(57)【要約】本発明は、無段変速機（１）のプッシュベルト（６）の一部を形成するコマエレメント（１０）を製造する方法に関する。前記コマエレメント（１０）は少なくとも１つの凹部（８）を有し、当該凹部はプッシュベルト（６）の支持部（７）の少なくとも一部を収容する。この凹部（８）は支持面（１６）と側面（２５）により限定（区画）される。前記支持面は前記支持部（７）を支持し、前記側面は幅方向において前記支持部（７）をロックする。前記支持面（１６）は前記側面（２５）に結合面（６０）を介してつながっている。この方法は少なくとも３つのステップからなる。即ち、この方法は、パンチング工程により前記コマエレメント（１０）をプレート状の基材（５０）から切断する形成ステップと、前記コマエレメント（１０）のバリ取りを行う再機械加工ステップと、前記コマエレメント（１０）の少なくとも前記移行面（６０）を加工する追加の加工ステップとからなる。
2006508814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無段変速機（１）のプッシュベルト（６）の一部を形成するコマエレメント（１０）を製造する方法であって、前記コマエレメント（１０）には前記プッシュベルト（６）の支持部（７）を少なくとも部分的に収容する凹部（８）が少なくとも１つ設けられ、前記凹部（８）は前記支持部を支持する支持面（１６）と前記支持部（７）を幅方向においてロックする側面（２５）により区画形成され、前記支持面（１６）は結合面（６０）を介して前記側面（２５）につながっており、前記方法は、パンチング工程により前記コマエレメント（１０）をプレート状の基材（５０）から切断する形成ステップを少なくとも１つ有すると共に、前記コマエレメント（１０）のバリ取りを行う再機械加工ステップを有し、前記方法はさらに、前記コマエレメント（１０）の少なくとも前記結合面（６０）を加工する加工ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記形成ステップは前記加工ステップの前に行われ、前記加工ステップは前記再機械加工ステップの前に行われる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記加工ステップにおいて前記結合面（６０）に圧縮応力を付与し、前記応力は好ましくは前記コマエレメント（１０）の材料内の所定部位まで至る請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記加工ステップは、比較的小さな丸みを帯びた鋼小球粒からなる研磨材を使用したショットピーニング工程を含む請求項３記載の方法。
【請求項５】
請求項３の方法を使用して製造されるコマエレメント（１０）を備えたプッシュベルト（６）を製造する方法であって、前記加工ステップが窒化処理を含み、前記支持部（７）が少なくとも窒化処理されることを特徴とする方法。
【請求項６】
前記結合面（６０）の表面粗さは前記加工ステップにより低減される請求項１または２記載の方法。
【請求項７】
前記加工ステップは前記側面（２５）と前記結合面（６０）を同時に機械加工するグラインドベルト（８２）を使用するグラインド工程を含む請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記グラインドベルトの幅は、前記コマエレメント（１０）の長手方向で見た場合、前記側面（２５）と前記結合面（６０）の寸法の合計に少なくとも実質的に等しい請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記加工ステップは電気化学的分解工程を含み、前記電気化学的分解工程では、
電極（７１）を前記結合面（６０）の近傍に位置し、
電解質を前記電極（７１）と前記結合面（６０）の間のスペース（７５）に供給し、
前記電解質を介し前記電極（７１）と前記結合面（６０）の間に電流を生成する、請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記電極（７１）の形状は前記結合面（６０）の形状に対応している請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記加工ステップは前記コマエレメント（１０）の前記結合面（６０）にカバー層を形成する工程を含む請求項６記載の方法。
【請求項１２】
