JP6428464B2 - 車両用ベルト式無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、車両用ベルト式無段変速機に関し、特に、装置の耐久性低下を抑制するための改良に関する。

複数のエレメントが無端環状のリングに沿って厚さ方向に連ねられた伝動ベルトと、その伝動ベルトが巻き掛けられる一対のプーリとを、備えた車両用ベルト式無段変速機が知られている。例えば、特許文献１に記載されたベルト式無段変速機用のプーリがその一例である。この技術においては、前記伝動ベルトにおけるエレメントの側部と、前記プーリにおける当接面とが、平行に接触させられるように構成されている。

特開２０１１−１６３５１１号公報

しかし、前記伝動ベルトにおけるエレメントの側部と、前記プーリにおける当接面とが、多少のずれもなく平行に接触させられるように製造することは困難である。斯かる当接部位において平行からのずれが生じると、前記エレメントと前記プーリにおける当接面との間に隙間が生じる。これにより、前記伝動ベルトのロール方向の姿勢が不安定となり、摩耗等により装置の耐久性が低下するおそれがあった。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、装置の耐久性低下を抑制する車両用ベルト式無段変速機を提供することにある。

斯かる目的を達成するために、本発明の要旨とするところは、複数のエレメントが無端環状のリングに沿って厚さ方向に連ねられた伝動ベルトと、その伝動ベルトが巻き掛けられる一対のプーリとを、備えた車両用ベルト式無段変速機において、前記エレメントの側部における、前記伝動ベルトの径方向外側に、前記エレメントと前記プーリにおける当接面とを接触させて動力を伝達させる第１形状部を備え、前記エレメントの側部における、前記伝動ベルトの径方向内側に、前記伝動ベルトにロール方向の姿勢変化が発生していない場合には前記当接面から離間している第２形状部を備え、前記第２形状部は、前記伝動ベルトにロール方向の姿勢変化が発生した場合には前記当接面と平行に接触させられ、前記第１形状部の前記プーリの当接面に対する接触面積は、前記第２形状部の前記エレメントのロール方向の姿勢変化が発生した場合に前記プーリの当接面と平行に接触させられる接触面積よりも小さくされており、前記ロール方向の姿勢変化が発生しない場合は、前記第１形状部が前記プーリの当接面から弾性変形を受けても前記第２形状部が前記プーリの当接面と接触しないように、前記第２形状部と前記プーリの当接面との間の幅が前記第１形状部の弾性変形幅よりも大きく設定されていることを特徴とするものである。

このようにすれば、前記エレメントの側部における、前記伝動ベルトの径方向外側に、前記エレメントと前記プーリにおける当接面とを接触させて動力を伝達させる第１形状部を備え、前記エレメントの側部における、前記伝動ベルトの径方向内側に、前記伝動ベルトにロール方向の姿勢変化が発生していない場合には前記当接面から離間している第２形状部を備え、前記第２形状部は、前記伝動ベルトにロール方向の姿勢変化が発生した場合には前記当接面と平行に接触させられるものであることから、前記伝動ベルトにロール方向の姿勢変化が発生した場合に、前記エレメントと前記プーリにおける当接面とが平行に接触させられるため、前記伝動ベルトのロール方向の姿勢が不安定となることを抑制できる。すなわち、装置の耐久性低下を抑制する車両用ベルト式無段変速機を提供することができる。また、前記第１形状部の前記プーリの当接面に対する接触面積は、前記第２形状部の前記エレメントのロール方向の姿勢変化が発生した場合に前記プーリの当接面と平行に接触させられる接触面積よりも小さくされており、前記ロール方向の姿勢変化が発生しない場合は、前記第１形状部が前記プーリの当接面から弾性変形を受けても前記第２形状部が前記プーリの当接面と接触しないように、前記第２形状部と前記プーリの当接面との間の幅が前記第１形状部の弾性変形幅よりも大きく設定されているので、前記プーリに当接面に対する伝動ベルトの接触径を可及的に大きくすることができ、伝動ベルトの挙動の安定を実現できる。

本発明が好適に適用される車両用ベルト式無段変速機の構成を説明する図である。 図１の車両用ベルト式無段変速機における伝動ベルトに備えられたエレメントの構成を詳しく説明する正面図である。 図１の車両用ベルト式無段変速機における、エレメントとプーリとの接触部分の構成を詳しく説明する図である。 図３に示す本実施例の構成において、ローリングが発生した際に、エレメントにおける第２形状部がプーリの当接面と平行に接触させられる様子を説明する図である。 図３に示す本実施例の構成において、エレメント上部に弾性変形が発生した場合であっても、第２形状部がプーリの当接面には接触しない様子を説明する図である。 本実施例との比較のために、従来の車両用ベルト式無段変速機の問題点について説明する図である。

