JP2017025938A

JP2017025938A - ベルト式無段変速機

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Publication number: JP2017025938A
Application number: JP2015141876A
Authority: JP
Inventors: 聡一朗隅田; Soichiro Sumida; 徹矢ヶ崎; Toru Yagasaki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2035-07-16
Also published as: CN106352034A; CN106352034B; JP6108321B2

Abstract

【課題】プーリおよび金属エレメントを金属ベルトの巻き付き径に応じて線接触および点接触させるベルト式無段変速機において、金属ベルトの巻き付き径が大きいときにプーリのＶ面と金属エレメントのプーリ当接面の径方向外端部との間に発生する隙間を最小限に抑える。【解決手段】プーリのＶ面４８のプーリ側曲線部分４８ｃに当接可能な金属エレメント４２のエレメント側曲線部分４９ｃは、小径の第１円弧部Ａ１と大径の第２円弧部Ａ２とを含み、少なくとも一つの変速比において第１円弧部Ａ１および第２円弧部Ａ２が二つの当接点Ｐ１，Ｐ２において同時にプーリ側曲線部分４８ｃに当接する。これにより、金属ベルト１９が径方向外側に移動したときに第１円弧部Ａ１の当接点Ｐ１がエレメント側曲線部分４９ｃ上を径方向内側にずれるのを防止し、前記隙間αを小さく抑えることができるだけでなく、プーリ側曲線部分４８ｃおよびエレメント側曲線部分４９ｃ間に作用する荷重を二つの当接点Ｐ１，Ｐ２に分散して過剰な接触面圧が発生するのを防止することができる。【選択図】図８

Description

本発明は、固定側プーリ半体および可動側プーリ半体からなるドライブプーリと、固定側プーリ半体および可動側プーリ半体からなるドリブンプーリと、前記ドライブプーリのＶ面および前記ドリブンプーリのＶ面に巻き掛けられた金属ベルトとを備え、前記金属ベルトは金属リング集合体に複数の金属エレメントを支持して構成され、前記ドライブプーリおよび前記ドリブンプーリの一方の溝幅を増加させて他方の溝幅を減少させることで変速比を変更するベルト式無段変速機に関する。

かかるベルト式無段変速機において、プーリの固定側プーリ半体のＶ面の径方向内側部分および外側部分をそれぞれ直線および曲線で構成するとともに、金属エレメントのプーリ当接面の径方向外側部分および内側部分をそれぞれ直線および曲線で構成し、金属ベルトのプーリへの巻き付き径が小さい部分でプーリおよび金属エレメントを直線どうしで線接触させ、金属ベルトのプーリへの巻き付き径が大きい部分でプーリおよび金属エレメントを曲線どうしで点接触させることで、ベルト式無段変速機の変速比に変更に伴って金属ベルトがプーリの軸方向にずれるミスアライメントを補償するものが、下記特許文献１により公知である。

特許第５６８９９７３号公報

ところで、上記従来のものは、金属ベルトのミスアライメントを補償することが可能である反面、本明細書の発明を実施するための形態の欄で詳述するように、金属ベルトの巻き付き径が大きい領域で、プーリのＶ面と金属エレメントのプーリ当接面の径方向外端との間に大きな隙間が発生する問題がある。このような隙間が発生すると、金属エレメントのサドル面に支持された金属リング集合体の左右方向外端が隙間上に張り出してしまい、その分だけサドル面と金属リング集合体との接触面積が減少することで、接触面圧が増加して金属エレメントや金属リング集合体の耐久性に悪影響が及ぶ懸念がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、プーリおよび金属エレメントを金属ベルトの巻き付き径に応じて線接触および点接触させるベルト式無段変速機において、金属ベルトの巻き付き径が大きいときにプーリのＶ面と金属エレメントのプーリ当接面の径方向外端部との間に発生する隙間を最小限に抑えることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、固定側プーリ半体および可動側プーリ半体からなるドライブプーリと、固定側プーリ半体および可動側プーリ半体からなるドリブンプーリと、前記ドライブプーリのＶ面および前記ドリブンプーリのＶ面に巻き掛けられた金属ベルトとを備え、前記金属ベルトは金属リング集合体に複数の金属エレメントを支持して構成され、前記ドライブプーリおよび前記ドリブンプーリの一方の溝幅を増加させて他方の溝幅を減少させることで変速比を変更するベルト式無段変速機であって、前記ドライブプーリおよび前記ドリブンプーリの前記Ｖ面の母線は、プーリ側変曲点よりも径方向内側のプーリ側直線部分と、前記プーリ側変曲点よりも径方向外側のプーリ側曲線部分とを備え、前記金属エレメントのプーリ当接面は、エレメント側変曲点よりも径方向外側に位置して前記プーリ側直線部分に当接可能なエレメント側直線部分と、前記エレメント側変曲点よりも径方向内側に位置して前記プーリ側曲線部分に当接可能なエレメント側曲線部分とを備え、前記エレメント側曲線部分は、前記エレメント側直線部分よりも径方向内側に位置する第１円弧部と、前記第１円弧部よりも径方向内側に位置する第２円弧部とを含み、少なくとも一つの変速比において前記第１円弧部および前記第２円弧部が同時に前記プーリ側曲線部分に当接することを特徴とするベルト式無段変速機が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第２円弧部の曲率半径は前記第１円弧部の曲率半径よりも大きく、前記プーリ側直線部分および前記エレメント側直線部分が当接するときに、前記第２円弧部は前記プーリ側直線部分に当接しないことを特徴とするベルト式無段変速機が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記エレメント側曲線部分は、前記第１円弧部と前記第２円弧部とを滑らかに接続する接続部を含むことを特徴とするベルト式無段変速機が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記金属エレメントのサドル面および該サドル面に支持される前記金属リング集合体にはそれぞれ左右方向のクラウニングが施されており、前記サドル面のクラウニングの頂点は、前記金属リング集合体のクラウニングの頂点に対して所定距離だけ左右方向外側に偏倚しており、前記所定距離は、前記Ｖ面と前記プーリ当接面の径方向外端部との間に発生する隙間よりも大きく設定されることを特徴とするベルト式無段変速機が提案される。

