CN102297238B - 无级变速器用金属带及金属环的制造方法和形状测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供无级变速器用金属带及其金属环的制造方法和形状测定方法，通过对带式无级变速器的金属带的金属环的侧端面的形状进行处理来提高耐久性。无级变速器用金属带的金属环(33)具备平坦的外周面(33a)和内周面(33b)以及连接该两周面的宽度方向端部的大致半圆状的侧端面(33c)，在用通过两周面(33a、33b)与侧端面(33c)的接点(P)并与该侧端面相切的假想圆(C)的半径R和从假想圆的中心(O)到两周面的距离H由Z＝R-H定义侧端面的偏差量Z时，设定为Z≤0.1R，由此能够使侧端面的形状接近准确的半圆状而提高金属环的耐久性，进而能够提高无级变速器用金属带的耐久性。

Description

无级变速器用金属带及金属环的制造方法和形状测定方法

技术领域

本发明涉及无级变速器用金属带、该无级变速器用金属带的金属环的制造方法以及该无级变速器用金属带的金属环的形状测定方法，该无级变速器用金属带在由多个环状的金属环层叠而成的金属环集合体支承有大量的金属元件。

背景技术

通过下述专利文献1公知如下的结构：通过使向带式无级变速器的金属带的金属环的侧端面的宽度方向最突出的突出部、位于金属环的径向中心面和径向内周面之间，从而使该突出部与带轮的V面抵接的位置比金属环的径向内周面靠近径向中心面，通过使作用于卷绕在带轮上的金属环的由弯曲产生的赫兹应力与所述突出部与带轮的V面接触而产生的赫兹应力的总和减少，从而提高金属环的疲劳寿命。

此外，通过下述专利文献2公知如下结构：将金属鼓切成预定宽度的圆片状得到金属环的半成品，并以研磨刷研磨该金属环的半成品的方形侧端面而将其加工为半圆状。

专利文献1：日本特许第3981069号公报

专利文献2：日本特许第4440621号公报

然而，对于上述专利文献1所述的发明，金属环的侧端面呈三角形状地突出，因此，无法避免该突出部的曲率半径变小，在对金属环氮化处理时，氮过度地扩散和浸入所述突出部而使硬度过度升高，存在着从该部分发生破裂而使得耐久性降低的可能性。

此外，对于上述专利文献2所述的发明，随着以研磨刷研磨金属环的加工次数增加，研磨刷磨损，金属环的侧端面的加工精度逐渐降低，存在着该侧端面的形状偏离于希望的形状而使耐久性降低的可能性。

发明内容

本发明正是鉴于上述的情况而作出的，其目的在于通过对带式无级变速器的金属带的金属环的侧端面的形状进行处理来提高耐久性。

为了达成上述目的，根据第一方面所述的发明，提出一种无级变速器用金属带，该无级变速器用金属带在金属环集合体支承有多个金属元件，所述金属环集合体由多个环状的金属环层叠而成，其特征在于，所述金属环具备平坦的周面和与所述周面的宽度方向端部相连接的大致半圆状的侧端面，在用通过所述周面与所述侧端面的接点并与该侧端面相切的假想圆的半径R和从所述假想圆的中心到所述周面的距离H由Z=R-H定义所述侧端面的偏差量Z时，设定为Z≤0.1R。

此外，根据第二方面所述的发明，在第一方面的结构的基础上，提出一种无级变速器用金属带，其特征在于，所述侧端面的半径R0为在所述侧端面的表面形成的氮化层的厚度t的1.5倍以上。

此外，根据第三方面所述的发明，提出一种第一方面或第二方面所述的无级变速器用金属带的金属环的制造方法，其特征在于，通过用研磨刷研磨所述侧端面，将所述侧端面加工成大致半圆状。

此外，根据第四方面所述的发明，在第三方面的结构的基础上，提出一种无级变速器用金属带的金属环的制造方法，其特征在于，所述研磨刷的线材由电沉积有磨粒的金属线材构成。

此外，根据第五方面所述的发明，在第三方面或第四方面的结构的基础上，提出一种无级变速器用金属带的金属环的制造方法，其特征在于，每经一次加工或者每经预定次数的加工，对所述研磨刷进行修整。

