JP3851099B2 - バリエータ用ディスクの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、トロイダル型無段変速機に装備されるバリエータ用ディスクの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6は車両等に搭載されるトロイダル型無段変速機のバリエータを示す概略図である。このバリエータ10は、車両の動力源12により回転駆動される入力軸13を備えており、この入力軸13はその両端近傍にそれぞれ入力ディスク15を支持している。これら入力ディスク15の中心部には、複数条のスプライン溝を切ったスプライン穴15aが形成されており、入力ディスク15は前記スプライン穴15aを入力軸13のスプライン軸13aに噛合させることにより、入力軸13の軸方向への僅かな移動が許容された状態で、入力軸13と一体回転可能になっている。また、前記入力ディスク15の一側面には凹湾曲状の軌道部15bが形成されている。
【0003】
前記入力軸13の軸方向中央部には、バリエータ10の出力部18が相対回転自在に支持されている。この出力部18は出力部材19と、この出力部材19にそれぞれ一体回転可能に支持された一対の出力ディスク20とを備えており、この出力ディスク20の前記入力ディスク15の軌道部15bに対向する一側面には、凹湾曲状の軌道部20bが形成されている。前記出力部材19の両端部外周にはスプライン軸19cが形成されており、このプライン軸19cに出力ディスク20に形成されたスプライン穴20cが噛合されている。また、前記出力部材19の中央部外周には動力伝達用のチェーン23と噛み合うスプロケットギヤ19aが形成されている。さらに、互いに対向する入力ディスク15の軌道部15bと出力ディスク20の軌道部20bとの間には、それぞれ各軌道部15b,20bと転がり接触する3個の円盤状のローラ21が円周等配に配置されている。各ローラ21はキャリッジ22によって回転自在に支持されているとともに、当該キャリッジ22によって各軌道部15b,20bとの相対位置を調整できるようになっている。
【0004】
このように前記バリエータ10は、入力ディスク15、出力ディスク20、及びローラ21を1組としてこれを一対設けた、いわゆるダブルキャビティ型に構成されており、入力ディスク15から出力ディスク20に対して、前記6個のローラ21を介してトルクが伝達される。また、前記6個のローラ21の位置をキャリッジ22によって調整することにより(図6の二点鎖線参照)、出力ディスク20の回転数(変速比)を増減させることができる。
【0005】
前記入力ディスク15は、例えば軸受鋼からなるものであり、その製造に際しては、切削加工にて前記スプライン穴15aや凹湾曲面からなる軌道部15bが形成されたブランクを熱処理して硬化させた後、前記スプライン穴15aをブローチ加工にて仕上げ、その内周面(最小内径面)を加工基準として、前記軌道部15bを切削或いは研削にて仕上げることが行われている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記バリエータ10においては、入力ディスク15と出力ディスク20との間のトルク伝達を確実に行わせるために、各ローラ21を各ディスク15,20の軌道部15b,20bに対して高い接触圧で接触させる必要がある。このため、軌道部15b,20bの表面のビッカース硬さ(Hv)を700以上として、当該軌道部15b,20bの疲労強度を確保することが行われている。
ところが、前記ディスク15,20の熱処理においては、ブランクを加熱炉に投入して全体を高温雰囲気下で加熱し、急冷した後、焼きもどすことが一般的に行われているので、ブランクの表面全体が軌道部15b,20bに要求されるHv700以上の硬さになっている。このため、各ディスク15,20のスプライン穴15a,20cに偏荷重等にて過大な負荷が作用した場合に、当該スプライン穴15b,20bの歯底に亀裂が発生し、この亀裂が進展して最悪の場合には、ディスク15,20が割損するおそれがある。また、スプライン穴15b,20bの切削性が悪いので、熱処理後の当該スプライン穴15b,20bのブローチ加工に困難を伴い、加工コストが高く付くという問題もあった。
