JP2021038845A - ベルト式無段変速装置用プーリおよびベルト式無段変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝動用ベルトを高負荷かつ高速走行条件で長時間走行させても、動力伝動性を確保しながら、ベルトの摩耗を抑制できるベルト式無段変速装置用プーリ、およびベルト式無段変速装置を提供する。【解決手段】ベルト式無段変速装置用プーリ１は、軸方向に固定された固定プーリ片２と、軸方向に移動可能とされた可動プーリ片３とからなり、これらの固定プーリ片２と可動プーリ片３で形成されるＶ字状のプーリ溝の幅Ｗを連続的に変更可能とし、プーリ溝に伝動用ベルト３０を巻き掛けるために用いられる。プーリ溝の対向する固定プーリ片２の傾斜溝面２ａと可動プーリ片３の傾斜溝面３ａとにテーパ面が形成されている。傾斜溝面２ａ、３ａの周方向の表面粗さを算術平均粗さＲａ１とし、傾斜溝面２ａ、３ａの径方向の表面粗さを算術平均粗さＲａ２としたとき、０．３０μｍ≦Ｒａ１≦０．８０μｍ Ｒａ１≦Ｒａ２である。【選択図】図２

Description

本発明は、ベルト式無段変速装置用プーリとそれを用いたベルト式無段変速装置に関する。

自動車、自動二輪車等における変速装置として、変速時の操作性の向上や燃料消費率の改善等を図ることができるベルト式無段変速装置が知られている。ベルト式無段変速装置に用いられる無段変速装置用プーリは、軸方向に固定された固定プーリ片と、軸方向に移動可能とされた可動プーリ片とからなり、これらの固定プーリ片と可動プーリ片で形成されるＶ字状のプーリ溝の幅を連続的に変更可能としたものである。ベルト式無段変速装置は、プーリ溝の幅に応じて、巻き掛けられるＶ字状の伝動用ベルトの巻き掛け半径を変化させ、変速比を無段階で変えることができる。ベルト式無段変速装置に用いられる伝動用ベルト（以下、単に、「伝動用ベルト」又は「べルト」ともいう）としては、ローエッジＶベルトやローエッジコグドＶベルトの他、多数の樹脂製ブロックがエンドレスの張力帯にベルト長さ方向に間隔を空けて取り付けた、樹脂ブロックベルト等が用いられている。

ベルト式無段変速装置の駆動プーリおよび従動プーリは、伝動用ベルトとの間に生じる摩擦力によってトルクを伝えるため、ベルトを押し付けるプーリの推力と、ベルトとプーリにおける摩擦係数との調整が重要となる。そのため、従来より、動力伝達性の向上や変速操作性の向上を図ることを目的に、駆動プーリおよび従動プーリのテーパ面の表面性状に改良を施すことがなされている。

特許文献１〜４には、プーリのベルト溝の径方向において、表面粗さが異なる表面性状を備えたベルト式無段変速装置用プーリが開示されている。例えば、特許文献１には、Ｖベルトの巻き掛け径の小径・中径・大径の３パターンの領域において、それぞれプーリのベルト溝の表面粗さが小（Ｒａ０．５μｍ未満）・大（Ｒａ０．５〜３．０μｍ）・小（Ｒａ０．５μｍ未満）と異なる表面性状を備えた変速装置が開示されている。特許文献２には、駆動プーリにおいてベルトの巻き掛け径が最小（従動プーリにおいてベルトの巻き掛け径が最大）となる時点では、ベルトが高摩擦部によって挟み込まれ、これ以外の変速比においては、高摩擦部から外れるようにベルト接触部の表面が加工されている連続無段変速装置が開示されている。特許文献３には、従動プーリのテーパ面の径方向の内側部分の摩擦係数が径方向の外側部分に比較して小さくなるように形成されたベルト式無段変速機が開示されている。特許文献４には、従動プーリのテーパ面の径方向の内側部分の摩擦係数が径方向の外側部分に比較して大きくなるように形成されたベルト式無段変速機が開示されている。

特許文献１〜４では、異なる速度領域におけるベルトの動力伝達効率、騒音、変速性などを改善することを目的としており、そのための手段として駆動プーリおよび従動プーリのベルト接触面における表面粗さや、ベルトとの摩擦係数を、プーリの径方向に亘って異ならせているものである。即ち、プーリのテーパ面の周方向における表面粗さおよびベルトとの摩擦係数は、プーリの径方向の内側部分と外側部分の各領域内においては一様である。従って、上記文献には、プーリの径方向と周方向の摩擦係数の異方性については述べられていない。一方、特許文献５には、駆動プーリ及び従動プーリのうち、少なくとも一方のプーリのテーパ面の表面粗さを、プーリの周方向でＲａ０．２５μｍ以下、プーリの径方向でＲａ０．３５μｍ以上に設定した、ベルト駆動システムが開示されている。

特開２００１−３４３０５６号公報 特開２００９−０５８１３２号公報 国際公開第２０１２／１０５０２４号 国際公開第２０１２／１０５０３６号 特開２００２−２１９５６号公報

しかしながら、特許文献５のような表面性状においては、ベルトの摩擦係数が高くなりすぎて、ベルトがプーリとの間で弾性すべり（エラスティックスリップ）を起こし、その結果、ベルトの摩耗が極端に増大するといった問題があった。また、アブレシブ摩耗という接触面が削りとられる現象により、ベルトの摩耗が極端に増大するといった問題があった。さらに、樹脂ブロックベルトを使用した場合、ブロックがプーリの接触面の凹凸によって引き裂かれたりするといった問題があった。

そこで、本発明は、伝動用ベルトを高負荷かつ高速走行条件で長時間走行させても、動力伝動性を確保しながら、ベルトの摩耗を抑制できるベルト式無段変速装置用プーリとそれを用いたベルト式無段変速装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のベルト式無段変速装置用プーリは、
軸方向に固定された固定プーリ片と、軸方向に移動可能とされた可動プーリ片とからなり、これらの固定プーリ片と可動プーリ片で形成されるＶ字状のプーリ溝の幅を連続的に変更可能とした、前記プーリ溝に伝動用ベルトを巻き掛けるために用いられるベルト式無段変速装置用プーリであって、
前記プーリ溝の対向する前記固定プーリ片の傾斜溝面と前記可動プーリ片の傾斜溝面とにテーパ面が形成され、
前記固定プーリ片と前記可動プーリ片との傾斜溝面の周方向の表面粗さを算術平均粗さＲａ_１とし、前記固定プーリ片と前記可動プーリ片との傾斜溝面の径方向の表面粗さを算術平均粗さＲａ_２としたとき、
０．３０μｍ≦Ｒａ_１≦０．８０μｍ
Ｒａ_１≦Ｒａ_２
であることを特徴としている。