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明に用いる図面において、各部の寸法比等は必ずしも正確には描かれていない。

図１は、本発明が好適に適用される車両用ベルト式無段変速機１０（以下、単に無段変速機１０という）の構成を説明する図である。図１に示すように、前記無段変速機１０は、互いに平行な軸心まわりに回転させられる溝幅が可変の入力側プーリ１２及び出力側プーリ１４を備えている。前記入力側プーリ１２と前記出力側プーリ１４との間に伝動ベルト１６が巻き掛けられている。

前記入力側プーリ１２は、入力軸１８に固定された入力側固定プーリ１２ａと、前記入力軸１８の軸方向に移動可能に取り付けられた入力側可動プーリ１２ｂとを、備えている。入力側油圧アクチュエータ２０により前記入力側可動プーリ１２ｂが前記入力軸１８の軸方向に移動させられることによって、前記入力側固定プーリ１２ａと前記入力側可動プーリ１２ｂとの間の溝幅が変化させられる。前記出力側プーリ１４は、出力軸２２に固定された出力側固定プーリ１４ａと、前記出力軸２２の軸方向に移動可能に取り付けられた出力側可動プーリ１４ｂとを、備えている。出力側油圧アクチュエータ２４により前記出力側可動プーリ１４ｂが前記出力軸２２の軸方向に移動させられることによって、前記出力側固定プーリ１４ａと前記出力側可動プーリ１４ｂとの間の溝幅が変化させられる。

前記入力側プーリ１２を構成する前記入力側固定プーリ１２ａと前記入力側可動プーリ１２ｂとの対向面には、中心側ほど互いに接近する円錐状の一対の入力側シーブ面１２ｃが形成されることにより、前記入力側固定プーリ１２ａと前記入力側可動プーリ１２ｂとの間に入力側Ｖ溝２６が形成されている。前記出力側プーリ１４を構成する前記出力側固定プーリ１４ａと前記出力側可動プーリ１４ｂとの対向面には、中心側ほど互いに接近する円錐状の一対の出力側シーブ面１４ｃが形成されることにより、前記出力側固定プーリ１４ａと前記出力側可動プーリ１４ｂとの間に出力側Ｖ溝２８が形成されている。すなわち、本実施例においては、前記入力側シーブ面１２ｃが、前記伝動ベルト１６に備えられたエレメント３２と前記入力側プーリ１２との当接面に相当する。前記出力側シーブ面１４ｃが、前記伝動ベルト１６に備えられたエレメント３２と前記出力側プーリ１４との当接面に相当する。

前記伝動ベルト１６は、無端環状の帯状部材である一対のリング（フープ）３０を備えている。それら一対のリング３０に沿って、厚肉板片状のエレメント３２がその厚さ方向に複数重ねられて環状に結束されている。すなわち、前記伝動ベルト１６は、前記一対のリング３０に沿って厚さ方向に互いに密着するように連ねられた前記複数のエレメント３２を備え、それら複数のエレメント３２の板厚方向に対して垂直方向すなわち側面側に開いている一対の溝部３４に、前記一対のリング３０が収容されて構成されたものである。斯かる構成により、前記伝動ベルト１６は全体として無端環状の構成になっている。前記リング３０は、例えば、均一な幅寸法を有する例えば鋼製の無端環状の薄板が複数枚積層されることによって可撓性を有するように構成されている。

前記入力側油圧アクチュエータ２０によって前記入力側プーリ１２の溝幅が変化させられると、前記入力側プーリ１２に巻き掛けられた前記伝動ベルト１６は前記入力側シーブ面１２ｃの径方向に沿って移動させられる。これにより、前記入力側プーリ１２の有効径が変化させられる。同時に、前記伝動ベルト１６の張力を維持するために、前記出力側油圧アクチュエータ２４によって前記出力側プーリ１４の溝幅が変化させられると、前記出力側プーリ１４に巻き掛けられた前記伝動ベルト１６は前記出力側シーブ面１４ｃに沿って移動させられる。これにより、前記出力側プーリ１４の有効径が変化させられる。前記無段変速機１０においては、以上のようにしてその変速比γ（＝入力側プーリ１２の回転速度／出力側プーリ１４の回転速度）が変化させられる。

