JP2005016550A - ベルト変速機用ウエイトローラー - Google Patents

Abstract

【目的】ウエイトローラーを偏摩耗が少なくかつ製造容易にする。
【構成】ベルト変速機の駆動プーリーに使用するウエイトローラー２１を焼結金属で構成する。母材は鉄系等の金属であり、この材料の金属粉中に粉体潤滑成分として、カーボン等の無機材料又はモリブデン等の金属からなる潤滑性のある粉体を混合し、これを金型中で成形して焼結する。焼結体の表面には微孔２４があり、ここへ真空含浸により潤滑剤を含浸させてオイルレス潤滑構造にする。このウエイトローラーは材料の粉末を精密計量すること及び軸心部に形成されたパンチ穴２５の穴径により、重量を自由かつ高精度に調整できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ベルト変速機の駆動プーリーに使用される新規かつ有用なウエイトローラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベルト変速機の駆動プーリーを構成する可動半体を駆動軸方向へ移動させるためのウエイトローラーとして、金属製リングの表面に自己潤滑性を有する樹脂を積層一体化したものが公知である（特許文献１参照）。また、自己潤滑性を有する樹脂中に金属粉を混合して射出成形により一体成形したものもある（特許文献２参照）。
【０００３】
【先行技術文献】
【特許文献１】特許第３１９３２７４号公報
【特許文献２】特開２００１−２３４９９２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記金属リングと表面樹脂層とを積層したウエイトローラーは、ウエイト調整手段として金属製リングを用いるので高い重量精度を実現するためには金属リングに対する切削機械加工が必須となる。そのうえ、金属リングの表面へ樹脂を積層するためには手間のかかるインサート成形が必要になる。このため全体として製造工数が多くなりコストアップを招くことになった。
【０００５】
一方、全体を樹脂により一体成形すれば製造は容易になるものの、表面の偏摩耗を防止する必要がある。すなわち、ウエイトローラーは可動プーリーに圧接された状態で移動するため、表面が比較的柔らかい樹脂の場合は偏摩耗を受け易くなる。したがって全体を金属製にして偏摩耗を少なくするととものに製造を容易にすることが望まれる。また、できるだけ偏摩耗を少なくしてかつ摺動相手側に傷を付けないようにするためにはウエイトローラーの表面に対してグリース等の潤滑剤を十分に塗布しなければならない。しかしこの潤滑剤の流出や潤滑切れを防止したり、埃の付着による摺動抵抗の増大を防止しなければならず、潤滑が難しかった。したがって長期にわたり良好な潤滑性を維持しつつかつ予めグリースを盛っておく等、表面に必要以上の潤滑剤を付着させておくことがないようにすることも望まれる。
そこで本願発明は、上記諸要請の実現を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本願発明に係るベルト変速機用ウエイトローラーは、全体を焼結金属にて必要によりパンチ穴を有する略円筒状に形成したことを特徴とする。このとき、前記焼結金属は、母材である鉄系金属粉に粉体潤滑成分を混合して成形したものとする。この粉体潤滑成分をカーボンとすることができる。また、液体潤滑剤を含浸させることができ、この場合には、焼結後の真空含浸により液体潤滑剤を含浸させることができる。
【０００７】
【発明の効果】
本願発明によれば、ウエイトローラーを焼結により略円筒状に形成したので、全体が金属製となり、偏摩耗を少なくすることができる。また焼結により製造が容易になるとともに、異なる機種に応じて重量を変化させる場合は、金属粉の計量と、パンチ穴を設けた場合にはこの穴径を変化させることにより容易に対応することができかつ高精度にできる。しかも金型面に接する表面は金型の面粗度にならってその後の研磨工程が不要な程度に比較的平滑になるので、成形後の仕上げ機械加工を省略もしくは軽減できる。
