(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルト掛かり半径が可変である一対のプーリと、該プーリ間に掛けられたベルトとを備え、該プーリと該ベルトとの摺動摩擦により該プーリ間で動力を伝達する無段変速機において、
上記プーリの摺動面および上記ベルトの摺動面のうち少なくとも一方は、マトリックス中に単結晶繊維が配向分散している複合材料層から成り、該配向は、該プーリの円周方向の該単結晶繊維の摩擦係数に対して、該プーリの半径方向の該単結晶繊維の摩擦係数の方が小さい配向であることを特徴とする無段変速機。
【請求項２】
上記単結晶繊維のアスペクト比が２．５以上であることを特徴とする請求項１記載の無段変速機。
【請求項３】
上記複合材料層の体積に対する上記単結晶繊維の体積含有率が９０vol％以上であることを特徴とする請求項１または２記載の無段変速機。
【請求項４】
上記単結晶繊維は、４回対称面以外の結晶面が上記摺動面に露出していることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の無段変速機。
【請求項５】
ベルト掛かり半径が可変である一対のプーリと、該プーリ間に掛けられたベルトとを備え、該プーリと該ベルトとの摺動摩擦により該プーリ間で動力を伝達する無段変速機において、
上記プーリの摺動面および上記ベルトの摺動面のうち少なくとも一方は、マトリックス中に該マトリックスとは硬さの異なる繊維が配向分散している複合材料層から成り、上記配向は、上記プーリの摺動面では上記繊維の長さ方向が上記プーリの半径方向に沿う配向であり、上記ベルトの摺動面では上記繊維の長さ方向が上記ベルトの長さ方向に垂直になる配向であって、
上記マトリクスと上記繊維の硬さが下記（Ａ）（Ｂ）：
（Ａ）上記マトリックスの硬さがＨｖ７００〜１０００であり、上記繊維の硬さがＨｖ２５０〜５００である、または
（Ｂ）上記マトリックスの硬さがＨｖ１０００以下であり、上記繊維の硬さがＨｖ１２００以上である
のいずれかであることを特徴とする無段変速機。
【請求項６】
上記複合材料層の体積に対する上記繊維の体積含有率が３５〜８０vol％であることを特徴とする請求項５記載の無段変速機。
【請求項７】
ベルト掛かり半径が可変である一対のプーリと、該プーリ間に掛けられたベルトとを備え、該プーリと該ベルトとの摺動摩擦により該プーリ間で動力を伝達する無段変速機において、
該プーリの摺動面に、複数の円状溝を該プーリの回転軸を中心として同心円状に配設し、かつ
上記溝間平坦部に、該平坦部の幅中央を通る同心円の接線に対する交角が５〜２０°であって該平坦部内に収まる寸法の複数の直線状溝を更に配設したことを特徴とする無段変速機。
【請求項８】
上記同心円状に配設した複数の円状溝は、深さが１０〜５０μｍ、配設ピッチが０．４〜１．４ｍｍ、溝間平坦部の幅が上記ピッチの２０〜６５％であることを特徴とする請求項７記載の無段変速機。
【請求項９】
上記直線状溝は、上記プーリの回転軸と同心のスパイラル曲線に対して垂直であることを特徴とする請求項７または８記載の無段変速機。
【請求項１０】
上記直線状溝の深さが、上記円状溝の深さの８０％以下であり、上記スパイラル曲線の角度ピッチが１０°以下であることを特徴とする請求項７から９までのいずれか１項記載の無段変速機。
【請求項１１】
上記スパイラル曲線は、プライマリ側プーリにおいて下記式（１）、セカンダリ側プーリにおいて下記式（２）によりそれぞれ表される曲線形状を有することを特徴とする請求項９記載の無段変速機。
ｒｉ＝ｒ１−ｖｒ（θｉ＋θ）／（ω・ρ）・・・・・（１）
ｒｉ＝ｒ０＋ｖｒ（θｉ＋θ）／（ω・ρ）・・・・・（２）
ここで、ｒ１：ベルト掛かり最大半径
ｒ０：ベルト掛かり最小半径
ω  ：回転角速度（rad/s）
ｒｉ：中心からｉ番目の溝間平坦部におけるスパイラル曲線の動径
ｖｒ：変速速度
θｉ：角度ピッチ定数
ρ  ：ベルト／プーリ間の辷り率
θ  ：回転方向を正とした偏角
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベルト式無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベルト式無段変速機は、ベルト掛かり半径が可変である一対のプーリと、プーリ間に掛けられたベルトとを備え、プーリとベルトとの摺動摩擦によりプーリ間で動力（トルク）を伝達する無段変速機（ＣＶＴ）であり、典型的には下記のような構成である。
【０００３】
