JP2020041654A - 伝動ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】プーリから抜け出す際にフープがいわゆる逆反りしてしまう状況にも対応し、適切な強度を確保できる伝動ベルトを提供する。【解決手段】板厚方向に配列した多数の板片状のエレメント３を、可撓性を有する複数の帯状のリング４を厚さ方向に積層させて形成したフープ２で環状に結束することにより構成される伝動ベルト１において、フープ２を、フープ２の内周面１１を形成する最内層リング１６と、フープ２の外周面１９を形成する最外層リング１７と、最内層リング１６と最外層リング１７との間で最内層リング１６および最外層リング１７と共に積層する中間層リング１８とを積層させて形成し、最内層リング１６の厚さｔ１および最外層リング１７の厚さｔ２を、いずれも、中間層リング１８の厚さｔ３よりも薄くする。【選択図】図４

Description

この発明は、多数の板片状のエレメントを姿勢をそろえて配列し、帯状のフープで環状に結束することにより構成される伝動ベルトに関するものである。

特許文献１には、自動車や各種産業機械の無段変速機に用いる動力伝達用スチールベルトが記載されている。この特許文献１に記載されたスチールベルトは、例えば、ベルト式無段変速機用の伝動ベルトであって、多数の板片状のエレメントと、複数の帯状のリングが積層されたフープとから構成されている。そして、この特許文献１に記載されたスチールベルトは、ベルトの耐久性を高めるために、積層させる各リングの厚さ（積層方向あるいは径方向の寸法）をそれぞれ変えている。具体的には、各リングの厚さを、内層側から外層側へ向けて徐々に厚くすることにより、各リングが受ける繰り返し応力の差を小さくしている。

また、特許文献２には、エレメント積層体（多数の板片状のエレメント）と、金属リング積層体（複数の帯状のリングが積層されたフープ）とから構成されるベルト式無段変速機用の伝動ベルトが記載されている。この特許文献２に記載された伝動ベルトは、フープの強度を確保し、かつ、適切なフープの厚さを設定するために、積層順で最外周のリングから最内周のリングにかけて、リングの厚さを徐々に厚くしている。

特開昭６２−２８５４８号公報 特開２００７−２５５４９６号公報

上記のように、特許文献１および特許文献２に記載された伝動ベルトは、複数のリングが積層されるフープの最内周側または最外周側のいずれか一方のリングの厚さを他方のリングの厚さよりも厚くしている。言い換えると、最内周側または最外周側のいずれか一方のリングの厚さを他方のリングの厚さよりも薄くしている。しかしながら、最内周側または最外周側のいずれか一方のリングの厚さを厚くもしくは薄くした場合、適切なベルト強度を確保できない可能性がある。

例えば、ベルト式無段変速機を運転する際の通常の挙動では、図１のａ部に示すように、伝動ベルトＢがプーリＰに巻き掛かった部分でフープＦに発生する曲げ応力が最も大きくなる。その結果、リング（図示せず）が積層されているフープＦでは、最内層のリングに発生する曲げ応力が最も大きくなる。そのため、通常の状態だけを考慮すれば、フープＦは、内層のリングほど可撓性が大きくなる（すなわち、作用する曲げモーメントが小さくなる）ようにリングの厚さを薄くする必要がある。ただし、ベルト式無段変速機の運転条件や伝動ベルトの走行状態によっては、例えば、図１のｂ部に示すように、伝動ベルトＢがプーリＰから飛び出した時に、伝動ベルトＢの自転慣性によって伝動ベルトＢが一旦プーリＰの内側に巻き込まれ、その後、フープＦがいわゆる逆反りする形でプーリＰの外側に出てくる場合がある。そのような場合は、最外層のリングへの曲げ応力が最も大きくなる可能性がある。そのため、上記のような逆反りを考慮すれば、フープＦは、外層のリングほど可撓性が大きくなるようにリングの厚さを薄くする必要がある。したがって、上記の特許文献１または特許文献２に記載された伝動ベルトのように、フープの最内周側または最外周側のいずれか一方だけのリングの板厚を薄くした場合は、上記のような通常の挙動とフープが逆反りする状況との両方共に対応することができず、フープの強度が不足してしまうおそれがある。

