(57)【要約】  【課題】疲労強度に優れたウェイトローラを提供する。  【解決手段】ウェイトローラ１は、Ｖベルト式自動変速機に用いられるものであり、円筒状のローラ本体２と、ローラ本体２の外周面２０を被覆するように配置された円筒状の樹脂系摺動部材３と、を備えている。ローラ本体２は、重りとして機能するものであり、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、焼結金属等の金属で形成される。樹脂系摺動部材３のベース樹脂には、ポリアミド樹脂が用いられ、必要に応じて、ＰＴＦＥ、グラファイト等の滑り特性向上のための潤滑剤が添加される。また、樹脂系摺動部材３の肉厚Ｔは、０．５０ｍｍ〜１．１５ｍｍに設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｖベルト式自動変速機に用いられるウェイトローラであって、
重りとして機能するローラ本体と、
前記ローラ本体の外周面を被覆する樹脂系摺動部材と、を有し、
前記樹脂系摺動部材は、
ポリアミド樹脂を含み、肉厚が０．５０ｍｍ〜１．１５ｍｍに設定されている
ことを特徴とするウェイトローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のウェイトローラであって、
前記ローラ本体は、金属製である
ことを特徴とするウェイトローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｖベルト式自動変速機に用いられるウェイトローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動二輪車等の車両には、エンジンの回転数の変化に応じて可変溝プーリの溝幅を変化させ、この可変溝プーリに掛け渡されたＶベルトの巻きかけ径を連続的に変化させることにより、無段階変速を可能にするＶベルト式自動変速機が広く使用されている。
【０００３】
Ｖベルト式自動変速機においては、回転軸に固定された固定プーリプレートと、回転軸にその軸心方向に移動自在に配置された可動プーリプレートとによって可変溝プーリが構成されており、可動プーリプレートの背面側に、回転軸に固定され、回転軸の径方向外側に行く程、可動プーリプレートとの間隔が狭くなるランププレートが装備され、このランププレートと可動プーリプレートとの間に、円筒状のウェイトローラが回転軸の径方向に移動自在に配置されている。
【０００４】
エンジンの回転数の増加に伴いウェイトローラに作用する遠心力が増大すると、ウェイトローラが回転軸の径方向外側へ移動して、回転軸の軸心方向におけるランププレートと可動プーリプレートとの間を押し広げ、可動プーリプレートを固定プーリプレート側へ押し込む。これにより、回転軸の軸心方向における可動プーリプレートと固定プーリプレートとの間隔、すなわち可変溝プーリの溝幅が小さくなり、Ｖベルトが回転軸の径方向外側へ移動し、Ｖベルトの巻きかけ径が大きくなって、変速比（エンジン回転数／タイヤ回転数）が小さくなる。一方、エンジンの回転数の低下に伴いウェイトローラに作用する遠心力が低減すると、ウェイトローラが回転軸の径方向内側へ移動し、可動プーリプレートがランププレート側に押し戻される。これにより、回転軸の軸心方向における可動プーリプレートと固定プーリプレートとの間隔、すなわち可変溝プーリの溝幅が大きくなり、Ｖベルトが回転軸の径方向内側へ移動し、Ｖベルトの巻きかけ径が小さくなって、変速比が大きくなる。
【０００５】
このように、ウェイトローラは、エンジンの回転数の増加に伴い、遠心力の作用で回転軸の半径方向外側に移動するとき、ウェイトローラの外周面が、回転軸に固定されたランププレートと摺接することから、ある程度の重量があり、かつ滑り特性および耐摩耗性に優れていることが要求される。このため、通常、ウェイトローラは、重りとして機能する金属製のローラ本体の表面を、ポリアミド樹脂をベース樹脂とする樹脂系摺動部材で被覆している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３４３０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ウェイトローラには、エンジンからの衝撃的な繰り返しの振動応力が作用するため、疲労強度に優れていることも要求される。