JP3646009B2 - 無段変速機用ベルト - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無端状の金属リングを複数枚積層した金属リング集合体に多数の金属エレメントを支持してなる無段変速機用ベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に示すように、金属リング集合体３１にリングスロット３５を嵌合させて支持された金属エレメント３２が金属リング集合体３１に対して傾くと、リングスロット３５のエッジａ，ｂが金属リング集合体３１の内周に当接するため、その部分に大きい応力が発生して金属リング集合体３１の耐久性に悪影響を与える問題がある。前記金属エレメント３２の傾き（ピッチング）は、金属エレメント３２がプーリとの接触面において受ける接線方向摩擦力と、金属エレメント相互間の押し力とにより発生するもので、この傾向はドリブンプーリの出口部分において特に顕著なものとなる。以下、その理由を説明する。
【０００３】
図４（Ａ）に示すように、ドライブプーリ６あるいはドリブンプーリ１１の出口部分において、金属エレメント３２（図３参照）がプーリ６，１１から受ける接線方向の摩擦力ＦＶが大きくなり、その値はプーリ６，１１が変形して軸推力が集中する等の理由により、接線方向の摩擦力ＦＶがプーリ６，１１の巻き付き域の全域に亘り平均的に分布したと仮定したときの値の４倍に達することが知られている。図３から明らかなように、前記接線方向の摩擦力ＦＶは、金属エレメント３２を揺動中心４４回りに反時計方向に倒すように作用する。
【０００４】
また図４（Ｂ）に示すように、金属エレメント３２の傾きを抑制する金属エレメント３２間の押し力Ｅは、ドライブプーリ６の出口部分において大きな値を持つが、ドリブンプーリ１１の出口部分において０になる。図３から明らかなように、前記押し力Ｅにより金属エレメント３２の前後面に半径方向の摩擦力Ｅ₁ が作用し、この半径方向の摩擦力Ｅ₁ は金属エレメント３２を揺動中心４４回りに時計方向に倒すように、つまり前記接線方向の摩擦力ＦＶにより発生する反時計方向のモーメントに対抗するように作用する。従って、金属エレメント３２を傾ける接線方向摩擦力ＦＶが最大であり、且つ金属エレメント３２の傾きを抑制する押し力Ｅが０になる位置、即ちドリブンプーリ１１の出口部分において金属エレメント３２は最も傾き易くなる。
【０００５】
上述した金属エレメントの傾きを防止すべく、金属エレメントのリングスロットのサドル面（金属リング集合体の内周が当接する面）に、金属エレメントの厚さ方向中央よりも該金属エレメントの進行方向前方に偏倚した凸部を形成し、金属リング集合体が前記凸部を押圧する荷重により、前記接線方向の摩擦力により発生するモーメントを相殺して金属エレメントの傾きを防止するものが、特開平６−１０９９３号公報により提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属エレメントのリングスロットのサドル面に凸部を設けると、金属エレメントをプレス加工だけで成形することが困難であり、プレス加工の後に切削加工を行う必要が生じて加工コストの上昇を来す問題があるばかりか、サドル面の凸部に当接する金属リング集合体の内周に局所的な圧縮応力が発生し、最内周の金属リングの内側の応力振幅が増大して耐久性が低下する問題がある。
【０００７】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、金属エレメントの加工コストを増加させることなく該金属エレメントの傾きを防止して金属リング集合体の耐久性を高めることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、無端状の金属リングを複数枚積層した金属リング集合体と、この金属リング集合体に沿って支持された多数の金属エレメントとから構成され、ドライブプーリおよびドリブンプーリに巻き掛けられて駆動力の伝達を行う無段変速機用ベルトであって、前記金属エレメントが、金属リング集合体が嵌合するリングスロットと、リングスロットよりも半径方向内側に設けられてドライブプーリおよびドリブンプーリに当接するプーリ当接面と、金属エレメント間の押し力を伝達する主面の半径方向内端に設けられて該金属エレメントのピッチッグの支点となるロッキングエッジとを備えてなる無段変速機用ベルトにおいて、リングスロットの、金属リング集合体内周が当接するサドル面が、金属エレメントの前記主面に対し直交する平面で形成されており、プーリ当接面がドリブンプーリの出口部分において該ドライブプーリおよびドリブンプーリから受ける金属エレメント進行方向後向きの接線方向摩擦力をＦＶとし、前記接線方向摩擦力の作用点から該作用点の半径方向外側に位置するロッキングエッジまでの半径方向距離をＬとし、金属エレメントがリングスロットの前記進行方向後端のエッジにおいて金属リング集合体から受ける半径方向内向きの荷重をＦＬとし、金属エレメントの厚さをｔとしたときに、Ｌ／ｔ≦ＦＬ／２ＦＶが成立することを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、プーリ当接面がドリブンプーリの出口部分において該ドリブンプーリから受ける金属エレメント進行方向後向きの接線方向摩擦力をＦＶとし、前記接線方向摩擦力の作用点から該作用点の半径方向外側に位置するロッキングエッジまでの半径方向距離をＬとし、金属エレメントがリングスロットの前記進行方向後端のエッジにおいて金属リング集合体から受ける半径方向内向きの荷重をＦＬとし、金属エレメントの厚さをｔとしたときに、Ｌ／ｔ≦ＦＬ／２ＦＶが成立するので、金属エレメントのプーリ当接面が各プーリから受ける接線方向摩擦力に因り金属エレメントが最も傾き易くなるドリブンプーリの出口において、プーリ当接面に作用する後ろ向きの接線方向摩擦力によって該金属エレメントを前のめりに倒すモーメントが発生しても、金属ベルト集合体がリングスロットの後側のエッジを半径方向内向きに押す荷重が前記モーメントを打ち消して金属エレメントの傾きを防止する。その結果、金属リング集合体と金属エレメントのリングスロットとの成す角度が直角に維持され、リングスロットのエッジによって金属リング集合体の内周に局所的荷重が作用するのを防止し、最内周の金属リングの内側の応力振幅の増大を抑制して金属リングの耐久性を高めることができるだけでなく、金属エレメントのプーリ当接面をプーリに正しく面接触させて異常摩耗の発生を回避することができる。更に金属リング集合体の外周が金属エレメントと干渉するのが防止されるので、最外周の金属リングの応力振幅の増大を抑制するとともに、前記干渉の反力により最内周の金属リングの内側の局所的荷重が増大することも防止できる。また金属エレメントのリングスロットの、金属ベルト集合体内周が当接するサドル面は、金属エレメントの主面に対し直交する平面で形成されていて、板厚方向に特別の形状を付与する必要がないため、金属エレメントの加工コストが増加する虞もない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。 図１〜図６は本発明の一実施例を示すもので、図１は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、図２は金属ベルトの部分斜視図、図３は図２の３方向拡大矢視図、図４は金属エレメントの接線方向摩擦力および金属エレメント間の押し力の分布を示す図、図５は金属エレメントの傾きが発生しない領域を示すグラフ、図６は本発明の実施例に係る金属エレメントの形状を示す図である。
【００１１】
図１は自動車に搭載された金属ベルト式無段変速機Ｔの概略構造を示すもので、エンジンＥのクランクシャフト１にダンパー２を介して接続されたインプットシャフト３は発進用クラッチ４を介して金属ベルト式無段変速機Ｔのドライブシャフト５に接続される。ドライブシャフト５に設けられたドライブプーリ６は、ドライブシャフト５に固着された固定側プーリ半体７と、この固定側プーリ半体７に対して接離可能な可動側プーリ半体８とを備えており、可動側プーリ半体８は油室９に作用する油圧で固定側プーリ半体７に向けて付勢される。
【００１２】
ドライブシャフト５と平行に配置されたドリブンシャフト１０に設けられたドリブンプーリ１１は、ドリブンシャフト１０に固着された固定側プーリ半体１２と、この固定側プーリ半体１２に対して接離可能な可動側プーリ半体１３とを備えており、可動側プーリ半体１３は油室１４に作用する油圧で固定側プーリ半体１２に向けて付勢される。ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１間に、左右の一対の金属リング集合体３１，３１に多数の金属エレメント３２を支持してなる金属ベルト１５（図２参照）が巻き掛けられる。それぞれの金属リング集合体３１は、１２枚の金属リング３３を積層してなる。
【００１３】
