(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次プーリ（２）と二次プーリ（３）とを備え、駆動ベルト（１０）が、前記各プーリ（２；３）の２つの円錐形プーリ・ディスク（２１，２２；３１，３２）の間に挟まれて前記プーリ（２；３）の周囲に配置され、前記駆動ベルト（１０）は少なくとも１つの連続する柔軟なリングと１連の横要素を有し、前記横要素は前記リングの周囲に沿って、前記リングに対し前記リングの長手方向あるいは周囲方向に自由に移動できるように配置され、前記プーリ・ディスクは走行面（４０）により前記駆動ベルト（１０）と接触し、前記一次プーリ（２）および前記二次プーリ（３）の少なくとも１つのプーリ・ディスク（４４）の前記走行面（４０）が、接線方向に垂直な断面で見た場合ある曲率を有し、そのため、前記走行面（４０）上の接線（４１）と半径方向（４２）との間のプーリ角度（α）が、前記走行面（４０）上の半径方向最内側の位置における最小値と、前記走行面（４０）上の半径方向最外側の位置における最大値との間で変化する自動車用無段階変速機（１）であって、前記一次プーリ（２）の前記走行面（４０）の曲率と前記二次プーリ（３）の前記走行面（４０）の曲率が、前記二次プーリ（３）の前記プーリ角度（α）の最大値が、前記一次プーリ（２）の前記プーリ角度（α）の最大値より小さいという特性により、相互に異なることを特徴とする無段階変速機。
【請求項２】
前記二次プーリ（３）の前記プーリ角度（α）の最大値および最小値の間の間隔が、前記一次プーリ（２）の前記プーリ角度（α）の対応する間隔より小さいことを特徴とする請求項１に記載の変速機（１）。
【請求項３】
前記二次プーリ（３）の前記プーリ角度（α）の最小値が、前記一次プーリ（２）の前記プーリ角度（α）の最小値と等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の変速機（１）。
【請求項４】
エンジンと荷重との間に請求項１−３のいずれか１項に記載の変速機（１）を有し、前記エンジンが発生する動力が、前記一次プーリ（２）から前記二次プーリ（３）へ前記駆動ベルト（１０）により伝達され、前記二次プーリ（３）により前記荷重に伝達されることを特徴とする、エンジンと駆動される荷重とを有する自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと負荷との間で機械的動力を伝達するための請求項１の前文に記載の無段階変速機に関する。セットした範囲内で、プーリ間のトルク・レベルおよび回転速度の速度伝達比を連続的に変化させることができる。このタイプの変速機は一般的に周知のものであり、特に自動車で使用するのに適している。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、変速機においては、駆動ベルトが各プーリの２つの円錐形プーリ・ディスク間に取り付けられていて、一次および二次走行半径とも呼ばれる一次および二次プーリの駆動ベルトの半径方向の位置の比率が、変速機の速度伝達比を決める。上記走行半径の大きさは、各プーリのプーリ・ディスクの一方が、軸方向に移動することができるように配置されているために、対向方向に変化させることができる。それ故、速度伝達比が１に等しい場合には、駆動ベルトの上記走行半径は相互に等しい。一方、速度伝達比が１より大きい場合には、一次走行半径は二次走行半径より大きく、逆に速度伝達比が１より小さい場合には、一次走行半径は二次走行半径より小さくなる。
【０００３】
とりわけ、ＥＰ−Ａ−０２９１１２９号から、速度伝達比が変化している場合は、駆動ベルトの中心、すなわちプーリ・ディスク間の軸方向の中間点は、各プーリ毎に異なる移動をする。それ故、プーリ間の駆動ベルトは、事実上すべての可能な速度伝達比において、プーリ軸に対して垂直方向を向いていない、すなわち軸方向を向いているが、プーリ軸に対して小さい変化する角度を有する。この現象は、駆動ベルトのスキュー走行と呼ばれる。駆動ベルトのスキュー走行は、例えば、ノイズが増大するとか、磨耗が不均一になるという点で、変速機の機能に悪影響がある場合があることが分かっている。この現象の１つの解決方法として、とりわけ、日本特許出願第６３−０５３３５２号、また例えば、ＪＰ−２００２−０３１２１５号は、各プーリの少なくとも１つのプーリ・ディスクの走行面、すなわちこのディスクの駆動ベルトとの接触面を、接線方向に垂直方向を向いている断面で見た場合、ある曲率を持たせることを提案している。上記曲率を適当に選択することにより、確実に駆動ベルトがいつでも、すなわち変速機の瞬間的な速度伝達比が何であれ、プーリ軸に有利にほぼ垂直方向を向いている状態に維持することができる。
