JP4673635B2 - 金属ベルト - Google Patents

Description

本発明は、無端状の金属リング集合体に多数の金属エレメントを支持してなり、プーリに巻き掛けられて駆動力を伝達する金属ベルトであって、前記金属エレメントは前記金属リング集合体に当接する金属リング接触部を備えたものに関する。

下記特許文献１、２には、金属ベルトの金属リング集合体に支持される金属エレメントのネック部の金属リング接触面を二つの円弧状曲線で構成することで、あるいは金属リング接触面の角を丸めることで、金属リング集合体の側面が金属リング接触面に接触したときの接触面圧を低く抑え、金属ベルトの寿命の延長を図るものが記載されている。
実公平５−８３５８号公報 特開平２−１４６３３４号公報

しかしながら上記従来のものは、金属リング集合体の側面とネック部の金属リング接触面との接触面圧を考慮しているが、接触部の潤滑状態、つまり面粗度の大小による油膜の保持状態を考慮していないため、接触面圧が小さく保たれていても接触部の摩耗が進行して金属リング集合体の寿命を低下させる可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、金属エレメントの金属リング接触部との接触による金属リング集合体の寿命低下を最小限に抑え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集合体に多数の金属エレメントを支持してなり、プーリに巻き掛けられて駆動力を伝達する金属ベルトであって、前記金属エレメントは前記金属リング集合体に当接する金属リング接触部を備えたものにおいて、前記金属エレメントの前記金属リング接触部の仕上げ加工をウオータジェットにて行い、前記金属リング接触部の法線に対するウオータジェットのビーズの投射方向を前記金属リング集合体の前後の移動方向に傾斜させ、前記金属エレメントの前記金属リング接触部の前記金属リング集合体の前後の移動方向の負荷長さ率１を、それに直交する方向の負荷長さ率１よりも小さくしたことを特徴とする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の構成に加えて、前記金属リング接触部は前記金属リング集合体の内周面を支持するサドル面と、該サドル面から径方向外側に立ち上がって前記金属リング集合体の側面に当接する金属リング接触面とからなり、前記金属リング接触面の前記金属リング集合体の移動方向の負荷長さ率１を、それに直交する方向の負荷長さ率１よりも小さくしたことを特徴とする金属ベルトが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記投射方向が前記金属リング接触部の法線に対して前記移動方向に３５°から５５°傾斜した方向であることを特徴とする金属ベルトが提案される。

請求項１の構成によれば、金属エレメントの金属リング接触部における金属リング集合体の前後の移動方向の負荷長さ率１を、それに直交する方向の負荷長さ率１よりも小さくしたので、金属リング接触部の表面の初期摩耗を金属リング集合体の前後の移動方向において小さくして短時間の運転後に摩耗を停止させ、その後の長い期間に亘って多くの接触率を有する摺動面を保持して金属リング集合体の摩耗を抑制し、金属ベルトの寿命の延長を図ることができる。

特に、金属リング接触部をウオータジェットで仕上げ加工する際に、そのウオータジェットのビーズの投射方向を、金属リング接触部の法線から金属リング集合体の前後の移動方向に傾斜させたので、金属リング接触部の金属リング集合体の前後の移動方向の負荷長さ率１を、それに直交する方向の負荷長さ率１よりも小さくすることができる。しかもウオータジェットのビーズの投射方向を傾斜させることで、大径のビーズを使用して金属リング接触部に大きな残留応力を付与して強度を高めながら、金属リング接触部の面粗度を低くして潤滑油の保持効果を高めることができる。

請求項２の構成によれば、金属リング接触部は金属リング集合体の内周面を支持するサドル面と、該サドル面から径方向外側に立ち上がって金属リング集合体の側面に当接する金属リング接触面とからなり、金属リング接触面における金属リング集合体の移動方向の負荷長さ率１を、それに直交する方向の負荷長さ率１よりも小さくしたので、金属リング接触面の表面の初期摩耗を金属リング集合体の移動方向において小さくして短時間の運転後に摩耗を停止させ、その後の長い期間に亘って多くの接触率を有する摺動面を保持して金属リング集合体の側面の摩耗を抑制し、金属ベルトの寿命の延長を図ることができる。