請求項１の構成によれば、ドライブプーリおよびドリブンプーリのＶ面の母線は、プーリ側変曲点よりも径方向内側のプーリ側直線部分と、プーリ側変曲点よりも径方向外側のプーリ側曲線部分とを備え、金属エレメントのプーリ当接面は、エレメント側変曲点よりも径方向外側のエレメント側直線部分と、エレメント側変曲点よりも径方向内側のエレメント側曲線部分とを備えるので、金属ベルトの巻き付き半径が小さいときにはプーリ側直線部分およびエレメント側直線部分が相互に当接し、金属ベルトの巻き付き半径が大きいときにはプーリ側曲線部分およびエレメント側曲線部分が相互に当接することで、金属ベルトのミスアライメントを減少させることができる。

従来の金属エレメントは、金属ベルトの巻き付き半径が増加してプーリ側曲線部分およびエレメント側曲線部分が相互に当接するとき、その巻き付き半径の増加に伴ってエレメント側曲線部分とプーリ側曲線部分との当接点が径方向内側にずれるため、プーリのＶ面と金属エレメントのプーリ当接面の径方向外端部との間に大きな隙間が発生する問題がある。

しかしながら、本発明の金属エレメントのエレメント側曲線部分は、エレメント側直線部分よりも径方向内側に位置する第１円弧部と、第１円弧部よりも径方向内側に位置する第２円弧部とを含み、少なくとも一つの変速比において第１円弧部および第２円弧部が同時にプーリ側曲線部分に当接するので、巻き付き半径の増加に伴ってエレメント側曲線部分とプーリ側曲線部分との当接点が径方向内側にずれるのを防止し、プーリのＶ面と金属エレメントのプーリ当接面の径方向外端部との間に発生する隙間を小さく抑えることができ、しかもプーリ側曲線部分およびエレメント側曲線部分間に作用する荷重を第１円弧部および第２円弧部の二つの当接点に分散して過剰な接触面圧が発生するのを防止することができる。

また請求項２の構成によれば、第２円弧部の曲率半径は第１円弧部の曲率半径よりも大きく、プーリ側直線部分およびエレメント側直線部分が当接するときに、第２円弧部はプーリ側直線部分に当接しないので、プーリ側直線部分およびエレメント側直線部分が当接する変速比領域において、第２円弧部がプーリ側直線部分に無駄に当接して偏摩耗するのを防止することができる。

また請求項３の構成によれば、エレメント側曲線部分は、第１円弧部と第２円弧部とを滑らかに接続する接続部を含むので、第１円弧部と第２円弧部とが尖った角部で交差して応力集中が発生するのを防止することができる。

また請求項４の構成によれば、金属エレメントのサドル面および該サドル面に支持される金属リング集合体にはそれぞれ左右方向のクラウニングが施されており、サドル面のクラウニングの頂点は、金属リング集合体のクラウニングの頂点に対して所定距離だけ左右方向外側に偏倚しており、前記所定距離は、Ｖ面とプーリ当接面の径方向外端部との間に発生する隙間よりも大きく設定されるので、クラウニングの二つの頂点が一致しようとするセンタリング作用で金属リング集合体はサドル面に対して左右方向外側に付勢され、金属リング集合体の左右方向外縁がＶ面に当接することで、金属リング集合体の左右方向のランダムな移動が抑制されて金属リング集合体の挙動の安定が図られる。

ベルト式無段変速機を搭載した車両の動力伝達系のスケルトン図。（第１の実施の形態）金属ベルトの部分斜視図。（第１の実施の形態）従来例においてミスアライメントが発生する理由の説明図。（第１の実施の形態）プーリのＶ面の母線の形状および金属エレメントのプーリ当接面の概略形状を示す図。（第１の実施の形態）実施の形態においてミスアライメントが補償される理由の説明図。（第１の実施の形態）巻き付き径が小さい位置で金属エレメントがプーリのＶ面に当接する状態を示す図。（第１の実施の形態）巻き付き径が大きい位置で金属エレメントがプーリのＶ面に当接する状態を示す図。（第１の実施の形態）実施の形態の金属エレメントとプーリのＶ面との当接部の詳細図（巻き付き径が大きい状態）。（第１の実施の形態）実施の形態の金属エレメントとプーリのＶ面との当接部の詳細図（巻き付き径が小さい状態）。（第１の実施の形態）従来の金属エレメントとプーリのＶ面との当接部の詳細図（その１）。（第１の実施の形態）従来の金属エレメントとプーリのＶ面との当接部の詳細図（その２）。（第１の実施の形態）図８に対応する図。（第２の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１〜図１１に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１に示すように、車両用のベルト式無段変速機Ｔは平行に配置されたドライブシャフト１１およびドリブンシャフト１２を備えており、エンジンＥのクランクシャフト１３はダンパー１４を介してドライブシャフト１１に接続される。

