JP2015230057A - 動力伝達用ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を向上させることができる動力伝達用ベルトを提供する。【解決手段】動力伝達用ベルトは、２つのプーリ間に掛け渡すことで動力を伝達し、板状の金属製のエレメントを複数積層させて構成した動力伝達用ベルトであって、各々のエレメントは、両側にプーリと接触する接触面１１ｃ，１１ｄを有し、接触面１１ｃ，１１ｄは、動力伝達用ベルトの進行方向の前側が後側よりも幅広のテーパ形状である。【選択図】図３

Description

本発明は、動力伝達用ベルトに関し、特に、無段変速機に用いられる動力伝達用ベルトに関する。

従来の動力伝達用ベルトが開示された文献として、たとえば特開２０１１−０８９５８８号公報（特許文献１）がある。特許文献１に開示の動力伝達用ベルトにあっては、これに具備される複数のエレメントが、前後方向に隣接するエレメントに当接する当接面を有し、前後方向に直行する幅方向両側面に向かうにつれて一方の当接面から他方の当接面側に向けて傾斜する傾斜面を有する。

特開２０１１−０８９５８８号公報

無段変速機のブッシュベルトは、当該ベルトの移動経路上のある区間において、エレメントの両側面が、駆動プーリを構成するシーブのシーブ面に挟まれるとともに、進行方向にエレメント同士が接触することにより、動力伝達が行われる。

しかしながら、特許文献１に開示の構成にあっては、エレメントが有する傾斜面が進行方向側において幅狭となる場合には、エレメントが駆動プーリのシーブ面に挟まれ始めるときには、駆動プーリからエレメントに加わる狭圧力によってエレメントの背面が進行方向に向けて圧縮される。一方、エレメントが駆動プーリのシーブ面に挟まれ終わるときには、エレメントの背面が伸長される。

このように、エレメントがプライマリーシーブを通過する際に、エレメントの背面に加わる力が、前後方向に変化することにより、進行方向にエレメントが曲げられる幅の範囲が拡大されるため耐久性を悪化させる懸念がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、耐久性を向上させることができる動力伝達用ベルトを提供することにある。

この動力伝達用ベルトは、２つのプーリ間に掛け渡すことで動力を伝達し、板状の金属製のエレメントを複数積層させて構成した動力伝達用ベルトであって、各々のエレメントは、両側にプーリと接触する接触面を有し、接触面は、動力伝達用ベルトの進行方向の前側が後側よりも幅広のテーパ形状である。

このような構成を有することにより、２つのプーリのうちの１つである駆動プーリを動力伝達用ベルトが通過する場合には、まず、エレメントの接触面のうち進行方向の前方側に位置する部分が、駆動プーリに狭圧される。これにより、エレメントの前面側が圧縮するように変形するとともに、エレメントの背面側が引張するように変形する。動力伝達用ベルトが駆動プーリ内を移動して、アクティブアーク領域を移動する際には、複数のエレメントは、前後方向に位置するエレメントに接触しながら移動する。この場合、１つのエレメントに着目すると、後方に位置するエレメントから前方に向けて押圧される押圧力よりも前方側に位置するエレメントから後方側に向けて作用する反力の方が大きくなるため、エレメントは、前面側がさらに圧縮するように変形するとともに、背面側がさらに引張されるように変形する。

このように、駆動プーリと接触するエレメントの接触面にテーパを設け、該テーパの進行方向側を幅広とすることにより、駆動プーリ内を移動するエレメントに作用する曲げ応力を、一定方向に統一することができる。これにより、曲げ応力に起因するエレメント１０の振れ幅を低減することができ、この結果、エレメントの耐久性が向上する。

