JP5644687B2 - 無端金属ベルトのエレメントの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、無段変速機などに用いる無端金属ベルトの構成部品であるエレメントの製造方法に関する。

従来、この種の無端金属ベルトは、例えば、無段変速機（ＣＶＴ）の動力伝達用ベルトとして使用されている。このような無端金属ベルトは、周長が少しずつ異なる複数の無端環状の帯鋼を径方向に相互に積層して形成したリングと、このリングにより結束される、環状に連ねられた複数のエレメントとにより構成されている。この無端金属ベルトは、駆動プーリ及び従動プーリに巻き掛けられ、相互に接触するエレメント間の押し力で駆動プーリ及び従動プーリに沿って回転し、駆動力を駆動プーリから従動プーリに伝達するようになっている。

そして、無端金属ベルトの構成部品であるエレメントには、先端に向かって縮径する凸部（ディンプル）と、隣接するエレメントのディンプルが嵌合する凹部（ホール）とが備わっている。このようなエレメントは、薄板状の金属板を所定の形状に打ち抜き加工し、プレス成形によりディンプル及びホールを形成している。その後、バリ取りを行うための研磨工程などが実施されて製品化されている（特許文献１）。

特開２００５−４２８０３号公報

しかしながら、ディンプルの先端とホールとの干渉を回避するために、ディンプルの先端に基端側より大きな縮径変化割合を持つ逃がし部を設ける場合、プレス成形でこのようなディンプルを形成すると、プレス型に過大な荷重が付与されてしまうおそれがあった。なぜなら、このようなプレス成形を行う場合、ホール側の体積とディンプル側の体積との比率（ボリューム比）が変化するため、逃がし部を形成する箇所をプレス型に押さえ付けてプレス成形を行うと、プレス金型内に隙間なく材料が充填されてしまうからである。

ここで、切削加工などを追加してディンプルの先端に逃がし部を形成することができる。ところが、このような切削加工を追加すると、製造工程が増えてしまい製造コストの上昇を招いてしまうという問題があった。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、プレス成形時にプレス金型に対して過大な荷重が付与されることと新たな工程が追加されることをともに回避して、凸部（ディンプル）の先端に逃がし部を形成することができる無端金属ベルトのエレメントの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、無端環状のリングと、前記リングに沿って厚さ方向に複数連ねられ、隣接するエレメントの一側面に設けられた凹部に嵌合するように前記一側面と相対向する他側面に設けられた凸部を備えるエレメントとを有する無端金属ベルトにおけるエレメントの製造方法において、薄板状の金属板を所定形状に打ち抜くとともに、前記凸部及び凹部を形成するプレス工程と、前記プレス工程によりプレス成形された前記金属板を研磨する研磨工程とを含み、前記プレス工程では、前記凸部を形成するための金型と前記凸部の先端面との間に隙間が形成されるように前記凸部の先端に２段の山部を成形し、前記研磨工程では、前記２段の山部を削り取ることにより、前記凸部の先端に基端側より大きな縮径変化割合を持つ逃げ部を形成することを特徴とする。

このエレメントの製造方法では、プレス工程にて、薄板状の金属板を所定形状に打ち抜くとともに、凸部（ディンプル）及び凹部（ホール）を形成する。このとき、凸部の先端に２段（２つ）の山部も成形される。そして、この２段の山部を形成する際、凸部側に配置される金型と凸部の先端面との間に隙間ができる。つまり、プレス工程において、凸部を形成する部分にてプレス金型内に金属板が隙間なく充填されることを防止することができる。従って、プレス金型に過大な荷重が付与されることを確実に回避することができる。

