(57)【要約】【課題】動力伝達効率の低下や摩耗を抑制可能な安価な金属ベルトを提供する。【解決手段】ベルト本体として機能するリング３に多数の板状のエレメント２、２を相互接触状態となるように整列させて組付けて構成する無段変速機用の金属ベルト１に、互いに隣接するエレメント２、２の間隔を離間させることで残余のエレメント２、２同士を接触させるばね手段２０を互いに間隔を空けて複数配置した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルト本体として機能するリングに多数の板状のエレメントを相互接触状態となるように整列させて組付けて構成する無段変速機用の金属ベルトであって、
互いに隣接するエレメントの間隔を離間させることで残余のエレメント同士を接触させるばね手段を互いに間隔を空けて複数配置したことを特徴とする金属ベルト。
【請求項２】
前記ばね手段は、エレメントに相似したばね材で形成され、エレメント間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の金属ベルト。
【請求項３】
前記ばね手段は、エレメントの一部を折曲げてエレメントと一体に形成されることを特徴とする請求項１に記載の金属ベルト。
【請求項４】
前記ばね手段は、金属ベルトの圧縮側に位置するエレメントおよびばね手段の潰れで発生する隙間増加およびリング張力によるリング伸びにより発生する隙間増加の合計以上のストロークを複数個で確保するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の金属ベルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無段変速機に用いる金属ベルトに関し、特に、無端状の金属製リングと多数の駒状のエレメントとを組み合わせてなる金属ベルトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から無端状の金属製リングに多数の駒状のエレメントを装着した無段変速機用金属ベルトが一般的に知られている。金属ベルトは一対のプーリに巻掛けることでベルト式無段変速機を構成し、入力側プーリの回転動力を出力側プーリに伝達する。一対のプーリに巻掛けられた金属ベルトのエレメントは、動力を伝達する圧縮側で圧縮力により互いが密着し、出力プーリに巻掛かり、出力プーリから入力プーリへの戻り側で圧縮力が解かれ、圧縮力が解かれた状態で入力プーリに巻掛かり、入力プーリの回転に伴い前記圧縮側に到る。
【０００３】
この金属ベルトは、リングにエレメントを組付けた時に残るエレメントの厚さ未満の隙間に他より薄く形成したエレメントを組付けて隙間を小さくするものであるが、組付け作業性から若干の隙間が最終的に残る。前記隙間は、金属ベルトが一対のプーリに巻掛けられて動力を伝達する際、圧縮側でのエレメントの圧縮変形、および、リングに生ずる曲げ応力および伝達負荷に応じた引張り応力によるリングの周方向への伸び変形に伴い拡大され、前記圧縮力が解かれた戻り側および入力プーリへの巻掛かり側のエレメント同士の間に夫々隙間を生じさせる。隙間を持って入力プーリに巻掛かったエレメントは、入力プーリの回転に伴い前記圧縮側に到る間に、入力プーリのプーリ面上を周方向にミクロスリップを生じながら互いに密着されていくことになり、スリップに伴う動力伝達効率の低下や摩耗を発生させる。
【０００４】
上記エレメント間の隙間による不具合を解消するために、最大入力トルク時のエレメントの圧縮変形およびリングの伸び変形を見込んで、予めリングに引張力を付与し且つエレメントに圧縮力を付与した金属ベルトが提案されている（特許文献１参照）。これは、リングの周長を、リングに多数配列されたエレメントの周長に対して短く設定することで、エレメントとリングとのタイト量を、最大張力発生時に生ずるリングの伸び量以下に設定している。