JP2011137492A - ベルト式無段変速機用プーリーの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】油保持性の向上を図ることができ、耐摩耗性が向上したベルト式ＣＶＴプーリーを再現性よく製造することができ、しかも、工程の簡略化、コストの低廉化を図ることができるベルト式無段変速機用プーリーの製造方法を提供する。
【解決手段】接触面の形状を形成する研削工程と、形成された前記接触面の表面粗さを粗くすることにより、接触面に溝部を形成する溝部形成工程と、前記溝部が形成された前記接触面の表面をラップフィルムにて研磨して潤滑油を保持させるための油溝を残す接触面研磨工程とを有し、前記接触面の表面粗さは、最大高さ粗さＲｚが４μｍ以下、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが３０〜６０μｍ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが−２．７〜−０．６（無単位）、突出山部高さＲｐｋが０．０９μｍ以下、突出谷部深さＲｖｋが０．４〜１．３μｍである。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば自動車等の変速機として使用されるベルト式無段変速機に用いられるプーリー（ベルト式無段変速機用プーリー）の製造方法に関する。

ベルト式無段階変速機（以下、ベルト式ＣＶＴと記す）用のプーリーにおいて、ベルトと摺動する摺動面の表面性状を規定した先行技術として、例えば特許文献１が知られている。

この特許文献１では、プーリーを構成する素材の鋼として、ＪＩＳＧ４０５３に規定されているクロム鋼、または、クロムモリブデン鋼を用い、摺動面を、その表面に内部よりも高硬度の硬化層を有すると共に、表面粗さＲｚが１．４〜６．３μｍであり、且つ、ＪＩＳＢ０６７１に規定されている突出山部高さＲｐｋとの突出谷部深さＲｖｋの比であるＲｐｋ／Ｒｖｋが０．７５未満を満たす表面性状を有することが記載されている。

この表面性状によれば、耐摩耗性に優れたＣＶＴ用プーリーを得ることができるとしている。

特開２００７−２６２４７０号公報

ところで、摺動面の耐摩耗性を向上させるには、摺動面での油保持性（潤滑油の保持能力）を向上させることが重要となってくる。このことは、特許文献１にも記載されており、特許文献１では、摺動面の表面性状を、表面粗さＲｚ、突出山部高さＰｐｋ、突出谷部深さＰｖｋに基づいて規定しており、特に、突出谷部深さＰｖｋが突出山部高さＰｐｋよりも大きいことが好ましいことが記載されている。

しかし、突出谷深さが突出山高さよりも大きくても、突出谷の形状が先鋭的な形状であると潤滑油が入り難くなり、反対に、突出谷の幅が突出山の幅よりも大きすぎると、突出谷に入り込んだ潤滑油が漏れ易くなり、潤滑油を保持することが困難になるおそれがあり、好ましい油保持性を有するプーリーをいつも製造できるとは限らない。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、油保持性の向上を図ることができ、耐摩耗性が向上したベルト式ＣＶＴプーリーを再現性よく製造することができ、しかも、工程の簡略化、コストの低廉化を図ることができるベルト式無段変速機用プーリーの製造方法を提供することを目的とする。

［１］ 第１の本発明に係るベルト式無段変速機用プーリーの製造方法は、ベルト式無段変速機用プーリーにおけるエレメントとの接触面を機械加工にて形成するベルト式無段変速機用プーリーの製造方法において、前記接触面の形状を形成する研削工程と、形成された前記接触面の表面粗さを粗くすることにより、接触面に溝部を形成する溝部形成工程と、前記溝部が形成された前記接触面の表面をラップフィルムにて研磨して潤滑油を保持させるための油溝を残す接触面研磨工程とを有し、前記接触面の表面粗さは、最大高さ粗さＲｚが４μｍ以下、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが３０〜６０μｍ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが−２．７〜−０．６（無単位）、突出山部高さＲｐｋが０．０９μｍ以下、突出谷部深さＲｖｋが０．４〜１．３μｍであることを特徴とする。

