(57)【要約】【課題】ベルト式無段変速機の、エレメントを周方向に配列して形成したベルトにおいて、エレメントのかみ込み周期で発生する振動・ノイズ等を低減する。【解決手段】周方向に配列されてベルトを構成するエレメント３８において、入力プーリ１６の挟持力に対する剛性が異なる複数種類のものを用意し、これを混合して配列する。例えば、エレメント３８の入力プーリ１６に接触する接触面４４ａ，４４ｂの形状を異ならせることにより剛性の差を設ける。接触面４４ａ，４４ｂのなす角が、プーリの円錐面の母線のなす角と一致する第１の種類のエレメントと、接触面のなす角が、プーリ円錐面の母線のなす角と異なる第２の種類のエレメントを用いベルトを構成する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無段変速機のプーリに掛け渡され、プーリ間で動力を伝達し、周方向に複数のエレメントが配列された無段変速機用ベルトであって、
前記エレメントは、プーリより受ける力に対する剛性において差のある複数の種類を含み、
前記剛性は、一つの種類のエレメントでベルトを構成したとき、ベルトの長さ当たりの剛性で定義される、
無段変速機用ベルト。
【請求項２】
請求項１に記載の無段変速機用ベルトであって、
当該ベルトは、間隔を変更可能な対向する円錐面を有するプーリの円錐面に挟持され、  前記エレメントは、プーリ円錐面に接触する二面の角度を異ならせることにより剛性に差が設けられている、
無段変速機用ベルト。
【請求項３】
請求項１に記載の無段変速機用ベルトであって、
当該ベルトは、間隔を変更可能な対向する円錐面を有するプーリの円錐面に挟持され、  前記エレメントは、ベルトが挟持される方向およびベルトの周方向にそれぞれ直交する方向の寸法を異ならせることにより剛性に差が設けられている、
無段変速機用ベルト。
【請求項４】
請求項１に記載の無段変速機用ベルトであって、前記エレメントは、材質を異ならせることにより剛性に差が設けられている、無段変速機用ベルト。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の無段変速機用ベルトであって、前記エレメントは２種類である、無段変速機用ベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無段変速機の動力伝達に用いられるベルト、特に複数のエレメントを周方向に配列した無段変速機用ベルトの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
プーリにベルトを巻き渡し、プーリに対する巻き掛かり半径を変更することにより、連続的に変速比を変更するベルト式無段変速機が知られている。下記特許文献１には、間隔が変更可能な対向する円錐面を有する二つのプーリに、ベルトを前記円錐面で挟持するようにして掛け渡し、円錐面の間隔を変更してベルトの巻き掛かり半径を変更して、連続的に変速比を変更するベルト式無段変速機が示されている。この変速機のベルトは、複数のブロックエレメントを周方向に配列して構成されている。この形式の変速機においては、複数のブロックエレメントが次々にプーリ円錐面にかみ込まれ、このかみ込みの周期で加振力が発生して、この周期にピークを有する振動等が発生するという問題がある。特許文献１においては、厚さの異なるブロックエレメントを用いることで、かみ込みの周波数を分散させ、振動ピークを低減している。
【０００３】
【特許文献１】特許第２５３２２５３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エレメントを周方向に配列して形成したベルトにおいて、エレメントのかみ込み周期で発生する振動・ノイズ等を低減する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る無段変速機用ベルトは、周方向に複数のエレメントが配列されて構成され、プーリより受ける力に対する剛性において差のある複数種類のエレメントを含むものである。ここでの剛性は、一つの種類のエレメントでベルトを構成したとき、長さ当たりのベルトの剛性をいう。この剛性の変更は、例えばベルトの周方向に直交するエレメントの断面形状を異ならせることにより可能となる。
【０００６】
例えば、当該ベルトが、間隔を変更可能な対向する円錐面を有するプーリの円錐面に挟持されるものであるとき、エレメントの、プーリ円錐面に接触する二面の角度を異ならせることにより剛性に差を設けるようにできる。
【０００７】
また、当該ベルトが、間隔を変更可能な対向する円錐面を有するプーリの円錐面に挟持され、エレメントの、ベルトが挟持される方向およびベルトの長さ方向にそれぞれ直交する方向の寸法を異ならせることにより剛性に差を設けるようにできる。
【０００８】
