JP2006192459A - ベルト用エレメントおよびその成形方法およびベルト - Google Patents
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Abstract
【課題】 複数のプーリに無端状のベルトを巻き掛けた場合に、非巻き掛け領域におけるベルトの形態安定性の低下を抑制する。
【解決手段】 厚さ方向に積層されるエレメントであって、首部および頭部および胴部と、頭部に設けられた係合凹部および係合凸部とを有するエレメントを、金属製の板状材料をプレス加工して製造する場合に、板状材料をプレス加工して係合凹部および係合凸部を形成し、かつ、その板状材料における係合凹部および係合凸部を含む領域を打ち抜いてエレメントを製造するベルト用エレメントの成形方法において、板状材料のうちエレメントとして打ち抜かれることが予定される領域内であって、エレメントにおける頭部と胴部との間に相当する部位に凹部を形成する第1の工程と、凹部が形成された板状材料をプレス加工して、係合凹部および係合凸部を形成する第2の工程とを備えている。
【選択図】 図1
【解決手段】 厚さ方向に積層されるエレメントであって、首部および頭部および胴部と、頭部に設けられた係合凹部および係合凸部とを有するエレメントを、金属製の板状材料をプレス加工して製造する場合に、板状材料をプレス加工して係合凹部および係合凸部を形成し、かつ、その板状材料における係合凹部および係合凸部を含む領域を打ち抜いてエレメントを製造するベルト用エレメントの成形方法において、板状材料のうちエレメントとして打ち抜かれることが予定される領域内であって、エレメントにおける頭部と胴部との間に相当する部位に凹部を形成する第1の工程と、凹部が形成された板状材料をプレス加工して、係合凹部および係合凸部を形成する第2の工程とを備えている。
【選択図】 図1
Description
この発明は、複数のプーリに巻き掛けられる無端状のベルトを構成するエレメントおよびエレメントの成形方法およびベルトに関し、特に、板状材料をプレス加工して製造されるエレメントおよびその成形方法およびベルトに関するものである。
一般に、回転部材同士の間で動力の伝達をおこなう場合に用いる変速機としては、有段変速機および無段変速機が知られており、無段変速機としてはベルト式無段変速機およびトロイダル式無段変速機などが知られている。このうち、ベルト式無段変速機は、ベルトとプーリとを使用して変速比を無段階に変化させる変速機である。このベルトは、多数の板状のエレメントをその板厚方向に重ね合わせて環状に配置し、エレメント同士が分離しないように、可撓性のリングで束ねたものである。このように構成されたベルトが複数のプーリに巻き掛けられ、一方のプーリが駆動された場合は、駆動側プーリに接触しているエレメントと、駆動側プーリとの接触部分の摩擦力および駆動側プーリのトルクに応じて、駆動側プーリからエレメントに対して、その積層方向、つまり厚さ方向の圧縮力が加えられる。駆動側プーリに接触しているエレメントに伝達された圧縮力は、プーリに巻き掛けられていない非巻き掛け領域に位置するエレメントを経由して、従動側プーリに接触しているエレメントに伝達される。この従動側プーリに接触しているエレメントに圧縮力が伝達されると、そのエレメントと従動側プーリとの接触部分の摩擦力および圧縮力に応じて、駆動側プーリを回転させようとするトルクが発生する。このようにして、駆動側プーリと従動側プーリとの間で、ベルトを介して動力伝達がおこなわれる。
このようなベルトを構成するエレメント、およびエレメントの製造方法の一例が、特許文献1に記載されている。この特許文献1に記載されたエレメントには、エレメントを相互に位置決めするためのノーズおよびホールが形成されている。具体的には、エレメントの板厚方向の一方の側面を突出させたノーズが形成されているとともに、板厚方向の他方の側面を窪ませたホールが形成されている。各エレメントのノーズは、隣接するエレメントのホールに係合し、これにより各エレメントが互いに位置決めされるようになっている。
一方、特許文献1においては、各エレメントは板厚方向に重ね合わされるため、重ね面の平面度や平行度を確保する必要があるとしている。そこで、特許文献1に記載されたエレメントの成形工程は、板状素材の一部に板状素材の他部よりも板厚が小さい凹部を成型する薄肉化工程と、凹部の中央付近をプレス加工して、ノーズおよびホールを一体成形するためのプレス工程とを備えている。つまり、薄肉化工程において、板状素材の一部に凹部を設けた後、プレス工程において、ノーズおよびホールを一体成形しているため、ノーズの周囲に形成される膨出部の膨出長さを小さくすることができ、これにより、エレメントの重ね面の平面度を向上させることができるとされている。なお、無段変速機用のベルトのエレメントおよびエレメントの成形方法は、下記の特許文献2,3にも記載されている。
特開2003−247605号公報
実開昭63−24437号公報
特開2001−50353号公報
前述したように、ベルト式無段変速機においては、駆動側プーリのトルクが、エレメントの圧縮力に変換され、そのエレメントの圧縮力が従動側プーリでトルクに変換される。ここで、ベルトにおける駆動側プーリと従動側プーリとの間に位置する非巻き掛け領域での動力損失を抑制するため、非巻き掛け領域ではベルトの形態が安定していることが望ましい。しかしながら、特許文献1に記載された成形方法でエレメントを成形した場合、エレメントの重ね面の平面度が向上するため、非巻き掛け領域ではベルトが略直線状の形態となり、外力に対するベルトの形態安定性が低下する恐れがあった。
この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、複数のプーリに無端状のベルトを巻き掛けた場合に、非巻き掛け領域におけるベルトの形態安定性の低下を抑制することの可能なベルト用エレメントおよびその成形方法およびベルトを提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、複数のプーリに巻き掛けられる無端状のベルトを構成するために、厚さ方向に多数積層されるエレメントであって、前記プーリ同士の間で動力を伝達する場合に前記厚さ方向に圧縮力が加えられる胴部と、この胴部よりも前記ベルトの内外周方向で外側に設けられた頭部と、この頭部と前記胴部とを接続する首部と、前記頭部に設けられ、かつ、前記厚さ方向に窪んだ係合凹部および厚さ方向に突出した係合凸部とを有するエレメントを、金属製の板状材料をプレス加工して製造する場合に、前記板状材料をプレス加工して係合凹部および係合凸部を形成し、かつ、その板状材料における係合凹部および係合凸部を含む領域を打ち抜いて前記エレメントを製造する工程を備えたベルト用エレメントの成形方法において、前記板状材料のうち前記エレメントとして打ち抜かれることが予定される領域内であって、打ち抜き後のエレメントにおける前記頭部と前記胴部との間に相当する部位に、その板状材料の厚さ方向の深さを有する凹部を形成する第1の工程と、この第1の工程で前記凹部が形成された板状材料をプレス加工して、前記係合凹部および係合凸部を形成する第2の工程とを備えていることを特徴とするものである。