そして、研磨工程にて、プレス成形された金属板を研磨する。このとき、プレス成形により発生したバリを除去するとともに、凸部の先端に成形された２段の山部を削り取る。これにより、凸部の先端に基端側より大きな縮径変化割合を持つ逃げ部が形成されたエレメントが完成する。
かくして製造された逃げ部を有するエレメントでは、エレメント同士がプーリの軸方向に見て相対的な角度を有してそのプーリのベルト巻き付け部で隣接する際に、互いに嵌合する凸部と凹部との干渉を回避することができる。これにより、エレメント同士の凸部と凹部との干渉により発生する無端金属ベルトにおける動力伝達効率の低下を防止することができる。

ここで、研磨工程は、従来のエレメントの製造方法においても実施されているため、新たな工程を追加する必要はない。従って、このエレメントの製造方法によれば、プレス成形時にプレス金型に対して過大な荷重が付与されることと新たな工程が追加されることをともに回避して、凸部の先端に逃がし部を形成することができる。

上記したエレメントの製造方法において、前記プレス工程では、前記逃げ部のほぼ中央に前記２段の山部の境が位置するように前記２段の山部を形成することが望ましい。

このように逃げ部のほぼ中央（逃げ部の高さ方向においてほぼ中央）に２段の山部の境（谷部となる部分）が位置するように２段の山部を形成することにより、プレス工程において、プレス金型内に金属板が充填されていく際に、凸部側に配置される金型と凸部の先端面との間に確実に隙間が形成されるようにすることができる。
また、このよにすることにより、研磨工程において、２段の山部を完全に削り取ることができるため、凸部の先端に基端側より大きな縮径変化割合を持つ所望形状の逃げ部を確実に形成することができる。

上記したエレメントの製造方法において、前記プレス工程では、前記凸部のうち少なくとも前記無端金属ベルトの外周側に相当する端部に前記２段の山部を形成すれば良い。

このようにすることにより、凸部の先端において無端金属ベルトの外周側に生じる凸部と凹部との隙間を十分に大きくすることができる。このため、エレメント同士がプーリの軸方向に見て相対的な角度を有してそのプーリのベルト巻き付け部で隣接する際に、互いに嵌合する凸部凹部との干渉を回避することができる。これにより、エレメント同士の凸部と凹部との干渉により発生する無端金属ベルトにおける動力伝達効率の低下を防止することができる。

あるいは、上記したエレメントの製造方法において、前記プレス工程では、前記凸部のうち前記無端金属ベルトの外周側及び内周側それぞれに相当する各端部に前記２段の山部をそれぞれ形成しても良い。

このようにすることにより、プーリのベルト巻き付け部において、隣接するエレメントにて互いに嵌合する凸部と凹部との干渉をより確実に回避することができる。これにより、エレメント同士の凸部と凹部との干渉により発生する無端金属ベルトにおける動力伝達効率の低下をより確実に防止することができる。

上記したエレメントの製造方法において、前記プレス工程と前記研磨工程との間に、前記プレス工程が実施された前記金属板の強度を高めるための熱処理を行う熱処理工程を実施することが望ましい。

このようにプレス工程と研磨工程との間に熱処理工程を実施することにより、研磨工程において、プレス成形した金属板が硬くなるため、プレス工程で発生したバリを効率的に除去することができる。その結果として、エレメントの生産効率を向上させることができる。

上記したエレメントの製造方法において、前記研磨工程では、バレル研磨を実施すれば良い。

バレル研磨では削り取る量（深さ）に限界があるが、逃げ部を形成する部位に２段の山部を成形しているため、バレルメディアがプレス成形された金属板に接触するとき、２段の山部ではバレルメディアとの接触面圧が高くなるため、他の平坦な部分よりも深さ方向により多く削り取ることができる。これにより、従来からバリ取りのために実施されていたバレル研磨によって、凸部の先端に形成された２段の山部を確実に削り取ることができ、凸部の先端に逃げ部を形成することができる。

本発明に係る無端金属ベルトのエレメントの製造方法によれば、上記した通り、プレス成形時にプレス金型に対して過大な荷重が付与されることと新たな工程が追加されることをともに回避して、凸部（ディンプル）の先端に逃がし部を形成することができる。