また、場合によっては、駆動ベルトの少なくとも軸方向に対する最大角度を小さくすることにより、スキュー走行を部分的に補償するように選択することもできる。さらに、スキュー走行に対する補償の他に、上記文献は、規定された程度に湾曲する駆動面を使用すると有利な場合がある他の現象も開示している。それぞれの場合、各接触面上にある接線と半径方向との間の角度、ここではプーリ角度と呼ぶ角度は、接触面上の半径方向の一番内側の位置のところの最小値から接触面上の半径方向の一番外側の位置のところの最大値へと変化する。
【特許文献１】ＥＰ−Ａ−０２９１１２９号
【特許文献２】日本特許出願第６３−０５３３５２号
【特許文献３】ＪＰ−２００２−０３１２１５号
【特許文献４】欧州特許公報第ＥＰ−Ａ−０  ９３１  ９５９号
【発明の開示】
【０００４】
周知の変速機は基本的には正しく機能するが、本発明によれば、まだ改善の余地がある。より詳細に説明すると、本発明は、その耐用年数および／または最大荷重容量が改善されるような方法で、変速機の動作中に、駆動ベルト上の機械的負荷を低減することに関する。
この目的のために、本発明による変速機は、請求項１を特徴とする。驚くべきことに、このタイプの変速機においては、変速機の動作中、駆動ベルトとプーリとの間に発生する力が考慮の対象になる。本発明は、トルク伝達のためにプーリ・ディスクが駆動ベルトに加える軸方向の締付け力は、プーリ・ディスクと駆動ベルトの間のプーリ角度のために、駆動ベルト上に半径方向の力の分力を加えるという原理をベースとしている。この分力が２つのプーリにかかるために、駆動ベルトの半径方向の位置または走行半径を一定に維持することができるが、それは駆動ベルトの張力を犠牲にしてのことである。この張力は、駆動ベルトに機械的負荷をかけるが、この負荷は原則的には望ましくない。何故なら、この負荷はプーリ間のトルクの伝達にほとんど貢献しないか、全然貢献しないからである。これによる駆動ベルトの上記分力および張力は、プーリ角度が大きくなるにつれて増大する。それ故、この側面から見て、プーリ角度はできるだけ小さくするのが有利であると思われる。
しかし、プーリ角度を小さくすると、締付け力により動作中に発生するプーリ・ディスクの拡張とも呼ばれる所与の変形をプーリ・ディスクが起こし、駆動ベルトは、理想的なアーチ状の経路輪郭から逸れて、プーリ・ディスク間である程度半径方向内側に巻き込まれるという重大な欠点がある。この現象の発生する程度は、駆動ベルトの半径方向のたるみと呼ばれる。この現象が発生すると、駆動ベルトの一部がプーリ・ディスクに対してスリップし、そのため、変速機の効率は悪影響を受ける。これは基本的に望ましくないことである。幾何学的に考察すると、上記の半径方向のたるみおよび結果としての効率の低下は、プーリ角度が小さくなるにつれて、また駆動ベルトの走行半径が大きくなるにつれて、または挟み込む力が大きくなるにつれて大きくなる。それ故、この側面から見た場合、確かに比較的大きな走行半径で、できるだけプーリ角度を大きくするのが有利であると思われる。
【０００５】
本発明は、その効率に悪影響を全然与えないか、ほとんど与えないで、周知の変速機の耐用年数および／または頑強さを向上するように、驚くべき方法で上記の基本的に矛盾する効果を組み合わせる。この目的のために、本発明は、自動車で使用されている結果としての特徴的な機能に一部基づいている。それにより、動作中、最小速度伝達比の場合、本発明により定義したように、比較的大きい短時間的の負荷がかかることになる。一方、最大速度伝達比の場合には、もっと小さい長時間負荷がかかることになる。例えば、停止状態から荷重、すなわち自動車が加速される場合は、最小速度伝達比が使用され、一方、例えば、荷重が所望のほぼ一定の速度に達すると、最大速度伝達比が使用される。
【０００６】
