(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源により回転駆動される入力軸と連動して回転する入力ディスクと、前記入力軸の回転に基づく動力を取出す出力軸と連動して回転する出力ディスクと、前記入力ディスクと出力ディスクと転接するパワーローラ軸受と、を備え、前記入力ディスクと前記出力ディスクと前記パワーローラ軸受とが、棒状に形成された鋼から、少なくとも繰返し曲げ強度を考慮した強度設計による許容応力に基づいて製造されるトロイダル形無段変速装置において、
前記鋼の介在物を検査する検査対象面を、鋼の長手方向に沿う中心線を通りかつこの中心線を含む断面において、前記中心線寄りに、前記中心線と前記鋼の表面との間の距離の４０％以下の範囲とし、検査基準面積を、前記検査対象面内の３００ｍｍ２以上の広さを有する面積とするとともに、測定回数を５回以上とし、極値統計法により、最大介在物分布直線を求めた時、予想を行なう面積３００００ｍｍ２における最大介在物の面積の平方根が５０μｍ以下であり且つ直径３０ｍｍ以上１００ｍｍ未満の鋼により、前記入力ディスクと、前記出力ディスクと、前記パワーローラ軸受の少なくとも内輪と、のうち少なくとも一つが製造されたことを特徴とするトロイダル形無段変速装置。
【請求項２】
駆動源により回転駆動される入力軸と連動して回転する入力ディスクと、前記入力軸の回転に基づく動力を取出す出力ディスクと、棒状に形成された鋼から、少なくとも繰返し曲げ強度を考慮した強度設計による許容応力に基づいて製造されかつディスク状のカムディスクを有するとともに前記入出力ディスクを互いに近付ける方向に前記入出力ディスクのうち少なくとも一方を押圧する押圧機構を備えたトロイダル形無段変速装置において、
前記鋼の介在物を検査する検査対象面を、鋼の長手方向に沿う中心線を通りかつこの中心線を含む断面において、前記中心線寄りに、前記中心線と鋼の表面との間の距離の４０％以下の範囲とし、検査基準面積を、前記検査対象面内の３００ｍｍ２以上の広さを有する面積とするとともに、測定回数を５回以上とし、極値統計法により、最大介在物分布直線を求めた時、予想を行なう面積３００００ｍｍ２における最大介在物の面積の平方根が５０μｍ以下であり且つ直径３０ｍｍ以上１００ｍｍ未満の鋼により、前記押圧機構のカムディスクが製造されたことを特徴とするトロイダル形無段変速装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車などの車両用の変速装置として用いられるトロイダル形無段変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車などの車両用の変速装置としては、複数の歯車を有しこれらの歯車間の噛み合せを変更して、入力軸から出力軸へトルクを伝えるものが主流であった。しかしながら、この従来の歯車式有段変速装置は、変速時に段階的、断続的にトルクが変化するため、動力伝達に損失が生じたり、変速時に振動が生じたりするなどの欠点を抱えていた。
【０００３】
そこで、近年、変速時における段階的、断続的にトルクが変化することがない無段変速装置が実用化されている。この無段変速装置は、変速時などの振動が生じなく、かつ前記歯車式有段変速装置より動力伝達時の損失が少くて優れているとともに、車両に用いられた際の燃費も優れている。このため、一部の乗用車などには、前述した無段変速装置の一例としてベルト式無段変速装置などが実用化されている。
【０００４】
また、無段変速装置として、入力軸と連動して回転する入力ディスクと、出力軸と連動して回転する出力ディスクと、これら入出力ディスクと転接するパワーローラ軸受と、ディスク状のカムディスクを有しかつ前記入出力ディスクを互いに近付ける方向に前記入出力ディスクのうち少なくとも一方を押圧するローディングカム機構と、を備えたトロイダル形無段変速装置が提案されている。
【０００５】
このトロイダル形無段変速装置は、前記ベルト式無段変速装置と比較して、高いトルクを伝達することが可能であるため、中・大型車両用の無段変速装置として有効と考えられている。
【０００６】
しかしながら、このトロイダル形無段変速装置は、より高いトルクの伝達が必要とされているため、その前記入出力ディスク、パワーローラ軸受およびカムディスクが、一般的な歯車及び軸受などの通常の繰り返し応力が加わる機械部品と比較して、非常に大きな繰り返し曲げ応力および繰り返しせん断応力を受ける。したがって、これらのディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクは、従来の一般的な機械部品より一層耐久性の高い材料から製造される必要がある。
【０００７】
このトロイダル形無段変速装置に適する高耐久性の材料として、例えば特開平７−２０８５６８号公報に示されているように、前記トロイダル形無段変速装置の構成要素である前記ディスクおよびパワーローラ軸受に所定の浸炭・浸炭窒化を施したものや、特開平８−３３８４９３号公報に示されているように前記ディスクおよびパワーローラ軸受に高周波焼入れを施したものや、特開平９−７９３３８号公報に示されているように前記ディスクおよびパワーローラ軸受に特殊な合金元素を添加したものが知られている。これらの方法によって、材料素材（マトリックス）の強度を強くし、前記トロイダル形無段変速装置の耐久性を向上させることが提案されている。
【０００８】
一方、繰り返し曲げ応力に対する材料の強度には、材料の破壊の起点となる微小な欠陥やき裂などの大きさが大きく影響を及ぼすことが知られている。例えば「金属疲労  微小欠陥と介在物の影響」（１９９３年、養賢堂発行）では、繰り返し曲げ応力が加わった場合の材料の疲労限度σｗを、以下に示す式１で表わせることを記載している。
【０００９】
【数１】
0004101350.tif 000002
【００１０】
ただし、Ｋ：１．４３（欠陥やき裂が表面にある場合）
１．４１（欠陥やき裂が表面に接するように存在する場合）
１．５６（欠陥やき裂が内部に存在する場合）
