(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリングから構成されるキャリヤーと複数の横要素とを備えた複合駆動ベルトであって、
前記複数のリングは前記複合駆動ベルト上を滑動できるように重ねあわせて配置されており、
前記複数の横要素は前記複合駆動ベルト上を滑動できるように組み立てられており、
個々の前記横要素は、
厚さが一定の上部分と下方に向かって先細りとなるテーパの付いた下部分と、
前記上部分と前記下部分との境界を定めるロッキングエッジと、
運転中に前記キャリヤーの半径方向内側接触面に接触する半径方向外側を向いたキャリヤー接触面と、
を備えている前記複合駆動ベルトにおいて、
前記横要素と前記キャリヤーとの前記接触面は、前記横要素の厚み方向で見た場合、すなわち前記キャリヤーの長手方向に垂直でかつ前記キャリヤーの半径方向の断面で見た場合に楕円形状に成形されていることを特徴とする前記複合駆動ベルト。
【請求項２】
前記キャリヤー接触面が、半楕円形状に成形されていることを特徴とする請求項1に記載の複合駆動ベルト。
【請求項３】
前記楕円の最大幅の方向が前記横要素の滑動する方向に向いており、前記楕円の最大幅は前記横要素が滑動する方向における前記横要素の幅と等しいことを特徴とする請求項2に記載の複合駆動ベルト。
【請求項４】
前記楕円の最大曲率半径が前記ベルトの最小可能曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の複合駆動ベルト。
【請求項５】
Ra粗度（算術平均粗度）で表した前記横要素のキャリヤー接触面の表面粗度Rasと、前記キャリヤーの半径方向内側接触面のいずれか1点におけるRa粗度で表した表面粗度Rarとが、
SQRT(Ras2+Rar2)＜0.5μm
なる関係を満たすことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の複合駆動ベルト。
【請求項６】
前記横要素のキャリヤー接触面のいずれか1点におけるRa粗度で表した表面粗度Rasと、前記キャリヤーの半径方向内側接触面のいずれか1点におけるRa粗度で表した表面粗度Rarとが、
SQRT(Ras2+Rar2)＜0.25μm
なる関係を満たすことを特徴とする請求項5に記載の複合駆動ベルト。
【請求項７】
前記横要素の前記ロッキングエッジが、前記横要素のキャリヤー接触面から1ｍｍ以上前記キャリヤーの半径方向内側に配置されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の複合駆動ベルト。
【請求項８】
前記ロッキングエッジと前記キャリヤー接触面との距離が1.25mmから2mmの間であることを特徴とする請求項7に記載の複合駆動ベルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前文に記載されているようなキャリヤーを備えた駆動ベルトとその上に滑動可能に組み立てられた複数の横要素、請求項１７に記載されているような変速機、並びに請求項１８に規定されたオイルの型およびベルトの機能に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このようなベルトは一般的に公知であり、例えば米国特許第３７２０１１３号および第４０８０８４１号に記載されている。この公知のベルトでは、キャリヤー、あるいは張力要素または張力手段で示され、多数の無端金属バンドのパッケージとして構成されている。この公知のベルトは特に可変速変速機へ適用でき、これによって駆動ベルトはプーリ上を走り、プーリの実質的に円錐形シーブはお互いに軸方向に相対的に配置されるように作られ、その結果プーリ上の駆動ベルトの走行半径は変化できる。次に、ベルトを運転中に、キャリヤーまたはバンドのパッケージが接触面、いわゆる横要素のサドル上を滑る。また、別のバンドのパッケージが運転中お互いに相対的に滑る。
【０００３】
実際問題として、駆動ベルト、特に個々のバンドは非常に高張力下にあり、一方ではプーリと横要素の間の適切な摩擦接触を確実とし、他方では駆動ベルトの直線部で横要素を適切に導き、即ちベルト、特にベルトの直線軌道部での横要素があたって跳ね返るのを防ぐ。
【０００４】
このようなベルトの効率はむしろ高いが、しかし様々な部分間の摩擦力の結果として、およびこのような摩擦が消散した熱の結果として残る駆動ベルトでの内部損失は取り除かれるべきである。これらの現象に適合するために、実際問題ではベルトはオイルに浸した環境で走行する必要がある。
