(57)【要約】【課題】リテーナの耐摩耗性や機械的強度を低下させることなく良好な動力伝達特性を得ることのできるトロイダル型無段変速機を提供する。【解決手段】入力軸２の回転トルクを入力側ディスク５ａに伝えるローディングカム装置１１は、入力軸２の端部に固定されたカム板１２と、このカム板１２に対向して入力側ディスク５ａに形成された第１のカム面１３と、この第１のカム面１３に対向してカム板１２に形成された第２のカム面１４と、この第２のカム面１４と第１のカム面１３との間に配置された複数のローラ１５と、これらのローラ１５を入力側ディスク５ａの円周方向に回転自在に保持するリテーナ１６とから構成される。リテーナ１６は炭素含有量が０．０５〜０．２０重量％で酸素含有量が０．０５〜０．４０重量％のチタンまたはチタン合金から形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸の回転トルクを入力側ディスクに伝えるローディングカム装置を、前記入力軸の端部に固定されたカム板と、このカム板に対向して前記入力側ディスクに形成された第１のカム面と、この第１のカム面に対向して前記カム板に形成された第２のカム面と、この第２のカム面と前記第１のカム面との間に配置された複数のローラと、これらのローラを前記入力側ディスクの円周方向に回転自在に保持するリテーナとから構成したトロイダル型無段変速機において、
前記リテーナをチタンまたはチタン合金から形成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】
請求項１記載のトロイダル型無段変速機において、前記リテーナの炭素含有量を０．０５重量％〜０．２重量％の範囲内に設定したことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項３】
請求項１又は２記載のトロイダル型無段変速機において、前記リテーナの酸素含有量を０．０５重量％〜０．４重量％の範囲内に設定したことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項４】
前記リテーナは金属粉末をバインダーと共に射出成形した後、前記金属粉末を焼結して成形されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項５】
前記金属粉末を焼結したときに前記リテーナの表面に形成される微小気孔の平均直径を２μｍ〜３０μｍの範囲内に設定したことを特徴とする請求項４記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項６】
前記金属粉末を焼結したときに前記リテーナの表面に形成される微小気孔の面積率を２％〜１０％の範囲内に設定したことを特徴とする請求項４又は５記載の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、例えば自動車用変速機として用いられるトロイダル型無段変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車に使用される無段変速機として、図５に示すようなダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機が開発されている。このトロイダル型無段変速機１は、エンジン等の駆動源に連結される入力軸２と、この入力軸２にスプライン３を介して軸方向に移動可能に連結された動力伝達軸４とを備えており、動力伝達軸４の両端部には、入力側ディスク５ａ，５ｂが回転可能に支持されている。また、トロイダル型無段変速機１は入力側ディスク５ａ，５ｂと各々対向する出力側ディスク６ａ，６ｂと、これらの出力側ディスク６ａ，６ｂと一体に回転する中空回転軸７と、この中空回転軸７の回転をカウンタ軸９に伝えるギヤ８ａ，８ｂとを備えており、入力側ディスク５ａ，５ｂと出力側ディスク６ａ，６ｂとの間には、速度比を調整する複数のパワーローラ１０が傾動自在に挟持されている。さらに、トロイダル型無段変速機１は入力軸２の回転トルクを入力側ディスク５ａに伝えるローディングカム装置１１を備えており、このローディングカム装置１１は、入力軸２の端部に固定されたカム板１２と、このカム板１２に対向して入力側ディスク５ａに形成された第１のカム面１３と、この第１のカム面１３に対向してカム板１２に形成された第２のカム面１４と、この第２のカム面１４と第１のカム面１３との間に配置された複数のローラ１５と、これらのローラ１５を入力側ディスク５ａの円周方向に回転自在に保持するリテーナ１６とから構成されている。
【０００３】
このようなトロイダル型無段変速機を自動車用変速機として使用する場合、走行状態の急激な変化に対応させるために、ローディングカム装置を構成する各部品の回転速度を急激に変化させる場合がある。この場合、ローディングカム装置を構成する各部品の慣性質量が大きいと、回転速度を急激に変化させることが困難となり、トロイダル型無段変速機による動力伝達が円滑に行われ難くなる。そこで、かかる問題を解消するために、ローディングカム装置のリテーナを合成樹脂にて成形して慣性質量を小さくしたものが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】実開平６−１４６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、リテーナを合成樹脂にて成形すると、リテーナの耐摩耗性や機械的強度が低下するという問題がある。また、リテーナが潤滑油によって膨張することによってローラとリテーナとの隙間が過小となり、リテーナが異常摩耗してしまう可能性がある。