請求項2の発明は、請求項1の構成に加えて、前記凹部は、打ち抜き後のエレメントに窪みとして残存することを特徴とするものである。
請求項3の発明は、請求項1または2の構成に加えて、前記エレメントであって、前記ベルトの幅方向における略中央に相当する箇所で、前記頭部と前記胴部とが接続されており、前記胴部であって、前記エレメントの厚さ方向における一方の表面に、隣り合うエレメント同士が接触して相対回転する場合の支点となるロッキングエッジが形成されており、このロッキングエッジは、前記ベルトの幅方向に略直線状に設けられていることを特徴とするものである。
請求項4の発明は、請求項1ないし3のいずれかの構成に加えて、前記ベルトの幅方向で略中央に相当する箇所で、前記頭部と前記胴部とが前記首部により接続される構成を前記エレメントが有しており、前記第1の工程では、前記板状材料における前記首部に相当する部位に、前記凹部が形成されることを特徴とするものである。
請求項5の発明は、請求項1ないし4のいずれかの構成に加えて、前記第1の工程では、前記頭部と前記胴部との間に相当する部位のみに、その板状材料の厚さ方向の深さを有する凹部を形成することを特徴とするものである。
請求項6の発明は、複数のプーリに巻き掛けられる無端状のベルトを構成するために、厚さ方向に多数積層されるエレメントであって、前記プーリ同士の間で動力を伝達する場合に前記厚さ方向に圧縮力が加えられる胴部と、この胴部よりも前記ベルトの内外周方向で外側に設けられた頭部と、この頭部と前記胴部とを接続する首部と、前記頭部に設けられ、かつ、前記厚さ方向に窪んだ係合凹部および厚さ方向に突出した係合凸部とを有するベルト用エレメントにおいて、金属製の板状材料のうち前記頭部と前記胴部との間に相当する部位に、その板状材料の厚さ方向の深さを有する凹部を形成した後、前記板状材料をプレス加工して形成された前記係合凹部および係合凸部を有することを特徴とするベルト用エレメントである。
請求項7の発明は、請求項6の構成に加えて、前記凹部は、前記係合凹部および係合凸部の成形後のエレメントに窪みとして残存することを特徴とするものである。
請求項8の発明は、請求項6または7の構成に加えて、前記金属製の板状材料のうち前記頭部と前記胴部との間に相当する部位のみに、その板状材料の厚さ方向の深さを有する凹部が形成されることを特徴とするものである。
請求項9の発明は、請求項6ないし8のいずれかの構成に加えて、前記エレメントであって、前記ベルトの幅方向における略中央に相当する箇所で、前記頭部と前記胴部とが接続されており、前記胴部であって、前記エレメントの厚さ方向における一方の表面に、隣り合うエレメント同士が接触して相対回転する場合の支点となるロッキングエッジが形成されており、このロッキングエッジは、前記ベルトの幅方向に略直線状に設けられていることを特徴とするものである。
請求項10の発明は、請求項6ないし9のいずれかに記載されたベルト用エレメントを厚さ方向に複数積層し、積層された複数のベルト用エレメント同士をフープで接続して環状に構成されたことを特徴とするベルトである。
請求項1の発明によれば、第1の工程では、凹部を有する板状材料が成形される。この板状材料を第2の工程でプレス加工して、エレメントの頭部に相当する部位に係合凹部および係合凸部を成形すると、凹部の容積を狭めるように材料の一部が流動する。このため、胴部側に向けて材料が流動することを抑制できる。したがって、製造されるエレメントにおける胴部の厚さが増加することを抑制できる。つまり、エレメントを積層してベルトを構成した場合、ベルトの内外周方向で、厚肉化される領域を頭部側に限定することができる。このため、プーリからエレメントに動力が伝達されて、胴部に圧縮力が加えられた場合に、プーリにベルトが巻き掛けられていない領域では、エレメント同士の厚さ方向の中心線が、ベルトの内側で交差するように、ベルトが外側に向けて湾曲する。その結果、プーリにベルトが巻き掛けられていない領域が、ベルトの内外周方向で、外力に対する形態安定性(形態保持力)が強められる。
請求項2の発明によれば、請求項1の発明と同様の効果を得られる他に、ベルトをプーリに巻き掛けた場合に、エレメントに残存している窪みで潤滑油を保持することができる。
請求項3の発明によれば、請求項1または2の発明と同様の効果を得られる他に、板状材料をプレス加工して、係合凹部および係合凸部を形成する場合に、エレメントに設けられた首部を経由して、材料が胴部側に流動することを抑制できる。このため、ベルトをプーリに巻き掛けた場合、巻き掛け領域では、エレメント同士はロッキングエッジを支点として、ベルトの幅方向における略全域に亘って接触する。したがって、駆動側プーリからエレメントに圧縮力が加えられる場合に、ベルトの幅方向の全域に亘って均一に圧縮力が加えられる。このため、ベルトの幅方向の全域に亘って、エレメント同士の間で反力が生じ、ベルトの移動方向で後方に向けてエレメントが変形することを回避できる。また、従動側プーリ側では、ベルトの幅方向の全域に亘り、エレメント同士の間で圧縮力が生じる。このため、ベルトの移動方向で前方に向けてエレメントが変形することを回避できる。このように、いずれの場合においても、ベルトの幅方向で、頭部と胴部を接続するエレメントの略中央に応力が集中することを回避でき、エレメントの耐久性の低下を抑制できる。
請求項4の発明によれば、請求項1ないし3のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、頭部と胴部を接続する首部に応力が集中することを回避でき、エレメントの耐久性の低下を抑制できる。また、請求項5の発明においても、請求項1ないし4のいずれかと同様の効果を得られる。
