JPS627418B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、主として自動車等の車両において用
いられるＶベルトに関するものである。

一般に、自動車において、エンジンの出力特性
を、要求される走行特性に適合させる変速装置と
しては歯車式変速機と油圧式変速機とが知られて
いる。歯車式変速機は有段変速であり、別系統の
クラツチ装置と連動させて変速操作を行なうため
操作性に問題がある。一方、油圧式変速機は通常
トルクコンバータと呼ばれており、無段変速でノ
ークラツチ操作が可能であるため極めて操作性が
良く、最近増加の傾向にある。反面、歯車式に比
べて伝動ロスが大きく、燃費が悪いという欠点を
有する。

また、近年、操作性に優れかつ燃費の良い変速
装置としてベルト式無段変速装置が着目され、自
動車メーカーや変速機メーカーで研究されてい
る。このようなベルト式無段変速装置としては２
種類あり、１つは金属Ｖベルト（例えば特公昭55
−6783号公報参照）を使用する湿式の変速装置で
あり、他方はゴムＶベルト（例えば実公昭32−
10408号公報参照）を使用する乾式の変速装置で
ある。なお金属Ｖベルトを使用する場合に湿式と
なるのは、ベルト伝動に使用されるプーリの材質
が鋼、鋳鉄、軽合金等の金属材料であるから、金
属Ｖベルトとプーリとの摩擦面の焼付きや摩耗対
策として潤滑油の中で使用しなければならないた
めである。一方、ゴムＶベルトを使用する場合は
その必要がないため乾式で使用できる。

ところで、ゴムＶベルトの上幅Ｗと厚さｔの比
Ｓ（＝Ｗ／ｔ）は標準Ｖベルトにおいて1.6〜1.8であ るのに対し、高トルク伝動用のＶベルトは1.1〜
1.2である。第７図および第８図に示されるよう
に、前記比Ｓは小さい程プーリに巻掛けられたと
きのベルト座屈変形が小さく、螺旋状に巻かれた
心体を確実に支持する。なお、第７図および第８
図において、a₁，a₂はＶベルト、b₁，b₂は心体、
c₁，c₂はプーリを示し、第８図のＶベルトa₂の方
が第７図のＶベルトa₁よりも前記比Ｓが大きくな
つている。

また、大きい変速比を有するベルト変速装置を
設計するためには、下記の式(1)より明らかなよう
に（第９図参照）、原動側および従動側のプーリ
ｇ，ｈでのベルトｆの回転ピツチ径dp₁（DP₁），
DP₂（dp₂）の変化を大きくする必要がある。

Ra＝Ｄ_ｐ１×Ｄ_ｐ２／ｄ_ｐ１×ｄ_ｐ２ (1) Ra：変速比 ここで、原動側プーリ径が従動側プーリ径より
小さい変速装置の場合、ベルトの上幅（Ｗ）と厚
さ（ｔ）は原動側プーリで決定され、プーリ角を
αとすると、式(2)で表わされる（第１０図参
照）。

Ｗ＝ΔＷ＋（Ｄ_p1−dp₁＋2t）tanα／２ (2) ΔＷ：ベルトの摩耗等による上幅の余裕量 ところで、所定の溝角度を有するプーリにおい
て、可能なピツチ径の変化はベルトの上幅と厚さ
によつて決定され、大きい変速比を有するベルト
変速装置を設計する場合、ベルトの上幅と厚さの
比を大きくする必要がある。なお、変速ベルトの
上幅と厚さの比は2.0以上（通常3.0〜4.0）であ
る。

ところが、ベルトの上幅が増大すれば、プーリ
に巻掛けられた時のベルトの座屈変形量δmax
（ベルト幅の３乗にほぼ比例する）が大きくなる
ため（第７図および第８図参照）、ベルト幅方向
の心体の荷重分布は中央部が極めて小さくなり、
負荷トルクの支持能力は減少する。

これに対し、自動車用変速装置として使用され
るベルト式変速装置は極めて高トルクの伝動能力
が必要であり、一般産業用途の変速ベルトに比較
して数倍の伝動トルクが要求される。

