(57)【要約】【課題】シーブ面とベルトとの摩擦係数を大きくし、燃費を向上することができる無段変速機を提供する。【解決手段】Ｖベルト４が掛け渡されて、Ｖベルト４と接触するプライマリプーリ２とセカンダリプーリ３とのシーブ面１１ａ〜１４ａが、Ｖベルト４とシーブ面１１ａ〜１４ａとの間の反応膜を摩滅させない初期摩耗高さと、シーブ面１１ａ〜１４ａとＶベルト４とを金属接触させないための反応膜生成を促すために必要な油溜まり深さと、を有する面とする。【選択図】図５
2008232410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対峙するシーブによって形成される溝幅が変化する入力側のプライマリプーリと、
対峙するシーブによって形成される溝幅が変化する出力側のセカンダリプーリと、
前記プライマリプーリと前記セカンダリプーリとに巻き掛けられ、前記溝幅に応じてシーブのシーブ面との接触半径が変化するベルトと、を備え、
前記シーブ面は、前記シーブ面と前記ベルトとの間の反応膜を摩滅させない初期摩耗高さと、前記シーブ面と前記ベルトとを金属接触させないための反応膜生成を促すために必要な油溜まり深さと、を有することを特徴とする無段変速機。
【請求項２】
前記初期摩耗高さは０．１４μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機。
【請求項３】
前記油溜まり深さは０．０５μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の無段変速機。
【請求項４】
前記シーブ面は、表面粗さが０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の無段変速機。
【請求項５】
対峙するシーブによって形成される溝幅が変化する入力側のプライマリプーリと、
対峙するシーブによって形成される溝幅が変化する出力側のセカンダリプーリと、
前記プライマリプーリと前記セカンダリプーリとに巻き掛けられ、前記溝幅に応じてシーブのシーブ面との接触半径が変化するベルトと、を備える無段変速機の製造方法において、
前記シーブ面を、初期摩耗高さと油溜まり深さとに基づいて加工することを特徴とする無段変速機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無段変速機および無段変速機の製造方法に関するものであり、特に各プーリのシーブ面に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ベルト式無段変速機では、プライマリプーリとセカンダリプーリの各プーリ間に掛け渡したベルトを、各プーリに設けた油室内の油圧を用いてプーリによって押さえつけて挟持する。また、油室の油圧を給排することで、各プーリとベルトとの接触半径を変化させ、プーリ比（変速比）を変更することで無段階に変速を行う。
【０００３】
ベルトに滑りを生じさせないためには、比較的高い油圧によって、各プーリを押さえつけなければならないが、油室の油圧を高くすると、各プーリに供給する油圧の元圧となるライン圧が高くなり、ライン圧を高くするために燃費が悪くなるといった問題が生じる。
【０００４】
従来、プーリのシーブ面の表面粗さを小さくすることで、シーブ面とベルトのエレメントとの接触面積を大きくし、シーブ面とベルトとの摩擦係数を向上させることで、シーブ面とベルトとの摩擦力を大きくし、プーリを押さえつける油圧を小さくして燃費を向上させるものが特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００５−３２１０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の発明では、シーブ面の表面粗さを小さくする場合でも、シーブ面とエレメントとの摩擦係数にバラツキが生じ、所望する摩擦力を得ることができない場合があり、プーリを押さえつける油圧を小さくして燃費を向上させることができない、といった問題点がある。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、表面粗さを小さくした場合に、シーブ面とエレメントとの摩擦係数を向上させ、摩擦力を大きくする。そしてプーリを押さえつける油圧を小さくして燃費を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
エレメントとシーブ面との接触部においては、基本的に油膜を介して接触しており、この油膜は潤滑油中の添加剤成分がエレメントおよびシーブ面の表面に吸着してできる反応膜と潤滑油として機能する潤滑膜とから構成される。これらのエレメントとシーブ面の接触面について模式図を図７に示す。境界摩擦理論式Bowden-Taborの式（１）においても、反応膜に関する項が与えられており、反応膜が摩擦係数へ影響を及ぼす重要な要素であることがわかる。
