WO2015008692A1 - 無段変速機用ベルト - Google Patents

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WO2015008692A1
WO2015008692A1 PCT/JP2014/068425 JP2014068425W WO2015008692A1 WO 2015008692 A1 WO2015008692 A1 WO 2015008692A1 JP 2014068425 W JP2014068425 W JP 2014068425W WO 2015008692 A1 WO2015008692 A1 WO 2015008692A1
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WO
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layer
metal
friction coefficient
metal ring
belt
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/068425
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English (en)
French (fr)
Inventor
大起 安藤
矢ケ崎　徹
Original Assignee
本田技研工業株式会社
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Filing date
Publication date
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Priority to JP2015527274A priority patent/JPWO2015008692A1/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16G—BELTS, CABLES, OR ROPES, PREDOMINANTLY USED FOR DRIVING PURPOSES; CHAINS; FITTINGS PREDOMINANTLY USED THEREFOR
    • F16G5/00—V-belts, i.e. belts of tapered cross-section
    • F16G5/16—V-belts, i.e. belts of tapered cross-section consisting of several parts

Definitions

  • the present invention relates to a continuously variable transmission belt in which a plurality of metal elements are supported on a metal ring assembly in which a plurality of metal rings are stacked in order to transmit a driving force between a drive pulley and a driven pulley.
  • DLC Diamond-like Carbon: Diamond-like Carbon having a granular protrusion shape on a metal member having a predetermined surface roughness
  • a high speed sliding member coated with a membrane is described.
  • Patent Document 2 as a continuously variable transmission belt for improving the durability of a metal ring, there is a continuously variable transmission belt in which a mountain-like protruding portion is formed on the inner circumferential surface of the innermost circumferential metal ring. Have been described.
  • the average contact width of the projections measured in the direction perpendicular to the traveling direction should be a predetermined size. Can prevent the occurrence of cracks.
  • Patent No. 4918972 gazette Patent No. 4078126
  • the present invention has been made in view of the above-described points, and an object thereof is to provide a continuously variable transmission belt capable of achieving both reduction in friction resistance of a metal ring and improvement in durability. is there.
  • a belt for a continuously variable transmission is a metal in which a plurality of metal rings (33) are laminated in order to transmit a driving force between a driving pulley (6) and a driven pulley (11).
  • a continuously variable transmission belt supporting a plurality of metal elements (32) on a ring assembly (31), the plurality of protrusions (38a) formed on the surface (33a) of the metal ring (33) And a plurality of valleys (38b) formed between the plurality of protrusions (38a) and the uneven surface (38) having a plurality of valleys (38b), and the valleys (38b) in the uneven surface (38) It is characterized in that a low friction coefficient layer (51) having a coefficient lower than that of the surface of the projection (38a) is formed. Further, in this continuously variable transmission belt, the uneven surface (38) has a structure in which a plurality of mountain-like projections (38a) extending in a diagonal direction with respect to the traveling direction of the metal ring (33) It may be.
  • the friction coefficient of the surface of the metal ring can be suppressed low by the low friction coefficient layer formed in the valley portion of the uneven surface of the metal ring.
  • the frictional resistance due to the sliding between the metal ring and the metal element can be reduced.
  • the average contact width in the left-right direction (width direction) of the protrusions after initial wear is By setting in such a manner, it is possible to prevent the depthwise development of the pitching that has occurred on the top of the projection when the projection is initially worn.
  • the uneven surface (38) is at least the innermost metal ring (33) of the plurality of metal rings (33) constituting the metal ring assembly (31). It is good to form in a surrounding surface (33a).
  • the frictional resistance generated at the contact point between the metal ring and the inner peripheral surface of the metal ring at the innermost periphery is the largest as the frictional resistance due to differential rotation between members generated internally.
  • the uneven surface is formed on the inner circumferential surface of the innermost metal ring, and the low friction coefficient layer is formed on the valley portion of the uneven surface.
  • the coefficient of friction of the inner circumferential surface of can be kept low. As a result, the frictional resistance generated between the metal ring assembly and the metal element can be reduced, so that the power transmission efficiency (belt efficiency) of the continuously variable transmission belt can be improved. Therefore, it is possible to provide a high-strength, high-efficiency continuously variable transmission belt.
  • a nitrided layer (52) be formed as an underlayer of the low friction coefficient layer (51).
  • the low friction coefficient layer (51) can be a fluorinated layer (51a).
  • the low friction coefficient layer according to the present invention can be formed. Therefore, since it is not necessary to add facilities and change processes necessary for fluorination treatment to form a low friction coefficient layer, a metal ring having a low friction coefficient layer and a continuously variable transmission provided with the same It is possible to avoid an increase in the manufacturing cost of the belt.
  • the fluorination treatment if the fluorination treatment layer is replaced with the nitriding treatment layer if the fluorination treatment is performed before the nitriding treatment, the fluorination treatment is performed by performing the surface treatment by the fluorination treatment after the nitriding treatment.
  • the fluorination treatment layer can be reliably formed without the layer replacing the nitriding treatment layer. Therefore, by performing the fluorination treatment after the nitriding treatment, it is possible to form a fluorination treatment layer capable of effectively reducing the friction coefficient of the metal ring in the valley portion of the uneven surface.
  • the low friction coefficient layer (51) may be a layer (51b) made of a DLC (Diamond-like Carbon) film.
  • the friction coefficient of the metal ring can be effectively reduced by forming a layer made of a DLC film excellent in surface slidability as a low friction coefficient layer in the valley portion of the uneven surface of the metal ring.
  • the reference numerals in the parentheses above indicate the reference numerals of the constituent elements in the embodiments described later as an example of the present invention.
  • the belt for continuously variable transmission it is possible to achieve both the reduction of the friction coefficient of the metal ring and the improvement of the durability, thereby providing a high strength and highly efficient belt for continuously variable transmission. it can.
  • FIG. 1 is a skeleton diagram of a power transmission system of a vehicle equipped with a metal belt type continuously variable transmission according to an embodiment of the present invention. It is a fragmentary perspective view showing a part of metal belt. It is a perspective view which shows the metal ring of innermost periphery.
  • FIG. 4A is a plan view of the uneven surface (as viewed from the arrow Y in FIG. 3), and FIG. 4B is a side sectional view of the uneven surface, showing the uneven surface and the low friction coefficient layer formed on the inner circumferential surface of the metal ring. (Z-Z sectional view in FIG. 4A).
  • FIG. 7A is a view for explaining the boundary film
  • FIG. 7A is a view showing a case where the boundary film is of one type
  • FIG. 7B is a view showing a case where the boundary film is of two types.
