JP2008523335A - 凸状プーリー・シーブを持つ変速機のドライブベルト - Google Patents

Abstract

本発明は、２個のプーリーで、それぞれが２個の実質的に円錐形のプーリー・シーブからなり、その間に可変半径方向位置でドライブベルトを保持することが可能で、ドライブベルトは横断要素（３２）を備え、その両横側には、プーリーと摩擦接触するための、少なくとも高さ方向、すなわち、プーリー（１，２）に対して半径方向に凸状曲面を持つ側面（４０）を備え、１以上の溝（４１）を側面（４０）に設けることを特徴とする車両用の無段変速機に関する。
【選択図】

Description

本発明は、特許請求の範囲第１項に記載前段に記載するように、特に凸状プーリー・シーブを備えるプーリーを持つ無段変速機に用いるためのドライブベルトに関連する。この種のドライブベルトおよび関連する変速機の例は、特許文献１に記載される。

プッシュベルトとして周知のこのドライブベルトは、とりわけ一連の横断要素によって特徴付けられ、それぞれが下部体、中間体、上部体からなる。下部体の横側面または側面は、この場合、その高さ方向に凸曲面を備え、わずかに膨張した、すなわち、同様に半径方向に凸面である、変速機の駆動または一次プーリーのシーブ面、および従動または二次プーリーのシーブ面と摩擦接触することを目的とする。上部体の方向に面する、下部体の上面の一部、すなわち、半径方向外向きの縁は、連続的な張力要素の支持面を形成し、張力要素は全体として、多数の入れ子で平坦で比較的薄い金属製のリングの１以上の群から形成される。横断要素の実質的に矢印形状の上部体は、張力要素の上または半径方向外に位置し、高さ方向に後者を取り囲む一方、張力要素の高さに位置する中間体は、下部体と上部体を互いに連結する。この場合の中央体の横向きの縁は、張力要素のリングの群について軸方向に停止面を形成する。

横断要素は、張力要素の円周方向に関して移動可能となるようプッシュベルトに保持される。本配置において、各横断要素のある主要面、例えば後面は凹部を備え、他の主要面それぞれ、例えば前面は突起を備え、各ケースの一横断要素の突起は、隣接する横断要素の凹部に保持される。さらに、横断要素の下部体は、傾斜縁と記載されるものを備え、これはすなわち、実質的に一定の厚みの横断要素の上面と、横断要素の前または後面の側面の間に延びる先細りの下面との間で全体としてわずかに丸みを帯びた過渡部である。傾斜縁により、隣接する横断要素の間で傾斜またはロール移動を可能にし、プーリーの位置で求められるように、プッシュベルトはその円周方向で湾曲経路に追従する。

周知のプッシュベルトは、実際には張力要素の全周を満たす、このような多数の横断要素からなり、一連の横断要素は２個のプーリーのシーブの間にクランプされ、摩擦の助けによりその２個のプーリーの間で力を伝達できるようにする。部分的にその結果として、駆動力を変速機のプーリーの間で伝達することができ、横断要素は張力要素からの支持および案内により互いを前進させる。

周知のドライブベルトは本質的にうまく機能するが、無段変速機の動作中、側面とシーブ面との間の理論的点状接触における摩擦係数が、既に広く用いられ一般的に周知である従来の変速機の、プロファイルド溝に中断されたとしても、横断要素とプーリー・シーブとの間で線形または均等に面接触するよう設計されたものの摩擦係数と比較した場合、予想外かつ望ましくない比較的低い値となることに出願人は気づいた。例として、特許文献２が、この種の変速機について０．０９の摩擦係数を報告しているが、特定の動作条件下での現行タイプの変速機では、このパラメータは０．０５またはさらに小さい値を採ることがある。この種の低い値は、同じ摩擦力に必要な摩擦接触における（比例的に）高い法線力と、変速機の関連する高い機械的負荷および磨耗から非常に不利である。
ドイツ国特許ＤＥ−Ａ−１００ ６２ ４６３ ＥＰ−Ａ−０ ９３１ ９５９

