JP2018204793A - 伝動ベルト用エレメント、伝動ベルト、伝動ベルト用エレメントの製造方法および無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】無段変速機の使用に伴う伝動ベルトの隣り合うエレメント同士の隙間の増加を抑制して当該無段変速機における動力の伝達効率を良好に確保する。【解決手段】無段変速機のプライマリプーリおよびセカンダリプーリに巻き掛けられる伝動ベルトのエレメントは、当該伝動ベルトのリングと接触するサドル面を有する胴部と、サドル面の幅方向における両側に位置するように胴部から延出された一対のピラー部と、正面および背面の一方に形成され、隣り合うエレメント同士を接触させて両者の回動の支点となる接触線を含むロッキングエッジ部とを有し、ロッキングエッジ部および当該ロッキングエッジ部との接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さの初期値を“Ｒｉ”とし、当該表面粗さの収束値を“Ｒｃ”としたときに、Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．１５×Ｒｃを満たす。【選択図】図２

Description

本開示は、サドル面を有する胴部および当該サドル面の幅方向における両側に位置するように胴部から延出された一対のピラー部を含む伝動ベルト用エレメント、伝動ベルト、伝動ベルト用エレメントの製造方法および無段変速機に関する。

従来、無段変速機の駆動プーリと被動プーリとの間に掛装される金属ベルト用の金属エレメントとして、無端帯状をなす金属バンドの延長方向に積層配置される複数の金属エレメントを含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この金属エレメントは、ボディ部における両側端傾斜部の延長上に形成された鈎状部と、両鈎状部間に設けられたバンド載置面とを含む。そして、バンド載置面は、少なくとも複数の異なった地点を中心にして描かれた複数の中高の弧状に形成されている。

特開２００３−４２２３５号公報

上述のような金属エレメントを含む金属ベルトでは、被動プーリの出口よりも駆動プーリ側で隣り合う金属エレメント間に僅かな隙間が形成される。このため、駆動プーリの周囲には、隙間の存在により金属エレメント間で押圧力が発生しなくなってトルクが伝達されなくなるアイドルアークと呼ばれる領域と、金属エレメント間の隙間が詰まることにより当該金属エレメント間で押圧力が発生してトルクが伝達されるアクティブアークと呼ばれる領域とが形成される。アイドルアークでは、金属エレメントおよび金属バンドが駆動プーリと一体になって回転し、金属エレメントの角速度と金属バンドの角速度とが一致する。これに対して、アクティブアークでは、１個の金属エレメントが駆動プーリから被動プーリ側に押し出された際に、金属エレメント１個分の押圧力が無くなることで金属エレメントと駆動プーリとの間に相対すべりを生じ、アクティブアークの金属エレメントが駆動プーリと共に移動し得なくなるマイクロスリップと呼ばれる現象が発生する。そして、アクティブアークにおける金属エレメントの角速度は、アイドルアークにおける金属エレメントおよび金属バンドの角速度に対してマイクロスリップによるスリップ量分だけ小さくなり、かかるマイクロスリップが増加すると、無段変速機におけるスリップ率が悪化して動力の伝達効率が低下してしまう。

また、上記マイクロスリップによるスリップ量は、隣り合う金属エレメント同士の隙間の合計値（エンドプレー）を被動プーリの出口からアイドルアークの終端までの間に位置する金属エレメントの数で除した値をベースに算出される。従って、金属エレメント同士の隙間を適正範囲内に維持することで、アクティブアークにおけるマイクロスリップの増加を抑えて動力の伝達効率の悪化を抑制することができる。しかしながら、本発明者らの研究・解析によれば、上述のような金属ベルトを含む無段変速機の使用が開始されると、隣り合うエレメント同士の隙間の合計値（エンドプレー）が初期状態に比べて増加してしまうことが判明した。このため、上記従来の金属エレメントを含む金属ベルトを用いた場合、マイクロスリップの増加により無段変速機における動力の伝達効率が設計値よりも悪化してしまうおそれがある。

そこで、本開示の発明は、無段変速機の使用に伴う伝動ベルトの隣り合うエレメント同士の隙間の増加を抑制して当該無段変速機における動力の伝達効率を良好に確保することを主目的とする。

本開示の伝動ベルト用エレメントは、無段変速機のプライマリプーリおよびセカンダリプーリに巻き掛けられる伝動ベルトのリングと接触するサドル面を有する胴部と、前記サドル面の幅方向における両側に位置するように前記胴部から延出された一対のピラー部とを含む伝動ベルト用エレメントにおいて、正面および背面の一方に形成され、隣り合うエレメント同士を接触させて両者の回動の支点となる接触線を含む曲面であるロッキングエッジ部を備え、前記ロッキングエッジ部および該ロッキングエッジ部との接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さの初期値を“Ｒｉ”とし、該表面粗さの収束値を“Ｒｃ”としたときに、Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．１５×Ｒｃを満たすものである。

本発明者らは、隣り合うエレメント同士の隙間を適正範囲内に維持して無段変速機における動力の伝達効率を良好に確保すべく鋭意研究を行った。そして、本発明者らは、無段変速機の使用開始後、トルクの伝達に伴って隣り合うエレメント同士が擦れ合うことでロッキングエッジ部や当該ロッキングエッジ部との接触面が摩耗し、摩耗によりロッキングエッジ部や当該接触面の表面粗さが良化することに起因して隣り合うエレメント同士の隙間の合計値が増加することを見出した。これを踏まえて、この伝動ベルト用エレメントは、ロッキングエッジ部および当該ロッキングエッジ部との接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さの初期値を“Ｒｉ”とし、当該表面粗さの収束値を“Ｒｃ”としたときに、Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．１５×Ｒｃを満たすように形成される。これにより、無段変速機の使用に伴うロッキングエッジ部や上記接触面の摩耗すなわち表面粗さの変化を抑制し、無段変速機の使用に伴う隣り合うエレメント同士の隙間の合計値の増加を抑えることができる。この結果、アクティブアークにおけるマイクロスリップの増加を抑制して無段変速機における動力の伝達効率を良好に確保することが可能となる。

