(57)【要約】【課題】無段変速機用の金属ベルトが備える金属リングの摩擦係数の低減と耐久性の向上との両立を図る。複数の金属リング（３２）を積層した金属リング集合体（３１）に複数の金属エレメント（３２）を支持した無段変速機用ベルト（１５）であって、金属リング集合体（３１）のうち、少なくとも最内周の金属リング（３３）の内周面（３３ａ）に複数の突出部（３８ａ）と該複数の突出部（３８ａ）の間に形成された複数の谷部（３８ｂ）と有する凹凸面（３８）を備え、該凹凸面（３８）における谷部（３８ｂ）には、その表面の摩擦係数が突出部（３８ａ）の表面の摩擦係数よりも低い低摩擦係数層（５１）が形成されている。低摩擦係数層（５１）は、フッ化処理層（５１ａ）又はＤＬＣ膜からなる層（５１ｂ）とすることができる。
2015008692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動プーリおよび従動プーリ間で駆動力を伝達すべく、複数の金属リングを積層した金属リング集合体に複数の金属エレメントを支持した無段変速機用ベルトであって、
前記金属リングの表面に形成された複数の突出部と該複数の突出部の間に形成された複数の谷部とを有する凹凸面を備え、
前記凹凸面における前記谷部には、表面の摩擦係数が前記突出部の表面の摩擦係数よりも低い低摩擦係数層が形成されている
ことを特徴とする無段変速機用ベルト。
【請求項２】
前記凹凸面は、前記金属リングの進行方向に対して斜め方向に延びる複数の山脈状の前記突出部が網目状に交差した構成である
ことを特徴とする請求項１に記載の無段変速機用ベルト。
【請求項３】
前記凹凸面は、前記金属リング集合体を構成する複数の金属リングのうち少なくとも最内周の金属リングの内周面に形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の無段変速機用ベルト。
【請求項４】
前記低摩擦係数層の下地層として窒化処理層が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無段変速機用ベルト。
【請求項５】
前記低摩擦係数層は、フッ化処理層である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無段変速機用ベルト。
【請求項６】
前記低摩擦係数層は、ＤＬＣ膜からなる層である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無段変速機用ベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライブプーリおよびドリブンプーリ間で駆動力を伝達すべく、複数の金属リングを積層した金属リング集合体に複数の金属エレメントを支持した無段変速機用ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライブプーリおよびドリブンプーリ間で駆動力を伝達すべく、複数の金属リングを積層した金属リング集合体に複数の金属エレメントを支持した無段変速機用ベルトがある。このようなベルトの従来例として、特許文献１、２に示すものがある。【０００３】
特許文献１には、スティックスリップが生じにくく、摩擦係数を低減できる高速摺動部材として、所定の表面粗さである金属部材に粒状突起形状を有するＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン：Diamond-like Carbon）膜が被覆された高速摺動部材が記載されている。【０００４】
特許文献２には、金属リングの耐久性を向上させるための無段変速機用ベルトとして、最内周の金属リングの内周面に山脈状の突出部を形成した無段変速機用ベルトが記載されている。この無段変速機用ベルトでは、金属リングの内周面に形成した山脈状の突出部が初期摩耗したとき、その進行方向と直角方向に計測した突出部の平均接触幅を所定寸法とすることで、クラックの発生を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４９１８９７２号公報
