(57)【要約】【課題】  少ない潤滑油で、出力側ディスク１１の内周面と回転軸の外周面との間に設けたラジアルニードル軸受１３の摩耗防止を図れる構造を実現する。【解決手段】  このラジアルニードル軸受１３を構成する各ニードル１６、１６の転動面と、入力回転軸１の中間部外周面に形成した内輪軌道１５及び上記出力側ディスク１１の内半部内周面に形成した外輪軌道１４とのうちの少なくとも一方の面を、潤滑被膜により被覆する。この潤滑被膜は、固体潤滑剤をショット・ピーニングにより当該面に衝突させる事により形成する。この為、得られる潤滑被膜の強度が高くなり、上記ラジアルニードル軸受１３の摩耗を長期間に亙って抑えられる。【選択図】  図２
2006242315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に支持された回転軸と、それぞれが断面円弧形の凹面である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態でこの回転軸の軸方向２個所位置に、この回転軸と同期した回転を自在として支持された１対の外側ディスクと、この回転軸の中間部周囲に、断面円弧形の凹面である軸方向側面をこれら両外側ディスクの軸方向片側面に対向させた状態で、ラジアルニードル軸受を介して上記回転軸の周囲に、この回転軸に対する相対回転を自在に支持された内側ディスクと、軸方向に関してこの内側ディスクの軸方向側面と上記両外側ディスクの軸方向片側面との間位置にそれぞれ複数個ずつ、上記回転軸に対し捩れの位置にある枢軸を中心とする揺動変位を自在に設けられた支持部材と、これら各支持部材に回転自在に支持され、球状凸面としたそれぞれの周面を、上記内側ディスクの軸方向側面と上記両外側ディスクの軸方向片側面とに転がり接触させたパワーローラとを備えたトロイダル型無段変速機に於いて、上記ラジアルニードル軸受を構成する各ニードルの転動面と、このラジアルニードル軸受の軌道面である、上記回転軸の中間部外周面及び上記内側ディスクの一部内周面とのうちの少なくとも一方の面が、固体潤滑剤をショット・ピーニングにより当該面に衝突させる事により形成された、潤滑被膜により被覆されている事を特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項２】
潤滑被膜が、予め微小凹部を形成された面に被覆されている、請求項１に記載したトロイダル型無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば自動車用自動変速装置を構成する変速ユニットとして、或いはポンプ等の各種産業機械の運転速度を調節する為の変速装置として利用する、トロイダル型無段変速機の改良に関し、効率の向上と耐久性及び信頼性の向上とを両立させるものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１〜２等に記載されている様に、自動車用自動変速装置の変速ユニットとして、図１〜３に示す様なトロイダル型無段変速機を使用する事が研究され、一部で実施されている。このトロイダル型無段変速機は、ダブルキャビティ型と呼ばれるもので、特許請求の範囲に記載した回転軸である入力回転軸１の周囲に、それぞれが特許請求の範囲に記載した外側ディスクである１対の入力側ディスク２ａ、２ｂを支持している。これら両入力側ディスク２ａ、２ｂは上記入力回転軸１に対し、それぞれがトロイド曲面（断面円弧形の凹面）であって特許請求の範囲に記載した軸方向片側面に相当する入力側内側面３、３同士を互いに対向させた状態で、それぞれボールスプライン４、４を介して支持している。従って上記両入力側ディスク２ａ、２ｂは、互いに同心に、且つ、同期した回転を自在に支持されている。
【０００３】
