JP2013167284A - 伝動ベルトおよび伝動ベルトの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】伝動ベルトが走行する際のエレメントの自転に伴う運動エネルギの損失を低減し、動力伝達効率を向上させることができる伝動ベルト、およびその伝動ベルト製造するための製造方法を提供すること。
【解決手段】上端1を外周側に向け下端2を内周側に向けて板厚方向に整列させた多数のエレメントEを、帯状のリングRにより環状に結束することにより構成されるとともに、エレメントEが、環状に結束された状態でリングRの内周面と接触するサドル面8と、プーリP内でエレメントEの列が円弧状に湾曲する際に隣接する他のエレメントEと当接して自転の回転軸となるロッキングエッジ13とを有している伝動ベルトBにおいて、エレメントEの全長方向におけるサドル面8から下端2までの間で、かつ、エレメントEのロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小となる位置に、ロッキングエッジ13を形成した。
【選択図】図1
【解決手段】上端1を外周側に向け下端2を内周側に向けて板厚方向に整列させた多数のエレメントEを、帯状のリングRにより環状に結束することにより構成されるとともに、エレメントEが、環状に結束された状態でリングRの内周面と接触するサドル面8と、プーリP内でエレメントEの列が円弧状に湾曲する際に隣接する他のエレメントEと当接して自転の回転軸となるロッキングエッジ13とを有している伝動ベルトBにおいて、エレメントEの全長方向におけるサドル面8から下端2までの間で、かつ、エレメントEのロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小となる位置に、ロッキングエッジ13を形成した。
【選択図】図1
Description
この発明は、多数の板片状のエレメントを姿勢を揃えて配列させ、帯状のリングによって環状に結束することにより構成される伝動ベルトおよびその伝動ベルトの製造方法に関するものである。
ベルト式無段変速機に用いられる動力伝達用のベルトとして、押圧式の伝動ベルトが知られている。この種の伝動ベルトは、通常、エレメント、もしくはブロックなどと称される多数の板状の小片をそれぞれ環状に整列させて、リング、フープ、もしくはバンドなどと称される帯状の環状体で結束することにより構成されている。そして、2つのプーリの間に巻き掛けられた伝動ベルトは、一方のプーリが駆動されることに伴ってその駆動側のプーリから伝動ベルトのエレメントが押し出され、そのエレメントが先行する他のエレメントを順次押圧することにより、2つのプーリの間で動力伝達を行うようになっている。
そのような伝動ベルトの一例が、特許文献1に記載されている。この特許文献1に記載されている発明は、軸方向の溝幅を変更可能なV字型プーリを有するベルト式無段変速機に備えられ、無端バンドの周方向に連続的に組み付けた板状のエレメントからなる駆動ベルトのエレメント形状に関するものであって、そのエレメントは、エレメントの進行方向に突出したノーズ部と、このノーズ部裏面に形成されて他のエレメントのノーズ部と嵌まり合うホール部とを有していて、ノーズ部の全高さが、プーリに対するベルト最小巻き掛け径位置において、ノーズ部におけるエレメント同士の間の隙間以下となるようにように構成されている。そして、この特許文献1には、隣接するエレメントに対して揺動中心となるロッキングエッジを、エレメントの表面すなわち隣接するエレメントとの一方の当接面に設けた構成が開示されている。
また、特許文献2には、無端状のリングに多数のエレメントが支持されて構成されるベルトが一対のプーリ間に巻き掛けられているとともに、各エレメントが進行方向前面に設けられたロッキングエッジを介してピッチング可能に当接された無段変速機用ベルトに関する発明が記載されている。この特許文献2に記載されているベルトは、上記のロッキングエッジが、エレメントのプーリとの接触面の高さ方向におけるほぼ中央部に位置するように構成されている。