【特許文献２】特許第４０７８１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のＤＬＣ膜が被覆された高速摺動部材によれば、当該高速摺動部材の摩擦抵抗の低減を図ることができる。一方、特許文献２に記載の構成によれば、クラックの発生を防止して金属リングの耐久性を向上させることができる。しかしながら、従来、無段変速機用ベルトにおいて、金属リングの摩擦抵抗を低減させるための構造と、金属リングの耐久性を向上させるための構造との両方を備えたものは無かった。【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属リングの摩擦抵抗の低減と耐久性の向上との両立を図ることができる無段変速機用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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明にかかる無段変速機用ベルトは、駆動プーリ（６）および従動プーリ（１１）間で駆動力を伝達すべく、複数の金属リング（３３）を積層した金属リング集合体（３１）に複数の金属エレメント（３２）を支持した無段変速機用ベルト（１５）であって、金属リング（３３）の表面（３３ａ）に形成された複数の突出部（３８ａ）と該複数の突出部（３８ａ）の間に形成された複数の谷部（３８ｂ）と有する凹凸面（３８）を備え、凹凸面（３８）における谷部（３８ｂ）には、表面の摩擦係数が突出部（３８ａ）の表面の摩擦係数よりも低い低摩擦係数層（５１）が形成されていることを特徴とする。また、この無段変速機用ベルトでは、凹凸面（３８）は、金属リング（３３）の進行方向に対して斜め方向に延びる複数の山脈状の突出部（３８ａ）が網目状に交差した構成であってよい。【０００９】
本発明にかかる無段変速機用ベルトによれば、金属リングの凹凸面の谷部に形成した低摩擦係数層によって、金属リングの表面の摩擦係数を低く抑えることができるので、金属リング同士又は金属リングと金属エレメントとの間の摺動による摩擦抵抗を低減できる。そのうえ、金属リングの表面に複数の突出部と複数の谷部とを有する凹凸面を形成していることで、初期摩耗後の突出部の左右方向（幅方向）の平均接触幅が所定寸法となるように設定することによって、突出部が初期摩耗したときに該突出部の頂部に生じたピッチングの深さ方向への進展を阻止することができるようになる。これにより、突出部にクラックが発生することを防止して、金属リングの耐久性を向上させることができる。したがって、金属リングの耐久性の向上と摩擦抵抗の低減との両立を図ることができ、高強度かつ高効率（高伝達効率）である無段変速機用ベルトを提供できる。【００１０】
また、上記の無段変速機用ベルトでは、凹凸面（３８）は、金属リング集合体（３１）を構成する複数の金属リング（３３）のうち少なくとも最内周の金属リング（３３）の内周面（３３ａ）に形成されているとよい。【００１１】
上記構成の無段変速機用ベルトでは、内部で生じる部材間の差回転による摩擦抵抗として、最内周にある金属リングの内周面と金属エレメントとの接触箇所で生じる摩擦抵抗が最も大きくなるところ、本発明にかかる上記構成によれば、最内周の金属リングの内周面に凹凸面を形成し、該凹凸面の谷部に低摩擦係数層を形成していることで、金属リングの内周面の摩擦係数を低く抑えることができる。これにより、金属リング集合体と金属エレメントとの間に生じる摩擦抵抗を低減できるので、無段変速機用ベルトの動力伝達効率（ベルト効率）を向上させることができる。したがって、高強度で高効率な無段変速機用ベルトを提供できる。【００１２】
また、上記の無段変速機用ベルトでは、低摩擦係数層（５１）の下地層として窒化処理層（５２）が形成されているとよい。【００１３】
また、上記の無段変速機用ベルトでは、低摩擦係数層（５１）は、フッ化処理層（５１ａ）とすることができる。【００１４】
金属リングの摩擦係数を低減するための低摩擦係数層としてフッ化処理によるフッ化処理層を形成する場合は、窒化処理におけるフッ化処理後の窒化処理の後工程として再度のフッ化処理を行うことで、本発明にかかる低摩擦係数層を形成することができる。したがって、低摩擦係数層を形成するためのフッ化処理に必要な設備の追加や工程の変更を行わずに済むため、低摩擦係数層を形成した金属リング及びそれを備えた無段変速機用ベルトの製造コストの上昇を回避できる。【００１５】
また、フッ化処理の場合は、窒化処理前にフッ化処理を行うとフッ化処理層が窒化処理層と置き換わってしまうところ、フッ化処理による表面処理を窒化処理後に行うことで、フッ化処理層が窒化処理層と置き換わることなく、フッ化処理層を確実に形成することができる。したがって、窒化処理後にフッ化処理を行うことにより、凹凸面の谷部に金属リングの摩擦係数を効果的に低減できるフッ化処理層を形成することができる。【００１６】
あるいは、低摩擦係数層（５１）は、ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン：Diamond-like Carbon）膜からなる層（５１ｂ）とすることができる。【００１７】
金属リングの凹凸面における谷部に低摩擦係数層として表面摺動性に優れたＤＬＣ膜からなる層を形成すれば、金属リングの摩擦係数を効果的に低減させることができる。