本発明によれば、耐久性を向上させることができる動力伝達用ベルトを提供することができる。

実施の形態に係る動力伝達用ベルトを具備する無段変速機を示す概略図である。 図１に示す動力伝達用ベルトに具備されるエレメントの正面図である。 図２に示す動力伝達用ベルトを矢印ＩＩＩ方向から見た場合の平面図である。 図１に示すエレメントが駆動プーリを通過する状態を示す図である。 図４に示すエレメントに作用する曲げ応力と時間との関係を示す図である。 エレメントに作用する曲げ応力と、板厚方向におけるエレメントの側面のテーパ角の好ましい範囲を示す図である。 アクティブアークに位置するエレメントが駆動プーリのシーブ面によって支持される状態を模式的に示す図である。 比較例における動力伝達用ベルトに具備されるエレメントが駆動プーリを通過する状態を示す図である。 図８に示すエレメントに作用する曲げ応力と時間との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

図１は、本実施の形態に係る動力伝達用ベルトを具備する無段変速機を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態に係る動力伝達用ベルトを具備する無段変速機について説明する。

無段変速機１００は、間隔が変更自在な一対のシーブ面をそれぞれ有する駆動プーリ２および従動プーリ３の２組のプーリと、駆動プーリ２および従動プーリ３に巻きかけられる動力伝達用ベルト１とを使用して変速比を無段階に変化させる変速機である。

従動プーリ３から駆動プーリ２に動力伝達用ベルト１が進行する際には、従動プーリ３および駆動プーリ２に巻きかけられていない直線領域Ｒ１を通過した後に、駆動プーリ２に巻きかけられた領域（領域Ｒ２，領域Ｒ３）とを通過する。

動力伝達用ベルト１は、積層リング（不図示）に後述する複数のエレメント１０（図２参照）が組みつけられることにより構成されている。エレメント１０は、動力伝達用ベルト１の主要素であり、板状の金属片から構成されている。その形状および構成については、図２および図３を用いて後述する。

動力伝達用ベルト１は、図１に示す点Ｐ１から駆動プーリ２に巻き込まれて、点Ｐ２に至った後に点Ｐ３を通過する。点Ｐ１から点Ｐ２までの領域Ｒ２においては、駆動プーリ２によってエレメント１０が狭圧されることにより、エレメント１０が変形するものの、進行方向に沿って並ぶ複数のエレメント１０同士が接触しない。このため、後方側に位置するエレメント１０から前方側に位置するエレメント１０に押圧力が作用しない。当該領域Ｒ２は、アイドルアークと称される。

一方、点Ｐ２から点Ｐ３までの領域Ｒ３においては、駆動プーリ２によってエレメント１０が狭圧されることにより、エレメント１０が変形しつつ、進行方向に沿って並ぶ複数のエレメント１０同士が接触する。このため、後方側に位置するエレメント１０から前方側に位置するエレメント１０に押圧力が作用する。当該領域Ｒ３は、アクティブアークと称される。

図２は、図１に示す動力伝達用ベルトに具備されるエレメントの正面図である。図３は、図２に示す動力伝達用ベルトを矢印ＩＩＩ方向から見た場合の平面図である。図２および図３を参照して、本実施の形態に係るエレメント１０について説明する。

エレメント１０は、本体部１１，首部１２，頭部１３、ディンプル部１４、ホール部１５、および載置部１６を含む。本体部１１は、前面１１ａ、背面１１ｂ、側面１１ｃ，１１ｄを有する。本体部１１の前面１１ａは、エレメント１０の進行方向前方側に位置し、本体部１１の背面１１ｂは、エレメント１０の進行方向後方側に位置する。

本体部１１の側面１１ｃ，１１ｄは、正面から見た場合に下方に向かうにつれて側面１１ｃおよび側面１１ｄの距離が近づくように傾斜している。本体部１１の側面１１ｃ，１１ｄは、エレメント１０の両側に設けられ、駆動プーリ２に設けられたシーブ面および従動プーリ３に設けられたシーブ面に摩擦接触する接触面に相当する。当該接触面は、動力伝達用ベルトの進行方向の前側が後側よりも幅広のテーパ形状を有する。すなわち、当該接触面には、上方（頭部１３側）から見た場合に、進行方向前方側（前面１１ａ側）を幅広とし、進行方向後方側（背面１１ｂ側）を幅狭となるようなテーパが設けられている。これにより、本体部１１の前面１１ａ側の幅Ｗ１は、本体部１１の背面１１ｂ側の幅Ｗ２よりも広くなる。

