(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端環状体に沿って厚みが相違する複数種のエレメントを配置することにより形成された無段変速機用金属ベルトであって、
板厚の厚い前記エレメントを前記無端環状体に沿って連続的に配置した第１の同厚エレメント群を複数有し、
板厚の薄い前記エレメントを前記無端環状体に沿って連続的に配置した第２の同厚エレメント群を複数有し、
前記第１の同厚エレメント群及び前記第２の同厚エレメント群のそれぞれが、前記無端環状体の全長に対して１％以上の長さを有するものであり、
前記第１の同厚エレメント群と前記第２の同厚エレメント群とが長さを異ならせて交互に配置されていることを特徴とする無段変速機用金属ベルト。
【請求項２】
無端環状体に沿って厚みが相違する複数種のエレメントを配置することにより形成され、板厚の厚い前記エレメントを前記無端環状体に沿って連続的に配置した第１の同厚エレメント群を複数有し、板厚の薄い前記エレメントを前記無端環状体に沿って連続的に配置した第２の同厚エレメント群を複数有し、前記第１の同厚エレメント群及び前記第２の同厚エレメント群のそれぞれが、前記無端環状体の全長に対して１％以上の長さを有し、前記第１の同厚エレメント群と前記第２の同厚エレメント群とが長さを異ならせて交互に配置されている無段変速機用金属ベルトの設計方法であって、
前記第１の同厚エレメント群及び前記第２の同厚エレメント群の配列として想定されるものを導出する配列導出工程と、
前記配列導出工程において導出された配列の一部又は全部につき、当該配列を有する無段変速機用金属ベルトを所定の無段変速機に用いた場合における騒音の発生レベルを導出する騒音導出工程と、
前記騒音導出工程において導出された騒音の発生レベルのうち最も低いものに相当する前記第１の同厚エレメント群及び前記第２の同厚エレメント群の配列を導出する配列選定工程とを有することを特徴とする無段変速機用金属ベルトの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無段変速機用金属ベルト、及び無段変速機用金属ベルトの設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１に開示されているようなブロック式金属ベルトや、特許文献２に開示されているような製造方法により製造された無段変速機用金属ベルトが提供されている。これらの従来技術は、従前より提供されている無段変速機用金属ベルトを無段変速機に用いた場合に発生する騒音レベルを抑制しようとするものである。
【０００３】
下記特許文献１，２に開示されている従来技術においては、無段変速機用金属ベルトに用いられる多数のエレメントを、厚みの異なる複数種のもので構成することにより、騒音レベルの低下を試みている。具体的には、下記特許文献１の従来技術においては、厚みの異なるエレメントをランダムに配列して環状に形成している。また、下記特許文献２の従来技術においては、環状に形成されるベルトを周方向前半部分と後半部分とに分け、前半部分を構成するエレメントの厚みと、後半部分を構成するエレメントの厚みとを相違させることとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２５３２２５３号公報
【特許文献２】特許第４５５７７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らが、上記特許文献１，２に開示されている従来技術の金属ベルトにつき、騒音の抑制効果について検討したところ、全てのエレメントの厚みが同一である従前の金属ベルトに比べて幾ばくか騒音レベルが低下することが見いだされた。しかしながら、従来技術の金属ベルトにおいては騒音レベルの抑制効果が不十分であり、より一層の騒音抑制効果を有する無段変速機用金属ベルトの提供が求められている。