JP4100072B2

JP4100072B2 - Full toroidal continuously variable transmission

Info

Publication number: JP4100072B2
Application number: JP2002198984A
Authority: JP
Inventors: 泰治美佐田; 将夫後藤; 康夫浅井; 誉洋大野; 照男星野; ピーリーエイドリアン; ニューオールジョナサン
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-07-08
Also published as: JP2003090405A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の変速装置として用いられるフルトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フルトロイダル型無段変速機は、凹湾曲状の軌道面を有する入力ディスク及び出力ディスクを、軌道面同士が互いに対向するように配置し、両軌道面間にローラを配置して、この外周面を、油膜を介して各ディスクの軌道面に高荷重で圧接させた構成を有している。
このようなフルトロイダル型無段変速機において入力ディスクが回転すると、ローラの外周面と各ディスクの軌道面との接触部の表面間に介在する油膜のせん断力により、入力ディスクから出力ディスクへ動力が伝達される。このとき、ローラ及び各ディスクの接触部の表面には、表面に垂直な応力に加えて上記油膜のせん断力に相当する大きなせん断応力が作用する。よって、表面に垂直な応力のみが主に作用する通常の転がり軸受の転動面と比較すると、フルトロイダル型無段変速機のローラ及びディスクの表面は、高温、高せん断応力という特有の過酷な接触条件にあると言える。また、このようなフルトロイダル型無段変速機のローラ及びディスクに特有の接触条件では、接触応力が比較的小さくても表面近傍に塑性変形を起こしやすくなる。従って、フルトロイダル型無段変速機に必要な寿命を確保するためには、上記表面近傍の塑性変形を適切に抑制する必要がある。また、ローラの外周面上には、接触条件により多数の亀裂が発生することがある。従って、必要な寿命を確保するためには、このような亀裂の発生をも適切に抑制する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる理由から、ローラや各ディスクの材料として、ＳＵＪ２等の高炭素軸受鋼が用いられる。しかしながら、高炭素軸受鋼からなるローラやディスクであっても、高せん断応力により、疲労が激しく、寿命が短い。
また、上記ローラ及びディスクのうち、ローラは常に外周面の軸方向中央部近傍のみがディスクと転がり接触するのに対して、ディスクは変速機の変速比によりローラとの接触部が変動する（接触円の直径が異なる）。よって、ディスクと比較して、ローラの接触条件が厳しくなるので、疲労が激しく、従ってローラの寿命が短くなる傾向にある。
【０００４】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、フルトロイダル型無段変速機におけるローラ及びディスクを長寿命化することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のフルトロイダル型無段変速機は、側面に凹湾曲状の軌道面を有する入力ディスクと、前記入力ディスクの軌道面に対向する凹湾曲状の軌道面を有する出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスクのそれぞれの軌道面間で構成されるトロイド状隙間に円周等配に配置され、油膜を介して両軌道面と接触して回転し、油膜のせん断力により両ディスク間のトルク伝達を行う３個の円盤状のローラとを備え、前記各ディスク及びローラは耐熱軸受用鋼からなり、２４０℃〜２６０℃の焼き戻し後に、少なくとも前記ローラの外周面にショットピーニングによる表面硬化処理が施されており、その最表面の残留圧縮応力が０.６〜１.２ＧＰａ、硬さがＨＲＣ６３〜６６としたものである（請求項１）。
【０００６】
上記のように構成されたフルトロイダル型無段変速機におけるローラ及び各ディスクは、耐熱軸受用鋼の採用により優れた高温強度及び硬さを有するとともに、最も接触条件が厳しく表面が疲労し易いローラの外周面にはショットピーニングによる所定の表面硬化処理が施されているため、フルトロイダル型無段変速機のローラとディスクとの接触面に特有の高せん断応力に対して十分な強度を発揮する。ここで、残留圧縮応力が０.６ＧＰａ未満であると、フルトロイダル型無段変速機のローラ及びディスクとしては、十分な耐久性を有さない。１.２ＧＰａより大きくするには、ショットピーニング加工コストが徒に高くなる。同様に、ＨＲＣ硬さ６３未満であると、耐久性が不足し、ＨＲＣ硬さ６６より大きくするには、ショットピーニング加工コストが高くなる。従って、残留圧縮応力が０.６〜１.２ＧＰａで、硬さがＨＲＣ６３〜６６とすることにより、ショットピーニング加工コストを抑えつつ、十分な耐久性を確保することができる。
