(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状リングを内から外へ多数重ね合わせた積層リングと、板材により形成され、両側にプーリのシーブ面と接触するフランク面を有するエレメントと、を備え、
２組の前記積層リングを、連接して多数配列した前記エレメントのサドル溝に両側から挟み込むことで構成し、２組のプーリの間に挟み込んでのトルク伝達時、エレメントが外径方向に拡がろうとする力を積層リングが支え、２組のプーリからの押し付け力をエレメントが支える無段変速機用ベルトにおいて、
前記エレメントは、両側のフランク面に、プーリのシーブ面と油膜を介して接触する山部と、潤滑油をプーリ周方向に排出する溝部を、プーリ径方向に交互に配列して形成し、
前記山部と前記溝部の山幅と溝幅の合計幅に対する山幅の割合であるフラット比率を、幾何学的形状の製造性が成立する共にオイル排出性が成立する範囲のうち、最大比率域の値に設定し、
前記隣接する溝部の間隔である溝ピッチを、幾何学的形状の製造性が成立する共にオイル排出性が成立する範囲のうち、設定したフラット比率にて幾何学的形状の製造性とオイル排出性の成立が許容される値に設定したことを特徴とする無段変速機用ベルト。
【請求項２】
請求項１に記載された無段変速機用ベルトにおいて、
前記エレメントは、前記フラット比率を、70％以上となる値に設定し、前記溝ピッチを、設定した70％以上となる値のフラット比率にて許容される範囲内の値に設定したことを特徴とする無段変速機用ベルト。
【請求項３】
請求項２に記載された無段変速機用ベルトにおいて、
前記エレメントは、前記フラット比率を、80％の値に設定し、前記溝ピッチを、設定したフラット比率80％にて許容される0.1mmの値に設定したことを特徴とする無段変速機用ベルト。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載された無段変速機用ベルトにおいて、
前記エレメントは、フランク面に形成した山部を、中高の凸曲面形状に設定したことを特徴とする無段変速機用ベルト。
【請求項５】
請求項４に記載された無段変速機用ベルトにおいて、
前記エレメントは、フランク面に形成した山部の曲率半径を、前記溝部と隣接する山部エッジ部分での面圧ピークの低減と、山部の固体接触面積の増大を両立する値に設定したことを特徴とする無段変速機用ベルト。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載された無段変速機用ベルトにおいて、
前記エレメントは、溝部の断面形状をＶ字状に形成したことを特徴とす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、ベルト式無段変速機に適用される無段変速機用ベルト、特に、伝達トルクの高トルク化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２組の前記積層リングを、連接して多数配列したエレメントのサドル溝に両側から挟み込むことで構成した無段変速機用ベルトにおいて、前記エレメントのうち、プーリのシーブ面と接触するフランク面に、潤滑油をプーリ周方向に容易に排出することができる形状の溝部を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ベルトとプーリの接触面における摩擦係数の向上を図ることを目的とし、エレメントのフランク面とプーリのシーブ面の接触面に保護皮膜を形成するようにした無段変速機用ベルトが知られている。この保護皮膜は、潤滑油中の添加剤成分により吸着され剪断力を発生するトルク伝達膜と、潤滑油として機能する潤滑膜から構成され、供給された潤滑油を溝から適正に排出することで形成される（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−２１３１８５号公報
【特許文献２】特開２００５−３２１０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の無段変速機用ベルトにあっては、エレメントのフランク面に形成した山部と溝部の割合が、例えば、40〜50：50〜60の設定であり、山部の面圧分布特性を測定すると、山部の中央部分に接触面圧のピークが存在する特性となっている。