また、騒音抑制効果の高い無段変速機用金属ベルトを容易かつ精度良く設計可能な設計方法の提供が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、騒音の抑制効果が高い無段変速機用金属ベルト、及び当該無段変速機用金属ベルトの設計方法の提供を目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決すべく提供される本発明の無段変速機用金属ベルトは、無端環状体に沿って厚みが相違する複数種のエレメントを配置することにより形成された無段変速機用金属ベルトであって、板厚の厚い前記エレメントを前記無端環状体に沿って連続的に配置した第１の同厚エレメント群を複数有し、板厚の薄い前記エレメントを前記無端環状体に沿って連続的に配置した第２の同厚エレメント群を複数有し、前記第１の同厚エレメント群及び前記第２の同厚エレメント群のそれぞれが、前記無端環状体の全長に対して１％以上の長さを有するものであり、前記第１の同厚エレメント群と前記第２の同厚エレメント群とが長さを異ならせて交互に配置されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明のように、板厚の厚いエレメントを無端環状体に沿って連続的に配置した第１の同厚エレメント群と板厚の薄いエレメントを無端環状体に沿って連続的に配置した第２の同厚エレメント群とのそれぞれについて、無端環状体の全長に対して１％以上の長さのものとし、第１の同厚エレメント群と第２の同厚エレメント群とが長さを異ならせて交互に配置することにより、騒音の発生ピークの分散化、及び低振幅化を図り、無段変速機において発生する騒音を最小限に抑制可能な無段変速機用金属ベルトを提供することができる。
【０００９】
また、同様の課題を解決すべく提供される本発明の無段変速機用金属ベルトの設計方法は、無端環状体に沿って厚みが相違する複数種のエレメントを配置することにより形成され、板厚の厚いエレメントを前記無端環状体に沿って連続的に配置した第１の同厚エレメント群を複数有し、板厚の薄いエレメントを無端環状体に沿って連続的に配置した第２の同厚エレメント群を複数有し、前記同厚エレメント群のそれぞれが、前記無端環状体の全長に対して１％以上の長さを有し、前記第１の同厚エレメント群と前記第２の同厚エレメント群とが長さを異ならせて交互に配置されている無段変速機用金属ベルトの設計方法であって、前記第１の同厚エレメント群及び前記第２の同厚エレメント群の配列として想定されるものを導出する配列導出工程と、前記配列導出工程において導出された配列の一部又は全部につき、当該配列を有する無段変速機用金属ベルトを所定の無段変速機に用いた場合における騒音の発生レベルを導出する騒音導出工程と、前記騒音導出工程において導出された騒音の発生レベルのうち最も低いものに相当する前記第１の同厚エレメント群及び前記第２の同厚エレメント群の同厚エレメント群の配列を導出する配列選定工程とを有することを特徴としている。
【００１０】
本発明の無段変速機用金属ベルトの設計方法によれば、騒音の発生ピークの分散化、及び低振幅化を図る上で最適な同厚エレメント群の配列を容易に導出することが可能となる。これにより、無段変速機において発生する騒音を最小限に抑制可能な無段変速機用金属ベルトを容易かつ精度良く設計することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、騒音の抑制効果が高い無段変速機用金属ベルト、及び当該無段変速機用金属ベルトの設計方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る無段変速機用金属ベルトを無段変速機のプーリに装着した状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の無段変速機用金属ベルトの一部を示す斜視図、（ｃ）は（ａ）の無段変速機用金属ベルトを示す正面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は図１に示す無段変速機用金属ベルトを騒音低減の観点から設計する際の設計方法の概念を示す説明図、（ｃ）は騒音発生状態のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は比較例に係る無段変速機用金属ベルトにおける騒音発生状態のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】（ａ）は本実施形態及び比較例に係る無段変速機用金属ベルトにおける騒音の振幅と出現頻度との関係を示すグラフ、（ｂ）は本実施形態の無段変速機用金属ベルトにおける騒音発生状態のシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
