JP2016180468A - 無段変速機用金属エレメント - Google Patents

Abstract

【課題】 プレス成形される金属エレメントの各部の板厚を均一化する。【解決手段】 粗成形した金属エレメント素材２３′を金型４０でプレスして金属エレメント２３を仕上げ成形する際に、プレス成形後の金属エレメント２３の傾斜面３０の径方向内端部における前後方向の板厚は、傾斜面３０の径方向内端部に対応する金型４０の成形面の前後方向間隔よりも大きいので、金型４０でプレスされた金属エレメント２３の材料が傾斜面３０の径方向内側に流れ難くなることで、ロッキングエッジ２９の近傍のボディ部２４の板厚がイヤー部２６の板厚に対して減少するのを防止し、金属エレメント２３の各部の板厚を均一化することができる。【選択図】 図７

Description

本発明は、粗成形した金属エレメント素材を金型でプレスして仕上げ成形される金属エレメントが、一対の金属リングが嵌合する一対のリングスロットと、前記一対のリングスロット間に位置するネック部と、前記ネック部の径方向外側に連なるイヤー部と、前記ネック部の径方向内側に連なって前記金属リングの内周面を支持するサドル面が形成されたボディ部とを備え、前記ボディ部の前面に左右方向に延びるロッキングエッジを介して径方向内側が後方に傾斜する傾斜面が形成された無段変速機用金属エレメントに関する。

ベルト式無段変速機の金属ベルトに使用する金属エレメントの製造方法において、金属エレメントの製品の形状に近い形状に粗成形した金属エレメント素材をメインパンチおよびカウンタパンチよりなる金型でプレスして仕上げ成形することで、金型の耐久性を確保しながら、金属エレメントのロッキングエッジの近傍の形状の精度を高めるものが、下記特許文献１により公知である。

特許第４１３２８２０号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたものは、本明細書の［発明を実施するための形態］の欄で詳述するように、プレスによる仕上げ成形時に、金属エレメントのロッキングエッジよりも径方向外側のボディ部の板厚がイヤー部の板厚に対して若干薄くなるため、ドライブプーリおよびドリブンプーリに巻き掛けられた金属ベルトの弦部で多数の金属エレメントが相互に密着して駆動力を伝達するときに、上記した板厚差によって金属ベルトの弦部が径方向外側に湾曲してしまい、駆動力の伝達効率が低下する可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、プレス成形される金属エレメントの各部の板厚を均一化することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、粗成形した金属エレメント素材を金型でプレスして仕上げ成形される金属エレメントが、一対の金属リングが嵌合する一対のリングスロットと、前記一対のリングスロット間に位置するネック部と、前記ネック部の径方向外側に連なるイヤー部と、前記ネック部の径方向内側に連なって前記金属リングの内周面を支持するサドル面が形成されたボディ部とを備え、前記ボディ部の前面に左右方向に延びるロッキングエッジを介して径方向内側が後方に傾斜する傾斜面が形成された無段変速機用金属エレメントであって、仕上げ成形後の前記金属エレメントの前記傾斜面の径方向内端部における前後方向の板厚は、前記傾斜面の径方向内端部に対応する前記金型の成形面の前後方向間隔よりも大きいことを特徴とする無段変速機用金属エレメントが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記金型のロッキングエッジ成形部の位置は、前記金属エレメント素材のロッキングエッジ対応部の位置よりも径方向外側に位置することを特徴とする無段変速機用金属エレメントが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記金属エレメントは前記傾斜面の径方向内端から突出して仕上げ成形後に切断される余剰部を備え、仕上げ成形後に前記金型の成形面と前記余剰部との間には間隙が存在することを特徴とする無段変速機用金属エレメントが提案される。

請求項１の構成によれば、粗成形した金属エレメント素材を金型でプレスして金属エレメントを仕上げ成形する際に、仕上げ成形後の金属エレメントの傾斜面の径方向内端部における前後方向の板厚は、傾斜面の径方向内端部に対応する金型の成形面の前後方向間隔よりも大きいので、金型でプレスされた金属エレメントの材料が傾斜面の径方向内側に流れ難くなることで、ロッキングエッジの近傍のボディ部の板厚がイヤー部の板厚に対して減少するのを防止し、金属エレメントの各部の板厚を均一化することができる。