ドライブシャフト１１に支持されたドライブプーリ１５は、ドライブシャフト１１に対して相対回転自在な固定側プーリ半体１５ａと、この固定側プーリ半体１５ａに対して軸方向摺動自在な可動側プーリ半体１５ｂとを備える。可動側プーリ半体１５ｂは、作動油室１６に作用する油圧により固定側プーリ半体１５ａとの間の溝幅が可変である。ドリブンシャフト１２に支持されたドリブンプーリ１７は、ドリブンシャフト１２に固設された固定側プーリ半体１７ａと、この固定側プーリ半体１７ａに対して軸方向摺動自在な可動側プーリ半体１７ｂとを備える。可動側プーリ半体１７ｂは、作動油室１８に作用する油圧により固定側プーリ半体１７ａとの間の溝幅が可変である。そしてドライブプーリ１５とドリブンプーリ１７との間に、２本の金属リング集合体に多数の金属エレメントを装着した金属ベルト１９が巻き掛けられる。

ドライブシャフト１１の軸端に、前進変速段を確立する際に係合してドライブシャフト１１の回転をドライブプーリ１５に同方向に伝達するフォワードクラッチ２０と、後進変速段を確立する際に係合してドライブシャフト１１の回転をドライブプーリ１５に逆方向に伝達するリバースブレーキ２１とを備えた、シングルピニオン式の遊星歯車機構よりなる前後進切換機構２２が設けられる。前後進切換機構２２のサンギヤ２３はドライブシャフト１１に固設され、キャリヤ２４はリバースブレーキ２１によりケーシング２５に拘束可能であり、リングギヤ２６はフォワードクラッチ２０によりドライブプーリ１５に結合可能である。そしてキャリヤ２４に支持された複数のピニオン２７…がサンギヤ２３およびリングギヤ２６に同時に噛合する。

ドリブンシャフト１２の軸端に設けられた発進クラッチ２８は、ドリブンシャフト１２に相対回転自在に支持した第１減速ギヤ２９を該ドリブンシャフト１２に結合する。ドリブンシャフト１２と平行に配置された減速軸３０に、第１減速ギヤ２９に噛合する第２減速ギヤ３１が固設される。ディファレンシャルギヤＤのギヤボックス３２に固設したファイナルドリブンギヤ３３に、減速軸３０に固設したファイナルドライブギヤギヤ３４が噛合する。ギヤボックス３２にピニオンシャフト３５，３５を介して支持した一対のピニオン３６，３６に、ギヤボックス３２に相対回転自在に支持した左車軸３７および右車軸３８の先端に設けたサイドギヤ３９，３９が噛合する。左右の車軸３７，３８の先端にそれぞれ駆動輪Ｗ，Ｗが接続される。

従って、セレクトレバーでフォワードレンジを選択すると、電子制御ユニットＵ１により作動する油圧制御ユニットＵ２からの指令により、先ずフォワードクラッチ２０が係合し、その結果、ドライブシャフト１１はドライブプーリ１５に一体に結合される。続いて発進クラッチ２８が係合し、エンジンＥのトルクがドライブシャフト１１→前後進切換機構２２→ドライブプーリ１５→金属ベルト１９→ドリブンプーリ１７→ドリブンシャフト１２→発進クラッチ２８→第１減速ギヤ２９→第２減速ギヤ３１→減速軸３０→ファイナルドライブギヤ３４→ファイナルドリブンギヤ３３→ディファレンシャルギヤＤ→車軸３７，３８の経路で駆動輪Ｗ，Ｗに伝達され、車両は前進発進する。セレクトレバーでリバースレンジを選択すると、油圧制御ユニットＵ２からの指令によりリバースブレーキ２１が係合し、ドライブプーリ１５がドライブシャフト１１の回転方向と逆方向に駆動されるため、発進クラッチ２８の係合により車両は後進発進する。

このようにして車両が発進すると、油圧制御ユニットＵ２からの指令でドライブプーリ１５の作動油室１６に供給される油圧が増加し、ドライブプーリ１５の可動側プーリ半体１５ｂが固定側プーリ半体１５ａに接近して有効半径が増加するとともに、ドリブンプーリ１７の作動油室１８に供給される油圧が減少し、ドリブンプーリ１７の可動側プーリ半体１７ｂが固定側プーリ半体１７ａから離反して有効半径が減少することにより、ベルト式無段変速機Ｔの変速比がＬＯＷ側からＯＤ側に向けて連続的に変化する。

図２に示すように、金属ベルト１９は左右一対の金属リング集合体４１，４１に多数の金属エレメント４２…を支持したもので、各々の金属リング集合体４１は複数枚の金属リング４３…を積層して構成される。金属板材から打ち抜いて成形した金属エレメント４２は、エレメント本体４４と、金属リング集合体４１，４１が係合する左右一対のリングスロット４５，４５間に位置するネック部４６と、ネック部４６を介して前記エレメント本体４４の径方向外側に接続される概略三角形のイヤー部４７とを備える。エレメント本体４４の左右方向両端部には、ドライブプーリ１５およびドリブンプーリ１７のＶ面４８，４８（図１参照）に当接可能な一対のプーリ当接面４９，４９が形成される。