上記の各特許文献に記載されているように、ベルト式無段変速機等で使用される押圧式の伝動ベルトは、その伝動ベルトを構成するエレメントにロッキングエッジが形成されている。伝動ベルトがプーリに巻き掛かる部分は、プーリに対する巻き掛かり径に応じて伝動ベルトが湾曲して変形する必要があるので、リングによって結束されている多数のエレメントの列は、エレメントの外径側の端部がベルトの周方向に、いわゆる扇形に広がる必要がある。そのような扇形にエレメントの列が広がる際に、エレメントの回転の基点となる部分がロッキングエッジである。すなわち、上記のような伝動ベルトのエレメントは、プーリ内でエレメントの列が扇形に広がる際に、ロッキングエッジを回転軸として自転することになる。
上記のように、プーリに巻き掛けられた伝動ベルトがプーリの回転と共に走行して動力伝達を行う場合、伝動ベルトを構成する個々のエレメントは、プーリ内を公転するとともに、ロッキングエッジを回転軸として自転する。したがって、伝動ベルトが2つのプーリの間を走行し動力伝達を行う場合には、エレメントが自転することに伴う運動エネルギの損失が生じることになる。すなわち、エレメントがロッキングエッジを回転軸として自転する際には、そのエレメントの形状や重量によって決まる回転軸回りの慣性モーメントに応じた運動エネルギが消費されることになる。
したがって、伝動ベルトの動力伝達効率を向上させるためには、伝動ベルトがプーリ内を走行する際に、その伝動ベルトのエレメントが自転することによる影響について考慮する必要がある。それに関連して、上記の特許文献2に記載された伝動ベルトでは、エレメントのロッキングエッジを、エレメントのプーリとの接触面の高さ方向におけるほぼ中央部に位置するように設けることにより、プーリ内でエレメントが自転する際にエレメントとプーリとの接触部分に生じる摺動抵抗によるモーメントを最小にして、その摺動抵抗に起因する動力損失を低減するようにしている。しかしながら、この特許文献2に記載された発明では、プーリ内におけるエレメントの自転について着目してはいるものの、それはエレメントが自転する際のエレメントとプーリとの間の摩擦による損失を考慮したものであり、上記のようなエレメントの自転に伴う回転の運動エネルギの損失については考慮されていない。
このように、従来の伝動ベルトでは、上記のようなエレメントの自転に伴う運動エネルギの損失を低減することに関しては考慮されておらず、伝動ベルトの動力伝達効率をより一層向上させるためには、未だ改良の余地があった。
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、伝動ベルトが走行する際のエレメントの自転に伴う運動エネルギの損失を低減し、動力伝達効率を向上させることができる伝動ベルト、およびその伝動ベルトを製造するための製造方法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、上端を外周側に向け下端を内周側に向けて板厚方向に整列させた多数の板片状のエレメントを、帯状のリングで環状に結束することにより構成される伝動ベルトであって、前記エレメントが、前記リングで環状に結束された状態で前記リングの内周面と接触するサドル面と、前記エレメントの列が円弧状に湾曲する際に隣接する他のエレメントと当接して自転の回転軸となるロッキングエッジとを有している伝動ベルトにおいて、前記上端から前記下端までの前記エレメントの全長の方向における前記サドル面から前記下端までの間で、かつ、前記全長方向における前記エレメントの前記ロッキングエッジ回りの慣性モーメントが最小となる位置から上下それぞれの方向へ前記全長の10%の長さ離れた位置の間に、前記ロッキングエッジが形成されていることを特徴とする伝動ベルトである。
また、請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記ロッキングエッジは、設計上稜線として示されるエッジ形状の部分であって、製造上丸みを帯びて形成された部分を含むことを特徴とする伝動ベルトである。
一方、請求項2の発明は、上端を外周側に向け下端を内周側に向けて板厚方向に整列させた多数の板片状のエレメントを、帯状のリングで環状に結束することにより構成される伝動ベルトの製造方法において、前記リングで環状に結束された状態で前記リングの内周面と接触するサドル面と、前記板厚方向に整列させた前記エレメントの列が円弧状に湾曲する際に隣接する他のエレメントと当接して自転の回転軸となるロッキングエッジとを備えた前記エレメントを設計する工程であって、前記エレメントの前記ロッキングエッジ回りの慣性モーメントが最小となるように、前記エレメントの形状および寸法を決定するエレメント設計工程を有していることを特徴とする伝動ベルトの製造方法である。
