JP5060114B2 - 表面最適化された接触ゾーンを有する円錐リング変速機 - Google Patents

Description

本発明は、対向する２つの円錐摩擦車とこれら円錐摩擦車に噛み合い且つそのうちの１つを取り囲む摩擦リングとを備えた円錐リング変速機に関する。

下記特許文献１に、対向する円錐摩擦車が平行シャフトに取り付けられた円錐リング変速機が記載されている。この円錐リング変速機の変速比は、シャフト軸方向への摩擦リングの移動によって、無段階で調節される。

円錐リング変速機における摩擦リングは、周囲を取り囲み外側へ向かう外部接触表面と、周囲を取り囲み放射状に内側へ向かう内部接触表面とを備えている。この場合、内部接触表面は、摩擦リングによって取り囲まれた円錐摩擦車の接触表面と共に、第１接触ゾーンを形成している。この場合、円錐摩擦車の接触表面は、円錐摩擦車の円錐状の側面である。第２接触ゾーンは、摩擦リングの外部接触表面と摩擦リングによって取り囲まれていない円錐摩擦車の接触表面との間に設けられている。摩擦リングは、対向する双方の円錐摩擦車の間に装着されるので、回転モーメントは、この摩擦リングを介して、双方の円錐摩擦車間の第１および第２の接触ゾーンへ伝送される。

回転モーメントを回転体（円錐摩擦車と摩擦リングと）の間において伝送するために、通常、適切なトラクション流体が使用されており、１つの接触ゾーンにおいて互いに重なり合う接触表面が、このトラクション流体によって分離されているほうがよい。トラクション流体によるこのような分離が行われている場合、使用される回転体間にはスリットが設けられており、このスリット中のトラクション流体の剪断応力によって、回転モーメントが伝送される。トラクション流体の剪断のみによって回転モーメントが伝送される場合、通常は金属製の接触表面の摩損を、理想的に完全に回避することができる。互いに一致していない２つの回転体を連動させるために、弾性流体の論理が使用される。

変速比は無段階に変化可能なので、円錐リング変速機を自動車に使用することは、多数の利点を有している。したがって、内燃機関の回転比と効率とは、無段階の変速機により最適に利用される。この場合、変速機を介して最大限に伝送可能な回転モーメントと、変速機における損失と、変速機のモデルとは、互いに依存し合い、部分的に拮抗する重大な要素であり、それゆえ、円錐リング変速機の構成を難しくしている。例えば、摩擦リングと円錐摩擦車との間の接触圧力をより大きくすると回転モーメントの最高値を高めることができるが、このことにより、変速機の効率が低下し、（使用される回転体間をトラクション流体によって完全に分離しない限り）損耗が増えてしまう可能性がある。
独国特許出願公開第１９５４２７２６号明細書

したがって、本発明の目的は、出来る限り好適な効率で、且つ、出来る限り損耗を無くして、高い回転モーメントを伝送することのできる円錐リング変速機を提供することである。

本発明の目的は、請求項１に記載の特徴によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項により理解される。

本発明の円錐リング変速機は、少なくとも１つの円錐摩擦車の接触表面、および／または、摩擦リングの少なくとも１つの接触表面が、交差溝を有しており、この交差溝が、ある特定の角度で円錐摩擦車または摩擦リングの回転方向に対して交差するように延びていることを特徴とする。したがって、本発明によれば、円錐リング変速機のすべての接触表面（すなわち、双方の円錐摩擦車の接触表面と、摩擦リングの外部および内部の接触表面と）に、交差溝が設けられていてもよい。また、単一の接触表面に交差溝が設けられていてもよい。例えば、一方の円錐摩擦車の接触表面として機能する円錐状の側面だけが、回転方向に対して交差する交差溝を備えており、一方、摩擦リングと他方の円錐摩擦車との双方は、このような交差溝を備えていなくてもよい。また、摩擦リングの外側の接触表面または内側の接触表面だけが、本発明の交差溝を備えている、ということも考えられる。

