(57)【要約】分割トルクトランスミッションのためのピストン作動式シンクロナイザシステムであって、ピストンは、シンクロナイザの中心線上のシンクロナイザシフトカラーに直接取り付けられて、小さな空間で必要な作動を実現し、そのようなシステムを使用するその他のシンクロナイザに見られるフォークとロッドの変形の問題を解決する。ピストンは、圧力が印加され、バネで解放される。この設計はまた、シンクロナイザの係合をモニタするための変位センサも使用する。
2012514173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＶＴ入力（１０９）とＣＶＴ出力（１１３）の間の複数の変速比レンジ（２０１、２０３、２０５）を選択的に提供するスプリットパスＣＶＴ（１０５）であって、変速比レンジ（２０１、２０３、２０５）が１つまたは複数の同期地点（２０７、２０９）でシフトされ、スプリットパスＣＶＴ（１０５）はピストン作動式シンクロナイザシステムを有し、ピストン作動式シンクロナイザシステムは、
円筒形駆動カラー（３０３）を備え、円筒形駆動カラー（３０３）はキー止めされた円筒形従動カラー（３０５）を有し、円筒形駆動カラー（３０３）と円筒形従動カラー（３０５）は第一の共通回転軸を共有し、
円筒形従動歯車（３０１）と、円筒形従動歯車（３０１）に関連付けられかつ固定されるスプライン（３０７）とを備え、円筒形従動歯車（３０１）とスプライン（３０７）は第二の共通回転軸を共有し、第二の共通回転軸は第一の共通回転軸と一致し、
第二の共通回転軸に沿って移動可能で、その上に段状部（３３９）を有して円筒形従動カラー（３０５）と係合し、円筒形従動カラー（３０５）を軸方向にスプライン（３０７）に向かって移動させる円筒形強制移動用カラー（３０９）を備え、
円筒形強制移動用カラー（３０９）に関連付けられたピストン（３１３）を備え、ピストン（３１３）は歯車取付部（３１７）に形成された円筒形空洞（３１５）によって包囲され、歯車取付部（３１７）は、その中に形成され、円筒形空洞（３１５）と流体連通する１つまたは複数の流体入口（３１９）を有し、
１つまたは複数の流体入口（３１９）から円筒形空洞（３１５）の中への流体の流れを調整して、ピストン（３１３）および関連付けられた円筒形フォースカラー（３０９）を軸方向にスプライン（３０７）に向かって強制的に移動させ、円筒形従動カラー（３０５）をそれと係合させるソレノイド弁（３３７）と、円筒形従動カラー（３０５）をスプライン（３０７）から遠ざかる方向に付勢するバネ（３１１）とを備える、スプリットパスＣＶＴ（１０５）。
【請求項２】
スプライン（３０７）に関連付けられ、スプライン（３０７）と円筒形従動カラー（３０５）を同期させてから、スプライン（３０７）と円筒形従動カラー（３０５）が係合するようにする摩擦材料の本体（３２７）をさらに備える、請求項１に記載のスプリットパスＣＶＴ（１０５）。
【請求項３】
少なくとも１つの同期地点（２０７、２０９）でシフトするための１つまたは複数のシフトフォークをさらに備える、請求項１または２のいずれか一項に記載のスプリットパスＣＶＴ（１０５）。
【請求項４】
ソレノイド（３３７）が電気作動式ソレノイドである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスプリットパスＣＶＴ（１０５）。
【請求項５】
ソレノイド（３３７）はスイッチ型ソレノイドである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスプリットパスＣＶＴ（１０５）。
【請求項６】
ソレノイド（３３７）は比例型ソレノイドである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスプリットパスＣＶＴ（１０５）。
【請求項７】
従動カラー（３０５）の軸方向の位置を検出して、従動カラー（３０５）の軸方向の位置を示す信号を生成するようになされた変位センサ（３２９）をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスプリットパスＣＶＴ（１０５）。
【請求項８】
従動カラー（３０５）は、その中に形成された、変位センサ（３２９）から突出するスイッチ突起（３３３）にキー止めされる環状センサ用キー溝（３３５）を有する、請求項７に記載のスプリットパスＣＶＴ（１０５）。
【請求項９】
