(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラクションドライブ用転動体を備え、このトラクションドライブ用転動体の転動面同士をトラクションオイルを介して接触させて動力を伝達する自動車用トロイダル式無段変速機において、トラクションオイルの油膜あるいは境界膜の形成を維持しつつ限界せん断応力を上限として粘性せん断応力を増加すべく、トラクションドライブ用転動体の転動面にトラクションオイルの油膜厚さよりも深い微細な凹部が形成されて、常時限界せん断応力付近で運転されることを特徴とする自動車用トロイダル式無段変速機。
【請求項２】
表面粗さ計により測定される転動面の断面曲線は、微細な溝状凹部が複数配列されかつ凹部溝底までの距離を０．１〜２．５μｍとした形状をなし、トラクションオイルの油膜あるいは境界膜の形成を維持しつつ限界せん断応力を上限として粘性せん断応力が増加されて、限界せん断応力付近で運転される請求項１に記載の自動車用トロイダル式無段変速機。
【請求項３】
温度に対するトラクション係数の変化率がＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に規定される中心線平均粗さＲａを０．０５μｍ以下、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に規定される２乗平均平方根粗さＲｑを０．０７μｍ以下、ＤＩＮ４７７６に規定される特殊負荷曲線パラメータにおける油溜り深さ率Ｋを０．９未満、この特殊負荷曲線パラメータにおける油溜り量Ｖ０を１．３×１０−５(ｍｍ3／ｍｍ2)以下とした転動面の表面形状で得られる変化率以下である請求項１又は２に記載の自動車用トロイダル式無段変速機。
【請求項４】
圧力粘度係数αおよび平均圧力Ｐmeanの積α×Ｐmeanと、トラクション係数との関係において、α×Ｐmeanに対するトラクション係数の変化率が０．０１以下である請求項１ないし３のいずれかに記載の自動車用トロイダル式無段変速機。
【請求項５】
すべり率と、トラクション係数との関係を表すトラクション曲線において、トラクションオイルの油膜厚さよりも深い微細な凹部を形成することにより、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に規定される中心線平均粗さＲａを０．０５μｍ以下、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に規定される２乗平均平方根粗さＲｑを０．０７μｍ以下、ＤＩＮ４７７６に規定される特殊負荷曲線パラメータにおける油溜り深さ率Ｋを０．９未満、この特殊負荷曲線パラメータにおける油溜り量Ｖ０を１．３×１０−５(ｍｍ3／ｍｍ2)以下とした転動面の表面形状で得られる傾きよりも線形領域におけるすべり率に対するトラクション係数の傾きを大きくしてある請求項１ないし４のいずれかに記載の自動車用トロイダル式無段変速機。
【請求項６】
４０℃におけるトラクションオイルの圧力粘度係数が２０（１／ＧＰａ）以上である請求項１ないし５のいずれかに記載の自動車用トロイダル式無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変速比を無段階に制御するのに用いる自動車用のトロイダル式無段変速機に係わり、とくにトラクション特性の作用および運転条件に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用のトロイダル式無段変速機としては、例えば特開平７−１６７２４０号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
この自動車用のトロイダル式無段変速機は、図１にその基本構造を示すように、トラクションオイルの油膜を介して接触する金属製転動体、すなわち、入力軸１および出力軸２にそれぞれ連結された入力ディスク３および出力ディスク５と、これらの入力ディスク３および出力ディスク５の間に介在して回転することによって入力ディスク３の回転を出力ディスク５に伝達するパワーローラ６を備えた構成をなしており、パワーローラ６の傾きを変化させて、入力ディスク３および出力ディスク５のパワーローラ６に対する接触位置（半径）を変えることによって、入力ディスク３の回転を無段階に変速させて出力ディスク５に伝えることができるようになっている。
【０００４】
表１は、このようなトロイダル式無段変速機における転動体、すなわち、ディスク３，５およびパワーローラ６の相互接触面（トラクション面）の表面形状（粗さ構造）測定結果の一例を示すものであって、従来の無段変速機転動体のトラクション面としては、一般に、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に規定される中心線平均粗さＲａが０．０５μｍ以下、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に規定される２乗平均平方根粗さＲｑが０．０７μｍ以下、ＤＩＮ４７７６に規定される特殊負荷曲線パラメータにおける油溜り深さ率Ｋが０．９未満、同じく特殊負荷曲線パラメータとして油溜り量Ｖ０ については１．３×１０−５（ｍｍ３／ｍｍ２）以下の表面形状となっていた。