上記構成によれば、固定プーリ片と可動プーリ片との傾斜溝面の周方向の表面粗さである算術平均粗さＲａ_１が０．３０μｍ〜０．８０μｍであることにより、プーリとベルトとの摩擦係数が適度に高まるため、ベルトによる動力伝達性（摩擦伝動能力）を向上させることができる。また、ベルトとプーリとの間で弾性すべりが起こりにくくなるため、ベルトを長時間走行させる場合においても、ベルトの摩耗を抑制することができる。さらに、Ｒａ_１の値が、固定プーリ片と可動プーリ片との傾斜溝面の径方向の表面粗さである算術平均粗さＲａ_２の値以下であることにより、各プーリ片の傾斜溝面の周方向と径方向において、適切な表面性状となるため、走行中の変速時においても、ベルトのプーリへの過度な食い込みを抑えることができる。そのため、ベルトを長時間走行した場合においても、伝達能力を確保しながら、且つ変速性を損なわず、ベルトの摩耗を抑制し、更には騒音レベルを低減することが可能となる。

また、本発明は、上記ベルト式無段変速装置用プーリにおいて、
前記算術平均粗さＲａ_２が、
０．３５μｍ≦Ｒａ_２≦０．８０μｍ
であることを特徴としている。

上記構成によれば、固定プーリ片と可動プーリ片との傾斜溝面の径方向の表面粗さである算術平均粗さＲａ_２が０．３５μｍ〜０．８０μｍであることにより、各プーリ片の傾斜溝面の周方向と径方向において、より適切な表面性状となるため、ベルトのプーリへの過度な食い込みをさらに抑えることができ、アブレシブ摩耗を抑制することができる。また、ベルトが各プーリ片の傾斜溝面の径方向に移動する際、ベルトが抵抗なくスムーズに移動することができるため、変速性を向上させることが可能となる。さらに、プーリからベルトが離れる際のベルトの抜け性が良くなり、ベルトに異常な力が発生することを抑えることができるため、ベルトの早期破壊等の不具合を防止することが可能となる。

また、本発明は、上記ベルト式無段変速装置用プーリにおいて、
前記固定プーリ片と前記可動プーリ片とに使用される鋼材は、ＪＩＳ Ｇ ４０５３に規定されている機械構造用合金鉄鋼鋼材、ＪＩＳ Ｇ ４０５２に規定されている焼入性を保証した構造用鋼鋼材（Ｈ鋼）、ＪＩＳ Ｇ ４０５１に規定されている機械構造用炭素鋼鋼材、ステンレス鋼、及びアルミニウム合金の群から選択される少なくとも一種以上であることを特徴としている。

上記構成によれば、ＪＩＳ Ｇ ４０５３に規定されている機械構造用合金鉄鋼鋼材、ＪＩＳ Ｇ ４０５２に規定されている焼入性を保証した構造用鋼鋼材（Ｈ鋼）、ＪＩＳ Ｇ ４０５１に規定されている機械構造用炭素鋼鋼材、ステンレス鋼、及びアルミニウム合金をプーリの鋼材として使用することで、強度と耐摩耗性とに優れたベルト式無段変速装置用プーリを得ることができる。

また、本発明は、上記ベルト式無段変速装置用プーリにおいて、
前記ＪＩＳ Ｇ ４０５３に規定されている機械構造用合金鉄鋼鋼材、及び前記ＪＩＳ Ｇ ４０５２に規定されている焼入性を保証した構造用鋼鋼材（Ｈ鋼）は、クロムモリブデン鋼であることを特徴としている。

上記構成によれば、プーリの鋼材としてクロムモリブデン鋼を使用することにより、表面加工がしやすくなるため、固定プーリ片と可動プーリ片との傾斜溝面の表面性状を、周方向と径方向において、所望する表面粗さに、より正確に加工することができる。また、クロムモリブデン鋼は、適度に撓る素材であることから、ベルト走行中における振動を吸収することができるため、強度と耐摩耗性とにより優れたベルト式無段変速装置用プーリを得ることができる。

上記課題を解決するために、本発明のベルト式無段変速装置は、
駆動プーリと従動プーリとに張力をかけて巻回され、その両側面と前記駆動プーリ及び前記従動プーリそれぞれのＶ字状の溝を画定する両側面とが接触した状態で走行されるＶベルトと、
それぞれ前記Ｖベルトが嵌合されるＶ字状の溝を有し且つ前記Ｖベルトの巻回半径が可変な駆動プーリ及び従動プーリと、を備え、
前記駆動プーリ及び前記従動プーリの少なくともいずれか一方に上記発明に係る無段変速装置用プーリの何れかを用いたことを特徴としている。

上記構成によれば、駆動プーリ及び従動プーリの少なくともいずれか一方のプーリにおいて、プーリ片の傾斜溝面の表面粗さが適切な表面性状となるため、ベルトによる動力伝達性（摩擦伝動能力）を向上させることができるとともに、ベルトとプーリとの間で弾性すべりが起こりにくくなる。また、ベルトのプーリへの過度な食い込みを抑えることができる。そのため、ベルトを長時間走行した場合においても、伝達能力を確保しながら、且つ変速性を損なわず、ベルトの摩耗を抑制し、更には騒音レベルを低減することができる。

また、本発明は、上記ベルト式無段変速装置において、
前記Ｖベルトは、エンドレスの張力帯と、前記張力帯の長手方向に沿って所定ピッチで配列され、前記張力帯が嵌合溝を有する複数のブロックとを備える高負荷伝動用Ｖベルトであることを特徴としている。

