JP3751563B2 - 横補強ｃｖｔベルト - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、無段変速機（ＣＶＴ）に用いられるベルトに関し、特に横方向に補強材を備えたコグすなわち歯を有する横駆動ＣＶＴ(side drive CVT)ベルトに関する。
【０００２】
（発明の背景）
自動車や自動二輪車等を走行させるために、ギア型の変速機が利用されることはよく知られている。しかしながら、ギア型変速機は通常固定された数のギアを持つ。それらは一般にある一つのギアで最も効率よく運転されるように設計されており、他のギアでは相対的に低い効率の運転点(less efficient operating points)でエンジンが運転されることとなる。したがって、運転効率を上げるためには無段変速機、すなわちＣＶＴが好ましい。これまで、無段変速機に用いられる多くの種類のベルトが開発されている。
【０００３】
一般に、ＣＶＴベルトは従来のＶベルトに似た輪郭を有する。特に、それらは上面で広く、底面で狭くなっており、角張った溝を形成するプーリのシーブの間に嵌るように設計されている。ベルトが掛けられるプーリは、移動可能なシーブと固定されたシーブとを備え、両者は切頭円錐形状に成形されている。通常、一方のシーブが、他方が固定された状態で移動する。
【０００４】
一方のシーブを他方のシーブに対して移動させると、ベルトが作動する範囲内においてプーリの有効直径φを変化させる。ベルト速度は、プーリの有効直径の関数であり、これは同様にシーブ相互間における軸方向の位置の関数である。
【０００５】
従来のＣＶＴ形式のベルトは、一枚岩的な金属ベルトや弾性ベルトと同様に、抗張力部材の上に横方向に載せられた複数のブロックを備えるベルトである。幾つかの形式のコグ型のベルトも知られている。
【０００６】
この技術の代表はタカノ(Takano)の米国特許第４，４９３，６８１号である。タカノは、ベルト横方向に横切って延在する各コグに剛性をもつ金属補強部材を備えるＶ断面コグベルトを開示している。金属補強部材はベルトに横剛性を与える。
【０００７】
タカノのベルトはＣＶＴプーリと接触した状態で運転されるため、ベルト側面とプーリとの間の磨耗をできる限り低減することが要求される。これは熱の上昇を抑えベルトの寿命を延ばす。シーブと直接接触する金属ロッドは、タカノ明細書に説明されているように、ベルト側面である補強ロッドとプーリシーブの表面との間に過度の熱上昇と磨耗をもたらす。また金属ロッドの使用は、ベルトの回転質量と価格を上昇させる。更に、製造中にロッドは各歯においてずれて配列される可能性がある。これはいくつかのロッドにおいて、隣接するロッドよりも不釣合いに高い荷重を受けさせることとなる。これは負荷が過剰にかかったロッドに早期に故障をもたらす可能性があり、結果的にベルトに早期の故障をもたらす。
【０００８】
更に、この技術の代表はドイツ特許出願ＤＥ １９７ ４７ １７３ Ａｌである。これは横歯を有する歯付弾性Ｖベルトを開示する。各歯は横方向の穿孔を有する。各穿孔は管部または棒部を具備してもよい。穿孔は歯を通る冷却空気流れの通路となる。しかしながら、このような穿孔は、各歯の押圧強度を低減する。これは、一つのプーリあるいは複数のプーリの相補的な面とベルト歯が協動する同期プーリ機構に適用するのに適している。
【０００９】
必要とされているのは、非金属または熱可塑性物質、熱硬化物質または複合材料の横補強部材を各歯に備える横補強ＣＶＴベルトである。必要とされているのは、各横補強部材に位置決めペグ（alignment pegs）を備える横補強ＣＶＴベルトである。必要とされているのは、設計温度範囲において十分な硬さをもつ横補強部材を有する横補強ＣＶＴベルトである。必要とされているのは、低い質量密度の横補強部材を有する横補強ＣＶＴベルトである。本発明はこれらの要求に合致する。
【００１０】
（発明の概要）
本発明の第１の観点は、熱可塑性物質、熱硬化性物質、あるいは複合材料を各歯に備える横補強ＣＶＴベルトを提供することにある。
