(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
側面に軌道面を有する入力ディスクと、入力ディスクの軌道面に対向する軌道面を側面に有する出力ディスクと、両ディスクの軌道面間で構成されるトロイド状隙間に配置されて両軌道面を転走しながら両ディスク間のトルク伝達を行うローラとを備え、前記トルク伝達は、前記ローラがトラクションオイルの油膜を介して前記両ディスクに圧接して行われるトロイダル型無段変速機において、
前記入力ディスク、前記出力ディスク、又は前記ローラの少なくともいずれか一つの全表面に、自己潤滑性と防錆性とを有する水素非透過性被膜が形成され、
前記水素非透過性被膜は、官能基を有する含ふっ素重合体を有する膜であることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項２】
側面に軌道面を有する入力ディスクと、入力ディスクの軌道面に対向する軌道面を側面に有する出力ディスクと、両ディスクの軌道面間で構成されるトロイド状隙間に配置されて両軌道面を転走しながら両ディスク間のトルク伝達を行うローラとを備え、前記トルク伝達は、前記ローラがトラクションオイルの油膜を介して前記両ディスクに圧接して行われるトロイダル型無段変速機において、
前記入力ディスク、前記出力ディスク、又は前記ローラの少なくともいずれか一つの全表面に、自己潤滑性と防錆性とを有する水素非透過性被膜が形成され、
前記水素非透過性被膜は、含ふっ素ポリウレタン高分子化合物を有する膜であることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項３】
側面に軌道面を有する入力ディスクと、入力ディスクの軌道面に対向する軌道面を側面に有する出力ディスクと、両ディスクの軌道面間で構成されるトロイド状隙間に配置されて両軌道面を転走しながら両ディスク間のトルク伝達を行うローラとを備え、前記トルク伝達は、前記ローラがトラクションオイルの油膜を介して前記両ディスクに圧接して行われるトロイダル型無段変速機において、
前記入力ディスク、前記出力ディスク、又は前記ローラの少なくともいずれか一つの全表面に、自己潤滑性と防錆性とを有する水素非透過性被膜が形成され、
前記水素非透過性被膜は、官能基を有する含ふっ素重合体に対してポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる粒子を分散混入した膜、あるいは含ふっ素ポリウレタン高分子化合物に対してポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる粒子を分散混入した膜であ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トロイダル型無段変速機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トロイダル型無段変速機は、側面に軌道面を有する入力ディスクと、入力ディスクの軌道面に対向する軌道面を側面に有する出力ディスクと、両ディスクの軌道面間で構成されるトロイド状隙間に配置されて両軌道面を転走しながら両ディスク間のトルク伝達を行うローラとを備え、ローラが油膜を介して各ディスクに圧接した構成を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のトロイダル型無段変速機においては、変速機のバリエータに作用する応力、振動、温度等の要因によりディスクの軌道面又はローラ転動面に白層剥離と呼ばれる特異な損傷現象が生じている。この白層剥離は、白層と呼ばれる組織変化によって、表面が剥離する現象であり、高面圧と高トラクションに起因する特殊な応力下にあるディスクの軌道面に特に生じ易いことが判明している。
【０００４】
また、上記バリエータのようなトラクションドライブのディスクとローラの潤滑には、トラクションオイルと呼ばれる特殊なオイルが用いられる。高温環境下では当該オイルが分解して、水素を発生し、ディスクやローラの表面を水素脆化させることも、これらの白層剥離を促進する大きな要因となっていることが、発明者の研究により分かってきた。自動車用のトランスミッションに用いられるトロイダル型無段変速機は、小型化要求があると同時に、高負荷、高振動、高温という過酷な環境で使用されるため、ディスクとローラの接触条件は機械的に厳しくなると同時に、高温ゆえに上記オイルの分解による水素発生も促進されて水素脆化の影響が大きくなることより、白層剥離が生じ易くなるものと考えられる。
【０００５】
そこで、白層剥離による損傷を防止して長寿命化を図るためには、白層の発生の抑制が求められるところである。
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、トロイダル型無段変速機における白層の発生を抑制することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、次の技術的手段を採用した。すなわち、本発明は、側面に軌道面を有する入力ディスクと、入力ディスクの軌道面に対向する軌道面を側面に有する出力ディスクと、両ディスクの軌道面間で構成されるトロイド状隙間に配置されて両軌道面を転走しながら両ディスク間のトルク伝達を行うローラとを備え、前記トルク伝達は、前記ローラがトラクションオイルの油膜を介して前記両ディスクに圧接して行われるトロイダル型無段変速機において、前記入力ディスク、前記出力ディスク、又は前記ローラの少なくともいずれか一つの全表面に、水素非透過性被膜が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
