JP3758348B2

JP3758348B2 - トロイダル型無段変速機のディスク及びその製造方法

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Publication number: JP3758348B2
Application number: JP36115197A
Authority: JP
Inventors: 潔大久保; 啓坪内; 尚今西; 伸夫後藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2017-12-26
Also published as: JPH11190408A; DE19860518A1; DE19860518C2; US6113514A; USRE39647E1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や各種産業用機械等に用いられるトロイダル型無段変速機のディスク及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トロイダル型無段変速機は、例えば、図１５に示すように、互いに同軸配置された入力及び出力ディスクａ，ｂと、入力及び出力ディスクａ，ｂの各トラクション面ｆ，ｉ間に介在されたパワーローラｃとを備える。
【０００３】
入力ディスクａは小径端部ｄと大径端部ｅとの間に断面円弧凹状のトラクション面ｆが形成され、出力ディスクｂも同様に小径端部ｇと大径端部ｈとの間に断面円弧凹状のトラクション面ｉが形成されている。入力ディスクａのパワーローラｃから離間する側には複数の係合ローラを介してローディングカム（共に図示せず。）が同心に配置されており、ローディングカムと入力ディスクａとの間に供給された油圧により、トルクに比例した入力ディスクａ側への推力を付与するようにしている。
【０００４】
パワーローラｃは、入力及び出力ディスクａ，ｂの各トラクション面ｆ，ｉに摩擦係合して動力の伝達を行うものであり、トラニオンｊによってディスクａ，ｂの径方向に傾動可能に支持されている。そして、図示しない駆動機構でトラニオンｊを操作してパワーローラｃの入力及び出力ディスクａ，ｂに対する径方向の接触位置を変えることにより、入力ディスクａと出力ディスクｂとの間の回転速度比、即ち変速比を連続的に変化させることができるようになっている。
【０００５】
ところで、トロイダル型無段変速機は、より高いトルクの伝達が必要とされており、このため、入力及び出力ディスクａ，ｂとパワーローラーｃは、通常の機械部品（一般的なギア、軸受）に比べて非常に大きな繰り返し曲げ応力や繰り返しせん断応力を受け、入力及び出力ディスクａ，ｂについては、特に、図１７に細いハッチングで示すように、トラクション面ｆ，ｉ、小径端部ｄ及び該小径端部ｄ側の内径面が大きな繰り返し曲げ応力や繰り返しせん断応力を受ける。従って、入力及び出力ディスクａ，ｂの製造に際しては、これらの繰り返し曲げ応力や繰り返しせん断応力に影響されないような耐久性の高い材料を用いる必要がある。
【０００６】
入力及び出力ディスクａ，ｂを製造するには、例えば図１２に示すような入力及び出力ディスクａ，ｂの軸長と同じ長さの円柱素材（浸炭鋼等）を、削り出しや切り出しによって図１６に示すような最終形状に加工している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の入力及び出力ディスクａ，ｂの製造方法においては、材料の歩留りが悪く、しかも、切削時間も長時間を要するため、生産コストが高騰するという不都合がある。
【０００８】
また、メタルフロー（組織の流れ）ｋが軸線方向に沿って配置されるため、パワーローラｃが大きな圧力で摩擦係合するトラクション面ｆ，ｉにおいてメタルフローｋが途切れてしまって該トラクション面ｆ，ｉに沿う部分がなくなり、この結果、トラクション面ｆ，ｉのパワーローラｃの摩擦係合部分に材料の剥離が生じやすくなるとともに、メタルフローｋの分断箇所が破壊の起点となって、入力及び出力ディスクａ，ｂに衝撃割れや疲労割れが発生しやすくなり、入力及び出力ディスクａ，ｂの長寿命化を妨げる原因になるという不都合がある。
【０００９】
本発明はかかる不都合を解消するためになされたものであり、生産コストの低減を可能にするとともに、長寿命化を図ることができるトロイダル型無段変速機のディスクを提供することを目的とする。
【００１０】
なお、円柱素材の中心及び中心近傍の部分（図１２及び図１６において０．３Ｄ部分：Ｄは円柱素材の直径）は疲労破壊強度に大きな影響を及ぼす非金属介在物の密度が高いため（図１３参照）、該介在物がディスクの曲げ応力等の厳しい領域（例えば小径端部側の内径面）やトラクション面のうちで最も厳しいせん断応力を受ける領域に存在しないようすることが望まれる。
【００１１】
非金属介在物について説明すると、材料の繰り返し曲げなどに対する材料強度には、その破壊の起点となる欠陥の大きさが大きく影響を及ぼすことが知られており、例えば「微小欠陥と介在物の影響」（村上著、１９９３年、養賢堂発行）には、繰り返し曲げが加わった場合の材料の疲労限度が

Ｋ：１．４３（欠陥が表面に存在する場合）
１．４１（欠陥が表面に接するように存在する場合）
１．５６（欠陥が内部に存在する場合）
σ_w：疲労限度
Ｈｖ：材料の硬さ（材料素材のマトリックスの強さに関するもの）
(area)^1/2：欠陥やき裂を最大主応力方向に投影した投影面積の平方根（欠陥やき裂の寸法を代表する量）
で表わせることが述べられている。
【００１２】
従って、トロイダル型無段変速機のような過酷な条件（大きな繰り返し曲げ応力と同時に大きな繰り返しせん断応力を受ける）で使用される機械部品においては、このような破壊の起点となる欠陥を管理した材料を使用することが望ましい。
【００１３】
一般に、高強度を必要とする鋼の主な欠陥原因は、酸化物系介在物であることが知られている。このような酸化物系介在物を管理する方法としては、ＪＩＳ法（ＪＩＳ−Ｇ−０５５５）やＡＳＴＭ法（ＡＳＴＭ―Ｅ４５）などが知られている。また、特に高清浄度を要求する軸受材料において、例えば特開平３−２９４４３５号公報に開示されているように電子ビーム溶解法を使つて材料を再溶解し、大きな酸化物系介在物を浮遊させて材料の清浄度を管理する方法や、「微小欠陥と介在物の影響」（村上著、１９９３年、養賢堂発行）に開示されている極値統計法（単位面積Ｓ₀あたりの最大酸化物系介在物径を数個の試験片から調査し、その後、統計処理を行なうことにより、必要とする面積Ｓでの推定最大酸化物系介在物怪を予測する方法）がある。
【００１４】
