JP2013170586A - ベルト式無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルトとプーリとの接触面における摩擦係数を維持することができ、しかもベルトとプーリとなどを効果的に冷却することができるベルト式無段変速機を提供する。
【解決手段】プーリ４，５に形成されたベルト溝４ｃ，５ｃにベルト３を巻き掛けてベルト３とプーリ４，５とを摩擦接触させることにより、その摩擦力を利用してプーリ４，５とベルト３との間で動力を伝達するベルト式無段変速機１において、プーリ４，５とベルト３との少なくとも一方に接触してそのプーリ４，５もしくはベルト３から熱を奪って冷却を行うシリコーンオイルを備えていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、駆動プーリと従動プーリとに巻き掛けられたベルトを介して動力を伝達すると共に、ベルトの巻き掛かり半径を連続的に変化させることにより変速比を連続的に変更するように構成されたベルト式無段変速機に関し、特に乾式と称されるベルト式無段変速機に関するものである。

この種のベルト式無段変速機は、ベルトと駆動プーリとの接触面、および、ベルトと従動プーリとの接触面に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。そのベルトは、一般的に、エレメントもしくはブロックなどと称される多数の金属製の板状の小片をスチールバンドなどにより環状に結束して構成した金属製ベルトと、例えばゴムや樹脂などの弾性材料を主体に構成した非金属製ベルトとに大別することができる。一方、駆動プーリおよび従動プーリは、一般的に、鋼や鋳鉄あるいはアルミ合金などの金属性材料によって形成されている。

湿式のベルト式無段変速機は、ベルトが金属を主体にして構成されていることによる金属同士の接触やそれに伴う摩耗や焼き付きなどを抑制するために、ベルトとプーリとの間にオイルを供給している。そのため、湿式のベルト式無段変速機においては、ベルトとプーリとの間がオイルによって潤滑され、これらの間における摩擦係数は小さくなっている。これに対して、乾式のベルト式無段変速機では、ベルトに合成樹脂などを使用し、ベルトとプーリとが直接接触することに特には問題がないので、湿式のベルト式無段変速機におけるようなオイルを供給することは行われていない。そのため、乾式のベルト式無段変速機においては、ベルトとプーリとの間の摩擦係数は大きくなっている。しかしながら、乾式ベルト式無段変速機においても、トルクの伝達はベルトとプーリとの間の摩擦によって行われるから、動力の伝達に伴って両者の間で不可避的に熱が生じる。湿式ベルト式無段変速機ではオイルが供給されるので、動力伝達に伴って発生した熱はオイルによって運び去られ、オイルによる冷却が可能であるが、乾式のベルト式無段変速機でオイルが供給されていないので、これに替わる冷却のための手段を用いる必要がある。

そこで、例えば特許文献１には、乾式のベルト式無段変速機において、ベルトに対して積極的に空気を供給し、いわゆる空冷を行うことが記載されている。また、特許文献２には、結晶化するトラクションドライブ用オイルを供給するように構成されたベルト式無段変速機が記載されている。すなわち、特許文献２に記載された無段変速機では、ベルトとしてゴム製ベルトに樹脂製のブロックを取り付けた高負荷伝動ベルトが使用され、そのベルトが巻き掛けられるプーリの表面には微細な凹凸が形成されている。その凹部にトラクションドライブ用オイルが入り込み、その状態でベルトが巻き掛かってオイルが加圧されるためにオイルが結晶化し、そのように結晶化したオイルによってベルトとプーリとの間の摩擦係数を必要十分に増大させるようになっている。そのオイルは、圧力を受けていない状態では液状であるから、オイルと同様に流動し、したがってベルトやプーリの熱がそのオイルによって運び去られるので、トラクションドライブ用オイルは摩擦係数の確保と併せて冷却作用を奏することになる。

なお、特許文献３には、金属製ベルトを用いたベルト式無段変速機であって、金属製ベルトと駆動プーリとの接触面、および、金属製ベルトと従動プーリとの接触面を潤滑するオイルの添加剤としてシリコーンオイルを用いることが記載されている。

特開２０００−１０４８０１号公報 特開２００９−１１５２０９号公報 特開２０１１−１９０４０１号公報

特許文献１に記載されているように、乾式ベルト式無段変速機の冷却を空気によって行うように構成した場合、空気は熱容量が小さいので、多量の空気を供給する必要がある。しかしながら、多量の空気を供給させるために、動力を使用して空気を流通させると、車両の燃費が悪化したり、空気を強制的に流通させることに伴う騒音が生じるなどの可能性がある。また、冷却のための空気は車両の外部から取り入れることになるため、空気とともに塵埃がベルト式無段変速機の内部に混入した場合には、ベルトやプーリの表面に塵埃が付着したり、それが原因で摩耗が進行したりする可能性がある。そのような不具合を未然に防止するためには、フィルタを使用して十分な除塵を行う必要がある。しかしながら、フィルタを使用した場合、部品点数やフィルタの交換などの工数が増大する可能性がある。これに加えて、フィルタの圧力損失により冷却のための空気の流通が阻害されて冷却効果が低下する可能性がある。

