JP4974896B2 - 連続可変変速機 - Google Patents

Description

本発明は概して変速機に関し、より具体的には連続可変変速機（ＣＶＴ）に関する。

入力速度対出力速度の連続可変比を達成するためには、周知方法が存在する。ＣＶＴにおいて出力速度から入力速度を調節する機構は、変速装置として知られる。ベルト型のＣＶＴでは、変速装置は間にベルトを有する調節可能な２つのプーリから成る。シングルキャビティ式トロイダル型ＣＶＴにおける変速装置は、シャフトを中心に回転する２つの部分的なトロイダル型トランスミッション・ディスクと、上記シャフトに垂直である個々の軸上で回転する、入力及び出力トランスミッション・ディスク間にクランプされる２つ以上のディスク形パワー・ローラとを有する。

本明細書に開示する本発明の実施形態は、各々が傾斜角可変の回転軸を有する複数の球形速度調節装置（電力調節器、球、球形ギヤまたはローラとしても知られる）を使用する球形の変速装置である。上記調節装置は、ＣＶＴの長手軸を中心とする平面に分散される。ローラは、片側を入力ディスクで接触され、反対側を出力ディスクで接触される。これらのディスクの一方または両方は、ローラへクランプ接触力を印加し、トルクを伝達する。入力ディスクは、ローラへ入力回転速度で入力トルクを印加する。ローラは、ローラのその固有の軸を中心とする回転に伴って、トルクを出力ディスクへ伝達する。入力速度対出力速度比は、ローラの軸に対する入力及び出力ディスクの接触点の半径の関数である。速度比の調節は、ローラの軸を変速装置の軸に対して傾斜させることによって行われる。

一実施形態は、ＣＶＴである。ＣＶＴは、中央のシャフトと変速装置とを含む。変速装置は、入力ディスクと、出力ディスクと、複数の傾斜角可変のボールレッグ・アッセンブリと、アイドラ・アッセンブリとを含む。入力ディスクは、中央のシャフトを中心にして回転可能式に取り付けられる。複数の傾斜角可変のボールレッグ・アッセンブリは各々、球と、軸と、少なくとも２つの脚とを含む。球は軸に回転可能式に取り付けられ、入力ディスク及び出力ディスクに接触する。脚は、球の傾斜を制御するように構成される。アイドラ・アッセンブリは、脚の半径方向位置を制御し、これにより球の傾斜を制御するように構成される。ある実施形態では、ＣＶＴは自転車の使用に適する。

ある実施形態では、変速装置は、スプライン穴を有するディスクと、スプラインを有する駆動装置とを含む。駆動装置のスプラインは、ディスクのスプライン穴と結合する。

ある実施形態では、中央のシャフトを介してシフト・ロッドが延設され、アイドラ・アッセンブリへ連接する。シフト・ロッドは、アイドラ・アッセンブリを作動させる。

ある実施形態では、カム・ローダは入力ディスクに隣接して位置づけられ、少なくとも部分的に軸方向力を生成しかつトルクを伝達するように構成される。ある実施形態では、カム・ローダは出力ディスクに隣接して位置づけられ、少なくとも部分的に軸方向力を生成しかつトルクを伝達するように構成される。さらに他の実施形態では、カム・ローダは入力ディスク及び出力ディスクの双方に隣接して位置づけられ、少なくとも部分的に軸方向力を生成しかつトルクを伝達するように構成される。

別の実施形態は、ＣＶＴのケージを支持しかつ分離するためのスペーサであり、少なくとも部分的に変速装置を包囲するハブ・シェルを有する。スペーサは、ハブ・シェルの表面から潤滑剤をこすり落として上記潤滑剤を変速装置の内側へ方向づけるように構成されるスクレーパを含む。ある実施形態では、スペーサは、潤滑剤の流れを方向づけるように構成される通路を含む。

本発明の別の態様は、ＣＶＴのためのトーション・ディスクに関する。トーション・ディスクは、その中心軸の辺りのスプライン穴と、ディスク内に形成される、ベアリングのレースを受け入れるための環状リセスと、トーション・スプリングを支持するための隆起面とを含む。

本発明のさらに別の特徴は、ＣＶＴの所定の構成要素を支持するためのシャフトに関する。実施形態によっては、上記シャフトは、スプライン・フランジと、シャフトの一端からシャフトの真ん中を越えたポイントにまで及ぶ中央の穴と、ＣＶＴの様々な構成要素へ付着するための１つまたは複数のフランジとを有する。ある実施形態では、シャフト上のフランジは、ＣＶＴのステータへ結合するように適する。

本発明的ＣＶＴの異なる態様は、ＣＶＴのトーション・ディスク及び入力ディスクへ結合されるトーション・スプリングを有する軸方向力生成システムに関する。また軸方向力生成システムは、好適にはＣＶＴの負荷カム・ディスクと入力ディスク及び／または出力ディスクとの間に位置づけられるローラを励磁するためのランプを有する１つまたは複数の負荷カム・ディスクを含んでもよい。

本発明の別の特徴は、ＣＶＴ用の軸と、軸−球の組合せとに関する。実施形態によっては、軸はショルダ部分と、ウェスト部分とを含む。上記軸は、ＣＶＴの牽引ローラの中央の穴に嵌合するように構成される。実施形態によっては、軸と球との間の座面は、ジャーナル・ベアリング、ブッシング、バビット合金ライニングまたは上記軸自体であってもよい。他の実施形態では、軸及び球は保持ベアリングを使用する。

本明細書において開示するＣＶＴの実施形態は、概して、米国特許第６，２４１，６３６号、第６，４１９，６０８号及び第６，６８９，０１２号に開示されているタイプである。これらの特許の各々における開示内容は全て、本参照により本明細書に含まれる。

図１は、入力対出力速度比を変えることのできる球型のＣＶＴ１００を示す。ＣＶＴ１００は、ＣＶＴ１００の中心を通りかつ自転車のフレームの２つの後部ドロップアウト１０を越えて延設される中央のシャフト１０５を有する。各々が中央のシャフト１０５の対応する端に位置づけられる第１のキャップ・ナット１０６及び第２のキャップ・ナット１０７は、中央のシャフト１０５を上記両ドロップアウトに取り付ける。この実施形態は、自転車に使用するためのＣＶＴ１００を示しているが、ＣＶＴ１００は変速機を利用する任意の機器に実装されてもよい。説明のために、中央のシャフト１０５は、ＣＶＴの他の構成要素の位置決めまたは動作を記述するための基準点として働くＣＶＴの長手軸を画定している。本明細書で使用しているように、「軸方向」、「軸方向に」、「横方向」、「横方向に」という用語は、中央のシャフト１０５により画定される長手軸と同軸となる、または上記長手軸に平行となる位置または方向を指す。「半径方向」及び「半径方向に」という用語は、上記長手軸から垂直に延びる位置または方向を指す。

図１及び２を参照すると、中央のシャフト１０５は、ケージ・アッセンブリ１８０、入力アッセンブリ１５５及び出力アッセンブリ１６０を半径方向及び横方向に支持する。この実施形態では、中央のシャフト１０５は、シフト・ロッド１１２を収容する穴１９９を含む。後述するように、シフト・ロッド１１２はＣＶＴ１００内の速度比シフトを作動させる。

ＣＶＴ１００は、変速装置１４０を含む。変速装置１４０は、入力速度対出力速度比を変えるのに適した任意の機構であってもよい。ある実施形態では、変速装置１４０は、入力ディスク１１０と、出力ディスク１３４と、傾斜角可変のボールレッグ・アッセンブリ１５０と、アイドラ・アッセンブリ１２５とを含む。入力ディスク１１０は、中央のシャフト１０５を中心に回転可能式かつ同軸的に取り付けられるディスクであってもよい。入力ディスク１１０は、上記ディスクの半径方向の外端から一定の角度で接触面１１１の一点に至るまで延設される。実施形態によっては、接触面１１１は、例えば入力ディスク１１０へ付着するリングである、接触面１１１を支持する別の構造体であってもよい。接触面１１１は入力ディスク１１０へねじ込まれる、または圧入される場合もあれば、任意の適切な締結具または接着材で取り付けられる場合もある。

出力ディスク１３４は、圧入または他の方法で出力ハブ・シェル１３８へ取り付けるリングであってもよい。実施形態によっては、入力ディスク１１０及び出力ディスク１３４は、接触面１１１から半径方向の外側へ延設されるとともに、半径方向の剛性を高め、ＣＶＴ１００の軸方向力下でのこれらの部品の整合性に抵抗し、かつ半径方向の外側へ移動する軸方向力機構を許容するように構造的に支持する支持構造体１１３を有し、これによりＣＶＴ１００の長さが短縮される。入力ディスク１１０及び出力ディスク１３４は、変速装置１４０内の潤滑剤がＣＶＴ１００を介して循環することを許容するオイル・ポート１３６、１３５を有してもよい。

実施形態によっては、出力ハブ・シェル１３８は中央のシャフト１０５を中心にして回転可能な円筒形のチューブである。ハブ・シェル１３８は、ＣＶＴ１００の構成要素の大部分を収容する内側と、何であれ、ＣＶＴを使用する構成要素、機器または車両へ連接するのに適した外側とを有する。本明細書では、ハブ・シェル１３８の外側は自転車に実装されるように構成されている。しかしながら、ＣＶＴ１００は、回転性の入力及び出力速度を調節することが望ましい任意の機械に使用することができる。

図１、２、１０及び１１を参照すると、ＣＶＴは、トルクを入力ディスク１１０から出力ディスク１３４へ伝達しかつ入力速度対出力速度比を変えるためのボールレッグ・アッセンブリ１５０を含んでもよい。実施形態によっては、ボールレッグ・アッセンブリ１５０は、球１０１と、球軸１０２と、脚１０３とを含む。軸１０２は、球１０１の中心を通って形成される穴を介して延設される概して円筒形であるシャフトであってもよい。実施形態によっては、軸１０２は、球１０１を軸１０２上に整列させるニードルまたはラジアル・ベアリングを介して、球１０１内の穴の表面と接合する。軸１０２は、脚１０３が球１０１の位置におけるシフトを作動できるように、穴の終端部である球１０１の両側を越えて延設される。軸１０２は、球１０１の端を越えて延設される部分で脚１０３の半径方向の外側の端と結合する。脚１０３は、球軸１０２を傾斜させる半径方向の延設部である。

軸１０２は、脚１０３の半径方向の外側の端に形成される穴を貫通する。実施形態によっては、脚１０３は、軸１０２のための穴が脚１０３を通る面取り部を有し、これは、脚１０３の側面と軸１０２との接点における低減された応力集中をもたらす。この低減された応力は、シフト力及びトルク反作用を吸収するボールレッグ・アッセンブリ１５０の能力を増大させる。脚１０３は、ｅリング等のクリップ・リングによって軸１０２上へ位置づけられる場合もあれば、軸１０２上へ圧入される場合もあるが、軸１０２及び脚１０３間は、他の任意のタイプの固定方法を利用することができる。また、ボールレッグ・アッセンブリ１５０は、球軸１０２の各端に取り付けられる転動体でありかつＣＶＴ１００の他の部品によって整列されると軸１０２の回転接触をもたらすレッグ・ローラも含むことがある。実施形態によっては、脚１０３は、半径方向の内側の端に脚１０３の半径方向位置の制御を補助するカム歯車１５２を有し、これは、軸１０２の傾斜角を制御する。さらに他の実施形態では、脚１０３は、脚１０３がステータ８００（図８）内に案内されかつ支持されることを可能にするステータ・ホイール１１０５（図１１参照）へ結合する。図１１に示すように、ステータ・ホイール１１０５は脚１０３の長手軸に対して角度づけされてもよい。実施形態によっては、ステータ・ホイール１１０５は、その中心軸が球１０１の中心と交差するように構成される。

引き続き図１、２、１０及び１１を参照すると、様々な実施形態では、球１０１と軸１０２との接合部分は、他の実施形態に関して後述するベアリングの何れであってもよい。しかしながら、他の実施形態では、球１０１は軸に固定され、球１０１と共に回転する。このような実施形態によっては、ベアリング（図示されていない）は、軸１０２上に作用する横方向力が脚１０３及び／或いはケージ（様々な実施形態に関して後述する）から反作用を受けるように軸１０２と脚１０３の間に位置づけられる。このような実施形態によっては、軸１０２と脚１０３の間に位置づけられるベアリングは、ラジアル・ベアリング（球またはニードル）、ジャーナル・ベアリングまたは他の任意のタイプのベアリングもしくは適切な機構または手段である。

