JP2006307958A - ベルト式無段変速機及びそのベルト - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト式無段変速機の伝達トルク容量の低下を抑制するとともに変速動作を滑らかに行う。
【解決手段】ベルト１２の接触面には、高摩擦係数部１２ｂと、この高摩擦係数部１２ｂよりもプーリ内径側に位置し且つ摩擦係数が低く設定された低摩擦係数部１２ｃとが設けられている。変速動作時には、ベルト１２の接触面の面圧は、プーリ内径側の方がプーリ外径側よりも高くなるため、ベルト１２を主に低摩擦係数部１２ｃにて挟圧面１６ａに対しプーリ径方向に摺動させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ベルトがプーリに巻き掛けられたベルト式無段変速機及びそのベルトに関する。

ベルト式無段変速機においては、入出力プーリに巻き掛けられたベルトを介してトルク伝達が行われ、且つベルトが入出力プーリに対しプーリ径方向に摺動することで変速比の変更が行われる。このベルト式無段変速機の関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１においては、複数のエレメントを隙間無く配列して備え、このエレメント列に無終端バンドを掛け渡してなる伝達ベルトを、エレメントがロッキングエッジを中心に傾斜することによって、入出力プーリ間に巻き掛けている。そして、エレメントの側面形状は、プーリ接触面に対して曲率半径で凸となるように形成されている。これによって、プーリ間で発生するモーメントによるエレメントの後傾を抑制して、プーリシーブ面とシーブ面に対向するエレメント側面との接触を全面当たりとすることで、エレメントの摩耗による摩擦係数の低下を防止し、ベルト式無段変速機の伝達トルク容量の向上を図っている。

その他にも、下記特許文献２〜５によるベルト式無段変速機が開示されている。

特開２００１−３９９３号公報 特開２００４−１９７８２９号公報 特開２００３−３１４６４０号公報 特開２００２−２３５８０７号公報 特開平５−１９６０９３号公報

ベルト式無段変速機において、高トルク伝達を可能とするためには、ベルトとプーリの間の摩擦係数が高いことが要求される。しかし、ベルトとプーリの間の摩擦係数を高くすると、ベルトがプーリ径方向に摺動する変速時の摩擦抵抗も増大するため、滑らかな変速動作の妨げとなる。このように、高トルク伝達と変速時の低摩擦抵抗とは、相反する性能となる。

特許文献１においては、プーリシーブ面とエレメント側面との接触を全面当たりとすることで、伝達トルク容量の向上を図っている。しかし、特許文献１においても、ベルトがプーリ径方向に摺動する変速時には、プーリシーブ面とエレメント側面との間の摩擦抵抗が増大する。したがって、変速動作を滑らかに行うことが困難となる。

本発明は、伝達トルク容量の低下を抑制するとともに変速動作を滑らかに行うことができるベルト式無段変速機及びそのベルトを提供することを目的とする。

本発明に係るベルト式無段変速機及びそのベルトは、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係るベルト式無段変速機のベルトは、ベルト式無段変速機のプーリに巻き掛けられたベルトであって、ベルトは、プーリに形成されプーリ内径側ほど間隔が狭くなる挟圧面の間に挟持され、且つ挟圧面間隔が変化するとともにその接触面にて挟圧面に対しプーリ径方向に摺動し、ベルトの接触面においては、プーリ内径側における摩擦係数がプーリ外径側における摩擦係数よりも低く設定されていることを要旨とする。

本発明の一態様では、ベルトの接触面においては、プーリ内径側におけるプーリ径方向の摩擦係数がプーリ外径側におけるプーリ周方向の摩擦係数よりも低く設定されていることが好適である。

また、本発明の一態様では、ベルトの接触面のプーリ内径側に、プーリ外径側よりも摩擦係数の低い材料が設けられていることが好適である。

また、本発明の一態様では、ベルトの接触面の挟圧面に対する隙間は、プーリ外径側よりもプーリ内径側の方が大きく設定されていることが好適である。

また、本発明の一態様では、ベルトの接触面は、プーリ外径側よりもプーリ内径側の方が挟圧面に対する隙間が大きくなるよう少なくともプーリ内径側が挟圧面に対し傾斜していることが好適である。

