JPH05196093A - 無段変速システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高負荷伝動用のＣＶＴに使用されるブロック
ベルトＢの伝動性能をさほど犠牲にすることなく、騒音
レベルの低減を図るとともに、ベルトＢのプーリ３，７
からの抜け性をよくしてベルトＢの耐久性を高め、変速
時のベルトＢの半径方向へのスムーズに移動を可能とす
る。 【構成】 各ブロック１６においてプーリ３，７のベル
ト溝６，１０の面に当接する当接部１８とベルト溝６，
１０面との間の動摩擦係数μをプーリ３，７の楔角αに
ついて０．１６≦μ≦ｔａｎ（α／２）の範囲に設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、１対の可変プーリ間
に高負荷伝動用のブロックベルトを掛け渡してなる無段
変速システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車或いはコンバインやト
ラクタ等の農業用機械等における変速機は、歯車式又は
流体式のものが一般に広く使用されているが、近年、変
速時の操作性の向上、燃費の向上等を目的としてベルト
式無段変速機の開発が進められている。この無段変速機
は、例えば、互いに平行に配置された１対の回転軸上
に、回転軸に回転一体にかつ摺動不能に固定された固定
シーブと、回転軸に軸方向に摺動可能に支持され、固定
シーブとの間に断面Ｖ字状のベルト溝面を形成する可動
シーブとからなる１対の可変プーリをそれぞれ設けると
ともに、両可変プーリ間にＶベルトを巻き掛け、各プー
リの可動シーブを相対向する固定シーブに対し接離させ
て各プーリのＶベルトに対する有効半径を変化させるこ
とにより、両回転軸間の変速比を可変としたものであ
る。

【０００３】しかし、例えばＣＶＴと呼ばれる自動車用
の無段変速機に使用されるベルトは極めて高いトルクの
伝動能力を必要とし、従来の一般的なゴム製Ｖベルトで
は高い側圧に耐えきれず、座屈変形を生じて使用するこ
とができない。

【０００４】そこで、従来、斯かる要求を満足させるべ
く、各種の高負荷伝動用ベルトが知られている（例えば
特開昭４６−４８６１号、特開昭５５−２７５９５号、
特開昭５６−７６７４５号、特開昭５９−７７１４７号
の各公報参照）。

【０００５】また、そのうち、エンドレスの１対の張力
帯と、左右側面に該各張力帯を嵌合する嵌合溝及びプー
リのベルト溝面に当接する当接部を有する多数のブロッ
クとで構成され、上記張力帯の上下面及び各ブロックの
嵌合部の上下面にそれぞれ互いに対応する嵌合可能な凹
凸部を形成し、この張力帯及び各ブロックの凹凸部を係
合させて、ブロックを張力帯に対しベルト長手方向に係
止固定してなるブロックベルトと呼ばれる高負荷伝動用
ベルトについても提案がなされている（特開昭６０−４
９１５１号公報、特開昭６１−２０６８４７号公報、特
開昭６２−５４３４８号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のブ
ロックベルトにおいては、伝動可能な負荷に関連するプ
ーリ推力を各ブロックで受ける構造であり、各ブロック
左右両側の当接部とプーリのベルト溝面との間の動摩擦
係数（以下、単に摩擦係数という）は、摩擦伝動能力を
高める観点から、通常、０．３以上の値に設定されてい
る。

【０００７】すなわち、自動車用のＣＶＴシステムで
は、エンジンルーム内に配置される関係からコンパクト
化及び軽量化が要求されるが、同じ変速比を得るために
ベルトの軸方向の移動量が小さく、従ってシステム全体
の軸方向に沿った大きさが小さくて済むことから、プー
リの楔角は小さく設定され、望ましくは３０°以下とさ
れている。そして、一般的には、上記摩擦係数は、この
楔角により決まる最適範囲があるが、これまでのＣＶＴ
システムでは、高馬力のトルク伝動を優先する観点か
ら、摩擦係数が０．３以上の領域で使用しているのが現
状である。