請求項6の発明によれば、エレメントのプレス加工工程で、頭部に相当する部位に係合凹部および係合凸部を成形する場合に、凹部の容積を狭めるように材料の一部が流動する。このため、胴部側に向けて材料が流動することを抑制できる。したがって、製造されたエレメントにおける胴部の厚さが増加することを抑制できる。つまり、エレメントを積層してベルトを構成した場合、ベルトの内外周方向で、厚肉化される領域を頭部側に限定することができる。このため、プーリからエレメントに動力が伝達されて、胴部に圧縮力が加えられた場合に、プーリにベルトが巻き掛けられていない領域では、エレメント同士の厚さ方向の中心線が、ベルトの内側で交差するように、ベルトが外側に向けて湾曲する。その結果、プーリにベルトが巻き掛けられていない領域が、ベルトの内外周方向で、外力に対する形態安定性(形態保持力)が強められる。
請求項7の発明によれば、請求項6の発明と同様の効果を得られる他に、ベルトをプーリに巻き掛けた場合に、エレメントに残存している窪みで潤滑油を保持することができる。また、請求項8の発明においても、請求項6または7の発明と同様の効果を得られる。
請求項9の発明によれば、請求項6ないし8の発明と同様の効果を得られる他に、ベルトをプーリに巻き掛けた場合、巻き掛け領域では、エレメント同士はロッキングエッジを支点として、ベルトの幅方向における略全域に亘って接触する。したがって、駆動側プーリからエレメントに圧縮力が加えられる場合に、ベルトの幅方向の全域に亘って均一に圧縮力が加えられる。このため、ベルトの幅方向の全域に亘って、エレメント同士の間で反力が生じ、ベルトの移動方向で後方に向けてエレメントが変形することを回避できる。また、従動側プーリ側では、ベルトの幅方向の全域に亘り、エレメント同士の間で圧縮力が生じる。このため、ベルトの移動方向で前方に向けてエレメントが変形することを回避できる。このように、いずれの場合においても、ベルトの幅方向で、頭部と胴部を接続するエレメントの略中央に応力が集中することを回避でき、エレメントの耐久性の低下を抑制できる。
また、請求項10の発明に対応するベルトによれば、請求項6ないし9のいずれかの発明と同様の効果を得られる。
つぎに、この発明を図面を参照しながら具体的に説明する。図2および図3は、車両用のベルト式無段変速機1の一例を示す概念図である。ベルト式無段変速機1は、駆動力源(図示せず)側に連結されたプライマリプーリ2と、車輪(図示せず)側に連結されたセカンダリプーリ3とを有している。駆動力源としては、エンジンおよびモータ・ジェネレータのうちの少なくとも一方を用いることが可能である。プライマリプーリ2は、回転軸4と一体回転し、かつ、回転軸4の軸線方向に移動不可能な固定体5と、回転軸4と一体回転し、かつ、回転軸4の軸線方向に移動可能な可動体6とを有している。この固定体5には環状の接触面5Aが形成され、可動体6には環状の接触面6Aが形成されている。そして、接触面5Aと接触面6Aとの間に、V字形状のベルト取付溝7が形成されている。
一方、セカンダリプーリ3は、回転軸8と一体回転し、かつ、回転軸8の軸線方向に移動不可能な固定体9と、回転軸8と一体回転し、かつ、回転軸8の軸線方向に移動可能な可動体10とを有している。この固定体9には環状の接触面9Aが形成され、可動体10には環状の接触面10Aが形成されている。そして、接触面9Aと接触面10Aの間に、V字形状のベルト取付溝11が形成されている。そして、図示しないアクチュエータにより、可動体6,10をそれぞれ軸線方向に動作させることにより、ベルト取付溝7,11の幅をそれぞれ調整することができるように構成されている。
上記のように構成されたプライマリプーリ2およびセカンダリプーリ3に、動力伝達用無端ベルト(以下、ベルトと略記する)12が巻き掛けられている。このベルト12は、無端状、言い換えれば環状に構成されており、このベルト12の構成を具体的に説明する。ベルト12は、無端状(環状)のキャリア13と、キャリア13の円周方向の全域に亘って取り付けた多数のエレメント14とを有している。キャリア13は、可撓性の金属材料により構成された環状体(図示せず)を、内外周に複数積層して構成されている。各エレメント14は金属材料により構成されており、ベルト12の円周方向で隣り合うエレメント14同士が接触するように、かつ、エレメント14同士が厚さ方向に積層されている。この実施例において、エレメント14の厚さ方向と、エレメント14の積層方向とは、技術的にほぼ同じ意味を有している。ここで、エレメント14を構成する金属材料としては、例えば、鉄(Fe)、炭素工具鋼(SK)、合金工具鋼(SKS)などを用いることが可能である。以下、エレメントの実施例を順次説明する。
まず、この発明のエレメント構成例を、図4および図5に示すエレメントに基づいて説明する。図4はエレメント14の正面図、図5はエレメント14の側面図である。この図4における左右方向がベルト12の幅方向に相当する。便宜上、図4におけるエレメント14の左右方向を、エレメント14の幅方向と呼び、図4におけるベルト12の上下方向を、ベルト12の内外周方向またはエレメント14の高さ方向(上下方向)と呼ぶ。このエレメント14には、その高さ方向に胴部15および首部16および頭部17が設けられている。具体的には、ベルト12の外周側に頭部17が位置しており、ベルト12の内周側に胴部15が位置しており、頭部17と胴部15とが首部16により接続されている。また、エレメント14の厚さ方向の表裏面を構成する第1の接触面18および第2の接触面19が形成されている。さらに、第1の接触面18および第2の接触面19は、共に、胴部15および首部16および頭部17に亘って形成されているとともに、第2の接触面19は略平坦に構成されている。
前記頭部17であって第1の接触面18には、エレメント14の厚さ方向、つまり、図5で左右方向の突出量を有するディンプル(突出部)20が形成されている。図4に示すように、エレメント14を正面から見た場合におけるディンプル20の形状は略円形となっている。これに対して、頭部17であって第2の接触面19には、エレメント14の厚さ方向、つまり、図4の左右方向の深さを有するホール(窪み)21が形成されている。エレメント14を背面から見た場合におけるホール21の形状は略円形となっている。そして、ホール21の容積は、ディンプル30の体積よりも大きく構成されている。この実施例では、ホール21の内径がディンプル20の外径よりも大きく設定されている。
