JP3981069B2 - 無段変速機用金属ベルト、金属リングの製造方法および金属リングの形状測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、無端状の金属リングを複数枚積層した金属リング集合体に多数の金属エレメントを支持した無段変速機用金属ベルトと、その金属リングの製造方法と、その金属リングの形状測定方法とに関する。

かかる無段変速機用金属ベルトの金属リングにおいて、その側端縁に近い部分を金属リングの幅方向外側に向けて徐々に薄くなるように塑性変形させることにより、金属ベルトの曲げに伴う側端縁の圧縮応力および引張応力を低減して疲労寿命の延長を図るものが、下記特許文献１により公知である。
特公平６−６９７０号公報

ところで、上記従来のものは、金属リングの側端縁の疲労寿命を曲げ応力に基づいて考察しているにも関わらず、前記側端縁が疲労破損の開始点となる原因であるプーリのＶ面や金属エレメントのネック部との接触によるヘルツ応力を全く考慮していないため、金属リングの側端縁の疲労寿命を効果的に延長することは困難であった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、無段変速機用金属ベルトの金属リングの側端縁の疲労寿命を効果的に延長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、無端状の金属リングを複数枚積層した金属リング集合体に多数の金属エレメントを支持した無段変速機用金属ベルトにおいて、径方向外周面および径方向内周面を有する前記金属リングの側端縁を、前記径方向外周面に連なる第１切欠部と前記径方向内周面に連なる第２切欠部とによって先細の薄肉状とし、その先端に所定半径を有する円の一部である円弧状の突出部を前記金属リングの径方向中心面と前記径方向内周面との間に位置するように形成し、前記所定半径を有する円は前記径方向内周面から径方向外側に離れた位置にあり、かつ前記第１切欠部の前記金属リングの幅方向長さは、前記第２切欠部の前記金属リングの幅方向長さよりも長く設定されることを特徴とする無段変速機用金属ベルトが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１に記載の無段変速機用金属ベルトの金属リングの製造方法であって、前記金属リングの側端縁を押し切りにより切断した後に研磨することで、前記側端縁の突出部に所定の半径を付与することを特徴とする金属リングの製造方法が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１に記載の無段変速機用金属ベルトの金属リングの突出部の半径を算出する金属リングの形状測定方法であって、金属リングの側端縁の断面形状を所定間隔を有する複数の測定点の座標として測定する工程と、所定の連続する測定点の座標の移動平均を算出する工程と、前記移動平均を所定間隔で少なくとも３個選出し、それら少なくとも３個の移動平均から突出部の半径を算出する工程とを含むことを特徴とする金属リングの形状測定方法が提案される。

請求項１の構成によれば、金属リングの側端縁を先細の薄肉状とし、その先端に所定半径を有する円の一部である円弧状の突出部を金属リングの径方向中心面と径方向内周面との間に位置するように形成し、かつ前記所定半径を有する円は金属リングの径方向内周面から径方向外側に離れた位置にあるので、金属リングの径方向内周面に接する前記所定半径を有する円がプーリのＶ面に当接する場合に比べて、その突出部がプーリのＶ面に当接する位置を金属リングの径方向外側に移動させ、プーリに巻きついた金属リングに作用する曲げによる圧縮応力と、前記突出部がプーリのＶ面に接触して発生するヘルツ応力との総和を減少させることで、金属リングの疲労寿命を高めることができる。しかも金属リングを積層すると、それらの薄肉状となった側端縁間にオイルを保持する凹部が形成されるため、隣接する金属リングの摺動面を効果的に潤滑して耐久性を更に高めることができる。更に金属リングの側端縁において、径方向外周面に連なる第１切欠部の金属リングの幅方向長さを、径方向内周面に連なる第２切欠部の金属リングの幅方向長さよりも長く設定したので、上層の金属リングの幅広の径方向内周面が下層の金属リングの幅狭の径方向外周面を覆うことにより、クラウニングによる金属リング集合体のセンタリング機能が一層高められる。

請求項２の構成によれば、金属リングの側端縁を押し切りにより切断した後に研磨して前記側端縁の突出部に所定の半径を付与するので、所望の側端縁形状を有する金属リング効率良く、かつ精度良く製造することができる。

