(57)【要約】【課題】パワーローラ軸受の保持器の材料に含まれるＰｂの量を低減して環境への負荷を軽減すると共に、トロイダル型無段変速機の耐久性の向上を図る。【解決手段】互いに対向する内側面２ａ，４ａにそれぞれ断面円弧状の凹面を有して共に回転自在とされた入力ディスク２及び出力ディスク４と、入力ディスク２の内側面２ａと出力ディスク４の内側面４ａとの間に挟持されるパワーローラ９を有するパワーローラ軸受と、パワーローラ９を前記各内側面２ａ，４ａに対して該内側面２ａ，４ａの円弧凹面の周方向に傾転可能に変位軸８を介して前記パワーローラ軸受を支持するトラニオン７とを備えたトロイダル型無段変速機において、　前記パワーローラ軸受の転動体１４を転動可能に保持する保持器を高力黄銅で形成し、　且つ該高力黄銅のＰｂ量を０．　２重量％以下とする。【選択図】　　　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する内側面にそれぞれ断面円弧状の凹面を有して共に回転自在とされた入力ディスク及び出力ディスクと、前記入力ディスクの前記内側面と前記出力ディスクの前記内側面との間に挟持されるパワーローラを有するパワーローラ軸受と、前記パワーローラを前記入力ディスク及び前記出力ディスクの各内側面に対して該内側面の円弧凹面の周方向に傾転可能に変位軸を介して前記パワーローラ軸受を支持するトラニオンとを備えたトロイダル型無段変速機において、
前記パワーローラ軸受の転動体を転動可能に保持する保持器を高力黄銅で形成し、　且つ該高力黄銅のＰｂ量を０．　２重量％以下としたことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項２】
前記高力黄銅のＰｂ量を０．　１重量％以下としたことを特徴とする請求項１記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項３】
前記高力黄銅のミクロ組織におけるα相が面積率において４０％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項４】
前記高力黄銅の硬さがＨＢ８０以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のトロイダル型無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の自動変速機、或いは各種産業機械の変速機として利用されるトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のトロイダル型無段変速機としては、例えば図５及び図６に示すものが知られている（実開昭６２−７１４６５号公報参照）。
このトロイダル型無段変速機は、入力軸１に同心に支持された入力ディスク２と、前記入力軸１に同心配置された出力軸３の端部に固定された出力ディスク４とを備えており、入力軸１と入力ディスク２との間には、　該入力ディスク２を出力ディスク４側に向けて弾性的に押圧するローディングカム装置１０が設けられている。
【０００３】
入力ディスク２及び出力ディスク４は互いに対向する内側面２ａ，４ａにそれぞれ断面円弧状の凹面を有して共に回転自在とされており、入力ディスク２の内側面２ａと出力ディスク４の内側面４ａとの間には複数のパワーローラ軸受がそのパワーローラ９の凸球面状の周面９ａを前記内側面２ａ，４ａに摺接させた状態で挟持されている。
【０００４】
また、パワーローラ軸受は、パワーローラ９を前記各内側面２ａ，４ａに対して該内側面２ａ，４ａの円弧凹面の周方向に傾転可能に変位軸６を介してトラニオン７によって支持されている。
トラニオン７は、入力ディスク２の内側面２ａと出力ディスク４の内側面４ａとの間において、入力軸１及び出力軸３の径方向に離間した位置で入力軸１及び出力軸３の軸線に対して略直角方向に延設されており、軸方向（図５及び図６の紙面の表裏方向）の両端に設けられた枢軸６を中心として揺動するようになっている。
【０００５】
また、　トラニオン７の軸方向の中央部には変位軸８の基端部が支持されており、該変位軸８の先端部にはパワーローラ９が回転自在に支持されている。したがって、前記枢軸６を中心としてトラニオン７を揺動させることにより、変位軸８を介してパワーローラ９が前記各内側面２ａ，４ａに対して該内側面２ａ，４ａの円弧凹面の周方向に傾転するようになっている。