摩擦係数μ＝反応膜のせん断強度τ／Heff・・・式（１）
（接触部がすべて反応膜に被覆されている場合）
ここでHeffは下記の式（２）のように表される。
Heff=H2+(H1-H2)exp(-ct/B)・・・式（２）
H2：反応膜の硬さ
H1：母材の硬さ
t：反応膜の厚さ
B：突起の曲率半径
c：定数
【０００８】
トルク伝達はせん断力を発生する反応膜を介して行われるため、接触部に反応膜を広く形成させることで高摩擦係数を得ることができる。しかし、この反応膜は金属ほど硬くないために過大なせん断力が発生すると摩滅し、摩擦係数の低下を招くため、高摩擦係数を得るためには反応膜の摩滅を抑制させる必要がある。
【０００９】
本発明は、無段変速機において、対峙するシーブによって形成される溝幅が変化する入力側のプライマリプーリと、対峙するシーブによって形成される溝幅が変化する出力側のセカンダリプーリと、プライマリプーリとセカンダリプーリとに巻き掛けられ、溝幅に応じてシーブのシーブ面との接触半径が変化するベルトと、を備え、シーブ面は、シーブ面とベルトとの間の反応膜を摩滅させない初期摩耗高さと、シーブ面とベルトとを金属接触させないための反応膜生成を促すために必要な油溜まり深さと、を有する。
【００１０】
また、対峙するシーブによって形成される溝幅が変化する入力側のプライマリプーリと、対峙するシーブによって形成される溝幅が変化する出力側のセカンダリプーリと、プライマリプーリとセカンダリプーリとに巻き掛けられ、溝幅に応じてシーブのシーブ面との接触半径が変化するベルトと、を備える無段変速機の製造方法において、シーブ面を、初期摩耗高さと油溜まり深さとに基づいて加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、無段変速機のプーリのシーブ面が、シーブ面とベルトとの間の反応膜を摩滅させない初期摩耗高さと、シーブ面とベルトを金属接触させないための反応膜生成を促すために必要な油溜まり深さと、を有することで、表面粗さを小さくした場合に、摩擦係数を向上させ、シーブ面とベルトとの摩擦力を大きくし、プーリを押さえつけるために必要となる油圧を小さくすることができ、燃費を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、Ｖベルト式無段変速機（以下、無段変速機とする）１の概略を示し、この無段変速機１はプライマリプーリ２およびセカンダリプーリ３を両者のＶ溝が整列するよう配して備え、これらプーリ２、３のＶ溝にＶベルト（ベルト）４を掛け渡す。プライマリプーリ２と同軸にエンジン５を配置し、このエンジン５およびプライマリプーリ２間にエンジン５の側から順次、ロックアップクラッチを備えたトルクコンバータ６および前後進切り替え機構７を設ける。
【００１３】
プライマリプーリ２の回転はＶベルト４を介してセカンダリプーリ３に伝達され、セカンダリプーリ３の回転はその後、出力軸８、歯車組９およびディファレンシャルギヤ装置１０を経て車輪に伝達される。
【００１４】
上記の動力伝達中にプライマリプーリ２およびセカンダリプーリ３間における回転伝動比（変速比）を変更可能にするために、プライマリプーリ２およびセカンダリプーリ３のＶ溝を固定シーブ１１、１２と可動シーブ１３、１４とによって形成する。可動シーブ１３、１４は固定シーブ１１、１２に対して軸線方向へ変位可能であり、可動シーブ１３、１４は、ライン圧を元圧として作り出したプライマリプーリ圧Ｐｐｒｉおよびセカンダリプーリ圧Ｐｓｅｃをプライマリプーリ室２ａおよびセカンダリプーリ室３ａに供給することにより固定シーブ１１、１２に向け附勢され、これによりＶベルト４を各シーブに摩擦係合させてプライマリプーリ２およびセカンダリプーリ３間での動力伝達を行う。
【００１５】
Ｖベルト４は図２に示すように、エレメント２０と、金属ベルト２１と、から構成される。Ｖベルト４は複数のエレメント２０を積層し、積層したエレメント２０を略円形の金属ベルト２１によって挟持することで形成される。
【００１６】
固定シーブ１１、１２、可動シーブ１３、１４のシーブ面１１ａ〜１４ａとＶベルト４のエレメント２０とは、油膜を介して接触する（以下、これをシーブ面とエレメント（Ｖベルト）との接触という）。
【００１７】
変速に際しては、プライマリプーリ圧Ｐｐｒｉおよびセカンダリプーリ圧Ｐｓｅｃ間の差圧により両プーリ２、３のＶ溝幅を変化させる。プーリ２、３に対するＶベルト４の巻き掛け円弧径を連続的に変化させることでプーリ比（変速比）を変更し、変速を行う。
【００１８】
以下、実施例により本発明を説明するが、下記実施例により本発明が限定されるものではない。
【００１９】
