JP2009063025A - 無段変速機用金属ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】 ベルト式無段変速機の金属リングの金属エレメントの強度を確保しながら金属リングの摩耗に対する耐久性を高める。
【解決手段】 金属リング集合体３１の金属リング３３の側縁３３ａが接触可能に対向する金属エレメント３２のネック部３６の金属リング接触面３６ａの径方向外側部分は、金属リング３３の側縁３３ａが接触する頻度が高くなるが、その部分の表面硬度を金属リング３３の表面硬度よりも低く設定したことにより、金属リング３３の側縁３３ａの摩耗を抑制して該金属リング３３の耐久性を高めることができる。また金属リング接触面３６ａの径方向外側部分の表面硬度を、金属リング３３の側縁３３ａが接触する頻度が低くなるが金属リング接触面３６ａのその他の部分の表面硬度よりも低く設定したことにより、前記金属リング接触面３６ａの全体の表面硬度を低く設定する場合に比べて金属エレメント３２の強度を増加させ、金属エレメント３２の耐久性を高めることができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、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に多数の金属エレメントを支持して構成され、プーリに巻き掛けられて駆動力を伝達する無段変速機用金属ベルトに関し、特に金属エレメントは、前記プーリのＶ面に当接する本体部と、前記本体部から径方向外側に延びるネック部と、前記ネック部の径方向外端から左右方向に突出するイヤー部とによって三方を囲まれ、その内部に前記金属リング集合体を収納するリングスロットを備えるものに関する。

ベルト式無段変速機の金属ベルトの金属帯の側縁が当接する金属ブロックのベルト係合部の硬度を該金属帯の硬度よりも低く設定するとともに、金属ブロックの前記ベルト係合部以外の部分の硬度をプーリのＶ面の硬度よりも高く設定することで、プーリのＶ面との接触による金属ブロックの摩耗を回避しながら、金属ブロックのベルト係合部との接触により金属帯が摩耗して破断を防止するものが、下記特許文献１により公知である。
実公平６−６３１３号公報

ところで、図６に示すように、金属エレメント３２が、プーリのＶ面に当接する本体部３４と、本体部３４から径方向外側に延びるネック部３６と、ネック部３６の径方向外端から左右方向に突出するイヤー部３７とによって三方を囲まれたリングスロット３５を備えるものでは、リングスロット３５に収納される金属リング集合体３１の全ての金属リング３３…の側縁３３ａ…が均等にネック部３６の金属リング接触面３６ａに接触するわけではなく、潤滑油が充分に行き渡るために挙動が安定している径方向内側や径方向中間部の金属リング３３…は殆どネック部３６の金属リング接触面３６ａに接触せず、潤滑油が充分に行き渡らないために挙動が不安定となる径方向外側の金属リング３３…が頻繁にネック部３６の金属リング接触面３６ａに接触する。

しかしながら上記従来のものは、金属ブロックの金属リング接触面の全域の硬度を低下させているので、金属エレメントの強度が大幅に低下してネック部の折損等が発生する可能性があった。

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金属エレメントの強度を確保しながら金属リングの摩耗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、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に多数の金属エレメントを支持して構成され、プーリに巻き掛けられて駆動力を伝達する無段変速機用金属ベルトであって、前記金属エレメントは、前記プーリのＶ面に当接する本体部と、前記本体部から径方向外側に延びるネック部と、前記ネック部の径方向外端から左右方向に突出するイヤー部とによって三方を囲まれたリングスロットを備え、前記リングスロットの内部に前記金属リング集合体を収納したものにおいて、前記金属リング集合体の前記金属リングの側縁が接触可能に対向する前記ネック部の金属リング接触面の径方向外側部分の表面硬度は、前記金属リングの表面硬度よりも低く設定され、かつ前記金属リング接触面のその他の部分の表面硬度よりも低く設定される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の構成に加えて、前記金属リングは、その表面から深さが１μｍ以下の領域に窒素の濃化層を有する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３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記ネック部の金属リング接触面の径方向内側部分を指向してピーニング処理を施すことにより、前記ネック部の金属リング接触面の径方向外側部分の表面硬度を該金属リング接触面のその他の部分の表面硬度よりも低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。

