(57)【要約】【課題】エレメント間の隙間が経時的に拡大することを十分に抑制することができる伝動ベルトを提供する。【解決手段】フープ２２に沿って厚さ方向に緊密且つ環状に複数個連ねられた板状の複数のエレメント２４を備え、そのエレメント２４の第１押付部２８、第２押付部３０、およびロッキングエッジ部３２は、経時的に厚さ方向へ寸法増加する金属から構成されていることから、エレメント２４の摩耗による厚さ方向の寸法減少分がそのエレメント２４の経年変形による経時的な寸法増加分により補われることで、エレメント２４の厚さ方向の絶対的な寸法変化が抑制されるので、エレメント２４間の隙間が経時的に拡大することを十分に抑制することができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する無端環状の帯状部材が複数積層されて成るフープと、該フープに支持されるとともに該フープに沿って厚さ方向に環状に複数連ねられた板状の金属から成る複数のエレメントとを備え、溝幅が可変である一対のプーリ間に掛け渡されるベルト式無段変速機用の伝動ベルトであって、
前記エレメントは、変態によって経時的に寸法増加する金属から構成されていることを特徴とするベルト式無段変速機用の伝動ベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溝幅が可変である一対のプーリ間に巻き掛けられて動力を伝達するベルト式無段変速機用の伝動ベルトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可撓性を有する無端環状の帯状部材が複数積層されて成るフープと、そのフープに支持されるとともにそのフープに沿って厚さ方向に環状に複数連ねられた板状の金属から成る複数のエレメントとを備え、溝幅が可変である一対のプーリ間に掛け渡されるベルト式無段変速機用の伝動ベルトが知られている。たとえば、特許文献１に記載されたものがそれである。これによれば、前記エレメントの表面にショットピーニングが施されていることにより、隣接するエレメント間の耐摩耗性が向上されているため、エレメントの厚さ方向の摩耗によってエレメント間の隙間が増加して例えば伝達効率が低下することを抑制することができる。
【特許文献１】特開２０００−１９９５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の伝動ベルトのようにエレメントの厚さ方向の摩耗量が低減されたものであっても、エレメントが摩耗すること自体は避けることができないため、必ずしも十分にエレメント間の隙間の増加を抑制することができないという問題があった。上記エレメント間の隙間の増加は、動力伝動時のエレメントの挙動が大きくなることによるベルト強度の低下、或いはエレメントとプーリとの間のマイクロスリップ量が増加することによる伝達効率の低下およびプーリの摩耗量の増加などの不具合を招く。
【０００４】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、エレメント間の隙間が経時的に拡大することを十分に抑制することができる伝動ベルトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる目的を達成するための請求項１にかかる発明の要旨とするところは、可撓性を有する無端環状の帯状部材が複数積層されて成るフープと、そのフープに支持されるとともにそのフープに沿って厚さ方向に環状に複数連ねられた板状の金属から成る複数のエレメントとを備え、溝幅が可変である一対のプーリ間に掛け渡されるベルト式無段変速機用の伝動ベルトであって、前記エレメントは、変態によって経時的に寸法増加する金属から構成されていることにある。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１にかかる発明の伝動ベルトによれば、フープに沿って厚さ方向に環状に複数連ねられた板状の金属から成る複数のエレメントを備え、そのエレメントは、変態によって経時的に寸法増加する金属から構成されていることから、エレメントの摩耗による厚さ方向の寸法減少分がそのエレメントの経年変形（経時変化）による経時的な寸法増加分により補われることによって、エレメントの厚さ方向の絶対的な寸法変化が抑制されるので、エレメント間の隙間が経時的に拡大することを十分に抑制することができる。