本開示の無段変速機の一例を示す概略構成図である。 本開示の伝動ベルトを示す概略構成図である。 本開示の伝動ベルトを示す模式図である。 伝動ベルトのエンドプレーの経時変化を例示する図表である。 伝動ベルトに含まれるエレメントの表面粗さの経時変化を例示する図表である。

次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の無段変速機（ＣＶＴ）１を示す概略構成図である。同図に示す無段変速機１は、車両に搭載されるものであり、駆動側回転軸としてのプライマリシャフト（第１シャフト）２と、当該プライマリシャフト２に設けられたプライマリプーリ（第１プーリ）３と、プライマリシャフト２と平行に配置される従動側回転軸としてのセカンダリシャフト（第２シャフト）４と、当該セカンダリシャフト４に設けられたセカンダリプーリ（第２プーリ）５と、伝動ベルト１０とを含む。図示するように、伝動ベルト１０は、プライマリプーリ３のプーリ溝（Ｖ字状溝）とセカンダリプーリ５のプーリ溝（Ｖ字状溝）とに巻き掛けられる。

プライマリシャフト２は、車両のエンジン（内燃機関）といった動力発生源に連結されたインプットシャフト（図示省略）に図示しない前後進切換機構を介して連結される。プライマリプーリ３は、プライマリシャフト２と一体に形成された固定シーブ３ａと、ボールスプライン等を介してプライマリシャフト２により軸方向に摺動自在に支持される可動シーブ３ｂとを含む。また、セカンダリプーリ５は、セカンダリシャフト４と一体に形成された固定シーブ５ａと、ボールスプライン等を介してセカンダリシャフト４により軸方向に摺動自在に支持されると共にリターンスプリング８により軸方向に付勢される可動シーブ５ｂとを含む。

更に、無段変速機１は、プライマリプーリ３の溝幅を変更するための油圧式アクチュエータであるプライマリシリンダ６と、セカンダリプーリ５の溝幅を変更するための油圧式アクチュエータであるセカンダリシリンダ７とを含む。プライマリシリンダ６は、プライマリプーリ３の可動シーブ３ｂの背後に形成され、セカンダリシリンダ７は、セカンダリプーリ５の可動シーブ５ｂの背後に形成される。プライマリシリンダ６とセカンダリシリンダ７とには、プライマリプーリ３とセカンダリプーリ５との溝幅を変化させるべく図示しない油圧制御装置から作動油が供給される。また、セカンダリシャフト４は、ギヤ機構、デファレンシャルギヤおよびドライブシャフトを介して車両の駆動輪（何れも図示省略）に連結される。

本実施形態において、プライマリシャフト２のエンジン側とは反対側の端部（図１における左側の端部）には、段部が形成されている。そして、当該段部とプライマリシリンダ６のプライマリピストン６０との間には、プライマリプーリ３の可動シーブ３ｂのエンジン側とは反対側の端部（図１における左側の端部）と当接可能となるように、環状のエンドプレート６５が介設されている。更に、プライマリシャフト２には、可動シーブ３ｂの内周面に形成されたスプライン歯３ｓの固定シーブ３ａ側の端部と当接可能となるようにストッパ部２ｓが形成されている。

プライマリプーリ３の可動シーブ３ｂが固定シーブ３ａから離間してエンドプレート６５に当接すると、プライマリシャフト２に対する可動シーブ３ｂの固定シーブ３ａから離間する方向への移動が規制される。これにより、プライマリプーリ３のプーリ溝の幅が最大になり、それに伴ってセカンダリプーリ５のプーリ溝の幅が最小に設定されることで、無段変速機１の変速比γが最大になる。また、可動シーブ３ｂの内周面に形成されたスプライン歯３ｓがプライマリシャフト２に形成されたストッパ部２ｓに当接すると、プライマリシャフト２に対する可動シーブ３ｂの固定シーブ３ａに接近する方向への移動が規制される。これにより、プライマリプーリ３のプーリ溝の幅が最小になり、それに伴って伝動ベルト１０によりセカンダリプーリ５のプーリ溝の幅が最大に設定されることで、無段変速機１の変速比γが最小になる。

図２は、伝動ベルト１０を示す概略構成図である。同図に示すように、伝動ベルト１０は、弾性変形可能な複数（本実施形態では、例えば９個）のリング材１１を厚み方向（リング径方向）に積層することにより構成された１個の積層リング１２と、１個のリテーナリング１５と、積層リング１２の内周面に沿って環状に配列（結束）される複数（例えば、数百個）のエレメント２０とを含む。

本実施形態において、エレメント２０は、第１のエレメントと、当該第１のエレメントよりも若干（例えば、０．１ｍｍ程度）大きい厚み（最大厚み）を有する第２のエレメントとを含み、当該第１および第２エレメントは、それぞれ複数個隣り合わせにして配列される。これにより、伝動ベルト１０によってプライマリプーリ３およびセカンダリプーリ５との間でトルク伝達される際に、振動やノイズが発生するのを抑制することが可能となる。第１および第２エレメントの厚み以外の構造は共通であることから、以下、両者を「エレメント２０」と総称して説明する。

積層リング１２を構成する複数のリング材１１は、それぞれ鋼板製のドラムから切り出された弾性変形可能なものであって、概ね同一の厚みおよびそれぞれについて予め定められた異なる周長を有するように加工されている。リテーナリング１５は、例えば鋼板製のドラムから切り出された弾性変形可能なものであり、リング材１１と概ね同一若しくはそれよりも薄い厚みを有する。また、リテーナリング１５は、積層リング１２の最外層リング材１１ｏの外周長よりも長い内周長を有する。これにより、積層リング１２とリテーナリング１５とが同心円状に配置された状態（張力が作用しない無負荷状態）では、図２に示すように、最外層リング材１１ｏの外周面とリテーナリング１５の内周面との間に、環状のクリアランスが形成される。

