(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の板状エレメントを板厚方向に重ね合わせて環状に配置し、一対のフープで前記多数の板状エレメントを互いに分離しないように結束した無端金属ベルトであって、
前記板状エレメントは、前記フープが摺動可能に接するサドル面を有する本体部と、前記本体部につながる首部と、前記サドル面および前記首部の間に位置する窪みとを有しており、
前記窪みの底部の曲率半径は、前記底部から前記本体部または前記首部へつながる前記窪みの各部分のそれぞれの曲率半径よりも大きいことを特徴とする、無端金属ベルト。
【請求項２】
前記窪みを構成する曲率半径の異なる各部分の円弧の接合部において、互いに接合される前記円弧のそれぞれの前記接合部における各接線が共通となるように、前記曲率半径の異なる各部分が接合されていることを特徴とする、請求項１に記載の無端金属ベルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無端金属ベルトに関するものであり、特に多数の板状エレメントを板厚方向に重ね合わせて環状に配置し、一対のフープで多数の板状エレメントを互いに分離しないように結束した無端金属ベルトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−２０５３４３号公報に示されているように、たとえば自動車用のベルト式無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）に使用される無端金属ベルトが知られている。
【０００３】
図７は、ベルト式無段変速機の構成を示す概略図である。図７を参照して、ベルト式無段変速機においては、無端金属ベルト３が、入力軸２０に取付けられた入力側プーリ２２と出力軸３０に取付けられた出力側プーリ３２とに巻き掛けられて使用される。入力側プーリ２２および出力側プーリ３２は、溝幅を無段階に変えられる１対のシーブ４をそれぞれ備えている。この溝幅を変えることで、無端金属ベルト３の入力側プーリ２２および出力側プーリ３２に対する巻付け半径が変わり、これにより入力軸２０と出力軸３０との間の回転数比、すなわち変速比を連続的に無段階に変化させることができる。
【０００４】
図８を参照して、無端金属ベルト３は、多数のエレメント１と、環状の金属帯であるフープ２とを有している。多数のエレメント１は互いに板厚方向に環状に並べて配置されており、その左右のサドル部にフープ２を通して結束されるている。これにより、図９に示すように、全体として、無端の金属ベルト３が構成される。
【０００５】
図１０は従来のエレメントの形状を示す図であり、図１１は図１０の領域Ｐ２を拡大して示す図である。図１０を参照して、エレメント１は、本体部７と、首部８と、頂部９とを有している。本体部７の両側面６は、シーブ４のテーパ状のシーブ面５に接触する対シーブ摩擦面であって、シーブ面５と一致するテーパ面とされている。また本体部７のサドル面１０はフープ２が接触する面である。２つのフープ２の各々は、本体部７と頂部９との間の図中左右のスリット部分の各々に通されている。頂部９は、一方の面側に凸となり、他方の面側では凹となったディンプル・ホール１１を有しており、互いに重ね合わされたエレメント１の一方のディンプル・ホール１１が他方のディンプル・ホール１１に嵌合するようになっている。
【０００６】
このような本体部７と頂部９とが首部８によりつながれている。そして、首部８とサドル面１０との間には窪み１２ｂが形成されている。この窪み１２ｂは、図１１に示すように、従来、単一の曲率半径（たとえばＲ０．５ｍｍ）で構成されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエレメント１では、窪み１２ｂが単一の曲率半径を有しているため、エレメント１に高トルクが作用した場合などには、窪み１２ｂの底部（図１１の領域Ｐ３）を起点とした疲労破壊が生じ、無端金属ベルトが破壊するという問題があった。
【０００８】
それゆえ本発明の目的は、疲労破壊を抑制でき、それにより耐久性を向上できる無端金属ベルトを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の無端金属ベルトは、多数の板状エレメントを板厚方向に重ね合わせて環状に配置し、一対のフープで多数の板状エレメントを互いに分離しないように結束した無端金属ベルトであって、板状エレメントは、フープが摺動可能に接するサドル面を有する本体部と、その本体部につながる首部と、サドル面および首部の間に位置する窪みとを有しており、その窪みの底部の曲率半径は、その底部から本体部または首部へつながる窪みの各部分のそれぞれの曲率半径よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の無端金属ベルトによれば、高トルクが作用したときに応力が集中する窪みの底部は、窪みの他の部分と比較して大きな曲率半径を有している。このため、窪み底部の応力集中の度合いを低減することができ、結果としてその応力による疲労破壊を防止することができる。