ベルトは鋼等の金属製であり、テーパ付き側面を持つ多数のブロックが連接した構成である。プーリは一対の円形部材を同軸上に対面配置した構成であり、両部材間の間隙でテーパ付きのベルト掛かり溝を形成し、この溝に掛けられたベルトを両部材で両側から挟み込んで、プーリおよびベルト双方のテーパ面間の摺動摩擦力によってトルクを伝達する。そして、プーリ推力制御によりプーリのベルト掛かり溝のテーパ付き側面間隔を変えることでプーリのベルト掛かり半径を変え、一対のプーリ間でベルト掛かり半径の比を変えることにより変速を行なう。
【０００４】
このようなベルト式無段変速機において、伝達効率を向上させるには、プーリ／ベルト間の摩擦係数（μ）を増大させることが有効である。しかし、摩擦係数がある一定値を超えるとプーリ推力のみでの変速は原理的に不可能になる。
【０００５】
すなわち、プーリ推力制御によりベルト掛かり半径を変えるには、プーリのベルト掛かり溝側面のテーパ角度に応じたプーリ推力の分力によって、ベルトがプーリのベルト掛かり溝側面上を半径方向に移動できなければならない。そのためには、プーリのベルト掛かり溝側面からベルトが受ける半径方向の摩擦力が、ベルトを半径方向に移動させる上記プーリ推力の分力より小さくなくてはならない。したがって、プーリ／ベルト間の摩擦係数には許容上限があり、摩擦係数の増大による伝達効率の向上には限界があった。例えば、テーパ角度１１°の場合、変速を可能とするためには摩擦係数を０.１９４以下とする必要がある。
【０００６】
このように、伝達効率の向上と変速性能の確保のために、プーリ／ベルト間の摩擦係数に対して相反する要請がある。
【０００７】
一方、上記の原理的な許容上限以下の範囲であっても、プーリ／ベルト間の潤滑条件によって摩擦係数の向上に限界があった。すなわち、特に大容量のＣＶＴにおいては、伝達するトルクが大きく、摺動面での発熱（温度上昇）を抑制するために油潤滑が必須である。その結果、プーリ／ベルト間は境界潤滑状態での摺動が行なわれるため、プーリ／ベルトに対してそれぞれ種々の従来材料を選択し組み合わせても、摩擦係数は０．１５程度までしか達成できなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の限界を超えて、伝達効率を向上させると同時に変速性能も確保したベルト式無段変速機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１発明によれば、ベルト掛かり半径が可変である一対のプーリと、該プーリ間に掛けられたベルトとを備え、該プーリと該ベルトとの摺動摩擦により該プーリ間で動力を伝達する無段変速機において、
上記プーリの摺動面および上記ベルトの摺動面のうち少なくとも一方は、マトリックス中に単結晶繊維が一方向に配向して分散している複合材料層から成り、該配向は、該プーリの円周方向に沿った該単結晶繊維の結晶方位の摩擦係数に対して、該プーリの半径方向に沿った該単結晶繊維の結晶方位の摩擦係数の方が小さい配向であることを特徴とする無段変速機が提供される。
【００１０】
第１発明においては、上記単結晶繊維のアスペクト比は２．５以上であることが望ましく、上記単結晶繊維の体積含有率は９０vol％以上であることが望ましく、上記単結晶繊維は４回対称面以外の結晶面が上記摺動面に露出していることが望ましい。
【００１１】
また、第２発明によれば、ベルト掛かり半径が可変である一対のプーリと、該プーリ間に掛けられたベルトとを備え、該プーリと該ベルトとの摺動摩擦により該プーリ間で動力を伝達する無段変速機において、
上記プーリの摺動面および上記ベルトの摺動面のうち少なくとも一方は、マトリックス中に繊維が一方向に配向して分散している複合材料層から成り、上記配向は、上記プーリの摺動面では上記繊維の長さ方向が上記プーリの半径方向に沿う配向であり、上記ベルトの摺動面では上記繊維の長さ方向が上記ベルトの長さ方向に垂直になる配向であることを特徴とする無段変速機が提供される。
【００１２】
第２発明においては、上記マトリックスの硬さがＨｖ７００〜１０００であり且つ上記繊維の硬さがＨｖ２５０〜５００であることが望ましく、または、上記マトリックスの硬さがＨｖ１０００以下であり且つ上記繊維の硬さがＨｖ１２００以上であることが望ましく、また、上記繊維の体積含有率が３５〜８０vol％であることが望ましい。
【００１３】
更に、第３発明によれば、ベルト掛かり半径が可変である一対のプーリと、該プーリ間に掛けられたベルトとを備え、該プーリと該ベルトとの摺動摩擦により該プーリ間で動力を伝達する無段変速機において、
上記プーリの摺動面に、複数の円状溝を該プーリの回転軸を中心として同心円状に配設したことを特徴とする無段変速機が提供される。
【００１４】