【００１１】
本発明の別の観点は、各横補強部材に位置決めペグ（centering pegs）を備える横補強ＣＶＴベルトを提供することにある。
【００１２】
本発明の別の観点は、設計温度範囲において十分な硬さを持つ横補強部材を備えた横補強ＣＶＴベルトを提供することにある。
【００１３】
本発明の別の観点は、低い質量密度の横補強部材を備える横補強ＣＶＴベルトを提供することにある。
【００１４】
本発明のその他の特徴は、本発明の以下の説明と図面とに基づいて、指摘あるいは明確にされる。
【００１５】
本発明は、内側面に複数の横歯を備えるコグ型のベルトを含む。このベルトは、外側伸張弾性層、内側圧縮層、抗張力部材を備える。各歯は更に、非金属あるいはプラスチックの横部材、各歯の幅方向に延材するピラーすなわちロッドを備える。各横部材の反対側を向く外側の面は、各々に対して傾いており、各端面は、弾性ベルト本体の外表面と略等しいとみなせる。シーブ間の圧縮荷重は、各部品の弾性係数に比例してロッドと側面によって担われる。横部材は製造工程において、各歯における各横部材の適切な配置を可能にするペグすなわち支持部を備え、かくしてプーリ内における適切なアライメントを含めた適正な走行性能を保証する。
【００１６】
（発明の好ましい実施形態の説明）
図１は本発明の横方向からの斜視図である。ベルト１は、内側部すなわち内側面から突出した複数の歯５を備えたものとして示される。各歯の湾曲した形状はベルトの可撓性を高める。各歯は、そこに埋設された横ピラーすなわちロッド１０を有する。ベルトの製造工程では、各横ロッドを適切に配置し、ベルト歯構造の全体に埋め込む必要がある。製造工程は、以下の図面で示される他の特徴によるものと同様に各ロッドの形状により高められる。ベルトの内側面はジャケット６を備える。ジャケット６は、ポリエステル、ポリアミド、ポリアラミド、綿、あるいはアクリル繊維、あるいはそれらの混合物からなる織布、不織布あるいはニット帆布地等からなり、これらの帆布を伸張層、心線、ロッドに接着するのに適切な接着処理が施されている。ジャケットは、型に充填して歯の輪郭の形成を容易にするには、織布またはニットの伸縮帆布が好ましい。
【００１７】
またベルト１は、伸張層８を有し、伸張層８は、従来知られているように、ＥＰＤＭ、ＨＮＢＲ、ＰＵ、ＡＣＳＭ、ＣＲ、ＳＢＲ、ＮＢＲなどのエラストマまたはそれらの混合物と、抗酸化剤、硬化剤、そして／または短補強繊維などの様々な充填材を含むゴムコンパウンドである。好ましくは、ＥＰＤＭやＨＮＢＲなどの耐熱性エラストマが用いられる。
【００１８】
抗張力部材９は、図１０参照、伸張層８内に各ロッドの上を覆って埋設される。各抗張力部材は、捩られた、あるいは組まれた心線からなり、心線は、例えばポリアラミド、ポリエステル、ポリアミッド、ＰＢＯなどの有機繊維や、例えば鋼鉄、ガラス、カーボンなどの無機繊維からなる。好ましくは、ポリアラミド、ＰＢＯ、カーボンあるいはガラスなどの高い強度をもち、高い弾性係数を有する心線素材が用いられる。
【００１９】
抗張力部材は、製造工程において各ロッドすなわちピラーを適正な位置に適切に保つとともに、運転中の引張荷重を担うことに寄与する。また、図示されない従来周知の接着層は、抗張力部材の上かつ／または下に敷かれてもよい。また抗張力部材は、接着層内に埋設されてもよい。
【００２０】
図２は、型成形されたロッド組立品の端面の立面図である。ロッドは射出成形、または熱成形されてもよい。例えば、ロッドを成形するのにＰＥＥＫ（登録商標）素材を用いてもよい。ＰＥＥＫはポリアリールエーテルケトン高性能ポリマー(polyaryletherketone high performance polymer)である。反応射出成形法（ＲＩＭ）は、押出工程により製造された同様の部品よりも３０％に及ぶ高い強度を部品に与えることができる。
【００２１】
