JP2021006733A - 無段変速機用金属エレメントおよび無段変速機用金属エレメントの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ベルト式無段変速機用の金属エレメントの打ち抜き加工面の潤滑油保持性能を高める。【解決手段】 無段変速機用金属エレメント２３は、金型４１により打ち抜き加工される打ち抜き加工面３１に型抜き方向に延びる複数の山部３１ａおよび溝部３１ｂが交互に形成されるので、溝部３１ｂに潤滑油を保持することで打ち抜き加工面３１の潤滑性能を確保することができる。山部３１ａの頂面に型抜き方向に直交する方向に延びる複数の溝３１ｃが形成されており、溝３１ｃの深さは溝部３１ｂの深さよりも小さいので、金属エレメント２３の溝部３１ｂに加えて、金属エレメント２３の移動方向に直交する溝２３ｃにも潤滑油を保持して打ち抜き加工面３１の潤滑性能を更に高めることができ、しかも溝３１ｃは浅く形成されるので打ち抜き加工面３１の山部３１ａの強度を低下させることがない。【選択図】 図３

Description

本発明は、金型により打ち抜き加工される打ち抜き加工面に型抜き方向に延びる複数の山部および溝部が交互に形成される無段変速機用金属エレメントと、その金属エレメントの製造方法とに関する。

無段変速機用の金属エレメントを金型により板状の材料から打ち抜き加工する際に、プーリのＶ面に当接する金属エレメントのプーリ当接面の加工精度を高めるために、金型のダイの刃先およびパンチの刃先間のクリアランスを比較的に小さい寸法（材料の板厚の０％〜１％）に設定するものが、下記特許文献１により公知である。

特許第３６７６１９２号公報

ところで、プーリのＶ面に高い面圧で当接する金属エレメントのプーリ当接面は充分な量の潤滑油で潤滑する必要があるため、そのプーリ当接面に山部および溝部を交互に形成することで、溝部に潤滑油を保持する機能を持たせている。金属エレメンはダイおよびパンチを用いて打ち抜き加工されるため、打ち抜き工程で型抜き方向と平行に延びる山部および溝部を容易に成形することができる。

しかしながら、このような金属エレメントの山部および溝部は金属エレメントの移動方向と平行に延びているため、金属エレメントの移動により溝部に保持された潤滑油が容易に流出してしまい、充分な潤滑効果が得られない可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ベルト式無段変速機用の金属エレメントの打ち抜き加工面の潤滑油保持性能を高め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、金型により打ち抜き加工される打ち抜き加工面に型抜き方向に延びる複数の山部および溝部が交互に形成される無段変速機用金属エレメントであって、前記山部の頂面に前記型抜き方向に直交する方向に延びる複数の溝が形成されており、前記溝の深さは前記溝部の深さよりも小さ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、前記溝の数は前記山部の前部よりも後部において多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３に記載された発明によれば、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の製造方法であって、前記金属エレメントは、刃先にチャンファが形成されたダイと、前記ダイに嵌合するパンチとにより板状の材料から打ち抜き加工され、前記ダイのチャンファには、前記山部を成形する山部成形部と、前記溝部を成形する溝部成形部とが臨んでおり、前記山部成形部において型抜き方向に直交する方向に対して前記チャンファが成すチャンファ角が材料流動角よりも小さく設定され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４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記溝部成形部において前記チャンファ角は前記材料流動角よりも大きく設定され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。

なお、実施の形態の金属エレメント素材２３′は本発明の材料に対応し、実施の形態のプーリ当接面３１は本発明の打ち抜き加工面に対応し、実施の形態の打ち抜き加工装置４１は本発明の金型に対応し、実施の形態のメインパンチ４４は本発明のパンチに対応する。

請求項１の構成によれば、無段変速機用金属エレメントは、金型により打ち抜き加工される打ち抜き加工面に型抜き方向に延びる複数の山部および溝部が交互に形成されるので、溝部に潤滑油を保持することで打ち抜き加工面の潤滑性能を確保することができる。山部の頂面に型抜き方向に直交する方向に延びる複数の溝が形成されており、溝の深さは溝部の深さよりも小さいので、金属エレメントの溝部に加えて、金属エレメントの移動方向に直交する溝にも潤滑油を保持して打ち抜き加工面の潤滑性能を更に高めることができ、しかも溝は浅く形成されるので打ち抜き加工面の山部の強度を低下させることがない。

また請求項２の構成によれば、溝の数は山部の前部よりも後部において多いので、潤滑不足になり易い山部の後部の溝に多めの潤滑油を保持することで、打ち抜き加工面の全体を充分に潤滑することができる。

