JP2018112312A - 横断部材とリングスタックとを備える、無段変速機に用いられる駆動ベルト、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無段変速機の駆動ベルトの耐用年数の改善を図る。【解決手段】互いに重ね合わされた連続的な複数のリングのスタックに取り付けられた横断部材（１０）の列を含み、動作中にリングスタックを支持する、横断部材（１０）の半径方向外方へ面する支持面（４２）を有する、ベルトアンドプーリタイプの無段変速機に用いられる駆動ベルトにおいて、規定の基準を満たすような横断部材幅の最大変動をもって、様々な幅を有する横断部材（１０）を、リングスタックに配置する。【選択図】図４

Description

本開示は、２つのプーリと駆動ベルトとを備える無段変速機に用いられる駆動ベルトに関する。そのような駆動ベルトは、国際特許出願である国際公開第２０１５／０６３１３２号において公知であり、各々が互いに重ね合わされた連続的ないくつかのバンド、つまり平らで薄いリングのスタックに取り付けられた横断部材の列を含む。横断部材は、リングスタックのそれぞれの周部分を収容しかつ制限する開口を形成する一方、リングスタックの周に沿って動くことが可能である。この特別なタイプの駆動ベルトは、プッシュタイプの駆動ベルトまたはブッシュベルトとも称される。本開示は、両方の設計の駆動ベルトを製造する方法にも関する。

後述の記載において、軸方向、半径方向および周方向は、円形姿勢で配置されたときの駆動ベルトに関して規定されている。さらに、横断部材の厚さ寸法は、駆動ベルトの周方向に規定されており、横断部材の高さ寸法は、前記半径方向に規定されており、横断部材の幅方向は、前記軸方向に規定されている。

公知の横断部材の各々は、ベース部分と中央部分と上側部分とから成る。横断部材の中央部分は、横断部材の前記ベース部分と上側部分とを相互接続しながら半径方向に延在している。中央部分の両側で、横断部材は、駆動ベルトのそれぞれのリングスタックを収容するために、開口を、横断部材のベース部分と上側部分との間に形成する。各々の開口において、横断部材の、半径方向外方へ面する下面は、半径方向外側でリングスタックに接触し、これを支持する。横断部材のベース部分に関する、開口のこれらの下面は、以下、支持面と称される。

駆動ベルトの横断部材の列において、横断部材の前側本体面の少なくとも一部は、前記列におけるそれぞれ先行の横断部材の後側本体面の少なくとも一部に当接するのに対して、横断部材の後側本体の少なくとも一部は、それぞれ後続の横断部材の前側本体面の少なくとも一部に当接する。横断部材のこれらの前側本体面および後側本体面の少なくとも１つ、たとえば前側本体面は、軸方向に延在する凸状に湾曲した表面部分を含む。この湾曲した表面部分は、前側本体面を、互いに対して所定の角度に向けられた半径方向外側表面部分と半径方向内側表面部分とに分割している。駆動ベルトにおいて当接している横断部材は、互いに対して傾動することができる一方、そのような湾曲した表面部分で、かつこれを介して、相互の接触が維持され、ゆえに、そのような湾曲した表面部分は、以下、傾動縁部と称される。傾動縁部は、駆動ベルトの横断部材の列が、トランスミッションプーリによりもたらされるリングスタックの局所的な湾曲に追従することを可能にする。

上述のように、駆動ベルトにおいて、横断部材は、リングスタックの周に沿ってリングスタックに対して可動である。このことは、駆動ベルトの動作中に、リングスタックに、少なくとも別のタイプの駆動ベルトと比べて、プーリの間で駆動ベルトにより伝達されるトルクに関する比較的低いレベルの張力が掛けられるという利点を有する。しかし一方、横断部材とリングスタックとの間のそのような摺動モーメントまたはスリップが、小さいが想定摩擦損失を引き起こすことが知られている。そのような摺動モーメントを、好適には、高さ方向でリングスタックの半径方向内側のできるだけ近くに横断部材の傾動縁部を配置することにより、最小限に抑えることができる。理論的には、この点において、傾動縁部は、好適には、対象となる横断部材の支持面と一致するように配置されている。