【０００８】
また、母材の金属粉に潤滑性を有する粉体潤滑成分を混合することにより、成形後の表面に十分な自己潤滑性を与えることができる。特に、粉体潤滑成分としてカーボンを採用すれば、十分な潤滑性を有するとともに表面を硬くして偏摩耗を少なくすることができ、しかも安価に製造することができる。
【０００９】
そのうえ、本来的に焼結体が多孔質である特性を利用してこの多孔部分に液体潤滑剤を含浸させれば、その後の使用を無給油にでき、かつ予めグリースを盛っておく等の表面に必要以上の潤滑剤が付着することもないので、流れ出しや埃の付着による摺動性低下を防止でき、潤滑に関してメンテナンスフリーを実現できる。また、この含浸は、焼結後に公知の真空含浸法を適用することにより、多孔質の焼結体であるウエイトローラー内部全体へ含浸させることができる。しかも温度変化によってウエイトローラーの内外へ出入りするので、使用中に温度上昇すると膨張して表面へにじみ出るため、使用中の表面潤滑を長期にわたって良好に継続できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて一実施形態を説明する。図１は本実施形態に係るウエイトローラーの斜視図、図２はこのウエイトローラーを用いたベルト変速機全体を示す図、図３はその駆動プーリー部分の断面図を示す。
【００１１】
まず、図２において、このベルト変速機１は小型自動２輪車のスイング式パワーユニットに用いるベルト変速機であり、パワーユニットを構成するミッションケース２内へ前後方向へ長く配設されている。
【００１２】
ベルト変速機１は前方に配設される駆動プーリー３と、Ｖベルト４を介して連結される後方に配置された従動プーリー５を備え、駆動プーリー３及び従動プーリー５はそれぞれ固定半体６，７及び可動半体８，９を有する。これらの各半体はアルミ合金製である。
【００１３】
駆動プーリー３は、固定半体６がエンジン（図示省略）のクランク軸１０（駆動軸）の軸端へ一体回転自在に連結され、可動半体８はクランク軸１０上に軸方向移動自在に遊転支持されている。可動半体８はその内側に後述するウエイトローラーが収容されている。
【００１４】
従動プーリー５は、固定半体７が従動軸１１と一体回転自在に連結され、かつ可動半体９が従動軸１１へ軸方向移動自在に遊転支持され、圧縮コイルスプリングであるセットスプリング１２により固定半体７側へ常時押し付けられるように付勢されている。従動軸１１は図示しない減速ギヤを介して後輪車軸を回転駆動するようになっている。
【００１５】
このベルト変速機１は、クランク軸１０の回転が上がると、駆動プーリー３側における後述するウエイトローラーの作用により、Ｖベルト４の巻き掛け半径が、駆動プーリー３側で増大して従動プーリー５側で小さくなり、逆に回転が低くなると駆動プーリー３側が小さくなり従動プーリー５側が増大することにより、減速比を無段階に変化させて自動変速する公知のものである。
【００１６】
図３は駆動プーリー３の詳細を示し、この図に明らかなように、固定半体６はクランク軸１０の軸端側へスプライン結合され、かつ軸端のネジ部１３へナット１４で固定されることによりクランク軸１０と一体回転する。固定半体６の中央部に車体内方へ向かって回転軸線方向へ一体に突出形成されたボス１５がクランク軸１０の外周に嵌合し、その先端部はクランク軸１０上のランププレート１６へ当接して一体化され、固定半体６とランププレート１６も一体回転するようになっている。ランププレート１６もアルミ合金製である。
【００１７】
可動半体８は、ボス１５上にベアリング１７を介してクランク軸１０上を転動自在かつ軸方向移動自在に支持され、その背面はガイド斜面１８をなしている。また、ランププレート１６の外周部も逆方向に傾斜するガイド斜面１９をなし、かつ可動半体８とランププレート１６の間にローラー室２０が形成される。
