WO2009101950A1 - 無段変速機用ベルトのエレメントおよび無段変速機用ベルト - Google Patents

無段変速機用ベルトのエレメントおよび無段変速機用ベルト Download PDF

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WO2009101950A1
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belt
saddle
ring
saddle surface
neck
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PCT/JP2009/052264
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hideyuki Nishimi
Shinya Kuwabara
Original Assignee
Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16G—BELTS, CABLES, OR ROPES, PREDOMINANTLY USED FOR DRIVING PURPOSES; CHAINS; FITTINGS PREDOMINANTLY USED THEREFOR
    • F16G5/00—V-belts, i.e. belts of tapered cross-section
    • F16G5/16—V-belts, i.e. belts of tapered cross-section consisting of several parts

Definitions

  • the present invention relates to a belt that is sandwiched in a winding groove of a pulley and transmits torque, and an element that constitutes the belt.
  • a belt used in a continuously variable transmission for a vehicle As a belt used in a continuously variable transmission for a vehicle, a large number of metal pieces called blocks or elements are arranged in an annular shape, and these metal pieces are bound together by a metal strip called a ring or hoop.
  • This type of belt is configured to transmit torque by a pressing force between metal pieces arranged in contact with each other. And the metal piece pinched by the winding groove in the pulley of a drive side is sequentially pushed out from the winding groove by the pulley rotating, and presses the preceding metal piece. As the metal piece thus advanced enters the winding groove in the driven pulley, torque is transmitted to the driven pulley as the metal piece advances.
  • JP-A-2002-39280 An example of such a belt is described in JP-A-2002-39280.
  • the belt described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-39280 is configured by binding transverse elements corresponding to elements sandwiched between pulleys by contacting both left and right side surfaces with a pulley by a band package corresponding to a ring. Yes.
  • the transverse element is formed in a state in which the first part is sandwiched between the pulleys and the band package is wound thereon, and the second part is formed so as to protrude upward at the center in the width direction of the first part.
  • a third portion formed to extend in the left-right direction at the upper end of the second portion.
  • the first portion corresponds to a so-called main body portion provided with a saddle surface around which the ring is wound
  • the second portion corresponds to a so-called neck portion protruding above the saddle surface
  • the third portion is This corresponds to a so-called retaining portion that covers a part of the upper surface of the saddle surface.
  • a recessed portion is formed in which the left and right side surfaces of the neck portion are recessed toward the center.
  • the hollow portion is formed so that the inner surface forms a concave arc surface having a constant curvature, and prevents the side portion of the ring from interfering with the neck portion, and also prevents stress peaks. .
  • the radius of curvature of the inner surface is set to a large radius according to the assumed stress. It will be. Therefore, in order to surely eliminate the stress peak, a recess with a large curvature radius is formed, but the recess is formed on both the left and right sides of the neck, part of the saddle surface and part of the lower surface of the retaining part. Therefore, when the radius of curvature of the recess is increased, the neck becomes thinner.
  • the third part described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-39280 is a retainer for preventing the ring from coming off by contacting the upper surface (outer peripheral surface) of the ring or preventing the element from coming off the ring. Has become a department. Such a state where the ring is in strong contact with the retaining portion often occurs when the element comes out of the winding groove of the pulley. In that case, a bending load may act on the second portion corresponding to the neck, but in the invention described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-39280, the strength against such bending load is improved and the durability is improved. No measures are taken for improvement.
  • the present invention has been made paying attention to the above technical problem, and aims to improve the strength or durability of the continuously variable transmission while avoiding the large size of the belt or element.
  • the object is to alleviate the stress concentration at the base of the neck of the element and improve the strength or durability of the element and the belt formed thereby.
  • the element of the belt for continuously variable transmission is bound by a ring arranged by being inserted through the saddle surface in a state in which the posture is aligned and annularly arranged, and on the side edge portion of the ring on the saddle surface A corner portion where the saddle surface and the side surface of the neck portion intersect each other in an element of a continuously variable transmission belt in which a retaining portion covering a part is integrally formed via a neck portion extending upward from the saddle surface A recess recessed in the saddle surface is formed, and the inner surface of the recess is smoothly connected to the side surface of the neck and has a relatively large radius of curvature, and is smoothly continuous with the first inner surface. And a second inner surface having a relatively small radius of curvature.
  • the belt for continuously variable transmission includes a saddle surface on which a ring is inserted, a neck portion integrally formed so as to extend upward from the saddle surface, and the saddle at a tip portion of the neck portion.
  • a large number of elements each provided with a retaining portion integrally formed so as to cover a part of the side edge portion of the ring on the surface are inserted into the saddle surface in a state in which the postures are aligned with each other in an annular shape.
  • the element is formed with a recess recessed on the saddle surface side at a corner portion where the saddle surface and a side surface of the neck intersect.
  • the inner surface of the concave portion is smoothly connected to the side surface of the neck portion and has a relatively large radius of curvature, and the second inner surface that is smoothly continuous with the first inner surface and has a relatively small radius of curvature.
  • Ele equipped It is characterized in that it is outlet.
  • the side edge portion of the ring that binds the element is inserted between the saddle surface and the retaining portion, so that the element moves relative to the outer peripheral side of the ring.
  • a load is generated that moves the element toward the inner periphery of the ring, such a relative movement is blocked by the retaining portion being caught by the ring.
  • a load that pushes the retaining portion in a direction opposite to the saddle surface is generated, and a bending load acts on the neck portion accordingly.
