JP6634102B2 - 無段変速機用金属ベルトおよび無段変速機用金属ベルトの金属リングの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ドライブプーリおよびドリブンプーリに巻き掛けられる金属ベルトが、無端状の金属リング集合体と、前記金属リング集合体に支持された複数の金属エレメントとを備え、前記金属リング集合体は無端状の金属リングを複数層に積層して構成される無段変速機用金属ベルトと、その無段変速機用金属ベルトの金属リングの製造方法とに関する。

ベルト式無段変速機の金属ベルトの金属リングの内周面にメッシュ状に突出する突起部を形成し、金属ベルトの進行方向に直交する方向の突起部の平均幅を１６μｍ以下に設定することで、金属エレメントとの接触により突起部の頂部に発生したクラックが伸展するのを防止して金属リングの耐久性を高めるものが、下記特許文献１により公知である。

またベルト式無段変速機の金属ベルトの金属リングの内周面および外周面の両方に、クロスハッチ加工により十字状の条痕を付けることで摩擦係数を調整するものが、下記特許文献２により公知である。

特許第４０７８１２６号公報 実公平２−５１４号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたものは、金属リングの外周面に突起部が形成されていないため、最外層の金属リングの外周面から亀裂が伸展して破断に至る可能性があった。

また上記特許文献２に記載されたものは、金属リングの内周面および外周面の両方に突起部（条痕）が形成されているため、その外周面の突起部によって最外層の金属リングの耐久性が高まる可能性がある。しかしながら、金属リングの表面に突起部を設ける場合、その突起部の突出高さが大きいほど亀裂の伸展を阻止する効果が高くなる反面、表面の平坦度が低下して潤滑性が低下したり、突起部を加工する際の加工負荷が増加したりする問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ベルト式無段変速機の金属リングの突起部の突出高さを最小限に抑えながら破断に対する耐久性を高め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、ドライブプーリおよびドリブンプーリに巻き掛けられる金属ベルトが、無端状の金属リング集合体と、前記金属リング集合体に支持された複数の金属エレメントとを備え、前記金属リング集合体は無端状の金属リングを複数層に積層して構成される無段変速機用金属ベルトであって、前記複数層の金属リングのうち、少なくとも一つの金属リングの内周面にメッシュ状の内周突起部を形成するとともに、最外層の金属リングの外周面にメッシュ状の外周突起部を形成し、前記外周突起部の突出高さを、前記内周突起部の突出高さよりも小さくすると共に前記金属リングの表面の欠陥が集中して発生する深さの領域である表面欠陥層の厚さよりも大きくした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、未加工の前記金属リングをメッシュ状の周面を有する内周ローラと平坦な周面を有する外周ローラとで圧延加工し、その内周面に仮突起部を形成する第１工程と、内周面に前記仮突起部が形成された前記金属リングの表裏を反転する第２工程と、表裏を反転した前記金属リングを前記内周ローラと前記外周ローラとで圧延加工し、その内周面に前記内周突起部を形成するとともに、その外周面の前記仮突起部の突出高さを減じて前記外周突起部とする第３工程とを含むことを特徴とする無段変速機用金属ベルトの金属リングの製造方法が提案される。

請求項１の構成によれば、複数層の金属リングのうち、少なくとも一つの金属リングの内周面にメッシュ状の内周突起部を形成するとともに、最外層の金属リングの外周面にメッシュ状の外周突起部を形成したので、金属リングの内周面から伸展する亀裂を内周突起部で阻止し、かつ最外層の金属リングの外周面から伸展する亀裂を外周突起部で阻止することで、金属リングの破断を防止することができる。

しかも他部材に当接しない最外層の金属リングの外周突起部の突出高さを、他部材に当接する内周突起部の突出高さよりも小さくしたので、突出高さが大きい内周突起部が他部材との当接により摩耗しても、その内周突起部を残存させて亀裂の伸展を阻止できるだけでなく、摩耗が発生しない外周突起部の突出高さを小さくして金属リングの外周面の平坦度を高め、金属リングの潤滑性の確保および加工性の向上を図ることができる。