また、エレメントの、材質を異ならせることにより剛性に差を設けるようにできる。
【０００９】
さらに、剛性が異なるエレメントの種類は、２種類とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、ベルト式無段変速機の一例を示す概略構成図である。無段変速機１０の入力軸１２および出力軸１４には、軸と共に回転する入力プーリ１６および出力プーリ１８が設けられている。入力プーリ１６は、入力固定シーブ２０と入力可動シーブ２２を含み、これらシーブ２０，２２は、向かい合う面が入力軸１２の中心軸線を軸とする円錐面の一部である略円錐台形状を有している。固定シーブ２０は、入力軸１２に対し、回転方向のみならず軸方向にも固定されている。可動シーブ２２は、入力軸１２に対して回転方向には規制され、軸方向に移動を許容されている。可動シーブ２２の背後、すなわち軸方向において固定シーブ２０と反対側に、流体圧シリンダ２４が配置されている。そして、可動シーブ２２自体がピストンとして機能し、流体圧シリンダ２４と共にアクチュエータを形成する。流体圧シリンダ２４およびピストンとしての可動シーブ２２により形成される流体圧室２６に、作動流体が流体圧ライン（不図示）より供給され、また流体圧室２６より排出されることにより、可動シーブ２２は、入力軸１２に沿って移動する。
【００１１】
出力プーリ１８に関しても、入力プーリ１６とほぼ同様の構成を採る。すなわち、出力プーリ１８は、回転方向、軸方向に動きを規制された出力固定シーブ２８、その動きが回転方向には規制され、軸方向には許容される出力可動シーブ３０を含んでいる。可動シーブ３０の背後には、流体圧シリンダ３２が配置され、これとピストンとしての可動シーブ３０により流体圧室３４を含むアクチュエータが構成される。このアクチュエータにより可動シーブ３０の移動が制御される。
【００１２】
入力プーリの二つのシーブ２０，２２、出力プーリの二つのシーブ２８，３０はそれぞれ、二つのシーブの向き合う円錐面によりベルト３６を挟持し、プーリ１６，１８はベルト３６と係合する。
【００１３】
ベルト３６は、図示される形状を有する薄板のエレメント３８を多数配列し、これらを無端で可撓性のある２本のフープ４０で、たがをかけたようにして形成されている。このベルト３６が、入出力プーリ１６，１８に掛け渡され、エレメント３８の側面がシーブと係合している。ベルト３６の幅、すなわちエレメント３８の側面の幅は一定であるので、対をなすシーブの間隔が決定すれば、ベルト３６のプーリ１６，１８に対する巻き掛かり位置、すなわち巻き掛かり半径Ｒin，Ｒoutが定まる。入出力の巻き掛かり半径比によって、変速比が決定される。さらに可動シーブ２２，３０を移動させることにより巻き掛かり半径を変更することができ、これによって変速比の変更が可能となる。具体的には、入力プーリ１６に対する巻き掛かり半径Ｒinを大きくしようとする場合には、流体圧室２６内に作動流体を供給し、可動シーブ２２を進出させる方向にアクチュエータを作用させる。この押圧力により、入力プーリ１６およびベルト３６の回転に伴って、ベルト３６は押し出されるようにして巻き掛かり半径Ｒinが増加する。巻き掛かり半径Ｒinを小さくする場合は、可動シーブ２２が逆に動き、ベルト３６は、シーブ間の谷間に落ち込むように移動して巻き掛かり半径Ｒinが縮小する。出力プーリ１８側もほぼ同様にして巻き掛かり半径Ｒoutの変更が行われるが、入出力プーリ１６，１８において、シーブの動きは反対向きである。すなわち、一方の軸において、シーブの間隔を狭め、巻き掛かり半径を増加させようとしているときは、他方の軸においては、シーブの間隔を拡げ、巻き掛かり半径を縮小するように協調して制御される。
【００１４】
以上のような、間隔を変更可能な対向する円錐面を有する二つのプーリと、これらのプーリの円錐面に挟持されて二つのプーリに掛け渡されたベルトとを有し、円錐面の間隔を変更してベルトの巻き掛かり半径を変更し、連続的に変速比を変更できる連続可変比変速機が知られている。
【００１５】
図２は、上述のベルト式無段変速機１０の無端のベルト３６の構造を示す図である。エレメント３８は、ベルト長手方向に、フープ４０で束ねられて配列されている。左右２本あるフープ４０は、それぞれ薄い鋼製のバンド４２を積層して形成されている。この鋼製バンド４２の枚数は、主に当該ＣＶＴの最大伝達トルクにより決定され、十分な強度が達成されれば、１枚とすることも可能である。
【００１６】
このような、エレメント３８をベルトの周方向に並べて配置したベルトにおいて、エレメント３８の一つ一つがプーリ１６，１８に挟持される周期で、プーリ及びベルトは加振力を受け、振動およびノイズが発生する。本実施形態のベルトは、剛性の異なる複数種類のエレメントを用いることで、振動およびノイズの低減を図っている。ここでの剛性は、プーリより受ける力に対する剛性であり、さらに同種類のエレメントでベルトを構成した場合に、そのベルトの長さ当たりの剛性をいう。したがって、断面形状は同じで、厚さの異なるエレメントの場合、ベルトの長さ当たりの剛性は等しくなるため、本願でいう異なる種類のエレメントにはならない。