【０００５】
【表１】
0003685088.tif 000002
【０００６】
このような転動体のトラクション面については、その表面粗さがディスク３，５とパワーローラ６間の油膜厚さに対してある程度以上大きいと、ディスク３，５およびパワーローラ６の転動疲労寿命が劣化し、無段変速機の耐久性が低下することから、表面粗さ高さを十分に小さくするよう超仕上げが施され、上記のように中心線平均粗さＲａで０．０５μｍ以下に設定されている。
【０００７】
一方、トロイダル式無段変速機は、トラクションオイルの油膜を介して動力を伝達する機構であるため、弾性流体潤滑下におけるトラクション特性を把握しておくことは非常に重要である。
【０００８】
弾性流体潤滑下におけるトラクション特性は、例えば、潤滑された２円筒試験等に見られる、両円筒間の表面の相対すべり速度あるいはすべり率の変化に応じたトラクション係数の変化曲線で表される。この特性曲線は、一般にトラクション曲線と呼ばれ、図２に示すような変化を示すことが知られている。
【０００９】
すなわち、すべり速度の小さな範囲においては、トラクション係数はすべり速度の増加とともに直線的に増加し、それ以降は次第に直線からずれて最大値をとった後、低下するといった傾向を示す。
【００１０】
Dysonは、この変化のうちトラクション係数の最大値までを線形領域、非線型領域と区別し、トラクション係数が低下する領域を熱領域として説明している。弾性流体潤滑下にある転がり接触部におけるトラクション作用は、固体間に挟まれた流体膜のせん断抵抗に基づくため、これまでに、様々な潤滑油のレオロジーモデルが導入され、これらのトラクション特性曲線を表現しようという試みが為されている。
【００１１】
例えば、Crookはヘルツ接触部における油膜の挙動にニュ−トン粘性を仮定し、簡素化したナビエスト−クスの運動方程式と、油膜厚さ方向の熱伝導による熱の放散のみを考慮したエネルギ−方程式と、温度および圧力によって指数関数的に変化する粘度を表す式とを連立させて近似解を求めた。トラクション曲線の線形領域はニュ−トン粘性で説明され、非線形領域はせん断発熱による温度上昇に伴う粘性の低下と解釈されているが、その計算結果は実験結果と定性的な傾向とは一致するものの、定量的には十分なものとは言えない。
【００１２】
一方、JohnsonとCameronは線形領域から非線形領域への遷移が油膜の温度上昇によるものではなく、高圧でかつ高せん断速度下の油膜の非ニュ−トン性に起因するものと考えた。
【００１３】
また線形、非線形の関係を等温下で連続的に表し得る多くのレオロジーモデルとして、アイリング粘性モデルについて示されたものがあり、Bell らは、せん断応力τとせん断速度の関係を式(１)のアイリング粘性で示した。
【００１４】
【数１】
0003685088.tif 000003
【００１５】
ここで、τoは特性応力と呼ばれる粘性の非ニュ−トン性を表す量であり、τoが小さいほど小さな応力で非ニュ−トン性が現れることになる。
【００１６】
この一方で、EvansとJohnsonは、トラクション特性を粘弾性と塑性の直列レオロジーモデルにて表した(図３参照)。
【００１７】
これらの構成方程式(２)，(３)を以下に示す。
【００１８】
【数２】
0003685088.tif 000004
【００１９】
ここで、τe ，Ｆ(τe)，ηは、式(４），式（５），式（６）でそれぞれ表される。
【００２０】
【数３】
0003685088.tif 000005
【００２１】
そして、τe ＜τc のとき、式(７），式（８）のようになり、τe ≧τc のとき、式(９），式（１０），式（１１）のようになる。この際、塑性滑りせん断速度は、式（１２）で表される。
【００２２】
【数４】
0003685088.tif 000006
【００２３】
【数５】
0003685088.tif 000007
【００２４】
横軸にせん断速度を示し、縦軸にせん断応力を示したグラフでこのモデルを表すと、図４のようになる。図４（ｂ）は図４（ａ）の横軸を対数とした場合を示し、図中において、Ａはニュ−トン粘性、Ｂはアイリング粘性、Ｃは粘弾性、Ｄは弾塑性をそれぞれ示している。
【００２５】
トラクションドライブは、トラクション面における油が弾塑性領域で使用されることが望ましい。その一方で、自動車に使用されるトロイダルＣＶＴは、回転速度とトルクが非常に広範囲であるという特徴を有しているため、条件によっては、発熱が増大して高温下で使用される場合もある。このような条件下において、トラクション面における油が粘性および粘弾性挙動を示す領域が存在する。
【００２６】
このような油が粘性および粘弾性挙動を示す領域が存在する条件下では、トラクション係数が低下する。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
