JP4887302B2 - 凸面プーリシーブと駆動ベルトを備えた変速機 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提に記載されているような凸面シーブを有するプーリと駆動ベルトとを備えた連続可変変速機に関するものである。この種の変速機の着想および作動は、例えば、駆動ベルトとチェーンのような周知な型式の駆動要素の内の１つを示す特許文献１から周知であると考えられる。特許文献１で示される駆動ベルトは、ファンドルネ式プッシュベルトとして一般に知られており、例えば、より詳細には特許文献２に記載されている。

このプッシュベルトは、特に、連続した横断要素により特徴付けられ、各横断要素は、下本体と、中間本体と、上本体とから成る。
下本体の横側またはフランクは、この場合、変速機の駆動プーリまたは第１プーリのシーブと接触し、被駆動プーリまたは第２プーリのシーブと接触するようになっている。下本体の頂部側の部分は頂部本体に面し、すなわち、下本体の半径方向外方に向かう縁に面し、連続引張要素のための支持面を形成し、連続引張要素は一般的に金属から製造される入れ子になった、平坦で比較的に薄いリングの１以上のグループにより形成される。横断要素の頂部（上）本体は引張要素の半径方向外側に配置され、他方、中間本体は引張要素のレベルで下本体と頂部本体を相互に連結する。引張要素の周方向に関して運動できるように横断要素は駆動ベルト内に収容される。

一般的に、横断要素の下本体は傾斜縁として知られるものを備え、すなわち、実質的に一定の厚さの横断要素の頂部側と、フランク間で前方表面または後方表面に延びる先細りの下側との間に、概してわずかに丸みのある移行部を備える。傾斜縁は、周方向に湾曲進路に追従する駆動ベルトにより、プーリの箇所で必要な、隣接する横断要素の間の傾斜運動またはローリング運動を許容する。

ファンドルネ式プッシュベルトは、引張要素の全周が、２つのプーリのシーブ間でクランプされ、実質的に連続する横断要素により実質的に充填され、摩擦力が２つのプーリ間で伝動できるように、多数の前記横断要素を含む。部分的に、この結果として、引張要素からの支持と案内により相互に進む横断要素により、駆動動力を変速機のプーリ間で伝動できる。

この型式の駆動ベルトは、２つのプーリを備えた変速機で広範囲に使用され、各プーリは直線の截頭円錐体の形の２つのシーブを備え、これらの円錐体は共に、駆動ベルトが保持されるＶ形状溝を形成し、円錐体上で少なくとも一方のシーブが保持され、一方のシーブが、それぞれ他方のシーブまたは固定シーブおよびプーリのプーリ軸に関して軸方向で運動でき、プーリシーブ間で駆動ベルトの走行半径を許容し、それ故、２つのプーリの箇所における駆動ベルトの走行半径の商により与えられる変速機の変速比は変化される。この不利な結果、少なくとも斜め走行として知られるある程度のものが駆動ベルトに課せられ、斜め走行の程度が変速比の関数として変化する結果として、すなわち、プーリのＶ溝が互いに関して少なくともわずかに軸方向でオフセットされる事実を克服するために種々の処置が知られている。このタイプの処置は、一般的に駆動ベルト自体で実現されるが、また、変速機の部分で形成することもできる。この後者の選択の例は、特許文献３および特許文献４で提供され、それらによると、２つのプーリの内の少なくとも一方のシーブの円錐表面は、球面デザインまたは凸面デザインである。この凸面において、用語、球面または凸面は、プーリシーブの表面の直線円錐形状が少なくとも半径方向でわずかに凸面に湾曲される円錐形状と交換されることを意味する。円錐表面は、また、プーリシーブの駆動ベルト走行表面または短く、走行表面と称される。

周知なファンドルネ式プッシュベルトは長らく直線のフランクを備え、使用されているが、例えば、上記ドイツ特許公報の例で記載されているように、プーリの走行表面内に球面形状で最適に相互作用をすることを許容するために、プッシュベルトまたはプッシュベルトの少なくとも横断要素が、少なくとも、半径方向または高さ方向に湾曲されるフランクを備えることも周知である。このことは、変速機のプーリのプーリシーブの凸面走行表面に使用され、プーリ軸と垂直の半径方向に関して定められるプーリ角度として知られる範囲が、また、前記フランクの湾曲内で見いだされることを意味する。

