JP2014501370A - 両側面に２つの接触面部分を有する、無段変速機のための駆動ベルト用横方向エレメント - Google Patents

Abstract

無段変速機のための駆動ベルト用横方向エレメントに関する。駆動ベルトは、変速機の２つのプーリの周りに配置されている。駆動ベルトは、変速機プーリに接触するための複数の横方向エレメントと、これらの横方向エレメントを支持するための２つの無端の坦持体とを備える。横方向エレメントは側面を有し、該側面は、それぞれ、変速機プーリ（１，２）と接触するための２つの接触面部分を備える。接触面部分は、表面輪郭を有し、各側面の陥凹中央部によって互いに分離されている。

Description

本発明は、無段変速機のための駆動ベルト用横方向エレメントに関する。駆動ベルトは、変速機の２つのプーリの周りに配置されている。駆動ベルトは、変速機プーリに接触するための複数の横方向エレメントと、これらの横方向エレメントを支持するための無端の坦持体とを備える。この坦持体は、唯一つの無端のフレキシブルな金属バンドであってもよいが、一般的には、互いに組み込まれた複数の上記バンドを有している。横方向エレメントは、坦持体の円周に沿って配置されている。この場合、横方向エレメントは、駆動ベルトの運動に関連した力を伝達することができる。この形式の駆動ベルトは、プッシュベルトとして公知にされている。

この形式の駆動ベルトは、横方向エレメントの中央凹部に取り付けられた単一の無端の坦持体を備えることが知られている。この凹部は、ベルトの半径方向外方を向いて開口している。しかしながら、通常、この形式の駆動ベルトは、横方向エレメントに設けられた２つの凹部に取り付けられた２つの坦持体を備えている。各々の凹部は、横方向エレメント、即ちベルトの軸方向又は横方向の両側を向いて開口している。本発明は、もっぱら、２つの坦持体を有するこの後者の駆動ベルトに関する。

この駆動ベルトの横方向エレメントは、横方向エレメントの軸方向又は横方向の両側に設けられた接触面を備える。この接触面は、変速機プーリ、即ち変速機プーリの各々の滑車と係合する。接触面は、半径方向外方に向かって互いに離れており、横方向エレメントの凹部から半径方向内方に配置されている。以下で使用される、上及び下という用語は、この互いに離れる方向に関連づけられている。このことは、下から上、即ち無端の坦持体に対して半径方向外方であるとして定義されている。

横方向エレメントは、下から上に向かって順番に、基部と、横方向エレメントの凹部の間に規定される中央部と、頂部とを備えている。この場合、中央部の寸法は比較的小さい。通常、駆動ベルトにおいて、基部は、駆動ベルトの内周側即ち半径方向内側に配置されている。頂部は、駆動ベルトの外周側即ち半径方向外側に配置されている。横方向エレメントは、２つの主要部表面も備えている。この２つの主要部表面は、実質的に互いに平行に延在し、横方向エレメントの厚さの分だけ離間されている。駆動ベルトにおける横方向エレメントの、正確な又は少なくとも有利な姿勢は、主要部表面が、実質的に、ベルトの周方向に対して垂直となる姿勢である。横方向エレメントの第１の主要部表面の少なくとも一部は、プッシュベルトにおける隣接する横方向エレメントの第２の主要部表面の少なくとも一部に当接する。横方向エレメントの第２の主要部表面の少なくとも一部は、プッシュベルトにおける別の隣接する横方向エレメントの第１の主要部表面の少なくとも一部に当接する。

基部は、横方向エレメントの接触面を有する。この接触面は、一般的に表面凹凸を有する。潤滑液をこの表面凹凸に塗布することができ、変速機の使用中には、この潤滑液を、凹凸内に収容し且つ／又は凹凸の突出部から離して搬送することができる。したがって、この表面凹凸は、横方向エレメントの接触面（の突出部）とプーリ滑車との間の油膜の形成を妨げることによって、駆動ベルトの横方向エレメントとプーリ滑車との有利な摩擦接触を実現する。表面凹凸は、多くの場合、突出部及び凹部、特にリブ及び溝を交互に配置するパターンの形態である。リブ及び溝は、互いに実質的に平行な配置で、横方向エレメントの厚さの分だけ延在している。

