(57)【要約】【課題】  動力伝達効率および寿命を向上させることができるトロイダル型無段変速機を提供する。【解決手段】  本発明のトロイダル型無段変速機は、エンジンからの回転力が入力される入力軸１と、この入力軸１に結合されて入力軸と一体で回転する入力側ディスク２と、この入力側ディスク２との間に設けられたパワーローラ１１を介して入力側ディスク２の回転力を所定の変速比で受ける出力側ディスク４と、入力側ディスク２の背面に配置され且つ入力側ディスク２を軸方向へ押圧するローディングカム式の押圧装置１２とを備え、押圧装置１２は、入力軸１と共に回転するローディングカム１０と、このローディングカム１０のカム面１３と入力側ディスク２のカム面１７との間で転動自在に保持された転動体１５とを有しているトロイダル型無段変速機において、転動体１５に窒化処理が施されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの回転力が入力される入力軸と、この入力軸に結合されて入力軸と一体で回転する入力側ディスクと、この入力側ディスクとの間に設けられたパワーローラを介して入力側ディスクの回転力を所定の変速比で受ける出力側ディスクと、前記入力側ディスクの背面に配置され且つ前記入力側ディスクを軸方向へ押圧するローディングカム式の押圧装置とを備え、前記押圧装置は、前記入力軸と共に回転するローディングカムと、このローディングカムのカム面と前記入力側ディスクのカム面との間で転動自在に保持された転動体とを有しているトロイダル型無段変速機において、前記転動体に窒化処理が施されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や各種産業機械の変速機などに利用可能なトロイダル型無段変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用変速機として、図３および図４に略示するようなトロイダル型無段変速機を使用することが一部で実施されている。このトロイダル型無段変速機は、入力軸１と同心に入力側ディスク２を支持し、入力軸1と同心に配置された出力軸３の端部に、出力側ディスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシングの内側には、入力軸１並びに出力軸３に対し捻れの位置にある枢軸（傾転軸）５，５を中心として揺動するトラニオン６，６が設けられている。各トラニオン６，６には、パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、入力側および出力側の両ディスク２，４の間に挟持（転接）されている。
【０００３】
入力側および出力側の両ディスク２，４の互いに対向する内周面２ａ，４ａの断面はそれぞれ、枢軸５を中心とする円弧或いはこのような円弧に近い曲線を回転させて得られる凹面を成している。そして、球状の凸面に形成された各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが各内周面２ａ，４ａに当接されている。
【０００４】
入力軸１と入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置１２が設けられている（例えば、特許文献１参照）。この押圧装置１２は、入力側ディスク２を出力側ディスク４に向けて弾性的に押圧している。また、押圧装置１２は、入力軸１と共に回転するローディングカムとしてのカム板１３と、保持器１４により保持された複数個(例えば４個)のローラ（転動体）１５とから構成されている。また、カム板１３の片側面(図３および図４の左側面)には、周方向に亙って凹凸面であるカム面１６が形成され、入力側ディスク２の外側面(図３および図４の右側面)にも同様のカム面１７が形成されている。そして、複数個のローラ１５は、入力軸1に対して放射方向に延びる軸を中心に回転できるように、支持されている。
【０００５】
このような構成のトロイダル型無段変速機においては、入力軸１を回転させると、その回転に伴ってカム板１３が回転し、カム面１６によって複数個のローラ１５，１５が、入力側ディスク２の外側面に設けられたカム面１７に押圧される。この結果、入力側ディスク２が複数のパワーローラ１１，１１に押圧されると同時に、１対のカム面１６，１７と複数個のローラ１５，１５の転動面との押し付け合いに基づいて、入力側ディスク２が回転する。そして、この入力側ディスク２の回転が、各パワーローラ１１，１１を介して、出力側ディスク４に伝達され、この出力側ディスク４に固定された出力軸３が回転する。
【０００６】
入力軸１と出力軸３との回転速度を変える場合であって、入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう場合には、枢軸５，５を中心として各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図３に示すように、入力側ディスク２の内周面２ａの中心寄り部分と出力側ディスク４の内周面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。
【０００７】