無段変速機は、トラクション面における油が弾塑性領域で使用されることが望ましい。しかし、自動車はさまざまな使用環境に対応し得る必要があり、自動車用無段変速機においても、そのオイル温度が−３０℃程度の極低温から１２０℃程度の高温にまでいたる極めて広範囲の温度条件で運転される可能性を有していて、トラクションオイルは、このような極低温での流動性をも十分に確保する必要があることから、高温時の粘度は低下することになり、したがって、前述のレオロジーモデルで言えば、粘弾性領域から弾塑性領域の範囲において使用されることになる。
【００２８】
一般の自動車用トラクションオイルにおいては、図１における入力ディスク３，出力ディスク５およびパワーローラ６のトラクション面の表面粗さが、これらのディスク３，５とパワーローラ６との間に介在するトラクションオイルの油膜厚さに対して十分に小さい場合には、例えば、油膜厚さが０．２μｍ程度に対して、表面粗さＲａが０．０５μｍ以下の場合には、押し付け力に対する伝達可能な力（この比がトラクション係数）は、伝達面の温度上昇と共に低下することになる。すなわち、運転時の温度条件に関係なく駆動力を伝達可能とするためには、高温時にも十分な伝達力が得られるような大きな押し付け力を設定する必要性が生じることとなる。
【００２９】
このように、高温時のトラクション係数が小さい場合には、所定の伝達力を得るために大きな押し付け力が必要となることから、この大きな押し付け力に耐え得る部品強度を確保するために、部品重量が増大してしまうと共に、各部品を支持するベアリングなどの摩擦損失が増大してしまい、その結果、自動車の動力損失が増大してしまうという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【００３０】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであって、従来と同様の油膜形成状態を維持しつつ、高温運転時においてもトラクション係数を高く保持することができ、加えて、押し付け力を高めることなく大きな駆動力を伝達することが可能である自動車用トロイダル式無段変速機を提供することを目的としている。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる自動車用トロイダル式無段変速機は、トラクション面の表面微細形状を改良することにより、転動疲労寿命を向上させ、粘性あるいは粘弾性領域にある油を弾塑性領域に移行させることにより、常時、塑性領域に近い状態、すなわち、限界せん断応力付近で使用することを特徴としており、本発明の請求項１に係わる発明では、トラクションドライブ用転動体を備え、このトラクションオイルの油膜あるいは境界膜の形成を維持しつつ限界せん断応力を上限として粘性せん断応力を増加すべく、トラクションドライブ用転動体の転動面にトラクションオイルの油膜厚さよりも深い微細な凹部が形成されて、常時限界せん断応力付近で運転される構成としたことを特徴としており、このような自動車用トロイダル式無段変速機の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００３２】
本発明の請求項２に係わる自動車用トロイダル式無段変速機において、表面粗さ計により測定される転動面の断面曲線は、微細な溝状凹部が複数配列されかつ凹部溝底までの距離を０．１〜２．５μｍとした形状をなし、トラクションオイルの油膜あるいは境界膜の形成を維持しつつ限界せん断応力を上限として粘性せん断応力が増加されて、限界せん断応力付近で運転される構成としている。
【００３３】
本発明の請求項３に係わる自動車用トロイダル式無段変速機は、温度に対するトラクション係数の変化率がＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に規定される中心線平均粗さＲａを０．０５μｍ以下、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に規定される２乗平均平方根粗さＲｑを０．０７μｍ以下、ＤＩＮ４７７６に規定される特殊負荷曲線パラメータにおける油溜り深さ率Ｋを０．９未満、この特殊負荷曲線パラメータにおける油溜り量Ｖ０を１．３×１０−５(ｍｍ3／ｍｍ2)以下とした転動面の表面形状で得られる変化率以下である構成とし、本発明の請求項４に係わる自動車用トロイダル式無段変速機は、圧力粘度係数αおよび平均圧力Ｐmeanの積α×Ｐmeanと、トラクション係数との関係において、α×Ｐmeanに対するトラクション係数の変化率が０．０１以下である構成としている。
【００３４】
本発明の請求項５に係わる自動車用トロイダル式無段変速機は、すべり率と、トラクション係数との関係を表すトラクション曲線において、トラクションオイルの油膜厚さよりも深い微細な凹部を形成することにより、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に規定される中心線平均粗さＲａを０．０５μｍ以下、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に規定される２乗平均平方根粗さＲｑを０．０７μｍ以下、ＤＩＮ４７７６に規定される特殊負荷曲線パラメータにおける油溜り深さ率Ｋを０．９未満、この特殊負荷曲線パラメータにおける油溜り量Ｖ０を１．３×１０−５(ｍｍ3／ｍｍ2)以下とした転動面の表面形状で得られる傾きよりも線形領域におけるすべり率に対するトラクション係数の傾きを大きくしてある構成とし、本発明の請求項６に係わる自動車用トロイダル式無段変速機は、４０℃におけるトラクションオイルの圧力粘度係数が２０（１／ＧＰａ）以上である構成としている。
