(57)【要約】【課題】トラクション特性の改善を図りつつ、油膜を薄くして運転する条件下において、表面剥離や摩耗の発生を抑える。【解決手段】駆動側及び従動側の少なくとも一方の転動体の転動面１０に複数の微細溝１１を配置し、この転動面１０の表面粗さ計により測定される断面曲線に表れる溝１１間の凸部頂上から溝断面の凹部底までの高低差を３μｍ以下とすると共に、この転動体表面を０．ｌ〜１０質量％のジチオリン酸亜鉛，０．ｌ〜５質量％の金属系酸化防止剤及び０．１〜５質量％の金属系清浄分散剤を含有する潤滑油中で摺動することで形成される５〜５００ｎｍの被膜で覆った。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動面間にトラクションオイルを介在させて動力を伝達するトラクションドライブ用転動体において、駆動側及び従動側の少なくとも一方の転動体の転動面に複数の微細溝を配置し、この転動面の表面粗さ計により測定される断面曲線に表れる溝間の凸部頂上から溝断面の凹部底までの高低差を３μｍ以下とすると共に、この転動体表面を０．ｌ〜１０質量％のジチオリン酸亜鉛，０．ｌ〜５質量％の金属系酸化防止剤及び０．１〜５質量％の金属系清浄分散剤を含有する潤滑油中で摺動することで形成される５〜５００ｎｍの被膜で覆ってあることを特徴とするトラクションドライブ用転動体。
【請求項２】
微細溝の間隔を１００μｍ以上、３００μｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載のトラクションドライブ用転動体。
【請求項３】
微細溝深さが最大の溝部分において、転動面の表面粗さ計により測定される断面曲線に表れる溝間の凸部先端の曲率半径を２〜１０ｍｍとしてあることを特徴とするトラクションドライブ用転動体。
【請求項４】
円環凹面形状をなす転動面を備えた入力ディスクおよび出力ディスクを対向して配置し、これらの入力ディスクおよび出力ディスクの間に、円環凸面形状をなす転動面を備えた回転伝達用のパワーローラを傾動可能に介在させたトロイダル式無段変速機において、パワーローラ，入力ディスクおよび出力ディスクのうちの少なくとも１つを請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のトラクションドライブ用転動体としたことを特徴とする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、転動面を有し、この転動面間にトラクションオイルを介在させて動力を伝達するトラクションドライブ用転動体およびこのトラクションドライブ用転動体を用いたトロイダル式無段変速機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無段変速機は動力伝達性に優れているうえ、変速ショックが発生しないことから多方面で研究されているが、その中でも、大きな動力を伝達することを目的とした方式、すなわち、トラクションオイルを介在させて転動面同士で動力を伝達する方式（トラクションドライブ方式）が数多く研究されている。
【０００３】
このようなトラクションドライブ方式は、高出力エンジンに対応することができる機構を有していて、例えば、トラクションオイルを介して接触する金属製転動体、すなわち、２枚のディスク（入力ディスク及び出力ディスク）に挟まれたパワーローラのローラ軸の傾きを変化させて、ディスクの接触半径を変えて変速させることで動力を無段変速で伝達する仕組みになっており、このトラクションドライブ方式に用いられる転動体には、高温高面圧下における優れたトラクション特性及び高い転動疲労寿命性能を有していることが要求される。
【０００４】
上記トラクションドライブ方式の無段変速機の一例として、ハーフトロイダル型無段変速機がある。このトロイダル式無段変速機では、入力ディスクと出力ディスクとの間で挟まれたパワーローラの傾きを変化させて、入出力ディスクの相対回転速度を変えて変速しつつ、入力軸から出力軸へと動力を伝達する仕組みになっている。
【０００５】
このため、上記金属製転動体よりなる入力ディスク，出力ディスク及びパワーローラの各転動面は、エンジントルクの入力によって面圧入力を受けることとなるので、面疲労強度（転動疲労強度）に優れていることが必要となる（例えば、特開平７−７１５５５号公報等）。また、このトロイダル式無段変速機では、大きな動力トルクを伝達することがあり、転動面のすべりと転がりによる表面疲労や摩耗も考慮する必要がある。
【０００６】
一方、大きな動力トルクを伝達する手法として、トラクション転動面の表面微細形状を改良するという試みがなされている（特開２００２−０３９３０６）。このような表面微細形状によるトラクション特性の改善は、微細形状によって接触部の油を排出することで油膜を薄くしてせん断率を増加させる効果と、微細形状により発生する油膜圧力の揺らぎを利用して接触部内の有効粘度を増加させる効果を利用するものである。