また、本発明に係るベルト式無段変速機は、プーリにベルトが巻き掛けられたベルト式無段変速機であって、ベルトは、プーリに形成されプーリ内径側ほど間隔が狭くなる挟圧面の間に挟持され、且つ挟圧面間隔が変化するとともに挟圧面に対しプーリ径方向に摺動し、ベルトと挟圧面の接触部においては、プーリ内径側における摩擦係数がプーリ外径側における摩擦係数よりも低く設定されていることを要旨とする。

本発明によれば、ベルトとプーリの接触部において、プーリ内径側における摩擦係数がプーリ外径側における摩擦係数よりも低く設定されていることで、伝達トルク容量の低下を抑制するとともに変速動作を滑らかに行うことができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るベルト式無段変速機の概略構成を示す断面図である。本実施形態に係るベルト式無段変速機においては、回転軸（中心軸）まわりに回転するプーリ１０に巻き掛けられたベルト１２を介してトルク伝達が行われ、且つベルト１２がプーリ１０に対しプーリ径方向に摺動することで変速比の変更が行われる。

プーリ１０は、回転軸に平行な方向に移動可能な可動シーブ１４と、固定シーブ１６とで構成されている。そして、可動シーブ１４に形成された挟圧面１４ａと固定シーブ１６に形成された挟圧面１６ａとの間にベルト１２が挟持されている。ここで、可動シーブ１４の挟圧面１４ａと固定シーブ１６の挟圧面１６ａの間隔は、プーリ内径側ほど狭く（プーリ外径側ほど広く）設定されている。ベルト１２は、その接触面１２ａにて油膜を介してプーリ１０の挟圧面１４ａ，１６ａと接触する。

可動シーブ１４には、供給される油圧力によって回転軸に平行な方向の推力が作用する。この推力によって、可動シーブ１４が回転軸に平行な方向に移動することで、挟圧面１４ａと挟圧面１６ａの間隔が変化する。それとともに、ベルト１２がその接触面１２ａにて挟圧面１４ａ，１６ａに対しプーリ径方向に摺動する。このベルト１２のプーリ径方向の摺動によって、ベルト１２のプーリ１０への掛かり径が連続的に変化することで、ベルト式無段変速機の変速比が連続的に変化する。

ベルト１２は、複数のブロック１８と、一対のフープ２０とで構成されている。複数のブロック１８は、フープ２０の延長方向に配列され且つフープ２０に挟まれた状態で、フープ２０に係止されている。そして、複数のブロック１８の側面が、油膜を介してプーリ１０の挟圧面１４ａ，１６ａと接触する接触面１２ａとなる。

本実施形態においては、ベルト１２の接触面１２ａとプーリ１０の挟圧面１４ａ，１６ａとの間の摩擦係数は、プーリ内径側がプーリ外径側よりも低く設定されている。より具体的には、図２のベルト１２の接触面１２ａ（図１の○部）の拡大図に示すように、ベルト１２の接触面１２ａには、高摩擦係数部１２ｂと、この高摩擦係数部１２ｂよりもプーリ内径側に位置し且つ摩擦係数が低く設定された低摩擦係数部１２ｃとが設けられている。なお、図２では、挟圧面１６ａ側のみを図示しているが、挟圧面１４ａ側についても挟圧面１６ａ側と同様の構成である。

