JP3406283B2 - 無段変速機用ベルト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、無端状の金属リン
グを複数枚積層した金属リング集合体と、金属リング集
合体が嵌合するリングスロットを有する多数の金属エレ
メントとを備え、ドライブプーリおよびドリブンプーリ
に巻き掛けられて両プーリ間で駆動力の伝達を行う無段
変速機用ベルトに関する。 【０００２】 【従来の技術】無段変速機用の金属ベルトにおいて、無
端状の金属リング集合体の内周面を支持する金属エレメ
ントのサドル面にクラウニングを施し、金属リング集合
体をサドル面の中央にセンタリングすることにより、金
属リング集合体の両端部が金属エレメントのサドル面以
外の部分やプーリのＶ面に接触して耐久性が低下するの
を防止するものが、特公昭５７−２３８２０号公報、特
公平３−１５３７号公報、特公平５−４８３６４号公報
により公知である。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、金属ベルト
がプーリに巻き付くと金属リング集合体がプーリ軸を中
心に円弧状に湾曲するため、金属リング集合体を構成す
る各金属リングの外周面に引張応力が発生する。このと
き、金属エレメントのサドル面がクラウニングを持たな
ければ、金属リングの外周面の引張応力は金属リングの
幅方向に一定であるが、金属エレメントのサドル面にク
ラウニングが施されていると金属リングの横断面形状が
サドル面の形状に沿って湾曲するため、金属リングの外
周面の引張応力は強く引き延ばされる幅方向中央部で大
きく、弱く引き延ばされる幅方向両端部で小さくなる。
このように金属ベルトがプーリに巻き付いた部分では金
属リングの外周面の引張応力が幅方向に変化し、また両
プーリ間の直線状の弦部では金属リングの外周面の引張
応力が幅方向に一定になるため、金属ベルトの回転に伴
って前記引張応力が周期的に変化して金属リングの疲労
寿命を低下させる原因となる。この傾向は金属リングの
幅が広くなってクラウニング高さが増加するほど顕著に
なるため、ベルト式無段変速機の駆動力伝達容量の増加
を妨げる要因となる。 【０００４】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、金属エレメントのサドル面にクラウニングを施した
ものにおいて、金属リングの外周面の引張応力を幅方向
に均一化して疲労寿命の延長を図ることを目的とする。 【０００５】 【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、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と、金属リン
グ集合体が嵌合するリングスロットを有する多数の金属
エレメントとを備え、ドライブプーリおよびドリブンプ
ーリに巻き掛けられて両プーリ間で駆動力の伝達を行う
無段変速機用ベルトにおいて、各々の金属リングと、最
内層の金属リングを支持するリングスロットのサドル面
とがクラウニングを有しており、金属リングのクラウニ
ング半径をサドル面のクラウニング半径よりも小さく設
定したことを特徴とする無段変速機用ベルトが提案され
る。 【０００６】上記構成によれば、金属エレメントのサド
ル面にクラウニングを施したことにより、金属リング集
合体をサドル面の中央にセンタリングして金属エレメン
トの他の部分やプーリと干渉するのを防止し、金属リン
グ集合体の耐久性を高めることができる。また金属リン
グのクラウニング半径をサドル面のクラウニング半径よ
りも小さく設定したので、金属リングの中央部および両
端部の引張応力の差を減少させ、金属疲労による金属リ
ング集合体の耐久性低下を緩和することができる。これ
により、金属リングの幅を広げても耐久性を確保するこ
とが可能となり、ベルト式無段変速機の駆動力伝達容量
の増加に寄与することができる。 【０００７】 【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。 【０００８】図１〜図６は本発明の一実施例を示すもの
で、図１は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は図
２の３方向拡大矢視図、図４はクラウニングによる金属
リングの引張応力の変化を測定する試験装置の斜視図、
図５はローラのクラウニング半径および金属リングのク
ラウニング半径の組み合わせを説明する図、図６は金属
リングの外周面の引張応力の幅方向分布を示すグラフで
ある。 【０００９】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。 【００１０】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３
１，３１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。 【００１１】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１
９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。 【００１２】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２