また、特許文献２に記載されているようにトラクションドライブ用オイルを使用すれば、冷却作用を得ることができる。しかしながら、そのオイルを結晶化させるために、プーリの表面に微細な凹凸を形成する必要があり、その結果、プーリの製造コストが嵩む可能性がある。これに加えて、トラクションドライブ用オイル自体が高価であるから、結局は、ベルト式無段変速機が全体として高価なものになる可能性がある。なお、特許文献３に記載されているようにシリコーンオイルを添加したオイルを使用した場合には、ベルトとプーリとの間の摩擦係数が低下してしまい、ベルトを挟み付ける挟圧力を低下することができ、またそれに伴って発熱を抑えることができるなどの乾式ベルト式無段変速機における利点が損なわれる可能性がある。

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、ベルトとプーリとの接触面における摩擦係数を維持することができ、しかもベルトとプーリとなどを効果的に冷却することができる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。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、プーリに形成されたベルト溝にベルトを巻き掛けてベルトとプーリとを摩擦接触させることにより、その摩擦力を利用してプーリとベルトとの間で動力を伝達するベルト式無段変速機において、前記プーリとベルトとの少なくとも一方に接触してそのプーリもしくはベルトから熱を奪って冷却を行うシリコーンオイルを備えていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記プーリとベルトとは液密状態に封止されたケースの内部に収容され、かつそのケースの内部に前記プーリもしくはベルトに掻き上げられるよう前記シリコーンオイルが封入されていることを特徴とするベルト式無段変速機である。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記シリコーンオイルは、ジメチルシリコーンオイルとメチルフェニルシリコーンオイルとのいずれか一つを含むことを特徴とするベルト式無段変速機である。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、前記プーリと前記ブロックとが高硬度部材によって形成され、あるいは、前記プーリのベルト溝に接触する前記ブロックの表面が前記高硬度部材によって被覆されており、かつ、前記ブロックと前記プーリとが接触した場合におけるこれらの間の摩擦係数が０．２以上であることを特徴とするベルト式無段変速機である。

請求項１の発明によれば、摩擦熱により温められるベルトやプーリをシリコーンオイルによって冷却することができる。そしてこれにより、熱によるベルトの耐久性の低下を抑制することができる。また、シリコーンオイルを用いることにより空冷に比較して効果的にベルトを冷却することができる。これに加えて、シリコーンオイルは一般的に圧縮性が強くまた油膜強度が低いために、ベルトとプーリとが摩擦接触する面における摩擦係数を維持することができ、伝達トルク容量を維持することができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、ベルトとプーリとがケース内に密閉して収容されることにより、ケースの内部に塵埃が侵入することを未然に防止することができる。そしてこれにより塵埃が原因となってベルトとプーリとなどの摩耗が進行したりすることを防止もしくは抑制することができる。また、ケースは密閉されているためにその内部で生じた音がケースの外部に漏れ出て騒音となることを抑制することができる。さらに、シリコーンオイルは掻き上げられてプーリやベルトに供給されるために、ベルトやプーリなどの被供給部に対してシリコーンオイルを供給するためのポンプなどの装置を必要としない。

請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明による効果と同様の効果に加えて、いずれのシリコーンオイルを使用したとしても、ベルトの温度上昇を抑制することができるとともに、ベルトとプーリとが摩擦接触する面における摩擦係数を維持することができる。

請求項４の発明によれば、プーリとブロック表面とが高強度部材によって形成されることにより、ベルト溝とブロックとの間においてシリコーンオイルを十分に圧縮することができる。そのため、乾式のベルト式無段変速機におけるベルトとプーリとの接触面における摩擦係数を高くすることができる。そしてこれにより、プーリにおいてベルトを挟み付ける挟圧力を小さくすることができる。すなわち、小さな挟圧力によって相対的に大きなトルクを伝達することが可能となるため、エネルギ効率を向上することができる。これに加えて、プーリの変形を抑制できる。

シリコーンオイルを使用した実施例１およびベースオイルを使用した比較例１ならびにＣＶＴＦを使用した比較例２における摩擦係数の測定結果を示す図である。 シリコーンオイルを使用した実施例２およびベースオイルを使用した比較例３ならびにＣＶＴＦを使用した比較例４における摩擦係数の測定結果を示す図である。 シリコーンオイルを使用した実施例３およびベースオイルを使用した比較例５ならびにＣＶＴＦを使用した比較例６における摩擦係数の測定結果を示す図である。 シリコーンオイルを使用した実施例４およびベースオイルを使用した比較例７ならびにＣＶＴＦを使用した比較例８における摩擦係数の測定結果を示す図である。 シリコーンオイルを使用した実施例５およびベースオイルを使用した比較例９ならびにＣＶＴＦを使用した比較例１０における摩擦係数の測定結果を示す図である。 この発明に係るベルト式無段変速機の一例を模式的に示す図である。 ベルトの一例を模式的に示す図である。 ストライベック線図である。 ジメチルシリコーンオイルの動粘度と揮発性との相関を模式的に示す図である。 ブロックオンリング型摩擦摩耗試験機の主要部の構成を模式的に示す図である。