【０００８】しかし、このように摩擦係数を高く設定す
ると、ベルト走行時の騒音レベルが高くなるとともに、
プーリからのベルトの抜け性が悪くなり、ブロックに異
常な力が発生してその早期破壊や張力帯の切断等を招く
という問題がある。

【０００９】また、変速時にベルトがプーリのベルト溝
内で半径方向に移動する際、摩擦係数が高いと、ベルト
の移動が妨げられてスムーズな変速が難しくなる。この
ため、変速に必要な推力、つまり両シーブからベルトに
与える側圧を本来の要求値以上に高くせねばならず、操
作力の増大に繋がる。

【００１０】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、上記のブロックベルトにおけるブロッ
クとプーリとの間の摩擦係数を所定範囲に限定すること
で、ベルトの伝動性能をさほど犠牲にすることなく、騒
音レベルの低減を図るとともに、ベルトのプーリからの
抜け性をよくしてベルトの耐久性を高め、さらには変速
時のベルトの半径方向へのスムーズな移動を可能とする
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１の発明では、ブロックとプーリとの間の当
接面の摩擦係数を、ベルト伝動能力と楔角とによりそれ
ぞれ決まる所定範囲に設定する。

【００１２】すなわち、この発明では、上下面にそれぞ
れ長手方向に並んで形成された多数の係合部を有し、内
部に心線が埋設されたエンドレスの平ベルトからなる１
対の張力帯と、左右側面に上記張力帯を嵌合する切欠き
状の嵌合溝、該嵌合溝の上下面にそれぞれ形成され、上
記張力帯上下面の係合部にそれぞれ係合する係止部、及
び、左右側面にプーリのベルト溝面に当接する当接部と
を有する多数のブロックを備え、張力帯の係合部と各ブ
ロックの係止部との係合により、ブロックが張力帯に対
しベルト長手方向に係止固定されてなる高負荷伝動用ブ
ロックベルトを、１対の可変プーリ間に掛け渡してなる
無段変速システムにおいて、上記ベルトにおける各ブロ
ックの当接部とプーリのベルト溝面との間の摩擦係数μ
をプーリの楔角αについて、 ０．１６≦μ≦ｔａｎ（α／２） の範囲に設定したことを特徴とする。

【００１３】請求項２の発明では、ブロックベルトの各
ブロックの当接部を、カーボンファイバーが含有された
フェノール系複合材料からなる合成樹脂で構成する。

【００１４】請求項３の発明では、上記ブロックベルト
の各ブロックの当接部をフェノール系複合材料からなる
合成樹脂で構成する一方、プーリのベルト溝の表面に、
無電解ニッケルめっきによる表面処理、又は無電解ニッ
ケルめっき膜にテフロン（登録商標）等の弗素樹脂粒子
を分散させてめっきする表面処理を施す。

【００１５】請求項４の発明では、請求項２及び３を組
み合わせ、請求項３の発明の構成に加え、その各ブロッ
クの当接部のフェノール系複合材料からなる合成樹脂
に、カーボンファイバーを含有させる。

【００１６】

【作用】上記の構成により、請求項１の発明では、ブロ
ックベルトの各ブロックにおける当接部とプーリのベル
ト溝面との間の摩擦係数μがプーリの楔角αについてｔ
ａｎ（α／２）以下とされているので、ベルトのプーリ
への巻込みを抑えることができ、ベルト走行時の騒音レ
ベルを大幅に低下させることができる。しかも、プーリ
からのベルトの抜け性を高めて、ブロックに異常な力が
発生するのを回避することができ、その早期破壊や張力
帯の切断等を抑えることができる。また、変速時にはベ
ルトがプーリのベルト溝内で半径方向にスムーズに移動
し、変速に必要な操作力を低減することができる。

【００１７】また、上記摩擦係数μが０．１６以上であ
るので、自動車用の無段変速機（ＣＶＴ）に使用する場
合でも、それに要求されるベルトの伝動能力を確保する
ことができる。

