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【発明の名称】 |
金属Ｖベルト |
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【氏名】矢ケ崎 徹 |
【課題】薄い無端ベルト状の金属製リングシートを重ねて構成される金属リング部材が引っ張り強度および耐磨耗性で問題となる。
【解決手段】金属ＶベルトＭＶを、無端ベルト状の金属リング２０と、この金属リング２０に沿って支持された多数の金属エレメント１０とから構成し、金属リング２０を複数の薄い無端ベルト状の金属製のリングシートを径方向に重ねて構成し、これらリングシートのうちの最内周および最外周のリングシート２０ａ，２０ｂを耐摩耗性の高い金属材料から作り、残りの中間リングシート２０ｃを引っ張り強度の高い金属材料から作る。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 無端ベルト状の金属リング部材と、この金属リング部材に沿って支持された多数の金属エレメント部材とからなり、駆動プーリと従動プーリ間に掛け渡されて動力を伝達する金属Ｖベルトにおいて、前記金属リング部材が、複数の薄い無端ベルト状の金属製のリングシートを径方向に重ねて構成され、これらリングシートのうちの最内周および最外周のリングシートを耐摩耗性の高い金属材料から作り、残りのリングシートを引っ張り強度の高い金属材料から作ったことを特徴とする金属Ｖベルト。
【請求項２】 前記耐摩耗性の高い金属材料のヤング率が前記引っ張り強度の高い金属材料のヤング率より小さいことを特徴とする請求項１に記載の金属Ｖベルト。
【請求項３】 前記耐摩耗性の高い金属材料がマレージング鋼であり、前記引っ張り強度の高い材料がステンレス鋼であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の金属Ｖベルト。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｖベルト式無段変速機等に動力伝達用として用いられる金属Ｖベルトに関し、特に、これを構成する無端ベルト状の金属リング部材の構成に特徴を有する金属Ｖベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】このような金属Ｖベルトは従来から公知となっており、例えば、実開昭６２−１３１１４３号公報、特開平２−２２５８４０号公報、特開平７−１２１７７号公報等に開示されている。このような従来から用いられている金属Ｖベルトは、無端ベルト状のリング部材と、このリングに沿って支持された多数の金属エレメント部材（金属コマとも称される）とから構成され、駆動プーリおよび従動プーリ間に掛け渡されて動力伝達を行う。これら両プーリはそのＶ溝幅が可変制御できるようになっており、このＶ溝幅を可変制御することにより両プーリにおけるＶベルトの巻き掛け半径を変化させ、変速比を無段階に変化させることができるようになっている。
【０００３】このような金属Ｖベルトにより両プーリ間で動力伝達を行うときに、金属エレメント部材が押されながら動力伝達がなされ、金属エレメント部材に作用する圧縮力により動力を伝達する。但し、このときに多数の金属エレメント部材を繋げてリング状にリング部材には引っ張り力が作用するとともに、両プーリに巻き掛けられる状態では曲げ応力が作用し、さらに、金属エレメント部材と接触する部分には摩擦力が作用する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このため、リング部材はこのような各種の作用力を考慮し、これらの力に対しても十分な強度および寿命を有するようにその材質、形状等を最適に設定する必要がある。ここで、リング部材は一般的に薄い無端ベルト状の金属製リングシートを複数枚重ねて構成されており、最内周および最外周のリングシートは金属エレメント部材と接触するため、摩擦力を受けて磨耗しやすく、最内周および最外周のリングシートの耐久性が最も問題となりやすい。