尚、実施の形態のドライブプーリ５およびドリブンプーリ７は本発明のプーリに対応する。

請求項１の構成によれば、金属リング集合体の金属リングの側縁が接触可能に対向する金属エレメントのネック部の金属リング接触面の径方向外側部分は、金属リングの側縁が接触する頻度が高くなるが、その部分の表面硬度を金属リングの表面硬度よりも低く設定したことにより、金属リングの側縁の摩耗を抑制して該金属リングの耐久性を高めることができる。また金属リングの側縁が接触する頻度が高くなる金属リング接触面の径方向外側部分の表面硬度を、金属リングの側縁が接触する頻度が低くなる金属リング接触面のその他の部分の表面硬度よりも低く設定したことにより、前記金属リング接触面の全体の表面硬度を低く設定する場合に比べて金属エレメントの強度を増加させ、金属エレメントの耐久性を高めることができる。よって、金属リングおよび金属エレメントの耐久性の両立を図ることが可能になる。

また請求項２の構成によれば、金属リングの表面から深さが１μｍ以下の領域に窒素の濃化層を形成したので、金属リングの表面硬度だけを高めて耐摩耗性を向上させながら、金属リングの良好な伸び特性を得ることができる。

また請求項３の構成によれば、ネック部の金属リング接触面の径方向内側部分を指向してピーニング処理を施すだけの簡単な処理で、ネック部の金属リング接触面の径方向外側部分の表面硬度を他の部分の表面硬度よりも低くすることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の実施の形態を示すもので、図１は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、図２は金属ベルトの部分斜視図、図３は金属エレメントに対するショットピーニングの投射方向を示す図、図４は金属エレメントのネック部の金属リング接触面の硬度および金属リングの硬度を示すグラフ、図５は金属リングの窒素濃度の深さ方向の分布を示す図、図６はリングスロット内での金属リングの挙動を示す図である。

尚、本実施の形態で用いる金属エレメントあるいは金属リングの前後方向、左右方向、径方向の定義は図２に示されている。径方向はその金属エレメントが当接するプーリの径方向として定義されるもので、プーリのシャフトに近い側が径方向内側であり、プーリのシャフトに遠い側が径方向外側である。また左右方向は金属エレメントが当接するプーリのシャフトに沿う方向として定義され、前後方向は車両の前進走行時における金属エレメントの進行方向に沿う方向として定義される。

図１に示すように、車両用のベルト式無段変速機Ｔは平行に配置されたドライブシャフト１およびドリブンシャフト２を備えており、エンジンＥのクランクシャフト３の左端はダンパー４を介してドライブシャフト１の右端に接続される。

ドライブシャフト１に支持されたドライブプーリ５は、該ドライブシャフト１に対して相対回転自在な固定側プーリ半体５ａと、この固定側プーリ半体５ａに対して軸方向摺動自在な可動側プーリ半体５ｂとを備える。可動側プーリ半体５ｂは、作動油室６に作用する油圧により固定側プーリ半体５ａとの間の溝幅が可変である。ドリブンシャフト２に支持されたドリブンプーリ７は、該ドリブンシャフト２に一体に形成された固定側プーリ半体７ａと、この固定側プーリ半体７ａに対して軸方向摺動自在な可動側プーリ半体７ｂとを備える。可動側プーリ半体７ｂは、作動油室８に作用する油圧により固定側プーリ半体７ａとの間の溝幅が可変である。そしてドライブプーリ５とドリブンプーリ７との間に、２本の金属リング集合体に多数の金属エレメントを装着した金属ベルト９が巻き掛けられる。

ドライブシャフト１の左端に、前進変速段を確立する際に係合してドライブシャフト１の回転を同方向にドライブプーリ５に伝達するフォワードクラッチ１０と、後進変速段を確立する際に係合してドライブシャフト１の回転を逆方向にドライブプーリ５に伝達するリバースブレーキ１１とを備えた、シングルピニオン式の遊星歯車機構よりなる前後進切換機構１２が設けられる。前後進切換機構１２のサンギヤ２７はドライブシャフト１に固定され、プラネタリキャリヤ２８はリバースブレーキ１１によりケーシングに拘束可能であり、リングギヤ２９はフォワードクラッチ１０によりドライブプーリ５に結合可能である。