又、上記入力回転軸１の中間部は、トロイダル型無段変速機を収納したケーシング５内に設置した隔壁部６に設けた通孔７を挿通している。この通孔７の内径側には、円筒状の出力筒８を、１対の転がり軸受９、９により回転自在に支持しており、この出力筒８の中間部外周面に出力歯車１０を固設している。又、この出力筒８の両端部で上記隔壁部６の両外側面から突出した部分に、それぞれが特許請求の範囲に記載した内側ディスクに相当する出力側ディスク１１、１１の外半部（互いに対向する側の半部）を、スプライン係合により、上記出力筒８と同期した回転自在に支持している。この状態で、それぞれがトロイド曲面であって特許請求の範囲に記載した軸方向側面に相当する、上記両出力側ディスク１１、１１の出力側内側面１２、１２が、上記両入力側内側面３、３に対向する。
【０００４】
又、上記両出力側ディスク１１、１１の内半部（互いに反対側の半部）内周面と上記入力回転軸１の中間部外周面との間に、ラジアルニードル軸受１３、１３を設けている。これら両ラジアルニードル軸受１３、１３を設ける為に、上記両出力側ディスク１１、１１の内半部内周面を円筒状の外輪軌道１４とし、上記入力回転軸１の中間部外周面を円筒状の内輪軌道１５としている。そして、これら外輪軌道１４と内輪軌道１５との間に複数本のニードル１６、１６を、保持器１７により保持した状態で、転動自在に設けている。この様な上記両ラジアルニードル軸受１３、１３は、トロイダル型無段変速機による動力伝達時に、上記両出力側ディスク１１、１１に加わるラジアル荷重を支承しつつ、上記入力回転軸１の軸方向の変位を許容する。
【０００５】
又、上記入力回転軸１の周囲で上記入力側、出力側両内側面３、１２同士の間部分（キャビティ）に、それぞれ複数個（一般的には２個又は３個）ずつのパワーローラ１８、１８を配置している。これら各パワーローラ１８、１８はそれぞれ、上記入力側、出力側両内側面３、１２に転がり接触する周面１９、１９を球状凸面としたもので、特許請求の範囲に記載した支持部材であるトラニオン２０、２０の内側面に、偏心軸２１、２１と、ラジアルニードル軸受２２、２２と、スラスト玉軸受２３、２３と、スラストニードル軸受２４、２４とにより、回転及び若干の揺動変位自在に支持されている。
【０００６】
即ち、上記各偏心軸２１、２１は、基半部と先半部とが互いに偏心しており、このうちの基半部を上記各トラニオン２０、２０の中間部に、別のラジアルニードル軸受２５、２５により、揺動変位自在に支持している。上記各パワーローラ１８、１８は、この様な偏心軸２１、２１の先半部に、上記ラジアルニードル軸受２２、２２と上記スラスト玉軸受２３、２３とにより、回転自在に支持している。又、構成各部材の弾性変形に基づく、上記入力回転軸１の軸方向に関する上記各パワーローラ１８、１８の変位を、上記別のラジアルニードル軸受２５、２５と上記各スラストニードル軸受２４、２４とにより、自在としている。
【０００７】
又、上記各トラニオン２０、２０は、それぞれの長さ方向（図１、３の上下方向、図２の表裏方向）両端部にこれら各トラニオン２０、２０毎に互いに同心に設けられた枢軸２６、２６を中心として、揺動変位自在である。これら各トラニオン２０、２０を揺動（傾斜）させる動作は、油圧式のアクチュエータ２７、２７によりこれら各トラニオン２０、２０を上記各枢軸２６、２６の軸方向に変位させる事により行なう。変速時には、上記各アクチュエータ２７、２７への圧油の給排により、上記各トラニオン２０、２０を上記各枢軸２６、２６の軸方向に変位させる。この結果、上記各パワーローラ１８、１８の周面１９、１９と上記入力側、出力側各ディスク２ａ、２ｂ、１１、１１の入力側、出力側各内側面３、１２との接触部（トラクション部）の接線方向に作用する力の方向が変化するので、上記各トラニオン２０、２０が上記各枢軸２６、２６を中心として揺動変位する。
【０００８】
上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時には、エンジン等の動力源に繋がる駆動軸２８により一方（図１〜２の左方）の入力側ディスク２ａを、ローディングカム式の押圧装置２９を介して回転駆動する。この結果、前記入力回転軸１の両端部に支持された１対の入力側ディスク２ａ、２ｂが、互いに近づく方向に押圧されつつ同期して回転する。そして、この回転が、上記各パワーローラ１８、１８を介して上記両出力側ディスク１１、１１に伝わり、前記出力歯車１０から取り出される。尚、押圧装置として油圧式のものを使用する事も、従来から広く知られている。