【０００５】
これらの実際的な問題を取り扱う一つの方法が欧州特許出願第００１４０１４号に扱われており、この特許は滑り接触が生じおよび熱を除くべき位置へオイルを排出する方法を示している。熱を放散する主な重要な接触領域は、プーリと横要素の間、サドルと張力要素の間および張力要素のバンド間である。この刊行物の教えによれば、個々のバンドの一つの平らな面は輪郭を付けられるべきであり、これはベルトに組み入れたとき、この面がこのような輪郭を持たないバンドの面と接するようにである。この方法において重要なオイルの排出は、バンドが係わっている両方の滑り接触へ面する形状、即ち相互にバンド間、およびキャリヤーの内側のバンドと横要素のサドルの間により達成される。この文献はこれによって、お互いの周りに配置されたバンド間の相互の摩擦を改良することは効率の向上となることを教示している。
【０００６】
商品化されたベルトから、このような輪郭がバンドを構成する金属リングの内側面に適用されていることが見出される。この実施は、また前記欧州特許出願公報の図面によって提案され、最近の欧州特許出願公開公報第０９０９９０７号により確認されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この公知のベルトの欠点は、ベルトが回転転送モードが中間モード、即ち外側比１を外れて運転されるとき、その効率は低下し、該ベルトがいわゆる低速（ＬＯＷ）またはオーバードライブ（ＯＤ）モード近くで運転されるときに特に効率は減少する。この現象に取り組むこと、即ち、公知のベルトの機能に関連した様々な滑り接触において適切なオイル供給を阻害することなく、安全で、信頼できる方法でこの領域の効率を改良することが本発明の目的である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の目的は請求項１の特徴に従った構成により達成される。本発明の特徴を有する構成は、驚くべきことに、当該分野で知られ一般に適用されているものとは逆の構成になる。上述のモード範囲内での摩擦を減少することにより、また単に潤滑油の補給をなくすことだけでも、全体の効率の向上を実現している。更に、本発明に係る対策は、多用される変速比の範囲で摩擦量が減少することによりベルトの寿命を高める。このように、本発明に部分的に基礎をなす洞察によれば、バンド−バンド接触とバンド−要素接触で必要とされる接触面形状は区別されるべきである。半径方向内側のキャリヤー表面は相対的に非常に滑らかであり、公知のベルトの粗さに比較し半分以上粗さが小さく、一方、当初持っていた表面形状は無くされ、即ち他の目的の表面処理は存在しない。
【０００９】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明をここで、更に図面に従った実施例により説明する。
以下の図面において、対応する構成要素は同一の参照番号で示す。
図１と２は駆動ベルト、特に一般に公知のプッシュベルトのリングを示す。
このリングは個人用自動車および貨物車のような一般的な適用であり、例えば図４から理解できるように複数の外接するループまたはリングの入れ子状の配置で利用される。このような入れ子のリングの一組は、ベルトの張力手段の一部または全てを形成し、これに沿って横要素がベルトの無端長手方向で自由に動けるように配置される。これらの横要素は、一組のプーリのシーブ間に押し付けられ、一つの駆動プーリから被駆動プーリへ回転を伝達する。この張力手段はこれによって、お互いに押し合う横要素を一緒に保つのに役立つ。
【００１０】
駆動ベルトが異なる走行直径を有するプーリ上を走るとき、このバンド群の可変バンドは、プーリの少なくとも一つで相互の速度差を有する。この速度差は、実際にはお互いの周りに配置された二つの連続したバンド間で毎秒１メーターを超えてもよい。更に、特筆すべきことに、キャリヤーの内側バンドは、相当な力でお互いに押し付けられる。これはあるバンドにかかる圧力はそれより外側、即ちその周りに配置された全てのバンドにより蓄積されるからである。
【００１１】
