(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側プーリ半体（７）および可動側プーリ半体（８）を有するドライブプーリ（６）と、固定側プーリ半体（１２）および可動側プーリ半体（１３）を有するドリブンプーリ（１１）とに、無端状の金属リング（３３）を複数枚積層した金属リング集合体（３１）に多数の金属エレメント（３２）を支持した金属ベルト（１５）を巻き掛けてなり、金属ベルト（１５）がドライブプーリ（６）に巻き付いている範囲での金属エレメント（３２）のミスアライメント（α）が、金属ベルト（１５）がドリブンプーリ（１１）に巻き付いている範囲での金属エレメント（３２）のミスアライメント（α）よりも大きいベルト式無段変速機において、
前記ドライブプーリ（６）は、可動側プーリ半体（８）自体の変形による倒れ剛性が固定側プーリ半体（７）自体の変形による倒れ剛性よりも高く設定されたことを特徴とするベルト式無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライブプーリおよびドリブンプーリに金属ベルトを巻き掛けたベルト式無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の更なる環境対応の要求が高まる中で、金属ベルトを用いたベルト式無段変速機は、走行性能の向上と燃料消費量の節減とを両立できる変速機として注目されている。かかるベルト式無段変速機は、その走行性能においては、シフトショックの無いスムーズな加速と静粛性とを可能にし、その燃料消費量においては、エンジンとの統合制御により燃焼効率の高いエンジン回転数を維持することで、オートマチックトランスミッションを凌ぐ低燃費を実現している。そのため、今後ますますベルト式無段変速機のトルク伝達容量を拡大して多機種への汎用性を高めるニーズが高まっている。
【０００３】
従来、特開昭５２−４７１５８号公報に記載されているように、金属エレメントのサドル面上を金属リング集合体が移動し、その側縁が金属エレメントのネック部やプーリのＶ面と接触して耐久性が低下するのを防止すべく、金属エレメントのサドル面を凸形状（クラウニング）にし、金属リング集合体をサドル面上でセンタリングする技術が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属エレメントのサドル面を凸形状にしてセンタリング機能を持たせても、ベルト式無段変速機の運転条件によっては金属リング集合体がサドル面上を移動することが避けられなかった。その原因の一つとして、ドライブプーリの可動側プーリ半体および固定側プーリ半体の倒れ剛性の比率が大きな影響を及ぼすことが判明した。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ベルト式無段変速機の金属リング集合体の側縁が金属エレメントやプーリのＶ面に接触し難くして耐久性を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、固定側プーリ半体および可動側プーリ半体を有するドライブプーリと、固定側プーリ半体および可動側プーリ半体を有するドリブンプーリとに、無端状の金属リングを複数枚積層した金属リング集合体に多数の金属エレメントを支持した金属ベルトを巻き掛けてなり、金属ベルトがドライブプーリに巻き付いている範囲での金属エレメントのミスアライメントが、金属ベルトがドリブンプーリに巻き付いている範囲での金属エレメントのミスアライメントよりも大きいベルト式無段変速機において、前記ドライブプーリは、可動側プーリ半体自体の変形による倒れ剛性が固定側プーリ半体自体の変形による倒れ剛性よりも高く設定されたことを特徴とするベルト式無段変速機が提案される。
【０００７】
