JP4839369B2 - 無段変速装置用駆動ベルトとこのような駆動ベルト用の横方向エレメントの製作方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載した駆動ベルトに関する。

このような駆動ベルトは、特にヨーロッパ特許出願０．９９４．２７５（特許文献１）によって周知であり、しばしばファン・ドーン（Van Doorne）ベルトまたはプッシュベルトと呼ばれている。周知の駆動ベルトは少なくとも１個の無端の引張り手段と板状の多数の横方向エレメントを備えている。この横方向エレメントは引張り手段上に続けて配置され、ほぼ連続するストリングを形成している。エレメントは引張り手段によって支持および案内されているがしかし同時に、引張り手段の周に沿って自由に移動可能である。このような駆動ベルトは自動車用無段変速装置すなわちＣＶＴにおいて慣用されている。この場合、駆動ベルトは無段変速比でトルクを伝達するために２個のプーリに巻掛けられて摩擦接触している。この無段変速装置は例えば国際公開公報ＷＯ−Ａ−２００３／０２１１３４（特許文献２）によって周知である。

このような変速装置の機械的な効率は、多数の要因によって決定される。その一つはベルトと各プーリの間の潤滑される摩擦接触部の摩擦係数、すなわち「ＣｏＦ」である。ＣｏＦの増大が一般的に非常に所望される。というのは、その結果として、変速装置の作動中に接線方向に向いた摩擦力を伝達するためにプーリのディスクによって駆動ベルトに加えられる垂直力をかなり低減することができるからである。このような比較的小さな垂直力は通常は一層経済的に発生させることができる。比較的小さな垂直力の他の有利な作用は、駆動ベルトと特にその引張り手段の作動中の負荷が小さく、それによって変速装置の作動寿命が長くなることにある。
ＥＰ−Ａ−０．９９４．２７５ ＷＯ−Ａ−２００３／０２１１３４

本発明は、従来知られていない方法でＣｏＦを最適化することによって変速装置効率を一層改善することを目的とする。本発明に従い、このような目的は、請求項１記載の駆動ベルトを、その他の点では公知の変速装置に適用することによって達成される。

請求した手段を適用することにより、ベルトの横方向エレメントとプーリディスクの間の潤滑摩擦接触部内のＣｏＦは、典型的な作動状況下で慣用の駆動ベルトで測定したＣｏＦよりも大幅に、すなわち１０％まで高くなった。請求した手段の結果として、変速装置の作動中に前記摩擦接触部内に存在する潤滑液の量が大幅に減少可能である、すなわちエレメントとプーリディスクの相対速度が高い場合でも、非常に薄い潤滑液の層がエレメントとプーリディスクの間に形成され、その結果としていわゆる境界潤滑状態が生じるものと思われる。

これによって、移行面の有効曲率半径、すなわち実際の移行面にほとんど正確に適合する円弧の半径は、前記の潤滑液を定量化するための好都合な方法と考えられる。しかし通常、前記潤滑液量に実際に影響を及ぼすのは、移行面の小さな部分、すなわち変速装置作動中に潤滑液の層内に浸される、上記側面のすぐ隣の部分だけである。従って、移行面の全体の断面形状が弧状から大きくそれている場合には、前記有効曲率半径は移行面の小さな部分だけに関して決定されるべきである。

本発明では、前記更なる面は、勿論横方向エレメントの主面の一つを示し、あるいは前記側面内の半径方向の溝またはスリットの側壁の一つによって形成可能である。詳細には、この後者の構造では、それによって実現可能なＣｏＦの相対的な増大に関して、きわめて良好な実験結果が得られた。このＣｏＦの増大は恐らく、後者の構造の場合、前記の有効曲率半径が最も効果的で最も小さな零の値に近づくという事実に関連している。

更に、上記の駆動ベルト用横方向エレメントを作るための製作方法を提供する。従来の製作方法では、横方向エレメントは基材の帯板から打ち抜きによって形成され、続いて打ち抜き時に形成されたバリを研磨除去するため、石によってバレル研磨される。公知の打ち抜き加工工程では、横方向エレメントは、打ち抜きプレスのカッターを打ち抜きプレスの打ち抜き型の横方向エレメントの形状の穴の中に移動させることによって、基材の帯板から切り抜かれる。それによって、基材の帯板はカッターと打ち抜き型の間に置かれる。