ドリブンシャフト１０には前進用ドライブギヤ１６および後進用ドライブギヤ１７が相対回転自在に支持されており、これら前進用ドライブギヤ１６および後進用ドライブギヤ１７はセレクタ１８により選択的にドリブンシャフト１０に結合可能である。ドリブンシャフト１０と平行に配置されたアウトプットシャフト１９には、前記前進用ドライブギヤ１６に噛合する前進用ドリブンギヤ２０と、前記後進用ドライブギヤ１７に後進用アイドルギヤ２１を介して噛合する後進用ドリブンギヤ２２とが固着される。
【００１４】
アウトプットシャフト１９の回転はファイナルドライブギヤ２３およびファイナルドリブンギヤ２４を介してディファレンシャル２５に入力され、そこから左右のアクスル２６，２６を介して駆動輪Ｗ，Ｗに伝達される。
【００１５】
而して、エンジンＥの駆動力はクランクシャフト１、ダンパー２、インプットシャフト３、発進用クラッチ４、ドライブシャフト５、ドライブプーリ６、金属ベルト１５およびドリブンプーリ１１を介してドリブンシャフト１０に伝達される。前進走行レンジが選択されているとき、ドリブンシャフト１０の駆動力は前進用ドライブギヤ１６および前進用ドリブンギヤ２０を介してアウトプットシャフト１９に伝達され、車両を前進走行させる。また後進走行レンジが選択されているとき、ドリブンシャフト１０の駆動力は後進用ドライブギヤ１７、後進用アイドルギヤ２１および後進用ドリブンギヤ２２を介してアウトプットシャフト１９に伝達され、車両を後進走行させる。
【００１６】
このとき、金属ベルト式無段変速機Ｔのドライブプーリ６の油室９およびドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧を、電子制御ユニットＵ₁ からの指令で作動する油圧制御ユニットＵ₂ で制御することにより、その変速比が無段階に調整される。即ち、ドライブプーリ６の油室９に作用する油圧に対してドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧を相対的に増加させれば、ドリブンプーリ１１の溝幅が減少して有効半径が増加し、これに伴ってドライブプーリ６の溝幅が増加して有効半径が減少するため、金属ベルト式無段変速機Ｔの変速比はＬＯＷに向かって無段階に変化する。逆にドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧に対してドライブプーリ６の油室９に作用する油圧を相対的に増加させれば、ドライブプーリ６の溝幅が減少して有効半径が増加し、これに伴ってドリブンプーリ１１の溝幅が増加して有効半径が減少するため、金属ベルト式無段変速機Ｔの変速比はＯＤに向かって無段階に変化する。
【００１７】
図２および図３に示すように、金属板からプレス加工で打ち抜き成形した金属エレメント３２は、概略台形状のエレメント本体３４と、金属リング集合体３１，３１が嵌合する左右一対のリングスロット３５，３５を介して前記エレメント本体３４の上部に接続された概略三角形のイヤー部３６とを備える。エレメント本体３４の左右両側縁には、ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１のＶ面に当接可能な一対のプーリ当接面３７，３７が形成される。また金属エレメント３２の進行方向前側および後側には、該進行方向に直交する前後一対の主面３８，３９が形成され、また進行方向前側の主面３８の下部には左右方向に延びるロッキングエッジ４０を介して傾斜面４１が形成される。更に、イヤー部３６に対応する進行方向前側の主面３８および進行方向後側の主面３９には、それぞれ凸部４２および凹部４３が形成される。
【００１８】
而して、ドライブプーリ６からドリブンプーリ１１に向けて延びる往き側の弦部（駆動力を伝達する弦部）にある隣接する金属エレメント３２どうしは、その前側の主面３８および後側の主面３９を相互に当接させるとともに、その前側の凸部４２を後側の凹部４３に嵌合させた状態で駆動力を伝達する。またドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１に巻き付いた金属エレメント３２は、主面３８，３９どうしの接触を解かれて相互に揺動し、それらプーリ６，１１の半径方向に放射状に整列する。
【００１９】
次に、図３に基づいて金属エレメント３２のピッチング方向の傾きについて考察する。金属エレメント３２は進行方向前面には、そのピッチング方向の傾きを許容すべくロッキングエッジ４０が設けられているが、実際に金属エレメント３２がピッチングを起こす揺動中心４４は、ロッキングエッジ４０よりも後方の金属エレメント３２の厚さ方向中心位置となる。なぜならば、金属エレメント３２は金属リング集合体３１にリングスロット３５を嵌合させて傾きを規制されているため、その金属エレメント３２が傾くときには金属リング集合体３１から受ける反力が最小になる位置、即ち前記揺動中心４４回りに傾くことになる。