上記構成によれば、エンドレスの張力帯と、張力帯の長手方向に沿って所定ピッチで配列され、張力帯が嵌合溝を有する複数のブロックとを備える高負荷伝動用Ｖベルトを使用することにより、ベルトに高い負荷がかかっても、がたつきや亀裂が生じるのを抑制することができる。そのため、伝達能力を確保しながら、且つ変速性を損なわず、ベルトの摩耗を抑制することができるとともに、より安定した長時間走行が可能となる。

伝動用ベルトを高負荷かつ高速走行条件で長時間走行させても、動力伝動性を確保しながら、ベルトの摩耗を抑制できるベルト式無段変速装置用プーリおよびベルト式無段変速装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るベルト式無段変速装置を示す一部省略側面図であり、（ａ）は伝動用ベルトの各プーリへの巻き掛け半径が同じ場合、（ｂ）は巻き掛け半径が異なる場合を示す。 本発明の一実施形態に係るベルト式無段変速装置用プーリの側面図である。 図２のベルト式無段変速装置用プーリのテーパ面を示す模式図である。 図２のベルト式無段変速装置用プーリに伝動用ベルトが巻き掛けられた横断面図である。 伝動用ベルトを示す一部切欠き斜視図である。 図５の伝動用ベルトをベルト長手方向から見た正面図である。 図５の伝動用ベルトをベルト幅方向から見た側面図である。 図５の伝動用ベルトを構成するブロックをベルト長手方向から見た正面図である。 図８に示すブロックを構成するインサート材の縦断面図である。 表面粗さとブロックとの間の摩擦係数、及びブロックの摩耗量について示したグラフである。（ａ）は、摩擦係数の計測結果を示すグラフであり、（ｂ）はブロック摩耗量の計測結果を示すグラフである。

本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。

（ベルト式無段変速装置１００の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係るベルト式無段変速装置を示す一部省略側面図であり、（ａ）は伝動用ベルトの各プーリへの巻き掛け半径が同じ場合、（ｂ）は巻き掛け半径が異なる場合を示す。ベルト式無段変速装置１００は、駆動プーリ１１と従動プーリ２１との間にエンドレスの伝動用ベルト３０が巻き掛けられた構造をしている。そして、伝動用ベルト３０の両側面が、駆動プーリ１１と従動プーリ２１との外周に設けられたＶ字状のプーリ溝（Ｖ溝）と接触した状態で伝動用ベルト３０を二軸間で回転走行させ、さらに変速比を無段階で変化させるものである。駆動プーリ１１及び従動プーリ２１は、軸方向に固定された固定プーリ片１２、２２と、軸方向に移動可能とされた可動プーリ片１３、２３とからなる。可動プーリ片１３、２３が軸方向に移動することで、固定プーリ片１２、２２と可動プーリ片１３、２３との間で形成されるＶ字状のプーリ溝（Ｖ溝）の幅を連続的に変更できるようになっている。伝動用ベルト３０は、変更されたＶ溝の幅に応じて、Ｖ溝対向面の任意の位置に嵌まり込む。例えば、図１（ａ）に示す状態から、図１（ｂ）に示す状態のように、駆動プーリ１１のＶ字状のプーリ溝の幅を狭く、従動プーリ２１のＶ溝の幅を広くした状態に変更すると、伝動用ベルト３０は、駆動プーリ１１側ではＶ溝中を外径側に向かって移動し、従動プーリ２１側ではＶ溝中を内径側に向かって移動する。その結果、駆動プーリ１１及び従動プーリ２１への巻き掛け半径が連続的に変化して、変速比が無段階で変えられる。

（ベルト式無段変速装置用プーリ１の構成）
図２は、本発明の一実施形態に係るベルト式無段変速装置用プーリ１の側面図である。ベルト式無段変速装置用プーリ１は、固定プーリ片２と可動プーリ片３とからなり、可動プーリ片３が軸方向に移動することで、固定プーリ片２と可動プーリ片３との間で形成されるＶ字状のプーリ溝（Ｖ溝）の幅Ｗを連続的に変更できるようになっている。固定プーリ片２の傾斜溝面２ａ、及び可動プーリ片３の傾斜溝面３ａには、後述するように表面処理が施される。ベルト式無段変速装置用プーリ１は、ベルト式無段変速装置１００を構成する駆動プーリ１１及び従動プーリ２１のうち、いずれか一方のプーリのみに用いられていてもよいし、両方のプーリに用いられていてもよい。

図３は、ベルト式無段変速装置用プーリ１のテーパ面を示す模式図である。図３に示されるように、固定プーリ片２の傾斜溝面２ａの周方向（以下、「テーパ面の周方向」、又は「プーリの周方向」ともいう）とは、回転軸５を中心とした円の周方向を意味し、径方向（以下、「テーパ面の径方向」、又は「プーリの径方向」ともいう）とは、回転軸５を中心とした円の径方向を意味する。図３において、固定プーリ片２の傾斜溝面２ａの周方向と径方向について例を挙げて説明しているが、可動プーリ片３の傾斜溝面３ａの周方向と径方向においても同様とする。

図４は、ベルト式無段変速装置用プーリ１に伝動用ベルト３０が巻き掛けられた横断面図である。ベルト式無段変速装置用プーリ１において、Ｖ字状プーリ溝の対向する固定プーリ片２の傾斜溝面２ａと可動プーリ片３の傾斜溝面３ａとにテーパ面が形成されている。これらのテーパ面は、伝動用ベルト３０のベルト幅方向両端面がＶ字状のプーリ溝（Ｖ溝）の対向面に傾斜が形成され、可動プーリ片３により変更されたプーリ溝の幅Ｗに応じて、Ｖ溝の対向面の任意の位置に嵌まり込む。通常のベルト走行時は、伝動用ベルト３０が、ベルト長手方向に移動するため、固定プーリ片２と可動プーリ片３との傾斜溝面２ａ、３ａの周方向の表面粗さが、摩擦係数、つまり動力伝達性に影響する。また、変速時においては、伝動用ベルト３０が、ベルト厚み方向に移動するため、固定プーリ片２と可動プーリ片３との傾斜溝面２ａ、３ａの径方向の表面粗さが、変速性に影響する。

