JPH06185588A - 平ベルト式無段変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きなトルクの高効率の伝達を可能にし、金
属ベルトの使用を可能にして、寿命を長くすること。 【構成】 台形状の薄板部材１０で構成されるベルト駆
動要素としての支持板１と、入力軸Ｉ上に配設されプー
リ面の間隔を変え得る可動機構２５を有するとともに、
両プーリ面に支持板の端部が介挿される幅の狭い半径方
向の溝を最小間隔で放射状に形成した小径の入力Ｖプー
リ２と、出力軸Ｏ上に配設されプーリ面の間隔を変え得
る可動機構３５（図示せず）を有するとともに、両プー
リ面に支持板の端部が介挿される幅の狭い半径方向の溝
を最小間隔で放射状に形成した大径の出力Ｖプーリ３
と、入力Ｖプーリ２および出力Ｖプーリ３の各半径方向
の溝２１、３１に介挿された支持板１の外壁１３に当接
させて巻掛けられた積層した無端薄帯で構成したスチー
ル平ベルト４とから成る平ベルト式無段変速機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力軸および出力軸上
のＶプーリの傾斜面に半径方向の溝を放射状に形成し、
かかる溝に介挿したベルト駆動要素にベルトを巻装した
平ベルト式無段変速機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の平ベルト式無段変速機（ＵＳＰ４
２９５８３６）は、図８および図９に示すようにプーリ
の半径方向上右駆動半径における接線力（ベルトＢとベ
ルト駆動要素Ｄの摩擦力）に直角になるような曲線に沿
って溝Ｇを充分な間隔を於いて形成し、かかる溝Ｇにベ
ルトＢと接触して駆動力を伝えるために比較的大きなベ
ルト駆動要素Ｄが介挿されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の平ベルト式
無段変速機は、上記曲線に沿って充分な間隔を於いて形
成された溝に比較的大きなベルト駆動要素が介挿されて
いるため、ベルト駆動要素がプーリ径最大の最外周にあ
るとき、各ベルト駆動要素の間隔が大きくなり、金属ベ
ルトが使用出来ないという問題が有るとともに、大きい
力を伝達するとベルト駆動要素に接するベルトに局部的
に大きな応力が作用し、各部材の損傷が早く寿命が短い
という問題が有った。

【０００４】そこで本発明者らは、ベルト駆動要素を介
挿するプーリの半径方向の溝を狭い間隔で放射状に形成
するという本発明の技術的思想に着眼し、またベルト駆
動要素を必要最小限の厚さの薄型にするとともにプーリ
の半径方向の溝の幅および間隔を必要最小限にする技術
的思想に着眼し、更に出力Ｖプーリを入力Ｖプーリより
大径にするという技術的思想に着眼して、研究開発を重
ねた結果、各ベルト駆動要素の間隔を狭くして、大きな
トルクを効率良く伝達し、局部的に大きな応力が作用す
ることを防止して、各部材の寿命を長くするとともに、
金属ベルトの使用を可能にするという目的を達成する本
発明に到達した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
の第１発明）の平ベルト式無段変速機は、駆動力に耐え
得る厚さを有する板部材で構成されるベルト駆動要素
と、傾斜面にベルト駆動要素の端部が介挿される半径方
向の溝を狭い間隔て放射状に形成した固定プーリと可動
プーリとを入力軸および出力軸上に対向して配設した入
力Ｖプーリおよび出力Ｖプーリと、入力Ｖプーリおよび
出力Ｖプーリに形成した各半径溝に両端が介挿されたベ
ルト駆動要素に巻装されるベルトとから成るものであ
る。

【０００６】本発明（請求項２に記載の第２発明）の平
ベルト式無段変速機は、駆動力に耐え得る必要最小限の
厚さを有する薄板部材で構成されるベルト駆動要素と、
傾斜面にベルト駆動要素の端部が介挿される幅の狭い半
径方向の溝を最小径より小さい径において溝と溝との隙
間が無くなる間隔で放射状に形成した固定プーリと可動
プーリとを入力軸上および出力軸上に対向配設して配設
した入力Ｖプーリおよび出力Ｖプーリと、入力Ｖプーリ
および出力Ｖプーリに形成した各半径溝に両端が介挿さ
れたベルト駆動要素に巻装される平ベルトとから成るも
のである。