【００１７】
図３は、エレメントのかみ込みにより発生する加振力のモデルを示す図である。（ａ）は１種のエレメントで構成されたベルトにかかる加振力を示し、（ｂ）は２種の異なる剛性を有するエレメントで構成されたベルトにかかる加振力を示している。横軸が時間、縦軸が加振パワーを示している。エレメントが挟持されるごとに、図示する三角形の加振力が発生し、個々のエレメントが挟持されるごとにこれが繰り返され、全体として図示されるのこぎりの歯のような形状となる。個々のエレメントによる加振パワーを示す三角形において、その底辺Ａ，Ｃ１，Ｃ２は、個々のエレメントの剛性に関連する。すなわち、エレメントの剛性が低いと、かみ込み時により大きく変形し、変形に要する時間も長くなる。したがって、３種の三角形の中で、底辺Ｃ２の三角波形を作るエレメントが最も剛性が高く、底辺Ｃ１のエレメントが最も剛性が低い。また、剛性の異なる２種のエレメントは同数を用いてベルトを構成し、またベルト全体の剛性は一定となるように、平均剛性が、１種のエレメントを用いた場合と等しくする。前述の三角形の底辺を用いて示せば次式となる。
（Ｃ１＋Ｃ２）／２＝Ａ  ・・・（１）
いずれの場合も、エレメントがプーリに挟持される周期、すなわちエレメントのかみ込み周期Ｔは、一定である。また、２種のエレメントの配列は、ランダムな順序で配列される。
【００１８】
図４は、１種類のエレメントを用いて構成されたベルトと、剛性比が４の（Ｃ１／Ｃ２＝４）２種類のエレメントを用いて構成されたベルトのそれぞれの振幅を比較した図である。具体的には、図３の加振パワーの波形を周波数解析を行ったものである。剛性は、上記の式（１）を満足している。なお、横軸は、エレメントのかみ込み周期に関する次数として表されている。
【００１９】
図示されるように、破線で示す剛性比が１、すなわち１種のエレメントでベルトを構成した場合（ピーク時の振幅０．３８３）に比して、剛性比が４の２種のエレメントでベルトを構成した場合（振幅０．１１５）、かみ込み１次のピークが約３０％に減少している。なお、２種類のエレメントの配列の仕方は、ランダムな順序となっており、ランダムの場合には、具体的な配列順序によらず、かみ込み１次の振幅は、同等であった。
【００２０】
図５は、剛性比とかみ込み１次の振幅のピークの関係を示す図である。剛性比が大きくなるに従って、かみ込み１次の振幅が小さくなることが示されている。
【００２１】
図６は、４種類の剛性のエレメントをランダムに配列して構成したベルトの振幅を、１種類のエレメントで構成されたベルトと比較した図である。破線は１種類のエレメントで構成された場合を示し、このときのピーク時の振幅は０．３８３である。４種類のエレメントは、最大剛性比４、最小剛性比１．８６となっている。このように、２種類を超えるような種類のエレメントを用いても、振幅を抑制する効果が認められる。
【００２２】
次に、具体的にエレメントの剛性を変化させる手法について説明する。前述のように、ここでいう剛性は、ベルトの長さ当たりの剛性であり、エレメントの厚さを変化させても、変わらない。ベルトの周方向に直交する断面の形状を変えることにより、ベルトの長さ当たりの剛性を変化させることができる。また、エレメントを構成する材料の弾性係数を異ならせることによっても、ベルトの長さ当たりの剛性を変化させることができる。例えば、鋼とアルミニウムを用いて２種のエレメントを作成することができる。
【００２３】
前記の断面形状を変える場合、例えば、エレメントの、プーリの円錐面に接触する面の形状を異ならせることにより剛性を変えることができる。第１の種類のエレメントにおいては、プーリの円錐面に対向する面全体が接触するようにし、第２の種類のエレメントにおいては、片当たりを発生させて、プーリの挟持力に対する剛性を変えることができる。
【００２４】
図７は、エレメント３８の形状を示す図である。入力プーリ１６を構成する二つのシーブ２０，２２の円錐面は、その母線が１１．００度をなすよう構成されている。出力プーリ１８についても同様である。エレメント３８のプーリ円錐面に接触する面４４ａ，４４ｂのなす角は、第１の種類のエレメント３８Ａにおいては、円錐面の角度と同じ１１．００度となっている。このエレメント３８Ａは、接触面４４ａ，４４ｂ全体が均一に円錐面に接触する。第２の種類のエレメント３８Ｂは、接触面４４ａ，４４ｂのなす角が１０．９３度となっている。２種のエレメントの厚さ、すなわち図７の紙面を貫く方向の寸法は共通である。
【００２５】