実際には、傾動縁部は、通常は、支持面の半径方向内側に約１ｍｍの距離を置いて配置されている。しかし実際には、たとえば国際公開第２０１５／０６３１３２号により教示されたように、横断部材の生産に特別な製造工程を採用することにより、前記距離を、０．９ｍｍ〜０．６ｍｍまたはそれ未満に減少させることができる。

横断部材の態様の上記設計および横断部材の効率改善効果は、実際に試験されていて、確認されている。しかし、全部ではないが一部の場合において、これらの試験は、駆動ベルト全体の耐用期間の僅かではあるが極めて不都合な短縮を示しており、この事象は、予想も理解もされなかった。

本開示は、駆動ベルト、特に傾動縁部が支持面の半径方向内側０．９ｍｍ以内に、より具体的には０．６ｍｍ以内に配置されている横断部材を有する駆動ベルトの耐用期間を改善することを目的とする。

本開示によれば、そのような改善は、驚くべきことに、駆動ベルトの横断部材の前記ベース部分の幅寸法の偏差をコントロールすることにより、特にこれらの横断部材の支持面と本体面との間の移行縁部の曲率半径に関してそのような幅の偏差をコントロールすることにより、実現することができる。

本開示の根底を成す認識によれば、トランスミッションプーリにおける駆動ベルトの個々の横断部材の半径方向の位置は、その幅により決定される。したがって、個々の横断部材の支持面の半径方向位置も、その幅により決定される。したがって、一対の当接している横断部材の一方のより広幅の横断部材の支持面は、前記対偶の他方のより狭幅の横断部材の支持面に対して半径方向外方へ突出する。その結果、リングスタックは、これらの支持面と接触するだけでなく、少なくとも前記より広幅の横断部材の支持面と本体面との間の前記移行縁部の周囲で曲がっている。移行縁部とリングスタックの半径方向内側との間のそのような接触は、特に移行縁部が比較的シャープな縁部である場合に、リング応力レベルを増加させる。実際には、リングパッケージのうちの最も半径方内側のリングの降伏応力が超過され、その最も内側のリングの耐用期間を損なうことすら起こり得る。

上記事象の後からの理解によれば、公知の駆動ベルトにおいてそれは重要ではないと結論づけてもよい。というのも、特に、大量生産において、これらの横断部材の幅の通常の変動に関して、駆動ベルトの横断部材の移行縁部が、比較的大きな曲率半径をもって滑らかに丸み付けられているからである。しかし、上述の、支持面と傾動縁部との間の距離の減少とともに、移行縁部の曲率半径も同様に減少させなければならなかった。

より具体的には、本開示によれば、経験的に導き出された以下の関係は、駆動ベルトにおいて当接している横断部材の各々の対偶の間の許容されるミリメートルの最大幅偏差ΔＷｍに近似し、横断部材の支持面と本体面との間の移行縁部のミリメートルの曲率半径Ｒｔｅに近似する：
ΔＷｍ ＜ ０．００５＊ｅ＾（１０＊Ｒｔｅ） （１）
ここで、「ｅ」は、自然指数の底を表す。

駆動ベルトの傾動縁部と支持面特徴との間の約１ｍｍの距離を有する公知の駆動ベルトにおいて、移行縁部の曲率半径Ｒｔｅは、０．５ｍｍ以上であってもよく、これは、式（１）によれば、０．７４２ｍｍの最大幅偏差ΔＷｍを与える。この後者の値は、バリ取りおよび急冷硬化が後に続く（微細）打抜き加工により帯材から横断部材を切断する一般的に採用される製造工程の精度の範囲内で容易に実現されているので、上述の事象は、実際には、公知の駆動ベルトでは生じない。しかし、たとえば支持面の半径方向内側０．７ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲内で傾動縁部の好適な配置を実現するために、移行縁部の曲率が０．３ｍｍ以下に減少させられると、最大幅偏差ΔＷｍは、０．１ｍｍ以下へ低下し、これは、一般的に採用される前記製造工程により達成するには問題となり得る。