第３発明においては、上記同心円状に配設した複数の円状溝は、深さが１０〜５０μｍ、配設ピッチが０．４〜１．４ｍｍ、溝間平坦部の幅が上記ピッチの２０〜６５％であることが望ましい。上記溝間平坦部に、該平坦部の幅中央を通る同心円の接線に対する交角が５〜２０°であって該平坦部内に収まる寸法の複数の直線状溝を更に配設することが望ましい。上記直線状溝は、上記プーリの回転軸と同心のスパイラル曲線に対して垂直であることが望ましい。上記直線状溝の深さが、上記円状溝の深さの８０％以下であり、上記スパイラル曲線の角度ピッチが１０°以下であることが望ましい。上記スパイラル曲線は、プライマリ側プーリにおいて下記式（１）、セカンダリ側プーリにおいて下記式（２）によりそれぞれ表される曲線形状を有することが望ましい。
【００１５】
ｒｉ＝ｒ１−ｖｒ（θｉ＋θ）／（ω・ρ）・・・・・（１）
ｒｉ＝ｒ０＋ｖｒ（θｉ＋θ）／（ω・ρ）・・・・・（２）
ここで、ｒ１：ベルト掛かり最大半径
ｒ０：ベルト掛かり最小半径
ω  ：回転角速度（rad/s）
ｒｉ：中心からｉ番目の溝間平坦部におけるスパイラル曲線の動径
ｖｒ：変速速度
θｉ：角度ピッチ定数
ρ  ：ベルト／プーリ間の辷り率
θ  ：回転方向を正とした偏角
【００１６】
【発明の実施の形態】
第１発明の特徴は、プーリの摺動面およびベルトの摺動面のうち少なくとも一方は、マトリックス中に単結晶繊維が一方向に配向して分散している複合材料層から成り、上記配向は、該配向は、該プーリの円周方向に沿った該単結晶繊維の結晶方位の摩擦係数に対して、該プーリの半径方向に沿った該単結晶繊維の結晶方位の摩擦係数の方が小さい配向である構成にある。
【００１７】
この構成により、動力伝達のためのベルト進行方向（プーリ円周方向）については摺動面の摩擦係数を高め、同時に、変速のためのベルト移動方向（プーリ半径方向）については摺動面の摩擦係数を低くすることができる。
【００１８】
摩擦力は、２つの物体が相互の接触面で凝着した状態から脱離するために要する力である。単結晶は結晶方位によって凝着力が異なるため、結晶方位によって摩擦係数が異なる。一般に、原子密度の高い結晶方位に沿った摺動では摩擦係数が大きく、原子密度の低い結晶方位に沿った摺動では摩擦係数が小さい傾向がある。
【００１９】
また、単結晶繊維は、優先方位に沿って結晶が成長しているため、成長方向すなわち繊維長さ方向が特定の結晶方位に一致している。
【００２０】
第１発明によれば、単結晶繊維の持つ摩擦係数の異方性を利用し、マトリックス中に単結晶繊維が配向分散している複合材料層で摺動面を構成したことにより、摺動面の摩擦係数に異方性を持たせることができる。
【００２１】
すなわち、プーリの摺動面に適用する場合には、プーリ円周方向に単結晶繊維の高摩擦係数方位を一致させ、プーリ半径方向に単結晶繊維の低摩擦係数方位を一致させるように繊維を配向させてマトリックス中に分散させることにより、動力伝達のためのベルト進行方向の摺動に対しては摩擦係数を大きくすると同時に変速のためのベルト移動方向の摺動に対しては摩擦係数を小さくすることができる。
【００２２】
また、ベルトの摺動面に適用する場合には、動力伝達のためのベルト進行方向（すなわちプーリ円周方向）に単結晶繊維の高摩擦係数方位を一致させ、変速のためのベルト移動方向（すなわちプーリ半径方向）に単結晶繊維の低摩擦係数方位を一致させるように繊維を配向させてマトリックス中に分散させることにより、上記と同様の効果が得られる。
【００２３】
プーリの摺動面とベルトの摺動面の両方に適用すれば、更に効果的である。
【００２４】
第１発明に用いる単結晶繊維はアスペクト比が２．５以上であることが望ましい。これにより、テープキャストや押出し等により複合材料層を製造する際に、繊維の配向度を容易に高めることができると共に、摺動面において個々の繊維が占める面積が確保されて等価方位の結晶面が摺動面に露出する確率が高まり、所望の摩擦係数異方性を容易に得ることができる。更に、複合材料層の強度を高める上でも上記範囲のアスペクト比とすることは有利である。
【００２５】
複合材料層として高い摩擦係数異方性を得るには、マトリックス中に配向分散する単結晶繊維の含有量を９０vol％以上とすることが望ましい。マトリックスは従来のように摩擦係数等方性の材料あってよい。
【００２６】