【０００７】
また、上記フルトロイダル型無段変速機（請求項１）においては、最表面の残留圧縮応力が０．９〜１．２ＧＰａであることが好ましい（請求項２）。
この場合、ローラの外周面の亀裂を防止することができる。
【０００８】
また、上記フルトロイダル型無段変速機（請求項１又は２）において、ショットピーニングによる硬化層の厚さが１２０μｍ以上であることが好ましい（請求項３）。
この場合も、ローラの外周面の亀裂を防止することができる。
【０００９】
尚、上記フルトロイダル型無段変速機において、耐熱軸受用鋼は、
Ｃ：０.８ｗｔ％以上１.５ｗｔ％以下、
Ｓｉ：０.５ｗｔ％以上２.０ｗｔ％以下、
Ｍｎ：０.３ｗｔ％以上２.０ｗｔ％以下、
Ｃｒ：１.３ｗｔ％以上１.９８ｗｔ％以下、及び
Ｍｏ：０.３ｗｔ％以上１.０ｗｔ％以下
であって、ＳｉとＭｏとの合計で１.０ｗｔ％以上
を満足する範囲で含有し、残部は鉄及び不可避不純物の組成になるものである。
この場合、高温強度に特に優れる上記耐熱軸受用鋼を使用するので、高温の接触条件下における優れた耐久性を確保することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい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、本発明の一実施形態によるフルトロイダル型無段変速機のバリエータ１部分を示す概略図である。この無段変速機は、トロイダル型無段変速機の一種であるフルトロイダル型無段変速機である。図において、上記バリエータ１には、エンジンの出力軸２により回転駆動される入力軸３が設けられており、その両端近傍にはそれぞれ入力ディスク５が支持されている。
【００１１】
各入力ディスク５の一側面には、凹湾曲状の軌道面５ｂが形成されており、その内周には複数条の溝を切ったスプライン穴５ａが形成されている。入力ディスク５は、そのスプライン穴５ａを入力軸３に設けられたスプライン軸３ａに結合させることによって、入力軸３に一体回転可能に組み付けられている。さらに、各入力ディスク５は、入力軸３に固定された係止リング５１によって互いに離反する方向への移動が規制されている。
【００１２】
上記入力軸３の軸方向中央部には、出力部材６ａと、この出力部材６ａにそれぞれ一体回転可能に支持された出力ディスク６ｂとを備える出力部６が、当該入力軸３に対して相対回転自在に設けられている。入力ディスク５の軌道面５ｂに対向する出力ディスク６ｂの一側面には、凹湾曲状の軌道面６ｃが形成されている。また、上記出力部材６ａの外周にはチェーン６ｄと噛み合うスプロケットギヤ６ｅが形成されており、チェーン６ｄを介して外部へ動力が取り出されるようになっている。
【００１３】
上記出力ディスク６ｂは、出力部材６ａに対して軸方向への微動が許容された状態で組み込まれており、その背面には隙間６ｇを設けてバックアップ板６ｈが配置されている。上記隙間６ｇはケーシング６ｆ及び図示しないシールによって密封されており、この隙間６ｇに油圧動力源９から油圧を供給することにより、出力ディスク６ｂを、対向する入力ディスク５方向へ付勢して、所定の端末負荷が加えられている。
【００１４】
互いに対向する入力ディスク５の軌道面５ｂと出力ディスク６ｂの軌道面６ｃとの間は、トロイド状隙間として構成されており、このトロイド状隙間には、油膜を介して各軌道面５ｂ，６ｃと接触して回転する３個の円盤状のローラ７が円周等配に配置されている。各ローラ７は、キャリッジ８によって回転自在に、かつ、その回転軸７ａが傾動可能に支持されている。キャリッジ８には、図１の紙面と交差する方向に、油圧による駆動力が付与される。
【００１５】
上記バリエータ１において、一対の入力ディスク５が回転すると、油膜のせん断力により、左右各３個のローラ７を介して入力ディスク５から出力ディスク６ｂへトルクが伝達される。キャリッジ８に支持されたローラ７は、トルクを伝達することによりキャリッジ８に生じるリアクション力と、出力ディスク６ｂを駆動するのに必要なトルクとのアンバランスを解消すべく、回転軸７ａを傾斜させる。これにより、ローラ７の位置が図の二点鎖線に示すように変化し、両ディスク５，６ｂ間での変速比が連続的に変化する。
【００１６】
上記ローラ７及び各ディスク５，６ｂは、耐熱軸受用鋼（光洋精工ＫＵＪ７）からなる。この耐熱軸受用鋼は、
Ｃ：０.８ｗｔ％以上１.５ｗｔ％以下、
Ｓｉ：０.５ｗｔ％以上２.０ｗｔ％以下（さらに好ましくは１.０ｗｔ％以下）、
Ｍｎ：０.３ｗｔ％以上２.０ｗｔ％以下、
Ｃｒ：１.３ｗｔ％以上１.９８ｗｔ％以下、及び
Ｍｏ：０.３ｗｔ％以上１.０ｗｔ％以下
であって、ＳｉとＭｏとの合計で１.０ｗｔ％以上
を満足する範囲で含有し、残部は鉄及び不可避不純物の組成になる。
【００１７】
