JP2012141017A - 伝動ベルトおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝動ベルトを構成する積層リングに対するエレメントの組み付け性を良好に保つと共にコストアップを抑制しつつ、伝動ベルトの使用時にリング材で発生する応力を低減すると共に伝導ベルトによる動力伝達ロスを低減する、
【解決手段】伝動ベルトを構成する積層リング２は、弾性変形可能な複数のリング材２０₁〜２０₆を積層することにより構成されるものであり、最内層の第１層のリング材２０₁の表面にのみ、残留圧縮応力が第２層から第６層のリング材２０₂〜２０₆の残留圧縮応力よりも大きくなるようにショットピーニングが施されており、第２層のリング材２０₂は、第３層のリング材２０₃の内周長よりも長い外周長を有すると共に、第１層のリング材２０₁の外周長は、第３層のリング材２０₃の内側に配置されたときの第２層のリング材２０₂の内周長以下とされている。
【選択図】図４

Description

本発明は、伝動ベルトおよびその製造方法に関し、特にベルト式無段変速機に適用される伝動ベルトおよびその製造方法に関する。

従来、中心軸あるいは想定された中心軸上に中心をもつ円周上に中心軸あるいは想定された中心軸と実質的に平行に複数個のベルトドライブエレメントを渡して構成した籠型プーリと、当該籠型プーリに巻き架けられる伝動ベルトとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この無段変速機では、複数個のベルトドライブエレメントと中心軸あるいは想定された中心軸との距離を変えることで籠型プーリの実効半径を変更し、それにより所望の変速比を得ている。そして、この無段変速機の伝動ベルトは、重ね合わせたときに層間に隙間が出来ないように全周の長さが順に長くなっている関係にある複数個の無端金属薄板（リング材）を重ね合わせてなるリング（積層リング）と、当該リングに対して周方向と直角に取り付けられる複数のベルトエレメントとを含む。

また、従来、複数の無終端状リングを嵌め合わすことで層状に形成された積層リングと、この積層リングの周方向に相互に当接可能に連接して配列される多数のＶ型のエレメントとから構成される無段変速機用のＶベルトとして、積層リングの隣接リング間の嵌合クリアランスをマイナスのクリアランスに設定したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。このＶベルトでは、積層リングの隣接リング間における嵌め合い前の内側リングの外周長を外側リングの内周長以上とし、それにより、積層リングの隣接リング間の嵌合クリアランスをベルト使用時に積層リングの最内周リングから最外周リングにかけて発生する応力がほぼ等しくなるように設定している。

特開２００７−２９８１２５号公報 特開平１０−１６９７１９号公報

ここで、複数のリング材を積層してなる積層リングを備えた伝動ベルトでは、一般に、伝動ベルトの使用時に積層リングの最外周リングから最内周リングに向かうほどリング材で発生する応力が大きくなる傾向が認められ、特に最内層のリング材で発生する応力はかなり大きくなる。これに対して、上記特許文献１に記載の無段変速機に含まれる伝動ベルトのように、無端金属薄板同士間のクリアランスを無くすことで、伝動ベルトに張力（引張力）が付与されたときに複数の無端金属薄板のそれぞれに生じる引張応力を理論上概ね同一とすることができる。しかしながら、このような構造を有する伝動ベルトであっても、長期間使用されると内層側（特に最内層）の無端金属薄板が劣化する傾向にある。また、上記特許文献２に記載の無段変速機用のＶベルトのように積層リングの隣接リング間の嵌合クリアランスをマイナスのクリアランスに設定すれば、比較的低コストで各リング材で発生する応力を均等化させることができる。しかしながら、嵌合クリアランスをマイナス側に設定すると、隣接リング同士の滑りが損なわれてＶベルトによる動力の伝達ロスを招くおそれがある。更に嵌合クリアランスをマイナス側に大きく設定すると、特許文献２の図１に記載されているように、リング材が撓んで隣接リング間における密着性が逆に損なわれてしまい、積層リングに対するエレメントの組み付けに手間を要するおそれもある。一方、伝動ベルトの使用時に積層リングで発生する応力を低減するためには、積層リングに対して残留圧縮応力を付与しておくことが考えられる。しかしながら、リング材に対して残留圧縮応力を付与する工程は、一般に、隣接リング間における嵌め合い前の内側リングの外周長を外側リングの内周長以上とする工程に比べてコストアップを招く。

そこで、本発明は、弾性変形可能な複数のリング材を積層してなる積層リングを備えた伝動ベルトにおいて、積層リングに対するエレメントの組み付け性を良好に保つと共にコストアップを抑制しつつ、伝動ベルトの使用時にリング材で発生する応力を低減すると共に伝導ベルトによる動力伝達ロスを低減することを主目的とする。