第２の種類のエレメント３８Ｂは、接触面４４ａ，４４ｂの下端が強く当たる片当たり状態でプーリ円錐面に接触する。このために、第２の種類のエレメント３８Ｂは、第１の種類のエレメント３８Ａに対して、通常の使用条件で約４倍の変形量となり、剛性比が４となる。剛性比は、接触面の角度を調整することにより、変更することができる。
【００２６】
図８は、第１の種類のエレメント３８Ａと、第２の種類のエレメント３８Ｂについて、それぞれ単独でベルトを構成した場合と、これらを同数用い、ランダムに配列してベルトを構成した場合の振幅を示した図である。第１の種類のエレメント３８Ａでは、図中一点鎖線で示され、振幅は０．１９３、第２の種類のエレメント３８Ｂは破線で示され、振幅は０．３９１である。２種類を組み合わせたものは振幅が０．１１５となっている。２種類のエレメント３８Ａ，３８Ｂを組み合わせて用いることにより、単一の種類で構成した場合より、振幅のピークを低減させることができることが分かる。
【００２７】
図９は、エレメントの断面形状を変えて、剛性を変化させる他の手法を示す図である。この手法においては、プーリからの力を受ける部分の寸法を変化させている。（ａ）に第１の種類のエレメント３８Ｃが、（ｂ）に第２の種類のエレメント３８Ｄが示されている。第１の種類のエレメント３８Ｃの接触面４６ａ，４６ｂのなす角、および第２の種類のエレメント３８Ｄの接触面４８ａ，４８ｂのなす角度は、共にプーリ円錐面の母線のなす角に一致する１１．００度である。また、接触面４６ａと接触面４８ａ、接触面４６ｂと接触面４８ｂのプーリ円錐面母線方向の長さは、共通である。また、２種のエレメントの厚さ、すなわち図９の紙面を貫く方向の寸法は共通である。
【００２８】
２種のエレメント３８Ｃ，３８Ｄにおける相違は、接触面の間の部分の寸法である。接触面の間の部分の、図中の高さ方向の寸法、すなわち、ベルトの周方向とプーリにより挟持される方向に直交する方向の寸法が、第１の種類のエレメント３８Ｃがｈであるのに対し、第２の種類のエレメント３８Ｄはその半分のｈ／２となっている。この部分は、シーブ２０，２２による挟持力を受ける部分であり、この部分の断面積が２分の１になれば、剛性もおよそ２分の１になる。
【００２９】
図１０は、これらの２種のエレメントをランダムな配列順序で並べて構成したベルトと、１種類のみのエレメントで構成したベルトの振幅を示している。第１の種類のエレメント３８Ｃのみで構成したベルトでは振幅は０．３０９、第２の種類のエレメント３８Ｄのみで構成したベルトでは振幅は０．４０９である。これに対し、２種のエレメント３８Ｃ，３８Ｄで構成したベルトでは、振幅が０．２８３となっており、振動が低減していることが分かる。
【００３０】
以上、エレメントの、プーリに接触する面の角度を変えること、またエレメントの、プーリによる挟持力を受ける部分の高さ寸法を変えることにより、ベルトの長さ当たりの剛性を変化させ、複数種類の剛性のエレメントを用いることにより、ベルトの振動等が低減することが示された。しかし、他の手法により剛性を変化させることも可能である。例えば、プーリの円錐面と、エレメントのプーリに対する接触面との少なくとも一方に、プーリ半径方向の断面において、曲率を与え接触面積を変化させることで、剛性を変化させるようにもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ベルト式無段変速機の構成の一例を示す図である。
【図２】無段変速機用ベルトの構成の一例を示す図である。
【図３】加振パワーの波形を示す図である。
【図４】エレメントの種類が１種類のベルトと剛性比の異なる２種類のベルトの振幅を示す図である。
【図５】ベルトを構成するエレメントの剛性比と、ベルトの振幅との関係を示す図である。
【図６】エレメントの種類が１種類のベルトと４種類のベルトの振幅を示す図である。
【図７】エレメントの形状の例を示す図である。
【図８】接触面４４ａ，４４ｂがなす角度が異なる２種類のエレメントで構成されたベルトの振幅を示す図である。
【図９】エレメントの形状の他の例を示す図である。
【図１０】図９に示す２種類のエレメントで構成されたベルトの振幅を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  無段変速機、１６  入力プーリ、１８  出力プーリ、２０  入力固定シーブ、２２  入力可動シーブ、２８  出力固定シーブ、３０  出力可動シーブ、３６  ベルト、３８  エレメント、４０  フープ、４４ａ，４４ｂ，４６ａ，４６ｂ，４８ａ，４８ｂ  接触面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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