それ故、本発明によれば、最小速度伝達比の場合には、上記張力を最小にするために、一次プーリおよび二次プーリ両方上のプーリと駆動ベルトとの間の接触を比較的小さなプーリ角度で行い、最大の速度伝達比の場合には、上記半径方向のたるみを最小にするために反対のことを行うのが有利であると結論づけることができる。一次プーリの走行面の上記曲線は、この性質のプーリ角度による有利な形状と一致するが、本発明によれば、これは二次プーリには当てはまらない。本発明によれば、二次プーリのプーリ角度の最大値が、一次プーリの最大値より小さいことが有利である。要するに、最小速度伝達比の場合、駆動ベルトと二次プーリとの間の接触を決定するのはこのプーリ角度であり、ここでは張力効果が半径方向のたるみ現象に打ち勝っている。
【０００７】
二次プーリのプーリ角度の変化領域、すなわち最大値と最小値との間隔が変化しないためには、小さな走行半径でのプーリ角度の最小値はそれに応じてもっと小さいものでなければならない。このことは、最大速度伝達比の場合に、変速機の効率にそれに応じて悪影響を及ぼすものと予想される。しかし、本発明によれば、この種の悪影響は全く起こらないか殆ど発生しない。何故なら、すでに説明したように、半径方向のたるみは走行半径が小さくなるに比例して減少し、初期の近似ではその３乗分に低減するからである。それ故、最小走行半径の近くでは、半径方向のたるみは殆ど発生しないか、全く発生しない。
【０００８】
しかし、本発明によれば、変速機の好ましい実施形態の場合、二次プーリのプーリ角度の最小値が、対応して小さくならないことが有利であり、二次プーリのプーリ角度の範囲は、一次プーリのプーリ角度の範囲より小さくなる。何故なら、半径方向のプーリと駆動ベルトとの間の摩擦に打ち勝ち、変速機の速度伝達比を変化させることができるように、十分な大きさの挟み込み力の半径方向分力を発生するには、一般的に、プーリ角度の最小値が必要であるからである。さらに、少なくとも１つの連続している柔軟なリングを含むプッシュ・ベルトと呼ばれるベルトとして設計した駆動ベルトであって、その周辺部上に、少なくともその縦方向に上記リング上を自由に移動することができる一連の横要素が配置されている駆動ベルトの場合には、供給されたトルクが、横要素間の押す力により、プーリ間を伝達することができるように、リング内に十分な張力を発生しなければならない。この態様については、欧州特許公報第ＥＰ−Ａ−０  ９３１  ９５９号に記載されている。変速機の特定の実施形態の場合には、上記の理由で両方のプーリのプーリ角度の最小値は同じである。
【０００９】
二次プーリのプーリ角度範囲が小さくても、一次および二次プーリの曲線が等しい従来技術による接触面の曲率により達成するためには、実際には、多くの場合、例えば、最小値を小さく、または最大値を大きくすることにより、一次プーリのプーリ角度の範囲を広くすることが望ましい。前者の場合には、本発明によれば、変速機の効率は全く或いは殆ど悪影響を受けない。何故なら、すでに説明したように、ディスクは、最低走行半径の付近ではほとんど拡張しないからである。後者の場合には、本発明によれば、変速機の動作の改善を期待することができる。何故なら、最大速度伝達比の場合、半径方向のたるみは有利なことに減少するからである。
図面および図面に示す例示としての実施形態を参照しながら、本発明について以下にさらに詳細に説明する。
【００１０】
（図面の簡単な説明）
図１は、周知のタイプの無段階変速機の断面図である。
図２は、周知の変速機のプーリ・ディスク、特にその接触面の詳細図である。
図３は、図１の変速機の略側面図である。
図４は、従来技術による一次プーリおよび二次プーリ用の、駆動ベルトの走行半径とプーリ角度の関係を示すグラフである。
