JP2012097866A - 無段変速機用ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】変速機が運転状態において、エレメントのフランク面が凸円弧状になることを抑制することで、ローリングの発生を防ぎ、トルク容量や動力伝達効率を向上させる無段変速用ベルトを提供する。
【解決手段】エレメント６の両側面が断面Ｖ字状の溝を形成しているプーリ２，３のテーパ面に接触してトルクを伝達するフランク面１５として構成された無段変速機用ベルトにおいて、リング部材７によって結束された状態におけるエレメント６のフランク面１５のうち内周側の端部１５ｂと外周側の端部１５ａとの中間部に、使用開始前においては、頂部がこれら端部を結んだ平面よりも、プーリのベルト溝を形成しているテーパ面側に突出した複数の凹凸部１７が形成されている無段変速機用ベルトである。
【選択図】図１

Description

この発明は、板片状の多数のエレメントを互いに対面させて環状に配置し、無端環状の金属リングによりそれらのエレメントを環状に結束して構成した無段変速機用ベルトに関するものである。

変速比を無段階すなわち連続的に変化させることのできる無段変速機として、ベルトを伝動部材としたベルト式無段変速機が知られている。この種の無段変速機は、駆動プーリと従動プーリとに対するベルトの実効巻き付け半径を変化させることにより、駆動プーリと従動プーリとの回転数比を変化させるように構成されている。そして、例えば車両に搭載される無段変速機としては、伝達するべきトルクが大きいことにより、ベルトの押圧力としてトルクを伝達するように構成された変速機が使用されている。

すなわち、いわゆる押圧タイプのベルトは、エレメント（あるいはブロック）と称される板状の金属片を環状に配列し、これをリング（フープと称されることもある）によって結束し、そのエレメントをプーリの断面Ｖ字状の溝に挟み込ませ、そのエレメントとプーリとの間の摩擦力によって両者の間でトルクを伝達するように構成されている。また各エレメントは駆動プーリからトルクを受けて押圧され、先行するエレメントを押圧して前進させ、従動プーリにおいてはその押圧力により従動プーリを回転させてトルクを伝達するように構成されている。

このようなベルトは、各エレメントが所期の姿勢を保ってプーリの断面Ｖ字状の溝に入り込み、かつプーリに接触することにより所期の動力を伝達する。したがって、各エレメントの両側のトルク伝達面であるフランク面の可及的に全面でプーリに接触させることが望まれる。しかしながら、フランク面は完全には平面ではなく、またプーリにおけるテーパ面に正確に一致する面ではないことが多く、そのため、エレメントが傾いた状態でプーリの間に挟み込まれ、その結果、エレメントとプーリとの接触面積が相対的に小さくなり面圧が高くなることでプーリのコーン面の摩擦が進行してしまう可能性がある。また、このように傾いた状態でプーリに挟み込まれた場合、姿勢を是正するように荷重が作用してエレメントにローリングが生じ、それに伴ってフランク面の上下両端側の摩耗が進行し、中間部が凸となった曲面となり、それに伴ってローリングが助長されるなどの可能性がある。

そこで、特許文献１や特許文献２に記載された発明は、エレメントのローリングを抑制するために、エレメントにおけるフランク面の上下両端側を、中間部よりもプーリ側に突出させている。

特開２００９−１８５９４４号公報 特開２００９−１８５９４５号公報

特許文献１，２の構成では、ローリングは抑制できるが、接触面積が小さくなってトルク伝達容量が低下し、また動力の伝達効率が低下するなど、エレメントのローリングが生じる場合と同様の課題が生じる可能性がある。また、フランク面の上下の二箇所でプーリに接触させるのであれば、その接触面積が小さいことも要因となってその接触箇所での面圧が高くなり、その結果、フランク面の上下両側の摩耗が早期に進行し、ついにはフランク面の中間部が相対的に凸となり、結局は、ローリングの生じ易い形状になってしまう可能性がある。

この発明は、上述した技術的課題に着目してなされたものであって、変速機が運転状態において、エレメントのフランク面が凸円弧状になることを抑制することで、ローリングの発生を防ぎ、トルク容量や動力伝達効率を向上させる無段変速用ベルトの提供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、プーリに形成されている断面Ｖ字状の溝に挟み込まれる複数のエレメントが向きを揃えて環状に積層されるとともに、それらのエレメントがリング状部材によって結束され、かつ各エレメントの両側面が前記溝を形成している前記プーリのテーパ面に接触してトルクを伝達するフランク面として構成された無段変速機用ベルトにおいて、前記リング部材によって結束された状態における前記エレメントの前記フランク面のうち内周側の端部と外周側の端部との中間部に、使用開始前においては、頂部がこれら端部を結んだ平面よりも前記テーパ面側に突出した複数の凹凸部が形成されていることを特徴とする無段変速機用ベルトである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記凹凸部は、使用開始前における前記各端部を結んだ平面に対して突出した部分と窪んでいる部分とを有することを特徴とする無段変速機用ベルトである。