ここで、高摩擦係数部１２ｂ（プーリ外径側）を鋼（例えばＳＡＥ４６２０）等の摩擦係数の高い材質（金属）で構成し、且つ低摩擦係数部１２ｃ（プーリ内径側）を樹脂（例えばＰＴＦＥ）やセラミックス等の摩擦係数の低い材質で構成することによって、低摩擦係数部１２ｃの摩擦係数を高摩擦係数部１２ｂより低くすることができる。また、高摩擦係数部１２ｂより摩擦係数の低い材料（例えばダイヤモンドやＤＬＣ等）の膜を低摩擦係数部１２ｃに被覆する表面処理を行うことによっても、低摩擦係数部１２ｃの摩擦係数を高摩擦係数部１２ｂより低くすることができる。また、高摩擦係数部１２ｂ及び低摩擦係数部１２ｃのうち、高摩擦係数部１２ｂのみに油溝（プーリ周方向）を形成することによっても、低摩擦係数部１２ｃの摩擦係数を高摩擦係数部１２ｂより低くすることができる。また、高摩擦係数部１２ｂに形成する油溝を低摩擦係数部１２ｃより多く設定することや、高摩擦係数部１２ｂに形成する油溝の深さを低摩擦係数部１２ｃより深く設定することによっても、低摩擦係数部１２ｃの摩擦係数を高摩擦係数部１２ｂより低くすることができる。また、低摩擦係数部１２ｃの面粗度を高摩擦係数部１２ｂの面粗度より小さく設定することによっても、低摩擦係数部１２ｃの摩擦係数を高摩擦係数部１２ｂより低くすることができる。

さらに、本実施形態においては、図２に示すように、高摩擦係数部１２ｂが挟圧面１４ａ，１６ａと略平行で、高摩擦係数部１２ｂと挟圧面１４ａ，１６ａの隙間が略一定であるのに対して、低摩擦係数部１２ｃが、挟圧面１４ａ，１６ａに対しプーリ内径側であるほど挟圧面１４ａ，１６ａとの隙間が増大する方向に傾斜している。これによって、低摩擦係数部１２ｃと挟圧面１４ａ，１６ａの隙間は、高摩擦係数部１２ｂと挟圧面１４ａ，１６ａの隙間より大きく設定され、且つプーリ内径側であるほど大きい。なお、低摩擦係数部１２ｃの挟圧面１４ａ，１６ａに対する傾斜角度αは、例えば０．０１°〜０．１°程度の値である。

次に、本実施形態に係るベルト式無段変速機の動作について説明する。

ベルト１２のプーリ１０に対する掛かり径が一定、すなわち変速比が一定であるとき（非変速動作時）には、高摩擦係数部１２ｂと挟圧面１４ａ，１６ａの隙間は略一定に保たれる。さらに、低摩擦係数部１２ｃと挟圧面１４ａ，１６ａの隙間は、高摩擦係数部１２ｂと挟圧面１４ａ，１６ａの隙間より大きく、且つプーリ内径側ほど大きい状態（図２に示す状態）に保たれる。そのため、非変速動作時には、プーリ内径側の低摩擦係数部１２ｃにおいてはトルク伝達がほとんど行われずに、主にプーリ外径側の高摩擦係数部１２ｂにおいてトルク伝達が行われる。したがって、ベルト式無段変速機の伝達トルク容量を向上させることができる。

一方、ベルト１２のプーリ１０に対する掛かり径が変化する、すなわち変速比が変化するとき（変速動作時）には、図３に示すように、ベルト１２の掛かり径が増大する方のプーリ１０は、ベルト１２を押圧する際の反力により挟圧面１４ａ，１６ａ同士の成す角度が広がるように変形する。この変形によって、ベルト１２の接触面１２ａとプーリ１０の挟圧面１４ａ，１６ａとの油膜を介した接触は、変速動作時にはプーリ内径側の方がプーリ外径側よりも面圧が高くなる。そのため、ベルト１２は、変速動作時には主に接触面１２ａにおけるプーリ内径側の領域にて挟圧面１４ａ，１６ａに対しプーリ径方向に摺動する。

本実施形態では、ベルト１２の接触面１２ａは、プーリ内径側の摩擦係数がプーリ外径側の摩擦係数よりも低くなるように形成されている。そのため、ベルト１２は、変速動作時には主に接触面１２ａにおける摩擦係数の低い領域（低摩擦係数部１２ｃ）にて挟圧面１４ａ，１６ａに対しプーリ径方向に摺動する。したがって、ベルト１２がプーリ１０に対しプーリ径方向に摺動する変速動作時の摩擦抵抗を低減することができる。