  • FIG. 1 is a skeleton diagram of a power transmission system of a vehicle equipped with a metal belt type continuously variable transmission according to an embodiment of the present invention.
  • the input shaft 3 connected to the crankshaft 1 of the engine E via the damper 2 is a metal belt via the starting clutch 4. It is connected to the drive shaft 5 of the continuously variable transmission T.
  • the drive pulley (drive pulley) 6 provided on the drive shaft 5 includes a stationary pulley half 7 fixed to the drive shaft 5 and a movable pulley half that can move in and out of the stationary pulley half 7.
  • the movable pulley half 8 is urged toward the fixed pulley half 7 by the hydraulic pressure acting on the oil chamber 9.
  • a driven pulley (a driven pulley) 11 provided on a driven shaft 10 disposed parallel to the drive shaft 5 is a stationary pulley half 12 fixed to the driven shaft 10 and the stationary pulley half 12.
  • the movable pulley half 13 is movable toward the fixed pulley half 12 by the hydraulic pressure acting on the oil chamber 14.
  • a metal belt 15 (see FIG. 2) formed by supporting a large number of metal elements 32 is wound around a pair of left and right metal ring assemblies 31 and 31.
  • Each metal ring assembly 31 is formed by laminating twelve metal rings 33.
  • the number of stacked metal rings 33 is not limited to twelve.
  • a drive gear 16 for forward movement and a drive gear 17 for reverse movement are relatively rotatably supported by the driven shaft 10, and the drive gear 16 for forward movement and the drive gear 17 for reverse are selectively connected to the driven shaft 10 by a selector 18. It is possible to combine.
  • An output shaft 19 disposed parallel to the driven shaft 10 includes a forward driven gear 20 meshing with the forward drive gear 16 and a reverse driven gear 22 meshing with the reverse drive gear 17 via the reverse idle gear 21. Is fixed.
  • the rotation of the output shaft 19 is input to the differential 25 via the final drive gear 23 and the final driven gear 24 and transmitted therefrom to the drive wheels Wr, Wr via the left and right axles 26, 26.
  • the driving force of the engine E is transmitted to the driven shaft 10 through the crankshaft 1, the damper 2, the input shaft 3, the starting clutch 4, the drive shaft 5, the drive pulley 6, the metal belt 15 and the driven pulley 11. Ru.
  • the driving force of the driven shaft 10 is transmitted to the output shaft 19 via the forward drive gear 16 and the forward driven gear 20 to drive the vehicle forward.
  • the driving force of the driven shaft 10 is transmitted to the output shaft 19 via the reverse drive gear 17, reverse idle gear 21 and reverse driven gear 22 to cause the vehicle to reverse.
  • the hydraulic pressure acting on the oil chamber 9 of the drive pulley 6 of the metal belt type continuously variable transmission T and the oil chamber 14 of the driven pulley 11 is controlled by the hydraulic control unit U2 operated by a command from the electronic control unit U1.
  • the transmission ratio is adjusted steplessly. That is, if the oil pressure acting on the oil chamber 14 of the driven pulley 11 is increased relative to the oil pressure acting on the oil chamber 9 of the drive pulley 6, the groove width of the driven pulley 11 decreases and the effective radius increases. Since the groove width of the drive pulley 6 increases and the effective radius decreases accordingly, the transmission ratio of the metal belt type continuously variable transmission T changes steplessly toward LOW.
  • the groove width of the drive pulley 6 decreases and the effective radius increases. Since the groove width of the driven pulley 11 is increased and the effective radius is reduced accordingly, the transmission ratio of the metal belt type continuously variable transmission T changes steplessly toward OD.
  • FIG. 2 is a partial perspective view showing a part of the metal belt 15.
  • the definitions of the longitudinal direction, the lateral direction, and the radial direction of the metal element 32 used in the present embodiment are shown in FIG.
  • the radial direction is defined as the radial direction of the pulleys 6 and 11 (see FIG. 1) with which the metal element 32 abuts, and the side closer to the rotation shaft (drive shaft 5 or driven shaft 10) of the pulleys 6 and 11 is radial direction
  • the inner side, the side remote from the rotation axis of the pulleys 6, 11 is the radially outer side.
  • the left-right direction is defined as the direction along the rotation axis of the pulleys 6 and 11 with which the metal element 32 abuts
  • the front-rear direction is defined as the direction along the traveling direction of the metal element 32 during forward travel of the vehicle.
  • the metal element 32 punched out of a metal plate material is positioned between the substantially trapezoidal element main body 34 and the pair of left and right ring slots 35 and 35 in which the metal ring assembly 31 is fitted. And a generally triangular ear 37 connected to the top of the element body 34 via the neck 36.
  • a pair of pulley contact surfaces 39, 39 that can contact the drive pulley 6 and the V surfaces 6a, 11a of the driven pulley 11 are formed at both end portions in the left-right direction of the element main body 34.
  • main surfaces 40 abutting each other are respectively formed on the front side and the rear side in the advancing direction of the metal element 32, and on the lower side of the main surface 40 on the front side in the advancing direction 42 are formed.
  • a convex portion 43f and a concave portion (not shown) which can be fitted to each other are formed on the front and rear surfaces of the ear portion 37.
  • saddle surfaces 44, 44 for supporting the inner peripheral surface of the metal ring assembly 31, 31 (inner peripheral surface 33a of the innermost metal ring 33) are formed at the lower edge of the left and right ring slots 35, 35. .
  • FIG. 3 is a perspective view showing the inner peripheral surface 33a of the innermost metal ring 33
  • FIG. 4 is the uneven surface 38 and the low friction coefficient layer 51 formed on the inner peripheral surface 33a of the innermost metal ring 33
  • FIG. 4A is a plan view
  • FIG. 4B is a side sectional view.
  • the uneven surface 38 which consists of several protrusion part 38a and valley part 38b is formed in the inner peripheral surface 33a of the metal ring 33 of innermost periphery.
  • the concavo-convex surface 38 has a structure in which a plurality of mountain-shaped projections 38a extending in a direction oblique to the traveling direction of the metal ring 33 intersect in a mesh shape, and between the projections 38a, compared to the projection 38a. Low valleys 38b are formed. Further, in the uneven surface 38, at least a part of the plurality of protruding portions 38a intersect with a plurality of mountain-shaped protruding portions 38a which are separated in the direction perpendicular to the traveling direction of the metal ring 33 and each linearly extends. It is arranged like. Thus, the whole of the projecting portion 38 a formed on the uneven surface 38 is formed in a mesh shape (mesh shape).