上記構成によれば、金属ベルトがドライブプーリに巻き付いている範囲での金属エレメントのミスアライメントが、金属ベルトがドリブンプーリに巻き付いている範囲での金属エレメントのミスアライメントよりも大きいベルト式無段変速機において、ドライブプーリの可動側プーリ半体自体の変形による倒れ剛性を固定側プーリ半体自体の変形による倒れ剛性よりも高く設定したことにより、金属リング集合体の側縁が金属エレメントやプーリのＶ面に接触し難くすることが可能となり、金属リング集合体の耐久性を向上させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【０００９】
図１〜図１８は本発明の一実施例を示すもので、図１は金属ベルト式無段変速機を搭載した車両の動力伝達系のスケルトン図、図２は金属ベルトの部分斜視図、図３は金属エレメントの正面図、図４はミスアライメントの定義を説明する図、図５はレシオとミスアライメントとの関係を示すグラフ、図６はプーリを剛体と仮定した場合の金属リング集合体の周方向のミスアライメントの分布を示すグラフ、図７は金属ベルトの周方向の各位置の定義を説明する図、図８は左右の金属リング集合体の周方向のミスアライメントの分布を示す図、図９は左右の金属リング集合体の外側縁の周方向の応力の分布を示す図、図１０はプーリの倒れ剛性を考慮したモデルの説明図、図１１はプーリの倒れ剛性を考慮した場合の金属リング集合体の周方向のミスアライメントの分布を示すグラフ、図１２は固定側プーリ半体および可動側プーリ半体の剛性値を異ならせたケース（１）〜（９）の定義を示す図、図１３はケース（１）〜（４）における金属リング集合体の４つの側縁の応力を示すグラフ、図１４はケース（１），（４）における金属リング集合体の周方向の応力の分布を示すグラフ、図１５はケース（１），（４）における金属リング集合体の周方向の荷重の分布を示すグラフ、図１６はケース（５），（３），（６）における金属リング集合体の４つの側縁の応力を示すグラフ、図１７はケース（５）における金属リング集合体の周方向のクリアランスおよびミスアライメントの分布を示すグラフ、図１８はケース（１）〜（９）における金属リング集合体の４つの側縁のクリアランスを示すグラフである。
【００１０】
尚、本実施例で用いる金属エレメントの前後方向、左右方向、半径方向の定義は図２に示されている。半径方向はその金属エレメントが当接するプーリの半径方向として定義されるもので、プーリの回転軸に近い側が半径方向内側であり、プーリの回転軸に遠い側が半径方向外側である。また左右方向は金属エレメントが当接するプーリの回転軸に沿う方向として定義され、前後方向は金属エレメントの車両の前進走行時における進行方向に沿う方向として定義される。
【００１１】
図１は自動車に搭載された金属ベルト式無段変速機Ｔの概略構造を示すもので、エンジンＥのクランクシャフト１にダンパー２を介して接続されたインプットシャフト３は発進用クラッチ４を介して金属ベルト式無段変速機Ｔのドライブシャフト５に接続される。ドライブシャフト５に設けられたドライブプーリ６は、ドライブシャフト５に固着された固定側プーリ半体７と、この固定側プーリ半体７に対して接離可能な可動側プーリ半体８とを備えており、可動側プーリ半体８は油室９に作用する油圧で固定側プーリ半体７に向けて付勢される。
【００１２】
ドライブシャフト５と平行に配置されたドリブンシャフト１０に設けられたドリブンプーリ１１は、ドリブンシャフト１０に固着された固定側プーリ半体１２と、この固定側プーリ半体１２に対して接離可能な可動側プーリ半体１３とを備えており、可動側プーリ半体１３は油室１４に作用する油圧で固定側プーリ半体１２に向けて付勢される。ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１間に、左右の一対の金属リング集合体３１，３１に多数の金属エレメント３２を支持してなる金属ベルト１５が巻き掛けられる（図２参照）。それぞれの金属リング集合体３１は、１２枚の金属リング３３を積層してなる。
【００１３】
ドリブンシャフト１０には前進用ドライブギヤ１６および後進用ドライブギヤ１７が相対回転自在に支持されており、これら前進用ドライブギヤ１６および後進用ドライブギヤ１７はセレクタ１８により選択的にドリブンシャフト１０に結合可能である。ドリブンシャフト１０と平行に配置されたアウトプットシャフト１９には、前記前進用ドライブギヤ１６に噛合する前進用ドリブンギヤ２０と、前記後進用ドライブギヤ１７に後進用アイドルギヤ２１を介して噛合する後進用ドリブンギヤ２２とが固着される。