続いて、本発明の一実施形態に係る無段変速機用金属ベルト１０について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１（ａ）に示すように、無段変速機用金属ベルト１０は、無段変速機を構成する二つのプーリＰ１，Ｐ２間に掛け回した状態で使用されるものである。図１（ｂ）に示すように、無段変速機用金属ベルト１０は、金属板を複数積層し、環状にすることにより形成されたフープ１２（無端環状体）に対し、多数のエレメント２０を連ねた状態で装着することにより形成されたものである。無段変速機用金属ベルト１０を構成するエレメント２０の数はいかなるものであっても良いが、本実施形態では約４００個のエレメント２０によって無段変速機用金属ベルト１０が構成されている。
【００１４】
エレメント２０は、鋼板製のプレートによって構成されている。図１（ｂ）に示すように、エレメント２０は、無段変速機のプーリＰ１，Ｐ２に当接するボディ部２２と、ボディ部２２に対してピラー部２４を介して接続されたヘッド部２６とを有する。ピラー部２４の両脇であって、ボディ部２２とヘッド部２６との間の部分には、フープ１２を受け入れるためのサドル部２８が形成されている。
【００１５】
本実施形態においては、エレメント２０として、板厚が相違する複数種のものが用いられている。具体的には、図１（ｃ）においてハッチングの有無によって区別して示すように、エレメント２０として、板厚が厚いものと薄いものの二種類のものが用いられている。エレメント２０の厚みｔは、いかなるものであっても良いが、板厚の厚いエレメント２０（以下、「エレメント２０ａ」とも称す）の厚みｔが１．５［ｍｍ］とされている。板厚の薄いエレメント２０（以下、「エレメント２０ｂ」とも称す）は、厚みｔが１．４［ｍｍ］とされている。また、エレメント２０ａ，２０ｂは、厚みｔ以外の構成については同一とされている。
【００１６】
無段変速機用金属ベルト１０は、上述したエレメント２０ａ，２０ｂの配列構造に特徴を有する。具体的には、無段変速機用金属ベルト１０は、厚みｔが同一であるエレメント２０（２０ａ，２０ｂ）をフープ１２に沿って連続的に配置した同厚エレメント群３０を複数有する。すなわち、板厚の厚いエレメント２０ａを連続的に配置することにより構成された同厚エレメント群３０（以下、「同厚エレメント群３０ａ」とも称す）、及び板厚の薄いエレメント２０ｂを連続的に配置することにより構成された同厚エレメント群３０（以下、「同厚エレメント群３０ｂ」とも称す）によって無段変速機用金属ベルト１０が構成されている。同厚エレメント群３０ａ，３０ｂは長さが異なり、無段変速機用金属ベルト１０の周方向に交互に並ぶように配置されている。
【００１７】
また、上述した同厚エレメント群３０ａ，３０ｂは、それぞれフープ１２の全長に対して１％以上の長さを有するものとされている。言い換えれば、各同厚エレメント群３０ａ，３０ｂは、少なくとも５個以上のエレメント２０ａ，２０ｂを連続的に配置することによって構成されている。従って、無段変速機用金属ベルト１０は、従来技術のもののようにエレメント２０（２０ａ，２０ｂ）の板厚ｔがフープ１２の周方向に短周期で次々と変化するのではなく、比較的長周期で切り替わる。
【００１８】
続いて、無段変速機用金属ベルト１０を騒音低減の観点から設計する設計方法について、図面を参照しつつ詳細に説明する。無段変速機用金属ベルト１０を無段変速機のプーリＰ１，Ｐ２間に掛け回して作動させた場合、エレメント２０がプーリＰ１，Ｐ２に進入すること、及びプーリＰ１，Ｐ２から脱離することにより衝突することにより、振動騒音が発生する。この騒音は、エレメント２０が所定の一点を通過する際の周波数に相当する。
【００１９】
かかる知見の下、図２（ａ）に示すように、エレメント２０がプーリＰ１，Ｐ２に衝突することにより発生する衝撃波を正弦波と同視可能であると共に、エレメント２０の厚みｔの変化に応じて前述した正弦波の波長が変化すると仮定すれば、フーリエ解析（ＦＦＴ）により解析を実行することにより、無段変速機用金属ベルト１０において発生する騒音についてピークとなる周波数の位置、及び大きさを図２（ｃ）に示すように導出することができる。そこで、無段変速機における使用時に騒音が最小となる同厚エレメント群３０ａ，３０ｂの配列について、下記の設計手順によって導出することができる。
【００２０】
＜無段変速機用金属ベルト１０の設計手順について＞
無段変速機用金属ベルト１０は、配列導出工程、騒音導出工程、配列選定工程を実行することにより、騒音低減の観点から設計することができる。無段変速機用金属ベルト１０の設計は、上述した各工程について実施するための設計用プログラムをインストールしてなるコンピュータを用いて実行することができる。