白層を発生させる要因の一つとして、オイル分解による水素のディスク又はローラ内部への進入とディスク又はローラの組織変化（水素脆性）が考えられる。そこで、ディスクの軌道面又はローラ転動面に水素非透過性被膜を形成することで、この被膜が形成されているディスク又はローラ内部への水素の進入を防止して、白層の発生を抑制することができる。特に、白層剥離が発生し易いディスク軌道面に上記被膜を形成するのが好ましい。
【０００８】
前記水素非透過性被膜は、（１）官能基を有する含ふっ素重合体を有する膜、（２）含ふっ素ポリウレタン高分子化合物を有する膜、（３）官能基を有する含ふっ素重合体に対してポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる粒子を分散混入した膜、あるいは（４）含ふっ素ポリウレタン高分子化合物に対してポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる粒子を分散混入した膜、のいずれかであり、しかも、これらの（１）〜（４）の膜は水素非透過性とともに潤滑性も有するため、入力ディスクと出力ディスクの少なくともいずれか一方のディスクには、当該ディスクが取り付けられている回転軸に対する接触面にも、前記膜を形成すれば、回転軸との接触面において潤滑性が得られ、摩耗を防止することもできる。なお、ここでいう回転軸とは入力軸が取り付けられる軸と出力ディスクが取り付けられる軸の双方を含む意である。また、回転軸との接触面とは、回転軸に取り付けられている部材との接触面を含む意である。
【０００９】
ディスク又はローラの全表面に水素非透過性被膜が形成されたものは、例えば、ディッピングなどにより容易に製造することができる。また、全体に被膜を形成すれば、ディスクの軌道面と回転軸に対する接触面の双方に被膜を形成することにもなり好適である。
【０００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１はこの発明のトロイダル型無段変速機の一種であるフルトロイダル型無段変速機のバリエータ１部分を示す概略図である。このトロイダル型無段変速機において、前記バリエータ１には、車両の動力源２により回転駆動される入力軸（回転軸）３が設けられており、その両端近傍にはそれぞれ入力ディスク５が支持されている。
【００１１】
各入力ディスク５の一側面には、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穴５ａが形成されている。各入力ディスク５は、前記スプライン穴５ａを入力軸３のスプライン軸３ａに嵌合させることによって入力軸３に一体回転可能に組み付けられている。また、入力軸３には、各入力ディスク５が互いに離反する方向へ移動するのを規制する係止リング５１が固定されており、各入力ディスク５は、軌道面５ｂとは反対側の側面５ｃが当該係止リング５１と当接することによって、互いに離反する方向への移動が規制されている。
【００１２】
前記入力軸３の軸方向中央部には、出力部材６ａとこの出力部材６ａにそれぞれ一体回転可能に支持された出力ディスク６ｂとを備える出力部６が、当該入力軸３に対して相対回転自在に設けられている。この出力ディスク６ｂの前記入力ディスク５の軌道面５ｂに対向する一側面には、凹湾曲状の軌道面６ｃが形成されている。
【００１３】
また、前記出力部材６ａの外周にはチェーン６ｄと噛み合うスプロケットギヤ６ｅが形成されており、前記チェーン６ｄによって動力が伝達される。
さらに、出力部材６ａの両側部には、出力軸（回転軸）としての筒状のスリーブ６ｊが形成されている。このスリーブ６ｊは入力軸３と出力ディスク６ｂとの間の隙間に導入されており、その外周にはスプライン軸６ｋが形成されている。
【００１４】
各出力ディスク６ｂの内周にはスプライン穴６ｍが形成されており、当該出力ディスク６ｂはそのスプライン穴６ｍを前記スリーブ６ｊのスプライン軸６ｋに嵌合させることにより、軸方向への微動が許容された状態で出力部材６ａに一体回転可能に組み付けられている。また、各出力ディスク６ｂの背面には隙間６ｇを設けてバックアップ板６ｈが配置されている。前記隙間６ｇはケーシング６ｆ及び図示しないシールによって密封されており、この隙間６ｇに油圧動力源９ａから油圧を供給することにより、出力ディスク６ｂを対向する入力ディスク５方向へ付勢して、所定の端末負荷が加えられている。
【００１５】
互いに対向する入力ディスク５の軌道面５ｂと出力ディスク６ｂの軌道面６ｃとの間は、トロイド状隙間として構成されており、このトロイド状隙間には、それぞれ各軌道面５ｂ、６ｃと転がり接触する３個の円盤状のローラ７が円周等配に配置されている。ローラ７は、外周面７ｂが転動面とされており、このローラ転動面７ｂが油膜を介して軌道面６ｂ、６ｃと圧接する。各ローラ７はキャリッジ８によって回転自在に支持されているとともに、当該キャリッジ８によって各軌道面５ｂ、６ｃとの相対位置を調整できるようになっている。