【０００７】
ここで、好適には、前記エレメントは、その少なくとも一部分にオーステナイトが残留するような熱処理が施され、その残留オーステナイトが時間経過とともにマルテンサイト変態する際の体積の膨張によって厚さ方向に寸法が増加するように構成される。このようにすれば、エレメントに生成された残留オーステナイトが経時的に除々に膨張することによって、エレメントが摩耗によって厚さ方向に寸法減少してもそのエレメントの厚さ方向の絶対的な寸法変化が抑制されるので、エレメント間の隙間が経時的に一定に保たれる。
【０００８】
また、好適には、前記オーステナイトの残留量は、エレメントの摩耗による厚さ方向の寸法減少量を補償するような経時的な寸法増加量が得られるように設定される。すなわち、オーステナイトの残留量は、摩耗による寸法減少量と変態による寸法増加量とが略相殺されるように設定される。このようにすれば、エレメントの厚さ方向の絶対的な寸法変化量が０(零)となり、エレメント間の隙間が経時的に一定に保たれる。
【０００９】
また、好適には、前記オーステナイトの残留部位は、ベルト伝動時において隣接するエレメントに対して接触しつつその隣接するエレメントとの間で相互に作用する押付力を受ける複数箇所のうちの少なくとも一箇所に設定される。すなわち、例えば、エレメントの頭部における厚さ方向の一端面および他端面にそれぞれ設けられた第１押付部および第２押付部、および隣接するエレメントに対して相対的に揺動する際の基部としてのロッキングエッジ部の少なくとも一部に設定される。そして、前記エレメントは、プーリに接触する一対の接触面相互の距離（エレメントの幅）およびそれら一対の接触面とプーリとの相対角度が前記経時的な寸法増加によってそれぞれ変化しないように構成される。例えば、上記一対の接触面あるいはその付近に残留オーステナイトが生成されないようにすることで、それら一対の接触面相互の距離およびプーリとの相対角度が経時的に変化しないように構成される。このようにすれば、プーリの溝幅が同じという条件下において、プーリの回転軸心からエレメントまでの距離すなわち伝動ベルトの巻き付け径（半径方向距離）が一定に保たれるので、この伝動ベルトを備えるベルト式無段変速機の変速比が略一定に保たれる。
【００１０】
また、前記複数のエレメントは、それらの全部が経時的に寸法増加する金属から構成されてもよいし、それら一部が経時的に寸法増加する金属から構成されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【実施例】
【００１２】
図１は、本発明の一実施例の伝動ベルト１０が装着された状態を示す斜視図である。図２は、図１に示す伝動ベルト１０を部分的に拡大するとともに一部の部品を除いて示す斜視図である。図３は、図１におけるIII矢視部断面を示す伝動ベルト１０およびその周辺部分の断面図である。図１乃至図３において、この伝動ベルト１０は、溝幅が可変であるＶ型の溝１２を外周部に有して互いに平行な軸心まわりに回転可能に設けられた入力側プーリ１４と出力側プーリ１６との間に掛け渡されたベルト式無段変速機用の圧縮式伝動ベルト（金属ベルト）である。上記入力側プーリ１４および出力側プーリ１６は、回転軸１８に固定された固定プーリ１４ａおよび１６ａと、回転軸１８に対して軸心方向に相対移動可能に設けられた可動プーリ１４ｂおよび１６ｂとを備えている。これら固定プーリ１４ａと可動プーリ１４ｂとの相対向する面、および固定プーリ１６ａと可動プーリ１６ｂとの相対向する面には、径方向外側に向かうほど軸心方向の相対距離が大きくなる円錐状の一対のシーブ面２０がそれぞれ設けられている。上記溝１２は、これら一対のシーブ面２０により形成されている。なお、入力側プーリ１４および出力側プーリ１６は、本発明における一対のプーリに相当するものである。
