JP3975791B2 - 無端金属ベルト - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、無端金属ベルトに関するものであり、特に多数の板状エレメントを板厚方向に重ね合わせて環状に配置し、一対のフープで多数の板状エレメントを互いに分離しないように結束した無端金属ベルトに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
特開2000−205343号公報に示されているように、たとえば自動車用のベルト式無段変速機(CVT:Continuously Variable Transmission)に使用される無端金属ベルトが知られている。
【0003】
図7は、ベルト式無段変速機の構成を示す概略図である。図7を参照して、ベルト式無段変速機においては、無端金属ベルト3が、入力軸20に取付けられた入力側プーリ22と出力軸30に取付けられた出力側プーリ32とに巻き掛けられて使用される。入力側プーリ22および出力側プーリ32は、溝幅を無段階に変えられる1対のシーブ4をそれぞれ備えている。この溝幅を変えることで、無端金属ベルト3の入力側プーリ22および出力側プーリ32に対する巻付け半径が変わり、これにより入力軸20と出力軸30との間の回転数比、すなわち変速比を連続的に無段階に変化させることができる。
【0004】
図8を参照して、無端金属ベルト3は、多数のエレメント1と、環状の金属帯であるフープ2とを有している。多数のエレメント1は互いに板厚方向に環状に並べて配置されており、その左右のサドル部にフープ2を通して結束されるている。これにより、図9に示すように、全体として、無端の金属ベルト3が構成される。
【0005】
図10は従来のエレメントの形状を示す図であり、図11は図10の領域P2を拡大して示す図である。図10を参照して、エレメント1は、本体部7と、首部8と、頂部9とを有している。本体部7の両側面6は、シーブ4のテーパ状のシーブ面5に接触する対シーブ摩擦面であって、シーブ面5と一致するテーパ面とされている。また本体部7のサドル面10はフープ2が接触する面である。2つのフープ2の各々は、本体部7と頂部9との間の図中左右のスリット部分の各々に通されている。頂部9は、一方の面側に凸となり、他方の面側では凹となったディンプル・ホール11を有しており、互いに重ね合わされたエレメント1の一方のディンプル・ホール11が他方のディンプル・ホール11に嵌合するようになっている。
【0006】
このような本体部7と頂部9とが首部8によりつながれている。そして、首部8とサドル面10との間には窪み12bが形成されている。この窪み12bは、図11に示すように、従来、単一の曲率半径(たとえばR0.5mm)で構成されていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエレメント1では、窪み12bが単一の曲率半径を有しているため、エレメント1に高トルクが作用した場合などには、窪み12bの底部(図11の領域P3)を起点とした疲労破壊が生じ、無端金属ベルトが破壊するという問題があった。
【0008】
それゆえ本発明の目的は、疲労破壊を抑制でき、それにより耐久性を向上できる無端金属ベルトを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の無端金属ベルトは、多数の板状エレメントを板厚方向に重ね合わせて環状に配置し、一対のフープで多数の板状エレメントを互いに分離しないように結束した無端金属ベルトであって、板状エレメントは、フープが摺動可能に接するサドル面を有する本体部と、その本体部につながる首部と、サドル面および首部の間に位置する窪みとを有しており、その窪みの底部の曲率半径は、その底部から本体部または首部へつながる窪みの各部分のそれぞれの曲率半径よりも大きいことを特徴とするものである。
【0010】
本発明の無端金属ベルトによれば、高トルクが作用したときに応力が集中する窪みの底部は、窪みの他の部分と比較して大きな曲率半径を有している。このため、窪み底部の応力集中の度合いを低減することができ、結果としてその応力による疲労破壊を防止することができる。
【0011】
また、底部以外の窪み部分は、窪みの底部よりも小さな曲率半径を有している。このため、窪み全体の幅が大きくなることを抑制することができ、窪み側へフープがはみ出すことを抑えることができる。よって、フープが窪みにはみ出ることによって応力振幅が大きくなることを抑制することができる。
【0012】
以上より、疲労破壊を防止できるとともに応力振幅を抑制することのできる無端金属ベルトを得ることができる。
【0013】
