JPH0771555A

JPH0771555A - トロイダル形無段変速機

Info

Publication number: JPH0771555A
Application number: JP5238710A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kokubu; 秀樹國分; Tsutomu Abe; 力阿部; Takashi Machida; 尚町田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1993-08-31
Filing date: 1993-08-31
Publication date: 1995-03-17
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: GB2281362B; DE4431007C2; GB9417487D0; DE4431007A1; GB2281362A; JP3604415B2; US5556348A

Abstract

(57)【要約】【目的】入力ディスク及び出力ディスクのトラクション
面及びパワーローラのトラクション面の転がり寿命を向
上すると共に、入力ディスク，出力ディスク及びパワー
ローラの耐疲労割れ寿命を向上したトロイダル形無段変
速機を提供する。【構成】入力軸に設けた入力ディスクと、出力軸に設け
た出力ディスクと、前記入力ディスク及び出力ディスク
に係合して入力軸の動力を出力軸に伝達するパワーロー
ラとに、浸炭処理及び研削仕上げを施すか、あるいは、
浸炭窒化処理及び研削仕上げを施し、前記入力ディスク
及び出力ディスク，パワーローラの有効硬化層深さを、
２．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車両に用い
られるトロイダル形無段変速機の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のトロイダル形無段変速機として
は、例えば、図６に示すように、図外のハウジング内
に、入力ディスク１１と出力ディスク１２が、同軸上に
対向設置されている。入力ディスク１１及び出力ディス
ク１２を有するトロイダル変速部の軸心部分には、入力
軸１３が貫通しており、入力軸１３の一端には、ローデ
ィングカム１４が配設されている。そして、このローデ
ングカム１４が、カムローラ１５を介して入力ディスク
１１に、入力軸１３の動力（回転力）を伝達する構造と
なっている。

【０００３】入力ディスク１１及び出力ディスク１２
は、略同一形状を有して対称に配置され、それらの対向
面が協働して軸方向断面でみて、略半円形となるように
トロイダル面に形成されている。そして、入力ディスク
１１及び出力ディスク１２のトロイダル面で形成される
トロイダルキャビティ内に、入力ディスク１１及び出力
ディスク１２に接して一対の運動伝達用のパワーローラ
１６及び１７が配設されている。なお、符号２３は、ス
ラスト軸受である。

【０００４】この場合、パワーローラ１６及び１７は、
枢軸１８及び１９を介してトラニオン２０及び２１に回
転自在に枢着され、且つ入力ディスク１１及び出力ディ
スク１２のトロイダル面の中心となるピボット軸Ｏを中
心として、傾転自在に支持されている。そして、入力デ
ィスク１１及び出力ディスク１２、パワーローラ１６及
び１７との接触面には、粘性摩擦抵抗の大きい潤滑油が
供給され、入力ディスク１に入力される動力を潤滑油膜
及びパワーローラ１６及び１７を介して出力ディスク１
２に伝達する構造となっている。

【０００５】なお、入力ディスク１１及び出力ディスク
１２は、ニードル２５を介して、入力軸１３とは、独立
した状態（回転軸１３の動力に直接影響されない状態）
となっている。出力ディスク１２には、入力軸１３と平
行に配設され、且つアンギュラ軸受２２を介してハウジ
ングに回転自在に支持された出力軸２４が配設されてい
る。

【０００６】このトロイダル形無段変速機は、入力軸１
３の動力が、ローディングカム１４に伝達される。この
動力の伝達により、ローディングカム１４が回転する
と、この動力がカムローラ１５を介して入力ディスク１
１に伝達され、入力ディスクが回転する。この入力ディ
スク１１の回転により発生した動力は、パワーローラ１
６及び１７を介して、出力ディスク１２に伝達される。
そして、出力ディスク１２は、出力軸２４と一体となっ
て回転する。

【０００７】変速時には、２つのトラニオン２０及び２
１をピボット軸Ｏ方向に微小距離移動させる。即ち、こ
のトラニオン２０及び２１の軸方向移動で、パワーロー
ラ１６及び１７の回転軸と、入力ディスク１１及び出力
ディスク１２の軸との交差が外れる。このため、パワー
ローラ１６及び１７が、入力ディスク１１及び出力ディ
スク１２の曲面上を傾転し、その結果、速度比が変わり
減速または増速が行われる。

