(57)【要約】【課題】  各ローラ１７、１７を保持する保持器１６の形状精度を、仕上加工時に於ける取り代を多くしなくても十分に確保できる様にする。そして、ローディングカム装置１４延いてはこのローディングカム装置１４を組み込んだトロイダル型無段変速機の性能の向上を、低コストで図る。【解決手段】  炭素鋼の素材を成形した後の保持器１６を、８２０〜８６０℃で焼き入れし、次いで、１５０〜６００℃で焼き戻ししてから、４００〜６００℃で窒化処理した後、最後に仕上加工を施す。この加工により、上記保持器１６の変形を抑え、仕上加工時の取り代を少なく抑えて、上記課題を解決する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支持された入力側ディスクと、その内側面をこの入力側ディスクの内側面に対向させた状態でこの入力側ディスクと同心に配置され、この入力側ディスクに対する相対回転を自在とされた出力側ディスクと、これら入力側ディスクと出力側ディスクとの間に設けられ、これら両ディスクの中心軸に対し捻れの位置にある枢軸を中心として揺動する、１対の入力側ディスク及び出力側ディスク毎に複数個ずつ設けられた支持部材と、これら各支持部材に回転自在に支持された状態で、上記入力側ディスクと出力側ディスクとの内側面同士の間に挟持された、上記各支持部材毎に１個ずつのパワーローラと、上記入力側ディスクと上記出力側ディスクとの回転伝達時に、何れか一方のディスクを他方のディスクに向け押圧するローディングカム装置とを備え、このローディングカム装置は、上記一方のディスクと同心に配置されて回転するカム板と、これら一方のディスクとカム板との互いに対向する面に、円周方向に関する凹凸として形成された１対のカム面と、それぞれの中心軸をこれら各カム面の放射方向に配置すると共にそれぞれの転動面をこれら各カム面と転がり接触する状態で、上記一方のディスクとカム板との間に挟持された複数個のローラと、これら各ローラを転動自在に保持した保持器とを備えたものであるトロイダル型無段変速機に於いて、この保持器が鋼製で、焼き入れ後に窒化処理を施されたものである事を特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項２】
焼き入れ温度が８２０〜８６０℃であり、窒化処理温度が４００〜６００℃である、請求項１に記載したトロイダル型無段変速機。
【請求項３】
保持器が、焼き入れ後、窒化処理前に、１５０〜６００℃で焼き戻しを施されたものである、請求項２に記載したトロイダル型無段変速機。
【請求項４】
保持器がプレス加工により造られたものである、請求項１〜３の何れかに記載したトロイダル型無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係るトロイダル型無段変速機は、自動車用自動変速装置の変速ユニットとして、或はポンプ等の各種産業機械の運転速度を調節する為の変速装置として利用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に記載されている様に、自動車用自動変速装置として、図１〜３に示す様なトロイダル型無段変速機を使用する事が研究され、一部で実施されている。このトロイダル型無段変速機は、ダブルキャビティ型と呼ばれるもので、入力軸１の両端部周囲に１対の入力側ディスク２、２を、ボールスプライン３、３を介して支持している。従ってこれら両入力側ディスク２、２は、互いに同心に、且つ、同期した回転を自在に支持されている。又、上記入力軸１の中間部周囲に出力歯車４を、この入力軸１に対する相対回転を自在として支持している。そして、この出力歯車４の中心部に設けた円筒部の両端部に１対の出力側ディスク５、５を、それぞれスプライン係合させている。従ってこれら両出力側ディスク５、５は、上記出力歯車４と共に、同期して回転する。
【０００３】
又、上記各入力側ディスク２、２と上記各出力側ディスク５、５との間には、それぞれ複数個ずつ（通常２〜３個ずつ）のパワーローラ６、６を挟持している。これら各パワーローラ６、６はそれぞれ、特許請求の範囲に記載した支持部材であるトラニオン７、７の内側面に、支持軸８、８及び複数の転がり軸受を介して、回転自在に支持されている。上記各トラニオン７、７は、それぞれの長さ方向（図１、３の上下方向、図２の表裏方向）両端部に、これら各トラニオン７、７毎に互いに同心に設けられた枢軸９、９を中心として揺動変位自在である。これら各トラニオン７、７を傾斜させる動作は、油圧式のアクチュエータ１０、１０により、これら各トラニオン７、７を上記枢軸９、９の軸方向に変位させる事で行なうが、総てのトラニオン７、７の傾斜角度は、油圧式及び機械式に互いに同期させる。