なお、上記の括弧内の符号は、後述する実施形態における構成要素の符号を本発明の一例として示したものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる無段変速機用ベルトによれば、金属リングの摩擦係数の低減と耐久性の向上との両立を図ることができるので、高強度で高効率な無段変速機用ベルトを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる金属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である。
【図２】金属ベルトの一部を示す部分斜視図である。
【図３】最内周の金属リングを示す斜視図である。
【図４】金属リングの内周面に形成した凹凸面及び低摩擦係数層を示す図で、図４Ａは、凹凸面の平面図（図３のＹ矢視図）、図４Ｂは、凹凸面の側断面図（図４ＡのＺ−Ｚ矢視断面図）である。
【図５】隣接する金属リング間又は最内周の金属リングと金属エレメントとの間に生じる差回転による摩擦力を説明するための図で、金属リングと金属エレメントの断面図（図２のＸ−Ｘ矢視断面図）である。
【図６】最内周の金属リングの内周面と金属エレメントのサドル面との間の境界膜による真実接触面を模式的に示す図である。
【図７】境界膜について説明するための図で、図７Ａは、境界膜が一種類の場合、図７Ｂは、境界膜が二種類の場合を示す図である。
【図８】低摩擦係数層を形成するための表面処理の工程を説明するための図である。
【図９】フッ化処理層が有る場合と無い場合の金属ベルトの動力伝達効率（ベルト効率）の比較を示すグラフである。
【図１０】フッ化処理層が有る場合と無い場合のプーリのＶ面の摩擦係数の比較を示すグラフである。
【図１１】ＤＬＣ膜からなる層が有る場合と無い場合の金属ベルトの動力伝達効率（ベルト効率）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる金属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である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の金属ベルト式無段変速機Ｔでは、エンジンＥのクランクシャフト１にダンパー２を介して接続されたインプットシャフト３は、発進用クラッチ４を介して金属ベルト式無段変速機Ｔのドライブシャフト５に接続される。ドライブシャフト５に設けられたドライブプーリ（駆動プーリ）６は、ドライブシャフト５に固着された固定側プーリ半体７と、この固定側プーリ半体７に対して接離可能な可動側プーリ半体８とを備えており、可動側プーリ半体８は油室９に作用する油圧で固定側プーリ半体７に向けて付勢される。
【００２２】
ドライブシャフト５と平行に配置されたドリブンシャフト１０に設けられたドリブンプーリ（従動プーリ）１１は、ドリブンシャフト１０に固着された固定側プーリ半体１２と、この固定側プーリ半体１２に対して接離可能な可動側プーリ半体１３とを備えており、可動側プーリ半体１３は油室１４に作用する油圧で固定側プーリ半体１２に向けて付勢される。ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１間に、左右の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を支持してなる金属ベルト１５（図２参照）が巻き掛けられる。それぞれの金属リング集合体３１は、１２枚の金属リング３３を積層してなる。なお、金属リング３３の積層枚数は、１２枚に限定されるものではない。
【００２３】
ドリブンシャフト１０には、前進用ドライブギヤ１６および後進用ドライブギヤ１７が相対回転自在に支持されており、これら前進用ドライブギヤ１６および後進用ドライブギヤ１７はセレクタ１８により選択的にドリブンシャフト１０に結合可能である。ドリブンシャフト１０と平行に配置されたアウトプットシャフト１９には、前進用ドライブギヤ１６に噛合する前進用ドリブンギヤ２０と、後進用ドライブギヤ１７に後進用アイドルギヤ２１を介して噛合する後進用ドリブンギヤ２２とが固着される。
【００２４】
アウトプットシャフト１９の回転はファイナルドライブギヤ２３およびファイナルドリブンギヤ２４を介してディファレンシャル２５に入力され、そこから左右のアクスル２６，２６を介して駆動輪Ｗｒ，Ｗｒに伝達される。
【００２５】
而して、エンジンＥの駆動力はクランクシャフト１、ダンパー２、インプットシャフト３、発進用クラッチ４、ドライブシャフト５、ドライブプーリ６、金属ベルト１５およびドリブンプーリ１１を介してドリブンシャフト１０に伝達される。前進走行レンジが選択されているとき、ドリブンシャフト１０の駆動力は前進用ドライブギヤ１６および前進用ドリブンギヤ２０を介してアウトプットシャフト１９に伝達され、車両を前進走行させる。また後進走行レンジが選択されているとき、ドリブンシャフト１０の駆動力は後進用ドライブギヤ１７、後進用アイドルギヤ２１および後進用ドリブンギヤ２２を介してアウトプットシャフト１９に伝達され、車両を後進走行させる。
