JP2017115959A - 無段変速機用金属エレメントの製造方法および無段変速機用金属エレメント - Google Patents

Abstract

【課題】 サドル面の前縁に重なる位置にシャープなロッキングエッジを有する金属エレメントを簡単に製造する。
【解決手段】 金属エレメント素材２３´をプレス加工および打ち抜き加工して金属エレメント２３を製造する金型４７は、金属エレメント２３のロッキングエッジ２９の径方向内側に対応する位置に形成された凸部４７ｅを備えるので、金型４７の凸部４７ｅによりプレスされた金属エレメント素材２３´の材料の一部が径方向外側に流れることで、金属エレメント２３のロッキングエッジ２９にだれが発生するのを防止し、精度の高いロッキングエッジ２９を有する金属エレメント２３を容易に製造することができる。凸部４７ｅによりプレスされた金属エレメント素材２３´の材料の他の一部は径方向内側に流れるが、径方向内側に流れる材料を金型４７の凹部４７ｆで吸収することで、必要な金型の４７プレス荷重を低減して金型４７の耐久性を高めることができる。
【選択図】 図８

Description

本発明は、無段変速機用金属エレメントを、一定断面を有する帯板状の金属エレメント素材を金型を用いてプレス加工および打ち抜き加工することで製造する無段変速機用金属エレメントの製造方法と、その製造方法により製造した無段変速機用金属エレメントとに関する。

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ロッキングエッジの位置を、金属エレメントのボディ部の前面の径方向外端位置であるサドル面の前縁位置に一致させれば、隣接する金属エレメントどうしがロッキングエッジを支点として相対的に揺動したときに、隣接する金属エレメントのサドル面の前後方向の位置関係を一定に維持し、サドル面と金属リング集合体との間に摩擦損失が発生するのを防止することができる。しかしながら、金属エレメントを帯状の金属板から金型で打ち抜いて製造する場合、打ち抜きに伴う剪断荷重で材料が引っ張られ、ロッキングエッジの剪断面の一方の端部が塑性変形して丸みを帯びる現象（だれ）が発生してしまい、シャープなロッキングエッジが得られないという問題がある。

そこで、ロッキングエッジを含む金属エレメントの一部を第２エレメントとして打ち抜き、その剪断面の両方の端部のうちのだれが発生しないシャープな端部がロッキングエッジとなるように、金属エレメントの本体部分を構成する第１エレメントに第２エレメントを結合することで、シャープなロッキングエッジを有する金属エレメントを製造するものが、下記特許文献１により公知である。

特開２０１３−１３０２０４号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたものは、金属エレメントを第１エレメントおよび第２エレメントの二つの部材に分割して組み立てるので、部品点数が増加して製造コストが増加するという問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、サドル面の前縁に重なる位置にシャープなロッキングエッジを有する金属エレメントを簡単に製造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、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、前記サドル面の前縁に重なって左右方向に延びるロッキングエッジと、前記ロッキングエッジから径方向内側かつ後方に延びる傾斜面とが形成された金属エレメントを、一定断面を有する帯板状の金属エレメント素材を金型を用いてプレス加工および打ち抜き加工することで製造する無段変速機用金属エレメントの製造方法であって、前記金型は、前記金属エレメントの前記ロッキングエッジの径方向内側に対応する位置に形成された凸部と、前記凸部の径方向内側に形成された凹部とを備えることを特徴とする無段変速機用金属エレメントの製造方法が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１に記載の製造方法により製造される無段変速機用金属エレメントであって、前記金属エレメントの前記傾斜面は前記金型の前記凹部により成形される凸部を備え、前記ロッキングエッジから前記傾斜面の前記凸部に引いた接線が径方向に対して成す傾斜角は、前記金属エレメントの前記ロッキングエッジまわりの最大揺動角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。