また請求項２の構成によれば、金型のロッキングエッジ成形部の位置は、金属エレメント素材のロッキングエッジ対応部の位置よりも径方向外側に位置するので、金型による仕上げ成形時に金属エレメントのボディ部の材料を径方向外側に流すことで、ボディ部のロッキングエッジ近傍の板厚の減少を一層確実に抑制することができる。

また請求項３の構成によれば、金属エレメントは傾斜面の径方向内端から突出して仕上げ成形後に切断される余剰部を備え、仕上げ成形後に金型の成形面と余剰部との間には間隙が存在するので、仕上げ成形時に金属エレメントの傾斜面の径方向内端部に発生した余剰の材料を前記間隙に逃がすことで、過剰な成形圧による金型の耐久性低下を防止することができる。

ベルト式無段変速機構の全体構成を示す図。（実施の形態） 金属ベルトの部分斜視図。（実施の形態） 余剰部を備える金属エレメントを示す図。（実施の形態） ドライブプーリおよびドリブンプーリに金属ベルトを巻き掛けた状態を示す図。（実施の形態） 金型および金属エレメント素材の形状を示す図。（従来例） プレス荷重に応じた板厚差の変化を示すグラフ。（従来例） 金型および金属エレメント素材の形状を示す図。（実施の形態） プレス荷重に応じた板厚差の変化を示すグラフ。（実施の形態） プレス荷重およびオフセットに応じた板厚差の変化を示すグラフ。（実施の形態）

以下、図１〜図９に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は自動車に搭載されたベルト式無段変速機Ｔの概略構造を示すもので、ベルト式無段変速機Ｔはエンジンに接続されるドライブシャフト１１と、駆動輪に接続されるドリブンシャフト１２とを備えており、ドライブシャフト１１に設けたドライブプーリ１３とドリブンシャフト１２に設けたドリブンプーリ１４とに無端状の金属ベルト１５が巻き掛けられる。ドライブプーリ１３は、ドライブシャフト１１に固設された固定側プーリ半体１６と、この固定側プーリ半体１６に対して接離可能な可動側プーリ半体１７とを備えており、可動側プーリ半体１７は油室１８に作用する油圧で固定側プーリ半体１６に向けて付勢される。ドリブンプーリ１４は、ドリブンシャフト１２に固設された固定側プーリ半体１９と、この固定側プーリ半体１９に対して接離可能な可動側プーリ半体２０とを備えており、可動側プーリ半体２０は油室２１に作用する油圧で固定側プーリ半体１９に向けて付勢される。

図２および図３に示すように、金属ベルト１５は左右の一対の金属リング２２に多数の金属エレメント２３を支持したもので構成される。本明細書において、金属ベルト１５が走行する方向を前後方向の前方と定義し、金属ベルト１５がドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４に巻き付いた状態で、ドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４の外周側を径方向の外側と定義し、前後方向および径方向に直交する方向を左右方向と定義する。

金属板材から打ち抜かれてプレス成形された金属エレメント２３は、左右方向に延びるボディ部２４と、ボディ部２４の左右方向中央から径方向外側に延びるネック部２５と、ネック部２５の径方向外端に接続される略三角形のイヤー部２６とを備えており、ボディ部２４、ネック部２５およびイヤー部２６間に左右方向外側に開放して金属リング２２が嵌合する一対のリングスロット２７が形成される。リングスロット２７に臨むボディ部２４の径方向外端には金属リング２２の内周面が着座するサドル面２８が形成され、サドル面２８の径方向内側に連なるボディ部２４の前面には左右方向に延びるロッキングエッジ２９を介して傾斜面３０が形成される。

傾斜面３０は、径方向内側が後方に向かって傾斜しており、これによりボディ部２４の前後方向板厚は傾斜面３０の範囲で径方向内側に向かって次第に薄くなる。金属エレメント２３のロッキングエッジ２９よりも径方向外側のボディ部２４、ネック部２５およびイヤー部２６は略一定の前後方向板厚を有しており、その一定板厚部分で前後に隣接する金属エレメント２３どうしが相互に接触する。また前側に位置する金属エレメント２３の後面に対して、後側に位置する金属エレメント２３はロッキングエッジ２９を支点として揺動可能であり、これにより金属ベルト１５はドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４に巻き付くことができる。