また請求項３の構成によれば、金属エレメントは、刃先にチャンファが形成されたダイと、ダイに嵌合するパンチとにより板状の材料から打ち抜き加工され、ダイのチャンファには、山部を成形する山部成形部と、溝部を成形する溝部成形部とが臨んでおり、山部成形部において型抜き方向に直交する方向に対してチャンファが成すチャンファ角が材料流動角よりも小さく設定されるので、山部成形部で材料の一部を積極的に破断させて特別の加工を行うことなく溝を自動的に形成することができる
また請求項４の構成によれば、溝部成形部においてチャンファ角は材料流動角よりも大きく設定されるので、その部分で材料を剪断させて不要な溝が形成されるのを防止することで、不要な溝による打ち抜き加工面の強度低下を回避することができる。

ベルト式無段変速機の全体構成を示す図である。 金属ベルトおよび金属エレメントの斜視図である。 図２の３Ａ方向矢視図およびプーリ当接面の詳細図である。 金属エレメントを打ち抜き加工する金型の断面図である。 ダイの斜視図である。 金属エレメントのプーリ当接面を成形するダイおよびパンチの刃先付近の形状を示す概念図である。 チャンファを持たないダイの刃先形状を示す断面図である。 実施の形態のダイの刃先形状を示す断面図である。

以下、図１〜図８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に示すように、金属ベルト１５は左右一対の金属リング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の後面に形成した円錐台状のホール３３に嵌合可能な円錐台状のノーズ３２が形成される。金属エレメント２３のプーリ当接面３１には、前後方向に延びる複数の山部３１ａと、隣接する山部３１ａに挟まれて前後方向に延びる複数の溝部３１ｂとが平行に形成される。プーリ当接面３１の山部３１ａは、ドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４のＶ面に当接するため、その表面の加工精度が高いことが要求される。またプーリ当接面３１の溝部３１ｂは、ドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４のＶ面との間に潤滑油を保持する機能を有している。

図３に示すように、プーリ当接面３１の山部３１ａの頂面には、前後方向（つまり金属エレメント２３の型抜き方向）と直交する方向に延びる多数の微小な溝３１ｃが形成される。山部３１ａの頂面から測った溝３１ｃの深さは溝部３１ｂの深さよりも浅くなっている。つまり溝３１ｃの底は溝部３１ｂの底に達していない。そして溝３１ｃは山部３１ａ上に均等に分布しておらず、山部３１ａの前側において疎で、山部３１ａの後側において密に分布している。

金属エレメント２３のプーリ当接面３１に山部３１ａおよび溝部３１ｂを設けたことにより、溝部３１ｂに保持される潤滑油でドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４のＶ面との間の潤滑性能を高めることができるが、溝部３１ｂは金属エレメント２３の移動方向に延びているため、溝部３１ｂに保持された潤滑油は容易に流出してしまい、潤滑性能が不足する可能性がある。しかしながら、本実施の形態によれば、山部３１ａの頂面に形成された複数の溝３１ｃにも潤滑油が保持されるだけでなく、この溝３１ｃは金属エレメント２３の移動方向に対して直交する方向に延びているために潤滑油が流出し難くなり、必要な潤滑性能が確保される。

また金属エレメント２３のプーリ当接面３１は前端側からドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４のＶ面に噛み込むため、プーリ当接面３１の後端側ほど潤滑油が不足して潤滑条件が厳しくなるが、本実施の形態によれば、プーリ当接面３１の後側ほど溝３１ｃが高い密度が配置されるため、プーリ当接面３１を前後方向全域に亘って適切に潤滑することができる。

仮に、山部３１ａの頂面の溝３１ｃが深くて溝部３１ｂの底面に達していると、溝３１ｃから亀裂が発生して山部３１ａの頂面が崩れ易くなるが、本実施の形態によれば、山部３１ａの頂面から測った溝３１ｃの深さは溝部３１ｂの深さよりも浅くなっているため、山部３１ａの頂面の強度が確保される。

次に、上記形状のプーリ当接面３１を有する金属エレメント２３の製造方法を説明する。

図４に示すように、板状の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は、金属エレメント素材２３′を前後方向に挟んで固定するダイ４２および板押さえ４３と、ダイ４２に形成された金属エレメント２３の外形形状と同形状の穴に摺動自在に嵌合して金属エレメント２３の後面に当接するメインパンチ４４と、金属エレメント２３の外形形状と同形状の穴に摺動自在に嵌合して金属エレメント２３の前面に当接するカウンタパンチ４５とを備えており、メインパンチ４４およびカウンタパンチ４５は図示せぬ油圧シリンダでダイ４２および板押さえ４３に対して前後方向に相対移動可能である。