前記カバー層は、好ましくはＣＶＤまたはＰＶＤを用いた蒸着法により形成される請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無段変速機のプッシュベルトのコマエレメント（ブロック）を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無段変速機のプッシュベルトとコマエレメント（スチールブロック）は公知である。プッシュベルトは通常２組のエンドレスベルト（連続した平たいベルトで、リング状のもの（環状体））からなる。これらエンドレスベルトは比較的多数のコマエレメントの支持部として機能する。コマエレメントは前記環状体の周囲に沿って移動可能に設けられるので、操作中、前記コマエレメントはプッシュベルトの動きに付随する（により生ずる）力を伝達することができる。無段変速機のプーリのプーリディスクとコマエレメントが接触するように、前記コマエレメントの幅方向の両側には、駆動接触面が設けられている。駆動接触面は垂直方向において離れる方向に（逆八の字状に）延び、前記プーリディスクに接触するようになっている。下記の説明において「上（up）」と「下（down）」という表現が使用される場合、下部から上方に向かって接触面が互いから離間する方向を示している。コマエレメントの長手方向はプッシュベルトの周方向に一致する。コマエレメントの高さ方向はプッシュベルトの径方向に一致する。コマエレメントの幅方向は前記長手方向と高さ方向に直交する方向である。
コマエレメントは２つの本体面を有する。即ち、コマエレメントは、前面と背面を有し、これら面はほぼ平行に延びている。また、前面と背面は前記長手方向に対してほぼ直交している。幅方向で見ると、コマエレメントの両端には、前記環状体を少なくとも部分的に収容する凹部が設けられている。各凹部は、底面、上面（あるいはロック面）及び側面を有する。底面は一組の環状体を支持する支持面を有する。この支持面は、湾曲した結合面（移行面）を介して、凹部の側面につながっている。前記結合面は前記支持面より、少なくとも僅かに低い位置に設けられる。コマエレメントはさらに、底部（あるいは基部）と、中央部（あるいはブリッジ部）と、矢じり状の頭部（あるいは上部）を有する。ブリッジ部の寸法は、幅方向でみると、基部より小さい。矢じり状の頭部の寸法は、幅方向でみると、ブリッジ部より大きい。基部は支持面と接触面を有する。ブリッジ部は凹部の側面を含み、頭部はロック面を含む。
【０００３】
コマエレメントを製造する方法は公知であり、少なくとも２つのステップからなる。第１ステップは形成ステップであり、精密なパンチング工程によりコマエレメントが基材から板状に切断される。第２ステップは再機械加工ステップであり、全コマエレメントに対しバリ取り工程を施す。この際、公知のドラム工程が通常採用される。再機械加工ステップの目的は、コマエレメントの２つの本体面とこれらの間の側面の境界面において、パンチング工程で形成された切断面のバリを削除することである。さらに、欧州特許出願公開EP−A０３６６１６９（特許文献１）には第３ステップが開示されている。この第３ステップは、凹部の側面を処理する工程であり、これら側面がさらに加工されて比較的大きな曲率半径を持つ曲面にされる。このような加工は例えばグラインドベルト（grinding belt）を使用して行う。こうすることにより、コマエレメントが幅方向において環状体と接触した場合に環状体を破損することを防止する。
実際の製造プロセスにおいては、コマエレメントが基部において意図せずに破断することもある。破断線の一端は凹部の側面と支持面の間における結合面に存在する。コマエレメントは比較的高品質でその寸法精度も高いはずであるが、破断の理由は明確には分かっていない。
【特許文献１】欧州特許出願公開EP−A０３６６１６９号公報
【発明の開示】
【０００４】
本発明の重要な目的は、コマエレメントを製造するための適切な方法を提供することである。この製造方法によれば、コマエレメントの設計（特に、その寸法）を大幅に変更することなく、破断の危険性を減ずることができる。本発明のコマエレメントが使用されるプッシュベルトは、ほぼ一定の寿命を有するようになり、且つ、プーリ同士の間でより大きな力を伝達することができる、という利点・効果を発揮する。さらに、このプッシュベルトはより長い寿命（耐疲労性）を有し、少なくとも同レベルの精度で製造する必要はない。