接触面に要求される表面積は、変速機の多くのパラメータによって決まる。この点において最も注目すべきは、使用中、駆動ベルトのプーリ滑車によって加えられる、標準的な圧力又は緊締圧力である。しかし当然ながら、表面凹凸の形状、各々の材質、表面仕上げ、及び必要とされる耐用年数特に駆動ベルトの耐用年数も、その中で役割を担っている。駆動ベルトの構成の各々から、接触面の上記表面積は、その半径方向寸法又は高さ方向寸法を変更することによって、特に影響を受ける。例えば欧州特許出願公開第０９６２６７９号明細書は、この後者の設計パラメータに関連しており、横方向エレメントの接触面の高さを最小にすることを要求している。

プーリ及びベルト間の摩擦接触における比較的高い接触圧で作動する、上述の公知の駆動ベルト構造の主たる長所は、少なくともより高い（高さが大きい）接触面を有する駆動ベルトを備える変速機と比較して、効率的な力伝達を可能にすることにある。特に、これによって、比較的高い摩擦係数と比較的低い滑り損失を達成することができる。しかしながら、同時に、プーリ滑車間で相対的に緊締された（横方向エレメントがピッチング回転する）とき、横方向エレメントの姿勢が好ましい半径方向の整列位置から逸脱し得ることは、上述の公知のベルト構造の短所となる。少なくとも、上述のようなピッチング回転に対する反力は、接触面の高さを減らすことによって減少する。すなわち、上述の公知のベルト構造において、横方向エレメント（の姿勢）は安定性を欠いており、好ましいその半径方向の姿勢に対して一度ピッチング回転すると、接触面は、プーリ滑車に接触点でのみ、有効且つ不都合に係合する。結果として、駆動ベルト及び／又はプーリの摩耗は増加し、付加的な摩擦損失が生じる。

本発明は、上述の公知の駆動ベルト構造によってもたらされる力伝達効率（の改良）に取り組むと同時に、上述の構造特有の、横方向エレメントの（付加的な）不安定さを大きく回避することを目的にしている。

本発明によれば、このような目的は、駆動ベルトの構造において、下述する請求項１の特徴部分の対象を包含することによって達成される。したがって、本発明によれば、横方向エレメントの両側面の各々は、２つの接触面部分を有している。この２つの接触面部分は、変速機プーリに接触するための表面輪郭又は表面凹凸と、上記２つの接触面部分の間に設けられた陥凹中央部とを備える。

したがって、横方向エレメントの基部の高さを全体として減じるというよりはむしろ、基部の両側面は、当該横方向エレメントの接触面部分（を結ぶ仮想直線）に対して、横方向エレメントの両側面の中央部を凹設することによって規定される２つの接触面部分を有している。有利には、これらの接触面部分は、それぞれ、横方向エレメントの両側面の末端部、即ち上部及び下部に設けられている。

本発明による上述の手段によって、各接触面の表面積、即ちその２つの部分を組み合わせた表面積は有利に小さく、即ち公知の連続的に形成された接触面に比較して減少するということが達成される。この場合、同時に、接触面の高さは有利に維持され、このことは、プーリ滑車に対する横方向エレメントのピッチング運動の観点では少なくとも効果的である。実際に、上述の手段によって、横方向エレメントの小さなピッチング運動が、本願発明によって提供される。なぜなら、陥凹中央部は、その結果として、プーリ滑車に（すぐに）接触しないからである。

当然、本発明による横方向エレメントの間隔が大きくなると、横方向エレメントの側面の陥凹中央部も、プーリ滑車に接触し得る。よって、本発明の別の態様に関連して、上記陥凹中央部は表面凹凸を有している。

本発明によれば、横方向エレメントの両側面の陥凹中央部は、その高さ全体の３分の１から５分の４、有利には約２分の１に亘る。前者の範囲は、上述の有利な効果を奏するために、実質的且つ一体的に定められている。

さらに本発明によれば、横方向エレメントの両側面の陥凹中央部は、実質的に横方向エレメントの両側面の高さの中央、又はその一層下方側に配置されている。このことは、プーリ滑車によって加えられた力が、可能な限り無端の坦持体の近くに位置する、横方向エレメントのいわゆる傾斜ラインの位置に又はその位置の近傍に集中するという、利点を有する。駆動ベルトの横方向エレメントの間に加えられた力自体は、傾斜ラインに集中している。有利には、２つの接触部分の全表面積、即ち横方向エレメントの両側面において凹設されずに残っている部分の全表面積の最大限８０％が、陥凹中央部の上方に位置している。即ち、少なくともその２０％が、上記陥凹中央部の下方に位置している。さらに有利には、上述の分布は、陥凹中央部の上方に２つの接触面部の６０〜７０％が位置し、陥凹中央部の下方に２つの接触面部の３０〜４０％が位置するということになる。

