(57)【要約】上側輪郭形状に対しては対称形で歯底の中央から隣接するコグの中央までシーケンスＬ１−Ａ１−Ｌ２−Ａ２−Ｌ３で接続される直線（“Ｌ”）と円弧（“Ａ”）を備える上側およびＬ４−Ａ３−Ｌ５−Ａ４−Ｌ６の下側輪郭形状を有するＶベルトであって、少なくとも１つの上側歯底と１つの下側歯底が相互に実質的に整列され、Ｌ１の長さ足すＡ１の半径の合計がＬ４の長さ足すＡ３の半径の合計に等しいか前後２０％以内である。上側および下側ピッチは例えば等しく、全ての歯底は整列され、あるいは上コグが下コグよりも多くてもよい。幾つかあるいは全ての円弧と直線は例えば接線に沿って接続される。
2012525554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側ピッチ、上側曲線輪郭形状でなる複数の上コグと歯底と、下側ピッチ、下側曲線輪郭形状でなる複数の下コグと歯底と、前記上下の歯底の実質的な中間に強化心体層とを備えるＶベルトであって、
対称形で歯底の中央から隣接するコグの中央までシーケンスＬ１−Ａ１−Ｌ２−Ａ２−Ｌ３で接続される直線（“Ｌ”）と円弧（“Ａ”）を含む上側輪郭形状を有し、
対称形で歯底の中央から隣接するコグの中央までシーケンスＬ４−Ａ３−Ｌ５−Ａ４−Ｌ６で接続される直線と円弧を含む下側輪郭形状を有し、
Ｌ１の長さ足すＡ１の半径の合計がＬ４の長さ足すＡ３の半径の合計に等しいか前後２０％以内であり、
少なくとも１つの上側歯底と１つの下側歯底が相互に実質的に整列されている
ことを特徴とするＶベルト。
【請求項２】
上コグと下コグの数が等しく、
前記上側および下側輪郭形状は、実質的に歯底と歯底が整列されている
ことを特徴とする請求項１に記載のＶベルト。
【請求項３】
前記直線Ｌ１とＬ２が円弧Ａ１と接線に沿って続され、前記直線Ｌ４とＬ５が円弧Ａ３と接線に沿って接続されることを特徴とする請求項２に記載のＶベルト。
【請求項４】
Ｌ１の長さ足すＡ１の半径の合計が、Ｌ４の長さ足すＡ３の半径の合計に等しいか、それよりも２０％以内で大きいことを特徴とする請求項２に記載のＶベルト。
【請求項５】
下コグのフランク同士の夾角が１０〜３０°の範囲にあり、上コグのフランク同士の夾角が１０〜３０°の範囲にあることを特徴とする請求項２に記載のＶベルト。
【請求項６】
Ｌ４が長さ０であることを特徴とする請求項２に記載のＶベルト。
【請求項７】
Ｌ１の長さ足すＡ１の半径の合計が、Ａ３の半径に等しいか、それよりも２０％以内で大きいことを特徴とする請求項６に記載のＶベルト。
【請求項８】
前記直線Ｌ１とＬ２が円弧Ａ１と接線に沿って接続され、前記直線５が円弧Ａ３と接線に沿って接続されることを特徴とする請求項７に記載のＶベルト。
【請求項９】
下コグのフランク同士の夾角が１０〜３０°の範囲にあり、上コグのフランク同士の夾角が１０〜３０°の範囲にあることを特徴とする請求項８に記載のＶベルト。
【請求項１０】
上側および下側輪郭形状双方における隣接する円弧と直線の各々が接線に沿って接続されることを特徴とする請求項９に記載のＶベルト。
【請求項１１】
前記ベルトが全厚さの約２倍の上幅を有することを特徴とする請求項２に記載のＶベルト。
【請求項１２】
上側および下側輪郭形状双方における隣接する円弧と直線の各々が接線に沿って接続されることを特徴とする請求項２に記載のＶベルト。
【請求項１３】
直線Ｌ２の長さが０であることを特徴とする請求項１に記載のＶベルト。
【請求項１４】
上コグの数が下コグの数よりも略多いことを特徴とする請求項１に記載のＶベルト。
【請求項１５】
上コグの数が、下コグの数の約１．１〜１．３倍であることを特徴とする請求項１４に記載のＶベルト。
【請求項１６】
前記直線Ｌ１およびＬ２が円弧Ａ１と接線に沿って接続し、前記直線Ｌ４およびＬ５が円弧Ａ３に接線に沿って接続することを特徴とする請求項１４に記載のＶベルト。
【請求項１７】
下コグのフランク同士の夾角が１０〜３０°の範囲にあり、上コグのフランク同士の夾角が１０〜３０°の範囲にあることを特徴とする請求項１４に記載のＶベルト。
【請求項１８】
Ｌ４が長さ０であることを特徴とする請求項１４に記載のＶベルト。
【請求項１９】
前記ベルトが全厚さの約２倍の上幅を有することを特徴とする請求項１４に記載のＶベルト。
【請求項２０】
上側および下側輪郭形状双方における隣接する円弧と直線の各々が接線に沿って接続されることを特徴とする請求項１４に記載のＶベルト。
【請求項２１】
下コグ頂部近くに配置された逃げ角を有する反対側を向く側面を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のＶベルト。
【請求項２２】
Ｌ４の長さが０であることを特徴とする請求項１に記載のＶベルト。
【請求項２３】
前記直線Ｌ１およびＬ２が円弧Ａ１と接線に沿って接続し、前記直線Ｌ４およびＬ５が円弧Ａ３と接線に沿って接続することを特徴とする請求項２２に記載のＶベルト。
【請求項２４】
前記ベルトが全厚さの約２倍の上幅を有することを特徴とする請求項１に記載のＶベルト。
【請求項２５】
下コグのフランク同士の夾角が１０〜３０°の範囲にあり、上コグのフランク同士の夾角が１０〜３０°の範囲にあることを特徴とする請求項１４に記載のＶベルト。
【請求項２６】
前記直線Ｌ１およびＬ２が円弧Ａ１と接線に沿って接続し、前記直線Ｌ４およびＬ５が円弧Ａ３と接線に沿って接続することを特徴とする請求項１に記載のＶベルト。
【請求項２７】
