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図面 (8)

課題

車両の設置部に設置したときの変形許容量を大きく確保して、長期間に亘って使用した場合の耐久性をより一層向上することができる車両用ベルトを提供する。

解決手段

車両の設置部に設置される車両用ベルトであって、小径ループ部と、大径ループ部と、前記小径ループ部の外周面と前記大径ループ部の内周面繋ぐとともに、前記小径ループ部の外周面と前記大径ループ部の内周面の間を渦巻く渦巻部と、を有することを特徴とする車両用ベルト。

概要

背景

例えば、特許文献1に示すように、車両の走行状態に応じてエンジンから出力を取り出す装置として、自動変速機(Automatic Transmission)が知られている。自動変速機としては、エンジンの出力側変速比を無段階に制御できる無段変速機CVT:Continuously Variable Transmission)と呼ばれる方式が一般的になっている。

無段変速機は、互いに並行に配置される入力軸出力軸に別々に取り付けられる入力プーリ出力プーリを有している。入力プーリと出力プーリに跨るようにして、変速ベルトとしてのCVTベルトが巻き掛けられる。CVTベルトは、一般的に、多数の金属エレメント金属リングに配置(積層)した構成を有している。エンジンからのトルクが入力軸を介して入力プーリに伝達されると、当該トルクがCVTベルトを介して入力プーリから出力プーリに伝達され、当該トルクが出力軸を介して出力プーリから車両駆動系に伝達される。

概要

車両の設置部に設置したときの変形許容量を大きく確保して、長期間に亘って使用した場合の耐久性をより一層向上することができる車両用ベルトを提供する。車両の設置部に設置される車両用ベルトであって、小径ループ部と、大径ループ部と、前記小径ループ部の外周面と前記大径ループ部の内周面繋ぐとともに、前記小径ループ部の外周面と前記大径ループ部の内周面の間を渦巻く渦巻部と、を有することを特徴とする車両用ベルト。

目的

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、車両の設置部に設置したときの変形許容量を大きく確保して、長期間に亘って使用した場合の耐久性をより一層向上することができる車両用ベルトを提供する

効果

実績

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請求項1

車両の設置部に設置される車両用ベルトであって、小径ループ部と、大径ループ部と、前記小径ループ部の外周面と前記大径ループ部の内周面繋ぐとともに、前記小径ループ部の外周面と前記大径ループ部の内周面の間を渦巻く渦巻部と、を有することを特徴とする車両用ベルト。

請求項2

前記小径ループ部と前記大径ループ部は、自由状態で略円環状をなしており、前記渦巻部が渦巻空間を利用して圧縮されることにより、略楕円環状に変形可能である、ことを特徴とする請求項1に記載の車両用ベルト。

請求項3

前記小径ループ部と前記大径ループ部と前記渦巻部は、繊維状補強材熱硬化性樹脂含浸させてなる繊維強化プリプレグ巻回積層して加熱硬化することにより構成される、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用ベルト。

請求項4

前記小径ループ部と前記大径ループ部と前記渦巻部は、繊維強化プラスチックからなる一体成形品又は繊維強化プラスチックとゴム材料複合成形品から構成される、ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の車両用ベルト。

請求項5

前記車両用ベルトは、入力プーリ出力プーリに巻き掛けられるとともに、前記入プーリから前記出力プーリにトルクを伝達する変速ベルトから構成される、ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の車両用ベルト。

技術分野

0001

本発明は、車両用ベルトに関する。

背景技術

0002

例えば、特許文献1に示すように、車両の走行状態に応じてエンジンから出力を取り出す装置として、自動変速機(Automatic Transmission)が知られている。自動変速機としては、エンジンの出力側変速比を無段階に制御できる無段変速機CVT:Continuously Variable Transmission)と呼ばれる方式が一般的になっている。

0003

無段変速機は、互いに並行に配置される入力軸出力軸に別々に取り付けられる入力プーリ出力プーリを有している。入力プーリと出力プーリに跨るようにして、変速ベルトとしてのCVTベルトが巻き掛けられる。CVTベルトは、一般的に、多数の金属エレメント金属リングに配置(積層)した構成を有している。エンジンからのトルクが入力軸を介して入力プーリに伝達されると、当該トルクがCVTベルトを介して入力プーリから出力プーリに伝達され、当該トルクが出力軸を介して出力プーリから車両駆動系に伝達される。