本発明による伝動ベルトおよびその製造方法は、上記主目的を達成するために以下の手段を採っている。

本発明による伝動ベルトは、
弾性変形可能な複数のリング材を積層してなる積層リングと、環状に配列されて前記積層リングにより結束される複数のエレメントとを備えた伝動ベルトにおいて、
前記リング材の積層数を“ｎ”としたときに、最内層の第１層から予め定められた第ｍ層（ただし、“ｎ”は、値３以上の整数であり、“ｍ”は値１から値ｎ−２までの整数のうちの何れか一つである）までのリング材の表面には、第ｍ＋１層のリング材の残留圧縮応力よりも大きくなるように残留圧縮応力を付与するための表面処理が施されており、第ｍ＋１層のリング材の外周長が第ｍ＋２層のリング材の内周長よりも長く、かつ第ｍ層のリング材の外周長は第ｍ＋２層のリング材の内側に配置されたときの第ｍ＋１層のリング材の内周長以下であることを特徴とする。

この伝動ベルトを構成する積層リングは、弾性変形可能なｎ個のリング材を積層することにより構成されるものである。この積層リングにおいて、最内層の第１層から予め定められた第ｍ層までのリング材の表面には、第第ｍ＋１層のリング材の残留圧縮応力よりも大きくなるように残留圧縮応力を付与するための表面処理が施されている。従って、第１層から第ｍ層までのリング材は、少なくとも第ｍ＋１層のリング材よりも高い強度（耐力）を有している。また、第ｍ＋１層のリング材は、第ｍ＋２層のリング材の内周長よりも長い外周長を有しており、この積層リングを構成するに際して、第ｍ＋１層のリング材は外層側（直近外側）の第ｍ＋２層のリング材に対して圧入される。これにより、第ｍ＋１層のリング材には更に圧縮応力が付与されるので、それにより第ｍ＋１層のリング材の強度をより一層高めることができる。これに対して、第ｍ層のリング材の外周長は、第ｍ＋２層のリング材の内側に配置されたときの第ｍ＋１層のリング材の内周長以下とされており、この伝動ベルトが組み立てられた際に、第ｍ層のリング材は第ｍ＋１層のリング材に圧入されないことになる。これにより、第ｍ＋１層よりも内側におけるリング材同士の滑りが損なわれてしまうのを抑制することができる。このように、伝動ベルトの使用時にリング材で発生する応力が比較的大きい内層側（第１層から第ｍ層）のリング材の表面にのみ残留圧縮応力を付与するための表面処理を施すことで、当該表面処理の施工に伴うコストアップを抑制すると共に、第１層から第ｍ層までのリング材の強度（耐力）を高めることができる。また、伝動ベルトの使用時にリング材で発生する応力が比較的小さい外層側（第ｍ＋１層）のリング材に対してのみ外周長を外層側（直近外側）のリング材の内周長よりも長くする比較的低コストな加工を施すことにより、コストアップを抑制しつつ外層側のリング材の強度を高め、内層側のリング材同士の滑りを良好に確保すると共に内層側のリング材の撓みを抑制して積層リングに対するエレメントの組み付け性を確保することができる。この結果、この伝動ベルトでは、残留圧縮応力を付与するための表面処理を施すリング材の数を抑えてコストアップを抑制すると共に積層リングに対するエレメントの組み付け性を良好に保ちつつ、伝動ベルトの使用時にリング材で発生する応力を低減すると共に伝動ベルトによる動力伝達ロスを低減することが可能となる。

また、第ｍ＋２層のリング材の内側に第ｍ＋１層のリング材が配置された状態で、第１層から第ｍ−１層までのリング材は、それぞれの外周面と接する内周面を有する外層側のリング材の内周長以下の外周長を有するように形成されてもよい。これにより、第ｍ層のリング材に加えて、第１層から第ｍ−１層までのリング材もそれぞれの外層側（直近外側）のリング材に圧入されないことになる。従って、第ｍ＋１層よりも内側におけるリング材同士の滑りを良好に確保すると共に第１層から第ｍ層までのリング材の撓みを抑制して積層リングに対するエレメントの組み付け性を良好に確保することが可能となる。

更に、第ｍ＋１層のリング材の外周面は、第ｍ＋２層のリング材の内周面に全周にわたって接触しているとよい。これにより、積層リングに対するエレメントの組み付け性を良好に保つことができる。