請求項３の構成によれば、金属リングの側端縁の断面形状を所定間隔を有する複数の測定点の座標として測定し、所定の連続する測定点の座標の移動平均を算出し、前記移動平均を所定間隔で少なくとも３個選出して該少なくとも３個の移動平均から突出部の半径を算出するので、各測定点の座標の検出誤差や、金属リングの突出部の細かい傷の影響を排除し、突出部の半径を精度良く検出することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図８は本発明の一実施例を示すもので、図１は金属ベルト式無段変速機を搭載した車両の動力伝達系のスケルトン図、図２は金属ベルトの部分斜視図、図３は金属リングの押し切り工程の説明図、図４は押し切りされた金属リングと研磨された金属リングとを示す図、図５は実施例および比較例の金属リングがプーリのＶ面に当接した状態を示す図、図６は実施例および比較例の金属リングに作用する応力を示すグラフ、図７は金属リング集合体の端部の拡大図、図８は金属リングの突出部の半径を測定する手法の説明図である。

尚、本実施例で用いる金属エレメントあるいは金属リングの前後方向、幅方向、径方向の定義は図２に示されている。径方向はその金属エレメントが当接するプーリの径方向として定義されるもので、プーリのシャフトに近い側が径方向内側であり、プーリのシャフトに遠い側が径方向外側である。また幅方向は金属エレメントが当接するプーリのシャフトに沿う方向として定義され、前後方向は金属エレメントの車両の前進走行時における進行方向に沿う方向として定義される。

図１に示すように、車両用の金属ベルト式無段変速機Ｔは平行に配置されたドライブシャフト１およびドリブンシャフト２を備えており、エンジンＥのクランクシャフト３の左端はダンパー４を介してドライブシャフト１の右端に接続される。

ドライブシャフト１に支持されたドライブプーリ５は、該ドライブシャフト１に対して相対回転自在な固定側プーリ半体５ａと、この固定側プーリ半体５ａに対して軸方向摺動自在な可動側プーリ半体５ｂとを備える。可動側プーリ半体５ｂは、作動油室６に作用する油圧により固定側プーリ半体５ａとの間の溝幅が可変である。ドリブンシャフト２に支持されたドリブンプーリ７は、該ドリブンシャフト２に一体に形成された固定側プーリ半体７ａと、この固定側プーリ半体７ａに対して軸方向摺動自在な可動側プーリ半体７ｂとを備える。可動側プーリ半体７ｂは、作動油室８に作用する油圧により固定側プーリ半体７ａとの間の溝幅が可変である。そしてドライブプーリ５とドリブンプーリ７との間に、２本の金属リング集合体に多数の金属エレメントを装着した金属ベルト９が巻き掛けられる。

ドライブシャフト１の左端に、前進変速段を確立する際に係合してドライブシャフト１の回転を同方向にドライブプーリ５に伝達するフォワードクラッチ１０と、後進変速段を確立する際に係合してドライブシャフト１の回転を逆方向にドライブプーリ５に伝達するリバースブレーキ１１とを備えた、シングルピニオン式の遊星歯車機構よりなる前後進切換機構１２が設けられる。前後進切換機構１２のサンギヤ２７はドライブシャフト１に固定され、プラネタリキャリヤ２８はリバースブレーキ１１によりケーシングに拘束可能であり、リングギヤ２９はフォワードクラッチ１０によりドライブプーリ５に結合可能である。

ドリブンシャフト２の右端に設けられる発進用クラッチ１３は、ドリブンシャフト２に相対回転自在に支持した第１中間ギヤ１４を該ドリブンシャフト２に結合する。ドリブンシャフト２と平行に配置された中間軸１５に、前記第１中間ギヤ１４に噛合する第２中間ギヤ１６が設けられる。ディファレンシャルギヤ１７のギヤボックス１８に設けた入力ギヤ１９に、前記中間軸１５に設けた第３中間ギヤ２０が噛合する。ギヤボックス１８にピニオンシャフト２１，２１を介して支持した一対のピニオン２２，２２に、ギヤボックス１８に相対回転自在に支持した左車軸２３および右車軸２４の先端に設けたサイドギヤ２５，２６が噛合する。左車軸２３および右車軸２４の先端にそれぞれ駆動輪Ｗ，Ｗが接続される。

しかして、セレクトレバーでフォワードレンジを選択すると、電子制御ユニットＵ１により作動する油圧制御ユニットＵ２からの指令により、先ずフォワードクラッチ１０が係合し、その結果ドライブシャフト１はドライブプーリ５に一体に結合される。続いて発進用クラッチ１３が係合し、エンジンＥのトルクがドライブシャフト１、ドライブプーリ５、金属ベルト９、ドリブンプーリ７、ドリブンシャフト２およびディファレンシャルギヤ１７を経て駆動輪Ｗ，Ｗに伝達され、車両は前進発進する。セレクトレバーでリバースレンジを選択すると、油圧制御ユニットＵ２からの指令により、リバースブレーキ１１が係合してドライブプーリ５がドライブシャフト１の回転方向と逆方向に駆動されるため、発進用クラッチ１３の係合により車両は後進発進する。