【０００５】
一方、現行の無段変速機用ベルト程度の要求スペック（トルク、回転数、変速比幅）の場合には、従来のベルト構造で問題がないが、無段変速機用ベルトに対しても“高トルク対応”の必要性が高まっている。
【０００６】
そこで、“高トルク対応”の要求に応じ、従来のベルト構造のままで伝達トルクを高めると、接触面圧の部分集中により、エレメントのフランク面が大きな面圧を受けるため、フランク面での摩耗が増大する。そして、この摩耗が進行し過ぎると、溝部の断面積が縮小化したり、あるいは、溝部が消滅したりしてしまい、潤滑油の排出機能が損なわれてしまう、という問題があった。
【０００７】
また、ベルトとプーリの接触面に形成した保護皮膜は金属ほど硬くないため、接触面圧の部分集中により、エレメントのフランク面が大きな面圧を受けて過大な剪断力が発生すると、保護皮膜が摩滅し、保護皮膜の生成を阻害する。結果、要求に応じる摩擦力を得ることができない。
【０００８】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、ベルトとプーリの接触面積拡大に伴う面圧低減、面圧低減による摩耗量減少、摩耗量減少による溝部の確保を通して、高トルク伝達を長期にわたって維持することができる無段変速機用ベルト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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明では、環状リングを内から外へ多数重ね合わせた積層リングと、板材により形成され、両側にプーリのシーブ面と接触するフランク面を有するエレメントと、を備え、
２組の前記積層リングを、連接して多数配列した前記エレメントのサドル溝に両側から挟み込むことで構成し、２組のプーリの間に挟み込んでのトルク伝達時、エレメントが外径方向に拡がろうとする力を積層リングが支え、２組のプーリからの押し付け力をエレメントが支える無段変速機用ベルトにおいて、
前記エレメントは、両側のフランク面に、プーリのシーブ面と油膜を介して接触する山部と、潤滑油をプーリ周方向に排出する溝部を、プーリ径方向に交互に配列して形成し、
前記山部と前記溝部の山幅と溝幅の合計幅に対する山幅の割合であるフラット比率を、幾何学的形状の製造性が成立する共にオイル排出性が成立する範囲のうち、最大比率域の値に設定し、
前記隣接する溝部の間隔である溝ピッチを、幾何学的形状の製造性が成立する共にオイル排出性が成立する範囲のうち、設定したフラット比率にて幾何学的形状の製造性とオイル排出性の成立が許容される値に設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
よって、本発明の無段変速機用ベルトにあっては、フラット比率が、最大比率域の値に設定されることで、山部の面積、つまり、プーリのシーブ面に対する山部の接触面積が拡大する。この接触面積拡大に伴って接触面圧が拡大した面積全体に平準化され、接触面圧が低減する。そして、接触面圧が低減すると、高トルク伝達時においてもフランク面の摩耗量が減少する。そして、フランク面の摩耗量減少により溝部が長期にわたって確保されたままとなるし、溝ピッチが、設定したフラット比率にてオイル排出性が成立する値に設定されることで、エレメントとプーリ間が流体潤滑になることなく、溝部での適正なオイル排出性が確保される。
したがって、プーリのシーブ面に対する山部の接触面積が拡大することで、接触面圧が低減する。この接触面圧の低減により、エレメントのフランク面とプーリのシーブ面の間に介在するトルク伝達膜が、摩滅することなく溝部からのオイル排出性により適正に管理されることで、摩擦係数が増大する。この摩擦係数の増大作用により、摩擦係数の増大に比例して伝達トルクを高めることができる。