  • the bending stress associated therewith becomes the largest at the corner portion between the base portion of the neck portion, that is, the saddle surface.
  • a load in the belt traveling direction accompanying torque transmission with the pulley acts on both the left and right side surfaces of the element, and a load in the opposite direction acts on the saddle surface with which the ring is in contact.
  • a bending stress in the thickness direction acts on the element, and in particular, the bending stress at the boundary portion between the saddle surface and the neck where the cross-sectional area changes greatly increases.
  • a concave portion is formed in the corner portion where the bending stress acts, and the inner radius of the concave portion has a large radius of curvature in the portion continuing to the side surface of the neck portion, and the radius of curvature of the subsequent portion, that is, the portion on the saddle surface side. Is relatively small.
  • the stress concentration coefficient at the base of the neck becomes relatively small, and the strength can be improved and the durability can be improved without making the neck particularly thick or wide.
  • the belt is used in a continuously variable transmission, and is sandwiched in a winding groove having a V-shaped cross section formed on the outer peripheral portion of the pulley.
  • torque is generated by the frictional force generated between the belt and the pulley.
  • FIG. 4 An example thereof is schematically shown in FIG. 4, and the belt 1 is wound around a driving pulley 2 and a driven pulley 3 constituting a continuously variable transmission.
  • Each of these pulleys 2 and 3 is configured by arranging a fixed sheave and a movable sheave each having a tapered surface so as to face each other.
  • a winding groove 4 having a V-shaped cross section is formed between these sheaves, and the width of the winding groove 4 is changed by moving the movable sheave back and forth with respect to the fixed sheave by an actuator 5 such as a hydraulic cylinder. .
  • the belt 1 used in this way is formed by annularly binding a number of elements with a ring so that the entire belt 1 is annular and both side surfaces are V-shaped or tapered.
  • FIG. 2 shows an example of the element 6 constituting the belt 1 shown in FIG.
  • the element 6 is a metal plate piece, and elements having the same shape and size are arranged in an annular shape with the same posture. Therefore, there are always places where the elements 6 are arranged in a so-called open state in a fan shape (radially) around the center of curvature of the belt 1 without being arranged in parallel.
  • a locking edge 7 is formed on the element 6 in order to allow the elements 6 to be arranged in a fan shape while being in contact with each other.
  • the rocking edge 7 is a boundary line or a boundary region where the thickness of the element changes, and the width direction (a direction parallel to the rotation center axis of the pulley) is substantially at the center of the element 6 in the height direction. ). That is, in the state where the belt 1 is wound around the pulleys 2 and 3, the circumferential length on the upper side of the element 6 (the outer peripheral side as the belt 1) becomes longer, so that the interval between the elements 6 becomes wider.
  • the circumference of the lower side of the element 6 (the inner circumference side as the belt 1) is shortened, so that the interval between the elements 6 is narrowed. Therefore, the lower part of the element 6 is configured to be thin on the lower end side.
  • the rocking edge 7 is where the thickness changes between the upper side and the lower side of the element. Therefore, each element 6 rotates in the plate thickness direction around the rocking edge 7, that is, pitching occurs and opens like a fan as described above.
  • the locking edge 7 may be formed on either one of the front and back surfaces.
  • Each element 6 has a saddle surface 9 on which the ring 8 is placed (placed). Since the saddle surface 9 is in contact with a ring 8 that binds a number of elements 6, the contact pressure increases when the belt 1 is transmitting torque, whereas the element 6 In the case where the pulleys 2 and 3 are wound around the pulleys 2 and 3 and opened in a fan shape from the linearly arranged state, sliding occurs between the ring 8 and the saddle surface 9, and a large frictional force is generated accordingly.
  • the saddle surface 9 is formed at a position as close as possible to the aforementioned locking edge 7 so that the moment due to the frictional force does not increase. More specifically, since the upper plate thickness in FIG.
  • the saddle surface 9 is formed at an intermediate portion (or substantially central portion) of each element 6 in the vertical direction.
  • the ring 8 in the belt 1 is formed by laminating thin metal bands, and is arranged on the saddle surface 9 so as to bind the elements 6.
  • FIG. 2 shows an example in which two rings (two) of the ring 8 are arranged in parallel on the saddle surface 9, but in the present invention, the ring 8 may be one (one), the number Does not matter.
  • the saddle surface 9 is formed with a width equal to or greater than the width of the two rings 8 arranged in parallel.
  • the ring is mounted on the saddle surface and binds the elements so that the elements maintain an annular arrangement, so that the elements do not separate outward in the radial direction. Not only this, but also the element is pulled out from the winding groove when the element is sent out from the winding groove of the pulley. Therefore, in order to prevent the ring from coming out of the element in the radial direction, a hook portion that holds the ring in a state of being sandwiched between the saddle surface is provided.
  • hook portions 10 that extend upward from the saddle surface 9 and cover a part of the upper side of the saddle surface 9 are provided on both the left and right sides of the element 6.
  • the hook portion 10 includes a neck portion 10 a extending upward from the saddle surface 9 in FIG. 2, and extending from the neck portion 10 a toward the center side in the width direction so that the saddle surface 9 It is comprised from the retaining part 10b which covers both sides. Accordingly, the hook portion 10 is configured to loosely sandwich the left and right side edge portions of the ring 8 arranged in parallel with the saddle surface 9 between the retaining portion 10 b and the saddle surface 9.