【００２６】
このとき、金属ベルト式無段変速機Ｔのドライブプーリ６の油室９およびドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧を、電子制御ユニットＵ１からの指令で作動する油圧制御ユニットＵ２で制御することにより、その変速比が無段階に調整される。即ち、ドライブプーリ６の油室９に作用する油圧に対してドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧を相対的に増加させれば、ドリブンプーリ１１の溝幅が減少して有効半径が増加し、これに伴ってドライブプーリ６の溝幅が増加して有効半径が減少するため、金属ベルト式無段変速機Ｔの変速比はＬＯＷに向かって無段階に変化する。逆にドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧に対してドライブプーリ６の油室９に作用する油圧を相対的に増加させれば、ドライブプーリ６の溝幅が減少して有効半径が増加し、これに伴ってドリブンプーリ１１の溝幅が増加して有効半径が減少するため、金属ベルト式無段変速機Ｔの変速比はＯＤに向かって無段階に変化する。
【００２７】
図２は、金属ベルト１５の一部を示す部分斜視図である。本実施形態で用いる金属エレメント３２の前後方向、左右方向、半径方向の定義は、図２に示されている。半径方向は、金属エレメント３２が当接するプーリ６，１１（図１参照）の半径方向として定義されるもので、プーリ６，１１の回転軸（ドライブシャフト５又はドリブンシャフト１０）に近い側が半径方向内側であり、プーリ６，１１の回転軸から遠い側が半径方向外側である。また、左右方向は、金属エレメント３２が当接するプーリ６，１１の回転軸に沿う方向として定義され、前後方向は、金属エレメント３２の車両の前進走行時における進行方向に沿う方向として定義される。
【００２８】
図２に示すように、金属板材から打ち抜いて成形した金属エレメント３２は、概略台形状のエレメント本体３４と、金属リング集合体３１，３１が嵌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を介してエレメント本体３４の上部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６およびドリブンプーリ１１のＶ面６ａ，１１ａ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凸部４３ｆおよび凹部（図示せず）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（最内周の金属リング３３の内周面３３ａ）を支持するサドル面４４，４４が形成される。
【００２９】
図３は、最内周の金属リング３３の内周面３３ａを示す斜視図、図４は、最内周の金属リング３３の内周面３３ａに形成した凹凸面３８及び低摩擦係数層５１の拡大図で、図４Ａは、平面図、図４Ｂは、側断面図ある。図３及び図４に示すように、最内周の金属リング３３の内周面３３ａには、複数の突出部３８ａ及び谷部３８ｂからなる凹凸面３８が形成されている。この凹凸面３８は、金属リング３３の進行方向に対して斜め方向に延びる複数の山脈状の突出部３８ａが網目状に交差した構成であり、突出部３８ａの間には、突出部３８ａよりも低い谷部３８ｂが形成されている。また、この凹凸面３８では、金属リング３３の進行方向と直角方向に離間して各々が線状に延びる複数の山脈状の突出部３８ａを、それら複数の突出部３８ａの少なくとも一部が交差するように配置している。これにより、凹凸面３８に形成した突出部３８ａは、その全体が網目状（メッシュ状）に形成されている。
【００３０】
金属リング３３は、ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１に巻き付く部分で湾曲し、ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１間の弦の部分で直線状に延ばされる。そのため曲げ応力の振幅が最も高くなる突出部３８ａの先端近傍でクラックが発生し易く、またクラックの発生方向および成長方向は左右方向（金属リング３３の進行方向と直交する方向）となる。特に、略直交する２本の突出部３８ａ，３３ａが交差する部分は、進行方向に計測した際の突出部３８ａ，３３ａの幅が広くなるために、潤滑性が低下してクラックが発生し易くなる。
【００３１】