また、外周突起部の突出高さは、金属リングの表面の欠陥が集中して発生する深さの領域である表面欠陥層の厚さよりも大きいので、表面欠陥層の最も深い部分に存在する微小な亀裂が伸展しようとしても、その伸展を内周突起部の側面の段部で阻止して金属リングの破断を防止することができる。

また請求項２の構成によれば、未加工の金属リングをメッシュ状の周面を有する内周ローラと平坦な周面を有する外周ローラとで圧延加工し、その内周面に仮突起部を形成する第１工程と、内周面に仮突起部が形成された金属リングの表裏を反転する第２工程と、表裏を反転した金属リングを内周ローラと外周ローラとで圧延加工し、その内周面に内周突起部を形成するとともに、その外周面の仮突起部の突出高さを減じて外周突起部とする第３工程とを含むので、内周ローラだけに周面がメッシュ状のものを使用し、外周ローラに周面が平坦なものを使用しても、金属リングに内周突起部および外周突起部の両方を形成することができる。

ベルト式無段変速機の全体構成を示す図である。（第１の実施の形態） 金属ベルトおよび金属エレメントの斜視図である。（第１の実施の形態） 金属リングに突起部を形成するための加工装置を示す図である。（第１の実施の形態） 金属リングの表面欠陥層を示す図である。（第１の実施の形態） 金属リングの突起部の摩耗前後の表面粗さの最大高さの変化を示すグラフである。（第１の実施の形態） 実施の形態の突起部の作用を示す模式図である。（第１の実施の形態） 比較例の突起部の作用を示す模式図である。 金属リングに突起部を圧延加工する工程の説明図である。（第２の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１〜図７に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１は自動車に搭載されたベルト式無段変速機Ｔの概略構造を示すもので、ベルト式無段変速機Ｔはエンジンに接続されるドライブシャフト１１と、駆動輪に接続されるドリブンシャフト１２とを備えており、ドライブシャフト１１に設けたドライブプーリ１３とドリブンシャフト１２に設けたドリブンプーリ１４とに無端状の金属ベルト１５が巻き掛けられる。ドライブプーリ１３は、ドライブシャフト１１に固設された固定側プーリ半体１６と、この固定側プーリ半体１６に対して接離可能な可動側プーリ半体１７とを備えており、可動側プーリ半体１７は油室１８に作用する油圧で固定側プーリ半体１６に向けて付勢される。ドリブンプーリ１４は、ドリブンシャフト１２に固設された固定側プーリ半体１９と、この固定側プーリ半体１９に対して接離可能な可動側プーリ半体２０とを備えており、可動側プーリ半体２０は油室２１に作用する油圧で固定側プーリ半体１９に向けて付勢される。

図２に示すように、金属ベルト１５は左右の一対の金属リング集合体２２に多数の金属エレメント２３を支持したもので構成される。各金属エレメント２３には左右一対のサドル面２４が形成され、それらのサドル面２４にそれぞれ金属リング集合体２２の内周面が支持される。金属リング集合体２２は、複数本（例えば、１２本）の無端状の金属リング２５を積層したものであり、本実施の形態では、全ての金属リング２５の内周面にメッシュ状の内周突起部２５ａが突設され、最外層の金属リング２５だけの外周面にメッシュ状の外周突起部２５ｂが突設される。内周突起部２５ａおよび外周突起部２５ｂは、金属ベルト１５の進行方向に対して左右に４５°ずつ傾斜して相互に直交する多数の直線状の突起部からなり、各々の直線状の突起部の金属ベルト１５の進行方向に直交する方向の平均幅Ｗは１６μｍ以下であることが望ましい。

図３は金属リング２５に内周突起部２５ａおよび外周突起部２５ｂを加工するための圧延加工装置を示すものである。一対のプーリ３１，３２に被加工物である金属リング２５が巻き掛けられており、シリンダ３３で一方のプーリ３１を他方のプーリ３２から離反する方向に付勢することで金属リング２５に所定の張力が付与され、この状態で一方のプーリ３１を回転駆動すると金属リング２５は循環する。相互に対峙するように配置された内周ローラ３４および外周ローラ３５間に金属リング２５が挟持されるとともに、相互に対峙するように配置された内周ローラ３４および加圧ローラ３６間に金属リング２５が挟持され、加圧ローラ３６はシリンダ３７で内周ローラ３４に向けて付勢される。

