JP5446981B2 - 押圧式伝動ベルト - Google Patents

Description

この発明は、板片状の多数のエレメントを環状に配列し、それらのエレメントを帯状のリングに組み付けることにより環状に結束して構成した伝動ベルトに関し、特に各エレメントが先行するエレメントを順次押圧することにより２つのプーリ間でトルクを伝達させる押圧式伝動ベルトに関するものである。

ベルト式無段変速機などに用いられる動力伝達用のベルトとして、押圧式の伝動ベルトが知られている。一般に、この種の伝動ベルトは、エレメントもしくはブロックなどと称される多数の板状の小片（以下、エレメント）を、それぞれ姿勢を揃えて整列させかつ環状に配列させて、リングもしくはバンドなどと称される環状体（以下、リング）で環状に結束することにより構成されている。そのエレメントの左右両側面は、プーリのＶ溝に対応してＶ字状に形成されたいわゆるフランク面となっていて、そのフランク面がプーリにおけるＶ溝の表面に接触し、その接触部分でトルクを伝達するように構成されている。

このように構成された伝動ベルトをプーリによって挟み付けると、エレメントに対してはこれを外周側に押し出す力が作用する。したがって、各エレメントを結束しているリングには張力が作用する。その状態で駆動側のプーリにトルクが作用してその駆動側のプーリが回転すると、駆動側のプーリに挟み付けられているエレメントは、その駆動側のプーリと共に回転する。このとき、伝動ベルトは駆動側のプーリと従動側のプーリとの間に張られているので、それら各プーリの間のいわゆる直線部分では、エレメントは駆動側のプーリから押し出され、先行する他のエレメントを押圧する。こうして順次押圧されるエレメントは、従動側のプーリにおけるＶ溝に入り込むとともにそのＶ溝に挟み込まれ、その従動側のプーリと共に回転する。すなわち、後方の他のエレメントから順次押圧されてＶ溝に入り込んで来るエレメントにより、従動側のプーリが回転させられる。このようにして、駆動側のプーリから従動側のプーリにトルクが伝達される。

上記のような押圧式の伝動ベルトの一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された無段変速機用ベルトは、板状に形成されて互いに対向して環状に配列されるとともに、それら多数のエレメントが円弧状に湾曲して配列された状態で隣接する他のエレメントに接触するロッキングエッジが形成された多数のエレメントと、エレメントのサドル面に内周面が接触するように巻き掛けられてそれら多数のエレメントを環状に結束するリングとから構成されている。そしてこの特許文献１に記載された無段変速機用ベルトは、プーリに対するエレメントの姿勢を矯正してエレメントやプーリの偏摩耗を防止するために、エレメントのロッキングエッジとサドル面との間の距離が、ベルト幅方向での左右の一方で相対的に短く、かつ他方で相対的に長くなるように構成されている。

なお、特許文献２には、ベルト式無段変速機の伝動ベルトにおいて、プーリに接触していないエレメント同士の積層方向における隙間を詰めるようにエアーを吹き付けることにより、エレメントとプーリとの接触部分のスリップを低減して動力伝達効率を向上させることが記載されている。

特開２００８−２４０９５８号公報 特開２００８−１２８３０４号公報

上記の特許文献１，２に記載されているようなベルト式無段変速機で用いられる押圧式の伝動ベルトは、上記のように多数のエレメントをリングで結束して構成したものであり、エレメント自体は不連続ないわゆる離散体となっている。また、伝動ベルトとしての柔軟性や可撓性あるいは組み付け性を確保するために、互いに隣接するエレメント同士の間には不可避的に隙間が存在している。一方、多数のエレメントを環状に結束しているリングは、プーリに巻き掛けられて伝動ベルトとして走行する際には、前述のように張力が作用するので、その張力の作用方向すなわちリングの周長が拡張する方向に弾性変形する。したがって、伝動ベルトの走行時には、リングによって結束されている多数のエレメントの隣接するエレメント同士間の隙間が増大することになる。