この発明に係るベルト式無段変速機は、駆動プーリと従動プーリとにベルトを巻き掛けるとともに、その巻き掛かり半径を連続的に変化させて変速比を変化させるように構成された変速機である。その巻き掛かり半径の変更は、各プーリに形成されたいわゆるＶ字形状の溝（以下、ベルト溝と記す）の幅を変化させて行うように構成されている。また、このベルト式無段変速機は、ベルトと駆動プーリとの接触面、および、ベルトと従動プーリとの接触面に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。各プーリは、互いに対向する面をテーパ面とした一対のシーブによって構成されている。それら一対のシーブのうち一方のシーブは回転軸に固定され（これを固定シーブと記す）、他方のシーブは回転軸上を固定シーブに対して接近・離隔するように構成されている（これを可動シーブと記す）。その可動シーブと固定シーブとの間にベルトを挟み付けるように、可動シーブの背面側、すなわちベルトが接触させられているテーパ面とは反対側の面側に押圧機構が設けられている。その押圧機構は、油圧によって推力を発生する構成が一般的であるが、これに限らず、電動アクチュエータや弾性体あるいはカム機構などであってもよい。

より具体的に説明すると、図６に、この発明に係るベルト式無段変速機の一例を模式的に示してある。そのベルト式無段変速機１は、駆動力源（図示せず）の出力側に設けられている。駆動力源としては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関、あるいは、電気モータ、あるいは、電気モータと内燃機関とを併用したハイブリッドタイプの駆動力源などを使用することができる。ベルト式無段変速機１は、図６に示す例では、液密状に封止されたケース２を備え、その内部にベルト３が巻き掛けられる駆動プーリ４と従動プーリ５とが収容されている。詳細は図示しないが、ケース２の底部がオイル溜まり部となっており、そのオイル溜まり部にシリコーンオイルが貯留され、そのシリコーンオイルをプーリ４，５もしくはベルト３が掻き上げるようになっている。したがって、駆動プーリ４と従動プーリ５との少なくとも一部がシリコーンオイルに浸漬されている。ケース２は熱伝導性を有する部材によって構成することが好ましい。シリコーンオイルについては後述する。

駆動プーリ４はプーリ軸６と一体化された固定シーブ４ａと、そのプーリ軸６に、固定シーブ４ａに対して接近・離隔するように取り付けられた可動シーブ４ｂとを備えている。固定シーブ４ａと可動シーブ４ｂとの互いに対向する面がテーパ面となっており、固定シーブ４ａのテーパ面と、可動シーブ４ｂのテーパ面とによってベルト溝４ｃが形成されている。プーリ軸６は上述した駆動力源に動力伝達可能に連結されている。また、プーリ軸６は軸受７，８を介してケース２に支持されている。プーリ軸６における軸受７，８よりもケース２側に、ケース２を液密状態に封止するシールリング９，１０が設けられている。詳細は図示しないが、可動シーブ４ｂの背面側、言い換えれば、ベルト３が接触させられる可動シーブ４ｂのテーパ面とは反対側の面側に、可動シーブ４ｂを固定シーブ４ａに向けて押圧する押圧機構が設けられている。押圧機構は、例えば、電動アクチュエータや油圧アクチュエータであってよい。押圧機構は、要は、可動シーブ４ｂを固定シーブ４ａに対して接近させるための推力を発生させ、また、それによって固定シーブ４ａと可動シーブ４ｂとの間にベルト３を挟み付けるように構成されていればよい。

従動プーリ５はプーリ軸１１と一体化された固定シーブ５ａと、そのプーリ軸１１に、固定シーブ５ａに対して接近・離隔するように取り付けられた可動シーブ５ｂとを備えている。固定シーブ５ａと可動シーブ５ｂとの互いに対向する面がテーパ面となっており、固定シーブ５ａのテーパ面と可動シーブ５ｂのテーパ面との間に従動プーリ５におけるベルト溝５ｃが形成されている。プーリ軸１１は、詳細は図示しないが、プロペラシャフトおよびデファレンシャルならびにドライブシャフトなどを介して駆動輪に動力伝達可能に連結されている。また、プーリ軸１１は軸受１２，１３を介してケース２に支持されている。プーリ軸１１における軸受１２，１３よりもケース２側に、ケース２を液密状態に封止するシールリング１４，１５が設けられている。なお、詳細は図示しないが、上述した駆動プーリ４と同様に、従動プーリ５における可動シーブ５ｂの背面側に、可動シーブ５ｂを固定シーブ５ａに向けて押圧する押圧機構が設けられている。押圧機構は、例えば、電動アクチュエータや油圧アクチュエータであってよい。押圧機構は、要は、可動シーブ５ｂを固定シーブ５ａに対して接近させるための推力を発生させ、また、それによって固定シーブ５ａと可動シーブ５ｂとの間にベルト３を挟み付けるように構成されていればよい。

そして、上述したように構成される駆動プーリ４におけるベルト溝４ｃの幅、および、従動プーリ５におけるベルト溝５ｃの幅が変更されることにより、駆動プーリ４におけるベルト３の巻き掛かり半径、および、従動プーリ５におけるベルト３の巻き掛かり半径がそれぞれ変更されるようになっている。また、後述するように、駆動プーリ４や従動プーリ５の回転によってシリコーンオイルが掻き上げられてベルト３やプーリ４，５に供給されるようになっている。