単結晶繊維は、４回対称面以外の結晶面が上記摺動面に露出していることが望ましい。第１発明において摩擦係数異方性が発現する必要のある方位角は、プーリ円周方向（＝動力伝達用ベルト進行方向）とプーリ半径方向（＝変速時ベルト移動方向）との成す角度、すなわち９０°である。４回対称面は対称軸の回りに９0°回転させる毎に等価な結晶面が現れるため、方位角９０°毎に原子密度が同一であり、結晶方位を９0°変えても摩擦係数異方性が現れない。例えば、立方晶であれば、{１００}面については〔０１１〕、〔０−１１〕、〔０−１−１〕、〔０１−１〕の４つの結晶方位が等価であり、更に〔０１０〕、〔００１〕、〔０−１０〕、〔００−１〕の４つの結晶方位が等価であり、摩擦係数異方性は方位角９０°では発現せず、方位角４５°で発現することになる。したがって、４回対称面以外の結晶面を摺動面に露出させれば、方位角９０°毎に等価すなわち原子密度の等しい結晶面が現れず、必要な摩擦係数異方性が得られる。
【００２７】
次に、第２発明の特徴は、プーリの摺動面およびベルトの摺動面のうち少なくとも一方は、マトリックス中に該マトリックスとは硬さの異なる繊維が配向分散している複合材料層から成り、上記配向は、プーリの摺動面では繊維の長さ方向がプーリの半径方向に沿う配向であり、ベルトの摺動面では繊維の長さ方向がベルトの長さ方向に垂直になる配向である構成にある。この構成によっても、動力伝達のためのベルト進行方向については摺動面の摩擦係数を高め、同時に、変速のためのベルト移動方向については摺動面の摩擦係数を低くすることができる。
【００２８】
第２発明は、繊維を横切る方向の摺動に対して、相手材の表面にある微小突起が繊維とマトリックスとの界面で引っ掛かるアンカー効果によって摩擦係数が増大することを利用したものである。このアンカー効果を得るには、マトリックスが硬さＨｖ７００〜１０００の相対的硬質相で繊維が硬さＨｖ２５０〜５００の相対的軟質相であるか、マトリックスが硬さＨｖ１０００以下の相対的軟質相で繊維が硬さＨｖ１２００以上の相対的硬質相であることが望ましい。アンカー効果が発現するには、硬質相と軟質相が適度な比率で混在することが必要であり、複合材料層中の繊維の体積含有率が３５〜８０vol％であることが望ましい。
【００２９】
最後に、第３発明の特徴は、プーリの摺動面に、複数の円状溝を該プーリの回転軸を中心として同心円状に配設した構成にある。この構成によっても、動力伝達のためのベルト進行方向については摺動面の摩擦係数を高め、同時に、変速のためのベルト移動方向については摺動面の摩擦係数を低くすることができる。
【００３０】
第１、第２発明が摺動面を複合材料層で構成したことにより摩擦係数異方性を得るのに対して、第３発明は摺動面に特定の凹凸を設けたことにより摩擦係数異方性を得る。
【００３１】
すなわち、第３発明は、摺動面に設けた溝の方向に対して摺動方向が垂直な場合には摩擦係数が低く、平行な場合には摩擦係数が高くなることを利用したものである。摩擦係数異方性が発現する機構は、第２発明における摺動界面での２物体の直接接触によるアンカー効果ではなく、摺動界面で２物体間に形成される油膜の破断状態が溝の存在によって摺動方向に対して異方性を持つことに基づく。
【００３２】
この効果を得るためには、同心円状に配設した円状溝が深さ１０〜５０μｍ、配設ピッチ０．４〜１．４ｍｍであり、溝間平坦部の幅が配設ピッチの２０〜６５％であることが望ましい。これにより、油膜破断状態の異方性が特に顕著になり、１００％に近い高い動力伝達効率を達成しつつ、極めてスムーズな変速が可能になる。
【００３３】
円状溝の他に、溝間平坦部に、その幅中央を通る同心円状の接線に対する交角が５〜２０°で、長さが溝間平坦部の幅以下である複数の直線状溝を付加的に設けることが望ましい。このように付加された直線状溝は変速時のベルト軌跡に対してより垂直に近くなるため、変速時の摺動に対する摩擦係数をより低減できる。
【００３４】
前記のとおり摺動方向と溝の方向が垂直な場合に摩擦係数が最も小さくなる。しかし、ベルトはプーリに対してある辷り率をもって相対的にプーリ円周方向に運動する。したがって、変速時（特にベルト掛かり半径が増加する向きの変速時）にベルトがプーリ摺動面上に描く軌跡はプーリ半径方向に沿った直線とはならない。このことを考慮すると、直線状溝が、プーリの回転軸と同心のスパイラル曲線に対して垂直であれば、最も望ましい。これにより、プーリ摺動面上のどの位置においても直線状溝は、変速時のベルト軌跡に対して垂直になり、変速時の摺動に対する摩擦係数を最も小さくできる。
【００３５】
プライマリ側プーリとセカンダリ側プーリとではプーリ摺動面上のベルト軌跡が軸対称となることを考慮して、それぞれ前記の式（１）および式（２）で表される曲線形状のスパイラル曲線に対して直線状溝を垂直に設ければ、一対のプーリから成る変速ユニット全体として摩擦係数異方性を最も大きくすることができる。
【００３６】
【実施例】
〔実施例１〕
第１発明に従い、プーリまたはベルトの摺動面を構成する複合材料を下記手順により作製した。
【００３７】