このような清浄度の管理方法を用いて、例えば転がり軸受やギアなどでは、その機能に十分対応できる鋼の清浄度管理が行われているが、トロイダル型無段変速機を構成するディスクやパワーローラにおいては、転がり軸受やギアなどのように通常の繰り返し応力を受ける機械部品に比べて応力の絶対値が大きく（接触面圧４．０ＧＰａ程度、曲げ応力９０ｋｇｆ／ｍｍ²程度）、しかも、繰り返し曲げ応力と繰り返しせん断応力が同時に加わるとともに、応力を受ける体積が大きい。このため、トロイダル型無段変速機のディスクにおいては、このような介在物管理法では十分な強度を得ることが困難であり、従って、介在物の影響を受けないようするための新たな手段が望まれる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明に係るトロイダル型無段変速機のディスクは、小径端部と大径端部との間に断面円弧凹状のトラクション面が形成され、該トラクション面を互いに対向させた状態で同軸配置された入力及び出力ディスクと、該入力及び出力ディスクの各トラクション面に摩擦係合して動力の伝達を行うパワーローラとを備えたトロイダル型無段変速機において、全ての仕上加工が行われた完成状態での前記トラクション面側のメタルフローと該トラクション面の接線とのなす角度θが２°以上、３０°以下、好ましくは５°以上、２０°以下になるような位置関係を前記ディスク表面に対して有するメタルフローを該ディスク表面に沿うメタルフローと定義した場合に、前記ディスクの表面に沿うメタルフローを少なくとも前記トラクション面に備えたことを特徴とする。
【００１６】
ここで、トラクション面の接線とのなす角度θが３０°を越えるメタルフローは、エンドフロー（ディスク表面に沿わないメタルフロー）と同等となって材料の剥離を発生させるとともに、曲げ疲労等によるディスクの破壊（割れ寿命低下）を招く原因になる。
【００１７】
また、θの下限値は限りなくθ≒０°が望ましいが、図５、図９の鍛造後（二点鎖線）と加工完了後（実線）の関係にみられる様に、トラクション面４、内径面２の例で言えば取代が変化することにより、加工後のトラクション面４、内径面２と交わるメタルフロー６の角度は鍛造後に対し変化する。鍛造後の１本のメタルフロー６に着目すれば、上の各面に対しそれぞれの深さ方向（取代量相当）に一定の角度で交わるのではなく、刻々変化していることから明らかである。そして、本願発明でいう各面の接線とのなす角度θ、即ち、剥離や曲げ疲労に影響を及ぼすθの意味は、鍛造後の状態でいうのではなく、加工完了後、即ち、使用状態で定義するものである。
【００１８】
従って、鍛造後のメタルフロー６は所定取代によって加工完了時に本願発明でいうθ範囲になる状態になっていれば足りる。とは言え、θが０°又は限りなく０°に近い製品はディスクの性能上最も望ましいことは言うまでもないが、取代をできるだけ少なくしたい。又、取代のばらつき、面に直角に取代を除去するか、角度を以て取代を除去するなどの加工上の必要から、極端にθを０°に厳しく求めると、加工不良など製品歩留りを損ない、製造コストが上昇してしまう。
【００１９】
本願発明では、性能と製造コストの両方を満たすディスク及び製法を目的とする意味からθ＝２〜３０°、好ましくは５〜２０°とした。下限は主として性能と歩留りの向上の両方から、上限は主として上述したように剥離、曲げ疲労向上で限定した。
【００２０】
以上が本願発明のディスク表面に沿うメタルフローの定義である。
（イ）また、「ディスク表面に沿うメタルフロー」は、上述したトラクション面に加えて、ディスクの軸方向の長さをＡとした場合に小径端面から軸方向に少なくとも１／３Ａの範囲に渡ってディスクの内径面に存在するのが好ましい。
【００２１】
このように、「ディスク表面に沿うメタルフロー」を小径端面から軸方向に少なくとも１／３Ａの範囲に渡ってディスクの内径面に存在させるのは、内径面には図１７に示すように止め輪の周溝があったりして曲げ応力等の厳しい部分であるため、１／３Ａを越えるまでは本願発明のθ範囲にすることがディスクの長寿命化のために必要だからである。
（ロ）この場合、「ディスク表面に沿うメタルフロー」がディスクの小径端部側の端面にも存在するようにすると、曲げ疲労や周溝に対する応力集中を緩和することができるので、ディスクの更なる長寿命化を図ることが可能になる。
（ハ）更に、図１４を参照して、トラクション面の曲率中心Ｏを通る水平線（ディスクの軸線と平行な線）とのなす角度αが４５°以上、好ましくは４８°以上の範囲に渡って「ディスク表面に沿うメタルフロー」がトラクション面に周方向に沿って存在するようにするのが好ましい。
【００２２】
このようにすると、トラクション面のうちで最も厳しい曲げ応力等を受ける領域（図１７の細かいハッチング部分参照）を「ディスク表面に沿うメタルフロー」でカバーすることが可能になって、曲げ応力等に起因するディスクの破損を防止することができる。
（ニ）更に、本発明に係るトロイダル型無段変速機のディスクは、型を用いた鍛造（後述する。）によって製作されるが、この場合、図１０及び図１５を参照して、パワーローラが水平（ディスクの軸線と平行）になったとき、即ち、変速比が１：１のときのトラクション面とパワーローラとの接触楕円の短半径をｂとした場合に、トラクション面から深さ方向に１．５ｂ以上離れた領域に高密度の非金属介在物が存在するようにするのが好ましい。
【００２３】
トラクション面のうちで最も厳しいせん断応力を受ける領域はトラクション面から深さ方向に１．５ｂ未満の領域であり、この領域に介在物が存在しなければ、ディスクの寿命に影響しないからである（図１１参照）。
（ホ）また、上述したように、小径端部側の端面から軸方向に１／３Ａの範囲の内径面は止め輪の周溝があったりして曲げ応力等の厳しい部分であるため、該内径面の１／３Ａ以下の部分についても介在物が存在しないようにするのが好ましい。
【００２４】
ところで、図１８及び図１９は特開９−１２６２８９号公報に開示されているトロイダル型無段変速機のディスクの製造方法を示している。これらの製法は本発明に係るディスクにおいてθ＝０°のメタルフローを備えたディスクの製造にのみ使用することが可能であるが、θ＝０°以外のメタルフローを備えたディスクの製造には適応しない他、種々の問題を有している。
【００２５】
まず、図１８に示す従来のディスクの製法から説明すると、この製法は、外周面に軸方向に沿ってメタルフローｍが延在する円柱素材（浸炭鋼等）ｎを上型ｏと下型ｐとの間に同心に挟み込んで所定量成形する（図１８（ｂ）参照）。上型ｏはディスクｑ₁の小径端部ｒを成形する小径端部成形面ｓと断面円弧凹状のトラクション面ｔを成形するトラクション面成形面ｕとを有し、下型ｐは大径端部ｖを成形する大径端部成形面ｗを有する。そして、上型ｏ及び下型ｐを更に接近させて素材ｎを軸線方向に数回圧鍛し、これにより、素材ｎの上下端部にそれぞれ小径端部ｒ及び大径端部ｖを成形するとともに、小径端部ｒと大径端部ｖとの間にトラクション面ｔを成形する。
【００２６】
次いで、図１８（ｃ）に示すように、上型ｏ及び下型ｐを最接近させて素材ｎをディスクｑ₁の最終形状に型鍛造し、これに研削仕上げを施すとともに内径面ｘを削り出し、これにより、図１８（ｄ）に示すようなディスクｑ₁の最終製品を完成させる。
【００２７】