これに対して、初期摩耗後の突出部３８ａにおける左右方向の平均接触幅ｗを所定寸法以下にするとクラックの発生を阻止できる。その理由は、幅の狭い突出部３８ａの頂部にピッチングが生じても、そのピッチングは突出部３８ａの頂部の幅が狭いために深さ方向に延びず、その結果、浅いピッチングは金属エレメント３２のサドル面４４との接触により削り取られて消失するためである。また、金属リング３３の進行方向と直角方向に計測した突出部３８ａの幅を狭くすると、進行方向に計測した突出部３８ａの幅も狭くなるため、突出部３８ａの頂部での油膜切れを生じ難くしてクラックの発生そのものを防止することができる。やがて金属リング３３と金属エレメント３２との間のなじみがつき、平均ヘルツ面圧が低下してピッチングが発生し難くなる。また、突出部３８ａの頂部が摩耗して面粗度が非常に良くなるため、潤滑性が向上してそれ以上の摩耗の進行が停止する。したがって、本実施形態では、初期摩耗後の突出部３８ａにおける左右方向の平均接触幅ｗが所定寸法（好ましくは、１６μｍ）以下となるように突出部３８ａの寸法形状を設定している。
【００３２】
図５は、隣接する金属リング３３の間又は最内周の金属リング３３と金属エレメント３２との間に生じる差回転による摩擦力を説明するための図で、金属リング３３と金属エレメント３２の断面図（図２のＸ−Ｘ矢視断面図）である。同図に示すように、金属ベルト１５が湾曲した際に、ピッチ線（ロッキングエッジ４１を通る線）Ｌの外径側（半径方向外側）では、リング集合体３１を構成する複数の金属リング３３のうち隣接する金属リング３３同士の間、又は最内周の金属リング３３の内周面３３ａとそれに対向する金属エレメント３２のサドル面４４との間に差回転（周速差による滑り）及び該差回転に応じた摩擦力が発生する。この差回転は、ピッチ線Ｌからの距離に応じた量の差回転として生じる。図５では、隣接する金属リング３３同士の間に生じる差回転による摩擦力をｆとし、最内周の金属リング３３の内周面３３ａとそれに対向する金属エレメント３２のサドル面４４との間に生じる差回転による摩擦力をＦとしている。
【００３３】
そこで本実施形態では、図４に示すように、金属リング３３の摩擦係数を低減するための対策として、金属リング３３の表面にその摩擦係数を低減可能な表面処理を施している。具体的には、金属リング３３の内周面３３ａに形成した凹凸面３８における谷部３８ｂの表面に、突出部３８ａの表面の摩擦係数よりも低い摩擦係数を有する低摩擦係数層５１を形成している。この低摩擦係数層５１は、後述するフッ化処理層５１ａ又はＤＬＣ膜からなる層５１ｂとすることができる。これにより、金属リング３３と金属エレメント３２との境界層（境界膜）が上記の低摩擦係数層５１と突出部３８ａの表面の層（高摩擦係数層）との二層（二種類の境界膜）となるように構成している。
【００３４】
図６は、最内周の金属リング３３の内周面３３ａとそれに対向する金属エレメント３２のサドル面４４との間の境界膜による真実接触面を模式的に示す図である。また、図７は、境界膜について説明するための図で、図７Ａは、境界膜が一種類の場合、図７Ｂは、境界膜が二種類の場合を示す図である。
【００３５】
図７Ａに示すように、最内周の金属リング３３の内周面３３ａと金属エレメント３２のサドル面４４との間の境界膜が１種類の境界膜Ｍのみである場合の金属リング３３の摩擦係数μ１は、下記の（式１）で示される。
【数１】
2015008692.tif 000003
【００３６】
ここで、摩擦力＝Ｆ、垂直荷重＝Ｗ、境界膜Ｍの真実接触面積＝Ａｒ、境界膜Ｍのせん断強さ＝ｓである。金属リング３３の摩擦係数μ１は、Ｆ（摩擦力）／Ｗ（垂直荷重）であり、この場合の摩擦力Ｆは、Ａｒ（真実接触面積）×ｓ（摺動によって生成される境界膜Ｍのせん断強さ）となる。この境界膜（境界潤滑膜）は、作用油の添加材や表面処理を含む摺動する材質によって生成される膜構造が異なるため、そのせん断強さも異なる。
【００３７】
すなわち、（式１）からわかるように、境界膜が１種類の境界膜Ｍのみである場合の金属リング３３の摩擦係数μ１は、摺動によって生成される境界潤滑膜のせん断強さｓに依存することになる。また、その寿命も境界潤滑膜が生成する面の表面処理に依存することになり、必ずしも摩擦係数が低い表面処理が高寿命とは限らず、低摩擦係数と高寿命との両立を図ることは困難となる。
【００３８】
これに対して、図７Ｂに示すように、最内周の金属リング３３の内周面３３ａと金属エレメント３２のサドル面４４との間の境界膜が第１の境界膜Ｍ１と第２の境界膜Ｍ２の２種類である場合の金属リング３３の摩擦係数μ２は、下記の（式２）で示される。
【数２】
2015008692.tif 000004
【００３９】
（式２）からわかるように、境界膜が２種類の場合の摩擦係数μ２は、２種類の摩擦係数の和になり、２種類の摩擦係数の割合は各境界膜Ｍ１，Ｍ２の真実接触面積Ａｒ１，Ａｒ２の割合に依存する。したがって、クラックの発生を阻止できる突出部３８aの表面に生成される境界層と、低摩擦係数である表面処理による境界層との二種類の境界層を備えることで、表面の低摩擦係数化と高寿命化の両立を図ることが可能となる。そこで本実施形態では、既述のように、金属リング３３と金属エレメント３２との境界層（境界膜）が上記の低摩擦係数層５１と突出部３８ａの表面の層（高摩擦係数層）との二層（二種類の境界膜）となるように構成している。