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−２６６２４７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、最大入力トルク時の引張力がプリロードとしてリングに常に加わるため、リングは高い耐久性を必要とし、しかも、入出力プーリにより繰り返し負荷される曲げ応力が更に負荷されることによっても破損することの無いように、高い強度材料および高い形状精度を必要とし、高価なリングとなる不具合があった。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、動力伝達効率の低下や摩耗を抑制可能な安価な金属ベルトを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ベルト本体として機能するリングに多数の板状のエレメントを相互接触状態となるように整列させて組付けて構成する無段変速機用の金属ベルトに、互いに隣接するエレメントの間隔を離間させることで残余のエレメント同士を接触させるばね手段を互いに間隔を空けて複数配置した。
【０００９】
【発明の効果】
したがって、本発明では、無段変速機用の金属ベルトに、互いに隣接するエレメントの間隔を離間させることで残余のエレメント同士を接触させるばね手段を互いに間隔を空けて複数配置したため、出力プーリから離脱して入力プーリに到る領域および入力プーリに接触して共に回転して圧縮側に到る領域でのエレメント同士の隙間を無くして接触状態を継続させることができ、圧縮側の入力プーリ上で離間していたエレメント同士がスリップしながら接触を開始することを防止でき、動力伝達効率の低下させることがない。しかも、ばね手段によるリング張力の上昇は小さく抑制しており、リング張力の上昇は専ら伝達トルクに応じてなされるものであるため、常に最大の張力が作用する場合に比較してリング耐久性を向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の金属ベルトを一実施形態に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明を適用した金属ベルトを用いたベルト式無段変速機の駆動メカニズムを示す説明図、図２は本発明の金属ベルトに介装する第１実施例のばね手段の斜視図、図３はばね手段の特性を示すグラフ、図４および図５は金属ベルトとして無段変速機に組付けたエレメント隙間およびリング応力の状態を示す説明図、図６は比較例のリング応力の状態を示す説明図、図７は本実施形態の第２実施例のばね手段の斜視図である。ここでは、先ず、金属ベルトの使用形態を図１に示すベルト式無段変速機図により説明し、次いで、対象とする金属ベルトについて説明する。
【００１２】
図１において、ベルト式無段変速機は、軸方向相対位置が可変となった一対の対向する円錐状の傾斜面６、７によるＶ字状溝６Ａ、７Ａを備える入力プーリ４および出力プーリ５を備える。金属ベルト１は入力プーリ４および出力プーリ５の各Ｖ字状溝６Ａ、７Ａに巻回される。金属ベルト１は多数のエレメント２と各エレメント２を整列させて保持する無端状のリング３とにより構成されている。各エレメント２、２は前記Ｖ字状溝６Ａ、７Ａに係合し且つベルト本体として機能する無端状のリング３の張力によって拘束される。巻掛けられた金属ベルト１のエレメント２、２・・・は、入力プーリ４から出力プーリ５に到る動力を伝達する圧縮側で互いが密着され、出力プーリ５のＶ字状溝７Ａと接触して共に回転し、出力プーリ５から入力プーリ４への戻り側（領域Ａ）で前記圧縮が解かれ、圧縮が解かれた状態で入力プーリ４のＶ字状溝６Ａに接触して共に回転し（領域Ｂ）、入力プーリ４の回転に伴い前記圧縮側に到る。
【００１３】