先行技術

0004

特開2014−228022号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、本発明者の鋭意研究によると、従来のCVTベルトは、入力プーリと出力プーリに巻き掛けられた状態での変形許容量が小さいため、無段変速機を長期間に亘って使用した場合の耐久性について改良の余地があることが判明した。

0006

また、CVTベルトを含む変速ベルト全般及びその他の車両用ベルト(例えば、タイミングベルトオルタネーターベルト、エアコンベルト、パワーステアリングベルト等)においても同様の課題があり、車両の設置部に設置したときの変形許容量が小さいため、長期間に亘って使用した場合の耐久性が低くなるおそれがある。

0007

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、車両の設置部に設置したときの変形許容量を大きく確保して、長期間に亘って使用した場合の耐久性をより一層向上することができる車両用ベルトを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

本実施形態の車両用ベルトは、車両の設置部に設置される車両用ベルトであって、小径ループ部と、大径ループ部と、前記小径ループ部の外周面と前記大径ループ部の内周面繋ぐとともに、前記小径ループ部の外周面と前記大径ループ部の内周面の間を渦巻く渦巻部と、を有することを特徴としている。

0009

前記小径ループ部と前記大径ループ部は、自由状態で略円環状をなしており、前記渦巻部が渦巻空間を利用して圧縮されることにより、略楕円環状に変形可能であってもよい。

0010

前記小径ループ部と前記大径ループ部と前記渦巻部は、繊維状補強材熱硬化性樹脂含浸させてなる繊維強化プリプレグ巻回積層して加熱硬化することにより構成されてもよい。

0011

前記小径ループ部と前記大径ループ部と前記渦巻部は、繊維強化プラスチックからなる一体成形品又は繊維強化プラスチックとゴム材料複合成形品から構成されてもよい。

0012

前記車両用ベルトは、入力プーリと出力プーリに巻き掛けられるとともに、前記入プーリから前記出力プーリにトルクを伝達する変速ベルトから構成されてもよい。

発明の効果

0013

本発明によれば、車両の設置部に設置したときの変形許容量を大きく確保して、長期間に亘って使用した場合の耐久性をより一層向上することができる車両用ベルトを提供することができる。

図面の簡単な説明

0014

一実施形態によるCVTベルトを搭載した無段変速機の一例を示す側面図である。
一実施形態によるCVTベルトの自由状態を示す斜視図である。
一実施形態によるCVTベルトの自由状態を示す断面図である。
一実施形態によるCVTベルトの変形状態を示す断面図である。
一実施形態によるCVTベルトの製造方法を示す第1の図である。
一実施形態によるCVTベルトの製造方法を示す第2の図である。
一実施形態によるCVTベルトの製造方法を示す第3の図である。

実施例

0015

≪CVTベルト(変速ベルト)への適用例≫
図1図7を参照して、車両用ベルト10をCVTベルト(変速ベルト)に適用した一実施形態について説明する。図1図7は、一実施形態によるCVTベルト10及びその製造方法、並びに、CVTベルト10を搭載した無段変速機100の一例を示している。

0016

図1に示すように、無段変速機100は、入力プーリ(プライマリプーリ、車両の設置部)110と出力プーリ(セカンダリプーリ、車両の設置部)120を有している。入力プーリ110は、入力軸130に軸支されており、エンジン(図示略)からのトルクが入力軸130を介して伝達される。出力プーリ120は、出力軸140に軸支されており、出力軸140を介してエンジンからのトルクを車両駆動系(図示略)に伝達する。

0017

図示は省略しているが、入力プーリ110と出力プーリ120は、それぞれ、第1円錐面を有する第1ディスクと、第2円錐面を有する第2ディスクとを有している。第1ディスクと第2ディスクの一方は、入力軸130及び/又は出力軸140と平行な方向に延びるシャフトを有しており、第1ディスクと第2ディスクの他方は、入力軸130及び/又は出力軸140と平行な方向にシャフトを受ける軸受面を有している。その結果、第1ディスクと第2ディスクは、第1円錐面と第2円錐面が近接離間するように移動することができる。第1ディスクと第2ディスクの第1円錐面と第2円錐面の間には、CVTベルト10を巻き掛けるための巻回溝が形成される。

0018

CVTベルト10は、入力プーリ110と出力プーリ120に巻き掛けられる(車両の設置部に設置される)とともに、入力プーリ110から出力プーリ120にトルクを伝達する。より具体的に、エンジン(図示略)からのトルクが入力軸130を介して入力プーリ110に伝達されると、当該トルクがCVTベルト10を介して入力プーリ110から出力プーリ120に伝達され、当該トルクが出力軸140を介して出力プーリ120から車両駆動系(図示略)に伝達される。

