JP2009068653A - ベルトエレメントおよびベルト式無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗の抑制あるいはプーリに対するベルトエレメントの姿勢の安定化の少なくともいずれかを図ることができるベルトエレメントおよびベルト式無段変速機を提供すること。
【解決手段】ベルト式無段変速機のプライマリプーリおよびセカンダリプーリ軸に形成されるとともにプーリ径方向における断面形状がベルトエレメント４１に向かって突出する凸形状に形成された各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａとそれぞれ接触する各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂが形成されたベルトエレメント４１において、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂは、ベルトエレメント４１の進行方向における断面形状がベルトエレメント４１の内部に向かって凹む凹形状に形成される。
【選択図】 図５−１

Description

本発明は、ベルトエレメントおよびベルト式無段変速機に関し、特にベルトエレメントによりプーリ間で力の伝達を行うベルトエレメントおよびベルト式無段変速機に関するものである。

一般に、車両には、駆動源である内燃機関や電動機が発生する駆動力を車両の走行状態に応じた最適の条件で路面に伝達するために、駆動源の出力側に変速機が設けられている。変速機には、変速比を無段階（連続的）に制御する無段変速機と、変速比を段階的（不連続）に制御する有段変速機とがある。ここで、無段変速機には、２つのプーリとベルトとを用いたベルト式無段変速機がある。

従来のベルト式無段変速機のベルトは、複数個のベルトエレメントを金属製のリングにより繋ぎ合わせて構成されている。ベルト式無段変速機では、ベルトエレメントのエレメント側当接面がプーリのプーリ側当接面と接触することで、ベルトを介して、プーリ間で力の伝達を行うものである。

ここで、従来のベルト式無段変速機においては、例えば特許文献１に示すようなものがある。特許文献１に示すベルト式無段変速機は、プーリのプーリ側当接面のプーリ径方向における断面形状をベルトエレメントに向かって突出する凸形状とし、ベルトエレメントのエレメント側当接面のプーリ径方向における断面形状をエレメント側当接面と対向するプーリ側当接面に向かって突出する凸形状とするものである。従って、特許文献１に示すベルト式無段変速機では、エレメント側当接面およびプーリ側当接面のプーリ径方向における断面形状が互いに凸形状であるので、エレメント側当接面とプーリ側当接面との接触面が点接触となる。これにより、特許文献１に示すベルト式無段変速機は、ベルトの芯ずれ、すなわち２つのプーリ間におけるベルトのプーリの軸方向と直交する直交方向におけるずれを抑制するものである。

特開２００２−３１２１５号公報

しかしながら、上記特許文献１に示すようなベルト式無段変速機では、エレメント側当接面とプーリ側当接面との接触面が点接触となるので、エレメント側当接面とプーリ側当接面との接触面の面積が小さくなり面圧が増加し、摩耗が増加する虞がある。また、接触面が点接触であると、プーリに対してベルトエレメントが２点で支持されることとなる。従って、プーリに対するベルトエレメントの姿勢が不安定となる虞があった。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、摩耗の抑制あるいはプーリに対するベルトエレメントの姿勢の安定化の少なくともいずれかを図ることができるベルトエレメントおよびベルト式無段変速機を提供することを目的とするものである。

本発明では、プーリに形成されるとともにプーリ径方向における断面形状がベルトエレメントに向かって突出する凸形状に形成されたプーリ側当接面と接触するエレメント側当接面が形成されたベルトエレメントにおいて、エレメント側当接面は、ベルトエレメントの進行方向における断面形状がベルトエレメントの内部に向かって凹む凹形状に形成されている。

ここで、プーリ径方向における断面形状がベルトエレメントに向かって突出する凸形状に形成されたプーリ側当接面は、進行方向における断面形状がベルトエレメントに向かって突出する凸形状に形成される。本発明によれば、エレメント側当接面の進行方向における断面形状がベルトエレメントの内部に向かって凹む凹形状に形成、すなわちプーリ側当接面の進行方向における断面形状に沿って形成されているので、エレメント側当接面とプーリ側当接面との進行方向における接触を面接触とすることができる。従って、エレメント側当接面とプーリ側当接面との進行方向と直交する直交方向における接触が点接触であっても、エレメント側当接面とプーリ側当接面との接触面の面積を大きくすることができる。従って、接触面の面圧を低下させることができ、摩耗を抑制することができる。また、エレメント側当接面とプーリ側当接面との進行方向における接触が面接触となるので、プーリに対してベルトエレメントが２点で支持される場合と比較して、ベルトエレメントの姿勢の安定化を図ることができる。これらにより、ベルトの耐久性や伝達効率の向上を図ることができる。

また、本発明では、上記ベルトエレメントにおいて、エレメント側当接面は、進行方向と直交する直交方向における断面形状がエレメント側当接面と対向するプーリ側当接面に向かって突出する凸形状に形成されていることが好ましい。

そうすることにより、エレメント側当接面とプーリ側当接面との進行方向と直交する直交方向における接触が点接触とすることができる。従って、プーリ間におけるベルトの芯ずれを抑制することができる。

また、本発明では、上記ベルトエレメントにおいて、エレメント側当接面は、エレメント側当接面とプーリ側当接面との接触位置でのプーリ側当接面の進行方向における断面の外形線を構成する曲線の曲率に応じて、進行方向における断面の外形線が曲線で構成されている形態が好ましい。