この発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、前記スプライン穴に亀裂が生じるのを防止することができるとともに、熱処理後のスプライン穴の仕上げ加工を容易に行うことができるバリエータ用ディスクの製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するためのこの発明のバリエータ用ディスクの製造方法は、トロイダル型無段変速機のバリエータに用いられ、少なくとも一側面にローラが転走する凹湾曲状の軌道部を有し、中心部に入力軸と噛合するスプライン穴を有する耐熱軸受鋼その他の高炭素鋼からなる環状のバリエータ用ディスクの製造方法であって、前記ディスク用のブランクを熱処理して表面硬さをHv700以上とし、前記スプライン穴を高周波加熱を用いて加熱すると同時に、前記高周波加熱による熱影響が軌道部に及ぶのを抑制すべく当該軌道部を冷却し、前記スプライン穴の加熱の後、当該スプライン穴と軌道部内周縁との間の薄肉部における、当該スプライン穴の歯底の硬化層と前記軌道部の硬化層との間の硬さの変化量が1mm深さ当たりHv20以上、前記軌道部の表面硬さがHv700以上、前記スプライン穴の表面硬さがHv600以下となるように、当該スプライン穴を大気中で除冷して焼きなまし、この焼なましたブランクの前記スプライン穴及び軌道部を仕上げ加工することを特徴としている(請求項1)。
この製造方法によれば、ディスクのスプライン穴を高周波加熱を用いて加熱すると同時に、前記高周波加熱による熱影響が軌道部に及ぶのを抑制すべく当該軌道部を冷却し、前記スプライン穴の加熱の後、当該スプライン穴を前記変化量が1mm深さ当たりHv20以上となるように大気中で除冷して焼なますので、軌道部への熱影響を少なくした状態で、スプライン穴を焼きなましすることができるとともに、少なくとも前記薄肉部において 、スプライン穴の歯底の硬化層と軌道部の硬化層との間の硬さを効果的に変化させることができる。
【0008】
前記バリエータ用ディスクの製造方法においては、軌道部に微少隙間を設けて冷却治具を沿わせ、この冷却治具に冷却媒体を循環させて前記軌道部を冷却するのが好ましい(請求項2)。これにより、プライン穴を高周波加熱した際の軌道部への熱影響をより効果的に減少させることができる。
前記軌道部と冷却治具との間の微少隙間は0.3〜0.5mmの範囲であるのが好ましく(請求項3)、この場合には、前記軌道部を容易且つ安定的に冷却することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
次いで、この発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
図1はこの発明を適用して得られたバリエータ用ディスクを示す断面図である。このディスクDは、バリエータの入力ディスク或いは出力ディスクとして使用される環状のものであり、一側面に凹湾曲面からなる軌道部1が形成され、中心部の内周に入力軸10のスプライン軸11と噛合するスプライン穴2が形成されている。このディスクDのスプライン穴2の歯底2aと軌道部1の内周縁1aとの間の薄肉部Xの厚みtは数mmから十数mmの範囲に設定されている。
前記ディスクDは、耐熱軸受鋼その他の高炭素鋼からなり、その軌道部1の表面硬さはHv700以上、スプライン穴2の表面硬さはHv600以下である。また、少なくとも前記薄肉部Xにおいて、スプライン穴2の歯底2aの硬化層Aと軌道部1の硬化層F(いずれも図2参照)との間Cにおける硬さの変化量は、1mm深さ当たりHv20以上である。
【0010】
次に、前記ディスクDの製造方法について図3を参照しながら説明する。
まず、鍛造されたリング状素材に切削加工を施して、一側面に軌道部1を形成するとともに、他側面及び外周を所定形状に形成し、さらに、ブローチを用いて中心部にスプライン穴2を形成してブランクBを得る(図3a参照)。これらの切削加工は、熱処理歪みを考慮して所定の取り代を残した状態で行う。次に、前記ブランクBを加熱炉に投入して全体を高温雰囲気下で一定時間加熱した後、当該ブランクBを油冷等にて急冷して焼入する(図3b参照)。さらに、焼入が完了したブランクBに焼きもどし処理を施して、全体の表面硬さをHv700以上に調整するとともに、残留応力を除去する(図3c参照)。