次に、図１、２、３、４及び１０を参照してアイドラ・アッセンブリ１２５について説明する。実施形態によっては、アイドラ・アッセンブリ１２５は、アイドラ１２６と、カム・ディスク１２７と、アイドラ・ベアリング１２９とを含む。アイドラ１２６は、概して円筒形のチューブである。アイドラ１２６は概して一定の外径を有するが、他の実施形態では、外径は一定ではない。外径は、中央部が端より小さい場合もあれば、中央で大きく、端で小さい場合もある。他の実施形態では、外径は一方の端でもう一方の端より大きく、両端間の変化は、シフト速度及びトルク要件に依存して線形であっても非線形であってもよい。

カム・ディスク１２７はアイドラ１２６のどちらかの端または両端に位置づけられ、カム歯車１５２と相互に作用して脚１０３を作動する。図示した実施形態では、カム・ディスク１２７は凸状であるが、脚１０３の所望される動作を作る任意の形状であってもよい。実施形態によっては、カム・ディスク１２７は、その軸方向位置が脚１０３の半径方向位置を制御し、これにより軸１０２の傾斜角が管理されるように構成される。

実施形態によっては、両カム・ディスク１２７の半径方向の内径は軸方向に互いの方向へ向かって延び、一方のカム・ディスク１２７をもう一方のカム・ディスク１２７へ付着させる。本明細書では、カム延設部１２８は、中央のシャフト１０５を中心とする円筒を形成している。カム延設部１２８は一方のカム・ディスク１２７からもう一方のカム・ディスク１２７へ延び、そこでクリップ・リング、ナットまたは他の何らかの適切な締結具によって定位置に保持される。実施形態によっては、カム・ディスク１２７の一方または両方は、カム・ディスク延設部１２８上へねじ切りされて所定の位置に固定される。図示した実施形態では、カム・ディスク１２７の凸曲線は、アイドラ・アッセンブリ１２５の軸方向の中心から軸方向の遠位へ極大まで伸び、次に半径方向の外側へ、さらに軸方向の内側へアイドラ・アッセンブリ１２５の軸方向の中心まで戻る。カムのこの輪郭は、アイドラ・アッセンブリ１２５のシフトの間に軸方向の極値において発生する可能性のあるバインディングを低減させる。カムの形状は、他のものが使用されてもよい。

図１に示す実施形態では、シフト・ロッド１１２はＣＶＴ１００の伝達比変化を作動させる。中央のシャフト１０５の穴１９９の内側に同軸的に位置づけられるシフト・ロッド１１２は、中央のシャフト１０５の片側を、キャップ・ナット１０７を越えて延設されるねじ切りされた端１０９を有する細長いロッドである。シフト・ロッド１１２の他端はアイドラ・アッセンブリ１２５内へと延設され、ここでシフト・ピン１１４を含む。シフト・ピン１１４は、シフト・ロッド１１２内に概して横方向へ取り付けられる。シフト・ピン１１４は、シフト・ロッド１１２がアイドラ・アッセンブリ１２５の軸方向位置を制御できるように、アイドラ・アッセンブリ１２５に係合する。親ねじアッセンブリ１１５は、シフト・ロッド１１２の中央のシャフト１０５内での軸方向位置を制御する。実施形態によっては、親ねじアッセンブリ１２５はシフト・アクチュエータ１１７を含み、シフト・アクチュエータ１１７は、その外径上に繋ぎ用のねじ山１１８セットを有しかつその内径の一部にシフト・ロッド１１２と係合するねじ山を有するプーリであってもよい。親ねじアッセンブリ１１５は、中央のシャフト１０５上のその軸方向位置に任意の手段によって保持されてもよいが、ここでは、プーリのスナップ・リング１１６によって所定の位置に保持されている。繋ぎ用のねじ山１１８は、シフト・テザー（図示されていない）に係合する。実施形態によっては、シフト・テザーは規格シフト・ケーブルであるが、他の実施形態では、シフト・テザーは、張力を支持しかつこれによりシフト・プーリ１１７を回転させることのできる任意のテザーであってもよい。

図１及び２を参照すると、入力アッセンブリ１５５はトルクが変速装置１４０へ伝達されることを可能にする。入力アッセンブリ１５５は、チェーン（図示されていない）からの線形動作を回転動作に変換するスプロケット１５６を有する。ここでは、スプロケットが使用されているが、ＣＶＴ１００の他の実施形態は、例えばベルトからの動作を受け入れるプーリを使用してもよい。スプロケット１５６は、トルクを軸方向力生成機構へ伝達する。図示した実施形態では、上記軸方向力生成機構はトルクを入力ディスク１１０へ伝達するカム・ローダ１５４である。カム・ローダ１５４は、カム・ディスク１５７と、負荷ディスク１５８と、カム・ローラ１５９セットとを含む。カム・ローダ１５４は、トルクをスプロケット１５６から入力ディスク１１０へ伝達し、また、消散して入力ディスク１１０、球１０１、アイドラ１２６及び出力ディスク１３４のための接触力になる軸方向力も生成する。軸方向力は、概して、カム・ローダ１５４へ印加されるトルクの量に比例する。実施形態によっては、スプロケット１５６はトルクをカム・ディスク１５７へ、ハブ１３８はスピンするがスプロケット１５６はトルクを供給していないときの惰行機構として作用する一方向クラッチ（詳細は図示されていない）を介して印加する。実施形態によっては、負荷ディスク１５８は入力ディスク１５７と一体式の単体であってもよい。他の実施形態では、カム・ローダ１５４は出力ディスク１３４と一体式であってもよい。

図１及び２において、ＣＶＴ１００の内部構成要素は、エンド・キャップ１６０によってハブ・シェル１３８内に含まれている。エンド・キャップ１６０は、ハブ・シェル１３８の開放端へ付着する概して平坦なディスクであり、中心に入力ディスク１５７、中央のシャフト１０５及びシフト・ロッド１１２を通す穴を有する。エンド・キャップ１６０はハブ・シェル１３８に付着し、カム・ローダ１５４によって生成される軸方向力に応じる働きをする。エンド・キャップ１６０は、例えばアルミニウム、チタン、鋼または高強度の熱可塑性物質または熱硬化プラスチック等である、軸方向力に応じることのできる任意の材料で製造することができる。エンド・キャップ１６０は締結具（図示されていない）によってハブ・シェル１３８へ締め付けられるが、エンド・キャップ１６０はハブ・シェル１３８内に織り込まれる、または他の方法でハブ・シェル１３８へ取り付けられる場合もある。エンド・キャップ１６０は、その側面の半径付近に、プレローダ１６１を収容するカム・ローダ１５４に面して形成される溝を有する。プレローダ１６１は、超低トルク・レベルで初期型締力をもたらすばねであってもよい。プレローダ１６１は、ばねまたはＯリングのような弾性材料等、カム・ローダ１５４へかつ延ては出力ディスク１３４へ初期力を供給することのできる任意の装置であってもよい。プレローダ１６１は、その寿命を通じて高いばね定数を有しかつ高レベルの弾性を維持することができる点で、ウェーブ・スプリングであってもよい。ここでは、プレローダ１６１はスラスト・ワッシャ１６２及びスラスト・ベアリング１６３によってエンド・キャップ１６０へ直接荷重される。この実施形態では、スラスト・ワッシャ１６２は、プレローダ１６１の溝を覆ってスラスト・ベアリング１６３のためのスラスト・レースを供給する典型的なリング・ワッシャである。スラスト・ベアリング１６３は、高レベルのスラスト容量を有し、構造的剛性を向上させるとともに、コンビネーション・スラスト・ラジアル・ベアリングに比べて許容差要件及びコストを低減させるニードル・スラスト・ベアリングであってもよいが、他の任意のタイプのスラスト・ベアリングまたはコンビネーション・ベアリングを使用することもできる。特定の実施形態では、スラスト・ベアリング１６３はボール・スラスト・ベアリングである。カム・ローダ１５４から発生する軸方向力は、スラスト・ベアリング１６３及びスラスト・ワッシャ１６２を介してエンド・キャップ１６０へと反作用される。エンド・キャップ１６０は、ハブ・シェル１３８へ付着してＣＶＴ１００の構造を完成させる。

図１及び２において、カム・ディスク・ベアリング１７２はカム・ディスク１５７を中央のシャフト１０５に対して半径方向位置に保持し、一方でエンド・キャップ・ベアリング１７３はカム・ディスク１５７とエンド・キャップ１６０の内径との半径方向の配置構造を維持する。カム・ディスク・ベアリング１７２及びエンド・キャップ・ベアリング１７３は、ここではニードル・ローラ・ベアリングであるが、他のタイプのラジアル・ベアリングも使用可能である。ニードル・ローラ・ベアリングの使用は増大される軸方向フロートを許容し、ライダ及びスプロケット１５６が発生させる結合モーメントに対応する。ＣＶＴ１００の他の実施形態または本明細書に記述されている他の任意の実施形態では、カム・ディスク・ベアリング１７２及びエンド・キャップ・ベアリング１７３の各々または何れかをコンビネーション・ラジアル−スラスト・ベアリングの相補ペアに置き換えることもできる。このような実施形態では、ラジアル・スラスト・ベアリングは半径方向支持をもたらすだけでなく、スラスト・ベアリング１６３を補助しかつ少なくとも部分的に荷重を除くことができるスラストを吸収する能力もある。

引き続き図１及び２を参照すると、中央のシャフト１０５を中心に同軸的に取り付けられる支持部材であって、中央のシャフト１０５とハブ・シェル１３８の閉鎖端の内径との間に保持される軸１４２は、ハブ・シェル１３８を中央のシャフト１０５に対して半径方向にアラインして保持する。軸１４２は、中央のシャフト１０５に角度的にアラインされた状態で固定される。ここでは、キー１４４が軸１４２をその角度配置状態で固定しているが、この固定は関連技術分野の熟練者に周知の任意手段で行うことができる。軸１４２とハブ・シェル１３８の内径との間にはラジアル・ハブ・ベアリング１４５が嵌合し、ハブ・シェル１３８を半径方向位置及び軸方向配置構造に維持する。ハブ・ベアリング１４５は、カプセル封入用軸キャップ１４３によって所定の位置に保持される。軸キャップ１４３は、中央のシャフト１０５の周囲に嵌合しかつここでは締結具１４７でハブ・シェル１３８に付着する中央の穴を有するディスクである。ハブ・シェル１３８とケージ１８９との間にはハブ・スラスト・ベアリング１４６が嵌合し、ケージ１８９及びハブ・シェル１３８の軸方向位置を維持する。

図３、４及び１０は、上述のＣＶＴ１００の代替実施形態であるＣＶＴ３００を示す。上述のＣＶＴ１００実施形態とこれらの図に示す実施形態とは、構成要素の多くが類似しているが、これらの図では、入力ディスク及び出力ディスク３１０、３３４の角度が各々、軸方向力に耐えるより大きい強度を見込みかつＣＶＴ３００の半径方向の直径全体を短縮するために低減されている。この実施形態は、アイドラ・アッセンブリ３２５の軸方向移動を作動させる親ねじ機構がシフト・ロッド３１２上に形成される代替のシフト機構を示す。親ねじアッセンブリは、アイドラ・アッセンブリ３２５の内部または近くに存在するシフト・ロッド３１２の端に形成されるリード・スレッド３１３のセットである。１つまたは複数のアイドラ・アッセンブリ・ピン３１４は、カム・ディスク延設部３２８から半径方向にリード・スレッド３１３内へ延設され、シフト・ロッド３１２の回転に伴って軸方向に移動する。

図示した実施形態では、アイドラ３２６は外径が一定でなく、アイドラ３２６の両端で増す外径を有する。これにより、アイドラ３２６は、アイドラ３２６を中心位置から半径方向の遠位へと駆動する傾向のある動的接触力及び回転接触によって引き起こされるアイドラ３２６の力に抵抗することができる。しかしながら、これは単に一例であって、アイドラ３２６の外径は、アイドラ３２６に加わるスピン力に反作用しかつＣＶＴ３００のシフトを補助するために設計者が希望する任意の方法で変更されてもよい。