【０００９】
上記入力回転軸１と出力歯車１０との回転速度の比を変える場合で、先ず入力回転軸１と出力歯車１０との間で減速を行なう場合には、上記各トラニオン２０、２０を図２に示す位置に揺動させ、上記各パワーローラ１８、１８の周面１９、１９をこの図２に示す様に、上記両入力側ディスク２ａ、２ｂの入力側内側面３、３の中心寄り部分と上記両出力側ディスク１１、１１の出力側内側面１２、１２の外周寄り部分とにそれぞれ転がり接触させる。反対に、増速を行なう場合には、上記各トラニオン２０、２０を図２と反対方向に揺動させ、上記各パワーローラ１８、１８の周面１９、１９を、図２に示した状態とは逆に、上記両入力側ディスク２ａ、２ｂの入力側内側面３、３の外周寄り部分と上記両出力側ディスク１１、１１の出力側内側面１２、１２の中心寄り部分とにそれぞれ転がり接触させる。上記各トラニオン２０、２０の揺動角度を中間にすれば、上記入力回転軸１と出力歯車１０との間で、中間の速度比（変速比）を得られる。
【００１０】
本発明の対象となるトロイダル型無段変速機の基本的な構成及び作用は上述の通りであるが、伝達効率の向上と耐久性の向上とを両立させる面から、上記両出力側ディスク１１、１１の内半部内周面と上記入力回転軸１の中間部外周面との間に設けたラジアルニードル軸受１３、１３の摩耗防止に就いて考慮する事が望まれる。即ち、このラジアルニードル軸受１３は、本来あまり大きなラジアル荷重を支承するものではないが、各ニードル１６、１６の転動面と外輪軌道１４及び内輪軌道１５との接触部、或いはこの転動面と保持器１７のポケットの内面との接触部で生じる滑り摩擦により、摩耗が発生し易い状態となる。この理由に就いて、図４〜５を参照しつつ説明する。
【００１１】
トロイダル型無段変速機の変速状態が減速状態で、各パワーローラ１８、１８の周面１９（図２〜３参照）と、入力側、出力側両内側面３、１２との転がり接触部（トラクション部）に関する開き角が、図４に鎖線αで示す状態である場合（減速時）、出力側ディスク１１は径方向反対側２個所位置の外径寄り部分を強く押圧される。この結果、この出力側ディスク１１は弾性変形し、その結果、上記外輪軌道１４が、図５に誇張して示す様に楕円形に変形し、この外輪軌道１４と上記内輪軌道１５との間隔が、円周方向に亙り不同になる。この為、上記各ニードル１６、１６は、図５の左右両側部分で上記両軌道１４、１５と転動面との接触面の面圧が高くなる状態と、同じく上下両側部分でこの面圧が低下若しくは喪失する状態とを繰り返す。
【００１２】
この結果、上記各ニードル１６、１６の転動面と上記両軌道１４、１５との接触状態は、純転がりではなく、滑りを含んだものとなり、接触部で摩耗が発生し易くなる。又、上記面圧のばらつきにより、上記各ニードル１６、１６の公転速度がばらつく為、一部のニードル１６、１６の転動面が、上記保持器１７のポケットの内面に強く押し付けられる。この結果、当該ニードル１６、１６の転動面とポケットの内面との接触部でも大きな滑り摩擦が発生し、当該接触部でも摩耗が発生し易い状態となる。この為従来は、上記両ラジアルニードル軸受１３、１３部分に多量の潤滑油（トラクションオイル）を供給する事で、上記２通りの理由による摩耗を抑える様にしていた。但し、多量の潤滑油を供給する事は、この潤滑油を供給する為のポンプを駆動する事による損失が大きくなり、その分、トロイダル型無段変速機全体としての効率が低下する。従って、この効率を向上させる為には、少ない潤滑油で、上記両ラジアルニードル軸受１３、１３部分の摩耗防止を図れる技術が求められる。
【００１３】