【００１８】請求項２の発明では、ブロックベルトの各
ブロックの当接部がフェノール系複合材料からなる合成
樹脂で構成され、その内部にカーボンファイバーが含有
されているので、カーボンファイバーの含有量を増加さ
せることで、上記摩擦係数μをｔａｎ（α／２）以下に
容易に下げることができる。

【００１９】請求項３の発明では、ブロックベルトの各
ブロックの当接部がフェノール系複合材料からなる合成
樹脂で構成され、プーリのベルト溝表面は、無電解ニッ
ケルによる表面処理、又はめっき無電解ニッケルめっき
膜に弗素樹脂粒子を分散させてめっきする表面処理が施
されているので、ブロックの加工性や靭性を良好に保ち
つつ、摩擦係数μをｔａｎ（α／２）以下に下げること
ができ、請求項２の発明と同様の効果が得られる。

【００２０】請求項４の発明では、請求項２及び３の発
明の組合せにより、請求項１の発明の無段変速システム
が容易に実現できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図５は本発明の実施例に係る高負荷伝動用のベル
ト式無段変速システムＡを模式的に示し、この変速シス
テムＡは例えば自動車の変速機（ＣＶＴ）として使用さ
れる。１，２はそれぞれ互いに平行に配置支持された駆
動及び従動軸で、駆動軸１には可変プーリからなる駆動
プーリ３が、また従動軸２には同様の従動プーリ７がそ
れぞれ設けられている。上記駆動プーリ３は、駆動軸１
に回転一体にかつ摺動不能に固定されたフランジ状の固
定シーブ４と、該固定シーブ４に対向するように駆動軸
１に摺動可能にかつ回転一体にスプライン等により結合
されたフランジ状の可動シーブ５とからなり、これら両
シーブ４，５間には所定の楔角α（例えば２６°）を有
する断面Ｖ字状のベルト溝６が形成されている。

【００２２】一方、従動プーリ７は、上記駆動プーリ３
と同様の構成であり、従動軸２に回転一体にかつ摺動不
能に固定された固定シーブ８と、該固定シーブ８に上記
駆動プーリ３における固定シーブ４に対する可動シーブ
５の対向方向と逆方向でもって対向するように従動軸２
に摺動可能にかつ回転一体に結合された可動シーブ９と
からなり、これら両シーブ８，９間には上記駆動プーリ
３と同じ楔角αを有するベルト溝１０が形成されてい
る。そして、上記駆動及び従動プーリ３，７のベルト溝
６，１０間にはブロックベルトＢが巻き掛けられてお
り、図外の油圧機構等からなる変速機構により駆動及び
従動プーリ３，７の各可動シーブ５，９をそれぞれ固定
シーブ４，８に対して接離させて各プーリ３，７のプー
リ径（ベルトＢに対する有効半径）を変更する。例えば
駆動プーリ３の可動シーブ５を固定シーブ４に接近さ
せ、かつ従動プーリ７の可動シーブ９を固定シーブ８か
ら離隔させたときには、駆動プーリ３のプーリ径を従動
プーリ７よりも大きくすることにより、駆動軸１の回転
を従動軸２に増速して伝達する。一方、逆に、図示の如
く、駆動プーリ３の可動シーブ５を固定シーブ４から離
隔させ、かつ従動プーリ７の可動シーブ９を固定シーブ
８に接近させたときには、駆動プーリ３のプーリ径を小
にし、従動プーリ７のプーリ径を大きくすることによ
り、駆動軸１の回転を減速して従動軸２に伝えるように
なされている。

【００２３】上記ブロックベルトＢは、図１〜図３に拡
大詳示するように、ゴム等からなる保形層１２の内部に
エンドレスの複数の心線１３，１３，…（心体）が平行
に配置されて埋設された左右１対のエンドレスの張力帯
１１，１１と、図４にも示すように、左右側部に上記各
張力帯１１を幅方向から着脱可能に嵌装せしめる嵌合部
としての切欠き状の嵌合溝１７，１７を有するととも
に、左右側面にプーリ３，７のベルト溝６，１０側面に
当接する当接部１８，１８を有する多数のブロック１
６，１６，…とからなり、各ブロック１６の嵌合溝１
７，１７にそれぞれ張力帯１１，１１を嵌合せしめて該
ブロック１６，１６，…をベルト長手方向に連続的に固
定したものである。