また、エレメント１０を上方（頭部１３側）から見た場合に、背面１１ｂ側の上辺部と、側面１１ｃ，１１ｄの上辺部との成す角度θ（側面１１ｃおよび側面１１ｄの板厚方向（図３中ＤＲ１方向）のテーパ角θ）は９０°よりも大きくなるように設けられている。

首部１２は、本体部１１の幅Ｗ１方向における中央部には、図２中上方（幅Ｗ１方向と垂直方向）に突出する。頭部１３は、首部１２の突出方向先端部から本体部１１の幅Ｗ１方向外方に傘状に突出する。

本体部１１の上端面には、動力伝達用ベルト１を構成する積層リングを載置可能に設けられた載置部１６が設けられている。頭部１３と本体部１１との間において、首部１２を挟み込むように載置部１６に積層リングが載置される。

複数のエレメント１０は、積層リングの周方向に並ぶように配置されている。上述した駆動プーリ２に巻きかけられたアクティブアーク（領域Ｒ３）において、前後方向に隣接する前方に位置するエレメント１０の背面１１ｂが、前後方向に隣接する後方に位置するエレメント１０の前面１１ａが当接する。

ディンプル部１４は、前面１１ａ側に位置する頭部１３の略中央から前方に突出するように設けられている。ディンプル部１４は、円錐台形の凸部である。ホール部１５は、背面１１ｂ側に位置する頭部１３の略中央において前方へ窪むように設けられている。ホール部１５は、後方に隣接するエレメント１０のディンプル部１４を遊嵌させるように有底円筒状に設けられている。

図４は、図１に示すエレメントが駆動プーリを通過する状態を示す図である。図４を参照して、エレメント１０が駆動プーリ２を通過する状態について説明する。

動力伝達用ベルト１が駆動プーリに巻き込まれていない状態においては、エレメント１０には駆動プーリ２のシーブ面２１ａ，２２ａに挟まれていない。このため、エレメント１０には、駆動プーリ２からの狭圧力は作用せず、エレメント１０は変形しない状態を維持する。

続いて、動力伝達用ベルト１が駆動プーリ２に巻き込まれ始める点Ｐ１に到達した状態においては、エレメント１０の側面１１ｃ，１１ｄは、進行方向における前方が幅広となるように設けられていることから、まず、側面１１ｃ，１１ｄの前方側が図中矢印Ａ，Ｂに示すようにシーブ面２１ａ，２２ａに狭圧される。続いて、側面１１ｃ，１１ｄの後方側も図中矢印Ａ，Ｂに示すようにシーブ面２１ａ，２２ａに狭圧される。この際、前面１１ａ側が圧縮変形されることにより、エレメント１０の背面１１ｂ側は、前面１１ａの変形に追従するように引張変形する。

動力伝達用ベルト１が、領域Ｒ３に移動するにつれて、領域Ｒ２に位置するエレメント１０間の間隔が徐々に狭くなる。この状態においては、進行方向に隣接するエレメント１０の後方側に位置するエレメント１０のディンプル部１４の一部が、進行方向に隣接するエレメント１０の前方側に位置するエレメント１０のホール部１５に入りこむ。なお、動力伝達用ベルト１が領域Ｒ２を移動している間においては、領域Ｒ２に位置する複数のエレメント１０には、上述のようにエレメント１０の前面１１ａ側を圧縮変形させるような一定の曲げ応力が作用する。

次に、動力伝達用ベルト１が、駆動プーリ２における点Ｐ２に到達し、領域Ｒ３を通過する際には、駆動プーリ２のシーブ面２１ａ，２２ａとエレメント１０の側面１１ｃ，１１ｄとの間に相対的な滑りが生じる。このため、複数のエレメント１０の前面１１ａ側が圧縮変形しつつ、進行方向に沿って並ぶ複数のエレメント１０同士が接触する。これにより、各々のエレメント１０が、その前方に位置するエレメント１０を次々と押圧する。