σｗ：疲労限度
Ｈｖ：材料の硬さ（材料素材の強さに関するもの）
√area：欠陥やき裂を最大主応力方向に投影した投影面積の平方根（欠陥やき裂の寸法と形状を代表する量）
したがって、トロイダル形無段変速装置のような大きな繰り返し曲げ応力と大きな繰り返しせん断応力をうける過酷な条件下で用いられる機械部品においては、この応力による破壊の起点となる前述した微小な欠陥やき裂の大きさや分布状況を管理した材料を用いるのが望ましい。
【００１１】
一般に、前記トロイダル形無段変速装置のディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクなどに適する高強度を必要とする鋼の主な欠陥は、非金属の酸化物系介在物であることが知られている。なお、この介在物とは、溶解・鋳造・圧延などの工程を経て製造される際に、これらの工程で鋼に不可避的に混入する不純物である。
【００１２】
この酸化物系介在物を管理する方法として、ＪＩＳ法（ＪＩＳＧ０５５５）やＡＳＴＭ（American Society for Testing and Material:米国材料試験協会）法（ＡＳＴＭＥ４５）などに準拠した方法が知られている。
【００１３】
また、特に前述した介在物が少くて高清浄度が要求される前記ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクなどに適する材料において介在物を管理する方法として、例えば特開平３−２９４４３５号公報に示されている材料の清浄度を管理する方法や、前記「金属疲労  微小欠陥と介在物の影響」に示されている極値統計法などが知られている。
【００１４】
前記特開平３−２９４４３５号公報に示されている方法は、電子ビームを用いて前記材料を再溶解し、大きな酸化物系介在物を浮遊させて材料の清浄度を管理する方法である。
【００１５】
前記極値統計法とは、複数の試験片から、ある単位面積Ｓ0 内の介在物の中から最も大きな介在物の大きさを調査し、その後統計処理を行うことにより、推定の必要な面積Ｓ内での、最大介在物の大きさを推定する方法である。
【００１６】
極値統計法（村上敬宜著「金属疲労  微小欠陥と介在物の影響」養賢堂１９９３年３月８日第１版発行  ２３３頁〜２６１頁参照）は、以下に示すステップを経て最大介在物の大きさを推定する。
【００１７】
まず、被検査対象物の試料から主応力方向に垂直な面を切り出す。この切り出された面の表面（以下検査対象面と呼ぶ）を研磨して鏡面に仕上げる。前記単位面積Ｓ0 として、例えば前記光学顕微鏡やカメラなどの１視野と略等しい検査基準面積を定める。
【００１８】
その後、前記光学顕微鏡やカメラで検査対象面を観察して前記検査基準面積内での最大介在物を選び、この最大介在物の大きさとしての面積の平方根√areamax を測定する。この最大介在物の√areamax の測定を検査部分が重複しないようにｎ回繰返し行う。
【００１９】
測定したｎ個の√areamax を小さいものから順に並べ、それぞれに番号ｊ（ｊ＝１からｎ）を付ける。そして、下記に示す式２及び式３を用いて累積分布関数Ｆj （％）および基準化変数ｙj を計算する。
【００２０】
Ｆj ＝｛ｊ／（ｎ＋１）｝×１００…………………（式２）
ｙj ＝−ｌｎ［−ｌｎ｛ｊ／（ｎ＋１）｝］………（式３）
極値確率用紙の横軸に前記√areamax をとりかつ縦軸に前記Ｆj 及びｙj をとり、前記１からｎまでの介在物のデータをこの極値確率用紙にプロットする。そして、基準化変数ｙj および前記√areamax について最大介在物分布直線を計算する。この最大介在物分布直線は下記に示す式４から式６で示すことができる。
【００２１】
√areamax ＝ａ×ｙ＋ｂ………………………………（式４）
ｙ＝−ｌｎ［−ｌｎ｛（Ｔ−１）／Ｔ｝］…………（式５）
Ｔ＝（Ｓ＋Ｓ0 ）／Ｓ0 ………………………………（式６）
ただし、ｙ：基準化変数、Ｔ：再帰期間、Ｓ：予想を行う面積、Ｓ0 ：検査基準面積である。
【００２２】
そして、最大介在物の大きさを予想する面積Ｓを任意に設定し、前記式４ないし式６を用いて、前記面積Ｓにおける最大介在物の大きさとしての面積の平方根√areamax を推定する。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
前述した介在物の管理方法によって、転がり軸受や歯車などは、その機能に十分対応できる鋼の清浄度管理が行われている。しかしながら、トロイダル形無段変速装置としてのハーフトロイダル形無段変速装置の構成要素である入出力ディスク５０（図１２に示す）、パワーローラ軸受５１（図１３に示す）及び、ダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置の構成要素であるカムディスク５２（図１４に示す）は、図１５に示す一般的な転がり軸受５３や歯車などと比較して、加わる繰返し応力の絶対値が大きい。なお、前記ディスク５０及びパワーローラ軸受５１（特に内輪３１ａ）には、例えば４．０ＧＰａ程度の接触面圧と９０ｋｇｆ／ｍｍ2 程度の曲げ応力が加わる。
【００２４】
特に、図１２から図１４それぞれにハッチングして示す応力を受ける体積においても、前記入出力ディスク５０、パワーローラ軸受５１及びカムディスク５２は、前記転がり軸受５３と比較して大きい。また、図１４に示すカムディスク５２においては、図中一点鎖線Ｓで囲んだ部分は高い圧縮応力が作用するとともに、図中二点鎖線Ｔで囲んだ部分は高い引張応力が作用する。
【００２５】
このため、前記トロイダル形無段変速装置のディスク５０及びパワーローラ軸受５１及びカムディスク５２を設計する際には、まず、これらディスク５０、パワーローラ軸受５１及びカムディスク５２を、供試体としてそれぞれ複数づつ試作し、これら供試体それぞれに異なる大きさの繰返し応力を与え、破壊までの応力繰返し数を求め、それによりＳ−Ｎ線図を描く。
【００２６】