【００１１】
また、底部以外の窪み部分は、窪みの底部よりも小さな曲率半径を有している。このため、窪み全体の幅が大きくなることを抑制することができ、窪み側へフープがはみ出すことを抑えることができる。よって、フープが窪みにはみ出ることによって応力振幅が大きくなることを抑制することができる。
【００１２】
以上より、疲労破壊を防止できるとともに応力振幅を抑制することのできる無端金属ベルトを得ることができる。
【００１３】
上記の無端金属ベルトにおいて好ましくは、窪みを構成する曲率半径の異なる各部分の円弧の接合部において、互いに接合される円弧のそれぞれの接合部における各接線が共通となるように、曲率半径の異なる各部分が接合されている。
【００１４】
これにより、窪み全体を滑らかに形成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態における無端金属ベルトに用いられるエレメントの構成を示す概略図である。また、図２は、図１の領域Ｐ１を拡大して示す図である。
【００１７】
図１を参照して、板状のエレメント１は、本体部７と、首部８と、頂部９とを有している。本体部７の両側面６は、シーブのテーパ状のシーブ面に接触する対シーブ摩擦面であって、シーブ面と一致するテーパ面とされている。また本体部７のサドル面１０はフープが接触する面である。２つのフープ（図示せず）の各々は、本体部７と頂部９との間の図中左右のスリット部分の各々に通されている。頂部９は、一方の面側に凸となり、他方の面側では凹となったディンプル・ホール１１を有しており、互いに重ね合わされたエレメント１の一方のディンプル・ホール１１が他方のディンプル・ホール１１に嵌合するようになっている。
【００１８】
このような本体部７と頂部９とが首部８によりつながれている。そして、首部８とサドル面１０との間には窪み１２ａが形成されている。この窪み１２ａは、図２に示すように、互いに異なる曲率半径を有する複数の部分１２ａ1、１２ａ2、１２ａ3、１２ａ4が組み合わされた構成を有している。
【００１９】
窪み１２ａの底部に配置された部分１２ａ1は、窪み１２ａの他の部分１２ａ2、１２ａ3、１２ａ4よりも大きな曲率半径を有しており、その曲率半径はたとえばＲ０．８ｍｍである。またその底部の部分１２ａ1と首部８との間の部分１２ａ2は、たとえばＲ０．５ｍｍの曲率半径を有している。またその底部の部分１２ａ1とサドル面１０との間の部分１２ａ3、１２ａ4の各々は、たとえばＲ０．５ｍｍ、Ｒ０．３ｍｍの曲率半径を有している。
【００２０】
また窪み１２ａの幅はたとえば１．２７ｍｍであり、深さはたとえば０．５１７ｍｍ（０．３５＋０．１６７ｍｍ）である。窪み１２ａの底部１２ａ1の円弧の中心から首部８までの距離はたとえば０．６ｍｍである。
【００２１】
これらの曲率半径が異なる各部分１２ａ1、１２ａ2、１２ａ3、１２ａ4は、互いに隣り合う各部分の接続部における各円弧の接線同士が共通するようにつながれている。つまり、窪み１２ａの底部の部分１２ａ1とその左隣の部分１２ａ2との接合部、窪み１２ａの底部の部分１２ａ1とその右隣の部分１２ａ3との接合部、およびその右隣の部分１２ａ3とさらに右隣の部分１２ａ4との接合部の各々において、互いに接合される各円弧の接合部における各接線が共通となるように、各部分が接合されている。
【００２２】
このような複数個のエレメント１がフープ２により結束されて、図９に示すように、全体として、無端の金属ベルト３が構成される。
【００２３】
本発明者は、本発明をするにあたり以下の実験を行なった。
まず、無端の金属ベルト３がＣＶＴとして実際に使用される状態で、エレメント１にかかる力（図１０の「プーリからの駆動力伝達による力」、「トルク伝達による力」、フープからの押え力など）を計測または推定し、その力を基にＦＥＭ（finite element method）を実施した。その結果、応力が集中する部分が図１１に示す窪み１２ｂの底部（領域Ｐ３）であることが分かった。
【００２４】
また、図１１の構成において窪み１２ｂの曲率半径Ｒと応力集中との関係を調べたところ、図３に示すように窪み１２ｂの曲率半径Ｒが大きいほど、底部（領域Ｐ３）における応力集中を低減できることが分かった。
【００２５】
しかし、窪み１２ｂの曲率半径Ｒを単純に大きくすると、図４においてフープ２が窪み１２ｂに向けてはみ出す部分が大きくなる。そこで、フープ２が窪み１２ｂからはみ出しているときのフープ２の応力変化について調べた。その結果、図５および図６に示す結果が得られた。
【００２６】
