(57)【要約】【課題】  伝達トルクを向上できるベルトを提供する。【解決手段】  ボディ１ｂと、ヘッド１ａと、前記ボディと前記ヘッドを接続するネック１ｃとからなるエレメント１と、所定数が積層状態で環状に配列された前記エレメントを固縛する無端リング２とからなる無段変速機用ベルトにおいて、前記エレメント１は、前記無段変速機の入力プーリと出力プーリとに接触する前記エレメントのフランク部の基準幅の位置から前記無端リングが接触する前記エレメントのボディ上端部までの長さであるサドル高さが異なる、少なくとも２つのエレメント群から構成される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボディと、ヘッドと、前記ボディと前記ヘッドを接続するネックとからなるエレメントと、
所定数が積層状態で環状に配列された前記エレメントを固縛する無端リングとからなる無段変速機用ベルトにおいて、
前記エレメントは、前記無段変速機の入力プーリと出力プーリとに接触する前記エレメントのフランク部の基準幅の位置から前記無端リングが接触する前記エレメントのボディ上端部までの長さであるサドル高さが異なる、少なくとも２つのエレメント群から構成されることを特徴とする無段変速機用ベルト。
【請求項２】
前記２つのエレメント群のサドル高さの差は、前記サドル高さの大きいエレメント群のエレメントが前記無端リングに接触している場合に、前記サドル高さの小さいエレメント群のエレメントが前記無端リングに接触しないように設定されることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機用ベルト。
【請求項３】
前記２つのエレメント群のサドル高さの差は、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の無段変速機用ベルト。
【請求項４】
前記ベルトは、前記２つのエレメント群のエレメントを交互に積層して構成されることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機用ベルト。
【請求項５】
前記エレメントと前記無端ベルトとの潤滑は、境界潤滑であり、ストライベック曲線に基づき、前記無端リングに接触する前記エレメントの接触面圧の上昇に伴い、前記エレメントと前記無端ベルト間の摩擦係数が増大することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の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、無段変速機用ベルトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無段変速機用のベルトは、所定枚数のエレメントを無端リングにより積層に固定して環状に構成されている。
【０００３】
各エレメントは、鋼板から打ち抜き、バレル研磨や熱処理等の加工を施してベルトに組み立てられるが、各エレメントの形状検査は前述の加工工程が終了してから行われている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２４００５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ベルト式無段変速機の許容される最大伝達トルクは、ベルトの伝達トルクによって決定され、ベルトの最大伝達トルクの向上が無段変速機の伝達トルク向上のため要望されている。ベルトの伝達トルクを向上するためには、エレメントの基準幅から無端リングが接触するボディ上端までのサドル高さの各エレメント間のバラツキを抑えることが有効であるが、そのためには多大な工数が必要となり、またコスト上昇となる。
【０００５】
上記の問題を鑑み、本発明は、伝達トルクを向上する無段変速機用の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】
【０００６】
本発明の第１の発明は、ボディと、ヘッドと、前記ボディと前記ヘッドを接続するネックとからなるエレメントと、所定数が積層状態で環状に配列された前記エレメントを固縛する無端リングとからなる無段変速機用ベルトにおいて、前記エレメントは、前記無段変速機の入力プーリと出力プーリとに接触する前記エレメントのフランク部の基準幅の位置から前記無端リングが接触する前記エレメントのボディ上端部までの長さであるサドル高さが異なる、少なくとも２つのエレメント群から構成される。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記２つのエレメント群のサドル高さの差が、前記サドル高さの大きいエレメント群のエレメントが前記無端リングに接触している場合に、前記サドル高さの小さいエレメント群のエレメントが前記無端リングに接触しないように設定される。
【０００８】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記２つのエレメント群のサドル高さの差が０．１ｍｍ以上とする。
【０００９】
第４の発明は、第１から第３のいずれか一つの発明において、前記ベルトが、前記２つのエレメント群のエレメントを交互に積層して構成される。
【００１０】