請求項３の構成によれば、ウオータジェットのビーズの投射方向を、金属リング接触部の法線に対して金属リング集合体の移動方向に３５°から５５°傾斜させたので、金属リング接触部の金属リング集合体の移動方向の負荷長さ率１と、それに直交する方向の負荷長さ率１との比を適切に設定することができる。

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１１は本発明の一実施例を示すもので、図１は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は金属リング接触面に対するウオータジェットによるビーズの投射方向を示す図、図４は負荷長さ率１を説明する図、図５は電気抵抗法の説明図、図６は比Ｍｒ１Ｙ／Ｍｒ１Ｘと分離電圧との関係を示すグラフ、図７はビーズの投射方向と比Ｍｒ１Ｙ／Ｍｒ１Ｘとの関係を示すグラフ、図８は金属リング接触面の面粗度と分離電圧との関係を示すグラフ、図９は金属エレメントのサドル面先端に繰り返し荷重を加えた場合の耐久性を示すグラフ（大径ビーズ、９０°投射）、図１０は金属エレメントのサドル面先端に繰り返し荷重を加えた場合の耐久性を示すグラフ（小径ビーズ、９０°投射）、図１１は金属エレメントのサドル面先端に繰り返し荷重を加えた場合の耐久性を示すグラフ（大径ビーズ、４５°投射）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（Ｘ方向）、径方向（Ｙ方向）、幅方向（Ｚ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を支持するドライブプーリ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、ベルト式無段変速機ＴのレシオがＬＯＷレシオ（最大レシオ）の状態からＯＤレシオ（最小レシオ）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（実施例では１２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の幅方向両端部には、ドライブプーリ５およびドリブンプーリ７のＶ面に当接可能な一対のプーリ接触面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の下部には幅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。

図３に示すように、金属エレメント３２のネック部３６のうち、金属リング集合体３１の側面が当接する金属リング接触面３６ａは、ガラスビーズを含む水を高圧で吹きつけるウオータジェットによって表面処理される。金属エレメント３２の前後方向をＸ方向、径方向をＹ方向、幅方向をＺ方向とすると、ウオータジェットによるビーズの投射方向は、金属リング集合体３１の成す平面であるＸ−Ｚ平面内で、Ｘ方向に対して３５°〜５５°だけ傾斜した方向に設定される。言い換えると、ウオータジェットによるビーズの投射方向は、金属リング接触面３６ａの法線（Ｚ方向）に対してＸ方向に５５°〜３５°傾斜している。

ウオータジェットによる金属リング接触面３６ａ…の表面処理は、多数の金属エレメント３２…を積層した状態で、ウオータジェットのノズルをリングスロット３５…に沿ってＸ方向に移動させることで行われる。このとき、ウオータジェットのノズルの方向がＸ−Ｚ平面からＹ方向に多少外れても支障はない。

次に、負荷長さ率１Ｍｒ１を説明する。図４（Ａ）に示すように、物体の表面の粗さ曲線から、その平均線方向に基準長さＬだけ抜き取り、この抜き取り部分の粗さ曲線を山頂線に平行な初期摩耗終了時の切断レベルで切断したときに得られる切断長さのｂ１，ｂ２，ｂ３…ｂｎの和ηｐの前記基準長さＬに対する比を１００分率で表したものである。

Ｍｒ１＝（ηｐ／Ｌ）×１００
ηｐ＝ｂ１＋ｂ２＋ｂ３＋…＋ｂｎ
図４（Ｂ）に示すように、粗さ曲線の最大高さａのうち所定の高さまでは初期に摩耗し、その後に摩耗速度は減少する。前記初期に摩耗する所定高さａ１を前記切断レベルとする。

