KR101657708B1 - 무단 변속기용 벨트 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는, 벨트와 풀리의 접촉 면적 확대에 수반하는 면압 저감, 면압 저감에 의한 마모량 감소, 마모량 감소에 의한 홈부의 확보를 통해, 고토크 전달을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있는 무단 변속기용 벨트를 제공하는 것이다.

적층 링(3, 3)과 다수의 엘리먼트(4)에 의해 구성한 무단 변속기용 벨트(V)에 있어서, 엘리먼트(4)는, 양측의 프랭크면(4a, 4a)에, 풀리(1, 2)와 오일막을 통해 접촉하는 산부(41)와, 윤활유를 풀리 둘레 방향으로 배출하는 홈부(42)를, 풀리 직경 방향으로 교대로 배열하여 형성하고, 산부(41)와 홈부(42)의 산 폭과 홈 폭의 합계 폭에 대한 산 폭의 비율인 편평 비율을, 기하학적 형상의 제조성이 성립되는 동시에 오일 배출성이 성립되는 범위 중, 최대 비율 영역의 값으로 설정하고, 인접하는 홈부(42, 42)의 간격인 홈 피치를, 기하학적 형상의 제조성이 성립되는 동시에 오일 배출성이 성립되는 범위 중, 설정한 편평 비율에서 허용되는 값으로 설정했다.

적층 링, 엘리먼트, 프랭크면, 홈부, 산부

Description

무단 변속기용 벨트{BELT FOR CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}

본 발명은, 벨트식 무단 변속기에 적용되는 무단 변속기용 벨트, 특히 전달 토크의 고(高)토크화 기술에 관한 것이다.

종래, 2세트의 상기 적층 링을, 연접하여 다수 배열한 엘리먼트의 새들 홈에 양측으로부터 끼워 넣음으로써 구성한 무단 변속기용 벨트에 있어서, 상기 엘리먼트 중, 풀리의 시브면과 접촉하는 프랭크면에, 윤활유를 풀리 둘레 방향으로 용이하게 배출할 수 있는 형상의 홈부를 형성한 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

또한, 벨트와 풀리의 접촉면에 있어서의 마찰 계수의 향상을 도모하는 것을 목적으로 하고, 엘리먼트의 프랭크면과 풀리의 시브면의 접촉면에 보호 피막을 형성하도록 한 무단 변속기용 벨트가 알려져 있다. 이 보호 피막은, 윤활유 중의 첨가제 성분에 의해 흡착되어 전단력을 발생하는 토크 전달막과, 윤활유로서 기능하는 윤활막으로 구성되고, 공급된 윤활유를 홈으로부터 적정하게 배출함으로써 형성된다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 평10-213185호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 출원 공개 제2005-321090호 공보

그러나, 종래 무단 변속기용 벨트에 있어서는, 엘리먼트의 프랭크면에 형성된 산부와 홈부의 비율이, 예를 들어 40 내지 50 : 50 내지 60의 설정이고, 산부의 면압 분포 특성을 측정하면, 산부의 중앙 부분에 접촉 면압의 피크가 존재하는 특성으로 되어 있다.

한편, 현행의 무단 변속기용 벨트 정도의 요구 사양(토크, 회전수, 변속비 폭)의 경우에는, 종래 벨트 구조에서 문제가 없으나, 무단 변속기용 벨트로 대해서도 "고토크 대응"의 필요성이 높아지고 있다.

그래서, "고토크 대응"의 요구에 따라서, 종래 벨트 구조인 상태로 전달 토크를 높이면, 접촉 면압의 부분 집중에 의해, 엘리먼트의 프랭크면이 큰 면압을 받기 때문에, 프랭크면에서의 마모가 증대된다. 그리고, 이 마모가 지나치게 진행되면, 홈부의 단면적이 축소화되거나, 혹은 홈부가 삭감되어 버려, 윤활유의 배출 기능이 손상되어 버린다는 문제가 있었다.

또한, 벨트와 풀리의 접촉면에 형성된 보호 피막은 금속일수록 단단하지 않기 때문에, 접촉 면압의 부분 집중에 의해, 엘리먼트의 프랭크면이 큰 면압을 받아 과대한 전단력이 발생하면, 보호 피막이 마멸되어, 보호 피막의 생성을 저해한다. 결과, 요구에 따른 마찰력을 얻을 수 없다.

본 발명은, 상기 문제에 착안하여 이루어진 것으로, 벨트와 풀리의 접촉 면적 확대에 수반하는 면압 저감, 면압 저감에 의한 마모량 감소, 마모량 감소에 의 한 홈부의 확보를 통해, 고토크 전달을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있는 무단 변속기용 벨트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는, 고리 형상 링을 내측으로부터 외측으로 다수 중첩한 적층 링과, 판재에 의해 형성되고, 양측에 풀리의 시브면과 접촉하는 프랭크면을 갖는 엘리먼트를 구비하고,

2세트의 상기 적층 링을, 연접하여 다수 배열한 상기 엘리먼트의 새들 홈에 양측으로부터 끼워 넣음으로써 구성되고, 2세트의 풀리 사이에 끼워 넣은 토크 전달시, 엘리먼트가 외경 방향으로 확장되고자 하는 힘을 적층 링이 지지하고, 2세트의 풀리로부터의 압박력을 엘리먼트가 지지하는 무단 변속기용 벨트에 있어서,

상기 엘리먼트는, 양측의 프랭크면에, 풀리의 시브면과 오일막을 통해 접촉하는 산부와, 윤활유를 풀리 둘레 방향으로 배출하는 홈부를, 풀리 직경 방향으로 교대로 배열하여 형성하고,