本明細書において、前後方向とは金属ベルト１９の進行方向を前方として定義され、径方向とはドライブプーリ１５あるいはドリブンプーリ１７の径方向として定義され、左右方向とはドライブプーリ１５あるいはドリブンプーリ１７の軸方向として定義される。

次に、図３に基づいて、金属ベルト１９にミスアライメントＣが発生する理由を説明する。

ドライブプーリ１５およびドリブンプーリ１７は、その固定側プーリ半体１５ａ，１７ａどうしを結ぶラインと、その可動側プーリ半体１５ｂ，１７ｂどうしを結ぶラインとが交差する位置関係に配置される。例えば、ドライブプーリ１５側では固定側プーリ半体１５ａが左側で可動側プーリ半体１５ｂが右側に配置され、逆にドリブンプーリ１７側では固定側プーリ半体１７ａが右側で可動側プーリ半体１７ｂが左側に配置される。このような配置を採用することで、変速比の変更に伴って発生する金属ベルト１９のミスアライメントＣが最小限に抑えられる。

図３（Ｂ）は変速比ｉがＭＩＤ（１．０）の状態を示しており、この状態ではドライブプーリ１５の溝中心線Ｌ１とドリブンプーリ１７の溝中心線Ｌ２とが整列し、金属ベルト１９の全体が同一平面内に配置されてミスアライメントＣはゼロになる。

図３（Ａ）は変速比ｉがＬＯＷの状態を示しており、この状態ではドライブプーリ１５の可動側プーリ半体１５ｂが固定側プーリ半体１５ａから離反するように右側に移動して溝中心線Ｌ１が右側に移動し、またドリブンプーリ１７の可動側プーリ半体１７ｂが固定側プーリ半体１７ａに接近するように右側に移動して溝中心線Ｌ２が右側に移動する。このように、変速比ｉがＬＯＷの状態では、ドライブプーリ１５の可動側プーリ半体１５ｂおよびドリブンプーリ１７の可動側プーリ半体１７ｂが共に右側に移動し、両プーリ１５，１７の溝中心線Ｌ１，Ｌ２が共に右側に移動するためにミスアライメントＣの発生が最小限に抑えられるが、ドライブプーリ１５の溝中心線Ｌ１の右側への移動量がドリブンプーリ１７の溝中心線Ｌ２の右側への移動量よりも大きいため、ドライブプーリ１５側に対してドリブンプーリ１７側が左方向に偏倚するミスアライメントＣが発生する。

図３（Ｃ）は変速比ｉがＯＤの状態を示しており、この状態ではドライブプーリ１５の可動側プーリ半体１５ｂが固定側プーリ半体１５ａに接近するように左側に移動して溝中心線Ｌ１が左側に移動し、またドリブンプーリ１７の可動側プーリ半体１７ｂが固定側プーリ半体１７ａから離反するように左側に移動して溝中心線Ｌ２が左側に移動する。このように、変速比ｉがＯＤの状態では、ドライブプーリ１５の可動側プーリ半体１５ｂおよびドリブンプーリ１７の可動側プーリ半体１７ｂが共に左側に移動し、両プーリ１５，１７の溝中心線Ｌ１，Ｌ２が共に左側に移動するためにミスアライメントＣの発生が最小限に抑えられるが、ドライブプーリ１５の溝中心線Ｌ１の左側への移動量がドリブンプーリ１７の溝中心線Ｌ２の左側への移動量よりも小さいため、ドライブプーリ１５側に対してドリブンプーリ１７側が左方向に偏倚するミスアライメントＣが発生する。

図４は、本実施の形態のドライブプーリ１５の固定側プーリ半体１５ａのＶ面４８の形状と、そこに当接する金属エレメント４２のプーリ当接面４９の概略の形状とを示すものである。基本的に円錐面であるＶ面４８の母線は、その径方向中間に位置するプーリ側変曲点４８ａと、プーリ側変曲点４８ａよりも径方向内側に位置する直線よりなるプーリ側直線部分４８ｂと、プーリ側変曲点４８ａよりも径方向外側に位置する曲線よりなるプーリ側曲線部分４８ｃとで構成される。プーリ側変曲点４８ａから径方向内側に延びるプーリ側直線部分４８ｂは、ドライブシャフト１１に直交する平面に対して角度θで傾斜する直線である。プーリ側変曲点４８ａから径方向外側に延びるプーリ側曲線部分４８ｃは、その接線がドライブシャフト１１に直交する平面に対して成す角度がθからθ＋Δθへと増加する滑らかな曲線である。

一方、Ｖ面４８に当接可能な金属エレメント４２のプーリ当接面４９は基本的に径方向に延びる帯状の面であり、その径方向中間に位置するエレメント側変曲点４９ａと、エレメント側変曲点４９ａよりも径方向外側に位置する直線よりなるエレメント側直線部分４９ｂと、エレメント側変曲点４９ａよりも径方向内側に位置する曲線よりなるエレメント側曲線部分４９ｃとで構成される。エレメント側変曲点４９ａから径方向外側に延びるエレメント側直線部分４９ｂは、ドライブシャフト１１に直交する平面に対して角度θで傾斜する直線である。エレメント側変曲点４９ａから径方向内側に延びるエレメント側曲線部分４９ｃは、基本的には、その接線がドライブシャフト１１に直交する平面に対して成す角度がθからθ＋Δθへと増加する曲線であるが、実際には図８に示す更に複雑な形状を有しており、その具体的な形状は後から詳述する。

