JP5200114B2 - 駆動ベルト - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の駆動ベルトに関する。この形式の駆動ベルトは、特に自動車のためのエンジンと負荷との間において連続して可変の速度及びトルク比で機械的動力を伝達するための連続可変トランスミッションにおける適用によって一般的に知られている。このようなトランスミッション及び駆動ベルトは、例えば、欧州特許出願第１２１９８６０号明細書に記載されている。

公知の駆動ベルトは、概して、無端キャリヤと、それぞれ長手方向に面した前側主面を有する数百の横断エレメントの配列とを有しており、これらの横断エレメントは互いにほぼ平行に向けられている。キャリヤは、エレメントが、キャリヤの長手方向にキャリヤに沿って自由に摺動するように、エレメントのスロット内に設けられている。ベルトの横断エレメントにはそれぞれ、前側主面にいわゆる揺動エッジが設けられており、この揺動エッジは、半径方向内方に向かって減少する長手方向寸法若しくは厚さを有するエレメントの底部区分と、少なくとも比較において、多かれ少なかれ一定である厚さを有するエレメントの上部区分との間の移行部を形成している。さらに、横断エレメントはそれぞれ、キャリヤを収容するスロットの下方に配置された少なくともほぼ台形の下側部分又はボディ部分と、少なくともほぼ矢印形の上側部分又はヘッド部分と、前記ヘッド部分とボディ部分との間に配置されていてヘッド部分とボディ部分とを結合している中央部分又はピラー部分とを有している。通常、前記揺動エッジは前記ボディ部分に、すなわちキャリヤを収容するスロットよりも半径方向内方に設けられており、このボディ部分にはさらに、側方に面した側面又は接触面が、ボディ部分のそれぞれの側に１つずつ、トランスミッションの作動中にトランスミッションのプーリと摩擦接触するように設けられている。

連続可変トランスミッションにおいて、駆動ベルトは２つのプーリを回転可能に接続しており、各プーリは、幅が可変のＶ字形の溝を形成する２つのほぼ円錐形のプーリディスクを有している。プーリの間には、駆動ベルトの長手方向に湾曲した区分が配置されている。したがって、このようなトランスミッションにおける駆動ベルトの軌道は、ベルトが一方のプーリから他方のプーリまで横断する２つの長手方向に直線的な軌道部分と、ベルトが、前記２つのプーリのそれぞれのための個々の曲率半径でプーリのディスクの間を走行しかつこれらのディスクと摩擦接触する２つの長手方向で湾曲した軌道部分とを有しており、前記半径は、トランスミッションの幾何学的な変速比を決定する。前記湾曲した軌道部分において、横断エレメントは、個々の揺動エッジを介して互いに接触している。

プーリディスクは、駆動ベルトの横断エレメントに締付力を加え、この締付力は、一方では個々のプーリと駆動ベルトとの間の摩擦を介してトルクの伝達を可能にし、他方では、個々のプーリの回転軸線に関して半径方向外方に横断エレメントを押し付ける。横断エレメントの実際の半径方向移動は、キャリヤによって制限されており、これにより、締付力は横断エレメントによってキャリヤに、これらの間の垂直力を介して伝達される。これにより、キャリヤに張力が生ぜしめられ、キャリヤによって支持及び案内されながら、キャリヤの円周に沿って互いに前方へ押し付ける横断エレメントによって駆動プーリから被動プーリへのトルク伝達を可能にしている。駆動ベルトの他方の側においては、横断エレメントは、横断エレメントの間に著しく小さな押付力を生じながら、場合によっては押付け力を生じることもなく、被動プーリから駆動プーリへ戻される。

駆動ベルトが困難なく組み立てられるように、駆動ベルトの横断エレメントの厚さの合計は、キャリヤの円周よりも僅かに小さくなっており、これにより、少なくとも２つの隣接する、すなわち直接に当接するのではなく隣接する、横断エレメントの間の長手方向に、ギャップが存在することが、一般的なやり方である。このギャップは、ベルトの長手方向間隙と呼ばれ、ベルトを円を成すように配置しかつ、ベルトの全ての横断エレメントが連続的な配列において個々の揺動エッジを介して互いに当接するまで、２つの隣接する横断エレメントを離間させる、すなわちキャリヤの円周に沿って長手方向で互いに反対方向で摺動させることによって、規定されかつ測定されてよい。前記２つの隣接する、ただし摺動して離されたエレメントの間にこのように形成されたギャップは、揺動エッジの半径方向位置において測定されるべきいわゆる初期静止間隙を規定する。これにより、トランスミッションにおける作動中に、エレメントの間の長手方向の実際の又は運動時の間隙は、駆動ベルトの正確な配置、すなわち幾何学的変速比と、駆動ベルトに加えられる荷重とに依存して変化する。さらに、ベルトの長手方向間隙は、トランスミッションの作動中の横断エレメントの摩耗により、時間が経過するにつれて増大する傾向がある。実際には、駆動ベルトの耐用寿命が終了するまでに、最終的な運動時間隙は通常前記初期静止間隙の１０倍に達することがあることが、出願人によって分かった。

