JP6152362B2 - 無段変速機用ベルト - Google Patents

Description

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、複数の金属リングを積層した金属リング集合体に複数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。

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、複数の金属リングを積層した金属リング集合体に複数の金属エレメントを支持した無段変速機用ベルトがある。このような無段変速機用ベルトの金属リングは、径寸法が互いに異なる複数枚の金属リングを径方向に積層させた構成である。これらの金属リングは、積層された部位により金属リングの表面にかかる接触面圧、及びすべり速度といった運転条件が大きく異なる。

そして、金属リングの摩擦抵抗を低減可能な従来技術として、特許文献１には、スティックスリップが生じにくく、摩擦係数を低減できる高速摺動部材として、所定の表面粗さである金属部材に粒状突起形状を有するＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン：Diamond-like Carbon）膜が被覆された高速摺動部材が記載されている。

特許第４９１８９７２号公報

特許文献１に記載のＤＬＣ膜などの硬質炭素薄膜（硬質薄膜処理剤）が被覆された高速摺動部材によれば、高速摺動部材の摩擦抵抗の低減を図ることができる。したがって、このようなＤＬＣ膜などの硬質炭素薄膜を上記の無段変速機用ベルトの金属リングの表面や金属エレメントの表面に形成すれば、金属リング同士の摺動による摩擦抵抗や金属リングと金属エレメントとの摺動による摩擦抵抗を効果的に低減することができる。

しかしながら、上記の無段変速機用ベルトの金属リングは、既述のように、積層された部位によりその表面にかかる接触面圧及びすべり速度といった運転条件が大きく異なる。そして、特に最内周の金属リングは、外周側の他の金属リングと比較して接触面圧及びすべり速度が非常に大きい。これにより、ＤＬＣ膜などの硬質薄膜処理剤を金属リングの表面や金属エレメントの表面に形成していると、無段変速機の運転中に当該硬質薄膜処理剤が剥離するおそれがある。そして万が一、硬質薄膜処理剤の剥離が発生すると、金属リング及び金属エレメントの低摩擦特性が維持できないだけでなく、剥離片が金属ベルトとプーリの摺動部などに介在して、金属ベルトの摩擦係数の低下及び磨耗を促進させる等の不具合を生じる可能性がある。

そのため、金属リングの摩擦抵抗の低減を図りながらも、金属リングの表面に形成した硬質炭素薄膜層の剥離を効果的に防止することができる技術が必要とされている。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属リングの表面に形成した硬質炭素薄膜層の剥離防止と金属リングの摩擦抵抗の低減との両立を図ることができる無段変速機用ベルトを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明にかかる無段変速機用ベルトは、駆動プーリ（６）および従動プーリ（１１）間で駆動力を伝達すべく、複数の金属リング（３３）を積層した金属リング集合体（３１）に複数の金属エレメント（３２）を支持した無段変速機用ベルト（１５）であって、複数の金属リング（３３）のうち少なくとも最内周の金属リング（３３−１）を含む内周側から順に数えた一又は複数の金属リング（３３）は、該金属リング（３３）の表面（３３ａ）に形成された複数の突出部（３８ａ）と該複数の突出部（３８ａ）の間に形成された複数の谷部（３８ｂ）とを有する凹凸面（３８）を備え、複数の金属リング（３３）のうち少なくとも最内周の金属リング（３３−１）を除く外周側から順に数えた一又は複数の金属リング（３３）の表面（３３−２ａ〜３３−１２ａ）には、硬質薄膜層（６１）が形成されていることを特徴とする。

本発明にかかる無段変速機用ベルトでは、複数の金属リングのうち少なくとも最内周の金属リングを含む内周側から順に数えた一又は複数の金属リングは、該金属リングの表面に形成された複数の突出部と該複数の突出部の間に形成された複数の谷部とを有する凹凸面を備えている。すなわち、凹凸面は、接触面圧やすべり速度などの作動条件の厳しい最内周の金属リングを含む一又は複数の金属リングに形成されている。無段変速機用ベルトでは、金属リング同士及び金属リングと金属エレメントとの間に周速差による摺動が発生するところ、上記の凹凸面を形成していることで、初期磨耗後の突出部の左右方向（幅方向）の平均接触幅が所定寸法となるように設定することによって、突出部が初期磨耗したときに該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することができるようになる。これにより、突出部にクラックが発生することを防止して、金属リングの耐久性を向上させることができる。