また、ベルト12の幅方向において、頭部17の幅は胴部15の幅よりも狭く、かつ、首部16の幅よりも広く設定されている。このような胴部15の幅、および首部16の幅、および頭部17の幅の対応関係により、ベルト12の幅方向において、首部16の両側、言い換えれば、エレメント14の高さ方向において、胴部15と頭部17との間に、2つのキャリア収容部22が形成されている。この2つのキャリア収容部22に前記キャリア13がそれぞれ配置されている。また、首部16であって、第1の接触面18に臨む領域には窪み27が形成されている。エレメント14の側面から見た場合における窪み27の形状は略四角形に構成されている。さらに窪み27は、エレメント14の幅方向で首部16の全域に亘って、略直線状の溝として構成されている。
一方、前記胴部15には、第1の接触面18に連続する傾斜面23が形成されている。また、胴部15であって、傾斜面23の下方には段部80を隔てて平坦面81が形成されている。図5に示すように、エレメント14の厚さは、エレメント14の下方であるほど、つまり、傾斜面23が段部80に近づくことに伴い、厚さが減少するように、傾斜面23の向きが設定されている。そして、第1の接触面18と傾斜面23との境界部分に、エレメント14の幅方向に沿って略直線状に延ばされたロッキングエッジ24が形成されている。なお、エレメント24であって、段部80よりも下方の部分の厚さt3は、段部80よりも上方の部分の厚さt1および厚さt2のいずれよりも薄く設定されている。厚さt1,t2の意味については後述する。そして、エレメント14における幅方向の両端には、接触面26が形成されている。接触面26は、図4でエレメント14の下側に向かうことにともない、エレメント14の幅が狭められる方向に傾斜している。
上記のように構成された多数のエレメント14をキャリア13の円周方向に積層して、隣り合うエレメント14同士の間で、ディンプル20をホール21内に進入させ、ベルト12が構成される。このベルト12がプライマリプーリ2およびセカンダリプーリ3に巻き掛けられた場合は、エレメント14の接触面26が、プライマリプーリ2の接触面5A,6Aに接触するとともに、セカンダリプーリ3の接触面9A,10Aに接触する。
上記のように、ベルト12がプーリ2,3に巻き掛けられた状態において、駆動力源のトルクが回転軸4に伝達されるとともに、プライマリプーリ2のベルト取付溝7の幅を制御することにより、プライマリプーリ2に対するベルト12の巻き掛け半径と、セカンダリプーリ3に対するベルト12の巻き掛け半径との比が変化し、プライマリプーリ2の回転速度とセカンダリプーリ3の回転速度との比、すなわち変速比が制御される。さらに、セカンダリプーリ3のベルト取付溝11の幅を制御することにより、ベルト12に対するプライマリプーリ2およびセカンダリプーリ3の挟圧力が調整され、ベルト12の伝達トルクが制御される。
このベルト12に加えられる挟圧力、より具体的には各エレメント14に加えられる挟圧力に応じて、各プーリの接触面5A,6A,9A,10Aと、エレメント14の接触面26との間で生じる摩擦力が変化する。そして、プライマリプーリ2のトルクおよび前記摩擦力に応じて、ベルト12の円周方向に各エレメント14同士を圧縮する荷重が発生するとともに、その圧縮荷重が各エレメント14を経由してセカンダリプーリ3に伝達されて、セカンダリプーリ3が回転する。このようにして、プライマリプーリ2のトルクがベルト12を経由してセカンダリプーリ3に伝達され、セカンダリプーリ3のトルクが車輪に伝達されて、駆動力が発生する。
ところで、ベルト12による動力伝達時において、図3に示すように、ベルト12が各プーリに巻き掛かっていない非巻き掛け領域C1においては、隣り合うエレメント14同士で、第1の接触面18と第2の接触面21とが接触(密着)した状態で、各エレメント14が積層方向に略直線状に移動(平行移動)する。これに対して、図3に示すように、ベルト12がプライマリプーリ2に巻き掛かっている巻き掛け領域C2では、図5に示すように、各エレメント14は略円弧状の軌跡で移動する。また、図3に示すように、ベルト12がセカンダリプーリ3に巻き掛かっている巻き掛け領域C3でも、各エレメント14は略円弧状の軌跡で移動する。
この場合、移動方向の前方に位置するエレメント14の第2の接触面19と、移動方向の後方に位置するエレメント14のロッキングエッジ24とが接触した状態となる。また、エレメント14の厚さ方向における中心線同士が交差する。さらに、エレメント14には段部80が設けられており、段部80よりも上方部分の厚さt1,t2よりも、段部80の下方部分の厚さt3の方が薄く設定されているとともに、傾斜面23が設けられているため、エレメント14同士が、ロッキングエッジ24および第2の接触面19以外の箇所でエレメント14同士が接触することを防止することができる。なお、隣り合うエレメント14のディンプル20がホール21内に位置するため、第1の接触面18および第2の接触面19と平行な方向にエレメント14同士が相対移動することを、常時規制できる。
つぎに、上記のようなベルト12に用いられるエレメント14の製造方法を、図1(A),(B)および図6および図7に基づいて説明する。図6は、エレメント14を製造する場合に用いる金属製の板状材料50の平面図、図7は、板状材料50の端面図である。まず、金属材料より構成される帯状素材(図示せず)を長手方向に搬送するとともに、その帯状部材を成形ローラ(図示せず)の間を通過させることにより、厚さ方向にプレス加工して、図6および図7に示すように、薄肉部51および厚肉部52を有する板状材料50を得る。この薄肉部51および厚肉部52の境界部分には、板状材料50の長手方向に沿って段部50Aが形成されている。この薄肉部51および厚肉部52を成形する工程と並行して、帯状素材の長手方向に沿って凹部27Aが形成される。図6および図7の例では、凹部27Aが直線状の溝により構成されている。このように、帯状部材をプレス加工して、薄肉部51および厚肉部52および段部50Aおよび凹部27Aを有する板状材料50を得る工程が、第1の工程である。このように成形された板状材料50は、後述する第2工程に移行する前に、一旦、ロール状に巻かれる。
また、図6においては、板状材料50における切断予想線が二点鎖線で示されており、二点鎖線で取り囲まれた領域14Aを、後述の工程によって打ち抜くことにより、エレメント14が製造される。この図6においては、打ち抜き後のエレメント14に対応して、頭部17となる領域17A、および首部16となる領域16A、および胴部15となる領域15Aが、便宜上、示されている。この板状材料50の幅方向において、領域17Aと領域15Aとの間に、領域16Aが配置されており、この領域16Aのみに凹部27Aが形成されている。つまり、領域15Aおよび領域17Aには、凹部27Aが形成されない。なお、この図6に示された板状材料50は、その幅方向に沿って2列の領域14Aが設けられている場合を示している。