従来の製作方法では、結局、横方向エレメントの側面と前側および後側の主面との間の移行面の丸めた量が主に、石によるバレル研磨加工の強さ（例えば加工時間、振動エネルギー、石の重量および石の形状または構成）によって決定される。しかしながら、前記バリを除去するために最小の強さが要求され、このことが、実際には、断面が多少弧状であり、かつ典型的に約０．５ｍｍの曲率半径を有する移行面を生じる。

しかしながら本発明によれば、形成される横方向エレメントの全周にわたって、打ち抜きプレスの打ち抜き型とカッターの間に比較的大きな遊びを設けることによって、バレル研磨加工の強さは有利にも低下可能あるいは省略可能である。このような遊びは、従来は基材の厚さの１％よりも小さいが、本発明では、基材の厚さの５〜２０％の遊びを設けることが提案される。打ち抜き加工とその際の前記遊びの詳細な説明については、国際公開公報ＷＯ２００４／１１１４９０の特に図４〜８とそれに関連する説明部分が参照される。

打ち抜き加工の上記段取りでは、横方向エレメントの周囲に形成されたバリが小さいので、除去するために必要なバレル研磨の強さは弱くて済む。これによって、前記移行面を丸める量が減少するので有利である。そうすることにより、側面と前側の主面との間の曲率半径を０．３ｍｍまたはそれ以下に縮小することができる。

あるいは上記従来の製作方法に、次の加工工程を追加することが提案される。すなわち、少なくとも、エレメントの側面と前側主面または後側主面の間の前側移行部または後側移行部を塑性変形する加工工程、すなわち所望の比較的尖った形状の縁部を再形成する加工工程を追加することが提案される。この再形成は例えば国際公開公報ＷＯ２００３／０６９１８５によって公知の圧印加工または打ち抜き型プレス加工によって行われる。さらなる選択肢は、追加加工工程としての研削のような研削加工を適用することである。この後者の加工は特に、横方向エレメントの側面に半径方向溝を形成するために適している。それによって、溝の側壁が各側面に接続する場所に、比較的尖った移行部が形成される。

最後の両ケースの場合、各移行面は、有効曲率半径が小さく零に近づくほど、きわめて小さく形成可能である。限定ケースでは、側面と他の面の間に、９０°縁部の形が形成され、移行面は実質的に存在しない。

（図面の簡単な説明）
添付の図を参照して本発明を説明する。
図１は、駆動ベルトと２個のプーリを備えた公知の無段変速装置を概略的に示す斜視図である。
図２は公知の駆動ベルトの横方向エレメントの正面図である。
図３は図２のＡ−Ａ面に沿った公知の横方向エレメントの断面図である。
図４は本発明の第１実施の形態に従って形成された、図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメントの断面図である。
図５は変速装置プーリとの摩擦接触を示す、図４の横方向エレメントの詳細断面図である。
図６は本発明の第２実施の形態に従って形成された、図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメントの断面図である。
図７は横方向エレメントと変速装置プーリの間の摩擦係数に関する本発明の効果を示すグラフである。
図８は本発明の第３実施の形態に従って形成された、図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメントの断面図である。

図１は、一般的に自動車のエンジンと駆動輪との間の動力伝達系統内で用いられる公知の無段変速装置の主要部品を示している。変速装置は２個のプーリ１，２を備えている。このプーリはそれぞれ２個のプーリディスク４，５を備えている。このプーリディスクの間には、回転運動Ｍとそれに付随するトルクを一方のプーリ１，２から他方のプーリ２，１に伝達するために、プッシュタイプの駆動ベルト３が設けられている。プーリディスク４，５はほぼ円錐形であり、各プーリ１，２の少なくとも一方のプーリディスク４は各プーリ１，２のプーリ軸６，７に沿って軸方向に移動可能に変速装置に組み込まれている。変速装置は通常は更に、作動手段を備えている。この作動手段は少なくとも一方の前記可動ディスク４に、それぞれ他方のディスク５の方に向いた軸方向の締付け力を加える。それによって、駆動ベルト３は両ディスクの間で締付けられる。

駆動ベルト３は無端の引張り手段３１と、比較的に薄い多数の横方向エレメント３２とを備えている。この横方向エレメントは引張り手段の長手方向に沿って移動可能にかつ引張り手段に対してほぼ横方向に配向して引張り手段３１上に設けられている。横方向エレメント３２は前記締付け力を受け、それによって駆動プーリ１の回転時にディスク４，５と駆動ベルト３の間の摩擦が横方向エレメント３２を前記移動Ｍの方向に前記駆動プーリ１から被駆動プーリ２へおよび元の所に押し、それによって引張り手段３１により案内され、支持される。これによって、変速装置の幾何学的な変速比は被駆動プーリ２における駆動ベルト３の有効接触半径Ｒ２と、駆動プーリ１における駆動ベルト３の有効接触半径Ｒ１との商によって決定される。このような半径Ｒ１，Ｒ２と幾何学的な変速比は既定の達成可能値の範囲内で連続的に変化可能である。

