JP4078126B2 - 無段変速機用ベルト - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライブプーリおよびドリブンプーリ間で駆動力を伝達すべく、複数枚の金属リングを積層した金属リング集合体に複数個の金属エレメントを支持した無段変速機用ベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる無段変速機用ベルトは、特公平５−５６４１５号公報あるいは特公平２−２２２５４号公報により公知であ。上記特公平５−５６４１５号公報に記載されたものは、その金属リングの表面に山脈状の突出部が網目状に形成されており、これにより隣接する金属リング間の潤滑性を確保しながら、金属リングをセンタリングするための適切な摩擦係数を確保している。また上記特公平２−２２２５４号公報に記載されたものは、その金属リングの表面に網目状の溝が形成されており、これにより隣接する金属リング間の摩擦係数を低減して金属ベルトの伝達効率の向上を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ベルト式無段変速機の金属リング集合体のうちの最内層の金属リングの内周面は、金属エレメントのサドル面と接触するために他の金属リングに比べて厳しい条件に晒されており、その最内層の金属リングの耐久性が金属ベルト全体の耐久性に大きな影響を及ぼしている。最内層の金属リングの内周面に保油性を高めるべく山脈状の突出部を形成した場合、その突出部に金属エレメントのサドル面が接触してピッチング（微小なひび割れ）が発生し、ピッチングが成長したクラックが更に大きく成長することで耐久性を低下させるという問題があった。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、少なくとも最内層の金属リングの内周面に、金属リングの進行方向と直角方向に離間して各々が線状に延びる複数の突出部を、それら複数の突出部の少なくとも一部が交差するように配置した無段変速機用ベルトにおいて、前記金属リングの耐久性を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
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、ドライブプーリおよびドリブンプーリ間で駆動力を伝達すべく、複数枚の金属リングを積層した金属リング集合体に複数個の金属エレメントを支持した無段変速機用ベルトであって、少なくとも最内層の金属リングの内周面に、金属リングの進行方向と直角方向に離間して各々が線状に延びる複数の突出部を、それら複数の突出部の少なくとも一部が交差するように配置したものにおいて、金属リングの進行方向と直角方向に計測した前記突出部の初期摩耗後の平均接触幅ｗを、金属リングの少なくとも一部の進行方向と直角方向に計測した長さＬと、前記内周面の前記長さＬ内における負荷長さ率１Ｍｒ１と、前記内周面の前記長さＬ内におけるハイスポットカウントＨＳＣとを用い、かつ前記ハイスポットカウントＨＳＣを、負荷長さ率１Ｍｒ１での高さを超える突出部の数、あるいは突出部の断面の凸部の面積の総和と凹部の面積の総和とが等しくなる高さに有効負荷粗さＲｋの２分の１を加えた高さを超える該突出部の数として、次式のように定義したとき、
ｗ＝Ｌ×（Ｍｒ１／ＨＳＣ）
前記複数の突出部が交差しない部分における前記平均接触幅ｗが１６μｍ以下であることを特徴とする無段変速機用ベルトが提案される。
【０００６】
上記構成によれば、無段変速機用ベルトの少なくとも最内層の金属リングの内周面に、金属リングの進行方向と直角方向に離間して線状に延びる複数の突出部を形成し、それらの突出部が初期摩耗したとき、その進行方向と直角方向に計測した突出部の平均接触幅ｗを、それらの突出部が交差しない部分において１６μｍ以下としたので、幅の狭い突出部の頂部に生じたピッチングの深さ方向への進展を阻止し、その浅いピッチングを金属エレメントとの接触による摩耗で消失させることで、耐久性を低下させるクラックの発生を防止することができる。また金属リングの進行方向と直角方向に計測した突出部の幅を狭くすると、進行方向に計測した突出部の幅も狭くなるため、突出部の頂部での油膜切れを生じ難くしてクラックの発生そのものを防止する効果もある。やがて金属リングと金属エレメントとの間のなじみがつくと、平均ヘルツ面圧が低下してピッチングが発生し難くなり、かつ突出部の頂部が摩耗して面粗度が良くなることで潤滑性が向上して金属リングの耐久性が向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付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７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は最内層の金属リングの斜視図、図４は図３の４方向拡大矢視図、図５は最内層の金属リングの内周面の凹凸状態の拡大図、図６は図５に対応する負荷曲線、図７は金属リングの突出部の幅とクラックの長さとの関係を示すグラフである。
