JP2008544165A - 無段変速装置用駆動ベルトとこのような駆動ベルト用の横方向エレメントの製作方法 - Google Patents

Abstract

駆動ベルト（３）は無端引張り手段（３１）と、比較的に薄い多数の横方向エレメント（３２）を備え、この横方向エレメントは引張り手段（３１）上に滑動可能に設けられ、横方向エレメントは前側の主面（４０）と後側の主面（４１）を有し、この両主面は横方向エレメント（３２）の厚さによって互いに分離され、かつ主として駆動ベルト（３）の縦方向に向けられ、横方向エレメントは主として横方向に向けられた２つの側面（３６）を有し、この側面は駆動ベルト（３）を作用させる変速装置のプーリ（１，２）に摩擦接触するために横方向エレメント（３２）の各々の側部に１つ設けられている。横方向エレメント（３２）の各側面（３６）は比較的に尖ったエッジである移行面（５０；５０（ａ），５０（ｂ），５０（ｃ））を介して、主として駆動ベルト（３）の縦方向に向けられた各々の他の面（４０；４１；５２）に接続され、この移行面の断面は、０．３ｍｍ以下の曲率半径を有する弧によって少なくとも効果的に表すことが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載した駆動ベルトに関する。

このような駆動ベルトは、特にヨーロッパ特許出願０．９９４．２７５（特許文献１）によって周知であり、しばしばファン・ドーン（Van Doorne）ベルトまたはプッシュベルトと呼ばれている。周知の駆動ベルトは少なくとも１個の無端の引張り手段と板状の多数の横方向エレメントを備えている。この横方向エレメントは引張り手段上に続けて配置され、ほぼ連続するストリングを形成している。エレメントは引張り手段によって支持および案内されているがしかし同時に、引張り手段の周に沿って自由に移動可能である。このような駆動ベルトは自動車用無段変速装置すなわちＣＶＴにおいて慣用されている。この場合、駆動ベルトは無段変速比でトルクを伝達するために２個のプーリに巻掛けられて摩擦接触している。この無段変速装置は例えば国際公開公報ＷＯ−Ａ−２００３／０２１１３４（特許文献２）によって周知である。

このような変速装置の機械的な効率は、多数の要因によって決定される。その一つはベルトと各プーリの間の潤滑される摩擦接触部の摩擦係数、すなわち「ＣｏＦ」である。ＣｏＦの増大が一般的に非常に所望される。というのは、その結果として、変速装置の作動中縦方向に向いた摩擦力を伝達するためにプーリのディスクによって駆動ベルトに加えられる垂直力をかなり低減することができるからである。このような比較的に小さな垂直力は通常は一層経済的に発生させることができる。比較的に小さな垂直力の他の有利な作用は、駆動ベルトと特にその引張り手段の作動中の負荷が小さく、それによって変速装置の作動寿命が長くなることにある。
ＥＰ−Ａ−０．９９４．２７５ ＷＯ−Ａ−２００３／０２１１３４

本発明は、知られていない方法でＣｏＦを最適化することによって変速装置効率を一層改善することを目的とする。本発明に従い、このような目的は、請求項１記載の駆動ベルトを、その他の点では知られている変速装置に適用することによって達成される。

請求した手段を適用することにより、ベルトの横方向エレメントとプーリディスクの間の潤滑摩擦接触部内のＣｏＦは、典型的な作動状況下で慣用の駆動ベルトで測定したＣｏＦよりも大幅に、すなわち１０％まで高くなった。請求した手段の結果として、変速装置の作動中前記摩擦接触部内に存在する潤滑液の量が大幅に減少し得る、すなわちエレメントとプーリディスクの相対速度が高い場合でも、非常に薄い潤滑液の層がエレメントとプーリディスクの間に形成され、その結果としていわゆる境界潤滑状態が生じると思われる。