駆動ベルトの組立てを著しく容易にするが、従来技術において、長手方向ベルト間隙は、以下のように理解されてよいトランスミッション効率に対する不都合な影響を与えることも認められている。駆動プーリに進入する際、横断エレメントは、横断エレメントが前記駆動プーリによって取り上げられる前にある程度の抵抗を克服しなければならない、すなわち、横断エレメントは、トランスミッションにおける力の相互作用により駆動プーリのディスクの間に能動的に押し付けられなければならない。さらに、このような横断エレメントが駆動プーリと摩擦接触すると、横断エレメントは、駆動プーリの回転によって前方へ加速される。これらの２つの効果により、運動時間隙が、駆動プーリにおけるベルトの長手方向で湾曲した軌道の第１の若しくは進入部分に蓄積する傾向がある。これは、この湾曲した軌道の一部だけが、エレメントの間の押付力を形成するために利用されることを意味し、この後者の第２の部分は、この湾曲した軌道の能動部分と呼ばれ、ここではエレメントが互いに当接している。このような能動部分において、横断エレメントは、駆動プーリの回転に対して後方へ滑り、これにより、進入部分において存在する、隣接するエレメントの間の間隙が排除される。しかしながら、このような滑りにより、エネルギが散逸され、トランスミッション効率が不都合な影響を受ける。

本発明の目的は、トランスミッションの効率を向上させることであり、特に、長手方向ベルト間隙の前記不都合な効果を軽減することである。確かに、このような目的は、原理的に、静止間隙の大きさを減じることによって達成することができ、このことは、例えば特開昭６３−２６６２４７号公報及び国際公開第９８／０４８４７号パンフレットによって開示されているように、既に従来提案されている。しかしながら、この解決手段は、現在のタイプの駆動ベルトを組み立てる際に直面する問題により、好ましくないことがある。

しかしながら、本発明によれば、前記目的は、好適には長手方向ベルト間隙の大きさに特別な要求を課すことなく、請求項１に記載の駆動ベルトを適用することによって択一的に達成される。

請求項に記載の手段を用いることにより、駆動ベルトの直線状の戻り軌道部分において、すなわち、横断エレメントが被動プーリから駆動プーリへ搬送される部分において、エレメントは、個々の最も厚い部分を介して、すなわちエレメントの半径方向外側において互いに接触している。この場合、横断エレメントの上側区分の厚さ増大又はくさび形状が規定されており、これにより、少なくとも初期静止間隙が、直線状戻り軌道部分におけるエレメントによって補償される。欧州特許出願公開第１２１９８６０号明細書に詳細に記載されているように、戻り軌道部分の長さは、通常、ベルトの全周の長さの４分の１よりも僅かに小さいので、この軌道部分に位置する横断エレメントの数は、以下の式（１）によってセーブサイドにおいて近似されることができる：

この場合：
Ｎｅは、駆動ベルトの直線状戻り軌道部分における横断エレメントのおおよその数を表しており、
Ｌは、揺動エッジにおけるベルトの周方向長さであり、
Ｄｒは、ベルトの横断エレメントの揺動エッジにおける横断エレメントの厚さである。

つまり、このエレメントの数Ｎｅが、本発明によるエレメントのくさび状上側区分の特徴によって初期静止間隙を補償するために利用され、これにより、以下の式（２）を導き出すことができる：

この場合：
ΔＤは、横断エレメントの上側区分の平均厚さ増大であり、
Ｃｓｉは、駆動ベルトに組み込まれた初期静止間隙である。

好適には、最終的な運動時間隙も同じ形式で少なくとも部分的に補償され、このために、ΔＤは、式（２）によって計算された値よりも大きいべきである。これに関して、前記最終運動時間隙の完全な補償は、もちろん、前記平均厚さ増大ΔＤのための意図的な上限を表している。最終運動時間隙が通常前記初期静止間隙の１０倍に達することがあるという前記観察に基づき、平均厚さ増大ΔＤのために以下の範囲が達せられる：