これにより、油保持性を向上させることが可能となり、耐摩耗性が向上したベルト式ＣＶＴプーリー１０を再現性よく製造することができる。

［２］ 第２の本発明に係るベルト式無段変速機用プーリーの製造方法は、ベルト式無段変速機用プーリーにおけるエレメントとの接触面を機械加工にて形成するベルト式無段変速機用プーリーの製造方法において、前記接触面の形状を形成する研削と、前記接触面の表面粗さを粗くする処理を同時に行って、接触面に溝部を形成する溝部形成工程と、前記溝部が形成された前記接触面の表面をラップフィルムにて研磨して潤滑油を保持させるための油溝を残す接触面研磨工程とを有し、前記接触面の表面粗さは、最大高さ粗さＲｚが４μｍ以下、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが３０〜６０μｍ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが−２．７〜−０．６（無単位）、突出山部高さＲｐｋが０．０９μｍ以下、突出谷部深さＲｖｋが０．４〜１．３μｍであることを特徴とする。

これにより、油保持性を向上させることが可能となり、耐摩耗性が向上したベルト式ＣＶＴプーリーを再現性よく製造することができる。また、工程の簡略化、コストの低廉化を図ることができる。

以上説明したように、本発明に係るベルト式無段変速機用プーリーの製造方法によれば、油保持性の向上を図ることができ、耐摩耗性が向上したベルト式ＣＶＴプーリーを再現性よく製造することができ、しかも、工程の簡略化、コストの低廉化を図ることができる。

本実施の形態に係るベルト式ＣＶＴ用プーリーの製造方法にて製造されるベルト式ＣＶＴ用プーリーを金属ベルトと共に示す一部省略断面図である。 金属ベルトを一部省略して示す斜視図である。 ベルト式ＣＶＴ用プーリーの製造方法（第１方法）を示す工程ブロック図である。 粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを説明するための図である。 図５Ａ及び図５Ｂは粗さ曲線のスキューネスＲｓｋを説明するための図である。 突出山部高さＲｐｋ及び突出谷部深さＲｖｋを説明するための図である。 ベルト式ＣＶＴ用プーリーの製造方法（第２方法）を示す工程ブロック図である。

以下、本発明に係るベルト式ＣＶＴ用プーリーの製造方法の実施の形態例を図１〜図７を参照しながら説明する。なお、本明細書において「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。

先ず、本実施の形態に係るベルト式ＣＶＴ用プーリーの製造方法（以下、製造方法と記す）にて製造されるベルト式ＣＶＴ用プーリー（以下、単にプーリー１０と記す）は、図１に示すように、金属ベルト１２が巻き掛けられた状態で使用される。金属ベルト１２は、図２に示すように、左右一対の金属リング集合体１４に多数の金属エレメント１６を支持したもので、各々の金属リング集合体１４は複数枚の金属リング１８を積層して構成される。各金属エレメント１６の左右方向両端部には、プーリー１０（図１参照）の内壁面（接触面１０ａ）に当接可能な一対のプーリー当接面１６ａが形成される。

そして、本実施の形態に係る製造方法の第１方法は、図３に示すように、プーリー１０の接触面１０ａの形状を形成する研削工程（ステップＳ１）と、形成された接触面１０ａの表面粗さを粗くすることにより、接触面１０ａに溝部を形成する溝部形成工程（ステップＳ２）と、溝部が形成された接触面１０ａの表面をラップフィルムにて研磨して潤滑油を保持させるための油溝を残す接触面研磨工程（ステップＳ３）とを有する。

ステップＳ３での処理を終えた接触面１０ａの表面粗さは、最大高さ粗さＲｚが４μｍ以下、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが３０〜６０μｍ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが−２．７〜−０．６（無単位）、突出山部高さＲｐｋが０．０９μｍ以下、突出谷部深さＲｖｋ（μｍ）が０．４〜１．３μｍである。

ここで、表面粗さの上述のパラメータについて図４〜図６も参照しながら説明する。

先ず、接触面１０ａ上を触針を移動させ、触針先端部の中心の軌跡を測定して測定曲線を取得する。測定曲線をＡ／Ｄ変換して、測定断面曲線（測定曲線を量子化したデータ）とする。この選定断面曲線に、カットオフ値λｓの低域フィルタをかけて触針歪やノイズが除去された断面曲線を得る。さらに、この断面曲線にカットオフ値λｃの高域フィルタをかけて粗さ曲線を得る。