その一方で、本発明にかかる無段変速機用ベルトでは、複数の金属リングのうち少なくとも最内周の金属リングを除く外周側から順に数えた一又は複数の金属リングの表面に炭素薄膜層などからなる硬質薄膜層を形成している。硬質薄膜層は、表面摺動性に優れているため、金属リング同士の間に発生する摺動の摩擦抵抗を低く抑えることができる。よって、金属リングの摩擦抵抗を低く抑えることで無段変速機用ベルトの動力伝達効率を向上させることができる。

そして、少なくとも最内周の金属リング（接触面圧やすべり速度などの作動条件が最も厳しい金属リング）には硬質薄膜層を形成していないことで、無段変速機用ベルトの作動時に硬質薄膜層が剥離することを効果的に防止できる。したがって、金属リングの表面に形成した硬質薄膜層の剥離を防止しながらも、金属リングの摩擦抵抗を低く抑えることができ、高効率な無段変速機用ベルトを提供できる。

また、上記の無段変速機用ベルトでは、凹凸面（３８）を有する金属リング（３３−１）は、最内周の金属リング（３３−１）のみであってよい。

最内周の金属リングは金属エレメントと摺動するため、その接触面圧やすべり速度などの作動条件が複数の金属リングの中で最も厳しい。そのため、凹凸面を備える金属リングを最内周の金属リングのみとして、硬質薄膜層を少なくとも最内周の金属リングを除く他の金属リングに形成することで、硬質薄膜層の剥離をより効果的に防止しながら、金属リングの摺動性を確保することができる。これにより、金属リングの表面に形成した硬質薄膜層の剥離防止と金属リングの摩擦抵抗の低減との両立を図ることができる。

また、上記の無段変速機用ベルトでは、凹凸面（３８）を備える金属リング（３３−１）の複数の谷部（３８ｂ）にフッ化処理層（５１ａ）又は二硫化モリブデン処理層（５１ｂ）からなる低摩擦係数層（５１）が形成されていてよい。

金属リングの凹凸面の谷部にフッ化処理層又は二硫化モリブデン処理層からなる低摩擦係数層を形成することで、当該低摩擦係数層によって金属リングの表面の摩擦抵抗をより低く抑えることができる。また、フッ化処理層又は二硫化モリブデン処理層からなる低摩擦係数層は、硬質薄膜層と比較して剥離が生じにくい層である。そのうえ、無段変速機用ベルトが作動した際に凹凸面の突出部は摩擦によって削られるが、低摩擦係数層は谷部に形成されているため削られることはない。したがって、谷部には低摩擦係数層が残存するため、低摩擦係数層を長期間維持することができる。よって、金属リングの摩擦抵抗を長期間に渡って低く抑えることで無段変速機用ベルトの動力伝達効率を向上させることができる。

また、上記の無段変速機用ベルトでは、低摩擦係数層（５１）の下地層として窒化処理層（５２）が形成されていてよい。

金属リングの摩擦係数を低減するための低摩擦係数層を形成する場合は、金属リングを一度フッ化処理した後に窒化処理を行う。また、窒化処理の上からフッ化処理層又は二硫化モリブデン処理層の形成を行うことで、フッ化処理層又は二硫化モリブデン処理層が窒化処理層と置き換わることなく、確実に形成することができる。したがって、窒化処理後にフッ化処理層又は二硫化モリブデン処理層の形成を行うことにより、凹凸面の谷部に金属リングの摩擦係数を効果的に低減できるフッ化処理層又は二硫化モリブデン処理層を形成することができる。

なお、上記の括弧内の符号は、後述する実施形態における構成要素の符号を参考のために例示したものである。

本発明にかかる無段変速機用ベルトによれば、金属リングの表面に形成した硬質薄膜層の剥離防止と金属リングの摩擦抵抗の低減との両立を図ることができるので、高効率な無段変速機用ベルトを提供できる。