図２は、前記伝動ベルト１６に備えられた前記エレメント３２の構成を詳しく説明する正面図である。前記エレメント３２における、前記一対の溝部３４が開口する両側部すなわち長手方向における両側の側部（側面）３６は、前記入力側プーリ１２における前記入力側シーブ面１２ｃ、前記出力側プーリ１４における前記出力側シーブ面１４ｃにそれぞれ対向しつつ接触する。すなわち、前記伝動ベルト１６が前記入力側プーリ１２と前記出力側プーリ１４との間に巻き掛けられた状態において、前記エレメント３２の側部３６は、少なくともその一部において、当接面としての前記入力側シーブ面１２ｃ及び前記出力側シーブ面１４ｃに接触させられる。前記一対の側部３６は、フランク面とも呼ばれる。

図６は、本実施例との比較のために、従来の車両用ベルト式無段変速機の問題点について説明する図である。この図６に示す構成おいて、本実施例と共通する部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。図６に示す従来の車両用ベルト式無段変速機１００（以下、単に無段変速機１００という）において、伝動ベルト１０２は、前記リング３０に沿って、厚肉板片状のエレメント１０４がその厚さ方向に複数重ねられて環状に結束されている。このエレメント１０４の幅方向両側面であるフランク面１０６は、当接面としての前記入力側シーブ面１２ｃ及び前記出力側シーブ面１４ｃと略平行に接触させられるように構成されている。すなわち、前記エレメント１０４におけるフランク面１０６は、前記伝動ベルト１０２の径方向外側から内側までの間が一平面部とされ、その平面部が前記入力側シーブ面１２ｃ及び前記出力側シーブ面１４ｃと略平行となるように構成されている。換言すれば、前記フランク面１０６の傾斜角度であるフランク角が、前記入力側シーブ面１２ｃ及び前記出力側シーブ面１４ｃの傾斜角度と略等しくなるように構成されている。本実施例において、前記伝動ベルト１０２の径方向とは、前記伝動ベルト１０２全体を環と視た場合における径方向である。

以上のように構成された従来の無段変速機１００においては、図６に白抜矢印で示すように、前記伝動ベルト１０２にロール方向の姿勢変化すなわち前記エレメント１０４の幅方向の角度変化（ローリング）が発生した場合において、装置の耐久性が問題となる。前記無段変速機１００において、前記エレメント１０４におけるフランク面１０６の傾斜角度（フランク角）と、前記入力側シーブ面１２ｃ及び前記出力側シーブ面１４ｃの傾斜角度とが、多少のずれもなく一致するように製造することは技術的に困難であり、両者の角度相互間における不一致が少なからず生じる。前記フランク面１０６と前記入力側シーブ面１２ｃ及び前記出力側シーブ面１４ｃとで傾斜角度の不一致が生じた場合、前記伝動ベルト１０２の一部が前記入力側シーブ面１２ｃ或いは前記出力側シーブ面１４ｃに偏接触する。斯かる偏接触が生じた場合、図６に示すように、前記伝動ベルト１０２と前記入力側シーブ面１２ｃ或いは前記出力側シーブ面１４ｃとの間に隙間が生じて前記伝動ベルト１０２のロール方向の姿勢が不安定となり、摩耗等により前記伝動ベルト１０２の耐久性が低下するおそれがある。

前記従来の無段変速機１００における問題点は、前記入力側プーリ１２及び前記出力側プーリ１４におけるＶ溝の狭角化により、更に顕著なものとなる。すなわち、前記フランク面１０６と前記入力側シーブ面１２ｃ及び前記出力側シーブ面１４ｃとの角度公差が変化しないと考えた場合、面角度の狭角化により、前記フランク面１０６と前記入力側シーブ面１２ｃ及び前記出力側シーブ面１４ｃとの角度誤差の影響度は相対的に大きくなる傾向にある。例えば、角度公差が１（ｄｅｇ）であって面角度（フランク角）が１１（ｄｅｇ）である場合、公差の影響率は１８％であるが、同じく角度公差が１（ｄｅｇ）であって面角度が７（ｄｅｇ）である場合、公差の影響率は２９％となる。このように、角度公差を据え置きで面角度の狭角化を図る場合、前記伝動ベルト１０２の姿勢悪化による耐久性の低下が問題となる。一方、角度公差を生産技術的に小さくして前記問題の解決を図る場合には、技術的に困難となり、製造コストの増大を免れない。

