(57)【要約】【課題】トロイダル型無段変速機の耐久性を向上すること。【解決手段】バリエータ１の入力ディスク５および出力ディスク１５には、それぞれ、背面５ｃ，１５ｃに圧縮残留応力層１９が形成されている。各ディスク５，１５が対応するローラ１７に押圧されることに起因して、各背面５ｃ，１５ｃには引張力が作用することになるが、これらの背面５ｃ，１５ｃに圧縮残留応力を付与していることにより、当該背面５ｃ，１５ｃに引張応力が生じることを抑制する。【選択図】図１
2007155070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向する軌道面をそれぞれ有する入力ディスクおよび出力ディスクと、
両ディスクの軌道面間に形成されたトロイド状間隙に配置され、両軌道面に転がり接触しながら両ディスク間にトルクを伝達するローラとを備え、
上記入力ディスクおよび出力ディスクの少なくとも一方は、圧縮残留応力が付与された所定の領域を含み、
上記所定の領域は、ディスクの軌道面の反対側の面に設けられた領域を含む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において、上記所定の領域は、ディスクの外周面に設けられた領域を含む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または２において、上記所定の領域は、ディスクの軌道面を含む一側面に設けられた領域を含むことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項４】
請求項１，２または３において、上記所定の領域の圧縮残留応力の絶対値は、ローラの押圧により軌道面に生じる応力の最大値の４０％以下に設定されることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項５】
請求項４において、下記式を満たすことを特徴とするトロイダル型無段変速機。
−０．４≦δ／Ｐｒ≦−０．０４
但し、δ：上記所定の領域の圧縮残留応力（ＧＰａ）であり、負の値をとる。Ｐｒ：ローラの押圧により軌道面に生じる応力の最大値（ＧＰａ）。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項において、上記所定の領域は、ショットピーニング加工を施すことにより形成されることを特徴とする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、トロイダル型無段変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）等の動力伝達装置として、トロイダル型無段変速機が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。トロイダル型無段変速機のバリエータは、例えば、凹湾曲面状の軌道面を有する入力ディスクおよび出力ディスクを、軌道面同士が互いに対向するように配置し、両ディスク間に複数個のローラを配置した構成となっている。ローラは、入出力ディスクの双方と潤滑油膜を介して係合しており、両ディスク間でトルクの伝達を行う。
【特許文献１】特開２００２−３４０１２４号公報
【特許文献２】特開２０００−１９３０５８号公報
【特許文献３】特開平７−２８６６４９号公報
【特許文献４】特開２００４−２１８７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
トロイダル型無段変速機の耐久性の向上が求められている。本発明は、この課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本願発明者は、鋭意研究の結果、バリエータの駆動時におけるディスクの応力状態について、以下の知見を得た。すなわち、ローラがディスクの軌道面に係合して、ディスクに、当該ディスクの軸方向の力（垂直力）が作用すると、ディスクのうち軌道面に対向する背面に引張応力が生じるという知見を得た。ディスクの背面に引張応力が生じることは、背面に大きな負担がかかることであり、耐久性の向上に好ましくない。