【０００８】
尚、本実施例で用いる金属エレメントの前後方向、左右方向、半径方向の定義は図２に示されている。半径方向はその金属エレメントが当接するプーリの半径方向として定義されるもので、プーリの回転軸に近い側が半径方向内側であり、プーリの回転軸に遠い側が半径方向外側である。また左右方向は金属エレメントが当接するプーリの回転軸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。
【０００９】
図１は自動車に搭載された金属ベルト式無段変速機Ｔの概略構造を示すもので、エンジンＥのクランクシャフト１にダンパー２を介して接続されたインプットシャフト３は発進用クラッチ４を介して金属ベルト式無段変速機Ｔのドライブシャフト５に接続される。ドライブシャフト５に設けられたドライブプーリ６は、ドライブシャフト５に固着された固定側プーリ半体７と、この固定側プーリ半体７に対して接離可能な可動側プーリ半体８とを備えており、可動側プーリ半体８は油室９に作用する油圧で固定側プーリ半体７に向けて付勢される。
【００１０】
ドライブシャフト５と平行に配置されたドリブンシャフト１０に設けられたドリブンプーリ１１は、ドリブンシャフト１０に固着された固定側プーリ半体１２と、この固定側プーリ半体１２に対して接離可能な可動側プーリ半体１３とを備えており、可動側プーリ半体１３は油室１４に作用する油圧で固定側プーリ半体１２に向けて付勢される。ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１間に、左右の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を支持してなる金属ベルト１５が巻き掛けられる（図２参照）。それぞれの金属リング集合体３１は、１２枚の金属リング３３を積層してなる。
【００１１】
ドリブンシャフト１０には前進用ドライブギヤ１６および後進用ドライブギヤ１７が相対回転自在に支持されており、これら前進用ドライブギヤ１６および後進用ドライブギヤ１７はセレクタ１８により選択的にドリブンシャフト１０に結合可能である。ドリブンシャフト１０と平行に配置されたアウトプットシャフト１９には、前記前進用ドライブギヤ１６に噛合する前進用ドリブンギヤ２０と、前記後進用ドライブギヤ１７に後進用アイドルギヤ２１を介して噛合する後進用ドリブンギヤ２２とが固着される。
【００１２】
アウトプットシャフト１９の回転はファイナルドライブギヤ２３およびファイナルドリブンギヤ２４を介してディファレンシャル２５に入力され、そこから左右のアクスル２６，２６を介して駆動輪Ｗ，Ｗに伝達される。
【００１３】
而して、エンジンＥの駆動力はクランクシャフト１、ダンパー２、インプットシャフト３、発進用クラッチ４、ドライブシャフト５、ドライブプーリ６、金属ベルト１５およびドリブンプーリ１１を介してドリブンシャフト１０に伝達される。前進走行レンジが選択されているとき、ドリブンシャフト１０の駆動力は前進用ドライブギヤ１６および前進用ドリブンギヤ２０を介してアウトプットシャフト１９に伝達され、車両を前進走行させる。また後進走行レンジが選択されているとき、ドリブンシャフト１０の駆動力は後進用ドライブギヤ１７、後進用アイドルギヤ２１および後進用ドリブンギヤ２２を介してアウトプットシャフト１９に伝達され、車両を後進走行させる。
【００１４】
このとき、金属ベルト式無段変速機Ｔのドライブプーリ６の油室９およびドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧を、電子制御ユニットＵ１からの指令で作動する油圧制御ユニットＵ２で制御することにより、その変速比が無段階に調整される。即ち、ドライブプーリ６の油室９に作用する油圧に対してドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧を相対的に増加させれば、ドリブンプーリ１１の溝幅が減少して有効半径が増加し、これに伴ってドライブプーリ６の溝幅が増加して有効半径が減少するため、金属ベルト式無段変速機Ｔの変速比はＬＯＷに向かって無段階に変化する。逆にドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧に対してドライブプーリ６の油室９に作用する油圧を相対的に増加させれば、ドライブプーリ６の溝幅が減少して有効半径が増加し、これに伴ってドリブンプーリ１１の溝幅が増加して有効半径が減少するため、金属ベルト式無段変速機Ｔの変速比はＯＤに向かって無段階に変化する。
