JPH07101062B2 - ベルト式無段変速機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ベルト式無段変速機に関し、更に詳しくは、
自動車などの変速機として適用可能なベルトを用いた無
段変速機に係るものである。

〔従来の技術〕

ベルト式無段変速機は、一方の回転軸と他方の回転軸に
Ｖ字形断面の周溝（Ｖ溝）を有する金属製プーリが設け
られており、このプーリ間に動力伝達用金属ベルトが巻
き掛けられている。そして、上記プーリのＶ溝幅寸法が
変えられることにより、一方の回転軸から他方の回転軸
に回転動力が無段階に変速されて伝達されるようになっ
ている。

この種の無段変速機に使用される動力伝達用金属ベルト
の一つとして、複数枚の金属製帯状フープが積層されて
形成された可撓性を有する無端キャリアと、その無端キ
ャリアの長手方向に沿って自由に移動し得るよう互いに
密接した状態で支持され、その両端面にてプーリのＶ溝
に摩擦接触する多数の金属製ブロックとを有する金属ベ
ルトが知られている（例えば、特公昭55−6783号公
報）。

この金属ベルトを用いた無段変速機においては、各ブロ
ックが入力プーリ（駆動プーリ）から回転動力を伝達さ
れたブロックによりこれらと摩擦係合する無端キャリア
と共に互いに当接した状態にて出力プーリ（駆動プー
リ）へ向けて順次押し進められ、出力プーリにおいてこ
れに回転動力を伝達することにより入力プーリから出力
プーリへ回転動力が伝達されるようになっている。そし
て、大きな駆動力を伝達し得るところから、例えば自動
車の変速機などのように荷重条件の苛酷な変速機用ベル
トとして注目されている。なお、プーリとブロックの材
料としては通常熱処理した鋼が用いられている。

しかしながら、金属ベルト自体あるいはプーリの耐久性
に問題があり、まだ実用段階に達したとは言えないのが
実情である。その問題の一つに、金属ベルトの一構成要
素であるブロックとプーリとの接触面の耐摩耗性の問題
がある。すなわち、ブロックとプーリとの接触面を完全
な平滑面とした場合には、摩擦係数が不足して両者の間
に滑りが発生し易く、接触面の摩耗が速やかに進行し、
甚だしい場合には焼き付きを生ずる。

そのため、上記ブロック端面（プーリ接触面）に、ショ
ットブラスト処理などを施すことによって無数の微細な
凹凸を形成し、以てプーリと金属ベルトとの間の必要と
される摩擦係数を確保し、伝導作用を安定的に行わせる
ことが提案されている（例えば、特開昭60−81537号公
報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述した構成の動力伝達用金属ベルトを
用いたベルト式無段変速機においては、プーリとブロッ
クの接触部が局部的に高面圧となり、ブロック端面に形
成された微細な凹凸に起因してプーリの表面（ベルト接
触面）に深さ数μｍ〜十数μｍのクラックが多発し、摩
耗が急速に進行することがある。

また、ブロック端面の凹凸が摩耗してなくなると、プー
リとブロック間の摩擦係数が低下して両者間に滑りが発
生し、その摩擦熱によりプーリ表面およびブロック端面
にスカッフィング（局所的な金属同志の融着により表面
が剥がれること）が生じて摩耗が急速に進行してしまう
といった問題があった。

従って、本発明の目的は、プーリおよびブロックの耐摩
耗性を向上させることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本考案は、上述の問題点を解決するための手段と
して、次のような構成を採用したものである。

すなわち、本発明は、ベルト式無段変速機において、プ
ーリとしてクロムモリブデン鋼に高濃度浸炭（C.P.＝1.
0〜1.3）し、高周波焼入れ焼戻しを施して表面硬さH_V＝
750以上の硬化深さを0.1mm以上としたものを用いると共
に、ブロックとしてクロムモリブデン鋼に浸炭焼入れ焼
戻しを施して表面硬さをH_V＝750以上としたものを用い
ることを特徴とする。

具体的には、第１図を例にとって説明すると、ベルト式
無段変速機は、一対のプーリ（10・20）間に、このプー
リ（10・20）と摩擦接触する複数個のブロック（50）を
備えた動力伝達用金属ベルト（30）が巻き掛けられて構
成されている。

そして、摩擦接触する一方の部材であるプーリ（10・2
0）として、クロムモリブデン鋼に高濃度浸炭（C.P.＝
1.0〜1.3）し、高周波焼入れ焼戻しを施して表面硬さH_V
＝750以上の硬化深さを0.1mm以上としたものが用いられ
る。