図７に、ベルト３の一例を模式的に示してある。ベルト３は、例えばベルト溝４ｃの表面、すなわちシーブ４ａ，４ｂの表面に接触するとともに、これらの表面から受ける圧力に対抗する多数のブロック１６を備えている。また、ベルト３は、多数のブロック１６を環状に結束するための２本のバンド１７，１８を備えている。ブロック１６は、高硬度部材により形成されている。具体的には、ブロック１６は、例えば鋼や鋳鉄あるいはアルミ合金などの高硬度部材である金属製の板状の小片により形成されている。すなわちブロック１６の表面に高硬度部材を露出させることにより、ベルト溝とブロック１６との間においてシリコーンオイルを十分に圧縮することができるようになっている。そしてその結果、ベルト溝とブロックとの間に形成されるシリコーンオイルの油膜の厚さを薄くすることができ、ベルト溝とブロック１６との間の高い摩擦係数を維持することができるようになっている。このようにベルト溝とブロック１６との間の高い摩擦係数を維持できることによりベルト挟圧力を小さくすることができる。すなわち、面圧の増大を抑制することができる。また、シリコーンオイルを使用することによってベルト３やプーリ４，５の冷却が向上することによりベルト３やプーリ４，５の焼き付きを回避することができる。

ブロック１６のベルト幅方向（図７での左右方向）における左右の側面１９，２０が、テーパー状に傾斜した傾斜面として形成されている。その左右の傾斜面１９，２０が、駆動プーリ４におけるベルト溝４ｃの表面、および、従動プーリ５におけるベルト溝５ｃの表面に接触するようになっている。

ベルト３の幅方向でブロック１６の両側面には、開口溝２１，２２がそれぞれ形成されている。そして、開口溝２１にバンド１７が圧入され、開口溝２２にバンド１８が圧入されている。ブロック１６の開口溝２１，２２にバンド１７，１８が挿入されていることにより、多数のブロック１６が姿勢を揃えて環状に配列した状態で保持されてベルト３が構成されている。このように、各ブロック１６は環状に配列されるので、各ブロック１６が平行にならずにいわゆる扇状（放射状）に開いた状態に配列される箇所が生じる。そこで、各ブロック１６が扇状に開いた状態で配列されることを可能にするために、各ブロック１６は、例えばベルト３の進行方向でブロック１６の前面における図７での下側の部分（環状に配列した状態での中心側の部分）が削り落とされて薄肉化されている。

なお、図示していないが、ブロック１６とバンド１７，１８との間の嵌合部分に、例えば、ほぞとほぞ溝などのような位置決め構造を設けてベルト周方向におけるブロック１６とバンド１７，１８との相対移動を規制するように構成してもよい。そのような位置決め構造を設けることにより、多数のブロック１６をベルト周方向で等間隔に配置することができ、その結果、ベルト２の走行もしくは進行を安定させることができる。

上述したバンド１７，１８は、例えばゴムや樹脂などによって形成される環状の帯状体であって、その内部に心線と称される芯材２３が埋設させられている。心線２３としては例えばアラミド繊維などの高強度高弾性率の繊維によって構成された組紐や、金属ワイヤなどを使用することが好ましい。バンド１７，１８は、要は、ベルト３に要求される強度を達成するために必要な強度と、駆動プーリ４および従動プーリ５に滑らかに巻き掛かるために必要な柔軟性あるいは可撓性とを有する部材により構成されていればよい。

また、バンド１７，１８におけるベルト溝４ｃおよびベルト溝５ｃに対向する側の側面には、テーパー状の傾斜した傾斜面が形成されている。これらのテーパー状の側面は駆動プーリ４および従動プーリ５の表面に接触するようになっている。そのため、上述した構成のベルト３が駆動プーリ４および従動プーリ５に巻き掛けられ、また挟み付けられた場合、ブロック１６の側面１９，２０およびバンド１７，１８の側面が実質的に同一面となって駆動プーリ４および従動プーリ５の表面に接触する。

ベルト式無段変速機１は、上述したように、ブロック１６の側面１９，２０と駆動プーリ４における各シーブ４ａ，４ｂとの接触面、および、ブロック１６の側面１９，２０と従動プーリ５の各シーブ５ａ，５ｂとの接触面に生じる摩擦力によってトルクを伝達する。そのため、これらの接触面では摩擦により摩擦熱が生じる。これに加えて、プーリ３，４に巻き掛けられたベルト３には、駆動プーリ４や従動プーリ５に巻き掛かっていて曲線形状になっている部分と、駆動プーリ４と従動プーリ５との間に架け渡されていて直線形状になっている部分とが生じる。すなわち、ベルト３が進行した場合、バンド１７，１８が伸縮を繰り返す。そのため、バンド１７，１８の内部やバンド１７，１８とブロック１６との接触部分などにおいても摩擦熱が発生する。そこで、この発明では、上述した接触面やベルト３にシリコーンオイルを供給することにより、接触面おける摩擦係数を低下させずに接触面やベルト３を冷却して、摩擦熱によってベルト３が劣化することを防止もしくは抑制するように構成されている。