このようにして車両が発進すると、油圧制御ユニットＵ２からの指令でドライブプーリ５の作動油室６に供給される油圧が増加し、ドライブプーリ５の可動側プーリ半体５ｂが固定側プーリ半体５ａに接近して有効半径が増加するとともに、ドリブンプーリ７の作動油室８に供給される油圧が減少し、ドリブンプーリ７の可動側プーリ半体７ｂが固定側プーリ半体７ａから離反して有効半径が減少することにより、金属ベルト式無段変速機ＴのレシオがＬＯＷ側からＯＤ側に向けて連続的に変化する。

図２に示すように、金属ベルト９は左右一対の金属リング集合体３１，３１に多数の金属エレメント３２…を支持したもので、各々の金属リング集合体３１は複数枚の金属リング３３…を積層して構成される。金属板材から打ち抜いて成形した金属エレメント３２は、エレメント本体３４と、金属リング集合体３１，３１が係合する左右一対のリングスロット３５，３５間に位置するネック部３６と、ネック部３６を介して前記エレメント本体３４の径方向外側に接続される概略三角形のイヤー部３７とを備える。エレメント本体３４の左右方向両端部には、ドライブプーリ５およびドリブンプーリ７のＶ面３８…（図５参照）に当接可能な一対のプーリ当接面３９，３９が形成される。また金属エレメント３２の進行方向前側および後側には相互に当接する主面４０がそれぞれ形成され、また進行方向前側の主面４０の下部には左右方向に延びるロッキングエッジ４１を介して傾斜面４２が形成される。更に、前後に隣接する金属エレメント３２，３２を結合すべく、イヤー部３７の前後面に相互に嵌合可能な凹凸部４３が形成される。そして左右のリングスロット３５，３５の下縁に、金属リング集合体３１，３１の内周面を支持するサドル面４４，４４が形成される。

次に、金属リング集合体３１を構成する金属リング３３の製造工程を説明する。

図３に示すように、金属リング３３は円筒状に形成された金属リング素材３３′を所定幅に輪切りにすることで製造される。即ち、回転するマンドレル５１の表面に一対の傾斜部５２ａ，５２ａと、両傾斜部５２ａ，５２ａを接続する等径部５２ｂとを備えた円周溝５２を形成しておき、マンドレル５１の外周に金属リング素材３３′を支持した状態で、その外周に断面３角形の刃部５３ａを有する円板状のカッター５３を回転させながら押し付けることで、円周溝５２と刃部５３ａとの協働で金属リング素材３３′を押し切りにより切断する。図４（Ａ）に示すように、切断された金属リング３３の側端縁は径方向外側に僅かに湾曲するとともに、概ね平坦な二つの面ａ，ｂと尖った二つのエッジ３３ａ，３３ｂとが形成される。

続いて、金属リング３３の側端縁を回転する砥粒入りブラシで研磨することで、前記尖った二つのエッジ３３ａ，３３ｂを削り落とし、図４（Ｂ）に示すような所定半径Ｒの円弧状の突出部３３ｃを金属リング３３の側端縁に形成する。本実施例において、この突出部３３ｃの位置は、金属リング３３の径方向中心面Ｃと径方向内周面Ｉとの間にある。

金属リング３３の側端縁において、径方外周面Ｏには該金属リング３２の幅方向の長さがＬａの第１切欠部３３ｅが形成されるとともに、径方内周面Ｉには該金属リング３２の幅方向の長さがＬｂの第２切欠部３３ｆが形成され、第１、第２切欠部３３ｅ，３３ｆの先端に突出部３３ｃが連なっている。また前記第２切欠部３３ｆを設けたことにより、突出部３３ｃを構成する所定半径Ｒの円は、金属リング３３の径方向内周面Ｉよりも径方向外側に位置している。