そして、この線図のＳ−Ｎ曲線から、前記ディスク５０、パワーローラ軸受５１及びカムディスク５２のそれぞれの疲労限度を求める。その後、前記疲労限度を、例えば１．２から２．０までの範囲の安全係数で除算することによって、前記ディスク５０、パワーローラ軸受５１及びカムディスク５２のそれぞれの許容応力を求めて、この許容応力を設計時に用いている。
【００２７】
前述したようなディスク５０、パワーローラ軸受５１及びカムディスク５２のそれぞれの許容応力を求める方法では、かならずしも、材料内に含まれる欠陥を前述した試験に用いられる限られた供試体で評価しきれているとはいえない。このため、前述した従来の方法では、十分な耐久性を満足することができないことが考えられる。また、この方法では、トロイダル形無段変速装置の設計仕様が変わる度に、前述した応力繰返し試験を行う必要があるため、開発期間の長期化と開発コストの増大を招く恐れがある。
【００２８】
また、前述したＪＩＳ法およびＡＳＴＭ法に準拠した方法では、前記ディスク５０、パワーローラ軸受５１及びカムディスク５２を製造するための材料としての、図１６に示す圧延などが施されて形成された棒状の鋼５４が比較的細い場合には、図１６（Ａ）中ハッチングして示す表面５５の一部とその中心線Ｐ１とを含む面を検査対象面５６としている。
【００２９】
一方、前記鋼５４が比較的太い場合には、図１６（Ｂ）に示すように、その中心線Ｐ１と表面５５との中間位置を中心とした前記鋼５４の圧延方向に沿う面５７を検査対象面としている。前記「金属疲労  微小欠陥と介在物の影響」に示された極値統計法においても、前述した位置に準じた面を検査対象面としている。
【００３０】
一般に、圧延などが施されて得られた棒状の素材としての鋼５４は、その中心部に向かうにしたがって前記介在物が大きく清浄度が低下し、表面５５に向かうにしたがって前記介在物が小さくなり清浄度が向上している。
【００３１】
このため、前述したＪＩＳ法、ＡＳＴＭ法及び極値統計法は、清浄度が高い表面５５寄りの部分も検査対象面に含んでいるために、この清浄度が平均化され、素材としての鋼５４全体の清浄度を判断する際に、甘く判断する恐れがある。つまり、清浄度が低い中心部の清浄度を、実際より良く判定することとなる。
【００３２】
特に、トロイダル形無段変速装置の構成要素であるディスク５０、パワーローラ軸受５１及びカムディスク５２のように、繰返し応力を受ける部分の体積が大きく、中心部も表面付近も高い繰返し応力が加わる可能性がある機械部品の材料の介在物検査には、不十分である。
【００３３】
このため、前述した介在物の管理方法で清浄度が管理された鋼から製造されたトロイダル形無段変速装置は、かならずしも、強度設計時の許容応力が確実に保証されているとは言えない。
【００３４】
したがって、本発明の第１の目的は、最大介在物の大きさを確実に推定された鋼から製造され、かつ強度設計時の許容応力が確実に保証される入出力ディスクとパワーローラ軸受とを備えたトロイダル形無段変速装置を提供することにある。
【００３５】
本発明の第２の目的は、最大介在物の大きさを確実に推定された鋼から製造され、かつ強度設計時の許容応力が確実に保証されるカムディスクを備えたトロイダル形無段変速装置を提供することにある。
【００３６】
前記課題を解決し第１の目的を達成するために、請求項１に記載の本発明のトロイダル形無段変速装置は、駆動源により回転駆動される入力軸と連動して回転する入力ディスクと、前記入力軸の回転に基づく動力を取出す出力軸と連動して回転する出力ディスクと、前記入力ディスクと出力ディスクと転接するパワーローラ軸受と、を備え、前記入力ディスクと前記出力ディスクと前記パワーローラ軸受とが、棒状に形成された鋼から、少なくとも繰返し曲げ強度を考慮した強度設計による許容応力に基づいて製造されるトロイダル形無段変速装置において、前記鋼の介在物を検査する検査対象面を、鋼の長手方向に沿う中心線を通りかつこの中心線を含む断面において、前記中心線寄りに、前記中心線と前記鋼の表面との間の距離の４０％以下の範囲とし、検査基準面積を、前記検査対象面内の３００ｍｍ2 以上の広さを有する面積とするとともに、測定回数を５回以上とし、極値統計法により、最大介在物分布直線を求めた時、予想を行なう面積３００００ｍｍ２における最大介在物の面積の平方根が５０μｍ以下であり且つ直径３０ｍｍ以上１００ｍｍ未満の鋼により、前記入力ディスクと、前記出力ディスクと、前記パワーローラ軸受の少なくとも内輪と、のうち少なくとも一つが製造されたことを特徴としている。
【００３７】
前記第２の目的を達成するために、請求項２に記載の本発明のトロイダル形無段変速装置は、駆動源により回転駆動される入力軸と連動して回転する入力ディスクと、前記入力軸の回転に基づく動力を取出す出力ディスクと、棒状に形成された鋼から、少なくとも繰返し曲げ強度を考慮した強度設計による許容応力に基づいて製造されかつディスク状のカムディスクを有するとともに前記入出力ディスクを互いに近付ける方向に前記入出力ディスクのうち少なくとも一方を押圧する押圧機構を備えたトロイダル形無段変速装置において、前記鋼の介在物を検査する検査対象面を、鋼の長手方向に沿う中心線を通りかつこの中心線を含む断面において、前記中心線寄りに、前記中心線と鋼の表面との間の距離の４０％以下の範囲とし、検査基準面積を、前記検査対象面内の３００ｍｍ2 以上の広さを有する面積とするとともに、測定回数を５回以上とし、極値統計法により、最大介在物分布直線を求めた時、予想を行なう面積３００００ｍｍ２における最大介在物の面積の平方根が５０μｍ以下であり且つ直径３０ｍｍ以上１００ｍｍ未満の鋼により、前記押圧機構のカムディスクが製造されたことを特徴としている。
【００３８】
すなわち、請求項１及び請求項２に記載のトロイダル形無段変速装置は、その構成要素である入出力ディスク、パワーローラ軸受の少なくとも内輪及びカムディスクと、のうち少なくとも一つが極値統計法によって最大介在物の大きさが推定された鋼から製造されている。
【００３９】
このため、例えば前記入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクなどの体積を微小な厚さを有する面積に換算することによって、前記極値統計法によって、前述したように換算した面積における最大介在物の面積の平方根を確実に予想することができる。