各エレメント２０は、例えばプレス加工により鋼板から打ち抜かれた左右対称の外形を有するものであり、図２に示すように、図中水平に延びる胴部２１と、当該胴部２１の両端部から同方向に延出された一対のピラー部２２と、各ピラー部２２の遊端側に開口するように一対のピラー部２２の間に画成された単一のリング収容部（凹部）２３と、伝動ベルト１０（積層リング１２）の内周側から外周側（積層リング１２の径方向における外側）に向かうにつれて互いに離間するように形成された一対の側面２０ｓとを有する。

一対のピラー部２２は、リング収容部２３の底面であるサドル面２３ｓの幅方向における両側から積層リング１２の径方向における外側（伝動ベルト１０（積層リング１２）の内周側から外周側に向かう方向、すなわち図中上方）に延出されており、各ピラー部２２の遊端部には、サドル面２３ｓの幅方向に突出するフック部２２ｆが形成されている。一対のフック部２２ｆは、積層リング１２（リング材１１）の幅よりも若干長く、かつリテーナリング１５の幅よりも短い間隔をおいて互いに対向する。また、エレメント２０の各ピラー部２２は、積層リング１２の径方向における外側に向かうにつれてサドル面２３ｓから離間するように傾斜した平坦な内面２２ｉを有し、サドル面２３ｓと各ピラー部２２の内面２２ｉとの間には、両者に滑らかに連続する凹曲面（例えば、凹円柱面）が形成されている。

リング収容部２３内には、図２に示すように、積層リング１２が配置され、当該リング収容部２３のサドル面２３ｓは、積層リング１２すなわち最内層リング材１１ｉの内周面に接触する。サドル面２３ｓは、幅方向における中央部を頂部Ｔとして幅方向外側に向かうにつれて図中下方に緩やかに傾斜した左右対称の凸曲面形状（クラウニング形状）を有する。これにより、サドル面２３ｓとの摩擦により積層リング１２に頂部Ｔに向かう求心力を付与して、当該積層リング１２をセンタリングすることが可能となる。ただし、サドル面２３ｓは、積層リング１２の径方向における外側に湾曲する凸曲面を複数含むものであってもよい。

更に、リング収容部２３内には、弾性変形させられたリテーナリング１５が各エレメント２０の一対のフック部２２ｆの間から嵌め込まれる。リテーナリング１５は、積層リング１２の最外層リング材１１ｏの外周面と各エレメント２０のフック部２２ｆとの間に配置されて当該積層リング１２を包囲し、一対のピラー部２２と共に、各エレメント２０が積層リング１２から脱落したり、エレメント２０から積層リング１２が脱落したりするのを規制する。これにより、複数のエレメント２０は、積層リング１２の内周面に沿って環状に結束（配列）される。本実施形態において、リテーナリング１５には、図示しない単一または複数の開口（長穴）が形成されており、これにより、リテーナリング１５を弾性変形し易くしてエレメント２０に対する組付性を確保することができる。

また、エレメント２０の各側面２０ｓは、ピラー部２２側すなわち当該ピラー部２２の内面２２ｉの反対側（外側）に位置する第１側面２０ｓａと、第１側面２０ｓａに連続するように形成されて当該第１側面２０ｓａよりも積層リング１２の径方向における内側に位置する第２側面２０ｓｂとを含む。本実施形態において、一対の第１側面２０ｓａは、第２側面２０ｓｂと同様に、積層リング１２の径方向における外側に向かうにつれて互いに離間するように形成される。これにより、各ピラー部２２の強度を良好に確保することができる。

一対の第２側面２０ｓｂがなす角度は、プライマリプーリ３やセカンダリプーリ５のプーリ溝の開き角度と概ね等しく（本実施形態では、開き角度の設計値よりも僅かに大きく）なるように定められ、かつ一対の第１側面２０ｓａがなす角度は、一対の第２側面２０ｓｂがなす角度よりも小さく定められている。これにより、エレメント２０の第２側面２０ｓｂは、プライマリプーリ３のプーリ溝やセカンダリプーリ５のプーリ溝の表面に摩擦接触してプーリ３，５からの挟圧力を受け、摩擦力によりプライマリプーリ３からセカンダリプーリ５へとトルクを伝達するトルク伝達面（フランク面）となる。これに対して、一対の第１側面２０ｓａは、伝動ベルト１０によってプライマリプーリ３からセカンダリプーリ５へとトルクが伝達される際、基本的に、プーリ溝の表面に接触しないことになる。また、各第２側面２０ｓｂの表面には、エレメント２０とプライマリプーリ３やセカンダリプーリ５との接触部を潤滑・冷却するための作動油を保持するための図示しない凹凸（複数の溝）が形成されている。

図２に示すように、エレメント２０の正面（一方の表面）には、一対のロッキングエッジ部（接触領域）２５、非接触部２７、テーパ面（傾斜面）２１ｓ、および１個の突起（ディンプル）２１ｐが形成されている。一対のロッキングエッジ部２５は、それぞれ対応するピラー部２２と胴部２１とに跨がるようにサドル面２３ｓの幅方向に間隔をおいてエレメント２０の正面に形成されている。また、非接触部２７は、一対のロッキングエッジ部２５の上記幅方向における間に形成されている。本実施形態において、非接触部２７のベルト内周側の縁部（図２における下縁部）は、ロッキングエッジ部２５のベルト内周側の縁部（図２における下縁部）よりもベルト内周側（図中下側）に位置する。更に、テーパ面２１ｓは、非接触部２７および一対のロッキングエッジ部２５から各ピラー部２２の突出方向と反対側、すなわちベルト内周側（図２における下側）に延在するように胴部２１の正面（一方の表面）に形成されている。突起２１ｐは、胴部２１の正面の幅方向における中央部でテーパ面２１ｓから突出する。

