JP2006220273A - 金属ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】 ベルト式無段変速機の金属リングの側面の摩耗を抑制して寿命の延長を図る。【解決手段】 無端状の金属リングを複数枚（♯１から♯１２の１２枚）積層した金属リング集合体に多数の金属エレメントを支持してなり、プーリに巻き掛けられて駆動力を伝達する金属ベルトにおいて、隣接する金属リング間のクリアランスの範囲を、最内層（♯１）から中間層（♯５）まではマイナスからプラスの範囲とし、中間層（♯５）から最外層（♯１２）まではプラスのみとしたので、潤滑が不充分になり易い中間層（♯６）から最外層（♯１２）までの金属リング間の摺動面の潤滑状態を、常時プラスであるクリアランスで良好に維持して挙動の安定化を図り、金属リングの側面が金属エレメントのネック部の金属リング接触面に動的に接触するのを防止し、かつ最内層の金属リングの張力を低く維持することで、摩耗を抑制して寿命の延長を図ることができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、無端状の金属リング集合体に多数の金属エレメントを支持してなり、プーリに巻き掛けられて駆動力を伝達する金属ベルトに関する．

ベルト式無段変速機の金属リング集合体を構成する複数の金属リングのうち、隣接する二つの金属リング間の遊びの公称値を最内層側でマイナスとし、最外層側でプラスとし、その中間部でゼロとすることで、各金属リングの張力を一定にして寿命のばらつきを小さくしたものが、下記特許文献１により公知である。
特表２００３−５３２８４０号公報

しかしながら上記従来のものは、最内層の金属リングが金属エレメントのサドル面に接触して他の金属リングよりも高い荷重を受けることや、潤滑油が少ない場合には潤滑油を供給するプーリ軸から遠い中間層から外側の金属リングは潤滑効果が減少するため、高い摩擦力を受けた金属リングの側面が金属エレメントのネック部の金属リング接触面に動的に接触して早期に摩耗し、耐久性を低下させることに着目していなかった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ベルト式無段変速機の金属リングの側面の摩耗を抑制して寿命の延長を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、無端状の金属リングを複数枚積層した金属リング集合体に多数の金属エレメントを支持してなり、プーリに巻き掛けられて駆動力を伝達する金属ベルトにおいて、隣接する金属リング間のクリアランスの設定を、最内層から中間層まではマイナスからプラスの範囲とし、中間層から最外層まではプラスのみとしたことを特徴とする金属ベルトが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、隣接する金属リング間のクリアランスの累積値の設定を、最内層から中間層まではマイナスからプラスの範囲とし、中間層から最外層まではプラスのみとしたことを特徴とする金属ベルトが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、隣接する金属リング間のクリアランスの累積値の設定を、中間層から最外層までの範囲では外層側ほど許容値の上限および下限をプラス側にずらしたことを特徴とする金属ベルトが提案される。

尚、実施例のドライブプーリ５およびドリブンプーリ７は本発明のプーリに対応する。

請求項１の構成によれば、隣接する金属リング間のクリアランスの設定を、最内層から中間層まではマイナスからプラスの範囲とし、中間層から最外層まではプラスのみとしたので、潤滑量が少ない場合に潤滑が不充分になり易い中間層から最外層までの金属リング間の摺動面の潤滑状態を、常時プラスであるクリアランスで良好に維持して挙動の安定化を図り、金属リングの側面が金属エレメントのネック部の金属リング接触面に動的に接触するのを防止し、金属リングの側面の摩耗を抑制して寿命の延長を図ることができる。また最内層から中間層までの金属リングは充分な潤滑量があるため、隣接する金属リング間のクリアランスの設定をマイナスからプラスの範囲としているので、最内層の金属リングの負荷を高めることがない。

請求項２の構成によれば、隣接する金属リング間のクリアランスの累積値の設定を、最内層から中間層まではマイナスからプラスの範囲とし、中間層から最外層まではプラスのみとしたので、潤滑量が少ない場合に潤滑状態が悪くなる外側の金属リングにも大きなクリアランスを持たせて多くの潤滑油を保持できるようにし、金属リングの更なる寿命の延長を図ることができる。

