(57)【要約】      （修正有）【課題】  十分な耐久性を確保すると共に高トルク伝達が可能な駆動ベルトのエレメント形状を提供すること。【解決手段】  駆動ベルトのエレメント形状において、エレメントの重心と、隣接するエレメントに対して揺動中心となるロッキングエッジの中心点とが略重なるよう形成した。【効果】  エレメントの姿勢を安定させることができ、エレメント間力が作用した状態においてエレメントの傾きが発生しにくくなり、エレメント各部や、無端バンドへの過大な応力発生を抑制でき、高トルク伝達を達成することができる。【選択図】        図３
2006009950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の溝幅を変更可能なＶ字型プーリを有するベルト式無段変速機に備えられ、無端バンドの周方向に連続的に組み付けた板状のエレメントからなる駆動ベルトのエレメント形状において、
前記エレメントの重心と、隣接するエレメントに対して揺動中心となるロッキングエッジの中心点とが略重なるよう形成したことを特徴とする駆動ベルトのエレメント形状。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動ベルトのエレメント形状において、
前記エレメントは、駆動ベルトの内周側となる下端面と、前記Ｖ字型プーリとの接触面となるフランク面とを有し、
前記エレメントの溝幅方向中心における前記下端面への下端面中心深さを最も深くすると共に、前記フランク面側端部における前記下端面への下端面端部深さを最も浅く形成し、
前記下端面形状を、前記下端面中心と前記下端面端部とを滑らかに繋ぐ連続曲線形状としたことを特徴とする駆動ベルトのエレメント形状。
【請求項３】
請求項１または２に記載の駆動ベルトのエレメント形状において、
前記エレメントは、前記無端バンドの内周と接触するサドル面と、前記両サドル面の間から駆動ベルト外周側に延在されたネック部と、このネック部外周側に設けられ前記無端バンドの一部を外周から溝幅方向に覆うイヤー部と、このイヤー部の中心部に設けられたノーズ部とを有し、
前記サドル面と前記ネック部との間に前記無端バンド側面の逃げ部となる第１逃げ部を形成し、
前記ネック部と前記イヤー部との間に前記第１逃げ部よりも小さな第２逃げ部を形成したことを特徴とする駆動ベルトのエレメント形状。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載の駆動ベルトのエレメント形状において、
前記エレメントは、前記無端バンドの内周と接触するサドル面と、前記両サドル面の間から駆動ベルト外周側に延在されたネック部と、このネック部外周側に設けられ前記無端バンドの一部を外周から溝幅方向に覆うイヤー部と、このイヤー部の中心部に設けられたノーズ部とを有し、
前記ネック部と前記イヤー部との間であって、前記ネック部側に湾曲する第２逃げ部を形成したことを特徴とする駆動ベルトのエレメント形状。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルト式無段変速機に関し、特に駆動ベルトのエレメント形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ベルト式無段変速機のエレメント形状として特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報には、板状のエレメントとして、隣接するエレメントに対して揺動中心となるロッキングエッジと、無端バンドの内周と接触するサドル面と、サドル面の間から駆動ベルト外周側に延在されたネック部と、このネック部に設けられたノーズ部と、溝幅方向に延在され、無端バンドの一部を外周から覆うイヤー部から構成されている。
【特許文献１】特開２００２−３９２７９号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本出願人は、上記エレメントを使用し、駆動ベルトに対して作用する物理現象について詳細に検討した結果、駆動ベルトの圧縮力発生点におけるエレメントの動的特性として、エレメントの進行方向への急激な速度変化、及びヨー角発生に伴う応力集中が発生していた。これに伴い、エレメント及び無端バンド等に過大な荷重が発生し、耐久性及び伝達トルクの上限を制限していることを見出した。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、十分な耐久性を確保すると共に高トルク伝達が可能な駆動ベルトのエレメント形状を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、エレメントの重心と、隣接するエレメントに対して揺動中心となるロッキングエッジの中心点とが略重なるよう形成した。
【発明の効果】
【０００６】
