(104)及び前記第２キャビティ(100)に開放されている第２半径孔(106)を有する長手スリーブ(96)と、及び前記弁スリーブ(96)中に摺動可能に受承され、前記第２半径孔(106)を開閉するためのランド(122)を有する弁スプール(120)と、を含む、請求項１４の流体トランスミッション。
16. 前記比率コントローラー(24)は運転者が選択した伝動比率設定にしたがって前記弁スリーブ(96)内の前記弁スプール(120)の軸方向位置を調節するよう接続されたアクチュエーター(128)をさらに含む、請求項１５の流体トランスミッション。
17. 前記比率コントローラー(24)は前記第２ピストン(68)と前記弁スリーブ(96)を相互接続して、前記斜板カム(22)の角度的伝動比率設定位置にしたがって前記弁体(92)内の前記弁スリーブ(96)の軸方向の位置決めをするフィードバックリンケージ(112)をさらに含む、請求項１６の流体トランスミッション。
18. 前記弁スリーブ(96)は、前記アクチュエーター(128)により軸方向に位置決めされて前記斜板カム(22)の前記第１伝動比率変更方向への旋回運動をつくるとき、前記第２孔(106)が前記弁スプール(120)により流体連通下に置かれる通気開口を含む、請求項１７の流体トランスミッション。

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