ベルト式無段変速装置用プーリ１において、固定プーリ片２と可動プーリ片３との傾斜溝面２ａ、３ａの周方向の表面粗さを算術平均粗さＲａ_１とし、固定プーリ片１と可動プーリ片２との傾斜溝面２ａ、３ａの径方向の表面粗さを算術平均粗さＲａ_２としたとき、
０．３０μｍ≦Ｒａ_１≦０．８０μｍ
Ｒａ_１≦Ｒａ_２
となるように構成されていることにより、プーリとベルトとの摩擦係数が適度に高まるため、ベルトによる動力伝達性（摩擦伝動能力）を向上させることができる。また、ベルトとプーリとの間で弾性すべりが起こりにくくなるため、ベルトを長時間走行させる場合においても、ベルトの摩耗を抑制することができる。さらに、プーリの傾斜溝面の周方向と径方向とで適切な表面性状となるため、ベルトのプーリへの過度な食い込みを抑えることができる。そのため、ベルトを長時間走行した場合においても、動力伝達能力を確保しながら、且つ変速性を損なわず、ベルトの摩耗を抑制し、更には騒音レベルを低減することが可能となる。Ｒａ_１が０．３μｍ未満となると、プーリとベルトとの摩擦係数が高くなりすぎて、ベルトがプーリとの間で弾性すべりを起こし、ベルトの摩耗が極端に増大する虞がある。Ｒａ_１が０．８μｍを超えると、ベルトの摩擦係数が低くなり、動力伝達性が低下する虞がある。また、Ｒａ_１が、Ｒａ_２より大きくなると、プーリの周方向と径方向における表面性状が適切でないため、プーリからのベルトが離れる際のベルトの抜け性が悪くなったり、ベルトの早期破壊等の不具合が生じたりする虞がある。

さらに、固定プーリ片２と可動プーリ片３との傾斜溝面２ａ、３ａの径方向の表面粗さである算術平均粗さＲａ_２が、
０．３５μｍ≦Ｒａ_２≦０．８０μｍ
であることにより、各プーリ片の傾斜溝面の周方向と径方向において、より適切な表面性状となるため、ベルトのプーリへの過度な食い込みをさらに抑えることができるとともに、アブレシブ摩耗を抑制することができる。また、Ｒａ_２が上記範囲内であれば、ベルトが各プーリ片の傾斜溝面の径方向に移動する際のベルトの抜け性が良くなり、ベルトが抵抗なくスムーズに移動することができるため、変速性を向上させることが可能となる。また、プーリからベルトが離れる際、ベルトに異常な力が発生することを抑えることができるため、ベルトの早期破壊等の不具合を防止することが可能となる。

ベルト式無段変速装置用プーリ１を構成する、固定プーリ片１と可動プーリ片２とに使用される鋼材は、ＪＩＳ Ｇ ４０５３に規定されている機械構造用合金鉄鋼鋼材、ＪＩＳ Ｇ ４０５２に規定されている焼入性を保証した構造用鋼鋼材（Ｈ鋼）、ＪＩＳ Ｇ ４０５１に規定されている機械構造用炭素鋼鋼材、ステンレス鋼、及びアルミニウム合金の群から選択される少なくとも一種が用いられる。特に、加工性や、強度、耐摩耗性により優れている点から、ＪＩＳ Ｇ ４０５３に規定されている機械構造用合金鉄鋼鋼材、及びＪＩＳ Ｇ ４０５２に規定されている焼入性を保証した構造用鋼鋼材（Ｈ鋼）において、いずれもクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ材）が好適である。ＪＩＳ Ｇ ４０５３に規定されているクロムモリブデン鋼として、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４１８、ＳＣＭ４２０、ＳＣＭ４２１、ＳＣＭ４２５、ＳＣＭ４３０、ＳＣＭ４３２、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０、ＳＣＭ４４５、ＳＣＭ８２２が挙げられる。また、ＪＩＳ Ｇ ４０５２に規定されているクロムモリブデン鋼としては、ＳＣＭ４１５Ｈ、ＳＣＭ４１８Ｈ、ＳＣＭ４２０Ｈ、ＳＣＭ４２５Ｈ、ＳＣＭ４３５Ｈ、ＳＣＭ４４０Ｈ、ＳＣＭ４４５Ｈ、ＳＣＭ８２２Ｈが挙げられる。

固定プーリ片２及び可動プーリ片３のテーパ面の径方向と周方向とで異なる表面性状を形成する方法としては、切削加工、又は研磨加工等の機械加工により切削ピッチや研磨送り量を周方向と径方向とで調整し、その後、加工面の表層を極僅か研磨することが挙げられる。その他、所望の表面性状を形成する方法としては、機械加工した後のテーパ面の表面を溶射、ショットブラスト、エッチング等による化学処理により形成することができる。

（伝動用ベルト３０の構成）
ベルト式無段変速装置用プーリ１に巻き掛ける伝動用ベルト３０としては、比較的低負荷用のベルトであるローエッジＶベルトやローエッジコグドＶベルトの他、高負荷伝動用Ｖベルトである、多数の樹脂製ブロックがエンドレスの張力帯にベルト長さ方向に間隔を空けて取り付けた構成の樹脂ブロックベルト等が用いられる。この中でも、樹脂ブロックベルトは耐久性が最も高いことから、高負荷、高速走行条件で長時間走行させても、伝達能力を確保しながら、且つ変速性を損なわず、ベルトの摩耗を抑制する効果をより向上させることができる。

次に、図５〜図９をさらに参照しつつ、本発明のベルト式無段変速装置１００に用いられる伝動用ベルト（Ｖベルト）３０の構成について説明する。なお、以下の説明では、伝動用ベルト３０が、駆動プーリ１１、従動プーリ２１に巻き掛けられた際に、ベルト厚み方向の外周側となる方向を「上方」、ベルト厚み方向の内周側となる方向を「下方」と称することがある。

図５は、伝動用ベルト３０を示す一部切欠き斜視図である。伝動用ベルト３０は、平行な２本のエンドレスの張力帯３１の長手方向に沿って、複数の板状のブロック４０を所定間隔（所定ピッチ）で配列した樹脂ブロックベルトである。