図５（Ａ）は、金属ベルト９がプーリ５，７に巻き付きいて厚さＴ（例えば、０．２ｍｍ）の金属リング３３の側端縁がプーリ５，７のＶ面３８に接触した状態を示している。このとき、金属リング３３の側端縁の突出部３３ｃとプーリ５，７のＶ面３８との接点Ｐは、金属リング３３の径方向中心面Ｃよりも、Δｙだけ径方向内側にずれている。図６（Ａ）に示すように、プーリ５，７に巻き付くことで湾曲した金属リング３３は、その径方向外周面Ｏが最も引き伸ばされて引張応力が最大になり、その径方向内周面Ｉが最も押し縮められて圧縮応力が最大になり、かつ径方向中心面Ｃでは応力がゼロになる。つまり、径方向外周面Ｏおよび径方向内周面Ｉ間で応力はσａから−σａまでリニアに変化する。また突出部３３ｃとプーリ５，７のＶ面３８との接点Ｐには、接触により圧縮応力（接触応力−σｂ）が作用する。従って、前記接点Ｐには、曲げによる圧縮応力｜−σａ１｜と前記接触応力｜−σｂ｜との和である｜σ｜＝｜−σａ１−σｂ｜が作用することになる。

比較例の金属リング３３はマンドレルの外周に支持した円筒状の金属リング素材３３′を回転砥石により切断したもので、切断時の金属リング３３の断面は矩形状となる。この金属リング３３をバレル研磨すると、図５（Ｂ）に示すように金属リング３３の側端縁の径方向外端および径方向内端が研磨されて半径Ｒを有する二つの角部３３ｄ，３３ｄが形成される。

図５（Ｂ）に示すように、比較例の金属リング３３は端縁部の径方向内側の角部３３ｄがプーリ５，７のＶ面３８に接点Ｐ′で接触する。前記角部３３ｄがプーリ５，７のＶ面３８に接触する接点Ｐ′の位置は、金属リング３３の径方向中心面ＣよりもΔｙ′だけ径方向内側にずれており、そのずれΔｙ′は図５（Ａ）に示す実施例のΔｙよりも大きくなる。つまり、比較例の接点Ｐ′の位置は、実施例の接点Ｐの位置に比べて金属リング３３の径方向内周面Ｉに近い位置にある。従って、比較例の接点Ｐ′には、曲げによる圧縮応力｜−σａ１′｜と前記接触応力｜−σｂ′｜との和である｜σ′｜＝｜−σａ１′−σｂ′｜が作用することになる。

実施例の金属リング３３の突出部３３ｃの半径Ｒと、比較例の角部３３ｄの半径Ｒとが等しければ、両接触応力｜−σｂ｜，｜−σｂ′｜は一致するが、接点Ｐ，Ｐ′の位置が異なることで、実施例の接点Ｐでの曲げによる圧縮応力｜σａ１｜は、比較例の接点Ｐ′での曲げによる圧縮応力｜σａ１′｜よりも小さくなる。従って、実施例の接点Ｐでのトータルの圧縮応力｜σ｜＝｜−σａ１−σｂ｜は、比較例の接点Ｐ′でのトータルの圧縮応力｜σ′｜＝｜−σａ１′−σｂ′｜よりも小さくなる。

このように、実施例の金属リング３３は、比較例３３の金属リング３３に比べて接点Ｐ，Ｐ′の接触応力を考慮したトータルの圧縮応力を低減し、繰り返し曲げに対する耐久性を高めることができる。しかも、押し切り工程と研磨工程とを行うことで、所望の側端縁形状を有する金属リング３３…を効率良く、かつ精度良く製造することができる。

また図７から明らかなように、複数の金属リング３３…を積層した金属リング集合体３１の側端縁は、隣接する金属リング３３…の突出部３３ｃ…間の凹部にオイルが保持され易くなるため、隣接する金属リング３３…間の摺動面の潤滑が促進されて耐久性が更に向上する。更に積層状態にある金属リング３３…はクラウニングが施された金属エレメント３２のサドル面４４によって幅方向にセンタリングされるが、その際に、上層の金属リング３３の幅広の径方向内周面Ｉが下層の金属リング３３の幅狭の径方向外周面Ｏを覆うことによりセンタリング機能が一層高められる。

次に、完成した金属リング３３の側端縁の突出部３３ａの半径Ｒが目標値に一致しているか否かを検証する手法について説明する。

本実施例の金属リング３３は、側端縁の突出部３３ａのうちの半径Ｒの円弧部分が６０°（π／３）の中心角を有するため、その円弧部分の長さＬはＲ×（π／３）となる。

先ず、金属リング３３の側端縁の断面の座標を所定ピッチｐで測定する。そして連続する複数個（例えば３個）の測定点の座標の移動平均を、測定点を一つずつずらしながら算出する。この移動平均の座標をプロットしたものが図８のｍ１，ｍ２，ｍ３，…ｍ１７であり、そのうち円弧部分の両端に最も近い位置の移動平均ｍ４，ｍ１４と、その中央に最も近い位置の移動平均ｍ９とが求まれば、それら３個の移動平均ｍ４，ｍ９，ｍ１４を通る円の半径Ｒを算出し、それが目標値に一致しているか否かを確認することができる。

