JP2003535289A - 連続可変変速機、トルク伝達のためのしなやかな無端ベルト、そして調整プーリー - Google Patents
連続可変変速機、トルク伝達のためのしなやかな無端ベルト、そして調整プーリーInfo
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Abstract
Description
設けたベルト式連続可変変速機(CVTと略称する)に係るものである。さらに
、本発明はプッシュ型駆動ベルトのようなトルク伝達のしなやかな無端ベルトに
、そして調整プーリーにも係るものである。
に知られており、それは第1の調整プーリー、第2の調整プーリー、そしてEP
−A−0.962.679に示されているようなしなやかな無端ベルト、可変変
速機比でプーリー間でトルクを伝達するチェーンなどを備えている。この既知の
CVTにおいてはクランプ力を加えるとしなやかな無端ベルトはプーリーの綱車
の間の連続可変の半径位置で締め付けられる。そのためプーリーの少なくとも一
方の綱車は軸方向に動けるようになっている。プーリーの綱車の面と相互作用す
るしなやかな無端ベルトの横側面は、無端ベルトが半径方向で内側に先細りとな
るようにベルト角を決めてそれらの向きを決められていて(相互に方向づけされ
)、プーリーの綱車の面は一緒にV字形となっている。各プーリーに加えられる
クランプ力は平衡状態を創り出し、その状態では横側面と綱車の面との間の相互
作用の半径方向の位置として決まるCVTの変速比は一定となる。この平衡状態
から外れると変速比は、各プーリーのクランプ力を増減することによって、横側
面と綱車の面との間の相互作用の半径方向の位置をプーリー毎に変えることによ
り連続的に変えれる。
接触域を最大としており、それらの間での接触圧力を比較的小さくなるようにし
ていた。さらに、接触圧力を均等に分布させていた。それにもかかわらず、横側
面および/または綱車の面の摩損は不均一となってしまい、CVTの寿命に悪い
影響を与えていた。さらに、しなやかな無端ベルトの他の部分の局所的な摩損も
見られ、そのような摩損は横側面および/または綱車の面の摩損の発生と関連し
ていることが認められる。この後の局所的な摩損は特にプッシュ型の駆動ベルト
に顕著であり、そのようなプッシュ型の駆動ベルトでは少なくとも一つの連続バ
ンドからなるキャリヤーに滑動するよう多数の横断素子が取り付けられている。
プッシュ型の駆動ベルトの横断素子には突起と窪みとが設けられており、横断素
子の突起はその隣の窪みと相互作用し、それにより横断素子の相互移動が決まっ
てくる。この種のしなやかな無端ベルトでは局所摩損は突起と窪みの位置に認め
られる。
えば、しなやかな無端ベルトおよび/または綱車の摩損の不均一分布の問題を解
消することである。本発明によりこの目的は、請求項1の連続可変変速機におい
てプーリー角よりも僅かに大きくしたベルト角によって驚くほどに達成されるの
である。このような解決法では横側面と綱車の面との間の相互作用の接触域は小
さくなるように思われ、しなやかな無端ベルトとプーリーの弾性変形を考え、そ
して接触圧力の不都合で不均一と思われる分布を考えるだけでも適切な解決とは
思われないのであるが、実際には不均一に分布する摩損は減少するのである。さ
らに、プッシュ型駆動ベルトの場合の局所摩損の程度も少なくなっていることが
確認された。仮定であるが、そのような現象の根元は以下の事実によるものと考
えられる。すなわち、本発明のCVTでは前記相互作用の半径方向の位置におい
てプーリーの綱車に無端ベルトがかける、主として軸方向に向いた反作用力の下
で綱車を変形することによりプーリー角を僅かに増加させる。その変形の程度は
、反作用力を生じるクランプ力のレベルと、前記相互作用の半径位置とによって
変わる。円錐台状のプーリーの綱車のスチフネスは半径外側方向に向かって減少
し、そして半径方向の位置によってアームが変わる綱車のモーメントに反作用力
は作用しているからである。かくして、本発明は、綱車の半径方向の外縁が比較