シリコーンオイルについて説明する。シリコーンオイルは圧縮率が高く、油膜の強度が小さいことが一般的に知られている。これに加えて、極圧と称されるような高い圧力の条件下での使用には適さないことが知られている。そのため、例えばブロック１６の側面１９，２０と駆動プーリ４の表面との間にシリコーンオイルを供給したとしても、これらの間の潤滑状態を流体潤滑の状態に維持することができず、ブロック１６の側面１９，２０と駆動プーリ４の表面との直接接触が発生して混合潤滑、さらには境界潤滑にシフトしてしまう、と考えられる。そのため、ブロック１６の側面１９，２０と駆動プーリ４の表面との間の摩擦係数が高い状態に維持される。なお、ブロック１６の側面１９，２０と従動プーリ５の表面との間にシリコーンオイルを供給した場合においても、これらの間の摩擦係数は混合潤滑や境界潤滑に近い摩擦係数に維持される。

上述した潤滑状態はストライベック線図によって説明される。図８に、ストライベック線図を示してあり、縦軸は摩擦係数を示し、横軸は軸受定数（軸受定数に替えて、ゾンマーフェルト数を使用してもよい）を示している。その軸受定数は、
オイルの粘度×滑り速度／面圧
によって表される。

図８において、「境界潤滑」は例えばブロック１６の側面１９，２０に吸着しているシリコーンオイルの厚さが単分子膜あるいは数分子膜程度の厚さであり、ブロック１６の側面１９，２０が一応はシリコーンオイルによって保護されている状態である。そのため、「境界潤滑」は油膜の形成が十分ではないので摩擦係数が大きくなる。「流体潤滑」は、例えばブロック１６の側面１９，２０と駆動プーリ４の表面とがシリコーンオイルの油膜によって完全に隔てられている状態であり、２面間の直接接触がない状態である。この「流体潤滑」の状態での摩擦抵抗はシリコーンオイルの粘性抵抗に一致する。したがって、摩擦係数は「境界潤滑」の状態より小さくなる。これら「境界潤滑」と「流体潤滑」との中間の状態が「混合潤滑」であり、「流体潤滑」に近い状態になるほど、摩擦係数は小さくなる。また、上述した潤滑状態はシリコーンオイルの粘度、ブロック１６に対する駆動プーリ４の滑り速度、ベルト挟圧力などによって異なる。

シリコーンオイルとしては、ストレートシリコーンオイルと称される一群のシリコーンオイルを使用することができる。ストレートシリコーンオイルについて具体的に説明すると、その構造は下記式によって表される。

上記の化学式において、Ｒは置換基を示している。ストレートシリコーンオイルとしては、例えば置換基Ｒの全てがメチル基に置換されたジメチルシリコーンと称されるシリコーンオイルが挙げられる。この他、置換基Ｒの一部がフェニル基に置換されたメチルフェニルシリコーンオイルと称されるシリコーンオイルが挙げられる。

ストレートシリコーンオイルは、一般的に、主鎖であるポリシロキサンの重合度が大きいほど動粘度が大きくなることが知られており、これは、上述したいずれのシリコーンオイルであっても同様である。また、ストレートシリコーンオイルの動粘度と揮発性との間には相関が見られる。その一例として、図９に、ジメチルシリコーンオイルの動粘度と揮発性との相関を模式的に示してある。縦軸は、予め定めた量のジメチルシリコーンオイルを１５０℃で２４時間、加熱した場合における初期の量に対する揮発分の割合（％）を示している。横軸は揮発分の測定に使用したジメチルシリコーンオイルの２５℃における動粘度（ｍｍ^２／ｓ）を示している。図９に示すように、動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ以上のジメチルシリコーンオイルはほとんど揮発しないことが認められる。すなわち、揮発分を無視することができる。なお、従来一般的に使用されているＣＶＴＦの２５℃における動粘度は２０ｍｍ^２／ｓ以上であることが知られている。そのため、２５℃における動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ以上であるジメチルシリコーンオイルを、ベルト溝とブロックとの間やベルト３の冷却のために使用することは、実用的であると言うことができる。

次に、上述した構成のベルト式無段変速機１の作用について説明する。駆動プーリ４および従動プーリ５の押圧機構が発生させた推力により、それぞれの可動シーブ４ｂ、５ｂが固定シーブ４ａ，５ａ側に移動させられ、固定シーブ４ａと可動シーブ４ｂとの間、および固定シーブ５ａと可動シーブ５ｂとの間にベルト３が挟み付けられる。そして、例えば駆動プーリ４における可動シーブ４ｂに作用させる推力を増大させて可動シーブ４ｂを固定シーブ４ａに更に接近させれば、駆動プーリ４におけるベルト溝４ｃの幅が狭くなってベルト３が半径方向で外側に移動させられる。その結果、駆動プーリ４におけるベルト３の巻き掛かり半径が増大する。これと併せて従動プーリ５では、ベルト３が固定シーブ５ａと可動シーブ５ｂとの間隔すなわちベルト溝５ｃの幅を押し広げ、ベルト３の巻き掛かり半径が減少させられる。すなわち、変速比が小さくなるアップシフトが生じる。