0019

以上のように構成された無段変速機100は、入力プーリ110にCVTベルト10が巻き掛けられている駆動領域KDと、入力プーリ110より送り出されたCVTベルト10が進行方向Tに隣接する渦巻部40(後述)の当該部分を押すようにして動力を伝達する押圧領域TD1と、出力プーリ120にCVTベルト10が巻き掛けられている従動領域JDと、出力プーリ120より送り出されたCVTベルト10が進行方向Tに隣接する渦巻部40(後述)の当該部分により引っ張られて動力を伝達する引張領域TD2とに区画される。

0020

図2図4を参照して、CVTベルト10の構成について説明する。

0021

CVTベルト10(後述する小径ループ部20と大径ループ部30と渦巻部40)は、例えば、炭素繊維強化プラスチック(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)等の各種の繊維強化プラスチック(FRP:Fiber Reinforced Plastics)からなる一体成形品又は繊維強化プラスチックとゴム材料との複合成形品とすることができる。

0022

CVTベルト10は、小径ループ部20と大径ループ部30と渦巻部40を有している。渦巻部40は、小径ループ部20の外周面と大径ループ部30の内周面を繋ぐとともに、小径ループ部20の外周面と大径ループ部30の内周面の間を渦巻いている。渦巻部40の一端部と小径ループ部20の外周面の接続部に符号P1を付し、渦巻部40の他端部と大径ループ部30の内周面の接続部に符号P2を付している。

0023

CVTベルト10(小径ループ部20、大径ループ部30、渦巻部40)の軸方向の長さには自由度があり、用途や適用対象等に応じて種々の設計変更が可能である。

0024

図2図3に示すように、小径ループ部20と大径ループ部30は、自由状態で略円環状をなしている(小径ループ部20と大径ループ部30が略同心状に位置している)。図1図4に示すように、小径ループ部20と大径ループ部30は、渦巻部40が渦巻空間を利用して圧縮されることにより、入力プーリ110と出力プーリ120に巻き掛けられる略楕円環状(略瓢箪型形状)に変形可能となっている。

0025

このように構成されたCVTベルト10は、自由状態と変形状態に亘って、小径ループ部20と大径ループ部30によるループ形状を維持することができる(ループ形状の破壊を防止することができる)。また、CVTベルト10は、渦巻部40の渦巻空間を利用して大変形(例えばループ形状を押し潰すような変形)が可能である。ループ形状を維持しながら大変形を可能とすることで、CVTベルト10の耐久性を高めることができる。すなわち、CVTベルト10を入力プーリ110と出力プーリ120に巻き掛けることで無段変速機100に搭載した場合(車両の設置部に設置した場合)であっても、CVTベルト10の変形許容量を大きく確保して、無段変速機100を長期間に亘って使用した場合の耐久性をより一層向上することができる。

0026

図5図7を参照して、CVTベルト10の製造方法について説明する。

0027

図5に示すように、軸方向に亘って略同径である棒状のマンドレル芯金)50を準備する。炭素繊維等の繊維状補強材にエポキシ等の熱硬化性樹脂を含浸させてなる繊維強化プリプレグ60を準備する。繊維強化プリプレグ60は矩形シート状をなしており、繊維強化プリプレグ60の短手方向の長さはマンドレル50の軸方向の長さよりも短く設定されており、繊維強化プリプレグ60の長手方向の長さはマンドレル50の周方向の長さの数十倍に設定されている。ポリエチレンテレフタレートフィルムポリプロピレンフィルムポリイミドフィルム等の材料からなるフィルム離型処理を施した、離型シート70を準備する。離型シート70は矩形シート状をなしており、離型シート70の短手方向の長さは繊維強化プリプレグ60の短手方向の長さと略同一に設定されており、離型シート70の長手方向の長さは繊維強化プリプレグ60の長手方向の長さよりも短く設定されている。

0028

繊維強化プリプレグ60と離型シート70を短手方向に位置合わせして、繊維強化プリプレグ60の長手方向の中間部に離型シート70を重ね合わせる。この重ね合わせ状態では、離型シート70の長手方向の両端部から繊維強化プリプレグ60の長手方向の両端部がはみ出す。繊維強化プリプレグ60の長手方向の両端部のはみ出し量は、マンドレル50の周方向の長さより大きくする。なお、繊維強化プリプレグ60と離型シート70を所定の位置関係で予め貼り合わせておいてもよい。

