WO2007043104A1

WO2007043104A1 - ベルト式無段変速機およびその運転方法

Info

Publication number: WO2007043104A1
Application number: PCT/JP2005/018115
Authority: WO
Inventors: Toru Yagasaki; Ryuhei Kataoka
Original assignee: Honda Motor Co., Ltd.
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-19
Also published as: EP1930623A1; US20090181814A1; EP1930623A4; US7951032B2; CN101273214B; CN101273214A; EP1930623B1; DE602006012344D1; WO2007037371A1

Abstract

　断面Ｖ字状の溝を有し溝の幅を変更可能な一対のプーリ１，２に、複数のエレメントをベルトで連結してなるＶベルト３を巻回したベルト式無段変速機である。プーリ１，２およびエレメントどうしの接触面の少なくとも一方に、プーリ１，２およびエレメントの金属製素材表層にＺｎが拡散した拡散層８を設け、この拡散層８に、ＳおよびＰを含有させた。これにより、高い摩擦係数と耐摩耗性とを長期に亘って維持することができ、高出力化に充分に対応することができる。

Description

明細書

ベルト式無段変速機およびその運転方法

技術分野

[0001] 本発明は、ベルト式無段変速機に関し、特に、プーリと Vベルトとの間の摩擦係数を高めて動力伝達効率を向上させるとともに、プーリおよび Vベルトの摩耗を低減する技術に関する。

背景技術

[0002] 近年、自動車のエンジンの高出力化に伴い、ベルト式無段変速機にもその対応が必要となってきている。ベルト式無段変速機は、断面 V字状の溝を有するとともに溝の幅を変更可能な一対のプーリに、複数のエレメントをベルトで連結した Vベルトを卷回したもので、プーリとエレメントとの摩擦力により駆動プーリから従動プーリへ動力を伝達するものである。近年の高出力化に伴ってプーリとエレメント間の挟圧力が増加することから、プーリとエレメントとの接触面に摩耗が発生し、両者間の摩擦係数が低下して走行性能が損なわれる可能性があった。このため、従来より、プーリとエレメントとの接触面間における摩擦係数を高めることで挟圧力を低減し、これによつて、高出力化に対応してきている。また、プーリとエレメント間の摩擦係数を高めことにカロえて摩耗を低減するという課題もあり、両者を満足すべく従来より種々の開発がなされてきた。

[0003] たとえば、特許文献 1には、プーリの大きな動力を伝達する Low側速度比の部分に、ショットピーユングを施すことで摩擦係数を増加させるとともに耐摩耗性を向上させたベルト式無段変速機が開示されている。また、ショットピーユング以外にも、 WPC 処理、メツキ、コーティング、研磨加工、熱処理を行うことが開示されている。

[0004] 特許文献 2には、エレメントのプーリとの接触面に、黒鉛、二硫化モリブデン等の自己潤滑剤を含有する榭脂を被覆することにより、摩擦係数を高めるとともに耐摩耗性を向上させたベルト式無段変速機が開示されている。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題 [0005] し力しながら、特許文献 1に記載の技術では、ショットピーユング等に起因する表面性状の変化により、摩擦係数と耐摩耗性が向上することは認められるものの、その効果は潤滑油中に含まれる添加剤の性能によるところが大き、ことが判明して、る。したがって、上記のような技術では、長期間の走行で潤滑油が劣化すると所期の性能が得られないから、ベルト式無段変速機の改良としては不十分である。また、特許文献 1に例示されたコーティングによる改良では、膜厚を薄くすると早期に摩滅し、厚くすると剥離し易、と、う欠点がある。

[0006] また、エレメントのプーリとの接触面には、潤滑油を保持するための深さが約 40 μ m程度の溝が形成されている力特許文献 2に記載の技術では、エレメントのプーリとの接触面に榭脂を被覆しているから、榭脂に上記のような微小な溝を精度良く加工することは困難である。このため、溝での潤滑油の保持が不十分となり、エレメントの接触面に潤滑油成分との反応膜が形成されず、焼付きが生じる危険性がある。また、エレメントと榭脂との熱膨張係数が異なるため、榭脂が剥離することも懸念される。さらに、エレメントは潤滑油中で使用されるため、潤滑油成分による樹脂の劣化や硬化も懸念される。以上により、特許文献 2に記載の技術では、信頼性に欠けるという重大な問題がある。