【００１３】
上記伝動ベルト１０は、可撓性を有する無端環状の帯鋼が複数枚積層されて成る一対のフープ２２と、それら一対のフープ２２によって挟持されるとともにそれら一対のフープ２２に沿って厚さ方向に環状に複数個連ねられた板状の金属から成る複数のエレメント（こま）２４とを備えている。
【００１４】
上記フープ２２は、例えば厚さ０．２ｍｍ程度の高張力鋼板が輪状にされて内から外へ層状に重ねられたものである。本実施例では、例えば９層程度に重ねられている。
【００１５】
上記エレメント２４は、例えば厚さ１．８ｍｍ程度の鋼板が打ち抜かれて成形された厚肉板状片である。本実施例では、１つの伝動ベルト１０に対して例えば４００個程度備えられている。エレメント２４は、図２に示すように一対のシーブ面２０にそれぞれ対向しつつ接触する一対の接触面２６を有している。また、エレメント２４は、ベルト伝動時において隣接するエレメント２４に対して接触しつつその隣接するエレメント２４との間で相互に作用する押付力を受ける箇所が３箇所設けられている。図４は、ベルト伝動時の所定位置におけるエレメント２４同士の接触状態を模式的に示す図である。上述の３箇所のうちの２箇所は、図４の矢印Ａで示す伝動ベルト１０の直線状の部分において、エレメント２４頭部の厚さ方向の一端面および他端面にそれぞれ設けられた第１押付部２８および第２押付部３０である。また、残りの１箇所は、図４の矢印Ｂで示す伝動ベルト１０の曲線状の部分において、隣接するエレメント２４に対して相対的に揺動する際の基部として機能するロッキングエッジ部３２である。エレメント２４は、前述のように厚さ１．８ｍｍ程度の鋼板が打ち抜かれ、その打ち抜かれた部材に例えばプレス加工等が施されて一端面の凸部３４および他端面の凹部３６およびロッキングエッジ部３２が形成されることで作られている。
【００１６】
上記第１押付部２８、第２押付部３０、およびロッキングエッジ部３２は、変態によって経時的に寸法増加する金属から構成（組成）されている。本実施例では、上記３箇所には、その他の部分に比較して残留オーステナイトが多く生成されている。すなわち、上記第１押付部２８、第２押付部３０、およびロッキングエッジ部３２は、オーステナイトが残留するような熱処理が施され、その残留オーステナイトが時間経過とともにマルテンサイト変態する際の体積の膨張によって厚さ方向に寸法が増加するように構成されている。さらには、前記オーステナイトの残留量すなわち残留オーステナイト量ＡＲ[体積％]は、エレメント２４の摩耗による厚さ方向の寸法減少量を補償するような経時的な寸法増加量が得られるように設定されている。すなわち、残留オーステナイト量ＡＲは、耐久試験に基づいて予め設定された摩耗による厚さ方向の寸法減少量と残留オーステナイトの膨張による厚さ方向の寸法増加量とが略相殺されるように設定されている。
【００１７】
前記３箇所に生成される残留オーステナイト量ＡＲの目標値すなわち目標残留オーステナイト量ＡＲ＊[体積％]は、例えば図５に示すような目標残留オーステナイト量ＡＲ＊と所定時間ｔ１あたりの寸法変化率ＣＲ[%]との予め実験的或いは理論的に求められた関係（マップ）から算出される。上記所定時間ｔ１あたりの寸法変化率ＣＲは、前記残留オーステナイトの膨張による厚さ方向の寸法増加量に相当する値である。本実施例における目標残留オーステナイト量ＡＲと寸法変化率ＣＲとの関係は、比例関係にあって、次式(１)のように表される。
【００１８】
ＡＲ＝（１０／０．０６）×ＣＲ・・・(１)
【００１９】