この結果、ベルトとプーリの接触面積拡大に伴う面圧低減、面圧低減による摩耗量減少、摩耗量減少による溝部の確保を通して、高トルク伝達を長期にわたって維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の無段変速機用ベルトを実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１２】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の無段変速機用ベルトを適用したベルト式無段変速機で最大減速状態の２組のプーリを示す斜視図である。図２は、実施例１の無段変速機用ベルトの一部分を示す拡大斜視図である。図３は、実施例１の無段変速機用ベルトの構成要素であるエレメントをあらわし、(X)はエレメント正面図を示し、(Y)はエレメント側面図を示し、(Z)は図３(X)のエレメントフランク部分Ｆの拡大図を示す。
【００１３】
実施例１の無段変速機用ベルトＶは、図１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に掛け渡されている。図外のエンジンからのトルクは、トルクコンバータ及び前後進切換機構を通して前記プライマリプーリ１に伝わり、無段変速機用ベルトＶを介して、前記セカンダリプーリ２から図外の減速歯車及びドライブシャフトを通じてタイヤに伝わる。前記プライマリプーリ１は、固定プーリ11とスライドプーリ12により構成される。前記セカンダリプーリ２は、固定プーリ21とスライドプーリ22により構成される。前記各プーリ11,12,21,22には、無段変速機用ベルトＶと接触するシーブ面11a,12a,21a,22aが形成され、シーブ面11a,12a,21a,22aのシーブ角度は、例えば、11°程度に設定されている。また、前記スライドプーリ12,22は、ピストン油圧によりベルトを挟持する方向に押し付け力を発生させている。
【００１４】
実施例１の無段変速機用ベルトＶは、図２に示すように、環状リングを内から外へ多数重ね合わせた積層リング３と、板材により形成され、両側に２組のプーリ１，２のシーブ面11a,12a,21a,22aと接触するフランク面４ａを有するエレメント４と、を備えている。前記積層リング３は、厚さ0.2mmほどのマレージング鋼相当の最高強度材料の薄板を溶接して環状リングとし、僅かに径を異ならせた環状リングを内から外へ層状に重ね合わせることで構成される。前記エレメント４は、厚さ2mm前後の鋼板を精密に打ち抜いて製造される。
【００１５】
そして、無段変速機用ベルトＶは、図２に示すように、２組の積層リング３，３を、連接して多数配列したエレメント４，…のサドル溝４ｂ，４ｂに両側から挟み込むことで構成している。この無段変速機用ベルトＶを２組のプーリ１，２の間に挟み込んでのトルク伝達時、エレメント４が外径方向に拡がろうとする力を積層リング３が支え、２組のプーリ１，２からの押し付け力をエレメント４が支える。
【００１６】
前記エレメント４は、図３(X),(Y)に示すように、フランク面４ａ，４ａと、サドル溝４ｂ，４ｂと、ネック部４ｃと、ノーズ部４ｄと、イヤー部４ｅ，４ｅと、ホール部４ｆと、ロッキングエッジ部４ｇと、を備えている。
【００１７】
前記フランク面４ａ，４ａは、プーリ１，２のシーブ面11a,12a,21a,22aと接触するエレメント両側位置に形成されている。前記サドル溝４ｂ，４ｂは、２組の積層リング３，３を両側から挟み込むエレメント内側位置に形成されている。前記ネック部４ｃは、サドル溝４ｂ，４ｂに挟まれたエレメント中央位置に形成されている。前記ノーズ部４ｄは、エレメント正面位置の上部にベルト進行方向に突出して形成されている。前記イヤー部４ｅ，４ｅは、ノーズ部４ｄからエレメント幅方向に延在して形成されている。前記ホール部４ｆは、ノーズ部４ｄの設定位置に対応するエレメント背面位置の下部に形成されている。前記ロッキングエッジ部４ｇは、フランク面４ａ，４ａを有するエレメント正面位置に幅方向に形成されている。
【００１８】
前記エレメント４のフランク面４ａ，４ａには、図３(Y),(Z)に示すように、２組のプーリ１，２のシーブ面11a,12a,21a,22aと油膜を介して接触する山部41と、潤滑油をプーリ周方向に排出する溝部42を、プーリ径方向に交互に等ピッチにて配列して形成している。
