(57)【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、
前記両ディスクの外径寸法は２００ｍｍ以下、前記パワーローラの外径寸法は１２０ｍｍ以下であって、前記両ディスク及びパワーローラは、酸素量が１０ｐｐｍ以下の鋼を用い、トラクション面となる部分及び繰り返し曲げ応力を受ける部分に浸炭処理あるいは浸炭窒化処理が施されるとともに、前記トラクション面となる部分に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は、前記鋼として炭素：０．３５重量％以下の浸炭鋼を用い且つ前記トラクション面となる部分及び前記繰り返し曲げ応力を受ける部分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。
【請求項２】
前記入力ディスク，出力ディスク及びパワーローラの少なくとも１つが、シリコン：０．０５〜０．２重量％、マンガン：０．２〜０．７重量％を含む鋼からなることを特徴とする請求項１に記載のトロイダル形無段変速機。
【請求項３】
前記入力ディスク，出力ディスク及びパワーローラの少なくとも１つが、表面から０．１５ｍｍの深さの範囲に存在する最大圧縮応力が、−１３０〜−６０kgf/mm2 となっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトロイダル形無段変速機。
【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１２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１３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１１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１６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２１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号公報や実公平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（ＪＩＳＳＵＪ２，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−８３６２  ）。
【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、前記両ディスクの外径寸法は２００ｍｍ以下、前記パワーローラの外径寸法は１２０ｍｍ以下であって、前記両ディスク及びパワーローラは、酸素量が１０ｐｐｍ以下の鋼を用い、トラクション面となる部分及び繰り返し曲げ応力を受ける部分に浸炭処理あるいは浸炭窒化処理が施されるとともに、前記トラクション面となる部分に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は、前記鋼として炭素：０．３５重量％以下の浸炭鋼を用い且つ前記トラクション面となる部分及び前記繰り返し曲げ応力を受ける部分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、前記両ディスクの外径寸法は２００ｍｍ以下、前記パワーローラの外径寸法は１２０ｍｍ以下であって、前記両ディスク及びパワーローラは、酸素量が１０ｐｐｍ以下の鋼を用い、トラクション面となる部分及び繰り返し曲げ応力を受ける部分に浸炭処理あるいは浸炭窒化処理が施されるとともに、前記トラクション面となる部分に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は、前記鋼として炭素：０．３５重量％以下の浸炭鋼を用い且つ前記トラクション面となる部分及び前記繰り返し曲げ応力を受ける部分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、４．０ｍｍ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、２．０ｍｍ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、−６０Ｋｇｆ／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。
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、素材中に存在する酸素量を１０ｐｐｍ以下とする。
【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】
0003604415.tif 000002
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Ｈｖ６９７〜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（ＪＩＳ  ＳＵＪ−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】
0003604415.tif 000003
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Ｈｖ６９７〜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】
0003604415.tif 000004
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】
0003604415.tif 000005
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】
0003604415.tif 000006
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『ＳＰ』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３５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、ＳＰ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、５０〜２００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される。
【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、前記両ディスクの外径寸法は２００ｍｍ以下、前記パワーローラの外径寸法は１２０ｍｍ以下であって、前記両ディスク及びパワーローラは、酸素量が１０ｐｐｍ以下の鋼を用い、トラクション面となる部分及び繰り返し曲げ応力を受ける部分に浸炭処理あるいは浸炭窒化処理が施されるとともに、前記トラクション面となる部分に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は、前記鋼として炭素：０．３５重量％以下の浸炭鋼を用い且つ前記トラクション面となる部分及び前記繰り返し曲げ応力を受ける部分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ＳＰ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
【図１】
0003604415.tif 000007
【図２】
0003604415.tif 000008
【図３】
0003604415.tif 000009
【図４】
0003604415.tif 000010
【図５】
0003604415.tif 000011
【図６】
0003604415.tif 000012
【図７】
0003604415.tif 000013