次に、図５ａ、５ｂ、６ａ及び６ｂを参照すると、二部式のディスクがスプライン・ディスク６００及びディスク駆動装置５００で製造されている。ディスク駆動装置５００及びスプライン・ディスク６００は、ディスク駆動装置５００上に形成されるスプライン５１０及びスプライン・ディスク６００内に形成されるスプライン穴６１０を介して互いに嵌合する。スプライン５１０は、ディスク駆動装置５００及びスプライン・ディスク６００がＣＶＴ１００、ＣＶＴ３００または他の任意の球状ＣＶＴに使用されるディスクを形成するように、スプライン穴６１０内に嵌合する。スプライン・ディスク６００は、変速装置１４０、３４０が変速装置１４０、３４０の構成要素の製造公差に対する感受性を低減するような半径方向の平衡位置を発見することを可能にする、システム内のコンプライアンスを提供する。

図７は、ＣＶＴ１００、ＣＶＴ３００、他の球状ＣＶＴまたは他の任意タイプのＣＶＴにおいて使用可能なカム・ディスク７００を示す。カム・ディスク７００は、その半径方向の外端に形成されるカム・チャネル７１０を有する。カム・チャネル７１０は、この実施形態では（ベアリングのボール等の）球であるカム・ローラのセット（図示されていない）を収容する。但し、これらのカム・ローラは、変速装置１４０、３４０に印加される軸方向力をＣＶＴに印加されるトルクに比例する量で加減するためにカム・チャネル７１０の形状との組合せでトルクをトルク／軸方向力成分に変換する他の任意の形状であってもよい。他に、このような形状には、円筒形のローラ、バレル・ローラ、非対称のローラまたは他の任意の形状が含まれる。多くの実施形態において、カム・ディスク・チャネル７１０に使用される材料は、好適には、カム・ディスク７００が経験することになる荷重における過剰または永久的な変形に対抗するに足る強度である。高トルクのアプリケーションでは、特殊な硬化が必要な場合もある。実施形態によっては、カム・ディスク・チャネル７１０は、４０ＨＲＣを超えるロックウェル硬さ値まで硬化された炭素鋼で製造される。カム・ローダ（図１の１５４または他の任意タイプのカム・ローダ）の動作効率は、上記硬さ値によって、典型的には、効率を上げるための硬さ増加によって影響され得るが、高度の硬化は、カムの荷重成分を脆くする場合があり、コストも高まる場合がある。実施形態によっては、硬さは５０ＨＲＣを超えるものであり、他の実施形態では、５５ＨＲＣ、６０ＨＲＣ及び６５ＨＲＣを超える。

図７は、コンフォーマル・カムの一実施形態を示す。即ち、カム・チャネル７１０の形状は、カム・ローラの形状に適する。チャネル７１０はローラの形状に適することから、チャネル７１０はベアリング・ローラのリテーナとして機能し、ケージ・要素の要件が除去される。図７に示す実施形態は一方向カム・ディスク７００であるが、カム・ディスクは、ＣＶＴ１３００（図１３参照）におけるもののような双方向カムであってもよい。ベアリング・ローラ・リテーナの必要がなくなることにより、ＣＶＴの設計は単純になる。また、コンフォーマルなカム・チャネル７１０もベアリング・ローラとチャネル７１０との接触応力が低減されることを可能にし、ベアリング・ローラのサイズ及び／または計数の低減または材料選択の柔軟さの拡大が見込まれる。

図８は、球状ＣＶＴ１００、３００（及び他のタイプ）における変速装置１４０、３４０のケージ１８９の堅固な支持構造体の製造に使用されるケージ・ディスク８００を示す。ケージ・ディスク８００は、シフト中に脚１０３をそれらの半径方向の内側及び外側への移動に伴って案内するように成形される。またケージ・ディスク８００は、軸１０２の角度配置構造も行う。実施形態によっては、個々の軸１０２のための２つのケージ・ディスク８００の対応する溝は、変速装置１４０、３４０におけるシフト力を低減するために角度方向へ僅かに補正される。

脚１０３は、ステータ内のスロットによって案内される。脚１０３上のレッグ・ローラ１５１は、ステータ内の円形の輪郭に沿って進む。レッグ・ローラ１５１は、概して、シフト力または牽引接触スピン力によって課される並進力を打ち消す並進反作用点になる。脚１０３及びその個々のレッグ・ローラ１５１は、ＣＶＴ比が変更されると平面動作で移動し、よって球１０１付近を中心とする円形の包絡線を描く。レッグ・ローラ１５１は脚１０３の中心より補正されることから、レッグ・ローラ１５１は同様に補正される包絡線を描く。各ステータ上へレッグ・ローラ１５１の平面動作に一致する共通の輪郭を生成するためには、各脚１０３においてローラが補正される同じ量だけ溝の中心から補正される円形の切断が必要とされる。この円形の切断は回転のこカッタで実行されてもよいが、その場合は各溝に個々の切断が必要になる。これらの切断は独立していることから、ステータ毎の変動に加えて、単一のステータにおいて溝毎に公差が変わる見込みがある。この余分な機械加工工程をなくす方法は、旋盤回し操作によって生成され得る単一の輪郭を供給することである。トロイダル形の旋盤切断は、この単一の輪郭を一度の回転操作で製造することができる。トロイダル・切断の中心は、レッグ・ローラ１０３の補正を補償するために、球１０１の中心位置から半径方向に離して調節される。

次に、図１、９及び１２を参照すると、スペーサ１２１０が２つのケージ・ディスク１２２０を支持しかつこれらを離隔する、幾つかのＣＶＴと共用するための潤滑強化用潤滑スペーサ９００を実装するケージ・アッセンブリ１２００の代替実施形態が示されている。図示した本実施形態において、この場合はケージ３８９である動力伝達要素のための支持構造体は、入力及び出力側のケージ・ディスク１２２０をケージ締結具１２３０で１つまたは複数の潤滑スペーサ９００を含む複数のスペーサ１２１０へ取り付けることによって形成される。この実施形態では、ケージ締結具１２３０はねじであるが、これらは任意のタイプの締結具または締結方法であってもよい。潤滑スペーサ９００は、ハブ・シェル１３８の表面から潤滑剤をこすり落とすためと、その潤滑剤を変速装置１４０、３４０の中心要素へ戻す方向へ向けるためのスクレーパ９１０を有する。幾つかの実施形態の潤滑スペーサ９００は、潤滑剤の流れを、潤滑剤を最もよく利用する領域へ方向づける手助けをする通路９２０も有する。実施形態によっては、潤滑スペーサ９００における通路９２０間の部分は、潤滑剤の流れを通路９２０の方向へ向ける隆起したウェッジ９２５を形成する。スクレーパ９１０はスペーサ９００と一体式である場合もあれば、分離していて、潤滑剤のハブ・シェル１３８からのこすり落としを向上させるゴムを含む、但し、これに限定されないスクレーパ９１０の材料とは異なる材料で製造される場合もある。スペーサ１２１０及び潤滑スペーサ９００の両端は、ケージ・ディスク１２２０と結合する表面を形成するために垂直に延設されるフランジ状のベース１２４０で終わる。図示した実施形態のベース１２４０は、レッグ・ローラ１５１が載る上述の曲面を形成するように、概して、ベース１２４０に面する側面が平らで、球１０１に面する側面が丸くなっている。また、ベース１２４０は、脚１０３がその行程で乗るチャネルも形成する。

次に、図３、９及び１０を参照して、潤滑のシステム及び方法の実施形態について説明する。潤滑剤は、球１０１の回転に伴って球１０１の赤道へ向かって流れる傾向があり、次に潤滑剤はハブ・シェル１３８に向かって噴霧される。潤滑剤の中にはハブ・シェル１３８の最大径を有する内壁に落下しないものもあるが、こうした潤滑剤も遠心力によってハブ・シェル１３８の最大の内径方向へと流れる。スクレーパ９１０は、ハブ・シェル１３８の内側に堆積する潤滑剤を除去するように垂直に位置づけられる。潤滑剤は、重力によってＶ字形のウェッジ９２５の各側面から通路９２０へと引き下ろされる。スペーサ９００は、通路９２０の半径方向の内端がカム・ディスク１２７及びアイドラ１２６に近接して終わるように置かれる。このようにして、アイドラ１２６及びカム・ディスク１２７は、ハブ・シェル１３８内を循環する潤滑剤を受け入れる。ある実施形態では、スクレーパ９１０のサイズは、ハブ・シェル１３８を約１０００分の３０インチだけ除去するように決定される。当然ながら、この除去は、異なるアプリケーションに依存してこれより大きく、または小さくなることがある。

図３及び１０に示すように、カム・ディスク１２７は、アイドラ２２６に面するその側面が、通路９２０から落下する潤滑剤を受け入れて、これをカム・ディスク１２７とアイドラ２２６との間の空間へ配向すべく角度づけされるように構成されてもよい。潤滑剤は、アイドラ２２６上へ流れた後、アイドラ２２６の最大径の方向へ流れ、潤滑剤の幾分かはここで軸１０２へ噴霧される。潤滑剤の幾分かは、通路９２０からアイドラ２２６上へ落下する。この潤滑剤は、アイドラ２２６及び球１０１とアイドラ２２６との間の接触面を潤滑する。アイドラ２２６の各側面は傾斜していることから、潤滑剤の幾分かはアイドラ２２６の両端へと遠心的に流れ、そこで放射状に霧散する。

図１、３及び１０を参照すると、実施形態によっては、アイドラ１２６、２２６から軸１０２の方向へ噴霧される潤滑剤は溝３４５へ落下し、溝３４５は潤滑剤を受け入れて、これを球１０１の内部へポンピングする。潤滑剤の幾分かは、入力ディスク１１０及び出力ディスク１３４が球１０１に接触する接触面１１１へも落下する。潤滑剤は、球１０１の片側を出るにつれて、遠心力下で球１０１の赤道方向へ流れる。この潤滑剤の幾分かは入力ディスク１１０と球１０１との接触面１１１に接触し、次いで球１０１の赤道方向へ流れる。潤滑剤の幾分かは、出力ディスク１３４の球１０１とは反対側に面する側面に沿って半径方向へ流れ出る。実施形態によっては、入力ディスク１１０及び／または出力ディスク１３４に各々潤滑ポート１３６及び１３５が装備される。潤滑ポート１３５、１３６は、潤滑をハブ・シェル１３８の最大内径へと方向づける。

図１３は、ＣＶＴ１３００内で軸方向力の生成及び分散を共有する２つのカム・ローダ１３５４を有するＣＶＴ１３００の実施形態を示す。ここでは、カム・ローダ１３５４は、入力ディスク１３１０及び出力ディスク１３３４に隣接して位置づけられている。ＣＶＴ１３００は、トルクが、出力ディスク１３３４を介して入力されかつ入力ディスク１３１０を介して出力されるために如何にして入力ディスク１３１０を介して供給されかつ出力ディスク１３３４を介して出力されるか、またはその逆を示している。

図１４は、本明細書で説明しているＣＶＴの実施形態の発明的特徴を組み込むように構成された自転車ハブ１４００を描いている。ハブ１４００の幾つかの構成要素は上述の構成要素と同じであり、よって、こうした構成要素の詳述は控える。ハブ１４００は、ハブ・キャップ１４６０へ結合するハブ・シェル１３８を含む。実施形態によっては、ハブ１４００は、ハブ・キャップ１４６０の反対側でハブ・シェル１３８の端を密封するエンド・キャップ１４１０も含む。ハブ・シェル１３８、ハブ・キャップ１４６０及びエンド・キャップ１４１０は、好適には、構造的強度及び剛性をもたらす材料で製造される。このような材料には、例えば鋼、アルミニウム、マグネシウム、高強度プラスチック、他が含まれる。実施形態によっては、所定の技術的アプリケーションの特殊な要件に依存して、他の材料が適切であることもある。例えば、ハブ・シェル１３８は、複合材料、熱可塑性樹脂、熱硬化プラスチック、他から製造されてもよい。

次に、図１４を参照すると、図示されているハブ１４００は、その内部に本明細書で提示しているＣＶＴの実施形態を収容する。メイン・シャフト１０５は、ハブ１４００を支持し、かつ自転車または他の車両または機器のドロップアウト１０への取り付けを準備する。この実施形態のメイン・シャフト１０５については、図４１から４３を参照して詳述する。実施形態によっては、図１５から１８に示すように、ＣＶＴ１５００は、ねじ切りされた端１０９を有するロッド１１２を組み込んだシフト機構を含む。ナット１０６及び１０７は、ドロップアウト１０をメイン・シャフト１０５へ固定する。図１４の実施形態では、ハブ１４００は、トルク入力をＣＶＴ１５００内に伝達するための入力シャフト（図３３及び図４０参照）へ機能的に結合されるフリーホイール１４２０を含む。本明細書では、ＣＶＴの様々な実施形態及び特徴を自転車のアプリケーションに関連して論じているが、ＣＶＴ及びその特徴は、容易に認識され得る修正によって変速装置を使用する任意の車両、機械または装置に使用可能である点は留意されるべきである。