【０００７】

【作用】上記構成より成る第１発明の平ベルト式無段変
速機は、入力軸のトルクが、入力Ｖプーリの狭い間隔で
放射状に形成された半径方向の溝に介挿されたベルト駆
動要素により、ベルトを介して、狭い間隔で放射状に形
成された半径方向の溝に介挿されたかかるベルトに当接
するベルト駆動要素から、出力Ｖプーリにトルクが伝達
される。

【０００８】上記構成より成る第２発明の平ベルト式無
段変速機は、入力軸のトルクが入力Ｖプーリの最も狭い
幅および間隔で放射状に形成された半径方向の溝に介挿
された薄型のベルト駆動要素により、ベルトを介して、
最も狭い幅および間隔で放射状に形成された半径方向の
溝に介挿されたかかるベルトに当接する薄型のベルト駆
動要素から、出力Ｖプーリにトルクが伝達される。

【０００９】

【発明の効果】上記作用を奏する第１発明の平ベルト式
無段変速機は、入力Ｖプーリおよび出力Ｖプーリの半径
方向の溝の間隔を狭くしたので、ベルト駆動要素の間隔
が狭くなり、大きなトルクの効果の良い伝達を可能にす
るとともに、局部的に大きな応力が作用することを防止
するので、各部材の寿命を長くするという効果を奏す
る。

【００１０】上記作用を奏する第２発明の平ベルト式無
段変速機は、ベルト駆動要素を薄型にして、入力Ｖプー
リおよび出力Ｖプーリの半径方向の溝幅を狭くして溝の
間隔も一層狭くしたので、ベルト駆動要素の間隔が一層
狭くなり、大きなトルクの効率の良い伝達を可能にする
とともに、局部的に大きな応力が作用することを防止す
るので、各部材の寿命を長くして、金属ベルトの使用を
可能にするという効果を奏する。

【００１１】

【実施例】次に本発明の実施例について、図面を用いて
詳細に説明する。

【００１２】（第１実施例）第１実施例の平ベルト式無
段変速機は、第１ないし第３の発明の実施例で図１ない
し図４に示すように、台形状の薄板部材１０で構成され
るベルト駆動要素としての支持板１と、入力軸Ｉ上に配
設されプーリ面の間隔を変え得る可動機構２５を有する
とともに、両プーリ面に支持板の端部が介挿される幅の
狭い半径方向の溝を最小間隔で放射状に形成した小径の
入力Ｖプーリ２と、出力軸Ｏ上に配設されプーリ面の間
隔を変え得る可動機構３５（図示せず）を有するととも
に、両プーリ面に支持板の端部が介挿される幅の狭い半
径方向の溝を最小間隔で放射状に形成した大径の出力Ｖ
プーリ３と、入力Ｖプーリ２および出力Ｖプーリ３の各
半径方向の溝２１、３１に介挿された支持板１の外壁１
３に当接させて巻掛された積層した無端薄帯で構成した
スチール平ベルト４とから成る。

【００１３】支持板１は、図３に示すように材質ＳＵＪ
２の幅５０mm、高さ６mm、厚さ３mmの台形状の薄板部材
１０で構成され、両側壁の傾斜端面１１、１２のプーリ
の溝との接触角を１１°とし、グリッドブラスト加工を
施して小さい凹凸を形成し、スチール平ベルト４に接す
る外壁１３にはＲが６００mmないし７００mmのクラウニ
ング加工を施し、横断面の角部には面取り加工を施し
た。

【００１４】支持板１の傾斜端面１１、１２およびクラ
ウニング部１３は、精密剪断で作製し、表面硬さがロッ
クウェルＣ６０ないし６３になるように熱処理をした。
熱処理は、できるだけ支持板が変形しない手段で行い、
熱処理後に平研磨加工により支持板の厚さを調整する。
この厚さは、後述するプーリの溝寸法に対し、１０ない
し５０μｍの隙間が形成されるようにすることにより、
溝内を支持板１がスムーズに動けるようにした。