そして、最大高さ粗さＲｚは、粗さ曲線の最大高さであって、ＪＩＳ Ｂ ０６３３ ２００１（ＩＳＯ ４２８８：１９９６）に基づいて設定した基準長さＬｒにおける粗さ曲線の最大山部高さ（絶対値）と最大谷部深さ（絶対値）の和である。

粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、図４に示すように、基準長さＬｒに含まれる粗さ曲線要素（山部と谷部の組み合わせ）の長さの平均であり、以下の演算式（１）にて求められる。

この平均長さＲＳｍは、６０μｍを超えると、粗さ曲線要素のピッチが大き過ぎるため、潤滑油が漏れ易くなり、油保持性が低下する。反対に、３０μｍ未満だと、潤滑油を保持できるような深い突出谷部を形成できないという問題がある。

粗さ曲線のスキューネスＲｓｋは、二乗平均平方根高さＲｑの三乗によって無次元化した基準長さにおけるＺ（ｘ）の三乗平均を表したものであって、以下の演算式（２）にて求められる。

すなわち、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、単位長さ当たりの山部の面積をＡａ、谷部の面積をＡｂとしたとき、図５Ａでは、山部の面積Ａａが谷部の面積Ａｂよりも小さいことから、確率密度分布のピークが中心よりも右側に位置し、スキューネスＲｓｋは正（＞０）となる。反対に図５Ｂでは、山部の面積Ａａが谷部の面積Ａｂよりも大きいことから、確率密度分布のピークが中心よりも左側に位置し、スキューネスＲｓｋは負（＜０）となる。なお、確率密度分布が正規分布のとき、スキューネスＲｓｋは０となる。つまり、スキューネスＲｓｋは、山部と谷部の対称性をみたものであり、潤滑油の保持能力を確認する上で有効なパラメータであり、一般に、研削によって接触面１０ａを処理すると、スキューネスＲｓｋは負になるが、この負の傾向をなるべく小さくすることで、潤滑油の保持能力を向上させることができる。スキューネスＲｓｋが正になると、山部の先端が先鋭的な形状となり、谷部の幅が大きくなることから、潤滑油が漏れ易くなり、油保持性が低下する。なお、スキューネスＲｓｋは、−２．７よりも小さく（絶対値が２．７より大きく）てもプーリー１０として機能するが、油保持性を考慮すると、下限値は−２．７が好ましい。

さらに、本実施の形態では、断面曲線から接触面１０ａの平滑化粗さ曲線（図６参照）を得るようにしている。平滑化粗さ曲線は、プラトー構造表面の潤滑性評価パラメータ（突出山部高さＲｐｋ、突出谷部深さＲｖｋ）を求めるために使用される。

平滑化粗さ曲線は、以下のようなフィルタ処理にて得られる。すなわち、上述した断面曲線に位相補償フィルタでフィルタ処理して第１平均線を算出し、この第１平均線からＤＣ部分を除去して第２平均線を算出し、この第２平均線に位相補償フィルタでフィルタ処理して第３平均線を算出し、そして、断面曲線から第３平均線を差し引くことで、平滑化粗さ曲線が得られる。

得られた平滑化粗さ曲線のうち、図６に示すように、評価長さＬｎに対応した平滑化粗さ曲線に対する切断線を上端から下端に移動させながら山部の幅を合計していくことで、負荷曲線を作成し、この負荷曲線に対して、４０％長の等価直線を引き、この等価直線と０％の縦線との交点をコア部の上側レベルとし、等価直線と１００％の縦線との交点をコア部の下側レベルとする。評価長さＬｎは、通常、基準長さＬｒの５倍の長さを有する。

そして、負荷曲線のうち、その頂点とコア部の上側レベルとで囲まれた面積を、三角形に等価させたときの面積（等価三角形面積Ａ１）を求め、該等価三角形の高さを突出山部高さＲｐｋとする。また、１００％の縦線とコア部の下側レベルと負荷曲線とで囲まれた面積を、三角形に等価させたときの面積（等価三角形面積Ａ２）を求め、該等価三角形の高さを突出谷部高さＲｖｋとする。

