JP5072969B2 - 無段変速機の駆動ベルト用の横方向エレメント - Google Patents

Description

本発明は、２個のプーリを具備し、各プーリが対をなして駆動ベルトを収容するための少なくとも部分的に円錐形の接触面を有する２個のプーリシーブからなっている無段変速機の駆動ベルト用の横方向エレメントに関する。公知の駆動ベルトは、無端の、すなわち自己充足型のリボン状のリングの２つのアセンブリを有し、多数の横方向エレメントがこのアセンブリ上に、上記リングの全周に沿って移動可能におおよそ連続的に装着されている。そのために、横方向エレメントはリングアセンブリを少なくとも部分的に収容するための切欠きを両側に有する。このような駆動ベルトはファンドーン プッシュベルトと呼ばれることもある。

各横方向エレメントは上記切欠きの半径方向内側に位置するベース部分と、切欠きの間に位置する連結部分と、切欠きの半径方向外側に位置するヘッド部分とを備えている。ベース部分は更に、互いに半径方向外側に拡がり上記ベース部分の軸方向端部を形成する２つのプーリシーブ接触面を有する。この接触面はプーリシーブと摩擦接触する。ベース部分はほぼ半径方向外側に向いた２つのリングアセンブリ接触面、簡単に言えばサドル面を備えている。このサドル面は連結部分の両側に位置し、リングアセンブリに摩擦接触する。個々のサドル面と連結部分の間において、ベース部分はそれぞれノッチを有する。このノッチの位置において、凸形に湾曲しているベース部分の面はサドル面に接続し、凹形に湾曲している面は連結部分のほぼ軸方向に向いた側面に接続している。

このような駆動ベルトと横方向エレメントは周知であり、例えば特許文献１に開示されている。更に、ベース部分のノッチのいわゆる局部応力増大効果またはノッチ効果により、横方向エレメントはそのベース部分が疲労破壊を生じ得る。ノッチ効果減少の一般的な理論に基づいて、疲労破壊が半径方向において最も内側に位置するノッチの部分またはその近くで、換言するとノッチの底で開始されることが予想される。これは、駆動ベルトの作動中リングアセンブリによってサドル面に加えられる半径方向の力として駆動ベルトのベース部分で発生する応力の理論的な２Ｄ ＦＥＭ分析によって実際に確認された。この半径方向の力は、ベース部分の両側で上記ベース部分のプーリシーブ接触面に加えられる軸方向締付け力と組み合わせられる。ノッチの応力増大効果を低減することによって、公知の横方向エレメントの強度、すなわち耐荷重能力を明確に改善することができる。そのための公知の手段は、特許文献２と特許文献３に既に詳細に開示された、ノッチの上記底の凹形の曲がりを低減することまたはその曲率半径を増大させることである。

欧州特許出願公開第Ａ−１５７０１９１号 特開２００３−２６９５４６号 特開２００４−３５３７５５号

そこで、本発明の目的は、横方向エレメントの形状や大きさ、特にそのノッチの形状や大きさを最適化することによって、従来技術の横方向エレメントの耐荷重能力を改善することである。

この目的は本発明の請求項１に記載の横方向エレメントによって達成される。

本発明によれば、ノッチの凹形湾曲部分が、半径方向において最も内側に位置する部分の両側で互いに異なる弧度を有し、連結部分の側面に近い側のノッチの凹形湾曲部分の平均曲率半径または有効曲率半径が、ノッチの凸形湾曲部分に近い側のノッチの凹形湾曲部分の平均曲率半径よりも大きい。更に、曲率半径の最高値は、連結部分の側面に接続する上記凹形部分の個所に存在する。更に、上記凹形部分の曲率半径の最小値は、ノッチの半径方向で最も内側に位置する部分に存在する。更に詳細には、上記凹形部分の曲率半径は、上記側面からノッチの半径方向で最も内側に位置する部分に向かっておおよそ均一に小さくなっている。