さらに、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記フランク面の前記各端部における曲率半径が、前記凹凸部における頂部の曲率半径より大きいことを特徴とする無段変速機用ベルトである。

請求項１の発明によれば、リング状部材によって結束されている各エレメントは、その内周側の端部と外周側の端部を結んだ平面よりもテーパ面側に突出した複数の凹凸部からなる中間部によってプーリに形成されている断面Ｖ字状の溝に接触する。ベルトの使用を開始した当初では、凹凸部のうちテーパ面に向けて突出している部分の頂部がプーリのテーパ面に接触し、その接触箇所の面積が小さいことにより面圧が高く、他の部分に比較して摩耗が進行しやすくなる。そのため、各エレメントにおけるフランク面は、プーリにおけるテーパ面に沿った形状に整形され、その結果、エレメントとプーリとの接触面積が広くなって動力の伝達効率が向上する。また、エレメントにこれをローリングさせる荷重が作用した場合、フランク面におけるいわゆる上下の両端側で面圧が相対的に高くなるが、上記の凹凸部が形成されている中央部においても、前述したように、突出部分の頂部における接触面積が小さいので中央部の全体としての面圧が高くなる。そのため、フランク面の上下両端側での摩耗と合わせて中央部での摩耗が進行するので、フランク面がプーリのテーパ面に対して過度に凸円弧状になることを抑制することができる。それに伴ってエレメントのローリングを抑制できるなど、動力の伝達効率や伝達トルク容量を向上させることができる。

請求項２の発明によれば、フランク面の複数の凹凸部は使用開始前における内周側端部と外周側端部を結んだ平面に対して突出し及び窪んで成形されているので、摩耗によって中間部が前記端部と平面状態になった場合、中間部の凹凸部は接触面積を小さくしているためその接触箇所での面圧が端部よりも高くなる。したがって、凹凸部は両端部よりも摩耗しやすくなり、相対的に両端部の摩耗がしにくくなる。その結果、エレメントのフランク面が凸円弧状になることを抑制することで、ローリングの発生を防ぎ、トルク容量や動力伝達効率を向上させることができる。

請求項３の発明によれば、各端部における曲率半径が中間部の凹凸部における頂部の曲率半径より大きく成形されているので、凹凸部と比較して剛性が高くなり両端部の摩耗がしにくくなる。その結果、エレメントのフランク面が凸円弧状になることを抑制することで、ローリングの発生を防ぎ、トルク容量や動力伝達効率を向上させることができる。

この発明に係るエレメントの一例を示す正面図である。 この発明に係る伝動ベルトの一部を模式的に示す斜視図である。 この発明に係るエレメントの一部を拡大した正面図である。

つぎに、この発明をより具体的に説明する。先ず、この発明で対象とするベルトについて説明すると、この発明で対象とするベルトは、無段変速機に使用されるものであり、プーリの外周部に形成された断面Ｖ字状の巻き掛け溝の内部に挟み込まれ、その結果、プーリとの間で生じる摩擦力でトルクを伝達するように構成されている。その一例を図２に模式的に示してあり、ベルト１は無段変速機を構成している駆動プーリ２と従動プーリ３とに巻き掛けられている。これらの各プーリ２，３は、テーパ面をそれぞれ備えた固定シーブと可動シーブとを対向させて配置することにより、これらのシーブの間に断面Ｖ字状の巻き掛け溝４が形成され、その可動シーブを油圧シリンダなどのアクチュエータ５によって固定シーブに対して前後動させることにより、巻き掛け溝４の幅を変化させるように構成されている。

このようにして使用されるこの発明に係るベルト１は、全体として環状をなし、かつ両側面がＶ字状もしくはテーパ状をなすように、多数のエレメント６をリング７で環状に結束して構成されている。図２に示すベルト１を構成しているエレメント６の例を図１に示している。このエレメント６は、全て同一の形状をなす金属製の板片であり、姿勢を揃えて環状に配列され、その整列状態でのエレメント６同士の上下および左右方向の相対位置を維持するために、ディンプル８と称される凸部とこのディンプル８が緩く嵌合するホール９と称される凹部とが、エレメント６の表裏両面の一箇所に形成されている。具体的には、エレメント６の表面もしくは裏面の一箇所を板厚方向に押圧して窪ませてホール９を形成することに伴って、ディンプル８が裏面もしくは表面に突出させられて形成されている。したがって、ディンプル８が、隣接するエレメント６のホール９に嵌合することにより、その半径方向すなわち上下方向および左右方向へのエレメント６の相対移動が規制されるが、これらディンプル８およびホール９あるいはエレメント６をその厚さ方向に貫通する軸線を中心とした回転（ローリング）は可能になっている。