上記ローラ７及び各ディスク５，６ｂを上記組成の耐熱軸受用鋼で作製することにより、高温強度と硬さとを確保することができ、通常の高炭素軸受鋼（ＳＵＪ２）で作製したものと比べて、長寿命を達成できる。
上記耐熱軸受用鋼は、特開平３−２５３５４２号公報により知られている軸受用鋼であり、製造コストを抑制でき特に安価であるうえに、使用許容温度が２５０℃までの高温である特に優れた耐熱鋼である。但し、焼き戻し温度が２４０℃〜２６０℃の焼き戻し後硬度がＨＲＣ６２〜６３であるため、上記ローラ及びディスクの材料としては表面強度が不足する。そこで、上記耐熱軸受用鋼を素材として形成されたローラ７及び各ディスク５，６ｂに対して、必要な部分に、ショットピーニング加工を施し、所定の硬度と残留圧縮応力を付与する。
【００１８】
図２は、ローラ７の平面図である。ローラ７については、少なくとも外周面７ｂに、また、好ましくはその近傍の側面領域７ｃ（図の点線のハッチングを付した領域）にも、ショットピーニングを施す。また、各ディスク５，６ｂについても、軌道面５ｂ，６ｃにショットピーニングを施す。
ローラにショットピーニングを施す条件は、例えば、直径０.８ｍｍでＨｖ８００鋼球を用い、ショット圧５ｋｇｆ／ｃｍ^２、時間２分３０秒、ワーク回転数１２ｒｐｍ、ワークとノズル間距離１００ｍｍとする。ディスクの場合は、時間は４分２０秒で、他の条件は同じである。時間的条件の違いは、形状が異なることによるものである。
【００１９】
上記ショットピーニングにより、残留オーステナイトがマルテンサイトへ加工誘起変態し、表面硬さが１５〜１３０％程度向上する。また、残留圧縮応力が発生して、せん断応力に対抗することができる。なお、上記のショットピーニング条件下で、残留圧縮応力は最表面より３０〜８０μｍの深さまで付与されている。
ここで、ローラ及びディスクの最表面の残留圧縮応力は０.６〜１.２ＧＰａ、硬さはＨＲＣ６３〜６６となることが好ましい。残留圧縮応力が０.６ＧＰａ未満であると、フルトロイダル型無段変速機のローラ及びディスクとしては、十分な耐久性を有さないからである。また、１.２ＧＰａより大きくするには、ショットピーニング加工コストが徒に高くなるからである。同様に、ＨＲＣ硬さ６３未満であると、耐久性が不足し、ＨＲＣ硬さ６６より大きくするには、ショットピーニング加工コストが高くなる。従って、残留圧縮応力が０.６〜１.２ＧＰａで、硬さがＨＲＣ６３〜６６とすることにより、ショットピーニング加工コストを抑えつつ、十分な耐久性を確保することができる。
なお、ローラの外周面の亀裂が問題となるような条件では、亀裂の発生を防止すべく、上記残留圧縮応力を０．９ＧＰａ以上（１．２ＧＰａ以下）とするのが好ましい。また、硬化層（ショットピーニング加工による硬化が生じている部分）の厚さは、最表面より１２０μｍ以上であることが好ましい。
こうして、高温かつ高せん断応力というフルトロイダル型無段変速機に特有の接触条件に耐え得るローラ及びディスクを作製することができる。同時に、このローラ及びディスクは上述の如く安価であり、量産に好適である。
【００２０】
上記のようにして製造されたローラ及びディスクは、実機試験の結果、ローラとディスクの最大接触面圧３.６ＧＰａにおいて、ＳＵＪ２からなるローラに比べて約６倍の長寿命であることが検証された。従って、長寿命なローラ及びディスクを備えたフルトロイダル型無段変速機を提供することができる。なお、上記実機試験ではいずれも、ローラがディスクより先に損傷した。従って、ローラに損傷が発生したことをもって寿命とした。
次に、上記残留圧縮応力の値が、ローラ外周面に発生する亀裂発生数に及ぼす影響を実験的に調べた結果を示す。実験は次のＡ，Ｂ，Ｃの３種類のローラ（材料はすべて上記耐熱軸受用鋼）を用いて、上記と同様な実機試験を行い、所定時間運転後のＡ，Ｂ，Ｃそれぞれのローラ外周面に存する亀裂の数を計測した。
Ａ：ショットピーニング加工なし
Ｂ：ショットピーニング加工あり表面の残留圧縮応力０．７ＧＰａ以上
Ｃ：ショットピーニング加工あり表面の残留圧縮応力０．９ＧＰａ以上
図３、図４及び図５はそれぞれ、上記ローラＡ、Ｂ及びＣにおける残留圧縮応力と最表面からの深さとの関係を示すグラフである。なお、上記実機試験におけるローラとディスクとの最大接触面圧は４．４ＧＰａであった。
上記試験の結果、ローラ外周面の亀裂の発生数はＡが２５０〜７５０個、Ｂが２０個、Ｃが０個となった。すなわち、残留圧縮応力が０．７２ＧＰａの場合には亀裂の発生数が大幅に低下し、０．９２ＧＰａでは発生を完全に防止できることが判明した。
【００２１】
なお、上記実施形態においてショットピーニングは、ローラ７の外周面７ｂ及び側面領域７ｃと各軌道面５ｂ，６ｃとにのみ施したが、さらに広範囲に施してもよい。
また、より損傷し易いローラ７の外周面にのみショットピーニングを施しても一定の効果が得られる。また、耐熱軸受用鋼は上記例の他、以下の１〜３のいずれかでもよい。いずれの場合も、表面に所定の硬さと残留圧縮応力を付与することにより、上記と同様の耐熱性と強度、低コストを実現できる。