上記の板状材料50をプレス加工してエレメント14を製造する加工装置(成型機またはプレス機または金型)53の構成を、図1に基づいて説明する。なお、図1においては、便宜上、板状材料50の幅方向で1列のエレメント14を打ち抜く場合が示されている。この加工装置53は、板押え54とダイス55とを有している。この板押え54とダイス55とが、図1で上下方向に相対移動可能に配置されている。また、板押え54には、第1の押え面56および第2の押え面57が形成されている。第1の押え面56および第2の押え面57は共に平坦に構成されており、図1の上下方向において、第1の押え面56の方が第2の押え面57よりも上方に位置している。
一方、板押え55の下方にダイス55が設けられており、ダイス55には平坦な支持面58が形成されている。また、板押え54には空間B1が形成されており、空間B1にはイジェクタ(パンチ)59が配置されている。このイジェクタ59は、図1において上下方向に移動可能である。このイジェクタ59の平面形状は、打ち抜くべきエレメント14の平面形状と同じ、言い換えれば、領域14Aと同じ形状に構成されている。そして、イジェクタ59であって図1における下面側には、成形面60が形成されている。この成形面60は、エレメント14の第1の接触面18に対応する平面形状を備えた第1の成形面61と、第1の成形面61の領域内に配置された凹部62と、エレメント14の傾斜面23に対応する傾斜面63と、第1の成形面61よりも下方に位置する第2の成形面70とを有している。
一方、ダイス55には空間C1が形成されており、空間C1には上下方向に移動可能な逆押え65が設けられている。逆押え65の平面形状は、エレメント14の平面形状と同じに構成されている。また、逆押え65の上面には、成形面66が形成されており、成形面66は、平坦面67と、平坦面67から上向きに突出された突出部68とを有している。突出部68は凹部62と対向する位置に配置されている。そして、突出部68の体積は凹部62の容積よりも大きく構成されている。ここで、突出部68の体積とは、平坦面67を基準とする体積であり、凹部62の容積とは、第1の成形面61を基準とする容積である。なお、板押え54およびダイス55およびイジェクタ59および逆押え65を、それぞれ図1で上下方向に相対移動させるアクチュエータ、例えば油圧制御機構(図示せず)が設けられている。
つぎに、板状材料50をプレス加工してエレメント14を製造する第2の工程を説明する。まず、第1の工程で板状材料50を成形した後、板状材料50はロール状に巻かれているため、ロールから板状材料50を長手方向に繰り出す。そして、板状材料50を板押え54とダイス55との間に配置し、板状材料50の一方の面をダイス55の支持面58に接触させ、板押え54の第1の押え面56とダイス55とにより厚肉部52を挟み、第2の押え面57とダイス55とにより薄肉部51を挟む。このように、板状材料50を板押え54およびダイス55の間に配置した場合に、図1の左右方向で、イジェクタ59の凹部62と傾斜面63との間に凹部27Aが位置している。
その後、逆押え65に、図1(B)で上向きの荷重を加えるとともに、イジェクタ59に、図1(B)で下向きの荷重を加える。ここで、イジェクタ59に加えられる荷重の方が、逆押え65に加えられる荷重よりも高く設定される。すると、板状材料50であって、突出部68に相当する部位が、イジェクタ59の凹部62に向けて膨出して、ディンプル20およびホール21が成形されるとともに、イジェクタ59の傾斜面63と、逆押え65の平坦面67とにより、板状材料50の厚肉部52が挟み付けられて、板状材料50に傾斜面23およびロッキングエッジ24が成形される。
以上のように、この実施例においては、第1の工程では、凹部27Aを有する板状材料50を成形する。また、第2の工程では、凹部27Aが形成された板状材料50を加工装置53でプレス加工およびせん断加工して、エレメント14を製造している。また、この実施例においては、ホール21を形成する突出部68の体積の方が、ディンプル20を形成する凹部62の容積よりも大きく構成されている。このため、板状材料50をプレス加工してホール21およびディンプル20を成形する場合に、突出部68の体積と凹部62の容積との差に対応する分の材料が、突出部68および凹部62の周囲へ向けて流動する。このように流動する材料のうち、図1(B)で右側、つまり、傾斜面63側に向けて流動する材料の流動経路に、前工程で形成した凹部27Aが配置されているため、凹部27Aの容積を狭めるように材料が流動する。
すると、ディンプル20およびホール21を成形するために板状材料50に加えられた加圧力で流動する材料の流動が、図6に示す首部16に相当する領域16Aの途中、より具体的には、凹部27Aで堰き止められる。したがって、ディンプル20およびホール21を成形するために板状材料50に加えられた加圧力で流動する材料が、胴部15を形成する領域15Aに進入することを抑制できる。このような成形加工と並行して、イジェクタ59および逆押え65が、板押え54およびダイス55に対して、図1(B)で示すように下降することにより、板状材料50における切断予想線にせん断荷重が加えられて、板状材料50からエレメント14が打ち抜かれる。
以上のように、この実施例においては、まず、凹部27Aを有する板状材料50を製造し、その後、板状材料50をプレス加工して、ディンプル20およびホール21およびロッキングエッジ24などを有するエレメント14を製造する工程を採用している。このため、エレメント14の首部16および胴部15であって、図4で窪み27よりも下方の領域に相当する第1の接触面18が、材料の流動により膨出することがない。言い換えれば、第1の接触面18であって、窪み27とロッキングエッジ24との間の平面度を確保できる。したがって、首部16および胴部15であって、図5で窪み27よりも下方の領域における厚さt1が増加することを抑制できる。より具体的には、首部16および頭部17であって、窪み27よりも図5で上方の領域における厚さt2よりも、厚さt1を小さくすることが可能である。