【００１５】
図２に示すように、金属板材から打ち抜いて成形した金属エレメント３２は、概略台形状のエレメント本体３４と、金属リング集合体３１，３１が嵌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の上部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６およびドリブンプーリ１１のＶ面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凸部４３ｆおよび凹部（図示せず）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。
【００１６】
ところで、金属リング３３はドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１に巻き付く部分で湾曲し、またドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１間の弦の部分で直線状に延ばされるため、曲げ応力の振幅が最も高くなる突出部３３ａの先端近傍でクラックが発生し易く、またクラックの発生方向および成長方向は左右方向（金属リング３３の進行方向と直交する方向）となる。特に、直交する２本の突出部３３ａ，３３ａが交差する部分は、前記進行方向に計測した際の突出部３３ａ，３３ａの幅が広くなるために、潤滑性が低下してクラックが発生し易くなる。
【００１７】
図７の横軸は、初期摩耗後の金属リング３３の直交する２本の突出部３３ａ，３３ａが交差する部分の左右方向の最大幅ｗ′（図４参照）であり、縦軸はクラックの長さである。同図から明らかなように、突出部３３ａ，３３ａの交差部の最大幅ｗ′が３６μｍを超えていると約３０μｍ以上のクラックが発生するが、前記最大幅ｗ′が３６μｍ以下の場合にはクラックが全く発生していないことが分かる。
【００１８】
図４から明らかなように、交差部の最大幅ｗ′＝３６μｍは、突出部３３ａの左右方向の平均接触幅ｗ＝１６μｍに相当する。ｗ′＝２ｗにならないのは、２本の突出部３３ａ，３３ａが交差する部分が鋭い角にならず、曲率半径Ｒを持つためである。
【００１９】
初期摩耗後の突出部３３ａの左右方向の平均接触幅ｗを１６μｍ以下にするとクラックの発生を阻止できる理由は、幅の狭い突出部３３ａの頂部にピッチングが生じても、そのピッチングは突出部３３ａの頂部の幅が狭いために深さ方向に延びず、その結果、浅いピッチングは金属エレメント３２のサドル面４４との接触により削り取られて消失するためである。また金属リング３３の進行方向と直角方向に計測した突出部３３ａの幅を狭くすると、進行方向に計測した突出部の幅３３ａも狭くなるため、突出部３３ａの頂部での油膜切れを生じ難くしてクラックの発生そのものを防止することができる。やがて金属リング３３と金属エレメント３２との間のなじみがつき、平均ヘルツ面圧が低下してピッチングが発生し難くなる。また突出部３３ａの頂部が摩耗して面粗度が非常に良くなるため、潤滑性が向上してそれ以上の摩耗の進行が停止する。
【００２０】
ここで、図５および図６に基づいて、初期摩耗後の突出部３３ａの左右方向の平均接触幅ｗの定義を説明しておく。
【００２１】
図５は、最内層の金属リング３３の内周面の横断面の一部（左右方向長さＬが４ｍｍの範囲）の凹凸形状を拡大して示すもので、その４ｍｍの左右方向長さＬ内に、所定の高さを超えた突出部３３ａの交差部の数（ハイスポットカウントＨＳＣ）が３７個存在している。図６は図５に対応する負荷曲線であり、凹凸の最大値（凹凸の最も高い部分と最も低い部分との差）のうちの初期摩耗高さＲｐｋが摩耗した状態、つまり３７個の突出部３３ａの頂部のうちの斜線で示した初期摩耗面積Ａ１が摩耗した状態が初期摩耗状態として定義される。
【００２２】
負荷長さ率１Ｍｒ１は、左右方向長さＬ（４ｍｍ）に対する、ハイスポットカウントＨＳＣである３７個の突出部３３ａの交差部の摩耗した頂部の幅の総和の比率である。本実施例における前記ハイスポットカウントＨＳＣの第１の定義は、前記負荷長さ率１Ｍｒ１における負荷曲線の高さを超える突出部３３ａの数である。また第２の定義は、突出部３３ａの断面の凸部の面積の総和と凹部の面積の総和が等しくなる高さ（図５の縦軸の原点）に有効負荷粗さＲｋの２分の１を加えた高さを超える突出部の数である。これら二つの定義の何れを採用しても、ハイスポットカウントＨＳＣの値は実質的に一致する。
【００２３】