  • the back surface of the neck portion 10a and the back surface of the retaining portion 10b are also torque transmitting surfaces, which contact the inner surface 4A of the winding groove 4 and receive a bending load toward the center portion in the width direction of the element 6, As a result, a large bending stress is generated in the root portion of the neck portion 10a. Such a bending stress acts as a tensile stress or a compressive stress on the corner portion 13 between the saddle surface 9 and the side surface of the neck portion 10a. Therefore, in order to avoid or suppress the concentration of the stress and improve durability, FIG. 1 is formed.
  • FIG. 1 is an enlarged view of the left corner portion 13 in FIG. 2 of the corner portions 13 of the saddle surface 8 and the side surface 15 of the neck portion 10a.
  • the concave portion 14 is formed by recessing a portion on the saddle surface 9 side adjacent to the base portion of the neck portion 10a toward the saddle surface 9 side.
  • the inner surface of the concave portion 14 is a curved surface that smoothly connects the side surface 15 of the neck portion 10 a and the saddle surface 9.
  • the first inner surface 14a on the neck portion 10a side is a concave curved surface having a relatively large curvature radius R1, and is smoothly connected to the side surface 15 of the neck portion 10a, which is a flat surface.
  • the first curved surface 14 a is formed in a range that does not reach the bottom surface portion of the recess 14.
  • the second inner surface 14b following the first inner surface 14a is a concave curved surface having a smaller radius of curvature R2 than the first inner surface 14a, and forms a bottom surface portion of the concave portion 14.
  • the first inner surface 14a and the second inner surface 14b are smoothly connected to each other, and tangents at the connecting portions coincide with each other.
  • the end portion of the second inner surface 14b on the saddle surface 9 side may be directly connected to the saddle surface 9, but is connected to the saddle surface 9 via the convex curved surface 16 so that a sharp edge portion does not occur. .
  • a concave curved surface having a smaller curvature radius may be interposed between the second inner surface 14 b and the convex curved surface 16.
  • the starting position of the concave portion 14 on the neck portion 10a side is a position where the saddle surface 9 is extended to the neck portion 10a side and intersects with the side surface 15 of the neck portion 10a or in the vicinity thereof.
  • crowning is applied to form a convex curved surface, it is at or near the intersection of the plane passing through the top and the side surface 15 of the neck 10a.
  • the radius of curvature R1 of the first inner surface 14a only needs to be larger than the radius of curvature R2 of the second inner surface 14b.
  • the range of the first inner surface 14a is a range of 45 ° or more as the central angle at the center of curvature.
  • the tip portions of the hook portions 10 described above, that is, the retaining portions 10b are separated from each other, and an opening portion 17 for the saddle surface 9 is formed here.
  • the distance between the hook portions 10, in other words, the opening width of the saddle surface 9 is wider than the width of the single ring 8 and smaller than the sum of the widths of the two rings 8.
  • reference numeral 18 denotes a dimple, which is a convex portion formed on the front or back side below the locking edge 7, and on the opposite side as a concave portion in which the dimple 18 is loosely fitted. Holes (not shown) are formed. The dimple 18 and the hole are fitted to each other so that the aligned state of the elements 6 is maintained.
  • a large number of elements 6 shown in FIG. 1 are arranged in an annular shape with their respective postures aligned, and in this state, the two rings 8 are inserted into the saddle surface 9 from the opening portion 17 and assembled. Bundled in a ring.
  • the belt 1 thus configured is wound around the winding groove 4 of each pulley 2, 3, and in this state, each element 6 is sandwiched between the pulleys 2, 3. Then, when the drive pulley 2 rotates, a thrust force that advances the element 6 sandwiched in the winding groove 4 acts. Therefore, the preceding element 6 is pushed forward by the succeeding element 6 and moves forward.
  • the driven pulley 3 the element 6 sandwiched in the winding groove 4 is pushed by the subsequent element 6, so that the driven pulley 3 is pushed and rotated by the element 6 sandwiched in the winding groove 4. .
  • the corner portion 13 at the base portion of the neck portion 10a is formed with a concave portion 14 that connects the side surface 15 of the neck portion 10a and the saddle surface 9 with a smooth curved surface, so that the stress concentration generated as described above is relieved.
  • the bending stress generated by the load acting to push up the hook portion 10 and the bending stress generated by the load in the direction in which the neck portion 10a is tilted inward are the root portion of the neck portion 10a (for example, the portion indicated by the symbol a in FIG. 1).
  • the inner surface of the recess 14 in that portion is the first inner surface 14a having a relatively large radius of curvature R1, so that stress concentration is effectively reduced or prevented.
  • the substantial strength can be increased without increasing the thickness or width of the neck portion 10a.
  • the durability of the belt 6 or the belt 1 can be improved while preventing or suppressing the increase in size.
  • the entire inner surface of the recess 14 is not curved with a large radius of curvature, but a part of the neck 10a side is a curved surface with a large radius of curvature and the saddle surface 9 side is a curved surface with a small radius of curvature. Therefore, the width of the saddle surface 9 can be secured without increasing the width of the element 6.
  • the recess 14 is not particularly deep, so that the element 6 is sandwiched between the pulleys 2 and 3. It can prevent or suppress that the intensity
  • FIG. 3 shows another example of an element to which the present invention can be applied.
  • the element 20 shown here includes a base portion 21 sandwiched between the winding grooves of a pulley, and both side surfaces (flank surfaces) 22 thereof. Is an inclined surface or a tapered surface parallel to the inner surface of the winding groove.