（ブロック４０の構成）
図５に示すように、ブロック４０は、上面４０ａがベルト厚み方向の外周側、下面４０ｂがベルト厚み方向の内周側になるように配列されている。また、ブロック４０は、側面４０ｃが隣接するブロック４０の側面４０ｃと対向するように配列される。各ブロック４０は、互いに同一形状を有しており、ベルト厚み方向の上方及び下方に並ぶ２本のビーム部（上側ビーム部４１及び下側ビーム部４２）をベルト幅方向の中央部でセンターピラー部４３によって連結して略「Ｈ」形に形成されている。上側ビーム部４１、下側ビーム部４２、及び、センターピラー部４３は、一体成型されている。

図６は、伝動用ベルトをベルト長手方向から見た正面図である。ブロック４０のベルト幅方向の長さは、ベルト厚み方向の上方の端部が最も長く下方の端部に行くほど短くなっている。伝動用ベルト３０が駆動プーリ１１、従動プーリ２１に巻き掛けられたときに、各ブロック４０の上側ビーム部４１は張力帯３１よりもベルト厚み方向の外周側に位置し、下側ビーム部４２は張力帯３１よりもベルト厚み方向の内周側に位置する。

図７は、伝動用ベルトをベルト幅方向から見た側面図である。各ブロック４０のベルト長手方向に関する長さは、ベルト厚み方向の上方に位置する上側ビーム部４１においては、ベルト厚み方向に一定の肉厚で形成されており、ベルト厚み方向の下方に位置する下側ビーム部４２においては、ベルト厚み方向の下方となる下側に行くほど肉厚が漸減するように形成されている。

（嵌合溝４４）
図６に示すように、ブロック４０は、嵌合溝４４を有する。嵌合溝４４は、上下のビーム部４１、４２、とセンターピラー部４３とによって囲まれて形成されている。嵌合溝４４は、ベルト幅方向の中央部を挟んだ両側に一対で設けられている。各張力帯３１は、各ブロック４０の各嵌合溝４４にベルト幅方向の両側から圧入嵌合され、各ブロック４０が２本の張力帯３１と一体化されている。

図５に示すように、各張力帯３１の外周面３１ａと内周面３１ｂには、それぞれベルト幅方向に延びる凹溝５１ａ、５１ｂがベルト長手方向に所定のピッチで設けられる。尚、張力帯３１の外周面３１ａは、張力帯３１のベルト厚み方向の外周側の面である。また、張力帯３１の内周面３１ｂは、張力帯３１のベルト厚み方向の内周側の面である。また、各ブロック４０における嵌合溝４４のベルト厚み方向の対向面には、それぞれベルト幅方向に延びる凸条４５ａ、４５ｂが設けられている。各張力帯３１の凹溝５１ａ、５１ｂに各ブロック４０の凸条４５ａ、４５ｂを係合させることにより、各ブロック４０がベルト長手方向に沿って所定ピッチで固定される。張力帯３１の内周面３１ｂの凹溝５１ｂは、図７に示すように、外周面３１ａの凹溝５１ａに比べて断面が緩やかな凹湾曲面となっている。また、凹溝５１ｂと係合する嵌合溝４４の凸条４５ｂは、凹溝５１ａと係合する凸条４５ａと比べてベルト長手方向の断面が緩やかな凸湾曲面とされている。

（張力帯３１）
図５に示すように、張力帯３１は、心線３３がベルト長手方向にスパイラル状に埋設されたゴム層３４と、ゴム層３４の上下面を被覆する補強布３５とからなる。心線３３としては、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、炭素繊維等からなるロープや、スチールワイヤ等が用いられる。心線３３の替わりに、上記の繊維からなる織布や編布、または金属薄板等を埋設してもよい。ゴム層３４は、クロロプレンゴム、天然ゴム、ニトリルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、水素化ニトリルゴム（水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩との混合ポリマーを含むなど）、エチレン−α−オレフィンエラストマー（エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭなど）などのエチレン−α−オレフィン系ゴム）等の単一材もしくはこれらを適宜ブレンドしたゴム、またはポリウレタンゴムで形成される。

補強布３５は、ベルト走行時にゴム層３４がブロック４０との摩擦により摩耗するのを防止するためのものであり、平織り、綾織り又は朱子織り等の織布で形成される。その繊維材料としては、アラミド繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維等が用いられる。なお、ブロック４０と張力帯３１の擦れによる摩耗を防止する観点では、耐摩耗性に優れるアラミド繊維が好ましいが、アラミド繊維に比べて耐摩耗性の劣るナイロン繊維を使用することもできる。また、ナイロン繊維はアラミド繊維に比べて伸縮性がよいので、ブロック４０の嵌合溝４４の形状に正確に沿わせることができる。

ここで、図８、９を参照しつつ、ブロック４０の構成についてより詳細に説明する。図８は、伝動用ベルトを構成するブロックをベルト長手方向から見た正面図である。図９は、図８に示すブロックを構成するインサート材の縦断面図である。ブロック４０は、インサート材６０の表面に樹脂組成物を被覆したもの（樹脂被覆層７０）で構成されている。またインサート材６０全体が樹脂被覆層７０で被覆されている必要はなく、少なくとも張力帯３１との接触部分及びプーリ接触面を構成する両側面を形成するように被覆されていればよく、その他の部分ではインサート材６０が露出していてもよい。またブロック４０は樹脂組成物のみで構成されてもよい。

図９に示すように、インサート材６０は、接着層８０を介して、少なくともベルト幅方向両端面を被覆する樹脂被覆層７０によって部分的に被覆されている。即ち、各ブロック４０は、インサート材６０に対して樹脂被覆層７０が部分的に被覆された構成をしている。ブロック４０は、例えば、ベルト厚み方向の長さが１０〜１７ｍｍ、ベルト幅方向の長さが２０〜３０ｍｍ、及びベルト長手方向の長さが２〜５ｍｍであり、ベルト幅方向の両側部のなす角度、すなわち、ベルト角度は例えば２４〜３０°である。

インサート材６０は、ブロック４０と同様に、上側インサートビーム部６１及び下側インサートビーム部６２をベルト幅方向の中央部でインサートセンターピラー部６３によって連結して略「Ｈ」形に形成されている。上側インサートビーム部６１、下側インサートビーム部６２及びインサートセンターピラー部６３は、一体成型される。インサート材６０のベルト幅方向に関する長さは、外周側の端部が最も長く内周側の端部に行くほど短くなっている。