周知な変速機の１つの問題は、作動中に横断要素が、プーリシーブの間で、横断要素の各側でのプーリシーブとの２つの接触点の間を結ぶ仮想の実質的に軸方向の軸線の周りに傾斜する傾向があることである。この結果は、これらの接触点の半径方向位置と、プッシュ力が隣接する横断要素間で係合する傾斜縁の半径方向位置との間の差により起こされ、その結果として、このプッシュ力は前記回転仮想軸線に関してモーメント（力の）を及ぼす。

しかしながら、このタイプの傾斜運動は、変速機の効率にとって不利となるが、また、駆動ベルトを損傷することになり、駆動ベルトの早期の破損に至る恐れがある。それ故、傾斜運動を回避し、または、少なくとも傾斜運動を制限するために、各横断要素の１つの主平面、例えば、後表面は凹部を備え、横断要素のそれぞれの他の表面、例えば、前表面は突出部を備え、各場合で一方の横断要素の突出部は隣接する横断要素の凹部に受入れられる。これは、互いに対し横断要素の運動の自由を制限し、詳細には、傾斜する上記の傾向を無効にする。断面を意味するとして理解されるべきである突出部の寸法は、この場合、突出部が折れたりすることなく、または、何等かの別な仕方で折れたりすることなく、プッシュ力と摩擦力との間の偶力を吸収できるために十分なものでなくてはならない。しかしながら、大きい突出部は生産するのが一層困難であり、さらに、横断要素の他方の寸法もまた対応して大きくしなければならず、このことは、横断要素内の材料の消費と駆動ベルトの全重量との両方で不利な結果となることを意味する。
ヨーロッパ特許第１２１８６５４号公報 ヨーロッパ特許公開第１２２１５６３号公報 特開昭６３−０５３３５２号公報 ドイツ特許第１００６２４６３号公報

本発明の目的は、周知な変速機および／または変速機の駆動ベルト部品の上記の欠点を克服し、または、少なくとも軽減することである。

本発明によると、この目的は請求項１の特徴とする条項にある処置により達成される。結果として、横断要素の傾斜縁の半径方向位置は、最も効率的な場所に置いて、すなわち、駆動ベルトの最小走行半径において、少なくとも実質的にプーリと横断要素との接触点の半径方向位置と一致し、それにより、上記力のモーメント、それ故、上記の傾斜傾向は大きく減少される。これは、また、突出部の寸法を減少させる有利な可能性を生む。

本発明を、添付図面を参照した例により次に詳細に説明する。

（図面の簡単な説明）
図１は先行技術による２つのプーリと駆動ベルトを備えた連続可変変速機の軸に交差してとった概要断面図である。
図２は図１のプーリの球面形状の走行表面の接線方向で見た断面図である。
図３は駆動ベルトの運動方向または周方向で見た、本発明による駆動ベルトの横断要素の正面図である。
図４は図３の横断要素の側面図である。
図５は図１の第１プーリのさらに詳細な図である。

図１は、先行技術による連続可変変速機１の断面を概要で描写する。この周知な変速機１は、一次偶力（力の）Ｔｐでエンジン（図示せず）により駆動できる第１プーリ２と、２次偶力Ｔｓで負荷（図示せず）を駆動できる第２プーリ３を含む。両方のプーリ２、３は、それぞれのプーリ軸に固定される実質的に円錐の１つのプーリシーブと、前記軸に対して軸線方向に移動可能な同様に実質的に円錐の１つのプーリシーブを備える。駆動ベルト１０は２つのプーリ２、３のプーリシーブの間でクランプされ、この駆動ベルトは前記各場合において実質的に円の一部、すなわち走行半径Ｒを描く。駆動ベルト１０とプーリ２、３との間の摩擦により、機械的な動力は２つのプーリ軸間で伝動でき、変速機１の伝動比は、第１プーリ２と第２プーリ３の位置でのそれぞれの駆動ベルトの走行半径Ｒｐ、Ｒｓの商により与えられる。

図２において概要で描写されるように、２つのプーリ２、３のシーブ４３の円錐表面を球面または凸面に設計することが、先行技術から知られている。図２は、この型式のプーリシーブ４３を通る断面を示し、短く走行表面４０と称する円錐表面または駆動ベルト走行表面は、わずかに凸面に湾曲された円錐形状を有する。この図面から、走行表面４０上の各点Ｐにおいて、前記走行表面上の接線４１は、正確に半径方向に走る線４２と鋭角λを形成する。換言すれば、知られているように、このプーリ角度λはプーリシーブ４３と駆動ベルト１０との間の可能な接触点Ｐからの増加する半径位置、すなわち、駆動ベルトの走行半径Ｒｐ、Ｒｓにおいて増加する。