本発明の目的は、現行タイプの凸湾曲側面を持つ変速機をベースとするドライブベルトとプーリーとの間のオイル潤滑摩擦接触に発生する摩擦係数を上げることで、その狙いは、望ましくはこの摩擦係数を略０．０９の従来の値に非常に近いか、これより高い値さえ達成することである。本発明によると、この目的は、ドライブベルト設計における請求項１に記載する手段を用いて達成することができる。

その手段自体は、上述の従来の変速機から周知であるが、この手段を現行タイプの変速機にも採用することは明らかではなかった。側面とシーブ面との間でその中に限定される点状接触において、少なくとも線形または面接触に対する影響と比較して、側面の溝が潤滑条件に有意な影響を与えることはないと予想される。そのため、溝や、この種の溝と球形その他凸面プーリー・シーブ接触面を備える周知のタイプのドライブベルトを組み合わせて用いることは何十年も知られておらず、ベルトのタイプは例えば、ＵＳ−４，６２２，０２５およびＵＳ−Ａ−３，９１６，７０９によって周知である。

そのため、接触面の一方または両方の粗度を増し、さらに接触圧を上げ、および／または潤滑に添加剤を加える等、通常は、一般的に周知の摩擦増強対策における低摩擦係数問題に対する解決法を求めようとしがちである。それにもかかわらず、出願人は、少なくともＤＥ−Ａ−１００ ６２ ４６３により周知のプッシュベルトの場合、およびさらにはＵＳ−４，６２２，０２５により周知のいわゆるチェーンベルトの場合、側面における１以上の溝の存在は、上述の摩擦係数を相当に改善し、これを有意に高い値にシフトすることを、実験的観察に基づき予想外に判断することができた。

とりわけ、同様のタイプのチェーンベルトはＥＰ−Ａ−１ ４４３ ２４２により周知であることに気づく。しかしながら、この後者の実施例では、そのクロス要素、すなわちピンとストリップが、面、すなわち非曲面で半径方向に対して固定アングルを向いた側面を備え、面接触が側面とシーブ面との間で実現されるようにする。そのため、この側面設計は、横断要素の側面が高さ方向に凸であるため、中に限定された点状摩擦接触を有する本請求の変速機よりも、従来のＥＰ−Ａ−０ ９３１ ９５９の変速機設計に対応する。さらに、ＥＰ−Ａ−１ ４４３ ２４２においては、溝が横に閉じた凹部として限定され、オイルを保持して側面とプーリー・シーブとの間に、機械的クッションのようなオイルのプールを形成できることを特徴とする。

従って、ドライブベルトの横断要素の平面側面に溝を設け、その平面側面はプーリー・シーブと面接触を提供することは周知であるが、かかる手段はこれまで示唆されることはなく、明らかに、点状摩擦接触を与える本請求の凸湾曲側面と組み合わせて考慮されてきたとまとめることができる。

本発明による第１の実施例では、側面は１以上の溝を備え、これは実質的に上述の高さ方向に側面の全寸法に渡って延びる。この種の溝で、少なくともプーリー・シーブに対して半径方向に向くものは、横断要素の厚み全体に略均一に分布する側面に配置し、側面が現実には実質的に等しい寸法の２以上の部分に分かれるようにすることが望ましい。本発明のコンテキストにおいて、特に単一の半径方向溝を持つ実施例は特に効果的であることが立証されており、この実施例について、上述の従来の値より高い摩擦係数さえ測定されている。

しかしながら、単数あるいは複数の半径方向の溝を持つこれら実施例のある大きな欠点は、少なくとも従来の形成工程である横断要素の（精密）穿孔では、研削や放電加工等の追加工程ステップで側面の表面に形成しなければならないということである。この欠点を回避するため、本発明はまた、横断要素の第２の実施例を提供し、これにおいて、側面は多数の溝を備え、溝は実質的に横断要素の厚みに渡って延びる。実質的に接線を向くこの種の溝は、少なくともプーリー・シーブに対して、横断要素の高さに渡って略均一に分布するのが望ましい。溝間の距離は、この場合、ヘルツ接触、すなわち、溝なしの伝達において動作中に発生すると算出される側面上の圧縮領域として知られるものの高さ方向における最大寸法未満であることが望ましい。この第２実施例に関連して、測定した摩擦係数は当初測定した値よりはるかに大きく、最も重要な動作条件で従来値の０．０９に非常に近い。