図２は公知の横方向エレメント３２の正面図である。この横方向エレメントは無端引張り手段３１に取付けられた駆動ベルト３に組み込まれている。無端引張り手段は図示した本例では２つの積層部品からなっている。この積層部品はそれぞれ、薄くて平らな複数のリングによって形成されている。このリングは半径方向に入れ子式に重ねられ、横方向エレメント３２の各々の開口３３内に収容されている。

横方向エレメント３２は本体部分３４を備えている。この本体部分は引張り手段３１の下方あるいは半径方向内側に配置され、開口３３の底部側面を形成している。横方向エレメント３２のほぼ矢じり形の頭部分３７は開口３３の頂部側面を形成している。横方向エレメント３２のいわゆる柱部分３８が開口３３の間に位置している。この柱部分は本体部分３４と頭部分３７を互いに連結している。本体部分３４は両側に、横方向に向いた（すなわち、「面した」）側面３６を備えている。この側面はプーリディスク４，５に摩擦接触する。これらの側面３６は半径方向外側へ互いに広がっている。このような広がり角φ、いわゆるベルト角度φは、プーリ１，２のディスク４，５の間にも設けられている（図１参照）。プーリディスク４，５との摩擦接触の摩擦学的特性を高めるために、側面３６に表面形状を設けることは一般的な方法である。

横方向エレメント３２の前側の主面４０には突起３９が設けられている。この突起は横方向エレメントの頭部分３７のほぼ中央に配置されている。突起３９は隣接する横方向エレメント３２の後側の主面４１に設けた穴（見えない）に収容される。突起３９と穴は駆動ベルト３内で隣接する横方向エレメント３２を互いに連結し、整列する。ここで、用語「前側」と「後側」は駆動ベルト３の運動Ｍの方向に対して定められている。

傾動領域４４とも呼ばれるいわゆる傾動線４４において、本体部分３４は実質的に半径方向内側へ先細になっている。それによって、ベルト３はプーリ１，２のところで長手方向に湾曲した軌道を進むことができる。この長手方向に湾曲した軌道内で、横方向エレメント３２は主として軸方向に向いたそれらの傾動軸線４４の回りを、それぞれ隣接するエレメント３２に対して傾動する。

図３には、図２のＡ−Ａ面に沿った、すなわち本体部分３４の位置での横方向エレメント３２の横断面が示される。図示したエレメント３２は４つの移行面５０、すなわち２つの側面３６の各々と前側の主面４０との間の２つの前側の移行面５０（ａ）と、エレメントの２つの側面３６の各々と後側の主面４１との間の２つの後ろ側の移行面５０（ｂ）を備えている。用語「前側」と「後側」は変速装置が作動しているときに駆動ベルト３の運動Ｍの意図する方向または主方向に対して定められている。

公知のベルト３では、これらのすべての移行面５０が滑らかに丸められ、曲率半径Ｒｔを有する弧によって断面を表すことができる。この曲率半径Ｒｔは横方向エレメント３２の製作方法、特に打ち抜き加工時に形成されたバリを研磨除去するために横方向エレメント３２をバレル研磨する製造工程によって決定される。このような慣用の曲率半径Ｒｔは典型的には０．５ｍｍに達する。

本発明では、上記の前側の移行面５０（ａ）と後側の移行面５０（ｂ）の一方または両方を、比較的尖った縁部として、すなわち、詳細には断面で見たときの上記の曲率半径に関して、有意に縮小した寸法を有する、縁部として形成することにより、駆動ベルト３とプーリ１，２の間の摩擦係数（ＣｏＦ）が大幅に改善されることがわかった。

本発明の第１の実施形態を図４に示す。図４は図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメント３２の断面図である。この実施形態では、前側の移行面５０（ａ）だけが、断面において前側の曲率半径Ｒｗで定義された比較的尖った縁部として形成されている。後側の移行面５０（ｂ）は前側の移行面との違いを示すために曲率半径Ｒｔを有している。本発明によれば、ＣｏＦの増大は０．３ｍｍよりも小さな値を有する前側の移行面５０（ａ）の曲率半径Ｒｗによって実現可能であり、そして例えば０．２ｍｍ以下の前側の移行面の曲率半径Ｒｗを有する一層尖った縁部を形成することによって、更なる改良が可能である。最適と見なされるがしかし製作が困難な実施形態では、曲率半径Ｒｗは零に近づくか、可能であれば零に等しい。