上側および下側輪郭形状双方における隣接する円弧と直線の各々が接線に沿って接続されることを特徴とする請求項１に記載のＶベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くはダブルコグＶベルトに関し、より詳細には、特定のコグ形状の組合せからなる、位置決めされた上下コグを備えるダブルコグＶベルトに関し、特に変速トランスミッションに採用されるようなＶベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
当該ベルトは、スクータ、オートバイ、スノーモービル、全地形対応車、自動車、工業用途などで使用される変速動力伝達システムあるいは変速駆動装置の運転において重要な役割を果たす。変速トランスミッション（ＶＳＴ）の１つの典型的なデザインにおいて、ベルトは原動シャフトから従動シャフトへと動力を伝達するために摩擦を通して２対のシーブを連結する可撓性の構成要素である。シーブの各対は固定シーブと可動シーブを備える。可動シーブの軸方向移動を制御することで、速度およびトルク比が変更できる。運転中ベルトは極めて大きな長手方向の張力と屈曲および横方向圧縮力を受ける。最大の性能、効率、耐久性を達成する上で、ベルト設計が直面する主な難題の１つは、相反する要求、すなわち長手方向への高い柔軟性、適正な側面接触を維持しながらの横方向への高い剛性、に遭遇することである。この難問に対する一般的なアプローチは、ベルトの一方あるいは両側に交互に厚い部分および薄い部分を形成することで行われており、それぞれコグあるいは歯、そして歯底と呼ばれ、歯底は谷、溝あるいはノッチとも呼ばれる。コグは、横方向の剛性に必要な厚みと硬さを与えることを意図したものであり、一方歯底あるいはノッチは要求される長手方向への屈曲性を与えることを意図したものである。コグは、ベルトの内側すなわち下側に形成あるいは設けられてもよく、またコグはベルトの外側、すなわち背面側あるいは上側に設けられてもよい。コグはベルトの下側および上側の両方に交互に設けられてもよく、これはダブルコグベルトとなる。
【０００３】
固定シーブすなわち単一速度駆動装置に用いられる従来のＶベルトに対する難問も同様であるがこれほど厳しくはない。ＶＳＴに用いられるＶベルトは、可変シーブ内における径方向内側および外側への移動範囲に適合するために、固定駆動装置に用いられるＶベルトよりも相対的に幅広で薄い必要が一般的にある。その結果もたらされる相対的に幅広のＶＳＴベルトのアスペクト比は、横方向への剛性を与えることをより困難にし、特にベルトの横方向荷重の増大をもたらすシフト運動がともなう場合はなおさらである。一方、固定駆動装置におけるＶベルトは内側および外側に動く必要がないので、ベルトのアスペクト比を、十分な横方向剛性がより簡単に得られるように設定できる。そのため定速および変速Ｖベルトの両方においてコグあるいはノッチの利用が一般的であるものの、定速ＶベルトのコグデザインはＶＳＴでは高い性能を示さないであろう。
【０００４】
この技術の代表は米国特許第４，２７６，０３９号明細書であり、整列された上下コグによる固定駆動用のダブルコグＶベルトが開示される。このような初期のデザインは、コグ同士の整列（アライメント）と特に歯底同士の整列（アライメント）によって引き起こされると認識される問題から好まれなくなってきている。上下の歯底の整列は、曲げ応力が極度に集中し得る、そして曲げ半径がとても小さくなり得るコグ同士の間の相対的に薄いウェブ部を形成する。これは歯底領域のベルト本体へのクラック発生、心線の疲労、そして早期破損をもたらす。米国特許第４，２７６，０３９号明細書は、クラックの発生防止を補強するために上下のベルト面の両方にキャンバスカバーを適用する。
【０００５】
またこの技術の代表は米国特許第４，７０８，７０３号明細書であり、整列された上下の歯と溝を備えるＶＳＴ用のＶベルトを開示する。歯は、座屈の問題に対処するため、その頂部において補強および補剛要素で被覆されることが好ましい。
【０００６】
この技術には、ダブルコグＶベルトの上下コグの輪郭形状、ピッチ、深さ、アライメントなどを含む外形を最適にするための多くの試みが含まれる。米国特許第６，６２０，０６８号明細書は、内側および外側に曲線コグを有する変速駆動装置用のエッジが未加工なダブルコグＶベルトを開示する。外側コグの数は内側コグの数の倍であり、内側コグに対して整列されている。特開２００２−０８９６３１号公報は、下コグよりも多いが２倍よりは少ない数の上コグを有し、上下コグのアライメントあるいは位相が可変であるデュアルコグＶベルトを開示する。
【０００７】
多くの特許は、上下コグがスタッガード状に配置されること、すなわち正確に１８０°位相がズレ、ピッチまたは数が等しいことが好ましいとしている。米国特許第１，８９０，０８０号明細書は、同じ大きさ形状のスタッガード状に配置された丸コグを開示する。米国特許第２，６９９，６８５号明細書は、弱い箇所ができるのを防止し、ベルトの厚さが全体を通して一様になるように、一方のセクションの溝が他方のセクションのコグに対して垂直方向に向かい合う、同じ大きさ、形状のスタッガード状に配置されたブロック形状のコグを開示する。
【０００８】
特開２００２−０３１１９２号公報は、同数の上下コグが完全には位相が一致あるいはずれていないが、その間の何れかの値、好ましくは１０分の１からピッチの半分まで位相がシフトされたＶＳＴのアプリケーションに用いられるスタッガード配置のダブルコグＶベルトのバリエーションを開示する。その公報は、ベルト厚さが極端に小さくならず、それによりその領域での応力集中と早期クラックの発生を防止するように、上下コグ部分が整列すなわち一致するべきではないとしている。明らかに有限要素法（ＦＥＭ）解析が、改良された位相シフトスタッガード輪郭形状を設計し、その効果を確認するのに利用された。半ピッチまでの増大された位相シフトは歯底のクラックを低減した。