これによって、移行面の有効曲率半径、すなわち実際の移行面にほとんど正確に適合する円弧の半径は、前記の潤滑液を定量化するための好都合な方法と考えられる。それは一般的に、前記の潤滑液量に正確に影響を及ぼす移行面の小さな部分、すなわち変速装置作動中潤滑液の層内に入れられる、側面に直接接する部分だけである。従って、移行面の全体の断面形状が弧状から大きくそれている場合には、前記の有効曲率半径は移行面の小さな部分だけに関連して決定される。

本発明では、前記の他の面は勿論、横方向エレメントの主面の一つによってあるいは側面内の半径方向溝またはスリットの側壁の一つによって形成可能である。特に、この後者の構造では、実現可能なＣｏＦの相対的な増大によって、きわめて良好な実験結果が得られた。このＣｏＦの増大は恐らく、後者の構造の場合前記の有効曲率半径が最も効果的で最も小さな零の値に近づくという実現に関連している。

更に、上記の駆動ベルト用横方向エレメントを作るための製作方法を提供する。従来の製作方法では、横方向エレメントは基材の帯板から打ち抜きによって形成され、続いて打ち抜き時に形成されたばりを研磨除去するために石によってバレル研磨される。公知の打ち抜き加工工程では、横方向エレメントは、打ち抜きプレスのカッターを打ち抜きプレスのダイのエレメント状穴の中に移動させることによって、基材の帯板から切り抜かれる。それによって、基材の帯板はカッターとダイの間に置かれる。

従来の製作方法では、結局、横方向エレメントの側面と前側および後側の主面との間の移行面の丸めた量が主に、石によるバレル研磨加工の強さ（例えば加工時間、振動エネルギー、石の重量および石の形状または構成）によって決定される。しかしながら、前記ばりを除去するために最小の強さが要求される。これは実際には、断面が多少弧状でありかつ典型的な例では約０．５ｍｍの曲率半径を有する移行面で生じる。

本発明に従って、バレル研磨加工の強さは、それによって形成される横方向エレメントの全周にわたって打ち抜きプレスのダイとカッターの間に比較的に大きな遊びを設けることによって、有利に低下させることができるかあるいは省略可能である。このような遊びは従来は基材の厚さの１％よりも小さいが、本発明では、このような厚さの５〜２０％の遊びを設けることが提案される。打ち抜き加工とその際の前記遊びの詳細な説明については、国際公開公報ＷＯ２００４／１１１４９０の特に図４〜８とそれに関連する説明部分が参照される。

打ち抜き加工の上記段取りでは、横方向エレメントの周囲に形成されたばりが小さいので、除去するために必要なバレル研磨の強さは弱くて済む。これによって、前記移行面を丸める量が減少するので有利である。そうすることにより、側面と前側の主面との間の曲率半径を０．３ｍｍまたはそれ以下に縮小することができる。

その代わりに、上記の従来の製作方法に、次の加工工程を追加することが提案される。すなわち、少なくとも、エレメントの側面と前側主面または後側主面の間の前側移行部または後側移行部を塑性変形する加工工程、すなわち比較的に尖った望ましい形状のエッジを形成するために形成し直す加工工程を追加することが提案される。この形成し直しは例えば国際公開公報ＷＯ２００３／０６９１８５によって知られている圧印加工またはダイプレス加工によって行われる。他の選択肢は、追加加工工程としての研削のような研削加工を適用することである。この後者の加工は特に、横方向エレメントの側面に半径方向溝を形成するために適している。それによって、溝の側壁が各側面に接続する場所に、比較的に尖った移行部が形成される。

最後の両ケースの場合、各移行面は、有効曲率半径が小さく零に近づくほど、きわめて小さく形成可能である。限定ケースでは、側面と他の面の間に、９０°エッジの形が形成され、移行面は実質的に存在しない。