【００２４】すなわち、このブロックベルトＢにおい
て、各張力帯１１の上面には各ブロック１６に対応して
その幅方向に延びる一定ピッチの係合部としての多数の
凹溝１４，１４，…が、また下面には上記各凹溝１４に
対応してその幅方向に延びる一定ピッチの係合部として
の凹溝１５，１５，…がそれぞれ形成されている。一
方、各ブロック１６の嵌合溝１７上壁面には上記張力帯
１１上面の各凹溝１４に嵌合する係止部としての凸条１
９が、また嵌合溝１７の下壁面には張力帯１１下面の各
凹溝１５に嵌合する係止部としての凸条２０がそれぞれ
形成されており、この各ブロック１６の凸条１９，２０
をそれぞれ張力帯１１の凹溝１４，１５に係合せしめて
該ブロック１６をベルト長手方向に係止固定するように
なされている。

【００２５】上記各ブロック１６は、図２に示すよう
に、フェノール系複合材料からなる樹脂製のブロック本
体２１内にその略中央に位置するように補強部材２２を
埋設してなる。この補強部材２２は、ベルト幅方向（左
右方向）に延びる上側及び下側ビーム２２ａ，２２ｂ
と、該両ビーム２２ａ，２２ｂの左右中央部同士を上下
に接続するセンタピラー２２ｃとからなっていて、略Ｈ
字状に形成されている。

【００２６】上記各ブロック１６における左右当接部１
８，１８がなす角度は上記プーリ３，７の楔角αと同じ
とされている。

【００２７】そして、本発明の特徴として、ブロック１
６における各当接部１８とプーリ３，７のベルト溝６，
１０の側面との間の摩擦係数μは、 ０．１６≦μ≦ｔａｎ（α／２） とされている（好ましくはμ≧０．１９）。すなわち、
摩擦係数μは、０．１６よりも低いときには、高負荷伝
動用の無段変速システムに要求されるベルトＢの伝動能
力が低下するので、０．１６以上に設定される。また、
摩擦係数μがｔａｎ（α／２）を越えて増大すると、本
発明の効果が確実に得られないので、ｔａｎ（α／２）
以下に設定される。

【００２８】上記摩擦係数μをｔａｎ（α／２）以下に
下げる場合、例えば、ブロック１６においてフェノー
ル系複合材料からなる合成樹脂で構成されているブロッ
ク本体２１の少なくとも当接部１８，１８の部分にカー
ボンファイバーを含有させる方法、プーリ３，７のベ
ルト溝６，１０の表面に、無電解ニッケルめっきによる
表面処理、又は無電解ニッケルめっき膜に弗素樹脂とし
てのテフロン（登録商標）の粒子を分散させてめっきす
る表面処理を施す方法、さらには，の両方法を組
み合わせる方法があり、摩擦係数μの低下が容易に得ら
れる。

【００２９】上記の方法では、カーボンファイバーの
含有量を増加させることで、摩擦係数μを下げることが
できるが、このカーボンファイバー含有量の増大に伴い
ブロック１６（詳しくはブロック本体２１）の加工性や
靭性の低下がみられる。これに対し、の方法ではその
ような問題は生じず、ブロック１６の加工性や靭性を良
好に保ちつつ、摩擦係数μを下げることができるので有
利である。特に、摩擦係数μをμ≧０．１９とするとき
には無電解ニッケルめっきのみによる表面処理を施すこ
とが好ましい。望ましいのはの方法であり、摩擦係数
μを大幅に下げることができる。