本開示による上述の新規な設計要求は、原則的に、打抜き工程、バレル研磨工程および／または急冷硬化工程の精度を改善することにより実施することができた。しかし、その実施は、全く経済的でも実用的でもないかもしれない。代替例として、本開示は、（ａ）リングスタックに横断部材が取り付けられる前に横断部材の幅Ｗを測定し、（ｂ）そのような幅に関して定められた基準を満たす横断部材だけをリングスタックに取り付けるために選択することを提案する。そのように定められた基準は、たとえば、駆動ベルトの全ての横断部材が満たさなければならない幅範囲であってもよい。代替的にまたは追加的に、最大幅偏差は、駆動ベルトの横断部材の列における、リングスタックに取り付けられている全ての連続的な横断部材において当接している、つまり予め取り付けられた横断部材に関して規定されてもよい。

以下、さらに図面を参照して、上述された駆動ベルトおよびその製造方法を説明する。図面において、同一の参照符号は、同一のまたは同等の部分を示している。

２つのプーリにわたって走行している駆動ベルトを有する無段変速機の概略斜視図を示す。 駆動ベルトの周方向に向けられた公知の駆動ベルトの概略断面図を示す。 公知の駆動ベルトの横断部材を幅方向で見た概略図を示す。 図３に描画された横断部材の関係する部分の拡大図である。 ２つのプーリシーブの間に締め付けられた横断部材の概略図である。 駆動ベルトの湾曲した軌道部分の概略図である。 駆動ベルト６の横断部材１０の間の最大幅偏差ΔＷｍに関してモデル化されたリング応力σｒが記入された線図である。

図１は、たとえば自動車の原動機と駆動輪との間で自動車に利用するための無段変速機を概略的に示している。無段変速機は、概して参照符号１を用いて示されている。無段変速機１は、２つのプーリ２，３と、プーリ２，３の周囲に閉ループで設けられた駆動ベルト６とを有する。プーリ２，３の各々には、プーリ軸４および２つのプーリシーブ７，８が設けられており、そのうちの第１のプーリシーブ７は、それぞれのプーリ２，３のプーリ軸４に固定されていて、そのうちの第２のプーリシーブ８は、そのようなプーリ軸４に対して軸方向に変位可能である一方、回転方向でプーリ軸４に固定されている。トランスミッション１の動作中に、駆動ベルト６は、各々のプーリ２，３において、プーリ２，３のそれぞれのプーリシーブ７，８によりこれらの間で走行半径Ｒを置いて締め付けられており、走行半径Ｒは、それぞれ互いに離間する方向へプーリ２，３のプーリシーブ７，８が移動することによりトランスミッションの速度比を変更するために変化させることができる。

駆動ベルト６は、以下リングスタック９と称される、相互に半径方向で重ね合わされた連続的なバンドまたはリングの２つのセットを有する。駆動ベルト６の横断部材１０は、リングスタック９に配置されていて、駆動ベルト６の全周に沿ってほぼ連続的な列を形成する。簡略化のために、これらの横断部材１０の一部だけが図１に示されている。

横断部材１０は、少なくともリングスタック９の周に沿って、リングスタック９に対して可動に設けられている。結果として、横断部材１０が互いに対して押し付けられ、プーリ２，３の回転方向でリングスタック９の周に沿って互いに前方へ押し付けられることにより、摩擦を用いて、トランスミッションプーリ２，３の間でトルクを伝達することができる。横断部材１０および駆動ベルト６のリングスタック９（のリング）は、通常は、鋼製である。この特定のタイプのトランスミッション１およびその動作原理は、それ自体広く知られている。

図２には、駆動ベルト６の長さ方向または周方向Ｃに向けられた、つまり駆動ベルト６の幅方向または軸方向Ａに対して、かつ高さ方向または半径方向Ｒに対して垂直に向けられた断面図で、駆動ベルト６の１つの例示的な態様が示されている。図３には、図２の横断部材１０だけが軸方向Ａで見た側面図で示されている。

図２では、リングスタック９が、断面図で示されており、駆動ベルト６の１つの横断部材１０が、正面図で示されている。この場合、リングスタック９は、それぞれ５つの、個々の平らで薄くて柔軟な無端リング５から成り、無端リング５は、半径方向Ｒに相互に同心に重ね合わされていて、それぞれのリングスタック９が形成される。しかし実際には、これらのリングスタック９は、多くの場合、６つ以上の無端リング５、たとえば９つまたは１２個の無端リング５を含み、さらに多くも可能である。