このように、厚さt2よりも厚さt1の方が小さく設定されたエレメント14を厚さ方向に積層してベルト12を構成し、このベルト12をプライマリプーリ2およびセカンダリプーリ3に巻き掛けた場合、ベルト12の内外周方向で、エレメント14であって厚さt2を有する領域が、エレメント14であって厚さt1を有する領域の外側に位置することとなる。このため、プライマリプーリ2とセカンダリプーリ3との間で動力伝達をおこなう場合、プライマリプーリ2およびセカンダリプーリ3の間に相当する非巻き掛け領域C1においては、エレメント14同士の間に圧縮力が加えられて、エレメント14の厚さ方向の中心線(図示せず)同士が交差する姿勢となる。より具体的には、ベルト12が外側に僅かに湾曲する方向にエレメント14同士の姿勢が保たれる。したがって、ベルト12であって、プライマリプーリ2およびセカンダリプーリ3の間に相当する非巻き掛け領域C1においては、外側からベルト12に加わる外力に対する形態保持力が高まり、ベルト12としての形状安定性が向上する。したがって、外乱によって、ベルト12で弦振動が生じることを抑制できる。
一方、巻き掛け領域C2,C3においては、ベルト12が円弧状の軌跡で回転(移動)する。また、プライマリプーリ2からセカンダリプーリ3に動力を伝達する場合は、プライマリプーリ2の接触面5A,6Aと、エレメント14の接触面26との接触部分に生じる摩擦力、およびプライマリプーリ2のトルクに応じて、各エレメント12に圧縮力が加えられる。一方、セカンダリプーリ3においては、セカンダリプーリ3の接触面9A,10Aと、エレメント14の接触面26との接触部分に生じる摩擦力、およびエレメント12同士の圧縮力に応じて、セカンダリプーリ3でトルクが生じる。
ところで、前述のように、エレメント14の成形工程において、ディンプル20およびホール21を形成する場合の加圧力で、材料が図5で窪み27よりも下方に流動することが抑制されているため、首部16であって窪み27よりも下方の領域の肉厚化が回避されている。このため、ベルト12の巻き掛け領域C2,C3で、ベルト12のエレメント14が円弧状の軌跡で回転(移動)する場合に、エレメント14の幅方向の全域でロッキングエッジ24が、他のエレメント14に線接触する。このため、プライマリプーリ2側においては、エレメント14同士の間で、上記の圧縮力に応じた反力が、エレメント14における幅方向の全域に亘って均一に発生する。つまり、エレメント14が、エレメント14の移動方向で後方に向けて湾曲するように変形することが抑制される。
特に、加速要求が増して、駆動力源からプライマリプーリ2に伝達されるトルクが高くなるとともに、ベルト式無段変速機1の変速比が大きくなって、プライマリプーリ2におけるベルト12の巻き掛かり径が小さくなり、プライマリプーリ2に接触するエレメント14の数が少なくなった場合は、個々のエレメント14で受ける圧縮力(荷重)が大きくなるが、このような場合でも、エレメント14の弾性変形を抑制できる。これに対して、セカンダリプーリ3側においては、上記の圧縮力が、エレメント14における幅方向の全域に亘って均一に発生する。つまり、エレメント14が、エレメント14の移動方向で前方に向けて湾曲するように弾性変形することが抑制される。言い換えれば、前述した成形方法で製造したエレメント14を用いたベルト12では、エレメント14の幅方向の略中央で、エレメント14同士が部分的に接触することを回避できる。このように、エレメント14の幅方向の一部分、具体的には、首部16と胴部15との境界部分、より詳しくは、首部16と胴部15との接続部分に形成された湾曲部分14Bに応力が集中することを回避できる。したがって、エレメント14およびベルト12の耐久性が低下することを抑制できる。
また、凹部27Aは、打ち抜き後のエレメント14に窪み27として残存するため、ベルト式無段変速機1の周辺に潤滑油を供給した場合に、その潤滑油を窪み27で保持することができ、潤滑性能の低下を抑制できる。なお、窪み27は、凹部27Aよりも若干浅くなると考えられる。また、この実施例では、図6に示す板状材料50を成形する第1の工程で、段部50Aおよび凹部27Aが並行して成形、つまり同時に成形されるため、工程数が増加することを抑制できるとともに、エレメント14の製造コストの上昇を抑制できる。なお、この実施例において、板状材料50に形成する凹部27Aの形状、つまり、板状材料50の端面形状は、図7に示すような正方形または長方形の他、図8に示す円弧形状(三日月形状)の凹部27B、図9に示す逆三角形状(正三角形状)の凹部27C、図10に示すくさび形状(直角三角形状)の凹部27Dなどでもよい。これらの凹部27B,27C,27Dも、首部16に対応する領域のみに形成され、胴部15Aおよび頭部17Aに対応する領域には形成されない。
つまり、ディンプル20およびホール21を成形する場合の加圧力で板状材料50が流動する時に、材料の一部が逃げ込む逃げ溝として機能すればよく、形状は問われない。また、凹部の深さや幅、つまり、容積は、ディンプル20の体積と、ホール21の容積との差、あるいは板状材料50の厚肉部52の厚さなどの条件に基づいて決定される。例えば、各凹部の深さは、板状材料50の厚肉部52の厚さの50%未満、望ましくは、板状材料50の厚肉部52の厚さの5%ないし20%、より具体的には、板状材料50の厚肉部52の厚さの10%程度に設定することが可能である。
つぎに、図2のベルト12に用いられるエレメントの他の構成例を、図11および図12に基づいて説明する。図11は、エレメント100の正面図、図12はエレメント100の側面図である。この実施例2で説明するエレメント100は、首部が複数、具体的には2個ある。エレメント100は、前述と同様の金属材料により構成されており、エレメント100は、頭部101および首部102および胴部103を有している。頭部101と胴部103が首部102より接続されている。エレメント100における幅方向の両端に首部102がそれぞれ設けられており、各首部102に頭部103がそれぞれ別個に接続されている。さらに、首部102同士の間にキャリア収容部104が設けられている。このキャリア収容部104に、無端状のキャリア105が配置される。このキャリア105の円周方向に多数のエレメント100が積層して取り付けられている。