【００１５】入力Ｖプーリ２は、材質ＳＮＣＭ４２０Ｈ
を用い、焼入・焼戻処理を行い、ネジ部以外の表面硬さ
がロックウェルＣ４５ないし４８とし、プーリ径が１９
４mmで、溝部２１の最小径が７６mmに設定されている。

【００１６】入力Ｖプーリ２には、約１１度の傾斜角で
対向するプーリ面２０には幅３mmの直線状の溝２１が７
９本半径方向に放射状に形成され、支持板１を介挿し得
る構成より成る。入力Ｖプーリ２の最外周部の溝間隔は
７．５５４mmである。

【００１７】出力Ｖプーリ３は、入力Ｖプーリ２と同様
の材質・処理を施したプーリ径が２２４mmで、溝部３１
の最小径が１２０mmに設定され、約１１度の傾斜角で対
向するプーリ面３０には、幅３mmの直線状の溝３１が１
２５本半径方向に放射状に形成され、支持板１を介挿し
得る構成より成る。出力Ｖプーリ３の最外周部の溝間隔
は、５．５２９mmで入力Ｖプーリ２のそれよりも狭くし
てある。

【００１８】プーリ２および３の傾斜角α₁ （図２）
は、最高回転数や支持板１の重量によって５度ないし１
５度の範囲内で設定するもので、最高回転数が大きいと
きにはα₂ （図５）のように小さくする。傾斜角を小さ
くすると、可動プーリの移動距離は図２中の２ｄ₁ より
図５中の２ｄ₂ と小さくなる。

【００１９】スチール平ベルト４は、図４に示すように
厚さ０．２５mm、幅４０mmのマルエージング鋼のフープ
４０を８枚重ねたもので構成されている。各フープ４０
は、内面に深さ１ないし３μｍで□０．１mmないし□
０．５mmのへこみを０．０５〜０．１mm間隔に整列ある
いはランダムに無数作り、直径１０mmのロールで曲げ作
用を与えながら８枚重ね合わせるように目的の内周長に
し、さらに窒化処理を行うことにより、表面硬さをビッ
カース硬さ８００〜１０００に設定するとともに、表面
残留応力を−１００ないし−１５０ｋｇｆ／mm² に設定
した。

【００２０】本第１実施例において入力Ｖプーリ２と出
力Ｖプーリ３との軸間距離は、２１０mmに設定した。

【００２１】図２に示すように、可動側プーリＭＰを可
動機構２５によって軸方向に動かすことにより、各プー
リ２および３の巻付ピッチを変え、変速比ｅを変えるこ
とができる。本第１実施例においては、変速比ｅ（出力
軸Ｏ回転数／入力軸Ｉ回転数）を、０．３７４から１．
５の範囲で変えられるようにしてあり、変速比幅は約４
（≒１．５／０．３７４）である。

【００２２】支持板１を押さえるプーリ２または３のプ
ーリ圧は、油圧回路に作動圧油を入れ、支持板１の遠心
力によりプーリ外径方向に向かう力と駆動に必要なプー
リ圧を加えたものであり、プーリの回転数および伝達ト
ルクによって最小値および最大値が定まる。本第１実施
例装置は、従来の装置のようにＶ形ベルトの無段変速機
のように所定の変速比になるように常にプーリ圧を抑制
することは必要無く、所定の変速比に到達すれば、少し
高いプーリ圧にして支持板１が半径方向上動かない状態
にするものである。したがって、変速する時のみ大径側
プーリの圧力を指定の上昇速度で大きくして、所定の変
速比に到達したら、両プーリ２および３のプーリ圧を指
定圧より少し大きめに維持すれば良い。

【００２３】上記構成より成る第１実施例の平ベルト式
無段変速機は、入力軸Ｉのトルクが、入力Ｖプーリ２の
半径方向の溝２１内に係止された支持板１に巻掛けられ
８枚のフープ４０を積層したベルト４を介し、かかるベ
ルト４が巻掛けされた大径の出力Ｖプーリ３の半径方向
の溝３１内に係止された支持板１を介して大径の出力Ｖ
プーリ３にトルクが伝達される。