そのため、従来、ベルト式変速装置の伝動機構
は、バネ、油圧等の手段でベルト側面とプーリ間
に面圧を与え、この面圧により摩擦力を発生させ
ることにより負荷トルクを伝動するようにしてい
るため、面圧と伝動トルクはほぼ比例することか
ら、1000c.c.程度のエンジンの場合、通常20Kg／cm²
前後となる。しかしながら、一般産業用変速ベル
トに必要な面圧は４〜５Kg／cm²であり、現在10
Kg／cm²前後に耐える変速ベルト（ゴムＶベルト）
が実用化されているが十分ではなかつた。因に、
複数のエンドレススチールベルトを積層したキヤ
リアと、両側面にキヤリアガイドと傾斜面を設け
た複数の金属ブロツクにて構成された金属Ｖベル
トが知られているが、プーリ構成部材は金属材料
のため、油潤滑が必要となり、装置が複雑でコス
ト高となるし、また油中における金属間の摩擦係
数は小さいので、負荷トルクの伝達のために高面
圧を必要とし、変速プーリの加圧推力を大きくし
なければならないので、軸荷重が増大し軸受等の
寿命が短くなるという憾みがある。その上に、ベ
ルト重量が大きいため遠心力が増大し、ベルト切
断時の衝撃が大きいので安全面に問題があるし、
ベルト交換が困難である。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、上
記ゴムＶベルトおよび金属Ｖベルトの不具合を解
消した高負荷用に適するＶベルトを提供するもの
である。

本発明は、上記目的を達成するために、エンド
レスの１対の張力帯に複数のブロツクが係合され
てなるもので、前記張力帯は少なくとも一方の側
面が傾斜しかつ非伸長性の心体が埋設されてなる
一方、前記各ブロツクは両側部に前記張力帯に係
合される溝が形成され、両側面がプーリ溝面と実
質的に適合する傾斜面で構成され、張力帯の上面
および下面の少なくとも一方は一定ピツチの凹部
若しくは凸部を有する一方、ブロツクの溝は張力
帯の凹部若しくは凸部と噛合う凸部若しくは凹部
を有し、それによつてブロツクと張力帯とがベル
ト長さ方向には噛合固定されベルト幅方向には脱
着可能であり、プーリ溝に係合して動力伝達のた
めの適当な側圧力を受けた状態で、前記張力帯の
側面とブロツクの側面とが実質的に面一となつて
ベルト側面を形成するようになつている。

以下、本発明の実施例を図面に沿つて説明す
る。

第１図および第２図に示すように、本発明に係
るＶベルト１は、１対の張力体２，３と、この張
力体２，３にそれらの長さ方向に隙間なく配置さ
れた複数のブロツク４とにより構成されている。

ブロツク４はプラスチツクス、硬質ゴム等の非
金属材料であつて、摩擦係数が大きくしかも耐摩
耗性に優れた材料が適用される。

ブロツク４の側面４ａおよび４ｂは傾斜して変
速プーリの溝角度と合致するベルト角度αをなし
ている。ブロツク同志の下側対向面４ｅ，４ｆ
は、一方の面４ｆが傾斜し、他方の面４ｅが鉛直
でＶベルトの最小ピツチ径に適合する角度βが形
成されている。また、詳細を第３図に示すよう
に、各ブロツク４の側部には、側面４ａ，４ｂに
開口する溝５，６がそれぞれ形成され、各溝の上
面５ａ，６ａおよび下面５ｂ，６ｂには凸部（上
面６ａおよび下面５ｂ，６ｂに形成した凸部６ｃ
および５ｄ，６ｄのみ図示）がそれぞれ設けられ
ている。ブロツク４の上面４ｃおよび下面４ｄ
は、Ｖベルトの軽量化等を目的としてそれぞれア
ーチ状等の凸面状および凹面状に形成されてい
る。

前記張力帯２，３は、それぞれ実質的に同一平
面内に配列された非伸張性の心体７，７と、この
心体７，７を保持するゴム部材８，９と、上面お
よび下面に埋設された織布１０，１０および１
１，１１により構成される。張力帯２，３の一方
の側面２ａ，３ａはブロツク４の側面４ａ，４ｂ
と実質的に同一勾配の傾斜を有しているが、他方
の側面２ｂ，３ｂはそのような傾斜を有していな
い。また、第４図に示すように、張力帯２，３の
上面および下面にはブロツク４の溝５，６に設け
られた凸部と噛合う凹部（張力帯３についての凹
部３ｃ，３ｄのみ図示）が設けられている。な
お、ブロツク４の凸部と張力帯２，３の凹部はブ
ロツク４と張力帯２，３との動力授受の手段であ
つて、逆にブロツク側を凹部とし張力帯側を凸部
として噛合わせる場合もある。また、ブロツク４
の溝５および６と張力帯２，３の上面又は下面の
いずれか一方で噛合わせるようにしてもよい。更
に、接着剤を利用し化学的な固定手段も併用する
場合もある。

張力帯２，３を構成する非伸縮性の心体７，７
には、一般にポリアミド、ポリエステル、ポリア
ラミド等の合成繊維、或はスチール、グラス、カ
ーボン等の無機繊維、或はこれらの混紡による撚
りコード又は織物やシート状の心体として使用さ
れる。