次に、本願発明者が行った実験の結果について説明する。

図４に示すように、低摩擦係数部１２ｃの挟圧面１４ａ，１６ａに対する傾斜角度αを０．０５°に設定し、さらに、高摩擦係数部１２ｂを鋼（ＳＡＥ４６２０）により構成するとともに、低摩擦係数部１２ｃとしてＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の膜をコーティングした例を実施例とする。一方、実施例との比較のために、図５に示すように、ベルト１２の接触面１２ａとプーリ１０の挟圧面１４ａ，１６ａとの隙間を略一定に設定し、ベルト１２の接触面１２ａを鋼（ＳＡＥ４６２０）により構成した例を比較例とする。なお、図４，５は、ベルト１２の接触面１２ａの拡大図を示す。

ベルト１２の接触面１２ａとプーリ１０の挟圧面１４ａ，１６ａとの間の摩擦係数を測定した実験結果を図６に示す。図６に示す実験結果から、実施例によれば、ＰＴＦＥ膜がコーティングされた低摩擦係数部１２ｃ（プーリ内径側）におけるプーリ径方向の摩擦係数が、鋼で構成された高摩擦係数部１２ｂ（プーリ外径側）におけるプーリ周方向の摩擦係数よりも低く設定されていることがわかる。一方、接触面１２ａが鋼で構成された比較例では、接触面１２ａと挟圧面１４ａ，１６ａとの間の摩擦係数は、位置及び方向に関係なく略一定となる。

また、変速動作時におけるベルト１２の接触面１２ａの面圧分布を測定した実験結果を図７に示す。図４，５に示すように、面圧の測定部位は、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの順にプーリ外径側からプーリ内径側へ向かう位置となる。図７に示す実験結果から、実施例と比較例の両方とも、変速動作時にはプーリ内径側の面圧がプーリ外径側の面圧より高くなることがわかる。したがって、実施例によれば、ベルト１２はＰＴＦＥ膜がコーティングされた低摩擦係数部１２ｃにて挟圧面１４ａ，１６ａに対しプーリ径方向に摺動するため、変速動作時の摩擦抵抗を低減することができる。一方、比較例では、ベルト１２は接触面１２ａにおける鋼で構成された領域にてプーリ径方向に摺動するため、変速動作時の摩擦抵抗は低減されない。なお、図７に示すように、実施例では、変速動作時におけるプーリ内径側の面圧が比較例よりも減少する。

以上説明した本実施形態によれば、ベルト１２の接触面１２ａにおいては、プーリ内径側（低摩擦係数部１２ｃ）の摩擦係数がプーリ外径側（高摩擦係数部１２ｂ）の摩擦係数よりも低く設定されている。変速動作時には、図３に示すように、挟圧面１４ａ，１６ａ同士の成す角度が広がるようにプーリ１０が変形することで、ベルト１２の接触面１２ａの面圧は、図７に示すように、プーリ内径側の方がプーリ外径側よりも高くなる。そのため、本実施形態では、変速動作時にベルト１２を、主に低摩擦係数部１２ｃにて挟圧面１４ａ，１６ａに対しプーリ径方向に摺動させることができる。したがって、変速動作時の摩擦抵抗を低減することができ、変速動作を滑らかに行うことができる。

さらに、本実施形態によれば、ベルト１２の接触面１２ａは、プーリ外径側よりもプーリ内径側の方が挟圧面１４ａ，１６ａとの隙間が大きくなるように、プーリ内径側の低摩擦係数部１２ｃが挟圧面１４ａ，１６ａに対して傾斜している。そのため、非変速動作時には、ベルト１２の接触面１２ａの面圧は、プーリ外径側の方がプーリ内径側よりも高くなり、主に高摩擦係数部１２ｂにてトルク伝達が行われる。したがって、ベルト式無段変速機の伝達トルク容量を向上させることができる。

したがって、本実施形態によれば、ベルト１２の接触面１２ａにおいて、プーリ内径側におけるプーリ径方向の摩擦係数をプーリ外径側におけるプーリ周方向の摩擦係数よりも低く設定することができ、変速動作時における接触面１２ａのプーリ径方向の摩擦係数を非変速動作時における接触面１２ａのプーリ周方向の摩擦係数よりも低くすることができる。その結果、図８に示すように、伝達トルク容量を低下させることなく変速時間を短縮することができ、伝達トルク容量の増大と変速時間の短縮の相反する性能を両立させることができる。なお、図８において、従来例は、ベルト１２の接触面１２ａの摩擦係数を略一定に設定した場合を示す。