【００１６】
前記バリエータにおいては、入力ディスク５から出力ディスク６ｂに対して、前記６個のローラ７を介してトルクが伝達される。また、前記６個のローラ７の位置をキャリッジ８によって調整することにより（図１の二点鎖線参照）、出力ディスク６ｂの回転数（速度比）を増減させることができる。
【００１７】
前記入力ディスク５、出力ディスク６ｂ、及びローラ７は、それぞれ軸受用鋼で形成され、それらの全表面に膜厚数十μｍ程度の水素非透過性被膜が形成されている。この被膜は、十分に薄いため従来のディスク５，６ｂ又はローラ７の設計変更をすることなく形成できる。
【００１８】
この水素非透過性被膜を形成することで、ディスク表面からディスク内部に水素が進入することを防止でき、この水素非透過性被膜がディスク５，６の少なくとも軌道面５ｂ，６ｃに存在することで、従来白層が生じていたディスク軌道面５ｂ，６ｃにおける白層の発生を抑制することができる。また、ローラ７の転動面７ｂにも水素非透過性被膜が形成されているので、ローラ７側での白層発生も防止できる。
【００１９】
このような水素非透過性被膜としては、ふっ素樹脂からなる膜を用いることができ、例えば、特開平９−１３７８３０号公報において転がり軸受の潤滑膜として示される、含ふっ素ポリウレタン高分子化合物からなる固体状の膜を採用している。つまり、この膜は、−ＣＸＦ２Ｘ−Ｏ−という一般式（Ｘは１〜４の整数）で示される単位を主要構造単位とし、いずれも平均分子量が数百万以上で硬化反応により分子間がウレタン結合された３次元の網状構造を有している。３次元の網状構造とは、化学構造上の表現であって、膜の断面が網状になっているのではなく、分子間が網状のように連続してつながって密に詰まった均質な構造になっていることを意味している。このような含ふっ素ポリウレタン高分子化合物としては、下記化学式１に示すような末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体を用いて、化学構造を変化させたものとすることができる。前述の末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体としては、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）の誘導体、具体的に例えばモンテカチーニ社の商品名フォンブリンＺ誘導体（FOMBLIN Z DISOC）が好適に用いられる。
【００２０】
【化１】
0004100010.tif 000002
【００２１】
次に、上述した被膜の形成方法の一例を説明する。
（ａ）  上記被膜を得るための溶液を用意し、この溶液中に入力ディスク５、出力ディスク６ｂ、又はローラ７を浸漬することにより、入力ディスク５、出力ディスク６ｂ、又はローラ７の外表面全体に液状の膜を付着させる（付着処理）。本実施形態では、ディスク５，６ｂ又はローラ７の全体に膜を形成するので、水素非透過性被膜付きディスク又はローラを溶液への浸漬によって容易に製造できる。
【００２２】
ここで用意する溶液は、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体［フォンブリンＺ誘導体(FOMBLIN Z DISOC)］を希釈溶媒（ふっ素系溶剤ＳＶ９０Ｄ）で含ふっ素重合体の濃度を１ｍａｓｓ％にまで希釈したものとする。
【００２３】
（ｂ）  液状膜が付着した入力ディスク５、出力ディスク６ｂ、又はローラ７を、４０〜５０℃で約１分間加熱し、液状膜に含む溶媒を除去する（乾燥処理）。この時点では、液状膜のままであり、流動性を有している。
【００２４】
（ｃ）  この後、例えば１００〜２００℃で３〜２０時間、加熱する（硬化処理）。これにより、液状膜の化学構造が変化することにより硬化反応して含ふっ素ポリウレタン高分子化合物からなる固体状の膜が得られる。ちなみに、この硬化処理では、液状膜に存在している官能基付き含ふっ素重合体の個々について、下記化学式２〜５に示すような４種の硬化反応でもって末端のイソシアネート（ＮＣＯ）が消失し、各官能基付き含ふっ素重合体が互いにウレタン結合することにより３次元の網状構造となる。ウレタン結合は、化学式２，３に示すような硬化反応でもって、図２（ａ）に模式的に示すように直線的に架橋するとともに、化学式４，５に示すような硬化反応でもって、図２（ｂ）に模式的に示すように３次元方向で架橋する。なお、図２では、下記化学式６に示すように、上記化学式１を簡略化して模式的に示している。
【００２５】
【化２】
0004100010.tif 000003
【００２６】
【化３】
0004100010.tif 000004
【００２７】
【化４】
0004100010.tif 000005
【００２８】
【化５】
0004100010.tif 000006
【００２９】
【化６】
0004100010.tif 000007
【００３０】
上記のような膜は、自己潤滑性を有するため、ディスク５，６ｂへの水素進入防止機能だけでなく、潤滑膜としても機能し得る。本実施形態では、ディスク５，６ｂの全表面に膜が形成されているため、入出力ディスク５，６ｂのスプライン穴５ａ，６ｍ、出力ディスク外周６ｎ、入力ディスク５の軌道面５ａとは反対側の側面５ｃにおけるフレッチング摩耗を防止できる。
【００３１】