【０００８】このようなトロイダル形無段変速機として
は、例えば、特開昭６２−０３４１３８号公報や実開平
２−４９４１１号公報等に開示された従来例が存在す
る。また、前記のような入力ディスク，出力ディスク及
びパワーローラとして、ＡＩＳＩ５２１００（ＪＩＳ
ＳＵＪ２，高炭素クロム軸受鋼相当）を使用した従来例
がある（ＮＡＳＡ Technical note NASA ATN D-836
2）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記トロイダル形無段
変速機は、これを駆動した際に、前記入力ディスク及び
出力ディスクと、前記パワーローラとの間に、例えば、
最大接触面圧が最大４ＧＰａ程度にまで達する高い接触
圧力が生じる。従って、前記入力ディスク及び出力ディ
スクのトラクション面と、前記パワーローラのトラクシ
ョン面に剥離が生じやすいという問題があった。また、
パワーローラの軸受面も高面圧となり、剥離することが
ある。

【００１０】このため、入力ディスク及び出力ディスク
が形成するトロイダル面におけるトラクション面及びパ
ワーローラのトラクション面の剥離・破損を防止し、信
頼性を向上することが要求されている。また、入力ディ
スク，出力ディスク及びパワーローラは、繰り返し曲げ
応力も受けるため、疲労割れ破損が生じやすい。従っ
て、曲げ疲労寿命の向上も要求されている。

【００１１】しかしながら、従来のトロイダル形無段変
速機の入力ディスク，出力ディスク及びパワーローラと
して、前記トラクション面の信頼性や曲げ疲労寿命を満
足するものは、未だ提案されていないという問題があっ
た。即ち、入力ディスク，出力ディスク及びパワーロー
ラを構成する素材（材料）を検討したり、これに行う熱
処理を検討する必要が未だあった。

【００１２】本発明は、このような従来の問題点を解決
することを課題とするものであり、入力ディスク及び出
力ディスクのトラクション面及びパワーローラのトラク
ション面の転がり寿命を向上すると共に、入力ディス
ク，出力ディスク及びパワーローラの耐疲労割れ寿命を
向上したトロイダル形無段変速機を提供することを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、入力軸に設けられた入力ディスクと、出
力軸に設けられた出力ディスクと、前記両ディスクに係
合して前記入力軸の動力を前記出力軸に伝達するパワー
ローラと、を含んで構成したトロイダル形無段変速機に
おいて、前記両ディスク及びパワーローラは、浸炭処理
及び研削仕上げが施されてなるか、あるいは、浸炭窒化
処理及び研削仕上げが施されてなり、前記両ディスク，
パワーローラの少なくとも一方の有効硬化層深さが、
２．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下であることを特徴とす
るトロイダル形無段変速機を提供するものである。

【００１４】なお、本発明でいう『有効硬化層深さ』と
は、ビッカース硬さＨｖ５５０以上の硬化層の表面から
の深さのことをいう。

【００１５】

【作用】本発明に係るトロイダル形無段変速機の構成要
素である入力ディスク，出力ディスク及びパワーローラ
は、浸炭処理及び研削仕上げを施すか、あるいは、浸炭
窒化処理及び研削仕上げを施こし、且つ、前記両ディス
ク，パワーローラの少なくとも一方の有効硬化層深さ
が、２．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下としたため、入力
ディスク及び出力ディスクが形成するトロイダル面にお
けるトラクション面及びパワーローラのトラクション面
の信頼性が向上されると共に、入力ディスク及び出力デ
ィスクのトラクション面，及びパワーローラの耐疲労割
れ寿命が向上される。

【００１６】以下に、その理由について述べる。前記入
力ディスク，出力ディスクに、浸炭処理または浸炭窒化
処理を施した後に、研削仕上げを行い、入力ディスク及
び出力ディスクの有効硬化層深さを２．０ｍｍ以上、
４．０ｍｍ以下にすると、入力ディスク及び出力ディス
クのトラクション面の剥離の発生や耐疲労割れ寿命が向
上される。