特に、より内側のバンドに、少なくとも1方の側に表面処理を施すことにより、バンド間の潤滑が改善され、効率が向上する。好適には、この表面処理は溝構造であり、この溝は実際に良好な結果をもたらす。更なる特徴によれば、この表面処理の粗度値は、ＣＬＡ方法により測定し０．３０から０．７５μｍＲａの間、好適には０．４６から０．５５μｍＲａの間にある。また、横断要素とキャリヤー間の両接触面の組合せた粗度Ｒａ'が０．１０μｍ未満であることを特徴とする複合駆動ベルトが作製可能である。またキャリヤーの内側接触面の粗度が０．２μｍ未満、好適には０．１０μｍ未満の値であることを特徴とする複合駆動ベルトも作製可能である。少なくとも一度、べルトのために設計された変速機内で最も加速する変速比（ＯＤ）で２時間運転した後の、キャリヤーの接触面が、０．０５μｍ以下の粗度を有することを特徴とする複合駆動ベルトも作製可能である。さらにキャリヤーと横断要素のそれぞれの接触面が、０．０５μｍ以下の粗度を有することを特徴とする複合駆動ベルトも作製可能である。
【００１２】
図２に示す好ましい実施態様において、溝は、公知のベルト同様に、交差する二組の溝で構成されているが、しかしながら、ベルトの半径方向外側に設けられている。可変バンドが外側の平らなバンド面にのみ表面処理を施され、一方、半径方向内側面は相対的に非常に滑らかであるときに良好な結果が得られる。金属バンド外側面の溝構造は、片方のローラーが円周面上に表面処理を施されている二つのローラーの間でバンドを回転することにより作製される。
【００１３】
図１の図面は概略的に無端金属バンドを示す。このようなバンドは例えは、幅は、５ｍｍから２０ｍｍの間、厚さは０．１５ｍｍから０．２５ｍｍの間で良い。円形の状態でのバンドの直径は、例えば１５０ｍｍから４００ｍｍの間で良い。無端バンドは外側面２と内側面１を有する。図１の公知の態様においては、内側面１は交差した溝構造である。一方、図２に示す本発明の実施態様では、この表面処理はベルトのリングの外側面２にほどこされている。この方法では、バンドと横断要素の接触はリングの平らな面によりなされる。本発明の好ましい実施態様によれば、ベルト張力手段の全てのリングはこの方法で組み込まれている。
【００１４】
更に、本発明の基礎をなす研究から、キャリヤーの表面と横要素のサドルの間の接触を潤滑する公知の方法とは反対に、一組の対策により、よりよい性能が達成されることが発見された。それは、横要素とキャリヤー間のオイルの自然な流れ及び、両接触表面即ち横要素のサドル面とキャリヤーの半径内方向表面を非常に滑らかなにすること、の組合せに潤滑を委ねることである。さらに本発明によれば、第一に、粗度指数Ｒａで表される、両表面の滑らかについては、いわゆる組合せ粗度Ｒａ'、即ち、
【００１５】
【数１】
0004302348.tif 000002
ここで、
Ｒａ' ＝換算した粗度指数
Ｒａｓ＝Ｒａで表された横要素のサドル表面の平均粗度指数
Ｒａｒ＝横要素のサドルへ接触する内側リング面（キャリアの半径方向内側表面）の平均粗度指数
ＳＱＲＴ＝（．．）の平方根
であるべきで、０．５μｍより小さく、好適には０．２５μｍより小さくあるべきである。
【００１６】
図３は、Ｙ軸に摩擦係数、Ｘ軸に対数表示のベルト・オイル指数Ｌ、または潤滑指数Ｌを表示し、両者の特徴的な関係を本発明に係る曲線で表している。指数Ｌは以下の式を用いて計算される：
【００１７】
【数２】
0004302348.tif 000003
この中で、
Ｌ＝本発明の洞察による潤滑係数
Ｖｒ＝二つの接触表面、ここではベルトリング内側（キャリヤーの半径方向内側表面）と横要素のサドルの表面、の間の相対速度
η0＝潤滑媒体の動的粘度指数
Ｐａｖ＝ベルトリング内側（キャリヤーの半径方向内側表面）と横要素のサドルとの接触における平均ヘルツ接触応力
Ｒａ＝ベルトリング内側表面（キャリヤーの半径方向内側表面）と横要素のサドル表面との両方の組合せ表面粗度Ｒａ'（式１による）
【００１８】
式（１）と図３の曲線で示された関係の主な特徴は、本発明に係れば主なパラメーターＶｒとＲａにより決定されるが、一方、動的粘度指数と平均ヘルツ接触応力は本発明に係る洞察によるものであり、決して、少なくとも直接には、ベルトの設計上任意に取りうるパラメーターではない。本発明の式（２）は特に、相対速度Ｖｒが摩擦係数に影響する最も主要な因子であることを示しており、これはＲａも一度ベルト（キャリヤー）が運転されると与えられるからである。
【００１９】
図３は、本発明の基礎をなす研究の実験結果に従い、式（１）の符号に従って、実際の摩擦係数と潤滑指数の間の関係が、代表的に三つの主要部分からなる曲線となることを示す。第一の部分ＢＬにおいて、ここではいわゆる境界潤滑が現れ、即ち二つの接触表面の間にずり接触が存在し、摩擦係数は実質的に指数Ｌの増加に対して一定である。第二の部分ＭＬにおいて、ここでは潤滑と摩擦が混在し、摩擦係数はＬ数の増加につれて、典型的には、約０．１８から約０．０１に低下する。第三の部分ＨＬにおいて、ここでは流体力学的潤滑が存在し、即ち摩擦は潤滑剤内に発生し、接触表面間では起こらず、実際の摩擦係数は最も低い値で一定またはＬの増加に対しわずかに増加する。