なお、実施の形態のカウンタパンチ４７は本発明の金型に対応する。

請求項１の構成によれば、金属エレメント素材を金型でプレス加工および打ち抜き加工して金属エレメントを製造する際に、金属エレメントのリングスロットに対応する部分が金型で打ち抜かれ、サドル面の前縁に重なる位置にロッキングエッジが形成される。金型は、金属エレメントのロッキングエッジの径方向内側に対応する位置に形成された凸部を備えるので、金型の凸部によりプレスされた金属エレメント素材の材料の一部が径方向外側に流れることで、金属エレメントのロッキングエッジにだれが発生するのを防止し、精度の高いロッキングエッジを有する金属エレメントを容易に製造することができる。凸部によりプレスされた金属エレメント素材の材料の他の一部は径方向内側に流れるが、径方向内側に流れる材料を金型の凹部で吸収することで、必要な金型のプレス荷重を低減して金型の耐久性を高めることができる。

また請求項２の構成によれば、金属エレメントの傾斜面は金型の凹部により成形される凸部を備え、ロッキングエッジから傾斜面の凸部に引いた接線が径方向に対して成す傾斜角は、金属エレメントのロッキングエッジまわりの最大揺動角よりも大きいので、金属ベルトがプーリに巻き付いて隣接する金属エレメントどうしがロッキングエッジまわりに最大揺動角で揺動しても、金属エレメントの傾斜面の凸部が相手方の金属エレメントに接触することが防止され、ロッキングエッジまわりの金属エレメントの揺動が阻害されることがない。

ベルト式無段変速機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） 金属エレメントの前面図。（実施の形態） 図３の４−４線断面図。（実施の形態） 金属エレメント素材の斜視図。（実施の形態） 打ち抜き加工装置および金属エレメント素材の断面図。（実施の形態） 図６に対応する作用説明図（その１）。（実施の形態） 図６に対応する作用説明図（その２）。（実施の形態） 図６に対応する作用説明図（その３）。（実施の形態） カウンタパンチの斜視図。（実施の形態） 図９の拡大部に対応する作用説明図。（比較例）

以下、図１〜図１０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〜図４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。また金属エレメント２３の素材となる金属エレメント素材２３′（図５参照）と、金属エレメント素材２３′から金属エレメント２３を成形および打ち抜きする打ち抜き加工装置４１（図６参照）とについても、金属エレメント２３の前後方向、径方向および左右方向に対応する方向を、それらの前後方向、径方向および左右方向と定義する。

金属エレメント素材２３′から製造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、ボディ部２４の前面の径方向外端には左右方向に延びるロッキングエッジ２９が形成され、ボディ部２４の前面にはロッキングエッジ２９から径方向内向きかつ後向きに傾斜する傾斜面３０が形成される。ロッキングエッジ２９はサドル面２８の前縁と重なっており、従ってロッキングエッジ２９はボディ部２４の前面の径方向外端に位置している。

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３３に嵌合可能な凸部３２が形成される。

金属エレメント２３の傾斜面３０は、ロッキングエッジ２９から第１傾斜角θ１で径方向内向きかつ後向きに傾斜する第１傾斜面３０ａと、第１傾斜面３０ａの径方向内端から第２傾斜角θ２で径方向内向きかつ後向きに傾斜する第２傾斜面３０ｂとからなり、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。第１傾斜面３０ａは、ロッキングエッジ２９の径方向内側において左右方向に延びる溝状の凹部３０ｃと、凹部３０ｃの径方向内側において左右方向に延びる畝状の凸部３０ｄとを備える。この凹部３０ｃおよび凸部３０ｄは、金属エレメント素材２３′をプレス加工および打ち抜き加工する際に副次的に形成されるものであり、それ自体が動力伝達時に特別な機能を発揮するものではない。ボディ部２４の前後方向板厚はロッキングエッジ２９の位置において最大板厚ｔ１となり、この最大板厚ｔ１は金属エレメント２３の一定板厚のネック部２５およびイヤー部２６の前後方向板厚ｔ２と一致する。

従って、金属ベルト１５の弦部において隣接する金属エレメント２３が整列したとき、後側の金属エレメント２３のネック部２５およびイヤー部２６の前面が前側の金属エレメント２３のネック部２５およびイヤー部２６の後面に当接し、後側の金属エレメント２３のロッキングエッジ２９が前側の金属エレメント２３のボディ部２４の上端（サドル面２８の後縁）に当接する。また前側の金属エレメント２３の後面に対して、後側の金属エレメント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。