次いで、前記焼きもどし処理を施したブランクBのスプライン穴2部分を、高周波加熱によって加熱した後、大気中で徐冷することにより、当該スプライン穴2部分を焼きなましして(図3d参照)、その表面の硬さをHv600以下に調整する。このスプライン穴2部分の加熱に際しては、軌道部1を冷却しながら行って、その熱影響が軌道部1に及ぶのを抑制する。このとき、表面焼きなまし部分の急激な温度変化の影響により寸法変化や割れ等が生じるのを防止するため、予めブランクB全体を100〜200℃程度に熱して均熱化しておくことが望ましい。このような均熱化を施した場合には、寸法変化や割れ等が生じるのを防止し易い。また、スプライン穴2の歯底2aの硬化層Aと軌道部1の硬化層Fとの間Cにおける硬さの変化量を、より大きくすることが可能である。
【0011】
図4は前記焼きなましのための加熱方法の具体例を示す概略図である。同図に示すように、この加熱に際しては、軌道部1を上向きにした状態でブランクBを回転駆動可能なワーク受け5に保持するとともに、そのスプライン穴2の内部に誘導加熱用のコイル6を導入しておく。また、前記ブランクBの軌道部1に対して、当該軌道部1に合致する曲面を有する環状の冷却治具7を、微少隙間Sを設けて沿わせておく。この微少隙間Sは、0.3〜0.5mm、より好ましくは0.4〜0.45mmに設定しておく。このような微少隙間Sを設けておくことにより、軌道部1を容易且つ安定的に冷却することができる。すなわち前記隙間Sが0.5mmを超えると軌道部1を効果的に冷却することが困難であり、前記隙間Sが0.3mm未満であると冷却治具7の熱膨張によって当該冷却治具7がブランクBの軌道部1と摺動し、冷却状態が不安定になる。したがって、ディスクDの量産に際しては当該隙間Sの管理が重要である。なお、前記冷却治具7は銅等の熱伝導率の高い金属で形成されており、その内部には冷却媒体としての冷却水が循環されている。
【0012】
以上の状態で、ワーク受け5を例えば100〜120rpmの回転数で回転させるとともにコイル6に通電することにより、スプライン穴2部分を高周波加熱する。この際、軌道部1を冷却治具7によって冷却することができるので、当該軌道部1が過熱されてその硬さが低下するのを防止することができる。
前記スプライン穴2の加熱に際しては、予熱、放熱、及び本加熱をこの順で行って、全体を均一に加熱する。これにより、ディスクDの軌道部1側とスプライン穴2側との温度差に起因して薄肉部Xに割れが発生するのを防止することができる。
【0013】
スプライン穴2の加熱が終了すると、ブランクBを大気中で徐冷する。これにより、軌道部1の硬さHv700以上を確保しつつ、スプライン穴2を焼きもどしして、当該スプライン穴2の表面硬さをHv600以下に調整するとともに、少なくとも薄肉部Xにおいて、スプライン穴2の歯底2aの硬化層Aと前記軌道部1の硬化層Fとの間の硬さの変化量を1mm当たりHv20以上にする。
そして、スプライン穴2をブローチEを用いて仕上げた後(図3e参照)、その内周面を加工基準として、軌道部1、側面及び外周面を切削或いは研削にて仕上げる。前記スプライン穴2のブローチ加工に際しては、その表面硬さが低下しているので、当該スプライン穴2を容易且つ能率的に切削することができる。このため、その加工コストを低減することができる。
【0014】
また、以上により得られたディスクDは、スプライン穴の表面硬さがHv600以下であるので、当該スプライン穴2にある程度の靭性を付与することができる。このため、スプライン穴2に過大な負荷が作用した場合でも、その歯底2aに亀裂が発生するのを防止することができる。また、少なくとも薄肉部Xにおいて、歯底2aの硬化層Aと軌道部1の硬化層Fとの間の硬さの変化量が、1mm深さあたりHv20以上であり、両者の硬さが急激に変化しているので、薄肉部Xにおいても、軌道部の硬化層深さYを十分に確保することができる。また、薄肉部Xの肉厚を厚くすることなく、軌道部1とスプライン穴2の硬さをそれぞれ最適に設定できるので、ディスクDの外径を徒に大きくする必要がなくなる。
【0015】
[実施例]
以下の材料からなるバリエータ用ディスクのブランクを作成し、その全体の表面硬さをHv700以上に熱処理硬化させた後、図4に示す高周波加熱装置を用いて、以下の条件でスプライン穴に焼きなまし処理を施した。
(1)材料:耐熱軸受用鋼
(外径210mm、内径40mm、最小厚み15mm)
組成
炭素(C)含有量 0.8〜1.5重量%