【００２４】上記構成より成る第１実施例の平ベルト式
無段変速機は、入力Ｖプーリ２および出力Ｖプーリ３の
各可動機構２５、３５により設定された固定プーリＦＰ
と可動プーリＭＰとのプーリ面２０間の距離に応じて半
径方向の溝２１および３１内の支持板１の位置に応じ
て、変速比０．３７４ないし１．５の範囲内の所定の変
速比が実現され、上述したように所定の変速比に到達し
たら、少し高めのプーリ圧にセットされ、支持板１が半
径方向の溝２１、３１内を動かないようにして、かかる
変速比に保たれる。

【００２５】上記作用を奏する第１実施例の平ベルト式
無段変速機は、支持板１を薄型にして入力Ｖプーリ２お
よび出力Ｖプーリ３の半径方向の溝２１、３１の間隔を
最小にしたので、支持板１の間隔を狭くして、２０ｋｇ
ｆ・ｍの大きな伝達トルクを伝達効率９３％以上で効率
良く伝達することを可能にするという効果を奏する。

【００２６】また、第１実施例の平ベルト式無段変速機
は、支持板１とベルト４との接触点数が多く、各部材へ
の局部負担力が小さくなり、寿命を向上するという効果
を奏する。

【００２７】さらに第１実施例の平ベルト式無段変速機
は、支持板１が薄く、各Ｖプーリ２、３の半径方向の溝
の間隔が最小のため、支持板１の数が従来に比べ格段に
多いので、Ｖプーリ２および３の最外周においても円弧
形状に近い形状になるので、金属ベルトの使用を可能に
するという効果を奏する。

【００２８】また第１実施例の平ベルト式無段変速機
は、出力Ｖプーリ３を入力Ｖプーリ２に比べ大径にした
ので、変速幅が同じ値の場合、負荷の大きい出力軸Ｏ側
の支持板１の数を増やすことが出来るので、プーリ３の
最外周における支持板１の間隔を小さく出来るため、高
負荷時においてもベルト４の負担を小さく抑制して各部
材への局部負担力を小さくすることにより、寿命を向上
するという効果を奏する。しかもプーリ３の軸径や可動
プーリＭＰのガイド径も大きく出来るので、大負荷時に
もスムーズな移動および回転を可能にするという効果を
奏する。

【００２９】さらに第１実施例の平ベルト式無段変速機
は、プーリ圧を常に制御する必要が無く、指定した圧力
を両Ｖプーリ２および３に加えることにより変速できる
ので、プーリ圧の制御を簡単にすることができるという
効果を奏する。

【００３０】また第１実施例の平ベルト式無段変速機
は、支持板１が介挿されるプーリ２および３の半径方向
の溝２１を、直線溝として放射状に形成したので、製作
および装置構造が簡単になるという効果を奏する。

【００３１】また第１実施例の平ベルト式無段変速機
は、従来のＶベルト式若しくはチェーン式の無段変速機
に比べ、構造が簡単であり、プーリ２、３および支持板
１の加工も容易で安価であり、しかも軸間に連絡し、駆
動回転するのは平ベルトのみであり、ベルト重量が非常
に軽く、高速運転にも適しているという効果を奏する。

【００３２】（第２実施例）第２実施例の平ベルト式無
段変速機は、上述した第１実施例が出力Ｖプーリを大径
としたためプーリの最外周における溝の間隔が入力Ｖプ
ーリの方が大きいので、入力Ｖプーリ２の支持板１の厚
さを２．２mmとして、半径方向の溝２１の数を１０８本
にしたもので、入力Ｖプーリ２の最外周部の溝間の間隔
を５．５２６mmとし、ベルト４が支持板１に接触しない
間隔を３．２２６mmとして出力Ｖプーリのそれに近づけ
るもので、それに伴いベルト４の各フープ４０の厚さは
０．２mm、幅４０mmとし１０枚を重ねたものの使用が可
能であり、第１実施例と同様の作用効果を奏することが
できる。