これとは反対に、例えば駆動プーリ４における可動シーブ４ｂに作用させる推力を減少させて可動シーブ４ｂを固定シーブ４ａから離隔させれば、駆動プーリ４におけるベルト溝４ｃの幅が拡がってベルト３が半径方向で内側に移動させられる。その結果、駆動プーリ４におけるベルト３の巻き掛かり半径が減少する。これと併せて従動プーリ５では、固定シーブ５ａと可動シーブ５ｂとの間隔すなわちベルト溝５ｃの幅が狭くなってベルト３の巻き掛かり半径が増大させられる。すなわち、変速比が大きくなるダウンシフトが生じる。

なお、必要とする伝達トルク容量を設定するために、例えば従動プーリ５において、各シーブ５ａ，５ｂが伝達トルク容量に応じた荷重でベルト３を挟み付け、駆動プーリ４においては各シーブ４ａ，４ｂが従動プーリ５におけるベルト挟圧力およびそれに伴うベルト張力によってベルト３の巻き掛かり半径が変化しないようにベルト３を挟み付ける。

駆動プーリ４および従動プーリ５の少なくとも一部は、上述したように、オイル溜まり部に貯留されたシリコーンオイルに浸漬されているため、各プーリ４，５が回転することによりシリコーンオイルが掻き上げられる。その掻き上げられたシリコーンオイルは例えばケース２の内壁面や各シーブ４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂのテーパ面に沿って流れてベルト３や上述した接触面に供給される。接触面にシリコーンオイルが供給された場合、その接触面の潤滑状態は、上述したシリコーンオイルの性質のために、混合潤滑よりも境界潤滑に近い潤滑状態になる。その結果、接触面の摩擦係数が高い状態に維持される。また、接触面に生じた摩擦熱は、シリコーンオイルに熱伝達されることにより、接触面は冷却される。駆動プーリ４および従動プーリ５の回転により掻き上げられたシリコーンオイルは重力によってオイル溜まり部に戻される。そして、シリコーンオイルの潜熱の形で輸送された摩擦熱はオイル溜まり部に熱伝達され、そのオイル溜まり部を介して大気中に放熱される。このようにしてシリコーンオイルが冷却される。

したがって、この発明によれば、ベルト３と各プーリ４，５との接触面をシリコーンオイルによって冷却できるため、これらの箇所を空冷する場合に比較して冷却効率を向上することができる。その結果、ベルト３の温度が過大になることによってベルト３の耐久性が低下することを防止もしくは抑制することができる。また、シリコーンオイルは上述した性質により接触面を潤滑し難いために、接触面における摩擦係数を高い状態に維持することができ、伝達トルク容量を維持することができる。これらに加えて、ベルト３や接触面を外気によって冷却しないために、トランスミッションケースやケース２を密閉構造とすることができ、その結果、ケース２の内部に塵埃が侵入することを未然に防ぐことができる。更に、ケース２を密閉構造にできることにより、ケース２の内部で生じた音が外部に漏れ出て騒音となることを未然に防ぐことができる。

ベルト３と各プーリ４，５との間の摩擦係数を評価するために、Ｆａｌｅｘ社製のブロックオンリング型摩擦摩耗試験機（ＬＦＷ−１試験機と称されることがある）を使用して摩擦接触する２面間の摩擦係数を測定した。図１０に、ＬＦＷ−１試験機２４の主要部の構成を模式的に示してある。ＬＦＷ−１試験機２４の主軸にリング２５が取り付けられている。そのリング２５は図示しない試験油ケース内に配置され、かつ、その試験油ケース内に貯留された試験油に浸漬されるようになっている。またリング２５にはブロック２６と称される試験片が接触させられるようになっている。そして、予め定めた荷重でブロック２６をリング２５に接触させ、かつリング２５を回転させることによってリング２５とブロック２６との間の摩擦係数を測定するように構成されている。

この実施例１では、鉄製のリング（ＳＡＥ４６２０）と、鉄製のブロック（ＳＣＭ４２０）とを使用した。ブロック２６には５ｌｂｓ（約２．２７Ｋｇ）の荷重を作用させてリング２５に接触させた。その荷重は乾式のベルト式無段変速機の通常の使用条件下において、ベルト３のブロックに作用する面圧を考慮して設定した。また、リング２５とブロック２６との回転速度差、すなわち滑り速度は、乾式のベルト式無段変速機の通常の使用条件や状態を含む条件も考慮して設定した。滑り速度は０．０６ないし１．１ｍ／ｓ（３５ないし６００ｒｐｍ）の広い範囲に設定した。具体的には、ベルト３とプーリとの間に小さな滑りが生じた場合におけるこれらの部材同士の間の滑り速度などを想定している。試験油としては２５℃における動粘度が２０ｃｓｔのジメチルシリコーンオイル（信越化学工業株式会社製のＫＦ−９６−２０ｃｓ）を使用した。７５℃±５℃に温めた５０ｍｌのジメチルシリコーンオイルを上述した試験油ケースに充填した。なお、摩擦係数の測定は、７５℃に温めたジメチルシリコーンオイルにリング２５およびブロック２６を約１０分間、接触させた後に行った。

