JP4292807B2 - 無端金属ベルト用リングの耐摩耗性評価方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板片状の多数のエレメントを互いに対面させて環状に配置し、それらのエレメントに金属帯であるリングを通して各エレメントを環状に結束して構成した無端金属ベルトの耐摩耗性評価技術に関し、特に、エレメントの首部に当接するリング端部の耐摩耗性評価技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両においては、トランスミッションの変速比を車両の走行状況に応じて無段階に調整するベルト式無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）が搭載されることがある。このＣＶＴは、エンジン出力を効率的に引き出すことが可能であり、燃費および走行性能の向上に優れる。実用化されたＣＶＴの１つとして、金属ベルトと一対のプーリとを用いて、油圧によってプーリの有効径を変化させることで連続的に無段の変速を実現するものがある。無端金属ベルトが、入力軸に取付けられた入力側プーリおよび出力軸に取付けられた出力側プーリに巻き掛けられて使用される。入力側プーリおよび出力側プーリは、溝幅を無段階に変えられる１対のシーブをそれぞれ備え、溝幅を変えることで、無端金属ベルトの入力側プーリおよび出力側プーリに対する巻付け半径が変わり、これにより入力軸と出力軸との間の回転数比、すなわち変速比を連続的に無段階に変化させることができる。
【０００３】
この無端金属ベルトは、厚さの異なる複数の種類のエレメントを準備し、これら複数の種類のエレメントを予め定められた個数の比率でランダムに組合せる。組合せたエレメントに金属帯を通すことにより無端金属ベルトが製造される。このような無端金属ベルトのエレメントや金属帯には高い耐摩耗性が要求される。
【０００４】
特開平１１−２３６９４８号公報（特許文献１）は、耐摩耗性を向上させ、さらに耐久性と耐焼付性も兼備した無段変速機を開示する。この特許文献１に開示された無段変速機は、エレメントと、そのエレメントを配列するリングとを具備する無端金属ベルトが一対の可変プーリに巻き掛けられて構成される無段変速機であって、リングの少なくとも一部に浸硫窒化層が形成されており、エレメントとプーリとの接触面の少なくとも一方に窒化層または浸硫窒化層が形成されているものである。
【０００５】
特許文献１に開示された無段変速機によると、窒化処理と浸硫処理を別々に行なうのではなく、リングに関しては窒化と浸硫を同時に進行させることによって、リング表面に硫化鉄と窒化鉄が混合した浸硫窒化層を形成することができ、この浸硫窒化層によって耐久性および耐焼付性を損なうことなく、耐摩耗性の向上が達成できる。また、エレメントとプーリの接触面に対しては、少なくとも一方が窒化層または浸硫窒化層を形成することにより、基材のままよりも耐焼付性を損なうことなく、耐摩耗性の向上が達成できる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２３６９４８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
無段変速機に用いられるリングは、その端部がエレメントの首部に接触して摩耗するので、その耐摩耗評価が重要である。特許文献１に開示された耐摩耗評価は、リングと同じ材料の摩耗試験片を製作して、その摩耗試験片を固定して、摩耗試験片に直交する位置にエレメント材およびプーリ材を配置して、摩耗速度を適宜決定して摩耗試験を行なう。しかしながら、特許文献１に開示された耐摩耗評価では、製造されたリングの材料自体の耐摩耗性を評価するに過ぎず、製造されたリングの耐摩耗性を評価したものではない。また、実際にリングが無段変速機に組み込まれて使用される状態を考慮していない。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、無段変速機に用いられる無端金属ベルトを構成するリングの端面の耐摩耗性を正確に評価する評価方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る耐摩耗性評価方法は、リングを複数のローラに掛け、ローラを回転させることによりリングを回転させるとともに、リング端部にエレメントの首部を押し当てる試験ステップと、試験ステップの終了後のリング端部の摩耗状態に基づいて、リング端部の耐摩耗性を評価する評価ステップとを含む。