【００１７】前記入力ディスク及び出力ディスクの有効
硬化層深さが、２．０ｍｍ未満である場合には、トロイ
ダル形無段変速機を駆動した際に、入力ディスク及び出
力ディスクのトラクション面が早々に剥離してしまう。
これは、入力ディスク及び出力ディスクのトラクション
面は、高面圧下で転がり疲労を受けるため、最大せん断
応力の深さに対する安全率が小さくなり、転がり疲労寿
命が低下してしまうためである。

【００１８】一方、前記入力ディスク及び出力ディスク
の有効硬化層深さが、４．０ｍｍを越えた場合には、図
７に示す符号ア部分及び符号イ部分に、疲労割れが発生
してしまう。これは、この符号ア部分及び符号イ部分に
おける心部の硬さが上昇してしまうためである。なお、
図７は、図６の部分拡大図であり、符号ア部分及び符号
イ部分は、トロイダル形無段変速機を駆動した際に、最
も繰り返し曲げ応力を受ける部分である。また、この部
分は、形状が複雑で、エッジ部は黒皮（熱処理完了状
態）なので粒界酸化等の浸炭異常層等も伴っており、応
力集中による耐疲労割れ寿命の低下が起こりやすい。

【００１９】また、前記パワーローラに、浸炭処理また
は浸炭窒化処理を施した後に、研削仕上げを行い、パワ
ーローラの有効硬化層深さを２．０ｍｍ以上、４．０ｍ
ｍ以下にすると、パワーローラのトラクション面の剥離
の発生や耐疲労割れ寿命が向上される。前記パワーロー
ラの有効硬化層深さが、２．０ｍｍ未満である場合に
は、トロイダル形無段変速機を駆動した際に、パワーロ
ーラのトラクション面が早々に剥離してしまう。これ
は、パワーローラのトラクション面は、高面圧下で転が
り疲労を受けるため、最大せん断応力の深さに対する安
全率が低くなり、転がり疲労寿命が低下してしまうため
である。

【００２０】一方、前記パワーローラの有効硬化層深さ
が、４．０ｍｍを越えた場合には、図７に示す符号ウ部
分に、疲労割れが発生してしまう。これは、この符号ウ
部分は、エッジ部が黒皮（熱処理完了状態）のままで、
粒界酸化等の浸炭異常層があり、また肉厚が薄いため、
心部の硬さが上昇して、疲労強度が低下したためであ
る。

【００２１】ここで、前記入力ディスク及び出力ディス
クのトラクション面及びパワーローラのトラクション面
の転がり寿命の向上、及び、入力ディスク，出力ディス
ク及びパワーローラの耐疲労割れ寿命の向上は、前記入
力ディスク及び出力ディスク，パワーローラの有効硬化
層深さが、２．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下であれば、
達成される。

【００２２】そして、この有効硬化層深さ（２．０ｍｍ
以上、４．０ｍｍ以下）は、素材に浸炭処理または浸炭
窒化処理を施すことで得られる。従って、入力ディス
ク，出力ディスク及びパワーローラに、浸炭処理または
浸炭窒化処理を施した後に、研削仕上げを行い、前記両
ディスク及びパワーローラの有効硬化層深さを、２．０
ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下に限定した。

【００２３】また、前記入力ディスク，出力ディスク及
びパワーローラを構成する素材（材料）として、シリコ
ン（Ｓｉ）を０．０５重量％以上、０．２重量％以下の
範囲内で、且つ、マンガン（Ｍｎ）を０．２重量％以
上、０．７重量％以下、の範囲内で含有するものを使用
することで、粒界酸化が軽減される。即ち、粒界酸化層
の深さが浅くなり、ここでの応力集中が低減される。従
って、耐疲労割れ寿命がさらに向上される。

【００２４】前記素材に含有されるシリコン及びマンガ
ンの含有量は、少ないほどよいが、前記入力ディスク，
出力ディスク及びパワーローラを構成する素材には、
０．０５重量％程度のシリコンが、不可避的に存在す
る。また、前記入力ディスク，出力ディスク及びパワー
ローラを構成する素材のマンガン含有量を０．２重量％
未満にすることは、現在の製鋼技術ではコスト高にな
る。