【００１４】
アウトプットシャフト１９の回転はファイナルドライブギヤ２３およびファイナルドリブンギヤ２４を介してディファレンシャル２５に入力され、そこから左右のアクスル２６，２６を介して駆動輪Ｗ，Ｗに伝達される。
【００１５】
而して、エンジンＥの駆動力はクランクシャフト１、ダンパー２、インプットシャフト３、発進用クラッチ４、ドライブシャフト５、ドライブプーリ６、金属ベルト１５およびドリブンプーリ１１を介してドリブンシャフト１０に伝達される。前進走行レンジが選択されているとき、ドリブンシャフト１０の駆動力は前進用ドライブギヤ１６および前進用ドリブンギヤ２０を介してアウトプットシャフト１９に伝達され、車両を前進走行させる。また後進走行レンジが選択されているとき、ドリブンシャフト１０の駆動力は後進用ドライブギヤ１７、後進用アイドルギヤ２１および後進用ドリブンギヤ２２を介してアウトプットシャフト１９に伝達され、車両を後進走行させる。
【００１６】
このとき、金属ベルト式無段変速機Ｔのドライブプーリ６の油室９およびドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧を、電子制御ユニットＵ１からの指令で作動する油圧制御ユニットＵ２で制御することにより、その変速比が無段階に調整される。即ち、ドライブプーリ６の油室９に作用する油圧に対してドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧を相対的に増加させれば、ドリブンプーリ１１の溝幅が減少して有効半径が増加し、これに伴ってドライブプーリ６の溝幅が増加して有効半径が減少するため、金属ベルト式無段変速機Ｔの変速比はＬＯＷに向かって無段階に変化する。逆にドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧に対してドライブプーリ６の油室９に作用する油圧を相対的に増加させれば、ドライブプーリ６の溝幅が減少して有効半径が増加し、これに伴ってドリブンプーリ１１の溝幅が増加して有効半径が減少するため、金属ベルト式無段変速機Ｔの変速比はＯＤに向かって無段階に変化する。
【００１７】
図２および図３に示すように、金属板材から打ち抜いて成形した金属エレメント３２は、概略台形状のエレメント本体３４と、金属リング集合体３１，３１が嵌合する左右一対のリングスロット３５，３５間に位置するネック部３６と、ネック部３６を介して前記エレメント本体３４の上部に接続される概略三角形のイヤー部３７とを備える。エレメント本体３４の左右方向両端部には、ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１のＶ面に当接可能な一対のプーリ当接面３９，３９が形成される。また金属エレメント３２の進行方向前側および後側には相互に当接する主面４０がそれぞれ形成され、また進行方向前側の主面４０の下部には左右方向に延びるロッキングエッジ４１を介して傾斜面４２が形成される。更に、前後に隣接する金属エレメント３２，３２を結合すべく、イヤー部３７の前後面に相互に嵌合可能な凸部４３ｆおよび凹部４３ｒが形成される。そして左右のリングスロット３５，３５の下縁に、金属リング集合体３１，３１の内周面を支持するサドル面４４，４４が形成される。
【００１８】
さて、図４に示すように、ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１に金属ベルト１５を巻き掛けて成る金属ベルト式無段変速機Ｔでは、ドライブプーリ６の固定側プーリ半体７とドリブンプーリ１１の固定側プーリ半体１２とが対角位置に配置されており、かつドライブプーリ６の可動側プーリ半体８とドリブンプーリ１１の可動側プーリ半体１３とが対角位置に配置されている。従って、ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１の可動側プーリ半体８，１３が固定側プーリ半体７，１２に対して接近・離反すると、ドライブプーリ６のＶ溝中心線Ｌａとドリブンプーリ１１のＶ溝中心線Ｌｂとが一致しなくなり、僅かなミスアライメントαが発生することになる。