特許文献３には、潤滑油を使用できない部分で使用される転がり軸受の構成部材の表面に、各種固体潤滑剤製の潤滑被膜を形成する発明が記載されている。但し、この様な特許文献３に記載された発明は、この潤滑被膜を形成する為の具体的手段に就いては記載されていない。特許文献３に関する出願当時の技術水準から見て、通常のコーティングによるものと考えられる。本発明の対象となるトロイダル型無段変速機のラジアルニードル軸受１３、１３の場合、上述した様な出力側ディスク１１の弾性変形に基づき、転がり接触面に繰り返し大きな面圧が加わる。従って、通常のコーティングにより形成された潤滑被膜では、早期に剥離し、上記２通りの理由による摩耗を長期間に亙り抑える事は難しい。尚、特許文献４には、出力側ディスクの内周面の内半部で外輪軌道となるべき部分にショット・ピーニングを施す事が記載されている。但し、この様な特許文献４に記載された従来技術は、当該部分に圧縮残留応力を存在させて、当該部分に亀裂等の損傷が発生するのを防止する事を意図したもので、上記２通りの理由による摩耗を抑えられる技術ではない。
【００１４】
【特許文献１】特開平２−２８３９４９号公報
【特許文献２】特開平６−２８０９５９号公報
【特許文献３】特開昭６３−１２５８２４号公報
【特許文献４】特開平１１−１４８５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、少ない潤滑油で、出力側ディスクの内周面と回転軸の外周面との間に設けたラジアルニードル軸受の摩耗防止を図れる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のトロイダル型無段変速機は、前述の従来から知られているトロイダル型無段変速機と同様、例えば前述の図１〜３に示す様に、入力回転軸１等の回転軸と、入力側ディスク２ａ、２ｂ等の１対の外側ディスクと、出力側ディスク１１、１１等の内側ディスクと、トラニオン２０、２０等の複数の支持部材と、パワーローラ１８、１８とを備える。
【００１７】
このうち、入力回転軸１等の回転軸は、ケーシング内に支持されている。
又、上記入力側ディスク２ａ、２ｂ等の１対の外側ディスクは、入力側内側面３、３の如く、それぞれが断面円弧形の凹面である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で、上記回転軸（入力回転軸１）の軸方向２個所位置に、この回転軸（入力回転軸１）と同期した回転を自在として支持されている。
又、上記出力側ディスク１１、１１等の内側ディスクは、上記回転軸（入力回転軸１）の中間部周囲に、出力側内側面１２、１２の如く、断面円弧形の凹面である軸方向側面を上記両外側ディスクの軸方向片側面に対向させた状態で、ラジアルニードル軸受１３、１３を介して上記回転軸（入力回転軸１）の周囲に、この回転軸（入力回転軸１）に対する相対回転を自在に支持されている。
又、上記トラニオン２０、２０等の複数の支持部材は、軸方向に関して上記内側ディスクの軸方向側面と上記両外側ディスクの軸方向片側面との間位置にそれぞれ複数個ずつ、上記回転軸（入力回転軸１）に対し捩れの位置にある枢軸２６、２６を中心とする揺動変位を自在に設けられている。
更に、上記各パワーローラ１８、１８は、上記各支持部材（トラニオン２０、２０）に回転自在に支持され、球状凸面としたそれぞれの周面１９、１９を、上記内側ディスク（出力側ディスク１１、１１）の軸方向側面（出力側内側面１２、１２）と上記両外側ディスク（入力側ディスク２ａ、２ｂ）の軸方向片側面（入力側内側面３、３）とに転がり接触させている。
【００１８】
特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、上記ラジアルニードル軸受１３、１３の転がり接触部に、固体潤滑剤をショット・ピーニングにより被加工面に衝突させる事により形成された、潤滑被膜を介在させている。
即ち、上記ラジアルニードル軸受１３、１３を構成する各ニードル１６、１６の転動面と、このラジアルニードル軸受１３、１３の軌道面である、上記回転軸（入力回転軸１）の中間部外周面及び上記内側ディスク（出力側ディスク１１、１１）の一部内周面（内半部内周面）とのうちの少なくとも一方の面を、上記潤滑被膜により被覆している。