従って、ドライブプーリ１５に対して金属エレメント４２が径方向内側に相対移動したとき、プーリ側直線部分４８ｂおよびエレメント側直線部分４９ｂは相互に線接触可能であり、またドライブプーリ１５に対して金属エレメント４２が径方向内側に相対移動したとき、プーリ側曲線部分４８ｃおよびエレメント側曲線部分４９ｃは相互に点接触可能である。

ドリブンプーリ１７の固定側プーリ半体１７ａのＶ面４８の形状と、そこに当接する金属エレメント４２のプーリ当接面４９の形状とは、上述したドライブプーリ１５の固定側プーリ半体１５ａのＶ面４８の形状と、そこに当接する金属エレメント４２のプーリ当接面４９の形状と同じである。

尚、ドライブプーリ１５およびドリブンプーリ１７の可動側プーリ半体１５ｂ，１７ｂの軸線方向の位置は固定されておらず、相手側の固定側プーリ半体１５ａ，１７ａに対して接近・離間することができるため、可動側プーリ半体１５ｂ，１７ｂのＶ面４８の母線の形状はミスアライメントＣの補償に関して影響を及ぼすものではない。しかしながら、本実施の形態では、ドライブプーリ１５の可動側プーリ半体１５ｂのＶ面４８の母線の形状は固定側プーリ半体１５ａのＶ面４８の母線の形状と左右対称形状とされ、ドリブンプーリ１７の可動側プーリ半体１７ｂのＶ面４８の母線の形状は固定側プーリ半体１７ａのＶ面４８の母線の形状と左右対称形状とされる。

図４において、ドライブプーリ１５の固定側プーリ半体１５ａのＶ面４８に対して金属エレメント４２のプーリ当接面４９が径方向外側に相対移動するとき、その前半の変速比ｉがＬＯＷからＭＩＤ（１．０）に向かって移行する過程では、プーリ側直線部分４８ｂおよびエレメント側直線部分４９ｂが線接触することで、金属エレメント４２はＶ面４８に対してゆっくりと図中左側に移動する。しかしながら、その後半の変速比ｉがＭＩＤ（１．０）からＯＤに向かって移行する過程では、プーリ側曲線部分４８ｃおよびエレメント側曲線部分４９ｃが点接触することで、金属エレメント４２はＶ面４８に対して急激に図中左側に移動する。

図３に示す従来例において、例えば変速比ｉが図３（Ｂ）のＭＩＤから図３（Ｃ）のＯＤに移行する場合を考えると、変速比ｉがＭＩＤのときはドライブプーリ１５に巻き付いた金属ベルト１９の金属エレメント４２とドリブンプーリ１７に巻き付いた金属ベルト１９の金属エレメント４２とは軸方向に整列しており、従ってミスアライメントＣはゼロであるが、変速比ｉがＯＤのときはドライブプーリ１５に巻き付いた金属ベルト１９の金属エレメント４２に対してドリブンプーリ１７に巻き付いた金属ベルト１９の金属エレメント４２が軸方向左側に偏倚してミスアライメントＣが発生している。

しかしながら、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）から明らかなように、本実施の形態によれば、変速比ｉがＭＩＤからＯＤに移行する過程で、金属ベルト１９の巻き付き径が小さいドリブンプーリ１７側ではＶ面４８のプーリ側直線部分４８ｂとプーリ当接面４９のエレメント側直線部分４９ｂとが当接するため、金属エレメント４２の軸方向左側への移動量は小さくなるが、金属ベルト１９の巻き付き径が大きいドライブプーリ１５側ではＶ面４８のプーリ側曲線部分４８ｃとプーリ当接面４９のエレメント側曲線部分４９ｃとが当接するため、金属エレメント４２の軸方向左側への移動量は大きくなり、その移動量の差により本来は発生するはずのミスアライメントＣが相殺され、ミスアライメントＣをゼロにし、あるいはゼロに近い値に低減することができる。

図３に示す従来例において、例えば変速比ｉが図３（Ｂ）のＭＩＤから図３（Ａ）のＬＯＷに移行する場合を考えると、変速比ｉがＭＩＤのときはドライブプーリ１５に巻き付いた金属ベルト１９の金属エレメント４２とドリブンプーリ１７に巻き付いた金属ベルト１９の金属エレメント４２とは軸方向に整列しており、従ってミスアライメントＣはゼロであるが、変速比ｉがＬＯＷのときはドライブプーリ１５に巻き付いた金属ベルト１９の金属エレメント４２に対してドリブンプーリ１７に巻き付いた金属ベルト１９の金属エレメント４２が軸方向左側に偏倚してミスアライメントＣが発生している。

しかしながら、図５（Ｂ）および図５（Ａ）から明らかなように、本実施の形態によれば、変速比ｉがＭＩＤからＬＯＷに移行する過程で、金属ベルト１９の巻き付き径が小さいドライブプーリ１５側ではＶ面４８のプーリ側直線部分４８ｂとプーリ当接面４９のエレメント側直線部分４９ｂとが当接するため、金属エレメント４２の軸方向右側への移動量は小さくなるが、金属ベルト１９の巻き付き径が大きいドリブンプーリ１７側ではＶ面４８のプーリ側曲線部分４８ｃとプーリ当接面４９のエレメント側曲線部分４９ｃとが当接するため、金属エレメント４２の軸方向右側への移動量は大きくなり、その移動量の差により本来は発生するはずのミスアライメントＣが相殺され、ミスアライメントＣをゼロにし、あるいはゼロに近い値に低減することができる。