この際、点Ｐ３側に位置する１つのエレメント１０に注目すると、当該エレメント１０は、その前方に位置するエレメント１０から、後方に向けて作用する反力（図中矢印Ｆ参照）を受ける。また、当該エレメント１０は、その後方に位置するエレメント１０から前方に向けて作用する押圧力（図中矢印Ｅ参照）を受ける。ここで、前方に位置するエレメント１０から作用する反力は、後方から受ける押圧力よりも大きい。このため、領域Ｒ３におけるエレメント１０には、前面１１ａ側において領域Ｒ２におけるエレメント１０に作用する圧縮力よりも、大きな圧縮力が作用する。すなわち、領域Ｒ３に作用する曲げ応力は、領域Ｒ２に作用する曲げ応力よりも大きくなる。この場合には、エレメント１０の側面１１ｃ，１１ｄの後端部側が、図中矢印Ｃ，Ｄに示すようにシーブ面２１ａ，２２ａに狭圧される。

図５は、図４に示すエレメントに作用する曲げ応力と時間との関係を示す図である。図５を参照して、図４に示すエレメント１０に作用する曲げ応力と時間との関係について説明する。

上述のように、動力伝達用ベルト１が、駆動プーリ２および従動プーリ３に巻きかけられていない領域Ｒ１にある場合には、エレメント１０には曲げ応力は作用しない。一方、上述のように、動力伝達用ベルト１が、駆動プーリ２の領域Ｒ２を通過する際には、エレメント１０の前面１１ａが圧縮され、かつ、背面１１ｂが引張されるように相当程度の曲げ応力が作用する。また、上述のように動力伝達用ベルト１が、駆動プーリ２の領域Ｒ３を通過する際には、前面１１ａ側において、領域Ｒ２のエレメント１０の圧縮変形量よりもその変形量が大きくなるようにエレメント１０に曲げ応力が作用する。このように、本実施の形態にあっては、エレメント１０に作用する曲げ応力を、一定方向に統一することができる。

図６は、エレメントに作用する曲げ応力と、板厚方向におけるエレメントの側面のテーパ角の好ましい範囲を示す図である。図７は、アクティブアークに位置するエレメントが駆動プーリのシーブ面によって支持される状態を模式的に示す図である。図６および図７を参照して、板厚方向におけるエレメント１０の側面１１ｃ，１１ｄのテーパ角θの詳細について説明する。

図６に示すように、板厚方向におけるエレメント１０の側面１１ｃ，１１ｄのテーパ角θは、動力伝達用駆動ベルトが点Ｐ３に到達した際にエレメント１０に作用する曲げ応力が、駆動ベルトが点Ｐ３に到達してエレメントの変形量が最大となる曲げ応力と、駆動ベルトが領域Ｒ１にあり、曲げ応力が作用しない状態との間になるように設定されることが好ましい。

エレメント１０が点Ｐ３に位置する場合においては、エレメント１０の側面１１ｃ，１１ｄの後端が駆動プーリのシーブ面２１ａ，２２ａに狭圧される。これにより、側面１１ｃ，１１ｄの後端に摩擦力Ｗ３が作用する。また、後方に位置するエレメント１０から押圧されるため、エレメント１０の背面１１ｂ側から前方に向けて押圧力Ｗ２が作用する。さらに、前方に位置するエレメント１０からは、後方に向けて反力Ｗ１が作用する。このため、図７に示すように、エレメント１０を支持する支持構造は、エレメント１０の中心部に荷重が集中する梁構造に近似する。なお、エレメント１０の側面１１ｃ，１１ｄの後端に作用する摩擦力Ｗ３は、５０Ｎ程度であり、Ｗ１とＷ２との差は、１００Ｎ程度である。