【０００５】
上記の知見に基づいてなされた本発明は、相対向する軌道面（５ｂ，１５ｂ）をそれぞれ有する入力ディスク（５）および出力ディスク（１５）と、両ディスク（５，１５）の軌道面（５ｂ，１５ｂ）間に形成されたトロイド状間隙（Ｓ１）に配置され、両軌道面（５ｂ，１５ｂ）に転がり接触しながら両ディスク（５，１５）間にトルクを伝達するローラ（１７）とを備え、上記入力ディスク（５）および出力ディスク（１５）の少なくとも一方は、圧縮残留応力が付与された所定の領域（１９）を含み、上記所定の領域（１９）は、ディスク（５，１５）の軌道面（５ｂ，１５ｂ）の反対側の面（５ｃ，１５ｃ）に設けられた領域（２１）を含むことを特徴とするものである（請求項１）。
【０００６】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
本発明によれば、ディスクがローラに押圧されることに起因して、軌道面と反対側の面には引張力が作用することになるが、反対側の面に圧縮残留応力を付与していることにより、当該反対側の面に引張応力が生じることを抑制できる。これにより、ディスクのうち軌道面と反対側の面にかかる負担を少なくでき、ディスクの耐久性を向上できる。ディスクの耐久性の向上を通じて装置の耐久性を向上することができる。
【０００７】
また、本発明において、上記所定の領域（１９）は、ディスク（５，１５）の外周面（５ｄ，１５ｄ）に設けられた領域（２２）を含む場合がある（請求項２）。この場合、ディスクの外周面に引張応力が生じることを抑制することができ、外周面の負担を少なくできる。ディスクの耐久性をより向上することができる。
また、本発明において、上記所定の領域（１９）は、ディスク（５，１５）の軌道面（５ｂ，１５ｂ）を含む一側面（５ｅ，１５ｅ）に設けられた領域（２３）を含む場合がある（請求項３）。この場合、ディスクの一側面に引張応力が生じることを抑制することができ、一側面の負担を少なくできる。ディスクの耐久性をより向上することができる。特に、ディスクにおいて、相対向する一側面および反対側の面の双方に所定の領域を形成していることにより、ローラから押圧力が作用したときのディスクの歪み量を極めて小さいものにすることができる。
【０００８】
また、本発明において、上記所定の領域（１９）の圧縮残留応力の絶対値は、ローラ（１７）の押圧により軌道面（５ｂ，１５ｂ）に生じる応力の最大値の４０％以下に設定される場合がある（請求項４）。圧縮残留応力の絶対値が上記の応力の最大値の４０％を超える場合、ディスクに大きな圧縮残留応力を付与しなければならないこととなり、圧縮残留応力を付与するための設備が大掛かりなものとなってしまうからである。
【０００９】
また、本発明において、下記式を満たす場合がある。
−０．４≦δ／Ｐｒ≦−０．０４
但し、δ：上記所定の領域（１９）の圧縮残留応力（ＧＰａ）であり、負の値をとる。Ｐｒ：ローラ（１７）の押圧により軌道面（５ｂ，１５ｂ）に生じる応力の最大値（ＧＰａ）（請求項５）。
【００１０】
この場合、−０．４≦δ／Ｐｒとすることにより、圧縮残留応力の絶対値を大きくしなくてよいので、圧縮残留応力を付与するための設備を大掛かりなものにする必要がなく、圧縮残留応力の付与を容易に実現することができる。また、δ／Ｐｒ≦−０．０４とすることにより、ディスクがローラに押圧されたときにでも、軌道面と反対側の面に引張応力が生じることを確実に防止できる。
【００１１】