本発明は部分的に、実験データに基づく仮説を用いている。即ち、前記破断は疲労破壊であり、前記結合面の表面で（から）発生しているという仮説を用いている（に基づいている）。本発明によれば、プッシュベルトが使用されているとき、結局のところコマエレメントには疲労荷重が作用しており、その理由は、プーリディスクにより左右交互のクランプ力が駆動接触面に作用するからである。それらが傾けて設けられているので、前記クランプ力により、基部に圧縮応力が作用するだけでなく、引っ張り応力も作用する。曲面状の前記結合面はノッチと考えられるので、前記応力は前記結合面に集中してしまう。しかし、前記引っ張り応力そのものでは前記破断を説明することはできない。
【０００５】
本発明によれば、前記破断は、製造工程中に、予期しない別の応力増大要因（これは、今まで知られていなかった要因である）が発生しているという事実に基づいて説明することができる。その要因とは、基部における弾性曲げである。これにより、基部の側部が基部の中央部に対して長手方向に移動してしまう。本発明によれば、後者の現象は、中央部が側部より少し厚いことに起因して生じている。つまり、中央部が前記長手方向において少し大きな寸法を有していることが理由であると考えられる。寸法が少し大きいので、側部の位置において、隣接するコマエレメント同士の間にいくらかの遊びができてしまう。
本発明によれば、前記のように中央部が厚くなってしまうのは、パンチング工程により生ずる予測不可能な結果であると考えられる。このことは、従来、指摘されることはなかった。このようなコマエレメントの幾何学的形状が何を意味するかと言えば、２つのコマエレメント同士の間の押す力がまず前記厚い中央部の位置に作用し、且つ、前記コマエレメントとプーリディスクの間の摩擦力が基部の両側の駆動接触面に作用することを意味する。これにより偶力が生じ、曲げ荷重がコマエレメントに作用する。その結果、コマエレメントは、所定位置まで曲ることができる。所定位置とは、前記押す力が前記側部に作用すると共に前記厚い中央部にも作用する位置である。
尚、前記遊びはとても小さい（数ミクロンのオーダーである）。従って、中央部が比較的高いということは無視できるという結論を出すこともできる。本発明の一部は、中央部が比較的高くなっていることが、コマエレメントの破断の発生に関して実はとても重大な要因である、という洞察に基づいている。その理由は、コマエレメントの曲げの効果は結局のところ蓄積されて行くので、このように曲げられたコマエレメントは、前のコマエレメントと係合してその荷重を受けると更に曲げられてしまうからである。前のコマエレメント自体も、前記した遊びの力により曲げられている。たとえ１つ１つのコマエレメントの中央部の厚さが比較的小さくても、一連の曲げられたコマエレメントは互いの荷重を受けながら整列しているので、その中の最初のコマエレメントはかなりの量で曲げられることになる。
従って、本発明では、凹部の側面と支持面の間の結合面が高い荷重と疲労に耐えうるようにすることにより、コマエレメントの破断の危険性を減ずることを提案している。本発明によれば、前記目的は、コマエレメントを製造する公知の方法に、別の加工ステップ（追加ステップ）を加えることにより達成することができる。この追加ステップは、少なくとも前記形成ステップの後に実施され、前記結合面の加工に関するステップである。
【０００６】
本発明による第１の形態では、圧縮応力を結合面に付与する。好ましくは、この圧縮応力はコマエレメントの材料内の所定距離に至る。これにより、製造工程中に前記位置において発生する引っ張り応力に対して、ある程度の補償をすること（耐性を持たせること）ができる。よって、疲労破断・亀裂が発生する危険性がかなり低減される。
本発明の第１の形態に基づく詳細な実施例では、ショットピーニング処理により前記圧縮応力を付与する。ショットピーニング処理において、前記結合面は比較的小さな丸い鋼粒によりブラスト処理される。一般的に公知のバリ取り処理や曲面化処理で使用される角張った研磨材を採用した場合と比較すると、本発明では、小さな丸みを帯びた鋼粒を採用しているので、塑性変形の結果、内部圧縮応力が表面の近傍に生成される。良好で且つ再現可能な結果を得るためには、形成ステップの終了後において、前記鋼粒の硬さが少なくともコマエレメントの硬さより硬いことが好ましい。本発明によれば、ショットピーニング処理は全表面を一斉処理するプロセスとして実施することができる。なぜなら、コマエレメントの機能表面（例えば支持面や駆動接触面）の品質に全くあるいは殆ど悪影響を及ぼすことが無いような加工・処理設定を選択することが出来ることが判明したからである。コマエレメントがショットピーニング処理の後に前記バリ処理されると、特に良好な結果が得られる。後者の場合、ショットピーニング処理により表面に生ずる凸凹は全て、再機械加工ステップにより除去することができる。