  • the metal ring 33 is curved at a portion wound around the drive pulley 6 and the driven pulley 11, and linearly extended at a portion of a chord between the drive pulley 6 and the driven pulley 11. Therefore, a crack is likely to be generated in the vicinity of the tip of the protrusion 38a where the bending stress amplitude is the highest, and the crack generation direction and the growth direction become the left and right direction (the direction orthogonal to the traveling direction of the metal ring 33). In particular, at the intersection of two substantially orthogonal protrusions 38a and 33a, the width of the protrusions 38a and 33a when measured in the traveling direction is wide, so that the lubricity is reduced and cracks easily occur. Become.
  • the average contact width w in the left-right direction of the protrusion 38a after the initial wear is made equal to or less than a predetermined dimension, the occurrence of a crack can be prevented.
  • the reason is that even if pitching occurs on the top of the narrow protrusion 38a, the pitching does not extend in the depth direction because the width of the top of the protrusion 38a is narrow, and as a result, the shallow pitching does not extend to the metal element 32. This is because it is scraped off by contact with the saddle surface 44 and disappears.
  • the width of the projecting portion 38a measured in the direction perpendicular to the traveling direction of the metal ring 33 is narrowed, the width of the projecting portion 38a measured in the traveling direction is also narrowed, so oil film breakage at the top of the projecting portion 38a is difficult to occur. Crack generation itself can be prevented.
  • the metal ring 33 and the metal element 32 become familiar with each other, and the average hertz surface pressure decreases to make it difficult to generate pitching.
  • the top of the projection 38a is worn and the surface roughness is extremely improved, so that the lubricity is improved and the progress of further abrasion is stopped.
  • the dimension and shape of the protrusion 38 a is set such that the average contact width w in the left-right direction of the protrusion 38 a after the initial wear is equal to or less than a predetermined dimension (preferably 16 ⁇ m).
  • FIG. 5 is a view for explaining the frictional force due to the differential rotation generated between the adjacent metal rings 33 or between the innermost metal ring 33 and the metal element 32, and a cross section of the metal ring 33 and the metal elements 32. It is a figure (XX arrow sectional drawing of FIG. 2). As shown in the figure, when the metal belt 15 is curved, a plurality of metal rings 33 forming the ring assembly 31 on the outer diameter side (radially outside) of the pitch line (line passing through the locking edge 41) L.
  • Differential rotation (slip due to peripheral speed difference) between the adjacent metal rings 33 or between the inner peripheral surface 33a of the innermost metal ring 33 and the saddle surface 44 of the metal element 32 opposed thereto, and A frictional force corresponding to the differential rotation is generated.
  • This differential rotation occurs as a differential rotation of an amount corresponding to the distance from the pitch line L.
  • the frictional force due to the differential rotation generated between the adjacent metal rings 33 is f, and it is between the inner circumferential surface 33 a of the innermost circumferential metal ring 33 and the saddle surface 44 of the opposing metallic element 32.
  • the frictional force due to the resulting differential rotation is F.
  • the surface treatment of the surface of the metal ring 33 is performed to reduce the coefficient of friction.
  • a low friction coefficient layer 51 having a friction coefficient lower than that of the surface of the protruding portion 38a is formed on the surface of the valley portion 38b in the uneven surface 38 formed on the inner circumferential surface 33a of the metal ring 33 ing.
  • the low friction coefficient layer 51 can be a fluorination treatment layer 51a described later or a layer 51b made of a DLC film.
  • the boundary layer (boundary film) of the metal ring 33 and the metal element 32 is a double layer (two kinds of boundary films) of the low friction coefficient layer 51 and the layer on the surface of the projecting portion 38a (high friction coefficient layer). It is configured to be).
  • FIG. 6 is a view schematically showing a true contact surface by the boundary film between the inner peripheral surface 33a of the innermost metal ring 33 and the saddle surface 44 of the metal element 32 opposed thereto.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the boundary film, and FIG. 7A is a diagram showing the case where the boundary film is one type, and FIG. 7B is a diagram showing the case where the boundary film is two types.
  • the friction of the metal ring 33 when the boundary film between the inner circumferential surface 33a of the innermost metal ring 33 and the saddle surface 44 of the metal element 32 is only one kind of boundary film M.
  • the coefficient ⁇ 1 is expressed by the following (Expression 1).
  • friction force F
  • vertical load W
  • true contact area of boundary film M Ar
  • shear strength of boundary film M s.
  • the friction coefficient ⁇ 1 of the metal ring 33 is F (frictional force) / W (vertical load), and the frictional force F in this case is Ar (real contact area) ⁇ s (the boundary film M generated by sliding) Shear strength).
  • the boundary film (boundary lubricating film) has a different film structure depending on the sliding oil material including the additive of the working oil and the surface treatment, so the shear strength is also different.
  • the friction coefficient ⁇ 1 of the metal ring 33 in the case where the boundary film is only one kind of boundary film M depends on the shear strength s of the boundary lubricating film generated by sliding. It will be done.
  • the life also depends on the surface treatment of the surface on which the boundary lubricating film is formed, and the surface treatment with a low friction coefficient is not necessarily a long life, and it is necessary to achieve both a low friction coefficient and a long life It will be difficult.
  • the boundary film between the inner circumferential surface 33a of the innermost metal ring 33 and the saddle surface 44 of the metal element 32 is the first boundary film M1 and the second boundary
  • the friction coefficient ⁇ 2 of the metal ring 33 in the case of two types of films M2 is represented by the following (Expression 2).
  • the friction coefficient ⁇ 2 in the case of two types of boundary films is the sum of the two types of friction coefficients, and the ratio of the two types of friction coefficients is the true contact area of each boundary film M1, M2. It depends on the ratio of Ar1 and Ar2. Therefore, by providing two types of boundary layers, ie, the boundary layer formed on the surface of the protrusion 38a that can prevent the occurrence of cracks, and the boundary layer by surface treatment having a low coefficient of friction, the coefficient of friction on the surface can be reduced. It is possible to achieve a long life.
  • the boundary layer (boundary film) between the metal ring 33 and the metal element 32 is the low friction coefficient layer 51 and the layer on the surface of the protruding portion 38a (high friction coefficient layer) Of two layers (two types of boundary films).
  • FIG. 8 is a view for explaining the process of surface treatment for forming the low friction coefficient layer 51 described above.
  • the low friction coefficient layer 51 is formed on the inner circumferential surface 33 a of the innermost metal ring 33 among the plurality of metal rings 33 constituting the metal ring assembly 31 .