図１から図３に示すように、エレメント１０の板厚ｔを１．５［ｍｍ］、エレメント本体の高さｈ（ネック部の根本部からその直下に位置する本体部の底面部までの距離）を４．０［ｍｍ］、エレメントの板幅Ｗ１を２４．０［ｍｍ］、入力トルクＴｉｎを１８５.０［Ｎｍ］、入力側巻きかかり半径ｒｉｎを３０［ｍｍ］、入力側巻きかかり角度θｉｎを１５５［ｄｅｇ］、アイドルアークとアクティブアークとの割合を１対１とした場合に、上述の梁構造に基づき、駆動プーリ２の領域Ｒ２および領域Ｒ３の全範囲において、エレメント１０がシーブ面によって支持されつつ、その変形方向が一定となるような、テーパ角θを算出した場合には、テーパ角θは、９０°≦テーパ角θ≦９４°の条件を満たすことが好ましい。

以上のように、本実施の形態にあっては、エレメント１０の両側に駆動プーリ２と接触する接触面（側面１１ｃ，１１ｄ）を設け、当該接触面が動力伝達用ベルト１の進行方向の前側が後側よりも幅広のテーパ形状を有することにより、エレメント１０に作用する曲げ応力を、一定方向に統一することができる。これにより、曲げ応力に起因するエレメント１０の振れ幅を低減することができ、この結果、エレメント１０の耐久性が向上する。

（比較例）
図８は、比較例における動力伝達用ベルトに具備されるエレメントが駆動プーリを通過する状態を示す図である。図８を参照して、比較例における動力伝達用ベルトに具備されるエレメント１０Ａが駆動プーリを通過する状態について説明する。

比較例におけるエレメント１０Ａは、実施の形態に係るエレメント１０と比較した場合に、エレメント１０の前面１１ａ側が背面１１ｂ側よりも幅狭に設けられている点において相違する。すなわち、エレメント１０の側面１１ｃ，１１ｄは、前方から後方に向かうにつれて、側面１１ｃ，１１ｄの間隔が大きくなるように傾斜している。

動力伝達用ベルト１が駆動プーリに巻き込まれていない状態においては、エレメント１０Ａには駆動プーリ２のシーブ面２１ａ，２２ａに挟まれていない。このため、エレメント１０Ａには、駆動プーリ２からの狭圧力は作用せず、エレメント１０Ａは変形しない状態を維持する。

続いて、動力伝達用ベルト１が駆動プーリ２に巻き込まれ始める点Ｐ１に到達した状態においては、エレメント１０Ａの側面１１ｃ，１１ｄは、進行方向における前方が幅狭となるように設けられていることから、側面１１ｃ，１１ｄの後方側がシーブ面２１ａ，２２ａに狭圧される。このため、エレメント１０Ａは、背面１１ｂ側が圧縮変形し、前面１１ａ側が引張変形する。

動力伝達用ベルト１が、領域Ｒ３に移動するにつれて、領域Ｒ２に位置するエレメント１０Ａ間の間隔が徐々に狭くなる。この状態においては、進行方向に隣接するエレメント１０の後方側に位置するエレメント１０Ａのディンプル部１４の一部が、進行方向に隣接するエレメント１０Ａの前方側に位置するエレメント１０Ａのホール部１５に入りこむ。なお、動力伝達用ベルト１が領域Ｒ２を移動している間においては、領域Ｒ２に位置する複数のエレメント１０Ａには、上述のようにエレメント１０Ａの背面１１ｂ側を圧縮変形させるような一定の曲げ応力が作用する。

次に、動力伝達用ベルト１が、駆動プーリ２における点Ｐ２に到達した場合には、前方に位置するエレメント１０Ａに接触することにより、当該前方に位置するエレメント１０Ａから後方に向けて作用する反力を受ける。このため、領域Ｒ３においては、エレメント１０Ａの前面１１ａ側が圧縮変形し、背面１１ｂ側が引張変形する。