【００２０】
さて、前述したようにドリブンプーリ１１の出口部分において、金属エレメント３２に作用する接線方向摩擦力が最大になり、且つ金属エレメント３２間の押し力が０になるため、そのドリブンプーリ１１の出口部分において金属エレメント３２は最も傾き易くなる。
【００２１】
図３はドリブンプーリ１１の出口部分において厚さｔの金属エレメント３２に作用する力の釣合いを示すもので、ドリブンプーリ１１から金属エレメント３２に作用する接線方向摩擦力ＦＶは、金属エレメント３２のプーリ当接面３７の略中央の摩擦力作用点４５に作用し、その方向は金属エレメント３２の進行を阻止するように進行方向後ろ向きとなる。ドリブンプーリ１１の軸線を中心とする揺動中心４４の半径をＲＬとし、ドリブンプーリ１１の軸線を中心とする摩擦力作用点４５の半径をＲＶとすると、揺動中心４４と摩擦力作用点４５の距離ＬはＲＬ−ＲＶで与えられる。従って、金属エレメント３２には接線方向摩擦力ＦＶによって揺動中心４４回りに反時計方向のモーメントＦＶ×Ｌが作用することになり、このモーメントＦＶ×Ｌは金属エレメント３２を前のめり（金属エレメント３２の半径方向外端を前方に倒す方向）に倒そうとする。
【００２２】
金属エレメント３２が前のめりに倒れると、金属リング集合体３１からリングスロット３５の後端のエッジａに半径方向内向きの荷重ＦＬが作用し、この荷重ＦＬは揺動中心４４回りに時計方向のモーメントＦＬ×（ｔ／２）を発生させる。従って、接線方向摩擦力ＦＶによる金属エレメント３２の傾きを防止するには、
ＦＶ×Ｌ≦ＦＬ×（ｔ／２） …（１）
を成立させれば良く、これをＬ／ｔについて解くと、
Ｌ／ｔ≦ＦＬ／２ＦＶ …（２）
が得られる。
【００２３】
図５のグラフは、前記（２）式が成立する領域（斜線で示す領域）を金属ベルト式無段変速機Ｔの種々の入力トルクに対して示したものである。このときの金属ベルト式無段変速機Ｔの運転条件は、入力回転数が６０００ｒｐｍ、レシオが０．６１、金属エレメント３２の厚さｔが１．５ｍｍである。
【００２４】
図５から明らかなように、Ｌ／ｔの値は入力トルクの増加に伴って減少し、入力トルクが最も厳しい運転条件に相当する最大値の１４．３ｋｇｆ・ｍに達すると、ＦＶ＝１０．８４ｋｇｆ、ＦＬ＝２２．６６ｋｇｆとなり、従って、ＦＬ／２ＦＶ＝１．０５となる。即ち、本実施例ではＬ／ｔを１．０５以下に設定すれば、最も厳しい運転条件である最高速運転時においても、前記（２）式が成立して金属エレメント３２の傾きを防止することができる。
【００２５】
その結果、リングスロット３５のエッジａと金属リング集合体３１の内周との間に局所的に荷重が作用するのを防止し、最内周の金属リング３３の内側の応力振幅の増加を抑制して金属リング集合体３１の耐久性を高めることができる。しかも金属エレメント３２のプーリ当接面３７をドライブプーリ６あるいはドリブンプーリ１１に正しく面接触させて異常摩耗の発生を回避することができるだけでなく、金属リング集合体３１の外周が金属エレメント３２のイヤー部３６と干渉するのを防止することができ、これにより最外周の金属リング３３の応力振幅の増大を防止するとともに、前記干渉の反力で最内周の金属リング３３の局所的荷重が増大するのを防止することができる。また金属エレメント３２のリングスロット３５の、金属リング集合体３１内周が当接するサドル面は、金属エレメント３２の主面３８，３９に対し直交する平面で形成されていて、板厚方向に特別の形状を付与する必要がないために、その金属エレメント３２をプレス加工だけで成形することが可能となって加工コストが削減される。
【００２６】
図６（Ｃ）は従来の金属エレメント３２の形状を示すもので、この金属エレメント３２はＬ／ｔが１．０を越えているために接線方向摩擦力ＦＶによる傾きを防止することができないものである。それに対して、図６（Ａ）に示す実施例では、前記（Ｃ）に示すもののプーリ当接面３７の半径方向寸法を短くして摩擦力作用点４５を半径方向外側に移動させることにより、距離Ｌを短くしてＬ／ｔ＝１．０を達成している。また図６（Ｂ）に示すものは、前記（Ｃ）に示すもののロッキングエッジ４０を半径方向内側に移動させるこにより、距離Ｌを短くしてＬ／ｔ＝１．０を達成している。
【００２７】