インサート材６０は、耐熱性に優れ、高強度（高い負荷条件に適用可能）であるジュラルミン材（板状の金属材料）からなり、ＪＩＳ規格における合金番号Ａ２０１７、Ａ２０１４、Ａ２０２４、Ａ７０７５等のアルミニウム合金からなる金属素材の時効処理材で構成されている。特に、耐熱性及び強度に一段と優れたＪＩＳ Ｈ Ａ２０２４Ｐ Ｔ３６１のジュラルミン材が好適である。ここで、「Ａ２０２４Ｐ」とはアルミニウム合金の圧延材であることを、「２０２４」とは金属組成を、「Ｔ３６１」とは「Ｔ３」の断面積減少率をほぼ６％にしたことをそれぞれ表す。「Ｔ３」とは溶体化処理後冷間加工を行い、さらに自然時効させたことである。この合金番号の圧延材は、高温に十分に耐え得て軟化し難いという性質を有している。

インサート材６０は、例えば、上側インサートビーム部６１のベルト厚み方向の長さが３．５〜７．０ｍｍ、インサートセンターピラー部６３のベルト厚み方向の長さが３．５〜７．０ｍｍ、及び下側インサートビーム部４２のベルト厚み方向の長さが３．５〜７．０ｍｍである。

樹脂被覆層７０は、接着層８０を介して、インサート材６０の外表面を層状に被覆している。接着層８０は、接着材料からなり、インサート材６０側に配置される。接着剤として、例えば、シランカップリング剤（エポキシシランカップリング剤やアミノシランカップリング剤等）やイソシアネートが用いられる。

接着層８０の層厚さは、例えば０．５〜５μｍである。

なお、図９に示す樹脂被覆層７０におけるインサート材６０の上側インサートビーム部６１及び下側インサートビーム部６２のベルト幅方向両端面を被覆する部分は、固定プーリ片２と可動プーリ片３で形成されるＶ字状の溝（図４参照）との接触部となっている。

樹脂被覆層７０は、樹脂材料で形成される。ブロック４０に、適度な摩擦係数を与え、耐摩耗性を向上させるために、樹脂被覆層７０は、硬質樹脂材料で形成されることが好ましい。硬質樹脂材料は、例えば、マトリクス樹脂に短繊維の炭素繊維が添加された樹脂組成物である。マトリクス樹脂は、熱硬化性樹脂であってもよく、また、熱可塑性樹脂であってもよい。熱硬化性樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えば、フェノール樹脂（例えば、ノボラック系フェノール樹脂）、エポキシ樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。マトリクス樹脂は、熱硬化性樹脂のみで構成されていてもよく、また、熱可塑性樹脂のみで構成されていてもよく、さらに、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とがブレンドされたものであってもよい。マトリクス樹脂は、その他にゴム成分等を含んでいてもよい。

樹脂被覆層７０に含まれる炭素繊維は、平均繊維長が１００μｍ以上であることが好ましく、１５０μｍ以上であることがより好ましい。なお、炭素繊維の平均繊維長は、樹脂被覆層５０の表面観察写真の画像解析から任意の２０本の炭素繊維の繊維長を測定して数平均し、それを２回繰り返した平均値として求められる。

樹脂被覆層７０を形成するマトリクス樹脂は、炭素繊維の他、パラ系のアラミド繊維、グラファイト粉末、フッ素樹脂、二硫化モリブデン、金属石鹸等の充填材を含んでいてもよい。パラ系のアラミド繊維は、短繊維のものが用いられ、例えば、繊維長が１ｍｍ〜３ｍｍであり、マトリクス樹脂１００質量部に対する添加量が２〜５質量部である。グラファイト粉末は、例えば、粒径が５μｍ〜１０μｍであり、マトリクス樹脂１００質量部に対する添加量が１５〜２０質量部である。フッ素樹脂は、例えば、粒径が１０〜１５０μｍであるポリテトラフルオロエチレン等であり、マトリクス樹脂１００質量部に対する添加量が５〜３０質量部である。二硫化モリブデンは、例えば、粒径が０．５〜３０μｍであり、マトリクス樹脂１００質量部に対する添加量が５〜３０質量部である。金属石鹸は、例えば、粒径が０．５〜３０μｍであり、マトリクス樹脂１００質量部に対する添加量が０．５〜３質量部である。

樹脂被覆層７０の層厚さは、例えば０．３〜１．５ｍｍである。

［ブロックの摩擦係数及び摩耗量の測定]
試料であるブロック（ベルト寸法：幅２５ｍｍ、角度２６°ベルトピッチライン周長６１２ｍｍ、樹脂ブロック材質：炭素繊維含有ポリアミド４，６）を、表面粗さが異なった相手材（試験用ディスク）に押付けて回転摺動摩擦させた時の、相手材の表面粗さとブロックとの間の摩擦係数、及びブロックの摩耗量の関係について調べた。具体的には、表面粗さＲａが０．２μｍ、０．３μｍ、０．８μｍ、及び１．０μｍとなるように加工した４種類の試験用ディスクを用意し、成形したブロックと前記試験用ディスクとの摩擦係数とブロックの摩耗量を測定した。摩擦係数は、試験トルクの電圧を１０秒ごとにサンプリングし、試験時間７０時間の平均値を算出した。摩耗量は、試験前後におけるブロック幅方向の減少量を測定した。試験条件は、以下の通りである。
・試験機：ピンオンディスク摩擦摩耗試験機（高千穂精機株式会社製ＴＲＩ−Ｓ−５００Ｎ）
・押し付け面圧：６．３ＭＰａ
・滑り速度：０．３１４ｍ／ｓ
・ディスク回転速度：１８８ｒｐｍ
・試料取り付け半径：１６ｍｍ
・相手材：ＳＵＳ３０４
・雰囲気温度：１００℃
・試験時間：７０ｈｒ