エレメントの重心とロッキングエッジの中心点とが略重なるように形成したことで、エレメントの姿勢を安定させることができる。よって、エレメント間圧縮力が作用した状態においてエレメントの傾きが発生しにくくなり、エレメント各部や、無端バンドへの過大な応力発生を抑制でき、高トルク伝達を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のベルト式無段変速機のエレメント形状を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１はベルト式無段変速機を表す概略図斜視図である。Ｖ字型のプライマリプーリ２とセカンダリプーリ３の間には、駆動ベルト１が掛け渡されている。尚、プライマリプーリ２は駆動ベルト１を明示するために片側のプーリのみ記載しており、実際には両側から駆動ベルト１を狭持する。プライマリプーリ２及びセカンダリプーリ３の溝幅は図外の油圧シリンダにより変更され、これにより駆動ベルト１の巻き付き径を変更し、無段階の変速を達成している。尚、変速の詳細については周知であるため説明を省略する。
【０００９】
図２は駆動ベルト１の構造を表す概略斜視図である。駆動ベルト１は、スチール製バンドが積層された２組の無端バンド１０と、この無端バンド１０に連続的に組み付けたスチール製のエレメント１１から構成されている。無端バンド１０を構成する各スチール製バンドは９枚又は１２枚からなるが特に限定しない。
【００１０】
図３はエレメント１１の拡大正面図及び側面図である。エレメント１１は、左右対称形状であって、駆動ベルト１の内周側となる下端面端部１１５と、下端面接続部１１６と、下端面中心１１７が形成されている。また、各プーリ２，３との接触面となるフランク面１１４と、無端バンド１０の内周と接触するサドル面１１３と、両サドル面１１３の間から駆動ベルト１外周側に延在されたネック部１１１と、このネック部１１１外周側に設けられ無端バンド１０の一部を外周から溝幅方向に覆うイヤー部１１２と、このイヤー部１１２の中心部に設けられたノーズ部１１０とから構成されている。尚、ノーズ部１１０が形成された面を表面、対向する面を裏面と記載する。
【００１１】
サドル面１１３とネック部１１１との間には、半径r5のRで形成された無端バンド１０側面の逃げ部となる第１逃げ部R1が形成され、ネック部１１１とイヤー部１１２との間には、第１逃げ部R1よりも小さな半径r1のRで形成された第２逃げ部R2が形成されている。また、エレメント１１のノーズ部１１０と対向する裏面側には、後ろに配置されるエレメント１１のノーズ部１１０を収装するホール部１１８が形成されている。
【００１２】
エレメント１１の表面には、ロッキングエッジREが設けられている。このロッキングエッジREを介して図３中上方には、エレメント裏面と平行な第１当接面M1が形成され、ロッキングエッジREを介して図３中下方には、下端面１１５，１１６，１１７に向かって板厚が先細り形状となる第２当接面M2が形成されている。エレメント１１はロッキングエッジREを中心に揺動可能となっている。
【００１３】
エレメント１１の溝幅方向中心における下端面中心１１７への下端面中心深さD1は、最も深く形成されている。また、フランク面１１４側端部における下端面端部１１５への下端面端部深さD2が最も浅く形成されている。下端面接続部１１６は、下端面中心１１７と下端面端部１１５とを滑らかに繋ぐ連続曲線形状とされている。この連続曲線形状は、第１逃げ部R1の最下端を中心に下端面中心１１７までの深さを半径とする円周に干渉しない範囲で形成されている。
【００１４】
図４は従来技術におけるエレメント５と本実施例１のエレメント１とを対比した正面図である。図４に示すように、従来技術のエレメント５のサドル面５３と実施例１のサドル面１１３との高さを同じにして対比した場合の違いを下記に列挙する。
(1)エレメント５の重心点G5を下方に下げ、エレメント１１の重心点G1とロッキングエッジREを一致させた。
(2)第２当接面M2の正面形状において、従来技術は下端面端部５５が下端面中心５７よりも深く形成されると共に、下端面接続部５６はサドル面５３側に湾曲した形状である。これに対し、実施例１では、下端面端部１１５を浅くし、下端面中心１１７を最も深く形成した。これに伴い、フランク面１１４の深さを浅くした。
(3)従来技術における第２逃げ部R2'は、第１逃げ部R1と同じ半径r5のRで形成されていた。これに対し、第２逃げ部R2を従来技術よりも小さな半径r1のRで形成し、かつ、半径中心を従来技術よりも略45°下方に配置して形成した。
(4)イヤー部１１２を小さく形成し、従来技術のエレメント頂頭部５ａの高さよりも、実施例１のエレメント頭頂部１１ａの高さを低くした。
【００１５】
（従来技術におけるエレメント形状の課題について）
ここで、上記形状の目的及び課題に至る従来技術のエレメント動的特性について詳細に説明する。