しかしながら、かかる従来の製法においては、一種類の上下型ｏ，ｐで円柱素材ｎをディスクｑ₁の最終形状まで鍛造するようにしてため、上下型ｏ，ｐと素材ｎとの接触時間が長くなって上下型ｏ，ｐが加工時の熱影響を被りやすくなり、この結果、上下型ｏ，ｐの表面硬度が低下して型寿命が短くなるという不都合がある。
【００２８】
また、成形の最終段階で上下型ｏ，ｐの空間に密閉状態で素材ｎが充満するようになるため、上下型ｏ，ｐの角部に欠肉やバリが発生し易くなり、しかも、無理にディスクｑ₁の形状を良くしようとすると過大な成形荷重を要することになって上下型ｏ，ｐが破損してしまうという不都合がある。
【００２９】
更に、型鍛造後の工程で研削仕上げを行うようにしているので、研削に要する加工時間の短縮を図るべく研削取りしろを小さく押さえる必要があり、この結果、鍛造時の上下型ｏ，ｐの摩耗を小さくせざるを得ず、上下型ｏ，ｐの寿命が短くなるという不都合がある。
【００３０】
更に、円柱素材ｎを上下型ｏ，ｐ内で保持する構造になっていないため、円柱素材ｎが上下型ｏ，ｐの中心からずれ易くなり、この結果、加工精度が悪くなるという不都合がある。
【００３１】
そこで、かかる不都合を解消するために本発明者等は次に示す従来にない新たなディスクの製造方法を考案した。この製法は本発明に係るディスクの製造、特に、本発明に加えて上述した（イ）及び（ハ）の各手段を備えたディスクの製造に好適なものである。
【００３２】
即ち、このディスクの製法は、
外周面に軸方向に沿ってメタルフローが延在する円柱素材を第１の鍛造型を用いて据え込む第１工程と、
据え込み後の素材を第２の鍛造型を用いて成形して前記素材の上端面中央部に内径面の一部を形成するとともに、該第２の鍛造型の成形面を転写する第２工程と、
該第２工程によって得られた素材を第３の鍛造型を用いて成形して小径端部、トラクション面及び大径端部を形成するとともに第２工程で成形された内径面の一部を大径端部の背面との間に残壁が残る程度に更に押し込み、更に、該大径端部の外径面にバリを形成する第３工程とを備え、
各工程を経て得られた型鍛造品の前記バリ及び前記残壁を除去した後、切削加工を施して最終形状のディスクに成形し、これに熱処理及び仕上加工を施すことを特徴とする。
【００３３】
かかるディスクの製法においては、型鍛造を３工程に分けて三種類の型で行っているので、型と素材との接触時間が短くなって成形時に型に及ぼす熱影響を少なくすることができ、この結果、型表面硬度を良好に維持することが可能になって型寿命の向上を図ることができる。
【００３４】
また、第１工程において円形素材の据え込み量を多くすることにより、第２工程及び製品の最終形状に近い形状を得るために高い成形荷重が必要となる第３工程での成形量を短くすることができ、この結果、第２工程及び第３工程での鍛造型の加工負担を軽減することができ、型寿命の延長を図ることができる。
【００３５】
更に、第１工程において円形素材の据え込み量を多くすることにより、第２工程における鍛造型の内径面の一部を成形する部分の押し込み程度及び第３工程において鍛造型の第２工程で成形された内径面の一部を更に押し込む部分の押し込み程度を軽減することができ、この結果、鍛造型の材料の熱影響を最も受けやすい部分の寿命を飛躍的に向上させることができる。
【００３６】
更に、型鍛造を３工程に分けて三種類の型で行っているので、鍛造時の材料流動を自由に設定することができ、この結果、最終形状に見合った形状を前工程（第１及び第２工程）で設定することにより、バランスの取れた型鍛造品を作ることができる。
【００３７】
更に、型鍛造品に切削加工を施してディスクを得るようにしているので、切削前の鍛造品がラフな鍛造品（例えば熱間鍛造など）でも十分に対応することができ、しかも、型の摩耗をあまり気にする必要が無いため（型の摩耗が進んでも使用できるため）結果的に型費用を安くすることができる。
【００３８】
更に、第３工程では成形完了時に大径端部の外径面にバリが発生するようにしているため、密閉鍛造を回避して不必要な成形荷重の増加を押さえることができ、この結果、型寿命の向上を図ることができる。
【００３９】
なお、第１工程における据え込み後の素材の中央部の高さＨ１を第３工程における鍛造品完成時の素材の高さＨ２の８０〜ｌ２０％に設定すると、第２及び第３工程における鍛造型の寿命向上を効果的に達成することができる。
【００４０】
また、上述した第１工程から第３工程において、各鍛造型毎に素材との芯だし位置決めを行う位置決め手段を設けることにより、各工程で素材が型の成形中心に正確且つ確実に位置決めされるようになるので、素材が常に正しい位置で成形されて精度の良い型鍛造品を得ることができる。そして、本願発明のディスクの表面に沿うメタルフローを後の加工によって得る鍛造品が得られる。
【００４１】
次に、図１９に示す従来のディスクの製法を説明する。この製法は、ディスクｑ₂の内径面ｘの一部を型鍛造時に成形するようにしたものであり、まず、図１９（ｂ）に示すように、円柱素材ｎの上端部に絞り加工を施して該上端部の径を小径端部ｒの径より小径にし、次いで、円柱素材ｎを上型ｙと下型ｚとの間に同心に挟み込んで所定量成形する（図１９（ｃ）参照）。上型ｙはディスクｑ₂の小径端部ｒを成形する小径端部成形面ｓと断面円弧凹状のトラクション面ｔを成形するトラクション面成形面ｕと小径端部成形面ｓの中心部に設けられて小径端部ｒ側から内径面ｘの一部を成形する突起ａ₁とを有し、下型ｚは大径端部ｖを成形する大径端部成形面ｗと大径端部成形面ｗの中心部に設けられて大径端部ｖ側から内径面ｘの一部を成形する突起ａ₂とを有する。
【００４２】
次いで、上型ｙ及び下型ｚを更に接近させて素材ｎを軸線方向に数回圧鍛し、これにより、素材ｎの上下端部にそれぞれ小径端部ｒ及び大径端部ｖを成形するとともに、小径端部ｒと大径端部ｖとの間にトラクション面ｔを成形し、更に、突起ａ₁，ａ₂による内径面ｘの成形を開始する。
【００４３】
次に、図１９（ｄ）に示すように、上型ｙ及び下型ｚを最接近させて素材ｎをディスクｑ₂の最終形状に型鍛造する。このとき、内径面ｘは残壁ａ₃を残した状態になっている。次いで、ここまで成形された素材ｎを上型ｙ及び下型ｚから取り出し、その後、内径面ｘの残壁ａ₃を削り出し又は研削により除去して内径面ｘを完成させるとともに、素材ｎに更に研削仕上げを施すことにより、ディスクｑ₂の最終製品を完成させる。
【００４４】
かかる従来のディスクの製法においては、図１９（ｂ）で円柱素材ｎの上下端面に現れていたメタルフローｍの端点が同図（c ）で内部に引き込まれて縮小する現象が示され、これにより、トラクション面ｔから小径端部ｒ及び該小径端部ｒ側の内径面ｘにかけて、メタルフローｍがディスクｑ₂の表面形状に沿って存在（θ＝０°）する様子が示されている。
【００４５】