この発明は上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、プーリから抜け出す際にフープが逆反りしてしまう状況にも対応し、適切な強度を確保できる伝動ベルト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、この発明は、板厚方向に配列した多数の板片状のエレメントを、可撓性を有する複数の帯状のリングを厚さ方向に積層させて形成したフープで環状に結束することにより構成される伝動ベルトにおいて、前記エレメントは、前記フープの内周面に接触するサドル面を有し、前記フープは、前記内周面を形成する最内層リングと、前記フープの外周面を形成する最外層リングと、前記最内層リングと前記最外層リングとの間で前記最内層リングおよび前記最外層リングと共に積層する中間層リングと、を有し、前記最内層リングの厚さおよび前記最外層リングの厚さが、いずれも、前記中間層リングの厚さよりも薄いことを特徴とするものである。

この発明の伝動ベルトでは、エレメントを環状に結束するフープが、複数のリングを積層させることによって形成される。具体的には、フープの内周面側から、最内層リング、中間層リング、最外層リングの順で、それら最内層リング、中間層リング、および、最外層リングが積層されてフープが形成される。そして、最内層リングの厚さおよび最外層リングの厚さが、いずれも、中間層リングの厚さよりも薄くなっている。最内層リングおよび最外層リングは、いずれも、厚さが薄く形成されることによって可撓性が増し、可撓性が増すことによってそれら最内層リングおよび最外層リングに掛かる曲げモーメントがいずれも小さくなる。すなわち、それら最内層リングおよび最外層リングで発生する曲げ応力がいずれも小さくなる。したがって、この発明の伝動ベルトによれば、最内層リングの厚さを薄くして可撓性を高めていることにより、通常時に大きな曲げモーメントが掛かる最内層リングで発生する曲げ応力を低減できる。それと共に、最外層リングの厚さを薄くして可撓性を高めていることにより、いわゆる逆反りの状態で大きな曲げモーメントが掛かる最外層リングで発生する曲げ応力を低減できる。そのため、通常の挙動とフープが逆反りする状況との両方共に対応して、伝動ベルトの適切な強度を確保することができる。

従来一般的な伝動ベルトの課題を説明するための図であって、伝動ベルトがプーリに巻き掛かる場合に、フープに大きな曲げ応力が発生する位置、および、フープに逆反りが発生する位置等を示す図である。 この発明の伝動ベルトの一例を説明するための図であって、伝動ベルトをベルト式無段変速機のプーリに巻き掛けた状態を示す図である。 この発明の伝動ベルトの一例を説明するための図であって、エレメントの構成、ならびに、フープおよびリングの構成を示す斜視図である。 この発明の伝動ベルトの一例を説明するための図であって、エレメントの構成を示す正面図、ならびに、フープおよびリングの構成を示す断面図である。 図３、図４に示すフープおよびリングの詳細を説明するための図であって、中間層リングを単層のリングで構成した例を示す図である。 図３、図４に示すフープおよびリングの詳細を説明するための図であって、中間層リングを複数積層させたリングで構成した例を示す図である。

この発明の実施形態を、図を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、この発明を具体化した場合の一例に過ぎず、この発明を限定するものではない。

この発明の実施形態で対象にする伝動ベルトは、二つのプーリの間で動力伝達を行うベルト伝動装置のＶベルトとして用いられる。例えば、車両に搭載されるベルト式無段変速機に用いられる。図２に示す例では、伝動ベルト１は、ベルト式無段変速機ＣＶＴの駆動プーリＰ１および従動プーリＰ２のそれぞれのプーリ溝Ｖに巻き掛けられている。伝動ベルト１は、伝動ベルト１とプーリＰ１，Ｐ２との間で生じる摩擦力によってトルクを伝達する。