【００１６】
（エレメント間圧縮力）
駆動ベルト１は、エレメント１１間の圧縮力と無端バンド１０の張力の両方でトルクを伝達する。プーリ推力（プーリの溝幅方向に押す力）を一定とし、プライマリプーリ２の駆動トルクを増大（過大入力）させると、プーリ推力が一定のため無端バンド１０の張力の増加は小さく、この増大した駆動トルクの大半をエレメント間圧縮力によって負担する。図５はエレメント間圧縮力を表す図である。図５に示すように、トルク入力が定常状態におけるエレメント間圧縮力がA1(kN)した場合と、過大入力時におけるエレメント間圧縮力はA1よりも大きなA2(kN)となる。
【００１７】
また、図５中、α１はベルト巻き付き角（プライマリプーリ２と駆動ベルト１の接触開始位置）、β及びβ*は定常入力時及び過大入力時の圧縮力発生点（以下、アクティブアーク開始点と記載する）である。過大入力時のアクティブアーク開始点β*はベルト巻き付き角α１に近づいており、ベルト全滑り直前の状態であることが分かる。
【００１８】
（駆動ベルト巻き付き形状）
図６は、定常入力時及び過大トルク入力時における巻き付き形状をエレメント重心軌跡で表す図である。過大入力時、エレメント間圧縮力が発生している直線部A-Bが外側にたわんでいる。このたわみの原因は、直線部A-Bにおけるエレメント列では、ロッキングエッジREからノーズ部５０周辺にかけて接触しているため、図７に示すように、エレメント間接触面圧の中心がA部及びB部における圧縮加重Qの作用点とわずかにeだけずれ、曲げモーメントが発生しているためであり、たわみはエレメント間圧縮力の増加と共に増大する。一方、バンド張力はこのたわみを抑制する作用を持つ。通常、トルク増加時にはプーリ推力を増大させるので、バンド張力も増加するのに対して、プーリ推力の増大なしに過大入力を与えると、主としてエレメント間圧縮力のみが大きくなり、たわみが顕著になる。また、図５に示すように、過大入力時には駆動ベルト１はプライマリプーリ巻き付き開始後、プーリ内側方向へ移動する。この移動は、駆動ベルト１の外側方向たわみがプライマリプーリ巻き付き後半部にも及ぶために発生する。
【００１９】
（エレメントの倒れ）
図８は、プライマリプーリ巻き付き部におけるエレメント１１のヨー方向倒れ角を示す。過大入力時のヨー角は、プーリ巻き付き後、アクティブアーク開始点までに急増し、定常入力時より大きくなっている。このヨー角急増区間は、上記プーリ内側方向への移動区間と一致している。エレメント５の倒れは、図９に示すように、プライマリプーリ１とセカンダリプーリ２の両プーリＶ溝中心のずれによるベルト芯ずれｆと、エレメント５がプーリ内側に移動する際のフランク面５４の抗力低減の二つの要因により起こる。
【００２０】
（ノーズ部接触力）
図１０はプライマリプーリ巻き付き区間におけるノーズ部５０の横方向接触力を示す図である。通常入力時には、プーリ巻き付き区間で接触力が発生していないのに対し、過大入力時には、アクティブアーク開始点から接触力が発生している。ノーズ部横方向接触力の発生は、図１１に示すように、アクティブアーク開始点におけるエレメントヨー角の増大によるものである。エレメント５が横方向に拘束されるプーリ巻き付き区間において、ノーズ部５０に横方向荷重が発生すると、エレメント首下部には曲げ応力が発生する。
【００２１】
（エレメント応力への影響）
図１２は過大入力時にアクティブアーク開始点のエレメント５に作用する接触力の分布を示す。エレメント間の接触によりノーズ部とロッキングエッジREに、プーリとの接触によりフランク面５４に、そして無端バンドとの接触によりサドル面５３に、それぞれ接触力が作用している。フランク面５４の接触力分布は一様ではなく、フランク面５４前部または後部（左右フランク面で逆）が強く接触している。この片当たりによってフランク面５４にはヨー方向の曲げモーメントが作用する。アクティブアーク開始点ではエレメント５のヨー角は最大となり、従って曲げモーメントも最大となる。また、エレメント５のプーリ内側方向移動によりフランク面５４の垂直抗力及び摩擦力も最大となっている。
【００２２】
（エレメントおよびバンド速度）
図１３にエレメント重心と無端バンドの速度推移を示す。ベルト巻き付き半径でのプーリ周速度V1に対し、定常入力時のエレメント５及び無端バンドの速度は若干低めのV2である。これに対し、過大入力時の無端バンド速度はV3に低下している。プライマリプーリ１上のアクティブアーク区間では、エレメント５がプーリに対して回転の遅れる方向に滑り、この速度低下が発生する。過大入力時には、非アクティブアーク区間（α１〜β*）が減少するため、エレメント間隙間が大きくなり、滑り速度は増大する。また、バンド速度はV3でほぼ一定であるのに対し、エレメント５はプライマリプーリ巻き付き後プーリにより加速、アクティブアーク開始点で減速というように、速度変化が大きい。
【００２３】
（ロッキングエッジ衝撃力）