α−Ｓｉ３Ｎ４粉末（等軸）に、β−Ｓｉ３Ｎ４粉末（アスペクト比１．８）を５vol％加え、更に焼結助剤としてＹ２Ｏ３粉末を５mass％およびＡｌ２Ｏ３粉末を２mass％加え、分散媒としてエタノールを用いて、Ｓｉ３Ｎ４製ポットおよびＳｉ３Ｎ４製ボールにより４８時間混合した。
【００３８】
得られた混合粉末を乾燥・解砕した後、樹脂バインダをを添加して混練し、φ１０ｍｍに押出し成形した。この押出し成形によりβ−Ｓｉ３Ｎ４粉末（アスペクト比１．８）が押出し方向に沿って配向する。
【００３９】
押出し成形体をＮ２気流中で４００℃×４ｈの熱処理により脱脂した後、大気中で６００℃×２ｈの熱処理によりバインダ由来の残留カーボンを除去した。
【００４０】
熱処理後の成形体をＣＩＰ（冷間静水圧プレス）にて３０ＭＰａの静水圧で加圧成形した。
【００４１】
加圧成形体を、Ｎ２雰囲気中、０．９ＭＰａで焼成した。焼成条件は、１６５０℃×１ｈ（アスペクト比１．８）、１７００℃×１ｈ（同２．８）、１８００℃×２ｈ（同４．２）、１８００℃×６ｈ（同５．６）の４種類とした。（  ）内は、各条件での焼成後のβ−Ｓｉ３Ｎ４単結晶繊維のアスペクト比である。
【００４２】
得られた焼結体は、等軸α−Ｓｉ３Ｎ４粒子から成る多結晶マトリックス中に、柱状β−Ｓｉ３Ｎ４単結晶繊維が一方向に配向して分散した複合材料であった。この複合材料の繊維含有量（Ｖｆ）は９７vol％であった。
【００４３】
各焼成体試料について、リングオンブロック型摩擦摩耗試験機にて摩擦係数を測定した。測定試料である焼結体をブロック側とし、相手材であるリングはＳＣＭ４４０（浸炭焼入れ焼き戻し材）とし、両者の摺動面（摩擦面）に潤滑剤としてＣＶＴ油を上方から散布しながら、摺速０．１５ｍ／ｓ、面圧１５０ＭＰａにて試験した。試験面（摩擦面）は繊維配向方向に平行な面とし、摩擦方向を繊維配向方向に垂直な方向（Ｔ方向）と繊維配向方向に平行な方向（Ｌ方向）とした。図１に、試験結果をまとめて示す。
【００４４】
図１に示したように、繊維のアスペクト比の増加に伴い、垂直方向の摩擦係数（図中「μ⊥」）と平行方向の摩擦係数（図中「μ//」）との差（図中「μ差」）が増加して、異方性が大きくなる。ここで異方性の尺度を標準化するために、μ//に対するμ差の割合（％）を「異方率」と呼び、下式で表す。
【００４５】
摩擦係数の異方率＝１００×（μ⊥−μ//）／μ//    （％）
異方率が５０％以上であることを顕著な異方性であることの指標とすれば、この基準を満たすためには、図１に示したように単結晶繊維のアスペクト比を２．５以上とする必要がある。
【００４６】
〔実施例２〕
第１発明に従い、プーリまたはベルトの摺動面を構成する複合材料を下記手順により作製した。
【００４７】
α−Ｓｉ３Ｎ４粉末（等軸）に、β−Ｓｉ３Ｎ４粉末（アスペクト比１．８）を５vol％、、１０vol％、２０vol％の３水準の量で加え、更に焼結助剤としてＹ２Ｏ３粉末を５mass％およびＡｌ２Ｏ３粉末を２mass％加え、分散媒としてエタノールを用いて、Ｓｉ３Ｎ４ポットおよびボールにより４８時間混合した。
【００４８】
得られた混合粉末を乾燥・解砕した後、樹脂バインダをを添加して混練し、φ１０ｍｍに押出し成形した。この押出し成形によりβ−Ｓｉ３Ｎ４粉末（アスペクト比１．８）が押出し方向に沿って配向する。
【００４９】
押出し成形体をＮ２気流中で４００℃×４ｈの熱処理により脱脂した後、大気中で６００℃×２ｈの熱処理によりバインダ由来の残留カーボンを除去した。
【００５０】
熱処理後の成形体をＣＩＰ（冷間静水圧プレス）にて３０ＭＰａの静水圧で加圧成形した。
【００５１】
加圧成形体を、Ｎ２雰囲気中、０．１ＭＰａで焼成した。焼成条件は、１８５０℃×２ｈとした。
【００５２】
得られた焼成体は、等軸α−Ｓｉ３Ｎ４粒子から成る多結晶マトリックス中に、柱状β−Ｓｉ３Ｎ４単結晶繊維が一方向に配向して分散した複合材料である。柱状β−Ｓｉ３Ｎ４単結晶繊維のアスペクト比は３．９〜４．５の範囲内でほぼ一定であった。複合材料中の繊維含有量（Ｖｆ）は、初めのβ−Ｓｉ３Ｎ４粉末添加量５vol％、１０vol％、２０vol％に対して、それぞれ２５vol％、５０vol％、８０vol％であった。これらに加えて、実施例１の１８００℃×２ｈで焼成した試料（Ｖｆ＝９７vol％、繊維アスペクト比＝４．２）も準備した。
【００５３】
各焼成体試料について、実施例１と同様の試験により摩擦係数を測定した。図２に、試験結果をまとめて示す。
【００５４】
図２に示したように、繊維含有量（Ｖｆ）の増加に伴い、垂直方向の摩擦係数（μ⊥）と平行方向の摩擦係数（μ//）との差（μ差）が増加して、異方性が大きくなる。異方率が５０％以上であることを顕著な異方性であることの指標とすれば、この基準を満たすためには、単結晶繊維の含有量を９０vol％以上とする必要があることが分かる。