また、“ｎ”が値４以上の整数であるときに、第ｍ＋２層のリング材の外周長が第ｍ＋３層のリング材の内周長よりも長くてもよい。これにより、伝動ベルトが組み立てられた際に第ｍ＋２層のリング材に更に圧縮応力を付与することができる。そして、このように伝動ベルトの使用時にリング材で発生する応力が比較的小さい外層側（第ｍ＋１層および第ｍ＋２層）のリング材に対して外周長を外層側（直近外側）のリング材の内周長よりも長くする比較的低コストな加工を施すと共に、伝動ベルトの使用時にリング材で発生する応力が比較的大きい内層側（第１層から第ｍ層）のリング材に対してのみ残留圧縮応力を付与するための表面処理を施すことで、当該表面処理を施工するリング材の数を抑えてコストアップを抑制すると共に積層リングに対するエレメントの組み付け性を良好に保ちつつ、伝動ベルトの使用時にリング材で発生する応力を良好に低減すると共に伝動ベルトによる動力伝達ロスを低減することが可能となる。

本発明による伝動ベルトの製造方法は、
弾性変形可能な複数のリング材を積層してなる積層リングと、環状に配列されて前記積層リングにより結束される複数のエレメントとを備えた伝動ベルトの製造方法において、
前記リング材の積層数を“ｎ”としたときに、最内層の第１層から予め定められた第ｍ＋１層（ただし、“ｎ”は、値３以上の整数であり、“ｍ”は値１から値ｎ−２までの整数のうちの何れか一つである）の外周長を第ｍ＋２層のリング材の内周長よりも長くすると共に、第ｍ層のリング材の外周長を第ｍ＋２層のリング材の内側に配置されたときの第ｍ＋１層のリング材の内周長以下とし、最内層の第１層から第ｍ層までのリング材の表面に第ｍ＋１層のリング材の残留圧縮応力よりも大きくなるように残留圧縮応力を付与するための表面処理を施すことを特徴とする。

この方法のように、伝動ベルトの使用時にリング材で発生する応力が比較的大きい内層側（第１層から第ｍ層）のリング材の表面にのみ残留圧縮応力を付与するための表面処理を施すことで、当該表面処理の施工に伴うコストアップを抑制すると共に、第１層から第ｍ層までのリング材の強度（耐力）を高めることができる。また、伝動ベルトの使用時にリング材で発生する応力が比較的小さい外層側（第ｍ＋１層）のリング材に対してのみ外周長を外層側（直近外側）のリング材の内周長よりも長くする比較的低コストな加工を施すことにより、コストアップを抑制しつつ外層側のリング材の強度を高め、内層側のリング材同士の滑りを良好に確保すると共に内層側のリング材の撓みを抑制して積層リングに対するエレメントの組み付け性を確保することができる。この結果、この方法によれば、残留圧縮応力を付与するための表面処理を施すリング材の数を抑えてコストアップを抑制すると共に積層リングに対するエレメントの組み付け性を良好に保ちつつ、伝動ベルトの使用時にリング材で発生する応力を低減すると共に伝動ベルトによる動力伝達ロスを低減することが可能となる。

本発明による伝動ベルト１の一例を示す部分断面図である。 伝動ベルト１の積層リング２を構成するリング材２０₁〜２０₆を例示する斜視図である。 第２層のリング材２０₂および第３層のリング材２０₃の構成を示す模式図である。 リング材２０₁〜２０₆の構成を例示する模式図である。 リング材２０₁〜２０₆の他の構成を例示する模式図である。 オーバーラップ代δ_ii＋₁の設定手順を説明するための模式図である。 オーバーラップ代δ_ii＋₁の設定手順を説明するための模式図である。

次に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明による伝動ベルト１の一例を示す部分断面図である。同図に示す伝動ベルト１は、駆動側回転軸であるプライマリシャフトに設けられたプライマリプーリと、プライマリシャフトと平行に配置された従動側回転軸としてのセカンダリシャフトに設けられたセカンダリプーリと共に無段変速機（ＣＶＴ）を構成するものである（何れも図示せず）。伝動ベルト１は、可動シーブと固定シーブとからなるプライマリプーリの溝（Ｖ溝）と、同様に可動シーブと固定シーブとからなるセカンダリプーリの溝（Ｖ溝）とに巻き架けられ、プライマリシャフトに付与された動力をセカンダリシャフトへと伝達する。この際、プライマリプーリおよびセカンダリプーリの少なくとも何れか一方の溝幅を変更することにより、プライマリシャフトに付与された動力を無段階に変速しながらセカンダリシャフトへと伝達することができる。