【００４０】
図８は、上記の低摩擦係数層５１を形成するための表面処理の工程を説明するための図である。ここでは、一例として、金属リング集合体３１を構成する複数の金属リング３３のうち、最内周の金属リング３３の内周面３３ａに低摩擦係数層５１を形成する場合について説明する。低摩擦係数層５１を形成するには、まず、図８Ａに示すように、金属リング３３の内周面３３ａに複数の突出部３８ａと谷部３８ｂとからなる網目状（メッシュ状）の凹凸面３８を形成する。ここでは、図示は省略するが、金属リング３３を圧延するための圧延ローラの表面（押圧面）に予め凹凸面３８(突出部３８ａ及び谷部３８ｂ)に対応する形状が形成されており、当該圧延ローラで金属リング３３を圧延することで、金属リング３３の内周面３３ａに凹凸面３８が形成される。その後、低摩擦係数層５１の形成前に金属リング３３の表面に窒化処理を施すことで、図８Ｂに示すように、低摩擦係数層５１の下地層として窒化処理層５２が形成される。その後、金属リング３３に低摩擦係数層５１を形成するための表面処理を施すことで、図８Ｃに示すように、突出部３８ａ及び谷部３８ｂの表面に低摩擦係数層５１が形成される。
【００４１】
上記の低摩擦係数層５１は、金属リング３３のフッ化処理によって形成したフッ化処理層５１ａとすることができる。この場合、フッ化処理層５１ａは、窒化処理後の金属リング３３をフッ素源ガスなどの雰囲気に曝すことで形成できる。
【００４２】
また、上記の低摩擦係数層５１は、ＤＬＣ膜からなる層５１ｂとすることもできる。ＤＬＣ膜からなる層５１ｂは、公知の各種手法で形成することができ、化学気相成長（ＣＶＤ法）あるいは物理気相成長（ＰＶＤ法）のいずれかを用いることができる。あるいは、これらＣＶＤ法とＰＶＤ法を併せた手法によって形成してもよい。また、ＣＶＤ法の場合は、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤなどが可能である。また、ＰＶＤ法の場合は、イオンプレーティング、スパッタ法などが可能である。
【００４３】
低摩擦係数層５１（５１ａ又は５１ｂ）の形成後、図８Ｄに示すように、低摩擦係数層５１の表面を他の部材との摺動により摩耗させてその表面を突出部３８ａの表面と同じ高さに揃える。これにより、図８Ｅに示すように、突出部３８ａの表面の低摩擦係数層５１が除去されて、凹凸面３８の谷部３８ｂにのみ低摩擦係数層５１が形成された状態となる。なお、突出部３８ａの低摩擦係数層５１はこの工程では、完全に除去されなくてもよい。
【００４４】
なおここでは、金属ベルト１５の製造工程で、低摩擦係数層５１を摺動により摩耗させてその表面を突出部３８ａの表面と同じ高さ位置に揃えておくことで、低摩擦係数層５１の膜厚を凹凸面３３（メッシュ面）の厚さ寸法（谷部３８ｂに対する突出部３８ａの高さ寸法）以下の厚さ寸法としておくことが望ましい。しかしながらそれ以外にも、低摩擦係数層５１の膜厚を凹凸面３３の厚さ寸法より厚く成膜しておき、金属ベルト１５の使用過程で、突出部３８ａよりも高く盛り上がっている低摩擦係数層５１が摺動により摩耗して低摩擦係数層５１の表面が凹凸面３３の厚さ以下となるようにしてもよい。ただしこの場合は、谷部３８ｂに形成した低摩擦係数層５１が摺動により剥離しないようにすることが必要となる。
【００４５】
上記の製造工程で、フッ化処理による表面処理を窒化処理後に行うのは、フッ化処理の場合は、窒化処理前にフッ化処理を行うとフッ化処理層が窒化処理層と置き換わってしまうためである。ここでは、窒化処理における窒化処理の前処理としてのフッ化処理ではなく、窒化処理後にフッ化処理を行うことにより、谷部３８ｂにその摩擦係数を低減できるフッ化層を形成することができる。また、低摩擦係数層５１がＤＬＣ膜からなる層５１ｂの場合は、窒化処理前にＤＬＣ膜の成膜を行うと、窒化処理時に窒素の母材中への浸入が妨げられたり、窒化処理時の熱によってＤＬＣ膜が劣化したりする可能性があるためである。
【００４６】
また、低摩擦係数層５１としてフッ化処理層５１ａを選択した場合は、フッ化処理後の窒化処理の後工程として再度フッ化処理を行う。そのため、フッ化処理のための新たな設備の追加及び工程の変更を行わずに済むので、金属リング３３及び金属ベルト１５の製造コストの上昇を回避できる。
【００４７】