したがって、本発明は、高い摩擦係数と耐摩耗性とを長期に亘つて維持することができ、高出力化に充分に対応することができるベルト式無段変速機とその運転方法を提供することを目的として!ヽる。

[0007] 特許文献 1 :特開 2001— 6551号公報（要約、請求項 7)

特許文献 2 :特開 2004— 144110号公報（要約、 0019)

特許文献 3： WO 2004— 108

課題を解決するための手段

[0008] 本発明者等は、エレメントおよびプーリに高い摩擦係数と耐摩耗性を付与するためのコーティングについて研究を重ねた結果、表面を被覆するのでは上記従来技術を超えることはできないと考え、放電表面処理を適用することに思い至った。放電表面処理は、電極と被加工金属との間で放電を生じさせて、電極の金属を被加工金属の表層に拡散させる表面処理方法であり、被加工金属と電極金属とが混在する層（または化合物層）を形成する（例えば特許文献 3)。そして、本発明者等は、電極として種々の金属を検討した結果、 Znが最も性能が良いことを見出し、さらに検討を進めた結果、 Pと Sを含有する潤滑油を用いたときにおいて要求される性能が得られることが判明した。本発明者等が実験で用いたエレメントおよびプーリを調べた結果、 Znが拡散した拡散層に Sおよび Pが含有されていることが判った。そして、このような拡散層により、高ヽ摩擦係数と耐摩耗性が付与されてヽることが判った。

[0009] 本発明のベルト式無段変速機は上記のような知見に基づいてなされたもので、断面 V字状の溝を有し該溝の幅を変更可能な一対のプーリに、複数のエレメントをベルトで連結してなる Vベルトを卷回したベルト式無段変速機にぉヽて、プーリおよびエレメントどうしの接触面の少なくとも一方に、プーリおよびエレメントの金属製素材表層に Znが拡散した拡散層を設け、この拡散層に、 Sおよび Pを含有させたことを特徴としている。

[0010] 拡散層に Sおよび Pを含有させるには、プーリおよびエレメントを Sおよび Pを含む液体に接触させれば良い。最も簡便な方法は、ベルト式無段変速機の慣らし運転を s および Pを含有する潤滑油を用いて行うことである。本発明は、このような運転方法も特徴とするものであり、断面 V字状の溝を有し該溝の幅を変更可能な一対のプーリに、複数のエレメントをベルトで連結してなる Vベルトを卷回したベルト式無段変速機の運転方法において、プーリおよびエレメントどうしの接触面の少なくとも一方に、ブーリおよびエレメントの金属製素材表層に Znが拡散した拡散層を設け、ベルト式無段変速機を、 S : 0. 06-0. 30重量％および P : 100〜600ppm含有する潤滑油と接触させながら運転することを特徴としている。

発明の効果

[0011] 本発明のベルト式無段変速機によれば、上記のような拡散層によってエレメントとプーリに高い摩擦係数と耐摩耗性を付与することができるのは勿論のこと、厚さを適切に設定することで拡散層の摩滅を防止することができ、また厚くしても拡散層の剥離の心配はない。したがって、高い摩擦係数と耐摩耗性を長期に亘つて維持することができる。さらに、エレメントに拡散層を形成する場合には、拡散層を形成した後に潤滑油を保持するための微小な溝を機械加工によって形成することができる。また、本発明のベルト式無段変速機の運転方法によれば、潤滑油中の Sおよび Pがエレメントおよびプーリ間で極圧状態とされるから、それら元素が拡散層に容易に浸透し、本発明のベルト式無段変速機を製造することができる。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明の実施形態のベルト式無段変速機を示す側断面図である。