【０００９】
下コグよりも上コグが多い特開２００２−０３１１９２号公報および特開２００２−０８９６３１号公報に開示されたデザインでは、上下コグのアライメントは可変である。そのようなデザインでは、不均一なピッチは上下歯底が最も接近して整列されるベルト周りの位置で「弱連結」をもたらす。この整列された歯底位置から歯底のクラッキングが始まることが観察されるであろう。それでもダブルコグ変速Ｖベルトの現マーケットでは、このデザインが最も最適化されたデザインであると思われている。
【００１０】
２００８年７月１日に出願された同時係属中の米国特許出願第１２／２１７，０２６号が参照され、その全内容はここで援用され組み入れられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、改良されたダブルコグＶベルトを提供する、あるいは変速駆動装置に用いられる改良されたダブルコグＶベルトを提供するシステムと方法に向けられている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、対称形であるとともに歯底の中央から隣接するコグの中央まで延在する、あるシーケンスで接続される直線（“Ｌ”）と円弧（“Ａ”）からなる上側および下側コグ輪郭形状を備え、上側輪郭形状に対してシーケンスがＬ１−Ａ１−Ｌ２−Ａ２−Ｌ３であり、下側輪郭形状に対してはＬ４−Ａ３−Ｌ５−Ａ４−Ｌ６であり、Ｌ１の長さ足すＡ１の半径の合計がＬ４の長さ足すＡ３の半径の合計に等しいか前後２０％以内で、少なくとも１つの上側歯底と１つの下側歯底が相互に実質的に整列されているダブルコグＶベルトに向けられている。
【００１３】
一実施形態において、上側および下側ピッチは等しくてもよく、また全ての歯底が整列されていてもよい。別の実施形態では、下コグよりも上コグの方が多く存在するかもしれない。上コグの下コグに対する数の比は、例えば１．３までであり、あるいは１．１〜１．３である。
【００１４】
また別の実施形態では、Ｌ４は長さ０であり、下側輪郭形状はシーケンスＡＬＡＬである。この実施形態の変形例では、上側および下側ピッチは例えば等しく、歯底は全て実質的に整列され、あるいは下コグよりも上コグの方が多く存在してもよい。
【００１５】
様々な実施形態では、幾つかのあるいは全ての円弧と直線は接線に沿って接続されるであろう。例えば、直線Ｌ１およびＬ２は、円弧Ａ１と接線に沿って接続され、前記直線Ｌ４およびＬ５は、円弧Ａ３と接線に沿って接続される。好ましくは、Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６は、歯底の中央およびコグ頂部の中央において、それらの鏡像と接線に沿って接続され、そして歯底と頂部は平らで滑らかである。
【００１６】
様々な実施形態において、コグのフランクは、反対側を向くコグのフランク同士の間の夾角が約１０〜約３０°の範囲となるような角度をなしているであろう。
【００１７】
本発明の実施形態は、ベルトの上幅がベルトの全厚さの約２倍のとき、特に変速トランスミッション用のＶベルトに適している。また、Ｖベルトのプーリ接触面が、シーブとの係合のため第１角度で配置される第１平面と、シーブ面とは係合しない第２角度で配置される協同する第２平面とを備えることは更に有益であろう。
【００１８】
本発明のベルトは、従来技術のダブルコグＶベルトのデザインに対して様々なアドバンテージを示す。歯底クラックへの感受性を大きく増大させること無く可撓性が向上され、下コグの歯底では特に改善されたクラック耐久性が見られた。パフォーマンスの整合性は向上された。
【００１９】
以上の説明では、以下に続く発明の詳細な説明をより良く理解できるように、本発明の特徴及び技術的な利点についてやや大雑把にそのアウトラインを述べた。本発明の更なる特徴及び利点については以下に説明され、それは本発明の請求の範囲の主題を構成する。当業者であれば、開示された概念や特定の実施形態は、本発明と同じ目的を実行するに当たって、他の構造へ変更したり、他の構造を設計したりする際のベースとして容易に利用できることが理解できるであろう。更に当業者であるならば、そのような同等な構造が添付した請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱しないことが理解されるであろう。本発明を特徴付けるものとして考えられる新しい特徴は、その構造および作動方法の両方に関し、更なる目的と利点と共に、以下の説明が添付された図面と関連させて考慮されるときに、より良く理解されるであろう。しかしながら、個々の図面は例示および説明を目的として提供されただけのものであって、本発明の限定事項を規定することを意図したものではないことは明確に理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
この明細書に組み込まれその一部を構成し、同一参照番号が同一構成部を指し示す添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、説明とともに本発明の原理を説明するために用いられる。
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態の部分側面図である。
【００２２】
【図２】図１の線２−２に沿った断面図である。
【００２３】
【図３】図１の実施形態の別の部分側面図である。