本実施形態において、各ロッキングエッジ部２５および非接触部２７よりもベルト外周側に位置するエレメント２０の正面（主にピラー部２２の正面）と、エレメント２０の背面（他方の表面）とは、図３に示すように、それぞれ平坦に形成されており、エレメント２０のピラー部２２は、略一定の厚みｔｅを有する。また、各ロッキングエッジ部２５および非接触部２７よりもベルト内周側（図２および図３における下側）に位置するテーパ面２１ｓは、図３に示すように、ピラー部２２から離間するにつれて（ベルト内周側に向かうにつれて）背面（裏面）に近接する。更に、エレメント２０（胴部２１）の背面には、突起２１ｐの裏側に位置するように窪み部２１ｒが形成されている。伝動ベルト１０が組み立てられた際、当該窪み部２１ｒには、隣り合うエレメント２０の突起２１ｐが遊嵌される。

各ロッキングエッジ部２５は、短尺帯状の凸曲面であり、本実施形態では、予め定められた曲率半径を有すると共に径方向に幅をもった円柱面（曲面）とされている。各ロッキングエッジ部２５は、隣り合うエレメント２０同士を接触させて両者の回動の支点となる接触線を含むものであり、当該接触線の位置は、無段変速機１の変速比γに応じてロッキングエッジ部２５の範囲内で変動する。本実施形態において、ロッキングエッジ部２５の伝動ベルト１０の外周側（図中上側すなわちピラー部２２側）の端部は、サドル面２３ｓ（頂部Ｔ）よりも伝動ベルト１０の径方向における外側に位置し、ロッキングエッジ部２５の伝動ベルト１０の内周側（図中下側すなわちテーパ面２１ｓ側）の端部は、サドル面２３ｓ（底部）よりも伝動ベルト１０の径方向における内側に位置する。ただし、ロッキングエッジ部２５は、ピラー部２２および胴部２１の何れか一方のみに含まれるように形成されてもよい。また、ロッキングエッジ部２５は、エレメント２０の背面に形成されてもよい。

また、非接触部２７は、サドル面２３ｓで開口すると共に当該サドル面２３ｓに沿って幅方向に延在して一対のロッキングエッジ部２５を分断するように胴部２１の正面（一方の表面）に形成された帯状の凹部である。非接触部２７の表面（底面）は、各ロッキングエッジ部２５の表面よりも背面側に窪んでおり、これにより、サドル面２３ｓの厚みは、ピラー部２２の厚みｔｅよりも小さくなる。更に、非接触部２７の隅部や、非接触部２７を画成する胴部２１のエッジ部には、面取り加工等によりＲ形状が付与されている。

このような非接触部２７を各エレメント２０に形成することで、伝動ベルト１０では、隣り合うエレメント２０とのロッキングエッジ部２５以外での接触、すなわち隣り合うエレメント２０と非接触部２７との接触を良好に抑制することが可能となる。この結果、大きなモーメントが作用するエレメント２０の幅方向における中央部からの荷重が隣り合うエレメント２０に加えられて当該エレメント２０が変形するのを抑制し、各エレメント２０の耐久性をより向上させることが可能となる。

上述のエレメント２０の製造に際しては、プレス加工により鋼板から打ち抜かれたワークに対して、当該プレス加工に伴ってワークに形成されるバリ等を除去するためのバレル研磨といった表面処理が施される。一般的に、バレル研磨等の表面処理によりバリ等が除去されたエレメント２０の表面粗さ（Ｒａ算術平均粗さ）は０．１４μｍ程度となるが、本実施形態では、プレス加工により得られたワークに対して、バリ等を除去するための表面処理（研磨加工）よりもエレメント２０の表面粗さをより小さくする表面処理が施される。具体的には、エレメント２０に対する表面処理の仕様は、当該表面処理が完了した際にロッキングエッジ部２５やサドル面２３ｓ、テーパ面２１ｓ、ピラー部２２の表面、背面を含むエレメント２０の表面全体（窪み部２１ｒの底面やフック部２２ｆの裏面等を除いてもよい）で表面粗さ（Ｒａ算術平均粗さ）が例えば０．１１μｍ程度になるように定められる。なお、エレンメント２０の表面粗さ（Ｒａ算術平均粗さ）を０．１１μｍ程度にするためには、従来のエレメントに対して施されていた表面処理に比べてバレル研磨時間を長くしたり、より研磨能力の高い砥石を用いればよい。

続いて、伝動ベルト１０に含まれるエレメント２０の表面粗さについて説明する。

図３に示すように、複数のエレメント２０を含む伝動ベルト１０（図３では、エレメント２０および最内層リング材１１ｉのみを示す）では、セカンダリプーリ５の出口（セカンダリプーリ５との巻き掛かりが解除される位置、図中、白抜矢印参照）よりもプライマリプーリ３側で、隣り合うエレメント２０間で僅かな隙間が形成される。このため、プライマリプーリ３の周囲には、隙間の存在によりエレメント２０間で押圧力が発生しなくなってトルクが伝達されなくなるアイドルアークＡｉと呼ばれる領域と、エレメント２０間の隙間が詰まることにより当該エレメント２０間で押圧力が発生してトルクが伝達されるアクティブアークＡａと呼ばれる領域とが形成される。