本発明の根底をなす思想は、少なくとも駆動ベルトの通常の作動時は、公知の横方向エレメントの内部応力がノッチの接続部分側で最高値になることにある。従って、個別的に試験された横方向エレメントのベース部分の疲労破壊は、なるほど、換言すると理論的な根拠で予想されるように、ノッチの底で始まるがしかし、破壊の開始は実際には更に連結部分寄りに位置している。従って、駆動ベルト全体の疲労強度の改善は、本発明によれば、凹形部分の最大曲率半径が上記凹形部分の中心に対して凹形部分の連結部分側に存在するように、ノッチの凹形部分を非対称に形成することによって驚くほど簡単に達成される。

次に、図を参照して本発明に係る横方向エレメントを説明することによって、本発明を詳細に説明する。
駆動ベルトを備えた無段変速機の断面図である。 図１に示した駆動ベルトを備えた無段変速機の一部の側面図である。 図３ａは、駆動ベルトの横方向エレメントの正面図である。図３ｂは、駆動ベルトの横方向エレメントの側面図である。 図３ａの正面図の詳細図である。 本発明の好適な実施の形態に係る横方向エレメントの詳細図である。

図１と２は、自動車で使用するような無段変速機を示している。この無段変速機は参照数字１によってその全体が示されている。

無段変速機１は別個のプーリ軸２，３に装着された２個のプーリ４，５を備えている。無端の自己充足型の駆動ベルト６はプーリ４，５の周りに装着され、プーリ軸２，３の間でトルクを伝達する働きをする。プーリ４，５はそれぞれ、２個の円錐形のプーリシーブ７，８，９，１０を備えている。このプーリシーブは一緒に、駆動ベルト６を収容するテーパ状の収容溝１１を形成している。無段変速機の変速比は各プーリ４，５の収容溝１１内の駆動ベルト６の回転半径の比によって決定される。回転半径はプーリシーブ７，８，９，１０を駆動手段によってそれぞれ互いに近づくかまたは離れるように移動させることによって変更可能である。この駆動手段は簡単化するために図示していない。この移動のために、プーリシーブ７，８，９，１０の少なくとも１個がそれぞれ、軸方向に移動可能に配置されている。プーリ軸２，３の間でトルクを伝達するために、駆動ベルト６は各プーリ４，５のプーリシーブ７，８，９，１０の間で或る締付け力で締付けられている。

図２は、図１の変速機１の簡単化した軸方向断面を示している。この変速機の場合、駆動ベルト６は１つのリングアセンブリを備え、それは多くの横方向エレメント６３に加えて、積層された幾つかの平らなリング６２からなる。この横方向エレメントは簡単化するために、図２の側面図には限定した数しか示していない。駆動ベルトの横方向エレメント６３は図３ａに正面図で、すなわち駆動ベルト６の周方向から見た図で示してあり、そして図３ｂには側面図で、すなわち上記駆動ベルトの軸方向から見た図で示してある。

公知の横方向エレメント６３は、駆動ベルト６のリングアセンブリ６１の少なくとも一部を収容するために、その両側に切欠き６４を有する。駆動ベルトは本実施形態では２つのリングアセンブリ６１を有する。横方向エレメントは上述の切欠き６４の半径方向内側に位置するベース部分６５と、切欠き６４とヘッド部分６７の間に位置する連結部分６６を有する。このヘッド部分は切欠き６４の半径方向外側に位置している。ベース部分６５の軸方向端部は互いに半径方向外側に拡がる２つの接触面６８によって形成されている。この接触面は上述のプーリシーブ６〜９に摩擦接触する。更に、ベース部分６５は半径方向外側に向いた２つのリングアセンブリ接触面６９、簡単に言えばサドル面６９を備えている。このサドル面はそれぞれ連結部分６６の異なる側に位置し、異なるリングアセンブリ６１に摩擦接触する。サドル面６９と連結部分６６の間において、ベース部分６５はそれぞれノッチ８０を有する。