しかしながら、図１９（ｃ）の工程において、メタルフローｍの端点を円柱素材ｎの内部に引き込むように成形するのは非常に難しく、従って、メタルフローｍの端点が素材ｎの上下端面のどこかの表面に残ってしまうことが多い。この結果、θ＝０°のメタルフローｍをディスクｑ₂の表面に沿って確実に存在させることが困難であるという不都合がある。
【００４６】
また、円柱素材ｎの中心部近傍に存在する高密度の非金属介在物が、曲げ応力の厳しい部分であるディスクｑ₂の小径端面から軸方向に１／３Ａの範囲の内径面に残存する可能性が大きく、ディスク寿命に悪影響を及ぼすという不都合がある。
【００４７】
そこで、かかる不都合を解消するために本発明者等は次に示す従来にない新たなディスクの製造方法を考案した。この製法は本発明に係るディスクの製造、特に、本発明に加えて上述した（イ）〜（ホ）の全ての手段を備えたディスクの製造に好適なものである。
【００４８】
即ち、このディスクの製法は、
第１の鍛造型を用いて外周面に軸方向に沿ってメタルフローが延在する円柱素材を据え込むとともに該円柱素材の上端部に絞りを付与する第１工程と、
第２の鍛造型を用いて第１工程によって得られた素材を成形して小径端部、トラクション面及び大径端部を形成するとともに、前記素材の中央部に前記大径端部の背面との間に残壁を残した状態で内径面の一部を形成する第２工程とを備え、
第２工程において前記素材の中央部に前記内径面の一部を形成するに際し、前記第２の鍛造型の一部で該素材の上端部を拘束して該上端部が成形中に拡径しないようにするとともに、前記素材の中心部に存在する高密度の非金属介在物を該素材の下端側に押し込んで該下端側で径方向外方に膨出させ、
更に、各工程を経て得られた型鍛造品の前記残壁を除去した後、切削加工を施して最終形状のディスクに成形し、これに熱処理及び仕上加工を施すことを特徴とする。
【００４９】
かかるディスクの製法においては、小径端部側の端面、トラクション面、大径端部の外周面及び該大径端部の背面にそれぞれθ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー」が存在するディスク（完成品）を簡単且つ確実に得ることができる。
【００５０】
また、型鍛造であるため第１工程における円柱素材の径を小さくでき、しかも、第２工程において素材の上端部を拘束して該上端部が成形中に拡径しないようにするとともに、素材の中心部に存在する高密度の非金属介在物を該素材の下端側に押し込んで該下端側で径方向外方に膨出させるようにしているため、トラクション面のうちで最も厳しいせん断応力を受ける部分であるトラクション面から深さ方向に１．５ｂ未満の領域、及び内径面のうちで止め輪の周溝があったりして曲げ応力等の厳しい部分である小径端部側の端面から軸方向に１／３Ａ（Ａはディスクの軸長）の範囲を越えるまでの領域に高密度の非金属介在物が存在しないディスクを簡単且つ確実に得ることができる。
【００５１】
なお、この第２工程では成形完了時に大径端部の外径面にバリが発生するように成形するのが好ましく、このバリを発生させることにより、密閉鍛造を回避して不必要な成形荷重の増加を押さえることができ、この結果、型寿命の向上を図ることができる。
【００５２】
また、上述した第１工程及び第２工程において、各鍛造型毎に素材との芯だし位置決めを行う位置決め手段を設けることにより、各工程で素材が型の成形中心に正確且つ確実に位置決めされるようになるので、素材が常に正しい位置で成形されて精度の良い型鍛造品を得ることができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態であるトロイダル型無段変速機の入力及び出力ディスクを説明するための説明図、図２はディスクの製法の第１工程を説明するための説明図、図３はディスクの製法の第２工程を説明するための説明図、図４はディスクの製法の第３工程を説明するための説明図、図５はディスクの製法の最終工程の一例を説明するための説明図、図６は本発明の第２の実施の形態であるトロイダル型無段変速機の入力及び出力ディスクを説明するための説明図、図７はディスクの製法の第１工程を説明するための説明図、図８はディスクの製法の第２工程を説明するための説明図、図９はディスクの製法の最終工程の一例を説明するための説明図である。
【００５４】
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態であるディスク（完成品）から説明すると、このディスク１は小径端部２と大径端部３との間に断面円弧凹状のトラクション面４が形成されており、小径端部２側の端面中心部には大径端部３の背面まで貫通する穴が形成されて該穴の内周面が内径面５とされている。ここで、図１及び図１４を参照して、ディスク１に存在するメタルフロー６のうちで、トラクション面４側のメタルフロー６と該トラクション面４の接線Ｐとのなす角度θが２〜３０°、好ましくは５〜２０°になるような位置関係をディスク１の表面に対して有するメタルフロー６を「ディスク表面に沿うメタルフロー６」と定義する。
【００５５】
このディスク１においては、トラクション面４にθ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー６」が存在し、内径面５にθ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー６」がディスク１の軸方向の長さをＡとした場合に小径端部２側の端面から軸方向に１／３Ａの範囲に渡って存在し、大径端部３の外径面及び該大径端部３の背面の一部にθ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー６」が存在している。
【００５６】
また、トラクション面４には、θ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー６」が、図１４を参照して、トラクション面４の曲率中心Ｏを通る水平線（ディスクの軸線と平行な線）とのなす角度αが４５°の範囲で周方向に沿って存在している。なお、トラクション面４の接線Ｐとのなす角度θが３０°を越えるメタルフロー６は、エンドフロー（ディスク表面に沿わないメタルフロー）と同等となって材料の剥離を発生させるとともに、曲げ疲労等によるディスクの破壊（割れ寿命低下）を招く原因になる。
【００５７】
かかる構成のディスク１においては、パワーローラが大きな圧力で摩擦係合するトラクション面４にθ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー６」が存在しているため、特に低負荷仕様の場合において、トラクション面４のパワーローラの摩擦係合部分における材料の剥離を防止することができるとともに、ディスク１に衝撃割れや疲労割れが発生し難くなってディスク１の長寿命化を図ることができる。
【００５８】
また、ディスク１の内径面５にθ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー６」が小径端部２側の端面から軸方向に１／３Ａの範囲に渡って存在しているので、内径面５のうちで止め輪の周溝があったりして曲げ応力等の厳しい部分を越えるまではエンドフローが出ないようにすることができ、この結果、ディスク１の更なる長寿命化を図ることができる。