変位センサ（３２９）は磁気センサである、請求項７または８のいずれか一項に記載のスプリットパスＣＶＴ（１０５）。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のスプリットパスＣＶＴ（１０５）を制御するコントーラ（１０７）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、複数のレンジを有するトランスミッションに関し、より詳しくは、複数の変速比レンジを提供し、レンジシフト時に１つまたは複数のシンクロナイザを使用する、分割入力無段トランスミッションに関する。
【背景技術】
【０００２】
原動力装置、たとえばエンジン、モータ等のほとんどは速度域が限定されているため、このような装置はあるレンジの変速入力出力比、たとえば、３：１、１：１または１．５：１（オーバードライブ）を提供するトランスミッションとともに使用されることが多い。ある比率ではより高速でより低いトルクを提供し、その一方で、また別の比率では、より低速、すなわち加速中または登坂中に、より高いトルクを提供する。こうした個別の変速比によるトランスミッションは、有益であり、広く利用されてはいるが、作動中の動作が途切れ、それが不快感またはその他の悪影響をもたらす原因となりうる。そのため、レンジ間ではっきりとした途切れを発生させない円滑な加速を可能にする、無段トランスミッション（ＣＶＴ）が開発され、現在ではこのようなトランスミッションが普及している。しかしながら、ＣＶＴトランスミッションは、個別の変速比の間のシフトを必要としない一方で、一般に、変速比レンジの間のシフトは必要である。たとえば、第一の変速比レンジでの変速比は３：１〜２：１であり、第二のレンジでの変速比は２：１〜１：１である。したがって、３：１〜１：１の変速比を提供するためには、レンジシフトが必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
既存のシステムはフォーク動作型のシフトを採用して、ある程度の成功を収めているが、この種の動作方式は、必ずしもすべての構成にとって最適であるとは限らず、その要因となるのはスペースの制約である。その上に、フォーク動作型シフトシステムでは、シフトフォークに当たりながら回転するトランスミッション構成部品の動作によって、メンテナンスと交換の必要性が生じる。しかしながら、シフトフォークはまた、トランスミッション構成部品の位置と、各シフトの完了を測定する役割も果たす。それゆえ、業界は、限られたスペースの中で、フォークが原因となる付随的な摩耗の問題を発生させることなく、フォーク動作型シフトの利点を提供するようなスプリットパスＣＶＴシフトシステムの設計努力において苦難を経験している。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
開示される原理の１つの態様において、ＣＶＴ入力とＣＶＴ出力の間の複数の変速比レンジを選択的に提供するスプリットパスＣＶＴが提供される。この態様では、変速比レンジの１つまたは複数が、ピストン作動式シンクロナイザシステムによってシフトされる。ピストン作動式シンクロナイザシステムは、スプラインによってピストンに連結され、共通回転軸を共有する円筒形カラーを有する。このカラーはまた、シンクロナイザアセンブリの一部でもある。円筒形の従動歯車は、第一の共通回転軸と一致する第二の共通回転軸の上で従動歯車に関連付けられたスプラインを有する。歯車スプラインは、シンクロナイザ出力リングに連結される。歯車は、軸受によってシャフト上に支持され、シャフトとは独立して回転できる。円筒形カラーは、第二の共通回転軸に沿って軸方向に移動可能であり、シンクロナイザハブをシンクロナイザ出力リングに係合させ、シャフトを歯車に係合させる。
【０００５】
ピストンは、円筒形カラーに関連付けられる。ピストンは、ハブによって支持され、ハブはシャフトに連結され、ハブはまた、その中に形成されて円筒形空洞と流体連通する１つまたは複数の流体入口を有する。ハブは、マニホルドによって部分的に包囲される。ハブの流体入口は、マニホルド内の流体流路と一致する。マニホルド内の流体通路は、ハウジング内の流体流路と一致する。１つまたは複数の流体入口から円筒形空洞までの流体の流れはハウジング上のソレノイド弁によって調整されて、ピストンとこれに関連付けられる円筒形カラーをシンクロナイザに向かって軸方向に強制的に移動させ、それによってシンクロナイザハブがシンクロナイザの出力リング、ひいては歯車に係合する。１つの実施形態において、カラーをシンクロナイザとの係合位置から遠ざかる方向に付勢するためのバネが設置される。
【０００６】