【００３５】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる自動車用トロイダル式無段変速機では、微細な凹部を形成することで、常時、限界せん断応力付近で運転されるようにしているため、高温運転時においても、トラクション係数が高く維持されて、押し付け力を高めなくても大きな駆動力が伝達されることとなる。
【００３６】
また、本発明の請求項１に係わる自動車用トロイダル式無段変速機では、金属接触が抑えられて、転動体の転動疲労寿命が従来程度に維持ないし向上することとなる。
【００３７】
本発明の請求項２に係わる自動車用トロイダル式無段変速機では、上記した構成としたから、高温運転時においてもトラクション係数が高く維持されて、高い押し付け力を必要とすることなく大きな駆動力が安定して伝達されることとなり、金属接触が抑えられて、転動体の転動疲労寿命が従来程度に維持ないし向上することとなる。
【００３８】
本発明の請求項３，４に係わる自動車用トロイダル式無段変速機では、上記した構成としているので、いずれも耐久性が向上することとなり、本発明の請求項５に係わる自動車用トロイダル式無段変速機では、上記した構成としたため、効率が向上することとなり、本発明の請求項６に係わる自動車用トロイダル式無段変速機では、上記した構成としたから、高温運転時においても、トラクション係数が高く維持されて、押し付け力を高めなくても大きな駆動力の安定した伝達がなされることとなると共に、低温での粘度が低下することとなって、寒冷地における発進時の特性が著しく改善されることとなる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる自動車用トロイダル式無段変速機では、上記した構成としているので、高温運転時においても、トラクション係数を高く維持することができ、その結果、押し付け力を高めることなく大きな駆動力を伝達することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００４０】
また、本発明の請求項１に係わる自動車用トロイダル式無段変速機では、金属接触を抑えることで、転動体の転動疲労寿命を維持ないし向上させることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００４１】
本発明の請求項２に係わる自動車用トロイダル式無段変速機では、上記した構成としたため、高温運転時においても、トラクション係数を高く維持することが可能であり、高い押し付け力を必要とすることなく大きな駆動力を安定して伝達することができ、加えて、転動体の転動疲労寿命の維持ないし向上を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００４２】
本発明の請求項３，４に係わる自動車用トロイダル式無段変速機では、上記した構成としたから、いずれの場合も耐久性の向上を実現することができ、本発明の請求項５に係わる自動車用トロイダル式無段変速機では、上記した構成としているので、効率を格段に向上させることが可能であり、本発明の請求項６に係わる自動車用トロイダル式無段変速機では、上記した構成としたため、高温運転時においても、高い押し付け力を必要とすることなく大きな駆動力を安定して伝達することができると共に、寒冷地における発進時の特性を大幅に改善することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００４３】
本発明に係わる自動車用トロイダル式無段変速機では、以上の効果に加えて、トラクション係数が温度に対してロバストとなる効果をももたらし、高温運転時においてもトラクション係数を高く維持して、押し付け力を高めることなく大きな駆動力を安定して伝達することができる。
【００４４】
また、線形領域以上のすべり率でのトラクション係数がすべり率に対してロバストとなる効果をももたらすことから、スピン等の滑りが存在する運動下においても、トラクション係数を高く維持することができ、押し付け力を高めることなく大きな駆動力を安定して伝達することができる。
【００４５】
さらに、圧力粘度係数αおよび平均圧力Ｐmeanの積α×Ｐmeanに対してトラクション係数がロバストとなり、広範囲の運転条件においても、トラクション係数を高く維持することができ、押し付け力を高めることなく大きな駆動力を安定して伝達することができ、加えて、トラクション油の粘度が異なったとしても、トラクション特性が、温度，すべり率，α×Ｐmeanに対してロバストとなる効果をも有している。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明に係わる自動車用トロイダル式無段変速機について実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【００４７】