また、請求項4の発明は、請求項2の発明において、前記エレメント設計工程は、前記エレメントの全長方向における前記サドル面から前記下端までの間の位置に前記ロッキングエッジが形成されるように、前記エレメントの形状・寸法を決定する行程を含むことを特徴とする伝動ベルトの製造方法である。
そして、請求項5の発明は、請求項2または4の発明において、前記ロッキングエッジは、設計上稜線として示されるエッジ形状の部分であって製造上丸みを帯びて形成される部分を含むことを特徴とする伝動ベルトの製造方法である。
さらに、請求項6の発明は、請求項2,4,5のいずれかの発明に記載された前記エレメント設計工程により設計された前記エレメントを使用して製造されることを特徴とする伝動ベルトである。
請求項1の発明では、エレメントがロッキングエッジを回転軸として自転する際のエレメントの慣性モーメントが最小もしくはほぼ最小となるように、伝動ベルトのエレメントが形成される。プーリに巻き掛けられた伝動ベルトがプーリの回転に伴って走行する場合、プーリに巻き掛かった部分における伝動ベルトのエレメントは、プーリの円周方向に公転するとともに、ロッキングエッジを回転軸として自転する。したがって、伝動ベルトの走行の際には、エレメントが自転することに伴う運動エネルギの損失が、エレメントの自転の回転軸回り、すなわちエレメントのロッキングエッジ回りの慣性モーメントの大きさに応じて発生する。それに対して、この請求項1の発明によれば、上記のように、エレメントのロッキングエッジ回りの慣性モーメントが最小もしくはほぼ最小となるようにエレメントが形成される。そのため、伝動ベルトが走行する際のエレメントの自転に伴う運動エネルギの損失を最小もしくはほぼ最小にすることができ、その結果、伝動ベルトの動力伝達効率を一層向上させることができる。
また、請求項3の発明によれば、ロッキングエッジの角部が丸みを帯びて形成されるエレメントに対しても、そのロッキングエッジ回りの慣性モーメントが最小もしくはほぼ最小となるように、エレメントが形成される。すなわち、製造の過程で不可避的にロッキングエッジの角部が丸みを帯びて形成されたエレメントであっても、ロッキングエッジ回りの慣性モーメントを最小もしくはほぼ最小にすることができる。そのため、伝動ベルトが走行する際のエレメントの自転に伴う運動エネルギの損失も最小もしくはほぼ最小にすることができる。
一方、請求項2の発明では、エレメントがロッキングエッジを回転軸として自転する際のエレメントの慣性モーメントが最小となるように、伝動ベルトのエレメントが設計されて製造される。プーリに巻き掛けられた伝動ベルトがプーリの回転に伴って走行する場合、プーリに巻き掛かった部分における伝動ベルトのエレメントは、プーリの円周方向に公転するとともに、ロッキングエッジを回転軸として自転する。したがって、伝動ベルトの走行の際には、エレメントが自転することに伴う運動エネルギの損失が、エレメントの自転の回転軸回り、すなわちエレメントのロッキングエッジ回りの慣性モーメントの大きさに応じて発生する。それに対して、この請求項2の発明による伝動ベルトの製造方法によれば、上記のように、エレメントのロッキングエッジ回りの慣性モーメントが最小となるようにエレメントを設計し、製造することができる。すなわち、エレメントの自転に伴う運動エネルギの損失が最小となるようにエレメントを設計し、製造することができる。そのため、伝動ベルトの動力伝達効率を一層向上させることができる。
また、請求項4の発明によれば、ロッキングエッジ回りの慣性モーメントが最小となるようにエレメントを設計する際には、エレメントの全長方向におけるロッキングエッジの位置がエレメントのサドル面から下端までの間になるように、エレメントの形状・寸法が決められる。そのため、エレメントの自転に伴う運動エネルギの損失を最小にすることができるとともに、エレメントのロッキングエッジを適切な位置に形成することができる。
そして、請求項5の発明によれば、ロッキングエッジの角部が丸みを帯びて形成されるエレメントに対しても、そのロッキングエッジ回りの慣性モーメントが最小となるように、エレメントが設計されて製造される。すなわち、製造の過程で不可避的にロッキングエッジの角部が丸みを帯びて形成されるエレメントであっても、ロッキングエッジ回りの慣性モーメントを最小にすることができる。したがって、動力伝達効率が一層向上する伝動ベルトを設計し、製造することができる。