図５に示すように、金属エレメント２３を製造する際の素材となる金属エレメント素材２３′は、長手方向に一定断面を有するように圧延加工された帯状の金属板からなる。金属エレメント素材２３′は、金属エレメント２３のイヤー部２６、ネック部２５およびボディ部２４にそれぞれ対応する、イヤー部対応部２６′、ネック部対応部２５′およびボディ部対応２４′を備える。

ネック部対応部２５′およびイヤー部対応部２６′はネック部２５およびイヤー部２６の板厚ｔ２と略同じ一定の板厚を有している。ボディ部対応部２４′はロッキングエッジ対応部２９′の位置でボディ部２４の最大板厚ｔ１と略同じ板厚を有しており、そこから径方向内側に向かって板厚が減少する。すなわち、金属エレメント素材２３′のボディ部対応部２４′の傾斜面対応部３０′は、ロッキングエッジ対応部２９′から第１傾斜角θ１で径方向内向きかつ後向きに傾斜する第１傾斜面対応部３０ａ′と、第１傾斜面対応部３０ａ′の径方向内端から第２傾斜角θ２で径方向内向きかつ後向きに傾斜する第２傾斜面対応部３０ｂ′とからなる。

以上のように、金属エレメント素材２３′の断面形状は、金属エレメント２３の凸部３２および凹部３３に対応する部分を持たない点と、金属エレメント２３の凹部３０ｃおよび凸部３０ｄに対応する部分を持たない点とを除いて、金属エレメント２３の断面形状と略一致している。

図６に示すように、金属エレメント素材２３′から金属エレメント２３を打ち抜き加工する打ち抜き加工装置４１は、枠体４２の下部に固定された下側ダイ４３と、枠体４２の上部に昇降自在に支持されてダイ駆動シリンダ４４で昇降駆動される上側ダイ４５と、下側ダイ４３に形成した上面開放の凹部４３ａに嵌合してカウンタパンチ駆動シリンダ４６で昇降駆動されるカウンタパンチ４７と、上側ダイ４５に形成した下面開放の凹部４５ａに嵌合してメインパンチ駆動シリンダ４８で昇降駆動されるメインパンチ４９とを備える。

なお、図６において、カウンタパンチ４７およびメインパンチ４９は、金属エレメント２３のイヤー部２６を成形する部分と、金属エレメント２３のボディ部２４を成形する部分とに２分割して描かれているが、実際には、カウンタパンチ４７およびメインパンチ４９はそれぞれ１個の部材である。

カウンタパンチ４７およびメインパンチ４９の輪郭形状は、金属エレメント２３の輪郭形状と同じであり、カウンタパンチ４７には金属エレメント２３の凸部３２を成形するための凸部成形部４７ａと、金属エレメント２３のロッキングエッジ２９を成形するためのロッキングエッジ成形部４７ｂと、金属エレメント２３の第１傾斜面３０ａを成形するための第１傾斜面成形部４７ｃと、金属エレメント２３の第２傾斜面３０ｂを成形するための第２傾斜面成形部４７ｄとが形成され、メインパンチ４９には金属エレメント２３の凹部３３を成形するための凹部成形部４９ａが形成される。

図８に示すように、カウンタパンチ４７の第１傾斜面成形部４７ｃは、金属エレメント素材２３′の傾斜面対応部３０′の第１傾斜面対応部３０ａ′と平行であり、第１傾斜面成形部４７ｃおよび第１傾斜面対応部３０ａ′は共に第１傾斜角θ１だけ傾斜している。カウンタパンチ４７の第２傾斜面成形部４７ｄは、金属エレメント素材２３′の傾斜面対応部３０′の第２傾斜面対応部３０ｂ′と平行であり、第２傾斜面成形部４７ｄおよび第２傾斜面対応部３０ｂ′は共に第２傾斜角θ２だけ傾斜している。