0029

マンドレル50の外周面に、内周側から外周側に向かって順に、繊維強化プリプレグ60と離型シート70を巻回していく。まず、繊維強化プリプレグ60のうち、離型シート70の長手方向の一端部からはみ出した部分を一周より多い巻回量で巻回する(第1巻回工程)。次いで、繊維強化プリプレグ60と離型シート70が重なった部分を二周以上に亘って巻回する(第2巻回工程)。最後に、繊維強化プリプレグ60のうち、離型シート70の長手方向の他端部からはみ出した部分を一周より多い巻回量で巻回する(第3巻回工程)。

0030

このように、マンドレル50の外周面に、内周側から外周側に向かって順に、繊維強化プリプレグ60を一周より多い巻回量で巻回する第1巻回工程と、繊維強化プリプレグ60と離型シート70を重ねた状態で二周以上に亘って巻回する第2巻回工程と、繊維強化プリプレグ60を一周より多い巻回量で巻回する第3巻回工程とを実行する。

0031

図6に示すように、第2巻回工程では、離型シート70に張力を加えながら、繊維強化プリプレグ60と離型シート70を重ねた状態で二周以上に亘って巻回することが好ましい。

0032

マンドレル50の外周面に巻回した繊維強化プリプレグ60を加熱硬化する。すると、第1巻回工程で巻回した繊維強化プリプレグ60のオーバーラップ部分一体化することによって小径ループ部20が形成され、第3巻回工程で巻回した繊維強化プリプレグ60のオーバーラップ部分が一体化することによって大径ループ部30が形成される。これに対して、第2巻回工程で、離型シート70と重ねた状態で巻回した繊維強化プリプレグ60の該当部分は、内外に隣接する層間に必ず離型シート70が存在するため、一体化することはなく、小径ループ部20の外周面と大径ループ部30の内周面の間を繋いで渦巻く渦巻部40を形成する。離型シート70の巻回開始位置にある繊維強化プリプレグ60との境界部は、渦巻部40の一端部と小径ループ部20の外周面の接続部P1に対応する。離型シート70の巻回終了位置にある繊維強化プリプレグ60との境界部は、渦巻部40の他端部と大径ループ部30の内周面の接続部P2に対応する。

0033

このように、繊維状補強材に熱硬化性樹脂を含浸させてなる繊維強化プリプレグ60を巻回積層して加熱硬化することにより、CVTベルト10の小径ループ部20と大径ループ部30と渦巻部40が構成される。

0034

繊維強化プリプレグ60を加熱硬化して得られた小径ループ部20の内周面からマンドレル50を除去する。このとき、離型シート70は、繊維強化プリプレグ60を加熱硬化して得られた渦巻部40の層間に残存している。この時点での成形体は、軸方向に長いロールケーキ状のものなので、必要に応じて、図7に示すように、カット治具80を使用して、軸方向の長さを調整した所望のサイズにカットしてもよい。

0035

最後に、繊維強化プリプレグ60を加熱硬化して得られた渦巻部40の層間から離型シート70を除去する。これにより、小径ループ部20と大径ループ部30と渦巻部40とを有するCVTベルト10が取り出される(製造される)。

0036

以上の実施形態では、車両用ベルト10をCVTベルトに適用した場合を例示して説明したが、車両用ベルト10は、CVTベルトを含む変速ベルト全般及びその他の車両用ベルトにも同様に適用可能である。以下ではこれらの適用例について説明する。

0037

≪CVTベルトを含む変速ベルト全般への適用例≫
変速ベルトは、基本構成として、ドライブプーリ(例えばエンジンからのトルクを伝達するプーリ)とドリブンプーリ(例えばトルクをタイヤへ伝達するプーリ)を有している。従来、ドライブプーリとドリブンプーリに巻き掛けられて両者を繋ぐベルトとして、スチールベルトゴムベルトが知られている。スチールベルトは、自動車用途で主流となっており、ゴムベルトは、自動車の高負荷に耐えられないため、スクータースノーモービル農機等への使用が主流となっている。