反対に、増速を行なう場合には、各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図４に示すように、入力側ディスク２の内周面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内周面４ａの中心寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。各変位軸９，９の傾斜角度を図３と図４との中間にすれば、入力軸1と出力軸３との間で、中間の変速比が得られる。
【０００８】
ところで、以上のように構成されて作用するトロイダル型無段変速機に組み込んだローディングカム式の押圧装置１２は、入力軸１の回転によって、入力側ディスク２を各パワーローラ１１，１１に向け押圧する力（推力＝スラスト荷重）を発生し、入力側および出力側両ディスク２、４の内周面２ａ、４ａと各パワーローラ１１，１１の周面１１ａとの当接部に、動力伝達のために必要な当接圧を付与する。このように当接圧を付与するための推力は、本来、入力軸１から出力軸３に伝達するトルクに比例したものとすることが好ましい。但し、各カム面１６，１７と各ローラ１５の転動面との接触部での摩擦に基づくヒステリシス等により、前記推力が前記トルクに応じた変化をしないことが、非特許文献２および特許文献３に記載されているように、従来から知られている。
【０００９】
【特許文献１】実公平１−３７２４９号公報
【非特許文献２】『日本機械学会論文集（Ｃ編）５６巻５２５号』（１９９０年５月発行）、第２０４〜２１０頁等
【特許文献３】特開２００３−３０７２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このようなヒステリシスが大きい場合には、トロイダル型無段変速機の動力伝達効率の低下や寿命低下を引き起こす虞がある。
【００１１】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、動力伝達効率および寿命を向上させることができるトロイダル型無段変速機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、請求項１に記載のトロイダル型無段変速機は、エンジンからの回転力が入力される入力軸と、この入力軸に結合されて入力軸と一体で回転する入力側ディスクと、この入力側ディスクとの間に設けられたパワーローラを介して入力側ディスクの回転力を所定の変速比で受ける出力側ディスクと、前記入力側ディスクの背面に配置され且つ前記入力側ディスクを軸方向へ押圧するローディングカム式の押圧装置とを備え、前記押圧装置は、前記入力軸と共に回転するローディングカムと、このローディングカムのカム面と前記入力側ディスクのカム面との間で転動自在に保持された転動体とを有しているトロイダル型無段変速機において、前記転動体に窒化処理が施されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のトロイダル型無段変速機では、ヒステリシスの発生原因が転動体とローディングカムとの滑り損失に起因することに着目し、転動体に対して摩擦力が小さくなる窒化処理を施しているため、転動体をねじる回転力が小さくなり、ヒステリシスが小さくなる。また、このようにヒステリシスが小さくなると、過剰押し付け力が小さくなり、トロイダル型無段変速機全体の動力伝達効率や疲労寿命も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の特徴は、ローディングカム式の押圧装置における転動体の摩擦力を低減するための手段にあり、その他の構成および作用は前述した従来の構成および作用と同様であるため、以下においては、本発明の特徴部分についてのみ言及し、それ以外の部分については、図３および図４と同一の符号を付して簡潔に説明するに留める。
【００１５】
図１および図２は本発明の実施の形態を示している。図１に示すように、入力軸１と入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置１２が設けられている。この押圧装置１２は、入力側ディスク２を出力側ディスク４に向けて弾性的に押圧している。また、押圧装置１２は、入力軸１と共に回転するローディングカムとしてのカム板１３と、保持器１４により保持された複数個(例えば４個)のローラ（転動体）１５とから構成されている。また、カム板１３の片側面(図１の左側面)には、周方向に亙って凹凸面であるカム面１６が形成され、入力側ディスク２の外側面(図１の右側面)にも同様のカム面１７が形成されている。そして、複数個のローラ１５は、入力軸1に対して放射方向に延びる軸を中心に回転できるように、支持されている。
【００１６】
具体的には、図２に示すように、各ローラ１５は、幅が狭く、一端面中央部に小径の突部４０を形成している。そして、これら各ローラ１５を、複数個ずつ（図示の例では３個ずつ）直列に組み合わせた状態で、保持器１４の円周方向複数個所にこの保持器１４の放射方向に形成した矩形のポケット４６の内側に、転動自在に保持している。ローディングカム装置１２の使用状態において、各ポケット４６の内側に設けた各ローラ１５は、互いに独立して回転する。このようにするのは、駆動側カム面１６および被駆動側カム面１７の内周側と外周側との速度差を吸収するためである。
【００１７】