そして図８および図１０に示すように、カウンタパンチ４７の第１傾斜面成形部４７ｃには、ロッキングエッジ成形部４７ｂの径方向内側において左右方向に延びる畝状の凸部４７ｅと、凸部４７ｅの径方向内側において左右方向に延びる溝状の凹部４７ｆとが形成される。また図６に拡大して示すように、凸部４７ｅの前後方向高さＨは凹部４７ｆの前後方向深さＤよりも大きく、凸部４７ｅの径方向幅Ｗ１は凹部４７ｆの径方向幅Ｗ２よりも小さく設定される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

図６に示すように、予め製造した金属エレメント素材２３′を打ち抜き加工装置４１の下側ダイ４３およびカウンタパンチ４７の上に載置する。続いて、図７に示すように、ダイ駆動シリンダ４４で上側ダイ４５を下降させ、下側ダイ４３および上側ダイ４５間に金属エレメント素材２３′を挟んで固定した後、メインパンチ駆動シリンダ４８でメインパンチ４９を下降させ、カウンタパンチ４７およびメインパンチ４９間に金属エレメント素材２３′を挟んでプレス加工する。その結果、カウンタパンチ４７の凸部成形部４７ａおよびメインパンチ４９の凹部成形部４９ａにより金属エレメント２３の凸部３２および凹部３３が成形されるとともに、カウンタパンチ４７の第１、第２傾斜面成形部４７ｃ，４７ｄで金属エレメント素材２３′ｂの第１、第２傾斜面対応部３０ａ′，３０ｂ′（すなわち金属エレメント２３の第１、第２傾斜面３０ａ，３０ｂ）が成形される。

このようにして金属エレメント２３のプレス成形が完了すると、図８に示すように、下側ダイ４３および上側ダイ４５に対して、カウンタパンチ４７およびメインパンチ４９をカウンタパンチ駆動シリンダ４６およびメインパンチ駆動シリンダ４８で相対的に下降させることにより、図９に示すように、金属エレメント素材２３′から金属エレメント２３を打ち抜き加工する。

このとき、図１１に示す比較例のように、カウンタパンチ４７の第１傾斜面成形部４７ｃが本実施の形態の凸部４７ｅを備えていないと、金属エレメント２３の打ち抜き加工時にメインパンチ４９およびカウンタパンチ４７間に挟まれたボディ対応部２４′の材料が、矢印Ａ１で示すように隣接する下側ダイ４３および上側ダイ４５側に引っ張られることで、金属エレメント素材２３′のロッキングエッジ対応部２９′にだれ（図１１のａ部参照）が発生してしまい、完成した金属エレメント２３のロッキングエッジ２９がシャープに成形されずに丸まってしまう問題がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、図８に示すように、金属エレメント２３の打ち抜き加工時に、カウンタパンチ４７の凸部４７ｅにより圧縮された凹部３０ｃの材料が矢印Ａ２で示すように径方向外側に流れ、金属エレメント素材２３′のロッキングエッジ対応部２９′の材料を下側ダイ４３の側面に押しつけることで、だれを発生させることなく、ロッキングエッジ対応部２９′（すなわち金属エレメント２３のロッキングエッジ２９）をシャープに形成することができる（図８のｂ部参照）。

また金属エレメント２３の打ち抜き加工時に、カウンタパンチ４７の凸部４７ｅにより圧縮された凹部３０ｃの材料は矢印Ａ３で示すように径方向内側にも流れるが、カウンタパンチ４７の凸部４７ｅの径方向内側には凹部４７ｆが形成されているため、径方向内側に流れる材料を凹部４７ｆで吸収することにより、金属エレメント２３の打ち抜き加工に要するプレス荷重を低減するとともに、打ち抜き加工装置４１の耐久性を高めることができる。このとき、凹部４７ｆの体積（断面積）は、凸部４７ｅにより矢印Ａ３方向に押し出された材料を充分に吸収可能な大きさに設定されているため、凸部４７ｅにより押しされた材料を凹部４７ｆにより確実に吸収し、プレス荷重を一層効果的に低減することができる。

ところで、隣接する金属エレメント２３どうしは、ドライブプーリ１３あるいはドリブンプーリ１４に巻き付くときにロッキングエッジ２９を支点として相対的に揺動し、その揺動角は、最大変速比の状態では金属ベルト１５の巻き付き半径が最小になるドライブプーリ１３において最大になり、最小変速比の状態では金属ベルト１５の巻き付き半径が最小になるドリブンプーリ１４おいて最大になる。