図５に示すマップ或いは式(１)から目標残留オーステナイト量ＡＲ＊を算出する際に用いられる寸法変化率ＣＲは、エレメント２４の摩耗による厚さ方向の寸法減少量と同等の値となるように設定される。言い換えれば、予測される所定時間ｔ１あたりの寸法減少量が算出され、その算出された寸法減少量に基づいて必要な寸法増加量すなわち寸法変化率ＣＲが算出される。この予測される所定時間ｔ１あたりの寸法減少量は、例えば実験的に求められた経験値であってもよいし、或いは、例えば次式(２)から、予測される所定時間ｔ１あたりのベルト隙間拡大量Ｓ[mm]、エレメント２４の代表板厚（厚さ方向における第１押付部２８から第２押付部３０までの長さ）ｔ[mm]、およびエレメント２４の個数Ｎに基づいて算出されてもよい。
【００２０】
ＣＲ＝Ｓ／（ｔ×Ｎ）・・・(２)
【００２１】
本実施例では、例えば、４０時間（所定時間ｔ１）あたりのベルト隙間拡大量Ｓ＝０．５[mm]、エレメント代表板厚ｔ＝１．８[mm]、およびエレメント個数Ｎ＝４００[個]に基づいて、寸法変化率ＣＲ＝０．０７[%]が算出される。そして、図４に示す予め設定されたマップ或いは式(１)から、寸法変化率ＣＲ＝０．０７[%]に基づいて、目標残留オーステナイト量ＡＲ＊＝１１．７[体積％]が算出される。
【００２２】
生成される残留オーステナイト量ＡＲは、焼入れ時の冷却速度、例えば炭素鋼等の素材に添加される元素の種類および添加量、および熱処理温度（焼戻し温度Ｔ）などに依存する。このため、前記決定された目標残留オーステナイト量ＡＲ＊に基づいて、上記各値が適宜調整される。例えば、焼入れ時の冷却速度が小さいほど残留オーステナイト量ＡＲが多くなることから、残留オーステナイト量ＡＲをより多くしたい場合には焼入れ時の冷却を水ではなく例えば油で行う、という熱処理方法も一例として行われる。
【００２３】
図６は、オーステナイトを残留させる熱処理の一例を示すものであって、焼入れ後に行われる焼戻しの温度Ｔと、生成されるマルテンサイト量ＭＲ[%]および残留オーステナイト量ＡＲ[%]との関係の一例を示す図である。図６において、実線および２点鎖線で示すのは、マルテンサイト変態曲線である。例えば、実線で示すマルテンサイト変態曲線の熱処理特性を有する鋼材において１点鎖線で示すＥＸ１のように焼戻し温度Ｔ１が調整された場合には、マルテンサイト量ＭＲ＝７０[体積％]、残留オーステナイト量ＡＲ＝３０[体積％]の鋼材が得られるようになっている。また、１点鎖線で示すＥＸ２のように焼戻し温度Ｔ２が調整された場合には、マルテンサイト量ＭＲ＝１００[体積％]、残留オーステナイト量ＡＲ＝０[体積％]の鋼材が得られるようになっている。
【００２４】
Ｍｓ点は、マルテンサイト変態の始まる温度である。また、Ｍｆ点は、これ以下に温度を下げてもマルテンサイト変態が進行しない限界の温度である。これらＭｓ点およびＭｆ点は、炭素鋼等の素材に添加される例えば炭素Ｃ、マンガンＭｎ、クロムＣｒ、およびニッケルＮｉ等の添加量が多いほど低下させられるようになっている。実線で示すマルテンサイト変態曲線は、２点鎖線で示すマルテンサイト変態曲線に比較してＭｓ点およびＭｆ点が低下させられた一例を示すものである。本実施例において、２点鎖線で示すマルテンサイト変態曲線は、エレメント２４が成形される鋼材のものである。また、実線で示すマルテンサイト変態曲線は、第１押付部２８、第２押付部３０、およびロッキングエッジ部３２のものである。すなわち、本実施例では、第１押付部２８、第２押付部３０、およびロッキングエッジ部３２に局所的に炭素Ｃ、マンガンＭｎ、クロムＣｒ、およびニッケルＮｉ等が添加されている。これにより、本実施例では、図６に示すＭｆ’点からＭｓ点までの所定の焼戻し温度Ｔで焼戻しが行われた場合、第１押付部２８、第２押付部３０、およびロッキングエッジ部３２と、それ以外の部分とでは、生成される残留オーステナイト量ＡＲが異なるようになっている。具体的には、第１押付部２８、第２押付部３０、およびロッキングエッジ部３２は、それ以外の部分に比較してより多くの残留オーステナイトが生成されるようになっている。
【００２５】