ここで、ベルトエレメントのプーリに対する接触位置は、変速比に応じて異なる。つまり、変速比によって、エレメント側当接面のプーリ側当接面に対する接触位置およびプーリ側当接面のエレメント側当接面に対する接触位置が変化する。本形態によれば、プーリ側当接面の進行方向における断面の外形線を構成する曲線の曲率に応じてエレメント側当接面の進行方向における断面の外形線が曲線で構成されているので、変速比が変化し、エレメント側当接面とプーリ側当接面との接触位置が異なっても、エレメント側当接面とプーリ側当接面との進行方向における接触を常に面接触とすることができる。従って、変速比に拘わらず、エレメント側当接面とプーリ側当接面との接触面の面積を大きくすることができる。従って、変速比に拘わらず、接触面の面圧を低下させることができ、摩耗を抑制することができる。また、変速比に拘わらず、エレメント側当接面とプーリ側当接面との接触が面接触となるので、プーリに対してベルトエレメントが２点で支持される場合と比較して、ベルトエレメントの姿勢の安定化を図ることができる。これらにより、ベルトの耐久性や伝達効率の向上を確実に図ることができる。

また、本発明では、上記ベルトエレメントにおいて、エレメント側当接面の進行方向における断面の外形線を構成する曲線の中心がベルトエレメントの厚さ方向中心線に対して進行方向と反対方向にずれていることが好ましい。

そうすることにより、エレメント側当接面の進行方向における断面形状は、厚さ方向中心線から進行方向側の部分におけるプーリ側当接面に向かう突出量が厚さ方向中心線から進行方向と反対側の部分におけるプーリ側当接面に向かう突出量よりも大きくなる。従って、プーリからベルトエレメントに力が伝達される際、すなわちベルトエレメントが進行方向に移動する際のプーリに対するベルトエレメントのスリップを抑制することができる。また、ベルトエレメントが進行方向に移動する際のベルトエレメントの姿勢の安定化を図ることができる。これらにより、ベルトの耐久性や、伝達効率の向上を図ることができる。

また、本発明にかかるベルト式無段変速機では、入力側のプーリと、出力側のプーリと、上記ベルトエレメントを連結部材により複数個繋ぎ合わせて構成され、入力側のプーリと出力側のプーリとの間で力の伝達を行うベルトと、を備える。

本発明によれば、エレメント側当接面とプーリ側当接面との進行方向における接触を面接触とすることができる。従って、エレメント側当接面とプーリ側当接面との接触面の面積を大きくすることができる。従って、接触面の面圧を低下させることができ、摩耗を抑制することができる。また、エレメント側当接面とプーリ側当接面との接触が面接触となるので、プーリに対してベルトエレメントが２点で支持される場合と比較して、ベルトエレメントの姿勢の安定化を図ることができる。これらにより、ベルトの耐久性や伝達効率の向上を図ることができる。

本発明にかかるベルトエレメントおよびベルト式無段変速機は、摩耗の抑制を図ることができるという効果を奏する。また、本発明にかかるベルトエレメントおよびベルト式無段変速機は、ベルトエレメントの姿勢の安定化を図ることができるという効果を奏する。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記の実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。ここで、下記の実施の形態では、内燃機関（ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジンなど）が発生する出力トルクを伝達するベルト式無段変速機について説明するが、これに限定されるものではなく、ベルト式無段変速機が伝達する力は、モータなどの電動機が発生する出力トルクであっても良い。

[実施の形態]
図１は、実施の形態にかかるベルト式無段変速機の構成例を示す図である。図２は、ベルトの構成例を示す図である。図３は、実施の形態にかかるベルトエレメントを示す図である。図４は、ベルトエレメントとプーリとの接触関係を示す図である。図５−１〜図５−３は、ベルトエレメントの進行方向断面を示す図である。図６−１〜図６−３は、他のベルトエレメントの進行方向断面を示す図である。なお、図１は、変速比が最大、すなわちγｍａｘの際におけるベルト式無段変速機を示す図である。

実施の形態にかかるベルト式無段変速機１は、図１に示すように、駆動源が発生する駆動力として内燃機関１００が発生する出力トルクが入力され、複数個のベルトエレメント４１により構成されるベルト４を介して、入力された内燃機関１００が発生する出力トルクを所定の変速比で車輪１６０，１６０に伝達するものである。

内燃機関１００が発生する出力トルクは、クランクシャフト１０１を介してトルクコンバータ１１０に伝達される。トルクコンバータ１１０は、発進機構であり、内燃機関１００が発生する出力トルクを所定のトルク比で前後進切換機構１２０に伝達するものである。前後進切換機構１２０は、伝達された内燃機関１００が発生する出力トルクの伝達方向を切り替えるものであり、従って、内燃機関１００が発生する出力トルクの伝達方向を前後進切換機構１２０により切り替えることで、ベルト式無段変速機１が搭載された車両が前進あるいは後進をする。前後進切換機構１２０で伝達方向が決定された内燃機関１００が発生する出力トルクは、ベルト式無段変速機１に伝達される。なお、トルクコンバータ１１０の制御、例えばロックアップのＯＮ／ＯＦＦ制御および前後進切換機構１２０の制御、すなわち出力トルクの伝達方向の切替制御は、油圧制御回路６から供給される油圧が用いられる。これらの制御を行うための油圧制御回路６の油圧制御は、制御装置５により行われる。

