(57)【要約】【課題】リテーナの変形やローラのガタツキ等を招くことなく良好な動力伝達性能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は浸炭鋼もしくは浸炭窒化鋼から形成され、その表面炭素濃度は０．９〜１．２重量％となっている。【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、
前記リテーナを浸炭鋼もしくは浸炭窒化鋼から形成し、かつ前記リテーナの表面炭素濃度を０．９〜１．２重量％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】
前記リテーナの表面窒素濃度を０．０５〜０．４重量％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。
【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７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、急激な走行状態の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多い。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、リテーナのポケット部から外れた部分に切除部を設けたり（特許文献１参照）、あるいはリテーナを合成樹脂にて成形したりすることが提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】実開平５−３７１４号公報
【特許文献２】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、リテーナのポケット部から外れた部分に切除部を設けたり、あるいはリテーナを合成樹脂にて成形したりすると、リテーナの強度低下を招き、高速回転時にリテーナが自重もしくはローラの重さによって変形してしまう可能性がある。また、ローラとの接触によってリテーナのポケット部が摩耗し易くなり、リテーナのポケット部でローラのガタツキが発生して振動を増大させてしまうという問題もある。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、リテーナの変形やローラのガタツキ等を招くことなく良好な動力伝達性能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、本発明のうち請求項１の発明は、入力軸の回転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、前記リテーナを浸炭鋼もしくは浸炭窒化鋼から形成し、かつ前記リテーナの表面炭素濃度を０．９〜１．２重量％としたことを特徴とする。
【０００６】
本発明のうち請求項２の発明は、請求項１記載のトロイダル型無段変速機において、前記リテーナの表面窒素濃度を０．０５〜０．４重量％としたことを特徴とする。
本発明において、リテーナの表面炭素濃度を０．９〜１．２重量％とした理由は、以下の通りである。
焼入れ焼戻しを施して用いられる鋼の強度（変形抵抗）は炭素濃度に支配されるため、リテーナの表面炭素濃度が０．９重量％を下回ると、リテーナの回転時に遠心力を支えきれずに変形してしまう。一方、リテーナの表面炭素濃度が１．２重量％を越えると、熱処理時に初析炭化物などの有害な組織が生成され易くなる。また、マルテンサイト基地の強度に及ぼす炭素量の影響は基地炭素量が０．８重量％程度で飽和することから、表面炭素濃度（＝基地＋炭化物の炭素濃度）の上限を１．２重量％とした。
【０００７】
また、本発明において、リテーナの表面窒素濃度を０．０５〜０．４重量％とした理由は、以下の通りである。
窒素は材料の耐摩耗性と靭性に大きな影響を及ぼすため、リテーナの表面窒素濃度が０．０５重量％を下回ると、耐摩耗性に対する効果が十分でない。一方、リテーナの表面窒素濃度が０．４重量％を越えると、研削性が悪くなり、製品の精度を維持するためにはコストの上昇を抑えられなくなる。また、過剰に析出した微細窒化物の影響により靭性が低下してしまい、衝撃荷重に対する不安が残る。したがって、リテーナの表面窒素濃度を０．０５〜０．４重量％とした。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明に係るトロイダル型無段変速機によれば、リテーナの機械的強度が増大するので、高速回転時にリテーナが自重もしくはローラの重さによって変形してしまうことを防止することができる。
請求項２の発明に係るトロイダル型無段変速機によれば、リテーナの耐摩耗性が向上し、ローラとの接触による摩耗がリテーナのポケット部に生じ難くなるので、上述した効果に加え、リテーナの回転時におけるローラのガタツキを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
リテーナ１６は浸炭鋼もしくは浸炭窒化鋼から形成されており、その表面炭素濃度は０．９〜１．２重量％となっている。また、リテーナ１６の表面窒素濃度は０．０５〜０．４重量％となっている。
このように、浸炭鋼もしくは浸炭窒化鋼からなるリテーナ１６の表面炭素濃度を０．９〜１．２重量％に設定すると、リテーナ１６の機械的強度が増大するので、高速回転時にリテーナ１６が自重もしくはローラ１５の重さによって変形してしまうことを防止することができる。また、リテーナ１６の表面窒素濃度を０．０５〜０．４重量％に設定すると、リテーナ１６の耐摩耗性が向上し、ローラ１５との接触による摩耗がリテーナ１６のポケット部１７（図２参照）に生じ難くなるので、リテーナ１６の回転時におけるローラ１５のガタツキを防止することができる。