図１５及び１６を参照すると、ある実施形態において、ＣＶＴ１５００は、トルクを球状の牽引ローラ（ここでは球１０１として示されている）へ伝達するための入力ディスク１５４５を有する。図１６は、ＣＶＴ１５００の部分分解図である。球１０１は、トルクを出力ディスク１５６０へ伝達する。この実施形態では、ＣＶＴ１５００の様々な特徴を明確に示す目的で１つの球１０１を示しているが、ＣＶＴの様々な実施形態は、特定の各アプリケーションのトルク、重量及びサイズ要件に依存して２個から１６個またはそれ以上に及ぶ何れかの球１０１を使用する。異なる実施形態は、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６個またはそれ以上の球１０１の何れかを使用する。メイン・シャフト１０５を中心に同軸的に取り付けられるアイドラ１５２６は球１０１に接触してその支えとなり、メイン・シャフト１０５を中心とするその半径方向位置を維持する。幾つかの実施形態の入力ディスク１５４５は、潤滑剤のＣＶＴ１５００内の循環を促進する潤滑ポート１５９０を有する。

追加的に、図３７から３８を参照すると、球１０１は軸３７０２上で回転する。脚１０３及びシフト・カム１５２７は、共働して軸３７０２の位置内のシフトを作動するレバーとして機能する。上記シフトは、球１０１を傾斜させ、これにより、既に述べたような伝達比によるシフトが達成される。ケージ１５８９（図２２から２４参照）は、シフト・カム１５２７による脚１０３の半径方向動作の作動に伴って脚１０３のサポート及び配置構造を準備する。ある実施形態では、ケージは、ステータ・スペーサ１５５５によって結合されるステータ１５８６及び１５８７を含む。他の実施形態では、他のケージ１８０、３８９、１２００が使用される。

追加的に図４１から４３を参照すると、図示されている実施形態では、ケージ１５８９はメイン・シャフト１０５と同軸的に、かつメイン・シャフト１０５を中心として回転不能式に取り付けられる。この実施形態では、ステータ１５８６はメイン・シャフト１０５のフランジ４２０６へ固定的に取り付けられる。追加のフランジ１６１０は、ステータ１５８７を所定の位置に保持する。キー１６０６は、フランジ１６１０を、キー１６０６を受け入れるためのキー・シート１６０８を有するメイン・シャフト１０５へ結合する。当然ながら、関連技術における一般的な技術者は、メイン・シャフト１０５をフランジ１６１０へ結合する、またはステータ１５８６、１５８７をフランジ１６２０、４２０６へ結合する多くの同等かつ代替方法が存在することを容易に認識するであろう。特定の実施形態では、メイン・シャフト１０５は、フランジ１６１０を軸方向に位置づけて拘束する働きをするショルダ４３１０を含む。

エンド・キャップ１４１０はラジアル・ベアリング１５７５上に取り付けられ、ラジアル・ベアリング１５７５自体はフランジ１６１０を覆って取り付けられる。ある実施形態では、ラジアル・ベアリング１５７５は、地上の反作用による荷重を支持しかつハブ・シェル１３８をメイン・シャフト１０５に半径方向へアラインするアンギュラ・コンタクト・ベアリングである。実施形態によっては、ハブ１４００は、メイン・シャフト１０５の一方の端または両端にシールを含む。例えばここでは、ハブ１４００は、ハブ・シェル１３８とエンド・キャップ１４１０とが結合される端にシール１５８０を有する。さらに、出力側に軸方向力の予圧をもたらすためと、ハブ・シェル１３８の軸方向位置を維持するために、ハブ１４００は、ステータ１５８７とラジアル・ベアリング１５７５との間にスペーサ１５７０及びニードル・スラスト・ベアリング（図示されていない）を含んでもよい。スペーサ１５７０は、フランジ１６１０を中心として同軸的に取り付けられる。実施形態によっては、ニードル・スラスト・ベアリングは使用されなくてもよいが、このような場合、ラジアル・ベアリング１５７５はスラスト荷重に対処するように適したアンギュラ・コンタクト・ベアリングであってもよい。関連技術分野の一般的な技術者は、スペーサ１５７０、ニードル・スラスト・ベアリング及びラジアル・ベアリングがもたらす半径方向荷重及びスラスト荷重を支える機能を提供する代替手段を容易に認識するであろう。

引き続き図１４、１５及び１６を参照すると、図示されている実施形態では、ハブ１４００の変速装置１５００は、一方の端でトーション・ディスク１５２５と機能的に結合する入力シャフト１５０５を含む。入力シャフト１５０５の他端は、フリーホイール・キャリア１５１０を介してフリーホイール１４２０と機能的に結合する。トーション・ディスク１５２５は、ランプ３６１０（図３６参照）を有するカム・ディスク１５３０へトルクを伝達するように構成される。負荷カム・ディスク１５３０は、トルク及び軸方向力を、第２の負荷カム・ディスク１５４０上へ作用するローラ２５０４のセット（図２５参照）へ伝達する。入力ディスク１５４５は、トルク及び軸方向力の入力を受け入れる第２の負荷カム・ディスク１５４０へ結合する。実施形態によっては、ローラ２５０４はローラ・ケージ１５３５によって所定の位置に保持される。

周知のように、トラクション型ＣＶＴの多くは、所定レベルのトルクの伝達に際して、球１０１と入力ディスク１５４５との間の滑りを防止するクランプ機構を利用している。クランプ機構の準備は、本明細書では軸方向力の生成、または軸方向力生成器の供給として言及されることがある。先に述べた、負荷カム１５４０に呼応してローラ２５０４を介して作用する負荷カム・ディスク１５３０の構成は、このような軸方向力生成機構の１つである。しかしながら、軸方向力の生成装置またはサブアッセンブリはＣＶＴ内に軸方向力を生成することから、実施形態によっては、ＣＶＴ自体の内部にこれに対抗する反作用力も生成される。追加的に図２５及び２６を参照すると、ＣＶＴ１５００を例示するその実施形態では、反作用力は、各々第１及び第２のレース１６０２及び１６０３を有するスラスト・ベアリングによって少なくとも部分的に対抗される。図示されている実施形態では、ベアリング・エレメントは示されていないが、球、ローラ、バレル・ローラ、非対称ローラまたは他の任意タイプのローラであってもよい。さらに、実施形態によっては、レース１６０２の一方または両方は、鋼、ベアリング鋼、セラミックまたはベアリング・レースに使用される他の任意の材料等の様々なベアリング・レース材料で製造される。第１のレース１６０２はトーション・ディスク１５２５と突き合わされ、第２のレース１６０３はハブ・キャップ１４６０と突き合わされる。図示されている実施形態のハブ・キャップ１４６０は、軸方向力機構が生成する反作用力を吸収する手助けをする。実施形態によっては、軸方向力の生成は、ウェーブ・スプリング１５１５またはトーション・スプリング２５０２（図２５に関する後の説明参照）等の１つまたは複数の軸方向ばねのような追加装備的プレローダを含む。

図１５から１８、図２２から２４及び４３を参照すると、ＣＶＴ１５００の所定のサブアッセンブリが示されている。ステータ１５８６は、メイン・シャフト１０５のショルダ４２０８上に取り付けられ、メイン・シャフト１０５のフランジ４２０６と突き合わされる。ステータ１５８７は、フランジ１６１０のショルダ１８１０上に取り付けられる。ここでは、フランジ４２０６はねじ（図示されていない）でステータ１５８６へ取り付けられるが、他の実施形態では、ステータ１５８７はショルダ１８１０上へねじ込まれる。但し、ステータ１５８７は任意の方法または手段でショルダ１８１０へ取り付けられてもよい。フランジ１６１０及び４２０６はメイン・シャフト１０５へ回転不能式に固定されることから、ステータ１５８６及び１５８７で作られるケージ１５８９は、とりわけ、この実施形態ではメイン・シャフト１０５へ回転不能式に付着する。ステータ・スペーサ１５５５は、ケージ１５８９へ構造上の追加的な強度及び剛性をもたらす。さらに、ステータ・スペーサ１５５５は、ステータ１５８６及び１５８７間に精確な軸方向スペーシングを実装する手助けをする。ステータ１５８６及び１５８７は、案内溝２２０２を介して脚１０３及び軸３７０２を案内しかつ支持する。

次に、図１５から２１、３７及び３８を参照すると、球１０１は軸３７０２を中心として回転し、アイドラ１５２６と接触した状態にある。ベアリング１８２９は、メイン・シャフト１０５を中心に同軸的に取り付けられてアイドラ１５２６をその半径方向位置に支持するが、このベアリング１８２９は、アイドラ１５２６から分離されていても、一体式であってもよい。シフト・ロッド１１２に制御されるシフト・ピン１１４は、シフト・カム１５２７の軸方向移動を作動する。シフト・カム１５２７は脚１０３を作動し、機能的に、球１０１の軸３７０２上にレバーの使用または旋回作用がもたらされる。実施形態によっては、ＣＶＴ１５００は、シフト・ピン１１４がアイドラ１５２６を妨害しないように保つリテーナ１８０４を含む。リテーナ１８０４は、プラスチック、金属または他の適切な材料で製造されるリングであってもよい。リテーナ１８０４は両ベアリング１８２９間に嵌合され、シフト・カム延設部１５２８を中心として同軸的に取り付けられる。

図１９から２１は、図示されているＣＶＴ１５００のシフト・カム１５２７の一実施形態を示す。各シフト・カム・ディスク１５７２は、脚１０３が沿って乗る輪郭２１１０を有する。ここでは、輪郭２１１０は概して凸形を有する。通常、輪郭２１１０の形状は脚１０３の所望される動作によって決定され、最終的にはこれがＣＶＴ１５００のシフト・パフォーマンスに影響する。シフト・カムの輪郭については、後に詳述する。図が示すように、シフト・カム・ディスク１５２７の一方は、メイン・シャフト１０５を中心として取り付けられる延設部１５２８を有する。図示されている実施形態の延設部１５２８は、アイドラ１５２６を越えて延設されかつもう一方のシフト・カム・ディスク１５２７と結合するに足る長さである。ここでは、結合は滑り嵌め及びクリップによってもたらされる。しかしながら、他の実施形態では、両シフト・カム１５２７は、ねじ山、ねじ、締り嵌めまたは他の任意の連接方法によって互いに締め付けられてもよい。実施形態によっては、延設部１５２８は各シフト・カム１５２７からの延設部として供給される。シフト・ピン１１４は、延設部１５２８を介して進む穴１９１０に嵌る。実施形態によっては、シフト・カム１５２７は、アイドラ・ベアリング１８２９を介する潤滑の流れをさらに良くするオリフィス１９２０を有する。実施形態によっては、アイドラ・ベアリング１８２９は延設部１５２８上へ圧入される。このような実施形態では、オリフィス１９２０は、シフト・カム１５２７にツールを通し、延設部１５２８からアイドラ・ベアリング１８２９を押し離させることにより、延設部１５２８からアイドラ・ベアリング１８２９を除去する手助けをする。特定の実施形態では、アイドラ・ベアリング１８２９はアンギュラ・コンタクト・ベアリングであるが、他の実施形態では、これらはラジアル・ベアリングまたはスラスト・ベアリングもしくは他の任意タイプのベアリングである。シフト・カム１５２７の製造には、多くの材料が適する。例えば、実施形態の中には、鋼、アルミニウム及びマグネシウム等の金属を使用するものがあり、他の実施形態は、複合材料、プラスチック及びセラミック等の他の材料を使用するが、これらは各々特定のアプリケーションの条件に依存する。

図示されているシフト・カム１５２７は、概して凸形を有するシフト・カムの輪郭２１１０の一実施形態である。シフト・カムの輪郭は、通常、アイドラ１５２６とボールレッグ・アッセンブリ１６７０（図１６参照）との間の接点の位置及び球１０１とアイドラ１５２６との軸方向の相対移動量に従って変わる。

