JP5968338B2 - 無段変速機用駆動ベルト - Google Patents

Description

本発明は、無段変速機で使用する駆動ベルトに関する。この無段変速機は、２つの可変プーリを有する。各々のプーリは、円周のＶ字溝を規定している。駆動ベルトは、一般的に２つのバンド組から成る無端の坦持体と、金属製の複数の横方向エレメントとを備える。各々のバンド組は、少なくとも１つだが一般的には複数の、同心的に組み込まれた、比較的薄く且つ平坦な無端の金属製バンドを有している。横方向エレメントは、バンド組に、当該バンド組に対して摺動するように配置されている。各々の横方向エレメントは、１つ又は複数の凹部又は切り欠き部を備える。横方向エレメントの第１の部分が半径方向内方に又はバンド組の下方に延在し、横方向エレメントの第３の部分が半径方向外方に又はバンド組の上方に延在し、且つ横方向エレメントの第２の部分がその第１の部分と第３の部分との間に配置されてこれら後者２つの部分を一体に連結するようにして、各々の切り欠き部は各々のバンド組を収容している。この型式の駆動ベルトは、欧州特許出願公開第００１４０１３号明細書から公知である。

横方向エレメントに関して方向を説明するとき、例えば図２において正面図で図示されるように、横方向エレメントが直立位置にあることが常に想定される。この図において、駆動ベルトの周方向又は延在方向は、図平面に対し直角を成している。図２の平面において、横方向又は幅方向は左から右であり、半径方向又は高さ方向は上から下である。

バンド組の金属製バンドは、当該バンド組が最終的に疲労破壊されるまで、繰り返し且つ可変に、曲げられ且つ引っ張られる、ということが技術的によく知られている。そのような疲労破壊は、一般的に、バンド組の半径方向で最も内側のバンドの半径方向内側の面における弱点で、最初に生じる。なぜなら、そのような面は、横方向エレメントとの接触による応力を、付加的に受けるからである。これらの見識は、例えば、欧州特許出願公開第１２７３８２４号明細書で説明されている。この欧州特許出願公開第１２７３８２４号明細書は、半径方向で最も内側のバンドの半径方向内側の面が受ける上述の接触応力を補償するために、この面における曲げ応力を減少することを提案している。実際に、この効果を獲る為に、幾つか他の解決策が技術的に提案されている。

しかしながら、バンド組の構造、即ちバンド組の半径方向で最も内側バンドの構造がその疲労強度を改善するために公知技術に関連して変更される場合、疲労破壊の始まりが、バンド組の半径方向で最も外側のバンドの半径方向外側の面に移る可能性がある、ということが実際に観察されてきた。さらに、幾つかの例では、バンド組全体としての疲労強度は、それによって殆ど改善されなかった。この状況に対し、欧州特許出願公開第１２７３８２４号明細書はさらに、バンド組の半径方向で最も外側のバンドの半径方向外側の面における曲げ応力を減少し、それによって半径方向で最も外側のバンドの疲労強度も改善し、ひいてはバンド組全体としての疲労強度を改善することを、提案している。しかしながら、バンド組全体としての疲労強度を改善するための、この後者の公知解決手段におけるデメリットは、その半径方向で最も外側のバンドが、バンド組における他のバンドとは異なる加工を必要とすることにある。当然ながら、このことによって、駆動ベルトの製造工程における複雑度とコストが、不都合に付加される。

本発明の目的は、特に、バンド組の半径方向で最も外側のバンドの疲労強度を改善すること、有利には、結果として駆動ベルトの耐用年数を改善することである。特に、このような目的は、好ましくは、駆動ベルト全体としてのコスト及び／又は複雑度を、製造に付加することなく達成されるべきである。

本発明によれば、バンド組に対する横方向エレメントの移動に基づく、頭部とバンド組の半径方向で最も外側のバンドの半径方向外側の面との物理的な接触が、バンド組の幅方向中央又はバンド組の中心線を越えて、横方向エレメントの首部から離れる方を向いた、その側面の方で生じるように、横方向エレメント、特にその頭部を設計することによって、上述の目的が達成されてもよい。