比較例１

上述した実施例１において使用したシリコーンオイルに替えて、米国石油協会（ＡＰＩ）が定めるグループ３に分類される飽和ハイドロカーボンを９０％以上含むベースオイルを使用した以外は、上述した実施例１と同様の条件下で摩擦係数を測定した。

比較例２

上述した実施例１において使用したシリコーンオイルに替えて、トヨタ自動車株式会社指定のＣＶＴＦ ＪＷＳ３３２０を使用した以外は、上述した実施例１と同様の条件下で摩擦係数を測定した。

シリコーンオイルを使用した実施例１およびベースオイルを使用した比較例１ならびにＣＶＴＦを使用した比較例２における摩擦係数の測定結果を図１に示してある。また、乾式のベルト式無段変速機についての通常の使用条件の範囲を図１にクロスハッチングを付した領域として記載してある。乾式のベルト式無段変速機においては、通常、ベルトとプーリとの間の摩擦係数が０．２以上となっている。図１に示す測定結果から明らかなように、通常の使用条件の範囲内においては、リング２５とブロック２６との間にジメチルシリコーンオイルを供給したとしても、摩擦係数は低下しにくいことが認められた。すなわち、ジメチルシリコーンオイルを供給したとしても、ベルトとプーリとの間の伝達トルク容量を維持できることが示唆される。これに対して、比較例１および比較例２における摩擦係数は、リング２５とブロック２６との間がベースオイルやＣＶＴＦによって潤滑されるために、実施例１における摩擦係数に比較して小さいことが認められた。なお、比較例１および比較例２における摩擦係数が同程度であることから、ベースオイルおよびＣＶＴＦは、リング２５とブロック２６との間を同程度に潤滑することが認められた。

上述した実施例１において使用した鉄製のリングに替えて、銅製のリングを使用した以外は、上述した実施例１と同様の条件下で摩擦係数を測定した。

比較例３

上述した実施例２において使用したシリコーンオイルに替えて、米国石油協会（ＡＰＩ）が定めるグループ３に分類される飽和ハイドロカーボンを９０％以上含むベースオイルを使用した以外は、上述した実施例２と同様の条件下で摩擦係数を測定した。

比較例４

上述した実施例２において使用したシリコーンオイルに替えて、トヨタ自動車株式会社指定のＣＶＴＦ ＪＷＳ３３２０を使用した以外は、上述した実施例２と同様の条件下で摩擦係数を測定した。

シリコーンオイルを使用した実施例２およびベースオイルを使用した比較例３ならびにＣＶＴＦを使用した比較例４における摩擦係数の測定結果を図２に示してある。図２においても、上述した通常の使用条件の範囲をクロスハッチングを付した領域として記載してある。図２に示すように、ジメチルシリコーンオイルは銅製のリング２５と鉄製のブロック２６との間の摩擦係数を低下させにくいことが認められた。これに対して、ベースオイルやＣＶＴＦは銅製のリング２５と鉄製のブロック２６との間を潤滑してこれらの間の摩擦係数を低下させることが認められた。

上述した実施例１において使用した鉄製のブロックに替えて、フェノール（ＰＦ）樹脂製のブロックを使用した以外は、上述した実施例１と同様の条件下で摩擦係数を測定した。

比較例５

上述した実施例３において使用したシリコーンオイルに替えて、米国石油協会（ＡＰＩ）が定めるグループ３に分類される飽和ハイドロカーボンを９０％以上含むベースオイルを使用した以外は、上述した実施例３と同様の条件下で摩擦係数を測定した。

比較例６

上述した実施例３において使用したシリコーンオイルに替えて、トヨタ自動車株式会社指定のＣＶＴＦ ＪＷＳ３３２０を使用した以外は、上述した実施例３と同様の条件下で摩擦係数を測定した。

シリコーンオイルを使用した実施例３およびベースオイルを使用した比較例５ならびにＣＶＴＦを使用した比較例６における摩擦係数の測定結果を図３に示してある。図３に示すように、いずれのオイルを使用したとしても、ＰＦ樹脂製のブロックと鉄製のリングとの間の摩擦係数は、上述した実施例１における摩擦係数に比較して小さいことが認められた。

上述した実施例１において使用した鉄製のブロックに替えて、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂製のブロックを使用した以外は、上述した実施例１と同様の条件下で摩擦係数を測定した。

比較例７

上述した実施例４において使用したシリコーンオイルに替えて、米国石油協会（ＡＰＩ）が定めるグループ３に分類される飽和ハイドロカーボンを９０％以上含むベースオイルを使用した以外は、上述した実施例４と同様の条件下で摩擦係数を測定した。

比較例８

上述した実施例４において使用したシリコーンオイルに替えて、トヨタ自動車株式会社指定のＣＶＴＦ ＪＷＳ３３２０を使用した以外は、上述した実施例４と同様の条件下で摩擦係数を測定した。

シリコーンオイルを使用した実施例４およびベースオイルを使用した比較例７ならびにＣＶＴＦを使用した比較例８における摩擦係数の測定結果を図４に示してある。図４に示すように、いずれのオイルを使用したとしても、ＰＥＥＫ樹脂製のブロックと鉄製のリングとの間の摩擦係数は、上述した実施例１における摩擦係数に比較して小さいことが認められた。