図２に示すように、エレメント２は、プーリ４、５のＶ字状溝６Ａ、７Ａへの接触面となる傾斜した左右一対のフランク部１０を備えるボディ部１１と、ボディ部１１に隣接させて一対のリング受容溝１２を形成するようボディ部１１に幅狭のネック部１３を介して連結したヘッド部１４とを備える。前記リング受容溝１２はボディ部１１のサドル面１５、ネック部１３およびヘッド部１４に形成されたイヤー部１６とにより三方を囲んで形成している。前記リング受容溝１２には、図示しないが、薄板状のリング素片を幾重にも積層してなるベルト本体としての金属製のリング３が嵌め合わされ、これにより数百個のエレメント２、２・・・が相互につながれて金属ベルト１として機能する。また、エレメント２のヘッド部１４には、一方を突起１７Ａとし他方を図示しない凹みとする係合部１７を備え、隣接するエレメント２、２同士が係合部１７で係合することでエレメント２、２同士のアライメントがずれるのを防止している。なお、各エレメント２、２・・・は、ボディ部１１がリング３の内周側となり、ヘッド部１４がリング３の外周側となる。
【００１４】
金属ベルト１には、複数箇所、例えば、３〜４箇所に配置して、エレメント２、２間に挟んでばね手段２０を備える。ばね手段２０は、図２に示すように、エレメント２の係合突起１７に穴２１で係合し、ヘッド部１４およびボディ部１１に接触する中央部から左右に延ばした脚部２２、２３がヘッド部１４およびボディ部１１から離間してその各先端が隣接するエレメント２のヘッド部１４およびボディ部１１に接触するばね材で形成され、左右の脚部２２、２３間にリング３を収容する概ねエレメント２と相似形をなすよう構成している。
【００１５】
このばね手段２０の応力−歪特性は、図３に示すように、エレメント２、２同士を接触させるよう作用する圧縮力の反作用力であるリング発生応力の初期段階でその最大潰れ量まで弾性変形され、それ以降のリング発生応力に対して変形量が変化しない、即ち、エレメント２、２間で偏平となるよう構成している。ばね手段２０は、また、リング発生応力が低下してエレメント２、２間に作用する圧縮力がその弾性力より低下する時には初期の形状に復帰するようにしている。このため、ばね手段２０は、エレメント２、２間に配置されて、前記圧縮側を通過する間においては、作用する圧縮力によりエレメント２、２に挟まれて平面状に弾性変形され、出力プーリ５から離脱した時点から入力プーリ４に接触して圧縮側に回転される直前までの領域Ａ、Ｂの間で、隣接するエレメント２、２間で弾性変形から復帰して、ばね手段２０が介装されていないエレメント２、２同士に圧縮力を付与して互いを接触させるよう機能する。
【００１６】
前記ばね手段２０は、複数配列した少なくとも一つが前記戻り側の出力プーリ５と入力プーリ４との間の領域Ａにあるように配置する。即ち、一つのばね手段２０を挟んだエレメント２、２が入力プーリ４に巻掛かる段階で別の一つのばね手段２０を挟んだエレメント２、２が出力プーリ５から領域Ａに繰出されるようなタイミングで配置される。
【００１７】
以上の構成のばね手段２０を含む金属ベルト１は、入力プーリ４および出力プーリ５の各Ｖ字状溝６Ａ、７Ａに巻回してベルト式無段変速機に組込まれた時に、以下のように動作する。
【００１８】
巻掛けられた金属ベルト１のエレメント２、２は、入力プーリ４から出力プーリ５に到る動力を伝達する圧縮側で互いが密着され、出力プーリ５のＶ字状溝７Ａと接触して共に回転し、出力プーリ５から入力プーリ４への戻り側である領域Ａで前記圧縮が解かれ、圧縮が解かれた状態で入力プーリ４のＶ字状溝６Ａに接触して領域Ｂに移行して入力プーリ４と共に回転し、入力プーリ４の回転に伴い領域Ｂから前記圧縮側に到る。
【００１９】
この間において、圧縮側に位置するばね手段２０および出力プーリ５に接触しているエレメント２、２に挟まれたばね手段２０は、エレメント２、２同士を密着させる圧縮力により平面状に弾性変形される。領域Ａおよび領域Ｂに位置するばね手段２０は、ばね手段２０が介装されていないエレメント２、２同士に圧縮力を付与して互いを接触させる。即ち、エレメント２、２同士を密着させる圧縮力から解放されてエレメント２、２間に生じようとする隙間分だけ、平面形状からその弾性により初期形状に形状復帰し、領域Ａおよび領域Ｂに存在するエレメント２、２間に隙間が生じないようにする。
【００２０】
従って、隙間を持って入力プーリ４に巻掛かったエレメント２が入力プーリ４の回転に伴い前記圧縮側に到る間に入力プーリ４のプーリ面上を周方向にミクロスリップを生じながら互いに密着されていく状態を生じることがない。このため、ミクロスリップに伴う動力伝達効率の低下や摩耗が発生することもない。