本発明の範囲内で、全ての横方向エレメントがその両側面の陥凹中央部を備える駆動ベルトを有することが可能である。しかしながら、連続した接触面として形成される両側面を有する従来型の横方向エレメントを、その中に含むこともまた一つの選択肢である。一つの駆動ベルトにおいて異なる形式の横方向エレメントを組み合わせることは、横方向エレメント及びプーリ間の相互作用により単調挙動を減らすことによって、騒音を低減するという利点を提供する。このような異なる形式の組み合わせは、騒音低減を最大にするため、規則的に異なる形式を交互に配置するか、又は異なる形式をランダムに混合するかのいずれかであってよい。

本発明は、図面を参照して、下述の本発明の詳細な説明に基づいて説明される。この場合、同一の参照符号は、同一の又は類似する構成要素を示している。

２つのプーリ上を走行する駆動ベルトを有する無段変速機の概略的な斜視図を提供する。 周方向で見た公知の駆動ベルトの横断面図を示す。 公知の駆動ベルトの横方向エレメントの、幅方向を向いた図を提供する。 基部の側面を概略的に示す、図２の公知の横方向エレメントの拡大図であり、変速機プーリに接触する表面凹凸を有する接触面を表している。 本発明の第１実施形態を、図４の実施形態に対応する拡大図で示す。 公知の駆動ベルトと比較した、本発明によって提供される、測定された出力効率増加量のグラフを表す。 本発明の第２実施形態を、図４及び図５の実施形態に対応する拡大図で示す。

図１における無段変速機の概略図は、２つのプーリ１，２上を走行する駆動ベルト３を示している。駆動ベルト３は、閉じた、即ち無端の坦持体３１と、実質的に連続的な横方向エレメント３２の列とを備える。横方向エレメント３２は、坦持体３１の周上に取り付けられるとともに坦持体３１の円周に沿って配置されている。図示された位置において、上側のプーリ１は、下側のプーリ２よりも速く回転する。各プーリ１，２の２つの円錐滑車４，５間の距離を変更することによって、各プーリ１，２における駆動ベルト３のいわゆる走行半径Ｒが変更され得る。その結果として、２つのプーリ１，２間の回転速度比ｉが変更され得る。このことは、変速機の入力軸６及び出力軸７の間での回転速度差を変更する公知の手段である。

図２において、駆動ベルト３は、ベルトの円周方向又は延在方向Ｌを向いて、即ちその軸幅方向Ｗ及び半径高さ方向Ｈに垂直な方向を向いて、横断面で示されている。この図は、駆動ベルト３の横方向エレメント３２を支持且つ案内する２つの坦持体３１の存在を横断面で示している。この場合、駆動ベルト３の１つの横方向エレメント３２が正面図で示されている。駆動ベルト３の横方向エレメント３２及び坦持体３１は、一般的には金属、通常は鋼で製造されている。横方向エレメント３２は移動することができる、即ち横方向エレメント３２は駆動ベルト３の延在方向Ｌで坦持体３１に沿って摺動することができる。これにより、変速機プーリ１，２間で力が伝達されるとき、この力は、横方向エレメント３２同士が互いに押圧し合い、横方向エレメント３２同士が駆動ベルト３及びプーリ１，２の回転方向前方に互いを押すことによって伝達される。

坦持体３１は駆動ベルト３をまとめて保持し、この特定の実施形態においては、坦持体３１は、５枚の独立した無端のバンドから構成されている。無端のバンドは、坦持体３１を形成するために、互いに同心的に組み込まれている。実際、多くの場合、坦持体３１は、５枚よりも多い、例えば最大でも１２枚又はそれ以上の無端のバンドを備えている。

図３に側面図でも示されている横方向エレメント３２は、２つの切り欠き部３３を備えている。この切り欠き部３３は、互いに反対側に配置され、横方向エレメント３２の反対側を向いて開口している。各々の切り欠き部３３は、２つの坦持体３１の１つをそれぞれ収容する。したがって、横方向エレメント３２の第１部又は基部３４は、坦持体３１から半径方向内方に又は坦持体３１の下方に高さ方向Ｈで延在しており、横方向エレメント３２の第２部又は中央部３５は、坦持体３１の間に坦持体３１と同じ（半径方向）高さで配置されており、横方向エレメント３２の第３部又は頂部３６は、坦持体３１から半径方向外方に又は坦持体３１の上方に高さ方向Ｈで延在している。各切り欠き部３３の下部面又は半径方向内側面は、横方向エレメント３２の基部３４のいわゆる支持面４２によって区切られている。支持面４２は、ほぼ頂部３６の方向で、半径方向外方又は上方を向いている。