本実施例では、第１押付部２８、第２押付部３０、およびロッキングエッジ部３２において前記算出された目標残留オーステナイト量ＡＲ＊＝１１．７[体積％]が得られるように、１点鎖線で示すＥＸ３のように焼戻し温度Ｔ３が調整される。この場合には、第１押付部２８、第２押付部３０、およびロッキングエッジ部３２がマルテンサイト量ＭＲ＝８８．３[体積％]、残留オーステナイト量ＡＲ＝１１．７[体積％]となる。そして、エレメント２４における上記３箇所以外の部分は、２点鎖線で示すマルテンサイト変態曲線に従って、マルテンサイト量ＭＲ＝１００[体積％]、残留オーステナイト量ＡＲ＝０[体積％]となる。
【００２６】
本実施例のエレメント２４は、図３に示す一対の接触面２６相互の最も長い距離（エレメントの幅）Ｌ１およびそれら一対の接触面２６とプーリ（入力側プーリ１４、出力側プーリ１６）との相対角度が、前記残留オーステナイトの膨張による経時的な寸法増加によってそれぞれ変化しないように構成される。例えば、一対の接触面２６あるいはその付近に残留オーステナイトが生成されないようになっており、これにより、一対の接触面２６相互の距離Ｌ１およびそれら一対の接触面２６の傾斜角度が経時的に変化しないように構成されている。したがって、ロッキングエッジ部３２の残留オーステナイトが生成される部位は、エレメント２４の幅方向中央の所定範囲内に設定される。因みに、例えば一対の接触面２６あるいはその付近に残留オーステナイトが生成されるか或いはエレメント２４の全体に残留オーステナイトが生成された場合には、例えば図２において２点差線で示すように、一対の接触面２６相互の距離（エレメントの幅）Ｌ１が経時的に距離Ｌ２へ増加する。これによって、プーリの溝幅が同じであるという条件下において、プーリの回転軸心からエレメント２４までの距離すなわち伝動ベルト１０の巻き付け半径（半径方向距離）ｒ１が経時的に巻き付け半径ｒ２へ増加する。このように構成されると、この伝動ベルト１０が用いられたベルト式無段変速機の変速比が経時的に変化してしまう。
【００２７】
以上のように構成される伝動ベルト１０では、図７に示すように隣接するエレメント２４同士が所定の間隙Ｄ１を有する状態からエレメント同士が摩耗してしまっても、第１押付部２８、第２押付部３０、およびロッキングエッジ部３２が含有する残留オーステナイトが膨張して寸法が増加することによって、図８に示すようにエレメント２４同士が所定の間隙Ｄ１を保つようになっている。図８において、点線は、摩耗によって厚さ方向の寸法が減少していることを示す仮想線である。本実施例では、摩擦による寸法減少量△ｔａと変態による寸法増加量△ｔｂとが同じになるように設定されている。因みに、残留オーステナイトが生成されていない従来の伝動ベルトでは、図７に示す状態からエレメント同士が摩耗すると、図９に示すように、エレメント２４同士の間隙Ｄ１が間隙Ｄ２へ拡大してしまう。
【００２８】
上述のように、本実施例の伝動ベルト１０によれば、可撓性を有する例えば厚さ０．２ｍｍ程度の高張力鋼板（帯鋼）が無端環状にされて内から外へ層状に重ねられた一対のフープ２２によって挟持されるとともに、例えば厚さ１．８ｍｍ程度の鋼板が打ち抜かれて成形されて一対のフープ２２に沿って厚さ方向に環状に複数個連ねられた板状の複数のエレメント（こま）２４を備え、そのエレメント２４の第１押付部２８、第２押付部３０、およびロッキングエッジ部３２は、変態によって経時的に厚さ方向へ寸法増加する金属から構成（組成）されていることから、エレメント２４の摩耗による厚さ方向の寸法減少分がそのエレメント２４の経年変形（経時変化）による経時的な寸法増加分により補われることで、エレメント２４の厚さ方向の絶対的な寸法変化が抑制されるので、エレメント２４間の隙間が経時的に拡大することを十分に抑制することができる。
【００２９】
