JP2021110389A - ベルト式無段変速機及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型の劣化に応じてプーリの接触面の表面粗さを調整して該プーリと金属ベルト間に所定の摩擦力を確保することによって両者間のスリップの発生を防ぎ、高い動力伝達効率の確保と金型の耐久寿命の延長を図ることができるベルト式無段変速機及びその製造方法を提供すること。【解決手段】一対のプーリ３，５の間に無端状の金属ベルト６を巻き掛けて構成され、一方の前記プーリ３の回転を無段階に変速して他方の前記プーリ５へと伝達するベルト式無段変速機１において、金属ベルト６のプーリ３，５との接触面積が大きいほど、プーリ３，５の金属ベルト６との接触面３ａ，３ｂ，５ａ，５ｂの表面粗さを大きく設定する。また、ベルト式無段変速機１の製造方法において、金属ベルト６のエレメント６Ａの成形に用いられる金型が劣化するほど、プーリ３，５の製造における研磨工程の時間を短縮する。【選択図】図１０

Description

本発明は、一対のプーリの間に無端状の金属ベルトを巻き掛けて構成されるベルト式無段変速機及びその製造方法に関する。

歯車以外の機構を用いて変速比（レシオ）を連続的に変化させる無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）は、車両等の変速手段として用いられている。例えば、車両にはベルト式無段変速機（ベルト式ＣＶＴ）が用いられる場合がある。このベルト式無段変速機は、駆動側のドライブプーリと従動側のドリブンプーリとの間に無端状の金属ベルトを巻き掛けて構成されており、ドライブプーリとドリブンプーリに油圧によって作用する軸方向の推力を調整することによって、これらのドライブプーリとドリブンブーリへの金属ベルトの巻き掛け径を変化させて変速比を連続的に変化させるものである。

このようなベルト式無段変速機においては、ドライブプーリ及びドリブンプーリ（以下、単に「プーリ」と称する）と金属ベルトとの接触面における摩擦力によって動力が伝達される。したがって、プーリと金属ベルトとの接触面には所要の摩擦力が発生する必要があり、そのためにプーリの金属ベルトとの接触面には適当な表面粗さとなるような研磨加工が施されている。

また、プーリと金属ベルトとの間には、焼き付き防止や冷却のために潤滑油が供給されるが、この潤滑油が多過ぎるとプーリと金属ベルト間にスリップが発生して動力伝達効率の低下を招くため、余分な潤滑油を効率良く排出する必要がある。そして、高い耐久寿命を確保する観点から、プーリと金属ベルトとの接触面には高い耐磨耗性が要求される。

そこで、特許文献１，２には、プーリの金属ベルトとの接触面に多数の微小凹凸を形成し、この微小凹凸の先端部を研磨して平坦面とする技術が提案されている。また、特許文献３には、プーリの金属ベルトとの接触面に切削加工によって螺旋状の溝部を形成した後に仕上げ研磨を行う技術が提案されている。

さらに、特許文献４には、金属ベルトを構成する多数のエレメントまたはプーリのエレメントとの接触面に、互いに交差し、且つ、幅と深さとがほぼ同じ寸法となる複数の溝を設ける技術が提案され、特許文献５には、プーリの金属ベルトとの接触面の算術平均粗さと表面硬さをそれぞれ所定値以内とする技術も提案されている。

また、特許文献６には、プーリの金属ベルトとの接触面に所要の摩擦係数と高い耐磨耗性や疲労強度を確保するために、プーリの接触面の表面から所定深さまでの領域に超音波ラッピング処理によって表面改質層を形成し、この表面改質層に所定の値（例えば、１２００ＭＰａ）以上の残留応力を付与する技術が提案されている。

特開昭６０−１０９６６１号公報 特開平５−０１０４０５号公報 特許第２６８６９７３号公報 特開昭６２−１８４２７０号公報 特開２０００−１３０５２７号公報 特開２０１８−００４０３６号公報

ところで、金属ベルトは、金属プレート素材を複数の微小凹凸が形成された金型で打ち抜いて得られる複数のエレメントを環状に連結して構成されている。そのため、各エレメントのプーリとの接触面には多数の微小凹凸が形成されるが、この微小凹凸の深さが浅くなり、各エレメントのプーリとの接触長さ（接触面積）は、金型の劣化と共に大きくなる。このため、金型の劣化と共に各エレメントのプーリとの接触面の面圧が低下する。