前側の移行面５０（ａ）が比較的鋭利な縁部として形成される結果として、作動中Ｍ方向に動くときに、比較的少量の潤滑液が前記摩擦接触部内に押し込まれ、プーリディスク４，５とベルト３の横方向エレメント３２との相対速度がかなり大きいときでも、いわゆる境界潤滑状態が生じていると信じられている。このような現象とその効果は図５，６に概略的に示される。

図５は、横方向エレメント３２の側面３６とプーリ１，２のディスク４，５との間の潤滑摩擦接触を示す、図４の横方向エレメント３２の詳細断面図である。変速装置の作動中に殆どの場合生じるエレメント３２とディスク４，５の相対速度ＲＳのために、ディスク４，５上に薄い層６０をなす潤滑液は少なくとも一部が前記摩擦接触に供給される。それによって、潤滑液の量は、この特定の場合には、前側の移行面５０（ａ）の形状によって決定される。前記摩擦接触部における潤滑液の量は、いわゆるくさび作用を弱めることによって有意に減少することが判った。このくさび作用はエレメント３２の移行面５０（ａ）とディスク４，５との間に形成されたおおよそくさび形状の空間によって生じ、それによって潤滑液の増大６１が達成される。本発明によれば、移行面５０（ａ）の有効曲率半径Ｒｆを縮小することによって、くさびの寸法、ひいては前記くさび作用の大きさを低下させることができる。この曲率半径の縮小は、可能であれば零に近づくまで行われ、側面３６と各主面４０，４１は尖った縁部で事実上直接接続する。

本発明の第２実施の形態を図６に示す。この図６は図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメント３２の断面図である。この実施形態では、半径方向に向いた溝５１またはスリット５１がエレメント３２の各々の側面３６に設けられている。これによって、溝５１の少なくとも１つの側壁５２と各々の側面３６との間に移行面５０（ｃ）が形成される。この移行面は本発明によれば、断面が比較的尖った縁部として容易に成形可能である。詳細には、この構造により、実現可能なＣｏＦの増大について、きわめて良好な実験結果が得られた。図４の実施形態を超えるこの構造の更なる利点は、側面３６と主面４０，４１の間の移行面５０（ａ），５０（ｂ）が摩耗する傾向があり、それによりベルト３の作動中に鈍角になるのに対して、溝５１の各側壁５２と側面３６との間の移行面５０（ｃ）は、その元の形状をずっと良く維持することにある。

図７には、本発明の効果がグラフで定性的に示してある。グラフには、測定されたＣｏＦが、相対速度ＲＳ、前記摩擦接触部に作用する垂直力、側面３６とプーリディスク４，５の組み合わせ表面粗さおよび潤滑液の力学的粘性率を含む、関連する変速装置作動状態を示す指数Ｋの対数に対してプロットされている。図７の曲線Ｉは従来のベルト３によって得られる測定データを示し一方、曲線ＩＩは図６の横方向エレメント３２によって得られる測定データを示している。明らかなように、ＣｏＦは本発明による構造の新規なベルトによって、指数Ｋによって示される作動状態にほとんど関係なく増大している。

溝５１は、図６に示すように、必ずしも側面３６の中央に設ける必要はない。溝によって得られるＣｏＦに対する効果を高めるために、上記相対速度ＲＳに対して定義された側面３６の前進側の方に溝を設けることができる。しかしながら、このような相対速度ＲＳが通常は変速装置内の横方向エレメント３２の位置によってその方向を変えるので、通常は中央に設けた溝５１が良好な折衷案である。

あるいは、側面３６の幅に対する溝５１の位置、すなわち、より前側の主面４０の方、又はより後側の主面４１の方の位置に決定するため、特定の変速装置構造について、相対速度ＲＳの主方向または最も関係する方向を決定することができる。他の選択肢は、横方向エレメント３２の各側面３６が２つの溝５１を備えることである。一つの溝は前側の主面４０の近くに配置され、もう一つは後側の主面４１の近くに配置される。この構造は図８の断面図に示される。溝５１は更に、側面３６の幅を斜めに横切るように、半径方向に対して角度をなしていてもよい。この構造は、このような斜めの溝５１が完全に半径方向に向いた溝５１よりも容易に製作可能であるという利点がある。勿論、溝５１の側壁５２によって形成された前記更なる面が主としてベルト３の長手方向に向いているという本発明の要求は、前記角度が０°から４５°までの範囲内の値を有することを必要とする。