[図 2]図 1の II II線断面図である。

[図 3]速度比と頻度の関係を示すグラフである。

[図 4]放電表面処理装置を示す概略側面図である。

[図 5] (A)は拡散層の断面を示す EPMA写真であり、 (B)はその断面における成分を示すチャートである。

[図 6]摺動試験方法を示す概略図である。

[図 7]本発明の実施例における摺動試験の時間と分離電圧との関係を示すグラフである。

[図 8]本発明の実施例における面粗度 Raと摩擦係数との関係を示すグラフである。

[図 9]本発明の実施例における面粗度 Rqと摩擦係数との関係を示すグラフである。

[図 10]本発明の実施例における面粗度 Rqと摩耗量との関係を示すグラフである。

[図 11]本発明の実施例における硬度と摩擦係数との関係を示すグラフである。

[図 12]本発明の実施例における摩耗量を示すグラフである。

[図 13]本発明の実施例における Znの含有量と摩擦係数との関係を示すグラフである

[図 14]本発明の実施例における拡散層の成分を示すチャートである。

[図 15]本発明の実施例における拡散層の成分を示す画像である。

[図 16]本発明の他の実施例における摺動試験の時間と分離電圧との関係を示すグラフである。

[図 17]本発明の他の実施例における摺動試験の時間と分離電圧との関係を示すグラフである。

[図 18] (A)は本発明の他の実施例における速度比と挟圧力比との関係を示すグラフであり、 (B)は速度比を動力損失との関係を示すグラフである。符号の説明

[0013] 1…駆動プーリ、 2…従動プーリ、 3···νベルト、 4…ディスク、

5…金属リング集合体 (ベルト）、 6…エレメント、 8…拡散層。

発明を実施するための最良の形態

[0014] 以下に本発明の好適な実施の形態を説明する。

Ζηは、高い摩擦係数と耐摩耗性を付与する成分であり、本発明の作用および効果を確実に得るために、拡散層の Ζηの含有量は 0. 5重量％以上であることが望ましく、 Sおよび Ρの含有量は、それぞれ 0. 4重量％および 0. 15重量％以上であることが望ましい。拡散層の Ζηの含有量が 15重量％を超えると、逆に摩擦係数が低下する。 Sおよび Ρは、拡散層に高い摩擦係数と耐摩耗性を付与するとともに、潤滑油の酸化を防止すると!/、う作用を有して、る。

[0015] 拡散層には、 Sおよび Ρの作用効果をさらに高める Caを 0. 15〜0. 4重量％含有すると好適である。この場合、潤滑油の基油となる鉱物油は、 Caスルホネート、 Caサリシレート、 Caフエネートの 1種または 2種以上を 300〜660ppm含むものを用いる。また、潤滑油に Caを含有することにより、 Caとともに Sおよび Pが拡散層に浸透し易くなるという重要な作用効果を得ることができる。すなわち、慣らし運転においては、 S および Pが拡散層に浸透するまでは高、摩擦係数と耐摩耗性が付与されて、なヽから、その間にエレメントおよびプーリが摩耗する可能性がある。したがって、 Sおよび P は可能な限り迅速に拡散層に浸透する必要があり、そのような作用効果を奏するのが Caである。

[0016] また、 Caと同等の効果がある Mgを 0. 1〜0. 4重量％含有すると好適である。この場合、 Mgは清浄剤として潤滑油に 200〜260ppm添加することができる。また、下記の元素を拡散層に含有することも好適な態様である。

N :Nを粘度調整剤および清浄剤として潤滑油に 0. 10〜0. 30重量％含有させる。 Zn：拡散層中の Znの含有量を調整するために、潤滑油に Znを 150〜400ppm含有させることがでさる。

B： Bを分散剤として潤滑油に 100〜350ppm含有させる。

[0017] 本発明の作用効果を長期に亘つて確実に得るために、拡散層の厚さは 0. 5 /z m以上であることが望ましい。拡散層を 50 mを超えて設けてもオーバースペックとなつて製造コストが割高となる。自動車の一般的な耐用年数 (走行距離)を考慮すると、拡散層の厚さは 5 μ m以下で充分である。

[0018] 拡散層に、 Ni、 Cr、 Mo、 Al、および Cの少なくとも 1種を総量で 1〜20重量％含有させるとさらに好適である。これらの元素は、摩擦係数をさらに高める作用効果を奏する。そのような作用効果を得るためには、上記元素を 1重量％以上含有させる必要があり、 20重量％を超えて含有してもそれ以上の作用効果の向上は望めない。上記元素と Znの化合物を電極として放電表面処理を行うことにより、上記元素を拡散層に含有させることができる。