また、本発明において、上記所定の領域（１９）は、ショットピーニング加工を施すことにより形成される場合がある（請求項６）。この場合、圧縮残留応力の付与を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかるフルトロイダル型無段変速機のバリエータの概略構成を示す模式図である。図１を参照して、バリエータ１には、車両の動力源により回転駆動される入力軸３が設けられており、その両端近傍にはそれぞれ、軸受用鋼等の金属製の入力ディスク５が支持されている。
【００１３】
各入力ディスク５の一側面５ｅには、凹湾曲状の軌道面５ｂが形成されており、その内周には複数条の溝を切ったスプライン孔５ａが形成されている。入力ディスク５は、そのスプライン孔５ａを、入力軸３に設けられたスプライン軸３ａに結合させることによって、入力軸３と一体回転可能且つ軸方向に相対移動可能に組み付けられている。右側の入力ディスク５は、入力軸３に一体に設けられた係止部３ｂによって図示の状態から右方への移動が規制されている。
【００１４】
各入力ディスク５は、軌道面５ｂの反対側の面としての背面５ｃと、外周面５ｄとを含んでいる。
左側の入力ディスク５の軌道面５ｂと反対側には、当該背面全体を覆うケーシング６と、ケーシング６の内周に内接したバックアップ板７と、入力軸３に固定され、入力ディスク５およびバックアップ板７が軸方向の左方に移動することを規制する係止リング８および止め輪９と、係止リング８の外周に装着され、バックアップ板７に予圧を付与するワッシャ１０とが設けられている。
【００１５】
上記バックアップ板７の外周にはＯリング１１が装着されており、ケーシング６の内面と、入力ディスク５と、バックアップ板７とによって囲まれた入力軸３の周りの空間に油室２が形成されている。油室２は、入力軸３の軸方向に延びる油路３ｃおよびその右端部近傍から径方向に延びる油路３ｄと連通している。油室２に圧油（作動油）が供給されることで、左側の入力ディスク５の背面５ｃに油圧が作用する。
【００１６】
また、油路３ｃは、入力軸３の端部に挿入された固定部材２０の内部に設けられた油路２０ａと連通している。この油路２０ａは、油圧制御装置１２と接続されている。このようにして、ケーシング６およびバックアップ板７をシリンダとし、入力ディスク５をピストンとする油圧シリンダ装置が構成されている。
上記入力軸３の軸方向中央部には、バリエータ１の出力部１３が入力軸３に対して相対回転自在に支持されている。この出力部１３は、出力部材１４と、この出力部材１４にそれぞれ一体回転可能に支持された一対の出力ディスク１５とを備えている。
【００１７】
各出力ディスク１５は、それぞれ、軸受用鋼等の金属製の部材である。各出力ディスク１５のうち、入力ディスク５の軌道面５ｂに対向する一側面１５ｅには、凹湾曲状の軌道面１５ｂが形成されている。
各出力ディスク１５の軌道面１５ｂの反対側の面としての背面１５ｃは、径方向内側部分が出力部材１４の一対の段部１４ｂに受けられて、軸方向の一方の相対移動が規制されている。
【００１８】
各出力ディスク１５は、出力部材１４に一体回転可能に嵌め合わされる内周面１５ａと、外周面１５ｄとを含んでいる。出力部材１４の外周には、動力伝達用のチェーン１６と噛み合うスプロケットギヤ１４ａが形成されている。
上記各入力ディスク５の軌道面５ｂと、これに対向する出力ディスク１５の軌道面１５ｂとの間は、トロイド状間隙Ｓ１として構成されており、このトロイド状間隙Ｓ１には、各軌道面５ｂ，１５ｂと圧接して回転する円板状のローラ１７が円周等配に３個（図１において、トロイド状間隙Ｓ１のそれぞれにつき１個のローラ１７のみ図示。）設けられている。
【００１９】
したがって、ローラ１７は左右一対のトロイド状間隙Ｓ１に計６個配置されている。各ローラ１７はキャリッジ１８によって当該ローラ１７の中心軸線Ｒ１回りに回転自在に支持されているとともに、当該キャリッジ１８によって軌道面５ｂ，１５ｂとの相対位置を調整できるようになっている。