「交差溝」を、接触表面において縦方向に延びる任意の窪みと解釈する。縦方向は、円錐摩擦リングの動作時にその回転軸を中心として回転する回転体（円錐摩擦車または摩擦リング）の回転方向に対して、好ましい実施形態では９０°の角度を有している。しかしながら、９０°ではない角度も実現可能である。例えば、交差溝は回転方向に関して、３０°、４０°または６０°の角度を有していてもよい。

好ましくは金属製の接触表面に交差溝を設けることにより、回転体間に接触応力を加えると回転体間のトラクション流体の圧力が上昇する。通常、トラクション流体では、圧力の上昇により粘性が上昇する。その結果、トラクション流体は、より大きな剪断応力を受け止めることができるようになる。したがって、剪断応力が上昇することによって、より高い回転モーメントがトラクション流体を介して伝送される。

交差溝は、交差溝の第１グループと交差溝の第２グループとに分割可能であってもよく、この場合、交差溝は直線でもよいし、または、湾曲していてもよい。重要なことは、交差溝が、少なくとも接触ゾーンの領域においてある特定の角度で各回転体の回転方向に対して交差するように延びている、ということである。

少なくとも１つの円錐摩擦車の接触表面、および／または、摩擦リングの少なくとも１つの接触表面は、回転方向に延びる溝を有していてもよい。この場合、溝および斜めの溝は、各回転体の接触表面上にラスターを形成する。

好ましい一実施形態では、接触表面が、台地状の表面構造を有している。この台地状の表面構造は、例えば、接触表面をかんな加工することにより生じる起伏の先端を、適切な方法で除去することにより得られる。接触表面をかんな加工することにより生じる起伏の窪みまたは起伏の溝は、起伏の先端を除去する際に残ったままであり、隣接する２つの溝の間に平坦化された領域または台地が形成される。

接触表面が、回転方向に延びる溝と、これに対して交差するように延びる交差溝とを有している場合、１つの台地は、隣接する２つの溝と、隣接する２つの交差溝とによって限定されている。したがって、交差溝と溝との間の角度に応じて、矩形または平行四辺形の台地が形成される。この場合、回転方向に対して様々な角度を有する交差溝が、接触表面に設けられており、台地は、三角形であってもよい。

台地状の表面構造によって、重なり合って配置された２つの接触表面間の接触ゾーンにおいて、トラクション流体の膜厚は低減される。この場合、接触表面間の接触は明確に分離されたままである。膜厚の低減により、トラクション流体においてより高い圧力が生成される。これにより、トラクション流体によって受け止められる剪断応力が高まる。

円錐摩擦車の接触表面の基本粗度は、円錐摩擦車の軸方向において変化可能である。例えば、変速比または摩擦リングの軸の位置に応じて接触面積割合とこれに伴う表面圧密とを変化させるために、溝の平均間隔、および／または、平均深度を回転方向において目的に応じて調節することができる。例えば、加工ツールの送り速度を軸方向の位置に応じて変更することによって、回転方向における基本粗度を変化させることができる。

本発明は、請求項１〜８に記載の円錐リング変速機のための摩擦リングの接触表面の加工方法にも関するものである。この方法は、リング軸を中心とする摩擦リングの回転の際に、ブラシ軸を中心として回転するブラシヘッドを有するブラシなどを用いて、内部および／または外部の接触表面に交差溝を設け、摩擦リングの摩擦リング軸とブラシ軸との間に、ある角度がなされていることを特徴とする。この場合、ブラシヘッドにより、摩擦リングの回転方向に対してある角度をなす交差溝が製造される。この角度は、摩擦リングの回転速度、ブラシヘッドの回転速度、および、摩擦リングの回転軸とブラシ軸との間になされた角度に依存している。同様に、円錐摩擦車の接触表面にも、交差溝を設ける。

好ましくは、本発明の方法では、接触面積割合の上昇した台地状の表面構造を得るために、摩擦リングの接触表面および／または少なくとも１つの円錐摩擦車の接触表面において、起伏の先端を除去してもよい。