他方、プーリは、熱処理された金属素材を鍛造によって所定の形状に成形する鍛造工程と、該鍛造工程によって成形された中間成形品に切削加工やショットブラストなどの表面処理を施して該中間成形品の表面に多数の微小凹凸を形成する表面処理工程と、該表面処理工程によって形成された前記微小凹凸の凸部先端を研磨によって除去して該微小凹凸に平坦面を形成する研磨工程を経て製造される。このため、プーリの金属ベルトとの接触面は、金属ベルトとの間に所定の摩擦力が得られる表面粗さとされている。

しかしながら、前述のように金属ベルトの各エレメントの成形に用いられる金型の劣化に伴って各エレメントの接触面に形成される微小凹凸の深さが浅くなるため、各エレメントのプーリとの接触長さ（接触面積）が次第に大きくなる。そして、このように各エレメントのプーリとの接触面積が大きくなると、各エレメントのプーリとの接触面の面圧が金型の劣化と共に次第に低下する。

したがって、プーリと金属ベルトとの接触面にスリップが発生しない程度の摩擦力を発生させるためには、金型の劣化に伴う接触面の面圧の低下に応じてプーリの接触面の表面粗さを変化させる必要がある。さもなければ、金型の劣化によってプーリと金属ベルトとの間にスリップが発生し、動力伝達効率の低下を招くという問題が発生する。

上記問題を解決する方法として、金型を新しいものと頻繁に交換することが考えられるが、このように金型を新しいものと頻繁に交換すれば金型費が嵩み、製造コストの高騰を招くという問題が発生する。

なお、前記特許文献１〜６には、金属ベルトのエレメントの成形に用いられる金型の劣化に伴う問題を解決する技術についての開示はなされていない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は、金属ベルトの成形に用いられる金型の劣化に応じてプーリの接触面の表面粗さを調整して該プーリと金属ベルト間に所定の摩擦力を確保することによって両者間のスリップの発生を防ぎ、高い動力伝達効率の確保と金型の耐久寿命の延長を図ることができるベルト式無段変速機及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、一対のプーリ（３，５）の間に無端状の金属ベルト（６）を巻き掛けて構成され、一方の前記プーリ（３）の回転を無段階に変速して他方の前記プーリ（５）へと伝達するベルト式無段変速機（１）であって、前記金属ベルト（６）の前記プーリ（３，５）との接触面積が大きいほど、前記プーリ（３，５）の前記金属ベルト（６）との接触面（３ａ，３ｂ，５ａ，５ｂ）の表面粗さを大きく設定したことを特徴とする。

本発明によれば、金属ベルトのエレメントのプーリとの接触面積が大きいほど、つまり、エレメントの成形に使用される金型の耐久による劣化によって該エレメントのプーリ面圧が低下するほど、プーリのエレメントとの接触面の表面粗さを大きく設定するようにしたため、次のような効果が得られる。すなわち、金型の劣化と共にプーリの接触面の表面粗さを大きくすると、該プーリとエレメントとの接触面の摩擦力が高められるため、金型の劣化によってエレメントのプーリ面圧が低下しても、金属ベルトのスリップの発生が防がれて高い動力伝達効率が確保され、一方のプーリから金属ベルトを経て他方のプーリへと動力が確実且つ効率良く伝達される。

また、金型が劣化しても、プーリ側でその接触面の表面粗さを調整（粗さが大きくなる方向に調整）することによって、金型を新しいものと交換することなく同じ金型を引き続き使用することができるため、金型の耐久寿命を延長することができて経済的である。

上記ベルト式無段変速機（１）において、前記プーリ（３，５）の前記金属ベルト（６）との接触面（３ａ，３ｂ、５ａ，５ｂ）の表面粗さを径方向外方に向かって大きく設定してもよい。

さらに、前記ベルト式無段変速機（１）において、前記プーリ（３，５）の前記金属ベルト（６）との円錐状の接触面（３ｂ）を、境界線（Ｍ１）を境として内径側を平坦な傾斜面（３ｂ１）、外径側を凸曲面（３ｂ２）とする複合面とし、該複合面の内径側の前記傾斜面（３ｂ１）と外径側の前記凸曲面（３ｂ２）の各表面粗さを径方向外方に向かって大きく設定するとともに、外径側の前記凸曲面（３ｂ２）の前記境界線（Ｍ１）における表面粗さを内径側の前記傾斜面（３ｂ１）の前記境界線（Ｍ１）における表面粗さよりも小さく設定してもよい。