【００３３】（第３実施例）第３実施例の平ベルト式無
段変速機は、図５および図６に示すように、大きなトル
クの伝達を可能にしてその際支持板１のたわみを少なく
するために、幅３０mmのベルト４１、４２を２本並設
し、その間の幅８０mm、高さ６mmの支持板１の中央に図
６に示されるように係合させて、軸にはスプライン係合
（図示せず）しており、回転方向には動かず、軸方向に
動き得る中間リング１４を設置し、プーリ２および３の
プーリ面の傾斜角が１０°に形成されており、２本のベ
ルト４１、４２を支持する支持板１のクラウニングＲ１
およびＲ２を５００ないし６００mmにしたもので、高負
荷が作用する用途においても支持板１を中間リング１４
が補強するため、支持板１を厚くする必要が無いととも
に、伝達トルク３０ｋｇｆ・ｍ、伝達効率９３％以上を
実現する他、上述の第１実施例と同様の作用効果を奏す
る。

【００３４】上述の実施例は、説明のために例示したも
ので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。

【００３５】上述の実施例は、いずれも油潤滑を前提に
した装置であるためスチールベルトの側について述べた
が、本発明としてはそれに限るものでは無く、無潤滑の
場合はゴム若しくはプラスチック更には繊維強化したベ
ルトも利用可能であり、その場合は支持板のクラウニン
グを１０倍ぐらい大きくするとともに、冷却の手当が必
要である。

【００３６】支持板は常に対向するプーリ面内に介挿さ
れているため、プーリからの抜け防止は必ずしも必要な
いが、組付を簡便にする観点から図７に示すように支持
板１の端部にテーパ部１Ｔを形成するとともに、Ｖプー
リ２の溝の断面形状を底部付近に同様にテーパ部２Ｔを
形成して、プーリ圧が抜けたとき、固定プーリＦＰから
支持板が抜け落ちるのを防止して復元を簡単にすること
も出来る。

【００３７】Ｖプーリ２および３の傾斜面の角度は、上
述の実施例で述べた１１度、１０度に限らず、５度から
１５度の範囲で設定することが出来る。最高回転数が高
いときは傾斜角を小さくすると、可動プーリＭＰの移動
距離およびプーリ圧を小さくすることが出来、装置の小
型化および油圧圧力を低減することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す正面図である。

【図２】第１実施例の入力Ｖプーリを示す一部欠截側面
図である。

【図３】第１実施例の支持板を示す斜視図である。

【図４】第１実施例のベルトを示す一部欠截斜視図であ
る。

【図５】本発明の第２実施例の入力Ｖプーリを示す一部
欠截側面図である。

【図６】第２実施例の支持板と中間リングの関係を示す
部分平面図である。

【図７】支持板と半径方向の溝の変形例を示す部分断面
図である。

【図８】従来装置を示す一部欠截斜視図である。

【図９】従来装置のトルク伝達要素を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 支持板 ２ 入力Ｖプーリ ３ 出力Ｖプーリ ４ スチール平ベルト １１、１２ 傾斜端面 １３ 外壁 １４ 中間リング ２０ ３０ プーリ面 ２１、３１ 溝部 ２５ 可動機構 ４０ フープ ＦＰ 固定側プーリ ＭＰ 可動側プーリ ４１、４２ ベルト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動力に耐え得る厚さを有する板部材で
   構成されるベルト駆動要素と、 傾斜面にベルト駆動要素の端部が介挿される半径方向の
   溝を狭い間隔て放射状に形成した固定プーリと可動プー
   リとを入力軸および出力軸上に対向して配設した入力Ｖ
   プーリおよび出力Ｖプーリと、 入力Ｖプーリおよび出力Ｖプーリに形成した各半径溝に
   両端が介挿されたベルト駆動要素に巻装されるベルトと
   から成ることを特徴とする平ベルト式無段変速機。
2. 【請求項２】 駆動力に耐え得る必要最小限の厚さを有
   する薄板部材で構成されるベルト駆動要素と、 傾斜面にベルト駆動要素の端部が介挿される幅の狭い半
   径方向の溝を最小径より小さい径において溝と溝との隙
   間が無くなる間隔で放射状に形成した固定プーリと可動
   プーリとを入力軸上および出力軸上に対向配設して配設
   した入力Ｖプーリおよび出力Ｖプーリと、 入力Ｖプーリおよび出力Ｖプーリに形成した各半径溝に
   両端が介挿されたベルト駆動要素に巻装される平ベルト
   とから成ることを特徴とする平ベルト式無段変速機。