[0019] 1.ベルト式無段変速機の構成

図 1および図 2は、本発明のベルト式無段変速機の好適な例を示すものである。これらの図において符号 1は駆動プーリ、 2は従動プーリであり、これら駆動プーリ 1および従動プーリ 2には Vベルト 3が卷回されている。駆動プーリ 1および従動プーリ 2は、それぞれ一対のディスク 4から構成され、ディスク 4は、断面 V字状の溝を形成するとともに互いに接近離間可能とされている。 Vベルト 3は、無端状の金属リングを複数枚積層した金属リング集合体 (ベルト） 5によって複数のエレメント 6を連結して構成されている。ディスク 4は、例えば SCM鋼のような合金鋼で構成され、エレメント 6は、例えば SKS鋼のような過共析炭素鋼力も構成される。また、エレメント 6のディスク 4に対する接触面 Xには、複数の溝 8aが形成され、溝 8aを含む接触面 Xの全体に Znと Fe の混合組織力もなる拡散層 8が形成されている。また、図 1に示すように、ディスク 4の中央部には、 Znと Feの混合組織力ゝらなる拡散層 8が形成されている。

[0020] この実施形態では、ディスク 4のうちの中央部にのみ拡散層 8を設けている。具体的には、駆動プーリ 1における速度比 (入力回転数 Z出力回転数）が 2. 2以上のデイスク 4の領域にのみ拡散層 8を設け、従動プーリ 2における速度比が 0. 7以下のデイスク 4の領域にのみ拡散層 8を形成している。これは、 V溝を有する駆動プーリ 1では、速度比が Low側のとき、特に、速度比が 2. 2以上のときにエレメント 6に対する挟圧力が非常に高くなるためである。また、 OD側では、速度比が 0. 7以下のときに従動プーリ 2とエレメント 6との間に発生する摩擦損失量が大きくなるからである。そして、そのような領域に拡散層 8を設けることにより、摩擦係数を高めて挟圧力を低減することがでさる。

[0021] あるいは、ディスク 4の使用頻度の高い領域にのみ拡散層 8を形成することもできる。図 3は、速度比の対数に対する使用頻度の関係を示すものである。図 3に示すように、使用頻度が高いのは図に斜線で示す Low側と OD側である。 Low側では、 - log( ratio)で 0. 21〜一 0. 37の範囲の使用頻度が高ぐこれを速度比に直すと 1. 61 〜2. 37である。また、 OD側では、 - log(ratio)で 0. 21〜一 0. 34の範囲の使用頻度が高ぐこれを速度比に直すと 0. 61〜0. 46である。したがって、そのような領域にのみ拡散層 8を設ければ経済的である。

[0022] 拡散層 8の表面粗さは RaO. 2〜Ral. 2であることが望ましぐその範囲であれば大きな摩擦係数を得ることができる。なお、表面粗さの下限値を RaO. 2としたのは、 Ra 0. 2においては、 Zn拡散層が非常に薄い状態となり潤滑状態が変化してしまうこと、また、未処理の母材面粗に近く μが変化しなくなるためである。また、拡散層の硬さを Hv700以上とすることにより摩擦係数を高めるとともに耐摩耗性を向上させることができる。ただし、硬さが Hvl 100を超えると、相手部材 (エレメント 6)に対する攻撃性が強くなり、相手部材の摩耗を促進する。

[0023] 拡散層 8の外周部には、表面粗さおよび Zまたは硬さが変化する拡散層が形成されている。すなわち、拡散層 8は、ディスク 4の素材よりも表面粗さおよび硬さが高い力拡散層では、外周側へ向かうに従って表面粗さおよび硬さが低くなり、その外周縁において素材の表面粗さまたは硬さと一致する。これにより、拡散層 8とその外側の素材の部分との間をエレメント 6が乗り移るときに衝撃が発生せず、各部材に過大な負荷力 Sかかるのを防止することができる。