シリコン(Si)含有量 0.5〜2.0重量%
マンガン(Mn)含有量 0.3〜2.0重量%
クロム(Cr)含有量 1.3〜1.98重量%
モリブデン(Mo) 0.3〜1.0重量%
残 鉄(Fe)及び不可避不純物
但し Si+Mo>1.0重量%
(2)加熱条件
周波数 30KHz
電圧 4.5Kw
加熱時間 予熱 5秒
放熱 3秒
本加熱 18秒
ブランク回転数 100〜120rpm
ブランクの軌道部と冷却治具との隙間 0.4〜0.45mm
【0016】
以上により得られたブランクは、軌道部の表面硬さがHv704〜719であり、スプライン穴の表面硬さがHv529〜579であり、薄肉部においてスプライン穴の歯底の硬化層と前記軌道部の硬化層との間の硬さの変化量は、薄肉部の硬さ分布を示す図5から明らかなように、1mm深さ当たりHv50以上であることが確認された。
【0017】
なお、前記実施の形態では、ディスクDとしてその一側面のみに凹湾曲状の軌道部1を有するものを示したが、その両面に凹湾曲状の軌道部1を有するものにも本発明を勿論適用して実施することができる。
【0018】
【発明の効果】
以上のように、請求項1記載のバリエータ用ディスクの製造方法によれば、スプライン穴を高周波加熱を用いて加熱すると同時に、前記高周波加熱による熱影響が軌道部に及ぶのを抑制すべく当該軌道部を冷却し、前記スプライン穴の加熱の後、当該スプライン穴を前記変化量が1mm深さ当たりHv20以上となるように大気中で除冷して焼なますので、スプライン穴を焼きなましする際の熱影響によって、軌道部の硬さが低下するのを防止することができるとともに、少なくとも薄肉部において、スプライン穴の歯底の硬化層と軌道部の硬化層との間の硬さを効果的に変化させることができる。このため、請求項1記載のディスクを容易に得ることができる。
【0019】
請求項2記載のバリエータ用ディスクの製造方法によれば、冷却媒体を循環させた冷却治具を、軌道部に微少隙間を設けて沿わせて当該軌道部を冷却するので、スプライン穴を高周波加熱した際の軌道部への熱影響をより効果的に減少させることができる。
請求項3記載のバリエータ用ディスクの製造方法によれば、前記軌道部と冷却治具との間の微少隙間が0.3〜0.5mmの範囲であるので、前記軌道部を容易且つ安定的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明を適用して得られたバリエータ用ディスクを示す断面図である。
【図2】 前図の要部拡大断面図である。
【図3】 この発明のバリエータ用ディスクの製造方法を示す工程図である。
【図4】 焼きなまし方法を示す概略図である。
【図5】 薄肉部の硬度分布を示すグラフ図である。
【図6】 バリエータを示す概略図である。
【符号の説明】
1 軌道部
2 スプライン穴
2a 歯底
7 冷却治具
A スプライン穴の硬化層
B 軌道部の硬化層
D ディスク
X 薄肉部
Claims (3)
- トロイダル型無段変速機のバリエータに用いられ、少なくとも一側面にローラが転走する凹湾曲状の軌道部を有し、中心部に入力軸と噛合するスプライン穴を有する耐熱軸受鋼その他の高炭素鋼からなる環状のバリエータ用ディスクの製造方法であって、
前記ディスク用のブランクを熱処理して表面硬さをHv700以上とし、
前記スプライン穴を高周波加熱を用いて加熱すると同時に、前記高周波加熱による熱影響が軌道部に及ぶのを抑制すべく当該軌道部を冷却し、
前記スプライン穴の加熱の後、当該スプライン穴と軌道部内周縁との間の薄肉部における、当該スプライン穴の歯底の硬化層と前記軌道部の硬化層との間の硬さの変化量が1mm深さ当たりHv20以上、前記軌道部の表面硬さがHv700以上、前記スプライン穴の表面硬さがHv600以下となるように、当該スプライン穴を大気中で除冷して焼きなまし、
この焼なましたブランクの前記スプライン穴及び軌道部を仕上げ加工することを特徴とするバリエータ用ディスクの製造方法。 - 前記軌道部に微少隙間を設けて冷却治具を沿わせ、この冷却治具に冷却媒体を循環させて前記軌道部を冷却する請求項1記載のバリエータ用ディスクの製造方法。
- 前記軌道部と冷却治具との間の微少隙間が0.3〜0.5mmの範囲である請求項2記載のバリエータ用ディスクの製造方法。
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