【００１０】
第１の発明によると、複数のエレメントをその板厚方向に並べて、エレメントの本体部および頂部の間に環状のリングを通すことにより構成された無端金属ベルトにおけるリングに適用される。耐摩耗性評価方法は、エレメントの本体部および頂部をつなぐ首部に接触するリングの端部の耐摩耗性を評価する。試験ステップにおいては、評価対象のリングをローラに掛けてローラを回転させる。これによりリングが予め定められた回転数で回転する。このリングの端部にエレメントの首部を押し当てる。実際にこのリングを含む無端金属ベルトを無段変速機に組み入れられたときに、リングの端部はエレメントの首部に当接する。このようにして試験ステップでは、実際の無段変速機において当接するリング端部とエレメント首部との状態を模擬できる。評価ステップにおいては、試験ステップの終了後のリング端部を顕微鏡で観察して、その端面の摩耗幅等を計測することにより摩耗状態を判断して、リング端部の耐摩耗性を評価する。その結果、無段変速機に用いられる無端金属ベルトを構成するリングの端面の耐摩耗性を、実際に無段変速機に組み込まれた状態を模擬して試験するので、正確に評価できる評価方法を提供することができる。
【００１１】
第２の発明に係る耐摩耗性評価方法においては、第１の発明の構成に加えて、試験ステップは、無端金属ベルトが無段変速機に組み込まれて使用される際のリングおよびエレメントの状態と同じ状態でローラを回転させるステップを含む。具体的には、第３の発明に係る耐摩耗性評価方法によるように、第２の発明において、試験ステップは、無端金属ベルトが無段変速機に組み込まれて使用される際のリングおよびエレメントの状態と同じ状態の回転数でローラを回転するステップを含む。また、第４の発明に係る耐摩耗性評価方法によるように、第２または第３の発明において、試験ステップは、無端金属ベルトが無段変速機に組み込まれて使用される際のリングおよびエレメントの状態と同じ状態での張力がリングに付与されるようにローラ間に軸間力を付与してからローラを回転させるステップを含む。
【００１２】
第３の発明によると、試験ステップにおいて、無端金属ベルトが無段変速機に組み込まれて使用される際のリングおよびエレメントの相対的な滑りの速度と同じようになるような回転数でローラを回転させる。第４の発明によると、試験ステップにおいて、無端金属ベルトが無段変速機に組み込まれて使用される際のリングの張力と同じようになるような張力がリングに付与されるようにローラ間に軸間力を付与してからローラを回転させる。これにより、リングの端面の耐摩耗性を、より正確に評価する評価方法を提供することができる。
【００１３】
第５の発明に係る耐摩耗性評価方法においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、試験ステップは、無端金属ベルトが無段変速機に組み込まれて使用される際のリングおよびエレメントの状態と同じ状態でリング端部にエレメントの首部を押し当てるステップを含む。
【００１４】
第５の発明によると、試験ステップにおいて、無端金属ベルトが無段変速機に組み込まれて使用される際のリングとエレメントとの間に生じる力と同じようになるように、リング端部にエレメントの首部を押し当てる。これにより、リングの端面の耐摩耗性を、より正確に評価する評価方法を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１６】