本発明の一実施形態にかか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である。 金属ベルトの一部を示す部分斜視図である。 隣接する金属リング間又は最内周リングと金属エレメントとの間に生じる差回転による摩擦力を説明するための図で、金属リングと金属エレメントの断面図（図２のＸ−Ｘ矢視断面図）である。 （ａ）は、各金属リングの接触面圧Ｐを示すグラフ、（ｂ）は、各金属リングのすべり速度Ｖを示すグラフ、（ｃ）は、各金属リングの接触面圧Ｐとすべり速度Ｖの積ＰＶを示すグラフである。 最内周の金属リング（最内周リング）を示す斜視図である。 最内周リングの内周面に形成した凹凸面及び低摩擦係数層を示す図で、（ａ）は、凹凸面の平面図（図３のＹ矢視図）、（ｂ）は、凹凸面の側断面図（（ａ）のＺ−Ｚ矢視断面図）である。 金属リングの表面の状態を説明するための図で、（ａ）は、内周側から二番目の金属リングを示す側断面図、（ｂ）は、最内周リングを示す側断面図である。 最内周リングに低摩擦係数層を形成するための表面処理の工程を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態にかか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である。

図１に示すように、本実施形態の金属ベルト式無段変速機Ｔでは、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。

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（図２参照）が巻き掛けられる。金属ベルト１５は、後述するように、複数枚の金属リング３３−１〜３３−１２（図５参照）を積層してなる構成である。

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、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。

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Ｗｒ，Ｗｒに伝達される。

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。

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。

図２は、金属ベルト１５の一部を示す部分斜視図である。本実施形態で用いる金属エレメント３２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、金属エレメント３２が当接するプーリ６，１１（図１参照）の半径方向として定義されるもので、プーリ６，１１の回転軸（ドライブシャフト５又はドリブンシャフト１０）に近い側が半径方向内側であり、プーリ６，１１の回転軸から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３２が当接するプーリ６，１１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３２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６ａ，１１ａ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（後述する最内周リング３３−１の内周面３３−１ａ）を支持するサドル面４４，４４が形成される。

図３は、金属リング３３と金属エレメント３２の断面図（図２のＸ−Ｘ矢視断面図）である。同図に示すように、金属リング集合体３１は、内周側から外周側に向かって順に径寸法の異なる複数枚（図では１２枚）の金属リング３３（３３−１〜３３−１２）を積層してなる構成である。なお、金属リング３３の積層枚数は、図示する１２枚に限定されるものではない。以下の説明では、最内周の金属リング３３−１を最内周リング３３−１と記す。

同図に示すように、金属ベルト１５が湾曲した際に、ピッチ線（ロッキングエッジ４１を通る線）Ｌの外径側（半径方向外側）では、リング集合体３１を構成する複数の金属リング３３（３３−１〜３３−１２）のうち隣接する金属リング３３同士の間、又は最内周リング３３−１の内周面（表面）３３−１ａとそれに対向する金属エレメント３２のサドル面４４との間に差回転（周速差による滑り）及びリング張力に応じた接触荷重が発生する。この差回転は、ピッチ線Ｌからの距離に応じた量の差回転として生じる。

図４（ａ）は、各金属リング３３（３３−１〜３３−１２）の接触面圧Ｐを示すグラフ、（ｂ）は、各金属リング３３（３３−１〜３３−１２）のすべり速度Ｖを示すグラフ、（ｃ）は、各金属リング３３（３３−１〜３３−１２）の接触面圧Ｐとすべり速度Ｖの積ＰＶを示すグラフである。なお、図４（ａ）〜（ｃ）のグラフに示す♯１〜♯１２の番号は、１２枚の金属リング３３−１〜３３−１２それぞれに対して内周側から順に付した番号である。なお、接触面圧Ｐおよびすべり速度Ｖの算出条件は、所定の耐久条件で求めている。

図４（ａ）に示すように、各金属リング３３（３３−１〜３３−１２）の接触面圧Ｐを比較すると、他の金属リング３３−２〜３３−１２の接触面圧Ｐと比較して、最内周リング３３−１の接触面圧Ｐだけが突出して（大幅に）大きな値となっている。また、図４（ｂ）に示すように、各金属リング３３（３３−１〜３３−１２）のすべり速度Ｖを比較すると、他の金属リング３３−２〜３３−１２のすべり速度Ｖと比較して、最内周リング３３−１のすべり速度Ｖだけが突出して（大幅に）大きな値となっている。また、図４（ｃ）に示すように、接触面圧Ｐとすべり速度Ｖの積ＰＶも他の金属リング３３−２〜３３−１２と比較して最内周リング３３−１の値だけが突出して大きな値となっている。したがって、これらの図から、接触面圧Ｐ及びすべり速度Ｖなどの金属リング３３の作動条件は、最内周リング３３−１が最も厳しい条件となっていることが分かる。

