JP2012107668A - 無段変速機用ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】リングと各エレメントのサドル面との間の面圧を低下させるようにサドル面の形状を構成した無段変速用ベルトを提供する。
【解決手段】プーリ２，３の巻き掛け溝４に挟み込まれる板状の多数のエレメント６をそれらの姿勢を揃えて環状に配列かつ積層するとともに、それらのエレメント６に形成されているサドル面１１に帯状のリング７を巻き掛けて多数のエレメント６を結束してなる無段変速機用ベルト１において、サドル面１７は、エレメント６がプーリ２，３の巻き掛け溝４に挟み込まれてプーリ２，３に巻き掛かっている状態におけるリングの内周面１６と同方向に湾曲した曲面１７とされ、かつそのサドル面の曲率半径Ｒがプーリ２，３に対する巻き掛け半径Ｒｐが最小の状態でのリングの内周面の曲率半径Ｒ２以下に設定されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、プーリの巻き掛け溝に挟み込まれてトルクを伝達するベルトに関し、特に円環状に配列されたエレメントを環状の帯状材で結束して構成されるベルトに関するものである。

車両用の無段変速機に用いられるベルトとして、ブロックもしくはエレメントと称される金属片を、多数、環状に配列し、それらの金属片をリング（無端キャリヤもしくはフープと称されることもある）によって結束した構成のものが知られている。この種のベルトは、互いに接触して配列されている金属片同士の押圧力によってトルクを伝達するように構成されたものであり、駆動側のプーリにおける巻き掛け溝に挟み込まれた金属片が、そのプーリが回転することによりその巻き掛け溝から順次押し出されて先行する金属片を押圧し、こうして前進させられる金属片が従動側のプーリにおける巻き掛け溝に進入することにより、金属片の進行に伴って従動側のプーリにトルクが伝達される。

このようなベルトは、各エレメントが所期の姿勢を保ってプーリの巻き掛け溝に入り込み、かつプーリに接触することにより所期の動力を伝達する。したがってプーリ同士の間ではベルトはほぼ直線状になるが、プーリに巻き掛かっている状態では、その巻き掛け半径に応じた曲率で湾曲する。そのため各エレメントの内周側の部分（環状に配列した状態での内周側の部分）が薄くなっており、その厚さの変化する稜線（ロッキングエッジ）を中心に回動し、その結果、積層されているエレメントがいわゆる扇状にひらく。各エレメントを結束しているリングはそれぞれのエレメントに形成されているサドル面に乗った状態になっており、そのサドル面と上記のロッキングエッジとは幾分なりとも離れているから、エレメントがそのロッキングエッジを中心にして回動した場合、サドル面がロッキングエッジを中心として回動するため、サドル面とリングとの間に相対的な滑りが生じる。

また、各エレメントがプーリに巻き掛かった状態では、挟圧力によりエレメントに対してはこれをプーリの半径方向で外側に押す力が作用し、リングがこれに抵抗するように結束力を生じさせ、結局、リングの張力により、各エレメントはプーリの半径方向で内側に向けて押圧される。その結果、リングの内周面が各エレメントのサドル面に強く接触する。

さらに、積層されたエレメントが扇状にひらいた場合、隣接するエレメントのサドル面同士は相対的に傾斜した状態になり、その結果、サドル面のエッジの部分がリングの内周面に接触し、応力集中が生じる可能性がある。

そこで、特許文献１の発明では、サドル面のエッジ側の部分に、サドル面の上面に対して滑らかに連続する曲面を形成し、これによりリングの内周面にエッジが当たらないようにしている。