図６の例では、負荷長さ率１Ｍｒ１が７．７６％であるため、左右方向長さＬ（４ｍｍ）の７．７６％にあたる０．３１０４ｍｍが、３７個の突出部３３ａの交差部の摩耗した頂部の幅の総和になる。従って、突出部３３ａの交差部の頂部の１個あたりの幅（つまりｗ′）は０．３１０４ｍｍ÷３７＝０．００８４ｍｍ＝８．４μｍとなる。このように、交差部の頂部の１個あたりの幅ｗ′が３６μｍ以下の８．４μｍであることから、平均接触幅ｗは１６μｍ以下に納まっており、クラックの発生を阻止することができる。
【００２４】
ちなみに、図７および図８の例ではハイスポットカウントＨＳＣ＝１６であり、負荷長さ率１Ｍｒ１が１６．０８％であるため、左右方向長さＬ（４ｍｍ）の１６．０８％にあたる０．６４３２ｍｍが、１６個の突出部３３ａの交差部の摩耗した頂部の幅の総和になる。従って、突出部３３ａの交差部の頂部の１個あたりの幅（つまりｗ′）は０．６４３２ｍｍ÷１６＝０．０４０２ｍｍ＝４０．２μｍとなる。このように、交差部の頂部の１個あたりの幅ｗ′が３６μｍを超える４０．２μｍであることから、平均接触幅ｗは１６μｍを超えてしまい、クラックの発生を阻止することができない不適切な例となる。
【００２５】
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。
【００２６】
例えば、実施例では最内層の金属リング３３の内周面だけに突出部３３ａを形成しているが、最内層の金属リング３３の外周面や、他の金属リング３３の任意の面に突出部３３ａを形成することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、無段変速機用ベルトの少なくとも最内層の金属リングの内周面に、金属リングの進行方向と直角方向に離間して線状に延びる複数の突出部を形成し、それらの突出部が初期摩耗したとき、その進行方向と直角方向に計測した突出部の平均接触幅ｗを、それらの突出部が交差しない部分において１６μｍ以下としたので、幅の狭い突出部の頂部に生じたピッチングの深さ方向への進展を阻止し、その浅いピッチングを金属エレメントとの接触による摩耗で消失させることで、耐久性を低下させるクラックの発生を防止することができる。また金属リングの進行方向と直角方向に計測した突出部の幅を狭くすると、進行方向に計測した突出部の幅も狭くなるため、突出部の頂部での油膜切れを生じ難くしてクラックの発生そのものを防止する効果もある。やがて金属リングと金属エレメントとの間のなじみがつくと、平均ヘルツ面圧が低下してピッチングが発生し難くなり、かつ突出部の頂部が摩耗して面粗度が良くなることで潤滑性が向上して金属リングの耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 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】 金属ベルトの部分斜視図
【図３】 最内層の金属リングの斜視図
【図４】 図３の４方向拡大矢視図
【図５】 最内層の金属リングの内周面の凹凸状態の拡大図
【図６】 図５に対応する負荷曲線
【図７】 金属リングの突出部の幅とクラックの長さとの関係を示すグラフ
【図８】 最内層の金属リングの内周面の凹凸状態の拡大図（不適切な例）
【図９】 図８に対応する負荷曲線
【符号の説明】
６ ドライブプーリ
１１ ドリブンプーリ
３１ 金属リング集合体
３２ 金属エレメント
３３ 金属リング
３３ａ 突出部

Claims (1)

1. ドライブプーリ（６）およびドリブンプーリ（１１）間で駆動力を伝達すべく、複数枚の金属リング（３３）を積層した金属リング集合体（３１）に複数個の金属エレメント（３２）を支持した無段変速機用ベルトであって、
   少なくとも最内層の金属リング（３３）の内周面に、金属リング（３３）の進行方向と直角方向に離間して各々が線状に延びる複数の突出部（３３ａ）を、それら複数の突出部（３３ａ）の少なくとも一部が交差するように配置したものにおいて、
   金属リング（３３）の進行方向と直角方向に計測した前記突出部（３３ａ）の初期摩耗後の平均接触幅ｗを、金属リング（３３）の少なくとも一部の進行方向と直角方向に計測した長さＬと、前記内周面の前記長さＬ内における負荷長さ率１Ｍｒ１と、前記内周面の前記長さＬ内におけるハイスポットカウントＨＳＣとを用い、かつ前記ハイスポットカウントＨＳＣを、負荷長さ率１Ｍｒ１での高さを超える突出部（３３ａ）の数、あるいは突出部（３３ａ）の断面の凸部の面積の総和と凹部の面積の総和とが等しくなる高さに有効負荷粗さＲｋの２分の１を加えた高さを超える該突出部（３３ａ）の数として、次式のように定義したとき、
   ｗ＝Ｌ×（Ｍｒ１／ＨＳＣ）
   前記複数の突出部（３３ａ）が交差しない部分における前記平均接触幅ｗが１６μｍ以下であることを特徴とする無段変速機用ベルト。

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