（図面の簡単な説明）
添付の図を参照して本発明を説明する。
図１は、駆動ベルトと２個のプーリを備えた公知の無段変速装置を概略的に示す斜視図である。
図２は公知の駆動ベルトの横方向エレメントの正面図である。
図３は図２のＡ−Ａ面に沿った公知の横方向エレメントの断面図である。
図４は本発明の第１実施の形態に従って形成された、図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメントの断面図である。
図５は変速装置プーリとの摩擦接触を示す、図４の横方向エレメントの詳細断面図である。
図６は本発明の第２実施の形態に従って形成された、図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメントの断面図である。
図７は横方向エレメントと変速装置プーリの間の摩擦係数に関する本発明の効果を示すグラフである。
図８は本発明の第３実施の形態に従って形成された、図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメントの断面図である。

図１は、一般的に自動車のエンジンと駆動輪との間の動力伝達系統内で用いられる公知の無段変速装置の主要部品を示している。変速装置は２個のプーリ１，２を備えている。このプーリはそれぞれ２個のプーリディスク４，５を備えている。このプーリディスクの間には、回転運動Ｍとそれに付随するトルクを一方のプーリ１，２から他方のプーリ２，１に伝達するために、プッシュタイプの駆動ベルト３が設けられている。プーリディスク４，５はほぼ円錐形であり、各プーリ１，２の少なくとも一方のプーリディスク４は各プーリ１，２のプーリ軸６，７に沿って軸方向に移動可能に変速装置に組み込まれている。変速装置は通常は更に、作動手段を備えている。この作動手段は少なくとも一方の前記可動ディスク４に、それぞれ他方のディスク５の方に向いた軸方向の締付け力を加える。それによって、駆動ベルト３は両ディスクの間で締付けられる。

駆動ベルト３は無端の引張り手段３１と、比較的に薄い多数の横方向エレメント３２とを備えている。この横方向エレメントは引張り手段の縦方向に沿って移動可能にかつ引張り手段に対してほぼ横方向に配向して引張り手段３１上に設けられている。横方向エレメント３２は前記締付け力を受け、それによって駆動プーリ１の回転時にディスク４，５と駆動ベルト３の間の摩擦が横方向エレメント３２を前記移動Ｍの方向に前記駆動プーリ１から被駆動プーリ２へおよび元の所に押し、それによって引張り手段３１により案内され、支持される。これによって、変速装置の幾何学的な変速比は被駆動プーリ２における駆動ベルト３の有効接触半径Ｒ２と、駆動プーリ１における駆動ベルト３の有効接触半径Ｒ１との商によって決定される。このような半径Ｒ１，Ｒ２と幾何学的な変速比は達成可能な値の予め定めた範囲内で連続的に変更可能である。

図２は公知の横方向エレメント３２の正面図である。この横方向エレメントは無端引張り手段３１に取付けられた駆動ベルト３に組み込まれている。無端引張り手段は図示した本例では２つの積層部品からなっている。この積層部品はそれぞれ、薄くて平らな複数のリングによって形成されている。このリングは半径方向に入れ子式に重ねられ、横方向エレメント３２の各々の開口３３内に収容されている。

横方向エレメント３２は本体部分３４を備えている。この本体部分は引張り手段３１の下方にあるいは半径方向において引張り手段の内側に配置され、開口３３の底部側を形成している。横方向エレメント３２のほぼ矢じり形の頭部分３７は開口３３の頂部側を形成している。横方向エレメント３２のいわゆる柱部分３８が開口３３の間に位置している。この柱部分は本体部分３４と頭部分３７を互いに連結している。本体部分３４は両側に、横方向に向いた（すなわち、「面した」）側面３６を備えている。この側面はプーリディスク４，５に摩擦接触する。これらの側面３６は半径方向外側の方へ互いに広がっている。このような広がり角φ、いわゆるベルト角度φは、プーリ１，２のディスク４，５の間にも設けられている（図１参照）。プーリディスク４，５との摩擦接触の摩擦学的特性を高めるために、側面３６に表面プロフィルを設けることは一般的な方法である。

