(57)【要約】【課題】製造が容易であるとともに、パワーローラと入力ディスク，出力ディスクとが金属接触するおそれがほとんどなく、動力の伝達効率が優れたトロイダル型無段変速機を提供する。【解決手段】トロイダル型無段変速機は、駆動源により回転駆動される入力軸１に接続された入力ディスク２と、入力軸１の回転に基づく動力を取り出す出力軸に接続された出力ディスク３と、両ディスク２，３の間に挟持されたパワーローラ４と、を備えている。両ディスク２，３は動力伝達面２ａ，３ａをそれぞれ有しており、両動力伝達面２ａ，３ａは対向している。両動力伝達面２ａ，３ａの間にはパワーローラ４が転動自在に挟持され、その動力伝達面４ａが動力伝達面２ａ，３ａに摺接している。両ディスク２，３の動力伝達面２ａ，３ａ及びパワーローラ４の動力伝達面４ａのうち少なくとも一方には、短パルスレーザーの照射による微細溝が多数形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面円弧状の凹面からなる動力伝達面を有し、駆動源により回転駆動される入力軸に連動して回転する入力ディスクと、前記入力ディスクの動力伝達面に対向する断面円弧状の凹面からなる動力伝達面を有し、前記入力ディスクと同軸に回転可能に配された出力ディスクと、前記両ディスクの動力伝達面に摺接する動力伝達面を有し、前記入力ディスクの回転を前記出力ディスクに伝達するパワーローラと、を備えるトロイダル型無段変速機において、
前記両ディスクの動力伝達面及び前記パワーローラの動力伝達面のうち少なくとも一方に、短パルスレーザーの照射による微細溝が多数形成されていることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項２】
前記短パルスレーザーのパルス幅が１ｐｓ以上５ｐｓ以下であることを特徴とする請求項１に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】
本発明はトロイダル型無段変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、変速時にトルクが段階的，断続的に変化することがない無段変速機の研究が進んでおり、トロイダル型無段変速機やベルト式無段変速機などが実用化されている。トロイダル型無段変速機は、入力軸と連動して回転する入力ディスクと、出力軸に接続されて回転を伝える出力ディスクと、入力ディスク及び出力ディスクに摺動して回転するパワーローラと、を備えており、パワーローラによって入力ディスクの回転が無段階に変速されつつ出力ディスクに伝達されるようになっている。
【０００３】
このトロイダル型無段変速機は、大きな動力を伝達することができるという特長を有しているが、さらに大きな動力を伝達するため種々の工夫が提案されている。例えば、特許文献１には、摺動するパワーローラと入力ディスク，出力ディスクとのうち一方の摺動面に、トラクションオイルの油膜厚さよりも大きな凹凸を設けるとともに、両摺動面の表面粗さ（最大高さＲｙ）の比を２〜２５の範囲としたトロイダル型無段変速機が提案されている。
【０００４】
摺動面に形成された凹凸により動圧効果やトラクションオイルの引き込み効果が発現するので、接触油圧が上昇してトラクション係数が大きくなり、その結果、動力の伝達効率が向上する。
【特許文献１】特開２００２−２４３０１１号公報
【特許文献２】特開２００２−３９３０６号公報
【特許文献３】特開２００２−８９６４４号公報
【特許文献４】特開２００６−１２５４４３号公報
【特許文献５】特開２００６−１２５４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のようなトロイダル型無段変速機は、油膜厚さよりも大きな凹凸が設けられているので、パワーローラと入力ディスク，出力ディスクとが金属接触するおそれがあった。また、凹凸の間隔が数十μｍであるため、油膜の形成が不安定になるおそれがあった。さらに、凹凸をショットピーニング加工やローラバニッシュ加工で形成するので、技術的難易度が高いことに加えて加工に時間を要するという問題点を有していた。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、製造が容易であるとともに、パワーローラと入力ディスク，出力ディスクとが金属接触するおそれがほとんどなく、動力の伝達効率が優れたトロイダル型無段変速機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１のトロイダル型無段変速機は、断面円弧状の凹面からなる動力伝達面を有し、駆動源により回転駆動される入力軸に連動して回転する入力ディスクと、前記入力ディスクの動力伝達面に対向する断面円弧状の凹面からなる動力伝達面を有し、前記入力ディスクと同軸に回転可能に配された出力ディスクと、前記両ディスクの動力伝達面に摺接する動力伝達面を有し、前記入力ディスクの回転を前記出力ディスクに伝達するパワーローラと、を備えるトロイダル型無段変速機において、前記両ディスクの動力伝達面及び前記パワーローラの動力伝達面のうち少なくとも一方に、短パルスレーザーの照射による微細溝が多数形成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る請求項２のトロイダル型無段変速機は、請求項１に記載のトロイダル型無段変速機において、前記短パルスレーザーのパルス幅が１ｐｓ以上５ｐｓ以下であることを特徴とする。