この第１方法では、例えばステップＳ１において、切削工具を用いて研削加工を施した後、ステップＳ２において、突出谷部深さＲｖｋに影響を与えないように、ラップ剤（加工液に砥粒が混合した材料）にて研磨し（粗ラップ加工）、その後、ステップＳ３において、ラップフィルムにて仕上げラップ加工を行う方法が挙げられる。

この第１方法においては、最大高さ粗さＲｚを４μｍ以下、突出山部高さＲｐｋを０．０９μｍ以下、突出谷部深さＲｖｋを０．４〜１．３μｍに規定することに加えて、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを３０〜６０μｍ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋを−２．７〜−０．６（無単位）としたので、油保持性を向上させることが可能となり、耐摩耗性が向上したベルト式ＣＶＴプーリー１０を再現性よく製造することができる。

次に、本実施の形態に係る製造方法の第２方法は、図７に示すように、プーリー１０の接触面１０ａの形状を形成する研削処理を行いつつ、形成過程にある接触面１０ａの表面粗さを粗くすることにより、接触面１０ａに溝部を形成する溝部研削工程（ステップＳ１０１）と、溝部が形成された接触面１０ａの表面をラップフィルムにて研磨して潤滑油を保持させるための油溝を残す接触面研磨工程（ステップＳ１０２）とを有する。

この第２方法においても、ステップＳ１０２での処理を終えた接触面１０ａの表面粗さは、最大高さ粗さＲｚが４μｍ以下、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが３０〜６０μｍ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが−２．７〜−０．６（無単位）、突出山部高さＲｐｋが０．０９μｍ以下、突出谷部深さＲｖｋ（μｍ）が０．４〜１．３μｍである。

この第２方法では、例えばステップＳ１０１において、平面研削盤を使用して、深溝成形と同時に表面の面性状を調整しながら研削加工（溝研削）を施し、その後、ステップＳ１０２において、ラップフィルムにて仕上げラップ加工を行う方法が挙げられる。

この第２方法においては、上述した第１方法と同様に、最大高さ粗さＲｚを４μｍ以下、突出山部高さＲｐｋを０．０９μｍ以下、突出谷部深さＲｖｋを０．４〜１．３μｍに規定することに加えて、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを３０〜６０μｍ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋを−２．７〜−０．６（無単位）としたので、油保持性を向上させることが可能となり、耐摩耗性が向上したベルト式ＣＶＴプーリーを再現性よく製造することができる。

特に、この第２方法では、溝部研削工程（ステップＳ１０１）において、プーリー１０の接触面１０ａの形状を形成する研削処理を行いつつ、形成過程にある接触面１０ａの表面粗さを粗くすることにより、接触面１０ａに溝部を形成するようにしたので、工程の簡略化、コストの低廉化を図ることができる。

次に、実施例１〜６、比較例１〜１０について、プーリー１０の接触面１０ａを表面加工して、各接触面１０ａの磨耗量を測定して評価した。

［素材、炭素濃度］
先ず、実施例１〜６、比較例１〜１０の素材、並びに表層の炭素濃度は、後述する表１の通りである。

［表面加工方法］
接触面１０ａの表面加工は以下のようにして行った（表１参照）。

すなわち、比較例１〜３、９及び１０は、表面加工方法として、切削工具を用いて研削加工を施した。

実施例１〜３、比較例４〜８は、表面加工方法として、切削工具を用いて研削加工を施した後、突出谷部深さに影響を与えないように、ラップ剤（加工液に砥粒が混合した材料）にて研磨し（粗ラップ加工）、その後、ラップフィルムにて仕上げラップ加工を行った。

実施例４〜６は、表面加工方法として、平面研削盤を使用して、深溝成形と同時に表面の面性状を調整しながら研削加工（溝研削）を施した後、ラップフィルムにて仕上げラップ加工を行った。

［表面粗さ］
実施例１〜６、比較例１〜１０の表面硬度（ＨＲｃ）、最大高さ粗さＲｚ（μｍ）、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍ（μｍ）、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋ（無単位）、突出山部高さＲｐｋ（μｍ）、突出谷部深さＲｖｋ（μｍ）は、下記表２の通りである。