図１４は、アクティブアーク開始点近傍において一個のエレメントが前方のエレメントから受ける接触力と重心速度の推移を示す。過大入力時、アクティブアーク開始点で衝撃力が発生している。過大入力時、アクティブアーク開始前後でエレメントには大きな速度差が生じ、エレメント５の運動量変化が短時間で発生し、衝撃力となる。
【００２４】
以上説明したように、従来技術におけるエレメント５には、特に過大入力時において、アクティブアーク開始点におけるエレメント速度変化が大きく、強い衝撃力が発生する。また、過大入力時のヨー角の発生により応力集中が発生する。これらの課題を解決するために、実施例１の作用効果を図１５を用いて説明する。
【００２５】
(1)従来技術では、ロッキングエッジREよりも重心点G5が高い位置となっており、エレメント間圧縮力が作用した状態における揺動を増長し、エレメント各部や無端バンド１０への過大な応力発生を招いていた。これに対し、実施例１では、ロッキングエッジREと重心点G1を一致させることで、エレメント１１に発生するモーメントを小さくすることができる。これにより、エレメント１１の揺動を抑制することで、耐久性の向上を図ることができる。
【００２６】
(2)エレメント頂頭部１１ａの高さを、従来技術よりも低くした。ノーズ部１１０にあっては、過大入力時にヨー角の発生によって横方向接触力（図１０，１１参照）が発生する。よって、図１５のハッチング領域に示すように、ノーズ部１１０の周囲には強度確保の観点から最低限の面積を必要とする。図１６は第２逃げ部R2の拡大図である。図１６に示すように、第２逃げ部R2が小さな半径r1のRで形成され、かつ、R中心P1が従来技術における中心P5よりも略45°下方に設定して形成されている。これにより、ノーズ部１１０の周辺の面積を確保しつつ、ノーズ部１１０の位置を下げることができる。
【００２７】
ノーズ部１１０の位置が下がることでエレメント頭頂部１１ａを下げることが可能となり、軽量化を図りつつ、エレメント１１に作用するモーメントを小さくすることができる。また、エレメント頭頂部１１ａを低くすること、及びイヤー部１１２を細めに形成したことで、エレメント重心G1を容易にロッキングエッジRE側に下げることができる。尚、駆動ベルト１によるトルク伝達時には、イヤー部１１２には直接トルクが作用しないため、耐久性の観点からも問題はない。
【００２８】
(3)第２当接面M2の正面形状において、従来技術では下端面端部５５が深く形成されている。よって、図１２に示すように、ヨー角の発生に伴い曲げ応力が発生すると、フランク面５４を結ぶ対角線S5が長く、エレメント各部に作用する曲げモーメントが大きくなる。これに対し、実施例１では、下端面１１５が浅く形成されたことで、フランク面１１４を結ぶ対角線S1を短くすることが可能となり、ヨー角発生時の応力集中を低減することができる。
【００２９】
(4)第2当接面M2の正面形状において、従来技術では下端面接続部５６はサドル面５３側に湾曲して形成されている。よって、第１逃げ部R1の最下端部から下端面接続部５６又は下端面中心５７までの長さj5は短くなっており、応力集中の発生しやすい第１逃げ部R1の強度を十分に確保できていない。特に、従来技術では、対角線S5が長い上に、第１逃げ部R1の最下端部からの長さj5が短く形成されているため、この部分における応力集中がより顕著となる。これに対し、実施例１では、下端面中心１１７が最も深く形成されているため、第１逃げ部R1の最下端部から下端面中心５７までの長さj1を長くすることが可能となり、十分な強度を確保できる。
【００３０】
(5)下端面接続部１１６は、第１逃げ部R1の最下端部を中心とし、半径j1の円周よりも長くなるような連続曲線形状とされているため、下端面全域に亘って十分な強度を確保することができる。また、潤滑油が駆動ベルト１の内周側から供給される際、下端面１１６は連続曲線形状とされているため、下端面１１７から下端面１１５へスムーズに潤滑油を供給することが可能となり、確実にクランク面１１４へ潤滑油を供給することができる。
【００３１】
(6)従来技術の下端面端部５５は深く形成されているため、フランク面５４も深さ方向に長くなり、フランク面中心F5もロッキングエッジREから離れた位置となっていた。これに対し、実施例１では、下端面端部１１５を浅く形成したことで、フランク面１１４を深さ方向に短くすることができる。このとき、フランク面中心F1をロッキングエッジREに近づけることが可能となり、エレメント間圧縮力が発生する際にエレメントに作用するモーメントを小さくすることができる。よって、応力の局所的な集中を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１のベルト式無段変速機を表す概略図斜視図である。
【図２】実施例１の駆動ベルトの構造を表す概略斜視図である。
【図３】実施例１のエレメントの拡大正面図及び側面図である。