ローラ本体の表面がポリアミド樹脂をベース樹脂とする樹脂系摺動部材で被覆された従来のウェイトローラにおいて、樹脂系摺動部材の肉厚（径方向の厚さ）は、１．５ｍｍ程度に設定されている。しかし、この肉厚だと、変速比に与える影響等の観点から樹脂系摺動部材が許容される摩耗量まで摩耗する前に、エンジンからの衝撃的な繰り返しの振動応力により疲労破壊することがあった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、疲労強度に優れたウェイトローラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、重りとして機能するローラ本体の外周面を、ポリアミド樹脂を含む樹脂系摺動部材で被覆したウェイトローラにおいて、樹脂系摺動部材の肉厚を０．５０ｍｍ〜１．１５ｍｍに設定した。
【００１０】
ここで、ローラ本体は、金属製であることが好ましい。また、ウェイトローラは、予め円筒状に形成された樹脂系摺動部材にローラ本体を圧入嵌合して形成してもよく、あるいは、インサート成形により、ローラ本体の表面に樹脂系摺動部材を一体的に形成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明者は、ローラ本体の表面を被覆する樹脂系摺動部材として、ポリアミド樹脂を含む樹脂系摺動部材を用いた場合、樹脂系摺動部材の肉厚を薄くするほど、疲労強度が向上することを見出した。特に、樹脂系摺動部材の肉厚を１．１５ｍｍ以下にすることで、この肉厚が１．５ｍｍ程度に設定されている従来品に比べて、疲労強度が飛躍的に向上することが分かった。なお、一般に、樹脂系摺動部材に許容される摩耗量は、変速比に対する影響等を考慮して、０．５０ｍｍ程度に設定される。したがって、樹脂系摺動部材の肉厚は、樹脂系摺動部材に許容される摩耗量の観点から０．５０ｍｍ以上とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の一実施の形態に係るウェイトローラ１の正面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すウェイトローラ１のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２は、疲労試験を説明するための図である。
【図３】図３は、表２に示す試験体４Ａ〜４Ｃに対して、表１に示す条件にて行った疲労試験の試験結果を示す図である。
【図４】図４は、ＣＡＥ解析を説明するための図である。
【図５】図５は、表２に対する試験体４Ａ、４Ｃに対して、表３に示す条件にて行ったＣＡＥ解析の解析結果を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は、表２に示す試験体４Ａ、４Ｃに対して、表３に示す条件にて行ったＣＡＥ解析における最大主応力の発生箇所を説明するための図であって、樹脂系摺動部材３の斜視図であり、図６（Ｂ）は、最大主応力の発生メカニズムを説明するための図であって、図６（Ａ）に示す樹脂系摺動部材３のＢ−Ｂ断面の部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の一実施の形態について説明する。
【００１４】
図１（Ａ）は、本実施の形態に係るウェイトローラ１の正面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すウェイトローラ１のＡ−Ａ断面図である。
【００１５】
本実施の形態に係るウェイトローラ１は、Ｖベルト式自動変速機に用いられるものであり、図示するように、円筒状のローラ本体２と、ローラ本体２の外周面２０を被覆するように配置された円筒状の樹脂系摺動部材３と、を備え、樹脂系摺動部材３にローラ本体２を圧入嵌合することにより作製される。
【００１６】
ローラ本体２は、重りとして機能するものであり、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、焼結金属等の金属で形成される。金属は、比重が大きいのでウェイトローラ１の重量を高めることができ、遠心力により移動するウェイトローラ１本来の機能を高めることができる。