図５および図６の各々は、エレメントの窪みにはみ出ているフープ部分の外周表面および内周表面のそれぞれの応力が無端金属ベルトの回転時間により変化する様子を示している。これらの図において、実線はサドル面１０上に位置するフープ２の応力変化を示しており、点線は窪み１２ｂからはみ出したフープ２の部分の応力変化を示している。また、「小径プーリ」および「大径プーリ」と表記された各範囲は、無端金属ベルトが小径プーリおよび大径プーリの各々に巻き掛けられて接している範囲を示している。
【００２７】
図５および図６の結果より、フープ２の外周表面（図５）に関しては、窪み１２ｂにはみ出しているフープ２の部分は、サドル面１０上に位置するフープ２の部分よりも応力振幅が小さくなるが、フープ２の内周表面（図６）に関しては、窪み１２ｂにはみ出しているフープ２の部分は、サドル面１０上に位置するフープ２の部分よりも応力振幅が大きくなることが分かった。
【００２８】
このことから、窪み１２ｂの曲率半径Ｒを単純に大きくすると、図４においてフープ２が窪み１２ｂに向けてはみ出ている部分の内周表面での応力振幅が大きくなり、フープ２の耐久性が悪化することが判明した。また、窪み１２ｂの幅が大きくなるほど、この応力振幅が大きくなることも判明した。
【００２９】
そこで、図２に示すように応力が集中する窪み１２ａ底部（Ｐ３）に位置する部分１２ａ1の曲率半径を大きくするとともに、窪み１２ａのサドル面１０および首部８につながる部分１２ａ2、１２ａ3、１２ａ4の曲率半径を小さくすることで窪み１２ａの幅が大きくなることを防止しながら、すなわちフープ２の応力振幅が大きくなるのを防止しながら、エレメント１の応力集中度を下げることができ、その結果、無端金属ベルト３の耐久性を向上することができる。
【００３０】
なお、上記の実施の形態において記載されたエレメント１の各部の寸法および形状は例示であり、本発明はその寸法および形状に限定されるものではないが、たとえば窪み１２ａのサドル面１０および首部８につながる部分のうち部分１２ａ2、１２ａ3を等しい曲率半径Ｒ2とした場合、窪み１２ａの底部に位置する部分１２ａ1の曲率半径Ｒ1は、１．４≦Ｒ1／Ｒ2≦１．６を満たすように設定することが好ましい。
【００３１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の無端金属ベルトによれば、高トルクが作用したときに応力が集中する窪みの底部は、窪みの他の部分と比較して大きな曲率半径を有している。このため、窪み底部の応力集中の度合いを低減することができ、結果としてその応力による疲労破壊を防止することができる。
【００３３】
また、底部以外の窪み部分は、窪みの底部よりも小さな曲率半径を有している。このため、窪み全体の幅が大きくなることを抑制することができ、窪み側へフープがはみ出すことを抑えることができる。よって、フープが窪みにはみ出ることによって応力振幅が大きくなることを抑制することができる。
【００３４】
以上より、疲労破壊を防止できるとともに応力振幅を抑制することのできる無端金属ベルトを得ることができる。
【００３５】
上記の無端金属ベルトにおいて好ましくは、窪みを構成する曲率半径の異なる各部分の円弧の接合部において、互いに接合される円弧のそれぞれの接合部における各接線が共通となるように、曲率半径の異なる各部分が接合されている。これにより、窪み全体を滑らかに形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態における無端金属ベルトに用いられるエレメントの構成を示す概略図である。
【図２】  図１の領域Ｐ１を拡大して示す図である。
【図３】  首部とサドル面との間の窪みの曲率半径Ｒと応力集中との関係を示す図である。
【図４】  フープが窪みに突き出す様子を示す図である。
【図５】  フープの外周表面の応力が回転時間により変化する様子を示す図である。
【図６】  フープの内周表面の応力が回転時間により変化する様子を示す図である。
【図７】  ベルト式無段変速機の構成を示す概略図である。
【図８】  無端金属ベルトにおいて複数のエレメントが一対のフープによって結束された様子を示す概略斜視図である。
【図９】  無端金属ベルトの全体構成を示す概略図である。
【図１０】  従来のエレメントの形状を示す図である。
【図１１】  図１０の領域Ｐ２を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１  エレメント、２  フープ、３  無端金属ベルト、４  シーブ、５  シーブ面、６  側面、７  本体部、８  首部、９  頂部、１０  サドル面、１１  ディンプル・ホール、１２ａ  窪み、２０  入力軸、２２  入力側プーリ、３０  出力軸、３２  出力側プーリ。
【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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