まず、以下の実施例１〜３および比較例１，２の試験片としての各転動体のトラクション性能を調べるのに用いる２円筒転がり試験機について説明する。
【００４８】
図５に概略的に示すように、上記２円筒転がり試験機２１は、試験片としての一方の転動体２４を支持する従軸２５と、同じく試験片としての他方の転動体２２を支持する主軸２３を備えており、主軸２３にトルクセンサ２６を設けていると共に、サーボモータ２７のモータ軸２７ａとの間に主軸タイミングベルト２８を掛け渡している。
【００４９】
また、従軸２５は、軸方向と直交する方向に移動するスライドベース３４に軸受２９を介して固定されていると共に、スライドベースＢ上に固定されたサーボモータ３０のモータ軸３０ａとの間に掛け渡された従軸タイミングベルト３１を介してモータ軸３０ａに連結されており、このスライドベース３４をエアシリンダ３２で加圧することにより、従軸２５に取り付けた転動体２４をベースＢおよびサーボモータ３０とともに移動させて、両転動体（試験片）２４，２２を相互に接触させて転動させるようになっている。この場合、一方の転動体（試験片）２４および他方の転動体（試験片）２２の転動は、トラクションオイルのオイルバス(油浴)３３中において行い、エアシリンダ３２の加圧により垂直荷重を発生させるようになっている。
【００５０】
この２円筒転がり試験機２１では、他方の転動体２２側の主軸２３に設けたトルクセンサ２６で主軸２３に発生するトルクを測定することにより、トラクション係数を算出することができるものとしている。
【００５１】
そして、この２円筒転がり試験機２１を用いてトラクション性能を調べる場合、まず、実施例１〜３および比較例１，２の試験片としての各転動体の油溜り深さ率Ｋ，油溜り量Ｖｏおよび２乗平均平方根粗さＲｑを測定した後、表２に示す運転条件のもとに、これらの転動体に対して転がり滑り試験を実施してトルクおよび油膜形成率を測定する。
【００５２】
【表２】
0003685088.tif 000008
【００５３】
(実施例１)
この実施例において、一方の転動体２４については、直径が４０ｍｍ、厚さが２０ｍｍであって、トラクション転動面がフラットな円筒形状をなすものとした。これはＪＩＳ  Ｇ  ４０５２に規定されるＳＣＭ４２０Ｈ鋼(クロムモリブデン鋼)の浸炭焼入れ焼戻し材に研削加工を施した後、先端Ｒが５０μｍの焼結体立方晶窒化ほう素(ｃ−ＢＮ)工具を用いて、切削速度２５０ｍ／ｍｉｎ，送り０．０５ｍｍ／ｒｅｖ，片肉切り込み量０．００３ｍｍの条件で超精密切削を行い、この後、テープラップを施して表面粗さの凸部を削り落として製作し、表面微細形状を連続した溝と平坦部の組み合わせとした。
【００５４】
他方の転動体２２については、直径が４０ｍｍ、厚さが２０ｍｍ、トラクション転動面がＲ＝７００ｍｍ、もしくは２０ｍｍのクラウニング形状をなすように、ＪＩＳ  ＳＣＭ４２０Ｈ鋼の浸炭焼入れ焼き戻し材に、研削および超仕上げ加工を施して製作し、トラクション転動面を中心線平均粗さＲａ＝０．０２１μｍ，最大高さＲｙ＝０．１５５μｍに仕上げた。
【００５５】
なお、他方の転動体２２に関しては、以下に示す実施例２，３および比較例１，２においてもこれと同様とした。
【００５６】
(実施例２)
この実施例において、一方の転動体２４については、直径が４０ｍｍ、厚さが２０ｍｍであって、トラクション転動面がフラットな円筒形状をなすものとした。これは、ＪＩＳ  ＳＣＭ４２０Ｈ鋼を浸炭焼入れ焼き戻しするのに続いて、トラクション転動面に研削および超仕上げ加工を施した後、空気式ショットピーニング機によりショットピーニングを施して製作した。この際、投射材として硬さ７５０Ｈｖでかつ平均粒径０．０５ｍｍの鋼球を用い、トラクション転動面となる外径円筒面の各位置に対してほぼ均一の投射量となるように、ショットピーニング機のノズルを回転させたワークの回転軸の方向に首を振らせつつ、エア圧５ｋｇ／ｃｍ２で２０秒間投射した。
【００５７】
このショットピーニング処理により、トラクション転動面となる外径円筒面にランダムな凹凸形状を形成した後、テープラップを施すことにより、表面粗さの凸部を削り落とし、表面微細形状をディンプルと平坦部の組み合わせとした。
【００５８】
これの表面形状を測定した結果、直径５μｍ以上３０μｍ以下でかつ深さ０．１μｍ以上1μｍ以下のディンプルが占める面積率が３８％、１００μｍ四方当たりの当該のディンプルが２８個となっていて、中心線平均粗さＲａ＝０．１２１μｍ，最大高さＲｙ＝０．７８０μｍに仕上がっていた。
【００５９】
(実施例３)
この実施例において、一方の転動体２４については、直径が４０ｍｍ、厚さが２０ｍｍであって、トラクション転動面がフラットな円筒形状をなすものとした。これは、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５２に規定されるＳＣＭ４２０Ｈ鋼（クロムモリブデン鋼）に浸炭焼入れ焼戻しを施し、トラクション転動面に超仕上げ加工を施して転動方向とほぼ直交となる研削加工目として試験に供した。
【００６０】
(比較例１，２)