また、本実施形態では、図９のベルト１２の接触面１２ａ（図１の○部）の拡大図に示すように、高摩擦係数部１２ｂと低摩擦係数部１２ｃの両方を、挟圧面１４ａ，１６ａに対しプーリ内径側であるほど挟圧面１４ａ，１６ａとの隙間が増大する方向に傾斜させることもできる。この構成によっても、低摩擦係数部１２ｃと挟圧面１４ａ，１６ａの隙間を、高摩擦係数部１２ｂと挟圧面１４ａ，１６ａの隙間より大きく設定することができる。したがって、非変速動作時に主に高摩擦係数部１２ｂにてトルク伝達を行うことができるとともに、変速動作時にベルト１２を主に低摩擦係数部１２ｃにてプーリ径方向に摺動させることができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

実施形態に係るベルト式無段変速機の概略構成を示す断面図である。 実施形態に係るベルト式無段変速機の概略構成を示す断面図である。 変速動作時におけるプーリの変形を説明する図である。 実施例の概略構成を示す断面図である。 比較例の概略構成を示す断面図である。 ベルトの接触面とプーリの挟圧面との間の摩擦係数を測定した実験結果を示す図である。 変速動作時におけるベルトの接触面の面圧分布を測定した実験結果を示す図である。 実施形態に係るベルト式無段変速機の効果を説明する図である。 実施形態に係るベルト式無段変速機の他の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ プーリ、１２ ベルト、１２ａ 接触面、１２ｂ 高摩擦係数部、１２ｃ 低摩擦係数部、１４ 可動シーブ、１４ａ，１６ａ 挟圧面、１６ 固定シーブ、１８ ブロック、２０ フープ。

Claims (6)

1. ベルト式無段変速機のプーリに巻き掛けられたベルトであって、
   ベルトは、プーリに形成されプーリ内径側ほど間隔が狭くなる挟圧面の間に挟持され、且つ挟圧面間隔が変化するとともにその接触面にて挟圧面に対しプーリ径方向に摺動し、
   ベルトの接触面においては、プーリ内径側における摩擦係数がプーリ外径側における摩擦係数よりも低く設定されていることを特徴とするベルト式無段変速機のベルト。
2. 請求項１に記載のベルト式無段変速機のベルトであって、
   ベルトの接触面においては、プーリ内径側におけるプーリ径方向の摩擦係数がプーリ外径側におけるプーリ周方向の摩擦係数よりも低く設定されていることを特徴とするベルト式無段変速機のベルト。
3. 請求項１または２に記載のベルト式無段変速機のベルトであって、
   ベルトの接触面のプーリ内径側に、プーリ外径側よりも摩擦係数の低い材料が設けられていることを特徴とするベルト式無段変速機のベルト。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載のベルト式無段変速機のベルトであって、
   ベルトの接触面の挟圧面に対する隙間は、プーリ外径側よりもプーリ内径側の方が大きく設定されていることを特徴とするベルト式無段変速機のベルト。
5. 請求項１〜４のいずれか１に記載のベルト式無段変速機のベルトであって、
   ベルトの接触面は、プーリ外径側よりもプーリ内径側の方が挟圧面に対する隙間が大きくなるよう少なくともプーリ内径側が挟圧面に対し傾斜していることを特徴とするベルト式無段変速機のベルト。
6. プーリにベルトが巻き掛けられたベルト式無段変速機であって、
   ベルトは、プーリに形成されプーリ内径側ほど間隔が狭くなる挟圧面の間に挟持され、且つ挟圧面間隔が変化するとともに挟圧面に対しプーリ径方向に摺動し、
   ベルトと挟圧面の接触部においては、プーリ内径側における摩擦係数がプーリ外径側における摩擦係数よりも低く設定されていることを特徴とするベルト式無段変速機。
   

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