0038

変速ゴムベルトは、例えば、アラミド繊維等の心線と、それを覆う接着ゴム層および背面の伸張ゴム層と、内側(歯部)の圧縮ゴム層とで構成されている。変速ゴムベルトの内側には、タイミングプーリ外歯に噛み合うように、一定間隔の溝が形成されている。変速ゴムベルトの長所として、屈曲性に優れている、滑りが少なくトルクの伝達効率が良い、油の潤滑が不要である、摩耗による張力低下が少ないこと等が挙げられる。一方、変速ゴムベルトの短所として、長期使用による伸びクラックの発生等が挙げられる。

0039

本実施形態の車両用ベルト10は、例えば、上述した変速ゴムベルトの長所を生かしつつ、変速ゴムベルトの短所である耐久性能の面において、自動車用途に適用可能なスチールベルトと同等の耐久性能を実現することができる。つまり、本実施形態の車両用ベルト10は、従来の変速ベルト(スチールベルトとゴムベルト)の技術課題を解決するための全く新規な構造を備えている。

0040

≪タイミングベルトへの適用例≫
例えば、エンジンを構成する部品の1つとして、ピストン運動回転運動に変換する軸部材としてのクランクシャフトが知られている。このクランクシャフトの回転運動をカムシャフトに伝達するための伝達部材として、タイミングベルト又はタイミングチェーンが使用される。

0041

従来のタイミングベルトは、例えば、ガラス繊維やアラミド繊維等の心線をゴムで覆った構造を有している。タイミングベルトの内側には、タイミングプーリの外歯に噛み合うように、一定間隔の溝が形成されている。タイミングベルトの長所として、エンジン音が静かである、チェーン式より安価で軽量である、保守に油の潤滑が不要であること等が挙げられる。タイミングベルトの短所として、長期使用でゴムが伸びるためチェーン式より寿命が短いことが挙げられる。

0042

従来のタイミングチェーンは、例えば、金属製のリンクプレート連結ピンで長手方向及び幅方向(短手方向)に連結した構造を有している。タイミングチェーンの長所として、ベルト式より耐久性が高いことが挙げられ、近年では、静粛性を高めたサイレントチェーンが主流になってきている。タイミングチェーンの短所として、ベルト式より重く高価であり、リンクプレート同士擦れ合いにより摩擦抵抗が発生し、駆動ロスが大きく、耐久性がオイル潤滑性能に依存すること等が挙げられる。

0043

本実施形態の車両用ベルト10は、例えば、上述した従来のタイミングベルトとタイミングチェーンの長所を生かしつつ(例えば駆動時の静粛性を維持しつつ)、優れた耐久性を実現することができる。つまり、本実施形態の車両用ベルト10は、従来のタイミングベルトとタイミングチェーンの技術課題を解決するための全く新規な構造を備えている。

0044

補機ベルトへの適用例≫
補機ベルトは、例えば、エンジンのクランクシャフトの回転から動力をとって自動車を動かすために必要なエンジンの機構充電装置のオルタネーター、冷却装置ウォーターポンプ油圧パワーステアリングシステムパワーステアリングポンプ、エアコンのコンプレッサ等)を駆動させるためのベルトである。エンジンのタイプによって、補機ベルト一本で全ての補機を駆動させるものと、クランクシャフトプーリが2、3連で備えられて複数のベルトで駆動させるものとが存在する。

0045

補機ベルトは、例えば、断面に多数のV溝を備えたVリブベルトが主に使われており、ポリエステル繊維等の心線をゴムで覆った構造を有している。あるいは、補機ベルトの背面を帆布で保護したタイプも知られている。補機ベルトの長所として、屈曲性に優れている、滑りが少なくトルクの伝達効率が良い、油の潤滑が不要である、摩耗による張力低下が少ないこと等が挙げられる。補機ベルトの短所として、摩擦伝動のため水や油が付着すると性能が低下する、長期使用による伸びやクラックの発生等が挙げられる。

0046

本実施形態の車両用ベルト10は、例えば、上述した従来の補機ベルトの長所を生かしつつ、優れた耐久性を実現することができる。つまり、本実施形態の車両用ベルト10は、従来の補機ベルトの技術課題を解決するための全く新規な構造を備えている。

0047

10 10’CVTベルト(車両用ベルト、変速ベルト)
20小径ループ部
30 大径ループ部
40渦巻部
50マンドレル(芯金)
60繊維強化プリプレグ
70離型シート
80カット治具
100無段変速機
110入力プーリ(プライマリプーリ、車両の設置部)
120出力プーリ(セカンダリプーリ、車両の設置部)
130入力軸
140出力軸
KD駆動領域
JD従動領域
TD1押圧領域
TD2 引張領域

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