図５は、最内周リング３３−１の内周面３３−１ａを示す斜視図、図６は、最内周リング３３−１の内周面３３−１ａに形成した凹凸面３８及び低摩擦係数層５１の拡大図で、同図（ａ）は、平面図、同図（ｂ）は、側断面図ある。図５及び図６に示すように、最内周リング３３−１の内周面３３−１ａには、複数の突出部３８ａ及び谷部３８ｂからなる凹凸面３８が形成されている。この凹凸面３８は、金属リング３３の進行方向に対して斜め方向に延びる複数の突出部３８ａが網目状に交差した構成であり、突出部３８ａの間には、突出部３８ａよりも低い谷部３８ｂが形成されている。また、この凹凸面３８では、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３８ａを、それら複数の突出部３８ａの少なくとも一部が交差するように配置している。これにより、凹凸面３８に形成した突出部３８ａは、その全体が網目状（メッシュ状）に形成されている。

図７は、金属リング３３（３３−１〜３３−１２）の表面の状態を説明するための図で、（ａ）は、内周側から二番目の金属リング３３−２を示す側断面図、（ｂ）は、最内周リング３３−１を示す側断面図である。本実施形態の金属ベルト１５では、金属リング３３−１〜３３−１２の内周面３３−１ａ〜３３−１２ａにそれぞれ凹凸面３８を備えている。図８（ａ）では、最内周リング３３−１を除く凹凸面３８を備える金属リング３３−２〜３３−１２の一例として、内周側から二番目の金属リング３３−２を示しているが、三番目以降の他の金属リング３３−３〜３３−１２についても同様の構成である。

すなわち、凹凸面３８は、接触面圧やすべり速度などの作動条件の厳しい最内周リング３３−１の内周面３３−１ａに形成されている。金属ベルト１５では、金属リング３３と金属エレメント３２との間に周速差による摺動が発生するところ、上記の凹凸面３８によって、初期磨耗後の突出部３８ａの左右方向（幅方向）の平均接触幅が所定寸法となるように設定することによって、突出部３８ａが初期磨耗したときに該突出部３８ａの頂部に生じたピッチングの深さ方向への進展を阻止することができるようになる。これにより、突出部３８ａにクラックが発生することを防止して、金属リング３３の耐久性を向上させることができる。

その一方で、最内周リング３３−１を除く他の金属リング３３−２〜３３−１２の内周面３３−２ａ〜３３−１２ａには、ＤＬＣ膜からなるＤＬＣ膜層（硬質炭素薄膜層）６１が形成されている。ＤＬＣ膜層６１は、公知の各種手法で形成することができ、化学気相成長（ＣＶＤ法）あるいは物理気相成長（ＰＶＤ法）のいずれかを用いることができる。あるいは、これらＣＶＤ法とＰＶＤ法を併せた手法によって形成してもよい。また、ＣＶＤ法の場合は、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤなどが可能である。また、ＰＶＤ法の場合は、イオンプレーティング、スパッタ法などが可能である。

ＤＬＣ膜層６１は、表面摺動性に優れているため、金属リング３３同士の間に発生する摺動の摩擦抵抗を低く抑えることができる。よって、金属リング３３の摩擦抵抗を低く抑えることで無段変速機用ベルトの動力伝達効率を向上させることができる。そして、最内周リング（接触面圧やすべり速度などの作動条件が最も厳しい金属リング）３３−１にはＤＬＣ膜層６１を形成していないことで、無段変速機用ベルトの作動時にＤＬＣ膜層６１が剥離することを効果的に防止できる。したがって、金属リングの表面に形成したＤＬＣ膜層６１の剥離を防止しながらも、金属リングの摩擦抵抗を低く抑えることができ、高効率な無段変速機用ベルトを提供できる。

さらに、本実施形態の金属ベルト１５では、図４に示すように、最内周リング３３−１の摩擦係数を低減するための対策として、最内周リング３３−１の内周面３３−１ａに形成した凹凸面３８における谷部３８ｂの表面に、突出部３８ａの表面の摩擦係数よりも低い摩擦係数を有する低摩擦係数層５１を形成している。この低摩擦係数層５１は、後述するフッ化処理層５１ａ又は二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）処理層５１ｂとすることができる。