現在適用されている駆動ベルト設計の幾つかにおいて、上記パラメータＬ、Ｃｓｉ、及びＤｒは、式（１）によって規定されたΔＤの範囲の上側範囲が、たとえ完全に異なる目的のためだとしても、欧州特許出願公開第１２１９８６０号明細書から公知の択一的に規定された範囲０．０１・Ｄｒ≦ΔＤ≦０．２０・Ｄｒと部分的に重なり、このような理論的に公知の範囲は、これにより明らかに放棄される。

さらに、現在適用されている駆動ベルトの設計において、ベルトが前記直線状軌道部分において凹面状、すなわち半径方向内方に曲がった形状になることを回避するために、ΔＤのパラメータがゼロよりも小さくならないということが基本的規則として既に採用されており、この場合、横断エレメントの頭部は不都合なことにキャリヤによって負荷される。製造における不可避な変動及び公差の概念とともに、これは、個々の横断エレメントが、通常、−０．００２５・Ｄｒ≦δＤ≦０．００７５・Ｄｒであることが満たされるように、所定の公差内で製造されていることを意味し、この場合、δＤは、個々の横断エレメントの上側区分の厚さ増大である。実用上、すなわち、公知の駆動ベルトにおいて、パラメータΔＤには、概念的な正の値が与えられており、この値は、しかしながら、実用上、０．００３５・Ｄｒを超えず、この可能なΔＤ範囲の実用的に適用された下側範囲もこれにより明らかに放棄される。

本発明は添付の図面に示されている。

本発明による駆動ベルトが使用されているトランスミッションを示す概略的な斜視図である。 駆動ベルトを示す横断面図である。 ベルトの初期静止間隙を概略的に示す図である。 運動時間隙を示す、作動中の図１に示したトランスミッションを示す概略的な横断面図である。 トランスミッションのプーリの間の直線状の戻り軌道における本発明による駆動ベルトの一部を示す概略的な側面図である。

図１は、本発明による駆動ベルト３が使用されているトランスミッションを概略的な斜視図で示しており、駆動ベルト３は、無端キャリヤ１０に取り付けられた多数の横断エレメント２０を有しており、横断エレメント２０は、キャリヤの長手方向に沿ってキャリヤ１０上で摺動することができる。トランスミッションは、それぞれ幅が可変のテーパした溝を形成している２つのプーリ１及び２を有しており、前記溝には駆動ベルト３の長手方向で湾曲した部分が取り付けられている。図面において、駆動ベルト３は、作動中にエンジン又はモータ（図示せず）に接続されかつエンジン又はモータによって駆動される第１のプーリ若しくは駆動プーリ１において、最も大きく湾曲している。プーリ１及び２の間において、駆動ベルト３は実質的に直線状の軌道を有している。この形式のトランスミッション及びその作動は技術的に従来公知である。

図２は、長手方向で見た場合の駆動ベルト３の横断面図である。この図は、横断エレメント２０の正面図と、キャリヤ１０の横断面図とを示しており、キャリヤ１０は、駆動ベルト３のこの実施形態においては、それぞれ多数の嵌合された、すなわち半径方向で積層された、横断エレメント２０における個々の凹所若しくはスロット２４に取り付けられた連続的な帯材１１を含む２つの部分を含むように示されている。それぞれのこのようなスロット２４は、横断エレメント２０の、ほぼ台形の下側部分若しくはボディ部分２３と、ほぼ矢印形の上側部分若しくはヘッド部分２１との間において、横断エレメント２０の側部に設けられておりかつこの側部に向かって開放している。これらの上側部分２１及び下側部分２３は、横断エレメント２０の中央柱状部分２２を介して相互結合されている。ボディ部分２３には、半径方向内方に向かって減少する長手方向寸法若しくは厚さを有する横断エレメント２０の下側区分２６と、少なくとも比較して、比較的一定の厚さを有する横断エレメント２０の上側区分２７との間の移行部を形成したいわゆる揺動エッジ２５が設けられている。横断エレメント２０は、側部接触面２８を介してトランスミッションの作動中にプーリ１及び２と接触する。