的強く偏向し、それによりプーリー角が増加するという認識に基づいている。そ
のような偏向はしなやかな無端ベルトの担持を多分不安定にするが、しなやかな
ベルトの摩損を追加することに対して少なくとも原因となっているものと考えら
れる。本発明のCVTでは、作動中のしなやかな無端ベルトの横側面の接触圧力
はかなり均一に分散している。さらに請求項1の手法により横側面と綱車との間
の接触圧力が半径方向外方に減少するのを防いでいる。そのような接触圧力の半
径方向外方の減少は(もし防がなければ)不安定な形を生じさせて、しなやかな
ベルトを変形させることになる。半径方向外方における接触圧力の増加という現
象は、横側面および/または綱車の不均一摩損の大きな原因であり、プッシュ型
駆動ベルトの場合の局部摩損の大きな原因である。この後の場合半径方向外方に
おいて減少していく接触圧力は不安定な形態をつくり、そうなると横断素子は半
径方向で綱車と綱車の間で傾き、それにより突起と窪みの付近で局部摩損が生じ
る。この傾斜の別の不利益は綱車と横断素子との間でスリップを伴うと言うこと
であり、それによりCVTの能率は減少することである。それゆえ、本発明はこ
の形式のしなやかなベルトに特に適しており、それをまた意図している。
の影響で僅かに変わる程度ではプーリー角がベルト角よりも不都合となるほどに
大きくなることはないということである。それであるから、自動車で生じるよう
な大きなクランプ力に対抗して、本発明のCVTのプーリーは自動車用の既知の
プーリー程に堅固に設計する必要はないのである。本発明では、プーリーの綱車
を強化する特徴、例えば半径方向に向いたリブはこれを小さくしたり、又はなく
してもよく、軽量にしてもよく、費用に見合うようプーリーを設計できる。
分の1(すなわち20分)の範囲の角度だけプーリーの角度よりも大きいのが好
ましい。このような範囲はCVTの典型的な自動車への使用に適していることが
確認されている。それらの角度の間の差が2分よりも小さくなると本発明の効果
は認め難くなる。これらの角度の間の差が20分よりも大きいと、上に述べた接
触圧力の不均一分布という不都合が本発明の利点を超えて顕著になりはじめる。
もしもベルト角が一度の20分の1から一度の6分の1の範囲の角度だけプーリ
ーの角度よりも大きいといっそう好ましい。
する値だけベルト角はプーリー角よりも大きくなっている。クランプ力と相互作
用の半径位置との両方が最大となるときにプーリー角は最大となるのが普通であ
る。かくして、ベルト角は常にプーリー角よりも大きいか、プーリー角に等しく
なっており、その結果上に述べたしなやかなベルトの形が安定しているのである
。プーリーの綱車の軸方向の変形がプーリーの綱車の半径方向の変形に比して小
さいので、プーリー角の最大増加は綱車の半径方向の大きさで最大軸方向変形を
除したアークタンジェントにほぼ等しい。
実質的に一致する値だけベルト角はプーリー角よりも大きくなっている。これで
はベルト角がプーリー角よりも小さいと言う状態が発生するが、ベルト角とプー
リー角との最大差が最小とされるので接触圧力のレベルは小さくされることにな
って有利となる。CVTのパラメータ、例えばプーリー角の増加程度、接触圧力
の大きさおよび/またはしなやかなベルトとプーリーの材料と設計とによっては
他の実施例の方が好ましいことがある。
少なくとも実質的な部分に沿って、プーリー角は減少している。このようにする
ことによりプーリーの綱車の軸方向の変形は、少なくとも前記相互作用の半径方
向の位置範囲の実質的な部分において補償されることができる。それにより、プ
ーリーの綱車としなやかなベルトとの間の接触圧力は一層均一に分布するのであ
る。本発明による手法を達成する比較的簡単で、かけた費用に見合うやり方は、
少なくとも一つの綱車の面を綱車の正接横断面で見て凹面とすることである。こ
のCVTを自動車に使用した典型的な使用結果として凹面の半径の値は5−10
0メートルの範囲にある。この範囲はベルト角とプーリー角との差に対する好ま
しい値の範囲に基づいている。
ち、プーリーの綱車と綱車との間でそれらの全周にわたってしなやかな無端ベル