横方向エレメント３２の前側の主面４０には突起３９が設けられている。この突起は横方向エレメントの頭部分３７のほぼ中央に配置されている。突起３９は隣接する横方向エレメント３２の後側の主面４１に設けた穴（見えない）に収容される。突起３９と穴は駆動ベルト３内で隣接する横方向エレメント３２を互いに連結し、整列する。ここで、用語「前側」と「後側」は駆動ベルト３の運動Ｍの方向に関連して定められている。

傾動領域４４としても表示されるいわゆる傾動線４４において、本体部分３４は実質的に半径方向内側へ先細になっている。それによって、ベルト３はプーリ１，２のところで縦方向に湾曲した軌道を進むことができる。この縦方向に湾曲した軌道内で、横方向エレメント３２は主として軸方向に向いたそれらの傾動軸線４４回りに、それぞれ隣接するエレメント３２と相対的に傾動する。

図３には、図２のＡ−Ａ面に沿った、横方向エレメント３２の横断面、すなわち本体部分３４の位置の横断面が示してある。図示したエレメント３２は４つの移行面（接続面）５０、すなわち２つの側面３６の各々と前側の主面４０との間の２つの前側の移行面５０（ａ）と、エレメント２つの側面３６の各々と後側の主面４１０との間の２つの前側の移行面５０（ｂ）を備えている。用語「前側」と「後側」は変速装置が作動しているときに駆動ベルト３の運動Ｍの意図する方向または主方向に関連して定められている。

公知のベルト３では、これらのすべての移行面５０が滑らかに丸められ、曲率半径Ｒｔを有する弧によって断面を表すことができる。この曲率半径Ｒｔは横方向エレメント３２の製作方法、特に打ち抜き加工時に形成されたばりを研磨除去するために横方向エレメント３２をバレル研磨する製造工程によって決定される。このような慣用の曲率半径Ｒｔは０．５ｍｍに達する。

本発明では、上記の前側の移行面５０（ａ）と後側の移行面５０（ｂ）の一方または両方を、比較的に尖ったエッジとして、すなわち、特に断面で見たときの上記の曲率半径の観点からきわめて縮小した寸法を有するエッジとして形成することにより、駆動ベルト３とプーリ１，２の間の摩擦係数（ＣｏＦ）が大幅に改善されることがわかった。

本発明の第１実施の形態が図４に示してある。図４は図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメント３２の断面図である。この実施の形態では、前側の移行面５０（ａ）だけが前側の曲率半径Ｒｗによって断面を示した比較的に尖ったエッジとして形成されている。後側の移行面５０（ｂ）は前側の移行面との違いを示すために曲率半径Ｒｔを有している。本発明に従い、ＣｏＦの増大は０．３ｍｍよりも小さな値を有する前側の移行面５０（ａ）の曲率半径Ｒｗによって実現可能であり、そして例えば０．２ｍｍ以下の前側の移行面の曲率半径Ｒｗを有する一層尖ったエッジを形成することによって更なる改良が可能である。最適であると見なされるがしかし製作が困難である実施の形態では、曲率半径Ｒｗは零に近づくかまたはできるかぎり零に等しい。

比較的に鋭利なエッジとして形成された前側の移行面５０（ａ）の結果として、作動中Ｍ方向に動くときに、比較的に少量の潤滑液が前記摩擦接触部内に押し込まれ、プーリディスク４，５とベルト３の横方向エレメント３２との相対速度がかなり大きいときでも、いわゆる境界潤滑状態が生じている。このような現象とその効果は図５，６に概略的に示してある。

図５は、横方向エレメント３２の側面３６とプーリ１，２のディスク４，５との間の潤滑される摩擦接触部を示す、図４の横方向エレメント３２の詳細断面図である。主に変速装置の作動中に生じるエレメント３２とディスク４，５の相対速度ＲＳのために、ディスク４，５上に薄い層６０をなす潤滑液は少なくとも一部が前記摩擦接触部に供給される。それによって、潤滑液の量は、この特別なケースの場合には前側の移行面５０（ａ）の形状によって決定される。前記摩擦接触部における潤滑液の量は、いわゆるくさび作用を弱めることによって大幅に減少する。このくさび作用はエレメント３２の移行面５０（ａ）とディスク４，５との間に形成されたおおよそくさび形状の空間によって生じ、それによって潤滑液の増大６１が達成される。本発明に従って、移行面５０（ａ）の有効曲率半径Ｒｆを縮小することによって、くさびの重要性、ひいては前記くさび作用の大きさを低下させることができる。この曲率半径の縮小は、できるかぎり零に近づくまで行われ、側面３６と各主面４０，４１は尖ったエッジで事実上接続する。