【００２１】
図４および図５は、金属ベルト１の全周におけるエレメント隙間およびリング応力の無負荷時、低負荷時、高負荷時の変化を示したものである。なお、図６は比較例としての特開昭６３−２６６２４７号公報におけるリング応力の無負荷時、低負荷時、高負荷時の変化を示したものである。
【００２２】
無負荷時においては、エレメント間に隙間を生じさせない比較例と同様に、エレメント隙間は複数のばね手段２０の上記作動によりマイナス側となり、即ち、複数のばね手段２０の全てが偏平状態となるまでの寸法分だけの余裕代Ｃ１をもってエレメント２、２同士を隙間無く接触させている（図４（Ａ）参照）。また、図５（Ａ）に示すように、リング応力は金属ベルト１が入出力プーリ４、５に巻掛けることにより生ずる曲げ応力Ｄ１とばね手段２０で発生する弾性力により生ずる張力Ｄ２のみとなる。このリング応力は、図６（Ａ）に示すように、リング３のプーリ４、５への巻掛けることによる曲げ応力Ｄ１に加えて入力トルクが最大の状態でのエレメントの潰れおよびリングの伸びを考慮した引張り応力Ｄ６が負荷されている比較例のリング応力に対して、極めて小さい値である。
【００２３】
低負荷時においては、比較例と同様に、エレメント隙間は、全てのばね手段２０による前記余裕代Ｃ１からリング３の伸びＣ２、圧縮側に位置するエレメント２およびばね手段２０の潰れ代Ｃ３、Ｃ４を差引いた残り分Ｃ５がトータルエレメントの隙間としてマイナス側に存在するので、領域Ａおよび領域Ｂではエレメント２、２間に隙間を生じない（図４（Ｂ）参照）。この時のリング応力は、図５（Ｂ）に示すように、無負荷時のリング応力（Ｄ１＋Ｄ２）から、圧縮側に位置するエレメント２およびばね手段２０の潰れ代Ｃ３、Ｃ４によりリング３に作用する引張り応力の減少分Ｄ３が差引かれ、伝達トルクにより作用する引張り応力Ｄ４が加算されたトータルリング応力Ｄ５となる。このトータルリング応力Ｄ５は、図６（Ｂ）に示すように、無負荷時の最大応力（Ｄ１＋Ｄ６）から圧縮側に位置するエレメントの潰れ代によりリングに作用する引張り応力の減少分Ｄ７を差引き、伝達トルクにより作用する引張り応力Ｄ８を加算する比較例のトータルリング応力Ｄ９より大幅に小さくなる。
【００２４】
高負荷時においては、比較例と同様に、エレメント隙間は、全てのばね手段２０による前記余裕代Ｃ１からリング３の更なる伸びＣ２Ａ、圧縮側に位置するエレメント２およびばね手段２０の更なる潰れ代Ｃ３Ａ、Ｃ４Ａを差引いた残り分Ｃ５Ａがトータルエレメントの隙間として若干マイナス側に存在するので、領域Ａおよび領域Ｂではエレメント２、２間に隙間を生じない（図４（Ｃ）参照）。この時のリング応力は、図５（Ｃ）に示すように、無負荷時のリング応力（Ｄ１＋Ｄ２）から、圧縮側に位置するエレメント２およびばね手段２０の更なる潰れ代Ｃ３Ａ、Ｃ４Ａによりリング３に作用する引張り応力の減少分Ｄ３Ａが差引かれ、伝達トルクにより作用する大きな引張り応力Ｄ４Ａが加算されたトータルリング応力Ｄ５Ａとなる。このトータルリング応力Ｄ５Ａは、図６（Ｃ）に示すように、無負荷時の最大応力（Ｄ１＋Ｄ６）から圧縮側に位置するエレメント２の潰れ代によりリング３に作用する引張り応力の更なる減少分Ｄ７Ａを差引き、伝達トルクにより作用する大きな引張り応力Ｄ８Ａを加算する比較例のトータルリング応力Ｄ９Ａと同等となる。
【００２５】
以上の比較から、ばね手段２０を具備する金属ベルト１においては、伝達トルクによる圧縮側に位置するエレメント２およびばね手段２０の潰れで発生する隙間増加、および、リング引張り力によるリング伸びで発生する隙間増加の合計以上の余裕分Ｃ１を確保することで、領域Ｂにおけるエレメント２、２間に隙間が発生しない。しかも、比較例のエレメントの潰れを見込んだリング張力より、ばね手段２０によるリング張力が格段に小さいため、リング３の耐久性の低下を防ぐことができる。
【００２６】