【００１８】
このローラー室２０は、クランク軸１０の半径方向へ放射状に複数設けられ、各ローラー室２０の断面形状は図３に明らかなように、ガイド斜面１８及び１９により、可動半体８の外周側へ向かって次第に幅が狭くなる断面略Ｖ字状に設けられ、この中にウエイトローラー２１が収容されている。
【００１９】
ウエイトローラー２１は可動半体８の回転半径方向へ移動自在であり、可動半体８が回転すると一体に回転し、回転が上昇すると遠心力により半径方向外方へ移動し、可動半体８を固定半体６側へ押し出し、これによりＶベルト４の巻き掛け半径を変化させるようになっている。なお、ウエイトローラー２１は半径方向へ移動するとき、ガイド面１８，１９と接触して回転するようになっている。
【００２０】
図１はウエイトローラー２１の外形を示し、このウエイトローラー２１は略円筒状をなし、全体が金属粉を焼結して得られた金属製の焼結体であり、変速特性上要求される所定の寸法並びに重量となるように調整されている。母材となる金属は焼結可能でかつ使用時に所定の耐摩耗性を有するとともに相手側部材に対しても摩耗等の変形を生じさせにくい金属であればよく、例えば、汎用性がありしかも比較的安価な鉄系のものが好ましい。特に、ステンレス鋼を使用すれば防錆性が向上する。
【００２１】
母材中には粉体潤滑成分が配合されている。この粉体潤滑成分は少なくとも母材よりは潤滑性に富む無機材料もしくは金属材料からなり、その粉体を母材の金属粉と均一に混合して焼結され、焼結体表面における潤滑性を良好にしている。このような粉体潤滑成分として、カーボン等の無機材料やモリブデン等の非鉄金属を適宜選択使用できる。数種の粉体潤滑成分を混合してもよい。また、その配合比は、母材や粉体潤滑成分並びに相手側部材の材料を含む使用条件によって異なるが、全体重量に対して、無機材料及び非鉄金属材料とも、概ね、２〜１０重量％程度が好ましい。
【００２２】
ウエイトローラー２１の外周面２２はガイド斜面１８及び１９と接触しながら回転する際の転動面をなし、２３は軸方向の端面である。これらは成形時の金型面により平滑に形成される。但し、表面を微視的に見れば、焼結体特有の微孔を有する多孔質であり、これを点状の微孔２４として示す。図中の微孔２４は実際よりも誇張したものであり、この中に潤滑オイル等の潤滑剤が含浸され、使用中に給油する必要のないオイルレス潤滑（無給油潤滑）が可能になっている。
【００２３】
軸心部にはパンチ穴２５が軸線方向へ貫通して形成されている。このパンチ穴２５は後述するように焼結時における金型によって形成され、その穴径はウエイトローラー２１の重量に影響する。なお、パンチ穴２５は必ずしも貫通することを要さず、行き止まり状のものでもよい。
【００２４】
図４は焼結における成形工程の一例を示す。Ａは一次成形であり、金型３０はダイ３１、そのキャビテイ３２へ出入する上パンチ３３と下パンチ３４及びこれらの中心部を貫通するコア３５を有する。コア３５はパンチ穴２５を形成するためのものであり、その外径はパンチ穴２５の内径と略一致している。
【００２５】
まず、下パンチ３４及びコア３５を嵌合したキャビテイ３２内へ予め正確に計量された母材及び粉体潤滑成分等からなる粉体を充填し、上パンチ３３を閉めてから、所定圧力を加えて成形する。
【００２６】
これにより、図中にＢで示す一次成形体のウエイトローラー２１が得られ、その軸心部にはパンチ穴２５が貫通している。また、拡大部に示すように、肩部には金型構造上不可避的に段差２６が発生する。この段差２６はエッジ部を有するため、このままでは使用できない。そこで次の二次成形が必要になる。
【００２７】
図中のＣは二次成形を示し、二次成形用金型を構成する上パンチ３７と下パンチ３８の間に一次成形体のウエイトローラー２１を入れ、上下のパンチを接近させて一次成形に近い力で二次成形する。このとき上パンチ３７と下パンチ３８の間に形成されるキャビテイは、最終製品のウエイトローラー２１における外形と一致する形状及び寸法をなし、肩部はアール面３９をなす。