この実施例では、シーブ面をＥＬＩＤ切削、ハードターニング、研磨、鏡面仕上げによって加工し、加工したシーブ面を、表面粗さＲａと初期摩耗高さＲｐｋと油溜まり深さＲｖｋとによって評価する。なお、鏡面仕上げ仕様については異なる砥粒で仕上げた２種類を用い、それぞれ鏡面仕上げＡ、鏡面仕上げＢとする。
【００２０】
（表面粗さＲａ、初期摩耗高さＲｐｋ、油溜まり深さＲｖｋの測定方法）
表面粗さＲａは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１に規格された算術平均粗さである。算術平均粗さは、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さＬだけ抜き取り、抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値である。この実施例では、シーブ面が拡径する径方向に測定する。
【００２１】
初期摩耗高さＲｐｋ、油溜まり深さＲｖｋは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６７１−２：２００２に規格されるものである。まず、初期摩耗高さＲｐｋについて詳しく説明する。
【００２２】
或る粗さ曲線について、図３に示すように負荷長さ率ｔｐを横軸として負荷比曲線を描いた場合に、負荷長さ率ｔｐの差が４０％となる最低傾斜直線を引き、この直線と負荷長さ率ｔｐ０％とが交差する点をＡ点とする。Ａ点から横軸に平行に引いた線が負荷比曲線と交差する箇所をＢ点、つまり或る粗さ曲線において、Ａ点と同じ高さとなる負荷比曲線をＢ点として、負荷長さ率ｔｐが０％となる負荷比曲線をＣ点とする。そして、負荷長さ比率ｔｐが０％となる点であり、この点とＡ、Ｂ点とによって形成される三角形の面積が、負荷比曲線の一部である線分ＢＣと、線分ＡＢ、線分ＡＣによって囲まれる面積と同じ面積となる点をＤ点として求める。このようにして求められたＤ点とＡ点との距離が初期摩耗高さＲｐｋである。
【００２３】
次に油溜まり深さＲｖｋについて詳しく説明する。
【００２４】
或る粗さ曲線について、図３に示すように負荷長さ率ｔｐを横軸として負荷比曲線を描いた場合に、負荷長さ率ｔｐの差が４０％となる最低傾斜直線を引き、この直線と負荷長さ率ｔｐ１００％とが交差する点をＥ点とする。Ｅ点から横軸に平行に引いた線が負荷比曲線と交差する箇所をＦ点として、負荷長さ率ｔｐが１００％となる負荷比曲線をＧ点とする。そして、負荷長さ比率ｔｐが１００％となる点であり、この点とＥ、Ｆ点とによって形成される三角形の面積が、負荷比曲線の一部である線分ＦＧと、線分ＥＦ、線分ＥＧとによって囲まれる面積と同じ面積となる点をＨ点として求める。このようにして求められたＨ点とＥ点との距離が油溜まり深さＲｖｋである。
【００２５】
この実施例では、表面粗さＲａ、初期摩耗高さＲｐｋ、油溜まり深さＲｖｋを以下に示す条件によって測定する。
測定器  ：  Ｔａｙｌｏｒ  Ｈｏｂｓｏｎ  フォームタリサーフ  Ｓ５
測定長さ  ：  ５ｍｍ
評価長さ  ：  ４ｍｍ
カットオフ  ：  ０．８ｍｍ
フィルタ  ：  ガウシアン
バンド幅  ：  １００：１
触針の先端半径  ：  ２μｍ
【００２６】
（摩擦係数μの評価試験方法）
摩擦係数μの評価試験方法としては、上記各方法によって磨いたシーブ面において、油温１１０℃の潤滑油中で、一枚のエレメント当たり３９２Ｎの荷重をかけて、エレメントをシーブ面に当接させる。そして、エレメントを０〜０．８ｍ／ｓの範囲で上昇・下降させ、連続的に摺動させた際の摩擦係数μを測定する。この条件は、実際に車両に搭載した場合のＬｏｗ変速比での条件に相当する。この実施例では、以上の条件によって測定したエレメントの速度０．７ｍ／ｓ時の摩擦係数μ値を用いる。
【００２７】
（表面粗さＲａと摩擦係数μの関係）
図４にシーブ面の表面粗さＲａと摩擦係数μとの関係を示す。
【００２８】
シーブ面の加工方法によって表面粗さＲａは異なり、表面粗さＲａが小さくなると摩擦係数μは比較的大きくなる。しかし、表面粗さＲａが０．１以下となる領域においては、表面粗さＲａが小さいにもかかわらず、摩擦係数μが小さくなる場合がある。
【００２９】
摩擦係数μは、シーブ面からエレメントへトルクを伝達するためには大きい方が望ましい。表面粗さＲａが小さくなると、反応膜を介してシーブ面とエレメントとが接触する接触面積が大きくなり、摩擦係数μが大きくなるために一般的にトルク伝達機能が大きくなる。しかし、図４によると、表面粗さＲａが小さくなった場合でも、摩擦係数μが小さくなり、所望する摩擦力を得ることができない場合があることがわかった。
【００３０】
（初期摩耗高さＲｐｋとエレメントの摩耗との関係）
図５に初期摩耗高さＲｐｋとエレメントの摩耗との関係を示す。エレメントの摩耗は、評価試験によるエレメントの摩耗量の平均値である。