図８は、上記の低摩擦係数層５１を形成するための表面処理の工程を説明するための図である。同図では、金属リング３３−１〜３３−１２の一例として、最内周リング３３−１を例に説明する。低摩擦係数層５１を形成するには、まず、同図（ａ）に示すように、最外周リング３３−１の内周面３３−１ａに複数の突出部３８ａと谷部３８ｂとからなる網目状（メッシュ状）の凹凸面３８を形成する。ここでは、図示は省略するが、金属リング３３を圧延するための圧延ローラの表面（押圧面）に予め凹凸面３８(突出部３８ａ及び谷部３８ｂ)に対応する形状が形成されており、当該圧延ローラで金属リング３３を圧延することで、金属リング３３の内周面３３ａに凹凸面３８が形成される。その後、低摩擦係数層５１の形成前に金属リング３３の表面に窒化処理を施すことで、同図（ｂ）に示すように、低摩擦係数層５１の下地層として窒化処理層５２が形成される。その後、金属リング３３に低摩擦係数層５１を形成するための表面処理を施すことで、同図（ｃ）に示すように、突出部３８ａ及び谷部３８ｂの表面に低摩擦係数層５１が形成される。

上記の低摩擦係数層５１は、最内周リング３３−１のフッ化処理によって形成したフッ化処理層５１ａとすることができる。この場合、フッ化処理層５１ａは、窒化処理後の最内周リング３３−１をフッ素源ガスなどの雰囲気に曝すことで形成できる。あるいは、上記の低摩擦係数層５１は、最内周リング３３−１に二硫化モリブデン被膜を形成する処理を施した二硫化モリブデン処理層５１ｂとすることができる。この場合、二硫化モリブデン処理層５１ｂは、スパッタリング、またはドライフィルム（スプレーコーティング）等の手法で形成することができる。

低摩擦係数層５１（５１ａ又は５１ｂ）の形成後、図７（ｄ）に示すように、低摩擦係数層５１の表面を他の部材との摺動により摩耗させてその表面を突出部３８ａの表面と同じ高さに揃える。これにより、同図（ｅ）に示すように、突出部３８ａの表面の低摩擦係数層５１が除去されて、凹凸面３８の谷部３８ｂにのみ低摩擦係数層５１が形成された状態となる。なお、突出部３８ａの低摩擦係数層５１はこの工程では、完全に除去されなくてもよい。

なおここでは、金属ベルト１５の製造工程で、低摩擦係数層５１を摺動により摩耗させてその表面を突出部３８ａの表面と同じ高さ位置に揃えておくことで、低摩擦係数層５１の膜厚を凹凸面３８（メッシュ面）の厚さ寸法（谷部３８ｂに対する突出部３８ａの高さ寸法）以下の厚さ寸法としておくことが望ましい。しかしながらそれ以外にも、低摩擦係数層５１の膜厚を凹凸面３８の厚さ寸法より厚く成膜しておき、金属ベルト１５の使用過程で、突出部３８ａよりも高く盛り上がっている低摩擦係数層５１が摺動により摩耗して低摩擦係数層５１の表面が凹凸面３８の厚さ以下となるようにしてもよい。ただしこの場合は、谷部３８ｂに形成した低摩擦係数層５１が摺動により剥離しないようにすることが必要となる。

上記の製造工程で、フッ化処理による表面処理を窒化処理後に行うのは、フッ化処理の場合は、窒化処理前にフッ化処理を行うとフッ化処理層が窒化処理層と置き換わってしまうためである。ここでは、窒化処理における窒化処理の前処理としてのフッ化処理ではなく、窒化処理後にフッ化処理を行うことにより、谷部３８ｂにその摩擦係数を低減できるフッ化層を形成することができる。

また、低摩擦係数層５１としてフッ化処理層５１ａを選択した場合は、フッ化処理後の窒化処理の後工程として再度フッ化処理を行う。そのため、フッ化処理のための新たな設備の追加及び工程の変更を行わずに済むので、金属リング３３及び金属ベルト１５の製造コストの上昇を回避できる。

以上説明したように、本実施形態の金属ベルト式無段変速機Ｔが備える金属ベルト１５によれば、複数の金属リング３３−１〜３３−１２は、それらの内周面（表面）３３−１ａ〜３３−１２ａに形成された複数の突出部３８ａと該複数の突出部３８ａの間に形成された複数の谷部３８ｂとを有する凹凸面３８を備えている。すなわち、凹凸面３８は、接触面圧やすべり速度などの作動条件の厳しい最内周の金属リング３３−１を含む複数の金属リング３３−１〜３３−１２に形成されている。