伝動ベルトの周方向の一部を示す斜視図である。 エレメントの正面図である。 エレメントの側面図である。 伝動ベルトを駆動プーリと従動プーリに掛け渡した模式図である。 プーリのベルト巻き付け部における伝動ベルトの断面図である。 エレメントの製造工程の順番を示す図である。 プレス型によりエレメントを打ち抜いている状態を模式的に示す図である。 プレス成形時におけるディンプル部分及びホール部分の状態を模式的に示す図である。 プレス成形された金属板におけるディンプル部分を示す側面図である。 プレス成形時におけるエジェクタの凹部内での金属板の状態を模式的に示す図である。 バレル研磨にて金属板に形成された２段の山部を削り取る状態を模式的に示す図である。

以下、本発明の無端金属ベルトのエレメントの製造方法を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。ここでは、無段変速機（ＣＶＴ）に使用される伝動ベルトにおけるエレメントを製造する際に本発明を適用した場合を例示する。
まず、本実施の形態における伝動ベルトについて、図１〜図５を参照しながら簡単に説明する。図１は、伝動ベルトの周方向の一部を示す斜視図である。図２は、エレメントの正面図である。図３は、エレメントの側面図である。図４は、伝動ベルトを駆動プーリと従動プーリに掛け渡した模式図である。図５は、プーリのベルト巻き付け部における伝動ベルトの断面図である。

図１に示すように、伝動ベルト１０は、無端状のベルトであり、複数のエレメント２０と、金属リング４０とを有している。
エレメント２０は、薄板状の金属板をプレス成形した部材であり、図２に示すように、板部２１と、首部２２と、頭部２３と、窪み部２４と、サドル面２５とを備えている。そして、伝動ベルト１０では、複数のエレメント２０が互いに密着して金属リング４０の周方向に環状に配列されている。

ここで、板部２１は、エレメント２０の本体の部分である。首部２２は、板部２１の幅方向（図２で左右方向）における中央部において、金属リング４０の厚さ方向（図２で上方向）に突出するように形成されている。頭部２３は、この首部２２の上端部において、板部２１の幅方向の両側に傘状に延びるように形成されている。サドル面２５は、首部２２の両側に形成されている。そして、首部２２とサドル面２５との間に、サドル面２５から窪んだＲ形状の窪み部２４が形成されている。

また、頭部２３における板部２１の幅方向の両側には、耳部２６が形成されている。そして、板部２１と耳部２６との間に、板部２１の幅方向に開口したスリット部２７が形成されている。このスリット部２７の内部に金属リング４０が挿入され、エレメント２０のサドル面２５と耳部２６との間に金属リング４０が保持されるようになっている（図１参照）。

そして、頭部２３には、図２、図３に示すように、ディンプル（凸部）３０とホール（凹部）３５とが設けられている。このディンプル３０及びホール３５は、隣接するエレメントのホール及びディンプルに互いに嵌合するようになっている。つまり、ディンプル３０及びホール３５によって各エレメント２０が互い連結されるようになっている。

ここで、ディンプル３０は、プレス成形時に頭部２３の表面から垂直に突き出されて成形される。このとき、ホール３５は、頭部２３内に窪ませて成形される。ホール３５は、エレメント２０に対して垂直な軸心を有し、ホール３５の軸方向に垂直な断面すなわち横断面において円形形状の内周面を備えている。そして、このディンプル３０とホール３５とは、エレメント２０において、同一軸心上に配設されている。