【００２２】
（耐熱軸受用鋼１）
Ｃ：０.８ｗｔ％以上１.５ｗｔ％以下、
Ｓｉ：０.５ｗｔ％以上２.０ｗｔ％以下、
Ｍｎ：０.３ｗｔ％以上２.０ｗｔ％以下、
Ｃｒ：１.３ｗｔ％以上１.９８ｗｔ％以下、及び
Ｍｏ：０.３ｗｔ％以上１.０ｗｔ％以下
であって、ＳｉとＭｏとの合計で１.０ｗｔ％以上
を満足する範囲で含有し、かつ、
Ｗ：０.０５ｗｔ％以上０.５０ｗｔ％以下、及び、
Ｖ：０.０５ｗｔ％以上０.５０ｗｔ％以下、
のうちから選んだ１種又は２種を含有し、残部は鉄及び不可避不純物の組成になるもの。
【００２３】
（耐熱軸受用鋼２）
Ｃ：０.８ｗｔ％以上１.５ｗｔ％以下、
Ｓｉ：０.５ｗｔ％以上２.０ｗｔ％以下、
Ｍｎ：０.３ｗｔ％以上２.０ｗｔ％以下、
Ｃｒ：１.３ｗｔ％以上１.９８ｗｔ％以下、及び
Ｍｏ：０.３ｗｔ％以上１.０ｗｔ％以下
であって、ＳｉとＭｏとの合計で１.０ｗｔ％以上
を満足する範囲で含有し、かつ、
Ｎｉ：０.１ｗｔ％以上２.０ｗｔ％以下、及び、
Ｃｕ：０.０５ｗｔ％以上１.００ｗｔ％以下、
のうちから選んだ１種又は２種を含有し、残部は鉄及び不可避不純物の組成になるもの。
【００２４】
（耐熱軸受用鋼３）
Ｃ：０.８ｗｔ％以上１.５ｗｔ％以下、
Ｓｉ：０.５ｗｔ％以上２.０ｗｔ％以下、
Ｍｎ：０.３ｗｔ％以上２.０ｗｔ％以下、
Ｃｒ：１.３ｗｔ％以上１.９８ｗｔ％以下、及び
Ｍｏ：０.３ｗｔ％以上１.０ｗｔ％以下
であって、ＳｉとＭｏとの合計で１.０ｗｔ％以上
を満足する範囲で含有し、かつ、
Ｗ：０.０５ｗｔ％以上０.５０ｗｔ％以下、及び、
Ｖ：０.０５ｗｔ％以上０.５０ｗｔ％以下、
のうちから選んだ１種又は２種以上と、
Ｎｉ：０.１ｗｔ％以上２.０ｗｔ％以下、及び、
Ｃｕ：０.０５ｗｔ％以上１.００ｗｔ％以下、
のうちから選んだ１種又は２種以上を含有し、残部は鉄及び不可避不純物の組成になるもの。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１のフルトロイダル型無段変速機によれば、耐熱軸受用鋼の採用により優れた高温強度及び硬さを有するとともに、最も接触条件が厳しく表面が疲労し易いローラの外周面にはショットピーニングによる所定の表面硬化処理が施されているため、フルトロイダル型無段変速機のローラとディスクとの接触面に特有の高せん断応力に対して十分な強度を発揮する。また、残留圧縮応力が０.６〜１.２ＧＰａで、硬さがＨＲＣ６３〜６６とすることにより、ショットピーニング加工コストを抑えつつ、十分な耐久性を確保することができる。従って、当該ローラ及び各ディスクは疲労が少なく、長寿命である。
【００２６】
更に、請求項１に記載の組成を有する耐熱軸受用鋼を使用することにより高温強度に特に優れるので、上記ショットピーニングによる表面硬化の効果と相まって、高温、高せん断応力というフルトロイダル型無段変速機に特有の接触条件下において優れた耐久性を有する。
【００２７】
請求項２又は３のフルトロイダル型無段変速機によれば、ローラの外周面の亀裂を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるフルトロイダル型無段変速機のバリエータ部分を示す概略図である。
【図２】上記バリエータにおけるローラの平面図である。
【図３】ローラＡにおける残留圧縮応力と最表面からの深さとの関係を示すグラフである。
【図４】ローラＢにおける残留圧縮応力と最表面からの深さとの関係を示すグラフである。
【図５】ローラＣにおける残留圧縮応力と最表面からの深さとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
５入力ディスク
５ｂ軌道面
６ｂ出力ディスク
６ｃ軌道面
７ローラ
７ｂ外周面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a full toroidal continuously variable transmission used, for example, as a transmission of an automobile.
[0002]
[Prior art]
In a full toroidal continuously variable transmission, an input disk and an output disk having a concave curved raceway surface are arranged so that the raceway surfaces face each other, and rollers are arranged between both raceway surfaces. Is pressed against the raceway surface of each disk with a high load via an oil film.