請求項３の構成によれば、隣接する金属リング間のクリアランスの累積値の設定を、中間層から最外層までの範囲では外層側ほど許容値の上限および下限をプラス側にずらしたので、潤滑量が少ない場合に潤滑状態が悪くなる外側の金属リングにも大きなクリアランスを持たせて多くの潤滑油を保持できるようにし、かつ最内層の金属リングの張力を低く維持できるので、金属リングの更なる寿命の延長を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図９は本発明の一実施例を示すもので、図１はベルト式無段変速機を搭載した車両の動力伝達系のスケルトン図、図２は金属ベルトの部分斜視図、図３は隣接する金属リング間のクリアランスの定義を説明する図、図４は隣接する金属リング間のクリアランスの設定を示すグラフ、図５は隣接する金属リング間のクリアランスの累積値の設定を示すグラフ、図６は潤滑量が少ない場合の隣接する金属リング間のクリアランスの最小値と摩擦係数との関係を示すグラフ、図７は実施例および従来例の潤滑量が少ない場合の金属リングの側面の摩耗量を示すグラフ、図８は図７に対応する隣接する金属リング間のクリアランスの最小値を示すグラフ、図９は金属リングが金属エレメントのネック部の金属リング接触面に接触した状態を示す図である。

尚、本実施例で用いる金属エレメントあるいは金属リングの前後方向、幅方向、径方向の定義は図２に示されている。径方向はその金属エレメントが当接するプーリの径方向として定義されるもので、プーリのシャフトに近い側が径方向内側であり、プーリのシャフトに遠い側が径方向外側である。また幅方向は金属エレメントが当接するプーリのシャフトに沿う方向として定義され、前後方向は金属エレメントの車両の前進走行時における進行方向に沿う方向として定義される。

図１に示すように、車両用のベルト式無段変速機Ｔは平行に配置されたドライブシャフト１およびドリブンシャフト２を備えており、エンジンＥのクランクシャフト３の左端はダンパー４を介してドライブシャフト１の右端に接続される。

ドライブシャフト１に支持されたドライブプーリ５は、該ドライブシャフト１に対して相対回転自在な固定側プーリ半体５ａと、この固定側プーリ半体５ａに対して軸方向摺動自在な可動側プーリ半体５ｂとを備える。可動側プーリ半体５ｂは、作動油室６に作用する油圧により固定側プーリ半体５ａとの間の溝幅が可変である。ドリブンシャフト２に支持されたドリブンプーリ７は、該ドリブンシャフト２に一体に形成された固定側プーリ半体７ａと、この固定側プーリ半体７ａに対して軸方向摺動自在な可動側プーリ半体７ｂとを備える。可動側プーリ半体７ｂは、作動油室８に作用する油圧により固定側プーリ半体７ａとの間の溝幅が可変である。そしてドライブプーリ５とドリブンプーリ７との間に、２本の金属リング集合体に多数の金属エレメントを装着した金属ベルト９が巻き掛けられる。

ドライブシャフト１の左端に、前進変速段を確立する際に係合してドライブシャフト１の回転を同方向にドライブプーリ５に伝達するフォワードクラッチ１０と、後進変速段を確立する際に係合してドライブシャフト１の回転を逆方向にドライブプーリ５に伝達するリバースブレーキ１１とを備えた、シングルピニオン式の遊星歯車機構よりなる前後進切換機構１２が設けられる。前後進切換機構１２のサンギヤ２７はドライブシャフト１に固定され、プラネタリキャリヤ２８はリバースブレーキ１１によりケーシングに拘束可能であり、リングギヤ２９はフォワードクラッチ１０によりドライブプーリ５に結合可能である。