【００２４】
【図４】図１の実施形態に適応されたコグ輪郭形状命名法を示す。
【００２５】
【図５】本発明の第２実施形態に適用されたコグ輪郭形状命名法を示す。
【００２６】
【図６】本発明の第３実施形態に適用されたコグ輪郭形状命名法を示す。
【００２７】
【図７】従来技術のコグ輪郭形状に適用されたコグ輪郭形状命名法を示す。
【００２８】
【図８】従来技術の別のコグ輪郭形状に適用されたコグ輪郭形状命名法を示す。
【００２９】
【図９】従来技術の別のコグ輪郭形状に適用されたコグ輪郭形状命名法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
最大の性能、効率、そしてＶＳＴにおける耐久性を達成するには、ベルトは適正な側面接触および低い応力集中を維持しながら、高い可撓性を有する一方で高い横方向剛性を有する設計にする必要がある。これらの特別な要求をあるレベルで満たすために、Ｖベルトではベルトの内側４０に設けられる１セットの下コグが採用されるであろう。より高い伝達力を要求するＶＳＴのアプリケーションでは、高い可撓性と適正な接触面積をなお維持しつつも横方向剛性を更に増大するために、追加コグがベルトの上側、すなわち背面側３０に追加されるダブルコグＶベルトのデザインが採用されるであろう。シングルコグ、ダブルコグＶＳＴベルトの何れの設計においても、最適なコグ輪郭形状の寸法と心線位置は重要であるものの従来技術において見出される多くの提案によって示されるように簡単に見出すことはできない。
【００３１】
通常、各コグの輪郭形状はコグ中心に対して対称であり、直線セグメントと弧形の組合せである。ここおよび特許請求の範囲では、本技術分野で見出される輪郭形状および本発明の実施形態を同定し分類するのを助けるための命名法が利用される。このシステムでは“Ａ”は形状の構成要素である円弧を表し、“Ｌ”は直線を表す。もし隣接する円弧および／または直線が連結されているが、接線に沿って連結されていない場合には、“＋”記号がその連結を示すのに用いられる。別の方法で接線に沿わない円弧および／または直線セグメントの連結を説明すると、それは連結点において１次導関数が連続でないことに対応する。もし隣接する２つの円弧および／または直線セグメントがコグの輪郭形状において接線に沿って接続されていれば、ここで使用される命名法において、これらのセグメントを指定する２つの文字間に記号は用いられない。与えられた輪郭形状を定義する１つのシーケンスにおける多くの直線や円弧を識別するために数字の列が文字Ｌおよび／またはＡとともに使用されてもよい。例えば、“Ｌ１”は輪郭形状における例えば第１の直線セグメントを表し、状況によっては、“Ｌ１”は更にその直線セグメントの長さを表してもよい。同様に、例えば“Ａ１”は輪郭形状を表すシーケンス中の第１の円弧を表す。対称な輪郭形状に対しては、繰り返しの単位の半分のみが表示される必要があり、これは残りの半分が先の半分の鏡像であることからである。ここでの命名法の使用において、輪郭形状の描写は歯底中央から始まりコグ頂部中央で終わる。本命名法の他の特徴は以下において必要に応じて説明される。
【００３２】
本発明は、上コグ輪郭形状がシーケンスＬＡＬＡＬを有し、下コグ輪郭形状がシーケンスＬＡＬＡＬを有するダブルコグＶベルトに向けられている。したがって、上下両輪郭形状において初めのＬで表される歯底あるいは谷は実質的に平らである。また上下両輪郭形状にあるコグのフランクも平らであり上下両輪郭形状における頂部も平らである。各平坦部は円弧によって連結される。実質的に「平ら」によって意味されるのは、輪郭形状の「ラック」形状と呼ばれるベルトが平らに置かれた状態で、輪郭部分が直線であることである。したがって、それが環状の帯形状などの自然な状態に置かれると、平坦セグメントは実際にはコードラインの湾曲あるいはベルトの自然な湾曲に従う。一般に全ての円弧および直線セグメントは、特別な場合として別の方法で明示しない限り、有限かつ０でない半径と長さである必要がある。もしこの条件が満たされないならば、輪郭形状はここで使用される命名法の慣習に従って別の方法で表現される必要がある。コグはベルトの全長に亘って配置される。
【００３３】
本発明に係るベルトの輪郭形状の直線や円弧を番号付けすると便利である。したがって上コグ輪郭形状は、歯底中央から隣接するコグ中央まで例えばシーケンスＬ１−Ａ１−Ｌ２−Ａ２−Ｌ３で表される。同様に、下コグ輪郭形状は、歯底中央から隣接するコグ中央まで例えばシーケンスＬ４−Ａ３−Ｌ５−Ａ４−Ｌ６で表される。図３の実施形態は、ダブルコグＶベルトのコグ輪郭形状を形成しているこれらの円弧と直線の間の配置および接続関係を示す。本発明は、少なくとも１つの対応する下部歯底に整列される少なくとも１つの上部歯底を有するようなダブルコグＶベルトに向けられている。また、本発明に係るベルトでは、Ｌ１の長さにＡ１の半径を足した合計が、Ｌ４の長さにＡ３の半径を足した合計の前後２０％以内である。全ての円弧および直線セグメントが有限かつ０でない半径と長さであるべきとするこのルールに対する１つの特別な例外は、様々な実施形態において、例えばＬ４が長さ０であることである。同ルールに対する別の特別な例外は、特別な実施形態において例えばＬ２が長さ０であることである。
【００３４】
本発明の詳細な特徴と本発明の実施形態の特質は、図１、図２および図３を参照して明確にされ説明されるであろう。図１を参照すると、ダブルコグＶベルト１０は、ベルト本体を構成する心線上側層１４と心線下側層１２に挟まれた心体層１６を有する。図１〜３に示されるダブルコグＶベルトは、ベルト本体から突出する下コグ１８と上コグ２０を更に備える。上コグ２０は、頂部１７、フランク２６および谷あるいは歯底２２を含む。同様に下コグ１８は、頂部１９、フランク３６および歯底３２を含む。図１および図３のダブルコグＶベルトは、ラック形状、すなわち平らで心体層が湾曲していない形状で描かれている。