【０００６】
上記のように構成されたトロイダル型無段変速機は、　入力軸１の回転に伴ってローディングカム装置１０が入力ディスク２をパワーローラ９側に向けて押圧しつつ回転させ、この入力ディスク２の回転がパワーローラ９を介して出力ディスク４に伝達されることで、出力ディスク４に固定された出力軸３が回転する。
そして、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６を中心としてトラニオン７を揺動させることにより、　図５に示すように、パワーローラ９の周面９ａが入力ディスク２の内側面２ａの軸線寄り部分と出力ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接するように変位軸８を介してパワーローラ９を傾転させる。
【０００７】
一方、　入力軸１と出力軸３との間で増速を行なう場合は、　枢軸６を中心としてトラニオン７を揺動させることにより、　図６に示すように、パワーローラ９の周面９ａが入力ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力ディスク４の内側面４ａの軸線寄り部分とにそれぞれ当接するように変位軸８を介してパワーローラ９を傾転させる。なお、パワーローラ９の傾斜角度を図５と図６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を得ることができる。
【０００８】
次に、　他のタイプのトロイダル型無段変速機を図７及び図８に示す（実開平１−１７３５５２号公報参照）。
このトロイダル型無段変速機は、入力ディスク２及び出力ディスク４が入力軸１１に回転自在に支持され、入力軸１１の端部と入力ディスク２との間にはローディングカム装置１０が設けられている。　出力ディスク４には、　該出力ディスク４と同期して回転する出力歯車１２が結合されている。
【０００９】
トラニオン７の軸方向（図７の紙面の表裏方向）　の両端部に同心に設けた枢軸６は、　支持部材である一対の支持板１３，１３に揺動可能、且つ軸方向に変位自在に支持されている。　トラニオン７の軸方向の変位は油圧式のアクチュエータ１７により行われる。
トラニオン７の軸方向の中間部には変位軸８の基端部が支持されており、変位軸８の先端部にはパワーローラ軸受のパワーローラ９がラジアルニードル軸受等の転がり軸受を介して回転自在に支持されている。なお、変位軸８の基端部と先端部は互いに偏心している。
【００１０】
パワーローラ軸受は、内輪に相当するパワーローラ９と外輪１６との間に保持器を介して複数の玉１４が転動可能に配設された一種のスラスト玉軸受を構成しており、パワーローラ９に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつパワーローラ９の回転を許容する。　また、外輪１６とトラニオン７との間には複数の針状ころ（転動体）１５が転動可能に配設されて一種のスラストニードル軸受を構成しており、パワーローラ９から外輪１６に加わるスラスト荷重を支承しつつ、　変位軸８の先端部及び外輪１６が変位軸８の基端部を中心として揺動することを許容する。
【００１１】
上記のように構成されたトロイダル型無段変速機の場合、　入力軸１１の回転はローディングカム装置１０を介して入力ディスク２に伝わり、入力ディスク２の回転がパワーローラ９を介して出力ディスク４に伝わり、　更に、この出力ディスク４の回転が出力歯車１２より取り出される。
入力軸１１と出力歯車１２との間の回転速度比を変える場合には、　互いに対向する一対のパワーローラ軸受の各パワーローラ９の内の一方のパワーローラ９についてアクチュエータ１７でトラニオン７を軸方向の一端側に変位させることにより、該パワーローラ９を同方向に変位させると共に、他方のパワーローラ９についてアクチュエータ１７でトラニオン７を軸方向の他端側に変位させることにより、該パワーローラ９を同方向に変位させる。
【００１２】
この結果、　各パワーローラ９の周面９ａと入力ディスク２の内側面２ａおよび出力ディスク４の内側面４ａとの当接部に作用する、　接線方向の力の向きが変化し、この力の向きの変化に伴って各トラニオン７が支持板１３に支持された枢軸６を中心として互いに逆方向に揺動する。
これにより、　前述の図５及び図６に示したように、　各パワーローラ９の周面９ａと内側面２ａ，４ａとの当接位置が変化し、　入力軸１１と出力歯車１２との間の回転速度比が変化する。