【０００４】
即ち、前記入力軸１と出力歯車４との間の変速比を変えるべく、上記各トラニオン７、７の傾斜角度を変える場合には、上記各アクチュエータ１０、１０により上記各トラニオン７、７を、それぞれ逆方向に、例えば、図３の右側のパワーローラ６を同図の下側に、同図の左側のパワーローラ６を同図の上側に、それぞれ変位させる。この結果、これら各パワーローラ６、６の周面と上記各入力側ディスク２、２及び各出力側ディスク５、５の内側面との当接部に作用する、接線方向の力の向きが変化（当接部にサイドスリップが発生）する。そして、この力の向きの変化に伴って上記各トラニオン７、７が、支持板１１、１１に枢支された枢軸９、９を中心として、互いに逆方向に揺動（傾斜）する。この結果、上記各パワーローラ６、６の周面と上記入力側、出力側各ディスク２、５の内側面との当接位置が変化し、上記入力軸１と出力歯車４との間の回転変速比が変化する。上記各アクチュエータ１０、１０への圧油の給排状態は、これら各アクチュエータ１０、１０の数に関係なく１個の変速比制御弁１２により行ない、何れか１個のトラニオン７の動きをこの変速比制御弁１２にフィードバックする様にしている。
【０００５】
変速状態を切り換える際には、上記変速比制御弁１２の所定方向の流路を開く。この結果、上記各アクチュエータ１０、１０に圧油が、所定方向に送り込まれて、これら各アクチュエータ１０、１０が上記各トラニオン７、７を所定方向に変位させる。即ち、上記圧油の送り込みに伴ってこれら各トラニオン７、７が、前記各枢軸９、９の軸方向に変位しつつ、これら各枢軸９、９を中心に揺動する。そして、上記何れか１個のトラニオン７の動き（軸方向及び揺動変位）が、上記変速比制御弁１２に伝達されてこの変速比制御弁１２の流路が閉じられ、上記各アクチュエータ１０、１０への圧油の給排が停止される。
【０００６】
上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時には、エンジン等の動力源に繋がる駆動軸１３により一方（図１、２の左方）の入力側ディスク２を、ローディングカム装置１４を介して、出力側ディスク５に向け押圧しつつ回転する。このローディングカム装置１４は、前記入力軸１の端部周囲に上記入力側ディスク２と同心に、この入力軸１に対する回転を自在に支持されて、上記駆動軸１３により回転駆動されるカム板１５と、保持器１６により転動自在に保持された複数個（例えば４個）のローラ１７、１７とから構成している。上記カム板１５の片側面（図１〜２の右側面）には、円周方向に関する凹凸面である駆動側カム面１８を形成し、上記一方の入力側ディスク２の外側面（図１〜２の左側面）にも、同様の形状を有する被駆動側カム面１９を形成している。そして、上記保持器１６により上記複数個のローラ１７、１７を、上記入力軸１の中心に関し放射方向の軸を中心とする転動自在に支持している。
【０００７】
上述の様に構成するトロイダル型無段変速機の使用時、上記駆動軸１３により上記カム板１５が回転駆動されると、駆動側カム面１８が複数個のローラ１７、１７を、上記一方の入力側ディスク２の外側面に形成した被駆動側カム面１９に押圧する。この結果、この一方の入力側ディスク２が、前記複数のパワーローラ６、６に押圧されると同時に、上記駆動側、被駆動側両カム面１８、１９と複数個のローラ１７、１７との押し付け合いに基づいて、上記一方の入力側ディスク２が回転する。又、同時に、他方（図１、２の右方）の入力側ディスク２も同方向に回転する。そして、これら両入力側ディスク２、２の回転が、前記複数のパワーローラ６、６を介して前記両出力側ディスク５、５に伝達され、これら両出力側ディスク５、５の間に配置した前記出力歯車４が回転する。
【０００８】
上記入力軸１と出力歯車４との回転速度を変える場合で、先ず入力軸１と出力歯車４との間で減速を行なう場合には、上記各アクチュエータ１０、１０により上記各トラニオン７、７を上記各枢軸９、９の軸方向に移動させ、これら各トラニオン７、７を図２に示す位置に揺動させる。そして、上記各パワーローラ６、６の周面をこの図２に示す様に、上記各入力側ディスク２、２の内側面の中心寄り部分と上記各出力側ディスク５、５の内側面の外周寄り部分とにそれぞれ当接させる。反対に、増速を行なう場合には、上記各トラニオン７、７を図２と反対方向に揺動させ、上記各パワーローラ６、６の周面を、この図２に示した状態とは逆に、上記各入力側ディスク２、２の内側面の外周寄り部分と上記各出力側ディスク５、５の内側面の中心寄り部分とに、それぞれ当接する様に、上記各トラニオン７、７を傾斜させる。これら各トラニオン７、７の傾斜角度を中間にすれば、入力軸１と出力歯車４との間で、中間の変速比（速度比）を得られる。