  • a neck portion 23 projecting upward in FIG. 3 is formed at the center portion of the base portion 21 in the width direction, and portions on both sides of the top portion of the base portion 21 sandwiching the neck portion 23 are saddle surfaces on which the ring is placed. 24.
  • the concave portion 14 having the same shape as that shown in FIG. 1 is formed integrally with the base portion 21. That is, the first inner surface 14a that is a concave curved surface that is smoothly connected to the side surface 23a of the neck 23 and that has a relatively large curvature radius R1, and the first inner surface 14a that is smoothly connected to the first inner surface 14a and the curvature radius R2 is relatively small.
  • a recess 14 having a second inner surface 14b is formed.
  • a top portion 26 that protrudes in the left-right direction in FIG. 3 and covers a part of the saddle surface 24 is formed integrally with the upper portion of the neck portion 23. Therefore, this top corresponds to the retaining portion in the present invention.
  • a dimple 27 is formed at a substantially central portion of the top portion 26, and a hole (not shown) is formed on the back side thereof.
  • the present invention is not limited to the specific examples described above, and the ring for binding the elements may be either one (one) or three (three) or more.
  • the ring is preferably a laminate of thin metal strips as described in JP-A-2002-39280, but may be a single-layer ring.
  • the concave curved surface forming the concave portion in the present invention does not need to be the two surfaces of the first inner surface and the second inner surface, and is formed by three or more concave curved surfaces that are smoothly connected and have different curvature radii. You may comprise as what is called a composite R part.

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Abstract

　大型化することなく強度および耐久性に優れた無段変速機用ベルトおよびそのエレメントを提供する。 　姿勢を揃えて環状に配列された状態でサドル面９に挿通させて配置したリング８によって結束され、かつ前記サドル面９上の前記リング８の側縁部の一部を覆う抜け止め部１０ｂが前記サドル面９からその上方に延びた首部１０ａを介して一体に形成された無段変速機用ベルトのエレメントであって、前記サドル面９と前記首部１０ａの側面とが交差するコーナ部１３に前記サドル面９側に窪ませた凹部１４が形成され、その凹部１４の内面が、前記首部１０ａの側面１５に滑らかに繋がりかつ相対的に曲率半径が大きい第１内面１４ａと、該第１内面１４ａに滑らかに連続しかつ曲率半径が相対的に小さい第２内面１４ｂとを備えている。

Description

無段変速機用ベルトのエレメントおよび無段変速機用ベルト
　この発明は、プーリの巻き掛け溝に挟み込まれてトルクを伝達するベルトおよびそのベルトを構成するエレメントに関するものである。
　車両用の無段変速機に用いられるベルトとして、ブロックもしくはエレメントと称される金属片を、多数、環状に配列し、それらの金属片をリングもしくはフープと称される金属製の帯状材によって結束した構成のものが知られている。この種のベルトは、互いに接触して配列されている金属片同士の押圧力によってトルクを伝達するように構成されている。そして、駆動側のプーリにおける巻き掛け溝に挟み込まれた金属片が、そのプーリが回転することによりその巻き掛け溝から順次押し出されて、先行している金属片を押圧する。こうして前進させられる金属片が従動側のプーリにおける巻き掛け溝に進入することにより、金属片の前進に伴って従動側のプーリにトルクが伝達される。