상기 산부와 상기 홈부의 산 폭과 홈 폭의 합계 폭에 대한 산 폭의 비율인 편평 비율을, 기하학적 형상의 제조성이 성립되는 동시에 오일 배출성이 성립되는 범위 중, 최대 비율 영역의 값으로 설정하고,

상기 인접하는 홈부의 간격인 홈 피치를, 기하학적 형상의 제조성이 성립되는 동시에 오일 배출성이 성립되는 범위 중, 설정한 편평 비율에서 허용되는 값으로 설정한 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 무단 변속기용 벨트에 있어서는, 편평 비율이, 최대 비율 영역의 값으로 설정됨으로써, 산부의 면적, 즉 풀리의 시브면에 대한 산부의 접촉 면적이 확대된다. 이 접촉 면적 확대에 수반하여 접촉 면압이 확대된 면적 전체에 평준화되고, 접촉 면압이 저감된다. 그리고, 접촉 면압이 저감되면, 고토크 전달시에 있어서도 프랭크면의 마모량이 감소한다. 그리고, 프랭크면의 마모량 감소에 의해 홈부가 장기간에 걸쳐 확보된 상태로 되고, 홈 피치가, 설정한 편평 비율에서 오일 배출성이 성립되는 값으로 설정됨으로써, 엘리먼트와 풀리 사이가 유체 윤활이 되지 않고, 홈부에서의 적정한 오일 배출성이 확보된다.

따라서, 풀리의 시브면에 대한 산부의 접촉 면적이 확대됨으로써, 접촉 면압이 저감된다. 이 접촉 면압의 저감에 의해, 엘리먼트의 프랭크면과 풀리의 시브면 사이에 개재하는 토크 전달막이, 마멸되지 않고 홈부로부터의 오일 배출성에 의해 적정하게 관리됨으로써, 마찰 계수가 증대된다. 이 마찰 계수의 증대 작용에 의해, 마찰 계수의 증대에 비례하여 전달 토크를 높일 수 있다.

이 결과, 벨트와 풀리의 접촉 면적 확대에 수반하는 면압 저감, 면압 저감에 의한 마모량 감소, 마모량 감소에 의한 홈부의 확보를 통해, 고토크 전달을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.

이하, 본 발명의 무단 변속기용 벨트를 실현하는 최량의 형태를, 도면에 도시한 제1 실시예를 기초로 하여 설명한다.

[제1 실시예]

우선, 구성을 설명한다.

도 1은 제1 실시예의 무단 변속기용 벨트를 적용한 벨트식 무단 변속기에서 최대 감속 상태의 2세트의 풀리를 도시하는 사시도이다. 도 2는 제1 실시예의 무단 변속기용 벨트의 일부분을 도시하는 확대 사시도이다. 도 3은 제1 실시예의 무단 변속기용 벨트의 구성 요소인 엘리먼트를 나타내며, 도3의 (X)는 엘리먼트 정면도를 도시하고, 도3의 (Y)는 엘리먼트 측면도를 도시하고, 도3의 (Z)는 도3의 (X)의 엘리먼트 프랭크 부분(F)의 확대도를 도시한다.

제1 실시예의 무단 변속기용 벨트(V)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 프라이머리 풀리(1)와 세컨더리 풀리(2)에 걸쳐져 있다. 도시하지 않은 엔진으로부터의 토크는, 토크 컨버터 및 전후진 절환 기구를 통해 상기 프라이머리 풀리(1)에 전달되고, 무단 변속기용 벨트(V)를 통해, 상기 세컨더리 풀리(2)로부터 도시하지 않은 감속 기어 및 드라이브 샤프트를 통해 타이어에 전달된다. 상기 프라이머리 풀리(1)는 고정 풀리(11)와 슬라이드 풀리(12)에 의해 구성된다. 상기 세컨더리 풀리(2)는 고정 풀리(21)와 슬라이드 풀리(22)에 의해 구성된다. 상기 각 풀리(11, 12, 21, 22)에는, 무단 변속기용 벨트(V)와 접촉하는 시브면(11a, 12a, 21a, 22a)이 형성되고, 시브면(11a, 12a, 21a, 22a)의 시브 각도는, 예를 들어 11°정도로 설정되어 있다. 또한, 상기 슬라이드 풀리(12, 22)는, 피스톤 유압에 의해 벨트를 끼움 지지하는 방향으로 압박력을 발생시키고 있다.

제1 실시예의 무단 변속기용 벨트(V)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 고리 형상 링을 내측으로부터 외측으로 다수 중첩한 적층 링(3)과, 판재에 의해 형성되고, 양측에 2세트의 풀리(1, 2)의 시브면(11a, 12a, 21a, 22a)과 접촉하는 프랭크면(4a)을 갖는 엘리먼트(4)를 구비하고 있다. 상기 적층 링(3)은, 두께 0.2㎜ 정도의 마레이징강 상당의 최고 강도 재료의 박판을 용접하여 고리 형상 링으로 하고, 약간 직경을 다르게 한 고리 형상 링을 내측으로부터 외측으로 층 형상으로 중첩함으로써 구성된다. 상기 엘리먼트(4)는, 두께 2㎜ 전후의 강판을 정밀하게 펀칭하여 제조된다.

그리고, 무단 변속기용 벨트(V)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 2세트의 적층 링(3, 3)을, 연접하여 다수 배열한 엘리먼트(4, …)의 새들 홈(4b, 4b)에 양측으로부터 끼워 넣음으로써 구성되어 있다. 이 무단 변속기용 벨트(V)를 2세트의 풀리(1, 2) 사이에 끼워 넣은 토크 전달시, 엘리먼트(4)가 외경 방향으로 확장되고자 하는 힘을 적층 링(3)이 지지하고, 2세트의 풀리(1, 2)로부터의 압박력을 엘리먼트(4)가 지지한다.