図３は、円形に配置された駆動ベルト３の概略的な側面図を提供しており、ベルトの長手方向間隙を示している。このようなベルトの長手方向間隙は、駆動ベルト３の全ての横断エレメント２０が互いに当接している場合に、揺動エッジの半径方向位置において、隣接する２つの横断エレメント２０（ａ）及び２０（ｂ）の間に存在する間隙の幅として規定される。円形に配置された新たな駆動ベルト３、すなわち、図３に示したように連続してほぼ円形に配置された横断エレメント２０を備えた新たな駆動ベルト３において測定された場合、間隙は初期静止間隙Ｃｓｉと呼ばれる。初期静止間隙Ｃｓｉの所定の大きさは、駆動ベルト３が困難をともなわずに組み立てられることができるように通常は提供される。長手方向ベルト間隙は、特に横断エレメント２０の摩耗によっても生じ、これは、駆動ベルト３の耐用寿命にわたって、長手方向ベルト間隙の最小限の、しかしながら概念的な増大を生じる。さらに、動的に、すなわち作動中に生じる長手方向ベルト間隙は、駆動ベルト３に加わる荷重と、トランスミッションにおける駆動ベルト３の正確な配置、すなわち、湾曲した軌道部分の半径とに応じて変化する。駆動ベルト３の耐用寿命の最後には、このような運動時間隙Ｃｄ（図４に示されている）は最終的に、前記初期静止間隙Ｃｓｉの１０倍のオーダに達する。

図４は、図１のトランスミッションの軸方向断面を単純化して示しており、駆動ベルト３の４つの主な軌道部分、すなわち、駆動プーリ１の位置における長手方向で湾曲した部分ＩＶと、駆動ベルト３の横断エレメント２が駆動プーリ１から被動プーリ２まで搬送されている、緊張した直線状の部分Ｉと、被動プーリ２の位置における別の長手方向で湾曲した部分ＩＩと、横断エレメント２０が被動プーリ２から駆動プーリ１まで戻されている、たるんだ直線状の部分ＩＩＩとを示している。この場合、駆動プーリ１における湾曲した矢印は、駆動プーリの回転方向を示している。影を付けて示された横断エレメント２０は、トランスミッションの作動中に比較的高い押付力を受け、この押付力は、横断エレメントを駆動プーリ１から被動プーリ２へ有効に押し付け、これに対して、被動プーリ１から駆動プーリ１へ戻っている駆動ベルト３の別の横断エレメント２０の間には、比較的小さな力が加えられている。

さらに、作動中のプーリの変形により、横断エレメント２０は、駆動プーリ１に進入する時に抵抗を受ける、すなわち、駆動プーリ１のディスクと摩擦接触させられる。この進入抵抗を克服するために、このたるんだ直線状部分ＩＩＩにおけるこの位置において横断エレメント２０の間に少なくとも僅かな圧縮力が形成されなければならず、これにより、横断エレメントの連続した配列又はストリングが、この軌道部分においても形成される。その結果、運動時間隙Ｃｄが、駆動プーリ１における長手方向で湾曲した部分ＩＶの第１の部分若しくは進入部分Ｅｐに位置した横断エレメント２０の間に蓄積する傾向があり、この現象は、図４に示されている。

この上述のことは、駆動ベルト３における押付力の形成のために駆動プーリ１において比較的少ない横断エレメント２０が利用可能であることを意味し、横断エレメント２０は、駆動プーリ１において長手方向で湾曲した部分Ｉのいわゆる圧縮部分Ａｐを形成している。進入部分Ｅｐにおいて横断エレメント２０の間に依然として存在する運動時間隙Ｃｄは、駆動プーリ１の回転運動に対して後方へ滑る圧縮部分Ａｐにおける横断エレメント２０によって排除される。トランスミッション効率に不都合に影響することの他に、この現象により、横断エレメント２０に対して駆動プーリ１のディスクによって加えられる締付け力も不都合なことに比較的高くなる。なぜならば、駆動プーリ１と駆動ベルト３との間の力の伝達のために、この後者の部分Ａｐだけが利用されるからである。

したがって、横断エレメント２０の間の長手方向遊びが生じる駆動プーリ１における進入部分Ｅｐの範囲を制限することが有利であり、長手方向遊びの発生を完全に排除することが好ましい。本発明によれば、上述のことは、横断エレメント２０の上部区分２７をテーパさせることによって、すなわち、前記上部区分２７の半径方向外側を、半径方向内側よりも厚くすることによって実現されてよい。本発明によって提供されるこのような手段は、図５に、２つの隣接する横断エレメント２０の側面図で、誇張された概略的な形式で示されている。

図５において、揺動エッジ２５の半径方向ですぐ外側、すなわち、前記上部区分２７の半径方向内側における横断エレメント２０の厚さはＤｒで示されており、これに対して、Ｄｔは、横断エレメントの半径方向外側における横断エレメント２０の厚さを示している。これらの２つのパラメータＤｒ，Ｄｔの差、すなわちＤｔ−Ｄｒは、個々の横断エレメント２０の前記上部区分２７のテーパの大きさδＤを表している。