第５の発明は、第１から第４のいずれか一つの発明において、前記エレメントと前記無端ベルトとの潤滑が境界潤滑であり、ストライベック曲線に基づき、前記無端リングに接触する前記エレメントの接触面圧の上昇に伴い、前記エレメントと前記無端ベルト間の摩擦係数が増大する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、サドル高さの異なるエレメントをランダムに、好ましくは交互に積層してベルトを構成し、サドル高さの低いエレメントには無端リングが接触しないようにしたため、無端リングに接触するエレメントの接触面圧が上昇し、面圧の上昇に伴い摩擦係数も上昇する。このため、トータルとしての摩擦力が上昇して、伝達トルクを増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１と図２は、無段変速機のベルトの構成を説明する図であり、複数（通常４００枚程度）のエレメント１が積層され、２本の無端リング２により環状に固定され、ベルト３を構成する。エレメント１は、ヘッド１ａと、無段変速機の入出力プーリに接触するフランク部を備えるボディ１ｂと、ヘッド１ａとボディ１ｂとを繋ぐネック１ｃとからなる。へッド１ａとボディ１ｂとの隙間に２本の無端リング２がネック１ｃを挟むように設置され、複数のエレメント１は無端リング２により環状に固定され、ベルト３が形成される。ここで、図示しない入出力ディスクがそれぞれ接触するフランク部１ｄ間の所定長さを基準幅として設定し、この基準幅を示すフランク部の点１ｅから無端リング２が接触するボディ１ｂの上端面１ｆまでの高さをサドル高さとする。
【００１３】
通常、同じ金型から成形されたエレメント１のサドル高さの分布は正規分布となり、ベルトの伝達トルクを向上するためには分布のバラツキを抑えることが必要となると考えられる。バラツキを押さえるためには、サドル高さを調整する加工が必要となったりして生産性が低下するとともに、製品コストが上昇するという課題がある。
【００１４】
本発明は、エレメント１の上端面１ｆと無端リング２との接触面圧を増大することで、ストライベック曲線に基づき、この接触部での摩擦係数が増大することから、トータルとしての伝達トルクを増大できることに着目したものである。図３に示すようにサドル高さの重ならない分布を有する大小２つのエレメント群を設け、これら２つのサドル高さの異なるエレメント群を用いてランダムにエレメントを積層してベルト３を構成することを特徴とする。ここで、サドル高さの大きい群の最小サドル高さのエレメントと小さい群の最大サドル高さのエレメント１では、大きい群のエレメントの方が大きく、小さい群の最大サドル高さと大きい群の最小サドル高さの差Ｒは０．１ｍｍを基準とする。基準値０．１ｍｍはサドル高さの小さいエレメント１が無端リング２に接触しないように設定した寸法である。なお、ストライベック曲線とは、潤滑状態と摩擦係数との関係を示す特性図である。
【００１５】
本発明の効果を、図４に示すようなエレメントの配列を用いて比較する。エレメントの配列は大小のエレメントを交互に配列したものを例として説明する。ここで用いられた配列において、（ａ）は２つのエレメント群のサドル高さの差Ｒが０．０７２ｍｍのものを大小交互に積層したもの、（ｂ）は２つのエレメント群のサドル高さの差Ｒが０．０９０ｍｍのものを大小交互に積層したもの、さらに（ｃ）は２つのエレメント群のサドル高さの差Ｒが０．１６６ｍｍのものを大小交互に積層したものである。各配列のおける伝達入力トルクの比較結果を図５に示す。配列（ａ）は２６９Ｎｍが最大トルクであり、配列（ｂ）は２７１Ｎｍが最大トルクであり、配列（ｃ）は２８４Ｎｍが最大トルクとなり、配列（ｃ）の最大トルクは配列（ａ）、（ｂ）の最大トルクに対して約５％のトルク伝達向上を図ることができる。
【００１６】
ここで、配列（ａ）、（ｂ）と配列（ｃ）との違いは、サドル高さの差Ｒの大きさであるが、配列（ａ）、（ｂ）の差Ｒでは、小さい側のエレメントのサドル高さでも無端リング２に接触していると考えられ、一方、配列（ｃ）では小さい側のエレメントに無端リング２は接触していないと考えられる。この結果より、小さい群の最大サドル高さと大きい群の最小サドル高さの基準差Ｒである０．１ｍｍが、小さい側のエレメントが無端リングに接触しないように設定される所定値であることがわかる。
【００１７】
以下、大小エレメントのうち大きい群のエレメントにのみ無端リング２が接触することにより伝達トルクが増大することについて考察する。
【００１８】
無段変速機のプーリからトルクをベルト３に伝達するのはプーリとエレメント１との間に生じる摩擦力である。具体的にはエレメントのフランク部１ｄとプーリ間の摩擦力であり、それは下式で示される。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
ここで、μはフランク部１ｄとプーリとの間の摩擦係数である。
【００２１】
一方、ベルト３は積層したエレメント１から構成されるため、プーリにｎ個のエレメント１が接触しているとすると下式が成立する。
【００２２】
【数２】
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【００２３】
ここで、力の釣り合いより、
【００２４】
【数３】
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【００２５】
となる。なおこれら関係式は、プーリへの垂直力成分に比例する、無端リング２からエレメント１に作用する反力と、無端リング２とエレメント１との間の摩擦係数に置き換えることができる。
【００２６】
今、配列（ｃ）の場合を考えると、小さい群のエレメント１には無端リング２が接触していないため、図７に示すように垂直力成分は小さいエレメント１では０となる。なお、エレメント間の接触による垂直力成分は無視する。
【００２７】