【００１３】
なお、トロイダル型無段変速機による動力伝達時には、　構成各部の弾性変形に基づいて、　各パワーローラ９が入力軸１１の軸方向に変位し、各パワーローラ９を支持する変位軸８が基端部を中心として僅かに回動する。　この回動により、　パワーローラ軸受の外輪１６とトラニオン７とが相対変位するが、外輪１６とトラニオン７との間には、　針状ころ１５が存在するため、　この相対変位に要する力は小さい。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、　環境保護を目的として、　環境に影響を与える物質の使用量を低減させることが推し進められている。　その中で材料中に含まれる鉛（Ｐｂ）　は、　環境への負荷が大きいことから、　特に使用量の低減が求められている。
ところで、前述したトロイダル型無段変速機は、　駆動時に入力ディスク２と出力ディスク４との間に位置するパワーローラ軸受の保持器が破損することがある。　これは、　高荷重、　高トルクで駆動する際に、　入出力ディスク４，４から荷重を受けたパワーローラ軸受のパワーローラ（内輪に相当）９の軌道面が楕円形状になり、　この軌道面を保持器に保持された転動体が転がる際に、　保持器に過大な荷重を加えることによるものである。
【００１５】
このような保持器の破損を防止する対策としては、　保持器の強度を向上させる方法があるが、　保持器の強度が高くなると、　保持器とパワーローラ９或いは外輪１６との接触部分で焼付きや破損が発生するという問題がある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、パワーローラ軸受の保持器の材料に含まれるＰｂの量を低減して環境への負荷を軽減することができると共に、耐久性の向上を図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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、互いに対向する内側面にそれぞれ断面円弧状の凹面を有して共に回転自在とされた入力ディスク及び出力ディスクと、前記入力ディスクの前記内側面と前記出力ディスクの前記内側面との間に挟持されるパワーローラを有するパワーローラ軸受と、前記パワーローラを前記入力ディスク及び前記出力ディスクの各内側面に対して該内側面の円弧凹面の周方向に傾転可能に変位軸を介して前記パワーローラ軸受を支持するトラニオンとを備えたトロイダル型無段変速機において、
前記パワーローラ軸受の転動体を転動可能に保持する保持器を高力黄銅で形成し、　且つ該高力黄銅のＰｂ量を０．　２重量％以下としたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記高力黄銅のＰｂ量を０．　１重量％以下としたことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記高力黄銅のミクロ組織におけるα相が面積率において４０％以上、好ましくは４０％以上８０％以下であることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記高力黄銅の硬さがＨＢ８０以上であることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例であるトロイダル型無段変速機のパワーローラ軸受を説明するための説明的断面図である。なお、この実施の形態では、図７及び図８で説明したトロイダル型無段変速機に対してパワーローラ軸受の保持器が相違するだけであるため、パワーローラ軸受についてのみ説明する。
【００２０】
このパワーローラ軸受は、内輪に相当するパワーローラ９の軌道溝４２と外輪１６の軌道溝４３との間に転動体としての複数の玉１４が保持器４４を介して転動可能に配設されており、パワーローラ９に加わるスラスト荷重を支承するように構成されている。そして、　入力ディスク２の内側面２ａと出力ディスク４の内側面４ａとの間に複数のパワーローラ軸受がそのパワーローラ９の凸球面状の周面９ａを前記内側面２ａ，４ａに摺接させた状態で挟持されて動力の伝達がなされるようになっている。
【００２１】
ここで、この実施の形態では、前記パワーローラ軸受の保持器４４を高力黄銅で形成し、　且つ該高力黄銅のＰｂ量を０．　２重量％以下、好ましくは０．１重量％以下としている。