ベルト式無段変速機１が所定の変速比で駆動することで、変速比に応じて変換された内燃機関１００が発生する出力トルクは、ベルト式無段変速機１の後述するセカンダリプーリ３のセカンダリプーリ軸３１を介して動力伝達機構１３０に伝達される。動力伝達機構１３０は、ベルト式無段変速機１と最終減速機１４０とを連結するものである。動力伝達機構１３０に伝達された内燃機関１００が発生する出力トルクは、最終減速機１４０に伝達され、最終減速機１４０と車輪１６０，１６０とを連結するドライブシャフト１５０，１５０を介して、車輪１６０，１６０に伝達される。

ベルト式無段変速機１は、図１に示すように、プライマリプーリ２と、セカンダリプーリ３と、ベルト４と、制御装置５と、油圧制御回路６とにより構成されている。なお、７は、内燃機関１００の運転制御を行うＥＣＵ（Engine Control Unit）である。ＥＣＵ７は、内燃機関１００が搭載された車両の各所に取り付けられたセンサから入力された各種入力信号と、図示しない記憶部に記憶されている各種マップとに基づいて内燃機関１００の運転制御、例えば図示しない燃料噴射弁の噴射制御、スロットルバルブのスロットル開度制御、点火プラグの点火制御などを行うものである。ＥＣＵ７の構成は、既に公知のものであるため説明を省略する。

プライマリプーリ２は、入力側のプーリであり、前後進切換機構１２０を介して伝達された内燃機関１００が発生する出力トルクをベルト４により、出力側のプーリであるセカンダリプーリ３に伝達するものである。プライマリプーリ２は、図１に示すように、プライマリプーリ軸２１と、プライマリ固定シーブ２２と、プライマリ可動シーブ２３と、プライマリプーリ２にベルト挟圧力を発生させることでベルト式無段変速機１の変速比を変更するプライマリ油圧室２４とにより構成されている。

プライマリプーリ軸２１は、軸受２５，２６により回転可能に支持されている。また、プライマリプーリ軸２１は、内部に図示しない作動油通路を有している。作動油通路は、油圧制御回路６に接続されており、油圧制御回路６からプライマリ油圧室２４に供給される作動油が流入する。

プライマリ固定シーブ２２は、プライマリ可動シーブ２３と対向する位置に、プライマリプーリ軸２１と一体回転するように設けられている。ここでは、プライマリ固定シーブ２２は、プライマリプーリ軸２１の外周から径方向外側に突出する環状部として形成されている。つまり、実施の形態では、プライマリ固定シーブ２２は、プライマリプーリ軸２１の外周に一体的に設けられている。

プライマリ固定シーブ２２は、固定シーブ側当接面２２ａが形成されている。固定シーブ側当接面２２ａは、プーリ側当接面であり、プライマリ可動シーブ２３と対向して形成されている。固定シーブ側当接面２２ａは、プーリ径方向における断面形状がベルト４の後述するベルトエレメント４１に向かって突出する凸形状に形成されている（図４参照）。実施の形態では、固定シーブ側当接面２２ａのプーリ径方向における断面の外形線は、曲線で構成されている。

プライマリ可動シーブ２３は、プライマリプーリ軸２１にプライマリプーリ軸２１上を軸方向に摺動可能にスプライン嵌合されている。つまり、プライマリ可動シーブ２３は、プライマリプーリ軸２１に対して軸方向に移動自在に支持されている。

プライマリ可動シーブ２３は、可動シーブ側当接面２３ａが形成されている。可動シーブ側当接面２３ａは、プーリ側当接面であり、プライマリ固定シーブ２２と対向して形成されている。可動シーブ側当接面２３ａは、プーリ径方向における断面形状がベルト４の後述するベルトエレメント４１に向かって突出する凸形状に形成されている（図４参照）。実施の形態では、可動シーブ側当接面２３ａのプーリ径方向における断面の外形線は、曲線で構成されている。

プライマリ固定シーブ２２とプライマリ可動シーブ２３との間、すなわち固定シーブ側当接面２２ａと可動シーブ側当接面２３ａとの間で、Ｖ字形状のプライマリ溝２７が形成されている。プライマリ溝２７には、ベルト４が巻き掛けられている。従って、ベルト４は、プライマリ固定シーブ２２とプライマリ可動シーブ２３との間に挟み込まれている。つまり、プライマリプーリ２の対向するプーリ側当接面の間にベルト４が挟み込まれ、プライマリプーリ２とベルト４のベルトエレメント４１とが接触する。これにより、固定シーブ側当接面２２ａおよび可動シーブ側当接面２３ａがベルトエレメント４１の後述する第１フランク面４１ａおよび第２フランク面４１ｂとそれぞれ接触する。