상기 엘리먼트(4)는, 도3의 (X), (Y)에 도시한 바와 같이, 프랭크면(4a, 4a)과, 새들 홈(4b, 4b)과, 네크부(4c)와, 노즈부(4d)와, 이어부(4e, 4e)와, 홀부(4f)와, 로킹 엣지부(4g)를 구비하고 있다.

상기 프랭크면(4a, 4a)은, 풀리(1, 2)의 시브면(11a, 12a, 21a, 22a)과 접촉하는 엘리먼트 양측 위치에 형성되어 있다. 상기 새들 홈(4b, 4b)은, 2세트의 적층 링(3, 3)을 양측으로부터 끼워 넣는 엘리먼트 내측 위치에 형성되어 있다. 상기 네크부(4c)는, 새들 홈(4b, 4b)에 끼워진 엘리먼트 중앙 위치에 형성되어 있다. 상기 노즈부(4d)는, 엘리먼트 정면 위치의 상부에 벨트 진행 방향으로 돌출하여 형 성되어 있다. 상기 이어부(4e, 4e)는, 노즈부(4d)로부터 엘리먼트 폭 방향으로 연장하여 형성되어 있다. 상기 홀부(4f)는, 노즈부(4d)의 설정 위치에 대응하는 엘리먼트 배면 위치의 하부에 형성되어 있다. 상기 로킹 엣지부(4g)는, 프랭크면(4a, 4a)을 갖는 엘리먼트 정면 위치에 폭 방향으로 형성되어 있다.

상기 엘리먼트(4)의 프랭크면(4a, 4a)에는, 도3의 (Y), 도3의 (Z)에 도시한 바와 같이, 2세트의 풀리(1, 2)의 시브면(11a, 12a, 21a, 22a)과 오일막을 통해 접촉하는 산부(41)와, 윤활유를 풀리 둘레 방향으로 배출하는 홈부(42)를, 풀리 직경 방향으로 교대로 등피치로 배열하여 형성하고 있다.

도 4는 제1 실시예의 무단 변속기용 벨트의 구성 요소인 엘리먼트의 프랭크면을 도시하는 확대도이다. 도 5는 무단 변속기용 벨트의 구성 요소인 엘리먼트의 편평 비율과 홈 피치의 관계 특성에 기하학적 형상의 제조성 NG 영역과 오일 배출성 NG 영역과 OK 영역을 기입한 것을 나타내는 도면이다.

상기 엘리먼트(4)는, 산부(41)와 홈부(42)의 산 폭과 홈 폭의 합계 폭에 대한 산 폭의 비율인 편평 비율을, 기하학적 형상의 제조성이 성립되는 동시에 오일 배출성이 성립되는 범위(도 5의 기하학적 형상의 제조성 NG 영역과 오일 배출성 NG 영역을 제외한 OK 영역) 중, 최대 비율 영역의 값으로 설정하고 있다. 또한, 인접하는 홈부(42, 42)의 간격인 홈 피치를, 기하학적 형상의 제조성이 성립되는 동시에 오일 배출성이 성립되는 범위(도 5의 기하학적 형상의 제조성 NG 영역과 오일 배출성 NG 영역을 제외한 OK 영역) 중, 설정한 편평 비율에서 허용되는 값으로 설정하고 있다.

여기서, 기하학적 형상의 제조성 NG 영역이라 함은, 제조상의 한계에 의해 프랭크면(4a)에 산부(41)와 홈부(42)를 기하학적으로 형상 설정할 수 없는 영역을 말하고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 홈 피치가 작을수록 기하학적 형상의 제조성 OK 영역은 축소된다. 오일 배출성 NG 영역이라 함은, 엘리먼트(4)와 풀리(1, 2) 사이가 유체 윤활로 되어 버리는 영역을 말하고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 홈 피치가 커질수록 오일 배출성 OK 영역은 축소된다. 그리고, 엘리먼트(4)의 바람직한 편평 비율과 홈 피치의 설정은, 편평 비율을, 기하학적 형상의 제조성과 오일 배출성이 모두 OK 영역에 있고, 또한 도 5의 점선으로 나타낸 70％ 이상(최대 비율 83％ 정도)으로 되는 영역에 포함되는 값으로 설정하고, 홈 피치를, 설정한 70％ 이상으로 되는 값의 편평 비율에서 허용되는 범위 내의 값(예를 들어, 0.1㎜)으로 설정한다.

제1 실시예의 엘리먼트(4)의 편평 비율과 홈 피치는, 도 4에 도시한 바와 같이, 산부(41)의 산 폭과 홈부(42)의 홈 폭의 합계 폭(= 0.1)에 대한 산 폭의 비율인 편평 비율을 80％의 값으로 설정하고(도 5의 D 위치), 상기 홈 피치를, 설정한 편평 비율 80％에서 허용되는 0.1㎜의 값으로 설정하고 있다.

제1 실시예의 엘리먼트(4)의 산부 형상은, 도 4에 도시한 바와 같이, 프랭크면(4a)에 형성된 산부(41)를, 가운데가 높은 볼록 곡면 형상으로 설정하고 있다. 그리고, 프랭크면(4a)에 형성된 산부(41)의 곡률 반경(R)을, 상기 홈부(42)와 인접하는 산부 엣지 부분에서의 면압 피크의 저감과, 산부(41)의 고체 접촉 면적의 증대를 양립하는 값으로 설정하고 있다. 또한, 제1 실시예의 엘리먼트(4)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 프랭크면(4a)에 형성된 가운데가 높은 볼록 곡면 형상의 산 부(41)에 높이를 갖게 하고 있다.