このように、ドライブプーリ１５およびドリブンプーリ１７のＶ面４８にプーリ側直線部分４８ｂおよびプーリ側曲線部分４８ｃを形成し、かつ金属エレメント４２のプーリ当接面４９にエレメント側直線部分４９ｂおよびエレメント側曲線部分４９ｃを形成することで、変速比ｉの変更に伴って発生する金属ベルト１９にミスアライメントＣを補償することができるので、金属ベルト１９は軸線方向の荷重を受けることなくドライブプーリ１５およびドリブンプーリ１７の溝中心に整列することができ、金属ベルト１９の金属エレメント４２…はドライブプーリ１５およびドリブンプーリ１７のＶ面４８…にスムーズに噛み込むことが可能になって異常摩耗等による耐久性低下を防止することができる。

上述したように、Ｖ面４８のプーリ側曲線部分４８ｃおよびプーリ当接面４９のエレメント側曲線部分４９ｃの形状をミスアライメントＣに相当する量だけ湾曲させた曲線形状とすることで、ミスアライメントＣの影響を補償することができる。その反面、従来の金属エレメント４２の形状は、図１０に示すように、金属ベルト１９の巻き付き径が大きくなると、Ｖ面４８のプーリ側曲線部分４８ｃとプーリ当接面４９のエレメント側曲線部分４９ｃとの当接点Ｐがエレメント側曲線部分４９ｃ上を次第に径方向内側に移動するため、当接点Ｐと金属エレメント４２のサドル面５０との距離ｄが増加する。その結果、金属ベルト１９の巻き付き径の増加に応じて、プーリ当接面４９の径方向外端部（サドル面５０の左右方向外端部）とＶ面４８との間の隙間αが増加することになる。尚、プーリ当接面４９の径方向外端部とは、そこが面取りされずに尖っていると仮定した位置である。

図６および図７に示すように、金属エレメント４２のサドル面５０および金属リング集合体４１の金属リング４３…にはそれぞれ左右方向のクラウニングが施されており、サドル面５０のクラウニングの頂点Ｃ１は、金属リング４３…のクラウニングの頂点Ｃ２に対して、初期状態（設計値）において距離βだけ左右方向外側に偏倚している。

これを更に説明すると、図６は、金属ベルト１９の巻き付き径が小さく、プーリ側直線部分４８ｂおよびエレメント側直線部分４９ｂが当接する状態を示しており、このとき隙間αは０であってクラウニングの二つの頂点Ｃ１，Ｃ２は設定値である距離βだけずれている。よって、クラウニングの二つの頂点Ｃ１，Ｃ２が一致しようとするセンタリング作用で金属リング集合体４１はサドル面５０に対して左右方向外側に付勢され、金属リング集合体４１の左右方向外縁がＶ面４８に当接することで、金属リング集合体４１の左右方向のランダムな移動が抑制されて金属リング集合体４１の挙動の安定が図られる。

一方、図７は金属ベルト１９の巻き付き径が最大であってプーリ側曲線部分４８ｃおよびエレメント側曲線部分４９ｃが当接する状態を示しており、このとき隙間αは最大のαｍａｘとなる。クラウニングの二つの頂点Ｃ１，Ｃ２が一致しようとするセンタリング作用で金属リング集合体４１はサドル面５０に対して左右方向外側に隙間αｍａｘに相当する距離だけ移動するが、その移動後であってもクラウニングの二つの頂点Ｃ１，Ｃ２の距離β′は０より大きい正値に維持される。よって金属ベルト１９の巻き付き径が最大になって隙間αが最大のαｍａｘになっても、β＞αｍａｘの関係が常時成立することになる。よって、金属リング集合体４１の左右方向外縁はＶ面４８に確実に当接し、金属リング集合体４１の左右方向のランダムな移動が抑制されて金属リング集合体４１の挙動の安定が図られる。

尚、隙間αはプーリ側変曲点４８ａよりも巻き付き径が大きくなるにつれて０から大きくなり、最大巻き付き径にてαｍａｘになる。また設計値βと最大隙間αｍａｘとの関係であるβ＞αｍａｘは、金属リング集合体４１の最外周の金属リング４３まで全てに適用されるものである。

しかしながら、図１０において、プーリ当接面４９の径方向外端部とＶ面４８との間の隙間αが増加すると、クラウニングにより左右方向外側に付勢された金属リング集合体４１がサドル面５０から隙間α上にはみ出してしまい、その分だけサドル面５０と金属リング集合体４１との接触面積が減少して接触面圧が高まることで、金属エレメント４２や金属リング集合体４１の耐久性に悪影響が及ぶ懸念がある。よって、金属ベルト１９の巻き付き径が増加したとき、プーリ当接面４９の径方向外端部とＶ面４８との間の隙間αを可及的に小さく抑えることが望ましい。

そこで、図１１に示すように、Ｖ面４８のプーリ側曲線部分４８ｃに当接するプーリ当接面４９の当接点Ｐの径方向外側にずらし、当接点Ｐと金属エレメント４２のサドル面５０との距離ｄを減少させれば、隙間αを小さく抑えることができる。しかしながら、当接点Ｐを径方向外側にずらそうとしても、従来のエレメント側曲線部分４９ｃの形状では、金属ベルト１９の巻き付き径が増加したときに、当接点Ｐの径方向内側でエレメント側曲線部分４９ｃがプーリ側曲線部分４８ｃと干渉してしまうため（図１１の斜線部参照）、当接点Ｐを径方向外側にずらすことは困難である。