ドリブンシャフト２の右端に設けられる発進用クラッチ１３は、ドリブンシャフト２に相対回転自在に支持した第１中間ギヤ１４を該ドリブンシャフト２に結合する。ドリブンシャフト２と平行に配置された中間軸１５に、前記第１中間ギヤ１４に噛合する第２中間ギヤ１６が設けられる。ディファレンシャルギヤ１７のギヤボックス１８に設けた入力ギヤ１９に、前記中間軸１５に設けた第３中間ギヤ２０が噛合する。ギヤボックス１８にピニオンシャフト２１，２１を介して支持した一対のピニオン２２，２２に、ギヤボックス１８に相対回転自在に支持した左車軸２３および右車軸２４の先端に設けたサイドギヤ２５，２６が噛合する。左車軸２３および右車軸２４の先端にそれぞれ駆動輪Ｗ，Ｗが接続される。

しかして、セレクトレバーでフォワードレンジを選択すると、電子制御ユニットＵ１により作動する油圧制御ユニットＵ２からの指令により、先ずフォワードクラッチ１０が係合し、その結果ドライブシャフト１はドライブプーリ５に一体に結合される。続いて発進用クラッチ１３が係合し、エンジンＥのトルクがドライブシャフト１、ドライブプーリ５、金属ベルト９、ドリブンプーリ７、ドリブンシャフト２およびディファレンシャルギヤ１７を経て駆動輪Ｗ，Ｗに伝達され、車両は前進発進する。セレクトレバーでリバースレンジを選択すると、油圧制御ユニットＵ２からの指令により、リバースブレーキ１１が係合してドライブプーリ５がドライブシャフト１の回転方向と逆方向に駆動されるため、発進用クラッチ１３の係合により車両は後進発進する。

このようにして車両が発進すると、油圧制御ユニットＵ２からの指令でドライブプーリ５の作動油室６に供給される油圧が増加し、ドライブプーリ５の可動側プーリ半体５ｂが固定側プーリ半体５ａに接近して有効半径が増加するとともに、ドリブンプーリ７の作動油室８に供給される油圧が減少し、ドリブンプーリ７の可動側プーリ半体７ｂが固定側プーリ半体７ａから離反して有効半径が減少することにより、ベルト式無段変速機ＴのレシオがＬＯＷレシオ（最大レシオ）の状態からＯＤレシオ（最小レシオ）に向けて連続的に変化する。

図２に示すように、金属ベルト９は左右一対の金属リング集合体３１，３１に多数の金属エレメント３２…を支持したもので、各々の金属リング集合体３１は複数枚（実施例では１２枚）の金属リング３３…を積層して構成される。１２枚の金属リング３３…は、最内層（第１層）のものを♯１と表記し、そこから最外層（第１２層）の金属リング３３まで順番に♯２、♯３、♯４…♯１２と表記する。

金属板材から打ち抜いて成形した金属エレメント３２は、エレメント本体３４と、金属リング集合体３１，３１が係合する左右一対のリングスロット３５，３５間に位置するネック部３６と、ネック部３６を介して前記エレメント本体３４の径方向外側に接続される概略三角形のイヤー部３７とを備える。エレメント本体３４の左右方向両端部には、ドライブプーリ５およびドリブンプーリ７のＶ面に当接可能な一対のプーリ当接面３９，３９が形成される。また金属エレメント３２の進行方向前側および後側には相互に当接する主面４０がそれぞれ形成され、また進行方向前側の主面４０の下部には左右方向に延びるロッキングエッジ４１を介して傾斜面４２が形成される。更に、前後に隣接する金属エレメント３２，３２を結合すべく、イヤー部３７の前後面に相互に嵌合可能な凹凸部４３が形成される。そして左右のリングスロット３５，３５の下縁に、金属リング集合体３１，３１の内周面を支持するサドル面４４，４４が形成される。

図３に示すように、隣接する金属リング３３，３３間のクリアランスは、外側の金属リング３３の内周面の直径Ｄ１と、内側の金属リング３３の外周面の直径Ｄ２との差Ｄ１−Ｄ２で定義される。クリアランスＤ１−Ｄ２が負であるということは、二つの金属リング３３，３３を積層したときに両者の接触面に面圧が発生することを意味している。