제1 실시예의 엘리먼트(4)의 홈부 형상은, 도 4에 도시한 바와 같이, 홈부(42)의 단면 형상을 V자 형상으로 형성하고, 예를 들어 홈 깊이를 0.01㎜로 설정하고 있다.

다음에, 작용을 설명한다.

우선,「고체 접촉 면적의 확대만으로는 고토크화가 성립되지 않는 이유」의 설명을 행하고, 계속해서, 제1 실시예의 무단 변속기용 벨트(V)에 있어서의 작용을,「고체 접촉 면적 확대와 홈 피치 최적화에 의한 고전달 토크 확보 작용」,「볼록 곡면 설정에 의한 초기 마모량 저감 작용」,「고체 접촉 면적 확대와 홈 피치 최적화와 볼록 곡면 설정에 의한 연비 향상 작용」으로 나누어 설명한다.

[고체 접촉 면적의 확대만으로는 고토크화가 성립되지 않는 이유]

도 6은 현행품에 있어서의 벨트 구성 요소인 엘리먼트의 프랭크면을 나타내며, 도6의 (X)는 프랭크면의 확대도를 도시하고, 도6의 (Y)는 면압 분포 특성을 나타낸다. 도 7은 시간 경과에 따른 변화품에 있어서의 벨트 구성 요소인 엘리먼트의 프랭크면을 나타내며, 도7의 (X)는 프랭크면의 확대도를 도시하고, 도7의 (Y)는 면압 분포 특성을 나타낸다. 도 8은 시간 경과에 따른 변화품 ＋ 편평 비율 대(大)에 있어서의 벨트 구성 요소인 엘리먼트의 프랭크면을 나타내며, 도8의 (X)는 프랭크면의 확대도를 도시하고, 도8의 (Y)는 면압 분포 특성을 나타낸다.

현행품에 있어서의 엘리먼트의 프랭크면에 형성된 산부와 홈부의 비율은, 도6의 (X)에 도시한 바와 같이, 산 홈 비율 a : b = 40 내지 50 : 50 내지 60의 설정 이고, 홈 피치(a ＋ b)는, a ＋ b = 0.19㎜로 설정되어 있다. 이것은, 엘리먼트 제조 방법과 정밀도를 만족시키기 위해 설정된 형상이고, 현행의 무단 변속기용 벨트 정도의 요구 사양(토크, 회전수, 변속비 폭)에 따라서 결정되고 있다.

그러나, 현행품의 경우, 도6의 (Y)의 면압 분포 특성에 나타낸 바와 같이, 산부의 중심부에 면압이 높은 피크가 나타내어진다.

이로 인해, "고토크 대응"의 요구에 따라서, 현행품의 설정인 상태로 전달 토크를 높이면, 접촉 면압의 부분 집중에 의해, 엘리먼트의 프랭크면이 큰 면압을 받기 때문에, 프랭크면에서의 마모가 증대된다. 그리고, 이 마모가 지나치게 진행되면, 홈부의 단면적이 축소화되거나, 혹은 홈부가 삭감되어 버려, 윤활유의 배출 기능이 손상되고, 엘리먼트와 풀리 사이가 유체 윤활이 됨으로써, 마찰 계수의 저하가 발생한다.

다음에, 도 7에 도시한 바와 같이, 현행품이 시간 경과에 따라 변화한 시간 경과에 따른 변화품으로 하는 경우를 생각한다. 이 경우, 도7의 (X)에 도시한 바와 같이, 산 홈 비율 a : b = 50 내지 60 : 40 내지 50의 설정이고, 홈 피치(a ＋ b)는, 도 6에 도시한 현행품과 마찬가지로, a ＋ b = 0.19㎜로 설정되어 있다.

이 시간 경과에 따른 변화품의 경우, 도7의 (Y)의 면압 분포 특성에 나타낸 바와 같이, 산부의 양단부의 엣지 면압이 높아진다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 현행품이 시간 경과에 따라 변화한 시간 경과에 따른 변화품으로 하는 동시에, 편평 비율을 크게 하는 경우를 생각한다. 이 경우, 도8의 (X)에 도시한 바와 같이, 산 홈 비율 a : b = 80 내지 90 : 10 내지 20의 설정이고, 홈 피치(a ＋ b)는, 도 6에 도시한 현행품과 마찬가지로, a ＋ b = 0.19㎜로 설정되어 있다.

이 시간 경과에 따른 변화품 ＋ 편평 비율 대의 경우, 도8의 (Y)의 면압 분포 특성에 나타낸 바와 같이, 도 7의 (Y)와 마찬가지로, 산부의 양단부의 엣지 면압이 높아진다. 또한, 홈 피치(a ＋ b)는, 도 6에 도시한 현행품과 같은 설정인 상태이기 때문에, 윤활유의 배출 기능이 저하되고, 엘리먼트와 풀리 사이가 유체 윤활에 가까워짐으로써, 마찰 계수의 저하가 발생한다.