本実施の形態に係る耐摩耗性評価装置は、無端金属ベルトを構成する１本のリングの端部の耐摩耗性を評価する。無段変速機に組み込まれたリングの端部は、エレメントと当接して摩耗する。このため、まず、以下の説明において、多数のエレメントが互いに板厚方向に環状に並べて配置され、その左右のサドル部にリングを通して各エレメントが結束されて構成された無端金属ベルトおよびその無端金属ベルトを使用したベルト式無段変速機について説明する。
【００１７】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る耐摩耗性評価装置で耐摩耗性が評価されるリングおよびエレメントにより構成される無端金属ベルトが用いられるベルト式無段変速機１００について説明する。このベルト式無段変速機１００においては、無端金属ベルト１０６が、入力軸２００に取付けられた入力側プーリ２２０および出力軸３００に取付けられた出力側プーリ３２０に巻き掛けられて使用される。
【００１８】
入力側プーリ２２０および出力側プーリ３２０は、溝幅を無段階に変えられる１対のシーブ１０８をそれぞれ備え、車両の走行状態に応じて制御される油圧回路により溝幅を変えることで、無端金属ベルト１０６の入力側プーリ２２０および出力側プーリ３２０に対する巻付け半径が変わり、これにより入力軸２００と出力軸３００との間の回転数比、すなわち変速比を連続的に無段階に変化させることができる。
【００１９】
図２を参照して、無端金属ベルト１０６は、多数のエレメント１０２が互いに板厚方向に環状に並べて配置され、その左右のサドル部に環状の金属帯であるリング１０４を通して各エレメント１０２が結束されて、図３に示すように、全体として、無端金属ベルト１０６が構成される。
【００２０】
エレメント１０２の形状の一例を、図４および図５に示す。エレメント１０２の幅方向の両側の側面は、シーブ１０８におけるテーパ状のシーブ面１１０に接触する対シーブ摩擦面１１２であって、シーブ面１１０と一致するテーパ面とされている。その対シーブ摩擦面１１２を備えた基体部分１１４の幅方向での中心部に、図４での上側に延びた首部１１６が形成され、その首部１１６が、左右に広がった頂部１１８につながっている。その左右に広がった頂部１１８と基体部分１１４との間にスリットが形成されており、この左右２つのスリットの部分にリング１０４が通されている。そして、基体部分１１４におけるリング１０４が接触する面がサドル面１２０となっている。
【００２１】
このサドル面１２０の高さは、基体部分１１４を横切るピッチ線Ｐからの寸法で表わされる。また、エレメント１０２の幅は、ピッチ線Ｐ上の寸法で表わされる。なお、頂部１１８のうち首部１１６の延長位置には、一方の面側に凸となり、他方の面側では凹となったディンプル・ホール１２２が形成されており、互いに隣接するエレメント１０２のディンプル・ホール１２２が互いに嵌合するようになっている。なお、ディンプル・ホール１２２の凸部を有する面がエレメントの表面、凹部を有する面がエレメントの裏面である。
【００２２】
図４に示すように、サドル面１２０は上に凸の曲面形状を有する。この曲面形状に沿ってリング１０４が当接している。
【００２３】
無端金属ベルト１０６は、１対のシーブ１０８の間に挟み付けられて使用される。その場合、シーブ面１１０および対シーブ摩擦面１１２がテーパ面であるために、各エレメント１０２には、シーブ１０８による挟圧力により半径方向での外側に荷重が作用するが、各エレメント１０２がリング１０４によって結束されているので、リング１０４の張力により半径方向での外側への移動が規制される。その結果、シーブ面１１０と対シーブ摩擦面１１２との間に摩擦力が生じ、あるいは油膜の剪断力が生じてシーブ１０８と無端金属ベルト１０６との間でトルクが伝達される。
【００２４】
リング１０４は、より詳しくは、図２および図４に示すように、９〜１２層に積層された状態で各エレメント１０２を結束している（ただし、図２および図４では９〜１２層ではなく３層として表わしている）。この場合、下層のリング１０４ほど周長が短く、上層のリングほど周長が長くされる。
【００２５】