プッシュシュベルト１０として知られ、汎用される駆動ベルト１０の型式の一例は、図３により示される。このプッシュベルト１０は、特に、連続の横断要素１１と、変速機１のプーリ２、３のシーブ４３と接触する横断要素の横側またはフランク１６により特徴付けられる。プッシュベルト１０は、また、連続引張要素１２を含み、連続引張要素は、この例では、金属から成る多数の入れ子になった、平坦な比較的に薄いリングの２つのグループにより形成される。横断要素１１は、この場合、プッシュベルト１０内に保持され、横断要素は引張要素１２の周方向に対して運動できる。

図４で示される横断要素１１の側面図で見ることができるように、横断要素は、また、横断要素の主表面上に駆動ベルト１０の周方向で***部１３、すなわち、突出部１３と、横断要素１１の主表面と対向して配置される凹部１４とを備える。突出部１３と凹部１４は隣接する横断要素１１を互いに安定させるのに役立つ。より詳細には、突出部１３と凹部１４との間の相互作用は、駆動ベルト１０の周方向と垂直な仮想平面で互いに隣接する横断要素１１の運動を防止し、または、制限し、その結果として、軸方向の軸線の周囲での横断要素１１の回転運動または傾斜運動も制限される。

横断要素１１は、また、傾斜縁１７として知られるものを備え、すなわち、実質的に一定の厚さの横断要素１１の頂部側１８と、フランク１６間の前表面または後表面で延びる少なくとも有効に先細りとなる下側１５との間の全体としてわずかに丸みのある移行部を備える。傾斜縁１７は駆動ベルト１０内の隣接横断要素１１間の傾斜運動またはローリング運動を許容し、それにより駆動ベルトはプーリ２、３の箇所での円周上に湾曲する経路に従うことができる。本発明の文脈において、駆動ベルト１０の上記の走行半径Ｒｐ、Ｒｓは、横断要素１１の傾斜縁１７の半径位置として定義されることに注意をしなければならない。

プーリ２、３の凸状走行表面４０との最適な相互作用を許すために、横断要素１１のフランク１６は、また、半径方向へ湾曲され、フランク１６は、プーリシーブ４３との可能な接触点Ｐの箇所で、フランク角度αとして知られる角度で半径方向に対し方向付けされる。この場合、フランクにより定義されるフランク角度αの範囲は、明らかに少なくとも、プーリシーブにより定義されるプーリ角度λの範囲に対応するが、反対方向に変化する（すなわち、フランク角度αは半径方向外方で減少する）。

作動中に、横断要素１１は２つのプーリ２、３のシーブ４３の間でクランプされ、摩擦により前記プーリ軸の間で伝達される回転と偶力により、これらのプーリ２、３の回転方向Ｍに追従する。その過程において、プッシュ力Ｆｄは、傾斜縁１７の箇所で第１プーリ２上の横断要素１１の間で形成され、プッシュ力のレベルは主偶力Ｔと、前記第１プーリ２の箇所での駆動ベルトの走行半径Ｒｐに依存する。プッシュ力Ｆｄの結果として、横断要素１１は、駆動ベルト１０の周方向に引張要素１２により案内されて第２プーリ３の方向へ相互に進む。それから、横断要素１１と第２プーリ３のシーブ４３との間の摩擦接触は、少なくとも実質的に完全に上記のプッシュ力Ｆｄを無効にする。

分離した１つの横断要素１１は、回転方向Ｍの方向で見て後方に配置される他の１つの横断要素１１からの前方へ（すなわち、図４で示される回転方向Ｍの方向へ）のプッシュ力Ｆｄを受ける過程にあり、それ自体、回転方向Ｍ方向で見てその前方に配置される他の１つの横断要素１１にプッシュ力Ｆｄを及ぼし、これらの２つのプッシュ力ｆｄの間の差ΔＦｄは前記分離された横断要素１１に作用する結果として生じるプッシュ力ΔＦｄとなり、それで、結果として生じるプッシュ力は、後者のレベルで傾斜縁１７に作用する。この結果として生じるプッシュ力ΔＦｄは、横断要素１１がそれぞれのプーリ２、３のシーブ４３間でクランプされるにことにより生じることができ、摩擦力Ｆｗ（図４で矢印Ｆｗで図示される）は、それぞれのプーリシーブ４３と横断要素１１のフランク１６との間で発生され、摩擦力は言うまでもなく前記接触点Ｐのレベルでフランク１６に係合する。