開示される原理の上記以外の態様と特徴は、以下の詳細な説明と添付の図面から理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】開示される原理を実装しうるスプリットパスＣＶＴ環境を示す概略システム図である。
【図２】開示される原理の１つの態様によるスプリットパスＣＶＴにおけるピストン作動式シンクロナイザシステムの、ピストン作動式シンクロナイザが係合していない状態の部分側方断面図である。
【図３】開示される原理の１つの態様によるスプリットパスＣＶＴにおけるピストン作動式シンクロナイザシステムの、ピストン作動式シンクロナイザが係合している状態の部分側方断面図である。
【図４】開示される原理の１つの実施形態の中のレンジシフトの工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、動力源を最終的な地面係合メカニズム、たとえば車輪、無限軌道等に、および／または他の動力式機能または器具に連関させるためのトランスミッションを必要とする機械に関する。このような機械の例としては、鉱業、建設業、農業、輸送業または、当該技術分野で知られている他の産業に使用される機械がある。たとえば、この機械は土木機械、たとえばホイールローダ、掘削機、ダンプトラック、バックホー、モータグレーダ、材料運搬装置等であってもよい。さらに、１つまたは複数の器具を、さまざまな作業、たとえば荷積み、締固め、荷降ろし、ブラシング等、各種の作業のために機械に連結してもよく、これらの器具としては、たとえばバケット、コンパクタ、フォークリフト、ブラシ、グラップル、カッタ、せん断機、ブレード、破砕器／ハンマ、オーガおよびその他がある。
【０００９】
図１は、開示される原理の実施形態を使用しうるトランスミッション構造１００を示す概略図である。図のトランスミッション構造１００は、エンジン１０１、バリエータ１０３およびスプリットパスＣＶＴ  １０５を含む。これに加えて、コントローラ１０７が、エンジン１０１、バリエータ１０３およびスプリットパスＣＶＴ  １０５の動作を調整するために含められる。第一の出力シャフト１０９はエンジン１０１からスプリットパスＣＶＴ  １０５への第一の入力を提供し、第二の出力１１１はバリエータ１０３からスプリットパスＣＶＴ  １０５への第二の入力を提供する。スプリットパスＣＶＴ  １０５からの第三の出力１１３は、最終的なドライブトレインまたは、図示されていないその他の動力伝送システムとの連関のために提供される。第三の出力１１３は、スプリットパスＣＶＴ  １０５への入力の重み付け結合を提供する。より精密には、所定のエンジン速度において、スプリットパスＣＶＴ  １０５の有効伝送比は、バリエータ１０３の速度と方向のほか、スプリットパスＣＶＴ  １０５のレンジ設定にも依存するであろう。
【００１０】
エンジン１０１は一次原動機の一例であるが、説明される原理の範囲から逸脱することなく、他の一次原動機システムもまた追加として、または代替として使用しうることが理解されるであろう。同様に、バリエータ１０３は単に二次原動機の例であり、説明される動作原理の範囲から逸脱することなく、他の種類の二次原動機もまた追加として、または代替として使用しうることが理解されるであろう。
【００１１】
エンジン１０１の動作は、１つまたは複数の入力、たとえばユーザインタフェース（図示せず）、たとえばペダルまたはレバー等の入力のほか、コントローラ１０７からの、たとえばトルク制御、フラクション制御等を目的とした入力に基づいて制御される。バリエータ１０３の動作は、コントローラ１０７によって、スプリットパスＣＶＴ  １０５の現在の、および所望の状態に基づいて制御される。最後に、スプリットパスＣＶＴ  １０５は、コントローラ１０７によって、多数のパラメータ、たとえば利用可能なエンジン出力とトルクのほか、車両速度等に基づいて制御される。
【００１２】
コントローラ１０７は、スプリットパスＣＶＴ  １０５、エンジン１０１および／またはバリエータ１０３の１つまたは複数の状態を感知し、スプリットパスＣＶＴ  １０５、エンジン１０１および／またはバリエータ１０３の１つまたは複数に制御出力を提供することができる、どのようなコンピューティングデバイスであってもよい。たとえば、ただしこれに限定されないが、コントローラ１０７は、エンジンまたは機械制御モジュールと一体化されていてもよく、あるいは個別のデバイスであってもよい。コントローラ１０５は、コンピュータにより読取可能な媒体からコンピュータにより読取可能な命令を読み取り、読み取られた命令を実行することによって動作する。コンピュータにより読取可能な媒体は、ハードドライブ、光ディスク、ジャンプドライブ、サムドライブ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＲＡＭ等の有形媒体であってもよく、あるいは空気、真空またはワイヤ中を移動する電気または光の波形等の無形媒体であってもよい。