一方、ゴム部材８，９は、圧縮ヤング率が大き
く耐摩耗性等に優れた材料が要求され、一般に短
繊維で補強された周知の合成ゴムが使用される。
なお、短繊維で補強することは強度の点で有利で
あるが、必ずしもその必要はない。

織布１０，１１は、屈曲性および耐摩耗性に優
れた材料が要求され、一般に綿、ポリアミド、ポ
リエステル、ポリアラミド等の紡織繊維或はこれ
らの混紡が使用される。なお、比較的軽負荷の場
合は、織布を省略してもよい。また、織布の代わ
りに合成樹脂シートを用いてもよい。

上記張力帯２，３の側面２ａ，３ａとブロツク
４の側面４ａ，４ｂは、変速プーリの溝と係合さ
せた時（動力伝達の状態）に、それぞれ実質的に
同一平面となるように調整されている。

また、２本の張力帯２，３とブロツク４は、Ｖ
ベルト１の長さ方向に固定され、幅方向には、通
常、脱着可能になつている。

上記のように構成すれば、Ｖベルト１が変速プ
ーリ２１より離間し、側圧力を受けていない状態
を示す第１図において、張力帯２，３の側面２
ａ，３ａはそれぞれブロツク４の側面４ａおよび
４ｂよりわずかに突出している。これは、張力帯
２，３の圧縮ヤング率は、ゴム部材８，９により
ほぼ決定され、ブロツク４の圧縮ヤング率よりも
小さいためである。

Ｖベルト１が変速プーリ２１と係合し、側圧力
Ｆを受けたときの動力伝達状態を示す第５図にお
いて、ブロツク４の側面４ａ，４ｂ及び張力帯
２，３の側面２ａ，３ａはそれぞれ実質的に同一
平面となつており、変速プーリ２１との摩擦伝動
力は全ての側面に発生することになる。この場
合、ブロツク４に使用するプラスチツクス、硬質
ゴム等は圧縮ヤング率が大きいので、Ｖベルト１
は高側圧に耐え伝動トルクも大きくなる。

また、ブロツク４の比重は通常2.0以下であ
り、金属Ｖベルトに比較して極めて軽量で遠心力
が小さくなるので、高速運転に適し安全面におい
ても有利である。

張力帯２，３は、一般に薄い平ベルト状をして
おり屈曲性は極めて良く、発熱も少ないのでベル
ト寿命が長くなる。

このＶベルト１が、走行時に、変速プーリ２１
との離間状態から係合状態に移行するとき、張力
帯２，３が変速プーリ２１と係合して圧縮作用を
受けた後、ブロツク４が変速プーリ２１と係合す
るため、張力帯２，３がブロツク４と変速プーリ
２１との間に係合により生ずる衝撃を緩和し騒音
軽減が図られる。

Ｖベルト１は、ブロツク４の溝５，６に設けら
れた凸部と張力帯２，３の上面および下面に設け
られた凹部との噛合いにより、Ｖベルト１の長さ
方向に固定され幅方向に脱着可能としているた
め、組込みは極めて簡単である。

また、Ｖベルト１は、ブロツク４と張力帯２，
３が変速プーリ２１と係合した状態で、それぞれ
の側面が摩耗し変速プーリ２１の溝に適合すべく
修正されるため、ブロツク４および張力帯２，３
には厳しい加工精度は要求されない。

第６図は、屈曲性について更に改良されたＶベ
ルト３１である。ブロツク３２は溝の上面に凸部
３３を有し、下面はＶベルト３１の最小ピツチ径
に適合する曲率Ｒが設けられている。また、張力
帯３４は上面に凹部３４ａを有し、下面には凹凸
を設けていない。

このブロツク１の下面に設けられた曲率Ｒの作
用により、Ｖベルト３１が変速プーリに係合した
ときの多角形現象がなくなり円滑な回転が行なわ
れる。なお、その他の構成は、第１図および第２
図に示すＶベルト１と基本的に同一である。

上記実施例では、張力帯２，３の側面２ａ，３
ａがそれぞれブロツク４の側面２ａ，３ａよりわ
ずかに突出するようにしているが、必ずしもその
必要はなく、張力帯の側面とブロツクの側面とが
実質的に面一となつてベルト側面を形成する場合
には、張力帯の側面がブロツクの側面よりわずか
に凹んでいても差支えない。