上記固体潤滑剤の種類は、必要とする耐熱性、耐油性（トラクションオイルにより変質しない事）を確保でき、微粉末を得られるものであれば、特に問わない。例えば、錫、錫合金、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化硼素、ポリエチレン、フッ素系樹脂、ポリアミド樹脂、金属石鹸、弗化カルシウム等が使用可能である。
上記潤滑被膜を形成する場合には、図６に示す様に、上述の様な固体潤滑剤の微粒子を、この潤滑被膜を形成すべき被加工面（図示の例では外輪軌道１４部分）に、強く吹き付ける。この結果、上記固体潤滑剤の微粒子が、上記被加工面を構成する母材（軸受鋼の如き高炭素鋼等の硬質金属材料）中に食い込む様にして、強固な潤滑被膜を形成する。
【発明の効果】
【００１９】
上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機によれば、長期間に亙る使用に拘らず、ラジアルニードル軸受１３、１３を構成する各ニードル１６、１６の転動面と、このラジアルニードル軸受１３、１３の軌道面である、上記回転軸（入力回転軸１）の中間部外周面及び上記内側ディスク（出力側ディスク１１、１１）の一部内周面（内半部内周面）との摩耗を抑えられる。そして、ラジアルニードル軸受１３、１３により回転軸（入力回転軸１）の中間部周囲に支持された内側ディスク（出力側ディスク１１、１１）の径方向に関する位置決めを確実に行なえる。この為、トロイダル型無段変速機の耐久性低下や伝達効率の低下に結び付く様な、内側ディスク（出力側ディスク１１、１１）の径方向位置のずれが発生する事を防止できる。又、摩耗に基づく金属粉の発生を抑えられて、摩耗粉による他の可動部の劣化防止も図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、潤滑被膜を、予め微小凹部を形成された面に被覆する。
この場合に形成する微小凹部の深さは、０．１〜５μｍ程度が適切である。上記潤滑被膜は、これら各微小凹部を埋める様に、母材の表面を被覆する。
この様な構成を採用すれば、上記潤滑被膜と上記母材との結合強度をより一層向上させて、上記面に被覆した潤滑被膜を、より長期間に亙って残留させる事ができ、各ラジアルニードル軸受１３、１３の転がり接触部の摩耗防止を、より長期間に亙り図れる。
即ち、相対変位する１対の面のうちの少なくとも一方の面に潤滑被膜を形成する際に、当該面に微小凹部が存在すれば、これら各微小凹部に固体潤滑剤を充填しつつ上記潤滑被膜を形成できて、潤滑被膜と微小凹部との機械的係合に基づくアンカ効果により、（平滑な表面に潤滑被膜を被覆する場合と比較して）上記潤滑被膜と上記母材との結合強度を格段に向上させる事ができる。そして、この潤滑被膜による上記各ラジアルニードル軸受１３、１３の摩耗防止を、より長期間に亙って図れる。
【００２１】
尚、この様な作用・効果を得る為には、上記各微小凹部の深さを０．１μｍ以上確保する事が必要である。これに対して、これら各微小凹部の深さが５μｍを超えると、上記作用・効果が飽和するだけでなく、これら各微小凹部を埋めて、潤滑被膜の表面粗さを適正にする為に母材の表面に被覆すべき固体潤滑剤の量が多くなり、この潤滑被膜を形成する為に要するコストが徒に嵩む。
そこで、好ましくは上記微小凹部の深さを、０．１μｍ以上、５μｍ以下とする。尚、これら各微小凹部を形成する作業は、ショット・ピーニング、或いはバレル加工により行なう。ショット・ピーニングにより行なう場合に使用するメディアとしては、鋼球、ガラスビーズ等、一般的なものを使用できる。
【００２２】