【０００９】
尚、上述の様なトロイダル型無段変速機に組み込むローディングカム装置１４を構成するローラ１７、１７としては、例えば特許文献２に開示されたものが知られている。この特許文献２に記載された各ローラ１７は、図４に示す様に、幅が狭く、一端面（図４の上端面）中央部に小径の突部２０を形成したローラ素子２１、２１を、図５に示す様に、複数個ずつ（図示の例では３個ずつ）軸方向に直列に組み合わせて成る。この様な各ローラ１７、１７を、保持器１６の円周方向複数個所にこの保持器１６の放射方向に形成した矩形のポケット２２、２２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１４の使用状態に於いて、上記各ポケット２２、２２の内側に設けた各ローラ素子２１、２１は、互いに独立して回転する。この様にするのは、駆動側カム面１８及び被駆動側カム面１９の内周側と外周側との速度差を吸収する為である。
【００１０】
上述の様なローディングカム装置１４を造るのに従来は、特許文献３に記載されている様に、Ｃの含有量が０．０２〜０．２重量％程度である低炭素鋼製の素材にプレスによる打ち抜き及び曲げ加工を施した後、表面を硬化させる為の熱処理を施していた。この熱処理として従来は、図６のフローチャートに示す様に、９００〜１０００℃程度で浸炭処理又は浸炭窒化処理を施した後、８２０〜８６０℃で焼き入れし、次いで１５０〜６００℃で焼き戻し処理を施している。この様な一連の熱処理を施した保持器は、最後に上記各ポケット２２、２２の内面を含む表面を研摩して平滑面にする等の仕上加工を施して、上記保持器１６として完成する。保持器１６を、鋼製の素材に切削加工を施して造る場合も、同様の熱処理及び仕上加工を施している。
【００１１】
上記保持器１６を上述の様にして造ると、この保持器１６の形状精度を高くする事が難しい。この理由は、成形に伴って材料（鋼）中に蓄積された加工歪みが、熱処理（特に高温で行なわれる浸炭処理又は浸炭窒化処理）に伴って解放され、上記保持器１６が変形する為である。この様な理由によりこの保持器１６が変形し、その形状精度が悪化すると、上記各ポケット２２、２２内に保持された前記各ローラ１７、１７の転がりが円滑に行なわれなくなり、前記ローディングカム装置１４延いてはこのローディングカム装置１４を組み込んだトロイダル型無段変速機の性能が低下する原因となる。この様な原因で生じる性能低下を防止する為に従来は、仕上加工により上記保持器１６の形状精度を確保していた。この為、この仕上加工時に於ける取り代（研削量）が多くなり、この仕上加工に要する時間が長くなって、上記保持器１６の加工コストが嵩む事が避けられなかった。
【００１２】
【特許文献１】特開平２−２８３９４９号公報
【特許文献２】特開平１−２９９３５８号公報
【特許文献３】特開平１１−１９３８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、各ローラを保持する保持器の形状精度を、仕上加工時に於ける取り代を多くしなくても十分に確保できる様にして、ローディングカム装置延いてはこのローディングカム装置を組み込んだトロイダル型無段変速機の性能の向上を、低コストで図るべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のトロイダル型無段変速機は、ローディングカム装置を構成する保持器が、鋼製で、焼き入れ後に窒化処理を施されたものである。
【発明の効果】
【００１５】
上述の様な本発明の場合には、熱処理に基づく保持器の変形を抑え、仕上加工時に於ける取り代を多くしなくても、この保持器の形状精度を向上させる事ができる。即ち、従来の場合に保持器の形状精度を悪化させる原因となっていた、加工歪みに基づく変形は、主として最初の熱処理（一次熱処理）、即ち、９００〜１０００℃程度で行なう浸炭処理又は浸炭窒化処理により生じていた。これに対して本発明の場合には、上記保持器に必要とする心部強度を確保する為に必要とする硬度を確保すべく行なう一次熱処理（焼き入れ処理）の温度を、上記浸炭処理又は浸炭窒化処理に要する温度よりも低く抑えられる。この為、上記熱処理（焼き入れ及び窒化処理）に基づく保持器の変形を抑えられる。