ロッドすなわちピラー部品１０は、放射状に突出、すなわちロッド本体１１から張り出す支持部すなわちペグ１２、１３、１４を備える。支持部１４は面１７を有し、面１７は図示されない歯の外側表面と実質的に同じ形状である。ペグ１３の面１５とペグ１２の面１６は、それぞれロッド軸ａ―ａから角度βで傾斜している。面１８、１９も軸ａ―ａから角度βで傾斜している。上面５１は弧状あるいは扁平である。これはベルトがプーリ内を通って進むにときに、ロッドが抗張力部材９を適切に支持することを可能にする。
【００２２】
支持部すなわちペグは、マンドレルの中における製造工程において、ロッドが歯の中において一定の間隔で配置されることを可能にする。マンドレルは一連の平行な凹面を有する。各凹面はそれぞれの歯が形成される場所を提供する。製造過程において、外側の薄膜すなわち帆布層は、初めにマンドレルに置かれ各凹面内に配置される。ロッドがその後、各凹面内に配置される。各ロッドペグは外側の薄膜すなわち帆布層の上に置かれ、これによりロッドは所定のピッチ円直径で配列される。これはまた、運転中に各ロッドの傾斜した端面がシーブ面に適切に接触することを保証する。その後、抗張力心線が、マンドレルの回りに各ロッドの背面を覆って巻かれる。一続きのエラストマプライ(elastomeric ply's)が、その後抗張力心線の上に巻かれる。またこの段階で、ユーザにより必要とされるならば、接着層が抗張力心線の上に塗布されてもよい。
【００２３】
ベルト組立体の全体は、その後従来周知の方法で熱と圧力が加えられる。ベルト組立体が硬化されると、それはマンドレルから取り外され、所定の幅、例えば３８ｍｍ、に直角に切られる。３８ｍｍという幅は一例として挙げたもので、これに限定されるものではない。他の幅のものも可能であり、ユーザの要求にのみ依存する。
【００２４】
切られた後、ベルトの両側壁は適正な角度、ユーザによって如何なる角度に切ることも可能であるが、多くの場合１３°に削られる。両側壁のみ輪郭を成形され、ベルトの上部は抗張力心線を保護するために直角に切られる。
【００２５】
代替的な製造工程としては、反応射出成形法がある。初めに薄い層状に予め成形された帆布が成形される。これは歯またはコグの形状に成形される。予め成形された帆布はその後、マンドレルの周りに覆い巻きつけられる。マンドレルは、帆布の歯に対応した一連の平行な複数の溝を有する。帆布がマンドレルに覆い巻きつけられると、ロッドが溝に配置され、これは後にベルトの歯となる。その後抗張力心線がマンドレルに覆い巻きつけられる。心線は各ロッドを適正な位置に保つように圧迫する。準備が整ったマンドレルはその後ＲＩＭ装置に装置され、従来周知の方法でウレタンが注入される。この工程が終了すると、マンドレルはＲＩＭ装置から取り外され、ベルト組立体はマンドレルから取り外される。そしてベルト組立体はユーザが求める幅に切り分けられる。
【００２６】
図３は、成形されたロッド組立品の側立面図である。ペグ１２と１４は、各隣接ペグから中心線距離ｄ１の一定の間隔で配置される。各ペグの中心線は、ロッド１０の端部から距離ｄ２の間隔で配置される。好ましい実施形態では、ペグは主軸に垂直な方向に対して同軸となる形で配置されるように描かれるが、そのような配置は本発明における適正な作用にとって必須ではない。すなわち、ペグの各列は、他の如何なるペグの列に対してスタッガード(staggered)状に配置されていてもよい。確かにそれらは製造後において、機械的な粘着による構造的な効果をもたらすが、支持部の第１の役割は、図２で説明されたように、ロッドを製造工程において位置決めすることである。ペグはまた、抗張力部材が巻かれたときに各ロッドに対して予め荷重を掛けることを可能にし、これにより加熱と押圧処理中の歯の中におけるロッドの如何なる動きも防止される。製造工程において、各歯の中におけるロッドすなわちピラーの適正な配置をもたらすのであれば、どのようなペグの配置であってもかまわない。勿論、ベルトのコストおよびベルトの重量を低減するにはロッド当りのペグの数が最小のものを用いることが好ましい。各ロッドは略台形を描く形状の横断面をもつ。
【００２７】