ドリブンシャフト２の右端に設けられる発進用クラッチ１３は、ドリブンシャフト２に相対回転自在に支持した第１中間ギヤ１４を該ドリブンシャフト２に結合する。ドリブンシャフト２と平行に配置された中間軸１５に、前記第１中間ギヤ１４に噛合する第２中間ギヤ１６が設けられる。ディファレンシャルギヤ１７のギヤボックス１８に設けた入力ギヤ１９に、前記中間軸１５に設けた第３中間ギヤ２０が噛合する。ギヤボックス１８にピニオンシャフト２１，２１を介して支持した一対のピニオン２２，２２に、ギヤボックス１８に相対回転自在に支持した左車軸２３および右車軸２４の先端に設けたサイドギヤ２５，２６が噛合する。左車軸２３および右車軸２４の先端にそれぞれ駆動輪Ｗ，Ｗが接続される。

しかして、セレクトレバーでフォワードレンジを選択すると、電子制御ユニットＵ１により作動する油圧制御ユニットＵ２からの指令により、先ずフォワードクラッチ１０が係合し、その結果ドライブシャフト１はドライブプーリ５に一体に結合される。続いて発進用クラッチ１３が係合し、エンジンＥのトルクがドライブシャフト１、ドライブプーリ５、金属ベルト９、ドリブンプーリ７、ドリブンシャフト２およびディファレンシャルギヤ１７を経て駆動輪Ｗ，Ｗに伝達され、車両は前進発進する。セレクトレバーでリバースレンジを選択すると、油圧制御ユニットＵ２からの指令により、リバースブレーキ１１が係合してドライブプーリ５がドライブシャフト１の回転方向と逆方向に駆動されるため、発進用クラッチ１３の係合により車両は後進発進する。

このようにして車両が発進すると、油圧制御ユニットＵ２からの指令でドライブプーリ５の作動油室６に供給される油圧が増加し、ドライブプーリ５の可動側プーリ半体５ｂが固定側プーリ半体５ａに接近して有効半径が増加するとともに、ドリブンプーリ７の作動油室８に供給される油圧が減少し、ドリブンプーリ７の可動側プーリ半体７ｂが固定側プーリ半体７ａから離反して有効半径が減少することにより、ベルト式無段変速機ＴのレシオがＬＯＷレシオ（最大レシオ）の状態からＯＤレシオ（最小レシオ）に向けて連続的に変化する。

図２に示すように、金属ベルト９は左右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…を支持したもので、各々の金属リング集合体３１は複数枚（実施の形態では１２枚）の金属リング３３…を積層して構成される。

金属板材から打ち抜いて成形した金属エレメント３２は、エレメント本体３４と、金属リング集合体３１，３１が係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を介して前記エレメント本体３４の径方向外側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５およびドリブンプーリ７のＶ面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凹凸部４３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の内周面を支持するサドル面４４，４４が形成される。

本実施の形態は、金属エレメント３２のネック部３６の左右両側の金属リング接触面３６ａ，３６ａに対する金属リング３３…の側縁３３ａ…の接触頻度が、径方向内側の金属リング３３…ほど低く、径方向外側の金属リング３３…ほど高いという知見に基づき、ネック部３６の金属リング接触面３６ａ，３６ａの表面硬度を径方向に変化させたものである。

ネック部３６の金属リング接触面３６ａの表面硬度はショットピーニングにより高められる。図３（Ａ）に示すように、本実施の形態ではショットピーニングの投射材が投射される方向は、ネック部３６の金属リング接触面３６ａの径方向内側部分を指向するように設定される。その結果、ネック部３６の金属リング接触面３６ａの径方向内側部分から径方向中間部分にかけて投射材が衝突する回数が増加して表面硬度が充分に高くなり、ネック部３６の金属リング接触面３６ａの径方向外側部分は投射材が衝突する回数が減少して表面硬度があまり高くならない。図４から明らかなように、ショットピーニングを施さない場合（二点鎖線参照）に比べてネック部３６の金属リング接触面３６ａの表面硬度は高くなっており、かつ投射材の当たる頻度が高い金属リング接触面３６ａの径方向内側部分（一点鎖線参照）および径方向中間部分（破線参照）の硬度が、投射材の当たる頻度が低い金属リング接触面３６ａの径方向外側部分（太い実線参照）よりも高くなっている。

一方、金属リング３３の表面硬度（細い実線参照）は窒化処理により高められており、ネック部３６の金属リング接触面３６ａのどの領域の表面硬度よりも高くなっている。図５から明らかなように、金属リング３３の表面から１μｍ以下の深さ領域の窒素濃度が局所的に高められており、これにより金属リング３３の表面硬度が局所的に高められる。