金属ベルト１５では、金属リング３３同士及び金属リング３３と金属エレメント３２との間に周速差による摺動が発生するところ、上記の凹凸面３８によって、初期磨耗後の突出部３８ａの左右方向（幅方向）の平均接触幅が所定寸法となるように設定することによって、突出部３８ａが初期磨耗したときに該突出部３８ａの頂部に生じたピッチングの深さ方向への進展を阻止することができるようになる。これにより、突出部３８ａにクラックが発生することを防止して、金属リング３３の耐久性を向上させることができる。

その一方で、本実施形態の金属ベルト１５では、最内周リング３３−１を除く他の金属リング３３−２〜３３−１２の内周面にＤＬＣ膜層（硬質薄膜層）６１を形成している。ＤＬＣ膜層６１は、表面摺動性に優れているため、金属リング３３同士の間に発生する摺動の摩擦抵抗を低く抑えることができる。よって、金属リング３３の摩擦抵抗を低く抑えることで金属ベルト１５の動力伝達効率を向上させることができる。

そして、最内周リング（面圧やすべり速度などの作動条件が厳しい金属リング）３３−１にはＤＬＣ膜層６１を形成していないことで、金属ベルト１５の作動時にＤＬＣ膜層６１が剥離することを効果的に防止できる。したがって、金属リング３３の表面に形成したＤＬＣ膜層６１の剥離を防止しながらも、金属リング３３の摩擦抵抗を低く抑えることができ、高効率な金属ベルト１５を提供できる。

また、本実施形態の金属ベルト１５では、最内周リング３３−１の複数の谷部３８ｂにフッ化処理層５１ａ又は二硫化モリブデン処理層５１ｂからなる低摩擦係数層５１が形成されている。

最内周リング３３−１の凹凸面３８の谷部３８ｂにフッ化処理層５１ａ又は二硫化モリブデン処理層５１ｂからなる低摩擦係数層５１を形成することで、当該低摩擦係数層５１によって最内周リング３３−１の摩擦抵抗を低く抑えることができる。また、フッ化処理層５１ａ又は二硫化モリブデン処理層５１ｂからなる低摩擦係数層５１は、ＤＬＣ膜層（硬質薄膜層）６１と比較して剥離が生じにくい層である。そのうえ、金属ベルト１５が作動した際に凹凸面３８の突出部３８ａは摩擦によって削られるが、低摩擦係数層５１は谷部３８ｂに形成されているため削られることはない。したがって、谷部３８ｂには低摩擦係数層５１が残存するため、低摩擦係数層５１を長期間維持することができる。よって、金属ベルト１５の摩擦抵抗を長期間に渡って低く抑えることで金属ベルト１５の動力伝達効率を向上させることができる。

また、本実施形態の金属ベルト１５では、最内周リング３３−１は金属エレメント３２と摺動するため、その接触面圧やすべり速度などの作動条件が複数の金属リング３３の中で最も厳しい。そのため、ＤＬＣ膜層６１を最内周リング３３−１を除く他の金属リング３３−２〜３３−１２に形成することで、ＤＬＣ膜層６１の剥離を効果的に防止しながら金属ベルト１５の摺動性を確保することができる。これにより、金属リング３３の表面に形成したＤＬＣ膜層６１の剥離防止と金属リング３３の摩擦抵抗の低減との両立を図ることができる。

また、本実施形態の金属ベルト１５では、低摩擦係数層５１の下地層として窒化処理層５２が形成されている。金属リング３３の摩擦係数を低減するための低摩擦係数層５１を形成する場合は、金属リング３３の窒化処理を行う。また、窒化処理の上からフッ化処理層又は二硫化モリブデン処理層の形成を行うことで、フッ化処理層又は二硫化モリブデン処理層が窒化処理層と置き換わることなく、それらを確実に形成することができる。したがって、窒化処理後にフッ化処理層又は二硫化モリブデン処理層の形成を行うことにより、凹凸面３８の谷部３８ｂに金属リング３３の摩擦係数を効果的に低減できるフッ化処理層を形成することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に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において種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、積層された１２枚の金属リング３３−１〜３３−１２すべての内周面３３−１ａ〜３３−１２ａに凹凸面３８を備えた場合を示したが、これ以外にも、最内周リング３３−１に加えてその外側の一又は複数の金属リング３３にのみ凹凸面３８を形成するようにしてもよい。一例として、最内周リング３３−１に加えてその外側の二つの金属リング３３−２，３３−３の内周面にのみ凹凸面３８を形成することができる。