此外，根据第六方面所述的发明，提出一种第一方面或第二方面所述的无级变速器用金属带的金属环的形状测定方法，其特征在于，该方法包括：对所述金属环的所述周面上和所述侧端面上的多个测定点的坐标进行测定的工序；根据所述测定点的坐标的排列求得所述接点的坐标的工序；以及用所述接点的坐标和与该接点相连的所述侧端面上的测定点的坐标、并利用最小二乘法求得所述假想圆的中心的坐标的工序。

另外，实施例的外周面33a和内周面33b对应于本发明的周面。

根据第一方面的结构，无级变速器用金属带的金属环具备平坦的周面和与所述周面的宽度方向端部连接的大致半圆状的侧端面，在用通过周面与侧端面的接点并与侧端面相切的假想圆的半径R和从假想圆的中心到周面的距离H、由Z=R-H定义侧端面的偏差量Z时，设定为Z≤0.1R，因此，能够使侧端面的形状接近准确的半圆状而提高金属环的耐久性，进而提高了无级变速器用金属带的耐久性。

此外，根据第二方面的结构，将金属环的侧端面的半径R0设定为在侧端面的表面形成的氮化层的厚度t的1.5倍以上，因此，防止了因氮化层变厚硬度过高而容易发生破裂的情况，能够进一步提高金属环的耐久性。

此外，根据第三方面的结构，通过用研磨刷研磨金属环的侧端面，将侧端面加工成大致半圆状，因此，与在滚筒内搅拌金属环和磨具进行研磨的现有的滚磨相比，能够均匀地研磨金属环的侧端面并提高加工精度，实现耐久性的提高。

此外，根据第四方面的结构，研磨刷的线材由电沉积有磨粒的金属线材构成，因此，与现有的采用了含有磨粒的合成树脂线材的研磨刷相比，耐久性提高了，即使降低修整的频率，也能够将由研磨刷的劣化引起的金属环的侧端面的加工精度的降低抑制在最小限度。

此外，根据第五方面的结构，每经一次加工或者每经预定次数的加工，对研磨刷进行修整，因此，能够进一步提高金属环的侧端面的加工精度。

此外，根据第六方面的结构，测定金属环的周面上和侧端面上的多个测定点的坐标，根据测定点的坐标的排列求得接点的坐标，用接点的坐标和与该接点相连的侧端面上的测定点的坐标、并利用最小二乘法求得假想圆的中心的坐标，因此，能够高精度地求得假想圆的中心的坐标，能够高精度地算出侧端面的偏差量Z。

附图说明

图1是搭载有金属带式无级变速器的车辆的动力传递系统的示意图。

图2是金属带的局部立体图。

图3是示出金属环的侧端面的偏差量、偏差量的计算方法以及偏差量的比例的图。

图4是示出金属环的研磨装置的图。

图5是示出采用了带磨粒的树脂线材的研磨刷的使用次数与偏差量的比例之间的关系的图表（不进行修整的情况）。

图6是示出采用了带磨粒的树脂线材的研磨刷的使用次数与偏差量的比例之间的关系的图表（每次都进行修整的情况）。

图7是示出金属环的侧端面的曲率半径和偏差量的比例对耐久性的影响的图表。

图8是示出氮化层的硬度与金属环的侧端面的曲率半径之间的关系的图。

图9是示出金属环的侧端面的距表面的深度与硬度之间的关系的图表。

图10是说明金属环的侧端面的偏差量和侧端面的角部的曲率半径的测定方法的说明图。

标号说明

31：金属环集合体；32：金属元件；33：金属环；33a：外周面（周面）；33b：内周面（周面）；33c：侧端面；33d：氮化层；54：研磨刷；56：线材；C：假想圆；O：假想圆的中心；P：金属环的周面与侧端面的接点。

具体实施方式

下面，基于图1～图10说明本发明的实施方式。

另外，本实施例中采用的金属元件或金属环的前后方向、宽度方向、径向的定义在图2中示出。径向被定义为与该金属元件抵接的带轮的径向，靠近带轮的轴的一侧为径向内侧，远离带轮的轴的一侧为径向外侧。此外，宽度方向被定义为沿着与金属元件抵接的带轮的轴的方向，前后方向被定义为沿着金属元件在车辆前进行驶时的行进方向的方向。