本発明は、バンド組の半径方向で最も外側のバンドの疲労破壊が、実際に、幅方向又は横方向において、そのバンドの中央又は中央近くで最初に生じる傾向があるという見解に基づいている。実際に、特に、僅かに凸状の横断面形状とバンドの内部応力とを考慮するとき、その曲げによるそこでの応力の理論的な解析は、最も高い応力が、バンドが伸ばされている（即ち直線傾向にある）ときにはバンドの半径方向内側の面の横方向で生じ、バンドが凸状に曲げられているときにはバンドの半径方向外側の面の中央で生じる、ということを裏付ける。

上述の実務的な見解と理論的な解析から、駆動ベルトにおいて、横方向エレメントの第３の部分又は頭部とバンド組の半径方向で最も外側のバンドとの接触は、曲げ応力が最も高くなるバンドの中央で、なるべく生じるべきではないという見識がもたらされる。さらに、そのような接触は、横方向エレメントの第２の部分の近くにも、なるべく位置されるべきではない。なぜなら、その第２の部分に起因して、駆動ベルトの不安定さ及び／又は一体性の欠如が生じるからである。そのような接触は、例えば、横方向エレメントがバンド組に対して半径方向内方に移動するとき、又は横方向エレメントがバンド組に対して駆動ベルトの延在方向を中心に回転するときに生じる。

従って、本発明によれば、横方向エレメントの第３の部分とバンド組との接触は、その第２の部分から見て、バンド組の半径方向で最も外側のバンドの中央を十分に越えて、例えばバンド組の幅の３分の２の位置で、有利には生じるべきである。

本発明を説明するために、駆動ベルトの典型的な実施形態が、図面に基づいて記載されている。

２つのプーリ上を走行する駆動ベルトを有する無段変速機の概略的に示す。 その延在方向で見た、駆動ベルトの横断面を示す。 駆動ベルトの横方向エレメントの、幅方向を向いた図を示す。 その延在方向で見た駆動ベルトの断面を、ベルトのバンド組に対して回転した位置にある横方向エレメントとともに示す。 本発明による横方向エレメントの断面を概略的に示す。 本発明による横方向エレメントの詳細を概略的に示す。

図１における無段変速機の概略的な図は、駆動ベルト３を示している。駆動ベルト３は、２つのプーリ１，２上を走行し、閉じたバンド組３１を有している。バンド組３１は、当該バンド組３１の周上に配置された横方向エレメント３２の、実質的に連続した列を支えている。図示された位置において、上側のプーリ１は、下側のプーリ２よりも速く回転する。２つの部分間の距離、この場合、各々のプーリ１，２を構成する円錐円板４，５間の距離を変更することによって、各々のプーリ１，２上での駆動ベルト３の、いわゆる走行半径Ｒが変更され得る。結果として、２つのプーリ１，２間の速度差が、望まれるように変更され得る。このことは、変速機の入力軸６と出力軸７との間の回転速度差を変更する、公知の手段である。

図２において、駆動ベルト３が、延在方向を向いてその横断面で示されている。この図は、横断面で示された２つのバンド組３１の存在を示している。このバンド組３１は、駆動ベルト３の横方向エレメント３２を支持するとともに案内する。１つの横方向エレメント３２が、図２において正面図で示されている。駆動ベルト３における、横方向エレメント３２及びバンド組３１は、一般的に金属、通常は鋼から製造されている。横方向エレメント３２は移動することができ、即ちバンド組３１の延在方向Ｌに沿って摺動することができる。これによって、変速機プーリ１，２間で力が伝達されるとき、この力は、横方向エレメント３２が互いに押圧し合い、横方向エレメント３２が互いを駆動ベルト３及びプーリ１，２の回転方向で前方に押し合うことによって、伝達される。