前述したように、この場合の伝動ベルトは、多数のエレメントの間で発生する押圧力を利用して２つのプーリ間で動力を伝達させる押圧式の伝動ベルトであることから、上記のように伝動ベルトの走行時に隣接するエレメント同士間の隙間が増大すると、動力伝達時の押圧力によってそのエレメント間の隙間が詰められる際に、エレメントとリングとの間で滑りが発生する。そのため、その滑りが損失となり、その分伝動ベルトの動力伝達効率が低下する要因となっていた。このように、押圧式の伝動ベルトにおいて、その動力伝達効率を向上させるためには、未だ改良の余地があった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、エレメント間の隙間に起因する滑り損失を抑制し、動力伝達効率を向上させることのできる押圧式伝動ベルトを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、板片状に形成された多数のエレメントと、前記多数のエレメントを姿勢を揃えて環状に配列した状態でかつ互いに隣接する前記エレメント同士を密着した状態で結束するリングとを備え、前記エレメントが先行する他の前記エレメントを順次押圧することにより２つのプーリ間で動力伝達を行う押圧式伝動ベルトにおいて、前記プーリに巻き掛けられて前記動力伝達を行う際に、前記リングの周長が延びることによる互いに隣接する前記エレメント同士間の隙間を詰めてその隙間の増大を抑制するように、前記エレメントは、該エレメントの前後で隣接する他のエレメントに対向する少なくともいずれか一方の面が動力伝達に伴う発熱により熱膨張する熱膨張材料を備えていることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記エレメントが、相対的に線膨張係数が小さく該エレメントの主要部を形成する主材料と、相対的に線膨張係数が大きい前記熱膨張材料との線膨張係数が異なる複数の材料により形成されていることを特徴とする押圧式伝動ベルトである。

請求項１の発明では、伝動ベルトが動力伝達を行う負荷運転時に、多数のエレメントを結束しているリングが張力の作用方向に拡張し、隣接するエレメント同士間の隙間が増大する。その場合に、この請求項１の発明によれば、伝動ベルトが負荷運転されることに伴う発熱により、エレメントが熱膨張するので、上記のような隣接するエレメント同士間の隙間の増大を抑制することができる。そのため、伝動ベルトの負荷運転時に、隣接するエレメント同士間の隙間が増大し、その隙間の分エレメントとリングとの間で発生する滑りによる損失が増大してしまうこと回避もしくは抑制することができる。その結果、伝動ベルトの動力伝達効率を向上させることができる。
また、エレメントの前後面、すなわち隣接する他のエレメントに対向して当接する面の少なくともいずれか一方が、線膨張係数が大きい熱膨張材料によって形成される。そのため、伝動ベルトの負荷運転時に、熱膨張材料で形成された部分が熱膨張することにより、エレメント同士間の隙間を確実に低減することができる。

また、請求項２の発明によれば、エレメントの主要部が、線膨張係数が小さく、例えば鋼材などの高強度の主材料から形成される。そして、エレメントのその他の部位が、線膨張係数が大きい熱膨張材料から形成される。そのため、主材料を用いてエレメントの主要部の強度や耐久性を確保しつつ、熱膨張材料を用いて線膨張係数が大きい部位を形成することができる。

この発明に係る押圧式伝動ベルトの構成例を示す模式図であって、（ａ）は、エレメントの構成を示す正面図およびリングの構成を示す断面図、（ｂ）は、特にエレメントの主要部および熱膨張部の構成を示す側面図（一部断面図）である。

つぎに、この発明を図面を参照して具体的に説明する。図１にこの発明に係る押圧式伝動ベルトＢの一部を示してあり、このベルトＢは、多数のエレメント１を、それぞれの姿勢を揃えて環状に配列し、これを２本のリング２，３で結束して構成されている。そのエレメント１は、例えば図１に示すように、金属製の板片状の部材であって、その幅方向（図１の（ａ）での左右方向）における左右の両側面４，５がエレメント１を正面から見た状態でいわゆるＶ字状に傾斜した面として形成された基体（本体）部分である板部６を有し、それら傾斜した左右側面４，５が動力の伝達に関与する摩擦面となっている。

板部６の幅方向における中央部には、図１での上方に延びた、言い換えると、板部６からベルトＢの厚さ方向に延出した首部７が形成されている。その首部７の上端部には、板部６の幅方向での両側に傘状に延びた頭部８が首部７と一体に形成されている。したがって板部６の図１での上側のエッジ部分と頭部８の図１での下側のエッジ部分との間に、図１の（ａ）での左右方向に開いたスリット部（溝部）９，１０が形成されている。このスリット部９，１０は、互いに密着して環状に配列されたエレメント１を環状に結束するためのリング２，３を挿入して巻き掛けるための部分であり、したがって板部６の図１での上側のエッジ部分が、リング２，３の内周面を接触させて載せるサドル面１１，１２となっている。