【００３５】
図２は、図１の線２−２に沿って切断された図１のＶベルト断面を示す。ベルト全幅は上幅と呼ばれ“ＴＷ”で示される。ベルトの全厚さは“Ｔ０”で示される。Ｖベルトのプーリ接触面すなわち側面４２は、プーリあるいは駆動システムの垂直軸と概ね一致されるベルトの垂直軸に対してα／２の角度で切断されている。したがって、一対の相対する側面４２は夾角αをなす。角側面４２は運転中シーブに係合し、シーブ角度も略α／２に等しい。
【００３６】
本発明の実施形態では、各コグが、下コグ頂部１９に向けて配置されるとともに第１の側面４２と協同する、相対する一対の第２の側面４４を更に備えると有益かもしれない。第２の側面４４の各々は夾角γをなす。角度αは例えば約１５°〜５０°の範囲（すなわち、プーリシーブ角毎に約７°〜２５°）にある。角度γは例えば約２５°〜６５°の範囲にある。すなわち、γ＝α＋（２×逃げ角(relief angle)）である。「逃げ角」は、例えば約５°以上であり、例えば（γ／２−α／２）で定義される。第１の側面と第２の側面を協同させることによってもたらされる特徴は、運転中にベルトによって発生される騒音の顕著な低減と考えられている。本発明を説明するのにこの明細書で使用される数値は単なる実例であり、特に言明されない限り、本発明の幅や応用性を限定することを意図したものではない。例として、第２の側面４４は約５°の逃げ角を備え、シーブが第２の側面４４と接触することを防止する。２０°の角度αを仮定すると、これは３０°の角度γを与える。コグ頂部切断高さ、図２における（“ｈｔ”）は、必要に応じて調整でき、例えば、約１〜２ｍｍである。
【００３７】
図３はダブルコグＶベルト１０の付加的な寸法上の特徴を特定する。心体層の厚さ、あるいは心線の直径は、例えば“Ｄ”で示される。心線上側層の厚さはｔ２であり、心線下側そうの厚さはｔ１である。上コグ頂部から心体層の中心までの距離は“ＰＬＤ２”として示され、下コグ頂部から心体層の中心までの距離は“ＰＬＤ１”として示される。ＰＬＤはピッチ・ライン・ディファレンシャルの略であり、一般的な簡略化の仮定に基づいた撓曲状態におけるベルトの中立軸、すなわちそのピッチ線であり、心体層の中心に存在する。ウェブの厚さ“Ｗ”は、整列された上側歯底と下側歯底の間の距離である。上側歯底の深さ、言い換えれば上コグの高さは、“Ｈ２”で示され、下側歯底の深さ、言い換えれば下コグの高さは、“Ｈ１”で示される。ピッチ、すなわち輪郭形状が繰り返す距離は、隣接する２つの歯底間の距離として特定され、それは上側輪郭形状では“Ｐ２”であり、下側輪郭形状では“Ｐ１”である。輪郭形状を構成する直線および円弧は既に紹介されている。上コグの相対するフランクを構成する直線“Ｌ２”同士は夾角“β２”をなす。下コグの相対するフランクを構成する直線“Ｌ５”同士は夾角“β１”をなす。他の特徴および／または特徴同士の間の関係は図から自明であろう。例えば、Ｔ０＝ＰＬＤ１＋ＰＬＤ２＝Ｈ１＋Ｈ２＋Ｗである。また、Ｗ＝ｔ１＋Ｄ＋ｔ２である。
【００３８】
様々な実施形態において、Ｌ４は例えば長さ０であり、それ故下側輪郭形状はシーケンスＡＬＡＬである。この実施形態の変形例では、上側および下側のピッチが等しく、全ての歯底が実質的に整列されてもよく、また上コグが下コグよりも多くともよい。これらの実施形態は、後でより詳細に説明される。
【００３９】
様々な実施形態において、幾つかあるいは全ての円弧と直線は、接線に沿って接続されてもよく、あるいは少なくとも滑らかに変化して接続される。Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４およびＬ６は、歯底と頂部が平らで滑らかであるために、歯底の中央およびコグ頂部の中央においてそれらの鏡像と接線に沿って接続されることが好ましい。また直線Ｌ１とＬ２が円弧Ａ１（図１の２４）と接線に沿って接続され、および／または、直線Ｌ４とＬ５が円弧Ａ３（図１の３４）と接線に沿って接続されることも好ましい。これらコグの歯底とフランクの間の接続は、ベルト運転中、そこで応力集中が発生することから特に重要である。
【００４０】
一方、Ａ２（図１の２８）、Ｌ３、Ａ４（図１の３８）、Ｌ６の隣接部を含むコグ頂部における応力は、一般にコグ歯底のクラックと関係するベルト寿命に対してあまり重要でなく、そのため本発明の実施形態では、Ｌ２とＬ３はＡ２と接線に沿って接続する必要はなく、Ｌ５とＬ６はＡ４と接線に沿って接続する必要はない。そしてＲ２は、コグ頂部の大きさを最大にすることでベルトに設けられたコグの横剛性効果を最大するために、できる限り小さくできる。それでもＲ２とＲ４は、角張った角や滑らかでない移行部による製造上の問題を避けるために、有限であるべきであり、コグ頂部に少なくとも僅かに丸みを与える。
【００４１】
様々な実施形態において、コグの相対するフランクの間の夾角は、例えば約１０〜３０°の範囲にある。β１および／またはβ２の一方あるいは両方の夾角は、例えば１０〜３０°の範囲にある。
【００４２】
本発明の実施形態は、ベルトの上幅がベルトの全厚さの約２倍のときに特に変速トランスミッション用のＶベルトに適している。単一速度Ｖベルト用には、上幅対全厚さの比が１により近くともよい。本発明は、特にＶＳＴベルトに対する用途として考えられたが、適用範囲において特に限定されるものではない。