図５は、プーリ角度が本発明の実施形態により決定される、図４に対応するグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、周知の無段階変速機１の断面図である。変速機１は、エンジン（図示せず）により駆動することができる一次プーリ２、および荷重（図示せず）を駆動する二次プーリ３を備える。これら両方のプーリは、各プーリ軸２０、３０に固定されているプーリ・ディスク２１、３１を備えていて、また上記軸２０、３０に対して軸方向に移動することができるプーリ・ディスク２２、３２を備える。駆動ベルト１０は、プーリ・ディスク２１、２２、３１、３２間に固定されていて、そのため機械的な力を摩擦により２本の軸２０および３０間で伝達することができる。この場合、変速機１の速度伝達比は、駆動ベルト１０の一次走行半径Ｒｐおよび二次走行半径Ｒｓ、すなわち、各プーリ１０および２０のプーリ・ディスク２１、２２、３１、３２間のその実効半径方向位置の比率により決定される。変速機１の走行半径ＲｐおよびＲｓ、それ故、速度伝達比Ｒｐ／Ｒｓは、可動ディスク２２、３２を各プーリ軸２０、３０に沿って反対側に移動させることにより変えることができる。この図の場合、変速機１は高い速度伝達比になっているが、すなわち一次走行半径Ｒｐが比較的大きく、二次走行半径Ｒｓが比較的小さくなっているが、これは単に例示としてのものに過ぎない。
【００１２】
図２は、任意のプーリ・ディスク４３のより詳細な接線方向断面図である。プーリ・ディスク４３の走行面４０、すなわち接触面４０は、ある曲率を有し、この場合、接触面４０上の点Ｒのところの接線４１と半径方向４２との間のプーリ角度αは、この半径方向に見た場合増大している。
【００１３】
図３は、周知の変速機１の側面図である。この図の場合、一次プーリ２は、図面の左側に一次軸２０を有し、二次プーリ３は図面の右側に二次軸３０を有する。ラインＬ、ＭおよびＨは、変速機の３つの速度伝達比の場合の駆動ベルト１０の位置を示す。破線Ｌは、変速機１に、例えば、荷重すなわち自動車が停止状態から加速している場合のように、通常の運転では時間的に比較的短く、重い負荷がかかる最小速度伝達比を示す。一点鎖線Ｈは、変速機１に、例えば、自動車が所望の速度に達した後の場合のように、通常の運転では時間的に比較的長く、軽い負荷がかかる最大速度伝達比を示す。点線Ｍは、追加の例として、一次走行半径Ｒｐが二次走行半径Ｒｓと等しく、一次軸２０および二次軸３０が同じ回転速度である速度伝達比が１の場合を示す。
【００１４】
図４は、図２により定義した、駆動ベルト１０の各走行半径Ｒｐ、Ｒｓに関する一次プーリ２および二次プーリ３のプーリ角度αのグラフである。この例の場合、走行半径に関するプーリ角度α（Ｒｐ）、α（Ｒｓ）は、すべての可能な速度伝達比Ｒｐ／Ｒｓにおいて、駆動ベルト１０がプーリ軸２０および３０にほぼ垂直方向を向いている必要があるという既知の要件により決まる。プーリ２、３の場合には共に、プーリ角度αは、約７．５度〜１０．８度の範囲内で変化する。
【００１５】
図５は、各走行半径に関するプーリ角度α（Ｒｐ）、α（Ｒｓ）の類似のグラフであるが、本発明の可能な実施形態によるものである。本発明によれば、二次プーリのプーリ角度の最大値（±８．８度）は、一次プーリのプーリ角度の最大値（±１１度）より小さい方が有利である。一方、その各最小値（±７度）は、ほぼ一致する。図４のグラフと比較すると、本発明による変速機の場合には、二次プーリ３のプーリ角度αの範囲は小さくなっている。また本発明による変速機はほぼ上記の要件を満たす。
上記説明の他に、本発明は、図に示すすべての詳細、少なくとも当業者が直接およびはっきりと認識できる程度に関連し、下記の特許請求の範囲に記載する特徴に関連する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】周知のタイプの無段階変速機の断面図である。
【図２】周知の変速機のプーリ・ディスク、特にその接触面の詳細図である。
【図３】図１の変速機の概略側面図である。
【図４】従来技術による一次プーリおよび二次プーリ用の駆動ベルトの、走行半径とプーリ角度の関係を示すグラフである。
【図５】プーリ角度が本発明の実施形態により決定される、図４に対応するグラフである。
【符号の説明】
【００１７】
１  自動車用無段階変速機    ２  一次プーリ    ３  二次プーリ
１０  駆動ベルト  ２１，２２；３１，３２  プーリ・ディスク
４０  走行面  ４１  接線  ４２  半径方向  ４３，４４  プーリ・ディスク
【図１】
0004454021.tif 000002
【図２】
0004454021.tif 000003
【図３】
0004454021.tif 000004
【図４】
0004454021.tif 000005
【図５】
0004454021.tif 000006