【００４０】
したがって、トロイダル形無段変速装置などの設計仕様が変わる度に、供試体を試作して応力繰返し試験を行う必要がなくなり、開発期間の長期化と開発コストの増大を招くことがない。
【００４１】
さらに、前記式１を用いることにより、繰返し曲げ応力が加わった時の疲労限度を確実に予想することができ、前記トロイダル形無段変速装置の設計仕様などに反映することができる。
【００４２】
また、前記極値統計法により最大介在物の面積の平方根を予想する際に、前記入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクそれぞれを製造する鋼の中央寄りの中心線と表面との間の距離の４０％以下の部分を検査対象面としているので、確実に、前記入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクに含まれる最大介在物の大きさを推定することができる。
【００４３】
極値統計法における検査基準面積を３００ｍｍ2 以上としているので、同一材料を、互いに位置が異なる検査基準面を検査して得られる最大介在物の大きさが、検査基準面ごとにばらつかなくなる。また、極値統計法の測定回数を５回以上としたので、同一材料を用いて複数回、検査基準面を検査して得られる最大介在物の大きさのばらつきが少くなる。
【００４４】
さらに、極値統計法によって予想を行う面積として、トロイダル形無段変速装置の入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクそれぞれに応力が作用する体積に基いた値を用いているので、前記ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクに存在する最大介在物の大きさを確実に推定することができる。
【００４５】
前記トロイダル形無段変速装置において、前記予想を行う面積を、前記入出力ディスク、パワーローラ軸受（特に内輪）及びカムディスクのそれぞれに応力が作用する体積を、検査対象面を検査する検査装置の分解能で除算して求めた値とした鋼から製造されるのが望ましい。この場合、トロイダル形無段変速装置のディスク、パワーローラ軸受及びカムディスク内に存在する介在物のうち最大介在物の大きさをより確実に推定することができる。
【００４６】
したがって、前記式１を用いることによって、トロイダル形無段変速装置は、強度設計時の許容応力値が確実に保証されることとなる。
さらに、前記トロイダル形無段変速装置において、前記予想を行う面積を３００００ｍｍ2 以上とし、かつ前記検査基準面積内で検出された最大介在物の面積の平方根が５０μｍ以下の鋼から製造されるのが望ましい。この場合、トロイダル形無段変速装置の耐久性が著しく向上することとなる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を図１から図１１を参照して説明する。
図１はトロイダル形無段変速装置としてのシングルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置２０の一部を構成するバリエータ２１を示す断面図であり、図２はトロイダル形無段変速装置としてのダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置３０の一部を構成するバリエータ３１を示す断面図である。
【００４８】
図１に示すように、シングルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置２０のバリエータ２１は、エンジン等の駆動源（図示しない）に連結されかつ前記駆動源により回転駆動される入力軸１に、ニードルベアリングを介してこの入力軸と連動して回転自在に支持された入力ディスク２と、前記入力軸１の回転に基づく動力を取出す出力軸と連動して回転する出力ディスク３と、この入力ディスク２および出力ディスク３に転接するパワーローラ軸受１１の内輪１０などを備えている。
【００４９】
入力ディスク２の背面側には、入力ディスク２を出力ディスク３側に押し付ける押圧機構としてのローディングカム機構６が設けられている。ローディングカム機構６は、前記カムディスク４とローラ５とを備えている。カムディスク４は入力軸１に対してスプライン係合して設けられている。ローラ５は、カムディスク４と入力ディスク２との間に設けられている。
【００５０】
入力ディスク２と出力ディスク３との間には枢軸７を中心として揺動するトラニオン８が設けられ、トラニオン８の中心部には変位軸９が設けられている。そして、この変位軸９には前記パワーローラ軸受１１が回転自在に支持され、このパワーローラ軸受１１は、入力ディスク２及び出力ディスク３と接するトラクション部を有し、入力ディスク２と出力ディスク３との間に傾転自在に転接されている。
【００５１】
このパワーローラ軸受１１は入力ディスク２及び出力ディスク３から加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、内輪１０の回転を許容するものである。このようなパワーローラ軸受１１の複数個の玉１２はトラニオン８側に設けられた円環状の外輪１３と回転部としての内輪１０との間に設けられた円環状の保持器１４によって保持されている。
【００５２】
さらに、外輪１３と内輪１０には玉１２を転動自在に保持する軸走溝１５，１６が設けられている。軸走溝１５，１６は、外輪１３と内輪１０の玉１２との接触面に円環状に設けられ、かつ断面円弧状に形成されている。
【００５３】
前記ダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置３０のバリエータ３１において、図１に示したシングルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置２０と構成が共通する部分には同一符号を付して、以下説明する。