図５に示すように、ダイ４２の刃先には面取り形状のチャンファ４２ａが形成されており、チャンファ４２ａに連なるダイ４２の内面には、金属エレメント２３のプーリ当接面３１の山部３１ａを成形する山部成形部４２ｂと、金属エレメント２３のプーリ当接面３１の溝部３１ｂを成形する溝部成形部４２ｃとが設けられており、溝部成形部４２ｃは山部成形部４２ｂに対して突出している。

上記構成を備えた打ち抜き加工装置４１により、まずダイ４２および板押さえ４３間に金属エレメント素材２３′を挟持して固定し、続いてメインパンチ４４およびカウンタパンチ４５間に金属エレメント素材２３′を挟圧してプレス加工しながら、メインパンチ４４およびカウンタパンチ４５をダイ４２および板押さえ４３に対して相対移動させることで、金属エレメント素材２３′から金属エレメント２３が打ち抜かれる。

図６（Ａ）に概念的に示すように、ダイ４２の刃先には面取り形状のチャンファ４２ａが形成される。金属エレメント２３のプーリ当接面３１に対応する部分で、ダイ４２のチャンファ４２ａは直線形状に切り欠かれており、打ち抜き加工装置４１の型抜き方向に対して直交する方向から測ったチャンファ４２ａの傾斜角（チャンファ角）はαである。例えば、型抜き方向に対して直交する方向に沿うチャンファ４２ａの幅は１８０μｍである。

図７に示すように、比較例であるチャンファ４２ａを持たないダイ４２の刃先には、ダイ４２の製作時に発生してしまう隅Ｒが存在する。隅Ｒの半径は一般的に２０μｍであり、チャンファ４２ａの幅を１８０μｍとすると、チャンファ４２ａを有さずに隅Ｒを有するダイ４２の仮想チャンファ角α´は６．３゜となる。チャンファ４２ａを有する本発明のダイ４２は、少なくとも６．３゜よりも大きいチャンファ角αを有するものとする。

ＥＢＳＤ（電子線後方散乱解析：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ）法は、材料に照射されて反射した電子線を走査電子顕微鏡に組み合わせたＣＣＤカメラで観測し、材料の結晶構造の情報を基に連続的に取り込んだパターンの結晶方位を算出することにより、結晶粒の方位分析、集合組織や結晶相分布を解析する手法である。ＥＢＳＤ法により得られるＫＡＭ（Ｋｅｒｎｅｌ Ａｖｅｒａｇｅ Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）マップは、材料のある測定点と隣り合った部位との方位差の分布を示すもので、材料の歪みが大きいと方位差が大きくなり、無歪の場合は方位差はゼロになる。

図６（Ｂ）には、打ち抜き加工中におけるダイ４２のチャンファ４２ａの近傍における材料のＫＡＭマップが示されており、白い部分はＫＡＭ値が小さい部分（材料の流動が小さくて歪みが小さい部分）に対応し、黒い部分はＫＡＭ値が大きい部分（材料の流動が大きくて歪みが大きい部分）に対応する。ＫＡＭマップにおいて、チャンファ４２ａの近傍におけるＫＡＭ値が小さい部分とＫＡＭ値が大きい部分との間に境界線（材料流動線）を引くことができ、打ち抜き加工装置４１の型抜き方向に対して直交する方向から測った材料流動線の方向が材料流動角βと定義される。

図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すダイ４２のチャンファ４２ａの山部成形部４２ｂに対応する断面位置において、チャンファ角αが材料流動角βよりも小さく設定された場合には、ダイ４２のチャンファ４２ａと前記境界線とに挟まれた領域（図６（Ｂ）のＫＡＭマップの白い部分）で材料の流動が小さく抑えられる。このように、チャンファ角αと材料流動角βとの大小関係によりチャンファ４２ａ近傍の材料の流動状態が変化するため、金属エレメント２３のプーリ当接面３１が剪断により打ち抜かれたり破断により打ち抜かれたりする。

図８には、図６（Ａ）で概念的に示したダイ４２の刃先形状を具体化した実施の形態の刃先形状が示される。本実施の形態では、山部成形部４２ｂに臨むチャンファ角はα１であり、溝部成形部４２ｃに臨むチャンファ４２ａのチャンファ角はα２である。山部成形部４２ｂに臨むチャンファ４２ａの近傍の材料流動角βはメインパンチ４４に近づくにつれてβ１からβ１´に増加しているが、第１領域においてα１＜β１であり、第２領域においてもα１＜β１′である。