この比較例１，２において、一方の転動体２４については、直径が４０ｍｍ、厚さが２０ｍｍであって、トラクション転動面がフラットな円筒形状をなすものとした。これは、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５２に規定されるＳＣＭ４２０Ｈ鋼（クロムモリブデン鋼）に、浸炭焼入れ焼戻しを施し、比較例１では、トラクション転動面に超仕上げ加工を施して転動方向とほぼ平行な研削加工目の円筒を準備し、一方、比較例２では、トラクション転動面に超仕上げ加工を施して転動方向と４５°の研削加工目の円筒を準備して試験に供した。
【００６１】
次に、以下の実施例４および比較例３の試験片としての各転動体のトラクション性能を調べるのに用いる４円筒転がり試験機について説明する。
【００６２】
図６に示すように、この４円筒転がり試験機は、回転軸５１に支持された従動側転動体５２の外周面に、互いに平行な３本の回転軸５３ａ〜５３ｃで個別に支持された３個の駆動側転動体５４ａ〜５４ｃを接触させ、３本の回転軸５３ａ〜５３ｃのうちの１本（５３ａ）に加圧機構により負荷を加えることで、従動側転動体５２の外周面に各駆動側転動体５４ａ〜５４ｃを圧接させる構造になっている。
【００６３】
加圧機構は、３本の加圧用アーム５５ａ〜５５ｃをＴ型に配置して、各アーム５５ａ〜５５ｃを上下方向に揺動自在に保持し、直線状に配置した横２本のアーム５５ａ，５５ｂの外側の端部にウエイト５６を吊り下げると共に、両アーム５５ａ，５５ｂの内側の端部同士を上下に重合させており、残る縦１本のアーム５５ｃは、一端部を横のアーム５５ａ，５５ｂの重合部分の上側に重合すると共に、他端部を先の駆動側転動体５４ａの回転軸５３ａに設けた加圧部５７に当接させた構成をなしている。
【００６４】
このような４円筒転がり試験機は、加圧機構において、左右のウエイト５６の重量を各アーム５５ａ〜５５ｃを介して加圧部５７に作用させ、従動側転動体５２の外周面に各駆動側転動体５４ａ〜５４ｃを圧接させるようになっており、従動側転動体５４の回転軸５１に発生するトルクを測定することにより、トラクション係数を算出することができるようになっている。
【００６５】
(実施例４)
この実施例において、従動側転動体５２については、直径が６０ｍｍ、厚さが１０ｍｍであって、トラクション転動面がフラットな円筒形状をなすものとした。これは、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５２に規定されるＳＣＭ４２０Ｈ鋼（クロムモリブデン鋼）に、浸炭焼入れ焼戻しを施すのに続いて研削加工を施した後、先端Ｒが５０μｍの焼結体立方晶窒化ほう素(ｃ−ＢＮ)工具を用いて、切削速度２５０ｍ／ｍｉｎ，送り０．１２ｍｍ／ｒｅｖ，片肉切り込み量０．００５ｍｍの条件で超精密切削を行い、この後、テープラップを施して表面粗さの凸部を削り落として製作し、表面微細形状を連続した溝と平坦部の組み合わせとした。
【００６６】
３つの駆動側転動体５４ａ〜５４ｃについては、直径が６０ｍｍ、厚さが１０ｍｍ、トラクション転動面がＲ＝３０ｍｍのクラウニング形状をなすように、ＪＩＳ  ＳＣＭ４２０Ｈ鋼の浸炭焼入れ焼き戻し材に、研削および超仕上げ加工を施して製作し、トラクション転動面を中心線平均粗さＲａ＝０．０２１μｍ，最大高さＲｙ＝０．１５５μｍに仕上げた。そして、加工目方向は、転がり方向とほぼ平行になるように仕上げた。
【００６７】
(比較例３)
この比較例において、従動側転動体５２については、直径が６０ｍｍ、厚さが１０ｍｍであって、トラクション転動面がフラットな円筒形状をなすものとした。これは、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５２に規定されるＳＣＭ４２０Ｈ鋼（クロムモリブデン鋼）に、浸炭焼入れ焼戻しを施すのに続いて研削加工を施した後、超仕上げ加工を施して製作し、トラクション面を中心線平均粗さＲａ＝０．０２３μｍ，最大高さＲｙ＝０．１６６μｍに仕上げた。
【００６８】
３つの駆動側転動体５４ａ〜５４ｃについては、直径が６０ｍｍ、厚さが１０ｍｍ、トラクション転動面がＲ＝３０ｍｍのクラウニング形状をなすように、ＪＩＳ  ＳＣＭ４２０Ｈ鋼の浸炭焼入れ焼き戻し材に、研削および超仕上げ加工を施して製作し、トラクション面を中心線平均粗さＲａ＝０．０２１μｍ，最大高さＲｙ＝０．１５５μｍに仕上げ、いずれれの円筒も加工目方向は転がり方向と平行となるように仕上げた。
【００６９】
実施例１〜４および比較例１〜３における各転動体の各々の最大高さＲｙ，中心線平均粗さＲａ，２乗平均平方根粗さＲｑ，油溜り量Ｖｏおよび油溜り深さ率Ｋを表３に示す。
【００７０】
【表３】
0003685088.tif 000009
【００７１】
そこで、上記実施例１〜３および比較例１，２の試験片としての各転動体に対して、２円筒転がり試験機１０を用いた転がり滑り試験を実施してトルクおよび油膜形成率を測定した。
【００７２】
本試験は、φ４０ｍｍフラット円筒とφ４０ｍｍ−Ｒ２０ｍｍクラウニング円筒の組み合わせで行った。この際、測定は、回転数５００ｒｐｍ，油温度１００℃，平均面圧０．３５ＧＰａ，すべり率０〜５％の条件のもとで行い、この条件下でのトルクを計測した。
【００７３】