図８は、本実施の形態の金属エレメント４２のエレメント側曲線部分４９ｃの詳細な形状を示すものであり、このエレメント側曲線部分４９ｃは、エレメント側直線部分４９ｂの径方向内側に滑らかに連なる半径Ｒ１の第１円弧部Ａ１と、第１円弧部Ａ１の径方向内側に角部を介して連なる半径Ｒ２の第２円弧部Ａ２とで構成される。第２円弧部Ａ２の曲率半径Ｒ２は第１円弧部Ａ１の曲率半径Ｒ１よりも大きく設定される。これにより、第１円弧部Ａ１と第２円弧部Ａ２との間に左右方向内側に窪む空間γが形成され、第１円弧部Ａ１は主当接点Ｐ１でＶ面４８に当接し、第２円弧部Ａ２は副当接点Ｐ２でＶ面４８に当接することになる。

図９に示すように、変速比ｉがＭＩＤ（１．０）の状態よりも金属ベルト１９の巻き付き径が小さいとき、エレメント側直線部分４９ｂとプーリ側直線部分４８ｂとが線接触した状態にある。本実施の形態では、ここから金属ベルト１９の巻き付き径が増加して変速比ｉがＭＩＤ（１．０）の状態の近傍に達すると、エレメント側曲線部分４９ｃとプーリ側曲線部分４８ｃとが、主当接点Ｐ１および副当接点Ｐ２の２点で相互に当接する。ここから金属ベルト１９の巻き付き径が更に増加すると、幾何学的には副当接点Ｐ２が当接状態に維持されて主当接点Ｐ１がＶ面４８から浮き上がることになる。言い換えると、主当接点Ｐ１を当接状態に維持しようとすると副当接点Ｐ２の近傍がプーリ側曲線部分４８ｃと干渉してしまい（図８の斜線部分参照）、主当接点Ｐ１を当接状態に維持できなくなる。

しかしながら、金属エレメント４２の本体部４４の下縁の左右方向両端側には三角形状の凹部５１，５１が形成されており、エレメント側曲線部分４９ｃは左右方向内側に比較的容易に弾性変形可能であるため、この弾性変形により副当接点Ｐ２が左右方向内側に変位することで、主当接点Ｐ１および副当接点Ｐ２の２点での当接状態を維持することができる。

金属エレメント４２のプーリ当接面４９を上述した形状とすることで、金属ベルト１９が変速比ｉがＭＩＤ（１．０）の位置よりも径方向内側にあるときには、プーリ側直線部分４８ｂおよびエレメント側直線部分４９ｂを当接させて隙間αを０にすることができる（図９参照）。また金属ベルト１９が変速比ｉがＭＩＤ（１．０）の位置よりも径方向外側にあるときには、図８に示すように、プーリ側曲線部分４８ｃおよびエレメント側曲線部分４９ｃを主当接点Ｐ１および副当接点Ｐ２の２点で当接するが、曲率半径Ｒ１が小さい第１円弧部Ａ１の径方向内側には左右方向内側に窪む空間γが存在し、第１円弧部Ａ１は局部的に左右方向外側に突出するため、第１円弧部Ａ１の主当接点Ｐ１の位置は金属ベルト１９の位置が径方向外側に移動しても略一定に維持される。その結果、金属ベルト１９の位置が径方向外側に移動するのに伴ってプーリ当接面４９の径方向外端部とＶ面４８との間の隙間αが増加するのが防止され、全ての変速比領域において隙間αの大きさが最小限に抑えられる。よって、金属リング集合体４１の左右方向外端部が隙間α上に張り出す量が小さくなり、金属リング集合体４１およびサドル面５０の接触面圧の増加を抑制して耐久性を高めることができる。

しかも、仮にプーリ側曲線部分４８ｃおよびエレメント側曲線部分４９ｃが主当接点Ｐ１だけで当接すると、主当接点Ｐ１の接触面圧が過剰に高まって耐久性に悪影響が及ぶ可能性があるが、本実施の形態によれば、プーリ側曲線部分４８ｃおよびエレメント側曲線部分４９ｃが主当接点Ｐ１および副当接点Ｐ２の２点で当接することにより、接触面圧を低下させて耐久性を確保することができる。

尚、金属ベルト１９が変速比ｉがＭＩＤ（１．０）の位置よりも径方向内側にあり、プーリ側直線部分４８ｂおよびエレメント側直線部分４９ｂが線接触するとき、エレメント側曲線部分４９ｃの第２円弧部Ａ２はプーリ側直線部分４８ｂに当接することはない（図９参照）。これにより、プーリ側直線部分４８ｂおよびエレメント側直線部分２９ｂが当接する変速比領域において、第２円弧部Ａ２がプーリ側直線部分４８ｂに無駄に当接して偏摩耗するのを防止することができる。