【００１９】
ミスアライメントが大きくなると金属ベルト１５の寿命が低下することが実験的に知られており、このミスアライメントはプーリを剛体と仮定してもゼロにはならず、その大きさは金属ベルト式無段変速機Ｔのレシオによって決定される（図５参照）。更に、実際のプーリは有限な剛性値を持つことから、その変形量がミスアライメントに及ぼす影響を考慮することが重要となる。しかしながら、現状では金属ベルト式無段変速機Ｔの運転中のミスアライメントと金属ベルト１５の強度との関係が充分に解明されているとは言えない。金属ベルト式無段変速機Ｔの運転中のミスアライメントを測定することは困難であることに鑑み、シミュレーションによって金属ベルト式無段変速機Ｔの運転中の金属ベルト１５の挙動を解析した。ここでは、プーリの倒れ剛性の影響を知ることが目的であるため、金属エレメント３２の個数を２８０個とし、金属リング集合体３１の金属リング３３の枚数を３枚とした簡易モデルを用いて解析を行った。
【００２０】
先ず、ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１を共に剛体と仮定し、その倒れの影響を考慮しない場合について解析した。図６は金属ベルト１５の周方向位置（横軸）に対する金属エレメント３２のミスアライメント（縦軸）の関係を示しており、横軸のａ，ｂ，ｃ，ｄは、図７に示すように、それぞれドリブンプーリ１１の出口部分、ドライブプーリ６の入り口部分、ドライブプーリ６の出口部分およびドリブンプーリ１１の入り口部分に対応する。金属ベルト１５がドライブプーリ６に巻き付いているｂ〜ｃの範囲と、ドリブンプーリ１１に巻き付いているｄ〜ａの範囲とで金属エレメント３２のミスアライメントは一定値に保持されており、金属ベルト１５がドライブプーリ６に巻き付くｂの部分で金属エレメント３２のミスアライメントが急激に増加している。尚、ミスアライメントは、ドリブンプーリ１１の固定側プーリ半体１２および下動側プーリ半体１３のＶ溝中心線Ｌｂを基準としている（図４参照）。
【００２１】
一方、図８に示すように、左右の金属リング集合体３１，３１のミスアライメントは、金属エレメント３２のミスアライメントとは異なり、金属エレメント３２のサドル面４４，４４に対して相対速度差を持ちながら周方向に滑らかに変化している。図９には、このときの左右の金属リング集合体３１，３１の外側縁（Ａ位置およびＤ位置）における応力が示される。左右の金属リング集合体３１，３１は、金属エレメント３２のミスアライメントの影響を受けて異なる応力状態となっており、更に左右の金属リング集合体３１，３１の外側縁での応力が高くなっていることが分かる。
【００２２】
次に、倒れ量が大きいドライブプーリ６の影響を調べるために、図１０に示すように、シミュレーションモデルにドライブプーリ６の倒れ剛性を表す回転ばねを新たに追加した。これにより、固定側プーリ半体７の倒れ剛性はＫｓに設定され、可動側プーリ半体８の倒れ剛性はＫｍに設定される。倒れ剛性Ｋｓ，Ｋｍの値はプーリの三次元ＦＥＭモデルを作成して金属ベルト１５の荷重を静的に加えることで算出した。プーリはその剛性に応じて半径方向や円周方向にも変形するが、それらのうちで倒れ変形が最大であることから、ここではプーリの倒れ変形のみに着目した。
【００２３】
図１１はプーリの倒れの影響を考慮した場合の、金属ベルト１５の位置に対する金属エレメント３２のミスアライメントの関係を示すもので、横軸のａ，ｂ，ｃ，ｄは図７に示す金属ベルト１５の周方向の位置である。ここでは、プーリの剛性は倒れ量が大きいドライブプーリ６だけを考慮しており、かつ左右のプーリ半体７，８の倒れ剛性を異なる値に設定している。ドライブプーリ６を剛体とした図６と比較すると明らかなように、金属ベルト１５がドライブプーリ６に巻き付いているｂ〜ｃの範囲でミスアライメントが増加していることが分かる。
【００２４】