アイドルアークＡｉでは、エレメント２０および積層リング１２がプライマリプーリ３と一体になって回転し、エレメント２０の角速度と積層リング１２の角速度とが一致する。これに対して、アクティブアークＡａでは、１個のエレメント２０がプライマリプーリ３からセカンダリプーリ５側に押し出された際に（プライマリプーリとの巻き掛かりが解除された際）に、エレメント１個分の押圧力が無くなることでエレメント２０とプライマリプーリ３との間に相対すべりを生じ、アクティブアークＡａのエレメント２０がプライマリプーリ３と共に移動し得なくなる（プライマリプーリ３に対して遅れる）マイクロスリップと呼ばれる現象が発生する。そして、アクティブアークＡａにおけるエレメント２０の角速度は、アイドルアークＡｉにおけるエレメント２０および積層リング１２の角速度に対してマイクロスリップによるスリップ量分だけ小さくなり、かかるマイクロスリップが増加すると、無段変速機１におけるスリップ率が悪化して動力の伝達効率が低下してしまう。

また、マイクロスリップによるスリップ量Δｘとしては、隣り合うエレメント２０同士の隙間の合計値（以下、「エンドプレー」という）を上述のセカンダリプーリ５の出口からアイドルアークＡｉの終端までの間（図３において一点鎖線で示す範囲）に位置するエレメント２０の数で除した値（Δｘ＞０）、あるいは上記エンドプレーを該当するエレメント２０の数で除した値に回転数や変速比γに応じた係数を乗じた値を用いることができる。従って、エレメント２０同士の隙間、すなわちエンドプレーを適正範囲内に維持することで、アクティブアークにおけるマイクロスリップの増加を抑えて無段変速機１における動力の伝達効率の悪化を抑制することができる。

このような伝動ベルト１０の特性を踏まえて、本発明者らは、隣り合うエレメント２０同士の隙間を適正範囲内に維持して無段変速機１における動力の伝達効率を良好に確保すべく、鋭意研究を行った。そして、本発明者らは、無段変速機１の使用開始後、トルクの伝達に伴って隣り合うエレメント２０同士が擦れ合うことでロッキングエッジ部２５や当該ロッキングエッジ部２５との接触面が摩耗し、摩耗によりロッキングエッジ部２５や当該接触面の表面粗さが良化することに起因してエンドプレーが増加することを見出した。

すなわち、プレス加工により得られたワークにバリ等を除去するための表面処理が施されてロッキングエッジ部２５を含むエレメント２０の表面全体の表面粗さ（Ｒａ算術平均粗さ）が平均値で０．１４μｍ程度になっており、かつ伝動ベルト１０の組み立て完了後におけるエンドプレーが０．２５ｍｍ程度である場合、図４において破線で示すように、無段変速機１の使用開始（当該無段変速機１を搭載した車両の納車時に相当）から比較的短時間のうちに、エンドプレーが１．０ｍｍ程度まで増加することが判明した。また、表面処理後のロッキングエッジ部２５を含むエレメント２０の表面全体の表面粗さ（Ｒａ算術平均粗さ）が平均値で０．１４μｍ程度である場合、図５において破線で示すように、無段変速機１の使用開始から比較的短時間のうちに、ロッキングエッジ部２５や当該ロッキングエッジ部２５との接触面の表面粗さ（Ｒａ算術平均粗さ）が平均値で０．１０μｍ程度まで良化することも判明した。更に、組み立てが完了して使用可能となった無段変速機１を変速比γが最大（最大減速比）となる状態にし、エンジンからプライマリプーリ３に当該エンジンの最大トルクを連続して伝達した場合（スロットル開度１００％かつ最大トルクを発生させる回転数でエンジンを連続して作動させた場合）、プライマリプーリ３へのトルクの伝達開始からの時間（積算時間）が２０時間程度に達した段階で、ロッキングエッジ部２５や当該ロッキングエッジ部２５との接触面の表面粗さが概ね一定の値に収束し（表面粗さが変化しなくなり）、それに伴ってエンドプレーも一定の値に収束することも判明した（図４および図５における破線参照）。

かかる研究結果と、無段変速機１の使用に伴うエンドプレーの許容増加量（例えば、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度）とを考慮して、ロッキングエッジ部２５および当該ロッキングエッジ部２５との接触面の表面粗さの初期値を“Ｒｉ”とし、当該表面粗さの収束値を“Ｒｃ”としたときに、Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．１５×Ｒｃ、より好ましくは、Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．０５×Ｒｃを満たすように形成される。ここで、ロッキングエッジ部２５等の表面粗さの初期値Ｒｉは、エレメント２０（ワーク）に対する表面処理が完了した際のロッキングエッジ部２５や上記接触面の表面粗さ（Ｒａ算術平均粗さ）である。また、本実施形態において、ロッキングエッジ部２５等の表面粗さの収束値Ｒｃは、プライマリプーリ３にエンジンから上記最大トルクが伝達される時間の初期状態（無段変速機１が使用可能となった状態）からの積算値が所定時間（本実施形態では、例えば２０時間）に達した際のロッキングエッジ部２５や当該接触面の表面粗さ（Ｒａ算術平均粗さ）であり、上述のように例えば０．１０μｍ程度の値である。

これにより、図５において実線で示すように、無段変速機１の使用に伴うロッキングエッジ部２５や上記接触面の摩耗すなわち表面粗さの変化を抑制し、図４において実線で示すように、無段変速機１の使用に伴うエンドプレーの増加を抑えることができる。すなわち、伝動ベルト１０のエレメント２０では、一対のロッキングエッジ部２５の間に隣り合うエレメント２０と接触しないようにサドル面２３ｓに沿って幅方向に延在する非接触部２７が形成されており、各ロッキングエッジ部２５の表面積が比較的小さくなる。このため、ロッキングエッジ部２５等の表面粗さの初期値Ｒｉが大きいと、無段変速機１の使用に伴うロッキングエッジ部２５等の摩耗による表面粗さの変化量（良化の度合い）が大きくなり、それによりエンドプレーが初期値よりも増加してしまう。これに対して、少なくともロッキングエッジ部２５や上記接触面の表面粗さの初期値Ｒｉを上記収束値Ｒｃに近づけておくことで、無段変速機１の使用に伴うエンドプレーの増加を極めて良好に抑制することができる。特に、一対のピラー部２２を有するエレメント２０では、胴部の幅方向における中央部からベルト外周側に延出された頭部の両側に積層リングが配置される一般的なエレメントに比べて、ロッキングエッジ部２５の面積（幅）が小さくなることから、このようにロッキングエッジ部２５や上記接触面の表面粗さの初期値Ｒｉを収束値Ｒｃに近づけておくことは極めて有効である。この結果、伝動ベルト１０を含む無段変速機１では、アクティブアークＡａにおけるマイクロスリップの増加を抑制して動力の伝達効率を良好に確保することが可能となる。