また、エレメント100の厚さ方向における表裏を構成する第1の接触面106および第2の接触面107が形成されており、第1の接触面106は、頭部101および首部102に亘って形成されている。また、第2の接触面107は、頭部101および首部102および胴部103に亘って形成されている。さらに、頭部101であって、第1の接触面106に相当する箇所には、エレメント100の厚さ方向の突出量を有するディンプル108が形成されている。また、頭部101であって、第2の接触面107には、エレメント100の厚さ方向の深さを有するホール109が形成されている。ここで、ディンプル108の体積は、ホール109の容積よりも小さく構成されている。さらに、胴部103であって、第1の接触面106の下側には傾斜面110が接続されている。第1の接触面106と傾斜面110との境界部分に、エレメント100の幅方向に延ばされた略直線状のロッキングエッジ111が形成されている。第1の接触面106であって、ロッキングエッジ111よりも上方、つまり、首部102に相当する位置には、窪み117が形成されている。この窪み117は、エレメント100の幅方向で、首部102の全域に亘って形成された直線状の溝により構成されている。
また、エレメント100の下側であるほど厚さが減少する方向に、傾斜面110の向きが設定されている。さらに、エレメント100であって、傾斜面110の下側には平坦面113が連続されている。傾斜面110と平坦面113とが段部115により連続されている。そして、エレメント100であって、平坦面113に相当する箇所の厚さt4は、ロッキングエッジ111よりも上方に相当する箇所の厚さt5,t6よりも薄く構成されている。厚さt5は、エレメント100の上下方向で、ロッキングエッジ111と窪み117との間におけるエレメント100の厚さである。また、厚さt6は、エレメント100の上下方向で、窪み117よりも上方におけるエレメント100の厚さである。
このように構成されたエレメント100をキャリア105の円周方向に積層すると、隣り合うエレメント100同士で、第1の接触面106と第2の接触面107とが接触する。また、エレメント100を有するベルト12が、図2および図3に示すように、プライマリプーリ2およびセカンダリプーリ3に巻き掛けられると、エレメント100の接触面114が、各プーリ2,3の接触面5A,6Aおよび接触面9A,10Aに接触する。
そして、図3に示す巻き掛け領域C2においては、プライマリプーリ2のトルク、および接触面5A,6A,9A,10Aと、エレメント100の接触面114との間で生じる摩擦力に応じて、ベルト12の円周方向に各エレメント100同士を圧縮する荷重が発生する。エレメント100で生じた圧縮荷重は、非巻き掛け領域C1におけるエレメント100を経由して、セカンダリプーリ3に伝達されて、セカンダリプーリ3が回転する。
ところで、ベルト12における巻き掛け領域C2,C3では、各エレメント100は略円弧状の軌跡で移動する。前述のように、エレメント14の厚さt4が、厚さt5,t6よりも薄く設定されているとともに、傾斜面110が形成されている。このため、前述と同様の原理でロッキングエッジ111を支点としてエレメント100同士が相対回転する動作中、または、エレメント100同士が相対回転した位置で停止する場合に、ロッキングエッジ111および第2の接触面107以外の箇所でエレメント100同士が接触することを防止することができる。また、隣り合うエレメント100のディンプル108がホール109内に位置するため、第1の接触面106および第2の接触面107と平行な方向に、エレメント100が相対移動することを、常時規制できる。
この図11および図12に示されたエレメント100を製造する工程を、図13および図14に基づいて説明する。図13および図14には、凹部117Aおよび段部115Aおよび厚肉部120および薄肉部121を有する板状材料200が示されている。この板状材料200は、前述と同様にして第1の工程において成形されたものである。この板状材料200において、凹部117Aおよび段部115Aおよび厚肉部120および薄肉部121などの構成および技術的意味は、板状材料50における、凹部27Aおよび段部50Aおよび厚肉部52および薄肉部51などの構成および技術的意味と同じである。また、図13の例では、凹部117Aは首部102に対応する領域102Aのみに形成されており、胴部103および頭部101に対応する領域には形成されていない。
ついで、第2工程では、その板状材料200をプレス加工して、ディンプル108およびホール109を加工するとともに、エレメント100を板状材料200から打ち抜く。図13には、エレメント100として打ち抜かれる領域100Aが二点鎖線(仮想線)で示されており、領域100Aは、頭部101に対応する領域101Aと、首部102に対応する領域102Aと、胴部103に対応する領域103とを有している。各領域100A,102A,103Aは、板状材料200の幅方向に位置する。図13においては、板状材料200の幅方向に2列の領域100Aが示され、板状材料200の長手方向に多数の領域100Aが示されている。そして、板状材料200の厚肉部120には、板状材料200の長手方向に沿って、2本の窪み117Aが形成されている。各窪み117Aは、領域102Aを横切るように配置されている。図13,図14の例では、窪み117Aが直線状の溝により構成されている。この図14においては、窪み117Aの端面形状が略四角形となっているが、図8ないし図10に示すような形状の窪み117Aを構成してもよい。
この第2工程においても、図1を参照して説明したような加工装置(金型)を用いて、板状材料200をプレス加工する。なお、金型における成形面以外の形状は、図1の場合とほぼ同じであるため、図1を省略する。この実施例2においては、第2工程で板状材料200をプレス加工して、ディンプル108およびホール109が成形される。より具体的には、板状材料200に厚さ方向の荷重が加えられて、ディンプル108の体積と、ホール109の容積との差に相当する材料が、ディンプル108およびホール109の外側に向けて流動する。ここで、首部102側に向けて流動した材料は、窪み117Aの容積を狭めるように流動するため、材料がロッキングエッジ111側に向けて流動することを抑制できる。したがって、エレメント100であって、窪み117よりも下方部分の厚さt5の増加を抑制できる。言い換えれば、窪み117よりも上方部分の厚さt6を、厚さt5よりも厚く構成することができる。このようなエレメント100を厚さ方向に積層してベルト12を構成し、そのベルト12をプライマリプーリ2およびセカンダリプーリ3に巻き掛けた場合、前述と同様の原理により、非巻き掛け領域C1では、ベルト12が外側に向けて僅かに湾曲する。したがって、ベルト12の形態保持力が増加し、ベルト12の弦振動を抑制できる。また、窪み117に潤滑油を保持することができる。