上記の無端金属ベルトにおいて好ましくは、窪みを構成する曲率半径の異なる各部分の円弧の接合部において、互いに接合される円弧のそれぞれの接合部における各接線が共通となるように、曲率半径の異なる各部分が接合されている。
【0014】
これにより、窪み全体を滑らかに形成することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【0016】
図1は、本発明の一実施の形態における無端金属ベルトに用いられるエレメントの構成を示す概略図である。また、図2は、図1の領域P1を拡大して示す図である。
【0017】
図1を参照して、板状のエレメント1は、本体部7と、首部8と、頂部9とを有している。本体部7の両側面6は、シーブのテーパ状のシーブ面に接触する対シーブ摩擦面であって、シーブ面と一致するテーパ面とされている。また本体部7のサドル面10はフープが接触する面である。2つのフープ(図示せず)の各々は、本体部7と頂部9との間の図中左右のスリット部分の各々に通されている。頂部9は、一方の面側に凸となり、他方の面側では凹となったディンプル・ホール11を有しており、互いに重ね合わされたエレメント1の一方のディンプル・ホール11が他方のディンプル・ホール11に嵌合するようになっている。
【0018】
このような本体部7と頂部9とが首部8によりつながれている。そして、首部8とサドル面10との間には窪み12aが形成されている。この窪み12aは、図2に示すように、互いに異なる曲率半径を有する複数の部分12a1、12a2、12a3、12a4が組み合わされた構成を有している。
【0019】
窪み12aの底部に配置された部分12a1は、窪み12aの他の部分12a2、12a3、12a4よりも大きな曲率半径を有しており、その曲率半径はたとえばR0.8mmである。またその底部の部分12a1と首部8との間の部分12a2は、たとえばR0.5mmの曲率半径を有している。またその底部の部分12a1とサドル面10との間の部分12a3、12a4の各々は、たとえばR0.5mm、R0.3mmの曲率半径を有している。
【0020】
また窪み12aの幅はたとえば1.27mmであり、深さはたとえば0.517mm(0.35+0.167mm)である。窪み12aの底部12a1の円弧の中心から首部8までの距離はたとえば0.6mmである。
【0021】
これらの曲率半径が異なる各部分12a1、12a2、12a3、12a4は、互いに隣り合う各部分の接続部における各円弧の接線同士が共通するようにつながれている。つまり、窪み12aの底部の部分12a1とその左隣の部分12a2との接合部、窪み12aの底部の部分12a1とその右隣の部分12a3との接合部、およびその右隣の部分12a3とさらに右隣の部分12a4との接合部の各々において、互いに接合される各円弧の接合部における各接線が共通となるように、各部分が接合されている。
【0022】
このような複数個のエレメント1がフープ2により結束されて、図9に示すように、全体として、無端の金属ベルト3が構成される。
【0023】
本発明者は、本発明をするにあたり以下の実験を行なった。
まず、無端の金属ベルト3がCVTとして実際に使用される状態で、エレメント1にかかる力(図10の「プーリからの駆動力伝達による力」、「トルク伝達による力」、フープからの押え力など)を計測または推定し、その力を基にFEM(finite element method)を実施した。その結果、応力が集中する部分が図11に示す窪み12bの底部(領域P3)であることが分かった。
【0024】
また、図11の構成において窪み12bの曲率半径Rと応力集中との関係を調べたところ、図3に示すように窪み12bの曲率半径Rが大きいほど、底部(領域P3)における応力集中を低減できることが分かった。
【0025】
しかし、窪み12bの曲率半径Rを単純に大きくすると、図4においてフープ2が窪み12bに向けてはみ出す部分が大きくなる。そこで、フープ2が窪み12bからはみ出しているときのフープ2の応力変化について調べた。その結果、図5および図6に示す結果が得られた。
【0026】
図5および図6の各々は、エレメントの窪みにはみ出ているフープ部分の外周表面および内周表面のそれぞれの応力が無端金属ベルトの回転時間により変化する様子を示している。これらの図において、実線はサドル面10上に位置するフープ2の応力変化を示しており、点線は窪み12bからはみ出したフープ2の部分の応力変化を示している。また、「小径プーリ」および「大径プーリ」と表記された各範囲は、無端金属ベルトが小径プーリおよび大径プーリの各々に巻き掛けられて接している範囲を示している。
【0027】
図5および図6の結果より、フープ2の外周表面(図5)に関しては、窪み12bにはみ出しているフープ2の部分は、サドル面10上に位置するフープ2の部分よりも応力振幅が小さくなるが、フープ2の内周表面(図6)に関しては、窪み12bにはみ出しているフープ2の部分は、サドル面10上に位置するフープ2の部分よりも応力振幅が大きくなることが分かった。