最外層の金属リング２５以外の金属リング２５を加工するとき、内周ローラ３４として周面にメッシュ状の凹部を有するものを使用し、外周ローラ３５として平坦な周面を有するものを使用する。その結果、循環する金属リング２５の内周面に内周ローラ３４により内周突起部２５ａが圧延加工される。また最外層の金属リング２５を加工するとき、内周ローラ３４として周面にメッシュ状の凹部を有するものを使用し、かつ外周ローラ３５として周面にメッシュ状の凹部を有するものを使用する。その結果、循環する金属リング２５の内周面および外周面に、内周ローラ３４および外周ローラ３５によりそれぞれ内周突起部２５ａおよび外周突起部２５ｂが圧延加工される。

図４は金属リング２５の表面（内周面および外周面）に近い部分の拡大断面図である。金属リング２５の表面には製造時に微小な亀裂が生じたり、微小な異物が混入したりすることが避けられず、また熱処理が不完全な熱処理異常部が発生する場合がある。このように金属リング２５の表面の欠陥は所定の深さＨｃの領域内に集中して発生しており、この深さＨｃの領域を表面欠陥層２５ｃと呼ぶ。表面欠陥層２５ｃの厚さＨｃは例えば１μｍ程度である。

ところで、無段変速機Ｔの運転中に金属ベルト１５の金属リング２５の内周面および外周面は摩擦により摩耗する。すなわち、最内層の金属リング２５の内周面は金属エレメント２３のサドル面２４（図２参照）に当接し、最内層の金属リング２５以外の金属リング２５の内周面は、その内側に位置する金属リング２５の外周面に当接して摩耗する。

また最外層の金属リング２５以外の金属リング２５の外周面は、その外側に位置する金属リング２５の内周面に当接して摩耗する。しかしながら、最外層の金属リング２５の外周面だけはどこにも当接せず、したがって摩耗することはない。

上述した金属リング２５の表面の摩耗は、新品の金属リング２５の使用を開始した直後には比較的に速やかに進行し、所定の初期運転時間が経過すると殆ど進行しなくなる。この初期運転時間が経過したときの金属リング２５の摩耗量を初期摩耗量と呼ぶ。

図５のグラフにおいて、Ｒｚ，Ｒｚ′は金属リング２５の表面粗さの最大高さであり、横軸には新品時の金属リング２５の突起部の最大高さＲｚをとり、縦軸には初期摩耗後の金属リング２５の突起部の最大高さＲｚ′をとってある。ラインＬ１はＲｚ′＝Ｒｚの状態、つまり初期摩耗量がゼロの場合に相当し、ラインＬ２は初期摩耗量が１μｍの場合に相当する。

金属リングの３種のサンプル♯１，♯２，♯３は全てラインＬ１およびラインＬ２間に納まっており、このことから、初期摩耗量の大きさは表面欠陥層２５ｃの厚さＨｃである１μｍよりも小さく、初期摩耗により表面欠陥層２５ｃを消滅させるのが困難であることが分かる。

図６（Ａ）に示すように、全ての金属リング２５の内周面には厚さＨｃの表面欠陥層２５ｃが存在し、かつ突出高さＨａの内周突起部２５ａが突設される。内周突起部２５ａの突出高さＨａは表面欠陥層２５の厚さＨｃよりも大きく設定される。また図５（Ｂ）に示すように、最外層の金属リング２５の外周面には厚さＨｃの表面欠陥層２５ｃが存在し、かつ突出高さＨｂの外周突起部２５ｂが突設される。外周突起部２５ｂの突出高さＨｂは表面欠陥層２５の厚さＨｃよりも大きく設定され、かつ内周突起部２５ａの突出高さＨａよりも小さく設定される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