【０００５】本発明はこのような問題に鑑みたもので、薄い無端ベルト状の金属製リングシートを重ねて構成される金属リング部材が十分な強度および耐久性を有するような構成の金属Ｖベルトを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような目的達成のため、本発明においては、駆動プーリと従動プーリ間に掛け渡されて動力を伝達する金属Ｖベルトを、無端ベルト状の金属リング部材と、この金属リング部材に沿って支持された多数の金属エレメント部材とから構成し、金属リング部材を複数の薄い無端ベルト状の金属製のリングシートを径方向に重ねて構成し、これらリングシートのうちの最内周および最外周のリングシートを耐摩耗性の高い金属材料から作り、残りのリングシートを引っ張り強度の高い金属材料から作ることを特徴とする。
【０００７】金属Ｖベルトを駆動および従動プーリ間に掛け渡して駆動力伝達を行わせている状態では、金属リンク部材は引っ張り力を受けるとともに両プーリに巻き掛けられている状態で巻き掛け半径に対応する曲げ変形による曲げ力を受け、さらに、最内周および最外周のリングシートは金属エレメント部材と接触して摩擦による磨耗が生じる可能性がある。ここで、本発明の金属Ｖベルトでは、最内周および最外周のリングシートは耐磨耗性の高い金属材料から作られるため、金属エレメント部材との接触によっても磨耗が生じにくく、さらに、残りのリングシートは引っ張り強度の高い金属材料から作られているため、これら残りのリングシートにより引っ張り力を受け持つことができる。このため、金属Ｖベルト全体として、引っ張り強度が高くなるとともに耐磨耗性も高くなり、強度および耐久性に優れた金属Ｖベルトを得ることができる。
【０００８】このようにして金属Ｖベルトを構成する場合に、耐摩耗性の高い金属材料のヤング率が引っ張り強度の高い金属材料のヤング率より小さくなるような材料を用いるのが好ましい。ヤング率が小さければ引っ張り力を受けたときの伸び率が大きくなるため、金属リング部材に作用する引っ張り力はヤング率の大きな部材によりより多く受け止められ、作用する引っ張り応力はヤング率の小さな金属材料の方がヤング率の大きな金属材料より小さくなる。このため、耐磨耗性の高い金属材料製の最内周および最外周のリングシートの引っ張り応力が小さく、引っ張り強度の高い紺族材料製の中間リングシートの引っ張り応力が大きくなる。これにより、最内周および最外周のリングシートは主として耐磨耗性を受け持ち、中間のリングシートは引っ張り強度を受け持つことになり、全体としての強度耐久性が向上する。
【０００９】なお、耐摩耗性の高い金属材料としてマレージング鋼を用い、引っ張り強度の高い材料としてステンレス鋼を用いるのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。まず、図２に示すように、本発明に係る金属ＶベルトＭＶは、無端ベルト状の金属リング２０と、この金属リング２０に沿って支持された多数の金属エレメント（金属コマ）１０とから構成され、それぞれＶ溝幅が可変となった駆動プーリ１と従動プーリ５とに掛け渡されて駆動力を伝達する。
【００１１】金属ＶベルトＭＶが駆動プーリ１に巻き掛けられた状態を図３に示しており、固定プーリ半体１ａと可動プーリ半体１ｂとから構成される駆動プーリ１のＶ溝内に金属エレメント１０が入り込んだ状態となる。可動プーリ半体１ｂを軸方向（Ｘ方向）に移動させる制御を行うことにより、金属エレメント１０を径方向（Ｙ方向）に移動させ、金属ＶベルトＭＶの駆動プーリ１に対する巻き掛け半径を可変させることができる。従動プーリ５についても同様にして金属Ｖベルトの巻き掛け半径を可変させることができ、両巻き掛け半径を制御することにより、両プーリ１，５間での変速比を無段階に調節可能である。
【００１２】この金属ＶベルトＭＶを図１および図４に詳しく示しており、金属エレメント１０は、左右両端にＶ面１１ｂ，１１ｂを有したボディ部１１と、このボディ部１１の中央から上方に延びて左右に拡がったイヤー部１２とを有した形状に作られている。ボディ部１１の左右上面には平らなサドル面１１ａが形成されており、左右イヤー部１２の下面にはそれぞれ平らな保持面１２ａが形成されており、サドル面１１ａと保持面１２ａとに挟まれて左右一対のスロットが形成されている。このスロットル内に左右一対の金属リング２０が挿入されるようにして、金属リング２０に沿って多数の金属エレメント１０が配設されて金属ＶベルトＭＶが構成されている。