【００２０】
図７は、公知のベルトの効率曲線を示す。これは、効率Ｅが変速比ｉ領域の両端で、即ち、グラフの左側のオーバードライブＯＤとグラフの右の低速ドライブＬＯＷで最も低いことを示している。ＬＯＷでの変速比ｉの代表的値はおよそｉ＝２．４であり、一方、ＯＤ領域では変速比ｉはおよそｉ＝０．５である。最も高い効率はこの中間の変速比ｉ＝１で生じる。本発明に沿った対策により、即ち低い粗度でお互いに接触する完全に滑らかな接触表面により、ベルトの効率はその高領域で０．２５〜１％増加し、一方変速比ｉ両端では、効率の低領域で増加を示す。変速比ｉ領域全体での効率の増加は、そのベルトの寿命を長くする意味で大変重要である。
【００２１】
主要な、上述の対策により達成される効率の増加は、本発明に係る更なる別の、ここでは組合せられた、横要素サドルの特定の形状により達成される方策に基づいている。この方策では特に、変速比のＬＯＷとＯＤ側の両側でベルト効率が向上する。この方策は以下に記載する図７により説明する。
【００２２】
図４は、ベルトの断面図とそれ自体公知の横要素の概観をしめし、ベルトの長手方向での視野によって描かれている。図５は、張力手段を図面から除いた、線Ｂ−Ｂでの図４の横断面であり、ベルトの軸方向での視野による概観を示す。図６は拡大した尺度で図５の円で囲んだ部分、実際には張力手段ベルトの内側面に接触する部分、いわゆる横要素のサドル部分を描いており、ここでは本発明に従った形状になっている。
【００２３】
本発明に係るサドルにおいて、接触表面は、張力手段とサドル間の線形状の接触と、接触要素と接触要素の上に拡がる張力手段の一部分との間の楔形状空間、の両方を有する形状となっている。本発明に係れば、ベルトの定常的かつ正常な運転状態において、潤滑媒体は、ある地点、即ち張力手段とサドル間の軸線上の接触点に集中する。この潤滑媒体の集中により、サドルと張力手段の間の接触でいわゆる流体力学的潤滑を達成可能な条件を満たすのに必要な量の潤滑剤が確保される。またこのサドル形状は、ベルトの運転条件により、ベルトの長手方向でのサドルと張力手段の間の運動が一時的に逆回転した場合でも同じ潤滑条件を達成するようになっている。前記ベルトとサドルの相互接触において前記潤滑条件が達成されたことにより、要素と張力手段それぞれがプーリでの回転において異なる有効半径を有し、その結果それぞれのベルト構成要素の間で相対速度Ｖｒの差が生じ、このことが潤滑接触を可能にするという推論が出来る。この条件を達成するために、このサドルは、本発明では、断面図で記されているように、楕円形の形状を備えている。この方法で、潤滑された接触に関して、ベルトの最小半径の円形軌道においても、張力手段とサドル間の楔形状の空間、いわゆる入口空間が、ベルトとサドルの接触が起こる前に十分に確保されている。
【００２４】
前述の記載から、本発明に従って、相互の接触において望ましい条件を達成するために、バンド、即ち張力手段の局部的な曲率半径Ｒｂとサドルの局部的曲率半径Ｒｓは等しいことはできないということが更なる必要条件であることが明白であり、従って：
【００２５】
【数３】
0004302348.tif 000004
一方また
【００２６】
【数４】
0004302348.tif 000005
本発明の基礎をなす更なる側面に従って、組み合わされた局部的半径、即ちサドルと張力手段両方の換算した半径は以下の必要条件により考慮される：
【００２７】
【数５】
0004302348.tif 000006
ここで
Ｒｒ＝キャリヤーとサドル表面接触の換算した半径
Ｒｓ＝ｍｍで測定したサドルの局部的半径
Ｒｂ＝ｍｍで測定したバンドの瞬間の半径
【００２８】