［評価］
得られた実施例１〜６、比較例１〜１０について、特許文献１と同様の手法で摩耗試験を行い、耐摩耗性を評価した。

すなわち、摩耗試験は、各試料を組み付けた上述の構造のベルト式ＣＶＴ１を、入力トルクを任意に変えられる設備に取り付けて行った。

上記ベルト式ＣＶＴ１のベルト３の巻きかけ位置を、変速比が最大（γｍａｘ）となり、アンダードライブ側に固定した条件とすることにより、プライマリプーリー（プーリー１０）に入力するトルク、接触面１０ａと金属ベルト１２とのベルト狭圧を実際に使用する際の最も厳しい条件となるようにして、摩擦試験を行った。

具体的な条件は、プライマリプーリー（プーリー１０）への入力トルクＴｉｎ＝２００Ｎｍの仕様のベルト式ＣＶＴに、プライマリプーリー（プーリー１０）への入力トルクＴｉｎ＝３００Ｎｍ、プライマリプーリー（プーリー１０）への入力回転数Ｎｉｎ＝３０００ｒｐｍ、γｍａｘ固定、油温１５０℃の環境下で１７時間運転し、運転後のプーリー１０の接触面１０ａの摩耗量を測定するという条件とした。

摩耗量が１０μｍ以下の場合を合格とし、１０μｍを超える場合を不合格とした。結果を上記表２に合わせて示す。

表２から、比較例１〜１０では、いずれも磨耗量が１０μｍを超えており、評価は不合格であった。一方、実施例１〜６は、いずれも磨耗量が１０μｍ以下であり、合格であった。このことから、最大高さ粗さＲｚが４μｍ以下、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが３０〜６０μｍ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが−２．７〜−０．６（無単位）、突出山部高さＲｐｋが０．０９μｍ以下、突出谷部深さＲｖｋ（μｍ）が０．４〜１．３μｍの数値範囲にすることで、磨耗量を１０μｍ以下にすることができ、好ましい結果が得られていることがわかる。実施例１〜６のうち、実施例４〜６では、溝部研削工程（溝研削）と接触面研磨工程（仕上げラップ）で済ますことができるため、実施例１〜３（研削工程、溝部形成工程、接触面研磨工程）と比して工程数を減らすことができ、工程の簡略化、コストの低廉化を図ることができる。

なお、本発明に係るベルト式無段変速機用プーリーの製造方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…プーリー １０ａ…接触面
１２…金属ベルト

Claims (2)

1. ベルト式無段変速機用プーリーにおけるエレメントとの接触面を機械加工にて形成するベルト式無段変速機用プーリーの製造方法において、
   前記接触面の形状を形成する研削工程と、
   形成された前記接触面の表面粗さを粗くすることにより、接触面に溝部を形成する溝部形成工程と、
   前記溝部が形成された前記接触面の表面をラップフィルムにて研磨して潤滑油を保持させるための油溝を残す接触面研磨工程とを有し、
   前記接触面の表面粗さは、
   最大高さ粗さＲｚが４μｍ以下、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが３０〜６０μｍ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが−２．７〜−０．６（無単位）、突出山部高さＲｐｋが０．０９μｍ以下、突出谷部深さＲｖｋが０．４〜１．３μｍであることを特徴とするベルト式無段変速機用プーリーの製造方法。
2. ベルト式無段変速機用プーリーにおけるエレメントとの接触面を機械加工にて形成するベルト式無段変速機用プーリーの製造方法において、
   前記接触面の形状を形成する研削と、前記接触面の表面粗さを粗くする処理を同時に行って、接触面に溝部を形成する溝部形成工程と、
   前記溝部が形成された前記接触面の表面をラップフィルムにて研磨して潤滑油を保持させるための油溝を残す接触面研磨工程とを有し、
   前記接触面の表面粗さは、
   最大高さ粗さＲｚが４μｍ以下、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが３０〜６０μｍ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが−２．７〜−０．６（無単位）、突出山部高さＲｐｋが０．０９μｍ以下、突出谷部深さＲｖｋが０．４〜１．３μｍであることを特徴とするベルト式無段変速機用プーリーの製造方法。

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