[0024] 2.拡散層の形成方法

図 4は、放電表面処理を行う装置を示す側面図である。図中符号 10はエレメントまたはディスクの母材であり、 11は電極である。電極 11は、 Znまたは Znおよび他の金属の化合物または合金の粉末、そのような粉末と異種金属粉末との混合粉末を圧縮成形した圧粉体、あるいは、そのような圧粉体を焼結したものである。母材 10と電極 1 1は、石油系の加工液で満たされた加工槽に接近して対向配置され、電極 11を陰極、母材 10を陽極としてパルス電流が供給される。両者は殆ど接するくらいに接近しているので、互いに接触しないように位置の制御が行われる。電極 11および母材 10間にパルス電流が流れると両者の間で放電が生じ、放電で生じる熱により電極 11と母材 10は溶融および気化される。そして、静電気力や気化で生じる気流によって溶融した電極 11の粒子が母材 10の表面に運ばれ、そこで溶融した母材 10の表面に拡散する。こうして母材 10の表層部で母材 10と電極 11の粒子とが拡散融合し、 Znが拡散した拡散層 8が形成される。

[0025] 図 5の（A)は上記のようにして得られた拡散層 8の断面を示す EPMA写真であり、 ( B)はその断面における Feと Znの量を示す EPMA線分析結果である。これらの図に示すように、拡散層 8は、 4 m程度の厚さを有しており、その間で Znと Feの含有量がなだらかに変化している。このように、拡散層 8は、 PVDや CVD等の蒸着ゃメツキのように母材表面に付着するものとは異なり、母材金属に Znが拡散融合して形成されたものであるから、拡散層 8が母材 10から剥離するということはない。そして、そのような拡散層 8を有するベルト式無段変速機は、 Sおよび Pを含有する潤滑油を用いて運転されることにより、 Sおよび Pが拡散層 8に浸透して高い摩擦係数と耐摩耗性が付与される。なお、図 5のデータは、次に説明する実施例の試料 Z—1から得たものである。

実施例

[0026] 1.摺動試験

SCM420鋼カゝら縦： 14mm、横： 17mm、長さ： 70mmの角棒を切り出し、これを浸炭焼入れ後に焼戻して硬さを HRC58〜64に調整した試料を作製した。一方、平均粒径の Zn粉末を縦： 2mm、横： 16mm、長さ： 60mmの角板に成形し電極を作製した。この電極と上記試料とを図 4に示す放電表面処理装置に供給した灯油を主成分とする加工油内に浸し、両者に電流を供給して放電を行った。ピーク電流を 5 〜7Aの範囲で設定し、放電時間 0. 8〜8 μ s、放電と放電の休止間隔 2 μ sのパルス放電を行った。このようにして試料の上面に Znが拡散した拡散層を形成した。拡散層は、圧粉密度を変えて電極の抵抗を種々設定することにより、表面粗さ、硬さおよび Zn含有量が異なる複数の試料を形成した。表 1に各試料の放電条件、表面粗さ、硬さおよび Zn含有率を示す。 Zn含有率は EDS (Energy- Dispersive X- ray Spectrosc opy、日本電子社製、型式: JSM6460- LA)を用いて測定した。

[表 1]

一方、 SKS— 95鋼から直径 15mmの円柱状で下端部が曲率半径 18mmの凸曲面をなすピンを切り出し、このピンに焼入れ焼戻しを施して硬さを HRC60〜64に調整した。図 6に示すように、各試料の拡散層の上面にピンの下端面を 5kgfの荷重で押圧し、この状態で試料を 200cpmのサイクルで 50mm往復擅動させた。その際、拡散層の上面に、表 2に示す成分を含有する潤滑油を 5ccZmin滴下した。また、比較のために、拡散層を形成してヽな、試料 N— 1を用いた以外は全て上記と同じ条件で摺動試験を行った。

[表 2]