フェムト秒レーザーのような短パルスレーザーを動力伝達面に照射すると、表面に微細溝が形成される。この微細溝により動圧効果やトラクションオイルの引き込み効果が発現するので、接触油圧が上昇してトラクション係数が大きくなり、その結果、動力の伝達効率が高くなる。短パルスレーザーの波長やエネルギーの強さによって微細溝の幅や深さを制御でき、また、短パルスレーザーの照射方法によって微細溝同士の間隔や微細溝の延びる方向も制御できる。さらに、微細溝の延びる方向や形成領域の広さにより、トラクション係数を所望の程度に設定することができる。
【０００８】
さらに、短パルスレーザーの照射により形成された微細溝は、ショットピーニング加工，ローラバニッシュ加工，切削加工，研削加工等のような機械加工により形成された溝と比べて微細であり、その幅や深さが小さいので（例えば幅７００ｎｍ、深さ２００ｎｍ）、パワーローラと入力ディスク，出力ディスクとが金属接触を起こすおそれがほとんどない。さらに、トラクションオイルの油膜の形成が不安定になるおそれがほとんどない。
【０００９】
さらに、短パルスレーザーの照射による微細溝の形成は、前述の機械加工と比べて技術的難易度が平易で、且つ、短時間で行うことができる。
短パルスレーザーのパルス幅は、１ｐｓ以上５ｐｓ以下であることが好ましい。パルス幅が前記範囲外であると、微細溝によるトラクション係数の向上効果が不十分となるおそれがある。
このようなトロイダル型無段変速機は、自動車や各種産業機械の変速機として好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のトロイダル型無段変速機は、製造が容易であるとともに、パワーローラと入力ディスク，出力ディスクとが金属接触するおそれがほとんどなく、動力の伝達効率が優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係るトロイダル型無段変速機の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係るトロイダル型無段変速機の一実施形態であるハーフトロイダル型無段変速機の構造を示す部分断面図である。
図１のトロイダル型無段変速機は、エンジン等の駆動源（図示せず）により回転駆動される入力軸１に接続された入力ディスク２と、入力軸１の回転に基づく動力を取り出す出力軸（図示せず）に接続された出力ディスク３と、入力ディスク２及び出力ディスク３の間に挟持された複数のパワーローラ４と、を備えている。また、入力軸１と入力ディスク２との間には、例えば油圧式の押圧装置（図示せず）が備えられており、入力軸１の回転時には、その押圧装置により入力ディスク２が出力ディスク３の方向へ押圧される。
【００１２】
入力軸１，出力軸，入力ディスク２，及び出力ディスク３は同軸に配されていて、同一の回転軸線を中心に相対回転可能となっている。入力ディスク２はニードルベアリング１０を介して回転自在に入力軸１に支持されており、入力軸１に連動して回転するようになっている。また、出力ディスク３は出力軸に接続されており、出力ディスク３に連動して出力軸が回転するようになっている。なお、出力ディスク３もニードルベアリング１１を介して回転自在に入力軸１に支持されているが、入力軸１には接続されておらず入力軸１に対して空転するようになっている。
【００１３】
入力ディスク２及び出力ディスク３は、断面円弧状の凹面（前記回転軸線に沿う平面で破断した場合の断面が円弧状である凹面）からなる動力伝達面２ａ，３ａをそれぞれ有しており、互いの動力伝達面２ａ，３ａを対向させて配されている。そして、両動力伝達面２ａ，３ａの間にはパワーローラ４が転動自在に挟持され、球面状の凸面からなるパワーローラ４の動力伝達面４ａが入力ディスク２及び出力ディスク３の動力伝達面２ａ，３ａにトラクションオイル（図示せず）を介して摺接している。よって、入力ディスク２の回転が、パワーローラ４とトラクションオイルとを介して出力ディスク３に伝達され、出力ディスク３に接続された出力軸が回転する。
【００１４】