図５の横断エレメントの設計を適用することにより、駆動ベルト３のたるんだ直線状の若しくは戻り軌道部分ＩＩＩにおいて、すなわち、横断エレメント２０が被動プーリ２から駆動プーリ１へ搬送される部分において、隣接する横断エレメント２０同士が、個々の最も厚い部分を介して、すなわち、横断エレメントの半径方向外側において互いに接触する。これにより、個々の揺動エッジ２５の半径方向位置における隣接する横断エレメント２０の各対の間に小さな遊びが存在し、この遊びは、せいぜい前記テーパの大きさδＤに等しい。本発明によれば、テーパの大きさδＤは、少なくとも初期静止間隙Ｃｓｉが、しかしながら好適には前記運動時間隙Ｃｄもまた、少なくとも駆動ベルト３のたるんだ直線状の軌道部分ＩＩＩにおいて隣接する横断エレメント２０の全ての対において遊びが組み合わされる場合、前記遊びに適用される。したがって、本発明によるトランスミッションの作動中、少なくとも初期静止間隙Ｃｓｉが、前記たるんだ直線状の軌道部分ＩＩＩに配置され、前記進入部分Ｅｐに依然として存在する運動時間隙Ｃｄの大きさ又は部分は、少なくとも実質的にかつ好適に減じられる。この手段により、横断エレメントが駆動プーリのプーリディスクに対して滑る量が著しく小さくなり、その結果トランスミッション効率が向上する。さらに、駆動ベルト３とプーリ１，２との間の摩擦接触も好適に減じることができる。

トランスミッションの特定の設計、特に、トランスミッションにおいて適用された駆動ベルトの設計に応じて、前記運動時間隙Ｃｄは、潜在的に、さらに、本発明によって定義された手段を適切な程度に適用することによって前記進入部分Ｅｐから完全に排除されることもできる。

１ 駆動プーリ、 ２ 被動プーリ、 ３ 駆動ベルト、 １０ 無端キャリヤ、 ２０ 横断エレメント、 ２１ 上側部分若しくはヘッド部分、 ２２ 中央柱状部分、 ２３ 下側部分若しくはボディ部分、 ２４ スロット、 ２５ 揺動エッジ、 ２６ 下側区分、 ２７ 上側区分、 ２８ 側部接触面、 Ｉ 長手方向で湾曲した部分、 ＩＩ 緊張した直線状の部分、 ＩＩＩ 別の長手方向で湾曲した部分、 ＩＶ たるんだ直線状の部分、 Ｃｓｉ 初期静止間隙、 Ｃｄ 運動時間隙、 Ｅｐ 第１の部分若しくは進入部分、 Ｃｐ 圧縮部分

Claims (2)

1. 連続可変トランスミッションのための駆動ベルト（３）であって、該駆動ベルト（３）の無端キャリヤ（１０）に設けられておりかつ該無端キャリヤに対して摺動する数百の横断エレメント（２０）の配列を有しており、各横断エレメント（２０）が、該横断エレメント（２０）の軸方向に向けられた揺動エッジ（２５）よりも半径方向内方に配置されておりかつ、半径方向内方に向かって著しく減少している長手方向寸法を有する下側区分（２６）と、揺動エッジ（２５）よりも半径方向外方に配置されておりかつ、半径方向外方へ僅かに増大する長手方向寸法を有する上側区分（２７）とを有する形式のものにおいて、駆動ベルト（３）の横断エレメント（２０）の平均において、半径方向外方への前記上側区分（２７）の長手方向寸法の前記増大が、
   

   

   よりも大きく、この場合、
   Ｄｒが、揺動エッジ（２５）における横断エレメント（２０）の長手方向寸法であり、
   Ｃｓｉが、ベルト（３）が円を形成するように配置された時の横断エレメント（２０）の揺動エッジ（２５）の間を測定した場合の、駆動ベルト（３）に初期に提供された長手方向遊びの大きさであり、
   Ｌが、横断エレメント（２０）の揺動エッジ（２５）におけるベルトの周方向長さであり、
   前記上側区分（２７）の長手方向寸法の前記増大の、０．００３５・Ｄｒ以下及び０．０１・Ｄｒ以上のあらゆる値が、放棄されていることを特徴とする、連続可変トランスミッションのための駆動ベルト（３）。
2. 半径方向外方への前記上側区分（２７）の長手方向寸法の前記増大が、
   

   

   よりも小さい、請求項１記載の駆動ベルト（３）。

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