如图1所示，车辆用的金属带式无级变速器T具备平行地配置的驱动轴1和从动轴2，发动机E的曲轴3的左端经由阻尼器4与驱动轴1的右端连接。

被支承于驱动轴1的驱动带轮5具备：固定侧半带轮体5a，其相对于该驱动轴1相对旋转自如；以及可动侧半带轮体5b，其相对于该固定侧半带轮体5a沿轴向滑动自如。可动侧半带轮体5b与固定侧半带轮体5a之间的槽宽可根据作用于工作油室6的油压而变化。被支承于从动轴2的从动带轮7具备：固定侧半带轮体7a，其一体地形成于该从动轴2；以及可动侧半带轮体7b，其相对于该固定侧半带轮体7a沿轴向滑动自如。可动侧半带轮体7b与固定侧半带轮体7a之间的槽宽可根据作用于工作油室8的油压而变化。并且，在驱动带轮5和从动带轮7之间卷绕有金属带9，该金属带9在两条金属环集合体安装有大量的金属元件。

在驱动轴1的左端设有由单小齿轮式的行星齿轮机构构成的前进后退切换机构12，该前进后退切换机构12具备：前进离合器10，其在确立前进变速档时卡合，将驱动轴1的旋转同向传递至驱动带轮5；以及倒车制动器11，其在确立后退变速档时卡合，将驱动轴1的旋转逆向传递至驱动带轮5。前进后退切换机构12的太阳齿轮27固定于驱动轴1，行星齿轮28能够借助倒车制动器11限制在壳体中，齿圈29能够借助前进离合器10与驱动带轮5结合。

设于从动轴2的右端的起步用离合器13将第一中间齿轮14结合于该从动轴2，该第一中间齿轮14相对旋转自如地支承于从动轴2。在与从动轴2平行地配置的中间轴15，设有与所述第一中间齿轮14啮合的第二中间齿轮16。设于差动齿轮17的齿轮箱18的输入齿轮19与设于所述中间轴15的第三中间齿轮20啮合。经由小齿轮轴21、21而支承于齿轮箱18的一对小齿轮22、22与设于左车轴23和右车轴24的末端的侧齿轮25、26啮合，所述左车轴23和右车轴24相对旋转自如地支承于齿轮箱18。在左车轴23和右车轴24的末端分别连接驱动轮W、W。

因此，当以换档杆选择前进档（forward range）时，根据来自借助于电子控制单元U1而工作的油压控制单元U2的指令，首先，前进离合器10卡合，其结果是驱动轴1一体地结合于驱动带轮5。接着，起步用离合器13卡合，发动机E的扭矩经过驱动轴1、驱动带轮5、金属带9、从动带轮7、从动轴2以及差动齿轮17传递至驱动轮W、W，车辆起步前进。当以换档杆选择倒车档（reverse range）时，根据来自油压控制单元U2的指令，倒车制动器11卡合，驱动带轮5被向与驱动轴1的旋转方向相反的方向驱动，因此通过起步用离合器13的卡合，车辆起步后退。

这样，在车辆起步后，根据来自油压控制单元U2的指令，供给至驱动带轮5的工作油室6的油压增加，驱动带轮5的可动侧半带轮体5b靠近固定侧半带轮体5a使有效半径增加，并且供给至从动带轮7的工作油室8的油压减小，从动带轮7的可动侧半带轮体7b离开固定侧半带轮体7a使有效半径减小，由此，金属带式无级变速器T的比率从LOW（低速档）侧向OD（超速档）侧连续地变化。

如图2所示，金属带9在左右成一对的金属环集合体31、31支承大量的金属元件32，各个金属环集合体31是通过层叠多个金属环33而构成。由金属板材冲裁成形的金属元件32具备：元件主体34；颈部36，其位于供金属环集合体31、31卡合的左右成一对的环形槽35、35之间；以及大致三角形的耳部37，其经由颈部36与所述元件主体34的径向外侧连接。在元件主体34的左右方向两端部，形成有一对带轮抵接面39、39，该一对带轮抵接面39、39能够与驱动带轮5和从动带轮7抵接。此外，在金属元件32的行进方向前侧和后侧，分别形成有相互抵接的主面40，此外，在行进方向前侧的主面40的下部，经由沿左右方向延伸的锁定边缘41形成倾斜面42。进而，为了将前后相邻的金属元件32、32结合起来，在耳部37的前后表面形成有能够相互嵌合的凹凸部43。并且，在左右的环形槽35、35的下缘，形成有支承金属环集合体31、31的内周面的鞍形面44、44。