このパワーローラ４は、ラジアルニードル軸受７とスラスト玉軸受８とにより、支持軸５を中心に回転自在に支持されている。よって、入力ディスク２及び出力ディスク３から加わる荷重がラジアルニードル軸受７及びスラスト玉軸受８により支承されつつ、パワーローラ４が回転する。この支持軸５は、枢軸９を中心として動力伝達面２ａ，３ａ（断面円弧状の凹面）の周方向に沿うように揺動するトラニオン６に設けられているので、トラニオン６の揺動によりパワーローラ４を支持する支持軸５の傾きを変化させて、パワーローラ４と入力ディスク２及び出力ディスク３との接触位置、すなわち接触半径を変化させることができる。この接触半径の変化により、入力ディスク２の回転が無段階で変速されて出力ディスク３に伝達される。
【００１５】
パワーローラ４と入力ディスク２との接触位置を、入力ディスク２の動力伝達面２ａの内径側、すなわち前記回転軸線を中心とする径方向中心側に近づけ、パワーローラ４と出力ディスク３との接触位置を、出力ディスク３の動力伝達面３ａの外径側、すなわち前記回転軸線を中心とする径方向外方側に近づける程、変速比が減速側になる（入力軸１の回転がより減速されて出力軸に伝達される）。
【００１６】
反対に、パワーローラ４と入力ディスク２との接触位置を、入力ディスク２の動力伝達面２ａの外径側、すなわち前記回転軸線を中心とする径方向外方側に近づけ、パワーローラ４と出力ディスク３との接触位置を、出力ディスク３の動力伝達面３ａの内径側、すなわち前記回転軸線を中心とする径方向中心側に近づける程、変速比が増速側になる（入力軸１の回転がより増速されて出力軸に伝達される）。
【００１７】
このトロイダル型無段変速機においては、両ディスク２，３の動力伝達面２ａ，３ａ及びパワーローラ４の動力伝達面４ａのうち少なくとも一方に、短パルスレーザーの照射による微細溝（図示せず）が多数形成されている。多数の微細溝は周期的に形成されているとともに、微細溝の幅は短パルスレーザーの波長とほぼ同一となる。この微細溝により、動圧効果やトラクションオイルの引き込み効果が発現するので、接触油圧が上昇してトラクション係数が大きくなり、動力の伝達効率が向上する。
【００１８】
短パルスレーザーとしては、例えばフェムト秒レーザーのようなパルス幅１ｐｓ以上５ｐｓ以下の短パルスレーザーがあげられる。また、レーザーの波長は７００ｎｍ以上９００ｎｍ以下が好ましく、フルーエンスは２８Ｊ／ｃｍ2 以下が好ましい。このような短パルスレーザーの照射により形成される微細溝の深さは、約０．２μｍである。
微細溝は、両ディスク２，３の動力伝達面２ａ，３ａのみに形成してもよいし、パワーローラ４の動力伝達面４ａのみに形成してもよいし、両ディスク２，３の動力伝達面２ａ，３ａ及びパワーローラ４の動力伝達面４ａの両方に形成してもよい。また、微細溝は、これらの動力伝達面２ａ，３ａ，４ａの全面に形成してもよいし、必要な部分のみに形成してもよい。
【００１９】
パワーローラ４と両ディスク２，３との摺動速度が高速である場合は、トラクションオイルの油膜が厚くなりすぎて動力の伝達効率が低下するおそれがあるので、その場合には、動力伝達面２ａ，３ａ，４ａの全面に微細溝を形成するとよい。そうすれば、トラクションオイルの油漏れが生じて油膜の厚さが薄くなるので、動力の伝達効率の低下を抑制することができる。
【００２０】
一方、パワーローラ４と両ディスク２，３との摺動速度が低速である場合は、トラクションオイルの油膜が形成されにくくなるので、その場合には、動力伝達面２ａ，３ａ，４ａの一部（摺動部分のみ）に微細溝を形成するとよい。そうすれば、十分な量のトラクションオイルを摺動部分に供給することができる。このように、動力伝達面２ａ，３ａ，４ａの全面のうち微細溝が形成された部分の面積の割合（以降は面積率と記すこともある）により、それぞれの速度域において最適な油膜を形成することができる。
【００２１】
また、この微細溝は、短パルスレーザーを偏光して照射することにより、任意の方向に延びるように形成することができる。例えば、パワーローラ４と両ディスク２，３との摺動方向に対して直交する方向や平行な方向等に形成することができる。
なお、短パルスレーザーの照射による微細溝の形成は、金属表面をアブレーションすることにより行っているので、微細溝の形成後に、堆積物が異物として表面に残留するおそれがある。その場合には、再度短パルスレーザーを低フルーエンスで照射して、表面をクリーニングしてもよい。また、微細溝の形成後に、微細溝の角部を面取りして滑らかにするために、研磨等の加工を施してもよい。
【００２２】
さらに、本実施形態のトロイダル型無段変速機においては、押圧装置が用いられているため、変速比により最適な押し付け力を付与することができる。さらに、入力ディスク２の動力伝達面２ａの内径側部分と、出力ディスク３の動力伝達面３ａの外径側部分とに、微細溝を形成すれば、すなわち、両ディスク２，３の動力伝達面２ａ，３ａのうち減速時にパワーローラ４と接触する部分に微細溝を形成すれば、設計トラクション係数を上げることができる。そのため、押圧装置の押し付け力を低下させることができるとともに、各部品（例えば、入力ディスク２，出力ディスク３，パワーローラ４、トラニオン６等）の耐久性を向上させることができ、ひいてはトロイダル型無段変速機の小型化を達成することができる。