  • a mesh-like (mesh-like) uneven surface comprising a plurality of projections 38a and valleys 38b on the inner circumferential surface 33a of the metal ring 33.
  • a shape corresponding to the uneven surface 38 is formed in advance on the surface (pressing surface) of the rolling roller for rolling the metal ring 33
  • the uneven surface 38 is formed on the inner circumferential surface 33 a of the metal ring 33 by rolling the metal ring 33 with a rolling roller.
  • the surface of the metal ring 33 is nitrided before the low friction coefficient layer 51 is formed, whereby a nitrided layer 52 is formed as a base layer of the low friction coefficient layer 51 as shown in FIG. 8B.
  • the metal ring 33 is subjected to surface treatment for forming the low friction coefficient layer 51, whereby the low friction coefficient layer 51 is formed on the surfaces of the projecting portion 38a and the valley portion 38b as shown in FIG. 8C.
  • the low friction coefficient layer 51 can be a fluorinated layer 51 a formed by fluorination treatment of the metal ring 33.
  • the fluorination treatment layer 51a can be formed by exposing the metal ring 33 after the nitriding treatment to an atmosphere such as a fluorine source gas.
  • the low friction coefficient layer 51 may also be a layer 51 b made of a DLC film.
  • the layer 51b made of a DLC film can be formed by various known methods, and either chemical vapor deposition (CVD method) or physical vapor deposition (PVD method) can be used. Alternatively, they may be formed by a method combining the CVD method and the PVD method. In the case of the CVD method, thermal CVD, plasma CVD, etc. are possible. Further, in the case of the PVD method, ion plating, sputtering method and the like are possible.
  • the surface of the low friction coefficient layer 51 is worn by sliding with another member and the surface is the same as the surface of the projection 38a. Align to the height. Thereby, as shown to FIG. 8E, the low friction coefficient layer 51 of the surface of the protrusion part 38a is removed, and it will be in the state in which the low friction coefficient layer 51 was formed only in the valley part 38b of the uneven surface 38.
  • the low friction coefficient layer 51 of the protrusion 38 a may not be completely removed in this step.
  • the low friction coefficient layer 51 is worn by sliding to align its surface at the same height position as the surface of the projecting portion 38a. It is desirable that the film thickness be equal to or less than the thickness dimension of the uneven surface 33 (mesh surface) (the height dimension of the projecting portion 38 a with respect to the valley portion 38 b). However, other than that, the film thickness of the low friction coefficient layer 51 is made thicker than the thickness dimension of the concavo-convex surface 33, and the low friction coefficient rises higher than the projecting portion 38a in the process of using the metal belt 15.
  • the layer 51 may be worn by sliding and the surface of the low friction coefficient layer 51 may be equal to or less than the thickness of the uneven surface 33. However, in this case, it is necessary to prevent the low friction coefficient layer 51 formed in the valley portion 38b from peeling off by sliding.
  • the surface treatment by fluorination treatment is performed after nitriding treatment, in the case of fluorination treatment, if the fluorination treatment is performed before nitriding treatment, the fluorination treatment layer is replaced with the nitriding treatment layer It is.
  • the fluorination treatment after the nitriding treatment instead of the fluorination treatment as the pretreatment of the nitriding treatment in the nitriding treatment, it is possible to form a fluoride layer capable of reducing the friction coefficient in the valley portion 38 b.
  • the low friction coefficient layer 51 is the layer 51b made of a DLC film
  • the DLC film is formed before the nitriding treatment, the penetration of nitrogen into the base material at the time of the nitriding treatment is hindered or the nitriding treatment is carried out. The heat of this may cause the DLC film to deteriorate.
  • the fluorination treatment layer 51a is selected as the low friction coefficient layer 51, the fluorination treatment is performed again as a process after the fluoridation treatment. Therefore, since it is not necessary to add new facilities and change processes for fluorination, an increase in the manufacturing cost of the metal ring 33 and the metal belt 15 can be avoided.
  • FIG. 9 is a graph showing a comparison of the power transmission efficiency (belt efficiency) of the metal belt 15 with and without the fluorinated layer 51a.
  • the horizontal axis indicates the torque ratio of the metal belt type continuously variable transmission T
  • the vertical axis indicates the power transmission efficiency (belt efficiency) of the metal belt 15.
  • the torque ratio indicates the ratio of the current input torque to the maximum torque that can be transmitted to the metal belt continuously variable transmission T.
  • the power transmission efficiency of the metal belt 15 in which the fluorination treatment layer 51a is formed as the low friction coefficient layer 51 is indicated by a solid line
  • the power transmission efficiency of the metal belt 15 in which the fluorination treatment layer 51a is not formed is indicated by a dotted line.
  • the frictional resistance is lower than that in the metal belt 15 in which the fluorination treatment layer 51a is not formed. Power transmission efficiency is higher.
  • FIG. 10 is a graph showing a comparison of the friction coefficients of the V surfaces 6a and 11a of the pulleys 6 and 11 with and without the fluorinated layer 51a.
  • the coefficient of friction between the pulley contact surface 39 of the metal element 32 and the V surfaces 6a and 11a of the pulleys 6 and 11 is desirably desirably a high coefficient of friction in nature
  • the fluorination treatment layer 51a is formed as a surface treatment for reducing the friction coefficient of the metal ring 33
  • the pulley contact surface 39 of the metal element 32 and the pulleys 6, 11 The coefficient of friction between the V surfaces 6a and 11a is hardly affected.
  • the friction of the metal ring 33 is maintained while maintaining the performance required for the metal belt type continuously variable transmission T. By reducing the resistance, high efficiency can be achieved.
  • FIG. 11 is a graph showing the power transmission efficiency (belt efficiency) of the metal belt 15 with and without the layer 51b of DLC film.
  • the horizontal axis indicates the torque ratio of the metal belt type continuously variable transmission T
  • the vertical axis indicates the power transmission efficiency (belt efficiency) of the metal belt 15.
  • the power transmission efficiency of the metal belt 15 in which the layer 51b of DLC film is formed as the low friction coefficient layer 51 is indicated by a solid line
  • the power transmission efficiency of the metal belt 15 in which the layer 51b of DLC film is not formed is indicated by a dotted line. It shows.
  • the frictional resistance of the metal belt 15 is reduced as compared with the case where the layer 51b made of DLC film is not present.
  • the power transmission efficiency of the metal belt 15 becomes high.