伝動ベルト１は、例えば、図３、図４に示すように、帯状のフープ２と、多数（例えば、数百枚）の板片状のエレメント３とを備えている。そして、伝動ベルト１は、板厚方向に配列した多数のエレメント３を、フープ２によって環状に結束することにより構成されている。

フープ２は、上記のように、多数のエレメント３を環状に結束して保持するための部材である。したがって、フープ２には、伝動ベルト１がプーリＰ１，Ｐ２に巻き掛かる際に、その巻き掛かり径を自在に変更可能にするための十分な可撓性と、動力伝達時にプーリＰ１，Ｐ２から受ける伝達トルクや挟圧力に対抗するための十分な抗張力とを兼ね備えていることが要求される。そのため、フープ２は、図５、図６に示すように、複数のリング４を、厚さ方向（フープ２の径方向）に積層させて形成されている。リング４は、例えばスチールバンドなどの可撓性を有する帯状部材である。なお、この発明の実施形態におけるフープ２は、最内層リング１６、最外層リング１７、および、中間層リング１８を積層して形成されている。そのような、フープ２、ならびに、最内層リング１６、最外層リング１７、および、中間層リング１８の詳細については後述する。

エレメント３は、例えば金属製の板片状の部材によって形成されている。エレメント３の本体部分を構成する基体部５の幅方向（図４の左右方向）における両端面６，７が、プーリ溝Ｖのテーパ面に対応して傾斜する傾斜面として形成されている。これらの両端面６，７が、いわゆるフランク面であって、プーリ溝Ｖに摩擦接触してプーリＰ１，Ｐ２と伝動ベルト１との間でトルクを伝達する摩擦面になっている。

エレメント３の基体部５の幅方向における中央部分に、上端側（図４の上側）に延びた首部８が形成されている。その首部８の更に上端側には、基体部５の幅方向での左右両側に延出した頭部９が首部８と一体に形成されている。したがって、基体部５の上端側のエッジ部分と頭部９の下端側（図４の下側）のエッジ部分との間に、基体部５の幅方向での左右両側に開いたスリット部１０が形成されている。このスリット部１０は、互いに密着して整列させたエレメント３を環状に結束する際に、フープ２を挿入して巻き掛ける部分である。すなわち、基体部５の上端側のエッジ部分を含む平面が、フープ２の内周面１１と接触するサドル面１２となっている。

エレメント３の頭部９には、エレメント３を板厚方向（図４の表裏方向）に整列させる際に、隣接するエレメント３同士の相対的な位置を決めるためのボス部１３とディンプル部１４とが形成されている。すなわち、首部８の延長位置で、頭部９の中央部分における板厚方向での前後面の一方（図４の表側）に、ボス部１３が形成されている。そして、首部８の延長位置で、頭部９の中央部分における前後面の他方（図４の裏側）に、隣接する他のエレメント３のボス部１３と緩く嵌まり合うディンプル部１４が形成されている。したがって、これらのボス部１３とディンプル部１４とが互いに嵌まり合うことにより、隣接するエレメント３同士の相対位置が決められ、それにより、エレメント３の環状の配列状態、および、その配列状態での姿勢が維持される。

また、エレメント３は、姿勢を揃えて環状に配列された状態でフープ２によって結束され、その状態でプーリＰ１，Ｐ２に巻き掛けられる。したがって、プーリＰ１，Ｐ２に巻き掛けられた状態では、多数のエレメント３が、プーリＰ１，Ｐ２の中心に対して扇状に広がり、かつ、互いに密着している必要がある。そのため、エレメント３の高さ方向（図４の上下方向）における基体部５の下側の部分が薄肉に形成されている。具体的には、エレメント３の板厚方向における基体部５の一方（図４の表側）の面で、サドル面１２よりも下側の所定の位置に、ロッキングエッジ１５が形成されている。基体部５は、このロッキングエッジ１５を起点にして、ロッキングエッジ１５よりも下側の部分の板厚が薄くなっている。そのため、伝動ベルト１がプーリＰ１，Ｐ２に巻き掛けられ、多数のエレメント３の列が扇状に広がる状態では、ロッキングエッジ１５が、隣接する他のエレメント３の板厚方向における基体部５の他方（図４の裏側）の面と接触する。