金属エレメント２３のボディ部２４の左右両端には、ドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４のＶ面に当接するプーリ当接面３１が形成される。また金属エレメント２３のイヤー部２６の前面には、イヤー部２６の後面に形成した凹部（図示せず）に嵌合可能な凸部３２が形成される。

尚、プレス成形を終えた時点での金属エレメント２３は、ボディ部２４の傾斜面３０の径方向内端から棒状の余剰部３３が突出しており、この余剰部３３は金属エレメント２３の完成前に切断される（図３参照）。

図４に示すように、矢印で示す方向に回転するドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４に巻き掛けられた金属ベルト１５は、ドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４間を直線状に延びる駆動側の弦部１５ａと戻り側の弦部１５ｂとを備えており、駆動側の弦部１５ａにおいて隣接する金属エレメント２３が相互に接触し、その押し力でドライブプーリ１３からドリブンプーリ１４に駆動力を伝達する。

駆動側の弦部１５ａにおいて隣接する前後の金属エレメント２３は、略一定の前後方向板厚を有するロッキングエッジ２９よりも径方向外側のボディ部２４、ネック部２５およびイヤー部２６で相互に接触するが、従来の金属エレメント２３はロッキングエッジ２９よりも径方向外側のボディ部２４の板厚がイヤー部２６の板厚よりも僅かに薄いため、その板厚差の集積によって駆動側の弦部１５ａが径方向外側に湾曲してしまい、駆動力の伝達効率が低下する問題があった。

以下、従来の金属エレメント２３において、ロッキングエッジ２９よりも径方向外側のボディ部２４の板厚がイヤー部２６の板厚よりも薄くなっていた理由を説明する。

図５は従来例を示すもので、金属エレメント２３の中間製品である粗成形された金属エレメント素材２３′をプレスして金属エレメント２３を仕上げ成形するための金型４０は、金属エレメント２３の前面を成形するカウンタパンチ４１と、金属エレメント２３の後面を成形するメインパンチ４２とを備える。メインパンチ４２の成形面４２ａは基本的に平面であるが、カウンタパンチ４１の成形面は、ロッキングエッジ２９よりも径方向外側部分を成形する平坦な第１成形面４１ａと、ロッキングエッジ２９よりも径方向内側の傾斜面３０を成形する平坦な第２成形面４１ｂと、余剰部３３を成形する平坦な第３成形面４１ｃとを備えており、第１成形面４１ａおよび第２成形面４１ｂの境界に左右方向に延びるロッキングエッジ成形部４１ｄが形成される。

金属エレメント素材２３′は、金属エレメント２３のロッキングエッジ２９に対応するロッキングエッジ対応部２９′と、金属エレメント２３の傾斜面３０に対応する傾斜面対応部３０′と、金属エレメント２３の余剰部３３に対応する余剰部対応部３３′とを備える。金属エレメント素材２３′のロッキングエッジ対応部２９′はカウンタパンチ４１のロッキングエッジ成形部４１ｄに対してオフセットＯＳだけ径方向内側にずれている。

メインパンチ４２の成形面４２ａと、カウンタパンチ４１の第１成形面４１ａおよび第３成形面４１ｃとは径方向に対して平行であるが、カウンタパンチ４１の第２成形面４１ｂは径方向に対して傾斜角θ１で傾斜している。金属エレメント素材２３′の傾斜面対応部３０′も径方向に対して傾斜角θ２で傾斜しているが、傾斜面対応部３０′の傾斜角θ２は、カウンタパンチ４１の第２成形面４１ｂの傾斜角θ１よりも大きく設定される。