ディンプル３０は、軸方向に垂直な断面すなわち横断面において、図３に示すように、円形形状の外周面３０ａを備えており、ディンプル３０の先端面３０ｂは平面状になっている。ディンプル３０の外周面３０ａは、先端に向かうほど縮径するテーパ面である。そして、ディンプル３０の先端に、逃げ部３１が形成されている。
この逃げ部３１は、隣接するエレメントのホールにディンプル３０が嵌合される際に、ディンプル３０が隣接するエレメントのホールに対して干渉することなくスムーズに嵌合されるようにする機能を有している。具体的には、逃げ部３１は、先端に向かうほど小さくなって先細りになっている（縮径している）。そして、逃げ部３１では、ディンプル３０の高さ方向に対する縮径変化割合が、ディンプル３０の基端側よりも大きい。

逃げ部３１は、ディンプル３０の少なくとも伝動ベルト１０の外周側（図３では上端側）に形成されていれば良い。これにより、ディンプル３０と隣接するエレメントのホールとの干渉を回避することができるからである。従って、逃げ部３１を設ける位置は、本実施の形態のように、伝動ベルト１０の外周側及び内周側に相当するディンプル３０の各先端部（図３では上端部及び下端部）に限られることなく、上側に位置する逃げ部３１のみをディンプル３０の先端に形成しても良いし、ディンプル３０の先端に円周状に逃げ部３１を形成しても良い。

一方、金属リング４０は、無端環状の薄い帯鋼が複数枚積層され形成されている。各帯鋼の周長は、内側のものほど短く、外側のものほど長くなっている。この金属リング４０は、複数のエレメント２０を環状に結束するための部材である。具体的には、図１に示すように、エレメント２０のスリット部２７に金属リング４０を挿入してサドル面２５に金属リング４０を配置するようにして、金属リング４０にエレメント２０を取り付けている。

このような伝動ベルト１０は、図４に示すように、駆動プーリ１１と従動プーリ１２に掛け渡される。これにより、図５に示すように、板部２１の側面の外側に駆動プーリ１１と従動プーリ１２における伝動ベルト１０の摺動面であるシーブ面１３が位置することになる。そして、不図示のエンジンからのトルクが駆動プーリ１１に伝達され、伝動ベルト１０を介して、従動プーリ１２から不図示の減速歯車および不図示のドライブシャフトを通じて不図示のタイヤに伝達されるようになっている。

続いて、上記した伝動ベルト１０におけるエレメント２０の製造方法について、図６〜図１１を参照しながら説明する。図６は、エレメントの製造工程の順番を示す図である。図７は、プレス型によりエレメントを打ち抜いている状態を模式的に示す図である。図８は、プレス成形時におけるディンプル部分及びホール部分の状態を模式的に示す図である。図９は、プレス成形された金属板におけるディンプル部分を示す側面図である。図１０は、プレス成形時におけるエジェクタの凹部内での金属板の状態を模式的に示す図である。図１１は、バレル研磨にて金属板に形成された２段の山部を削り取る状態を模式的に示す図である。

本実施の形態では、ディンプル３０の先端に逃げ部３１を備えるエレメント２０を、図６に示すように、プレス成形（打ち抜き）、熱処理、バレル研磨をこの順番で実施することにより製造する。すなわち、本実施の形態では、逃げ部３１を設けるために切削加工などの新たな工程を追加することなく、逃げ部３１を備えるエレメント２０を製造するのである。

まず、プレス成形では、帯状の金属板をプレス型により図２、図３に示すようなエレメント形状に打ち抜く。プレス型は、図７に示すように、固定型であるダイ５１と板押さえ５２、及び可動型であるパンチ５３とエジェクタ５４を備えている。パンチ５３及びエジェクタ５４の端面は、エレメント形状をなしている。そして、ダイ５１及び板押さえ５２には、エレメント形状の貫通穴５１ａ及び５２ａが形成されており、ダイ５１の貫通穴５１ａにはエジェクタ５４が配置され、貫通穴５２ａにはパンチ５３が配置されている。また、パンチ５３には、ホール３５を形成するための凸部５５が設けられ、エジェクタ５４には、ディンプル３０を形成するための凹部５６が設けられている。

