JP4129448B2 - 無段変速機用ベルト - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車のベルト式無段変速機に用いられる無段変速機用ベルトに関する。

ベルト式無段変速機に用いられるベルトは、無端状のリングに多数のエレメントが保持されて構成されており、例えば、図１０に示すようにエレメント１４０のイヤー部１４２とボディ部１４４に肉厚部１４２ａ，１４４ａを形成して前方に位置するエレメント１４０に接触させて振動を防止する対策が施されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

実公平５−３７０６７号公報

しかしながら、上述のような構成の場合、前方に位置するエレメント１４０との接触が、イヤー部１４２とボディ部１４４に形成された肉厚部１４２ａ，１４４ａに制限されるため、図１０に示すように、このベルト１０７における押し側弦部でのベルト進行方向の剛性を十分確保することができず振動が生じてしまう。また、このようにイヤー部１４２とボディ部１４４に肉厚部１４２ａ．１４４ａを形成した場合、高ベルト周速時に、ドライブプーリ出口で生じる、エレメント１４０の外側が早く進行することによるピッチングに起因して発生する振動を防止することができない。さらに、ベルト１０７の巻付き部においても、エレメント１４０はそのＶ面がプーリに対して直角になるように付勢されたときに、ロッキングエッジ部１４５に板厚差が生じているとこのロッキングエッジ部１４５がエレメント１４０の背面に安定して接触することができず、Ｖ面摩耗を促進する可能性がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、金属エレメントのピッチングを抑制することにより押し側弦部でのベルト進行方向の剛性を十分に確保した無段変速機用ベルトを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る無段変速機用ベルト（例えば、実施形態における金属Ｖベルト７）は、無端状の金属リング（例えば、実施形態におけるリング５０）に保持されてこの金属リングの周方向に整列された多数の金属エレメント（例えば、実施形態におけるエレメント４０）であって、ドライブプーリ及びドリブンプーリと接触するＶ面及び金属リングが巻き掛けられる左右のロッキングエッジ部を有し、金属リングの内周側に位置するボディ部と、金属リングの外周側に位置し、左右に延びてロッキングエッジ部と対向するイヤー部を有するヘッド部と、ボディ部とヘッド部とを一体に繋ぐネック部とからなる金属エレメントを有するものであり、金属エレメントの左右のイヤー部の先端部（例えば、実施形態における４２ａ）、ネック部及びロッキングエッジ部の前面の中央部に、隣接する金属エレメントが互いに接触可能な接触部が形成され、ネック部に形成された接触部の上端が、左右のイヤー部の先端部に形成された接触部の下端より上方に位置するように形成され、かつ、ネック部における接触部とロッキングエッジ部の中央部の接触部との境界部が段状に形成される。

本発明に係る無段変速機用ベルトを以上のように構成すると、イヤー部、ネック部及びロッキングエッジ部に形成された接触部によりこの無段変速機用ベルトの押し側弦部における剛性を十分に確保することができる。また、巻付き部において、金属エレメントがプーリに直角になるように付勢されても、ロッキングエッジ部同士が安定して接触することにより、金属エレメントのＶ面の偏摩耗を確実に防止することができる。さらに、ネック部に形成された接触部の上端をイヤー部に形成された接触部の下端よりも上方に位置させることにより、イヤー部の接触部をピボット点としてピッチング方向に回転することを防止し、回転によるネック部の曲げ応力を効果的に防止して、無段変速機用ベルトの押し側弦部における剛性を向上させることができる。

また、イヤー部及びネック部の接触部の板厚を略同一大きさにし、ロッキングエッジ部の接触部の板厚をこれらより薄くすることにより、特に高周速時においてドライブプーリの出口において発生する金属エレメントのピッチングを防止しこの無段変速機用ベルトの振動を防止することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１及び図２は、本実施例に係る無段変速機用ベルト（以下、「金属Ｖベルト７」と呼ぶ）が用いられるベルト式無段変速機１の全体構成を示している。ベルト式無段変速機（ＣＶＴ）１は、エンジンＥＮＧの出力シャフトとフライホイールダンパー１０を介して繋がる変速機入力シャフト２と、この変速機入力シャフト２に平行に配設された変速機カウンタシャフト３と、これら両シャフト２，３の間に配設された金属Ｖベルト機構４と、変速機入力シャフト２の上に配設された遊星歯車式前後進切替機構２０とから構成される。このベルト式無段変速機１には、油圧ポンプ３０、変速制御バルブ６０等が設けられ、油圧ポンプ３０からの作動油が油路３０ｃ〜３０ｅを通り、変速制御バルブ６０により制御されて金属Ｖベルト機構４に送られて変速制御がなされる。