  • the metal ring is formed by the low friction coefficient layer 51 formed in the valley portion 38 b of the uneven surface 38 of the metal ring 33. Since the coefficient of friction 33 can be kept low, the frictional resistance due to the sliding between the metal rings 33 or between the metal ring 33 and the metal element 32 can be reduced. Moreover, by forming the uneven surface 51 having the plurality of protrusions 38a and the plurality of valleys 38b on the surface of the metal ring 33, the average contact in the left-right direction (width direction) of the protrusions 38a after initial wear is obtained.
  • the width w By setting the width w to a predetermined dimension, it is possible to prevent the depthwise development of the pitching produced at the top of the projection 38a when the projection 38a is initially worn. As a result, it is possible to prevent the occurrence of a crack in the protruding portion 38 a and to improve the durability of the metal ring 33. Accordingly, it is possible to achieve both the improvement of the durability of the metal ring 33 and the reduction of the frictional resistance, and it is possible to provide a metal belt for a continuously variable transmission which has high strength and high efficiency (high transmission efficiency).
  • the frictional resistance generated at the contact point between the inner peripheral surface 33a of the innermost metal ring 33 and the metal element 32 is the largest as the frictional resistance due to differential rotation between members generated inside.
  • the uneven surface 38 is formed on the inner circumferential surface 33a of the innermost metal ring 33 among the plurality of metal rings 33, and the valley 38b of the uneven surface 38 is low.
  • the fluorination treatment layer 51a formed by the fluorination treatment as the low friction coefficient layer 51 for reducing the friction coefficient of the metal ring 33, it is again performed as a post-process of the nitridation treatment after the fluorination treatment in the nitriding treatment.
  • the low friction coefficient layer 51 of the present embodiment can be formed by performing the fluorination treatment of Therefore, the manufacturing cost of the metal ring 33 and the metal belt 15 on which the low friction coefficient layer 51 is formed can be eliminated because there is no need to add equipment or change the process necessary for the fluorination treatment to form the low friction coefficient layer 51. You can avoid the rise of In addition, the manufacturing costs of the metal belt continuously variable transmission T and the vehicle can be reduced.
  • the fluorination treatment if the fluorination treatment layer is replaced with the nitriding treatment layer if the fluorination treatment is performed before the nitriding treatment, the fluorination treatment is performed by performing the surface treatment by the fluorination treatment after the nitriding treatment.
  • the fluorination treatment layer can be reliably formed without the layer replacing the nitriding treatment layer. Therefore, by performing the fluorination treatment after the nitriding treatment, it is possible to form the fluorination treatment layer 51a capable of effectively reducing the friction coefficient in the valley portion 38b of the uneven surface 38.
  • the layer 51b made of a DLC film excellent in surface slidability is formed as the low friction coefficient layer 51 in the valley portion 38b of the uneven surface 38 of the metal ring 33, the friction coefficient of the metal ring 33 is effectively reduced. be able to.
  • the mesh-like uneven surface 38 including the plurality of projecting portions 38 a and the valley portions 38 b is formed on the inner peripheral surface 33 a of the innermost metal ring 33. Then, when the protrusions 38a of the uneven surface 38 are initially worn, the average contact width w of the protrusions 38a measured in the direction perpendicular to the direction of travel is equal to or less than a predetermined dimension in the portion where the protrusions 38a do not intersect. To prevent the development of the pitting on the top of the narrow projection 38a in the depth direction and to eliminate the shallow pitting by wear due to contact with the metal element 32, thereby preventing the occurrence of cracks. be able to.
  • the width of the projecting portion 38a measured in the direction perpendicular to the traveling direction of the metal ring 33 is narrowed
  • the width of the projecting portion 38a measured in the traveling direction is also narrowed, so oil film breakage at the top of the projecting portion 38a is difficult to occur. It also has the effect of preventing the occurrence of cracks. If the metal ring 33 and the metal element 32 soon become fitted, the average Hertz surface pressure decreases and it becomes difficult to generate pitching, and the top of the projecting portion 38a is abraded to improve the surface roughness. The lubricity is improved and the durability of the metal ring 33 is improved.
  • the friction coefficient of the metal ring 33 can be reduced by forming the low friction coefficient layer 51 in the valley portion 38 b of the uneven surface 38 as described above.
  • the mesh-like uneven surface 38 is formed only on the inner peripheral surface 33a of the innermost metal ring 33, but the uneven surface 38 may be formed of the innermost metal ring It can form in arbitrary surfaces including the outer peripheral surface of 33, the inner peripheral surface of the other metal ring 33, or the outer peripheral surface.
  • the specific shape of the uneven surface 38 formed on the metal ring 33 is not necessarily limited to the one having the mesh-like protruding portion 38a, but may be another shape.
  • the low friction coefficient layer 51 is the fluorinated layer 51a formed by fluorination treatment or the layer 51b formed of a DLC film, but other than this, for example, a solid lubricant such as molybdenum disulfide The same effect can also be obtained by applying the like to the valley portion 38 b of the uneven surface 38.