【００２５】一方、前記入力ディスク，出力ディスク及
びパワーローラを構成する素材に、シリコンが０．２重
量％を越えて含有されると、粒界酸化が起こり易くな
り、粒界酸化層の深さが深くなる。このため、粒界酸化
層に応力集中が生じ、耐疲労割れ寿命が低下してしま
う。また、前記入力ディスク，出力ディスク及びパワー
ローラを構成する素材のマンガン含有量が、０．７重量
％を越えた場合は、粒界酸化が起こり易くなり、粒界酸
化層の深さが深くなる。このため、粒界酸化層に応力集
中が生じ、耐疲労割れ寿命が低下してしまう。

【００２６】従って、前記入力ディスク，出力ディスク
及びパワーローラを構成する素材として、シリコンを
０．０５重量％以上、０．２重量％以下の範囲内で、且
つ、マンガンを０．２重量％以上、０．７重量％以下、
の範囲内で含有するものを使用することがより望まし
い。また、前記入力ディスク，出力ディスク及びパワー
ローラの表面下から０．１５ｍｍ以内に、残留圧縮応力
のピークを、−１３０Ｋｇｆ／ｍｍ²以上、−６０Ｋｇ
ｆ／ｍｍ²以下、とすることがより望ましい。このよう
にすることで、さらに安定した耐疲労割れ寿命が得られ
る。

【００２７】この残留圧縮応力は、例えば、ショットピ
ーニング加工により得ることができる。このショットピ
ーニング加工は、表面硬さ及び圧縮残留応力を被加工物
に付与することができるという利点がある。なお、本発
明では、圧縮残留応力は、引っ張り強さを（＋）で表
し、圧縮強さを（−）で表した。

【００２８】そしてまた、ビッカース硬さＨｖ５５０以
上で規定される有効硬化層を得るためには、例えば、
『鋼の熱処理（改定５版）、日本鉄鋼協会編、第２４
頁、図１−３９』に示されるように、入力ディスク，出
力ディスク及びパワーローラを構成する素材に含有され
るベース炭素（Ｃ）を、０．３５重量％以下とすること
が望ましい。

【００２９】即ち、心部のビッカース硬さ（有効硬化層
より内部のビッカース硬さ）Ｈｖ５５０以下とするため
には、素材に含有されるベース炭素を、０．３５重量％
以下とすることが望ましい。前記素材に含有されるベー
ス炭素量が、０．３５重量％を越えると、心部のビッカ
ース硬さがＨｖ５５０以上となり、本発明に必要な有効
硬化層深さの定義から外れてしまうと共に、疲労割れが
生じやすくなる。

【００３０】従って、前記素材に含有されるベース炭素
を、０．３５重量％以下とすることが望ましい。さらに
また、高強度鋼の回転曲げ疲労強度の向上や、転がり疲
労寿命の向上には、鋼（素材）の清浄度が強い影響を及
ぼすことが知られている。即ち、鋼中に大型の非金属介
在物が存在すると、これが起点となって疲労破損や剥離
が生じやすくなる。このため、素材の清浄度を向上し、
さらに好ましくは、素材中に存在する酸素量を１０ｐｐ
ｍ以下とすることが望ましい。

【００３１】

【実施例】次に、本発明に係る一実施例について説明す
る。なお、トロイダル形無段変速機の構成については、
従来（図６に示す）と同様であるため、その説明を省略
する。次に、本実施例に係る入力ディスク，出力ディス
ク及びパワーローラの製造方法について説明する。

【００３２】表１に示す組成の浸炭鋼（素材）からなる
入力ディスク及び出力ディスクに、図１に示す熱処理を
行う。

【００３３】

【表１】先ず、表１に示す組成の浸炭鋼に、以下に示す条件で浸
炭処理を行う。（浸炭処理条件）雰囲気ガスＲｘガス及びエンリッチガス浸炭温度９２０〜９６０℃の範囲で選択（本実
施例では、９３０℃とした）浸炭時間有効硬化層深さに応じ、１５〜５０時
間次に、前記浸炭処理が終了した後、一端、徐冷（炉冷）
を行い、次いで、再び８４０℃で１時間保持する。次
に、油焼入れを行った後、これに連続して、１８０℃で
２時間焼戻しを行う。その後、徐冷する。