図１に示すように、伝動ベルト１は、弾性変形可能な複数（本実施形態では６個）のリング材２０₁〜２０₆（図２参照）を積層してなる２個の積層リング２と、環状に配列されて積層リング２により結束される複数（例えば、数百個）のエレメント３とを含む。積層リング２を構成するリング材２０₁〜２０₆は、それぞれ鋼板製のドラムから切り出された弾性変形可能なものであって、概ね同一の厚み（例えば１８０〜１９０μｍ程度）およびそれぞれについて予め定められた周長（例えば５７０〜６００ｍｍ程度）を有するように加工されている。各エレメント３は、鋼板から切り出され、外側から内側（図中上側から下側）に向かうにつれて互いに接近するように形成された一対の側面３１と、それぞれ幅方向に延在して外方に開口する左右一対の凹部３２とを有する。各エレメント３の凹部３２には、多数のエレメント３を両側から挟み付けるように積層リング２が嵌め込まれる。これにより、２個の積層リング２により多数のエレメント３が環状に配列された状態で結束される。なお、本発明において、積層リング２を構成するリング材の数が上述の個数（６個）に限られないことはいうまでもない。

上述のような伝動ベルト１では、一般に、その使用時すなわち動力伝達時（無段変速機の動作時）に最内層の第１層のリング材２０₁で発生する引張応力が最大となり、それよりも外層側のリング材で発生する引張応力は、第１層のリング材２０₁で発生する引張応力に比べて小さくなる。このため、本実施形態の積層リング２を構成する複数のリング材２０₁〜２０₆のうち、最弱部となりがちな最内層すなわち第１層のリング材２０₁には、主に表層部に残留圧縮応力を付与するための表面処理であるショットピーニング（Shot Peening）が施される（図４における網掛け部参照）。これにより、表層部を硬化させると共に残留圧縮応力を付与して最内層のリング材２０₁の強度（耐力）をより良好に高めることが可能となる。ショットピーニングは、いわゆるショットブラストに類する表面処理手法であり、小径（例えば、０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度）の例えば鋼製のボールを空気圧または機械な力により対象となるリング材の主に内周面２１および外周面２２に対して高速に投射して衝突させるものである。なお、リング材２０₁〜２０₆の少なくとも何れか若しくはすべての表面に対して更に窒化処理が施されてもよい。これにより、リング材２０₁〜２０₆の少なくとも何れか若しくはすべての残留圧縮応力をより一層高め、リング材２０₁〜２０₆の強度（耐力）より一層高めることができる。

また、伝動ベルト１では、第１層のリング材２０₁の外層側（直近外側）に位置する第２層のリング材２０₂（圧入側あるいは収縮側リング材）の外周長が当該第２層のリング材２０₂の外周面２２と接する内周面２１を有するリング材である第３層のリング材（被圧入側あるいは拡張側リング材）２０₃の内周長よりも長く定められている。すなわち、第２層のリング材２０₂と第３層のリング材２０₃とは、図３に示すように両者が共に真円状を呈するときに第２層のリング材２０₂の外径ｄｏ₂が第３層のリング材２０₃の内径ｄｉ₃よりも多少大きくなるように形成される。これにより、共に概ね真円状を呈する第２層のリング材２０₂と第３層のリング材２０₃とを同心に付き合わせたときには、両者の端面２３（図２参照）同士が当接し、第２層のリング材２０₂が第３層のリング材２０₃内に嵌り込むことはない。

ここで、本実施形態では、図３に示すように、外層側のリング材２０_i＋₁の内径ｄｉ_i＋₁から内層側のリング材２０_iの外径ｄｏ_iを減じて得られる値がオーバーラップ代（圧入代）δ_ii＋₁と定められる（ただし、“ｉ”は、リング材の総数（積層数）を“ｎ”としたときに、１≦ｉ≦ｎ−１を満たす整数である）。この場合、第２層および第３層のリング材２０₂および２０₃間のように、オーバーラップ代δ_ii＋₁が値０未満（δ_ii＋₁＜０）となる場合には、内層側のリング材２０_iの外周長が外層側のリング材２０_i＋₁の内周長よりも長くなる。従って、オーバーラップ代δ_ii＋₁が値０未満であれば、積層リング２を構成するに際して、内層側のリング材２０_iが外層側のリング材の２０_i＋₁に対して圧入され、積層リング２（伝動ベルト１）が組み立てられた際には、外層側のリング材２０_i＋₁の内層側に配置される内層側のリング材２０_iに対して圧縮応力が付与されることになる。これにより、図３に示すようにオーバーラップ代δ₂₃を値０未満としてリング材２０₂が外層側のリング材の２０₃に対して圧入されるようにすることで、リング材２０₂の強度を高めることが可能となり、積層リング２ひいては伝動ベルト１の耐久性を向上させることができる。