特に、図示は省略するが、複数の金属リング３３のうち、接触面圧やすべり速度などの作動条件が最も厳しい最内周の金属リングにのみ凹凸面３８を形成するようにしてもよい。この構成によれば、凹凸面３８を備える金属リング３３を最内周の金属リングのみとして、ＤＬＣ膜層などの硬質薄膜層を少なくとも最内周の金属リングを除く他の金属リングに形成することで、硬質薄膜層の剥離をより効果的に防止しながら、金属リング３３の摺動性を確保することができる。これにより、金属リング３３の表面に形成した硬質薄膜層の剥離防止と金属リング３３の摩擦抵抗の低減との両立を図ることができる。

さらに、上記実施形態では、網目状の凹凸面３８を金属リング３３−１〜３３−１２の内周面３３−１ａ〜３３−１２ａに形成しているが、これ以外にも、凹凸面３８は、最内周リング３３−１の外周面や、他の金属リング３３−２〜３３−１２の内周面３３−２ａ〜３３−１２ａ又は外周面を含む任意の面に形成してもよい。また、金属リング３３に形成する凹凸面３８の具体的な形状は必ずしも網目状の突出部３８ａを有するものには限らず、他の形状とすることも可能である。

また、上記実施形態では、最内周リング３３−１を除く他の金属リング３３−２〜３３−１２にＤＬＣ膜層６１を形成した場合を示したが、本発明にかかる硬質薄膜層は、複数の金属リングのうち少なくとも最内周の金属リングを除く外周側から順に数えた一又は複数の金属リングの表面に形成されていれば、上記実施形態に示す金属リング３３−２〜３３−１２のすべてに形成する以外にも、それらのうちのいずれかにのみ形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、凹凸面３８の谷部３８ｂにフッ化処理層５１ａ又は二硫化モリブデン処理層５１ｂからなる低摩擦係数層５１を形成した場合を示したが、低摩擦係数層５１の形成は省略することも可能である。

また、上記実施形態では、本発明にかかる硬質薄膜の例として硬質炭素薄膜であるＤＬＣ膜層６１を示したが、本発明にかかる硬質薄膜としては、これ以外にも例えば、ＣｒＮなどからなる薄膜層であってもよい。

５ ドライブシャフト
６ ドライブプーリ
１０ ドリブンシャフト
１１ ドリブンプーリ
１５ 金属ベルト（無段変速機用ベルト）
１９ アウトプットシャフト
３１ 金属リング集合体
３２ 金属エレメント
３３（３３−１〜３３−１２） 金属リング
３３−１ 最内周リング
３３−１ａ〜３３−１２ａ 内周面（表面）
３４ エレメント本体
３５ リングスロット
３６ ネック部
３７ イヤー部
３８ 凹凸面
３８ａ 突出部
３８ｂ 谷部
３９ プーリ当接面
４０ 主面
４１ ロッキングエッジ
４２ 傾斜面
４４ サドル面
５１ 低摩擦係数層
５１ａ フッ化処理層
５１ｂ 二硫化モリブデン処理層
５２ 窒化処理層
６１ ＤＬＣ膜層（硬質炭素薄膜層）
Ｔ 金属ベルト式無段変速機

Claims (5)

1. 駆動プーリおよび従動プーリ間で駆動力を伝達すべく、複数の金属リングを積層した金属リング集合体に複数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、
   前記複数の金属リングのうち少なくとも最内周の金属リングを含む内周側から順に数えた一又は複数の前記金属リングは、該金属リングの表面に形成された複数の突出部と該複数の突出部の間に形成された複数の谷部とを有する凹凸面を備え、
   前記複数の金属リングのうち少なくとも最内周の金属リングを除く外周側から順に数えた一又は複数の前記金属リングの表面には、硬質薄膜層が形成されている
   ことを特徴とする無段変速機用ベルト。
2. 前記凹凸面を備える金属リングの少なくともいずれかには、前記凹凸面における前記複数の谷部にフッ化処理層又は二硫化モリブデン処理層からなる低摩擦係数層が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の無段変速機用ベルト。
3. 前記低摩擦係数層の下地層として窒化処理層が形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の無段変速機用ベルト。
4. 前記凹凸面を有する金属リングは、前記最内周の金属リングのみである
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無段変速機用ベルト。
5. 前記硬質薄膜層は、炭素薄膜層である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無段変速機用ベルト。

Images