【００２１】
配列導出工程は、同厚エレメント群３０ａ，３０ｂの配列として想定されるものを導出する工程である。この工程においては、同厚エレメント群３０ａ，３０ｂがエレメント２０ａ，２０ｂを最低限ｎ個（ｎ＝５以上の整数）備えたものとの設定の下で配列の導出処理を実行することが望ましい。このようにして配列導出工程を実施することにより、同厚エレメント群３０ａ，３０ｂの配列、及び各同厚エレメント群３０ａ，３０ｂを構成するエレメント２０ａ，２０ｂの数量についてのバリエーションが導出される。
【００２２】
騒音導出工程は、配列導出工程において導出された同厚エレメント群３０ａ，３０ｂの配列につき、この配列を有する無段変速機用金属ベルト１０を所定の無段変速機に用いた場合における騒音の発生レベルを導出する工程である。騒音導出工程において配列導出工程において導出された配列の全てについて騒音の発生レベルを導出することとしても良いが、明らかに騒音が高いと想定される配列を除外する等して一部の配列のみについて騒音の発生レベルを導出することとしても良い。
【００２３】
騒音導出工程は、下記（１）〜（３）に記載の仮定、及び導出方法に則って実行される。
（１）  無段変速機用金属ベルト１０において発生する騒音を、プーリＰ１，Ｐ２との衝突による振動発生と想定し、振動波形を振幅が１の正弦波と仮定する（図２（ａ）参照）。
（２）  上記（１）において仮定する正弦波の波長を、エレメント２０ａ，２０ｂの厚みｔに相当するものと仮定する。すなわち、エレメント２０ａ，２０ｂの厚みｔに依存して、騒音をなす正弦波の波長が変化するものと仮定する（図２（ｂ）参照）。
（３）  配列導出工程において導出された同厚エレメント群３０ａ，３０ｂの配列に則り、エレメント２０ａ，２０ｂの厚みｔ相当の波長を有する正弦波を一列に配置する。これにより、無段変速機用金属ベルト１０を一周させた場合に発生する騒音に相当する波形（騒音波形）を形成する（図２（ｂ）参照）。
（４）  上記（３）において導出された無段変速機用金属ベルト１０の一周分相当の騒音波形につき、フーリエ解析（ＦＦＴ）を実行する（図２（ｃ）参照）。
【００２４】
上述したようにして騒音導出工程を実行すると、プーリＰ１，Ｐ２間において無段変速機用金属ベルト１０を一周させた場合に発生する騒音が、次数と振幅との関係として導出される。ここで、次数とは、入力回転数に対して発生する騒音の周波数の比のことである。さらに詳細には、エレメント２０の厚みｔが全て同じであるとした場合、プーリＰ１，Ｐ２間において無段変速機用金属ベルト１０を１回転させた際に、エレメント２０がプーリＰ１，Ｐ２に対して衝突することによってｎ回分の衝撃音（騒音）が発生する場合の次数はｎ次となる。本実施形態では、エレメント２０として、厚みｔの相違する２種類のもの（エレメント２０ａ，２０ｂ）を用いている。そのため、無段変速機用金属ベルト１０の全長をＬとし、エレメント２０ａ，２０ｂの厚みをそれぞれＡ，Ｂとした場合、Ｌ／Ａ次、及びＬ／Ｂ次の次数において他を卓越した衝撃音（騒音）が発生しうる。
【００２５】
続いて、上述した騒音導出工程により得られる結果の一例について説明する。先ず、本実施形態の無段変速機用金属ベルト１０の比較例である無段変速機用金属ベルト１００〜１０４について説明する。無段変速機用金属ベルト１００〜１０４について騒音導出工程により騒音の発生状態についてシミュレーションすると、図３（ａ）〜（ｅ）に示すような結果が得られる。
【００２６】
具体的には、無段変速機用金属ベルト１００は、エレメント２０を全て同一の厚みｔを有するものによって構成したもの、すなわち全てのエレメント２０をエレメント２０ａ，２０ｂのいずれかのみによって構成したものである。無段変速機用金属ベルト１００について騒音導出工程による騒音の発生シミュレーションを実行すると、図３（ａ）に示すような急峻なピークが発現する。また、厚みｔの異なるエレメント２０ａ，２０ｂを交互に配列した無段変速機用金属ベルト１０１の場合は、図３（ｂ）に示すように所定の次数位置にピークが発現する。この状態では、略一定周期で大きな騒音が発生してしまうことが想定される。
【００２７】