图3示出了金属环33的宽度方向一方的侧端部的横截面。金属环33具备由平行的平坦面构成的外周面33a和内周面33b、以及连接两周面33a、33b的宽度方向两端部的两个侧端面33c、33c（在图3中仅示出一方），各侧端面33c形成为大致半圆状且与两周面33a、33b连续。侧端面33c的理想的形状为虚线所示的半圆状且与两周面33a、33b平滑地相连的形状，然而由于金属环33的加工上的误差，实线所示的实际的侧端面33c的形状与理想的形状不同。在本说明书中，将侧端面33c的理想的形状与实际的形状之间的偏差定义为偏差量。

首先，预先以采用了接触式测头、激光等的测定仪测定金属环33的侧端面33c的附近的形状，然后基于该测定值算出偏差量。图3的（A）说明了金属环33的外周面33a侧的偏差量及其计算方法。首先，测定金属环33的两周面33a、33b上和侧端面33c上的多个测定点的坐标，接着，根据所述测定点的坐标的排列求得外周面33a与侧端面33c的接点P的坐标，并采用接点P的坐标和与该接点P相连的侧端面33c上的测定点的坐标、利用最小二乘法确定在接点P处与侧端面33c相切的假想圆C（参照点划线），并且求得该假想圆C的中心O的坐标和曲率半径R。

侧端面33c和假想圆C在接点P处彼此相切，并在该接点P处共有切线和曲率半径R。并且，当设假想圆C的中心O至外周面33a的距离为H时，用R-H定义偏差量Z。此外，用（Z/R）×100定义偏差量的比例（%）。

图3的（B）说明了金属环33的内周面33b侧的偏差量及其计算方法，其内容与对上述的金属环33的外周面33a侧的偏差量的说明实质相同，用R-H定义偏差量Z，用（Z/R）×100定义偏差量的比例（%）。

金属环33的制造工序由以下工序构成：制造圆筒状的金属鼓的工序；将金属鼓切成预定宽度的圆片状以制造金属环33的半成品的工序；以研磨刷将切成圆片状的金属环33的半成品的方形的两侧端面33c、33c研磨成半圆状截面的工序；以及对两侧端面33c、33c被研磨过的金属环33的半成品的表面进行氮化处理而使其硬化的工序。

图4示出金属环33的研磨装置，在工作台51上沿圆周方向分开配置六个金属环保持部52，在所述金属环保持部52分别保持金属环33，在从上方与该工作台51同轴地对置的刷头53，沿圆周方向分开安装大量的研磨刷54。并且，在工作台51上使六个金属环保持部52沿箭头A方向旋转，同时，使沿箭头B方向旋转的刷头53下降，使研磨刷54与金属环33的一方的侧端面33c抵接并将其研磨成截面呈半圆状。并且，在一方的侧端面33c的研磨结束后，将金属环33翻转并保持于金属环保持部52，从而对另一方的侧端面33c进行研磨。

图4的点划线框内示出了研磨刷54的结构，在固定于刷头53的轴部55的下端，以扎束状态植设有大量的线材56。研磨刷54的线材56采用含有金刚石或硬质金属的磨粒的合成树脂制线材，或者采用在表面电沉积了金刚石或硬质金属的磨粒的金属制的电沉积磨粒线。后者的研磨刷54比前者的研磨刷54耐久性高，因此，即使修整的频率降低也能够维持侧端面33c的加工精度较高。

图5是示出在以采用了含有磨粒的合成树脂制的线材56的研磨刷54研磨金属环33的侧端面33c时，不修整地使用该研磨刷54的加工次数与金属环33的侧端面33c的偏差量的比例（Z/R）×100（%）之间的关系的图表。