上記構成によれば、プーリと金属ベルトとの接触面に作用する面圧は、径方向外方に向かって小さくなるため、プーリの接触面の表面粗さを径方向外方に向かって大きく設定することによって、プーリと金属ベルトとの接触面に常に必要十分な摩擦力を発生させて金属ベルトのスリップを防ぐことができ、高い動力伝達効率を維持することができる。

また、本発明は、前記金属ベルト（６）を、金属プレート素材を複数の微小凹凸が形成された金型で打ち抜いて得られる複数のエレメント（６Ａ）を環状に連結して製造するとともに、前記プーリ（３，５）を、熱処理された金属素材を鍛造によって所定の形状に成形する鍛造工程と、該鍛造工程によって成形された中間成形品に表面処理を施して該中間成形品の表面に多数の微小凹凸（９）を形成する表面処理工程と、該表面処理工程によって形成された前記微小凹凸（９）の凸部先端を研磨によって除去して該微小凹凸（９）に平坦面（９ａ）を形成する研磨工程を経て製造するベルト式無段変速機（１）の製造方法において、前記金型が劣化するほど、前記プーリ（２，３）の製造における前記研磨工程の時間を短縮するようにしたことを特徴とする。

本発明に係るベルト式無段変速機の製造方法によれば、金型の劣化が進むにしたがってプーリの製造における研磨工程の時間を短縮することによって該プーリの表面粗さを大きくすることができ、金型が劣化しても、プーリと金属ベルトとの間に必要十分な摩擦力を確保して金属ベルトのスリップの発生を防ぎ、高い動力伝達効率を確保することができる。

本発明によれば、金属ベルトの成形に用いられる金型の劣化に応じてプーリの接触面の表面粗さを調整して該プーリと金属ベルト間に所定の摩擦力を確保することによって両者間のスリップの発生を防ぎ、高い動力伝達効率の確保と金型の耐久寿命の延長を図ることができるという効果が得られる。また、本発明は、金属ベルトのエレメントの接触面の大きさにより、プーリの表面粗さを的確に変化させることができるという効果もある。

本発明に係るベルト式無段変速機の基本構成を模式的に示す図である。 本発明に係るベルト式無段変速機の金属ベルトの部分斜視図である。 （ａ）は本発明に係るベルト式無段変速機の金属ベルトを構成するエレメント単体の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ部拡大詳細図である。 ドライブプーリの接触面の形状と該接触面への金属ベルトの各レシオにおける当接位置を示す部分断面図である。 （ａ）は表面処理（ショットブラスト）によってプーリ接触面に形成された微小凹凸を示す図、（ｂ）は研磨（ラッピング）によって微小凹凸の凸部先端が除去された状態を示す図である。 ドライブプーリの耐久前負荷特性を示す図である。 劣化の程度が異なる金型Ａ，Ｂ，Ｃによって成形されたエレメントのプーリ接触長さを示す部分断面図である。 劣化の程度が異なる金型Ａ，Ｂ，Ｃによって成形されたエレメントの摩耗量とプーリ接触長さとの関係を示す図である。 プーリとエレメント間の面圧バランスを保つためのプーリ表面粗さとエレメントのプーリ接触長さとの関係を示す図である。 劣化の程度が異なる金型Ａ，Ｂ，Ｃを用いてエレメントを成形した場合のプーリの表面粗さの設定方法（耐久前負荷曲線の有効負荷粗さＲkの選定方法）を示す図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

［ベルト式無段変速機の構成と作用］
図１は本発明に係るベルト式無段変速機の基本構成を模式的に示す図、図２は同ベルト式無段変速機の金属ベルトの部分斜視図、図３（ａ）は同ベルト式無段変速機の金属ベルトを構成するエレメント単体の斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ部拡大詳細図、図４はドライブプーリの接触面の形状と該接触面への金属ベルトの各レシオにおける当接位置を示す部分断面図である。

図１に示すベルト式無段変速機１は、回転可能なドライブシャフト２上に設けられたドライブプーリ３と回転可能なドリブンシャフト４上に設けられたドリブンプーリ５との間に無端状の金属ベルト６を巻き掛けて構成されている。

ここで、上記ドライブシャフト２とドリブンシャフト４は、互いに平行に配されており、ドライブプーリ３は、ドライブシャフト２に固定された固定シーブ（固定プーリ半体）３Ａと、ドライブシャフト２に沿って軸方向（図１の左右方向）に摺動可能な可動シーブ（可動プーリ半体）３Ｂとを軸方向に対向配置して構成されている。そして、このドライブプーリ３の可動シーブ３Ｂの背面側には油室Ｓ１が形成されている。同様に、ドリブンプーリ５は、ドリブンシャフト４に固定された固定シーブ（固定プーリ半体）５Ａと、ドリブンシャフト４に沿って軸方向に摺動可能な可動シーブ（可動プーリ半体）５Ｂとを軸方向に対向配置して構成されており、可動シーブ５Ｂの背面側には油室Ｓ２が形成されている。