さらに、請求項6の発明によれば、上記のようにエレメントのロッキングエッジ回りの慣性モーメントを最小にし、エレメントの自転に伴う運動エネルギの損失が最小となるように設計されたエレメントにより、動力伝達効率が一層向上された伝動ベルトを提供することができる。
次に、この発明における伝動ベルトの構成を図面を参照して具体的に説明する。この発明の伝動ベルトは、例えば車両に搭載されるベルト式無段変速機に使用される。したがってこの発明の伝動ベルトは、2組のプーリのプーリ溝に巻き掛けられ、プーリとの間で生じる摩擦力によってトルクを伝達するように構成されている。その基本的な構成の一例を図1,図2に模式的に示してある。図1,図2において、伝動ベルトBは、ベルト式無段変速機のベルト伝動機構部を構成しているプーリ(駆動プーリおよび従動プーリ)Pに巻き掛けられている。各プーリP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、各シーブの間にV字状のプーリ溝Pvを形成するようになっている。
伝動ベルトBは、プーリPに巻き掛かった状態でプーリPのプーリ溝Pvに接触して、プーリ溝Pvの表面から受ける圧力に対抗する多数のエレメントEと、それら多数のエレメントEを環状に保持するための2本のリングRとから構成されている。具体的には、伝動ベルトBは、上端1を外周側に、下端2を内周側に向け、板厚方向に整列させた多数の板片状のエレメントEを、帯状のリングRで環状に結束することにより構成されている。
リングRには、伝動ベルトBがプーリPに巻き掛かる際に、その巻き掛かり径を自在に変更可能にするための十分な可撓性と、動力伝達時にプーリPから受ける伝達トルクや挟圧力に対抗するための十分な抗張力とを兼ね備えていることが要求される。そのため、リングRは、例えばスチールバンドなどの帯状で可撓性のある金属製の部材を、その厚さ方向に複数枚重ね合わせることにより構成されている。
エレメントEは、例えば金属製の板片状の部材によって形成されている。そして、その本体部分を構成する基体部3の幅方向(図1でのx軸方向)における左右の両端面4が、プーリ溝Pvのテーパ面に対応して傾斜した傾斜面として形成されている。これらの両端面4が、いわゆるフランク面であって、プーリ溝Pvに摩擦接触してプーリPと伝動ベルトBとの間でトルクを伝達する摩擦面となっている。
基体部3の幅方向における中央部分に、上端1側(図1,図2での上側)に延びた首部5が形成されている。その首部5の更に上端1側には、基体部3の幅方向での左右両側に延出した頭部6が首部5と一体に形成されている。したがって基体部3の上端1側のエッジ部分と頭部6の下端2側(図1,図2での下側)のエッジ部分との間に、基体部3の幅方向での左右両側に開いたスリット部7が形成されている。このスリット部7は、互いに密着して整列させたエレメントEを環状に結束する際に、リングRを挿入して巻き掛けるための部分である。したがって基体部3の上端1側のエッジ部分を含む平面が、リングRの内周面と接触するサドル面8となっている。
エレメントEの頭部6には、エレメントEを板厚方向(図2のz軸方向)に整列させる際に、隣接するエレメントE同士の相対的な位置を決めるための凸部9と凹部10とが形成されている。すなわち、首部5の延長位置で頭部6の中央部分における板厚方向での前後面の一方(図2の例では左側の前面11)に、凸部9が形成されている。そして、首部5の延長位置で頭部6の中央部分における前後面の他方(図2の例では右側の後面12)に、隣接する他のエレメントEの凸部9を緩く嵌合させる凹部10が形成されている。したがってこれらの凸部9と凹部10とが互いに嵌合することにより、隣接するエレメントE同士の図1での左右方向および上下方向の相対位置を決めるようになっている。
エレメントEは、姿勢を揃えて環状に配列された状態でリングRによって結束され、その状態でプーリPに巻き掛けられる。したがってプーリPに巻き掛けられた状態では、多数のエレメントEによるエレメント列が、プーリPの中心に対して扇状に広がり、かつ、互いに密着している必要がある。そのため、エレメントEの図1,図2での下側(環状に配列した状態での中心側)の部分が薄肉に形成されている。