金属Ｖベルト機構４は、変速機入力シャフト２上に回転自在に配設されたドライブプーリ５と、変速機カウンタシャフト３上にこの変速機カウンタシャフト３と一体回転するように配設されたドリブンプーリ８と、両プーリ５，８間に巻き掛けられた金属Ｖベルト７とから構成されている。

金属Ｖベルト７は、図３に示す通り、連結された多数のエレメント４０と、このエレメント４０が周方向に整列されて取り付けられた２束のリング５０とから構成される。エレメント４０は、図４および図５に示す通り、平板状に形成されており、左右にイヤー部４２が延びるヘッド部４１と、左右に延びるボディ部４４及びこのヘッド部４１とボディ部４４とを上下に繋ぐネック部４３とから構成されている。ヘッド部４１の前面（ドライブプーリ５から押し出された金属Ｖベルト７が進む方向の面）にはノーズ部４７が突出して形成されており背面にはノーズホール４８が凹状に形成されている。そのため、エレメント４０同士がこのノーズ部４７及びノーズホール４８が嵌合して連結されている。リング５０はエレメント４０の左右に形成されたイヤー部４２とボディ部４４の上部であるロッキングエッジ部４５の上面（サドル面）との間に形成されたリングスロット４９に挟持されている。ボディ部４４の左右両側面にはＶ面４６が形成されており、このＶ面４６が後述するドライブ及びドリブンプーリ５，８のＶ面１１に接触して挟持される。

ドライブプーリ５は、変速機入力シャフト２の上に回転自在に配設された固定プーリ半体５Ａと、この固定プーリ半体５Ａに対して軸方向に相対移動可能な可動プーリ半体５Ｂとから構成される。可動プーリ半体５Ｂの側方にはドライブ側シリンダ室６が形成され、変速制御バルブ６０から油路３０ｄを介して供給される油圧により、可動プーリ半体５Ｂを軸方向に移動させる軸方向推力（ドライブプーリ軸方向推力）が発生する。固定プーリ半体５Ａの金属Ｖベルト７と接触する部分にはＶ面１１が形成されており、このＶ面１１は可動プーリ半体５Ｂの固定プーリ半体５Ａと対向する面にも形成されている。そして固定プーリ半体５Ａ及び可動プーリ半体５Ｂに形成されたＶ面１１により金属Ｖベルト７が挟持されている。

ドリブンプーリ８は、変速機カウンタシャフト３の上に結合して配設された固定プーリ半体８Ａと、この固定プーリ半体８Ａに対して軸方向に相対移動可能な可動プーリ半体８Ｂとから構成される。可動プーリ半体８Ｂの側方にはドリブン側シリンダ室９が形成され、変速制御バルブ６０から油路３０ｅを介して供給される油圧により、可動プーリ半体８Ｂを軸方向に移動させる軸方向推力（ドリブンプーリ軸方向推力）が発生する。ドリブンプーリ８においてもドライブプーリ５と同様にＶ面１１が形成されており、固定プーリ半体８Ａと可動プーリ半体８ＢのＶ面１１で金属Ｖベルト７が挟持されている。

このように、ドライブ側シリンダ室６及びドリブン側シリンダ室９へ供給される油圧（プーリ側圧制御油圧）を制御することにより、金属Ｖベルト７にスリップが発生しないプーリ軸推力（スリップ防止軸推力と称する）が設定できるとともに、ドライブプーリ５及びドリブンプーリ８のプーリ幅を可変設定することができ、金属Ｖベルト７の両プーリ５，８に対する巻き掛け半径を連続的に変化させて変速比を無段階に（連続的に）制御することができる。