図９は、フッ化処理層５１ａが有る場合と無い場合の金属ベルト１５の動力伝達効率（ベルト効率）の比較を示すグラフである。同図のグラフでは、横軸に金属ベルト式無段変速機Ｔのトルク比を取り、縦軸に金属ベルト１５の動力伝達効率（ベルト効率）を取っている。なお、ここでのトルク比とは、金属ベルト式無段変速機Ｔに伝達可能な最大トルクに対する現在の入力トルクの割合を示す。そして、低摩擦係数層５１としてフッ化処理層５１ａを形成した金属ベルト１５の動力伝達効率を実線で示し、フッ化処理層５１ａを形成していない金属ベルト１５の動力伝達効率を点線で示している。このグラフに示すように、フッ化処理層５１ａが形成された金属ベルト１５では、フッ化処理層５１ａが形成されていない金属ベルト１５と比較して、摩擦抵抗がより低摩擦抵抗となることで、動力伝達効率がより高効率となる。
【００４８】
図１０は、フッ化処理層５１ａが有る場合と無い場合のプーリ６，１１のＶ面６ａ，１１ａの摩擦係数の比較を示すグラフである。金属ベルト式無段変速機Ｔでは、金属エレメント３２のプーリ当接面３９とプーリ６，１１のＶ面６ａ，１１ａとの間の摩擦係数は、本来的に高摩擦係数であることが望ましいところ、同図に示すように、金属リング３３の摩擦係数を低減するための表面処理としてフッ化処理層５１ａの形成を行った場合でも、金属エレメント３２のプーリ当接面３９とプーリ６，１１のＶ面６ａ，１１ａとの間の摩擦係数には殆ど影響を与えずに済む。したがって、本実施形態の低摩擦係数層５１としてのフッ化処理層５１ａを備えた金属ベルト１５によれば、金属ベルト式無段変速機Ｔに必要な性能を維持しながら、金属リング３３の摩擦抵抗を低減することで高効率化を図ることができる。
【００４９】
図１１は、ＤＬＣ膜からなる層５１ｂが有る場合と無い場合の金属ベルト１５の動力伝達効率（ベルト効率）を示すグラフである。同図のグラフでは、横軸に金属ベルト式無段変速機Ｔのトルク比を取り、縦軸に金属ベルト１５の動力伝達効率（ベルト効率）を取っている。そして、低摩擦係数層５１としてＤＬＣ膜からなる層５１ｂを形成した金属ベルト１５の動力伝達効率を実線で示し、ＤＬＣ膜からなる層５１ｂを形成していない金属ベルト１５の動力伝達効率を点線で示している。同図のグラフに示すように、この場合もフッ化処理層５１ａの場合と同様に、ＤＬＣ膜からなる層５１ｂが有る場合は無い場合と比較して金属ベルト１５の摩擦抵抗が低減されることで、金属ベルト１５の動力伝達効率が高効率となる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態の金属ベルト式無段変速機Ｔが備える金属ベルト１５によれば、金属リング３３の凹凸面３８の谷部３８ｂに形成した低摩擦係数層５１によって、金属リング３３の摩擦係数を低く抑えることができるので、金属リング３３同士又は金属リング３３と金属エレメント３２との間の摺動による摩擦抵抗を低減できる。そのうえ、金属リング３３の表面に複数の突出部３８ａと複数の谷部３８ｂとを有する凹凸面５１を形成していることで、初期摩耗後の突出部３８ａの左右方向（幅方向）の平均接触幅ｗを所定寸法に設定することによって、突出部３８ａが初期摩耗したときに該突出部３８ａの頂部に生じたピッチングの深さ方向への進展を阻止することができるようになる。これにより、突出部３８ａにクラックが発生することを防止して、金属リング３３の耐久性を向上させることができる。したがって、金属リング３３の耐久性の向上と摩擦抵抗の低減との両立を図ることができ、高強度で高効率（高伝達効率）である無段変速機用の金属ベルトを提供できる。
【００５１】
また、上記構成の金属ベルト１５では、内部で生じる部材間の差回転による摩擦抵抗として、最内周の金属リング３３の内周面３３ａと金属エレメント３２との接触箇所で生じる摩擦抵抗が最も大きくなるところ、本実施形態の上記構成によれば、複数の金属リング３３のうち最内周の金属リング３３の内周面３３ａに凹凸面３８を形成し、該凹凸面３８の谷部３８ｂに低摩擦係数層５１を形成していることで、最内周の金属リング３３の内周面３３ａの摩擦係数を低く抑えることができる。これにより、金属リング集合体３１と金属エレメント３２との間に生じる摩擦抵抗を低減できるので、金属ベルト１５の動力伝達効率（ベルト効率）を向上させることができる。
【００５２】
また、金属リング３３の摩擦係数を低減するための低摩擦係数層５１としてフッ化処理により形成したフッ化処理層５１ａを備える場合は、窒化処理におけるフッ化処理後の窒化処理の後工程として再度のフッ化処理を行うことで本実施形態の低摩擦係数層５１を形成することができる。したがって、低摩擦係数層５１を形成するためのフッ化処理に必要な設備の追加や工程の変更を行わずに済むため、低摩擦係数層５１を形成した金属リング３３及び金属ベルト１５の製造コストの上昇を回避できる。また、金属ベルト式無段変速機Ｔ及び車両の製造コストの低廉化を図ることもできる。
【００５３】
また、フッ化処理の場合は、窒化処理前にフッ化処理を行うとフッ化処理層が窒化処理層と置き換わってしまうところ、フッ化処理による表面処理を窒化処理後に行うことで、フッ化処理層が窒化処理層と置き換わることなく、フッ化処理層を確実に形成することができる。したがって、窒化処理後にフッ化処理を行うことにより、凹凸面３８の谷部３８ｂにその摩擦係数を効果的に低減できるフッ化処理層５１ａを形成することができる。