トが存在していない結果として、その周囲でプーリー角が測定される場所によっ
て作動中プーリー角は増加と減少の両方を行う。このCVTの作動中プーリーが
回転しているので、ベルト角もしくはプーリー角を変えることによりそのような
現象を補償することはできない。しかしながら、少なくともクランプ力の好まし
い大きさまで、すなわちプーリーの綱車が軸方向に変形する量まで、作動中ベル
ト角がプーリー角よりも大きくなるようにベルト角とプーリー角とが選定されて
いるならば、本発明に従ってそれは有利なのである。
にクランプ力が最大となると、しなやかなベルトの面とプーリーの綱車の面との
間の相互作用の少なくとも瞬時半径位置においてはベルト角はプーリー角に実質
的に一致する。このようにして達成されることは、作動中そして相互作用の半径
方向位置においてベルト角は常にプーリー角に等しいか、それより大きいという
ことである。そのため、綱車の変形、もっと正確に言えばそれの結果としてのプ
ーリー角の増加は、クランプ力が最大となるとき相互作用の半径方向位置の関数
として決まる。
クランプ力が最も頻繁に加えられる大きさとなるとき、少なくとも相互作用の瞬
時の半径方向位置においてベルト角はプーリー角に実質的に一致する。こうして
、作動中、相互作用の半径方向位置においてベルト角とプーリー角との間の差は
最小とされた平均値である。
減少し、それにより作動中クランプ力が平均値であるときは、少なくとも相互作
用の瞬時の半径方向位置においてベルト角はプーリー角に実質的に一致する。こ
うして達成されることは、作動中、相互作用の半径方向位置においてベルト角と
プーリー角との間の最大差は最小となることである。
も内側の位置におけるプーリー角にベルト角は実質的に一致し、そしてベルト角
は相互作用の半径方向で最も外側の位置において一度の30分の1から3分の1
の範囲の値だけ僅かに認識できるぐらいにプーリー角よりも大きい。この範囲は
典型的なCVTの自動車における使用に適当であることが確認された。
ーの綱車の変形が単一の綱車にだけ集中していることである。例えば、クランプ
力を働かす油圧駆動手段により半径方向外方で支持されている軸方向に動く綱車
はプーリー軸から半径方向外方で支持されていない軸方向で固定された綱車より
もかなり少なく変形されている。この現象を説明するにはしなやかなベルトの横
側面とプーリーの綱車の面との間の相互作用を、プーリーの各綱車の面に対して
個別の綱車の角度を求めることにより、そしてしなやかなベルトの各横側面に対
する個別の面角を求めることにより横側面と綱車の面との間の接触面毎に別個に
考察することにする。これにより綱車の角度と面角度とはプーリーの回転軸の直
交軸に対して決められる。それぞれの綱車の角度および/またはそれぞれの面角
とは上に説明した仕方でそれぞれのプーリー綱車の軸方向変形を説明するのに使
う。この結果として、プーリー角度および/またはベルト角とはプーリーの回転
軸の直交軸に対して非対象となる、すなわち、ベルト角の、もしくはプーリー角
の二等分線は軸方向に対して二直角に向けられてはいない。
よう意図したプッシュ型駆動ベルトにも係るものである。
リーに係るものである。好ましい実施例では少なくとも一つの綱車はプーリーの
正接横断面で見て本質的に一定の曲率半径を持つ凹面となっている。
ーリー角を決めているCVTを開示しており、そのプーリー角は半径方向外方に
減少している。このCVTは幾つかの独立して作動する薄い無端リングから成る
。その開示された発明の目的は、作動中すべてのリングは同じ変速比で作動する
ことを達成することである。自動車の典型的なCVTの設計にこれを採用すると
半径方向外方におけるプーリー角の所要の減少は本発明で要求されるよりも遥か
に大きいのであり、このことも全く異なる目的を持っている。さらに、リングは
半径方向で非常に薄いので、それらは簡単に屈曲してプーリー角に合うようにな
る。それゆえ、本発明により解決された問題はこの既知の構成では生じない、少
なくとも本発明による解決が効果を奏するであろう程度には生じないのである。