本発明を添付の図面を参照して例として以下により詳細に説明する。

（図面の簡単な説明）
図１は、従来技術による２個のプーリーとドライブベルトを備える無段変速機の略図である。
図２は、プーリー・シーブの位置での、図１に示す変速機の接線を向いた断面図である。
図３は、ドライブベルトの移動方向または円周方向で見た、本発明によるドライブベルトの横断要素の正面図である。
図４は、図３の横断要素の側面図である。
図５は、本発明による横断要素の第２実施例の側面図である。
図６は、本発明の効果を示すグラフである。

図１は、従来技術による無段変速機の中央部の略図である。周知の変速機は、変速機の入力軸６の一次プーリー１で、一次連結（力）Ｔｐでエンジン（図示せず）により駆動可能なものと、変速機の出力軸７の二次プーリー２で、二次連結Ｔｓで負荷（図示せず）を駆動可能なものとからなる。両プーリー１、２は、それぞれのプーリー軸６、７に固定された実質的に円錐形のプーリー・シーブ５と、前記軸６，７に対して軸方向に変位可能な同様に実質的に円錐形のプーリー・シーブ４を備える。ドライブベルト３は２個のプーリー１、２のプーリー・シーブ４、５の間にクランプされ、このドライブベルトは各ケースで実質的に円の弧、すなわち、移動半径Ｒの形式の経路を描く。機械的力を、ドライブベルト３とプーリー１、２との間の摩擦の支援により２個のプーリー軸６，７の間に伝達することができ、変速機１の変速比は、それぞれ一次および二次プーリー１および２の位置におけるドライブベルト３の移動半径Ｒの商によって与えられる。

ここに示すドライブベルト３は、いわゆるプッシュベルトタイプで、一連の横断要素３２からなり、横断要素はそれぞれ、下部体３３と、上部体３５と、下部体３３と上部体３５とを互いと接続する中間体３４とからなる。上部体３５に面する下部体３３の上側、すなわち、中間体３４の両側のその半径方向外向きの縁３６は、連続張力要素３１の２個の支持面３６を形成し、張力要素は、多数の入れ子、平坦かつ比較的薄い金属製のリングの２個以上の群３１ａ、３１ｂから形成される。横断要素３２の実質的に矢印形の上部体３５は、張力要素３１の半径方向外側に位置し、後者を高さ方向に包囲する一方、中間体３４は、張力要素３１のリング群３１ａ、３１ｂの間に位置する。この場合、中間体の軸方向横向きの縁３７はそれぞれ、リング群３１ａ、３１ｂについて軸方向の停止面３７を形成する。

横断要素３２は、張力要素３１の円周方向に対して移動可能なようにプッシュベルト３に保持される。この配置において、各横断要素の１つの主要面、例えば後面４２は凹部（図示せず）を備え、それぞれの他の主要面、例えば前面４３は突起４４を備え、横断要素３２の突起４４は各ケースにおいて隣接する横断要素３２の凹部を受ける。横断要素３２の下部体３３は、傾斜縁４５として知られる、全体としてわずかに円形の過渡部を、実質的に一定の厚さの横断要素３２の上側と、有効に先細りのその下側との間に備え、傾斜縁４５は、横断要素３２の前面４３に横断方向に延びる。傾斜縁４５により、隣接する横断要素３２の間に傾斜またはロール移動が可能になり、その結果、円周方向で見るプッシュベルト３が、プーリー１、２のシーブ４、５の間の湾曲経路を追従できるようになる。