上記バリエータ１において、油圧制御装置１２から油室２に、端末負荷としての油圧が付与されると、左側の入力ディスク５の背面５ｃに油圧が作用して当該入力ディスク５が右方に付勢され、ローラ１７を介して左側の出力ディスク１５が右方に付勢される。これにより、左側の出力ディスク１５から出力部材１４を介して、右側の出力ディスク１５が右方に付勢される。
【００２０】
さらに、右側の出力ディスク１５からローラ１７を介して右側の入力ディスク５が押圧されるが、この入力ディスク５の背面５ｃの径方向内側部分は、係止部３ｂにより止められているため、右側の入力ディスク５の右方への移動が規制されて、上記端末負荷がバリエータ１全体に付与される。これにより、左右の各ローラ１７は両ディスク５，１５間に所定の圧力で挟持されて両ディスク５，１５に転がり接触する。
【００２１】
この状態において、入力軸３に動力が付与されると、入力ディスク５から出力ディスク１５に対して、上記６個のローラ１７を介してトルクが伝達される。キャリッジ１８に支持されたローラ１７は、トルクを伝達することによりキャリッジ１８に生じるリアクション力と、出力ディスク１５を駆動するのに必要なトルクとの間でアンバランスが生じると、このアンバランスを解消すべく、ローラ１７の中心軸線Ｒ１を、揺動角度Ａ１を生ずるように傾斜する。
【００２２】
これにより、ローラ１７の位置が図の２点鎖線に示すように変化し、両ディスク５，１５間の速度比が連続的に変化する。なお、左右計３個のローラ１７は、左右対称になるように同期して中心軸線Ｒ１を傾斜させ、それらの傾斜角度は６個のローラすべてについて一致している。
本実施の形態の特徴とするところは、各入力ディスク５および各出力ディスク１５のそれぞれに、圧縮残留応力が付与された所定の領域としての圧縮残留応力層１９を設け、これら入出力ディスク５，１５の耐久性を向上している点にある。
【００２３】
なお、各入力ディスク５および各出力ディスク１５のそれぞれの圧縮残留応力層１９の構成は同様であるので、以下では、左側の入力ディスク５について主に説明する。
図２は、左側の入力ディスク５の要部の拡大図である。図１および図２を参照して、入力ディスク５の圧縮残留応力層１９は、入力ディスク５の表面の全面に亘って形成されており、入力ディスク５の背面５ｃに設けられた第１の部分２１と、入力ディスク５の外周面５ｄに設けられた第２の部分２２と、入力ディスク５の一側面５ｅに設けられた第３の部分２３と、入力ディスク５のスプライン孔５ａの内周面に設けられた第４の部分２４とを含んでいる。
【００２４】
第１〜第４の部分２１〜２４は、入力ディスク５にショットピーニング加工を施すことにより形成されている。第１〜第４の部分２１〜２４は、対応する背面５ｃ、外周面５ｄ、一側面５ｅおよびスプライン孔５ａの内周面の最表面からの有効硬化層深さＤが、例えば、０．５ｍｍ程度に設定されている。これにより、これら背面５ｃ、外周面５ｄ、一側面５ｅおよびスプライン孔５ａの内周面の最表面のそれぞれに、十分な圧縮残留応力が付与されており、負荷を受けたときにクラックが入ることが防止されている。
【００２５】
第１〜第４の部分２１〜２４の最表面における圧縮残留応力は、それぞれ、下記式（１）を満たすように設定されることが好ましい。
−０．４≦δ／Ｐｒ≦−０．０４・・・・・（１）
但し、δ：第１〜第４の部分２１〜２４のそれぞれの最表面の圧縮残留応力（Ｇｐａ）であり、負の値をとる。Ｐｒ：ローラ１７の押圧により軌道面５ｂに生じる応力の最大値（ＧＰａ）。
【００２６】
ショットピーニングにより現実的に付与し得る圧縮残留応力δの絶対値｜δ｜の最大値は、概ね１．３ＧＰａであるので、上記｜δ｜の最大値を、１．３ＧＰａとしている。また、バリエータ１が駆動してトルクの伝達を行っているときに背面５ｃに作用する力の最大値が、当該背面５ｃを応力が零の状態から約０．２ＧＰａの引張応力が生じた状態にする力に相当することから、圧縮残留応力δの絶対値｜δ｜の最小値を、０．２ＧＰａとしている。