図３ａ，３ｂに示すように、横方向エレメント６３のベース部分６５はいわゆる逃げ部７０を有する。この逃げ部は上記ベース部分のプーリシーブ接触面６８の間に軸方向に延在し、そしておおよそ一定の厚さを有する横方向エレメント６３のトップ部分と、半径方向内側に傾斜している、すなわち厚さが半径方向内側に向かって薄くなっている上記横方向エレメントの底部分との間の移行部を形成している。そのため、横方向エレメント６３は駆動ベルト６内で相対的に傾動可能であり、駆動ベルト６は全体として周方向に曲がることができる。公知の横方向エレメント６３は突起７１と窪み７２を有する。駆動ベルト６において連続する２つの横方向エレメント６３の第１の横方向エレメントの突起７１は、上記駆動ベルトの第２の横方向エレメント６３の窪み７２に収容され、それらの横方向エレメントを互いに相対的に位置決めする。

図４はベース部分６５のノッチ８０を詳細に示す、公知の横方向エレメント６３の正面図である。ノッチ８０はベース部分６５の表面の凹形に湾曲した曲線部分８１と、ベース部分の表面の凸形に湾曲した曲線部分８２と、そしてこの両曲線部分の間のベース部分６５の表面の直線部分または平らな部分８３により画定される。更に、上記の凹形曲線部分８１は連結部分６６の実質的に軸方向に向いた側面７３に接続し、凸形曲線部分８２はサドル面６９に接続している。図４において、破線はそれぞれノッチ８０の曲線部分８１，８２がなす角度α_８１，α_８２を示している。

横方向エレメント６３の最適な疲労強度、すなわち耐荷重の観点から、ノッチ８０の少なくとも凹形部分８１の応力増大効果またはノッチ効果が最小になるように、この凹形部分に対し最大可能曲率半径を使用すると有利である。他方では、ノッチ８０の軸方向の幅寸法は、曲率半径が大きくなるにつれて増大する。この幅寸法の増大は、サドル面６９のために使用可能な横方向エレメント６３の残りの幅、そして結果的にリングアセンブリ６１の最大有効幅をもまた犠牲にする。大きな曲率半径は駆動ベルト６全体の耐荷重に影響を与え、従って結局のところ不利に作用する。

本発明において、上記の正反対の影響の間で最適なものを見出す努力がなされた。この場合、本発明によれば、ノッチ８０の凹形部分８１に対し変化する曲率半径を使用することにより、大きな曲率半径によるノッチ８０の幅に対する悪影響が可能な限り制限される。最大曲率半径Ｒｃａは最大の内部応力が発生する部分に適用され、それは本発明によれば、ノッチ８０の連結部分６６に近い側にある。それより小さな曲率半径Ｒｃｂは凹形部分８１の残りの部分に対し適用される。

図５は本発明に係るこのような横方向エレメント６３、特に横方向エレメントのノッチ８０の凹形部分８１を示している。上記の凹形部分８１は互いに異なる曲がり度合いで湾曲した２つの部分８１ａ，８１ｂからなっている。連結部分６６の側面７３に接続する第１部分８１ａは、ノッチ８０の真っ直ぐな部分８３に接続する第２部分８１ｂよりも弧度が小さい。換言すると、上記の第１部分８１ａの曲率半径Ｒｃａは、上記の第２部分８１ｂの曲率半径Ｒｃｂよりも大きい。従って、ノッチ８０の凹形部分８１は半径方向において最も内側に位置する部分Ｄの両側に、異なる弧度を有する。この場合凹形部分８１の曲率半径の平均値が、ノッチ８０の凸形部分８２に近い側よりも連結部分６６の側面７３に近い側の方が大きくなっている。