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Abstract

【課題】無段変速機用の金属ベルトが備える金属リングの摩擦係数の低減と耐久性の向上との両立を図る。複数の金属リング（３２）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、金属リング集合体（３１）のうち、少なくとも最内周の金属リング（３３）の内周面（３３ａ）に複数の突出部（３８ａ）と該複数の突出部（３８ａ）の間に形成された複数の谷部（３８ｂ）と有する凹凸面（３８）を備え、該凹凸面（３８）における谷部（３８ｂ）には、その表面の摩擦係数が突出部（３８ａ）の表面の摩擦係数よりも低い低摩擦係数層（５１）が形成されている。低摩擦係数層（５１）は、フッ化処理層（５１ａ）又はＤＬＣ膜からなる層（５１ｂ）とすることができる。

Description

無段変速機用ベルト
　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。このようなベルトの従来例として、特許文献１、２に示すものがある。
　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。
　特許文献２には、金属リングの耐久性を向上させるための無段変速機用ベルトとして、最内周の金属リングの内周面に山脈状の突出部を形成した無段変速機用ベルトが記載されている。この無段変速機用ベルトでは、金属リングの内周面に形成した山脈状の突出部が初期摩耗したとき、その進行方向と直角方向に計測した突出部の平均接触幅を所定寸法とすることで、クラックの発生を防止することができる。
特許第４９１８９７２号公報 特許第４０７８１２６号公報
　特許文献１に記載のＤＬＣ膜が被覆された高速摺動部材によれば、当該高速摺動部材の摩擦抵抗の低減を図ることができる。一方、特許文献２に記載の構成によれば、クラックの発生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。しかしながら、従来、無段変速機用ベルトにおいて、金属リングの摩擦抵抗を低減させるための構造と、金属リングの耐久性を向上させるための構造との両方を備えたものは無かった。
　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、金属リングの摩擦抵抗の低減と耐久性の向上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、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）と有する凹凸面（３８）を備え、凹凸面（３８）における谷部（３８ｂ）には、表面の摩擦係数が突出部（３８ａ）の表面の摩擦係数よりも低い低摩擦係数層（５１）が形成されていることを特徴とする。また、この無段変速機用ベルトでは、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山脈状の突出部（３８ａ）が網目状に交差した構成であってよい。
　本発明にかかる無段変速機用ベルトによれば、金属リングの凹凸面の谷部に形成した低摩擦係数層によって、金属リングの表面の摩擦係数を低く抑えることができるので、金属リング同士又は金属リングと金属エレメントとの間の摺動による摩擦抵抗を低減できる。そのうえ、金属リングの表面に複数の突出部と複数の谷部とを有する凹凸面を形成していることで、初期摩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、突出部が初期摩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。したがって、金属リングの耐久性の向上と摩擦抵抗の低減との両立を図ることができ、高強度かつ高効率（高伝達効率）である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）は、金属リング集合体（３１）を構成する複数の金属リング（３３）のうち少なくとも最内周の金属リング（３３）の内周面（３３ａ）に形成されているとよい。
　上記構成の無段変速機用ベルトでは、内部で生じる部材間の差回転による摩擦抵抗として、最内周にある金属リングの内周面と金属エレメントとの接触箇所で生じる摩擦抵抗が最も大きくなるところ、本発明にかかる上記構成によれば、最内周の金属リングの内周面に凹凸面を形成し、該凹凸面の谷部に低摩擦係数層を形成していることで、金属リングの内周面の摩擦係数を低く抑えることができる。これにより、金属リング集合体と金属エレメントとの間に生じる摩擦抵抗を低減できるので、無段変速機用ベルトの動力伝達効率（ベルト効率）を向上させることができる。したがって、高強度で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、低摩擦係数層（５１）の下地層として窒化処理層（５２）が形成されているとよい。
　また、上記の無段変速機用ベルトでは、低摩擦係数層（５１）は、フッ化処理層（５１ａ）とすることができる。
　金属リングの摩擦係数を低減するための低摩擦係数層としてフッ化処理によるフッ化処理層を形成する場合は、窒化処理におけるフッ化処理後の窒化処理の後工程として再度のフッ化処理を行うことで、本発明にかかる低摩擦係数層を形成することができる。したがって、低摩擦係数層を形成するためのフッ化処理に必要な設備の追加や工程の変更を行わずに済むため、低摩擦係数層を形成した金属リング及びそれを備えた無段変速機用ベルトの製造コストの上昇を回避できる。
　また、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ところ、フッ化処理による表面処理を窒化処理後に行うことで、フッ化処理層が窒化処理層と置き換わることなく、フッ化処理層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を形成することができる。
　あるいは、低摩擦係数層（５１）は、ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン：Diamond-like Carbon）膜からなる層（５１ｂ）とすることができる。
　金属リングの凹凸面における谷部に低摩擦係数層として表面摺動性に優れたＤＬＣ膜からなる層を形成すれば、金属リングの摩擦係数を効果的に低減させることができる。
　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本発明の一例として示したものである。
　本発明にかかる無段変速機用ベルトによれば、金属リングの摩擦係数の低減と耐久性の向上との両立を図ることができるので、高強度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。 最内周の金属リングを示す斜視図である。 金属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、図４Ａは、凹凸面の平面図（図３のＹ矢視図）、図４Ｂは、凹凸面の側断面図（図４ＡのＺ－Ｚ矢視断面図）である。 隣接する金属リング間又は最内周の金属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。 最内周の金属リングの内周面と金属エレメントのサドル面との間の境界膜による真実接触面を模式的に示す図である。 境界膜について説明するための図で、図７Ａは、境界膜が一種類の場合、図７Ｂは、境界膜が二種類の場合を示す図である。 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。 フッ化処理層が有る場合と無い場合の金属ベルトの動力伝達効率（ベルト効率）の比較を示すグラフである。 フッ化処理層が有る場合と無い場合のプーリのＶ面の摩擦係数の比較を示すグラフである。 ＤＬＣ膜からなる層が有る場合と無い場合の金属ベルトの動力伝達効率（ベルト効率）を示すグラフである。
　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（駆動プーリ）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（従動プーリ）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。それぞれの金属リング集合体３１は、１２枚の金属リング３３を積層してなる。なお、金属リング３３の積層枚数は、１２枚に限定されるものではない。
　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（最内周の金属リング３３の内周面３３ａ）を支持するサドル面４４，４４が形成される。