【００１３】ここで金属リング２０は、複数（例えば、１２枚）の薄い無端ベルト状の金属製のリングシート２０ａ，２０ｂ，２０ｃを径方向に重ねて構成されている。これらリングシートのうち、最外周リングシート２０ａと最内周リングシート２０ｂとは１８Ｎｉマレージング鋼（ヤング率：１８６００kgf/mm2）から作られ、これらリングシート２０ａ，２０ｂの間に位置する複数の中間リングシート２０ｃは全て析出硬化型ステンレス鋼（ヤング率：２０４００kgf/mm2）から作られている。なお、マレージング鋼はステンレス鋼に比較して耐磨耗性に優れ、ステンレス鋼はマレージング鋼に比較して引っ張り強度が優れる。
【００１４】このような構成の金属リング２０が、図２に示すように駆動および従動プーリ１，５間に掛け渡されて動力伝達が行われるときに受ける力を考える。両プーリ１，５が矢印Ｂ，Ｄで示すように回転され、駆動プーリ１から従動プーリ５に駆動力が伝達されるときには、矢印Ａで示す直線領域（往き側弦領域Ａと称する）では金属エレメント１０が押されることにより動力伝達が行われる。このため、この直線領域Ａにおいては金属リング２０はこの押力の反力に対応する引っ張り力を受ける。
【００１５】次に、矢印Ｂで示す従動プーリ５への巻き付き領域（ＤＮ側巻付領域Ｂと称する）では、金属エレメントの押力が徐々に低下し、矢印Ｃで示す直線領域に移行する位置で理論的には零となる。このため、直線領域Ｃの引っ張り力まで徐々に低下する。但し、この巻き付き領域Ｂでは、金属リング２０、すなわち、各リングシート２０ａ，２０ｂ，２０ｃは従動プーリ５に対する巻き付け半径に対応した曲率で曲げ変形を受け、曲げ応力が発生する。さらに、直線領域Ｃ（戻り側弦領域Ｃと称する）では金属リング２０は所定の引っ張り力を受ける。
【００１６】矢印Ｄで示す巻き付き領域（ＤＲ側巻付領域Ｄと称する）では、金属リング２０、すなわち、各リングシート２０ａ，２０ｂ，２０ｃは駆動プーリ１に対する巻き付け半径に対応した曲率で曲げ変形を受け、曲げ応力が発生する。同時に引っ張り力は徐々に増加する。
【００１７】なお、全ての領域において、金属エレメント１０のサドル面１１ａと最内周リング２０ｂとの接触および保持面１２ａと最外周リング２０ａとの接触により最外周および最内周リング２０ａ，２０ｂが磨耗する可能性がある。
【００１８】以上説明した各領域Ａ〜Ｄにおける最内周の金属リング２０ｂに作用する引っ張り応力σの変化を定性的に図５に示している。なお、この図５における実線Ｌ１が本発明に係る金属ＶベルトＭＶの金属リング２０ｂの引っ張り応力変化を示し、鎖線Ｌ２が従来の金属Ｖベルト（全金属リングがステンレス鋼から作られる金属Ｖベルト）の引っ張り応力変化を参考までに示している。なお、この図には、最大応力と最小応力との差σa1（本発明），σa2（従来）と、その平均応力σm1（本発明），σm2（従来）とを示している。
【００１９】以上のような引っ張りおよび曲げ応力が金属リング２０に作用し、これらの応力が金属ＶベルトＭＶが両プーリ１，５に巻き掛けられて一周する度に繰り返し作用する。このため、金属リング２０はこのような引っ張りおよび曲げ応力の繰り返しに対する強度（特に、疲労強度）および耐久性を考慮して設計する必要がある。さらに、最外周リングシート２０ａと最内周リングシート２０ｂとはそれぞれ保持面１２ａとサドル面１１ａとの接触による磨耗が問題となるため、強度および耐久性について最も厳しい条件となる。
【００２０】しかしながら、本例の金属ＶベルトＭＶの場合には、最外周リングシート２０ａと最内周リングシート２０ｂとを耐磨耗性に優れるマレージング鋼から作っているため、磨耗による耐久性低下の抑制に対して有効である。しかも、中間リングシート２０ｃはステンレス鋼で作っているため、これらは引っ張り強度に対して有効であり、耐久性（寿命）が向上している。
【００２１】ここで、マレージング鋼のヤング率（１８６００kgf/mm2）は、ステンレス鋼のヤング率（２０４００kgf/mm2）より小さいため、金属リング２０に作用する引っ張り力の負担割合がステンレス鋼の方が大きくなる。すなわち、定性的に言って、中間リングシート２０ｃの引っ張り応力が最外周およぴ最内周リングシート２０ａ，２０ｂの引っ張り応力より大きくなり、最外周およぴ最内周リングシート２０ａ，２０ｂの引っ張り力に対する強度条件は緩やかとなる。
【００２２】つまり、磨耗の問題があり強度条件が最も厳しい最外周および最内周のリングシート２０ａ，２０ｂについては耐磨耗性が高い材料で作る上にこれに作用する引っ張り応力が小さくなり、引っ張り応力が大きい中間リングシート２０ｃについては引っ張り強度の大きな材料で作っているため、金属リング２０全体としての耐久性が向上する。