また、エレメント６は、ロッキングエッジ１０を備えている。そのロッキングエッジ１０は、各エレメント６がプーリ２，３に巻き掛かって扇状に拡がることにより相対的に傾斜した場合に、エレメント６同士を接触状態に維持する部分であり、一般的には、その名称のとおり、線状の部分として形成されている。

また、各エレメント６にはリング７を載せる（配置させる）サドル面１１，１２が形成されている。そのサドル面１１，１２には、多数のエレメント６を結束しているリング７が接触しているので、ベルト１がトルクを伝達している状態ではその接触圧が大きくなるのに対して、エレメント６が直線状に配列されている状態からプーリ２，３に巻き掛かって扇状に開く場合にはリング７とサドル面１１，１２との間に摺動が生じ、それに伴って大きい摩擦力が生じる。この摩擦力によるモーメントが大きくならないように、ロッキングエッジ１０の位置は、各エレメント６上に予め定められた基準位置から所定の寸法の位置に構成される。その基準位置は、リング７を巻掛けるサドル面１１，１２に相当する位置であってよいが、ここに限定されない。例えば、プーリ２，３との間でトルクを伝達するフランク面や、ディンプル８およびホール９を基準位置としてロッキングエッジ１０の位置を決めてもよい。

この発明で対象とするベルト１におけるリング７は、薄い金属帯を積層して構成され、サドル面１１，１２に配置されてエレメント６を結束するように構成されている。図１にはそのリング７を、エレメント６の首部１３を挟んで、サドル面１１，１２上に並列に配置した例を示してある。図１に示す例では、サドル面１１，１２の幅は、リング７の幅よりも広く形成されている。この発明に係るベルト１においても、リング７は、サドル面１１，１２に載っていて、各エレメント６が環状の配列を維持するように各エレメント６を結束し、各エレメント６が半径方向で外側に離脱しないように作用するが、これだけでなく、エレメント６がプーリ２，３の巻き掛け溝４から送り出される際にエレメント６を巻き掛け溝４から引き抜く作用も行う。そのため、リング７がエレメント６から半径方向で外側に抜け出ないようにするために、リング７をサドル面１１，１２との間に挟んだ状態に保持するスリット部１４が設けられている。

各エレメント６の左右両側面（すなわちフランク面）１５は、プーリ２，３における巻き掛け溝４の内面（すなわちテーパ面）１６に接触してトルクの伝達を行う面であり、巻き掛け溝４のテーパ面１６と平行になっている。そして、図３に示す例には、エレメント６のフランク面１５の内周側端部１５ｂと外周側端部１５ａとの中間部に、使用開始前においては、頂部がこれら端部１５ａ，１５ｂを結んだ平面よりもテーパ面側に突出した複数の凹凸部１７が形成されている。フランク面１５の中間部は、端部１５ａ，１５ｂよりも突出しているため、プーリ２，３のテーパ面１６との接触圧が大きくなる。また、１つの凸部１７ａは、各端部１５ａ，１５ｂがテーパ面１６と接触する面積よりも、その接触面積が小さく形成されているため、摩耗が進行しやすい。

さらに、フランク面１５の複数の凹凸部１７は、使用開始前における端部１５ａ，１５ｂを結んだ平面に対して突出し及び窪んだ構成でもよい。その一例として、図１には、使用開始前においては、その頂部が端部１５ａ，１５ｂを結んだ平面よりもテーパ面１６側に５μｍ程度突出している複数の凹凸部１７を記載している。なお、凸部の数ならびに両端部を結んだ平面を基準とした凸部の高さは、これに限定されるものではない。

また、フランク面１５の外周側端部１５ａと内周側端部１５ｂの曲率半径が、中間部における凸部１７ａの頂部の曲率半径より大きく形成されている。各端部１５ａ，１５ｂは、その曲率半径が中間部における凸部１７ａの頂部の曲率半径より大きく成形されているので、凹凸部１７と比較して、剛性が高くなる。