　図３は、最内周の金属リング３３の内周面３３ａを示す斜視図、図４は、最内周の金属リング３３の内周面３３ａに形成した凹凸面３８及び低摩擦係数層５１の拡大図で、図４Ａは、平面図、図４Ｂは、側断面図ある。図３及び図４に示すように、最内周の金属リング３３の内周面３３ａ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山脈状の突出部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山脈状の突出部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。
　金属リング３３は、ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１に巻き付く部分で湾曲し、ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１間の弦の部分で直線状に延ばされる。そのため曲げ応力の振幅が最も高くなる突出部３８ａの先端近傍でクラックが発生し易く、またクラックの発生方向および成長方向は左右方向（金属リング３３の進行方向と直交する方向）となる。特に、略直交する２本の突出部３８ａ，３３ａが交差する部分は、進行方向に計測した際の突出部３８ａ，３３ａの幅が広くなるために、潤滑性が低下してクラックが発生し易くなる。
　これに対して、初期摩耗後の突出部３８ａにおける左右方向の平均接触幅ｗを所定寸法以下にするとクラックの発生を阻止できる。その理由は、幅の狭い突出部３８ａの頂部にピッチングが生じても、そのピッチングは突出部３８ａの頂部の幅が狭いために深さ方向に延びず、その結果、浅いピッチングは金属エレメント３２のサドル面４４との接触により削り取られて消失するためである。また、金属リング３３の進行方向と直角方向に計測した突出部３８ａの幅を狭くすると、進行方向に計測した突出部３８ａの幅も狭くなるため、突出部３８ａの頂部での油膜切れを生じ難くしてクラックの発生そのものを防止することができる。やがて金属リング３３と金属エレメント３２との間のなじみがつき、平均ヘルツ面圧が低下してピッチングが発生し難くなる。また、突出部３８ａの頂部が摩耗して面粗度が非常に良くなるため、潤滑性が向上してそれ以上の摩耗の進行が停止する。したがって、本実施形態では、初期摩耗後の突出部３８ａにおける左右方向の平均接触幅ｗが所定寸法（好ましくは、１６μｍ）以下となるように突出部３８ａの寸法形状を設定している。
　図５は、隣接する金属リング３３の間又は最内周の金属リング３３と金属エレメント３２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のうち隣接する金属リング３３同士の間、又は最内周の金属リング３３の内周面３３ａ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）及び該差回転に応じた摩擦力が発生する。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５では、隣接する金属リング３３同士の間に生じる差回転による摩擦力をｆとし、最内周の金属リング３３の内周面３３ａとそれに対向する金属エレメント３２のサドル面４４との間に生じる差回転による摩擦力をＦとしている。
　そこで本実施形態では、図４に示すように、金属リング３３の摩擦係数を低減するための対策として、金属リング３３の表面にその摩擦係数を低減可能な表面処理を施している。具体的には、金属リング３３の内周面３３ａ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ＤＬＣ膜からなる層５１ｂとすることができる。これにより、金属リング３３と金属エレメント３２との境界層（境界膜）が上記の低摩擦係数層５１と突出部３８ａの表面の層（高摩擦係数層）との二層（二種類の境界膜）となるように構成している。
　図６は、最内周の金属リング３３の内周面３３ａとそれに対向する金属エレメント３２のサドル面４４との間の境界膜による真実接触面を模式的に示す図である。また、図７は、境界膜について説明するための図で、図７Ａは、境界膜が一種類の場合、図７Ｂは、境界膜が二種類の場合を示す図である。
　図７Ａに示すように、最内周の金属リング３３の内周面３３ａと金属エレメント３２のサドル面４４との間の境界膜が１種類の境界膜Ｍのみである場合の金属リング３３の摩擦係数μ１は、下記の（式１）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、摩擦力＝Ｆ、垂直荷重＝Ｗ、境界膜Ｍの真実接触面積＝Ａｒ、境界膜Ｍのせん断強さ＝ｓである。金属リング３３の摩擦係数μ１は、Ｆ（摩擦力）／Ｗ（垂直荷重）であり、この場合の摩擦力Ｆは、Ａｒ（真実接触面積）×ｓ（摺動によって生成される境界膜Ｍのせん断強さ）となる。この境界膜（境界潤滑膜）は、作用油の添加材や表面処理を含む摺動する材質によって生成される膜構造が異なるため、そのせん断強さも異なる。
　すなわち、（式１）からわかるように、境界膜が１種類の境界膜Ｍのみである場合の金属リング３３の摩擦係数μ１は、摺動によって生成される境界潤滑膜のせん断強さｓに依存することになる。また、その寿命も境界潤滑膜が生成する面の表面処理に依存することになり、必ずしも摩擦係数が低い表面処理が高寿命とは限らず、低摩擦係数と高寿命との両立を図ることは困難となる。
　これに対して、図７Ｂに示すように、最内周の金属リング３３の内周面３３ａと金属エレメント３２のサドル面４４との間の境界膜が第１の境界膜Ｍ１と第２の境界膜Ｍ２の２種類である場合の金属リング３３の摩擦係数μ２は、下記の（式２）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　（式２）からわかるように、境界膜が２種類の場合の摩擦係数μ２は、２種類の摩擦係数の和になり、２種類の摩擦係数の割合は各境界膜Ｍ１，Ｍ２の真実接触面積Ａｒ１，Ａｒ２の割合に依存する。したがって、クラックの発生を阻止できる突出部３８aの表面に生成される境界層と、低摩擦係数である表面処理による境界層との二種類の境界層を備えることで、表面の低摩擦係数化と高寿命化の両立を図ることが可能となる。そこで本実施形態では、既述のように、金属リング３３と金属エレメント３２との境界層（境界膜）が上記の低摩擦係数層５１と突出部３８ａの表面の層（高摩擦係数層）との二層（二種類の境界膜）となるように構成している。
　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。ここでは、一例として、金属リング集合体３１を構成する複数の金属リング３３のうち、最内周の金属リング３３の内周面３３ａに低摩擦係数層５１を形成する場合について説明する。低摩擦係数層５１を形成するには、まず、図８Ａに示すように、金属リング３３の内周面３３ａ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、図８Ｂ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、図８Ｃ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、金属リング３３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、窒化処理後の金属リング３３をフッ素源ガスなどの雰囲気に曝すことで形成できる。
　また、上記の低摩擦係数層５１は、ＤＬＣ膜からなる層５１ｂとすることもできる。ＤＬＣ膜からなる層５１ｂ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。
　低摩擦係数層５１（５１ａ又は５１ｂ）の形成後、図８Ｄ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、図８Ｅ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３３（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３３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３３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がＤＬＣ膜からなる層５１ｂの場合は、窒化処理前にＤＬＣ膜の成膜を行うと、窒化処理時に窒素の母材中への浸入が妨げられたり、窒化処理時の熱によってＤＬＣ膜が劣化したりする可能性があるためである。
　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。