【００２７】
一方、ローラ１７の押圧により軌道面５ｂに生じる応力の最大値Ｐｒは、バリエータ１の許容伝達トルクによって異なるが、例えば、３．２ＧＰａの場合と、４．５ＧＰａの場合とが考えられる。
以上より、δ／Ｐｒの値は、−１．３ＧＰａ／３．２ＧＰａ≒−０．４と、−０．２ＧＰａ／４．５ＧＰａ≒−０．０４との間の値となる。したがって、δ／Ｐｒは上記式（１）を満たす範囲に設定される。
【００２８】
なお、第１〜第４の部分２１〜２４の圧縮残留応力の絶対値｜δ｜は、ローラ１７の押圧により軌道面５ｂに生じる応力の最大値Ｐｒの４０％以下（｜δ｜≦０．４Ｐｒ、すなわち、−０．４Ｐｒ≦δ）に設定されていればよく、下記式（２）を満たすようにされていてもよい。
−０．４≦δ／Ｐｒ＜０・・・・・（２）
この場合でも、第１〜第４の部分２１〜２４のそれぞれに圧縮残留応力が付与されることとなる。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。すなわち、各ディスク５，１５が対応するローラ１７に押圧されることに起因して、背面５ｃ，１５ｃにはそれぞれ引張力が作用することになるが、これらの背面５ｃ，１５ｃに圧縮残留応力を付与していることにより、当該背面５ｃ，１５ｃに引張応力が生じることを抑制できる。これにより、各ディスク５，１５の背面５ｃ，１５ｃにかかる負担を少なくでき、各ディスク５，１５の耐久性を向上できる。各ディスク５，１５の耐久性の向上を通じてバリエータ１の耐久性を向上することができる。
【００３０】
また、各ディスク５，１５の外周面５ｄ，１５ｄにも圧縮残留応力を付与していることにより、これらの外周面５ｄ，１５ｄに引張応力が生じることを抑制することができ、外周面５ｄ，１５ｄの負担を少なくできる。各ディスク５，１５の耐久性をより向上することができる。
同様に、各ディスク５，１５の一側面５ｅ，１５ｅにも圧縮残留応力を付与していることにより、これらの一側面５ｅ，１５ｅに引張応力が生じることを抑制することができ、一側面５ｅ，１５ｅの負担を少なくできる。各ディスク５，１５の耐久性をより向上することができる。
【００３１】
特に、入力ディスク５のそれぞれにおいて、軸方向に相対向する一側面５ｅおよび背面５ｃの双方に圧縮残留応力層１９を形成していることにより、対応するローラ１７から押圧力が作用したときの入力ディスク５の歪み量を極めて小さいものにすることができる。
同様に、出力ディスク１５のそれぞれにおいて、軸方向に相対向する一側面１５ｅおよび背面１５ｃの双方に圧縮残留応力層１９を形成していることにより、対応するローラ１７から押圧力が作用したときの出力ディスク１５の歪み量を極めて小さいものにすることができる。
【００３２】
また、各ディスク５，１５の内周面にも圧縮残留応力を付与していることにより、これらの内周面に引張応力が生じることを抑制することができ、当該内周面の負担を少なくできる。各ディスク５，１５の耐久性をより向上することができる。
さらに、圧縮残留応力の絶対値｜δ｜を、ローラ１７の押圧により軌道面５ｂ，１５ｂに生じる応力の最大値Ｐｒの４０％以下にしている。圧縮残留応力の絶対値｜δ｜がＰｒの４０％を超える場合、各ディスク５，１５に大きな圧縮残留応力を付与しなければならないこととなり、圧縮残留応力を付与するための設備が大掛かりなものとなってしまうからである。
【００３３】
すなわち、−０．４≦δ／Ｐｒとすることにより、圧縮残留応力の絶対値を大きくしなくてよいので、圧縮残留応力を付与するための設備を大掛かりなものにする必要がなく、圧縮残留応力の付与を容易に実現することができる。
また、δ／Ｐｒ≦−０．０４とすることにより、各ディスク５，１５が対応するローラ１７に押圧されたときにでも、背面５ｃ，１５ｃに引張応力が生じることを確実に防止できる。
