【手続補正書】
【提出日】平成16年8月27日(2004.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支持された入力軸と、この入力軸と共に回転自在な入力側ディスクと、この入力側ディスクと同心に配置され、且つこの入力側ディスクに対する回転自在に支持された出力側ディスクと、これら入力側、出力側両ディスクの軸方向に関してこれら両ディスクの中間部に、これら両ディスクの軸方向に対し直角方向で且つこれら両ディスクの中心軸に対し捻れの位置に配置されて当該位置で揺動する複数のトラニオンと、これら各トラニオンに支持された変位軸に回転自在に支持され、入力側、出力側両ディスクの間に挟持された複数個のパワーローラと、これら各パワーローラの外側面と上記各トラニオンの内側面との間に設けたスラスト転がり軸受とから構成され、入力側、出力側両ディスクの互いに対向する内側面を、それぞれ断面が円弧形の凹面とし、上記各パワーローラの周面を球面状の凸面として、この周面と上記内側面とを当接させたトロイダル型無段変速機に於いて、次の(1) 〜(5) のうちの少なくとも一つの条件を満たす事を特徴とするトロイダル型無段変速機。
(1) 上記各パワーローラの表面に熱処理による硬化層を形成しており、これら各パワーローラの内周面と外側面との連続部には、これら各パワーローラの軸方向に亙る寸法が、これら各パワーローラ全体の軸方向寸法の１５％以下の面取り部が、上記硬化層を形成した後に形成されており、上記硬化層のうちの熱処理異常層はこの面取り部で除去されている。
(2) 上記パワーローラの表面に熱処理による硬化層を形成しており、このパワーローラの内周面と外側面との連続部には、上記硬化層を形成した後にショット・ピーニングが施されており、上記連続部にはこのショット・ピーニングに基づく圧縮残留応力が存在する。
(3) 上記各パワーローラの周面を、超仕上により粗さが０．０５Ra以下の平滑面としている。
(4) 上記各パワーローラの外側面に形成した上記スラスト転がり軸受の内輪軌道及び上記各トラニオンの内側面に添設した外輪の内側面に形成した外輪軌道を、超仕上により粗さが０．０５Ra以下の平滑面としている。
(5) 上記スラスト転がり軸受の外輪を上記各トラニオンの内側面に添設しており、上記各パワーローラの周面及びこれら各パワーローラの外側面に形成した内輪軌道部分に、硬度がHv５５０以上である硬化層を、これら各面の表面から２〜４mmの範囲まで形成しており、上記外輪の内側面に形成した外輪軌道部分に同様の硬化層を、表面から０．７〜１．５mmの範囲まで形成している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
（２）図５〜８に示す様な、ハーフトロイダル型の無段変速機の場合、各玉４１、４１の転動面と内輪軌道及び外輪軌道との当接部に加わる接触面圧が非常に高くなる。即ち、一般的なスラスト転がり軸受の場合、各転動体の転動面と各軌道輪の軌道面との当接部の接触面圧Ｐmax は２〜３GPa 程度である。これに対して、トロイダル型無段変速機に組み込むスラスト玉軸受３２、３２の場合、上記各玉４１、４１の転動面と内輪軌道及び外輪軌道との当接部の接触面圧Ｐmax は、２．５〜３．５GPa 程度に達する。特に、図５に示す様な最大減速時には、上記接触面圧Ｐmax が４GPa 程度にまで達する場合がある。
そして、この様に上記接触面圧Ｐmax が大きくなると、上記各玉４１、４１の転動面と内輪軌道及び外輪軌道との当接部に存在する接触楕円の径が大きくなる。例えば、外径が２００mm以下の一般的なスラスト玉軸受の場合、接触楕円の短径は１mmに満たないのに対して、トロイダル型無段変速機に組み込むスラスト玉軸受３２、３２の場合には１．５mm程度にも達する。この様に接触楕円の径が大きくなると、最大剪断応力が達する深度が深くなり、上記内輪軌道及び外輪軌道の表面部分に形成する硬化層の厚さを大きくしないと、これら各軌道部分の転がり疲れ寿命を確保できなくなる。
一方、単にこれら各軌道部分の硬化層の厚さを大きくすると、トロイダル型無段変速機の小型化と構成各部材の靱性確保とを両立させる事ができなくなる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、次の(1) 〜(5) のうちの少なくとも一つの条件を満たす。
(1) 上記各パワーローラの表面に熱処理による硬化層を形成しており、これら各パワーローラの内周面と外側面との連続部には、これら各パワーローラの軸方向に亙る寸法が、これら各パワーローラ全体の軸方向寸法の１５％以下の面取り部が、上記硬化層を形成した後に形成されており、上記硬化層のうちの熱処理異常層はこの面取り部で除去されている。