駆動ベルト３の延在方向Ｌを向いている、横方向エレメント３２の第１面又は後側主要部表面３８は実質的に平坦である。その一方で、いわゆる揺動端部又は傾倒端部１８は、反対側を向いて、横方向エレメント３２の第２面又は前側主要部表面３９に設けられている。高さ方向Ｈでの揺動端部１８の上方において、横方向エレメント３２は、側面から見て、実質的に一定の厚さを有する。揺動端部１８の下方において、基部３４は、横方向エレメント３２の下面に向かって先細りになっている。揺動端部１８は、一般的に、横方向エレメント３２の前側主要部表面３９における、僅かに湾曲した区分の形態で設けられている。駆動ベルト３において、横方向エレメント３２の前側主要部表面３９は、隣接する横方向エレメント３２の後側主要部表面３８と、揺動端部１８の位置で接触する。この接触は、プーリ１，２の間で伸張している駆動ベルト３の直線部分と、変速機プーリ１，２の円錐プーリ滑車４，５間に配置される、駆動ベルト３の湾曲部分との両方で生じる。

横方向エレメント３２は、前側主要部表面３９で延在方向に突出するピン４０と、後側主要部表面３８内に設けられた孔４１とを備える。第１の隣接する横方向エレメント３２のピン４０が第２の隣接する横方向エレメント３２の孔４１内に少なくとも部分的に差し込まれるという意味で、駆動ベルト３における２つの隣接する横方向エレメント３２のピン４０及び孔４１は互いに係合している。これによって、２つの隣接する横方向エレメント間の相対移動及び／又は相対回転は、ピン４０及び孔４１に設けられた間隙に制限される。

プーリ滑車４，５と接触するための接触面３７を形成している、横方向エレメント３２の基部３４における側面は、互いに対して角度φで方向付けられている。この角度φは、変速機プーリ１，２の円錐円板４，５の間で画定されたＶ字角度φに、少なくともほぼ対応している（図１参照）。

図４において、一方の側面及び接触面３７が拡大図で概略的に図示されている。この図は、表面凹凸の存在を示している。公知の表面は、実質的に接触面３７の全体を覆っており、突起部若しくは隆起部４３と、谷若しくは溝４４とを交互に配置することによって形成されている。突起部若しくは隆起部４３と、谷若しくは溝４４とは、前側主要部表面３９及び後側主要部表面３８の間を、互いに平行な配置で（部分的な）ベルトの延在方向Ｌに延在している。ここで留意すべきは、実際の表面凹凸の尺度は、図示の目的で図４（及び図５，７）に示されたものより微細であるということである。実際に、表面凹凸の輪郭は、一般的に、１０μｍから３０μｍの深さを有し、接触面３７の高さ方向で１ｍｍ当たり５本から１０本の溝４４及び突起部４３を有している。接触面３７自体は、図４（及び図５，７）に示されたものよりも小さく、即ち４ｍｍから８ｍｍである。

本発明によれば、図４に類似した拡大図で図５に示されるように、接触面３７は、２つの分離した部分３７ａ，３７ｂに設けられている。この２つの分離した部分３７ａ，３７ｂは、横方向エレメント３２の各側面における中央部４５によって、高さ方向で互いに分離されている。この中央部４５は、表面凹凸の隆起部４３の頂部によって規定された（横断面で破線によって表された）仮想平面に対して凹設されている。この技術的手段によって、即ち、公知の連続的に形成された接触面３７を、２つの互いに分離された接触面部分３７ａ，３７ｂに分離することによって、駆動ベルト３と変速機プーリ１，２との間における横方向の摩擦力に基づく出力損失が減少され、出力伝達の効率を向上させることが発見された。

本発明によれば、横方向エレメントの両側面における陥凹中央部は、表面凹凸の突出部（の頂部）に対し、凹部の（底部の）深さよりも大きい距離又は深さで凹設されている。この距離又は深さは、最小でも約０．５ｍｍに等しく、有利には最大でも０．５ｍｍである。