次に、図１６及び図１８から２１に示されている実施形態を参照すると、シフト・カム１５２７の輪郭は、球１０１に対するアイドラ１５２６の軸方向の並進が球１０１の軸角度の変化に比例する類のものである。ここでは、球１０１の軸角度を「γ」と呼ぶ。出願人は、γの変化に対するアイドラ１５２６の軸方向の並進制御がＣＶＴ比の制御力に影響することを発見している。例えば、図示されているＣＶＴ１５００では、アイドラ１５２６の軸方向並進がγの変化に線形比例していれば、シフト・カム１５２７及び球−脚接合部分における垂直力は概して軸３７０２に平行である。これは、水平シフト力のボールレッグ・アッセンブリ１６７０を中心とするシフト・モーメントへの効率的な変換を有効化する。

アイドラの並進とγとの線形的相関性は、アイドラの並進が数学的に球１０１の半径と、γ角度と、ＲＳＦとの積（即ち、アイドラの並進＝球半径×γ角度×ＲＳＦ）であることから与えられる。ここで、ＲＳＦはローラの滑り係数である。ＲＳＦは、球１０１とアイドラ１２６との間の横方向のクリープ速度を記述する。ここで使用されている「クリープ」とは、物体の別の物体に対する不連続の局部動作である。牽引駆動装置では、駆動要素から被駆動要素への牽引接合部分を介する動力の伝達はクリープを要する。通常、動力伝達方向のクリープは、「回転方向のクリープ」と呼ばれる。時として、駆動及び被駆動要素は動力伝達方向に直交する方向のクリープを経験するが、このような場合、このクリープ成分は「横方向クリープ」と呼ばれる。ＣＶＴの動作中、球１０１及びアイドラ１５２６は互いの上で転がる。アイドラが軸方向へ（即ち、回転方向に直交して）シフトされると、アイドラ１５２６と球１０１との間に横方向クリープが課される。１．０に等しいＲＳＦは、純粋な回転を指す。１．０未満のＲＳＦでは、アイドラ１５２６は球１０１の回転より遅く並進する。１．０より高いＲＳＦ値では、アイドラ１５２６は球１０１の回転より速く並進する。

引き続き、図１６及び図１８から２１に示されている実施形態を参照すると、出願人は、横方向クリープ及び／またはアイドラ１５２６とボールレッグ・アッセンブリ１５７０との間の接合部分の位置決めの任意の変動に対してカム輪郭を配置する方法を考案している。この方法は、異なるカム輪郭を生成し、シフト力及びシフタ変位に対する効果を決定する手助けをする。ある実施形態では、本方法は、所望されるカム輪郭を有する二次元基準曲線を定義するパラメータ方程式の使用を含む。上記曲線は、次に、シフト・カム１２７のモデルを生成するために使用される。本方法の一実施形態では、基準曲線のパラメータ方程式は次の通りである。

θ＝２×ＧＡＭＭＡ＿ＭＡＸ×ｔ−ＧＡＭＭＡ＿ＭＡＸ
ｘ＝ＬＥＧ×ｓｉｎ（θ）−０．５×ＢＡＬＬ＿ＤＩＡ×ＲＳＦ×θ×π／１８０＋０．５×ＡＲＭ×ｃｏｓ（θ）
ｙ＝ＬＥＧ×ｃｏｓ（θ）−０．５×ＡＲＭ×ｓｉｎ（θ）
ｚ＝０
角度θは、最小γ（実施形態によっては、−２０度）から最大γ（実施形態によっては、＋２０度）まで変わる。ＧＡＭＭＡ＿ＭＡＸは、γの最大値である。パラメータ・レンジの変数「ｔ」は、０から１までの範囲で変わる。ここで、「ｘ」及び「ｙ」はカム歯車１５２（図１参照）の中心点である。ｘ及びｙの方程式は、パラメータである。「ＬＥＧ」及び「ＡＲＭ」は、ボールレッグ・アッセンブリ１６７０とアイドラ１５２６及びシフト・カム１５２７との接合部分の位置を定義する。より具体的には、ＬＥＧは、ボールレッグ・アッセンブリ１６７０の球心棒３７０２の軸からボールレッグ・アッセンブリ１５７０の対応する２つのカム歯車１５２の中心を通る、球心棒３７０２に平行な線までの垂直距離である。

ＲＳＦ値は、ゼロより大きいことが好適である。ＣＶＴ１００は、ＲＳＦ約１．４のアプリケーションを明示している。出願人は、ＲＳＦゼロはＣＶＴのシフトに必要な力を劇的に増大させることを発見している。通常、ＲＳＦは１．０より大きく、２．５より小さい値が好適である。

引き続き図１６及び図１８から２１に示されている実施形態を参照すると、図示されているこのＣＶＴ１００の実施形態には、最大γ角度に対する最大ＲＳＦが存在している。例えば、γが＋２０度である場合、ＲＳＦは約１．６で最大になる。ＲＳＦはさらに、球１０１のサイズ及びアイドラ１５２６のサイズ及びカム歯車１５２の位置決めに依存する。

ＣＶＴをシフトするために入力されるエネルギーについて言えば、このエネルギーは、大きい変位及び小さい力として（高いＲＳＦ値をもたらす）、または小さい変位及び大きい力として（低いＲＳＦ値をもたらす）入力されてもよい。所定のＣＶＴに関しては、許容可能な最大シフト力が存在し、かつ許容可能な最大変位も存在する。故に、トレードオフを行えば、任意の特定アプリケーションに関して設計者には実行されるべき様々な設計オプションがもたらされる。ゼロより大きいＲＳＦは、所望されるシフト比の達成に必要な軸方向変位を増大することによって、必要なシフト力を減らす。最大変位は、実施形態によっては、グリップまたはトリガ・シフト等の特定のシフト機構の限度によって決定されるが、実施形態によっては、これもＣＶＴ１００のパッケージ制限に影響される、或いは交互的に影響されることがある。

時間当たりのエネルギーは、別の因子である。所定のアプリケーションのシフト・レートは、シフト機構の作動に使用される動力源に依存して、シフト・レートを達成するための所定レベルの力または変位を必要とする場合がある。例えば、ＣＶＴのシフトに電気モータを使用する所定のアプリケーションでは、幾つかの例において低トルクで高い速度を有するモータが好まれる。動力源は速度に偏向されるため、ＲＳＦは変位へと偏向されることになる。油圧シフトを使用する他のアプリケーションでは、低フローにおける高圧の方が高フローにおける低圧より適する可能性がある。故に、アプリケーションに依存して、ＲＳＦは動力源に合うように低い方が選ばれることになる。

γに線形的に相関されるアイドラの並進は、所望される唯一の関係性ではない。従って、例えば、アイドラの並進がＣＶＴ比に線形的に比例することが望ましければ、ＲＳＦ係数は、アイドラの位置とＣＶＴ比との関係が線形的に比例するようにγ角またはＣＶＴ比の関数にされる。幾つかのタイプの制御スキームにとって、これは望ましい特徴である。

図２２から２４は、ＣＶＴ１５００内で使用可能なケージ１５８９の一例を示す。図示されているケージ１５８９は、ステータ・スペーサ１５５５のセット（明確さのために１つのみ示されている）によって互いに結合される２つのステータ１５８６及び１５８７を有する。この実施形態におけるステータ・スペーサ１５５５は、ステータ１５８６及び１５８７の外周に固定している。ここでは、スペーサ１５５５は、ねじでステータ１５８６及び１５８７へ取り付けられる。しかしながら、ステータ１５８６及び１５８７とスペーサ１５５５とは、圧入、ねじ込みまたは他の任意の方法または手段等の他の取り付け手段用に構成されてもよい。実施形態によっては、スペーサ１５５５の一端はステータ１５８６または１５８７の一方に永久的に取り付けられる。実施形態によっては、スペーサ１５５５は、構造的剛性をもたらす材料で製造される。ステータ１５８６及び１５８７は、脚１０３及び／または軸３７０２を案内しかつ支持する溝２２０２を有する。特定の実施形態では、脚１０３及び／または軸３７０２は、溝２２０２上に乗るホイール（図１１のアイテム１５１または他の実施形態の等価物）を有する。

図２４は、ステータ１５８６の溝２２０２とは反対側の側面を示す。この実施形態では、穴２２０４はステータ・スペーサ１５５５をステータ１５８６へ取り付けるねじを受け入れる。内側の穴２２１０は、ステータ１５８６をメイン・シャフト１０５のフランジ４２０６へ取り付けるねじを受け入れる。ステータ１５８６の幾つかの実施形態を軽量化するために、この実施形態ではステータ１５８６から材料が、カットアウト２２０６として示されているように除去されている。重量及びボールレッグ・アッセンブリ１６７０の要素間の間隙を考慮して、ステータ１５８６は、この実施形態の場合のように追加のカットアウト２２０８を含んでもよい。

次に、図２５、２６及び３６の実施形態を参照して、図１５のＣＶＴ１５００と共用され得る軸方向力生成機構の一実施形態について説明する。図２５及び２６は、部分分解図である。入力シャフト１５０５は、トルク入力をトーション・ディスク１５２５へ与える。トーション・ディスク１５２５は、ランプ３６１０を有する負荷カム・ディスク１５３０と結合する。負荷カム・ディスク１５３０の回転に伴って、ランプ３６１０はローラ２５０４を作動し、ローラ２５０４は第２の負荷カム・ディスク１５４０のランプ３６１０上に乗る。次に、ローラ２５０４は負荷カム・ディスク１５３０及び１５４０の間で押されて所定位置に填り込み、負荷カム・ディスク１５３０からのトルク及び軸方向力の双方を負荷カム・ディスク１５４０へ伝達する。実施形態によっては、ＣＶＴ１５００は、ローラ２５０４の正しい配置構造を保証するローラ・リテーナ１５３５を含む。ローラ２５０４は、球形、円筒形、バレル形、非対称または特定のアプリケーションに適する他の形状であってもよい。実施形態によっては、ローラ２５０４は各々、アプリケーションによっては所望に従ってローラ２５０４をランプ３６１０より上または下に偏向する、ローラ・リテーナ１５３５または他の構造体へ取り付けられる個々のばね（図示されていない）を有する。図示されている実施形態では、入力ディスク１５４５は負荷カム・ディスク１５４０と結合するように構成され、入力トルク及び軸方向力の両方を受け入れる。軸方向力は次に、球１０１を入力ディスク１５４５、出力ディスク１５６０及びアイドラ１５２６間にクランプする。

図示されている実施形態では、負荷カム・ディスク１５３０は、ドエルピンでトーション・ディスク１５２５へ固定される。但し、負荷カム・ディスク１５３０をトーション・ディスク１５２５へ固定する他の方法が使用されてもよい。さらに、実施形態によっては、負荷カム・ディスク１５３０はトーション・ディスク１５２５と一体式である。他の実施形態では、トーション・ディスク１５２５は、トルク及び軸方向力を伝達する単一のユニットを製造するために内部に機械加工されたランプ３６１０を有する。図示されている実施形態では、負荷カム・ディスク１５４０はドエルピンで入力ディスク１５４５へ結合される。この場合もやはり、入力ディスク１５４５を負荷カム・ディスク１５４０へ結合する他の任意の適切な固定方法が使用されてもよい。実施形態によっては、入力ディスク１５４５と負荷カム・ディスク１５４０とは、効果的には、ランプ３６１０が入力ディスク１５４５に内蔵されているかのような一体ユニットである。さらに他の実施形態では、軸方向力生成機構は唯一のランプ３６１０セットを含んでもよい。即ち、負荷カム・ディスク１５３０または１５４０の一方はランプ３６１０を保有せず、ローラ２５０４に接触するための平面を供給する。同様に、ランプがトーション・ディスク１５２５または入力ディスク１５４５に内蔵される場合には、これらの一方はランプ３６１０を保有しなくてもよい。双方のディスクまたは片方のディスクだけにランプを有する両実施形態における負荷カム・ディスク１５３０、１５４０では、ランプ３６１０及びディスク上のランプのない平面は、ローラ２５０４を部分的に捕捉しかつ表面応力レベルを低減するために、ローラ２５０４の表面形状に適する共形的形状で形成されてもよい。