前記保持器４４の材質として高力黄銅を用いるのは次の理由による。
即ち、パワーローラ９は、入力ディスク２及び出力ディスク４より周面９ａに法線力Ｆｃを受けると同時に、玉１４より軌道溝４２に法線力Ｆａを受ける。
【００２２】
図１においてＦｃ力の垂直方向成分はＦａとのつりあいが成り立つが、　Ｆｃ力の水平方向成分はパワーローラ２８を押しつぶす力となって働き、この力がパワーローラ９を変形させる力となり、　パワーローラ９の軌道面は若干楕円形状となる。
玉１４は保持器４４により保持されているが、　パワーローラ９の軌道面が楕円形状になるためこの楕円状軌道面を走行し、その結果、　保持器４４は玉１４の走行とともに楕円形状に変形しながら、　回転運動を行なうことになる。
【００２３】
パワーローラ軸受の保持器は本来このような楕円形状の変形による負荷を考慮せずに設計されるために、　例えばプラスチック保持器を用いた場合は容易に破断し、　また、ＳＰＣＣなどの鋼製保持器においては破断はしないものの、　保持器がパワーローラ９或いは外輪１６と回転中に接触するため、　接触部分で焼付き等が発生してしまう。
【００２４】
ここで、　パワーローラ軸受の保持器の素材として高力黄銅を用いると、　玉１４と保持器４４の接触部分で保持器４４が摩耗することにより前述した楕円形状の変形による負荷が緩和され、　保持器４４の破断や焼付き等を防止することができる。
また、　保持器４４の素材である高力黄銅を最適な組成にすることにより、　疲労強度に優れた保持器とすることができる。　高力黄銅は、硬さが該高力黄銅のミクロ組織におけるα相の面積率の増加とともに低下するのに対し、　疲労強度はα相の面積率が４０％を超えると著しく向上する。これは一般に鋼材において見られる、　硬さが増加すると疲労強度が向上する結果と相反するものである。
【００２５】
高力黄銅はα相、　β相の二相組織であり、α相の面積率が４０％未満ではβ相の増加により、変形対応能力が低下して変形に追従できなくなり、疲労強度が小さくなると考えられる。
また、　高力黄銅中にはＰｂが不純物として含有しているが、切削性を向上させるためにＰｂを微量添加している場合もある。
【００２６】
ここで、本発明者等は環境負荷への影響を考え、　パワーローラ軸受の保持器として、Ｐｂ量を低減した高力黄銅を素材とした保持器を用いた結果、　Ｐｂ量を０．２重量％以下にすることにより、　保持器の疲労強度が向上することを知見し、さらに、Ｐｂ量を０．　１重量％以下にすると、　保持器の疲労強度向上により好ましいことが判った。なお、高力黄銅中のＰｂ量は、より不純物の少ない原料を使うことにより、低減することができる。
【００２７】
高力黄銅の金属組織において、　Ｐｂはα相、　β相内に微細球状に析出している。　調査の結果、　この組織中に析出したＰｂからき裂が発生し、　保持器の疲労破断に至ることが判った。そのため、　このＰｂ量を低減することにより、　疲労き裂の起点となるＰｂを減らし、　保持器の疲労強度を向上させることが可能となる。
トロイダル型無段変速機のパワーローラ軸受の保持器については、　疲労強度の面から高力黄銅のα相の面積率は４０％以上、好ましくは４０％以上８０％以下が求められ、　保持器の変形により回転精度が得られなくなるのを避けるため材料強度の面から硬さＨＢ８０以上が求められる。
【００２８】
このような高力黄銅を素材とした保持器をトロイダル型無段変速機のパワーローラ軸受の保持器に用いることにより、　保持器の材料に含まれるＰｂの量を低減して環境への負荷を軽減することができると共に、保持器が焼付いたり破損することがない長寿命のトロイダル型無段変速機を提供することができる。
【００２９】
【実施例】
まず、表１に示した化学組成により高力黄銅（実施例１〜７、比較例１〜５）を溶解、　鋳造した。
【００３０】
【表１】
2004084868.tif 000003
【００３１】
得られた各高力黄銅の組織を画像解析により、α相の面積率を求めた。　また、　同時に各高力黄銅の硬さを測定し、更に、各高力黄銅について回転曲げ疲労試験を行い、　１０７　サイクルにおける疲労強度を求めた。　得られた結果を下記表２に示した。　なお、図２にα相の面積率が約５０％である高力黄銅のミクロ組織の顕微鏡写真（×１００腐食液塩化第二鉄塩酸溶液）を示す。　マトリックスのβ相中に約５０％の面積率でα相が白く見える。
【００３２】
【表２】
2004084868.tif 000004
【００３３】