【００３４】このようにすることで、ビッカース硬さＨ
ｖ６９７〜Ｈｖ７７２（ＨＲＣ６０〜ＨＲＣ６３）程度
に硬化した表面が得られる。次に、入力ディスク及び出
力ディスクのトラクション面となる部分に、研削仕上げ
（研磨の後、超仕上げ）を行う。このようにして、表２
に示す有効硬化層深さの入力ディスク及び出力ディスク
（実施例１，実施例２及び実施例３）を得た。

【００３５】次に、比較として、表１に示す組成の浸炭
鋼を使用し、浸炭条件を変えることにより、表２に示す
ように、有効硬化層深さが、１．０ｍｍ（比較例１），
１．５ｍｍ（比較例２），４．５ｍｍ（比較例３）及び
５．５ｍｍ（比較例４）の入力ディスク及び出力ディス
クを製造した。また、従来の軸受鋼（ＪＩＳＳＵＪ−
２）を使用し、従来の方法（ズブ焼き）で、入力ディス
ク及び出力ディスクを製造した。

【００３６】次に、表１に示す組成の浸炭鋼を使用し、
前記と同様の熱処理，研削仕上げを行い、有効硬化層深
さが、３．０ｍｍのパワーローラを製造した。次いで、
前記各々の入力ディスク，出力ディスク及びパワーロー
ラを使用して図６に示すトロイダル形無段変速機を製造
し、入力ディスク及び出力ディスクの寿命を以下の条件
で調査した。（調査条件）入力軸の回転数４０００ｒｐｍ入力トルク３９２Ｎ・ｍ使用オイル合成潤滑油オイル温度１００℃ なお、入力ディスク及び出力ディスクの寿命は、トラク
ション面に剥離が発生するまでの時間か、あるいは、入
力ディスクまたは出力ディスクのいずれかに疲労割れが
発生するまでの時間をもって決定した。

【００３７】この結果を表２に示す。

【００３８】

【表２】表２から、有効硬化層深さが、２．０ｍｍ〜４．０ｍｍ
である入力ディスク及び出力ディスク（実施例１〜３）
は、トロイダル形無段変速機を１０時間以上稼働して
も、トラクション面に剥離が発生したり、入力ディスク
や出力ディスクに疲労割れが発生することがなく、比較
例やＳＵＪ−２に比べ、寿命が極めて向上していること
が判る。

【００３９】一方、有効硬化層深さが１．０ｍｍ，１．
５ｍｍである入力ディスク及び出力ディスク（比較例
１，比較例２）は、早々にトラクション面に剥離が発生
したことが判る。この剥離の原因は、前記トラクション
面が高面圧下で転がり疲労を受けたため、有効硬化層が
浅いと最大せん断応力の深さに対する安全率が小さくな
り、転がり疲労寿命が低下したためである。

【００４０】また、有効硬化層深さが４．５ｍｍ，５．
５ｍｍである入力ディスク及び出力ディスク（比較例
３，比較例４）は、図７に示す符号ア部分、符号イ部分
に、早々に疲労割れが生じたことが判る。これは、この
部分の肉厚が薄いので、有効硬化層が深くなったことに
より、この部分の心部の硬さが上昇し、耐疲労割れ寿命
が低下したためである。

【００４１】そしてまた、ＳＵＪ−２を使用した従来の
入力ディスク及び出力ディスクは、図７に示す符号ア部
分、符号イ部分に、最も速く（３時間以下）疲労割れが
生じたことが判る。次に、表１に示す組成の浸炭鋼（素
材）からなるパワーローラに、前記と同条件で熱処理
（図１参照）を行う。

【００４２】このようにすることで、ビッカース硬さＨ
ｖ６９７〜Ｈｖ７７２（ＨＲＣ６０〜ＨＲＣ６３）程度
に硬化した表面が得られる。次に、パワーローラに、前
記と同様の研削仕上げを行う。このようにして、表３に
示す有効硬化層深さのパワーローラ（実施例４，実施例
５及び実施例６）を得た。