また、本実施形態では、エレメント２０の製造に際し、プレス加工により得られたワークに対して、バリ等を除去すると共に当該ワークの表面全体の表面粗さの初期値を上記収束値Ｒｃに近い初期値Ｒｉにするための表面処理が施され、エレメント２０の表面全体の表面粗さの初期値は、上記初期値Ｒｉと概ね同一となる。これにより、バレル研磨等の表面処理によって多数のエレメント２０のロッキングエッジ部２５や当該ロッキングエッジ部２５との接触面の表面粗さを一括して容易に良化することが可能となる。

ただし、ロッキングエッジ部２５および当該ロッキングエッジ部２５との接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さの初期値Ｒｉは、テーパ面２１ｓやピラー部２２の表面（正面のロッキングエッジ部２５以外の部分）、背面の当該接触面以外の部分における表面粗さの初期値よりも小さくてもよい。すなわち、エレメント２０は、ロッキングエッジ部２５および当該ロッキングエッジ部２５との接触面の少なくとも何れか一方のみ、あるいはエレメント２０の正面および背面の少なくとも何れか一方のみに、表面粗さの初期値Ｒｉを上記収束値Ｒｃに近い値にする表面処理が施されたものであってもよい。更に、上記エレメント２０は、左右対称の外形を有するものであるが、これに限られるものではない。すなわち、エレメント２０は、左右非対称の外形を有するように形成されてもよい。

また、上記伝動ベルト１０では、各エレメント２０に一対のフック部２２ｆが設けられると共に、積層リング１２と複数のエレメント２０のフック部２２ｆとの間にリテーナリング１５が配置されるが、伝動ベルト１０からリテーナリング１５が省略されてもよい。更に、フック部２２ｆの構成は、上述のものには限られず、フック部２２ｆが省略されてもよい。また、無段変速機１は、プライマリシャフト２およびセカンダリシャフト４が選択的にインプットシャフトに連結されると共に、プライマリシャフト２およびセカンダリシャフト４が選択的に車両のドライブシャフトに連結されるように構成されてもよい。

以上説明したように、本開示の伝動ベルト用エレメントは、無段変速機（１）のプライマリプーリ（３）およびセカンダリプーリ（５）に巻き掛けられる伝動ベルト（１０）のリング（１２）と接触するサドル面（２３ｓ）を有する胴部（２１）と、前記サドル面（２３ｓ）の幅方向における両側に位置するように前記胴部（２１）から延出された一対のピラー部（２２）とを含む伝動ベルト用エレメント（２０）において、正面および背面の一方に形成され、隣り合うエレメント（２０）同士を接触させて両者の回動の支点となる接触線を含む曲面であるロッキングエッジ部（２５）を備え、前記ロッキングエッジ部（２５）および該ロッキングエッジ部（２５）との接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さの初期値を“Ｒｉ”とし、該表面粗さの収束値を“Ｒｃ”としたときに、Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．１５×Ｒｃを満たすものである。

本発明者らは、隣り合うエレメント同士の隙間を適正範囲内に維持して無段変速機における動力の伝達効率を良好に確保すべく鋭意研究を行った。そして、本発明者らは、無段変速機の使用開始後、トルクの伝達に伴って隣り合うエレメント同士が擦れ合うことでロッキングエッジ部や当該ロッキングエッジ部との接触面が摩耗し、摩耗によりロッキングエッジ部や当該接触面の表面粗さが良化することに起因して隣り合うエレメント同士の隙間の合計値が増加することを見出した。これを踏まえて、本開示の伝動ベルト用エレメントは、ロッキングエッジ部および当該ロッキングエッジ部との接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さの初期値を“Ｒｉ”とし、当該表面粗さの収束値を“Ｒｃ”としたときに、Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．１５×Ｒｃを満たすように形成される。これにより、無段変速機の使用に伴うロッキングエッジ部や上記接触面の摩耗すなわち表面粗さの変化を抑制し、無段変速機の使用に伴う隣り合うエレメント同士の隙間の合計値の増加を抑えることができる。この結果、アクティブアークにおけるマイクロスリップの増加を抑制して無段変速機における動力の伝達効率を良好に確保することが可能となる。

また、前記伝動ベルト用エレメント（２０）は、Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．０５×Ｒｃを満たすものであってもよい。これにより、無段変速機の使用に伴う隣り合うエレメント同士の隙間（合計値）の増加をより良好に抑制することが可能となる。

更に、前記サドル面、前記正面および前記背面を含む表面全体の表面粗さの初期値は、前記初期値Ｒｉと概ね同一であってもよい。すなわち、伝動ベルト用エレメントは、その表面全体の表面粗さの初期値を上記収束値Ｒｃに近い初期値Ｒｉにする表面処理が施されたものであってもよい。これにより、バレル研磨等の表面処理によって多数のエレメントのロッキングエッジ部や当該ロッキングエッジ部との接触面の表面粗さを一括して容易に良化することが可能となる。

また、前記初期値Ｒｉは、前記正面または前記背面の前記ロッキングエッジ部（２０）または前記接触面以外の部分の表面粗さの初期値よりも小さくてもよい。すなわち、伝動ベルト用エレメントは、ロッキングエッジ部や当該ロッキングエッジ部との接触面のみに表面粗さの初期値Ｒｉを上記収束値Ｒｃに近い値にする表面処理が施されたものであってもよい。