以上、本発明の実施例を詳述したが、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。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、プーリ当接面がドリブンプーリの出口部分において該ドリブンプーリから受ける金属エレメント進行方向後向きの接線方向摩擦力をＦＶとし、前記接線方向摩擦力の作用点から該作用点の半径方向外側に位置するロッキングエッジまでの半径方向距離をＬとし、金属エレメントがリングスロットの前記進行方向後端のエッジにおいて金属リング集合体から受ける半径方向内向きの荷重をＦＬとし、金属エレメントの厚さをｔとしたときに、Ｌ／ｔ≦ＦＬ／２ＦＶが成立するので、金属エレメントのプーリ当接面が各プーリから受ける接線方向摩擦力に因り金属エレメントが最も傾き易くなるドリブンプーリの出口において、プーリ当接面に作用する後ろ向きの接線方向摩擦力によって該金属エレメントを前のめりに倒すモーメントが発生しても、金属ベルト集合体がリングスロットの後側のエッジを半径方向内向きに押す荷重が前記モーメントを打ち消して金属エレメントの傾きを防止する。その結果、金属リング集合体と金属エレメントのリングスロットとの成す角度が直角に維持され、リングスロットのエッジによって金属リング集合体の内周に局所的荷重が作用するのを防止し、最内周の金属リングの内側の応力振幅の増大を抑制して金属リングの耐久性を高めることができるだけでなく、金属エレメントのプーリ当接面をプーリに正しく面接触させて異常摩耗の発生を回避することができる。更に金属リング集合体の外周が金属エレメントと干渉するのが防止されるので、最外周の金属リングの応力振幅の増大を抑制するとともに、前記干渉の反力により最内周の金属リングの内側の局所的荷重が増大することも防止できる。
【００２９】
また金属エレメントのリングスロットの、金属ベルト集合体内周が当接するサドル面は、金属エレメントの主面に対し直交する平面で形成されていて、板厚方向に特別の形状を付与する必要がないため、金属エレメントの加工コストが増加する虞もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 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
【図２】 金属ベルトの部分斜視図
【図３】 図２の３方向拡大矢視図
【図４】 金属エレメントの接線方向摩擦力および金属エレメント間の押し力の分布を示す図
【図５】 金属エレメントの傾きが発生しない領域を示すグラフ
【図６】 本発明の実施例に係る金属エレメントの形状を示す図
【符号の説明】
ａ リングスロット後端のエッジ
６ ドライブプーリ
１１ ドリブンプーリ
３１ 金属リング集合体
３２ 金属エレメント
３３ 金属リング
３５ リングスロット
３７ プーリ当接面
３８ 主面
４０ ロッキングエッジ
４５ 接線方向摩擦力の作用点

Claims (1)

1. 無端状の金属リング（３３）を複数枚積層した金属リング集合体（３１）と、この金属リング集合体（３１）に沿って支持された多数の金属エレメント（３２）とから構成され、ドライブプーリ（６）およびドリブンプーリ（１１）に巻き掛けられて駆動力の伝達を行う無段変速機用ベルトであって、
   前記金属エレメント（３２）が、金属リング集合体（３１）が嵌合するリングスロット（３５）と、リングスロット（３５）よりも半径方向内側に設けられてドライブプーリ（６）およびドリブンプーリ（１１）に当接するプーリ当接面（３７）と、金属エレメント（３２）間の押し力を伝達する主面（３８）の半径方向内端に設けられて該金属エレメント（３２）のピッチッグの支点となるロッキングエッジ（４０）とを備えてなる無段変速機用ベルトにおいて、
   リングスロット（３５）の、金属リング集合体（３１）内周が当接するサドル面が、金属エレメント（３２）の前記主面（３８）に対し直交する平面で形成されており、
   プーリ当接面（３７）がドリブンプーリ（１１）の出口部分において該ドリブンプーリ（１１）から受ける金属エレメント（３２）進行方向後向きの接線方向摩擦力をＦＶとし、前記接線方向摩擦力の作用点（４５）から該作用点（４５）の半径方向外側に位置するロッキングエッジ（４０）までの半径方向距離をＬとし、金属エレメント（３２）がリングスロット（３５）の前記進行方向後端のエッジ（ａ）において金属リング集合体（３１）から受ける半径方向内向きの荷重をＦＬとし、金属エレメント（３２）の厚さをｔとしたときに、
   Ｌ／ｔ≦ＦＬ／２ＦＶ
   が成立することを特徴とする、無段変速機用ベルト。

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