図７に示すばね手段２０の第２実施例は、ばね手段２０を独立したばね材で形成することに代えてエレメント２と一体に構成したものである。エレメント２のヘッド部１４のリング受容溝１２を構成するイヤー部１６と、ボディ部１１のフランク部１０を構成している部分を除くその中央部分とを、ばね手段２０に構成している。イヤー部１６は、その中央部から左右に延ばした脚部２２Ａが隣接するエレメント２のヘッド部１４（イヤー部１６）に先端で接触するよう折曲げて形成する。ボディ部１１のばね手段２０は、中央部をボディ部１１に連結した状態で左右一対の脚部２３Ａをフランク部１０を残してボディ部１１から切起こし、その脚部２３Ａを隣接するエレメント２のボディ部１１に先端で接触するよう折曲げて形成する。夫々の脚部２２Ａ、２３Ａは、エレメント２の成形時に薄く延ばされると、エレメント２、２同士を密着させる圧縮力が作用する際に、図３に示す応力−歪特性を持たせることが容易となる。以上のように、ばね手段２０をエレメント２に一体に形成した場合においても、図２に示すばね手段２０と同様に作用させることができる。
【００２７】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２８】
（ア）無段変速機用の金属ベルト１に、互いに隣接するエレメント２、２の間隔を離間させることで残余のエレメント２、２同士を接触させるばね手段２０を互いに間隔を空けて複数配置したため、出力プーリ５から離脱して入力プーリ４に到る領域および入力プーリ４に接触して共に回転して圧縮側に到る領域でのエレメント２、２同士の隙間を無くして接触状態を継続させることができ、圧縮側の入力プーリ４上で離間していたエレメント同士がスリップしながら接触を開始することを防止でき、動力伝達効率の低下させることがない。しかも、ばね手段２０によるリング張力の上昇は小さく抑制しており、リング張力の上昇は専ら伝達トルクに応じてなされるものであるため、常に最大の張力が作用する場合に比較してリング耐久性を向上させることができる。
【００２９】
（イ）第１実施例のように、ばね手段２０をエレメント２に相似したばね材で形成する場合には、エレメント２、２間に挟むのみでよいため、金属ベルト１の組立が容易となる。
【００３０】
（ウ）第２実施例のように、ばね手段２０をエレメント２の一部を折曲げてエレメント２と一体に形成する場合には、バネ手段２０として新たに追加することなく一部のエレメント２をバネ手段２０付きのエレメント２に交換すればよく、部品点数を増加させることなく金属ベルト１を形成できる。
【００３１】
（エ）ばね手段２０により、金属ベルト１の圧縮側に位置するエレメント２およびばね手段２０の潰れで発生する隙間増加およびリング張力によるリング伸びにより発生する隙間増加の合計以上のストロークを複数個で確保する場合には、無負荷時から高負荷時までのいずれの使用環境においても、前記（ア）の効果を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す金属ベルトを用いたベルト式無段変速機の駆動メカニズムを示す説明図。
【図２】本発明の金属ベルトに介装する第１実施例のばね手段の斜視図。
【図３】ばね手段の特性を示すグラフ。
【図４】金属ベルトとして無段変速機に組付けたエレメント隙間を、無負荷時（Ａ）、低負荷時（Ｂ）、高負荷時（Ｃ）の状態別に示す説明図。
【図５】金属ベルトとして無段変速機に組付けたリング応力を、無負荷時（Ａ）、低負荷時（Ｂ）、高負荷時（Ｃ）の状態別に示す説明図。
【図６】比較例の金属ベルトを無段変速機に組付けたリング応力を、無負荷時（Ａ）、低負荷時（Ｂ）、高負荷時（Ｃ）の状態別に示す説明図。
【図７】本実施形態の第２実施例のばね手段の斜視図
【符号の説明】
１  金属ベルト
２  エレメント
３  リング
４、５  プーリ
６、７  傾斜面（プーリディスク）
１０  フランク部（フランク面）
１１  ボディ部
１２  リング受容溝
１５  サドル面
２０  バネ手段
２１  穴
２２、２２Ａ、２３、２３Ａ  脚部
【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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