【００１３】
シフトフォークは従来、スプリットパスＣＶＴ構造の正確なシフトタイミングを実行する役割を果たしてきたが、これらのフォークの使用には、マイナス面も伴う。フォークは回転しない部材であり、シフトを実行するためには、高速で回転するトランスミッション部品と強く接触しなければならない。高速でのシフトが必要であるため、大きなシフト負荷が加わり、それによってフォークおよび／またはトランスミッションの合わせ面にかなりの摩耗が発生するかもしれない。このような摩耗によって保守と修理が必要となり、どちらもコストが高くつく可能性がある。一般に、フォークとこれに関連するその他のシステム部品はまた、その大きさと可動域が収まるようにするためにかなりの量の空間を必要とする。
【００１４】
開示される原理の１つの実施形態において、ピストン作動式シフトメカニズムを導入し、スプリットパスＣＶＴ  １０５の１回またはそれ以上のレンジシフトを実行する。説明される原理の範囲から逸脱することなく、各種の構成を使用できるが、１つの構成例を図２と図４の側方断面図に示している。図のピストン作動式シフトメカニズム２００は、円筒形従動歯車２０１と、シンクロナイザ２０３を介して歯車２０１をシャフト２２５に選択的に連結または連結を解いてもよい円筒形カラー２０５を含む。カラー２０５は略環状のピストン２１３を包囲し、それにキー止めされる。ピストン２１３は、ハブ２０９の周囲で軸方向に摺動可能であり、スプライン２０７を介して従動歯車２０１と選択的に係合または離脱する。
【００１５】
円筒形圧縮バネ（図示せず）がピストン２１３とシンクロナイザ２０３の間に配置されて、フォースカラー２０５を含むアセンブリを、スプライン２０７から遠ざかる方向に付勢する。カラー２０５の、スプライン２０７から最も遠い遠位端は、円筒形ピストン２１３の中に形成されるか、それと接合され、ピストン２１３はハブ２０９の周囲に密接に嵌まり、それらの間に円筒形空洞２１５が形成される。ハブ２０９は、ボルト２２１によってシャフト２２５に取り付けられる。円筒形空洞２１５には、１つまたは複数の流体入口２１９を介して、圧縮された油圧油が充填され、また排出される。油圧油はマニホルド２３９とハウジング２１７の中の流路を通って供給される。
【００１６】
ハウジング２１７の上のソレノイド弁２３７は、コントローラ１０７を介して制御され、１つまたは複数の流体入口２１９から空洞２１５への流体の流れを調整する。ソレノイド弁２３７は、比例またはバイナリ（スイッチング）型であってもよく、１つの実施形態においては、ソレノイド制御信号によって電子的に制御される。しかしながら、その他の種類のソレノイド制御、たとえば機械的または油圧式の制御を代わりに使用してもよい。圧縮された流体が１つまたは複数の流体入口２１９を介して空洞２１５の中に導入されると、図４のように、ピストン２１３が前方に強制的に移動させられて、戻りバネ（図示せず）を圧縮することが理解されるであろう。
【００１７】
カラー２０５は、その上に環状の段状部２４１を有し、ピストン２１３と係合する。それゆえ、ピストン２１３を変位させる動作はまた、カラー２０５を軸方向にスプライン２０７に向かって移動させる。十分な流体が空洞２１５の中に導入されると、カラー２０５は、カラー２０５によってシンクロナイザ２０３がシャフト２２５と歯車２０１の相対的速度差をゼロに減らすように変位するであろう。これによって、カラー２０５は軸方向に移動してシンクロナイザ出力リングのスプライン２０７と係合し、スプライン２０７はスプライン２２７を通じて歯車２０１と係合する。
【００１８】
開示される原理の１つの実施形態において、カラー２０５とスプライン２０７の係合は、シャフト２２５をさらに加速させるための閾値前提条件として使用される。これは、従動カラー２０５とスプライン２０７とが係合する前に加速すると、同期が遅れ、シンクロナイザの摩擦材料に過剰な摩耗が発生するからである。
【００１９】
このために、変位センサ２２９は、カラー２０５の軸方向の位置を検出し、カラー２０５の軸方向の位置を示す信号を、センサ出力２３１を介してトランスミッションコントローラ１０７に送信するようになされている。変位センサ２２９は、好適な任意の種類と構成であってもよいが、開示される原理の１つの実施形態においては、変位センサ２２９は磁気センサである。別の実施形態では、変位センサ２２９は、２状態スイッチである。変位センサ２２９は、ピストン２１３の中のセンサターゲット用キー溝２３５の中に収容されるセンサターゲット２３３の軸方向の位置を検出する。センサターゲット２３３は、変位センサ２２９によって回転できないようになっている。