前述したように、この発明の実施形態における伝動ベルト１は、通常の挙動とフープが逆反りするような状況との両方共に対応し、適切な強度を確保できるように構成されている。そのために、この発明の実施形態における伝動ベルト１では、フープ２が、最内層リング１６、最外層リング１７、および、中間層リング１８を積層させた多層構造になっている。

最内層リング１６は、フープ２を構成する複数のリング４のうち、最も内周側に積層されるリング４である。したがって、最内層リング１６の内周面がフープ２の内周面１１を形成している。最内層リング１６には、前述の図１のａ部で示したように、通常、伝動ベルト１がプーリＰ１，Ｐ２に巻き掛かった状態で最大の曲げ応力が発生する。そのため、最内層リング１６の厚さ（径方向あるいは積層方向の寸法）ｔ１は、図１のａ部で発生する最大の曲げ応力に耐える強度が得られ、かつ、最内層リング１６の可撓性を高めて最内層リング１６に作用する曲げモーメントを低減できる可及的に薄い寸法に設定される。後述するように、この最内層リング１６の厚さｔ１は、中間層リング１８の厚さｔ３よりも薄くなっている。

最外層リング１７は、フープ２を構成する複数のリング４のうち、最も外周側に積層されるリング４である。したがって、最外層リング１７の外周面がフープ２の外周面１９を形成している。最外層リング１７には、前述の図１のｂ部で示したように、状況によっては、伝動ベルト１がプーリＰ１，Ｐ２から抜け出す際にいわゆる逆反りした状態で最大の曲げ応力が発生する。そのため、最外層リング１７の厚さ（径方向あるいは積層方向の寸法）ｔ２は、図１のｂ部でフープ２が逆反りした際に発生する最大の曲げ応力に耐える強度が得られ、かつ、最外層リング１７の可撓性を高めて最外層リング１７に作用する曲げモーメントを低減できる可及的に薄い寸法に設定される。後述するように、この最外層リング１７の厚さｔ２は、中間層リング１８の厚さｔ３よりも薄くなっている。

中間層リング１８は、フープ２を構成する複数のリング４のうち、上記の最内層リング１６と最外層リング１７との間で、それら最内層リング１６および最外層リング１７と共に積層するリング４またはリング４の積層体である。例えば、中間層リング１８は、図５に示すように、単層のリング４によって構成することができる。その場合、中間層リング１８は、最内層リング１６および最外層リング１７と同様に、スチールバンドなどの可撓性を有する帯状部材によって構成することができる。あるいは、高強度の合成樹脂や合成ゴム、または、金属材料と合成樹脂や合成ゴムとの複合部材など、適切な強度と可撓性とを有する帯状部材によって構成することもできる。もしくは、中間層リング１８は、図６に示すように、複数のリング４を積層させたリング４の積層体によって構成することもできる。その場合、中間層リング１８は、最内層リング１６および最外層リング１７と同様に、スチールバンドなどの可撓性を有する帯状部材によって構成することができる。なお、図６では、四つのリング４を積層させた四層のリング４の積層体によって中間層リング１８が構成された例を示しているが、四層に限定されることはなく、リング４を積層させる数は、フープ２の強度や製造コスト等を考慮して適宜設定される。また、その場合に積層させる各リング４の厚さ（径方向あるいは積層方向の寸法）も、フープ２の強度や製造コスト等を考慮して適宜設定される。例えば、各リング４の厚さは、最内層リング１６の厚さｔ１および最外層リング１７の厚さｔ２よりも厚くてもよい。あるいは、最内層リング１６の厚さｔ１および最外層リング１７の厚さｔ２よりも薄くてもよい。