　このようなベルトの一例が特開２００２－３９２８０号公報に記載されている。この特開２００２－３９２８０号公報に記載されたベルトは、左右両側面をプーリに接触させてそのプーリに挟み込まれるエレメントに相当する横断素子をリングに相当するバンド・パッケージによって結束して構成されている。その横断素子は、プーリに挟み付けられかつバンド・パッケージが巻き掛けられる第１の部分と、その第１の部分の幅方向での中央部に上方に向けて突出した状態に形成された第２の部分と、その第２の部分の上端部に左右方向に延びて形成された第３の部分とを備えている。すなわち第１の部分は、リングを巻き掛けるサドル面を備えたいわゆる本体部に相当し、また第２の部分は、サドル面の上方に突出したいわゆる首部に相当し、さらに第３の部分は、サドル面の上方の一部を覆ういわゆる抜け止め部に相当している。そして、特開２００２－３９２８０号公報に記載されたベルトでは、首部の左右両側面をその中心側に窪ませた窪み部が形成されている。この窪み部は、内面が一定の曲率の凹円弧面をなすように形成されており、リングの側部が首部に干渉することを防止し、また応力ピークを予防するためのものとされている。
　上述した特開２００２－３９２８０号公報に記載されたベルトにおける窪み部は、応力ピークを予防する機能を果たすものであるから、その内面の曲率半径は、想定される応力に応じて大きい半径とすることになる。したがって確実に応力ピークを解消するためには大きい曲率半径の窪み部を形成することになるが、その窪み部は、首部の左右両側面とサドル面の一部ならびに抜け止め部の下面の一部をえぐり取って形成されているから、窪み部の曲率半径を大きくすると、首部が細くなってしまう。
　そこで、首部の実質的な太さ（実質的な幅）を十分に確保した状態で窪み部の曲率半径を大きくすることが考えられるが、そのようにすると、サドル面の幅や抜け止め部の幅を確保するためにエレメントの全体の幅を大きくせざるを得なくなり、ひいてはベルト全体が大型化する可能性がある。すなわち、特開２００２－３９２８０号公報に記載された構成では、ベルト全体の大型化を避けるために窪み部の曲率半径を小さくすれば、応力ピークを解消することが困難になるから、大型化の回避と強度もしくは耐久性の向上とを両立させることが困難である。
　また、特開２００２－３９２８０号公報に記載されている第３の部分は、リングの上面（外周面）を接触させてリングが外れること、あるいはエレメントがリングから外れることを防止するための抜け止め部となっている。このようにリングが抜け止め部に強く接触する状態は、エレメントがプーリの巻き掛け溝から抜け出る際に生じることが多い。その場合、首部に相当する前記第２の部分に曲げ荷重が作用することがあるが、特開２００２－３９２８０号公報に記載された発明では、そのような曲げ荷重に対する強度の向上や耐久性の向上についての対策は何ら施されていない。
　この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、無段変速機用のベルトあるいはエレメントの大型を回避しつつその強度あるいは耐久性を向上させることを目的している。特にエレメントの首部の根本部分の応力集中を緩和して、エレメントおよびこれによって構成されるベルトの強度あるいは耐久性を向上させることを目的とするものである。
　この発明の無段変速機用ベルトのエレメントは、姿勢を揃えて環状に配列された状態でサドル面に挿通させて配置したリングによって結束され、かつ前記サドル面上の前記リングの側縁部の一部を覆う抜け止め部が前記サドル面からその上方に延びた首部を介して一体に形成された無段変速機用ベルトのエレメントにおいて、前記サドル面と前記首部の側面とが交差するコーナ部に前記サドル面側に窪ませた凹部が形成され、その凹部の内面が、前記首部の側面に滑らかに繋がりかつ相対的に曲率半径が大きい第１内面と、該第１内面に滑らかに連続しかつ曲率半径が相対的に小さい第２内面とを備えていることを特徴とするものである。
　また、この発明の無段変速機用ベルトは、リングを挿通して配置させるサドル面と、そのサドル面から上方に延びた状態に一体に形成された首部と、その首部の先端部に前記サドル面上の前記リングの側縁部の一部を覆うように一体に形成された抜け止め部とを備えた多数のエレメントを、相互に姿勢を揃えて環状に配列した状態で前記サドル面に挿通させて配置したリングによって結束してなる無段変速機用ベルトにおいて、前記エレメントは、前記サドル面と前記首部の側面とが交差するコーナ部に前記サドル面側に窪ませた凹部が形成され、かつその凹部の内面が、前記首部の側面に滑らかに繋がりかつ相対的に曲率半径が大きい第１内面と、該第１内面に滑らかに連続しかつ曲率半径が相対的に小さい第２内面とを備えているエレメントであることを特徴とするものである。
　この発明によるエレメントおよびそれを用いたベルトにおいては、エレメントを結束しているリングの側縁部がサドル面と抜け止め部との間に挿入されているので、エレメントがリングの外周側に相対移動することが阻止されるだけでなく、エレメントをリングの内周側に移動させる荷重が生じた場合には抜け止め部がリングに引っ掛かることによりそのような相対移動が阻止される。その場合、抜け止め部に対してこれをサドル面とは反対方向に押す荷重が生じ、それに伴って首部に曲げ荷重が作用する。それに伴う曲げ応力が最も大きくなるのは、首部の根本部分すなわちサドル面との間のコーナ部である。また、エレメントの左右両側面にはプーリとの間のトルク伝達に伴うベルト進行方向の荷重が作用し、これに対してリングが接触しているサドル面には、反対方向の荷重が作用する。その結果、エレメントに対して厚さ方向の曲げ応力が作用し、特に断面積が大きく変化するサドル面と首部との境界部分での曲げ応力が大きくなる。このような曲げ応力が作用する前記コーナ部に凹部が形成されており、その凹部の内面は、首部の側面に連続する部分の曲率半径が大きく、それに続く部分すなわちサドル面側の部分の曲率半径が相対的に小さくなっている。そのため、首部の根本部分での応力集中係数が相対的に小さくなり、首部を特に太くし、あるいは幅を広くするなどのことなく、その強度を向上させ、また耐久性を向上させることができる。