尚、本発明を実施する場合に好ましくは、潤滑被膜の厚さの平均値を、０．１〜８μｍの範囲に規制する。本発明の場合、上記ラジアルニードル軸受１３、１３を構成する各ニードル１６、１６の転動面と、このラジアルニードル軸受１３、１３の転動面である、前記回転軸（入力回転軸１）の中間部外周面及び前記内側ディスク（出力側ディスク１１、１１）の一部内周面（内半部内周面）とのうちの少なくとも一方の面を固体潤滑剤製の潤滑被膜により覆う事で、上記ラジアルニードル軸受１３、１３の転がり接触部分で生じる摩擦を低減する様にしているが、この潤滑被膜の厚さの平均値が小さ過ぎた（０．１μｍ未満である場合）には、上記摩擦を十分に低減できない｛転がり接触部分の潤滑被膜による被覆率を十分に（例えば面積率で７５％以上）確保する事が難しくなり、上記転がり接触部分の摩擦を十分に低減できない｝。又、仮に低減できた場合でも、上記潤滑被膜が早期に摩滅して、この摩擦低減効果が早期に喪失してしまう。これに対して、上記潤滑被膜の厚さの平均値が大き過ぎた（８μｍを越えた）場合には、上記摩擦低減及び潤滑被膜が摩滅するまでの時間の延長に関して効果が飽和するだけでなく、この潤滑被膜の一部が欠けて脱落し易くなる。そして、脱落した場合には、脱落の結果生じた微小片が、各転がり接触部等に入り込んで、振動や騒音の原因となる。
そこで、上記潤滑被膜の厚さの平均値として好ましい範囲を、０．１μｍ以上、８．０μｍ以下とする。この厚さの平均値を０．１〜８．０μｍの範囲内に収めれば、十分に強固な（欠落しにくい）潤滑被膜により、上記ラジアルニードル軸受１３、１３の転がり接触部を構成する各面を被覆した潤滑被膜の剥離防止を十分に図れる。
【００２３】
尚、上述の様な厚さを有する潤滑被膜は、前述した通りショット・ピーニングにより形成するが、この様にしてこの潤滑被膜を形成すれば、母材である上記各ニードル１６、１６（入力回転軸１、出力側ディスク１１、１１）を構成する、ＳＵＪ２の如き軸受鋼の表面部分が硬化する。即ち、本発明者が行なった実験では、上記潤滑被膜を形成すべく、固体潤滑剤（例えば、平均粒径が４５μｍのSn粉末、及び、平均粒径が３μｍのMoＳ2 粉末）をショットした後に、微小硬度計を用いた硬さ試験により、上記潤滑被膜により覆われた母材の最表面から２〜１５μｍの深さ範囲の硬度を測定したところ、この範囲で硬さが勾配をもち、勾配の最高位の硬さが処理前の母材硬さと比べて５〜２０％増大する事が確認された。この様な硬さの上昇は、上記潤滑被膜により覆われた母材の、転がり疲れ寿命確保の面から有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の対象となるトロイダル型無段変速機の１例を示す断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】同Ｂ−Ｂ断面図。
【図４】動力伝達に伴って出力側ディスクの内周面が楕円形に変形する理由を説明する為の部分断面図。
【図５】動力伝達に伴って出力側ディスクの内周面が楕円形に変形した状態を誇張して示す、図４のＣ−Ｃ断面図。
【図６】出力側ディスクの内周面に潤滑被膜を形成する状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１    入力回転軸
２ａ、２ｂ  入力側ディスク
３    入力側内側面
４    ボールスプライン
５    ケーシング
６    隔壁部
７    通孔
８    出力筒
９    転がり軸受
１０    出力歯車
１１    出力側ディスク
１２    出力側内側面
１３    ラジアルニードル軸受
１４    外輪軌道
１５    内輪軌道
１６    ニードル
１７    保持器
１８    パワーローラ
１９    周面
２０    トラニオン
２１    偏心軸
２２    ラジアルニードル軸受
２３    スラスト玉軸受
２４    スラストニードル軸受
２５    ラジアルニードル軸受
２６    枢軸
２７    アクチュエータ
２８    駆動軸
２９    押圧装置
【図１】
2006242315.tif 000003
【図２】
2006242315.tif 000004
【図３】
2006242315.tif 000005
【図４】
2006242315.tif 000006
【図５】
2006242315.tif 000007
【図６】
2006242315.tif 000008