【００３０】したがって、上記実施例においては、ブロ
ックベルトＢの各ブロック１６における各当接部１８と
プーリ３，７のベルト溝６，１０の側面との間の摩擦係
数μがプーリ３，７の楔角αにつきμ≦ｔａｎ（α／
２）とされて低いので、ブロックベルトＢがプーリ３，
７のベルト溝６，１０側面に係合して負荷を伝動してい
る状態では、ベルトＢの巻込み現象が有効に低減され
る。その結果、ベルトＢ走行時の騒音レベルを大幅に低
下させることができるとともに、プーリ３，７からのベ
ルトＢの抜け性を高めてブロック１６に過大な力が発生
するのを回避でき、その早期破壊や張力帯１１の切断等
を抑えてベルトＢの高寿命化を図ることができる。ま
た、変速時にはベルトＢがプーリ３，７のベルト溝６，
１０内で半径方向にスムーズに移動するので、例えば従
動プーリ７側で与えた推力がスムーズに伝達されて駆動
プーリ３側の推力が高くなり、変速に必要な操作力を低
減できるとともに、ベルトＢにかかる荷重を低減でき
る。

【００３１】また、上記摩擦係数μが０．１６以上であ
るので、高負荷伝動用の無段変速システムＡ（ＣＶＴ）
に要求されるベルトＢの伝動能力を良好に確保すること
ができる。

【００３２】本発明者は、楔角αがα＝２６°とされた
駆動及び従動プーリ３，７間にそれらと対応するブロッ
クベルトＢを巻き掛けて走行させ、各種の実験を行っ
た。まず、摩擦係数μと騒音との関係は図６のとおりで
あり、摩擦係数μが低下するのに応じて騒音レベルが低
下することが判る。

【００３３】また、プーリ３，７間の軸荷重を２５０Kg
f としてベルトＢの伝動能力ＳＴと摩擦係数μとの関係
を調べると、図７のようになり、伝動能力ＳＴはμ＝
０．２３（＝ｔａｎ（α／２））のときに最大で、それ
よりも低くなるにつれて低下するが、μ≧０．１６（好
ましくはμ≧０．１９）であれば、通常、自動車用無段
変速機に必要とされる２０００Kg/m以上の伝動能力ＳＴ
を確保でき、本発明の効果が有効であることが判る。

【００３４】さらに、従動プーリ７に一定の推力を与
え、駆動プーリ３で検出される推力と摩擦係数μとの関
係を図８に示す。この図８によれば、μ＝０．２３以下
で駆動側推力は最大になり、それを越えて大きくなると
減少する。

【００３５】最後に、ベルトＢの走行中に各ブロック１
６の下部がプーリ３，７から受ける応力を歪ゲージで測
定し、その結果を図９に示す。摩擦係数μがμ＝０．４
６（＞ｔａｎ（α／２））である従来例では、プーリ
３，７の入口部及び出口部でベルトＢの噛込みとみられ
る逆向きの力が発生しているのに対し、μ＝０．１６の
本発明例では、これらの現象は消失し、スムーズな圧力
波形となっており、このことで本発明が有効であること
が裏付けられた。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よると、高負荷伝動用ブロックベルトの各ブロックとプ
ーリとの間の摩擦係数μを、プーリの楔角αについて
０．１６以上でかつｔａｎ（α／２）以下の範囲に設定
したので、ベルトの伝動能力を十分に確保しながら、ベ
ルト走行時の騒音レベルの大幅な低下を図ることができ
るとともに、プーリからのベルトの抜け性を高めて、ブ
ロックの早期破壊や張力帯の切断等によるベルトの耐久
性の低下を抑えることができ、さらには、変速時にベル
トをプーリのベルト溝内で半径方向にスムーズに移動さ
せて、変速操作力の低減を図ることができるという実用
上優れた効果を有する。