【００２０】
図４は、開示された原理の１つの実施形態におけるレンジシフトの工程を示すフローチャートである。図の工程４００はステージ４０１から始まり、このステージではコントーラ１０７がスプリットパスＣＶＴの出力を加速させるための加速命令を受信するか、または生成する。ステージ４０３で、コントローラ１０７により、スプリットパスＣＶＴの出力は、バリエータ１０３および／またはエンジン１０１を介して加速する。ステージ４０５で、コントローラは引き続きスプリットパスＣＶＴの出力を加速させる。ステージ４０７で、コントローラ１０７は、シフト地点に到達したか否かを決定する。このような地点に到達したら、ステージ４０９で、コントローラ１０７はまずエンジン１０１とバリエータ１０３によるトルク出力を低減させ、その後、ステージ４０９でソレノイド弁２３７を作動させて、チャンバ２１５に圧縮された油圧油を充填し、ピストン２３５を前方に駆動する。
【００２１】
ステージ４１３で、コントローラは、従動カラー２０５がスプライン２０７と係合したか否かを判断する。これは、変位センサ２２９からの信号の読取結果に基づいて判断できる。従動カラー２０５がスプライン２０７と係合したと判断されると、ステージ４１５で、コントローラ１０７はエンジン１０１とバリエータ１０３によって加えられるトルクを増大させて、以前の加速度に戻す。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
説明された原理は、動力源を最終的な地面係合メカニズム、たとえば車輪、無限軌道等に、および／または他の動力式機能または器具に連関させるためのトランスミッションを必要とする機械に関する。このような機械の例としては、鉱業、建設業、農業、輸送業または、当該技術分野で知られている他の産業に使用される機械がある。たとえば、この機械は土木機械、たとえばホイールローダ、掘削機、ダンプトラック、バックホー、モータグレーダ、材料運搬装置等であってもよい。器具としては、これらに限定されることなく、バケット、コンパクタ、フォークリフト、ブラシ、グラップル、カッタ、せん断機、ブレード、破砕器／ハンマ、オーガおよびその他がある。
【００２３】
この文脈において、開示された原理により、スプリットパスＣＶＴにおける高速のシフトが可能となり、フォークシフタだけを使用することによって発生する交換と保守の必要性がなくなる。しかしながら、スプリットパスＣＶＴには一般に、トランスミッションのレンジをシフトさせるために噛み合い、外れる複数段の歯車がかかわることが理解されるであろう。さらに、特定のレンジシフトは依然としてフォークシフタを介して実行できるため、ＣＶＴには、１つまたは複数の本願で説明したピストン作動式シフトメカニズムと、１つまたは複数の従来のフォークシフトメカニズムの組み合わせを含めることができると想定される。
【００２４】
上記の説明は、開示されたシステムと技術の例を提供していることが理解されるであろう。しかしながら、開示のその他の実装例は、詳細な点において上記の例とは異なるかもしれないと想定される。開示またはその例への言及はすべて、その時点で論じられている特定の例を指すもので、より一般的な開示の範囲に関するいかなる限定も黙示しようとするものではない。特定の特徴を区別し、軽視する文言はすべて、それらの特徴に優先性がないことを示すものであり、特に別段のことわりがないかぎり、開示全体の範囲からそれを排除するものではない。
【００２５】
本明細書における数値の範囲の引用は、単に、その範囲内に含まれるひとつひとつの数値を個々に引用するのに代わる簡潔な方法として用いられており、本明細書中に別段のことわりがないかぎり、個々の数値はそれぞれ、本明細書に個別に引用されたかのように、本明細書に組み込まれる。本明細書で説明したすべての方法は、本明細書に別段のことわりがないかぎり、または文脈上明らかに矛盾しないかぎり、好適な任意の順序で実行することもできる。
【図１】
2012514173.tif 000003
【図２】
2012514173.tif 000004
【図３】
2012514173.tif 000005
【図４】
2012514173.tif 000006
【国際調査報告】
2012514173.tif 000007
2012514173.tif 000008