プライマリ油圧室２４は、可動シーブ側当接面２３ａと反対側の背面２３ｂと、プライマリプーリ軸２１に固定されたリング形状のプライマリ隔壁２８とに構成されている。プライマリ可動シーブ２３の背面２３ｂには、軸方向の一方向に突出、すなわちプライマリ固定シーブ２２側と反対側に突出する円筒形状の突出部２３ｃが形成されている。突出部２３ｃとプライマリ隔壁２８との間には、例えばシールリングなどの図示しないプライマリ油圧室用シール部材が設けられている。つまり、プライマリ油圧室２４を構成するプライマリ可動シーブ２３の背面２３ｂとプライマリ隔壁２８とは、シール部材によりシールされている。なお、軸受２６およびプライマリ隔壁２８は、ロックナットにより、プライマリプーリ軸２１に対して固定されている。

プライマリ油圧室２４には、プライマリプーリ軸２１の図示しない作動油通路に流入した作動油が供給される。つまり、油圧制御回路６は、プライマリ油圧室２４に作動油を供給し、プライマリ油圧室２４の油圧により、プライマリ可動シーブ２３を軸方向に摺動させ、プライマリ可動シーブ２３をプライマリ固定シーブ２２に対して接近あるいは離隔させるものである。プライマリ油圧室２４は、プライマリ油圧室２４に供給される作動油により、プライマリ可動シーブ２３を軸方向に押圧する可動シーブ押圧力をプライマリ可動シーブ２３に作用させることで、プライマリ溝２７に巻き掛けられるベルト４に対するベルト挟圧力を発生させる。つまり、プライマリプーリ２は、プライマリ油圧室２４の油圧によりベルト４に対してベルト挟圧力を発生させ、発生したベルト挟圧力により、プライマリ可動シーブ２３のプライマリ固定シーブ２２に対する軸方向位置を変更するものである。これにより、プライマリ油圧室２４は、ベルト式無段変速機１の変速比を変更させる機能を有するものである。

セカンダリプーリ３は、出力側のプーリであり、ベルト４を介してプライマリプーリ２から伝達された内燃機関１００が発生する出力トルクを動力伝達機構１３０、最終減速機１４０、ドライブシャフト１５０，１５０を介して車輪１６０，１６０に伝達するものである。セカンダリプーリ３は、図１に示すように、セカンダリプーリ軸３１と、セカンダリ固定シーブ３２と、セカンダリ可動シーブ３３と、セカンダリプーリ３にベルト挟圧力を発生させることで、ベルト４の張力を調整するセカンダリ油圧室３４とにより構成されている。

セカンダリプーリ軸３１は、プーリ軸受３５，３６により回転可能に支持されている。また、セカンダリプーリ軸３１は、内部に図示しない作動油通路を有している。作動油通路は、油圧制御回路６に接続されており、油圧制御回路６からセカンダリ油圧室３４に供給される作動油が流入する。

セカンダリ固定シーブ３２は、セカンダリ可動シーブ３３と対向する位置に、セカンダリプーリ軸３１と一体回転するように設けられている。ここでは、セカンダリ固定シーブ３２は、セカンダリプーリ軸３１の外周から径方向外側に突出する環状部として形成されている。つまり、実施の形態では、セカンダリ固定シーブ３２は、セカンダリプーリ軸３１の外周に一体的に設けられている。

セカンダリ固定シーブ３２は、固定シーブ側当接面３２ａが形成されている。固定シーブ側当接面３２ａは、プーリ側当接面であり、セカンダリ可動シーブ３３と対向して形成されている。固定シーブ側当接面３２ａは、プーリ径方向における断面形状がベルト４の後述するベルトエレメント４１に向かって突出する凸形状に形成されている（図４参照）。実施の形態では、固定シーブ側当接面３２ａのプーリ径方向における断面の外形線は、曲線で構成されている。

セカンダリ可動シーブ３３は、セカンダリプーリ軸３１にセカンダリプーリ軸３１上を軸方向に摺動可能にスプライン嵌合されている。つまり、セカンダリ可動シーブ３３は、セカンダリプーリ軸３１に対して軸方向に移動自在に支持されている。

セカンダリ可動シーブ３３は、可動シーブ側当接面３３ａが形成されている。可動シーブ側当接面３３ａは、プーリ側当接面であり、セカンダリ固定シーブ３２と対向して形成されている。可動シーブ側当接面３３ａは、プーリ径方向における断面形状がベルト４の後述するベルトエレメント４１に向かって突出する凸形状に形成されている（図４参照）。実施の形態では、可動シーブ側当接面３３ａのプーリ径方向における断面の外形線は、曲線で構成されている。

セカンダリ固定シーブ３２とセカンダリ可動シーブ３３との間、すなわち固定シーブ側当接面３２ａと可動シーブ側当接面３３ａとの間で、Ｖ字形状のセカンダリ溝３７が形成されている。セカンダリ溝３７には、ベルト４が巻き掛けられている。従って、ベルト４は、セカンダリ固定シーブ３２とセカンダリ可動シーブ３３との間に挟み込まれている。つまり、セカンダリプーリ３の対向するプーリ側当接面の間にベルト４が挟み込まれ、セカンダリプーリ３とベルト４のベルトエレメント４１とが接触する。これにより、固定シーブ側当接面３２ａおよび可動シーブ側当接面３３ａがベルトエレメント４１の第２フランク面４１ｂおよび第１フランク面４１ａとそれぞれ接触する。