【００４３】次に、比較として、表１に示す組成の浸炭
鋼を使用し、表３に示すように、有効硬化層深さが、
１．０ｍｍ（比較例５），１．５ｍｍ（比較例６），
４．５ｍｍ（比較例７）及び５．５ｍｍ（比較例８）の
パワーローラを製造した。また、従来の軸受鋼（ＪＩＳ
ＳＵＪ−２）を使用し、従来の方法（ズブ焼き）で、
パワーローラを製造した。

【００４４】次に、表１に示す組成の浸炭鋼を使用し、
前記と同様の熱処理，研削仕上げを行い、有効硬化層深
さが、３．０ｍｍの入力ディスク及び出力ディスクを製
造した。次いで、前記各々のパワーローラ，入力ディス
ク及び出力ディスクを使用して図６に示すトロイダル形
無段変速機を製造し、パワーローラの寿命を前記と同様
の条件で調査した。なお、パワーローラの寿命は、トラ
クション面に剥離が発生するまでの時間か、あるいは、
パワーローラに疲労割れが発生するまでの時間をもって
決定した。

【００４５】この結果を表３に示す。

【００４６】

【表３】表３から、有効硬化層深さが、２．０ｍｍ〜４．０ｍｍ
であるパワーローラ（実施例４〜６）は、トロイダル形
無段変速機を１０時間以上稼働しても、トラクション面
に剥離が発生したり、疲労割れが発生することがなく、
比較例やＳＵＪ−２に比べ、寿命が極めて向上している
ことが判る。

【００４７】一方、有効硬化層深さが１．０ｍｍ，１．
５ｍｍであるパワーローラ（比較例５，比較例６）は、
早々にトラクション面に剥離が発生したことが判る。こ
の剥離の原因は、有効硬化層が浅いため、前記トラクシ
ョン面が高面圧下で転がり疲労を受けたとき、最大せん
断応力の深さに対する安全率が小さくなり、転がり疲労
寿命が低下したためである。

【００４８】また、有効硬化層深さが４．５ｍｍ，５．
５ｍｍであるパワーローラ（比較例７，比較例８）は、
図７に示す符号ウ部分に、早々に疲労割れが生じたこと
が判る。これは、有効硬化層が深くなったことにより、
心部硬さの上昇とエッジ部の黒皮（熱処理完了状態）部
の粒界酸化等の浸炭異常層も伴い、耐疲労割れ寿命が低
下したためである。

【００４９】そしてまた、ＳＵＪ−２を使用した従来の
パワーローラは、図７に示す符号ウ部分に、最も速く
（３時間以下）疲労割れが生じたことが判る。次に、表
４に示す組成の浸炭鋼（素材Ｎｏ．Ａ〜Ｉ）に、以下に
示す条件で浸炭処理を行った後、得られた浸炭鋼の粒界
酸化層深さを調査した。（浸炭処理条件）雰囲気ガスＲｘガス及びエンリッチガス浸炭温度９３０℃ 浸炭時間３０時間この結果を表４に示す。

【００５０】なお、素材Ｎｏ．Ａは、従来の浸炭鋼であ
り、この素材の粒界酸化層の組織を示す顕微鏡写真（倍
率＝４００倍）を図２に示す。

【００５１】

【表４】表４から、シリコン（Ｓｉ）及びマンガン（Ｍｎ）の含
有量が少なくなるほど粒界酸化層深さが浅くなることが
判る。また、比較例（素材Ｎｏ．Ｆ〜Ｉ）から、シリコ
ンとマンガンのいずれか一方の含有量が少ないだけで
は、粒界酸化層深さを十分に浅くすることができないこ
とが判る。

【００５２】即ち、実施例（素材Ｎｏ．Ｂ〜Ｅ）のよう
に、シリコン及びマンガンの両者の含有量が少ないもの
は、比較例（素材Ｎｏ．Ａ）に比べて、粒界酸化層深さ
が極めて浅くなったことが確認できる。次に、表４に示
す組成の浸炭鋼（素材Ｎｏ．Ａ〜Ｉ）からなる入力ディ
スク，出力ディスク及びパワーローラに、前記と同様の
条件で熱処理（図１参照）を行った後、前記と同様の研
削仕上げを行い、有効硬化層深さが３．０ｍｍの入力デ
ィスク，出力ディスク及びパワーローラを製造した。

