JP4395513B2 - 変速機用可変装置構成 - Google Patents

Description

本発明は、シャフトと、シャフトに回転固定(rotationally fixed)可能に接続された可変装置ディスクと、前記可変装置ディスクと同心にシャフトに固定（強固に接続）された支持ディスクとを有し、前記可変装置ディスクが、トルクを伝達するためのトラクション領域を支持ディスクとは反対側に備えている連続可変変速機（無段変速機）用可変装置（バリエータ機構）構成に関する。
この可変装置構成が用いられる連続可変変速機は、２つの可変装置ディスクであって、この２つの可変装置ディスクの間にトロイダル空間が形成される２つの可変装置ディスクと、トロイダル空間に配置され、一方の可変装置ディスクから他方の可変装置ディスクへ回転駆動力を伝達するためのローラとを備えている。

このタイプの可変装置構成は、トロイダル変速機において使用されるが、例えば、ＣＶＴ変速機においても使用される。
トロイダル変速機は、２つの可変装置ディスク（バリエータディスク）を有する少なくとも１つの可変装置（バリエータ）を備えている。ディスクは、対向する環状のトラクション領域を有し、これらはトロイダル空間を形成する。複数のローラが、トロイダル空間内に配列され、一方の可変装置ディスクから他方の可変装置ディスクへとトルクを伝達するために可変装置ディスクと係合している。このタイプのトロイダル変速機は、一般的に公知である。

トルクを伝達するために、先行技術の可変装置ディスクは、通常、中央領域においてギア噛合部によって確動的（positive manner）にシャフトと接続されている。
特にローラの変位の際に、大きな軸方向接触力により、ギア噛合部の周辺において可変装置ディスクに高負荷が発生する。これは、過度の応力を招き、結果的に故障を生じるおそれがある。

さらに、特に、可変装置ディスク材料は、通常、高強度減摩軸受鋼（high strength antifriction bearing steel）であるので、ギア噛合部の作成には費用がかかる。
大きな軸方向力をより良く吸収可能とするためには、可変装置ディスクには、時として、支持ディスクが設けられており、可変装置ディスクのトラクション領域とは反対側に配置されている。支持ディスクによって、可変装置ディスクは、低質量、低重量となり、結果的に費用が節減される。この場合、支持ディスクは、通常、周方向に関して確動的にシャフトと接続されている。この接続は、ギア噛合部によって可能となるが、支持ディスクがシャフトと一体的に形成されていてもよい。

支持ディスクを使用する場合、中央領域においてギア噛合部によって可変装置ディスクをシャフトに接続することも考えられるが、支持ディスクによって可変装置ディスクからシャフトにトルクを伝達することが好ましい。
これは、一般的に非確動的（non-positive）な接続によって行うことができる。これは、支持ディスク上および可変装置ディスク上に適切な設計の軸方向支持面を与えれば、トルクを伝達するために大きな軸方向接触力を利用可能であるからである。この場合、支持領域において鋼／鋼摩擦係数を利用する。

しかし、可変装置ディスクから支持ディスクへのトルクの伝達を、確動的に行うこともできる。この場合、可変装置ディスクを支持ディスクの中央領域に確動的に接続することが一般的に考えられる。しかし、接線方向の力（tangential force）を低減するためには、トルクを支持ディスクまたは可変装置ディスクの外周領域において伝達することがより好ましい。

同様に、ここで外周領域にギア噛合部を設けることが一般的に考えられるが、支持ディスクおよび可変装置ディスクの対応する半径方向凹部において、球体などの確動接続素子を用いることがより好ましいと考えられる。
これらの方法は、可変装置ディスクと支持ディスクとの確動接続の領域において、ノッチ効果（notch effect）による過度の応力が発生するという共通点がある。