【００１７】
樹脂系摺動部材３は、その両端部３０に、それぞれ、内周面３１からウェイトローラ１の軸心Ｏ方向内側に向かって突出した環状の凸部３２が形成されている。樹脂系摺動部材３にローラ本体２を圧入嵌合することにより、凸部３２がローラ本体２の端部２１と接触して、樹脂系摺動部材３がローラ本体２の外周面２０を被覆するように固定される。また、樹脂系摺動部材３のベース樹脂には、ポリアミド樹脂が用いられ、必要に応じて、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、グラファイト（黒鉛）等の滑り特性向上のための潤滑剤が添加される。
【００１８】
本発明者は、樹脂系摺動部材３の肉厚Ｔ（樹脂系摺動部材３の径方向の厚さ：図１（Ｂ）参照）の異なるウェイトローラ１の試験体４Ａ〜４Ｃを、それぞれ複数個作製し、これらの試験体４Ａ〜４Ｃに対して、以下の表１に示す条件において疲労試験を行って、疲労破壊（クラック）の発生時期および発生場所を観察した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
疲労試験では、図２に示すように、シャフト５が挿入された試験体４Ａ〜４Ｃを相手材（治具プレート）６上に配置するとともに、表１に示す周波数で相手材６をＷ方向に往復運動させ、これにより表１に示す負荷荷重の範囲内で試験体４Ａ〜４Ｃに加えるＷ方向の荷重Ｎを周期的に変化させて、試験体４Ａ〜４Ｃの疲労破壊を観察している。
【００２１】
作製した試験体４Ａ〜４Ｃは、以下の表２のとおりである。ここで、試験体４Ａは、本実施の形態に係るウェイトローラ１の性能を確認するための比較例であり、樹脂系摺動部材３の肉厚Ｔは、従来品と同じ１．５ｍｍに設定されている。一方、試験体４Ｂ、４Ｃは、樹脂系摺動部材３の肉厚Ｔが、それぞれ従来品より薄い１．１５ｍｍ、１．０ｍｍに設定されている。また、すべての試験体４Ａ〜４Ｃにおいて、樹脂系摺動部材３の凸部３２の肉厚Ｈを同じにするとともに、同じ締め代δで樹脂系摺動部材３にローラ本体２を圧入嵌合している。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
図３は、表２に示す試験体４Ａ〜４Ｃに対して、表１に示す条件にて行った疲労試験の試験結果を示す図である。ここで、縦軸は相手材６の往復運動累積回数を示している。また、棒グラフ４０Ａ〜４０Ｃは、試験体４Ａ〜４Ｃが疲労破壊するまでに要した相手材６の往復運動累積回数を示している。なお、試験体４Ａ〜４Ｃは、それぞれ複数個作製され、棒グラフ４０Ａ〜４０Ｃは、それぞれ複数個作製された試験体４Ａ〜４Ｃの試験結果の平均値を示している。
【００２４】
図示するように、疲労破壊するまでに要した相手材６の往復運動累積回数は、多いものから試験体４Ｃ、４Ｂ、４Ａの順番となっており、樹脂系摺動部材３の肉厚Ｔを薄くするほど、疲労強度が向上することが分かった。また、試験体４Ｂ、４Ｃは、比較例の試験体４Ａに比べて、疲労破壊するまでに要した相手材６の往復運動累積回数が急増しており、疲労強度が飛躍的に向上することが分かった。なお、疲労破壊（クラック）の発生場所は、いずれの試験体４Ａ〜４Ｃにおいても、樹脂系摺動部材３の端部３０であった。
【００２５】
つぎに、本発明者は、上述の疲労試験の試験結果の整合性を確認するため、以下の表３に示す条件においてＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析を行って、上述の表２に示す試験体４Ａ、４Ｃの樹脂系摺動部材３の最大主応力値およびその発生箇所を調べた。なお、ＣＡＥ解析では、試験体４Ａ、４Ｃの締め代δを「０」に設定している。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
ＣＡＥ解析では、図４に示すように、試験体４Ａ、４Ｃのローラ本体２を完全固定し、相手材６を試験体４Ａ、４Ｃに押し当てることにより、表３に示す負荷荷重Ｎを試験体４Ａ、４Ｃに加えて、最大主応力の応力値および発生箇所を解析している。
【００２８】