プーリー・シーブ４、５の位置で図１から変速機を介した接線向き断面図として略図で描いた図２に示すように、２個のプーリー１，２のシーブ４、５の円錐面を、球形または凸とすることが従来技術から周知である。この例では、プーリー・シーブ４、５の円錐面１０は、一定の曲率半径Ｒｒ１０で半径方向にわずかに凸状に湾曲する。横断要素３２の下部体３３の両側の横向きの接触面または側面４０もまた、半径または高さ方向に曲率半径Ｒｒ４０の凸状曲面を備える。実際には、２つの曲率半径Ｒｒ１０およびＲｒ４０は図２（およびその他の図面）に示すよりはるかに大きく、これらは図面ではわかりやすいように強調している。さらに、前記曲率半径Ｒｒ１０、Ｒｒ４０は、半径方向とプーリー・シーブ４、５または側面４０との間の角度が、有意な範囲で複数の角度に、すなわち、７．５度から１１．５度の間の４つの角度などに変化するよう限定される。ゆえに、幾何学的には、点状接触はベルトとプーリーとの間で限定される。

さらに、実際には、上述の一定の曲率半径Ｒｒ１０、Ｒｒ４０に対して、半径または高さ方向に変化する曲率半径も採用する。

上述の変速機においては、プーリー１、２のシーブ面１０とドライブベルト３のそれぞれの側面４０との間の摩擦接触は、ヘルツ楕円点状接触として知られるところで生成され、これにおいては、それぞれの摩擦面１０、４０の磨耗および／または損傷をできる限り制限するため、液体潤滑も用いる。この種の摩擦接触は既にチェーンタイプとして知られるドライブベルトと組み合わせてしばらく用いられているが、これは連続摩擦面１０、４０を備える。出願人は、少なくともプッシュベルトタイプの現在のドライブベルト３との組み合わせにおいて、１以上の溝４１を側面４０に設けることにより、前記摩擦接触に作用する摩擦面１０、４０を大きさにおいて相当に増加させることができるのを発見した。

本発明を、横断要素３２に基づき図３および図４に略図として示すが、その側面４０は、横断要素３２の実質的に厚み方向、すなわち、側面４０の幅方向に向く多数の溝４１を備え、これらは後面４２と前面４３との間に延びる。この文脈において、図３は本発明による横断要素３２の正面図、図４はその側面図を示す。

図示の横断要素３２の実施例において、側面４０の連続する凸状湾曲輪郭は溝４１によって中断され、その結果、溝４１ａの両側のこの輪郭の部分４０ａ、４０ｂは明らかに小さい角度で互いに対して向いている。当然ながら、上述の部分４０ａ、４０ｂを各ケースで互いと一致させて向けることにより、側面４０の連続する輪郭を保持することも可能である。原則としては望ましいが、この後者の選択肢は、変速機が正しく機能するため本質的に必要である。

溝４１の幅は、高さまたは半径方向で側面４０の寸法合計の略１％から５％が望ましく、この寸法は、溝４１の１０％から５０％の範囲に構成するのが望ましい。本発明によると、２個の隣接する溝４１の間の半径方向距離は、多くとも溝４１がない場合に変速機の動作中に発生する側面４０上のヘルツ接触または圧縮領域の最大半径方向寸法の半分に等しいことが望ましいことに注意する。上述の最大半径方向寸法は一般的に、上部体３５の方向から見て側面４０の高さに渡って増加し、隣接する４１間の距離もこの方向で増加できるようにするのが望ましいことにも注意する。

溝４１の深さは、それほど重大なパラメータではない。しかしながら、実用的な視点からは特に、本発明によると、この深さは溝４１の幅の２５％から５０％が望ましい。

本発明による第２の実施例を、横断要素３２の側面図の形で図５に示すが、側面４０は、その高さ全体にわたって延びる溝４１を備え、本発明によるとその幅は横断要素３２の厚みの略１０％から２５％が望ましい。特に第２実施例は本発明の文脈において非常に効果的であることが実証されている。

図６に示すグラフは、上述の所見を再び要約したものである。このグラフは、側面４０とシーブ面１０との間の摩擦接触における摩擦係数μを特性値Ｋの対数に対してプロットしたもので、最も重要な影響を与えるパラメータを表し、中でもＫ^＊は、ドライブベルトＩからＩＶの４種類について、一般に動作中に発生する値を表す。この図から、湾曲しているが連続的な接触面間の摩擦係数μは、曲線ＩＩに表す比較的低い値を持つことがわかる。この値を、曲線Ｉで表す直線的側面４０とシーブ面を有する従来設計の変速機の摩擦係数μと比較すると、これが確実である。