【００３４】
さらに、各ディスク５，１５にショットピーニング加工を施すという作業により、圧縮残留応力の付与を容易に行うことができる。
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、圧縮残留応力層１９は、ＷＰＣ（Wide Peaning Cleaning）加工により形成されていてもよいし、ローラバニシング加工により形成されていてもよい。
【００３５】
また、第１〜第４の部分２１〜２４は、対応する背面５ｃ，１５ｃ、外周面５ｄ，１５ｄ、一側面５ｅ，１５ｅおよび内周面の一部にのみ設けられていてもよい。さらに、圧縮残留応力層１９のうち、第４の部分２４を廃止してもよいし、第３の部分２３を廃止してもよいし、第２の部分２２を廃止してもよい。また、各入出力ディスク５，１５の何れか１つにのみ圧縮残留応力層１９を設けてもよいし、各入出力ディスク５，１５の何れか２つにのみ圧縮残留応力層１９を設けてもよいし、各入出力ディスク５，１５の何れか３つにのみ圧縮残留応力層１９を設けてもよい。
【実施例】
【００３６】
上記のバリエータのディスクに関する試験例１，２，３および比較例を作製した。試験例１，２，３および比較例の仕様は、以下の通りである。
試験例１：背面に約１．００ＧＰａの圧縮残留応力を付与。
試験例２：背面に約０．５０ＧＰａの圧縮残留応力を付与。
試験例３：背面に約０．１６ＧＰａの圧縮残留応力を付与。
比較例  ：背面に約０．０３ＧＰａの引張残留応力を付与。
【００３７】
試験例１，２，３および比較例のそれぞれについて、軌道面にローラを押し当てた状態で回転駆動し、破損が生じなかったものを○、破損が生じたものを×として評価した。なお、ローラの押圧により軌道面に生じる応力の最大値Ｐｒは、試験例１，２および比較例については３．２ＧＰａ、試験例３については４．０ＧＰａとした。すなわち、
試験例１：δ／Ｐｒ＝−１．００ＧＰａ／３．２ＧＰａ≒−０．３１
試験例２：δ／Ｐｒ＝−０．５０ＧＰａ／３．２ＧＰａ≒−０．１６
試験例３：δ／Ｐｒ＝−０．１６ＧＰａ／４．０ＧＰａ≒−０．０４
比較例  ：δ／Ｐｒ＝  ０．０３ＧＰａ／３．２ＧＰａ≒  ０．０１
である。結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
2007155070.tif 000003
【００３９】
表１に示すように、試験例１〜３のいずれにおいても、破損はみられなかった。一方、比較例は、試験時間が１０６時間の時点で破損が生じた。
以上より、試験例１〜３が耐久性に優れていることが実証された。特に、背面に付与された圧縮残留応力の絶対値が大きいほど、耐久性を向上する効果は顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるフルトロイダル型無段変速機のバリエータの概略構成を示す模式図である。
【図２】左側の入力ディスクの要部の拡大図である。
【符号の説明】
【００４１】
５…入力ディスク、５ｂ…（入力ディスクの）軌道面、５ｃ…（入力ディスクの）背面（軌道面の反対側の面）、５ｄ…（入力ディスクの）外周面、５ｅ…（入力ディスクの）一側面、１５…出力ディスク、１５ｂ…（出力ディスクの）軌道面、１５ｃ…（出力ディスクの）背面（軌道面の反対側の面）、１５ｄ…（出力ディスクの）外周面、１５ｅ…（出力ディスクの）一側面、１７…ローラ、１９…圧縮残留応力層（所定の領域）、２１…第１の部分（ディスクの軌道面の反対側に設けられた領域）、２２…第２の部分（ディスクの外周面に設けられた領域）、２３…第３の部分（ディスクの一側面に設けられた領域）、Ｓ１…トロイド状間隙。
【図１】
2007155070.tif 000004
【図２】
2007155070.tif 000005