本実施の形態に係る耐摩耗性評価装置は、このリング１０４を１本ずつ評価する。図６にリング１０４の断面斜視図を示す。図６に示す端部がエレメント１０２の首部１１６に当接するため、リング１０４の端部が摩耗する。図６に示す端面を観察することにより、耐摩耗性を評価することができる。
【００２６】
図７に示すように、本実施の形態に係る耐摩耗性評価装置においては、回転するリング１０４に、エレメント１０２をリング１０４の反対側からエアシリンダで押し当てて、実際の無段変速機に組み込まれた場合のリング１０４の端部とエレメント１０２の首部１１６との相対的な位置関係を模擬する。
【００２７】
図８に耐摩耗性評価装置１０００の側面図（その１）を、図９に耐摩耗性評価装置１０００の側面図（その２）を、図１０に耐摩耗性評価装置１０００の上面図を示す。耐摩耗性評価装置１０００において、リング１０４の直線部分に、エレメント１０２が押し当てられる。
【００２８】
この耐摩耗性評価装置１０００は、図７〜９に示すような構成を有し、実際の無段変速機におけるリング１０４の使用状態を模擬することができる。この耐摩耗性評価装置１０００は、エレメント１０２をリング１０４に押し付けるエアシリンダ１０４０と、エアシリンダ１０４０の反対側の位置において、リング１０４の首部１１６に当接する端部とは反対側の端部を支持する支持ローラ１０３０および支持ローラ１０３２とを含む。このエアシリンダ１０４０の押し付け力は、リング１０４を構成要素とする無端金属ベルトを無段変速機に組み込んだ場合の、リング１０４の端部とエレメント１０２の首部１１６との間に作用する力を模擬できるように算出される。
【００２９】
この耐摩耗性評価装置１０００は、さらに、耐摩耗性評価対象のリング１０４が巻き掛けられ、リング１０４を予め定められた速度および張力で回転させる第１ローラ１０１０および第２ローラ１０２０を含む。支持ローラ１０３０と支持ローラ１０３２とは、エレメント１０２を中心として並列に配置される。第１ローラ１０１０は、回転力を発生させるモータ等の駆動機構より回転される。このとき、制御装置により予め定められた回転数になるように制御される。この第１ローラ１０１０の回転数は、リング１０４を構成要素とする無端金属ベルトを無段変速機に組み込んだ場合の、リング１０４の端部とエレメント１０２の首部１１６との相対的な速度（滑り）を模擬できるように算出される。
【００３０】
第２ローラ１０２０は、第１ローラ１０１０の回転力により回転する従動ローラである。この第２ローラ１０２０は、第１ローラ１０１０から離れる方向に移動される。これにより、第１ローラ１０１０および第２ローラ１０２０の間に軸間力が付与され、リング１０４に張力が付与される。この第２ローラ１０２０の移動により付与される軸間力は、リング１０４を構成要素とする無端金属ベルトを無段変速機に組み込んだ場合の、リング１０４の張力と同じになるように調節される。
【００３１】
以上のような構造を有する耐摩耗性評価装置１０００を用いた耐摩耗性評価方法について説明する。
【００３２】
耐摩耗性評価対象のリング１０４を選定して、第１ローラ１０１０および第２ローラ１０２０に巻き掛ける。第２ローラ１０２０を第１ローラから離れる方向に予め定められた軸間力になるまで移動させてリング１０４に所定の張力を与える。この張力は、無段変速機におけるリング１０４の張力を模擬するものである。
【００３３】
第１ローラ１０１０を予め定められた回転数で回転させると、従動ローラである第２ローラ１０２０も回転して、リング１０４が回転する。この回転数は、無段変速機における。リング１０４とエレメント１０２との相対的速度を模擬するものである。
【００３４】
このような第１ローラ１０１０と第２ローラ１０２０とにより、所定の回転数と所定の張力とでリング１０４を回転させた状態で、エアシリンダ１０４０によりエレメント１０２を押し当てて、エレメント１０２の首部１１６にリング１０４を押し当てる。このとき、支持ローラ１０３０，１０３２でエアシリンダ１０４０の反対側を支持しているので、リング１０４が逃げることがない。
【００３５】