図６において、本発明の有利な効果が、公知の駆動ベルトと比較した、本発明の駆動ベルト３によって測定された効率増加量Δηのグラフによって図示されている。このグラフは、変速比ｉに関連して測定された効率増加量Δηを、入力軸６において設定する３つの回転速度ωｉｎと入力軸６に加えられた４０ＮｍのトルクＴｉｎとで示している。

図７に、本発明の第２実施形態が図示されている。この第２実施形態では、接触面部分３７ａ，３７ｂが表面凹凸を備えているだけでなく、横方向エレメント３２の両側面において陥凹中央部４５も備えている。この特定の実施形態において、陥凹中央部４５の表面凹凸の隆起部４３の頂部は、（仮想的な）凹形輪郭を形成する（破線によって表されている）。この後者の特徴は、陥凹中央部４５がプーリ滑車４，５と接触するほどにまで横方向エレメント３２がピッチング運動したとしても、横方向エレメント３２とプーリ滑車４，５との有利な接触を提供する。

本発明の範囲が上述の実施形態に限定されるものではなく、その変更及び改良が、添付の特許請求の範囲で規定されたような本発明の範囲から逸脱しない範囲で可能であることは、当業者にとって自明のことである。

１，２ プーリ
３ 駆動ベルト
４，５ 円錐滑車
６ 入力軸
７ 出力軸
１８ 揺動端部
３１ 坦持体
３２ 横方向エレメント
３３ 切り欠き部
３４ 基部
３５ 中央部
３６ 頂部
３７ 接触面
３７ａ，３７ｂ 分離部分
３８ 後側主要部表面
３９ 前側主要部表面
４０ ピン
４１ 孔
４２ 支持面
４３ 隆起部、リブ
４４ 溝
４５ 陥凹中央部
Ｌ 延在方向
Ｈ 高さ方向
ｉ 変速比
Ｔ トルク
Ｗ 幅方向
Δη 効率増加量
φ 角度
ω 回転速度

Claims (8)

1. ２つの無端の坦持体（３１）と、該坦持体（３１）上に取り付けられる複数の横方向エレメント（３２）と、を有する駆動ベルト（３）用の横方向エレメント（３２）であって、
   前記横方向エレメント（３２）の各々は、２つの主要部表面（３８，３９）を有し、前記２つの主要部表面（３８，３９）の間に厚さを有し、
   前記横方向エレメント（３２）は、前記坦持体（３１）から半径方向内方に配置される基部（３４）と、前記坦持体（３１）の間に配置される中央部（３５）と、前記坦持体（３１）から半径方向外方に配置される頂部（３６）とを有し、
   前記基部（３４）は、その両側面に、無段変速機のプーリ（１，２）と係合するための成形された接触面（３７）を有している、横方向エレメント（３２）において、
   前記接触面（３７）は、前記横方向エレメント（３２）の両側面に設けられた中央部（４５）によって互いに分離された２つの分離部分（３７ａ，３７ｂ）を有し、
   前記中央部（４５）は、前記接触面（３７）の前記２つの分離部分（３７ａ，３７ｂ）を結ぶ仮想直線に対して凹設されており、
   前記中央部（４５）は、前記仮想直線に接触もしないし、交わることもないことを特徴とする、横方向エレメント（３２）。
2. 前記接触面（３７）の前記２つの分離部分（３７ａ，３７ｂ）は、前記横方向エレメント（３２）の主要部表面（３８，３９）に対して略垂直方向に延在するリブ（４３）及び溝（４４）の列を、交互に配置することによって形成されていることを特徴とする、請求項１記載の横方向エレメント（３２）。
3. 前記中央部（４５）は、成形された面を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の横方向エレメント（３２）。
4. 前記中央部（４５）は、略凹形の輪郭によって規定されていることを特徴とする、請求項１、２、又は３記載の横方向エレメント（３２）。
5. 前記中央部（４５）は、前記横方向エレメント（３２）の各側面の、最小でも３分の１且つ最大でも５分の４に亘ることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の横方向エレメント（３２）。
6. 前記中央部（４５）は、基部（３４）の半径方向中央、又は該半径方向中央よりも半径方向内側に配置されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の横方向エレメント（３２）。
7. 無端の坦持体（３１）と、請求項１から６までのいずれか１項記載の横方向エレメント（３２）とを有する駆動ベルト（３）。
8. ２つのプーリ（１，２）と、請求項７記載の駆動ベルト（３）とを有する無段変速機。

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