バンド組３１は、駆動ベルト３を一体に保持する。この特定の実施形態において、バンド組３１は、８枚の独立した無端のバンドから構成されている。この無端のバンドは、バンド組３１を形成するために、互いに同心的に組み込まれている。実際に、バンド組３１は、６枚から１２枚の無端のバンドを備え得る。

図３において側面図でも示される横方向エレメント３２は、２つの切り欠き部３３を備える。この切り欠き部３３は、互いに反対側に配置され、エレメント３２の横方向反対側を向いて開口している。各々の切り欠き部３３は、２つのバンド組３１の各々の１つを収容する。従って、横方向エレメント３２の第１の部分又は基部３４は、高さ方向Ｈで、切り欠き部３３から半径方向内方に、又は切り欠き部３３の下方に延在している。横方向エレメント３２の第２の部分又は首部３５は、切り欠き部３３の間に、及び／又は切り欠き部３３と同じ（半径方向）高さで配置されている。横方向エレメント３２の第３の部分又は頭部３６は、高さ方向Ｈで、切り欠き部３３から半径方向外方に、又は切り欠き部３３の上方に延在している。各々の切り欠き部３３の下方又は半径方向内方は、横方向エレメント３２の基部３４における、いわゆる支え面４２によって範囲を定められている。支え面４２は、ほぼ頭部３６の方向で、半径方向外方又は上方を向いている。支え面４２は、一般的に、駆動ベルト３の幅方向Ｗ及び／又は延在方向Ｌで、凸状の曲率を有している。支え面４２の曲率半径は、一般的に支え面４２の寸法に比べて大きく、実際には、図２及び図３の尺度内若しくは尺度では認識できない。

横方向エレメント３２の基部３４の側面又はプーリ接触面３７は、互いに対して角度φで方向付けられている。この角度φは、変速機プーリ１，２の円錐円板４，５間で規定されたＶ字角度φ（図１参照）に、少なくともほぼ対応している。

駆動ベルト３の延在方向Ｌを向いている、横方向エレメント３２の第１の面又は後側主要面３８は、実質的に平坦である。いわゆる揺動端部又は傾倒端部１８は、反対側を向いて、横方向エレメント３２の第２の面又は前側主要面３９に設けられている。揺動端部１８の上方で高さ方向Ｈにおいて、横方向エレメント３２は、側面視で、実質的に一定の厚さを有している。揺動端部１８の下方で高さ方向Ｈにおいて、基部３４は、横方向エレメント３２の下部側に向かって先細りになっている。揺動端部１８は、一般的に、横方向エレメント３２の前側主要面３９において、僅かに湾曲した区分の形態で設けられている。駆動ベルト３において、横方向エレメント３２の前側主要面３９は、隣接する横方向エレメント３２の後側主要面３８に、揺動端部１８の位置で接触する。この接触は、プーリ１，２間で伸長している駆動ベルト３の直線部分と、変速機プーリ１，２の円錐プーリ円板４，５間に位置する駆動ベルト３の湾曲部分との両方で生じる。

横方向エレメント３２は、その前側主要面３９に突出部４０と、その後側主要面３８に孔４１とを備える。駆動ベルト３における、２つの隣接する横方向エレメント３２の突出部４０及び孔４１は、隣接する第１の横方向エレメント３２の突出部４０がその第２の横方向エレメント３２の孔４１内に少なくとも部分的に差し込まれる、という意味で互いに係合し合っている。これによって、２つの隣接する横方向エレメント３２間での相対的な直線移動、及び／又は２つの隣接する横方向エレメント３２の回転は、突起４０及び孔４１間に設けられた間隙に制限される。