【００２８】
したがって、Ｄに示すように、二次成形後のウエイトローラー２１は、最終製品の形状及び寸法が高精度で実現され、かつ段差２６は解消され、アール面３９にならったアール部２７となり、エッジ部を解消して、研磨などの機械加工をせずにそのまま使用可能になる。
【００２９】
特に、二段の加圧成形をするため、二次成形体の表面は金型表面の面粗度にならって緻密になり、本来は多孔質であるにもかかわらず、転動面をなす表面の研磨加工が不要になる程度に十分平滑になる。そのうえ、表面の孔は加圧によって縮径されるから、後から含浸される潤滑剤の保持に好都合な構造になる。
【００３０】
その後、この二次成形体を所定温度で所定時間加熱することにより焼結し、さらに必要により表面処理等を適宜施してから、必要により仕上げ加工を行う。なお、焼結されたウエイトローラー２１の表面が十分に平滑であることは上記の通りであり、かつ材料粉体の精密計量及びパンチ径の調節によって重量も高精度になっているから、研削による重量調節も不要である。したがって、焼結後の機械加工は殆どの場合は省略でき、もし必要が生じても軽微なものにすぎない。
【００３１】
特に、異なる機種に適用するため、重量を変化させる必要が生じた場合であっても、材料粉体の精密計量及びパンチ径の調節によって、必要な重量にすることができるから、従来のような機械加工による重量調節が不要であり、このような機種変更に容易に対応できる汎用性の高いものとなる。
【００３２】
焼結後は、液体潤滑剤を含浸させて、最終製品としてのウエイトローラー２１を得る。液体潤滑剤の含浸は、焼結後のウエイトローラー２１に対して公知の真空含浸法等により行う。この工程で液体潤滑剤を微孔２４中へ含浸させると、オイルレス式の焼結体からなるウエイトローラー２１が完成する。適当な潤滑オイル等の潤滑剤
【００３３】
このように、ウエイトローラー２１を焼結によって形成するとともに、材料粉末の精密計量及びパンチ径の調節により、焼結後のウエイトローラー重量を高精度にでき、しかも表面が平滑面をなすので、仕上げの機械加工を殆ど省略でき、仮に必要になっても極めて簡単に済ませることができるから、ウエイトローラー２１を高精度かつ容易に製造できることになった。
【００３４】
そのうえ、粉体潤滑成分を配合することにより、十分な潤滑性を確保して偏摩耗の発生を効果的に阻止することができる。特に、粉体潤滑成分としてカーボンを用いれば、十分な潤滑性を得るとともに耐摩耗性が高く、しかも比較的安価に製造することができる。
【００３５】
さらに、焼結体としての多孔質の特性を利用して表面側に潤滑剤を含浸させたから、長期にわたってオイルレス潤滑が可能になり、しかも潤滑剤の流れ出しや表面へ多めに塗布されたグリースへ埃が付着することによる摺動性低下等を招きにくくなるから、メンテナンスフリーを実現でき、メンテナンス性に優れたものになる。また、含浸方法として真空含浸を使用すれば、焼結体を直ちに高効率で含浸処理できるので、作業効率が向上する。
【００３６】
また、このウエイトローラー２１を用いてベルト変速機１を構成すると、図３に示すように可動半体８の回転が上がるにつれて、ウエイトローラー２１は遠心力で回転半径方向外方へ移動し、可動半体８を固定半体６側へ押し出す。このとき、ウエイトローラー２１の転動面は、焼結体としての平滑面をなすとともにオイルレス潤滑構造により、良好な潤滑性を有する。
【００３７】
したがって、ウエイトローラー２１は、可動半体８のガイド斜面１８及びランププレート１６のガイド斜面１９と滑らかに接触しながら回転等をしつつ移動する。しかもウエイトローラー２１は全体が金属の焼結体であるから、従来の樹脂製のものと異なる硬い表面となって十分な耐摩耗性を有する。このため、ウエイトローラー２１の偏摩耗を防止できる。
【００３８】