ノッチ８０の凹形部分８１の上記の２つの曲率半径Ｒｃａ，Ｒｃｂと、凸形部分８２の曲率半径は更に、図５に示すように、少なくともノッチ８０の軸方向幅寸法が公知の横方向エレメント６３に比較して実質的に変更されないように選定可能である。図５において、点線は図４の公知の横方向エレメント６３のノッチ８０の輪郭を示している。

本発明に係る横方向エレメント６３では、ノッチ８０の凹形部分８１の上記形状がベース部分６５の内部応力の一層有利な分配を提供するという事実を通じて、駆動ベルト６の全体としての疲労強度が改善される。これは、駆動ベルト６の作動中にノッチ８０の連結部分側において発生する大きな荷重が、本発明に従って比較的に大きな曲率半径Ｒｃａを局所的に使用することによって少なくとも部分的に補償されることを意味する。本発明による、このような付加的なこれまでに認識されなかった、荷重分担は、おそらく駆動ベルト６の隣接する横方向エレメント６３の突起７１と窪み７２の間の相互作用と、プロセスで発生する力に関連している。

１ 無段変速機
２，３ プーリ軸
４，５ プーリ
７，８，９，１０ プーリシーブ
６ 駆動ベルト
６１ リングアセンブリ
６２ リング
６３ 横方向エレメント
６５ ベース部分
８０ ノッチ

Claims (4)

1. ２個のプーリを備える無段変速機の駆動ベルト用の横方向エレメントであって、
   各プーリは、対をなして駆動ベルトを収容するための少なくとも部分的に円錐形の接触面を有する２個のプーリシーブからなり、前記駆動ベルトは２個の無端のリングアセンブリと横方向エレメントを備え、そして前記横方向エレメントは前記リングアセンブリの全周に沿って移動可能に装着され、前記横方向エレメントが前記リングアセンブリを少なくとも部分的に収容するための切欠きを両側に有し、前記横方向エレメントが前記切欠きの半径方向内側に位置するベース部分と、前記切欠きの間に位置する連結部分と、切欠きの半径方向外側に位置するヘッド部分とを備え、前記ベース部分が前記連結部分の両側に、前記リングアセンブリに接触するための半径方向外側に向いたサドル面を有し、前記サドル面と前記連結部分の間にノッチが設けられ、前記ノッチが各前記サドル面に接続する凸形湾曲部分と、前記連結部分のほぼ軸方向に向いた各側面に接続する凹形湾曲部分とを有する、無段変速機の駆動ベルト用の横方向エレメントにおいて、
   前記横方向エレメント（６３）の前記ベース部分（６５）の前記ノッチ（８０）の前記凹形湾曲部分（８１）が、半径方向で最も内側に位置する部分（Ｄ）の両側に、互いに異なる弧度を有し、
   前記連結部分（６６）の側面（７３）に近い側の前記凹形湾曲部分（８１）の平均曲率半径が、前記ノッチ（８０）の凸形湾曲部分（８２）に近い側の平均曲率半径よりも大きい、
   ことを特徴とする無段変速機の駆動ベルト用の横方向エレメント。
2. 前記凹形湾曲部分（８１）が少なくとも、前記連結部分（６６）の前記側面（７３）に接続する第１部分（８１ａ）と、第２部分（８１ｂ）とを有し、前記第１部分（８１ａ）の曲率半径（Ｒｃａ）が前記第２部分（８１ｂ）の曲率半径（Ｒｃｂ）よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の横方向エレメント（６３）。
3. 前記ノッチ（８０）の前記凹形湾曲部分（８１）の曲率半径（Ｒｃａ）の最大値が、前記連結部分（６６）の側面（７３）に接続する前記凹形湾曲部分の個所に存在する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の横方向エレメント（６３）。
4. 前記ノッチ（８０）の前記凹形湾曲部分（８１）の曲率半径（Ｒｃａ）の最小値（Ｒｃｂ）が、前記ノッチ（８０）の前記半径方向で最も内側に位置する部分（Ｄ）において存在する、ことを特徴とする請求項３に記載の横方向エレメント（６３）。

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