しかし、ショットピーニング処理の間、特に支持面が破損する危険性がある。これは回避されなければならない事項である。なぜなら、この種の破損が生ずると、支持部の寿命に悪影響を及ぼしてしまい、ひいては、プッシュベルトの寿命にも悪影響を及ぼしてしまうからである。このような危険性を回避するために、本発明の第１形態による別の実施例では、前記加工ステップの代替ステップとして窒化処理を採用し、窒化処理により前記圧縮応力を付与することを提案している。公知の窒化処理の場合、コマエレメントは高温の窒素雰囲気内に置かれる。この雰囲気内で、窒素は、コマエレメントの表面から金属格子内へ侵入（間入）原子として侵入して行く（解け込んで行く）。侵入深さは、実際の処理条件により決まる。その結果、非常に局部的な圧縮応力を付与することができる。このような方法は、プッシュベルトの製造につながる一連の製造ステップが既に窒化処理（環状体の窒化処理）を含んでいる、という利点を有する。よって、第２の窒化処理を行う場合に、非常にコストダウンになる。
【０００７】
コマエレメントの製造方法における追加の加工ステップに関する本発明の第２の形態は、実際の試験結果（実験結果）に部分的に基づいている。この試験は、前記した仮説の正当性を立証するために実施した。試験結果の分析によれば、前記結合面の表面粗さと前記破断現象との間の相関関係を、例えば公知の一般的に使用される粗さ値Raにより定量化することができる。本発明のこの第２形態では、例えば、結合面上に滑らかなカバー層を形成することにより（あるいは、結合面の表面を研磨加工することにより）、結合面の表面粗さ値を、前記形成ステップの終了後における粗さ値より小さくして、結合面の表面品質を改良することを提案している。このようにすることで、本発明によれば、結合面の不均一な構造部から疲労破断・亀裂が発生する危険性をかなり低減することができる。本発明によれば、特に上記した第２形態において、前記追加の加工ステップが結合面の位置においてのみ施されることが望ましい。コマエレメントの他の部分・表面には前記追加の加工ステップの影響が及ばないことが望ましい。その理由は、コマエレメントの各部分・表面毎に、異なる機能的な要件が課せられているからである。その一例は、コマエレメントの駆動接触面である。駆動接触面はプーリとベルトの間の力を摩擦により効率的に伝達しなければならないので、駆動接触面には所定の凸凹（最低限の粗さ値）が必要である。
次に、多数の実施例と添付図面に基づいて本発明をより詳細に説明する。
【０００８】
（図面の簡単な説明）
図１はプッシュベルトを備えた無段変速機の概略側面図である。
図２は無段変速機のプッシュベルトに用いられるコマエレメントの正面図と側面図である。
図３はパンチング装置の概略断面に基づいて長片状の基材からコマエレメントを形成する公知のパンチング工程を示している。
図４はコマエレメントの正面図と側面図であり、本発明のコマエレメントの表面の一部を機械加工するためのグラインドベルトを概略的に示している。
図５はコマエレメントの正面図と平面図であり、本発明のコマエレメントの表面を電気化学的に加工するための装置の一部を概略的に示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は無段変速機を概略的に示しており、この無段変速機には符号１がつけられている。無段変速機は例えば自動車に使用されるものである。無段変速機１は２つのプーリ４、５を有し、これらプーリは別々のプーリ軸２、３に設けられている。エンドレス（連続）プッシュベルト６がプーリ４、５に掛けられており、プーリ軸２、３の間で機械力を伝達できるようになっている。通常、各プーリ４、５は２つのプーリディスク（図示せず）を有し、これらプーリディスクの間にプッシュベルト６が位置される。変速機が作動しているとき、プッシュベルトがプーリディスク間にクランプされ、これらの間の摩擦力により力を伝達することができる。