図３は、本実施例の無段変速機１０における、前記エレメント３２と前記入力側プーリ１２及び前記出力側プーリ１４との接触部分の構成を詳しく説明する図であり、斯かる構成を前記エレメント３２の板厚方向に視た図である。前述した従来の無段変速機１００における問題点を解決するために、本実施例の無段変速機１０は、図３に示すような構成を備えている。すなわち、前記エレメント３２の側部３６における、前記伝動ベルト１６の径方向外側に、前記エレメント３２と当接面としての前記入力側シーブ面１２ｃ及び前記出力側シーブ面１４ｃとを接触させて動力を伝達させる第１形状部３８を備えている。

前記無段変速機１０は、好適には、図３に示すように、前記エレメント３２の側部３６における、前記伝動ベルト１６の径方向略中央部から外側の端部にかけて、前記伝動ベルト１６の径方向を基準とする角度である面角度がαとされた平面部４０を備えている。前記第１形状部３８は、好適には、前記エレメント３２の側部３６における、前記伝動ベルト１６の径方向外側の端部に相当する。すなわち、前記平面部４０における、前記伝動ベルト１６の径方向外側の端部に相当する。前記伝動ベルト１６の径方向を基準とする、当接面としての前記入力側シーブ面１２ｃ或いは前記出力側シーブ面１４ｃの傾斜角度をφとして、前記面角度αは、前記傾斜角度φよりも大きい角度（α＞φ）とされている。前記側部３６において、前記平面部４０とされた範囲λは、前記伝動ベルト１６の径方向における前記側部３６の寸法（高さ寸法）をｙとして、ｙの１／２以上（λ≧ｙ／２）とされている。換言すれば、前記側部３６は、前記伝動ベルト１６の径方向における中央部よりも径方向内側から、径方向外側の端部までの範囲λが、前記平面部４０とされている。

前記無段変速機１０は、前記エレメント３２の側部３６における、前記伝動ベルト１６の径方向内側（少なくとも平面部４０よりも内側）に、前記伝動ベルト１６にロール方向の姿勢変化が発生していない場合には当接面としての前記入力側シーブ面１２ｃ及び前記出力側シーブ面１４ｃから離間している第２形状部４２を備えている。この第２形状部４２は、前記伝動ベルト１６の径方向を基準とする角度である面角度がψとされた平面部に相当する。すなわち、前記無段変速機１０において、前記側部３６は、前記伝動ベルト１６の径方向における中央部よりも径方向内側から、径方向内側の端部までの範囲が、前記伝動ベルト１６の径方向を基準とする角度である面角度がψとされた平面部である前記第２形状部４２とされている。

図４は、前記伝動ベルト１６にロール方向の姿勢変化（ローリング）が発生した場合における、前記入力側シーブ面１２ｃ或いは前記出力側シーブ面１４ｃと前記エレメント３２の側部３６との相対位置関係について説明する図である。この図４に示すように、前記第２形状部４２は、前記伝動ベルト１６にロール方向の姿勢変化が発生した場合には、当接面である前記入力側シーブ面１２ｃ及び前記出力側シーブ面１４ｃと平行に接触させられるように構成されている。すなわち、図４に示すように、前記伝動ベルト１６に角度θのローリングが発生した場合に、前記入力側シーブ面１２ｃ及び前記出力側シーブ面１４ｃと平行に接触させられるように、前記第２形状部４２の面角度ψが定められている。換言すれば、前記第２形状部４２の面角度ψは、前記入力側シーブ面１２ｃ或いは前記出力側シーブ面１４ｃの傾斜角度φと、前記伝動ベルト１６において発生が想定されるロール方向の姿勢変化角度すなわちローリング角度θとの和（ψ＝φ＋θ）とされる。これにより、前記伝動ベルト１６にロール方向の姿勢変化が発生した場合においても、前記第２形状部４２が前記当接面と平行に接触させられることで、前記伝動ベルト１６のローリング量を可及的に小さなものとすることができる。

図５は、前記エレメント３２における前記第１形状部３８の近傍に弾性変形が発生した場合における、前記入力側シーブ面１２ｃ或いは前記出力側シーブ面１４ｃと前記エレメント３２の側部３６との相対位置関係について説明する図である。この図５に示すように、前記無段変速機１０においては、前記エレメント３２の側部３６における、前記伝動ベルト１６の径方向外側に弾性変形が発生した場合においても、前記伝動ベルト１６にロール方向の姿勢変化が発生していない場合においては、径方向内周側における前記第２形状部４２が前記入力側シーブ面１２ｃ或いは前記出力側シーブ面１４ｃに接触させられないように構成されている。すなわち、前記エレメント３２における前記第１形状部３８の近傍における弾性変形幅をεとして、その弾性変形が発生していない状態における前記第２形状部４２と前記当接面との幅δは、前記弾性変形幅εよりも大きい（δ＞ε）ものとされている。