図に示す実施形態を参照して本発明を詳細に説明する。

図１に、円錐リング変速機を示す。円錐リング変速機全体を１で示す。円錐リング変速機１は、第１円錐摩擦車２と第２円錐摩擦車３とを備えている。円錐摩擦車２，３は、対向して配置されており、これらの回転軸は平行に延びており、互いに間隔が開いている。円錐摩擦車２，３の回転軸を、破線４，５によって示す。

円錐リング変速機１の他に、図１に、自動車のクラッチ６を示す。自動車の全体はここには図示されていない。クラッチ６は、シャフト７を介して、第１円錐摩擦車２に、回転しないように接続されている。クラッチ６は、閉じた状態において、回転モーメントを、シャフトを介して、第１円錐摩擦車２へ伝送する。この回転モーメントを、第１円錐摩擦車２から第２円錐摩擦車３へ伝送するために、摩擦リング８が備えられている。この摩擦リング８は、双方の円錐摩擦車２，３に噛み合い、第１円錐摩擦車２を取り囲んでいる。摩擦リング８は、調整メカニズム（ここには図示せず）を介して、円錐摩擦車２，３の回転軸４，５に対して平行に、軸方向にシフトされる。摩擦リング８を軸方向にシフトすることにより、円錐リング変速機１の変速比が調整される。摩擦リング８の軸方向の位置を無段階で調節できるので、円錐リング変速機１は、無段階で変更可能な変速比を有している。

第２円錐摩擦車３へ伝送された回転モーメントは、歯車９と歯車９に噛み合う環状歯車１０とからなる歯車対を介して、動力取出ユニット１１へ導かれる。動力取出ユニット１１は、ディファレンシャル１１ａと２つの軸１１ｂ，１１ｃとを備えている。ディファレンシャル１１ａは、歯車１０に伝わった回転モーメントを軸１１ｂ，１１ｃへ分配する。回転モーメントの流れに対応して、図１に示す円錐リング変速機１では、第１円錐摩擦車２が入力車と称され、第２円錐摩擦車３が出力車と称される。

回転軸４，５に沿って、円錐摩擦車２，３は互いに相対的にシフトされる。この相対的なシフト可能性により、軸方向の力Ｆは、ここにはさらには記載されていないアクチュエータによって調節される。アクチュエータは、円錐摩擦車２，３を、回転軸４，５の軸方向において、摩擦リング８に対して押さえつけるものである。

摩擦リング８は、リング内面すなわち内部接触表面１２と、リング外面すなわち外部接触表面１３とを備えている。内部接触表面１２は、円錐状に形成されており、対応するフラップ角は、円錐摩擦車２の開口角αに相当している。摩擦リング８の外部接触表面１３も、円錐状に形成されており、同じく、開口角αによって特徴付けられている。摩擦リング８の内部接触表面１２には、平均径１４が割り当てられていてもよい。同じく、摩擦リング８の外部接触表面１３は、平均径１５を有している。

図１から分かるように、内部接触表面は、接触ゾーン１７において、円錐摩擦車２の側面１６に接している。円錐リング変速機１の動作時に、接触ゾーン１７に、トラクション流体の細い膜が形成される。その結果、円錐摩擦車２の接触表面１６と、摩擦リング８の内部接触表面１２とは、トラクション流体によって相互に分離されており、直接相互に押し付けあうことはない。接触ゾーン１７におけるトラクション流体の高い圧力とこれに伴って生じる高い粘性とによって、トラクション流体は、トラクション流体が受け止めることのできる剪断応力により、円錐摩擦車２の回転モーメントを摩擦リング８へ伝送する。

第１接触ゾーン１７に対応して、第２接触ゾーン１８は、円錐摩擦車３の円錐状の側面である接触表面１９と、摩擦リング８の外部接触表面１３との間に設けられている。第２接触ゾーン１８においても、円錐リング変速機１の動作時に、トラクション流体の膜が、接触表面１３と接触表面１９との間に形成される。その結果、ここでも、対向する双方の表面は互いに分離されている。ここでも、同じく、回転モーメントは、理想的には、トラクション流体のみによって伝送される。