変速機の作動中、駆動ベルト３の横方向エレメント３２は、バンド組３１に対して、当該バンド組３１の周面に沿ってだけ移動することができるのではなく、半径方向内方にも移動することができるし、バンド組３１に関して横方向及び／又は延在方向を中心に回転することもできる。横方向エレメント３２におけるこれら後者の相対移動は、横方向エレメント３２と、バンド組３１の一方又は両方との物理的相互作用によって制限される。さらに詳細には、そのような相対移動は、横方向エレメント３２の基部３４と頭部３６との両方が、バンド組３１と接触するまでの間でのみ可能である。この場合、バンド組３１は、作動中に強く引っ張られており、従って広範囲に亘り剛体であることを表している。

そのような相対移動の例は、図４に、横方向エレメント３２の回転Ｃ（示された例では、駆動ベルト３の長手方向又は延在方向Ｌを中心にした時計回転Ｃ）によって示されている。しかしながら、この例は、図示の目的で、バンド組３１と横方向エレメント３２との間の高さ方向Ｈでの間隙が、誇張された大きさで示されている。図４では、バンド組３１に対する横方向エレメント３２の回転Ｃが、確かに、横方向エレメント３２の基部３４が位置Ａで左側のバンド組３１と接触し、且つ横方向エレメント３２の頭部３６が位置Ｂで右側のバンド組３１と接触することによって制限される、ということを表している。本発明によれば、これらの接触位置Ａ及びＢにおいて、バンド組３１は、横方向エレメント３２との接触によって（付加的に）応力を受ける。

どのような場合でもバンド組３１の凸形状よりも明白な、支え面４２の凸状湾曲又は凸形状によって、一方のバンド組３１と横方向エレメント３２の基部３４との接触位置Ａは、一方のバンド組３１の幅方向Ｗの中央に又は少なくとも中央付近に位置している。即ち、接触位置Ａは、有利には、バンド組３１の半径方向内側の面で生じ、且つバンド組３１の側面に又は側面近傍に位置する、最も高い曲げ応力から離れて位置している。しかしながら、他方のバンド組３１と横方向エレメント３２の頭部３６との接触位置Ｂも、他方のバンド組３１の幅方向Ｗの中央に又は少なくとも中央付近に位置している。即ち、接触位置Ｂは、バンド組３１の半径方向外側の面で生じ、且つバンド組３１の幅方向の中央に位置する、最も高い曲げ応力の位置とだいたい合致している。結果的に、横方向エレメント３２の頭部３６と他方のバンド組３１との接触によって、曲げにより既に高い応力が加えられている位置Ｂにおいて、バンド組３１に付加的な応力が加えられる。結果として、バンド組３１の半径方向で最も外側のバンドは、少なくともバンド組３１の別のバンドと比較して、疲労破壊による早期故障を被る可能性がある。この点において、理想的に、即ち駆動ベルト３の最善の耐用年数を実現するために、バンド組３１の全てのバンドに均等に荷重が加えられ且つ／又は応力が加えられることが指摘される。

従って、本発明に関連して、横方向エレメント３２は、バンド組３１に対する横方向エレメント３２の動きについて、バンド組３１が横方向エレメント３２の各々の頭部３６を介してバンド組３１の幅方向中央地点Ｍから離れた位置Ｂで接触するように、設計されている。駆動ベルト３全体としての安定性及び／又は一体性を損なうことがないように、接触位置Ｂは、横方向エレメント３２の幅方向中央から見てバンド組３１の幅方向中央地点Ｍを越えて、即ち横方向エレメント３２の首部３５から各々のバンド組３１に向かう方向で見てバンド組３１の幅方向中央地点Ｍを越えて位置すべき、ということがさらに必要である。このようにして設計された横方向エレメント３２は、図５に示されている。

さらに、本発明を定量化するために、接触位置Ｂが、バンド組３１の全幅の３分の２を超えて位置する、有利には、バンド組３１の横方向外側面４３から測定したとき、バンド組３１の全幅の４分の１以内に位置するということが考慮される。