図４（Ａ）は、従来の金属リング集合体３１の１２枚の金属リング３３…のクリアランスの設定範囲を示すものである。ここで♯Ｎ〜♯Ｎ＋１の表記は、第Ｎ金属リング３３と、それに隣接する第Ｎ＋１金属リング３３との間のクリアランスの設定範囲を示している。同図から明らかなように、従来例の金属リング集合体３１は、クリアランスの設定範囲が最内層♯１から最外層♯１２の金属リング３３…の全てについて、下限規定値から上限規定値の間に設定されている。

一方、図４（Ｂ）は、実施例の金属リング集合体３１の１２枚の金属リング３３…のクリアランスの設定範囲を示すものである。同図から明らかなように、実施例の金属リング集合体３１は、最内層♯１から中間層♯５までの金属リング３３…間のクリアランスの設定範囲がマイナスからプラスの範囲に設定され、かつ中間層♯５から最外層♯１２までの金属リング３３…間のクリアランスの設定範囲がプラスの範囲に設定されている。

図５（Ａ）は、従来例の金属リング集合体３１の１２枚の金属リング３３…のクリアランスの積算値の設定範囲を示すものである。同図から明らかなように、従来例の金属リング集合体３１は、最内層♯１から中間層♯５までの金属リング３３…間のクリアランスの積算値の設定範囲がマイナスからプラスの範囲に設定され、かつ中間層♯５から最外層♯１２までの金属リング３３…間のクリアランスの積算値の設定範囲がプラスの範囲に設定されている。

それに対して、図５（Ｂ）は、実施例の金属リング集合体３１の１２枚の金属リング３３…のクリアランスの積算値の設定範囲を示すものである。同図から明らかなように、実施例の金属リング集合体３１も、最内層♯１から中間層♯５までの金属リング３３…間のクリアランスの積算値の設定範囲がマイナスからプラスの範囲に設定され、かつ中間層♯５から最外層♯１２までの金属リング３３…間のクリアランスの積算値の設定範囲がプラスの範囲に設定されている。

しかしながら、従来例では中間層♯５から最外層♯１２までの金属リング３３…間のクリアランスの積算値の設定範囲一定に保持されているのに対し、実施例では中間層♯５から最外層♯１２までの金属リング３３…間のクリアランスの積算値の設定範囲が、下限値側で０μｍから所定値まで次第に増加している。かつ上限値側では最内層♯１から最外層♯１２まで次第に増加している。

図６は、潤滑量が少ない場合の金属リング３３…間のクリアランスの最小値に対する金属リング３３…間の摩擦係数の関係を示すものである。同図から明らかなように、金属リング３３…間のクリアランスの最小値が負値（摩擦係数ａ）になると、正値（摩擦係数ｂ）の場合に比べて摩擦係数が一気に約３倍に増加することが分かる。その理由は、金属リング３３…間のクリアランスが負値になると、両者の接触面に潤滑油が保持され難くなるためと考えられる。

また金属リング集合体３１に対する潤滑油の供給は、ドライブシャフト１およびドリブンシャフト２の内部を通して行われるため、潤滑量が少ない場合は最内層♯１の金属リング３３が最も潤滑され易く、最外層♯１２の金属リング３３が最も潤滑され難くなる。そのため、図４（Ａ）に示すように、クリアランスの設定範囲が最内層♯１から最外層♯１２の金属リング３３…について同じに設定されていると、潤滑量が少ない場合は潤滑され難い中間層から外側の複数の金属リング３３…間の摩擦係数が大きくなって相対移動不能に一体化されてしまい、図９に示すように、中間層から内側の複数の金属リング３３…群に対して、中間層から外側の複数の金属リング３３…群が一体にネック部３６側にスライドする場合がある。潤滑量が少ない場合は、このスライドにより中間層から外側の複数の金属リング３３…の側面と金属エレメント３２のネック部３６の金属リング接触面３６ａとの動的接触が繰り返し生じ、金属リング３３…の側面が摩耗して耐久性を低下させる原因となる。