上述した実施例１において使用した鉄製のブロックに替えて、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂製のブロックを使用した以外は、上述した実施例１と同様の条件下で摩擦係数を測定した。

比較例９

上述した実施例５において使用したシリコーンオイルに替えて、米国石油協会（ＡＰＩ）が定めるグループ３に分類される飽和ハイドロカーボンを９０％以上含むベースオイルを使用した以外は、上述した実施例５と同様の条件下で摩擦係数を測定した。

比較例１０

上述した実施例５において使用したシリコーンオイルに替えて、トヨタ自動車株式会社指定のＣＶＴＦ ＪＷＳ３３２０を使用した以外は、上述した実施例５と同様の条件下で摩擦係数を測定した。

シリコーンオイルを使用した実施例５およびベースオイルを使用した比較例９ならびにＣＶＴＦを使用した比較例１０における摩擦係数の測定結果を図５に示してある。図５に示すように、いずれのオイルを使用したとしても、ＰＴＦＥ樹脂製のブロックと鉄製のリングとの間の摩擦係数は、上述した実施例１における摩擦係数に比較して小さいことが認められた。

上述した図３ないし図５に示す測定結果は、ベルト式無段変速機１におけるベルト３のブロック１６の表面と、プーリ４，５の表面とのいずれか一方を樹脂によってコーティングした場合、ベルト３およびプーリ４，５にシリコーンオイルを供給したとしても、ベルト３とプーリ４，５との間の摩擦係数が低下することを示唆している。言い換えれば、上述した構成のベルト式無段変速機１におけるベルト３とプーリ４，５とにシリコーンオイルを供給した場合に、これらの間の摩擦係数を低下させないためには、ベルト３および各プーリ４，５の表面を上述した金属などの高硬度部材によって形成する必要があることを示唆している。

詳細は図示しないが、この発明は、ベルト内部滑り損失の小さなチェーンを使用したチェーン式の無段変速機に適用することもできる。チェーン式無段変速機の構成について簡単に説明すると、チェーンはリンクと称される金属製の小片を、金属製のピンを介して連結して無端状に構成されている。そのピンの端部がプーリの表面に接触し、ピンの端部とプーリの表面との間に生じる摩擦力によってトルクを伝達するようになっている。そのため、ピンの端部とプーリの表面との間には、金属同士が接触することによる摩耗や焼き付きなどを低減するために、一般的に上述したようなＣＶＴＦなどのオイルが供給されている。上述したリンクおよびピンは、例えば鋼や鋳鉄あるいはアルミ合金などの高硬度部材により形成されている。

このような構成のチェーン式無段変速機に対してこの発明を適用する場合、ピンの端部とプーリの表面との間には上述したオイルに替えてシリコーンオイルが供給される。シリコーンオイルは、上述した図３に示す測定結果から明らかなように、高硬度部材である金属などによってベルトとプーリとが形成されている場合、ベルトとプーリの表面との間を潤滑しにくい。そのため、チェーン式無段変速機にこの発明を適用すれば、ピンの端部とプーリの表面との間における摩擦係数を低下させずに、動力を伝達することによってピンの端部とプーリの表面とに生じる摩擦熱をシリコーンオイルによって奪い去ることができる。また、チェーンの内部滑りに起因してチェーンに生じる摩擦熱をシリコーンオイルによって奪い去ることができる。すなわち、この発明をチェーン式無段変速機に適用した場合、チェーン式無段変速機におけるピンの端部とプーリの表面との間の摩擦係数を、乾式のベルト式無段変速機におけるベルトとプーリの表面との間の摩擦係数と同等程度まで向上させることができる。その結果、チェーン式無段変速機の各プーリにおいてチェーンを挟み付けている挟圧力を減少させることができる。延いてはチェーン式無段変速機を搭載した車両の燃費を向上させることができる。

１…ベルト式無段変速機、 ３…ベルト、 ４…駆動プーリ、４ｃ…駆動プーリのベルト溝、 ５…従動プーリ、 ５ｃ…従動プーリのベルト溝、 １６…ブロック、 １７，１８…バンド。

Claims (4)

1. プーリに形成されたベルト溝にベルトを巻き掛けてベルトとプーリとを摩擦接触させることにより、その摩擦力を利用してプーリとベルトとの間で動力を伝達するベルト式無段変速機において、
   前記プーリとベルトとの少なくとも一方に接触してそのプーリもしくはベルトから熱を奪って冷却を行うシリコーンオイルを備えていることを特徴とするベルト式無段変速機。
2. 前記プーリとベルトとは液密状態に封止されたケースの内部に収容され、かつそのケースの内部に前記プーリもしくはベルトに掻き上げられるよう前記シリコーンオイルが封入されていることを特徴とする請求項１に記載のベルト式無段変速機。
3. 前記シリコーンオイルは、ジメチルシリコーンオイルとメチルフェニルシリコーンオイルとのいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のベルト式無段変速機。
4. 前記プーリと前記ブロックとが高硬度部材によって形成され、あるいは、前記プーリのベルト溝に接触する前記ブロックの表面が前記高硬度部材によって被覆されており、かつ、
   前記ブロックと前記プーリとが接触した場合におけるこれらの間の摩擦係数が０．２以上である
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のベルト式無段変速機。

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