セカンダリ油圧室３４は、可動シーブ側当接面３３ａと反対側の背面３３ｂと、セカンダリプーリ軸３１に固定されたリング形状のセカンダリ隔壁３８とに構成されている。セカンダリ可動シーブ３３の背面３３ｂには、軸方向の一方向に突出、すなわちセカンダリ固定シーブ３２側と反対側に突出する円筒形状の突出部３３ｃが形成されている。突出部３３ｃとセカンダリ隔壁３８との間には、例えばシールリングなどの図示しないセカンダリ油圧室用シール部材が設けられている。つまり、セカンダリ油圧室３４を構成するセカンダリ可動シーブ３３の背面３３ｂとセカンダリ隔壁３８とは、シール部材によりシールされている。なお、軸受３５およびセカンダリ隔壁３８は、図示しないロックナットにより、セカンダリプーリ軸３１に対して固定されている。また、軸受３６およびパーキングギヤ３９は、ロックナットにより、セカンダリプーリ軸３１に対して固定されている。

セカンダリ油圧室３４には、セカンダリプーリ軸３１の図示しない作動油通路に流入した作動油が供給される。つまり、油圧制御回路６は、セカンダリ油圧室３４に作動油を供給し、セカンダリ油圧室３４の油圧により、セカンダリ可動シーブ３３を軸方向に摺動させ、セカンダリ可動シーブ３３をセカンダリ固定シーブ３２に対して接近あるいは離隔させるものである。セカンダリ油圧室３４は、セカンダリ油圧室３４に供給される作動油により、セカンダリ可動シーブ３３を軸方向に押圧する可動シーブ押圧力をセカンダリ可動シーブ３３に作用させることで、セカンダリ溝３７に巻き掛けられるベルト４に対するベルト挟圧力を発生させる。つまり、セカンダリプーリ３は、セカンダリ油圧室３４の油圧によりベルト４に対してベルト挟圧力を発生させ、発生したベルト挟圧力により、セカンダリ可動シーブ３３のセカンダリ固定シーブ３２に対する軸方向位置を変更するものである。これにより、セカンダリ油圧室３４は、ベルト４のプライマリプーリ２およびセカンダリプーリ３に対する接触半径を一定に維持し、ベルト４の張力を調整する機能を有するものである。なお、セカンダリプーリ３には、ベルト４に対してベルト挟圧力を発生する手段として、セカンダリ油圧室３４のみならずトルクカムを備えていても良い。

ここで、プライマリプーリ２の固定シーブ側当接面２２ａ、可動シーブ側当接面２３ａおよびセカンダリプーリ３の固定シーブ側当接面３２ａ、可動シーブ側当接面３３ａ（以下、単に「各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａ」と称する。）は、図５−１〜図５−３に示すように、プーリ径方向における断面形状がベルトエレメント４１に向かって突出する凸形状に形成される。従って、各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａのプーリ径方向における断面の外形線は、曲線で構成されている（同図の二点差線）。なお、各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａの進行方向における断面の外形線を構成する曲線の曲率は、図５−１〜図５−３に示すように、プーリ径方向において変化する。実施の形態では、プーリ径方向外側から内側に向かうに伴い各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａの進行方向における断面の外形線を構成する曲線の曲率が大きくなる。つまり、各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａの進行方向における断面の外形線を構成する曲線の曲率は、ベルトエレメント４１の後述する第１フランク面４１ａおよび第２フランク面４１ｂと、各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａとの接触位置で異なる。

ベルト４は、プライマリプーリ２とセカンダリプーリ３との間で力、例えば内燃機関１００が発生する出力トルクの伝達を行うものである。ベルト４は、上述のように、プライマリプーリ２とセカンダリプーリ３とに巻き掛けられる無端ベルトである。ベルト４は、図２に示すように、複数個のベルトエレメント４１と、一対のリング４２、４３とにより構成されている。

各ベルトエレメント４１は、プライマリプーリ２およびセカンダリプーリ３と接触することで、プライマリプーリ２とセカンダリプーリ３との間で力の伝達を行うものである。各ベルトエレメント４１は、図３に示すように、金属製であり、各ベルトエレメント４１のプーリに対する進行方向（図２、図５−１〜図５−３参照）と直交する直交方向、実施の形態では幅方向における両側面に第１フランク面４１ａおよび第２フランク面４１ｂがそれぞれ形成されている。なお、４１ｃは、隣り合うベルトエレメント４１の図示しない凹部に挿入されるピンである。

第１フランク面４１ａは、エレメント側当接面であり、ベルト４がプライマリプーリ２とセカンダリプーリ３とに巻き掛けられた際に、プライマリプーリ２の固定シーブ側当接面２２ａおよびセカンダリプーリ３の可動シーブ側当接面３３ａと接触するものである。また、第１フランク面４１ａは、幅方向における断面形状が第１フランク面４１ａと対向する固定シーブ側当接面２２ａおよび可動シーブ側当接面３３ａに向かって突出する凸形状に形成されている。実施の形態では、第１フランク面４１ａの幅方向における断面の外形線は、曲線で構成されている。