＜測定結果＞
図１０は、表面粗さとブロックとの間の摩擦係数、及びブロックの摩耗量を示すグラフである。図１０（ａ）は、表面粗さと摩擦係数との関係を示すグラフであり、図１０（ｂ）は、表面粗さとブロックの摩耗量との関係を示すグラフである。図１０（ａ）に示すように、実験した試験用ディスク（以下、ディスク）において、ディスクの表面粗さが小さいほど、ブロックとディスクとの間の摩擦係数は大きくなることが明らかとなった。従って、図１０（ａ）のディスクの表面粗さと摩擦係数との関係から、変速ベルトとプーリ溝面との摩擦係数の理想的な関係を考慮すると、プーリの周方向に対しては、表面粗さを小さくすればするほど、ベルトとの摩擦係数を高めることができるため、その結果、ベルトによる動力伝達性（摩擦伝動能力と同義）が高まることが期待できる。

図１０（ｂ）に示すように、ディスクの表面粗さＲａが大きいほど、ブロックの摩耗量が大きくなることが明らかとなった。表面粗さが大きくなるほど摩耗量が大きくなる原因として、アブレシブ摩耗が起こることによるものと考えられる。従って、図１０（ｂ）のディスクの表面粗さＲａと摩耗量との関係から、変速ベルトの摩耗を抑制する観点から、考慮すべきプーリ溝面の表面粗さは、Ｒａ０．２μｍを下限とした場合、表面粗さを小さくするほどブロックの摩耗が抑制されることが明らかとなった。従って、プーリの周方向に関しては、表面粗さをＲａ０．２μｍ程度まで小さくすれば、ブロックの摩耗が抑制されると考えられる。なお、表面粗さをＲａ０．２μｍよりも更に小さく設定することは、プーリの製造コストが大きくなり過ぎるなど、生産上現実的ではない。

[ベルト耐久走行試験]
（評価項目）
ベルトスリップ率、ベルト摩耗量、及びベルト走行時間（故障に至るまでの走行時間）を測定した。

（供試体）
実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５、比較例１、比較例２、比較例３、比較例４、比較例５、及び比較例６、以上１１種類のベルト式無段変速装置用プーリ。

プーリに使用する鋼材として、クロムモリブデン鋼 ＳＣＭ４３５Ｈを使用した（全実施例、および全比較例に共通）。加工手順としては、切削加工の際、プーリの径方向と周方向とで切削のピッチを異ならせながら加工した後、切削面の表層を極僅か研磨することで、プーリの径方向と周方向で異なる表面粗さを持つプーリを製作した。プーリのテーパ面の表面粗さはＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に準拠して、表面性状測定器（株式会社ミツトヨ製フォームトレーサＣＳ−３１００）により算術平均粗さ（Ｒａ）を測定した。後に説明する表１において、各実施例及び各比較例のプーリの周方向と径方向との表面粗さＲａを示す。

伝動用ベルトは、心線ピッチライン上のベルト周長を６１２ｍｍ、心線ピッチライン上のベルト幅を２５ｍｍ、ブロックのベルト厚み方向の長さを１３ｍｍ、ブロックのベルト長手方向の長さを２．９５ｍｍ、ブロックピッチは３ｍｍとした。張力帯のゴム層は、「水素化ニトリルゴム」と「ジメタクリル酸亜鉛を配合した水素化ニトリルゴム」との混合物からなるゴムの組成物で形成した。心線には、アラミド繊維の組紐にＲＦＬ水溶液に浸漬した後に加熱する処理及びゴム糊に浸漬した後に乾燥させる処理を施した直径０．７２ｍｍの撚りコードを用いた。上側及び下側の補強布のそれぞれは、ナイロン繊維の織布にＲＦＬ水溶液に浸漬した後に加熱する処理並びにゴム糊に浸漬及びゴム糊をコートした後に乾燥させる処理を施した厚み０．８ｍｍの帆布を用いた（全実施例、および全比較例に共通）。

（評価方法）
ベルト耐久走行試験では、図２に示す各ベルト式無段変速装置用プーリ（実施例１〜５及び比較例１〜６）を駆動プーリと従動プーリとに使用し、上記の樹脂ブロックベルトを駆動プーリと従動プーリとに巻き掛けて、７０℃の雰囲気下で、駆動プーリを回転させた。ここで、駆動プーリのピッチ径は１２０ｍｍ、従動プーリのピッチ径は７０ｍｍとし、駆動プーリおよび従動プーリのＶ溝の角度はそれぞれ２６°とした。伝動用ベルトの負荷を決める駆動プーリの駆動モータの電力値を４５ｋＷとし、無負荷の場合に回転数が５０００ｒｐｍとなるように設定した。軸荷重は、駆動モータの電力値に基づく負荷に対して伝動用ベルトがスリップしない程度とし、具体的には２０００Ｎとした。伝動用ベルトの走行中、軸荷重が一定となるように、両プーリの軸間距離は固定しなかった。静止状態でのベルト張力は、軸荷重の約半分の値である。ベルト耐久走行試験では、ベルトスリップ率、２００時間走行後のブロックの摩耗量を測定した。

（評価基準）
実施例１〜５及び比較例１〜６について、動力伝達性判定については、ベルトスリップ率（％）が０．５０未満は「◎」、０．５０以上０．７０未満は「〇」、０．７０以上は「×」として判定した。

実施例１〜５及び比較例１〜６について、耐摩耗性判定については、ベルト摩耗量（ｍｍ）が０．１０未満は「◎」、０．１０以上０．１４未満は「〇」、０．１４以上は「×」として判定した。表１にこれらの試験結果を示す。

実施例１〜５は、５００時間走行してもベルトへのダメージはなく、ベルトスリップ率も比較的低い値を維持し、ベルト摩耗量も小さいことが確認された。特に、実施例２は、ベルト摩耗量が最も小さく、動力伝達性判定、耐摩耗性判定においても良好な結果となり、実用性を満たしていることが明らかとなった。

比較例１は、実施例１におけるプーリの周方向の表面粗さＲａ_１を０．０５μｍ小さくして０．２５μｍとしたものであるが、走行途中で張力帯の補強布の端部がほつれていることを確認したため、３１５時間で走行を中止した。原因として、ベルトのプーリから離れる際のベルトの抜け性が悪くなった結果、ブロックと張力帯との嵌合部で摩擦抵抗が発生し、その結果、張力帯の補強布がダメージを受けたと考えられる。また、ベルトの摩耗量が、実施例１に対して大きいことが確認された。