ここで、実施例で説明した構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、プライマリプーリ2およびセカンダリプーリ3が、この発明の「複数のプーリ」に相当し、ホール21,101が、この発明における係合凹部に相当し、ディンプル20,106が、この発明における係合凸部に相当し、エレメント14,100が、この発明のエレメントに相当し、領域14A,100Aが、この発明における「係合凹部および係合凸部を含む領域」に相当し、領域16A,102Aが、この発明における「エレメントとして打ち抜かれることが予定される領域内であって、打ち抜き後のエレメントにおける頭部と胴部との間に相当する部位」に相当し、凹部27A,27B,27C,27D,117Aが、この発明の凹部に相当し、窪み27,117が、この発明の「打ち抜き後のエレメントに残存される窪み」に相当し、首部16が、この発明における「ベルトの幅方向における略中央に相当する箇所」に相当し、第1の接触面18が、この発明における「エレメントの厚さ方向における一方の表面」に相当する。
また、実施例1および実施例2においては、第1の工程で、帯状部材を略水平に保持し、かつ、上下方向に加圧して板状材料を成形するとともに、第2の工程において、板状材料をほぼ水平に保持し、かつ、上下方向に加圧してプレス加工する成形方法、または、第1の工程で、帯状部材を略垂直に保持し、かつ、水平方向に加圧して板状材料を成形するとともに、第2の工程において、板状材料を略垂直に保持し、かつ、水平方向に加圧してプレス加工する成形方法のいずれを採用してもよい。
2…プライマリプーリ、 3…セカンダリプーリ、 12…ベルト、 13…キャリア、 14,100…エレメント、 14A,100A…領域、 15,103…胴部、 17,101…頭部、 16,102…首部、 18,106…第1の接触面、 20,108…ディンプル、 21,109…ホール、 24,111…ロッキングエッジ、 27,117…窪み、 27A,27B,27C,27D,117A…凹部、 50,200…板状材料。
Claims (10)
- 複数のプーリに巻き掛けられる無端状のベルトを構成するために、厚さ方向に多数積層されるエレメントであって、前記プーリ同士の間で動力を伝達する場合に前記厚さ方向に圧縮力が加えられる胴部と、この胴部よりも前記ベルトの内外周方向で外側に設けられた頭部と、この頭部と前記胴部とを接続する首部と、前記頭部に設けられ、かつ、前記厚さ方向に窪んだ係合凹部および厚さ方向に突出した係合凸部とを有するエレメントを、金属製の板状材料をプレス加工して製造する場合に、前記板状材料をプレス加工して係合凹部および係合凸部を形成し、かつ、その板状材料における係合凹部および係合凸部を含む領域を打ち抜いて前記エレメントを製造する工程を備えたベルト用エレメントの成形方法において、
前記板状材料のうち前記エレメントとして打ち抜かれることが予定される領域内であって、打ち抜き後のエレメントにおける前記頭部と前記胴部との間に相当する部位に、その板状材料の厚さ方向の深さを有する凹部を形成する第1の工程と、
この第1の工程で前記凹部が形成された板状材料をプレス加工して、前記係合凹部および係合凸部を形成する第2の工程と
を備えていることを特徴とするベルト用エレメントの成形方法。 - 前記凹部は、打ち抜き後のエレメントに窪みとして残存することを特徴とする請求項1に記載のベルト用エレメントの成形方法。
- 前記エレメントであって、前記ベルトの幅方向における略中央に相当する箇所で、前記頭部と前記胴部とが接続されており、
前記胴部であって、前記エレメントの厚さ方向における一方の表面に、隣り合うエレメント同士が接触して相対回転する場合の支点となるロッキングエッジが形成されており、このロッキングエッジは、前記ベルトの幅方向に略直線状に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のベルト用エレメントの成形方法。 - 前記ベルトの幅方向で略中央に相当する箇所で、前記頭部と前記胴部とが前記首部により接続される構成を前記エレメントが有しており、前記第1の工程では、前記板状材料における前記首部に相当する部位に、前記凹部が形成されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のベルト用エレメントの成形方法。
- 前記第1の工程では、前記頭部と前記胴部との間に相当する部位のみに、その板状材料の厚さ方向の深さを有する凹部を形成することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のベルト用エレメントの成形方法。
- 複数のプーリに巻き掛けられる無端状のベルトを構成するために、厚さ方向に多数積層されるエレメントであって、前記プーリ同士の間で動力を伝達する場合に前記厚さ方向に圧縮力が加えられる胴部と、この胴部よりも前記ベルトの内外周方向で外側に設けられた頭部と、この頭部と前記胴部とを接続する首部と、前記頭部に設けられ、かつ、前記厚さ方向に窪んだ係合凹部および厚さ方向に突出した係合凸部とを有するベルト用エレメントにおいて、
金属製の板状材料のうち前記頭部と前記胴部との間に相当する部位に、その板状材料の厚さ方向の深さを有する凹部を形成した後、前記板状材料をプレス加工して形成された前記係合凹部および係合凸部を有することを特徴とするベルト用エレメント。 - 前記凹部は、前記係合凹部および係合凸部の成形後のエレメントに窪みとして残存することを特徴とする請求項6に記載のベルト用エレメント。
- 前記金属製の板状材料のうち前記頭部と前記胴部との間に相当する部位のみに、その板状材料の厚さ方向の深さを有する凹部が形成されることを特徴とする請求項6または7に記載のベルト用エレメント。
- 前記エレメントであって、前記ベルトの幅方向における略中央に相当する箇所で、前記頭部と前記胴部とが接続されており、
前記胴部であって、前記エレメントの厚さ方向における一方の表面に、隣り合うエレメント同士が接触して相対回転する場合の支点となるロッキングエッジが形成されており、このロッキングエッジは、前記ベルトの幅方向に略直線状に設けられていることを特徴とする請求項6ないし8のいずれかに記載のベルト用エレメント。 - 請求項6ないし9のいずれかに記載されたベルト用エレメントを厚さ方向に複数積層し、積層された複数のベルト用エレメント同士をフープで接続して環状に構成されたことを特徴とするベルト。
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