次に、ドライブプーリ６の剛性によって金属リング集合体３１の応力がどのように変化するかを調べる。図１２にはパラメータスタディに用いた両プーリ半体７，８の剛性の９種類の組み合わせがケース（１）〜ケース（９）で示される。即ち、横軸はプーリシャフト（つまり固定側プーリ半体７）の剛性Ｋｓであり、縦軸は可動側プーリ半体８の剛性Ｋｍである。
【００２５】
図１２において、ケース（７）およびケース（９）を通る実線は固定側プーリ半体７に対する可動側プーリ半体８の剛性比が１となる関係を示しており、従って、ケース（１）〜ケース（４）、ケース（６）およびケース（８）では可動側プーリ半体８の剛性が固定側プーリ半体７の剛性よりも大きいことを示し、反対にケース（５）では可動側プーリ半体８の剛性が固定側プーリ半体７の剛性よりも小さいことを示している。
【００２６】
図１３には、固定側プーリ半体７に対する可動側プーリ半体８の剛性比を、図１２の破線に示す略一定の１．５６にしたまま剛性の絶対値を変化させた４つのケース（１），（２），（３），（４）について、一対の金属リング集合体３１，３１の４つの側縁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける応力が示されている。ここで応力値は金属リング集合体３１，３１の周方向で最大となる値を採用した。同図から明らかなように、剛性の絶対値が大きくなるほど、つまりケース（４）からケース（１）に向けて応力が次第に増加することが分かる。
【００２７】
図１４には、ケース（１）およびケース（４）における金属リング集合体３１の周方向の応力の分布が示される。ケース（４）に対して剛性を高くしたケース（１）ではドライブプーリ６の入口での応力振幅が増加していることが分かる。その理由は、ドライブプーリ６の倒れ剛性を高くしたケース（１）では、ドライブプーリ６のＶ面から金属エレメント３２のプーリ当接面３９，３９に作用する衝撃荷重が増加し（図１５（Ａ）のドライブプーリ６の入口位置ｂ参照）、これにより金属リング集合体３１の応力増加が助長されるためと考えられる。
【００２８】
図１６には、固定側プーリ半体７に対する可動側プーリ半体８の剛性比（Ｋｍ／Ｋｓ）を変化させた際の、金属リング集合体３１，３１の４つの側縁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの応力が、ケース（５），（３），（６）について示される。ケース（５），（３），（６）について、金属リング集合体３１，３１の４つの側縁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの応力に若干の差が見られるものの、剛性比の影響の度合いは小さいことが分かる。しかしながら、前記剛性比は金属エレメント３２と金属リング集合体３１，３１との相対的なアライメントに対して直接的な影響を及ぼしている。
【００２９】
即ち、図１７には、ケース（５）についての、可動側プーリ半体８側の金属リング集合体３１と金属エレメント３２のネック部３６との間のクリアランスβ（図３参照）と、金属エレメント３２のミスアライメントと、前記金属リング集合体３１のミスアライメントとが示されている。同図において、金属ベルト１５がドライブプーリ６に巻き付く領域ｂ〜ｃで、可動側プーリ半体８側の金属リング集合体３１と金属エレメント３２のネック部３６との間のクリアランスβが極めて小さくなっており、金属リング集合体３１の内側縁が金属エレメント３２に接触して耐久性低下の原因となることが懸念される。
【００３０】
図１８には、全てのケース（１）〜（９）における左右の金属リング集合体３１，３１の外縁部のクリアランスと内縁部のクリアランスとが示される。クリアランスが負値になっている部分は、金属リング集合体３１，３１の縁部が金属エレメント３２あるいはドライブプーリ６に接触していることを示している。可動側プーリ半体８および固定側プーリ半体７の剛性差がゼロに近いか逆転しているケース（５），（７），（９）では、可動側プーリ半体８側の金属リング集合体３１と金属エレメント３２のネック部３６とが強く接触し、かつ固定側プーリ半体７側の金属リング集合体３１と固定側プーリ半体７とが強く接触しており、金属リング集合体３１，３１の耐久性に悪影響を与えていることが分かる。