そして、ドライブプーリ３の可動シーブ３Ｂの背面側に形成された油室Ｓ１とドリブンプーリ５の可動シーブ５Ｂの背面側に形成された油室Ｓ２には、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）Ｕ１からの指令によって作動する油圧制御ユニットＵ２から延びる油路７，８がそれぞれ接続されている。

ところで、ドライブプーリ３の固定シーブ３Ａと可動シーブ３Ｂの軸方向に相対向する円錐状の斜面は、金属ベルト６との接触面３ａ，３ｂをそれぞれ構成しており、これらの接触面３ａ，３ｂの間にはＶ溝が形成されている。同様に、ドリブンプーリ５の固定シーブ５Ａと可動シーブ５Ｂの軸方向に相対向する円錐状の斜面は、金属ベルト６との接触面５ａ，５ｂをそれぞれ構成しており、これらの接触面５ａ，５ｂの間にはＶ溝が形成されている。そして、ドライブプーリ３に形成されたＶ溝とドリブンプーリ５に形成されたＶ溝には、金属ベルト６が挟持された状態で巻き掛けられている。

ここで、金属ベルト６は、図２に示すように、金属プレート製の複数のエレメント６Ａを無端状の一対の金属製フープ６Ｂによって環状に連結して構成されており、各エレメント６Ａは、図３（ａ）に示すような形状に成形されている。

ところで、図４に示すように、例えば、ドライブプーリ３の可動シーブ３Ｂの円錐面状の接触面３ｂは、図示の境界線Ｍ１を境として内径側を傾斜角θの平坦な傾斜面３ｂ１、外径側を極率半径ｒの凸曲面３ｂ２とする複合面とされており、これに対応して金属ベルト６の各エレメント６Ａの側面（可動シーブ３Ｂの接触面３ｂに接触する面）は、図３（ｂ）に示すように、境界線Ｍ２を境として内径側を曲面６ａ、外径側を平坦な傾斜面６ｂとする複合面とされている。なお、図示しないが、ドライブプーリ３の固定シーブ３Ａの接触面３ａとドリブンプーリ５の固定シーブ５Ａ及び可動シーブ５Ｂの各接触面５ａ，５ｂも複合面とされている。また、金属ベルト６の各エレメント６Ａの他方の側面（図３（ａ）の左端面）も複合面とされている。

以上のように構成されたベルト式無段変速機１において、例えば、エンジンや電動モータなどの駆動源の回転がドライブシャフト２に入力されて該ドライブシャフト２が回転駆動されると、このドライブシャフト２の回転は、ベルト式無段変速機１の作用によって無段階に変速されて金属ベルト６を介してドリブンシャフト４へと伝達され、このドリブンシャフト４が所定の速度で回転する。

すなわち、ベルト式無段変速機１においては、ドライブプーリ３とドリブンプーリ５に設けられた各油室Ｓ１，Ｓ２内の油圧が、電子制御ユニット（ＥＣＵ）Ｕ１からの指令によって作動する油圧制御ユニットＵ２によって制御されることによって変速比（レシオ）が無段階に調整される。具体的には、ドライブプーリ３の油室Ｓ１の油圧に対してドリブンプーリ５の油室Ｓ２の油圧を相対的に増加させれば、ドリブンプーリ５の可動シーブ５Ｂに軸方向に作用する推力（プーリ推力）がドライブプーリ３の可動シーブ３Ｂに軸方向に作用する推力（プーリ推力）よりも相対的に大きくなる。このため、ドリブンプーリ５の固定シーブ５Ａと可動シーブ５Ｂ間のＶ溝幅が減少して金属ベルト６のドリブンプーリ５への巻き掛け径（有効半径）が増加する一方、ドライブプーリ３の固定シーブ３Ａと可動シーブ３Ｂ間のＶ溝幅が増加して金属ベルト６のドライブプーリ３への巻き掛け径（有効半径）が減少するため、当該ベルト式無段変速機１の変速比（レシオ）が減速（ＬＯＷ）方向に向かって無段階に変化する。なお、この状態では、金属ベルト６は、ドライブプーリ３の可動シーブ３Ｂの接触面３ｂにおいて例えば図４に破線にて示す位置にある。