事実、既知のリングは、ベルト角を決定するため十分に平らである横側面を有し
ていない。
度は本発明による前記の角度間の望ましい差と同程度であり、特にその差が小さ
いときにそうであるということである。本発明によれば、もしそのような場合ベ
ルト角の公称値が公称プーリー角よりも大きいと、それらの公称角はプーリーと
駆動ベルトの周囲に沿って幾つかの位置で測定されたときの平均値を考慮して決
めるのが好都合である。プッシュ型駆動ベルトの場合、前記公称ベルト角は例え
ば、横断素子のそれぞれについて測定されたベルト角の平均値により決定する。
リー3とを備え、各プーリーは入力プーリー軸20に設けた円錐台状の綱車21
、22と、出力プーリー軸30に設けた円錐台状の綱車31、32とを備え、し
なやかな無端ベルト10も備えている。この綱車の半径はRsである。プーリー
2、3の綱車21、22;31、32はそれぞれのプーリー2;3と組み合わせ
たピストン/シリンダー組立体に働く油圧により相互に向かって押し付けられる
。その結果として、クランプ力CFが各プーリーのしなやかなベルト10と綱車
21、22:31、32との間で働いて、摩擦によりベルト10によりプーリー
2;3の間でトルクが伝えられる。
2;3の綱車面はプーリー角βで相互に配向され(図1参照)、それらは実質的
にV字形溝を形成する。前記しなやかなベルト10の横側面はプーリー2、3の
綱車面と相互作用し、その横側面は例えばプッシュ型駆動ベルトではベルト角α
で相互に配向され(図3参照)、前記ベルト10は半径方向内側に先細りとなっ
ている。それぞれのプーリー軸20、30に直交する軸に対して鋭角の接触角を
なす接触面内で綱車面と横側面とは相互に寄りかかっている。既知の変速機では
ベルト角αとプーリー角βの両方は接触角の二倍に等しい。
前記ベルト10の、第1プーリー20の綱車21、22の間の半径R2は第2プ
ーリー30の綱車31、32の間の前記ベルト10の半径R3よりもかなり大き
い。この状態ではCVT1の(トルクの)伝達比は1よりも小さい、すなわち、
入力プーリー20から出力プーリー30へ動力が伝達されるときのトルクレベル
は小さくなる。各プーリー2;3のクランプ力CFは平衡状態が成立するような
ものであり、CVT1の伝達比は固定されている。このような平衡状態から離れ
ると、各プーリー2;3に対するクランプ力CFを増減することにより、そして
それによって綱車21、22;31、32の間の前記ベルト10の半径位置R2
半径位置R3を変えることにより伝達比を連続的に変える。
動ベルト10の湾曲部分と直線部分とを軸方向で示している。さらに、駆動ベル
ト10の軸方向に直交する正接図もある。駆動ベルト10はキャリヤー14、1
5に連続的に、そして滑動するように設けた多数の横断素子11を備えている。
この例ではキャリヤー14、15は4本の半径方向に積み上げられた連続バンド
2組から成る。横断素子11には突起12と窪み13とが設けられていて、これ
により横断素子11の突起12は隣の横断素子11の窪み13に嵌まる。図示さ
れているように、横断素子11の横側面はベルト角αで相互に配向されていて前
記ベルト10は半径方向内方に先細りとなっている。
の部分の横断面略図である。図4B、5B、6Bのようなプーリーの綱車21、
22の変形は誇張して示してあり、ベルト角αもプーリー角βもそしてそれらの
差も誇張して示している。プーリーの綱車21、22の軸方向変形は通常は非常
に小さいけれども、プッシュ型駆動ベルトの場合、突起12と窪み13の位置に
おける局所摩損である横側面の不均一摩損の原因であると見られている。
この既知の形態ではベルト角αとプーリー角βとは一致している。しかしながら
、図4Bに示すように、クランプ力CFを加えるとプーリー2の綱車21、22
は変形、すなわち、相互に離れ、プーリー角βは増加する。こうして作動中、ベ
ルト角αはプーリー角βよりも小さく、そしてベルト10とプーリー2との間の
接触圧は半径方向外方で不都合なことに減少する。
ベルト角αはプーリー角βよりも大きくなっている。実際、ベルト角αとプーリ