図３から判るように、この変速機１内では、種々のプーリシーブ４３の走行表面４０との横断要素１１のフランク１６上の接触点Ｐ、Ｐ１またはＰ２の半径位置は、半径外側方向でのプーリ角度λの増加により、駆動ベルト１０の走行半径Ｒｐ、Ｒｓの関数として変化する。生じる最小の走行半径Ｒｐ、Ｒｓにおいて、関連する接触点Ｐ１はフランク１６の半径方向外方の端部の付近に配置され、他方、生じる最大の走行半径Ｒｐ、Ｒｓでの関連する接触点Ｐ２はフランク１６の半径方向内側の端部の付近に配置される。換言すれば、実質的に変速機１の全ての変速比において、横断要素１１は、傾斜縁１７のレベルで作用し、横断要素１１の仮想の回転軸線が通過する横断要素１１のフランク１６上の関連する接触点Ｐ、Ｐ１またはＰ２に関して力のモーメントを表す、結果として生じるプッシュ力ΔＦｄの影響を受けて傾斜する傾向がある。

この欠点のある傾斜する可能性を最少にするために、最外部の接触点の間で起こる最大半径方向距離（すなわち、力のモーメントのアーム）が最小にされるように、最外部の接触点Ｐ１とＰ２の間の半径方向位置で傾斜縁１７を決めすることにより、前記力のモーメントを最小にすることは自明である。しかしながら、少なくとも、変速機１が自動車で使用される時に、はるかに最大の力が第１プーリ２の箇所において駆動ベルト１０の最小の可能な走行半径Ｒｐで生じることを出願人は発見した。結局、生じる最大エンジントルクＴｐは、ほぼ変速機１の変速比に無関係であり、他方、横断要素１１の１つ１つに生じるプッシュ力の合計（すなわち、結果として生じるプッシュ力ΔＦｄ）は、第１プーリ２のプーリシーブ４３の間でクランプされる横断要素１１の数が減少するため、減少する主走行半径Ｒｐにより増加する。一般的に、正確に最小の主走行半径Ｒｐでエンジントルクを最大程度に増進するトルクコンバータとして知られるものが自動車に設けられていれば、このことは、ますます、適合する。結局、これは、突出部１３に最大負荷が生じる状況である。この最大負荷を下げ、それにより、突出部１３の大きさまたは寸法および横断要素１１全体のサイズまたは寸法を減らす可能性を生じさせ、このことは有利であり、トルク変速機の効率を改良する選択肢を生じさせるため、本発明は、第１プーリ２上の最小走行半径Ｒｐにおいて、傾斜縁１７の半径位置が、プーリシーブ４３とフランク１６との間の接触点Ｐ１から非常に短い半径方向距離に配置され、すなわち、この最小走行半径Ｒｐにおいて、生じるプッシュ力ΔＦｄが、それぞれの横断要素１１上の摩擦力Ｆｗの係合点のレベルで少なくとも実質的に作用するように、変速機１が設計されることを提案する。

本発明による一層の詳細な考慮によると、丁度、説明された接触点Ｐ１は、少なくとも半径方向のある距離離れて傾斜縁１７の外側に配置される。変速機１が作動する時に生じる引張要素１２と横断要素１１との間の、結果として生じるプッシュ力ΔＦｄと少なくとも比較して低い摩擦力Ｆｒは、また、この一層の詳細な考慮において考えられる。図４で矢印Ｆｒにより示されるように、丁度、説明されたこの摩擦力Ｆｒは、横断要素のフランク１６上でそれぞれの接触点Ｐ、Ｐ１またはＰ２を通過する仮想回転軸に関して横断要素１１に及ぼされる力のモーメントを決めるファクターである。丁度、説明されたこの摩擦力Ｆｒは、少なくとも最小可能走行半径Ｒｐの上記の状況において、結果として生じるプッシュ力ΔＦｄと同じ方向で第１プーリ２に作用し、従って、横断要素１１にプーリシーブ４３により及ぼされる摩擦力Ｆｗの係合点を位置決めすることにより、すなわち接触点Ｐ１の半径方向位置を、傾斜縁１７と、横断要素１１に引張要素１２により及ばされる摩擦力Ｆｒの係合点との間に決めることにより、前記力のモーメントは排除されるか、または、少なくとも大きく減少される。