【0028】
このことから、窪み12bの曲率半径Rを単純に大きくすると、図4においてフープ2が窪み12bに向けてはみ出ている部分の内周表面での応力振幅が大きくなり、フープ2の耐久性が悪化することが判明した。また、窪み12bの幅が大きくなるほど、この応力振幅が大きくなることも判明した。
【0029】
そこで、図2に示すように応力が集中する窪み12a底部(P3)に位置する部分12a1の曲率半径を大きくするとともに、窪み12aのサドル面10および首部8につながる部分12a2、12a3、12a4の曲率半径を小さくすることで窪み12aの幅が大きくなることを防止しながら、すなわちフープ2の応力振幅が大きくなるのを防止しながら、エレメント1の応力集中度を下げることができ、その結果、無端金属ベルト3の耐久性を向上することができる。
【0030】
なお、上記の実施の形態において記載されたエレメント1の各部の寸法および形状は例示であり、本発明はその寸法および形状に限定されるものではないが、たとえば窪み12aのサドル面10および首部8につながる部分のうち部分12a2、12a3を等しい曲率半径R2とした場合、窪み12aの底部に位置する部分12a1の曲率半径R1は、1.4≦R1/R2≦1.6を満たすように設定することが好ましい。
【0031】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の無端金属ベルトによれば、高トルクが作用したときに応力が集中する窪みの底部は、窪みの他の部分と比較して大きな曲率半径を有している。このため、窪み底部の応力集中の度合いを低減することができ、結果としてその応力による疲労破壊を防止することができる。
【0033】
また、底部以外の窪み部分は、窪みの底部よりも小さな曲率半径を有している。このため、窪み全体の幅が大きくなることを抑制することができ、窪み側へフープがはみ出すことを抑えることができる。よって、フープが窪みにはみ出ることによって応力振幅が大きくなることを抑制することができる。
【0034】
以上より、疲労破壊を防止できるとともに応力振幅を抑制することのできる無端金属ベルトを得ることができる。
【0035】
上記の無端金属ベルトにおいて好ましくは、窪みを構成する曲率半径の異なる各部分の円弧の接合部において、互いに接合される円弧のそれぞれの接合部における各接線が共通となるように、曲率半径の異なる各部分が接合されている。これにより、窪み全体を滑らかに形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態における無端金属ベルトに用いられるエレメントの構成を示す概略図である。
【図2】 図1の領域P1を拡大して示す図である。
【図3】 首部とサドル面との間の窪みの曲率半径Rと応力集中との関係を示す図である。
【図4】 フープが窪みに突き出す様子を示す図である。
【図5】 フープの外周表面の応力が回転時間により変化する様子を示す図である。
【図6】 フープの内周表面の応力が回転時間により変化する様子を示す図である。
【図7】 ベルト式無段変速機の構成を示す概略図である。
【図8】 無端金属ベルトにおいて複数のエレメントが一対のフープによって結束された様子を示す概略斜視図である。
【図9】 無端金属ベルトの全体構成を示す概略図である。
【図10】 従来のエレメントの形状を示す図である。
【図11】 図10の領域P2を拡大して示す図である。
【符号の説明】
1 エレメント、2 フープ、3 無端金属ベルト、4 シーブ、5 シーブ面、6 側面、7 本体部、8 首部、9 頂部、10 サドル面、11 ディンプル・ホール、12a 窪み、20 入力軸、22 入力側プーリ、30 出力軸、32 出力側プーリ。
Claims (2)
- 多数の板状エレメントを板厚方向に重ね合わせて環状に配置し、一対のフープで前記多数の板状エレメントを互いに分離しないように結束した無端金属ベルトであって、
前記板状エレメントは、前記フープが摺動可能に接するサドル面を有する本体部と、前記本体部につながる首部と、前記サドル面および前記首部の間に位置する窪みとを有しており、
前記窪みの底部の曲率半径は、前記底部から前記本体部または前記首部へつながる前記窪みの各部分のそれぞれの曲率半径よりも大きいことを特徴とする、無端金属ベルト。 - 前記窪みを構成する曲率半径の異なる各部分の円弧の接合部において、互いに接合される前記円弧のそれぞれの前記接合部における各接線が共通となるように、前記曲率半径の異なる各部分が接合されていることを特徴とする、請求項1に記載の無端金属ベルト。
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