第２フランク面４１ｂは、エレメント側当接面であり、ベルト４がプライマリプーリ２とセカンダリプーリ３とに巻き掛けられた際に、プライマリプーリ２の可動シーブ側当接面２３ａおよびセカンダリプーリ３の固定シーブ側当接面３２ａと接触するものである。また、第２フランク面４１ｂは、幅方向における断面形状が第２フランク面４１ｂと対向する可動シーブ側当接面２３ａおよび固定シーブ側当接面３２ａに向かって突出する凸形状に形成されている。実施の形態では、第２フランク面４１ｂの幅方向における断面の外形線は、曲線で構成されている。

ここで、第１フランク面４１ａおよび第２フランク面４１ｂ（以下、単に「各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂ」と称する。）は、図５−１〜図５−３に示すように、進行方向における断面形状がベルトエレメント４１の内部に向かって凹む凹形状に形成されている。実施の形態では、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂの進行方向における断面の外形線は、曲線で構成されている。また、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂの進行方向における断面形状は、進行方向における断面の外形線を構成する曲線の中心がベルトエレメント４１の厚さ方向中心線Ｄ上となるように形成されている。

各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂは、各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａに対する接触位置が各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂの幅方向における断面形状が凸形状および各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａのプーリ径方向における断面形状が凸形状に形成されているので、図４に示すように、ベルト４のプライマリプーリ２およびセカンダリプーリ３に対する接触半径に応じて変化する。つまり、接触位置は、ベルト式無段変速機１の変速比に応じて異なる。つまり、変速比によって、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂの各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａに対する接触位置および各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａの各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂに対する接触位置がそれぞれ変化する。そこで、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂは、各接触位置での各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａのプーリ径方向おける断面の外形線を構成する曲線の曲率に応じて、進行方向における断面の外形線を曲線で構成する。実施の形態では、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂは、各接触位置での進行方向における断面の外形線をそれぞれの接触位置での各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａのプーリ径方向おける断面の外形線を構成する曲線と同一曲線で構成する。

例えば、図４に示すように、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂが各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａのうちプーリ径方向外側で接触する場合、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂは、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂの下部で接触することとなる。上記接触位置での各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂの進行方向における断面の外形線を構成する曲線は、図５−１に示すように、ベルトエレメント４１の厚さ方向中心線Ｄ上の中心ＯＡがあり、曲率ＲＡのその接触位置での各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａプーリ径方向おける断面の外形線を構成する曲線（同図二点差線）と同一となる。

また、図４に示すように、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂが各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａのうちプーリ径方向中央部で接触する場合、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂは、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂの中央部で接触することとなる。上記接触位置での各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂの進行方向における断面の外形線を構成する曲線は、図５−２に示すように、ベルトエレメント４１の厚さ方向中心線Ｄ上の中心ＯＢがあり、曲率ＲＢのその接触位置での各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａプーリ径方向おける断面の外形線を構成する曲線（同図二点差線）と同一となる。

また図４に示すように、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂが各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａのうちプーリ径方向外側で接触する場合、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂは、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂの上部で接触することとなる。上記接触位置での各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂの進行方向における断面の外形線を構成する曲線は、図５−３に示すように、ベルトエレメント４１の厚さ方向中心線Ｄ上の中心ＯＣがあり、曲率ＲＣのその接触位置での各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａプーリ径方向おける断面の外形線を構成する曲線（同図二点差線）と同一となる。

従って、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂは、進行方向における断面形状が各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａのプーリ径方向おける断面形状に沿って形成される。これにより、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂと各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａとの接触が面接触となる。また、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂは、各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａの進行方向における断面の外形線を構成する曲線の曲率に応じて各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂの進行方向における断面の外形線が曲線で構成され、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂと各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａとの接触位置に拘わらず、進行方向における断面形状が各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａの進行方向おける断面形状に沿って形成される。従って、ベルト式無段変速機１の変速比が変化し、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂと各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａとの接触位置が異なっても、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂと各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａとの進行方向における接触を常に面接触とすることができる。

制御装置５は、ベルト式無段変速機１の駆動を制御、特に変速比を制御するものである。制御装置５は、油圧制御回路６と接続されており、油圧制御回路６の油圧制御を行うことで、プライマリ油圧室２４の油圧およびセカンダリ油圧室３４の油圧を調整する。従って、制御装置５は、プライマリプーリ２におけるベルト挟圧力およびセカンダリプーリ３におけるベルト挟圧力を調整し、プライマリプーリ２の回転数である入力軸回転数と、セカンダリプーリ３の回転数である出力軸回転数との比である変速比を制御するものである。ここで、制御装置５は、図示しない入力軸回転数センサにより検出された入力軸回転数と、図示しない出力軸回転数センサにより検出された出力軸回転数との比から検出された実際の変速比に基づいて、内燃機関１００の運転状態に応じて決定された目標変速比に対するフィードバック制御が行われる。また、制御装置５は、ＥＣＵ７と接続されており、ＥＣＵ７から内燃機関１００に供給される燃料の燃料供給量や、内燃機関１００に空気を導入する図示しない吸気経路の圧力、内燃機関１００の機関回転数、上記スロットル開度などが入力される。なお、制御装置５の構成は、既に公知であるトランスミッションコントロールコンピュータの構成と同様のものであるため説明を省略する。