　図９は、フッ化処理層５１ａが有る場合と無い場合の金属ベルト１５の動力伝達効率（ベルト効率）の比較を示すグラフである。同図のグラフでは、横軸に金属ベルト式無段変速機Ｔのトルク比を取り、縦軸に金属ベルト１５の動力伝達効率（ベルト効率）を取っている。なお、ここでのトルク比とは、金属ベルト式無段変速機Ｔに伝達可能な最大トルクに対する現在の入力トルクの割合を示す。そして、低摩擦係数層５１としてフッ化処理層５１ａを形成した金属ベルト１５の動力伝達効率を実線で示し、フッ化処理層５１ａを形成していない金属ベルト１５の動力伝達効率を点線で示している。このグラフに示すように、フッ化処理層５１ａが形成された金属ベルト１５では、フッ化処理層５１ａが形成されていない金属ベルト１５と比較して、摩擦抵抗がより低摩擦抵抗となることで、動力伝達効率がより高効率となる。
　図１０は、フッ化処理層５１ａが有る場合と無い場合のプーリ６，１１のＶ面６ａ，１１ａの摩擦係数の比較を示すグラフである。金属ベルト式無段変速機Ｔでは、金属エレメント３２のプーリ当接面３９とプーリ６，１１のＶ面６ａ，１１ａとの間の摩擦係数は、本来的に高摩擦係数であることが望ましいところ、同図に示すように、金属リング３３の摩擦係数を低減するための表面処理としてフッ化処理層５１ａの形成を行った場合でも、金属エレメント３２のプーリ当接面３９とプーリ６，１１のＶ面６ａ，１１ａとの間の摩擦係数には殆ど影響を与えずに済む。したがって、本実施形態の低摩擦係数層５１としてのフッ化処理層５１ａを備えた金属ベルト１５によれば、金属ベルト式無段変速機Ｔに必要な性能を維持しながら、金属リング３３の摩擦抵抗を低減することで高効率化を図ることができる。
　図１１は、ＤＬＣ膜からなる層５１ｂが有る場合と無い場合の金属ベルト１５の動力伝達効率（ベルト効率）を示すグラフである。同図のグラフでは、横軸に金属ベルト式無段変速機Ｔのトルク比を取り、縦軸に金属ベルト１５の動力伝達効率（ベルト効率）を取っている。そして、低摩擦係数層５１としてＤＬＣ膜からなる層５１ｂを形成した金属ベルト１５の動力伝達効率を実線で示し、ＤＬＣ膜からなる層５１ｂを形成していない金属ベルト１５の動力伝達効率を点線で示している。同図のグラフに示すように、この場合もフッ化処理層５１ａの場合と同様に、ＤＬＣ膜からなる層５１ｂが有る場合は無い場合と比較して金属ベルト１５の摩擦抵抗が低減されることで、金属ベルト１５の動力伝達効率が高効率となる。
　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、金属リング３３の凹凸面３８の谷部３８ｂに形成した低摩擦係数層５１によって、金属リング３３の摩擦係数を低く抑えることができるので、金属リング３３同士又は金属リング３３と金属エレメント３２との間の摺動による摩擦抵抗を低減できる。そのうえ、金属リング３３の表面に複数の突出部３８ａと複数の谷部３８ｂとを有する凹凸面５１を形成していることで、初期摩耗後の突出部３８ａの左右方向（幅方向）の平均接触幅ｗを所定寸法に設定することによって、突出部３８ａが初期摩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。したがって、金属リング３３の耐久性の向上と摩擦抵抗の低減との両立を図ることができ、高強度で高効率（高伝達効率）である無段変速機用の金属ベルトを提供できる。
　また、上記構成の金属ベルト１５では、内部で生じる部材間の差回転による摩擦抵抗として、最内周の金属リング３３の内周面３３ａと金属エレメント３２との接触箇所で生じる摩擦抵抗が最も大きくなるところ、本実施形態の上記構成によれば、複数の金属リング３３のうち最内周の金属リング３３の内周面３３ａに凹凸面３８を形成し、該凹凸面３８の谷部３８ｂに低摩擦係数層５１を形成していることで、最内周の金属リング３３の内周面３３ａの摩擦係数を低く抑えることができる。これにより、金属リング集合体３１と金属エレメント３２との間に生じる摩擦抵抗を低減できるので、金属ベルト１５の動力伝達効率（ベルト効率）を向上させることができる。
　また、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としてフッ化処理により形成したフッ化処理層５１ａを備える場合は、窒化処理におけるフッ化処理後の窒化処理の後工程として再度のフッ化処理を行うことで本実施形態の低摩擦係数層５１を形成することができる。したがって、低摩擦係数層５１を形成するためのフッ化処理に必要な設備の追加や工程の変更を行わずに済むため、低摩擦係数層５１を形成した金属リング３３及び金属ベルト１５の製造コストの上昇を回避できる。また、金属ベルト式無段変速機Ｔ及び車両の製造コストの低廉化を図ることもできる。
　また、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ところ、フッ化処理による表面処理を窒化処理後に行うことで、フッ化処理層が窒化処理層と置き換わることなく、フッ化処理層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を行うことにより、凹凸面３８の谷部３８ｂにその摩擦係数を効果的に低減できるフッ化処理層５１ａを形成することができる。
　また、金属リング３３の凹凸面３８における谷部３８ｂに低摩擦係数層５１として表面摺動性に優れたＤＬＣ膜からなる層５１ｂを形成すれば、金属リング３３の摩擦係数を効果的に低減させることができる。
　また、本実施形態の金属ベルト１５によれば、最内周の金属リング３３の内周面３３ａに複数の突出部３８ａと谷部３８ｂとからなる網目状の凹凸面３８を形成している。そして、凹凸面３８の突出部３８ａが初期摩耗したとき、その進行方向と直角方向に計測した突出部３８ａの平均接触幅ｗを、それらの突出部３８ａが交差しない部分において所定寸法以下となるようにしたので、幅の狭い突出部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し、その浅いピッチングを金属エレメント３２との接触による摩耗で消失させることでクラックの発生を防止することができる。また、金属リング３３の進行方向と直角方向に計測した突出部３８ａの幅を狭くすると、進行方向に計測した突出部３８ａの幅も狭くなるため、突出部３８ａの頂部での油膜切れを生じ難くしてクラックの発生そのものを防止する効果もある。やがて金属リング３３と金属エレメント３２との間のなじみがつくと、平均ヘルツ面圧が低下してピッチングが発生し難くなり、かつ突出部３８ａの頂部が摩耗して面粗度が良くなることで潤滑性が向上して金属リング３３の耐久性が向上する。
　その一方で、既述のように、凹凸面３８の谷部３８ｂに低摩擦係数層５１を形成したことにより、金属リング３３の摩擦係数を低減できる。これらによって、金属リング３３の摩擦係数の低減と耐久性の向上との両立を図ることができる。
　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、網目状の凹凸面３８を最内周の金属リング３３の内周面３３ａにのみ形成しているが、これ以外にも、凹凸面３８は、最内周の金属リング３３の外周面や、他の金属リング３３の内周面又は外周面を含む任意の面に形成することができる。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、本実施形態では、低摩擦係数層５１はフッ化処理によって形成したフッ化処理層５１ａ又はＤＬＣ膜からなる層５１ｂであるが、これ以外にも例えば、二硫化モリブデンのような固体潤滑剤等を凹凸面３８の谷部３８ｂに付与することでも同様の効果を得ることができる。

Claims (6)

  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、
    　前記凹凸面における前記谷部には、表面の摩擦係数が前記突出部の表面の摩擦係数よりも低い低摩擦係数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. 　前記凹凸面は、前記金属リングの進行方向に対して斜め方向に延びる複数の山脈状の前記突出部が網目状に交差した構成である
    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. 　前記凹凸面は、前記金属リング集合体を構成する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の内周面に形成されている
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の無段変速機用ベルト。
  4. 　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. 　前記低摩擦係数層は、フッ化処理層である
    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。
  6. 　前記低摩擦係数層は、ＤＬＣ膜からなる層である
    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。
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