実施形態によっては、所定の動作条件下では、ＣＶＴ１５００に対する予圧軸方向力が所望される。例示として、低トルク入力では、入力ディスク１５４５は、摩擦牽引を達成することよりも球１０１上で滑るすることが可能である。図２５及び２６に示されている実施形態では、軸方向の予圧は、トーション・スプリング２５０２をトーション・ディスク１５２５及び入力ディスク１５４５へ結合することによって部分的に達成される。トーション・スプリング２５０２の一方の端はトーション・ディスク１５４５の穴２９３０（図２９参照）へ嵌合し、トーション・スプリング２５０２の他端は入力ディスク１５４５の穴に嵌合する。当然ながら、関連技術分野の一般的な熟練者は、トーション・スプリング２５０２を入力ディスク１５４５及びトーション・ディスク１５２５へ結合させる多くの代替方法を容易に認識するであろう。他の実施形態では、トーション・スプリング２５０２はローラ・リテーナ１５３５及びトーション・ディスク１５２５または入力ディスク１５４５と結合してもよい。トーション・ディスク１５２５または入力ディスク１５４５の一方だけがランプ３６１０を有する実施形態によっては、トーション・スプリング２５０２はローラ・リテーナ１５３５を、ランプを有する方のディスクへ結合する。

引き続き、図１５、２５及び２６に示す実施形態を参照すると、先に述べたように、実施形態によっては、軸方向力の印加がＣＶＴ１５００内で対抗される反作用力を生成する。ＣＶＴ１５００のこの実施形態では、ボール・スラスト・ベアリングは、ハブ・キャップ１４６０とトーション・ディスク１５２５との間でスラストを伝達することによって、反作用力を管理する手助けをする。スラスト・ベアリングは、ハブ・キャップ１４６０に突き合わされるレース１６０２を有し、ハブ・キャップ１４６０は、この実施形態ではその内側の穴の近くにレース１６０２を受け入れるためのリセスを有する。スラスト・ベアリングの第２のレース１６０３は、トーション・ディスク１５２５のリセス内に収まっている。実施形態によっては、ウェーブ・スプリング１５１５が軸方向の予圧を準備するためにレース１６０２とハブ・キャップ１４６０との間に組み込まれる。図示されている実施形態では、ベアリング２６１０がハブ・キャップ１４６０を半径方向に支持する。

出願人は、本明細書においてベアリング・ドラグの再循環と呼んでいる現象に起因するＣＶＴ１５００の効率低下に対処する場合、ＣＶＴ１５００の所定の構成が他の構成よりも適することを発見している。この現象は、軸方向力生成からの反作用力に対処すべくベアリングがトーション・ディスク１５２５とハブ・キャップ１４６０との間に置かれる場合に発生する。

図１に示すような実施形態によっては、負荷カム・ディスク１５３０の直径にほぼ等しい直径を有するニードル・ローラ・ベアリングは、エンド・キャップ１６０の偏向を最小限に抑えるために使用される。アンダードライブでは、トーション・ディスク１５７の速度（入力速度）はエンド・キャップ１６０の速度（出力速度）より速い。アンダードライブでは、ニードル・ローラ・ベアリング（この実施形態ではスラスト・ベアリング１６３）はトーション・ディスク１５２５の回転方向とは反対のドラグ・トルクを生成する。このドラグ・トルクは、負荷カム・ディスク１５３０による軸方向荷重とは反対方向でトーション・ディスク１５２５に作用し、かつ出力方向でエンド・キャップ１６０、延てはハブ・シェル１３８及び出力ディスク１３４に作用してこれらの構成要素の回転をスピードアップする傾向があり、これらの効果の組合せによりカム・ローダ１５４は無負荷にされ、よってＣＶＴ１５００内の軸方向力の量が低減される。この状況は、入力ディスク１１０、球１０１及び／または出力ディスク１３４間の滑りに繋がることもある。

オーバードライブでは、トーション・ディスク１５２５の速度はエンド・キャップ１６０の速度より速く、ニードル・ベアリングは、トーション・ディスク１５２５の回転方向でトーション・ディスク１５２５に作用しかつエンド・キャップ１６０の出力回転に対抗してエンド・キャップ１６０に作用するドラグ・トルクを生成する。これにより、ＣＶＴ１５００内で生成される軸方向力は増加される。軸方向力のこの増加により、次には、システムがさらにドラグ・トルクを生成する。本明細書では、軸方向力とドラグ・トルクとの間のこのフィードバック現象をベアリング・ドラグの再循環と称するが、これは最終的にＣＶＴ１００の効率低下をもたらす。さらに、エンド・キャップ１６０に対抗して働くドラグ・トルクはＣＶＴ１００の出力に追加のドラグとして作用し、これにより、その効率はさらに下がる。

出願人は、ベアリング・ドラグの再循環に起因する効率損失を最小限に抑えるための様々なシステム及び方法を発見している。図２５、２６及び４０に示すように、ＣＶＴ１５００の幾つかの実施形態は、上述のように構成されるニードル・ローラ・ベアリングを使用する代わりに、レース１６０２及び１６０３を有するローラ・スラスト・ベアリングを採用する。ドラグ・トルクの量は使用されるベアリングの直径に伴って増大するため、レース１６０２及び１６０３の直径は軸方向力を生成する負荷カム・ディスク１５３０の直径より小さく、実施形態によっては可能な限り小さい。レース１６０２及び１６０３の直径は、負荷カム・ディスク１５３０の直径の１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０または９０パーセントであってもよい。実施形態によっては、レース１６０２及び１６０３の直径は、負荷カム・ディスク１５３０の直径の３０から７０パーセントまでの範囲である。さらに他の実施形態では、レース１６０２及び１６０３の直径は、負荷カム・ディスク１５３０の直径の４０から６０パーセントまでの範囲である。

ボール・スラスト・ベアリングが使用される場合、実施形態によっては、ローラ及び／またはレースはセラミックで製造され、レースは潤滑及び／または超仕上げされ、かつ／またはローラの数は、所望される負荷容量を維持しながら最小限に抑えられる。実施形態によっては、深溝ラジアル・ボール・ベアリングまたはアンギュラ・コンタクト・ベアリングが使用されてもよい。所定のアプリケーションでは、ＣＶＴ１５００は、ベアリング・ドラグの再循環を最小限に抑える手段として磁気または空気ベアリングを採用してもよい。ベアリング・ドラグの再循環による効果を低減する他の手法については、後に図４６を参照し、入力シャフト１５０５及びメイン・シャフト１０５の代替実施形態に関連して論じる。

図２７から３５は、図１５のＣＶＴ１５００と共用され得るトルク入力シャフト１５０５及びトーション・ディスク１５２５の特定の実施形態の例を描いている。入力シャフト１５０５とトーション・ディスク１５２５とは、トーション・ディスク１５２５上のスプライン穴２７１０及び入力シャフト１５２５上のスプライン・フランジ２７２０を介して結合される。実施形態によっては、入力シャフト１５０５及びトーション・ディスク１５２５は一体であり、（図１に示すような）単一ユニットとして製造されるか、入力シャフト１５０５及びトーション・ディスク１５２５が溶接または他の任意の適切な接着プロセス等の永続的な取り付け手段によって一つに結合される。さらに他の実施形態では、入力シャフト１５０５及びトーション・ディスク１５２５は、ねじ、ドエルピン、クリップまたは他の任意の手段または方法等の締結具を介して機能的に結合される。個々に示す特定の構成は、入力シャフト１５０５及びトーション・ディスク１５２５が、スプライン穴２７１０及びスプライン・シャフト２７２０を介して負荷下の負荷カム・ディスク１５３０の成長に起因する配置ずれ及び軸方向変位に対処し、かつねじりモーメントを解放することのできる別個の部品であるという状況において好適である。この構成は、ＣＶＴのより低い製造公差及び必然的に低減された製造コストを見込んでいることから、特定の実施形態においても好適である。

図１６、２８から３２を参照すると、図示されている実施形態では、トーション・ディスク１５２５は概して、外周３１１０と、内側のスプライン穴２７１０とを有する円形ディスクである。トーション・ディスク１５２５の片側は、スラスト・ベアリングのレース１６０３を受け入れるリセス３２０５を有する。トーション・ディスク１５２５のもう一方の側は、負荷カム・ディスク１５３０を受け入れてそれと結合するためのシート３２１０と、ショルダ３２２０とを含む。トーション・ディスク１５２５は、ショルダ３２２０から持ち上がり、凸形で最大高度に達し、次に内側の穴２７１０へ向かって下降する隆起面３２３０を含む。ＣＶＴ１５００の一実施形態では、隆起面３２３０はトーション・スプリング２５０２を部分的に支持して拘束し、一方でドエルピンのセット（図示されていない）はトーション・スプリング２５０２を所定の位置に保持する手助けをする。このような実施形態では、ドエルピンは穴２９２０内に置かれる。個々に示されているトーション・ディスク１５２５は、そのスプライン穴２７１０上に３つのスプラインを有する。しかしながら、他の実施形態では、スプラインは１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個またはそれ以上であってもよい。実施形態によっては、スプラインの数は２から７個までであり、他の実施形態では、スプラインの数は３、４または５個である。

実施形態によっては、トーション・ディスク１５２５は、トーション・ディスク１５２５を負荷カム・ディスク１５３０へ結合するドエルを受け入れるためのオリフィス２９１０を含む。また、トーション・ディスク１５２５は、トーション・スプリング２５０２の一方の端を受け入れるためのオリフィス２９３０を有してもよい。図示されている実施形態では、トーション・スプリング２５０２の異なる可能構成に対応しかつ予圧レベルの調節を提供するために幾つかのオリフィス２９３０が存在する。

トーション・ディスク１５２５は、所定のアプリケーションにおいて予測されるトルク及び軸方向負荷を伝達するに足る剛性及び強度を有する任意の材料製であってもよい。実施形態によっては、材料の選択は、発生する反作用力に対抗する手助けとなるように設計される。例えば、アプリケーションによっては、硬化鋼、鋼、アルミニウム、マグネシウムまたは他の金属が適当である場合があり、他のアプリケーションではプラスチックが適当である。

図３３から３５は、ＣＶＴ１５００と共用するためのトルク入力シャフト１５０５の一実施形態を示す。トルク入力シャフト１５０５は、一方の端にスプライン・フランジ２７２０を有しかつ他端にキー・シート３３１０を有する中空の円筒形本体から成る。この実施形態では、キー・シート３３１０は入力シャフト１５０５を、それ自体はフリーホイール１４２０へ結合されるフリーホイール・キャリア１５１０（図１４、１５参照）へ機能的に結合するキー（図示されていない）を受け入れる。表面２７２０及び３４１０は、トーション・ディスク１５２５のスプライン穴２７１０と一致するように成形される。従って、幾つかの実施形態の凹面２７２０の数は、好適にはスプライン穴２７１０におけるスプラインの数に等しくなる。実施形態によっては、凹面２７２０の数は１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個またはそれ以上であってもよい。実施形態によっては、凹面２７２０の数は２から７個であり、他の実施形態では３、４または５個の凹面２７２０が存在する。

図に示すように、入力シャフト１５０５は、ベアリング、スペーサ、他等の様々な構成要素を軸方向の所定の位置に保持する手助けをする幾つかのクリップ溝を有する。入力シャフト１５０５は、所定のアプリケーションにおいて予測されるトルクを伝達し得る材料で製造される。例によっては、入力シャフト１５０５は硬化鋼、鋼または他の金属の合金で製造され、他の実施形態では、アルミニウム、マグネシウムまたは任意のプラスチックまたは複合材料または他の適切な材料で製造される。

図３６は、ＣＶＴ１５００と共用され得る負荷カム・ディスク１５４０（或いは１５３０）の一実施形態を示す。ディスク１５４０は、概して、その外周にバンドを有する円形リングである。バンドは、ランプ３６１０で作られる。ランプ３６１０のうちの幾つかは、負荷カム・ディスク１５３０をトーション・ディスク１５２５へ、または負荷カム・ディスク１５４０を入力ディスク１５４５へ結合するためのドエルピン（図示されていない）を受け入れる穴３６２０を有する。実施形態によっては、ランプ３６１０は、負荷カム・ディスク１５３０、１５４０との単一ユニットとして機械加工される。他の実施形態では、ランプ３６１０はリング基板（図示されていない）とは別個のものであってもよく、任意の既知の固定方法によってこれに結合される。後者の例では、ランプ３６１０及びリング基板は異なる材料により、異なる機械加工または鍛造方法で製造されてもよい。負荷カム・ディスク１５４０は、例えば金属または複合材料で製造されてもよい。