図４は、成形されたロッド組立品の頂面図である。ペグすなわち支持部１２と１５は、ロッド本体１１から突出して示されている。好ましい実施形態では、支持部は歯の３つの側面と接触するように配置される。少なくとも、２列のペグ、例えば１２と１３は、ロッドを歯の中に適正に配置するのにも役立つ。これは更に、完成したベルトの質量を低減する。
【００２８】
図５は、図４の線５−５を通る断面図である。ｄ１の典型的な値は１１．７５ｍｍである。ｄ２の典型的な値は１１．８６ｍｍである。ロッド１０の全長は、例えば２３６ｍｍのオーダであり、ベルトの製造工程において、等しい長さのパートに切り分けられる。上述の値は、例示したものであって限定したものではない。
【００２９】
図６は、機械加工されたロッド組立品の端面図である。ロッド組立品１００は、ロッド本体１０１から突出する支持部すなわちペグ１０２、１０３、１０４を有する。支持部１０４は、図示しない歯の外表面と実質的に同じ形状をした表面１０７を持つ。ペグ１０３の表面１０５とペグ１０２の表面１０６は、ロッド軸ａ−ａから角度φでそれぞれ傾けられている。表面１０８、１０９も軸ａ−ａから角度φで傾けられている。機械加工されたロッドは例えば金属材料から構成される。それはまた、熱硬化性、熱可塑性、あるいは混合物質がオーバーモルド（overmold）された金属材料からなる。支持部１０２、１０３の中心線は、軸ａ−ａから角度γで傾けられている。
【００３０】
支持部すなわちペグは製造工程において、ロッドを位置決めする。製造工程は図２で説明されたものと同様である。
【００３１】
図７は、機械加工されたロッド組立品の側立面図である。ペグ１０２、１０３、１０４は、各々隣接するペグから中心線距離ｄ３の一定の間隔で配置される。端にある各ペグの中心線は、ロッド１００の端部から距離ｄ４の間隔で配置される。好ましい実施形態では、ペグが主軸に対して垂直に配置されるように描かれるが、そのような配置は本発明における適正な作用にとって必須ではなく、各ペグの列は他のペグの列に対してスタッガード状に配置されてもよい。ロッドの端部は、歯の外表面に突出し、プーリ表面に接触してもよい。更に、図２において説明したように、支持部の第１の役割は製造工程において、ロッドを位置決めすることにあるので、それらは構造上の役割を製造工程が全て終了した後に果たさない。したがって、製造工程において、歯の中でのロッドの適正な位置決めをもたらすのであれば、如何なるペグの配置も採用し得る。
【００３２】
図８は、機械加工されたロッド組立品の頂面図である。ペグすなわち支持部１０２、１０５はロッド本体１０１から突出して図示されている。好ましい実施形態では、支持部すなわちペグは歯の３つの側面に接触するように配置される。しかしながら、ペグの２つの列、例えば１０２と１０５など、はロッドを歯の中に適正に位置決めする役割も果たす。これはまた、完成されたベルトの質量を低減する。
【００３３】
図９は、図８の線９−９を通る断面図である。
【００３４】
図１０はベルトの斜視断面図である。ロッド１０は歯５の中に埋め込まれて描かれている。各ロッドは、大幅Ｗ₁、小幅Ｗ₂、高さＨを有する。大幅Ｗ₁は小幅Ｗ₂よりも大きく、全体として三角形の先端が切り落とされた形状、あるいは台形形状を形成する。これは接線方向の荷重が伝動される際に、心線周りのロッドの曲げモーメントを最小にする。これは同様に、相対的に大きな強度を必要としない各歯の内部におけるロッドの質量を減らすことができる。
【００３５】
抗張力部材９は、ベルトの弾性伸張層８の長手方向に配設され、補強ロッド１０に対して垂直に走る。支持部１２、１４は、歯の中に補強ロッドを一定の間隔を置いて配置するためにジャケット６の上に位置する。各ロッドの各歯における適正な配置は、長いベルト寿命をもたらし、これは各ロッドが、ベルトがプーリを通って走行するときのシーブ間における圧縮荷重を均一に担うことによる。しかしながら、ロッドのミスアライメントすなわち不適切な配置は、ロッドを取り囲む構成部の弾性により、それ自体を分解させる方向に働く。これは、その特定のベルトの部分に応力を再配分するように働く。応力は機械的効果（圧縮荷重及び求心荷重）と熱的効果（動作環境、摩擦、振動からの加熱）をもたらす。
【００３６】