When the input disk rotates in such a full toroidal continuously variable transmission, the power from the input disk to the output disk is caused by the shear force of the oil film interposed between the surfaces of the contact portions between the outer peripheral surface of the roller and the raceway surface of each disk. Is transmitted. At this time, in addition to the stress perpendicular to the surface, a large shear stress corresponding to the shear force of the oil film acts on the surface of the contact portion between the roller and each disk. Therefore, the surface of the roller and disk of a full toroidal-type continuously variable transmission has a unique and severe high temperature and high shear stress compared to the rolling surface of a normal rolling bearing in which only the stress perpendicular to the surface acts mainly. It can be said that it is in contact condition. Further, under the contact conditions peculiar to the roller and the disk of the full toroidal type continuously variable transmission, plastic deformation is likely to occur near the surface even if the contact stress is relatively small. Therefore, in order to ensure the life required for the full toroidal continuously variable transmission, it is necessary to appropriately suppress the plastic deformation near the surface. In addition, many cracks may occur on the outer peripheral surface of the roller depending on the contact conditions. Therefore, in order to ensure the required life, it is necessary to appropriately suppress the occurrence of such cracks.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
For this reason, high carbon bearing steel such as SUJ2 is used as a material for the rollers and the respective disks. However, even rollers and disks made of high carbon bearing steel are severely fatigued and have a short life due to high shear stress.
Of the above rollers and disks, only the vicinity of the axial center part of the outer peripheral surface of the rollers is in rolling contact with the disk, whereas the contact part of the disk fluctuates depending on the transmission gear ratio (contact). The diameter of the circle is different). Therefore, compared with the disk, the contact condition of the roller becomes stricter, so that the fatigue is severe and therefore the life of the roller tends to be shortened.
[0004]
In view of the conventional problems as described above, an object of the present invention is to extend the life of rollers and disks in a full toroidal continuously variable transmission.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The full toroidal continuously variable transmission according to the present invention includes an input disk having a concave curved raceway surface on a side surface, an output disk having a concave curved raceway surface facing the raceway surface of the input disk, and the input disk. In addition, it is arranged in a toroidal gap formed between the raceway surfaces of the output disk and the circumference, and is arranged at equal circumferences , rotates in contact with both raceway surfaces via an oil film, and transmits torque between both disks by the shear force of the oil film with three and a disc-shaped roller that performs, each disc and roller is made of steel for heat-resistant bearings, after tempering of 240 ° C. to 260 ° C., a surface hardening treatment by shot peening to the outer peripheral surface of at least the rollers The residual compressive stress on the outermost surface is 0.6 to 1.2 GPa, and the hardness is HRC 63 to 66 (Claim 1).
[0006]
The roller and each disk in the full toroidal continuously variable transmission configured as described above have excellent high-temperature strength and hardness due to the use of heat-resistant bearing steel, and the roller with the most severe contact conditions and the most prone to surface fatigue. Because the surface of the outer peripheral surface is subjected to predetermined surface hardening treatment by shot peening, it exhibits sufficient strength against the high shear stress peculiar to the contact surface between the roller and the disk of the full toroidal type continuously variable transmission . Here, if the residual compressive stress is less than 0.6 GPa, the roller and disk of the full toroidal continuously variable transmission do not have sufficient durability. In order to make it larger than 1.2 GPa, the shot peening processing cost is increased. Similarly, if the HRC hardness is less than 63, the durability is insufficient, and in order to make it larger than the HRC hardness 66, the shot peening processing cost increases. Therefore, when the residual compressive stress is 0.6 to 1.2 GPa and the hardness is HRC 63 to 66, sufficient durability can be secured while suppressing the shot peening cost.
[0007]
In the full toroidal continuously variable transmission (Claim 1), it is preferable that the residual compressive stress on the outermost surface is 0.9 to 1.2 GPa (Claim 2).
In this case, cracks on the outer peripheral surface of the roller can be prevented.
[0008]
In the full toroidal continuously variable transmission (Claim 1 or 2), the thickness of the hardened layer by shot peening is preferably 120 μm or more (Claim 3).
In this case as well, cracking of the outer peripheral surface of the roller can be prevented.
[0009]
Incidentally, Oite to the full-toroidal continuously variable transmission, the steel heat bearings,
C: 0.8 wt% or more and 1.5 wt% or less,
Si: 0.5 wt% or more and 2.0 wt% or less,
Mn: 0.3 wt% or more and 2.0 wt% or less,
Cr: 1.3 wt% or more and 1.98 wt% or less, and Mo: 0.3 wt% or more and 1.0 wt% or less, and the total content of Si and Mo is within a range satisfying 1.0 wt% or more, the balance being made of the composition of iron and inevitable impurities.
In this case, since the steel for heat-resistant bearings that is particularly excellent in high-temperature strength is used, excellent durability under high-temperature contact conditions can be ensured.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Figure 1 is a schematic diagram showing a variator 1 part of by that full toroidal type continuously variable transmission in an embodiment of the present invention. This continuously variable transmission is a full toroidal continuously variable transmission which is a kind of toroidal continuously variable transmission. In the figure, the variator 1 is provided with an input shaft 3 that is rotationally driven by an output shaft 2 of the engine, and an input disk 5 is supported in the vicinity of both ends thereof.