この発明による凹部の形状の一例を拡大して示す部分図である。 この発明に係るエレメントの一例を示す正面図である。 この発明を適用できる他の形状のエレメントを示す正面図である。 この発明で対象とするベルトを用いた無段変速機の模式図である。
　つぎに、この発明の具体例を説明する。ベルトは、無段変速機に使用されるものであり、プーリの外周部に形成された断面Ｖ字状の巻き掛け溝の内部に挟み込まれ、その結果、プーリとの間で生じる摩擦力でトルクを伝達するように構成されている。その一例を図４に模式的に示してあり、ベルト１は無段変速機を構成している駆動プーリ２と従動プーリ３とに巻き掛けられている。これらの各プーリ２，３は、テーパ面をそれぞれ備えた固定シーブと可動シーブとを対向させて配置することにより構成されている。これらのシーブの間に断面Ｖ字状の巻き掛け溝４が形成され、その可動シーブを油圧シリンダなどのアクチュエータ５によって固定シーブに対して前後動させることにより、巻き掛け溝４の幅が変化する。
　このようにして使用されるベルト１は、全体として環状をなし、かつ両側面がＶ字状もしくはテーパ状をなすように、多数のエレメントをリングで環状に結束して構成されている。上記の図４に示すベルト１を構成しているエレメント６の例を図２に示してある。このエレメント６は、金属製の板片であり、同一の形状および寸法のものが、姿勢を揃えて円環状に配列される。したがって、各エレメント６が平行に並ばずにベルト１の曲率中心を中心として扇状（放射状）にいわゆる開いた状態に配列される箇所が必ず生じる。
　各エレメント６を互いに接触させた状態で扇状に開いた配列を可能にするために、エレメント６にはロッキングエッジ７が形成されている。このロッキングエッジ７は、具体的には、エレメントの厚さが変化する境界線もしくは境界領域であり、エレメント６の高さ方向でのほぼ中央部に幅方向（プーリの回転中心軸線と平行な方向）に延びて形成されている。すなわち、ベルト１がプーリ２，３に巻き掛かった状態では、エレメント６の上側（ベルト１としては外周側）の周長が長くなるので、エレメント６同士の間隔が広くなる。これとは反対にエレメント６の下側（ベルト１としては内周側）の周長が短くなるので、エレメント６同士の間隔が狭くなる。そのため、エレメント６の下側の部分は、下端側で薄くなるように構成されている。このように板厚がエレメントの上側と下側とで変化する箇所がロッキングエッジ７となっている。したがって、各エレメント６は、ロッキングエッジ７を中心にして板厚方向に回転し、すなわちピッチングが生じて、上記のように扇状に開くようになっている。なお、このロッキングエッジ７は表裏両面のいずれか一方に形成されていればよい。
　また、各エレメント６にはリング８を載せる（配置させる）サドル面９が形成されている。そのサドル面９には、多数のエレメント６を結束しているリング８が接触しているので、ベルト１がトルクを伝達している状態ではその接触圧が大きくなるのに対して、エレメント６が直線状に配列されている状態からプーリ２，３に巻き掛かって扇状に開く場合にはリング８とサドル面９との間に摺動が生じ、それに伴って大きい摩擦力が生じる。この摩擦力によるモーメントが大きくならないように、サドル面９は前述したロッキングエッジ７に可及的に近い位置に形成されている。より具体的にはサドル面９より図２での上側の板厚が厚く、下側が薄くなっているので、サドル面９を左右両方向に延長した位置もしくはこれより僅かに下側の位置がロッキングエッジ７となっている。したがって、サドル面９は各エレメント６の上下方向での中間部（あるいはほぼ中央部）に形成されている。
　ベルト１におけるリング８は、薄い金属帯を積層して構成され、前記サドル面９に配置されてエレメント６を結束するように構成されている。図２にはそのリング８を二条（二本）、サドル面９上に並列に配置した例を示してあるが、この発明においてはリング８は一条（一本）であってもよく、その数は問わない。図２に示す例では、サドル面９は、並列させて配置した二条のリング８の幅以上の幅に形成されている。
　この発明に係るベルトにおいても、リングは、サドル面に載っていて、各エレメントが環状の配列を維持するように各エレメントを結束し、各エレメントが半径方向で外側に離脱しないように作用するが、これだけでなく、エレメントがプーリの巻き掛け溝から送り出される際にエレメントを巻き掛け溝から引き抜く作用も行う。そのため、リングがエレメントから半径方向で外側に抜け出ないようにするために、リングをサドル面との間に挟んだ状態に保持するフック部が設けられている。
　その例を説明すると、図２において、エレメント６の左右両側に、サドル面９から上方向に延びてサドル面９の上側の一部を覆うフック部１０が設けられている。このフック部１０は、図２に示すように、サドル面９から図２での上方に延び出ている首部１０ａとその首部１０ａから幅方向での中心側に向けて延びて前記サドル面９の両側部を覆う抜け止め部１０ｂとから構成されている。したがって、フック部１０は、サドル面９に並列に配置したリング８の左右の側縁部を、抜け止め部１０ｂとサドル面９との間に緩く挟み込むようになっている。