第２の実施の形態

第１の実施の形態では、エレメント側曲線部分４９ｃを構成する第１円弧部Ａ１および第２円弧部Ａ２が尖った角部で交差するため（図８参照）、その部分に応力集中が発生する可能性がある。図１２に示す第２の実施の形態は、第１円弧部Ａ１および第２円弧部Ａ２を滑らかな曲線よりなる接続部Ａ３で接続して尖った角部で交差するのを防止したものであり、これにより尖った角部における応力集中の発生を回避することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では、変速比ｉがＭＩＤ（１．０）の状態の近傍に達するとエレメント側曲線部分４９ｃとプーリ側曲線部分４８ｃとが主当接点Ｐ１および副当接点Ｐ２の２点で相互に当接し、ここから金属ベルト１９の巻き付き径が増加すると、金属エレメント４２の弾性変形で主当接点Ｐ１および副当接点Ｐ２の２点が当接状態に維持されるが、変速比ｉがＭＩＤ（１．０）の状態の近傍に達するとエレメント側曲線部分４９ｃとプーリ側曲線部分４８ｃとが主当接点Ｐ１だけで相互に当接し、ここから金属ベルト１９の巻き付き径が増加しても主当接点Ｐ１だけが当接して副当接点Ｐ２は当接せず、金属ベルト１９の巻き付き径が更に増加したときに主当接点Ｐ１および副当接点Ｐ２の２点が同時に当接するようにしても良い。即ち、全変速比領域のうちの少なくとも一つの変速比において、主当接点Ｐ１および副当接点Ｐ２の２点が同時に当接するようにしても良い。

１５ドライブプーリ
１５ａ固定側プーリ半体
１５ｂ可動側プーリ半体
１７ドリブンプーリ
１７ａ固定側プーリ半体
１７ｂ可動側プーリ半体
１９金属ベルト
４１金属リング集合体
４２金属エレメント
４８Ｖ面
４８ａプーリ側変曲点
４８ｂプーリ側直線部分
４８ｃプーリ側曲線部分
４９プーリ当接面
４９ａエレメント側変曲点
４９ｂエレメント側直線部分
４９ｃエレメント側曲線部分
５０サドル面
Ａ１第１円弧部
Ａ２第２円弧部
Ａ３接続部
Ｃ１サドル面のクラウニングの頂点
Ｃ２金属リング集合体のクラウニングの頂点
Ｒ１第１円弧部の曲率半径
Ｒ２第２円弧部の曲率半径
α Ｖ面とプーリ当接面の径方向外端部との間に発生する隙間
β クラウニングの二つの頂点間の所定距離

Claims

固定側プーリ半体（１５ａ）および可動側プーリ半体（１５ｂ）からなるドライブプーリ（１５）と、固定側プーリ半体（１７ａ）および可動側プーリ半体（１７ｂ）からなるドリブンプーリ（１７）と、前記ドライブプーリ（１５）のＶ面（４８）および前記ドリブンプーリ（１７）のＶ面（４８）に巻き掛けられた金属ベルト（１９）とを備え、前記金属ベルト（１９）は金属リング集合体（４１）に複数の金属エレメント（４２）を支持して構成され、前記ドライブプーリ（１５）および前記ドリブンプーリ（１７）の一方の溝幅を増加させて他方の溝幅を減少させることで変速比を変更するベルト式無段変速機であって、
前記ドライブプーリ（１５）および前記ドリブンプーリ（１７）の前記Ｖ面（４８）の母線は、プーリ側変曲点（４８ａ）よりも径方向内側のプーリ側直線部分（４８ｂ）と、前記プーリ側変曲点（４８ａ）よりも径方向外側のプーリ側曲線部分（４８ｃ）とを備え、
前記金属エレメント（４２）のプーリ当接面（４９）は、エレメント側変曲点（４９ａ）よりも径方向外側に位置して前記プーリ側直線部分（４８ｂ）に当接可能なエレメント側直線部分（４９ｂ）と、前記エレメント側変曲点（４９ａ）よりも径方向内側に位置して前記プーリ側曲線部分（４８ｃ）に当接可能なエレメント側曲線部分（４９ｃ）とを備え、
前記エレメント側曲線部分（４９ｃ）は、前記エレメント側直線部分（４９ｂ）よりも径方向内側に位置する第１円弧部（Ａ１）と、前記第１円弧部（Ａ１）よりも径方向内側に位置する第２円弧部（Ａ２）とを含み、少なくとも一つの変速比において前記第１円弧部（Ａ１）および前記第２円弧部（Ａ２）が同時に前記プーリ側曲線部分（４８ｃ）に当接することを特徴とするベルト式無段変速機。
前記第２円弧部（Ａ２）の曲率半径（Ｒ２）は前記第１円弧部（Ａ１）の曲率半径（Ｒ１）よりも大きく、前記プーリ側直線部分（４８ｂ）および前記エレメント側直線部分（４９ｂ）が当接するときに、前記第２円弧部（Ａ２）は前記プーリ側直線部分（４８ｂ）に当接しないことを特徴とする、請求項１に記載のベルト式無段変速機。
前記エレメント側曲線部分（４９ｃ）は、前記第１円弧部（Ａ１）と前記第２円弧部（Ａ２）とを滑らかに接続する接続部（Ａ３）を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のベルト式無段変速機。
前記金属エレメント（４２）のサドル面（５０）および該サドル面（５０）に支持される前記金属リング集合体（４１）にはそれぞれ左右方向のクラウニングが施されており、前記サドル面（５０）のクラウニングの頂点（Ｃ１）は、前記金属リング集合体（４１）のクラウニングの頂点（Ｃ２）に対して所定距離（β）だけ左右方向外側に偏倚しており、前記所定距離（β）は、前記Ｖ面（４８）と前記プーリ当接面（４９）の径方向外端部との間に発生する隙間（α）よりも大きく設定されることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のベルト式無段変速機。