素材の打ち抜き加工時に、第１領域ではチャンファ４２ａの表面近傍に材料が滞留し、材料の滑りは内部で発生するため、打ち抜き面である山部３１ａの頂面は溝３１ｃのない剪断面となる。一方、第２領域では材料流動角β１′が第１領域の材料流動角β１よりも大きくなるため、チャンファ４２ａの表面近傍で材料の滑りが発生し、その結果、打ち抜き面である山部３１ａの頂面が破断面となり、そこに型抜き方向と直交する多数の細かい亀裂よりなる溝３１ｃ（図３参照）が形成される。

また溝部成形部４２ｃに臨むチャンファ４２ａの第３領域ではα２＞β２であるために、チャンファ４２ａの表面における材料の滑りが小さくなって剪断が発生し、溝部３１ｂの底面は溝３１ｃのない平坦な剪断面となる。

以上のように、本実施の形態によれば、ダイ４２の山部成形部４２ｂに臨むチャンファ４２ａのチャンファ角αが材料流動角βよりも小さく設定されるので、その一部で材料を積極的に破断させることで、特別の加工を行うことなく山部３１ａの頂面に溝３１ｃを自動的に形成し、金属エレメント２３のプーリ当接面３１の潤滑性能を高めることができる。またダイ４２の溝部成形部４２ｃに臨むチャンファ４２ａのチャンファ角αが材料流動角βよりも大きく設定されるので、その部分で材料を剪断させることで、金属エレメント２３の溝部３１ｂに不要な溝３１ｃが形成されるのを防止し、金属エレメント２３のプーリ当接面３１の強度を確保することができる。しかも、ダイ４２の刃先にチャンファ４２ａを設けたことで、ダイ４２の刃先およびメインパンチ４４の刃先の干渉を防止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、実施の形態では、本発明を金属エレメント２３のプーリ当接面３１を打ち抜くダイ４２のチャンファ４２ａに適用しているが、ダイ４２のチャンファ４２ａの任意の部分に本発明を適用することができる。特に本発明は、金属エレメント２３のプーリ当接面３１だけでなく、金属リング２２に当接する金属エレメント２３のサドル面２８を打ち抜くダイ４２のチャンファ４２ａにも好適に適用可能である。

また実施の形態ではチャンファ４２ａの山部成形部４２ｂが段のない直線で構成されているが、２段以上の折れ線で構成されていても良い。

また本発明は隅Ｒだけを有するダイ４２には適用されず、チャンファ４２ａを有するダイ４２が前提となっている。本発明におけるチャンファ４２ａのチャンファ角αは、隅Ｒに相当する仮想チャンファ角α´である６．３゜よりも大きいことが必要である（図６参照）。

２３ 金属エレメント
２３´ 金属エレメント素材（材料）
３１ プーリ当接面（打ち抜き加工面）
３１ａ 山部
３１ｂ 溝部
３１ｃ 溝
４１ 打ち抜き加工装置（金型）
４２ ダイ
４２ａ チャンファ
４２ｂ 山部成形部
４２ｃ 溝部成形部
４４ メインパンチ（パンチ）
α チャンファ角
β 材料流動角

Claims (4)

1. 金型（４１）により打ち抜き加工される打ち抜き加工面（３１）に型抜き方向に延びる複数の山部（３１ａ）および溝部（３１ｂ）が交互に形成される無段変速機用金属エレメントであって、
   前記山部（３１ａ）の頂面に前記型抜き方向に直交する方向に延びる複数の溝（３１ｃ）が形成されており、前記溝（３１ｃ）の深さは前記溝部（３１ｂ）の深さよりも小さいことを特徴とする無段変速機用金属エレメント。
2. 前記溝（３１ｃ）の数は前記山部（３１ａ）の前部よりも後部において多いことを特徴とする、請求項１に記載の無段変速機用金属エレメント。
3. 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の製造方法であって、
   前記金属エレメント（２３）は、刃先にチャンファ（４２ａ）が形成されたダイ（４２）と、前記ダイ（４２）に嵌合するパンチ（４４）とにより板状の材料（２３´）から打ち抜き加工され、前記ダイ（４２）のチャンファ（４２ａ）には、前記山部（３１ａ）を成形する山部成形部（４２ｂ）と、前記溝部（３１ｂ）を成形する溝部成形部（４２ｃ）とが臨んでおり、前記山部成形部（４２ｂ）において型抜き方向に直交する方向に対して前記チャンファ（４２ａ）が成すチャンファ角（α）が材料流動角（β）よりも小さく設定され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。
4. 前記溝部成形部（４２ｃ）において前記チャンファ角（α）は前記材料流動角（β）よりも大きく設定されることを特徴とする、請求項３に記載の無段変速機用金属エレメントの製造方法。

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