[0030] 図 6に示すように、試料およびピンを介在させる電気回路を構成し、試料 Z— 1およびピン間に 15mVの低電圧を印加して摺動試験中の分離電圧を測定した。そのときの DCアンプによる増幅率は 100である。なお、試料およびピンどうしの接触面以外の全ての面には絶縁処理を施した。分離電圧は、試料およびピンが金属接触した状態ではほぼゼロである力試料のピンとの接触面に Sおよび Pを含有する皮膜が形成されるにつれて上昇する。図 7に摺動試験開始力の時間と分離電圧との関係を示す。図 7に示すとおり、本発明例では摺動試験を開始して力僅か 1分程度で分離電圧が最高レベル近くまで上昇した。これは、潤滑油に Caおよび Mgを含むため、 Sおよび Pの拡散層への浸透が促進されたためである。潤滑油に含まれる Sおよび Pは、摺動試験を開始すると直ちに拡散層へ浸透し、拡散層の表層に Sおよび Pが拡散した皮膜を形成する。

[0031] これに対して、拡散層を形成していない比較例の試料 N— 1では、本発明例と同等の分離電圧に達するまでにほぼ 18分力かっている。したがって、比較例では、その間に試料 N— 1が摩耗する可能性がある。なお、比較例では本発明例と同等の分離電圧を示している力生成された皮膜は Feに Sおよび Pが拡散しただけのものであり、本発明例における皮膜とは異なるものである。したがって、本発明例のような高い摩擦係数と耐摩耗性を有するものではな、。

[0032] 2.面粗度と摩擦係数との関係

表 1に各試料の摩擦係数を併記する。また、摺動試験を行った試料の摺動面の表面粗さと摩擦係数との関係を調査した。その結果を図 8に示す。図 8に示すように、表面粗さ Raが 1. 2以下のときに摩擦係数）が 0. 062以上となった。一方、比較例（図 7に示す比較例と同じ試料 N—1)では、表面粗さ Raは 0. 2であるが、摩擦係数は 0. 06であり、本発明例よりも劣っていた。皮膜の表面には微細な凹凸が形成されており、凹の部分に油溜まりが生じて潤滑作用をなし、凸の部分が実際に相手部材と接触して摩擦力を生じる。本発明例では、凸の部分が高い摩擦係数を有する拡散層で形成されているから、表面粗さ Raが小さくなるに従って凸の部分の割合が増え、摩擦係数が増大する。

[0033] また、図 9に示すように、表面粗さ Rqが 0. 2〜0. 5のときに摩擦係数が 0. 062以上となった。図 10に示すように、 Rqが 0. 50を超えると、摩耗量が未処理材と同等かそれよりも多くなるため、上記範囲内が高、摩擦係数と耐摩耗性を得るため適切な範囲である。

[0034] 3.硬さと摩擦係数との関係

摺動試験を行った試料の摺動面の硬さと摩擦係数との関係を調査した。その結果を図 11に示す。図 11に示すように、硬さが高くなるに従って摩擦係数は増大し、硬さ力Hv700〜： Hvl lOOのときに摩擦係数（）力 SO. 062以上となった。図 11に示すように、硬さが Hvl250のときに摩擦抵抗が減少しているのは、相手部材 (ピン）に対する攻撃性が高まって互いの摩耗が進行したためである。

[0035] 4.耐摩耗性

表面粗さを RaO. 2〜Ral. 2、硬さを Hv700〜Hvl l00とした本発明例の試料と拡散層を設けていない比較例の試料により摺動試験を上記と同じ条件で 60分間行つた後、摺動面の摩耗量を測定した。その結果を図 12に示す。図 12に示すように、本発明例の試料の方が摩耗量は少な力つた。

[0036] 5. Znの含有量と摩擦係数

拡散層中の Znの含有量と摩擦係数との関係を調査した。その結果を図 13に示す。図 13に示すように、 Znの含有量が 0. 5〜15重量％の範囲では、摩擦係数は 0. 0 62以上である力 Znの含有量が 15重量％を超えると摩擦係数は低下した。

[0037] 6.拡散層の成分摺動試験後の拡散層を形成した試料 Z— 7に対して EPMA線分析装置（日本電子社製、型式: JOEL JXA— 8100)を用いて EPMA線分析を行った。その結果を図 1 4に示す。図 14に示すように、ピンと摺動した部分では、 Zn、 P、 Oのピークが増加している部分があり、そのピークが増加している部分に対応する Feの部分ではピークが減少している。このことから、ピンと摺動した部分にリン酸亜鉛皮膜が生成されていることが確認された。また、図 14 (A)力も判るように、ピンと摺動した部分と摺動しなかつた部分、における Zn量を比較すると、摺動部において高いピークがあり、摺動によつては Znの減少は見られなかった。