【００５４】
図２に示すように、ダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置３０のバリエータ３１は、一対の入力ディスク２，２と、一対の出力ディスク３，３と、複数のパワーローラ軸受１１と、を備えている。前記入力ディスク２，２は、互いに間隔を有しかつ互いに対向した状態で設けられている。入力ディスク２，２は互いに同軸的に配されている。入力ディスク２，２は、それぞれ入力軸１と連動して回転するように、入力軸１と同軸的に支持されている。
【００５５】
前記出力ディスク３，３は、前記一対の入力ディスク２，２の間に、それぞれ入力ディスク２，２と対向しかつ前記入力軸１に対して遊嵌状態で設けられている。出力ディスク３，３は、互いに同軸的に配置されかつ互いに同期して回転するようになっている。出力ディスク３，３は、これらの出力ディスク３，３と同軸的に配置された出力歯車３２と連動するように設けられている。この出力歯車３２は、前記入力軸１に基づく動力を取出す出力軸と連動して回転するようになっている。
【００５６】
前記複数のパワーローラ軸受１１は、それぞれ、前記入力ディスク２，２と出力ディスク３，３との間に枢軸７を中心として揺動自在に支持されている。パワーローラ軸受１１は、それぞれ、前記入力ディスク２，２と出力ディスク３，３に転接自在な内輪１０を備えている。
【００５７】
前記一対の入力ディスク２，２のうち一方の入力ディスク２の背面側には、押圧機構としてのローディングカム機構６が設けられている。ローディングカム機構６は、ディスク状のカムディスク４とローラ５とを備えている。
【００５８】
カムディスク４は、前記入力ディスク２，２などと同軸的に配置されている。カムディスク４と入力軸１との間には、ボール３３が設けられている。カムディスク４と入力軸１のそれぞれの前記ボール３３と接する部分には、それぞれ断面円弧状の案内溝３４，３５が設けられている。
【００５９】
前記ローラ５は、前記入力軸１の軸線Ｏに対し、例えば直交するなどの交差する軸線Ｑ回りに回動自在となっている。ローディングカム機構６は、ローラ５が軸線Ｑ回りに回動することによって、前記入力ディスク２，２を出力ディスク３，３に向って押圧するようになっている。
【００６０】
前述した構成によって、ダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置３０のバリエータ３１は、ローディングカム機構６が入力ディスク２，２を出力ディスク３，３に向って押圧することによって、入力軸１から伝達された回転駆動力を入力ディスク２，２、パワーローラ軸受１１の内輪１０、出力ディスク３，３及び出力歯車３２を介して出力軸へと伝達することとなる。
【００６１】
前記入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内輪１０、外輪１３及びカムディスク４のうち少なくとも一つは、圧延などが施された図３に示すような棒状に形成された鋼２２から製造される。この棒状の鋼２２は、溶解・鋳造・圧延などの工程で不可避的に混入する不純物としての介在物を含んでいる。この介在物は主に非金属の酸化物系介在物であることが多い。なお、図３（Ａ）は鋼２２の端面を示し、図３（Ｂ）は図３（Ａ）中のｂ−ｂ線に沿う断面図を示している。
【００６２】
前記棒状の鋼２２は、その直径Ｄが３０ｍｍ以上でかつ１００ｍｍ未満の範囲の円柱状のものが用いられるのが望ましい。鋼２２の直径Ｄが３０ｍｍ未満の場合には、鋼２２自体の圧延率が高いため、介在物が圧延の影響を受けて引き伸ばされている可能性がある。このため、３０ｍｍ未満の直径Ｄを有する鋼２２は、介在物が大きいことが予想されるので、入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内外輪１０，１３及びカムディスク４の製造に用いるには望ましくない。
【００６３】
また、鋼２２の直径Ｄが１００ｍｍを超える場合は、素材自体が大きすぎるため、資料採集が容易ではなく、検査の効率を低下させる可能性があって、好ましくない。したがって、棒状の鋼２２は、３０ｍｍ以上１００ｍｍ未満の範囲の直径Ｄを有する円柱状に形成されたものを用いるのが望ましい。
【００６４】
前記入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内輪１０と外輪１３とのうち少くとも内輪１０及びカムディスク４のうち少なくとも一つは、図４に示すズテップＳ１からＳ５を経る極値統計法によって、最大介在物の大きさが推定された前述した棒状の鋼２２から製造されている。
【００６５】
まず、図４に示すステップＳ１において、前記鋼２２の長手方向としての圧延方向に沿う中心線Ｐを通り、前記圧延方向に沿う面で前記鋼２２を切断する。そしてステップＳ２において、この切断された断面２３（図３（Ｂ）に示す）において、前記中心線Ｐ寄りに前記直径Ｄの４０％以下の部分ｄの表面２４を研磨して鏡面に仕上げ、この部分ｄの表面２４を検査対象面とする。つまり、検査対象面２４を、鋼２２の前記中心線Ｐを通る断面において、この中心線Ｐ寄りに、中心線と鋼２２の表面２５との間の距離の４０％以下の範囲としている。
【００６６】
検査対象面２４として中心線Ｐ寄りの前記直径Ｄの４０％以下の部分ｄを用いるのは、以下に示す理由によるものである。
図５に示すように、実際に同一鋼において測定位置をずらして介在物の大きさの測定した結果、前記鋼２２の中心線Ｐと表面２５との間の距離の４０％付近を境として、中心線Ｐ寄りの部分の介在物が大きく、かつ表面２５寄りの部分の介在物が小さいことが明らかとなった。
【００６７】
なお、図５においては、３種類の互いに溶解時の条件や工程などが異なる試験片を用いており、図示中試験片ＡはＳＣＭ４２０鋼であり、試験片ＤはＳＣｒ４２０鋼であり、試験片ＨはＳＣＭ４２０鋼である。
【００６８】