　その抜け止め部１０ｂに図２での上向きの荷重が作用した場合、抜け止め部１０ｂと首部１０ａとの境界部分や首部１０ａの根本部分に曲げ応力が作用する。特に図２に示す形状のエレメント６では、首部１０ａの根本部分がトルク伝達面である左右両側面１１，１２とサドル面９との間の幅の狭い部分であり、ここに、リング８が抜け止め部１０ｂを図２の上方向に押し上げることによる曲げ応力とプーリ２（もしくは３）およびリング８による面方向での相反する方向の荷重による曲げ応力とが作用する。さらに、首部１０ａの背面や抜け止め部１０ｂの背面もトルク伝達面となっていて巻き掛け溝４の内面４Ａに接触してエレメント６の幅方向での中央部に向けた曲げ荷重を受け、その結果、首部１０ａの根本部分に大きい曲げ応力が生じる。このような曲げ応力は、サドル面９と首部１０ａの側面とのコーナ部１３に引っ張り応力あるいは圧縮応力として作用するので、その応力の集中を回避もしくは抑制して耐久性を向上させるために、図１に示す形状の凹部１４が形成されている。
　図１にはサドル面８と首部１０ａの側面１５とのコーナ部１３のうち図２での左側のコーナ部１３を拡大して示してある。この凹部１４は、首部１０ａの根本部分に隣接するサドル面９側の部分をサドル面９側に窪ませて形成されている。その凹部１４の内面は、首部１０ａの側面１５とサドル面９とを滑らかに繋ぐ曲面となっている。そして特に、首部１０ａ側の第１内面１４ａは、相対的に大きい曲率半径Ｒ１の凹曲面であって、平坦面である首部１０ａの側面１５に滑らかに繋がっている。すなわち、第１内面１４ａの首部１０ａ側の端部における接線が首部１０ａの側面１５に一致している。また、第１曲面１４ａは凹部１４の底面部分に到らない範囲で形成されている。
　第１内面１４ａに続く第２内面１４ｂは、第１内面１４ａより小さい曲率半径Ｒ２の凹曲面であって、凹部１４の底面部分を形成している。これら第１内面１４ａと第２内面１４ｂとは滑らかに繋がっており、それらの繋ぎ部分での接線が互いに一致している。第２内面１４ｂのサドル面９側の端部は、直接、サドル面９に繋がっていてもよいが、鋭利なエッジ部が生じないように、凸曲面１６を介してサドル面９に繋がっている。なお、第２内面１４ｂと凸曲面１６との間に、曲率半径が更に小さい凹曲面を介在させてもよい。
　なお、この発明の例において、前記凹部１４の首部１０ａ側の開始位置は、サドル面９を首部１０ａ側に延長して首部１０ａの側面１５に交差した位置もしくはその近傍であり、サドル面９にクラウニングが施されて凸曲面となっている場合には、その頂部を通る平面と首部１０ａの側面１５との交差位置もしくはその近傍である。そして、この発明の例で第１内面１４ａの曲率半径Ｒ１は、第２内面１４ｂの曲率半径Ｒ２より大きければよいので、曲率半径が連続的に変化する楕円の一部の形状と同様の曲面や、無限大の曲率半径である平面を含む。さらに、前記第１内面１４ａの範囲は、その曲率中心での中心角度として４５°以上の範囲である。
　前述したフック部１０の先端部同士すなわち抜け止め部１０ｂ同士は離れていて、ここにサドル面９に対する開口部１７が形成されている。そのフック部１０同士の間隔、言い換えればサドル面９の開口幅は、一本のリング８の幅より広く、かつ二本のリング８の幅を合算した寸法より小さくなっている。
　さらに、各エレメント６の左右両側面（すなわちフランク面）１１，１２は、プーリ２（または３）における巻き掛け溝４の内面４Ａに接触してトルクの伝達を行う面であり、巻き掛け溝４の内面４Ａと平行になっている。なお、図２で符号１８はディンプルを示し、前記ロッキングエッジ７より下側の正面もしくは背面側に形成された凸部であり、これとは反対側には、ディンプル１８が緩く嵌合する凹部としてのホール（図示せず）が形成されている。これらディンプル１８とホールとが互いに嵌合することによりエレメント６の整列状態を維持するようになっている。
　したがって、図１に示す多数のエレメント６をそれぞれの姿勢を揃えて環状に配列し、その状態でサドル面９に二条のリング８を開口部１７から挿入して組み付けることにより、それらのエレメント６が環状に結束される。こうして構成されたベルト１は、図４に示すように、各プーリ２，３の巻き掛け溝４に巻き掛けられ、その状態で各エレメント６がプーリ２，３によって挟み付けられる。そして、駆動プーリ２が回転することにより、その巻き掛け溝４に挟み込まれているエレメント６にこれを前進させる推力が作用する。したがって、先行しているエレメント６が後続のエレメント６に押されて前進する。また、従動プーリ３では、その巻き掛け溝４に挟み込まれているエレメント６が後続のエレメント６に押されるので、巻き掛け溝４に挟み込まれているエレメント６によって従動プーリ３が押されて回転する。
　上記のようにしてベルト１を介して駆動プーリ２から従動プーリ３にトルクを伝達している状態では、プーリ２，３とエレメント６の左右両側面１１，１２との間に作用するエレメント６の厚さ方向（面方向）の荷重と、サドル面９とリング８との間に作用するエレメント６の厚さ方向（面方向）の荷重との方向が反対になっているので、エレメント６にはこれを面方向に曲げる応力が作用する。また、各エレメント６は各プーリ２，３の巻き掛け溝４に強く挟み込まれているから、首部１０ａにはこれを内側（エレメント６の幅方向での中心側）に倒す向きの荷重が作用し、それに伴って首部１０ａの根本部分に大きい曲げ応力が作用する。
　また、ベルト１がプーリ２，３の接線方向に走行する位置すなわちエレメント６がプーリ２，３の巻き掛け溝４から抜け出る位置では、エレメント６がプーリ２，３の巻き掛け溝４に挟み込まれてプーリ２，３と共に回転し続けようとするが、リング８がプーリ２，３の接線方向に延びているので、各エレメント６におけるフック部１０がリング８の外周面に引っ掛かり、エレメント６はリング８によって巻き掛け溝４から引き抜かれる。したがって、この状態では、フック部１０に対して図２の上方向に荷重が作用し、それに伴って前記首部１０ａの根本部分に大きい曲げ応力が作用する。