図２および図３では、横断部材１０は、半径方向Ｒで順に、ほぼ台形のベース部分１３と、比較的狭い中央部分１４と、ほぼ三角形の上側部分１５とを有する。中央部分１４の両側において、ベース部分１３と上側部分１５との間に開口３３が形成されており、開口３３内にリングスタック９が収容されている。各々の開口３３において、ベース部分１３の、半径方向外方へ面する支持面４２が、動作中に、それぞれのリングスタック９の半径方向内側と接触する。

横断部材１０の前面は、概して参照符号１１によって示されているのに対して、横断部材１０の後面は、概して参照符号１２によって示されている。以下、前面１１および後面１２は、概して本体面１１，１２と称される。駆動ベルト６において、横断部材１０の前面１１の少なくとも一部は、後続の横断部材１０の後面１２の少なくとも一部と当接するのに対して、横断部材１０の後面１２の少なくとも一部は、先行の横断部材１０の前面１１の少なくとも一部と当接する。

横断部材１０は、横断部材１０の接触面３７を介して各々のプーリ２，３のディスク７，８の間に及ぼされる締付力を取り上げる。１つのこのような接触面３７は、横断部材１０の各々の軸方向側に設けられている。これらの接触面３７は、半径方向外方へ互いに拡開しており、これにより、接触面の間に鋭角が形成されており、この鋭角は、ベルト角Φと称され、プーリ２，３のプーリシーブ７，８の間に形成されたプーリ角Θとほぼ一致する。

横断部材１０には、横断部材１０の前面１１から突出する突出部４０と、後面１２に設けられた対応する孔４１とが設けられている。駆動ベルト６において、後続の横断部材１０の突出部４０が、先行の横断部材１０の孔４１内に少なくとも部分的に配置されており、これにより、駆動ベルト６の周方向Ｃに対して垂直な平面内のこれらの隣接する横断部材１０の相互の変位が阻止されているか、または少なくとも制限されている。

横断部材１０のベース部分１３における前面１１に、揺動縁部１８が形成されている。揺動縁部１８は、前面１１の凸状に湾曲した領域により成されていて、この領域は、前記前面１１を半径方向Ｒで、互いに対して所定の角度で方向付けられた２つの部分に分ける。揺動縁部１８の重要な機能は、プーリ２，３において、隣接する横断部材１０が互いに対して僅かに回転させられた、つまり傾動された位置にあるとき、隣接する横断部材１０間に相互のプッシュ接触を提供することである。前記プッシュ接触における最小限の接触応力を好ましい形で実現するために、ならびにこのような接触の安定のために、揺動縁部１８は、好適には横断部材１０の局所的な幅全体に沿って延在している。本開示の文脈中において、横断部材１０の幅Ｗは、揺動縁部１８において規定されている。

揺動縁部１８は、好適には、支持面４２の傍に、つまり最小距離Ｄｒｃを置いて支持面４２の半径方向内側に配置されている。しかし、その距離Ｄｒｃが小さくなるほど、横断部材１０の前面１１と支持面４２との間の移行縁部５０がより鋭くなる。横断部材１０の設計におけるこの後者の態様は、図３において点線の円で示された領域Ｅの拡大図で図４に示されている。図４の左側では、比較的大きな揺動縁部−支持面−距離Ｄｒｃが示されていて、少なくとも、比較的小さな揺動縁部支持面−距離Ｄｒｃを有する、図４の右側における横断部材１０の設計と比べて、比較的大きな曲率半径Ｒｔｅが移行縁部５０に設けられることを許容している。実際には、図４に示されるように、曲率半径Ｒｔｅは、大量生産において揺動縁部１８が移行縁部５０と重畳しないことを確実に保証するために、揺動縁部支持面−距離Ｄｒｃよりもいくらか小さくなっている。