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、リテーナの耐摩耗性や機械的強度を低下させることなく良好な動力伝達特性を得ることの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】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明は、入力軸の回転トルクを入力側ディスクに伝えるローディングカム装置を、前記入力軸の端部に固定されたカム板と、このカム板に対向して前記入力側ディスクに形成された第１のカム面と、この第１のカム面に対向して前記カム板に形成された第２のカム面と、この第２のカム面と前記第１のカム面との間に配置された複数のローラと、これらのローラを前記入力側ディスクの円周方向に回転自在に保持するリテーナとから構成したトロイダル型無段変速機において、前記リテーナをチタンまたはチタン合金から形成したことを特徴とする。
【０００６】
本発明に係るトロイダル型無段変速機において、リテーナの炭素含有量は０．０５重量％〜０．２重量％の範囲内であることが好ましい。また、リテーナの酸素含有量は０．０５重量％〜０．４重量％の範囲内であることが好ましい。さらに、リテーナは金属粉末をバインダーと共に射出成形した後、金属粉末を焼結して成形されていることが好ましい。また、金属粉末を焼結したときにリテーナの表面に形成される微小気孔の平均直径は２μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。さらに、金属粉末を焼結したときにリテーナの表面に形成される微小気孔の面積率は２％〜１０％の範囲内であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るトロイダル型無段変速機によれば、リテーナをチタンまたはチタン合金から形成したことにより、リテーナを合成樹脂にて成形しなくてもリテーナの慣性質量を小さくできるので、リテーナの耐摩耗性や機械的強度を低下させることなく良好な動力伝達特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るトロイダル型無段変速機の要部を示す図である。同図に示すように、本発明の一実施形態に係るトロイダル型無段変速機は入力軸２の回転トルクを入力側ディスク５ａに伝えるローディングカム装置１１を備えており、このローディングカム装置１１は、入力軸２の端部に固定されたカム板１２と、このカム板１２に対向して入力側ディスク５ａに形成された第１のカム面１３と、この第１のカム面１３に対向してカム板１２に形成された第２のカム面１４と、この第２のカム面１４と第１のカム面１３との間に配置された複数のローラ１５と、これらのローラ１５を入力側ディスク５ａの円周方向に回転自在に保持するリテーナ１６とから構成されている。
【０００９】
リテーナ１６は円板状に形成されており、このリテーナ１６には、ローラ１５を保持するための複数のポケット部１７（図２参照）がリテーナ１６の円周方向に等間隔で形成されている。また、リテーナ１６はチタンまたはチタン合金から形成されており、このリテーナ１６の炭素含有量は０．０５重量％〜０．２０重量％の範囲内に設定されている。さらに、リテーナ１６はチタン粉末やチタン合金の組成元素粉末などの金属粉末をバインダーと共に射出成形した後、金属粉末を焼結して成形されている。つまり、リテーナ１６は金属粉末射出成形法を用いて成形されており、このリテーナ１６の酸素含有量は０．０５重量％〜０．４０重量％の範囲内に設定されている。
【００１０】
なお、チタン粉末としてはガスアトマイズ粉、水素化−脱水素（ＨＤＨ）粉等を使用することができる。また、上述した金属粉末射出成形法によってチタン合金を得る方法としては、合金粉末を使用する方法とチタン合金の組成元素粉末を使用する方法（素粉末混合法）とがあるが、合金粉末を使用する方法では合金粉末のコストが高いため、素粉末混合法を使用することが望ましく、任意の合金組成が得られるという利点もある。
【００１１】
上述のように、リテーナ１６をチタンまたはチタン合金から形成すると、チタンの密度（約４．５ｋｇ／ｍｍ3）は鋼（約７．８ｋｇ／ｍｍ3）に対して約６０％程度であるため、リテーナを鋼で形成したものと比べて約４割の軽量化を図ることができる。したがって、上述した実施形態ではリテーナ１６を合成樹脂にて成形しなくてもリテーナ１６の慣性質量を小さくでき、入力軸２の回転速度や回転トルクが変動した場合の追従性を高めることができるので、リテーナ１６の耐摩耗性や機械的強度を低下させることなく良好な動力伝達特性を得ることができる。また、リテーナ１６を合成樹脂にて形成した場合のように潤滑剤による体積膨張もないので、ローラ１５との接触によってリテーナ１６のポケット部１７に異常摩耗が発生することを防止することができる。
【００１２】