図７（Ａ）は本願発明の比較例であり、金属リング２５の内周面あるいは外周面が突起部を備えていない場合を示している。この場合、表面欠陥層２５ｃに存在する微小な亀裂等を起点として破線矢印で示すように亀裂が伸展したとき、その亀裂は阻止されることなく伸展して金属リング２５の破断を招く虞がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、表面欠陥層２５ｃに存在する微小な亀裂等を起点として破線矢印で示すように亀裂が伸展したとき、その亀裂は内周突起部２５ａあるいは外周突起部２５ｂの側面の段部においてそれ以上伸展できなくなり（破線矢印上の×印参照）、そこで亀裂の伸展が阻止されて金属リング２５の破断が未然に防止される。

このとき、内周突起部２５ａよりも突出高さ小さい外周突起部２５ｂでも、その突出高さＨｂが表面欠陥層２５ｃの深さＨｃよりも大きく設定されているので（図６（Ｂ）参照）、表面欠陥層２５ｃの最も深い部分に存在する微小な亀裂等が伸展しようとしても、その亀裂の伸展を外周突起部２５ｂの側面の段部で阻止し、金属リング２５の破断を防止することができる。

ところで、金属リング２５の内周面は金属エレメント２３のサドル面２４あるいは他の金属リング２５の外周面に当接し、初期摩耗量の範囲で摩耗する。したがって、図７（Ｂ）の比較例に示すように、仮に金属リング２５の内周突起部２５ａの突出高さＨａが充分に大きくないと、摩耗によって内周突起部２５ａ自体が消滅してしまい、残存する表面欠陥層２５ｃに存在する微小な亀裂等を起点として破線矢印で示すように亀裂が阻止されずに伸展し、金属リング２５の破断を招く虞がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、図６（Ａ）に示すように、金属リング２５の内周突起部２５ａの突出高さＨａは金属リング２５の表面欠陥層２５ｃの厚さＨｃよりも大きく、かつ表面欠陥層２５ｃの厚さＨｃは初期摩耗量よりも大きいので、初期摩耗後であっても内周突起部２５ａは消滅することなく残存することになり、表面欠陥層２５ｃに存在する微小な亀裂等を起点として伸展する亀裂を内周突起部２５ａの側面の段部で阻止し（破線矢印上の×印参照）、金属リング２５の破断を防止することができる。

以上のように、金属リング２５の表面に内周突起部２５ａや外周突起部２５ｂを設けることで、金属リング２５の破断に対する耐久性を高めることができるが、内周突起部２５ａの突出高さＨａや外周突起部２５ｂの突出高さＨｂが過大になると、金属リング２５の表面の平坦度が損なわれて潤滑性が低下する問題があるため、内周突起部２５ａの突出高さＨａや外周突起部２５ｂの突出高さＨｂは必要最小限に抑えることが望ましい。

本実施の形態では、全ての金属リング２５の内周突起部２５ａは金属エレメント２３のサドル面２４あるいは他の金属リング２５の外周面に当接して摩耗するのに対し、最外層の金属リング２５の外周突起部２５ｂは何物にも接触せずに摩耗しない。よって、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、金属リング２５の外周突起部２５ｂの突出高さＨｂを初期摩耗量の分だけ金属リング２５の内周突起部２５ａの突出高さＨａよりも小さく設定することで、外周突起部２５ｂの突出高さＨｂを必要最小限に抑えて潤滑性を確保するとともに、その外周突起部２５ｂを成形する圧延加工装置の負荷を軽減することができる。

第２の実施の形態

次に、図８に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態は、内周突起部２５ａおよび外周突起部２５ｂの両方を備え、内周突起部２５ａの突出高さＨａよりも外周突起部２５ｂの突出高さＨｂが小さい金属リング２５の製造方法に関するものである。

本実施の形態の製造方法に使用する圧延加工装置は図３で説明したものであるが、内周ローラ３４として周面にメッシュ状の凹部を有するものを使用し、外周ローラ３５として周面が平坦なものを使用する。