図４には、移行縁部５０は、半径の円弧Ｒｔｅとして描画されている。しかし実際には、移行縁部５０は、一様に形付けられてなくてもよく、この場合少なくとも本開示の文脈中において、移行縁部５０の輪郭は、半径の円弧Ｒｔｅ（最も近い適合）で近似されている。したがって、支持面４２と本体面１１，１２との間の移行縁部半径Ｒｔｅは、重要ではないと見えるかもしれない。しかし、少なくとも、駆動ベルト６の比較的広幅の横断部材１０については、この移行縁部５０は、実際には、それぞれのリングスタック９の半径方向内側と接触して、リングスタック９の全体の応力レベルを増加している。

図５には、プーリシーブ７，８の間で締め付けられるとき、より大きな幅Ｗ−ｂを有するより広幅の横断部材１０−ｂがより小さな幅Ｗ−ａを有するより狭幅の横断部材１０−ａの半径方向位置Ｒ−ａに対していくらか大きな半径方向位置Ｒ−ｂに配置されることが、誇張して示されている。換言すると、実際には、プーリ２，３における駆動ベルト６の前記走行半径Ｒは、横断部材１０のそれぞれの幅Ｗ−ａ、Ｗ−ｂに関して、個々の横断部材１０の間で僅かに変動している。前記半径方向位置Ｒにおける差ΔＲは、前記幅Ｗ−ａ、Ｗ−ｂにおける差ΔＷと直接に関係している：
ΔＲ＝１／２ΔＷ／ｔａｎ（１／２Θ） （２）

さらにこの後者の態様は、７つの横断部材１０のセットにより、図６に概略的に示されており、横断部材１０のうちベース部分１３だけが、相互に傾動した位置で、したがって駆動ベルト６の湾曲した軌道部分を形成している位置で描画されている。図６の左側では、全ての横断部材１０は、同一の幅Ｗを有し、これにより、これらの横断部材１０は、破線で示されたように、プーリシーブ７，８の間を同一の半径方向位置Ｒで走行する。図６の右側では、異なる幅Ｗ−ａ，Ｗ−ｂを有する前記横断部材１０−ａ，１０−ｂが、そのような湾曲した軌道部分に位置する。図６から、横断部材１０の列において、より狭幅の横断部材１０−ａに広幅の横断部材１０−ｂが続くとき、後者の横断部材の１０の移行縁部５０が、破線で示されたように、リングスタック９の半径方向内側で衝突することが明らかであってもよい。

駆動ベルト６のリングスタック９の内側リングにおける全体の応力レベルは、そのようなリングと移行縁部５０との接触の応力増加効果を含んでモデル化されている。図７は、移行縁部５０の曲率半径Ｒｔｅのいくつかの値において、駆動ベルト６に生じる横断部材１０の最大幅偏差ΔＷｍに関するそのようにモデル化されたリング応力σｒの線図を提供している。図７には、動作中に越えてはならない、駆動ベルト６を設計するための臨界リング応力σｒ−ｃｒｉｔを表している破線も記入されている。本開示の文脈中において、この臨界設計リング応力σｒ−ｃｒｉｔは、１０％の安全マージンを引いて、リングの降伏応力から導き出される。この図７から、式（１）に従った、移行縁部半径Ｒｔｅと最大幅偏差ΔＷｍとの間の関係を導き出すことができる。

図７および式（１）に基づいて、特に横断部材１０が、横断部材１０の本体面１１，１２と支持面４２との間の移行縁部５０の比較的小さな曲率半径Ｒｔｅをもって製造されているとき、本開示は、横断部材１０がリングスタック９に取り付けられる前に横断部材１０の幅Ｗを測定することと、リングスタック９に取り付けるために、横断部材１０の測定幅Ｗに関係する前述の基準を満たす横断部材１０だけを選択することを提案する。

本開示は、上述の説明の全体および添付図面の全ての詳細に加えて、添付の特許請求の範囲の全ての特徴にも関し、これらの特徴を含む。請求項における括弧書きの符号は、請求項の範囲を限定するのではなく、単に、それぞれの特徴の拘束力のない例として提供されている。請求項に記載された特徴は、場合によって、任意の製品または任意の方法において別々に適用することができるが、同時にこれらの特徴の２つ以上のあらゆる組合せを適用することもできる。