遊星歯車式前後進切替機構２０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構を備え、変速機入力シャフト２に結合されたサンギヤ２１と、固定プーリ半体５Ａに結合されたキャリア２２と、後進用ブレーキ２５により固定保持可能なリングギヤ２３と、サンギヤ２１とリングギヤ２３とを連結可能な前進用クラッチ２４とを有して構成される。前進用クラッチ２４が係合されると、サンギヤ２１、キャリア２２及びリングギヤ２３が変速機入力シャフト２と一体に回転し、ドライブプーリ５は変速機入力シャフト２と同一方向（前進方向）に回転駆動される。一方、後進用ブレーキ２５が係合されるとリングギヤ２３が固定保持され、キャリア２２がサンギヤ２１と逆方向（後進方向）に回転駆動される。

以上のような構成の金属Ｖベルト機構４、遊星歯車式前後進切替機構２０を介して変速されて変速機カウンタシャフト３に伝達されたエンジンＥＮＧからの動力は、発進クラッチ２６及びギヤ２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂを介してディファレンシャル機構２９に伝達され、図示しない左右の車輪に分割して伝達される。

なお、上述のように、ドライブ側及びドリブン側シリンダ室６，９への油圧供給を変速制御バルブ６０により制御して変速制御がなされるのであるが、変速制御バルブ６０の作動制御は、制御ユニット７０からの変速制御信号ＣＤＲ，ＣＤＮにより行われる。この変速制御バルブ６０は、ドライブ側シリンダ室６及びドリブン側シリンダ室９に供給する油圧を制御する二個のソレノイドバルブを有して構成され、これらソレノイドバルブが変速制御ユニット７０から出力される変速制御信号ＣＤＲ，ＣＤＮに基づいて両シリンダ室６，９内の油圧が設定され、ドライブ及びドリブンプーリ５，８に作用するドライブ及びドリブンプーリ軸方向推力が設定される。この変速制御のため、変速制御ユニット７０には、エンジン回転信号Ｎｅ、エンジンスロットル開度信号ＴＨ，車速信号Ｖ、ドライブ側回転数検出器７１より得られたドライブプーリ回転信号ＮＤＲ及びドリブン側回転数検出器７２より得られたドリブンプーリ回転信号ＮＤＮが検出されて入力されている。

以上のように構成されたベルト式無段変速機１の金属Ｖベルト機構４において、金属Ｖベルト７を構成するエレメント４０は、互いに接触してドライブプーリ５からドリブンプーリ８へトルクを伝達する。そのため、エレメント４０の接触やピッチングにより金属Ｖベルト７に振動が発生し、ドライブ及びドリブンプーリ５，８と金属Ｖベルト７との接触面（Ｖ面４６）における偏摩耗や金属Ｖベルト７に捻れが発生する虞がある。そこで、本実施例におけるエレメント４０は、図４および図５に示すように、イヤー部４２の先端部、ネック部４３及びロッキングエッジ部４５の中央部の板厚を他の部分に比べて厚くして接触部４２ａ，４３ａ，４５ａを形成して、互いに接触させることによりこの金属Ｖベルト７の振動等を防止するように構成されている。

なお、イヤー部４２とネック部４３の接触部４２ａ，４３ａの厚さは略同一大きさになるように形成されており、ロッキングエッジ部４５の接触部４５ａの厚さはそれらより薄くなるように形成されている。そのため、図５（ａ）に示すように、エレメント４０の背面側において、ネック部４３とサドル面の境界部が段状に形成されていても良いし、図５（ｂ）に示すように、エレメント４０の前面側において、ネック部４３とサドル面の境界部が段状に形成されていても良い。あるいは、図５（ｂ）に示すように、エレメント４０の前面側において、ネック部４３の下部からロッキングエッジ部４５にかけてテーパ状に板厚が薄くなるように形成されていても良い。

それでは、このように構成された金属Ｖベルト７の動作について図７を用いて説明する。なお、図６に示すように、金属Ｖベルト７のドライブプーリ５に巻き掛けられている部分を巻付き部Ｍと呼び、ドライブプーリ５から押し出された部分を押し側弦部Ｎと呼ぶ。また、図７において、説明を容易にするために接触部４２ａ，４３ａ，４５ａを半リング状に表現している。