すなわち、入出力ディスク５，６ｂのスプライン穴５ａ，６ｍは、入力軸３のスプライン軸３ａ又は出力軸であるスリーブ６ｊのスプライン軸６ｋに対して摺動することでフレッチング摩耗が発生するおそれがあり、出力ディスク６ｂの外周６ｎはケーシング６ｆに対して摺動することでフレッチング摩耗が発生するおそれがあり、入力ディスク５の側面５ｃは係止リング５１と当接していることでフレッチング摩耗が発生するおそれがある。しかし、これらの摺動箇所５ａ，６ｍ，６ｎ及び当接箇所５ｃのような回転軸（入力軸５又は出力軸６ｂ）との接触面には潤滑膜でもある上記被膜が形成されているので、このような接触面５ａ，６ｍ，６ｎ，５ｃにおけるフレッチング摩耗を防止でき、摩耗による油圧抜け、摩耗粉によるシール損傷、形状変化による振動等の不具合を防止できる。
【００３２】
また、水素非透過性被膜は、ディスク５，６ｂ又はローラ７の加工の最終工程において、ディスク５，６ｂ又はローラ７の全面に形成されるため、被膜形成処理移行にディスク５，６ｂ又はローラ７の表面が空気と接触することがない。したがって、ディスク５，６ｂ又はローラ７における錆の発生を防止できる。このため、別途防錆処理として防錆油を塗布し、ユーザ側が使用時に防錆油を除去する洗浄処理が不要となり、コストを削減できる。
【００３３】
さらに、水素非透過性被膜としては、本願出願人の出願である特開平８−２２６４４６号公報で開示された膜や、本願出願人の出願である特開平１０−９２７０号公報で開示された膜とすることができる。前者で開示されている膜は、転がり軸受の潤滑薄膜であって、官能基を有する含ふっ素重合体からなり、流動体を有している。また、後者で開示されている膜は、転がり摺動部品の潤滑膜であって、官能基を有する含ふっ素重合体に対してポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる粒子を分散混入した膜、及び含ふっ素ポリウレタン高分子化合物に対してポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる粒子を分散混入した膜である。さらに、水素非透過性被膜としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の膜を採用することもできる。これらの膜も水素非透過性であるとともに、自己潤滑性を有するので、含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の膜と同様の作用効果を奏することができる。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない、例えば、水素非透過性被膜をディスクとローラの双方に形成したものを例示したが、ディスクだけに被膜を形成してもよい。また、図示したトロイダル型無段変速機はいわゆるフルトロイダル型であるが、ハーフトロイダル型であっても本発明を適用できる。
また、上記実施形態では、ディスク、ローラを軸受用鋼で形成した例を示したが、これに限らず、他の鋼材その他水素脆化する材料でも適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、前記入力ディスクの前記軌道面、前記出力ディスクの前記軌道面、前記ローラの転動面の少なくとも一つに、水素非透過性被膜が形成されているので、白層発生の要因として考えられる水素のディスク又はローラ内部への進入が防止されるので、白層の発生を抑制できる。
【００３６】
前記水素非透過性被膜としては、官能基を有する含ふっ素重合体を有する膜、含ふっ素ポリウレタン高分子化合物を有する膜、官能基を有する含ふっ素重合体に対してポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる粒子を分散混入した膜、あるいは含ふっ素ポリウレタン高分子化合物に対してポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる粒子を分散混入した膜を用いた場合、これらの膜は潤滑性も有するため、入力ディスクと出力ディスクの少なくともいずれか一方のディスクの、当該ディスクが取り付けられている回転軸に対する接触面にも、前記膜を形成することで、回転軸との接触面において潤滑性が得られ、摩耗を防止することもできる。
【００３７】
そして、前記水素非透過性被膜を、前記入力ディスク、前記出力ディスク、又は前記ローラのいずれか一つの全表面に形成すれば、ディッピングなどにより容易に製造することができる。また、ディスク全体に被膜を形成すれば、ディスクの軌道面と回転軸に対する接触面の双方に被膜を形成することにもなる
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のトロイダル型無段変速機の一実施形態を示す要部概略図である。
【図２】水素非透過性被膜の構造を模式的に示した構造図である。
【符号の説明】
３  入力軸（回転軸）
５  入力ディスク
５ａ  スプライン穴（接触面）
５ｂ  軌道面
５ｃ  側面（接触面）
６ｂ  出力ディスク
６ｃ  軌道面
６ｊ  出力軸（回転軸）
６ｍ  スプライン穴（接触面）
６ｎ  ディスク外周（接触面）
７  ローラ
７ｂ  転動面
【図１】
0004100010.tif 000008
【図２】
0004100010.tif 000009