すなわち、基体部3の前面11におけるサドル面8から下端2側の部分が削り落とされた状態で薄肉化されている。言い換えると、基体部3の前面11に、エレメントEの高さ方向(図1,図2のy軸方向)におけるサドル面8よりも下側の部分が、基体部3の最大板厚部分よりも板厚の薄い薄肉部が形成されている。そのため、エレメント列が扇形に広がる場合には、基体部3の板厚が変化する境界部分で隣接する他のエレメントEと接触することになる。すなわち、この境界部分のエッジもしくは稜線が、エレメント列が円弧状に湾曲した配列状態のときに隣接する他のエレメントEの後面12と接触するいわゆるロッキングエッジ13となっている。
前述したように、プーリPに巻き掛けられた伝動ベルトBがプーリPの回転に伴って走行する場合、プーリPに巻き掛かっている部分の伝動ベルトBにおけるエレメントEは、図3に示すように、プーリPの円周方向に公転するとともに、ロッキングエッジ13を回転軸として自転する。そのため、伝動ベルトBの走行の際には、エレメントEが自転することに伴う運動エネルギの損失が不可避的に発生する。そのエレメントEの自転に伴う運動エネルギの損失は、エレメントEの自転の回転軸回り、すなわちエレメントEのロッキングエッジ13回りの慣性モーメントの大きさに応じて発生する。したがって、エレメントEは、ロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが小さいほど、自転に伴う運動エネルギの損失も小さくなる。
そこで、この発明における伝動ベルトBは、走行の際のエレメントEの自転に伴う運動エネルギの損失を低減して動力伝達効率を向上させるために、エレメントEがロッキングエッジ13を回転軸として自転する際の慣性モーメントが最小もしくはほぼ最小になるように構成されている。すなわち、伝動ベルトBを構成するエレメントEは、ロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小もしくはほぼ最小になる位置に、ロッキングエッジ13が形成されている。
具体的には、エレメントEは、エレメントEの全長(すなわちエレメントEの上端1から下端2までの長さ)方向におけるサドル面8から下端2までの間で、かつ、全長方向におけるエレメントEのロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小となる位置から上下それぞれの方向へ全長の10%だけ離れた位置の間の範囲内に、ロッキングエッジ13が形成されている。
エレメントEのロッキングエッジ13の位置と、そのロッキングエッジ13回りの慣性モーメントの大きさとの関係は、慣性モーメントが最小となるロッキングエッジ13の位置が1箇所存在するようになっている。すなわち、図4に示すように、エレメントEの全長方向におけるサドル面8からの距離が距離d1の場合のみに慣性モーメントが最小になり、それ以外の、サドル面8からの距離が距離d1よりも短い場合の慣性モーメント、およびサドル面8からの距離が距離d1よりも長い距離d2の場合の慣性モーメントは、いずれも、距離d1の場合の慣性モーメントよりも大きくなっている。
上記のようなエレメントEの慣性モーメントは、一般的な力学法則に基づいて算出することができる。あるいは、CADの演算機能や解析機能を使用して求めることができる。したがって、ロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小になるロッキングエッジ13の位置も、エレメントEの設計段階で計算やCADによって求めることができる。
そして、この発明におけるエレメントEは、上記のように設計的に求められるロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小もしくはほぼ最小となる位置に、ロッキングエッジ13が形成されている。すなわち、図1に示すように、設計上求められたロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小になる位置の全長方向におけるサドル面8からの距離をDとし、エレメントEの全長をHとすると、ロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小になる位置、すなわち全長方向におけるサドル面8からの下端2側の距離Dの位置から、上端1側へ距離0.1Hだけ離れた位置と、下端2側へ距離0.1Hだけ離れた位置との間の範囲内に、ロッキングエッジ13が位置するようにエレメントEが形成されている。