【００１９】
図４は、実施例１の無段変速機用ベルトの構成要素であるエレメントのフランク面を示す拡大図である。図５は、無段変速機用ベルトの構成要素であるエレメントのフラット比率と溝ピッチとの関係特性に幾何学的形状の製造性ＮＧ領域とオイル排出性ＮＧ領域とＯＫ領域を書き込んだものを示す図である。
【００２０】
前記エレメント４は、山部41と溝部42の山幅と溝幅の合計幅に対する山幅の割合であるフラット比率を、幾何学的形状の製造性が成立する共にオイル排出性が成立する範囲（図５の幾何学的形状の製造性ＮＧ領域とオイル排出性ＮＧ領域を除いたＯＫ領域）のうち、最大比率域の値に設定している。また、隣接する溝部42,42の間隔である溝ピッチを、幾何学的形状の製造性が成立する共にオイル排出性が成立する範囲（図５の幾何学的形状の製造性ＮＧ領域とオイル排出性ＮＧ領域を除いたＯＫ領域）のうち、設定したフラット比率にて許容される値に設定している。
【００２１】
ここで、幾何学的形状の製造性ＮＧ領域とは、製造上の限界によりフランク面４ａに山部41と溝部42を幾何学的に形状設定できない領域をいい、図５に示すように、溝ピッチが小さくなるほど幾何学的形状の製造性ＯＫ領域は縮小する。オイル排出性ＮＧ領域とは、エレメント４とプーリ１，２間が流体潤滑となってしまう領域をいい、図５に示すように、溝ピッチが大きくなるほどオイル排出性ＯＫ領域は縮小する。そして、エレメント４の好ましいフラット比率と溝ピッチの設定は、フラット比率を、幾何学的形状の製造性とオイル排出性が共にＯＫ領域にあり、かつ、図５の点線にて示す70％以上（最大比率83％程度）となる領域に含まれる値に設定し、溝ピッチを、設定した70％以上となる値のフラット比率にて許容される範囲内の値（例えば、0.1mm）に設定する。
【００２２】
実施例１のエレメント４のフラット比率と溝ピッチは、図４に示すように、山部41の山幅と溝部42の溝幅の合計幅（＝0.1）に対する山幅の割合であるフラット比率を、80％の値に設定し（図５のＤ位置）、前記溝ピッチを、設定したフラット比率80％にて許容される0.1mmの値に設定している。
【００２３】
実施例１のエレメント４の山部形状は、図４に示すように、フランク面４ａに形成した山部41を、中高の凸曲面形状に設定している。そして、フランク面４ａに形成した山部41の曲率半径Ｒを、前記溝部42と隣接する山部エッジ部分での面圧ピークの低減と、山部41の固体接触面積の増大を両立する値に設定している。さらに、実施例１のエレメント４は、図４に示すように、フランク面４ａに形成した中高の凸曲面形状の山部41に高さを持たせている。
【００２４】
実施例１のエレメント４の溝部形状は、図４に示すように、溝部42の断面形状をＶ字状に形成し、例えば、溝深さを0.01mmに設定している。
【００２５】
次に、作用を説明する。
まず、「固体接触面積の拡大のみでは高トルク化が成立しない理由」の説明を行い、続いて、実施例１の無段変速機用ベルトＶにおける作用を、「固体接触面積拡大と溝ピッチ最適化による高伝達トルク確保作用」、「凸曲面設定による初期摩耗量低減作用」、「固体接触面積拡大と溝ピッチ最適化と凸曲面設定による燃費向上作用」に分けて説明する。
【００２６】
［固体接触面積の拡大のみでは高トルク化が成立しない理由］
図６は、現行品におけるベルト構成要素であるエレメントのフランク面をあらわし、(X)はフランク面の拡大図を示し、(Y)は面圧分布特性を示す。図７は、経時変化品におけるベルト構成要素であるエレメントのフランク面をあらわし、(X)はフランク面の拡大図を示し、(Y)は面圧分布特性を示す。図８は、経時変化品＋フラット比率大におけるベルト構成要素であるエレメントのフランク面をあらわし、(X)はフランク面の拡大図を示し、(Y)は面圧分布特性を示す。
【００２７】
現行品におけるエレメントのフランク面に形成した山部と溝部の割合は、図６(X)に示すように、山溝割合ａ：ｂ＝40〜50：50〜60の設定であり、溝ピッチ（ａ＋ｂ）は、ａ＋ｂ＝0.19mmに設定されている。これは、エレメント製造方法と精度を満足させるために設定された形状であり、現行の無段変速機用ベルト程度の要求スペック（トルク、回転数、変速比幅）に応じて決められている。