つまり、式（２）中の半分の項は０となる。しかし式（３）の関係から、垂直力成分の総和は不変であるため、無端リング２に接触しているエレメント１の垂直力成分は約２倍に増大する。したがって、接触エレメント１の面圧も約２倍に増加する。
【００２８】
次に垂直力増加に伴う摩擦係数μの変化について説明する。無端リング２とエレメント１の上端部１ｆとの境界での潤滑は、境界潤滑状態にあり、その潤滑状態の摩擦係数μが、図６に示すようなストライベック曲線に従うことが知られている。図において、横軸のゾンマーフェルト数は、潤滑油粘度η×相対速度Ｖを面圧σ×代表長さＬで除した無次元数である。ストライベック曲線によると、境界潤滑域においては作用する荷重が大きいほど摩擦係数が大きくなる傾向があることが示されている。
【００２９】
したがって、配列（ｃ）、つまりエレメント１の半分が無端リング２に接触していない状態では、図７（ｂ）に示すように接触しているエレメント１への荷重は２倍となって、結果としてストライベック曲線に示すように摩擦係数が上昇する。エレメント１に負荷されるトータルの荷重（垂直力成分）が一定で、摩擦係数が増加するため、トータルとしての摩擦力は増大することになる。摩擦力が増大することで、伝達される入力トルクが増大する。
【００３０】
しかし、通常サドル高さのバラツキが大きいほど伝達トルクも小さくなると考えられている。これはサドル高さの分布が正規分布に近似し、かつランダム配列の場合には、サドル高さの差もまた正規分布に近似したものと推定される。そこで以下の仮定を立てる。
１．サドル高さの分布が正規分布に類似であり、配列もランダムであれば隣接するサドル高さの差も正規分布に類似する。
２．無端リングとエレメントとの接触荷重は、隣接するサドル高さの差により決定され、所定の差の範囲では、サドル高さの差の分布に応じて接触荷重が決まる。
３．上記１項と２項とから、それぞれのエレメントへの垂直力がサドル高さの分布に応じて決まる。
【００３１】
このような仮定に基づいてエレメントへ作用する荷重と摩擦係数μとの関係を示したのが図８である。
【００３２】
図において、横軸は荷重であり、左に行くほど荷重が大きくなる。また接触限界とは、エレメント１と無端リング２とが接触する限界値であり、この値より右側ではエレメント１と無端リング２とは接触していないことを示す。本発明でのエレメントのサドル高さの分布での荷重は実線で示しており、従来技術のエレメント分布はサドル高さ分布のバラツキ違いで点線と１点鎖線とで示す。また本発明と同様に２つのサドル高さ違いの群からなり、但し、２つのサドル高さとも無端リング２に接触するサドル高さであるものを二点鎖線で示す。なお、各分布中の縦線は、各分布での平均摩擦係数を示す。
【００３３】
通常のサドル高さのバラツキ分布である図中破線と１点鎖線とで示した分布では、平均荷重は同一であるが、バラツキの小さい破線で示した分布のほうが摩擦係数μが大きくなり、伝達トルクが大きくなる。
【００３４】
本発明を示す実線では、エレメントの半数しか無端リング２に接触しないため、サドル高さの高いエレメントでの荷重が、破線や１点鎖線で示す通常のエレメントの荷重の２倍と大きく、またストライベック曲線から摩擦係数μも大きくなる。したがって、エレメントに作用するトータル荷重は通常時のトータル荷重と同様であっても、摩擦係数μが大きくなり、伝達トルクを大きくできる。
【００３５】
また本発明のように２つのサドル高さ分布からなる２点鎖線で示す例でも、すべてのエレメントに接触する場合には、サドル高さの低いエレメント群での伝達トルクが小さく、ベルトトータルでの伝達トルクは、通常のサドル高さ分布での伝達トルクとほぼ同等のトルクしか伝達できない。
【００３６】
本発明は、１本のベルトを構成するエレメントを、サドル高さ違いで２種類またはそれ以上のエレメント群から構成し、エレメント群のうちの少なくとも一つの群は無端リングに接触しないサドル高さを有し、また少なくとも一つの群は無端リングに接触するサドル高さを有する。そして、サドル高さの低い群の最大サドル高さとサドル高さの高い群の最小サドル高さの差は０．１ｍｍ以上とすることでサドル高さの低いエレメントは無端リングに接触しないように積層される。サドル高さ違いのエレメントはランダムに積層しても良いが、大小交互に積層することで伝達トルクの向上が最も効率良く図れる。
【００３７】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のベルト式無段変速機用エレメントは、伝達トルクを増大することができ、無段変速機を搭載した車両の運動性能向上に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ベルト式無段変速機用ベルトの構成を示す図である。
【図２】エレメントの形状を示す図である。
【図３】本発明のエレメントの形状分布図である。
【図４】エレメントの配列の一例を示す図である。
【図５】本発明の効果を示す伝達トルクとスリップ率の関係を示す図である。
【図６】潤滑状態と摩擦係数との関係を示すストライベック曲線の一例を示す図である。
【図７】エレメントの作用する垂直力を説明する図である。
【図８】ストライベック曲線とエレメントの形状分布との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  エレメント
１ａ  ヘッド
１ｂ  ボディ
１ｃ  ネック
２  無端リング
３  ベルト
【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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