【００５９】
更に、トラクション面４には、θ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー６」が、α＝４５°の範囲で周方向に沿って存在しているため、トラクション面４のうちで最も厳しい曲げ応力等を受ける領域（図１７の細かいハッチング部分参照）が「ディスク表面に沿うメタルフロー６」でカバーされて曲げ応力等に起因するディスク１の破損を良好に防止することができる。
【００６０】
次に、ディスク１の製造方法を図２〜図５を参照して説明する。
（第１工程）
図２に第１工程（据え込み工程）を示す。図２の左半分は据え込み前の状態、右半分は据え込み後の状態を表している。この第１工程では、上型１１と下型１２との間に外周面に軸方向に沿ってメタルフロー６が延在する円柱状材（浸炭鋼等）Ｗ₁を配置し、次いで、上型１１を円柱素材Ｗ₁の軸線方向に移動させて該円柱素材Ｗ₁を据え込み、右半分に示すような形状の素材Ｗ₂に成形する。ここで、この工程では据え込み比率を通常より大きくしており、この場合、据え込み後の素材Ｗ₂の中央部の高さＨ１を図４に示す鍛造完成時の素材Ｗ₄の高さＨ２の８０〜ｌ２０％に設定すると、後述する第２及び第３工程における鍛造型の寿命向上に効果的である。
【００６１】
下型１２の平面部１２ａには円柱素材Ｗ₁の下端部が嵌まり込む凹部１３が設けられており、これにより、円柱素材Ｗ₁の正確な芯出しが確保されるようになっている。また、上型１１の中央部には円柱素材Ｗ₁の径より小径の円形凸部１４が設けられており、該円形凸部１４は据え込み時に円柱素材Ｗ₁の中央部を成形して材料を拡径するように作用する。更に、上型１１の円形凸部１４の外周側の平面部１１ａと該円形凸部１４との間には円形凸部１４から径方向外方に向けて次第に上方に膨らむように湾曲して平面部１１ａに連なる湾曲成形面１５が設けられており、該湾曲成形面１５は据え込まれた素材Ｗ₂に湾曲形状を転写するようになっている。
（第２工程：中押し工程）
図３は第２工程を示す図であり、左半分が成形前の状態を示し、右半分が成形後の状態を示している。第２工程の役割は、第３工程で欠肉やバリが発生するのを防ぐボリューム配分を行うために素材に最適な形状を与えることである。第２工程での素材形状が不適正であると、第３工程で素材を成形した際、素材の内径面角部（上端側）にバリや欠肉を生じたり、素材の大径端部の外径面のバリ（後述する。）に欠肉を生じたりする。また、第２工程のもう一つの役目は、第３工程での素材Ｗ₃と型との芯出しを確実に行える形状を付与することにある。
【００６２】
まず、上下型２１，２２について説明すると、上型２１の平面部２１ａの中央部には略円錐状突起からなる中型２５が突設されている。一方、下型２２は、外周寄りの部分に第１工程で据え込まれた素材Ｗ₂の径方向外側に斜め上方に傾斜する傾斜部２３が設けられており、素材Ｗ₂の下端側外周縁と傾斜部２３が接触したところで該素材Ｗ₂と下型２２の芯が一致するようになっている。このとき、素材Ｗ₂の下端面は下型２２の中央平面部２２ａに突設された凸部２４の上端面からわずかに浮いた状態になっている。
【００６３】
そして、この状態で上型２１及び中型２５を一体に下降させると、中型２５が素材Ｗ₂の上端面中央部に侵攻して内径面５の一部である凹部５ａを形成するとともに、上型２１の平面部２１ａが素材Ｗ₂の上端面を押圧して成形圧力を付与し、この成形圧により素材Ｗ₂は、図３の右半分に示すように、その下端部において、下型２２の平面部２２ａ、傾斜部２３及び凸部２４の形状が転写されて素材Ｗ₃の形状に成形される。
（第３工程）
図４は第３工程を示す図であり、左半分は成形前の状態、右半分は成形後の状態を表している。上型３１はディスク１の小径端部２を成形する小径端部成形面３３と断面円弧凹状のトラクション面４を成形するトラクション面成形面３４と小径端部成形面３３の中心部に設けられて小径端部２側から内径面５の一部を成形する中型３５とを有し、下型３２は大径端部３を成形する大径端部成形面３６と大径端部成形面３６の中心部に中型３５と同心に設けられた凸部３７とを有する。凸部３７には上述した第２工程で下型２２の凸部２４の形状が転写された素材Ｗ₃の凹部２６が嵌め込まれるようになっており、これにより、素材Ｗ₃が下型３２の中央部に正確且つ確実に位置決めされるようになっている。また、下型３２の外周部には外型３８が配置されており、該外型３８と下型３２とによって凹状の大径端部成形空間が形成されている。
【００６４】
そして、この状態で、上型３１及び中型３５を一体に下降させると、素材Ｗ₃に小径端部成形面３３、トラクション面成形面３４及び大径端部成形面３５がそれぞれ転写されとるともに、中型３５が素材Ｗ₃の凹部５ａに侵攻して下端側の凹部２６との間に残壁３９を残した状態で内径面５の一部である凹部５ｂを成形し、これにより、図４の右半分に示すように、ディスク１の最終形状に近い形状の素材Ｗ₄に成形される。なお、第３工程では成形完了時に上型３１と外型３８との間にすき間Ｃを形成して大径端部３の外径面にバリＳが発生するようにしており、このバリＳを発生させることにより、密閉鍛造を回避して不必要な成形荷重の増加を押さえ、型寿命の向上を図っている。
【００６５】
このようにして得られた型鍛造品Ｗ₄は後工程にて、図５の二点鎖線で示す状態からバリＳをプレスにてトリミング除去するとともに、内径面５の残壁３９をプレスにて目抜し、その後、全面に切削加工を施すことにより、図５の実線で示す最終形状のディスク１に成形される。そして、かかる成形後、ディスク１に浸炭または浸炭窒化処理により熱処理を行い、さらに研削により必要精度を付与した後、トロイダル型無段変速機のディスクとして組み込まれる。
【００６６】
かかるディスクの製法においては、型鍛造を３工程に分けて三種類の型を用いて行っているので、型と素材との接触時間が短くなって成形時に型に及ぼす熱影響を少なくすることができ、この結果、型表面硬度を良好に維持することが可能になって型寿命の向上を図ることができる。
【００６７】
また、第１工程において円形素材Ｗ₁の据え込み量を多くしているので、第２工程及び製品形状に近い状態を得るために高い成形荷重が必要となる第３工程での成形量を短くすることができ、この結果、第２工程での鍛造型２１，２２及び第３工程での鍛造型３１，３２の加工負担を軽減することができ、型寿命の延長を図ることができる。
【００６８】
更に、第１工程において円形素材Ｗ₁の据え込み量を多くしていることから、第２工程での中型２５の押し込み程度及び第３工程での中型３５の押し込み程度を軽減することができ、この結果、材料の熱影響を最も受けやすい中型２５，３５の工具寿命を飛躍的に向上させることができる。
【００６９】