更に、摩擦接触する他方の部材であるブロック（50）と
して、クロムモリブデン鋼に浸炭焼入れ焼戻しを施して
表面硬さをH_V＝750以上としたものが用いられる。

〔作 用〕

上述の手段によれば、プーリ（10・20）は、微細な高炭
素マルテンサイト組織が生成され、表面硬さおよび表面
近傍の硬さが上昇すると共に、高圧縮残留応力が発生
し、適度な残留オーステナイト量が確保できる。

一方、ブロック（50）は、均一性の良いマルテンサイト
のマトリックス中に細かいクロム、モリブデンが溶け込
んでいるため、硬度と靭性が向上する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例に係るベルト式無段変速機
の変速部を示す要部斜視図である。

図において、10はエンジンなどの駆動源にクラッチを介
して連結された入力プーリであり、可動プーリ12と固定
プーリ14とからなっている。両プーリ12・14にはベルト
接触面16・18が形成されている。このベルト接触面16・
18は両プーリの駆動面となっており、入力プーリ10にＶ
字形断面の周溝（Ｖ溝）を形成している。

入力プーリ10に対向して出力プーリ20が配設されてい
る。この出力プーリ20も可動プーリ22と固定プーリ24と
からなっている。両プーリ22・24には入力プーリ10の場
合と同様にベルト接触面26・28が形成され、両プーリの
従動面となっていると共に出力プーリ20にＶ字形断面の
周溝（Ｖ溝）を形成している。

そして、入力プーリ10のＶ溝と出力プーリ20のＶ溝との
間に後述する動力伝達用金属ベルト（以下、金属ベルト
と称する）30が巻き掛けられる。こうして、エンジンの
回転動力が入力プーリ10から出力プーリ20に伝達され、
更に図示しない歯車対、差動装置、駆動車軸を経て車輪
に伝達されるようになっている。

なお、入力側の可動プーリ12と出力側の可動プーリ22
は、いずれも油圧などの手段によりＶ溝の幅寸法が連続
的に変更されることによって、金属ベルト30の掛り径
（有効径）が変更され、出力プーリ20の回転は無段階に
変速されて取り出される。

金属ベルト30は、第２図に詳しく示したように、可撓性
を有する一対の無端キャリア40と、その長手方向に自由
に移動し得るよう互いに密接した状態で取り付けられた
多数のブロック50とから構成されている。この無端キャ
リア40は、鋼製の薄い帯状フープが５〜15枚程度積層さ
れることによって1.5〜3.0mm程度の厚みに形成されてい
る。ブロック50は、本体部52、頭部54、およびこれらを
連結する首部56とから一体的に構成されており、その両
端部には前記ベルト接触面と同一角度の傾斜面（プーリ
接触面）58が形成されている。そして、その本体部52と
頭部54との間には、プーリ面に対して開放された一対の
矩形の切欠き溝が形成され、その切欠き溝内に前記無端
キャリア40が通されている。こうして、ブロック50は無
端キャリア40に規制されて前後の押圧面が互いに密接
し、入力プーリ10の回転動力を出力プーリ20へ伝達する
ようになっている。

また、ブロック50のプーリ接触面58には、プーリ10・20
とブロック50間に滑りが生じないよう必要な摩擦係数を
確保するために、ショットブラストなどの手段により表
面あらさ10〜40μR_Zの凹凸が設けられている。

しかし、前述したようにブロックのプーリ接触面58に形
成した凹凸のためにプーリ10・20とブロック50の接触部
が局部的に高面圧となり、プーリのベルト接触面16・18
・26・28に深さ数μｍ〜十数μｍのクラックが多発する
ことがある。また、プーリ接触面58の凹凸が摩耗してな
くなっていくと、プーリ10・20とブロック50間の摩擦係
数が低下して両者間に滑りが発生し、その摩擦熱により
両接触面にスカッフィングが生じて摩耗が急速に進行す
ることがある。

そこで、本実施例においては、上記互いに摩擦接触する
構成部材である一方のプーリ10・20の材料として、クロ
ムモリブデン鋼に高濃度浸炭（C.P.＝1.0〜1.3）し、高
周波焼入れ焼戻しを施して表面硬さH_V＝750以上の硬化
深さを0.1mm以上としたものを用いる。また、摩擦接触
する他方のブロック50の材料として、クロムモリブデン
鋼に浸炭焼入れ焼戻しを施して表面硬さをH_V＝750以上
としたものを用いる。こうして、両者の組合せによりプ
ーリ10・20およびブロック50の耐摩耗性を向上し、耐入
性の大幅向上を図ったものである。

そして、第１表に示す成分および第２表に示す熱処理に
て２種類のプーリと２種類のブロックを製作し、第３表
の各組合せで耐久試験を行った。

なお、試験条件は次のとおりである。

・エンジン回転数……3000rpm ・出力トルク……7.0kg−ｍ ・変速比……ｅ＝2.0 ・試験時間……200hr 耐久試験後のプーリおよびブロックの摩耗量を測定した
ところ、第３図に示す結果が得られた。