実際にエレメントEに形成されるロッキングエッジ13は、図1に示すように、設計上ロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小になるサドル面8からの距離Dの位置に一致して形成されるのが理想的である。しかしながら、実際に形成されるロッキングエッジ13の位置は、必ずしも設計上慣性モーメントが最小になるサドル面8からの距離Dの位置に完全に一致するとは限らない。エレメントEのロッキングエッジ13は、設計上は稜線として示されるエッジ形状の部分であるが、例えば鍛造加工によりエレメントEを製造する場合には、製造上、不可避的に丸みを帯びて形成される。また、製造上、不可避的な製造誤差も生じる。
上記のようにロッキングエッジ13が完全なエッジ形状ではなく丸みを帯びて形成される場合は、エレメントEの前面11の平面部分とロッキングエッジ13として丸みを帯びて形成された曲面部分との接続部、あるいは曲面部分でエレメントEの幅方向に伸びる所定の直線部が、伝動ベルトBがプーリPに巻き掛かる際に隣接する他のエレメントEの後面12に当接し、エレメントEのロッキングエッジ13として機能することになる。
このように、実際に形成されるロッキングエッジ13の位置、あるいは実際にロッキングエッジ13として機能する部分の位置と、設計上ロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小になる位置との間には、ずれが生じる場合がある。それに対して、この発明では、設計上ロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小になる位置の上下に全長Hの10%の長さ離れた範囲内の位置に、ロッキングエッジ13もしくはロッキングエッジ13として機能する部分が形成される。この全長Hの10%の長さで規定される範囲は、前述のような計算結果あるいはCADによる解析結果などを考慮して、エレメントEの慣性モーメントを低下させることによるエネルギ損失の低減効果を所望する分得るために許容できる範囲として設定されたものである。
したがって、上記のように設計上慣性モーメントが最小になる位置の上下に全長Hの10%の範囲内にロッキングエッジ13が形成されることにより、ロッキングエッジ13回りの慣性モーメントを可及的に小さくする、もしくはほぼ最小にすることができる。その結果、伝動ベルトBの走行時に、エレメントEが自転することに伴う運動エネルギの損失を可及的に少なくする、もしくはほぼ最少にすることができ、その分、伝動ベルトBの動力伝達効率を向上させることができる。
次に、この発明における伝動ベルトの製造方法について説明する。この発明における伝動ベルトの製造方法は、上述の図1,図2に示した伝動ベルトBを設計して製造するための方法であって、従来と同様の一般的な伝動ベルトの製造方法に加えて、エレメントEのロッキングエッジ13を回転軸とする慣性モーメントが最小となるように、エレメントEの形状および寸法を決定するエレメント設計工程を有している点に特徴がある。
この発明のエレメント設計工程では、通常のエレメントの設計工程と同様に、伝動ベルトBを構成するエレメントEとして要求される機能、強度、および耐久性等の性能諸元が考慮されて、エレメントE各部の形状・寸法、およびエレメントEの材質が決定される。そして、それに加えて、この発明のエレメント設計工程では、エレメントEのロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小となるように、エレメントEの全長方向におけるロッキングエッジ13の位置が決定される。
前述したように、エレメントEのロッキングエッジ13回りの慣性モーメント、およびその慣性モーメントが最小となるロッキングエッジ13の位置は、CADの解析機能や演算機能を利用して求めることができる。それらエレメントEのロッキングエッジ13回りの慣性モーメントおよびロッキングエッジ13の位置に関する解析・演算結果の一例を、図5に示してある。前述したように、エレメントEのロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小になるロッキングエッジ13の位置は、エレメントEの全長方向における1箇所のみに存在するようになっている。この図5に示す例では、エレメントEの全長方向におけるロッキングエッジ13の位置、具体的にはロッキングエッジ13のサドル面8からの距離Dが1.3mmの場合に、ロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小となっている。