以上に説明したように、本実施例の無段変速機１０においては、前記伝動ベルト１６にロール方向の姿勢変化が発生していない場合において、専ら前記エレメント３２の側面３６における前記第１形状部３８が当接面である前記入力側シーブ面１２ｃ及び前記出力側シーブ面１４ｃと常時接触させられ、前記第２形状部４２を含む余の部分は前記当接面に接触させられない構成とされている。斯かる構成により、前記当接面に対する前記伝動ベルト１６の接触径を可及的に大きなものとすることができ、その伝動ベルト１６の挙動の安定を実現できる。前記伝動ベルト１６にロール方向の姿勢変化が発生した場合には、前記エレメント３２の側面３６における前記第２形状部４２が前記当接面と平行に接触（すなわち面接触）させられることで、前記伝動ベルト１６のローリング量を可及的に小さなものとすることができ、前記伝動ベルト１６のロール方向の姿勢を安定なものとすることができる。更に、比較的高い精度が必要とされる範囲が、専ら前記第２形状部４２に限られ、前記側面３６における余の部分については相対的に精度が低くてもよい仕様とされるため、図６を用いて前述したような従来の技術に比べて精度必要範囲が狭く、必要とされる精度の実現及び管理が容易であるという利点がある。

本実施例によれば、前記エレメント３２の側部３６における、前記伝動ベルト１６の径方向外側に、前記エレメント３２と前記入力側プーリ１２及び前記出力側プーリ１４における当接面としての前記入力側シーブ面１２ｃ及び前記出力側シーブ面１４ｃとを接触させて動力を伝達させる第１形状部３８を備え、前記エレメント３２の側部３６における、前記伝動ベルト１６の径方向内側に、前記伝動ベルト１６にロール方向の姿勢変化が発生していない場合には前記当接面から離間している第２形状部４２を備え、前記第２形状部４２は、前記伝動ベルト１６にロール方向の姿勢変化が発生した場合には前記当接面と平行に接触させられるものであることから、前記伝動ベルト１６にロール方向の姿勢変化が発生した場合に、前記エレメント３２と前記入力側プーリ１２及び前記出力側プーリ１４における当接面とが平行に接触させられるため、前記伝動ベルト１６のロール方向の姿勢が不安定となることを抑制できる。すなわち、装置の耐久性低下を抑制する無段変速機１０を提供することができる。

以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。

１０：車両用ベルト式無段変速機、１２：入力側プーリ、１２ｃ：入力側シーブ面（当接面）、１４：出力側プーリ、１４ｃ：出力側シーブ面（当接面）、１６：伝動ベルト、３０：リング、３２：エレメント、３６：側部、３８：第１形状部、４２：第２形状部

Claims (1)

1. 複数のエレメントが無端環状のリングに沿って厚さ方向に連ねられた伝動ベルトと、該伝動ベルトが巻き掛けられる一対のプーリとを、備えた車両用ベルト式無段変速機において、
   前記エレメントの側部における、前記伝動ベルトの径方向外側に、前記エレメントと前記プーリにおける当接面とを接触させて動力を伝達させる第１形状部を備え、
   前記エレメントの側部における、前記伝動ベルトの径方向内側に、前記伝動ベルトにロール方向の姿勢変化が発生していない場合には前記当接面から離間している第２形状部を備え、
   前記第２形状部は、前記伝動ベルトにロール方向の姿勢変化が発生した場合には前記当接面と平行に接触させられ、
   前記第１形状部の前記プーリの当接面に対する接触面積は、前記第２形状部の前記エレメントのロール方向の姿勢変化が発生した場合に前記プーリの当接面と平行に接触させられる接触面積よりも小さくされており、
   前記ロール方向の姿勢変化が発生しない場合は、前記第１形状部が前記プーリの当接面から弾性変形を受けても前記第２形状部が前記プーリの当接面と接触しないように、前記第２形状部と前記プーリの当接面との間の幅が前記第１形状部の弾性変形幅よりも大きく設定されている
   ことを特徴とする車両用ベルト式無段変速機。

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