したがって、本発明の目的は、可変装置ディスクと支持ディスクとの確動接続が改善された可変装置構成を提供することにある。

上記目的は、序論に記載されている可変装置構成の場合において、可変装置ディスクとシャフトとの一体回転可能な固定接続のために、可変装置ディスクと支持ディスクとが、シャフトに垂直な断面においてほぼ凹形状の凹部を少なくとも各１つ有し、これらの凹部が協働して、前記断面においてほぼ凸レンズ形状の確動接続素子を保持し、前記断面において、確動接続素子の厚み方向が、可変装置ディスクまたは支持ディスクの径方向に沿っており、可変装置ディスクの凹部、および支持ディスクの凹部は、確動接続素子でほぼ完全に満たされていることによって達成される。
この方策によって、可変装置ディスクと支持ディスクとの確動接続を、この接続の領域において過度のノッチ応力を発生させることなく実現することができる。凹形状の凹部および凸レンズ形状の確動接続素子の形状は、ノッチ感度(notch sensitivity)が低い。

さらに、可変装置ディスクと支持ディスクとの間にギア噛合部の必要がない。この様に、材料硬度と高硬度状態での後加工とのトレードオフの必要はない。
さらに、可変装置ディスクと支持ディスクの形状は、簡単かつ費用効果的に形成可能である。
特に、過度の応力の発生が少なくなることは、可変装置ディスクが低質量であってもよく、可変装置構成の軸方向の全長が短くてもよいということを意味する。

結果的に、上記の目的が全て達成される。
ある好適な実施形態において、可変装置ディスクまたは支持ディスクは、支持ディスクまたは可変装置ディスクに対して、可変装置ディスクまたは支持ディスクの径方向に対向する環状カラーを有する。
この実施形態においては、特に好適で材料節約可能な方法で、一方のディスクから他方のディスクヘと大きな軸方向接触力を伝達することができる。

これは、特に、可変装置ディスクが支持ディスクの対向剖と重なる環状カラーを有する場合である。トロイダル変速機用の可変装置構成の場合、環状カラーがトロイドの基準円とほぼ同高（レベル）に配置されていると特に有利である。
この実施形態の場合、可変装置ディスクの凹部が環状カラーの内周に形成され、支持ディスクの凹部が、環状カラーが対向している部分である対向部の外周に形成されていることも特に好ましい。

その結果、可変装置ディスクおよび支持ディスクの凹部は、特に容易に実現可能となる。
更に好適な実施形態によれば、確動接続素子は、少なくとも可変装置ディスク側の一縁部が丸み付けされており、可変装置ディスクの凹部が、前記一縁部に対応して丸み付けされている。

その結果、可変装置ディスクから支持ディスクへの移行領域において発生するノッチ応力が、更に減少する。
支持ディスクの外周または可変装置ディスクの領域に凹部および確動接続素子を配置することが特に好適であることは、自明である。結果的に、可変装置ディスクの中央領域における応力を低減することができ、部材厚を薄くすることができる。全体的な結果としては、質量の低減および慣性モーメントの低減である。

上記および下記の特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、上記の組み合わせだけでなく、他の組み合わせまたは単独でも実施可能であることは、自明である。

以下、本発明の例示的な実施形態をより詳細に説明し、図面で明らかにする。
本発明に係る可変装置構成の好適な実施形態を図１および図２に示す。
可変装置構成１０は、シャフト１２上に取り付けられている。図示の実施形態において、シャフト１２は、トロイダル変速機の入力または出力シャフトである。しかし、本発明に係る可変装置構成は、ＣＶＴ変速機またはその他の変速機においても同様に実施可能である。

可変装置構成１０は、シャフト１２と同心に配置された可変装置ディスク（バリエータディスク）１４を有し、同様にシャフト１２と同心に配置された支持ディスク（サポートディスク）１６を有する。
支持ディスク１６は、その中央領域（hub region）においてスプライン形状部１８によって確動的（positive manner）にシャフト１２に接続されている。

可変装置ディスク１４および支持ディスク１６は、軸方向に相互支持する。この場合、軸方向を横断して整合する可変装置ディスク１４の端部支持面２０および支持ディスク１６の対応する支持面２２とが接触している。
支持ディスク１６は、中央領域において、可変装置ディスク１４側に突出する肩部２４を有する。肩部２４は、内側ギア噛合部を受け、シャフト１２を芯合わせする役割を果たす。しかし、支持ディスク１６は、中央領域における肩部を省略して構成することもできる。