しかしながら本実施例では、図４（Ｂ）に示すように、潤滑が不充分になり易い中間層から外側の複数の金属リング３３…間のクリアランスの設定をプラスの範囲に限定したので、それら中間層から外側の金属リング３３…間の摺動面の潤滑状態を良好に維持して挙動の安定化を図り、潤滑量が少ない場合でも、金属エレメント３２のネック部３６の金属リング接触面３６ａへの動的な接触を防止して摩耗を抑制することで寿命の延長を図ることができる。また最内層から中間層までの金属リング３３…は充分な潤滑量があるため、積層した金属リング３３…間のクリアランスの許容値をマイナスからプラスの範囲としており、従って最内層の金属リング３３の負荷を高めることはない。

しかも図５（Ｂ）に示すように、隣接する金属リング３３…間のクリアランスの累積値の設定を、中間層よりも内側ではマイナスからプラスの範囲とし、中間層から外側ではプラスのみとし、かつ中間層から外側ほど上限側の許容値および下限側の許容値をプラス側にずらしたので、潤滑状態が悪くなる外側の金属リング３３…ほど多くの潤滑油を保持できるようにし、かつ最内層の金属リング３３の張力は低く維持できるので，潤滑量が少ない場合でも更なる寿命の延長を図ることができる。

図７および図８は潤滑量が少ない場合の従来例および実施例の効果を比較するもので、金属リング３３…間のクリアランスの下限値に対する金属リング３３…の側面の摩耗量の関係を示している。実施例の４つのサンプルでは摩耗量が従来例の１／４〜１／１０に抑えられている。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例の金属エレメント３２は幅方向中央に位置するネック部２６の両側に一対の金属リング集合体３１，３１を支持するものであるが、本発明の金属エレメントはその幅方向両端に設けた一対のネック部間に単一の金属リング集合体を支持するものであっても良い。

ベルト式無段変速機を搭載した車両の動力伝達系のスケルトン図 金属ベルトの部分斜視図 隣接する金属リング間のクリアランスの定義を説明する図 隣接する金属リング間のクリアランスの設定を示すグラフ 隣接する金属リング間のクリアランスの累積値の設定を示すグラフ 潤滑量が少ない場合の隣接する金属リング間のクリアランスの最小値と摩擦係数との関係を示すグラフ 潤滑量が少ない場合の実施例および従来例の金属リングの側面の摩耗量を示すグラフ 図７に対応する隣接する金属リング間のクリアランスの最小値を示すグラフ 金属リングが金属エレメントのネック部の金属リング接触面に接触した状態を示す図

符号の説明

５ ドライブプーリ（プーリ）
７ ドリブンプーリ（プーリ）
３１ 金属リング集合体
３２ 金属エレメント
３３ 金属リング

Claims (3)

1. 無端状の金属リング（３３）を複数枚積層した金属リング集合体（３１）に多数の金属エレメント（３２）を支持してなり、プーリ（５，７）に巻き掛けられて駆動力を伝達する金属ベルトにおいて、
   隣接する金属リング（３３）間のクリアランスの設定を、最内層から中間層まではマイナスからプラスの範囲とし、中間層から最外層まではプラスのみとしたことを特徴とする金属ベルト。
2. 隣接する金属リング（３３）間のクリアランスの累積値の設定を、最内層から中間層まではマイナスからプラスの範囲とし、中間層から最外層まではプラスのみとしたことを特徴とする、請求項１に記載の金属ベルト。
3. 隣接する金属リング（３３）間のクリアランスの累積値の設定を、中間層から最外層までの範囲では外層側ほど許容値の上限および下限をプラス側にずらしたことを特徴とする、請求項２に記載の金属ベルト。
   

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