図２に、摩擦リング８の内部接触表面１２の一断片２０を示す。この断片２０上に、断片２０に接する円体が示されている。この円体は、円錐摩擦車２の接触表面１６の一断片を示すものである。断片２０，２１の先細りについては図２からは分からない。むしろ、断片２１は、シリンダとして示されており、摩擦リング８の内部接触表面１２の断片２０は、平坦なプレートとして示されている。したがって、図２では、同じく、環状の接触表面１２は湾曲して示されていない。

円錐リング変速機１の動作時に内部接触表面１２が回転する回転方向を、図２において２２で示す。図１の記載では、円錐リング変速機１の回転体（円錐摩擦車２，３および摩擦リング８）の回転方向は、その紙面に対して垂直に延びている。つまり、回転軸４，５に対して垂直に、且つ、円錐摩擦車２の有効径ｄ_２に対して垂直に延びている。摩擦リング８の軸方向の位置に応じて、且つ、円錐摩擦車２の先細りによって、この有効径ｄ_２は変化する。同様のことが、円錐摩擦車３の有効径ｄ_３にも該当する。

回転方向２２に対して平行に、接触表面１２は、互いに平行な複数の溝２３を備えている（図２を参照）。回転方向２２に対して垂直に、溝２３を直角に切断する交差溝２４が延びている。隣接する２つの溝２３が隣接する２つの交差溝２４にぶつかることにより、矩形の台地２５が定義される。多数の、交差溝２４と、回転方向２２に延びる溝２３とにより、断片２０は、多数のこのような台地２５を備えている。

図２に示す接触表面１２の表面構造は、第１工程において、かんな加工によって得られる。この場合、加工は、回転方向２２の方向、および、回転方向２２に対して直角な方向に行われる。このように加工された接触表面１２は、まず、回転方向２２と、交差方向とにおいて、起伏の溝と起伏の先端とを備える起伏形状を有する。第２工程において続いて加工することにより、上面を除去する。その結果、残った溝２３と交差溝２４とにより図２に示す台地状の表面構造が生じる。

図３は、第２接触ゾーン１８（図１参照）を示す断面図である。また、この場合、図３は、摩擦リング８と、第２円錐摩擦車３とを、各接触表面１３，１９の起伏の先端が除去されていない状態（図３ａ参照）と、仕上げ加工を行った後の起伏の先端が除去された状態（図３ｂ参照）とで示すものである。この場合、図３ａの接触表面１３，１９の形状は、研削または回転などのかんな加工により生じる通常の起伏形状に相当している。

起伏の先端を除去することにより、接触表面１３，１９間に存在するこれら接触表面１３，１９の接触を明確に分離するためのトラクション流体（図示せず）の膜厚ｈ_０は著しく低減される。図３ｂでは膜厚ｈ_０が薄いにもかかわらず、接触は明確に分離されている。その結果、少なくとも円錐リング変速機１の連続的な動作時において、摩損は全くと言ってよいほどほとんど生じない。回転体８，３間のスリットがより小さいので、トラクション流体における圧力がより高くなる。このことにより、粘性がより高くなり、トラクション流体は、より高い剪断応力を受け止めることができる。その結果、より高い回転モーメントが、摩擦リング８と遠い円錐摩擦車３との間を伝送される。

図３に示す溝を、回転方向２２に対して交差するように延びる交差溝２４とする。図３ａおよび図３ｂでは、隣接するより大きな２つの交差溝の間において参照符号２５の付された領域は、起伏の先端を除去した後の台地２５を示している。