更に、第１工程から第３工程の各工程で素材が型の成形中心に正確且つ確実に位置決めされるようになっているので、素材が常に正しい位置で成形されて精度の良い型鍛造品を得ることができる。
【００７０】
更に、型鍛造を３工程に分けて三種類の型を用いて行っているので、鍛造時の材料流動を自由に設定することができ、この結果、最終形状に見合った形状を前工程（第１及び第２工程）で設定することにより、バランスの取れた型鍛造品を作ることができる。
【００７１】
更に、型鍛造品Ｗ₄に切削加工を施してディスク１を得るようにしているので、切削前の鍛造品がラフな鍛造品（例えば熱間鍛造など）でも十分に対応することができ、しかも、型の摩耗をあまり気にする必要が無いため（型の摩耗が進んでも使用できるため）結果的に型費用を安くすることができる。
【００７２】
次に、本発明の第２の実施の形態であるトロイダル型無段変速機のディスクを説明する。
図６に示すように、このディスク（完成品）５１は小径端部２と大径端部３との間に断面円弧凹状のトラクション面４が形成されており、小径端部２側の端面中心部には大径端部３の背面まで貫通する穴が形成されて該穴の内周面が内径面５とされている。ここで、図６及び図１４を参照して、ディスク５１に存在するメタルフロー６のうちで、トラクション面４側のメタルフロー６と該トラクション面４の接線Ｐとのなす角度θが２〜３０°、好ましくは５〜２０°になるような位置関係をディスク５１の表面に対して有するメタルフロー６を「ディスク表面に沿うメタルフロー６」と定義すると、このディスク５１においては、小径端部２側の端面、トラクション面４、大径端部３の外径面及び該大径端部３の背面にそれぞれθ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー６」が連続して存在し、内径面５にθ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー６」がディスク５１の軸方向の長さをＡとした場合に小径端部２側の端面から軸方向に１／３Ａの範囲に渡って存在している。
【００７３】
なお、トラクション面４の接線Ｐとのなす角度θが３０°を越えるメタルフロー６は、エンドフロー（ディスク表面に沿わないメタルフロー）と同等となって材料の剥離を発生させるとともに、曲げ疲労等によるディスクの破壊（割れ寿命低下）を招く原因になる。
【００７４】
また、このディスク５１は、図１０及び図１５を参照して、パワーローラが水平（ディスクの軸線と平行）になったとき、即ち、変速比が１：１のときのトラクション面とパワーローラとの接触楕円の短半径をｂとした場合に、トラクション面４から深さ方向に１．５ｂ以上離れた領域に高密度の非金属介在物５２が存在するようになっており、更には、内径面５の小径端部２側の端面から軸方向に１／３Ａ（Ａはディスク５１の軸長）以下の部分については高密度の非金属介在物５２が存在しないようになっている。
【００７５】
かかる構成のディスク５１においては、パワーローラが大きな圧力で摩擦係合するトラクション面４にθ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー６」が該トラクション面４に沿って連続して存在しているため、特に高負荷仕様の場合において、トラクション面４のパワーローラの摩擦係合部分における材料の剥離を防止することができるとともに、ディスク５１に衝撃割れや疲労割れが発生し難くなってディスク５１の長寿命化を図ることができる。
【００７６】
また、ディスク１の内径面５にθ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー６」が小径端部２側の端面から軸方向に１／３Ａの範囲に渡って存在しているので、内径面５のうちで止め輪の周溝があったりして曲げ応力等の厳しい部分を越えるまではエンドフローが出ないようにすることができるとともに、θ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー６」がディスク５１の小径端部２側の端面にも存在しているので、曲げ疲労や周溝に対する応力集中を緩和することができ、この結果、ディスク５１の更なる長寿命化を図ることができる。
【００７７】
更に、トラクション面４のうちで最も厳しいせん断応力を受ける部分であるトラクション面４から深さ方向に１．５ｂ未満の領域、及び内径面５のうちで止め輪の周溝があったりして曲げ応力等の厳しい部分である小径端部２側の端面から軸方向に１／３Ａ以下の範囲を越えるまでの領域に高密度の非金属介在物５２が存在しないようになっているため、介在物によるディスク５１の寿命への悪影響を回避することができる。
【００７８】
次に、ディスク５１の製造方法を図７〜図９を参照して説明する。
（第１工程：据え込み工程）
図７は第１工程（据え込み工程）を示しており、左半分は据え込み前の状態、右半分は据え込み後の状態を表している。この第１工程では、上型５１と下型５２との間に、外周面に軸方向に沿ってメタルフロー６が延在する円柱素材（浸炭鋼等）Ｗ₁₁を配置し、上型５１を円柱素材Ｗ₁₁の軸線方向に移動させて該円柱素材Ｗ₁₁を据え込み、右半分に示すような形状の素材Ｗ₁₂に成形する。
【００７９】
下型５２の平面部５２ａの中央部には円柱素材Ｗ₁₁の下端部が嵌まり込む凹部５３が設けられており、凹部５３に円柱素材Ｗ₁₁の下端部が嵌まり込むことにより、下型２との芯出しが正確且つ確実に行われるようになっている。
【００８０】
一方、上型５１の中央部には上方に向けて縮径するテーパ凹部５１ａが凹部５３と同心に設けられており、該テーパ凹部５１ａの底面は平坦面５４とされている。テーパ凹部５１ａの斜面部５５には円柱素材Ｗ₁₁の上端面の周縁（外周面と上端面との境部）が当接しており、これにより、上型５１が下降する際に円柱素材Ｗ₁₁の上端部を規制して上型５１との芯出しを正確且つ確実に行いつつ斜面部５５の形状を転写するようになっている。
（第２工程）
図８は第２工程を示しており、左半分が成形前の状態、右半分が成形後の状態を表している。この第２工程では、下型６２と外型６５に取り付けられた上型６１との間に第１工程で据え込まれた素材Ｗ₁₂を配置し、上型６１を素材Ｗ₁₂の軸線方向に移動させて右半分に示すようなディスク５１の最終形状に近い形状の素材Ｗ₁₃に成形する。
【００８１】
下型６２はディスク５１の大径端部３を成形する大径端部成形面６３を有しており、該大径端部成形面６３の中央部には第１工程での素材Ｗ₁₂の下端部において下型５２の凹部５３の形状が転写された凸部５６が嵌まり込む凹部６４が設けられており、素材Ｗ₁₂の凸部５６が下型６２の凹部６４に嵌まり込むことにより、下型６２に対しての素材Ｗ₁₂のがたつきが防止されて下型６２との芯出しが正確且つ確実に行われるようになっている。
【００８２】
外型６５はディスク５１の小径端部２を成形する小径端部成形面６６とトラクション面４を成形するトラクション面成形面６７とを有しており、小径端部成形面６６の中央部には円柱状の上型６１が突設されている。