[0011]
A concave curved raceway surface 5b is formed on one side surface of each input disk 5, and a spline hole 5a having a plurality of grooves is formed on the inner periphery thereof. The input disk 5 is assembled to the input shaft 3 so as to be integrally rotatable by coupling the spline hole 5a to a spline shaft 3a provided in the input shaft 3. Further, each input disk 5 is restricted from moving away from each other by a locking ring 51 fixed to the input shaft 3.
[0012]
An output portion 6 including an output member 6a and an output disk 6b supported by the output member 6a so as to be integrally rotatable with each other is relatively rotated with respect to the input shaft 3 at the axial center portion of the input shaft 3. It is provided freely. A concave curved track surface 6c is formed on one side surface of the output disk 6b facing the track surface 5b of the input disk 5. A sprocket gear 6e that meshes with the chain 6d is formed on the outer periphery of the output member 6a, and power is extracted to the outside through the chain 6d.
[0013]
The output disk 6b is incorporated into the output member 6a in a state in which fine movement in the axial direction is allowed, and a back-up plate 6h is disposed on the back surface thereof with a gap 6g. The gap 6g is sealed by a casing 6f and a seal (not shown). By supplying hydraulic pressure from the hydraulic power source 9 to the gap 6g, the output disk 6b is urged in the direction of the opposing input disk 5 to be predetermined. The terminal load is added.
[0014]
A space between the raceway surface 5b of the input disk 5 and the raceway surface 6c of the output disk 6b facing each other is formed as a toroid-like gap, and each of the raceway surfaces 5b, 6c is connected to the toroid-like gap via an oil film. Three disk-shaped rollers 7 that rotate in contact with each other are arranged at equal circumferences. Each roller 7 is supported by a carriage 8 so as to be rotatable and its rotation shaft 7a is tiltable. A driving force by hydraulic pressure is applied to the carriage 8 in a direction crossing the paper surface of FIG.
[0015]
In the variator 1, when the pair of input disks 5 rotate, torque is transmitted from the input disk 5 to the output disk 6 b via the left and right three rollers 7 by the shear force of the oil film. The roller 7 supported by the carriage 8 tilts the rotary shaft 7a in order to eliminate an imbalance between the reaction force generated in the carriage 8 by transmitting torque and the torque necessary to drive the output disk 6b. . As a result, the position of the roller 7 changes as indicated by the two-dot chain line in the figure, and the gear ratio between the disks 5 and 6b changes continuously.
[0016]
The roller 7 and the disks 5 and 6b are made of heat-resistant bearing steel (Koyo Seiko KUJ7). This heat-resistant bearing steel
C: 0.8 wt% or more and 1.5 wt% or less,
Si: 0.5 wt% or more and 2.0 wt% or less (more preferably 1.0 wt% or less),
Mn: 0.3 wt% or more and 2.0 wt% or less,
Cr: 1.3 wt% or more and 1.98 wt% or less, and Mo: 0.3 wt% or more and 1.0 wt% or less, and the total content of Si and Mo is within a range satisfying 1.0 wt% or more, The balance is composed of iron and inevitable impurities.
[0017]
By producing the roller 7 and the disks 5 and 6b with heat-resistant bearing steel having the above composition, high temperature strength and hardness can be ensured, compared with that produced with ordinary high carbon bearing steel (SUJ2). Long life can be achieved.
The steel for heat-resistant bearings is a steel for bearings known from JP-A-3-253542 and is particularly inexpensive because it can suppress the production cost and is particularly inexpensive, and the use allowable temperature is a high temperature up to 250 ° C. Heat resistant steel. However, since the hardness after tempering at a tempering temperature of 240 ° C. to 260 ° C. is HRC 62 to 63, the surface strength is insufficient as a material for the roller and the disk. Therefore, shot peening is performed on necessary portions of the roller 7 and the disks 5 and 6b formed using the heat-resistant bearing steel as a raw material to give predetermined hardness and residual compressive stress.
[0018]
FIG. 2 is a plan view of the roller 7. As for the roller 7, shot peening is performed on at least the outer peripheral surface 7b, and preferably also in the vicinity of the side surface region 7c (region indicated by hatching in the figure). Also, for each of the disks 5 and 6b, shot peening is performed on the raceway surfaces 5b and 6c.
The conditions for performing shot peening on the roller are, for example, a Hv800 steel ball having a diameter of 0.8 mm, a shot pressure of 5 kgf / cm ² , a time of 2 minutes and 30 seconds, a work rotation speed of 12 rpm, and a distance between the work and the nozzle of 100 mm. In the case of a disc, the time is 4 minutes and 20 seconds, and other conditions are the same. The difference in temporal conditions is due to the different shapes.
[0019]
By the shot peening, the retained austenite undergoes a processing-induced transformation to martensite, and the surface hardness is improved by about 15 to 130%. In addition, residual compressive stress is generated, which can counter shear stress. Note that, under the above shot peening conditions, the residual compressive stress is applied to a depth of 30 to 80 μm from the outermost surface.