特開２００３−２４７６０６号公報

特許文献１の構成は、エッジがリングの内周面に接触することによる応力集中を回避もしくは抑制するためのものであり、サドル面の形状は、プーリに巻き掛かって湾曲しているリングの内周面に倣ったものとはなっていない。そのため、例えば、最大変速比もしくは最小変速比が設定され、いずれか一方のプーリに対する巻き掛け半径が最小になっている場合、リングの内周面の湾曲形状と各エレメントにおけるサドル面の形状とが大きく異なって両者の間に隙間が生じる。言い換えれば、各エレメントがリングの内周面に対して片当たりした状態になる。巻き掛け半径が最小となるプーリにおいては、プーリに巻き掛かるエレメントの数が最小になってリングによる結束力を受けるエレメントの数が少なくなる上に、各エレメントとリングとの接触面積が少なくなるので、両者の間に作用する面圧が高くなってしまう。従って、面圧が高いと、リングとエレメントとの間の潤滑状態は、境界潤滑の傾向が強くなり、摩擦係数が増大してしまう。

摩擦損失は、滑り速度・摩擦係数・荷重の積で表され、上記のように摩擦係数が大きくなると摩擦損失が増大して動力の伝達効率が低下する。また、上記のようないわゆる片当たり状態では、面圧が増大してしまうだけでなく、リングの最内周部に生じる曲げ応力が増大し、その結果、リングの耐久性が低下する可能性が高くなる。

この発明は、上述した技術的課題に着目してなされたものであって、リングと各エレメントのサドル面との間の面圧を低下させるようにサドル面の形状を構成した無段変速用ベルトを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、プーリの巻き掛け溝に挟み込まれる板状の多数のエレメントをそれらの姿勢を揃えて環状に配列かつ積層するとともに、それらのエレメントに形成されているサドル面に帯状のリングを巻き掛けて前記多数のエレメントを結束してなる無段変速機用ベルトにおいて、前記サドル面は、前記エレメントが前記プーリの巻き掛け溝に挟み込まれてプーリに巻き掛かっている状態における前記リングの内周面と同方向に湾曲した曲面とされ、かつそのサドル面の曲率半径が前記プーリに対する巻き掛け半径が最小の状態での前記リングの内周面の曲率半径以下に設定されていることを特徴とする無段変速機用ベルトである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記リングは、複数の帯状のリング片を厚さ方向に積層して構成されていることを特徴とする無段変速機用ベルトである。

この発明の無段変速機用ベルトによれば、エレメントのサドル面に、エレメントがプーリの巻き掛け溝に挟み込まれてプーリに巻き掛かっている状態におけるリングの内周面と同方向に湾曲（クラウニング）した曲面が形成されており、かつそのサドル面の曲率半径が、プーリに対する巻き掛け半径が最小の状態でのリングの内周面の曲率半径以下に形成されている。そのため、巻き掛け半径が最小となるプーリにおいては、サドル面とリングの内周面との接触面積が広くなるため、面圧を低下させることができる。その結果、リングとエレメントとの間の潤滑状態は、混合潤滑の傾向が強まり、摩擦係数が増加することを抑制することができる。また、巻き掛け半径が変動するプーリにおいては、リングの内周面とエレメントとの片当たりがなくなるため、リングの最内周部に生じる曲げ応力が抑制され、その結果、面圧が高くなることがなく、リングの耐久性を向上させることができる。

この発明を適用したエレメントの一例を示す側面図である。 ベルト式無段変速機の一例を示す模式図である。 この発明に係るエレメントを示す正面図である。 この発明におけるエレメントのサドル面の最大曲率半径を説明するための図である。 この発明におけるエレメントのサドル面の最小曲率半径を説明するための図である。 プーリのベルト巻き掛かり径を説明するための模式図である。

つぎに、この発明をより具体的に説明する。先ず構成について説明する。この発明に係るベルト１は、無段変速機に使用されるものであり、プーリ２，３の外周部に形成された断面Ｖ字状の巻き掛け溝の内部に挟み込まれ、その結果、プーリ２，３との間で生じる摩擦力でトルクを伝達するように構成されている。その一例を図２に模式的に示してあり、ベルトは無段変速機を構成している駆動プーリ２と従動プーリ３とに巻き掛けられている。これらの各プーリ２，３は、テーパ面をそれぞれ備えた固定シーブと可動シーブとを対向させて配置することにより、これらのシーブの間に断面Ｖ字状の巻き掛け溝４が形成され、その可動シーブを油圧シリンダなどのアクチュエータ５によって固定シーブに対して前後動させることにより、巻き掛け溝４の幅を変化させるように構成されている。