ここで、前述した従来のＪＩＳ法、ＡＳＴＭ法などのように、表面２５よりの部分も検査対象面とすると、鋼２２の中心線Ｐよりの部分の清浄度を実際より良く判定してしまうことが考えられる。特に前記入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内輪１０及び外輪１３（特に内輪１０）及びカムディスク４などのように、繰返し応力を受ける体積が大きく、かつ中心部も周辺部も高い繰返し応力が加わる可能性がある部品の材料の介在物検査には不十分である。
【００６９】
また、実際に前記ディスク２，３及びパワーローラ軸受１１の内輪１０及び外輪１３などを製造し、耐久試験を行って破損したものを調査した結果、破壊の起点となるのは、素材の鋼２２の中心線Ｐの近傍に対応する部分が多いことがわかった。
【００７０】
前述した事柄によって、前記入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内輪１０及び外輪１３（特に内輪１０）及びカムディスク４などのように、繰返し応力を受ける体積が大きく、かつ中心部も周辺部も高い繰返し応力が加わる可能性がある部品の材料の清浄度を保証するためには、清浄度が劣っている部分で検査する必要がある。したがって、検査対象面２４として、中心線Ｐ寄りの前記直径Ｄの４０％以下の部分ｄを用いて、介在物の大きさを計測する望ましい。
【００７１】
そして、ステップＳ３において、検査基準面積を前記検査対象面２４内の３００ｍｍ2 以上の広さを有する面積とし、光学顕微鏡などでこの３００ｍｍ2 以上の広さを有する検査基準面積内の最大介在物の大きさとしての面積の平方根√areamax の測定を、 検査部分が重ならない様に５回以上繰返し行う。
【００７２】
この検査基準面積Ｓ0 を３００ｍｍ2 以上とするのは、以下に示す理由によるものである。
図６に示すように、同一材料で前記面積Ｓ0 を変化させて最大介在物の面積の平方根√areamax を一つの面積Ｓ0 において数回ずつ推定した結果によれば、前記面積Ｓ0 が３００ｍｍ2 未満の場合には、極値統計法によって得られる前記√areamax の値がばらつき、前記面積Ｓ0 が３００ｍｍ2 以上の場合には、前記√areamax の値のばらつきが小さくなっているのが明らかになった。このため、前記検査基準面積Ｓ0 は、３００ｍｍ2 以上とするのが望ましい。
【００７３】
なお、図６においては、２種類の互いに溶解時の条件や工程などが異なる試験片を用いて、前記√areamax の推定を３回おこなっており、図示中試験片Ｂ，ＧともＳＣｒ４２０鋼である。
【００７４】
また、測定回数を５回以上とするには、以下に示す理由によるものである。
図７に示すように、測定回数を変化させ、同一材料で一つの測定回数において数回ずつ最大介在物の面積の平方根√areamax を推定した結果によれば、測定回数が５回未満の場合には、極値統計法によって得られる前記√areamax の値がばらつき、測定回数が５回以上の場合には、前記√areamax の値のばらつきが小さくなっているのが明らかになった。このため、前記測定回数は、５回以上とするのが望ましい。なお、図７においては、図６と同じ試験片Ｂ，Ｇを用いて、前記√areamax の推定を３回おこなっている。
【００７５】
そして、ステップＳ４において、５回以上の計測された最大介在物の面積の平方根√areamax を小さい方から並べて前記式２から式６に基いて、最大介在物分布直線を求める。
【００７６】
そして、ステップＳ５において、最大介在物の大きさを予想する面積Ｓを、３００００ｍｍ2 以上の任意の面積に設定して、前記最大介在物分布直線を用いて前記面積Ｓにおける最大介在物の大きさとしての最大介在物の面積の平方根√areamax を推定する。
【００７７】
なお、前述した予想する面積Ｓは、あまりに小さい値に設定されると、材料間での最大介在物の大きさの差が小さくなって、材料間の差別化が難しくなる。このため、３００００ｍｍ2 以上とするのが望ましい。
【００７８】
また、あまりに大きな値に設定されると、最大介在物の大きさが大きくなって現実とかけ離れてしまう。このため、前記予想を行う面積Ｓとして、前記入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内外輪１０，１３及びカムディスク４の体積に基いた値を用いるのが望ましい。
【００７９】
例えば、予想を行う面積Ｓとして、前記入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内外輪１０，１３及びカムディスク４の体積を、検査に用いられる光学顕微鏡などの検査装置の分解能で除算して得られる１０００００ｍｍ2 などの値を用いるのが望ましい。
【００８０】
次に、発明者らは、８種類の互いに溶解時の条件や工程などが異なる材料において、トロイダル形無段変速装置２０，３０の実物相当の回転曲げ試験を行った。この試験結果を以下に示す表１に示す。
【００８１】
また、この実験においては、ＳＣＭ４２０鋼およびＳＣｒ４２０鋼からなる試験片ＡからＨが用いられている。なお、表１においては、前述した試験結果とともに、前述した極値統計法によって推定した最大介在物の面積の平方根√areamax を合せて示している。
【００８２】
【表１】
0004101350.tif 000003
【００８３】
なお、表１中の極値統計法によって推定した最大介在物の面積の平方根√areamax は、以下に示す条件において推定されている。鋼の直径を６０ｍｍ、検査基準面積Ｓ0 を３００ｍｍ2 、測定回数ｎを１０回とし、予想を行う面積Ｓを１０００００ｍｍ2 および３００００ｍｍ2 の場合においてそれぞれ推定されている。
【００８４】
なお、予想を行う面積Ｓを１０００００ｍｍ2 とするのは、回転曲げ試験において、試験片１本の応力が加わる体積を光学顕微鏡などの検査装置の分解能で除算して求めた値であるからである。
【００８５】
また、前述した回転曲げ試験は、「材料試験便覧」（１９５７年、日本材料試験協会編、丸善株式会社発行）に記載されている小野式回転曲げ試験に準じた内容で行っている。
【００８６】