しかし、現行品の場合、図６(Y)の面圧分布特性に示すように、山部の中心部に面圧が高いピークがあらわれる。
このため、“高トルク対応”の要求に応じ、現行品の設定のままで伝達トルクを高めると、接触面圧の部分集中により、エレメントのフランク面が大きな面圧を受けるため、フランク面での摩耗が増大する。そして、この摩耗が進行し過ぎると、溝部の断面積が縮小化したり、あるいは、溝部が消滅したりしてしまい、潤滑油の排出機能が損なわれ、エレメントとプーリ間が流体潤滑になることで、摩擦係数の低下が発生する。
【００２８】
次に、図７に示すように、現行品が経時変化した経時変化品とする場合を考える。この場合、図７(X)に示すように、山溝割合ａ：ｂ＝50〜60：40〜50の設定であり、溝ピッチ（ａ＋ｂ）は、図６に示す現行品と同様に、ａ＋ｂ＝0.19mmに設定されている。
この経時変化品の場合、図７(Y)の面圧分布特性に示すように、山部の両端部のエッジ面圧が高くなる。
【００２９】
さらに、図８に示すように、現行品が経時変化した経時変化品とすると共に、フラット比率を大きくする場合を考える。この場合、図８(X)に示すように、山溝割合ａ：ｂ＝80〜90：10〜20の設定であり、溝ピッチ（ａ＋ｂ）は、図６に示す現行品と同様に、ａ＋ｂ＝0.19mmに設定されている。
この経時変化品＋フラット比率大の場合、図８(Y)の面圧分布特性に示すように、図７(Y)と同様に、山部の両端部のエッジ面圧が高くなる。さらに、溝ピッチ（ａ＋ｂ）は、図６に示す現行品と同様の設定のままであるため、潤滑油の排出機能が低下し、エレメントとプーリ間が流体潤滑に近くなることで、摩擦係数の低下が発生する。
【００３０】
すなわち、図６の現行品の場合、図５に示すフラット比率と溝ピッチの関係特性図上でＡ点の位置となり、幾何学的形状の製造性ＮＧ領域とオイル排出性ＮＧ領域を除いたＯＫ領域に存在するものの、フラット比率が低いものとなる。図７の経時変化品の場合、図５に示すフラット比率と溝ピッチの関係特性図上でＢ点の位置となり、幾何学的形状の製造性ＮＧ領域とオイル排出性ＮＧ領域を除いたＯＫ領域に存在し、Ａ点に比べてフラット比率が高くなるが、“高トルク対応”を十分に満足するものではない。図８の経時変化品＋フラット率大の場合、図５に示すフラット比率と溝ピッチの関係特性図上でＣ点の位置となり、フラット比率が80％程度と高くなり、“高トルク対応”を十分に満足するが、オイル排出性ＮＧ領域に入り込んでしまう。したがって、現行品において、溝ピッチをそのままにし、フラット比率を高くして固体接触面積を拡大するのみでは、高トルク化は成立しない。
【００３１】
［固体接触面積拡大と溝ピッチ最適化による高伝達トルク確保作用］
図９は、固体接触面積に対する推定摩擦係数の関係を示す推定摩擦係数特性図である。
【００３２】
実施例１の無段変速機用ベルトＶでは、フラット比率を、幾何学的形状の製造性が成立する共にオイル排出性が成立する範囲のうち、最大比率域の80％の値に設定し、かつ、溝ピッチを、幾何学的形状の製造性が成立する共にオイル排出性が成立する範囲のうち、設定したフラット比率にて許容される0.1mmの値に設定している。つまり、図５のフラット比率と溝ピッチの関係特性図上で、Ｃ点の位置に比べ溝ピッチを狭くし、最適化を図ったＤ点の位置に設定している。
【００３３】
このため、山部41の面積、つまり、プーリ１，２のシーブ面11a,12a,21a,22aに対する山部41の接触面積が拡大する。この接触面積拡大に伴って接触面圧が拡大した面積全体に平準化され、接触面圧が低減する。そして、接触面圧が低減すると、高トルク伝達時においてもフランク面４ａの摩耗量が減少する。そして、フランク面４ａの摩耗量減少により溝部42が長期にわたって確保されたままとなるし、溝ピッチが、設定したフラット比率にてオイル排出性が成立する0.1mmの値に設定されることで、エレメント４とプーリ１，２間が流体潤滑になることなく、溝部42での適正なオイル排出性が確保される。