このようにして使用されるこの発明に係るベルト１は、全体として環状をなし、かつ両側面がＶ字状もしくはテーパ状をなすように、多数のエレメント６をリング７で環状に結束して構成されている。図２に示すベルト１を構成しているエレメント６の例を図３に示している。このエレメント６は、全て同一の形状をなす金属製の板片であり、姿勢を揃えて環状に配列され、その整列状態でのエレメント６同士の上下および左右方向の相対位置を維持するために、ディンプル８と称される凸部とこのディンプル８が緩く嵌合するホール９と称される凹部とが、エレメント６の表裏両面の一箇所に形成されている。具体的には、エレメント６の表面もしくは裏面の一箇所を板厚方向に押圧して窪ませてホール９を形成することに伴って、ディンプル８が裏面もしくは表面に突出させられて形成されている。したがって、ディンプル８が、隣接するエレメント６のホール９に嵌合することにより、その半径方向すなわち上下方向および左右方向へのエレメント６の相対移動が規制される。

また、エレメント６は、ロッキングエッジ１０を備えている。そのロッキングエッジ１０は、各エレメント６がプーリ２，３に巻き掛かって扇状に拡がることにより相対的に傾斜した場合に、エレメント６同士を接触状態に維持する部分であり、一般的には、その名称のとおり、線状（稜線）の部分として形成されている。ロッキングエッジ１０の位置は、各エレメント６上に予め定められた基準位置から所定の寸法の位置に構成される。その基準位置は、リング７を巻掛けるサドル面１１に相当する位置であってよいが、ここに限定されない。例えば、プーリ２，３との間でトルクを伝達するフランク面や、ディンプル８およびホール９を基準位置としてロッキングエッジ１０の位置を決めてもよい。

各エレメント６の左右両側面（すなわちフランク面）１２は、プーリ２，３における巻き掛け溝４の内面（すなわちテーパ面）１３に接触してトルクの伝達を行う面であり、巻き掛け溝４のテーパ面１３と平行になっている。

この発明で対象とするベルト１におけるリング７は、薄い金属帯を積層して構成され、サドル面１１に配置されてエレメント６を結束するように構成されている。図３にはそのリング１を、エレメント６の首部１４を挟んだ両側のサドル面上に並列に配置した例を示してある。図３に示す例では、サドル面１１の幅は、リング７の幅よりも広く形成されている。この発明に係るベルト１においても、リング７は、サドル面１１に載っていて、各エレメント６が環状の配列を維持するように各エレメント６を結束し、各エレメント６が半径方向で外側に離脱しないように作用するが、これだけでなく、エレメント６がプーリ２，３の巻き掛け溝４から送り出される際にエレメント６を巻き掛け溝から引き抜く作用も行う。そのため、リング７がエレメント６から半径方向で外側に抜け出ないようにするために、リング７をサドル面１１との間に挟んだ状態に保持するスリット部１５が設けられている。

この発明で対象とするベルト１におけるサドル面１１には、エレメント６がプーリ２，３の巻き掛け溝４に挟み込まれてプーリ２，３に巻き掛かっている状態におけるリング７の内周面１６と同方向に湾曲（クラウニング）した曲面１７が形成されている。図１に示す例では、曲率半径Ｒのクラウニングを形成したサドル面上に積層リング７が配置されており、そのリング７の最内周部１８は各エレメント６のサドル面１１と接触している。なお、リング７の最内周部１８の半径は、プーリ２，３に対する巻き掛け半径Ｒｐである。

また、サドル面１１の曲率半径Ｒは、プーリ２，３に対する巻き掛け半径Ｒｐが最小の状態でのリングの内周面１６の曲率半径Ｒ２以下の大きさに設けられている。具体的には、プーリ２，３の最大変速比もしくは最小変速比が設定され、いずれか一方のプーリに対する巻き掛け半径Ｒｐが最小になっている場合、図４に示すように、サドル面１１の曲率半径Ｒが、プーリ２，３に対する最小の巻き掛け半径Ｒ２以下に設けられている。