【００１６】
この為、この保持器に組み込んだ各ローラの転がりが円滑に行なわれる様にして、これら各ローラを組み込んだローディングカム装置、延いてはこのローディングカム装置を組み込んだトロイダル型無段変速機の性能の向上を、低コストで図れる。
又、窒化処理された鋼製の保持器の表面には、多孔質の窒素化合物層が存在し、この窒素化合物層部分に潤滑油が保持される為、ポケットの内面を含め、この保持器の表面と相手面との間の潤滑性が向上する。しかも、窒素化合物層自体、耐高温軟化特性を有する為、これら表面と相手面との耐焼き付き性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施する場合に好ましくは、図７のフローチャートに示す様に、成形後の保持器を８２０〜８６０℃で焼き入れし、次いで、１５０〜６００℃で焼き戻ししてから、４００〜６００℃で窒化処理した後、最後に仕上加工を施す。
この様に構成する事で、保持器の心部強度及び表面の硬度を必要な程度確保しつつ、この保持器の形状が歪む事を防止できる。即ち、保持器を成形した後、最初に施す一次熱処理である上記焼き入れを８２０〜８６０℃と、従来浸炭処理又は浸炭窒化処理を施していた温度（９００〜１００℃）よりも低い温度で行なう為、成形に伴って材料（鋼）中に蓄積された加工歪みが解放される程度が緩和される。この為、一連の熱処理を施された保持器の形状精度の悪化が低く抑えられ、上記仕上工程での取り代を少なくして、仕上加工に要する時間を短くし、保持器の加工コストを低く抑えられる。上記焼き入れ温度が８２０℃未満の場合には、上記保持器に必要とする心部強度を確保する為に必要とする硬度を確保する事が難しく、反対に８６０℃を越える場合には、上記保持器の変形を抑える事が難しくなる。
【００１８】
尚、上記窒化処理は、上記保持器を構成する低炭素鋼のＡ１変態点（７２０℃程度）以下の温度（４００〜６００℃）で行なう為、上記焼き入れ後の焼き戻し処理は省略しても良い。
又、本発明は、プレス加工により造られた保持器を組み込んだトロイダル型無段変速機に適用する事が、特に有効である。即ち、低炭素鋼板製の素材にプレス加工を施して保持器を造る場合、この保持器の加工コストを低く抑えられる代わりに、プレス加工に伴ってこの保持器を構成する材料（低炭素鋼板）の内部に蓄積される加工歪みが大きくなり易い。この様な場合に本発明を適用すれば、この加工歪みが解放される程度を抑えて、プレス加工による低コスト化を有効に図れる。但し、加工歪みは、素材に切削加工を施して保持器を造る際にも生じる。従って、切削加工により造られる保持器に就いて本発明を適用する事も、優れた形状精度を有する保持器を低コストで得る面から、有効である。
【００１９】
尚、本発明のトロイダル型無段変速機の特徴は、ローディングカム装置を構成する保持器の形状精度を確保すべく、この保持器の性状を工夫した点にある。図面に表れるトロイダル型無段変速機の構造は、前述した図１〜５に示した構造を含め、従来から知られている各種構造のトロイダル型無段変速機と同様であるから、重複する説明を省略し、以下、本発明の効果を確認する為に行なった実験に就いて説明する。
【実施例１】
【００２０】
先ず、低炭素鋼製の素材に旋削加工を施す事で円輪状の中間素材を形成し、この中間素材に打ち抜き加工によりポケットを形成して、図５に示す様な保持器１６を造った。そして、この保持器１６が熱処理により変形する程度である変形率（変形量／成形後熱処理前の寸法）を、熱処理温度との関係で測定した。この変形率は、保持器を成形後に最初に行なう一次熱処理単独の場合と、二番目以降に行なう二次熱処理の分を合わせた場合とに就いて、それぞれ測定した。又、上記変形量は、保持器の側面の歪み量、即ち、この側面の法線方向（保持器の軸方向＝厚さ方向）の寸法差を言う。
【００２１】
先ず、一次熱処理に伴う変形率とこの一次熱処理時の温度との関係を知る為に行なった、第一の実験に就いて説明する。