先ず、図８（Ａ）に示すように、外周面および内周面が平坦な未加工の金属リング２５を圧延加工装置に装着し、図８（Ｂ）に示すように圧延加工すると、内周ローラ３４により内周面（最終外周面）に仮突起部２５ｄを有する金属リング２５が得られる（図８（Ｃ）参照）。この金属リング２５の表裏を反転すると、図８（Ｄ）に示すように、内周面が平坦で外周面に仮突起部２５ｄを有する金属リング２５が得られる。

この金属リング２５を再び圧延加工装置に装着し、図８（Ｅ）に示すように圧延加工すると、平坦な最終内周面に内周ローラ３４により内周突起部２５ａが形成されるのと同時に、既に形成されている最終外周面の仮突起部２５ｄが外周ローラ３５により潰されて高さが減少することで外周突起部２５ｂとなり、内周面に高さの大きい内周突起部２５ａを備え、外周面に高さの小さい外周突起部２５ｂを備える金属リング２５が得られる（図８（Ｆ）参照）。

このように、本実施の形態によれば、内周ローラ３４だけに周面がメッシュ状のものを使用し、外周ローラ３５に周面が平坦なものを使用しても、金属リング２５に内周突起部２５ａおよび外周突起部２５ｂの両方を形成することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、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、実施の形態では全ての金属リング２５の内周面に内周突起部２５ａを形成しているが、少なくとも一つの金属リング２５の内周面に内周突起部２５ａを形成しても良い。

また実施の形態では最外層の金属リング２５の外周面だけに外周突起部２５ｂを形成しているが、最外層の金属リング２５以外の金属リング２５の外周面に外周突起部２５ｂを形成しても良い。この場合、最外層の金属リング２５以外の金属リング２５の外周面の外周突起部２５ｂは、他の金属リング２５の内周面に当接して摩耗するため、その外周突起部２５ｂの突出高さＨｂは内周突起部２５ａの突出高さＨａと同等となるように大きく設定することが望ましい。

１３ ドライブプーリ
１４ ドリブンプーリ
１５ 金属ベルト
２２ 金属リング集合体
２３ 金属エレメント
２５ 金属リング
２５ａ 内周突起部
２５ｂ 外周突起部
２５ｃ 表面欠陥層
２５ｄ 仮突起部
３４ 内周ローラ
３５ 外周ローラ
Ｈａ 内周突起部の突出高さ
Ｈｂ 外周突起部の突出高さ
Ｈｃ 表面欠陥層の厚さ

Claims (2)

1. ドライブプーリ（１３）およびドリブンプーリ（１４）に巻き掛けられる金属ベルト（１５）が、無端状の金属リング集合体（２２）と、前記金属リング集合体（２２）に支持された複数の金属エレメント（２３）とを備え、前記金属リング集合体（２２）は無端状の金属リング（２５）を複数層に積層して構成される無段変速機用金属ベルトであって、
   前記複数層の金属リング（２５）のうち、少なくとも一つの金属リング（２５）の内周面にメッシュ状の内周突起部（２５ａ）を形成するとともに、最外層の金属リング（２５）の外周面にメッシュ状の外周突起部（２５ｂ）を形成し、前記外周突起部（２５ｂ）の突出高さ（Ｈｂ）を、前記内周突起部（２５ａ）の突出高さ（Ｈａ）よりも小さくすると共に前記金属リング（２５）の表面の欠陥が集中して発生する深さの領域である表面欠陥層（２５ｃ）の厚さ（Ｈｃ）よりも大きくした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の金属リングの製造方法であって、
   未加工の前記金属リング（２５）をメッシュ状の周面を有する内周ローラ（３４）と平坦な周面を有する外周ローラ（３５）とで圧延加工し、その内周面に仮突起部（２５ｄ）を形成する第１工程と、
   内周面に前記仮突起部（２５ｄ）が形成された前記金属リング（２５）の表裏を反転する第２工程と、
   表裏を反転した前記金属リング（２５）を前記内周ローラ（３４）と前記外周ローラ（３５）とで圧延加工し、その内周面に前記内周突起部（２５ａ）を形成するとともに、その外周面の前記仮突起部（２５ｄ）の突出高さを減じて前記外周突起部（２５ｂ）とする第３工程と、
   を含むことを特徴とする無段変速機用金属ベルトの金属リングの製造方法。

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