そして、計測したトルクから接線力を算出し、さらに接触楕円面積で除することによってせん断応力を求めた。また、すべり率および回転数から相対すべり速度を算出し、これをＨａｍｒｏｋ−Ｄｏｗｓｏｎの式に基づいて求めた中央油膜厚さで除することによってせん断率を算出した。さらに、油膜形成率は、電気抵抗法により計測し、計測電圧を完全分離状態における電圧で除した値と定義した。
【００７４】
図７（ａ）は、上記のようにして求めたせん断率−せん断応力の関係を示し、図７（ｂ）は、上記のようにして求めたせん断率−油膜形成率の関係を示している。
【００７５】
図７(ａ)，(ｂ)に示すように、実施例１〜３では、比較例１に比べて金属接触の程度を増すことなくせん断応力を増加させることができることがわかった。また、本試験条件では、比較例１においてアイリング粘性領域となるように油温および面圧を選定して行ったが、このような条件下においても、実施例のような表面凹凸を有する場合には塑性領域に移行することがわかった。
【００７６】
一方、比較例２に示したように、表面の形状によっては、せん断応力、すなわち、トラクション係数を実施例１よりも大きくすることが可能であるが、この場合には、金属接触の程度が増大していることから、耐久性が劣化することが懸念される。このように、実施例１〜３では、金属接触の程度を悪化させることなく、すなわち、油膜あるいは境界膜を維持しつつ、せん断応力(トラクション係数)の向上を実現できることがわかった。
【００７７】
次に、実施例１および比較例１に示した転動体を用い、上記試験と同様に、これらの転動体に対して、２円筒転がり試験機１０を用いた転がり滑り試験を実施してトルクおよび油膜形成率を測定した。
【００７８】
本試験において、φ４０ｍｍフラット円筒とφ４０ｍｍ−Ｒ２０ｍｍクラウニング円筒の組み合わせで行い、測定は、回転数２５００ｒｐｍ，油温度４０，８０，１２０，１４０℃，平均面圧０．８２ＧＰａ，すべり率０〜５％の条件のもとで行った。この場合、すべり率５％におけるトルクから接線力を求め、さらに、押し付け荷重で除することによって、トラクション係数を算出した。また、油膜形成率は、電気抵抗法により計測し、計測電圧を完全分離状態における電圧で除した値と定義した。
【００７９】
図８は、上記のようにして求めた温度−トラクション係数の関係を示し、図９は、上記のようにして求めた温度−分離電圧(油膜形成率)の関係を示している。また、このときの温度に対するトラクション係数（μＴ）の変化率を表４に示す。
【００８０】
【表４】
0003685088.tif 000010
【００８１】
比較例１の場合には、温度の上昇とともにトラクション係数は減少した。これに対して、表面形状を形成した実施例１の場合には、温度に対してトラクション係数はほぼ一定値を示した。
【００８２】
一方、油膜形成率は実施例１および比較例１のいずれにおいても、温度の増加とともに減少する傾向を示したが、実施例１および比較例１の油膜形成率の差は小さいことがわかった。
【００８３】
以上のように、表面形状を形成した実施例１の場合においても、金属接触の程度を比較例１と同程度にしながらトラクション係数を向上させることが可能であることがわかった。なお、今回使用した油Ａの粘度特性は、表５に示すとおりである。本実施例以外の場合にも、油Ａを使用している。
【００８４】
【表５】
0003685088.tif 000011
【００８５】
次に、実施例１および比較例１に示した転動体を用い、上記試験と同様に、これらの転動体に対して、２円筒転がり試験機１０を用いた転がり滑り試験を実施してトルクおよび油膜形成率を測定した。
【００８６】
本試験において、φ４０ｍｍフラット円筒とφ４０ｍｍ−Ｒ２０ｍｍクラウニング円筒の組み合わせ、および、φ４０ｍｍフラット円筒とφ４０ｍｍ−Ｒ７００ｍｍクラウニング円筒の組み合わせで行った。測定は、回転数２５０，５００，２５００ｒｐｍ，油温度４０，８０，１２０，１４０℃，平均面圧は０．２４，０．３５，0.８２ＧＰａ，すべり率０〜５％の条件のもとで行った。この場合も、すべり率５％におけるトルクから接線力を求め、さらに押し付け荷重で除することによりトラクション係数を算出した。各温度における油Ａの圧力粘度係数αは表６に示すとおりである。
【００８７】
【表６】
0003685088.tif 000012
【００８８】
図１０は、この圧力粘度係数αおよび平均面圧Ｐmeanの積α×Ｐmeanと、トラクション係数との関係を示しており、このときの（Δα×Ｐ）に対するトラクション係数（μＴ）の変化率を表７に示す。
【００８９】
【表７】
0003685088.tif 000013
【００９０】
図１０より明らかなように、比較例１は、α×Ｐmeanの減少に伴ってトラクション係数が減少したが、実施例１はα×Ｐmeanが減少してもトラクション係数は減少せずに、ほぼ一定の値を示した。すなわち、比較例１の場合ではα×Ｐmeanが小さくそしてトラクション係数が低下してしまうような条件下でも、実施例１の場合は、トラクション係数が低下しないという優れた効果があることが実証できた。
【００９１】
次に、実施例４および比較例３に示した転動体を用い、これらの転動体に対して、４円筒転がり試験機を用いた転がり滑り試験を実施してトルクを測定した。
【００９２】