そのうえ、焼結体とすることにより、ウエイトローラーを鋳造品等で形成した場合と比べれば遙かに柔らかいものであるから、相手側部材である可動半体８及びランププレート１６も摩耗を受けにくくなる。したがって、ウエイトローラー２１並びに可動半体８及び固定半体６も偏摩耗しにくくなって、耐摩耗性が向上することになる。特に、軽量化のため可動半体８及びランププレート１６を比較的柔らかいアルミ合金製としたとき、これらの摩耗等を防止できるので効果的である。しかもローラー室２０内へのグリースの充填も不要にできる。
【００３９】
【実施例】
以下、実施例を説明する。表１中のＮｏ．１・２は実施例、Ｎｏ．３は比較例であって、いずれも母材として鉄系金属粉である粒度５０〜１５０μ程度の普通焼結用アトマイズ粉を用い、これに実施例は粉体潤滑成分であるカーボン、二硫化モリブデン粉及び比較例は銅粉をそれぞれ表中の重量％混合したものである。
【００４０】
これらの全体量を同量精密計量してそれぞれ同一の寸法及び構造をなすダイへ入れて約１０〜２０トン／ｃｍ２に加圧して成形し、さらに約１０３０℃で６時間加熱して焼結体を作り、冷却後、潤滑オイルを真空含浸させて所定のウエイトローラーを得た。
【００４１】
このウエイトローラーをそれぞれ、使用時のベルト変速機と同じ材料であるアルミ合金製の板材で押し付けて転動させる。具体的には実際の使用状態における荷重（例えば、１０ｋｇ／ｃｍ２）で押し付けながら、約１０ｃｍの距離を１万回往復させて摩耗試験を行う。
その後、ウエイトローラー自体の偏摩耗及び相手側における摩耗等の変形有無を目視にて判定し、いずれもが生じなければ合格（○）、そうでなければ不合格（×）と判定した。
【００４２】
その結果は、表１の判定欄に明らかなように、Ｎｏ．１・２はすべて合格であったが、Ｎｏ．３の銅は偏摩耗の発生により不合格であった。これは粉体潤滑成分としての銅が柔らかすぎるためであると考えられるから、粉体潤滑成分は銅よりも硬いものでなければならないことが判明した。
【００４３】
なお、本願発明は上記実施例に限定されず、発明の原理内において適宜変形や応用が可能であり、例えばパンチ穴２５の数を複数にしてもよい。また、自動２輪車以外の車両もしくは一般機械のベルト変速機に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係るウエイトローラーの斜視図
【図２】このウエイトローラーを用いたベルト変速機全体を示す図
【図３】その駆動プーリー部分の断面図
【図４】焼結時の金型構造を示す断面図
【符号の説明】
１：ベルト変速機、３：駆動プーリー、４：Ｖベルト、５：従動プーリー、６：固定半体、８：可動半体、１０：クランク軸、１６：ランププレート、１８：ガイド斜面、１９：ガイド斜面、２１：ウエイトローラー、２２：外周面、２４：微孔、２５：パンチ穴、３０：金型、３２：キャビテイ、３３：上パンチ、３４：下パンチ、３５：コア、３７：上パンチ、３８：下パンチ、３９：アール面

Claims (5)

1. ベルト変速機の駆動プーリーを構成する可動半体を駆動軸方向へ移動させるために設けられるウエイトローラーにおいて、母材である鉄系金属粉に粉体潤滑成分を混合して略円筒状に成形して焼結することにより、全体を焼結金属にて形成したことを特徴とするベルト変速機用ウエイトローラー。
2. パンチ穴を有することを特徴とする請求項１に記載したベルト変速機用ウエイトローラー。
3. 前記粉体潤滑成分がカーボンであることを特徴とする請求項２に記載したベルト変速機用ウエイトローラー。
4. 液体潤滑剤を含浸させたことを特徴とする請求項１に記載したベルト変速機用ウエイトローラー。
5. 焼結後の真空含浸により前記液体潤滑剤を含浸させたことを特徴とする請求項４に記載したベルト変速機用ウエイトローラー。

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