本発明の第２実施の形態が図６に示してある。この図６は図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメント３２の断面図である。この実施の形態では、半径方向に向いた溝５１またはスリット５１がエレメント３２の各々の側面３６に設けられている。これによって、溝５１の少なくとも１つの側壁５２と各々の側面３６との間に移行面５０（ｃ）が形成される。この移行面は本発明に従って断面が比較的に尖ったエッジとして容易に形成可能である。特にこの構造により、実現可能なＣｏＦの増大について、きわめて良好な実験結果が得られた。図４の実施の形態を超えたこの構造の他の利点は、側面３６と主面４０，４１の間の移行面５０（ａ），５０（ｂ）が摩耗する傾向があり、従ってベルト３の作動中鈍くなり、溝５１の各側壁５２と側面３６との間の移行面５０（ｃ）がその元の形状を良好に維持することにある。

図７には、本発明の効果がグラフで定性的に示してある。グラフには、測定されたＣｏＦが、関連する変速装置作動状態を示す指数Ｋの対数に対して記入してある。この変速装置作動状態は前記の相対速度ＲＳ、前記摩擦接触部に作用する垂直力、側面３６とプーリディスク４，５の組み合わせ表面粗さおよび潤滑液の力学的粘性率を含んでいる。図６の曲線Ｉは従来のベルト３によって得られる測定データを示し一方、曲線ＩＩは図６の横方向エレメント３２によって得られる測定データを示している。明らかなように、ＣｏＦは本発明による構造の新規なベルトによって、指数Ｋによって示されるような作動状態にほとんど関係なく増大している。

溝５１は、図６に示すように、必ずしも側面３６の中央に設ける必要はない。溝によって得られるＣｏＦの作用を高めるために、上記の相対速度ＲＳに関連して定義したように、側面３６の前進側の方に溝を設けることができる。しかしながら、このような相対速度ＲＳが通常は変速装置内の横方向エレメント３２の位置に依存して方向を変えるので、通常は中央に設けた溝５１が良好な折衷案である。

特別な変速装置構造について代替的に、相対速度ＲＳの主方向または最も関係する方向を決定することができる。これは、側面３６の幅に関連して、すなわち前側の主面４０の方にあるいは後側の主面４１の方に、溝５１の位置を決定するために行われる。他の選択肢は、横方向エレメント３２の各側面３６が２つの溝５１を備えることである。一つの溝は前側の主面４０の近くに配置され、もう一つは後側の主面４１の近くに配置される。この構造は図８の断面図に示してある。溝５１は更に、側面３６の幅を斜めに横切るように、半径方向に対して角度をなしていてもよい。この構造は、このような斜めの溝５１が完全に半径方向に向いた溝５１よりも容易に製作可能であるという利点がある。勿論、溝５１の側壁５２によって形成された前記の他の面が主としてベルト３の縦方向に向いているという本発明の要求は、前記角度が０°から４５°までの範囲内の値を有することを必要とする。

駆動ベルトと２個のプーリを備えた公知の無段変速装置を概略的に示す斜視図である。 公知の駆動ベルトの横方向エレメントの正面図である。 図２のＡ−Ａ面に沿った公知の横方向エレメントの断面図である。 本発明の第１実施の形態に従って形成された、図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメントの断面図である。 変速装置プーリとの摩擦接触を示す、図４の横方向エレメントの詳細断面図である。 本発明の第２実施の形態に従って形成された、図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメントの断面図である。 横方向エレメントと変速装置プーリの間の摩擦係数に関する本発明の効果を示すグラフである。 本発明の第３実施の形態に従って形成された、図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメントの断面図である。