【００８３】
上型６１の下端面には、上方に向けて次第に縮径する浅いテーパ凹部６８が形成されている。テーパ凹部６８の底面は平坦面６９とされており、該平坦面６９の径は第１工程で据え込まれた素材Ｗ₁₂の上端面において中心部に存在する高密度の非金属介在物５２の領域径より大径とされている。また、テーパ凹部６８の斜面部７０には素材Ｗ₁₂の上端部外周面が当接して上型６１との芯出しが正確且つ確実に行われるようになっている。従って、テーパ凹部６８の斜面部７０の素材Ｗ₁₂の当接位置における内径Ｄ₂は素材Ｗ₁₂の上端面の径Ｄ₁より大径になっている。
【００８４】
そして、この状態で、外型６５及び上型６１を一体に下降させると、素材Ｗ₁₂に小径端部成形面６６、トラクション面成形面６７及び大径端部成形面６３がそれぞれ転写されとるともに、上型６１が素材Ｗ₁₂の中央部に侵攻して凹部６４との間に残壁７１を残した状態で内径面５の一部である凹部５ｄが成形され、これにより、図８の右半分に示すように、ディスク５１の最終形状に近い形状の素材Ｗ₁₃に成形される。なお、この第２工程では成形完了時に下型６２と外型６５との間にすき間Ｃを形成して大径端部３の外径面にバリＳが発生するようにしており、このバリＳを発生させることにより、密閉鍛造を回避して不必要な成形荷重の増加を押さえ、型寿命の向上を図っている。
【００８５】
また、上型６１が素材Ｗ₁₂の中央部を侵攻する際には、上型６１のテーパ凹部６８が素材Ｗ₁₂の上端部を拘束して該上端部が成形中に拡径しないようにするとともに、素材Ｗ₁₂の中心部に存在する高密度の非金属介在物５２を該素材Ｗ₁₂の下端側に押し込んで該下端側で径方向外方に膨出させるようになっている。
【００８６】
このようにして得られた型鍛造品Ｗ₁₃は後工程にて、図９の二点鎖線で示す状態からバリＳをプレスにてトリミング除去するとともに、内径面５の残壁７１をプレスにて目抜し、その後、全面に切削加工を施すことにより、図９の実線で示す最終形状のディスク５１に成形される。そして、かかる成形後、ディスク５１に浸炭または浸炭窒化処理により熱処理を行い、さらに研削により必要精度を付与した後、トロイダル型無段変速機のディスクとして組み込まれる。
【００８７】
上記記載から明らかなように、かかるディスクの製法においては、小径端部２側の端面、トラクション面４、大径端部３の外周面及び該大径端部３の背面にそれぞれθ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー６」が存在するディスク（完成品）５１を簡単且つ確実に得ることができる。
【００８８】
また、型鍛造であるため第１工程における円柱素材Ｗ₁₁の径を小さくでき、しかも、第２工程において上型６１のテーパ凹部６８が素材Ｗ₁₂の上端部を拘束して該上端部が成形中に拡径しないようにするとともに、素材Ｗ₁₂の中心部に存在する高密度の非金属介在物５２を該素材Ｗ₁₂の下端側に押し込んで該下端側で径方向外方に膨出させるようにしているため、トラクション面４のうちで最も厳しいせん断応力を受ける部分であるトラクション面４から深さ方向に１．５ｂ未満の領域、及び内径面５のうちで止め輪の周溝があったりして曲げ応力等の厳しい部分である小径端部２側の端面から軸方向に１／３Ａの範囲を越えるまでの領域に高密度の非金属介在物５２が存在しないディスク５１を簡単且つ確実に得ることができる。
【００８９】
【実施例】
表１に荷重５ｔ、荷重位置がトラクション面の溝底とした場合に、α（図参照）を相違させて各ディスクの耐久性試験を行った結果を示す。ここで、αは、図１４を参照して、トラクション面４の曲率中心Ｏを通る水平線（ディスクの軸線と平行な線）とのなす角度である。
【００９０】
表１のＮＯ．１〜ＮＯ．６のディスクまでは本発明の実施例であり、ＮＯ．１〜ＮＯ．４のディスクはトラクション面にθ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー」が存在し、このうちのＮＯ．１及びＮＯ．２のディスクはα＜４５°とし、ＮＯ．３及びＮＯ．４のディスクはα≧４５°とした。また、ＮＯ．５及びＮＯ．６のディスクはθ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー」がトラクション面に連続して存在するものを用いた。更に、ＮＯ．７及びＮＯ．８のディスクは従来例とし、削り出しによって製作したものを用いた。これらの条件以外は全て同一条件（大きさ、材質及び荷重条件等）として耐久性試験を行った。
【００９１】
なお、θ＝２〜３０°とする調整は、予め鍛造後のメタルフローを調査し、取代を調整することでα°以内は本願発明のθ範囲を満たすディスク表面に沿うメタルフローとし、α°を越える範囲を本願発明のθの範囲外のメタルフローが存在するようにして、破損を観察した。鍛造ディスクは上述した２つの製法を適宜用いて製作した。
【００９２】
【表１】

【００９３】
表１から明らかなように、本発明のディスク（ＮＯ．１〜ＮＯ．６）は従来のディスク（ＮＯ．７及びＮＯ．８）に比べてトラクション面の耐久性が大幅に向上しているのが判る。
【００９４】
また、本発明のディスクのうちでα≧４５°のディスク（ＮＯ．３及びＮＯ．４）はα＜４５°のディスク（ＮＯ．１及びＮＯ．２）に比べてより耐久性が向上しており、更に、θ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー」がトラクション面に連続して存在するディスク（ＮＯ．５及びＮＯ．６）については、３５０時間経過してもトラクション面に異常は無く、最も耐久性に優れていることが判る。
【００９５】
なお、試験は３５０ｈｒで止めたが、θ≒０°とθ＝２°とは共に３５０ｈｒ以上となり、性能上ほぼ同程度と推定される。
表２にトラクション面から高密度の非金属介在物（０．３Ｄ部：図１０及び図１２参照）の領域までの深さを相違させて各ディスクの耐久性試験を行った結果を示す。なお、表２においてｂは変速比が１：１のときのトラクション面とパワーローラとの接触楕円の短半径である（図１５参照）。
【００９６】
表２のＮＯ．１〜ＮＯ．８のディスクは全て本発明の実施例であり、各ディスク共、トラクション面にθ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー」が存在するものを用い、トラクション面から高密度の非金属介在物領域までの深さが相違する以外は全て同一条件で耐久性試験を行った。
【００９７】
【表２】

【００９８】
表２から明らかなように、トラクション面から高密度の非金属介在物領域までの深さが深くなるにしたがってトラクション面の耐久性が向上しているのが判り、特に、該深さが１．５ｂ以上になると２５０時間経過しても異常がなく、最も耐久性に優れていることが判る。
【００９９】