(2) 上記パワーローラの表面に熱処理による硬化層を形成しており、このパワーローラの内周面と外側面との連続部には、上記硬化層を形成した後にショット・ピーニングが施されており、上記連続部にはこのショット・ピーニングに基づく圧縮残留応力が存在する。
(3) 上記各パワーローラの周面を、超仕上により粗さが０．０５Ra以下の平滑面としている。
(4) 上記各パワーローラの外側面に形成した上記スラスト転がり軸受の内輪軌道及び上記各トラニオンの内側面に添設した外輪の内側面に形成した外輪軌道を、超仕上により粗さが０．０５Ra以下の平滑面としている。
(5) 上記スラスト転がり軸受の外輪を上記各トラニオンの内側面に添設しており、上記各パワーローラの周面及びこれら各パワーローラの外側面に形成した内輪軌道部分に、硬度がHv５５０以上である硬化層を、これら各面の表面から２〜４mmの範囲まで形成しており、上記外輪の内側面に形成した外輪軌道部分に同様の硬化層を、表面から０．７〜１．５mmの範囲まで形成している。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
【作用】
上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機が入力側ディスクと出力側ディスクとの間で回転力を伝達する際の作用、並びにこれら入力側ディスクと出力側ディスクとの間の変速比を変える際の作用は、前述した従来構造の場合と同様である。
特に、本発明のトロイダル型無段変速機の場合には、パワーローラとこのパワーローラに加わるスラスト荷重を支承するスラスト転がり軸受とに関して、(1) 〜(5) の要件を備えさせる事により、これらパワーローラ又はスラスト転がり軸受の耐久性向上を図れる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
上記パワーローラ８の表面は、熱処理による硬化層を形成している｛前述の(1) の点｝。又、このパワーローラ８の内周面４５と外側面４６との連続部には、断面形状が四分の一円弧状の面取り部４７を形成している。この面取り部４７の、上記パワーローラ８の軸方向に亙る寸法Ｌ47は、このパワーローラ８全体の軸方向寸法Ｌ8 の１５％以下（Ｌ47≦０．１５Ｌ8 ）としている。又、この面取り部４７は、上記パワーローラ８の表面に、上記硬化層を形成した後に形成している。そして、この硬化層のうちの熱処理異常層は、上記面取り部４７で除去されている。尚、上記内周面４５は、表面粗さが０．２Ra以下の平滑面としている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
上記パワーローラ８の外側面内周縁部に、上述の様な条件を満たす面取り部４７を形成する事により、トロイダル型無段変速機の運転時に上記パワーローラ８に大きな曲げ応力が加わった場合でも、このパワーローラ８の外側面内周縁部に亀裂等の損傷を発生する事を抑えられる。即ち、上記周面８ａ側２個所位置に加わる大きな押し付け力Ｆc に基づき、上記パワーローラ８に曲げ応力が加わると、上記外側面内周縁部に大きな応力（引っ張り応力）が集中する。一方、上記パワーローラ８の表面を硬化させる為、高周波焼き入れ、浸炭焼き入れ等の熱処理を施すと、上記外側面内周縁部に、内部歪みを残したままの熱処理異常層が存在したままになる。この様な熱処理異常層が存在すると、上記曲げ応力に伴う応力集中により、上記外側面内周縁部に亀裂等の損傷が発生し、上記パワーローラ８が破断等の損傷を受ける。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
これに対して、上述の様に上記パワーローラ８に熱処理を施した後、上記面取り部４７を形成して、上記外側面内周縁部に存在する硬化層を除去し、この硬化層部分に存在する上記熱処理異常層を除去しておけば、上述の様な原因で上記パワーローラ８が破断等の損傷を受ける事を防止できる。但し、上記面取り部４７を大きくし過ぎると、その分上記パワーローラ８の容積が減少し、上記曲げ応力を受ける容積が小さくなって、残り部分に加わる応力が大きくなり、やはり上記パワーローラ８の耐久性が損なわれる。本発明者が、上記パワーローラ８全体の軸方向寸法Ｌ8 に対する上記面取り部４７の寸法Ｌ47を種々変える事により、この寸法Ｌ47がこのパワーローラ８の耐久性に及ぼす影響を調べる実験を行なったところ、次の表１及び図２に示す様な結果を得た。この実験は、上記パワーローラ８全体の軸方向寸法Ｌ8 を２２mmとし、上記面取り部４７の寸法Ｌ47を０．５〜５mmの範囲で変える事により、上記パワーローラ８の破損に至るまでの時間を測定したものである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