Here, it is preferable that the residual compressive stress on the outermost surface of the roller and the disk is 0.6 to 1.2 GPa, and the hardness is HRC 63 to 66. This is because if the residual compressive stress is less than 0.6 GPa, the roller and disk of the full toroidal continuously variable transmission do not have sufficient durability. Moreover, it is because shot peening process cost will become high to make it larger than 1.2 GPa. Similarly, if the HRC hardness is less than 63, the durability is insufficient, and in order to make it larger than the HRC hardness 66, the shot peening processing cost increases. Therefore, when the residual compressive stress is 0.6 to 1.2 GPa and the hardness is HRC 63 to 66, sufficient durability can be secured while suppressing the shot peening cost.
Note that the residual compressive stress is preferably 0.9 GPa or more (1.2 GPa or less) in order to prevent the occurrence of cracks under conditions where cracks on the outer peripheral surface of the roller become a problem. Moreover, it is preferable that the thickness of the hardened layer (the portion where the hardening by the shot peening process occurs) is 120 μm or more from the outermost surface.
In this way, it is possible to produce a roller and a disk that can withstand the contact conditions peculiar to a full toroidal type continuously variable transmission of high temperature and high shear stress. At the same time, this roller and disk are inexpensive as described above and are suitable for mass production.
[0020]
As a result of actual machine tests, it was verified that the roller and the disk manufactured as described above have a lifespan that is about 6 times longer than that of the SUJ2 roller at the maximum contact surface pressure of 3.6 GPa between the roller and the disk. It was. Therefore, it is possible to provide a full toroidal continuously variable transmission including a long-life roller and disk. In any of the actual machine tests, the roller was damaged before the disk. Therefore, the life is determined based on the occurrence of damage to the roller.
Next, the result of experimental investigation of the influence of the residual compressive stress value on the number of cracks generated on the outer peripheral surface of the roller will be shown. The experiment uses the following three types of rollers A, B, and C (all materials are the above-mentioned heat-resistant bearing steel), conducts the same machine test as above, and each roller of A, B, and C after a predetermined time of operation. The number of cracks existing on the outer peripheral surface was measured.
A: Without shot peening processing B: With shot peening processing Residual compressive stress of surface 0.7 GPa or more C: With shot peening processing Residual compressive stress of surface 0.9 GPa or more FIG. 3, FIG. 4 and FIG. It is a graph which shows the relationship between the residual compressive stress in B, C, and the depth from the outermost surface. The maximum contact surface pressure between the roller and the disk in the actual machine test was 4.4 GPa.
As a result of the above test, the number of cracks on the outer peripheral surface of the roller was 250 to 750 for A, 20 for B, and 0 for C. That is, it has been found that when the residual compressive stress is 0.72 GPa, the number of cracks is greatly reduced, and at 0.92 GPa, the occurrence can be completely prevented.
[0021]
In the above embodiment, the shot peening is performed only on the outer peripheral surface 7b and the side surface region 7c of the roller 7 and the raceway surfaces 5b and 6c.
Even if shot peening is performed only on the outer peripheral surface of the roller 7 which is more easily damaged, a certain effect can be obtained. Further, the heat-resistant bearing steel may be any of the following 1-3 in addition to the above example. In any case, the same heat resistance, strength, and low cost as described above can be realized by applying predetermined hardness and residual compressive stress to the surface.
[0022]
(Heat resistant bearing steel 1)
C: 0.8 wt% or more and 1.5 wt% or less,
Si: 0.5 wt% or more and 2.0 wt% or less,
Mn: 0.3 wt% or more and 2.0 wt% or less,
Cr: 1.3 wt% or more and 1.98 wt% or less, and Mo: 0.3 wt% or more and 1.0 wt% or less, and the total content of Si and Mo is within a range satisfying 1.0 wt% or more, And,
W: 0.05 wt% or more and 0.50 wt% or less, and
V: 0.05 wt% or more and 0.50 wt% or less,
One or two selected from among them, with the balance being the composition of iron and inevitable impurities.
[0023]
(Heat resistant bearing steel 2)
C: 0.8 wt% or more and 1.5 wt% or less,
Si: 0.5 wt% or more and 2.0 wt% or less,
Mn: 0.3 wt% or more and 2.0 wt% or less,
Cr: 1.3 wt% or more and 1.98 wt% or less, and Mo: 0.3 wt% or more and 1.0 wt% or less, and the total content of Si and Mo is within a range satisfying 1.0 wt% or more, And,
Ni: 0.1 wt% or more and 2.0 wt% or less, and
Cu: 0.05 wt% or more and 1.00 wt% or less,
One or two selected from among them, with the balance being the composition of iron and inevitable impurities.