[0038] 摺動試験後の拡散層を形成した試料 Z— 16に対して分析装置 (ULVAC PHI社製、型式; TRIFT—2)を用いて TOF— SIMS分析を行った。その結果を図 15に示す。 TOF— SIMS分析は、試料表面に Ga+イオンを照射して試料表面の元素の二次イオンを飛散させ、二次イオンの質量に起因する飛散時間から元素を同定するとともにイオン数を計数する分析方法である。この分析方法では、試料面に対してマツピングされた画像にイオン数に応じた輝度の輝点が生じ、輝度の高さとイオン数の量で元素の量を特定する。図 15に示すように、摺動面には Zn、 Sおよび SOの分布が見

3

られ、 ZnSや ZnSOの存在が確認された。したがって、上記のリン酸亜鉛と ZnSや Z

3

nSO

3の混合皮膜の存在により、高い摩擦係数と耐摩耗性を有することが確認された

[0039] 高ヽ摩擦係数と耐摩耗性を示した試料 Z— 1に対して、摺動部の Zn皮膜中に含まれる P, S, Ca, Mgの定量分析を行った。 P, Ca, Mgの定量分析には高周波誘導結合プラズマ質量分析法 (使用機器: FI Elemental社製、型式； Plasma Trace2) を用い、 Sの定量分析には還元蒸留装置（日本分光社製、型式: UNIDEC— 300) を用い、 JISの還元蒸留ーメチレンブルー吸光光度法に準じて行った。試験には、表 3に示す成分力もなる潤滑油 A, Bを用いた。摺動部分に硝酸溶液 0. 5ml (純水 9 : 硝酸 1)を滴下し、摺動部分の Zn拡散層を約 3分間酸分解し、分解溶液中の含有物質を定量分析した。その結果を表 4に示す。表 4に示すように、放電表面処理によつて得られた Zn拡散層の摺動部に含まれる Zn重量に対して、概ね、 Pは 0. 15〜2. 0 重量⁰ /₀、 Siま 0. 4〜6. 0重量⁰ /₀、 Caiま 0. 15〜0. 5重量⁰ /₀, Mgiま 0. 1〜0. 4重量 %存在していることが確認された。これら拡散層の含有物質の範囲内において、高い摩擦係数と耐摩耗性を有することが確認された。

[0040] [表 3]

合

[0041] [表 4]

[0042] 7.拡散層に Crを含有した例

電極として Znおよび Crの化合物の粉末を成形した圧粉体を用いた以外は上記と同様にして、 Feに Znおよび Cr Cが拡散した拡散層を有する試料 (ZC— 17, ZC—

3 2

21)を作製した。この試料に対して上記と同じ条件で摺動試験を行った。その結果を図 16に示す。図 16から判るように、 Znと Cr Cによる拡散層を形成することにより、約

3 2

0. 066という高い摩擦係数を得ることができた。

[0043] 8.潤滑油に Caおよび Mgを含まない例

Sおよび Pのみを含有する潤滑油を用いて上記と同じ条件で摺動試験を行った。その結果を図 17に示す。また、比較のために Caおよび Mg等を含む潤滑油を用いて摺動試験を行った結果（図 7のプロット）を図 17に併記する。図 17に示すように、潤滑油に Caおよび Mg等を含まない場合には、拡散層へ Sおよび Pが浸透して皮膜を形成するのに時間が力かることが確認された。

[0044] 9.実機試験

図 1および図 2に示すベルト式無段変速機を製造し、表 2に示す成分を含む潤滑油を用いて運転を行ってその際の挟圧力比と動力損失を測定した。なお、挟圧力比は

、拡散層を有しないプーリを用いたベルト式無段変速機における挟圧力を 1とし、それに対する本発明のベルト式無段変速機の挟圧力の比である。速度比 (-log(rati₀)) に対する挟圧力比および動力損失を図 18に示す。