符号の説明

１，２ プーリ ３ 駆動ベルト
４，５ プーリディスク ６，７ プーリ軸
３１ 無端引張り手段 ３２ 横方向エレメント
４０ 前側の主面 ４１ 後側の主面
５０ 移行面

Claims (10)

1. 無端引張り手段（３１）と、比較的に薄い多数の横方向エレメント（３２）を備え、この横方向エレメントが引張り手段（３１）上に滑動可能に設けられ、横方向エレメントが前側の主面（４０）と後側の主面（４１）を備え、この両主面が横方向エレメント（３２）の厚さによって互いに分離され、かつ主として駆動ベルト（３）の縦方向に向けられ、横方向エレメントが主として横方向に向けられた２つの側面（３６）を有し、この側面が駆動ベルト（３）を作用させる変速装置のプーリ（１，２）に摩擦接触するために横方向エレメント（３２）の各々の側部に１つ設けられ、各側面（３６）が各々の移行面（５０；５０（ａ），５０（ｂ），５０（ｃ））を介して、主として駆動ベルト（３）の縦方向に向けられた各々の他の面（４０；４１；５２）に接続されている、駆動ベルト（３）において、断面で見て、各々の移行面（５０；５０（ａ），５０（ｂ），５０（ｃ））の少なくとも一部が０．３ｍｍよりも小さな有効曲率半径を有する弧によって近似化可能であることを特徴とする駆動ベルト（３）。
2. 前記有効曲率半径が０．２ｍｍよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の駆動ベルト（３）。
3. 各々の移行面（５０；５０（ａ），５０（ｂ），５０（ｃ））が断面で見てほぼ零の有効曲率半径を有する尖ったエッジに縮小し、少なくともこの尖ったエッジに近似していることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動ベルト（３）。
4. 各々の他の面（４０；４１；５２）が横方向エレメント（３２）の主面（４０，４１）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動ベルト（３）。
5. 各側面（３６）が主として半径方向に延在しかつ実質的に真っ直ぐである少なくとも１つの溝（５１）を有することと、各々の他の面（４０；４１；５２）が各溝（５１）の側壁（５２）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の駆動ベルト（３）。
6. 溝（５１）が実質的に半径方向に延在し、各々の側面（３６）のほぼ中央に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の駆動ベルト（３）。
7. 各々の側面（３６）が実質的に半径方向に延在する２つの溝（５１）を有し、一方の溝が前側の主面４０の近くに配置され、他方の溝が後側の主面４１の近くに配置されていることを特徴とする請求項５に記載の駆動ベルト（３）。
8. 溝（５１）が半径方向に対して角度をなして配向され、この角度が０〜４５°の範囲内の値を有することを特徴とする請求項５に記載の駆動ベルト（３）。
9. 基材の帯板がカッターとダイの間に置かれている間に、カッターをダイの横方向エレメント形状の穴内に動かすことによって、基材の帯板から横方向エレメント（３２）を切り抜く工程を少なくとも有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の駆動ベルト（３）のための横方向エレメント（３２）を製作する方法において、ダイの外周とダイの内周の間の遊びが帯板の厚さの５〜２０％であることを特徴とする方法。
10. 基材の帯板がカッターとダイの間に置かれている間に、カッターをダイの横方向エレメント形状の穴内に動かすことによって、基材の帯板から横方向エレメント（３２）を切り抜く工程を少なくとも有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の駆動ベルト（３）のための横方向エレメント（３２）を製作する方法において、横方向エレメント（３２）を切り抜く工程の後で、横方向エレメント（３２）の前側の主面（４０）または後側の主面（４１）と側面（３６）との間の横方向エレメントの移行面（５０；５０（ａ），５０（ｂ），５０（ｃ））が他の加工工程で、比較的に尖ったエッジの形に形成し直されることを特徴とする方法。

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