各ロッドはプラスチックや非金属物質からなる傾斜した端面を備え、この端面は既知で制御可能な摩擦係数をもつ。これはベルトの滑り特性を予測可能なものとする。またそれは、ユーザによりプーリシーブの間隔が調整されたときにプーリ内においてベルトが放射状に支えられる能力を高める。また制御可能な摩擦係数は、高い騒音と摩滅特性の場合と同様にベルトの摩擦熱を巧みに処理可能とする。
【００３７】
図３、５、７，９に示されたロッドが図１０に示されたようなベルトの構造に組み入れられた後、側面２０、２１が形成され、切断あるいは削ることにより傾斜側面角θが作られる。
【００３８】
図１１は補強ロッドの側立面図である。ロッド１０はペグ１２、１４を有する。互いに反対を向く傾斜端面２０、２１は、各ロッドの相対する両端部に位置する。角度θは、プーリシーブ表面と適切に協働する所定の値である。他の如何なる周知のＣＶＴプーリの夾角も適用できるが、角度θは２０°〜７０°の範囲にある。好ましい実施形態では、角度θは、側面２０、２１がプーリシーブ表面に作用することを保証するためにプーリ夾角の１／２に等しい。
【００３９】
ここでは、本発明の一形態についてのみ説明がなされたが、ここで説明された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、その構造と部材相互の関係を様々に変形できることは当業者にとって明らかである。
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の横方向からの斜視図である。
【図２】 型成形されたロッド組立品の端面の立面図である。
【図３】 型成形されたロッド組立品の側立面図である。
【図４】 型成形されたロッド組立品の頂面図である。
【図５】 図４の線５−５を通る断面図である。
【図６】 機械加工されたロッド組立品の端面図である。
【図７】 機械加工されたロッド組立品の側立面図である。
【図８】 機械加工されたロッド組立品の頂面図である。
【図９】 図８の線９−９を通る断面図である。
【図１０】 ベルトの断面の斜視図である。
【図１１】 補強ロッドの側立面図である。

Claims (8)

1. ベルト本体の長手方向に平行に前記本体内に延在する抗張力部材と、
   前記本体の内側部に沿って配列され、前記長手方向を横切るように配列される複数の歯と、
   前記各歯に沿って延在する補強部材と、
   ベルト製造工程において、マンドレルに設けられた前記複数の歯を形成するための歯型内で、前記補強部材を前記各歯の中の所定位置に配置するために用いられ、前記補強部材から突出する少なくも２以上の支持部と
   を備えることを特徴とするベルト。
2. 前記補強部材が非金属であることを特徴とする請求項１に記載のベルト。
3. 前記各補強部材の相対する両端面が、前記補強部材の長手方向に対する垂直面から所定の角度を有する傾斜面からなることを特徴とする請求項２に記載のベルト。
4. 前記各補強部材が更に、台形の横断面形状を有することを特徴とする請求項３に記載のベルト。
5. 前記抗張力部材が前記各補強部材の外側の表面を押圧することを特徴とする請求項４に記載のベルト。
6. 前記本体が更に、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエン ゴム）、ＨＮＢＲ（水素化アクリロニトリル・ブタジエン ゴム）、ＰＵ（ポリウレタン）、ＡＣＳＭ（アルキル化クロロスルホン化ポリエチレン）、ＣＲ（クロロプレン ゴム）、ＳＢＲ（スチレン・ブタジエン ゴム）、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、あるいはこれらの混合物の何れかを含むことを特徴とする請求項５に記載のベルト。
7. 前記所定の角度が２０°から７０°の範囲であることを特徴とする請求項６に記載のベルト。
8. 更に、前記内側部を被覆するジャケットを有することを特徴とする請求項７に記載のベルト。

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