支え面４２における凸形状を考慮すると、本発明の機能的要件は、横方向エレメント３２の頭部３６が、下方に即ち基部３４に向かって、仮想的に凹状に湾曲した円弧４２ａを越えて延在しないように設計されるということを、構造的に要求する。この円弧４２ａは、支え面４２（の凸状の湾曲）に対応して形成され、横方向エレメント３２の頭部３６と各々のバンド組３１との（意図された）接触位置Ｂで、頭部３６に接している。この構造的な要件は、本発明に関連する横方向エレメント３２の詳細を示す図６で、図式的に説明されている。

１，２ プーリ
３ 駆動ベルト
４，５ 円錐円板
６ 入力軸
７ 出力軸
１８ 揺動端部
３１ バンド組
３２ 横方向エレメント
３３ 切り欠き部
３４ 基部
３５ 首部
３６ 頭部
３７ プーリ接触面
３８ 後側主要面
３９ 前側主要面
４０ 突出部
４１ 孔
４２ 支え面
４２ａ 仮想的な凹状の円弧
４３ 横方向外側面
Ａ，Ｂ 接触位置
Ｃ 回転
Ｈ 高さ方向
Ｌ 延在方向
Ｍ バンド組の幅方向中央地点
Ｗ 幅方向

Claims (3)

1. 無端の担持体（３１）と、該担持体（３１）に摺動自在に設けられた複数の横方向エレメント（３２）とを有する駆動ベルト（３）であって、
   前記担持体（３１）は、少なくとも１つの、略リボン状の金属製バンドを有し、
   前記横方向エレメント（３２）の各々は、２つの主要面（３８，３９）と、少なくとも１つの凹部（３３）と、前記凹部（３３）の下方に配置される第１の部分又は基部（３４）と、前記凹部（３３）の高さにある第２の部分又は首部（３５）と、前記凹部（３３）の上方に配置される第３の部分又は頭部（３６）と、を有し、
   前記横方向エレメント（３２）は前記２つの主要面（３８，３９）の間を厚さ方向に延在しており、前記担持体（３１）は前記凹部（３３）内に配置されている、駆動ベルト（３）において、
   前記無端の担持体（３１）と、前記凹部（３３）の位置で前記担持体（３１）を支持するための、前記横方向エレメント（３２）の基部（３４）における支え面（４２）とが共に、前記駆動ベルト（３）の横方向で湾曲されており、
   前記支え面（４２）は、前記担持体（３１）より大きく湾曲されており、
   前記支え面（４２）に対して前記凹部（３３）の反対側に配置される、前記横方向エレメント（３２）の頭部（３６）の下面は、横方向に凹状に湾曲されており、
   前記頭部（３６）の下面の凹状の曲率半径は、前記基部（３４）の支え面（４２）の凸状の曲率半径よりも小さく、
   それによって、前記横方向エレメント（３２）の頭部（３６）は、前記担持体（３１）と、当該担持体（３１）の中央地点で接触せず、前記横方向エレメント（３２）の首部（３５）から離れる方向で見て、前記担持体（３１）の全幅の３分の２を超えた位置で、少なくとも、前記担持体（３１）に対する前記横方向エレメント（３２）の半径方向内方への移動のとき、又は前記駆動ベルト（３）の延在方向軸線及び／又は横方向軸線における仮想軸線を中心にした、前記担持体（３１）に対する前記横方向エレメント（３２）の回転のときに接触することを特徴とする、駆動ベルト（３）。
2. 前記接触は、前記横方向エレメント（３２）の首部（３５）から離れる方向で見て、前記担持体（３１）の全幅の４分の３の位置、又は前記担持体（３１）の全幅の４分の３を超えた位置で生じることを特徴とする、請求項１記載の駆動ベルト（３）。
3. 前記横方向エレメント（３２）の頭部（３６）の下面は、前記支え面（４２）の凸状輪郭線に対応して形成される仮想線（４２ａ）に接触するが交わらず、かつ、前記仮想線（４２ａ）に一箇所だけで接することを特徴とする、請求項１又は２記載の駆動ベルト（３）。

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