【０００７】
また、従来において、エンジンオイルの酸化劣化を防止するための酸化防止剤及び耐摩耗性を向上させるための極圧添加剤として、ジチオリン酸亜鉛をエンジンオイル中に添加するようにしているが、トラクションドライブ方式は、油膜のせん断力によって動力を伝達する機構である都合上、基本的には金属接触をしないため、ＺｎＤＴＰ膜によるトラクション係数への影響は認められない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、微細形状により接触部の油を排出してトラクション特性を改善しようとすると、油膜を薄くして運転されることになるため、場合によってはトラクション転動面の凸部分の磨耗や表面損傷といった不具合が生じる恐れがあるという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、上述した課題に着目してなされたものであって、トラクション特性の改善を図りつつ、油膜を薄くして運転する条件下において、表面剥離や摩耗の発生を抑えることが可能であるトラクションドライブ用転動体およびこれを用いた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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、転動面間にトラクションオイルを介在させて動力を伝達する駆動側トラクションドライブ用転動体及び従動側トラクションドライブ用転動体のうちの少なくとも一方の転動体の転動面に複数の微細溝を配置し、この転動面の表面粗さ計により測定される断面曲線（フィルターを通していないもの）に表れる溝間の凸部頂上から溝断面の凹部底までの高低差を３μｍ以下とすると共に、この転動体表面を０．ｌ〜１０質量％のジチオリン酸亜鉛，０．ｌ〜５質量％の金属系酸化防止剤及び０．１〜５質量％の金属系清浄分散剤を含有する潤滑油中で摺動することで形成される５〜５００ｎｍの被膜で覆ってある構成としたことを特徴としており、このトラクションドライブ用転動体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。
【００１１】
この場合、駆動側トラクションドライブ用転動体及び従動側トラクションドライブ用転動体のうちの他方の転動体における転動面の表面粗さをＲａ０．０２〜Ｒａ０．０２ｕｍとすることが好ましい。
【００１２】
【発明の効果】
そして、本発明によれば、上記した構成としたため、トラクション特性の改善を図りつつ、ジチオリン酸亜鉛に起因する５〜５００ｎｍの被膜によって境界摩擦係数を高めることで、トラクション特性のより一層の向上を実現することができ、加えて、ジチオリン酸亜鉛に起因する皮膜が耐磨耗性を有していることから、転動面における溝間の凸部分の磨耗を少なく抑えることが可能であるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のトラクションドライブ用転動体において、５〜５００ｎｍの被膜を構成するジチオリン酸亜鉛とは、潤滑油に加えられる摩耗防止剤又は酸化防止剤と呼ばれているものであり、その構造は以下の通りである。
【００１４】
【化１】
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【００１５】
上記化学式におけるＲｌ　，Ｒ２　，Ｒ３　及びＲ４　は、炭素数３〜３０の第一級アルキル基、炭素数３〜３０の第二級アルキル基、若しくは、炭素数６〜３０のアリール基又はアルキル基置換アリール基を示す。但し、Ｒｌ　，Ｒ２　，Ｒ３　及びＲ４　はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
【００１６】
ジチオリン酸亜鉛に起因する上記５〜５００ｎｍの被膜とは、通常ジチオリン酸亜鉛を含む潤滑油中において鉄基金属部材を摺動させた場合に形成される被膜である。被膜の厚さは、１０〜１００ｎｍの範囲であれば本発明の効果は十分に奏せられ、５〜５００ｎｍの範囲でも本発明の効果が認められる。
【００１７】
本発明において、被膜の厚さを５ｎｍ以上としているのは、これよりも膜厚が薄いとこの被膜の作用が十分に発揮されないからである。すなわち、被膜の厚さが５ｎｍよりも薄いと、相手転動面との接触により応力集中が生じてしまい、その結果、溝間における凸部分の被膜が破壊されてしまうからである。また、被膜の厚さを５００ｎｍ以下としているのは、被膜が摺動によるトライボケミカル反応で形成されるようになっているので、これ以上に厚くすることが難しいだけでなく、摺動によって被膜が簡単に剥離してしまうからである。
【００１８】