次に、実施の形態にかかるベルト式無段変速機１の動作について説明する。内燃機関１００がＥＣＵ７により運転制御されると、内燃機関１００が発生した出力トルクにより、ベルト式無段変速機１が駆動する。また、ベルト式無段変速機１は、内燃機関１００の運転状態に応じて制御装置５により変速比が変更される。具体的には、図１に示すように、プライマリプーリ２には、トルクコンバータ１１０および前後進切換機構を介して、内燃機関１００が発生する出力トルクが伝達される。

プライマリプーリ２は、プライマリ油圧室２４の油圧によりベルト４に対してベルト挟圧力を発生している。従って、プライマリ溝２７に巻き掛けられたベルト４とプライマリプーリ２との間、すなわちベルトエレメント４１の第１フランク面４１ａおよび第２フランク面４１ｂと固定シーブ側当接面２２ａおよび可動シーブ側当接面２３ａとの接触面に面圧が発生する。これにより、プライマリプーリ２とプライマリプーリ２と接触する各ベルトエレメント４１との間で摩擦力が発生し、プライマリプーリ２に伝達された内燃機関１００が発生する出力トルクにより、各ベルトエレメント４１が進行方向に移動し、ベルト４がセカンダリプーリ３に向かって移動する。

このとき、上述のように、第１フランク面４１ａおよび第２フランク面４１ｂと固定シーブ側当接面２２ａおよび可動シーブ側当接面２３ａとの進行方向における接触が面接触となるので、第１フランク面４１ａおよび第２フランク面４１ｂと固定シーブ側当接面２２ａおよび可動シーブ側当接面２３ａとの進行方向と直交する直交方向（幅方向、プーリ径方向）における接触が点接触であっても、各ベルトエレメント４１とプライマリプーリ２との接触面の面積を大きくすることができる。従って、接触面の面圧を低下させることができ、プライマリプーリ２およびベルト４の摩耗を抑制することができる。また、第１フランク面４１ａおよび第２フランク面４１ｂと固定シーブ側当接面２２ａおよび可動シーブ側当接面２３ａとの進行方向における接触が面接触となるので、プライマリプーリ２に対してベルトエレメント４１が２点で支持される場合と比較して、プライマリプーリ２に対するベルトエレメント４１の姿勢の安定化を図ることができる。

また、セカンダリプーリ３は、セカンダリ油圧室３４の油圧によりベルト４に対してベルト挟圧力を発生している。従って、セカンダリ溝３７に巻き掛けられたベルト４とセカンダリプーリ３との間、すなわちベルトエレメント４１の第１フランク面４１ａおよび第２フランク面４１ｂと固定シーブ側当接面３２ａおよび可動シーブ側当接面３３ａとの接触面に面圧が発生する。これにより、セカンダリプーリ３とセカンダリプーリ３と接触する各ベルトエレメント４１との間で摩擦力が発生し、プライマリプーリ２を介して各ベルトエレメント４１に伝達された内燃機関１００が発生する出力トルクがセカンダリプーリ３に伝達される。ここでも、各ベルトエレメント４１が進行方向に移動し、ベルト４がプライマリプーリ２向かって移動する。

このとき、上述のように、第１フランク面４１ａおよび第２フランク面４１ｂと固定シーブ側当接面３２ａおよび可動シーブ側当接面３３ａとの進行方向における接触が面接触となるので、第１フランク面４１ａおよび第２フランク面４１ｂと固定シーブ側当接面３２ａおよび可動シーブ側当接面３３ａとの進行方向と直交する直交方向（幅方向、プーリ径方向）における接触が点接触であっても、各ベルトエレメント４１とセカンダリプーリ３との接触面の面積を大きくすることができる。従って、接触面の面圧を低下させることができ、セカンダリプーリ３およびベルト４の摩耗を抑制することができる。また、第１フランク面４１ａおよび第２フランク面４１ｂと固定シーブ側当接面３２ａおよび可動シーブ側当接面３３ａとの進行方向における接触が面接触となるので、セカンダリプーリ３に対してベルトエレメント４１が２点で支持される場合と比較して、セカンダリプーリ３に対するベルトエレメント４１の姿勢の安定化を図ることができる。

以上のように、実施の形態にかかるベルト式無段変速機１は、プライマリプーリ２、セカンダリプーリ３およびベルト４の摩耗を抑制することができ、プライマリプーリ２およびセカンダリプーリ３に対するベルトエレメント４１の姿勢の安定化を図ることができる。特に、変速比に拘わらず、セカンダリプーリ３およびベルト４の摩耗を抑制することができ、プライマリプーリ２およびセカンダリプーリ３に対するベルトエレメント４１の姿勢の安定化を図ることができる。従って、ベルト４の耐久性やベルト式無段変速機１の伝達効率の向上を図ることができる。

なお、上記実施の形態では、各エレメント側当接面４１ａ，４１ｂの進行方向における断面の外形線を構成する曲線の中心をベルトエレメントの厚さ方向中心線Ｄ上としたが本発明はこれに限定されるものではない。図６−１〜図６−３は、他のベルトエレメントの進行方向断面を示す図である。例えば、図６−１〜図６−３に示すように、ベルトエレメント４１´の第１フランク面４１ｄおよび第２フランク面４１ｅの進行方向における断面の外形線を構成する曲線の中心をベルトエレメント４１´の厚さ方向中心線Ｄに対して進行方向と反対方向にずらしても良い。