そして、伝動ベルト１を構成する積層リング２では、図４に示すように、リング材２０₃の外径（ｄｏ₃）がリング材２０₄の内径（ｄｉ₄）よりも値｜δ₃₄｜だけ大きく定められ、リング材２０₄の外径（ｄｏ₄）がリング材２０₅の内径（ｄｉ₅）よりも値｜δ₄₅｜だけ大きく定められ、リング材２０₅の外径（ｄｏ₅）がリング材２０₆の内径（ｄｉ₆）よりも値｜δ₅₆｜だけ大きく定められている。このように、オーバーラップ代δ₃₄，δ₄₅，δ₅₆を値０未満としてリング材２０₃，２０₄，２０₅が外層側のリング材の２０₄，２０₅，２０₆に対して圧入されるようにすることで、リング材２０₃，２０₄，２０₅の強度を高めることが可能となり、積層リング２ひいては伝動ベルト１の耐久性をより向上させることができる。なお、外層側のリング材２０_i＋₁の内径ｄｉ_i＋₁と内層側のリング材２０_iの外径ｄｏ_iとの差であるオーバーラップ代δ_ii＋₁の絶対値は、いわゆる公差範囲（基準値に対する許容範囲）内で生じるものよりも大きく、かつ積層リング２に張力を付与したときに外層側のリング材２０_i＋₁の内周面２１と内層側のリング材２０_iの外周面２２との接触状態が良好に保たれるように外層側のリング材２０_i＋₁に内層側のリング材２０_iを圧入可能とする範囲内（例えば１２０μｍ以下）に定められる。

すなわち、オーバーラップ代δ_ii+1（第ｉ層のリング材２０_iの外周長と第ｉ＋１層のリング材２０_i+1の内周長との差）を負側に大きくしすぎると、積層リング２の構成後に内層側のリング材２０_iが撓んで外層側のリング材２０_i+1と内層側のリング材２０_iとの密着性が損なわれてしまい、積層リング２に対するエレメント３の組み付けに手間を要するおそれがある。従って、オーバーラップ代δ_ii+1を負側に大きくすること（リング材の圧入）による伝動ベルト１の使用時に複数のリング材２０₁〜２０₆に生じる引張応力の減少量には、積層リング２に対するエレメント３の組み付け性を確保する上での限界値（例えば１００ＭＰａ程度）があるといえる。このため、オーバーラップ代δ_ii+1は、伝動ベルト１の使用時に複数のリング材２０₁〜２０₆に生じる引張応力の減少量が実験・解析により求められた限界値以下になるように、すなわち積層リング２を構成した際に外層側のリング材２０_i+1の内周長よりも長い外周長を有する内層側のリング材２０_iの外周面が当該外層側のリング材２０_i+1の内周面に全周にわたって接触する状態が保たれるように定められるとよい。これにより、複数のリング材２０₁〜２０₆のうち、外層側（直近外側）のリング材２０_i+1の内周長よりも長い外周長を有するリング材２０_iの外周面を当該外層側（直近外側）のリング材２０_i+1の内周面に全周にわたって接触させることが可能となり、積層リング２に対するエレメント３の組み付け性を良好に保つことができる。このような観点から、本発明における「圧入」とは、外層側（直近外側）のリング材の内周長よりも長い外周長を有する内側のリング材を当該外層側（直近外側）のリング材に嵌め込んで内側のリング材を径方向内側へと収縮させると共に外層側（直近外側）のリング材を径方向外側へと拡張することで内側のリング材の外周面を外層側（直近外側）のリング材の内周面に全周にわたって接触させることをいう。

これに対して、第１層および第２層のリング材２０₂およびリング材２０₃間のオーバーラップ代δ₂₃は、第１層のリング材２０₁の外周長が第３層のリング材２０₃の内側に配置されたときの第２層のリング材２０₂の内周長以下になるように正の値に定められる。すなわち、オーバーラップ代δ_ii＋₁が値０よりも大きい場合には、外層側のリング材２０_i＋₁の内周長が内層側のリング材２０_iの外周長よりも長くなり、内層側のリング材２０_iの外周面２２と外層側のリング材２０_i＋₁の内周面２１との間のクリアランスがほぼ値０となるか両者間にクリアランスが形成されることになる。これにより、伝動ベルト１が組み立てられた際に、第１層のリング材２０₁は第２層のリング材２０₂に圧入されないことになるので、第２層よりも内側すなわち第１層のリング材２０₁と第２層のリング材２０₂との間の滑りが損なわれてしまうのを抑制することができる。