プッシュベルト６は少なくとも１つのエンドレス支持部７を有している。このエンドレス支持部は多数の同軸積層平ベルトまたはリングからなる。コマエレメント１０は前記支持部７の全周に設けられ、前記支持部７に対し周方向に移動可能である。説明を簡単にするために、図１には数個のコマエレメント１０しか示されていない。一般的に、前記支持部７とコマエレメント１０は金属製である。尚、このタイプの変速機１では、力または回転は、駆動プーリ（例えばプーリ４）のコマエレメント１０により２つのプーリ４、５の間で伝達される。駆動プーリのコマエレメントが他方のプーリ５に押し入れられ、他方のプーリ５が駆動される。前記支持部７の主な役割はコマエレメント１０を支持・案内することである。
【００１０】
図２はプッシュベルト６のコマエレメント１０の正面図と側面図を示している。コマエレメント１０の主前面には符号１１がつけられており、コマエレメント１０の主背面には符号１２がつけられている。垂直方向で見ると、コマエレメント１０は基部１３、ブリッジ部１４及び矢じり状の頭部１５からなる。基部１３において、主前面１１には傾斜ゾーン１８が設けられている。この傾斜ゾーン１８の大部分は凸状の移行面であり、主前面１１の２つの部分を一様で且つ丸みを帯びた移行部でつないでいる。主前面の２つの部分は、互いに対してわずかな角度で交差するように設けられている。プッシュベルトにおいては、２つの隣接するコマエレメント１０が前記傾斜ゾーン１８を介して互いに傾斜できるようになっている。基部１３は２つの駆動接触面を有し、これら駆動接触面はプーリディスクと接触する。さらに、コマエレメントには突起２１と窪み２２が形成されている。プッシュベルト６のコマエレメント１０の突起２１の大部分は次のコマエレメント１０の窪み２２に係合し、隣接するコマエレメント１０同士のずれを制限している。
幅方向で見ると、コマエレメント１０の両側には、支持部７の少なくとも一部を収容する凹部８が形成されている。2つの凹部８の各々は、支持部７を支持する支持面１６と、垂直方向において支持部７をロックするロック面９と、幅方向において支持部７をロックする側面２５とを有する。また、結合面６０が凹部８の支持面１６と側面２５の間に設けられている。結合面６０は支持面１６と側面２５の間に曲面状の連結部を形成する。結合面６０は支持面１６より低い位置に設けられているので、支持部７を支持面の中央に保持する。つまり、支持部７がブリッジ部１４に強制移動されないようになっている。本発明はこの結合面６０の加工について特別な教示をしている。
【００１１】
形成ステップを説明するために、図３には製品５１を切断するパンチング工程とパンチング装置が概略的に図示されている。この場合、製品はコマエレメント１０であり、プレート状の基材５０から切断される。公知のパンチング装置はダイ４５とガイドプレート３５を有し、パンチングの際、これらの間に基材５０の一部５２が面３７と４７によりクランプされる。パンチング装置はさらに、切断部材３０と支持部材４０を有している。切断部材３０は支持部材４０に縦方向に整列している。切断部材３０と支持部材４０の周囲は切断対象物であるコマエレメント１０の周囲にほぼ対応しており、切断部材３０が矢印のように動くのに伴い切断部材と支持部材が協動してコマエレメントを切断するようになっている。支持部材４０は矢印とは反対方向の力を発生しつつ、切断部材３０といっしょに移動する。パンチング工程により形成される製品５１の切断エッジは、コマエレメント１０の駆動接触面１７、支持面１６、結合面６０、側面２５及びロック面９となる。これら面はパンチング工程により決定される粗さ値を有する。
本発明によれば、形成ステップの後に、もう一つの加工ステップ（追加ステップ）を行うことが望ましい。追加の加工ステップとは、コマエレメント１０（特に前記結合面６０の位置において）が大きな荷重や疲労に耐え得るようにするステップである。これに関して本発明では、２つの基本的に異なる手法を前記追加加工ステップとして提供する。第一に、本発明によれば、加工ステップにおいて、少なくとも結合面６０の位置でコマエレメント１０の材料に圧縮応力をかける。第二に、本発明によれば、加工ステップにおいて、結合面６０の粗さ値Raを小さくすることが望ましい。
【００１２】