【００３１】
初期摩耗高さＲｐｋが高い場合には、エレメントの摩耗が大きくなる。これは、シーブ面において、突出した部分とエレメントの局部面圧が大きくなり、反応膜が摩滅してシーブ面から突出した部分とエレメントとが直接接触し、エレメントが劣化するためである。この実施例では、初期摩耗高さＲｐｋは、０．１４以下である場合には、エレメントの摩耗が小さくなることがわかった。
【００３２】
（油溜まり深さＲｖｋとシーブ面の摩耗との関係）
課題を解決するための手段の項でも説明したとおり、反応膜は金属ほど硬くないため、摺動環境下では生成と消耗を繰り返している。したがって反応膜の生成を促すためには常に微細な凹凸の接触部の近傍より潤滑油を供給する必要がある。
【００３３】
接触部の断面模式図を示す図８では、接触面に潤滑油を保持できる部分がほとんど無いために潤滑油が供給されにくい。そのために反応膜の生成は抑制され、逆に反応膜の消耗が進行し、ついには基材であるシーブ面とエレメント同士とが金属接触し、凝着摩耗等の損傷を起こす。
【００３４】
そこで、図９に示す断面模式図のように接触面に潤滑油を保持させる溝を設けることで微細な凹凸の接触部に潤滑油を供給し、反応膜の生成を促すことができる。
【００３５】
図６に油溜まり深さＲｖｋと、表面粗さＲａから試験後の表面粗さＲａを引いたシーブ面の表面粗さ偏差と、の関係を示す。
【００３６】
油溜まり深さＲｖｋが小さい場合、つまりシーブ面に溝部となる高さの低い箇所が少なく、またはほとんど存在していない場合には、表面粗さの偏差が負の方向へ大きくなる。これは、シーブ面の溝部が少なく、接触部への潤滑油の供給不足のために反応膜の生成が抑制され、消耗が進行したために、シーブ面とエレメントとが金属接触し、シーブ面が摩耗するためである。この実施例では、油溜まり深さＲｖｋが０．０５μｍ以上である場合には、表面粗さ偏差が比較的小さいことがわかった。
【００３７】
以上より、表面粗さＲａが小さい場合でも、初期摩耗高さＲｐｋが大きい場合には、反応膜が摩滅し、エレメントの摩耗が大きくなり、その結果としてシーブ面とエレメントとの間の摩擦係数μが小さくなると考えられる。また、表面粗さＲａが小さい場合でも、油溜まり深さＲｖｋが小さい場合には、接触部の潤滑油不足によって金属接触を起こすためにシーブ面が摩耗し、摩耗が進行することによりプーリ比をスムーズに調整する変速機能に支障をきたす恐れがある。そのため、シーブ面の初期摩耗高さＲｐｋを小さくし、油溜まり深さＲｖｋを比較的大きくすることによって、変速機能の性能を損なうことなく摩擦係数μを大きくし、シーブ面とＶベルトとの摩擦力を大きくすることが可能であると考えられる。
【００３８】
特に、無段変速機においては、変速比がＬｏｗ側である場合には、プライマリプーリにＶベルトの滑りを抑制するために比較的大きな挟持力が要求される。つまり、シーブ面とＶベルトとの摩擦力が特に重要となる。そのため、少なくともプライマリプーリのシーブ面を上記する初期摩耗高さＲｐｋと油溜まり深さＲｖｋとを有するようにすることで、変速機能の性能を損なうことなく、シーブ面とＶベルトとのトルク伝達を効率良く行うことができ、燃費を向上させることができる。
【００３９】
本発明の実施形態の効果について説明する。
【００４０】
無段変速機のプライマリプーリとセカンダリプーリのシーブ面、特にプライマリプーリのシーブ面が、シーブ面とエレメントとの間の反応膜を摩滅させない初期摩耗高さＲｐｋと、シーブ面とエレメントとを金属接触させないための反応膜生成を促すのに必要な油溜まり深さＲｖｋと、を有することで、シーブ面またはエレメントの劣化を抑制し、変速機能の性能を損なうことなくシーブ面とエレメントとのトルク伝達を効率良く行うことができる。そのため、プライマリプーリ圧Ｐｐｒｉ、セカンダリプーリ圧Ｐｓｅｃの元圧となるライン圧を低くすることができ、燃費を向上することができる。
【００４１】
初期摩耗高さＲｐｋを０．１４μｍ以下とすることで、エレメントの劣化を抑制することができ、摩擦係数μが大きくなり、シーブ面とＶベルトとの摩擦力を大きくすることができる。そのため、プライマリプーリ圧Ｐｐｒｉ、セカンダリプーリ圧Ｐｓｅｃの元圧となるライン圧を低くすることができ、燃費を向上することができる。
【００４２】
油溜まり深さＲｖｋを０．０５μｍ以上とすることで、シーブ面の摩耗を抑制することができ、変速機能の性能を損なうことなく、シーブ面とＶベルトとのトルク伝達を効率良く行うことができる。
【００４３】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態の無段変速機の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態のＶベルトの概略構成図である。