本実施の形態の金属エレメント２３は、その傾斜面３０ａにカウンタパンチ４７に凹部４７ｆにより成形された凸部３０ｄを備えるため、隣接する金属エレメント２３どうしが相対的に揺動すると、後方に位置する金属エレメント２３の凸部３０ｄが前方に位置する金属エレメント２３の後面に当接してしまい、金属エレメント２３の自由な揺動が阻害される虞がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、図４に拡大して示すように、金属エレメント２３のロッキングエッジ２９から凸部３０ｄに引いた接線Ｔが径方向に対して成す傾斜角θ３は、プーリの最小巻き付き半径部において発生する金属エレメント２３の最大揺動角θ４よりも大きいので、隣接する金属エレメント２３が最大揺動角θ４で揺動しても後方の金属エレメント２３の凸部３０ｄが前方の金属エレメント２３の後面に当接することが防止され、金属エレメント２３の自由な揺動が可能になる。

また図６に拡大して示すように、凸部４７ｅの前後方向高さＨは凹部４７ｆの前後方向深さＤよりも大きく、凸部４７ｅの径方向幅Ｗ１は凹部４７ｆの径方向幅Ｗ２よりも小さいため、図８に拡大して示すように、凸部４７ｅにより充分な量の材料を径方向外側に流して金属エレメント２３のロッキングエッジ２９をシャープに形成することができるだけでなく、凸部４７ｅにより押し出された材料で形成される金属エレメント２３の凸部３０ｄの高さを低くして傾斜角θ３（図４参照）を最大限に確保しながら、充分な量の材料を凹部４７ｆで吸収することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、打ち抜き加工装置４１のカウンタパンチ４７に凸部４７ｅおよび凹部４７ｆを設けるだけの簡単な構造で、金属エレメント２３のロッキングエッジ２９にだれが発生するのを防止して加工精度を高めることができるだけでなく、必要なプレス荷重を低減して打ち抜き加工装置４１の耐久性を高めることができる。

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、実施の形態の金属エレメント２３の傾斜面３０は第１傾斜面３０ａおよび第２傾斜面３０ｂを備えているが、第２傾斜面３０ｂは必ずしも必要ではない。

同様に、実施の形態のカウンタパンチ４７は第１傾斜面成形部４７ｃおよび第２傾斜面成形部４７ｄを備えているが、第２傾斜面成形部４７ｄは必ずしも必要ではない。

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
３０ｄ 凸部
４７ カウンタパンチ（金型）
４７ｅ 凸部
４７ｆ 凹部
Ｔ 接線
θ３ 傾斜角
θ４ 最大揺動角

Claims (2)

1. 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、前記サドル面（２８）の前縁に重なって左右方向に延びるロッキングエッジ（２９）と、前記ロッキングエッジ（２９）から径方向内側かつ後方に延びる傾斜面（３０）とが形成された金属エレメント（２３）を、一定断面を有する帯板状の金属エレメント素材（２３′）を金型（４７）を用いてプレス加工および打ち抜き加工することで製造する無段変速機用金属エレメントの製造方法であって、
   前記金型（４７）は、前記金属エレメント（２３）の前記ロッキングエッジ（２９）の径方向内側に対応する位置に形成された凸部（４７ｅ）と、前記凸部（４７ｅ）の径方向内側に形成された凹部（４７ｆ）とを備えることを特徴とする無段変速機用金属エレメントの製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法により製造される無段変速機用金属エレメントであって、
   前記金属エレメント（２３）の前記傾斜面（３０）は前記金型（４７）の前記凹部（４７ｆ）により成形される凸部（３０ｄ）を備え、前記ロッキングエッジ（２９）から前記傾斜面（３０）の前記凸部（３０ｄ）に引いた接線（Ｔ）が径方向に対して成す傾斜角（θ３）は、前記金属エレメント（２３）の前記ロッキングエッジ（２９）まわりの最大揺動角（θ４）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。
   

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