【００５３】次に、前記各々の入力ディスク，出力ディ
スク及びパワローラを使用して図６に示すトロイダル形
無段変速機を製造し、入力ディスク及び出力ディスクの
寿命を前記と同様の条件で調査した。この結果を表５
（ＳＰ処理無し品の寿命）に示す。

【表５】次に、前記入力ディスク及び出力ディスク（熱処理及び
研削仕上げ後）の、図７に示す符号ア部分及び符号イ部
分に、以下に示す条件でショットピーニング（以下『Ｓ
Ｐ』という）処理を施した後、前記と同様に、図６に示
すトロイダル形無段変速機を製造し、入力ディスク及び
出力ディスク（ＳＰ処理品）の寿命を前記と同様の条件
で調査した。この結果を表５（ＳＰ処理品の寿命）に示
す。（ＳＰ条件）前記熱処理及び研削仕上げが施された入力
ディスク及び出力ディスクの表面下から０．１５ｍｍ以
内の部分における圧縮残留応力のピークが、−１３０〜
−６０Ｋｇｆ／ｍｍ²となるように、図３に示す装置を
使用して、ＳＰ処理を行う。

【００５４】図３に示す装置は、ショット粒３１が充填
された加圧タンク３２と、この加圧タンク３２に加圧空
気を供給する加圧空気供給管３３と、加圧タンク３２内
に供給された空気を排気する排気管３４と、加圧タンク
３２の下部に配設され、加圧空気供給管３３の分岐管３
５からの圧縮空気とショット粒３１とを混合するミキサ
３６と、ショット３７を先端のノズル３８から被処理物
表面に投射するホース３９と、加圧タンク３２内にシャ
ッタ４０を介してショット粒３１を供給するホッパ４１
と、分岐管３５の途中に設けられ、ショット粒３１の投
射速度を調整するための空気圧を調整可能なバルブ４２
と、から構成されている。

【００５５】本実施例では、ショット粒１として、平均
粒径＝０．７２ｍｍ、平均硬さ＝ＨＲＣ６１の鋼球を使
用し、ショット投射速度＝３２〜１２０ｍ／ｓｅｃ．
（平均投射速度＝８０ｍ／ｓｅｃ．）となるように、Ｓ
Ｐ処理を行った。ここで、ＳＰ処理は、表面硬さを向上
させ、且つ圧縮残留応力を被加工物に付与することがで
きるという利点がある。

【００５６】なお、前記ＳＰ処理における、入力ディス
ク及び出力ディスクの表面からの深さと圧縮残留応力と
の関係を調査した。また、ＳＰ処理無し品についても同
様に調査した。この結果を図４に示す。図４から、前記
ＳＰ処理品は、その圧縮残留応力のピークが、−１３０
〜−６０Ｋｇｆ／ｍｍ²を満たしていることが判る。

【００５７】また、表５から、実施例（素材Ｎｏ．Ｂ〜
Ｅ）は、ＳＰ処理無し品においても１００時間以上の寿
命を示したことが判る。これは、実施例（素材Ｎｏ．Ｂ
〜Ｅ）は、粒界酸化層深さが浅いため、ここで発生する
応力集中が緩和され、耐疲労割れ強度が向上したためで
ある。一方、粒界酸化層深さが深い比較例（素材Ｎｏ．
Ａ）及び比較例（素材Ｎｏ．Ｆ〜Ｉ）は、寿命が短いこ
とが判る。これは、粒界酸化層の応力集中が耐疲労割れ
強度に悪影響を与えたためである。

【００５８】また、ＳＰ処理品の寿命は、ＳＰ処理無し
品に比べて大幅に向上していることが判る。即ち、ＳＰ
処理を施すことにより、入力ディスク及び出力ディスク
の表面下から０．１５ｍｍ以内の部分における圧縮残留
応力のピークを、−１３０〜−６０Ｋｇｆ／ｍｍ²とし
たことで、さらに安定した寿命の向上が行えることが確
認できた。