図３（Ｂ）は従来例を示すもので、ショットピーニングの投射材が投射される方向はネック部３６の金属リング接触面３６ａの径方向中央部分を指向している。そのために、図７に示すように、ネック部３６の金属リング接触面３６ａの径方向中間部分（破線参照）の表面硬度が最も高くなり、ネック部３６の金属リング接触面３６ａの径方向外側部分（太い実線参照）および内側部分（一点鎖線参照）の表面硬度はそれよりも低くなる。

以上のように、金属エレメント３２のネック部３６の金属リング接触面３６ａのうち、金属リング集合体３１の金属リング３３の側縁３３ａが接触する頻度が高い径方向外側部分の表面硬度を局所的に低くすることで、金属リング３３の表面硬度をネック部３６の金属リング接触面３６ａの前記径方向外側部分の表面硬度よりも高くしたので、金属リング３３の側縁３３ａの摩耗を抑制して耐久性を高めることができる。そして金属リング３３の側縁３３ａが接触する頻度が低い径方向内側部分および径方向中央部分の表面硬度は、前記径方向外側部分の表面硬度よりも高く保たれるので、金属エレメント３２の強度の強度を最大限に確保することができる。また金属リング３３の表面から１μｍ以下の深さ領域の窒素濃度を局所的に高めることで、金属リング３３の表面硬度だけを高めて内部の硬度を低く保っているので、表面の耐摩耗性を向上させながら金属リング３３の良好な伸び特性を得ることができる。

表１は、ショットピーニングの投射材が投射される方向がネック部３６の金属リング接触面３６ａの径方向中央部分を指向する従来例（図３（Ｂ）参照）と、ショットピーニングの投射材が投射される方向がネック部３６の金属リング接触面３６ａの径方向内側部分を指向する実施の形態（図３（Ａ）参照）とについて、金属リングの側縁の摩耗量を比較するもので、実施の形態の摩耗量が従来例に比べて減少していることが分かる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では金属リング３３の表面硬度を金属エレメント３２のネック部３６の金属リング接触面３６ａの全ての部分よりも高く設定しているが（図４参照）、金属リング３３の表面硬度は少なくともネック部３６の金属リング接触面３６ａの径方向外側部分よりも高く設定すれば良い。

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 金属ベルトの部分斜視図 金属エレメントに対するショットピーニングの投射方向を示す図 金属エレメントのネック部の金属エレメント接触面の硬度および金属リングの硬度を示すグラフ 金属リングの窒素濃度の深さ方向の分布を示す図 リングスロット内での金属リングの挙動を示す図 従来例に係る、前記図４に対応する図

符号の説明

５ ドライブプーリ（プーリ）
７ ドリブンプーリ（プーリ）
３１ 金属リング集合体
３２ 金属エレメント
３３ 金属リング
３３ａ 側縁
３４ 本体部
３５ リングスロット
３６ ネック部
３６ａ 金属リング接触面
３７ イヤー部

Claims (3)

1. 無端状の金属リング（３３）を複数枚積層した金属リング集合体（３１）に多数の金属エレメント（３２）を支持して構成され、プーリ（５，７）に巻き掛けられて駆動力を伝達する無段変速機用金属ベルトであって、
   前記金属エレメント（３２）は、前記プーリ（５，７）のＶ面に当接する本体部（３４）と、前記本体部（３４）から径方向外側に延びるネック部（３６）と、前記ネック部（３６）の径方向外端から左右方向に突出するイヤー部（３７）とによって三方を囲まれたリングスロット（３５）を備え、前記リングスロット（３５）の内部に前記金属リング集合体（３１）を収納したものにおいて、
   前記金属リング集合体（３１）の前記金属リング（３３）の側縁（３３ａ）が接触可能に対向する前記ネック部（３６）の金属リング接触面（３６ａ）の径方向外側部分の表面硬度は、前記金属リング（３３）の表面硬度よりも低く設定され、かつ前記金属リング接触面（３６ａ）のその他の部分の表面硬度よりも低く設定されることを特徴とする無段変速機用金属ベルト。
2. 前記金属リング（３３）は、その表面から深さが１μｍ以下の領域に窒素の濃化層を有することを特徴とする、請求項１に記載の無段変速機用金属ベルト。
3. 前記ネック部（３６）の金属リング接触面（３６ａ）の径方向内側部分を指向してピーニング処理を施すことにより、前記ネック部（３６）の金属リング接触面（３６ａ）の径方向外側部分の表面硬度を該金属リング接触面（３６ａ）のその他の部分の表面硬度よりも低くしたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の無段変速機用金属ベルト。

Images