ー角βとの差は非常に小さく、例えば、CVT1の作動中、プーリーの綱車21
、22の変形量によるが、2分と20分の間である。図5Bにクランプ力CFを
加えたときのプーリーの綱車21、22の変形の様子を示す。プーリー角βは増
大している。クランプ力CFの決まった大きさにおけるプーリーの綱車の変形は
、ベルト角αがプーリー角βと一致するようなものである。本発明によれば綱車
21、22の変形量はクランプ力CFの大きさと、綱車の面とベルトの横側面と
の間の相互作用の半径位置R2とR3とによって変わる。これらの半径位置R2と
R3はクランプ力CFの腕の長さを決めているからである。それ故、角度αとβと
はクランプ力CFと半径位置R2とR3の組合せだけで定まる。加えて、クランプ
力CFと半径位置R2とR3の他の組合せにおいて、角度αとβの差は本発明のC
VTでは好都合にも小さくされる。プーリーの綱車21、22の変形は、多少補
償されるからである。
うにプーリーの綱車21、22の半径Rsに沿う半径方向外方に減少するプーリ
ー角を有するプーリー2より説明できる。図5Aにおいて、前記相互作用の半径
位置は、図1,2で示す半径位置R3と同様小さく、従ってプーリーの綱車21
、22の変形も小さい。そのような小さい半径位置R3においてプーリー角βは
大きなクランプ力CFが加わってもベルト角αに実質的に等しい。本発明に従っ
て、小さな、もしあるならば、角度αとβの差はそのような変形を補償するに足
りる。図5Bにおいて前記相互作用の半径位置は図1,2に示す半径位置R3と
同様に、大きい。従ってクランプ力CFが加わると綱車21、22の変形も(そ
れの結果としてのプーリー角βの増加のように)比較的大きい。こうして、その
ような増加を予め補償するため、初期のプーリー角βはベルト角αよりもかなり
小さい。
向外方に次第に減少するのであれば、所与のクランプ力CFで角度αとβとはC
VT1の作動中一致しており、有利である。前記のクランプ力CFの大きさは自
由に選択でき、例えばCVT1の利用の仕方で決めれる。しなやかな無端ベルト
10が特定の半径位置R2とR3に配置されるとき、頻繁に加えられるクランプ力
CFの大きさから生じるプーリー角βの増加を補償するようにするなどして、相
互作用の半径位置R2とR3に応じてクランプ力CFの大きさを決めれる。そのよ
うな場合、綱車面の半径方向におけるその特定の凹面輪郭は第1プーリー2と第
2プーリー3とでは異なることもある。
横断面図である。
の横断面図である。
部分の横断面図である。
る値だけベルト角はプーリー角よりも大きい請求項1に記載の連続可変変速機。
一致する値だけベルト角はプーリー角よりも大きい請求項1に記載の連続可変変
速機。
分に沿ってプーリー角が半径方向外側に減少する請求項1ないし3の何れかに記
載の連続可変変速機。
の作動中加えられるとき、少なくとも横側面と綱車面との間の相互作用の半径方
向の位置において、そのような相互作用の実際の半径方向の位置から独立して綱
車の半径方向の大きさの実質的な部分に対してプーリー角がベルト角に実質的に
一致する請求項1ないし4の何れかに記載の連続可変変速機。
ある請求項5に記載の連続可変変速機。
プ力である請求項5に記載の連続可変変速機。
値である請求項5に記載の連続可変変速機。
置においてベルト角が実質的にプーリー角に一致し、そして相互作用の半径方向
で最も外側の位置で1度の30分の1から3分の1の範囲内の値だけベルト角は
僅かにプーリー角よりも大きい請求項1ないし8の何れかに記載の連続可変変速
機。
分の1から6分の1の範囲内の値だけベルト角は僅かにプーリー角よりも大きい
請求項1ないし9の何れかに記載の連続可変変速機。
ルト角はプーリー軸の軸方向に直交する方向で非対称である請求項1ないし10
の何れかに記載の連続可変変速機。
る曲率を与え、正接横断面で見たとき綱車面が凹面となるようにした請求項1な
いし11の何れかに記載の連続可変変速機。
ある請求項12に記載の連続可変変速機。
リーの綱車面をした請求項1ないし13に記載の連続可変変速機に使用する調整
可能のプーリー。