【図３】本発明の実施例における初期摩耗高さと油溜まり深さを説明する負荷比曲線の図である。
【図４】本発明の実施例の表面粗さと摩擦係数との関係を示した図である。
【図５】本発明の実施例の初期摩耗高さとエレメントの摩耗との関係を示した図である。
【図６】本発明の実施例の油溜まり深さと表面粗さ偏差との関係を示した図である。
【図７】本発明の実施形態のエレメントの側面とプーリの接触面近傍を表す拡大断面図である。
【図８】本発明の実施例のエレメントの側面とプーリの接触面近傍を表す拡大断面図で油溜まり深さの効果を説明する図である。
【図９】本発明の実施例のエレメントの側面とプーリの接触面近傍を表す拡大断面図で油溜まり深さの効果を説明する図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      無段変速機
２      プライマリプーリ
３      セカンダリプーリ
４      Ｖベルト
１１、１２    固定シーブ（シーブ）
１３、１４    可動シーブ（シーブ）
１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ    シーブ面
２０    エレメント
【図２】
2008232410.tif 000003
【図３】
2008232410.tif 000004
【図４】
2008232410.tif 000005
【図５】
2008232410.tif 000006
【図６】
2008232410.tif 000007
【図１】
2008232410.tif 000008
【図７】
2008232410.tif 000009
【図８】
2008232410.tif 000010
【図９】
2008232410.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月7日(2008.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
エレメント３０とシーブ面３１との接触部においては、基本的に油膜を介して接触しており、この油膜は潤滑油中の添加剤成分がエレメント３０およびシーブ面３１の表面に吸着してできる反応膜３２ａ、３２ｂと潤滑油として機能する潤滑膜３３とから構成される。これらのエレメントとシーブ面の接触面について模式図を図７に示す。境界摩擦理論式Bowden-Taborの式（１）においても、反応膜に関する項が与えられており、反応膜が摩擦係数へ影響を及ぼす重要な要素であることがわかる。
摩擦係数μ＝反応膜のせん断強度τ／Heff・・・式（１）
（接触部がすべて反応膜に被覆されている場合）
ここでHeffは下記の式（２）のように表される。
Heff=H2+(H1-H2)exp(-ct/b)・・・式（２）
H2：反応膜の硬さ
H1：母材の硬さ
t：反応膜の厚さ
b：突起の曲率半径
c：定数
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
接触部の断面模式図を示す図８では、接触面に潤滑油を保持できる部分がほとんど無いために潤滑油が供給されにくい。そのために反応膜４０ａ、４０ｂの生成は抑制され、逆に反応膜の消耗が進行し、ついには基材であるシーブ面４２とエレメント４１同士とが金属接触し、凝着摩耗等の損傷を起こす。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
そこで、図９に示す断面模式図のように、所定の深さを有する油溜まり深さＲｖｋと所定の高さを有する初期摩耗高さＲｐｋとを備えたシーブ面５１と、エレメント５０と、の接触面に潤滑油を保持させる溝を設けることで微細な凹凸の接触部に潤滑油を供給し、反応膜５２ａ、５２ｂの生成を促すことができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
１      無段変速機
２      プライマリプーリ
３      セカンダリプーリ
４      Ｖベルト
１１、１２    固定シーブ（シーブ）
１３、１４    可動シーブ（シーブ）
１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ、３１、４２、５１    シーブ面
２０、３０、４１、５０    エレメント
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2008232410.tif 000012
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2008232410.tif 000013
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2008232410.tif 000014