즉, 도 6의 현행품의 경우, 도 5에 나타낸 편평 비율과 홈 피치의 관계 특성도 상에서 A점의 위치로 되고, 기하학적 형상의 제조성 NG 영역과 오일 배출성 NG 영역을 제외한 OK 영역에 존재하기는 하나, 편평 비율이 낮은 것으로 된다. 도 7의 시간 경과에 따른 변화품의 경우, 도 5에 나타낸 편평 비율과 홈 피치의 관계 특성도 상에서 B점의 위치로 되고, 기하학적 형상의 제조성 NG 영역과 오일 배출성 NG 영역을 제외한 OK 영역에 존재하고, A점에 비해 편평 비율이 높아지나, "고토크 대응"을 충분히 만족하는 것은 아니다. 도 8의 시간 경과에 따른 변화품 ＋ 편평률 대의 경우, 도 5에 나타낸 편평 비율과 홈 피치의 관계 특성도 상에서 C점의 위치로 되고, 편평 비율이 80％ 정도로 높아져, "고토크 대응"을 충분히 만족하나, 오일 배출성 NG 영역에 인입되어 버린다. 따라서, 현행품에 있어서, 홈 피치를 그 상태로 하고, 편평 비율을 높게 하여 고체 접촉 면적을 확대한 것만으로는, 고토크화는 성립되지 않는다.

[고체 접촉 면적 확대와 홈 피치 최적화에 의한 고전달 토크 확보 작용]

도 9는 고체 접촉 면적에 대한 추정 마찰 계수의 관계를 나타내는 추정 마찰 계수 특성도이다.

제1 실시예의 무단 변속기용 벨트(V)에서는, 편평 비율을, 기하학적 형상의 제조성이 성립되는 동시에 오일 배출성이 성립되는 범위 중, 최대 비율 영역의 80％의 값으로 설정하고, 또한 홈 피치를, 기하학적 형상의 제조성이 성립되는 동시에 오일 배출성이 성립되는 범위 중, 설정한 편평 비율에서 허용되는 0.1㎜의 값으로 설정하고 있다. 즉, 도 5의 편평 비율과 홈 피치의 관계 특성도 상에서, C점의 위치에 비해 홈 피치를 좁게 하고, 최적화를 도모한 D점의 위치에 설정하고 있다.

이로 인해, 산부(41)의 면적, 즉 풀리(1, 2)의 시브면(11a, 12a, 21a, 22a)에 대한 산부(41)의 접촉 면적이 확대된다. 이 접촉 면적 확대에 수반하여 접촉 면압이 확대된 면적 전체에 평준화되고, 접촉 면압이 저감된다. 그리고, 접촉 면압이 저감되면, 고토크 전달시에 있어서도 프랭크면(4a)의 마모량이 감소된다. 그리고, 프랭크면(4a)의 마모량 감소에 의해 홈부(42)가 장기간에 걸쳐 확보된 상태로 되고, 홈 피치가, 설정한 편평 비율에서 오일 배출성이 성립되는 0.1㎜의 값으로 설정됨으로써, 엘리먼트(4)와 풀리(1, 2) 사이가 유체 윤활이 되지 않고, 홈부(42)에서의 적정한 오일 배출성이 확보된다.

따라서, 풀리(1, 2)의 시브면(11a, 12a, 21a, 22a)에 대한 산부(41)의 고체 접촉 면적이 확대됨으로써, 마찰 계수가 증대된다. 왜냐하면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 고체 접촉 면적에 대한 추정 마찰 계수의 특성은, 고체 접촉 면적이 클수록 추정 마찰 계수의 값이 커진다는 비례 관계를 갖는 것에 따른다.

부가하여, 엘리먼트(4)의 프랭크면(4a)과 풀리(1, 2)의 시브면(11a, 12a, 21a, 22a) 사이에 개재하는 토크 전달막이, 마멸되지 않고 홈부(42)로부터의 오일 배출성에 의해 적정하게 관리됨으로써, 마찰 계수가 증대되어, 전달 토크를 증대시킬 수 있다.

그 이유를 설명하면 무단 변속기용 벨트(V)가 토크를 전달하기 위해 필요한 풀리 압박력(Fs)은,

[식 1]

의 식으로 나타내어진다. 여기서, K는 벨트 미끄러짐에 대한 안전 계수, T는 전달 토크, α는 풀리의 시브각, μ는 엘리먼트와 풀리 사이의 마찰 계수, R은 엘리먼트의 주행 반경이다.

따라서, 엘리먼트(4)와 풀리(1, 2) 사이의 마찰 계수(μ)가 증대되면, 전달 토크(T)를 증대시켜도 상기 식 1이 성립되게 된다.

[볼록 곡면 설정에 의한 초기 마모량 저감 작용]

도 10은 제1 실시예의 무단 변속기용 벨트에 있어서의 벨트 구성 요소인 엘리먼트의 프랭크면을 나타내며, 도 10의 (X)는 프랭크면의 확대도를 도시하고, 도 10의 (Y)는 면압 분포 특성을 나타낸다. 도 11은 종래 형상의 엘리먼트와 실시예 형상의 엘리먼트에 대해 내구 시간에 대한 마모 깊이의 비교 특성을 나타내는 도면이다. 도 12는 종래 형상의 엘리먼트와 실시예 형상의 엘리먼트에 대해 마모 깊이에 대한 편평 비율의 비교 특성을 나타내는 도면이다.

운전 초기(신품 상태)는, 풀리의 시브면의 표면 거칠기 형상(프로파일)이 크기 때문에, 엘리먼트와 풀리의 접촉면 사이에서의 마모량이 커진다. 그러나, 이 시브면의 표면 거칠기는, 운전에 의해 평준화됨으로써, 엘리먼트와 풀리의 접촉면 사이에서의 마모량은, 운전 시간을 경과함에 따라서 저감되는 방향으로 된다. 즉, 마모는 영구 불멸로 진행되는 것은 아니고, 윤활유에 포함되는 성분이 결합하고, 보호막을 형성하고, 보호막과 마모량이 동일 양으로 된 시점으로부터 마모의 진행이 안정된다. 또한, 마모가 안정된 임계값은, 접촉 면압의 크기로 결정된다고 추정된다.