この試験においては、表１中の試験片ＡないしＨの鋼それぞれに繰返し曲げ応力を加えて、前述した試験片ＡないしＨそれぞれのＳ−Ｎ線図を作成し、このＳ−Ｎ線図から繰返し数が１０7 サイクルでの破壊応力（曲げ強度）を求めた。
【００８７】
さらに、破壊は略最大介在物を起点として発生すると考えられるので、破壊後に試験片それぞれの破壊の起点となった介在物の大きさ（面積の平方根の平均値）を測定して、各試験片中の最大介在物の大きさを測定している。
【００８８】
なお、前記各試験片ＡないしＨは、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｚ２２７４に規定されているｄ＝８ｍｍ、Ｒ＝２４ｍｍ、Ｌ＝１７ｍｍの１号試験片に形成され、図８に示す熱処理が施されている。
【００８９】
表１に示すように、この試験によれば、予想を行う面積Ｓを１０００００ｍｍ2 の時に前述した極値統計法によって得られた最大介在物の面積の平方根√areamax と破壊の起点となった介在物の面積の平方根とが互いに略一致していることが明らかとなった。
【００９０】
このため、予想を行う面積Ｓとして、実際に曲げ応力などの繰返し応力が作用する体積を光学顕微鏡などの検査装置の分解能で除算して求めた値を用いることによって、所望の試験片の最大介在物の大きさを推定できることが明らかとなった。
【００９１】
さらに、前述したように推定された最大介在物を有する鋼２２を用い、かつ、前記式１を用いて設計された入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内外輪１０，１３（特に内輪１０）及びカムディスク４などの比較的高い繰返し曲げ応力が加わる機械部品を製造することによって、前記入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１及びカムディスク４などの強度設計時の許容応力を確実に保証することができる。
【００９２】
また、前記表１の結果における予想を行う面積Ｓが３００００ｍｍ2 の場合において、最大介在物の面積の平方根√areamax と、繰返し数が１０7 サイクルの時の破壊応力（曲げ強度）との関係を図９に示す。
【００９３】
図９によれば、推定した最大介在物の面積の平方根√areamax が、試験片ごとにばらついているので、直径が６０ｍｍの棒状の鋼２２において検査基準面積Ｓ0 を３００ｍｍ2 、予想を行う面積Ｓを３００００ｍｍ2 として、前述した極値統計法によって最大介在物の面積の平方根√areamax を求めることによって、材料の差別化を行うことができることがあきらかになった。
【００９４】
このため、直径が３０ｍｍ以上でかつ１００ｍｍ未満の範囲である棒状の鋼２２において、極値統計法における検査基準面積Ｓ0 を３００ｍｍ2 以上とし、予想を行う面積Ｓを３００００ｍｍ2 以上とすることによって、最大介在物の大きさを推定でき、材料の差別化を行うことができるのが明らかになった。
【００９５】
さらに、図９によれば、前述したように得られた最大介在物の面積の平方根√areamax を、５０μｍ以下とすることによって、繰返し曲げ応力に対する強度の高い材料を得ることができ、この材料を用いることによって、前記繰返し曲げ応力に対する強度の高い入出力ディスク２，３、パワーローラ軸受１１の内外輪１０，１３及びカムディスク４を得ることができるのが明らかとなった。
【００９６】
次に、発明者らは、表１に示した８種類の鋼（試験片Ａ〜試験片Ｈ）からなる供試体Ａ〜供試体Ｈとしてのハーフトロイダル形無段変速装置２０の入出力ディスク２，３およびパワーローラ軸受１１の内輪１０及び外輪１３などをそれぞれ試作し、これら供試体Ａ〜供試体Ｈを用いてハーフトロイダル形無段変速装置２０の耐久試験を行った。なお、前記供試体Ａ〜供試体Ｈとしての前記入出力ディスク２，３およびパワーローラ軸受１１の内輪１０及び外輪１３は、ぞれぞれ図８に示す熱処理が施されている。
【００９７】
ただし、浸炭時間は、それぞれの部品における必要硬化層深さが得られる時間とされている。この試験は、「自動車用トロイダル形ＣＶＴに関する研究」（日本機械学会機素潤滑設計部門講演会論文集、１９９７年７月記載）のＦｉｇ３に示すダブルキャビティＣＶＴ変速装置に基いて行った。
【００９８】
また、この試験は、入力トルクが３４０Ｎ・ｍでかつ入力時の回転数が４０００ｒｐｍのときにおける最大減速状態で、一つの鋼種において３回行った。この試験結果を以下に示す表２および図１０に示す。
【００９９】
【表２】
0004101350.tif 000004
【０１００】
前記表２及び図１０に示すこの試験結果によれば、最大介在物の面積の平方根√areamax を５０μｍ以下とすることによって、寿命の長いハーフトロイダル形無段変速装置２０の入出力ディスク２，３およびパワーローラ軸受１１の内輪１０及び外輪１３を得ることができるのが明らかとなった。なお、表２中にパワーローラ破損と記しているのは、内輪１０と外輪１３のうちいずれか一方が割れた場合のことを示しており、殆どの場合内輪１０が割れた場合を示している。
【０１０１】
次に、発明者らは、表１に示した８種類の鋼（試験片Ａ〜試験片Ｈ）からなる供試体ＡＡ〜供試体ＨＨとしてのトロイダル形無段変速装置３０のカムディスク４をそれぞれ試作し、これら供試体ＡＡ〜供試体ＨＨを用いてトロイダル形無段変速装置３０の耐久試験を行った。なお、前記供試体ＡＡ〜供試体ＨＨとしての前記カムディスク４は、ぞれぞれ図８に示す熱処理が施されている。
【０１０２】
ただし、浸炭時間は、それぞれの部品における必要硬化層深さが得られる時間とされている。この試験は、「自動車用トロイダル形ＣＶＴに関する研究」（日本機械学会機素潤滑設計部門講演会論文集、１９９７年７月記載の５３２頁）のＦｉｇ３に示すダブルキャビティＣＶＴ変速装置に基いて行った。
【０１０３】
また、この試験は、入力トルクが−３４０Ｎ・ｍから＋３４０Ｎ・ｍまでの範囲を正弦波的に変化させ、かつ入力時の回転数が４０００ｒｐｍのときにおけるカムディスク４が破損するまでのサイクル数を調査した。なお、同一の鋼種において３回行った。この試験結果を以下に示す表３および図１１に示す。