[0045] 速度比が 2. 2以上の Low側で挟圧力が非常に高くなり、プーリの表面に段付き摩耗が生じることがあるが、図 18 (A)に示すように、本発明のベルト式無段変速機では、拡散層によって高い摩擦係数が得られているため、特に Low側における挟圧力が大幅に低減されている。また、図 18 (B)に示すように、本発明のベルト式無段変速機では、 Low側と OD側において動力損失が軽減されている。具体的には、速度比が 0 . 65以下の範囲と速度比が 2. 0以上の範囲である。

[0046] なお、上記実施例は、拡散層をプーリのみに設けた例である力エレメントのみ、あるいは両方に設けても同等の作用効果を得ることができる。エレメントに拡散層を形成する場合には、拡散層を形成した後に潤滑油を保持するための微小な溝を機械加工にて形成することができる。また、拡散層に Sおよび Pを浸透させる方法としては、実機で運転する方法に限られるものではなぐ例えば潤滑油に浸漬したエレメントどうしを互いに擦り合わせるなど任意の方法を採用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 断面 V字状の溝を有し該溝の幅を変更可能な一対のプーリに、複数のエレメントをベルトで連結してなる Vベルトを卷回したベルト式無段変速機にぉヽて、前記プーリおよびエレメントどうしの接触面の少なくとも一方に、前記プーリおよびエレメントの金属製素材表層に Znが拡散した拡散層を設け、この拡散層に、 Sおよび Pを含有させたことを特徴とするベルト式無段変速機。

[2] 前記エレメントの前記プーリとの接触面に、潤滑油を保持するための複数の溝を設け、この溝と前記接触面の金属製素材表層に、 Znが拡散した拡散層を設け、この拡散層に、 Sおよび Pを含有させたことを特徴とする請求項 1に記載のベルト式無段変速機。

[3] 前記拡散層の Znの含有量は 0. 5〜15重量％であることを特徴とする請求項 1または 2に記載のベルト式無段変速機。

[4] 前記 Sおよび Pの含有量は、それぞれ 0. 4〜6. 0重量％、 0. 15〜2. 0重量％であることを特徴とする請求項 1〜3のいずれかに記載のベルト式無段変速機。

[5] 前記拡散層は、 Ca : 0. 15-0. 5重量％および/または Mg : 0. 1〜0. 4重量％含有することを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載のベルト式無段変速機。

[6] 前記拡散層の厚さは 1〜50 mであることを特徴とする請求項 1〜5のいずれか記載のベルト式無段変速機。

[7] 前記拡散層に、 Ni、 Cr、 Mo、 Al、および Cの少なくとも 1種を総量で 1〜20重量％含有させたことを特徴とする請求項 1〜6のいずれかに記載のベルト式無段変速機。

[8] 前記プーリは、駆動プーリと従動プーリとからなり、前記駆動プーリにおける速度比が 2. 2以上の溝の領域にのみ前記拡散層を設け、前記従動プーリにおける速度比が 0. 7以下の溝の領域にのみ前記拡散層を設けたことを特徴とする請求項 1〜7の

V、ずれかに記載のベルト式無段変速機。

[9] 前記拡散層の表面粗さは RaO. 2〜Ral. 2および RqO. 2〜RqO. 5であることを特徴とする請求項 1〜8のいずれかに記載のベルト式無段変速機。

[10] 前記拡散層の硬さは Hv700〜Hvl l00であることを特徴とする請求項 1〜9のいずれかに記載のベルト式無段変速機。

[11] 前記拡散層の外周部に、表面粗さまたは硬さが前記拡散層の外周縁において前記金属製素材の表面粗さまたは硬さと一致するように外周側へ向けて変化する拡散層を設けたことを特徴とする請求項 8および 9または請求項 8および 10に記載のベルト式無段変速機。

[12] 断面 V字状の溝を有し該溝の幅を変更可能な一対のプーリに、複数のエレメントをベルトで連結してなる Vベルトを卷回したベルト式無段変速機の運転方法において、前記プーリおよびエレメントどうしの接触面の少なくとも一方に、前記プーリおよびェレメントの金属製素材表層に Znが拡散した拡散層を設け、前記ベルト式無段変速機を、 S : 0. 06〜0. 30重量％および P : 100〜600ppm含有する潤滑油と接触させながら運転することを特徴とするベルト式無段変速機の運転方法。