本発明に従って、ベルトの大部分の適用に対し、一般的にＲｓは２５ｍｍまでに及ぶべきであり、ところがＲｒは一般的に適用される変速機に対しベルトの運転中、典型的に２５と８０ｍｍ間に及ぶということが考慮される。両方の半径は、プーリでのベルト正常な運転と配置を考慮して、ベルトの半径と長手方向に従って得られる。より詳しくは、サドル表面上のベルトの長手方向で得られるように、サドルとバンドの半径が等しくなることなく、サドル上の可能な接触場所の最大量で前記楔形状の入り口空間を実現するために、該サドルは好ましい実施態様により、実質的に要素の全厚さにわたって広がる楕円を持つ楕円の形状をしているべきであり、これにより起こり得る接触表面での非連続の遷移を取り除くことが考えられ、これは本発明の基礎をなす経験から、これらが破壊し、即ち相互の接触での潤滑された条件を取り除くことが公知だからである。従って、要素の厚さに依存して、サドルは少なくとも大部分、例えば９０％の確実性の範囲内で、半楕円の形状に相当するように形成され、この相当する楕円は、楕円についての数学的公式により定められており、本発明の基礎をなす洞察に従った必要条件から出発しており、これにより楕円の最大幅は要素の幅に相当し、一方、楕円の最大高さで引き出された局所的曲率半径は、ベルト曲率の最小の可能な半径より小さくあるべきである。この方法で、また要素の主面からサドルへの連続の遷移が達成され、即ちこれは曲率の無限に小さな半径による。また前記サドルの最大高さが０．０２５ｍｍより小さいことを特徴とする前記複合駆動ベルトが作製可能である。
【００２９】
本発明は、特に一般的に適用可能な設計の規則を実現することを意図する。従って、大部分の適用に対して最小の要素の厚さは１．５ｍｍであり、一方、ベルトの物理的特徴によりまたはその上をベルトが走る変速機軸の最小直径のどちらかにより定められる曲率の最小半径は約２５ｍｍであることが得られる。後者の点に関して、ベルトの仕様、即ち使用の規定された境界、はベルトの物理的特性によりベルトが実際に推定できる半径に優先することを理解すべきである。従って、好ましい実施態様と本発明の設計の規則に従い、一般的に適用可能な形状が得られ、これの楕円の中心を通る最大の直径は１．５ｍｍ、最短の直径は約０．０４６ｍｍ以下であり、一方、前記最短の直径の線に一致した線上の曲率半径は６．７５Ｅ−４ｍｍであり、即ち無限大に小さく、従って、要素主面からサドル表面への非連続的遷移を取り除く。
【００３０】
本発明に従った、更に良好なベルトと変速機の性能のために、本発明は１００℃の公称温度で９ＭＰａ・ｓ以上の動力学的粘度ηを有する、好ましくはまた１０Ｅ−６ｍ2／ｓ以上の動粘度νを有するオイル型の形での潤滑媒体を適用することを提供する。この方法で、ベルトの運転の品質と効率に影響を及ぼす全ての要因が最適化され、さらに重大なことには、機能的に安全な領域へ導かれる。また前記ベルトが潤滑オイルにより提供された潤滑された条件下で運転する前記複合駆動ベルトを備えた変速機であり、前記潤滑オイルが１００℃の公称温度で７ＭＰａ・ｓ以上、８ＭＰａ・ｓを超える動力学的粘度ηを有することを特徴とする変速機も作製可能である。
【００３１】
後者の点で、本発明の更なる側面によれば、横要素のいわゆる揺動端はサドル表面から１ｍｍ下、更に特にサドル表面の下１．２５から２ｍｍの間の範囲で提供される。この方法で、特にベルトを運転する比率の極端なＯＤとＬＯＷの端で、サドルおよび張力手段（あるいはキャリヤーで表される）の間の相対速度Ｖｒの増加を達成する。前述の対策のいずれか、好ましくは全てとの組合せで、この対策はベルト効率、特にベルトの運転時間の大部分を運転するであろうこれらのＬＯＷとＯＤの領域でのベルト効率を増加することが明白である。
本発明は更に、記載に関係ある図面全ての詳細および以下の請求項に定める全ての特徴に関する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  先行技術のベルトの単独のリングを表す。
【図２】  図１による図において、本発明に従ったベルトを表す。
【図３】  本発明の基礎をなす研究により実現された摩擦学的グラフであり、本発明が基づく洞察を提供する。
【図４】  横要素と張力手段の断面図を示すベルトの半径の断面図を表す。
【図５】  図４の線Ｂ−Ｂに沿った横要素の断面図である。
【図６】  より詳細に、本発明に従った図５のいわゆるサドル（あるいは張力手段の接触面を示す）の断面図を示す。
【図７】  様々な駆動比でのベルト効率の特性を説明するグラフ。
これらの図面において、対応する構成要素は同一の参照番号で示す。
【図１】
0004302348.tif 000007
【図２】
0004302348.tif 000008
【図３】
0004302348.tif 000009
【図４】
0004302348.tif 000010
【図５】
0004302348.tif 000011
【図６】
0004302348.tif 000012
【図７】
0004302348.tif 000013