本発明のより詳細な実施例が図４に概略的に示されており、この実施例では、凹部８の側面２５と支持面１６の間の結合面６０の粗さ値Raを小さくすることによりコマエレメント１０が破損する危険性を下げることを提案している。結合面の粗さ値を下げるために、結合面６０をグラインド加工したり、ポッリシュ加工したり、その他の方法により結合面６０を滑らかにする。そうすることにより、疲労亀裂の発生率や伝播速度をかなり下げることができる。本発明によれば、このような場合、欧州特許出願公開EP―A―０３６６１６９に開示されているグラインド方法を少し変更したものを採用するとよい。これが図４において、右側の側面２５を形成する場合として描かれている。即ち、側面２５はグラインドベルト８１を使用して機械加工される（側面２５とベルト８１の間の相対的な動きを利用して機械加工される）。反対側の側面２５（図４の左側の側面）は、本発明により改良されたグラインド方法を示している。即ち、結合面６０は側面２５が加工されるのと同時に機械加工されるのである。このような加工をするために、グラインドベルト８２の幅は少なくとも側面２５と結合面６０の長さの合計に等しくされる。
結合面６０の粗さ値Raを小さくするための別の手法は、図５に概略的に示されているように、この面を電気化学的に加工することである。この種の方法によれば、高品質で非常に滑らかな表面を得ることができる。図５は結合面６０の電気化学的加工用の装置７０の一部を示している。この装置７０は凹部８に挿入できる電極７１を有している。電極７１の機械加工部７２の形状は結合面６０の形状に対応しており、前記機械加工部７２は前記結合面６０近傍に動かされる。機械加工部７２の位置における表面を除き、コマエレメント近傍に移動可能な電極７１の全面には絶縁層７３が設けられている。この絶縁層により、結合面６０以外のコマエレメント１０の部位が電気化学的に加工されないようにしている。
結合面６０の電気化学的加工を行うために電極７１の機械加工部７２は結合面６０近傍に移動されると共に、電解質（図示せず）が前記機械加工部７２と前記結合面６０の間のスペース７５に供給される。電極７１とコマエレメント１０は電圧源７４に接続されている。コマエレメント１０は加工時間の少なくとも一部において電極７１に対して正である。結合面６０の材料は電極７１の機械加工部７２と結合面６０の間に電解質を介して発生する電流の影響下で電解質に溶ける。前記電流は前記結合面の最も高い部分に特に集中するので、前記結合面の不均一な部分（凸凹）が除去されて滑らかで且つ高品質な表面が得られる。
電極７１は複数のコマエレメント１０を同時加工するのに適している。図５はこのタイプの電極７１の平面図を示していると共に、多数のコマエレメント１０が互いに隣接して並べられた状態を示している。電極７１は固定位置に設けられることが好ましく、コマエレメント１０は電気化学的加工中に電極７１を通過することが好ましい。図９に示されている前記装置７０の好適実施例では、２つの電極７１が同時に使用され、コマエレメント１０の両側の結合面６０を同時に機械加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】プッシュベルトを備えた無段変速機の概略側面図である。
【図２】無段変速機のプッシュベルトに用いられるコマエレメントの正面図と側面図である。
【図３】パンチング装置の概略断面に基づいて長片状の基材からコマエレメントを形成する公知のパンチング工程を示している。
【図４】コマエレメントの正面図と側面図であり、本発明のコマエレメントの表面の一部を機械加工するためのグラインドベルトを概略的に示している。
【図５】コマエレメントの正面図と平面図であり、本発明のコマエレメントの表面を電気化学的に加工するための装置の一部を概略的に示している。
【符号の説明】
【００１４】
１  無段変速機    ２、３  プーリ軸
４，５プーリ  ６  プッシュベルト    
７  エンドレス支持部        ８  凹部      ９  ロック面
１０  コマエレメント      １１  主前面
１３  基部  １４  ブリッジ部
１５  頭部              
【図１】
2006508814.tif 000003
【図２】
2006508814.tif 000004
【図３】
2006508814.tif 000005
【図４】
2006508814.tif 000006
【図５】
2006508814.tif 000007
【国際調査報告】
2006508814.tif 000008
2006508814.tif 000009