図３７及び図３８を参照すると、軸３７０２の実施形態は、２つのショルダ３７０４とウェスト３８０６とを有する細長い円筒本体から成る。ショルダ３７０４は、円筒本体の中点を越えた点に始まり、球１０１の穴を越えて延設される。図示されている実施形態のショルダ３７０４は面取りされていて、ブッシング３８０２の過度の摩耗を防止する手助けとなり、応力集中が減じられる。軸３７０２の両端は、脚１０３と接合するためのベアリングまたは他の手段と結合するように構成される。実施形態によっては、ショルダ３７０４は、脚１０３のためのサポート、停止装置及び／または公差基準点を提供することによって、ボールレッグ・アッセンブリ１６７０の組立を向上させる。特定の実施形態におけるウェスト３８０６は、オイル・リザーバとして機能する。この実施形態では、ブッシング３８０２は球１０１の穴内で軸３７０２を包囲する。他の実施形態では、ブッシング３８０２の代わりにベアリングが使用される。これらの実施形態では、ウェスト３８０６は、ベアリングが球１０１の内側に嵌合する場所で終わる。ベアリングは、ローラ・ベアリング、ドローン・カップ・ニードル・ベアリング、ケージ付きニードル・ローラ、ジャーナル・ベアリングまたはブッシングであってもよい。実施形態によっては、ベアリングはケージ付きニードル・ベアリングまたは他の保持ベアリングであることが好適である。一般的な摩擦ベアリングを使用する試みでは、ＣＶＴ１００、１５００は、ベアリングまたはベアリングの転動体が軸３７０２、１０２に沿って球１０１からそれらが脚１０３を妨害して球１０１を止める場所まで移動することに起因して失敗、または停止する場合が多い。この移動は、操作中に球１０１を介して分散される力または歪み波によって引き起こされることが確信される。この理解は、広範な試験及び設計の結果として得られたものであり、出願人は、ケージ付きニードル・ローラまたは他の保持ベアリングの使用が、顕著かつ突如としてＣＶＴ１００、１５００の特定の実施形態の長寿命及び耐久性向上をもたらすものと考える。また、ブッシング及びジャーナル材料を使用する実施形態も、この現象に起因する失敗の低減に寄与する。ブッシング３８０２は、例えば、球１０１または軸３７０２の何れかまたは双方を被覆するバビット合金ライニングに換えられてもよい。さらに他の実施形態では、軸３７０２は青銅で製造され、ベアリング、ブッシングまたは他のライニングの必要なしに球１０１の座面を供給する。実施形態によっては、球１０１は、球１０１の穴の中央部に位置づけられるスペーサ（図示されていない）によって分離されるケージ付きニードル・ベアリングによって支持される。さらに、他の実施形態では、スペーサはショルダ３７０４に取り付けられ、ケージ付きニードル・ベアリングを脚１０３の構成要素から分離する。軸３７０２は、鋼、アルミニウム、マグネシウム、青銅または他の任意の金属または合金で製造されてもよい。特定の実施形態では、軸３７０２はプラスチックまたはセラミック材料で製造される。

図４１から４３は、メイン・シャフト１０５の一実施形態を描いている。メイン・シャフト１０５は、シフト・ロッド１１２（図１６及び４０参照）を受け入れるための内側の穴４３０５を有する細長い物体である。ＣＶＴ１５００に実装されるように、メイン・シャフト１０５は、ＣＶＴ１５００の多くの構成要素のサポートとなる単体の軸である。メイン・シャフト１０５に単体の軸が使用される実施形態では、メイン・シャフト１０５は、ＣＶＴ１５００の特定の実施形態におけるトレランス・スタックを低減または排除する。さらに、複数片で構成される軸に比べて、単体であるメイン・シャフト１０５はＣＶＴ１５００により高い剛性及び安定性をもたらす。

また、メイン・シャフト１０５は、シフト・ピン１１４を受け入れてその軸方向の移動、即ちメイン・シャフト１０５の長手軸に沿った移動を許容するスルー・スロット４２０４も含む。スロット４２０４のサイズは、ＣＶＴ１５００の特定のアプリケーションのレシオ・レンジを選択的に決定するためのシフト・ストップを供給するように選ばれてもよい。例えば、ＣＶＴ１５００は、スロット４２０４の適切な寸法及び／または位置決めを選ぶことによって、オーバードライブ・レンジより広いアンダードライブ・レンジ、またはその逆を有するように構成されてもよい。例示として、図４２に示すスロット４２０４がＣＶＴ１５００にとって可能なフル・シフト・レンジを提供するものとすれば、レシオ・レンジはスロット４２０４より短いスロットによって低減される。スロット４２０４が図４２の右側で短縮されれば、アンダードライブ・レンジは低減されることになる。逆に、スロット４２０４が図４２の左側で短縮されれば、オーバードライブ・レンジが低減される。

この実施形態では、フランジ４２０６及びショルダ４２０８はメイン・シャフト１０５から半径方向へ延設される。既に述べたように、フランジ４２０６及びショルダ４２０８は、ステータ１５８６のメイン・シャフト１０５への固定を容易にする。実施形態によっては、ステータ１５８６の穴は、ショルダ４２０８をなしですますことができるようにメイン・シャフト１０５へ取り付けられるようなサイズにされる。他の実施形態では、ショルダ４２０８及び／またはフランジ４２０６はメイン・シャフト１０５から分離された部品であってもよい。これらの例では、ショルダ４２０８及び／またはフランジ４２０６はメイン・シャフト１０５を中心として同軸的に取り付けられ、関連技術における任意の周知手段によってメイン・シャフト１０５に取り付けられる。図示されている実施形態では、メイン・シャフト１０５は、フランジ１６１０（図１６参照）を回転可能式に固定するキー１６０６を受け入れるためのキー・シート４２０２を含む。キー１６０６は、半月キーであってもよい。幾つかの実施形態のメイン・シャフト１０５は、製造可能性、コスト、強度及び剛性の点で適切な金属で製造される。例えば、メイン・シャフトは鋼、マグネシウム、アルミニウムまたは他の金属または合金で製造されてもよい。

次に、特に図３９及び４０を参照して、上述のＣＶＴ１５００の一実施形態を有するハブ１４００の動作について説明する。フリーホイール１４２０は、自転車のチェーン（図示されていない）からトルクを受け取る。フリーホイール１４２０は、フリーホイール・キャリア１５１０に固定されることから、これにトルクを与え、フリーホイール・キャリア１５１０はこのトルクをキー・カップリング（図示されていない）を介して入力シャフト１５０５へ伝達する。メイン・シャフト１０５に取り付けられたニードル・ベアリング４０１０及び４０２０上に乗る入力シャフト１５０５は、入力シャフト１５０５のスプライン穴２７１０及びスプライン面２７２０及び３４１０を介してトルクをトーション・ディスク１５２５へ入力する。ニードル・ベアリング４０１０は、好適には、フリーホイール・キャリア１５１０及び／またはフリーホイール１４２０の近く、または下に置かれる。この配置は、入力シャフト１５０５に、フリーホイール・キャリア１５１０からのＣＶＴ１４００を介する曲げ荷重としての半径方向荷重の伝達を防止する適切なサポートを提供する。さらに、実施形態によっては、ニードル・ベアリング４０１０及び４０２０間にスペーサ４０３０が供給される。スペーサ４０３０は、例えば、テフロン（登録商標）で製造されてもよい。

トーション・ディスク１５２５が回転すると、トーション・ディスク１５２５へ結合される負荷カム・ディスク１５３０がこの回転に従い、その結果、ランプ３６１０がローラ２５０４を活性化させる。ローラ２５０４は負荷カム・ディスク１５４０のランプ３６１０を昇り、負荷カム・ディスク１５３０と負荷カム・ディスク１５４０との間に挟まれる。ローラ２５０４のこの楔入により、トルク及び軸方向力は共に負荷カム・ディスク１５３０から負荷カム・ディスク１５４０へ伝達される。ローラ・ケージ１５３５は、ローラ２５０４を正しい配置構造で保持する働きをする。

負荷カム・ディスク１５４０は入力ディスク１５４５へ固定的に結合されることから、負荷カム・ディスク１５４０は、軸方向力及びトルクの双方を入力ディスク１５４５へ伝達し、入力ディスク１５４５は、次にこの軸方向力及びトルクを摩擦接触を介して球１０１へ与える。入力ディスク１５４５が負荷カム・ディスク１５４０から受け取るトルク下で回転すると、入力ディスク１５４５と球１０１との摩擦接触により、軸３７０２を中心として球１０１を回転させる。この実施形態では、軸３７０２は、その固有の長手軸を中心とする球１０１との回転を制約されるが、軸３７０２は、シフト間のように球１０１の中心を中心として旋回または傾斜することができる。

入力ディスク１５４５、出力ディスク１５６０及びアイドラ１５２６は、球１０１と摩擦接触状態にある。球１０１が軸３７０２上で回転すると、球１０１は出力ディスク１５６０へトルクを与え、シャフト１０５を中心として出力ディスク１５６０を回転させる。出力ディスク１５６０はハブ・シェル１３８へ固定的に結合されることから、出力ディスク１５６０はハブ・シェル１３８へ出力トルクを与える。ハブ・シェル１３８は、メイン・シャフト１０５と同軸的に、かつメイン・シャフト１０５を中心として回転可能式に取り付けられる。ハブ・シェル１３８は、次に、出力トルクを自転車の車輪にスポーク等の周知方法を介して伝達する。

引き続き、図３９及び４０を参照すると、入力速度対出力速度比のシフト及び必然的に入力トルク対出力トルク比のシフトは、球１０１の回転軸を傾斜させることによって達成されるが、これは、軸３７０２の角度シフトの作動を必要とする。伝達比のシフトは、メイン・シャフト１０５における、または図３に示すシフト・ロッド３１２の回転におけるシフト・ロッド１１２の軸方向移動を作動させることを含む。シフト・ロッド１１２は、延設部１５２８内の穴１９１０を介してシフト・カム１５２７に接触しているピン１１４を軸方向へ並進させる。シフト・ピン１１４の軸方向移動は、シフト・カム１５２７の対応する軸方向移動を引き起こす。シフト・カム１５２７は脚１０３に（例えば、カム歯車１５２を介して）係合することから、脚１０３は、シフト・カムの輪郭２１１０に沿った移動に伴って半径方向へ移動する。脚１０３は軸３７０２へ連接されることから、脚１０３は、球１０１の中心を中心として軸３７０２を旋回させるレバーとして作用する。軸３７０２の旋回により、球１０１は回転軸を変更し、その結果、伝達比のシフトを引き起こす。

図４４及び４５は、入力ディスク１５４５に作用する１つの負荷カム・ディスク４４４０と、出力ディスク１５６０に作用する別の負荷カム・ディスク４４２０とを含む軸方向力生成機構を有するＣＶＴ４４００の一実施形態を示す。この実施形態では、負荷カム・ディスク４４４０及び４４２０は、負荷カム・ディスク１５３０及び１５４０のランプ３６１０等のランプを組み込んでいる。この実施形態では、入力ディスク１５４５または出力ディスク１５６０の何れもランプを保有せず、またはランプを有するディスクへ結合されない。しかしながら、他の実施形態では、入力ディスク１５４５または出力ディスク１５６０の一方または双方にランプを有するディスクを供給すること、または入力ディスク１５４５及び／または出力ディスク１５６０内に負荷カム・ディスク４４２０、４４４０と共働するランプを形成することが望ましい場合がある。幾つかの実施形態のＣＶＴ４４００は、さらに、負荷カム・ディスク４４２０と出力ディスク１５６０との間にあるローラ・セット（図示されていない）を収容しかつアラインするローラ・リテーナ４４３０を含む。図示されている実施形態では、ローラ・リテーナ４４３０は出力ディスク１５６０上を半径方向に案内する。同様に、負荷カム・ディスク４４４０と入力ディスク１５４５との間にもローラ・リテーナ４４１０が存在する。これらの実施形態に関連して説明しているローラ及びディスクは、先の軸方向力生成装置に関して既に述べたような任意のタイプまたは形状であってもよい。実施形態によっては、ランプ角度はディスクの表面から、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５度またはこれ以上（またはこれらの間）の角度、もしくはこれらの何れかの間にある任意の角度で傾斜する。

図４６は、ベアリング・ドラグの再循環効果を低下させるのに適した入力シャフト４６０５及びメイン・シャフト４６２５を有するＣＶＴ１６００の一実施形態を示す。ＣＶＴ１００は、ニードル・ローラ・ベアリング４６２０により部分的に対抗される軸方向力を生成する軸方向力生成器１６５を含む。ハブ・キャップ４６６０は、ニードル・ローラ・ベアリング４６２０からのドラグ・トルク及び軸方向力に反作用する。他の実施形態では、ニードル・ローラ・ベアリング４６２０はボール・スラスト・ベアリングに交換され、かつ他の実施形態では、ボール・スラスト・ベアリングはニードル・ローラ・ベアリング４６２０の直径より小さい直径を有する。