エレメント１は、互いにほぼ密着した状態で環状に配列され、かつリング２，３によって結束されるので、ベルトＢの全体として湾曲する部分で、密着状態を維持して滑らかに湾曲するようにするために、各エレメント１の図１での下側の部分（環状に配列した状態での中心寄りの部分）が薄肉化されている。すなわち、板部６の一方の面（例えば図１の（ｂ）における左側の面）におけるサドル面１１，１２より所定寸法下がった（オフセットされた）部分から下側（図１の（ｂ）での下側）の部分が削り落とされた状態で薄肉化されている。したがって、各エレメント１が扇形に拡がって接触する状態、言い換えると、各エレメント１が円弧状に湾曲して配列されてベルトＢとして湾曲する場合に、その板厚の変化する境界部分で接触する。この境界部分のエッジが、ロッキングエッジ１３となっている。

また、各エレメント１の頭部８には、隣接するエレメント１同士の相対的な位置を決めるための凸部（ボス）１４とその反対側の凹部（ホール）１５とが形成されている。すなわち、前述した首部７の延長位置（あるいは頭部８の中央部）にボス１４が形成され、このボス１４とは反対側の面にホール１５が形成されている。

リング２，３は、金属製の薄い帯状材を複数枚積層して構成されている。そして、一方のリング２が、向きを揃えて環状に配列された多数のエレメント１における一方のスリット部９に挿入され、また他方のリング３が他方のスリット部１０に挿入され、それぞれのリング２，３がサドル面１１，１２に接触している。

前述したように、この発明における伝動ベルトＢは、多数のエレメントの間で発生する押圧力を利用して２つのプーリ間で動力を伝達させる押圧式のベルトである。したがって、伝動ベルトＢが２つのプーリに巻き掛けられ、それらのプーリ間で動力伝達を行う際には、リング２，３に張力が作用し、その張力によってリング２，３が張力に作用方向に、すなわち、リング２，３の周長が拡張する。リング２，３の周長が拡長すると、そのリング２，３により結束されている多数のエレメント１の互いに隣接する各エレメント１同士の間の隙間が増大する。隣接するエレメント１同士の間の隙間が増大すると、それら各エレメント１とリング２，３との間で発生する滑りが増大してしまう。そこで、この発明における伝動ベルトＢは、２つのプーリ間で動力を伝達する負荷運転時に隣接するエレメント１同士の間の隙間が増大する場合であっても、エレメント１が熱膨張してその隙間の増大を抑制するように構成されている。すなわち、この伝動ベルトＢは、動力伝達を行う際に、リング２，３の周長が拡張することによる互いに隣接するエレメント１同士間の隙間の増大を抑制するように、動力伝達に伴う発熱により各エレメント１が熱膨張するように構成されている。

具体的には、この伝動ベルトＢにおける各エレメント１は、相対的に線膨張係数が小さい主材料により形成された主要部１６と、相対的に線膨張係数が大きい熱膨張材料により形成された熱膨張部１７とから構成されている。言い換えると、この伝動ベルトＢにおける各エレメント１は、相対的に線膨張係数が小さくエレメント１の主要部１６を形成する主材料と、相対的に線膨張係数が大きくエレメント１の熱膨張部１７を構成する熱膨張材料との線膨張係数が異なる複数の材料により形成されている。特に、所定のエレメント１の前後で隣接する他のエレメント１に対向する少なくともいずれか一方の面が、熱膨張材料により形成されている。すなわち前記少なくともいずれか一方の面が、熱膨張部１７となっている。この図１の（ｂ）に示す構成例では、エレメント１のホール１５が形成される側（図１の（Ｂ）での右側）の後面１ｒが、熱膨張材料により形成された熱膨張部１７となっている。

主要部１６は、その名のとおりエレメント１の主要個所を構成する部分であり、前述したエレメント１の左右側面４，５、板部６、首部７、頭部８、スリット部９，１０、サドル面１１，１２、ロッキングエッジ１３、そしてボス１４およびホール１５等が形成されている。そしてこの主要部１６を形成する主材料は、例えば炭素工具鋼や合金工具鋼など相対的に線膨張係数が小さく、エレメント１に要求される所定の強度を有する材料が用いられる。