【００３４】
したがって、プーリ１，２のシーブ面11a,12a,21a,22aに対する山部41の固体接触面積が拡大することで、摩擦係数が増大する。なぜなら、図９に示すように、固体接触面積に対する推定摩擦係数の特性は、固体接触面積が大きいほど推定摩擦係数の値が大きくなるという比例関係を持つことによる。
【００３５】
加えて、エレメント４のフランク面４ａとプーリ１，２のシーブ面11a,12a,21a,22aの間に介在するトルク伝達膜が、摩滅することなく溝部42からのオイル排出性により適正に管理されることで、摩擦係数が増大し、伝達トルクを増大させることができる。
その理由を説明すると、無段変速機用ベルトＶがトルクを伝達するために必要なプーリ押し付け力Fsは、
Fs＞(Ｋ・Ｔ・cosα)/(2μＲ)                  …(1)
の式にてあらわされる。ここで、Ｋはベルト滑りに対する安全係数、Ｔは伝達トルク、αはプーリのシーブ角、μはエレメントとプーリ間の摩擦係数、Ｒはエレメントの走行半径である。
よって、エレメント４とプーリ１，２間の摩擦係数μが増大すると、伝達トルクＴを増大させても上記(1)式が成立することになる。
【００３６】
［凸曲面設定による初期摩耗量低減作用］
図１０は、実施例1の無段変速機用ベルトにおけるベルト構成要素であるエレメントのフランク面をあらわし、(X)はフランク面の拡大図を示し、(Y)は面圧分布特性を示す。図１１は、従来形状のエレメントと実施例形状のエレメントについて耐久時間に対する摩耗深さの比較特性を示す図である。図１２は、従来形状のエレメントと実施例形状のエレメントについて摩耗深さに対するフラット比率の比較特性を示す図である。
【００３７】
運転初期（新品状態）は、プーリのシーブ面の表面粗さ形状（プロファイル）が大きいため、エレメントとプーリの接触面間での摩耗量が大きくなる。しかし、このシーブ面の表面粗さは、運転によって平準化されることで、エレメントとプーリの接触面間での摩耗量は、運転時間を経過するにしたがって低減する方向となる。つまり、摩耗は永久不滅に進行するものではなく、潤滑油に含まれる成分が結合し、保護膜を形成し、保護膜と摩耗量が同量となった時点から摩耗の進行が落ち着く。なお、摩耗が落ち着く閾値は、接触面圧の大きさで決まると推定される。
【００３８】
これに対し、実施例１でのエレメント４は、図１０(X)に示すように、フランク面４ａに形成した山部41を、中高の凸曲面形状に設定している。したがって、実施例１のエレメント４の場合、図１０(Y)の面圧分布特性に示すように、山部41の両端部のエッジ面圧のピークが低く抑えられ、全体の面圧分布特性としても、低い接触面圧で平準化されている。
【００３９】
このため、従来形状のエレメントの場合、図１１の点線特性に示すように、運転初期段階で摩耗深さが急激に増しているのに対し、実施例１の形状を持つエレメント４の場合、図１１の実線特性に示すように、運転初期段階で摩耗深さの増加勾配が小さく抑えられている。なお、運転経験を重ねると、図１１の点線特性及び実線特性に示すように、摩耗の進行が落ち着き、摩耗深さの勾配は共に緩やかになっているが、図１１の点線特性と実線特性の間には大きな乖離があり、この乖離が摩耗量の低減代をあらわす。
【００４０】
また、従来形状のエレメントの場合、図１２の従来形状特性に示すように、摩耗深さが相当に大きな値にならないとフラット比率の高まりが見られないのに対し、実施例１の形状を持つエレメント４の場合、図１２の改良形状特性に示すように、摩耗深さが小さい値で直ちにフラット比率の高まりが見られる。
【００４１】
このことから、実施例１のように、フランク面４ａの山部41を中高の凸曲面形状に設定することで、運転初期段階で生じる大きい初期摩耗量が低減できるし、運転初期段階から接触面積の拡大により摩擦係数の増大を図ることができる。
【００４２】
［固体接触面積拡大と溝ピッチ最適化と凸曲面設定による燃費向上作用］
上記のように、固体接触面積拡大と溝ピッチ最適化により摩擦係数μが向上する。この摩擦係数μの向上による副次的な作用を説明する。
【００４３】