例えば、図６−１〜図６−３に示す各接触位置での各エレメント側当接面４１ｄ，４１ｅの進行方向における断面の外形線を構成する曲線は、ベルトエレメント４１の厚さ方向中心線Ｄの進行方向と反対方向に中心ＯＡ，ＯＢ，ＯＣがあり、曲率ＲＡ，ＲＢ，ＲＣの各接触位置での各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａのプーリ径方向おける断面の外形線を構成する曲線と同一としても良い。

この場合は、各エレメント側当接面４１ｄ，４１ｅの進行方向における断面形状は、厚さ方向中心線Ｄから進行方向側の部分における各プーリ側当接面２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａに向かう突出量が厚さ方向中心線Ｄから進行方向と反対側の部分における突出量よりも大きくなる。従って、プライマリプーリ２からベルトエレメント４１に力が伝達される際、すなわちベルトエレメント４１が進行方向に移動する際に、各ベルトエレメント４１がプライマリプーリ２およびセカンダリプーリ３に引っ掛かりやすくなるので、プライマリプーリ２およびセカンダリプーリ３に対するベルトエレメント４１のスリップを抑制することができる。また、ベルトエレメント４１が進行方向に移動する際のベルトエレメント４１の姿勢の安定化を図ることができる。これらにより、ベルト４の耐久性や、ベルト式無段変速機１の伝達効率の向上を図ることができる。

実施の形態にかかるベルト式無段変速機の構成例を示す図である。 ベルトの構成例を示す図である。 実施の形態にかかるベルトエレメントを示す図である。 ベルトエレメントとプーリとの接触関係を示す図である。 ベルトエレメントの進行方向断面（図４のＡ−Ａ断面）を示す図である。 ベルトエレメントの進行方向断面（図４のＢ−Ｂ断面）を示す図である。 ベルトエレメントの進行方向断面（図４のＣ−Ｃ断面）を示す図である。 他のベルトエレメントの進行方向断面を示す図である。 他のベルトエレメントの進行方向断面を示す図である。 他のベルトエレメントの進行方向断面を示す図である。

符号の説明

１ ベルト式無段変速機
２ プライマリプーリ
２１ プライマリプーリ軸
２２ プライマリ固定シーブ
２２ａ 固定シーブ側当接面（プーリ側当接面）
２３ プライマリ可動シーブ
２３ａ 可動シーブ側当接面（プーリ側当接面）
２３ｂ 背面
２３ｃ 突出部
２４ プライマリ油圧室
２５，２６ 軸受
２７ プライマリ溝
２８ プライマリ隔壁
３ セカンダリプーリ
３１ セカンダリプーリ軸
３２ セカンダリ固定シーブ
３２ａ 固定シーブ側当接面（プーリ側当接面）
３３ セカンダリ可動シーブ
３３ａ 可動シーブ側当接面（プーリ側当接面）
３３ｂ 背面
３３ｃ 突出部
３４ セカンダリ油圧室
３５，３６ 軸受
３７ セカンダリ溝
３８ セカンダリ隔壁
３９ パーキングギヤ
４ ベルト
４１ ベルトエレメント
４１ａ，４１ｄ 第１フランク面（エレメント側当接面）
４１ｂ，４１ｅ 第２フランク面（エレメント側当接面）
４１ｃ ピン
４２，４３ リング（連結部材）
５ 制御装置
６ 油圧制御回路
７ ＥＣＵ
１００ 内燃機関
１０１ クランクシャフト
１１０ トルクコンバータ
１２０ 前後進切換機構
１３０ 動力伝達機構
１４０ 最終減速機
１５０ ドライブシャフト
１６０ 車輪

Claims (5)

1. プーリに形成されるとともにプーリ径方向における断面形状がベルトエレメントに向かって突出する凸形状に形成されたプーリ側当接面と接触するエレメント側当接面が形成されたベルトエレメントにおいて、
   前記エレメント側当接面は、前記ベルトエレメントの進行方向における断面形状が当該ベルトエレメントの内部に向かって凹む凹形状に形成されていることを特徴とするベルトエレメント。
2. 前記エレメント側当接面は、前記進行方向と直交する直交方向における断面形状が当該エレメント側当接面と対向する前記プーリ側当接面に向かって突出する凸形状に形成されている請求項１に記載のベルトエレメント。
3. 前記エレメント側当接面は、当該エレメント側当接面と前記プーリ側当接面との接触位置での当該プーリ側当接面の前記進行方向における断面の外形線を構成する曲線の曲率に応じて、前記進行方向における断面の外形線が曲線で構成されている請求項１または２に記載のベルトエレメント。
4. 前記エレメント側当接面の前記進行方向における断面の外形線を構成する曲線の中心が前記ベルトエレメントの厚さ方向中心線に対して当該進行方向と反対方向にずれている請求項１〜３のいずれか１つに記載のベルトエレメント。
5. 入力側のプーリと、
   出力側のプーリと、
   前記請求項１〜４のいずれか１つに記載のベルトエレメントを連結部材により複数個繋ぎ合わせて構成され、前記入力側のプーリと前記出力側のプーリとの間で力の伝達を行うベルトと、
   を備えることを特徴とするベルト式無段変速機。

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