【００４３】
３つの好ましい実施形態と、１以上の好ましい実施形態において見出される多くの付加的な特徴について以下に説明する。
【００４４】
上述したように、本発明はＬＡＬＡＬ型の上側および下側輪郭形状を有するダブルコグＶベルトに向けられている。このような輪郭形状は図４に示され、シーケンスＬＡＬＡＬを含む上側輪郭形状４１と、シーケンスＬＡＬＡＬを同様に含む下側輪郭形状４３が示される。図４に同様に示されるように、少なくとも１つの上側歯底は少なくとも１つの対応する下側歯底に整列される。更に本発明の輪郭形状では、Ｌ１の長さにＡ１の半径を足した合計は、Ｌ４の長さにＡ３の半径を足した合計の前後２０％以内、すなわち０．８≦（Ｌ１＋Ｒ１）／（Ｌ４＋Ｒ３）≦１．２である。この合計は歯底幅の近似値、あるいは隣接するコグ同士におけるコグ歯元近くの間の距離である。上下コグが似通った間隔を有するとき、すなわち上下歯底幅がお互い対して約２０％以内で、少なくとも一対の歯底が整列され歯底が直線的すなわち平らな部分を備えるとき、ベルトは可撓性を備える。可撓性は、長寿命、高性能なＶＳＴベルトを設計する上で取り組まれる基本的すなわち最初に考慮すべき事項であると考えられている。これは、歯底の整列は望ましくないとするこの技術分野における教訓と対照的である。歯底が直線的すなわち平坦な部分を有することの別の利点は、ベルト製造において整列を容易に行えることである。歯底が広いほど、歯底の整列と言う観点からの製造工程を容易にし、可撓性に関し結果的に利益が得られる。したがって、上側および下側歯底の実際の整列は完璧でなくともよく、あるいは必ずしも完璧である必要はない。本発明の実施形態において、上側および下側の歯底の直線的あるいは平坦な部分は、ある程度オーバーラップすれば十分であろう。対照的に、極めて狭く、湾曲形状とされた歯底は、可撓性の利益を実現するために正確に配列されている必要があり、製造上の問題をもたらす。
【００４５】
上記発明の第１のより具体的な実施形態では、下側の輪郭形状における歯底が平坦部を備えない。言い換えれば、Ｌ４＝０、等価的には下側コグの輪郭形状がシーケンスＡＬＡＬである。この実施形態では、下側の歯底の中間点が上側の歯底の直線的すなわち平坦な部分の中のどこかに配列されていればよいことから、上側および下側の歯底の整列がまだ比較的容易に達成できる。このような輪郭形状は図５に例示され、シーケンスＬＡＬＡＬを含む上側輪郭形状４５と、シーケンスＡＬＡＬを含む下側輪郭形状４９が示される。再び、少なくとも１つの上側歯底が少なくとも１つの対応する下側歯底に整列される。
【００４６】
第２のより具体的な実施形態では、ベルトは同数の上下コグを有する。言い換えれば、ベルトがラック形状に配置されるときＰ１とＰ２は等しい。シーブの周りに巻かれたベルトは、下側の寸法が圧縮され、上側の寸法が伸張されるので、便宜的にここではベルトはラック形状で描かれることが理解されるべきである。上コグの数Ｎ１と下コグの数Ｎ２が等しく、かつ少なくとも一組の歯底が整列されていることから、全ての上側および下側輪郭形状は実質的に整列されている。再び、これは本技術分野のより最近の教訓と対照的である。上述したように歯底と歯底の整列は、最も可撓性が高いベルトデザインを可能にする。上側および下側歯底において平坦なセグメント、すなわち直線セグメントを維持することは、製造過程における整列を容易にする。上記背景技術の項で説明されたスタッガード輪郭デザインとの比較において、本発明の整列されたデザインはより可撓性がとても高いので、例えば横方向の強度を高めることが求められるときには、ウェブ厚さ“Ｗ”を幾分増大できる。したがって、歯底が整列されているベルト部分は、ベルトの「弱連結」に相当するかもしれないが、全ての歯底を整列することで可撓性とともに弱連結の強度を向上でき、性能全体の増大をもたらすと考えられる。加えて、コグからコグへの幾何形状は一貫しており、歪みおよび荷重も一貫しているので、ベルトの性能と寿命が向上される。更に、従来のデザインにおける最大応力領域は、ベルトにおけるコグと歯底が整列された可撓性がない部分と関係しており、これは歯底と歯底が整列された実施形態では完全に除かれている。
【００４７】
第２の具体的実施形態の変形例では、Ｌ４を長さ０に制限することが望ましいかもしれず、言い換えれば、上記第１の具体的実施形態のように下コグ輪郭形状がシーケンスＡＬＡＬであるかもしれない。Ｌ４＝０のとき、Ｌ１の長さにＡ１の半径を足した合計がＡ３の半径以上でかつ２０％以内、すなわち１．０≦（Ｌ１＋Ｒ１）／Ｒ３≦１．２となるように、上側歯底の幅を下側歯底の幅に対して更に規定することが望ましいかもしれない。この後者の制限は、製造中に歯底を整列させる難しさの幾つかを防止するであろう。
【００４８】
本発明の第３のより具体的な実施形態では、ベルトは依然ＬＡＬＡＬ型の上下輪郭形状を備え、少なくとも１つの上側歯底が少なくとも１つの対応する下側歯底と整列し、Ｌ１の長さにＡ１の半径を足した合計が、Ｌ４の長さにＡ３の半径を足した合計の前後２０％以内である。しかし、この第３実施形態では、ベルトの上コグの数が下コグよりも大きい。言い換えれば、ベルトがラック形状に配置されるとき、Ｐ１＞Ｐ２である。このような輪郭形状は図６に図示されており、シーケンスＬＡＬＡＬを含んでいる上側輪郭形状４６と、シーケンスＡＬＡＬを含んでいる下側輪郭形状４７が示される。ピッチの半分しか示されていないためピッチや位相シフト“ΔＰ”は２で割った状態で示される。Ｎ２対Ｎ１の比は、特に限定される分けではないが、１．０〜１．３あるいは約１．１〜約１．３の範囲内にあることが好ましいであろう。上コグの数Ｎ２と下コグの数Ｎ１が等しくないが、少なくとも１組の歯底が整列されていることから、全ての上側および下側の輪郭形状が実質的に整列される分けではない。しかし、上側歯底が直線的すなわち平らな幅を有し、Ｎ２がＮ１よりも大きすぎないならば、実質的には整列された相当数のコグが依然としてあるであろう。更に、本発明の輪郭形状は改良され、それによって、この実施形態のベルトは、従来の輪郭形状の他のデザインを超える高い可撓性と性能を依然発揮すると考えられる。下コグ輪郭形状は、図６の例がＡＬＡＬ型のそれを示すものの、ＬＡＬＡＬ型であってもよいと理解されるべきである。この実施形態は、ピッチの差異とそれによる輪郭形状のあまり厳格でない整列の結果として、低製造コストをもたらすであろう。