この実施形態では、メイン・シャフト４６２５は、例えばクリップであってもよいワッシャ４６１５の反動面を供給するショルダ４６５０を有する（実施形態によっては、これらは全て一体である）。入力シャフト４６０５は、ベアリング４６４５に反作用する延設部１４１０に嵌合される。ベアリング４６４５は、スラスト・ベアリングであってもよい。図に示すように、入力シャフト４６０５及びドライバ・ディスク（トーション・ディスク１５２５に類似するもの）は単体である。しかしながら、他の実施形態では、入力シャフト４６０５は、例えばねじ切り、キーイングまたは他の締結手段によってトーション・ディスク１５２５へ結合されてもよい。図示されている実施形態では、軸方向力の発生によって生じる反作用力の幾分かはメイン・シャフト４６２５に影響を与え、これにより、ベアリング・ドラグの再循環が低減される。さらに別の実施形態（図示されていない）では、延設部１４１０は、同じく入力シャフト４６０５をメイン・シャフト４６２５上で支持するアンギュラ・スラスト・ベアリングに反動される。この後者の実施形態では、ショルダ４６５０及びワッシャ４６１５は不要である。代わりに、メイン・シャフト４６２５がアンギュラ・スラスト・ベアリングを支持しかつ保持するように適することになる。

本明細書に記述している多くの実施形態において、潤滑流体は、記述している多くの要素を支持するベアリングの摩擦を減じるために使用される。さらに、実施形態の中には、変速を介してトルクを伝達するトラクション・構成要素へより高いトラクション係数をもたらす流体の恩恵を受けるものがある。特定の実施形態における使用に適する「トラクション流体」と呼ばれるこのような流体には、Ａｓｈｌａｎｄ ｏｉｌから市販されているＳａｎｔｏｔｒａｃ ５０、５ＣＳＴ ＡＦ、ＬｕｂｒｉｚｏｌのＯＳ＃１５５３７８、Ｅｘｘｏｎ ＭｏｂｉｌｅのＩＶＴ Ｆｌｕｉｄ ＃ＳＬ−２００３Ｂ２１−Ａ及び他の任意の適切な潤滑剤が含まれる。実施形態によっては、トルク伝達構成要素のトラクション流体は、ベアリングを潤滑する潤滑剤とは別である。

前述の説明は、本発明の特定の実施形態を詳述したものである。しかしながら、本明細書におけるこれまでの説明文が如何に詳細であろうと、本発明を多くの方法で実施できることは認識されるであろう。先に述べたように、本発明の特定の特徴または態様を説明する際の特定の用語法の使用では、本明細書においてその用語法が、その用語法が関連づけられている本発明の特徴または態様の任意の特有の特徴を包含すべく限定するように定義し直されていることを含意するものとして理解されるべきでない点は留意されなければならない。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその任意の等価物に従って解釈されるべきである。

ＣＶＴの一実施形態を示す断面図である。 図１のＣＶＴを示す部分分解断面図である。 ＣＶＴの第２の実施形態を示す断面図である。 図３のＣＶＴを示す部分分解断面図である。 ＣＶＴ内に使用可能なスプライン入力ディスク駆動装置を示す側面図である。 図５ａのディスク駆動装置の正面図である。 ＣＶＴに使用可能なスプライン入力ディスクを示す側面図である。 図６ａのスプライン入力ディスクの正面図である。 ＣＶＴと共に使用可能なカム・ローラ・ディスクを示す。 ＣＶＴと共に使用可能なステータを示す。 ＣＶＴと共に使用可能なスクレーピング・スペーサを示す斜視図である。 ＣＶＴに使用可能なシフタ・アッセンブリを示す断面図である。 ＣＶＴで使用するためのボールレッグ・アッセンブリを示す斜視図である。 球型ＣＶＴで使用可能なケージを示す斜視図である。 ＣＶＴの別の実施形態を示す断面図である。 ＣＶＴの一実施形態を組み込んでいる自転車ハブの斜視図である。 図１４に示す自転車ハブ内に組み込まれたＣＶＴの一実施形態の様々なアッセンブリの立平面図である。 図１５に示すＣＶＴの所定のアッセンブリの部分分解斜視図である。 図１５に示すＣＶＴの所定のアッセンブリの立平面図である。 図１７に示すアッセンブリの断面Ａ−Ａに沿った断面図である。 図１５に示すＣＶＴと共に使用可能なシフト・カム・アッセンブリの一実施形態の斜視図である。 図１９に示すシフト・カム・アッセンブリの立平面図である。 図２０に示すシフト・カム・アッセンブリの断面Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 図１５に示すＣＶＴと共に使用可能なケージ・アッセンブリの斜視図である。 図２２に示すケージ・アッセンブリの正面図である。 図２２に示すケージ・アッセンブリの右側面図である。 図１５に示すＣＶＴの所定の軸方向力生成構成要素の部分分解正面図である。 図２５に示すＣＶＴ構成要素の断面Ｃ−Ｃに沿った断面図である。 図１５に示すＣＶＴと共に使用可能な嵌め合い入力シャフト及びトーション・ディスクの分解斜視図である。 図２７に示すトーション・ディスクの斜視図である。 図２８に示すトーション・ディスクの左側面図である。 図２８に示すトーション・ディスクの正面図である。 図２８に示すトーション・ディスクの右側面図である。 図３１に示すトーション・ディスクの断面Ｄ−Ｄに沿った断面図である。 図２７に示す入力シャフトの斜視図である。 図３３に示す入力シャフトの左側面図である。 図３３に示す入力シャフトの立平面図である。 図１５に示すＣＶＴと共に使用可能な負荷カム・ディスクの斜視図である。 図１５に示すＣＶＴと共に使用可能な球／軸アッセンブリの立平面図である。 図３７に示す球／軸アッセンブリの断面Ｅ−Ｅに沿った断面図である。 図１４に示す自転車ハブの立平面図である。 図３９のハブの断面Ｆ−Ｆに沿った、図１４の自転車ハブ及び図１５のＣＶＴの所定の構成要素を示す断面図である。 図１５に示すＣＶＴと共に使用可能なメイン・シャフトの斜視図である。 図４１に示すメイン・シャフトの立平面図である。 図４２に示すメイン・シャフトの断面Ｇ−Ｇに沿った断面図である。 図１４に示す自転車ハブと共に使用可能なＣＶＴの代替実施形態の立平面図である。 図４４に示すＣＶＴの断面Ｈ−Ｈに沿った断面図である。 図１４に示す自転車ハブと共に使用可能なＣＶＴの断面図である。

Claims (28)

1. アイドラ・アッセンブリを中心に半径方向に配置された複数の傾斜角可変の球に各々接触する入力ディスクと出力ディスクとを有する連続可変変速機のための入力トルク・システムであって、
   スプライン・フランジを有する入力シャフトと、
   スプライン穴を有し、トルク及び軸方向力を伝達するのに適するトーション・ディスクと、
   前記トーション・ディスクへ結合される第１の負荷カム・ディスクと、
   前記入力ディスクと結合するのに適した第２の負荷カム・ディスクと、
   前記第１の負荷カム・ディスクと前記第２の負荷カム・ディスクとの間に複数のローラとを備え、
   前記スプライン・フランジ及び前記スプライン穴は、前記入力シャフトから前記トーション・ディスクへトルクを伝達するために、互いに機能的に結合するように適し、
   前記第１の負荷カム・ディスクは、ランプを備え、
   前記トーション・ディスクは、ベアリング・レースを受け入れるためのリセスを備え、
   前記リセスの直径は、前記第１の負荷カム・ディスクの直径よりも小さい入力トルク・システム。
2. 前記スプライン・フランジは、少なくとも２つのスプラインを備える請求項１に記載のシステム。
3. 前記入力シャフトは、トルクを前記入力シャフトへ伝達するのに適したキーを受け入れるためのキー・シートを備え、
   前記キー・シートは、前記入力シャフトの前記スプライン・フランジとは別の端に配置される請求項２に記載のシステム。
4. 前記スプライン穴は、少なくとも２つのスプラインを備える請求項１に記載のシステム。
5. 前記ベアリング・レースは、前記トーション・ディスクと一体である請求項１に記載のシステム。
6. 前記ローラは、球形である請求項１に記載のシステム。
7. 前記ローラは、円筒形である請求項１に記載のシステム。
8. 前記第２の負荷カム・ディスクは、ランプを備える請求項１に記載のシステム。
9. 前記スプライン・フランジは、前記入力シャフト上へねじ切りされる請求項１に記載のシステム。
10. 前記スプライン・フランジは、前記入力シャフト上へ圧入される請求項１に記載のシステム。
11. 前記スプライン・フランジは、少なくとも３つのスプラインを有する請求項１に記載のシステム。
12. キーを保持するクリップを受け入れるための前記キー・シートに、または前記キー・シートの近くに、前記連続可変変速機の構成要素の少なくとも１つを軸方向の所定の位置に保持するための少なくとも１つの溝クリップをさらに備える請求項３に記載のシステム。
13. 前記トーション・ディスク内に形成される、ベアリングのレースを受け入れるための環状リセスと、
    前記トーション・ディスク内に形成される、前記第１の負荷カム・ディスクを受け入れるための円形ショルダと、
    前記トーション・ディスク内に形成される隆起面であって、前記環状リセスの反対側にあり、前記入力ディスクに予圧軸方向力を付与するトーション・スプリングを支持するための隆起面とをさらに備える請求項１に記載のシステム。
14. 前記スプライン穴は、少なくとも３つのスプラインを有する請求項１３に記載のシステム。
15. 前記レースは、前記環状リセスと一体である請求項１３に記載のシステム。
16. 前記第１の負荷カム・ディスクは、前記トーション・ディスクと一体である請求項１３に記載のシステム。
17. 前記トーション・ディスクを前記第１の負荷カム・ディスクへ付着するための手段をさらに備える請求項１３に記載のシステム。
18. 中央のシャフト、入力ディスク及び出力ディスクを有し、前記入力ディスク及び出力ディスクは各々、アイドラ・アッセンブリを中心に半径方向に配置された複数の傾斜角可変の球に接触する連続可変変速機（ＣＶＴ）において軸方向力を生成するためのシステムであって、
    前記ＣＶＴの中央のシャフトを中心にして同軸的に取り付けられるトーション・スプリングと、
    前記トーション・スプリングを部分的に拘束し、トルク及び軸方向力を伝達するのに適するよう、前記トーション・スプリングへ結合されるトーション・ディスクと、
    前記トーション・ディスクへ機能的に結合されるよう、複数のランプを有する第１の負荷カム・ディスクと、
    前記入力ディスクに結合するのに適した第２の負荷カム・ディスクと、
    前記第１の負荷カム・ディスクによって活性化されるように構成される複数のローラとを備え、
    前記トーション・ディスクは、ベアリングを受け入れて支持するためのリセスを備え、
    前記リセスの直径は、前記第１の負荷カム・ディスクの直径よりも小さいシステム。
19. 複数のランプを有する第２の負荷カム・ディスクをさらに備え、
    前記第２の負荷カム・ディスクが、前記複数のローラから受け取る軸方向力を伝達するように構成される請求項１８に記載のシステム。
20. 前記トーション・ディスクは、前記第１の負荷カム・ディスクを受け入れて支持するためのショルダを備える請求項１８に記載のシステム。
21. 前記トーション・ディスクは、スプライン穴を備える請求項１８に記載のシステム。
22. 前記トーション・ディスクは、スプライン穴を備える請求項１８に記載のシステム。
23. 前記トーション・ディスクは、前記トーション・スプリングを部分的に保持するための隆起した凸面を備える請求項１８に記載のシステム。
24. 前記第１の負荷カム・ディスクは、前記トーション・ディスクと一体である請求項１８に記載のシステム。
25. 前記ローラは、球形である請求項１８に記載のシステム。
26. 前記ローラは、円筒形である請求項１８に記載のシステム。
27. 前記第１の負荷カム・ディスク及び前記第２の負荷カム・ディスクは、各々螺旋状のランプを備える請求項１９に記載のシステム。
28. 前記トーション・スプリングは、前記ＣＶＴの入力ディスクと結合する請求項１９に記載のシステム。

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