【図４】従来技術におけるエレメントと本実施例１のエレメントとを対比した正面図である。
【図５】従来技術におけるエレメント間圧縮力を表す図である。
【図６】従来技術における定常入力時及び過大トルク入力時における巻き付き形状をエレメント重心軌跡で表す図である。
【図７】従来技術におけるエレメント間接触面圧の中心A部及びB部における圧縮加重Qの作用点を表す図である。
【図８】従来技術におけるプライマリプーリ巻き付き部におけるエレメントのヨー方向倒れ角を示す図である。
【図９】従来技術におけるプライマリプーリとセカンダリプーリの両プーリＶ溝中心のずれによるベルト芯ずれを表す図である。
【図１２】従来技術における過大入力時にアクティブアーク開始点のエレメントに作用する接触力の分布を示す図である。
【図１３】従来技術におけるエレメント重心と無端バンドの速度推移を示す図である。
【図１４】従来技術におけるアクティブアーク開始点近傍において一個のエレメントが前方のエレメントから受ける接触力と重心速度の推移を示す図である。
【図１５】従来技術と実施例１のエレメントの対比を表す正面図である。
【図１６】実施例１の第２逃げ部の拡大図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  駆動ベルト
２  プライマリプーリ
３  セカンダリプーリ
５  エレメント（従来技術）
１０  無端バンド
１１  エレメント（実施例１）
１１１  ネック部
１１２  イヤー部
１１３  サドル面
１１４  フランク面
１１５  下端面端部
１１６  下端面接続部
１１７  下端面中心
RE  ロッキングエッジ
R1  第１逃げ部
R2  第２逃げ部
【図１】
2006009950.tif 000003
【図２】
2006009950.tif 000004
【図３】
2006009950.tif 000005
【図４】
2006009950.tif 000006
【図５】
2006009950.tif 000007
【図６】
2006009950.tif 000008
【図７】
2006009950.tif 000009
【図８】
2006009950.tif 000010
【図９】
2006009950.tif 000011
【図１０】
2006009950.tif 000012
【図１１】
2006009950.tif 000013
【図１２】
2006009950.tif 000014
【図１３】
2006009950.tif 000015
【図１４】
2006009950.tif 000016
【図１５】
2006009950.tif 000017
【図１６】
2006009950.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月8日(2004.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
【図１】実施例１のベルト式無段変速機を表す概略図斜視図である。
【図２】実施例１の駆動ベルトの構造を表す概略斜視図である。
【図３】実施例１のエレメントの拡大正面図及び側面図である。
【図４】従来技術におけるエレメントと本実施例１のエレメントとを対比した正面図である。
【図５】従来技術におけるエレメント間圧縮力を表す図である。
【図６】従来技術における定常入力時及び過大トルク入力時における巻き付き形状をエレメント重心軌跡で表す図である。
【図７】従来技術におけるエレメント間接触面圧の中心A部及びB部における圧縮加重Qの作用点を表す図である。
【図８】従来技術におけるプライマリプーリ巻き付き部におけるエレメントのヨー方向倒れ角を示す図である。
【図９】従来技術におけるプライマリプーリとセカンダリプーリの両プーリＶ溝中心のずれによるベルト芯ずれを表す図である。
【図１０】従来技術におけるプライマリプーリ巻き付き区間におけるノーズ部の横方向接触力を示す図である。
【図１１】従来技術におけるエレメントヨー角の増大によるノーズ部横方向接触力の発生を示す図である。
【図１２】従来技術における過大入力時にアクティブアーク開始点のエレメントに作用する接触力の分布を示す図である。
【図１３】従来技術におけるエレメント重心と無端バンドの速度推移を示す図である。
【図１４】従来技術におけるアクティブアーク開始点近傍において一個のエレメントが前方のエレメントから受ける接触力と重心速度の推移を示す図である。
【図１５】従来技術と実施例１のエレメントの対比を表す正面図である。
【図１６】実施例１の第２逃げ部の拡大図である。
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月9日(2004.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2006009950.tif 000019