また、動力伝達用ベルト１が領域Ｒ３を通過する際には、駆動プーリ２のシーブ面２１ａ，２２ａとエレメント１０Ａの側面１１ｃ，１１ｄとの間に相対的な滑りが生じる。このため、進行方向に沿って並ぶ複数のエレメント１０Ａ同士が接触する。これにより、各々のエレメント１０Ａが、その前方に位置するエレメント１０Ａを次々と押圧する。

この際、１つのエレメント１０Ａに注目すると、当該エレメント１０Ａは、その前方に位置するエレメント１０Ａから、後方に向けて作用する反力を受ける。また、当該エレメント１０Ａは、その後方に位置するエレメント１０Ａから前方に向けて作用する押圧力を受ける。前方に位置するエレメント１０Ａから作用する反力は、後方から受ける押圧力よりも大きい。このため、領域Ｒ３におけるエレメント１０Ａには、領域Ｒ２におけるエレメント１０Ａに作用する曲げ応力よりも、大きな曲げ応力が作用する。

図９は、図８に示すエレメントに作用する曲げ応力と時間との関係を示す図である。図９を参照して、比較例におけるエレメントに作用する曲げ応力と時間との関係について説明する。

上述のように、動力伝達用ベルト１が、駆動プーリ２および従動プーリ３に巻きかけられていない領域Ｒ１にある場合には、エレメント１０Ａには曲げ応力は作用しない。一方、上述のように、動力伝達用ベルト１が、駆動プーリ２の領域Ｒ２を通過する際には、エレメント１０Ａの前面１１ａが引張され、かつ、背面１１ｂが圧縮されるように相当程度の曲げ応力が作用する。この場合の曲げ応力をたとえば、正とする。また、上述のように動力伝達用ベルト１が、駆動プーリ２の領域Ｒ３を通過する際には、エレメント１０Ａの前面１１ａが圧縮され、背面１１ｂが引張されるように曲げ応力が作用する。このように、領域Ｒ３においては、領域Ｒ２と比較してエレメント１０Ａの曲げ方向が反転することから、エレメント１０Ａには負の曲げ応力が作用する。また、領域Ｒ３におけるエレメント１０Ａには、領域Ｒ２に位置するエレメント１０Ａの変形量よりもその変形量が大きくなるようにエレメント１０Ａに曲げ応力が作用する。

このように、比較例においては、エレメント１０Ａの両側に駆動プーリ２と接触する接触面（側面１１ｃ，１１ｄ）を設け、当該接触面が動力伝達用ベルト１の進行方向の後側が前側よりも幅広のテーパ形状を有することにより、エレメント１０Ａに作用する曲げ応力が、駆動プーリ２内にて反転することとなる。これにより、曲げ応力に起因するエレメント１０Ａの振れ幅が、実施の形態と比較して増加するため、耐久性が低下する。

以上のように比較例におけるエレメント１０Ａと実施の形態に係るエレメント１０とを比較した場合には、実施の形態に係るエレメント１０は、比較例におけるエレメント１０Ａの振れ幅を約４０％低減することができ、たとえば比較例におけるエレメント１０Ａが対応可能な入力トルクが１８０Ｎｍであった場合には、実施の形態に係るエレメント１０が対応可能な入力トルクは、３００Ｎｍまで向上する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 動力伝達用ベルト、２ 駆動プーリ、３ 従動プーリ、１０，１０Ａ エレメント、１１ 本体部、１１ａ 前面、１１ｂ 背面、１１ｃ，１１ｄ 側面、１２ 首部、１３ 頭部、１４ ディンプル部、１５ ホール部、１６ 載置部、２１ａ，２２ａ シーブ面、１００ 無段変速機。

Claims (1)

1. ２つのプーリ間に掛け渡すことで動力を伝達し、板状の金属製のエレメントを複数積層させて構成した動力伝達用ベルトであって、
   各々の前記エレメントは、両側に前記プーリと接触する接触面を有し、
   前記接触面は、前記動力伝達用ベルトの進行方向の前側が後側よりも幅広のテーパ形状である、動力伝達用ベルト。

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