【００５４】
また、金属リング３３の凹凸面３８における谷部３８ｂに低摩擦係数層５１として表面摺動性に優れたＤＬＣ膜からなる層５１ｂを形成すれば、金属リング３３の摩擦係数を効果的に低減させることができる。
【００５５】
また、本実施形態の金属ベルト１５によれば、最内周の金属リング３３の内周面３３ａに複数の突出部３８ａと谷部３８ｂとからなる網目状の凹凸面３８を形成している。そして、凹凸面３８の突出部３８ａが初期摩耗したとき、その進行方向と直角方向に計測した突出部３８ａの平均接触幅ｗを、それらの突出部３８ａが交差しない部分において所定寸法以下となるようにしたので、幅の狭い突出部３８ａの頂部に生じたピッチングの深さ方向への進展を阻止し、その浅いピッチングを金属エレメント３２との接触による摩耗で消失させることでクラックの発生を防止することができる。また、金属リング３３の進行方向と直角方向に計測した突出部３８ａの幅を狭くすると、進行方向に計測した突出部３８ａの幅も狭くなるため、突出部３８ａの頂部での油膜切れを生じ難くしてクラックの発生そのものを防止する効果もある。やがて金属リング３３と金属エレメント３２との間のなじみがつくと、平均ヘルツ面圧が低下してピッチングが発生し難くなり、かつ突出部３８ａの頂部が摩耗して面粗度が良くなることで潤滑性が向上して金属リング３３の耐久性が向上する。
【００５６】
その一方で、既述のように、凹凸面３８の谷部３８ｂに低摩擦係数層５１を形成したことにより、金属リング３３の摩擦係数を低減できる。これらによって、金属リング３３の摩擦係数の低減と耐久性の向上との両立を図ることができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、網目状の凹凸面３８を最内周の金属リング３３の内周面３３ａにのみ形成しているが、これ以外にも、凹凸面３８は、最内周の金属リング３３の外周面や、他の金属リング３３の内周面又は外周面を含む任意の面に形成することができる。また、金属リング３３に形成する凹凸面３８の具体的な形状は必ずしも網目状の突出部３８ａを有するものには限らず、他の形状とすることも可能である。
【００５８】
また、本実施形態では、低摩擦係数層５１はフッ化処理によって形成したフッ化処理層５１ａ又はＤＬＣ膜からなる層５１ｂであるが、これ以外にも例えば、二硫化モリブデンのような固体潤滑剤等を凹凸面３８の谷部３８ｂに付与することでも同様の効果を得ることができる。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年12月5日(2014.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動ブーリおよび従動プーリ間で駆動力を伝達すべく、複数の金属リングを積層した金属リング集合体に複数の金属エレメントを支持した無段変速機用ベルトであって、
前記金属リングの表面に形成された複数の突出部と該複数の突出部の間に形成された複数の谷部とを有する凹凸面を備え、
前記凹凸面における前記谷部には、表面の摩擦係数が前記突出部の表面の摩擦係数よりも低い低摩擦係数層が形成されており、
前記複数の金属リング同士の境界層又は前記金属リングと前記金属エレメントとの境界層が前記低摩擦係数層と前記突出部の表面の層との二層となるように構成した
ことを特徴とする無段変速機用ベルト。
【請求項２】
前記凹凸面は、前記金属リングの進行方向に対して斜め方向に延びる複数の山脈状の前記突出部が網目状に交差した構成である
ことを特徴とする請求項１に記載の無段変速機用ベルト。
【請求項３】
前記凹凸面は、前記金属リング集合体を構成する複数の金属リングのうち少なくとも最内周の金属リングの内周面に形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の無段変速機用ベルト。
【請求項４】
前記低摩擦係数層の下地層として窒化処理層が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無段変速機用ベルト。
【請求項５】
前記低摩擦係数層は、フッ化処理層である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無段変速機用ベルト。
【請求項６】
前記低摩擦係数層は、ＤＬＣ膜からなる層である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無段変速機用ベルト。
【国際調査報告】
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