逆に、ドリブンプーリ５の油室Ｓ２の油圧に対してドライブプーリ３の油室Ｓ１の油圧を相対的に増加させれば、ドライブプーリ３の可動シーブ３Ｂに軸方向に作用する推力（プーリ推力）がドリブンプーリ５の可動シーブ５Ｂに軸方向に作用する推力（プーリ推力）よりも相対的に大きくなる。このため、ドライブプーリ３の固定シーブ３Ａと可動シーブ３Ｂ間のＶ溝幅が減少して金属ベルト６のドライブプーリ３への巻き掛け径（有効半径）が増加する一方、ドリブンプーリ５の固定シーブ５Ａと可動シーブ５Ｂ間のＶ溝幅が増加して金属ベルト６のドリブンプーリ５への巻き掛け径（有効半径）が減少するため、当該ベルト式無段変速機１の変速比（レシオ）が増速（ＨＩＧＨ）方向に向かって無段階に変化する。なお、この状態では、金属ベルト６は、ドライブプーリ３の可動シーブ３Ｂの接触面３ｂにおいて例えば図４に鎖線にて示す位置にある。また、図４に実線にて示す金属ベルト６の位置は、ベルト式無段変速機１が減速（ＬＯＷ）と増速（ＨＩＧＨ）の中間にあるときの位置である。

次に、以上のように構成されたベルト式無段変速機１の製造方法について説明する。

［ベルト式無段変速機の製造方法］
＜プーリの製造方法＞
ベルト式無段変速機１を構成するドライブプーリ３とドリブンプーリ５（以下、これらを単に「プーリ３，５」と略称する）は、以下の鍛造工程と表面処理工程及び研磨工程を経て製造される。

１）鍛造工程：
鍛造工程においては、焼き入れ・焼き戻しなどの熱処理が施されたＳＣＭ４２０〜ＳＣＭ４３５（ＪＩＳ規格）の浸炭材または浸炭窒化材を鍛造によってプーリ３，５の固定シーブ３Ａ，５Ａと可動シーブ３Ｂ，５Ｂの形状に成形して中間成形品を得る。

２）表面処理工程：
表面処理工程においては、前工程である前記鍛造工程において得られた固定シーブ３Ａ，５Ａと可動シーブ３Ｂ，５Ｂの各中間成形品の円錐面状の接触面（金属ベルト６との接触面）にショットブラストや切削加工などの表面処理を施すことによって、図５（ａ）に示すように、接触面に摩擦係数を調整するための高さ２０μｍ以上の無数の微小凹凸９がランダムに形成される。

上述のようにショットブラストや切削加工などの表面処理によって各中間成形品の接触面に無数の微小凹凸９を形成することによって該接触面の表面粗さが大きくなり、接触面の金属ベルト６との接触面圧が増えて摩擦係数が高められる。また、ショットブラストや切削加工などの表面処理によって各中間成形品の接触面が塑性変形し、加工硬化によって表面の硬度が高められるとともに、接触面の表面に残留応力が付与されるため、接触面の耐磨耗性が高められる。そして、無数の微小凹凸９によって接触面における排油性が高められ、接触面に潤滑油が多量に残留することによる金属ベルト６のスリップの発生が防がれる。

３）研磨工程：
研磨工程においては、前工程である前記表面処理工程において中間成形品の接触面に形成された無数の微小凹凸９の凸部先端をラッピングなどの研磨処理によって除去し、図５（ｂ）に示すように、微小凹凸９の凸部先端を平坦面９ａとすることによって最終製品である固定シーブ３Ａ，５Ａと可動シーブ３Ｂ，５Ｂがそれぞれ製造される。

表面処理工程において中間成形品の接触面に形成された微小凹凸９の凸部先端を研磨工程によって除去することによって、各凸部の先端に形成される平坦面９ａの面積率（接触面の全表面積に占める平坦面９ａの面積の割合）を所定の範囲内に設定することによって、接触面の摩耗が軽減されるとともに、大きな摩擦係数が得られ、二次摩耗による摩擦係数の低下が回避される。

ここで、プーリ３，５の耐久前負荷特性を図６に示す。

図６の横軸は負荷長さ率Ｍr（％）、縦軸は表面粗さＲ（μｍ）であり、図中のｍは負荷曲線、縦軸上のRk（μｍ）は有効負荷粗さ（プーリ３，５の接触面３ａ，３ｂ及び５ａ，５ｂが長期間の摩耗で使用することができなくなるまでの摩耗量（図５参照））、Ｒpk（μｍ）は微小凹凸９の凸部先端の研磨によるカット量（図５（ａ）参照）、Ｒvk（μｍ）は油溜り深さである。