次に、上記被膜を形成する方法について説明する。必要な材料は、互いに摺動可能な金属部材及びジチオリン酸亜鉛を含む潤滑油である。金属部材は、上記金属部材と同様であり、一般的な鉄基材料を用いることができる。ジチオリン酸亜鉛を含む潤滑油としては、上記ジチオリン酸亜鉛を０．ｌ〜１０質量％含む潤滑油、より望ましくは１〜５質量％含む潤滑油である。この場合、ジチオリン酸亜鉛が少な過ぎると被膜の形成が十分でなく、一方、ジチオリン酸亜鉛が多過ぎると良好な潤滑状態が待られずに、却って被膜の形成を阻害するからである。
【００１９】
基油としては、トラクション油及び／又は一般的な鉱油等を用いることができる。したがって、基油としてトラクション油を用いた場合には、この潤滑油をトロイダル式無段変速機用の潤滑組成物としても採用することができる。この場合は、上記被膜の形成をトロイダル式無段変速機の使用時にも行うことができ、一旦上記被膜を失ったときにも再度被膜を形成することができ、長期間にわたって上記被膜を維持することができる。
【００２０】
上記澗滑油の必須の添加剤としては、当然ジチオリン酸亜鉛であるが、一般的に潤滑油に添加される極圧添加剤や酸化防止剤や防錆剤や清浄分散剤や消泡剤等を加えたり、摩耗調整剤や粘度指数向上剤等を加えたりすることができる。とくに、カルシウムスルフォネートやバリウムスルフォネート等の防錆剤と、カルシウムフェネートやバリウムフェネート等の清浄分散剤と、金属系の添加剤とを加えれば、ジチオリン酸亜鉛に起因する上記被膜の形成を容易に行うことができるという効果がある。
【００２１】
基油であるトラクション油としては、ポリブテン等のような炭化水素化合物やシクロヘキシル基等を有する飽和炭化水素化合物等を用いることができる。なお、一般にトラクション油と言う場合には、基油以外に種々の添加剤を加えたものを指すが、ここでは基油のみを含むトラクション油のことを指すものとする。
【００２２】
また、本発明のトラクションドライブ用転動体において、微細溝の間隔が１００μｍよりも少ない場合には、ピ−リングなどの表面損傷の発生が懸念され、一方、微細溝の間隔が３００μｍを超える場合には、安定してトラクション係数を向上させることができないことから、微細溝の間隔を１００μｍ以上、３００μｍ以下とすることが望ましく、このように微細溝の間隔を設定することで、安定したトラクション係数の向上が図られることとなる。
【００２３】
さらに、微細溝深さが最大の溝部分において、転動面の表面粗さ計により測定される断面曲線に表れる溝間の凸部先端の曲率半径が２ｍｍ未満の場合には、凸部先端に起因する最表面の過大な応力によって表面損傷が懸念され、一方、凸部先端の曲率半径が１０ｍｍを超える場合には、凸部の端部に発生するエッジ応力による金属接触に起因するピーリング損傷や、例え油膜があったとしてもエッジ応力により誘起されるフレーキング寿命が問題となる場合があることから、請求項３に記載したように、微細溝深さが最大の溝部分において、転動面の表面粗さ計により測定される断面曲線に表れる溝間の凸部先端の曲率半径を２〜１０ｍｍとすることが望ましく、このような構成とすることにより、耐久特性の向上が図られることとなる。なお、図４に示すように、凸部先端Ａの曲率半径ｒは、
ｒ＝（ｔ２　＋ａ２　）／２ｔ　で表されるよう定義している。
【００２４】
さらにまた、図２に示すように、円環凹面形状をなす転動面（トロイダル曲面）３ａ，５ａを備えた入力ディスク３および出力ディスク５を対向して配置し、これらの入力ディスク３および出力ディスク５の間に、円環凸面形状をなす転動面６ａを備えた回転伝達用のパワーローラ６を傾動可能に介在させたトロイダル式無段変速機において、パワーローラ６，入力ディスク３および出力ディスク５のうちの少なくとも１つを上記のトラクションドライブ用転動体とすることにより、耐久性に優れたトロイダル式無段変速機を提供することができる、すなわち、自動車用として適したトロイダル式無段変速機を提供することができる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明のトラクションドライブ用転動体の実施例について説明するが、本発明は、以下の実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【００２６】
（実施例１）
一方の転動体は、トラクション転動面がフラットな直径６０ｍｍの円筒形状をなすものとした。ＳＵＪ２鋼の焼入れ焼き戻しを行い、図１に示すように、トラクション転動面１０に対して研削加工を施した後、多結晶ｃ−ＢＮ切削工具を用いて複数の微細溝１１を約１１０μｍの間隔をもって形成し、この後、テ−プラップ加工にて微細溝１１間の凸部１２の先端部分を削り落として微細溝１１の溝深さを約１．２μｍとした。この際、トラクション転動面１０の表面粗さ計により測定される断面曲線に表れる微細溝１１間における凸部１２の先端の曲率半径を約２ｍｍとした。