金属エレメント素材２３′を金型４０でプレスすると、オフセットＯＳの作用で金属エレメント素材２３′の傾斜面対応部３０′の材料が径方向外側に流れ、ロッキングエッジ２９よりも径方向外側のボディ部２４の板厚が低下するのを阻止しようとするが、成形後の傾斜面３０の径方向内端と第２成形面４１ｂとの間に間隙αが残存するため、この間隙αによって金属エレメント素材２３′の傾斜面対応部３０′の材料が径方向内側に流れてしまい、ロッキングエッジ２９よりも径方向外側のボディ部２４の板厚が、イヤー部２６の板厚よりも薄くなる傾向が生じる。

図６は、ロッキングエッジ２９よりも径方向外側のボディ部２４の左右方向中央部の板厚（ボディ部板厚）と、イヤー部２６の左右両端部の板厚（イヤー部左右板厚）と、ボディ部板厚に対するイヤー部左右板厚の平均値の板厚差とが、プレス荷重に応じてどのように変化するかを示すものである。同図から明らかなように、プレス荷重の大小に関わらずに、ボディ部板厚に対するイヤー部左右板厚の平均値の板厚差は大きくなる。

上述した図５の従来例に対して、図７に示す実施の形態の金属エレメント素材２３′は、ロッキングエッジ対応部２９′の位置が従来例に対して径方向内側に移動しており、ロッキングエッジ対応部２９′はカウンタパンチ４１のロッキングエッジ成形部４１ｄに対して、従来例よりも所定値分だけ大きいオフセットＯＳだけ径方向内側にずれている。

本実施の形態によれば、オフセットＯＳの増加によりプレス成形時に金属エレメント素材２３′の傾斜面対応部３０′の近傍の潰し量（図７（Ｂ）の網掛け部分参照）が増加することで、プレス完了時にカウンタパンチ４１の第２成形面４１ｂと金属エレメント２３の傾斜面３０との間の間隙α（図５（Ｂ）参照）が発生しなくなる。その結果、金属エレメント素材２３′の傾斜面対応部３０′の材料が径方向内側に流れ難くなるため、ロッキングエッジ２９よりも径方向外側のボディ部２４の板厚がイヤー部２６の板厚よりも薄くなる傾向を抑制し、金属エレメント２３のロッキングエッジ２９よりも径方向外側のボディ部２４、ネック部２５およびイヤー部２６の板厚を均一化することができる。

以上のように、図５に示す従来例では、傾斜面３０の径方向内端に対応するカウンタパンチ４１およびメインパンチ４２間の前後方向距離ｔ１に対して、傾斜面３０の径方向内端における金属エレメント２３の前後方向板厚ｔ２が間隙αの分だけ小さくなるのに対し、図７に示す実施の形態では、成形時に間隙αが発生しないために、カウンタパンチ４１およびメインパンチ４２間の前後方向距離ｔ１に対して、傾斜面３０の径方向内端における金属エレメント２３の前後方向板厚ｔ２が一致する。尚、金属エレメント２３を金型４０から取り出した後は、残存する弾性によるスプリングバックで金属エレメント２３の厚さが僅かに増加するため、最終的な金属エレメント２３の前後方向板厚ｔ２は、カウンタパンチ４１およびメインパンチ４２間の前後方向距離ｔ１よりも僅かに大きくなる。

図８は、オフセットＯＳを従来例よりも所定値分だけ増加させた本実施の形態において、ボディ部板厚と、イヤー部左右板厚と、ボディ部板厚に対するイヤー部左右板厚の平均値の板厚差とが、プレス荷重によりどのように変化するかを示すものである。同図から明らかなように、本実施の形態によれば、プレス荷重に関わらずに、図６で説明した従来例に比べて金属エレメント２３の板厚差を大幅に小さくできることが分かる。

図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、ボディ部板厚に対するイヤー部左右板厚の平均値の板厚差が、オフセットＯＳおよびプレス荷重に応じてどのように変化するかを示すものである。同図から明らかなように、本実施の形態によれば、オフセットＯＳを従来例よりも所定値分だけ増加させることで、プレス荷重の大小に関わらずに、ボディ部板厚に対するイヤー部左右板厚の平均値の板厚差を小さくでき、しかも前記板厚差はオフセットＯＳの増加に応じて減少することが分かる。