【００３７】請求項２の発明では、ベルトにおける各ブ
ロックの当接部を、カーボンファイバーが含有されたフ
ェノール系複合材料からなる合成樹脂で構成した。ま
た、請求項３の発明では、ブロックベルトの各ブロック
の当接部をフェノール系複合材料からなる合成樹脂で構
成し、プーリのベルト溝表面に、無電解ニッケルめっき
による表面処理又は無電解ニッケルめっき膜に弗素樹脂
粒子を分散させてめっきする表面処理を施す構成とし
た。さらに、請求項４の発明では、請求項３の発明にお
けるブロックの樹脂内にカーボンファイバーを含有させ
る構成とした。従って、これらの発明によると、上記摩
擦係数μをｔａｎ（α／２）以下に下げることが容易に
達成でき、特に請求項３及び４の発明の場合、ブロック
の加工性や靭性を良好に保ちつつ同目的を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るブロックベルトの一部を
示す拡大斜視図である。

【図２】図３のII―II線断面図である。

【図３】ベルトの側面図である。

【図４】ブロックの拡大斜視図である。

【図５】無段変速システムの模式的に示す概略断面図で
ある。

【図６】摩擦係数と騒音との関係を示す特性図である。

【図７】摩擦係数とベルト伝動能力との関係を示す特性
図である。

【図８】摩擦係数と駆動プーリ推力との関係を示す特性
図である。

【図９】ベルト走行中のブロックの応力変化を示す特性
図である。

【符号の説明】

Ａ 無段変速システム ３，７ プーリ ６，１０ ベルト溝 Ｂ ブロックベルト １１ 張力帯 １３ 心線 １４，１５ 凹溝（係合部） １６ ブロック １８ 当接部 １９，２０ 凸条（係止部） ２１ ブロック本体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大川 浩一 兵庫県神戸市兵庫区明和通３丁目２番15号 バンドー化学株式会社内 (72)発明者 高山 光直 愛知県名古屋市緑区左京山1518 (72)発明者 邨瀬 孝彦 愛知県名古屋市南区元桜田町17−10 (72)発明者 山内 鉱三 愛知県名古屋市天白区平針１丁目1209 ク ランツ神田301 (72)発明者 中沢 武司 愛知県名古屋市中川区玉船町１−１−３ 第八愛知寮 (72)発明者 岩田 正雄 愛知県中島郡祖父江町大字神明津字西小一 色961−１

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下面にそれぞれ長手方向に並んで形成
   された多数の係合部を有し、内部に心線が埋設されたエ
   ンドレスの平ベルトからなる１対の張力帯と、 左右側面に上記張力帯を嵌合する切欠き状の嵌合溝と、
   該嵌合溝の上下面にそれぞれ形成され、上記張力帯上下
   面の係合部にそれぞれ係合する係止部と、左右側面にプ
   ーリのベルト溝面に当接する当接部とを有する多数のブ
   ロックとを備え、 張力帯の係合部と各ブロックの係止部との係合により、
   ブロックが張力帯に対しベルト長手方向に係止固定され
   てなる高負荷伝動用ブロックベルトを、１対の可変プー
   リ間に掛け渡してなる無段変速システムにおいて、 上記ベルトにおける各ブロックの当接部とプーリのベル
   ト溝面との間の動摩擦係数μがプーリの楔角αについ
   て、 ０．１６≦μ≦ｔａｎ（α／２） の範囲にあることを特徴とする無段変速システム。
2. 【請求項２】 ベルトにおける各ブロックの当接部は、
   カーボンファイバーが含有されたフェノール系複合材料
   からなる合成樹脂で構成されていることを特徴とする請
   求項１記載の無段変速システム。
3. 【請求項３】 ベルトにおける各ブロックの当接部がフ
   ェノール系複合材料からなる合成樹脂で構成されてお
   り、 プーリのベルト溝表面は、無電解ニッケルめっき又は無
   電解ニッケルめっき膜に弗素樹脂粒子を分散させてめっ
   きする表面処理が施されていることを特徴とする請求項
   １記載の無段変速システム。
4. 【請求項４】 各ブロックにおける当接部のフェノール
   系複合材料からなる樹脂に、カーボンファイバーが含有
   されていることを特徴とする請求項３記載の無段変速シ
   ステム。