由该图可知：虽然在加工次数较少而研磨刷54还处于比较新的状态时，金属环33的侧端面33c的偏差量的比例为几乎接近于0的值，然而，随着加工次数增多而研磨刷54劣化，金属环33的侧端面33c的偏差量的比例逐渐增加。其理由是因为：随着加工次数增加，研磨刷54的线材56的束的中央部逐渐凹进。

图6是示出每当一次加工结束时将研磨刷54的线材56的束的末端部修整得平坦的情况下的、加工次数与偏差量的比例（Z/R）×100（%）之间的关系的图表。由该图可知：在该情况下，即使总的加工次数增加，金属环33的侧端面33c的偏差量的比例也几乎不增加。因而，通过高频率地修整研磨刷54，能够提高金属环33的侧端面33c的加工精度。

图7是示出横轴采用金属环33的侧端面33c的曲率半径、纵轴采用金属环33的侧端面33c的偏差量的比例（Z/R）×100（%）的图表，“△”表示在金属环33的单体疲劳试验中破损了的金属环，“○”表示同样在金属环33的单体疲劳试验中却未破损的金属环。

由该图表可以明确，如果金属环33的侧端面33c的偏差量的比例（Z/R）×100（%）在10%以下，且金属环33的侧端面33c的曲率半径R0在其表面的氮化层的厚度（例如30μm）的1.5倍以上的话，则金属环33不发生破损。金属环33的侧端面33c的偏差量的比例（Z/R）×100（%）在10%以下表示侧端面33c的形状接近图3中虚线所示的理想的形状。此外，金属环33的侧端面33c的曲率半径在氮化层的厚度的1.5倍以上表示氮化层并未形成得过厚。

图8的（A）是示出本发明的图，图中，金属环33的侧端面33c为准确的半圆状且曲率半径R0为氮化层33d的厚度t的1.5倍以上（约3倍），成为理想的状态。另外，所述曲率半径R0为金属环33的厚度的一半的值，不过也可以用假想圆C的半径R代替。图8的（B）也是示出本发明的图，图中，金属环33的侧端面33c不是半圆状而是尖成三角形状，不过其三个角部的曲率半径R0为氮化层33d的厚度t的大约2倍，即满足1.5倍以上这样的基准。

另一方面，图8的（C）是示出现有例的图，金属环33的侧端面33c并非半圆状而是尖成三角形状，其末端部的曲率半径R1极其小，从而不足氮化层33d的厚度t的1.5倍（约1倍）。在该情况下，氮的扩散和浸入在曲率半径R1小的侧端面33c过度地进行，其过硬化层33d’的硬度与其他部分的硬度相比局部地升高，容易发生破裂，因此金属环33的强度降低而变得容易破损。

图9是示出金属环33的侧端面33c的截面硬度相对于距表面的深度的关系的图表。实线示出的是金属环33的侧端面33c的曲率半径为氮化层33d的厚度t的1.5倍以上的本发明，虚线示出的是金属环33的侧端面33c的曲率半径不足氮化层33d的厚度t的1.5倍的比较例。根据该图表可知，比较例的产品与本申请发明的产品相比，在不足氮化层33d的厚度t的1.5倍的区域，硬度变得过高。

图10是对金属带9的金属环33的侧端面33c的偏差量和侧端面33c的角部的曲率半径R0进行测定的方法的说明图。

首先，对为了验证金属环33的侧端面33c的偏差量的比例（Z/R）×100（%）是否与目标值一致而求得偏差量Z的形状测定方法进行说明。

先按预定的测定间距通过采用了接触式测头、激光等的测定仪计测金属环33的周面33a、33b和侧端面33c，并将沿金属环33的截面的形状作为多个坐标点来进行计测。

接下来，根据所述测定点的坐标的排列来计算周面33a、33b与侧端面33c的接点P的坐标，此时，就接点P的位置的确定而言，针对轮廓上的被选择作为测定范围的起始点的任意坐标点，求出前后的近似直线的斜率差。连续地一点一点地移动测定点并同样地对前后的近似直线的斜率差进行运算，直到到达测定范围的结束点为止，连续地全部求出针对测定范围内的各坐标点的前后近似直线的斜率差。在针对坐标点的前后近似直线的斜率差超过预先设定的阈值的情况下，判断为该点为周面33a、33b与侧端面33c相连的接点P。