また、中間層リング１８は、フープ２の主要部分を形成しており、この中間層リング１８でフープ２に要求される機能を満足することができるように構成される。そのため、中間層リング１８の厚さ（径方向あるいは積層方向の寸法）ｔ３は、動力伝達時にプーリＰ１，Ｐ２から受ける伝達トルクや挟圧力に対抗する強度が得られ、かつ、フープ２とスリット部１０との間のクリアランスｃを適切な値に維持する寸法に設定される。通常、フープ２に要求される抗張力は、上記のような最内層リング１６および最外層リング１７で曲げ応力に対向する強度と比較して相当に大きい。したがって、中間層リング１８の厚さｔ３は、最内層リング１６の厚さｔ１、および、最外層リング１７の厚さｔ２のいずれよりも厚くなる。すなわち、この発明の実施形態における伝動ベルト１は、最内層リング１６の厚さｔ１、および、最外層リング１７の厚さｔ２が、いずれも、中間層リング１８の厚さｔ３よりも薄くなっている。

このように、この発明の実施形態における伝動ベルト１では、フープ２の内周面側から、最内層リング１６、中間層リング１８、最外層リング１７の順で、それら最内層リング１６、中間層リング１８、および、最外層リング１７が積層されてフープ２が形成される。そして、最内層リング１６の厚さｔ１および最外層リング１７の厚さｔ２が、いずれも、中間層リング１８の厚さｔ３よりも薄くなっている。最内層リング１６および最外層リング１７は、いずれも、厚さｔ１，ｔ２が薄く形成されることによって可撓性が増し、可撓性が増すことによってそれら最内層リング１６および最外層リング１７に掛かる曲げモーメントがいずれも小さくなる。すなわち、それら最内層リング１６および最外層リング１７で発生する曲げ応力がいずれも小さくなる。

したがって、この発明の実施形態における伝動ベルト１によれば、最内層リング１６の厚さｔ１を薄くして可撓性を高めていることにより、通常時に大きな曲げモーメントが掛かる最内層リング１６で発生する曲げ応力を低減できる。それと共に、最外層リング１７の厚さｔ２を薄くして可撓性を高めていることにより、いわゆる逆反りの状態で大きな曲げモーメントが掛かる最外層リング１７で発生する曲げ応力を低減できる。そのため、通常の挙動とフープ２が逆反りする状況との両方共に対応して、伝動ベルト１の適切な強度を確保することができる。また、中間層リング１８の厚さｔ３が、フープ２とスリット部１０との間のクリアランスｃを考慮して設定されることにより、フープ２の厚さを適切に設定することができる。

１，Ｂ…伝動ベルト、 ２，Ｆ…フープ、 ３…エレメント、 ４…リング、 ５…（エレメントの）基体部、 ６，７…（エレメントの）端面、 ８…（エレメントの）首部、 ９…（エレメントの）頭部、 １０…（エレメントの）スリット部、 １１…（フープの）内周面、 １２…（エレメントの）サドル面、 １３…（エレメントの）ボス部、 １４…（エレメントの）ディンプル部、 １５…（エレメントの）ロッキングエッジ、 １６…最内層リング、 １７…最外層リング、 １８…中間層リング、 １９…（フープの）外周面、 ＣＶＴ…ベルト式無段変速機、 Ｐ，Ｐ１，Ｐ２…プーリ、 Ｖ…プーリ溝。

Claims (1)

1. 板厚方向に配列した多数の板片状のエレメントを、可撓性を有する複数の帯状のリングを厚さ方向に積層させて形成したフープで環状に結束することにより構成される伝動ベルトにおいて、
   前記エレメントは、前記フープの内周面に接触するサドル面を有し、
   前記フープは、前記内周面を形成する最内層リングと、前記フープの外周面を形成する最外層リングと、前記最内層リングと前記最外層リングとの間で前記最内層リングおよび前記最外層リングと共に積層する中間層リングと、を有し、
   前記最内層リングの厚さおよび前記最外層リングの厚さが、いずれも、前記中間層リングの厚さよりも薄い
   ことを特徴とする伝動ベルト。

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