また、無段変速機用金属ベルト１０２は、周方向前半部分をエレメント２０ａ，２０ｂのいずれか一方のみで構成し、後半部分をエレメント２０ａ，２０ｂの他方のみで構成したものである。この場合について騒音導出工程による騒音の発生シミュレーションを実行すると、図３（ｃ）に示すように二つのピークが発現する。各ピークの高さ（振幅）が図３（ａ），（ｂ）の無段変速機用金属ベルト１００，１０１に比べて低いため、各次数位置において発生する騒音は低くなる。しかしながら、無段変速機用金属ベルト１０２が一周する間に二つの騒音が発生することになり、好ましい騒音の発生状態とは言えない。
【００２８】
無段変速機用金属ベルト１０３は、従来技術として例示したように、厚みｔの異なるエレメント２０ａ，２０ｂをランダムに配列したものである。これについて騒音導出工程による騒音の発生シミュレーションを実行すると、図３（ｄ）に示すような騒音の発生状態になるとの結果が得られる。この場合は、図３（ａ），（ｂ）に示すものと同様に急峻なピークが発現し、騒音が際だつ状態になる。また、無段変速機用金属ベルト１０４は、上述した従来技術のように、周方向前半部分と後半部分とでエレメント２０ａ，２０ｂの配合比率を変化させたものである。これについて騒音導出工程による騒音の発生シミュレーションを実行すると、図３（ｅ）に示すように二つのピークが発現する。図３（ｅ）に示す騒音発生状態は、上述した図３（ｃ）に示すものと同様であり、好ましい騒音の発生状態とは言えない。
【００２９】
これに対し、本実施形態において示す無段変速機用金属ベルト１０に相当する配列でエレメント２０ａ，２０ｂを配置した場合の騒音の次数と振幅との関係についてシミュレーションを行うと、図４（ｂ）に示すような結果が得られる。このように、無段変速機用金属ベルト１０については、無段変速機の駆動時に発生する騒音がピーク性（周期性）を有するものではなく、その振幅も小さい。
【００３０】
上述したようにして騒音導出工程においてエレメント２０ａ，２０ｂ（同厚エレメント群３０ａ，３０ｂ）を種々変化させた場合の騒音発生状態のシミュレーションが完了すると、無段変速機用金属ベルト１０の設計用プログラムにより、配列選定工程が実施される。配列選定工程においては、上述した騒音導出工程において導出された騒音の発生レベルのうち、最も低いものに相当する同厚エレメント群３０ａ，３０ｂの配列を導出する工程である。具体的には、無段変速機の駆動時に発生すると想定される騒音についてピーク性がなく、振幅が最も低くなる同厚エレメント群３０ａ，３０ｂの配列が、無段変速機用金属ベルト１０のものとして選定される。
【００３１】
上述したようにして同厚エレメント群３０ａ，３０ｂの最適な配列を導出及び選定して作成された無段変速機用金属ベルト１０について、無段変速機のプーリＰ１，Ｐ２間において回動させた場合の騒音について、振幅及び騒音レベル（騒音の大きさ）と、発生頻度との関係を調べたところ、図４（ａ）に示すような結果となった。図４（ａ）に併記するように、上述した比較例の無段変速機用金属ベルト１０３，１０４の結果と比較すると、無段変速機用金属ベルト１０は、比較例のものよりも振幅及び騒音レベルの双方とも小さくなる。従って、無段変速機用金属ベルト１０のように、フープ１２の全長に対して１％以上の長さを有する同厚エレメント群３０ａ，３０ｂを、上述した設計手順に則って導出された最適な配列で配置することにより、騒音の発生ピークの分散化、及び低振幅化を図ることが可能となる。
【００３２】
また、上述した無段変速機用金属ベルト１０の設計方法によれば、騒音の発生ピークの分散化、及び低振幅化を図る上で最適な同厚エレメント群の配列を容易に導出することができる。これにより、無段変速機において発生する騒音を最小限に抑制可能な無段変速機用金属ベルト１０を容易かつ精度良く設計することが可能となり、設計に要する手間及びコストを最小限に抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の無段変速機用金属ベルトは、ＣＶＴを搭載した車両において好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０        無段変速機用金属ベルト
１２        フープ
２０        エレメント
３０        同厚エレメント群
Ｐ１，Ｐ２  プーリ
【図１】
0005948600.tif 000002
【図２】
0005948600.tif 000003
【図３】
0005948600.tif 000004
【図４】
0005948600.tif 000005