上記旋削加工と打ち抜き加工とにより所定の形状に成形した７個の保持器１６を、それぞれ異なる温度に１２０分加熱しそのままの温度に保持した後、油冷（オイルクエンチ）した。加熱温度は７００〜１０００℃の間で、５０℃刻みで７通りに変化させた。そして、熱処理前後の寸法（保持器の側面の法線方向の寸法差）を測定し、その変形率「｜［｛（熱処理前の変形量）−（熱処理後の変形量）｝／（熱処理前の変形量）］×１００｜（％）」を算出した。その結果を図８に示す。この図８から明らかな通り、一次熱処理の温度が上昇する程、変形率が増大する。又、一次熱処理の温度を８６０℃以下に抑えれば、この一次熱処理に伴う上記変化率を２．２％以下に抑えられる事も分かる。
【００２２】
次に、熱処理変形に及ぼす二次熱処理温度の影響を調査する為に行なった、第二の実験に就いて説明する。
この第二の実験では、上記第一の実験と同様にして造った７個の保持器１６に、８５０℃に加熱した後そのままの温度で１２０分保持後油冷する、一次熱処理を施した。そして、この様な一次熱処理を施した７個の試料に、それぞれ異なる二次熱処理を施した。この二次処理時の加熱温度は７００〜１０００℃の間で、５０℃刻みで７通りに変化させた。そして、上記保持器１６をそれぞれ異なる温度に６０分加熱しそのままの温度に保持した後、油冷した。そして、熱処理前後（一次熱処理前と二次熱処理後）の寸法（保持器の側面の法線方向の寸法差）を測定し、その変形率「｜［｛（一次熱処理前の変形量）−（二次熱処理後の変形量）｝／（一次熱処理前の変形量）］×１００｜（％）」を算出した。その結果を図９に示す。この図９から明らかな通り、二次熱処理に伴う変形率の熱処理温度依存性は、一次熱処理の場合と比べて極めて低い。即ち、二次熱処理の温度が８５０℃の場合の変形率を、上記図８に示した一次熱処理の８５０℃での変形率と比較すれば明らかな通り、変形率は一次熱処理の温度に殆ど依存し、二次熱処理の温度には殆ど依存しない。
【実施例２】
【００２３】
更に、実際に図７に示したフローチャートに従って製造した保持器に就いて、それぞれの変形率を評価した。材料はクロムモリブデン鋼であるＳＣＭ４２０（ＪＩＳ  Ｇ  ４１０５）を用い、窒化処理は、ガス軟窒化、イオン窒化、タフトライド（日本パーカライジング社の商品名）、ＮＶ窒化（エアウォーター社の商品名）とした（本発明品１〜４）。又、本発明を実施する場合に、焼き戻し行程を省略する事の影響を知る為に、焼き戻し処理を施さずにガス窒化を行なった試料も準備した（本発明品５）。更に、比較例として、前述の図６に示した従来の方法により造った。各試料の一覧及び試験結果（変形率）を次の表１に示す。
【００２４】
【表１】
2005069310.tif 000003
【００２５】
この表１にその結果を示した実験から明らかな通り、本発明品の変形率は何れも２％程度と低く、必要な形状精度を確保する為に要する仕上加工を容易に行なえ、必要な形状精度を確保する為に要するコストを低く抑えられる。これに対して、比較例の場合には、変形率が３％程度と大きく、仕上加工での取り代を大きくしなければならず、必要な形状精度を確保する為に要するコストが嵩む。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来から知られているトロイダル型無段変速機の１例を示す断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】同Ｂ−Ｂ断面図。
【図４】ローディングカム装置を構成するローラ素子の側面図。
【図５】ローディングカム装置を構成するローラと保持器の側面図。
【図６】従来の保持器の加工工程を示すフローチャート。
【図７】本発明の保持器の加工工程を示すフローチャート。
【図８】一次熱処理の温度が保持器の変形率に及ぼす影響を示す線図。
【図９】二次熱処理の温度が保持器の変形率に及ぼす影響を示す線図。
【符号の説明】
【００２７】
１  入力軸
２  入力側ディスク
３  ボールスプライン
４  出力歯車
５  出力側ディスク
６  パワーローラ
７  トラニオン
８  支持軸
９  枢軸
１０  アクチュエータ
１１  支持板
１２  変速比制御弁
１３  駆動軸
１４  ローディングカム装置
１５  カム板
１６  保持器
１７  ローラ
１８  駆動側カム面
１９  被駆動側カム面
２０  突部
２１  ローラ素子
２２  ポケット
【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】
2005069310.tif 000009
【図７】
2005069310.tif 000010
【図８】
2005069310.tif 000011
【図９】
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