【００５５】
〔実施例３〕
第２発明に従い、プーリまたはベルトの摺動面を構成する複合材料を下記手順により作製した。作製した複合材料のマトリックスと繊維との組合せを表１に示す。
【００５６】
【表１】
0004345258.tif 000002
表１に示したように、繊維として、スチール繊維（硬さ５水準）、チラノ繊維、ＳｉＣ繊維およびＡｌ２Ｏ３繊維の合計８種類を用いた。これらの繊維はいずれも多結晶である。スチール繊維については、ワイヤー用スチール繊維を複合前に予め表２の熱処理により５水準の硬さに調整した。
【００５７】
マトリックスとしては、表１に示したように、スチール（硬さ５水準）、α−Ｓｉ３Ｎ４およびＡｌ２Ｏ３の合計７種類を用いた。スチールマトリックスの硬さについても、スチール微粉末を複合前に予め表２の熱処理により５水準に調整した。
【００５８】
【表２】
0004345258.tif 000003
複合材料の作製は下記の手順で行なった。
【００５９】
まずグラファイト製の型の中に繊維を一方向に薄く並べてから、マトリックス材粉末を繊維間に充填して、薄い繊維／粉末混合層を形成した。同じ操作を繰返して所定の厚さ（約１０ｍｍ）まで積層した。この積層混合物を、ホットプレスにてＮ２雰囲気中で表３に示す条件で焼結した。
【００６０】
【表３】
0004345258.tif 000004
以上のようにして作製した各焼結体試料について、実施例１と同様の試験により摩擦係数を測定した。試験結果を表１、図３、図４に示す。表１はマトリックスの硬さと繊維の硬さの種々の組合せに対して、繊維配向方向に垂直（⊥）および平行（//）な摩擦方向の各摩擦係数と、各摩擦係数から算出した異方率とを示している。表中の各桝目内の数値は、上段の左右がそれぞれ垂直および平行方向の摩擦係数であり、下段が異方率である。図３は、表１に示した各マトリックスと各繊維との硬さの差を等高線で示しており、図４は、表１中の異方率を等高線で示している。
【００６１】
図３の等高線と図４の等高線とは配列が良く対応しており、マトリックスと繊維との硬さの差を大きいほど摩擦係数の異方性を大きくいことが分かる。軟質マトリックスと硬質繊維とを組合せた場合も、逆に硬質マトリックスと軟質繊維とを組合せた場合も、同様の効果が得られることも分かる。更に表１から、マトリックスの硬さと繊維の硬さが両方増加するのに伴い、摩擦係数の値自体が低下することが分かる。
【００６２】
次に、複合材料の繊維含有量と摩擦係数の異方性との関係を調べた。図５に、マトリックスとしてスチール焼鈍材（Ｈｖ３００）、繊維としてＡｌ２Ｏ３（Ｈｖ３０００）をそれぞれ用い、Ａｌ２Ｏ３繊維の含有量（Ｖｆ）を３０〜９０vol％の範囲で変化させた場合について、摩擦係数の異方性の変化を示す。繊維含有量（Ｖｆ）が３５〜８０vol％の範囲であれば異方率が５０％以上の高い値となり、含有量５０vol％付近で異方率が最大（約１３０％）となる。
【００６３】
〔実施例４〕
第３発明に従い、プーリ摺動面を想定して、スチール円板（外径φ５０ｍｍ、内径φ１０ｍｍ、厚さ４．５ｍｍ）の板面に、複数の円状溝を同心円状に設けた。円状溝は、横断面形状を矩形とし、溝深さ、溝ピッチ、溝間平坦部幅を種々に設定して下記の試験を行った。
【００６４】
（試験方法）
（Ａ）円周方向の摩擦係数の評価
ピンオンディスク型の摩擦摩耗試験機を用い、ディスクとして上記円板を用い、ピンとしてはＣＶＴベルトのブロックの端面を垂直に切断し鏡面研磨したものを円周上に１２０°間隔で３本立てたものを用いた。
【００６５】
（Ｂ）半径方向の摩擦係数の評価
往復動型摺動試験機を用い、上記（Ａ）と同じディスクおよびピンを用いて半径方向の摩擦係数を測定した。
【００６６】
摺動条件（潤滑、摺速、面圧）は実施例１に準じた。
【００６７】
＜試験１＞
摩擦係数の異方率に対する溝ピッチの影響を調べた。スチール円板（ディスク）の円状溝の諸寸法を下記のように設定した。
【００６８】
溝深さｄ：２０μｍ（一定）
溝ピッチＷｐ：０．２、０．５、１．０、１．５、２．０ｍｍ（５水準）
溝間平坦部幅Ｗａ：溝ピッチＷｐの５０％（一定）
図６に、摩擦係数（半径方向μ⊥、周方向μ//）の測定値およびこれらから算出した異方率と、溝ピッチとの関係を示す。比較として、溝なし（ピッチＷｐ＝０）の場合の結果も併せて示した。摩擦係数の異方率は、円状溝の存在により増加し、溝ピッチＷｐが１ｍｍ付近で最大（約１００％）となり、それより溝ピッチが大きくなると減少する。５０％以上の高い異方率を得るには、溝ピッチＷｐを０．４〜１．４ｍｍの範囲内とする必要がある。