４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。 【００１３】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。 【００１４】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ＴＯＰに向かって無段階に変化する。 【００１５】図２および図３に示すように、金属板から
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。金属リング集合体３１，３１は、リ
ングスロット３５，３５の半径方向内縁を構成するサド
ル面３８Ｌ，３８Ｌと、リングスロット３５，３５の半
径方向外縁を構成するイヤー部下面３８Ｕ，３８Ｕとに
挟まれており、金属リング集合体３１，３１の最内層の
金属リング３３，３３はサドル面３８Ｌ，３８Ｌに支持
され、金属リング集合体３１，３１の最外層の金属リン
グ３３，３３とイヤー部下面３８Ｕ，３８Ｕとの間には
隙間が形成される。 【００１６】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
４４，４４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、該進行方向に直交するとともに相互に
平行な前後一対の主面４０，４０が形成され、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の前後面に凸部４３および凹部（図
示せず）が形成される。 【００１７】図３から明らかなように、金属エレメント
３２のサドル面３８Ｌ，３８Ｌにはクラウニングが施さ
れており、このサドル面３８Ｌ，３８Ｌに支持される金
属リング集合体３１，３１の各金属リング３３…にもク
ラウニングが施されている。図３の左半部に示すよう
に、鎖線で示した自由状態の金属リング３３のクラウニ
ング半径Ｒｒはサドル面３８Ｌのクラウニング半径Ｒｓ
よりも小さく設定されている。鎖線で示す自由状態での
金属リング３３はサドル面３８Ｌ，３８Ｌから浮き上が
っているが、実際には金属リング集合体３１に作用する
張力で最内層の金属リング３３が弾性変形してサドル面
３８Ｌに密着し、２層目以降の金属リング３３…も最内
層の金属リング３３に追従して湾曲するため、図３の右
半部に実線で示すように、全ての金属リング３３…の曲
率半径はサドル面３８Ｌのクラウニング半径Ｒｓに一致
する。尚、サドル面３８Ｌのクラウニング高さは５０〜
７０μｍ程度が適切であり、自由状態での金属リング３
３のクラウニング高さは、それよりも最大値で４０μｍ
程度大きくするのが適切である。 【００１８】図４には、一対の回転軸５０，５０にそれ
ぞれ支持したローラ５１，５１に金属リング５３を巻き
掛けた試験装置が示される。図５（Ａ）は、ローラ５１
が半径Ｒ１のクラウニングを持ち、金属リング５２がク
ラウニングを持たない場合を示し、図５（Ｂ）は、ロー
ラ５１がクラウニングを持たず、金属リング５２が半径
Ｒ２のクラウニングを持つ場合示し、図５（Ｃ）は、ロ
ーラ５１が半径Ｒ１のクラウニングを持ち、かつ金属リ
ング５２が半径Ｒ３のクラウニングを持つ場合示してい
る。図５（Ｃ）において、金属リング５２のクラウニン
グ半径Ｒ３は、ローラ５１のクラウニング半径Ｒ１より
も小さく設定されている。尚、図５では金属リング５２
の中央部あるいは両端部がローラ５１から離れている
が、実際には、鎖線で示すように、金属リング５２が張
力により弾性変形してローラ５１の表面に沿うように密
着する。 【００１９】図５（Ａ）に対応する金属リング５２の半
径方向外周面の引張応力の幅方向の分布が図６に実線で
示される。金属リング５２がローラ５１に巻き付くと金
属リング５２が回転軸５０を中心に円弧状に湾曲して曲
げ応力が発生するため、その曲げ応力によって金属リン
グ５２の半径方向外周面には引張応力が作用し、半径方
向内周面には圧縮応力が作用する。仮に、ローラ５１お
よび金属リング５２が共にクラウニングを持たなけれ
ば、金属リング５２の外周面の引張応力は幅方向に一定
になるはずであるが、ここではローラ５１がクラウニン
グを持つため、金属リング５２の外周面の引張応力は幅
方向中央部で大きくなり、幅方向両端部で小さくなる。
そして幅方向中央部における引張応力の最大値と、幅方
向両端部の引張応力の最小値との差Δσ１は比較的に大
きなものとなる。 【００２０】図５（Ｂ）には、ローラ５１がクラウニン
グを持たず、金属リング５２に半径Ｒ２のクラウニング
を施した場合が示されており、この場合の金属リング５
２の外周面の引張応力の幅方向の分布が、図６に破線で
示される。このとき、クラウニングを施した金属リング
５２がクラウニングを持たないローラ５１の表面に沿う
ように弾性変形するため、金属リング５２の幅方向中央
部が圧縮されて引張応力が小さくなり、幅方向両端部が
伸長されて引張応力が大きくなる。尚、この場合の引張
応力は、金属リング５２の外周面を含めて厚さ方向に均
一である。 【００２１】図５（Ｃ）には、ローラ５１および金属リ
ング５２が共にクラウニングを持ち、かつローラ５１の
クラウニング半径Ｒ１に対して金属リング５２のクラウ
ニング半径Ｒ３を小さく設定した場合が示されており、
この場合の金属リング５２の外周面の引張応力の幅方向
の分布が、図６に鎖線で示される。このとき、金属リン
グ５２がローラ５１の回転軸５０回りに湾曲して曲げ応
力が発生し、かつ金属リング５２がローラ５１の外周面