第３図から分るように、試験品No.1（Ａ・ａ）の組合せ
の場合に最も優れた結果を得た。

すなわち、プーリとして、クロムモリブデン鋼に高濃度
浸炭（C.P.＝1.0〜1.3）し、高周波焼入れ焼戻しを施し
て表面硬さがH_V＝750以上の硬化深さを0.1mm以上とした
ものを用い、一方のブロックとして、クロムモリブデン
鋼に浸炭焼入れ焼戻しを施して表面硬さをH_V＝750以上
としたものを用いた組合せの場合が、プーリ、ブロック
共に摩耗量が極めて小さく、良好な結果が得られた。

この組合せでプーリ、ブロック共に耐摩耗性が良い理由
は、次のとおりである。

先ず、プーリ側としては、クロムモリブデン鋼に高炭素
濃度で浸炭し、過剰な炭素を固溶させ、高周波焼入れを
施すことにより、 （１）．微細な高炭素マルテンサイト組織が生成し、 （２）．表面硬さおよび表面近傍の硬さが上昇し、 （３）．高圧縮残留応力が発生し、 （４）．過度な残留オーステナイト量が確保できるから
である。

一方、ブロック側としては、クロムモリブデン鋼に浸炭
焼入れ焼戻しを施すことにより、均一性の良いマルテン
サイトのマトリックス中にクロム、モリブデンが溶け込
んでいるため、過度と靭性を向上させていることによ
る。

以上の理由により、試験品No.1（Ａ−ａ）の組合せにお
いて、プーリ、ブロック共に摩耗量が極めて小さく、耐
久性の良い組合せとなっていることが理解される。

ここで、プーリの熱処理の高濃度浸炭において、C.P.＝
1.0〜1.3と限定したのは、1.0以下では深さ方向に十分
な硬さが得られず、しかも残留圧縮応力が低いために耐
摩耗性（耐ピッチング性）が劣る。また、1.3以上では
片状セメンタイトが析出し、基地のマルテンサイトの硬
さが低下するために耐ピッチング性が著しく劣るためで
ある。

また、プーリとして表面硬さH_V＝750以上の硬化深さが
0.1mm未満では、耐ピッチング性に劣り、過大摩耗とな
る。更に、ブロックも表面硬さがH_V＝750未満では、耐
摩耗性に劣る。

なお、本発明におけるプーリ材およびブロック材である
クロムモリブデン鋼の化学成分は、 C:0.1〜0.5％、Si:0.1〜0.4％、 Mn:0.5〜0.9％、Cr:0.8〜1.3％、 Mo:0.1〜0.4％ であり、この範囲の材料を用いて耐久試験を行った結
果、第３図の試験品No.1と同様の良好な結果が得られ
た。

以上、本発明を特定の実施例について詳細に説明した
が、本発明は、この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の範囲で種々の実施態様が包含さ
れるものであり、例えば、金属ベルトを構成するブロッ
ク、無端キャリアの形状は適宜変更が加えられ得るもの
である。また、前述の実施例に示した所謂プッシュタイ
プ以外の例えば、前記無端キャリアに代えてリンクと連
結ピンとを用いた所謂チェーンタイプの金属ベルトを使
用したベルト式無段変速機にも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、プーリおよびブロックの
耐摩耗性を向上することができる。従って、ベルト式無
段変速機の耐久性を大幅に向上することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一つの実施例に係るベル
ト式無段変速機を示すものであり、 第１図は変速部を示す要部斜視図、 第２図は第１図において動力伝達用金属ベルトの一部を
拡大して示す斜視図、 第３図は各材料組合せにおける耐久試験後のプーリとブ
ロックの摩耗量を示すグラフである。 符号の説明 10……入力プーリ 16・18……入力プーリのベルト接触面 20……出力プーリ 26・28……出力プーリのベルト接触面 30……動力伝達用金属ベルト 40……無端キャリア 50……ブロック 52……ブロックの本体部 54……ブロックの頭部 56……ブロックの首部 58……ブロックのプーリ接触面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プーリと摩擦接触する複数個のブロックを
   備えた動力伝達用金属ベルトを、一対のプーリ間に巻き
   掛けて構成してなるベルト式無段変速機において、 前記プーリとしてクロムモリブデン鋼に高濃度浸炭（C.
   P.＝1.0〜1.3）し、高周波焼入れ焼戻しを施して表面硬
   さH_V＝750以上の硬化深さを0.1mm以上としたものを用い
   ると共に、前記ブロックとしてクロムモリブデン鋼に浸
   炭焼入れ焼戻しを施して表面硬さをH_V＝750以上とした
   ものを用いたことを特徴とするベルト式無段変速機。