이에 반해, 제1 실시예에서의 엘리먼트(4)는, 도 10의 (X)에 도시한 바와 같이, 프랭크면(4a)에 형성된 산부(41)를, 가운데가 높은 볼록 곡면 형상으로 설정하고 있다. 따라서, 제1 실시예의 엘리먼트(4)의 경우, 도 10의 (Y)의 면압 분포 특성에 나타낸 바와 같이, 산부(41)의 양단부의 엣지 면압의 피크가 낮게 억제되고, 전체의 면압 분포 특성으로서도, 낮은 접촉 면압에서 평준화되어 있다.

이로 인해, 종래 형상의 엘리먼트의 경우, 도 11의 점선 특성에 나타낸 바와 같이, 운전 초기 단계에서 마모 깊이가 급격히 증대되고 있는 것에 반해, 제1 실시예의 형상을 갖는 엘리먼트(4)의 경우, 도 11의 실선 특성에 나타낸 바와 같이, 운전 초기 단계에서 마모 깊이의 증가 구배가 작게 억제되어 있다. 또한, 운전 경험을 거듭하면, 도 11의 점선 특성 및 실선 특성에 나타낸 바와 같이, 마모의 진행이 안정되고, 마모 깊이의 구배는 모두 완만해져 있으나, 도 11의 점선 특성과 실선 특성 사이에는 큰 괴리가 있고, 이 괴리가 마모량의 저감값을 나타낸다.

또한, 종래 형상의 엘리먼트의 경우, 도 12의 종래 형상 특성에 나타낸 바와 같이, 마모 깊이가 상당히 큰 값이 되지 않으면 편평 비율의 높아짐이 보여지지 않는 것에 반해, 제1 실시예의 형상을 갖는 엘리먼트(4)의 경우, 도 12의 개량 형상 특성에 나타낸 바와 같이, 마모 깊이가 작은 값으로 즉시 편평 비율의 높아짐이 보여진다.

이것으로부터, 제1 실시예와 같이, 프랭크면(4a)의 산부(41)를 가운데가 높은 볼록 곡면 형상으로 설정함으로써, 운전 초기 단계에서 발생하는 큰 초기 마모량을 저감할 수 있고, 운전 초기 단계로부터 접촉 면적의 확대에 의해 마찰 계수의 증대를 도모할 수 있다.

[고체 접촉 면적 확대와 홈 피치 최적화와 볼록 곡면 설정에 의한 연비 향상 작용]

상기와 같이, 고체 접촉 면적 확대와 홈 피치 최적화에 의해 마찰 계수(μ)가 향상된다. 이 마찰 계수(μ)의 향상에 의한 부차적인 작용을 설명한다.

전달 토크(T)를 일정값으로 부여한 경우, 마찰 계수(μ)의 값이 높아지면, 상기 식 1로부터 명백한 바와 같이, 무단 변속기용 벨트(V)가 토크를 전달하기 위해 필요한 풀리 압박력(Fs)은 낮아져도 상기 식 1이 성립된다.

따라서, 마찰 계수(μ)의 향상에 의해 클램프력을 저감할 수 있고, 클램프력의 저감에 의해 필요 추력을 저감할 수 있고, 필요 추력의 저감에 의해 오일 펌프의 가동을 저감할 수 있고, 오일 펌프의 가동 저감에 수반하여 연비 절약을 달성할 수 있다. 즉, 마찰 계수(μ)의 향상에 의한 부차적인 작용으로서, 슬라이드 풀 리(11, 22)로 공급하는 피스톤 유압의 저감이 도모되고, 결과적으로, 연비 향상을 기대할 수 있게 된다.

부가하여, 제1 실시예에서는, 산부(41)를 가운데가 높은 볼록 곡면 형상으로 설정하고, 운전 초기 단계로부터 접촉 면적의 확대에 의해 마찰 계수(μ)의 증대를 도모하도록 하고 있기 때문에, 마모가 안정되는 것을 기다릴 필요없고, 운전 초기 단계로부터 슬라이드 풀리(11, 22)로 공급하는 피스톤 유압의 저감이 도모되게 되어, 높은 연비 향상을 기대할 수 있다.

다음에, 효과를 설명한다.

제1 실시예의 무단 변속기용 벨트에 있어서는, 하기에 열거하는 효과를 얻을 수 있다.

(1) 고리 형상 링을 내측으로부터 외측으로 다수 중첩한 적층 링(3)과, 판재에 의해 형성되고, 양측에 풀리(1, 2)의 시브면(11a, 12a, 21a, 22a)과 접촉하는 프랭크면(4a, 4a)을 갖는 엘리먼트(4)를 구비하고, 2세트의 상기 적층 링(3, 3)을, 연접하여 다수 배열한 상기 엘리먼트(4, …)의 새들 홈(4b, 4b)에 양측으로부터 끼워 넣음으로써 구성되고, 2세트의 풀리(1, 2) 사이에 끼워 넣은 토크 전달시, 엘리먼트(4)가 외경 방향으로 확장되고자 하는 힘을 적층 링(3)이 지지하고, 2세트의 풀리(1, 2)로부터의 압박력을 엘리먼트(4)가 지지하는 무단 변속기용 벨트(V)에 있어서, 상기 엘리먼트(4)는, 양측의 프랭크면(4a, 4a)에, 풀리(1, 2)의 시브면(11a, 12a, 21a, 22a)과 오일막을 통해 접촉하는 산부(41)와, 윤활유를 풀리 둘레 방향으로 배출하는 홈부(42)를, 풀리 직경 방향으로 교대로 배열하여 형성하고, 상기 산 부(41)와 상기 홈부(42)의 산 폭과 홈 폭의 합계 폭에 대한 산 폭의 비율인 편평 비율을, 기하학적 형상의 제조성이 성립되는 동시에 오일 배출성이 성립되는 범위 중, 최대 비율 영역의 값으로 설정하고, 상기 인접하는 홈부(42, 42)의 간격인 홈 피치를, 기하학적 형상의 제조성이 성립되는 동시에 오일 배출성이 성립되는 범위 중, 설정한 편평 비율에서 허용되는 값으로 설정했다. 이로 인해, 벨트와 풀리의 접촉 면적 확대에 수반하는 면압 저감, 면압 저감에 의한 마모량 감소, 마모량 감소에 의한 홈부의 확보를 통해, 고토크 전달을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.