図４は、内部接触表面１２と外部接触表面１３とを備える摩擦リング８を示す。この摩擦リング８では、ブラシ２６の形状の適切な加工ツールによって、交差溝が内部接触表面１２に設けられる。内部接触表面１２の加工時に、摩擦リング８は回転方向２７に回転し、ブラシ２６は、回転方向２８に回転する。この場合、摩擦リング８とブラシヘッドとの回転速度は、別々に調節可能であり、且つ、互いに一致されている。この場合、ブラシ２６のブラシヘッド２９は、内部接触表面１２に交差溝を設ける。

円錐リング変速機の概略的構造を示す図である。 摩擦リングの表面構造の一断片を示す図である。 円錐摩擦車と摩擦リングとの間の接触ゾーンを示す図である。 摩擦リングと摩擦リングを加工するためのブラシとの配置を示す図である。

符号の説明

１ 円錐リング変速機
２ 第１円錐摩擦車
３ 第２円錐摩擦車
４ 回転軸
５ 回転軸
６ クラッチ
７ シャフト
８ 摩擦リング
９ 歯車
１０ 環状歯車
１１ 動力取出ユニット
１２ 内部接触表面
１３ 外部接触表面
１４ 内径
１５ 外径
１６ 接触表面
１７ 第１接触ゾーン
１８ 第２接触ゾーン
１９ 接触表面
２０ 断片
２１ 断片
２２ 回転方向
２３ 溝
２４ 交差溝
２５ 台地
２６ ブラシ
２７ 回転方向
２８ 回転方向
２９ ブラシヘッド
ｄ_２ 直径
ｄ_３ 直径
α 開口角

Claims (8)

1. 対向する２つの円錐摩擦車（２，３）と円錐摩擦車（２，３）の双方に噛み合い且つ上記円錐摩擦車の一方（２）を取り囲む摩擦リング（８）とを備えた円錐リング変速機（１）であって、
   少なくとも１つの円錐摩擦車（２，３）の接触表面（１６，１９）、および／または、上記摩擦リング（８）の少なくとも１つの接触表面（１２，１３）が、交差溝（２４）を備え、上記交差溝（２４）が、ある特定の角度で上記円錐摩擦車（２，３）または上記摩擦リング（８）の回転方向（２２）に対して交差するように延びており、
   上記少なくとも１つの円錐摩擦車（２，３）の上記接触表面、および／または、上記摩擦リング（８）の上記少なくとも１つの接触表面（１２，１３）が、上記回転方向（２２）に延びる複数の溝（２３）を備え、上記溝（２３）の密度が、上記回転方向（２２）に対して直角な方向において変化する
   ことを特徴とする円錐リング変速機。
2. 上記交差溝（２４）が、９０°の角度で上記回転方向（２２）に対して交差するように延びていることを特徴とする請求項１に記載の円錐リング変速機（１）。
3. 上記交差溝（２４）が本質的に直線状に延びていることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の円錐リング変速機（１）。
4. 上記交差溝（２４）が湾曲して延びていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の円錐リング変速機（１）。
5. 上記接触表面（１２，１３，１６，１９）が、台地状の表面構造を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の円錐リング変速機（１）。
6. 上記接触表面（１６，１９）の基本粗度は、少なくとも１つの円錐摩擦車（２，３）を、上記円錐摩擦車（２，３）の軸方向において変化することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の円錐リング変速機（１）。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の円錐リング変速機（１）のための摩擦リング（８）の接触表面（１２，１３）の加工方法であって、
   リング軸を中心とする上記摩擦リング（８）の回転時に、ブラシ軸を中心として回転するブラシヘッド（２９）を有するブラシ（２６）を用いて、交差溝（２４）を上記接触表面（１２，１３）に設け、上記摩擦リング（８）の主軸と上記ブラシ軸との間にある角度がなされていることを特徴とする加工方法。
8. 上記摩擦リング（８）の上記接触表面（１２，１３）、および／または、少なくとも１つの円錐摩擦車（２，３）の上記接触表面（１６，１９）において、起伏の先端を除去することにより、接触面積割合の上昇した台地状の表面構造を得ることを特徴とする請求項７に記載の方法。

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