[0024]
(Heat-resistant bearing steel 3)
C: 0.8 wt% or more and 1.5 wt% or less,
Si: 0.5 wt% or more and 2.0 wt% or less,
Mn: 0.3 wt% or more and 2.0 wt% or less,
Cr: 1.3 wt% or more and 1.98 wt% or less, and Mo: 0.3 wt% or more and 1.0 wt% or less, and the total content of Si and Mo is within a range satisfying 1.0 wt% or more, And,
W: 0.05 wt% or more and 0.50 wt% or less, and
V: 0.05 wt% or more and 0.50 wt% or less,
One or more selected from among,
Ni: 0.1 wt% or more and 2.0 wt% or less, and
Cu: 0.05 wt% or more and 1.00 wt% or less,
Contains one or more selected from among them, with the balance being iron and inevitable impurities.
[0025]
【The invention's effect】
The present invention configured as described above has the following effects.
According to the full toroidal-type continuously variable transmission of claim 1, the use of heat-resistant bearing steel has excellent high-temperature strength and hardness, and the outer peripheral surface of the roller having the most severe contact conditions and the most prone to surface fatigue. Since a predetermined surface hardening process is performed by peening, the steel sheet exhibits sufficient strength against high shear stress peculiar to the contact surface between the roller and the disk of the full toroidal type continuously variable transmission. Further, when the residual compressive stress is 0.6 to 1.2 GPa and the hardness is HRC 63 to 66, sufficient durability can be ensured while suppressing the shot peening cost. Therefore, the roller and each disk have little fatigue and a long life.
[0026]
Furthermore, since it is particularly excellent in high-temperature strength by using the heat-resistant bearing steel having the composition according to claim 1, coupled with the effect of surface hardening by the shot peening, a full toroidal continuously variable transmission of high temperature and high shear stress. Excellent durability under the machine-specific contact conditions.
[0027]
According to the full toroidal continuously variable transmission according to claim 2 or 3, cracks on the outer peripheral surface of the roller can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a variator portion of a full toroidal continuously variable transmission according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a roller in the variator.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the residual compressive stress in roller A and the depth from the outermost surface.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between residual compressive stress in roller B and depth from the outermost surface.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the residual compressive stress in roller C and the depth from the outermost surface.
[Explanation of symbols]
5 Input disk 5b Track surface 6b Output disk 6c Track surface 7 Roller 7b Outer peripheral surface

Claims

側面に凹湾曲状の軌道面を有する入力ディスクと、
前記入力ディスクの軌道面に対向する凹湾曲状の軌道面を有する出力ディスクと、
前記入力ディスク及び出力ディスクのそれぞれの軌道面間で構成されるトロイド状隙間に円周等配に配置され、油膜を介して両軌道面と接触して回転し、油膜のせん断力により両ディスク間のトルク伝達を行う３個の円盤状のローラとを備え、
前記各ディスク及びローラは、Ｃ：０.８ｗｔ％以上１.５ｗｔ％以下、Ｓｉ：０.５ｗｔ％以上２.０ｗｔ％以下、Ｍｎ：０.３ｗｔ％以上２.０ｗｔ％以下、Ｃｒ：１.３ｗｔ％以上１.９８ｗｔ％以下、及びＭｏ：０.３ｗｔ％以上１.０ｗｔ％以下であって、ＳｉとＭｏとの合計で１.０ｗｔ％以上を満足する範囲で含有し、残部は鉄及び不可避不純物の組成になる耐熱軸受用鋼からなり、２４０℃〜２６０℃で焼き戻し後、少なくとも前記ローラの外周面にショットピーニングによる表面硬化処理が施されており、その最表面の残留圧縮応力が０.６〜１.２ＧＰａ、硬さがＨＲＣ６３〜６６としたフルトロイダル型無段変速機。An input disk having a concave curved raceway surface on its side surface;
An output disc having a concave curved raceway surface facing the raceway surface of the input disc;
Circumferentially arranged in a toroidal gap formed between the raceway surfaces of the input disk and the output disk, rotate in contact with both raceway surfaces via an oil film, and between the two disks by the shear force of the oil film With three disk-shaped rollers that transmit torque of
Each disk and roller has C: 0.8 wt% to 1.5 wt%, Si: 0.5 wt% to 2.0 wt%, Mn: 0.3 wt% to 2.0 wt%, Cr: 1. 3 wt% or more and 1.98 wt% or less, and Mo: 0.3 wt% or more and 1.0 wt% or less, and the total content of Si and Mo satisfies 1.0 wt% or more, with the balance being iron and It consists of heat-resistant bearing steel with a composition of inevitable impurities, and after tempering at 240 ° C. to 260 ° C., at least the outer peripheral surface of the roller is subjected to surface hardening treatment by shot peening, and the residual compressive stress on the outermost surface is A full toroidal continuously variable transmission having a hardness of 0.6 to 1.2 GPa and a hardness of HRC 63 to 66.

最表面の残留圧縮応力が０．９〜１．２ＧＰａである請求項１記載のフルトロイダル型無段変速機。 The full toroidal continuously variable transmission according to claim 1, wherein the outermost surface has a residual compressive stress of 0.9 to 1.2 GPa.

ショットピーニングによる硬化層の厚さが１２０μｍ以上である請求項１又は２記載のフルトロイダル型無段変速機。 The full toroidal continuously variable transmission according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the hardened layer by shot peening is 120 µm or more.