また、本実施例の伝動ベルト１０によれば、エレメント２４は、少なくともその一部分である第１押付部２８、第２押付部３０、およびロッキングエッジ部３２にオーステナイトが残留するような熱処理が施され、その残留オーステナイトが時間経過とともにマルテンサイト変態する際の体積の膨張によって厚さ方向に寸法が増加するように構成されていることから、エレメント２４に生成された残留オーステナイトが経時的に除々に膨張することによって、エレメント２４が摩耗によって厚さ方向に寸法減少してもそのエレメント２４の厚さ方向の絶対的な寸法変化が抑制されるので、エレメント２４間の隙間が経時的に一定に保たれる。
【００３０】
また、本実施例の伝動ベルト１０によれば、前記オーステナイトの残留量は、摩耗による寸法減少量と変態による寸法増加量とが略相殺されるように設定されることから、エレメント２４の厚さ方向の絶対的な寸法変化量が０(零)となるので、エレメント２４間の隙間が経時的に一定に保たれる。
【００３１】
また、本実施例の伝動ベルト１０によれば、前記オーステナイトの残留部位は、ベルト伝動時において隣接するエレメント２４に対して接触しつつその隣接するエレメント２４との間で相互に作用する押付力を受ける箇所、すなわち第１押付部２８、第２押付部３０、およびロッキングエッジ部３２に設定されているということ、ロッキングエッジ部３２の残留オーステナイトが生成される部位は、エレメント２４の幅方向中央の所定範囲内に設定されているということ、および、エレメント２４の一対の接触面２６付近には残留オーステナイトが生成されず、一対の接触面２６の相互の距離Ｌおよび傾斜角度が経時的に変化しないように構成されているということから、入力側プーリ１４および出力側プーリ１６の溝幅が同じという条件下において、それらプーリの回転軸心からエレメント２４までの距離すなわち伝動ベルト１０の巻き付け径（半径方向距離）ｒが一定に保たれるので、この伝動ベルト１０を備えるベルト式無段変速機の変速比が略一定に保たれる。
【００３２】
以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。
【００３３】
たとえば、前述の実施例において、複数のエレメント２４は、それらの全部が経時的に厚さ方向に寸法増加するように構成されていたが、それらの一部が経時的に厚さ方向に寸法増加するように構成されてもよい。また、第１押付部２８、第２押付部３０、およびロッキングエッジ部３２にオーステナイトが残留するように構成されていたが、それらの一部にオーステナイトが残留するように構成されてもよい。
【００３４】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例の伝動ベルトが装着された状態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す伝動ベルトを部分的に拡大するとともに一部の部品を除いて示す斜視図である。
【図３】図１におけるIII矢視部断面を示す伝動ベルトおよびその周辺部分の断面図である。
【図４】図１の伝動ベルトによるベルト伝動時の所定位置におけるエレメント同士の接触状態を模式的に示す図である。
【図５】目標残留オーステナイト量と所定時間あたりの寸法変化率との予め実験的或いは理論的に求められた関係（マップ）を示す図である。
【図６】オーステナイトを残留させる熱処理の一例を示すものであって、焼入れ後に行われる焼戻しの温度と、生成されるマルテンサイト量および残留オーステナイト量との関係の一例を示す図である。
【図７】図１の伝動ベルトの横断面図である。
【図８】図１の伝動ベルトの横断面図であって、図７の状態から所定時間使用後の状態を示す図である。
【図９】従来の伝動ベルトの横断面図であって、図７の状態から所定時間使用後の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０：伝動ベルト
１４：入力側プーリ（プーリ）
１６：出力側プーリ（プーリ）
２２：フープ
２４：エレメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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