この実験から、この面取り部４７の、上記パワーローラ８の軸方向に亙る寸法Ｌ47を、このパワーローラ８全体の軸方向寸法Ｌ8 の１５％以下にすれば、上記外側面内周縁部から生じる損傷に関して、上記パワーローラ８の耐久性を十分に向上させられる事が分る。但し、上記面取り部４７の寸法Ｌ47は、上記硬化層のうち、少なくとも熱処理異常層を除去できるだけのものでなければならない。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
又は、上記パワーローラ８の表面に熱処理による硬化層を形成しており、このパワーローラ８の内周面４５と外側面４６との連続部（＝上記外側面内周縁部）に、上記硬化層を形成した後にショット・ピーニングを施している。そして、上記連続部に、このショット・ピーニングに基づく圧縮残留応力を存在させている｛前述の(2) の点｝。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
上述の様に、パワーローラ８の内周面４５と外側面４６との連続部に圧縮残留応力を存在させると、トロイダル型無段変速機の運転時に、上記パワーローラ８に曲げ応力が加わっても、上記連続部から亀裂等の損傷を発生する事がない。即ち、上記パワーローラ８が上記連続部から破損する場合には、この連続部の一部に大きな引っ張り応力が加わる事になる。これに対して、上述の様に上記連続部に圧縮残留応力を存在させれば、この圧縮残留応力が上記引っ張り応力を相殺して、上記亀裂等の損傷を発生しにくくできる。尚、ショット・ピーニングにより上記連続部に残留させる圧縮応力は、好ましくは２０〜７０kgf/mm2 程度、更に好ましくは１００kgf/mm2 程度にする。又、ショット・ピーニングを施すのは、トロイダル型無段変速機の運転時に（引っ張り）応力が集中する上記連続部のみで良い。但し、この連続部にショット・ピーニングを施すと、ラジアルニードル軸受３１（図７〜８）の外輪軌道としての役目を有する、上記内周面４５が荒れる可能性がある。但し、この内周面は、上記ショット・ピーニング処理後に研削による仕上加工を施すので、ショット・ピーニングにより、上記ラジアルニードル軸受３１の耐久性が損なわれる事はない。又、この様にショット・ピーニングにより上記連続部に圧縮残留応力を存在させる場合には、この連続部に上記熱処理後に上述の様な面取り部４７を形成する必要はない。但し、面取り部４７の形成とショット・ピーニングによる残留圧縮応力の付与との両方を行なわせれば、より優れた耐久性を確保できる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
又、上記パワーローラ８の周面８ａを、超仕上により粗さが０．０５Ra以下の平滑面としている｛前述の(3) の点｝。前述した通り上記周面８ａは、入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａとの当接部で、スピンしながら非常に大きな動力の伝達を行なう。そして、この様なスピンに基づき、上記当接部が発熱すると共にこの当接部に油膜が形成されにくくなる。上記周面８ａの転がり疲れ寿命を確保する為には、この様な発熱を抑え、上記当接部に油膜が形成され易くする必要がある。上述の様に、上記周面８ａを平滑面とすれば、上記油膜を形成し易くして、この周面８ａの転がり疲れ寿命を確保できる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【符号の説明】
１    入力軸
２    入力側ディスク
２ａ  内側面
３    出力軸
４    出力側ディスク
４ａ  内側面
５    枢軸
６    トラニオン
７    変位軸
８    パワーローラ
８ａ  周面
９    押圧装置
１０    カム板
１１    保持器
１２    ローラ
１３、１４  カム面
１５    入力軸
１６    ニードル軸受
１７    鍔部
１８    出力歯車
１９    キー
２０    支持ポスト
２１    円孔
２２    ケーシング
２３    シリンダケース
２４ａ、２４ｂ  支持ピン
２５    支持孔
２６    外輪
２７    ラジアルニードル軸受
２８    支持軸部
２９    枢支軸部
３０    ラジアルニードル軸受
３１    ラジアルニードル軸受
３２    スラスト玉軸受
３３    外輪
３４    スラストニードル軸受
３５    駆動ロッド
３６    駆動ピストン
３７    駆動シリンダ
３８    支持壁
３９    転がり軸受
４０    円孔
４１    玉
４２    内輪軌道
４３    外輪軌道
４４    保持器
４５    内周面
４６    外側面
４７    面取り部
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
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