また、上記のように「距離D=1.3mm」として設計したエレメントEの形状・寸法の一例を、図6に示してある。このようにしてエレメントEの形状・寸法を決定する場合、例えば、基準となるエレメントの形状・寸法を仮に設定し、その仮のエレメントに対してロッキングエッジ回りの慣性モーメントが最小となる位置を算出し、その計算結果に基づいてロッキングエッジ13の位置を決定することによりエレメントEを設計することができる。あるいは、先に基準となるロッキングエッジ13の位置を設定し、そのロッキングエッジ13の位置でエレメントが自転する際の慣性モーメントが最小となるように、エレメント各部の形状・寸法をそれぞれ決定することにより、エレメントEを設計することができる。
ここで、エレメントEにおけるロッキングエッジ13は、エレメントEの全長方向におけるサドル面8から下端2までの間に形成されるように、そのエレメントEの全長方向における位置が決定される。すなわち、この発明のエレメント設計工程では、ロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小となるロッキングエッジ13のエレメントEの全長方向における位置が、エレメントEの全長方向におけるサドル面8から下端2までの間になるように、エレメントE各部の形状・寸法が決定される。伝動ベルトBの構成上、エレメントEの全長方向におけるサドル面8よりも上端1側にロッキングエッジ13が形成されることは不可能なためである。
また、エレメントEは、前述したように、製造上不可避的にロッキングエッジ13のエッジ形状部分が丸みを帯びた曲面に形成されたり、また不可避的な製造誤差もある。そのため、この発明のエレメント設計工程では、上記のようなロッキングエッジ13の曲面や製造誤差等を考慮して、ロッキングエッジ13に相当する部分、もしくはロッキングエッジ13と同様に機能する部分として形成される部分が、設計上ロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小になる位置の上下に全長Hの10%の長さ離れた範囲内に位置するように、ロッキングエッジ13のエレメントEの全長方向における位置を決定する寸法の公差が設定される。したがって、このエレメント設計工程で設定された公差内の適正な精度でエレメントEが製造されることにより、ロッキングエッジ13、ロッキングエッジ13に相当する部分、もしくはロッキングエッジ13として機能する部分は、必ず、設計上ロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小になる位置の上下に全長Hの10%の長さ離れた範囲内に形成されることになる。そのため、ロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが可及的に小さくなる位置にロッキングエッジ13が形成されるエレメントEが製造されることになり、その結果、エレメントEが自転することに伴う運動エネルギの損失が可及的に低減された動力伝達効率の良好な伝動ベルトBを製造することができる。
そして、上記のようなエレメント設計工程での設計結果を基にエレメントEが製造され、そのエレメントEを用いて伝動ベルトBが製造される。すなわち、上記のようにしてロッキングエッジ13を回転軸として自転する際の慣性モーメントが最小となるように設計され、製造された多数のエレメントEを、リングRにより環状に結束することにより、伝動ベルトBが製造される。したがって、この伝動ベルトBは、走行時にプーリP内でエレメントEが自転することに伴う運動エネルギの損失を可及的に低減することができ、動力伝達効率に優れた伝動ベルトである。
以上のように、この発明における伝動ベルトBによれば、伝動ベルトBの走行時に、エレメントEがロッキングエッジ13を回転軸として自転する際のエレメントEの回転軸回りの慣性モーメントが最小もしくはほぼ最小となるように、伝動ベルトBのエレメントEが形成される。すなわち、エレメントEのロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小もしくはほぼ最小となるように、ロッキングエッジ13のエレメントEの全長方向における位置が決められたエレメントEが形成される。そして、そのようにロッキングエッジ13回りの慣性モーメントが最小もしくはほぼ最小となるように形成されたエレメントEとリングRとによって、伝動ベルトBが構成される。そのため、伝動ベルトBが走行する際のエレメントEの自転に伴う運動エネルギの損失を最小もしくはほぼ最小にすることができ、その結果、伝動ベルトBの動力伝達効率を一層向上させることができる。