表２の結果について、α相面積率と硬さとの関係を図３に整理し、α相面積率と疲労強度との関係を図４に整理した。図３から硬さはα相の面積率の減少に伴い低下し、図４から疲労強度はα相の面積率が４０％を超えると著しく増加するのが判る。
次に、表１の高力黄銅を用いてパワーローラ軸受の保持器を製作し、　トロイダル型無段変速機ユニットを組み立て、　耐久試験を行なった。　試験は保持器に破損を生じるまで試験を行なうか、　破損が生じない場合は５００ｈｒで試験を打ち切った。
【００３４】
試験条件は次の通りである。
入力軸の回転数：４０００ｍｉｎ−１
入力トルク：３５０Ｎｍ
使用オイル：トラクション油
オイル供給温度：１００°Ｃ
表３に試験結果を示す。
【００３５】
【表３】
2004084868.tif 000005
【００３６】
表３から判るように、実施例１〜７においては、　いずれも３００ｈｒ以上の長寿命であった。　特に、高力黄銅のＰｂ量が０．　１重量％以下の実施例６及び実施例７では５００ｈｒにて保持器が未破損で試験を終了した。
これに対して、比較例１〜３については、　高力黄銅のα相の面積率が４０％未満であるためか、１２３〜１３１ｈｒで保持器の破断により試験を終了した。　また、　比較例４については、　高力黄銅の硬さがＨＢ７１で、保持器強度が十分でないため、保持器の変形により回転精度が得られなくなり、　試験を中断した。　更に、比較例５は、高力黄銅のＰｂ量が０．２５重量％と多すぎるため、８９ｈｒで保持器が破断した。
【００３７】
表２の回転曲げ疲労試験においては、　Ｐｂ量が０．　２重量％を超えた高力黄銅（比較例５）と０．　２重量％以下の高力黄銅（実施例１〜７）では疲労強度で差がみられなかったが、　トロイダル型無段変速機のユニット耐久試験では、　Ｐｂ量が０．　２重量％を超えたものでは、　短時間で保持器が破断に至り、　Ｐｂ量が０．　２重量％以下では保持器が長寿命となり、Ｐｂ量が０．１重量％以下のものでは、さらに長寿命となった。これは、トロイダル型無段変速機のパワーローラ軸受の保持器に特有の楕円形状に変形しながらの回転に対して、Ｐｂ量の減少が有効に作用しているためである。
【００３８】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、パワーローラ軸受の保持器の材料に含まれるＰｂの量を低減して環境への負荷を軽減することができると共に、耐久性の向上を図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ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例であるトロイダル型無段変速機のパワーローラ軸受を説明するための説明的断面図である。
【図２】α相の面積率が約５０％である高力黄銅のミクロ組織の顕微鏡写真である。
【図３】α相の面積率と高力黄銅の硬さとの関係を示すグラフ図である。
【図４】α相の面積率と高力黄銅の疲労強度との関係を示すグラフ図である。
【図５】トロイダル型無段変速機の一例を説明するための概略図である。
【図６】図５のトロイダル型無段変速機の入力ディスクと出力ディスクとの回転速度比を変える際のパワーローラの傾転動作を説明するための概略図である。
【図７】トロイダル型無段変速機の他の例を説明するための説明的断面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
２…入力ディスク
２ａ…入力ディスクの内側面
４…出力ディスク
４ａ…出力ディスクの内側面
７…トラニオン
８…変位軸
９…パワーローラ
１４…玉（転動体）
４４…保持器
【図１】
2004084868.tif 000006
【図２】
2004084868.tif 000007
【図３】
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【図４】
2004084868.tif 000009
【図５】
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【図６】
2004084868.tif 000011
【図７】
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【図８】
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