上述のように、伝動ベルト１を構成する積層リング２は、弾性変形可能な６個（ｎ個、ただし“ｎ”は値３以上の整数である）のリング材２０₁〜２０₆を積層することにより構成されるものであり、積層リング２において、最内層の第１層（第ｍ層、ただし“ｍ”は値１から値ｎ−２までの整数のうちの何れか一つである）のリング材２０₁の表面にのみ、残留圧縮応力が第２層から第６層のリング材２０₂〜２０₆の残留圧縮応力よりも大きくなるようにショットピーニングが施されている。従って、第１（ｍ）層のリング材２０₁は、少なくとも第２（ｍ＋１）層のリング材２０₂よりも高い強度（耐力）を有している。また、第２（ｍ＋１）層のリング材２０₂は、第３（ｍ＋２）層のリング材２０₃の内周長よりも長い外周長を有しており、積層リング２を構成するに際して、第２（ｍ＋１）層のリング材２０₂は直近外側の第３（ｍ＋２）層のリング材２０₃に対して圧入される。これにより、第２（ｍ＋１）層のリング材２０₂には更に圧縮応力が付与されるので、それにより第２（ｍ＋１）層のリング材２０₂の強度をより一層高めることができる。これに対して、第１（ｍ）層のリング材２０₁の外周長は、第３（ｍ＋２）層のリング材２０₃の内側に配置されたときの第２（ｍ＋１）層のリング材２０₂の内周長以下とされており、伝動ベルト１が組み立てられた際に、第１（ｍ）層のリング材２０₁は第２（ｍ＋１）層のリング材２０₂に圧入されないことになる。これにより、第２（ｍ＋１）層よりも内側すなわち第１層および第２層のリング材２０₁および２０₂間におけるリング材同士の滑りが損なわれてしまうのを抑制することができる。

図５に、リング材の積層数ｎ＝６、ｍ＝３とし、第１層から第３層（第ｍ層）のリング材２０₁，２０₂，２０₃の表面にショットピーニングを施して残留圧縮応力を付与し（図５における網掛け部参照）、第４（ｍ＋１）層のリング材２０₄の外周長が第５（ｍ＋２）層のリング材２０₅の内周長よりも長くなるように第４層および第５層のリング材２０₄およびリング材２０₅間のオーバーラップ代δ₄₅が負の値に定められると共に、第３（ｍ）層のリング材２０₃の外周長が第５（ｍ＋２）層のリング材２０₅の内側に配置されたときの第４（ｍ＋１）層のリング材２０₄の内周長以下になるように第３層および第４層のリング材２０₃およびリング材２０₄間のオーバーラップ代δ₃₄が正の値に定められた積層リング２Ａを示す。

図５の積層リング２Ａでは、更に、第１層から第２（ｍ−１）層までのリング材２０₁および２０₂が、直近外側のリング材２０₂，２０₃の内周長以下の外周長を有するように形成されている。これにより、第３層のリング材２０₃に加えて、第１層から第２（ｍ−１）層までのリング材２０₁および２０₂も直近外側のリング材２０₂，２０₃に圧入されないことになる。従って、第４（ｍ＋１）層よりも内側におけるリング材同士の滑りを良好に確保すると共に第１層から第３（ｍ）層までのリング材の撓みを抑制して積層リング２Ａに対するエレメント３の組み付け性を良好に確保することが可能となる。また、積層リング２Ａでは、第５（ｍ＋２）層のリング材２０₅が第６層（第ｍ＋３層）のリング材２０₆に圧入されるように第５層および第６層のリング材２０₅およびリング材２０₆間のオーバーラップ代δ₅₆が負の値に定められている。このように、“ｎ”が値４以上の整数であるときには、第５（ｍ＋２）層のリング材２０₅の外周長を第６（ｍ＋３）層のリング材２０₆の内周長よりも長くすることにより、積層リング２Ａを含む伝動ベルト１が組み立てられた際に第５（ｍ＋２）層のリング材２０₅に更に圧縮応力を付与することができる。ただし、図５の例において、第５層のリング材２０₅と第６層のリング材２０₆との間のオーバーラップ代δ₅₆を正の値として第５層のリング材２０₅が第６層のリング材２０₆に圧入されないようにしてもよい。そして、積層数ｎや、残留圧縮応力を付与するリング材の数ｍを任意に定めてもよいことはいうまでもない。