【００５９】なお、本実施例では、表５に示す結果を得
るための調査を、１００時間で打ち切ったが、本願発明
品（実施例（素材Ｎｏ．Ｂ〜Ｅ））は、ＳＰ処理品の方
が、より安定した長寿命が得られた。また、ＳＰ処理品
は、実施例（素材Ｎｏ．Ｂ〜Ｅ），比較品（素材Ｎｏ．
Ｉ）共に、１００時間以上の寿命となったが、実施例
（素材Ｎｏ．Ｂ〜Ｅ）の方が、より安定した長寿命が得
られた。

【００６０】さらに、本実施例では、入力ディスク及び
出力ディスクにＳＰ処理を行う場合について説明した
が、パワーローラのウ部にＳＰ処理を施すことでも、良
好な結果を得ることができる。また、本実施例では、入
力ディスク，出力ディスク及びパワーローラに浸炭処理
を行うことで、前記有効硬化層深さを得る場合について
説明したが、これに限らず、浸炭処理に代えて浸炭窒化
処理を行ってもよい。この場合は、例えば、図５に示す
ように、雰囲気ガスＲｘガス，エンリッチガス及び５
％アンモニアガス浸炭窒化温度８３０〜８７０℃の範囲で選択浸炭窒化時間有効硬化層深さに応じ、５０〜２
００時間とすればよい。

【００６１】また、本発明では、入力ディスクのトラク
ション面，出力ディスクのトラクション面及びパワーロ
ーラのトラクション面の全てについて、有効硬化層深さ
等を規定するとして説明したが、使用条件によっては、
入力ディスクのトラクション面及びパワーローラのトラ
クション面の少なくとも一方、及び、出力ディスクのト
ラクション面及びパワーローラのトラクション面の少な
くとも一方に対し、本発明を適用することもできる。

【００６２】そして、本発明に係るトロイダル形無段変
速機の入力ディスク，出力ディスク及びパワーローラの
寸法は、特に限定するものではないが、本発明は、外径
寸法が２００φｍｍ以下の入力ディスク及び出力ディス
ク、外径寸法が１２０φｍｍ以下のパワーローラに適用
することが、最も効果的である。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るトロ
イダル形無段変速機は、その構成要素である入力ディス
ク，出力ディスク及びパワーローラを、浸炭処理及び研
削仕上げを施すか、あるいは、浸炭窒化処理及び研削仕
上げを施こし、且つ、前記両ディスク，パワーローラの
有効硬化層深さが、２．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下と
したため、入力ディスク及び出力ディスクが形成するト
ロイダル面におけるトラクション面及びパワーローラの
トラクション面に剥離が発生することを抑制することが
できる。また、入力ディスク，出力ディスク及びパワー
ローラの耐疲労割れ寿命を向上することができる。この
結果、長寿命なトロイダル形無段変速機を提供すること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る熱処理を示す図であ
る。

【図２】従来の素材に形成された粒界酸化層部の金属組
織を示す顕微鏡写真である。

【図３】本発明の一実施例で行ったＳＰ処理に使用した
装置の構成図である。

【図４】本発明の一実施例に係るＳＰ処理無し品及びＳ
Ｐ処理品の表面からの深さと圧縮残留応力との関係を示
す図である。

【図５】本発明の他の実施例に係る熱処理を示す図であ
る。

【図６】トロイダル形無段変速機の一部を示す断面構成
図である。

【図７】図６の部分拡大図である。

【符号の説明】

１１入力ディスク１２出力ディスク１３入力軸１４ローディングカム１５カムローラ１６パワーローラ１７パワーローラ２４出力軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力軸に設けられた入力ディスクと、出
力軸に設けられた出力ディスクと、前記両ディスクに係
合して前記入力軸の動力を前記出力軸に伝達するパワー
ローラと、を含んで構成したトロイダル形無段変速機に
おいて、前記両ディスク及びパワーローラは、浸炭処理及び研削
仕上げが施されてなるか、あるいは、浸炭窒化処理及び
研削仕上げが施されてなり、前記両ディスク，パワーロ
ーラの有効硬化層深さが、２．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ
以下であることを特徴とするトロイダル形無段変速機。