ここで、有効負荷粗さＲkとカット量Ｒpk及び油溜り深さＲvkの図６中での求め方について説明する。

図６に示す負荷曲線ｍ上の点で負荷長さ率Mrの差が４０％になるような点ａ，ｂを通る直線（等価直線）ｎと負荷長さ率Ｍr=０％、１００％との交点をそれぞれ点ｃ，ｄとし、点ｃ，ｄを通る切断レベルの線ｓ，ｔと負荷曲線ｍとの交点を点ｅ，ｆとし、負荷曲線ｍと負荷長さ率Ｍr＝０％、１００％との交点をそれぞれ点ｇ，ｈとする。

そして、線分ｃｇと線分ｃｅ及び曲線ｅｇによって囲まれる領域の面積と三角形ｃｅｉの面積（図６に斜線にて示す領域の面積）とが等しくなるような負荷長さ率Ｍr＝０％上の点ｉを求める。また、線分ｆｄと線分ｄｈ及び曲線ｆｈによって囲まれる領域の面積と三角形ｆｄｊの面積（図６に斜線にて示す領域の面積）とが等しくなるような負荷長さ率Ｍr＝１００％上の点ｊを求める。このとき、点ｃと点ｄとの切断レベルの差が有効負荷長さRk、線分ｃｇの長さがカット量Ｒpk、線分ｄｊの長さが油溜り深さＲvkとして求められる。

＜金属ベルトの製造方法＞
金属ベルト６は、前述のように（図２参照）、複数のエレメント６Ａを無端状の一対の金属製フープ６Ｂによって環状に連結して構成されているが、各エレメント６Ａは、焼き入れ・焼き戻しなどの熱処理が施されたＳＵＪ２（ＪＩＳ規格）などの金属プレート素材を金型で打ち抜いて図３（ａ）に示すような形状に成形される。ここで、金型には、多数の微小凹凸が形成されており、この金型で金属プレート素材を打ち抜くことによって成形されるエレメント６Ａの左右両側面（プーリ３，５との接触面）には、多数の微小凹凸が形成される。

ところで、金型は、耐久によって摩耗が進むために経時的に劣化する。このため、金型に形成されている微小凹凸の凸部（山型の突起）１０が図７に示すように摩耗によってその高さが次第に低くなる。すなわち、新しい金型Ａに形成された凸部１０の高さは高いが、耐久によって摩耗が進むと金型Ｂ→金型Ｃと凸部１０の高さが次第に低くなる。

したがって、新しい金型Ａによってエレメント６Ａに微小凹凸が形成される場合、エレメント６Ａのプーリ接触長さ（プーリ３，５への接触長さ）ＬＡは比較的短く、したがって、エレメント６Ａのプーリ接触面積も比較的小さいために該エレメント６Ａのプーリ面圧が比較的大きくなる。

そして、金型の使用によって凸部１０が摩耗してその高さが金型Ｂ→金型Ｃと次第に低くなると、金型Ｂによって成形されたエレメント６Ａのプーリ接触長さＬＢは、金型Ａによって成形されたエレメント６Ａのプーリ接触長さＬＡよりも長くなり（ＬＢ＞ＬＡ）、したがって、プーリ接触面積が大きくなって、その分だけプーリ面圧が金型Ａによって成形されたエレメント６Ａのプーリ面圧よりも小さくなる。

同様に、使用によって最も劣化した金型Ｃによって成形されたエレメント６Ａのプーリ接触長さＬＣは、金型Ｂによって成形されたエレメント６Ａのプーリ接触長さＬＢよりも長くなり（ＬＣ＞ＬＢ）、したがって、プーリ接触面積が大きくなって、その分だけプーリ面圧が金型Ｂによって成形されたエレメント６Ａのプーリ面圧よりも小さくなる。すなわち、エレメント６Ａのプーリ面圧は、金型Ａ→金型Ｂ→金型Ｃによって成形されたエレメント６Ａの順に次第に小さくなる。