【００２３】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、ハーフトロイダル型無段変速機に本発明を適用した例を示して説明したが、トラニオン６を有さないフルトロイダル型無段変速機に本発明を適用してもよいことは勿論である。また、クラッチプーリに使用される軸受はトラクション力を必要とするので、この軸受の転走面に本発明を適用することも可能である。
【００２４】
さらに、微細溝が形成された部分を、ダイヤモンドライクカーボン等で構成された硬質膜で被覆してもよい。そうすれば、微細溝によりトラクション係数が向上するとともに、硬質膜により金属接触が防止されて良好なトラクション力が維持される。また、微細溝により硬質膜の密着性が向上する。
さらに、入力ディスク２，出力ディスク３，パワーローラ４の動力伝達面２ａ，３ａ，４ａに、ショットピーニングによる表面硬化処理を施してもよい。
【００２５】
さらに、本実施形態のトロイダル型無段変速機に複数段の遊星歯車機構を組み合わせて、各遊星歯車から動力を取り出す複数の速度モードを有するトロイダル型無段変速機としてもよい。その場合には、入出力ディスク２，３の動力伝達面２ａ，３ａのうち、前記速度モードの切り換えポイントにおいてパワーローラ４の動力伝達面４ａと接触する部分に、微細溝を形成することが好ましい。
そうすれば、設計トラクション係数を上げることができ、そのため、押圧装置の押し付け力を低下させることができる。したがって、速度モードの切り換えポイント周辺の押し付け力を低くすることにより、トルクシフトを緩和することができ、あるいは、速度モードの切り換えポイントでグロススリップに対する余裕代を確保することが可能になる。
【００２６】
〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。円筒状部材（直径５２ｍｍ、厚さ６ｍｍ）の円筒面に短パルスレーザーの照射による微細溝を形成し、二円筒型摩擦係数試験機を用いてトラクション係数を測定した。すなわち、上下に並んだ２つの円筒形の軸にそれぞれ円筒状部材を装着し、上方から６８．６Ｎの荷重を負荷しながら２つの円筒状部材を互いに接触状態で逆方向に回転させ、両円筒状部材間に発生するトラクション力（接線力）を測定してトラクション係数を求めた。
【００２７】
微細溝は略直線状であり、互いに平行に且つ周期的に多数形成されている。また、この微細溝は、２つの円筒状部材の摺動方向に対して所定の角度を有する方向に延びている。この角度については、摺動方向に対して直交，平行，及び４５°の３種類を用意した。また、円筒状部材の円筒面のうち微細溝が形成された部分の割合（面積率）については、２０％，５０％，及び１００％の３種類を用意した。
【００２８】
なお、被駆動側の円筒状部材の形状は曲率半径１０ｍｍのタイコ型で、駆動側の円筒状部材の形状は  クラウニング無しのフラット型である。また、駆動側の円筒状部材の回転速度は１５００ｒｐｍで一定とし、被駆動側の円筒状部材の回転速度は１５００ｒｐｍから１７５０ｒｐｍの間で連続的に変動させた。さらに、該二円筒型摩擦係数試験は、１００℃の雰囲気中で行った。
さらに、トラクション係数の測定と同時に、金属接触の状況についての観察を行った。すなわち、接触している２つの円筒状部材間の接触抵抗を測定するため、ブリッジ回路を形成して直流電圧を印加し、接触電位差を測定した。そして、この接触電位差と、完全分離状態での電位差との比（分離電圧）を求めた。
【００２９】
【表１】
2009085332.tif 000003
【００３０】
結果を表１に示す。表１から、微細溝が形成されている実施例１〜９は、微細溝が形成されていない比較例１と比べて、トラクション係数が高いことが分かる。また、分離電圧が高いことから、金属接触が少ないことが分かる。さらに、微細溝が延びる方向については、摺動方向に対して直交する方向が、トラクション係数が高く且つ金属接触が少ないことが分かる。さらに、微細溝が形成された部分の割合については、１００％よりも５０％の方が、トラクション係数は低いものの金属接触が少なかった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るトロイダル型無段変速機の一実施形態であるハーフトロイダル型無段変速機の構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      入力軸
２      入力ディスク
２ａ    動力伝達面
３      出力ディスク
３ａ    動力伝達面
４      パワーローラ
４ａ    動力伝達面
【図１】
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