ところで、入力側および出力側両ディスク２、４の内周面２ａ、４ａと各パワーローラ１１，１１の周面１１ａとの当接部に動力伝達のために必要な当接圧を付与する推力は、前述したヒステリシスによって差が生じてしまうが、このヒステリシスは、ローディングカム装置１２を構成するローラ１５の転動面２０と、駆動側カム面１６および被駆動側カム面１７との当接部での滑り摩擦により生じる。すなわち、トルク変動時にこれら両カム面１６，１７の回転方向の位相がずれることに伴って、ローラ１５は、転がりつつ、それぞれの転動面２０を上記両カム面１６，１７に対して変位させる。この際、円筒面である各ローラ１５の転動面２０と各カム面１６，１７との接触部の変位量は、これら各カム面１６，１７の径方向に関して不同になる。
【００１８】
すなわち、各ローラ１５は、それぞれの軸心を中心として、この軸心に対し直角方向に直進運動しようとするのに対して、各カム面１６，１７上の各点は、これら各カム面１６，１７の軸心を中心とする円弧運動をする。また、これらカム面１６，１７の一部で各ローラ１５の転動面２０と接触している、これら各カム面１６，１７の直径方向に存在する部分の変位速度を見た場合には、径方向外方に向かう程大きくなる。これらにより、ローディングカム装置１２の運転時には、各ローラ１５の転動面２０と各カム面１６，１７との接触部で滑り摩擦が生じることは避けられない。この滑り摩擦は、これら各面２０，１６，１７同士が変位することに対する抵抗になって、これら各面２０，１６，１７同士が変位するのを阻止する方向に作用する。しかも、変位を阻止しようとする方向が、トルクが変動する方向の違いに基づいて逆方向になるため、前述したように、ヒステリシスに基づく推力の差を生じさせる。
【００１９】
このような原因で生じる推力の差を小さくするため、本実施の形態では、ローラ１５に対して摩擦係数が小さくなる窒化処理を施している。これにより、ローラ１５をねじる回転力が小さくなり、ヒステリシスが小さくなる。また、このようにヒステリシスが小さくなると、過剰押し付け力が小さくなり、トロイダル型無段変速機全体の動力伝達効率や疲労寿命も向上する。
【００２０】
このように、ローディングカム式の押圧装置１２のローラ１５には、摩擦力が小さいことが求められるが、それと同時に、大きな動力が入力されるため、ローラ１５そのものの強度も必要とされる。通常、窒化処理は、焼き入れ焼き戻し等の硬化熱処理後に行なわれ、その処理温度は５００℃程度である場合が多いため、表面硬度は向上するものの、窒素が拡散しない芯部の硬さは低下する。しかしながら、窒化処理後の芯部の硬さは、窒化処理条件や素材成分によって異なるが、ローラの表面から５０μｍの深さにおける硬さをＨＲＣ５８以上とし、なおかつ芯部の硬さをＨＲＣ３０以上とすることが好ましい。
【００２１】
窒化処理は、処理温度が低く、処理時間が短いほど、処理後の芯部の硬さが低下しない傾向にある。低温窒化処理の好ましい形態の一例としては、比較的低温で処理が可能なＮｖ窒化プロセス（エア・ウオーター株式会社の商品名）がある。Ｎｖ窒化プロセスは、窒化処理前に例えばＮＦ３（三フッ化窒素）等のフッ素系ガスを用いて２５０℃〜４００℃でフッ化処理を行なうプロセスと、ＮＨ３ガスによる窒化処理を行なうプロセスとから成る。フッ化処理は、窒化反応を阻害するＣｒ酸化物を除去し、表面を活性化するフッ化層を形成するため、処理時間が短く、低温でも非常に均一な窒化層を形成することができる。
【００２２】
このような窒化処理方法以外にも、ＫＣＮＯまたはＮａＣＮＯ等のシアン酸塩を主成分とする塩浴中で行なう塩浴窒化、ＮＨ３−吸熱型変成ガス（ＣＯ、Ｎ２、Ｈ２を主成分とする）中にて処理を行なうガス軟窒化、Ｎ２−ＮＨ３混合ガス雰囲気中で処理を行なうガス窒化等が適用可能である。
【００２３】
また、素材の面では、合金鋼中のＣｒやＭｏ、Ｖ、Ｗ等の炭化物や窒化物を形成する元素や、焼き戻し軟化抵抗性の高いＭｎやＳｉ等の元素の含有量が高いほど、窒化処理後の高温硬さが低下しにくい傾向がある。これらの元素は、製綱や加工コストの許す限り、積極的に添加することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、シングルキャビティ型やダブルキャビティ型などのハーフトロイダル型無段変速機の他、トラニオンを有さないフルトロイダル型無段変速機にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係るトロイダル型無段変速機の要部断面図である。
【図２】図１のトロイダル型無段変速機の押圧装置を構成する保持器およびローラの平面図である。
【図３】従来から知られているトロイダル型無段変速機の基本的構成を最大減速時の状態で示す側面図である。
【図４】従来から知られているトロイダル型無段変速機の基本的構成を最大増速時の状態で示す側面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    入力軸
２    入力側ディスク
４    出力側ディスク
１１    パワーローラ
１２    押圧装置
１３    ローディングカム
１５    転動体
１６，１７    カム面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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