駆動ベルトと２個のプーリを備えた公知の無段変速装置を概略的に示す斜視図である。 公知の駆動ベルトの横方向エレメントの正面図である。 図２のＡ−Ａ面に沿った公知の横方向エレメントの断面図である。 本発明の第１実施の形態に従って形成された、図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメントの断面図である。 変速装置プーリとの摩擦接触を示す、図４の横方向エレメントの詳細断面図である。 本発明の第２実施の形態に従って形成された、図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメントの断面図である。 横方向エレメントと変速装置プーリの間の摩擦係数に関する本発明の効果を示すグラフである。 本発明の第３実施の形態に従って形成された、図２のＡ−Ａ面に沿った横方向エレメントの断面図である。

１，２ プーリ ３ 駆動ベルト
４，５ プーリディスク ６，７ プーリ軸
３１ 無端引張り手段 ３２ 横方向エレメント
４０ 前側の主面 ４１ 後側の主面
５０ 移行面

Claims (8)

1. 無端引張り手段（３１）と、薄い多数の横方向エレメント（３２）を備え、
   前記横方向エレメントは引張り手段（３１）上に滑動可能に設けられ、
   前記横方向エレメントは前側の主面（４０）と後側の主面（４１）を備え、
   前記両主面は前記横方向エレメント（３２）の厚さに亘って互いに分離され、かつ駆動ベルト（３）の長手方向に向けられ、
   前記横方向エレメントは、横方向に向けられた２つの側面（３６）を有し、
   前記側面は、駆動ベルト（３）が内部に取り付けられる変速装置のプーリ（１，２）に摩擦接触するために横方向エレメント（３２）の各々の側部に１つ設けられ、
   それにより各側面（３６）が各々の移行面（５０；５０（ａ），５０（ｂ），５０（ｃ））を介して、駆動ベルト（３）の長手方向に向けられた各々の更なる面（４０；４１；５２）に接続されている、駆動ベルト（３）において、
   断面で見て、各々の前記移行面（５０；５０（ａ），５０（ｂ），５０（ｃ））の少なくとも一部が０．２ｍｍよりも小さな有効曲率半径を有する円弧によって近似可能である、ことを特徴とする駆動ベルト（３）。
2. 各々の前記移行面（５０；５０（ａ），５０（ｂ），５０（ｃ））が、断面で見てほぼ零の有効曲率半径を有する尖った縁部に縮小し、少なくとも近似していることを特徴とする、請求項１に記載の駆動ベルト（３）。
3. 各々の前記更なる面（４０；４１；５２）が横方向エレメント（３２）の主面（４０，４１）であることを特徴とする、請求項１または２に記載の駆動ベルト（３）。
4. 前記各側面（３６）が半径方向に延在し、かつ真っ直ぐな少なくとも１つの溝（５１）を有することと、各々の前記更なる面（４０；４１；５２）が各前記溝（５１）の側壁（５２）であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動ベルト（３）。
5. 前記溝（５１）が半径方向に延在し、各々の前記側面（３６）のほぼ中央に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の駆動ベルト（３）。
6. 各々の前記側面（３６）が半径方向に延在する２つの前記溝（５１）を有し、一方の溝が前記前側の主面４０の近くに配置され、他方の溝が前記後側の主面４１の近くに配置されている、ことを特徴とする請求項４に記載の駆動ベルト（３）。
7. 前記溝（５１）が半径方向に対して角度をなして配向され、前記角度が０〜４５°の範囲内の値を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の駆動ベルト（３）。
8. 基材の帯板がカッターと打ち抜き型の間に置かれている間に、前記カッターを前記打ち抜き型の横方向エレメント形状の穴内に動かすことによって、前記基材の帯板から前記横方向エレメント（３２）を切り抜く工程を少なくとも有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の駆動ベルト（３）用の横方向エレメント（３２）を製作する方法において、前記横方向エレメント（３２）を切り抜く工程の後で、前記横方向エレメント（３２）の前側の主面（４０）または後側の主面（４１）と側面（３６）との間の前記横方向エレメントの移行面（５０；５０（ａ），５０（ｂ），５０（ｃ））が他の加工工程で、尖った縁部の形に再成形されることを特徴とする方法。

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