次に、図６および図７等を参照しながら、上述のオーバーラップ代δ_ii＋₁の設定手順について説明する。

図６に示すように、ある内層側のリング材２０ａが外層側のリング材２０ｂに圧入されることとし、リング材の２０ａの外径を“ｄｏ_a（ｍｍ）”、厚みを“ｔ_a（ｍｍ）”、ヤング率を“Ｅ_a（ＭＰａ）”とし、リング材２０ａとリング材２０ｂとの間のオーバーラップ代を“δ_ab”とし、リング材２０ｂの内径を“ｄｉ_b＝ｄｏ_a−δ_ab（ｍｍ）”、厚みを“ｔ_b（ｍｍ）”、ヤング率を“Ｅ_b（ＭＰａ）”と表す。そして、内層側のリング材２０ａが外層側のリング材２０ｂに圧入されることにより、図７に示すように、内層側のリング材２０ａが値Δｄｏ_aだけ収縮し、外層側のリング材２０ｂが値Δｄｉ_bだけ拡張したと仮定し、更に、リング材２０ａおよび２０ｂが共に薄肉の部材であることを考慮してｄｏ_a＝ｄｉ_b，Ｅ_a＝Ｅ_b＝Ｅであるとすれば、内層側のリング材２０ａに作用する圧縮応力σ_aおよび外層側のリング材２０ｂに作用する引張応力σ_bを次式（１）のように表すことができる。

また、積層リング２がｎ個のリング材２０₁，２０₂，…，２０_i，…２０_nを積層してなるものである場合（ただし、ｉは、値１から値ｎ−１までの整数であり、リング材２０₁が最内層のリング材であると共にリング材２０_nが最外層のリング材である）、リング材２０_iとリング材２０_i＋₁との間のオーバーラップ代を内層側から“δ₁₂，δ₂₃，…，δ_ii＋₁，…，δ_n−_1n”とし、リング材２０_iの外径を内層側から“ｄｏ₁，ｄｏ₂，…，ｄｏ_i，…，ｄｏ_n”とし、リング材一層あたりの厚みを“ｔ”とすると、リング材２０_iとリング材２０_i＋₁との間のオーバーラップ代δ_ii＋₁の存在により当該オーバーラップ代δ_ii＋₁の内側に発生する圧縮応力σａ_ii＋₁および当該オーバーラップ代δ_ii＋₁の外側に発生する引張応力σｂ_ii＋₁を次式（２）のように表すことができる。更に、リング材２０₁，２０₂，…，２０_nのそれぞれを外層側のリング材２０₂，２０₃，…，２０_nー₁に圧入したときにリング材２０₁，２０₂，…，２０_nに作用する応力は、上記式（２）における圧縮応力σａ_ii＋₁および引張応力σｂ_ii＋₁の和として、次式（３）のように表すことが可能である。

本実施形態では、上記式（２）および（３）を用いたオーバーラップ代δ_ii＋₁の設定に先だって、予め定められた試験条件のもとで（例えば、無段変速機の入力トルクＴｉｎおよび入力軸回転数Ｎｉｎのそれぞれを予め定められた値として最大変速比または最小変速比で作動させたときに）既存の積層リングの各リング材に作用する最大引張応力を３次元有限要素解析あるいは実測により求め、求めた各リング材の最大引張応力から互いに隣接するリング材間の応力差を取得している。そして、取得したリング材間の応力差を基に試験条件下で複数のリング材２０₁〜２０_nに生じる引張応力の最大値が許容最大引張応力σｒｅｆを超えないようにショットピーニングを施す層（値ｍ）とオーバーラップ代δ_ii+1のベース値とを定めた上で、当該ベース値を調整しながら上記式（２）および（３）を用いて最適なオーバーラップ代δ₁₂，δ₂₃，…，δ_n−_1nを設定している。そして、例えば、最内層の第１層のリング材２０₁にのみショットピーニングを施すと共に、オーバーラップ代δ₁₂，δ₂₃，δ₃₄，δ₄₅，およびδ₅₆をδ₁₂＝＋６±α（μｍ），δ₂₃＝−４０±α（μｍ），δ₃₄＝−３０±α（μｍ），δ₄₅＝−２０±α（μｍ），δ₅₆＝−１０±α（μｍ）とすることで、最内層のリング材２０₁に作用する最大引張応力を低減して許容最大引張応力σｒｅｆの範囲内に収めると共に、伝動ベルト１の使用時に各リング材２０₁〜２０₆で発生する引張応力を概ね一定にすることができる。