　その首部１０ａの根本部分のコーナ部１３には、首部１０ａの側面１５とサドル面９とを滑らかな曲面で繋ぐ凹部１４が形成されているので、上述のようにして生じる応力の集中が緩和されている。特に、フック部１０を押し上げるように作用する荷重によって生じる曲げ応力や首部１０ａを内側に倒す方向の荷重で生じる曲げ応力は、首部１０ａの根本部分（例えば図１に符号ａで示す範囲の部分）で大きくなるのに対して、その部分における凹部１４の内面は、曲率半径Ｒ１が相対的に大きい第１内面１４ａであるから、応力集中が効果的に緩和もしくは防止される。したがってこの発明に係るエレメント６あるいはこれを使用した無段変速機用のベルト１によれば、首部１０ａの太さあるいは幅を大きくすることなくその実質的な強度を増大させることができるので、エレメント６あるいはベルト１の大型化を防止もしくは抑制しつつその耐久性を向上させることができる。
　また、凹部１４の内面の全体を大きい曲率半径の曲面にせずに、首部１０ａ側の一部を大きい曲率半径の曲面とし、サドル面９側を曲率半径の小さい曲面としたので、凹部１４の全体が大きいものとならず、したがってエレメント６の幅を大きくすることなく、サドル面９の広さを確保できる。特に曲率半径が相対的に大きい第１内面１４ａを、凹部１４の底面部分に到らない範囲で形成すれば、凹部１４が特には深くならず、したがってエレメント６がプーリ２，３によって挟み付けられる挟圧力に対する強度が低下することを防止もしくは抑制することができる。
　なお、この発明は図２に示す形状のエレメント６あるいはこれを使用したベルト１に限られないのであって、前述した特開２００２－３９２８０号公報に記載されているように首部を幅方向での中央部に形成したエレメントおよびこれを使用したベルトにも適用することができる。図３はこの発明を適用することのできるエレメントの他の例を示しており、ここに示すエレメント２０は、プーリの巻き掛け溝に挟み込まれる基体部２１を備え、その両側面（フランク面）２２は巻き掛け溝の内面と平行な傾斜面もしくはテーパ面となっている。その基体部２１の幅方向での中央部に、図３での上側に突出した首部２３が形成され、基体部２１の上面のうちその首部２３を挟んだ両側の部分が、リングを載せるサドル面２４となっている。
　そのサドル面２４と首部２３の側面２３ａとのコーナ部２５に、前述した図１に示す形状と同様の凹部１４が基体部２１と一体に形成されている。すなわち、首部２３の側面２３ａに滑らかに繋がっている、曲率半径Ｒ１が相対的に大きい凹曲面である第１内面１４ａと、その第１内面１４ａに滑らかに繋がりかつ曲率半径Ｒ２が相対的に小さい第２内面１４ｂとを備えた凹部１４が形成されている。その首部２３の上部には、図３での左右方向に突出してサドル面２４の一部を覆っている頂部２６が一体に形成されている。したがって、この頂部がこの発明における抜け止め部に相当している。そして、ディンプル２７が頂部２６のほぼ中央部に形成され、その背面側に図示しないホールが形成されている。
　図３に示す形状のエレメント２０を使用したベルトであっても、そのエレメント２０がプーリの巻き掛け溝から抜け出る際にリングが頂部２６に引っ掛かってエレメント２０を巻き掛け溝から引き抜く作用が生じるので、その際に首部２３に曲げ荷重が作用し、その根本部分の曲げ応力が大きくなる。その場合であっても、凹部１４における首部２３の第１内面１４ａの曲率半径を大きくしてあることにより、曲げ応力が大きくなる部分での応力集中を緩和もしくは防止できる。その結果、図３に示す形状のエレメント２０あるいはこれを使用したベルトにこの発明を適用すれば、首部２３の太さあるいは幅を大きくすることなくその実質的な強度を増大させることができるので、エレメント２０あるいはベルトの大型化を防止もしくは抑制しつつその耐久性を向上させることができる。
　なお、この発明は上述した各具体例に限定されないのであって、エレメントを結束するリングは一条（一本）あるいは三条（三本）以上のいずれであってもよい。また、そのリングは特開２００２－３９２８０号公報に記載されているように薄い金属製帯状材を積層したものが好ましいが、単層のリングであってもよい。さらに、この発明における凹部を形成する凹曲面は、前述した第１内面と第２内面との二面である必要はなく、滑らかに繋いだ、曲率半径の異なる三つ以上の凹曲面で形成されたいわゆる複合Ｒ部として構成してもよい。

Claims (2)

  1. 　姿勢を揃えて環状に配列された状態でサドル面に挿通させて配置したリングによって結束され、かつ前記サドル面上の前記リングの側縁部の一部を覆う抜け止め部が前記サドル面からその上方に延びた首部を介して一体に形成された無段変速機用ベルトのエレメントにおいて、
    　前記サドル面と前記首部の側面とが交差するコーナ部に前記サドル面側に窪ませた凹部が形成され、
    　その凹部の内面が、前記首部の側面に滑らかに繋がりかつ相対的に曲率半径が大きい第１内面と、該第１内面に滑らかに連続しかつ曲率半径が相対的に小さい第２内面とを備えていることを特徴とする無段変速機用ベルトのエレメント。
  2. 　リングを挿通して配置させるサドル面と、そのサドル面から上方に延びた状態に一体に形成された首部と、その首部の先端部に前記サドル面上の前記リングの側縁部の一部を覆うように一体に形成された抜け止め部とを備えた多数のエレメントを、相互に姿勢を揃えて環状に配列した状態で前記サドル面に挿通させて配置したリングによって結束してなる無段変速機用ベルトにおいて、
    　前記エレメントは、前記サドル面と前記首部の側面とが交差するコーナ部に前記サドル面側に窪ませた凹部が形成され、かつその凹部の内面が、前記首部の側面に滑らかに繋がりかつ相対的に曲率半径が大きい第１内面と、該第１内面に滑らかに連続しかつ曲率半径が相対的に小さい第２内面とを備えているエレメントであることを特徴とする無段変速機用ベルト。
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