Claims (17)
- 【請求項1】 2つの調整可能のプーリーの各々は相互に移動可能な一対の
円錐台状のプーリー綱車を備え、この綱車はプーリー軸に半径方向に大きさを有
し、そして綱車面を有しており、それにより該プーリーの綱車面はあるプーリー
角で相互に配向されており、そしてトルク伝達のためのしなやかな無端ベルトは
2つの横側面を含み、これらの横側面は前記しなやかなベルトが半径方向内側に
先細りとなるようベルト角をなして相互に配向されており、そして綱車がしなや
かなベルトに働かせるクランプ力により横側面がプーリーの綱車面と相互作用す
るようになっている、特に自動車用の連続可変変速機において、前記のベルト角
は少なくとも一つのプーリーのプーリー角よりも、プーリー綱車の半径方向の大
きさの少なくとも実質的な部分に対して、僅かに大きいことを特徴とした連続可
変変速機。 - 【請求項2】 1度の30分の1から3分の1の範囲内の値だけベルト角は
プーリー角よりも大きい請求項1に記載の連続可変変速機。 - 【請求項3】 CVTの作動中プーリー角の最大増加の値に実質的に一致す
る値だけベルト角はプーリー角よりも大きい請求項1もしくは2に記載の連続可
変変速機。 - 【請求項4】 CVTの作動中プーリー角の最大増加の値の半分に実質的に
一致する値だけベルト角はプーリー角よりも大きい請求項1もしくは2に記載の
連続可変変速機。 - 【請求項5】 プーリーの綱車の半径方向の大きさの少なくとも実質的な部
分に沿ってプーリー角が半径方向外側に減少する請求項1ないし4の何れかに記
載の連続可変変速機。 - 【請求項6】 プーリー角が半径方向外方に減少し、そのためクランプ力が
CVTの作動中加えられると、少なくとも横側面と綱車面との間の相互作用の半
径方向の位置において、そのような相互作用の実際の半径方向の位置から独立し
て綱車の半径方向の大きさの実質的な部分に対してプーリー角がベルト角に実質
的に一致している請求項1ないし5の何れかに記載の連続可変変速機。 - 【請求項7】 クランプ力はCVTの作動中に加えられる最大クランプ力で
ある請求項6に記載の連続可変変速機。 - 【請求項8】 クランプ力はCVTの作動中に最も頻繁に加えられるクラン
プ力である請求項6に記載の連続可変変速機。 - 【請求項9】 クランプ力はCVTの作動中に加えられるクランプ力の平均
値である請求項6に記載の連続可変変速機。 - 【請求項10】 横側面と綱車面との間での相互作用の半径方向で最も内側
の位置においてベルト角が実質的にプーリー角に一致し、そして前記相互作用の
半径方向で最も外側の位置で1度の30分の1から3分の1の範囲内の値だけベ
ルト角は僅かにプーリー角よりも大きい請求項1ないし9の何れかに記載の連続
可変変速機。 - 【請求項11】 横側面と綱車面との間で相互作用の半径方向で1度の20
分の1から6分の1の範囲内の値だけベルト角は僅かにプーリー角よりも大きい
請求項1ないし10の何れかに記載の連続可変変速機。 - 【請求項12】 少なくとも一つのプーリーのプーリー角および/またはベ
ルト角はプーリー軸の軸方向に直交する方向で非対称である請求項1ないし11
の何れかに記載の連続可変変速機。 - 【請求項13】 少なくとも一つの綱車面に本質的に一定の曲率半径を有す
る曲率を与え、正接横断面で見たとき綱車面が凹面となるようにした請求項1な
いし12の何れかに記載の連続可変変速機。 - 【請求項14】 綱車面の曲率半径の値は5ないし100メートルの範囲に
ある請求項13に記載の連続可変変速機。 - 【請求項15】 請求項1ないし14の何れかに記載の連続可変変速機に使
用する無端のしなやかな駆動ベルト、特にプッシュ型の駆動ベルト。 - 【請求項16】 請求項1ないし14の何れかに記載の連続可変変速機に使
用する調整可能なプーリー。 - 【請求項17】 正接方向で見たとき本質的に一定の曲率半径の凹面にプー
リーの綱車面を形成した請求項16に記載の調整可能なプーリー。
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