【００６９】
＜試験２＞
摩擦係数の異方性に対する溝間平坦部幅の影響を調べた。スチール円板（ディスク）の円状溝の諸寸法を下記のように設定した。
【００７０】
溝深さｄ：２０μｍ（一定）
溝ピッチＷｐ：０．５ｍｍ（一定）
溝間平坦部幅Ｗａ：Ｗｐの５、１０、２０、４０、７０％（５水準）
図７に、摩擦係数（半径方向μ⊥、周方向μ//）の測定値およびこれらから算出した異方率と、溝間平坦部幅との関係を示す。摩擦係数の異方率は、溝間平坦部幅Ｗａが溝ピッチＷｐの３５％付近で最大（約１００％）となり、５０％以上の高い異方率を得るには、溝間平坦部幅Ｗａを２０〜６５％の範囲内とする必要がある。異方率５０％以上を確保する観点のみからはＷａの下限値を１２％程度とすることが考えられるが、溝間平坦部を頂面とする隔壁部の機械的強度を確保するためにはＷａの下限値を上記のように２０％とすることが適切である。
【００７１】
なお、円状溝の深さは１０〜５０μｍとすることが望ましい。１０μｍより浅いと溝としての作用が得難くなり、５０μｍより深いと溝間の隔壁部の機械的な強度が確保し難くなる。
【００７２】
〔実施例５〕
第３発明の望ましい態様に従い、プーリ摺動面を想定して、スチール円板（外形φ１５０ｍｍ、内径φ１０ｍｍ、厚さ５．５ｍｍ）の板面に、複数の円状溝（主溝）を同心円状に設け、更に円状溝の溝間平坦部に直線状溝（副溝）を設けた。円状の主溝は機械加工またはレーザ加工、直線状の副溝はレーザ加工によって形成した。円状溝（主溝）および直線状溝（副溝）の寸法および配置形態は下記のとおりである。
【００７３】
＜円状溝（主溝）の諸寸法＞
溝深さ：２０μｍ（一定）
溝ピッチＷｐ：０．５ｍｍ（一定）
溝間平坦部幅Ｗａ：溝ピッチＷｐの５０％（一定）
＜直線状溝（副溝）の形状・寸法および配置形態＞
１]形状
矩形横断面
２]寸法
溝深さ：１５μｍ（一定）
溝幅：０．１ｍｍ（一定）
溝長さ：円状溝の溝間平坦部の稜から稜までの領域内（主溝Ｇに突き出ないこと）（一定）
３]配置形態
＜配置形態１＞
図８に（１）平面図および（２）断面図で示す配置形態で副溝を設けた。主溝Ｇ同士の間の平坦部Ｐに複数の副溝ｇを設け、平坦部Ｐの幅ｗの中央を通る同心円Ｃの接線と副溝ｇとの角度θｇを、５°、２０°、４０°の３水準とした。副溝の配置ピッチは各々１．６、０．７、０．３とした。
【００７４】
＜配置形態２＞
図９に、変速時にプーリ摺動面上を移動するベルトの軌跡を示す。同図の（１）および（２）はそれぞれプライマリ側およびセカンダリ側のプーリの場合のベルト軌跡曲線を示しており、いずれの場合もベルト軌跡曲線は、プーリ回転軸を中心とするスパイラル曲線となる。本配置形態では、主溝間の平坦部において、このスパイラル曲線に対して垂直に副溝を設けた。副溝の配置ピッチは１．６とした。
【００７５】
上記のように円状溝（主溝）および直線状溝（副溝）を設けたスチール円板について、往復動試験機にて下記方法で摺動試験を行い、半径方向に摺動させた場合の摩擦係数（μｒ）を測定した。
【００７６】
（試験方法）
スチール円板を周速０．１５ｍ／ｓ（円板外周での周速）で回転させた状態で、実施例４の試験方法（Ｂ）に準じた方法で半径方向の往復動試験を行った。スチール円板の中心から半径方向２０、３０、４０、５０、６０、７０ｍｍの各位置において、ストローク１０ｍｍ（ストロークセンタが上記各位置となるように）でピンを円板半径方向に往復移動させた。比較として、主溝のみ設け副溝は設けない場合についても同様の試験を行った。試験結果を図１０にまとめて示す。
【００７７】
まず、副溝を設けない場合は、外周部での半径方向摩擦係数（μｒ）が特に大きくなる。これは、固定座標系で半径方向に移動するピンは、回転する円板上では図９のベルト軌跡曲線に準じたスパイラル曲線状の軌跡を描くためである。すなわち、外周部では主溝に対する摺動方向の角度が９０°より小さくなり、摺動方向が半径方向から外れて円周方向に偏り、主溝に基づく摩擦係数異方性による半径方向摩擦係数の低減効果が減少するからである。
【００７８】
これに対して、副溝を設けた場合は、上記配置形態（Ａ）（Ｂ）のいずれについても、円板半径方向位置による半径方向摩擦係数（μｒ）の変化が顕著に減少し、内外周での半径方向摩擦係数（μｒ）の差が低減する。
【００７９】
副溝の配置形態（Ａ）については、溝間平坦部中央を通る同心円の接線に対する配置角度θｇが大きい方がμｒ差低減効果が大きくなるが、θｇが大きすぎると半径方向位置全体に渡ってμｒ自体が大きくなり望ましくない。この観点から、試験した範囲内においてはθｇが５〜２０°の範囲内とすることが適当である。