【０１０４】
【表３】
0004101350.tif 000005
【０１０５】
前記表３及び図１１に示すこの試験結果によれば、最大介在物の面積の平方根√areamax が５０μｍ以上の場合では、カムディスク４の耐久寿命がばらついた結果となっているのに対し、最大介在物の面積の平方根√areamax を５０μｍ以下とすることによって、寿命の長いトロイダル形無段変速装置３０のカムディスク４を得ることができるのが明らかとなった。
【０１０６】
【発明の効果】
本発明のトロイダル形無段変速装置は、その入出力ディスク、パワーローラ軸受の少なくとも内輪及びカムディスクのうち少なくとも一つが、中央よりに中心線と表面との間の距離の４０％以下の部分を極値統計法における被検査対象面とした鋼から製造されているため、前記入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクに存在する介在物の内最も大きな介在物の大きさを確実に推定することができる。したがって、強度設計時の許容応力を確実に保証することが可能となるとともに、繰返し応力が加わったときの疲労限度を確実に予想することが可能となる。
【０１０７】
極値統計法における検査基準面積を３００ｍｍ2 以上としているので、同一材料を、互いに位置が異なる検査基準面を検査して得られる最も大きな酸化物系介在物の大きさのばらつきが少く、かつ測定回数を５回以上としているので、同一材料を用いて複数回、検査基準面を検査して得られる最も大きな酸化物系介在物の大きさのばらつきが少い。このため、トロイダル形無段変速装置の強度設計時の許容応力をより確実に保証することが可能となるとともに、繰返し応力が加わったときの疲労限度をより確実に予想することが可能となる。
【０１０８】
さらに、極値統計法によって予想を行う面積として、トロイダル形無段変速装置の入出力ディスク、パワーローラ軸受の少なくとも内輪及びカムディスクそれぞれに応力が作用する体積に基いた値を用いているので、前記入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクに存在する介在物の内最も大きな介在物の大きさを確実に推定することができる。
【０１０９】
したがって、強度設計時の許容応力をより一層確実に保証することが可能となるとともに、繰返し応力が加わったときの疲労限度をより一層確実に予想することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示すシングルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置の一部を示す縦断面図。
【図２】この発明の一実施形態を示すダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置の一部を示す縦断面図。
【図３】図１及び図２に示された実施形態の入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクが製造される鋼を示す図。
【図４】図３に示された鋼の最大介在物の大きさを推定する方法を示すフローチャート。
【図５】図３に示された鋼の測定位置の違いによる最大介在物の面積の平方根の変化を示す図。
【図６】図３に示す鋼の最大介在物の大きさを極値統計法によって推定した際の検査基準面積と最大介在物の面積の平方根との関係を示す図。
【図７】図３に示す鋼の最大介在物の大きさを極値統計法によって推定した際の測定回数と最大介在物の面積の平方根との関係を示す図。
【図８】繰り返し曲げ強度試験に用いられた試験片およびトロイダル形無段変速装置耐久試験に用いられた供試体に施された熱処理を示す図。
【図９】繰り返し曲げ強度と最大介在物の面積の平方根との関係を示す図。
【図１０】トロイダル形無段変速装置の耐久試験結果を示す図。
【図１１】トロイダル形無段変速装置のカムディスクの耐久試験結果を示す図。
【図１２】トロイダル形無段変速装置の入出力ディスクを示す図。
【図１３】トロイダル形無段変速装置のパワーローラ軸受を示す図。
【図１４】トロイダル形無段変速装置のカムディスクの一部を拡大して示す断面図。
【図１５】転がり軸受を示す図。
【図１６】図１２ないし図１４に示された入出力ディスク、パワーローラ軸受及びカムディスクが製造される鋼を示す図。
【符号の説明】
１…入力軸
２…入力ディスク
３…出力ディスク
４…カムディスク
６…ローディングカム機構（押圧機構）
１０…内輪
１１…パワーローラ軸受
２０…シングルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置（トロイダル形無段変速装置）
２２…棒状の鋼
２４…検査対象面
３０…ダブルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速装置（トロイダル形無段変速装置）
【図１】
0004101350.tif 000006
【図２】
0004101350.tif 000007
【図３】
0004101350.tif 000008
【図４】
0004101350.tif 000009
【図５】
0004101350.tif 000010
【図６】
0004101350.tif 000011
【図７】
0004101350.tif 000012
【図８】
0004101350.tif 000013
【図９】
0004101350.tif 000014
【図１０】
0004101350.tif 000015
【図１１】
0004101350.tif 000016
【図１２】
0004101350.tif 000017
【図１３】
0004101350.tif 000018
【図１４】
0004101350.tif 000019
【図１５】
0004101350.tif 000020
【図１６】
0004101350.tif 000021