表３にディスク内径面の高密度の非金属介在物の存在領域が相違する各ディスクについて、小径端部側の内径面の耐久性試験を行った結果を示す。ここで、Ａはディスクの軸長、Ｂは内径面における小径端部側の端面からの軸方向の長さを示す。
【０１００】
表３のＮＯ．３〜ＮＯ．８のディスクは全て本発明の実施例であり、各ディスク共、内径面にθ＝２〜３０°の「ディスク表面に沿うメタルフロー」がディスクの軸長をＡとした場合に小径端部側の端面から軸方向の深さ（Ｂ／Ａ）×１００％の範囲に存在する各種ディスクを用い試験した。また、ＮＯ．１及びＮＯ．２のディスクは従来例とし、削り出しによって製作したものを用いた。これらの条件とディスク内径面の高密度の非金属介在物の存在領域が相違する以外は全て同一条件で耐久性試験を行った。なお、ＮＯ．３〜ＮＯ．８のディスクにおいて、非金属介在物とその存在領域（Ｂ／Ａ）×１００％との関係は、取代を調整して製作することによって調整した。この場合も上述した２つの製法による鍛造ディスクを適宜用いた。
【０１０１】
【表３】

【０１０２】
表３から明らかなように、本発明のディスク（ＮＯ．３〜ＮＯ．８）は従来のディスク（ＮＯ．１及びＮＯ．２）に比べて小径端部側の内径面の耐久性が大幅に向上しているのが判る。
【０１０３】
また、本発明のディスクのうちで内径面において（Ｂ／Ａ）×１００％が３３％を越える領域に高密度の非金属介在物が存在するものについては、２５０時間経過しても小径端部側の内径面に異常は無く、最も耐久性に優れていることが判る。
【０１０４】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、トロイダル型無段変速機のディスクにおいて、生産コストの低減が可能になるとともに、ディスクの長寿命化を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるディスクを説明するための説明図である。
【図２】ディスクの製法の第１工程を説明するための説明図であり、左半分は成形前の状態、右半分は成形後の状態を表している。
【図３】ディスクの製法の第２工程を説明するための説明図であり、左半分は成形前の状態、右半分は成形後の状態を表している。
【図４】ディスクの製法の第３工程を説明するための説明図であり、左半分は成形前の状態、右半分は成形後の状態を表している。
【図５】ディスクの製法の最終工程の一例を説明するための説明図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態であるディスクを説明するための説明図である。
【図７】ディスクの製法の第１工程を説明するための説明図であり、左半分は成形前の状態、右半分は成形後の状態を表している。
【図８】ディスクの製法の第２工程を説明するための説明図であり、左半分は成形前の状態、右半分は成形後の状態を表している。
【図９】ディスクの製法の最終工程の一例を説明するための説明図である。
【図１０】ディスクにおける高密度の非金属介在物の存在箇所を説明するための説明図である。
【図１１】トラクション面の表面からの深さとせん断応力の分布との関係を説明するためのグラフ図である。
【図１２】成形前の円柱素材における高密度の非金属介在物の存在箇所を説明するための説明図である。
【図１３】成形前の円柱素材における直径と介在物の数との関係を説明するための説明図である。
【図１４】αとθの意味を説明するための説明図である。
【図１５】トロイダル型無段変速機を説明するための説明的断面図である。
【図１６】従来のディスクを説明するための説明図である。
【図１７】ディスクにおいて大きな繰り返し曲げ応力や繰り返しせん断応力を受ける部分を説明するための説明図である。
【図１８】従来のディスクの製法を説明するための説明図である。
【図１９】従来の他のディスクの製法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１，５１…ディスク
２…小径端部
３…大径端部
４…トラクション面
６…メタルフロー
ｃ…パワーローラ
Ｐ…接線
θ…トラクション面の接線とメタルフローとのなす角度

Claims

小径端部と大径端部との間に形成された断面円弧凹状のトラクション面を互いに対向させた状態で同軸配置された入力及び出力ディスクと、該入力及び出力ディスクの各トラクション面間に介在されたパワーローラと、を備えたトロイダル型無段変速機において前記入力及び出力ディスクとして使用される軸方向長さＡのディスクであって、
外周面に軸方向に沿ってメタルフローが延在する直径Ｄの円柱素材を、該円柱素材のうち直径０．３Ｄの中心部が、前記小径端部側の端面から軸方向にＡ／３の範囲の内径面に位置しないように加工することにより得られたものであるとともに、
前記トラクション面側のメタルフローと該トラクション面の接線とのなす角度θが２°以上３０°以下になるような位置関係を前記ディスク表面に対して有するメタルフローを、少なくとも前記トラクション面に備えたことを特徴とするトロイダル型無段変速機のディスク。
外周面に軸方向に沿ってメタルフローが延在する円柱素材を第１の鍛造型を用いて据え込む第１工程と、
据え込み後の素材を第２の鍛造型を用いて成形して前記素材の上端面中央部に内径面の一部を形成するとともに、該第２の鍛造型の成形面を転写する第２工程と、
該第２工程によって得られた素材を第３の鍛造型を用いて成形して小径端部、トラクション面及び大径端部を形成するとともに前記第２工程で成形された内径面の一部を大径端部の背面との間に残壁が残る程度に更に押し込み、更に、該大径端部の外径面にバリを形成する第３工程と、
を備えるとともに、
前記第１工程における据え込み後の素材の中央部の高さＨ１を前記第３工程における鍛造品完成時の素材の高さＨ２の８０〜ｌ２０％に設定し、
前記各工程を経て得られた型鍛造品の前記バリ及び前記残壁を除去した後、切削加工を施して最終形状のディスクに成形し、これに熱処理及び仕上加工を施すことを特徴とするトロイダル型無段変速機のディスクの製造方法。
請求項１に記載のトロイダル型無段変速機のディスクを製造する方法であって、
第１の鍛造型を用いて外周面に軸方向に沿ってメタルフローが延在する円柱素材を据え込むとともに該円柱素材の上端部に絞りを付与する第１工程と、
第２の鍛造型を用いて前記第１工程によって得られた素材を成形して小径端部、トラクション面及び大径端部を形成するとともに、前記素材の中央部に前記大径端部の背面との間に残壁を残した状態で内径面の一部を形成する第２工程と、を備え、
前記第２工程において前記素材の中央部に前記内径面の一部を形成するに際し、前記第２の鍛造型の一部で該素材の上端部を拘束して該上端部が成形中に拡径しないようにするとともに、前記素材の中心部に存在する高密度の非金属介在物を該素材の下端側に押し込んで該下端側で径方向外方に膨出させ、
更に、前記各工程を経て得られた型鍛造品の前記残壁を除去した後、切削加工を施して最終形状のディスクに成形し、これに熱処理及び仕上加工を施すことを特徴とするトロイダル型無段変速機のディスクの製造方法。