この発明において、フランク面１５の中間部は、その両端部１５ａ，１５ｂよりもテーパ面１６側に突出し、プーリ２，３のテーパ面１６に接触した状態である。これにより、フランク面１５の両端部１５ａ，１５ｂがプーリ２，３のテーパ面１６に接触せず、もしくは面圧が小さくなって摩耗しにくくなり、エレメント６は凸円弧状になることを防いでいる。その結果、エレメント６を所期の姿勢に安定させることができる。

さらに、この発明において、フランク面１５の凸部１７ａは、端部１５ａ，１５ｂの接触面積よりも、接触面積が小さく形成されている。これは、凸部１７ａの接触箇所での面圧が高くなることで、フランク面１５の接触部の摩耗を進行させるためであり、その結果、フランク面１５の凹凸部１７がならされ、フランク面１５がテーパ面１６と面一に一致することにより、トルク容量や動力伝達効率の向上を効果的に行うことができる。

また、この発明において、フランク面１５の複数の凹凸部１７は、使用開始前における内周側端部と外周側端部を結んだ平面に対して突出し及び窪んで成形されている。そのため、摩耗によって中間部が両端部１５ａ，１５ｂと平面状態になった場合、中間部の凸部１７ａは接触面積を小さくしているため、その接触箇所での面圧が端部１５ａ，１５ｂよりも高くなる。したがって、凸部１７ａは端部１５ａ，１５ｂよりも摩耗しやすくなり、相対的に両端部１５ａ，１５ｂが摩耗しにくくなる。その結果、エレメント６のフランク面１５が凸円弧状になることを抑制することで、ローリングの発生を防ぎ、トルク容量や動力伝達効率を向上させることができる。

さらに、フランク面１５は、凸円弧状を解消するように形成されている。フランク面１５の中間部は、フランク面１５の両端部１５ａ，１５ｂが摩耗し凸円弧状の状態に近づいた場合、その両端部１５ａ，１５ｂよりもテーパ面側に突出しているため、プーリ２，３のテーパ面１６に接触した状態になる。このとき、テーパ面１６に接触している凸部１７ａの頂部は、その接触箇所での面圧が高くなる。これにより、テーパ面１６に接触している凸部１７ａの頂部が摩耗するので、その接触面積は広がり、その結果、接触面積が拡張された凸部１７ａの両サイドにある凸部の頂部がテーパ面に接触する。接触面積が拡張された凸部１７ａの両サイドにある凸部の頂部は、その接触面積が小さいので、接触面積が拡張された凸部と比較して、相対的に摩耗しやすくなる。そして両サイドの凸部の頂部が摩耗し、接触面積が大きくなり、そのまた横の凸部が接触して摩耗されるという連鎖が起きる。以上の連鎖から、フランク面１５の凹凸部１７が摩耗することで、中間部と両端部１５ａ，１５ｂとが平面状態に近づき、その結果、フランク面１５の凸円弧状の解消がなされ、ローリングの抑制を効果的に行うことができる。

なお、この発明は上述した具体例に限定されず、要は、フランク面の中間部を積極的に摩耗することで、フランク面の凸円弧状を抑制または是正する構成であればよい。したがって、エレメントの形状は上記の具体例で示したもの以外に、例えば二本のリングを互いに並べるサドル面を備え、そのサドル面の両側に、リングの離脱を阻止するための前述したスリット部を設けた形状であってもよい。

２，３…プーリ、 ６…エレメント、 ７…リング部材、 １５…フランク面、 １５ａ…外周側の端部、 １５ｂ…内周側の端部、 １７…凹凸部、 １７ａ…凸部、 １７ｂ…凹部。

Claims (3)

1. プーリに形成されている断面Ｖ字状の溝に挟み込まれる複数のエレメントが向きを揃えて環状に積層されるとともに、それらのエレメントがリング状部材によって結束され、かつ各エレメントの両側面が前記溝を形成している前記プーリのテーパ面に接触してトルクを伝達するフランク面として構成された無段変速機用ベルトにおいて、
   前記リング部材によって結束された状態における前記エレメントの前記フランク面のうち内周側の端部と外周側の端部との中間部に、使用開始前においては、頂部がこれら端部を結んだ平面よりも前記テーパ面側に突出した複数の凹凸部が形成されていることを特徴とする無段変速機用ベルト。
2. 前記凹凸部は、使用開始前における前記各端部を結んだ平面に対して突出した部分と窪んでいる部分とを有することを特徴とする請求項１に記載の無段変速機用ベルト。
3. 前記フランク面の前記各端部における曲率半径が、前記凹凸部における頂部の曲率半径より大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無段変速機用ベルト。

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