【００４９】
これまでに述べられた１つ以上の特徴は、ここで説明された３つの具体的実施形態の何れかに従って、本発明の変形例にも適用し得ると理解されるべきである。これには、コグフランクの夾角、相対的な頂部幅と全体の厚さ、接触面に切り込まれる逃げ角、そして輪郭における円弧と直線の様々な滑らかな接続が含まれるが、限定されるものではない。
【００５０】
様々な実施形態において、Ｌ２を長さ０に限定し、上側輪郭形状をＬＡＡＬ型にすることが有効かもしれない。この実施形態は、上コグを相対的に短くすることが望まれるベルト、すなわちｈ２が相対的に小さいときに有益であろう。
【００５１】
本発明によるＶベルトにはどのような適切な材料が含まれてもよい。以下の材料は例示的に提示され、本発明の広さや適用範囲を限定することを意図したものではない。心体層１６は、ガラス、カーボン、金属、ポリエステル、ポリアミド系合成繊維、アラミド（ＰＢＯを含む）、そしてこれらの混合物や合成物などの高張力ファイバからなる、個々の撚られた心線を備えるであろう。心体層は必要に応じて、織られた、布、タイヤコードなどであってもよい。ベルト本体は望まれたいかなる合成物であってもよいが、典型的な材料は、天然ゴム、ポリクロロプレン、ポリイソプレン、スチレンブタジエンゴム、エチレン‐α−オレフィンエラストマ、ニトリルゴム、ポリウレタンエラストマ、様々な熱可塑性エラストマなどのエラストマを基本とするゴム合成物である。これらのエラストマには、周知のように、短繊維フィラー、可塑剤、オイル、加工助剤、抗酸化剤、硬化剤、共架橋剤など様々な充填剤が混合されるであろう。他の布地層、例えば従来周知のように配向あるいは無配向の織布、不織布、編物、あるいは不連続繊維層などの他の補強層が、ベルトにおいて心体層の隣に組み入れられてもよい。例えば、布地層は例えば表面特性を変更しクラックの形成および／または進行に対する抵抗力を高めるなどするためベルトのどの表面に使用されてもよい。
【００５２】
本発明は、例えば多数の布地、エラストマ、心体部材の層を、円筒形モルドの上、あるいはモルドへの移動のためのマンドレルの上に真直ぐあるいは逆向きに積み上げるなど、既知の方法に従って作成されてもよい。モルドは、その内側に形成されるコグ輪郭を備えてもよく、そして／あるいは、「マトリクス」と呼ばれるものがコグ輪郭を形成するのに使用されるであろう。ダブルコグが形成されたスラブを成形するための硬化あるいは硫化処理後、個々のベルトは、適切な接触面角で、その状態から例えば切断、および／または切削され、必要に応じて反転される。
【００５３】
以下の実施例は、この技術分野で見出される他の代表的なデザインに勝る本発明のダブルコグＶベルトのデザインの利点を説明するのに使用される。実施例では、有限要素解析（“ＦＥＡ”）が様々なベルトデザインと比較するために用いられた。各々のケースにおいて、ベルト本体材料（典型的なエラストマ合成物）および心体層（典型的なアラミド心線）には同じ材料特性が用いられ、それ故結果の違いは輪郭形状のデザインの違いのみに起因するであろう。ＦＥＡモデリングは、様々な運転条件をシミュレートするために各ベルト例に対し走行する４つのモデルを含み、ＶＳＴベルトでは：ベルト曲げモデル、張力モデル、アンダドライブモデル、オーバドライブモデルを見る。曲げモデルは、成型されたその自然な形で４５°の円弧となる１／８の長さのベルトを用いて行われ、一方の端部を更に１８０°回転し、２２５°の円弧で終了した。張力モデルは、９０°の円弧状に対応する同じ１００ｍｍの長さのベルトを用いて行われ、それを真直ぐに引っ張った。オーバドライブモデルは、高速度比に対応するシーブ直径において、１０００Ｎのハブ荷重を掛けてベルトを２つのシーブの間で引っ張り、そして従動シーブに３０Ｎｍのトルクを掛けて原動シーブを回転させた状態をシミュレートした。アンダードライブモードは、低速度比に対応するシーブ直径において、１０００Ｎのハブ荷重を掛けてベルトを２つのシーブの間で引っ張り、そして従動シーブに３０Ｎｍのトルクを掛けて原動シーブを回転させた状態をシミュレートした。
【００５４】
実施例のベルト（実施例Ａと実施例Ｂ）の寸法と特性は、４つの比較例（比較例１〜４）のデータとともに表１−３に示される。表１は上コグ輪郭形状データを示し、表２は下コグ輪郭形状データを示し、表３は付加的なベルトの一般形状データを示す。実施例Ａは、ＬＡＬＡＬ型の上側輪郭形状およびＡＬＡＬ型の下側輪郭形状を有する本発明の実施形態であり、上下コグの数は等しく、輪郭形状は歯底と歯底が整列されている。実施例Ｂは、実施例Ａと同じ下コグ輪郭形状を有するが、上側輪郭形状が下側輪郭形状よりも多くのコグを備える。両実施例は、本発明の一実施形態に従ってＬ４＝０である。実施例あるいは比較例の何れも、ここで説明されたように逃げ角を備えない。