隣接する移動平均ｍ１〜ｍ１７間のピッチｐは測定点間のピッチｐと同じであるため、円弧部分の長さＬ＝Ｒ×（π／３）をピッチｐで除算することで、円弧部分の長さＬに含まれる移動平均ｍ４〜ｍ１４の間隔の数が算出される。ここで移動平均ｍ４〜ｍ１４を選択したのは、それらの外側のデータは他の曲率部を含むために誤差を生じるからである。実施例では前記間隔の数が約１０個になるため、５個置きの３個の移動平均ｍ４，ｍ９，ｍ１４を選択することで、それらの移動平均ｍ４，ｍ９，ｍ１４を通る円の半径Ｒを精度良く算出することができる。

特に、移動平均ｍ１〜ｍ１７を算出することで、各測定点の座標の検出誤差や、金属リング３３の突出部３３ａの細かい傷の影響を排除し、突出部３３ａの円弧部分の半径Ｒを精度良く検出することができる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、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、実施例では金属リング３３の突出部３３ａの円弧部分の半径Ｒを３個の移動平均ｍ４，ｍ９，ｍ１４に基づいて算出しているが、４個以上の移動平均に基づいて算出することができる。

金属ベルト式無段変速機を搭載した車両の動力伝達系のスケルトン図 金属ベルトの部分斜視図 金属リングの押し切り工程の説明図 押し切りされた金属リングと研磨された金属リングとを示す図 実施例および比較例の金属リングがプーリのＶ面に当接した状態を示す図 実施例および比較例の金属リングに作用する応力を示すグラフ 金属リング集合体の端部の拡大図 金属リングの突出部の半径を測定する手法の説明図

符号の説明

９ 金属ベルト
３１ 金属リング集合体
３３ 金属リング
３３ｃ 突出部
３３ｅ 第１切欠部
３３ｆ 第２切欠部
Ｃ 金属リングの径方向中心面
Ｉ 金属リングの径方向内周面
Ｌａ 第１切欠部の金属リングの幅方向長さ
Ｌｂ 第２切欠部の金属リングの幅方向長さ
Ｏ 金属リングの径方向外周面

Claims (3)

1. 無端状の金属リング（３３）を複数枚積層した金属リング集合体（３１）に多数の金属エレメント（３２）を支持した無段変速機用金属ベルトにおいて、
   径方向外周面（Ｏ）および径方向内周面（Ｉ）を有する前記金属リング（３３）の側端縁を、前記径方向外周面（Ｏ）に連なる第１切欠部（３３ｅ）と前記径方向内周面（Ｉ）に連なる第２切欠部（３３ｆ）とによって先細の薄肉状とし、その先端に所定半径を有する円の一部である円弧状の突出部（３３ｃ）を前記金属リング（３３）の径方向中心面（Ｃ）と前記径方向内周面（Ｉ）との間に位置するように形成し、
   前記所定半径を有する円は前記径方向内周面（Ｉ）から径方向外側に離れた位置にあり、かつ前記第１切欠部（３３ｅ）の前記金属リング（３３）の幅方向長さ（Ｌａ）は、前記第２切欠部（３３ｆ）の前記金属リング（３３）の幅方向長さ（Ｌｂ）よりも長く設定されることを特徴とする無段変速機用金属ベルト。
2. 請求項１に記載の無段変速機用金属ベルト（９）の金属リング（３３）の製造方法であって、
   前記金属リング（３３）の側端縁を押し切りにより切断した後に研磨することで、前記側端縁の突出部（３３ｃ）に所定の半径を付与することを特徴とする金属リングの製造方法。
3. 請求項１に記載の無段変速機用金属ベルト（９）の金属リング（３３）の突出部（３３ｃ）の半径を算出する金属リングの形状測定方法であって、
   金属リング（３３）の側端縁の断面形状を所定間隔を有する複数の測定点の座標として測定する工程と、
   所定の連続する測定点の座標の移動平均を算出する工程と、
   前記移動平均を所定間隔で少なくとも３個選出し、それら少なくとも３個の移動平均から突出部（３３ｃ）の半径を算出する工程と、
   を含むことを特徴とする金属リングの形状測定方法。

Images