本試験において、測定は、回転数１００００ｒｐｍ，油温度１５０℃，平均面圧１．９ＧＰａ，すべり率０〜３％の条件のもとで行い、計測したトルクから接線力を求め、さらに押し付け荷重で除することによってトラクション係数を算出した。
【００９３】
図１１は、すべり率とトラクション係数の関係を示しており、このときのすべり率（Ｓｌｉｐ）に対するトラクション係数（μＴ）の変化率を表８に示す。
【００９４】
【表８】
0003685088.tif 000014
【００９５】
図１１からわかるように、線形領域以上のすべり率において、比較例３はすべり率の増加に伴ってトラクション係数が低下してしまうのに対して、実施例４はすべり率が増加してもトラクション係数はほとんど減少せず、ほぼ一定値を示した。すべり率の増加に伴う比較例３のトラクション係数の減少は、せん断発熱が増加することにより、油膜内の温度が上昇したことに起因し、油が粘性的な特性を示したためと考えられる。一方、実施例４においては、表面形状の効果により、粘性的な特性を示している油を塑性的特性、すなわち、限界せん断応力的な特性にまで引き上げることにより、図１１のような結果を示したものと考えられる。
【００９６】
次に、および比較例１に示した転動体を用い、上記試験と同様に、これらの転動体に対して、２円筒転がり試験機１０を用いた転がり滑り試験を実施してトルクを測定した。
【００９７】
本試験において、φ４０ｍｍフラット円筒とφ４０ｍｍ−Ｒ７００ｍｍクラウニング円筒の組み合わせで行い、測定は、回転数２５０，５００，２５００ｒｐｍ，油温度１００℃，平均面圧０．２４ＧＰａ(荷重５ｋｇ)，０．３５ＧＰａ(荷重１５ｋｇ)，すべり率０〜７．５％の条件のもとで行った。この場合、計測したトルクから接線力を求め、さらに押し付け荷重で除することによってトラクション係数を算出した。
【００９８】
図１２および図１３はすべり率とトラクション係数の関係を示しており、このときのすべり率（Ｓｌｉｐ）に対するトラクション係数（μＴ）の変化率を表９に示す。
【００９９】
【表９】
0003685088.tif 000015
【０１００】
図１２および図１３に示すように、実施例１の線形領域におけるトラクション曲線の傾きは、比較例１のトラクション曲線の傾きに比べて大きい。このトラクション曲線における線形領域の傾きは伝達効率を表しており、したがって、実施例１の場合には伝達効率が向上することが実証できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車用トロイダル式無段変速機の基本構成を示す断面説明図である。
【図２】すべり率の変化に応じたトラクション係数の変化曲線(トラクション曲線)を示すグラフである。
【図３】油膜の弾性的性質と粘性的性質とを組み合わせたモデルを示す説明図である。
【図４】せん断速度とせん断応力とを組み合わせたモデルを示すグラフ（ａ）および図４（ａ）の横軸を対数とした場合のグラフ(ｂ)である。
【図５】転動体のトラクション面のトラクション性能を調べるのに用いた２円筒転がり試験機の概略構造説明図である。
【図６】転動体のトラクション面のトラクション性能を調べるのに用いた４円筒転がり試験機の概略構造説明図である。
【図７】せん断率−せん断応力の関係を示すグラフ（ａ）およびせん断率−油膜形成率の関係を示すグラフ（ｂ）である。
【図８】温度−トラクション係数の関係を示すグラフ (ａ)，(ｂ)である。
【図９】温度−分離電圧(油膜形成率)の関係を示すグラフ(ａ)，(ｂ)である。
【図１０】圧力粘度係数αおよび平均面圧Ｐmeanの積α×Ｐmeanとトラクション係数との関係を示すグラフである。
【図１１】４円筒転がり試験機を用いた転がり滑り試験を行った際のすべり率とトラクション係数の関係を示すグラフである。
【図１２】２円筒転がり試験機を用いた転がり滑り試験を行った際の荷重５ｋｇにおけるすべり率とトラクション係数の関係を示すグラフ(ａ)，(ｂ)である。
【図１３】２円筒転がり試験機を用いた転がり滑り試験を行った際の荷重１５ｋｇにおけるすべり率とトラクション係数の関係を示すグラフ(ａ)，(ｂ)である。
【符号の説明】
３  入力ディスク
５  出力ディスク
６  パワーローラ
２２  他方の転動体
２４  一方の転動体
【図１】
0003685088.tif 000016
【図２】
0003685088.tif 000017
【図３】
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【図４】
0003685088.tif 000019
【図５】
0003685088.tif 000020
【図６】
0003685088.tif 000021
【図７】
0003685088.tif 000022
【図８】
0003685088.tif 000023
【図９】
0003685088.tif 000024
【図１０】
0003685088.tif 000025
【図１１】
0003685088.tif 000026
【図１２】
0003685088.tif 000027
【図１３】
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