伝達トルクＴを一定値にて与えた場合、摩擦係数μの値が高くなると、上記式(1)から明らかなように、無段変速機用ベルトＶがトルクを伝達するために必要なプーリ押し付け力Fsは低くなっても上記式(1)が成立する。
【００４４】
したがって、摩擦係数μの向上によりクランプ力を低減でき、クランプ力の低減により必要推力を低減でき、必要推力の低減によりオイルポンプの稼働を低減でき、オイルポンプの稼働低減に伴って省燃費を達成できる。つまり、摩擦係数μの向上による副次的な作用として、スライドプーリ11,22へ供給するピストン油圧の低減が図られ、結果として、燃費向上を期待できることになる。
【００４５】
加えて、実施例１では、山部41を中高の凸曲面形状に設定し、運転初期段階から接触面積の拡大により摩擦係数μの増大を図るようにしているため、摩耗が落ち着くのを待つ必要なく、運転初期段階からスライドプーリ11,22へ供給するピストン油圧の低減が図られることになり、高い燃費向上を期待できる。
【００４６】
次に、効果を説明する。
実施例１の無段変速機用ベルトにあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００４７】
(1) 環状リングを内から外へ多数重ね合わせた積層リング３と、板材により形成され、両側にプーリ１，２のシーブ面11a,12a,21a,22aと接触するフランク面４ａ，４ａを有するエレメント４と、を備え、２組の前記積層リング３，３を、連接して多数配列した前記エレメント４，…のサドル溝４ｂ，４ｂに両側から挟み込むことで構成し、２組のプーリ１，２の間に挟み込んでのトルク伝達時、エレメント４が外径方向に拡がろうとする力を積層リング３が支え、２組のプーリ１，２からの押し付け力をエレメント４が支える無段変速機用ベルトＶにおいて、前記エレメント４は、両側のフランク面４ａ，４ａに、プーリ１，２のシーブ面11a,12a,21a,22aと油膜を介して接触する山部41と、潤滑油をプーリ周方向に排出する溝部42を、プーリ径方向に交互に配列して形成し、前記山部41と前記溝部42の山幅と溝幅の合計幅に対する山幅の割合であるフラット比率を、幾何学的形状の製造性が成立する共にオイル排出性が成立する範囲のうち、最大比率域の値に設定し、前記隣接する溝部42,42の間隔である溝ピッチを、幾何学的形状の製造性が成立する共にオイル排出性が成立する範囲のうち、設定したフラット比率にて許容される値に設定した。このため、ベルトとプーリの接触面積拡大に伴う面圧低減、面圧低減による摩耗量減少、摩耗量減少による溝部の確保を通して、高トルク伝達を長期にわたって維持することができる。
【００４８】
(2) 前記エレメント４は、前記フラット比率を、70％以上となる値に設定し、前記溝ピッチを、設定した70％以上となる値のフラット比率にて許容される範囲内の値に設定した。このため、オイル排出性を管理できる最低限の溝部42を確保しつつ、高いフラット比率の設定により固体接触面積を拡大して摩耗量を低減し、摩擦係数の増大代を大きく確保することにより、高いトルク伝達に対応することができる。
【００４９】
(3) 前記エレメント４は、前記フラット比率を、80％の値に設定し、前記溝ピッチを、設定したフラット比率80％にて許容される0.1mmの値に設定した。このため、オイル排出性を管理できる最低限の溝部42を確保しつつ、最高域のフラット比率の設定により固体接触面積を拡大して摩耗量を低減し、摩擦係数の増大代を最大限まで確保することにより、“高トルク対応”の要求に応えることができる。
【００５０】
(4) 前記エレメント４は、フランク面４ａに形成した山部41を、中高の凸曲面形状に設定した。このため、フラット比率を大きくした場合に生じるエッジ面圧のピークが低く抑えられ、運転初期段階で生じる大きい初期摩耗を低減することができる。
【００５１】
(5) 前記エレメント４は、フランク面４ａに形成した山部41の曲率半径Ｒを、前記溝部42と隣接する山部エッジ部分での面圧ピークの低減と、山部41の固体接触面積の増大を両立する値に設定した。このため、運転初期段階で生じる大きい初期摩耗量を低減することができると共に、運転初期段階から接触面積の拡大により摩擦係数の増大を図ることができる。