に密着して引張応力が発生するため、鎖線で示す金属リ
ング５２の外周面の引張応力は、実線および破線で示す
引張応力を足し合わせたものとなる。 【００２２】実線で示す引張応力の変化特性と破線で示
す引張応力の変化特性とは逆であるため、鎖線で示す引
張応力の変化特性は比較的に平坦になり、最大引張応力
および最小引張応力の差である応力差Δσ２は、前記応
力差Δσ１よりも小さくなる。以上のように、ローラ５
１に半径Ｒ１のクラウニングを施し、かつ金属リング５
２に前記半径Ｒ１よりも小さい半径Ｒ３のクラウニング
を施すことにより、金属リング５２のセンタリングを可
能にしながら、金属リング５２の外周面における幅方向
中央部および両端部の引張応力の差Δσ２を減少させ、
耐久性の向上を図ることができる。 【００２３】尚、金属リング５２がローラ５１の回転軸
５０を中心に円弧状に湾曲して曲げ応力が発生したと
き、金属リング５２の内周面には圧縮応力が発生する
が、この圧縮応力は金属リング５２がローラ５１の表面
に密着して発生する引張応力と相殺されるため、金属リ
ング５２の内周面の応力が耐久性に与える影響は小さな
ものとなる。従って、上述した手法で金属リング５２の
外周面の引張応力の差Δσ２を減少させれば、金属リン
グ５２の耐久性を充分に高めることができる。 【００２４】以上のことを踏まえて、図３の左半部に示
すように、本実施例では金属エレメント３２のサドル面
３８Ｌ，３８Ｌのクラウニング半径をＲｓとし、自由状
態での金属リング３３…のクラウニング半径をＲｒとし
たとき、Ｒｓ＞Ｒｒとなるように設定している。そして
サドル面３８Ｌ，３８Ｌに施したクラウニングにより、
金属リング集合体３１，３１をサドル面３８Ｌ，３８Ｌ
の中央にセンタリングし、金属リング３３の側縁が金属
エレメント２のネック部３６やプーリ６，１１のＶ面４
４，４４と干渉して耐久性が低下するのを防止しなが
ら、金属リング３３…の外周面における幅方向中央部お
よび両端部の引張応力の差Δσ２を減少させて耐久性を
更に向上させることができる。 【００２５】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。 【００２６】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、金属エレ
メントのサドル面にクラウニングを施したことにより、
金属リング集合体をサドル面の中央にセンタリングして
金属エレメントの他の部分やプーリと干渉するのを防止
し、金属リング集合体の耐久性を高めることができる。
また金属リングのクラウニング半径をサドル面のクラウ
ニング半径よりも小さく設定したので、金属リングの中
央部および両端部の引張応力の差を減少させ、金属疲労
による金属リング集合体の耐久性低下を緩和することが
できる。これにより、金属リングの幅を広げても耐久性
を確保することが可能となり、ベルト式無段変速機の駆
動力伝達容量の増加に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】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】図２の３方向拡大矢視図 【図４】クラウニングによる金属リングの引張応力の変
化を測定する試験装置の斜視図 【図５】ローラのクラウニング半径および金属リングの
クラウニング半径の組み合わせを説明する図 【図６】金属リングの外周面の引張応力の幅方向分布を
示すグラフ 【符号の説明】 ６ ドライブプーリ １１ ドリブンプーリ ３１ 金属リング集合体 ３２ 金属エレメント ３３ 金属リング ３５ リングスロット ３８Ｌ サドル面 Ｒｒ 金属リングのクラウニング半径 Ｒｓ サドル面のクラウニング半径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−229038（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−172241（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−131646（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−91744（ＪＰ，Ｕ) 特公 平５−48364（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16G 1/20 F16G 5/16 - 5/18 F16H 9/00 - 9/26

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 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）と、金属リング集合体
   （３１）が嵌合するリングスロット（３５）を有する多
   数の金属エレメント（３２）とを備え、ドライブプーリ
   （６）およびドリブンプーリ（１１）に巻き掛けられて
   両プーリ（６，１１）間で駆動力の伝達を行う無段変速
   機用ベルトにおいて、 各々の金属リング（３３）と、最内層の金属リング（３
   ３）を支持するリングスロット（３５）のサドル面（３
   ８Ｌ）とがクラウニングを有しており、金属リング（３
   ３）のクラウニング半径（Ｒｒ）をサドル面（３８Ｌ）
   のクラウニング半径（Ｒｓ）よりも小さく設定したこと
   を特徴とする無段変速機用ベルト。