比較例２においては、プーリの周方向の表面粗さＲａ_１を０．２０μｍとし、プーリの径方向の表面粗さＲａ_２を１．００μｍとしたところ、走行途中で張力帯の補強布の端部がほつれていることを確認したため、４１８時間で走行を中止した。原因として、比較例１と同様、ベルトのプーリからの抜け性が悪くなった結果、ブロックと張力帯との嵌合部で摩擦抵抗が発生し、その結果、張力帯の補強布がダメージを受けたと考えられる。比較例２は、比較例１に対し、ベルト走行時間は少し長い結果となったが、比較例１と同様のベルトダメージであった。また、比較例２は、比較例１よりも、ベルト摩耗量が大きいことが確認された。

比較例３においては、プーリの周方向の表面粗さＲａ_１、プーリの径方向の表面粗さＲａ_２のいずれも１．０μｍとしたところ、ベルトスリップ率が大きくなりすぎたため、スリップ異常と判断し、テストを中止した。またベルトの摩耗量が比較例１〜６の中で最も大きいことが確認された。

比較例４は、実施例３のプーリの径方向の表面粗さＲａ_２を０．５μｍ小さくして０．３μｍとし、Ｒａ_１＞Ｒａ_２としたものである。比較例４は、実施例３に対し、ベルトスリップ率が大きくなるとともに、ベルト摩耗量が増大し、ベルト走行時間が短くなった。

比較例５は、実施例１におけるプーリの周方向の表面粗さＲａ_１とプーリの径方向の表面粗さＲａ_２の値を逆にし、Ｒａ_１＞Ｒａ_２としたものである。比較例６は、プーリの周方向の表面粗さＲａ_１を０．４０μｍ、プーリの径方向の表面粗さＲａ_２を０．３５μｍとし、Ｒａ_１＞Ｒａ_２としたものである。比較例５及び比較例６ともに、ベルトスリップ率が実施例１に対して、若干大きくなる程度であったものの、ベルト摩耗量が増大し、走行途中で張力帯の補強布の端部がほつれていることを確認したため、それぞれ４４２時間と４１１時間で走行を中止した。

以上より、実施例１〜５では、比較例１〜６に比べて、動力伝達性能を確保しながら、ベルトの摩耗を抑制できる効果が得られることが明らかとなった。

本発明を利用すれば、高負荷かつ高速走行条件で長時間走行させても、動力伝動性を確保しながら、ベルトの摩耗を抑制できるベルト式無段変速装置用プーリおよびベルト式無段変速装置を提供することができる。

１ ベルト式無段変速装置用プーリ
２ 固定プーリ片
２ａ 傾斜溝面
３ 可動プーリ片
３ａ 傾斜溝面
１１ 駆動プーリ
１２ 固定プーリ片
１３ 可動プーリ片
２１ 従動プーリ
２２ 固定プーリ片
２３ 可動プーリ片
３０ 伝動用ベルト（Ｖベルト）
３１ 張力帯
４０ ブロック
４４ 嵌合溝
１００ ベルト式無段変速装置
Ｗ 幅

Claims (6)

1. 軸方向に固定された固定プーリ片と、軸方向に移動可能とされた可動プーリ片とからなり、これらの固定プーリ片と可動プーリ片で形成されるＶ字状のプーリ溝の幅を連続的に変更可能とした、前記プーリ溝に伝動用ベルトを巻き掛けるために用いられるベルト式無段変速装置用プーリであって、
   前記プーリ溝の対向する前記固定プーリ片の傾斜溝面と前記可動プーリ片の傾斜溝面とにテーパ面が形成され、
   前記固定プーリ片と前記可動プーリ片との傾斜溝面の周方向の表面粗さを算術平均粗さＲａ_１とし、前記固定プーリ片と前記可動プーリ片との傾斜溝面の径方向の表面粗さを算術平均粗さＲａ_２としたとき、
   ０．３０μｍ≦Ｒａ_１≦０．８０μｍ
   Ｒａ_１≦Ｒａ_２
   であることを特徴とするベルト式無段変速装置用プーリ。
2. 前記算術平均粗さＲａ_２が、
   ０．３５μｍ≦Ｒａ_２≦０．８０μｍ
   であることを特徴とする請求項１に記載のベルト式無段変速装置用プーリ。
3. 前記固定プーリ片と前記可動プーリ片とに使用される鋼材は、ＪＩＳ Ｇ ４０５３に規定されている機械構造用合金鉄鋼鋼材、ＪＩＳ Ｇ ４０５２に規定されている焼入性を保証した構造用鋼鋼材（Ｈ鋼）、ＪＩＳ Ｇ ４０５１に規定されている機械構造用炭素鋼鋼材、ステンレス鋼、及びアルミニウム合金の群から選択される少なくとも一種以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のベルト式無段変速装置用プーリ。
4. 前記ＪＩＳ Ｇ ４０５３に規定されている機械構造用合金鉄鋼鋼材、及び前記ＪＩＳ Ｇ ４０５２に規定されている焼入性を保証した構造用鋼鋼材（Ｈ鋼）は、クロムモリブデン鋼であることを特徴とする請求項３に記載のベルト式無段変速装置用プーリ。
5. 駆動プーリと従動プーリとに張力をかけて巻回され、その両側面と前記駆動プーリ及び前記従動プーリそれぞれのＶ字状の溝を画定する両側面とが接触した状態で走行されるＶベルトと、
   それぞれ前記Ｖベルトが嵌合されるＶ字状の溝を有し且つ前記Ｖベルトの巻回半径が可変な駆動プーリ及び従動プーリと、を備え、
   前記駆動プーリ及び前記従動プーリの少なくともいずれか一方に請求項１〜４の何れかに記載の無段変速装置用プーリを用いたことを特徴とするベルト式無段変速装置。
6. 前記Ｖベルトは、エンドレスの張力帯と、前記張力帯の長手方向に沿って所定ピッチで配列され、前記張力帯が嵌合溝を有する複数のブロックとを備える高負荷伝動用Ｖベルトであることを特徴とする請求項５に記載のベルト式無段変速装置。

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