更に、前記初期値Ｒｉは、前記伝動ベルト用エレメント（２０）に対する表面処理が完了した際の前記ロッキングエッジ部（２５）および前記接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さであってもよく、前記収束値Ｒｃは、前記無段変速機（１）の変速比（γ）が最大であり、かつ該無段変速機（１）にエンジンの最大トルクが伝達される状態で表面粗さが変化しなくなったときの前記ロッキングエッジ部（２５）および前記接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さであってもよい。

また、前記ロッキングエッジ部（２５）は、前記幅方向に間隔をおいて形成され、一対の前記ロッキングエッジ部（２５）の間には、隣り合うエレメント（２０）と接触しないように前記サドル面（２３ｓ）に沿って前記幅方向に延在する非接触部（２７）が形成されてもよい。すなわち、このような構成を有する伝動ベルト用エレメントでは、各ロッキングエッジ部の表面積が比較的小さくなることから、ロッキングエッジ部等の表面粗さの初期値が大きいと、無段変速機の使用に伴うロッキングエッジ部等の摩耗による表面粗さの変化量（良化の度合い）が大きくなり、それにより隣り合うエレメント同士の隙間の合計値が増加してしまう。従って、かかる伝動ベルト用エレメントにおいて、少なくともロッキングエッジ部や上記接触面の表面粗さの初期値Ｒｉを上記収束値Ｒｃに近づけておくことで、無段変速機の使用に伴う隣り合うエレメント同士の隙間の合計値の増加を極めて良好に抑制することが可能となる。

本開示の伝動ベルトは、サドル面（２３ｓ）を有する胴部（２１）および前記サドル面（２３ｓ）の幅方向における両側に位置するように前記胴部（２１）から延出された一対のピラー部（２２）を含む複数のエレメント（２０）と、前記複数のエレメント（２０）の前記一対のピラー部（２２）間に配置されるリング（１２）とを有すると共に無段変速機（１）のプライマリプーリ（３）およびセカンダリプーリ（５）に巻き掛けられる伝動ベルト（１０）において、前記エレメント（２０）の各々が、該エレメント（２０）の正面および背面の一方に形成され、隣り合うエレメント（２０）同士を接触させて両者の回動の支点となる接触線を含む曲面であるロッキングエッジ部（２５）を含み、前記ロッキングエッジ部（２５）および該ロッキングエッジ部（２５）との接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さの初期値を“Ｒｉとして、該表面粗さの収束値を“Ｒｃ”としたときに、Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．１５×Ｒｃを満たすものである。

本開示の伝動ベルトでは、無段変速機の使用に伴うエレメントのロッキングエッジ部や上記接触面の摩耗すなわち表面粗さの変化を抑制し、無段変速機の使用に伴う隣り合うエレメント同士の隙間の合計値の増加を抑えることができる。この結果、アクティブアークにおけるマイクロスリップの増加を抑制して無段変速機における動力の伝達効率を良好に確保することが可能となる。

本開示の伝動ベルト用エレメントの製造方法は、無段変速機（１）のプライマリプーリ（３）およびセカンダリプーリ（５）に巻き掛けられる伝動ベルト（１０）のリング（１２）と接触するサドル面（２３ｓ）を有する胴部（２１）と、前記サドル面（２３ｓ）の幅方向における両側に位置するように前記胴部（２１）から延出された一対のピラー部（２２）とを含む伝動ベルト用エレメント（２０）の製造方法において、隣り合うエレメント（２０）同士を接触させて両者の回動の支点となる接触線を含む曲面であるロッキングエッジ部（２５）および該ロッキングエッジ部（２５）との接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さの初期値を“Ｒｉ”とし、該表面粗さの収束値を“Ｒｃ”としたときに、Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．１５×Ｒｃを満たすように少なくとも前記ロッキングエッジ部（２５）または前記接触面に表面処理を施すものである。

かかる方法により製造された伝動ベルト用エレメントによれば、無段変速機の使用に伴うロッキングエッジ部や上記接触面の摩耗すなわち表面粗さの変化を抑制し、無段変速機の使用に伴う隣り合うエレメント同士の隙間の合計値の増加を抑えることができる。この結果、アクティブアークにおけるマイクロスリップの増加を抑制して無段変速機における動力の伝達効率を良好に確保することが可能となる。

本開示の無段変速機は、エンジンからのトルクが伝達されるプライマリプーリと、セカンダリプーリと、前記プライマリプーリおよび前記セカンダリプーリに巻き掛けられる伝動ベルトとを含む無段変速機において、前記伝動ベルトは、サドル面を有する胴部および前記サドル面の幅方向における両側に位置するように前記胴部から延出された一対のピラー部を含む複数のエレメントと、前記複数のエレメントの前記一対のピラー部間に配置されるリングとを含み、前記エレメントの各々は、該エレメントの正面および背面の一方に形成され、隣り合うエレメント同士を接触させて両者の回動の支点となる接触線を含む曲面であるロッキングエッジ部を含み、前記ロッキングエッジ部および該ロッキングエッジ部との接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さの初期値を“Ｒｉ”とし、該表面粗さの収束値を“Ｒｃ”としたときに、
Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．１５×Ｒｃ
を満たすものである。

かかる無段変速機では、当該無段変速機の使用に伴うロッキングエッジ部や上記接触面の摩耗すなわち表面粗さの変化を抑制し、無段変速機の使用に伴う隣り合うエレメント同士の隙間の合計値の増加を抑えることができる。この結果、アクティブアークにおけるマイクロスリップの増加を抑制して動力の伝達効率を良好に確保することが可能となる。

そして、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、無段変速機や伝動ベルトの製造産業等において利用可能である。