ところで、金属エレメント２１のネック部３６の金属リング接触面３６ａの潤滑油保持特性は、図５に示される電気抵抗法により測定可能であり、検出される分離電圧が大きいほど金属リング接触面３６ａの金属どうしの接触率が小さい値になり、油膜保持特性が高くなって潤滑性能が向上する。ネック部３６の金属リング接触面３６ａと金属リング集合体３１の側面とは、金属リング集合体３１の長手方向（Ｘ方向）に摺動するため、Ｘ方向の負荷長さ率１Ｍｒ１ＸとＹ方向の負荷長さ率１Ｍｒ１Ｙとの比であるＭｒ１Ｙ／Ｍｒ１Ｘの値に応じて潤滑油の保持特性が異なってくる。

即ち、図６に示すように、比Ｍｒ１Ｙ／Ｍｒ１Ｘの値が１よりも大きいときに電気抵抗法により測定された分離電圧が大きくなり、分離電圧が大きいほど金属リング接触面３６ａの油膜保持特性が高くなって潤滑性能が向上する。つまり、Ｘ方向の負荷長さ率１Ｍｒ１ＸをＹ方向の負荷長さ率１Ｍｒ１Ｙよりも小さくすれば、金属リング接触面３６ａの潤滑性能が向上し、金属リング集合体３１の側面の摩耗が抑制されて寿命が延長される。

なぜならば、金属リング接触面３６ａのＸ方向の負荷長さ率１Ｍｒ１Ｘが小さいということは、金属リング接触面３６ａの表面のＸ方向（金属リング集合体３１の移動方向）の初期摩耗を小さくして短時間の運転後に摩耗を停止させ、その後の長い期間に亘って金属リング集合体３１の側面に対する多くの接触率を有する油膜を保持して摩耗を抑制できるからである。

図７に示すように、Ｘ方向の負荷長さ率１Ｍｒ１ＸとＹ方向の負荷長さ率１Ｍｒ１Ｙとの比Ｍｒ１Ｙ／Ｍｒ１Ｘが１よりも大きくなるのは、ウオータジェットによるビーズの投射方向が、Ｘ方向に対して３５°〜５５°の範囲にあるときである。

またウオータジェットを金属リング接触面３６ａに対して斜めに投射するので、ウオータジェットに含まれるガラスビーズを大径にしても、小径のものに匹敵する良好な面粗度を得ることができる。図８に示すように、ウオータジェットの投射角度を９０°（金属リング接触面３６ａに対して垂直）にすると、♯１００の大径ビーズを使用した場合に面粗度Ｒｚは１．６７まで悪化するが、♯２２０の小径ビーズを使用すると面粗度Ｒｚは０．７０まで向上する。それに対し、ウオータジェットの投射角度を４５°にすると、♯１００の大径ビーズを使用した場合であっても面粗度Ｒｚを０．７２まで向上させることができ、♯２２０の小径ビーズを使用した場合と同様の効果を得ることができる。

また大径ビーズを使用することで、ネック部３６に大きな圧縮残留応力を与えることができ、しかもネック部３６のエッジや、ネック部３６がエレメント本体３４あるいはイヤー部３７に連なる部分のエッジを効果的に丸めることができるため、ネック部３６の強度を高めることができる。

図９〜図１１は、金属エレメント３２のサドル面４４の幅方向（Ｚ方向）先端に種々の大きさの繰り返し圧縮荷重を加えた試験結果により、その破損率が１０％になる繰り返し数を曲線で示したものである。Ｌ側およびＲ側は左側サドル面および右側サドル面を表している。