まず、巻付き部Ｍにおいては、図７に示すように、金属部Ｖベルト７がドライブプーリ５に沿って曲がっているため、エレメント４０のロッキングエッジ部４５の接触部４５ａが前方に位置するエレメント４０の背面に接触する（図７（ａ）におけるＳ３）。そのため、エレメント４０がドライブプーリ５（若しくはドリブンプーリ８）に対して直角になるように付勢されても、エレメント４０のロッキングエッジ部４５同士は互いに接触して安定支持されて振動が発生しないため、Ｖ面４６の偏摩耗を確実に防止することができる。

そして、この金属Ｖベルト７が巻付き部Ｍから押し側弦部Ｎに押し出されるときは、まず、ネック部４３の接触部４３ａが前方のエレメント４０の背面に接触し（図７（ａ）におけるＳ１）、次に、イヤー部４２の接触部４２ａが前方のエレメント４０の背面に接触して押し側弦部Ｎに入るため（図７（ａ）におけるＳ２）、エレメント４０が巻付き部Ｍから押し側弦部Ｎに押し出されるときに、後方のエレメント４０が前方のエレメント４０に接触するときの衝撃を、ネック部４３及びイヤー部４２の接触部４３ａ，４２ａの２回に分散して緩和する。そのため、エレメント４０の接触の衝撃による金属Ｖベルト７の振動が誘発されない。

なお、ドライブプーリ５から金属Ｖベルト７が押し出される力が大きい場合は、押し側弦部において、ロッキングエッジ部４５の板厚部４５ａも前方のエレメント４０の背面に接触し、金属Ｖベルト７の安定性を増大させることができる。

本実施例においては、図４に示すように、従来のエレメント１４０に比較してネック部４３に接触部４３ａを形成しているため、金属Ｖベルト７の振動の幅を低減することが可能である。例えば、このようなエレメント４０，１４０を有する金属Ｖベルト７の弦部Ｎにおける張力の変動率（レシオ：ＬＯＷ，Ｎｉｎ：３０００ｒｐｍ，Ｔｉｎ：１０Ｋｇｆ・ｍのとき）は、図９に示すように、イヤー部４２及びネック部４３の板厚とロッキングエッジ部４５の板厚の差（図９において「上下板厚差」と呼ぶ）が３μｍのときを比較すると、本実施例における張力の変動率（図９におけるＧ２）は、従来のエレメント１４０を用いた金属Ｖベルト１０７の変動率（図９におけるＧ１）に比べて１／３とすることができる。

金属Ｖベルト７の弦部Ｎにおける張力の変動量を従来の１／３に抑えることができた理由は、図７に示すように、ドライブプーリ５の出口（巻付き部Ｍと押し側弦部Ｎの境界）において、押し側弦部Ｎに出て前のめりにピッチングしながら直線運動に移行しようとしているエレメント４０を、ネック部４３の一箇所の接触部４３ａをイヤー部４２の接触部４２ａより早く前のエレメント４０の背面に接触させることによりそのピッチングを防止することができるからである。特に、金属Ｖベルト７が高ベルト周速時に、ドライブプーリ５の出口においてエレメント４０の外側が早く進行することによるピッチングに起因する振動を防止することができる。

また、図４に示すように、本実施例に係るエレメント４０においては、ネック部４３の接触部４３ａの上端をイヤー部４２の接触部４２ａの下端よりも上方に位置するように形成しているため、互いに隣接するエレメント４０のネック部４３間の隙間がなくなるため、ネック部４３の剛性が更に増し、防振効果が高くなる。

なお、ボディ部４４の中央部とネック部４３の接触部４３ａは連続していても良く、本実施例の効果を全て得ることができる。

以上説明した本発明の実施形態において達成される主要な効果を整理すれば、下記のようになる。

第１に、エレメント４０同士の接触を、イヤー部４２に形成された左右対称二箇所の接触部４２ａ、ネック部４３に形成された接触部４３ａ、及び、ボディ部４４のロッキングエッジ部４５の中央部に形された接触部４５ａとすることにより、金属Ｖベルト７の押し側弦部Ｎでのロッキングエッジ部４５を中心としたピッチングをネック部４３の接触部４３ａで効果的に防止することができ、これにより、押し側弦部Ｎでのベルト進行方向の金属Ｖベルト７の剛性を十分に確保することができる。また、巻付き部Ｍにおいても、エレメント４０がプーリ５，８に直角になるように付勢されても、ロッキングエッジ部４５同士が接触部４５ａで安定して接触することができるため、エレメント４０のＶ面４６の偏摩耗を確実に防止することができる。