接着，对求得假想圆C的曲率半径R及其中心O的坐标的方法进行说明。用接点P的坐标以及与该接点P相连的侧端面33c上的测定点的多个对象数据的坐标，并利用最小二乘法求得假想圆C的曲率半径R及其中心O的坐标。并根据由此得到的假想圆C的曲率半径R和从假想圆C的中心O到周面33a、33b的距离H计算金属环33的侧端面33c的偏差量Z。

接下来，对测定侧端面33c的角部的曲率半径R0的方法进行说明。

针对将求得了假想圆C的测定点向侧端面33c侧移动一点后的范围，利用最小二乘法计算出曲率。进而，对于侧端面33c的整个范围，在使测定点一点一点地移动的同时连续地应用最小二乘法，反复进行求得所述曲率的计算，从而求得侧端面33c整体的曲率半径。通过将该值与金属环33的氮化层33d的厚度t相比较，从而能够判定金属环33的侧端面33c的曲率半径R0是否在氮化层33d的厚度t的1.5倍以上。

如上所述，对于构成带式无级变速器T的金属环集合体31的金属环33的大致半圆状的侧端面33c，在用通过外周面33a或内周面33b与侧端面33c的接点P并与侧端面33c相切的假想圆C的半径R和从假想圆C的中心O到外周面33a或内周面33b为止的距离H、由Z=R-H定义该侧端面33c的偏差量Z时，设定为Z≤0.1R，由此，能够使金属环33的侧端面33c的形状接近准确的半圆状而提高金属环33的耐久性，进而能够提高带式无级变速器T的金属带9的耐久性。

以上，说明了本发明的实施方式，但本发明能够在不脱离其主旨的范围进行各种设计变更。

例如，在实施方式中用研磨刷54来研磨金属环33的侧端面33c，但也可以对其进行滚磨。

此外，也可以取代每经一次研磨都对研磨刷54进行修整，而每经一定次数的研磨或者每经随机的次数的研磨对研磨刷54进行修整。

Claims (6)

1.一种无级变速器用金属带，该无级变速器用金属带在金属环集合体(31)上支承有多个金属元件(32)，所述金属环集合体(31)由多个环状的金属环(33)层叠而成，其特征在于，

所述金属环(33)具备平坦的周面(33a、33b)和与所述周面(33a、33b)的宽度方向端部相连接的大致半圆状的侧端面(33c)，在用通过所述周面(33a、33b)与所述侧端面(33c)的接点(P)并与该侧端面(33c)相切的假想圆(C)的半径R和从所述假想圆(C)的中心(O)到所述周面(33a、33b)的距离H，由Z＝R-H定义所述侧端面(33c)的偏差量Z时，设定为Z≤0.1R。

2.根据权利要求1所述的无级变速器用金属带，其特征在于，

所述侧端面(33c)的半径(R0)为在所述侧端面(33c)的表面形成的氮化层(33d)的厚度(t)的1.5倍以上。

3.一种权利要求1或权利要求2所述的无级变速器用金属带的金属环的制造方法，其特征在于，

通过用研磨刷(54)研磨所述侧端面(33c)，将所述侧端面(33c)加工成大致半圆状。

4.根据权利要求3所述的无级变速器用金属带的金属环的制造方法，其特征在于，

所述研磨刷(54)的线材(56)由电沉积有磨粒的金属线材构成。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的无级变速器用金属带的金属环的制造方法，其特征在于，

每经一次加工或者每经预定次数的加工，对所述研磨刷(54)进行修整。

6.一种权利要求1或权利要求2所述的无级变速器用金属带的金属环的形状测定方法，其特征在于，

该无级变速器用金属带的金属环的形状测定方法包括：对所述金属环(33)的所述周面(33a、33b)上和所述侧端面(33c)上的多个测定点的坐标进行测定的工序；根据所述测定点的坐标的排列求得所述接点(P)的坐标的工序；以及用所述接点(P)的坐标和与该接点(P)相连的所述侧端面(33c)上的测定点的坐标，利用最小二乘法求得所述假想圆(C)的中心(O)的坐标的工序。

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