【００２７】
次に、トラクション油（Ａ油：出光興産（株）製トラクション油）に１質量％のＺｎＤＴＰを添加し、図３に示す４円筒試験機を用いて、周速：１０ｍ／ｓ、油温度１５０℃、Ｐｍａｘ＝２ＧＰａ、すべり率１．５％の条件にて、約１時間の摺動を行った。これにより得られたジチオリン酸亜鉛に起因する被膜は、青色を呈する肉眼で確認できるものであった。
【００２８】
（実施例２〜６）
一方の転動体における微細溝１１の間隔，溝深さ及び微細溝１１間における凸部１２の先端の曲率半径を適宜変えて、実施例２〜６の転動体を得た。なお、各転動体のトラクション転動面１０は、実施例１の転動体と同様にしてジチオリン酸亜鉛に起因する被膜で被覆した。
【００２９】
（比較例１〜５）
比較例１〜５の転動体において、他方の転動体の直径を６０ｍｍとし、ＪＩＳＳＵＪ２鋼の焼入れ焼き戻し材に研削加工を施した後、超仕上げ加工を行って、トラクション転動面がＲ＝３０のクラウニング形状をなし且つ所望の粗さになるように仕上げた。
【００３０】
なお、図１に示した断面曲線は、転動体の軸方向（転動方向と直角な方向）に測定したものである。この断面曲線の測定には、（株）東京精密製の触針式表面粗さ形状測定機「サーフコム１４００Ａ」を用いた。また、触針には、先端の形状が球面をなし、その曲率半径が５μｍで且つ頂角が９０°のものを用い、測定長さを１ｍｍとした。
【００３１】
以上の実施例１〜６の転動体及び比較例１〜５の転動体について、トラクション係数を測定した。
【００３２】
トラクション係数を測定するにあたって、図３に示す４円筒試験を行った。この４円筒試験機は、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、加圧機構において、左右のウェイト５６の重量を各アームを介して加圧部に作用させて、３本の回転軸のちの一本の回転軸５３ａに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の外周面を圧接させる構造になっており、従動側転動体５２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。
【００３３】
この試験では、上記実施例における一方の転動体（直径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのフラットな円筒形状をなす転動体）を従動側転動体５２としていると共に、他方の転動体（直径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、副曲率Ｒ３０のクラウニング円筒形状をなす転動体）を駆動側転動体５４ａ〜５４ｃとしており、上記実施例１〜６の転動体及び比較例１〜５の転動体に対する試験では、回転速度３０ｍ／ｓ、軸回転数１００００ｒｐｍ、スリップ率３％として、従動側を作動させた。この際、最大面圧Ｐｍａｘは３ＧＰａであり、１５０℃に設定したトラクションオイルを２Ｌ・ｍｉｎで回転部に供給した。この条件でのトラクション係数を測定し、比較例との比を評価した。
【００３４】
実施例１〜６の転動体及び比較例１〜５の転動体の各仕様及び評価結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
表１に示した結果から、実施例１〜６の転動体は、高いトラクション係数を示していることが判った。これに対して比較例１〜５の転動体は、実施例１〜６の転動体よりも低いトラクション係数を示しており、比較的高いトラクション係数を示すものでも、トラクション係数の測定中に金属接触が生じてしまい、表面粗さが悪化することで振動が増えて試験を中止せざるを得なかった。したがって、実施例１〜６の転動体が、比較例１〜５の転動体と比べて高いトラクション係数を示していることが実証できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるトラクションドライブ用転動体の転動面の表面粗さ計により測定される断面曲線説明図である。
【図２】トロイダル式無段変速機の入出力ディスク及びパワーローラの部分を示す断面図説明図である。
【図３】トラクションドライブ用転動体のトラクション係数を測定するための装置を示す概略斜視説明図である。
【図４】トラクションドライブ用転動体の転動面の表面粗さ計により測定される断面曲線に表れる溝間の凸部先端の曲率半径説明図である。
【符号の説明】
３　入力ディスク（転動体）
５　出力ディスク（転動体）
６　パワーローラ（転動体）
１０　トラクション転動面
１１　微細溝
１２　微細溝間の凸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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