上述した効果を確認するために、本発明者は、次のような実験を行った。先ず、表１に示すサンプルＮｏ.１〜１２の試験片を作製し、サンプルＮｏ.６〜１２の試験片を用いて引張試験を行った。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
表１において、Ｎｏ.１〜５はＪＩＳ  ＳＣＭ４２０からなる試験片を下記の浸炭窒化処理条件で浸炭窒化処理を行い、表面炭素濃度を１．００〜１．０４重量％に調整すると共に表面窒素濃度を０.０５〜０．５０重量％に調整したものを示している。また、Ｎｏ.６〜１２はＪＩＳ  ＳＣＭ４２０からなる試験片を下記の浸炭処理条件で浸炭処理を行い、表面炭素濃度を０．５９〜１．２８重量％に調整したものを示している。
【００１３】
（浸炭処理条件）
雰囲気ガス：Ｒｘガス＋エンリッチガス（Ｃ.Ｐ.＝０．６〜１．３）
処理温度：９２０〜９８０℃の範囲で選択
処理時間：表面炭素濃度に応じて１〜１０時間程度
浸炭処理後焼入れ焼戻し：有り（８３０〜８８０℃×１時間程度の焼入れ（油冷）、１６０〜２００℃×２時間程度の焼戻し）
（浸炭窒化処理条件）
雰囲気ガス：Ｒｘガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス（Ｃ.Ｐ.＝０．６〜１．３）
処理温度：８３０〜９８０℃の範囲で選択
処理時間：表面炭素濃度、表面窒素濃度に応じて１〜２０時間程度
浸炭窒化処理後焼入れ焼戻し：有り（８３０〜８８０℃×１時間程度の焼入れ（油冷）、１６０〜２００℃×２時間程度の焼戻し）
【００１４】
上述した引張試験の試験結果を図３に示す。同図において、横軸は各試験片の表面炭素濃度を示し、縦軸はサンプルＮｏ.９の試験片（表面炭素濃度０．９重量％）を０．２％の耐力で規格化した場合の強度比を示している。また、図中破線は表面炭素濃度０．９重量％未満のデータのみで、０．９重量％以上の強度比を予測した場合を示している。
【００１５】
次に、本発明者は表１に示すサンプルＮｏ.６〜１１の試験片と同じ鉄鋼材料から図２に示すリテーナを作製し、これをローディングカム装置に組み込んで回転数：１００００ｍｉｎ-1、試験時間：５時間の試験条件でリテーナの変形試験を行った。そして、試験終了後に図２に示す部分の外径を測定し、これをリテーナ変形率（＝試験後外径／試験前外径）として評価した。その評価結果を図４に示す。
【００１６】
図３に示す試験結果から明らかなように、リテーナの表面炭素濃度が０．９重量％を越えると表面炭素濃度の増大に伴って予測値と実測値との差が大きくなり、１．２重量％以上では表面炭素濃度の影響が完全に飽和する。一方、図４に示す試験結果から明らかなように、リテーナの炭素濃度が０．９重量％を下回るとリテーナ変形率が急激に上昇し、遠心力による変形がリテーナに生じ易くなる。したがって、リテーナの表面炭素濃度の上限値を１．２重量％とし、下限値を０．９重量％とすることで、高速回転時にリテーナが自重もしくはローラの重さによって変形してしまうことを防止できることがわかる。
【００１７】
次に、本発明者は表１に示すサンプルＮｏ.１〜５及び９の試験片と同じ鉄鋼材料から図２に示すリテーナを作製し、これをローディングカム装置に組み込んで回転数：６０００ｍｉｎ-1、試験時間：６時間の試験条件でリテーナの耐摩耗性試験を行った。その試験結果を図５に示す。同図において、横軸は表面窒素濃度を示し、縦軸はＮｏ．９の摩耗量を１とした場合の摩耗量比を示している。
また、本発明者は表１に示すサンプルＮｏ.１〜５及び９の試験片を用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２に基づくシャルピー衝撃試験を行った。その試験結果を図６に示す。同図において、横軸は表面窒素濃度を示し、縦軸はＮｏ．９の試験片に加えた衝撃強度を１とした場合の衝撃強度比を示している。
【００１８】
図５に示す試験結果から明らかなように、リテーナの表面窒素濃度が０．０５重量％を下回ると、摩耗量比が急激に上昇する。一方、図６に示す試験結果から明らかなように、、リテーナの表面窒素濃度が０．４０重量％を越えると、衝撃強度比が急激に低下し、リテーナの耐衝撃性が低下する。したがって、リテーナの表面窒素濃度の下限値を０．０５重量％とし、上限値を０．４重量％とすることで、ローラとの接触による摩耗がリテーナのポケット部に生じ難くなり、リテーナの回転時におけるローラのガタツキを防止できることがわかる。
なお、上述した実施形態ではダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機に本発明を適用した場合を例示したが、ダブルキャビティ式トロイダル型無段変速機以外のトロイダル型無段変速機についても本発明を適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】リテーナの表面炭素濃度と強度との関係を示す図である。
【図４】リテーナの表面炭素濃度と変形率との関係を示す図である。
【図５】リテーナの表面窒素濃度と摩耗量比との関係を示す図である。
【図６】リテーナの表面窒素濃度と衝撃強度比との関係を示す図である。
【図７】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】
【００２０】
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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【図６】
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【図７】
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