図５は、表２に示す試験体４Ａ、４Ｃに対して、表３に示す条件にて行ったＣＡＥ解析の解析結果を示す図である。ここで、左の縦軸は最大主応力の応力値を示しており、右の縦軸は最大主応力発生箇所における変位量を示している。また、棒グラフ４１Ａ、４２Ａは、試験体４Ａの樹脂系摺動部材３の最大主応力値および最大主応力発生箇所での変位量を示しており、棒グラフ４１Ｃ、４２Ｃは、試験体４Ｃの樹脂系摺動部材３の最大主応力値および最大主応力発生箇所での変位量を示している。また、図６（Ａ）は、表２に示す試験体４Ａ、４Ｃに対して、表３に示す条件にて行ったＣＡＥ解析における最大主応力の発生箇所を説明するための図であって、樹脂系摺動部材３の斜視図であり、図６（Ｂ）は、最大主応力の発生メカニズムを説明するための図であって、図６（Ａ）に示す樹脂系摺動部材３のＢ−Ｂ断面の部分図である。
【００２９】
図５に示すように、試験体４Ｃは、比較例の試験体４Ａに比べて、樹脂系摺動部材３の最大主応力値および変位量が減少しており、樹脂系摺動部材３の肉厚Ｔを薄くするほど、疲労強度上有利であることを示している。また、図６（Ａ）に示すように、樹脂系摺動部材３と相手材６との接触領域Ｃにおける両端部３０（凸部３２）において、樹脂系摺動部材３の最大主応力が発生している。これは、図６（Ｂ）に示すように、樹脂系摺動部材３と相手材６との接触領域Ｃにおいて、樹脂系摺動部材３が相手材６の押圧力によって肉厚Ｔが圧縮される方向に変位し（変位Ｐ）、その結果、長さＬが伸張する方向に樹脂系摺動部材３が変位して（変位Ｅ）、樹脂系摺動部材３の両端部３０に形成された凸部３２のＳ部に引張応力が発生したためである。この引張応力が最大主応力となっている。
【００３０】
このＣＡＥ解析により、上述の疲労試験の試験結果の整合性、すなわち、ローラ本体２の表面２０を被覆する樹脂系摺動部材３として、ポリアミド樹脂をベース樹脂とする樹脂系摺動部材３を用いた場合、樹脂系摺動部材３の肉厚Ｔを薄くするほど、疲労強度が向上することが確認された。
【００３１】
このＣＡＥ解析の解析結果は、直径Ｄが２０ｍｍの試験体４Ａ、４Ｃに対するものである。しかし、樹脂系摺動部材３の肉厚Ｔを薄くするほど、疲労強度が向上する傾向は、ウェイトローラ１の直径Ｄに依存せず、他の直径Ｄ（例えば１５ｍｍ〜７５ｍｍ）のウェイトローラ１に対するＣＡＥ解析においても、同様の解析結果が得られた。
【００３２】
なお、一般に、樹脂系摺動部材３に許容される摩耗量は、Ｖベルト式自動変速機の変速比に対する影響等を考慮して、０．５０ｍｍ程度に設定される。したがって、樹脂系摺動部材３の肉厚Ｔは、樹脂系摺動部材３に許容される摩耗量の観点から０．５０ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００３３】
以上、本発明の一実施の形態について説明した。
【００３４】
本実施の形態によれば、樹脂系摺動部材３の肉厚Ｔを０．５０ｍｍ〜１．１５ｍｍに設定することにより、樹脂系摺動部材３に許容される一般的な摩耗量に対応できる疲労強度に優れたウェイトローラ１を提供することができる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、円筒状に形成された樹脂系摺動部材３にローラ本体２を圧入嵌合することにより、ウェイトローラ１を形成しているが、本発明はこれに限定されない。インサート成形により、ローラ本体２の表面２０に樹脂系摺動部材３を一体的に形成して、ウェイトローラ１を作製してもよい。上述のＣＡＥ解析では、締め代δを「０」に設定した試験体４Ａ、４Ｃにおいて、樹脂系摺動部材３の肉厚Ｔを薄くするほど疲労強度が向上する効果を確認した。したがって、締め代δのないインサート成形により形成されたウェイトローラ１においても、同様の効果を期待できる。
【符号の説明】
【００３６】
１：ウェイトローラ、  ２：ローラ本体、  ３：樹脂系摺動部材、  ２０：ローラ本体の外周面、  ２１：ローラ本体の端部、  ３０：樹脂系摺動部材の端部、  ３１：樹脂系摺動部材の内周面、  ３２：樹脂系摺動部材の凸部
【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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