図８に金型Ａ，Ｂ，Ｃによって成形されたエレメント６Ａの摩耗量とプーリ接触長さとの関係を示す。金型Ａ，Ｂ，Ｃによって成形されたエレメント６Ａは、共に摩耗量が所定量Ｍで初期摩耗が終了し、その後は定常摩耗に移行する。この定常摩耗においては、同一摩耗量に対して金型Ａ→金型Ｂ→金型Ｃによって成形されたエレメント６Ａの順にプーリ接触長さが増加する。したがって、この順にプーリ面圧が低下する。

［本発明の特徴］
前述のように、金属ベルト６の各エレメント６Ａの成形に使用される金型が耐久によって劣化し、該金型によって成形されるエレメント６Ａのプーリ接触長さ（接触面積）が次第に増加するために該エレメント６Ａのプーリ面圧が経時的に低下すると、エレメント６Ａとプーリ３，５との接触面３ａ，３ｂ及び５ａ，５ｂにおける摩擦力が低下し、金属ベルト６にスリップが発生し、動力伝達効率の低下を招くことは前述の通りである。

そこで、本実施の形態では、金属ベルト６のエレメント６Ａのプーリ３，５との接触面積が大きいほど、つまり、エレメント６Ａの成形に使用される金型の耐久による劣化によって該エレメント６Ａのプーリ面圧が低下するほど、プーリ３，５のエレメント６Ａとの接触面３ａ，３ｂ及び５ａ，５ｂの表面粗さを大きく設定するようにした。このように、金型の劣化と共にプーリ３，５の接触面３ａ，３ｂ及び５ａ，５ｂの表面粗さを大きくすると、該プーリ３，５とエレメント６Ａとの間の摩擦力が高められるため、金型の劣化によってエレメント６Ａのプーリ面圧が低下しても、金属ベルト６のスリップの発生が防がれて高い動力伝達効率が確保され、ドライブプーリ３から金属ベルト６を経てドリブンプーリ５へと動力が確実且つ効率良く伝達される。

また、金型が劣化しても、プーリ３，５側でその接触面３ａ，３ｂ及び５ａ，５ｂの表面粗さを調整（粗さが大きくなる方向に調整）することによって、金型を新しいものと交換することなく同じ該金型を引き続き使用することができるため、金型の耐久寿命を延長することができて経済的である。

なお、プーリ３，５の接触面３ａ，３ｂ及び５ａ，５ｂの表面粗さを大きくする具体的な方法としては、本実施の形態では、金型が劣化するほど、プーリ３，５の製造における研磨工程の時間を短縮するようにしている。このように、プーリ３，５の製造における研磨工程の時間を短縮すると、プーリ３，５の接触面３ａ，３ｂ及び５ａ，５ｂにショットブラストや切削加工などの表面処理によって形成される微小凹凸９の凸部先端が次工程でのラッピングなどによる研磨によってカットされる量が少なくなって該プーリ３，５の接触面３ａ，３ｂ及び５ａ，５ｂの表面粗さが大きくなる。

ここで、図９にプーリ３，５と金属ベルト６との間において面圧バランスを保つためのプーリ３，５の接触面３ａ，３ｂ及び５ａ，５ｂの表面粗さとエレメント６Ａの接触長さ（面圧）との関係を示すが、同図から明らかなように、面圧バランスを保つためには、エレメント６Ａのプーリ接触長さが長くなる（金型の劣化によってプーリ面圧が低下する）ほどプーリ３，５の接触面３ａ，３ｂ及び５ａ，５ｂの表面粗さを大きくする必要がある。

また、図１０（ａ）〜（ｃ）に金型Ａ，Ｂ，Ｃを用いてエレメント６Ａを成形した場合のプーリ３，５の表面粗さの設定方法（耐久前負荷曲線の有効負荷粗さＲkの選定方法）を示すが、図１０（ａ）に示すように、新しくて劣化の少ない金型Ａを用いてエレメント６Ａを成形する場合には、プーリ３，５の表面粗さとして、耐久前負荷曲線中の実線にて示す等価曲線にて表示される比較的小さな有効負荷粗さＲkを選定する。

そして、図１０（ｂ）に示すように、劣化による摩耗が或る程度進んだ金型Ｂを用いてエレメント６Ａを成形する場合には、プーリ３，５の表面粗さとして、耐久前負荷曲線中の実線にて示す等価曲線にて表示される図１０（ａ）にて示す有効負荷粗さＲkよりも大きな中程度の有効負荷粗さＲkを選定する。

その後、図１０（ｃ）に示すように、劣化による摩耗が相当程度進んだ金型Ｃを用いてエレメント６Ａを成形する場合には、プーリ３，５の表面粗さとして、耐久前負荷曲線中の実線にて示す等価曲線にて表示される図１０（ｂ）にて示す有効負荷粗さＲkよりも大きな有効負荷粗さＲkを選定する。