この場合、可変装置ディスク１４の内周２６および肩部２４の外周の寸法は、力またはトルクの伝達がこの支持領域（bearing region）を介して殆ど生じないように選択される。特に、内周２６は、肩部２４の外周を支持しない。
可変装置ディスク１４は、支持ディスク１６とは反対側において、シャフト１２の周囲を取り囲む環状のトラクション領域２８を有する。この場合、トラクション領域２８は、関連する可変装置ディスク（図示せず）の対応するトランクション領域２８と共にトロイダル空間を形成するように形成されている。

可変装置ディスク１４は、トロイドの基準円とほぼ同じ高さ（level）に、支持ディスク１６方向に整合するカラー３０を有する。カラー３０は、支持ディスク１６の外周、より正確には、支持ディスク１６の外周領域における対向部３１（図１に示す）と重なっている。
可変装置ディスク１４の後部輪郭は、３２で示すように、カラー３０からトロイド形状にほぼ従う。後部は、可変装置ディスク１４の外周３４まで延びている。

カラー３０の内周３６は、可変装置ディスクにおける付加的な応力ピークを吸収するために、対向部３１の外周３７を周方向に強固に支持している。したがって、可変装置ディスク１４は、支持ディスク１６の対向部３１の外周３７によって芯合わせされる。
支持ディスク１６の外周３７および可変装置ディスク１４のカラー３０の内周３６の相互に対応する半径は、図１において４０で示されている。

支持ディスク１６の対向部３１には、その周囲に凹断面（concave cross section）の凹部（recess）４２が多数分布している。明確化するために、これらの凹部４２のうち１つのみが図１および図２に示されている。
凹部４２の半径４３は、半径４０よりも小さい。しかし、半径４３、４０は、ほぼ同じであってもよい。さらに、半径４３を半径４０よりも大きくすることも一般的に考えられる。

これに対応して、可変装置ディスク１４は、そのカラー３０の内周３６上に凹断面（concave cross section）の凹部（recess）４４を有する。これらの凹部のうち１つのみが図１および図２に示されている。
凹部４２、４４は、周方向長がほぼ等しい。この場合、カラー３０の内周３６上の凹部４４の半径４５は、半径４０よりも少なくとも若干大きい。

凹部４２、４４は、協働して１つの完全な凹部を形成し、この凹部には、凸レンズ形状断面の確動係止素子（positive locking element）５０が挿入される。
確動係止素子５０は、可変装置ディスク１４の支持面２０上に、軸方向に配置されている。半径方向に突出するフランジ（図２には詳細に示されていない）が、支持ディスク１６上に設けられている。確動係止素子５０は、このフランジに固定されており、軸方向への脱離を防止している。フランジに軸方向の力がかかるのを避けるために、確動係止素子５０は、凹部４２よりも軸方向の幅が若干小さくされている。

この場合、確動係止素子５０の凸形状（convex geometry）の半径は、凹部４２、４４の半径４３、４５に対応している。
特に図３から分かるように、確動係止素子５０は、支持ディスク１６に対向する第１の端部５２を有する。第１の端部５２は、ほぼ平坦である。結果的に、確動係止素子５０は、端部５２の領域において２つの曲線的な縁部（詳細に示されていない）を有している。

確動係止素子５０の反対側の端部５４は、その下部領域においてのみ平坦である。したがって、確動係止素子５０は、端部５４の領域において、半径４３により定義される形状の曲線的な縁部を有する。
他方、対応する上端は、図３および図２において５６で示すように、丸み付けされている。

可変装置ディスク１４のトラクション領域２８に作用する軸方向の力は、図２においてＦで示すように、支持面２０、２２を介して、更にカラー３０および対向部３１を介して支持ディスク１６にかかる。支持ディスク１６は、軸方向に関して、シャフト１２の段差上に配置されている。ノッチ感度（notch sensitivity）が低い凸レンズ形状の確動係止素子５０の形状の結果、この力の伝達は、確動係止素子５０の領域においてさえも過度の局所応力を生じない。