そして、このようなプレス型において、帯状の金属板５０をダイ５１上に配置し、ダイ５１上に配置された金属板５０を板押さえ５２によってダイ５１と板押さえ５２とで狭持して保持する。そして、パンチ５３を下降させて、金属板５０をパンチ５３とエジェクタ５４で狭持しながらエレメント形状に打ち抜く。このとき、パンチ５３の凸部５５とエジェクタ５４の凹部５６とにより、エレメント形状に打ち抜かれる金属板５０ａに、ホール３５及びディンプル３０が形成される。

ここで、エジェクタ５４の凹部５６には、図８に示すように、段差部５６ａが設けられている。本実施の形態では、上記したようにディンプル３０のうち伝動ベルト１０の外周側及び内周側にそれぞれ逃げ部３１を形成するため、凹部５６のそれぞれに対応する底部位置（図８では上端部及び下端部）に段差部５６ａ，５６ａが設けられている。もちろん、凹部５６の上端部にだけ段差部５６ａを設けても良いし、凹部５６の底部全周に段差部５６ａを設けても良い。

このような段差部５６ａが、エレメント２０のディンプル３０を成形するためのプレス型であるエジェクタ５４の凹部５６に設けられている。このため、上記のプレス成形によって形成されるディンプル３０は、図９に示すように、ディンプル３０に最終的に設けられる逃げ部３１に相当する部位に、２段（２つの）山部３２が形成される。この２段の山部３２においては、その境（谷となる箇所）が、逃げ部３１の高さ方向（図９で左右方向）のほぼ中央に位置している。これにより、各山部３２の形状をほぼ同じにすることができる。

そして、ディンプル部体積Ｖｄとホール部体積Ｖｈとはほとんど同じ（Ｖｄ≒Ｖｈ）であるが、上記のような２段の山部３２を形成するために、エジェクタ５４の凹部５６に段差部５６ａが設けられているため、２段の山部３２が形成される際には、図１０に示すように、エジェクタ５４の凹部５６の底面５６ｂと金属板５０ａとの間に隙間Ｓが形成され、金属板５０ａがエジェクタ５４の凹部５６内に完全に充填されることがない。従って、プレス成形時にプレス型（エジェクタ５４）に対して過大な荷重が作用することを確実に回避することができる。なお、図１０に示す一点鎖線は、従来の逃げ部がないディンプルを形成するエジェクタの凹部の形状を示したものである。

続いて、エレメント形状にプレス成形された金属板５０ａを熱処理する。この熱処理では、金属板５０ａに対して焼入れ及び焼き戻しが実施される。これにより、エレメント形状の金属板５０ａが硬くなる。

その後、熱処理されたエレメント形状の金属板５０ａに対してバレル研磨を行う。具体的には、図１１に示すように、複数のバレルメディア６０を用いて金属板５０ａを研磨する。なお、このようなバレル研磨は従来から行われているものである。このバレル研磨により、金属板５０ａに発生したバリが取り除かれる。そして、金属板５０ａは、熱処理によって硬くなっているため、バリを効率的に除去することができる。その結果として、エレメント２０の生産効率を向上させることができる。

また、このバレル研磨により、ディンプル３０の先端に形成された２段の山部３２が削り取られ、逃げ部３１が形成される。ここで、バレル研磨では削り取る量（深さ）に限界があるが、２段の山部３２を成形することにより、バレルメディア６０が金属板５０ａに接触するとき、２段の山部３２ではバレルメディア６０との接触面圧が高くなるため、他の平坦な部分よりも深さ方向（山部の高さ方向）により多く削り取られる。そのため、従来からバリ取りのために実施されていたバレル研磨によって、ディンプル３０の先端に形成された２段の山部３２を確実に削り取ることができる。このようにして、切削加工などの新たな工程を追加することなく、ディンプル３０の先端に逃げ部３１を形成することができ、図２及び図３に示すエレメント２０が得られる。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るエレメント２０の製造方法によれば、プレス成形にて、薄板状の金属板５０をエレメント形状に打ち抜くとともに、ディンプル３０及びホール３５を形成するときに、ディンプル３０の先端に２段（２つ）の山部３２を形成する。このとき、エジェクタ５４の凹部５６の底面５６ｂとディンプル３０の先端との間に隙間Ｓができる。そのため、プレス成形時に、エジェクタ５４の凹部５６内に金属板５０が隙間なく充填されることがない。従って、プレス金型に過大な荷重が付与されることを確実に回避することができる。