所定時間このような状態を維持した後、リング１０４を耐摩耗性評価装置１０００から取り外して、検査装置である顕微鏡等で端面を目視観察する。リング１０４の端面に横筋があると、摩耗していると判断される。また、定量的にリング１０４の摩耗幅を計測して摩耗の度合いを判断するようにしてもよい。
【００３６】
以上のようにして、本実施の形態に係る耐摩耗性評価装置を用いた評価方法によると、無段変速機の中で実際にリング端部がエレメント首部に押し付けられる状態を、ローラ回転数、リング張力およびエレメント押し当て力を模擬して、摩耗試験を行なうことができる。その試験後に、顕微鏡等で目視検査して耐摩耗性を評価することができる。
【００３７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る耐摩耗性評価方法で評価されるリングを含む無端金属ベルトを用いたベルト式無段変速機の断面図である。
【図２】 無端金属ベルトを説明するための部分斜視図である。
【図３】 無端金属ベルトの全体構成を示す斜視図である。
【図４】 エレメントの正面図である。
【図５】 エレメントの側面図である。
【図６】 リングの断面拡大斜視図である。
【図７】 リング端面のエレメント当接位置を示す図である。
【図８】 耐摩耗性評価装置の側面図（その１）である。
【図９】 耐摩耗性評価装置の側面図（その２）である。
【図１０】 耐摩耗性評価装置の上面図である。
【符号の説明】
１００ 無段変速機、１０２ エレメント、１０４ リング、１０６ 無端金属ベルト、１０８ シーブ、１１０ シーブ面、１１２ 対シーブ摩擦面、１１４ 基体部分、１１６ 首部、１１８ 頂部、１２０ サドル面、１２２ ディンプル・ホール、１２４ 傾斜面、２００ 入力軸、２２０ 入力側プーリ、３００ 出力軸、３２０ 出力側プーリ、１０００ 耐摩耗性評価装置、１０１０第１ローラ、１０２０ 第２ローラ、１０３０，１０３２ 支持ローラ、１０４０ エアシリンダ。

Claims (5)

1. 複数のエレメントをその板厚方向に並べて、前記エレメントの本体部および頂部の間に環状のリングを通すことにより構成された無端金属ベルトにおける前記リングに適用され、前記エレメントの本体部および頂部をつなぐ首部に接触する前記リングの端部の耐摩耗性を評価する耐摩耗性評価方法であって、
   前記リングを複数のローラに掛け、前記ローラを回転させることにより前記リングを回転させるとともに、前記リング端部に前記エレメントの首部を押し当てる試験ステップと、
   前記試験ステップの終了後の前記リング端部の摩耗状態に基づいて、前記リング端部の耐摩耗性を評価する評価ステップとを含む、無端金属ベルト用リングの耐摩耗性評価方法。
2. 前記試験ステップは、前記無端金属ベルトが無段変速機に組み込まれて使用される際の前記リングおよび前記エレメントの状態と同じ状態で前記ローラを回転させるステップを含む、請求項１に記載の無端金属ベルト用リングの耐摩耗性評価方法。
3. 前記試験ステップは、前記無端金属ベルトが無段変速機に組み込まれて使用される際の前記リングおよび前記エレメントの状態と同じ状態の回転数で前記ローラを回転させるステップを含む、請求項２に記載の無端金属ベルト用リングの耐摩耗性評価方法。
4. 前記試験ステップは、前記無端金属ベルトが無段変速機に組み込まれて使用される際の前記リングおよび前記エレメントの状態と同じ状態での張力が前記リングに付与されるようにローラ間に軸間力を付与してから前記ローラを回転させるステップを含む、請求項２または３に記載の無端金属ベルト用リングの耐摩耗性評価方法。
5. 前記試験ステップは、前記無端金属ベルトが無段変速機に組み込まれて使用される際の前記リングおよび前記エレメントの状態と同じ状態で前記リング端部に前記エレメントの首部を押し当てるステップを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の無端金属ベルト用リングの耐摩耗性評価方法。

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