(2) 상기 엘리먼트(4)는, 상기 편평 비율을 70％ 이상으로 되는 값으로 설정하고, 상기 홈 피치를, 설정한 70％ 이상으로 되는 값의 편평 비율에서 허용되는 범위 내의 값으로 설정했다. 이로 인해, 오일 배출성을 관리할 수 있는 최저한의 홈부(42)를 확보하면서, 높은 편평 비율의 설정에 의해 고체 접촉 면적을 확대하여 마모량을 저감하고, 마찰 계수의 증대율을 크게 확보함으로써, 높은 토크 전달에 대응할 수 있다.

(3) 상기 엘리먼트(4)는, 상기 편평 비율을 80％의 값으로 설정하고, 상기 홈 피치를, 설정한 편평 비율 80％에서 허용되는 0.1㎜의 값으로 설정했다. 이로 인해, 오일 배출성을 관리할 수 있는 최저한의 홈부(42)를 확보하면서, 최고 영역의 편평 비율의 설정에 의해 고체 접촉 면적을 확대하여 마모량을 저감하고, 마찰 계수의 증대율을 최대한까지 확보함으로써, "고토크 대응"의 요구에 따를 수 있다.

(4) 상기 엘리먼트(4)는, 프랭크면(4a)에 형성된 산부(41)를, 가운데가 높은 볼록 곡면 형상으로 설정했다. 이로 인해, 편평 비율을 크게 한 경우에 발생하는 엣지 면압의 피크가 낮게 억제되고, 운전 초기 단계에서 발생하는 큰 초기 마모를 저감할 수 있다.

(5) 상기 엘리먼트(4)는, 프랭크면(4a)에 형성된 산부(41)의 곡률 반경(R)을, 상기 홈부(42)와 인접하는 산부 엣지 부분에서의 면압 피크의 저감과, 산부(41)의 고체 접촉 면적의 증대를 양립하는 값으로 설정했다. 이로 인해, 운전 초기 단계에서 발생하는 큰 초기 마모량을 저감할 수 있는 동시에, 운전 초기 단계로부터 접촉 면적의 확대에 의해 마찰 계수의 증대를 도모할 수 있다.

(6) 상기 엘리먼트(4)는, 홈부(42)의 단면 형상을 V자 형상으로 형성했다. 이로 인해, 정밀 펀칭 가공에 의해 제조되는 엘리먼트(4)의 펀칭형의 내구 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, 엘리먼트(4)의 펀칭형 중, 홈부(42)를 펀칭하는 부분의 형상이 바닥부의 폭이 넓게 선단부를 향해 가늘어지는 삼각 치(齒) 형상으로 되어, 펀칭 저항을 받아도 파손이나 탈락 등이 발생하기 어렵다.

이상, 본 발명의 무단 변속기용 벨트를 제1 실시예를 기초로 설명해 왔으나, 구체적인 구성에 대해서는, 본 제1 실시예에 한정되는 것이 아니라, 특허 청구의 범위의 각 청구항에 관한 발명의 요지를 일탈하지 않는 한, 설계의 변경이나 추가 등은 허용된다.

제1 실시예에서는, 엘리먼트의 프랭크면에 형성된 산부 형상을, 원호의 일부에 의한 가운데가 높은 볼록 곡면 형상으로 설정한 예를 나타냈다. 그러나, 산부 형상으로서, 타원의 일부에 의한 가운데가 높은 볼록 곡면 형상으로 설정하는 예로 해도 좋다. 또한, 산부 형상으로서, 중앙 부분에 평면부를 남기고, 양 엣지 부분 에 피크 면압을 억제하는 곡면을 설정하는 예로 해도 좋다.

제1 실시예에서는, 엘리먼트의 프랭크면에 형성된 홈부 형상을, V자 형상으로 하는 예를 나타냈다. 그러나, 홈부 형상으로서는, 반원호 형상이나 오일 배출성을 고려한 다른 다양한 형상으로 하는 예로 해도 좋다.

제1 실시예에서는, 엔진차의 벨트식 무단 변속기에 적용되는 벨트의 예를 나타냈으나, 하이브리드차나 전기 자동차 등의 다른 차량에 탑재되는 벨트식 무단 변속기에 적용되는 벨트에 대해서도 적용할 수 있다.

도 1은 제1 실시예의 무단 변속기용 벨트를 적용한 벨트식 무단 변속기에서 최대 감속 상태의 2세트의 풀리를 도시하는 사시도.

도 2는 제1 실시예의 무단 변속기용 벨트의 일부분을 도시하는 확대 사시도.