その後、バレル研磨にて、プレス成形された金属板５０ａを研磨するときに、金属板５０ａに発生したバリを除去するとともに、ディンプル３０の先端に成形された２段の山部３２を削り取る。これにより、ディンプル３０の先端に基端側より大きな縮径変化割合を持つ逃げ部３１が形成される。そして、バレル研磨は、従来のエレメントの製造方法においても実施されているため、新たな工程を追加することなく、ディンプル３０の先端に逃げ部３１を形成することができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１０ 伝動ベルト
２０ エレメント
３０ ディンプル
３０ａ 外周面
３０ｂ 先端面
３１ 逃げ部
３２ 山部
３５ ホール
４０ 金属リング
５０ 金属板
５０ａ プレス成形された金属板
５１ ダイ
５２ 板押さえ
５３ パンチ
５４ エジェクタ
５５ 凸部
５６ 凹部
５６ａ 段差部
５６ｂ 底面
６０ バレルメディア
Ｓ 隙間

Claims (6)

1. 無端環状のリングと、前記リングに沿って厚さ方向に複数連ねられ、隣接するエレメントの一側面に設けられた凹部に嵌合するように前記一側面と相対向する他側面に設けられた凸部を備えるエレメントとを有する無端金属ベルトにおけるエレメントの製造方法において、
   薄板状の金属板を所定形状に打ち抜くとともに、前記凸部及び凹部を形成するプレス工程と、
   前記プレス工程によりプレス成形された前記金属板を研磨する研磨工程とを含み、
   前記プレス工程では、前記凸部を形成するための金型と前記凸部の先端面との間に隙間が形成されるように前記凸部の先端に２段の山部を成形し、
   前記研磨工程では、前記２段の山部を削り取ることにより、前記凸部の先端に基端側より大きな縮径変化割合を持つ逃げ部を形成する
   ことを特徴とする無端金属ベルトのエレメントの製造方法。
2. 請求項１に記載する無端金属ベルトにおけるエレメントの製造方法において、
   前記プレス工程では、前記逃げ部のほぼ中央に前記２段の山部の境が位置するように前記２段の山部を形成する
   ことを特徴とする無端金属ベルトのエレメントの製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載する無端金属ベルトにおけるエレメントの製造方法において、
   前記プレス工程では、前記凸部のうち少なくとも前記無端金属ベルトの外周側に相当する端部に前記２段の山部を形成する
   ことを特徴とする無端金属ベルトのエレメントの製造方法。
4. 請求項１又は請求項２に記載する無端金属ベルトにおけるエレメントの製造方法において、
   前記プレス工程では、前記凸部のうち前記無端金属ベルトの外周側及び内周側それぞれに相当する各端部に前記２段の山部をそれぞれ形成する
   ことを特徴とする無端金属ベルトのエレメントの製造方法。
5. 請求項１から請求項４に記載するいずれか１つの無端金属ベルトにおけるエレメントの製造方法において、
   前記プレス工程と前記研磨工程との間に、前記プレス工程が実施された前記金属板の強度を高めるための熱処理を行う熱処理工程を実施する
   ことを特徴とする無端金属ベルトのエレメントの製造方法。
6. 請求項１から請求項５に記載するいずれか１つの無端金属ベルトにおけるエレメントの製造方法において、
   前記研磨工程では、バレル研磨を実施する
   ことを特徴とする無端金属ベルトのエレメントの製造方法。

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