この場合、リテーナ１６の炭素含有量が０．２０重量％を越えると、図２に示すように、リテーナ１６の延性が急激に低下する。一方、リテーナ１６の炭素含有量が０．０５重量％を下回ると、図２に示すように、リテーナ１６の硬さ増加量が小さくなり過ぎる。したがって、リテーナ１６をチタンまたはチタン合金から形成する場合は、リテーナ１６の炭素含有量を０．０５重量％〜０．２０重量％の範囲内に設定することが好ましい。
【００１３】
また、リテーナ１６の酸素含有量が０．４０重量％を越えると、図３に示すように、リテーナ１６の伸び（延性）が急激に低下する。一方、リテーナ１６の酸素含有量が０．０５重量％を下回ると、図３に示すように、リテーナ１６の硬さ増加量が小さくなり過ぎる。したがって、リテーナ１６をチタンまたはチタン合金から形成する場合は、リテーナ１６の酸素含有量を０．０５重量％〜０．４０重量％の範囲内に設定することが好ましい。
なお、図２及び図３は表１に番号１〜１９で示したテストピース（射出成形用金属粉末として純チタン粉末を用いたテストピース）を用いて引張試験を行い、各テストピースの伸びと硬さ増加量を測定した結果を示している。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
また、上述した実施形態ではチタン粉末やチタン合金の組成元素粉末などの金属粉末をバインダーと共に射出成形した後、金属粉末を焼結してリテーナ１６を成形したことで、リテーナ１６の表面に多数の微小気孔が形成され、この微小気孔に潤滑剤を保持することが可能となるので、リテーナ１６のポケット部１７とローラ１５との接触部に焼付きが生じることを防止することができる。また、チタンを溶製法にて製造する場合は特殊な溶解法を用いなければならないだけでなく、コストの増大が懸念されるが、金属粉末射出成形法はニアネットシェイプ成形が可能であるため、切削工程を削減することが可能であり、材料の歩留りが向上するので、製品としてのコストを削減することができる。さらに、チタンは高温において自己拡散係数の小さいｂｃｃ（body-centered cubic lattice；体心立方格子）構造となるため、非常に焼結性に優れ、１１００℃以上の焼結で緻密化し、相対密度は９８％以上となる。また、短時間の焼結で緻密化するため、金属粉末射出成形法に好適に使用できる。
【００１６】
この場合、微小気孔の平均直径が３０μｍを越えると、表２に示すように、接触応力の集中による変形が大きくなる。一方、微小気孔の平均直径が２μｍを下回ると、１個の気孔に保持できる潤滑剤の量が少なくなり、表２に示すように、リテーナ１６の耐摩耗性および耐焼付性が低下する。したがって、リテーナ１６を金属粉末射出成形法によって成形する場合は、リテーナ１６の表面に形成される微小気孔の平均直径を２μｍ〜３０μｍの範囲内に設定することが好ましい。
【００１７】
また、微小気孔の面積率が１０％を越えると、個々の気孔が独立せずに連結した状態になってしまい、潤滑剤溜りとして機能しないため、表２に示すように、リテーナ１６のポケット部１７とローラ１５との接触部が摩耗し易くなる。一方、微小気孔の面積率が２％を下回ると、微小気孔の数が不足し、表２に示すように、リテーナ１６が摩耗し易くなる。したがって、リテーナ１６を金属粉末射出成形法によって成形する場合は、リテーナ１６の表面に形成される微小気孔の面積率を２％〜１０％の範囲内に設定することが好ましい。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
なお、表２は微小気孔の平均直径と面積率が異なる複数のリテーナを用いて図１のトロイダル型無段変速機を回転数：６０００ｍｉｎ-1、試験時間：１０時間の試験条件で耐久試験を行った試験結果を示している。
上述した実施形態では本発明をダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機に適用した場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ダブルキャビティ式以外のトロイダル型無段変速機についても適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るトロイダル型無段変速機の要部を示す図である。
【図２】図１に示すリテーナの平面図である。
【図３】チタン製テストピースの炭素含有量と伸びおよび硬さ増加量との関係を示す図である。
【図４】チタン製テストピースの酸素含有量と伸びおよび硬さ増加量との関係を示す図である。
【図５】ダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
２  入力軸
３  スプライン
４  動力伝達軸
５ａ，５ｂ  入力側ディスク
６ａ，６ｂ  出力側ディスク
７  中空回転軸
８ａ，８ｂ  ギヤ
９  カウンタ軸
１０  パワーローラ
１１  ローディングカム装置
１２  カム板
１３  第１のカム面
１４  第２のカム面
１５  ローラ
１６  リテーナ
１７  ポケット部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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