ところで、金属ベルト１５がドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４に巻き付く位置において、ドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４のＶ面に左右のプーリ当接面３１，３１を挟圧された金属エレメント２３を細かく見ると、その左右方向中央部が径方向外側に向かって僅かに突出するように円弧状に湾曲するため、駆動力の伝達効率が低下する問題がある。このような金属エレメント２３の湾曲傾向は、プレス後の金属エレメント２３のボディ部２４の径方向外側部分（サドル面２８，２８に近い部分）と、径方向内側部分（ロッキングエッジ２９に近い部分）との板厚差が大きい場合に顕著になり、かつ板厚差が同じであってもロッキングエッジ２９の位置がサドル面２８，２８に近い場合に一層顕著になる。

従って、ロッキングエッジ２９の位置がサドル面２８，２８に近い金属エレメント２３では、その湾曲を防止して駆動力の伝達効率を確保するために、金属エレメント２３の板厚の管理が一層重要となる。

また図７において、金属エレメント２３をプレス成形したとき、金属エレメント２３の余剰部３３とカウンタパンチ４１の第３成形面４１ｃとの間には間隙βが形成される。本実施の形態では、金属エレメント２３の傾斜面３０とカウンタパンチ４１の第２成形面４１ｂとの間に、従来例で形成されていた間隙α（図５参照）が形成されないため、金型４０を長期に亙って使用すると、傾斜面３０の径方向内端を成形するカウンタパンチ４１の角部４１ｅが大きな荷重を受けて損傷する虞がある。しかしながら、プレス成形時に余剰部３３とカウンタパンチ４１の第３成形面４１ｃとの間に形成した間隙βに傾斜面３０の材料の一部を逃がすことで、カウンタパンチ４１の角部４１ｅに過剰な荷重が作用するのを防止して金型４０の耐久性を高めることができる。

尚、金属エレメント２３のボディ部２４に接続された余剰部３３は、最終的に切断されてボディ部２４から切り離される。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、従来例のオフセットＯＳに対する本発明のオフセットＯＳの増加量は０．６ｍｍ程度が適切であるが、適切な増加量は金属エレメント２３のサイズに応じて変化するものであり、金属エレメント２３のサイズの増加に応じて適切な増加量も大きくなる。

２２ 金属リング
２３ 金属エレメント
２３′ 金属エレメント素材
２４ ボディ部
２５ ネック部
２６ イヤー部
２７ リングスロット
２８ サドル面
２９ ロッキングエッジ
３０ 傾斜面
３３ 余剰部
４０ 金型
４１ｄ ロッキングエッジ成形部
β 間隙

Claims (3)

1. 粗成形した金属エレメント素材（２３′）を金型（４０）でプレスして仕上げ成形される金属エレメント（２３）が、一対の金属リング（２２）が嵌合する一対のリングスロット（２７）と、前記一対のリングスロット（２７）間に位置するネック部（２５）と、前記ネック部（２５）の径方向外側に連なるイヤー部（２６）と、前記ネック部（２５）の径方向内側に連なって前記金属リング（２２）の内周面を支持するサドル面（２８）が形成されたボディ部（２４）とを備え、前記ボディ部（２４）の前面に左右方向に延びるロッキングエッジ（２９）を介して径方向内側が後方に傾斜する傾斜面（３０）が形成された無段変速機用金属エレメントであって、
   仕上げ成形後の前記金属エレメント（２３）の前記傾斜面（３０）の径方向内端部における前後方向の板厚は、前記傾斜面（３０）の径方向内端部に対応する前記金型（４０）の成形面の前後方向間隔よりも大きいことを特徴とする無段変速機用金属エレメント。
2. 前記金型（４０）のロッキングエッジ成形部（４１ｄ）の位置は、前記金属エレメント素材（２３′）のロッキングエッジ対応部（２９′）の位置よりも径方向外側に位置することを特徴とする、請求項１に記載の無段変速機用金属エレメント。
3. 前記金属エレメント（２３）は前記傾斜面（３０）の径方向内端から突出して仕上げ成形後に切断される余剰部（３３）を備え、仕上げ成形後に前記金型（４０）の成形面と前記余剰部（３３）との間には間隙（β）が存在することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の無段変速機用金属エレメント。

Images