本開示によって表された発明は、明細書に明示的に言及された実施の形態および／または例に限定されるのではなく、その補正、変更、変形および実用的な適用も含み、特に当業者には明らかである。

Claims (5)

1. リングスタック（９）と複数の横断部材（１０）とを備え、該横断部材（１０）は、連続的に可動に前記リングスタック（９）に配置されており、前記横断部材（１０）には、前記リングスタック（９）を収容するための開口（３３）が設けられており、該開口（３３）は、該開口（３３）の下側で、それぞれの前記横断部材（１０）のベース部分（１３）の上側における支持面（４２）により画定されており、前記ベース部分（１３）には、前記横断部材（１０）の前側本体面（１１）の部分により成される揺動縁部（１８）が設けられており、該揺動縁部（１８）は、それぞれの前記横断部材（１０）の前記ベース部分（１３）の幅寸法（Ｗ）にわたって幅方向で延在しており、前記揺動縁部（１８）は、当該幅方向に対して垂直に凸状に湾曲しており、前記ベース部分（１３）には、前記横断部材（１０）の前記支持面（４２）と前記前側本体面（１１）との間の移行縁部（５０）が設けられている、駆動ベルト（６）であって、
   前記駆動ベルト（６）の前記横断部材（１０）は、少なくとも該横断部材（１０）の寸法設定が、関係式：
   ΔＷｍ ＜ ０．００５＊ｅ＾（１０＊Ｒｔｅ） （１）
   を満たし、
   Ｒｔｅは、前記移行縁部（５０）のミリメートルの（平均）曲率半径であり、ｅは、自然対数の底であり、ΔＷｍは、前記駆動ベルト（６）の全ての前記横断部材（１０）の間の幅寸法（Ｗ）の最大の差である
   ことを特徴とする、駆動ベルト（６）。
2. 前記駆動ベルト（６）の全ての前記横断部材の前記移行縁部（５０）の曲率半径Ｒｔｅは、０．４ｍｍ以下であり、特に０．３ｍｍ以下であり、その上特に０．２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載の駆動ベルト（６）。
3. 前記駆動ベルト（６）の全ての前記横断部材の前記揺動縁部（１８）は、前記横断部材の前記支持面（４２）の下側０．９ｍｍ未満に、特にその下側０．７ｍｍ未満に、その上特にその下側０．６ｍｍ未満に配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載の駆動ベルト（６）。
4. 駆動ベルト（６）の製造方法であって、該駆動ベルト（６）は、リングスタック（９）と複数の横断部材（１０）とを備え、該横断部材（１０）は、連続的に可動に前記リングスタック（９）に配置されており、前記横断部材（１０）には、前記リングスタック（９）を収容するための開口（３３）が設けられており、該開口（３３）は、該開口（３３）の下側で、それぞれの前記横断部材（１０）のベース部分（１３）の上側における支持面（４２）により画定されており、前記ベース部分（１３）には、前記横断部材（１０）の前側本体面（１１）の部分により成される揺動縁部（１８）が設けられており、該揺動縁部（１８）は、それぞれの前記横断部材（１０）の前記ベース部分（１３）の幅寸法（Ｗ）にわたって幅方向で延在しており、前記揺動縁部（１８）は、当該幅方向に対して垂直に凸状に湾曲しており、前記ベース部分（１３）には、前記支持面（４２）と前記横断部材（１０）の前記前側本体面（１１）との間の移行縁部（５０）が設けられており、前記製造方法において、前記横断部材（１０）を前記リングスタック（９）に取り付ける前に、前記横断部材（１０）の幅（Ｗ）を特定し、つまり測定し、幅（Ｗ）が前記駆動ベルト（６）の全ての前記横断部材（１０）に対して予め定められた範囲内にある前記横断部材（１０）だけを前記リングスタック（９）に配置する
   ことを特徴とする、駆動ベルト（６）の製造方法。
5. ミリメートルの前記予め定められた範囲は、０．００５＊ｅ＾（１０＊Ｒｔｅ）と等しく、Ｒｔｅは、前記移行縁部（５０）のミリメートルの（平均）曲率半径であり、ｅは、自然対数の底である、請求項４記載の駆動ベルト（６）の製造方法。