さらに、サドル面１１の曲率半径Ｒが、サドル面１１の厚さ方向の抜き勾配θならびに縁部のダレｒを考慮に入れた曲率半径Ｒ１以上の大きさに設けられている。具体的には、図５に示すように、曲率半径Ｒ１は、エレメントの厚さ方向の長さL、エレメントの抜き勾配θ、ダレの半径ｒならびにサドル面１１のダレの始点からサドル面１１の最頂部までの寸法ｈより、
Ｒ１＝（Ｌ^２＋ｈ^２）／４ｈ …（１）
ｈ＝Ｌ・ｔａｎθ＋ｒ …（２）
として表すことができる。

次に作用について説明する。上記のベルト１を、図２に示すように駆動プーリ２および従動プーリ３に巻き掛けるとともに、動力源のトルクが駆動プーリ２に伝達されると、その駆動プーリ２の動力が摩擦力によりエレメント６に伝達される。各エレメント６同士の間では押圧力により動力が伝達され、従動プーリ３に接触しているエレメント６から、従動プーリ３に摩擦力で動力が伝達される。

図６に示すように最大変速比もしくは最小変速比が設定され、巻き掛け半径Ｒｐが最小となるプーリ１９においては、プーリ１９に巻き掛かるエレメント６の数が最小になってリング７による結束力を受けるエレメント６の数が少なくなる。しかし、エレメント６のサドル面１１が平面である場合と比較すると、クラウニングされたサドル面１１とリングの内周面１６との接触面積が大きくなるため、ゾンマーフェルト数が高まり、面圧を低下させることができる。つまり、リング７とエレメント６との間の潤滑状態は混合潤滑の傾向が強まり、摩擦係数を低下させることができる。

さらに、サドル面１１の厚さ方向が曲面（つまり、サドル面１１の厚さ方向の抜き勾配θならびに縁部のダレｒを考慮に入れた曲率半径以上の大きさ）となることを担保することで、サドル面１１の厚さ方向が平面である場合よりも、サドル面１１とリングの内面１６との接触面圧を低下させることができる。

また、巻き掛け半径が変動するプーリ２，３においては、リングの内周面１６とエレメント６との片当たりがなくなるため、リングの最内周部１８に生じる曲げ応力が抑制され、その結果、面圧が高くなることがなく、リング７の耐久性を向上させることができる。

さらに、サドル面１１とリングの内周面１６との摩擦係数が小さくなることで、リングの最内周部１８と第二内周部２０との摩耗係数も小さくなり、その結果、リングの最内周部１８の応力振幅が大幅に低減し、リング７の破断が起きにくくなる。

１…無段変速機用ベルト、 ２，３…プーリ、４…プーリの巻き掛け溝、 ６…エレメント、 ７…リング、 １１…サドル面、 １６…リングの内周面、 １７…サドル面の曲面、 Ｒ…サドル面の曲率半径、 Ｒ２…サドル面の最大曲率半径、 Ｒｐ…プーリに対する巻き掛け半径。

Claims (2)

1. プーリの巻き掛け溝に挟み込まれる板状の多数のエレメントをそれらの姿勢を揃えて環状に配列かつ積層するとともに、それらのエレメントに形成されているサドル面に帯状のリングを巻き掛けて前記多数のエレメントを結束してなる無段変速機用ベルトにおいて、
   前記サドル面は、前記エレメントが前記プーリの巻き掛け溝に挟み込まれてプーリに巻き掛かっている状態における前記リングの内周面と同方向に湾曲した曲面とされ、かつそのサドル面の曲率半径が前記プーリに対する巻き掛け半径が最小の状態での前記リングの内周面の曲率半径以下に設定されていることを特徴とする無段変速機用ベルト。
2. 前記リングは、複数の帯状のリング片を厚さ方向に積層して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機用ベルト。

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