【００２３】具体的な例を図５の引っ張り応力について説明する。本発明の金属Ｖベルトを用いた無段変速機を、例えば、減速比が０．６１（ＴＯＰの減速比）で、入力回転６０００ｒｐｍで、入力トルク１４３Ｎｍで駆動したときでの最内周リング２０ｂの平均応力σm1＝１６．６３ｋｇ／ｍｍ2 であった。これに対して、全金属リングをマレージング鋼から作った従来のベルトの場合には、同一駆動条件で平均応力σm2＝１７．８６ｋｇ／ｍｍ2 であり、本発明の方が約７％程度平均応力が低下した。
【００２４】この測定に用いた本発明に係る金属Ｖベルトは、最内周および最外周金属リング２０ａ，２０ｂがともにマレージング鋼製で、間の１０枚の金属リング２０ｃがステンレス鋼製である。ここで金属リング２０が合計１２枚のリング部材からなるとして、マレージング鋼製の金属リングの数Ｎ(YAG)と、ステンレス鋼製の金属リングの数Ｎ(SUS)とを変更した場合での最内周マレージング鋼製リング２０ｂの応力変化を図６に示している。この図から分かるように、Ｎ(SUS)＝０，Ｎ(YAG)＝１２、すなわち全てがマレージング鋼製の金属リングのときには、平均引っ張り応力σｍ＝１７．８６ｋｇ／ｍｍ2 であり、ステンレス鋼製の金属リングの枚数が増加するのに応じてステンレス構成の金属リングが多くの引っ張り力を受けるため、最内周のマレージング鋼製の金属リングの引っ張り応力が低下する。但し、対磨耗性を考えると、最内周および最外周の金属リングをマレージング鋼製とするのが好ましい。
【００２５】なお、マレージング鋼はステンレス鋼に比較してコストが高いため、中間リングシート２０ｃをステンレス鋼とすることにより、全リングシートをマレージング鋼とする場合に比べてコストが低下するという利点もある。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、金属Ｖベルトを構成する金属リング部材を、複数の薄い無端ベルト状の金属製のリングシートを径方向に重ねて構成し、これらリングシートのうちの最内周および最外周のリングシートを耐摩耗性の高い金属材料から作り、残りのリングシートを引っ張り強度の高い金属材料から作っているので、最内周および最外周のリングシートは金属エレメント部材との接触によっても磨耗が生じにくく、残りの中間リングシートにより引っ張り力を受け持つことができ、金属Ｖベルト全体として、引っ張り強度が高くなるとともに耐磨耗性も高くなり、強度および耐久性に優れた金属Ｖベルトを得ることができる。
【００２７】このようにして金属Ｖベルトを構成する場合に、耐摩耗性の高い金属材料のヤング率が引っ張り強度の高い金属材料のヤング率より小さくなるような材料を用いるのが好ましい。ヤング率が小さいは引っ張り力を受けたときの伸び率が大きくなるため、金属リング部材に作用する引っ張り応力は、ヤング率の小さな金属材料の方がヤング率の大きな金属材料より小さくなる。このため、耐磨耗性の高い金属材料製の最内周および最外周のリングシートの引っ張り応力が小さく、引っ張り強度の高い紺族材料製の中間リングシートの引っ張り応力が大きくなる。これにより、最内周および最外周のリングシートは主として耐磨耗性を受け持ち、中間のリングシートは引っ張り強度を受け持つことになり、全体としての強度耐久性が向上する。なお、耐摩耗性の高い金属材料としてマレージング鋼を用い、引っ張り強度の高い材料としてステンレス鋼を用いることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５３２６
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）６月８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】大西 正悟
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| 【公開番号】 |
特開平１１−３５１３３４ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１２月２４日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１５８７７２ |
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