第２に、接触部４２ａ，４３ａ，４５ａが形成された部分を、イヤー部４２及びネック部４３の板厚を略同一にし、ロッキングエッジ部４５の板厚をこれらより薄くすることにより、第１の効果に加えて、ドライブプーリ５の出口において、巻付き部Ｍから押し側弦部Ｎに出て前のめりにピッチングしながら直線運動に移行しようとしているエレメント４０を、ネック部４３に形成された一箇所の接触部４３ａをイヤー部４２に形成された接触部４２ａより早く前のエレメント４０の背面と接触させることにより、そのピッチングを防止し、高ベルト周速時にドライブプーリ５の出口で生じるピッチングに起因する振動を防止することができる。

第３に、ネック部４３に形成された接触部４３ａの上端が、イヤー部４２に形成された接触部４２ａの下端より上方に位置するため、金属Ｖベルト７の押し側弦部Ｎにおける剛性を向上させることができる。

ベルト式無段変速機の全体構成を示す断面図である。 ベルト式無段変速機の全体構成を示すスケルトン図である。 金属Ｖベルトの構造を示す斜視図である。 本発明に係る金属Ｖベルトを構成するエレメントの背面図である。 図４のＶ−Ｖ断面図であり、（ａ）は背面側においてネック部とサドル面の境界に段部を形成した場合であり、（ｂ）は前面側においてネック部とサドル面の境界に段部を形成した場合であり、（ｃ）は前面側においてネック部とロッキングエッジ部をテーパ状に板厚が薄くなるように形成した場合である。 金属Ｖベルト機構を示す図である。 本発明に係る金属Ｖベルトの動作を示す図であり、（ａ）は要部の拡大図であり、（ｂ）は巻付き部及び押し側弦部の状態を示す図である。 エレメントの構造を示す平面図であり、（ａ）は従来のエレメントを示す図であり、（ｂ）は本発明に係るエレメントを示す図である。 金属Ｖベルトの張力変動率を示すグラフである。 従来の金属Ｖベルトの動作を示す図であり、（ａ）は要部の拡大図であり、（ｂ）は巻付き部及び押し側弦部の状態を示す図である。

符号の説明

５ ドライブプーリ
８ ドリブンプーリ
７ 金属Ｖベルト（無段変速機用ベルト）
４０ エレメント（金属エレメント）
４１ ヘッド部
４２ イヤー部
４２ａ 接触部
４３ ネック部
４３ａ 接触部
４４ ボディ部
４５ ロッキングエッジ部
４５ａ 接触部
４６ Ｖ面
５０ リング（金属リング）

Claims (1)

1. 無端状の金属リングに保持されて前記金属リングの周方向に整列された多数の金属エレメントであって、ドライブプーリ及びドリブンプーリと接触するＶ面及び前記金属リングが巻き掛けられる左右のロッキングエッジ部を有し、前記金属リングの内周側に位置するボディ部と、前記金属リングの外周側に位置し、左右に延びて前記ロッキングエッジ部と対向するイヤー部を有するヘッド部と、前記ボディ部と前記ヘッド部とを一体に繋ぐネック部とからなる金属エレメントを有する無段変速機用ベルトにおいて、
   前記金属エレメントの前記左右のイヤー部の先端部、前記ネック部及び前記ロッキングエッジ部の前面の中央部に、隣接する前記金属エレメントが互いに接触可能な接触部を形成し、
   前記ネック部に形成された前記接触部の上端が、前記左右のイヤー部の先端部に形成された前記接触部の下端より上方に位置すること、
   前記ネック部における前記接触部と前記ロッキングエッジ部の中央部の接触部との境界部が段状に形成されていること、
   を特徴とする無段変速機用ベルト。

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