以上説明したように、伝動ベルト１の使用時にリング材２０₁〜２０₆で発生する応力が比較的大きい内層側（第１層から第ｍ層）のリング材２０₁あるいは２０₁〜２０_mの表面にのみ残留圧縮応力を付与するための表面処理であるショットピーニングを施すことで、ショットピーニングの施工に伴うコストアップを抑制すると共に、第１層あるいは第１層から第ｍ層までのリング材２０₁〜２０_mの強度（耐力）を高めることができる。また、伝動ベルト１の使用時にリング材２０₁〜２０₆で発生する応力が比較的小さい外層側（第ｍ＋１層や第ｍ＋２層）のリング材２０_m+1〜２０_m+2に対してのみ外周長を外層側（直近外側）のリング材２０_m+2〜２０_m+3の内周長よりも長くする比較的低コストな加工を施すことにより、コストアップを抑制しつつ外層側のリング材２０_m+1〜２０_m+2の強度を高め、第ｍ＋１層よりも内層側のリング材同士の滑りを良好に確保すると共に内層側のリング材２０₁あるいは２０₁〜２０_mの撓みを抑制して積層リング２に対するエレメント３の組み付け性を確保することができる。この結果、伝動ベルト１では、ショットピーニングを施工するリング材の数を抑えてコストアップを抑制すると共に積層リング２に対するエレメント３の組み付け性を良好に保ちつつ、伝動ベルト１の使用時にリング材２０₁〜２０₆で発生する応力を低減すると共に伝動ベルト１による動力伝達ロスを低減することが可能となる。

ここまで、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。また、発明を実施するための形態欄に記載されたものは、あくまで発明の概要の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。

本発明は、伝動ベルトの製造産業において利用可能である。

１ 伝動ベルト、２ 積層リング、３ エレメント、２０₁，２０₂，２０₃，２０₄，２０₅，２０₆ リング材、２１ 内周面、２２ 外周面、２３ 端面、３１ 側面、３２ 凹部。

Claims (5)

1. 弾性変形可能な複数のリング材を積層してなる積層リングと、環状に配列されて前記積層リングにより結束される複数のエレメントとを備えた伝動ベルトにおいて、
   前記リング材の積層数を“ｎ”としたときに、最内層の第１層から予め定められた第ｍ層（ただし、“ｎ”は、値３以上の整数であり、“ｍ”は値１から値ｎ−２までの整数のうちの何れか一つである）までのリング材の表面には、第ｍ＋１層のリング材の残留圧縮応力よりも大きくなるように残留圧縮応力を付与するための表面処理が施されており、第ｍ＋１層のリング材の外周長が第ｍ＋２層のリング材の内周長よりも長く、かつ第ｍ層のリング材の外周長は第ｍ＋２層のリング材の内側に配置されたときの第ｍ＋１層のリング材の内周長以下であることを特徴とする伝動ベルト。
2. 請求項１に記載の伝動ベルトにおいて、
   第ｍ＋２層のリング材の内側に第ｍ＋１層のリング材が配置された状態で、第１層から第ｍ−１層までのリング材は、それぞれの外周面と接する内周面を有する外層側のリング材の内周長以下の外周長を有するように形成されていることを特徴とする伝動ベルト。
3. 請求項１または２に記載の伝動ベルトにおいて、
   第ｍ＋１層のリング材の外周面は、第ｍ＋２層のリング材の内周面に全周にわたって接触していることを特徴とする伝動ベルト。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の伝動ベルトにおいて、
   “ｎ”が値４以上の整数であるときに、第ｍ＋２層のリング材の外周長が第ｍ＋３層のリング材の内周長よりも長いことを特徴とする伝動ベルト。
5. 弾性変形可能な複数のリング材を積層してなる積層リングと、環状に配列されて前記積層リングにより結束される複数のエレメントとを備えた伝動ベルトの製造方法において、
   前記リング材の積層数を“ｎ”としたときに、最内層の第１層から予め定められた第ｍ＋１層（ただし、“ｎ”は、値３以上の整数であり、“ｍ”は値１から値ｎ−２までの整数のうちの何れか一つである）の外周長を第ｍ＋２層のリング材の内周長よりも長くすると共に、第ｍ層のリング材の外周長を第ｍ＋２層のリング材の内側に配置されたときの第ｍ＋１層のリング材の内周長以下とし、最内層の第１層から第ｍ層までのリング材の表面に第ｍ＋１層のリング材の残留圧縮応力よりも大きくなるように残留圧縮応力を付与するための表面処理を施すことを特徴とする伝動ベルトの製造方法。

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