図９は♯１００の大径ビーズを９０°の角度で投射した場合であり、最大圧縮荷重が５６０Ｎ以下であれば、実用に耐える耐久性が得られることが分かる。図１０は♯２２０の小径ビーズを９０°の角度で投射した場合であり、最大圧縮荷重が４７０Ｎ（Ｌ側およびＲ側の平均値）以下であれば、実用に耐える耐久性が得られることが分かる。このように、ビーズの直径を小さくすると、金属リング接触面３６ａの面粗度を向上させて潤滑油の保持性能を高めることができる反面、ネック部２６の圧縮残留応力が不足して強度が低下してしまう問題がある。しかしながら、図１１に示すように、♯１００の大径ビーズを４５°の角度で投射した場合には、最大圧縮荷重が５８０Ｎに達し、♯１００の大径ビーズを９０°の角度で投射した場合と同等以上の耐久性を得ながら、ビーズを斜めに投射したことで金属リング接触面３６ａの面粗度を向上させて潤滑油の保持性能を高めることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例の金属エレメント３２は幅方向中央に位置するネック部２６の両側に一対の金属リング集合体３１，３１を支持するものであるが、本発明の金属エレメントはその幅方向両端に設けた一対のネック部間に単一の金属リング集合体を支持するものであっても良い。

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 金属リング接触面に対するウオータジェットによるビーズの投射方向を示す図 負荷長さ率１を説明する図 電気抵抗法の説明図 比Ｍｒ１Ｙ／Ｍｒ１Ｘと分離電圧との関係を示すグラフ ビーズの投射方向と比Ｍｒ１Ｙ／Ｍｒ１Ｘとの関係を示すグラフ 金属リング接触面の面粗度と分離電圧との関係を示すグラフ 金属エレメントのサドル面先端に繰り返し荷重を加えた場合の耐久性を示すグラフ（大径ビーズ、９０°投射） 金属エレメントのサドル面先端に繰り返し荷重を加えた場合の耐久性を示すグラフ（小径ビーズ、９０°投射） 金属エレメントのサドル面先端に繰り返し荷重を加えた場合の耐久性を示すグラフ（大径ビーズ、４５°投射）

５ ドライブプーリ（プーリ）
７ ドリブンプーリ（プーリ）
３１ 金属リング集合体
３２ 金属エレメント
３６ａ ネック部の金属リング接触面
４４ サドル面
Ｍｒ１Ｘ ベルト移動方向の負荷長さ率１
Ｍｒ１Ｙ 径方向の負荷長さ率１

Claims (3)

1. 無端状の金属リング集合体（３１）に多数の金属エレメント（３２）を支持してなり、プーリ（５，７）に巻き掛けられて駆動力を伝達する金属ベルトであって、前記金属エレメント（３２）は前記金属リング集合体（３１）に当接する金属リング接触部を備えたものにおいて、
   前記金属エレメント（３２）の前記金属リング接触部の仕上げ加工をウオータジェットにて行い、前記金属リング接触部の法線に対するウオータジェットのビーズの投射方向を前記金属リング集合体（３１）の前後の移動方向に傾斜させ、
   前記金属エレメント（３２）の前記金属リング接触部の前記金属リング集合体（３１）の前後の移動方向の負荷長さ率１（Ｍｒ１Ｘ）を、それに直交する方向の負荷長さ率１（Ｍｒ１Ｙ）よりも小さくしたことを特徴とする金属ベルト。
2. 前記金属リング接触部は前記金属リング集合体（３１）の内周面を支持するサドル面（４４）と、該サドル面（４４）から径方向外側に立ち上がって前記金属リング集合体（３１）の側面に当接する金属リング接触面（３６ａ）とからなり、
   前記金属リング接触面（３６ａ）の前記金属リング集合体（３１）の移動方向の負荷長さ率１（Ｍｒ１Ｘ）を、それに直交する方向の負荷長さ率１（Ｍｒ１Ｙ）よりも小さくしたことを特徴とする、請求項１に記載の金属ベルト。
3. 前記投射方向が前記金属リング接触部の法線に対して前記移動方向に３５°から５５°傾斜した方向であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の金属ベルト。

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