【００５２】
(6) 前記エレメント４は、溝部42の断面形状をＶ字状に形成した。このため、精密打ち抜き加工により製造されるエレメント４の打ち抜き型の耐久信頼性を向上させることができる。すなわち、エレメント４の打ち抜き型のうち、溝部42を打ち抜く部分の形状が底部の幅が広く先端に向かって細くなる三角歯形状となり、打ち抜き抵抗を受けても破損や脱落等が発生しにくい。
【００５３】
以上、本発明の無段変速機用ベルトを実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００５４】
実施例１では、エレメントのフランク面に形成した山部形状を、円弧の一部による中高の凸曲面形状に設定した例を示した。しかし、山部形状として、楕円の一部による中高の凸曲面形状に設定する例としても良い。さらに、山部形状として、中央部分に平面部を残し、両エッジ部分にピーク面圧を抑える曲面を設定する例としても良い。
【００５５】
実施例１では、エレメントのフランク面に形成した溝部形状を、Ｖ字形状とする例を示した。しかし、溝部形状としては、半円弧形状やオイル排出性を考慮した他の様々な形状とする例としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
実施例１では、エンジン車のベルト式無段変速機に適用されるベルトの例を示したが、ハイブリッド車や電気自動車等の他の車両に搭載されるベルト式無段変速機に適用されるベルトに対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施例１の無段変速機用ベルトを適用したベルト式無段変速機で最大減速状態の２組のプーリを示す斜視図である。
【図２】実施例１の無段変速機用ベルトの一部分を示す拡大斜視図である。
【図３】実施例１の無段変速機用ベルトの構成要素であるエレメントをあらわし、(X)はエレメント正面図を示し、(Y)はエレメント側面図を示し、(Z)は図３(X)のエレメントフランク部分Ｆの拡大図を示す。
【図４】実施例１の無段変速機用ベルトの構成要素であるエレメントのフランク面を示す拡大図である。
【図５】無段変速機用ベルトの構成要素であるエレメントのフラット比率と溝ピッチとの関係特性に幾何学的形状の製造性ＮＧ領域とオイル排出性ＮＧ領域とＯＫ領域を書き込んだものを示す図である。
【図６】現行品におけるベルト構成要素であるエレメントのフランク面をあらわし、(X)はフランク面の拡大図を示し、(Y)は面圧分布特性を示す。
【図７】経時変化品におけるベルト構成要素であるエレメントのフランク面をあらわし、(X)はフランク面の拡大図を示し、(Y)は面圧分布特性を示す。
【図８】経時変化品＋フラット比率大におけるベルト構成要素であるエレメントのフランク面をあらわし、(X)はフランク面の拡大図を示し、(Y)は面圧分布特性を示す。
【図９】固体接触面積に対する推定摩擦係数の関係を示す推定摩擦係数特性図である。
【図１０】実施例1の無段変速機用ベルトにおけるベルト構成要素であるエレメントのフランク面をあらわし、(X)はフランク面の拡大図を示し、(Y)は面圧分布特性を示す。
【図１１】従来形状のエレメントと実施例形状のエレメントについて耐久時間に対する摩耗深さの比較特性を示す図である。
【図１２】従来形状のエレメントと実施例形状のエレメントについて摩耗深さに対するフラット比率の比較特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
Ｖ  無段変速機用ベルト
１  プライマリプーリ
11  固定プーリ
12  スライドプーリ
11a,12a  シーブ面
２  セカンダリプーリ
21  固定プーリ
22  スライドプーリ
21a,22a  シーブ面
３  積層リング
４  エレメント
４ａ  フランク面４ａ
４ｂ  サドル溝
41  山部
42  溝部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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