図６において、曲線ＩＩＩは、図３に示す本発明によるドライブベルト３の実施例について上述の摩擦係数μをプロットし、曲線ＩＶは、図５の横断要素３２について摩擦係数μをプロットする。

後者２つの曲線ＩＩＩとＩＶは、プーリー１、２とドライブベルト３との間の摩擦係数μが、本発明を用いる結果、従来の変速機から周知のレベル（曲線Ｉ）に近づき（曲線ＩＩＩ）、あるいはこれを超える（曲線ＩＶ）ことさえありえることを示す。

図１は、従来技術による２個のプーリーとドライブベルトを備える無段変速機の略図である。 図２は、プーリー・シーブの位置での、図１に示す変速機の接線を向いた断面図である。 図３は、ドライブベルトの移動方向または円周方向で見た、本発明によるドライブベルトの横断要素の正面図である。 図４は、図３の横断要素の側面図である。 図５は、本発明による横断要素の第２実施例の側面図である。 図６は、本発明の効果を示すグラフである。

符号の説明

１、２ プーリー ３ ドライブベルト ４，５ シーブ ６ 入力軸 ７ 出力軸 ３１ 張力要素 ３２ 横断要素 ４０ 側面 ４１ 溝

Claims (8)

1. ２個のプーリー（１、２）を備え、プーリーのそれぞれは２個の実質的に円錐形のプーリー・シーブ（４、５）からなり、シーブ（４、５）は半径方向に凸状曲面を備え、その間に可変半径方向位置（Ｒ）でドライブベルト（３）を保持し、ドライブベルト（３）は横断要素（３２）を備え、その横方向の両側に、プーリー（１、２）と摩擦接触するための、少なくともその高さ方向、すなわちプーリー（１、２）に対して半径方向に凸状曲面を持つ側面（４０）を備え、１以上の溝（４１）を側面（４０）に設けることを特徴とする車両用の無段変速機。
2. 溝（４１）が側面（４０）の全幅または高さに渡って延びるため、各溝（４１）は要素（３２）がプーリー（１，２）と接触する時、開放端流路を形成することを特徴とする請求項１記載の変速機。
3. 側面（４０）は単一の溝（４１）を備え、溝は側面（４０）の本質的に高さ方向に延び、側面（４０）の少なくとも実質的に中央に位置することを特徴とする請求項１または２記載の変速機。
4. 側面（４０）は１式の溝（４１）を備え、溝は側面（４０）の本質的に幅方向、すなわち、プーリー（１、２）に対して半径方向に垂直に延びることを特徴とする請求項１、２または３記載の変速機。
5. 溝（４１）は共に、側面（４０）の幅と高さの積で決定される側面（４０）の総表面積の１０％から５０％を構成することを特徴とする請求項４記載の変速機。
6. 溝（４１）は、平滑な曲面の凸状底面によって限定され、その長辺は凸状曲面の縁面を介して側面（４０）と接合することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の変速機。
7. ベルト（３）は、半径方向に多数の横断要素（３２）を包囲する連続張力要素（３１）を備え、これにより、横断要素（３２）は可動で、横断要素（３２）を連続張力要素（３１）に対してベルト（３）の円周方向に移動可能にし、その両横側の横断要素（３２）は、変速機プーリー（１、２）と摩擦接触するための、少なくともその高さ方向、すなわちプーリー（１、２）に対して半径方向に凸状曲面を持つ側面（４０）を備え、側面（４０）に１以上の溝（４１）を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項による変速機で用いるドライブベルト（３）。
8. ２個のプーリー（１、２）を備え、プーリーのそれぞれは２個の実質的に円錐形のプーリー・シーブ（４、５）からなり、シーブ（４、５）は半径方向に凸状曲面を備え、その間に可変半径方向位置（Ｒ）でドライブベルト（３）を保持し、ドライブベルト（３）は横断要素を備え、その横方向の両側に、プーリーと摩擦接触するための、少なくともその高さ方向、すなわちプーリーに対して半径方向に凸状曲面を持つ側面を備え、１以上の溝を側面に設けることを特徴とする車両用の無段変速機。
   

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