本発明は、上記のように構成したから、次のよ
うな効果を有する。

(i) 伝動容量が大きくなる。

従来のゴムＶベルトに比べて高い側圧を与え
ることができ、Ｖベルトを構成するブロツクお
よび張力帯の全ての側面の摩擦伝動力が利用で
きる。また、摩擦係数も従来のゴムＶベルトと
ほぼ同一にできる。

(ii) 高速運転に適し、安全面においても有利であ
る。

金属Ｖベルトに比べて軽量（1/5〜1/4）で遠
心力が小さい。

(iii) ベルト寿命が長くなる。

従来のゴムＶベルトに比べて屈曲性が良く心
体の疲労が少ない。また、高側圧でもＶベルト
の座屈変形がほとんど無く、ベルト発熱が少な
いので、構成部材の熱劣化も少ない。

(iv) 騒音が少なくなる。

張力帯の圧縮作用により、ブロツクと変速プ
ーリの衝撃が緩和される。

(v) ベルトを適用する変速装置のコストが安くな
る。

Ｖベルトを構成するブロツクおよび張力帯は
厳しい加工精度が要求されない。また、Ｖベル
トはプラスチツクス、ゴム部材の非金属材料を
使用すれば、金属製変速プーリに対して係合面
の潤滑が不要であり、乾式の変速装置となる。

(vi) 製造が容易である。

ブロツクと張力帯とがベルト長さ方向には噛
合固定されベルト幅方向には脱着可能に係合さ
れているので、ブロツクと張力帯との組付けが
極めて簡単であり、ブロツクの破損によるブロ
ツク交換も容易である。

なお、本発明のＶベルトは、自動車用無段変速
機だけでなく、農業機械および土木建設機械等の
エンジンを搭載した車輛の無段又は有段変速機用
のＶベルトとして適用することができる。また、
電動機で駆動する一般産業機械の高負荷用Ｖベル
トにも最適である。更に、ブロツクの上面を利用
し、搬送や印字用ベルトとしても利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の実施例を示し、
第１図はＶベルトの側面図、第２図は、変速プー
リより離間した状態を示すもので第１図の−
線における断面図、第３図はＶベルトに使用され
るブロツクの斜視図、第４図はＶベルトに使用さ
れる張力帯の斜視図、第５図は第１図のＶベルト
が変速プーリと係合し動力伝動状態にあるときの
断面図、第６図は変形例のＶベルトの側面図、第
７図および第８図はＶベルトの上幅と厚さとの比
の座屈変形への影響を示す説明図、第９図および
第１０図は変速システムの説明図である。 １……Ｖベルト、２，３……張力体、２ａ，３
ａ……側面、４……ブロツク、４ａ，４ｂ……側
面、５，６……溝、３１……Ｖベルト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンドレスの１対の張力帯に複数のブロツク
   が係合されてなるもので、前記張力帯は少なくと
   も一方の側面が傾斜しかつ非伸長性の心体が埋設
   されてなる一方、前記各ブロツクは両側部に前記
   張力帯に係合される溝が形成され、両側面がプー
   リ溝面と実質的に適合する傾斜面で構成され、張
   力帯の上面および下面の少なくとも一方は一定ピ
   ツチの凹部若しくは凸部を有する一方、ブロツク
   の溝は張力帯の凹部若しくは凸部と噛合う凸部若
   しくは凹部を有し、それによつてブロツクと張力
   帯とがベルト長さ方向には噛合固定されベルト幅
   方向には脱着可能であり、プーリ溝に係合して動
   力伝達のための適当な側圧力を受けた状態で、前
   記張力帯の側面とブロツクの側面とが実質的に面
   一となつてベルト側面を形成するようになつてい
   ることを特徴とするＶベルト。 ２ 傾斜面付近が非金属材料により構成されたと
   ころの特許請求の範囲第１項記載のＶベルト。 ３ 非伸長性の心体がポリアミド、ポリエステ
   ル、ポリアラミド等の合成繊維若しくはスチー
   ル、グラス、カーボン等の無機繊維若しくはこれ
   らの混紡よりなる撚りコード又は織物、シート状
   であるところの特許請求の範囲第１項記載のＶベ
   ルト。 ４ 非金属材料は、プラスチツクス、硬質ゴム等
   であるところの特許請求の範囲第２項記載のＶベ
   ルト。 ５ ブロツクの上面がアーチ状等の凸面を有する
   ところの特許請求の範囲第１項記載のＶベルト。 ６ ブロツクの下面がアーチ状等の凹面を有する
   ところの特許請求の範囲第１項記載のＶベルト。 ７ ブロツクの溝は、下面に適当な曲率の凸面を
   有するところの特許請求の範囲第１項記載のＶベ
   ルト。