【００８０】
更に、副溝を配置形態（Ｂ）については、回転する円板上のピン摺動軌跡である図９のスパイラル曲線に対して垂直に副溝を設けたことにより、配置形態（Ａ）のような外周部でのμｒ増大が効果的に抑制され、半径方向各位置においてほぼ一定のμｒが得られる。
【００８１】
なお、配置形態にかかわらず直線状の副溝の深さは、副溝としての作用が得られる深さであればよいが、円状の主溝の深さの８０％以下とすることが望ましい。副溝が余り深すぎると、主溝間の隔壁部の強度が確保し難くなるからである。
【００８２】
また、スパイラル曲線に垂直に副溝を設ける配置形態（Ｂ）の場合、溝間平坦部の幅中央を通る同心円とスパイラル曲線との交点での両者間の角度は、円板（プーリ）中心側から外周側に向かって９０°から段階的に減少する（逆向きに見れば段階的に増加する）。主溝１つ当たりの角度変化（減少あるいは増加）の幅すなわちスパイラル曲線の角度ピッチは１０°以下とすることが望ましい。角度ピッチが大きすぎると半径方向の各位置におけるμ値の変動が急激となり、円滑な変速動作に悪影響を及ぼすので望ましくない。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、従来技術の限界を超えて、伝達効率を向上させると同時に変速性能も確保したベルト式無段変速機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１発明によりプーリまたはベルトの摺動面を構成する複合材料について、単結晶繊維のアスペクト比と、繊維配向方向に垂直（⊥）および平行（//）の摩擦係数、これらの差、および摩擦係数の異方率（１００×（μ⊥−μ//）／μ//（％）との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、第１発明によりプーリまたはベルトの摺動面を構成する複合材料について、単結晶繊維の含有量と、繊維配向方向に垂直および平行の各摩擦係数、各摩擦係数間の差、および摩擦係数の異方率との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、第２発明によりプーリまたはベルトの摺動面を構成する複合材料について、マトリックス硬さと繊維硬さとの種々の組合せに対してマトリックスと繊維との硬さの差の等高線を示すグラフである。
【図４】図４は、第２発明によりプーリまたはベルトの摺動面を構成する複合材料について、マトリックス硬さと繊維硬さとの種々の組合せに対して摩擦係数の異方率の等高線を示すグラフである。
【図５】図５は、第２発明によりプーリまたはベルトの摺動面を構成する複合材料について、繊維含有量と、繊維配向方向に垂直および平行の各摩擦係数および摩擦係数の異方率との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、第３発明によりプーリ摺動面に同心円状に設けた円状溝のピッチと、円周に垂直および平行の摩擦係数および異方率との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、第３発明によりプーリ摺動面に同心円状に設けた円状溝の溝間平坦部の幅と円周に垂直および平行の摩擦係数および異方率との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、第３発明の望ましい態様によりプーリ摺動面の円状溝（主溝）間の平坦部に設けた直線状溝（副溝）の配置形態を示す（１）平面図および（２）断面図である。
【図９】図９は、変速時に（１）プライマリ側および（２）セカンダリ側のプーリ摺動面上を移動するベルトのスパイラル曲線状軌跡を示す平面図である。
【図１０】図１０は、第３発明の望ましい態様によりプーリ摺動面の円状溝（主溝）間の平坦部に設けた直線状溝（副溝）の配置形態と、プーリ半径方向の摩擦係数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｇ…主溝（円状溝）
Ｐ…主溝Ｇ同士の間の平坦部
ｇ…平坦部Ｐに設けた副溝（直線状溝）
ｗ…平坦部Ｐの幅
Ｃ…平坦部Ｐの中央を通る同心円
【図１】
0004345258.tif 000005
【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】
0004345258.tif 000012
【図９】
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【図１０】
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