なお、この発明は上述した具体例に限定されない。上述した具体例では、この発明における伝動ベルトBが、例えば車両用のベルト式無段変速機に適用された構成を例に挙げて説明しているが、この発明における伝動ベルトBは、ベルト式無段変速機に限らず、ベルトとプーリとによって構成される他の巻き掛け伝動装置(ベルト伝動装置)における動力伝達用の伝動ベルトとして適用することができる。
また、上述した具体例では、この発明における伝動ベルトBを構成するエレメントEの例として、エレメントEの幅方向における左右2箇所に、エレメントEを環状に結束する2本のリングRをそれぞれ挿入させるためのスリット7およびサドル面8が形成された周知のエレメントに相当する形状のものを例示しているが、この発明における伝動ベルトBは、そのような上述した具体例に限定されない。すなわち、この発明における伝動ベルトBは、多数の板片状のエレメントを帯状のリングによって環状に結束することにより形成されるように構成された全てのベルトを対象とすることができる。例えば、図7に示すように、エレメントの幅方向での中央部分に、エレメントを環状に結束するリングを挿入させるための凹部およびサドル面が形成されたいわゆる凹形のエレメントと、リングとによって構成される伝動ベルトもこの発明の対象とすることができる。
1…上端、 2…下端、 8…サドル面、 13…ロッキングエッジ、 B…伝動ベルト、 E…エレメント、 R…リング。
Claims (6)
- 上端を外周側に向け下端を内周側に向けて板厚方向に整列させた多数の板片状のエレメントを、帯状のリングで環状に結束することにより構成される伝動ベルトであって、前記エレメントが、前記リングで環状に結束された状態で前記リングの内周面と接触するサドル面と、前記エレメントの列が円弧状に湾曲する際に隣接する他のエレメントと当接して自転の回転軸となるロッキングエッジとを有している伝動ベルトにおいて、
前記上端から前記下端までの前記エレメントの全長の方向における前記サドル面から前記下端までの間で、かつ、前記全長方向における前記エレメントの前記ロッキングエッジ回りの慣性モーメントが最小となる位置から上下それぞれの方向へ前記全長の10%の長さ離れた位置の間に、前記ロッキングエッジが形成されていることを特徴とする伝動ベルト。
- 上端を外周側に向け下端を内周側に向けて板厚方向に整列させた多数の板片状のエレメントを、帯状のリングで環状に結束することにより構成される伝動ベルトの製造方法において、
前記リングで環状に結束された状態で前記リングの内周面と接触するサドル面と、前記板厚方向に整列させた前記エレメントの列が円弧状に湾曲する際に隣接する他のエレメントと当接して自転の回転軸となるロッキングエッジとを備えた前記エレメントを設計する工程であって、前記エレメントの前記ロッキングエッジ回りの慣性モーメントが最小となるように、前記エレメントの形状および寸法を決定するエレメント設計工程を有していることを特徴とする伝動ベルトの製造方法。
- 前記ロッキングエッジは、設計上稜線として示されるエッジ形状の部分であって、製造上丸みを帯びて形成された部分を含むことを特徴とする請求項1に記載の伝動ベルト。
- 前記エレメント設計工程は、前記エレメントの全長方向における前記サドル面から前記下端までの間の位置に前記ロッキングエッジが形成されるように、前記エレメントの形状・寸法を決定する行程を含むことを特徴とする請求項2に記載の伝動ベルトの製造方法。
- 前記ロッキングエッジは、設計上稜線として示されるエッジ形状の部分であって製造上丸みを帯びて形成される部分を含むことを特徴とする請求項2または4に記載の伝動ベルトの製造方法。
- 請求項2,4,5のいずれかに記載された前記エレメント設計工程により設計された前記エレメントを使用して製造されることを特徴とする伝動ベルト。
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