一方、熱膨張部１７は、エレメント１の後面１ｒを構成する部分であり、上記の挙げたエレメント１の主要個所の一部分を形成していてもよい。なお、図１の（ｂ）の構成例では、熱膨張部１７がエレメント１の後面１ｒに形成された例を示しているが、この発明における熱膨張部１７は、例えばエレメント１の前面（図１の（Ｂ）での左側の面）１ｆに形成されてもよい。あるいは、エレメント１の板厚方向（図１の（Ｂ）での左右方向）の中心部分を形成する主要部１６に対してその前面１ｆと後面１ｒの両方に熱膨張部１７が形成された構成であってもよい。そしてこの熱膨張部１７を形成する熱膨張材料は、例えばアルミニウム合金や銅合金あるいは合成樹脂などの、主材料よりも線膨張係数が大きく、負荷運転時の温度上昇によって主材料よりも熱膨張量が大きい材料が用いられる。

このように、エレメント１が、相対的に線膨張係数が小さくかつエレメント１に要求される所定の強度を有する主材料と、その主材料よりも線膨張係数が大きい熱膨張材料との互いの線膨張係数が異なる２種類の材料により形成されることから、主材料により形成される主要部１６によってエレメント１の要求強度を確保しつつ、負荷運転時の温度上昇に伴って熱膨張材料で形成された熱膨張部１７を大きく膨張させることができる。

また、請求項２の発明によれば、エレメントの主要部が、線膨張係数が小さく、例えば鋼材などの高強度の主材料から形成される。そして、エレメントのその他の部位が、線膨張係数が大きい熱膨張材料から形成される。そのため、主材料を用いてエレメントの主要部の強度や耐久性を確保しつつ、熱膨張材料を用いて線膨張係数が大きい部位を形成することができる。

以上のように、この発明における伝動ベルトＢによれば、伝動ベルトＢが負荷運転されることに伴う発熱により、伝動ベルトＢの負荷運転時に増大するエレメント１同士間の隙間を詰めるように、エレメント１が熱膨張する。すなわち、エレメント１の前後面１ｆ，１ｒ、すなわち隣接する他のエレメント１に対向して当接する少なくともいずれか一方の面１ｒ（もしくは１ｆ、もしくは１ｆ，１ｒ）が、線膨張係数が大きい熱膨張材料によって形成される。そのため、伝動ベルトＢの負荷運転時に、エレメント１同士間の隙間が増大する場合であっても、熱膨張材料で形成されたエレメント１の熱膨張部１６が特に大きく熱膨張することにより、エレメント１同士間の隙間を確実に低減することができる。そのため、伝動ベルトＢの負荷運転時に、隣接するエレメント同士間の隙間が増大し、その隙間の分エレメントとリングとの間で発生する滑りによる損失が増大してしまうこと回避もしくは抑制することができるので、その分、伝動ベルトＢの動力伝達効率を向上させることができる。

なお、この発明は上述した具体例に限定されない。例えば上述した具体例では、この発明に係る押圧式伝動ベルトがベルト式無段変速機に適用された構成を例に挙げて説明しているが、この発明に係る押圧式伝動ベルトは、ベルト式無段変速機に限らず、ベルトとプーリとによって構成される他の巻き掛け伝動装置（ベルト伝動装置）における動力伝達用の押圧式伝動ベルトとして適用することができる。

１…エレメント、 １ｆ…前面、 １ｒ…後面、 ２，３…リング、 １６…主要部、 １７…熱膨張部、 Ｂ…押圧式伝動ベルト。

Claims (2)

1. 板片状に形成された多数のエレメントと、前記多数のエレメントを姿勢を揃えて環状に配列した状態でかつ互いに隣接する前記エレメント同士を密着した状態で結束するリングとを備え、前記エレメントが先行する他の前記エレメントを順次押圧することにより２つのプーリ間で動力伝達を行う押圧式伝動ベルトにおいて、
   前記プーリに巻き掛けられて前記動力伝達を行う際に、前記リングの周長が延びることによる互いに隣接する前記エレメント同士間の隙間を詰めてその隙間の増大を抑制するように、前記エレメントは、該エレメントの前後で隣接する他のエレメントに対向する少なくともいずれか一方の面が動力伝達に伴う発熱により熱膨張する熱膨張材料を備えていることを特徴とする押圧式伝動ベルト。
2. 前記エレメントは、相対的に線膨張係数が小さく該エレメントの主要部を形成する主材料と、相対的に線膨張係数が大きい前記熱膨張材料との線膨張係数が異なる複数の材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の押圧式伝動ベルト。

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