１ 無段変速機、２ プライマリシャフト、２ｓ ストッパ部、３ プライマリプーリ、３ａ，５ａ 固定シーブ、３ｂ，５ｂ 可動シーブ、３ｓ スプライン歯、４ セカンダリシャフト、５ セカンダリプーリ、６ プライマリシリンダ、６０ プライマリピストン、６５ エンドプレート、７ セカンダリシリンダ、８ リターンスプリング、１０ 伝動ベルト、１１ リング材、１１ｉ 最内層リング材、１１ｏ 最外層リング材、１２ 積層リング、１５ リテーナリング、２０ エレメント、２０ｓ 側面、２０ｓａ 第１側面、２０ｓｂ 第２側面、２１ 胴部、２１ｐ 突起、２１ｒ 窪み部、２１ｓ テーパ面、２２ ピラー部、２２ｆ フック部、２２ｉ 内面、２３ リング収容部、２３ｓ サドル面、２５ ロッキングエッジ部、２７ 非接触部、Ｔ 頂部。

Claims (9)

1. 無段変速機のプライマリプーリおよびセカンダリプーリに巻き掛けられる伝動ベルトのリングと接触するサドル面を有する胴部と、前記サドル面の幅方向における両側に位置するように前記胴部から延出された一対のピラー部とを含む伝動ベルト用エレメントにおいて、
   正面および背面の一方に形成され、隣り合うエレメント同士を接触させて両者の回動の支点となる接触線を含む曲面であるロッキングエッジ部を備え、
   前記ロッキングエッジ部および該ロッキングエッジ部との接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さの初期値を“Ｒｉ”とし、該表面粗さの収束値を“Ｒｃ”としたときに、
   Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．１５×Ｒｃ
   を満たす伝動ベルト用エレメント。
2. 請求項１に記載の伝動ベルト用エレメントにおいて、Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．０５×Ｒｃを満たす伝動ベルト用エレメント。
3. 請求項１または２に記載の伝動ベルト用エレメントにおいて、
   前記サドル面、前記正面および前記背面を含む表面全体の表面粗さの初期値は、前記初期値Ｒｉと概ね同一である伝動ベルト用エレメント。
4. 請求項１または２に記載の伝動ベルト用エレメントにおいて、
   前記初期値Ｒｉは、前記正面または前記背面の前記ロッキングエッジ部または前記接触面以外の部分の表面粗さの初期値よりも小さい伝動ベルト用エレメント。
5. 請求項１から３の何れか一項に記載の伝動ベルト用エレメントにおいて、
   前記初期値Ｒｉは、前記伝動ベルト用エレメントに対する表面処理が完了した際の前記ロッキングエッジ部および前記接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さであり、
   前記収束値Ｒｃは、前記無段変速機の変速比が最大であり、かつ該無段変速機にエンジンの最大トルクが伝達される状態で表面粗さが変化しなくなったときの前記ロッキングエッジ部および前記接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さである伝動ベルト用エレメント。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の伝動ベルト用エレメントにおいて、
   前記ロッキングエッジ部は、前記幅方向に間隔をおいて形成され、一対の前記ロッキングエッジ部の間には、隣り合うエレメントと接触しないように前記サドル面に沿って前記幅方向に延在する非接触部が形成されている伝動ベルト用エレメント。
7. サドル面を有する胴部および前記サドル面の幅方向における両側に位置するように前記胴部から延出された一対のピラー部を含む複数のエレメントと、前記複数のエレメントの前記一対のピラー部間に配置されるリングとを有すると共に無段変速機のプライマリプーリおよびセカンダリプーリに巻き掛けられる伝動ベルトにおいて、
   前記エレメントの各々は、該エレメントの正面および背面の一方に形成され、隣り合うエレメント同士を接触させて両者の回動の支点となる接触線を含む曲面であるロッキングエッジ部を含み、
   前記ロッキングエッジ部および該ロッキングエッジ部との接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さの初期値を“Ｒｉ”とし、該表面粗さの収束値を“Ｒｃ”としたときに、
   Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．１５×Ｒｃ
   を満たす伝動ベルト。
8. 無段変速機のプライマリプーリおよびセカンダリプーリに巻き掛けられる伝動ベルトのリングと接触するサドル面を有する胴部と、前記サドル面の幅方向における両側に位置するように前記胴部から延出された一対のピラー部とを含む伝動ベルト用エレメントの製造方法において、
   隣り合うエレメント同士を接触させて両者の回動の支点となる接触線を含む曲面であるロッキングエッジ部および該ロッキングエッジ部との接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さの初期値を“Ｒｉ”とし、該表面粗さの収束値を“Ｒｃ”としたときに、
   Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．１５×Ｒｃ
   を満たすように少なくとも前記ロッキングエッジ部または前記接触面に表面処理を施す伝動ベルト用エレメントの製造方法。
9. エンジンからのトルクが伝達されるプライマリプーリと、セカンダリプーリと、前記プライマリプーリおよび前記セカンダリプーリに巻き掛けられる伝動ベルトとを含む無段変速機において、
   前記伝動ベルトは、サドル面を有する胴部および前記サドル面の幅方向における両側に位置するように前記胴部から延出された一対のピラー部を含む複数のエレメントと、前記複数のエレメントの前記一対のピラー部間に配置されるリングとを含み、
   前記エレメントの各々は、該エレメントの正面および背面の一方に形成され、隣り合うエレメント同士を接触させて両者の回動の支点となる接触線を含む曲面であるロッキングエッジ部を含み、
   前記ロッキングエッジ部および該ロッキングエッジ部との接触面の少なくとも何れか一方の表面粗さの初期値を“Ｒｉ”とし、該表面粗さの収束値を“Ｒｃ”としたときに、
   Ｒｃ≦Ｒｉ≦１．１５×Ｒｃ
   を満たす無段変速機。

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