【００３１】
それに対して、可動側プーリ半体８の剛性を固定側プーリ半体７の剛性よりも高く設定したケース（１），（２），（３），（４），（６）では、金属リング集合体３１，３１の側縁の接触が大幅に緩和されており、そのうち剛性比Ｋｍ／Ｋｓ＝１．５６（図１２の破線参照）以上に設定したケース（４），（６）では接触が全く発生していない。尚、可動側プーリ半体８の剛性を固定側プーリ半体７の剛性よりも高く設定したケース（８）では、可動側プーリ半体８側の金属リング集合体３１と可動側プーリ半体８とが接触し、かつ固定側プーリ半体７側の金属リング集合体３１と金属エレメント３２のネック部３６とが接触しているが、これは固定側プーリ半体７の剛性に対して可動側プーリ半体８の剛性を過度に高く設定したための例外であり、ケース（１），（２），（３），（４），（６）の如く剛性比を適切に設定することにより、金属リング集合体３１，３１の側縁の接触による耐久性の低下を確実に低減することが可能となる。
【００３２】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、金属ベルトがドライブプーリに巻き付いている範囲での金属エレメントのミスアライメントが、金属ベルトがドリブンプーリに巻き付いている範囲での金属エレメントのミスアライメントよりも大きいベルト式無段変速機において、ドライブプーリの可動側プーリ半体自体の変形による倒れ剛性を固定側プーリ半体自体の変形による倒れ剛性よりも高く設定したことにより、金属リング集合体の側縁が金属エレメントやプーリのＶ面に接触し難くすることが可能となり、金属リング集合体の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  金属ベルト式無段変速機を搭載した車両の動力伝達系のスケルトン図
【図２】  金属ベルトの部分斜視図
【図３】  金属エレメントの正面図
【図４】  ミスアライメントの定義を説明する図
【図５】  レシオとミスアライメントとの関係を示すグラフ
【図６】  プーリを剛体と仮定した場合の金属リング集合体の周方向のミスアライメントの分布を示すグラフ
【図７】  金属ベルトの周方向の各位置の定義を説明する図
【図８】  左右の金属リング集合体の周方向のミスアライメントの分布を示す図
【図９】  左右の金属リング集合体の外側縁の周方向の応力の分布を示す図
【図１０】  プーリの倒れ剛性を考慮したモデルの説明図
【図１１】  プーリの倒れ剛性を考慮した場合の金属リング集合体の周方向のミスアライメントの分布を示すグラフ
【図１２】  固定側プーリ半体および可動側プーリ半体の剛性値を異ならせたケース（１）〜（９）の定義を示す図
【図１３】  ケース（１）〜（４）における金属リング集合体の４つの側縁の応力を示すグラフ
【図１４】  ケース（１），（４）における金属リング集合体の周方向の応力の分布を示すグラフ
【図１５】  ケース（１），（４）における金属リング集合体の周方向の荷重の分布を示すグラフ
【図１６】  ケース（５），（３），（６）における金属リング集合体の４つの側縁の応力を示すグラフ
【図１７】  ケース（５）における金属リング集合体の周方向のクリアランスおよびミスアライメントの分布を示すグラフ
【図１８】  ケース（１）〜（９）における金属リング集合体の４つの側縁のクリアランスを示すグラフ
【符号の説明】
６          ドライブプーリ
７          固定側プーリ半体
８          可動側プーリ半体
１１        ドリブンプーリ
１２        固定側プーリ半体
１３        可動側プーリ半体
１５        金属ベルト
３１        金属リング集合体
３２        金属エレメント
３３        金属リング
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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