도 3은 제1 실시예의 무단 변속기용 벨트의 구성 요소인 엘리먼트를 나타내며, 도3의 (X)는 엘리먼트 정면도이고, 도3의 (Y)는 엘리먼트 측면도이고, 도3의 (Z)는 도3의 (X)의 엘리먼트 프랭크 부분(F)의 확대도.

도 4는 제1 실시예의 무단 변속기용 벨트의 구성 요소인 엘리먼트의 프랭크면을 도시하는 확대도.

도 5는 무단 변속기용 벨트의 구성 요소인 엘리먼트의 편평 비율과 홈 피치의 관계 특성에 기하학적 형상의 제조성 NG 영역과 오일 배출성 NG 영역과 OK 영역을 기입한 것을 나타내는 도면.

도 6은 현행품에 있어서의 벨트 구성 요소인 엘리먼트의 프랭크면을 나타내며, 도6의 (X)는 프랭크면의 확대도이고, 도6의 (Y)는 면압 분포 특성을 나타내는 도면.

도 7은 시간 경과에 따른 변화품에 있어서의 벨트 구성 요소인 엘리먼트의 프랭크면을 나타내며, 도7의 (X)는 프랭크면의 확대도이고, 도7의 (Y)는 면압 분포 특성을 나타내는 도면.

도 8은 시간 경과에 따른 변화품 ＋ 편평 비율 대(大)에 있어서의 벨트 구성 요소인 엘리먼트의 프랭크면을 나타내며, 도8의 (X)는 프랭크면의 확대도이고, 도8 의 (Y)는 면압 분포 특성을 나타내는 도면.

도 9는 고체 접촉 면적에 대한 추정 마찰 계수의 관계를 나타내는 추정 마찰 계수 특성도.

도 10은 제1 실시예의 무단 변속기용 벨트에 있어서의 벨트 구성 요소인 엘리먼트의 프랭크면을 나타내며, 도10의 (X)는 프랭크면의 확대도이고, 도10의 (Y)는 면압 분포 특성을 나타내는 도면.

도 11은 종래 형상의 엘리먼트와 실시예 형상의 엘리먼트에 대해 내구 시간에 대한 마모 깊이의 비교 특성을 나타내는 도면.

도 12는 종래 형상의 엘리먼트와 실시예 형상의 엘리먼트에 대해 마모 깊이에 대한 편평 비율의 비교 특성을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

V : 무단 변속기용 벨트

1 : 프라이머리 풀리

2 : 세컨더리 풀리

3 : 적층 링

4 : 엘리먼트

4a : 프랭크면

4b : 새들 홈

11 : 고정 풀리

12 : 슬라이드 풀리

11a, 12a : 시브면

21 : 고정 풀리

22 : 슬라이드 풀리

21a, 22a : 시브면

41 : 산부

42 : 홈부

Claims (6)

1. 고리 형상 링을 내측으로부터 외측으로 다수 중첩한 적층 링과, 판재에 의해 형성되고, 양측에 풀리의 시브면과 접촉하는 프랭크면을 갖는 엘리먼트를 구비하고,

   2세트의 상기 적층 링을, 연접하여 다수 배열한 상기 엘리먼트의 새들 홈에 양측으로부터 끼워 넣음으로써 구성되고, 2세트의 풀리 사이에 끼워 넣은 토크 전달시, 엘리먼트가 외경 방향으로 확장되고자 하는 힘을 적층 링이 지지하고, 2세트의 풀리로부터의 압박력을 엘리먼트가 지지하는 무단 변속기용 벨트에 있어서,

   상기 엘리먼트는, 양측의 프랭크면에, 풀리의 시브면과 오일막을 통해 접촉하는 산부와, 윤활유를 풀리 둘레 방향으로 배출하는 홈부를, 풀리 직경 방향으로 교대로 배열하여 형성하고,

   상기 산부와 상기 홈부의 산 폭과 홈 폭의 합계 폭에 대한 산 폭의 비율인 편평 비율을, 기하학적 형상의 제조성이 성립되는 동시에 오일 배출성이 성립되는 범위 내에서의 편평 비율의 최대 비율 영역의 값으로 설정하고,

   상기 인접하는 홈부의 간격인 홈 피치를, 기하학적 형상의 제조성이 성립되는 동시에 오일 배출성이 성립되는 범위 중, 설정한 편평 비율에서 기하학적 형상의 제조성과 오일 배출성의 성립이 허용되는 값으로 설정하며,

   상기 편평 비율을 70％ 이상으로 되는 값으로 설정하고,

   상기 홈 피치를, 상기 편평 비율에서 허용되는 범위 내의 값으로 설정한 것을 특징으로 하는, 무단 변속기용 벨트.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 엘리먼트는, 상기 편평 비율을 80％의 값으로 설정하고, 상기 홈 피치를, 설정한 편평 비율 80％에서 허용되는 0.1㎜의 값으로 설정한 것을 특징으로 하는, 무단 변속기용 벨트.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 엘리먼트는, 프랭크면에 형성된 산부를, 가운데가 높은 볼록 곡면 형상으로 설정한 것을 특징으로 하는, 무단 변속기용 벨트.
5. 제4항에 있어서, 상기 엘리먼트는, 프랭크면에 형성된 산부의 곡률 반경을, 상기 홈부와 인접하는 산부 엣지 부분에서의 면압 피크의 저감과, 산부의 고체 접촉 면적의 증대를 양립하는 값으로 설정한 것을 특징으로 하는, 무단 변속기용 벨트.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 엘리먼트는 홈부의 단면 형상을 V자 형상으로 형성한 것을 특징으로 하는, 무단 변속기용 벨트.

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