【００５５】
比較例は、現在市場で見つけられるＶＳＴアプリケーション用のＶベルトに基づく。比較例１のコグ輪郭形状は図９に示され、ここで上側輪郭形状６６はＡ＋ＬＡＬ型であり、下側輪郭形状６８はＡＬＡ型である。比較例２のコグ輪郭形状は図７に示され、ここで上側輪郭形状６２はＡＡＬ型であり、下側輪郭形状６０はＡＬＡ型である。比較例３のコグ輪郭形状は図８に示され、ここで上側輪郭形状５４はＡ＋Ａ型であり、下側輪郭形状５６はＡＬ＋Ａ型である。比較例４のコグ輪郭形状は、別の図として特に図示されないが、これまでに説明された型である。図７〜９は、比較例における歯底と歯底の整列がない場合を、例えば図７では位相差６４によって示し、図８では位相差５８で示す。また、シャープな輪郭形状は、円弧および／または直線が滑らかに、すなわち接線方向に交わらない場所、例えば図８の点５０、５２を破壊する。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
【表２】
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【００５８】
【表３】
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【００５９】
ＦＥＡモデルの結果は表４に示される。表４では、実施例Ｂ用に２列結果が示される。実施例Ｂが下コグよりも多くの上コグを有することから、輪郭形状の整列された部分および輪郭形状のスタッガード部分、すなわち整列されていない部分双方に対するモデル予測結果が示される。実施例Ｂ−１と表示された列は、ベルトの歯底と歯底が整列された部分の結果を示し、一方実施例Ｂ−２と表示された列は、歯底とコグが整列された場合の結果を示す。曲げモデルは、整列の両方の型が含まれたベルトの全ての部分を含むことから、１つの結果のみが示される。ピーク応力は心線層にあり、曲げ応力は曲げモデルのときよりも遥かに小さいので、張力モデルの結果は別立てで示されていない。通常両方の極値を持つと考えられる比較例に対しては、最悪のケースのみが示される。結果は、重要な領域、すなわち、コグ歯底あるいはコグ頂部における表に記載されたピーク歪みエネルギー密度（“ＳＥＤ”）として示される。表に示されるようにピーク接触摩擦応力（“ＣＦＳ”）が更に示される。表４には、上述の値の絶対値と、相対値、すなわち“Ｂ”で示された４つの比較例の中での最良値を基準とする差のパーセント（“Ｄｉｆｆ．（％）”）がともに示される。
【００６０】
【表４】
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【００６１】
ダブルコグ変速トランスミッションベルトのＦＥＡ解析は、実施例１および実施例２の両代表実施形態が比較例に対して優れていることを裏づけた。曲げ応力の結果は、実施例１、２が、最大の可撓性を備えることを裏づけ、最良の比較例よりもそれぞれ３２％、２５％良好であった。ＳＥＤの結果は、オーバドライブおよびアンダドライブ双方の条件の下での下コグの歯底における低減されたピーク応力を裏づけ、最良の比較例よりも３％〜１２％良好であった。同様に、下コグ歯底におけるピークＣＦＳレベルは、７％から９％と比較例よりも低く、顕著に改善された。上コグ歯底は、比較例と同等のＳＥＤレベルを示したが、上側歯底におけるＳＥＤの絶対値は、既に下側歯底よりも遥かに低い。
【００６２】
ＦＥＡ解析は更に、ピークコグ頂部の歪みエネルギー密度、すなわちＳＥＤが、比較例に対して実施例のベルトでは１６〜２１％と顕著に増大することを示している。コグ頂部は、一般に歪みや応力によるクラックとあまり関係がないことから、これは必ずしも悪いことではない。それどころか増大された頂部応力は、コグを設けたことの目的に合致してより多くの負荷がコグによって担われることを示すであろう。
【００６３】
したがって、本発明は、可撓性が向上され、歯底クラックの発生し易さが低減され、パフォーマンスの整合性が改善されたダブルコグＶベルト、特にＶＳＴ用ダブルコグＶベルトを提供するために示された。
【００６４】
本発明及びその利点は詳細に説明されてきたが、添付された請求の範囲により規定される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更、置き換え、および修正がここで可能であるこが理解されるべきである。更に、本願の範囲は、本願明細書に記載された工程、機械、製造、合成物、手段、方法、及びステップからなる特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。ここで説明した実施形態と実質上同じ機能を演じ、あいは実質上同じ結果をもたらす、既存のあるいは後に開発される工程、機械、製造、合成物、手段、方法、又はステップを本発明に従って利用できることは、当該技術分野において通常の技量をもつ者ならば本発明の開示から容易に理解できる。したがって、添付された特許請求の範囲は、それらの範囲に、そのような工程、機械、製造、合成物、手段、方法、又はステップを含むことを意図している。ここで開示された発明は、ここでは特に開示されない構成要素のいかなるものがなくとも適正に実施できる。
【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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【国際調査報告】
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