引張要素１２と横断要素１１との間の摩擦力Ｆｒの発端は次のように理解できることに注意すべきである。第１プーリ２について、このタイプの駆動ベルト１０では、引張要素１２の半径方向位置Ｒｐｒは、駆動ベルト１０のために定められる走行半径Ｒｐよりわずかに大きく、例えば、１ｍｍであることを、図５は示す。同じことは、第２プーリ３の箇所における対応する半径位置Ｒｓｒと走行半径Ｒｓに当てはまる。事実上、これは、引張要素１２の第１プーリ２と第２プーリ３との間の変速比、すなわち、前記半径位置ＲｐｒとＲｓｒの商は、横断要素１１の変速比、すなわち、前記走行半径ＲｐとＲｓの商からずれていることを意味する。結果として、作動中、すなわち、変速機１内での駆動ベルト１０の回転中に、スリップ、すなわち、速度差が各プーリ２、３の箇所で横断要素１１と引張要素１２との間で起こる。第１プーリ２上の最小の可能な走行半径Ｒｐの上記の状況において、引張要素１２は第２プーリ３の箇所での横断要素１１の回転速度を採用し、前記スリップは第１プーリ２の箇所で起こる。２つの前記の変速比に基づくと、それから、その箇所において、引張要素１２の回転速度は横断要素１１の回転速度より遅く、従って横断要素１１に及ぼされる摩擦力Ｆは、後方、すなわち、プッシュ力Ｆｄの方向へ向けられていることが計算できる。

先行技術による２つのプーリと駆動ベルトを備えた連続可変変速機の軸に交差してとった概要断面図である。 図１のプーリの球面形状の走行表面の接線方向で見た断面図である。 駆動ベルトの運動方向または周方向で見た、本発明による駆動ベルトの横断要素の正面図である。 図３の横断要素の側面図である。 図１の第１プーリのさらに詳細な図である。

１ 変速機
２ 第１プーリ
３ 第２プーリ
１０ 駆動ベルト
１１ 横断要素
１２ 引張要素
１３ 突出部
１４ 凹部
１５ 下側
１６ フランク
１７ 傾斜縁
４３ プーリシーブ

Claims (2)

1. 駆動ベルト（１０）と、第１プーリ（２）および第２プーリ（３）を備えた自動車の連続可変変速機（１）において、各プーリは２つの実質的に円錐のプーリシーブ（４３）を含み、プーリシーブ間で、駆動ベルト（１０）は可変半径位置（Ｒｐ、Ｒｓ）で保持され、駆動ベルト（１０）は横断要素（１１）を備え、横断要素は駆動ベルト（１０）の引張要素（１２）に沿って運動できるように保持され、少なくとも変速機（１）が作動する時に横断要素の横側（１６）、すなわち、フランク（１６）の箇所で、横断要素は第１プーリ（２）および第２プーリ（３）のプーリシーブ（４３）の間で選択的にクランプされ、横断要素（１１）は傾斜縁（１７）を備え、傾斜縁はフランク（１６）間で延びて、一定厚さの横断要素（１１）の頂部側（１８）と、有効に先細りする横断要素の下側（１５）との間で移行部を形成し、変速機（１）において、２つのプーリ（２、３）の内の少なくとも一方のプーリシーブ（４３）の円錐表面（４０）と、円錐表面と接触する駆動ベルト（１０）の横断要素（１１）のフランク（１６）とは、半径方向へ延びる凸面湾曲部を備え、少なくとも一方のプーリシーブ（４３）の凸面湾曲部とフランク（１６）の凸面湾曲部は、駆動ベルト（１０）の最小の可能半径位置（Ｒｐ、Ｒｓ）において、前記シーブ（４３）と接触する時、接触点（Ｐ１）のフランク（１６）の半径位置は、それらの間で、前記傾斜縁（１７）の半径位置からスタートし、前記半径位置を含み、傾斜縁から半径方向外方へ延び、傾斜縁（１７）と引張要素（１２）と接触するための横断要素（１１）の支持表面との間の途中で終わる半径位置内にあるように相互に適合されることを特徴とする前記変速機。
2. 前記少なくとも一方のプーリシーブ（４３）は、２つの前記プーリ（２、３）の内、作動中に自動車のエンジンにより直接に駆動される第１プーリ（２）に属することを特徴とする請求項１に記載の変速機。

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