ところで、プーリ３，５と金属ベルト６との間に作用する面圧は、径方向外方に向かって小さくなるため、プーリ３，５の接触面３ａ，３ｂ及び５ａ，５ｂの表面粗さを径方向外方に向かって大きく設定することが望ましい。このようにすることによって、プーリ３，５と金属ベルト６との接触面３ａ，３ｂ及び５ａ，５ｂに常に必要十分な摩擦力を発生させて金属ベルト６のスリップを防ぐことができ、高い動力伝達効率を確保することができる。

また、本実施の形態のように、プーリ３，５の接触面３ａ，３ｂ及び５ａ，５ｂが複合面で構成されて場合には、例えば、ドライブプーリ３については、複合面の内径側の傾斜面３ｂ１と外径側の凸曲面３ｂ２（図４参照）の各表面粗さを径方向外方に向かって大きく設定するとともに、外径側の凸曲面３ｂ２の境界線Ｍ１における表面粗さを内径側の傾斜面３ｂ１の境界線Ｍ１における表面粗さよりも小さく設定することが望ましい。このようにすることによって、プーリ３，５と金属ベルト６との接触面３ａ，３ｂ及び５ａ，５ｂに常に必要十分な摩擦力を発生させて金属ベルト６のスリップを防ぎ、高い動力伝達効率を維持することができる。

なお、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

１ ベルト式無段変速機
３ ドライブプーリ
３Ａ ドライブプーリの固定シーブ
３Ｂ ドライブプーリの可動シーブ
３ａ，３ｂ ドライブプーリの接触面
３ｂ１ ドライブプーリの傾斜面
３ｂ２ ドライブプーリの凸曲面
５ ドリブンプーリ
５Ａ ドリブンプーリの固定シーブ
５Ｂ ドリブンプーリの可動シーブ
５ａ，５ｂ ドリブンプーリの接触面
６ 金属ベルト
６Ａ 金属ベルトのエレメント
９ プーリの微小凹凸
９ａ 微小凹凸の平坦面
１０ 金型の微小凹凸の凸部
ＬＡ〜ＬＣ エレメントの接触長さ
Ｍ１，Ｍ２ 境界線
Ｒk 有効負荷粗さ
Ｒpk カット量
Ｒvk 油溜り深さ
Ｓ１，Ｓ２ 油室
Ｕ１ 電子制御ユニット
Ｕ２ 油圧制御ユニット

Claims (4)

1. 一対のプーリの間に無端状の金属ベルトを巻き掛けて構成され、一方の前記プーリの回転を無段階に変速して他方の前記プーリへと伝達するベルト式無段変速機であって、
   前記金属ベルトの前記プーリとの接触面積が大きいほど、前記プーリの前記金属ベルトとの接触面の表面粗さを大きく設定したことを特徴とするベルト式無段変速機。
2. 前記プーリの前記金属ベルトとの接触面の表面粗さを径方向外方に向かって大きく設定したことを特徴とする請求項１に記載のベルト式無段変速機。
3. 前記プーリの前記金属ベルトとの円錐状の接触面を、境界線を境として内径側を平坦な傾斜面、外径側を凸曲面とする複合面とし、
   該複合面の内径側の前記傾斜面と外径側の前記凸曲面の各表面粗さを径方向外方に向かって大きく設定するとともに、外径側の前記凸曲面の前記境界線における表面粗さを内径側の前記傾斜面の前記境界線における表面粗さよりも小さく設定したことを特徴とする請求項１または２に記載のベルト式無段変速機。
4. 請求項１〜３の何れかに記載のベルト式無段変速機の製造方法であって、
   前記金属ベルトを、金属プレート素材を複数の微小凹凸が形成された金型で打ち抜いて得られる複数のエレメントを環状に連結して製造するとともに、
   前記プーリを、熱処理された金属素材を鍛造によって所定の形状に成形する鍛造工程と、該鍛造工程によって成形された中間成形品に表面処理を施して該中間成形品の表面に多数の微小凹凸を形成する表面処理工程と、該表面処理工程によって形成された前記微小凹凸の凸部先端を研磨によって除去して該微小凹凸に平坦面を形成する研磨工程を経て製造するベルト式無段変速機の製造方法において、
   前記金型が劣化するほど、前記プーリの製造における前記研磨工程の時間を短縮するようにしたことを特徴とするベルト式無段変速機の製造方法。

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