確動係止素子５０は、可変装置ディスク１４から支持ディスク１６へと（またはその逆に）トルクを伝達する役割を果たす。この周方向への負荷の際には、ノッチ感度の低い凸レンズ形状の確動係止素子５０の形状により、過度の局所応力が発生することはない。
さらに、可変装置ディスク１４と支持ディスク１６との間の確動接続は、比較的広い領域で起こり得る。凹部４２、４４は、ほんの少しの材料の除去を要するにすぎず、したがって、各部材の脆弱化は僅かである。さらに、凹部４２、４４は、確動係止素子５０でほぼ完全に満たされており、実際、材料の脆弱化は殆どないが、個々の部材の動作は可能である。

可変装置ディスク１４の中央領域における応力は、支持ディスク１６の周領域におけるトルクの確動伝達によって低減される。この様に、可変装置ディスク１４は、それほど厚くなく、その結果、重量が低減され、慣性モーメントが低減される。
完全ディスクと同程度の応力が、トロイドの基準円とほぼ同高の支持ディスク１６上におけるカラー３０の半径方向の支持によって達成される。２部材設計の結果、完全ディスク１４、１６を全体的により費用効果的に作成することができる。可変装置ディスク１４のために高価な材料を選択することができ、支持ディスク１６のために費用対効果の高い材料を選択することができる。

本発明の可変装置構成の例示的な実施形態の概略断面図を示す。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。 図１および図２の可変装置構成のための確動接続素子の好適な構成の概略斜視図を示す。

Claims (4)

1. ２つの可変装置ディスクであって、この２つの可変装置ディスクの間にトロイダル空間が形成される２つの可変装置ディスクと、前記トロイダル空間に配置され、一方の前記可変装置ディスクから他方の前記可変装置ディスクへ回転駆動力を伝達するためのローラとを備えた連続可変変速機用の可変装置構成であって、
   シャフト（１２）と、前記シャフト（１２）に回転固定可能に接続された可変装置ディスク（１４）と、前記可変装置ディスク（１４）と同心に前記シャフト（１２）に強固に接続された支持ディスク（１６）とを有し、前記可変装置ディスク（１４）が、トラクション領域（２８）を前記支持ディスク（１６）とは反対側に備えており、
   前記可変装置ディスク（１４）と前記シャフト（１２）との回転固定接続のために、前記可変装置ディスク（１４）と前記支持ディスク（１６）とが、前記シャフトに垂直な断面においてほぼ凹形状の凹部（４２，４４）を少なくとも各１つ有し、これらの凹部が協働して、前記断面においてほぼ凸レンズ形状の確動接続素子（５０）を保持し、
   前記断面において、前記確動接続素子の厚み方向が、前記可変装置ディスクまたは前記支持ディスクの径方向に沿っており、
   前記可変装置ディスクの前記凹部、および前記支持ディスクの前記凹部は、前記確動接続素子でほぼ完全に満たされていることを特徴とする可変装置構成。
2. 前記可変装置ディスク（１４）または前記支持ディスク（１６）が、前記支持ディスク（１６）または前記可変装置ディスク（１４）に対して、前記可変装置ディスク（１４）または前記支持ディスク（１６）の径方向に対向する環状カラー（３０）を有することを特徴とする請求項１に記載の可変装置構成。
3. 前記可変装置ディスク（１４）の前記凹部（４４）が、前記環状カラー（３０）の内周（３６）に形成され、前記支持ディスク（１６）の前記凹部（４２）が、前記環状カラー（３０）が対向している部分である対向部（３１）の外周（３７）に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の可変装置構成。
4. 前記確動接続素子（５０）は、少なくとも前記可変装置ディスク（１４）側の一縁部（５６）が丸み付けされており、前記可変装置ディスク（１４）の前記凹部（４４）が、前記一縁部に対応して丸み付けされていることを特徴とする請求項１〜３の１つに記載の可変装置構成。

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